KR102332450B1 - 반도체 소자 - Google Patents

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Abstract

실시예는 희생층; 상기 희생층 상에 배치되는 결합층; 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하고 상기 결합층 상에 배치되는 적어도 하나의 반도체 구조물; 상기 제1 도전형 반도체층과 연결되는 제1 전극; 및 상기 제2 도전형 반도체층과 연결되는 제2 전극;을 포함하고, 상기 희생층의 두께는 상기 결합층의 두께와 두께 비가 1:1.5 내지 1:50인 반도체 소자를 개시한다.

Description

반도체 소자{SEMICONDUCTOR DEVICE}
실시예는 반도체 소자에 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, 액정표시장치의 백라이트 유닛(Backlight Unit), 전광판, 표시기, 가전 제품 등과 같은 각종 기기에 적용되고 있다.
AlGaInP를 갖는 발광 다이오드는 GaAs 기판을 성장기판으로 사용하나, 반도체 소자 타입으로 제작하기 위해서는 광 흡수를 방지하기 위해 GaAs 기판을 제거해야 하는 한계가 존재한다.
실시예는 수평형 타입의 반도체 소자를 제공한다.
또한, 레이저 리프트 오프를 이용하여 GaAs를 포함하는 반도체 소자를 제공한다.
실시예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자는 희생층; 상기 희생층 상에 배치되는 결합층; 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하고 상기 결합층 상에 배치되는 적어도 하나의 반도체 구조물; 상기 제1 도전형 반도체층과 연결되는 제1 전극; 및 상기 제2 도전형 반도체층과 연결되는 제2 전극;을 포함하고, 상기 희생층의 두께는 상기 결합층의 두께와 두께 비가 1:1.5 내지 1:50이다.
상기 희생층, 상기 결합층 및 상기 반도체 구조물 상에 배치되는 절연층을 더 포함할 수 있다.
상기 절연층은 상기 제1 전극의 일부 및 상기 제2 전극의 일부를 덮을 수 있다.
제2 도전형 반도체층은, 상기 활성층 상에 배치되는 제2-1 도전형 반도체층; 및 상기 제2-1 도전형 반도체층 상에 배치되는 제2-2 도전형 반도체층;을 포함할 수 있다.
상기 활성층 및 상기 제1 도전형 반도체층 사이에 제1 클래드층을 더 포함할 수 있다.
결합층은 표면 거칠기가 1㎚이하일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전자 디바이스는 반도체 소자; 및 상기 반도체 소자를 수용하는 케이스를 포함하고, 상기 반도체 소자는, 희생층; 상기 희생층 상에 배치되는 결합층; 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하고 상기 결합층 상에 배치되는 적어도 하나의 반도체 구조물; 상기 제1 도전형 반도체층과 연결되는 제1 전극; 및 상기 제2 도전형 반도체층과 연결되는 제2 전극;을 포함하고, 상기 희생층의 두께는 상기 결합층의 두께와 두께 비가 1:1.5 내지 1:50이다.
실시예에 따르면, 반도체 소자를 수평형 타입으로 구현할 수 있다.
또한, 레이저 리프트 오프를 이용하여 GaAs를 포함는 반도체 소자를 제작할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 실시예에 따른 반도체 소자의 단면도 및 평면도이고,
도 2a 내지 도 2f는 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법에 대한 순서도이고,
도 3a 내지 3e는 실시예에 따른 반도체 소자를 디스플레이 장치로 전사하는 과정을 설명하는 순서도이고,
도 4는 실시예에 따른 반도체 소자의 희생층의 두께에 따른 파장별 투과율을 도시한 그래프이고,
도 5는 실시예에 따른 반도체 소자의 결합층의 파장별 투과율을 도시한 그래프이고,
도 6은 실시예에 따른 반도체 소자의 희생층 및 결합층의 사진이고,
도 7은 도 1의 변형예이고,
도 8은 실시예에 따른 반도체 소자가 전사된 디스플레이 장치의 개념도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 실시예에 따른 반도체 소자 패키지는 소형의 반도체 소자를 포함할 수 있다. 여기서, 소형의 반도체 소자는 반도체 소자의 구조적 크기를 지칭할 수 있다. 그리고 소형의 반도체 소자는 구조적 크기가 1㎛ 내지 100㎛일 수 있다. 또한, 실시예에 따른 반도체 소자는 구조적 크기가 하기에 설명된 바와 같이 30㎛ 내지 60㎛일 수 있으나, 반드시 그렇게 제한되는 것은 아니다. 또한, 실시예의 기술적 특징 또는 양상은 더 작은 크기의 스케일로 반도체 소자에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자는 530nm 내지 700nm 파장의 적색 광을 생성할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 반도체 소자의 단면도 및 평면도이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 반도체 소자는 희생층(120), 희생층(120) 상에 배치되는 결합층(130), 결합층(130) 상에 배치되는 중간층(170), 중간층(170) 상에 배치되는 제1 도전형 반도체층(141), 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되는 제1 클래드층(144), 제1 클래드층(144) 상에 배치되는 활성층(142), 상기 활성층 상에 배치되는 제2 도전형 반도체층(143), 상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극(151), 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극(152) 및 희생층(120), 결합층(130), 제1 도전형 반도체층(141), 제1 클래드층(144), 활성층(142), 제2 도전형 반도체층(142)을 감싸는 절연층(160)을 포함할 수 있다.
희생층(120)은 실시예에 따른 반도체 소자의 최하부에 배치된 층일 수 있다. 즉, 희생층(120)은 제1-2 방향(X2축 방향)으로 최외측에 배치된 층일 수 있다. 희생층(120)은 기판(미도시됨) 상에 배치될 수 있다.
희생층(120)의 제2 방향(Y축 방향)으로 최대 폭(W1)은 30㎛ 내지 60㎛일 수 있다.
여기서, 제1 방향은 반도체 구조물(140)의 두께 방향으로 제1-1 방향과 제1-2 방향을 포함한다. 제1-1 방향은 반도체 구조물(140)의 두께 방향 중 제1 도전형 반도체층(121)에서 제2 도전형 반도체층(123)을 향한 방향이다. 그리고 제1-2 방향은 반도체 구조물(140)의 두께 방향 중 제2 도전형 반도체층(123)에서 제1 도전형 반도체층(121)을 향한 방향이다. 또한, 여기서, 제2 방향(Y축 방향)은 제1 방향(X축 방향)에 수직한 방향일 수 있다. 또한, 제2 방향(Y축 방향)은 제2-1 방향(Y1축 방향)과 제2-2 방향(Y2축 방향)을 포함한다.
희생층(120)은 반도체 소자를 디스플레이 장치로 전사하면서 남겨진 층일 수 있다. 예컨대, 반도체 소자가 디스플레이 장치로 전사되는 경우 희생층(120)은 전사 시 조사되는 레이저에 의해 일부 분리되고, 그 외 부분은 남겨질 수 있다. 이 때, 희생층(120)은 조사된 레이저의 파장에서 분리 가능한 재질을 포함할 수 있다. 또한, 레이저의 파장은 266㎚, 532㎚, 1064㎚ 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
희생층(120)은 산화물(oxide) 또는 질화물(nitride)을 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 희생층(120)은 에픽텍셜 성장 시 발생하는 변형이 적은 물질로 산화물(oxiade) 계열 물질을 포함할 수 있다.
희생층(120)은 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 포함할 수 있다.
희생층(120)은 제1 방향(X축 방향)으로 두께(d1)가 20㎚이상 일 수 있다. 바람직하게는, 희생층(120)은 제1 방향(X축 방향)으로 두께가 두께(d1)가 40㎚이상 일 수 있다.
희생층(120)은 E-빔 증착법(E-beam evaporator), 열 증착법(thermal evaporator), MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 스퍼터링(Sputtering) 및 PLD(Pulsed Laser Deposition)법으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
결합층(130)은 희생층(120) 상에 배치될 수 있다. 결합층(130)은 SiO2, SiNx, TiO2, 폴리이미드, 레진 등의 물질을 포함할 수 있다.
결합층(130)의 두께(d2)는 30㎚ 내지 1㎛일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, 두께는 X축 방향의 길이일 수 있다. 결합층(130)은 희생층(120)과 중간층(170)을 서로 접합하기 위해 어닐링이 수행될 수 있다. 이 때, 결합층(130) 내 수소 이온이 배출되면서 박리가 일어날 수 있다. 이에, 결합층(130)은 표면 거칠기가 1㎚ 이하일 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 분리층과 결합층은 용이하게 접합할 수 있다. 결합층(130)과 희생층(120)은 서로 배치 위치가 서로 바뀔 수도 있다.
중간층(170)은 결합층(130) 상에 배치될 수 있다. 중간층(170)은 GaAs를 포함할 수 있다. 중간층(170)은 결합층(130)을 통해 희생층(120)과 결합할 수 있다.
반도체 구조물(140)은 중간층(170) 상에 배치될 수 있다. 반도체 구조물(140)은 중간층(170) 상에 배치되는 제1 도전형 반도체층(141), 제1 도전형 반도체층 상에 배치되는 제1 클래드층(144), 제1 클래드층(144) 상에 배치되는 활성층(142), 활성층(142) 상에 배치되는 제2 도전형 반도체층(143)를 포함할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(141)은 중간층(170) 상에 배치될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(141)의 두께(d4)는 1.8㎛ 내지 2.2㎛일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 도전형 반도체층(141)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1도펀트가 도핑될 수 있다. 제1 도전형 제1 반도체층(112)은 InxAlyGa1-x-yP (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1) 또는 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다.
그리고, 제1 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te와 같은 n형 도펀트일 수 있다. 제1 도펀트가 n형 도펀트인 경우, 제1 도펀트가 도핑된 제1 도전형 반도체층(141)은 n형 반도체층일 수 있다.
제1 도전형 반도체층(141)은 AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(141)은 화학증착방법(CVD) 혹은 분자선 에피택시 (MBE) 혹은 스퍼터링 혹은 수산화물 증기상 에피택시(HVPE) 등의 방법을 사용하여 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 클래드층(144)은 제1 도전형 반도체층(141) 상에 배치될 수 있다. 제1 클래드층(144)은 제1 도전형 반도체층(141)과 활성층(142) 사이에 배치될 수 있다. 제1 클래드층(144)은 복수 개의 층을 포함할 수 있다. 제1 클래드층(144)은 AlInP 계열층/AlInGaP 계열층을 포함할 수 있다.
제1 클래드층(144)의 두께(d5)는 0.45㎛ 내지 0.55㎛일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
활성층(142)은 제1 클래드층(144) 상에 배치될 수 있다. 활성층(142)은 제1 도전형 반도체층(141)과 제2 도전형 반도체층(143) 사이에 배치될 수 있다. 활성층(142)은 제1 도전형 반도체층(141)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 제2 도전형 반도체층(143)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 만나는 층이다. 활성층(142)은 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 자외선 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다.
활성층(142)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(Multi Quant㎛ Well; MQW) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있으며, 활성층(142)의 구조는 이에 한정하지 않는다.
활성층(142)은 GaInP/AlGaInP, GaP/AlGaP, InGaP/AlGaP, InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs/AlGaAs,InGaAs/AlGaAs 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
활성층(142)의 두께(d6)는 0.54㎛ 내지 0.66㎛일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 클래드층(144)에서 전자가 냉각되어 활성층(142)은 더 많은 발광재결합(Radiation Recombination)을 발생시킬 수 있다.
제2 도전형 반도체층(143)은 활성층(142) 상에 배치될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(143)은 제2-1 도전형 반도체층(143a)과 제2-2 도전형 반도체층(143b)을 포함할 수 있다.
제2-1 도전형 반도체층(143a)은 활성층(142) 상에 배치될 수 있다. 제2-2 도전형 반도체층(143b)은 제2-1 도전형 반도체층(143a) 상에 배치될 수 있다.
제2-1 도전형 반도체층(143a)은 TSBR, P-AllnP를 포함할 수 있다. 제2-1 도전형 반도체층(143a)의 두께(d7)는 0.57㎛ 내지 0.70㎛일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
제2-1 도전형 반도체층(143a)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 제2-1 도전형 반도체층(143a)에 제2 도펀트가 도핑될 수 있다.
제2-1 도전형 반도체층(143a)은 InxAlyGa1-x-yP (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1) 또는 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 제2 도전형 반도체층(143)이 p형 반도체층인 경우, p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
제2-1 도전형 반도체층(143a)은 제2 도펀트가 도핑된 제2-1 도전형 반도체층(143a)은 p형 반도체층일 수 있다.
제2-2 도전형 반도체층(143b)은 제2-1 도전형 반도체층(143a) 상에 배치될 수 있다. 제2-2 도전형 반도체층(143b)은 p형 GaP 계열층을 포함할 수 있다.
제2-2 도전형 반도체층(143b)은 GaP층/InxGa1-xP층(단, 0≤x≤1)의 초격자구조를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제2-2 도전형 반도체층(143b)에는 약 10X10-18 농도의 Mg이 도핑될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 제2-2 도전형 반도체층(143b)은 복수의 층으로 이루어져 일부 층에만 Mg이 도핑될 수도 있다.
제2-2 도전형 반도체층(143b)의 두께(d8)는 0.9㎛ 내지 1.1㎛일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 전극(151)은 제1 도전형 반도체층(141) 상에 배치될 수 있다. 제1 전극(151)은 제1 도전형 반도체층(141) 과 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 전극(151)은 제1 도전형 반도체층(141)에서 메사 식각이 이루어진 상면의 일부분에 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 전극(151)은 제2 도전형 반도체층(143)의 상면에 배치된 제2 전극(152)보다 하부에 배치될 수 있다.
절연층(160)의 제2-2 방향(Y2축 방향)으로 가장자리와 제2 전극(152) 사이의 제2-2 방향(Y2축 방향)으로 최단폭(W2)은 2.5㎛ 내지 3.5㎛일 수 있다. 마찬가지로 절연층(160)의 제2-1 방향(Y1축 방향)으로 가장자리와 제1 전극(151) 사이의 제2-1 방향(Y1축 방향)으로 최단폭(W6)은 2.5㎛ 내지 3.5㎛일 수 있다. 다만, 이러한 길이에 한정되는 것은 아니다.
제1 전극(151)은 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 있으나, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
제1 전극(151)은 스터퍼링, 코팅, 증착 등과 같이 통상적으로 사용되는 전극 형성 방법이 모두 적용될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 제2 전극(152)은 제2-2 도전형 반도체층(143b) 상에 배치될 수 있다. 제2 전극(152)은 제2-2 도전형 반도체층(143b)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 전극(152)은 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 있으나, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
제2 전극(152)은 스터퍼링, 코팅, 증착 등과 같이 통상적으로 사용되는 전극 형성 방법이 모두 적용될 수 있다.
또한, 제1 전극(151)은 제2 전극(152)보다 제2 방향(Y축 방향)으로 폭이 더 클 수 있다. 다만, 이러한 길이에 한정되는 것은 아니다.
절연층(160)은 희생층(120), 결합층(130) 및 반도체 구조물(140) 덮을 수 있다. 절연층(160)은 희생층(120)의 측면, 결합층(130)의 측면을 덮을 수 있다. 절연층(160)은 제1 전극(151)의 상면의 일부를 덮을 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 제1 전극(151)은 노출된 상면을 통해 전극 또는 패드와 전기적으로 연결되어 전류가 주입될 수 있다. 마찬가지로, 제2 전극(152)은 제1 전극(151)과 마찬가지로 노출된 상면을 포함할 수 있다. 절연층(160)은 결합층(130)과 희생층(120)을 덮어, 희생층(120)과 결합층(130)은 외부로 노출되지 않을 수 있다.
절연층(160)은 제1 전극(151)의 상면의 일부를 덮을 수 있다. 또한, 절연층(160)은 제2 전극(152)의 상면의 일부를 덮을 수 있다. 제1 전극(151)의 상면 일부는 노출될 수 있다. 제2 전극(152)의 상면 일부는 노출될 수 있다.
노출된 제1 전극(151)의 상면과 노출된 제2 전극(152)의 상면은 원형일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고 노출된 제1 전극(151)의 상면의 중심점과 제2 전극(152)의 상면의 중심점 사이의 제2 방향(Y축 방향) 거리(W4)는 20㎛ 내지 30㎛일 수 있다. 여기서, 중심점은 제2 방향(Y축 방향)으로 노출된 제1 전극과 노출된 제2 전극 각각의 폭을 양분하는 지점을 말한다.
노출된 제1 전극(151)의 중심점과 제2-1축 방향(Y1축 방향)으로 제1 전극(151)의 가장자리 사이의 제2-1축 방향(Y1축 방향)으로 최대폭(W5)은 5.5㎛ 내지 7.5㎛일 수 있다. 또한, 노출된 제2 전극(152)의 중심점과 제2-2축 방향(Y2축 방향)으로 제2 전극(152)의 가장자리 사이의 제2-2축 방향(Y2축 방향)으로 최대폭(W6)은 5.5㎛ 내지 7.5㎛일 수 있다. 다만, 이러한 길이에 한정되는 것은 아니다.
절연층(160)은 반도체 구조물(140)에서 제1 도전형 반도체층(141)과 제2 도전형 반도체층(143) 사이를 전기적으로 분리할 수 있다. 절연층(160)은 SiO2, SixOy, Si3N4, SixNy, SiOxNy, Al2O3, TiO2, AlN 등으로 이루어진 군에서 적어도 하나가 선택되어 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
도 2a 내지 도 2f는 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법에 대한 순서도이다.
도 2a를 참조하면, 도너 기판(S)에 이온을 주입할 수 있다. 도너 기판(S)은 이온층(I)을 포함할 수 있다. 이온층(I)에 의해 도너 기판(S)은 일측에 배치된 중간층(170)과 타측에 배치된 제1 층(171)을 포함할 수 있다. 이하에서 설명하지만, 중간층(170)은 도 1에서 반도체 소자의 결합층(130) 상에 배치되는 층일 수 있다. 이에, 도너 기판(S)은 중간층(170)과 제1 층(171)를 포함할 수 있다.
도너 기판(S)에 주입되는 이온은 수소(H) 이온을 포함할 수 있으나, 이러한 물질에 한정되는 것은 아니다. 이온층(I)은 도너 기판(S)의 일면으로부터 소정의 거리 이격 배치될 수 있다. 이온층(I)은 도너 기판(S)의 일측면으로부터 2㎛이하 일 수 있다. 예컨대, 이온층(I)은 도너 기판(S)의 일측면으로부터 2um 이격되어 형성될 수 있다. 즉, 중간층(170)의 두께는 2um일 수 있다. 바람직하게는, 중간층(170)의 두께가 0.4㎛ 내지 0.6㎛일 수 있다.
도 2b를 참조하면, 희생층(120)은 기판(110)과 결합층(130) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 분리층(180)은 기판(110)과 희생층(120) 사이에 배치될 수 있다.
기판(110)은 사파이어(Al2O3), 글라스(glass) 등을 포함하는 투명 기판일 수 있다. 이에 따라, 기판(110)은 하부에서 조사되는 레이저 광을 투과할 수 있다. 이로써, 레이저 리프트 오프 시 희생층(120)에서 레이저광을 흡수할 수 있다.
예컨대, 분리층(180)은 예컨대 사파이어 기판인 기판(110)의 재생을 개선할 수 있다. 또한, 분리층(180)은 하기 도 3a 내지 도 3e에서 설명하는 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off, LLO)에 의한 전사도 용이하게 이루어지게 한다. 분리층(180)은 결합층(130)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 분리층(180)은 SiO2를 포함할 수 있다.
이에, 기판(110), 분리층(180), 희생층(120) 및 결합층(130) 순으로 적층 배치될 수 있다. 그리고 결합층(130) 상에 중간층(170) 하부에 배치된 결합층(130)이 배치될 수 있도록, 도너 기판(S)의 일측면에 배치된 중간층(170)의 하부에 배치된 결합층(130)이 희생층(120) 상부에 배치된 결합층(130)과 인접하게 마주보도록 배치될 수 있다.
그리고 결합층(130)은 앞서 설명한 바와 같이 SiO2를 포함할 수 있으며, 희생층(120) 상에 배치된 결합층(130)은 중간층(170)의 하부에 배치된 결합층(130)과 O2 플라즈마 처리를 통해 결합될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 산소 이외의 다른 물질에 의해 절삭이 이루어질 수 있다. 예컨대, 희생층(120) 상에 배치된 결합층(130)과 중간층(170)의 하부에 배치된 결합층(130)은 서로 마주보는 표면에서 연마, 어닐링 등의 식각 프로세스가 이루어질 수 있다.
이로써, 기판(110) 상에 중간층(180)이 배치되고, 중간층(180) 상에 희생층(120)이 배치되고, 희생층(120) 상에 결합층(130)이 배치되고, 결합층(130) 상부에 이격되어 도너 기판(S)이 배치될 수 있다. 그리고 도너 기판(S)은 최하부에 배치된 결합층(130), 결합층(130) 상에 중간층(170)이 배치되고, 중간층(170) 상에 이온층(I) 및 제1 층(171)이 순서대로 배치될 수 있다.
도 2c를 참조하면, 도너 기판에서 분리된 중간층(170)은 결합층(130) 상에 배치될 수 있다. 도 2b의 이온층(I)은 유체 분사 절삭(Fluid jet cleaving)에 의해 제거되어, 제1 층(171)은 중간층(170)과 분리될 수 있다.
이 때, 도너 기판에서 분리된 제1 층은 기판으로 재사용될 수 있다. 예컨대, 분리된 제1 층은 도 2a 내지 도 2c에서 도너 기판으로 이용될 수 있다. 이에, 분리된 제1 층은 도너 기판으로서 다시 제1층, 이온층, 중간층으로 새롭게 이루어질 수 있다. 이로써, 제조 비용 및 원가 절감의 효과를 제공할 수 있다.
이에 따라, 중간층(170)은 결합층(130) 상에 배치될 수 있다.
그리고 반도체 구조물(140)은 중간층(170) 상에 배치될 수 있다. 중간층(170)은 반도체 구조물(140)과 접촉할 수 있다. 중간층(170)은 이온주입공정에 의해 생기는 void에 의해 상면의 거칠기가 안좋아서 Red Epi 증착 시 Defect가 생성될 수 있으므로, 상면에 연마가 이루어져 중간층(170)의 상면이 평탄할 수 있다. 예컨대, 중간층(170)의 상면에 화학적 기계적 평탄화(Chemical Mechanical Planarization)가 수행되고, 평탄화 이후에 중간층(170)의 상면에 반도체 구조물(140)이 배치될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 반도체 구조물(140)은 전기적 특성이 개선될 수 있다.
반도체 구조물(140)은 중간층(170) 상에 배치될 수 있다. 반도체 구조물(140)은 중간층(170) 상에 배치되는 제1 도전형 반도체층(141), 제1 도전형 반도체층 상에 배치되는 제1 클래드층(144), 제1 클래드층(144) 상에 배치되는 활성층(142), 활성층(142) 상에 배치되는 제2 도전형 반도체층(143)를 포함할 수 있다. 반도체 구조물(140)은 도 1에서 설명한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
도 2d를 참조하면, 반도체 구조물(140)의 상부에서 제1 도전형 반도체층(141)의 일부까지 1차 식각이 수행될 수 있다.
1차 식각은 습식식각 또는 건식식각에 의할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 방법이 적용될 수 있다. 1차 식각이 이루어지기 이전에 도 2e의 제2 전극(152)이 제2 도전형 반도체층(143) 상에 배치되고 도 2e와 같이 패턴화될 수 있다. 다만, 이러한 방식에 한정되는 것은 아니다.
도 2e를 참조하면, 반도체 구조물(140) 상부에 제2 전극(152)이 배치될 수 있다. 제2 전극(152)은 제2-2 도전형 반도체층(143b)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 전극(152) 하면의 면적은 제2 도전형 반도체층(143)의 상면보다 작을 수 있다. 예컨대, 제2 전극(152)은 가장자리가 제2 도전형 반도체층(143)의 가장자리로부터 1㎛ 내지 3㎛ 이격 배치될 수 있다.
제1 전극(151) 및 제2 전극(152)은 스터퍼링, 코팅, 증착 등과 같이 통상적으로 사용되는 전극 형성 방법이 모두 적용될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않는다.
또한, 앞서 설명한 바와 같이 1차 식각 이전에 제2 전극(152)이 형성되고, 1차 식각 이후에 제1 전극(151)이 식각되어 노출된 제1 도전형 반도체층(41) 상면에 배치될 수 있다.
제1 전극(151)과 제2 전극(152)은 기판(110)으로부터 서로 상이한 위치에 배치될 수 있다. 제1 전극(151)은 제1 도전형 반도체층(141) 상에 배치될 수 있다. 제2 전극(152)은 제2 도전형 반도체층(143) 상에 배치될 수 있다. 이에, 제2 전극(152)은 제1 전극(151)보다 상부에 배치될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않는다.
예를 들어, 제2 도전형 반도체층(143) 상에 제1 도전형 반도체층(141)이 배치되는 경우, 제1 전극(151)이 제2 전극(152)보다 상부에 배치될 수 있다.
제1 전극(151)은 제1 도전형 반도체층(141) 상에 배치되어 제1 도전형 반도체층(141)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이는 도 1에서 설명한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
도 2f를 참조하면, 기판(110)의 상면까지 2차 식각이 수행될 수 있다. 2차 식각은 습식식각 또는 건식식각에 의할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 반도체 소자에서 2차 식각은 1차 식각보다 큰 두께로 이루어질 수 있다.
2차 식각을 통해 기판 상에 배치된 반도체 소자는 복수 개의 칩(chip) 형태로 아이솔레이션(Isolation)될 수 있다. 예컨대, 도 2f에서 2차 식각을 통해 기판(110) 상에 2개의 반도체 소자가 배치될 수 있다. 반도체 소자의 개수는 기판의 크기와 반도체 소자의 크기에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
그리고 절연층(160)은 희생층(120), 결합층(130), 중간층(170) 및 반도체 구조물(140)을 덮도록 배치될 수 있다. 절연층(160)은 희생층(120), 결합층(130), 중간층(170) 및 반도체 구조물(140)의 측면을 덮을 수 있다. 절연층(160)은 제1 전극(151)의 상면 일부까지 덮을 수 있다. 그리고 제1 전극(151)의 상면 일부는 노출될 수 있다. 노출된 제1 전극(151)의 상면은 전극 패드 등과 전기적으로 연결되어 전류 주입 등이 이루어질 수 있다. 또한, 절연층(160)은 제2 전극(152)의 상면 일부까지 덮을 수 있다. 제2 전극(152)의 상면 일부는 노출될 수 있다. 제1 전극(151)과 마찬가지로, 노출된 제2 전극(152)의 상면은 전극 패드 등과 전기적으로 연결되어 전류 주입 등이 이루어질 수 있다. 그리고 절연층(160)은 일부가 기판의 상면에 배치될 수 있다. 인접한 반도체 칩 사이에 배치된 절연층(160)은 기판(110)과 접촉 배치될 수 있다.
도 3a 내지 3e는 실시예에 따른 반도체 소자를 디스플레이 장치로 전사하는 과정을 설명하는 순서도다.
도 3a 내지 도 3e를 참조하면, 일실시예에 따른 디스플레이 장치 제조 방법은 기판(110) 상에 배치된 복수 개의 반도체 소자를 포함하는 반도체 소자에 선택적으로 레이저를 조사하여 기판으로부터 반도체 소자를 분리하고, 분리된 반도체 소자를 패널 기판에 배치하는 것을 포함할 수 있다. 여기서, 전사 전의 반도체 소자는 앞서 도 2a 내지 도 2f와 같이 기판(110) 상에 배치된 분리층, 분리층 상에 배치된 희생층, 희생층 상에 배치된 결합층, 결합층 상에 배치된 반도체 구조물, 제1 전극, 제2 전극 및 절연층을 포함할 수 있다. 그리고 반도체 구조물은 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함할 수 있다.
먼저, 도 3a를 참조하면, 기판(110)은 앞서 도 2a 내지 도 2f에서 설명한 기판(110)과 동일할 수 있다. 또한, 앞서 설명한 바와 같이 복수 개의 반도체 소자가 기판(110) 상에 배치될 수 있다. 예컨대, 복수 개의 반도체 소자는 제1 반도체 소자(10-1), 제2 반도체 소자(10-2), 제3 반도체 소자(10-3) 및 제4 반도체 소자(10-4)를 포함할 수 있다. 다만, 이러한 개수에 한정되는 것은 아니며 반도체 소자는 다양한 개수를 가질 수 있다.
도 3b를 참조하면, 복수 개의 반도체 소자(10-1, 10-2, 10-3, 10-4) 중 선택된 적어도 하나 이상의 반도체 소자를 반송 기구(210)를 이용하여 성장 기판으로 분리할 수 있다. 반송 기구(210)는 하부에 배치된 제1 접합층(211)과 반송틀(212)을 포함할 수 있다. 예시적으로, 반송틀(212)은 요철구조로, 반도체 소자와 제1 접합층(211)을 용이하게 접합시킬 수 있다.
도 3c를 참조하면, 레이저 조사 이후에 반송 기구(210)를 상부로 이동하면, 제1 반도체 소자(10-1)와 제3 반도체 소자(10-3)는 반송 기구(210)로부터 분리될 수 있다. 그리고 제2 접합층(310)과 제1 반도체 소자(10-1) 및 제3 반도체 소자(10-3) 사이의 결합이 이루어질 수 있다.
구체적으로, 선택된 반도체 소자 하부에 레이저를 조사하여 선택된 반도체 소자를 기판(110)으로부터 분리할 수 있다. 이 때, 반송 기구(210)는 상부로 이동하며, 반송 기구(210)의 이동을 따라 반도체 소자도 이동할 수 있다. 예컨대, 기판(110)에서 제1 반도체 소자(10-1) 및 제3 반도체 소자(10-3)이 배치된 영역 하부에 레이저를 조사하여 기판(110)과 제1 반도체 소자(10-1) 및 제3 반도체 소자(10-3) 사이를 분리할 수 있다. 뿐만 아니라, 한번에 하나의 반도체 소자를 분리하도록 반송 기구(210)가 접합층(211)이 하나의 반도체 소자와 접합하도록 형성될 수 있다.
예컨대, 기판(110)으로부터 반도체 소자를 분리하는 방법은 특정 파장 대역의 포톤 빔을 이용한 레이저 리프트 오프(laser lift-off:　LLO)이 적용될 수 있다. 예컨대, 조사된 레이저의 중심 파장은 266nm, 532nm, 1064nm일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고 반도체 소자와 기판(110) 사이에 배치된 분리층(180) 및 접합층(130)은 레이저 리프트 오프(laser lift-off:　LLO)에 의해 반도체 소자 사이에 물리적 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 레이저 리프트 오프(laser lift-off:　LLO)에 의해 반도체 소자에서 희생층이 분리될 수 있다. 예컨대, 희생층은 분리로 인해 일부 제거되고 나머지 희생층이 결합층과 함께 분리될 수 있다. 이에 따라, 반도체 소자에서 희생층과 희생층 상부에 배치된 층인 결합층, 반도체 구조물, 제1 전극 및 제2 전극이 기판(110)으로 분리될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 분리층(180)은 기판(110) 상에 남겨질 수 있다. 뿐만 아니라, 희생층의 일부가 분리층 상면에 남겨질 수 있으나, 이하에서 도시하지 않는다.
또한, 기판(110)으로 분리되는 복수의 반도체 소자는 서로 소정의 이격 간격을 가질 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 제1 반도체 소자(10-1)과 제3 반도체 소자(10-3)가 성장 기판으로부터 분리되고, 제1 반도체 소자(10-1)과 제3 반도체 소자(10-3)의 이격 거리와 동일한 이격 거리를 갖는 제2 반도체 소자(10-2)와 제4 반도체 소자(10-4)가 동일한 방식으로 분리될 수 있다. 이로써, 동일한 이격 거리를 갖는 반도체 소자가 디스플레이 패널로 전사될 수 있다.
도 3d를 참조하면, 선택된 반도체 소자를 패널 기판 상에 배치할 수 있다. 예컨대, 제1 반도체 소자(10-1), 제3 반도체 소자(10-3)을 패널 기판(300) 상에 배치할 수 있다. 구체적으로, 패널 기판(300) 상에 제2 접합층(310)이 배치될 수 있으며, 제1 반도체 소자(10-1)과 제3 반도체 소자(10-3)는 제2 접합층(310) 상에 배치될 수 있다. 이에, 제1 반도체 소자(10-1)과 제3 반도체 소자(10-3)는 제2 접합층과 접할할 수 있다. 이러한 방식을 통해, 이격된 간격을 갖는 반도체 소자를 패널 기판에 배치하여 전사 공정의 효율을 개선할 수 있다.
그리고 제1 접합층(211)과 선택된 반도체 소자를 분리하기 위해 레이저가 조사될 수 있다. 예컨대, 반송 기구(210) 상부로 레이저가 조사되어, 제1 접합층(211)과 선택된 반도체 소자가 물리적으로 분리될 수 있다.
도 3e를 참조하면, 레이저 조사 이후에 반송 기구(210)를 상부로 이동하면, 제1 반도체 소자(10-1)와 제3 반도체 소자(10-3)는 반송 기구(210)로부터 분리될 수 있다. 그리고 제2 접합층(310)과 제1 반도체 소자(10-1) 및 제3 반도체 소자(10-3) 사이의 결합이 이루어질 수 있다.
도 4는 실시예에 따른 반도체 소자의 희생층의 두께에 따른 파장별 투과율을 도시한 그래프이다. 구체적으로, 실시예에 따른 반도체 소자에서 희생층이 없는 경우(A), 희생층의 두께가 10㎚인 경우(B), 희생층의 두께가 20㎚인 경우(C), 희생층의 두께가 30㎚인 경우(D), 희생층의 두께가 40㎚인 경우(E) 각각의 투과율을 측정하였다.
희생층이 없는 경우(A)에, 반도체 소자는 대부분의 파장 대역에서 80% 이상의 투과율을 제공할 수 있다. 이에 따라, 기판을 통해 주입되는 레이저는 투과하여 레이저 리프트 오프(laser lift-off:　LLO)가 일어나기 어려운 한계가 존재한다.
그리고 실시예에 따른 반도체 소자에서 희생층의 두께가 커짐에 따라 저 파장 대역에서 광의 투과도가 낮아짐을 알 수 있다.
희생층의 두께가 10㎚인 경우(B)에, 반도체 소자는 310㎚ 이하의 파장 대역에서 레이저를 60% 이하로 투과할 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 반도체 소자는 희생층에서 기판을 통해 주입되는 레이저를 40% 이상 흡수하므로 기판으로부터 희생층 상부에 배치된 반도체 소자를 분리하기 어려울 수 있다.
또한, 희생층의 두께가 20㎚인 경우(C)에, 반도체 소자는 310㎚ 이하의 파장 대역에서 레이저를 50%이하로 투과할 수 있다. 희생층의 두께가 10㎚인 경우(B) 보다 310㎚ 이하의 파장 대역에서 레이저를 더 투과할 수 있다.
이는 희생층의 두께가 30㎚인 경우(D) 및 희생층의 두께가 40㎚인 경우(E)에 동일하게 적용될 수 있다. 희생층의 두께가 30㎚인 경우(D) 및 희생층의 두께가 40㎚인 경우(E)에 반도체 소자는 310㎚ 이하의 파장 대역에서 레이저를 약 40%이하로 투과할 수 있다. 즉, 희생층은 60% 이상으로 광을 흡수할 수 있다. 이에, 기판으로부터 희생층 상부에 배치된 반도체 소자를 용이하게 분리할 수 있다.
이에 따라, 실시예에 따른 반도체 소자는 중심 파장이 작은 266㎚의 레이저 광을 조사함에 의해 제조될 수 있다. 이에, 실시예에 따른 반도체 소자의 희생층은 두께가 20㎚이상일 수 있다. 이러한 구성에 의하여 310㎚ 이하의 파장 대역을 갖는 50% 이상의 레이저를 용이하게 흡수할 수 있다. 바람직하게는, 실시예에 따른 반도체 소자의 희생층은 두께가 40㎚이상일 수 있다.
그리고 희생층의 두께는 결합층의 두께와 두께 비가 1:1.5 내지 1:50일 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 40% 이하의 투과율을 통해 310㎚ 이하의 파장 대역을 갖는 레이저를 대부분 흡수하여 기판으로부터의 물리적 분리가 용이하게 수행될 수 있다. 다만, 희생층의 두께는 결합층의 두께와 두께 비가 1:1.5보다 작은 경우에 레이저 리프트 오프(LLO)에 의해 성장 기판으로부터의 분리가 어려울 수 있으며, 희생층의 두께는 결합층의 두께와 두께 비가 1:50보다 큰 경우 중간층과 성장 기판 사이의 열팽창계수 차이로 스트레스가 심하며, 분리층 상부에 에피택셜 성장도 어려운 한계가 존재한다.
또한, 분리층, 희생층 및 결합층은 전체 두께가 3um이하일 수 있다.
도 5는 실시예에 따른 반도체 소자의 결합층의 파장별 투과율을 도시한 그래프이다.
도 5를 참조하면, 실시예에 따른 반도체 소자의 결합층은 대부분의 파장 영역 대에서 높은 투과율(%)을 제공할 수 있다. 예컨대, 실시예에 따른 반도체 소자는 0㎚ 에서 800㎚ 사이의 파장 대역에서 광의 90% 이상을 투과할 수 있다.
이에, 기판을 통해 주입된 레이저는 분리층을 통과하여 희생층에서 흡수될 수 있다. 이로써, 희생층은 레이저에 의해 일부가 분리될 수 있다. 그리고 희생층은 분리층과 인접한 부분에서 레이저를 흡수하여 분리될 수 있다. 이에, 도 1에 설명한 바와 같이 희생층, 결합층 및 반도체 구조물이 하나의 반도체 소자로서 기판으로부터 분리될 수 있다.
도 6은 실시예에 따른 반도체 소자의 희생층 및 결합층의 사진이다.
도 6을 참조하면, 반도체 소자는 뒤집어진 형태일 수 있다. 희생층(120)은 결합층(130)과 결합되고, 결합층(130)은 중간층과 희생층(120) 사이에 배치될 수 있다. 결합층(130) 및 흐생층(120) 상에는 앞서 설명한 바와 같이 중간층 및 반도체 구조물이 배치될 수 있다. 또한, 희생층(120)의 두께는 33㎚일 수 있다. 그리고 결합층(130)의 두께는 189㎚일 수 있다. 이 때, 희생층(120)은 레이저에 의한 레이저 리프트 오프(laser lift off, LLO)로 인해 20㎚ 정도의 두께만큼 제거될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 전사 전 희생층은 20㎚ 이상의 두께를 가질 수 있다. 이에, 최종적으로 반도체 소자는 레이저 리프트 오프(laser lift off, LLO)로 인해 희생층과 결합층이 중간층 하부에 배치된 구조일 수 있다.
도 7은 도 1의 변형예이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 변형예에 따른 반도체 소자(100B)는 희생층(120), 희생층(120) 상에 배치되는 결합층(130), 결합층(130) 상에 배치되는 중간층(170), 중간층(170) 상에 배치되는 반도체 구조물(140)을 포함할 수 있다.
그리고 반도체 구조물(140)은 제1 도전형 반도체층(141), 제2 도전형 반도체층(143) 및 제1 도전형 반도체층(141)과 제2-2 도전형 반도체층(143b) 사이에 배치되는 활성층(142)을 포함할 수 있다. 그리고 제2 도전형 반도체층(143)은 활성층과 인접하게 배치되는 제2-1 도전형 반도체층(143a)와 중간층과 인접하게 배치되는 제2-2 도전형 반도체층(143b)를 포함할 수 있다. 또한, 제1 도전형 반도체층(141)과 연결되는 제1 전극(151), 제2-2 도전형 반도체층(143b)과 연결되는 제2 전극(152) 및 결합층(130)과 반도체 구조물(140)을 덮는 절연층(160)을 포함할 수 있다.
희생층(120), 결합층(130), 중간층(170)은 도 1에서 설명한 바와 동일하게 적용될 수 있다.
그리고 제2-2 도전형 반도체층(143b)은 중간층(170) 상에 배치될 수 있다. 제2-2 도전형 반도체층(143b)의 두께는 3.15㎛ 내지 3.85㎛일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
제2-2 도전형 반도체층(143b)은 제2-1 도전형 반도체층(143a) 상에 배치될 수 있다. 제2-2 도전형 반도체층(143b)은 p형 GaP 계열층을 포함할 수 있다.
제2-2 도전형 반도체층(143b)은 GaP층/InxGa1-xP층(단, 0≤x≤1)의 초격자구조를 포함할 수 있다.
제2-2 도전형 반도체층(143b) 상에 제2 전극(152)이 배치될 수 있다. 제2-2 도전형 반도체층(143b)은 제2 전극(152)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 전극(152)은 제2-2 도전형 반도체층(143b) 상면의 일측에 배치될 수 있다. 제2 전극(152)은 제1 전극(151)보다 하부에 위치할 수 있다.
제2-1 도전형 반도체층(143a)은 제2-2 도전형 반도체층(143b) 상에 배치될 수 있다. 제2-1 도전형 반도체층(143a)은 제2-2 도전형 반도체층(143b)과 활성층(142) 사이에 배치될 수 있다.
제2-1 도전형 반도체층(143a)의 두께는 0.57㎛ 내지 0.69㎛일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 제2-1 도전형 반도체층(143a)은 InxAlyGa1-x-yP (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1) 또는 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(143)이 p형 반도체층인 경우, p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
제2-1 도전형 반도체층(143a)은 제2 도펀트가 도핑된 제2-1 도전형 반도체층(143a)은 p형 반도체층일 수 있다. 제2-1 도전형 반도체층(143a)은 TSBR, AlInP를 포함할 수 있다.
활성층(142)은 제2-1 도전형 반도체층(143a) 상에 배치될 수 있다. 활성층(142)은 제1 도전형 반도체층(141)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 제2-1 도전형 반도체층(143a)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 만나는 층이다. 활성층(142)은 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 자외선 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다.
활성층(142)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(Multi Quant㎛ Well; MQW) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있으며, 활성층(142)의 구조는 이에 한정하지 않는다.
활성층(142)은 GaInP/AlGaInP, GaP/AlGaP, InGaP/AlGaP, InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs/AlGaAs,InGaAs/AlGaAs 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
활성층(142)의 두께(d9)는 0.54㎛ 내지 0.66일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 클래드층(144)은 활성층(142) 상에 배치될 수 있다. 제1 클래드는 활성층(142)과 제1 도전형 반도체층(141) 사이에 배치될 수 있다.
제1 클래드층(144)은 AlInP를 포함할 수 있다. 제1 클래드층(144)의 두께는 0.45㎛ 내지 0.55㎛일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 도전형 반도체층(141)은 제1 클래드층(144) 상에 배치될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(141)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1도펀트가 도핑될 수 있다. 제1 도전형 제1 반도체층(112)은 InxAlyGa1-x-yP (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1) 또는 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다.
그리고, 제1도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te와 같은 n형 도펀트일 수 있다. 제1 도펀트가 n형 도펀트인 경우, 제1 도펀트가 도핑된 제1 도전형 반도체층(141)은 n형 반도체층일 수 있다.
제1 도전형 반도체층(141)은 AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(141)은 화학증착방법(CVD) 혹은 분자선 에피택시 (MBE) 혹은 스퍼터링 혹은 수산화물 증기상 에피택시(HVPE) 등의 방법을 사용하여 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 도전형 반도체층(141)의 두께(d11)는 0.45㎛ 내지 5.5㎛일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 전극(151)은 제1 도전형 반도체층(141) 상에 배치될 수 있다. 제1 전극(151)은 제1 도전형 반도체층(141)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 전극(151)은 제2 전극(152) 상부에 위치할 수 있다.
절연층(160)은 희생층(120), 결합층(130) 및 반도체 구조물(140)을 덮을 수 있다. 절연층(160)은 희생층(120), 결합층(130) 및 반도체 구조물(140)의 측면을 덮을 수 있다.
절연층(160)은 제1 전극(151)의 상면의 일부를 덮을 수 있다. 제1 전극(151)의 상면 일부는 노출될 수 있다.
절연층(160)은 제2 전극(152)의 상면의 일부를 덮을 수 있다. 제2 전극(152)의 상면 일부는 노출될 수 있다.
도 8은 실시예에 따른 반도체 소자가 전사된 디스플레이 장치의 개념도이다.
도 8을 참조하면, 실시예로 반도체 소자를 포함하는 디스플레이 장치는 제2 패널 기판(410), 구동 박막 트랜지스터(T2), 평탄화층(430), 공통전극(CE), 화소전극(AE) 및 반도체 소자를 포함할 수 있다.
구동 박막 트랜지스터(T2)는 게이트 전극(GE), 반도체층(SCL), 오믹 컨택층(OCL), 소스 전극(SE), 및 드레인 전극(DE)을 포함한다.
구동 박막 트랜지스터는 구동 소자로, 반도체 소자와 전기적으로 연결되어 반도체 소자를 구동할 수 있다.
게이트 전극(GE)은 게이트 라인과 함께 형성될 수 있다. 이러한, 게이트 전극(GE)은 게이트 절연층(440)로 덮일 수 있다.
게이트 절연층(440)은 무기 물질로 이루어진 단일층 또는 복수의 층으로 구성될 수 있으며, 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx) 등으로 이루어질 수 있다.
반도체층(SCL)은 게이트 전극(GE)과 중첩(overlap)되도록 게이트 절연층(440) 상에 미리 설정된 패턴(또는 섬) 형태로 배치될 수 있다. 반도체층(SCL)은 비정질 실리콘(amorphous silicon), 다결정 실리콘(polycrystalline silicon), 산화물(oxide) 및 유기물(organic material) 중 어느 하나로 이루어진 반도체 물질로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
오믹 컨택층(OCL)은 반도체층(SCL) 상에 미리 설정된 패턴(또는 섬) 형태로 배치될 수 있다. 오믹 컨택층(PCL)은 반도체층(SCL)과 소스/드레인 전극(SE, DE) 간의 오믹 컨택을 위한 것일 수 있다.
소스 전극(SE)은 반도체층(SCL)의 일측과 중첩되도록 오믹 컨택층(OCL)의 타측 상에 형성된다.
드레인 전극(DE)은 반도체층(SCL)의 타측과 중첩되면서 소스 전극(SE)과 이격되도록 오믹 컨택층(OCL)의 타측 상에 형성될 수 있다. 드레인 전극(DE)은 소스 전극(SE)과 함께 형성될 수 있다.
평탄화막은 제2 패널 기판(410) 상의 전면(全面)에 배치될 수 있다. 평탄화막의 내부에 구동 박막 트랜지스터(T2)가 배치될 수 있다. 일 예에 따른 평탄화막은 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene) 또는 포토 아크릴(photo acryl)과 같은 유기 물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
그루브(450)는 소정의 발광 영역으로, 반도체 소자가 배치될 수 있다. 여기서, 발광 영역은 디스플레이 장치에서 회로 영역을 제외한 나머지 영역으로 정의될 수 있다.
그루브(450)는 평탄화층(430)에서 오목하게 형성될 수 있다, 다만, 이에 한정되지 않는다.
반도체 소자는 그루브(450)에 배치될 수 있다. 반도체 소자의 제 1 및 제 2 전극은 디스플레이 장치의 회로(미도시됨)와 연결될 수 있다.
반도체 소자는 접착층(420)을 통해 그루브(450)에 접착될 수 있다. 여기서, 접착층(420)은 상기 제2 접합층일 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
반도체 소자의 제 2 전극(152)은 화소전극(AE)을 통해 구동 박막 트랜지스터(T2)의 소스 전극(SE)에 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고 반도체 소자의 제1 전극(151)은 공통전극(CE)을 통해 공통 전원 라인(CL)에 연결될 수 있다.
제 1 및 제 2 전극(151, 152)은 서로 단차질 수 있으며, 제 1 및 제 2 전극(151, 152) 중 상대적으로 낮은 위치에 있는 전극(151)은 평탄화층(430)의 상면과 동일한 수평 선상에 위치할 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않는다.
화소전극(AE)은 구동 박막 트랜지스터(T2)의 소스 전극(SE)과 반도체 소자의 제2 전극을 전기적으로 연결할 수 있다.
공통전극(CE)은 공통 전원 라인(CL)과 반도체 소자의 제1 전극을 전기적으로 연결할 수 있다.
화소전극(AE)과 공통전극(CE)은 각각 투명 도전성 물질을 포함할 수 있다. 투명 도전성 물질은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치는 SD(Standard Definition)급 해상도(760×480), HD(High definition)급 해상도(1180×720), FHD(Full HD)급 해상도(1920×1080), UH(Ultra HD)급 해상도(3480×2160), 또는 UHD급 이상의 해상도(예: 4K(K=1000), 8K 등)으로 구현될 수 있다. 이때, 실시 예에 따른 반도체 소자는 해상도에 맞게 복수로 배열되고 연결될 수 있다.
또한, 디스플레이 장치는 대각선 크기가 100인치 이상의 전광판이나 TV일 수 있으며, 픽셀을 발광다이오드(LED)로 구현할 수도 있다. 따라서, 전력 소비가 낮아지며 낮은 유지 비용으로 긴 수명으로 제공될 수 있고, 고휘도의 자발광 디스플레이로 제공될 수 있다.
실시 예는 반도체 소자를 이용하여 영상 및 이미지를 구현하므로 색순도(color purity) 및 색재현성(color reproduction)이 우수한 장점을 갖는다.
실시 예는 직진성이 우수한 발광소자 패키지를 이용하여 영상 및 이미지를 구현하므로 선명한 100인치 이상의 대형 표시장치를 구현할 수 있다.
실시 예는 저비용으로 고해상도의 100인치 이상의 대형 표시장치를 구현할 수 있다.
실시 예에 따른 반도체 소자는 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등의 광학 부재를 더 포함하여 이루어져 백라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또한, 실시 예의 반도체 소자는 디스플레이 장치, 조명 장치, 지시 장치에 더 적용될 수 있다.
이 때, 디스플레이 장치는 바텀 커버, 반사판, 발광 모듈, 도광판, 광학 시트, 디스플레이 패널, 화상 신호 출력 회로 및 컬러 필터를 포함할 수 있다. 바텀 커버, 반사판, 발광 모듈, 도광판 및 광학 시트는 백라이트 유닛(Backlight Unit)을 이룰 수 있다.
반사판은 바텀 커버 상에 배치되고, 발광 모듈은 광을 방출한다. 도광판은 반사판의 전방에 배치되어 발광 모듈에서 발산되는 빛을 전방으로 안내하고, 광학 시트는 프리즘 시트 등을 포함하여 이루어져 도광판의 전방에 배치된다. 디스플레이 패널은 광학 시트 전방에 배치되고, 화상 신호 출력 회로는 디스플레이 패널에 화상 신호를 공급하며, 컬러 필터는 디스플레이 패널의 전방에 배치된다.
그리고, 조명 장치는 기판과 실시 예의 반도체 소자를 포함하는 광원 모듈, 광원 모듈의 열을 발산시키는 방열부 및 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 광원 모듈로 제공하는 전원 제공부를 포함할 수 있다. 더욱이 조명 장치는, 램프, 해드 램프, 또는 가로등 등을 포함할 수 있다.
또한, 이동 단말의 카메라 플래시는 실시 예의 반도체 소자를 포함하는 광원 모듈을 포함할 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 희생층;
    상기 희생층 상에 배치되는 결합층;
    제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하고 상기 결합층 상에 배치되는 적어도 하나의 반도체 구조물;
    상기 제1 도전형 반도체층과 연결되는 제1 전극; 및
    상기 제2 도전형 반도체층과 연결되는 제2 전극;을 포함하고,
    상기 희생층의 두께는 상기 결합층의 두께와 두께 비가 1:1.5 내지 1:50인 반도체 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 희생층, 상기 결합층 및 상기 반도체 구조물 상에 배치되는 절연층을 더 포함하는 반도체 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 제1 전극의 일부 및 상기 제2 전극의 일부를 덮는 반도체 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    제2 도전형 반도체층은,
    상기 활성층 상에 배치되는 제2-1 도전형 반도체층; 및
    상기 제2-1 도전형 반도체층 상에 배치되는 제2-2 도전형 반도체층;을 포함하는 반도체 소자..
  5. 제1항에 있어서,
    상기 활성층 및 상기 제1 도전형 반도체층 사이에 제1 클래드층을 더 포함하는 반도체 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    결합층은 표면 거칠기가 1㎚이하인 반도체 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 희생층 하부에 배치된 투명 기판을 더 포함하는 반도체 소자.
  8. 반도체 소자; 및
    상기 반도체 소자를 수용하는 케이스를 포함하고,
    상기 반도체 소자는,
    희생층;
    상기 희생층 상에 배치되는 결합층;
    제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하고 상기 결합층 상에 배치되는 적어도 하나의 반도체 구조물;
    상기 제1 도전형 반도체층과 연결되는 제1 전극; 및
    상기 제2 도전형 반도체층과 연결되는 제2 전극;을 포함하고,
    상기 희생층의 두께는 상기 결합층의 두께와 두께 비가 1:1.5 내지 1:50인 전자 디바이스.
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