KR102372893B1 - 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 발광 소자용 화학 기상 증착 장치는 챔버; 상기 챔버 내에 기판이 탑재되어 회전할 수 있는 메인 디스크; 상기 챔버 내로 프로세스 가스를 공급할 수 있는 가스 공급부; 상기 메인 디스크의 주연 부분에 연결되어 회전할 수 있고 상기 프로세스 가스의 흐름을 원활하게 할 수 있는 스커트부; 및 상기 스커트부와 떨어져 있고 상기 메인 디스크보다 수직적으로 낮게 위치하는 가스 배기 채널을 구비하는 가스 콜렉터부를 포함한다.

Description

발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치{Chemical vapor deposition apparatus for fabricating light emitting diode(LED)}
본 발명의 기술적 사상은 발광 소자(light emitting diode(LED)) 제조용 화학 기상 증착 장치 및 이를 이용한 발광 소자 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가스 콜렉터부를 구비하는 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치 및 이를 이용한 발광 소자 제조 방법에 관한 것이다.
발광 소자(light emitting diode(LED) device, LED 칩(chip))는 기판 상에 다양한 종류의 반도체층을 증착하여 제조될 수 있다. 화학 기상 증착 장치(chemical vapor deposition(CVD) apparatus)의 챔버 내에 기판을 탑재한 후, 프로세스 가스를 챔버 내로 유입함으로써 반도체층은 증착될 수 있다. 반도체층의 증착시에 챔버 내에는 프로세스 가스중 사용되지 않은 기생 물질(parasitic material)이 챔버 밖으로 배출되지 않고 증착될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 챔버 내로 유입되는 프로세스 가스의 흐름을 원활하게 하여 기생 물질의 증착을 억제할 수 있는 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 챔버 내에 증착된 기생 물질을 용이하게 제거할 수 있는 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 다른 과제는 상술한 화학 기상 증착 장치를 이용한 발광 소자 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치는 챔버; 상기 챔버 내에 기판이 탑재되어 회전할 수 있는 메인 디스크; 상기 챔버 내로 프로세스 가스를 공급할 수 있는 가스 공급부; 상기 메인 디스크의 주연 부분에 연결되어 회전할 수 있고 상기 프로세스 가스의 흐름을 원활하게 할 수 있는 스커트부; 및 상기 스커트부와 떨어져 있고 상기 메인 디스크보다 수직적으로 낮게 위치하는 가스 배기 채널을 구비하는 가스 콜렉터부를 포함한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 스커트부는 상기 메인 디스크와 일체형으로 구성될 수 있다. 상기 스커트부는 상기 메인 디스크 상에 위치하는 상기 기판의 표면과 평행한 평탄면과, 상기 평탄면과 연결되어 상기 가스 배기 채널 방향으로 굴곡된 굴곡면을 가질 수 있다. 상기 스커트부를 구성하는 평탄면은 상기 가스 공급부로부터 상기 가스 콜렉터부로 흐르는 프로세스 가스의 흐름과 평행한 면일 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 스커트부는 상기 메인 디스크와 상기 가스 콜렉터부 사이에 설치되어 상기 가스 공급부로부터 상기 가스 콜렉터부로 흐르는 프로세스 가스의 와류를 방지할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 스커트부는 상기 메인 디스크의 주연 부분에 연결되어 회전할 수 있고, 상기 스커트부가 회전할 때 상기 가스 콜렉터부의 가스 배기 채널에 인접하여 증착되는 기생 증착 물질을 제거할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 가스 콜렉터부의 가스 배기 채널은 상기 스커트부의 주연 부분에 인접하여 설치되어 있을 수 있다. 상기 가스 콜렉터부의 가스 배기 채널은 상기 챔버의 측벽과 상기 스커트부 사이의 갭(gap) 하부에 위치할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 메인 디스크는 환형으로 구성되고, 상기 스커트부는 상기 환형의 메인 디스크의 주연 부분에 상기 메인 디스크와 동일하게 환형으로 설치되어 있을 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 가스 배기 채널은 상기 환형의 스커트부의 주연 부분에 상기 스커트부와 동일하게 환형으로 설치되어 있을 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 메인 디스크에는 회전할 수 있는 복수개의 위성 디스크들이 설치되어 있고, 상기 복수개의 위성 디스크들에는 각각 상기 기판이 탑재되어 있을 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치는 챔버; 상기 챔버 내에 기판이 탑재되어 회전할 수 있는 메인 디스크; 상기 챔버 내로 프로세스 가스를 공급할 수 있는 가스 공급부; 상기 메인 디스크의 주연 부분에 연결되어 회전할 수 있고 상기 프로세스 가스의 흐름을 원활하게 할 수 있는 스커트부; 상기 스커트부의 주연 부분의 하부에 위치하는 하부 콜렉터, 상기 스커트부와 떨어져 위치하고 상기 챔버의 측벽에 해당하는 상부 콜렉터, 및 상기 스커트부와 상기 상부 콜렉터 사이의 상기 하부 콜렉터 상부에 위치한 가스 배기 채널을 구비하는 가스 콜렉터부; 상기 가스 배기 채널과 인접한 상기 스커트부, 하부 콜렉터부 또는 상부 콜렉터 상에 설치되어 상기 메인 디스크 및 스커트부의 회전시 상기 스커트부나 상부 콜렉터에 증착된 기생 증착 물질을 제거하는 돌출 부재를 포함한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 스커트부는 상기 가스 콜렉터부를 구성하는 가스 배기 채널 방향으로 굴곡된 굴곡면을 가지며, 상기 챔버의 측벽에 해당하는 상기 상부 콜렉터의 내벽은 상기 스커트부 상에서 상기 굴곡면에 대응하여 굴곡진 굴곡벽일 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 메인 디스크는 환형으로 구성되고, 상기 스커트부 및 가스 배기 채널은 상기 환형의 메인 디스크의 주연 부분에 상기 메인 디스크와 동일하게 환형으로 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 스커트부는 상기 메인 디스크와 상기 하부 콜렉터 사이에 설치되어 있고, 상기 스커트부가 회전할 때 상기 하부 콜렉터의 상부에 위치한 가스 배기 채널에 증착된 기생 증착 물질을 제거할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치는 챔버; 상기 챔버 내에 위치하고 각각 기판이 탑재될 수 있고 회전할 수 있는 복수개의 위성 디스크들; 상기 위성 디스크들의 하부에서 지지하고 회전할 수 있는 메인 디스크; 상기 챔버 내로 프로세스 가스를 공급할 수 있는 가스 공급부; 상기 메인 디스크와 떨어져서 상기 메인 디스크보다 수직적으로 낮게 위치하는 하부 콜렉터, 상기 챔버의 측벽에 해당하는 상부 콜렉터, 및 상기 하부 콜렉터 상부에 위치한 가스 배기 채널을 구비하는 가스 콜렉터부를 포함한다.
그리고, 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치는 상기 메인 디스크의 주연 부분에 연결되어 회전할 수 있고 상기 가스 배기 채널 방향으로 굴곡된 굴곡면을 가져 상기 프로세스 가스의 흐름을 원활하게 할 수 있고, 상기 메인 디스크의 회전시 상기 메인 디스크와 상기 가스 콜렉터부 사이의 기생 증착 물질을 제거할 수 있는 스커트부; 및 상기 스커트부, 하부 콜렉터부 또는 상부 콜렉터 상에 설치되어 상기 메인 디스크 및 스커트부의 회전시 상기 가스 배기 채널과 인접한 상기 스커트부나 상기 상부 콜렉터에 증착된 기생 증착 물질을 제거하는 돌출 부재를 포함한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 메인 디스크, 스커트부 및 가스 배기 채널은 환형일 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 가스 공급부는 상기 챔버의 측면에 설치된 수평형 가스 공급부 또는 상기 챔버의 상부에 설치된 수직형 가스 공급부일 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 상부 콜렉터, 하부 콜렉터 및 가스 배기 채널은 고정 부재이고, 상기 위성 디스크, 메인 디스크 및 스커트부는 상기 고정 부재에 대하여 회전할 있는 회전 부재일 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 챔버의 외부에는 상기 챔버의 전체 또는 일부를 감싸는 하우징이 더 설치되어 있을 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자 제조 방법은 기판에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 적층체를 형성하는 단계, 및 상기 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층에 각각 연결되는 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 발광 적층체를 형성하는 단계는, 챔버 내에 위치하고 회전할 수 있는 메인 디스크 상에 기판을 탑재시키는 단계; 가스 공급부로부터 상기 챔버에 로딩된 기판 상으로 프로세스 가스를 유입시키고 가스 콜렉터부의 가스 배기 채널로 배출시키되, 상기 프로세스 가스는 상기 메인 디스크의 주연 부분에 설치된 스커트부를 통하여 원활하게 흐르며 상기 메인 디스크와 떨어져서 상기 메인 디스크보다 수직적으로 낮게 설치된 상기 가스 콜렉터부의 가스 배기 채널로 배출시키는 단계; 및 상기 챔버에서 상기 프로세스 가스를 반응시켜 상기 기판 상에 발광 적층체를 성장시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 프로세스 가스의 유입 및 배출 단계에서 상기 챔버에는 유기 금속 가스, 캐리어 가스 및 수소화물 가스를 유입시키는 것을 포함한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 프로세스 가스의 유입 및 배출 단계에서, 스커트부는 상기 가스 배기 채널 방향으로 굴곡된 굴곡면을 가져 상기 가스 공급부로부터 상기 가스 콜렉터부로 흐르는 상기 프로세스 가스의 와류를 방지할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 프로세스 가스의 유입 및 배출하는 단계에서, 상기 챔버의 측벽은 상기 스커트부 상에서 굴곡벽을 가져 상기 가스 공급부로부터 상기 가스 콜렉터로 흐르는 상기 프로세스 가스의 와류를 방지할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 프로세스 가스의 유입 및 배출하는 단계에서, 상기 스커트부는 회전하여 상기 메인 디스크와 상기 가스 콜렉터부 사이의 기생 증착 물질을 제거할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 프로세스 가스의 유입 및 배출 단계에서, 상기 가스 콜렉터부의 상기 가스 배기 채널은 상기 챔버의 측벽과 상기 스커트부 사이에 위치하는 캡 하부에 위치하여 상기 프로세스 가스를 배출할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 메인 디스크 및 스커트부는 환형으로 구성하고, 상기 프로세스 가스의 유입 및 배출 단계에서 상기 가스 콜렉터부의 상기 가스 배기 채널은 상기 환형의 스커트부의 주연 부분에 환형으로 형성되어 상기 프로세스 가스를 배출할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 메인 디스크 상에 기판을 탑재시키는 단계에서, 상기 메인 디스크에는 회전할 수 있는 복수개의 위성 디스크들이 설치되어 있고, 상기 복수개의 위성 디스크들에는 각각 상기 기판을 탑재할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 가스 콜렉터부는 하부 콜렉터, 상기 챔버의 측벽에 해당하는 상부 콜렉터, 및 상기 하부 콜렉터 상면에 위치한 상기 가스 배기 채널을 구비하고, 상기 스커트부, 하부 콜렉터부 또는 상부 콜렉터 상에 돌출부재가 더 형성되어 있고, 상기 프로세스 가스의 유입 및 배출하는 단계에서 상기 메인 디스크 및 스커트부의 회전시 상기 돌출부재는 상기 가스 배기 채널과 인접한 스커트부나 상부 콜렉터에 증착된 기생 증착 물질을 제거할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자 제조 방법은 기판에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 적층체를 형성하는 단계; 및 상기 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층에 각각 연결되는 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 발광 적층체를 형성하는 단계는 화학 기상 증착 장치를 이용하며, 상기 화학 기상 증착 장치는 챔버; 상기 챔버 내에 기판이 탑재되어 회전할 수 있는 메인 디스크; 상기 챔버 내로 프로세스 가스를 공급할 수 있는 가스 공급부; 상기 메인 디스크와 떨어져서 상기 메인 디스크보다 수직적으로 낮게 위치하는 가스 배기 채널을 구비하는 가스 콜렉터부; 및 상기 메인 디스크의 주연 부분에 연결되어 회전할 수 있고 상기 프로세스 가스의 흐름을 원활하게 할 수 있는 스커트부를 포함한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 스커트부는 상기 메인 디스크 상에 위치하는 상기 기판의 표면과 평행한 평탄면과, 상기 평탄면과 연결되어 상기 가스 배기 채널 방향으로 굴곡된 굴곡면을 갖고, 상기 평탄면은 상기 가스 공급부로부터 상기 가스 콜렉터부로 흐르는 프로세스 가스의 흐름과 평행하게 조절할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 스커트부는 상기 메인 디스크와 상기 가스 콜렉터부 사이에 설치되어 상기 가스 공급부로부터 상기 가스 콜렉터로 흐르는 프로세스 가스의 와류를 방지할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 스커트부는 상기 메인 디스크의 주연 부분에 연결되어 회전할 수 있고, 상기 스커트부가 회전할 때 상기 메인 디스크와 상기 가스 콜렉터부 사이의 기생 증착 물질을 제거할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 스커트부, 하부 콜렉터부 또는 상부 콜렉터 상에 돌출부재가 더 형성되어 있고, 상기 메인 디스크 및 스커트부의 회전시 상기 돌출부재는 상기 가스 배기 채널의 내부에 증착된 기생 증착 물질을 제거할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 메인 디스크 및 스커트부는 환형으로 구성하고, 상기 가스 콜렉터부의 상기 가스 배기 채널은 상기 환형의 스커트부의 주연 부분에 환형으로 형성되어 상기 프로세스 가스를 배출할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치는 메인 디스크의 주연 부분에 연결되어 있는 스커트부를 포함하여 프로세스 가스의 흐름을 원활하게 하여 챔버 내에 와류 발생을 억제한다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치는 메인 디스크의 주연 부분에 연결되어 회전할 수 있는 스커트부를 구비하여 가스 배기 채널에 증착되는 기생 증착 물질을 제거할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치는 스커트부의 주연부에 연속적으로 가스 배기 채널이 위치함으로써 프로세스 가스를 원활하게 배출하여 챔버 내의 와류 발생을 억제할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 발광 소자 제조 방법은 상술한 바와 같은 화학 기상 증착 장치를 이용하여 발광 소자의 발광 적층체를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자(LED) 제조용 화학 기상 증착 장치의 반 횡단면도이다.
도 2는 도 1의 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치의 가스 공급부를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치의 스커트부 및 가스 콜렉터부의 일부를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 1의 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치를 설명하기 위한 평면도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치의 반 횡단면도이다.
도 8은 도 5 내지 도 7의 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치를 설명하기 위한 평면도이다.
도 9는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치의 반 횡단면도이다.
도 10은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치의 반 횡단면도이다.
도 11a 및 도 11b는 각각 비교예 및 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치의 프로세스 가스의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 기술적 사상의 화학 기상 증착 장치를 이용한 발광 소자 제조 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 13은 도 12의 발광 적층체 형성 단계를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 14는 본 발명의 기술적 사상의 화학 기상 증착 장치를 이용하여 제조된 발광 소자의 일 예를 나타내는 측단면도이다.
도 15는 본 발명의 기술적 사상의 화학 기상 증착 장치를 이용하여 제조된 발광 소자의 일 예를 나타내는 측단면도이다.
도 16은 본 발명의 기술적 사상의 화학 기상 증착 장치를 이용하여 제조된 발광 소자의 일 예를 나타내는 측단면도이다.
도 17은 본 발명의 기술적 사상의 화학 기상 증착 장치를 이용하여 제조된 발광 소자가 실장 기판에 실장된 발광 소자 패키지를 보여주는 측단면도이다.
도 18은 본 발명의 기술적 사상의 화학 기상 증착 장치를 이용하여 제조된 발광 소자가 배열된 발광 소자 어레이에 이용될 수 있는 발광 소자 패키지의 일 예를 나타내는 측단면도이다.
도 19는 본 발명의 기술적 사상의 화학 기상 증착 장치를 이용하여 제조된 발광 소자가 배열된 발광 소자 어레이부를 포함하는 백라이트 어셈블리의 일 예를 나타내는 분리 사시도이다.
도 20은 본 발명의 기술적 사상의 화학 기상 증착 장치를 이용하여 제조된 발광 소자가 배열된 발광 소자 어레이부 및 발광 소자 모듈을 포함하는 평판 조명 장치를 간략하게 나타내는 도면이다.
도 21은 본 발명의 기술적 사상의 화학 기상 증착 장치를 이용하여 제조된 발광 소자가 배열된 발광 소자 어레이부 및 발광 소자 모듈을 포함하는 조명 장치로서 벌브형 램프를 간략하게 나타내는 도면이다.
도 22는 본 발명의 기술적 사상의 화학 기상 증착 장치를 이용하여 제조된 발광 소자에 이용될 수 있는 완전 복사체 스펙트럼을 나타내는 CIE 색도도이다.
도 23은 본 발명의 기술적 사상의 화학 기상 증착 장치를 이용하여 제조된 발광 소자가 배열된 발광 소자 패키지의 예를 나타내는 도면이다.
도 24는 본 발명의 기술적 사상의 화학 기상 증착 장치를 이용하여 제조된 발광 소자가 배열된 발광 소자 어레이부 및 발광 소자 모듈을 포함하고, 통신 모듈을 포함하는 램프를 나타내는 도면이다.
도 25는 본 발명의 기술적 사상의 화학 기상 증착 장치를 이용하여 제조된 발광 소자가 배열된 발광 소자 어레이부 및 발광 소자 모듈을 포함하는 램프를 홈-네트워크에 적용한 예를 나타내는 도면이다.
도 26은 본 발명의 기술적 사상의 화학 기상 증착 장치를 이용하여 제조된 발광 소자가 배열된 발광 소자 어레이부 및 발광 소자 모듈을 포함하는 발광 장치의 분해 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 웨이퍼(기판) 등과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상술한 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제1, 제2등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상술한 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 구성 요소가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 이하 실시예들은 하나 또는 복수개를 조합하여 구성할 수도 있다.
이하에서 설명하는 화학 기상 증착 장치는 다양한 구성을 가질 수 있고 여기서는 필요한 구성만을 예시적으로 제시하며, 본 발명 내용이 이에 한정되는 것은 아님을 밝혀둔다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자(LED) 제조용 화학 기상 증착 장치의 반 횡단면도이다.
구체적으로, 도 1은 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치(100)의 반쪽을 도시한 것이고, 도시되지 않은 나머지 반쪽은 대칭적이어서 편의상 도시하지 않는다. 화학 기상 증착 장치(100)는 금속 유기 화학 기상 증착(Metal Organic CVD(MOCVD)) 장치일 수 있다. 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치(100)는 챔버(1), 메인 디스크(7, main disk), 가스 공급부(23, gas supply unit), 스커트부(25, skirt unit), 가스 콜렉터부(29, gas collector unit)를 포함할 수 있다.
챔버(1)는 천장(3) 및 측벽(5)을 구비하여 일정한 내부 공간을 가진다. 챔버(1) 내에는 메인 디스크(7)가 위치한다. 메인 디스크(7)는 후에 도시하는 바와 같이 환형일 수 있다. 메인 디스크(7)는 그래파이트로 만들어질 수 있다. 메인 디스크(7)는 기판(11)을 탑재할 수 있는 서셉터일 수 있다. 기판(11)은 반도체, 도체 또는 절연체 웨이퍼일 수 있다.
메인 디스크(7)는 표면 리세스 부분을 가질 수 있고 챔버(1)의 바닥을 구성한다. 지주(19, 기둥)는 구동기(미도시)에 의하여 회전 구동될 수 있다. 이에 따라, 메인 디스크(7)는 중심부의 지주(19)에 위치하는 회전축(20)을 중심으로 회전할 수 있다.
메인 디스크(7) 내에는 기판(11)을 탑재할 수 있는 위성 디스크(satellite disk, 9)가 위치할 수 있다. 위성 디스크(9)는 도면에서는 하나만 도시하였지만 후술하는 바와 같이 화학 기상 증착 장치(100) 내에 복수개 설치될 수 있다. 메인 디스크(7)의 표면 리세스 부분 내에 위성 디스크(9)가 설치될 수 있다. 위성 디스크(9)는 후에 도시하는 바와 같이 환형일 수 있다. 위성 디스크(9)는 기판을 지지하는 기판 홀더일 수 있다. 지주(19) 및 메인 디스크(7) 내에는 지지 가스 공급 라인(21)이 설치될 수 있다. 지지 가스 공급 라인(21)을 통하여 리세스 부분 내로 지지 가스가 도입되고, 이로써 가스 쿠션, 즉 가스 제트에 의한 부유 상태에서 위성 디스크(9)가 회전축(12)을 중심으로 지지되면서 회전될 수 있다. 이에 따라, 메인 디스크(7) 내의 위성 디스크(9)에 탑재되는 기판(11)은 회전축(12, 20)을 중심으로 회전할 수 있다.
챔버(1)는 메인 디스크(7)에 의해 챔버(1) 아래 부분이 구획된다. 메인 디스크(7)는 석영으로 이루어진 지지판(13) 상에 안착될 수 있다. 지지판(13)은 분배판(15) 상에 장착될 수 있다. 분배판(15)에 의해서 지지 가스들이 메인 디스크(7)로 이송될 수 있다. 메인 디스크(7), 지지판(13) 및 분배판(15) 아래에는 나선형으로 배치된 RF 가열 코일(17)이 위치할 수 있다. RF 가열 코일(17)은 메인 디스크(7)를 가열하기 위해 제공될 수 있다. RF 가열 코일(17) 내에는 냉각 매체, 예컨대 물이 흐르는 구멍을 구비할 수 있다. 이에 따라, RF 가열 코일(17)의 본체는 중공형 본체(hollow body)일 수 있다.
RF 가열 코일(17)에 의해 발생된 고주파 교번 자장이 도전성의 메인 디스크(7)에 와전류를 여기시킨다. 이러한 와전류는 그 전기 저항 때문에 메인 디스크(7)에 열을 발생시키므로, 메인 디스크(7)는 처리 온도가 600℃ 내지 1300℃까지 가열될 수 있다.
챔버(1)의 중심부에는 가스 공급부(23)가 배치될 수 있다. 가스 공급부(23)는 챔버(1)에 프로세스 가스를 공급하는 역할을 수행한다. 가스 공급부(23)는 챔버(1)의 중앙부, 즉 일측면에서 챔버(1)의 측벽(5)으로 프로세스 가스가 공급되는 수평형 가스 공급부일 수 있다. 가스 공급부(23)의 구체적인 구성에 대하여는 후에 보다 자세하게 설명한다.
가스 공급부(23)를 통해 챔버(1) 내로 도입된 프로세스 가스는 실질적으로 위성 디스크(9) 상에 배치된 기판(11)의 표면상에서 분해된다. 기판(11)은 열분해 방식으로 분해를 발생시키기에 적합한 표면 온도를 가질 수 있다. 이에 따라, 기판(11)의 표면 상에는 단결정 Ⅲ-Ⅴ 층으로 성장하는 분해 생성물이 형성된다.
메인 디스크(7)의 주연 부분(둘레 부분)에 스커트부(25)가 연결되어 있다. 스커트부(25)는 메인 디스크(7)와 일체형으로 구성될 수 있다. 스커트부(25)는 환형으로 구성될 수 있다. 스커트부(25)는 환형의 메인 디스크(7)의 주연 부분에 메인 디스크(7)와 동일하게 환형으로 설치될 수 있다. 스커트부(25)는 메인 디스크(7)의 회전에 따라 같이 회전할 수 있다. 스커트부(25)는 기판(11)의 표면과 평행한 평탄면(25a)과, 평탄면(25a)과 연결되어 가스 콜렉터부(29)의 가스 배기 채널(29b) 방향으로 굴곡진 굴곡면(25b)을 구비할 수 있다.
평탄면(25a)은 가스 공급부(23)로부터 가스 콜렉터부(29)로 흐르는 프로세스 가스의 흐름과 평행한 면일 수 있다. 스커트부(25)는 챔버(1)의 중심부에서 수평하게 진행하는 프로세스 가스의 흐름을 원활하게 하여 가스 콜렉터부(29)로 이송시킬 수 있다. 스커트부(25)는 메인 디스크(7)와 가스 콜렉터부(29) 사이에 설치되어 가스 공급부(23)로부터 가스 콜렉터부(29)로 흐르는 프로세스 가스의 와류를 방지하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 스커트부(25)는 메인 디스크(7)의 회전에 따라 같이 회전하므로 가스 콜렉터부(29)의 가스 배기 채널(29b)에 인접하여 증착되는 기생 증착 물질을 용이하게 제거할 수 있다.
챔버(1)의 일측의 스커트부(25)에 인접하여 가스 콜렉터부(29)가 설치될 수 있다. 가스 콜렉터부(29)는 메인 디스크(7)와 떨어져 위치할 수 있고, 메인 디스크(7)보다 수직적으로 낮게 위치할 수 있다. 챔버(1)의 중심부를 통해 공급되는 프로세스 가스는 가스 콜렉터부(29)를 통하여 외부로 배출될 수 있다. 가스 콜렉터부(29)는 프로세스 가스를 모아 외부로 배출하는 역할을 수행할 수 있다.
가스 콜렉터부(29)는 하부 콜렉터(29a, 29d). 가스 배기 채널(29b) 및 상부 콜렉터(29c)를 포함할 수 있다. 하부 콜렉터(29a, 29d)는 콜렉터 바디(29a), 콜렉터 바디(29a) 내에 위치하는 가스 수집부(29d)를 포함할 수 있다. 하부 콜렉터(29a, 29d)는 메인 디스크(7)로부터 이격된 하류에 위치될 수 있다. 하부 콜렉터(29a, 29d)는 메인 디스크(7)로부터 수평 방향으로 이격되고, 메인 디스크(7)보다 수직 방향으로 더 낮은 높이에 있다.
하부 콜렉터(29a, 29d)와 연관된 가열 기구에 의해 하부 콜렉터(29a, 29d)는 능동적으로 가열될 수 있다. 하부 콜렉터(29a, 29d)는 몰리브덴으로 또는 그래파이트로 만들어질 수 있다. 하부 콜렉터(29a, 29d)는 스커트부의 주연 부분의 하부에 위치할 수 있다. 하부 콜렉터(29a, 29d)는 지지판(13)의 외측 주연부에 환형으로 직접적으로 인접할 수 있다.
하부 콜렉터(29a, 29d)에는 위를 향해 열린 개구 채널 형태의 가스 배기 채널(29b)을 가질 수 있다. 가스 배기 채널(29b)은 바디(29a)의 상부 부분에 형성되고 환형으로 구성된 개구 채널이며 가스 수집부(29d)와 연결될 수 있다. 가스 배기 채널(29b)은 스커트부의 주연 부분에 인접하여 설치되어 있을 수 있다. 가스 배기 채널(29b)은 환형의 스커트부(25)의 주연 부분에 스커트부(25)와 동일하게 환형으로 설치될 수 있다.
챔버(1)의 측벽(5)과 스커트부(25) 사이에는 갭(gap, G1)이 형성되며, 갭(G1)을 통하여 프로세스 가스가 배출될 수 있다. 갭(G1)은 스커트부(25)와 상부 콜렉터(29c)간의 간격일 수 있다. 갭(G1)은 0.5 내지 30mm일 수 있다. 갭(G1)은 0.5mm 내지 3mm일 수 있다. 챔버(1)의 측벽(5)과 스커트부(25) 사이에 위치하는 갭(G1)의 하부에 가스 배기 채널(29b)이 위치할 수 있다. 이에 따라, 갭(G1) 및 가스 배기 채널(29b)을 통하여 프로세스 가스가 배출될 수 있다.
상부 콜렉터(29c)는 스커트부(25)와 떨어져 위치하고 챔버(1)의 측벽(5)에 해당할 수 있다. 상부 콜렉터(29c)는 챔버(1)의 측벽을 구성할 수 있다. 프로세스 가스는 가스 배기 채널(29b)을 통해 챔버(1)를 나와 가스 수집부(29d) 내로 흐를 수 있다. 가스 수집부(29d)는 배출 채널(33)을 경유하여 진공 펌프(미도시)와 연결됨으로써 외부로 프로세스 가스를 배출시킬 수 있다.
상부 콜렉터(29c), 하부 콜렉터(29a) 및 가스 배기 채널(29b)은 고정 부재이고, 위성 디스크(9), 메인 디스크(7) 및 스커트부(25)는 고정 부재에 대하여 회전할 있는 회전 부재일 수 있다. 회전 부재의 회전에 따라 고정 부재에 부착된 기생 증착 물질은 제거될 수 있다.
챔버(1)는 외부 환경에 대해 기밀 방식으로 보호하는 하우징(31) 내에 위치할 수 있다. 하우징(31)은 챔버(1)의 일부를 감싸게 형성될 수 있다. 하우징(31)은 스테인레스 스틸로 구성될 수 있다. 그래파이트로 구성된 천장(3)에 의해 챔버(1)의 상부벽이 형성된다. 선택적으로 챔버(1)의 천장(3)도 별도로 가열될 수 있다.
도 2는 도 1의 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치의 가스 공급부를 도시한 도면이다.
구체적으로, 가스 공급부(23)는 챔버(도 1의 1)에 프로세스 가스를 공급하는 역할을 수행한다. 프로세스 가스는 증착용 가스 및 캐리어 가스를 포함할 수 있다. 가스 공급부(23)는 증착용 가스로써 유기 금속 물질을 저장하는 저장조(37), 캐리어 가스를 저장하는 저장조(39) 및 증착용 가스로써 수소화물을 저장하는 저장조(41)를 포함할 수 있다. 유기 금속 물질은 TMGa(트리메틸갈륨, Ga(CH3)3), TMIn(트리메틸인듐, In(CH3)3), TMAl(트래메틸알루미늄, Al(CH3)3)등일 수 있다. 캐리어 가스는 수소, 질소 또는 불활성 가스일 수 있다. 수소화물은 AsH3, PH3 또는 NH3일수 있다.
가스 공급부(23)는 저장조들(37, 39, 41)에 연결된 가스 공급 라인(27a, 27b)을 포함할 수 있다. 가스 공급 라인(27a)은 증착용 가스로서 수소화물이 공급되는 가스 라인일 수 있다. 가스 공급 라인(27b)은 증착용 가스로서 유기 금속 물질이 공급되는 가스 라인일 수 있다. 가스 공급 라인(27a, 27b)에는 밸브(34) 및 질량 유동 제어기(35)가 설치될 수 있다. 질량 유동 제어기(35)는 가스 공급 라인을 통과하는 가스의 흐름을 제어할 수 있다.
도 3은 도 1의 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치의 스커트부 및 가스 콜렉터부의 일부를 도시한 사시도이다.
구체적으로, 앞서 설명한 바와 같이 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치(도 1의 100)는 기판이 탑재될 수 있는 메인 디스크(7), 메인 디스크(7)와 연결된 스커트부(25) 및 스커트부(25)의 외측에 위치한 가스 콜렉터부(29)를 포함한다.
메인 디스크(7)의 주연 부분(둘레 부분)에 스커트부(25)가 연결되어 설치될 수 있다. 스커트부(25)는 가스 흐름 방향과 평행한 평탄면(25a)과, 평탄면(25a)과 연결되어 가스 콜렉터부(29)의 가스 배기 채널(29b) 방향으로 굴곡진 굴곡면(29b)을 구비할 수 있다. 가스 콜렉터부(29)는 하부 콜렉터(29a, 29d). 가스 배기 채널(29b) 및 상부 콜렉터(29c)를 포함할 수 있다. 하부 콜렉터(29a, 29d) 및 가스 배기 채널(29b)은 메인 디스크(7)의 표면보다 아래에 위치할 수 있다.
도 4는 도 1의 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치를 설명하기 위한 평면도이다.
구체적으로, 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치(도 1의 100)는 챔버(도 1의 1)의 중앙 부분에 메인 디스크(7)가 위치할 수 있다. 메인 디스크(7)는 환형일 수 있다. 메인 디스크(7)는 앞서 설명한 바와 같이 지주(도 1의 19)에 위치하는 회전축(도 1의 20)을 중심으로 회전할 수 있다. 메인 디스크(7)의 중앙 부분에 가스 공급부(23)가 위치할 수 있다.
메인 디스크(7) 내에는 기판(11)을 탑재할 수 있는 위성 디스크(satellite disk, 9)가 위치할 수 있다. 위성 디스크(9)는 챔버(도 1의 1)의 중앙 또는 메인 디스크의 중앙을 기준으로 원형 배열로 둘러싸게 배치될 수 있다. 위성 디스크(9)는 복수개 구성될 수 있고, 각각의 위성 디스크(9)에 기판(11)이 탑재될 수 있다. 위성 디스크(9)는 환형일 수 있다. 위성 디스크(9)는 회전축(도 1의 12)을 중심으로 지지되면서 회전될 수 있다. 이에 따라, 메인 디스크(7) 내의 위성 디스크(9)에 탑재되는 기판(11)은 회전축(12, 20)을 중심으로 회전할 수 있다.
메인 디스크(7)의 주연 부분(둘레 부분)에 스커트부(25)가 연결되어 있다. 스커트부(25)는 환형의 메인 디스크(7)의 주연 부분에 메인 디스크(7)와 동일하게 환형으로 설치될 수 있다. 스커트부(25)는 메인 디스크(7)의 회전에 따라 같이 회전할 수 있다. 스커트부(25)의 주연 부분에 가스 콜렉터부(29)가 설치될 수 있다. 가스 콜렉터부(29)는 하부 콜렉터(29a) 및 가스 배기 채널(29b)을 포함할 수 있다. 가스 콜렉터부(29)는 메인 디스크(7) 및 스커트부(25)와 동일하게 환형으로 구성될 수 있다.
특히, 가스 배기 채널(29b)은 환형의 스커트부(25)의 주연 부분에 스커트부(25)와 동일하게 환형으로 설치되어 있고, 하나의 구멍 형태가 아닌 연속적인 구멍인 배기 라인일 수 있다. 가스 배기 채널(29b)은 도 1의 갭(G1)에 해당하는 부분일 수 있다. 따라서, 메인 디스크(7)의 회전에 따라 스커트부(25)는 회전하므로 가스 배기 채널(29b)에 인접하여 증착되는 기생 증착 물질은 스커트부(25)와의 마찰력에 의하여 용이하게 제거할 수 있다. 도면에서 참조번호 31은 앞서 설명한 바와 같이 챔버(도 1의 1)를 보호하는 하우징이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치의 반 횡단면도이고, 도 8은 도 5 내지 도 7의 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치를 설명하기 위한 평면도이다.
구체적으로, 도 5 내지 도 7의 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치(200, 300, 400)는 돌출 부재(43a, 43b, 43c)를 제외하고는 도 1과 동일하다. 도 8의 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치(200, 300, 400)의 평면도는 도 4와 비교할 때 돌출 부재(43)를 제외하고는 도 4와 동일하다. 이에 따라, 도 5 내지 도 8과 관련하여 도 1 내지 도 4에서 설명한 내용은 중복되므로 편의상 생략하거나, 간단히 기술한다.
도 5 내지 도 7의 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치(200, 300, 400)는 메인 디스크(7) 및 스커트부(25)의 회전시 스커트부(25)나 상부 콜렉터(29c)에 증착된 기생 증착 물질을 제거하는 돌출 부재(43a, 43b, 43c)를 구비한다.
도 5의 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치(200)에서 돌출 부재(43a)는 가스 배기 채널(29b)과 인접한 스커트부(25)의 일단부에 설치될 수 있다. 돌출 부재(43a)는 스커트부(25)의 회전시 상부 콜렉터(29c)에 증착된 기생 증착 물질을 제거할 수 있다.
도 6의 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치(300)에서 돌출 부재(43b)는 가스 배기 채널(29b)과 인접한 하부 콜렉터(29a) 상에 설치될 수 있다. 도 7의 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치(200)에서 돌출 부재(43c)는 가스 배기 채널(29b)과 인접한 상부 콜렉터(29c) 상에 설치될 수 있다. 돌출 부재(43b, 43c)는 스커트부(25)의 회전시 스커트부(25)에 증착된 기생 증착 물질을 제거할 수 있다.
도 8의 발광 소자 제조용 화학 기상 장치(200, 300, 400)의 평면도에서는 환형의 가스 배기 채널(29b)에 인접하여 설치된 돌출 부재(43a, 43b, 43c)를 도시한다. 도 8에서는 편의상 가스 배기 채널(29b)중 일부 영역을 완전히 채우는 형태로 도시한다. 앞서 설명한 바와 같이 가스 배기 채널(29b)에 인접하여 설치된 돌출 부재(43a, 43b, 43c)는 스커트부(25)의 회전시 상부 콜렉터(29c)나 스커트부(25)에 증착된 기생 증착 물질을 제거할 수 있다.
도 9는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치의 반 횡단면도이다.
구체적으로, 도 9의 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치(500)는 가스 공급부(23-1)를 제외하고는 도 1과 동일하다. 이에 따라, 도 9와 관련하여 도 1에서 설명한 내용은 중복되므로 편의상 생략하거나 간단히 기술한다.
발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치(500)는 챔버(1)의 상부에서 하부로 프로세스 가스가 공급되는 수직형 가스 공급부(23-1)를 갖는다. 수직형 가스 공급부(23-1)는 샤워 헤드일 수 있다. 수직형 가스 공급부(23-1)는 챔버(1) 상에 일정한 공간을 갖는 가스 분배부(45) 및 가스 분배부(45)와 연결되고 챔버(1)의 천장(3)에 설치된 가스 배기구(47)를 포함한다.
수직형 가스 공급부(23-1)를 통하여 챔버(1) 내로의 프로세스 가스가 유입되고, 유입된 프로세스 가스는 챔버(1)의 일측에 위치한 가스 콜렉터부(29)의 가스 배기 채널(29b)을 통하여 배기된다. 가스 콜렉터부(29)를 통해 프로세스 가스가 배기될 때, 앞서 설명한 바와 같이 프로세스 가스의 흐름을 스커트부(25)를 이용하여 원활하게 하고, 가스 콜렉터부(29)를 이용하여 용이하게 배기할 수 있다.
또한, 가스 콜렉터부(29)를 통해 프로세스 가스가 배기될 때, 앞서 설명한 바와 같이 스커트부(25)의 회전에 따라 가스 배기 채널(29b)에 증착되는 기생 증착 물질을 용이하게 제거할 수 있다.
도 10은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치의 반 횡단면도이다.
구체적으로, 도 10의 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치(600)는 가스 콜렉터부(29-1), 하우징(31-1), 및 배출 채널(33-1)을 제외하고는 도 1과 동일하다. 이에 따라, 도 10과와 관련하여 도 1에서 설명한 내용은 중복되므로 편의상 생략하거나 간단히 기술한다.
발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치(600)는 정사각형 형태의 가스 콜렉터부(29-1)를 포함한다. 가스 콜렉터부(29-1)는 하부 콜렉터(29a-1, 29d-1), 가스 배기 채널(29b-1), 가스 수집부(29d-1) 및 상부 콜렉터(29c)를 포함한다. 하부 콜렉터(29a-1, 29d-1)는 정사각형의 콜렉터 바디(29a-1), 정사각형의 콜렉터 바디(29-1)내에 위치하는 가스 수집부(29d-1)를 포함한다. 가스 배기 채널(29b-1)은 정사각형의 콜렉터 바디(29-1)의 중앙부에 위치할 수 있다.
하우징(31-1)은 챔버(1)의 전체를 감싸는 형태로 설치될 수 있다. 가스 콜렉터부(29)의 하부 콜렉터(29a-1, 29d-1)는 하우징(31-1)을 관통하는 관통형 배출 채널(33-1)을 통하여 프로세스 가스를 외부로 배출할 수 있다.
도 11a 및 도 11b는 각각 비교예 및 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치의 프로세스 가스의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로, 도 11a에 도시한 비교예의 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치(100p)는 기판(11) 상으로 화살표로 표시한 바와 같이 프로세스 가스가 흐를 수 있다. 프로세스 가스는 하부 콜렉터(51) 및 메인 디스크(7) 사이에 위치하는 복수개의 가스 배기홀들(49)을 통하여 외부로 배출될 수 있다. 가스 배기홀들(49)은 불연속적으로 서로 떨어져 위치한다.
비교예의 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치(100p)는 프로세스 가스의 흐름이 불균일하고 프로세스 가스가 하부 콜렉터(51)에서 국부적으로 충돌하여 가스 배기홀들(49) 사이에서 와류(53)가 발생할 수 있다. 와류(53)가 발생할 경우 챔버 내에는 기생 증착 물질이 증착될 수 있다.
도 11b에 도시한 본 발명의 기술적 사상의 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치(100)도 앞서와 같이 기판(11) 상으로 화살표로 표시한 바와 같이 프로세스 가스가 흐를 수 있다. 프로세스 가스는 스커트부(25)를 거쳐 하부 콜렉터(29a) 및 메인 디스크(7) 사이에 위치하는 가스 배기 채널(29b)을 통하여 외부로 배출될 수 있다. 가스 배기 채널(29b)은 메인 디스크(7)의 주연부에 연속적으로 형성될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치(100)는 스커트부(25) 및 가스 배기 채널(29b)로 인하여 프로세스 가스의 흐름이 균일하다. 이에 따라, 본 발명의 기술적 사상의 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치(100)는 챔버 내에서 와류가 발생하지 않아 기생 증착 물질의 증착을 억제할 수 있다.
더하여, 본 발명의 기술적 사상의 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치(100)는 스커트부(25)의 회전에 따라 가스 배기 채널(29b)에 인접하여 증착될 수 있는 기생 증착 물질을 제거할 수 있다.
이하에서는 앞서와 같은 본 발명의 기술적 사상의 화학 기상 증착 장치를 이용하여 발광 소자 제조 방법을 포함하는 발광 소자 패키지의 제조 방법을 개략적으로 설명한다.
도 12는 본 발명의 기술적 사상의 화학 기상 증착 장치를 이용한 발광 소자 제조 방법을 포함하는 발광 소자 패키지 제조 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.
구체적으로, 발광 소자 패키지 제조 방법은 기판(도 1의 11) 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 적층체를 형성하는 단계(스텝 710) 및 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층에 각각 연결되는 제1 전극 및 제2 전극을 형성하여 발광 소자(LED 칩)을 제조하는 단계(스텝 720)를 포함할 수 있다. 발광 소자를 제조하는 다양한 실시예는 후에 자세히 설명한다.
또한, 발광 소자 패키지 제조 방법은 실장 기판 상에 발광 소자(LED 칩)를 탑재하는 단계(스텝 730) 및 발광 소자(LED 칩) 상에 형광체층 및 렌즈를 탑재하는 단계를 포함할 수 있다(스텝 740). 발광 소자(LED 칩) 탑재 단계, 및 형광체층 및 렌즈 탑재 단계는 후에 자세히 설명한다.
도 13은 도 12의 발광 적층체 형성 단계를 설명하기 위한 흐름도이다.
구체적으로, 발광체 형성 단계(도 12의 스텝 710)는 도 1, 도 5 내지 7, 및 도 9 및 10의 화학 기상 증착 장치(100-600)를 이용하여 수행할 수 있다. 이에 따라, 이하에서 설명하는 참조번호는 앞서 제시된 도면과 동일하다.
발광 적층체 형성 단계(도 12의 스텝 710)는 챔버(1) 내에 위치하고 회전할 수 있는 메인 디스크(7) 상에 기판(11)을 탑재시키는 단계를 포함한다(스텝 810). 기판(11)은 메인 디스크(7) 내에 위치하는 위성 디스크(9)에 탑재시킬 수 있다. 메인 디스크(7)에는 회전할 수 있는 복수개의 위성 디스크들(9)이 설치될 수 있다. 복수개의 위성 디스크들(9)에는 각각 기판(11)이 탑재되어 있을 수 있다.
발광 적층체 형성 단계는 가스 공급부(23)로부터 챔버(1)에 로딩된 기판(11) 상으로 프로세스 가스를 유입시키고 가스 콜렉터부(29)의 가스 배기 채널(29b)로 배출시키는 단계를 포함한다(스텝 820). 프로세스 가스 유입시 챔버(1)에는 유기 금속 가스, 캐리어 가스 및 수소화물 가스가 유입될 수 있다. 챔버(1) 내로 유입된 프로세스 가스는 메인 디스크(7)의 주연 부분에 설치된 스커트부(25)를 통하여 원활하게 흐를 수 있다. 프로세스 가스는 메인 디스크(7)와 떨어져서 메인 디스크(7)보다 수직적으로 낮게 설치된 가스 콜렉터부(29)의 가스 배기 채널(29b)로 배출시킬수 있다.
프로세스 가스의 유입 및 배출시 스커트부(25)는 가스 배기 채널(29b) 방향으로 굴곡된 굴곡면(25b)을 가져 가스 공급부(23)로부터 가스 콜렉터부(29)로 흐르는 프로세스 가스의 와류를 방지할 수 있다. 프로세스 가스의 유입 및 배출시 챔버(1)의 측벽은 스커트부(25) 상에서 굴곡벽(30)을 가져 가스 공급부(23)로부터 가스 콜렉터부(29)로 흐르는 프로세스 가스의 와류를 방지할 수 있다.
프로세스 가스의 유입 및 배출시, 스커트부(25)는 회전하여 메인 디스크(7)와 가스 콜렉터부(29) 사이의 기생 증착 물질을 제거할 수 있다. 프로세스 가스의 유입 및 배출시 가스 콜렉터부(29)의 가스 배기 채널(29b)은 챔버(1)의 측벽(5)과 스커트부(25) 사이에 위치하는 갭(gap) 하부에 위치할 수 있다. 메인 디스크(7) 및 스커트부(25)는 환형으로 구성하고, 가스 콜렉터부(29)의 가스 배기 채널(29b)은 환형의 스커트부(25)의 주연 부분에 환형으로 형성되어 있을 수 있다.
가스 콜렉터부(29)는 하부 콜렉터(29a), 챔버(1)의 측벽에 해당하는 상부 콜렉터(29c), 및 하부 콜렉터(29a)의 상부에 위치한 가스 배기 채널(29b)을 구비할 수 있다. 스커트부(25), 하부 콜렉터(29a) 또는 상부 콜렉터(29c) 상에 돌출 부재가 더 형성되어 있을 수 있다. 프로세스 가스의 유입 및 배출시 메인 디스크(7) 및 스커트부(25)의 회전시 돌출 부재(43a, 43b, 43c)는 가스 배기 채널(29b)과 인접한 스커트부(25)나 상부 콜렉터(29c)에 증착된 기생 증착 물질을 제거할 수 있다.
발광 적층체 형성 단계는 챔버(1)에서 프로세스 가스를 반응시켜 기판(11) 상에 발광 적층체를 성장시키는 단계를 포함한다(스텝 830).
이하에서는 앞서와 같은 본 발명의 기술적 사상의 화학 기상 증착 장치(100-600)를 이용하여 제조된 발광 소자, 발광 소자 패키지, 조명 장치, 발광 장치 등을 예시적으로 설명한다. 이하 설명에서, '상부', '상면', '하부', '하면', '측면' 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 소자가 배치되는 방향에 따라 달라질 수 있을 것이다.
도 14는 본 발명의 기술적 사상의 화학 기상 증착 장치를 이용하여 제조된 발광 소자의 일 예를 나타내는 측단면도이다.
구체적으로, 칩(1500)은 기판(1501, 예컨대 도 1의 11)의 버퍼층(1502) 상에 형성된 발광 적층체(S)를 포함한다. 발광 적층체(S)는 앞서 설명한 본 발명의 화학 기상 증착 장치(100-600)를 이용하여 제조될 수 있다. 버퍼층(1502)도 앞서 설명한 본 발명의 화학 기상 증착 장치(100-600)를 이용하여 제조될 수 있다.
발광 적층체(S)는 제1 도전형 반도체층(1504), 활성층(1505) 및 제2 도전형 반도체층(1506)을 포함한다. 제2 도전형 반도체층(1506) 상에 오믹 컨택층(1508)이 형성될 수 있다. 오믹 컨택층(1508)도 앞서 설명한 본 발명의 화학 기상 증착 장치(100-600)를 이용하여 제조될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(1504) 및 오믹 컨택층(1508)의 상면에는 각각 제1 및 제2 전극(1509a, 1509b)이 형성된다.
이하, 발광 소자(LED 칩, 1500)의 주요 구성요소에 대해서 보다 상세하게 설명하기로 한다. 기판(1501)으로는 필요에 따라 절연성, 도전성 또는 반도체 기판이 사용될 수 있다. 예를 들어, 기판(1501)은 사파이어, SiC, Si, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN 등일 수 있다. 이종 기판으로는 사파이어, 실리콘 카바이드(SiC), Si 기판 등이 주로 사용될 수 있다. 이종 기판을 사용할 때는 기판 물질과 박막 물질 사이의 격자상수의 차이로 인해 전위(dislocation) 등 결함이 증가할 수 있다. 또한, 기판 물질과 박막 물질 사이의 열팽창계수의 차이로 인해 온도 변화시 휨이 발생하고, 휨은 박막의 균열(crack)의 원인이 될 수 있다. 기판(1501)과 GaN계인 발광 적층체(S) 사이의 버퍼층(1502)을 이용해 이러한 문제를 감소시킬 수도 있다.
버퍼층(1502)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0=x=1, 0=y=1), 특히 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, 또는 InGaNAlN를 사용할 수 있으며, 필요에 따라 ZrB2, HfB2, ZrN, HfN, TiN 등의 물질도 사용할 수 있다. 또한, 복수의 층을 조합하거나, 조성을 점진적으로 변화시켜 사용할 수도 있다.
제1 및 제2 도전형 반도체층(1504, 1506)은 단층 구조로 이루어질 수 있지만, 이와 달리, 필요에 따라 서로 다른 조성이나 두께 등을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 도전형 반도체층(1504, 1506)은 각각 전자 및 정공의 주입 효율을 개선할 수 있는 캐리어 주입층을 구비할 수 있으며, 또한, 다양한 형태의 초격자 구조를 구비할 수도 있다.
제1 도전형 반도체층(1504)은 활성층(1505)과 인접한 부분에 전류확산층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 전류확산층은 서로 다른 조성을 갖거나, 서로 다른 불순물 함량을 갖는 복수의 InxAlyGa(1-x-y)N층이 반복해서 적층되는 구조 또는 절연 물질 층이 부분적으로 형성될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(1506)은 활성층(1505)과 인접한 부분에 전자 차단층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 전자 차단층은 복수의 서로 다른 조성의 InxAlyGa(1-x-y)N을 적층한 구조 또는 AlyGa(1-y)N으로 구성된 1층 이상의 층을 가질 수 있으며, 활성층(1505)보다 밴드갭이 커서 제2 도전형(p형) 반도체층(1506)으로 전자가 넘어가는 것을 방지한다.
발광 적층체(S)는 앞서 설명한 바와 같이 기판(1501, 예컨대 도 1의 11)을 설치한 챔버(예컨대 도 1의 1) 내에 유기 금속 가스(예, 트리메틸 갈륨(TMGa), 트리메틸 알루미늄(TMAl) 등)와 수소화물 가스로써 질소 함유 가스(암모니아 가스 등)를 프로세스 가스로 공급하고, 기판(1501)의 온도를 900?~1100?의 고온으로 유지하고, 기판(1501) 상에 질화 갈륨계 화합물 반도체를 성장하여 형성할 수 있다. 발광 적층체(S)는 필요에 따라 챔버에 불순물 가스를 더 공급해, 질화 갈륨계 화합물 반도체를 언도프(un-dope), n형, 또는 p형으로 적층하여 형성할 수도 있다. n형 불순물로는 Si이 잘 알려져 있고, p형 불순물로서는 Zn, Cd, Be, Mg, Ca, Ba 등이 있으며, 주로 Mg, Zn가 사용될 수 있다.
제1 및 제2 도전형 반도체층(1504, 1506) 사이에 배치된 활성층(1505)은 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조, 예를 들어, 질화물 반도체일 경우, GaN/InGaN 구조가 사용될 수 있으며, 다만, 단일 양자우물(SQW) 구조를 사용할 수도 있을 것이다.
오믹 컨택층(1508)은 불순물 농도를 상대적으로 높게 해서 오믹 컨택 저항을 낮추어 소자의 동작 전압을 낮추고 소자 특성을 향상시킬 수 있다. 오믹 컨택층(1508)은 GaN, InGaN, ZnO, 또는 그래핀층으로 구성될 수 있다.
제1 또는 제2 전극(1509a, 1509b)으로는 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질을 포함할 수 있으며, Ni/Ag, Zn/Ag, Ni/Al, Zn/Al, Pd/Ag, Pd/Al, Ir/Ag. Ir/Au, Pt/Ag, Pt/Al, Ni/Ag/Pt 등과 같이 2층 이상의 구조로 채용될 수 있다.
앞서 도시된 발광 소자(1500, LED 칩)은 하나의 예로 제1 및 제2 전극(1509a, 1509b)이 광추출면과 동일한 면을 향하고 있는 구조이나 광추출면과 반대 방향으로 되는 플립칩(flip-chip) 구조, 제1 및 제2 전극(1509a, 1509b)을 상호 반대되는 면에 형성된 수직구조, 전류 분산의 효율 및 방열 효율을 높이기 위한 구조로 칩에 여러 개의 비아(via)를 형성하여 전극 구조를 채용한 수직수평 구조 등 다양한 구조로 구현될 수 있다.
도 15는 본 발명의 기술적 사상의 화학 기상 증착 장치를 이용하여 제조된 발광 소자의 일 예를 나타내는 측단면도이다.
구체적으로, 발광 소자(1600, LED 칩)은 조명용으로 고출력을 위한 대면적 구조일 수 있다. 발광 소자(1600)는 전류 분산의 효율 및 방열 효율을 높이기 위한 구조이다. 발광 소자(1600)는 순차적으로 적층된 제1 도전형 반도체층(1604), 활성층(1605), 제2 도전형 반도체층(1606), 제2 전극층(1607), 절연층(1602), 제1 전극층(1608) 및 기판(1601)을 포함한다.
제1 도전형 반도체층(1604), 활성층(1605), 및 제2 도전형 반도체층(1606)은 발광 적층체(S)를 구성할 수 있고, 발광 적층체(S)는 앞서 설명한 본 발명의 화학 기상 증착 장치(100-600)를 이용하여 제조될 수 있다.
제1 전극층(1608)은 제1 도전형 반도체층(1604)에 전기적으로 접속하기 위하여 제2 도전형 반도체층(1606) 및 활성층(1605)과는 전기적으로 절연되어 제1 전극층(1608)의 일면으로부터 제1 도전형 반도체층(1604)의 적어도 일부 영역까지 연장된 하나 이상의 컨택홀(H)을 포함한다. 제1 전극층(1608)은 본 실시예에서 필수적인 구성요소는 아니다.
컨택홀(H)은 제1 전극층(1608)의 계면에서부터 제2 전극층(1607), 제2 도전형 반도체층(1606) 및 활성층(1605)을 통과하여 제1 도전형 반도체층(1604) 내부까지 연장된다. 적어도 활성층(1605) 및 제1 도전형 반도체층(1604)의 계면까지는 연장되고, 바람직하게는 제1 도전형 반도체층(1604)의 일부까지 연장된다. 다만, 컨택홀(H)은 제1 도전형 반도체층(1604)의 전기적 연결 및 전류분산을 위한 것이므로 제1 도전형 반도체층(1604)과 접촉하면 목적을 달성하므로 제1 도전형 반도체층(1604)의 외부 표면까지 연장될 필요는 없다.
제2 도전형 반도체층(1606) 상에 형성된 제2 전극층(1607)은, 광 반사 기능과 제2 도전형 반도체층(1606)과 오믹 컨택 기능을 고려하여 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질 중에서 선택하여 사용할 수 있으며, 스퍼터링이나 증착 등의 공정을 이용할 수 있다.
컨택홀(H)은 제1 도전형 반도체층(1604)에 연결되도록 제2 전극층(1607), 제2 도전형 반도체층(1606) 및 활성층(1605)을 관통하는 형상을 갖는다. 이러한 컨택홀(H)은 식각 공정, 예를 들어, ICP-RIE 등을 이용하여 형성될 수 있다.
컨택홀(H)의 측벽과 제2 도전형 반도체층(1606) 표면을 덮도록 절연층(1602)을 형성한다. 이 경우, 컨택홀(H)의 저면에 해당하는 제1 도전형 반도체층(1604)은 적어도 일부가 노출될 수 있다. 절연층(1602)은 SiO2, SiOxNy, SixNy과 같은 절연 물질을 증착시켜 형성될 수 있다.
컨택홀(H) 내부에는 도전 물질을 충전되어 형성된 도전성 비아를 포함한 제2 전극층(1608)이 형성된다. 이어 제2 전극층(1608) 상에 기판(1601)이 마련되어 있다. 이러한 구조에서, 기판(1601)은 제1 도전형 반도체층(1604)과 접속되는 도전성 비아에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
기판(1601)은 이에 한정되지는 않으나 Au, Ni, Al, Cu, W, Si, Se, GaAs, SiAl, Ge, SiC, AlN, Al2O3, GaN, AlGaN 중 어느 하나를 포함하는 물질로 이루어질 수 있으며, 도금, 스퍼터링, 증착 또는 접착 등의 공정으로 형성될 수 있다.
컨택홀(H)은 접촉 저항이 낮아지도록 개수, 형상, 피치, 제1 및 제2 도전형 반도체층(1604, 1606)과의 접촉 직경(또는 접촉 면적) 등이 적절히 조절될 수 있으며, 행과 열을 따라 다양한 형태로 배열됨으로써 전류 흐름이 개선될 수 있다. 행과 열을 이루는 복수의 도전성 비아(즉, 제2 전극층(1608)의 돌출 부분)들이 제1 도전형 반도체층(1604)과 접촉하는 영역의 평면 상에서 차지하는 면적은 발광 적층체의 평면 면적의 0.5% 내지 20%의 범위가 되도록 도전성 비아의 개수 및 접촉 면적이 조절될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(1604)과 접촉하는 영역의 도전성 비아의 반경은 예를 들어, 1㎛ 내지 50㎛의 범위일 수 있으며, 도전성 비아의 개수는 발광 적층체 영역의 넓이에 따라, 발광 적층체 영역 당 1개 내지 48000개일 수 있다. 도전성 비아는 발광 적층체 영역의 넓이에 따라 다르지만 바람직하게는 2개 이상이 좋으며, 각 도전성 비아 간의 거리는 50㎛ 내지 500㎛ 범위의 행과 열을 가지는 매트릭스 구조일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 100㎛ 내지 450㎛ 범위일 수 있다.
각 도전성 비아 간의 거리가 50㎛보다 작으면 비아의 개수가 증가하게 되고 상대적으로 발광면적이 줄어들어 발광 효율이 작아지며, 거리가 500㎛보다 커지면 전류 확산이 어려워 발광 효율이 떨어지는 문제점이 있을 수 있다. 도전성 비아의 깊이는 제2 도전형 반도체층(1606) 및 활성층의 두께에 따라 다르게 형성될 수 있고, 예컨대, 0.5㎛ 내지 5.0㎛의 범위일 수 있다. 그리고, 제2 전극층(1607) 상에는 전극 패드(1609)가 설치될 수 있다. 전극 패드(1609)는 절연층(163)에 의해 절연될 수 있다.
한편, 발광 소자(LED)를 이용한 조명 장치는 방열 특성이 개선된 특징을 제공하고 있으나, 전체적인 방열 성능 측면에서 볼 때에 조명 장치에 채용되는 발광 소자 자체를 발열량이 적은 것이 바람직하다. 이러한 요건을 만족하는 발광 소자로서, 나노 구조체(나노 발광 적층체)를 포함한 발광 소자 칩(이하에서는 "나노 LED 칩"이라 함)이 사용될 수 있다.
이러한 나노 LED 칩으로써 코어(core)/쉘(shell)형 나노 LED 칩이 있다. 코어/쉘형 나노 LED 칩은 결합 밀도가 작아서 상대적으로 열 발생이 작을 뿐만 아니라, 나노 구조체를 활용하여 발광면적을 늘려 발광 효율을 높일 수 있으며, 비극성 활성층을 얻을 수 있어 분극에 의한 효율저하를 방지할 수 있으므로, 드룹(droop) 특성을 개선할 수 있다. 이하에서는 나노 LED 칩의 일 예를 설명한다.
도 16은 본 발명의 기술적 사상의 화학 기상 증착 장치를 이용하여 제조된 발광 소자의 일 예를 나타내는 측단면도이다.
구체적으로, 나노 LED 칩(1700)은 기판(1701) 상에 형성된 다수의 나노 발광 구조체(N)를 포함한다. 본 예에서 나노 발광 구조체(N)는 코어-쉘(core-shell) 구조로서 로드 구조로 예시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 피라미드 구조와 같은 다른 구조를 가질 수 있다.
나노 LED 칩(1700)은 기판(1701) 상에 형성된 베이스층(1702)을 포함한다. 베이스층(1702)은 나노 발광 구조체(N)의 성장면을 제공하는 층으로서 제1 도전형 반도체일 수 있다. 베이스층(1702) 상에는 나노 발광 구조체(N)(특히, 코어) 성장을 위한 오픈 영역을 갖는 1층 이상의 마스크층(1703)이 형성될 수 있다. 마스크층(1703)은 SiO2 또는 SiNx와 같은 유전체 물질일 수 있다.
나노 발광 구조체(N)는 오픈 영역을 갖는 마스크층(1703)을 이용하여 제1 도전형 반도체를 선택적으로 마스크층(1703) 내부를 충진하도록 성장시킴으로써 제1 도전형 나노 코어(1704)를 형성하고, 상기 1층 이상의 마스크층(1703) 일부를 식각하여 제거한 후, 노출된 상기 나노 코어(1704)의 표면에 쉘층으로서 활성층(1705) 및 제2 도전형 반도체층(1706)을 형성한다. 이로써, 나노 발광 구조체(N)는 제1 도전형 반도체가 나노 코어가 되고, 나노 코어를 감싸는 활성층(1705) 및 제2 도전형 반도체층(1706)이 쉘층이 되는 코어-쉘(core-shell) 구조를 가질 수 있다.
나노 발광 구조체(N)는 앞서 실시예의 발광 적층체(S)에 해당될 수 있다. 나노 발광 구조체(N)는 앞서 설명한 본 발명의 화학 기상 증착 장치(100-600)를 이용하여 제조될 수 있다.
본 예에 따른 나노 LED 칩(1700)은 나노 발광 구조체(N) 사이에 채워진 충전물질(1707)을 포함한다. 충전물질(1707)은 나노 발광 구조체(N)를 구조적으로 안정화시킬 수 있다. 충전물질(1707)은 이에 한정되지는 않으나, 실리콘 산화물(SiO2)과 같은 투명한 물질 또는 반사성의 물질로 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(1706)을 감싸는 형태로 나노 발광 구조체(N) 상에는 제2 도전형 반도체층(1706)에 접속되도록 오믹 컨택층(1708, ohmic contact layer)이 형성될 수 있다. 나노 LED 칩(1700)은 제1 도전형 반도체로 이루어진 베이스층(1702)과 오믹 컨택층(1708)에 각각 접속된 제1 및 제2 전극(1709a, 1709b)을 포함한다.
나노 발광 구조체(N)의 직경 또는 성분 또는 도핑 농도를 달리하여 단일한 소자에서 2 이상의 다른 파장의 광을 방출할 수 있다. 다른 파장의 광을 적절히 조절하여 단일 소자에서 형광체를 사용하지 않고도 백색광을 구현할 수 있으며, 이러한 소자와 함께 다른 LED 칩을 결합하거나 또는 형광체와 같은 파장변환 물질을 결합하여 원하는 다양한 색깔의 광 또는 색온도가 다른 백색광을 구현할 수 있다.
도 17은 본 발명의 기술적 사상의 화학 기상 증착 장치를 이용하여 제조된 발광 소자가 실장 기판에 실장된 발광 소자 패키지를 보여주는 측단면도이다.
구체적으로, 발광 소자 패키지(1800)는 실장 기판(1820)과 실장 기판(1820)에 탑재된 발광 소자(LED 칩, 1810)를 포함한다. LED 칩(1810)은 앞서 설명된 예와 다른 LED 칩으로 제시되어 있다.
LED 칩(1810)은 기판(1801)의 일면 상에 배치된 발광 적층체(S)와, 발광 적층체(S)를 기준으로 기판(1801) 반대 측에 배치된 제1 및 제2 전극(1808a, 1808b)을 포함한다. 또한, LED 칩(1810)은 제1 및 제2 전극(1808a, 1808b)을 덮도록 형성되는 절연부(1803)를 포함한다. 제1 및 제2 전극(1808a, 1808b)은 제1 및 제2 전기연결부(1809a, 1809b)에 의해 제1 및 제2 전극 패드(1819a, 1819b)를 포함할 수 있다.
발광 적층체(S)는 기판(1801) 상에 순차적으로 배치되는 제1 도전형 반도체층(1804), 활성층(1805) 및 제2 도전형 반도체층(1806)을 포함할 수 있다. 발광 적층체(S)는 앞서 설명한 본 발명의 화학 기상 증착 장치(100-600)를 이용하여 제조될 수 있다.
제1 전극(1808a)은 제2 도전형 반도체층(1806) 및 활성층(1805)을 관통하여 제1 도전형 반도체층(1804)과 접속된 도전성 비아로 제공될 수 있다. 제2 전극(1808b)은 제2 도전형 반도체층(1806)과 접속될 수 있다.
절연부(1803)는 제1 및 제2 전극(1808a, 1808b)의 적어도 일부를 노출시키도록 오픈 영역을 구비하며, 제1 및 제2 전극 패드(1819a, 1819b)는 제1 및 제2 전극(1808a, 1808b)과 접속될 수 있다. 제1 및 제2 전극(1808a, 1808b)은 각각 제1 및 제2 도전형 반도체층(1804, 1806)과 오믹 특성을 갖는 도전성 물질이 1층 또는 다층 구조로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, Ag, Al, Ni, Cr, 투명 도전성 산화물(TCO) 등의 물질 중 하나 이상을 증착하거나 스퍼터링하는 등의 공정으로 형성될 수 있다. 제1 및 제2 전극(1808a, 1808b)은 서로 동일한 방향으로 배치될 수 있으며, 후술할 바와 같이, 리드 프레임 등에 소위, 플립칩 형태로 실장될 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 전극(1808a, 1808b)은 서로 동일한 방향을 향하도록 배치될 수 있다.
특히, 제1 전극(1808a)은 제1 도전형 반도체층(1804) 및 활성층(1805)을 관통하여 발광 적층체(S) 내부에서 제1 도전형 반도체층(1804)에 연결된 도전성 비아를 갖는 제1 전극(1808a)에 의해 제1 전기연결부(1809a)가 형성될 수 있다.
도전성 비아와 제1 전기연결부(1809a)는 접촉 저항이 낮아지도록 개수, 형상, 피치, 제1 도전형 반도체층(1804)과의 접촉 직경(또는 접촉 면적) 등이 적절히 조절될 수 있으며, 도전성 비아와 제1 전기연결부(1809a)는 행과 열을 이루어 배열됨으로써 전류 흐름이 개선될 수 있다.
다른 한편의 전극구조는, 제2 도전형 반도체층(1806) 상에 직접 형성되는 제2 전극(1808b)과 그 상부에 형성되는 제2 전기연결부(1809b)를 포함할 수 있다. 제2 전극(1808b)은 제2 도전형 반도체층(1806)과의 전기적 오믹을 형성하는 기능 외에 광 반사 물질로 이루어짐으로써 LED 칩(1810)을 플립칩 구조로 실장된 상태에서, 활성층(1805)에서 방출된 빛을 기판(1801) 방향으로 효과적으로 방출시킬 수 있다. 물론, 주된 광방출 방향에 따라, 제2 전극(1808b)은 투명 전도성 산화물과 같은 광투과성 도전 물질로 이루어질 수도 있다.
앞서 설명된 2개의 전극구조는 절연부(1803)에 의하여 서로 전기적으로 분리될 수 있다. 절연부(1803)는 전기적으로 절연 특성을 갖는 물질이면 어느 것이나 사용할 수 있으며, 전기 절연성을 갖는 물체라면 어느 것이나 채용 가능하지만, 광흡수율이 낮은 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, SiO2, SiOxNy, SixNy 등의 실리콘 산화물, 실리콘 질화물을 이용할 수 있을 것이다. 필요에 따라, 광투과성 물질 내에 광 반사성 필러를 분산시켜 광반사 구조를 형성할 수 있다.
제1 및 제2 전극 패드(1819a, 1819b)는 각각 제1 및 제2 전기연결부(1809a, 1809b)와 접속되어 LED 칩(1810)의 외부 단자로 기능할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 전극 패드(1819a, 1819b)는 Au, Ag, Al, Ti, W, Cu, Sn, Ni, Pt, Cr, NiSn, TiW, AuSn 또는 이들의 공융 금속일 수 있다. 이 경우에, 실장 기판(1820)에 실장 시 공융 금속을 이용하여 접합될 수 있으므로, 플립칩 본딩 시 일반적으로 요구되는 별도의 솔더 범프를 사용하지 않을 수 있다. 솔더 범프를 이용하는 경우에 비하여 공융 금속을 이용한 실장 방식에서 방열 효과가 더욱 우수한 장점이 있다. 이 경우, 우수한 방열 효과를 얻기 위하여 제1 및 제2 전극 패드(1819a, 1819b)는 넓은 면적을 차지하도록 형성될 수 있다.
기판(1801) 및 발광 적층체(S)는 반대되는 설명이 없는 한, 앞서 도 14를 참조하여 설명된 내용을 근거로 이해될 수 있다. 또한, 구체적으로 도시하지는 않았으나, 발광 적층체(S)와 기판(1801) 사이에는 버퍼층(미도시)이 형성될 수 있으며, 버퍼층은 질화물 등으로 이루어진 언도프 반도체층으로 채용되어, 그 위에 성장되는 발광 구조물의 격자 결함을 완화할 수 있다.
기판(1801)은 서로 대향하는 제1 및 제2 주면을 가질 수 있으며, 제1 및 제2 주면 중 적어도 하나에는 요철 구조가 형성될 수 있다. 기판(1801)의 일면에 형성된 요철 구조는 기판(1801)의 일부가 식각되어 상기 기판과 동일한 물질로 이루어질 수 있으며, 기판(1801)과 다른 이종 물질로 구성될 수도 있다.
본 예와 같이, 기판(1801)과 제1 도전형 반도체층(1804)의 계면에 요철 구조를 형성함으로써, 활성층(1805)으로부터 방출된 광의 경로가 다양해 질 수 있으므로, 빛이 반도체층 내부에서 흡수되는 비율이 감소하고 광 산란 비율이 증가하여 광 추출 효율이 증대될 수 있다.
구체적으로, 요철 구조는 규칙 또는 불규칙적인 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 요철을 이루는 이종 물질은 투명 전도체나 투명 절연체 또는 반사성이 우수한 물질을 사용할 수 있으며, 투명 절연체로는 SiO2, SiNx, Al2O3, HfO, TiO2 또는 ZrO와 같은 물질을, 투명 전도체는 ZnO나 첨가물(Mg, Ag, Zn, Sc, Hf, Zr, Te, Se, Ta, W, Nb, Cu, Si, Ni, Co, Mo, Cr, Sn)이 함유된 인듐 산화물(Indum Oxide) 등과 같은 투명 전도성 산화물(TCO)을, 반사성 물질로는 Ag, Al, 또는 굴절율이 서로 다른 다층막을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
기판(1801)은 제1 도전형 반도체층(1804)으로부터 제거될 수 있다. 기판 제거에는 레이저를 이용한 LLO(Laser Lift Off) 공정 또는 식각, 연마 공정을 사용할 수 있다. 또한, 기판을 제거 후 제1 도전형 반도체층의 표면에 요철을 형성할 수 있다.
앞서 도시된 바와 같이, LED 칩(1810)은 실장 기판(1820)에 탑재되어 있다. 실장 기판(1820)은 기판 본체(1811) 상면 및 하면에 각각 상부 및 하부 전극층(1812b, 1812a)이 형성되고, 상부 및 하부 전극층(1812b, 1812a)을 연결하도록 기판 본체(1811)를 관통하는 비아(1813)를 포함한다. 기판 본체(1811)는 수지 또는 세라믹 또는 금속일 수 있으며, 상부 또는 하부 전극층(1812b, 1812a)은 Au, Cu, Ag, Al와 같은 금속층일 수 있다.
물론, 상술된 LED 칩(1810)이 탑재되는 기판은 도 17에 도시된 실장 기판(1820)의 형태에 한정되지 않으며, LED 칩(1810)을 구동하기 위한 배선 구조가 형성된 기판이라면 어느 것이나 적용 가능하다. 예를 들어, 한 쌍의 리드 프레임을 갖는 패키지 본체에 LED 칩이 실장된 패키지 구조로도 제공될 수 있다.
상술된 LED 칩 외에도 다양한 구조의 LED 칩이 사용될 수 있다. 예를 들어, LED 칩의 금속-유전체 경계에 표면 플라즈몬 폴라리톤(surface-plasmon polaritons: SPP)을 형성시켜 양자우물 엑시톤과 상호작용시킴으로써 광추출효율을 크게 개선된 LED 칩도 유용하게 사용될 수 있다.
다양한 형태의 LED 칩이 베어(bare) 칩으로 회로기판에 실장되어 상술된 발광 소자 어레이에 사용될 수 있으나, 이와 달리, 한 쌍의 전극구조를 갖는 패키지 본체에 실장된 다양한 형태의 패키지 구조로 사용될 수 있다.
이러한 발광 소자(LED 칩)을 구비한 패키지(이하, 발광 소자 패키지)는 외부 회로와 연결을 용이한 외부단자구조를 제공할 뿐만 아니라, LED 칩의 방열 특성을 개선하는 방열구조 및 광특성을 향상시키기 위한 다양한 광학적 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 다양한 광학적 구조로서, LED 칩으로부터 방출된 광을 다른 파장의 광을 변환하는 파장변환부 또는 배광특성을 개선하기 위한 렌즈구조가 있을 수 있다.
상술된 조명 장치에 채용될 수 있는 발광 소자 패키지의 일 예로서, 칩 스케일 패키지(chip scale package: CSP) 구조를 갖는 LED 칩 패키지가 사용될 수 있다. 칩 스케일 패키지는 LED 칩 패키지의 사이즈를 줄이고 제조 공정을 단순화하여 대량 생산에 적합하며, LED 칩과 함께, 형광체와 같은 파장변환물질과 렌즈와 같은 광학 구조를 일체형으로 제조할 수 있으므로, 특히 조명 장치에 적합하게 사용될 수 있다.
도 18은 본 발명의 기술적 사상의 화학 기상 증착 장치를 이용하여 제조된 발광 소자가 배열된 발광 소자 어레이에 이용될 수 있는 발광 소자 패키지의 일 예를 나타내는 측단면도이다.
구체적으로, 칩 스케일 패키지의 일 예로서 발광 소자 패키지(1900)는 주된 광추출면과 반대 방향인 발광 소자(1910)의 하면을 통해 전극이 형성되며 형광체층(1907) 및 렌즈(1920)가 일체로 형성될 수 있다. 앞서 도시된 발광 소자 패키지(1900)는 기판(1911)에 배치된 발광 적층체(S), 제1 및 제2 단자(Ta, Tb), 형광체층(1907) 및 렌즈(1920)를 포함한다.
발광 적층체(S)는 제1 및 제2 도전형 반도체층(1904, 1906)과 그 사이에 배치된 활성층(1905)을 구비하는 적층 구조이다. 발광 적층체(S)는 앞서 설명한 본 발명의 화학 기상 증착 장치(100-600)를 이용하여 제조될 수 있다. 본 실시 형태의 경우, 제1 및 제2 도전형 반도체층(1904, 1906)은 각각 p형 및 n형 반도체층이 될 수 있으며, 또한, 질화물 반도체, 예를 들어, AlxInyGa(1-x-y)N(0<x<1, 0<y<1, 0<x+y<1)로 이루어질 수 있다. 다만, 질화물 반도체 외에도 GaAs계 반도체나 GaP계 반도체도 사용될 수 있을 것이다.
제1 및 제2 도전형 반도체층(1904, 1906) 사이에 형성되는 활성층(1905)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출하며, 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조로 이루어질 수 있다. 다중 양자우물 구조의 경우, 예를 들어, InGaN/GaN, AlGaN/GaN 구조가 사용될 수 있다.
발광 소자(1910)는 성장 기판이 제거된 상태이며, 성장 기판이 제거된 면에는 요철(P)이 형성될 수 있다. 또한, 요철이 형성된 면에 광변환층으로서 형광체층(1907)이 적용된다. 발광 소자(1910)는 제1 및 제2 도전형 반도체층(1904, 1906)에 각각 접속된 제1 및 제2 전극(1909a, 1909b)을 갖는다. 제1 전극(1909a)은 제2 도전형 반도체층(1906) 및 활성층(1905)을 관통하여 제2 도전형 반도체층(1904)에 접속된 도전성 비아(1908)를 구비한다. 도전성 비아(1908)는 활성층(1905) 및 제2 도전형 반도체층(1906) 사이에는 절연층(1903)이 형성되어 단락을 방지할 수 있다.
도전성 비아(1908)는 1개로 예시되어 있으나, 전류 분산에 유리하도록 도전성 비아(1908)는 2개 이상 구비하고, 다양한 형태로 배열될 수 있다. 도전성 비아(1908)의 배열은 도 14의 내용과 동일하게 구성할 수 있다.
본 예에 채용된 실장 기판(1911)은 실리콘 기판과 같은 반도체 공정이 용이하게 적용될 수 있는 지지 기판으로 예시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 실장 기판(1911)과 발광 소자(1910)는 본딩층(1902, 1912)에 의해 접합될 수 있다. 본딩층(1902, 1912)은 전기 절연성 물질 또는 전기 전도성 물질로 이루어지며, 예를 들어, 전기 절연성 물질의 경우, SiO2, SiN등과 같은 산화물, 실리콘 수지나 에폭시 수지 등과 같은 수지류의 물질, 전기 전도성 물질로는 Ag, Al, Ti, W, Cu, Sn, Ni, Pt, Cr, NiSn, TiW, AuSn 또는 이들의 공융 금속을 들 수 있다. 본 공정은 발광 소자(1910)와 기판(1911)의 각 접합면에 제1 및 제2 본딩층(1902, 1912)을 적용한 후에 접합시키는 방식으로 구현될 수 있다.
실장 기판(1911)에는 접합된 발광 소자(1910)의 제1 및 제2 전극(1909a, 1909b)에 연결되도록 실장 기판(1911)의 하면으로부터 비아가 형성된다. 비아의 측면 및 실장 기판(1911)의 하면에 절연체(1913)가 형성될 수 있다. 실장 기판(1911)이 실리콘 기판일 경우에 절연체(1913)는 열 산화공정을 통해서 실리콘 산화막으로 제공될 수 있다. 비아에 도전성 물질을 충전함으로써 제1 및 제2 전극(1909a, 1909b)에 연결되도록 제1 및 제2 단자(Ta, Tb)를 형성한다. 제1 및 제2 단자(Ta, Tb)는 시드층(1918a, 1918b)과, 시드층(1918a, 1918b)을 이용하여 도금공정으로 형성된 도금 충전부(1919a, 1919b)일 수 있다.
도 19는 본 발명의 기술적 사상의 화학 기상 증착 장치를 이용하여 제조된 발광 소자가 배열된 발광 소자 어레이부를 포함하는 백라이트 어셈블리의 일 예를 나타내는 분리 사시도이다.
구체적으로, 직하형 백라이트 어셈블리(3000)는 하부 커버(3005), 반사 시트(3007), 발광 모듈(3010), 광학 시트(3020), 액정 패널(3030) 및 상부 커버(3040)를 포함할 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 본 발명의 발광 소자 어레이부는 직하형 백라이트 어셈블리(3000)에 포함된 발광 모듈(3010)로서 사용될 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 발광 모듈(3010)은 하나 이상의 발광 소자 패키지와 회로 기판을 포함하는 발광 소자 어레이(3012) 및 랭크 저장부(3013)를 포함할 수 있다. 전술한 본 발명의 실시예들과 같이, 랭크 저장부(3013)는 발광 소자 어레이(3012)의 랭크 정보를 저장할 수 있다. 발광 소자 어레이(3012)는 직하형 백라이트 어셈블리(3000) 외부의 발광 소자 구동부로부터 발광을 위한 전력을 공급받을 수 있고, 발광 소자 구동부는 랭크 저장부(3013)에 저장된 발광 소자 어레이(3012)의 랭크 정보를 감지하고, 감지된 랭크 정보에 기반하여 발광 소자 어레이(3012)에 공급하는 전류 등을 조절할 수 있다.
광학 시트(3020)는 발광 모듈(3010)의 상부에 구비되며, 확산 시트(3021), 집광 시트(3022), 보호 시트(3023) 등을 포함할 수 있다. 즉, 발광 모듈(3010) 상부에 발광 모듈(3010)로부터 발광된 빛을 확산시키는 확신 시트(3021), 확산 시트(3021)로부터 확산된 광을 모아 휘도를 높여주는 집광 시트(3022), 집광 시트(3022)를 보호하고 시야각을 확보하는 보호 시트(3023)가 순차적으로 마련될 수 있다. 상부 커버(3040)는 광학 시트(3020)의 가장자리를 테두리 치며, 하부 커버(3005)와 조립 체결될 수 있다.
광학 시트(3020)와 상부 커버(3040) 사이에는 액정 패널(3030)을 더 구비할 수 있다. 액정 패널(3030)은 액정층을 사이에 두고 서로 대면 합착된 한 쌍의 제1 기판(미도시) 및 제2 기판(미도시)을 포함할 수 있다. 제1 기판에는 다수의 게이트 라인과 다수의 데이터 라인이 교차하여 화소 영역을 정의하고, 각 화소 영역의 교차점마다 박막 트랜지스터(TFT)가 구비되어 각 화소 영역에 실장된 화소전극과 일대일 대응되어 연결된다. 제2 기판에는 각 화소 영역에 대응되는 R, G, B 컬러의 컬러필터와 이들 각각의 가장자리와 게이트 라인과 데이터 라인 그리고 박막 트랜지스터 등을 가리는 블랙 매트릭스를 포함할 수 있다.
도 20은 본 발명의 기술적 사상의 화학 기상 증착 장치를 이용하여 제조된 발광 소자가 배열된 발광 소자 어레이부 및 발광 소자 모듈을 포함하는 평판 조명 장치를 간략하게 나타내는 도면이다.
구체적으로, 평판 조명 장치(4100)는 광원(4110), 전원공급장치(4120) 및 하우징(4130)을 포함할 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 광원(4110)은 전술한 발광 소자 어레이부를 포함할 수 있고, 전원공급장치(4120)는 전술한 발광 소자 구동부를 포함할 수 있다.
광원(4110)은 발광 소자 어레이부를 포함할 수 있고, 전체적으로 평면 현상을 이루도록 형성될 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 발광 소자 어레이부는 발광 소자 어레이 및 발광 소자 어레이의 랭크 정보를 저장하는 랭크 저장부를 포함할 수 있다.
전원공급장치(4120)는 광원(4110)에 전원을 공급하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 전원공급장치(4120)는 가변 전류 출력부 및 랭크 감지부를 포함할 수 있다. 가변 전류 출력부 및 랭크 감지부는 본 발명의 실시예들 중 어느 하나가 포함하는 가변 전류 출력부 및 랭크 감지부와 각각 동일하게 기능할 수 있다.
하우징(4130)은 광원(4110) 및 전원공급장치(4120)가 내부에 수용되도록 수용 공간이 형성될 수 있고, 일측면에 개방된 육면체 형상으로 형성되나 이에 한정되는 것은 아니다. 광원(4110)은 하우징(4130)의 개방된 일측면으로 빛을 발광하도록 배치될 수 있다.
도 21은 본 발명의 기술적 사상의 화학 기상 증착 장치를 이용하여 제조된 발광 소자가 배열된 발광 소자 어레이부 및 발광 소자 모듈을 포함하는 조명 장치로서 벌브형 램프를 간략하게 나타내는 도면이고, 도 22는 본 발명의 기술적 사상의 화학 기상 증착 장치를 이용하여 제조된 발광 소자에 이용될 수 있는 완전 복사체 스펙트럼을 나타내는 CIE 색도도이다.
구체적으로, 조명 장치(4200)는 소켓(4210), 전원부(4220), 방열부(4230), 광원(4240) 및 광학부(4250)를 포함할 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 광원(4240)은 전술한 발광 소자 어레이부를 포함할 수 있고, 전원부(4220)는 전술한 발광 소자 구동부를 포함할 수 있다.
소켓(4210)은 기존의 조명 장치와 대체 가능하도록 구성될 수 있다. 조명 장치(4200)에 공급되는 전력은 소켓(4210)을 통해서 인가될 수 있다. 도시된 바와 같이, 전원부(4220)는 제1 전원부(4221) 및 제2 전원부(4222)로 분리되어 조립될 수 있다. 전원부(4220)는 전술한 본 발명의 예시적 실시예들에 따른 발광 소자 구동부를 포함할 수 있다. 즉, 전원부(4220)는 가변 전류 출력부 및 랭크 감지부를 포함할 수 있다.
방열부(4230)는 내부 방열부(4231) 및 외부 방열부(4232)를 포함할 수 있고, 내부 방열부(4131)는 광원(4240) 및/또는 전원부(4220)와 직접 연결될 수 있고, 이를 통해 외부 방열부(4232)로 열이 전달되게 할 수 있다. 광학부(4250)는 내부 광학부(미도시) 및 외부 광학부(미도시)를 포함할 수 있고, 광원(4240)이 방출하는 빛을 고르게 분산시키도록 구성될 수 있다.
광원(4240)은 전원부(4220)로부터 전력을 공급받아 광학부(4250)로 빛을 방출할 수 있다. 광원(4240)은 전술한 본 발명의 예시적 실시예들에 따른 발광 소자 어레이부를 포함할 수 있다. 광원(4240)은 하나 이상의 발광 소자 패키지(4241), 회로기판(4242) 및 랭크 저장부(4243)를 포함할 수 있고, 랭크 저장부(4243)는 발광 소자 패키지(4241)들의 랭크 정보를 저장할 수 있다.
광원(4240)이 포함하는 복수의 발광 소자 패키지(4241)는 동일한 파장의 빛을 발생시키는 동종(同種)일 수 있다. 또는 서로 상이한 파장의 빛을 발생시키는 이종(異種)으로 다양하게 구성될 수도 있다. 예를 들어, 발광 소자 패키지(4241)는 청색 발광 소자에 황색, 녹색, 적색 또는 오렌지색의 형광체를 조합하여 백색광을 발하는 발광 소자와 보라색, 청색, 녹색, 적색 또는 적외선 발광 소자 중 적어도 하나를 포함하도록 구성하여 백색광의 색온도 및 연색성(Color Rendering Index: CRI)을 조절하도록 할 수 있다. 또는 LED 칩이 청색광을 발광하는 경우, 황색, 녹색, 적색 형광체 중 적어도 하나를 포함한 발광 소자 패키지는 형광체의 배합비에 따라 다양한 색온도의 백색광을 발광하도록 할 수 있다. 또는 청색 LED 칩에 녹색 또는 적색 형광체를 적용한 발광 소자 패키지는 녹색 또는 적색광을 발광하도록 할 수 있다. 백색광을 내는 발광 소자 패키지와 녹색 또는 적색광을 내는 패키지를 조합하여 백색광의 색온도 및 연색성을 조절하도록 할 수 있다. 또한, 보라색, 청색, 녹색, 적색 또는 적외선을 발광하는 발광 소자 중 적어도 하나를 포함하게 구성할 수도 있다.
이 경우, 조명 장치(4200)는 연색성을 나트륨(Na)등에서 태양광 수준으로 조절할 수 있으며 또한 색온도를 1500K에서 20000K 수준으로 다양한 백색광을 발생시킬 수 있으며, 필요에 따라서는 보라색, 청색, 녹색, 적색, 오렌지색의 가시광 또는 적외선을 발생시켜 주위 분위기 또는 기분에 맞게 조명 색을 조절할 수 있다. 또한, 식물 성장을 촉진할 수 있는 특수 파장의 광을 발생시킬 수도 있다.
청색 발광 소자에 황색, 녹색, 적색 형광체 및/또는 녹색, 적색 발광 소자의 조합으로 만들어지는 백색광은 2개 이상의 피크 파장을 가지며, 도 15와 같이, CIE 1931 좌표계의 (x, y) 좌표가 (0.4476, 0.4074), (0.3484, 0.3516), (0.3101, 0.3162), (0.3128, 0.3292), (0.3333, 0.3333)을 잇는 선분 영역 내에 위치할 수 있다. 또는, 선분과 흑체 복사 스펙트럼으로 둘러싸인 영역에 위치할 수 있다. 백색광의 색온도는 1500K ~ 20000K 사이에 해당한다.
도 23은 본 발명의 기술적 사상의 화학 기상 증착 장치를 이용하여 제조된 발광 소자가 배열된 발광 소자 패키지의 예를 나타내는 도면이다.
구체적으로, 예를 들어, 색온도 4000K 와 3000K인 백색 발광 소자 패키지와 적색 발광 소자 패키지를 조합하면 색온도 3000K~4000K 범위로 조절 가능하고 연색성 Ra가 85 ~ 99인 백색 발광 패키지 모듈을 제조할 수 있다. 상기 백색 발광 패키지 모듈은 도 21의 광원(4240) 및 도 24의 광원에 해당될 수 있다.
다른 실시 예로는 색온도 2700K인 백색 발광 소자 패키지와 색온도 5000K인 백색 발광 소자 패키지를 조합하여 색온도 2700K ~ 5000K 범위로 조절 가능하고 연색성 Ra가 85 ~ 99인 백색 발광 패키지 모듈을 제조할 수 있다. 각 색온도의 발광 소자 패키지 수는 주로 기본 색온도 설정 값에 따라 개수를 달리할 수 있다. 기본 설정 값이 색온도 4000K 부근의 조명장치라면 4000K에 해당하는 패키지의 개수가 색온도 3000K 또는 적색 발광 소자 패키지 개수보다 많도록 한다.
형광체는 다음과 같은 조성식 및 컬러(color)를 가질 수 있다.
산화물계: 황색 및 녹색 Y3Al5O12:Ce, Tb3Al5O12:Ce, Lu3Al5O12:Ce
실리케이트계: 황색 및 녹색 (Ba,Sr)2SiO4:Eu, 황색 및 등색 (Ba,Sr)3SiO5:Ce
질화물계: 녹색 -SiAlON:Eu, 황색 La3Si6N11:Ce, 등색 -SiAlON:Eu, 적색 CaAlSiN3:Eu, Sr2Si5N8:Eu, SrSiAl4N7:Eu, SrLiAl3N4:Eu, Ln4-x(EuzM1-z)xSi12-yAlyO3+x+yN18-x-y (0.5=x=3, 0<z<0.3, 0<y=4) - 식 (1)
단, 식 (1) 중, Ln은 IIIa 족 원소 및 희토류 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 한 종의 원소이고, M은 Ca, Ba, Sr 및 Mg로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 한 종의 원소일 수 있다.
플루오라이트(fluoride)계: KSF계 적색 K2SiF6:Mn4 +, K2TiF6:Mn4 +, NaYF4:Mn4 +, NaGdF4:Mn4 +
형광체 조성은 기본적으로 화학양론(Stoichiometry)에 부합하여야 하며, 각 원소들은 주기율표상 각 족들 내 다른 원소로 치환이 가능하다. 예를 들어 Sr은 알카리토류(II)족의 Ba, Ca, Mg 등으로, Y는 란탄계열의 Tb, Lu, Sc, Gd 등으로 치환이 가능하다. 또한, 활성제인 Eu 등은 원하는 에너지 준위에 따라 Ce, Tb, Pr, Er, Yb 등으로 치환이 가능하며, 활성제 단독 또는 특성 변형을 위해 부활성제 등이 추가로 적용될 수 있다. 또한, 형광체 대체 물질로 양자점(Quantum Dot, QD) 등의 물질들이 적용될 수 있으며, 형광체와 QD를 혼합 또는 단독으로 사용될 수 있다.
QD는 CdSe, InP 등의 코어(Core, 코어 직경은 3~10nm)와 ZnS, ZnSe 등의 쉘(Shell, 쉘 두께는 0.5 ~ 2nm) 및 코어, 쉘의 안정화를 위한 리간드(ligand)의 구조로 구성될 수 있으며, 사이즈에 따라 다양한 컬러를 구현할 수 있다.
실시예에서 파장변환물질은 봉지재에는 함유되는 걸로 표시되어 있으나 필름타입으로 LED칩 상면에 부착해서 사용할 수도 있으며, LED칩 상면에 균일한 두께로 코팅하여 사용할 수도 있다.
아래 표 1은 청색 LED 칩(440 ~ 460nm)을 사용한 백색 발광 소자의 응용분야별 형광체 종류이다.
Figure 112014118288456-pat00001
도 24는 본 발명의 기술적 사상의 화학 기상 증착 장치를 이용하여 제조된 발광 소자가 배열된 발광 소자 어레이부 및 발광 소자 모듈을 포함하고, 통신 모듈을 포함하는 램프를 나타내는 도면이다.
구체적으로, 본 실시예의 조명 장치(4300)에 있어서 조명 장치(4200)와의 차이점은 광원(4240)의 상부에 반사판(4310)이 포함되어 있으며, 반사판(4310)은 광원으로부터의 빛을 측면 및 후방으로 고르게 퍼지게 하여 눈부심을 줄일 수 있다.
반사판(4310) 상부에 통신 모듈(4320)이 장착될 수 있으며 통신 모듈(4320)을 통하여 홈-네트워크(home-network) 통신이 가능하다. 예를 들면, 통신 모듈(4320)은 직비(Zigbee)를 이용한 무선 통신 모듈이며, 스마트폰 또는 무선 컨트롤러를 통하여 램프의 온/오프, 밝기 조절 등과 같은 가정 내 조명을 컨트롤할 수 있다.
도 25는 본 발명의 기술적 사상의 화학 기상 증착 장치를 이용하여 제조된 발광 소자가 배열된 발광 소자 어레이부 및 발광 소자 모듈을 포함하는 램프를 홈-네트워크에 적용한 예를 나타내는 도면이다.
구체적으로, 가정 내 무선 통신(Zigbee, WiFi 등)을 활용하여 침실, 거실, 현관, 창고, 가전제품 등의 동작 상태 및 주위 환경/상황에 따라 조명의 밝기가 자동으로 조절되는 기능을 수행할 수 있다.
예를 들면, TV(5100)에서 방송되고 있는 프로그램의 종류 또는 화면의 밝기에 따라 LED 램프(5200)의 조명 밝기를 게이트 웨이 및 지그비 모듈을 이용하여 자동으로 조절될 수 있다. 예로서, 휴먼 드라마 등이 상영되어 아늑한 분위기가 필요할 때는 조명도 거기에 맞게 색 온도가 5000K 이하로 낮아지도록 색감을 조절할 수 있다. 다른 예로서, 개그 프로그램과 같은 가벼운 분위기에서는 조명도 색온도가 5000K 이상으로 높아지고, 푸른색 계열의 백색조명으로 조절할 수 있다.
위의 지그비 모듈은 광센서와 일체형으로 모듈화할 수 있으며, 발광 장치와 일체형으로 구성할 수 있다.
가시광 무선통신 기술은 인간이 눈으로 인지할 수 있는 가시광 파장 대역의 빛을 이용하여 무선으로 정보를 전달하는 무선통신 기술이다. 이러한 가시광 무선통신 기술은 가시광 파장 대역의 빛, 즉 상기 실시예에서 설명한 발광 패키지로부터의 특정 가시광 주파수를 이용한다는 측면에서 기존의 유선 광통신기술 및 적외선 무선통신과 구별되며, 통신 환경이 무선이라는 측면에서 유선 광통신 기술과 구별된다. 또한, 가시광 무선통신 기술은 RF 무선통신과 달리 주파수 이용 측면에서 규제 또는 허가를 받지 않고 자유롭게 이용할 수 있다는 편리성과 물리적 보안성이 우수하고 통신 링크를 사용자가 눈으로 확인할 수 있다는 차별성을 가지고 있으며, 무엇보다도 광원의 고유 목적과 통신기능을 동시에 얻을 수 있다는 융합 기술로서의 특징을 가지고 있다.
또한 LED조명은 차량용 내외부 광원으로 활용 가능하다. 내부 광원으로는 차량용 실내등, 독서등, 계기판의 각종 광원등으로 사용 가능하며, 차량용 외부 광원으로 전조등, 브레이크등, 방향지시등, 안개등, 주행등 등 모든 광원에 사용 가능하다.
특수한 파장대를 이용한 LED는 식물의 성장을 촉지 시키고, 사람의 기분을 안정시키거나 병을 치료 할 수도 있다. 로봇 또는 각종 기계 설비에 사용되는 광원으로 LED가 적용 될 수 있다. 상기 LED의 저소비전력 및 장수명과 결부하여 태양전지, 풍력 등 자연친화적인 신재생 에너지 전원 시스템에 의한 조명 구현도 가능하다.
도 26은 본 발명의 기술적 사상의 화학 기상 증착 장치를 이용하여 제조된 발광 소자가 배열된 발광 소자 어레이부 및 발광 소자 모듈을 포함하는 발광 장치의 분해 사시도이다.
구체적으로, 발광 장치(6000, 조명 장치)는 방열 부재(6100), 커버(6200), 발광 모듈(6300), 제1 소켓(6400) 및 제2 소켓(6500)을 포함한다. 방열 부재(6100)의 내부 또는/및 외부 표면에 다수개의 방열 핀(6110, 6120)이 요철 형태로 형성될 수 있으며, 방열 핀(6110, 6120)은 다양한 형상 및 간격을 갖도록 설계될 수 있다. 방열 부재(6100)의 내측에는 돌출 형태의 지지대(6130)가 형성되어 있다. 지지대(6130)에는 발광 모듈(6300)이 고정될 수 있다. 제1커버(6110)의 양 끝단에는 걸림 턱(6140)이 형성될 수 있다.
커버(6200)에는 걸림 홈(6210)이 형성되어 있으며, 걸림 홈(6210)에는 방열 부재(6100)의 걸림 턱(6140)이 후크 결합 구조로 결합될 수 있다. 걸림 홈(6210)과 걸림 턱(6140)이 형성되는 위치는 서로 바뀔 수도 있다.
발광 모듈(6300)은 전술한 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광 소자 어레이부를 포함할 수 있다. 발광 모듈(6300)은 인쇄 회로 기판(6310), 발광 소자 어레이(6320) 및 랭크 저장부(6330)를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 랭크 저장부(6330)는 발광 소자 어레이(6320)의 랭크 정보를 저장할 수 있다. 인쇄 회로 기판(6310)에는 발광 소자 어레이(6320)를 동작시키기 위한 회로 배선들이 형성되어 있다. 또한, 발광 소자 어레이(6320)를 동작시키기 위한 구성 요소들이 포함될 수도 있다.
제1, 2 소켓(6400, 6500)은 한 쌍의 소켓으로서 방열 부재(6100) 및 커버(6200)로 구성된 원통형 커버 유닛의 양단에 결합되는 구조를 갖는다. 예를 들어, 제1 소켓(6400)은 전극 단자(6410) 및 전원 장치(6420)를 포함할 수 있고, 제2 소켓(6500)에는 더미 단자(6510)가 배치될 수 있다. 전원 장치(6420)는 전술한 본 발명의 예시적 실시예들에 따른 발광 소자 구동부를 포함할 수 있다. 구체적으로 전원 장치(6420)는 가변 전류 출력부 및 랭크 감지부를 포함할 수 있고, 가변 전류 출력부 및 랭크 감지부는 본 발명의 실시예들 중 어느 하나가 포함하는 가변 전류 출력부 및 랭크 감지부와 각각 동일하게 기능할 수 있다.
또한, 제1 소켓(6400) 또는 제2 소켓(6500) 중의 어느 하나의 소켓에 광센서 모듈이 내장될 수 있다. 예를 들어, 더미 단자(6510)가 배치된 제2 소켓(6500)에 광센서 모듈이 내장될 수 있다. 다른 예로서, 전극 단자(6410)가 배치된 제1 소켓(6400)에 광센서 모듈이 내장될 수도 있다.
지금까지의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100-600: 화학 기상 증착 장치, 1: 챔버, 3, 천장, 5: 측벽, 7: 메인 디스크, 9: 위성 디스크, 11: 기판, 13: 지지판, 15: 분배판, 17: 가열 코일, 19: 지주, 12, 20: 회전축, 21: 지지 가스 공급 라인, 23: 가스 공급부, 25: 스커트부, 25a: 평탄면, 25b: 굴곡면, 29: 가스 콜렉터부, 29a, 29d: 하부 콜렉터, 29b: 가스 배기 채널, 29c: 상부 콜렉터, 29d: 43a, 43b, 43c: 돌출부재

Claims (20)

  1. 챔버;
    상기 챔버 내에 기판이 탑재되어 회전할 수 있는 메인 디스크;
    상기 챔버 내로 프로세스 가스를 공급할 수 있는 가스 공급부;
    상기 메인 디스크의 주연 부분에 연결되어 회전할 수 있고 상기 프로세스 가스의 흐름을 원활하게 할 수 있는 스커트부; 및
    상기 스커트부와 떨어져 있고 상기 메인 디스크보다 수직적으로 낮게 위치하는 가스 배기 채널을 구비하는 가스 콜렉터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스커트부는 상기 메인 디스크와 일체형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 스커트부는 상기 메인 디스크 상에 위치하는 상기 기판의 표면과 평행한 평탄면과, 상기 평탄면과 연결되어 상기 가스 배기 채널 방향으로 굴곡된 굴곡면을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 스커트부는 상기 메인 디스크와 상기 가스 콜렉터부 사이에 설치되어 상기 가스 공급부로부터 상기 가스 콜렉터부로 흐르는 프로세스 가스의 와류를 방지하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 스커트부는 상기 메인 디스크의 주연 부분에 연결되어 회전할 수 있고, 상기 스커트부가 회전할 때 상기 가스 콜렉터부의 가스 배기 채널 에 인접하여 증착되는 기생 증착 물질을 제거할 수 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 메인 디스크는 환형으로 구성되고, 상기 스커트부는 상기 환형의 메인 디스크의 주연 부분에 상기 메인 디스크와 동일하게 환형으로 설치되어 있고, 상기 가스 배기 채널은 상기 환형의 스커트부의 주연 부분에 상기 스커트부와 동일하게 환형으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치.
  8. 챔버;
    상기 챔버 내에 기판이 탑재되어 회전할 수 있는 메인 디스크;
    상기 챔버 내로 프로세스 가스를 공급할 수 있는 가스 공급부;
    상기 메인 디스크의 주연 부분에 연결되어 회전할 수 있고 상기 프로세스 가스의 흐름을 원활하게 할 수 있는 스커트부;
    상기 스커트부의 주연 부분의 하부에 위치하는 하부 콜렉터, 상기 스커트부와 떨어져 위치하고 상기 챔버의 측벽에 해당하는 상부 콜렉터, 및 상기 스커트부와 상기 상부 콜렉터 사이의 상기 하부 콜렉터 상부에 위치한 가스 배기 채널을 구비하는 가스 콜렉터부; 및
    상기 가스 배기 채널과 인접한 상기 스커트부, 하부 콜렉터부 또는 상부 콜렉터 상에 설치되어 상기 메인 디스크 및 스커트부의 회전시 상기 스커트부나 상부 콜렉터에 증착된 기생 증착 물질을 제거하는 돌출 부재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 스커트부는 상기 가스 콜렉터부를 구성하는 가스 배기 채널 방향으로 굴곡된 굴곡면을 가지며, 상기 챔버의 측벽에 해당하는 상기 상부 콜렉터의 내벽은 상기 스커트부 상에서 상기 굴곡면에 대응하여 굴곡진 굴곡벽인 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치.
  10. 삭제
  11. 챔버;
    상기 챔버 내에 위치하고 각각 기판이 탑재될 수 있고 회전할 수 있는 복수개의 위성 디스크들;
    상기 위성 디스크들의 하부에서 지지하고 회전할 수 있는 메인 디스크;
    상기 챔버 내로 프로세스 가스를 공급할 수 있는 가스 공급부;
    상기 메인 디스크와 떨어져서 상기 메인 디스크보다 수직적으로 낮게 위치하는 하부 콜렉터, 상기 챔버의 측벽에 해당하는 상부 콜렉터, 및 상기 하부 콜렉터 상부에 위치한 가스 배기 채널을 구비하는 가스 콜렉터부;
    상기 메인 디스크의 주연 부분에 연결되어 회전할 수 있고 상기 가스 배기 채널 방향으로 굴곡된 굴곡면을 가져 상기 프로세스 가스의 흐름을 원활하게 할 수 있고, 상기 메인 디스크의 회전시 상기 메인 디스크와 상기 가스 콜렉터부 사이의 기생 증착 물질을 제거할 수 있는 스커트부; 및
    상기 스커트부, 하부 콜렉터부 또는 상부 콜렉터 상에 설치되어 상기 메인 디스크 및 스커트부의 회전시 상기 가스 배기 채널과 인접한 상기 스커트부나 상기 상부 콜렉터에 증착된 기생 증착 물질을 제거하는 돌출 부재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서, 상기 상부 콜렉터, 하부 콜렉터 및 가스 배기 채널은 고정 부재이고, 상기 위성 디스크, 메인 디스크 및 스커트부는 상기 고정 부재에 대하여 회전할 있는 회전 부재인 것을 특징으로 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
KR1020140173232A 2014-12-04 2014-12-04 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치 KR102372893B1 (ko)

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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102372893B1 (ko) * 2014-12-04 2022-03-10 삼성전자주식회사 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치
US9963782B2 (en) * 2015-02-12 2018-05-08 Asm Ip Holding B.V. Semiconductor manufacturing apparatus
KR101792941B1 (ko) * 2015-04-30 2017-11-02 어드밴스드 마이크로 패브리케이션 이큅먼트 인코퍼레이티드, 상하이 화학기상증착장치 및 그 세정방법
US10358721B2 (en) * 2015-10-22 2019-07-23 Asm Ip Holding B.V. Semiconductor manufacturing system including deposition apparatus
KR102514526B1 (ko) * 2018-07-16 2023-03-27 주식회사 원익아이피에스 기판처리장치
DE102018128558A1 (de) 2018-11-14 2020-05-14 Aixtron Se Gasauslassvorrichtung eines CVD-Reaktors
DE102019127375A1 (de) * 2019-10-10 2021-04-15 Aixtron Se Gasauslassorgan eines CVD-Reaktors
CN111501098B (zh) * 2020-04-13 2022-08-16 北京北方华创微电子装备有限公司 半导体外延设备中的反应腔室及半导体外延设备
CN115668436A (zh) * 2020-05-20 2023-01-31 朗姆研究公司 远程等离子体清洁(rpc)定向流设备

Family Cites Families (57)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59222922A (ja) * 1983-06-01 1984-12-14 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 気相成長装置
US4976996A (en) * 1987-02-17 1990-12-11 Lam Research Corporation Chemical vapor deposition reactor and method of use thereof
DE3721636A1 (de) * 1987-06-30 1989-01-12 Aixtron Gmbh Quarzglasreaktor fuer mocvd-anlagen
US5891251A (en) * 1996-08-07 1999-04-06 Macleish; Joseph H. CVD reactor having heated process chamber within isolation chamber
EP1758169A3 (en) 1996-08-27 2007-05-23 Seiko Epson Corporation Exfoliating method, transferring method of thin film device, and thin film device, thin film integrated circuit device, and liquid crystal display device produced by the same
USRE38466E1 (en) 1996-11-12 2004-03-16 Seiko Epson Corporation Manufacturing method of active matrix substrate, active matrix substrate and liquid crystal display device
US6075922A (en) * 1997-08-07 2000-06-13 Steag Rtp Systems, Inc. Process for preventing gas leaks in an atmospheric thermal processing chamber
US20030164225A1 (en) * 1998-04-20 2003-09-04 Tadashi Sawayama Processing apparatus, exhaust processing process and plasma processing
US7208725B2 (en) 1998-11-25 2007-04-24 Rohm And Haas Electronic Materials Llc Optoelectronic component with encapsulant
JP4809562B2 (ja) * 1999-12-22 2011-11-09 アイクストロン、アーゲー 化学気相成膜反応室
US6331212B1 (en) * 2000-04-17 2001-12-18 Avansys, Llc Methods and apparatus for thermally processing wafers
JP3906654B2 (ja) 2000-07-18 2007-04-18 ソニー株式会社 半導体発光素子及び半導体発光装置
DE10064942A1 (de) * 2000-12-23 2002-07-04 Aixtron Ag Verfahren zum Abscheiden insbesondere kristalliner Schichten
WO2003019678A1 (fr) 2001-08-22 2003-03-06 Sony Corporation Element semiconducteur au nitrure et procede de production de cet element
JP2003218034A (ja) 2002-01-17 2003-07-31 Sony Corp 選択成長方法、半導体発光素子及びその製造方法
JP3815335B2 (ja) 2002-01-18 2006-08-30 ソニー株式会社 半導体発光素子及びその製造方法
US7524532B2 (en) 2002-04-22 2009-04-28 Aixtron Ag Process for depositing thin layers on a substrate in a process chamber of adjustable height
KR100499129B1 (ko) 2002-09-02 2005-07-04 삼성전기주식회사 발광 다이오드 및 그 제조방법
US7002182B2 (en) 2002-09-06 2006-02-21 Sony Corporation Semiconductor light emitting device integral type semiconductor light emitting unit image display unit and illuminating unit
JP2004211168A (ja) 2003-01-06 2004-07-29 Canon Inc 処理装置クリーニング方法
KR100714639B1 (ko) 2003-10-21 2007-05-07 삼성전기주식회사 발광 소자
KR100506740B1 (ko) 2003-12-23 2005-08-08 삼성전기주식회사 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
TWI279260B (en) 2004-10-12 2007-04-21 Applied Materials Inc Endpoint detector and particle monitor
KR100664985B1 (ko) 2004-10-26 2007-01-09 삼성전기주식회사 질화물계 반도체 소자
KR100673003B1 (ko) 2005-06-03 2007-01-24 삼성전자주식회사 증착 장치
KR100665222B1 (ko) 2005-07-26 2007-01-09 삼성전기주식회사 확산재료를 이용한 엘이디 패키지 및 그 제조 방법
KR100661614B1 (ko) 2005-10-07 2006-12-26 삼성전기주식회사 질화물계 반도체 발광소자 및 그 제조방법
DE102005056320A1 (de) * 2005-11-25 2007-06-06 Aixtron Ag CVD-Reaktor mit einem Gaseinlassorgan
KR100723247B1 (ko) 2006-01-10 2007-05-29 삼성전기주식회사 칩코팅형 ｌｅｄ 패키지 및 그 제조방법
KR100735325B1 (ko) 2006-04-17 2007-07-04 삼성전기주식회사 발광다이오드 패키지 및 그 제조방법
DE102006018515A1 (de) * 2006-04-21 2007-10-25 Aixtron Ag CVD-Reaktor mit absenkbarer Prozesskammerdecke
US20070267143A1 (en) 2006-05-16 2007-11-22 Applied Materials, Inc. In situ cleaning of CVD system exhaust
KR100930171B1 (ko) 2006-12-05 2009-12-07 삼성전기주식회사 백색 발광장치 및 이를 이용한 백색 광원 모듈
US8043432B2 (en) * 2007-02-12 2011-10-25 Tokyo Electron Limited Atomic layer deposition systems and methods
KR100855065B1 (ko) 2007-04-24 2008-08-29 삼성전기주식회사 발광 다이오드 패키지
KR100982980B1 (ko) 2007-05-15 2010-09-17 삼성엘이디 주식회사 면 광원 장치 및 이를 구비하는 ｌｃｄ 백라이트 유닛
KR101164026B1 (ko) 2007-07-12 2012-07-18 삼성전자주식회사 질화물계 반도체 발광소자 및 그 제조방법
US20100199914A1 (en) * 2007-10-10 2010-08-12 Michael Iza Chemical vapor deposition reactor chamber
US8778079B2 (en) 2007-10-11 2014-07-15 Valence Process Equipment, Inc. Chemical vapor deposition reactor
KR100891761B1 (ko) 2007-10-19 2009-04-07 삼성전기주식회사 반도체 발광소자, 그의 제조방법 및 이를 이용한 반도체발광소자 패키지
US8465802B2 (en) * 2008-07-17 2013-06-18 Gang Li Chemical vapor deposition reactor and method
KR101332794B1 (ko) 2008-08-05 2013-11-25 삼성전자주식회사 발광 장치, 이를 포함하는 발광 시스템, 상기 발광 장치 및발광 시스템의 제조 방법
KR20100030470A (ko) 2008-09-10 2010-03-18 삼성전자주식회사 다양한 색 온도의 백색광을 제공할 수 있는 발광 장치 및 발광 시스템
KR101530876B1 (ko) 2008-09-16 2015-06-23 삼성전자 주식회사 발광량이 증가된 발광 소자, 이를 포함하는 발광 장치, 상기 발광 소자 및 발광 장치의 제조 방법
US8008683B2 (en) 2008-10-22 2011-08-30 Samsung Led Co., Ltd. Semiconductor light emitting device
JP2010126797A (ja) * 2008-11-28 2010-06-10 Tokyo Electron Ltd 成膜装置、半導体製造装置、これらに用いられるサセプタ、プログラム、およびコンピュータ可読記憶媒体
IT1393695B1 (it) * 2009-04-17 2012-05-08 Lpe Spa Camera di reazione di un reattore epitassiale e reattore che la utilizza
KR101334643B1 (ko) 2009-07-02 2013-12-02 주식회사 원익아이피에스 박막증착장치
DE102009043848A1 (de) * 2009-08-25 2011-03-03 Aixtron Ag CVD-Verfahren und CVD-Reaktor
DE102009044276A1 (de) 2009-10-16 2011-05-05 Aixtron Ag CVD-Reaktor mit auf einem mehrere Zonen aufweisenden Gaspolster liegenden Substrathalter
KR20110093476A (ko) * 2010-02-12 2011-08-18 삼성엘이디 주식회사 기상 증착 시스템, 발광소자 제조방법 및 발광소자
KR20120092418A (ko) 2011-02-11 2012-08-21 삼성전자주식회사 가스 콜렉터 및 이를 구비하는 박막 증착 장치
KR20130035616A (ko) * 2011-09-30 2013-04-09 삼성전자주식회사 서셉터 및 이를 구비하는 화학기상증착 장치
KR101880897B1 (ko) 2012-01-02 2018-07-24 주성엔지니어링(주) 공정 챔버
KR20130086806A (ko) 2012-01-26 2013-08-05 삼성전자주식회사 박막 증착 장치
JP6330630B2 (ja) * 2014-11-13 2018-05-30 東京エレクトロン株式会社 成膜装置
KR102372893B1 (ko) * 2014-12-04 2022-03-10 삼성전자주식회사 발광 소자 제조용 화학 기상 증착 장치

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