KR20230175016A - 반도체 소자 제조 방법, 반도체 소자 및 그 장치 - Google Patents

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황준식
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박준용
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Abstract

반도체 소자 제조 방법, 반도체 소자 및 그 장치가 개시된다. 반도체 소자를 제조하기 위하여, 기판에 멤브레인 형성 패턴을 형성하고, 기판에 멤브레인 형성 패턴을 덮도록 멤브레인 물질층을 형성한다. 멤브레인 물질층을 결정화시켜 돌출 패턴을 가지는 멤브레인을 형성한다. 멤브레인 상에 이차원 물질을 성장하여, 멤브레인의 돌출 패턴 상에 이차원 물질 패턴을 형성한다.

Description

반도체 소자 제조 방법, 반도체 소자 및 그 장치{Method for manufacturing semiconductor device, semiconductor device and apparatus employing the same}
반도체 소자 제조 방법, 반도체 소자 및 그 장치에 관한 것이다.
이차원(2D) 물질을 화학기상증착(CVD) 방식 등을 적용하여 대면적 기판에 직접적으로 성장하는 경우, 고온에서 성장이 이루어지므로 성장된 이차원 물질의 결정성 등의 특성이 우수하다. 그러나, 일반적인 평면 기판에 이차원 물질을 성장하는 경우, 성장이 이루어지는 작은 영역의 도메인들이 만나는 경계에서 그레인 경계(grain boundary)가 형성되어 일정 기준 면적 이상에서는 그 특성이 저하될 수 있다. 또한, 대면적으로 성장한 이차원 물질 위에 원하는 소자 형태로 패턴 공정 진행시, 전사 및 패턴 공정 과정에서 특성이 저하될 수 있다.
이차원 물질의 성장 과정에서의 특성을 유지할 수 있으며, 이와 같이 성장된 이차원 물질을 전사용 탬플릿으로 사용하는 반도체 소자 제조 방법을 제공한다.
반도체 소자 제조 방법을 적용하여 제조된 반도체 소자 및 이를 포함하는 정치를 제공한다.
일 유형에 따른 반도체 소자 제조 방법은, 기판에 멤브레인 형성 패턴을 형성하는 단계; 상기 기판에 상기 멤브레인 형성 패턴을 덮도록 멤브레인 물질층을 형성하는 단계; 상기 멤브레인 물질층을 결정화시켜 돌출 패턴을 가지는 멤브레인을 형성하는 단계; 상기 멤브레인 상에 이차원 물질을 성장하여, 상기 멤브레인의 돌출 패턴 상에 이차원 물질 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 멤브레인의 돌출 패턴 상의 이차원 물질 패턴을 전사 기판에 전사하여, 상기 전사 기판 상에 이차원 물질 패턴을 형성하는 단계;를 포함한다.
멤브레인 상에 이차원 물질을 성장하고, 상기 멤브레인의 돌출 패턴 상의 이차원 물질 패턴을 상기 전사 기판 상에 전사하여 이차원 물질 패턴을 형성하는 단계를 복수회 반복하여 검출기, 트랜지스터, 다이오드, 광전 소자 중 어느 하나를 제조할 수 있다.
일 유형에 따른 반도체 소자 제조 방법은, 기판에 멤브레인 형성 패턴을 형성하는 단계; 상기 기판에 상기 멤브레인 형성 패턴을 덮도록 멤브레인 물질층을 형성하는 단계; 상기 멤브레인 물질층을 결정화시켜 돌출 패턴을 가지는 멤브레인을 형성하는 단계; 상기 멤브레인 상에 이차원 물질을 성장하여, 상기 멤브레인의 돌출 패턴 상에 이차원 물질 패턴을 형성하는 단계; 상기 멤브레인의 돌출 패턴 상의 이차원 물질 패턴 상에 반도체 물질을 성장하고 반도체 소자 구조물을 형성하는 단계; 및, 상기 반도체 소자 구조물을 이차원 물질 패턴을 구비하거나 구비하지 않은 상태로 상기 기판으로부터 분리하는 단계;를 포함한다.
상기 반도체 소자 구조물은 상기 이차원 물질 패턴과 분리될 수 있다.
상기 이차원 물질과 상기 멤브레인의 돌출 패턴 사이가 분리되어 상기 반도체 소자 구조물은 이차원 물질 패턴을 구비한 상태로 상기 기판으로부터 분리될 수 있다.
상기 멤브레인의 다리 부분들이 붕괴되어, 상기 반도체 구조물을 상기 기판으로부터 분리할 수 있다.
상기 분리된 반도체 소자 구조물을 전사 기판 상에 전사하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 전사하는 단계에서는, 유체 자기 조립 방식에 의해 상기 반도체 소자 구조물을 상기 전사 기판에 전사할 수 있다.
상기 반도체 소자 구조물은 LED 소자일 수 있다.
상기 멤브레인의 돌출 패턴의 폭은 상기 이차원 물질의 성장시 형성되는 그레인 크기 이하일 수 있다.
상기 멤브레인 형성 패턴은 희생층 패턴이고, 상기 희생층 패턴을 제거하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 이차원 물질은 그래핀, h-BN, MoS2 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 기판은 사파이어 기판을 포함하고, 상기 멤브레인은 결정화된 알루미나를 포함할 수 있다.
일 유형에 따른 반도체 소자는, 제1면 및 그 반대측에 상기 제1면보다 작은 면적을 가지는 구조의 반도체 소자 구조물;을 구비하며, 상기 제1면에 결함 밀도가 다른 복수의 제1영역과 제2영역을 구비한다.
상기 반도체 소자는, 상기 제1면을 가지는 제1반도체층, 상기 반도체층 상의 활성층 및 상기 활성층 상의 제2반도체층을 포함하는 발광층과; 상기 제2반도체층 상에 전극층을 포함하는 LED 소자일 수 있다.
상기 제1면 상에 이차원 물질 패턴을 더 구비할 수 있다.
일 유형에 따른 디스플레이 장치는, 서로 다른 복수의 색광을 방출하는 세개 이상의 픽셀을 포함하는 단위 픽셀이 이차원 어레이로 배열된 픽셀 어레이를 포함하고, 상기 각 픽셀은 LED 소자를 포함하고, 상기 LED 소자는, 제1면 및 그 반대측에 상기 제1면보다 작은 면적을 가지는 구조이고, 상기 제1면에 결함 밀도가 다른 복수의 제1영역과 제2영역을 구비하며, 상기 제1면을 가지는 제1반도체층, 상기 반도체층 상의 활성층 및 상기 활성층 상의 제2반도체층을 포함하는 발광층과; 상기 제2반도체층 상에 전극층을 포함한다.
상기 LED 소자는 상기 제1면 상에 이차원 물질 패턴을 더 구비할 수 있다.
실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법에 따르면, 기판에 멤브레인 형성을 위한 패턴을 형성하고, 기판에 멤브레인 형성 패턴을 덮도록 멤브레인 물질층을 형성하고, 멤브레인 물질층을 결정화시켜 돌출 패턴을 가지는 멤브레인을 형성하고, 멤브레인 상에 이차원 물질을 성장하여, 멤브레인의 돌출 패턴 상에 이차원 물질 패턴을 형성하므로, 이차원 물질의 성장 과정에서의 특성을 유지할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법에 따르면, 돌출 패턴을 가지는 결정화된 멤브레인 구조 상에 직접적으로 이차원 물질을 성장하여 이차원 물질 패턴을 형성하므로, 이차원 물질의 물리적인 패터닝 과정이 생략되어 성장된 이차원 물질 패턴에 손상이 발생하지 않는다.
또한, 이와 같이 형성된 이차원 물질 패턴은 결합력이 약하므로, 전사 기판에 전사하거나, 이후 공정으로 이차원 물질 패턴 상에 성장된 반도체 소자 구조물을 전사하기 위한 전사 탬플릿으로 사용할 수 있다.
도 1a 내지 도 1f는 예시적인 실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 2a 내지 도 2e는 도 1a 내지 도 1f의 예시적인 실시예의 변형예를 보여주는 도면들이다.
도 3은 예시적인 다른 실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른 반도체 소자를 보여주는 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 이차원 물질층의 다양한 p-n 접합 구조를 보여준다.
도 6a 내지 도 6d, 도 7 내지 도 9는 예시적인 실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 10은 도 6a 내지 도 6d의 제조공정으로 제조되고, 도 7 내지 도 9의 분리 방식 중 어느 한 방식으로 분리된 반도체 소자 구조물의 평면도를 개략적으로 보여준다.
도 11a 내지 도 11e는 예시적인 실시예에 따른 디스플레이 장치 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 12는 예시적인 실시예에 따른 디스플레이 장치를 포함하는 전자 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
도 13은 예시적인 실시예에 따른 디스플레이 장치가 모바일 장치에 적용된 예를 도시한 것이다.
도 14는 예시적인 실시예에 따른 디스플레이 장치가 자동차에 적용된 예를 도시한 것이다.
도 15는 예시적인 실시예에 따른 디스플레이 장치가 증강 현실 안경 또는 가상 현실 안경에 적용된 예를 도시한 것이다.
도 16은 예시적인 실시예에 따른 디스플레이 장치가 대형 사이니지(signage)에 적용된 예를 도시한 것이다.
도 17은 예시적인 실시예에 따른 디스플레이 장치가 웨어러블 장치의 디스플레이에 적용된 예를 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위, 아래, 좌, 우에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위, 아래, 좌, 우에 있는 것도 포함할 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
“상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 이러한 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있으며, 반드시 기재된 순서에 한정되는 것은 아니다.
또한, 명세서에 기재된 “...부”, “모듈” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다.
모든 예들 또는 예시적인 용어의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 이러한 예들 또는 예시적인 용어로 인해 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1a 내지 도 1f는 예시적인 실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 1a를 참조하면, 기판(10)의 상면에 멤브레인 형성을 위한 패턴(20)을 형성한다. 기판(10)은 예를 들면, 사파이어 기판, 실리콘 기판, SiC 기판, GaAs 기판 등을 포함할 수 있다.
멤브레인 형성 패턴(20)은 예를 들어, 희생층 패턴(20)일 수 있다. 도 1a 및 이하의 도면들에서는 편의상 멤브레인 형성 패턴과 희생층 패턴을 동일 참조부호로 표기한다. 희생층 패턴(20)은 멤브레인 형성 패턴(20)의 다른 표현일 수 있다. 또한, 멤브레인 형성 패턴(20)이 제거될 때, 멤브레인 형성 패턴(20)은 희생층 패턴(20)에 해당할 수 있다. 이하, 멤브레인 형성 패턴(20)이 공정 중에 제거되는 실시예에서는 편의상 주로 희생층 패턴(20)으로 표현한다.
희생층 패턴(20)은 예를 들면, 포토레지스트, 나노임프린트용 수지 또는 유기물 나노 입자 등을 포함할 수 있다. 이러한 희생층 패턴(20)은 예를 들면, 포토리소그래피(Photolithography) 방법, 나노임프린트(Nano-Imprint) 방법, 유기물 나노입자 부착 등의 방법으로 형성될 수 있다. 희생층 패턴(20)은 필요에 따라 다양한 형태로 형성될 수 있다. 희생층 패턴(20)은 예를 들면, 일 방향으로 길게 연장된 사각 막대 패턴으로 형성될 수 있다. 다른 예로서, 희생층 패턴(20)은, 사각형, 다각형, 원형, 타원형, 임의의 형상 등 다양한 형태의 단면 형상을 가지도록 형성될 수 있다. 희생층 패턴(20)의 폭, 개수, 간격, 및/또는 길이는 제조하고자 하는 반도체 소자의 크기를 고려하여 다양하게 설계될 수 있다. 또한 희생층 패턴(20)의 폭 및 이에 따른 후술하는 멤브레인(30)의 돌출 패턴의 폭은 돌출 패턴(30a) 상에 성장되는 이차원 물질이 그레인 경계(grain boundary)를 포함하지 않는 상태로 성장되도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 멤브레인(30)의 돌출 패턴(30a)의 폭은 후술하는 공정에서 멤브레인(30) 상에 성장되는 이차원 물질의 그레인 크기 이하이도록 설계될 수 있다.
도 1b를 참조하면, 기판(10)의 상면에 희생층 패턴(20)을 덮도록 멤브레인 물질층(30')을 형성한다. 멤브레인 물질층(30')은 희생층 패턴(20)이 변형되지 않는 온도 내에서 형성될 수 있다. 멤브레인 물질층(30')은 희생층 패턴(20)이 제거된 후에도 구조물의 형상이 안정적으로 유지될 수 있는 두께로 형성될 수 있다. 이후의 공정에서 희생층 패턴(20) 제거시 희생층 패턴(20)을 덮는 부분에 해당하는 멤브레인 물질층(30')의 돌출 패턴(30a)과 기판(10)과의 사이에 캐비티(Cavity)를 형성될 수 있다.
멤브레인 물질층(30')은 원자층 증착(Atomic Layer Deposition), 습식 합성(Wet Synthesis), 금속 박막 형성 후 산화 공정(Metal Deposition And Oxidation), 스퍼터링 등과 같은 다양한 방법에 의해 형성될 수 있다. 멤브레인 물질층(30')은 비정질 형태 또는 미세한 입자의 다결정 형태로 형성될 수 있다.
멤브레인 물질층(30')은 예를 들면, 알루미나(Al2O3)를 포함할 수 있으며, 알루미나(Al2O3) 외에도 실리카(SiO2), 티타니아(TiO2), 지르코니아(ZrO2), 이크리아(Y2O3)-지르코니아, 산화 구리(CuO, Cu2O), 산화 탄탈륨(Ta2O5), 질화 알루미늄(AlN), 질화 실리콘(Si3N4) 등을 포함할 수 있다.
도 1c를 참조하면, 기판(10)으로부터 희생층 패턴(20)을 선택적으로 제거한다. 희생층 패턴(20)은 예를 들면, 가열이나 애싱(ashing) 또는 유기 용매를 이용하여 제거될 수 있다. 희생층 패턴(20)이 제거된 공간은 기판(10)과 멤브레인 물질층(30')에 의해 캐비티로 형성될 수 있으며, 멤브레인 물질층(30')은 기판(10)에 대해 돌출 패턴(30a)을 가진다. 여기서, 캐비티의 양측 즉, 돌출 패턴(30a)의 양측에는 멤브레인 물질층(30')의 다리 부분들(Leg Parts)이 기판(10)과 접촉하도록 마련된다.
도 1d를 참조하면, 앞선 공정으로 형성된 멤브레인 물질층(30')은 일반적으로 비정질 형태 또는 매우 작은 입자의 다결정 형태이므로, 희생층 패턴(20)을 제거한 후에는 열처리를 통해 멤브레인 물질층(30')을 결정화켜 멤브레인(30)을 형성한다. 이에 따라 기판(10)에 대해 돌출 패턴(30a)을 가지는 결정화된 멤브레인(30)을 형성할 수 있다. 이때, 멤브레인(30)의 돌출 패턴(30a)의 폭은 전술한 바와 같이 멤브레인(30) 상에 성장되는 이차원 물질의 그레인 크기 이하일 수 있다. 이 경우, 멤브레인(30)의 돌출 패턴(30a) 상에 성장되는 이차원 물질은 그레인 경계(grain boundary)를 포함하지 않는 상태로 성장될 수 있다. 여기서, 멤브레인(30)의 돌출 패턴(30a)의 폭은 이차원 물질의 그레인 크기 이하인 것으로 한정되는 것은 아니며, 이차원 물질의 그레인 크기보다 클 수 있지만, 성장된 이차원 물질의 결정성 등의 특성이 저하되지 않은 범위 내의 크기일 수 있다.
기판(10)과 멤브레인 물질층(30')이 같은 조성을 가지는 경우, 예를 들면, 기판(10)이 사파이어 기판(10)을 포함하고 멤브레인 물질층(30')이 알루미나를 포함하는 경우에는, 고온, 예를 들어, 대략 1000℃ 정도의 열처리를 통해 멤브레인 물질층(30')을 기판(10)과 같은 결정 구조로 결정화시켜 돌출 패턴(30a)을 가지는 결정화된 멤브레인(30)을 형성할 수 있다. 이는 고온 열처리 동안 기판(10)과 직접 접촉하고 있는 멤브레인 물질층(30')의 다리 부분에서 고체상 에피성장(Solid Phase Epitaxy)이 일어나면서 기판(10)의 결정 방향에 따라 결정화가 일어나기 때문이다. 멤브레인 물질층(30')이 알루미나를 포함하는 경우, 멤브레인(30)은 결정화된 알루미나를 포함할 수 있다.
결정화 공정으로 형성된 멤브레인(30)은 큰 입자들을 포함하는 다결정 형태 또는 단결정 형태로 형성될 수 있다. 멤브레인(30)의 돌출 패턴(30a)은 이후의 공정에서 이차원 물질 및 질화물 반도체 에피층 성장 시 시드층의 역할을 하게 되므로 결정화되어 있는 것이 좋다.
도 1e를 참조하면, 멤브레인(30) 상에 이차원 물질을 성장시킨다. 이차원 물질은 멤브레인(30)의 돌출 패턴(30a) 상면과 돌출 패턴(30a) 사이의 영역 상에 성장된다. 이차원 물질은 예를 들어, 그래핀, h-BN, MoS2 중 어느 하나일 수 있다.
멤브레인(30)이 돌출 패턴(30a)을 가지므로, 멤브레인(30)의 돌출 패턴(30a) 상면에 성장된 이차원 물질은 이차원 물질 패턴(50)에 해당한다. 이때, 멤브레인(30)의 돌출 패턴(30a)의 폭이 이차원 물질의 성장시 형성되는 그레인 크기 이하일 때, 이차원 물질 패턴(50)은 그레인 경계(grain boundary)를 포함하지 않는 구조로 성장될 수 있으므로, 결정성 등의 특성이 우수하다. 또한, 멤브레인(30)의 돌출 패턴(30a)의 폭이 이차원 물질의 그레인보다 큰 경우에도, 멤브레인(30)의 돌출 패턴(30a)의 폭은 성장된 이차원 물질의 결정성 등의 특성이 저하되지 않는 범위 내의 크기이므로, 돌출 패턴(30a) 상에 성장되는 이차원 물질의 결정성 등의 특성이 저하되지 않는다.
따라서, 결정화된 멤브레인(30) 상에 성장되는 이차원 물질은 성장 과정에서 멤브레인(30)의 특성을 유지할 수 있으므로, 결정성 등의 특성이 우수한 이차원 물질 패턴(50)을 형성할 수 있다. 또한, 멤브레인(30)의 돌출 패턴(30a)의 폭이 성장된 이차원 물질의 결정성 등의 특성이 저하되지 않는 범위 내의 크기이므로, 이차원 물질의 성장 과정에서의 특성을 유지할 수 있다. 전술한 바와 같이, 멤브레인(30)의 돌출 패턴(30a)의 폭은 이차원 물질의 그레인 크기 이하인 것으로 한정되는 것은 아니다. 멤브레인(30)의 돌출 패턴(30a)의 폭은, 이차원 물질의 그레인 크기 이하 또는 그레인 크기보다 클 수 있지만, 성장된 이차원 물질의 결정성 등의 특성이 저하되지 않은 범위 내의 크기일 수 있다.
이와 같이 돌출 패턴(30a)을 가지는 결정화된 멤브레인(30) 상에 이차원 물질을 성장시켜, 결정성 등의 특성이 우수한 이차원 물질 패턴(50)을 형성할 수 있다.
도 1f를 참조하면, 멤브레인(30)의 돌출 패턴(30a) 상의 이차원 물질 패턴(50)은 전사 기판(10)에 전사하거나, 반도체층 성장 공정후 전사용 탬플릿(template)으로 사용할 수 있다.
도 1f에서는 멤브레인(30)의 돌출 패턴(30a) 상의 이차원 물질 패턴(50)을 전사 기판(10)에 전사하는 예를 보여준다. 멤브레인(30)의 돌출 패턴(30a) 상의 이차원 물질 패턴(50)은 전사 기판(10) 위에 반데르발스 힘을 이용하여 스탬핑하듯이 옮길 수 있다. 또한, 멤브레인(30)의 다리 부분들을 붕괴시켜, 돌출 패턴(30a)의 상단 부분과 이차원 물질 패턴(50)의 적층 구조를 전사 기판(10)에 옮길 수 있다. 이 경우에도, 적층 구조는 전사 기판(10) 위에 반데르발스 힘을 이용하여 스탬핑하듯이 옮길 수 있다. 멤브레인(30)의 돌출 패턴(30a)의 상단 부분은 예를 들어, 인산(H3PO4) 등을 이용하여 이후 공정에서 제거될 수 있다.
이차원 물질 패턴(50)이 전사된 전사 기판(10)에 이후 반도체 공정을 진행하여 반도체 소자를 제조할 수 있다. 이차원 물질 패턴(50)은 제조된 반도체 소자의 전극으로 사용될 수 있다.
후술하는 다른 실시예에서와 같이, 멤브레인(30)의 돌출 패턴(30a) 상의 이차원 물질 패턴(50) 상에 반도체 성장 공정을 진행하여 반도체 소자 구조물을 형성하고, 형성된 반도체 소자 구조물을 이종 기판에 옮길 수 있다. 이때, 이차원 물질 패턴(50)은 약한 결합력에 기인하여 반도체 소자 구조물과 기판(10)과의 분리가 쉽게 이루어질 수 있도록 하므로, 반도체 소자 구조물을 이종 기판으로 전사하기 위한 전사용 탬플릿으로 사용할 수 있다. 이때, 반도체 소자 구조물은 이차원 물질 패턴(50)을 구비하거나 구비하지 않은 상태로 기판(10)으로부터 분리할 수 있다.
이상의 실시예 및 후술하는 다양한 실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법에 따르면, 대면적 기판에 성장된 이차원 물질을 원하는 소자 영역에 패터닝하는 물리적인 과정을 거치지 않고, 돌출 패턴(30a)을 가지는 결정화된 멤브레인(30) 구조 상에 직접적으로 이차원 물질을 성장하여 이차원 물질 패턴(50)을 형성하므로, 이차원 물질의 물리적인 패터닝 과정이 생략되어 성장된 이차원 물질 패턴(50)에 손상이 발생하지 않으며, 이차원 물질을 멤브레인(30) 특성을 가지도록 성장하는 것이 가능하다.
도 2a 내지 도 2e는 도 1a 내지 도 1f의 예시적인 실시예의 변형예로서, 도 1c의 희생층 패턴(20)을 제거하는 공정을 포함하지 않는 점에 차이가 있다. 도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d, 도 2e의 공정은 각각 도 1a, 도 1b, 도 1d, 도 1e, 도 1f의 공정에 대응하며, 돌출 패턴(30a) 내의 캐비티에 해당하는 영역에 멤브레인 형성 패턴(20)이 그대로 존재하는 점에만 차이가 있다.
도 2a 내지 도 2e를 참조하면, 기판(10) 상에 멤브레인 형성 패턴(20)을 형성하고, 멤브레인 형성 패턴(20)을 덮도록 멤브레인 물질층(30')을 형성하고, 멤브레인 물질층(30')을 결정화시켜 돌출 패턴(30a)을 가지는 멤브레인(30)을 형성하고, 멤브레인(30) 상에 이차원 물질을 성장시켜, 돌출 패턴(30a)에 대응하는 이차원 물질 패턴(50)을 형성할 수 있으며, 이후 공정을 진행할 수 있다.
도 3은 예시적인 다른 실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법을 설명하기 위한 도면으로, 복수의 스탬프 예컨대, 제1 내지 제3스탬프(ST1)(ST2)(ST3)를 이용하여 이차원 물질 패턴(51)(52)(53)을 다중 전사하여 이차원 물질 패턴의 다중 스택 구조를 형성하는 예를 보여준다.
도 3에서 제1 내지 제3스탬프(ST1)(ST2)(ST3) 각각은 도 1a 내지 도 1e를 참조로 설명한 제조 공정 또는 도 2a 내지 도 2d를 참조로 설명한 제조 공정을 통해 형성될 수 있다. 도 3에서는 멤브레인 형성 패턴(20)을 제거하지 않은 예를 보여주는데, 멤브레인 물질층(30') 결정화 전에 멤브레인 형성 패턴(20)을 제거할 수도 있다.
도 3의 좌측에 예시적으로 보인 바와 같이, 제1스탬프(ST1)의 멤브레인(30)의 돌출 패턴(30a) 상에는 제1이차원 물질 패턴(51)이 형성되고, 제2스탬프(ST2)의 멤브레인(30)의 돌출 패턴(30a) 상에는 제2이차원 물질 패턴(52)이 형성되고, 제3스탬프(ST3)의 멤브레인(30)의 돌출 패턴(30a) 상에는 제3이차원 물질 패턴(53)이 형성될 수 있다. 도 3의 우측에 예시적으로 보인 바와 같이, 제1 내지 제3스탬프(ST1)(ST2)(ST3)의 제1 내지 제3이차원 물질 패턴(51)(52)(53)을 각각 전사 기판(61)에 전사하는 공정을 순차로 진행하여 이차원 물질 패턴(51)(52)(53)을 다중 전사한 스택구조를 형성할 수 있다. 도 3에서는 이차원 물질 패턴(51)(52)(53)의 3중 스택 구조를 형성하는 예를 보여주는데, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 스택된는 층수는 공정의 반복 횟수에 따라 달라질 수 있다.
이와 같이, 복수의 스탬프를 이용하면 이차원 물질 패턴의 다중 스택 전사가 가능하다. 만들고자 하는 반도체 소자 특성에 맞는 이차원 물질을 각각의 기판(10)에 마련된 돌출 패턴(30a)을 가지는 멤브레인(30) 상에 성장하여 복수의 스탬프를 준비하고, 이를 전사 기판(62) 위에 원하는 형태의 소자를 설계하도록 정렬하여 반데르발스 힘으로 전사하면, 도 3에 예시적으로 보인 바와 같은 이차원 물질로 구성된 다중 접합 소자 제작이 가능하다. 예를 들어, 제1 및 제3이차원 물질 패턴(51)(53) 중 어느 하나는 p형 반도체 특성, 나머지 하나는 n형 반도체 특성을 가지며, 제2이차원 물질 패턴(52)은 진성 반도체 특성을 가지도록 형성될 수 있으며, 이 경우 제1 내지 제3이차원 물질 패턴(51)(52)(53)의 스택 구조를 이용하여, 검출기, 트랜지스터, 광전 소자 등의 다중 접합 소자를 구현할 수 있다. 또한, 제1 내지 제3스탬프(ST1)(ST2)(ST3)의 제1 내지 제3이차원 물질 패턴(51)(52)(53)을 순차로 전사 기판(61)에 전사하여 스택 구조를 만들어, 이후 반도체 공정을 진행하여, 이러한 스택 구조를 전극으로 사용하는 반도체 소자를 제조할 수 있다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른 반도체 소자를 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, 기판(100) 상에 반도체층(101)을 형성하고, 반도체층(101) 상에 이차원 물질층(105)을 형성할 수 있다. 제1전극(107)이 반도체층(101)과 전기적으로 컨택하도록 형성되고, 제2전극(103)이 이차원 물질층(105)과 전기적으로 컨택하도록 형성될 수 있다. 제2전극(103)과 반도체층(102) 사이에는 산화물 등의 절연층(102)이 위치될 수 있다.
이차원 물질층(105)은, 도 1a 내지 도 1f을 참조로 설명한 제조 공정 또는 도 2a 내지 도 2e를 참조로 설명한 제조 공정을 통해 이차원 물질 패턴(50)을 반데르발스 힘으로 반도체층(101) 상에 전사함으로써 형성될 수 있다.
반도체층(101) 및 이차원 물질층(105) 중 어느 하나는 n형, 나머지 하나는 p형으로 마련될 수 있다. 이차원 물질층(105)은 n형 또는 p형의 도전형을 가지는 이차원 물질로 형성하거나, 도핑을 통해 n형 또는 p형의 도전형을 가지도록 형성될 수 있다.
도 4에 예시적으로 보인 바와 같이, 실시예에 따른 제조 공정을 통해 이차원 물질 패턴(50)을 반데르발스 힘으로 반도체층(101) 상에 전사함으로써, p-n 접합 구조를 가지는 반도체 소자를 제조할 수 있다.
도 5a 내지 도 5d는 이차원 물질층의 다양한 p-n 접합 구조를 보여준다. 도 5a 내지 도 5d의 p-n 접합 구조는 다이오드로 구현될 수 있으며, 이외에도 p-n 접합 구조를 요구하는 다양한 전자 소자 또는 반도체 소자로 구현될 수 있다.
도 5a는 제1이차원 물질층(115a)과 제2이차원 물질층(115b)이 기판(110) 상에 평면적으로 접합된 구조로 형성된 예를 보여준다. 도 5b는 제1이차원 물질층(125a)과 제2이차원 물질층(125b)이 기판(110) 상에 평면적으로 접합된 구조로 형성된 예를 보여준다. 도 5c는 제1이차원 물질층(115a)과 제2이차원 물질층(115b)이 기판(110) 상에 일부 영역이 스택되는 접합 구조로 형성된 예를 보여준다. 도 5d는 제1이차원 물질층(125a)과 제2이차원 물질층(125b이 기판(110) 상에 일부 영역이 스택되는 접합 구조로 형성된 예를 보여준다.
도 5a 및 도 5c를 참조하면, 제1이차원 물질층(115a)과 제2이차원 물질층(115b)은 도전형이 서로 다른 이차원 물질로 형성될 수 있다. 도 5b 및 도 5d를 참조하면, 제1이차원 물질층(125a)과 제2이차원 물질층(125b)은 동일한 이차원 물질로 형성되며, 서로 다른 도전형을 가지도록 도핑 농도가 서로 다를 수 있다.
도 5a 내지 도 5d에서와 같은 이차원 물질층(115a,115b)(125a,125b)의 다양한 접합 구조는, 도 1a 내지 도 1f을 참조로 설명한 제조 공정 또는 도 2a 내지 도 2e를 참조로 설명한 제조 공정을 통해 이차원 물질 패턴(50)을 반데르발스 힘으로 기판(110) 상에 접합 구조를 형성하도록 2회에 걸쳐 전사함으로써 형성될 수 있다.
도 6a 내지 도 6d, 도 7 내지 도 9는 예시적인 실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다. 도 6a 내지 도 6d, 도 7 내지 도 9는 이차원 물질 패턴(50)을 전사용 탬플릿으로 사용하는 반도체 소자 제조 방법을 보여준다. 이하에서는 실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법을 적용하여 반도체 소자 구조물(200) 예컨대, LED 소자 구조물을 제조하는 예를 설명한다.
도 6a를 참조하면, 기판(10) 상에 돌출 패턴(30a)을 가지는 결정화된 멤브레인(30)을 형성하고, 멤브레인(30) 상에 이차원 물질을 성장하여, 멤브레인(30)의 돌출 패턴(30a) 상면에 이차원 물질 패턴(50)을 형성할 수 있다. 도 6a의 구조는 도 1a 내지 도 1e를 참조로 설명한 제조 공정 또는 도 2a 내지 도 2d를 참조로 설명한 제조 공정을 통해 형성할 수 있다. 여기서는, 도 1a 내지 도 1e, 도 2a 내지 도 2d에서와 동일 참조부호로 표기하고, 반복 설명은 생략한다. 도 6a 및 이하의 도면들에서는 멤브레인 형성 패턴(20)을 제거하지 않는 예를 보여주는데, 멤브레인 물질층(30') 결정화 전에 멤브레인 형성 패턴(20) 예컨대, 희생층 패턴(20)을 제거할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 멤브레인(30)의 돌출 패턴(30a) 상의 이차원 물질 패턴(50) 상에 반도체 물질을 성장할 수 있다. 예를 들면, 화학기상증착(CVD; Chemical Vapor Deposition)에 의해 각 돌출 패턴(30a) 상면에 형성된 이차원 물질 패턴(50) 상에 제1반도체 물질(201a)이 성장될 수 있다. 제1반도체 물질(201a)들은 이차원 물질 패턴(50)과 접촉하는 하부면의 넓이가 상부면의 넓이보다 큰 형상, 즉, 단면이 사다리꼴인 형상으로 성장될 수 있다. 제1반도체 물질(201a)은 n형 반도체 또는 p형 반도체일 수 있으며, 여기에서는 n형 반도체인 경우를 예로 설명한다. 제1반도체 물질(201a)은 Ⅲ-Ⅴ족 계열의 n형 반도체, 예컨대, n형 질화물 반도체를 포함할 수 있다. 질화물 반도체는 예를 들면, GaN, InN, AlN 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 예를 들어 제1반도체 물질(201a)은 n-GaN을 포함할 수 있다.
도 6c를 참조하면, 멤브레인(30)의 각 돌출 패턴(30a) 상에서 이차원 물질 패턴(50) 상에 성장하던 제1반도체 물질(201a)들이 밑변에서부터 한 덩이로 결합될 수 있다. 제1반도체 물질(201a)들이 결합되어 제1반도체층(201)이 얻어질 수 있다. 제1반도체층(201)은 복수의 이차원 물질 패턴(50)과 접촉하는 하부면(201a, 후술하는 분리면에 해당함)의 넓이가 상부면의 넓이보다 큰 형상, 즉, 단면이 사다리꼴인 형상으로 성장될 수 있다. 제1반도체층(201)은 n형 반도체 또는 p형 반도체일 수 있으며, 여기에서는 n형 반도체인 경우를 예로 설명한다. 제1반도체층(201)은 Ⅲ-Ⅴ족 계열의 n형 반도체, 예컨대, n형 질화물 반도체를 포함할 수 있다. 질화물 반도체는 예를 들면, GaN, InN, AlN 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 예를 들어 제1반도체 물질(201a)은 n-GaN을 포함할 수 있다. 제1반도체층(201)은 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다.
제1반도체층(201) 상에 활성층(203) 및 제2반도체층(205)을 성장할 수 있다. 예를 들면, 화학기상증착(CVD; Chemical Vapor Deposition)으로 활성층(203) 및 제2반도체층(205)이 성장될 수 있다. 활성층(203) 및 제2반도체층(205)은 제1반도체층(201)에 비해 비교적 얇은 두께를 가질 수 있다. 활성층(203)은 제1반도체층(201)을 덮도록 형성되고, 제2반도체층(205)은 활성층(203)을 덮도록 형성될 수 있다. 다른 예로서, 활성층(203)은 제1반도체층(201)의 일부 영역에만 형성되고, 제2반도체층(205)은 활성층(203) 상에 형성될 수 있다.
활성층(203)은 다중 양자 우물(MQW; Multi-Quantum Well) 또는 단일 양자 우물(SQW; Single-Quantum Well) 구조를 가질 수 있고, 전자와 정공이 결합하면서 소정 파장 대역의 빛을 발생시킬 수 있다. 활성층(203)은 Ⅲ-Ⅴ족 계열의 반도체, 예컨대, 질화물 반도체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 활성층(203)은 GaN, InN, AlN 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
제2반도체층(205)은 제1반도체층(201)과 다른 타입으로 도핑된 반도체 층일 수 있으며, 예를 들면, Ⅲ-Ⅴ족 계열의 p형 반도체, 예컨대, p형 질화물 반도체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2반도체층(205)은 p-GaN을 포함할 수 있다. 제2반도체층(205)은 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다.
제1반도체층(201), 활성층(203) 및 제2반도체층(205)은 발광층(LEL)을 형성할 수 있다.
도 6d를 참조하면, 제2반도체층(205) 상에 제1전극(210)을 형성할 수 있다. 제1전극(210)이 형성되지 않는 영역은 포토레지스트로 가리고, 전자빔 증착(Electron Beam Deposition) 등을 이용하여 도전성이 우수한 금속 물질을 증착함으로써 제1전극(210)을 형성할 수 있다.
도 6a 내지 도 6d의 공정을 통해 반도체 소자 구조물(200) 예컨대, LED 소자 구조물 (이하에서는 필요시 LED 소자 구조물로 표현한다)을 이차원 물질 패턴(50) 상에 성장할 수 있다.
이와 같이 성장된 반도체 소자 구조물(200)은 도 7 내지 도 9에 예시적으로 보인 바와 같이, 이차원 물질 패턴(50)을 포함 또는 비포함 형태로 멤브레인(30)에서 분리될 수 있으며, 이차원 물질 패턴(50)을 포함하는 경우 이를 전극으로 이용하여 반도체 소자 예컨대, LED 소자 제작이 가능하다.
도 7은 반도체 소자 구조물(200)이 이차원 물질 패턴(50)을 구비하지 않은 상태로 멤브레인(30)으로부터 분리되는 예를 보여준다. 도 7을 참조하면, 이차원 물질의 결합력이 약하기 때문에, 반도체 소자 구조물(200)은 이차원 물질 패턴(50)과 분리될 수 있다. 도 7에서 참조번호 201a은 분리면을 나타낸다.
도 8은 반도체 소자 구조물(200)이 분리면(201a)에 이차원 물질 패턴(50)을 구비하는 상태로 멤브레인(30)으로부터 분리되는 예를 보여준다. 도 8을 참조하면, 이차원 물질의 결합력이 약하기 때문에, 이차원 물질 패턴(50)과 멤브레인(30)의 돌출 패턴(30a) 사이가 분리되어 반도체 소자 구조물(200)은 분리면(201a)에 이차원 물질 패턴(50)을 구비한 상태로 멤브레인(30)으로부터 분리될 수 있다.
도 9는 멤브레인(30)의 다리 부분들이 붕괴되어 반도체 소자 구조물(200)이 분리면(201a)에 돌출 패턴(30a)의 상단 부분(35)과 이차원 물질 패턴(50)의 적층 구조를 구비하는 상태로 분리되는 예를 보여준다. 도 9를 참조하면, 멤브레인(30)의 다리 부분들이 붕괴되도록 힘을 가하는 경우, 반도체 소자 구조물(200)은 분리면(201a)에 돌출 패턴(30a)의 상단 부분(35)과 이차원 물질 패턴(50)의 적층 구조를 구비하는 상태로 분리될 수 있다. 멤브레인(30)의 돌출 패턴(30a)의 상단 부분(35)은 인산(H3PO4) 등을 이용하여 이후 공정에서 제거할 수 있다.
실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법을 이용하여 LED 소자를 제조하는 경우, 멤브레인(30) 및 이차원 물질 패턴(50)을 이용하기 때문에 결함 밀도가 작은 고품질 소자를 제조할 수 있다. 멤브레인(30)은 전위(Dislocation)를 발생시킬 수 있는 응력(Stress)을 그 위에 성장된 발광층(LEL) 즉, 제1반도체층(201), 활성층(203) 및 제2반도체층(205)과 나누어서 분산할 수 있기 때문에 이차원 물질 패턴(50) 상에 성장된 발광층(LEL)은 결함 밀도가 작은 고품질을 가질 수 있다.
일반적으로 성장 기판과 그 위에 성장되는 박막의 물리적 차이에 의한 응력은 계면에서 탄성에너지로 변환되어 전위를 생성하는 구동력(Driving Force)이 될 수 있다. 보통의 경우 성장 기판이 박막에 비해 두께가 상당히 두껍기 때문에 변형되기가 어렵고 따라서 박막에 전위가 생성되면서 응력이 해소될 수 있다. 이 때, 박막이 일정 두께 이상으로 성장하게 되면 계면에서의 탄성에너지가 전위의 생성에너지보다 커짐에 따라 전위가 발생하기 시작한다. 그러나, 멤브레인(30)이 발광층(LEL) 보다 얇은 경우에는 발광층(LEL)에서의 전위 발생이 줄어들게 됨으로써 결함 밀도가 적은 고품질의 발광층(LEL)이 형성될 수 있다.
이와 같이, 결정화된 멤브레인(30)의 돌출 패턴(30a) 상에 상대적으로 결합력이 약하고 멤브레인(30)의 물성적 특성을 가지는 이차원 물질 패턴(50)을 형성하고, 이차원 물질 패턴(50) 상에 우수한 물성을 가지는 발광층(LEL)을 형성할 수 있으며, 이에 따라, 고효율, 고신뢰성을 가질 수 있고 광 추출 효율을 증대시킬 수 있는 고품질의 LED 소자를 구현할 수 있다. 여기서는 실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법으로 LED 소자를 제조하는 예를 설명하였는데, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법은 다양한 형상, 재질의 반도체 소자를 제조하는데 동일, 유사 또는 변형된 방식으로 적용될 수 있다.
도 10은 도 6a 내지 도 6d의 제조공정으로 제조되고, 도 7 내지 도 9의 분리 방식 중 어느 한 방식으로 분리된 반도체 소자 구조물(200)의 평면도를 개략적으로 보여준다. 도 10은 반도체 소자 구조물(200)의 분리면(201a)을 개략적으로 보여준다. 도 10에서 분리면(201a)의 R1은 멤브레인(30)의 돌출 패턴(30a) 및 이차원 물질 패턴(50)에 대응하는 영역을 나타내며, R2는 분리면(201a)의 멤브레인(30)의 돌출 패턴(30a) 사이에 대응하는 영역을 나타낸다. 도 10에서는 멤브레인 형성 패턴(20) 및 이에 대응되게 형성되는 멤브레인(30)의 돌출 패턴(30a)이 일 방향으로 길게 연장된 사각 막대 패턴으로 형성한 예를 보여주는데, 전술한 바와 같이, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 사각형, 다각형, 원형, 타원형, 임의의 형상 등 다양한 형태의 단면 형상을 가지도록 형성될 수 있다.
실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 반도체 소자 구조물(200)의 분리면(201a)은 복수의 R1 영역과, 복수의 R2 영역을 포함한다. 반도체 소자 구조물(200)의 분리면(201a)에서의 결함 밀도를 살펴보면, 멤브레인(30)의 돌출 패턴(30a) 및 이차원 물질 패턴(50)에 대응하는 R1 영역의 결함 밀도는 그외 영역인 R2 영역의 결함 밀도와 차이가 있다. 예를 들어, R1 영역에서의 결함 밀도는 R2 영역에서의 결함 밀도보다 크다.
따라서, 반도체 소자 구조물(200)의 분리면(201a)의 결함 밀도 분포로부터, 반도체 소자 구조물(200)이 돌출 패턴(30a)을 가지는 결정화된 멤브레인(30)을 이용하여 제조된 것임을 확인할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 반도체 소자 구조물(200)은 결합력이 약한 이차원 물질 패턴(50)에 의해 멤브레인(30)으로부터 분리되므로, 분리 과정에서 분리면(201a)의 손상이 거의 발생하지 않는다. 또한, 실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 반도체 소자 구조물(200)은 분리면(201a)에 이차원 물질 패턴(50)을 구비하는 경우에도, 이차원 물질 패턴(50)을 형성하기 위한 물리적인 패터닝 공정을 적용하는 것이 아니기 때문에, 분리면(201a)의 손상이 거의 발생하지 않는다. 따라서, 반도체 소자 구조물(200) 예를 들어, LED 소자 구조물의 분리면(201a)의 손상 정도로부터 멤브레인(30)의 돌출 패턴(30a) 상에 이차원 물질 패턴(50)을 성장한 후 반도체 소자 구조물(200)을 성장한 것임을 확인할 수 있다.
도 11a 내지 도 11e는 예시적인 실시예에 따른 디스플레이 장치 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다. 도 11a 내지 도 11e에서는 도 6a 내지 도 6d를 참조로 설명한 반도체 소자 제조 방법에 의해 제조되고, 도 7 내지 도 9에서와 같이 멤브레인(30)으로부터 분리된 반도체 소자 구조물(200)을 마이크로 LED 소자로 적용하여 디스플레이 장치(1000)를 제조하는 예를 보여준다. 이하에서는, 반도체 소자 구조물과 LED 소자를 편의상 동일 참조부호로 표기한다.
도 11a를 참조하면, 반도체 소자 구조물(200) 예컨대, LED 소자(200)는 도 6a 내지 도 6d를 참조로 설명한 제조 방법에 의해 제조되고, 도 8에서와 같이 멤브레인(30)으로부터 분리될 수 있다. 도 11a 및 이하의 도면에서는 분리면(201a) 즉, 제1반도체층(201) 면에 이차원 물질 패턴(50)을 구비하는 상태로 분리된 LED 소자(200)가 적용된 예를 보여준다. 여기서, 도 7에서와 같이 이차원 물질 패턴(50)을 구비하지 않은 상태로 멤브레인(30)으로부터 분리된 LED 소자(200)가 적용되거나, 도 9에서와 같이 멤브레인(30)의 다리 부분들이 붕괴되어 돌출 패턴(30a)의 상단 부분(35)과 이차원 물질 패턴(50)의 적층 구조를 구비하는 상태로 멤브레인(30)으로부터 분리된 LED 소자(200)가 적용될 수도 있다. 멤브레인(30)의 돌출 패턴(30a)의 상단 부분(35)은 인산(H3PO4) 등을 이용하여 이후 공정에서 제거할 수 있다.
LED 소자(200)들은 돌출 패턴(270) 사이에 안착 홈을 가지는 전사 기판(250)에 유체 자기 조립 방식으로 전사될 수 있다. LED 소자(200)를 전사하기 위해, 예를 들어, LED 소자(200)를 유체에 분산시켜 현탁액을 만든 상태에서, 현탁액을 전사 기판(250)에 도포하여, LED 소자(200)를 자기 조립 방식으로 전사 기판(250)에 전사할 수 있다. 유체는 LED 소자(200)를 부식시키거나 손상을 입히지 않는 한 어떠한 종류의 액체라도 사용될 수 있다. 유체는 예를 들어, 물, 에탄올, 알코올, 폴리올, 케톤, 할로카본, 아세톤, 플럭스(flux), 및 유기 솔벤트(solvent)를 포함하는 그룹 중 하나 또는 복수의 조합을 포함할 수 있다. 유기 솔벤트는 예를 들어 이소프로필알콜(IPA, Isopropyl Alcohol)을 포함할 수 있다. 사용 가능한 유체는 이에 한정되지 않으며 다양한 변경이 가능하다.
LED 소자(200)가 분산된 현탁액을 전사 기판(250)에 공급하는 방법은 예를 들어, 스프레이 방법, 디스펜싱 방법, 잉크젯 도트 방법, 현탁액을 전사 기판(250)에 흘려 보내는 방법 등이 다양하게 사용될 수 있다. 현탁액은 안착 홈에 맞게 또는 안착홈에서 넘치도록 공급량이 다양하게 조절될 수 있다.
이와 같이, 자지 조립 방식으로 LED 소자(200)를 전사 기판(250)에 전사한 다음, 흡수재(미도시) 등으로 전사 기판(250)을 스캐닝하여 유체를 제거할 수 있다. 흡수재는 유체를 흡수하는 재질이면 족하고, 그 형태나 구조는 한정되지 않는다. 흡수재는 예를 들어, 직물, 티슈, 폴리에스테르 섬유, 종이 또는 와이퍼 등을 포함할 수 있다. 흡수재는 다른 보조 기구 없이 단독으로 사용될 수 있지만, 이에 한정되지 않고, 전사 기판(250)을 스캐닝하기 편리하도록 지지대(미도시)에 결합될 수 있다. 지지대는 전사 기판(250)을 스캐닝하기 적합한 다양한 형태와 구조를 가질 수 있다. 지지대는 예를 들어, 봉(rod), 블레이드(blade), 플레이트(plate), 또는 와이퍼(wiper) 등의 형태를 가질 수 있다. 흡수재는 지지대의 어느 한 면에 구비되거나, 지지대의 둘레를 감쌀 수 있다. 흡수재는 전사 기판(250)을 적절한 압력으로 가압하면서 스캐닝할 수 있다. 스캐닝은 흡수재를 이동시키는 대신에, 전사 기판(250)을 이동시켜 수행될 수도 있다. 또한, 흡수재와 전사 기판(250)의 협동에 의해 스캐닝이 수행될 수도 있다.
이와 같이, LED 소자(200)를 현탁액 상태로 전사 기판(250) 상에 공급하고, 흡수재 등을 통해 유체를 제거함으로써, 전사 기판(250)의 안착홈에 LED 소자(200)를 배치한 구조를 얻을 수 있다. 이때, LED 소자(200)는 제1전극(210)이 상부를 향하도록 배치될 수 있다.
도 11b를 참조하면, LED 소자(200)가 배치된 전사 기판(250)을 뒤집어 타겟 기판(300)에 정렬시킨 후, LED 소자(200)을 타겟 기판(300)에 전사할 수 있다.
타겟 기판(300)에는 전사 기판(250)의 LED 소자(200)의 배치에 대응되게 컨택 전극(310)이 배치될 수 있으며, 전사 기판(250)을 타겟 기판(300)에 접근시키면, LED 소자(200)의 제1전극(210)이 컨택 전극(310)과 접촉될 수 있다.
도 11c를 참조하면, 이후 전사 기판(250)을 타겟 기판(300)으로부터 멀어지게 함으로써, 컨택 전극(310) 상에 제1전극(210)이 접촉된 상태로 LED 소자(200)가 타겟 기판(3010)에 배치될 수 있다. 이때, LED 소자(200)의 제1반도체층(201)은 상부에 위치할 수 있다.
도 11d를 참조하면, 인접하는 LED 소자(200) 사이를 절연시키도록 절연층(320)을 형성하고, LED 소자(200)의 제1반도체층(201)과 전기적으로 연결되게 제2전극(350)을 형성하여 LED 소자(200) 어레이를 형성할 수 있다. 도 11a 내지 도 11e에 예시한 바와 같이, 제1반도체층(201)의 면에 이차원 물질 패턴(50)이 존재하는 경우, 이차원 물질 패턴(50)은 전극으로 사용될 수 있으며, 제2전극(350)은 이차원 물질 패턴(50)과 전기적으로 컨택되게 형성될 수 있다.
도 11e를 참조하면, LED 소자(200) 어레이 상에 색변환층(1200)을 형성할 수 있다. 색변환층(1200)은 격벽(1160)과 격벽(1160) 사이에 마련될 수 있다. LED 소자(200)는 제1칼라광 예를 들어, 청색광을 방출할 수 있다. 이 경우, 색변환층(1200)은 예를 들어, LED 소자로부터 방출된 광을 제1칼라 광으로 변환 또는 투과시키는 제1색변환층(1210)과, 광을 제2칼라 광으로 변환하는 제2색변환층(1230)과, 광을 제3칼라 광으로 변환하는 제3색변환층(1250)을 포함할 수 있다. 제1칼라 광은 예를 들어, 청색 광일 수 있고, 제2칼라 광은 예를 들어, 녹색 광일 수 있고, 제3칼라 광은 예를 들어, 적색 광일 수 있다.
LED 소자(200)가 청색 광을 방출하는 경우 제1색변환층(1210))은 청색광의 순도를 향상시키도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 제1색변환층(1210)은 LED 소자(200)로부터 방출되는 청색 광을 순도가 좋은 청색광으로 변환하도록 마련될 수 있다. 제1색변환층(1210)은 청색 광에 의해 여기 되어 고 순도의 청색광을 방출하는 양자 점들(QD: Quantum Dots)을 포함하거나, 형광체(phosphor)를 포함할 수 있다. 제1색변환층(1210) 대신에 청색광을 투과시키는 투명 레진 등을 이용하여 투명 영역으로 형성할 수도 있다.
제2색변환층(1230)은 LED 소자(200)로부터 방출되는 청색 광을 녹색 광으로 변환하도록 마련될 수 있다. 제2색변환층(1230)은 청색 광에 의해 여기 되어 녹색 광을 방출하는 양자 점들(QD: Quantum Dots)을 포함할 수 있다.
제2색변환층(1230)은 LED 소자(200)로부터 방출되는 청색 광에 의해 여기되어 녹색 광을 방출하는 형광체(phosphor)를 포함할 수도 있다.
제3색변환층(1250)은 LED 소자(200)로부터 방출되는 청색 광을 적색 광으로 변환하도록 마련될 수 있다. 제3색변환층(1250)은 청색 광에 의해 여기되어 적색 광을 방출하는 소정 크기의 양자 점들을 포함할하거나, LED 소자(200)로부터 방출되는 청색 광에 의해 여기되어 적색 광을 방출하는 형광체를 포함할 수 있다.
상기한 색변환층(1200)에서 양자 점은 코어부와 껍질부를 갖는 코어-쉘(core-shell) 구조를 가지거나, 쉘(shell)이 없는 입자 구조를 가질 수 있다. 코어-쉘(core-shell) 구조는 싱글-쉘(single-shell) 또는 멀티-쉘(multi-shell), 예컨대, 더블-쉘(double-shell) 구조일 수 있다. 양자 점은 Ⅱ-Ⅵ족 계열 반도체, Ⅲ-Ⅴ족 계열 반도체, Ⅳ-Ⅵ족 계열 반도체, Ⅳ족 계열 반도체 및/또는 그래핀 양자점을 포함할 수 있다. 양자 점은 예를 들어, Cd, Se, Zn, S 및/또는 InP 을 포함할 수 있으며, 각 양자 점은 수십 nm 이하의 지름, 예컨대, 약 10 nm 이하의 지름을 가질 수 있다.
도 11a 내지 도 11e의 제조 과정을 통해, 자발광 마이크로 LED 디스플레이 장치(1000)를 제조할 수 있다.
실시예에 따른 자발광 마이크로 LED 디스플레이 장치는, 서로 다른 색광을 방출하는 세개 이상의 픽셀을 포함하는 단위 픽셀이 이차원 어레이로 배열된 픽셀 어레이를 포함한다. 각 픽셀은 예를 들어, 하나의 LED 소자(200)와, 제1, 제2 또는 제3 색변환층(1210/1230/1250)을 포함한다. 이때, LED 소자(200)는, 제1면(분리면(201a)에 해당) 및 그 반대측에 제1면보다 작은 면적을 가지는 구조이고, 제1면에 결함 밀도가 다른 복수의 제1영역(도 10에서 R1영역)과 제2영역(도 10에서 R2 영역)을 구비한다. 발광층은, 제1면을 가지는 제1반도체층, 반도체층 상의 활성층 및 활성층 상의 제2반도체층을 포함한다. 제2면 상에 전극(도 7 내지 도 9에서 210)을 구비한다. LED 소자(200)는 제1면 상에 이차원 물질 패턴(50)을 더 구비할 수 있다.
이상에서는 실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법을 적용하여 제조된 LED 소자를 이용하여 자발광 마이크로 LED 디스플레이 장치(1000)를 구현하는 예를 설명 및 도시하였는데, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예에 따른 제조 방법을 적용하여 다양한 반도체 장치를 구현할 수 있다.
도 12는 예시적인 실시예에 따른 디스플레이 장치를 포함하는 전자 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
도 12를 참조하면, 네트워크 환경(2200)에서 전자 장치(2201)는 제1 네트워크(2298)(근거리 무선 통신 네트워크 등)를 통하여 다른 전자 장치(2202)와 통신하거나, 또는 제2 네트워크(2299)(원거리 무선 통신 네트워크 등)를 통하여 또 다른 전자 장치(2204) 및/또는 서버(2208)와 통신할 수 있다. 전자 장치(2201)는 서버(2208)를 통하여 전자 장치(2204)와 통신할 수 있다. 전자 장치(2201)는 프로세서(2220), 메모리(2230), 입력 장치(2250), 음향 출력 장치(2255), 디스플레이 장치(2260), 오디오 모듈(2270), 센서 모듈(2210), 인터페이스(2277), 햅틱 모듈(2279), 카메라 모듈(2280), 전력 관리 모듈(2288), 배터리(2289), 통신 모듈(2290), 가입자 식별 모듈(2296), 및/또는 안테나 모듈(2297)을 포함할 수 있다. 전자 장치(2201)에는, 이 구성요소들 중 일부가 생략되거나, 다른 구성요소가 추가될 수 있다. 이 구성요소들 중 일부는 하나의 통합된 회로로 구현될 수 있다. 예를 들면, 센서 모듈(2210)의 지문 센서(2211)나 또는, 홍채 센서, 조도 센서 등은 디스플레이 장치(2260) 에 임베디드되어 구현될 수 있다. 또한 카메라 모듈(2280), 햅틱 모듈(2279), 센서 모듈(2210)들은 각각 프로세서(2220)와 메모리(2230)의 일부를 자체적으로 포함할 수 있다.
프로세서(2220)는, 소프트웨어(프로그램(2240) 등)를 실행하여 프로세서(2220)에 연결된 전자 장치(2201) 중 하나 또는 복수개의 다른 구성요소들(하드웨어, 소프트웨어 구성요소 등)을 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 데이터 처리 또는 연산의 일부로, 프로세서(2220)는 다른 구성요소(센서 모듈(2210), 통신 모듈(2290) 등)로부터 수신된 명령 및/또는 데이터를 휘발성 메모리(2232)에 로드하고, 휘발성 메모리(2232)에 저장된 명령 및/또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리(2234)에 저장할 수 있다. 프로세서(2220)는 메인 프로세서(2221)(중앙 처리 장치, 어플리케이션 프로세서 등) 및 이와 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(2223)(그래픽 처리 장치, 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 커뮤니케이션 프로세서 등)를 포함할 수 있다. 보조 프로세서(2223)는 메인 프로세서(2221)보다 전력을 작게 사용하고, 특화된 기능을 수행할 수 있다.
보조 프로세서(2223)는, 메인 프로세서(2221)가 인액티브 상태(슬립 상태)에 있는 동안 메인 프로세서(2221)를 대신하여, 또는 메인 프로세서(2221)가 액티브 상태(어플리케이션 실행 상태)에 있는 동안 메인 프로세서(2221)와 함께, 전자 장치(2201)의 구성요소들 중 일부 구성요소(디스플레이 장치(2260), 센서 모듈(2210), 통신 모듈(2290) 등)와 관련된 기능 및/또는 상태를 제어할 수 있다. 보조 프로세서(2223)(이미지 시그널 프로세서, 커뮤니케이션 프로세서 등)는 기능적으로 관련 있는 다른 구성 요소(카메라 모듈(2280), 통신 모듈(2290) 등)의 일부로서 구현될 수도 있다.
메모리(2230)는, 전자 장치(2201)의 구성요소(프로세서(2220), 센서모듈(2276) 등)가 필요로 하는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 데이터는, 예를 들어, 소프트웨어(프로그램(2240) 등) 및, 이와 관련된 명령에 대한 입력 데이터 및/또는 출력 데이터를 포함할 수 있다. 메모리(2230)는, 휘발성 메모리(2232) 및/또는 비휘발성 메모리(2234)를 포함할 수 있다.
프로그램(2240)은 메모리(2230)에 소프트웨어로 저장될 수 있으며, 운영 체제(2242), 미들 웨어(2244) 및/또는 어플리케이션(2246)을 포함할 수 있다.
입력 장치(2250)는, 전자 장치(2201)의 구성요소(프로세서(2220) 등)에 사용될 명령 및/또는 데이터를 전자 장치(2201)의 외부(사용자 등)로부터 수신할 수 있다. 입력 장치(2250)는, 마이크, 마우스, 키보드, 및/또는 디지털 펜(스타일러스 펜 등)을 포함할 수 있다.
음향 출력 장치(2255)는 음향 신호를 전자 장치(2201)의 외부로 출력할 수 있다. 음향 출력 장치(2255)는, 스피커 및/또는 리시버를 포함할 수 있다. 스피커는 멀티미디어 재생 또는 녹음 재생과 같이 일반적인 용도로 사용될 수 있고, 리시버는 착신 전화를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 리시버는 스피커의 일부로 결합되어 있거나 또는 독립된 별도의 장치로 구현될 수 있다.
디스플레이 장치(2260)는 전자 장치(2201)의 외부로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 디스플레이 장치(2260)는 디스플레이로 도 1 내지 도 11e를 참조로 설명한 반도체 소자 제조 방법을 적용하여 제조된 LED 소자(200)를 적용한 자발광 마이크로 LED 디스플레이 장치(1000)를 포함할 수 있다. 디스플레이 장치(2260)는, 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 및 해당 장치를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 디스플레이 장치(2260)는 터치를 감지하도록 설정된 터치 회로(Touch Circuitry), 및/또는 터치에 의해 발생되는 힘의 세기를 측정하도록 설정된 센서 회로(압력 센서 등)를 포함할 수 있다.
오디오 모듈(2270)은 소리를 전기 신호로 변환시키거나, 반대로 전기 신호를 소리로 변환시킬 수 있다. 오디오 모듈(2270)은, 입력 장치(2250)를 통해 소리를 획득하거나, 음향 출력 장치(2255), 및/또는 전자 장치(2201)와 직접 또는 무선으로 연결된 다른 전자 장치(전자 장치(2102) 등)의 스피커 및/또는 헤드폰을 통해 소리를 출력할 수 있다.
센서 모듈(2210)은 전자 장치(2201)의 작동 상태(전력, 온도 등), 또는 외부의 환경 상태(사용자 상태 등)를 감지하고, 감지된 상태에 대응하는 전기 신호 및/또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 센서 모듈(2210)은, 지문 센서(2211), 가속도 센서(2212), 위치 센서(2213), 3D 센서(2214)등을 포함할 수 있고, 이 외에도 홍채 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 그립 센서, 근접 센서, 컬러 센서, IR(Infrared) 센서, 생체 센서, 온도 센서, 습도 센서, 및/또는 조도 센서를 포함할 수 있다.
3D 센서(2214)는 대상체에 소정의 광을 조사하고 대상체에서 반사된 광을 분석하여 대상체의 형상, 움직임등을 센싱하는 것으로, 예를 들어, 결상 광학계 및 이를 포함하는 이미징 장치가 적용될 수 있다.
인터페이스(2277)는 전자 장치(2201)가 다른 전자 장치(전자 장치(2102) 등)와 직접 또는 무선으로 연결되기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 지정된 프로토콜들을 지원할 수 있다. 인터페이스(2277)는, HDMI(High Definition Multimedia Interface), USB(Universal Serial Bus) 인터페이스, SD카드 인터페이스, 및/또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다.
연결 단자(2278)는, 전자 장치(2201)가 다른 전자 장치(전자 장치(2102) 등)와 물리적으로 연결될 수 있는 커넥터를 포함할 수 있다. 연결 단자(2278)는, HDMI 커넥터, USB 커넥터, SD 카드 커넥터, 및/또는 오디오 커넥터(헤드폰 커넥터 등)를 포함할 수 있다.
햅틱 모듈(2279)은 전기적 신호를 사용자가 촉각 또는 운동 감각을 통해서 인지할 수 있는 기계적인 자극(진동, 움직임 등) 또는 전기적인 자극으로 변환할 수 있다. 햅틱 모듈(2279)은, 모터, 압전 소자, 및/또는 전기 자극 장치를 포함할 수 있다.
카메라 모듈(2280)은 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있다. 카메라 모듈(2280)은 하나 이상의 렌즈를 포함하는 결상 광학계, 이미지 센서들, 이미지 시그널 프로세서들, 및/또는 플래쉬들을 포함할 수 있다. 카메라 모듈에 포함된 결상 광학계는 이미지 촬영의 대상인 피사체로부터 방출되는 빛을 수집할 수 있다.
전력 관리 모듈(2288)은 전자 장치(2201)에 공급되는 전력을 관리할 수 있다. 전력 관리 모듈(388)은, PMIC(Power Management Integrated Circuit)의 일부로서 구현될 수 있다.
배터리(2289)는 전자 장치(2201)의 구성 요소에 전력을 공급할 수 있다. 배터리(2289)는, 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지 및/또는 연료 전지를 포함할 수 있다.
통신 모듈(2290)은 전자 장치(2201)와 다른 전자 장치(전자 장치(2102), 전자 장치(2104), 서버(2108) 등)간의 직접(유선) 통신 채널 및/또는 무선 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 통신 모듈(2290)은 프로세서(2220)(어플리케이션 프로세서 등)와 독립적으로 운영되고, 직접 통신 및/또는 무선 통신을 지원하는 하나 이상의 커뮤니케이션 프로세서를 포함할 수 있다. 통신 모듈(2290)은 무선 통신 모듈(2292)(셀룰러 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, GNSS(Global Navigation Satellite System 등) 통신 모듈) 및/또는 유선 통신 모듈(2294)(LAN(Local Area Network) 통신 모듈, 전력선 통신 모듈 등)을 포함할 수 있다. 이들 통신 모듈 중 해당하는 통신 모듈은 제1 네트워크(2298)(블루투스, WiFi Direct 또는 IrDA(Infrared Data Association) 같은 근거리 통신 네트워크) 또는 제2 네트워크(2299)(셀룰러 네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크(LAN, WAN 등)와 같은 원거리 통신 네트워크)를 통하여 다른 전자 장치와 통신할 수 있다. 이런 여러 종류의 통신 모듈들은 하나의 구성 요소(단일 칩 등)로 통합되거나, 또는 서로 별도의 복수의 구성 요소들(복수 칩들)로 구현될 수 있다. 무선 통신 모듈(2292)은 가입자 식별 모듈(2296)에 저장된 가입자 정보(국제 모바일 가입자 식별자(IMSI) 등)를 이용하여 제1 네트워크(2298) 및/또는 제2 네트워크(2299)와 같은 통신 네트워크 내에서 전자 장치(2201)를 확인 및 인증할 수 있다.
안테나 모듈(2297)은 신호 및/또는 전력을 외부(다른 전자 장치 등)로 송신하거나 외부로부터 수신할 수 있다. 안테나는 기판(PCB 등) 위에 형성된 도전성 패턴으로 이루어진 방사체를 포함할 수 있다. 안테나 모듈(2297)은 하나 또는 복수의 안테나들을 포함할 수 있다. 복수의 안테나가 포함된 경우, 통신 모듈(2290)에 의해 복수의 안테나들 중에서 제1 네트워크(2298) 및/또는 제2 네트워크(2299)와 같은 통신 네트워크에서 사용되는 통신 방식에 적합한 안테나가 선택될 수 있다. 선택된 안테나를 통하여 통신 모듈(2290)과 다른 전자 장치 간에 신호 및/또는 전력이 송신되거나 수신될 수 있다. 안테나 외에 다른 부품(RFIC 등)이 안테나 모듈(2297)의 일부로 포함될 수 있다.
구성요소들 중 일부는 주변 기기들간 통신 방식(버스, GPIO(General Purpose Input and Output), SPI(Serial Peripheral Interface), MIPI(Mobile Industry Processor Interface) 등)을 통해 서로 연결되고 신호(명령, 데이터 등)를 상호 교환할 수 있다.
명령 또는 데이터는 제2 네트워크(2299)에 연결된 서버(2108)를 통해서 전자 장치(2201)와 외부의 전자 장치(2204)간에 송신 또는 수신될 수 있다. 다른 전자 장치들(2202, 2204)은 전자 장치(2201)와 동일한 또는 다른 종류의 장치일 수 있다. 전자 장치(2201)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 다른 전자 장치들(2202, 2204, 2208) 중 하나 이상의 장치들에서 실행될 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(2201)가 어떤 기능이나 서비스를 수행해야 할 때, 기능 또는 서비스를 자체적으로 실행시키는 대신에 하나 이상의 다른 전자 장치들에게 그 기능 또는 그 서비스의 일부 또는 전체를 수행하라고 요청할 수 있다. 요청을 수신한 하나 이상의 다른 전자 장치들은 요청과 관련된 추가 기능 또는 서비스를 실행하고, 그 실행의 결과를 전자 장치(2201)로 전달할 수 있다. 이를 위하여, 클라우드 컴퓨팅, 분산 컴퓨팅, 및/또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 기술이 이용될 수 있다.
도 13은 예시적인 실시예에 따른 디스플레이 장치가 모바일 장치(3000)에 적용된 예를 도시한 것이다. 모바일 장치(3000)는 디스플레이 장치(3100)를 포함할 수 있다. 디스플레이 장치(3100)는 도 1 내지 도 11e를 참조로 설명한 반도체 소자 제조 방법을 적용하여 제조된 LED 소자(200)를 적용한 자발광 마이크로 LED 디스플레이 장치(1000)를 포함할 수 있다. 디스플레이 장치(3100)는 접힐 수 있는 구조를 가질 수 있으며, 예를 들어, 다중 폴더 디스플레이로 구현될 수 있다. 여기서는 모바일 장치(3000)가 폴더형 디스플레이를 구비하는 것으로 도시되었으나 평판형 디스플레이를 구비할 수도 있다. 수 있다.
도 14는 예시적인 실시예에 따른 디스플레이 장치가 자동차에 적용된 예를 도시한 것이다. 자동차에 자동차용 헤드업 디스플레이 장치로 구현될 수 있다. 헤드업 디스플레이 장치는 자동차의 일 영역에 구비된 디스플레이 장치(32500)와, 디스플레이 장치(3250)에서 생성된 영상을 운전자가 볼 수 있도록 광의 경로를 변환하는 적어도 하나 이상의 광경로 변경 부재(3200)를 포함할 수 있다. 디스플레이 장치(3250)는 도 1 내지 도 11e를 참조로 설명한 반도체 소자 제조 방법을 적용하여 제조된 LED 소자(200)를 적용한 자발광 마이크로 LED 디스플레이 장치(1000)를 포함할 수 있다.
도 15는 예시적인 실시예에 따른 디스플레이 장치가 증강 현실 안경 또는 가상 현실 안경에 적용된 예를 도시한 것이다. 증강 현실 안경(3300)은 영상을 형성하는 투영 시스템(3310)과, 투영 시스템(3310)으로부터의 영상을 사용자의 눈에 들어가도록 안내하는 적어도 하나의 요소(3350)를 포함할 수 있다. 투영 시스템(3310)은 도 1 내지 도 11e를 참조로 설명한 반도체 소자 제조 방법을 적용하여 제조된 LED 소자(200)를 적용한 자발광 마이크로 LED 디스플레이 장치(1000)를 포함할 수 있다.
도 16은 예시적인 실시예에 따른 디스플레이 장치가 대형 사이니지(signage)에 적용된 예를 도시한 것이다. 사이니지(3400)는 디지털 정보 디스플레이를 이용한 옥외 광고에 이용될 수 있으며, 통신망을 통해 광고 내용 등을 제어할 수 있다. 사이니지(3400)는 예를 들어, 도 1 내지 도 11e를 참조로 설명한 반도체 소자 제조 방법을 적용하여 제조된 LED 소자(200)를 적용한 자발광 마이크로 LED 디스플레이 장치(1000)를 적용하여 구현될 수 있다.
도 17은 예시적인 실시예에 따른 디스플레이 장치가 웨어러블 장치의 디스플레이에 적용된 예를 도시한 것이다. 웨어러블 장치의 디스플레이(3500)는 도 1 내지 도 11e를 참조로 설명한 반도체 소자 제조 방법을 적용하여 제조된 LED 소자(200)를 적용한 자발광 마이크로 LED 디스플레이 장치(1000)를 적용하여 구현될 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 디스플레이 장치는 이 밖에도 롤러블(rollable) TV, 스트레처블(stretchable) 디스플레이 등 다양한 제품에 적용될 수 있다.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 예시적인 실시예에 따른 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.
10…기판 20…멤브레인 형성 패턴 30…멤브레인
30'…멤브레인 물질층 30a…돌출 패턴
50…이차원 물질 패턴 200…반도체 소자 구조물(LED 소자)
201a…분리면 R1…제1영역 R2…제2영역 1000…디스플레이 장치

Claims (23)

  1. 기판에 멤브레인 형성 패턴을 형성하는 단계;
    상기 기판에 상기 멤브레인 형성 패턴을 덮도록 멤브레인 물질층을 형성하는 단계;
    상기 멤브레인 물질층을 결정화시켜 돌출 패턴을 가지는 멤브레인을 형성하는 단계;
    상기 멤브레인 상에 이차원 물질을 성장하여, 상기 멤브레인의 돌출 패턴 상에 이차원 물질 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 멤브레인의 돌출 패턴 상의 이차원 물질 패턴을 전사 기판에 전사하여, 상기 전사 기판 상에 이차원 물질 패턴을 형성하는 단계;를 포함하는 반도체 소자 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 멤브레인 상에 이차원 물질을 성장하고, 상기 멤브레인의 돌출 패턴 상의 이차원 물질 패턴을 상기 전사 기판 상에 전사하여 이차원 물질 패턴을 형성하는 단계를 복수회 반복하여 검출기, 트랜지스터, 다이오드, 광전 소자 중 어느 하나를 제조하는 반도체 소자 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 멤브레인의 돌출 패턴의 폭은 상기 이차원 물질 성장시 형성되는 그레인 크기 이하인 반도체 소자 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 멤브레인 형성 패턴은 희생층 패턴이며,
    상기 희생층 패턴을 제거하는 단계;를 더 포함하는 반도체 소자 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 이차원 물질은 그래핀, h-BN, MoS2 중 어느 하나를 포함하는 반도체 소자 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 기판은 사파이어 기판을 포함하고, 상기 멤브레인은 결정화된 알루미나를 포함하는 반도체 소자 제조 방법.
  7. 기판에 멤브레인 형성 패턴을 형성하는 단계;
    상기 기판에 상기 멤브레인 형성 패턴을 덮도록 멤브레인 물질층을 형성하는 단계;
    상기 멤브레인 물질층을 결정화시켜 돌출 패턴을 가지는 멤브레인을 형성하는 단계;
    상기 멤브레인 상에 이차원 물질을 성장하여, 상기 멤브레인의 돌출 패턴 상에 이차원 물질 패턴을 형성하는 단계;
    상기 멤브레인의 돌출 패턴 상의 이차원 물질 패턴 상에 반도체 물질을 성장하고 반도체 소자 구조물을 형성하는 단계; 및,
    상기 반도체 소자 구조물을 이차원 물질 패턴을 구비하거나 구비하지 않은 상태로 상기 기판으로부터 분리하는 단계;를 포함하는 반도체 소자 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 반도체 소자 구조물은 상기 이차원 물질 패턴과 분리되는 반도체 소자 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 이차원 물질 패턴과 상기 멤브레인의 돌출 패턴 사이가 분리되어 상기 반도체 소자 구조물은 이차원 물질 패턴을 구비한 상태로 상기 기판으로부터 분리되는 반도체 소자 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 멤브레인의 다리 부분들이 붕괴되어, 상기 반도체 소자 구조물을 상기 기판으로부터 분리하는 반도체 소자 제조 방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 분리된 반도체 소자 구조물을 전사 기판 상에 전사하는 단계;를 더 포함하는 반도체 소자 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 전사하는 단계에서는, 유체 자기 조립 방식에 의해 상기 반도체 소자 구조물을 상기 전사 기판에 전사하는 반도체 소자 제조 방법.
  13. 제7항에 있어서, 상기 반도체 소자 구조물은 LED 소자인 반도체 소자 제조 방법.
  14. 제7항에 있어서, 상기 멤브레인의 돌출 패턴의 폭은 상기 이차원 물질의 성장시 형성되는 그레인 크기 이하인 반도체 소자 제조 방법.
  15. 제7항에 있어서, 상기 멤브레인의 돌출 패턴의 폭은 상기 이차원 물질 성장시 형성되는 그레인 크기 이하인 반도체 소자 제조 방법.
  16. 제7항에 있어서, 상기 멤브레인 형성 패턴은 희생층 패턴이며,
    상기 희생층 패턴을 제거하는 단계;를 더 포함하는 반도체 소자 제조 방법.
  17. 제7항에 있어서, 상기 이차원 물질은 그래핀, h-BN, MoS2 중 어느 하나를 포함하는 반도체 소자 제조 방법.
  18. 제7항에 있어서, 상기 기판은 사파이어 기판을 포함하고, 상기 멤브레인은 결정화된 알루미나를 포함하는 반도체 소자 제조 방법.
  19. 제1면 및 그 반대측에 상기 제1면보다 작은 면적을 가지는 구조의 반도체 소자 구조물;을 구비하며,
    상기 제1면에 결함 밀도가 다른 복수의 제1영역과 제2영역을 구비하는 반도체 소자.
  20. 제19항에 있어서, 상기 반도체 소자는,
    상기 제1면을 가지는 제1반도체층, 상기 반도체층 상의 활성층 및 상기 활성층 상의 제2반도체층을 포함하는 발광층과;
    상기 제2반도체층 상에 전극층을 포함하는 LED 소자인 반도체 소자.
  21. 제20항에 있어서, 상기 제1면 상에 이차원 물질 패턴을 더 구비하는 반도체 소자.
  22. 서로 다른 복수의 색광을 방출하는 세개 이상의 픽셀을 포함하는 단위 픽셀이 이차원 어레이로 배열된 픽셀 어레이를 포함하고,
    상기 각 픽셀은 LED 소자를 포함하고,
    상기 LED 소자는,
    제1면 및 그 반대측에 상기 제1면보다 작은 면적을 가지는 구조이고,
    상기 제1면에 결함 밀도가 다른 복수의 제1영역과 제2영역을 구비하며,
    상기 제1면을 가지는 제1반도체층, 상기 반도체층 상의 활성층 및 상기 활성층 상의 제2반도체층을 포함하는 발광층과;
    상기 제2반도체층 상에 전극층을 포함하는 디스플레이 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 LED 소자는 상기 제1면 상에 이차원 물질 패턴을 더 구비하는 디스플레이 장치.
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