KR101283538B1 - Enhanced luminescence light emitting device using surface plasmon resonance - Google Patents
Enhanced luminescence light emitting device using surface plasmon resonance Download PDFInfo
- Publication number
- KR101283538B1 KR101283538B1 KR1020110115376A KR20110115376A KR101283538B1 KR 101283538 B1 KR101283538 B1 KR 101283538B1 KR 1020110115376 A KR1020110115376 A KR 1020110115376A KR 20110115376 A KR20110115376 A KR 20110115376A KR 101283538 B1 KR101283538 B1 KR 101283538B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- graphene
- light emitting
- emitting device
- metal particle
- Prior art date
Links
- 238000002198 surface plasmon resonance spectroscopy Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 title 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 126
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 124
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 claims abstract description 97
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 72
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 34
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 claims description 6
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 33
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 7
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 203
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 7
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002796 Si–Al Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 2
- 238000004299 exfoliation Methods 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 238000002230 thermal chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005401 electroluminescence Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002074 nanoribbon Substances 0.000 description 1
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
본 발명에 따른 일실시예에 따르면 제1 도전형 반도체층;과 상기 제1 도전형 반도체층 상에 마련된 활성층;과 상기 활성층 상에 마련된 제2 도전형 반도체층;과 상기 제2 도전형 반도체층 상에 마련되며, 상기 활성층으로부터 방출된 빛을 투과시키는 복수의 그래핀층;과 상기 복수의 그래핀층 사이에 나노 단위의 복수의 금속 입자가 배열된 금속 입자층;을 포함함으로써, 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용하여 발광효율 및 광추출효율을 향상시킬 수 있는 발광소자를 제공한다.According to an embodiment of the present invention, a first conductive semiconductor layer; an active layer provided on the first conductive semiconductor layer; and a second conductive semiconductor layer provided on the active layer; and the second conductive semiconductor layer And a plurality of graphene layers provided on the substrate and transmitting the light emitted from the active layer; and a metal particle layer in which a plurality of nanoparticles of metal are arranged between the plurality of graphene layers, thereby utilizing surface plasmon resonance. By providing a light emitting device that can improve the luminous efficiency and light extraction efficiency.
Description
본 발명은 발광소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용하여 발광 특성이 향상된 발광소자에 관한 것이다.The present invention relates to a light emitting device, and more particularly, to a light emitting device having improved light emission characteristics by using surface plasmon resonance.
LED(light emitting diode) 또는 LD(laser diode)와 같은 반도체 발광소자는 전기발광(electroluminescence) 현상, 즉, 전류 또는 전압의 인가에 의해 물질(반도체)에서 빛이 방출되는 현상을 이용한다. 상기 반도체 발광소자의 활성층(즉, 발광층)에서 전자와 정공이 결합하면서 상기 활성층의 에너지 밴드갭(band gap)에 해당하는 만큼의 에너지가 빛의 형태로 방출될 수 있다. 따라서 상기 활성층의 에너지 밴드갭(band gap)의 크기에 따라 상기 발광소자에서 발생되는 빛의 파장이 달라질 수 있다. A semiconductor light emitting device such as a light emitting diode (LED) or a laser diode (LD) uses an electroluminescence phenomenon, that is, a phenomenon in which light is emitted from a material (semiconductor) by application of a current or a voltage. As electrons and holes are combined in the active layer (ie, the light emitting layer) of the semiconductor light emitting device, energy corresponding to the energy band gap of the active layer may be emitted in the form of light. Therefore, the wavelength of light generated from the light emitting device may vary according to the size of the energy band gap of the active layer.
반도체 발광소자의 성능을 평가하는 지표로는 발광효율, 광추출효율, 색균일도, 수명, 제조의 용이성 등이 있다. 이 중에서 발광효율은 전기적 입력 파워에 대한 발광되는 빛의 세기의 비를 의미한다. 광추출효율은 재료의 투명도 등과 관련된다. 최근, 반도체 발광소자가 차세대 광원으로 주목받으면서, 이에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있고, 성능 개선에 대한 요구가 증가하고 있다.
(선행특허문헌 1) 일본공개특허공보 제2011-009281호(2011년 1월 13일 공개)Indicators for evaluating the performance of semiconductor light emitting devices include luminous efficiency, light extraction efficiency, color uniformity, lifetime, and ease of manufacture. Among them, the luminous efficiency refers to the ratio of the intensity of emitted light to the electrical input power. Light extraction efficiency is related to the transparency of the material. Recently, as the semiconductor light emitting device is attracting attention as a next-generation light source, research on this is being actively conducted, and the demand for performance improvement is increasing.
(Patent Document 1) Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2011-009281 (published January 13, 2011)
본 발명은 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용하여 발광효율 및 광추출효율이 높은 발광소자를 제공한다.The present invention provides a light emitting device having high luminous efficiency and high light extraction efficiency using surface plasmon resonance.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자는The light emitting device according to an embodiment of the present invention
제1 도전형 반도체층;A first conductivity type semiconductor layer;
상기 제1 도전형 반도체층 상에 마련된 활성층;An active layer provided on the first conductive semiconductor layer;
상기 활성층 상에 마련된 제2 도전형 반도체층; A second conductivity type semiconductor layer provided on the active layer;
상기 제2 도전형 반도체층 상에 마련되며, 상기 활성층으로부터 방출된 빛을 투과시키는 복수의 그래핀층; 및A plurality of graphene layers provided on the second conductivity type semiconductor layer and transmitting light emitted from the active layer; And
상기 복수의 그래핀층 사이에 나노 단위의 복수의 금속 입자가 배열된 금속 입자층;을 포함할 수 있다.And a metal particle layer in which a plurality of metal particles in nano units are arranged between the plurality of graphene layers.
상기 금속 입자층은 상기 활성층으로부터 방출된 빛이 상기 그래핀층에 입사되어, 상기 그래핀층과의 계면에서 표면 플라즈몬 공명을 일으키도록 구성될 수 있다.The metal particle layer may be configured such that light emitted from the active layer is incident on the graphene layer to cause surface plasmon resonance at an interface with the graphene layer.
상기 금속 입자층은 상기 금속 입자가 Ag, Au, Al, Zn, Si 중 하나 이상을 포함할 수 있다.The metal particle layer may include one or more of the metal particles Ag, Au, Al, Zn, Si.
상기 금속 입자층은 상기 금속 입자의 직경이 20nm 이하일 수 있다.The metal particle layer may have a diameter of 20 nm or less.
상기 금속 입자층은 상기 금속 입자의 직경이 상이할 수 있다.The metal particle layer may have a different diameter of the metal particles.
상기 금속 입자층은 그래핀 양자점을 더 포함할 수 있다.The metal particle layer may further include graphene quantum dots.
상기 금속 입자층은 자기 조립(self-assembly) 방법에 의해 형성될 수 있다.The metal particle layer may be formed by a self-assembly method.
상기 복수의 그래핀층은 제2 도전형 반도체층과 상기 금속 입자층 사이에 마련된 제1 그래핀층; 및 상기 금속 입자층 상에 마련된 제2 그래핀층;을 포함할 수 있다.The plurality of graphene layers may include a first graphene layer provided between a second conductive semiconductor layer and the metal particle layer; And a second graphene layer provided on the metal particle layer.
상기 복수의 그래핀층은 상기 제1 그래핀층이 p형으로 도핑되고, 상기 제2 그래핀층은 n형으로 도핑될 수 있다.The plurality of graphene layers may be doped with the first graphene layer and p-type, and the second graphene layer may be doped with n-type.
상기 복수의 그래핀층은 상기 제1 그래핀층이 n형으로 도핑되고, 상기 제2 그래핀층은 p형으로 도핑될 수 있다.In the plurality of graphene layers, the first graphene layer may be doped n-type, and the second graphene layer may be doped p-type.
또한, 상기 발광소자는 상기 제1 도전형 반도체에 전기적으로 연결된 전극을 더 포함할 수 있다.The light emitting device may further include an electrode electrically connected to the first conductivity type semiconductor.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 나노 단위의 복수의 금속 입자가 배열된 금속 입자층; 및According to another aspect of the invention, the metal particle layer is arranged a plurality of metal particles of the nano-unit; And
상기 금속 입자층의 상부 및 하부에 각각 구비된 그래핀층;을 포함하는 하이브리드 적층구조체를 제공된다.It is provided with a hybrid laminate structure comprising a; graphene layer provided on the upper and lower portions of the metal particle layer, respectively.
상기 금속 입자층은 상기 금속 입자의 직경이 20nm 이하일 수 있다.The metal particle layer may have a diameter of 20 nm or less.
상기 금속 입자층은 상기 금속 입자의 직경이 상이할 수 있다.The metal particle layer may have a different diameter of the metal particles.
상기 금속 입자층은 그래핀 양자점을 더 포함할 수 있다.The metal particle layer may further include graphene quantum dots.
상기 금속 입자층은 자기 조립(self-assembly) 방법에 의해 형성될 수 있다.The metal particle layer may be formed by a self-assembly method.
본 발명에 따르면, 금속 입자층 및 복수의 그래핀층을 포함함으로써, 금속 입자층과 그래핀층 사이의 계면에서 플라즈몬 공명 형상을 유도할 수 있어 발광효율 및 광추출효율을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, by including a metal particle layer and a plurality of graphene layers, it is possible to induce a plasmon resonance shape at the interface between the metal particle layer and the graphene layer can improve the luminous efficiency and light extraction efficiency.
그리고, 본 발명에 따르면 열전도율이 좋은 금속입자층 및 복수의 그래핀층을 포함함으로써, 방열 성능을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, the heat dissipation performance can be improved by including a metal particle layer having a high thermal conductivity and a plurality of graphene layers.
또한, 본 발명에 따르면 최외각에 강도가 매우 높은 그래핀층을 배치함으로써, 발광소자의 손상을 방지할 수 있다.Further, according to the present invention, by arranging the graphene layer having a very high strength at the outermost part, damage to the light emitting device can be prevented.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자를 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자를 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광소자를 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광소자를 보여주는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광소자를 보여주는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광소자를 보여주는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광소자를 보여주는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광소자를 보여주는 단면도이다.
도 9의 (A) 내지 (D)는 본 발명의 실시예에 따른 발광소자에 사용되는 그래핀층의 다양한 구조를 보여주는 평면도이다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 보여주는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a light emitting device according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing a light emitting device according to another embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view showing a light emitting device according to another embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view showing a light emitting device according to another embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view showing a light emitting device according to another embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view showing a light emitting device according to another embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional view showing a light emitting device according to another embodiment of the present invention.
8 is a cross-sectional view showing a light emitting device according to another embodiment of the present invention.
9A to 9D are plan views illustrating various structures of the graphene layer used in the light emitting device according to the embodiment of the present invention.
10A to 10D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a light emitting device according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 및 이에 사용되는 하이브리드 적층구조체에 대해서 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 다소 과장되게 도시된 것이다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
Hereinafter, a light emitting device according to an exemplary embodiment of the present invention and a hybrid multilayer structure used therein will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this process, the thicknesses of the layers or regions illustrated in the drawings are somewhat exaggerated for clarity. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.1 schematically shows a cross section of a light emitting device according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 상기 일 실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층(200), 활성층(300), 제2 도전형 반도체층(400), 복수의 그래핀층(G) 및 금속 입자층(M)을 포함한다. 여기서, 제1 도전형 반도체층(200), 활성층(300), 제2 도전형 반도체층(400) 및 복수의 그래핀층(G)은 기판(100) 상에 순차적으로 적층되며, 금속 입자층(M)은 복수의 그래핀층(G) 사이 즉, 그래핀층(G1)과 그래핀층(G2) 사이에 배치되는 구조로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 각 구성에 대하여 살펴보면 아래와 같다.Referring to FIG. 1, the light emitting device according to the embodiment may include a first
기판(100)은 일반적인 반도체소자 공정에서 사용되는 다양한 기판(100) 중 어느 하나일 수 있다. 예컨대, 사파이어(Al2O3) 기판, Si 기판, SiC 기판, 비정질 AlN 기판 및 Si-Al 기판 중 어느 하나일 수 있다. 그러나 이는 예시적인 것이고, 이외에 다른 기판을 사용할 수도 있다. 또한, 경우에 따라 기판(100)은 발광소자가 완성된 후 제거될 수도 있다.The
제1 도전형 반도체층(200)은 기판(100) 상에 마련되는 것으로서, 제1 도전형 불순물로 도핑된 질화물 반도체로 형성될 수 있다. 즉, 제1 도전형 반도체층(200)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 반도체 재료를 제1 도전형 불순물로 도핑하여 형성될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(200)을 형성하는 상기 질화물 반도체는 예를 들어, GaN, AlGaN, InGaN 등을 포함할 수 있다. 상기 제1 도전형 불순물은 n형 불순물일 수 있으며, 상기 n형 불순물은 예를 들어, Si, Ge, Se, Te 등을 포함할 수 있다. 한편, 제1 도전형 반도체층(200)은 유기 금속 화학 증착법(metal-organic chemical vapor deposition, MOCVD), 수소 기상 증착법(hydride vapor phase epitaxy, HVPE), 분자빔에피택시법(molecular beam epitaxy, MBE) 등으로 성장될 수 있다.The first conductivity
활성층(300)은 제1 도전형 반도체층(200)과 제2 도전형 반도체층(400) 사이에 배치되는 것으로서, 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 빛을 방출하며, 인듐 함량에 따라 밴드갭 에너지가 조절되도록 InxGa1-xN(0≤x≤1) 등의 반도체 재료로 형성될 수 있다. 또한, 활성층(300)은 양자 장벽층과 양자 우물층이 서로 교대로 적층된 다중 양자 우물(multi-quantumn well, MQW)층일 수 있다.The
제2 도전형 반도체층(400)은 활성층(300) 상에 마련되는 것으로서, 제2 도전형 불순물로 도핑된 질화물 반도체로 형성될 수 있다. 즉, 제2 도전형 반도체층(400)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 반도체 재료를 제2 도전형 불순물로 도핑하여 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(400)을 형성하는 상기 질화물 반도체는 예를 들어, GaN, AlGaN, InGaN 등을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 불순물은 p형 불순물일 수 있으며, 상기 p형 불순물은 예를 들어, Mg, Zn, Be 등을 포함할 수 있다. 그리고, 제2 도전형 반도체층(400)은 MOCVD, HVPE, MBE 등으로 성장될 수 있다. 한편, 제1 및 제2 도전형 반도체층(400)은 각각 n형 및 p형 반도체층이라고 설명되었으나, 이와 반대로 각각 p형 및 n형 반도체층일 수 있다. The second conductivity
상기와 같이 제1 도전형 반도체층(200), 활성층(300), 제2 도전형 반도체층(400)이 순차적으로 적층된 구조에 전류 또는 전압이 인가되면, 활성층(300)에서 전자와 정공이 결합하면서 활성층(300)의 에너지 밴드갭에 해당하는 만큼의 에너지가 빛의 형태로 방출될 수 있다. As described above, when a current or a voltage is applied to a structure in which the first
본 발명은 활성층(300)에서 방출되는 빛을 증폭시키기 위하여, 제2 도전형 반도체층(400) 상에 복수의 그래핀층(G) 및 복수의 그래핀층 사이에 형성된 금속 입자층(M)이 배치되는 구조체 즉, 하이브리드 적층구조체를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, in order to amplify the light emitted from the
복수의 그래핀층(G)은 제1 그래핀층(G1), 제2 그래핀층(G2)을 포함할 수 있으며, 여기서 제1 그래핀층(G1)은 제2 도전형 반도체층(400)과 금속 입자층(M) 사이에 마련되며, 제2 그래핀층(G2)은 금속 입자층(M) 상에 마련될 수 있다.The plurality of graphene layers G may include a first graphene layer G1 and a second graphene layer G2, where the first graphene layer G1 is the second
제1 그래핀층(G1) 및 제2 그래핀층(G2)은 도 1에 도시된 바와 같이 각각 하나의 그래핀을 포함할 수도 있지만 이에 한정되는 것은 아니며, 도 2와 같이 복수의 그래핀을 포함할 수도 있다. 여기서 그래핀은 탄소 원자들로 이루어진 육방정계(hexagonal) 단층 구조물로서, 구조적/화학적으로 안정하고, 전기적/광학적으로 우수한 특성을 나타낼 수 있다. 특히, 그래핀은 이차원 탄도 이동(2-dimensional ballistic transport) 특성을 나타낼 수 있다. 전하가 물질 내에서 이차원 탄도 이동한다는 것은 산란(scattering)에 의한 저항이 거의 없는 상태로 이동한다는 것을 의미한다. 따라서 그래핀 내에서 전하의 이동도(mobility)는 매우 높고, 그래핀은 낮은 비저항을 가질 수 있다. The first graphene layer G1 and the second graphene layer G2 may each include one graphene as shown in FIG. 1, but are not limited thereto, and may include a plurality of graphenes as illustrated in FIG. 2. It may be. Here, graphene is a hexagonal monolayer structure composed of carbon atoms, which may be structurally / chemically stable and exhibit excellent electrical / optical properties. In particular, graphene may exhibit a two-dimensional ballistic transport property. The movement of two-dimensional ballistics within a material means that the charges move to a state where there is little resistance due to scattering. Therefore, the mobility of the charge (mobility) in the graphene is very high, the graphene may have a low specific resistance.
또한, 금속 입자층(M)은 나노 단위의 복수의 금속 입자(m)가 배열된 것으로서, 각각의 금속 입자(m)는 구형의 형상을 가질 수 있다. 금속 입자(m)는 Ag, Au, Al, Zn, Si 등으로 구성된 다양한 금속 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 특히, 금속 입자(m)는 Ag 또는 Au을 포함하는 것이 바람직하며, 이는 Ag이 가장 예리한 SPR(Surface Plasmon Resonance)피크를 보이며, Au이 우수한 표면 안정성을 나타내기 때문이다.In addition, the metal particle layer M is formed by arranging a plurality of metal particles m in nano units, and each metal particle m may have a spherical shape. The metal particles m may include one or more of various metals composed of Ag, Au, Al, Zn, Si, or the like. In particular, the metal particles (m) preferably contain Ag or Au, since Ag shows the sharpest Surface Plasmon Resonance (SPR) peak, and Au exhibits excellent surface stability.
상기와 같이 나노 단위의 금속 입자(m)가 배열된 금속 입자층(M)이 제1 그래핀층(G1)과 제2 그래핀층(G2) 사이에 배치되는 적층구조를 적용하게 되면, 이로 인해 표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance) 현상이 나타날 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 제1 그래핀층(G1)과 금속 입자층(M) 사이에, 그리고 금속 입자층(M)과 제2 그래핀층(G2) 사이에서 표면 플라즈몬 공명 현상이 나타날 수 있다. 금속 입자(m)는 나노 단위의 사이즈를 가지기 때문에, 금속 입자(m) 전체에서 발생하는 표면 플라즈몬 공명 현상이 나타날 수 있다. 여기서 표면 플라즈몬 공명이란 금속(또는 반도체)의 표면/계면에서 전자와 빛의 진동이 연동되는 일종의 공명 현상으로, 이러한 현상에 의해 활성층(300)에서 생성된 포톤의 에너지가 증폭되어, 결과적으로 발광효율이 향상될 수 있다.
When the metal particle layer (M) in which the metal particles (m) of nano units are arranged as described above is applied to the laminated structure disposed between the first graphene layer (G1) and the second graphene layer (G2), the surface plasmon Surface Plasmon Resonance may occur. In more detail, surface plasmon resonance may occur between the first graphene layer G1 and the metal particle layer M and between the metal particle layer M and the second graphene layer G2. Since the metal particles m have a size in nano units, surface plasmon resonance may occur in the metal particles m as a whole. Here, surface plasmon resonance is a kind of resonance phenomenon in which electrons and light vibrations interlock at the surface / interface of a metal (or semiconductor). As a result, the energy of photons generated in the
그리고, 금속 입자층(M)이 제1 그래핀층(G1)과 제2 그래핀층(G2) 사이에 배치되는 적층구조는 발광소자의 전극 역할을 하되, 투명성을 가지기 때문에 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, the stacked structure in which the metal particle layer M is disposed between the first graphene layer G1 and the second graphene layer G2 serves as an electrode of the light emitting device, but may have transparency, thereby improving light extraction efficiency. .
제1 그래핀층(G1), 제2 그래핀층(G2)은 그래핀 자체가 우수한 투광성을 가지기 때문에 광추출효율을 향상시킬 수 있다. 아울러, 도 2와 같이 복수의 그래핀이 적층되는 경우에도, 적층 수가 늘어날수록 비저항이 다소 커지며 광 투과율이 감소할 수 있지만, 그래핀의 두께가 약 0.34nm에 불과하여 흡수 가능한 빛의 양에 한계가 있으며 약 10층 이내의 그래핀이 적층되는 경우에는, 하나의 그래핀과 유사한 수준의 비저항 및 광 투과율을 가질 수 있다. The first graphene layer G1 and the second graphene layer G2 may improve light extraction efficiency because the graphene itself has excellent light transmittance. In addition, even when a plurality of graphene is stacked as shown in Figure 2, as the number of stacking increases, the specific resistance is slightly increased and the light transmittance may be reduced, but the thickness of the graphene is only about 0.34nm to limit the amount of light that can be absorbed In the case where the graphene is laminated within about 10 layers, it may have a similar level of resistivity and light transmittance as one graphene.
금속 입자층(M) 역시 투명한 특성을 가질 수 있다. 통상적으로 사람이 육안으로 관찰할 수 있는 금속은 불투명하지만, 나노 단위의 금속 입자(m)의 조건에 따라 금속 입자(m)가 배열된 금속 입자층(M)이 투명한 특성을 가질 수 있다. 금속 입자층(M)이 투명한 특성을 가지도록 하기 위해서 직경이 작은 금속 입자(m)가 이용될 수 있다. 보다 구체적으로 금속 입자(m)의 직경을 약 20nm 이하로 할 때, 금속 입자층(M)은 투명한 특성을 가질 수 있다. 또한, 금속 입자층(M)이 투명한 특성을 가지도록 하기 위해서 금속 입자층(M)에서 금속 입자(m)의 밀도를 줄이는 방법을 이용할 수 있다. 여기서, 투명하다는 것은 투과율이 97% 이상인 것을 의미한다.The metal particle layer M may also have transparent properties. Typically, the metal that can be observed by the human eye is opaque, but the metal particle layer M in which the metal particles m are arranged may have a transparent property according to the condition of the metal particles m in nano units. In order to make the metal particle layer M have a transparent property, the metal particle m having a small diameter may be used. More specifically, when the diameter of the metal particles m is about 20 nm or less, the metal particle layer M may have transparent characteristics. In addition, a method of reducing the density of the metal particles m in the metal particle layer M may be used so that the metal particle layer M has transparent characteristics. Here, transparent means that the transmittance | permeability is 97% or more.
또한, 종래의 투명전극 특히, ITO(Indium Tin Oxide)를 이용하는 투명전극은 ITO 자체의 특성으로 인해 입사되는 빛의 파장이 블루 파장보다 짧아지는 경우 빛을 흡수하는 현상이 발생하여 광추출 효율을 떨어뜨리는 문제점이 있었는데 반해, 상기 하이브리드 적층구조체는 금속 입자(m)의 직경 등을 조절하여 입사되는 빛의 파장이 짧아진다 하더라도 빛을 흡수하는 현상을 방지할 수 있다.In addition, conventional transparent electrodes, especially transparent electrodes using indium tin oxide (ITO), absorb light when the wavelength of incident light becomes shorter than the blue wavelength due to the characteristics of the ITO itself, thereby reducing light extraction efficiency. On the other hand, the hybrid laminate has a problem in that it absorbs light even if the wavelength of incident light is shortened by adjusting the diameter of the metal particles (m).
그리고, 본 발명은 그래핀이 열전도성이 다이아몬드보다 2 배 이상 높기 때문에 발열소자의 방열 효과를 향상시킬 수 있다. 또한 그래핀의 강도가 강철보다 200배 이상 강하기 때문에 발광소자를 보호하는 역할을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 그래핀이 유연성이 뛰어나기 때문에 플렉서블한 발광소자를 제조할 수 있게 된다. In addition, the present invention can improve the heat dissipation effect of the heating element because the graphene is more than twice the thermal conductivity than diamond. In addition, since the strength of the graphene is more than 200 times stronger than steel, not only can protect the light emitting device, but also because the graphene is excellent in flexibility, it is possible to manufacture a flexible light emitting device.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자를 보여주는 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing a light emitting device according to another embodiment of the present invention.
금속 입자층(M)은 도 1, 2에 도시된 바와 같이 금속 입자층(M)을 구성하는 금속 입자(m)의 직경이 실질적으로 동일할 수도 있으나, 도 3에 도시된 바와 같이 금속 입자(m)의 직경이 상이할 수도 있다. 즉, 금속 입자층(M)은 복수의 금속 입자가 직경이 다른 제1 금속 입자 m1와 제 2금속 입자 m2를 포함할 수 있다. 직경이 상이한 금속 입자(m1, m2) 로 인해 금속 입자층(M) 상부에 형성된 제2 그래핀층(G2)에 굴곡이 형성됨으로써 제2 그래핀층(G2)의 표면이 거칠어질 수 있어, 이로 인해 플라즈몬 공명 현상이 활발해져 발광효율이 더욱 향상될 수 있다. 다만, 이 경우에도 금속 입자층(M)은 투명성을 가지기 위하여 금속 입자(m1, m2)의 직경이 20nm 이하인 것이 바람직하다. 도면 3에서는 복수의 금속 입자의 직경이 상이한 예로서 복수의 금속 입자의 직경이 2가지로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 복수의 금속 입자의 직경은 3가지 이상으로 나타날 수도 있다.As shown in FIGS. 1 and 2, the metal particle layer M may have substantially the same diameter as the metal particles m constituting the metal particle layer M, but as shown in FIG. 3, the metal particles m may be substantially the same. The diameter of may be different. That is, the metal particle layer M may include the first metal particles m 1 and the second metal particles m 2 having different diameters from the plurality of metal particles. The surface of the second graphene layer G2 may be roughened by bending formed in the second graphene layer G2 formed on the metal particle layer M due to the metal particles m 1 and m 2 having different diameters. Due to this plasmon resonance is active can be further improved luminous efficiency. However, the metal particle layer (M) in this case it is preferable that the diameter of the metal particles (m 1, m 2) less than or equal to 20nm in order to have transparency. In FIG. 3, two diameters of the plurality of metal particles are illustrated as examples of different diameters of the plurality of metal particles, but the present invention is not limited thereto.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광소자를 보여주는 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing a light emitting device according to another embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 금속 입자층(M)은 금속 입자(m) 외에 그래핀 양자점(g)을 더 포함할 수 있다. 금속 입자층(M)은 금속 입자(m) 외에 그래핀 양자점(g)을 더 포함함으로써, 발광 파장을 제어하거나 발광 효율을 개선할 수 있다. 여기서 그래핀 양자점(g)은 1 내지 10nm의 크기의 그래핀 나노 조각일 수 있다. 상기 그래핀 양자점(g)은 그 안에 많은 수의 전자를 가지지만, 자유 전자의 수는 1 내지 100개 정도로 제한될 수 있다. 이 경우, 전자들이 가지는 에너지 준위가 불연속적으로 제한되어 연속적인 밴드를 형성하는 시트(sheet) 형태의 그래핀과는 다른 전기적, 광학적 특성을 나타낼 수 있다. 그래핀 양자점(g)은 그 크기에 따라서 에너지 준위가 달라지기 때문에, 그 크기를 조절하여 밴드갭을 제어할 수 있다. 즉, 상기 그래핀 양자점(g)의 크기 조절만으로 발광 파장을 제어할 수 있다. 그리고, 상기 그래핀 양자점(g)에서의 밴드갭 엣지(bandgap edge)에 전자와 정공의 상태 밀도는 그래핀 시트보다 매우 높기 때문에, 여기된 전자와 정공이 결합하는 수가 많아 발광 효율이 개선될 수 있다.Referring to FIG. 4, the metal particle layer M may further include graphene quantum dots g in addition to the metal particles m. The metal particle layer M further includes graphene quantum dots g in addition to the metal particles m, thereby controlling the emission wavelength or improving the emission efficiency. Here, the graphene quantum dot g may be a graphene nano piece having a size of 1 to 10 nm. The graphene quantum dot g has a large number of electrons therein, but the number of free electrons may be limited to about 1 to 100. In this case, the energy levels of the electrons may be discontinuously limited, and thus may exhibit electrical and optical characteristics different from those of the graphene in the form of sheets forming continuous bands. Graphene quantum dot (g) is because the energy level varies depending on the size, it is possible to control the band gap by adjusting the size. That is, the emission wavelength may be controlled only by controlling the size of the graphene quantum dot g. In addition, since the state density of electrons and holes in the bandgap edge of the graphene quantum dot g is much higher than that of the graphene sheet, the number of excited electrons and holes may be combined to improve the luminous efficiency. have.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광소자를 보여주는 단면도이다.5 is a cross-sectional view showing a light emitting device according to another embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 발광소자의 다른 예로서, 금속 입자층(M)의 상부, 하부에 배치된 복수의 그래핀층(G1, G2)으로서 도핑된 그래핀층(G1, G2)을 사용할 수 있다. 그래핀층(G1, G2)을 도핑함으로써, 그래핀의 전자 띠구조를 변형시켜 표면 플라즈몬 공명 현상이 더욱 활발하게 일어나도록 할 수 있다. B 또는 N원자를 그래핀의 탄소원자와 치환하여 그래핀층(G1, G2)을 도핑하기 위해서 CVD 및 전기화학적 반응과 같은 화학적 도핑을 이용할 수도 있으며, 이온주입법을 이용할 수도 있다. 도 5에서는 제1 그래핀층(G1)이 p형, 제2 그래핀층(G2)이 n형으로 도핑된 것으로 개시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니며 제2 도전형 반도체층(400)에 따라 제1 그래핀층(G1)이 n형, 제2 그래핀층(G2)이 p형으로 달라질 수도 있다.Referring to FIG. 5, as another example of the light emitting device according to the present invention, doped graphene layers G1 and G2 may be used as the plurality of graphene layers G1 and G2 disposed above and below the metal particle layer M. Referring to FIG. Can be. By doping the graphene layers (G1, G2), it is possible to modify the electronic band structure of the graphene so that surface plasmon resonance phenomenon occurs more actively. In order to dope the graphene layers (G1, G2) by substituting the B or N atoms with carbon atoms of graphene, chemical doping such as CVD and electrochemical reactions may be used, or ion implantation may be used. In FIG. 5, it is disclosed that the first graphene layer G1 is doped with a p-type and the second graphene layer G2 is n-type, but is not limited thereto. The first graphene layer G1 may be a first graph according to the second
본 발명의 실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층(200)에 전기적으로 연결된 전극(500)을 더 포함할 수 있다. 전극(500)을 더 포함된 예에 대하여 도 6 내지 도 8을 참고하여 이하 살펴보기로 한다.The light emitting device according to the embodiment of the present invention may further include an
도 6을 참조하면, 기판(100) 상에 마련된 제1 도전형 반도체층(200)은 MESA 에칭 등에 의해 제1 도전형 반도체층(200)의 일부가 노출될 수 있고, 제1 도전형 반도체층(200)의 노출된 부분에 전극(500)이 배치될 수 있다. Referring to FIG. 6, a portion of the first conductivity
도 6의 경우, 전극(500)은 기판(100)의 상부에 배치되지만, 전극(500)을 기판(100) 하부에 배치할 수도 있다. 그 예가 도 7에 도시되어 있다. 도 7에서 기판(100)은 반도체 기판일 수 있다. 이 경우, 전극(500)은 기판(100)을 통해서 제1 도전형 반도체층(200)에 연결된 것으로 볼 수 있다.In FIG. 6, the
또한, 전극 연결의 다른 방법으로 도 8에 도시된 바와 같이 기판(100) 내에 도전형 플러그(100a)를 형성하고, 상기 도전형 플러그(100a)를 이용해서 전극(500)과 제1 도전형 반도체층(200)을 연결할 수도 있다. 이 때, 기판(100)은 절연성 기판일 수 있다. 다만, 상기 도 6 내지 도 8에서 도시한 전극(500) 배치구조는 일 예에 불과할 뿐, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, as shown in FIG. 8, a
도 6 내지 도 8에서 전극(500)은 그래핀으로 형성될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 그래핀은 우수한 전하 이동도 및 광 투과성을 가지기 때문에, 전극(500)의 물질로 그래핀을 적용하면 다른 투명전극을 사용하는 경우보다, 캐리어 주입효율 및 광추출 효율 등을 개선할 수 있다. 그러나, 전극(500)의 물질을 그래핀으로 한정하는 것은 아니며, 그래핀을 제외한 다른 도전 물질을 전극(500) 물질로 적용할 수도 있다.6 to 8, the
또한, 본 발명의 실시예에 따른 발광소자는 그래핀층(G)의 평면구조를 달리 할 수 있다. 이하에서는 도 9를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 발광소자에 사용될 수 있는 다양한 그래핀층(Ga, Gb, Gc, Gd)의 구조를 설명하도록 한다. 도 9의 (A) 내지 (D)는 평면도이다. 즉, 도 9의 (A) 내지 (D)는 도 1 내지 도 8의 그래핀층(G1, G2)이 가질 수 있는 다양한 평면 구조를 보여준다. In addition, the light emitting device according to the embodiment of the present invention may have a different planar structure of the graphene layer (G). Hereinafter, the structure of various graphene layers Ga, Gb, Gc, and Gd that may be used in the light emitting device according to the exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 9. 9A to 9D are plan views. That is, FIGS. 9A to 9D show various planar structures that the graphene layers G1 and G2 of FIGS. 1 to 8 may have.
도 9의 (A)를 참조하면, 그래핀층(Ga)은 시트(sheet) 타입일 수 있다. 그래핀층은 하나 또는 복수의 그래핀을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 9A, the graphene layer Ga may be a sheet type. The graphene layer may include one or a plurality of graphenes.
도 9의 (B)를 참조하면, 그래핀층(Gb)은 줄무늬 패턴(stripe pattern)을 갖도록 패터닝된 구조를 가질 수 있다. 그래핀층(Gb)의 패턴은 나노 사이즈를 가질 수 있고, 이들 사이의 간격도 나노 스케일일 수 있다. 이러한 그래핀층(Gb)은 이른바 그래핀 나노리본이라 할 수 있다. Referring to FIG. 9B, the graphene layer Gb may have a patterned structure to have a stripe pattern. The pattern of the graphene layer Gb may have a nano size, and the gap therebetween may also be nanoscale. The graphene layer (Gb) may be referred to as graphene nanoribbons.
도 9의 (C)를 참조하면, 그래핀층(Gc)은 그물망(mesh) 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 그래핀층(Gc)에 복수의 나노 홀이 규칙적으로 형성될 수 있다. Referring to FIG. 9C, the graphene layer Gc may have a mesh structure. For example, a plurality of nano holes may be regularly formed in the graphene layer Gc.
도 9의 (D)를 참조하면, 그래핀층(Gd)은 복수의 그래핀 플레이크(graphene flake) 또는 복수의 그래핀 양자점(graphene quantum dot)으로 구성될 수 있다. Referring to FIG. 9D, the graphene layer Gd may include a plurality of graphene flakes or a plurality of graphene quantum dots.
도 9의 (A) 내지 (D)의 구조는 개별적으로 사용될 수 있지만, 이들 중 적어도 두 개의 구조를 조합하여 하나의 그래핀층을 구성할 수도 있다. Although the structures of FIGS. 9A to 9D may be used individually, at least two of them may be combined to form one graphene layer.
이하에서는, 도 10a 내지 도 10d를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 설명하도록 한다. Hereinafter, a method of manufacturing a light emitting device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10A to 10D.
도 10a를 참조하면, 기판(100) 상에 제1 도전형 반도체층(200)을 형성할 수 있다. 기판(100)은 일반적인 반도체소자 공정에서 사용되는 다양한 기판 중 어느 하나일 수 있다. 예컨대, 기판(100)은 사파이어(Al2O3) 기판, Si 기판, SiC 기판, 비정질 AlN 기판 및 Si-Al 기판 중 어느 하나일 수 있다. 그러나 이는 예시적인 것이고, 이외에 다른 기판을 사용할 수도 있다. 제1 도전형 반도체층(200)은, 예컨대, n형 반도체층일 수 있지만, 경우에 따라서는 p형 반도체층일 수도 있다. 제1 도전형 반도체층(200)은 단층 또는 다층 구조로 형성할 수 있다. 또한, 제1 도전형 반도체층(200)은, 예컨대, 에피택셜 성장 법으로 형성할 수 있다. 다음으로 제1 도전형 반도체층(200) 상부에 활성층(300) 및 제2 도전형 반도체층(400)을 순차적으로 형성할 수 있다. 여기서 제1 도전형 반도체는 n형이고 제2 도전형 반도체층(400)은 p형으로 도시하였으나, 경우에 따라 n형, p형이 바뀔 수 있다. Referring to FIG. 10A, a first conductivity
도 10b를 참조하면, 제2 도전형 반도체층(400) 상에 제1 그래핀층(G1)을 형성할 수 있다. 제1 그래핀층(G1)은, 예컨대, 성장(growth) 법으로 형성할 수 있다. 이 경우, 제1 그래핀층(G1)의 성장을 위해 열 화학기상증착(thermal chemical vapor deposition) 법을 사용할 수 있으나, 그 밖에 다른 방법을 사용할 수도 있다. 또한 제1 그래핀층(G1)은 성장(growth) 법 이외에 다른 방법, 예컨대, 박리(exfoliation) 법 등으로 형성할 수도 있다. Referring to FIG. 10B, a first graphene layer G1 may be formed on the second
도 10c를 참조하면, 제1 그래핀층(G1) 상에 나노 단위의 복수의 금속 입자(m)를 포함하는 금속 입자층(M)을 형성할 수 있다. 금속 입자층(M)은 자기조립(self-assembly) 방법으로 형성할 수 있다. 상기 자기조립 방법을 사용하는 경우, 제1 그래핀층(G1) 상에 소정 두께의 금속층을 일반적인 증착법으로 형성한 후, 예컨대, 800℃ 이상에서 고온 열처리를 통해 상기 금속층을 나노 단위의 금속 입자(m) 형태로 변형시킬 수 있다. 금속 입자층(M)의 물질은, 예컨대, Au, Ag, Al, Zn, Si 등과 같은 금속일 수 있다. 금속 입자층(M)의 두께는, 예컨대, 약 20nm 이하일 수 있다. 즉, 복수의 금속 입자(m)의 직경은 약 20nm 이하일 수 있다. 이 경우, 금속 입자층(M)은 높은 광 투과성을 가질 수 있다. Referring to FIG. 10C, a metal particle layer M including a plurality of metal particles m in nano units may be formed on the first graphene layer G1. The metal particle layer M may be formed by a self-assembly method. In the case of using the self-assembly method, after forming a metal layer having a predetermined thickness on the first graphene layer (G1) by a general deposition method, for example, the metal layer in nano units of metal particles (m) by high temperature heat treatment at 800 ℃ or more (m) ) Can be transformed into a shape. The material of the metal particle layer M may be, for example, a metal such as Au, Ag, Al, Zn, Si, or the like. The thickness of the metal particle layer M may be, for example, about 20 nm or less. That is, the diameters of the plurality of metal particles m may be about 20 nm or less. In this case, the metal particle layer M may have high light transmittance.
도 10d를 참조하면, 금속 입자층(M) 상에 제2 그래핀층(G2)을 형성할 수 있다. 제2 그래핀층(G2)은, 예컨대, 성장(growth) 법으로 형성할 수 있다. 이 경우, 제2 그래핀층(G2)의 성장을 위해 열 화학기상증착(thermal chemical vapor deposition) 법을 사용할 수 있으나, 그 밖에 다른 방법을 사용할 수도 있다. 또한, 제2 그래핀층(G2)은 성장(growth) 법 이외에 다른 방법, 예컨대, 박리(exfoliation) 법 등으로 형성할 수도 있다. Referring to FIG. 10D, a second graphene layer G2 may be formed on the metal particle layer M. Referring to FIG. The second graphene layer G2 may be formed by, for example, a growth method. In this case, a thermal chemical vapor deposition method may be used to grow the second graphene layer G2, but other methods may be used. In addition, the second graphene layer G2 may be formed by another method, for example, an exfoliation method, in addition to the growth method.
또한, 도시하지는 않았지만, 제1 도전형 반도체층(200)에 전기적으로 연결된 전극(500)을 더 형성할 수 있다. 상기 전극(500)은 기판(100)의 상부 또는 하부에 형성할 수 있다. Although not shown, an
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 비교적 용이한 공정 및 저비용으로 발광효율 및 광추출효율이 우수한 발광소자를 제조할 수 있다. Thus, according to the embodiment of the present invention, it is possible to manufacture a light emitting device excellent in luminous efficiency and light extraction efficiency in a relatively easy process and low cost.
전술한 도 10a 내지 도 10d는 도 1의 발광소자를 제조하는 방법에 대한 것이지만, 이를 변형하면, 도 2 내지 도 8의 발광소자를 제조할 수 있다. 이는 당업자가 잘 알 수 있는 수준의 기술적 변형이므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다. 10A to 10D described above are related to the method of manufacturing the light emitting device of FIG. 1, but by modifying the above, the light emitting device of FIGS. 2 to 8 may be manufactured. Since this is a level of technical modifications well known to those skilled in the art, a detailed description thereof will be omitted.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면 금속 입자층(M) 및 복수의 그래핀층을 포함하는 적층구조를 발광소자에 적용함으로써, 플라즈몬(plasmon) 효과에 의한 발광효율의 증가 및 우수한 투광성에 기인한 광추출효율 증가 등 다양한 효과를 얻을 수 있다. As described above, according to the embodiment of the present invention, the laminate structure including the metal particle layer M and the plurality of graphene layers is applied to the light emitting device, thereby increasing light emission efficiency due to the plasmon effect and light due to excellent light transmittance. Various effects can be obtained, including increased extraction efficiency.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 및 그 제조방법은 다양하게 변형될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 또한 본 발명의 실시예에 따른 적층구조, 즉, 제1 그래핀층(G1), 금속 입자층(M), 제2 그래핀층(G2)을 포함하는 적층구조는 발광소자가 아닌 다른 소자에도 적용될 수 있고, 투명전극이 아닌 그 밖에 다른 목적으로도 다양하게 사용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.Although a number of matters have been specifically described in the above description, they should be interpreted as examples of preferred embodiments rather than limiting the scope of the invention. For example, those of ordinary skill in the art will appreciate that the light emitting device and the method of manufacturing the same according to the embodiment of the present invention can be modified in various ways. In addition, the laminated structure according to the embodiment of the present invention, that is, the laminated structure including the first graphene layer (G1), the metal particle layer (M), the second graphene layer (G2) can be applied to other devices than the light emitting device It will be appreciated that the present invention can be used for various purposes other than the transparent electrode. Therefore, the scope of the present invention is not to be determined by the described embodiments but should be determined by the technical idea described in the claims.
100: 기판 200: 제1 도전형 반도체층
300: 활성층 400: 제2 도전형 반도체층
500: 전극 G: 그래핀층
G1: 제1 그래핀층 G2: 제2 그래핀층
M: 금속 입자층 m: 금속 입자
g: 그래핀 양자점 100
300: active layer 400: second conductivity type semiconductor layer
500: electrode G: graphene layer
G1: first graphene layer G2: second graphene layer
M: metal particle layer m: metal particle
g: graphene quantum dots
Claims (19)
상기 제1 도전형 반도체층 상에 마련된 활성층;
상기 활성층 상에 마련된 제2 도전형 반도체층;
상기 제2 도전형 반도체층 상에 마련된 제1 그래핀층;
상기 제1 그래핀층 상에 마련되고, 나노 단위의 복수의 금속 입자가 배열된 금속 입자층; 및
상기 금속 입자층 상에 마련되는 제2 그래핀층;을 포함하고,
상기 제1 및 제2 그래핀층들은 상기 활성층으로부터 방출된 빛을 투과시키는 것을 특징으로 하는 발광소자.A first conductive semiconductor layer;
An active layer provided on the first conductive semiconductor layer;
A second conductivity type semiconductor layer provided on the active layer;
A first graphene layer provided on the second conductive semiconductor layer;
A metal particle layer provided on the first graphene layer and having a plurality of metal particles arranged in nano units; And
And a second graphene layer provided on the metal particle layer.
And the first and second graphene layers transmit light emitted from the active layer.
상기 금속 입자층은 상기 활성층으로부터 방출된 빛이 상기 그래핀층에 입사되어, 상기 금속 입자의 표면 및 그래핀층과의 계면에서 표면 플라즈몬 공명을 일으키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광소자.The method of claim 1,
And the metal particle layer is configured such that light emitted from the active layer is incident on the graphene layer to cause surface plasmon resonance at the surface of the metal particle and at an interface with the graphene layer.
상기 복수의 금속 입자는 구형 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 발광소자The method of claim 1,
The light emitting device, characterized in that the plurality of metal particles have a spherical shape.
상기 복수의 금속 입자는 Ag, Au, Al, Zn, Si 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자.The method of claim 1,
The plurality of metal particles include at least one of Ag, Au, Al, Zn, Si.
상기 복수의 금속 입자의 직경이 20nm 이하인 것을 특징으로 하는 발광소자.The method of claim 1,
A light emitting device, characterized in that the diameter of the plurality of metal particles is 20nm or less.
상기 금속 입자층은 그래핀 양자점을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자.The method of claim 1,
The metal particle layer further comprises a graphene quantum dot light emitting device.
상기 복수의 금속 입자의 직경이 동일한 것을 특징으로 하는 발광소자.The method of claim 1,
A light emitting device, characterized in that the diameter of the plurality of metal particles are the same.
상기 복수의 금속 입자는 직경이 서로 다른 제1, 제2 금속 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자.The method of claim 1,
The light emitting device, characterized in that the plurality of metal particles include first and second metal particles having different diameters.
상기 제1 그래핀층은 n형과 p형 중 어느 하나로 도핑되고, 상기 제2 그래핀층은 다른 하나로 도핑되는 것을 특징으로 하는 발광소자.The method of claim 1,
Wherein the first graphene layer is doped with one of n-type and p-type, and the second graphene layer is doped with another.
상기 제1 그래핀층은 10개 이내의 그래핀이 적층된 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자.The method of claim 1,
The first graphene layer is a light emitting device characterized in that it comprises a structure in which less than 10 graphene is laminated.
상기 제2 그래핀층은 10개 이내의 그래핀이 적층된 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자.The method of claim 1,
The second graphene layer is a light emitting device characterized in that it comprises a structure in which less than 10 graphene is stacked.
상기 제1 도전형 반도체에 전기적으로 연결된 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자.The method of claim 1,
The light emitting device of claim 1, further comprising an electrode electrically connected to the first conductivity type semiconductor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110115376A KR101283538B1 (en) | 2011-11-07 | 2011-11-07 | Enhanced luminescence light emitting device using surface plasmon resonance |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110115376A KR101283538B1 (en) | 2011-11-07 | 2011-11-07 | Enhanced luminescence light emitting device using surface plasmon resonance |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130050166A KR20130050166A (en) | 2013-05-15 |
| KR101283538B1 true KR101283538B1 (en) | 2013-07-15 |
Family
ID=48660665
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110115376A KR101283538B1 (en) | 2011-11-07 | 2011-11-07 | Enhanced luminescence light emitting device using surface plasmon resonance |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101283538B1 (en) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI581452B (en) * | 2014-10-24 | 2017-05-01 | Nat Chunghsing Univ | High light extraction rate of light-emitting diodes, conductive films, and conductive films |
| CN104568851A (en) * | 2015-01-15 | 2015-04-29 | 上海交通大学 | Chip for SPR bioreactor as well as preparation method and application of chip |
| KR102600148B1 (en) | 2016-08-23 | 2023-11-08 | 삼성전자주식회사 | Triboelectric generator using surface plasmon resonance |
| CN106872405B (en) * | 2017-01-05 | 2019-08-13 | 深圳大学 | A kind of biologic sensor chip based on bilayer graphene |
| CN108428746A (en) * | 2017-02-12 | 2018-08-21 | 无锡马丁格林光伏科技有限公司 | A kind of absorbing film for thermophotovoltaic |
| CN111735799A (en) * | 2020-07-02 | 2020-10-02 | 燕山大学 | Guided wave surface plasma resonance sensor |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100137284A (en) * | 2009-06-22 | 2010-12-30 | 한국과학기술원 | Uv-led display device using the surface plasmonic resonance |
| US20110033746A1 (en) * | 2009-08-10 | 2011-02-10 | Jun Liu | Self assembled multi-layer nanocomposite of graphene and metal oxide materials |
| KR20110112221A (en) * | 2010-04-05 | 2011-10-12 | 전북대학교산학협력단 | Fluorescence resonance energy transfer-based light emitting diode device using quantum dots |
| KR20110118956A (en) * | 2010-04-26 | 2011-11-02 | 전북대학교산학협력단 | Surface plasmon resonance-based light emitting diode using core-shell nanoparticles |
-
2011
- 2011-11-07 KR KR1020110115376A patent/KR101283538B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100137284A (en) * | 2009-06-22 | 2010-12-30 | 한국과학기술원 | Uv-led display device using the surface plasmonic resonance |
| US20110033746A1 (en) * | 2009-08-10 | 2011-02-10 | Jun Liu | Self assembled multi-layer nanocomposite of graphene and metal oxide materials |
| KR20110112221A (en) * | 2010-04-05 | 2011-10-12 | 전북대학교산학협력단 | Fluorescence resonance energy transfer-based light emitting diode device using quantum dots |
| KR20110118956A (en) * | 2010-04-26 | 2011-11-02 | 전북대학교산학협력단 | Surface plasmon resonance-based light emitting diode using core-shell nanoparticles |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20130050166A (en) | 2013-05-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5284365B2 (en) | LED with current spreading layer | |
| JP6184586B2 (en) | Light emitting assembly comprising a semiconductor stack having an active zone on a cylindrical structure | |
| KR101342664B1 (en) | Light emitting diode for emitting ultraviolet | |
| JP5244980B2 (en) | Semiconductor light emitting device | |
| KR101283538B1 (en) | Enhanced luminescence light emitting device using surface plasmon resonance | |
| US8293554B2 (en) | Luminous device and method of manufacturing the same | |
| TW201603264A (en) | Electronic devices comprising N-type and P-type superlattices | |
| JP4892618B2 (en) | Semiconductor light emitting device | |
| TWI502767B (en) | Semiconductor light emitting structure | |
| KR101718067B1 (en) | Light emitting device and method of manufacturing the same | |
| JP2010532926A (en) | Radiation emitting semiconductor body | |
| CN103325899A (en) | White light emitting diode | |
| JP5744615B2 (en) | Nitride semiconductor light emitting diode device | |
| JPWO2014061692A1 (en) | Nitride semiconductor light emitting device | |
| KR20120059060A (en) | Stack structure having nanoparticles and light emitting device including the stack structure | |
| KR20120029171A (en) | Light emitting device and method of manufacturing the same | |
| JP5337862B2 (en) | Semiconductor light emitting device | |
| KR20120059062A (en) | Light emitting device and method of manufacturing the same | |
| KR101281686B1 (en) | Enhanced luminescence light emitting device using surface plasmon resonance | |
| JP2022553236A (en) | Light emitting diode comprising a semiconductor based on AlN P-doped with magnesium atoms and a layer of doped diamond | |
| JP5395887B2 (en) | Semiconductor light emitting device | |
| KR20120046632A (en) | Light emitting device inculding graphene layer and nanocrystal layer | |
| JP5306873B2 (en) | Nitride semiconductor light emitting diode and manufacturing method thereof | |
| KR101285309B1 (en) | Light emitting device and manufacturing method thereof | |
| KR20120046631A (en) | Light emitting device and method of manufacturing the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160630 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170630 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180629 Year of fee payment: 6 |