KR20080102538A - 플립칩 방식의 수직형 발광 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플립칩 방식의 수직형 발광 소자에 관한 것이다. 상기 플립칩 방식의 수직형 발광 소자는 서브 마운트, 및 상기 서브 마운트의 솔더 범프에 뒤집어진 상태로 본딩된 수직형 발광 소자로 이루어진다. 상기 서브 마운트는 전도성 하부 기판, 상기 전도성 하부 기판의 하부에 형성된 양극 도선, 상기 전도성 하부 기판의 상부에 순차적으로 형성되는 도금용 박막, 제1 솔더 반응층 및 솔더 범프를 구비한다. 상기 수직형 발광 소자는 순차적으로 형성된 n-GaN 층, 활성층, p-GaN층을 구비하고, 상기 p-GaN층의 표면에는 금속 반사층, 확산 방지층 및 제2 솔더 반응층(252)이 순차적으로 형성되어 있으며, 상기 n-GaN층의 표면에는 불규칙한 요철부가 형성되며, 요철부가 형성된 n-GaN층의 표면에는 음극 도선이 형성되어 있다. 상기 수직형 발광 소자의 제2 솔더 반응층이 상기 서브 마운트의 솔더 범프에 본딩된다.

본 발명에 따른 상기 수직형 발광 소자는 사파이어 기판위에 형성되며, 상기 사파이어 기판은 상기 서브마운트위에 본딩된 후 LLO 기법을 이용하여 제거된다.

발광 다이오드, 플립칩, Laser Lift-Off, GaN

Description

플립칩 방식의 수직형 발광 소자 및 그 제조 방법{Flip-chip type vertical light emitting device and method of fabricating the device}

도 1은 종래의 플립칩 방식의 발광 소자의 구조를 도시한 단면도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플립칩 방식의 수직형 발광 소자의 구조를 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플립칩 방식의 수직형 발광 소자의 제조 공정을 순차적으로 도시한 단면도들이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플립칩 방식의 수직형 발광 소자에 있어서, n-GaN층의 표면에 불규칙한 요철부가 형성된 상태를 촬영한 사진이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 2개 이상의 GaN 박막이 하나의 하부기판을 양극으로 공유하는 플립칩 방식의 수직형 발광 소자들을 도시한 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20 : 플립칩 방식의 수직형 발광 소자

b : 서브 마운트

a : 수직형 발광 소자

270 : 전도성 Si 기판

280 : 양극 도선용 금속막

272 : 도금용 박막

260 : 솔더 반응층

262 : 솔더 범프

210 : n-GaN 층

220 : 활성층

230 : p-GaN층

240 : 금속 반사층

250 : 확산 방지층

252 : 솔더 반응층

212 : 요철부

202 : 음극 도선용 금속막

본 발명은 플립칩 방식의 수직형 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 레이저 리프트 오프(LLO) 기법을 이용하여 사파이어 기판을 제거하여 N-GaN 표면을 노출시키고 식각 처리한 후 표면에 음극 도선을 형성함으로써, 휘도를 향상시킨 플립칩 방식의 수직형 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

백색 LED가 조명으로 사용되기 위해서는 백색광의 질적 향상뿐만 아니라 수 천 루멘 이상의 광출력이 필요하다. 이러한 고출력 발광 소자를 얻기 위해서는 발광 효율을 높이고, 소자 크기를 증대시키고, 열 저항을 낮게 하는 등의 변수를 고려하여 소자를 제작하여야 한다. 고출력 발광 소자의 이러한 조건을 충족시키기 위하여 널리 사용되고 있는 것이 플립칩(flip-chip) 방식이다.

기존의 발광 소자는 소자의 위쪽으로 빛을 내는 것과는 달리, 플립칩 방식의 발광 소자(LED)는 기판인 사파이어를 통해 빛이 나오게 된다.

도 1은 종래의 플립칩 방식의 고출력용 발광 다이오드의 구조를 도시한 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 플립칩 방식의 고출력용 발광 다이오드(10)는 솔더 범프(190, 192, 194)에 의해 발광 다이오드('a')가 서브마운트('b')에 전기적 및 기계적으로 접합되도록 함으로써, 발광 다이오드('a')의 사파이어 기판(100)이 위로 향하게 되어 있는 구조로 이루어진다. 상기 발광 다이오드('a')는 사파이어 기판(100)위에 n-GaN 층(110), 활성층(120), p-GaN층(130)을 순차적으로 형성한 후, n-GaN 층(110), 활성층(120), p-GaN층(130)의 일부를 식각하여 상기 n-GaN 층(110)의 일부가 노출되도록 한다. 다음, p-GaN층(130)의 표면에는 금속 반사층(140) 및 상기 반사층을 둘러싸는 확산방지층(150) 및 솔더반응층(152)을 형성하며, 상기 노출된 n-GaN층(110)의 표면에도 확산방지층(150) 및 솔더반응층(152)를 형성한다.

상기 서브마운트('b')는 Si 기판(160)위에 절연막(170) 및 패터닝된 도선용 막(180)이 순차적으로 형성되며, 상기 패터닝된 도선용막(180)의 소정 영역에는 양극 본딩 패드(182) 및 음극 본딩 패드(184)가 각각 형성된다.

전술한 구조를 갖는 발광 다이오드(10)의 n-GaN 층(110)이 위로 향하는 뒤집어진 상태가 되고, 발광 다이오드의 p-GaN층(130)과 상기 노출된 n-GaN층(110)이 각각 서브 마운트('b')의 금속 범프와 접합을 한다. 이 때 p-GaN층(130)과 금속 범프의 사이에는 광출력을 높이기 위해 높은 반사도를 가지는 금속 반사층(140)이 형성되고, 이때 금속 반사층은 전기적 특성을 고려하여 p-GaN과 옴믹 특성을 가지는 전기적 접합을 이루고 있다.

한편, 상기 확산방지층(150) 및 솔더 반응층(152)은 상기 금속 반사층(140)의 아래에 형성되어 금속 반사층을 보호하게 되며, 이의 하부에는 양극 전극 또는 음극 전극인 금속 범프와 접합 또는 반응하기 위한 솔더 범프들(194)이 형성되어 있다. 전술한 양극 또는 음극 본딩 패드를 통해 발광 다이오드에 전류를 인가함과 동시에, 이때 발광 다이오드에서 발생하는 열을 하부의 Si 기판으로 전달하고, 아래의 방열판으로 방출시킨다.

기존 플립칩 구조가 발광 다이오드에 높은 전류를 인가하면서 발생하는 열을 효율적으로 방출시킬 수 있는 구조인데 반해, 광출력 면에서는 사파이어 표면, 사파이어와 n-GaN의 계면에서 이종 재질간의 굴절율 차이로 인해 빛의 탈출각이 존재하게 된다. 이러한 탈출각 이하로 향하는 빛은 사파이어/GaN 계면을 통과해서 외부로 방출되지만, 탈출각 이상의 각으로 향하는 빛은 계면에서 전반사되면서 다시 다이오드 내부로 재반사되어지고, 이러한 재반사를 거듭하다가 흡수되어 소멸된다. 이를 위하여 계면에 요철을 형성하여 빛이 산란에 의해 진행 경로를 바꾸어 주어 재반사를 막을 수 있으나, 이를 위해서는 우선 사파이어 기판에 요철을 형성한 후 이러한 기판 위에 LED를 형성함으로써 가능하지만, LED 성장이 어렵고, 생성시킬 수 있는 요철의 정도에 한계가 있다.

한편, GaN LED 기판을 하부 기판에 고정시킨 후 사파이어 기판을 떼어내고, 드러난 n-GaN을 습식 에칭하여 요철을 형성하는 수직형 LED 제조 기술은, 높은 전류를 인가함에 따라 발생되는 열을 하부 기판을 통해 신속하게 방출하는 한편, n-GaN 표면에 형성된 요철에 의해 외부 광추출 효율을 높여준다. 이러한 기술에서는 LED 기판상의 p-GaN에 반사 금속층과 이의 보호층을 형성하고, Cu를 두껍게 전기도금하여 하부 기판을 형성하거나, 저융점 재질의 막을 이용하여 하부 기판에 고온 고압으로 붙여주는 웨이퍼 본딩 공정을 필요로 한다.

특히 이러한 공정에서는 GaN 박막에 손상을 주지 않으면서 사파이어 기판만을 떼어내는 Laser Lift-Off 기술이 요구된다. 레이저(Laser)를 조사하게 되면 사파이어/GaN 계면에서 레이저의 흡수가 일어나고, 이로 인해 질화갈륨(GaN)이 분해되면서 GaN -> Ga + 1/2 N₂ 형태의 반응을 통해 기체가 발생하여 사파이어와 GaN 계면 사이에서 분리되는데, 이때 발생한 기체는 계면에서 GaN 박막에 심한 스트레스를 인가하여 크랙을 유도하는 문제가 있다. 크랙 형성을 방지하기 위한 방안으로 미리 일정 간격으로 사파이어까지의 깊은 식각을 한 LED 기판을 하부 기판에 고정시킨 다음 Laser를 조사하는 방법이 일반적으로 사용된다. 이러한 방법은 식각된 수직 벽면에 p-GaN과 n-GaN이 접하여 발생될 수 있는 전기적 특성의 저하를 방지하기 위하여 이 부분을 미리 절연시키기 위한 추가의 패턴 및 공정을 필요로 하게 된 다. 또한 현재 수직형 LED 기술에서는 LED Wafer 상태에서 Wafer Bonding 혹은 전기 도금을 사용함에 따라 기 제작 및 개발된 모든 공정은 기존의 LED 웨이퍼의 크기인 2인치로 작업을 진행됨에 따라 고가의 제조 비용 및 제품 수율에 있어서 많은 Loss를 가지고 있는 문제점을 가지고 있다.

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 방열 효과를 향상시키고 휘도를 증가시킨 플립칩 방식의 수직형 발광 소자를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 종래의 공정에서 대두된 2" 공정이 아닌 대면적 기판을 활용함으로써 종래의 공정과 대비하여 우수한 생산성과 제조 수율을 향상시킬 수 있는 수직형 발광 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다. 특히 부가적으로 미리 절단된 Chip을 사용함으로써 기존 LLO 공정 활용 시 대두되는 Wafer 상태에서 유발되는 LLO 공정의 문제점, LLO Chip 제조 공정상의 난이점 및 제조 수율 향상을 제공하고자 한다.

본 발명의 다른 목적은 전면 양극 범프를 적용하여 범프와의 접촉 단면적을 증가시키고, Laser Lift-Off를 적용하여 사파이어 부분을 떼어내고 n-GaN을 노출시킨 다음, 습식 에칭으로 표면에 요철을 형성하는 공정을 적용함으로써, 방열 효과를 향상시키고 휘도를 증가시킨 플립칩 방식의 수직형 발광 소자를 제공하는 것이다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징은 플립칩 방식의 수직 형 발광 소자에 관한 것으로서, 서브 마운트, 및 상기 서브 마운트의 솔더 범프에 뒤집어진 상태로 본딩된 수직형 발광 소자로 이루어지며, 상기 서브 마운트는 전도성 하부 기판, 상기 전도성 하부 기판의 하부에 형성된 양극 도선, 상기 전도성 하부 기판의 상부에 순차적으로 형성되는 도금용 박막, 제1 솔더 반응층 및 솔더 범프를 구비하며, 상기 수직형 발광 소자는 순차적으로 형성된 n-GaN 층, 활성층, p-GaN층을 구비하고, 상기 p-GaN층의 표면에는 금속 반사층, 확산 방지층 및 제2 솔더 반응층(252)이 순차적으로 형성되어 있으며, 상기 n-GaN층의 표면에는 불규칙한 요철부가 형성되며, 요철부가 형성된 n-GaN층의 표면에는 음극 도선이 형성되어 있으며, 상기 수직형 발광 소자의 제2 솔더 반응층이 상기 서브 마운트의 솔더 범프에 본딩되어 있는 것을 특징으로 한다.

전술한 특징을 갖는 상기 수직형 발광 소자는 사파이어 기판위에 형성되는 것을 특징으로 하며, 상기 사파이어 기판은 상기 서브마운트위에 본딩된 후 LLO 기법을 이용하여 제거되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 특징에 따른 플립칩 방식의 수직형 발광 소자의 제조 방법은,

(a) GaN 발광 소자를 개별 칩 상태로 제작하는 단계,

(b) 서브 마운트를 제작하는 단계,

(c) 상기 서브 마운트의 솔더 범프에 개별 칩 상태로 제작된 상기 GaN 발광 소자들을 본딩하는 단계,

(d) 상기 본딩된 GaN 발광 소자의 사파이어를 제거하는 단계,

(e) 상기 사파이어를 제거함에 따라 GaN 발광 소자의 노출된 n-GaN 층의 표면을 식각하여 요철부를 형성하는 단계,

(f) 요철부가 형성된 n-GaN 층의 표면에 음극 도선용 금속막을 형성하고 패터닝하여 음극 도선을 형성하는 단계를 구비한다.

전술한 특징을 갖는 수직형 발광 소자의 제조 방법의 상기 (a) GaN 발광 소자를 제작하는 단계는

(a1) 사파이어 기판위에 n-GaN 층, 활성층, p-GaN층으로 이루어지는 LED 웨이퍼를 형성하는 단계, (a2) 상기 LED 웨이퍼위에 금속 반사층, 확산방지층 및 솔더 반응층을 순차적으로 형성하는 단계, 및 (a3) 개별 발광 소자 칩으로 분리하는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.

전술한 특징을 갖는 수직형 발광 소자의 제조 방법의 상기 (b) 서브 마운트를 제작하는 단계는

(b1) 하부 기판을 준비하는 단계, (b2) 상기 하부 기판의 상부에 도금용 박막, 솔더 반응층 및 솔더 범프를 순차적으로 형성하는 단계, 및 (b3) 상기 하부 기판의 하부에 양극 도선용 금속막을 증착하고 패터닝하여 양극 도선을 형성하는 단계로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 솔더 반응층은 발광 소자 칩의 솔더 반응층과 일치되도록 동일한 형태로 패터닝되며, 상기 솔더 범프는 상기 솔더 반응층의 표면에 형성되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플립칩 방식의 수직형 발광 소자의 구조 및 제조 공정을 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플립칩 방식의 수직형 발광 소자를 도시한 단면도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플립칩 방식의 수직형 발광 소자(20)는 전체적으로 서브 마운트(도 2의 'b')위에 수직형 발광 소자(도 2의 'a')가 뒤집어진 상태로 솔더 범프(290)에 의해 본딩되어 있는 구조로 이루어진다.

상기 서브 마운트(도 2의 'b')는 전도성 Si 기판(270), 상기 전도성 Si 기판의 하부에 형성된 양극 도선용 금속막(280), 상기 전도성 Si기판의 상부에 순차적으로 형성되는 도금용 박막(272), 솔더 반응층(260) 및 솔더 범프(262)로 이루어진다.

상기 서브 마운트위에 본딩된 수직형 발광 소자(도 2의 'a')는 순차적으로 형성된 n-GaN 층(210), 활성층(220), p-GaN층(230)을 구비하고, 상기 p-GaN층(230)의 표면에는 금속 반사층(240) 및 상기 금속 반사층을 보호하기 위한 확산 방지층(250), 솔더와 반응을 하는 솔더 반응층(252)이 순차적으로 형성된다.

상기 n-GaN층(210)의 표면에는 불규칙한 요철부가 형성되며, 요철부가 형성된 n-GaN층(210)의 소정 영역에는 음극 도선용 금속막(202)이 형성된다. 상기 n-GaN층(210)의 표면의 요철부(212)는 LLO 기법을 이용하여 사파이어 기판을 제거한 후형성된다.

상기 금속 반사층(240)은 p-GaN층(230)의 표면에 형성되어, 발광 소자의 활성층(220)에서 생성된 빛 중 하부로 향하는 빛을 상부로 반사시키기 위한 것으로서, Ag를 포함하는 것이 바람직하며 Al 이나 Pt 와 같은 고 반사율 금속 재료를 사용할 수 있다. 하부에 양극 도선용 금속막(280)이 형성된 상기 전도성 Si 기판(270)은 양극으로서의 역할을 하게 된다.

이하, 도 3을 참조하며, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플립칩 방식의 수직형 발광 소자의 제조 공정을 순차적으로 설명한다.

먼저, 도 3의 (a)를 참조하면, 발광 소자 칩을 준비한다.

사파이어 기판(200)위에 n-GaN 층, 활성층, p-GaN층으로 이루어지는 LED 웨이퍼(208)가 형성되며, 상기 LED 웨이퍼위에 금속 반사층(240), 확산방지층(250) 및 솔더 반응층(252)을 일반적인 반도체 박막 공정을 이용하여 순차적으로 형성한후, 개별 칩으로 분리한다.

상기 금속 반사층(240)은 고반사도를 위해 Ag를 주 재질로 하고, p-GaN과 옴믹 접촉을 위한 얇은 박막을 구비한다. 이러한 박막으로는 Ni, Pt, ITO, ZnO 등의 금속 혹은 산화물 재질이 사용될 수 있으며 기존에 p-GaN과 옴믹 접촉을 형성하는 것으로 알려진 모든 재질을 사용할 수도 있다. 또한 이러한 박막의 형성은 일반적으로 진공 기상 증착에 의해서 형성할 수 있다.

상기 확산 방지층(250)은 금속 반사층을 완전히 덮을 수 있도록 금속반사층보다 더 큰 면적으로 형성하고, 상기 확산 방지층의 재질은 TiW, TiCo 등 확산 방지 능력이 우수한 합금으로 하고, 진공 플라즈마 증착에 의해서 형성할 수 있다.

상기 솔더 반응층(252)은 얇은 접착층, Cu 또는 Ni층 및 산화방지층으로 구성된다. 상기 산화 방지층은 얇은 Au 막으로 구성된다. 상기 Cu 또는 Ni 층은 진공 증착 방법으로 형성하거나, 전기도금이나 무전해 도금으로도 형성될 수도 있으며, 그 두께는 1 ㎛이상으로 한다.

박막 형성이 끝난 웨이퍼는 옴믹 접촉을 위해 열처리를 실시할 수 있고, 300 ㎛ 이상의 사파이어 기판을 래핑기로 갈아서 100 ㎛ 정도로 얇게 만든 다음, 다이아몬드 팁이나 레이저를 이용하여 칩 사이에 스크래치를 형성하고, 이 스크래치를 따라 사파이어 기판을 부러뜨려 개별 발광소자 칩으로 분리한다.

다음, 도 3의 (b)를 참조하면, 서브 마운트를 준비한다.

하부 기판(270)으로 Si 기판을 준비한다. 상기 Si 기판은 저저항을 가지는 전도성의 기판으로 하고, 그 직경은 2인치 이상으로 한다.

상기 하부 기판(270)의 상부에 도금용 박막(272), 솔더 범프를 형성하기 위한 솔더 반응층(260) 및 솔더 범프(262)를 순차적으로 형성하며, 하부 기판(270)의 하부에는 양극 도선용 금속막(280)을 증착한다.

상기 도금용 박막(272)은 전기 도금을 위하여 증착되며, 주로 Al, Cu 등의 재질로 형성된다. 상기 솔더 반응층(260)은 얇은 접착층, 1 ㎛이상의 얇은 Cu 또는 Ni층 및 산화 방지층으로 이루어진다. 상기 솔더 범프(262)는 상기 개별 발광소자 칩 상의 솔더 반응층과 일치하는 패턴으로 전기 도금을 실시하여 형성한다. 솔더 범프는 전기 도금이 아닌 스텐실 프린팅 방법으로 솔더 페이스트를 도포하여 형성할 수 있다. 형성된 솔더 범프를 리플로우기에서 열처리를 하여 타원형의 범프를 형성하고, 이때 열처리를 위해 플럭스를 적용할 수 있다. 그리고 솔더 범프가 형성된 기판의 두께를 감소시키기 위해 LED 칩과 마찬가지로 래핑을 실시하고, 하부면에 양극 도선용 금속막(280)을 증착하게 된다.

도 3의 (c)를 참조하면, 상기 서브 마운트위에 발광 소자 칩을 본딩한다. 이때 하부 기판의 솔더 범프(262)에 상기 제조된 발광 소자 칩을 뒤집어 정위치에 배치시키고, 솔더의 융점이상의 온도로 리플로우를 시키면 용융된 솔더의 표면장력으로 인해 상부 칩이 정위치로 자기 정렬을 하게 된다.

도 3의 (d)를 참조하면, 발광 소자 칩의 사파이어 기판을 레이저를 조사하는 LLO방법으로 제거한다. 기존의 웨이퍼 단계에서의 LLO 공정에 비해 좁은 면적의 사파이어에 대해 개별적으로 LLO를 실시함으로써, 스트레스와 크랙 발생을 감소시킬 수 있다.

도 3의 (e)를 참조하면, 발광 소자 칩의 사파이어 기판이 제거되어 노출된 n-GaN 표면에 남아있는 Ga 입자들을 약산으로 에칭하거나 건식 식각으로 제거한 다음, 사진식각공정을 이용하여 음극 도선을 형성한다. 이러한 기판을 가지고 KOH 용액에 담그어 노출된 n-GaN 표면에 에칭에 의한 요철부들 형성한다. 이때 KOH 용액의 온도는 80~100℃ 정도로 요철 형성이 가능하다. 또한 요철을 형성한 후, 음극 도선의 형성도 가능하다. 도 4는 85℃ 정도의 온도에서 1M KOH 용액에 10분 정도 담그었을 때의 n-GaN 표면에 형성된 요철부들을 보여주는 전자현미경 사진으로 본 발명에서 적용한 요철의 예를 나타낸다.

다음, 도 3의 (f)를 참조하면, 음극 도선이 형성된 기판은 고속 휠 saw로 잘라서 개별 칩으로 만들어 줌으로써 최종적으로 LLO를 적용한 플립칩 형태의 수직형 LED를 제조한다.

도 5는 본 발명의 공정에 의해 실현되는 플립칩 LED의 다른 예로써 2개 이상 의 칩 단위로 잘라줌으로써 한정된 패키지 공간에 칩을 고밀도로 장착할 수 있게 된다.

이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에서 개별 발광 소자 칩의 구조 등은 LED의 성능을 향상시키기 위하여 다양하게 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고, 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명에 의하여, 수직형 LED 타입의 고휘도 칩 제조공정을 보다 용이하게 실현하는 방법을 제시함으로써 고휘도 LED를 실현할 수 있게 된다. 또한, 본 발명에 의하여 2인치 이상의 Si 기판의 도입을 가능하게 함으로써 고휘도 LED의 생산량을 증가시키고, 그에 따라 제품의 생산 단가를 낮춘다.

한편, 종래의 수직형 LED는 웨이퍼 본딩을 실시함으로 인하여 2인치 크기의 웨이퍼로 공정이 한정되는 반면, 본 발명에 따른 제조 공정에서는 칩을 솔더의 자기 정렬 효과를 통해 개별로 본딩하게 되므로 하부 기판을 2인치 크기에 한정하지 않고, 그 이상의 크기인 대면적의 하부기판으로 진행할 수 있는 장점이 있다.

그리고, 웨이퍼 단위로 작업을 해야 하는 기존의 공정과는 달리, 본원 발명 은 개별 칩으로 분리하여 본딩하므로, LED 웨이퍼 상에서 성장이 잘 안되거나, 손상된 부분의 칩인 불량칩을 1차적으로 선별하여 제거하고 정상인 칩만을 선별하여 본딩할 수 있는 장점이 있다.

마찬가지로 본 발명에 따른 제조 공정에서는 칩 면적에 해당되는 부분의 사파이에만 Laser를 조사하고 Lift-Off를 실시하게 되므로, GaN 박막에 주게 되는 스트레스가 적어진다.

Claims (10)

1. (a) GaN 발광 소자를 개별 칩 상태로 제작하는 단계;

   (b) 서브 마운트를 제작하는 단계;

   (c) 상기 서브 마운트의 솔더 범프에 개별 칩 상태로 제작된 상기 GaN 발광 소자들을 본딩하는 단계;

   (d) 상기 본딩된 GaN 발광 소자의 사파이어를 제거하는 단계;

   (e) 상기 사파이어를 제거함에 따라 GaN 발광 소자의 노출된 n-GaN 층의 표면을 식각하여 요철부를 형성하는 단계;

   (f) 요철부가 형성된 n-GaN 층의 표면에 음극 도선용 금속막을 형성하고 패터닝하여 음극 도선을 형성하는 단계

   를 구비하여 플립칩 방식의 수직형 발광 소자 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 (a) GaN 발광 소자를 제작하는 단계는

   (a1) 사파이어 기판위에 n-GaN 층, 활성층, p-GaN층으로 이루어지는 LED 웨이퍼를 형성하는 단계,

   (a2) 상기 LED 웨이퍼위에 금속 반사층, 확산방지층 및 솔더 반응층을 순차적으로 형성하는 단계, 및

   (a3) 개별 발광 소자 칩으로 분리하는 단계

   로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플립칩 방식의 수직형 발광 소자 제조 방 법.
3. 제1항에 있어서, 상기 (b) 서브 마운트를 제작하는 단계는

   (b1) 하부 기판을 준비하는 단계,

   (b2) 상기 하부 기판의 상부에 도금용 박막, 솔더 반응층 및 솔더 범프를 순차적으로 형성하는 단계, 및

   (b3) 상기 하부 기판의 하부에 양극 도선용 금속막을 증착하고 패터닝하여 양극 도선을 형성하는 단계

   로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플립칩 방식의 수직형 발광 소자 제조 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 (b2) 단계에 있어서, 솔더 반응층은 발광 소자 칩의 솔더 반응층과 일치되도록 동일한 형태로 패터닝되며, 상기 솔더 범프는 상기 솔더 반응층의 표면에 형성되는 것을 특징으로 하는 플립칩 방식의 수직형 발광 소자 제조 방법.
5. 제2항에 있어서, 상기 (a3) 단계에 있어서, 개별 발광 소자 칩으로 분리한 후, 불량칩을 선별하여 제거하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플립칩 방식의 수직형 발광 소자 제조 방법.
6. 제3항에 있어서, 상기 (b1) 단계에 있어서, 상기 하부기판은 2인치 이상의 대면적 기판을 사용하는 것을 특징으로 하는 플립칩 방식의 수직형 발광 소자 제조 방법.
7. 서브 마운트; 및

   상기 서브 마운트의 솔더 범프에 뒤집어진 상태로 본딩된 수직형 발광 소자로 이루어지며,

   상기 서브 마운트는 전도성 하부 기판, 상기 전도성 하부 기판의 하부에 형성된 양극 도선, 상기 전도성 하부 기판의 상부에 순차적으로 형성되는 도금용 박막, 제1 솔더 반응층 및 솔더 범프를 구비하며,

   상기 수직형 발광 소자는 순차적으로 형성된 n-GaN 층, 활성층, p-GaN층을 구비하고, 상기 p-GaN층의 표면에는 금속 반사층, 확산 방지층 및 제2 솔더 반응층(252)이 순차적으로 형성되어 있으며,

   상기 n-GaN층의 표면에는 불규칙한 요철부가 형성되며, 요철부가 형성된 n-GaN층의 표면에는 음극 도선이 형성되어 있으며,

   상기 수직형 발광 소자의 제2 솔더 반응층이 상기 서브 마운트의 솔더 범프에 본딩되어 있는 것을 특징으로 하는 플립칩 방식의 수직형 발광 소자.
8. 제7항에 있어서, 상기 수직형 발광 소자는 사파이어 기판위에 형성되는 것을 특징으로 하며, 상기 사파이어 기판은 상기 서브마운트위에 본딩된 후 LLO 기법을 이용하여 제거되는 것을 특징으로 하는 플립칩 방식의 수직형 발광 소자.
9. 제7항에 있어서, 상기 적어도 2개 이상의 수직형 발광 소자가 하나의 서브 마운트위에 본딩되어 하나의 하부 기판을 양극으로 공유하는 것을 특징으로 하는 플립칩 방식의 수직형 발광 소자.
10. 제7항에 있어서, 상기 서브 마운트의 전도성 하부 기판은 전기 전도성을 갖는 Si 기판인 것을 특징으로 하는 플립칩 방식의 수직형 발광 소자.

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