KR100752348B1 - 수직 구조 발광 다이오드 제조 방법 - Google Patents

수직 구조 발광 다이오드 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 수직 구조 발광 다이오드 제조에 있어서 핵심 공정이라 할 수 있는 사파이어 기판 제거 공정을 개선한 수직 구조 발광 다이오드 제조 방법을 개시한다. 본 발명에서는 사파이어 기판을 에피택셜층으로부터 제거하는 과정에서 발생하는 에피택셜층의 손상을 최소화하기 위해서 사파이어 제거 과정을 연마와 식각, 및 레이저 조사의 두 단계로 나누어 진행한다. 먼저, 연마와 식각을 이용하여 사파이어 기판을 소정의 두께로 얇게 가공함으로써 에칭 용액이 에피택셜층과 직접적으로 닿는 것을 방지하므로, 에피택셜층의 거칠기 증가와 핀홀 생성을 사전에 예방할 수 있다. 이어서, 소정의 두께로 얇게 가공된 사파이어 기판을 레이저를 조사하게 되면, 주위의 발광 다이오드 소자에 스트레스와 손상을 미치지 않으면서 개별적으로 사파이어층이 분리되어 지며, 이때 사파이어 기판이 기존의 레이저를 이용한 방법에서보다 얇은 상태에서 분리되기 때문에, 분리시 발생하는 스트레스가 감소되어 에피택셜층의 열화를 막을 수 있다.
발광 다이오드, 수직 구조, 연마, 식각, 레이저

Description

수직 구조 발광 다이오드 제조 방법 {METHOD OF PRODUCING LIGHT EMITTING DIODE HAVING VERTICAL STRUCTURE}
도 1은 종래의 수평 구조 발광 다이오드의 단면도.
도 2는 종래의 수직 구조 발광 다이오드의 단면도.
도 3a 내지 도 3f는 종래의 수직 구조 발광 다이오드 제조 방법의 공정도.
도 4a 내지 도 4o는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 수직 발광 다이오드의 제조 방법의 공정도.
도 5a 내지 도 5h는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 수직 발광 다이오드의 제조 방법의 공정도.
도 6a 내지 도 6k는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 수직 발광 다이오드의 제 조 방법의 공정도.
본 발명은 발광 다이오드 및 발광 다이오드의 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 수직 구조 발광 다이오드의 개선된 제조 방법 및 그 방법으로 제조된 발광 다이오드에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode)는 전자와 홀이 결합하여 전류를 빛으로 변환시키는 공지의 반도체 소자이다. 발광 다이오드에 의해서 방출되는 빛의 색은 발광 다이오드에 이용되는 반도체 재료에 따라 결정된다. 이는 방출되는 빛의 가장이 가전자대의 전자들과 전도대의 전자들 사이의 에너지 차를 나타내는 밴드갭에 의해 결정되기 때문이며, 작은 밴드갭에서는 낮은 에너지와 장파장의 광자가 발생되고 큰 밴드갭에서는 높은 에너지와 단파장의 광자가 발생된다.
발광 다이오드의 박막구조로서 질화물 계열을 발광 물질로 사용하는 경우에는 에피택셜 성장시 결정 결함 발생을 줄이기 위해 격자 정수 및 결정 구조가 유사한 사파이어를 기초기판으로 사용한다.
도 1은 종래의 수평 구조 발광 다이오드의 일 예를 도시한 단면도이다. 도 1에 도시된 발광 다이오드는 수평 구조 GaN 발광 다이오드로서, GaN 발광 다이오드(100)는 사파이어 기판(110), 및 사파이어 기판(110) 상에 형성된 GaN 발광 구조물(150)을 포함한다.
GaN 발광 구조물(150)은 사파이어 기판(110) 상에 순차적으로 형성된 n형 GaN 클래드층(152), 다중 양자 우물(Multi-Quantum Well) 구조의 활성층(154), 및 p형 GaN 클래드 층(156)으로 구성된다. 발광 구조물(150)은 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 액상에피택셜법(LPE), 분자빔에피택셜법(MBE)과 같은 공지의 공정을 이용하여 성장되므로, 발광 구조물층(150)을 에피택셜층이라 부르기도 한다. 이때 n형 GaN 클래드층(152)을 성장시키기 전에 사파이어 기판(110)과의 격자 정합을 향상시키기 위해 AlN/GaN으로 이루어진 버퍼층(미도시)을 형성할 수도 있다.
소정의 영역에 해당하는 p형 클래드(156)와 활성층(154)을 건식 식각하여 n형 GaN 클래드층(152)의 일부 상면을 노출시키고, 노출된 n형 전극(190)과 p형 전극(170)을 형성한다. 일반적으로 전류 주입 면적을 증가시키면서 휘도에 악영향을 주지 않기 위해서 p형 클래드층(156) 상면에 p형 전극(170)을 형성하기 전에 투명 전극(160)을 형성할 수도 있다.
그러나 이와 같은 구조의 GaN 발광 다이오드(100)는 절연 물질인 사파이어 기판(110)을 사용하기 때문에, n형 전극(190)으로부터 활성층(154)을 통해 p형 전극(170)으로 향하는 전류 흐름이 수평 방향을 따라 협소하게 형성될 수밖에 없다. 이러한 협소한 전류 흐름으로 인해 발광 다이오드(100)의 순방향 전압이 증가하여 전류 효율이 저하되며, 절연 물질의 특성상 외부로부터 유입되는 정전기를 방출하기 어려워 정전기로 인한 불량 유발 가능성이 크다.
또한, 전류 밀도 증가에 의해 열 발생량이 큼에도 불구하고 사파이어 기판(110)의 낮은 열전도성에 의해 열방출이 원활하지 못하므로, 열증가에 따라 사파이어 기판(110)과 GaN 발광 구조물(150) 사이에 기계적 응력이 발생하여 소자가 불안정해질 수 있으며, 고출력을 위한 대전류 인가에 제약이 따르게 된다.
나아가, n형 전극(190)을 형성하기 위해서 적어도 형성할 전극(190)의 면적보다 크게 활성층(154)의 일부 영역을 제거해야 하므로, 발광 면적이 감소되어 소자 크기 대 휘도에 따른 발광 효율이 저하된다는 문제점이 있다. 또한, 발광 다이오드의 상부에 n형 전극(190)과 p형 전극(170)이 모두 형성되므로 발광 다이오드의 칩 면적을 감소시키기 어려워 웨이퍼당 칩 생산량이 제한된다.
도 2는 수평 구조 다이오드의 단점을 해결하기 위해 고안된 수직 구조 발광 다이오드의 일 예를 도시한 단면도이다.
도 2에 도시된 발광 다이오드는 수직 구조 GaN 발광 다이오드로서, GaN 발광 다이오드(200)는 p형 GaN 클래드층(252), 활성층(254), 및 n형 클래드층(256)을 포함하는 발광 구조물(250)층 즉, 에피택셜층을 포함한다.
도 2에서 도시된 바와 같이, 수직 구조 발광 다이오드(200)는 실리콘 기판(220)과 같은 도전성 기판을 사용하므로 다이오드(200)의 상하부가 서로 전기적으로 도통할 수 있는 구조를 가진다. 이로 인해, 다이오드(200)의 열방출 효과를 향상시킬 수도 있고, 전류 흐름이 수평 구조 발광 다이오드보다 넓은 면적을 통해 형성되므로 순방향 전압을 감소시킬 수 있으며, 정전기 방지 효과도 향상시킬 수 있고, 아울러 대전류를 인가하여 고출력을 얻을 수 있다.
또한, 공정 측면에서는 전류 밀도 분포를 충분히 개선할 수 있으므로 투명 전극의 형성 공정이 필요하지 않으며, 견고한 사파이어 기판이 제거되므로 개별 소자 단위로 절단하는 공정이 간소해질 수 있다. 아울러 수평 구조 발광 다이오드와 달리 활성층의 일부를 식각하는 공정이 요구되지 않으므로, 넓은 발광 면적을 확보할 수 있어 휘도를 보다 향상시킬 수 있으며 단위 발광 다이오드의 칩 면적을 줄일 수 있어 웨이퍼당 칩 생산량을 증가시킬 수 있다.
도 3a 내지 도 3f는 도 2의 수직 구조 발광 다이오드를 제조하기 위한 종래의 제조 공정을 각 단계별로 도시한 도면이다.
도 3a의 단계에서는 사파이어 기판(310) 상에 GaN 단결정층으로 이루어진 발광 구조물(350) 즉, 에피택셜층을 형성한다. 도 3b의 단계에서는 형성된 발광 구조물(350)을 단위 발광 다이오드의 크기로 분리한다. 도 3c의 단계에서는 도전성 접착층(340)을 이용하여 실리콘 기판과 같은 도전성 기판(310)을 분리된 발광 구조물(350) 상면에 접합시킨다.
도 3d 또는 도 3d1의 단계에서는 사파이어 기판(310)을 제거한다. 사파이어 기판을 제거하기 위해서는, 레이저 빔을 이용하여 발광 구조물(350)로부터 사파이어 기판(310)을 분리하거나(도 3d), 기계적 연마, 습식 또는 건식 식각의 방법으로 사파이어 기판(310)을 제거하는 방법(도 3d1)이 이용된다.
도 3e의 단계에서는 결과물의 양면에 전극(370, 390)을 형성한다. 마지막으로, 도 3f의 단계에서 도 3e 단계의 결과물을 개별 발광 다이오드의 크기, 즉 분리된 발광 구조물(350)의 크기로 절단하여 최종적인 수직 구조 발광 다이오드를 생성한다.
사파이어 기판(310)이 에피택셜층(350)의 성장을 위해서 필요하지만 절연 물질인 특성상 발광 다이오드의 수용 기판으로는 부적절하므로 사파이어 기판(310)을 제거하고 도전성 기판(320)을 부착하게 된다.
도 3d와 관련하여, 사파이어 기판을 제거하는 방법 중 레이저를 이용하여 사파이어 기판(310)을 분리하는 경우에는, 다수의 발광 다이오드 구조물(350)이 형성된 웨이퍼 전면에 레이저를 일시에 조사하여 사파이어 기판(310)을 제거하는 것이 아니라 레이저 광의 초점의 크기와 형상에 의해 결정되는 일정 크기의 작은 면적을 이동하며 조사하기 때문에, 레이저가 조사되는 범위의 경계부위에 큰 스트레스를 가져오게 된다.
또한, 도 3d1와 관련하여, 사파이어 기판을 제거하는 방법 중 연마와 에칭을 이용하는 방법의 경우에는, 사파이어 기판 에칭 시 사용되는 에칭 용액의 사파이어 기판(310)과 에피택셜층 즉, GaN 발광 구조물층(350)에 대한 선택성이 나쁘기 때문에 균일한 두께의 에피택셜층을 얻을 수 없을 뿐 아니라, 에칭의 결과 에피택셜층 표면의 거칠기가 증가되고 핀홀이 발생하게 된다.
이와 같은 종래의 사파이어 기판 제거 방법의 경우, 에피택셜층(350)에 가해지는 스트레스나 표면 손상 및 핀홀 생성으로 인해 에피택셜층(350)이 열화되고, 이는 결국 발광효율의 저하 및 궁극적인 성능 저하를 가져오는 주된 원인이 된다.
수직 구조 발광 다이오드의 경우 수평 구조 발광 다이오드에 비해 많은 장점이 있지만 그 제조 공정에 필수적인 사파이어 기판 제거 단계에서 발생하는 상기한 문제점은 아직 해결되지 않고 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 에피택셜층의 열화를 최소화시킬 수 있는 효과적인 사파이어 제거 공정을 포함하는 수직 구조 발광 다이오드 제조 방법 및 그 방법에 의해 제조되는 개선된 수직 구조 발광 다이오드를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. 더 상세하게는, 본 발명은 수직 구조 발광 다이오드의 제조 공정에 있어서 사파이어 기판(310)과 도전성 수용 기판(320)의 접합 후 에피택셜층(350)의 열화 없이 사파이어 기판(310)을 제거하는 공정을 제공하 는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 특징에 따른 수직 구조 발광 다이오드 제조 방법은, 소자 기판상에 발광 구조물층을 형성하는 단계, 수용 기판을 제공하는 단계, 상기 발광 구조물층과 상기 수용 기판을 접합하는 단계, 상기 소자 기판을 가공하여 두께를 감소시키는 단계, 상기 소자 기판 및 상기 발광 구조물층을 포함하는 상기 수용 기판상의 구조물을 단위 소자 크기로 식각하여 단위 소자를 생성하는 단계, 및 상기 단위 소자 상에 부착된 잔류 소자 기판을 레이저로 조사하여 상기 단위 소자로부터 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 특징에 따른 수직 구조 발광 다이오드 제조 방법은, 소자 기판상에 발광 구조물층을 형성하는 단계, 상기 발광 구조물층 상에 반사층을 형성하는 단계, 상기 반사층 상에 접착층을 형성하는 단계, 상기 소자 기판상의 상기 구조물층, 반사층 및 접착층을 단위 소자 크기로 식각하는 단계, 수용 기판을 제공하는 단계, 상기 접착층을 매개로 하여 상기 발광 구조물층과 상기 수용 기판을 접합하는 단계, 상기 소자 기판을 가공하여 두께를 감소시키는 단계, 두께가 감소된 상기 소자 기판을 레이저로 조사하여 상기 발광 구조물층으로부터 분리하는 단계, 상기 수용 기판의 배면을 가공하여 두께를 감소시키는 단계, 상기 수용 기판의 양면에 각각 전극을 형성하는 단계; 및 상기 단위 소자 크기로 상기 수용 기판을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 3 특징에 따른 수직 구조 발광 다이오드 제조 방법은, 소자 기 판상에 발광 구조물층을 형성하는 단계, 상기 발광 구조물층을 포함하는 상기 수용 기판상의 구조물을 단위 소자 크기로 식각하여 분리하는 단계, 개개의 소자를 격리하기 위한 패턴을 일정 깊이로 형성된 도전성 수용 기판을 제공하는 단계, 상기 발광 구조물층과 상기 도전성 수용 기판을 접합하는 단계, 상기 소자 기판을 가공하여 두께를 감소시키는 단계, 레이저를 이용하여 상기 소자 기판을 상기 발광 구조물층으로부터 분리하는 단계, 단위 소자 크기로 분리된 상기 발광 구조물 상에 전극을 형성하는 단계, 고정 수단으로 상기 단위 소자들을 고정하는 단계, 상기 도전성 수용 기판의 배면을 가공하여 상기 패턴이 드러나도록 하는 단계, 상기 도전성 수용 기판의 배면에 전극을 형성하는 단계, 상기 고정 수단으로부터 상기 단위 소자들을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는, 본 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
< 제 1 실시예 >
도 4a 내지 도 4o는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 수직 구조 발광 다이오드 제조 방법의 공정을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이 사파이어 기판과 같은 소자 기판(410) 상에 발광 구조물층(420)을 형성한다. 사파이어 기판(410) 상에 n형 GaN 클래드층, 활성층, 및 p형 GaN 클래드 층이 순차적으로 에피택셜 성장되어 에피택셜층인 GaN 발광 구조물층(420)을 구성한다. 발광 구조물층(420)이 형성된 사파이어 기판이 미리 제공될 경우, 발광 다이오드 제조 공정에서 상기한 바와 같은 발광 구조물층 (420) 형성 단계가 생략될 수 있음은 물론이다.
한편, 사파이어 기판(410)과 에피택셜층(420) 사이의 격자 정합을 향상시키기 위해 AlN/GaN으로 이루어진 버퍼층(미도시)을 선택적으로 형성할 수 있으며, 또한, GaN 발광 구조물(420) 내의 활성층으로부터 방출되는 빛을 반사하기 위한 반사층(430)을 선택적으로 형성할 수도 있다. 반사층은 Ni, Al, Ag, Au, Pt 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있으며 이 외에도 당업계에서 반사층으로 이용하는 다양한 종류의 물질이 사용될 수 있다. 수직 발광 다이오드 제조시 본 실시예에서와 같이 반사층(430)을 포함하는 것이 바람직하지만, 도전성 접착층(442)을 구성하는 물질이 일반적으로 금속 또는 합금으로 이루어지고 비교적 높은 반사도를 가지므로, 별도의 반사층(430)을 형성하지 않더라도 어느 정도의 휘도 향상 효과를 기대할 수 있다.
이어서, 실리콘 기판과 같은 수용 기판과 소자 기판의 접합을 용이하기 하기 위한 도전성 접착층(442)을 형성한다. 수직 발광 다이오드에는 일반적으로 실리콘 기판이 많이 이용되지만, 사파이어와 같은 절연성 기판이 아니라면 예컨대 Ge, SiC, ZnO, 다이아몬드, GaAs 등이 사용될 수 있다. 도전성 접착층(442)은 접착 패드로 형성할 수 있으며, 접착 패드는 접착성을 갖는 도전성 물질이어야 한다. 도전성 물질은 금(Au)을 이용한 금속 접합재가 바람직하며, Au-Sn, Sn, In, Au-Ag, Ag-Ge, Ag-Cu, 및 Pb-Sn 등이 이용될 수 있다.
한편, 도 4b에 도시된 바와 같이 수용 기판의 경우 실리콘 단결정으로 형성된 수용 기판(450) 상에 접착층(444)을 형성한다. 수용기판(450)의 상의 접착층 (444)의 재료와 형태는 소자 기판(410) 상의 접착층(442)의 그것과 동일하다.
도 4a의 단계와 도 4b의 단계는 순서에 무관하며, 동시에 수행될 수도 있다. 또한, 하나의 접착층만으로 소자 기판(410)과 수용 기판(450)의 접합이 이루어질 경우에는 소자 기판(410) 상에 접착층(442)을 형성하는 단계와 수용 기판(450) 상에 접착층(444)을 형성하는 단계 중 하나의 단계가 생략될 수 있다.
다음, 도 4c에 도시된 바와 같이 소자 기판(410) 상의 접착층(442)과 실리콘 수용 기판(450) 상의 접착층(444)이 서로 마주보도록 하여 두 기판을 열압착 방식을 이용하여 접합한다. 두 개의 접착층은 열압착으로 인해 사실상 하나의 접착층(440)으로 된다.
이어서, 도 4d에서 연마와 식각을 이용하여 소자 기판, 예컨대 사파이어 기판(410)을 수십 ㎛, 바람직하게는 50㎛ 이내의 두께로 가공한다. 이와 같이 사파이어 기판을 얇게 남김으로써 에칭 용액이 에피택셜층(420)과 직접적으로 닿는 것을 피하게 되므로, 연마와 식각을 통해 사파이어 기판을 전부 제거하는 종래의 방법에서 발생하는 에피택셜층의 거칠기 증가와 핀홀 생성을 방지할 수 있다. 연마는 예컨대 화학물리적연마(CMP)를 이용할 수 있으며, 식각은 반응성이온에칭(RIE), 유도결합플라즈마/반응성이온에칭(ICP/RIE) 등을 이용한 건식 식각을 이용할 수도 있고, 염산, 질산, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 황산, 인산 또는 그 혼합액을 식각액으로 이용하는 습식 식각을 이용할 수도 있다.
다음, 도 4e 내지 도 4k에서 산화막을 마스크로 이용한 사진 식각 공정을 통해 개별 발광 다이오드 소자 단위로 분리한다.
먼저, 도 4e 단계에서 사파이어 기판(410) 상에 산화막(460)이나 질화막과 같이 식각에 견디면서 마스크 역할을 할 수 있는 재료를 증착한 후 감광제(470)를 도포한다.
도 4f 단계에서 감광제(470)를 단위 소자의 크기로 패턴하고, 이어서, 도 4g 단계에서 산화막(460)을 식각하여 패턴하고, 도 4h 단계에서 감광제(470)를 제거한다. 이어서 도 4i 단계에서 산화막(460)을 마스크로 이용하여 사파이어층(410)과 에피택셜층(420)을 건식 또는 습식으로 식각하여 패턴한다. 다음, 도 4j 단계에서 반사층(430)과 접착층(440)을 식각하고, 도 4k 단계에서 건식 또는 습식 식각법으로 산화막(460)을 제거한다.
다음, 도 4l 단계에서 레이저를 이용하여 사파이어층(410)을 제거한다. 사파이어층(410)이 사전 연마 및 식각 공정을 통해 얇게 분리된 상태이므로, 에피택셜층(420)을 포함하는 발광 다이오드 소자에 스트레스나 기타 손상을 가하지 않고 단위 소자 크기로 사파이어층(410)을 제거할 수 있다. 이때 레이저 조사는 다수의 단위 소자들을 동시에 조사하되 레이저의 경계면이 단위 소자들 사이의 공간에 놓이도록 제어함으로써, 단위 소자 상에서는 레이저 조사에 의한 스트레스가 최소화되도록 하는 것이 바람직하다.
이어서, 도 4m 단계에서 발광 다이오드 위에 n형 전극(480)을 형성하고, 도 4n 단계에서 실리콘 기판(450)을 연마하여 얇게 만든 후 p형 전극(490)을 증착한다. 마지막으로, 도 4o 단계에서 실리콘 기판(450)을 단위 소자 크기로 절단한다.
< 제 2 실시예 >
도 5a 내지 도 5h는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 수직 구조 발광 다이오드 제조 방법의 공정을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이 사파이어 기판과 같은 소자 기판(510) 상에 발광 구조물층(520), 선택적 버퍼층(미도시), 선택적 반사층(530), 및 선택적 도전성 접착층(542)을 형성한다. 이 단계 대신에 상기 구조물층이 형성된 기판이 제공될 수도 있다.
다음, 도 5b 단계에서 사진 식각 공정을 통해 에피택셜 성장된 발광 구조물층(520), 반사층(530), 도전성 접착층(542)을 개별 발광 다이오드 소자 단위로 분리한다.
한편, 도 5c에 도시된 바와 같이, 실리콘 단결정으로 형성된 수용 기판(550) 상에 선택적 접착층(544)을 형성하고, 소자 기판상의 접착층(542)과 실리콘 수용기판(550) 상의 접착층(544)이 서로 마주보도록 하여 두 기판을 열압착 방식을 이용하여 접합한다. 하나의 접착층만으로 소자 기판(510)과 수용 기판(550)의 접합이 이루어질 경우에는 소자 기판(510) 상에 접착층(542)을 형성하는 단계와 수용 기판(550) 상에 접착층(544)을 형성하는 단계 중 하나의 단계가 생략될 수 있다.
다음, 도 5d 단계에서 연마와 식각을 이용하여 사파이어 기판(510)을 수십 ㎛, 바람직하게는 50㎛ 이내의 두께로 가공하고, 도 5e 단계에서 레이저를 이용하여 사파이어층(510)을 제거한다. 사파이어층(510)이 사전 연마 및 식각 공정을 통해 얇게 가공된 상태이므로, 에피택셜층(520)을 포함하는 발광 다이오드 소자에 스트레스나 기타 손상을 가하지 않고 단위 소자 크기로 사파이어층(510)을 깨끗하게 분리할 수 있다.
이어서, 도 5f 단계에서 접착층(544)을 습식 식각 등의 방법으로 제거하고, 도 5g 단계에서 실리콘 기판(550)을 연마하여 얇게 만든 후 발광 다이오드 상하면에 각각 전극(580, 590)을 형성한다. 마지막으로, 도 5h 단계에서 전극이 형성된 실리콘 수용 기판(550)을 단위 소자 크기로 절단한다.
< 제 3 실시예 >
도 6a 내지 도 6h는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 수직 구조 발광 다이오드 제조 방법의 공정을 설명하기 위한 도면이다. 제 3 실시예는 발광 다이오드 소자를 개별 단위로 분리하기 용이하도록 실리콘 기판에 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
먼저, 도 6a에 도시된 바와 같이 사파이어 기판과 같은 소자 기판(610) 상에 발광 구조물층(620), 선택적 버퍼층(미도시), 선택적 반사층(630), 및 선택적 도전성 접착층(642)을 형성한다. 이 단계 대신에 상기 구조물층이 형성된 기판이 제공될 수도 있음은 다른 실시예와 동일하다.
다음, 도 6b 단계에서 사진 식각 공정을 통해 에피택셜 성장된 발광 구조물층(620), 반사층(630), 도전성 접착층(642)을 개별 발광 다이오드 소자 단위로 분리한다.
한편, 실리콘 단결정으로 형성된 수용 기판(650)의 경우, 도 6c에 도시된 바와 같이 건식 식각법을 이용하여 개개의 소자를 격리하기 위한 패턴을 일정 깊이로 식각한다. 이 단계에서 선택적으로, 패턴이 형성된 수용 기판(650) 면에 도전성 접착층(644)을 형성할 수 있다.
도 6d에 도시된 바와 같이, 소자 기판상의 접착층(642)과 실리콘 수용기판(650) 상의 접착층(642)이 서로 마주보도록 하여 두 기판을 열압착 방식을 이용하여 접합한다.
다음, 도 6e 단계에서 연마와 식각을 이용하여 사파이어 기판(610)을 수십 ㎛, 바람직하게는 50㎛ 이내의 두께로 가공하고, 도 6f 단계에서 레이저를 이용하여 사파이어층(610)을 분리하고, 도 6g 단계에서 발광 구조물(620) 상에 전극(680)을 형성하고, 도 6h 단계에서 소자들의 고정을 위해 UV 테이프나 다이싱(Dicing) 테이프와 같은 고정용 테이프(670)를 접착한다.
이어서, 도 6h 단계에서 도전성 수용 기판(650)의 뒷면을 연마와 식각 등의 방법으로 가공하면, 도 6i 단계에서 소자를 격리하기 위한 패턴이 드러나면서 수용 기판(650) 상의 구조물이 완전히 격리 또는 분리된다. 도 6j 단계에서 노출된 수용 기판(650) 상에 전극(690)을 형성하고, 도 6k 단계에서 최종적으로 고정용 테이프(680)로부터 발광 다이오드 소자를 분리한다.
본 발명에서는 사파이어 기판을 에피택셜층으로부터 제거하는 과정에서 발생하는 에피택셜층의 손상을 최소화하기 위해서 사파이어 제거 과정을 연마와 식각, 및 레이저 조사의 두 단계로 나누어 진행한다.
먼저, 연마와 식각을 이용하여 사파이어 기판을 소정의 두께로 얇게 가공함으로써 에칭 용액이 에피택셜층과 직접적으로 닿는 것을 방지하므로, 에피택셜층의 거칠기 증가와 핀홀 생성을 사전에 예방할 수 있다.
이어서, 소정의 두께로 얇게 가공된 사파이어 기판을 레이저를 조사하게 되면, 주위의 발광 다이오드 소자에 스트레스와 손상을 미치지 않으면서 개별적으로 사파이어층이 분리되어 지며, 이때 사파이어 기판이 기존의 레이저를 이용한 방법보다 얇은 상태에서 분리되기 때문에, 분리시 발생하는 스트레스가 감소되어 에피택셜층의 열화를 막을 수 있다.
본 발명의 공정을 이용하면, 기존의 연마와 식각을 이용한 사파이어 제거공정에서 발생하는 에피택셜층 두께의 불균일, 표면 거칠기의 증가, 핀홀 발생을 방지할 수 있으며, 기존의 레이저 공정에서 발생하는 레이저 조사 영역 주변의 에피택셜층의 손상과 스트레스를 줄일 수 있다.
본 발명의 따르면, 결국 에피택셜층의 열화와 스트레스가 최소화되어 다이오드의 발광 효율과 성능이 개선되고 소자의 신뢰성이 향상된다.
이상에서 예시적인 실시예를 들어 본 발명을 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 상기 실시예들의 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정 또한 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다. 예컨대, 본 발명의 사파이어 기판 제거 방법은 발광 다이오드 이외에도 레이저 다이오드 제조 공정과 같이 사파이어 기판과 같은 절연성 기판을 에피택셜층으로부터 분리시키는 단계가 수반되는 여러가지 제조 공정에 동일 또는 유사하게 응용될 수 있다.

Claims (27)

  1. 발광 구조물층이 형성된 소자 기판을 제공하는 단계;
    수용 기판을 제공하는 단계;
    상기 발광 구조물층과 상기 수용 기판을 접합하는 단계;
    상기 소자 기판을 가공하여 두께를 감소시키는 단계;
    상기 소자 기판 및 상기 발광 구조물층을 포함하는 상기 수용 기판 상의 구조물을 단위 소자 크기로 식각하여 단위 소자를 생성하는 단계; 및
    두께가 감소된 상태로 상기 단위 소자 상에 부착된 잔류 소자 기판을 레이저로 조사하여 상기 단위 소자로부터 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 구조 발광 다이오드 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    발광 구조물층이 형성된 소자 기판을 제공하는 상기 단계 이후에, 상기 발광 구조물층 상에 반사층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 구조 발광 다이오드 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 잔류 소자 기판이 분리된 상기 단위 소자의 상면과 하면에 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 구조 발광 다이오드 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    발광 구조물층과 상기 수용 기판을 접합하는 상기 단계는 발광 구조물층과 상기 수용 기판 중 적어도 하나에 도전성 접착층을 제공하여 상기 발광 구조물층과 상기 수용 기판을 접합하는 단계인 것을 특징으로 하는 수직 구조 발광 다이오드 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    발광 구조물층과 상기 수용 기판을 접합하는 상기 단계는 상기 도전성 접착층을 열압착에 의해 접합하는 단계인 것을 특징으로 하는 수직 구조 발광 다이오드 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    소자 기판을 가공하여 두께를 감소시키는 상기 단계는 상기 소자 기판을 10㎛ 이상 50㎛ 이하로 가공하는 단계인 것을 특징으로 하는 수직 구조 발광 다이오드 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    소자 기판을 가공하여 두께를 감소시키는 상기 단계는 상기 소자 기판을 연마와 식각 중 적어도 하나의 방법으로 가공하는 단계인 것을 특징으로 하는 수직 구조 발광 다이오드 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    소자 기판을 가공하여 두께를 감소시키는 상기 단계는 식각 공정용 에칭 용액이 상기 발광 구조물층에 닿는 것을 방지할 수 있는 두께로 상기 소자 기판을 식각하는 단계인 것을 특징으로 하는 수직 구조 발광 다이오드 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위 소자 생성 단계는,
    상기 소자 기판 상에 산화막을 증착하는 단계;
    감광제를 도포하는 단계;
    상기 감광제를 상기 단위 소자의 크기로 패턴하는 단계;
    상기 산화막을 식각하여 패턴하는 단계;
    상기 감광제를 제거하는 단계;
    상기 산화막을 마스크로 이용하여 상기 소자 기판과 상기 산화 구조물층을 상기 단위 소자의 크기로 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 구조 발광 다이오드 제조 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 조사 단계는 다수의 상기 단위 소자들을 동시에 조사하되, 상기 레이저의 경계면이 상기 단위 소자들 사이의 공간에 놓이는 것을 특징으로 하는 수 직 구조 발광 다이오드 제조 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 조사 단계는 발광 구조물층에 스트레스가 실질적으로 발생하지 않도록 레이저를 조사하는 단계인 것을 특징으로 하는 수직 구조 발광 다이오드 제조 방법.
  12. 제 3 항에 있어서,
    상기 전극 형성 단계는,
    상기 잔류 소자 기판이 분리된 상기 단위 소자의 상면에 전극을 형성하는 단계;
    상기 수용 기판의 배면을 가공하여 두께를 감소시키는 단계;
    상기 수용 기판의 배면에 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 단위 소자 크기로 상기 수용 기판을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 구조 발광 다이오드 제조 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 소자 기판은 사파이어 기판인 것을 특징으로 하는 수직 구조 발광 다이오드 제조 방법.
  14. 삭제
  15. 에피택셜층이 성장된 사파이어 기판을 상기 에피택셜층으로부터 제거하는 방법에 있어서,
    상기 사파이어 기판을 연마와 식각 중 적어도 하나의 방법으로 가공하여 두께를 감소시키는 단계; 및
    상기 두께가 감소된 사파이어 기판에 레이저를 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 사파이어 기판 제거 방법.
  16. 발광 구조물층이 형성된 소자 기판을 제공하는 단계;
    상기 발광 구조물층 상에 반사층을 형성하는 단계;
    상기 반사층 상에 접착층을 형성하는 단계;
    상기 소자 기판 상의 상기 구조물층, 반사층 및 접착층을 단위 소자 크기로 식각하는 단계;
    수용 기판을 제공하는 단계;
    상기 접착층을 매개로 하여 상기 발광 구조물층과 상기 수용 기판을 접합하는 단계;
    상기 소자 기판을 가공하여 두께를 감소시키는 단계;
    두께가 감소된 상기 소자 기판을 레이저로 조사하여 상기 발광 구조물층으로 부터 분리하는 단계;
    상기 수용 기판의 배면을 가공하여 두께를 감소시키는 단계;
    상기 수용 기판의 양면에 각각 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 단위 소자 크기로 상기 수용 기판을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 구조 발광 다이오드 제조 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    접착층을 매개로 하여 상기 발광 구조물층과 상기 수용 기판을 접합하는 상기 단계는 상기 수용 기판 상에 별도의 접착층을 형성하고, 상기 반사층 상의 접착층과 상기 수용 기판 상의 접착층을 열압착 방법으로 접합하는 단계인 것을 특징으로 하는 수직 구조 발광 다이오드 제조 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    소자 기판을 가공하여 두께를 감소시키는 상기 단계는 연마와 식각 중 적어도 하나의 방법으로 상기 소자 기판을 10㎛ 이상 50㎛ 이하로 가공하는 단계인 것을 특징으로 하는 수직 구조 발광 다이오드 제조 방법.
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 발광 구조물층이 형성된 소자 기판을 제공하는 단계;
    상기 발광 구조물층을 포함하는 상기 소자 기판 상의 구조물을 단위 소자 크기로 식각하여 분리하는 단계;
    개개의 소자를 격리하기 위한 패턴을 일정 깊이로 형성된 도전성 수용 기판을 제공하는 단계;
    상기 발광 구조물층과 상기 도전성 수용 기판을 접합하는 단계;
    상기 소자 기판을 가공하여 두께를 감소시키는 단계;
    레이저를 이용하여 두께가 감소된 상기 소자 기판을 상기 발광 구조물층으로부터 분리하는 단계;
    단위 소자 크기로 분리된 상기 발광 구조물 상에 전극을 형성하는 단계;
    고정 수단으로 상기 단위 소자들을 고정하는 단계;
    상기 도전성 수용 기판의 배면을 가공하여 상기 단위 소자들을 격리시키는 단계;
    상기 도전성 수용 기판의 배면에 전극을 형성하는 단계;
    상기 고정 수단으로부터 상기 단위 소자들을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 구조 발광 다이오드 제조 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 발광 구조물층과 상기 도전성 수용 기판을 접합하는 단계는 상기 발광 구조물층과 상기 도전성 수용 기판에 각각 도전성 접착층을 제공하고 두 도전성 접착층을 열압착에 의해 접합하는 단계인 것을 특징으로 하는 수직 구조 발광 다이오드 제조 방법.
  23. 제 21 항에 있어서,
    소자 기판을 가공하여 두께를 감소시키는 상기 단계는 상기 소자 기판을 10㎛ 이상 50㎛ 이하로 연마와 식각 중 적어도 하나의 방법으로 가공하는 단계인 것을 특징으로 하는 수직 구조 발광 다이오드 제조 방법.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 고정 수단은 테이프인 것을 특징으로 하는 수직 구조 발광 다이오드 제조 방법.
  25. 제 21 항에 있어서,
    상기 소자 기판은 사파이어 기판인 것을 특징으로 하는 수직 구조 발광 다이오드 제조 방법.
  26. 삭제
  27. 삭제
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