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KR102256632B1 - 발광 소자 및 이를 제조하는 전자 빔 증착 장치 - Google Patents

발광 소자 및 이를 제조하는 전자 빔 증착 장치 Download PDF

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KR102256632B1
KR102256632B1 KR1020150009753A KR20150009753A KR102256632B1 KR 102256632 B1 KR102256632 B1 KR 102256632B1 KR 1020150009753 A KR1020150009753 A KR 1020150009753A KR 20150009753 A KR20150009753 A KR 20150009753A KR 102256632 B1 KR102256632 B1 KR 102256632B1
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South Korea
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jig
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type semiconductor
electrode
light emitting
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손수형
이건화
최병균
최광기
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예의 발광 소자는 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물; 및 제1 및 제2 도전형 반도체층 상에 각각 배치된 제1 및 제2 전극; 을 포함하고, 발광 구조물은 제1 메사 영역을 포함하고, 제1 도전형 반도체층은 제2 메사 영역을 포함하며, 제1 전극은 제2 메사 영역 상부면의 일부 영역인 제1 영역; 제2 메사 영역의 측면인 제2 영역; 및 제2 메사 영역의 측면의 가장자리에서 연장되어 배치된 제3 영역; 을 포함하며, 제1 영역(d1), 제2 영역(d2) 및 제3 영역(d3)의 두께 비가 d1 : d2 : d3 = 1: 0.9~1.1 : 1 가 되도록 형성되어, 제1 전극층에서의 스텝 커버리지가 개선되어 제조 공정의 생산성 및 광 특성을 개선할 수 있다.

Description

발광 소자 및 이를 제조하는 전자 빔 증착 장치{LIGHT EMITTING DEVICE AND E-BEAM EVAPORATING APPARATUS MANUFACTURING THE SAME}
실시예는 발광 소자 및 발광 소자의 전극층을 형성하는 전자 빔 증착 장치에 관한 것이다.
GaN, AlGaN 등의 Ⅲ-Ⅴ 족 화합물 반도체는 넓고 조정이 용이한 밴드 갭 에너지를 가지는 등의 많은 장점으로 인해 광 전자 공학 분야(optoelectronics)와 전자 소자 등에 널리 사용된다.
특히, 반도체의 Ⅲ-Ⅴ족 또는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode)나 레이저 다이오드와 같은 발광소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저 소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
따라서, 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등에까지 응용이 확대되고 있다.
또한, 최근에는 휴대용 기기 등의 광원 또는 조명 장치로의 응용이 증가하면서 광 특성이 우수하면서도 크기가 소형인 발광 다이오드의 개발이 이루어지고 있다.
소형 발광 다이오드를 구현하기 위하여 발광 구조물의 단면적을 작게 하여 픽셀을 이루게 하려는 시도가 있으나, 각각의 발광 구조물의 두께가 너무 커서 단위 초박형의 단위 픽셀을 구현하기 어렵다.
즉, 상술한 발광 다이오드의 발광 구조물은 사파이어 등의 기판 위에서 성장되는데, 발광 구조물의 성장 후에 기판이 그대로 잔존하는 수평형 발광소자, 발광 구조물의 일측에 금속 지지물(metal support)을 결합하고 기판을 제거하는 수직형 발광소자 등의 경우 기판이나 금속 지지물의 두께가 커서 초박형의 픽셀을 이루기 어렵다.
또한, 초박형 픽셀에 사용되는 소형 발광 소자의 경우 단차를 가지는 부분에서 반도체층 또는 금속층의 스텝 커버리지(Step coverage)가 나쁠 경우 발광 소자의 성능이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
실시예는 전자 빔 증착 장치에서 기판 홀더의 구조를 개선하여 금속층의 증착 품질이 개선된 초박형의 발광 소자를 구현하고자 한다.
실시예는 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물; 및 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층 상에 각각 배치된 제1 및 제2 전극; 을 포함하고, 상기 발광 구조물은 제1 메사 영역을 포함하고, 상기 제1 도전형 반도체층은 제2 메사 영역을 포함하며, 상기 제1 전극은 상기 제2 메사 영역 상부면의 일부 영역인 제1 영역; 상기 제2 메사 영역의 측면인 제2 영역; 및 상기 제2 메사 영역의 상기 측면의 가장자리에서 연장되어 배치된 제3 영역; 을 포함하며, 상기 제1 영역, 상기 제2 영역 및 상기 제3 영역의 두께 비는 아래와 같은 발광 소자를 제공한다.
d1 : d2 : d3 = 1: 0.9~1.1 : 1
(여기서, d1은 제1 영역의 두께, d2는 제2 영역의 두께, d3는 제3 영역의 두께에 해당한다)
상기 제2 메사 영역의 측면이 상기 제1 도전형 반도체층의 바닥면과 이루는 경사각은 70도 내지 80도일 수 있다.
상기 제1 메사 영역의 측면이 상기 제2 메사 영역의 상부면과 이루는 경사각은 70도 내지 90도일 수 있다.
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 노출된 상기 발광 구조물 상에 배치된 절연층을 포함할 수 있다.
다른 실시예는 상기 제1 전극을 형성하며, 열 전자 방출부; 상기 열 전자 방출부에서 공급된 열 전자에 의하여 증발되는 증착 물질을 포함한 소스 공급부; 및 상기 소스 공급부 상에 이격되어 배치되는 돔부; 를 포함하며, 상기 돔부는 복수의 기판 홀더를 포함하고, 상기 복수의 기판 홀더는 경사각이 조절되는 가변 지그를 포함하는 전자 빔 증착 장치를 제공한다.
상기 복수의 기판 홀더는 상기 가변 지그를 상기 돔부에 고정하는 고정 지그를 포함할 수 있다.
상기 고정 지그와 상기 가변 지그는 직경이 서로 다른 고리(ring) 형상이고, 또한 상기 가변 지그는 상기 고정 지그의 내측에 배치될 수 있다.
상기 가변 지그는 상기 고정 지그와 적어도 하나 이상의 지점에서 결합되어 고정될 수 있다.
상기 고정 지그의 측면과 상기 가변 지그의 측면에 각각 적어도 하나의 나사홈을 포함하고, 상기 고정 지그의 상기 적어도 하나의 나사홈과 상기 가변 지그의 상기 적어도 하나의 나사홈이 서로 대응하여 배치되며, 상기 고정 지그와 상기 가변 지그는 상기 대응하는 각각의 나사홈에 관통하여 배치된 결합 나사에 의하여 결합되어 고정될 수 있다.
상기 고정 지그 상에 배치되어 상기 결합 나사를 고정하는 고정부를 포함할 수 있다.
상기 가변 지그는 상기 고정 지그에 대하여 경사각을 갖도록 고정될 수 있다.
상기 가변 지그는 상기 고정 지그에 대하여 30도 내지 45도의 경사각을 가질 수 있다.
상기 가변 지그는 상기 기판을 고정하는 적어도 하나의 고정핀을 포함할 수 있다.
상기 돔부 상에 탈부착 가능하게 설치되며, 상기 가변 지그의 상기 경사각을 확인하는 경사각 측정기를 포함할 수 있다.
실시예의 전자 빔 증착 장치는 가변 지그를 포함하여 기판 홀더에 고정되는 기판의 배치 각도를 자유롭게 조절할 수 있으며, 이러한 전자 빔 증착 장치를 이용할 경우 금속층 증착 시 공급되는 소스에 대하여 기판을 경사지게 기울여 배치함으로써 발광 소자에서 단차를 갖는 층에서 스텝 커버리지를 개선할 수 있다.
도 1 내지 도 2는 발광 소자의 일 실시예를 나타낸 도면이고,
도 3a는 일 실시예의 발광 소자에 대한 사시도이고,
도 3b는 일 실시예의 발광 소자에 대한 평면도이고,
도 4는 전자 빔 증착 장치의 일 실시예를 나타낸 도면이고,
도 5는 돔부의 상부면을 나타낸 도면이고,
도 6은 기판 홀더부의 일 실시예를 나타낸 도면이고,
도 7 내지 도 8은 가변 지그의 일 실시예를 나타낸 도면이고,
도 9 내지 도 10은 고정 지그의 일 실시예를 나타낸 도면이고,
도 11은 기판 홀더의 일 실시예를 나타낸 도면이고,
도 12는 일 실시예의 기판 홀더를 포함한 돔부의 일 부분을 나타낸 도면이고,
도 13은 각도 측정기의 일 실시예를 나타낸 도면이고
도 14는 일 실시예의 각도 측정기가 부착된 돔부의 일 부분을 나타낸 도면이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 element의 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 이하에서 이용되는 “제1” 및 “제2”, “상/상부/위” 및 “하/하부/아래” 등과 같은 관계적 용어들은 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 있다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1 내지 도 2는 발광 소자의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
일 실시예의 발광 소자는 제1 도전형 반도체층(122)과 활성층(124)과 제2 도전형 반도체층(126)을 포함하는 발광 구조물(120) 및 제1 및 제2 도전형 반도체층 상에 각각 배치된 제1 전극(142)과 제2 전극(146)을 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 발광 구조물(120)은 적어도 하나의 메사(Mesa) 영역을 가질 수 있다. 여기서, 메사 영역은 메사 식각에 의하여 형성된 구조물의 상부면과 측면을 포함하는 영역에 해당한다.
발광 구조물은 제1 메사 영역(First mesa)을 포함하고, 제1 도전형 반도체층은 제2 메사 영역(Second mesa)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 1 내지 도 2에서 제1 메사(First Mesa) 영역은 제1 도전형 반도체층(122), 활성층(124) 및 제2 도전형 반도체층(126)을 포함하는 것 일 수 있으며, 제2 메사(Second Mesa) 영역은 제1 도전형 반도체층(122) 만을 포함하는 것일 수 있다. 또한, 제1 메사 영역(First mesa)은 제2 메사 영역(Second mesa) 상에 배치될 수 있다.
발광 구조물(120)은 제1 도전형 반도체층(122), 제1 도전형 반도체층 상의 활성층(124) 및 활성층 상에 배치되는 제2 도전형 반도체층(126)을 포함할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(122)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(122)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, AlGaN, GaN, InAlGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(122)이 n형 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(122)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지 않는다.
제1 도전형 반도체층(122) 상에는 활성층(124)이 배치될 수 있다.
활성층(124)은 제1 도전형 반도체층(122)과 제2 도전형 반도체층(126) 사이에 배치되며, 단일 우물 구조(Double Hetero Structure), 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(MQW:Multi Quantum Well) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
활성층(124)은 Ⅲ-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 우물층과 장벽층, 예를 들면 AlGaN/AlGaN, InGaN/GaN, InGaN/InGaN, AlGaN/GaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 우물층은 장벽층의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(126)은 활성층(124)의 표면에 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(126)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(126)은 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, AlGaN, GaN AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있으며, 예를 들어 제2 도전형 반도체층(126)이 AlxGa(1-x)N으로 이루어질 수 있다.
제2 도전형 반도체층(126)이 p형 반도체층인 경우, 제2 도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트일 수 있다. 제2 도전형 반도체층(126)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
제2 도전형 반도체층(126) 상에는 도전층(130)이 더 배치될 수 있다.
도전층(130)은 제2 도전형 반도체층(126)의 전기적 특성을 향상시키고, 제2 전극(146)과의 전기적 접촉을 개선할 수 있다. 도전층(130)은 복수의 층 또는 패턴을 가지고 형성될 수 있으며 도전층(130)은 투과성을 갖는 투명 전극층으로 형성될 수 있다.
도전층(130)은 예를 들어, ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), IZTO(Indium Zinc Tin Oxide), IAZO(Indium Aluminum Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), IGTO(Indium Gallium Tin Oxide), AZO(Aluminum Zinc Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO(Zinc Oxide), IrOx(Iridium Oxide), RuOx(Ruthenium Oxide), NiO(Nickel Oxide), RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au(Gold) 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으나, 이러한 재료에 한정되지 않는다.
제1 도전형 반도체층(122)과 제2 도전형 반도체층(126) 상에는 각각 제1 전극(142)과 제2 전극(146)이 배치될 수 있다.
제1 전극(142) 및 제2 전극(146)은 전도성 물질, 예를 들어 인듐(In), 코발트(Co), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 금(Au), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 레늄(Re), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 은(Ag), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 나이오븀(Nb), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 티타늄 텅스텐 합금(WTi) 중에서 선택된 금속 또는 합금을 이용하여 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다.
제 1전극(142)은 제2 메사 영역(Second mesa) 상의 일부 영역에 배치될 수 있다. 즉, 제1 전극(142)은 메사 식각에 의하여 노출된 제1 도전형 반도체층(122)의 일부 영역에 배치될 수 있다.
도 1 내지 도 2의 실시예에서 제1 전극(142)은 제1 도전형 반도체층(122)의 상부면, 즉 제2 메사 영역의 상부면 중 일부와 제2 메사 영역의 측면, 그리고 제2 메사 영역의 가장 자리에서 연장되어 형성될 수 있다.
발광 소자의 일 실시예에서 제1 전극(142)은 후술하는 일 실시예의 전자 빔 증착 장치를 이용하여 형성될 수 있다. 즉, 제1 전극(142)의 금속층은 가변 지그를 갖는 전자 빔 증착 장치의 실시예에서 형성될 수 있다.
제1 전극은 제2 메사 영역 상의 일부 영역에 배치된 제1 영역, 제2 메사 영역의 측면에 배치된 제2 영역과 제2 메사 영역의 측면의 가장자리에서 연장되어 배치된 제3 영역을 포함하며, 제1 전극의 제1 영역 내지 제3 영역의 두께비는 아래와 같을 수 있다.
d1 : d2 : d3 = 1 : 0.9~1.1 : 1
여기서, d1은 제1 영역의 두께이고, d2는 제2 영역의 두께, d3는 제3 영역의 두께일 수 있다.
예를 들어, 제1 전극의 제1 영역과 제3 영역의 두께(d1, d3)는 1㎛ 내외일 수 있으며, 제2 영역의 두께(d2)는 0.9㎛ 내지 1.1㎛일 수 있다.
후술하는 전자 빔 증착 장치를 이용하여 제1 전극의 금속층을 증착하는 경우, 제2 메사 영역에 의하여 형성된 발광 소자의 단차 부분으로 증발된 증착 금속 물질이 용이하게 도달할 수 있도록 증착면을 포함한 기판을 기울여서 배치할 수 있으므로, 단차를 갖는 제1 전극의 두께를 전체적으로 균일하게 형성할 수 있다.
즉, 제1 전극의 두께는 제2 메사 영역의 상부면과 측면 및 측면의 가장자리에서 연장되어 형성된 부분에서 균일할 수 있다.
또한, 제1 전극은 후술하는 전자 빔 증착 장치의 실시예에서 가변 지그가 고정 지그에 대하여 30도 내지 45도의 경사각을 갖도록 고정된 경우에서 스텝 커버리지가 양호하게 나타나 균일한 두께를 가질 수 있다.
제1 전극(142)은, 오믹층, 반사층 및 결합층을 포함할 수 있다. 제1 전극의 오믹층은 크롬(Cr)이나 은(Ag)을 포함할 수 있고, 반사층은 백금(Pt)과 금(Au), 니켈(Ni)과 금(Au), 알루미늄(Al)과 백금(Pt)과 금(Au) 및 알루미늄(Al)과 니켈(Ni)과 금(Au)의 구조 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 형성된 구조일 수 있으며, 결합층은 티타늄(Ti)을 포함할 수 있다.
제1 전극(142)의 오믹층은 제1 도전형 반도체층(122)과 반사층의 결합을 용이하게 할 수 있으며, 결합층은 반사층과 절연층(150)의 결합을 위하여 형성될 수 있다.
한편, 제1 전극(142)은 제1면이 후술하는 절연층(150)과 접촉하고, 제1면과 마주보는 제2면의 일부가 외부로 노출되어 배치될 수 있다.
도 1 내지 도 2의 실시예에서, 제2 전극(146)은 제2 도전형 반도체층(126) 상에 배치될 수 있다.
또한, 제2 도전형 반도체층(126) 상에 도전층(130)을 더 포함하는 경우 제2 전극(146)은 도전층(130) 상에 배치될 수 있다.
한편, 제2 전극(146)이 후술하는 전자 빔 증착 장치에 의하여 형성될 경우, 가변 지그의 경사각은 30도 보다 작은 각도로 고정 지그에 고정될 수 있다.
즉, 증착하고자 하는 금속층의 형상에 따라 실시예의 전자 빔 증착 장치에서 가변 지그의 경사각은 조절될 수 있다.
제2 전극(146)은 오믹층과 반사층을 포함할 수 있다.
제2 전극의 오믹층은 크롬이나 은 또는 티타늄으로 이루어질 수 있고, 오믹층은 도전층과 반사층의 결합을 용이하게 할 수 있다.
또한, 제2 전극의 반사층은 백금(Pt)과 금(Au), 니켈(Ni)과 금(Au), 알루미늄(Al)과 백금(Pt)과 금(Au) 및 알루미늄(Al)과 니켈(Ni)과 금(Au)의 구조 중 어느 하나 또는 이들의 합금일 수 있다.
도 1 내지 도 2의 실시예에서 절연층(150)은 제1 전극(142)과 제2 전극(146) 사이의 노출된 발광 구조물(120) 상에 배치될 수 있다.
또한, 절연층(150)은 발광 구조물(120)의 노출된 표면 및 제1 전극(142) 상에 배치될 수 있다.
절연층(150)은 발광 구조물(120)의 제1 메사 영역(First mesa)과 제2 메사 영역(Second mesa) 상에 배치되되, 제1 메사 영역 상의 제2 도전형 반도체층(126)이 노출되도록 오픈 영역을 포함할 수 있다.
또한, 제1 메사 영역(First mesa)에서, 제2 도전형 반도체층(126) 또는 도전층(130)이 오픈 된 영역의 외곽에서 제2 도전형 반도체층(126)과 절연층(150)과 제2 전극(146)이 적어도 일부가 중첩되어 배치될 수 있다.
한편, 오픈 영역에는 제2 전극(146)의 적어도 일부가 배치될 수 있다. 이때, 제2 전극(146)은 제2 도전형 반도체층(126)과 접촉할 수 있다.
절연층(150)은 제1 도전형 반도체층(122)과 제2 도전형 반도체층(126)의 전기적인 접촉을 방지하기 위하여 절연성 재료로 형성될 수 있다.
절연층(150)은 SiO2, Si3N4, 폴리이미드(Polyimide) 등의 재료로 형성될 수 있다.
또한, 절연층(150)은 발광 구조물에서 방출되는 광의 효율을 높이기 위하여 반사율이 높은 재료로 형성될 수 있으며, 예를 들어 DBR 구조를 가질 수 있다.
도 1을 참조하면, 제2 메사 영역(Second Mesa)의 측면은 제1 도전형 반도체층(122)의 바닥면에 대하여 경사지게 배치될 수 있다.
예를 들어, 제2 메사 영역의 측면이 제1 도전형 반도체층의 바닥면과 이루는 경사각(θ2)은 50도 보다 크고 90도 보다 작을 수 있다. 구체적으로, 경사각 θ2는 70도 내지 80도일 수 있다.
또한, 제2 메사 영역을 이루는 제1 도전형 반도체층의 높이, 즉 제1 도전형 반도체층의 바닥면부터 제2 메사 영역의 상부면까지의 높이(t1)는 2㎛ 내외일 수 있다.
도 1에서 제1 메사 영역(First Mesa)의 측면은 수직에 가깝게 도시되었으나, 실시예는 이에 한정하지 않으며, 제1 메사 영역(First Mesa)의 측면은 발광 소자의 바닥면에 대하여 일정 각도로 기울어져 경사지게 배치될 수 있다.
도 2를 참고하면, 제1 메사 영역(First Mesa)의 측면은 제2 메사 영역의 상부면에 대하여 경사지게 배치될 수 있다.
예를 들어, 제1 메사 영역의 측면이 제2 메사 영역의 상부면과 이루는 경사각(θ3)은 70도 내지 90도일 수 있다. 한편, 제1 메사 영역의 측면이 제2 메사 영역의 상부면과 이루는 경사각은 제1 메사 영역의 측면이 제1 도전형 반도체층의 바닥면과 이루는 경사각과 동일할 수 있다.
또한, 도 2의 실시예에서 제2 메사 영역의 측면이 제1 도전형 반도체층의 바닥면과 이루는 경사각은 제1 전극이 배치된 부분의 경사각(θ2)과 제1 전극이 배치되지 않은 부분에서의 경사각(θ4)은 서로 동일할 수 있다. 예를 들어, 제2 메사 영역의 측면이 제1 도전형 반도체층의 바닥면과 이루는 양 측의 경사각(θ2, θ4)은 70도 내지 80도일 수 있다.
제2 메사 영역이 건식 식각 공정에 의하여 형성되는 경우, 측면의 경사각을 70도 보다 작게 형성하는 것이 공정상 용이하지 않을 수 있으며, 또한 측면이 이루는 경사각이 70도 보다 작은 경우, 완만한 경사로 제1 전극(142)이 균일하게 증착될 수 있으나 제1 금속의 증착면적이 늘어남으로써 비용이 증가되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 80도 보다 큰 경사각을 가져서 수직에 가깝게 형성될 경우 제1 전극의 스텝커버리지 불량이 발생하여 단선의 발생 가능성이 커질 수 있다.
즉, 제2 메사 영역의 측면 경사각(θ2, θ4)가 70도 내지 80도인 경우 제1 전극(142)의 스텝 커버리지도 개선되며, 또한 제1 전극(142)을 포함하여 제1 메사 영역(First Mesa)과 제2 메사 영역(Second Mesa) 상에 형성되는 절연층(150)의 증착 두께도 균일해질 수 있다.
한편, 도 2의 실시예에서 제2 메사 영역의 양측의 경사각이 서로 달라지는 경우에 있어서, θ4 ≥ θ2 일 수 있다. 이 경우에도 양측의 경사각(θ2, θ4)은 70도 내지 80도일 수 있다.
다만, θ2가 θ4 이하의 경사각으로 유지되도록 하여 제2 메사 영역의 측면을 따라 형성된 제1 전극(142)의 두께를 균일하게 할 수 있고, 이후에 제1 전극(142) 상에 형성되는 절연층(150)의 두께도 균일하게 형성할 수 있다.
도 3a 내지 도 3b는 실시예의 발광 소자에 대한 사시도 및 평면도를 나타낸 것이다.
도 3a를 참조하면, 제1 전극(142)은 제2 메사의 측면의 단차를 따라 형성될 수 있다. 즉, 제1 전극(142)은 제2 메사의 상부면과 제2 메사의 측면 및 제2 메사의 측면에서 연장된 가장자리 영역까지 제2 메사 영역의 단차를 따라 하나로 연결되어 형성될 수 있다.
또한, 발광 소자(LED)는 μ LED(micro LED)일 수 있으며, μ LED인 실시예의 발광 소자는 통상의 발광 소자의 크기보다 소형으로 제작될 수 있다. 도 3b의 평면도를 참조하면, 발광 소자에서 가로 길이(Wa)와 세로 길이(Wb)가 각각 100 ㎛이내 일 수 있으며, 예를 들어 실시예의 발광 소자는 가로 길이(Wa)가 82㎛이고 세로 길이(Wb)가 30㎛인 직사각형 형태를 가질 수 있다.
상술한 실시예의 발광 소자 또는 실시예의 발광 소자를 복수 개 정렬하여 배치한 발광 소자 어레이는 소형화된 크기로 인하여 정밀도를 요하는 장치에 사용될 수 있으며, 제1 전극이 제2 메사 영역 상에서 균일한 층으로 형성되도록 하여 스텝 커버리지에 의한 불량 요소를 감소 시킴으로써 발광 소자의 생산성이 향상될 수 있다.
도 4는 전자 빔 증착 장치(E-beam evaporator)의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
일 실시예의 전자 빔 증착 장치(1000)는 상술한 발광 소자의 제1 전극(142)을 형성하는 장치 일 수 있다.
전자 빔 증착 장치(1000)는 열 전자 방출부(430), 소스 공급부(440) 및 돔부(500)를 포함할 수 있으며, 돔부(500)에는 복수의 기판 홀더(300)를 포함할 수 있다.
열 전자 방출부(430)는 고전류를 공급받아 전자를 방출하는 열 필라멘트(Thermionic filament)를 포함할 수 있다.
열 필라멘트에 전류를 공급하여 나오는 전자 빔은 전자석에 의하여 형성된 자기장에 의하여 유도되어 증착 재료에 집중될 수 있다.
즉, 열 전자 방출부(430)에서 공급되며 고 에너지를 갖는 전자 빔은 전자석에 의하여 유도된 자기장에 의하여 경로가 변경될 수 있으며, 소스 공급부(440)에 집중되어 전달될 수 있다.
소스 공급부(440)는 전자 빔 증착 장치를 이용하여 기판에 형성하고자 하는 증착 물질을 포함할 수 있으며, 증착 물질은 열 전자에 의하여 가열된 후 증발되어 기판에 증착될 수 있다.
소스 공급부(440)는 증착 재료를 보관하는 수냉 도가니(Water cooled hearth, 460)를 포함할 수 있다.
수냉 도가니에는 증발되기 전의 증착 재료가 고상(solid state, 444)로 담겨있을 수 있으며, 소스 공급부(440)의 가운데 부분에는 열 전자 방출부(430)에서 공급된 열 전자에 의하여 가열하여 용융된(molten state) 증착 재료(442)로 담겨있을 수 있다.
용융된 증착 재료(442)는 소스 공급부(440)에서 증발하여 기판에 박막을 형성할 수 있다.
기판이 장착되는 기판 홀더(300)를 포함하는 돔부(500)는 소스 공급부(440) 상에 이격되어 배치될 수 있다.
예를 들어, 돔부(500)는 소스 공급부(440)에서 증발되어 나오는 증착 물질이 도달할 수 있는 높이로 이격되어, 소스 공급부(440)의 상부에 배치될 수 있다.
또한, 돔부(500)는 돔부에 장착되는 기판에 증착 물질이 균일하게 증착되도록 하기 위하여 회전하는 것일 수 있다.
도 4는 전자 빔 증착 장치의 단면도를 개략적으로 나타낸 것으로, 도 4를 참조하면, 돔부(500)는 상부에서 하부로 갈수록 폭이 넓어지는 삿갓 형태일 수 있다.
따라서, 돔부의 측면은 돔부의 하부면에 대하여 경사각(θ1)을 가질 수 있으며, 예를 들어, 돔부의 측면은 돔부 하면에 대하여 10도 내지 15도 각도의 경사를 가질 수 있다.
도 5는 돔부(500)의 상부면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
즉, 도 5는 복수의 기판 홀더(300)를 포함하는 돔부(500)를 상부에서 본 평면도를 나타낸 것일 수 있다.
도 5를 참조하면, 복수의 기판 홀더(300)는 돔부 하부에 인접하여 배치될 수 있다. 예를 들어, 복수의 기판 홀더(300)는 돔부의 하부 원주를 따라 일정 간격으로 배치될 수 있다.
도 6은 일 실시예의 기판 홀더(300)를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 기판 홀더(300)는 고정 지그(310)와 가변 지그(330)를 포함할 수 있다.
기판 홀더(300)의 고정 지그(310)와 가변 지그(330)는 기판을 장착하기 위하여 가운데 부분이 뚫린 고리(ring) 형상일 수 있으며, 박막 증착을 위한 기판은 가변 지그(330)에 고정될 수 있다.
가변 지그(330)의 직경은 고정 지그(310)의 직경보다 작을 수 있으며, 예를 들어, 가변 지그(330)의 외경은 고정 지그(310)의 내경 보다 작아, 고리 형상의 고정 지그(310)의 내측에 가변 지그(330)가 배치될 수 있다.
도 7 내지 도 8은 가변 지그(330)의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 7은 가변 지그의 평면도이고, 도 8은 가변 지그 측면의 단면도일 수 있다.
도 7을 참조하면, 가변 지그(330)는 고리(ring) 형상일 수 있으며, 가변 지그의 외측면(330b)에서 내측면(330a) 방향으로 적어도 하나의 나사홈이 형성될 수 있다.
가변 지그의 측면에 형성된 적어도 하나의 나사홈은 이후 설명하는 고정 지그의 나사홈과 대응하도록 배치될 수 있으며, 결합 나사(332)가 대응하는 가변 지그의 나사홈과 고정 지그의 나사홈을 연결하여 관통하여 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 7을 참조하면 가변 지그의 측면에는 두 개의 나사홈이 형성되며, 두 개의 나사홈은 서로 마주보도록 가변 지그의 원주 상에 형성될 수 있다.
도 8의 단면도를 참조하면, 가변 지그의 내측면(330a)은 단차 부분(A)을 가질 수 있으며, 단차 부분(A)에 안착되도록 기판이 배치될 수 있다.
예를 들어, 기판(S)에서 박막층이 형성되는 증착면(a)이 단차 부분(A)이 있는 내측면(330a)을 향하도록 배치될 수 있다.
도 9 내지 도 10은 고정 지그(310)의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 9는 고정 지그의 평면도이고, 도 10은 고정 지그의 측면을 나타낸 도면일 수 있다.
도 9를 참조하면, 고정 지그의 내측면(310a)에서 외측면(310b) 방향으로 나사홈이 형성되어 결합 나사(332)가 나사홈에 배치될 수 있다. 이때, 고정 지그의 측면에 형성된 적어도 하나의 나사홈이 상술한 가변 지그의 나사홈과 서로 대응되도록 고정 지그와 가변 지그가 배치될 수 있다.
또한, 나사홈을 관통하여 배치되는 결합 나사를 고정하기 위한 고정부(312)가 고정 지그 상에 배치될 수 있다.
예를 들어, 고정부(312)는 고정 지그(310) 상부면에 형성된 관통홀을 통하여 결합 나사(332)와 접할 수 있다. 한편, 고정부(312)와 고정 지그 상에 형성된 관통홀의 내부는 나사홈을 가질 수 있다.
도 10을 참조하면, 고정 지그(310)를 측면에서 볼 때, 고정부(312)가 고정 지그(310) 상에 돌출되어 형성될 수 있다.
도 11은 일 실시예의 기판 홀더의 평면도이다.
도 11은 고정 지그와 가변 지그를 포함한 기판 홀더의 일 실시예를 나타낸 도면일 수 있다.
상술한 바와 같이 고정 지그(310)의 측면과 가변 지그(330)의 측면 각각에 적어도 하나의 나사홈을 포함할 수 있다.
고정 지그(310)와 가변 지그(330)에 각각 형성된 나사홈이 서로 대응 되도록 고정 지그와 가변 지그가 배치될 수 있으며, 각 나사홈을 관통하여 결합 나사(332)가 두 개의 지그를 연결하도록 배치될 수 있다.
한편, 기판은 가변 지그(330)에 장착될 수 있으며, 장착된 기판이 일측으로 이탈되지 않도록 가변 지그의 일측에는 적어도 하나의 고정핀(336)이 배치될 수 있다.
고정핀(336)은 가변 지그(330) 상의 배치된 기준핀(334)에서 일측이 고정되어 배치될 수 있다.
가변 지그(330)는 고정 지그(310)와 적어도 하나 이상의 지점에서 결합되며, 가변 지그는 고정 지그에 대하여 경사각을 갖도록 고정될 수 있다.
예를 들어, 도 6을 다시 참조하면 가변 지그(330)는 서로 마주 보는 원주 상의 두 지점에서 고정 지그(310)와 결합되어 고정될 수 있으며, 고리 형상의 가변 지그와 고정 지그는 동일 평면 상에 배치되지 않고 가변 지그(330)와 고정 지그(310)가 일정 각도의 사이각을 가지도록 고정되어 배치될 수 있다.
도 12는 일 실시예의 돔부에 배치된 복수의 기판 홀더 중 어느 하나의 기판 홀더(300) 부분을 나타낸 도면이다.
도 12에서 사각형 점선 영역 안의 부분은 도 4에서 하나의 기판 홀더(300)를 포함하는 돔부의 일 부분일 수 있다.
도 12를 참조하면, 고정 지그(310)는 전자 빔 증착 장치의 돔부에 장착되어 고정된 부분일 수 있다.
또한, 가변 지그(330)는 고정 지그(310)와 적어도 하나 이상의 지점에서 결합되어 고정될 수 있으며, 가변 지그(330)의 내측에는 박막 증착을 위한 기판(S)이 배치될 수 있다.
도 12는 기판 홀더(300)를 포함한 돔부의 상부면 일부를 나타낸 것일 수 있으며, 전자 빔 증착 장치에서 기판 홀더(300)에 장착된 기판(S)은 증착되는 면인 기판의 상부면이 돔부의 아래쪽을 향하도록 배치될 수 있다.
도 13은 경사각 측정기(600)의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
경사각 측정기(600)는 전자 빔 증착 장치의 돔부 상에 탈부착 가능하도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 경사각 측정기는 고정 지그를 기준으로 한 가변 지그의 경사각을 측정하기 위하여 사용될 수 있으며, 가변 지그가 일정한 각도의 경사각을 갖도록 고정된 뒤에는 경사각 측정기는 돔부에서 탈착될 수 있다.
즉, 전자 빔 증착 장치에서 증착 공정이 진행되는 동안에는 경사각 측정기는 돔부에서 탈착된 상태일 수 있다.
경사각 측정기(600)는 플라스틱 기판(610)에 각도 측정을 위한 눈금(620)이 표시된 것일 수 있다. 예를 들어, 경사각 측정기는 투명한 플라스틱 재질로 이루어질 수 있으며, 구체적으로 아크릴 또는 폴리카보네이트 등이 이용될 수 있다.
도 14는 경사각 측정기(600)가 부착된 상태의 돔부의 일 부분을 나타낸 도면이다.
도 14에서와 같이, 경사각 측정기(600)가 장착된 상태에서 가변 지그(330)가 고정 지그(310)에 대하여 경사각(θs)을 갖도록 고정될 수 있다.
가변 지그는 고정 지그에 결합 된 부분을 기준으로 회전이 가능하며, 가변 지그는 고정 지그를 기준으로 0도 내지 90도의 경사각을 가지도록 조절될 수 있다.
예를 들어, 가변 지그(330)는 고정 지그(310)에 대하여 30도 내지 45도의 경사각을 가지도록 고정될 수 있다. 가변 지그의 경사각이 30도 내지 45도로 유지되는 경우 단차를 가진 패턴이 있는 증착 기판에서 증착되는 박막층의 스텝 커버리지(step coverage)가 개선될 수 있다.
상술한 전자 빔 증착 장치 실시예의 경우 가변 지그의 배치 각도를 자유롭게 조절할 수 있으므로, 증착 공정 중 소스 공급부에서 공급되는 증착 물질의 종류나 기판에 형성하고자 하는 증착층의 두께 및 패턴에 따라 가변 지그의 배치 각도를 달리할 수 있다.
또한, 가변 지그를 포함한 전자 빔 증착 장치를 사용하여 기판에 박막층을 형성함으로써 두께가 균일한 증착층을 얻을 수 있으며 단차가 있는 패턴에서도 증착층의 균일도가 개선될 수 있다.
상술한 실시예의 발광 소자는 웨어러블(Wearable) 장치에 포함될 수 있다.
예를 들어, 실시예의 발광소자 또는 실시예의 발광 소자를 복수 개 포함하는 발광 소자 어레이는 스마트 워치에 포함될 수 있다.
스마트 워치는 외부 디지털 디바이스와 페어링을 수행할 수 있으며, 외부 디지털 디바이스는 스마트 워치와 통신 접속이 가능한 디지털 디바이스일 수 있으며, 예를 들면 스마트폰, 노트북, IPTV(Internet Protocol Television) 등을 포함할 수 있다.
스마트 워치의 광원으로 상술한 실시예의 발광 소자 또는 실시예의 발광 소자 복수 개를 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)에 정렬하여 배치한 발광 소자 어레이가 사용될 수 있다.
실시예의 발광 소자를 포함하는 스마트 워치의 경우 소형화된 발광 소자의 크기와 FPCB의 유연성으로 인하여 손목에 웨어러블할 수 있으며, 발광 소자의 미세한 사이즈(size)로 인하여 미세 화소를 구현할 수 있다.
이하에서는 상술한 실시예의 발광 소자를 포함하는 일 실시예로서 영상 표시장치 및 조명 장치를 설명한다.
실시예에 따른 발광 소자는 발광 소자의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자, 기판, 광학 부재는 백라이트 유닛으로 기능할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 장치로 구현될 수 있다.
여기서, 표시 장치는 바텀 커버와, 바텀 커버 상에 배치되는 반사판과, 광을 방출하는 발광 소자와 반사판의 전방에 배치되며 발광 소자에서 발산되는 빛을 전방으로 안내하는 도광판과, 도광판의 전방에 배치되는 프리즘 시트들을 포함하는 광학 시트와, 광학 시트 전방에 배치되는 디스플레이 패널과, 디스플레이 패널과 연결되고 디스플레이 패널에 화상 신호를 공급하는 화상 신호 출력 회로와, 디스플레이 패널의 전방에 배치되는 컬러 필터를 포함할 수 있다. 여기서 바텀 커버, 반사판, 발광 소자 어레이, 도광판, 및 광학 시트는 백라이트 유닛(Backlight Unit)을 이룰 수 있다.
또한, 조명 장치는 기판과 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 광원 모듈, 광원 모듈의 열을 발산시키는 발열체, 및 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 광원 모듈로 제공하는 전원 제공부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 조명 장치는, 램프, 헤드 램프, 또는 가로등을 포함할 수 있다.
상술한 영상 표시 장치 및 조명 장치의 경우 상술한 실시예의 발광 소자를 포함함으로써, 장치 크기를 소형화할 수 있으며 유연성을 가지는 발광 소자 어레이의 특성으로 인하여 디자인의 제약을 줄일 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
120 : 발광 구조물 122: 제1 도전형 반도체층
124 : 활성층 126 : 제2 도전형 반도체층
142 : 제1 전극 146 : 제2 전극
150 : 절연층 300 : 기판 홀더
310 : 고정 지그 330 : 가변 지그
500 : 돔부 600 : 경사각 측정기
1000 : 전자 빔 증착 장치

Claims (15)

  1. 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물; 및
    상기 제1 및 제2 도전형 반도체층 상에 각각 배치된 제1 및 제2 전극; 을 포함하고,
    상기 발광 구조물은 제1 메사 영역을 포함하고, 상기 제1 도전형 반도체층은 제2 메사 영역을 포함하며,
    상기 제1 전극은
    상기 제2 메사 영역 상부면의 일부 영역인 제1 영역;
    상기 제2 메사 영역의 측면인 제2 영역; 및
    상기 제2 메사 영역의 상기 측면의 가장자리에서 연장되어 배치된 제3 영역; 을 포함하며,
    상기 제1 영역, 상기 제2 영역 및 상기 제3 영역의 두께비는 아래와 같고,
    d1 : d2 : d3 = 1: 0.9~1.1 : 1
    (여기서, d1은 상기 제1 영역의 두께, d2는 상기 제2 영역의 두께, d3는 상기 제3 영역의 두께에 해당한다)
    상기 제2 메사 영역의 측면이 상기 제1 도전형 반도체층의 바닥면과 이루는 경사각은 70도 내지 80도이고,
    상기 제1 도전형 반도체층의 바닥면과 상기 제1 전극의 바닥면은 동일한 평면 상에 배치되고,
    상기 제1 전극의 상기 제3 영역은 상기 바닥면을 포함하는 발광 소자
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전극의 상기 제2 영역은 상기 제1 도전형 반도체층의 측면과 직접 접하는 발광 소자.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 노출된 상기 발광 구조물 상에 배치된 절연층을 포함하는 발광 소자.
  5. 제1 항, 제3 항 및 제4 항 중 어느 한 항의 상기 제1 전극을 형성하는 전자 빔 증착 장치는
    열 전자 방출부;
    상기 열 전자 방출부에서 공급된 열 전자에 의하여 증발되는 증착 물질을 포함한 소스 공급부; 및
    상기 소스 공급부 상에 이격되어 배치된 돔부; 를 포함하며,
    상기 돔부는 복수의 기판 홀더를 포함하고,
    상기 복수의 기판 홀더는 경사각이 조절되는 가변 지그를 포함하는 전자 빔 증착 장치.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 복수의 기판 홀더는 상기 가변 지그를 상기 돔부에 고정하는 고정 지그를 포함하고,
    상기 고정 지그와 상기 가변 지그는 직경이 서로 다른 고리(ring) 형상이고,
    상기 가변 지그는 상기 고정 지그의 내측에 배치되고,
    상기 가변 지그는 상기 고정 지그와 적어도 하나 이상의 지점에서 결합되어 고정되고,
    상기 고정 지그의 측면과 상기 가변 지그의 측면에 각각 적어도 하나의 나사홈을 포함하고,
    상기 고정 지그의 상기 적어도 하나의 나사홈과 상기 가변 지그의 상기 적어도 하나의 나사홈이 서로 대응하여 배치되며,
    상기 고정 지그와 상기 가변 지그는 상기 대응하는 각각의 상기 나사홈에 관통하여 배치된 결합 나사에 의하여 결합되어 고정되고,
    상기 고정 지그 상에 배치되어 상기 결합 나사를 고정하는 고정부를 포함하고,
    상기 가변 지그는 상기 고정 지그에 대하여 30도 내지 45도의 경사각을 갖도록 고정되고,
    상기 가변 지그는 상기 기판을 고정하는 적어도 하나의 고정핀을 포함하고,
    상기 돔부 상에 탈부착 가능하게 설치되며, 상기 가변 지그의 상기 경사각을 확인하는 경사각 측정기를 포함하는 전자 빔 증착 장치.
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