KR101878742B1 - 그래핀층 상에 ＧａＮ 층을 성장시키는 방법 및 상기 그래핀층 상의 ＧａＮ을 이용한 발광소자 - Google Patents
그래핀층 상에 ＧａＮ 층을 성장시키는 방법 및 상기 그래핀층 상의 ＧａＮ을 이용한 발광소자 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101878742B1 KR101878742B1 KR1020110143912A KR20110143912A KR101878742B1 KR 101878742 B1 KR101878742 B1 KR 101878742B1 KR 1020110143912 A KR1020110143912 A KR 1020110143912A KR 20110143912 A KR20110143912 A KR 20110143912A KR 101878742 B1 KR101878742 B1 KR 101878742B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- graphene
- gan
- graphene layer
- gan crystal
- Prior art date
Links
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 117
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 116
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 77
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 27
- -1 hydrogen nitrate compound Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims abstract 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 5
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000003685 thermal hair damage Effects 0.000 abstract 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 6
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect 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
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 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
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
- H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
-
- 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
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0093—Wafer bonding; Removal of the growth 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
- H01L33/02—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
- H01L33/12—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 stress relaxation structure, e.g. buffer layer
-
- 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
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
- H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
그래핀층의 손상을 최소화하면서 그래핀층 상에 고품질의 GaN 결정층을 성장시키는 방법이 개시된다. 개시된 일 실시예에 따르면, 기판 상에 그래핀층을 형성하는 단계, 그래핀층 상에 Ga을 미리 흘려 Ga 시드를 형성하는 단계, 질화수소 화합물을 제공하여 Ga 시드 상에 GaN 버퍼층을 성장시키는 단계, 및 GaN 버퍼층 상에 GaN 결정층을 성장시키는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, Ga 시드를 형성하는 단계는 약 300도 내지 600도의 비교적 저온에서 수행되며, 질화수소 화합물을 제공하는 동시에 공정 온도를 약 1000도 내지 1100도로 상승시킬 수 있다. 약 300도 내지 600도의 저온 공정으로 Ga 시드가 먼저 형성되기 때문에, 이후의 GaN 버퍼층 형성 단계에서 그래핀층은 열에 의한 손상을 거의 입지 않는다.
Description
개시된 실시예들은 그래핀층 상에 GaN 층을 성장시키는 방법 및 그래핀층 상의 GaN을 이용한 발광소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 그래핀층의 손상을 최소화하면서 그래핀층 상에 GaN 결정층을 성장시키는 방법 및 이렇게 형성된 GaN 결정층을 이용하여 제조된 발광소자에 관한 것이다.
그래핀은 탄소 원자 한 층으로 만들어진 벌집 구조의 2차원 박막을 말한다. 탄소 원자는 sp2 혼성 궤도에 의해 화학 결합시 이차원 구조를 가지는 탄소 육각망면을 형성한다. 이 평면 구조를 가지는 탄소 원자의 집합체가 그래핀인데, 그 두께가 단지 탄소 원자 한 개에 불과한 약 0.34 nm이다. 이러한 그래핀은 구조적, 화학적으로 매우 안정적이며, 우수한 전도체로서 실리콘보다 약 100배 정도 빠른 전하 이동도를 가지고, 구리보다 약 100배 정도 많은 전류를 흐르게 할 수 있다. 또한, 그래핀은 투명도가 우수한데, 종래에 투명 전극으로 사용되던 ITO(indium tin oxide)보다 높은 투명도를 가질 수 있다. 더욱이, 그래핀은 열전도성이 우수하여 뛰어난 방열 특성까지 가지고 있다. 위와 같은 그래핀의 특성들을 이용하여 전자 소자에 그래핀을 적용하고자 하는 다양한 연구들이 진행되고 있다.
그러나 그래핀의 표면에는 불포화 결합(dangling bond)이나 작용기가 거의 없어서 그래핀의 표면은 강한 소수성을 띤다. 이로 인해, 그래핀 위에 GaN 등과 같은 다른 무기물을 성장시키는 것이 매우 어렵다. 이에 따라, 그래핀 위에 무기물을 성장시키기 위한 다양한 방법들에 제안되고 있다. 예를 들어, 그래핀 위에 GaN을 성장시키는 방법으로는, 그래핀의 표면을 산화시킨 후, 산화된 그래핀의 표면 위에 ZnO로 이루어진 버퍼층을 먼저 형성하고, ZnO 버퍼층 위에 GaN을 성장시키는 방법이 있다. 그러나, 이 방법의 경우 그래핀과 GaN 사이에 이종물질인 ZnO가 존재하기 때문에 성장된 GaN의 품질이 낮다. 또한, 이렇게 성장된 GaN을 이용하여 제조된 발광소자(LED)의 광학적, 전기적 특성도 역시 저하될 수 있다. 그 외에도 그래핀 위에 GaN을 성장시키기 위한 다양한 방법에 제안되고 있으나, 그래핀의 손상이 크거나 성장된 GaN의 품질이 저하되는 등의 이유로 발광소자의 특성이 저하되기 쉽다.
그래핀층의 손상을 최소화하면서 그래핀층 상에 고품질의 GaN 결정층을 성장시키는 방법을 제공한다.
상기 위와 같은 방법으로 형성된 GaN 결정층을 이용한 발광소자를 제공한다.
본 발명의 일 유형에 따르면, 기판 상에 그래핀층을 형성하는 단계; 제 1 온도 범위에서 상기 그래핀층 상에 GaN 버퍼층을 형성하는 단계; 및 상기 제 1 온도 범위보다 높은 제 2 온도 범위에서 상기 GaN 버퍼층 상에 GaN 결정층을 성장시키는 단계;를 포함하는 GaN 결정층 성장 방법이 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 그래핀층 상에 GaN 버퍼층을 형성하는 단계는, 상기 그래핀층 상에 Ga 시드를 형성하는 단계; 및 상기 Ga 시드 상에 GaN 결정을 성장시켜 GaN 버퍼층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 그래핀층 상에 Ga 시드를 형성하는 단계는 MOCVD 방식으로 300도 내지 600도의 제 1 온도 범위에서 수행될 수 있다.
또한, 상기 Ga 시드 상에 GaN 결정을 성장시키는 단계는, 예를 들어, 상기 Ga 시드 상에 질화수소 화합물을 제공하면서 온도를 1000도 내지 1100도로 상승시켜 수행될 수 있다.
상기 질화수소 화합물은, 예를 들어 암모니아(NH3)일 수 있다.
또한, 상기 그래핀층 상에 GaN 버퍼층을 형성하는 단계는, GaN 결정의 성장 후에 온도를 300도 내지 600도로 내리는 풀림 공정을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 GaN 버퍼층 상에 GaN 결정층을 성장시키는 단계는 MOCVD 방식으로 1000도 내지 1100도의 제 2 온도 범위에서 수행될 수 있다.
또한, 상기 그래핀층은 그래핀이 다층 구조로 적층되어 있는 그래핀 다중층일 수 있다.
상기 GaN 결정층 성장 방법은, 상기 GaN 결정층의 성장 후에, 상기 기판을 상기 그래핀층으로부터 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 유형에 따르면, 기판; 상기 기판 상에 배치된 그래핀층; 상기 그래핀층 상에 배치된 GaN 버퍼층; 상기 GaN 버퍼층 상에 배치된 GaN 결정층; 상기 GaN 버퍼층과 GaN 결정층을 메사 에칭하여 노출된 상기 그래핀층의 일부 표면 상에 배치된 제 1 전극 패드; 및 상기 GaN 결정층의 상부 표면에 배치된 제 2 전극 패드;를 포함하는 발광소자가 제공될 수 있으며, 여기서 상기 GaN 버퍼층 및 상기 GaN 결정층은 상술한 방법으로 성장된 것일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 GaN 결정층은, n-도핑된 n-GaN 결정층, 다중 양자우물 구조의 활성층, 및 p-도핑된 p-GaN 결정층을 포함할 수 있다.
개시된 방법에 따르면, 그래핀층 상에 저온 공정으로 GaN 버퍼층을 먼저 형성하기 때문에, 고온에 의한 그래핀층의 손상이 거의 없다. 따라서, 손상되지 않은 그래핀층은 본래의 특성을 유지하고 있기 때문에 발광소자의 투명 전극 등으로 사용될 수 있으며, 또는 그래핀층의 우수한 열전도성을 활용하여 방열 수단으로 사용될 수도 있다. 또한, 개시된 방법에 따르면, GaN 버퍼층 위에 GaN 결정층을 성장시키기 때문에, 최종적으로 성장된 GaN 결정층의 품질이 향상될 수 있다. 더욱이, 그래핀층과 그 하부의 기판을 쉽게 분리할 수 있어서, 성장된 GaN 결정층을 필요에 따라 다른 기판 등에 용이하게 옮길 수 있다.
또한, 개시된 방법으로 성장된 GaN 결정층을 이용한 발광소자는 우수한 발광효율을 가질 수 있다.
도 1 내지 도 3은 일 실시예에 따라 그래핀층 상에 GaN 결정층을 성장시키는 과정을 보이는 단면도이다.
도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 GaN 버퍼층과 GaN 결정층의 성장 과정에 대한 시간에 따른 공정 온도의 변화를 보이는 그래프이다.
도 5는 GaN 결정층의 성장 후에도 그래핀층이 손상 없이 보존되고 있음을 보이는 그래프이다.
도 6은 도 3에 도시된 GaN 결정층을 이용하여 제조된 발광소자를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 7은 사파이어 기판 상에 직접 GaN 결정층을 성장시켜 제조된 발광소자와 그래핀층 위에 GaN 결정층을 성장시켜 제조된 발광소자의 발광효율의 차이를 보이는 그래프이다.
도 8a 및 도 8b는 그래핀층 하부의 기판을 분리한 후, 도 3에 도시된 성장된 GaN 결정층을 다른 기판으로 옮기는 과정을 예시적으로 보이는 단면도이다.
도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 GaN 버퍼층과 GaN 결정층의 성장 과정에 대한 시간에 따른 공정 온도의 변화를 보이는 그래프이다.
도 5는 GaN 결정층의 성장 후에도 그래핀층이 손상 없이 보존되고 있음을 보이는 그래프이다.
도 6은 도 3에 도시된 GaN 결정층을 이용하여 제조된 발광소자를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 7은 사파이어 기판 상에 직접 GaN 결정층을 성장시켜 제조된 발광소자와 그래핀층 위에 GaN 결정층을 성장시켜 제조된 발광소자의 발광효율의 차이를 보이는 그래프이다.
도 8a 및 도 8b는 그래핀층 하부의 기판을 분리한 후, 도 3에 도시된 성장된 GaN 결정층을 다른 기판으로 옮기는 과정을 예시적으로 보이는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 그래핀층 상에 GaN 결정층을 성장시키는 방법 및 그래핀층 상의 GaN을 이용한 발광소자에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1 내지 도 3은 일 실시예에 따라 그래핀층 상에 GaN 결정층을 성장시키는 과정을 보이는 단면도이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 기판(11) 위에 그래핀층(12)을 형성한다. 기판(11)은 예를 들어 사파이어를 사용할 수 있다. 사파이어 이외에도 그래핀과의 결합력이 우수한 실리콘, 글래스, 실리카 등을 기판(11)의 재료로 사용할 수 있다. 그래핀층(12)은 그래핀이 다층 구조로 적층되어 있는 그래핀 다중층일 수 있다. 현재, 기판(11) 상에 그래핀 다중층을 형성하기 위한 다양한 방법들이 개시되어 있다. 예를 들어, 기판(11) 위에 산화 그래핀을 도포한 후 환원시키는 방법으로 그래핀 다중층을 형성할 수 있으며, 또는 금속 촉매를 이용하여 화학적 기상 증착(CVD) 방식으로 그래핀 다중층을 형성할 수도 있다.
이렇게 형성된 그래핀층(12)은 일반적으로 전기 전도도 및 열전도성이 우수하고 매우 투명하기 때문에 발광소자나 디스플레이 등의 투명 전극 재료로 사용하기에 적합할 수 있다. 그러나, 전술한 바와 같이, 그래핀층(12)의 손상 없이 그래핀층(12) 위에 예를 들어 GaN과 같은 다른 무기물층을 성장시키기는 매우 어렵다. 또한, 그래핀층(12) 위에서 성장된 무기물층의 품질도 저하되기 쉽다.
이러한 점을 개선하기 위하여, 본 실시예에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이, 그래핀층(12) 위에 저온으로 GaN 버퍼층(13)을 먼저 성장시킬 수 있다. 저온으로 GaN 버퍼층(13)을 먼저 성장시키기 때문에, GaN 버퍼층(13)을 성장시키는 동안 그 하부의 그래핀층(12)은 거의 손상되지 않을 수 있다. 그런 후에는, 도 3에 도시된 바와 같이, GaN 버퍼층(13) 위에 최종적으로 GaN 결정층(14)을 성장시킨다. 상기 GaN 결정층(14)을 성장시키는 동안에는 GaN 버퍼층(13)이 그 하부의 그래핀층(12)을 보호하기 때문에, 그래핀층(12)이 거의 손상되지 않을 수 있다. 더욱이, 이렇게 형성된 GaN 결정층(14)은 GaN 버퍼층(13) 위에서 성장되기 때문에 우수한 결정 품질을 가질 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따르면, 그래핀층(12)의 손상 없이 우수한 품질의 GaN 결정층(14)을 형성하는 것이 가능하다.
도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 GaN 버퍼층(13)과 GaN 결정층(14)의 성장 과정에 대한 시간에 따른 공정 온도의 변화를 보이는 그래프이다. 도 4를 참조하여 GaN 버퍼층(13)과 GaN 결정층(14)의 성장 공정을 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, GaN 버퍼층(13)의 저온 성장은 다음과 같이 수행될 수 있다. 우선, 그래핀층(12)이 형성된 기판(11)을 챔버 내에 위치시킨 후, 예컨대 약 300 내지 600℃의 온도에서 그래핀층(12) 위로 Ga를 흘려주면서 MOCVD(metal organic chemical vapor deposition) 방식으로 그래핀층(12) 위에 Ga 시드(seed)(도시되지 않음)를 형성한다. Ga 시드의 형성은 약 5분 내지 10분 정도 수행될 수 있다.
Ga 시드가 그래핀층(12)의 표면을 전체적으로 덮게 되면, 챔버 내의 온도를 약 1000 내지 1100℃의 온도로 상승시키면서, 예를 들어 암모니아(NH3)와 같은 질화수소 화합물을 챔버 내에서 제공한다. 그러면, 그래핀층(12) 상의 Ga 시드가 질소와 결합하면서 GaN 결정이 성장될 수 있다. GaN 결정의 성장은 약 1분 내지 30분 정도 수행될 수 있다. 본 실시예에 따르면, GaN 결정의 성장 과정에서 챔버 내의 온도를 약 1000 내지 1100℃ 정도로 올리더라도, 그래핀층(12)의 표면 위에 이미 형성된 Ga 시드가 그래핀층(12)을 보호할 수 있기 때문에, 그래핀층(12)은 거의 손상되지 않을 수 있다. 이렇게 형성된 GaN 결정은 GaN 버퍼층(13)이 될 수 있다. 도 4에서 점선으로 된 박스는 Ga 시드의 성장 과정과 GaN 결정의 성장 과정을 포함하는 GaN 버퍼층(13)의 저온 성장 공정을 표시한다.
상술한 방식으로 그래핀층(12) 위에 GaN 버퍼층(13)이 형성되었으면, 챔버 내의 온도를 다시 약 300 내지 600℃ 정도로 내려서 GaN 버퍼층(13)을 냉각시키고 내부 응력을 완화시키는 풀림 공정을 수행한다. 그런 후, 도 4에 도시된 바와 같이, 챔버 내의 온도를 다시 약 1000 내지 1100℃의 온도로 상승시키면서, 예를 들어, MOCVD 방식으로 GaN 버퍼층(13) 위에 GaN 결정층(14)을 성장시킬 수 있다. 이러한 GaN 버퍼층(13)의 성장과 GaN 결정층(14)의 성장은 하나의 챔버 내에서 연속적으로 수행될 수 있다. 본 실시예에 따르면, GaN 결정층(14)의 형성 과정에서 챔버 내의 온도가 약 1000 내지 1100℃ 정도로 오르더라도, 그래핀층(12) 상에 형성된 GaN 버퍼층(13)이 그래핀층(12)을 보호할 수 있다.
도 5는 GaN 결정층(14)의 성장 후에도 그래핀층(12)이 손상 없이 보존되고 있음을 보이는 그래프로서, GaN 결정층(14)의 성장 후에 얻은 라만 스펙트럼을 나타내는 그래프이다. 도 5의 그래프를 보면, G 밴드(1598/cm)와 2D 밴드(2712/cm)에서 나타나는 피크를 통해, GaN 결정층(14)의 성장 후에도 그래핀층(12)이 손상 없이 다중층 구조를 유지하고 있음을 확인할 수 있다.
상술한 본 실시예에 따른 방식으로 그래핀층(12) 위에 성장된 GaN 결정층(14)의 품질은 사파이어 기판 상에 직접 형성된 일반적인 GaN 결정층의 품질과 거의 차이가 없다. 따라서, GaN 결정층(14)은 발광 소자 등의 제조에 충분히 사용할 수 있다.
예를 들어, 도 6은 도 3에 도시된 GaN 결정층(14)을 이용하여 제조된 발광소자를 보이는 개략적으로 단면도이다. 도 6을 참조하면, GaN 결정층(14)은 예를 들어 n-도핑된 n-GaN 결정층(14a), 다중 양자우물 구조의 활성층(14b), 및 p-도핑된 p-GaN 결정층(14c)을 포함할 수 있다. 그리고, GaN 버퍼층(13)과 GaN 결정층(13)의 일부가 메사 에칭되어 그래핀층(12)이 부분적으로 노출되어 있다. 노출된 그래핀층(12)의 표면과 p-GaN 결정층(14c)의 표면에는 각각 전극 패드(15, 16)가 배치될 수 있다.
여기서, 그래핀층(12)은 n-GaN 결정층(14a)에 전류를 제공하는 전극으로서 역할을 할 수 있다. 알려진 바와 같이, 그래핀은 우수한 도전성을 갖기 때문에 발광소자의 전류 주입 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 그래핀은 우수한 열전도성도 갖기 때문에, 그래핀층(12)은 활성층(14b)에서 발생하는 열을 방출하는 방열 기능도 수행할 수 있다. 따라서, 그래핀층(12)은 열로 인한 발광소자의 열화 및 성능 저하를 방지할 수 있다. 도 7은 사파이어 기판 상에 직접 GaN 결정층을 성장시켜 제조된 발광소자와 그래핀층(12) 위에 GaN 결정층(14)을 성장시켜 제조된 발광소자의 발광효율의 차이를 보이는 그래프이다. 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따라 그래핀층(12) 위에 GaN 결정층(14)을 성장시켜 제조된 발광소자가 더욱 우수한 발광효율을 갖는다는 것을 알 수 있다.
또한, 그래핀층(12)은 일반적으로 그 하부의 기판(11)과 분리되기도 쉬우며 다른 기판으로 전사되기도 쉽다. 따라서, 그래핀층(12) 위에 GaN 결정층(14)을 성장시킨 후에는, 도 8a에 도시된 바와 같이, 필요에서 따라서 기판(11)과 그래핀층(12)을 분리하는 것도 가능하다. 그러면, 그래핀층(12) 위에 형성된 GaN 버퍼층(13)과 GaN 결정층(14)만이 남게 되며, 용도에 따라 GaN 결정층(14)을 적절히 이용할 수 있다. 그리고, 도 8b에 도시된 바와 같이, 분리된 GaN 버퍼층(13)과 GaN 결정층(14)은 그래핀층(12)과 함께 이종의 다른 기판(20)에 전사될 수 있다. 예를 들어, 그래핀층(12), GaN 버퍼층(13) 및 GaN 결정층(14)을 포함하는 구조물은 사파이어와 같은 단단한 고체 기판으로부터 에폭시 수지와 같은 가요성(flexible) 기판으로 옮겨질 수 있다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 그래핀층 상에 GaN 결정층을 성장시키는 방법 및 그래핀층 상의 GaN을 이용한 발광소자에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
11, 20.....기판 12.....그래핀층
13.....GaN 버퍼층 14.....GaN 결정층
15, 16.....전극 패드
13.....GaN 버퍼층 14.....GaN 결정층
15, 16.....전극 패드
Claims (11)
- 기판 상에 그래핀층을 형성하는 단계;
상기 그래핀층 상에 GaN 버퍼층을 형성하는 단계; 및
상기 GaN 버퍼층 상에 GaN 결정층을 성장시키는 단계;를 포함하며,
상기 그래핀층 상에 GaN 버퍼층을 형성하는 단계는:
제 1 온도 범위에서 상기 그래핀층 상에 Ga 시드를 형성하는 단계; 및
상기 제 1 온도 범위보다 높은 제 2 온도 범위에서 상기 Ga 시드 상에 GaN 결정을 성장시켜 GaN 버퍼층을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 상기 GaN 버퍼층 상에 GaN 결정층을 성장시키는 단계는 제 2 온도 범위에서 수행되는, GaN 결정층 성장 방법. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 그래핀층 상에 Ga 시드를 형성하는 단계는 MOCVD 방식으로 300도 내지 600도의 제 1 온도 범위에서 수행되는 GaN 결정층 성장 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 Ga 시드 상에 GaN 결정을 성장시켜 GaN 버퍼층을 형성하는 단계는 상기 Ga 시드 상에 질화수소 화합물을 제공하면서 온도를 1000도 내지 1100도의 제 2 온도 범위로 상승시켜 수행되는 GaN 결정층 성장 방법. - 제 4 항에 있어서,
상기 질화수소 화합물은 암모니아(NH3)인 GaN 결정층 성장 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 그래핀층 상에 GaN 버퍼층을 형성하는 단계는, GaN 결정의 성장 후에 온도를 300도 내지 600도로 내리는 풀림 공정을 더 포함하는 GaN 결정층 성장 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 GaN 버퍼층 상에 GaN 결정층을 성장시키는 단계는 MOCVD 방식으로 1000도 내지 1100도의 제 2 온도 범위에서 수행되는 GaN 결정층 성장 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 그래핀층은 그래핀이 다층 구조로 적층되어 있는 그래핀 다중층인 GaN 결정층 성장 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 GaN 결정층의 성장 후에, 상기 기판을 상기 그래핀층으로부터 분리하는 단계를 더 포함하는 GaN 결정층 성장 방법. - 삭제
- 삭제
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110143912A KR101878742B1 (ko) | 2011-12-27 | 2011-12-27 | 그래핀층 상에 ＧａＮ 층을 성장시키는 방법 및 상기 그래핀층 상의 ＧａＮ을 이용한 발광소자 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110143912A KR101878742B1 (ko) | 2011-12-27 | 2011-12-27 | 그래핀층 상에 ＧａＮ 층을 성장시키는 방법 및 상기 그래핀층 상의 ＧａＮ을 이용한 발광소자 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130075520A KR20130075520A (ko) | 2013-07-05 |
| KR101878742B1 true KR101878742B1 (ko) | 2018-08-20 |
Family
ID=48989396
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110143912A KR101878742B1 (ko) | 2011-12-27 | 2011-12-27 | 그래핀층 상에 ＧａＮ 층을 성장시키는 방법 및 상기 그래핀층 상의 ＧａＮ을 이용한 발광소자 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101878742B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022215891A1 (ko) * | 2021-04-06 | 2022-10-13 | 주식회사 디플랫 | Led 구조체 제조방법 및 이를 이용한 led 구조체 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101470754B1 (ko) * | 2013-08-28 | 2014-12-09 | 영남대학교 산학협력단 | 발광 다이오드 |
| KR101696889B1 (ko) * | 2014-10-01 | 2017-01-18 | 전북대학교산학협력단 | 그래핀 전극을 갖는 발광다이오드와 그 제조방법 |
| CN104409319B (zh) * | 2014-10-27 | 2017-04-05 | 苏州新纳晶光电有限公司 | 一种石墨烯基底上生长高质量GaN 缓冲层的制备方法 |
| KR101491962B1 (ko) * | 2014-10-28 | 2015-02-11 | 영남대학교 산학협력단 | 발광 다이오드 |
| KR102068322B1 (ko) * | 2018-04-03 | 2020-01-20 | 세종대학교산학협력단 | 그래핀 희생층을 이용한 에피택시 구조체 및 그 제조 방법 |
| KR102049248B1 (ko) * | 2018-05-28 | 2019-11-28 | 한국세라믹기술원 | 희생층을 이용한 GaN 결정층 분리 방법 |
| KR102284880B1 (ko) * | 2019-03-31 | 2021-08-03 | 경기대학교 산학협력단 | 단결정층 구조체와 이를 포함하는 마이크로 엘이디와 마이크로 엘이디 모듈 및 이들의 제조 방법 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011009268A (ja) * | 2009-06-23 | 2011-01-13 | Oki Data Corp | 窒化物半導体層の剥離方法、半導体装置の製造方法、及び半導体装置 |
-
2011
- 2011-12-27 KR KR1020110143912A patent/KR101878742B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011009268A (ja) * | 2009-06-23 | 2011-01-13 | Oki Data Corp | 窒化物半導体層の剥離方法、半導体装置の製造方法、及び半導体装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022215891A1 (ko) * | 2021-04-06 | 2022-10-13 | 주식회사 디플랫 | Led 구조체 제조방법 및 이를 이용한 led 구조체 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20130075520A (ko) | 2013-07-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101878742B1 (ko) | 그래핀층 상에 ＧａＮ 층을 성장시키는 방법 및 상기 그래핀층 상의 ＧａＮ을 이용한 발광소자 | |
| CN112768571B (zh) | 一种微型发光二极管结构的制造方法 | |
| TWI585863B (zh) | 適於具有異質基板的三族氮化物元件的緩衝層結構 | |
| US9685513B2 (en) | Semiconductor structure or device integrated with diamond | |
| US8125001B2 (en) | Method for manufacturing gallium oxide based substrate, light emitting device, and method for manufacturing the light emitting device | |
| US20140117382A1 (en) | Epitaxial Wafer, Method for Fabricating the Wafer, and Semiconductor Device Including the Wafer | |
| JP6525554B2 (ja) | 基板構造体を含むｃｍｏｓ素子 | |
| KR102094471B1 (ko) | 질화물 반도체층의 성장방법 및 이에 의하여 형성된 질화물 반도체 | |
| JP2014036231A (ja) | 半導体素子の製造方法 | |
| US20090321780A1 (en) | Gallium nitride-based light emitting device with roughened surface and fabricating method thereof | |
| WO2016072122A1 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| WO2021052498A1 (zh) | 一种半导体外延结构及其应用与制造方法 | |
| KR102049248B1 (ko) | 희생층을 이용한 GaN 결정층 분리 방법 | |
| TW201314955A (zh) | 發光二極體晶粒及其製造方法 | |
| Luo et al. | Strain‐Modulated Light Emission Properties in a Single InGaN/GaN Multiple‐Quantum‐Well Microwire‐Based Flexible Light‐Emitting Diode | |
| KR101695761B1 (ko) | 유연 발광 소자 및 그 제조 방법 | |
| TWI573288B (zh) | 發光二極體及其製作方法 | |
| CN213327795U (zh) | 一种半导体外延结构及其应用 | |
| KR20120079730A (ko) | 발광 소자 및 그 제조 방법 | |
| US20120032143A1 (en) | Emitting device and manufacturing method therefor | |
| KR101695922B1 (ko) | 그래핀을 이용하여 성장된 나노와이어를 기반으로 하는 광전도 소자 및 그 제조 방법 | |
| KR101525419B1 (ko) | 음의 고정 산화막 전하 밀도 제어를 위한 다층 산화막 및 그 제조 방법 그리고 이를 이용한 반도체 소자 및 그 제조 방법 | |
| TWI584493B (zh) | 發光二極體及其製作方法 | |
| CN105810782A (zh) | 用于制造半导体器件的方法 | |
| Kim | Kim et a1. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |