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최근 몇 년 동안 대형 디스플레이, 스마트 조명 시스템, 농업 및 어업 산업의 발전으로 인해 고출력 LED, 마이크로 LED 에 대한 수요가 크게 증가하고 있다. GaN 기반 LED는 일반적으로 사파이어 기판 위에 제조되어 왔다. 그러나 사파이어 기판의 존재는 발열과 관련된 문제로 인해 LED의 효율 저하를 초래한다.
발열에 의한 효율 저하 문제를 해결하기 위해서는 LED 칩 내의 열 분산을 향상시키는 것이 중요하다. 사파이어 기판을 분리하는 ...

최근 몇 년 동안 대형 디스플레이, 스마트 조명 시스템, 농업 및 어업 산업의 발전으로 인해 고출력 LED, 마이크로 LED 에 대한 수요가 크게 증가하고 있다. GaN 기반 LED는 일반적으로 사파이어 기판 위에 제조되어 왔다. 그러나 사파이어 기판의 존재는 발열과 관련된 문제로 인해 LED의 효율 저하를 초래한다.
발열에 의한 효율 저하 문제를 해결하기 위해서는 LED 칩 내의 열 분산을 향상시키는 것이 중요하다. 사파이어 기판을 분리하는 박리 기술은 효과적인 접근 방법 중 하나이다. 박리법에는 레이저박리법(Laser lift-off)과 화학박리법(Chemical lift-off) 두 가지 방법이 사용된다. 레이저박리법은 레이저를 사용하여 기판으로부터 GaN을 빠르게 박리할 수 있지만, 고에너지로 인해 GaN 층에 여러가지 물리적 손상을 발생시킨다. 반면, 화학적박리법은 긴 공정시간과 박리에 필요한 희생층이 요구되지만 GaN에 열 및 물리적 손상을 발생지 않으며, 대량생산에 적합하고 비용이 저렴하다는 장점이 있다.
본 연구에서는 긴 공정 시간을 갖는 화학적박리법의 한계를 극복하기 위해 공기 터널 구조를 갖는 GaN템플릿 제조법을 연구하였다. 공기 터널 구조를 갖는 GaN 템플릿을 제조하여 기존 화학적박리 공정 대비 에칭속도 향상과 GaN의 표면 형태를 비교하는 것을 목표로 하였다. 공기 터널 구조를 형성하는 방법으로는 3가지 방법으로 진행하였다. 탄화된 포토레지스트를 마스크로 사용하는 방법과 LT-GaN 시드 층과 SiO2 마스크를 이용하는 방법, 그리고 포토레지스트와 AlN 희생층을 이용하는 방법 등 각각의 방법으로 공기 터널을 성공적으로 구현하였고 화학적박리 공정을 진행하여 박리된 GaN의 형태와 에칭속도 등 여러 분석을 실시하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In recent years, there has been a significant increase in demand for high-power LEDs and micro LEDs due to advancements in large-size displays, smart lighting systems, agriculture, and fisheries industries. GaN-based LEDs have traditionally been manufactured on sapphire substrates. However, the pres...

In recent years, there has been a significant increase in demand for high-power LEDs and micro LEDs due to advancements in large-size displays, smart lighting systems, agriculture, and fisheries industries. GaN-based LEDs have traditionally been manufactured on sapphire substrates. However, the presence of sapphire substrates leads to efficiency degradation in LEDs due to heat-related issues.
To address the efficiency degradation caused by heat, it is crucial to enhance heat dissipation within LED chips. Delamination techniques, which involve separating the sapphire substrate, have emerged as an effective approach. There are two main methods for delamination: laser lift-off (LLO) and chemical lift-off (CLO). LLO rapidly removes GaN from the substrate using lasers, but it can cause various physical damages to the GaN layer due to high-energy processes. On the other hand, CLO is a chemical-based technique that avoids thermal and physical damages to the GaN layer, making it suitable for mass production and cost-effective. However, it has the drawback of longer process times and the requirement of sacrificial layers.
In this study, we investigated the fabrication of GaN templates with an air tunnel structure to overcome the long process time limitation of CLO. The goal was to compare the etching rates and surface morphology of GaN templates with an air tunnel structure to the conventional CLO process. Three methods were explored to create the air tunnel structure: using carbonized photoresist as a mask, utilizing an LT-GaN seed layer with a SiO2 mask, and employing a SiO2 mask with photoresist and sacrificial AlN layer. Through each method, successful implementation of the air tunnel structure was achieved, and the CLO process was conducted. Various analyses were performed on the etched GaN, including its morphology and etching rates.

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