KR20170099207A - 발광 소자 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
실시 예는 제조 비용을 절감하고 공정이 단순화된 발광 소자 및 이의 제조 방법에 대한 것으로, 실시 예의 발광 소자는 차례로 적층된 제 1 반도체층, 유로퓸을 포함하는 활성층 및 제 2 반도체층을 포함하는 발광 구조물; 상기 제 1 반도체층과 전기적으로 접속되는 제 1 전극; 및 상기 제 2 반도체층과 전기적으로 접속되는 제 2 전극을 포함한다.
Description
본 발명 실시 예는 발광 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류가 인가되면 광을 방출하는 발광 소자 중 하나이다. 발광 다이오드는 저 전압으로 고효율의 광을 방출할 수 있어 에너지 절감 효과가 뛰어나다. 최근, 발광 다이오드의 휘도 문제가 크게 개선되어, 액정 표시 장치의 백라이트 유닛(Backlight Unit), 전광판, 표시기, 가전 제품 등과 같은 각종 기기에 적용되고 있다.
특히, 발광 다이오드를 마이크로(Micro) 크기로 매우 작게 형성하여 표시 장치의 데이터 라인과 게이트 라인이 교차하여 정의된 픽셀마다 배치할 수도 있다.
그런데, 적색(red) 광을 방출하는 발광 다이오드를 형성하기 위한 기판과 녹색(green) 또는 청색(blue) 광을 방출하는 발광 다이오드를 형성하기 위한 기판이 서로 상이하다. 예를 들어, 적색(red) 광을 방출하는 발광 다이오드를 형성하기 위한 기판은 갈륨 비소(GaAs)이며, 녹색(green) 또는 청색(blue) 광을 방출하는 발광 다이오드를 형성하기 위한 기판은 사파이어(Al2O3)이다.
따라서, 색(green) 또는 청색(blue) 광을 방출하는 발광 다이오드와 적색(red) 광을 방출하는 발광 다이오드를 물질이 상이한 기판 상에서 형성해야 한다. 또한, 적색(red) 광을 방출하는 발광 다이오드의 활성층의 물질 역시 녹색(green) 또는 청색(blue) 광을 방출하는 발광 다이오드의 활성층과 상이하여, 공정이 복잡해지며 제조 비용이 증가한다.
본 발명 실시 예는 제조 비용을 절감하고 공정이 단순화된 발광 소자 및 이의 제조 방법을 제공한다.
실시 예의 발광 소자는 차례로 적층된 제 1 반도체층, 유로퓸을 포함하는 활성층 및 제 2 반도체층을 포함하는 발광 구조물; 상기 제 1 반도체층과 전기적으로 접속되는 제 1 전극; 및 상기 제 2 반도체층과 전기적으로 접속되는 제 2 전극을 포함한다.
실시 예의 발광 소자의 제조 방법은 기판 상에 제 1 반도체층, 유로퓸을 포함하는 활성층 및 제 2 반도체층이 차례로 적층된 발광 구조물을 형성하는 단계; 상기 제 1 반도체층과 전기적으로 접속되는 제 1 전극을 형성하는 단계; 및 상기 제 2 반도체층과 전기적으로 접속되는 제 2 전극을 형성한다.
또 다른 실시 예의 발광 소자의 제조 방법은 제 1, 제 2 및 제 3 영역을 포함하는 기판 상에 제 1 반도체층을 형성하는 단계; 상기 제 1 영역만을 노출시키는 제 1 마스크를 이용하여 상기 제 1 반도체층 상에 인듐을 포함하는 제 1 활성층을 형성하는 단계; 상기 제 2 영역만을 노출시키는 제 2 마스크를 이용하여 상기 제 1 반도체층 상에 인듐을 포함하는 제 2 활성층을 형성하는 단계; 상기 제 3 영역만을 노출시키는 제 3 마스크를 이용하여 상기 제 1 반도체층 상에 유로퓸을 포함하는 제 3 활성층을 형성하는 단계; 상기 제 1 반도체층과 상기 제 1, 제 2 및 제 3 활성층 상에 제 2 반도체층을 형성하여 상기 제 1 반도체층, 상기 제 1, 제 2, 제 3 활성층 및 상기 제 2 반도체층을 포함하는 발광 구조물을 형성하는 단계; 상기 발광 구조물을 분리하여 상기 제 1, 제 2 및 제 3 영역에 각각 제 1, 제 2, 제 3 발광 구조물을 형성하는 단계; 제 1, 제 2, 제 3 발광 구조물의 상기 제 1 반도체층과 각각 접속되는 제 1 전극을 형성하는 단계; 및 제 1, 제 2, 제 3 발광 구조물의 상기 제 2 반도체층과 각각 접속되는 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
실시 예에 따르면 본 발명 실시 예의 발광 소자 및 이의 제조 방법은 적색, 녹색 및 청색 광을 방출하는 발광 다이오드를 동일한 기판에서 형성함으로써, 제조 비용을 절감하고 공정을 단순화할 수 있다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 본 발명의 발광 소자의 단면도이다.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시 예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다.
도 3a 내지 도 3k는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시 예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다.
도 3a 내지 도 3k는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예를 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명 실시 예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 실시 예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로 사용된다. 예를 들어, 실시 예의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 2 구성 요소는 제 1 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 1 구성 요소도 제 2 구성 요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명 실시 예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예의 발광 소자를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1a는 본 발명의 발광 소자의 단면도이다.
도 1a와 같이, 본 발명의 발광 소자(220)는 기판(100), 기판(100) 상에 형성된 제 1 반도체층(110a), 활성층(120a) 및 제 2 반도체층(130a)을 포함하는 발광 구조물(210a), 제 1 반도체층(110a)과 접속된 제 1 전극(140a), 제 2 반도체층(130a)과 전기적으로 접속된 제 2 전극(160a)을 포함한다. 이 때, 활성층(120a)은 유로퓸(europium; Eu)이 도핑된 화합물 반도체를 포함한다.
기판(100)은 사파이어(Al2O3), SiC, GaN, ZnO, Si, GaP, InP 및 Ge 등에서 선택된 물질로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 기판(100)은 발광 소자(220)의 박형화를 위해 발광 구조물(210a)과 용이하게 분리될 수 있다.
제 1 반도체층(110a)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제 1 도펀트가 도핑될 수 있다. 제 1 반도체층(110a)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤≤1, 0≤≤y≤≤1, 0≤≤x+y≤≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질 또는 AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 선택된 물질로 형성될 수 있다. 제 1 도펀트가 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트인 경우, 제 1 반도체층(110a)은 n형 반도체층일 수 있다.
제 2 반도체층(130a)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제 2 도펀트가 도핑될 수 있다. 제 2 반도체층(130a)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤≤1, 0≤≤y≤≤1, 0≤≤x+y≤≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, InAlGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다. 제 2 도펀트가 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트인 경우 제 2 반도체층(130a)은 p형 반도체층일 수 있다.
활성층(120a)은 유로퓸(europium; Eu)이 도핑된 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 활성층(120a)은 GaN, InGaN, AlGaN, InAlGaN 등과 같은 화합물 반도체 물질에 유로퓸이 도핑된 구조일 수 있다.
활성층(120a)에 도핑된 유로퓸은 이온 상태이다. 제 1 전극(140a)과 제 2 전극(160a)으로부터 주입된 전자와 정공이 활성층(120a)에서 재결합하여 유로퓸 이온(Eu3+) 내에서 전이가 발생하여 활성층(120a)에서 적색(590㎚ 내지 670㎚) 광이 방출될 수 있다.
제 1 전극(140a)은 일 끝단은 제 1 반도체층(110a)과 접촉하며, 타 끝단은 기판(100)의 상부면까지 연장될 수 있다. 따라서, 기판(100)으로부터 발광 구조물(210a)을 분리하는 경우, 발광 소자(220)의 하부면에서 제 1 전극(140a)이 노출될 수 있다.
발광 소자(220)를 표시 장치의 픽셀마다 배치하여 발광 소자(220)를 구동시켜 화상을 표시하기 위해서는 발광 소자(220)가 픽셀의 회로 패턴과 전기적으로 접속되어야 한다. 따라서, 발광 소자(220)의 기판(100)을 제거하여 발광 소자(220)를 표시 장치의 픽셀에 배치시켜 발광 소자(220)의 하부에서 노출된 제 1 전극(140a)을 회로 패턴과 전기적으로 접속시킬 수 있다.
절연막(150a)은 제 2 반도체층(130a)의 일부를 노출시키도록 제 1 전극(140a)과 발광 구조물(210a)을 감싸도록 배치될 수 있다. 절연막(150a)은 제 1 전극(140a)과 제 2 전극(160a)의 전기적인 접속을 방지한다. 상기와 같은 절연막(150a)은 SiO2, SixOy, Si3N4, SixNy, SiOxNy, Al2O3, TiO2, AlN 등으로 이루어진 군에서 적어도 하나가 선택되어 형성될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
제 2 전극(160a)은 절연막(150a)에 의해 노출된 제 2 반도체층(130a)과 전기적으로 접속될 수 있다. 도시하지는 않았으나, 제 2 반도체층(130a)과 제 2 전극(160a) 사이에 오믹층이 더 배치될 수 있다. 오믹층을 통해 제 2 전극(160a)으로부터 제 2 반도체층(130a)에 균일하게 전류가 확산될 수 있다.
오믹층은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 또는 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Sn, In, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
그리고, 도 1b 및 도 1c는 각각 청색 광 및 녹색 광을 방출하는 본 발명 실시 예의 발광 소자의 단면도이다.
도 1b의 청색 광을 방출하는 발광 소자(230)와 도 1c의 녹색 광을 방출하는 발광 소자(240)는 도 1a의 발광 소자(220)와 활성층을 제외한 구성 요소가 동일하다. 따라서, 활성층을 제외한 나머지 구성 요소의 설명은 생략한다.
도 1b와 같이, 청색 광을 방출하는 발광 소자(230)의 활성층(120b)은 GaN, InGaN, AlGaN, InAlGaN 등과 같은 화합물 반도체 물질에 도핑된 인듐(In)을 포함할 수 있다. 그리고, 도 1c와 같이, 녹색 광을 방출하는 발광 소자(240)의 활성층(120c)은 GaN, InGaN, AlGaN, InAlGaN 등과 같은 화합물 반도체 물질에 도핑된 인듐(In)을 포함할 수 있다. 이 때, 청색 광을 방출하는 발광 소자(230)의 활성층(120b)과 녹색 광을 방출하는 발광 소자(240)의 활성층(120c)은 인듐의 도핑 농도가 상이하다.
인듐 함량이 증가할수록 활성층에서 방출되는 광의 파장이 단파장에서 장파장으로 이동하므로, 인듐 함량이 높은 활성층(120c)을 포함하는 발광 소자(240)는 녹색(490㎚ 내지 560㎚) 광을 방출하고, 인듐 함량이 낮은 활성층(120b)을 포함하는 발광 소자(230)는 청색(440㎚ 내지 480㎚) 광을 방출할 수 있다. 활성층에 도핑되는 인듐 농도는 용이하게 조절 가능한 것으로, 인듐의 농도를 조절하여 청색 및 녹색의 색 순도를 조절할 수 있다.
상술한 바와 같이, 종래의 적색 광을 방출하는 발광 소자는 갈륨 비소(GaAs)를 포함하는 기판 상에 형성된다. 그리고, 적색 광을 방출하는 발광 소자의 활성층은 GaP와 같은 물질로 이루어지고, 녹색 광 또는 청색 광을 방출하는 발광 소자는 GaN, InGaN, AlGaN, InAlGaN 등과 같은 화합물 반도체 물질에 인듐(In)이 도핑된 구조이다. 따라서, 적색 광을 방출하는 발광 소자와 청색 및 녹색 광을 방출하는 발광 소자는 동일한 기판 상에서 동일한 공정을 통해 형성할 수 없다. 더욱이, 각 발광 소자의 구동 전압, 전류 조건 등이 상이하므로, 서로 다른 광을 방출하는 발광 소자의 신뢰성이 서로 다르며, 제조 비용이 증가하고 공정이 복잡하다.
반면에, 본 발명은 적색 광을 방출하는 발광 소자(220)를 청색 및 녹색 광을 방출하는 발광 소자(230, 240)와 같이 사파이어를 포함하는 기판(100) 상에 형성할 수 있다. 또한, 적색, 청색, 녹색 광을 방출하는 발광 소자(220, 230, 240)의 활성층(120a, 120b, 120c)을 모두 GaN을 베이스로 한 물질에 유로퓸(Eu) 또는 인듐(In)을 도핑하여 형성할 수 있으므로, 본원 발명은 청색, 녹색 광을 방출하는 발광 소자(220, 230, 240)를 동일한 공정으로 형성할 수 있다. 따라서, 본원 발명은 각 발광 소자(22, 230, 240)를 구동하기 위한 전류 주입 조건이 동일하며, 제조 비용을 절감하고 공정을 단순화할 수 있다.
더욱이, 종래의 갈륨 비소(GaAs)를 포함하는 기판은 불투명하므로 기판을 분리하기 위한 별도의 기술이 요구되나, 사파이어를 포함하는 기판(100)은 투광성을 가져 레이저 리프트 오프(laser lift off; LLO) 방법을 이용하여 용이하게 분리할 수 있다. 따라서, 본 발명의 발광 소자(220, 230, 240)는 레이저 리프트 오프(laser lift off; LLO) 방법으로 기판(100) 상에서 분리되어, 표시 장치의 각 픽셀에 배치될 수 있다.
이하, 본 발명 실시 예의 발광 소자의 제조 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시 예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도로, 적색 광을 방출하는 발광 소자의 제조 방법을 나타내었다.
도 2a와 같이, 기판(100) 상에 발광 구조물(130)을 형성한다. 기판(100)은 사파이어(Al2O3), SiC, GaN, ZnO, Si, GaP, InP 및 Ge 등에서 선택된 물질로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 발광 구조물(210)은 복수 개의 화합물 반도체층을 포함할 수 있으며, 발광 구조물(210)은 기판(100) 상에 제 1 반도체층(110a), 활성층(120a) 및 제 2 반도체층(130a)을 차례로 성장시켜 형성할 수 있다.
발광 구조물(210)은 분자선 증착법(molecular beam epitaxy; MBE), 물리적 기상 증착(physical vapor deposition; PVD), 화학적 기상 증착(chemical vapor deposition; CVD), 플라즈마 레이저 증착(plasma laser deposition; PLD), 스퍼터링(sputtering), 금속 유기물 화학적 기상 증착(metal organic chemical vapor deposition) 등의 방법을 통해 형성할 수 있다.
제 1 반도체층(110a)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제 1 도펀트가 도핑될 수 있다. 제 1 반도체층(110a)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤≤1, 0≤≤y≤≤1, 0≤≤x+y≤≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질 또는 AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 선택된 물질로 형성될 수 있다. 제 1 도펀트가 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트인 경우, 제 1 반도체층(110a)은 n형 반도체층일 수 있다.
활성층(120a)은 제 1 반도체층(110a)과 제 2 반도체층(130a) 사이에 구비된다. 활성층(120a)은 제 1 반도체층(110a)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)과 제 2 반도체층(130a)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 만나는 층이다. 상기와 같은 활성층(120a)은 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 그에 상응하는 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다.
발광 소자가 적색 광을 방출하기 위해 활성층(120a)은 제 2 도펀트가 도핑된 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제 2 도펀트는 유로퓸(europium; Eu)일 수 있다. 활성층(130b)에 도핑된 유로퓸은 이온 상태이며, 유로퓸 이온(Eu3 +) 내에서 전이가 발생하여 적색(590㎚ 내지 670㎚) 광이 방출될 수 있다.
도시하지는 않았으나, 청색 광 또는 녹색 광을 방출하는 발광 소자는 활성층에 인듐(In)이 도핑되며, 청색 광을 방출하는 발광 소자의 활성층과 녹색 광을 방출하는 발광 소자의 활성층은 인듐의 도핑 농도가 상이하다.
그리고, 제 2 반도체층(130a)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제 2 도펀트가 도핑될 수 있다. 제 2 반도체층(130a)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤≤1, 0≤≤y≤≤1, 0≤≤x+y≤≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, InAlGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다. 제 2 도펀트가 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트인 경우 제 2 반도체층(130a)은 p형 반도체층일 수 있다.
이어, 도 2b와 같이, 발광 구조물(210)을 메사 식각(mesa etching)하여, 제 1 반도체층(110a), 활성층(120a) 및 제 2 반도체층(130a)의 일부를 제거한다. 메사 식각에 의해 제 1 반도체층(110a)이 노출될 수 있다. 그리고, 도 2c와 같이, 아이솔레이션 에칭(Isolation Etching)을 실시하여 인접한 발광 구조물을 분리한다. 아이솔레이션 에칭을 통해 인접한 발광 구조물 사이의 기판(100)이 노출될 수 있다.
도 2d와 같이, 제 1 반도체층(110a), 활성층(120a) 및 제 2 반도체층(130a)을 일부 제거하여 노출된 제 1 반도체층(110a)과 전기적으로 접속되는 제 1 전극(140a)을 형성한다. 제 1 전극(140a)의 일 끝단은 제 1 반도체층(110a)과 직접 접속되며, 타 끝단은 기판(100)의 상부면까지 연장될 수 있다. 제 1 전극(140a)을 투명 전도성 산화막(Transparent Conductive Oxide; TCO)또는 불투명 금속으로 형성하거나, 투명 전도성 산화막과 불투명 금속이 혼합된 하나 또는 복수 개의 층으로 형성할 수 있다.
이어, 도 2e와 같이, 제 2 반도체층(130a)의 일부를 노출시키도록 발광 구조물(210a) 및 기판(100) 상에 절연막(150a)을 형성한다. 절연막(150a)은 SiO2, SixOy, Si3N4, SixNy, SiOxNy, Al2O3, TiO2, AlN 등으로 이루어진 군에서 적어도 하나가 선택되어 형성될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다. 절연막(150a)은 제 2 전극(160a)과 제 1 전극(140a)을 절연시키며, 절연막(150a)은 제 1 전극(140a)을 완전히 감싸도록 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 도 2f와 같이, 절연막(150a)에 의해 노출된 제 2 반도체층(130a) 상에 제 2 전극(160a)을 형성한다. 제 2 전극(160a)은 제 2 반도체층(130a)과 전기적으로 연결된다.
도시하지는 않았으나, 제 2 반도체층(130a)과 제 2 전극(160a) 사이에 오믹층이 더 형성될 수 있다. 오믹층은 발광 구조물(210)을 형성한 후 발광 구조물(210) 상에 형성되어 발광 구조물(210)을 메사 식각 할 때 복수 개로 분리되거나, 복수 개로 분리된 발광 구조물(210a) 상에 개별적으로 형성할 수도 있다.
그리고, 도 2g와 같이, 레이저 리프트 오프(laser lift off; LLO) 방법 등을 이용하여 기판(100)으로부터 발광 구조물을 분리할 수 있다. 특히, 발광 소자를 수십 마이크로(Micro) 크기로 매우 작게 형성하여 상기와 같이 기판(100)이 제거된 발광 소자(220)를 표시 장치의 각 픽셀에 배치하여 화상을 표시할 수 있다.
상기에서는 적색 광을 방출하는 발광 소자(220)의 제조 방법을 설명하였으나, 청색, 녹색 광을 방출하는 발광 소자(230, 240) 역시 같은 방법으로 기판(100) 상에 형성할 수 있다. 이 경우, 활성층(120a)을 형성하는 물질만 변경하여 발광 소자(220, 230, 240)를 형성할 수 있다.
또한, 하나의 기판(100) 상에 청색, 녹색 및 적색 광을 방출하는 발광 소자(220, 230, 240)를 모두 형성할 수도 있다.
도 3a 내지 도 3k는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광 소자의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다.
도 3a와 같이, 제 1, 제 2 및 제 3 영역(A, B, C)을 포함하는 기판(100) 전면에 제 1 반도체층(110)을 형성한다. 제 1 반도체층(110)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제 1 도펀트가 도핑될 수 있다.
제 1 반도체층(110)은 분자선 증착법(molecular beam epitaxy; MBE), 물리적 기상 증착(physical vapor deposition; PVD), 화학적 기상 증착(chemical vapor deposition; CVD), 플라즈마 레이저 증착(plasma laser deposition; PLD), 스퍼터링(sputtering), 금속 유기물 화학적 기상 증착(metal organic chemical vapor deposition) 등의 방법을 통해 형성할 수 있다.
이어, 도 3b와 같이, 제 1 영역(A)에 대응되는 제 1 반도체층(110)만 노출시키는 제 1 마스크(300a)를 이용하여 제 1 영역(A)에 제 1 활성층(120a)을 형성한다. 예를 들어, 제 1 활성층(120a)을 포함하는 발광 소자가 적색 광을 방출하기 위해서는 유로퓸을 포함하는 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 제 1 활성층(120a)을 형성할 수 있다.
그리고, 도 3c와 같이, 제 2 영역(B)에 대응되는 제 1 반도체층(110)만 노출시키는 제 2 마스크(300b)를 이용하여 제 2 영역(B)에 제 2 활성층(120b)을 형성한다. 예를 들어, 제 2 활성층(120b)을 포함하는 발광 소자가 청색 광을 방출하기 위해서는 인듐을 포함하는 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 제 2 활성층(120b)을 형성할 수 있다.
이어, 도 3d와 같이, 제 3 영역(C)에 대응되는 제 1 반도체층(110)만 노출시키는 제 3 마스크(300c)를 이용하여 제 3 영역(C)에 제 3 활성층(120c)을 형성한다. 예를 들어, 제 3 활성층(120c)을 포함하는 발광 소자가 녹색 광을 방출하기 위해서는 인듐을 포함하는 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 제 3 활성층(120c)을 형성할 수 있다. 이 때, 제 2 활성층(120b)보다 제 3 활성층(120c)에 더 높은 농도의 인듐(In)이 도핑될 수 있다.
상기와 같은 본 발명 다른 실시 예는 마스크(300a, 300b, 300c)를 이용하여 제 1 반도체층(110) 상에 서로 다른 물질의 제 1, 제 2 및 제 3 활성층(120a, 120b, 120c)을 형성할 수 있다.
이어, 도 3e와 같이, 제 1, 제 2 및 제 3 활성층(120a, 120b, 120c) 상에 제 2 반도체층(130)을 형성한다. 제 2 반도체층(130)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제 2 도펀트가 도핑될 수 있다. 제 2 반도체층(130)은 제 1, 제 2 및 제 3 영역(A, B, C) 전면에 일체형으로 형성될 수 있다.
도 3f와 같이, 발광 구조물(140)을 메사 식각(mesa etching)하여, 제 1 반도체층(110), 제 1, 제 2, 제 3 활성층(120a, 120b, 120c) 및 제 2 반도체층(130)의 일부를 제거한다. 메사 식각에 의해 제 1 반도체층(110)이 노출될 수 있다. 이어, 도 3g와 같이, 아이솔레이션 에칭(Isolation Etching)을 실시하여 발광 구조물(140)을 분리하며, 분리된 제 1, 제 2, 제 3 발광 구조물(210a, 210b, 210c)은 서로 다른 활성층(120a, 120b, 120c)을 포함한다. 그리고, 제 1, 제 2, 제 3 발광 구조물(210a, 210b, 210c)이 서로 분리된 영역에서 기판(100)이 노출될 수 있다.
도 3h와 같이, 제 1 반도체층(110)과 전기적으로 접속되는 제 1 전극(140)을 형성한다. 이 때, 제 1 전극(140)은 제 1, 제 2, 제 3 발광 구조물(210a, 210b, 210c)의 측면을 감싸며, 구체적으로, 제 1 전극(140)의 일 끝단은 제 1 반도체층(110)과 직접 접속되며 타 끝단은 기판(100)의 상부면까지 연장될 수 있다.
이어, 도 3i와 같이, 제 2 반도체층(130)의 일부를 노출시키도록 절연막(150)을 형성한다. 절연막(150)은 SiO2, SixOy, Si3N4, SixNy, SiOxNy, Al2O3, TiO2, AlN 등으로 이루어진 군에서 적어도 하나가 선택되어 형성될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다. 절연막(150)은 후술할 제 2 전극(160)과 제 1 전극(140)을 절연시키며, 절연막(150)은 제 1 전극(140)을 완전히 감싸도록 형성될 수도 있으며, 이에 한정하지 않는다.
그리고, 도 3j와 같이, 절연막(150)에 의해 노출된 제 2 반도체층(130) 상에 제 2 전극(160)을 형성한다. 제 2 전극(160)은 제 2 반도체층(130)과 전기적으로 연결된다.
그리고, 도 3k와 같이, 레이저 리프트 오프(laser lift off; LLO) 방법 등을 이용하여 원하는 발광 소자(220, 230, 240)를 선택적으로 기판(100)에서 분리할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예는 마스크(300a, 300b, 300c)를 이용하여 하나의 기판(100) 상에 서로 다른 광을 방출하는 발광 소자(220, 230, 240)를 형성할 수 있다. 이 경우, 제조 비용을 절감할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 발광 소자(220, 230, 240)는 표시 장치의 픽셀 크기 보다 작은 마이크로(Micro) 크기(50㎛×50㎛ 이하)로 형성되어, 표시 장치의 데이터 라인과 게이트 라인이 교차하여 정의된 픽셀마다 배치될 수 있다. 이 경우, 발광 소자(220, 230, 240)는 표시 장치의 액정 셀 또는 유기 발광 셀 배면에 배치되는 백라이트 유닛이 아니라, 픽셀 내에서 제 1 전극(140a, 140b, 140c)이 데이터 라인과 연결되고, 제 2 전극(160a, 160b, 160c)이 공통 전극에 접속되어, 표시 장치의 구동부에 의해 직접 구동될 수 있다.
따라서, 본 발명의 발광 소자를 포함하는 표시 장치는 컬러 필터 없이 발광 소자에서 각각 발생하는 적색, 녹색 및 청색 광을 통해 화상을 표현할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명 실시 예는 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 실시 예의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명 실시 예가 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100: 기판
110, 110a, 110b, 110c: 제 1 반도체층
120a, 120b, 120c: 활성층 130, 130a, 130b, 130c: 제 2 반도체층
140a, 140b, 140c: 제 1 전극 150a, 150b, 150c: 절연층
160a, 150b, 160c: 제 2 전극 140, 210, 210a, 210b, 210c: 발광 구조물
220, 230, 240: 발광 소자 300a, 300b, 300c: 마스크
120a, 120b, 120c: 활성층 130, 130a, 130b, 130c: 제 2 반도체층
140a, 140b, 140c: 제 1 전극 150a, 150b, 150c: 절연층
160a, 150b, 160c: 제 2 전극 140, 210, 210a, 210b, 210c: 발광 구조물
220, 230, 240: 발광 소자 300a, 300b, 300c: 마스크
Claims (14)
- 차례로 적층된 제 1 반도체층, 유로퓸을 포함하는 활성층 및 제 2 반도체층을 포함하는 발광 구조물;
상기 제 1 반도체층과 전기적으로 접속되는 제 1 전극; 및
상기 제 2 반도체층과 전기적으로 접속되는 제 2 전극을 포함하는 발광 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 발광 구조물 하부에 배치된 기판을 더 포함하며,
상기 제 1 전극은 일 끝단이 상기 제 1 반도체층과 접속되며, 타 끝단은 상기 기판의 상부면까지 연장된 발광 소자. - 제 2 항에 있어서,
상기 기판은 사파이어를 포함하는 발광 소자. - 기판 상에 제 1 반도체층, 유로퓸을 포함하는 활성층 및 제 2 반도체층이 차례로 적층된 발광 구조물을 형성하는 단계;
상기 제 1 반도체층과 전기적으로 접속되는 제 1 전극을 형성하는 단계; 및
상기 제 2 반도체층과 전기적으로 접속되는 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 발광 소자의 제조 방법. - 제 4 항에 있어서,
상기 기판이 사파이어를 포함하는 발광 소자의 제조 방법. - 제 4 항에 있어서,
상기 제 1 전극은 일 끝단이 상기 제 1 반도체층과 접속되며, 타 끝단은 상기 기판의 상부면까지 연장되도록 형성하는 발광 소자의 제조 방법. - 제 4 항에 있어서,
상기 발광 구조물과 상기 기판을 분리하는 단계를 더 포함하는 발광 소자의 제조 방법. - 제 7 항에 있어서,
레이저 리프트 오프 방법으로 상기 발광 구조물과 상기 기판을 분리하는 발광 소자의 제조 방법. - 제 1, 제 2 및 제 3 영역을 포함하는 기판 상에 제 1 반도체층을 형성하는 단계;
상기 제 1 영역만을 노출시키는 제 1 마스크를 이용하여 상기 제 1 반도체층 상에 인듐을 포함하는 제 1 활성층을 형성하는 단계;
상기 제 2 영역만을 노출시키는 제 2 마스크를 이용하여 상기 제 1 반도체층 상에 인듐을 포함하는 제 2 활성층을 형성하는 단계;
상기 제 3 영역만을 노출시키는 제 3 마스크를 이용하여 상기 제 1 반도체층 상에 유로퓸을 포함하는 제 3 활성층을 형성하는 단계;
상기 제 1 반도체층과 상기 제 1, 제 2 및 제 3 활성층 상에 제 2 반도체층을 형성하여 상기 제 1 반도체층, 상기 제 1, 제 2, 제 3 활성층 및 상기 제 2 반도체층을 포함하는 발광 구조물을 형성하는 단계;
상기 발광 구조물을 분리하여 상기 제 1, 제 2 및 제 3 영역에 각각 제 1, 제 2, 제 3 발광 구조물을 형성하는 단계;
제 1, 제 2, 제 3 발광 구조물의 상기 제 1 반도체층과 각각 접속되는 제 1 전극을 형성하는 단계; 및
제 1, 제 2, 제 3 발광 구조물의 상기 제 2 반도체층과 각각 접속되는 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 발광 소자의 제조 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 활성층에 포함된 인듐과 상기 제 2 활성층에 포함된 인듐의 함량이 상이한 발광 소자의 제조 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 기판이 사파이어를 포함하는 발광 소자의 제조 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 전극은 일 끝단이 상기 제 1 반도체층과 접속되며, 타 끝단은 상기 기판의 상부면까지 연장되도록 형성하는 발광 소자의 제조 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 1, 제 2, 제 3 발광 구조물과 상기 기판을 분리하는 단계를 더 포함하는 발광 소자의 제조 방법. - 제 13 항에 있어서,
레이저 리프트 오프 방법으로 상기 발광 구조물과 상기 기판을 분리하는 발광 소자의 제조 방법.
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2016
- 2016-02-23 KR KR1020160021301A patent/KR102489464B1/ko active Active
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