KR20080096997A

KR20080096997A - 발광다이오드 소자의 제조방법

Info

Publication number: KR20080096997A
Application number: KR20070042034A
Authority: KR
Inventors: 한재호; 백형기; 이혁민
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2007-04-30
Filing date: 2007-04-30
Publication date: 2008-11-04

Abstract

본 발명은 발광다이오드 소자의 제조방법에 관한 것으로서, 특히, 기판 상에 n형 질화물 반도체층과 활성층 및 p형 질화물 반도체층이 순차 적층되어 있는 복수의 발광 구조물을 형성하는 단계와, 상기 발광 구조물을 메사 식각하여 상기 n형 질화물 반도체층의 일부를 드러내는 단계와, 상기 드러난 n형 질화물 반도체층 및 상기 p형 질화물 반도체층 상에 각각 n형 전극 및 p형 전극을 형성하여 발광다이오드 웨이퍼를 형성하는 단계와, 상기 발광다이오드 웨이퍼의 상면에 레이저를 이용하여 홈 형상의 제1 스크라이빙 라인을 형성하는 단계와, 상기 발광다이오드 웨이퍼의 하면에 상기 제1 스크라이빙 라인과 수직대응하는 제2 스크라이빙 라인을 형성하는 단계 및 상기 제1 및 제2 스크라이빙 라인을 이용하여 상기 발광다이오드 웨이퍼를 절단하여, 단위 LED 소자의 크기로 분리하는 단계를 포함하는 발광다이오드의 제조방법에 관한 것이다.

발광다이오드, 소자분리, 스크라이빙, 레이저

Description

발광다이오드 소자의 제조방법{Method for forming the Light Emitting Diode device}

도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 발광다이오드 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.

도 2는 도 1b에 도시된 공정 단면도를 더욱 상세하게 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 평면도.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광다이오드 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.

도 4는 도 3b에 도시된 공정 단면도를 더욱 상세하게 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 평면도.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광다이오드 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 발광다이오드 웨이퍼 110 : 사파이어 기판

120 : 발광 구조물 122 : n형 질화물 반도체층

124 : 활성층 126 : p형 질화물 반도체층

130 : 투명 전극 140 : p형 전극

150 : n형 전극 200 : 스크라이빙 라인

본 발명은 발광다이오드 소자의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단위 LED의 크기로 다수개의 발광다이오드 소자가 집적된 발광다이오드 웨이퍼를 분리시, 분리 마진 폭을 최소화할 수 있는 발광다이오드의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 발광다이오드(Light Emitting Diode)는 GaAs, AlGaAs, GaN, InGaN 및 AlGaInP 등의 화합물 반도체(compound semiconductor) 재료의 변경을 통해 발광원을 구성함으로써, 다양한 색의 빛을 구현할 수 있는 반도체 소자를 말한다.

최근 발광다이오드 소자는, 비약적인 반도체 기술의 발전에 힘입어, 저휘도의 범용제품에서 탈피하여, 고휘도, 고품질의 제품 생산이 가능해졌다. 또한, 고특성의 청색(Blue), 백색(White) 다이오드의 구현이 현실화됨에 따라서, 발광다이오드는 디스플레이, 차세대 조명원 등으로 그 응용가치가 확대되고 있다.

특히, Ⅲ-Ⅴ족의 질화물을 이용한 화합물 반도체 발광소자는 천이 방식이 레 이저 발진 확진 확률이 높은 직접 천이형이고 청색 레이저 발진이 가능한 특성 때문에 주목이 되고 있다.

이러한 발광다이오드 소자는, 크게 수평구조 발광다이오드(laterally structured light emitting diodes)와 수직구조 발광다이오드(vertically structured light emitting diodes)로 분류된다.

그러면, 이하 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 종래 기술에 따른 발광다이오드 소자 중 수평구조 발광다이오드 소자의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 발광다이오드 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.

우선, 도 1a에 도시한 바와 같이, 사파이어 기판(110) 상에, n형 질화물 반도체층(122), 활성층(124) 및 p형 질화물 반도체층(126)이 순차 적층된 구조의 발광 구조물(120)을 형성한다. 여기서, 상기 n형 질화물 반도체층(122), 활성층(124) 및 p형 질화물 반도체층(126)은, AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 반도체 물질일 수 있으며, 유기금속 화학기상증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition: MOCVD) 설비를 이용한 에피택셜(epitaxial) 성장법 등으로 형성될 수 있다.

계속해서, 상기 p형 질화물 반도체층(126), 활성층(124) 및 n형 질화물 반도체층(122)의 일부를 메사 식각하여, 상기 n형 질화물 반도체층(122)의 일부 영역이 드러나도록 한다.

그 다음에, 상기 메사 식각에 의해 드러난 n형 질화물 반도체층(122) 상에 각각 p형 전극(140) 및 n형 전극(150)을 형성하여, 다수개의 발광다이오드 소자가 집적된 발광다이오드 웨이퍼(100)를 형성한다. 여기서, 상기 p형 전극(140) 및 n형 전극(150)은 Cr/Au 등의 금속 물질로 형성될 수 있다.

그런 다음, 도 1b에 도시한 바와 같이, 레이저를 이용하여 상기 발광다이오드 웨이퍼(100)의 상면에 이를 단위 LED 소자의 크기로 분리할 수 있는 스크라이빙 라인(200)을 형성한다.

한편, 상기 발광다이오드 웨이퍼(100)의 상면에 형성된 스크라이빙 라인(200)을 이용하여 이를 단위 LED 소자의 크기로 분리시, 상기 스크라이빙 라인(200)과 사파이어 기판(110)의 결정방향이 맞지 않는 바, 상기 발광다이오드 웨이퍼(100)가 수직으로 분리되지 않고 사선 등으로 깨지는 문제가 발생하므로 최소 50㎛ 이상의 분리 공정 마진 폭(가)을 확보해야만 한다.

그러나, 분리 공정 마진 폭(가)을 최소 50㎛ 이상이 확보하게 되면, 하나의 웨이퍼(100)의 면적은 한정되어 있기 때문에 그 웨이퍼(100)를 통해 생산 가능한 단위 LED 소자(100a)의 수는 감소하는 문제가 있다(도 2 참조). 여기서, 도 2는 도 1b에 도시된 공정 단면도를 더욱 상세하게 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 평면도, 즉 도 1b는 도 2의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 잘라 나타낸 단면도이다.

또한, 종래 기술에 따른 상기 웨이퍼(100)의 상면에 형성된 스크라이빙 라인(200)은 레이저를 이용하여 형성되기 때문에, 스크라이빙 라인(200)의 측면 즉, 발광 구조물(120)의 측면에 레이저 빔에 의한 부스러기 등의 손상이 발생하여 측면 발광 추출 효율이 감소되며, 이에 따라 휘도가 저하되는 문제가 있다.

그 다음에, 상기 스크라이빙 라인(200)을 사용한 스크라이빙 공정으로 상기 발광다이오드 웨이퍼(100)를 절단하여, 도 1c에 도시한 바와 같이, 단위 LED 소자의 크기로 각각의 발광다이오드 소자(100a)를 분리한다.

상술한 바와 같이, 종래 기술에 따라 발광다이오드 소자를 제조하게 되면, 상기 문제점들로 인하여 발광다이오드의 특성 및 제조 수율이 낮아지는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 다수개의 발광다이오드 소자가 집적된 발광다이오드 웨이퍼를 단위 LED 소자의 크기로 분리할 때, 발광 구조물의 손상 및 분리 공정 마진을 최소화하여 발광다이오드 소자의 휘도 및 제조 수율을 향상시킬 수 있는 발광다이오드 소자의 제조 방법을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 기판 상에 n형 질화물 반도체층과 활성층 및 p형 질화물 반도체층이 순차 적층되어 있는 복수의 발광 구조물을 형성하는 단계와, 상기 발광 구조물을 메사 식각하여 상기 n형 질화물 반도체층의 일부를 드러내는 단계와, 상기 드러난 n형 질화물 반도체층 및 상기 p형 질화물 반도체 층 상에 각각 n형 전극 및 p형 전극을 형성하여 발광다이오드 웨이퍼를 형성하는 단계와, 상기 발광다이오드 웨이퍼의 상면에 레이저를 이용하여 홈 형상의 제1 스크라이빙 라인을 형성하는 단계와, 상기 발광다이오드 웨이퍼의 하면에 상기 제1 스크라이빙 라인과 수직대응하는 홈 형상의 제2 스크라이빙 라인을 형성하는 단계 및 상기 제1 및 제2 스크라이빙 라인을 이용하여 상기 발광다이오드 웨이퍼를 절단하여, 단위 LED 소자의 크기로 분리하는 단계를 포함하는 발광다이오드 소자의 제조방법을 제공한다.

또한, 상기 본 발명의 발광다이오드 소자의 제조방법에서, 상기 제2 스크라이빙 라인은 금속 팁, 다이아몬드 팁, 다이아몬드 휠, 레이저 및 건식 식각 중 선택된 어느 하나 이상을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 본 발명의 발광다이오드 소자의 제조방법에서, 상기 발광다이오드 웨이퍼의 상면에 레이저를 이용하여 홈 형상의 제1 스크라이빙 라인을 형성하는 단계 이후에, 상기 제1 스크라이빙 라인의 표면 일부분을 건식 식각하여 표면처리하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이는 상기 제1 스크라이빙 라인을 형성하기 위한 레이저 공정시, 레이저 빔에 의해 제1 스크라이빙 라인 표면에 발생된 부스러기 등의 결함을 제거하는 역할을 한다.

이때, 상기 건식 식각은, RIE, ICP-RIE, IBE 및 ECR-RIE 등을 사용하여 진행하는 것이 바람직하다.

이하 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하 는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 병기하였다.

이제 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 소자의 제조방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

[ 실시예 1]

우선, 도 3a 내지 도 3c를 참고하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광다이오드 소자의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광다이오드 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.

우선, 도 3a에 도시한 바와 같이, 광투광성인 기판(110) 상에 버퍼층(도시하지 않음), n형 질화물 반도체층(122), 활성층(124) 및 p형 질화물 반도체층(126)이 순차 적층된 구조의 발광 구조물(120)과 투명 전극(130)을 차례로 형성한다.

상기 기판(110)은, 질화물 반도체 단결정을 성장시키기에 적합한 기판으로서, 바람직하게, 사파이어를 포함하는 투명한 재료를 이용하여 형성되며. 사파이어 이외에, 기판(110)은 징크 옥사이드(zinc oxide, ZnO), 갈륨 나이트라이드(gallium nitride, GaN), 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC) 및 알루미늄 나이트라이 드(AlN)로 형성될 수 있다.

상기 버퍼층은, 상기 기판(110) 상에 n형 질화물 반도체층(122)을 성장시키기 전에 상기 사파이어를 포함하여 형성된 기판(110)과의 격자정합을 향상시키기 위한 층으로, 일반적으로 AlN/GaN으로 형성되며, 소자의 특성 및 공정 조건에 따라 생략 가능하다.

상기 n형 질화물 반도체층(122), 활성층(124) 및 p형 질화물 반도체층(126)은, AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 반도체 물질일 수 있으며, 유기금속 화학기상증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition: MOCVD) 설비를 이용한 에피택셜(epitaxial) 성장법 등으로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 n형 질화물 반도체층(122)은, n형 도전형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 형성될 수 있으며, n형 도전형 불순물로는 예를 들어, Si, Ge, Sn 등을 사용하고, 바람직하게는 Si를 주로 사용한다. 또한, 상기 p형 질화물 반도체층(126)은, p형 도전형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 형성될 수 있으며, p형 도전형 불순물로는 예를 들어, Mg, Zn, Be 등을 사용하고, 바람직하게는 Mg를 주로 사용한다. 그리고, 상기 활성층(124)은 다중 양자우물(Multi-Quantum Well) 구조의 InGaN/GaN층으로 형성될 수 있다.

한편, 상기 활성층(124)은 하나의 양자우물층 또는 더블헤테로 구조로도 형성될 수 있다.

또한, 상기 투명 전극(130)은, 일반적으로 다층으로 구성될 수 있으며, 이는 반드시 필수적인 구성이 아니라 소자의 특성 및 공정 조건에 따라 생략 가능하다. 여기서, 상기 다층을 구성하는 제1층은 메탈층과 반도체층 간의 통전이 가능하도록 오믹 재료(ohmic material)를 사용하여 형성하는 것이 바람직하고, 제2층은 빛의 투과를 최대로 하기 위해 투명 재료를 사용하며, 상기 투명 재료로서 주로 ITO(Indium Tin Oxide)를 사용하는 것이 일반적이다.

계속해서, 상기 투명전극(130), p형 질화물 반도체층(126), 활성층(124) 및 n형 질화물 반도체층(122)의 일부를 메사 식각하여, 상기 n형 질화물 반도체층(122)의 일부 영역이 드러나도록 한다. 한편, 상기 투명전극(130)은, 전술한 바와 같이 메사 식각 공정을 수행하기 전에 형성될 수도 있지만, 상기 메사 식각 공정을 수행한 다음에, 상기 식각 공정에 의해 식각되지 않은 p형 질화물 반도체층(126) 상에 형성될 수도 있다.

그 다음에, 상기 투명 전극(130) 및 상기 메사 식각에 의해 드러난 n형 질화물 반도체층(122) 상에 각각 p형 전극(140) 및 n형 전극(150)을 형성하여, 다수개의 발광다이오드 소자가 집적된 발광다이오드 웨이퍼(100)를 형성한다. 여기서, 상기 p형 전극(140) 및 n형 전극(150)은 Cr/Au 등의 금속 물질로 형성될 수 있다.

그런 다음, 도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 발광다이오드 웨이퍼(100)의 상/하면에 이를 단위 LED 소자의 크기로 분리할 수 있는 제1 및 제2 스크라이빙 라인(200a, 200b)을 형성한다.

보다 상세하게, 상기 제1 스크라이빙 라인(200a)은 상기 발광다이오드 웨이퍼(100)의 상면에 레이저를 이용하여 기판(110)의 상부 표면이 드러나는 시점 또는 기판(110)의 상부 표면 일부분이 제거되는 시점까지 발광 구조물(120) 및 기 판(110)의 일부분을 제거하여 홈 형상으로 형성한다.

또한, 상기 제2 스크라이빙 라인(200b)은, 상기 발광다이오드 웨이퍼(100)의 하면에 상기 제1 스크라이빙 라인(200a)과 수직대응하도록 금속 팁, 다이아몬드 팁, 다이아몬드 휠, 레이저 및 건식 식각 등을 이용하여 홈 형상으로 형성한다.

즉, 본 발명은 상기 발광다이오드 웨이퍼(100)의 상/하면에 서로 수직 대응하는 홈 형상의 제1 및 제2 스크라이빙 라인(200a, 200b)을 형성함으로써, 후속 공정인 단위 LED 소자의 크기로 발광다이오드 웨이퍼(100) 분리시, 서로 수직 대응하는 상기 제1 및 제2 스크라이빙 라인(200a, 200b)을 이용하여 상기 발광다이오드 웨이퍼(100)를 수직으로 분리할 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기 발광다이오드 웨이퍼(100) 상에 분리 공정 마진 폭(나)을 종래 기술에 따른 분리 공정 마진 폭(도 2의 '가' 참조) 보다 감소시킬 수 있으며, 그 결과 한정된 면적을 가지는 발광다이오드 웨이퍼(100)를 통해 생산 가능한 단위 LED 소자의 수를 증가시킬 수 있다(도 4 참조). 여기서, 도 4는 도 3b에 도시된 공정 단면도를 더욱 상세하게 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 평면도, 즉 도 3b는 도 4의 Ⅳ-Ⅳ'선을 따라 잘라 나타낸 단면도이다.

그 다음에, 상기 제1 및 제2 스크라이빙 라인(200a, 200b)을 사용한 스크라이빙 공정으로 상기 발광다이오드 웨이퍼(100)를 절단하여, 도 3c에 도시한 바와 같이, 단위 LED 소자의 크기로 각각의 발광다이오드 소자(100a)를 수직으로 정확하게 분리한다.

[ 실시예 2]

그러면, 이하 도 5를 참고하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광다이오드의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 다만, 제2 실시예의 구성 중 제1 실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략하고, 제2 실시예에서 달라지는 구성에 대해서만 상술하기로 한다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광다이오드 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 제2 실시예에 따른 발광다이오드 소자의 제조방법은 제1 실시예에 따른 발광다이오드 소자의 제조방법과 대부분의 구성이 동일하고, 다만, 도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 발광다이오드 웨이퍼(100)의 상/하면에 이를 단위 LED 소자의 크기로 분리할 수 있는 제1 및 제2 스크라이빙 라인(200a, 200b)을 형성하는 단계 이후, 레이저를 이용하여 형성된 제1 스크라이빙 라인(200a)의 표면 일부분을 건식 식각하여 표면처리하는 단계를 더 포함하고 있다는 점에서만 제1 실시예와 다르다. 이때, 상기 건식 식각은, RIE, ICP-RIE, IBE 및 ECR-RIE 등을 사용하여 진행할 수 있다.

즉, 제2 실시예는 레이저를 통해 형성된 제1 스크라이빙 라인(200)의 측면 즉, 발광 구조물(120)의 측면에 레이저 빔에 의한 발생된 손상을 최소화하여, 측면 발광 추출 효율을 증가시키며, 이에 따라 발광다이오드 소자의 휘도를 향상시킬 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 다수개의 발광다이오드 소자가 집적된 발광다이오드 웨이퍼를 단위 LED 소자의 크기로 분리할 때, 발광다이오드 웨이퍼의 상/하면에 수직 대응되게 홈 형상으로 형성된 제1 및 제2 스크라이빙 라인을 통해 수직으로 분리시킴으로써, 분리 공정 마진을 최소화하고 발광영역을 최대화하여 휘도 및 발광다이오드 소자의 제조 수율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 레이저를 통해 형성되는 제1 스크라이빙 라인 표면의 손상을 건식식각을 통해 최소화하여 휘도를 향상시킬 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 발광다이오드 소자의 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 발광다이오드 소자의 제조 수율을 또한 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

기판 상에 n형 질화물 반도체층과 활성층 및 p형 질화물 반도체층이 순차 적층되어 있는 복수의 발광 구조물을 형성하는 단계;

상기 발광 구조물을 메사 식각하여 상기 n형 질화물 반도체층의 일부를 드러내는 단계;

상기 드러난 n형 질화물 반도체층 및 상기 p형 질화물 반도체층 상에 각각 n형 전극 및 p형 전극을 형성하여 발광다이오드 웨이퍼를 형성하는 단계;

상기 발광다이오드 웨이퍼의 상면에 레이저를 이용하여 홈 형상의 제1 스크라이빙 라인을 형성하는 단계;

상기 발광다이오드 웨이퍼의 하면에 상기 제1 스크라이빙 라인과 수직대응하는 홈 형상의 제2 스크라이빙 라인을 형성하는 단계; 및

상기 제1 및 제2 스크라이빙 라인을 이용하여 상기 발광다이오드 웨이퍼를 절단하여, 단위 LED 소자의 크기로 분리하는 단계;를 포함하는 발광다이오드 소자의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 제2 스크라이빙 라인은 금속 팁, 다이아몬드 팁, 다이아몬드 휠, 레이저 및 건식 식각 중 선택된 어느 하나 이상을 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하 는 발광다이오드 소자의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 발광다이오드 웨이퍼의 상면에 레이저를 이용하여 홈 형상의 제1 스크라이빙 라인을 형성하는 단계 이후에,

상기 제1 스크라이빙 라인의 표면 일부분을 건식 식각하여 표면처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 소자의 제조방법.
제3항에 있어서,

상기 건식 식각은, RIE, ICP-RIE, IBE 및 ECR-RIE 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 발광다이오드 소자의 제조방법.