KR20080030404A

KR20080030404A - 발광 다이오드 칩 제조방법

Info

Publication number: KR20080030404A
Application number: KR1020060096760A
Authority: KR
Inventors: 이준희; 김종규; 윤여진
Original assignee: 서울옵토디바이스주식회사
Priority date: 2006-09-30
Filing date: 2006-09-30
Publication date: 2008-04-04
Also published as: US7951630B2; US20100041173A1; US20110195538A1; WO2008038917A1; US8481352B2; JP2010506383A

Abstract

본 발명은 N형 반도체층과 P형 반도체층 사이에 활성층을 갖는 발광 다이오드 칩의 제조방법에 있어서, 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판상에 상기 N형 반도체층과 P형 반도체층 사이에 활성층이 구비되는 반도체층을 적층하는 단계와, 상기 기판상에 적층된 반도체층에 상기 기판이 드러날 때까지 홈을 내어 그 홈에 의해 복수개의 칩단위로 구분된 반도체층에 경사진 측벽을 형성하는 단계를 포함하는 발광 다이오드 칩 제조방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 발광 다이오드 칩에서 기판위에 생성된 반도체층의 측벽이 기판에 대하여 경사를 가짐에 따라 경사를 가지지 않는 발광 다이오드 칩에 비하여 그 지향각이 넓어지게 된다. 발광 다이오드 칩의 지향각이 넓어질수록 발광 다이오드 칩과 형광체를 이용하여 백색 발광소자를 제작할 때 굳이 형광체가 소자의 중심에 집중되어 분포하도록 설계하지 않아도 광 균일도를 맞출 수 있음에 따라, 중심에 분포하는 형광체의 양이 증가함으로 인해 발생되던 광차폐 현상이 줄어들어 전체적인 발광 효율을 향상시킬 수 있다.

발광 다이오드, 블레이드, 기판, 경사, 발광 효율

Description

발광 다이오드 칩 제조방법{METHOD OF FABRICATING LIGHT EMITTING DIODE CHIP}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 칩 제조방법을 설명하기 위한 흐름도.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 칩 제조방법을 설명하기 위한 도면.

도 4는 본 발명에 따른 발광 다이오드 제조방법에 사용되는 블레이드의 단면을 나타낸 도면.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드 칩에서의 지향각을 측정한 그래프.

도 7은 비교예에 따른 발광 다이오드 칩 제조방법을 설명하기 위한 도면.

도 8은 비교예에 따른 발광 다이오드 칩에서의 지향각을 측정한 그래프.

본 발명은 발광 다이오드 칩 제조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기판위에 형성되는 반도체층의 측벽이 경사지도록 하여 발광 효율을 높이는 발광 다이오드 칩 제조방법에 관한 것이다.

발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 P형 반도체와 N형 반도체가 접합된 구조를 갖는 광전변환 소자로서, 순방향 전압을 가하면 P형 반도체와 N형 반도체의 접합부분을 통해 전자와 정공이 이동하면서 재결합하여 빛을 발산한다. 이때 방출되는 빛의 색상은 갭 에너지에 의해 결정되므로 반도체 재료의 선택에 따라 원하는 색상의 빛을 방출하는 발광 다이오드를 제조할 수 있다.

이러한 발광 다이오드는 다양한 색상 구현이 가능하여 각종 전자 제품류와 계기판, 전광판 등에 표시소자 및 백라이트로 널리 이용되고 있다.

또한, 발광 다이오드는 기존의 백열전구 또는 형광등과 같은 조명기구에 비해 전력 소모가 작고 수명이 길어, 기존 조명기구를 대체하여 일반 조명 용도로 그 사용 영역을 넓히고 있다. 다만, 발광 다이오드를 일반 조명 용도로 사용하기 위해서는 발광 다이오드의 발광 효율을 높이는 것이 상당히 중요하며 이를 위해 다양한 기술이 개발되고 있다.

일반적으로 발광 다이오드는 기판 상에 반도체 층들을 순차적으로 형성하고, 형성된 반도체 층들을 차례로 식각하여 발광 영역들을 형성하여 제조된다. 이어서, 제조된 발광 다이오드는 다이아몬드 팁을 이용하여 기판을 분리하는 공정을 거쳐 개별 발광 다이오드 칩으로 제조된다. 이와 같이 제조된 발광 다이오드 칩은 백색 발광을 위한 다양한 기술을 통하여 백색 발광 소자를 제작하는데 사용된다.

예를 들어, 청색 LED를 이용하여 백색 발광 소자를 제작할 때는 형광체를 배합하여 화이트 밸런스(white balance)를 맞추게 된다. 기존에는 백색 발광 효율을 증가시키기 위해 발광 다이오드 칩의 광파워를 증가시키거나, EPI, 칩패턴 등의 연구를 하거나 형광체 효율을 개선하는 쪽으로 관심을 기울여 왔다.

그러나, 동일한 형광체에 광파워가 증가된 LED 칩을 사용하였음에도 백색 발광 효율이 개선되지 않는 문제점이 있었다.

이는 백색 발광 다이오드에서 나오는 지향각 특성과 밀접한 관련이 있다. 일반적으로 백색 발광 다이오드와 같은 발광 다이오드 소자는 전면에서 볼 때 중심부에서 광량이 가장 강하고 주변(side)쪽으로 갈수록 약해진다. 이에 따라, 백색 발광 소자의 제작시 광량의 백색 비율을 맞추기 위해 중앙(center)부분에 형광체의 비율을 증가시킨다. 그러나, 형광체가 증가된 양만큼의 광차폐 현상이 발생하여 결과적으로는 백색 발광 다이오드의 백색 광효율이 감소하게 되는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 발광 다이오드 칩의 구조를 개선하여 지향각을 넓게 함으로써 형광체를 이용한 백색 발광 다이오드 제작시 발광 효율을 증가시키는 데 있다.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, N형 반도 체층과 P형 반도체층 사이에 활성층을 갖는 발광 다이오드 칩의 제조방법에 있어서, 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판상에 상기 N형 반도체층과 P형 반도체층 사이에 활성층이 구비되는 반도체층을 적층하는 단계와, 상기 기판상에 적층된 반도체층에 상기 기판이 드러날 때까지 홈을 내어 그 홈에 의해 복수개의 칩단위로 구분된 반도체층에 경사진 측벽을 형성하는 단계를 포함하는 발광 다이오드 칩 제조방법을 제공한다.

상기 측벽 형성 단계는, 경사진 날을 갖는 블레이드를 이용하여 상기 반도체층에 홈을 내어 상기 복수개의 칩단위로 구분된 반도체층에 경사진 측벽을 형성할 수 있다.

상기 블레이드 날의 경사는 그 꼭지각이 50도 내지 150도의 범위 내인 것이 바람직하다.

상기 발광 다이오드 칩 제조 방법은 상기 측벽 형성 단계 이후에 상기 복수개의 칩단위로 구분하여 상기 기판에 스크라이빙을 수행하는 단계와, 스크라이빙된 기판을 브레이킹하여 개별 발광 다이오드 칩으로 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 칩 제조 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 칩 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 기판(100)을 준비한다(S1). 기판(100)은 예컨대, 사파이어(Al₂O₃)기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 기판 상에 형성될 반도체층의 물질에 따라 다양하게 선택될 수 있다.

이어서, 기판 상에 반도체층들을 형성한다(S2). 반도체층들로는, 하부 반도체층(210), 활성층(220) 및 상부 반도체층(230)이 순차적으로 형성된다. 하부 반도체층(210), 활성층(220) 및 상부 반도체층(230)은 각각 질화갈륨 계열의 반도체 물질 즉, (B, Al, In, Ga)N로 형성될 수 있다. 특히, 활성층(220)은 요구되는 파장의 광 예컨대 자외선 또는 청색광을 방출하도록 조성 원소 및 조성비가 결정되며, 하부 반도체층(210) 및 상부 반도체층(230)은 활성층(220)에 비해 밴드갭이 큰 물질로 형성된다.

그리고, 하부 반도체층(210), 상부 반도체층(230), 및 활성층(220)은 금속유기화학기상증착(MOCVD), 분자선 성장(molecular beam epitaxy) 또는 수소화물 기상 성장(hydride vapor phase epitaxy; HVPE) 기술 등을 사용하여 단속적으로 또는 연속적으로 성장될 수 있다.

여기서, 하부 반도체층(210) 및 상부 반도체층(230)은 각각 n형 및 p형, 또 는 p형 및 n형이다. 질화갈륨 계열의 화합물 반도체층에서, n형 반도체층은 불순물로 예컨대 실리콘(Si)을 도핑하여 형성될 수 있으며, p형 반도체층은 불순물로 예컨대 마그네슘(Mg)을 도핑하여 형성될 수 있다.

하부 반도체층(210) 및/또는 상부 반도체층(230)은, 도시한 바와 같이, 단일층일 수 있으나, 다층 구조를 가질 수도 있다. 또한, 활성층(220)은 단일 양자웰 또는 다중 양자웰 구조를 가질 수 있다.

또한, 하부 반도체층(210)을 형성하기 전, 반도체층들(200)과 기판(100) 사이에 버퍼층(미도시됨)이 개재될 수 있다. 버퍼층은 기판(100)과 그 위에 형성될 하부 반도체층(210)의 격자부정합을 완화시키기 위해 형성되며, 예컨대 질화갈륨(GaN) 또는 질화알루미늄(AlN)으로 형성될 수 있다.

이어서, 상부 반도체층 상에 발광 영역들을 한정하는 포토레지스트 패턴들을 형성하고, 형성된 포토레지스트 패턴들을 식각마스크로 사용하여 상부 반도체층(230), 활성층(220) 및 하부 반도체층(210)을 차례로 식각하여 발광 영역들을 형성한다(S3).

이에 따라 형성된 발광 영역들 각각은, 기판(211) 상에 위치하는 하부 반도체층(210), 하부 반도체층(210)의 일 영역 상부에 위치하는 상부 반도체층(230) 및 하부 반도체층(210)과 상부 반도체층(230) 사이에 개재된 활성층(220)을 포함하고, 하부 반도체층(210)의 다른 영역은 노출된다. 이후, 상부 반도체층(230)과 노출된 하부 반도체층(210)에 금속 배선을 형성한다.

한편, 금속배선들을 형성하기 전, 상부 반도체층(230) 상에 금속층들이 형성 될 수 있으며, 노출된 하부 반도체층(210) 상에 오믹 콘택층들이 더 형성될 수 있으며, 상부 반도체층(230) 상에도 오믹 콘택층들이 형성될 수 있으나 여기서는 그 상세한 기재는 생략한다.

이어서, 블레이드를 이용하여 상부 반도체층(230)에서 하부 반도체층(210)에 이르기까지 기판(210)이 드러나도록 절삭하여 홈을 낸다(S4). 반도체층(200)에 형성된 홈에 의해 반도체층은 개별 발광 다이오드 칩 단위로 구분되고 각 발광 다이오드 칩단위로 구분된 반도체층의 측벽은 경사를 가지게 된다.

본 발명에서 발광 다이오드 칩의 반도체층 측벽 경사 형성에 사용되는 블레이드는 경사진 날을 가져 발광 다이오드 칩의 측벽이 그 날의 각도에 의해 경사지어 형성되게 한다.

반도체층 측벽 경사 형성에 사용되는 블레이드는 경사진 날을 가져 발광 다이오드 칩의 측벽이 그 날의 각도에 의해 경사지어 형성되게 한다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 블레이드를 이용하여 반도체층(200)에 홈을 형성하여 기판(100)위에 형성된 반도체층(200)의 측벽을 경사지게 형성한 후, 기판(100)의 하부면 또는 상부면에 다이아몬드 팁 또는 레이저를 이용하여 스크라이빙을 수행한 후 기판(100)에 기계적인 힘을 가하여 절단되도록 브레이킹(breaking)하여 복수개의 개별 발광 다이오드 칩으로 분리한다(S5).

도 4는 본 발명에 따른 발광 다이오드 제조방법에 사용되는 블레이드의 단면을 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 발광 다이오드 칩의 측벽에 경사를 형성하기 위해 사용되 는 블레이드(B)는 그 끝 부분에 형성된 블레이드 날(S)의 양면이 경사를 가지며, 경사각은 블레이드 날의 꼭지각(φ)이 50도 내지 150도 정도로 제작되는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 발광 다이오드 칩의 측벽이 이루는 경사각(θ)은 블레이드 날의 경사에 따라 결정되므로 경사각(θ)은 25도 내지 75도의 범위 내일 수 있다.

즉, 상기한 바와 같은 기판(100)위에 형성된 반도체층위에 홈이 생성되도록 블레이드(B)를 이동시키면 블레이드 날의 경사에 따라 반도체층이 절삭되어 경사진 홈이 생성된다. 이 경우, 블레이드 날(S)의 두께(W) 및 높이(H)는 반도체층(200)의 두께를 고려하여 조절될 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드 칩에서의 지향각을 측정한 그래프이다.

도 5를 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드 칩의 지향각은 146°이다.

한편, 도 6은 비교예에 따른 발광 다이오드 칩 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참조하면, 비교예에 따른 발광 다이오드 칩 제조방법에서는 기판(400)위에 하부 반도체층(510), 활성층(520), 상부 반도체층(530)을 적층한 후, 상부 반도체층(530), 활성층(520), 하부 반도체층(510)의 일부를 식각하고 전극 배선을 형성하여 각 발광 영역을 형성한다.

그 다음, 본 발명의 일실시예에서 수행되었던 블레이드를 이용하여 상부 반도체층에서 하부 반도체층에 이르기까지 기판이 드러나도록 반도체층에 홈을 내는 공정을 수행하지 않고, 기판(400)의 하부면 또는 상부면에 다이아몬드 팁 또는 레이저를 이용하여 스크라이빙을 수행한 후 기판(400)에 기계적인 힘을 가하여 절단되도록 브레이킹(breaking)하여 복수개의 개별 발광 다이오드 칩으로 분리한다.

도 7은 비교예에 따른 발광 다이오드 칩에서의 지향각을 측정한 그래프이다.

도 7을 참조하면 비교에 따른 발광 다이오드 칩에서의 지향각은 129°도로 측정되었다.

도 5과 도 7의 그래프에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명의 실시예에 따라 발광 다이오드 칩의 형성시 블레이드를 이용하여 반도체층에 홈을 형성하여 각 발광 다이오드 칩을 구성하는 반도체층의 측벽에 경사를 줌으로써 반도체층의 측벽에 경사를 가지지 않는 비교예에 비하여 지향각이 훨씬 넓어졌음을 확인할 수 있었다.

본 발명은 바람직한 실시예 및 많은 구체적인 변형 실시예를 참조하여 설명되었다. 그렇지만, 구체적으로 설명된 것과는 다른 많은 기타 실시예들이 또한 본 발명의 사상 및 범위 내에 들어간다는 것을 관련 분야의 당업자들은 이해할 것이다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 발광 다이오드 칩에서 기판위에 생성된 반도체층의 측벽이 기판에 대하여 경사를 가짐에 따라 경사를 가지지 않는 발광 다이오 드 칩에 비하여 그 지향각이 넓어지게 된다.

발광 다이오드 칩의 지향각이 넓어질수록 발광 다이오드 칩과 형광체를 이용하여 백색 발광소자를 제작할 때 굳이 형광체가 소자의 중심에 집중되어 분포하도록 설계하지 않아도 광 균일도를 맞출 수 있음에 따라, 중심에 분포하는 형광체의 양이 증가함으로 인해 발생되던 광차폐 현상이 줄어들어 전체적인 발광 효율을 향상시킬 수 있다.

Claims

N형 반도체층과 P형 반도체층 사이에 활성층을 갖는 발광 다이오드 칩의 제조방법에 있어서,

기판을 준비하는 단계와,

상기 기판상에 상기 N형 반도체층과 P형 반도체층 사이에 활성층이 구비되는 반도체층을 적층하는 단계와,

상기 기판상에 적층된 반도체층에 상기 기판이 드러날 때까지 홈을 내어 그 홈에 의해 복수개의 칩단위로 구분된 반도체층에 경사진 측벽을 형성하는 단계를 포함하는 발광 다이오드 칩 제조방법.
청구항 1에 있어서, 상기 측벽 형성 단계는,

경사진 날을 갖는 블레이드를 이용하여 상기 반도체층에 홈을 내어 상기 복수개의 칩단위로 구분된 반도체층에 경사진 측벽을 형성하는 발광 다이오드 칩 제조방법.
청구항 2에 있어서,

상기 블레이드 날의 경사는 그 꼭지각이 50도 내지 150도의 범위 내인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 칩 제조방법.
청구항 1에 있어서,

상기 측벽 형성 단계 이후에 상기 복수개의 칩단위로 구분하여 상기 기판에 스크라이빙을 수행하는 단계와,

스크라이빙된 기판을 브레이킹하여 개별 발광 다이오드 칩으로 분리하는 단계를 더 포함하는 발광 다이오드 칩 제조방법.