KR20150073526A - 레이저 차단층을 이용한 발광 다이오드의 전사방법 - Google Patents
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Abstract
레이저 차단층을 이용한 발광 다이오드의 전사방법이 제공된다. 상세하게는, 성장기판 상에 n-GaN층, 활성층, p-GaN층, 및 p형 전극이 순차적으로 적층된 복수 개의 발광 다이오드 소자층들을 형성하는 단계, 상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층들 사이의 이격 공간에 레이저 차단층을 형성하는 단계, 상기 레이저 차단층과 접착제가 형성된 표적기판을 접착시키는 단계, 및 레이저 리프트 오프 공정을 통해 상기 성장기판을 제거하여 상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층들을 상기 표적기판으로 전사하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 전사방법을 제공한다. 이에, 발광 다이오드 전사시 레이저 차단층을 이용함으로써, 원하지 않는 영역으로의 레이저 투과를 차단하여 발광 다이오드의 전사 수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 레이저 차단층에 의해 발광 다이오드 소자층 이외의 영역에서의 성장기판과의 분리가 더욱 용이해질 수 있다.
Description
본 발명은 발광 다이오드의 전사방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저 차단층을 이용한 발광 다이오드의 전사방법에 관한 것이다.
질화갈륨 기반의 발광 다이오드(GaN based LED)는 낮은 소비 전력으로 높은 내부 양자 효율을 얻을 수 있어 고성능의 고체조명으로 널리 각광받고 있다. 이러한 질화갈륨 기반의 발광 다이오드는 일반적으로 사파이어(Al2O3)를 성장기판으로 사용하고 있다. 이는, 사파이어 기판은 융점이 높아 GaN층과 같은 고온에서 증착되는 박막의 기판으로 적합하여, 상기 사파이어 기판 상에서 비교적 고품질의 GaN 박막층을 성장시킬 수 있기 때문이다.
하지만, 사파이어 기판은 격자 부정합이 크고, 열전도율이 낮은 절연체 기판으로, 이를 기반으로 한 발광 다이오드 소자의 온도를 상승시켜 소자의 성능 저하를 유발하는 등의 문제점이 있어, 사파이어 위에 성장된 질화갈륨 기반의 발광 다이오드를 열 또는 전기 전도율이 높은 기판에 전사하여 효율을 향상시키거나 다양한 형태 변형이 가능한 시스템 및 소자에 적용하기 위해 유연 기판(Flexible substrate)으로 질화갈륨 기반의 발광다이오드를 전사하려는 시도가 진행되고 있다.
상기 발광 다이오드 전사 방법에는 질화갈륨(GaN) 박막층을 성장시킨 사파이어 기판과 질화갈륨 박막층을 분리하는 과정이 요구된다. 상기 사파이어 기판을 분리하기 위해, 주로 350nm 미만의 파장을 갖는 엑시머 레이저(eximer laser)로부터 조사되는 광을 사용하는 레이저 리프트 오프(Laser lift off, LLO) 공정을 이용한다. 이는, 레이저 리프트 오프 공정이 레이저 빔을 사파이어 기판에 통과시켜 사파이어 기판과 질화갈륨 기반의 발광 다이오드층의 접합계면에서 국소적인 열이 발생하게 되고, 이에 의해 사파이어 기판이 용이하게 분리될 수 있기 때문이다.
그러나, 상기와 같이 레이저 리프트 오프(LLO)를 사용하여 패터닝(patterning)된 질화갈륨 기반의 발광 다이오드층을 기판과 분리할 때, 강한 레이저 빔에 의해 발생하는 열적 스트레스에 의하여 원치 않는 손상이 발생할 수 있어, 이에 발광 다이오드의 레이아웃 설계가 제한될 수 있다.
또한, 질화갈륨 기반의 발광 다이오드에 접착제를 사용하여 표적기판(target substrate)과 접착시켜 상기 질화갈륨 기반의 발광 다이오드를 전사할 때, 레이저가 상기 접착제에 영향을 줄 수 있어 질화갈륨 기반의 발광 다이오드와 표적기판의 접착력이 저하되는 현상이 발생할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 레이저 리프트 오프 공정을 이용하여 표적기판으로 발광 다이오드를 전사시, 레이저에 의해 발생하는 전사 수율의 저하요인을 최소화하는 데에 있다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은, 성장기판 상에 n-GaN층, 활성층, p-GaN층, 및 p형 전극이 순차적으로 적층된 복수 개의 발광 다이오드 소자층들을 형성하는 단계, 상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층들 사이의 이격 공간에 레이저 차단층을 형성하는 단계, 상기 레이저 차단층과 접착제가 형성된 표적기판을 접착시키는 단계, 및 레이저 리프트 오프 공정을 통해 상기 성장기판을 제거하여 상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층들을 상기 표적기판으로 전사하는 것을 특징으로 하는 레이저 차단층을 이용한 발광 다이오드의 전사방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 발광 다이오드 전사시 레이저 차단층을 이용함으로써, 원하지 않는 영역으로의 레이저 투과를 차단하여 발광 다이오드의 전사 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 레이저 차단층에 의해 발광 다이오드 소자층 이외의 영역에서의 성장기판과의 분리가 더욱 용이해질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 차단층을 이용한 발광 다이오드의 전사방법을 나타낸 플로우 챠트이다.
도 2 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 차단층을 이용한 발광 다이오드의 전사방법을 나타내고 있는 도면들이다.
도 8(a)는 레이저 차단층이 형성되지 않은 발광 다이오드, 및 도 8(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 차단층이 형성된 발광 다이오드의 각각의 레이저 리프트 오프 공정시 레이저의 흐름을 나타낸 이미지들이다.
도 9는 사파이어 기판 및 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 차단층이 형성된 사파이어 기판에 대한 빛의 파장에 따른 투과도를 비교한 도표이다.
도 10(a)는 레이저 차단층을 이용하지 않은 전사된 발광 다이오드의 이미지이며, 도 10(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 차단층을 이용한 발광 다이오드 이미지이다.
도 2 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 차단층을 이용한 발광 다이오드의 전사방법을 나타내고 있는 도면들이다.
도 8(a)는 레이저 차단층이 형성되지 않은 발광 다이오드, 및 도 8(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 차단층이 형성된 발광 다이오드의 각각의 레이저 리프트 오프 공정시 레이저의 흐름을 나타낸 이미지들이다.
도 9는 사파이어 기판 및 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 차단층이 형성된 사파이어 기판에 대한 빛의 파장에 따른 투과도를 비교한 도표이다.
도 10(a)는 레이저 차단층을 이용하지 않은 전사된 발광 다이오드의 이미지이며, 도 10(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 차단층을 이용한 발광 다이오드 이미지이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 내용을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 차단층을 이용한 발광 다이오드의 전사방법을 나타낸 플로우 챠트이다.
먼저, 성장기판 상에 n-GaN층, 활성층, p-GaN층, 및 p형 전극이 순차적으로 적층된 복수 개의 발광 다이오드 소자층들을 형성한다(S10)
상기 성장기판은 질화갈륨 반도체층(GaN층)을 형성할 수 있는 단결정(single crystal)으로 형성된 기판을 사용할 수 있다. 상기 단결정 기판은 사파이어 (Al2O3), 실리콘(Si), GaN, MgO, SiC, 또는 유리와 같은 다양한 기판일 수 있으나, 바람직하게는 사파이어 기판을 사용할 수 있다. 상기 사파이어 기판은 육방정 구조로 상기 사파이어 기판 상에 성장되는 GaN층과 결정학적 구조가 비슷하고, 융점이 높아 GaN층과 같이 고온증착 박막의 기판으로 적합할 수 있다.
상기 발광 다이오드 소자층은 상기 발광 다이오드 소자층과 연결된 전극에 의해 순방향으로 전압이 인가될 때, 전도대의 전자와 가전자대의 정공이 재결합을 위해 천이되면서 그 에너지만큼 빛으로 변환되어 단파장광(monochromatic light)이 방출되는 전기발광효과를 이용한 다이오드로 구성되는 발광 다이오드 소자층일 수 있다. 상기 발광 다이오드 소자층은, n-GaN층, 활성층, 및 p-GaN층, 및 p형 전극을 순차적으로 적층하여 구성할 수 있으며 상기 발광 다이오드 소자층은 상기 성장 기판 상에 복수 개를 형성할 수 있다. 즉, 상기 발광 다이오드 소자층들이 일정 간격을 두고 서로 이격하여 상기 성장기판 상에 복수 개가 배치되어 있는 구조를 가질 수 있다. 상기 발광 다이오드 소자층이 표적기판으로 전사된 후에, 상기 n-GaN층의 노출된 영역 상에 n형 전극을 추가적으로 구성할 수 있다.
상기 n-GaN층은 상기 성장기판 상에 형성할 수 있으며, n형 불순물이 도핑된 GaN층(질화갈륨층)으로서 활성층에 전자(electron)를 공급할 수 있다. 상기 n형 불순물은, 실리콘(Si), 셀레늄(Se), 탄소(C), 또는 게르마늄(Ge)을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 실리콘(Si)을 사용할 수 있다. 상기 n형 불순물의 도핑농도는 제작하고자 하는 소자의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 순방향 동작 전압을 낮추기 위하여 1x10-1Ωcm이하가 되는 것이 바람직할 수 있다.
상기 n-GaN층과 상기 성장기판 사이에 버퍼층을 더 포함할 수도 있다. 상기 버퍼층은 상기 성장기판과 상기 n-GaN층의 격자 부정합을 완화하기 위하여 구성한 것일 수 있다. 상기 버퍼층은 불순물이 도핑되지 않은 Si, ZnO, SiC, GaAs, AIN 및 GaN 중 선택되는 어느 하나의 물질로 형성할 수 있다. 상기 성장기판으로 사파이어 기판을 사용하는 경우 상기 버퍼층은 도전성 물질로 형성할 수도 있다.
상기 활성층은 상기 n-GaN층 상에 형성할 수 있다. 상기 활성층은 발광 다이오드 소자층에 있어서 빛을 방출하는 영역일 수 있다. 상기 활성층은 InxAlyGa1 -x-yN(0≤x<1, 0≤y<1 그리고 0≤x+y<1)의 일반식으로 나타낼 수 있는 질화물계 반도체층일 수 있다. 상기 활성층은 질화 알루미늄, 질화 갈륨 및 질화인듐과 같은 2원계와 질화갈륨-알루미늄 및 질화갈륨-인듐과 같은 3원계를 포함할 수 있다. 상기 활성층은 양자 우물층(well layer)과 장벽층(barrier layer)이 반복적으로 형성된 다중양자우물(multi-quantum well, MQW)구조 또는 단일양자우물 구조를 가질 수 있다.
상기 p-GaN층은 상기 활성층 상에 형성할 수 있으며, 상기 p-GaN층은 p형 불순물이 도핑된 GaN층으로서 활성층에 정공(hole)을 공급할 수 있다. 상기 p형 불순물은 마그네슘(Mg), 베릴륨(Be), 아연(Zn), 또는 바륨(Ba)을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 마그네슘(Mg)을 사용할 수 있다.
상기 n-GaN층, 활성층, 및 p-GaN층은 일반적인 발광 다이오드 증착방법을 이용할 수 있으며, 예를 들어, 금속유기화학기상증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:MOCVD), 수소화물 기상성장법(Hydride Vapor Phase Epitaxy, HVPE), 또는 분자선 성장법(Molecular Beam Epitaxy, MBE) 등의 방법으로 형성할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 p형 전극은 상기 p-GaN층 상에 형성할 수 있으며, 상기 p형 전극은 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 백금(Pt), 탄탈륨(Ta), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 또는 이들 중 선택되는 2종 이상의 금속의 합금 중에서 선택되는 하나를 포함할 수 있다.
상기 성장기판 상에 상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층들을 형성하는 단계 이후에, 상기 p형 전극이 형성된 영역을 제외한 상기 발광 다이오드 소자층들의 노출된 영역 상에 절연층을 형성하는 단계가 더 포함될 수 있다. 상기 절연층(passivation layer)은 상기 발광 다이오드 소자층의 구조적 안정성 및 누설 전류 방지 등의 목적을 위하여 구성하는 것으로서, 기계적 물성이 강하거나 절연성이 높은 물질로 형성할 수 있다. 상기 절연층은 SiO2, SiN, HfO2, Al2O3, TiO2 , 금속산화물, 및 금속질화물 중 선택되는 어느 하나의 물질로 형성할 수 있다.
상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층들 사이의 이격 공간에 레이저 차단층을 형성한다(S20).
상기 레이저 차단층(Laser Blocking Layer)은 상기 발광 다이오드 소자층들 사이의 이격 공간에 형성될 수 있고, 상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층들의 상부 표면에도 형성되는 것을 포함할 수 있다. 이에, 상기 레이저 차단층은 성장기판 상에 노출된 상기 발광 다이오드 소자층들 전체를 둘러싸며 커버하는 형태로 형성될 수 있다. 또한, 상기 레이저 차단층의 형성 단계에서 상기 발광 다이오드 소자층들의 p형 전극이 형성된 영역을 제외한 상기 발광 다이오드 소자층들의 노출된 영역 상에 절연층을 더 포함하는 경우, 상기 절연층 상에도 상기 레이저 차단층이 형성될 수 있다. 상기 레이저 차단층은 추후 상기 발광 다이오드 소자층들의 전사를 위한 레이저 리프트 오프 공정시, 레이저가 레이저 투과를 원하지 않는 영역으로 침투하게 됨으로써, 발광 다이오드 소자층들의 구조적 안정성이 감소되고, 다른 역할층들(접착제 및 고분자 지지층)의 물성에 영향을 줄 수 있는 레이저의 침투범위를 제어할 수 있는 층일 수 있다.
상기 레이저 차단층은 Cr, Au, Al, Ag, Ti, In, Sn, Zn, Pd, Pt, Ni, Mo, W, 또는 이들의 합금 중 선택되는 어느 하나의 금속층일 수 있다. 상기 레이저 차단층은 레이저 리프트 오프 공정시 사용되는 레이저의 종류에 따라 금속층의 종류를 달리하여 구성할 수 있다. 또한, 상기 레이저 차단층은 성장기판으로부터 발광 다이오드 소자층들이 분리될 때 레이저에 의해 함께 제거될 수 있는 희생층의 역할을 할 수 있어, 성장 기판 분리를 더욱 효율적으로 수행할 수 있다. 효과적으로 분리될 수 있도록 레이저에 의해 제거될 수 있는 희생층의 역할을 할 수 있다.
상기 레이저 차단층은 0.01㎛ 내지 3㎛의 두께로 형성할 수 있다. 상기 레이저 차단층이 0.01㎛ 이하인 경우, 레이저 리프트 오프 공정시 성장기판의 분리보다 빠르게 제거되며 레이저 차단 역할을 수행하기 어려울 수 있다. 또한, 상기 레이저 차단층이 3㎛ 이상인 경우, 표적기판으로 전사 후 상기 레이저 차단층을 식각하는 식각효율이 저하될 수 있어 제조공정 시간이 증가될 수 있다.
상기 레이저 차단층을 형성하는 방법은, 일반적인 금속박막층 형성방법인 물리적 기상증착법(Physical Vapor deposition, PVD), 화학적 기상증착법(Chemical Vapor deposition, CVD), 전자빔 열 증발법(e-beam thermal evaporation), 및 스퍼터링(sputtering)법 중 선택되는 어느 하나의 방법으로 수행할 수 있다.
상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층들 사이의 이격 공간에 레이저 차단층을 형성하는 단계 이후에, 상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층들 사이에 고분자 지지층을 충진하여 상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층들의 표면 편평도를 유지할 수 있다. 상기 고분자 지지층(polymer supportty layer)은 에폭시(Epoxy)계 고분자, 아크릴(Acryl)계 고분자, 폴리이미드(poly-imide)계 고분자, 또는 이들 중 2종 이상의 혼합고분자 물질 중 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 고분자 지지층을 상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층들 사이에 형성함으로써, 상기 성장기판 상에 형성된 상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층들의 표면이 편평해질 수 있다.
이에, 상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층들이 표적기판으로 전사될 때, 상기 표적기판 및 상기 표적기판에 형성된 접착제와의 접착표면을 넓어질 수 있고, 접착 표면이 편평해 질 수 있게 함으로써 접착력을 향상시키고 안정된 접착 구조를 가질 수 있다. 이를 통해, 상기 표적기판으로의 상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층들의 전사수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 레이저 리프트 오프 공정 수행시 상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층들에 가해질 수 있는 기계적 충격 또는 스트레스를 완화시킬 수 있는 효과를 가질 수 있다.
상기 레이저 차단층과 접착제가 형성된 표적기판을 접착시킨다(S30).
상기 접착제는 전도성 접착제로서, 실리콘 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지 또는 이들 수지와 금속을 배합한 혼합물 중 선택되는 어느 하나를 포함하는 열경화성 수지일 수 있다. 전도성 접착제는 전기전도성을 가진 접착제로서, 상기 표적기판 상에 형성하여 상기 레이저 차단층과 상기 표적기판을 접착시킬 수 있다. 상기 접착제는, 예를 들어, 에폭시 수지를 바인더로 사용하여 은 입자를 충진제로 배합한 열경화성 수지일 수 있다.
상기 표적기판(target substrate)은 고분자 물질의 유연기판 및 열 전도율 또는 전기 전도율이 높은 기판 중 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 표적기판 중 고분자 물질의 유연기판은 기판의 이동이 요구되거나 발광 소자들이 장착되기 위해 유연하게 대응할 수 있는 기판을 의미하는 것으로서, 잘 휘어지는 연성을 가질 수 있다. 상기 유연기판은, 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리이미드(PI), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 및 폴리에틸렌술폰(PES), 폴리프로필렌테레프탈레이트(PPT), 폴리에틸렌테레프탈레이트글리세롤(PETG), 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리다이메틸실론세인(PDMS), 실리콘수지, 및 불소수지 중 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 표적기판 중 열 전도율 또는 전기 전도율이 높은 기판은, 예를 들어, 열 전도성, 전기 전도성이 높은 금속으로 이루어진 금속 기판이나, 질화알루미늄(AlN) 기판, 또는 질화규소(Si3N4) 기판 등일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 표적기판 상에 상기 접착제를 형성하여 상기 레이저 차단층과 접착시킴으로써, 상기 표적기판 상에 상기 레이저 차단층에 둘러싸여 배치되어 있는 복수 개의 발광 다이오드 소자층들이 상기 표적기판으로 전사될 수 있다.
레이저 리프트 오프 공정을 통해 상기 성장기판을 제거하여 상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층들을 상기 표적 기판으로 전사한다(S40).
상기 레이저 리프트 오프 공정은 상기 성장기판에 레이저 빔을 조사하면 상기 성장기판과 상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층들의 접합 계면을 중심으로 레이저 광이 흡수되면서, 상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층들의 온도가 상기 성장기판의 온도에 비해 상승하게 될 수 있다. 이에, 상기 성장기판과 상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층들 사이의 접합계면의 화학결합이 깨지며 상기 성장기판이 분리되는 것일 수 있다. 상기 레이저 리프트 오프 공정에 의해 상기 성장기판이 상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층들과 분리되어 제거되면서 상기 표적기판으로 상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층들의 전사가 수행될 수 있다.
상기 레이저 리프트 오프 공정 수행시 상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층들과 상기 성장기판의 접합계면 이외에 상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층들이 없는 영역에 입사되는 레이저는 상기 성장기판을 통과하여 상기 고분자 지지층 및 상기 접착제 등의 다른 층에 도달할 수 있다. 이와 같이 원하지 않는 영역으로 레이저가 침투됨으로써 상기 고분자 지지층 및 상기 접착제의 물성에 영향을 줄 수 있다. 이러한 종래의 문제점을 개선하기 위해, 본 발명에서 구성한 레이저 차단층을 이용하여 레이저 투과를 원하지 않는 영역으로 레이저가 투과되지 않게 차단함으로써 상기 고분자 지지층 및 상기 접착제를 보호할 수 있다.
도 2 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 차단층을 이용한 발광 다이오드의 전사방법을 나타내고 있는 도면들이다.
도 2를 참조하면, 성장기판(100) 상에 n-GaN층(210), 활성층(220), p-GaN층(230), 및 p형 전극(240)이 순차적으로 적층된 복수 개의 발광 다이오드 소자층(200)을 형성할 수 있다.
도 3을 참조하면, 성장기판(100) 상에 형성된 복수 개의 발광 다이오드 소자층들(200)의 p형 전극(240)이 형성된 영역을 제외한 상기 발광 다이오드 소자층들(200)의 노출된 영역 상에 절연층(300)을 형성할 수 있다. 복수 개의 상기 발광 다이오드 소자층(200)들 사이의 상기 발광 다이오드 소자층(200)이 없는 상기 성장기판(100) 상부 영역에도 절연층(300)을 형성할 수 있다. 상기 절연층은 SiO2, SiN, HfO2, Al2O3, TiO2 , 금속산화물, 및 금속질화물 중 선택되는 어느 하나의 물질로 형성할 수 있다.
도 4를 참조하면, 성장기판(100) 상에 형성된 복수 개의 발광 다이오드 소자층들(200)의 p형 전극(240)을 제외한 영역을 둘러싸고 있는 절연층(300) 및 p형 전극(240)을 포함하는 상기 성장기판(100) 상에 노출된 모든 영역에 레이저 차단층(400)을 형성할 수 있다. 상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층들(200)이 없는 상기 성장기판(100) 상부 영역에 형성된 절연층(300) 상에도 상기 레이저 차단층(400)을 형성할 수 있다. 상기 레이저 차단층은 0.01㎛ 내지 3㎛의 두께로 형성할 수 있으며, Cr, Au, Al, Ag, Ti, In, Sn, Zn, Pd, Pt, Ni, Mo, W, 또는 이들의 합금 중 선택되는 어느 하나의 금속층일 수 있다.
도 5를 참조하면, 복수 개의 발광 다이오드 소자층(200)들 사이에 상기 발광 다이오드 소자층(200)이 없는 영역을 충진하기 위해 성장기판(100) 상에 형성된 복수 개의 발광 다이오드 소자층(200)들 및 절연층(300)을 둘러싸고 있는 레이저 차단층(400)들 사이에 고분자 지지층(500)을 형성할 수 있다. 이로 인해, 상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층(200)들의 이격 공간이 충진됨으로써 상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층(200)들의 전체 상단 표면의 편평도를 유지할 수 있다. 상기 고분자 지지층(500)은 상기 p형 전극(240) 상에 형성된 레이저 차단층(400)을 제외한 모든 레이저 차단층(400) 상에 형성될 수 있다. 상기 고분자 지지층(polymer supportty layer)은 에폭시(Epoxy)계 고분자, 아크릴(Acryl)계 고분자, 폴리 이미드(poly-imide)계 고분자, 또는 이들 중 2종 이상의 혼합고분자 물질 중 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 6을 참조하면, 표적기판(700) 상에 접착제(600)를 형성하여 고분자 지지층(500) 및 레이저 차단층(400)과 접착시켜 복수 개의 발광 다이오드 소자층(200)들이 상기 표적기판(700)에 전사될 수 있도록 할 수 있다. 상기 접착제는 전도성 접착제로서, 실리콘 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지 또는 이들 수지와 금속을 배합한 혼합물 중 선택되는 어느 하나를 포함하는 열경화성 수지일 수 있다.
도 7을 참조하면, 표적기판(700) 상에 접착되어 있는 복수 개의 발광 다이오드 소자층(200)들에서 성장기판(100)을 분리하기 위해 레이저 리프트 오프 공정을 수행할 수 있다. 레이저에 의해 성장기판(100)이 분리되면서 복수 개의 상기 발광 다이오드 소자층(200)들이 상기 표적기판(700)으로 전사될 수 있다.
도 8(a)는 레이저 차단층이 형성되지 않은 발광 다이오드, 및 도 8(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 차단층이 형성된 발광 다이오드의 각각의 레이저 리프트 오프 공정시 레이저의 흐름을 나타낸 이미지들이다.
도 8(a)를 참조하면, 레이저 차단층이 형성되지 않은 발광 다이오드에 레이저빔(laser beam)이 조사되면 전사를 위해 기판이 분리되어야 하는 성장기판(100)과 복수 개의 발광 다이오드 소자층들(200)의 접합계면 영역(Region A) 뿐만 아니라 복수 개의 발광 다이오드 소자층들(200)이 없는 영역(Region B)에도 레이저가 침투되는 것을 확인할 수 있다. 복수 개의 발광 다이오드 소자층들(200)이 없는 영역(Region B)에 침투된 레이저는 표적기판(700)과 상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층들(200)을 접착시키는 접착제(600)의 물성에 영향을 줄 수 있다. 이에, 상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층들(200)과 상기 표적기판(700)의 접착력의 감소되면서 전사 수율을 저하시킬 수 있다.
또한, 복수 개의 발광 다이오드 소자층들(200)이 없는 영역(Region B)에 있는 고분자 지지층(500)도 레이저의 영향을 받을 수 있어, 고분자 지지층(500)에 의해 편평도를 유지하며 복수 개의 발광 다이오드 소자층들(200)을 보호하는 구조적 안정성이 감소할 수 있다.
반면, 도 8(b)를 참조하면, 레이저 차단층(400)이 형성된 발광 다이오드에 조사된 레이저빔이 레이저 차단층에 의해 차단되면서 복수 개의 발광 다이오드 소자층들(200)이 없는 영역(Region B)에는 침투하지 않는 것을 확인할 수 있다. 이에, 레이저 차단층(400)에 의해 복수 개의 발광 다이오드 소자층들(200)이 없는 영역(Region B)에 있는 접착제(600) 및 고분자 지지층(500)에 영향을 주지 않아 각 층의 물성을 유지할 수 있다. 또한, 상기 레이저 차단층(400)은 레이저에 의해 기화, 증발(ablation)되어 제거될 수 있고, 이에, 복수 개의 발광 다이오드 소자층들(200) 뿐만 아니라 복수 개의 발광 다이오드 소자층들(200)이 없는 영역(Region B)에 있는 접착제(600) 및 고분자 지지층(500)도 성장기판(100)으로부터 쉽게 분리될 수 있도록 할 수 있다.
이를 통해, 본 발명은 레이저 차단층을 이용하여 발광 다이오드를 전사함으로써, 전사시 레이저의 영향이 성장기판의 분리에만 집중될 수 있게 함으로써, 발광 다이오드의 전사 수율(transfer yield)을 높일 수 있는 효과를 가질 수 있다.
도 9는 사파이어 기판 및 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 차단층이 형성된 사파이어 기판에 대한 빛의 파장별 투과도를 비교한 도표이다.
도 9를 참조하면, 일반적인 사파이어 기판은 248nm의 레이저 파장에서 80% 이상의 투과도(transmittance)를 보이는 것을 확인할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라 레이저 차단층으로 크롬(Cr)이 형성된 사파이어 기판은 파장에 관계없이 투과도가 거의 0%에 가까워 레이저가 거의 투과하지 않는 것을 알 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따라 레이저 차단층으로 크롬(Cr)과 금(Au)을 함께 형성한 사파이어 기판도 레이저가 거의 투과되지 않는 것을 확인할 수 있다.
이는, 본 발명의 레이저 차단층의 레이저 차단 효과를 나타내는 것으로, 즉, 사파이어 기판 상에 형성된 레이저 차단층은 기판과 복수 개의 발광 다이오드 소자층들의 접합 계면 이외의 영역에 형성되어 있으므로, 레이저 차단층에 의해 복수 개의 발광 다이오드 소자층들 이외의 영역에 레이저를 차단할 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 10(a)는 레이저 차단층을 이용하지 않은 전사된 발광 다이오드의 이미지이며, 도 10(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 차단층을 이용한 발광 다이오드 이미지이다.
도 10(a)를 참조하면, 레이저 차단층을 이용하지 않은 전사된 발광 다이오드의 전사상태가 좋지 않은 것을 확인할 수 있다. 이는, 복수 개의 발광 다이오드 소자층들과 표적기판 사이의 접착제가 많이 손상된 것으로 추정할 수 있다. 즉, 전사를 위한 레이저 리프트 오프 공정시 레이저의 영향을 받아 접착제의 물성이 저하되면서 접착력이 낮아져 전사 수율이 낮아진 것을 의미할 수 있다.
도 10(b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 차단층을 이용한 발광 다이오드는 손상이 없이 표적기판으로 전사가 잘 된 것을 확인할 수 있다. 이는, 레이저 차단층에 의해 표적기판과의 접착을 도와주는 접착제의 물성이 확보되면서 접착력을 유지할 수 있어 표적기판으로의 전사 수율이 향상된 것을 의미할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100: 성장기판
200: 복수 개의 발광 다이오드 소자층들
210: n-GaN층 220: 활성층
230: p-GaN층 240: p형 전극
300: 절연층 400: 레이저 차단층
500: 고분자 지지층 600: 접착제
700: 표적기판
210: n-GaN층 220: 활성층
230: p-GaN층 240: p형 전극
300: 절연층 400: 레이저 차단층
500: 고분자 지지층 600: 접착제
700: 표적기판
Claims (8)
- 성장기판 상에 n-GaN층, 활성층, p-GaN층, 및 p형 전극이 순차적으로 적층된 복수 개의 발광 다이오드 소자층들을 형성하는 단계;
상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층들 사이의 이격 공간에 레이저 차단층을 형성하는 단계;
상기 레이저 차단층과 접착제가 형성된 표적기판을 접착시키는 단계; 및
레이저 리프트 오프 공정을 통해 상기 성장기판을 제거하여 상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층들을 상기 표적기판으로 전사하는 것을 특징으로 하는 레이저 차단층을 이용한 발광 다이오드의 전사방법. - 제1항에 있어서,
상기 성장기판 상에 상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층들을 형성하는 단계 이후에,
상기 p형 전극이 형성된 영역을 제외한 상기 발광 다이오드 소자층들의 노출된 영역 상에 절연층을 형성하는 단계가 더 포함되고,
상기 레이저 차단층의 형성 단계에서 상기 절연층 상에도 상기 레이저 차단층이 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 전사방법. - 제1항에 있어서,
상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층들 사이의 이격 공간에 레이저 차단층을 형성하는 단계는,
상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층들의 상부 표면에도 형성됨을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 전사방법. - 제1항에 있어서,
상기 레이저 차단층은 Cr, Au, Al, Ag, Ti, In, Sn, Zn, Pd, Pt, Ni, Mo, W, 또는 이들의 합금 중 선택되는 어느 하나의 금속층인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 전사방법. - 제1항에 있어서,
상기 레이저 차단층은 0.01㎛ 내지 3㎛의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 전사방법. - 제1항에 있어서,
상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층들 사이의 이격 공간에 레이저 차단층을 형성하는 단계 이후에,
상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층들 사이에 고분자 지지층을 충진하여 상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층들의 표면 편평도를 유지하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 전사방법. - 제1항에 있어서,
상기 접착제는 전도성 접착제로서, 실리콘 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지 또는 이들 수지와 금속을 배합한 혼합물 중 선택되는 어느 하나를 포함하는 열경화성 수지인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 전사방법. - 제1항에 있어서,
상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층들을 상기 표적기판으로 전사하는 단계는,
상기 복수 개의 발광 다이오드 소자층들 사이의 레이저 차단층이 제거됨을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 전사방법.
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