KR100661717B1 - Manufacturing Process of Light Emitting Diode Using Aluminium Buffer Layer - Google Patents
Manufacturing Process of Light Emitting Diode Using Aluminium Buffer Layer Download PDFInfo
- Publication number
- KR100661717B1 KR100661717B1 KR1020050051668A KR20050051668A KR100661717B1 KR 100661717 B1 KR100661717 B1 KR 100661717B1 KR 1020050051668 A KR1020050051668 A KR 1020050051668A KR 20050051668 A KR20050051668 A KR 20050051668A KR 100661717 B1 KR100661717 B1 KR 100661717B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- substrate
- aluminum
- gan
- buffer layer
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Abstract
본 발명은 알루미늄 버퍼층을 이용한 발광 다이오드 제조방법에 관한 것으로, 기판 상부에 알루미늄(Al) 버퍼층 및 도핑되지 않은 U-GaN층을 형성하는 단계; 상기 U-GaN층 상부에 N-GaN층, 활성층, P-GaN층, P-오믹 컨택층 및 UBM층이 순차적으로 적층된 웨이퍼를 제조하는 단계; 상기 UBM층 상부에 전류가 흐를 수 있는 서브마운트 기판을 솔더에 의해 본딩하는 단계; 상기 알루미늄 버퍼층을 습식 식각(Wet Etching)하여 상기 기판을 리프트 오프(Lift off) 시키는 단계; 및 상기 N-GaN층 상부에 N-오믹 컨택층을 형성하는 단계;를 포함하여 발광 다이오드를 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한, 상기 서브마운트기판 대신에 전도성 홀더(holder)를 이용하는 방법에 관한 것이다. 또한 캐리어(carrier)를 사용하여 상기 서브마운트기판을 대신하고 N-GaN층에 전도성 홀더를 형성한 후 캐리어를 제거하는 방법에 관한 것이다. 이러한 특징을 갖는 본 발명은, 알루미늄 버퍼층에 의해 상부의 LED 에P층 특성을 향상시켜 고품위, 고효율의 발광 다이오드를 제조할 수 있고, 습식 식각에 의한 리프트 오프 공정으로 가격이 비싼 GaN 기판을 분리하여 재사용 할 수 있도록 함으로써 제조비용을 낮출 수 있고, 전도성 홀더를 N-GaN층에 형성하여 전기저항이 감소되어 소비전력이 우수한 효과가 있다. The present invention relates to a method of manufacturing a light emitting diode using an aluminum buffer layer, comprising: forming an aluminum (Al) buffer layer and an undoped U-GaN layer on a substrate; Manufacturing a wafer in which an N-GaN layer, an active layer, a P-GaN layer, a P-ohmic contact layer, and a UBM layer are sequentially stacked on the U-GaN layer; Bonding a submount substrate through which current can flow on the UBM layer by solder; Wet etching the aluminum buffer layer to lift off the substrate; And forming an N-ohmic contact layer on the N-GaN layer. It also relates to a method of using a conductive holder instead of the submount substrate. The present invention also relates to a method of removing a carrier after forming a conductive holder in the N-GaN layer in place of the submount substrate using a carrier. According to the present invention having the above characteristics, it is possible to manufacture high-quality, high-efficiency light emitting diodes by improving the characteristics of the upper LED E layer by the aluminum buffer layer, and by separating the expensive GaN substrate by the lift-off process by wet etching. By making it reusable, manufacturing cost can be lowered, and the conductive holder is formed on the N-GaN layer, thereby reducing the electrical resistance, thereby providing excellent power consumption.
발광 다이오드, 리프트 오프, 알루미늄 버퍼층 Light Emitting Diode, Lift Off, Aluminum Buffer Layer
Description
도 1a 내지 도 1e는 종래 기술에 따라 전극이 수평 구조 형태로 이루어진 발광 다이오드의 제조 사시 수순도,1A through 1E are perspective views showing the manufacturing process of a light emitting diode having an electrode having a horizontal structure according to the prior art;
도 2a 내지 도 2h는 종래 기술에 따라 전극이 수직 구조 형태로 이루어진 발광 다이오드의 제조 단면 수순도,2A to 2H are cross-sectional views of manufacturing light emitting diodes in which electrodes have a vertical structure according to the prior art;
도 3은 본 발명에 따른 알루미늄 버퍼층을 이용한 발광 다이오드 제조방법의 순서를 나타내는 흐름도,3 is a flowchart illustrating a procedure of a method of manufacturing a light emitting diode using the aluminum buffer layer according to the present invention;
도 4a 내지 도 4f는 본 발명에 따른 알루미늄 버퍼층을 이용한 발광 다이오드의 웨이퍼 제조 단면 수순도, 4a to 4f are wafer cross-sectional purity diagrams of a light emitting diode using an aluminum buffer layer according to the present invention;
도 5a 및 5b는 본 발명에 따른 알루미늄 버퍼층을 이용한 발광 다이오드의 서브마운트 제조 단면 수순도,5A and 5B are cross-sectional views of manufacturing submounts of a light emitting diode using an aluminum buffer layer according to the present invention;
도 6a 내지 6e는 본 발명에 따른 알루미늄 버퍼층을 이용한 발광 다이오드의 제조 단면 수순도,6A through 6E are cross-sectional views of manufacturing light emitting diodes using the aluminum buffer layer according to the present invention;
도 7은 본 발명의 또다른 일실시예에 따른 알루미늄 버퍼층을 이용한 발광 다이오드의 단면도,7 is a cross-sectional view of a light emitting diode using the aluminum buffer layer according to another embodiment of the present invention;
도 8a 내지 8d는 본 발명의 또다른 일실시예에 따른 알루미늄 버퍼층을 이용한 발광 다이오드의 제조 단면 수순도이다.8A through 8D are cross-sectional flowcharts of manufacturing a light emitting diode using an aluminum buffer layer according to another exemplary embodiment of the present invention.
**도면의 주요부분에 대한 상세한 설명**** Detailed description of the main parts of the drawings **
10: 기판 11: 알루미늄 버퍼층 10: substrate 11: aluminum buffer layer
11-1:알루미늄층 또는 알루미늄 화합물층11-1: aluminum layer or aluminum compound layer
11-2:GaN, InGaN 및 AlInGaN로 이루어진 군에서 선택된 층11-2: layer selected from the group consisting of GaN, InGaN and AlInGaN
12: U-GaN층 13: N-GaN층12: U-GaN layer 13: N-GaN layer
14: 활성층 15: P-GaN층14: active layer 15: P-GaN layer
16: P-오믹 컨택층 17: 반사용 메탈16: P-Omic Contact Layer 17: Reflective Metal
18: UBM층 20: 전도성 기판18: UBM layer 20: conductive substrate
21: 오믹컨택용 물질 22: 솔더21: material for ohmic contact 22: solder
30: N-오믹 컨택층 40: 웨이퍼30: N-omic contact layer 40: wafer
50: 서브마운트 기판 60, 70: 전도성 홀더(holder)50:
71: 캐리어(carreier) 72: 접착용 물질71: carrier 72: adhesive material
본 발명은 알루미늄 버퍼층을 이용한 발광 다이오드 제조방법에 관한 것으로 특히, 알루미늄 버퍼층에 대한 습식 식각(Wet Etching) 방법으로 기판을 분리시키는 방법을 특징으로 하는 것이다. 더욱 상세하게는 기판 상부에 알루미늄(Al) 버퍼층 및 도핑되지 않은 U-GaN층을 형성하고, 상기 U-GaN층 상부에 N-GaN층, 활성층, P-GaN층, P-오믹 컨택층 및 UBM층을 순차적으로 적층한 후 서브마운트 기판을 본딩하며, 상기 알루미늄 버퍼층을 습식 식각하여 기판을 리프트 오프(Lift off) 시키는 방법에 관한 것이다. 또한, 상기 서브마운트기판 대신에 전도성 홀더(holder)를 이용하는 방법에 관한 것이다. 또한 캐리어(carrier)를 사용하여 상기 서브마운트기판을 대신하고 N-GaN층에 전도성 홀더를 형성한 후 캐리어를 제거하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing a light emitting diode using an aluminum buffer layer, in particular, characterized in that the method of separating the substrate by a wet etching (Wet Etching) method for the aluminum buffer layer. More specifically, an aluminum (Al) buffer layer and an undoped U-GaN layer are formed on the substrate, and an N-GaN layer, an active layer, a P-GaN layer, a P-omic contact layer, and a UBM are formed on the U-GaN layer. The present invention relates to a method of laminating a submount substrate after sequentially stacking layers and lifting the substrate by wet etching the aluminum buffer layer. It also relates to a method of using a conductive holder instead of the submount substrate. The present invention also relates to a method of removing a carrier after forming a conductive holder in the N-GaN layer in place of the submount substrate using a carrier.
이러한 GaN계를 이용한 발광소자는 청색, 녹색 계의 발광소자로 주목받고 있다. 이 소자는 전광판, 표시소자, 백라이트용의 소자, 전구 등 그 응용영역이 매우 넓으며 점차 응용의 범위가 확대, 증가되는 추세에 있으므로 효율이 좋은 소자의 개발은 매우 중요하다 하겠다. The light emitting device using the GaN system is attracting attention as a blue, green light emitting device. Since this device has a very wide application area such as an electronic board, a display device, a backlight device, and a light bulb, and the scope of application is gradually increasing, it is very important to develop an efficient device.
종래 구조의 LED 제작 공정을 도 1a 내지 도 1e를 참고로 설명하면 다음과 같다. 기판 물질로 사파이어를 이용하고, GaN계 반도체를 이용한 청색 LED의 경우를 예로 들어 설명하면 다음과 같다. 우선 도 1a에 도시한 바와 같이, MOCVD를 이용하여 사파이어 기판(111) 위에 도핑되지 않은 GaN층(112), 하부 클래드층인 N-GaN층(113), 활성층(114), 상부 클래드층인 P-GaN층(115)을 차례로 적층하고, P-GaN층 (115)을 활성화시킨다. 이어 도 1b에 도시한 바와 같이, N-GaN층(113)이 노출되도록 RIE를 이용하여, P-GaN층(115), 활성층(114), N-GaN층(113)의 일부를 식각한다. 이어 도 1c에 도시한 바와 같이, P-GaN층(115)의 전면에 오믹 금속 물질로 Ni, Cr, Au등의 조합을 이용하여 200Å이하의 두께로 투명전극으로 오믹컨택층(116)을 형성한 다음 합금을 한다. 이어 도 1d에 도시한 바와 같이, 오믹컨택층(116)의 일부에 Ni, Cr, Au, Ti, Pt등의 조합을 이용하여 2000Å 이상의 두께로 두껍게 형성하여 P-전극패드(117)를 형성한 다음, 다시 오믹컨택층(116)과의 접촉저항을 줄이기 위해 적당한 온도에서 합금을 한다. 이어 도 1e에 도시한 바와 같이, 노출된 N-GaN층(113)의 영역 상에 Ni, Cr, Ti, Al, Au등의 조합을 이용하여 2000Å 이상의 두께로 두껍게 형성하여 N-전극패드(118)를 형성한 다음 합금을 하여 칩을 완성한다.Referring to FIGS. 1A to 1E, the LED fabrication process of the conventional structure is as follows. A blue LED using sapphire as a substrate material and a GaN-based semiconductor will be described as an example. First, as shown in FIG. 1A, an
이렇게 해서 완성된 칩은 P-전극패드(117)에 양의 부하를, N-전극패드(118)에 음의 부하를 가하게 되면, P-GaN층(115)과 N-GaN층(113)으로부터 각각 정공과 전자들이 활성층(114)으로 모여 재결합함으로써 활성층(114)에서 발광을 하게 된다. 이 LED칩은 솔더(solder)를 사용하여 P-GaN층(115)이 위로 향하게 조립되어 사용된다. 활성층(114)에서 발광된 광은 모든 방향으로 발광을 하게 되는데, 활성층(114)이 칩의 윗부분에 위치하고 있기 때문에 주로 윗부분으로 광이 방출되게 된다. 하지만 투명전극으로 이루어진 오믹컨택층(116) 위에 불투명한 금속으로 P-전극패드(117)가 형성되어 있으므로 활성층(114)에서 발생한 광의 상당한 부분이 P-전극패드(117)의 밖으로 빠져 나올 수 없게 됨으로써 그만큼의 광출력의 손실이 발생한 다.In this way, when the chip is loaded with a positive load on the P-
그러나, 이러한 발광 다이오드는 낮은 열전도도를 갖는 사파이어 기판에 제조되기 때문에, 소자 동작시 발생하는 열을 원활히 방출하기가 어려워, 소자의 특성이 저하되는 문제점이 있다. 그리고, 전극이 상부와 하부로 형성되지 못하고, 도 1에 도시된 바와 같이, 동일 방향으로 형성되어 활성층의 일부 영역의 제거해야 하며, 이에 따라 발광면적이 감소하여 고휘도의 고품위 발광 다이오드를 실현하기 어렵고, 동일 웨이퍼에서 칩의 개수가 줄어들 수 밖에 없고, 제조공정도 어려고, 또한 조립시 본딩을 두번해야 하는 문제가 있다. 또한, 웨이퍼상에 발광 다이오드 칩의 공정이 종료된 후, 단위 칩으로 분리하기 위해 하는 래핑(Lapping), 폴리싱(Polishing), 스크라이빙(Scribing)과 브레이킹(Breaking) 공정시 사파이어를 기판으로 사용했을 경우, 사파이어의 단단함과 질화갈륨과의 벽개면의 불일치로 인하여 생산수율이 저하되는 문제점이 있다.However, since such a light emitting diode is manufactured on a sapphire substrate having low thermal conductivity, it is difficult to smoothly discharge heat generated during operation of the device, and thus there is a problem in that the characteristics of the device are degraded. And, the electrode is not formed in the upper and lower, as shown in Figure 1, formed in the same direction to remove a portion of the active layer, and accordingly the light emitting area is reduced, it is difficult to realize high-quality light-emitting diode of high brightness In addition, the number of chips in the same wafer is inevitably reduced, and the manufacturing process is also difficult, and there is a problem in that bonding is required twice during assembly. In addition, sapphire is used as a substrate during lapping, polishing, scribing and breaking process to separate the unit chip into wafers after the process of the LED chip is finished on the wafer. In this case, there is a problem that the production yield is lowered due to the mismatch between the cleaved surface of sapphire and gallium nitride.
이러한 문제를 해결하기 위해서는 수직 구조를 갖는 발광 다이오드가 요구된다. 하지만, 수직구조를 갖는 발광다이오드는 발광다이오드의 상하면에 컨택층을 형성하기 위해서는 사파이어 기판을 제거하는 공정이 수반되어야 한다. In order to solve this problem, a light emitting diode having a vertical structure is required. However, the light emitting diode having a vertical structure must be accompanied by a process of removing the sapphire substrate to form a contact layer on the upper and lower surfaces of the light emitting diode.
종래 수직 구조 형태를 가진 LED 제작공정을 설명하면 아래와 같다. 도 2a 내지 도 2h는 본 발명자에 의해 대한민국 공개특허공보 제10-2004-0067283호에 개시된 것으로, 종래 기술에 따라 전극이 수직 구조 형태로 이루어진 발광 다이오드의 제조 단면 공정도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명자의 개선된 발광 다이오드 소자 제조방법은 사파이어 기판(121) 위에 MOCVD를 이용하여 LED의 구조를 적층하고 P-GaN(125) 상부에 전극 및 반사막을 형성한 다음 이 웨이퍼(120)를 따로 제작된 서브마운트(Submount, 130)에 붙이고 사파이어 기판을 제거하여 수직 구조의 발광소자를 제조하는 방법에 관한 것이다.Referring to the LED manufacturing process having a conventional vertical structure form as follows. 2A to 2H are disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2004-0067283 by the present inventor, which is a cross-sectional process diagram of manufacturing a light emitting diode having an electrode having a vertical structure according to the prior art. As shown, the improved light emitting diode device manufacturing method of the present invention is to laminate the structure of the LED using MOCVD on the
먼저 도 2a에 나타난 바와 같이, 사파이어 기판(121)의 상부에 MOCVD의 공정을 수행하여, 도핑되지않은 GaN층(122), N-GaN층(123), InxGa1-xN층(124), P-GaN층(125)을 순차적으로 적층하고, 연이어, 상기 P-GaN층(125)의 상부에 투명전극(126), 반사막(127), 솔더 반응 방지층(128), Ti/Au, Ni/Au와 Pt/Au 중 선택된 어느 하나의 금속층(129)을 순차적으로 형성하여 웨이퍼(120)를 제작한다. 다음, 도 2b 내지 도 2c에 나타난 바와 같이, 전류가 흐를 수 있는 베이스 기판(130)의 상부와 하부 각각에 제 1과 2 오믹 접촉(Ohmic contact)용 금속층(131,132)을 형성하고, 발광 다이오드 칩 부착용 솔더(133)를 형성하여 서브마운트 기판(130)을 제작한다. 다음, 제조된 웨이퍼(120)의 금속층(129)을 도 2d에 도시된 바와 같이 제조된 서브마운트 기판(130)의 솔더(133)에 본딩한다(도 2d). 그 후, 상기 복수개의 발광 다이오드들이 제조된 웨이퍼(120)의 사파이어 기판(121)에 레이저를 조사하여 사파이어 기판(121)을 복수개의 발광 다이오드들로부터 이탈시키고(도 2e), 도핑되지 않은 GaN 층(122)은 전술된 레이저 리프트 오프(Lift Off)공정에 의해서, 표면의 어느 정도의 두께까지는 손상된 층으로 남게 되고(도 2f), 건식식각공정을 이용하여 N-GaN층(123)이 드러날 때까지 전면 식각하고, 상기 각각의 발광 다이오드들에 해당하는 N-GaN층(123)의 상부에 N-전극 패드(141)를 형성한다(도 2g). 마지막으로, 상기 복수의 발광 다이오드들과 서브마운트 기판에 스크라이빙(Scribing)과 브레이킹(Breaking)의 절단공정을 수행하여 개별 소자(101,102)로 분리한다(도 2h). 따라서, 본 발명의 발광 다이오드는 발광 다이오드의 상부와 하부에 각각 전극을 구비하는 수직 구조로 제조되며, 기존의 식각공정을 수행하지 않으므로 제조 공정이 간단한 장점이 있다.First, as shown in FIG. 2A, a MOCVD process is performed on the
그러나, 상기의 종래 기술도 다음과 같은 문제점이 있다. 즉, 에피층을 형성하기 위한 기판으로 사파이어 기판을 사용하기 때문에 에피층인 GaN계와 격자 부정합에 의해 에피층의 품질이 떨어져서 발광효율이 나쁘고 ESD(ElectroStatic Damage) Level도 낮고, 신뢰성도 악화되는 등의 문제가 있다. 또한, 이러한 사파이어 기판의 문제점을 해결하기 위해 대체 기판으로 질화물반도체 기판이 연구되고 있으나 미흡한 실정이며, 이러한 질화물반도체 기판은 고가이어서 일회성으로 사용할 경우 제조비용이 증가되는 난제(難題)가 있다.However, the above prior art also has the following problems. That is, since the sapphire substrate is used as the substrate for forming the epi layer, the quality of the epi layer is degraded due to the lattice mismatch with the epitaxial GaN layer, resulting in poor luminous efficiency, low ESD (Electrostatic Damage) level, and poor reliability. There is a problem. In addition, a nitride semiconductor substrate has been studied as an alternative substrate to solve the problem of the sapphire substrate, but the situation is insufficient. Such a nitride semiconductor substrate is expensive and there is a difficulty in increasing the manufacturing cost when used as a one-time.
이와 같이 사파이어기판을 제거하는 공정은 사파이어기판의 기계적 강도가 크므로, 기계적 연마를 통한 제거에는 한계가 있으며, 레이저 빔을 이용한 분리기술도 실질 적으로 사파이어기판과 단결정 GaN 발광구조물의 열팽창계수 및 격자부정합으로 인해 레이저 빔 조사과정에서 상기 GaN 결정면이 손상되는 문제가 발생할 수 있다. 결국, 이러한 손상된 단결정면은 최종적인 GaN 발광 다이오드의 전기적 특성을 크게 저하시키게 되는 것이다.Since the process of removing sapphire substrate has a high mechanical strength, the mechanical sapphire substrate can be removed by mechanical polishing, and the separation technique using a laser beam is also practically a thermal expansion coefficient and lattice of sapphire substrate and single crystal GaN light emitting structure. Mismatch may cause the GaN crystal surface to be damaged during the laser beam irradiation. As a result, such damaged single crystal planes greatly degrade the electrical characteristics of the final GaN light emitting diode.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 기판 상부에 알루미늄(Al) 버퍼층 및 도핑되지 않은 U-GaN층을 형성하고, 상기 U-GaN층 상부에 N-GaN층, 활성층, P-GaN층, P-오믹 컨택층 및 UBM층을 순차적으로 적층한 후 서브마운트 기판을 본딩하며, 상기 알루미늄 버퍼층을 습식 식각하여 기판을 리프트 오프(Lift off) 시키는 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, to form an aluminum (Al) buffer layer and the undoped U-GaN layer on the substrate, the N-GaN layer, the active layer, A P-GaN layer, a P-omic contact layer, and a UBM layer are sequentially stacked, and then a submount substrate is bonded, and a method of lifting off the substrate by wet etching the aluminum buffer layer is provided.
이와 같은 본 발명에 의하여 모든 종류의 기판을 사용해서 발광 다이오드를 제작할 수 있으며 알루미늄 버퍼층 위에 성장되는 GaN 기판에 의해 LED 에피(Epi)층의 특성을 개선하고 소자의 특성을 향상시켜 신뢰성을 개선 시키고자 함이다. 뿐만 아니라, 기판 및 알루미늄 버퍼층을 습식 식각(Wet Etching)하여 상기 웨이퍼로부터 리프트 오프(Lift off) 시키는 공정으로 가격이 비싼 GaN 기판을 분리하여 재사용 할 수 있도록 함으로써 제조비용을 낮출 수 있는 고품위, 저가격의 획기적인 발광다이오드 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.According to the present invention, a light emitting diode can be manufactured using all kinds of substrates, and GaN substrates grown on an aluminum buffer layer improve the characteristics of the LED epi layer and improve the characteristics of the device to improve reliability. It is. In addition, the wet etching process of the substrate and the aluminum buffer layer to lift off from the wafer allows the expensive GaN substrate to be separated and reused, thereby reducing the manufacturing cost. It is an object to provide a breakthrough light emitting diode manufacturing method.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 알루미늄 버퍼층을 이용한 발광 다이오드 제조방법은 기판 상부에 알루미늄(Al) 버퍼층 및 도핑되지 않은 U-GaN층을 형성하는 단계; 상기 U-GaN층 상부에 N-GaN층, 활성층, P-GaN층, P-오믹 컨택층 및 UBM층이 순차적으로 적층된 웨이퍼를 제조하는 단계; 상기 UBM층 상부에 전류가 흐를 수 있는 서브마운트 기판을 솔더에 의해 본딩하는 단계; 상기 기판 및 알루미늄 버퍼층을 습식 식각(Wet Etching)하여 상기 웨이퍼로부터 리프트 오프(Lift off) 시키는 단계; 및 상기 N-GaN층 상부에 N-오믹 컨택층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a light emitting diode manufacturing method using an aluminum buffer layer, the method including: forming an aluminum (Al) buffer layer and an undoped U-GaN layer on a substrate; Manufacturing a wafer in which an N-GaN layer, an active layer, a P-GaN layer, a P-ohmic contact layer, and a UBM layer are sequentially stacked on the U-GaN layer; Bonding a submount substrate through which current can flow on the UBM layer by solder; Wet etching the substrate and the aluminum buffer layer to lift off from the wafer; And forming an N-ohmic contact layer on the N-GaN layer.
여기서, 상기 기판 상부에 알루미늄(Al) 버퍼층 및 도핑되지 않은 U-GaN층을 형성하는 단계는 상기 알루미늄 버퍼층이 상기 기판과 상기 U-GaN층 사이에 또는 상기 U-GaN층 내부에 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 구체적으로 상기 알루미늄 버퍼층은 알루미늄층 또는 알루미늄 화합물층이 가능하고, 상기 알루미늄 화합물은 AlN이 바람직하다. 또한, 이러한 알루미늄 버퍼층은 알루미늄층 또는 알루미늄 화합물층과 GaN, InGaN 및 AlInGaN로 이루어진 군에서 선택된 층이 교대 층(alternating layer)으로 이루어져 복수 세트로 반복 형성된 초격자(superlettice) 구조를 가지는 형태일 수 있다. The forming of the aluminum buffer layer and the undoped U-GaN layer on the substrate may include forming the aluminum buffer layer between the substrate and the U-GaN layer or within the U-GaN layer. desirable. Specifically, the aluminum buffer layer may be an aluminum layer or an aluminum compound layer, and the aluminum compound is preferably AlN. In addition, the aluminum buffer layer may have a superlatice structure in which a layer selected from the group consisting of an aluminum layer or an aluminum compound layer and a group consisting of GaN, InGaN, and AlInGaN is formed of alternating layers.
본 발명의 다른 특징으로 알루미늄 버퍼층을 포함한 LED 에피층이 형성되는 기판은 사파이어(Sapphire) 기판, 실리콘(Si) 기판, 질화물(GaN) 기판 또는 GaN, InGaN, AlGaN, AlInGaN 중에서 적어도 하나가 적층된 템플레이트(Template) 기판을 사용할 수 있다. In another aspect of the present invention, a substrate on which an LED epitaxial layer including an aluminum buffer layer is formed is a sapphire substrate, a silicon substrate, a nitride substrate, or a template in which at least one of GaN, InGaN, AlGaN, and AlInGaN is stacked. (Template) A substrate can be used.
본 발명에 따른 알루미늄 버퍼층을 이용한 발광 다이오드 제조방법에 있어서, 상기 U-GaN층 상부에는 N-GaN층, 활성층, P-GaN층, P-오믹 컨택층 및 UBM층이 순차적으로 적층되지만, 상기 P-오믹 컨택층과 상기 UBM층 사이에 반사용 메탈층이 더 포함되는 형태도 가능하고, 상기 UBM층 상부에 본딩하는 서브마운트 기판은 전도성 기판의 상부 및 하부에 오믹 컨택층이 형성되고 상기 상부 오믹 컨택층 상부에는 솔더가 형성된 것이 바람직하다. 나아가 상기 전도성 기판은 Si, AlN, SiC, GaAs, Cu, W 또는 Mo를 포함하여 이루어질 수 있는 것을 특징으로 한다. In the method of manufacturing a light emitting diode using the aluminum buffer layer according to the present invention, an N-GaN layer, an active layer, a P-GaN layer, a P-omic contact layer and a UBM layer are sequentially stacked on the U-GaN layer, A reflective metal layer may be further included between the ohmic contact layer and the UBM layer, and the submount substrate bonded to the UBM layer may have an ohmic contact layer formed on and below the conductive substrate. It is preferable that solder is formed on the contact layer. Furthermore, the conductive substrate may be made of Si, AlN, SiC, GaAs, Cu, W or Mo.
본 발명에 따른 또 다른 특징은 상기 알루미늄 버퍼층을 습식 식각(Wet Etching)하여 상기 기판을 리프트 오프(Lift off) 시키는 것으로, 상기 습식 식각은 상기 기판을 랩핑 및 연마한 후 다시 식각하여 상기 기판을 상기 웨이퍼로부터 제거하는 것이 가능하다. 상기 습식 식각에서의 식각 정지층으로는 상기 알루미늄 버퍼층을 이용할 수 있고, 이러한 습식 식각은 염산(HCl), 질산(HNO3), 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 산화크롬(CrO3) 및 알루에치(4H3PO4 +4CH3COOH+HNO3 +H2O) 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 의한 혼합 용액을 식각액으 로 사용하는 습식 식각 방법으로 수행될 수 있으며, 상기 식각액은 120℃ 이상의 온도로 가열된 상태에서 사용 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 가열은 광흡수를 이용한 간접 가열 방식으로 이루어지는 것이 가장 바람직하다. Another feature according to the present invention is to wet off the aluminum buffer layer (Wet Etching) to lift off the substrate (Lift off), the wet etching after lapping and polishing the substrate to etch the substrate again It is possible to remove from the wafer. As the etch stop layer in the wet etching, the aluminum buffer layer may be used, and the wet etching may include hydrochloric acid (HCl), nitric acid (HNO 3 ), potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), and sulfuric acid (H 2 SO). 4 ), a mixed solution of any one or a combination of phosphoric acid (H 3 PO 4 ), chromium oxide (CrO 3 ) and aluene (4H 3 PO 4 + 4CH 3 COOH + HNO 3 + H 2 O); It may be carried out by a wet etching method used as an etchant, the etchant is preferably used in a state heated to a temperature of 120 ℃ or more. In addition, the heating is most preferably made of an indirect heating method using light absorption.
본 발명에 따른 습식 식각에 있어서, 상기 랩핑 및 연마시 상기 기판 표면을 경면 연마하여 표면 거칠기가 10㎛ 이하가 되도록 하는 것이 가능하고, 상기 랩핑 및 연마후의 상기 기판의 두께는 250㎛ 이하인 것이 바람직한 알루미늄 버퍼층을 이용한 발광 다이오드 제조방법이다. 이러한 발광 다이오드 제조방법에 있어서, 상기 랩핑 및 연마는 기계적 연마, CMP(chemical mechanical polishing) 및 염산(HCl), 질산(HNO3), 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 산화크롬(CrO3) 및 알루에치(4H3PO4 +4CH3COOH+HNO3 +H2O) 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 의한 혼합 용액을 식각액으로 사용하는 습식 식각 중의 어느 하나 이상의 방법을 사용하여 이루어지는 것이 가능하다. In the wet etching according to the present invention, it is possible to mirror-polish the substrate surface during lapping and polishing so that the surface roughness is 10 μm or less, and the thickness of the substrate after the lapping and polishing is preferably 250 μm or less. A light emitting diode manufacturing method using a buffer layer. In the light emitting diode manufacturing method, the lapping and polishing is mechanical polishing, chemical mechanical polishing (CMP) and hydrochloric acid (HCl), nitric acid (HNO 3 ), potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), sulfuric acid (H 2 Mixed solution by any one or combination of SO 4 ), phosphoric acid (H 3 PO 4 ), chromium oxide (CrO 3 ) and aloe etch (4H 3 PO 4 + 4CH 3 COOH + HNO 3 + H 2 O) It can be made using any one or more methods of wet etching using the as an etchant.
또한, 상기 습식 식각 방법에는 ICP/RIE 또는 RIE 법을 사용하는 식각 공정이 추가적으로 포함되는 것도 가능한 알루미늄 버퍼층을 이용한 발광 다이오드 제조방법이다. 여기서, 상기 건식 식각은 BCL3, Cl2, HBr, Ar 중의 적어도 하나를 식각 가스로 사용하는 것이 바람직하다. In addition, the wet etching method is a method of manufacturing a light emitting diode using an aluminum buffer layer that may further include an etching process using the ICP / RIE or RIE method. In the dry etching, at least one of BCL 3 , Cl 2 , HBr, and Ar may be used as an etching gas.
본발명의 또다른 양태(樣態)로서,As another aspect of the present invention,
기판 상부에 알루미늄(Al) 버퍼층 및 N-GaN층을 형성하는 단계; 상기 N-GaN층 상부에 활성층, P-GaN층 및 P-오믹 컨택층을 순차적으로 적층하는 단계; 상기 P-오믹 컨택층 상에 전도성 홀더(holder)를 형성하는 단계; 상기 알루미늄 버퍼층을 습식 식각(Wet Etching)하여 상기 기판을 리프트 오프(Lift off) 시켜 분리하는 단계;와 상기 N-GaN층(13)에 N-오믹컨택층을 형성하는 단계;를 포함하는 알루미늄 버퍼층을 이용한 발광 다이오드 제조방법을 제공한다. 상기에서 U-GaN층(12)이 부가될 수 있다.Forming an aluminum (Al) buffer layer and an N-GaN layer on the substrate; Sequentially stacking an active layer, a P-GaN layer, and a P-ohmic contact layer on the N-GaN layer; Forming a conductive holder on the P-ohmic contact layer; Wet etching the aluminum buffer layer (Wet Etching) to remove the substrate by lifting off (Lift off); and forming an N- ohmic contact layer on the N-
또한, 기판 상부에 알루미늄(Al) 버퍼층 및 N-GaN층을 형성하는 단계; 상기 N-GaN층 상부에 활성층 및 P-GaN층을 순차적으로 적층하는 단계; 상기 P-GaN층 상에 접착용 물질을 도포하고 캐리어(carrier)를 접착하는 단계; 상기 알루미늄 버퍼층을 습식 식각(Wet Etching)하여 상기 기판을 리프트 오프(Lift off) 시켜 분리하는 단계; 상기 N-GaN층(13)에 N-오믹컨택층(생략될 수 있음, 31), 반사용 메탈층(생략될 수 있음, 32), 전도성 홀더(70)를 형성하는 단계; 상기 P-GaN층 상에 형성된 접착용 물질을 유기용매로 용해하여 캐리어(carrier)를 제거하는 단계;와 상기 P-GaN층에 P-오믹 컨택층을 형성하는 단계;를 포함하는 알루미늄 버퍼층을 이용한 발광 다이오드 제조방법을 제공한다.In addition, forming an aluminum (Al) buffer layer and the N-GaN layer on the substrate; Sequentially stacking an active layer and a P-GaN layer on the N-GaN layer; Applying an adhesive material on the P-GaN layer and adhering a carrier; Wet etching the aluminum buffer layer to lift off the substrate to separate the substrate; Forming an N-ohmic contact layer (can be omitted, 31), a reflective metal layer (can be omitted, 32), and a conductive holder (70) in the N-GaN layer (13); Dissolving an adhesive material formed on the P-GaN layer with an organic solvent to remove a carrier; and forming a P-ohmic contact layer on the P-GaN layer. Provided is a light emitting diode manufacturing method.
또한, 상기 전도성 홀더(60, 70)는 ElectroPlating 방법에 의해 형성되고, 상기 전도성 홀더의 두께는 10 ~ 400 ㎛이며, 상기 전도성 홀더는 Cu, W, Au, Ni, Mo, Pt, Al 및 Ti로 이루어지는 군에서 하나 이상 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 질화규소(SiN)층을 이용한 발광 다이오드 제조방법을 제공한다.In addition, the conductive holder (60, 70) is formed by the ElectroPlating method, the thickness of the conductive holder is 10 ~ 400 ㎛, the conductive holder is Cu, W, Au, Ni, Mo, Pt, Al and Ti It provides a light emitting diode manufacturing method using a silicon nitride (SiN) layer, characterized in that one or more included in the group consisting of.
이하에서는 첨부된 도면을 참고로하여 본 발명의 기술적 특징을 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해 될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the technical features of the present invention. The invention may be better understood by the following examples, which are intended for purposes of illustration of the invention and are not intended to limit the scope of protection defined by the appended claims.
도 3은 본 발명에 따른 발광 다이오드 제조방법의 순서를 나타내는 흐름도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명은 기판 상부에 알루미늄(Al) 버퍼층 및 도핑되지 않은 U-GaN층을 형성하는 단계(S10), 상기 U-GaN층 상부에 N-GaN층, 활성층, P-GaN층, P-오믹 컨택층 및 UBM층이 순차적으로 적층된 웨이퍼를 제조하는 단계(S20), 상기 UBM층 상부에 전류가 흐를 수 있는 서브마운트 기판을 솔더에 의해 본딩하는 단계(S30), 상기 알루미늄 버퍼층을 습식 식각(Wet Etching)하여 상기 기판을 리프트 오프(Lift off) 시키는 단계(S40), 상기 N-GaN층 상부에 N-오믹 컨택층을 형성하는 단계(S50)를 포함하여 이루어지는 알루미늄 버퍼층을 이용한 발광 다이오드 제조방 법이다. 상기 U-GaN층은 생략될 수 있다. 도 4a 내지 도 6e에서는 이와 같이 각 단계에 따라 순차적으로 이루어지는 본 발명에 따른 발광 다이오드를 단면도 형태로 공정순서에 따라 나타내었다. 3 is a flowchart illustrating a procedure of a method of manufacturing a light emitting diode according to the present invention. As shown, the present invention comprises the step of forming an aluminum (Al) buffer layer and an undoped U-GaN layer on the substrate (S10), an N-GaN layer, an active layer, a P-GaN layer on the U-GaN layer Manufacturing a wafer in which a P-omic contact layer and a UBM layer are sequentially stacked (S20), bonding a submount substrate through which current can flow on the UBM layer by soldering (S30), and the aluminum buffer layer Wet etching (Lift off) the substrate by wet etching (S40), and forming an N-ohmic contact layer on the N-GaN layer (S50) using the aluminum buffer layer made of Light emitting diode manufacturing method. The U-GaN layer may be omitted. In FIG. 4A to FIG. 6E, the light emitting diode according to the present invention, which is sequentially performed according to each step, is illustrated in the cross-sectional form according to the process sequence.
먼저, 본 발명에 있어서 기판 상부에 알루미늄(Al) 버퍼층 및 도핑되지 않은 U-GaN층을 형성하는 단계(S10)는 본 발명의 가장 중심이 되는 기술적 특징으로써, 이후에 기판을 원할히 분리시키고 상기 알루미늄 버퍼층 위에 성장되는 LED 에피층의 특성을 개선하여 소자특성을 향상시키고자 함이다. 또한 수직 구조 형태를 가진 발광 다이오드를 제작하기 위하여, 습식 식각의 방법으로 상기 기판을 리프트 오프 시킴으로써 가격이 비싼 GaN 기판을 분리하여 재사용 할 수 있도록 하기 위함이다.First, in the present invention, the step (S10) of forming an aluminum (Al) buffer layer and an undoped U-GaN layer on the substrate is a technical feature of the present invention, after which the substrate is smoothly separated and the aluminum The purpose of the present invention is to improve device characteristics by improving the characteristics of the LED epitaxial layer grown on the buffer layer. In addition, in order to fabricate a light emitting diode having a vertical structure, it is to allow the expensive GaN substrate to be separated and reused by lifting off the substrate by a wet etching method.
본 발명에 있어서 상기 기판 상부에 알루미늄 버퍼층 및 도핑되지 않은 U-GaN층이 형성되는 것은 도 4a에 도시된 바와 같이, 기판(10)의 상부에 도핑되지 않은 U-GaN층(12)이 형성되고 상기 U-GaN층(12) 상부에 알루미늄 버퍼층(11)이 순차적으로 적층되어, 알루미늄 버퍼층(11)이 상기 기판과 U-GaN층(12) 사이에 형성되는 형태가 바람직하다. In the present invention, the aluminum buffer layer and the undoped U-GaN layer are formed on the substrate. As shown in FIG. 4A, the undoped
그러나, 본 발명은 습식 식각으로 N-GaN층을 드러내기 위한 것이므로 여기에 제한되지 않고, 도 4b에 나타난 바와 같이 상기 알루미늄 버퍼층(11)이 상기 U-GaN층 (12) 내부에 형성되는 형태도 가능하다. 즉, 상기 기판(10)에 먼저 U-GaN층(12)을 형성한 후 알루미늄 버퍼층(11)을 형성하고 다시 U-GaN층(12)을 형성할 수 있다. 이 경우 알루미늄 버퍼층(11)은 질화물반도체 기판(10)과 가까이 위치하는 것이 바람직한데, 상기 알루미늄 버퍼층(11)과 상기 기판(10)과의 거리가 0~10㎛범위내인 것이 바람직하다. However, the present invention is not limited thereto because it exposes the N-GaN layer by wet etching, and as shown in FIG. 4B, the
또한, 상기 알루미늄 버퍼층(11)은 도 4c에 도시된 바와 같이 복수로 적층될 수도 있다. 즉, 상기 기판(10)에 먼저 U-GaN층(12)이 형성되고 알루미늄 버퍼층(11)이 형성된 후 다시 U-GaN층(12)이 형성된 세트가 복수로 반복되는 것이다. 상기 세트가 반복되는 횟수에는 특별한 제한없이 2 내지 30 범위에서 반복되는 것이 바람직하다. 상기 복수의 알루미늄 버퍼층(11)은 InGaN, AlGaN 및 AlInGaN로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나로 이루어지거나 둘 이상이 조합되어 이루어질 수 있다.In addition, the
이와 같이, 본 발명은 기판 상부에 알루미늄 버퍼층(11) 및 U-GaN층(12)을 형성하는 것을 포함하는 것으로, 여기서 사용되는 기판(10)은 사파이어(Sapphire) 기판, 실리콘(Si) 기판, 질화물(GaN) 기판이거나 이들의 조합이 가능하고, 바람직하게는 GaN, InGaN, AlGaN 또는 AlInGaN 기판인 것이 에피층의 특성 향상을 위해 좋다. 그러나 여기에 제한되지 않고 상기 기판(10)은 기본적으로 GaN 에피층을 성장시킬 수 있는 모든 종류의 기판을 사용할 수 있으며, GaN, InGaN, AlGaN, AlInGaN 중에서 적어도 하나가 적층된 템플레이트(Template) 기판일 수도 있으며 GaN, InGaN, AlGaN, AlInGaN 중에서 적어도 하나가 적층된 두께는 0.001 ㎛ 내지 100 ㎛ 범위인 것이 바람직하다. As such, the present invention includes forming an
이러한 여러가지 기판위에 형성될 수 있는 본 발명에 따른 알루미늄 버퍼층(11)은 알루미늄을 포함하여 습식 식각이 가능한 완충물층을 말하는 것으로, 여기에는 알루미늄으로 이루어진 알루미늄층 또는 알루미늄을 포함하는 화합물로 이루어진 알루미늄 화합물층을 포함할 수 있고, 상기 알루미늄 화합물층으로써 바람직하게는 AlN이 선택될 수 있다. The
본 발명에서 사용되는 상기 알루미늄 버퍼층(11)은 이와 같이 알루미늄을 포함하는 단일층도 가능하지만, 다른 조성의 알루미늄이 포함된 GaN계와의 초격자(superlettice) 구성도 가능하다. 즉, 상기 알루미늄 버퍼층(11)은 알루미늄층 또는 알루미늄 화합물층(11-1)과 GaN, InGaN 및 AlInGaN로 이루어진 군에서 선택된 층(11-2)의 교대 층(alternating layer)으로 이루어지는 복수의 반복 세트로 형성된다. 바람직한 실시예에서, 상기 초격자는 각각 알루미늄층 또는 알루미늄 화합물층(11-1)과 알루미늄, 갈륨 및 인듐의 몰비 조합이 상이한 AlInGaN의 교대층으로 형성되고, 다른 실시예에서 교대층은 갈륨 질화물(GaN)일 수 있으며, 또 다른 실시예에서 교대층은 인듐과 갈륨의 몰비 조합이 상이한 InGaN일 수 있다. The
도 4d는 이러한 알루미늄 버퍼층(11) 초격자의 3주기를 예시하며, 바람직한 실시예 에서 소자는 그러한 주기를 최대 50개까지 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, GaN, InGaN 및 AlInGaN로 이루어진 군에서 선택된 층(11-2)은 두께가 약 10Å이고, 알루미늄층 또는 알루미늄 화합물층(11-1)은 두께가 약 20Å이다. 이 두 층은 모두 실리콘을 사용하여 n형으로 도핑될 수 있다.4D illustrates three cycles of such an
이러한 초격자 구조가 제공하는 이점은 경험적으로 관찰된다. 따라서, 본 발명자는 초격자에 대해 어떤 특정 이론으로 구속하기를 원하지 않지만, 초격자를 포함하는 경우에 결과물(resulting product) 발광 다이오드가 향상된 성능, 특히 밝기를 나타낸다는 것을 측정하였다. 적어도 어떤 점에서는 초격자는 응력 해방(strain relief)를 제공하고 소자의 알루미늄 버퍼층 부분과 LED 에피층 사이의 격자상수 갭의 가교(bridge)를 돕는다는 것을 알 수 있었다. 초격자는 또한 유효 캐리어 농도를 증가시키고 소자에 필요한 전압을 감소시키므로, 소자의 광학 품질(quality)과 효율 모두를 향상시킨다.The advantages provided by this superlattice structure are observed empirically. Thus, the inventors do not wish to be bound by any particular theory for the superlattice, but have determined that the resulting product light emitting diode exhibits improved performance, particularly brightness, when including the superlattice. At least in part, it has been found that superlattices provide strain relief and help bridge the lattice constant gap between the aluminum buffer layer portion of the device and the LED epilayer. The superlattice also increases the effective carrier concentration and reduces the voltage required for the device, thus improving both the optical quality and efficiency of the device.
다음으로, 기판 상부에 알루미늄(Al) 버퍼층 및 도핑되지 않은 U-GaN층을 형성하는 단계(S10) 이후에는 상기 U-GaN층 상부에 N-GaN층, 활성층, P-GaN층, P-오믹 컨택층 및 UBM층이 순차적으로 적층된 웨이퍼를 제조하는 단계(S20)를 거친다. 이것은 도 4e에 나타난 바와 같이, 먼저 알루미늄 버퍼층(11) 및 U-GaN층(12)이 형성된 기판(10) 상부에 MOCVD의 공정을 수행하여, N-GaN층(13), 활성층(14) 및 P-GaN층(15)을 순차적으로 적층하고, 상기 P-GaN층(15)의 불순물을 활성화시키기 위 해 600℃에서 약 20분 정도 열처리한다. 상기 N-GaN층(13)은 N-웨이브 가이드층이고, 상기 활성층(14)은 InxGa1-xN 등으로 이루어지며, 상기 P-GaN층(15)은 P-웨이브 가이드층이다. 본 발명은 P-GaN층(15) 및 N-GaN층(13)의 정공과 전자들이 활성층(14)에서 발광하는 특성을 이용한 GaN계 발광 다이오드에 관한 것이므로, 본 발명에 있어서 N-GaN층(13), 활성층(14) 및 P-GaN층(15)을 적층하는 것은 필수적이다. Next, after forming an aluminum (Al) buffer layer and an undoped U-GaN layer on the substrate (S10), an N-GaN layer, an active layer, a P-GaN layer, and a P-omic on the U-GaN layer. In step S20, a wafer in which the contact layer and the UBM layer are sequentially stacked is manufactured. As shown in FIG. 4E, first, the MOCVD process is performed on the
이어서, 상기 P-GaN층(15)의 상부에 P-오믹 컨택층(16)을 형성하고, UBM층(18)을 형성한다. 바람직하기로는 도 4f에 나타난 바와 같이 상기 P-오믹 컨택층(16)의 상부에 반사용 메탈(17)을 형성하는 것이 광효율면에서 좋다. 오믹 컨택층은 GaN층에 전극을 형성할 경우 높은 투과율을 유지하는 것과 동시에 양호한 오믹컨택을 형성할 수 있도록 하기 위해 마련되는 것으로서, 본 발명의 기술분야에서 알려진 오믹컨택용 물질은 모두 사용될 수 있다. 반사용 메탈(17)은 광의 반사를 위한 재질이면 제한이 없으나 Ag, Al, Pt, Au, Ni, Ti, ATO(Sb를 도핑한 SnO2)와 ITO 중 어느 하나 이상 선택되어 형성되는 것이 바람직하며 그 두께는 0.2㎛이상이 바람직하다. 상기 UBM층(18)은 Ti/Pt/Au와 같은 적층구조, 또는 Ti/Au, Ni/Au와 Pt/Au 중 선택된 어느 하나의 적층구조로 형성되는 것이 바람직하다.Subsequently, a P-
그 후에는, 본 발명에 따른 발광 다이오드 웨이퍼의 UBM층에 본딩될 수 있는 서브마운트 기판을 제조한다. 도 5a 내지 5b는 본 발명에 따른 발광 다이오드의 서브마운트 기판(50)의 제조방법에 관한 수순도이다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 전류가 흐를 수 있는 전도성 기판(20)의 상부와 하부 각각에 오믹 컨택(Ohmic contact)용 물질(21)을 형성한다. 상기 전도성 기판(20)은 열전도성이 좋은 물질이며, 또한 전기전도성이 좋은 물질이면 더욱 좋다. 또한, 에피층과 열팽창계수가 비슷한 물질이면 더욱 좋고, Si, AlN, SiC, GaAs, Cu, W 또는 Mo를 포함하여 이루어져 형성되는 것이 바람직하다. 다음, 상기 오믹 컨택용 물질(21)이 형성된 전도성 기판(20)의 상부에 웨이퍼(40)의 UBM층에 부착할 수 있는 솔더(22)를 형성한다(도 5b).Thereafter, a submount substrate is produced which can be bonded to the UBM layer of the light emitting diode wafer according to the invention. 5A to 5B are flowcharts illustrating a method of manufacturing the
계속해서, 상기에서 제조된 서브마운트 기판을 본 발명에 따른 발광 다이오드 웨이퍼(40)에 본딩시킨다. 즉, 상기 UBM층 상부에 전류가 흐를 수 있는 서브마운트 기판을 솔더에 의해 본딩하는 단계(S30)를 거치는 것이다. 도 6a 내지 6e는 본 발명에 따른 발광다이오드의 웨이퍼(40)를 상기 서브마운트 기판(50)에 실장하여 발광 다이오드를 제조하는 수순도이다. 먼저, 서브마운트 기판(50)의 솔더(22)에 웨이퍼(40)의 UBM층(18)이 접촉되도록 상기 웨이퍼(40)를 뒤집어서 상기 서브마운트기판(50) 상에 적층하여 본딩시킨다(도 6a). Subsequently, the manufactured submount substrate is bonded to the light emitting
이어서, 상기 복수개의 발광 다이오드들이 제조된 웨이퍼(40)를 습식 식각(Wet Etching)하여 상기 웨이퍼로부터 상기 기판을 리프트 오프(Lift off) 시키는 단계(S40)를 거친다. 이것은 도 6b에 도시된 바와 같이, 리프트 오프 공정에 의해 LED 에피층으로부터 상기 기판 및 알루미늄 버퍼층을 분리시키는 것이다. Subsequently, wet etching of the
구체적으로, 상기 습식 식각은 종래의 습식식각법을 제한되지 않고 이용할 수 있으며, 식각액으로 알루미늄 또는 알루미늄화합물을 식각할 수 있는 것이면 제한되지 않고 사용할 수 있으며, 염산(HCl), 질산(HNO3), 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 산화크롬(CrO3) 및 알루에치(4H3PO4 +4CH3COOH+HNO3 +H2O) 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 의한 혼합 용액을 식각액으로 사용하는 것이 바람직하다.Specifically, the wet etching can be used without limitation to the conventional wet etching method, and can be used without limitation as long as it can etch aluminum or aluminum compounds as an etchant, hydrochloric acid (HCl), nitric acid (HNO 3 ), Potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), phosphoric acid (H 3 PO 4 ), chromium oxide (CrO 3 ) and aloe etch (4H 3 PO 4 + 4CH 3 COOH + HNO 3 It is preferable to use a mixed solution of any one of + H 2 O) or a combination thereof as an etching solution.
상기 알루미늄 버퍼층(11)으로는 알루미늄층 또는 알루미늄 화합물층을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 AlN을 사용하는 것이 효과적이다. An aluminum layer or an aluminum compound layer may be used as the
이후에는 본 발명에 따른 발광 다이오드의 최상층으로 도핑되지 않은 GaN층(11)은 건식식각공정을 이용하여 N-GaN층(13)이 드러날 때까지 전면 식각하고, 식각과정 중 발생한 격자의 손실을 회복시키기 위해 열처리를 수행한다.Thereafter, the
마지막으로, 상기 각각의 발광 다이오드들에 해당하는 N-GaN층(13)의 상부에 N-오믹 컨택층(30)을 형성하는 단계(S50)를 거친다. 그리고, 상기 N-오믹 컨택층(30)은 전류의 분산을 위하여 '+'자형으로 형성하는 것이 바람직하다. 여기서 오 믹층 형성공정은 도 6c에 나타난 바와 같이 질화갈륨 박막 구조물인 N-GaN층(13)의 상면에 대해 마스크를 이용하여 일부영역에만 선택적으로 실시된다. 상기 오믹 컨택층은 GaN층에 전극을 형성할 경우 높은 투과율을 유지하는 것과 동시에 양호한 오믹컨택을 형성할 수 있도록 하기 위해 마련되는 것이다. Finally, forming an N-
추가적으로, 도 6d 및 도 6e와 같이, 도 6c 고정의 결과물을 개별 발광 다이오드 크기, 즉 분리된 질화갈륨 박막 구조물의 크기로 절단하여 최종적인 수직 구조의 GaN 발광 다이오드를 얻을 수 있다. 도 6d 및 도 6e는 본 발명에 따른 상기 복수의 발광 다이오드들과 서브마운트 기판(50)에 스크라이빙(Scribing)과 브레이킹(Breaking)의 절단공정을 수행하여 개별 소자로 분리하는 과정을 나타내는 단면도이다. 일반적으로 상기 N-GaN층을 포함하는 질화갈륨 박막 구조물은 사파이어 기판에 비해 강도가 작으므로, 통상의 절단 공정을 통해 용이하게 절단될 수 있다. In addition, as shown in FIGS. 6D and 6E, the result of the fixation of FIG. 6C may be cut into individual light emitting diode sizes, that is, the size of the separated gallium nitride thin film structure, to obtain a GaN light emitting diode having a final vertical structure. 6D and 6E are cross-sectional views illustrating a process of separating scribing and breaking into the plurality of light emitting diodes and the
따라서, 상기와 같이 제조된 본 발명의 발광 다이오드는 발광 다이오드의 상부와 하부에 각각 전극을 구비하는 구조로 제조되며, 기존의 식각공정을 수행하지 않으므로, 제조 공정이 간단한 장점이 있다. 또한, 질화물 반도체 기판상에 에피층을 형성하여 사파이어 기판의 격자 부정합으로 인한 저품질의 문제를 해결하였다. 또한, 특정의 습식 식각 리프트 오프 공정을 통해, 질화물반도체 기판을 재사용할 수 있어 제조단가를 현저히 줄일 수 있다. 한편, LED 휘도 측면에서도 종래의 수평 구조 발광 다이오드와 달리 활성층의 일부를 식각하는 공정이 요구되지 않으므로 넓은 발광면적을 확보할 수 있어 휘도를 보다 향상시킬 수 있다는 잇점이 있다.Therefore, the light emitting diode of the present invention manufactured as described above is manufactured in a structure having electrodes on the upper and lower portions of the light emitting diode, and does not perform an existing etching process, and thus has a simple manufacturing process. In addition, an epitaxial layer was formed on the nitride semiconductor substrate to solve the problem of low quality due to lattice mismatch of the sapphire substrate. In addition, through a specific wet etch lift off process, the nitride semiconductor substrate can be reused, thereby significantly reducing the manufacturing cost. On the other hand, unlike the conventional horizontal structure light emitting diode in terms of LED brightness, since the process of etching a part of the active layer is not required, a wide light emitting area can be secured, which has the advantage of further improving the brightness.
상기의 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 한정하고자 함이 아니므로, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 상기의 실시예의 변형, 변경 등은 본 발명의 범위에 포함된다. 즉, 그 한 예로 다음과 같은 변형이 가능하다.The above embodiments are only intended to describe the present invention in detail, and are not intended to limit the present invention. Thus, variations, modifications, etc. of the above embodiments by those skilled in the art of the present invention are the present invention. It is included in the range of. That is, the following modifications are possible as an example.
도 7은 본 발명의 또다른 일실시예에 따른 발광다이오드의 제조방법에 관한 단면도이다. 도시된 바와 같이, 상기의 서브마운트기판 대신에 전도성 홀더(60)를 사용할 수 있다. 즉, 본 발명은 기판(10) 상부에 알루미늄(Al) 버퍼층과 U-GaN층(12)과 N-GaN층(13)을 형성하는 단계; 상기 N-GaN층(13) 상부에 활성층(14), P-GaN층(15), P-오믹 컨택층(16), 반사용 메탈층(17) 및 UBM층(18)을 순차적으로 적층하는 단계; 상기 UBM층(18) 상에 전도성 홀더(holder, 60)를 형성하는 단계; 상기 알루미늄 버퍼층을 습식 식각(Wet Etching)하여 상기 기판을 리프트 오프(Lift off) 시켜 분리하는 단계;와 상기 N-GaN층에 N-오믹 컨택층(30)을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어진 알루미늄(Al) 버퍼층을 이용한 발광 다이오드 제조방법을 특징으로 한다. 상기 U-GaN층(12), 반사용 메탈층(17) 및/또는 UBM층(18)은 생략될 수 있으며 전술한 일실시예의 구성의 일부를 추가하거나 생략하는 등의 변형이 가능하다.7 is a cross-sectional view of a method of manufacturing a light emitting diode according to another embodiment of the present invention. As shown, the
상기의 발광다이오드의 제조방법에 있어서, 전도성 홀더(60)를 형성하는 단계를 제외하고는 전술한 바와 같으므로 설명을 생략한다.In the method of manufacturing the light emitting diode, the description is omitted since it is the same as described above except for forming the
상기 전도성 홀더(60)는 MOCVD의 방법으로 증착할 수도 있으나 보다 바람직하기로는 전기도금(electro plating)방법에 의하는 것이 간편하여 좋다. 전기도금 방법은 종래에 잘 알려져 있으므로 이에 의한다.The
상기 전도성 홀더(60)의 두께는 제한되지 않으나 10 ~ 400 ㎛인 것이 바람직하다. 전도성 홀더의 재질로는 특별한 제한은 없으나 에피층과 열팽창계수가 비슷하고 전기 전도성 및 열 전도성이 우수한 물질이면 선택될 수 있으며, 바람직하기로는 Cu, W, Au, Ni, Mo, Pt, Al 및 Ti로 이루어지는 군에서 하나 이상 포함되어 이루어지는 것이 좋다.The thickness of the
도 8a 내지 8d는 본 발명의 또다른 일실시예에 따른 발광다이오드의 제조방법에 관한 수순도이다. 도시된 바와 같이, 캐리어(carrier, 71)를 P-GaN층(15)에 접착용 물질(72)로 접착하고 기판(10)을 제거한 후에 전도성 홀더(70)를 형성하고 상기 캐리어(71)를 제거하는 것을 특징으로 한다.8A to 8D are flowcharts illustrating a method of manufacturing a light emitting diode according to another embodiment of the present invention. As shown, after the
즉, 기판 상부에 질화규소(SiN)층(11)과 N-GaN층(13)을 형성하는 단계; 상기 N-GaN층(13) 상부에 활성층(14) 및 P-GaN층(15)을 순차적으로 적층하는 단계; 상기 P-GaN층(15) 상에 접착용 물질(72)을 통해 캐리어(carrier, 71)를 형성하는 단계; 상기 알루미늄 버퍼층을 습식 식각(Wet Etching)하여 상기 기판을 리프트 오프 (Lift off) 시켜 분리하는 단계; 상기 N-GaN층(13)에 N-오믹컨택층(생략될 수 있음, 31), 반사용 메탈층(생략될 수 있음, 32), 전도성 홀더(70)를 형성하는 단계;와 상기 P-GaN층(15) 상에 형성된 접착용 물질(72)을 유기용매로 용해하여 상기 캐리어(71)를 제거하는 단계;와 상기 P-GaN층(15)에 P-오믹 컨택층(16)을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 알루미늄(Al) 버퍼층을 이용한 발광 다이오드 제조방법을 특징으로 한다. U-GaN층(12)은 생략될 수 있으며 상기 전도성 홀더(70)는 전술한 방법에 의해 형성되며 재질 및 두께도 전술한 바와 같다. 또한, 상기 P-GaN층(15)에 P-오믹 컨택층(16)을 먼저 형성한 후에 상기 P-오믹 컨택층(16) 상부에 캐리어를 접착하는 것도 가능하다. 상기 이외에도 전술한 일실시예의 구성의 일부를 추가하거나 생략하는 등의 변형이 가능하다. That is, forming a silicon nitride (SiN)
상기의 발광다이오드의 제조방법에 있어서, 캐리어(71)를 접착하는 방법과 이를 분리하는 방법을 제외하고는 전술한 바와 같으므로 설명을 생략한다.In the method of manufacturing the light emitting diode, the description thereof is omitted because it is the same as described above except for the method of adhering the
상기 캐리어(71)는 이후의 공정으로 제거하므로 그 재질에는 특별한 제한이 없으며 이후의 공정을 위해 LED 층을 이동(carrier)시킬 수 있는 것이면 모두 선택될 수 있다. 바람직하기로는 상기 캐리어(71)는 유리기판, 사파이어(Sapphire) 기판, 실리콘(Si) 기판, 산화아연(ZnO)기판 또는 질화물 반도체 기판이거나, 유리기판, 사파이어(Sapphire) 기판, 실리콘(Si) 기판, 산화아연(ZnO)기판 또는 질화물 반도체 기판에 GaN, InGaN, AlGaN, AlInGaN 중에서 적어도 하나가 적층된 템플레이트(Template)기판이거나, 전술한 전도성 홀더가 사용될 수 있다. 때로는 폴리우레 탄, 폴리비닐, PET등의 수지필름이 사용될 수도 있다.Since the
상기 캐리어(71)는 상기 P-GaN층(15)에 접착용 물질(72)로 접착된다. 접착용 물질(72)은 상기 캐리어(71)를 접착한 후에 용이하게 접착용 물질을 유기용매등으로 제거하여 상기 캐리어를 분리할 수 있는 것이면 모두 선택될 수 있다. 바람직하기로는, 포토레지스트 또는 왁스가 바람직하다. 상기 유기용매는 접착용물질을 용해할 수 있는 것이면 모두 선택될 수 있으며 바람직하기로는 아세톤을 포함하여 이루어진 것이 좋다.The
상기와 같이 전도성 홀더가 N-GaN층에 형성되는 경우 상대적으로 전기저항이 감소되어 소비전력면에서 이점이 발생한다.As described above, when the conductive holder is formed in the N-GaN layer, the electrical resistance is relatively reduced, thereby generating an advantage in terms of power consumption.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 모든 종류의 기판을 사용해서 발광 다이오드를 제작할 수 있고 알루미늄 버퍼층 위에 성장되는 GaN 기판에 의해 LED 에피(Epi)층의 특성을 개선하고 소자의 특성을 향상시켜 신뢰성을 개선 시킬 수 있는 효과가 있다. 뿐만 아니라, 알루미늄 버퍼층을 습식 식각하여 상기 기판을 리프트 오프 시키는 공정으로 가격이 비싼 GaN 기판을 분리하여 재사용 할 수 있도록 함으로써 제조비용을 낮출 수 있는 효과가 있으며, 전기저항이 감소되어 소비전력이 우수한 효과를 제공한다.As described above, the present invention can produce light emitting diodes using all kinds of substrates, and improve the characteristics of the LED epi layer and improve the device characteristics by the GaN substrate grown on the aluminum buffer layer. There is an effect that can be improved. In addition, by wet etching the aluminum buffer layer to lift off the substrate, an expensive GaN substrate can be separated and reused, thereby lowering the manufacturing cost, and reducing electrical resistance, resulting in excellent power consumption. To provide.
Claims (30)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020050051668A KR100661717B1 (en) | 2005-06-16 | 2005-06-16 | Manufacturing Process of Light Emitting Diode Using Aluminium Buffer Layer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020050051668A KR100661717B1 (en) | 2005-06-16 | 2005-06-16 | Manufacturing Process of Light Emitting Diode Using Aluminium Buffer Layer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20060131324A KR20060131324A (en) | 2006-12-20 |
| KR100661717B1 true KR100661717B1 (en) | 2006-12-26 |
Family
ID=37811401
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020050051668A KR100661717B1 (en) | 2005-06-16 | 2005-06-16 | Manufacturing Process of Light Emitting Diode Using Aluminium Buffer Layer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100661717B1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101402440B1 (en) * | 2012-11-26 | 2014-06-11 | 한국광기술원 | Fabrication Method for Vertical type Light Emitting Device |
| KR101475509B1 (en) * | 2008-02-26 | 2014-12-24 | 서울바이오시스 주식회사 | Light emitting device and method for manufacturing thereof |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101018244B1 (en) * | 2008-11-05 | 2011-03-03 | 삼성엘이디 주식회사 | Method of manufacturing nitride-based semiconductor light emitting device |
| KR101238169B1 (en) * | 2011-01-28 | 2013-02-27 | 포항공과대학교 산학협력단 | Method of manufacturing light emitting diode using wet etched type buffer layer |
| TW201411690A (en) * | 2012-09-13 | 2014-03-16 | Saint Gobain Ceramics | A reclaimed wafer and a method for reclaiming a wafer |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1168157A (en) | 1997-08-19 | 1999-03-09 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Semiconductor light-emitting element and manufacture thereof |
| KR20010031819A (en) * | 1997-11-07 | 2001-04-16 | 마리 오 휴버 | Semiconductor substrate and method for making the same |
| KR20010076808A (en) * | 2000-01-28 | 2001-08-16 | 조장연 | III-Nitride Semiconductor device |
| KR20010088931A (en) * | 2001-08-08 | 2001-09-29 | 유태경 | Fabrication Method of GaN related LED using Substrate Remove Technology |
| KR20040005612A (en) * | 2002-07-08 | 2004-01-16 | 니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤 | Method of Manufacturing Nitride Semiconductor Device and Nitride Semiconductor Device |
-
2005
- 2005-06-16 KR KR1020050051668A patent/KR100661717B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1168157A (en) | 1997-08-19 | 1999-03-09 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Semiconductor light-emitting element and manufacture thereof |
| KR20010031819A (en) * | 1997-11-07 | 2001-04-16 | 마리 오 휴버 | Semiconductor substrate and method for making the same |
| KR20010076808A (en) * | 2000-01-28 | 2001-08-16 | 조장연 | III-Nitride Semiconductor device |
| KR20010088931A (en) * | 2001-08-08 | 2001-09-29 | 유태경 | Fabrication Method of GaN related LED using Substrate Remove Technology |
| KR20040005612A (en) * | 2002-07-08 | 2004-01-16 | 니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤 | Method of Manufacturing Nitride Semiconductor Device and Nitride Semiconductor Device |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101475509B1 (en) * | 2008-02-26 | 2014-12-24 | 서울바이오시스 주식회사 | Light emitting device and method for manufacturing thereof |
| KR101402440B1 (en) * | 2012-11-26 | 2014-06-11 | 한국광기술원 | Fabrication Method for Vertical type Light Emitting Device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20060131324A (en) | 2006-12-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101166922B1 (en) | Method of manufacturing light emitting diode | |
| US8101959B2 (en) | Light emitting device | |
| KR100610632B1 (en) | Manufacturing method of led having vertical structure | |
| JP4699258B2 (en) | Flip chip light emitting diode and manufacturing method thereof | |
| US8022436B2 (en) | Light emitting diode, production method thereof and lamp | |
| US20050214965A1 (en) | Vertical GaN light emitting diode and method for manufacturing the same | |
| US20120248459A1 (en) | Substrate, template substrate, semiconductor light emitting element, semiconductor light emitting element producing method, illumination device using semiconductor light emitting element and electronic device | |
| KR20060131327A (en) | Method of manufacturing light emitting diode | |
| JP2012256918A (en) | Nitride-based semiconductor light-emitting element and manufacturing method for the same | |
| JP2004363532A (en) | Manufacturing method for vertically structured gallium nitride light emitting diode | |
| KR101132910B1 (en) | Manufacturing Process of Light Emitting Diode | |
| JP4804930B2 (en) | Method of manufacturing nitride semiconductor device | |
| JP2009117744A (en) | METHOD OF MANUFACTURING ZnO-BASED SEMICONDUCTOR DEVICE | |
| KR100504178B1 (en) | Light emitting diode and method of manufacturing the same | |
| KR100774196B1 (en) | Method of manufacturing light emitting device having vertical structure | |
| JP2008306021A (en) | Manufacturing method for led chip | |
| KR100661717B1 (en) | Manufacturing Process of Light Emitting Diode Using Aluminium Buffer Layer | |
| KR100982988B1 (en) | Vertical semiconductor light emitting device and manufacturing method of the same | |
| KR101209026B1 (en) | Method of manufacturing LED having vertical structure | |
| KR100889569B1 (en) | GaN-based Light Emitting Diode and method for fabricating the same | |
| KR20090115902A (en) | Fabrication of vertical structured light emitting diodes using group 3 nitride-based semiconductors and its related methods | |
| WO2007046656A1 (en) | Method of producing light emitting diode having vertical structure | |
| JP4918245B2 (en) | Light emitting diode and manufacturing method thereof | |
| KR101318492B1 (en) | Light-emitting diode and light-emitting diode lamp | |
| KR101047756B1 (en) | Method of manufacturing light emitting diode using silicon nitride (SiN) layer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20120926 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130924 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140924 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150924 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160923 Year of fee payment: 11 |