1. LED의 개념
LED(Light - Emitting Diode)는 p-n접합 다이오드의 일종으로, 순방향으로 전압이 걸릴때 단파장광(monochro-matic light)이 방출되는 현상인 전기발광효과(electroluminescence)를 이용한 반도체 소자이다. 즉 순방향 전압 인가시 n층의 전자와 p층의 정공(hole)이 결합 하면서 전도대(conduction band)와 가전대(valance band)의 높이차이(에너지 갭)에 해당하는 만큼의 에너지를 발산하는데, 이 에너지는 주로 열이나 빛의 형태로 방출되며, 빛의 형태로 발산 되면 LED가 되는 것이다.
(LED의 구조)
2. LED의 제조공정 및 각 단계별 기술동향
(LED의 제조공정)
◈ LED 제조공정은 에피(Epi)웨이퍼 제조 -> 칩 생산 -> 패키징 -> 모듈 등으로 진행된다.
1) 기판
상용화된 LED 에피 웨이퍼는 Sapphire와 SiC 기판에서 성장하여 제작되나, 광효율 향상 및 고출력화에 따른 방열 특성화보를 위해 새로운 기판 상 성장하는 방법이 활발하게 개발중이다.
이러한 신기판은 Sapphire 및 SiC 기판 상 LED를 성장하는데 있어 현 LED Major 업체인 Nichia, Cree, Toyota Gosei 등의 핵심 특허를 회피할 수 있는 해결책이 될 수 있다.
-Gan기판:
Sapphire와 Sic는 GaN 물질과의 이종 기판으로 성장시 격자상수 차이로 인한 결함을 최소화하기 위해 동종기판인 GaN 기판상 에피웨이퍼를 성장시킨다.
GaN 기판상 LED는 저결함 특성을 지닌 고품질 LED성장이 가능하나, 고가로 인해 양상까지는 시간이 필요하며 '07.3월 Matsushita는 GaN기판을 이용한 업계 최고수준인 255mW 청색 LED를 발표하였다.
-ZnO기판:
GaN과 격자상수 차이가 비슷하고, 전기 전도성이 좋으며, Rohm등 일본업계 중심으로 개발중이다.
2010년 이후 상용화가 목표이다.
2) 에피웨이퍼제조
기초소재인 기판위에 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition, 유기금속화학증착법) 장비를 이용하여 화합물 반도체를 성장시켜 에피웨이퍼를 제조하는 단계이다. 에피웨이퍼 제조공정은 청색 LED를 예를들어 설명하면, 청색을 내는 반도체 재료로는 GaN이 있으며, Sapphire(Al203)나 SiC 기판상에 N형 반도체(N-GaN)와 활성층(InGaN), P형 반도체(P-GaN)가 MOCVD로 차례로 증착 된다. 그 윗면에는 전압을 걸어주기 위한 (+)전극이 형성되어 있으며 (-)전극은 절연체인 기판상에 형성될 수 없으므로 Dry 에칭방식으로 가장위쪽에서 N-GaN 일부분까지 식각한 후 (-)전극 (Tl/AI)을 형성한다.
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