KR20200082872A - 마이크로 반도체 발광소자 제조방법 - Google Patents
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Abstract
개시되는 마이크로 반도체 발광소자 제조방법은, 성장기판 상에 n형 반도체층, 전자와 정공의 재결합에 의해 광을 생성하는 활성층 및 p형 반도체층을 포함하는 발광부를 성장시키는 제1 공정; 상기 발광부를 두께방향으로 식각하여 설정된 제1 크기로 구획된 단위발광부를 형성하는 제2 공정; 상기 단위발광부의 상면에 상기 활성층으로부터 조사되는 광을 반사시키는 반사막을 형성하는 제3 공정; 상기 단위발광부의 상면으로부터 상기 n형 반도체층에 이르는 n-전극을 형성하는 제4 공정; 상기 단위발광부의 상면 및 측면을 감싸는 파괴 보호층을 형성하는 제5 공정; 상기 파괴 보호층의 상면에 형성되며, 상기 n형 반도체층 및 상기 p형 반도체층과 각각 전기적으로 연결되는 본딩전극을 형성하는 제6 공정; 상기 본딩전극이 형성되는 면에 이송기판을 접합시키는 제7 공정; 및 상기 성장기판을 제거하는 제8 공정;을 포함한다.
Description
본 발명(Disclsoure)은, 마이크로 반도체 발광소자 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로 파괴 보호층을 이용하여 성장기판이 제거된 마이크로 반도체 발광소자 제조방법에 관한 것이다.
여기서는, 본 발명에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
마이크로 반도체 발광소자LED(MicroLED, micro-LED, mLED, μLED)는 일반적으로 소자의 크기(발광면의 가로 또는 세로 길이)가 100um이하인 것을 의미하며, 이는 개별소자가 하나의 직접 하나의 화소로 기능하도록 하여 디스플레이를 형성하기 위한 기술이다.
마이크로 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이는, 보편화된 LCD 기술과 비교할 때 더 나은 대비, 응답 시간, 에너지 효율성을 제공한다.
OLED와 함께 마이크로 반도체 발광소자는 스마트워치, 스마트폰과 같이 크기가 작고 에너지가 적은 장치에 주 목적을 둔다.
OLED와 마이크로 반도체 발광소자는 전통적인 LCD 시스템에 비해 에너지 요구량이 상당히 더 적은 편이다.
또한, OLED와 달리 마이크로 반도체 발광소자는 전통적인 GaN LED 기술에 기반을 두고 있어서 OLED가 내는 총 광량 대비 30배 이상 더 밝은 밝기를 제공할뿐 아니라 lux/W 면에서도 효율성이 더 좋다. 또, OLED의 짧은 수명으로 인한 문제가 없다.
이러한 종류의 디스플레이 장치는 최종 기판상에 개별적으로 성장된 적색(Red, R), 녹색(Green, G) 및 청색(Blue, B) 발광 다이오드(LED)의 구조들을 전사함으로써 얻어진다.
최근에는 100~200um 크기의 소위 '미니 반도체 발광소자'가 중대형 디스플레이를 구현하는데 사용되고 있다.
미니 반도체 발광소자의 경우, 그 크기가 상대적으로 크고, 성장기판(통상 '사파이어 기판')을 제거하지 않고 사용되어 두께에 대한 제약을 가지고 있어서 고해상도를 구현하는데 어려움을 가지고 있다.
효율적인 고해상도 구현을 위해서는, 반도체 발광소자의 크기가 100um 이하이고, 100~150um의 두께를 가지고 있는 성장기판이 제거되는 것이 필요한데, 공지된 성장기판의 제거방법(화학적, 기계적 방법)에 의해 성장기판을 제거하는 경우 상대적으로 얇은 발광소자의 두께로 인해 접합 또는 전사 과정에서 발광소자의 파괴가 발생되는 문제가 있다.
본 발명(Discloure)은, 파괴 보호층을 이용하여 성장기판이 제거된 마이크로 반도체 발광소자 제조방법의 제공을 일 목적으로 한다.
여기서는, 본 발명의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 발명의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니 된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
상기한 과제의 해결을 위해, 본 발명을 기술하는 여러 관점들 중 어느 일 관점(aspect)에 따른 마이크로 반도체 발광소자 제조방법은, 성장기판 상에 n형 반도체층, 전자와 정공의 재결합에 의해 광을 생성하는 활성층 및 p형 반도체층을 포함하는 발광부를 성장시키는 제1 공정; 상기 발광부를 두께방향으로 식각하여 설정된 제1 크기로 구획된 단위발광부를 형성하는 제2 공정; 상기 단위발광부의 상면에 상기 활성층으로부터 조사되는 광을 반사시키는 반사막을 형성하는 제3 공정; 상기 단위발광부의 상면으로부터 상기 n형 반도체층에 이르는 n-전극을 형성하는 제4 공정; 상기 단위발광부의 상면 및 측면을 감싸는 파괴 보호층을 형성하는 제5 공정; 상기 파괴 보호층의 상면에 형성되며, 상기 n형 반도체층 및 상기 p형 반도체층과 각각 전기적으로 연결되는 본딩전극을 형성하는 제6 공정; 상기 본딩전극이 형성되는 면에 이송기판을 접합시키는 제7 공정; 및 상기 성장기판을 제거하는 제8 공정;을 포함한다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 마이크로 반도체 발광소자 제조방법에서, 상기 파괴 보호층은, 폴리이미드(PI, polyimide)로 구비될 수 있다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 마이크로 반도체 발광소자 제조방법에서, 상기 파괴 보호층은, 10um의 두께로 형성되며, 200℃의 열로 경화시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 마이크로 반도체 발광소자 제조방법에서, 상기 설정된 제1 크기는, 상기 단위발광부 상면의 가로 및 세로의 길이가 50um ~ 100um인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 마이크로 반도체 발광소자 제조방법에서, 상기 이송기판은 UV 조사에 의해 분리되는 UV-tape로 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 파괴 보호층에 의해 성장기판이 제거된 마이크로 스케일(즉 크기가 100um 이하)의 반도체 발광소자의 접합 과정에 손상이 방지되므로, 고해상도 디스플레이의 구현이 용이해진다.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로 반도체 발광소자 제조방법의 일 실시형태를 보인 도면.
도 2는 도 1에서 제1 공정을 설명하기 위한 도면.
도 3은 도 1에서 제2 공정을 설명하기 위한 도면.
도 4는 도 1에서 제3,4 공정을 설명하기 위한 도면.
도 5는 도 1에서 제5 공정을 설명하기 위한 도면.
도 6은 도 1에서 제6 공정을 설명하기 위한 도면.
도 7은 도 1에서 제7 공정을 설명하기 위한 도면.
도 8은 도 1에서 제8 공정을 설명하기 위한 도면.
도 2는 도 1에서 제1 공정을 설명하기 위한 도면.
도 3은 도 1에서 제2 공정을 설명하기 위한 도면.
도 4는 도 1에서 제3,4 공정을 설명하기 위한 도면.
도 5는 도 1에서 제5 공정을 설명하기 위한 도면.
도 6은 도 1에서 제6 공정을 설명하기 위한 도면.
도 7은 도 1에서 제7 공정을 설명하기 위한 도면.
도 8은 도 1에서 제8 공정을 설명하기 위한 도면.
이하, 본 발명에 따른 마이크로 반도체 발광소자 제조방법을 구현한 실시형태를 도면을 참조하여 자세히 설명한다.
다만, 본 발명의 사상은 이하에서 설명되는 실시형태에 의해 그 실시 가능 형태가 제한된다고 할 수는 없고, 본 발명의 사상을 이해하는 통상의 기술자는 본 개시와 동일한 기술적 사상의 범위 내에 포함되는 다양한 실시 형태를 치환 또는 변경의 방법으로 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 기술적 사상에 포함됨을 밝힌다.
또한, 이하에서 사용되는 용어는 설명의 편의를 위하여 선택한 것이므로, 본 발명의 기술적 내용을 파악하는 데 있어서, 사전적 의미에 제한되지 않고 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미로 적절히 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로 반도체 발광소자 제조방법의 일 실시형태를 보인 도면, 도 2 내지 도 8은 도 1에서 제1 공정~제8 공정을 설명하기 위한 각 도면이다.
도 1 내지 도 8을를 참조하면, 본 실시형태에 따른 마이크로 반도체 발광소자 제조방법은, 성장기판(101) 상에 n형 반도체층(120a), 전자와 정공의 재결합에 의해 광을 생성하는 활성층(120b) 및 p형 반도체층(120c)을 포함하는 발광부(120)를 성장시키는 제1 공정(S10)으로 시작된다.
여기서, 성장기판(101)은, 사파이어(Al2O3), SiC, GaN, Si를 예로 들 수 있으며, 발광부(120)는, 3족 질화물 반도체, 즉 Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)으로 된 화합물로 이루어진다.
다음으로, 제2 공정(S20)은, 발광부(120)를 두께방향으로 식각하여 설정된 제1 크기로 구획된 단위발광부(121)를 형성하는 공정이다.
여기서, 설정된 제1 크기는, 단위발광부(121) 상면의 가로 및 세로의 길이가 50um ~ 100um인 것을 의미한다.
제2 공정(S20)은 마스크를 이용한 식각공정에 의해 이루어지는데, 일 예로 식각이 필요한 부분에 DNR thick PR(photo resistor) 패턴을 코팅한 한 후 metal mask증착하여 식각(ICP etching)을 수행한다.
이때, DNR thick PR(photo resistor)의 두께는 6um, metal mask는 1.6um인 것이 바람직하다.
다음으로, 제3 공정(S30) 및 제4 공정(S40)은 함께 설명한다.
제3 공정(S30)을 수행하기 전에 n-전극을 형성하기 위한 mesa 공정이 이루어지는 것이 바람직하다.
mesa 공정은, 각 단위발광부(121)의 상면으로부터 n형 반도체층(120a)에 이르는 홀을 형성하는 것으로서, 일 예로 ZNP PR 마스크를 이용한 ICP 에칭 공정이 있다. 이때 ZNP PR 마스크의 두께는 3um이고, 에칭 깊이는 1um 내외인 것이 바람직하다.
한편, 제3 공정(S30)은, 각 단위발광부(121)의 상면에 활성층(120b)으로부터 조사되는 광을 반사시키는 반사막(122)을 형성하는 공정이다.
반사막(122)은, 증착 공정에 의해 이루어지며, ZNP PR 마스크를 이용하되, Ni/Ag 반사막으로 마련될 수 있다.
ZNP PR 마스크는 3um 두께, 반사막(122)의 두께는 0.35um인 것이 바람직하다.
제4 공정(S40)은, 각 단위발광부(121)의 상면으로부터 n형 반도체층(120a)에 이르는 n-전극(123)을 형성하는 공정이다.
n-전극(123)은, 증착 공정에 의해 이루어지며, ZNP PR 마스크를 이용하되, Cr/Au로 마련될 수 있다.
ZNP PR 마스크는 3um 두께, n-전극(123)의 두께는 0.7um인 것이 바람직하다.
제5 공정(S50)은, 각 단위발광부(121)의 상면 및 측면을 감싸는 파괴 보호층(130)을 형성하는 공정이다.
파괴 보호층(130)은, 폴리이미드(PI, polyimide)로 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 파괴 보호층(130)은, 10um의 두께로 형성되며, 200℃의 열로 경화시켜 형성할 수 있다.
파괴 보호층(130)은, 성장기판(101)이 제거되어 크기에 비해 두께가 얇은 각 단위발광부(121)의 접합과정에서 손상을 방지하게 된다. 이는 각 단위발광부(121)를 이용한 고해상도 구현을 가능하게 한다.
제6 공정(S60)은, 파괴 보호층(130)의 상면에 형성되며, n형 반도체층(120a) 및 p형 반도체층(120c)과 각각 전기적으로 연결되는 본딩전극(141,142)을 형성하는 공정이다.
본딩전극(141,142)은, 증착 공정에 의해 이루어지며, ZNP PR 마스크를 이용하되, Cr/Ni/Au로 마련될 수 있다.
ZNP PR 마스크는 3um 두께, 본딩전극(141,142)의 두께는 0.7um인 것이 바람직하다.
제7 공정(S70)은, 본딩전극(141,142)이 형성되는 면에 이송기판(150)을 접합시키는 공정이다.
이송기판(150)은, 성장기판(101)을 제거하기 위한 것이고, 또한 단위발광부(121)의 이송을 쉽게 하기 위함이다.
이송기판(150)은, 유연성을 가지는 재질로 구비되는 것이 바람직하며, 일 예로 UV 조사에 의해 분리되는 UV-tape(모델명: DU-130P)로 구비될 수 있다.
제8 공정(S80)은, 성장기판(101)을 제거하는 공정으로서, LLO(Laser Lift Off) 공정에 의해 진행되는 것이 바람직하다.
이에 의해, 초소형의 마이크로 LED를 이송 접합과정에서 발생되는 소자의 손상을 방지할 수 있으며, 얇은 두께에 의해 픽셀의 정렬 정렬도가 높아져 고해상도 구현이 가능한 이점을 가진다.
Claims (5)
- 성장기판 상에 n형 반도체층, 전자와 정공의 재결합에 의해 광을 생성하는 활성층 및 p형 반도체층을 포함하는 발광부를 성장시키는 제1 공정;
상기 발광부를 두께방향으로 식각하여 설정된 제1 크기로 구획된 단위발광부를 형성하는 제2 공정;
상기 단위발광부의 상면에 상기 활성층으로부터 조사되는 광을 반사시키는 반사막을 형성하는 제3 공정;
상기 단위발광부의 상면으로부터 상기 n형 반도체층에 이르는 n-전극을 형성하는 제4 공정;
상기 단위발광부의 상면 및 측면을 감싸는 파괴 보호층을 형성하는 제5 공정;
상기 파괴 보호층의 상면에 형성되며, 상기 n형 반도체층 및 상기 p형 반도체층과 각각 전기적으로 연결되는 본딩전극을 형성하는 제6 공정;
상기 본딩전극이 형성되는 면에 이송기판을 접합시키는 제7 공정; 및
상기 성장기판을 제거하는 제8 공정;을 포함하는 마이크로 반도체 발광소자 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 파괴 보호층은, 폴리이미드(PI, polyimide)로 구비되는 것을 특징으로 하는 마이크로 반도체 발광소자 제조방법. - 청구항 2에 있어서,
상기 파괴 보호층은, 10um의 두께로 형성되며, 200℃의 열로 경화시키는 것을 특징으로 하는 마이크로 반도체 발광소자 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 설정된 제1 크기는, 상기 단위발광부 상면의 가로 및 세로의 길이가 50um ~ 100um인 것을 특징으로 하는 마이크로 반도체 발광소자 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 이송기판은 UV 조사에 의해 분리되는 UV-tape로 구비되는 것을 특징으로 하는 마이크로 반도체 발광소자 제조방법.
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