KR20160126348A - 이종 발광 구조체의 집적화 방법 - Google Patents

이종 발광 구조체의 집적화 방법 Download PDF

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Abstract

서로 다른 기판 위에 성장된 각각 상이한 파장대의 빛을 발광하는 발광 구조체들을 전도성 투명 접합층을 이용하여 수직으로 접합하고, 어느 하나의 성장기판을 제거하는 단계; 상기 발광 구조체들을 각각 패터닝하는 단계; 상기 패터닝된 발광 구조체들 각각의 상부면에 전극을 형성하는 단계; 및 최하부에 위치한 발광 구조체의 성장기판 하부면에 또 다른 전극을 형성하는 단계를 포함하는, 이종 발광 구조체의 집적화 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 서로 상이한 빛을 발광하는 이종의 발광 구조체를 하나의 기판에 집적하여 간단한 공정으로 다양한 빛을 발광하는 발광 구조체를 제조할 수 있다.

Description

이종 발광 구조체의 집적화 방법{METHOD FOR INTEGRATING DIFFERENT KIND OF LIGHT EMITTING STRUCTURE}
본 발명은 이종 발광 구조체의 집적화 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 서로 상이한 파장대의 빛을 발광하는 이종 발광 구조체의 집적화 방법에 관한 것이다.
무기물 기반의 발광 다이오드 (light emitting diode, LED)는 낮은 소비 전력으로 높은 내부 양자 효율을 얻을 수 있어 고성능의 고체조명으로 널리 각광받고 있다. 더불어 LED는 적절한 빛의 세기, 파장 선택의 자유도, 저발열, 소형화 가능성 및 높은 내구성으로 인해 의료용 치료 기기의 광원이나 디스플레이의 화소로서도 주목받고 있다.
그러나 빛의 3원색 (적, 녹, 청)을 발광하는 LED를 한 기판에 집적하는 기술의 부재로 그의 응용 분야 확장이 제한적이다. LED의 집적화가 어려운 이유는 장파장대에서의 고효율 LED와 단파장대에서의 고효율 LED의 성장 기판이 상이하기 때문인데, 고품질의 박막 (film)을 얻기 위해서 각각 상이한 기판을 사용하고 있어 다른 파장을 발광하는 물질들을 하나의 기판에 집적하기가 어렵다.
특허문헌 1에 따르면, 하나의 기판 상에 635~780㎚의 파장 영역을 가지는 Ⅲ-Ⅳ족 화합물 반도체로 이루어지는 제 1 발광부와, 상기 제 1 발광부 위에 450~550㎚의 파장 영역을 가지는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체로 이루어지는 제 2 발광부를 적층하여 성장시킴으로써 백색 발광 다이오드를 제조하는 방법을 개시하고 있다.
특허문헌 1에서와 같이 다른 파장의 빛을 발광하는 활성층 (Active layer)을 하나의 기판에 적층하여 성장시키게 되면 색의 변조 범위가 협소하고 외부 인가 전압 (bias)에 따라 발광 피크가 변해 단일 파장에서의 광 세기 변화가 어려운 실정이다.
따라서 다른 파장을 발광하는 LED를 하나의 기판에 집적하고 일반적인 박막 제조 공정 (thin film process)을 사용하여 다양한 빛을 효율적으로 발광할 수 있는 LED 제작 기술이 필요하다.
한국 공개특허번호 제2001-0110916호
본 발명의 일 측면은 상이한 파장대의 빛을 발광하는 이종의 발광 구조체를 하나의 기판에 집적하여 다양한 빛을 발광할 수 있는 발광 구조체 제조 기술을 제시하고자 한다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은, 서로 다른 기판 위에 성장된 각각 상이한 파장대의 빛을 발광하는 발광 구조체들을 전도성 투명 접합층을 이용하여 수직으로 접합하고, 어느 하나의 성장기판을 제거하는 단계; 상기 발광 구조체들을 각각 패터닝하는 단계; 상기 패터닝된 발광 구조체들 각각의 상부면에 전극을 형성하는 단계; 및 최하부에 위치한 발광 구조체의 성장기판 하부면에 또 다른 전극을 형성하는 단계를 포함하는, 이종 발광 구조체의 집적화 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 서로 상이한 빛을 발광하는 이종의 발광 구조체를 하나의 기판에 집적하여 간단한 공정으로 다양한 빛을 발광하는 발광 구조체를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른, 이종 발광 구조체의 집적화 방법을 순서대로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시형태에 따른, 이종 발광 구조체의 집적화 방법을 순서대로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시형태에 따른, 이종 발광 구조체의 집적화 방법을 순서대로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 집적된 이중 파장 LED의 현미경 이미지(a)와 실제 발광 이미지(b~d)이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 이종 발광 구조체의 입력 전류 변화에 따른 색좌표 변화를 나타내는 그래프(a)와 각각의 색좌표에 상응하는 전계발광 스펙트럼(b)이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본 명세서에서 "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 발명은 서로 다른 파장의 발광 구조체를 접합하고 전사함으로써 다양한 빛을 발광하는 이종 발광 구조체의 집적화 방법에 관한 것이다.
구체적으로, 상기 이종 발광 구조체의 집적화 방법은, 서로 다른 기판 위에 성장된 각각 상이한 파장대의 빛을 발광하는 발광 구조체들을 전도성 투명 접합층을 이용하여 수직으로 접합하고, 어느 하나의 성장기판을 제거하는 단계; 상기 발광 구조체들을 각각 패터닝하는 단계; 상기 패터닝된 발광 구조체들 각각의 상부면에 전극을 형성하는 단계; 및 최하부에 위치한 발광 구조체의 성장기판 하부면에 또 다른 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 접합에 사용되는 발광 구조체들 각각은, 하나의 발광 구조체로 이루어지거나, 복수의 발광 구조체가 전도성 투명 접합층을 통하여 적층된 형태일 수 있다.
즉, 본 발명의 제1 실시형태에 따르면, 제1 성장기판에 제1 발광 구조체를 성장시킨 것과, 제2 성장기판에 제2 발광 구조체를 성장시킨 것을 준비하여, 상기 제1 발광 구조체에 상기 제2 발광 구조체를 수직으로 접합한 후 상부에 위치한 제2 성장기판을 제거할 수 있다. (도 1 참조)
또는, 본 발명의 제2 실시형태 및 제3 실시형태에 따르면, 상기 제1 실시형태와 구성이 동일하나, 상기 제1 발광 구조체 및 제2 발광 구조체 중 적어도 하나가 복수의 발광 다이오드(또는 발광 구조체)가 적층된 형태일 수 있다. (도 2 및 도 3 참조) 상기 복수의 발광 다이오드(또는 발광 구조체)는 전도성 투명 접합층을 통하여 적층된 것일 수도 있으나, 반드시 그러한 것은 아니다.
본 발명의 제1 실시형태에 따른 이종 발광 구조체의 집적화 방법은 도 1의 (a) 내지 (f)의 공정도를 통하여 확인할 수 있다.
먼저, 제1 기판(101) 상에 성장된 제1 발광 구조체(102)와 제2 기판(201) 상에 성장된 제2 발광 구조체(202)를 준비하여, 상기 제1 발광 구조체(102)와 상기 제2 발광 구조체(202)를 수직으로 접합한다.
이때, 상기 제1 발광 구조체(102)와 상기 제2 발광 구조체(202)는 상이한 파장대의 빛을 발광하는 것이며, 각각 n-클래드층(102a, 202a), 활성층(102c, 202c) 및 p-클래드층(102b, 202b)이 순차적으로 적층되어 구성될 수 있다. 상기 n-클래드층(102a, 202a), 활성층(102c, 202c) 및 p-클래드층(102b, 202b)은 통상의 금속유기 화학기상증착(MOCVD), 분자선 성장(MBE) 또는 수소화물 기상 성장(HVPE) 방법에 의해 결정성장시켜 형성될 수 있다.
상기 각 파장대에서 발광하는 발광 구조체의 각 층이 고효율로 성장할 수 있는 기판의 종류는 상이하므로, 발광 구조체의 종류에 따라, 성장기판은 달라질 수 있다.
이때 각 층의 조성물은 자외선 영역에서 가시광선 영역에 해당하는 파장 영역에서 선택되는 파장을 구현하기에 적합한 GaN계 화합물로서, 상기 n-클래드층 및 p-클래드층은 GaN층 또는 AlGaN층, 상기 활성층은 GaN층 또는 InGaN층으로 각각 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이와 같이 GaN을 중심으로 하여 InN, AlN 등을 포함하는 3원 또는 4원 혼정계를 사용하여 제작되는 GaN계 발광 구조체는 넓은 밴드갭 에너지에 의해 자외선영역에서 청색 영역으로 이어지는 단파장의 발광파장을 제공하고. 활성층으로 이용되는 InGaN의 경우 Ga와 치환되는 In의 몰비가 증가될수록 밴드갭 에너지가 감소하여 보다 긴 발광파장을 구현할 수 있다. 또한, GaN계와 같이 넓은 에너지 밴드갭을 갖는 화합물은 첨가된 불순물(이하 도펀트라 함)에 의해 형성되는 불순물 준위 사이에서도 고효율의 발광천이가 발생하기 때문에 Zn 또는, Si와 같은 도펀트를 활성층에 첨가하게 되면 0.5 내지 0.6eV정도 작은 불순물 준위가 형성되고. 이 에너지갭에 해당하는 발진파장을 얻을 수 있다.
상기 제1 발광 구조체(102)와 제2 발광 구조체(202)를 수직으로 접합하기 위해서 상기 제1 발광 구조체(102)와 제2 발광 구조체(202) 사이에 전도성 투명 접합층(300)을 개재하여 접합을 수행할 수 있다. 가령, 상기 제2 기판(201) 상에 성장된 제2 발광 구조체(202) 상에 전도성 투명 접합층(300)을 형성하고 나서 이를 매개로 상기 제1 발광 구조체(102)에 접합할 수 있다.
이종 물질을 수직으로 안정하게 접합하기 위해서는, 전기적, 광학적 측면이 고려된 접합 물질이어야 한다. 두 물질에 바이어스(bias)를 인가하기 위해서는 전기적으로 전도도가 큰 물질이어야 하며, 두 물질과의 오믹 접합도 필요하다. 더불어 아래에 위치한 제1 발광 구조체(102)로부터 발생한 빛이 접합 물질에 의해 간섭받지 않아야 하므로 광학적으로 투명해야 한다. 이러한 조건을 만족시키는 전도성 투명 물질로는 알루미늄, 니켈, 코발트, 동, 철, 금, 은, 로듐, 팔라듐, 백금, 아연, 산화인듐주석, 산화인듐아연 및 산화주석 중 적어도 하나의 원소의 입자들로 구성된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는, ITO, ZnO 을 들 수 있다.
이러한 무기물 기반의 투명 전도 접합 물질은 제1 발광 구조체(102)와 제2 발광 구조체(202) 사이에 공통 전극을 제공할 수 있어 전체적인 배선 구조를 단순화할 수 있으며, 완성된 소자 구동시 발생되는 전기적, 열적 스트레스에 대해서도 내구성을 가진다.
상기 제1 발광 구조체(102)와 제2 발광 구조체(202)를 수직으로 접합하는 단계는 용융 접합(fusion bonding), 양극 접합(anodic bonding), 또는 공융 접합(eutectic bonding)에 의하여 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 않으며, 상이한 물질들을 효과적으로 접합할 수 있는 방법이라면 적용될 수 있다. 접합에 의하여, 하나의 기판에 성장한 발광 구조체 박막이 다른 또 하나의 기판으로 전사될 수 있다.
상기 제1 발광 구조체(102)와 상기 제2 발광 구조체(202)를 수직으로 접합한 후, 제2 발광 구조체(202)의 성장기판, 즉 제2 기판(201)을 제거한다.
성장기판을 제거하는 것은 레이저 리프트 오프(Laser Lift-Off; LLO), 화학적 리프트 오프(Chemical Lift-Off; CLO), 화학적 식각, 그라운딩/랩핑(grounding/lapping) 등의 기계적 연마 또는 화학적 기계적 연마 등에 의해 수행될 수 있다.
레이저 리프트오프 공정은 성장기판에 레이저 광을 조사하면, 성장기판(201)과 제2 발광구조체(202) 사이의 계면에 국부적인 열이 발생되고, 이 열에 의해 질화갈륨 등으로 이루어진 제2 발광 구조체(202)의 표면이 갈륨과 질소가스로 분해, 용융되면서 성장기판(201)이 용이하게 분리된다.
화학적 리프트오프 공정은 수산화칼륨, 수산화나트륨, 플루오르산, 염화수소 또는 황산 등의 식각용액을 사용하여 이러한 식각용액이 제2 발광 구조체(202)와 성장기판(201) 간의 계면으로 침투하여 식각함으로써 제2 발광 구조체(202)로부터 성장기판(201)을 분리할 수 있다.
이와 같은 방법으로 하나의 기판에 수직으로 접합된 이종 발광 구조체들은 일반적인 박막 공정이 가능한 안정된 플랫폼이 제공되어 원하는 모양과 크기로 발광 구조체를 디자인할 수 있고 배선의 디자인에서도 자유도가 높아진다.
상기 제2 발광 구조체(202)의 성장기판(201)을 제거한 후, 상기 제2 발광 구조체(202) 및 상기 제1 발광 구조체(102)를 각각 패터닝한다. 즉, 위에 위치한 제2 발광 구조체(202)를 먼저 패터닝하고, 이어서 아래에 위치한 전도성 투명 접합층(300) 및 제1 발광 구조체(102)를 패터닝할 수 있다. 상기 패터닝 작업은 메사식각에 의할 수 있으며, 전도성 투명 접합층(300) 및 제1 발광 구조체(102)의 p-클래드층(102b)에서 n-클래드층(102a)의 일부 영역까지 수직으로 식각할 수 있다.
이와 같은 식각과정을 수행하기 전에 소정 폭으로 마스크층을 각각 형성한 후 통상적인 ICP-RIE(Inductively coupled plasma-reactive ion etching)나 CAIBE(chemical assisted ion beam etching) 등에 의해 n-클래드층의 일부를 포함하는 깊이까지 식각할 수 있다.
원하는 모양으로 패터닝한 후, 전극을 형성한다.
제2 발광 구조체(202) 상부의 n-클래드층(202a)의 식각된 노출부분에 제2 전극(402)을, 전도성 투명 접합층(300)의 식각된 노출부분 또는 제1 발광 구조체(102) 상부에 제1 전극(401)을 형성한다. 또한, 상기 제1 발광 구조체(102)의 성장기판(101) 하부면에 제3 전극(403)을 형성한다.
구조물의 최상부에 위치한 상기 제2 전극(402)과 구조물의 최하부에 위치한 상기 제3 전극(403)은 각각 n형 전극으로 기능할 수 있으며, 무기물 기반의 상기 전도성 투명 접합층(300) 상에 형성된 제1 전극(401)은 공통 p형 전극으로 기능할 수 있다.
하부에 위치한 제1 발광 구조체(102)의 활성층에서 나오는 빛이 전도성 투명 접합층(300)과 상부에 위치한 제2 발광 구조체(202)를 통과할 수 있어야 하므로, 상기 제1 발광 구조체(102)가 상기 제2 발광 구조체(202)보다 더 긴 파장대의 빛을 발광하는 것이 바람직하다. 발광 파장은 상술한 바와 같이 발광 구조체를 구성하는 조성물 및 도펀트의 농도를 변화시킴으로써 조절 가능하다.
가령, 위와 같은 방법으로 제작된 이종 접합 발광 구조체는 제2 전극(402) 및 제3 전극(403)과 제1 전극(401)을 통해 캐리어를 주입하게 되면, 제2 발광 구조체(202)에서는 GaN 또는 InGaN에 해당하는 단파장의 빛을 방출하게 되고, GaN 또는 InGaN에 Zn 또는 Si가 도핑된 활성층을 갖는 제1 발광 구조체(102)에서는 제2 발광 구조체(202)보다 파장이 긴 빛을 방출하게 된다.
여기서, 상기 제1 발광 구조체(102)가 황색 발광체라면, 상기 제2 발광 구조체(202)는 청색 발광체일 수 있다. 특히, 청색과 황색은 보색 관계에 있으므로 별도의 형광체의 도입 없이도 백색광을 구현할 수 있다.
이와 같은 접합 및 전사 방법을 이용하면 이종 LED의 다중 적층을 통하여 도 2 내지 도 3과 같이 집적화할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 이종 발광 구조체의 집적화 방법을 나타낸다. 구체적으로, 단일 기판에 다른 파장을 발광하는 활성층이 적층된 형태의 LED와 또 다른 기판에 성장된 LED와의 직접화를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 제1 기판(101) 상에 성장된 제1 발광 구조체(102)와 제2 기판(201) 상에 성장된 제2 발광 구조체(202)를 준비하여, 상기 제1 발광 구조체(102)와 상기 제2 발광 구조체(202)를 전도성 투명 접합층(300)을 개입시켜 수직으로 접합한 후, 제2 기판(201)을 분리 제거한다. 그리고 나서, 각 발광 구조체들을 패터닝하고 패터닝된 발광 구조체들 각각의 상부면에 전극을 형성하며, 최하부에 위치한 발광 구조체의 성장기판 하부면에 또 다른 전극을 형성하는 구성은 제1 실시형태와 동일하다.
다만, 제2 발광 구조체(202)가 복수의 발광 다이오드가 적층된 형태인 것이 제1 실시형태와 차이가 난다. 즉, 도 2의 제2 발광 구조체(202)는 n-클래드층(202a), 제1 활성층(202c), p-클래드층(202b), 제2 활성층(202d) 및 n-클래드층(202e)로 구성된다. 따라서, 집적된 발광 구조물의 최상부에 위치한 제2 전극(402), 구조물의 최하부에 위치한 제3 전극(403) 및 무기물 기반의 상기 전도성 투명 접합층(300) 상에 형성된 제1 전극(401b) 이외에 추가적인 전극(401a)가 형성될 수 있다.
이때, 구조물의 최상부에 위치한 상기 제2 전극(402)과 구조물의 최하부에 위치한 상기 제3 전극(403)은 각각 n형 전극으로 기능할 수 있으며, 무기물 기반의 상기 전도성 투명 접합층(300) 상에 형성된 제1 전극(401b) 및 추가적인 전극(401a)은 발광 다이오드 구동을 위한 공통 전극으로 기능할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 이종 발광 구조체의 집적화 방법을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 먼저, 제3 기판(301) 상에 성장된 제3 발광 구조체(302)와 제2 기판(201) 상에 성장된 제2 발광 구조체(202)를 준비하여, 상기 제3 발광 구조체(302)와 상기 제2 발광 구조체(202)를 전도성 투명 접합층(300a)을 개입시켜 수직으로 접합한 후, 제2 기판(201)을 분리 제거한다. 이로써, 하나의 기판(301) 상에 복수의 발광 구조체(202, 302)가 적층된 형태가 이루어졌다.
다시, 상기 제2 발광 구조체(202) 위에 전도성 투명 접합층(300b)을 형성한 후, 제1 기판(101) 상에 성장된 제1 발광 구조체(102)와 수직 접합한 후, 제3 기판(301)을 분리 제거한다.
그리고 나서, 각 발광 구조체들을 패터닝하고 패터닝된 발광 구조체들 각각의 상부면에 전극을 형성하며, 최하부에 위치한 발광 구조체의 성장기판 하부면에 또 다른 전극을 형성하는 구성은 제1 실시형태와 동일하다.
따라서, 집적된 발광 구조물의 최상부에 위치한 제2 전극(402), 구조물의 최하부에 위치한 제3 전극(403) 및 무기물 기반의 상기 전도성 투명 접합층(300a, 300b) 상에 두 개의 제1 전극(401b, 401a)이 형성될 수 있다.
이때, 구조물의 최상부에 위치한 상기 제2 전극(402)과 구조물의 최하부에 위치한 상기 제3 전극(403)은 각각 n형 전극으로 기능할 수 있으며, 무기물 기반의 상기 전도성 투명 접합층(300) 상에 형성된 제1 전극(401b, 401a)은 공통 전극으로 기능할 수 있다.
이와 같이, 단일 기판에 성장된 다른 파장을 발광하는 이종 LED를 접합 및 전사를 통해 하나의 기판에 집적하는 방법을 통하여 집적된 발광 구조체 각각의 발광 파장을 조절하고 그 조합을 달리함으로써 디스플레이용 광원에 적합한 칼라를 구현할 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위한 예일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하지는 않는다.
[실시예]
사파이어 기판 상에 성장된 480nm의 GaN-based LED와 GaAs 기판 상에 성장된 590nm의 AlGaInP-based LED를 각각 준비한 후, 상기 GaN-based LED에 ITO 접합층을 증착한 후 웨이퍼 용융 접합기법을 이용하여 상기 GaN-based LED를 상기 AlGaInP-based LED에 수직으로 접합하였다.
그리고 나서, 상기 사파이어 기판을 레이저 리프트오프 방법으로 제거하였다. 일반적인 박막 공정을 이용하여 상기 GaN-based LED와 AlGaInP-based LED를 각각 패터닝하였다. 이후, GaN-based LED와 AlGaInP-based LED의 상부 및 상기 GaAs 기판 하부면에 전극을 형성하였다.
도 4(a)는 상기의 방법을 이용하여 제작된 수직으로 적층된 이중 파장 LED의 현미경 이미지를 보여 준다.
도 4(b)~(d)는 실제 발광이미지를 보여주며 도 4(b)는 GaN-based LED로부터 나오는 청색광을, 도 4(c)는 AlGaInP-based LED로부터 나오는 황색광을, 도 4(d)는 두 LED의 청색광과 황색광이 동시에 나오는 이미지를 보여주고 있다. 도 5(a)는 상기의 방법을 이용하여 제작된 LED에 입력 전류를 변화시키며 색좌표 (CIE 1931)의 변화를 확인한 그래프이고 각각의 색좌표에 상응하는 전계발광(EL) 스펙트럼은 도 5(b)에서 나타내고 있다. 도 5(a)에서 확인할 수 있듯이 GaN-based LED의 인가 전류는 고정하고 AlGaInP-based LED에 인가되는 전류만 증가시킴에 따라 색좌표가 청색지역에서 백색지역을 지나 황색지역으로 이동하는 것을 알 수 있다. 아울러 도 5(b)와 확인할 수 있듯이 황색의 EL 세기가 변해도 청색의 EL 세기가 변화하지 않는 특성은 두 빛의 세기를 개별적으로 조절할 수 있음을 보여주므로 인가전압에 의존하여 색이 변화한다는 기존의 여러 보고와 차별성이 있다.
본 발명은 하나의 기판에 성장하기 어려운 두 개 또는 여러 개의 이종물질을 웨이퍼 접합과 전사 프린팅 공정을 통하여 하나의 기판에 수직으로 집적함으로써 다양한 빛을 방출할 수 있는 고효율 무기물 LED 기반의 광소자에 적용하고자 고안되었다. 효과적으로 이종 물질을 집적시킬 수 있으므로 LED 뿐만 아니라 다른 전자 또는 광전 소자에서도 광범위하게 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

Claims (6)

  1. 서로 다른 기판 위에 성장된 각각 상이한 파장대의 빛을 발광하는 발광 구조체들을 전도성 투명 접합층을 이용하여 수직으로 접합하고, 어느 하나의 성장기판을 제거하는 단계;
    상기 발광 구조체들을 각각 패터닝하는 단계;
    상기 패터닝된 발광 구조체들 각각의 상부면에 전극을 형성하는 단계; 및
    최하부에 위치한 발광 구조체의 성장기판 하부면에 또 다른 전극을 형성하는 단계를 포함하는, 이종 발광 구조체의 집적화 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 서로 다른 기판 위에 성장된 각각 상이한 파장대의 빛을 발광하는 발광 구조체들을 전도성 투명 접합층을 이용하여 수직으로 접합하고, 상부에 위치한 성장기판을 제거하는 단계에서 사용된 상기 발광구조체들 각각은,
    하나의 발광 구조체로 이루어지거나, 복수의 발광 구조체가 적층된 형태인 것인, 이종 발광 구조체의 집적화 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 발광 구조체들 중 하부에 위치한 발광 구조체가 상부에 위치한 발광 구조체보다 더 긴 파장대의 빛을 발광하는 것인, 이종 발광 구조체의 집적화 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전도성 투명 접합층이 상기 발광 구조체들의 공통 전극으로 기능하는 것인, 이종 발광 구조체의 집적화 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 발광 구조체들을 전도성 투명 접합층을 이용하여 수직으로 접합하는 단계는 용융 접합(fusion bonding), 양극 접합(anodic bonding), 또는 공융 접합(eutectic bonding)에 의하여 수행되는 것인, 이종 발광 구조체의 집적화 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 상부에 위치한 성장기판을 제거하는 단계는 레이저 리프트 오프(Laser Lift-Off; LLO), 화학적 리프트 오프(Chemical Lift-Off; CLO), 화학적 식각, 기계적 연마 또는 화학적 기계적 연마 공정에 의하는 것인, 이종 발광 구조체의 집적화 방법.
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