KR20210146005A - 반도체 발광소자를 제조하는 방법 - Google Patents

반도체 발광소자를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 개시는 반도체 발광소자를 제조하는 방법에 있어서, 성장기판을 준비하는 단계(S1); 제1 도전성을 갖는 제1 반도체층, 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층 및 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 갖는 제2 반도체층을 포함하는 복수의 반도체층을 성장기판 위에 형성하는 단계;로서, 제1 도전성을 갖는 제1 반도체층, 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층 및 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 갖는 제2 반도체층을 순서대로 성장기판 위에 복수의 반도체층을 형성하는 단계(S2); 성장기판 위에 형성된 복수의 반도체층을 복수의 발광부로 분리하는 단계(S3); 복수의 발광부의 제1 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극을 형성하고, 제2 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계(S4); 제1 전극 및 제2 전극에 임시기판을 부착하는 단계(S5); 성장기판에 마스크를 형성하는 단계(S6); 마스크가 형성된 성장기판에 레이저를 조사하는 단계(S7); 그리고, 레이저가 조사된 성장기판을 제거하는 단계(S8);를 포함하며, 마스크를 형성하는 단계(S6)는 S3 단계 및 S6 단계 사이에 구비되는 반도체 발광소자를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

반도체 발광소자를 제조하는 방법{METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 반도체 발광소자를 제조하는 방법에 관한 것으로, 특히 크랙을 방지할 수 있는 반도체 발광소자를 제조하는 방법에 관한 것이다.
여기서는, 본 개시에 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).
도 1은 수직형 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면이다. 설명의 편의를 위해 도면기호를 변경하였다.
반도체 발광소자는 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(30; 예: n형 GaN층), 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(40; 예; INGaN/(In)GaN MQWs), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(50; 예: p형 GaN층)이 순차로 형성되어 있는 복수의 발광부, 성장 기판(예: 사파이어 기판)이 제거된 측에 형성된 제1 전극(80), 제2 반도체층(50)에 전류를 공급하는 한편 복수의 발광부(30, 40, 50)를 지지하는 지지 기판(70), 그리고 지지 기판(70)에 형성된 제2 전극(90)을 포함한다. 제1 전극(80)은 와이어 본딩을 이용하여 외부와 전기적으로 연결된다. 도 1과 같이 전극(80, 90)이 활성층(40)의 위 및 아래에 1개씩 있는 구조의 반도체 발광소자를 수직형 반도체 발광소자라 한다. 반도체 발광소자가 전기적으로 연결되는 외부는 PCB(Printed Circuit Board), 서브마운트, TFT(Thin Film Transistor) 등을 의미한다. 수직형 반도체 발광소자에 대한 것은 한국 등록특허공보 제1296946호, 한국 공개특허공보 제2014-0041527호 등에 다수 기재되어 있다.
도 2는 미국 등록특허공보 제7,262,436호에 제시된 반도체 발광소자의 다른 예를 나타내는 도면이다. 설명의 편의를 위해 도면기호를 변경하였다.
반도체 발광소자는 성장기판(10), 성장기판(10) 위에, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(30), 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(40), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(50)이 순차로 증착되어 있으며, 그 위에 성장기판(10) 측으로 빛을 반사시키기 위한 3층으로 된 전극막(90, 91, 92)이 형성되어 있다. 제1 전극막(90)은 Ag 반사막, 제2 전극막(91)은 Ni 확산 방지막, 제3 전극막(92)은 Au 본딩층일 수 있다. 식각되어 노출된 제1 반도체층(30) 위에 본딩 패드로 기능하는 전극(80)이 형성되어 있다. 여기서, 전극막(92) 측이 외부기판과 전기적으로 연결될 때 장착면이 된다. 도 2와 같은 형태의 반도체 발광소자를 특히 플립 칩(Flip Chip)이라고 한다. 도 2에 도시된 플립 칩의 경우 제1 반도체층(30) 위에 형성된 전극(80)이 제2 반도체층 위에 형성된 전극막(90, 91, 92)보다 낮은 높이에 있지만, 동일한 높이에 형성될 수 있도록 할 수도 있다. 여기서 높이의 기준은 성장기판(10)으로부터의 높이일 수 있다.
도 3은 플립칩의 반도체 발광소자를 제조하는 방법의 문제점을 나타내는 도면이다.
반도체 발광소자(230)가 플립칩인 경우, 레이저 리프트 오프(laser lift off;LLO)공정을 이용하여 성장기판(200)을 분리하였더니, 반도체 발광소자(230)에 크랙(C)이 형성되는 문제점이 있었다. 이는 임시기판(260)에 조사된 레이저(L)에 의해 복수의 발광부(220) 사이의 임시기판(260)이 변형되어 임시기판(260)에 접착된 반도체 발광소자(230)에 스트레스를 주는 것을 알아내었다.
자세하게 설명하면, 임시기판(260)에 일부의 레이저(L)가 조사되며, 복수의 발광부(220) 사이의 임시기판(260)의 일부가 레이저(L)에 의해 녹았다가 굳으면서 반도체 발광소자(230)에 스트레스를 발생시켰다. 이로 인해, 성장기판(200)을 제거하면서 임시기판(260)에 접착된 반도체 발광소자(230)의 약한 부분에 크랙(C)이 발생한다. 따라서, 임시기판(260)에 레이저(L)가 조사되는 것을 방지하고자 한다. 특히, 크기가 작고 얇게 형성되는 마이크로 LED의 경우, 반도체 발광소자(230)에 크랙(C)이 더 잘 형성되는 문제점이 있다.
본 개시는 크랙이 형성되지 않는 반도체 발광소자를 형성할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
본 개시에 따른 일 측면에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 반도체 발광소자를 제조하는 방법에 있어서, 성장기판을 준비하는 단계(S1); 제1 도전성을 갖는 제1 반도체층, 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층 및 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 갖는 제2 반도체층을 포함하는 복수의 반도체층을 성장기판 위에 형성하는 단계;로서, 제1 도전성을 갖는 제1 반도체층, 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층 및 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 갖는 제2 반도체층을 순서대로 성장기판 위에 복수의 반도체층을 형성하는 단계(S2); 성장기판 위에 형성된 복수의 반도체층을 복수의 발광부로 분리하는 단계(S3); 복수의 발광부의 제1 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극을 형성하고, 제2 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계(S4); 제1 전극 및 제2 전극에 임시기판을 부착하는 단계(S5); 성장기판에 마스크를 형성하는 단계(S6); 마스크가 형성된 성장기판에 레이저를 조사하는 단계(S7); 그리고, 레이저가 조사된 성장기판을 제거하는 단계(S8);를 포함하며, 마스크를 형성하는 단계(S6)는 S3 단계 및 S6 단계 사이에 구비되는 반도체 발광소자를 제조하는 방법이 제공된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 수직형 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 2는 미국 등록특허공보 제7,262,436호에 제시된 반도체 발광소자의 다른 예를 나타내는 도면,
도 3은 플립칩의 반도체 발광소자를 제조하는 방법의 문제점을 나타내는 도면,
도 4 내지 도 6은 본 개시에 따른 반도체 발광소자를 제조하는 방법의 일 예를 나타내는 도면,
도 7은 도 5에서 설명된 마스크가 구비된 성장기판의 다른 예를 나타내는 도면,
도 8은 도 4 내지 도 6에서 설명된 반도체 발광소자의 다른 예를 나타내는 도면.
이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).
도 4 내지 도 6은 본 개시에 따른 반도체 발광소자를 제조하는 방법의 일 예를 나타내는 도면이다.
먼저, 성장기판(200)을 준비한다(S1). 성장기판(200)은 빛을 투과할 수 있는 투광성 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 레이저(L;도 3)를 이용해서 성장기판(200)을 제거할 때, 레이저(L)가 성장기판(200)을 통과해야 하기 때문이다. 성장기판(200)은 사파이어일 수 있다.
이후, 성장기판(200) 위에 복수의 반도체층(220')을 형성한다(S2). 복수의 반도체층(220')은 PN 접합을 이용하고, 전자와 정공의 재결합을 이용해 빛을 발광하는 구조라면 특별한 제한은 없다. 복수의 반도체층(220')은 MOCVD와 같은 증착법을 통해 성장될 수 있다. 복수의 반도체층(220')의 안정적 성장을 위한 버퍼층(210) 내지 씨앗층을 복수의 반도체층(220')을 형성하기 전에 성장기판(200) 위에 형성할 수 있다. 버퍼층(210)은 레이저(L)를 흡수할 수 있다. 복수의 반도체층(220')은 제1 반도체층(221), 활성층(222) 및 제2 반도체층(223)을 포함한다. 제1 반도체층(221)은 제1 도전성을 갖는다. 활성층(222)은 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성한다. 제2 반도체층(223)은 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 갖는다. 활성층(222)은 제1 반도체층(221)과 제2 반도체층(223) 사이에 구비되며, 복수의 반도체층(220')은 제1 반도체층(221), 활성층(222) 및 제2 반도체층(223)을 순서대로 성장기판(200) 위에 형성한다. 제1 반도체층(221)은 n형 반도체일 수 있고, 제2 반도체층(223)은 p형 반도체일 수 있다.
이후, 성장기판(200) 위에 형성된 복수의 반도체층(220')을 복수의 발광부(220)로 분리한다(S3). 복수의 반도체층(220')의 일부를 식각하여 복수의 발광부(220)를 형성할 수 있다. 이때, 복수의 발광부(220)의 제1 반도체층(221)이 노출되도록 제2 반도체층(223) 및 활성층(222)을 식각할 수 있다.
이후, 제1 반도체층(221)과 전기적으로 연결되는 제1 전극(232)을 형성하고, 제2 반도체층(223)과 전기적으로 연결되는 제2 전극(231)을 형성한다(S4).
복수의 발광부(220)는 절연층(224)을 더 포함할 수 있다. 절연층(224)은 제1 반도체층(221)과 제2 반도체층(223) 사이로 전기가 통하지 않도록 절연할 수 있다. 절연층(224)은 복수의 발광부(220) 위에 형성될 수 있다. 절연층(224)은 DBR(distributed bragg reflector;분포 브래그 리플렉터)을 포함할 수 있어, 활성층(222)에서 나오는 빛을 절연층(224)의 반대방향으로 반사시킬 수 있다.
절연층(224) 위에 제1 전극(232)과 제2 전극(231)이 형성되면, 제1 반도체층(221)과 제1 전극(232) 사이 및 제2 반도체층(223)과 제2 전극(231) 사이에 각각 전기적 연결(233)이 구비될 수 있다.
이후, 복수의 전극(231,232)에 임시기판(260)을 부착한다(S5). 임시기판(260)은 판(262) 및 접착층(261)을 포함할 수 있다. 접착층(261)은 접착력을 가지며, 제1 전극(232) 및 제2 전극(231)이 접착될 수 있다. 예를 들면, 임시기판(260)에 제1 전극(232) 및 제2 전극(231)을 고정하여 복수의 발광소자(230)를 이동시킬 수 있다. 복수의 반도체 발광소자(230)는 임시기판(260)에 임시 고정될 수 있다.
이후, 복수의 발광부(220) 사이의 성장기판(200)에 마스크(280)를 형성한다(S6). 마스크(280)는 성장기판(200)과 접촉하며, 마스크(280)는 복수의 발광부(220) 사이의 임시기판(260)에 레이저(L;도 4)가 조사되는 것을 방지한다. 레이저(L)가 임시기판(260)에 조사되는 것을 방지하기 위해, 마스크(280)는 성장기판(200)의 상면(201) 또는 하면(202)에 구비될 수 있다. 도 6의 S6 단계에서는 성장기판(200)의 상면(201)에 금속이 형성되는 예를 나타낸다. 마스크(280)는 복수의 발광부(220)에 복수의 전극(231,232)을 형성한 후, 성장기판(200)에 형성되는 것이 바람직하다. 물론, 마스크(280)가 복수의 발광부(220) 사이에 형성될 수 있다면, 마스크(280)가 형성되는 단계(S6)는 S3(도 4) 및 S7(도 6) 단계 사이의 어느 단계에 있던지 상관이 없다.
성장기판(200)의 하면(202)에 마스크(280)가 형성되는 다른 예는 도 8에서 더 설명하겠다. 마스크(280)는 성장기판(200)과 일체로 형성되어 함께 이동할 수 있다.
이후, 레이저(L)를 성장기판(200)에 조사한다(S7). 레이저(L)를 받은 복수의 발광부(220)와 성장기판(200)은 분리된다. 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off)를 이용하여 성장기판(200)은 분리될 수 있다. 복수의 전극(231,232) 측으로 레이저(L)가 조사되면, 임시기판(260)은 레이저(L)를 흡수할 수 있고, 레이저(L)가 활성층(222)에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 레이저(L)를 통과시키는 성장기판(200) 측으로 레이저(L)를 발광하는 것이 바람직하다. 이후, 복수의 발광부(220)로부터 성장기판(200)을 제거한다. 성장기판(200)과 복수의 발광부(220)가 분리된다. 복수의 발광부(220)와 성장기판(200) 사이에는 레이저(L)를 흡수하여 성장기판(200)과 복수의 발광부(220)를 분리할 수 있다. 성장기판(200)은 복수의 발광부(220)로부터 분리되어 반도체 발광소자(230)가 형성된다.
이후, 도시하지는 않았지만 임시기판(260)을 제거할 수 있다. 임시기판(260)이 제거되어 반도체 발광소자(230)를 각자 사용할 수 있다.
도 7은 도 5에서 설명된 마스크가 구비된 성장기판의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 7(a)는 성장기판(200)의 하면(202)에 마스크(280)가 형성된 일 예를 나타낸다. 마스크(280)는 ITO, 금속 중 적어도 하나 이상의 재질로 형성될 수 있다. 특히, 성장기판(200)의 하면(202)에 마스크(280)가 형성되는 단계는 S3 단계 및 S4 단계 사이에 형성될 수 있으며, 마스크(280)가 ITO 및 금속 중 적어도 하나의 재질로 형성되면, S3 단계 이후, 도 7(a)와 같이 형성되는 것이 바람직하다. 복수의 발광부(220) 사이의 성장기판(200)에 ITO 또는 금속이 증착될 수 있다.
도 7(b)는 성장기판(200)의 하면(202)에 마스크(280)가 형성된 다른 예를 나타낸다. 마스크(280)는 GaN의 재질로 형성될 수 있다.
복수의 반도체층(220';도 4)을 식각하여, 복수의 발광부(220)를 형성할 때, 복수의 발광부(220) 사이의 복수의 반도체층(220') 중 일부를 남겨두고 식각할 수 있다. S3 단계부터 복수의 발광부(220) 사이의 일부는 마스크(280)로 기능할 수 있다. 따라서, 이때의 마스크(280)는 GaN의 재질로 형성된다. 복수의 발광부(220) 사이의 일부(225)는 도면에서는 제1 반도체층(221)과 버퍼층(210)으로 나타내었지만 이로 한정되지는 않는다.
도 8은 도 4 내지 도 6에서 설명된 반도체 발광소자의 다른 예를 나타내는 도면이다.
반도체 발광소자(230)는 복수의 발광부(220)와 복수의 전극(231,232)을 포함한다. 복수의 발광부(220)는 절연층(224;도 5)을 포함하지 않고, 반도체 발광소자(230)는 성장기판(200)으로부터 복수의 전극(231,232)이 같은 높이를 가지도록 형성된 것이다. 도 8의 반도체 발광소자(230)는 플립칩의 다른 예를 나타낸 도면이다.
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 반도체 발광소자를 제조하는 방법에 있어서, 성장기판을 준비하는 단계(S1); 제1 도전성을 갖는 제1 반도체층, 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층 및 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 갖는 제2 반도체층을 포함하는 복수의 반도체층을 성장기판 위에 형성하는 단계;로서, 제1 도전성을 갖는 제1 반도체층, 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층 및 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 갖는 제2 반도체층을 순서대로 성장기판 위에 복수의 반도체층을 형성하는 단계(S2); 성장기판 위에 형성된 복수의 반도체층을 복수의 발광부로 분리하는 단계(S3); 복수의 발광부의 제1 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극을 형성하고, 제2 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계(S4); 제1 전극 및 제2 전극에 임시기판을 부착하는 단계(S5); 성장기판에 마스크를 형성하는 단계(S6); 마스크가 형성된 성장기판에 레이저를 조사하는 단계(S7); 그리고, 레이저가 조사된 성장기판을 제거하는 단계(S8);를 포함하며, 마스크를 형성하는 단계(S6)는 S3 단계 및 S6 단계 사이에 구비되는 반도체 발광소자를 제조하는 방법.
(2) 마스크를 형성하는 단계(S6)에서, 마스크는 성장기판의 상면 및 하면 중 적어도 하나에 구비되는 반도체 발광소자를 제조하는 방법.
(3) S4 단계 및 S6 단계 사이에 마스크가 성장기판의 상면에 형성되는 반도체 발광소자를 제조하는 방법.
(4) 마스크는 금속인 반도체 발광소자를 제조하는 방법.
(5) S3 단계 및 S4 단계 사이에 마스크가 성장기판의 하면에 구비되는 반도체 발광소자를 제조하는 방법.
(6) 성장기판의 하면에 구비되는 마스크는 ITO 및 금속 중 적어도 하나인 반도체 발광소자를 제조하는 방법.
(7) 복수의 발광부로 분리하는 단계(S3)에서, 복수의 발광부 사이의 복수의 반도체층의 일부가 남도록 식각하는 반도체 발광소자를 제조하는 방법.
(8) 복수의 발광부 사이에 남겨진 복수의 반도체층의 일부는 마스크인 반도체 발광소자를 제조하는 방법.
(9) 마스크는 GaN인 반도체 발광소자를 제조하는 방법.
(10) 마스크를 형성하는 단계(S6)에서, 마스크는 복수의 발광부 사이에 구비되는 반도체 발광소자를 제조하는 방법.
본 개시에 따른 하나의 반도체 발광소자를 제조하는 방법에 의하면, 반도체 발광소자의 크랙을 방지할 수 있다.
본 개시에 따른 또 하나의 반도체 발광소자를 제조하는 방법에 의하면, 성장기판을 레이저로 분리할 때, 레이저가 임시기판에 조사되는 것을 방지할 수 있다.
200:성장기판 220':복수의 반도체층 220:복수의 발광부

Claims (10)

  1. 반도체 발광소자를 제조하는 방법에 있어서,
    성장기판을 준비하는 단계(S1);
    제1 도전성을 갖는 제1 반도체층, 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층 및 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 갖는 제2 반도체층을 포함하는 복수의 반도체층을 성장기판 위에 형성하는 단계;로서, 제1 도전성을 갖는 제1 반도체층, 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층 및 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 갖는 제2 반도체층을 순서대로 성장기판 위에 복수의 반도체층을 형성하는 단계(S2);
    성장기판 위에 형성된 복수의 반도체층을 복수의 발광부로 분리하는 단계(S3);
    복수의 발광부의 제1 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극을 형성하고, 제2 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계(S4);
    제1 전극 및 제2 전극에 임시기판을 부착하는 단계(S5);
    성장기판에 마스크를 형성하는 단계(S6);
    마스크가 형성된 성장기판에 레이저를 조사하는 단계(S7); 그리고,
    레이저가 조사된 성장기판을 제거하는 단계(S8);를 포함하며,
    마스크를 형성하는 단계(S6)는 S3 단계 및 S6 단계 사이에 구비되는 반도체 발광소자를 제조하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    마스크를 형성하는 단계(S6)에서,
    마스크는 성장기판의 상면 및 하면 중 적어도 하나에 구비되는 반도체 발광소자를 제조하는 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    S4 단계 및 S6 단계 사이에 마스크가 성장기판의 상면에 형성되는 반도체 발광소자를 제조하는 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    마스크는 금속인 반도체 발광소자를 제조하는 방법.
  5. 청구항 2에 있어서,
    S3 단계 및 S4 단계 사이에 마스크가 성장기판의 하면에 구비되는 반도체 발광소자를 제조하는 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    성장기판의 하면에 구비되는 마스크는 ITO 및 금속 중 적어도 하나인 반도체 발광소자를 제조하는 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    복수의 발광부로 분리하는 단계(S3)에서,
    복수의 발광부 사이의 복수의 반도체층의 일부가 남도록 식각하는 반도체 발광소자를 제조하는 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    복수의 발광부 사이에 남겨진 복수의 반도체층의 일부는 마스크인 반도체 발광소자를 제조하는 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    마스크는 GaN인 반도체 발광소자를 제조하는 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    마스크를 형성하는 단계(S6)에서,
    마스크는 복수의 발광부 사이에 구비되는 반도체 발광소자를 제조하는 방법.
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