KR20200007738A - 발광소자 및 발광소자 제조방법 - Google Patents

발광소자 및 발광소자 제조방법 Download PDF

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KR20200007738A
KR20200007738A KR1020190084661A KR20190084661A KR20200007738A KR 20200007738 A KR20200007738 A KR 20200007738A KR 1020190084661 A KR1020190084661 A KR 1020190084661A KR 20190084661 A KR20190084661 A KR 20190084661A KR 20200007738 A KR20200007738 A KR 20200007738A
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요시미 시오야
오상묵
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나노마테리얼 레버러토리 코., 엘티디.
이영주
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Abstract

디스플레이용 마이크로 LED는 기판의 휨이 큰 것이 원인이 되어, 디스플레이 배선용 기판에 하나씩 이동 배치해야 하며, 이는 매우 비 효율적이므로 반드시 기판마다 일괄 전송(Pick and Place)을 구현해야 한다. 본 발명에서는 적색 마이크로 LED, 녹색 마이크로 LED, 청색 마이크로 LED을 한 세트로 한 발광소자를 Si 기판상에 형성하는 경우, Si 기판의 양면에 SiC 층, GaN 버퍼층 및 GaN 에피텍셜 층 등을 형성하고, 기판의 휨을 최소화하고 표면의 마이크로 LED 들을 형성한 후 뒷면의 막 및 Si 기판을 제거하고, 기판을 휨이 없는 상태로 전체 디스플레이 배선용 기판에 이동 배치하여 작업의 효율화를 도모한다.

Description

발광소자 및 발광소자 제조방법{LIGHT EMITTING ELEMENT AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 발광소자 및 발광소자의 제조방법에 관한 발명이다. 보다 상세하게는, 적색, 녹색 및 청색의 LED 칩(Chip)을 마이크로 LED의 디스플레이(Display)로 제작하는 과정에서 칩마다　또는 블록(Block)마다 일괄전사(Pick and Place)를 사용하는 발광소자의 제조방법과 이와 같은 방법으로 제조되는 발광소자에 관한 것이다.　
현재는 디스플레이로 액정 디스플레이(LCD) 및 유기 발광 다이오드(Organic
LED : OLED) 기술이 사용되고 있다. 새로운 디스플레이로 현재 조명분야에서 광범위하게 사용되고 있는 LED를 사용하여, 마이크로 LED가 개발되어 최근부터 이용되기 시작하고 있다.
JP 특개평 2018-010309A
종래 마이크로 LED는 LED의 결정성을 양호하게 할 목적으로 Si 기판의 표면에 우선적으로 GaN 배리어(Barrier) 층을 5 내지 10 마이크로(μm)의 특별한 막을 형성한 다음 그 위에 GaN 에피텍셜(Epitaxial) 층을 형성시켜 마이크로 LED를 제조하는 방법을 이용하였다. 에피택셜이란 반도체를 제작하기 위해 표면에 단결정을 성장시키는 공정이다. 따라서 표면에 형성된 GaN 배리어 층과 GaN 에피텍셜 층 간에 스트레스(Stress)가 발생하여, 웨이퍼가 휘어지게 된다. 그 결과 마이크로 LED의 크기와 위치의 정확도가 균일한 패턴을 얻기가 어려운 문제가 있다. 이로 인해 마이크로 LED를 배선용 기판에 일괄전사(Pick and Place) 시키는 것이 어려웠다.
또한, 선행기술문헌으로 첨부한 종래의 기술은 디스플레이용 기판에 마이크로 LED 칩이 한 개의 칩씩 이동 배치를 하는 방식을 사용하여 매우 긴 작업시간이 필요하였다. 심지어 다수의 칩을 처리할 경우에는 전체의 칩의 위치가 완전히 정확하거나 동일하게 작업하는 것이 불가능하였다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 적색, 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자의 제조방법에서 포토리소그라피(Photolithography) 공정을 원활하게 수행하기 위해 최소한의 휨을 제어시켜 동시에 반도체 기판마다(기판별로), 혹은 블록(Block)마다(블록별로) 적색, 녹색 및 청색의 마이크로 LED 들을 준비하여 일괄전사(Pick and Place)를 실현할 수 있다.
본 출원의 청구항 1에 기재된 제조방법은 반도체 기판의 양면에 SiC 층 및 GaN 배리어 층을 각각 순차적으로 형성시켜 상기 반도체 기판의 휨을 최소로 감소시켜서 기판 표면에 GaN 에피텍셜 층을 형성할 수 있다.
상기 반도체 기판 표면의 상기 SiC 층 및 상기 GaN 배리어 층 상에 적색 마이크로 LED, 녹색 마이크로 LED 및 청색 마이크로 LED로 이루어지는 발광소자를 형성하는 공정, 상기 반도체 기판 배면(뒷면)에 GaN 배리어 층, SiC 층 및 상기 반도체 기판을 백 그라인딩(Back grinding, 연마)하는 공정, 상기 적색 마이크로 LED, 상기 녹색 마이크로 LED, 상기 청색 마이크로 LED의 발광소자를 반도체 기판별, 혹은 블록(Block)별 디스플레이 배선용 기판으로 이동 배치하는 공정, 상기 디스플레이 배선용 기판에 이동 배치한 상태에서 상기 반도체 기판의 잉여 부분(필요 없는 나머지 부분), 즉 상기 반도체 기판 표면의 상기 SiC 층 및 상기 GaN 배리어 층을 제거하는 공정, 상기 적색 마이크로 LED, 상기 녹색 마이크로 LED, 상기 청색 마이크로 LED의 발광소자 패턴 간 층간 절연층을 형성하는 공정, 노출된 상기 적색 마이크로 LED, 상기 녹색 마이크로 LED, 상기 청색 마이크로 LED의 상기 발광소자의 배면에 투명전극층 패턴을 형성하는 공정을 구비하여 발광소자의 제조방법을 제공하여 상기 과제를 해결할 수 있다.
본 출원의 청구항 1에 기재된 상기 적색 마이크로 LED, 상기 녹색 마이크로 LED, 상기 청색 마이크로 LED로 된 발광소자의 제조방법은 도 1과 같이 반도체 기판을 준비하여 도 2와 같이 상기 반도체 기판의 양면에 에치 스탑(Etch Stop)(식각 공정에서 더 이상 식각이 되지 않도록 형성한 층)용과 GaN 에피텍셜 층의 결정성을 향상시킬 수 있는 SiC 층, 또한 GaN 에피텍셜 층의 결정성을 향상시킬 수 있는 GaN 배리어 층을 형성할 수 있다.
상기 반도체 기판의 양면에 상기 SiC 층과 상기 GaN 버퍼층을 형성하는 이유는 상기 반도체 기판의 휘어짐을 줄이기 위해서이다. 도 3과 같이 상기 반도체 기판의 표면에 GaN 에피텍셜 층인 p형 GaN층과 퀀텀웰층 및 n형 GaN층을 형성하고, 도 4와 같이 적색과 녹색 및 청색 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 제조하는 경우, 뒷면에도 상기 SiC 층과 두꺼운 상기 GaN 버퍼층이 존재하기 때문에, 상기 반도체 기판의 휘어짐을 적게 할 수 있다.
이에 의해, 종래와 같이 마이크로 LED 패턴을 형성하는 포토리소그래피 공정에서 반도체 기판의 큰 변형으로 인해 반도체 기판을 노광 스테이지에 완전히 평탄하게 흡착할 수 없는 문제를 해결할 수 있고, 마이크로 LED 패턴 크기와 위치 정밀도를 제어할 수 있다.
기존에는 반도체 기판의 표면에만 GaN 버퍼층 및 GaN 에피텍셜 층을 형성하기 위해 웨이퍼가 크게 변형이 되었기 때문에 노광 스테이지에 강제로 흡착시켜도 반도체 기판 자체의 휨이 발생하여 나머지 마이크로 LED 패턴 및 위치의 정확도가 반드시 균일하게 되지 않는다는 단점이 있다. 이러한 이유로 기존 반도체 기판마다 또는 블록마다 일괄 전사(Pick and Place)에서는 마이크로 LED의 정렬이 어려웠다.
본 발명에서는 도 5과 같이 상기 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 구성된 발광소자 패턴을 형성한 후, 표면의 스트레스(Stress)는 해방되지만, 뒷면에 형성한 층의 스트레스는 남는다. 따라서 도 6, 도 7과 같이 상기 반도체 기판의 이면에 상기 GaN 버퍼층 및 상기 SiC 층 및 상기 반도체 기판을 연마하여 표면의 스트레스를 제거한다.
또한 상기 반도체 기판을 연마하는 이유는 상기 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자들이나 블록들을 쉽게 잘라내기 위해서이기도 하다.
도 24와 같이 상기 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 상기 반도체 기판의 블록으로 잘라낸다. 그 후, 도 25와 같이, 상기 반도체 기판의 블록을 반전시키고(뒤집음), 도 27과 같이 디스플레이 배선용 기판을 준비하고 도 28과 같이 디스플레이 배선용 기판과 서로 마주보게 전극끼리 접합할 수 있도록 한다. 도 29는 상기 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 구비한 상기 반도체 기판 블록을 상기 디스플레이 배선용 기판에 이동 배치한 상태를 나타낸다.
도 30과 같이 상기 반도체 블록마다 상기 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 상기 디스플레이 배선용 기판에 이동 배치하는 공정 후에, 상기 반도체 기판의 뒷면을 제외하고 이동 배치한 구조 전체를 포토레지스트 층 또는 절연층으로 덮는다.
그리고 도 31과 같이, 디스플레이 장치에 필요 없는 상기 반도체 기판의 나머지 부분과, 상기 반도체 기판의 표면의 상기 SiC 층 및 상기 GaN 버퍼층을 플라즈마 에칭 및 습식 에칭에 의해 제거한다. 그 후, 도 32와 같이, 상기 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 구성된 발광소자 패턴 사이에 층간 절연층을 형성한다.
도 33과 같이 노출된 상기 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 구성된 발광소자의 뒷면에 투명 전도체 층 패턴을 형성하고, 도 34과 같이 인출전극에 상기 층간 절연 필름을 제거하고, 상기 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 구비한 디스플레이 장치를 완성시킬 수 있다.
본 발명의 구조는 반도체 기판상에 적색 마이크로 LED와 녹색 마이크로 LED 및 청색 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 포함하고, 그 위에 투명 전극을 형성하는 구조이다. 이 전극은 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 구성된 발광 소자의 발광 강도를 각각 제어하는 역할이다.
이렇게 하여 변형이 적은 기판을 사용하는 포토리소그래피 공정은 마이크로 LED를 정밀하게 형성할 수 있고, 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 구비하는 반도체 기판마다 및 블록마다 디스플레이 배선용 기판에 일괄전사(Pick and Place)하여 이동 배치 작업의 효율을 향상시킬 수 있으며, 디스플레이 장치를 쉽게 완성할 수 있다. 도 34와 같이 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 구성된 발광소자의 하부전극과 상부 투명 전극 사이에 전압을 인가하여 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 구성된 발광 소자의 각각의 빛의 강도를 조정하여 디스플레이 장치로 원하는 색상의 빛을 발광시킬 수 있다.
본 출원의 청구항 2에 기재된 발광 소자의 제조 방법은, 반도체 기판의 양면에 SiC 층, GaN 버퍼층 및 GaN 에피텍셜 층을 순서대로 형성함으로써, 상기 반도체 기판의 변형을 작게 하는 공정, 상기 반도체 기판 표면의 상기 SiC 층 및 상기 GaN 버퍼층에 적색 마이크로 LED와 녹색 마이크로 LED 및 청색 마이크로 LED로 이루어진 발광 소자를 형성하는 공정, 상기 반도체 기판 뒷면의 상기 GaN 에피텍셜 층과, 상기 GaN 버퍼층 및 상기 SiC 층 및 상기 반도체 기판을 연마하는 공정, 상기 적색 마이크로 LED와, 상기 녹색 마이크로 LED 및 상기 청색 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 반도체 기판마다 또는 블록마다 디스플레이 배선용 기판에 이동 배치하는 공정, 상기 디스플레이 배선용 기판에 이동 배치한 상태에서 상기 반도체 기판의 나머지 부분과, 상기 반도체 기판 표면의 상기 SiC 층 및 상기 GaN 버퍼층을 제거하는 공정, 상기 적색 마이크로 LED와, 상기 녹색 마이크로 LED, 상기 디스플레이 배선용 기판에 이동 배치한 상태에서 상기 반도체 기판의 나머지 부분과, 상기 반도체 기판 표면의 상기 SiC 층 및 상기 GaN 버퍼층을 제거하는 공정, 상기 적색 마이크로 LED와, 상기 녹색 마이크로 LED 및 상기 청색 마이크로 LED로 이루어진 상기 발광 소자 패턴 사이에 층간 절연 층을 형성하는 공정, 노출된 상기 적색 마이크로 LED와, 상기 녹색 마이크로 LED 및 상기 청색 마이크로 LED로 이루어진 상기 발광소자의 뒷면에 투명도전층 패턴을 형성하는 공정들을 구비하여 발광소자의 제조방법을 제공함으로써 상기 과제를 해결하고 있다.
본 출원 청구항 2에 기재된 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 구성된 발광소자의 제조방법은 도 1과 같이 반도체 기판을 준비하고 도 8과 같이, 상기 반도체 기판의 양면 에치 스톱(Etch Stop)용 및 GaN 에피텍셜 층의 결정성을 향상시키기 위한 SiC 층과 GaN 에피텍셜 층의 결정성을 향상시키기 위한 GaN 버퍼층 및 GaN 에피텍셜 층을 형성한다. 반도체 기판의 양면에 상기 SiC 층과 상기 GaN 버퍼층 및 상기 GaN 에피텍셜 층을 형성하는 이유는 상기 반도체 기판의 휘어짐을 줄이기 위해서이다.
도 8과 같이 상기 반도체 기판의 양면에 GaN 에피텍셜 층인 p형 GaN층 퀀텀웰층 및 n형 GaN층을 형성하고, 도 9와 같이 적색 마이크로 LED와 녹색 마이크로 LED, 및 청색 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 제조하는 경우, 뒷면에도 상기 SiC 층과 두꺼운 상기 GaN 버퍼층 및 상기 GaN 에피텍셜 층이 존재하기 때문에, 상기 반도체 기판의 휘어짐을 적게 할 수 있다. 이것에 의해, 종래와 같이 마이크로 LED 패턴을 형성하는 포토리소그래피 공정에서 반도체 기판의 큰 변형으로 인해 반도체 기판을 노광 스테이지에 완전히 평탄하게 흡착할 수 없는 문제를 해결할 수 있어서 마이크로 LED 패턴 크기와 위치 정확히 제어하여 잘 형성할 수 있다.
기존에는 반도체 기판의 표면에만 GaN 버퍼층 및 GaN 에피텍셜 층을 형성했기 때문에 웨이퍼가 크게 변형이 되어 노광 스테이지에 강제로 흡착시켜도 반도체 기판의 휨은 나머지 마이크로 LED 패턴 및 위치의 정확도가 반드시 균일하게 되지 않는다는 단점이 있다. 이러한 이유로 기존 반도체 기판 ]마다 또는 블록마다 일괄 전사( Pick and Place )에서는 마이크로 LED의 정렬이 어려웠다.
본 발명에서는 도 10과 같이, 상기 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 형성하면 표면의 스트레스는 해방되지만, 뒷면에 형성한 층에 대한 스트레스가 남아있다.
따라서 도 11, 도 12과 같이 상기 반도체 기판의 이면에 상기 GaN 에피텍셜 층, 상기 GaN 버퍼층, 상기 SiC 층 및 상기 반도체 기판을 연마하여 표면의 스트레스를 제거한다. 또한, 상기 반도체 기판을 연마하는 이유는 상기 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 갖는 블록을 잘라내기 쉽게 하기 위해서이기도 하다. 그리고 도 24와 같이 상기 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 상기 반도체 기판의 블록으로 잘라낸다. 그 후, 도 25과 같이, 상기 반도체 기판의 블록을 반전시킨 도 27과 같이 디스플레이 배선용 기판을 준비하고 도 28과 같이 상기 디스플레이 배선용 기판과 정렬하고, 서로 마주보게 전극끼리 이동 배치할 수 있도록 형성한다.
도 29는 상기 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자로 된 반도체 기판 블록을 디스플레이 배선용 기판에 이동 배치한 상태를 나타낸다.
도 30과 같이 상기 반도체 블록마다 상기 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 디스플레이 배선용 기판에 이동 배치하는 공정한 후 상기 반도체 기판의 뒷면을 제외하고 이동 배치한 전체 구조를 포토레지스트 층 또는 절연층으로 덮는다. 그리고 도 31과 같이, 디스플레이 장치에 필요 없는 상기 반도체 기판의 나머지 부분과, 상기 반도체 기판의 표면의 상기 SiC 층 및 상기 GaN 버퍼층을 플라즈마 에칭 및 습식 에칭에 의해 제거한다.
그 후, 도 32와 같이, 상기 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 구성된 발광소자 패턴 사이에 층간 절연층을 형성한다. 도 33과 같이 노출된 상기 적색 마이크로 LED와, 상기 녹색 마이크로 LED 및 상기 청색 마이크로 LED로 구성된 발광소자의 뒷면에 투명 전도체층 패턴을 형성하고, 도 34와 같이 인출전극 위의 상기 층간 절연층을 제거하고, 상기 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 구비한 디스플레이 장치를 완성시킬 수 있다.
본 발명의 구조는 반도체 기판상에 적색 마이크로 LED와 녹색 마이크로 LED 및 청색 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 포함하고, 그 위에 투명전극을 형성하는 구조이다. 이 전극은 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 구성된 발광소자의 각각의 발광 강도를 각각 제어하는 역할이 있다.
이렇게 하여 변형이 없는 기판을 사용하고, 포토리소그래피 공정에서 정밀하게 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 형성하고, 또한, 반도체 기판마다( 별로 ) 또는 블록마다( 별로 ) 디스플레이 배선용 기판 대량으로 이동 배치함으로써 작업의 효율을 향상시킬 수가 있어서 디스플레이 장치를 완성할 수 있다.
도 34와 같이 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 구성된 발광소자의 하부전극과 상부 투명전극 사이에 전압을 인가하여 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 구성된 발광 소자의 각각의 빛의 강도를 조정하여 디스플레이 장치로 원하는 색상의 빛을 발광시킬 수 있다.
본 출원 청구항 3에 기재된 발광 소자의 제조 방법은, 반도체 기판의 양면에 GaN 버퍼층을 형성함으로써, 상기 반도체 기판의 변형을 작게 하는 공정, 반도체 기판의 표면에 GaN 에피텍셜 층을 형성하는 공정, 상기 반도체 기판 표면의 상기 GaN 버퍼층에 적색 마이크로 LED와 녹색 마이크로 LED 및 청색 마이크로 LED로 이루어진 발광 소자를 형성하는 공정, 상기 반도체 기판 뒷면의 상기 GaN 버퍼층 및 상기 반도체 기판을 연마하는 공정, 상기 적색 마이크로 LED와, 상기 녹색 마이크로 LED 및 상기 청색 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 반도체 기판마다 또는 블록마다 디스플레이 배선용 기판에 이동 배치하는 공정, 상기 디스플레이 배선용 기판에 이동 배치한 상태에서 상기 반도체 기판의 나머지 부분과, 상기 반도체 기판 표면의 상기 GaN층을 제거하는 공정, 상기 적색 마이크로 LED와, 상기 녹색 마이크로 LED 및 상기 청색 마이크로 LED로 이루어진 상기 발광소자 패턴 사이에 층간 절연 층을 형성하는 공정, 노출된 상기 적색 마이크로 LED와, 상기 녹색 마이크로 LED 및 상기 청색 마이크로 LED로 이루어진 상기 발광소자의 뒷면에 투명도전층 패턴을 형성하는 공정들을 구비하여 발광소자의 제조방법을 제공함으로써 상기 과제를 해결한다.
본 출원 청구항 3에 기재된 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 구성된 발광소자의 제조방법은 도 1과 같이 반도체 기판을 준비하고 도 13과 같이 상기 반도체 기판의 양면에 GaN 에피텍셜 층의 결정성을 향상시키기 위해 GaN 버퍼층을 형성한다. 상기 반도체 기판의 양면에 상기 GaN 버퍼층을 형성하는 이유는 반도체 기판의 휘어짐을 감소하기 위해서이다. 도 14와 같이 상기 반도체 기판의 표면에 GaN 에피텍셜 층인 p형 GaN층 퀀텀웰층 및 n형 GaN층을 형성하고 도 15과 같이 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 제조하는 경우에는 뒷면에 두꺼운 상기 GaN 버퍼층이 존재하기 때문에, 상기 반도체 기판의 휘어짐을 적게 할 수 있다.
이것에 의해, 종래와 같이 마이크로 LED 패턴을 형성하는 포토리소그래피 공정에서 반도체 기판의 변형으로 인해 반도체 기판을 노광 스테이지에 완전히 평탄하게 흡착할 수 없는 문제를 해결할 수 있고, 마이크로 LED 패턴 크기와 위치 정확도를 제어하여 형성할 수 있다. 기존에는 반도체 기판의 표면에만 GaN 버퍼층 및 GaN 에피텍셜 층을 형성하여서 웨이퍼가 크게 변형이 되기 때문에 노광 스테이지에 강제로 흡착시켜도 반도체 기판의 휨으로 인해 나머지 마이크로 LED 패턴 및 위치의 정확도가 반드시 균일하게 되지 않는다는 단점이 있다. 이러한 이유로 기존 반도체 기판마다 또는 블록마다 일괄전사 ( Pick and Place )에서는 마이크로 LED의 정렬이 어려웠다. 본 발명에서는 도 16과 같이, 상기 적색 마이크로 LED와, 상기 녹색 마이크로 LED 및 상기 청색 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 형성한 후, 표면의 스트레스는 제거되지만, 뒷면에 형성한 층에 대해서는 스트레스가 남아있다.
따라서 도 17, 도 18과 같이 상기 반도체 기판의 이면에 상기 GaN 버퍼층 및 상기 반도체 기판을 연마하여 이면의 스트레스를 제거한다. 또한, 상기 반도체 기판을 연마하는 이유는 상기 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 갖는 블록을 쉽게 잘라 다음 공정을 진행하기 위해서이기도 하다.
도 24와 같이 상기 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 상기 반도체 기판의 블록으로 잘라 낸 후, 도 26과 같이 상기 반도체 기판의 블록을 반전시킨(뒤집는) 도 27과 같이 디스플레이 배선용 기판을 준비하고 도 28과 같이 상기 디스플레이 배선용 기판과 정렬하고 서로 마주보게 전극끼리 이동 배치할 수 있도록 한다. 도 29는 상기 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 구비한 상기 반도체 기판 블록을 디스플레이 배선용 기판에 이동 배치한 상태를 나타낸다.
도 30과 같이 상기 반도체 블록마다 상기 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 상기 디스플레이 배선용 기판에 이동 배치하는 공정 후에 상기 반도체 기판의 뒷면을 제외하고 이동 배치한 구조 전체를 포토레지스트 층 또는 절연층으로 덮는다. 그리고 도 31과 같이, 디스플레이 장치에 필요 없는 상기 반도체 기판의 나머지 부분과 상기 반도체 기판의 표면에 상기 GaN 버퍼층을 플라즈마 에칭 및 습식 에칭에 의해 제거한다.
그 후, 도 32와 같이 상기 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 구성된 발광소자 패턴 사이에 층간 절연층을 형성하고, 도 33과 같이 노출된 상기 적색 마이크로 LED와 녹색 마이크로 LED 및 청색 마이크로 LED로 구성된 발광소자의 뒷면에 투명 전도체층 패턴을 형성하고, 도 34과 같이 인출전극에 상기 층간 절연층을 제거하고, 상기 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 구비한 디스플레이 장치를 완성시킬 수 있다.
본 발명의 구조는 반도체 기판상에 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 포함하고 그 위에 투명전극을 형성하는 구조이다. 이 전극은 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 구성된 발광 소자의 각각의 발광 강도를 제어하는 역할이다.
이렇게 하여 변형이 적은 기판을 사용하여 포토리소그래피 공정을 정밀하게 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 형성하고, 또한, 반도체 기판마다 또는 블록마다 디스플레이 배선용 기판 대량으로 이동 배치할 수 있어서 작업의 효율을 향상시키고, 디스플레이 장치를 완성할 수 있다. 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 구성된 발광소자의 하부 전극과 상부 투명전극 사이에 전압을 인가하여 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 구성된 발광소자의 각각의 빛의 강도를 조정하고 디스플레이 장치로 원하는 색상의 빛을 발광시킬 수 있다.
본 출원 청구항 4에 기재된 발광소자의 제조방법은, 반도체 기판의 양면에 GaN 버퍼층 및 GaN 에피텍셜 층을 순차적으로 형성함으로써 상기 반도체 기판의 변형을 감소시키는 공정, 상기 반도체 기판 표면의 상기 GaN 버퍼층에 적색 마이크로 LED와 녹색 마이크로 LED 및 청색 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 형성하는 공정, 상기 반도체 기판 뒷면의 상기 GaN 에피텍셜 층, 상기 GaN 버퍼층 및 상기 반도체 기판을 연마하는 공정, 상기 적색 마이크로 LED와 상기 녹색 마이크로 LED 및 상기 청색 마이크로 LED로 이루어진 상기 발광소자를 반도체 기판마다 또는 블록마다 디스플레이 배선용 기판에 이동 배치하는 공정, 상기 디스플레이 배선용 기판에 이동 배치한 상태에서 상기 반도체 기판의 나머지 부분과 상기 반도체 기판 표면의 상기 GaN 버퍼층 및 GaN 에피텍셜 층을 제거하는 공정, 상기 적색 마이크로 LED와 상기 녹색 마이크로 LED 및 상기 청색 마이크로 LED로 이루어진 상기 발광소자 패턴 사이에 층간 절연층을 형성하는 공정, 노출된 상기 적색 마이크로 LED와 상기 녹색 마이크로 LED 및 상기 청색 마이크로 LED로 이루어진 상기 발광소자의 뒷면에 투명도전층 패턴을 형성하는 공정들로 구비된 발광소자의 제조방법을 제공함으로써 상기 과제를 해결한다.
본 출원 청구항 4에 기재된 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 구성된 발광소자의 제조방법은 도 1과 같이 반도체 기판을 준비하고 도 19와 같이 상기 반도체 기판의 양면에 GaN 에피텍셜 층의 결정성을 향상시키기 위한 GaN 버퍼층 및 GaN 에피텍셜 층을 형성한다. 상기 반도체 기판의 양면에 상기 GaN 버퍼층 및 상기 GaN 에피텍셜 층을 형성하는 이유는 상기 반도체 기판의 휘어짐을 감소시키기 위해서이다.
도 19와 같이 상기 반도체 기판의 양면에 GaN 에피텍셜 층인 p형 GaN층과 퀀텀웰층 및 n형 GaN층을 형성하고 도 20과 같이 상기 반도체 기판의 표면에 상기 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광 소자를 제조하는 경우에는 뒷면에 두꺼운 상기 GaN 버퍼층 및 상기 GaN 에피텍셜 층이 존재하기 때문에 상기 반도체 기판의 휘어짐을 적게 할 수 있다. 따라서 종래와 같이 마이크로 LED 패턴을 제조하기 위한 포토리소그래피 공정에서 반도체 기판의 큰 변형으로 인해 반도체 기판을 노광 스테이지에 완전히 평탄하게 흡착할 수 없는 문제를 해결할 수 있고, 마이크로 LED 패턴의 크기와 위치 정밀도를 제어하여 형성할 수 있다.
이것에 의해 종래와 같이 마이크로 LED 패턴을 제조하기 위한 포토리소그래피 공정에서 반도체 기판의 큰 변형으로 인해 반도체 기판을 노광 스테이지에 완전히 평탄하게 흡착할 수 없는 문제를 해결할 수 있어서 마이크로 LED 패턴의 크기와 위치 정밀도를 제어를 잘 하여 형성할 수 있다. 기존에는 반도체 기판의 표면에만 GaN 버퍼층 및 GaN 에피텍셜 층을 형성하기 위해 웨이퍼가 크게 변형하기 때문에 노광 스테이지에 강제로 흡착시켜도 반도체 기판의 휨은 나머지 마이크로 LED 패턴 및 위치의 정확도가 반드시 균일하게 되지 않는다는 단점이 있다. 이러한 이유로 기존 반도체 기판 또는 블록마다 일괄 전사( Pick and Place )에서는 마이크로 LED의 정렬이 어려웠다.
본 발명에서는 도 21과 같이 상기 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 형성한 후 표면의 스트레스는 해결되지만 뒷면에 형성한 층에는 스트레스가 남아있다. 따라서 도 22와 도 23과 같이 상기 반도체 기판의 이면에 상기 GaN 에피텍셜 층과 상기 GaN 버퍼층 및 상기 반도체 기판을 연마하여 표면의 스트레스를 제거한다. 또한, 상기 반도체 기판을 연마하는 이유는 상기 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 갖는 블록을 쉽게 절단해서 진행하기 위함이기도 하다. 그리고 도 24와 같이 상기 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 상기 반도체 기판의 블록으로 잘라 낸 다음 도 26과 같이, 상기 반도체 기판의 블록을 반전시킨 도 27과 같이 디스플레이 배선용 기판을 준비하고 도 28과 같이 상기 디스플레이 배선용 기판과 정렬하고, 서로 마주보게 극끼리 접합할 수 있도록 한다.
도 29는 상기 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광 소자를
구비한 상기 반도체 기판 블록을 상기 디스플레이 배선용 기판에 이동 배치한 상태를 나타낸다. 도 30과 같이 반도체 블록마다 상기 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 상기 디스플레이 배선용 기판에 이동 배치하는 공정 후에 상기 반도체 기판의 뒷면을 제외하고 이동 배치한 전체 구조를 포토레지스트 층 또는 절연층으로 덮는다. 그리고 도 31과 같이 디스플레이 장치에 필요 없는 상기 반도체 기판의 나머지 부분과 상기 반도체 기판의 표면에 상기 GaN 버퍼층을 플라즈마 에칭 및 습식 에칭에 의해 제거한다. 그 후, 도 32과 같이 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 구성된 발광소자 패턴 사이에 층간 절연층을 형성한다. 도 33과 같이 노출된 상기 적색 마이크로 LED와 녹색 마이크로 LED 및 청색 마이크로 LED로 구성된 발광 소자의 뒷면에 투명 전도체층 패턴을 형성하고 도 34과 같이 인출전극에 상기 층간 절연층을 제거하고 상기 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광 소자를 구비한 디스플레이 장치를 완성시킬 수 있다.
본 발명의 구조는 반도체 기판상에 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 포함하고, 그 위에 투명전극을 형성하는 구조이다. 이 전극은 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 구성된 발광소자의 각각의 발광 강도를 제어하는 역할이다.
이렇게 하여 변형이 적은 기판을 사용하여 포토리소그래피 공정에서 정밀하게 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 형성하고, 또한 반도체 기판마다 또는 블록마다 디스플레이 배선용 기판 대량 이동 배치함으로써 작업의 효율을 향상시켜서 디스플레이 장치를 완성할 수 있다. 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 구성된 발광소자의 하부 전극과 상부 투명전극 사이에 전압을 인가하여 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 구성된 발광소자의 각각의 빛의 강도를 조절하여 디스플레이 장치로 원하는 색상의 빛을 발광시킬 수 있다.
본 출원 청구항 5에 기재된 발광소자의 제조방법은, 청구항 1에서 4까지에 기재된 발광소자의 제조방법 중 상기 반도체 기판은 Si 기판으로 제공함으로써 상기 과제를 해결한다.
Si 기판은 반도체 공정에서 널리 사용되고 있기 때문에 발광소자의 공정 중,포토리소그래피 공정, 연마공정, 이동 배치공정, 에칭 공정들을 용이하게 할 수 있어서, 발광소자를 형성할 수 있다.
본 출원 청구항 5에 기재된 발광소자의 제조방법은, 청구항 1에서 4까지에 기재된 발광소자의 제조방법 중 상기 반도체 기판은 사파이어 기판으로 제공함으로써 상기 과제를 해결한다.
사파이어 기판은 LED 공정에서 널리 사용되고 있기 때문에 발광 소자 공정 중에 포토리소그래피 공정, 연마공정, 이동 배치공정, 에칭 공정들을 용이하게 할 수 있어서 발광소자를 형성할 수 있다.
본 출원 청구항 7에 기재된 발광소자의 제조방법은 청구항 1에서 4까지에 기재된 발광소자의 제조 방법 중 상기 디스플레이 배선용 기판이 적색과 녹색 및 청색 발광을 각각 독립적으로 제어하는 것을 가능하게 하는 배선 구조를 구비하도록 함으로써, 상기 과제를 해결한다.
이 디스플레이 배선용 기판은 상기 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 구성된 발광소자의 각 마이크로 LED를 각각 독립적으로 제어할 수 있기 때문에 상기 발광소자로 된 컬러 디스플레이 장치를 작동시킬 수 있다.
본 출원 청구항 8에 기재된 발광소자는 청구항 1에서 4까지의 어떤 한 항에 기재된 발광소자의 제조방법에 의해 제조되는 발광소자를 제공함으로써 상기 과제를 해결한다.
본 출원 청구항 8에 기재된 발광소자는 청구항 1에서 4까지의 어떤 한 항으로 공정을 행하여 상기 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 형성하고 상기 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 한(1) 조로(벌로) 한 발광소자의 다수의 개체를 이루는 발광소자이며 각 마이크로 LED의 발광강도를 조절하여 상기 발광소자들로 된 컬러 디스플레이 장치를 작동시킬 수 있다.
본 발명에 따르면 반도체 기판의 양면에 각각 SiC 층과 GaN 버퍼층 및 GaN 에피텍셜 층, GaN 버퍼층 등으로 형성된 증착 공정으로 반도체 기판의 변형을 작게 할 수 있기 때문에 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 구성된 발광소자의 제조공정에서의 흡착의 장애가 없이 포토리소그래피 처리 공정에서 반도체 기판의 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 구성된 발광소자의 패턴을 크기 및 위치를 정밀하게 형성할 수 있다.
적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 갖는 반도체 기판을 정사각형 및 직사각형 블록으로 절단하여 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 구성된 발광소자의 크기 및 위치 정확도가 높기 때문에 이들을 블록별로 디스플레이 배선용 기판의 정렬이 용이하게 되어, 이 블록마다 디스플레이 배선용 기판에 일괄전사(Pick and Place)할 수 있는 것으로 마이크로 LED를 하나씩 이동 배치하는 방식에 비해 크게 작업 시간을 단축할 수 있다.
적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 디스플레이 배선용 기판에 이동 배치하여 어떤 색을 발광하게 하여 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 포함한 디스플레이 장치를 실현할 수 있다.
적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자로 된 블록들을 여러 개 조합하는 것만으로 대형 기판의 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 구비 한 디스플레이 장치를 쉽게 실현할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 발광 소자를 구비한 디스플레이 장치를 자동차, 항공기, 로봇, IOT, 통신 기기, 건강기구, 보안 장비 등을 이용할 수 있다.
도 1은 Si 기판을 준비하는 공정을 나타낸다.
도 2는 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 형성하기 위해 Si 기판의 양면에 SiC 층과 GaN 버퍼층을 형성하는 공정을 나타낸다.
도 3은 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 형성하기 위해 Si 기판의 양면에 SiC 층과 GaN 버퍼층을 형성한 다음 표면에만 GaN 에피텍셜(에피텍셜) 층을 형성하는 공정을 나타낸다.
도 4는 Si 기판 표면의 GaN 에피텍셜 층 상에 포토레지스트 패턴을 형성하고 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 형성하는 공정을 나타낸다. 점선은 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 형성하는 영역을 나타낸다.
도 5는 Si 기판 표면에 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 형성하는 공정을 나타낸다.
도 6은 Si 기판 표면에 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 형성하는 공정 후에 뒷면의 GaN 버퍼층, SiC 층 및 Si 기판을 연마하는 공정을 나타낸다. 점선으로 둘러싼 영역은 연마하는 영역이다.
도 7은 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 형성하기 위해 뒷면의 GaN 버퍼층, SiC 층 및 Si 기판을 연마하는 공정을 나타낸다.
도 8은 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 형성하기 위해, Si 기판의 양면에 SiC 층과 GaN 버퍼층을 형성한 GaN 에피텍셜 층을 형성하는 공정을 나타낸다.
도 9는 Si 기판 표면의 GaN 에피텍셜 상에 포토레지스트 패턴을 형성하고 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 형성하는 공정을 나타낸다. 점선은 마이크로 LED를 형성하는 영역을 나타낸다.
도 10은 Si 기판 표면에 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광 소자를 형성하는 공정을 나타낸다.
도 11은 Si 기판 표면에 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광 소자를 형성하는 공정 후 뒷면의 GaN 에피텍셜 층, GaN 버퍼층, SiC 층 및 Si 기판을 연마하는 공정을 나타낸다. 점선으로 둘러싼 영역은 연마되는 영역이다.
도 12는 뒷면의 GaN 에피텍셜 층, GaN 버퍼층, SiC 층 및 Si 연마 공정을 나타낸다.
도 13은 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 형성하기 위해, Si 기판의 양면에 GaN 버퍼층을 형성하는 공정을 나타낸다.
도 14는 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 형성하기 위해, Si 기판의 양면에 GaN 버퍼층을 형성한 후, 표면에만 GaN 에피텍셜 층을 형성하는 공정을 나타낸다.
도 15는 Si 기판 표면의 GaN 에피텍셜 층 상에 포토레지스트 패턴을 형성하고, 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광 소자를 형성하는 공정을 나타낸다. 점선은 마이크로 LED를 형성하는 영역을 나타낸다.
도 16은 Si 기판 표면에 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광 소자를 형성하는 공정을 나타낸다.
도 17은 Si 기판 표면에 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광 소자를 형성하는 공정 후 뒷면의 GaN 버퍼층 및 Si 기판을 연마하는 공정을 나타낸다. 점선으로 둘러싼 영역 연마되는 영역이다.
도 18은 뒷면의 GaN 버퍼층 및 Si 연마 공정을 나타낸다.
도 19는 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 형성하기 위해, Si 기판의 양면에 GaN 버퍼층 및 GaN 에피텍셜 층을 형성하는 공정 나타낸다.
도 20은 Si 기판 표면의 GaN 에피텍셜 층 상에 포토레지스트 패턴을 형성하고, 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광 소자를 형성하는 공정을 나타낸다. 점선은 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광 소자를 형 성하는 영역을 나타낸다.
도 21은 Si 기판 표면에 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광 소자를 형성하는 공정을 나타낸다.
도 22는 Si 기판 표면에 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광 소자를 형성하는 공정 후 뒷면의 GaN 에피텍셜 층, GaN 버퍼층 및 Si 기판을 연마하는 공정을 나타낸다. 점선으로 둘러싼 영역은 연마되는 영역이다.
도 23은 뒷면의 GaN 에피텍셜 층, GaN 버퍼층 및 Si 연마 공정을 나타낸다.
도 24는 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 형성한 Si 기판을 사각형 블록으로 절단하는 공정을 나타낸다.
도 25는 SiC 층이 구비된 Si 기판의 표면에 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 형성한 블록을 디스플레이 배선용 기판에 접합하기 위해 반전시키는 공정을 나타낸다.
도 26은 SiC 층이 구비된 Si 기판의 표면에 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 형성한 블록을 디스플레이 배선용 기판에 접합하기 위해 반전시키는 공정을 나타낸다.
도 27은 디스플레이 배선용 기판을 준비하는 공정을 나타낸다.
도 28은 Si 기판상에 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 구성된 발광소자 및 디스플레이 배선용 기판을 정렬하고 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 구비한 Si 기판 블록을 디스플레이 배선용 기판에 이동 배치하는 공정을 나타낸다.
도 29는 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 형성한 Si 기판 블록과 마이크로 LED 디스플레이 배선용 기판을 접합하는 공정을 나타낸다.
도 30은 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 형성한 Si 기판 블록과 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 구성된 발광소자의 디스플레이 배선용 기판을 접합한 공정 후에 Si 기판 블록의 뒷면 이외의 부분에 포토 레지스트 막 등을 형성하는 공정을 나타낸다.
도 31은 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광 소자를 형성한 Si 기판 블록과 마이크로 LED 디스플레이 배선용 기판을 접합 후, Si 기판을 드라이 에칭 및 웨트 에칭하고, SiC 층 GaN 버퍼층 또는 GaN 버퍼층을 건식 에칭 및 습식 에칭 공정을 나타낸다.
도 32는 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 형성한 Si 기판 블록과 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 구성된 발광소자의 디스플레이 배선용 기판을 접합한 구조에서 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 구성된 발광소자 사이에 층간 절연막을 형성하는 공정상태를 나타낸다.
도 33은 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 형성한 Si 기판 블록과 마이크로 LED 디스플레이 배선용 기판을 접합하고 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 구성된 발광소자 사이에 층간 절연막을 형성하는 공정 후에, 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 구성된 발광소자에 투명 전극 및 투명 배선을 형성하는 공정 후의 상태를 나타낸다.
도 34는 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 형성한 Si 기판 블록과 적색과 녹색 및 청색의 마이크로 LED로 구성된 발광소자의 디스플레이 배선용 기판을 접합한 공정 후에 인출전극에서 층간 절연막을 제거하는 공정을 나타낸다.
이하에 본 발명의 실시 예를 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 각 도면에서 동일한 부분에는 동일한 부호를 지명하여 사용하고 있다.
(실시 형태 1）
도 1과 같이 반도체 기판 1을 준비하고 도 2와 같이 저압 CVD법(미도시)에 의해 반도체 기판 1의 양면에 50 ~ 200nm의 SiC 층 2를 형성하고 그 위에 3 ~ 10μm의 GaN 버퍼층 3을 형성하고 도 3과 같이 반도체 기판 1의 표면에 0.3 ~ 2μm의 p형 GaN층 4, 10 ~ 100nm의 퀀텀웰층 5, 0.3 ~ 2μm의 n형 GaN층 6 에피텍셜을 성장시키고, 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자의 형성 이전에 반도체 기판 1의 변형을 감소시킨 구조를 형성하는 공정을 나타낸다. 또한, 반도체 기판 1의 표면에 에피텍셜 층을 형성하는 것은 상용 에피텍셜 장치를 이용하는 것을 고려한 것이다.
도 4는 또한 n형 에피텍셜 층 6 위에 전극층 7을 형성하고, 그 위에 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 형성하기 위한 포토레지스트 패턴 8을 형성한다. 도 5는 반도체 기판 1의 표면에 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 형성하는 공정을 나타낸다. 각 마이크로 LED는 0.3 ~ 2μm의 p형 GaN층 4, 10 ~ 100nm의 퀀텀웰층 5, 0.3 ~ 2μm의 n형 GaN층 6 및 500nm ~ 2μm의 전극층 11을 포함한 구조이다.
적색과 녹색 및 청색 발광의 차이는 퀀텀웰층의 In 등의 불순물 농도의 차이에 의한 것이다. In 농도의 차이는 선택적인 이온 주입에 의해도 좋고 또한 선택적인 에피텍셜 성장에 의해도 좋다.
이렇게 하여 반도체 기판 1에 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 한 개 조(한 벌)로 한 발광소자의 여러 개체를 전개한다.
도 6은 뒷면의 SiC 층 2, GaN 버퍼층 3 및 반도체 기판 1의 뒷면을 그라인더에 의해 연마되며 기판의 나머지 두께를 50 ~ 300μm로 하는 공정을 나타낸다. 점선 부분은 연마되는 부분이다. 도 7은 뒷면의 SiC 층 2, GaN 버퍼층 3 및 반도체 기판 1의 이면을 그라인더에 의해 50 ~ 300μm의 두께가 될 때까지 연마하는 공정 상태를 나타낸다.
도 24는 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광 소자를 갖춘 반도체 기판 1을 디스플레이 배선용 기판 40에 이동 배치하기 위해 블록 30을 절단한 공정을 나타낸다.
도 25는 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자로 된 반도체 기판 1을 디스플레이 배선용 기판 40에 이동 배치하기 위해 반전시키는 공정을 나타낸다.
도 27은 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구동하는 배선을 가지는 디스플레이 배선용 기판 40을 나타내고, 디스플레이 배선용 기판에 적색 마이크로 LED 용 배선 41과 녹색 마이크로 LED 용 임베디드 배선 42 및 청색 마이크로 LED 용 임베디드 배선 43, 또한 적색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 44, 녹색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 45와 청색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 46 및 인출전극 47을 포함한다.
도 28은 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자로 된 반도체 기판 1의 블록 30을 디스플레이 배선용 기판 40에 정렬하여 서로 마주보게 전극끼리 접합시키는 이동 배치 공정을 나타낸다. 디스플레이 배선용 기판 40의 표면의 전극 표면에 도전성 접착제 또는 납땜(미도시)을 형성하고 있다. 여기에서는 일점 쇄선 화살표와 같이 적색 마이크로 LED 11과 적색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 44, 녹색 마이크로 LED 12와 녹색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 45, 청색 마이크로 LED 13과 청색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 46을 정렬한 후 접합한다.
도 29는 반도체 기판 1의 블록 30과 디스플레이 배선용 기판 40을 접합하는 공정 상태를 나타낸다.
도 30은 접합한 반도체 기판 1의 블록 30과 디스플레이 배선용 기판 40 구조의 반도체 기판 1 블록 30 이외의 부분에 포토레지스트(또는 유기물 또는 절연층) 21로 도포하는 공정을 나타낸다. 반도체 기판 1 블록 30을 에칭할 때 다른 부분을 습식 에칭액이 또는 플라즈마 에칭이온 또는 라디칼이 내부에 침입하지 않도록 보호한다. 여기서, 반도체 기판 1 블록 30을 덮는 포토레지스트 21을 자외선 노광 및 현상하여 노출한다. 플라즈마 에칭을 사용하는 경우에는 반도체 기판 1 블록 이외의 부분은 절연 층, 예를 들면 SOG 막으로 덮는다.
도 31은 반도체 기판 1을 TMAH 또는 TMAH + 황산 암모늄 선택적으로 습식 에칭 표면측의 SiC 층 2 및 버퍼층 3 플라즈마 에칭에 의해 제거하고, 주변 포토레지스트 층 21도 제거하는 공정을 나타낸다. SF6에 의해 선택 건식 에칭을 하는 경우에는 에칭 후, SOG 막을 제거한다.
도 32는 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자 패턴 사이에 층간 절연층을 형성하는 공정을 나타낸다.
도 33은 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자의 표면에 투명전극 배선 48을 형성하는 공정을 나타낸다. 투명전극 배선 48은 도 32에 표시된 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구비하는 디스플레이 장치에 직접 포토리소그래피를 사용하여 형성하여도 좋고, 미리 다른 투명 기판(미도시)에 전극배선 구조 48을 형성하고 이 투명 기판을 이동 배치하여 형성할 수도 있다. 일반적으로 이 전극배선 구조 48은 크지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
이렇게 하여 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구비하는 디스플레이 장치를 형성한다.
도 34는 인출전극 47의 상부의 층간 절연층을 제거하고 전기전원(미도시)와 연결시키는 공정을 나타낸다.
이렇게 얻어진 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구비한 디스플레이 장치를 디스플레이 배선용 기판 12의 삽입된 배선 41, 42 및 43과 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자의 표면에 투명전극 48 사이에 전압을 인가하여 전압의 크기를 결합하여 다양한 발광 색을 생성하는 디스플레이 장치로 기능할 수 있다.
(실시 형태 2)
도 1과 같이 반도체 기판 1을 준비하고 도 8과 같이 저압 CVD법(미도시)에 의해 반도체 기판 1의 양면에 50 ~ 200nm의 SiC 층 2를 형성하고 그 위에 3 ~ 10μm의 GaN 버퍼층 3을 형성하고, 0.3 ~ 2μm의 p형 GaN층 4, 10 ~ 100nm의 퀀텀웰층 5, 0.3 ~ 2μm의 n형 GaN층 6 에피텍셜 성장시켜 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자의 형성 전에 반도체 기판 1의 변형을 감소시킨 구조를 형성하는 공정을 나타낸다.
도 9는 n형 에피텍셜 층 6 위에 전극층 7을 형성하고, 그 위에 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광 소자를 형성하기 위한 포토레지스트 패턴 8을 형성한다. 도 10은 반도체 기판 1의 표면에 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 형성하는 공정을 나타낸다. 각 마이크로 LED는 0.3 ~ 2μm의 p형 GaN층 4, 10 ~ 100nm의 퀀텀웰층 5, 0.3 ~ 2μm 의 n형 GaN층 6 및 500nm ~ 2μm의 전극층 11을 포함한 구조이다.
적색, 녹색 및 청색 발광의 차이는 퀀텀웰층의 In 등의 불순물 농도의 차이에 의한 것이다. In 농도는 선택적인 이온 주입에 의해서도, 또한 선택적인 에피텍셜 성장에 의해서도 좋다. 이렇게 하여 반도체 기판 1 상에 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 한 조(한 벌)로 한 발광소자의 여러 개체를 전개한다.
도 11은 뒷면의 n형 GaN 6 퀀텀웰층 5 위에 p형 GaN층 4, GaN 버퍼층 3, SiC 층 2 및 반도체 기판 1의 뒷면을 그라인더에 의해 연마되고 기판의 나머지 두께를 50 ~ 300μm로하는 공정을 나타낸다. 점선 부분은 연마하는 부분이다.
도 12는 뒷면의 GaN 버퍼층 3, SiC 층 2 및 반도체 기판 1의 이면을 그라인더에 의해 연마하고, 반도체 기판 1을 50 ~ 300μm의 두께가 될 때까지 연마하는 공정 상태를 나타낸다.
도 24는 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자로 된 반도체 기판 1을 디스플레이 배선용 기판 40에 이동 배치하기 위해 블록 30으로 절단한 공정을 나타낸다.
도 25는 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자로 된 반도체 기판 1을 디스플레이 배선용 기판 40에 이동 배치하기 위해 반전시키는(뒤집는) 공정을 나타낸다.
도 27은 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구동하는 배선을 가지는 디스플레이 배선용 기판 40을 나타내고 디스플레이 배선용 기판에 적색 마이크로 LED 용이 포함된 배선 41, 녹색 마이크로 LED 용 임베디드 배선 42 및 청색 마이크로 LED 용 임베디드 배선 43, 또한, 적색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 44 녹색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 45과 청색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 46 및 인출전극 47을 포함한다.
도 28은 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자로 된 반도체 기판 1 블록 30을 디스플레이 배선용 기판 40에 정렬하여 서로 마주보게 전극끼리를 접합시키는 이동배치 공정을 나타낸다. 디스플레이 배선용 기판 40의 표면의 전극 표면에 도전성 접착제 또는 납땜(미도시) 등을 형성하고 있다. 여기에서는 일점 쇄선과 같이 적색 마이크로 LED 11과 적색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 44, 녹색 마이크로 LED 12와 녹색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 45, 청색 마이크로 LED 13과 청색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 46을 정렬한 후 접합한다.
도 29는 반도체 기판 1 블록 30과 디스플레이 배선용 기판 40을 접합하는 공정 상태를 나타낸다.
도 30은 접합 반도체 기판 1 블록 30과 디스플레이 배선용 기판 40 구조의 반도체 기판 1 블록 30 이외의 부분에 포토레지스트(또는 유기물 또는 절연층) 21로 도포하는 공정을 나타내고, 반도체 기판 1 블록 30을 에칭할 때 다른 부분을 습식 에칭액 또는 플라즈마 에칭이온 또는 라디칼이 내부에 침입하지 않도록 보호한다. 여기서, 반도체 기판 1 블록 30을 덮는 포토레지스트 21을 자외선 노광 및 현상하여 노출한다. 플라즈마 에칭을 사용하는 경우에는 반도체 기판 1 블록 이외의 절연층을 예를 들면 SOG 막으로 덮는다.
도 31은 반도체 기판 1을 TMAH 또는 TMAH + 황산 암모늄 선택적으로 습식 에칭, 표면측의 SiC 층 2 및 버퍼층 3을 플라즈마 에칭에 의해 제거하고, 또다시 주변 포토레지스트 층 21도 제거한 공정 상태를 나타낸다. SF6에 의해 선택 드라이 에칭을 하는 경우에는 에칭 후, SOG 막을 제거한다.
도 32는 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자의 패턴 사이에 층간 절연층을 형성하는 공정을 나타낸다.
도 33은 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자의 표면에 투명전극 배선 48을 형성하는 공정 후의 상태를 나타낸다. 투명전극 배선 48은 도 32에 표시된 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구비하는 디스플레이 장치에 직접 포토리소그래피를 사용하여 형성하여도 좋고, 미리 다른 투명 기판(미도시)에 전극배선 구조 48을 형성하고 이 투명기판을 접합하여 형성할 수도 있다. 일반적으로 이 전극 배선 구조 48은 크지만 이에 제한되는 것은 아니다.
이렇게 하여 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구비하는 디스플레이 장치를 형성한다.
도 34는 인출전극 47의 상부의 층간 절연층을 제거하고 전기전원(미도시)와 연결시키는 공정을 나타낸다.
이렇게 얻어진 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구비하는 디스플레이 장치를 디스플레이 배선용 기판 12의 삽입된 배선 41, 42 및 43과 적색 마이크로 LED 11, 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자 표면의 투명전극 48 사이에 전압을 인가하여 전압의 크기를 조절하여 다양한 발광색을 생성하는 디스플레이 장치로 기능할 수 있다.
(실시 형태 3)
도 1과 같이 반도체 기판 1을 준비하고 도 13과 같이 저압 CVD법(미도시)에 의해 반도체 기판 1의 양면에 3 ~ 10μm의 GaN 버퍼층 3을 저압 CVD 법에 의해 형성하고, 도 14와 같이 반도체 기판 1의 표면에 0.3 ~ 2μm의 p형 GaN층 4, 10 ~ 100nm의 퀀텀웰층 5, 0.3 ~ 2μm의 n형 GaN층 6을 에피텍셜 성장시키고 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자의 형성 이전에 반도체 기판 1의 변형을 감소시킨 구조를 형성하는 공정을 나타낸다. 또한, 반도체 기판 1의 표면에 에피텍셜 층을 형성하는 것은 상용 에피텍셜 장치를 이용하는 것을 고려한 것이다.
도 15는 n형 에피텍셜 층 6 위에 전극층 7을 형성하고, 그 위에 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 형성하기 위한 포토레지스트 패턴 8을 형성한다. 도 16은 반도체 기판 1의 표면에 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 형성하는 공정을 나타낸다. 각 마이크로 LED는 0.3 ~ 2μm의 p형 GaN층 4, 10 ~ 100nm의 퀀텀웰층 5, 0.3 ~ 2μm의 n형 GaN층 6 및 500nm ~ 2μm의 전극층 11을 포함한 구조이다.
적색과 녹색 및 청색 발광의 차이는 퀀텀웰층의 In 등의 불순물 농도의 차이에 의한 것이다. In 농도의 차이는 선택적인 이온 주입에 의해도 좋고, 또한 선택적인 에피텍셜 성장에 의해도 좋다. 이렇게 하여 반도체 기판 1 위에 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 한 조(한 벌)로 한 발광소자의 여러 개체를 전개한다.
도 17은 뒷면의 GaN 버퍼층 3 및 반도체 기판 1의 뒷면을 그라인더에 의해 연마된 반도체 기판의 나머지 두께를 50 ~ 300μm로 하는 공정을 나타낸다. 점선 부분은 연마되는 부분이다.
도 18은 뒷면의 GaN 버퍼층 3 및 반도체 기판 1의 이면을 그라인더에 의해 50 ~ 300μm의 두께가 될 때까지 연마하는 공정 상태를 나타낸다.
도 24는 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구비하는 반도체 기판 1을 디스플레이 배선용 기선용 기판 40에 이동 배치하기 위해 블록 30으로 절단한 공정을 나타낸다.
도 26은 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구비하는 반도체 기판 1을 디스플레이 배선용 기판 40에 이동 배치하기 위해 반전시키는 공정을 나타낸다.
도 27은 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구동하는 배선을 가지는 디스플레이 배선용 기판 40을 나타내고, 디스플레이 배선용 기판에 적색 마이크로 LED 용이 포함된 배선 41, 녹색 마이크로 LED 용 임베디드 배선 42 및 청색 마이크로 LED 용 임베디드 배선 43, 또한 적색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 44 녹색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 45와 청색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 46 및 인출전극 47을 포함한다.
도 28은 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구비하는 반도체 기판 1 블록 30을 디스플레이 배선용 기판 40에 정렬하여 서로 마주보게 전극끼리 접합시키는 이동 배치하는 공정을 나타낸다. 디스플레이 배선용 기판 40의 표면의 전극표면에 도전성 접착제 또는 납땜(미도시) 등을 형성하고 있다. 여기에서는 일점 쇄선 화살표와 같이 적색 마이크로 LED 11과 적색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 44, 녹색 마이크로 LED 12와 녹색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 45, 청색 마이크로 LED 13과 청색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 46을 정렬한 후, 접합한다.
도 29는 반도체 기판 1 블록 30과 디스플레이 배선용 기판 40을 접합하는 공정 상태를 나타낸다.
도 30은 접합 반도체 기판 1 블록 30과 디스플레이 배선용 기판 40 구조의 반도체 기판 1 블록 30 이외의 부분에 포토레지스트( 또는 유기물 또는 절연층 ) 21로 도포하는 공정을 나타내고, 반도체 기판 1 블록 30을 에칭할 때 다른 부분을 습식 에칭액 또는 플라즈마 에칭이온 또는 라디칼이 내부에 침입하지 않도록 보호한다. 여기서, 반도체 기판 1 블록 30을 덮는 포토레지스트 21을 자외선 노광 및 현상하여 노출한다. 플라즈마 에칭을 사용하는 경우에는 반도체 기판 1과 블록 이외의 절연층을, 예를 들면 SOG 막으로 덮는다.
도 31은 반도체 기판 1을 TMAH 또는 TMAH + 황산 암모늄 선택적으로 습식 에칭하고, 표면측의 SiC 층 2 및 버퍼층 3을 플라즈마 에칭에 의해 제거하고, 또다시 주변 포토레지스트 층 21도 제거하는 공정 상태를 나타낸다. SF6에 의해 선택 드라이 에칭을 실시하는 경우에는 에칭 후, SOG 막을 제거한다.
도 32는 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자 사이에 층간 절연층을 형성하는 공정 상태를 나타낸다.
도 33은 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자의 표면에 투명전극 배선 48을 형성하는 공정 상태를 나타낸다. 투명전극 배선 48은 도 32에 표시된 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구비하는 디스플레이 장치에 직접 포토리소그래피를 사용하여 형성하여도 좋고, 미리 다른 투명 기판(미도시)에 전극배선 구조 48을 형성하고, 이 투명 기판을 접합하여 형성할 수도 있다. 일반적으로 이 전극 배선구조 48이 크지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
이렇게 하여 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구비하는 디스플레이 장치를 형성한다.
도 34는 인출전극 47의 상부의 층간 절연층을 제거하고 전기전원(미도시)과 연결시키는 공정을 나타낸다.
이렇게 얻어진 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구비하는 디스플레이 장치를 디스플레이 배선용 기판 12의 삽입배선 41, 42 및 43과 3색 마이크로 LED 표면의 투명전극 48 사이에 전압을 인가하여 전압의 크기를 조절하여 다양한 발광색을 생성하는 디스플레이 장치가 기능할 수 있다.
(실시 형태 4)
도 1과 같이 반도체 기판 1을 준비하고 도 19와 같이 저압 CVD법(미도시)에 의해 반도체 기판 1의 양면에 3 ~ 10μm의 GaN 버퍼층 3을 형성하고, 0.3 ~ 2μm의 p형 GaN층 4, 10 ~ 100nm의 퀀텀웰층 5, 0.3 ~ 2μm의 n형 GaN층 6 에피택셜을 성장시키고, 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13에서 되는 발광 소자의 형성 이전에 반도체 기판 1의 변형을 감소시킨 구조를 형성하는 공정을 나타낸다.
도 20은 또한 n형 에피텍셜 층 6 위에 전극층 7을 형성하고, 그 위에 마이크로 LED를 형성하기 위한 포토레지스트 패턴 8을 형성한다. 도 21은 반도체 기판 1의 표면에 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 형성하는 공정을 나타낸다. 각 마이크로 LED는 0.3 ~ 2μm의 p형 GaN층 4, 10 ~ 100nm의 퀀텀웰층 5과 0.3 ~ 2μm의 n형 GaN층 6 및 500nm ~ 2μm의 전극층 11을 포함한 구조로 되어 있다.
적색과 녹색 및 청색 발광의 차이는 퀀텀웰층의 In 등의 불순물 농도의 차이에 의한 것이다. In 농도의 차이는 선택적인 이온 주입에 의해도 좋고, 또한 선택적인 에피텍셜 성장에 의해도 좋다. 이렇게 하여 반도체 기판 1 위에 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13 로 이루어진 발광소자를 한 조(한 벌)로 한 발광소자의 여러 개체를 전개한다.
도 22는 뒷면의 n형 GaN 층 6 퀀텀웰층 5, p형 GaN층 4, GaN 버퍼층 3 및 도체 기판 1의 뒷면을 그라인더로 연마하여 반도체 기판 1의 나머지 두께를 50 ~ 300μm로 하는 공정을 나타낸다. 점선 부분은 연마되는 부분이다.
도 12는 뒷면의 n형 GaN층 6 퀀텀웰층 5와, p형 GaN층 4, GaN 버퍼층 3 및 반도체 기판 1의 이면을 그라인더에 의해 연마하고, 반도체 기판 1을 150 ~ 300μm의 두께 때까지 연마하는 공정 후의 상태를 나타낸다.
도 24는 3개 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광 소자를 갖춘 반도체 기판 1을 표시용 배선 기판 40에 이동 배치하기 위해 블록 30으로 절단한 공정을 나타낸다.
도 26은 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자로 된 반도체 기판 1을 디스플레이 배선용 기판 40에 이동 배치하기 위해 반전시키는 공정을 나타낸다.
도 27은 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구동하는 배선을 가지는 디스플레이 배선용 기판 40을 나타내고, 디스플레이 배선용 기판에 적색 마이크로 LED 용 포함된 배선 41, 녹색 마이크로 LED 용 임베디드 배선 42 및 청색 마이크로 LED 용 임베디드 배선 43, 또한, 적색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 44, 녹색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 45과 청색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 46 및 인출전극 47을 포함한다.
도 28은 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자로 된 반도체 기판 1 블록 30을 디스플레이 배선용 기판 40에 정렬하여 서로 마주보게 전극끼리 접합시키는 이동 배치 공정을 나타낸다. 디스플레이 배선용 기판 40의 표면의 전극 표면에 도전성 접착제 또는 납땜(미도시) 등을 형성하고 있다. 여기에서는 일점 쇄선 화살표와 같이 적색 마이크로 LED 11과 적색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 44, 녹색 마이크로 LED 12와 녹색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 45, 청색 마이크로 LED 13과 청색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 46을 정렬한 후, 접합한다.
도 29는 반도체 기판 1 블록 30과 디스플레이 배선용 기판 40을 접합하는 공정 상태를 나타낸다.
도 30은 접합 반도체 기판 1 블록 30과 디스플레이 배선용 기판 40 구조의 반도체 기판 1 블록 30 이외의 부분에 포토레지스트(또는 유기물 또는 절연층) 21로 도포하는 공정을 나타내고, 반도체 기판 1 블록 30을 에칭할 때 다른 부분을 습식 에칭액 또는 플라즈마 에칭이온 또는 라디칼이 내부에 침입하지 않도록 보호한다. 여기서, 반도체 기판 1 블록 30을 덮는 포토레지스트 21을 자외선 노광 및 현상하여 노출한다. 플라즈마 에칭을 사용하는 경우에는 반도체 기판 1 블록 이외의 절연층을, 예를 들면 SOG 막으로 덮는다.
도 31은 반도체 기판 1을 TMAH 또는 TMAH + 황산 암모늄 선택적으로 습식 에칭, 표면측의 SiC 층 2 및 버퍼층 3을 플라즈마 에칭에 의해 제거하고, 또다시 주변 포토레지스트 층 21도 제거하는 공정 상태를 나타낸다. SF6에 의해 선택 드라이 에칭을 하는 경우에는 에칭 후, SOG 막을 제거한다.
도 32는 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자의 패턴 사이에 층간 절연층을 형성하는 공정 상태를 나타낸다.
도 33은 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자의 표면에 투명전극 배선 48을 형성하는 공정을 나타낸다. 투명전극 배선 48은 도 32에 표시된 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구비하는 디스플레이 장치에 직접 포토리소그래피를 사용하여 형성하여도 좋고, 미리 다른 투명 기판 (미도시)에 전극배선 구조 48을 형성하고, 이 투명 기판을 접합하여 형성할 수도 있다. 일반적으로 이 전극배선 구조 48은 크지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
이렇게 하여 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구비하는 디스플레이 장치를 형성한다.
도 34는 인출전극 47의 상부의 층간 절연층을 제거하고 전기전원 (미도시)과 연결시키는 공정을 나타낸다.
이렇게 얻어진 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구비하는 디스플레이 장치를 디스플레이 배선용 기판 12의 삽입배선 41, 42 및 43과 3색 마이크로 LED 표면의 투명 전극 48 사이에 전압을 인가하며 전압의 크기를 조절하여 다양한 발광색을 생성하는 디스플레이 장치로 기능할 수 있다.
(실시예 1)
도 1과 같이 Si 기판 1을 준비하고 도 2와 같이 저압 CVD 법(미도시)에 의해 Si 기판 1의 양면에 100nm의 SiC 층 2를 형성하고, 그 위에 7μm의 GaN 버퍼층 3을 형성하고, 도 3과 같이, 반도체 기판 1의 표면에 0.7μm의 p형 GaN층 4와 50nm의 퀀텀웰층 5, 0.7μm의 n형 GaN층 6을 에피텍셜 성장시키고, 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자의 형성 전에 Si 기판 1의 변형을 감소시킨 구조를 형성하는 공정을 나타낸다.
도 4는 n형 에피텍셜 층 6 위에 전극층 7을 형성하고, 그 위에 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광 소자를 형성하기 위한 포토레지스트 패턴 8을 형성했다. 도 5는 반도체 기판 1의 표면에 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 형성하는 공정 상태를 나타낸다. 각 마이크로 LED는 0.7μm의 p형 GaN층 4와 50nm의 퀀텀웰층 5와 0.7μm의 n형 GaN층 6 및 1μm 전극층 11을 포함하는 구조로 되어있다.
적색과 녹색 및 청색 발광의 차이는 퀀텀웰층의 In 농도의 차이에 의한 것이다. 퀀텀웰층의 In 농도의 차이는 선택적인 에피텍셜 성장으로 하였고, 따라서 Si 기판 1 위에 적색과 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 한 조(한 벌)로 한 디스플레이 장치의 여러 개체를 전개했다.
도 6은 뒷면의 GaN 버퍼층 3과 SiC 층 2 및 Si 기판 1의 뒷면을 그라인더에 의해 연마하여 Si 기판의 나머지 두께를 250μm으로 한 공정을 나타낸다. 점선 부분은 연마된 부분이다. 도 7은 뒷면의 GaN 버퍼층 3과 SiC 층 2 및 Si 기판 1의 뒷면을 그라인더로 연마하여 Si 기판 1의 나머지 두께 250μm의 두께가 될 때까지 연마한 공정 상태를 나타낸다.
도 24는 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광 소자를 구비한 Si 기판 1을 디스플레이 배선용 기판 40에 이동 배치하기 위해 블록 30에 인출한(찝어낸) 공정을 나타낸다.
도 25는 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자로 된 반도체 기판 1을 디스플레이 배선용 기판 40에 이동 배치하기 위해 반전시킨(뒤집는) 공정을 나타낸다.
도 27은 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구동하는 배선을 가지는 디스플레이 배선용 기판 40을 나타내고 디스플레이 배선용 기판에 적색 마이크로 LED 용 포함한 배선 41, 녹색 마이크로 LED 용 임베디드 배선 42과 청색 마이크로 LED 용 임베디드 배선 43, 또한 적색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 44, 녹색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 45과 청색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 46 및 인출전극 47을 포함한다.
도 28은 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구비한 Si 기판 1 블록 30을 디스플레이 배선용 기판 40에 정렬하여 서로 마주보게 전극끼리 접합시킨 이동 배치 공정을 나타낸다. 디스플레이 배선용 기판 40의 표면의 전극 표면에 도전성 접착제 혹은 납땜(미도시) 등을 형성하고 있다. 여기에서는 일점 쇄선 화살표와 같이 적색 마이크로 LED 11과 적색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 44, 녹색 마이크로 LED 12와 녹색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 45 및 청색 마이크로 LED 13과 청색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 46을 정렬한 위에 접합했다.
도 29는 Si 기판 1과 블록 30을 디스플레이 배선용 기판 40에 접합한 공정 후의 상태를 나타낸다.
도 30은 접합 반도체 기판 1 블록 30과 디스플레이 배선용 기판 40 구조의 반도체 기판 1 블록 30 이외의 부분에 포토레지스트 21로 도포한 공정을 나타내고, 반도체 기판 1 블록 30을 에칭할 때 다른 부분을 습식 에칭액이 또는 플라즈마 에칭이온 또는 라디칼이 내부에 침입하지 않도록 보호했다. 여기서, 반도체 기판 1 블록 30을 덮는 포토레지스트 21을 자외선 노광 및 현상하여 노출시켰다.
도 31은 반도체 기판 1을 25중량 %의 수산화 테트라 메틸 암모늄 용액 (TMAH) 2중량 %의 황산 암모늄을 첨가한 에칭액으로 습식 에칭하고, 표면 측의 SiC 층 2 및 버퍼층 3을 CF4 플라즈마 에칭에 의해 제거하고, 또한 주변의 포토레지스트 층 21도 제거한 공정 상태를 나타낸다.
도 32는 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자의 패턴 사이에 층간 절연층을 형성한 공정 상태를 나타낸다.
도 33은 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자의 표면에 투명전극 배선 48을 형성하는 공정 상태를 나타낸다. 투명전극 배선 48은 도 32에 표시된 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구비하는 디스플레이 장치에 직접 포토리소그래피를 사용하여 형성했다. 이 전극 배선구조 48은 컸으며, 이렇게 하여 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구비하는 디스플레이 장치를 형성했다.
도 34는 인출전극 47의 상부의 층간 절연층을 제거하고 전기전원(미도시)과 연결이 준비된 공정을 나타낸다.
이렇게 얻어진 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구비한 디스플레이 장치에서 디스플레이 선용 기판 12의 삽입배선 41, 42 및 43과 적색 마이크로 LED 11 배선, 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자 표면의 투명전극 48 사이에 전압을 인가하며, 전압의 크기를 조절하여 다양한 발광색을 생성하는 디스플레이 장치로 작동시켰다.
(실시예 2)
도 1과 같이 Si 기판 1을 준비하고 도 8과 같이 저압 CVD 법(미도시)에 의해 반도체 기판 1의 양면에 100nm의 SiC 층 2를 형성하고, 그 위에 7μm의 GaN 버퍼층 3을 형성하고, 0.7μm의 p형 GaN층 4와 50nm의 퀀텀웰층 5 및 0.7μm의 n형 GaN층 6을 에피텍셜 성장시켜 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자의 형성 전에 Si 기판 1의 변형을 감소시킨 구조를 형성하는 공정을 나타낸다.
도 9는 n형 에피텍셜 층 6 위에 전극층 7을 형성하고, 그 위에 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광 소자를 형성하기 위한 포토레지스트 패턴 8을 형성했다. 도 10은 Si 기판 1 표면에 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 형성하는 공정 상태를 나타낸다. 각 마이크로 LED는 0.7μm의 p형 GaN층 4와 50nm의 퀀텀웰층 5와 0.7μm의 n형 GaN층 6 및 1μm 전극층 11을 포함하는 구조로 되어있다.
적색과 녹색 및 청색 발광의 차이는 퀀텀웰층의 In 농도의 차이에 의한 것이다. 퀀텀웰층의 In 농도의 차이는 선택적인 에피텍셜 성장으로 했고, 이렇게 하여 반도체 기판 1 위에 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 한 조(한 벌)로 한 발광소자의 여러 개체를 전개했다.
도 11은 뒷면의 n형 GaN 6과 퀀텀웰층 5와 p형 GaN층 4와 GaN 버퍼층 3과 SiC 층 2 및 반도체 기판 1의 뒷면을 그라인더로 연마한 기판의 나머지 두께를 250μm으로 한 공정을 나타낸다. 점선 부분은 연마된 부분이다. 도 12는 뒷면의 n형 GaN 6과 퀀텀웰층 5와 p형 GaN층 4와 GaN 버퍼층 3과 SiC 층 2 및 반도체 기판 1의 뒷면을 그라인더에 의해 연마하여 Si 기판 1 나머지 두께 250μm의 두께가 될 때까지 연마한 공정 후의 상태를 나타낸다.
도 24는 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자로 된 반도체 기판 1을 디스플레이 배선용 기판 40에 이동 배치하기 위해 블록 30에 인출한(찝어낸) 공정을 나타낸다.
도 25는 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자로 된 반도체 기판 1을 표 디스플레이 배선용 기판 40에 이동 배치하기 위해 반전시킨(뒤집는) 공정을 나타낸다.
도 27은 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구동하는 배선을 가지는 디스플레이 배선용 기판 40을 나타내고, 디스플레이 배선용 기판에 적색 마이크로 LED 용 포함한 배선 41, 녹색 마이크로 LED 용 임베디드 배선 42과 청색 마이크로 LED 용 임베디드 배선 43, 또한 적색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 44 녹색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 45과 청색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 46 및 인출전극 47을 포함한다.
도 28은 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구비한 Si 기판 1 블록 30을 디스플레이 배선용 기판 40에 정렬하여 서로 마주보게 전극끼리 접합시킨 이동 배치공정을 나타낸다. 디스플레이 배선용 기판 40의 표면의 전극 표면에 도전성 접착제나 혹은 납땜(미도시) 등을 형성하고 있다. 여기에서는 일점 쇄선 화살표와 같이 적색 마이크로 LED 11과 적색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 44, 녹색 마이크로 LED 12와 녹색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 45, 청색 마이크로 LED 13과 청색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 46을 정렬한 후, 접합했다.
도 29는 Si 기판 1 블록 30과 디스플레이 배선용 기판 40을 접합한 공정 후의 상태를 나타낸다.
도 30은 접합 반도체 기판 1 블록 30과 디스플레이 배선용 기판 40 구조의 반도체 기판 1 블록 30 이외의 부분에 포토레지스트 21로 도포한 공정을 나타내고, 반도체 기판 1 블록 30을 에칭할 때 다른 부분을 습식 에칭액이 또는 플라즈마 에칭이온 또는 라디칼이 내부에 침입하지 않도록 보호했다. 여기서, 반도체 기판 1 블록 30을 덮는 포토레지스트 21을 자외선 노광 및 현상하여 노출시켰다.
도 31은 반도체 기판 1을 25중량 %의 수산화 테트라 메틸 암모늄 용액 (TMAH) 2중량 %의 황산 암모늄을 첨가한 에칭액으로 습식 에칭하고, 표면 측의 SiC 층 2 및 버퍼층 3을 CF4 플라즈마 에칭에 의해 제거하고, 또 다시 주변 포토레지스트 층 21도 제거한 공정 상태를 나타낸다.
도 32는 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자의 패턴 사이에 층간 절연층을 형성한 공정 상태를 나타낸다.
도 33은 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자의 표면에 투명전극 배선 48을 형성하는 공정 상태를 나타낸다. 투명전극 배선 48은 도 32에 표시된 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구비하는 디스플레이 장치에 직접 포토리소그래피를 사용하여 형성했다. 이 전극 배선 구조 48은 크고, 이렇게 하여 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구비하는 디스플레이 장치를 형성했다.
도 34는 인출전극 47의 상부의 층간 절연층을 제거하고 전기전원 (미도시)과 연결시키게 준비한 공정을 나타낸다.
이렇게 얻어진 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구비하는 디스플레이 장치에 디스플레이 배선용 기판 12의 삽입배선 41, 42 및 43과 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자 표면의 투명 전극 48 사이에 전압을 인가하며 전압의 크기를 조절하여 다양한 발광색을 생성하는 디스플레이 장치로 작동시켰다.
(실시예 3)
도 1과 같이 Si 기판 1을 준비하고 도 13과 같이 저압 CVD 법(미도시)에 의해 Si 기판 1의 양면에 7μm의 GaN 버퍼층 3을 형성하고, 도 14와 같이 Si 기판 1 표면에 0.7μm의 p형 GaN층 4와 50nm의 퀀텀웰층 5, 0.7μm의 n 형 GaN층 6 에피텍셜 성장시켜 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자의 형성 전에 Si 기판 1의 변형을 감소시킨 구조를 형성하는 공정을 나타낸다.
도 15는 n형 에피텍셜 층 6 위에 전극층 7을 형성하고, 그 위에 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 형성하기 위한 포토레지스트 패턴 8을 형성했다. 도 16은 반도체 기판 1의 표면에 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 형성하는 공정 상태를 나타낸다. 각 마이크로 LED는 0.7μm의 p형 GaN층 4와 50nm의 퀀텀웰층 5와 0.7μm의 n형 GaN층 6 및 1μm 전극층 11을 포함하는 구조로 되어있다.
적색과 녹색 및 청색 발광의 차이는 퀀텀웰층의 In 농도의 차이에 의한 것이다. 퀀텀웰층의 In 농도의 차이는 선택적인 에피텍셜 성장으로 하였고, 이렇게 하여 Si 기판 1 위에 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 한 조(한 벌)로 한 발광소자의 여러 개체를 전개했다.
도 17은 뒷면의 GaN 버퍼층 3 및 Si 기판 1의 뒷면을 그라인더에 의해 연마하여 Si 기판의 나머지 두께를 250μm으로 한 공정을 나타낸다. 점선 부분은 연마된 부분이다. 도 7은 뒷면의 GaN 버퍼층 3 및 Si 기판 1의 이면을 그라인더에 의해 제거하고, Si 기판의 나머지 두께를 250μm 두께까지 연마한 공정 후의 상태를 나타낸다.
도 24는 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구비한 Si 기판 1을 디스플레이 배선용 기판 40에 이동 배치하기 위해 블록 30에 인출한 공정을 나타낸다.
도 26은 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구비한 Si 기판 1을 디스플레이 배선용 기판 40에 이동 배치하기 위해 반전시킨 공정을 나타낸다.
도 27은 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구동하는 배선을 가지는 디스플레이 배선용 기판 40을 나타내고, 디스플레이 배선용 기판에 적색 마이크로 LED 용으로 포함된 배선 41, 녹색 마이크로 LED 용 임베디드 배선 42과 청색 마이크로 LED 용 임베디드 배선 43, 또한 적색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 44 녹색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 45과 청색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 46 및 인출전극 47을 포함한다.
도 28은 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구비한 Si 기판 1 블록 30을 디스플레이 배선용 기판 40에 정렬하여 서로 마주보게 전극끼리를 접합시킨 이동 배치 공정을 나타낸다. 디스플레이 배선용 기판 40의 표면의 전극 표면에 도전성 접착제나 혹은 납땜 (미도시) 등을 형성하고 있다. 여기에서는 일점 쇄선 화살표와 같이 적색 마이크로 LED 11과 적색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 44, 녹색 마이크로 LED 12와 녹색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 45 및 청색 마이크로 LED 13과 청색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 46을 정렬한 후, 위에 접합했다.
도 29는 Si 기판 1 블록 30과 디스플레이 배선용 기판 40을 접합한 후의 상태를 나타낸다.
도 30은 접합 반도체 기판 1 블록 30과 디스플레이 배선용 기판 40 구조의 반도체 기판 1 블록 30 이외의 부분 포토레지스트 21로 도포한 공정을 나타내고, 반도체 기판 1 블록 30을 에칭할 때 다른 부분을 습식 에칭액이 또는 플라즈마 에칭이온 또는 라디칼이 내부에 침입하지 않도록 보호했다. 여기서, 반도체 기판 1 블록 30을 덮는 포토레지스트 21을 자외선 노광 및 현상하여 노출시켰다.
도 31은 반도체 기판 1을 25중량 %의 수산화 테트라 메틸 암모늄 용액(TMAH) 2중량 %의 황산 암모늄을 첨가한 에칭액으로 습식 에칭하고, 표면 측의 버퍼층 3을 CF4 플라즈마 에칭에 의해 제거하고 또 다시 주변 포토레지스트 층 21도 제거 공정 상태를 나타낸다.
도 32는 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자의 패턴 사이에 층간 절연층을 형성한 공정 상태를 나타낸다.
도 33은 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자의 표면에 투명전극 배선 48 형성 공정 상태를 나타낸다. 투명전극 배선 48은 도 32에 표시된 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구비하는 디스플레이 장치에 직접 포토리소그래피를 사용하여 형성했다. 이 전극 배선 구조 48은 크고, 이렇게 하여 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광 소자를 구비하는 디스플레이 장치를 형성했다.
도 34는 인출전극 47의 상부의 층간 절연층을 제거하고 전기전원(미도시)과 연결을 준비한 공정을 나타낸다.
이렇게 얻어진 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구비하는 디스플레이 장치에 디스플레이 배선용 기판 12의 삽입배선 41, 42 및 43과 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광 소자 표면의 투명전극 48 사이에 전압을 인가하며 전압의 크기를 조절하여 다양한 발광색을 생성하는 디스플레이 장치로 작동시켰다.
(실시예 4)
도 1과 같이 Si 기판 1을 준비하고 도 19와 같이 저압 CVD 법(미도시)에 의해 반도체 기판 1의 양면에 7μm의 GaN 버퍼층 3을 형성하고, 0.7μm의 p형 GaN층 4와 50nm의 퀀텀웰층 5 및 0.7μm의 n형 GaN층 6을 에피텍셜 성장시켜 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자의 형성 전에 Si 기판 1의 변형을 감소시킨 구조를 형성하는 공정을 나타낸다.
도 20은 n형 에피텍셜 층 6 위에 전극층 7을 형성하고, 그 위에 마이크로 LED를 형성하기 위한 포토레지스트 패턴 8을 형성했다. 도 21은 Si 기판 1 표면에 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 형성하는 공정 상태를 나타낸다. 각 마이크로 LED는 0.7μm의 p형 GaN층 4와 50nm의 퀀텀웰층 5와 0.7μm의 n형 GaN층 6 및 1μm 전극층 11을 포함하는 구조로 되어있다.
적색, 녹색 및 청색 발광의 차이는 퀀텀웰층의 In 농도의 차이에 의한 것이다. In 농도의 차이는 선택적인 에피텍셜 성장으로 하였고, 이렇게 하여 반도체 기판 1 위에 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 한 조( 한 벌 )로 한 발광소자의 여러 개체를 전개했다.
도 22는 뒷면의 n형 GaN층 6, 퀀텀웰층 5, p형 GaN층 4, GaN 버퍼층 3 및 반도체 기판 1의 뒷면을 그라인더로 연마하여 반도체 기판 1의 나머지 두께를 250μm 한 공정을 나타낸다. 점선 부분은 연마된 부분이다.
도 23은 뒷면의 n형 GaN층 6과 퀀텀웰층 5와 p형 GaN층 4와 GaN 버퍼층 3 및 반도체 기판 1의 뒷면을 그라인더로 연마하여 Si 기판 1의 나머지 두께를 250μm의 두께가 될 때까지 연마한 공정 상태를 나타낸다.
도 24는 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자로 된 반도체 기판 1을 디스플레이 배선용 기판 40에 이동 배치하기 위해 블록 30에 인출한 공정을 나타낸다.
도 26은 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자로 된 반도체 기판 1을 디스플레이 배선용 기판 40에 이동 배치하기 위해 반전시킨 공정을 나타낸다.
도 27은 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구동하는 배선을 가지는 디스플레이 배선용 기판 40을 나타내고, 디스플레이 배선용 기판에 적색 마이크로 LED 용으로 포함된 배선 41, 녹색 마이크로 LED 용 임베디드 배선 42과 청색 마이크로 LED 용 임베디드 배선 43, 또한 적색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 44, 녹색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 45과 청색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 46 및 인출전극 47을 포함한다.
도 28은 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자로 된 반도체 기판 1 블록 30을 디스플레이 배선용 기판 40에 정렬하여 서로 마주보게 전극끼리를 접합시킨 이동 배치 공정을 나타낸다. 디스플레이 배선용 기판 40의 표면의 전극 표면에 전도성 접착제 혹은 납땜 (미도시) 등을 형성하고 있다. 여기에서는 일점 쇄선 화살표와 같이 적색 마이크로 LED 11과 적색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 44, 녹색 마이크로 LED 12와 녹색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 45, 청색 마이크로 LED 13과 청색 마이크로 LED 용 콘택트 전극 46을 정렬한 후, 접합했다.
도 29는 반도체 기판 1 블록 30과 디스플레이 배선용 기판 40을 접합한 공정 후의 상태를 나타낸다.
도 30은 접합한 Si 기판 1 블록 30과 디스플레이 배선용 기판 40 구조의 Si 기판 1 블록 30 이외의 부분 포토레지스트 21로 도포 공정을 나타내고, 반도체 기판 1 블록 30을 에칭할 때 다른 부분을 습식 에칭액이 또는 플라즈마 에칭이온 또는 라디칼이 내부에 침입하지 않도록 보호했다. 여기서, 반도체 기판 1 블록 30을 덮는 포토레지스트 21을 자외선 노광 및 현상하여 노출 시켰다.
도 31은 Si 기판 1을 25중량 %의 수산화 테트라 메틸 암모늄 용액 (TMAH) 2중량 %의 황산 암모늄을 첨가한 에칭액으로 습식 에칭하고, 표면측의 SiC 층 2 및 버퍼층 3을 CF4 플라즈마 에칭에 의해 제거하고, 또 다시 주변 포토레지스트 층 21도 제거한 공정 상태를 나타낸다.
도 32는 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자의 패턴 사이에 층간 절연층을 형성한 공정을 나타낸다.
도 33은 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자의 표면에 투명전극 배선 48을 형성한 공정 상태를 나타낸다. 투명전극 배선 48은 도 32에 표시된 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구비하는 디스플레이 장치에 직접 포토리소그래피를 사용했다. 이 전극배선 구조 48은 크고, 이렇게 하여 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구비하는 디스플레이 장치를 형성했다.
도 34는 인출전극 47의 상부의 층간 절연층을 제거하고 전기전원 (미도시)과 연결 준비한 공정을 나타낸다.
이렇게 얻어진 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자를 구비하는 디스플레이 장치에 디스플레이 배선용 기판 12의 삽입배선 41, 42 및 43과 적색 마이크로 LED 11과 녹색 마이크로 LED 12 및 청색 마이크로 LED 13으로 이루어진 발광소자 표면의 투명 전극 48 사이에 전압을 인가하며 전압의 크기를 조절하여 다양한 발광색을 생성하는 디스플레이 장치로 작동시켰다.
1 반도체 기판 (Si 웨이퍼) 또는 절연 기판 (사파이어 웨이퍼)
2 SiC 층 (또는 GaN의 격자 상수에 가까운 격자 상수를 갖는 결정 층)
3 GaN 버퍼층 (또는 반도체 버퍼층)
4 p형 GaN 에피텍셜 층
5 퀀텀웰층
6 n형 GaN 에피텍셜 층
7 전극층
8 포토레지스트 패턴
11 적색 마이크로 LED
12 녹색 마이크로 LED
13 청색 마이크로 LED
21 포토레지스트 층 또는 절연층
22 절연층
30 반도체 기판 사각형 블록 (Si 사각형 블록 또는 사파이어 사각형 블록)
40 디스플레이 배선용 기판
41 적색 마이크로 LED 용 임베디드 배선 (또는 적색 발광 소자 내장 배선)
42 녹색 마이크로 LED 용 임베디드 배선 (또는 녹색 발광 소자 내장 배선)
43 청색 마이크로 LED 용 임베디드 배선
44 적색 마이크로 LED 용 콘택트 전극
45 녹색 마이크로 LED 용 콘택트 전극
46 청색 마이크로 LED 용 콘택트 전극
47 인출 전극
48 투명 전극 배선

Claims (8)

  1. 반도체 기판의 양면에 SiC 층 및 GaN 버퍼층을 순차적으로 형성함으로써 상기 반도체 기판의 변형을 감소시키는 공정,
    반도체 기판의 표면에 GaN 에피텍셜 층을 형성하는 공정,
    상기 반도체 기판의 표면의 상기 SiC 층 및 상기 GaN 버퍼층에 적색 마이크로 LED와 녹색 마이크로 LED 및 청색 마이크로 LED로 이루어진 발광 소자를 형성하는 공정,
    상기 반도체 기판의 뒷면의 GaN 버퍼층과 SiC 층 및 상기 반도체 기판을 연마하는 공정,
    상기 적색 마이크로 LED와 상기 녹색 마이크로 LED 및 상기 청색 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 반도체 기판마다 또는 블록마다 디스플레이 배선용 기판에 이동 배치하는 공정,
    상기 디스플레이 배선용 기판에 이동 배치한 상태에서 상기 반도체 기판의 나머지 부분과 상기 반도체 기판의 표면의 상기 SiC 층 및 상기 GaN 버퍼층을 제거하는 공정,
    상기 적색 마이크로 LED와 상기 녹색 마이크로 LED 및 상기 청색 마이크로 LED로 구성된 발광소자 패턴 사이에 층간 절연층을 형성하는 공정,
    노출된 상기 적색 마이크로 LED와 상기 녹색 마이크로 LED 및 상기 청색 마이크로 LED로 이루어진 상기 발광소자의 뒷면에 투명도전층 패턴을 형성하는 공정들을 포함하는 발광 소자의 제조방법.
  2. 반도체 기판의 양면에 SiC 층, GaN 버퍼층 및 GaN 에피텍셜 층을 순차적으로 서로 형성하여 상기 반도체 기판의 변형을 감소시키는 공정,
    상기 반도체 기판의 표면의 상기 SiC 층 및 상기 GaN 버퍼층에 적색 마이크로 LED와 녹색 마이크로 LED 및 청색 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 형성하는 공정,
    상기 반도체 기판의 뒷면의 상기 GaN 에피텍셜 층과 상기 GaN 버퍼층 및 상기 SiC 층 및 상기 반도체 기판을 연마하는 공정,
    상기 적색 마이크로 LED와 상기 녹색 마이크로 LED 및 상기 청색 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 반도체 기판마다 또는 블록마다 디스플레이 배선용 기판에 이동 배치하는 공정,
    상기 디스플레이 배선용 기판에 이동 배치한 상태에서 상기 반도체 기판의 나머지 부분과 상기 반도체 기판의 표면의 상기 SiC 층 및 상기 GaN 버퍼층을 제거하는 공정,
    상기 적색 마이크로 LED와 상기 녹색 마이크로 LED 및 상기 청색 마이크로 LED로 이루어진 발광 소자의 패턴 사이에 층간 절연층을 형성하는 공정,
    노출된 상기 적색 마이크로 LED와 상기 녹색 마이크로 LED 및 상기 청색 마이크로 LED로 이루어진 상기 발광 소자의 뒷면에 투명도전층 패턴을 형성하는 공정들을 포함하는 발광소자의 제조방법.
  3. 반도체 기판의 양면에 GaN 버퍼층을 형성함으로써, 상기 반도체 기판의 변형을 감소시키는 공정,
    반도체 기판의 표면에 GaN 에피텍셜 층을 형성하는 공정,
    상기 반도체 기판의 표면의 상기 GaN 버퍼층에 적색 마이크로 LED와 녹색 마이크로 LED 및 청색 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 형성하는 공정,
    상기 반도체 기판의 뒷면의 상기 GaN 버퍼층 및 상기 반도체 기판을 연마하는 공정,
    상기 적색 마이크로 LED와 상기 녹색 마이크로 LED 및 상기 청색 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 반도체 기판마다 또는 블록마다 디스플레이 배선용 기판에 이동 배치하는 공정,
    상기 디스플레이 배선용 기판에 이동 배치한 상태에서 상기 반도체 기판의 나머지 부분과 상기 반도체 기판의 표면의 상기 GaN 버퍼층을 제거하는 공정,
    상기 적색 마이크로 LED와 상기 녹색 마이크로 LED 및 상기 청색 마이크로 LED로 이루어진 발광소자의 패턴 사이에 층간 절연층을 형성하는 공정,
    노출된 상기 적색 마이크로 LED와 상기 녹색 마이크로 LED 및 상기 청색 마이크로 LED로 이루어진 상기 발광소자의 뒷면에 투명도전층 패턴을 형성하는 공정들을 포함하는 발광소자의 제조방법.
  4. 반도체 기판의 양면에 GaN 버퍼층 및 GaN 에피텍셜 층을 순차적으로 형성함으로써, 상기 반도체 기판의 변형을 감소시키는 공정,
    상기 반도체 기판의 표면의 상기 GaN 버퍼층에 적색 마이크로 LED와 녹색 마이크로 LED 및 청색 마이크로 LED로 이루어진 발광소자를 형성하는 공정,
    상기 반도체 기판의 뒷면의 상기 GaN 에피텍셜 층, 상기 GaN 버퍼층 및 상기 반도체 기판을 연마하는 공정,
    상기 적색 마이크로 LED와 상기 녹색 마이크로 LED 및 상기 청색 마이크로 LED로 이루어진 상기 발광소자를 반도체 기판마다 또는 블록마다 디스플레이 배선용 기판에 이동 배치하는 공정,
    상기 디스플레이 배선용 기판에 이동 배치한 상태에서 상기 반도체 기판의 나머지 부분과 상기 반도체 기판의 표면의 상기 GaN 버퍼층 및 GaN 에피텍셜 층을 제거하는 공정,
    상기 적색 마이크로 LED와 상기 녹색 마이크로 LED 및 상기 청색 마이크로 LED로 이루어진 발광소자의 패턴 사이에 층간 절연층을 형성하는 공정,
    노출된 상기 적색 마이크로 LED와 상기 녹색 마이크로 LED 및 상기 청색 마이크로 LED로 이루어진 상기 발광소자의 뒷면에 투명도전층 패턴을 형성하는 공정들을 포함하는 발광소자의 제조방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 기판은 Si 기판인 발광소자의 제조방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 기판은 사파이어 기판인 발광소자의 제조방법.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스플레이 배선용 기판이 적색, 녹색 및 청색 발광을 각각 독립적으로 제어하는 것을 가능하게 하는 배선 구조를 구비한 발광소자의 제조방법.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 방법으로 제조되는 발광소자.

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