KR101722633B1 - 발광소자의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
실시 예에 따른 발광소자의 제조방법은, 발광소자의 제조 공정시, 발광소자의 크랙(crack)을 방지하기 용이하도록, 실시 예는, 제1 지지부재 상에 기판이 본딩되는 단계, 상기 기판 상에 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 상기 제1, 2 반도체층 사이에 활성층을 포함하는 발광구조물이 성장되는 단계, 상기 발광구조물 상에 전극층 및 반사층이 형성되는 단계 및 상기 반사층 상에 제2 지지부재이 본딩되며, 상기 기판이 제거되는 단계를 포함하며, 상기 제1 지지부재은, 상기 제2 지지부재과 동일한 에너지 밴드갭을 갖는 발광소자의 제조방법을 제공한다.
Description
실시 예는 발광소자의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 발광소자의 제조 공정시, 발광소자의 크랙(crack)을 방지하기 용이한 발광소자의 제조방법에 관한 것이다.
발광소자의 대표적인 예로, LED(Light Emitting Diode; 발광 다이오드)는 화합물 반도체의 특성을 이용해 전기 신호를 적외선, 가시광선 또는 빛의 형태로 변환시키는 소자로, 가정용 가전제품, 리모콘, 전광판, 표시기, 각종 자동화 기기 등에 사용되고, 점차 LED의 사용 영역이 넓어지고 있는 추세이다.
보통, 소형화된 LED는 PCB(Printed Circuit Board) 기판에 직접 장착하기 위해서 표면실장소자(Surface Mount Device)형으로 만들어지고 있고, 이에 따라 표시소자로 사용되고 있는 LED 램프도 표면실장소자 형으로 개발되고 있다. 이러한 표면실장소자는 기존의 단순한 점등 램프를 대체할 수 있으며, 이것은 다양한 칼라를 내는 점등표시기용, 문자표시기 및 영상표시기 등으로 사용된다.
이와 같이 LED의 사용 영역이 넓어지면서, 생활에 사용되는 전등, 구조 신호용 전등 등에 요구되는 휘도가 높이지는 바, LED의 발광휘도를 증가시키는 것이 중요하다.
실시 예의 목적은, 발광소자의 제조 공정시, 발광소자의 크랙(crack)을 방지하기 용이한 발광소자의 제조방법을 제공함에 있다.
실시 예에 따른 발광소자의 제조방법은, 제1 지지부재 상에 기판이 본딩되는 단계, 상기 기판 상에 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 상기 제1, 2 반도체층 사이에 활성층을 포함하는 발광구조물이 성장되는 단계, 상기 발광구조물 상에 전극층 및 반사층이 형성되는 단계 및 상기 반사층 상에 제2 지지부재가 본딩되며, 상기 기판이 제거되는 단계를 포함하며, 상기 제1 지지부재와 상기 제2 지지부재는, 동일한 에너지 밴드갭을 갖을 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자의 제조방법은, 기판이 본딩되는 제1 지지부재와 제2 지지부재가 동일한 에너지 밴드갭을 갖도록 함으로써, 제2 지지부재의 본딩시 발생되는 높은 열 및 압력을 제1 지지부재에서 감쇄시켜 기판 또는 기판 상에 성장된 발광구조물에 크랙 및 박리 현상을 방지할 수 있는 이점이 있다.
도 1 내지 도 4는 실시 예에 따른 발광소자의 제조공정을 나타내는 공정도이다.
실시 예에 대한 설명에 앞서, 실시 예에서 언급하는 각 층(막), 영역, 패턴, 또는 구조물들의 기판, 각 층(막) 영역, 패드, 또는 패턴들의 "위(on)", "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와, "아래(under)"는 직접(directly)", 또는 "다른 층을 개재하여(indirectly)" 형성되는 모든것을 포함한다. 또한, 각 층의 위, 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서, 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의, 및 명확성을 위하여 과장되거나, 생략되거나, 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
또한, 실시 예에서 발광소자의 구조를 설명하는 과정에서 언급하는 각도와 방향은 도면에 기재된 것을 기준으로 한다. 명세서에서 발광소자를 이루는 구조에 대한 설명에서, 각도에 대한 기준점과 위치관계를 명확히 언급하지 않은 경우, 관련 도면을 참조하도록 한다.
도 1 내지 도 4는 실시 예에 따른 발광소자의 제조공정을 나타내는 공정도이다.
도 1을 참조하면, 제1 지지부재(110) 상에 기판(130)을 본딩할 수 있다.
여기서, 제1 지지부재(110)는 사파이어(Al2O3), 이산화규소(Si02) 및 유리 등과 같은 투광성 재질을 이용하여 형성되며. 사파이어(Al2O3) 이외에, 제1 지지부재(110)는 징크 옥사이드(zinc oxide, ZnO), 갈륨 나이트라이드(gallium nitride, GaN), 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC) 및 알루미늄 나이트라이드(AlN)로 형성될 수 있다.
즉, 제1 지지부재(110)는 6eV 내지 10eV의 에너지 밴드갭을 가질 수 있으며, 제1 지지부재(110)는 투명한 재질의 비전도성을 갖도록 하며, 자외선 및 가시광선을 투과하며 적외선을 흡수할 수 있도록 한다.
예를 들어, 사파이어(Al2O3)는 에너지 밴드갭이 8eV이상이며, 이산화규소(Si02)는 에너지 밴드갭이 8.9eV 이상 이며, 징크 옥사이드(zinc oxide, ZnO)는 에너지 밴드갭이 3.27eV이상 이며, 실리콘 카바이드는 에너지 밴드갭이 3.0eV이상이며, 갈륨 나이트라이드(gallium nitride, GaN)는 에너지 밴드갭이 3.4eV이상이며, 알루미늄 나이트라이드(AlN)는 에너지 밴드갭이 6.2eV이상이다.
제1 지지부재(110)과 기판(130)은 본딩층(120)에 의해 부착될 수 있다. 여기서, 본딩층(120)은 1000℃ 이상의 고온 분위기에서 접착성이 유지되고 용융되지 않도록 고온용 폴리머 접착제를 사용할 수 있다.
또한, 본딩층(120)은 인듐(In), 주석(Sn), 은(Ag), 니오브(Nb), 니켈(Ni), 알루미늄(Au), 구리(Cu) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이외에 다른 재질을 사용할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
여기서, 제1 지지부재(110)는 기판(130)의 제거 공정 시, 기판(130)의 하면으로 입사되는 레이저 빔을 통과시키기 위하여 투광성 재질을 사용하며, 비전도성 재질을 사용할 수 있다.
또한, 기판(130)은 예를 들어, 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP 또는 Ge 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 본 실시 예에서는 실리콘(Si) 기판을 예로 들어 설명한다.
이에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.
도 2를 참조하면, 기판(130) 상에는 제1 반도체층(142), 제2 반도체층(146) 및 제1, 2 반도체층(142, 146) 사이에 활성층(144)을 포함하는 발광구조물(140)이 성장될 수 있다.
여기서, 기판(130)은 실리콘 재질을 사용하는 것이 바람직하며, n형 실리콘 및 p형 실리콘을 사용할 수 있을 것이다.
기판(130)과 발광구조물(140) 사이에는 버퍼층(미도시)이 형성될 수 있다.
상기 버퍼층은 3족과 5족 원소가 결합 된 형태이거나 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중에서 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 도펀트가 도핑될 수도 있다.
이러한, 기판(130) 또는 버퍼층(미도시) 위에는 언도프드 반도체(미도시)층이 형성될 수 있으며, 버퍼층(미도시)과 언도프드 반도체층(미도시) 중 어느 한 층 또는 두 층 모두 형성하거나 형성하지 않을 수도 있으며, 이러한 구조에 대해 한정되지는 않는다.
실시 예에서, 발광구조물(140)은 기판(130)에 배치된 제1 반도체층(142), 제2 반도체층(144) 및 제1, 2 반도체층(142, 144) 사이에 활성층(146)이 개재된 구성으로 이루어지는 것으로 설명한다.
제1 반도체층(142)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, n형 반도체층은 GaN층, AlGaN층, InGAN층 등과 같은 GaN계 화합물 반도체 중 어느 하나로 이루어질 수 있고, n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
제1 반도체층(142)에는 활성층(146)이 형성될 수 있다. 활성층(146)은 전자와 정공이 재결합되는 영역으로, 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 그에 상응하는 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다.
활성층(146)은 예를 들어, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가지는 반도체 재료를 포함하여 형성할 수 있으며, 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물 구조(MQW : Multi Quantum Well)로 형성될 수 있다.
따라서, 더 많은 전자가 양자우물층의 낮은 에너지 준위로 모이게 되며, 그 결과 전자와 정공의 재결합 확률이 증가 되어 발광효과가 향상될 수 있다. 또한, 양자선(Quantum wire)구조 또는 양자점(Quantum dot)구조를 포함할 수도 있다.
활성층(146)에는 제2 반도체층(144)이 형성될 수 있다. 제2 반도층(144)은 p형 반도체층으로 구현되어, 활성층(146)에 정공을 주입할 수 있다. 예를 들어 p형 반도체층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
또한 제2 반도체층(144)에는 제3 반도체층(미도시)을 형성할 수도 있다. 여기서 제3 반도체층은 n형 반도체층으로 구현될 수 있다.
한편, 상술한 제1 반도체층(142), 활성층(146) 및 제2 반도체층(144)은 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy), 스퍼터링(Sputtering) 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한, 상술한 바와는 달리 실시예에서 제1 반도체층(142)이 p형 반도체층으로 구현되고, 제2 반도체층(144)이 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
도 3을 참조하면, 전극층(150)과 반사층(160)을 동시에 형성하는 것을 도시한다. 즉, 전극층(150)과 반사층(160)은 스퍼터링 등의 방법으로 연속적으로 형성하고 동시 소성하여 형성할 수 있다. 이와 같이 전극층(150)과 반사층(160)을 동시에 소성하여 형성하면, 전극층(150)과 반사층(160)의 접착력이 향상될 수 있다.
실시 예에서, 전극층(150) 및 반사층(160)은 동일한 형상으로 제2 반도체층(144) 상에 형성된 것으로 나타내었으나, 이후 전극층(150) 및 반사층(160)의 양측 일부 영역에 대해 메사 에칭을 수행할 수 있으며, 상기 메사 에칭은 드라이 에칭(Dry etching)에 의할 수 있으며, 전극층(150)과 반사층(160)이 동시에 에칭되거나, 각각 에칭될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다. 여기서, 식각된 영역에는 금속 또는 절연 물질을 포함하는 채널층(미도시)이 형성될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
도 4를 참조하면, 반사층(160) 상에 제2 지지부재(170)을 형성할 수 있다. 제2 지지부재(170)와 반사층(160) 사이에는 도 1에 나타낸 본딩층(120)과 동일한 본딩층(180)이 더 형성될 수 있으며, 본딩층들(120,180)은 서로 다른 물질일 수 있다.
또한, 본딩층들(120,180)은 1000℃ 이상의 고온 분위기에서 접착성이 유지되고 용융되지 않도록 고온용 폴리머 접착제를 사용할 수 있다.
그리고, 본딩층들(120, 180)은 인듐(In), 주석(Sn), 은(Ag), 니오브(Nb), 니켈(Ni), 알루미늄(Au), 구리(Cu) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이외에 다른 재질을 사용할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
이때, 제2 지지부재(170)는 도 1에 나타낸 제1 지지부재(110)과 동일한 재질이며, 투광성 비전도성 재질을 사용할 수 있다.
실시 예에서, 제2 지지부재(170)과 제1 지지부재(110)은 동일한 재질인 것으로 설명하지만, 에너지 밴드갭이 6eV 내지 10eV를 가지는 다른 재질을 사용할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
이와 같이, 반사층(160) 상에 제2 지지부재(170)의 본딩 시 높은 압력 및 열이 발생하게 되는데, 기판(130)의 하부에 배치되는 제1 지지 부재(110)와 제2 지지부재(170)의 에너지 밴드갭을 유사 또는 동일한 물질을 사용하여, 기판(130) 또는 발광구조물(140)이 크렉 또는 박리 되는 것을 막을 수 있다.
또한, 제2 지지부재(170)과 본딩층(180) 사이에는 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 몰리브덴(Mo), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 탄탈(Ta), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 니오브(Nb), 바나듐(V) 중 적어도 하나를 포함하는 확산방지층(미도시)이 더 형성될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
이때, 상기 확산 방지층은 전극층(150)에 의해 전류가 확산되는 것을 방지할 수 있다.
반사층(160) 상에 제2 지지부재(170)이 본딩된 후, 제2 지지부재(170)을 베이스로 위치시킨 후 상술한 기판(130)을 제거하게 된다. 여기서, 기판(130)은 물리적 또는/및 화학적 방법으로 제거할 수 있으며, 물리적 방법은 일 예로 LLO(laser lift off) 방식으로 제거할 수 있다.
또한, 기판(130)은 LLO(laser lift off) 공정없이 습식 식각 등에 의하여 분리할 수 있으며, 큰 충격없이 기판(130)을 제거할 수 있어 발광구조물(140)에 크랙(crack)이 발생하는 것을 방지할 수 있으므로 신뢰성이 향상된 발광소자가 제공될 수 있다.
한편, 도시하지는 않았으나, 기판(130)의 제거 후 발광구조물(140)의 위에 배치된 버퍼층(미도시)을 제거해 줄 수 있다. 이때 버퍼층(미도시)은 건식 또는 습식 식각 방법, 또는 연마 공정을 통해 제거할 수 있다.
이때, 기판(130)의 하부에 배치된 제1 지지부재(110)은 레이저 빔을 흡수하지 않고 통과시켜 기판(130)에 흡수되어, 기판(130)을 제거할 수 있다.
이후, 제1 반도체층(142) 상에 전극패드(미도시) 및 요철 패턴(미도시)을 형성할 수 있으며, 이외에 사용자가 원하는 형태의 발광소자를 제조할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
실시 예들에 따른 발광소자 패키지는 복수 개가 기판 상에 어레이되며, 상기 발광 소자 패키지에서 방출되는 광의 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트, 형광 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 패키지, 기판, 광학 부재는 백라이트 유닛으로 기능하거나 조명 유닛으로 기능할 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 백라이트 유닛, 조명 유닛, 지시 장치, 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (8)
- 제1 지지부재 상에 기판이 고온용 폴리머 접착제를 사용한 제1 본딩층에 의해 본딩되는 단계;
상기 기판 상에 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 상기 제1, 2 반도체층 사이에 활성층을 포함하는 발광구조물이 성장되는 단계;
상기 발광구조물 상에 스퍼터링에 의해 전극층 및 반사층이 형성된 후 상기 전극층 및 반사층의 양측 일부 영역에 대해 메사 에칭이 수행되고, 식각된 영역에는 금속 또는 절연 물질을 포함하는 채널층이 형성되는 단계; 및
상기 반사층 상에 제2 지지부재가 제2 본딩층에 의해 본딩된 후 상기 기판이 제거되며, 상기 기판의 하부에 배치된 상기 제1 지지부재는 레이저 빔을 흡수하지 않고 통과시켜 상기 기판에 흡수되어 상기 기판이 제거되는 단계;를 포함하며,
상기 제1 지지부재와 상기 제2 지지부재는,
동일한 에너지 밴드갭을 갖는 발광소자의 제조방법. - 제 1 항에 있어서, 상기 제1 지지부재는,
투광성 재질인 발광소자의 제조방법. - 제 1 항에 있어서, 상기 제1 지지부재는,
비전도성 재질인 발광소자의 제조방법. - 제 1 항에 있어서, 상기 제1 지지부재는,
사파이어, 이산화규소 및 유리 중 어느 하나인 발광소자의 제조방법. - 제 1 항에 있어서, 상기 제1 지지부재는,
상기 제2 지지부재와 동일한 재질인 발광소자의 제조방법. - 제 1 항에 있어서, 상기 제1 지지부재는,
에너지 밴드갭이 6eV 내지 10eV인 발광소자의 제조방법. - 제 1 항에 있어서, 상기 기판은,
실리콘 재질인 발광소자의 제조방법. - 제 1 항에 있어서, 상기 제2 지지부재와 상기 반사층 사이에는,
인듐(In), 주석(Sn), 은(Ag), 니오브(Nb), 니켈(Ni), 알루미늄(Au), 구리(Cu) 중 적어도 하나를 포함하는 접착층 및 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 몰리브덴(Mo), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 탄탈(Ta), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 니오브(Nb), 바나듐(V) 중 적어도 하나를 포함하는 확산방지층 중 적어도 하나가 형성되는 발광소자의 제조방법.
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