KR20220055526A - 반도체 구조물을 포함하는 적층 구조물 및 이의 제조 방법 - Google Patents

반도체 구조물을 포함하는 적층 구조물 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

반도체 구조물을 포함하는 적층 구조물 및 이의 제조 방법이 제공된다. 적층 구조물의 제조 방법은 베이스 기판 상에 결정립을 포함하는 제1 금속 버퍼층을 형성하는 단계, 상기 제1 금속 버퍼층 상에 제2 금속 버퍼 물질층을 형성하는 단계, 및 상기 제2 금속 버퍼 물질층을 결정화시켜 제2 금속 버퍼층을 형성하는 단계을 포함하되, 상기 제2 금속 버퍼 물질층은 결정립을 포함하고, 상기 제2 금속 버퍼 물질층의 결정립 밀도는 상기 제1 금속 버퍼층의 결정립 밀도보다 작다.

Description

반도체 구조물을 포함하는 적층 구조물 및 이의 제조 방법{Stacked structure including semiconductor structure and method for manufacturing same}
반도체 구조물을 포함하는 적층 구조물 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
GaN은 대표적인 이성분계 3-5족 반도체로서 일반적으로 발광 소자 및 전력 소자로서 사용된다. 3.5eV의 밴드갭을 가지고 있어 405 nm의 보라색 광을 발광하는 것이 가능해 백색 발광 소자의 제작에 필수적인 요소이며 고온에서의 안정성, 높은 열전도도, 높은 항복전압 특성으로 인해 고온 소자, 고출력 소자에의 응용도 기대되고 있다.
현재 상용화된 GaN 성장은 사파이어 (0001) 기판 위에 버퍼층을 제작하고 그 위에 GaN을 MOCVD로 성장시키는 방식이 있다. 최근에는 MOCVD의 높은 고온공정에 (>1000°C) 비하여 낮은 공정 온도가 가능한 스퍼터링과 Pulsed laser deposition (PLD) 같은 PVD 방법들을 이용해 저온에서 GaN를 성장하는 연구가 진행되고 있다.
GaN을 저온(<800°C)에서 성장함으로서 디스플레이에 사용되는 유리 기판을 도입하는 것이 가능하다. 기존 비정질 기판위에 MOCVD 방법으로 GaN을 성장하기 위해서는 MOCVD의 높은 고온공정에 (>1000°C)을 견디는 고순도의 쿼츠(Quartz)기판이 필수적이다. 그러나 쿼츠 기판의 가격은 디스플레이 산업에 일반적으로 사용되는 유리 또는 강화유리에 비하여 높다. 따라서 비정질 기판상에 GaN을 저온으로 성장하는 기술을 개발하는 것은 GaN의 공정단가를 획기적으로 감소시키는 것이 가능하다.
그러나 비정질 기판위에 GaN을 직접 성장할 시 GaN은 높은 결함밀도를 가져 상업적 이용이 곤란하다. 고품질의 GaN을 성장하기 위해서는 단일 배향으로 정렬되고 GaN과 적은 격자 부정합을 가지는 기판 또는 버퍼층이 필수적이다. 그러나 일반적인 버퍼층은 베이스 기판의 격자구조에 기반하여 성장하기 때문에 비정질 기판위에 단일 배향의 버퍼층 또는 GaN을 성장하는 것이 불가능하다. 따라서 비정질 기판위에 베이스 기판의 결정 구조와 무관하게 단일 배향으로 정렬가능한 버퍼층의 개발이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 단일 배향으로 정렬되는 금속 버퍼층을 이용하여 비정질 기판 상에 반도체 구조물을 포함하는 적층 구조물을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 제조 방법에 의해 형성된 반도체 구조물을 포함하는 적층 구조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 적층 구조물의 제조 방법은 베이스 기판 상에 결정립을 포함하는 제1 금속 버퍼층을 형성하는 단계, 상기 제1 금속 버퍼층 상에 제2 금속 버퍼 물질층을 형성하는 단계, 및 상기 제2 금속 버퍼 물질층을 결정화시켜 제2 금속 버퍼층을 형성하는 단계을 포함하되, 상기 제2 금속 버퍼 물질층은 결정립을 포함하고, 상기 제2 금속 버퍼 물질층의 결정립 밀도는 상기 제1 금속 버퍼층의 결정립 밀도보다 작다.
상기 제2 금속 버퍼층을 형성하는 단계는 열처리 공정을 통해 상기 제2 금속 버퍼 물질층을 결정화시킬 수 있다.
상기 열처리 공정은 상기 제1 금속 버퍼층 및 상기 제2 금속 버퍼 물질층이 포함하는 물질의 상전이 온도보다 낮은 온도에서 수행될 수 있다.
상기 제2 금속 버퍼 물질층을 형성하는 단계 이후에 상기 제2 금속 버퍼 물질층 상에 N, O, C의 원소를 도핑하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 금속 버퍼층을 형성하는 단계 이후에 상기 제1 금속 버퍼층을 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 금속 버퍼층을 열처리하는 단계 이전에 상기 제1 금속 버퍼층에 N, O, C의 원소를 도핑하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 금속 버퍼층을 형성하는 단계는 제1 파워를 인가하여 스퍼터링 공정을 통해 수행되고, 상기 제2 금속 버퍼 물질층을 형성하는 단계는 제2 파워를 인가하여 스퍼터링 공정을 통해 수행되고, 상기 제1 파워는 상기 제2 파워보다 클 수 있다.
상기 스퍼터링 공정은 Pulsed DC 파워 또는 RF 파워 중 적어도 하나를 통해 수행될 수 있다.
상기 베이스 기판은 비정질 기판을 포함할 수 있다.
상기 베이스 기판은 유리 기판을 포함할 수 있다.
상기 제1 금속 버퍼층은 Be, Al, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Hf, Ta, W, Re, Os, Lr, Pt, Au, Hg, Pb, Tl, 이들의 조합 또는 이들의 질화물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 금속 버퍼층은 Be, Al, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Hf, Ta, W, Re, Os, Lr, Pt, Au, Hg, Pb, Tl, 이들의 조합 또는 이들의 질화물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 금속 버퍼층 상에 반도체 구조물을 형성하는 단계를 더 포함하되, 상기 반도체 구조물은, 제2 금속 버퍼층 상에 형성된 제1 반도체층, 상기 제1 반도체층 상에 형성된 활성층 및 상기 활성층 상에 형성된 제2 반도체층을 포함할 수 있다.
상기 제1 반도체층은 성장 온도는 700℃ 이하의 범위에서 PVD 법에 의해 성장될 수 있다.
상기 제2 금속 버퍼층은 육각(hexagonal) 결정 구조를 가질 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 반도체 구조물을 포함하는 적층 구조물은 비정질 기판, 상기 비정질 기판 상에 배치된 제1 금속 버퍼층, 상기 제1 금속 버퍼층 상에 배치된 제2 금속 버퍼층, 및 상기 제2 금속 버퍼층 상에 배치된 반도체 구조물을 포함하되, 상기 반도체 구조물은, 상기 제2 금속 버퍼층 상에 성장 형성된 제1 반도체층, 상기 제1 반도체층 상에 배치된 활성층, 및 상기 활성층 상에 배치된 제2 반도체층을 포함한다.
상기 비정질 기판은 유리 기판을 포함할 수 있다.
상기 제1 금속 버퍼층은 Be, Al, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Hf, Ta, W, Re, Os, Lr, Pt, Au, Hg, Pb, Tl, 이들의 조합 또는 이들의 질화물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 금속 버퍼층은 Be, Al, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Hf, Ta, W, Re, Os, Lr, Pt, Au, Hg, Pb, Tl, 이들의 조합 또는 이들의 질화물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 금속 버퍼층은 육각(hexagonal) 결정 구조를 가질 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
일 실시예에 따른 적층 구조물의 제조 공정에 의하면, 베이스 기판이 비정질 기판을 포함하는 경우, 상기 베이스 기판 상에 그 방향과 위치를 제어하며 복수의 반도체층을 성장시킬 수 있다. 구체적으로, 베이스 기판 상에 결정 구조를 가지는 제1 및 제2 금속 버퍼층을 형성함으로써, 제1 반도체층은 제1 및 제2 금속 버퍼층의 결정 구조가 반영되어 성장될 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 적층 구조물의 제조 공정은 저가이고 대면적화가 가능한 베이스 기판 상에도 결정성이 높은 반도체층을 성장시킬 수 있으므로, 반도체 소자를 제조하기 위한 제조 비용을 절감할 수 있다.
실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 반도체 구조물을 포함하는 적층 구조물의 단면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 반도체 구조물을 포함하는 적층 구조물의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3 내지 도 7은 일 실시예에 따른 적층 구조물의 제조 공정을 나타낸 단면도들이다.
도 8은 베이스 기판 상에 형성된 금속 버퍼층을 X-선 회절 분석기(XRD)로 분석한 패턴을 보이는 그래프이다.
도 9는 베이스 기판 상에 제1 및 제2 금속 버퍼층을 층으로 형성한 경우, X-선 회절 분석기(XRD)로 분석한 패턴을 보이는 그래프이다.
도 10은 일 실시예에 따른 발광 소자의 개략도이다.
도 11 내지 도 15는 도 10의 제1 발광 소자의 제조 공정을 나타낸 단면도들이다.
도 16은 일 실시예에 따른 표시 장치의 분해 사시도이다.
도 17은 도 16의 I-I' 선을 따라 자른 표시 장치의 단면도이다.
도 18은 일 실시예에 따른 표시 장치에 포함된 광원 부재의 일 예를 나타낸 확대 단면도이다.
도 19는 일 실시예에 따른 표시 장치에 포함된 광원 부재의 일 예를 나타낸 확대 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "상(on)"으로 지
칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 반도체 구조물을 포함하는 적층 구조물의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 적층 구조물(10)은 베이스 기판(110), 금속 버퍼층(200) 및 반도체 구조물(300)을 포함한다. 금속 버퍼층(200)은 제1 금속 버퍼층(210) 및 제2 금속 버퍼층(220)을 포함한다. 반도체 구조물(300)은 제1 반도체층(310), 활성층(330) 및 제2 반도체층(320)을 포함할 수 있다.
베이스 기판(110)은 비정질 기판을 포함할 수 있다. 예를 들어, 베이스 기판(110)은 비정질 기판으로서 유리, 플라스틱 등을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 베이스 기판(110)은 유리 기판을 포함할 수 있다.
금속 버퍼층(200)은 베이스 기판(110) 상에 배치될 수 있다. 구체적으로, 금속 버퍼층(200)은 베이스 기판(110)의 일면(예컨대, 도면에서 상면)에 배치될 수 있다. 금속 버퍼층(200)은 제1 금속 버퍼층(210) 및 제2 금속 버퍼층(220)을 포함할 수 있다.
제1 금속 버퍼층(210)은 베이스 기판(110)의 일면 상에 배치될 수 있다. 제1 금속 버퍼층(210)은 베이스 기판(110)의 일면(예컨대, 도면에서 상면)에 배치될 수 있다. 제1 금속 버퍼층(210)은 베이스 기판(110)과 반도체 구조물(300)의 제1 반도체층(310) 사이의 격자 상수 차이를 줄이기 위해 형성될 수 있다. 예를 들어, 베이스 기판(110)이 비정질 기판인 경우에도 결정립을 가지는 제1 금속 버퍼층(210)을 베이스 기판(110) 상에 형성함으로써 베이스 기판(110)과 후술하는 제1 반도체층(310) 사이의 격자 상수 차이가 감소될 수 있다. 제1 금속 버퍼층(210)은 결정 구조를 가지지 않는 비정질 기판인 베이스 기판(110) 상에서, 결정립을 가지며 자가 정렬되어 단일 방향으로 배향되는 구조를 가질 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 제1 금속 버퍼층(210)은 후술하는 반도체 구조물(300)의 제1 반도체층(310)의 결정 구조를 고려하여 HCP(hexagonal close packed)의 결정 구조를 가지는 물질을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제1 금속 버퍼층(210)은 단일 배향으로 자가 정렬이 가능한 금속 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 금속 버퍼층(210)은 Be, Al, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Hf, Ta, W, Re, Os, Lr, Pt, Au, Hg, Pb, Tl, 이들의 조합 또는 이들의 질화물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다
제2 금속 버퍼층(220)은 제1 금속 버퍼층(210) 상에 배치될 수 있다. 제2 금속 버퍼층(220)은 베이스 기판(110)과 반도체 구조물(300)의 제1 반도체층(310) 사이의 격자 상수 차이를 줄여, 제1 반도체층(310)의 결정성을 향상시키는 역할을 할 수 있다. 또한, 제2 금속 버퍼층(220)은 후술하는 반도체 구조물(300)의 제1 반도체층(310)을 형성하기 위한 씨드(Seed)층일 수 있다.
제2 금속 버퍼층(220)이 HCP(hexagonal close packed)의 결정 구조를 가지는 제1 금속 버퍼층(210) 상에 형성되는 예시적인 실시예에서, 제2 금속 버퍼층(220)은 제1 금속 버퍼층(210)과 유사하게 HCP(hexagonal close packed)의 결정 구조를 가질 수 있다. 제1 및 제2 금속 버퍼층(220)이 HCP(hexagonal close packed)의 결정 구조를 가짐으로써, 반도체 구조물(300)의 제1 반도체층(310)의 결정성이 향상될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 제1 및 제2 금속 버퍼층(210, 220) 중 하나는 FCC(face centered cubic)의 결정 구조를 가질 수도 있다.
예시적인 실시예에서, 제2 금속 버퍼층(220)은 Be, Al, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Hf, Ta, W, Re, Os, Lr, Pt, Au, Hg, Pb, Tl, 이들의 조합 또는 이들의 질화물 중 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
반도체 구조물(300)은 금속 버퍼층(200) 상에 배치될 수 있다. 반도체 구조물(300)은 제2 금속 버퍼층(220)의 일면에 배치될 수 있다. 반도체 구조물(300)은 제1 반도체층(310), 활성층(330) 및 제2 반도체층(320)을 포함할 수 있다.
제1 반도체층(310)은 제2 금속 버퍼층(220) 상에 배치될 수 있다. 제1 반도체층(310)은 제2 금속 버퍼층(220) 상에서 에피택셜법에 의해 성장되어 형성될 수 있다.
제1 반도체층(310)은 AlxGayIn1-x-yN(0≤x≤1,0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 화학식을 갖는 반도체 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 반도체층(310)은 AlGaInN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN 및 InN 중에서 어느 하나 이상일 수 있다. 제1 반도체층(310)은 GaN을 포함할 수 있으며, n형으로 도핑된 GaN, p형으로 도핑된 GaN, 언도프드(Undoped)형의 GaN 중 적어도 하나일 수 있다.
일 실시예에서, 제1 반도체층(310)은 제1 도전형을 갖는, 예컨대 n형 반도체일 수 있다. 제1 반도체층(310)은 예를 들어, n형으로 도핑된 AlGaInN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN 및 InN 중에서 어느 하나 이상일 수 있다. 제1 반도체층(310)은 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있으며, 일 예로 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn 등일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 반도체층(310)은 n형 Si로 도핑된 n-GaN일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
다른 몇몇 실시예에서, 제1 반도체층(310)은 언도프드(Undoped) 반도체를 포함할 수 있으며, 상기 언도프드 반도체는 n형 또는 p형으로 도핑되지 않은 물질일 수 있다. 예를 들어, 제1 반도체층(310)은 n형 또는 p형으로 도핑되지 않은 GaN일 수 있다.
활성층(330)은 제1 반도체층(310) 상에 배치될 수 있다. 활성층(330)은 단일 또는 다중 양자 우물 구조의 물질을 포함할 수 있다. 활성층(330)이 다중 양자 우물 구조의 물질을 포함하는 경우, 양자층(Quantum layer)과 우물층(Well layer)이 서로 교번적으로 복수개 적층된 구조일 수도 있다.
활성층(330)은 제1 반도체층(310) 및 제2 반도체층(320)을 통해 인가되는 전기 신호에 따라 전자-정공 쌍의 결합에 의해 광을 발광할 수 있다. 일 예로, 활성층(330)이 청색 파장대의 광을 방출하는 경우, AlGaN, AlGaInN 등의 물질을 포함할 수 있다. 특히, 활성층(330)이 다중 양자 우물 구조로 양자층과 우물층이 교번적으로 적층된 구조인 경우, 양자층은 AlGaN 또는 AlGaInN, 우물층은 GaN 또는 AlInN 등과 같은 물질을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 활성층(330)은 양자층으로 AlGaInN를, 우물층으로 AlInN를 포함하여 상술한 바와 같이, 활성층(330)은 중심 파장대역이 450nm 내지 495nm의 범위를 갖는 청색(Blue)광을 방출할 수 있다.
다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 활성층(330)은 밴드갭(Band gap) 에너지가 큰 종류의 반도체 물질과 밴드갭 에너지가 작은 반도체 물질들이 서로 교번적으로 적층된 구조일 수도 있고, 발광하는 광의 파장대에 따라 다른 3족 내지 5족 반도체 물질들을 포함할 수도 있다. 활성층(330)이 방출하는 광은 청색 파장대의 광으로 제한되지 않고, 경우에 따라 적색, 녹색 파장대의 광을 방출할 수도 있다.
제2 반도체층(320)은 활성층(330) 상에 배치될 수 있다. 제2 반도체층(320)은 AlxGayIn1-x-yN(0≤x≤1,0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 화학식을 갖는 반도체 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 반도체층(320)은 AlGaInN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN 및 InN 중에서 어느 하나 이상일 수 있다. 제2 반도체층(320)은 GaN을 포함할 수 있으며, n형으로 도핑된 GaN, p형으로 도핑된 GaN, 언도프드(Undoped)형의 GaN 중 적어도 하나일 수 있다.
일 실시예에서, 제2 반도체층(320)은 제2 도전형을 갖는, 예컨대 p형 반도체일 수 있다. 제2 반도체층(320)은 예를 들어, p형으로 도핑된 AlGaInN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN 및 InN 중에서 어느 하나 이상일 수 있다. 제2 반도체층(320)은 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있으며, 일 예로 제2 도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Se, Ba 등일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제2 반도체층(320)은 p형 Mg로 도핑된 p-GaN일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 도면에서는 제1 반도체층(310)과 제2 반도체층(320)이 하나의 층으로 구성된 것을 도시하고 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 몇몇 실시예에 따르면 후술할 활성층(330)의 물질에 따라 제1 반도체층(310)과 제2 반도체층(320)은 더 많은 수의 층, 예컨대 클래드층(Clad layer) 또는 TSBR(Tensile strain barrier reducing)층을 더 포함할 수도 있다.
이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여, 일 실시예에 따른 반도체 구조물을 포함하는 적층 구조물의 제조 공정에 대하여 설명하기로 한다.
도 2는 일 실시예에 따른 반도체 구조물을 포함하는 적층 구조물의 제조 방법을 나타낸 순서도이다. 도 3 내지 도 7은 일 실시예에 따른 적층 구조물의 제조 공정을 나타낸 단면도들이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 반도체 구조물(300)을 포함하는 적층 구조물(10)의 제조 방법은 베이스 기판(110) 상에 제1 금속 버퍼층(210)을 형성하는 단계(S100), 제1 금속 버퍼층(210) 상에 제2 금속 버퍼 물질층(220')을 형성하는 단계(S200), 제2 금속 버퍼 물질층(220')을 결정화시켜 제2 금속 버퍼층(220)을 형성하는 단게(S300) 및 제2 금속 버퍼층(220) 상에 반도체 구조물(300)을 형성하는 단계(S400)를 포함할 수 있다.
먼저, 베이스 기판(110) 상에 제1 금속 버퍼층(210)을 형성한다. (S100, 도 2)
구체적으로, 도 3을 참조하면 베이스 기판(110)은 비정질 기판을 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이 베이스 기판(110)은 비정질 기판으로서 유리 기판을 포함할 수 있다.
베이스 기판(110) 상에 결정립을 가지는 제1 금속 버퍼층(210)을 형성할 수 있다. 상기 제1 금속 버퍼층(210)이 포함하는 결정립의 밀도(Grain density)는 제1 밀도를 가질 수 있다. 본 명세서에서 결정립의 밀도는 단위 부피당 포함되는 결정립의 개수로 이해될 수 있다. 제1 금속 버퍼층(210)은 결정 구조를 가지지 않는 비정질 기판인 베이스 기판(110) 상에서, 결정립을 가지며 자가 정렬되어 단일 방향으로 배향되는 구조를 가질 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 금속 버퍼층(210)은 결정 구조를 가지지 않는 비정질 기판인 베이스 기판(110) 상에서, 결정립을 가지며 자가 정렬되어 단일 방향으로 배향되는 구조를 가질 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 제1 금속 버퍼층(210)은 후술하는 반도체 구조물(300)의 제1 반도체층(310)의 결정 구조를 고려하여 HCP(hexagonal close packed)의 결정 구조를 가지는 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 금속 버퍼층(210)이 제2 금속 버퍼층(220) 및 제2 금속 버퍼층(220) 상에 형성되는 제1 반도체층(310)의 에피택셜법에 적절한 HCP의 결정 구조를 가지도록 형성되어, 반도체 구조물(300)의 품질이 개선될 수 있다. 예를 들어, 제1 금속 버퍼층(210)은 Be, Al, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Hf, Ta, W, Re, Os, Lr, Pt, Au, Hg, Pb, Tl, 이들의 조합 또는 이들의 질화물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 제1 금속 버퍼층(210)은 Ti 또는 TiN을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
제1 금속 버퍼층(210)은 스퍼터링(Sputtering), 진공 증착법 또는 플라즈마 레이저 증착법(Plasma laser deposition, PLD) 등의 방법으로 베이스 기판(110)의 일면에 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 금속 버퍼층(210)은 스퍼터링(Sputtering)에 의해 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 제1 금속 버퍼층(210)이 비정질 기판인 베이스 기판(110) 상에서 소정의 결정립을 가지고 단일 방향으로 배향되는 구조를 가지기 위해 스퍼터 공정의 공정 조건이 조절될 수 있다. 예를 들어, 제1 금속 버퍼층(210) 제1 DC 파워로 수행될 수 있다. 예를 들어, 제1 금속 버퍼층(210)은 Ti를 포함하고, 제1 DC 파워는 200W일 수 있다.
도면에서 도시하지는 않았으나, 베이스 기판(110)의 일면 상에 제1 금속 버퍼층(210)을 형성한 후, 제1 금속 버퍼층(210)의 결정성을 향상시키기 위해 열처리 공정이 더 수행될 수 있다. 상기 열처리 공정은 제1 금속 버퍼층(210)이 포함하는 금속 물질의 상전이 온도보다 낮은 온도에서 수행될 수 있다. 상기 제1 금속 버퍼층(210)이 포함하는 금속 물질의 상전이 온도보다 낮은 온도로 열처리 공정을 수행함으로써, 제1 금속 버퍼층(210)의 결정성이 향상될 수 있다.
또한, 베이스 기판(110)의 일면 상에 제1 금속 버퍼층(210)을 형성한 후, 제1 금속 버퍼층(210)의 결정성을 향상시켜 원하는 결정 구조를 얻기 위해서는 높은 온도 수행되는 열처리 공정이 필요할 수 있다. 상기 제1 금속 버퍼층(210)이 포함하는 금속 물질의 상전이 온도를 높여 원하는 결정 구조를 얻기 위해서 제1 금속 버퍼층(210)을 형성하는 공정이 수행된 후, 제1 금속 버퍼층(210)에 C, O 또는 N 등의 원소를 도핑할 수 있다. 상기 제1 금속 버퍼층(210)에 C, O 또는 N 중 하나의 원소를 도핑한 후, 열처리 공정을 수행하는 경우, 제1 금속 버퍼층(210)이 포함하는 물질의 상전이 온도가 증가되어 열처리 공정이 높은 온도에서 수행되어 원하는 결정 구조를 얻을 수 있다.
이어, 제1 금속 버퍼층(210) 상에 제2 금속 버퍼 물질층(220')을 형성한다. (S200, 도 2)
제1 금속 버퍼층(210) 상에 제2 금속 버퍼 물질층(220')을 형성할 수 있다. 제2 금속 버퍼 물질층(220')은 결정립을 포함하지 않거나 결정립을 포함하되 그 분포가 제1 금속 버퍼층(210)이 포함하는 결정립의 분포보다 작을 수 있다. 상기 제2 금속 버퍼 물질층(220')이 포함하는 결정립의 밀도는 제2 밀도를 가질 수 있다. 상기 제2 밀도는 상기 제1 밀도보다 작을 수 있다. 제2 금속 버퍼 물질층(220')은 후술하는 반도체 구조물(300)의 제1 반도체층(310)의 결정 구조를 고려하여 HCP(hexagonal close packed)의 결정 구조를 가지는 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 제2 금속 버퍼 물질층(220')은 결정 구조를 가지지 않을 수도 있다.
제2 금속 버퍼 물질층(220')은 스퍼터링(Sputtering), 진공 증착법 또는 플라즈마 레이저 증착법(Plasma laser deposition, PLD) 등의 방법으로 제1 금속 버퍼층(210)의 일면에 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 제2 금속 버퍼 물질층(220')은 스퍼터링(Sputtering)에 의해 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 제2 금속 버퍼 물질층(220')은 제1 금속 버퍼층(210)보다 결정립의 분포 비율이 작을 수 있다. 제2 금속 버퍼 물질층(220')이 제1 금속 버퍼층(210)보다 결정립의 분포 비율이 작도록 형성하기 위해 제2 금속 버퍼 물질층(220')을 형성하기 위한 스퍼터 공정의 공정 조건이 조절될 수 있다. 예를 들어, 제2 금속 버퍼 물질층(220') 제1 DC 파워보다 작은 제2 DC 파워로 수행될 수 있다. 예를 들어, 제2 금속 버퍼 물질층(220')은 Ti를 포함하고, 제2 DC 파워는 100W일 수 있다.
이어, 제2 금속 버퍼 물질층(220')을 결정화시켜 제2 금속 버퍼층(220)을 형성한다. (S300, 도 2)
구체적으로, 도 4 및 도 5를 참조하면 결정립을 포함하지 않거나 적게 포함하는 제2 금속 버퍼 물질층(220')을 결정화하여 도 5와 같은 결정립을 함유한 제2 금속 버퍼층(220)을 형성할 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니나, 제2 금속 버퍼 물질층(220')을 제2 금속 버퍼층(220)으로 결정화시키는 공정은 열처리 공정을 통해 수행될 수 있다. 상기 열처리 공정은 제2 금속 버퍼 물질층(220')이 포함하는 금속 물질의 상전이 온도보다 낮은 온도에서 수행될 수 있다. 상기 제2 금속 버퍼 물질층(220')이 포함하는 금속 물질의 상전이 온도보다 낮은 온도로 열처리 공정을 수행함으로써, 제2 금속 버퍼 물질층(220')의 결정성이 향상되어 제2 금속 버퍼층(220)이 형성될 수 있다.
도면에는 도시하지 않았으나, 제2 금속 버퍼 물질층(220')을 결정화시켜 제2 금속 버퍼층(220)을 형성하는 단계는 제2 금속 버퍼 물질층(220')에 C, O 또는 N 등의 원소를 도핑하는 단계 및 상기 도핑된 제2 금속 버퍼 물질층(220')을 열처리하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제2 금속 버퍼 물질층(220')의 결정성을 향상시켜 원하는 결정 구조를 얻기 위해서는 높은 온도 수행되는 열처리 공정이 필요할 수 있다. 상기 제2 금속 버퍼 물질층(220')이 포함하는 금속 물질의 상전이 온도를 높여 원하는 결정 구조를 얻기 위해서 제2 금속 버퍼 물질층(220')을 형성하는 공정이 수행된 후, 제2 금속 버퍼 물질층(220')에 C, O 또는 N 등의 원소를 도핑할 수 있다. 상기 제2 금속 버퍼 물질층(220')에 C, O 또는 N 중 적어도 하나의 원소를 도핑한 후, 열처리 공정을 수행하는 경우, 제2 금속 버퍼 물질층(220')이 포함하는 물질의 상전이 온도가 증가되어 열처리 공정이 높은 온도에서 수행되어 원하는 결정 구조를 가지는 제2 금속 버퍼층(220)을 형성할 수 있다.
이어, 제2 금속 버퍼층(220) 상에 반도체 구조물(300)을 형성한다. (S400, 도 2)
제2 금속 버퍼층(220) 상에 반도체 구조물(300)을 형성하는 단계는 제2 금속 버퍼층(220) 상에 제1 반도체층(310)을 형성하는 단계, 제1 반도체층(310) 상에 활성층(330)을 형성하는 단계 및 활성층(330) 상에 제2 반도체층(320)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
구체적으로, 도 6을 참조하면, 제2 금속 버퍼층(220) 상에 제1 반도체층(310)을 형성할 수 있다. 상기 제1 반도체층(310)을 형성하는 방법은 제2 금속 버퍼층(220)의 일면으로부터 에피택셜법에 의해 성장시켜 형성할 수 있다. 예를 들어, 제1 반도체층(310)은 제2 금속 버퍼층(220)을 시드층으로 하여 형성될 수 있다.
제1 반도체층(310)을 형성하는 방법은 전자빔 증착법, 물리적 기상 증착법(Physical vapor deposition, PVD), 화학적 기상 증착법(Chemical vapor deposition, CVD), 플라즈마 레이저 증착법(Plasma laser deposition, PLD), 이중형 열증착법(Dual-type thermal evaporation), 스퍼터링(Sputtering), 금속-유기물 화학기상 증착법(Metal organic chemical vapor deposition, MOCVD) 등을 이용하여 형성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 반도체층(310)은 물리적 기상 증착법(Physical vapor deposition, PVD)에 의해 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
제1 반도체층(310)은 제2 금속 버퍼층(220)을 버퍼층으로 하여 성장될 수 있다. 제1 반도체층(310)은 제2 금속 버퍼층(220)에 GaN을 성장시켜 형성될 수 있다. 제1 반도체층(310)을 형성하기 위한 성장 온도는 제1 및 제2 금속 버퍼층(210, 220)이 포함하는 금속 물질의 상전이 온도보다 낮도록 조절될 수 있다. 또한, 제1 반도체층(310)을 형성하기 위한 성장 온도는 베이스 기판(110)이 유리 기판을 포함하는 경우, 상기 유리 기판이 손상되지 않는 온도로 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 반도체층(310)을 형성하기 위한 성장 온도는 800℃ 이하의 온도 범위를 가질 수 있다.
이와 같이, 유리 기판이 손상되지 않고 제1 및 제2 금속 버퍼층(210, 220)이 포함하는 금속 물질의 상전이 온도보다 낮은 온도로 제1 반도체층(310)을 성장시키기 위한 공정은 물리적 기상 증착법(Physical vapor deposition, PVD)으로 수행될 수 있다. 또는, 제1 반도체층(310)을 성장시키기 위한 공정은 RF Sputter 또는 Pulsed DC sputter 공정으로 수행될 수 있다.
이어, 도 7을 참조하면, 제1 반도체층(310) 상에 활성층(330)을 형성할 수 있다. 상기 활성층(330)은 단일 또는 다중 양자 우물 구조의 물질을 포함할 수 있다. 활성층(330)이 다중 양자 우물 구조의 물질을 포함하는 경우, 양자층(Quantum layer)과 우물층(Well layer)이 서로 교번적으로 복수개 적층된 구조일 수도 있다. 활성층(330)은 상술한 바와 같이 제1 반도체층(310)을 형성하기 위한 공정으로 열거된 공정으로 수행될 수 있다.
이어, 도 1을 참조하면, 활성층(330) 상에 제2 반도체층(320)을 형성할 수 있다. 제2 반도체층(320)은 p형으로 도핑된 GaN을 포함할 수 있다. 제2 반도체층(320)도 마찬가지로, 제1 반도체층(310)을 형성하기 위한 공정으로 열거된 공정으로 수행될 수 있다.
본 실시예에 따른 적층 구조물(10)의 제조 공정에 의하면, 베이스 기판(110)이 비정질 기판을 포함하는 경우, 상기 베이스 기판(110) 상에 그 방향과 위치를 제어하며 복수의 반도체층을 성장시킬 수 있다. 구체적으로, 베이스 기판(110) 상에 결정 구조를 가지는 제1 및 제2 금속 버퍼층(210, 220)을 형성함으로써, 제1 반도체층(310)은 제1 및 제2 금속 버퍼층(210, 220)의 결정 구조가 반영되어 성장될 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 적층 구조물(10)의 제조 공정은 저가이고 대면적화가 가능한 베이스 기판(110) 상에도 결정성이 높은 반도체층을 성장시킬 수 있으므로, 반도체 소자를 제조하기 위한 제조 비용을 절감할 수 있다.
도 8은 베이스 기판 상에 형성된 금속 버퍼층을 X-선 회절 분석기(XRD)로 분석한 패턴을 보이는 그래프이다.
도 8은 비정질의 유리 기판 상에 유리 기판의 최대 열처리 온도인 700℃ 이하의 온도에서 스퍼터링에 의해 Ti를 포함하는 금속 버퍼층을 단일층으로 형성한 결과를 회절 분석기(XRD)로 분석한 패턴을 보이는 그래프이다. 도 8에서 금속버퍼층#1은 유리 기판 상에 Ti를 포함하는 금속 버퍼층을 700℃의 공정 온도에서 DC100W 스퍼터 파워로 단일층으로 형성한 것이고, 금속버퍼층#2는 유리 기판 상에 Ti를 포함하는 금속 버퍼층을 600℃의 공정 온도에서 DC100W 스퍼터 파워로 한층으로 형성한 것이고, 금속버퍼층#3은 유리 기판 상에 Ti를 포함하는 금속 버퍼층을 500℃의 공정 온도에서 DC100W 스퍼터 파워로 한층으로 형성한 것이고, 금속버퍼층#4는 유리 기판 상에 Ti를 포함하는 금속 버퍼층을 DC100W 스퍼터 파워로 단일층으로 형성한 것이다. 상기 도 8을 참조하면, 유리 기판의 최대 열처리 온도인 700℃에서 형성된 금속버퍼층#1의 결정 구조가 FCC 구조로 치우쳐진 것을 확인할 수 있다. 금속 버퍼층의 결정 구조가 FCC 구조를 가지는 경우, 금속 버퍼층 상에서 에피택셜법에 의해 성장되는 제1 반도체층의 성장에 불리할 수 있다.
도 9는 베이스 기판 상에 제1 및 제2 금속 버퍼층을 층으로 형성한 경우, X-선 회절 분석기(XRD)로 분석한 패턴을 보이는 그래프이다.
도 9은 비정질의 유리 기판 상에 유리 기판의 최대 열처리 온도인 700℃에서 스퍼터링에 의해 Ti를 포함하는 금속 버퍼층을 단일층 또는 이중층으로 형성한 결과를 회절 분석기(XRD)로 분석한 패턴을 보이는 그래프이다. 도 9에서 금속버퍼층#1은 유리 기판 상에 Ti를 포함하는 금속 버퍼층을 700℃의 공정 온도에서 딘일층으로 형성한 것이고, 금속버퍼층#2는 유리 기판 상에 Ti를 포함하는 금속 버퍼층을 700℃의 공정 온도에서 이중층으로 hp-Ti(700s)/Ti로 형성한 것이고, 금속버퍼층#3은 유리 기판 상에 Ti를 포함하는 금속 버퍼층을 700℃의 공정 온도에서 이중층으로 hp-Ti(2100s)/Ti로 형성한 것이고, 금속버퍼층#4는 유리 기판 상에 Ti를 포함하는 금속 버퍼층을 700℃의 공정 온도에서 이중층으로 hp-Ti(4200s)/Ti로 형성한 것이고, 금속버퍼층#5는 유리 기판 상에 Ti를 포함하는 금속 버퍼층을 700℃의 공정 온도에서 이중층으로 hp-Ti(6300s)/Ti로 형성한 것이다. 본 명세서에서, hp-Ti(700s)는 Ti를 포함하는 금속 버퍼층을 high power로 700초 동안 증착한 것을 의미할 수 있다. 즉, hp는 high power, 괄호안의 숫자는 상기 Ti를 포함하는 금속 버퍼층을 증착하는 공정 시간을 의미할 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 단일층으로 형성된 금속버퍼층#1은 상기 금속 버퍼층의 결정 구조가 FCC이고, 이중층으로 형성된 금속버퍼층#2, 금속버퍼층#3, 금속버퍼층#4, 금속버퍼층#5의 결정 구조는 FCC 측으로 치우쳐지지 않고 Hex(또는 HCP)임을 확인할 수 있다. 따라서, 금속 버퍼층을 이중층으로 2 step으로 형성시킴으로써 상기 베이스 기판이 유리 기판인 경우에도 제1 반도체층을 결정성이 향상될 수 있다.
이하, 전술한 베이스 기판(110), 금속 버퍼층(200) 및 반도체 구조물(300)을 포함하는 적층 구조물(10)을 이용하여 형성되는 발광 소자 및/또는 발광 소자를 포함하는 표시 장치에 대하여 설명하기로 한다. 상기 적층 구조물(10)이 발광 소자 및/또는 발광 소자를 포함하는 표시 장치를 예로 들어 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니며 전술한 적층 구조물(10)은 다양한 반도체 소자에 적용될 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 발광 소자의 개략도이다.
도 10을 참조하면, 일 실시예에 따른 제1 발광 소자(ED1)는 입자형 소자로서, 소정의 종횡비를 갖는 로드 또는 원통형 형상일 수 있다. 제1 발광 소자(ED1)의 길이는 제1 발광 소자(ED1)의 직경보다 크며, 종횡비는 6:5 내지 100:1일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 발광 소자(ED1)는 나노미터(nano-meter) 스케일(1nm 이상 1um 미만) 내지 마이크로미터(micro-meter) 스케일(1um 이상 1mm 미만)의 크기를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 제1 발광 소자(ED1)는 직경과 길이가 모두 나노미터 스케일의 크기를 갖거나, 모두 마이크로미터 스케일의 크기를 가질 수 있다. 몇몇 다른 실시예에서, 제1 발광 소자(ED1)의 직경은 나노미터 스케일의 크기를 갖는 반면, 제1 발광 소자(ED1)의 길이는 마이크로미터 스케일의 크기를 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 일부의 제1 발광 소자(ED1)는 직경 및/또는 길이가 나노미터 스케일의 크기를 갖는 반면, 다른 일부의 제1 발광 소자(ED1)는 직경 및/또는 길이가 마이크로미터 스케일의 크기를 가질 수도 있다.
일 실시예에서, 제1 발광 소자(ED1)는 무기 발광 다이오드일 수 있다. 무기 발광 다이오드는 복수의 반도체층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 무기 발광 다이오드는 제1 도전형(예컨대, n형) 반도체층, 제2 도전형(예컨대, p형) 반도체층 및 이들 사이에 개재된 활성 반도체층을 포함할 수 있다. 활성 반도체층은 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층으로부터 각각 정공과 전자를 제공받으며, 활성 반도체층에 도달한 정공과 전자는 상호 결합하여 발광할 수 있다.
일 실시예에서, 상술한 반도체층들은 제1 발광 소자(ED1)의 길이 방향을 따라 순차 적층될 수 있다. 제1 발광 소자(ED1)는 도 10에 도시된 바와 같이, 발광 소자 코어(30) 및 발광 소자 코어(30)의 외주면을 감싸는 둘러싸는 절연막(38)을 포함할 수 있다.
발광 소자 코어(30)는 제1 발광 소자(ED1)의 길이 방향으로 순차 적층된 제1 반도체(31), 소자 활성층(33), 및 제2 반도체(32), 소자 전극층(37)을 포함할 수 있다. 제1 반도체(31), 소자 활성층(33), 및 제2 반도체(32)는 각각 상술한 제1 도전형 반도체층, 활성 반도체층 및 제2 도전형 반도체층일 수 있다. 또한, 제1 발광 소자(ED1)의 제1 반도체(31), 소자 활성층(33), 및 제2 반도체(32)는 각각 도 1를 참조하여 상술한 제1 반도체층(310), 활성층(330) 및 제2 반도체층(320)에 대응될 수 있다.
제1 반도체(31)는 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn 등일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 반도체(31)는 n형 Si로 도핑된 n-GaN일 수 있다.
제2 반도체(32)는 소자 활성층(33)을 사이에 두고 제1 반도체(31)와 이격되어 배치될 수 있다. 제2 반도체(32)는 Mg, Zn, Ca, Se, Ba 등과 같은 제2 도전형 도펀트가 도핑되어 있을 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제2 반도체(32)는 p형 Mg로 도핑된 p-GaN일 수 있다.
소자 활성층(33)은 단일 또는 다중 양자 우물 구조의 물질을 포함할 수 있다. 상술한 것처럼, 소자 활성층(33)은 제1 반도체(31) 및 제2 반도체(32)를 통해 인가되는 전기 신호에 따라 전자-정공 쌍의 결합에 의해 광을 발광할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 소자 활성층(33)은 밴드갭(Band gap) 에너지가 큰 종류의 반도체 물질과 밴드갭 에너지가 작은 반도체 물질들이 서로 교번적으로 적층된 구조일 수도 있고, 발광하는 광의 파장대에 따라 다른 3족 내지 5족 반도체 물질들을 포함할 수도 있다.
소자 활성층(33)에서 방출되는 광은 제1 발광 소자(ED1)의 길이 방향 외부면뿐만 아니라, 양 측면으로도 방출될 수 있다. 즉, 소자 활성층(33)에서 방출되는 광은 하나의 방향으로 출광 방향이 제한되지 않는다.
소자 전극층(37)은 제2 반도체(32) 상에 배치될 수 있다. 소자 전극층(37)은 제2 반도체(32)와 접촉할 수 있다. 소자 전극층(37)은 오믹(Ohmic) 접촉 전극일 수 있지만, 이에 제한되지 않고, 쇼트키(Schottky) 접촉 전극일 수도 있다.
소자 전극층(37)은 제1 반도체(31) 및 제2 반도체(32)에 전기 신호를 인가하기 위해 제1 발광 소자(ED1)의 양 단부와 전극이 전기적으로 연결될 때, 제2 반도체(32)와 전극 사이에 배치되어 저항을 감소시키는 역할을 할 수 있다. 소자 전극층(37)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 인듐(In), 금(Au), 은(Ag), ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 및 ITZO(Indium Tin-Zinc Oxide) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 소자 전극층(37)은 n형 또는 p형으로 도핑된 반도체 물질을 포함할 수도 있다.
절연막(38)은 발광 소자 코어(30)의 외주면을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 절연막(38)은 적어도 소자 활성층(33)의 외면을 둘러싸도록 배치되고, 제1 발광 소자(ED1)가 연장된 일 방향으로 연장될 수 있다. 절연막(38)은 상기 부재들을 보호하는 기능을 수행할 수 있다. 절연막(38)은 절연 특성을 가진 물질들로 이루어져 소자 활성층(33)이 제1 발광 소자(ED1)에 전기 신호가 전달되는 전극과 직접 접촉하는 경우 발생할 수 있는 전기적 단락을 방지할 수 있다. 또한, 절연막(38)은 소자 활성층(33)을 포함하여 제1 및 제2 반도체층(31, 32)의 외주면을 보호하기 때문에, 발광 효율의 저하를 방지할 수 있다.
이하, 도 1, 도 11 내지 도 15를 참조하여, 일 실시예에 따른 제1 발광 소자의 제조 공정에 대하여 설명하기로 한다.
도 11 내지 도 15는 도 10의 제1 발광 소자의 제조 공정을 나타낸 단면도들이다.
도 11 내지 도 15에서는 도 1 내지 도 7을 참조하여 상술한 적층 구조물(10)의 제조 공정 이후의 공정들을 도시한 것이다. 이하에서는, 도 1 내지 도 7을 참조하여 상술한 베이스 기판(110), 금속 버퍼층(200) 및 반도체 구조물(300)을 포함하는 적층 구조를(10) 형성하는 방법이나 공정 조건 등에 대하여는 생략하여 설명하며, 적층 구조물(10)을 형성한 이후의 공정으로서, 제1 발광 소자(ED1)의 제조 방법의 순서나 적층 구조에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 베이스 기판(110), 베이스 기판(110) 상에 형성된 금속 버퍼층(200) 및 금속 버퍼층(200) 상에 형성된 반도체 구조물(300)을 포함한 적층 구조물(10)을 준비한다.
이어, 반도체 구조물(300) 상에 전극 물질층(370)을 형성한다.
구체적으로, 도 11을 참조하면 전극 물질층(370)은 적층 구조물(10)의 제2 반도체층(320) 상에 전자빔 증착법, 물리적 기상 증착법(Physical vapor deposition, PVD), 화학적 기상 증착법(Chemical vapor deposition, CVD), 플라즈마 레이저 증착법(Plasma laser deposition, PLD), 이중형 열증착법(Dual-type thermal evaporation), 스퍼터링(Sputtering), 금속-유기물 화학기상 증착법(Metal organic chemical vapor deposition, MOCVD) 등을 이용하여 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
반도체 구조물(300)에 포함되는 제1 반도체층(310), 활성층(330) 및 제2 반도체층(320)은 제1 발광 소자(ED1)의 제1 반도체(31), 소자 활성층(33) 및 제2 반도체(32)에 각각 대응될 수 있다. 또한, 전극 물질층(370)은 소자 전극층(37)에 대응될 수 있다. 구체적으로, 제1 반도체층(310), 활성층(330), 제2 반도체층(320) 및 전극 물질층(370)은 제1 발광 소자(ED1)의 제1 반도체(31), 소자 활성층(33), 제2 반도체(32) 및 소자 전극층(37)이 포함하는 물질과 동일한 물질을 포함하는 층일 수 있다.
이어, 상기 반도체 구조물(300) 및 전극 물질층(370)을 수직으로 식각하여 서로 이격된 발광 소자 코어(30)를 형성한다.
구체적으로, 도 12를 참조하면 반도체 구조물(300) 및 전극 물질층(370)을 식각하는 수직 방향은 복수의 층의 적층된 방향과 평행할 수 있다. 반도체 구조물(300) 및 전극 물질층(370)은 통상적인 방법에 의해 식각될 수 있다. 예를 들어, 반도체 구조물(300) 및 전극 물질층(370)은 전극 물질층(370)의 상부에 식각 마스크층을 형성하고, 반도체 구조물(300) 및 전극 물질층(370)을 식각 마스크층을 따라 베이스 기판(110)에 수직한 방향으로 식각하는 방법에 의해 식각될 수 있다. 상기 식각 공정에 의해 발광 소자 코어(30) 사이에는 이격 공간이 형성될 수 있다. 또한, 상기 식각 공정에 의해 제1 및 제2 금속 버퍼층(210, 220)은 식각되지 않고 잔류할 수 있다.
예를 들어, 서로 이격된 발광 소자 코어(30)를 형성하기 위한 식각 공정은 건식식각법, 습식식각법, 반응성 이온 에칭법(Reactive ion etching, RIE), 유도 결합 플라즈마 반응성 이온 에칭법(Inductively coupled plasma reactive ion etching, ICP-RIE) 등일 수 있다. 건식 식각법의 경우 이방성 식각이 가능하여 수직 식각에 적합할 수 있다. 상술한 방법의 식각법을 이용할 경우, 식각 에천트(Etchant)는 Cl2 또는 O2 등일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
몇몇 실시예에서, 복수의 발광 소자 코어(30)를 형성하기 위한 식각 공정은 건식 식각법과 습식 식각법을 혼용하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 먼저 건식 식각법에 의해 깊이 방향의 식각을 한 후, 등방성 식각인 습식 식각법을 통해 식각된 측벽이 표면과 수직한 평면에 놓이도록 할 수 있다.
이어, 발광 소자 코어(30) 상에 절연 물질층(380)을 형성한다.
구체적으로, 도 13을 참조하면 절연 물질층(380)은 발광 소자 코어(30) 상에 전면적으로 형성할 수 있다. 절연 물질층(380)은 발광 소자 코어(30)의 측면, 상면 및 발광 소자 코어(30)가 이격된 영역에서 노출된 제2 금속 버퍼층(220) 상에도 형성될 수 있다.
절연 물질층(380)은 발광 소자 코어(30)의 외면에 무기 물질을 도포하거나 침지시키는 방법 등을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다. 일 예로, 절연 물질층(380)은 원자층 증착법(Atomic layer depsotion, ALD)으로 형성될 수 있다. 도면에는 절연 물질층(380)이 단일막으로 형성된 것으로 도시하였으나, 이에 제한되지 않는다. 절연 물질층(380)이 복수의 절연 물질층 포함하는 다중막을 포함하는 경우, 절연 물질층(380)은 복수의 절연막들을 순착 적층하여 형성할 수 있다.
이어, 절연 물질층(380)의 일부를 부분적으로 제거하여 금속 버퍼층(200) 상에 형성된 복수의 제1 발광 소자(ED1)를 형성한다.
구체적으로, 도 13 및 도 14를 참조하면 발광 소자 코어(30)의 상면 및 측면을 전면적으로 덮는 절연 물질층(380)을 일부 제거하여 발광 소자 코어(30)의 상면은 노출하되 발광 소자 코어(30)의 측면은 둘러싸는 절연층(38)을 형성할 수 있다. 절연 물질층(380)을 부분적으로 제거하는 공정은 이방성 식각인 건식 식각이나 에치백 등의 공정이 수행될 수 있다. 본 식각 공정을 통해 발광 소자 코어(30)가 이격된 영역에서 노출된 제2 금속 버퍼층(220) 상에 배치된 절연 물질층(380)도 일부 제거될 수 있다.
이어, 제1 발광 소자(ED1)는 베이스 기판(110)으로부터 분리한다.
구체적으로, 도 15를 참조하면, 제1 발광 소자(ED1)를 베이스 기판(110), 구체적으로 제2 금속 버퍼층(220)으로부터 분리시킴으로써, 일 실시예에 따른 제1 발광 소자(ED1)를 제조할 수 있다. 제1 발광 소자(ED1)를 제2 금속 버퍼층(220)에서 분리하는 방법을 특별히 제한되지 않는다. 제1 발광 소자(ED1)를 제2 금속 버퍼층(220)으로부터 분리하는 공정은 물리적 분리 방법, 또는 화학적 분리 방법으로 수행될 수 있다.
본 실시예에서, 복수의 반도체층을 포함하는 제1 발광 소자(ED1)는 비정질 기판인 베이스 기판(110) 상에 에피택셜법에 의해 성장시켜 형성될 수 있다. 구체적으로, 제1 발광 소자(ED1)는 베이스 기판(110), 금속 버퍼층(200), 제1 및 제2 반도체층(310, 320) 및 활성층(330)을 포함하는 반도체 구조물(300)을 포함하는 적층 구조물(10)을 형성한 후, 후속 공정을 통해 제조될 수 있다. 제1 발광 소자(ED1)에 포함되는 복수의 반도체층, 예컨대 GaN을 포함하는 제1 반도체(31)에 대응되는 적층 구조물(10)의 제1 반도체층(310)은 비정질 기판인 베이스 기판(110) 상에서 바로 에피택셜법에 의해 성장하기 어려우며, 이 경우 임의의 방향으로 방향성 없이 성장될 수 있다. 따라서, 베이스 기판(110)이 비정질 기판인 경우, 베이스 기판(110) 상에서 베이스 기판(110)의 결정 구조와 무관하게 결정립을 포함하여 단일 방향으로 배향되는 구조를 가지는 제1 및 제2 금속 버퍼층(210, 220)을 형성함으로써, 제1 및 제2 금속 버퍼층(210, 220)에 의해 시드 결정이 형성될 수 있다. 또한, 베이스 기판(110) 상에 결정 구조를 가지는 제1 및 제2 금속 버퍼층(210, 220)을 형성함으로써, 베이스 기판(110)이 비정질 기판임에도 불구하고 베이스 기판(110)과 제1 반도체층(310)의 사이의 격자 상수 차이를 줄여 제1 발광 소자(ED1)의 제조 품질이 향상될 수 있다. 상술한 공정을 통해 사파이어 기판, 실리콘 기판 또는 쿼츠 기판보다 저렴한 유리 기판을 포함하는 베이스 기판(110)을 이용하여 제1 발광 소자(ED1)를 제조할 수 있으므로 발광 소자의 제조 비용이 절감될 수 있다.
도 16은 일 실시예에 따른 표시 장치의 분해 사시도이다. 도 17은 도 16의 I-I' 선을 따라 자른 표시 장치의 단면도이다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 표시 장치(1)는 화상이나 영상을 표시하는 장치로서, 텔레비전, 외부 광고판, 모니터, 퍼스널 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 태블릿 PC, 스마트폰, 자동차 내비게이션 유닛, 카메라, 자동차에 제공되는 중앙정보 디스플레이(center information display, CID), 손목 시계형 전자 기기, PDA(Personal Digital Assistant), PMP(Portable Multimedia Player), 게임기 등 다양한 전자 장치가 그에 포함될 수 있다. 이들은 단지 실시예로서 제시된 것들로써, 본 발명의 개념에서 벗어나지 않은 이상 다른 전자 기기에도 채용될 수 있음은 물론이다.
이하, 표시 장치(1)를 설명하는 도면에서는 제3 방향(X), 제4 방향(Y), 및 제5 방향(Z)이 정의되어 있다. 제3 방향(X)과 제4 방향(Y)은 하나의 평면 내에서 서로 수직한 방향일 수 있다. 제5 방향(Z)은 제3 방향(X)과 제4 방향(Y)이 위치하는 평면에 수직한 방향일 수 있다. 제5 방향(Z)은 제3 방향(X)과 제4 방향(Y) 각각에 대해 수직을 이룬다. 실시예들에서 제5 방향(Z)은 표시 장치(1)의 두께 방향을 나타낸다.
실시예들에서 별도의 언급이 없는 한, 상부 또는 상측은 제5 방향(Z) 일측으로 표시 장치(1)의 두께 방향(도면에서 상측)을 나타내고, 마찬가지로 상면은 제5 방향(Z) 일측을 향하는 표면을 나타낸다. 또한, 하부 또는 하측은 제5 방향(Z) 타측으로 표시 장치(1)의 두께 방향의 반대 방향(도면에서 하측)을 나타내고, 하면은 제5 방향(Z) 타측을 향하는 표면을 지칭한다.
표시 장치(1)는 평면상 제3 방향(X)이 제4 방향(Y)보다 긴 장변과 단변을 포함하는 직사각형 형상으로 이루어질 수 있다. 평면상 표시 장치(1)의 장변과 단변이 만나는 코너부는 직각일 수 있지만, 이에 제한되지 않으며, 라운드진 곡선 형상을 가질 수도 있다. 표시 장치(1)의 평면 형상은 예시된 것에 제한되지 않고, 정사각형, 원형, 타원이나 기타 다른 형상으로 적용될 수도 있다. 표시 장치(1)의 표시면은 두께 방향인 제5 방향(Z)의 일측에 배치될 수 있다.
표시 장치(1)는 표시 패널(50), 표시 패널(50)의 하부에 배치되어 표시 패널(50)에 광을 제공하는 백라이트 유닛(20), 표시 패널(50)과 백라이트 유닛(20)을 수납하는 하우징(70)을 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 표시 장치(1)는 상기 부재들 중 어느 하나가 생략되거나 이외의 더 많은 부재들을 포함할 수 있다.
표시 패널(50)은 백라이트 유닛(20)에서 방출된 광을 제공받아 화면을 표시할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 표시 패널(50)은 수광형 표시 패널일 수 있다. 예를 들어, 표시 패널(50)은 액정 표시 패널, 전기 습윤 표시 패널, 전기 영동 표시 패널 등일 수 있다. 이하에서는 표시 패널(50)이 액정 표시 패널(Liquid crystal panel, LCD)인 경우를 예시하여 설명한다. 다만, 표시 패널(50)이 다른 종류인 경우에도 후술하는 설명이 동일하게 적용될 수 있음은 자명하다.
표시 패널(50)은 복수의 화소를 포함한다. 표시 패널(50)의 화소는 행렬 방향으로 배열될 수 있다. 표시 패널(50)은 화소마다 마련된 스위칭 소자와 화소 전극, 및 화소 전극에 대향하는 공통 전극을 포함할 수 있다.
표시 패널(50)은 도 17에 도시된 바와 같이, 상부 기판(510), 상부 기판(510)에 대향하는 하부 기판(520) 및 이들 사이에 배치된 액정층(530)을 포함할 수 있다. 상술한 표시 패널(50)의 화소는 행렬 방향으로 배열될 수 있다. 표시 패널(50)은 화소마다 마련된 스위칭 소자와 화소 전극, 및 화소 전극에 대향하는 공통 전극을 포함할 수 있다. 스위칭 소자와 화소 전극은 하부 기판(520)에 배치되고, 공통 전극은 상부 기판(510)에 배치될 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니고, 공통 전극 또한 하부 기판(520)에 배치될 수도 있다. 상부 기판(510)과 하부 기판(520)의 테두리에는 실링 부재(92)가 배치되어 액정층(530)의 액정 분자를 가둘 수 있다.
백라이트 유닛(20)은 표시 패널(50)의 하부에 배치된다. 백라이트 유닛(20)은 광원 부재(100), 파장 변환층(410), 확산 플레이트(420), 및 광학 필름(430)을 포함한다.
광원 부재(100)는 베이스 기판(110) 및 베이스 기판(110) 상에 배치된 복수의 제2 발광 소자(ED2)를 포함할 수 있다. 제2 발광 소자(ED2)는 표시 패널(50)에 제공되는 광을 방출한다. 제2 발광 소자(ED2)에서 방출된 광은 상부의 파장 변환층(410)으로 입사될 수 있다.
베이스 기판(110)은 비정질 기판을 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이 베이스 기판(110)은 유리 기판을 포함할 수 있다. 복수의 제2 발광 소자(ED2)는 베이스 기판(110) 상에 배치될 수 있다. 구체적으로, 복수의 제2 발광 소자(ED2)는 상술한 베이스 기판(110) 상에 형성된 반도체 구조물(300)을 포함하는 적층 구조물(10)에 후속 공정을 수행하여 제조될 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술된다.
파장 변환층(410)은 광원 부재(100)의 상부에 중첩 배치될 수 있다. 파장 변환층(410)은 광원 부재(100)의 상부에 전면적으로 배치되거나 개별 제2 발광 소자(ED2)를 둘러싸도록 부분적으로 제2 발광 소자(ED2) 상에 배치될 수 있다. 파장 변환층(410)은 입사된 적어도 일부의 광의 파장을 변환시키는 역할을 한다. 예시적인 실시예에서, 파장 변환층(410)은 필름 형태로 광원 부재(100)와 제5 방향(Z)으로 이격되도록 광원 부재(100)의 상부에 배치될 수 있다.
파장 변환층(410)은 바인더층과 바인더층 내에 분산된 파장 변환 입자를 포함할 수 있다. 또한, 파장 변환층(410)은 파장 변환 입자 외에 바인더층에 분산된 산란 입자를 더 포함할 수 있다.
바인더층은 파장 변환 입자가 분산되는 매질로서, 다양한 수지 조성물로 이루어질 수 있다. 다만, 그에 제한되는 것은 아니며, 파장 변환 입자 및/또는 산란 입자를 분산 배치시킬 수 있는 매질이면 그 명칭, 추가적인 다른 기능, 구성 물질 등에 상관없이 바인더층으로 지칭될 수 있다.
파장 변환 입자는 입사된 광의 파장을 변환하는 입자로, 예를 들어 양자점(QD, quantum dot), 형광 물질 또는 인광 물질일 수 있다.
파장 변환 입자는 입사광을 서로 다른 파장으로 변환하는 복수의 파장 변환 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 파장 변환 입자는 특정 파장의 입사광을 제1 파장으로 변환하여 방출하는 제1 파장 변환 입자와, 제2 파장으로 변환하여 방출하는 제2 파장 변환 입자를 포함할 수 있다.
파장 변환층(410)의 상부에는 확산 플레이트(420)가 배치될 수 있다. 확산 플레이트(420)는 파장 변환층(410)과 제5 방향(Z)으로 이격되어 배치될 수 있다. 확산 플레이트(420)는 파장 변환층(410)으로부터 표시 패널(50) 측으로 출사되는 광을 확산시키는 기능을 수행하여 제2 발광 소자(ED2)에서 방출된 광이 보다 균일한 휘도록 표시 패널(50)로 제공하는 역할을 한다.
확산 플레이트(420)는 광투과성이 있는 물질을 포함할 수 있다. 확산 플레이트(420)는 예를 들어, 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate, PMMA), 폴리스티렌(Polystyrene, PS), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate, PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC) 등의 물질을 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
확산 플레이트(420)의 상부에는 광학 필름(430)이 배치될 수 있다. 표시 장치(1)는 적어도 하나의 광학 필름(430)을 포함할 수 있으며, 그 수는 특별히 제한되지 않는다. 도면에서는 광학 필름(430)이 확산 플레이트(420) 및 표시 패널(50)과 제5 방향(Z)으로 이격되도록 배치된 것을 도시하고 있으나, 이에 제한되지 않는다. 경우에 따라서 광학 필름(430)은 이들과 접촉하도록 배치될 수도 있다. 광학 필름(430)은 입사된 빛에 대해 집광, 굴절, 확산, 반사, 편광, 위상 지연 등의 광학 기능을 수행할 수 있다. 광학 필름(430)의 예로는 프리즘 필름, 마이크로 렌즈 필름, 렌티큘러 필름, 편광 필름, 반사 편광 필름, 위상차 필름, 보호 필름 등일 수 있다.
하우징(70)은 백라이트 유닛(20) 및 표시 패널(50)을 수납한다. 하우징(70)은 바텀 샤시나 브라켓을 포함할 수 있다. 도면에 도시하지는 않았으나, 하우징(70)은 탑 샤시를 더 포함할 수도 있다.
하우징(70)은 바닥면(71)과 측벽(72)을 포함할 수 있다. 하우징(70)의 측벽(72)은 바닥면(71)과 연결되고, 그로부터 수직 방향으로 절곡될 수 있다. 백라이트 유닛(20)의 광원 부재(100)는 하우징(70)의 바닥면(71) 상에 배치된다. 백라이트 유닛(20)의 확산 플레이트(420), 광학 필름(430)과 표시 패널(50)은 점착 테이프(91)를 통해 하우징의 측벽(72)에 고정될 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니고, 상기 부재들은 하우징(70)의 다른 안착 구조 상에 거치되거나, 하우징(70) 내부에 마련된 몰드 프레임 상에 거치 또는 부착될 수도 있다.
이하, 광원 부재(100)에 대하여 상세히 설명한다.
도 18은 일 실시예에 따른 표시 장치에 포함된 광원 부재의 일 예를 나타낸 확대 단면도이다.
도 18을 참조하면, 일 실시예에 따른 광원 부재(100)는 베이스 기판(110), 베이스 기판(110) 상에 배치된 금속 버퍼층(200) 및 금속 버퍼층(200) 상에 형성된 제2 발광 소자(ED2)를 포함할 수 있다.
베이스 기판(110)은 비정질 기판을 포함할 수 있다. 예를 들어, 베이스 기판(110)은 비정질 기판으로서 유리, 플라스틱 등을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 베이스 기판(110)은 유리 기판을 포함할 수 있다.
베이스 기판(110) 상에는 금속 버퍼층(200)을 포함할 수 있다. 금속 버퍼층(200)은 제1 금속 버퍼층(210) 및 제2 금속 버퍼층(220)을 포함할 수 있다.
제1 금속 버퍼층(210)은 베이스 기판(110) 상에 형성될 수 있다. 제1 금속 버퍼층(210)은 결정 구조를 가지지 않는 비정질 기판인 베이스 기판(110) 상에 제2 발광 소자(ED2)를 형성하기 위해 제2 발광 소자(ED2)의 제1 반도체(31_1)와 베이스 기판(110) 사이의 격자 상수 차이를 줄이기 위해 형성될 수 있다. 제1 금속 버퍼층(210)은 그 결정 구조가 HCP(Hexagonal close-packed, 조밀 육방) 구조 또는 FCC(Face-centered cubic, 면심 입방) 구조를 가지는 금속 물질을 포함할 수 있다. 바람직하게, 제1 금속 버퍼층(210)은 그 결정 구조가 HCP(Hexagonal close-packed, 조밀 육방) 구조를 포함할 수 있다. 제1 금속 버퍼층(210)은 제2 발광 소자(ED2)의 제1 반도체(31_1)와 격자 상수 차이가 작은 금속을 포함할 수 있다. 제1 금속 버퍼층(210)은 도 1을 참조하여 상술한 적층 구조물(10)의 제1 금속 버퍼층(210)이 포함할 수 있는 물질로 열거된 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제2 금속 버퍼층(220)은 제1 금속 버퍼층(210) 상에 형성될 수 있다. 제2 금속 버퍼층(220)은 제2 발광 소자(ED2)를 형성하기 위한 도 1의 반도체 구조물(300)을 포함하는 적층 구조물(10)을 형성하기 위하 씨드(Seed)층일 수 있다.
제2 발광 소자(ED2)는 제2 금속 버퍼층(220) 상에 배치될 수 있다. 제2 발광 소자(ED2)는 제1 반도체(31_1), 소자 활성층(33_1), 제2 반도체(32_1)를 포함할 수 있다. 발광 소자(ED1)는 제1 전극(41) 및 제2 전극(42)을 더 포함할 수 있다.
제2 발광 소자(ED2)의 제1 반도체(31_1), 소자 활성층(33_1), 제2 반도체(32_1)는 각각 도 1를 참조하여 상술한 제1 반도체층(310), 활성층(330) 및 제2 반도체층(320)에 대응될 수 있다. 제2 발광 소자(ED2)의 제1 반도체(31_1), 소자 활성층(33_1), 제2 반도체(32_1)는 각각 제1 발광 소자(ED1)의 제1 반도체(31), 소자 활성층(33), 제2 반도체(32)와 실질적으로 동일한 물질을 포함할 수 있다.
제2 발광 소자(ED2)는 제1 반도체(31_1) 상에 형성된 제1 전극(41) 및 제2 반도체(32_1) 상에 형성된 제2 전극(42)을 통해 외부 장치로부터 전기 신호를 인가받을 수 있다. 제1 전극(41) 및 제2 전극(42)은 도전성 재료를 포함하여 외부 장치 또는 트랜지스터로부터 전달되는 전기 신호를 제1 반도체(31_1) 및 제2 반도체(32_1)로 전달할 수 있다. 다만, 제2 발광 소자(ED2)의 구조는 이에 제한되지 않으며 경우에 따라서 다른 구조를 가질 수도 있다.
본 실시예에 따른 광원 부재(100)는 베이스 기판(110) 상에 제1 및 제2 금속 버퍼층(210, 220)을 형성한 후, 제2 금속 버퍼층(220) 상에 제2 발광 소자(ED2)를 형성함으로써, 제2 발광 소자(ED2)의 제1 반도체(31_1)와 베이스 기판(110) 사이의 격자 상수 차이를 줄일 수 있다. 또한, 유리 기판을 포함하는 베이스 기판(110) 상에 복수의 제2 발광 소자(ED2)를 형성하고 이를 광원 부재(100)로 이용함으로써, 복수의 제2 발광 소자(ED2)를 형성한 베이스 기판(110)으로부터 복수의 제2 발광 소자(ED2)를 분리하고 재조립하는 공정이 생략될 수 있다. 즉, 유리 기판을 포함하는 베이스 기판(110)이 제2 발광 소자(ED2)를 형성하는 공정에서의 베이스 기판(110)으로 이용됨과 동시에 표시 장치(1)의 광원 부재(100)로 이용됨으로써, 표시 장치(1)의 제조 효율이 향상될 수 있다. 또한, 제2 발광 소자(ED2)를 형성하기 위한 베이스 기판(110)으로 사파이어 기판, 실리콘 기판 또는 쿼츠 기판보다 저렴한 유리 기판을 이용할 수 있으므로, 발광 소자 및/또는 표시 장치(1)의 제조 비용이 절감될 수 있다.
도 19는 일 실시예에 따른 표시 장치에 포함된 광원 부재의 일 예를 나타낸 확대 단면도이다.
도 19를 참조하면, 본 실시예에 따른 광원 부재(100_1)는 제1 전극(41)이 제2 금속 버퍼층(220) 상에 배치되는 점이 도 18의 광원 부재(100)와 차이점이다.
구체적으로, 제1 전극(41)은 제2 금속 버퍼층(220) 상에 형성될 수 있다. 상술한 바와 같이 제2 금속 버퍼층(220)은 금속 물질을 포함함으로써, 제2 금속 버퍼층(220) 상에 형성된 제1 반도체(31_1)에 전기 신호를 인가하는 전극으로서 기능을 할 수 있다. 따라서, 제1 전극(41)을 제2 금속 버퍼층(220) 상에 형성함으로서, 제1 전극(41) 및 제2 금속 버퍼층(220)을 통해 제2 발광 소자(ED2_1)에 전기 신호를 인가할 수 있다. 제1 전극(41)은 생략될 수 있다.
본 실시예에서, 제1 전극(41)을 제2 금속 버퍼층(220) 상에 형성함으로써, 제2 금속 버퍼층(220)이 제2 발광 소자(ED2_1)에 전기 신호를 인가하는 전극으로서 활용될 수 있다. 단일 배향으로 정렬되어 에피택셜법에 의해 형성된 제2 금속 버퍼층(220)은 다중 배향으로 정렬된 금속층에 비하여 전기전도성이 뛰어날 수 있다. 따라서, 제2 금속 버퍼층(220)을 전극으로 이용되는 제2 발광 소자(ED2_1)의 발광 성능이 개선될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 적층 구조물
110: 베이스 기판
200: 금속 버퍼층
210: 제1 금속 버퍼층
220: 제2 금속 버퍼층
300: 반도체 구조물
310: 제1 반도체층

Claims (20)

  1. 베이스 기판 상에 결정립을 포함하는 제1 금속 버퍼층을 형성하는 단계;
    상기 제1 금속 버퍼층 상에 제2 금속 버퍼 물질층을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 금속 버퍼 물질층을 결정화시켜 제2 금속 버퍼층을 형성하는 단계을 포함하되,
    상기 제2 금속 버퍼 물질층은 결정립을 포함하고,
    상기 제2 금속 버퍼 물질층의 결정립 밀도는 상기 제1 금속 버퍼층의 결정립 밀도보다 작은 적층 구조물의 제조 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 금속 버퍼층을 형성하는 단계는 열처리 공정을 통해 상기 제2 금속 버퍼 물질층을 결정화시키는 적층 구조물의 제조 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 열처리 공정은 상기 제1 금속 버퍼층 및 상기 제2 금속 버퍼 물질층이 포함하는 물질의 상전이 온도보다 낮은 온도에서 수행되는 적층 구조물의 제조 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제2 금속 버퍼 물질층을 형성하는 단계 이후에 상기 제2 금속 버퍼 물질층 상에 N, O, C의 원소를 도핑하는 단계를 더 포함하는 적층 구조물의 제조 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 금속 버퍼층을 형성하는 단계 이후에 상기 제1 금속 버퍼층을 열처리하는 단계를 더 포함하는 적층 구조물의 제조 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 금속 버퍼층을 열처리하는 단계 이전에 상기 제1 금속 버퍼층에 N, O, C의 원소를 도핑하는 단계를 더 포함하는 적층 구조물의 제조 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 금속 버퍼층을 형성하는 단계는 제1 파워를 인가하여 스퍼터링 공정을 통해 수행되고,
    상기 제2 금속 버퍼 물질층을 형성하는 단계는 제2 파워를 인가하여 스퍼터링 공정을 통해 수행되고,
    상기 제1 파워는 상기 제2 파워보다 큰 적층 구조물의 제조 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 스퍼터링 공정은 Pulsed DC 파워 또는 RF 파워 중 적어도 하나를 통해 수행되는 적층 구조물의 제조 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 베이스 기판은 비정질 기판을 포함하는 적층 구조물의 제조 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 베이스 기판은 유리 기판을 포함하는 적층 구조물의 제조 방법.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 금속 버퍼층은 Be, Al, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Hf, Ta, W, Re, Os, Lr, Pt, Au, Hg, Pb, Tl, 이들의 조합 또는 이들의 질화물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 적층 구조물의 제조 방법.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 금속 버퍼층은 Be, Al, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Hf, Ta, W, Re, Os, Lr, Pt, Au, Hg, Pb, Tl, 이들의 조합 또는 이들의 질화물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 적층 구조물의 제조 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제2 금속 버퍼층 상에 반도체 구조물을 형성하는 단계를 더 포함하되,
    상기 반도체 구조물은,
    제2 금속 버퍼층 상에 형성된 제1 반도체층, 상기 제1 반도체층 상에 형성된 활성층 및 상기 활성층 상에 형성된 제2 반도체층을 포함하는 적층 구조물의 제조 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 반도체층은 성장 온도는 700℃ 이하의 범위에서 PVD 법에 의해 성장되는 적층 구조물의 제조 방법.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 금속 버퍼층은 육각(hexagonal) 결정 구조를 가지는 적층 구조물의 제조 방법.
  16. 비정질 기판;
    상기 비정질 기판 상에 배치된 제1 금속 버퍼층;
    상기 제1 금속 버퍼층 상에 배치된 제2 금속 버퍼층; 및
    상기 제2 금속 버퍼층 상에 배치된 반도체 구조물을 포함하되,
    상기 반도체 구조물은,
    상기 제2 금속 버퍼층 상에 성장 형성된 제1 반도체층,
    상기 제1 반도체층 상에 배치된 활성층, 및
    상기 활성층 상에 배치된 제2 반도체층을 포함하는 적층 구조물.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 비정질 기판은 유리 기판을 포함하는 적층 구조물.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 금속 버퍼층은 Be, Al, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Hf, Ta, W, Re, Os, Lr, Pt, Au, Hg, Pb, Tl, 이들의 조합 또는 이들의 질화물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 적층 구조물.
  19. 제16 항에 있어서,
    상기 제2 금속 버퍼층은 Be, Al, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Hf, Ta, W, Re, Os, Lr, Pt, Au, Hg, Pb, Tl, 이들의 조합 또는 이들의 질화물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 적층 구조물.
  20. 제16 항에 있어서,
    상기 제2 금속 버퍼층은 육각(hexagonal) 결정 구조를 가지는 적층 구조물.
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