KR100729759B1 - 발광 다이오드 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

개선된 접합 공정이 적용된 발광 다이오드 및 발광 다이오드 제조 방법이 개시된다. 발광 다이오드 제조 방법은 순방향 전압이 인가되면 소정의 광의 발산하는 발광부를 소정의 제 1 기판위에 형성하고, 발광부의 상면에 도전성 제 1 접합층을 형성한다. 그 후, 제 1 접합층이 복수의 돌출부 및 요홈부를 구비하도록 패터닝하고, 제 1 접합층의 돌출부와 소정의 도전성 제 2 기판의 제 1 면에 형성된 제 2 접합층을 서로 접합한다. 그 후, 제 1 기판을 발광부로부터 제거하고, 제 1 기판이 제거된 발광부의 면에 제 1 컨택을 형성하고, 제 1 면과 평행한 제 2 기판의 제 2 면에 제 2 컨택을 형성한다. 상술한 발광 다이오드 제조 방법들에 따르면, 양 기판의 접합 공정시에 실질적으로 접합되는 면적이 감소되고 단위 면적당 접합 압력이 증가하여, 높은 접합 강도를 확보할 수 있고, 열팽창 계수의 차이로 인하여 접합면에 인가되는 스트레스를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

발광 다이오드 및 이의 제조 방법{Light emitting diode and manufacturing method for the same}

도 1 은 종래의 수직 구조의 GaN 발광 다이오드의 단면을 도시한 단면도이다.

도 2a 내지 도 2g 는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 발광 다이오드 제조 방법을 설명하는 각 단계별 공정 단면도이다.

도 3a 내지 도 3d 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제 1 접합층 패턴의 예들을 도시한 평면도이다.

도 4 는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예의 변형예에 따른 발광 다이오드의 단면을 도시한 단면도이다.

도 5a 내지 도 5d 는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 발광 다이오드 제조 방법을 설명하는 각 단계별 공정 단면도이다.

도 6a 내지 도 6g 는 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 발광 다이오드 제조 방법을 설명하는 각 단계별 공정 단면도이다.

도 7a 및 도 7b 는 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 반사층 주변에 형성되는 도전성 제 1 접합층의 예들을 도시한 도면이다.

도 8 은 본 발명의 바람직한 제 3 실시예의 변형예에 따른 발광 다이오드의 단면을 도시한 단면도이다.

본 발명은 발광 다이오드 및 발광 다이오드의 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 개선된 접합 공정을 적용한 수직형 발광 다이오드 및 이의 제조 방법 에 관한 것이다.

발광 다이오드(Light Emitting Diode)는 전자와 홀이 결합하여 전류를 빛으로 변환시키는 주지된 반도체 장치이다. LED 에 의해서 방출되는 빛의 색깔(파장)은 LED를 제조하는데 이용되는 반도체 재료에 따라서 결정된다. 이는 방출되는 광의 파장이 가전자대(valence band) 전자들과 전도대(conduction band) 전자들 사이의 에너지 차를 나타내는 반도체 재료의 밴드갭(band-gap)에 따르기 때문인데, 작은 밴드 갭에서는 낮은 에너지와 더 긴 파장의 광자가 발생되고, 더 짧은 파장의 광자를 발생하기 위해서는 더 넓은 밴드갭을 가지는 재료가 요구된다.

종래의 발광 다이오드 제조 방법에 따른 수직형 GaN 발광 다이오드의 구조를 도 1 에 도시하였다. 도 1 을 참조하면, 종래의 수직형 GaN 발광 다이오드(10)는 전자와 정공의 결합에 의해서 빛을 발산하는 발광부(11)가 도전성 접합층(13)에 의해서 실리콘 기판(14)과 구리 기판과 같은 도전성 기판(이하에서는 실리콘 기판(14)을 중심으로 설명함)에 접합되어 있다. 이 때, 발광부(11) 하면에 반사층(12)이 선택적으로 포함될 수 있고, 이 경우에 도전성 접합층(13)에 의해서 반사 층(12)과 도전성 기판이 서로 접합된다. 또한, 발광부(11)의 상면에는 n형 컨택(15)이 형성되고, 실리콘 기판(14)의 하면에는 p형 컨택(16)이 형성된다. 도 1 에 도시된 발광부(11)는 주지된 다양한 방법에 의해서 형성될 수 있으며, 도 1 의 발광부(11)는 p형 GaN 클래드층(11c), 활성층(11b), 및 n형 GaN 클래드층(11a)이 순차적으로 형성되어 있다.

도 1 을 참조하여 종래의 발광 다이오드 제조 방법으로서 GaN 발광 다이오드 제조 방법을 좀 더 구체적으로 설명하면, 먼저 GaAs 기판(미도시 됨) 또는 사파이어 기판(미도시 됨; 이하에서는 사파이어 기판을 중심으로 설명함)상에 발광부(11)가 형성된다. 발광부(11)는 상술한 바와 같이, n형 GaN 클래드층(11a), 활성층(11b) 및 p형 GaN 클래드층(11c)을 포함한다. 그 후, 발광부(11)의 p형 GaN 클래드층(11c) 상면에 반사효율을 높이기 위한 반사층(12)을 선택적으로 형성할 수 있다.

그 후, 도전성 접합층(13)을 이용하여 도전성 기판인 실리콘 기판(14)에 반사층(12)이 접합되도록 발광부(11)가 형성된 사파이어 기판을 접합한다. 반사층(12)이 형성되지 않은 경우에는 실리콘 기판(14)과 발광부(11)의 p형 GaN 클래드층을 접합한다. 구체적으로, 발광부(11)가 형성된 사파이어 기판과 실리콘 기판(14)을 접합하기 위해서, 도전성 접합층(13) 물질로는 Au-Sn, Au, Sn, In, Au-Ag Ag-In, Ag-Ge, Ag-Cu 또는 Pb-Sn를 사용할 수 있다. 또한, 사파이어 기판과 실리콘 기판(14)을 접합하기 위해서 양 기판에 상술한 도전성 접합층(13)을 각각 증착하여 형성하고, 도전성 접합층(13)이 형성된 양 기판을 300도 이상의 고온에서 압 력을 가하여 접합 할 수 있다.

실리콘 기판(14)과 사파이어 기판이 접합된 후에, 레이저 빔을 사파이어 기판에 조사하여 사파이어 기판과 발광부(11)를 분리하고, 분리된 발광부(11)의 n형 GaN 클래드층(11a) 상부에 n 형 컨택(15)을 형성하며, 실리콘 기판(14)의 하부에 p 형 컨택(16)을 각각 형성하여 도 1 에 도시된 바와 같은 발광 다이오드(10)를 생성한다.

상술한 바와 같이, 수직 구조의 발광 다이오드를 제작하기 위해서, 열전도성 및 전기전도성이 좋은 실리콘 기판 또는 구리 기판에 발광부가 형성된 사파이어 기판 또는 GaAs 기판을 접합하는 공정이 필수적이다.

그러나, 이종 물질인 실리콘 기판등과 사파이어 기판등을 접합하는 경우에, 두 물질의 열팽창계수의 차이로 인해 접합된 두 기판에는 상당한 스트레스가 가해진다. 이러한 스트레스는 기판쌍의 휨이나 깨짐을 유발한다.

또한, 상술한 바와 같이 실리콘 기판등과 사파이어 기판등을 열압착방식에 따라서 접합하기 위해서 이용되는 대부분의 접합 장비는 인가할 수 있는 압력에 한계를 가진다. 따라서, 웨이퍼의 구경이나 접합 면적이 증가하게 되면 접합되어지는 단위 면적당 인가되는 압력이 감소하게 되어 충분한 접합력을 얻을 수 없다. 접합력이 약하면 소자를 절단할 때 충격을 견디지 못하고 접합이 떨어질 수 있으며, 부분적인 접합이 이루어진 경우 장시간 동작시 동작특성이 저하될 수 있다. 이렇게 접합 장비가 인가할 수 있는 압력의 한계를 극복하고 접합력을 높이기 위해서는 접합시의 온도를 높여야 하는데, 높은 온도에서 접합 공정이 수행되는 경우에 는 발광 다이오드의 발광 특성의 열화가 초래된다.

또한, 발광 효율을 높이기 위해서 발광부의 하부에 형성된 반사층은 비록 하나의 층으로 도 1 에 도시되었으나 실질적으로 접촉층(contact metal)과 반사 금속막으로 구성되고, 반사 금속막의 하부에 도전성 접합층이 형성되며, 반사층(12) 하부에 형성된 도전성 접합층은 실리콘 기판등의 상부에 형성된 도전성 접합층과 열압착 방식에 의해서 접합된다. 이 때, 접합 공정시 서로 접하고 있는 금속막들 사이에 확산이 일어나 금속막의 조성과 성질이 변화되고, 이로 인해 반사층(12)을 구성하는 반사 금속막의 발광효율이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 바와 같이 발광부가 형성된 사파이어 기판등과 실리콘 기판등의 접합시에 양 기판에 가해지는 스트레스를 완화할 수 있는 접합 공정을 적용한 발광 다이오드 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 발광부가 형성된 사파이어 기판등과 실리콘 기판등의 접합 공정시의 온도를 낮추면서도 높은 접합력을 확보할 수 있는 접합 공정을 적용한 발광 다이오드 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 발광부가 형성된 사파이어 기판등과 실리콘 기판등의 접합 공정시의 반사 금속막의 성질이 변화되는 것을 방지하여 높은 발광 효율을 확보할 수 있는 접합 공정을 적용한 발광 다이오드 제조 방법을 제공하는 것이다.

상술한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 발광 다이오드 제조 방법은 (a) 순방향 전압이 인가되면 소정의 광의 발산하는 발광부를 소정의 제 1 기판위에 형성하는 단계; (b) 발광부의 상면에 도전성 제 1 접합층을 형성하는 단계; (c) 제 1 접합층이 복수의 돌출부 및 요홈부를 구비하도록 패터닝하는 단계; (d) 제 1 접합층의 돌출부와 소정의 도전성 제 2 기판의 제 1 면에 형성된 제 2 접합층을 서로 접합하는 단계; 및 (e) 제 1 기판을 발광부로부터 제거하고, 제 1 기판이 제거된 발광부의 면에 제 1 컨택을 형성하고, 제 1 면과 평행한 제 2 기판의 제 2 면에 제 2 컨택을 형성하는 단계를 포함한다.

또한, 상술한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 발광 다이오드 제조 방법은, (a) 순방향 전압이 인가되면 소정의 광의 발산하는 발광부를 소정의 제 1 기판위에 형성하는 단계; (b) 발광부 상면에 도전성 제 1 접합층을 형성하는 단계; (c) 소정의 도전성 제 2 기판의 제 1 면에 도전성 제 2 접합층을 형성하는 단계; (d) 제 2 접합층이 복수의 돌출부 및 요홈부를 구비하도록 패터닝하는 단계; (e) 제 1 접합층과 제 2 접합층의 돌출부를 서로 접합하는 단계; 및 (f) 제 1 기판을 발광부로부터 제거하고, 제 1 기판이 제거된 발광부의 면에 제 1 컨택을 형성하며, 제 1 면과 평행한 제 2 기판의 제 2 면에 제 2 컨택을 형성하는 단계를 포함한다.

또한, 상술한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 발광 다이오드 제조 방법은 (a) 소정의 제 1 기판위에 순방향 전압이 인가되면 소정의 광의 발산하는 발광부를 형성하는 단계; (b) 발광부 상면에 도전성 제 1 접합층을 형성하는 단 계; (c) 소정의 도전성 기판이 돌출부 및 요홈부를 구비하도록 도전성 기판에 패터닝을 수행하는 단계; (d) 패터닝된 도전성 기판에 도전성 제 2 접합층을 증착하여 형성하는 단계; (e) 돌출부에 형성된 제 2 접합층과 제 1 접합층을 서로 접합하는 단계; 및 (f) 제 1 기판을 발광부로부터 제거하고, 제 1 기판이 제거된 발광부의 면에 제 1 컨택을 형성하며, 제 1 면과 평행한 제 2 기판의 제 2 면에 제 2 컨택을 형성하는 단계를 포함한다.

상술한 발광 다이오드 제조 방법들에 따르면, 양 기판의 접합 공정시에 실질적으로 접합되는 면적이 감소되고 단위 면적당 접합 압력이 증가하여, 높은 접합 강도를 확보할 수 있고, 열팽창 계수의 차이로 인하여 접합면에 인가되는 스트레스를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 상술한 발광 다이오드 제조 방법에서 (a) 단계는 발광부의 상면에 도전성 반사층을 형성하고, (b) 단계는 반사층의 상면에 제 1 접합층을 형성할 수도 있다.

한편, 상술한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 발광 다이오드 제조 방법은, (a) 소정의 제 1 기판위에 순방향 전압이 인가되면 소정의 광을 발산하는 발광부를 형성하는 단계; (c) 발광부의 일부에 도전성 반사층을 형성하는 단계; (d) 반사층으로부터 이격되도록 도전성 제 1 접합층을 발광부 상면에 형성하는 단계; (e) 제 1 접합층과 소정의 도전성 제 2 기판의 제 1 면에 형성된 제 2 접합층을 서로 접합하는 단계; 및 (f) 제 1 기판을 발광부로부터 제거하고, 제 1 기판이 제거된 발광부의 면에 제 1 컨택을 형성하고, 제 1 면과 평행한 제 2 기판의 제 2 면에 제 2 컨택을 형성하는 단계를 포함한다.

상술한 발광 다이오드 제조 방법에 따르면, 도전성 접합층을 반사층 주변의 일부에만 형성함으로써 실질적인 접합 면적이 감소되고, 단위 면적당 인가 압력이 증가되어 공정 온도를 감소시키면서도 안정적인 접합력을 확보할 수 있고, 양 기판의 열팽창계수 차이로 인해 접합부분에서 발생하는 스트레스도 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 도전성 접합층을 반사층과 이격시켜 주위에 형성함으로써 도전성 접합층이 증착되어 형성될 때 및/또는 접합 공정시에 금속막들 사이의 확산으로 인하여 반사층의 성질에 변화가 발생하여 발광 효율이 열화되는 것을 방지하는 효과가 있다.

또한, 상술한 발광 다이오드 제조 방법의 (a) 단계는 발광부 상면에 도전성 접촉층을 형성하는 단계를 포함하고, 반사층 및 제 1 접합층은 도전성 접촉층 상에 형성될 수도 있다.

한편, 본 발명의 발광 다이오드 제조 방법에 따른 발광 다이오드는, 순방향 전압이 인가되면 소정의 광의 발산하는 발광부; 소정의 도전성 기판; 및 도전성 기판과 발광부 사이에 형성되어 도전성 기판과 발광부를 접합하는 도전성 접합층을 포함하며, 도전성 접합층은 복수의 돌출부 및 요홈부를 구비하도록 패터닝되어 발광부의 하면에 형성된 제 1 접합층, 및 도전성 기판의 상면에 형성되어 돌출부와 접합되는 제 2 접합층을 포함한다.

한편, 본 발명의 다른 발광 다이오드 제조 방법에 따른 발광 다이오드는, 순방향 전압이 인가되면 소정의 광의 발산하는 발광부; 소정의 도전성 기판; 및 도전 성 기판과 발광부 사이에 형성되어 도전성 기판과 발광부를 접합하는 도전성 접합층을 포함하며, 도전성 접합층은 발광부의 하면에 형성된 제 1 접합층, 및 도전성 기판의 상면에 형성되고 복수의 돌출부 및 요홈부를 구비하도록 패터닝되어 돌출부가 제 1 접합층과 접합되는 제 2 접합층을 포함한다.

한편, 본 발명의 다른 발광 다이오드 제조 방법에 따른 발광 다이오드는, 순방향 전압이 인가되면 소정의 광의 발산하는 발광부; 복수의 돌출부 및 요홈부가 형성되도록 패터닝된 도전성 기판; 및 도전성 기판과 발광부 사이에 형성되어 도전성 기판과 발광부를 접합하는 도전성 접합층을 포함하며, 도전성 접합층은 발광부의 하면에 형성된 도전성 제 1 접합층, 및 돌출부에 형성되어 제 1 접합층과 접합되는 도전성 제 2 접합층을 포함한다.

한편, 본 발명의 다른 발광 다이오드 제조 방법에 따른 발광 다이오드는, 순방향 전압이 인가되면 소정의 광을 발산하는 발광부; 발광부의 하면의 일부에 형성되어 광을 발광부로 반사하는 도전성 반사층; 소정의 도전성 기판; 및 도전성 기판과 발광부 사이에 형성되어 도전성 기판과 발광부를 접합하는 도전성 접합층을 포함하며, 도전성 접합층은 반사층과 이격되어 발광부의 하면에 형성되는 제 1 접합층, 및 도전성 기판의 상면에 형성되어 제 1 접합층과 접합되는 제 2 접합층을 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 발광 다이오드 제조 방법을 설명한다.

[제 1 실시예]

도 2a 내지 도 2g 는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 발광 다이오드 제조 방법을 설명하는 각 단계별 공정 단면도이다. 본 발명의 제 1 실시예는 발광부(300)가 형성된 사파이어 기판(200)등과 실리콘 기판(600)등을 접합할 때 접합 장치가 인가할 수 있는 압력의 한계를 극복하고, 양 기판의 열팽창 계수의 차이로 인한 스트레스를 감소시키기 위해서, 패터닝된 접합면을 형성한다.

도 2a 내지 도 2g 를 참조하면, 먼저 도 2a 에 도시된 바와 같이, 발광 다이오드를 제조하기 위하여 GaAs 기판(미도시 됨) 또는 사파이어 기판(200; 이하에서는 사파이어 기판(200)을 중심으로 설명함)상에 발광부(300)를 형성한다. 본 발명의 실시예의 발광부(300)는 당업계에 주지된 다양한 재료를 이용하여 다양한 방식으로 형성할 수 있으며, 이하에서는 설명의 편의를 위해서 GaN 발광부(300)가 형성된 경우를 예시적으로 설명한다.

먼저, 사파이어 기판(200)상에 n-GaN 클래드층(300a), 활성층(300b), 및 p-GaN 클래드층(300c)을 차례로 형성한다. 사파이어 기판(200)상에 반도체 장치를 제조하는 것은 일반적인 금속산화물 화학증착법(metal oxide chemical vapor deposition, MOCVD), 기상 에피텍시, 또는 분자빔 에피텍시(molecular beam epitaxy, MBE)등과 같은 다양한 에피텍시얼 성장 기술들을 이용하여 사파이어 기판(200)상에 n-GaN 에피텍시얼층을 성장시킴으로써 수행된다.

발광부(300)가 형성된 후, 도 2b 에 도시된 바와 같이 포토 레지스트 패턴을 이용하여 이온 에칭 방법 등을 수행하여, 사파이어 기판(200)위에 형성된 발광 부(300)를 단위 발광다이오드 크기대로 분리한다.

그 후, 도 2c 에 도시된 바와 같이, 단위 발광 다이오드 크기로 패터닝된 발광부(300) 위에 반사효율을 높이기 위한 반사층(400)을 추가적으로 형성하고, 반사층(400) 위에 도전성 제 1 접합층(500-1)을 증착하여 형성한다.

반사층(400)은 반사율이 높은 Au, Ni, Ag, Al, 또는 이들의 합금으로 형성되는 것이 바람직하며, 발광부(300)와의 경계면에 형성된 접촉층(contact metal)을 포함할 수 있다.

또한, 도전성 제 1 접합층(500-1)은 Au-Sn, Au, Sn, In, Au-Ag, Ag-In, Ag-Ge, Ag-Cu 및 Pb-Sn을 포함하는 그룹으로부터 선택된 금속 접합재를 사용하는 것이 바람직하다. 도전성 제 1 접합층(500-1)을 구성하는 물질은 금속 또는 합금으로 이루어지므로, 비교적 높은 반사도를 갖는다. 따라서, 상기 반사층(400)을 생략하더라도, 도전성 제 1 접합층(500-1)의 반사도에 의해 휘도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 상술한 반사층은 본 발명의 필수적인 구성은 아니며, 본 발명은 발광부(300)의 상면에 반사층(400)을 형성하지 않고, 직접 제 1 접합층(500-1)을 형성할 수도 있다.

그 후, 도 2d 에 도시된 바와 같이, 도전성 제 1 접합층(500-1)이 복수의 돌출부와 복수의 요홈부를 구비하도록 제 1 접합층에 리프트 오프(lift-off) 공정이나 식각을 이용하여 패터닝한다. 도 3a 내지 도 3d 는 식각된 제 1 접합층(500-1)의 패턴의 예들을 도시한다. 도시된 이외에도 다양한 형태의 패턴이 형성될 수 있음을 당업자는 알 수 있을 것이다.

그 후, 도 2e 에 도시된 바와 같이, 상술한 도전성 제 1 접합층(500-1)과 동일한 재료의 도전성 제 2 접합층(500-2)이 증착 형성된 실리콘 기판(600)과 발광부(300)가 형성된 사파이어 기판(200)이 서로 대향되도록 배치한 후, 도전성 제 1 접합층(500-1)의 돌출부와 실리콘 기판(600)에 형성된 도전성 제 2 접합층(500-2)이 서로 접합되도록 열과 압력을 이용하여 접합한다.

그 후, 도 2f 에 도시된 바와 같이, 사파이어 기판(200)에 레이저를 조사하여 사파이어 기판(200)을 발광부(300)로부터 분리한다. GaN 발광 다이오드의 경우에, 사파이어 기판(200)에 조사된 레이저 빔은 사파이어 기판(200)을 투과하여 사파이어 기판(200)과 접한 n-GaN 클래드층(300a) 부분을 Ga과 질소(N₂)로 분리시키고, 소정의 온도로 가열하여 Ga를 용융시킴으로써 발광부(300)로부터 사파이어 기판(200)을 용이하게 분리시킬 수 있다. 또한, 레이저 빔을 조사하는 방법 이외에 연마 또는 식각을 이용하여 사파이어 기판(200)을 분리할 수도 있다.

그 후, 도 2g 에 도시된 바와 같이, 발광부(300)의 상면과 실리콘 기판(600)의 하면에 메탈 컨택을 형성한다. 이 때, n-GaN 클래드층(300a)의 상면에 형성되는 n형 컨택(700)은 마스크를 이용하여 일부 영역(일반적으로 상면의 중앙)에만 형성되며, p형 컨택(800)은 배면 전극으로서 도전성 기판인 실리콘 기판(600)의 하면에 전체적으로 형성될 수 있다.

마지막으로, n형 컨택(700) 및 p형 컨택(800)이 각각 형성된 후, 실리콘 기판(600)을 접합된 발광부(300)의 크기에 따라서 절단하여 최종적인 수직 구조의 발 광 다이오드를 얻는다. 일반적으로, 발광부(300)가 접합되는 도전성 기판은 사파이어 기판(200)에 비해 강도가 작은 실리콘 기판(600)등이 사용되므로, 통상의 절단 공정을 통해서 용이하게 절단될 수 있다.

종래의 접합 공정은 접합 장비가 인가할 수 있는 압력의 한계로 인하여 안정적인 접합력을 확보하기 위해서는 접합 온도를 높여야 했으나, 이러한 온도의 상승은 소자의 열화를 초래하였을 뿐 아니라 접합되는 양 기판사이의 열팽창 계수가 서로 달라 기판의 휨이나 깨짐을 초래하였다.

본 발명의 제 1 실시예는 상술한 바와 같이, 도전성 접합층을 일정한 방식으로 패터닝하여 접합 면적을 줄임으로서, 단위 면적당 인가되는 압력을 증가시켰다. 이렇게 접합 압력을 증가시킴으로써 종래의 접합 공정과 비교하여 낮은 온도에서도 높은 접합 강도를 확보할 수 있는 효과가 있을뿐 아니라, 접합 면적을 줄임으로써 양 기판 사이의 열팽창 계수의 차이로 인한 양 기판의 접합면에서 발생하는 스트레스를 줄일 수 있어, 종국적으로는, 소자의 열화를 방지하여 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

한편, 상술한 제 1 실시예에서는 도 2b 에 도시된 바와 같이 발광부(300)가 형성된 후, 발광부(300)를 단위 발광 다이오드 크기로 분리하는 것으로 설명하였으나, 도 2c 에 도시된 바와 같이, 반사층(400) 및 도전성 제 1 접합층(500-1)이 형성된 후에 단위 발광 다이오드 크기로 분리할 수도 있다.

또한, 제 1 실시예는 발광부(300) 또는 발광부(300)에 형성된 반사층(400) 위에 형성된 도전성 제 1 접합층(500-1)에 패턴을 형성하는 것으로 설명하였으나, 도 4 에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(600)위에 형성된 도전성 제 2 접합층(500-2)에 도 3a 내지 도 3d 에 형성된 것과 같은 패턴을 형성할 수도 있음을 당업자는 알 수 있을 것이다.

[제 2 실시예]

첨부된 도 5a 내지 도 5d 를 참조하여 본 발명의 바람직한 제 2 실시예를 설명한다. 단, 상술한 제 1 실시예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호로 참조한다.

본 발명의 바람직한 제 2 실시예는 도전성 기판인 실리콘 기판(600)에 일정한 패턴을 형성하여 발광부(300)가 형성된 사파이어 기판(200)등과 접합함으로써 접합 면적을 감소시킨다. 이로 인해 상술한 제 1 실시예와 마찬가지로 열팽창 계수의 차이로 인한 접합면의 스트레스를 감소시키고, 단위 면적당 접합 압력을 증가시킴으로써 강한 접합력을 확보할 수 있다.

먼저, 상술한 도 2a 내지 도 2c 에 도시된 공정을 수행하여 사파이어 기판(200)등에 발광부(300), 반사층(400), 및 도전성 제 1 접합층(500-1)을 차례로 형성한다. 다만, 도 2b 및 도 2c 는 발광부(300)가 형성된 후, 발광부(300)를 단위 발광 다이오드 크기로 분리하고, 그 위에 반사층(400) 및 도전성 제 1 접합층(500-1)을 형성하는 것으로 설명하였으나, 제 2 실시예의 경우 발광부(300), 반사층(400), 및 도전성 접합층이 차례로 형성된 후 단위 발광 다이오드 크기로 분리될 수 있고, 실리콘 기판(600)이 결합된 후에 실리콘 기판(600)과 함께 분리될 수도 있다.

한편, 도 5a를 참조하면, 실리콘 기판(600)에 건식 식각을 수행하여 실리콘 기판(600)에 돌출부와 요홈부가 일정한 간격으로 배열된 엠보싱 구조를 형성한다. 이 때, 식각된 깊이, 즉, 요홈부의 깊이는 후술하는 도전성 제 2 접합층(500-2)이 증착되는 두께보다 깊은 것이 바람직하다.

그 후, 엠보싱 구조가 형성된 실리콘 기판(600)에 도 5b 에 도시된 바와 같이 도전성 제 2 접합층(500-2)을 증착하여 형성한다. 도전성 제 2 접합층(500-2)은 상술한 바와 같이, 발광부(300) 또는 반사층(400) 위에 증착 형성된 도전성 제 1 접합층(500-1)과 동일한 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

도전성 제 2 접합층(500-2)이 증착되어 형성된 실리콘 기판(600)에 도 3c 에 도시된 바와 같이 발광부(300)가 형성된 사파이어 기판(200)을 도전성 접합층들(500-1, 500-2)이 서로 대향되도록 배치한 후, 제 1 접합층(500-1)과 실리콘 기판(600)의 돌출부에 형성된 제 2 접합층(500-2) 서로 접합되도록 열압착 방식에 의해서 양 기판을 접합한다.

그 후, 도 2f 에 관하여 상술한 바와 동일한 방식으로, 도 5d 에 도시된 바와 같이, 사파이어 기판(200)에 레이저 빔을 조사하거나 연마 또는 식각에 의해서 사파이어 기판(200)을 발광부(300)로부터 분리한다. 사파이어 기판(200)이 분리된 발광 구조물에 대해서 상술한 도 2g 와 동일한 방식으로 발광부(300)의 상면에 n 형 컨택(700)을 형성하고, 실리콘 기판(600)의 하면에 p형 컨택(800)을 형성한 후, 기판을 단위 발광 다이오드 크기로 분리하여, 발광 다이오드를 생성한다.

본 발명의 제 2 실시예는 상술한 바와 같이, 실리콘 기판(600)을 식각하여 돌출부와 요홈부를 구비하는 일정한 패턴을 형성하고 도전성 제 2 접합층(500-2)을 증착 형성한 후, 패턴의 돌출부에 형성된 제 2 접합층(500-2)과 사파이어 기판(200)등에 형성된 제 1 접합층(500-1)을 서로 접합함으로써 종래의 접합방식보다 접합 면적을 감소시킬 수 있고, 이로 인해 단위 면적당 접합 압력을 증가시킴으로써 접합 공정시의 온도를 낮추면서도 높은 접합력을 확보할 수 있다. 또한, 접합 면적을 감소시킴과 동시에 접합 공정시의 온도를 낮출 수 있어, 양 기판사이의 열팽창 계수의 차이로 인해 접합면에 가해지는 스트레스를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

[제 3 실시예]

도 6a 내지 도 6g 를 참조하여 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 발광 다이오드 제조 방법을 설명한다. 단, 상술한 제 1 및 제 2 실시예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호로서 참조한다.

제 3 실시예는 상술한 바와 같이, 접합 공정시 서로 접하고 있는 반사층과 도전성 접합층의 금속막들 사이에 확산이 일어나 금속막의 조성과 성질이 변화되고, 이로 인해 반사층을 구성하는 반사 금속막의 발광효율이 저하되는 문제점을 해결하기 위하여 반사층을 구성하는 반사 금속막의 주변에 도전성 접합층을 형성하였다.

제 3 실시예의 발광 다이오드 제조 방법은 제 1 및 제 2 실시예와 동일한 방식으로 사파이어 기판(200)위에 에피 증착을 통해서 발광부(300)를 형성하고(도 6a 참조), 형성된 발광부(300)를 패터닝하여 단위 발광 다이오드 크기로 분리한다(도 6b 참조). 단, 도 6a 는 발광부(300)가 형성된 후 패터닝하여 단위 발광 다이오드 크기로 분리하는 것을 도시하였으나, 발광부(300)위에 후술하는 접촉층(350)을 형성한 후, 단위 발광 다이오드 크기로 분리하는 것도 가능하다는 것을 당업자는 알 수 있을 것이다.

그 후, 도 6c 에 도시된 바와 같이, 패터닝된 발광 다이오드 상면에 접촉층(350;contact metal)을 증착하여 형성한 후, 마스크를 이용하여 포토 레지스트 패턴을 하고 리프트 오프 방식 또는 식각 방식을 이용하여 도 6d 에 도시된 바와 같이 반사층(400)을 접촉층(350) 위에 증착 형성한다. 이 때, 반사층(400)은 발광부(300) 위에 형성된 접촉층(350)보다 좁은 면적으로 형성된다. 구체적으로, 반사층(400)은 도시된 바와 같이 접촉층(350)의 중심부가 반사층(400)의 중심부와 대응되도록 접촉층(350)의 일부에 형성된다.

도 6e 를 참조하면, 반사층(400)이 접촉층(350)의 일부에 형성되면, 도전성 제 1 접합층(500-1)이 반사층(400)과 이격되도록 패터닝되어 반사층(400) 주변의 접촉층(350) 위에 형성된다.

도 7a 및 도 7b 는 반사층(400) 주변에 형성되는 도전성 제 1 접합층(500-1)의 일예들을 도시한다. 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 제 1 접합층(500-1)은 반사층(400)과 이격되어 내부에 반사층(400)을 포함하도록 반사층(400)의 둘레를 감싸는 구조로 형성될 수 있다(도 7a 참조). 또한, 제 1 접합층은 반사층(400)의 둘레에 복수의 원기둥 모양 또는 직사각형 기둥 모양으로 형성될 수도 있다(도 7b 참조).

한편, 실리콘 기판(600)에 형성된 도전성 제 2 접합층(500-2)과 반사층(400) 주변의 도전성 제 1 접합층(500-1)과의 접합 공정시에, 반사층(400)과 실리콘 기판(600)에 형성된 도전성 제 2 접합층(500-2)간에 일정한 간격을 유지할 수 있도록, 반사층(400) 주변에 형성되는 도전성 제 1 접합층(500-1)의 두께는 반사층(400)의 두께보다 두껍게 형성되어야 한다.

도전성 제 1 접합층(500-1)을 접촉층(350) 위의 반사층(400)의 주변에 형성한 후, 도전성 제 2 접합층(500-2)이 형성된 실리콘 기판(600)과 서로 대향 시키고, 도 6f 에 도시된 바와 같이 실리콘 기판(600)에 형성된 도전성 제 2 접합층(500-2)과 반사층(400) 주변에 형성된 도전성 제 1 접합층(500-1)을 열압착 방식을 이용하여 서로 접합한다.

그 후, 상술한 제 1 및 제 2 실시예와 동일한 방식으로, 사파이어 기판(200)에 레이저 빔을 조사하거나, 연마 또는 식각 방법을 이용하여 사파이어 기판(200)을 발광부(300)로부터 분리하고, 도 6g 에 도시된 바와 같이, 발광부(300)의 상면에 n형 컨택(700)을 형성하고, 실리콘 기판(600)의 하면에 p형 컨택(800)을 각각 형성한 후, 실리콘 기판(600)을 단위 발광 다이오드 크기로 절단하여 발광 다이오드를 생성한다.

상술한 바와 같이, 제 3 실시예는 도전성 제 1 접합층(500-1)을 반사층(400)과 격리시켜 주위에 형성함으로써 도전성 접합층이 증착되어 형성될 때 및/또는 접합 공정시에 금속막들 사이의 확산으로 인하여 반사층(400)의 성질에 변화가 발생하여 발광 효율이 열화되는 것을 방지하는 효과가 있다.

또한, 도전성 제 1 접합층(500-1)을 반사층(400) 주변의 일부에만 형성함으로써 실리콘 기판(600)에 형성된 도전성 제 2 접합층(500-2)과의 접합 면적이 감소된다. 따라서, 단위 면적당 인가 압력이 증가되어 공정 온도를 감소시키면서도 안정적인 접합력을 확보할 수 있고, 양 기판의 열 팽창계수 차이로 인해 접합부분에서 발생하는 스트레스도 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

한편, 상술한 제 3 실시예는 도전성 제 1 접합층(500-1)이 반사층(400)과 격리되어 형성되는 것으로 설명하였으나, 제 3 실시예의 변형예는 도 8 에 도시한 바와 같이, 반사층(400)을 접촉층(350)의 전면에 형성하고, 반사층(400) 상면의 일부에 도전성 제 1 접합층(500-1)을 형성하여 실리콘 기판(600)과 접합할 수도 있다. 이 경우에, 반사층(400)과 도전성 제 1 접합층(500-1)이 맞닿는 부분에서 반사층(400)이 변성되어 반사층(400)의 성능이 열화될 수 있으나, 반사층(400)이 실질적으로 넓어지므로 상술한 제 3 실시예와 마찬가지로 종래의 접합 공정에 비하여 향상된 발광 효율을 나타낼 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 발광부가 형성된 기판과 전도성 기판을 접합하는 접합층에 패터닝을 수행하여, 실질적인 접합 면적을 감소시킴으로써, 단위 접합 면적당 인가되는 압력을 증가시켜 높은 접합력을 확보할 수 있는 효과가 있고, 접합되는 기판들의 열팽창 계수의 차이로 인하여 접합면에 발생하는 스트레스를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 반사층과 접합층을 이격시켜 양 기판을 접합함으로 써 접합공정에서 금속막간의 확산에 의하여 반사층의 성질이 변화되고, 이로 인해 반사효과가 열화됨으로써 발광 효율이 감소되는 것을 막을 수 있는 효과가 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

1. (a) 소정의 제 1 기판위에 순방향 전압이 인가되면 소정의 광을 발산하는 발광부를 형성하는 단계;

   (c) 상기 발광부의 일부에 도전성 반사층을 형성하는 단계;

   (d) 상기 반사층으로부터 이격되도록 도전성 제 1 접합층을 상기 발광부 상면에 형성하는 단계;

   (e) 상기 제 1 접합층과 소정의 도전성 제 2 기판의 제 1 면에 형성된 제 2 접합층을 서로 접합하는 단계; 및

   (f) 상기 제 1 기판을 상기 발광부로부터 제거하고, 상기 제 1 기판이 제거된 상기 발광부의 면에 제 1 컨택을 형성하고, 상기 제 1 면과 평행한 상기 제 2 기판의 제 2 면에 제 2 컨택을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 (a) 단계는 상기 발광부 상면에 도전성 접촉층을 형성하는 단계를 포함하고,

   상기 반사층 및 상기 제 1 접합층은 상기 도전성 접촉층 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 반사층은 상기 발광부 또는 상기 도전성 접촉층의 중심에 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조 방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 제 1 접합층은 상기 반사층보다 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 제 1 접합층은 상기 반사층을 둘러싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조 방법.
6. 순방향 전압이 인가되면 소정의 광을 발산하는 발광부;

   상기 발광부의 하면의 일부에 형성되어 상기 광을 상기 발광부로 반사하는 도전성 반사층;

   소정의 도전성 기판; 및

   상기 도전성 기판과 상기 발광부 사이에 형성되어 상기 도전성 기판과 상기 발광부를 접합하는 도전성 접합층을 포함하며,

   상기 도전성 접합층은 상기 반사층과 이격되어 상기 발광부의 하면에 형성되는 제 1 접합층, 및 상기 도전성 기판의 상면에 형성되어 상기 제 1 접합층과 접합되는 제 2 접합층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 발광부의 하면에 형성된 접촉층을 더 포함하고,

   상기 반사층 및 제 1 접합층은 상기 접촉층의 하면에 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

   상기 제 1 접합층은 상기 반사층보다 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
9. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

   상기 제 1 접합층은 상기 반사층을 둘러싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.

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