KR100622823B1

KR100622823B1 - 발광 소자의 제조 방법

Info

Publication number: KR100622823B1
Application number: KR1020040032315A
Authority: KR
Inventors: 하준석; 이현재
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2004-05-07
Filing date: 2004-05-07
Publication date: 2006-09-14
Also published as: KR20050107115A

Abstract

본 발명은 발광 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 사파이어 기판에 질화물 반도체층을 형성하는 단계와; 상기 질화물 반도체층 상부에 발광 소자를 형성하는 단계와; 상기 발광 소자의 최상층에 UBM(Under Bump Metallization)층을 형성하는 단계와; 본딩용 기판 상부에 UBM층을 형성하고, 그 본딩용 기판의 UBM층 상부에 InSn, InZn, InAg와 InBi 중 선택된 하나로 이루어진 본딩물질막을 형성하는 단계와; 상기 본딩용 기판의 본딩물질막을 상기 발광 소자의 UBM층에 접촉시키고, 가열 및 압착하여 본딩하는 단계와; 상기 사파이어 기판에 레이저광을 조사하여, 상기 사파이어 기판을 발광 소자에서 이탈시키는 단계로 구성된다.

따라서, 본 발명은 저온의 녹는점을 갖는 본딩 물질막으로 발광 소자와 본딩용 기판을 본딩하여 레이저 리프트 오프공정을 수행함으로써, 본딩시 발생되는 열을 낮추어 소자의 특성 저하를 방지할 수 있는 효과가 발생한다.

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Description

발광 소자의 제조 방법 {Method of fabricating light emitting device}

도 1은 종래 기술에 따른 질화물 발광 다이오드의 개략적인 구성 단면도

도 2a 내지 2f는 본 발명에 따른 발광 소자의 제조 공정 단면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 사파이어 기판 110 : 질화물 반도체층

120 : 발광 소자

130,210 : UBM(Under Bump Metalization)층

200 : 본딩용 기판 220 : 본딩물질막

본 발명은 발광 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저온의 녹는점을 갖는 본딩 물질막으로 발광 소자와 본딩용 기판을 본딩하여 레이저 리프트 오프공정을 수행함으로써, 본딩시 발생되는 열을 낮추어 소자의 특성 저하를 방 지할 수 있는 발광 소자의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 질화갈륨(GaN)을 이용한 발광소자는 넓고, 직접적인 에너지 밴드갭, 원자간의 큰 상호결합력과 높은 열 전도성으로 인하여 광소자와 고온 및 고전력 소자로서 이상적인 특성을 갖고 있다.

이러한 이유로 질화갈륨을 이용한 상업적인 개발을 목적으로 하는 다양한 연구가 진행되고 있다.

이런 질화갈륨 계열의 발광 소자는 사파이어(Al₂O₃) 기판을 사용하여 제조하여왔다.

즉, 사파이어 기판 상부에 질화갈륨층을 성장시킨 다음, 이 질화갈륨층이 성장된 사파이어 기판을 이용하여 발광 소자를 제조하였다.

도 1은 종래 기술에 따른 질화물 발광 다이오드의 개략적인 구성 단면도로서, 발광 다이오드는 사파이어 기판(10) 상부에 n타입 질화물 박막(11), 활성층(12)과 p타입 질화물 박막(13)이 순차적으로 적층되어 있고; 상기 p타입 질화물 박막(13)에서 n타입 질화물 박막(11) 일부까지 메사(Mesa)식각되어 있고; 상기 p타입 질화물 박막(13) 상부에 투명전극(14)과 p타입 금속층(15)이 순차적으로 형성되어 있고; 상기 p타입 금속층(15) 상부에 p타입 금속층(15)이 형성되어 있고; 상기 메사 식각된 n타입 질화물 박막(11) 상부에 n타입 금속(16)이 형성되어 있다.

이러한 발광 다이오드에서는 사파이어 기판과 성장된 질화물 반도체 박막이 상호 굴절률이 상이하여, 이로 인해 사파이어 기판 방향으로 진행되는 광이 사파이 어 기판을 투과하여, 그 기판 하부에 존재하는 반사판에 도달되지 못하고, 전반사되어 소자의 에피층에 흡수하게 됨으로, 결국, 소자 외부로 광의 방출량이 작아지는 문제점을 지니고 있다.

결국, 발광 다이오드를 제조하기 위하여 사용된 사파이어 기판은 제거를 시키는 것이 소자의 신뢰성 저하를 방지할 수 있는 것이다.

따라서, 사파이어 기판을 이용하여 발광 다이오드를 제조한 후, 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off, LLO) 공정을 수행한다.

이러한, 레이저 리프트 오프 공정에서는 사파이어(Al2O3) 기판 상부에 성장된 질화갈륨을 웨이퍼에 본딩을 수행한 후, 레이저를 조사하여 사파이어 기판을 제거하였다.

레이저 리프트 오프 공정에 있어 본딩은 매우 중요한 핵심공정으로, 질화갈륨(GaN)을 이용한 소자제작을 하고있는 많은 회사 및 연구소에서는 본딩 물질 및 조건에 대한 연구를 진행 중에 있다.

여기서, 기존의 성장된 질화갈륨과 웨이퍼를 본딩시키는 물질은 녹는점이 250 ~ 700℃ 정도로 높아서 레이저 리프트 오프 공정을 수행하기 위한 본딩 공정시, 발광 다이오드에 고열을 인가하여, 소자의 특성이 저하되는 문제점을 야기시킨다.

즉, 본딩에 의하여 소자에 인가되는 고열은 발광 다이오드에 형성된 오믹컨택(Ohmic contact)용 전극의 오믹컨택 특성을 저하시키고, 발광 다이오드에 형성된 반사막의 반사율을 저하시키게 된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 저온의 녹는점을 갖는 본딩 물질막으로 발광 소자와 본딩용 기판을 본딩하여 레이저 리프트 오프공정을 수행함으로써, 본딩시 발생되는 열을 낮추어 소자의 특성 저하를 방지할 수 있는 발광 소자의 제조 방법을 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 사파이어 기판에 질화물 반도체층을 형성하는 단계와;

상기 질화물 반도체층 상부에 발광 소자를 형성하는 단계와;

상기 발광 소자의 최상층에 UBM(Under Bump Metallization)층을 형성하는 단계와;

본딩용 기판 상부에 UBM층을 형성하고, 그 본딩용 기판의 UBM층 상부에 InSn, InZn, InAg와 InBi 중 선택된 하나로 이루어진 본딩물질막을 형성하는 단계와;

상기 본딩용 기판의 본딩물질막을 상기 발광 소자의 UBM층에 접촉시키고, 가열 및 압착하여 본딩하는 단계와;

상기 사파이어 기판에 레이저광을 조사하여, 상기 사파이어 기판을 발광 소자에서 이탈시키는 단계로 구성된 발광 소자의 제조 방법이 제공된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 2a 내지 2f는 본 발명에 따른 발광 소자의 제조 공정 단면도로서, 먼저, 사파이어 기판(100)에 질화물 반도체층(110)을 형성한다.(도 2a)

그 후, 상기 질화물 반도체층(110) 상부에 발광 소자(120)를 형성하고(도 2b), 상기 발광 소자(120)의 최상층에 UBM(Under Bump Metallization)층(130)을 형성한다.(도 2c)

그 다음, 상기 발광 소자(120)의 UBM층(130)에 본딩하기 위한, 본딩용 기판(200) 상부에 UBM층(210)을 형성하고, 그 본딩용 기판(200)의 UBM층(210) 상부에 InSn, InZn, InAg와 InBi 중 선택된 하나의 합금으로 이루어진 본딩물질막(220)을 형성한다.(도 2d)

여기서, 상기 UBM층(130,210)은 Pd로 이루어진 단층이거나, 또는 Ti/Pt/Au로 이루어진 다층을 사용할 수 있다.

연이어, 상기 본딩용 기판(200)의 본딩물질막(220)을 상기 발광 소자(120)의 UBM층(210)에 접촉시키고, 가열 및 압착하여 본딩한다.(도 2e)

상기 본딩 공정은, 본딩용 기판(200)과 발광 소자(120)가 형성된 사파이어 기판(100)을 본딩 장비에 로딩(Loading)하고, 본딩용 기판(200)의 본딩물질막(220)의 녹는점까지 가열한 후, 일정한 압력으로 두 기판을 본딩하는 것이다.

계속하여, 상기 사파이어 기판(100)에 레이저광을 조사하여, 상기 사파이어 기판(100)을 발광 소자(120)에서 이탈시킨다.(도 2f)

여기서, 사파이어 기판(100)의 저면에서 레이저광은 조사되는 것이며, 조사된 레이저광은 사파이어 기판(100)과 질화물 반도체층(110)의 계면에 접촉되어, 사 파이어기판(100)을 분리시키게 된다.

표 1은 본 발명에 따른 본딩물질막의 녹는점을 측정한 것으로, 표 1과 같이, InSn(인듐과 주석의 합금), InZn(인듐과 아연의 합금), InAg(인듐과 은의 합금)와, InBi(인듐과 비스무스의 합금)는 각각 Sn, Zn, Ag와 Bi의 조성 중량에 따라 융점이 다르고, 녹는점은 150℃ 이하로 발광 소자에 열적인 영향을 줄일 수 있게 된다.

본딩물질막		녹는점
InSn	Sn이 10wt%	140℃
	Sn이 25wt%	130℃
	Sn이 48.3wt%	120℃
	Sn이 55wt%	140℃
InZn	Zn이 1wt%	150℃
	Zn이 3.8wt%	143℃
	Zn이 4wt%	150℃
InAg	Ag가 1wt%	150℃
	Ag가 3.2wt%	141℃
	Ag가 5wt%	150℃
InBi	Bi가 1wt%	150℃
	Bi가 22wt%	72℃
	Bi가 60wt%	150℃

그러므로, 본 발명의 발광 소자와 본딩용 기판을 본딩시키기 위한, 본딩물질막은 InSn, InZn, InAg와 InBi 중 선택된 하나를 사용할 수 있으며,

1) InSn의 경우, 총 중량에서 Sn이 10wt% ~ 55wt%로 조성되고,

2) InZn의 경우, 총 중량에서 Zn이 1wt% ~ 4wt%로 조성되고,

3) InAg의 경우, 총 중량에서 Ag가 1wt% ~ 5wt%로 조성되고,

4) InBi의 경우, 총 중량에서 Bi가 1wt% ~ 60wt%로 조성되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 각각의 합금에서 Sn, Zn, Ag와 Bi의 조성 중량의 범위를 벗어나게 되면, 녹는 온도가 올라가게 되어서, 본 발명에는 적합하지 않다.

즉, 본 발명은 150℃ 이하의 낮은 녹는점을 갖는 본딩 물질막으로 발광 소자와 본딩용 기판을 본딩하여 레이저 리프트 오프공정을 수행함으로써, 본딩시 발생되는 열을 낮추어 소자의 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 저온의 녹는점을 갖는 본딩 물질막으로 발광 소자와 본딩용 기판을 본딩하여 레이저 리프트 오프공정을 수행함으로써, 본딩시 발생되는 열을 낮추어 소자의 특성 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims

사파이어 기판에 질화물 반도체층을 형성하는 단계와;

상기 질화물 반도체층 상부에 발광 소자를 형성하는 단계와;

상기 발광 소자의 최상층에 UBM(Under Bump Metallization)층을 형성하는 단계와;

본딩용 기판 상부에 UBM층을 형성하고, 그 본딩용 기판의 UBM층 상부에 InSn, InZn, InAg와 InBi 중 선택된 하나로 이루어진 본딩물질막을 형성하는 단계와;

상기 본딩용 기판의 본딩물질막을 상기 발광 소자의 UBM층에 접촉시키고, 가열 및 압착하여 본딩하는 단계와;

상기 사파이어 기판에 레이저광을 조사하여, 상기 사파이어 기판을 발광 소자에서 이탈시키는 단계로 구성된 발광 소자의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 본딩물질막이 InSn이면,

InSn의 총 중량에서 Sn이 10wt% ~ 55wt%로 조성된 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 본딩물질막이 InZn이면,

InZn의 총 중량에서 Zn이 1wt% ~ 4wt%로 조성된 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 본딩물질막이 InAg이면,

InAg의 총 중량에서 Ag가 1wt% ~ 5wt%로 조성된 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 본딩물질막이 InBi이면,

InBi의 총 중량에서 Bi가 1wt% ~ 60wt%로 조성된 것을 특징으로 하는 발광 소자의 제조 방법.