KR20100042122A - Semiconductor light emitting device and method for fabricating the same - Google Patents

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KR20100042122A
KR20100042122A KR1020080101261A KR20080101261A KR20100042122A KR 20100042122 A KR20100042122 A KR 20100042122A KR 1020080101261 A KR1020080101261 A KR 1020080101261A KR 20080101261 A KR20080101261 A KR 20080101261A KR 20100042122 A KR20100042122 A KR 20100042122A
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김지현
고건우
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고려대학교 산학협력단
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PURPOSE: A semiconductor light emitting device and a manufacturing method thereof are provided to improve luminous efficiency of the semiconductor light emitting device by forming an electrode using graphene. CONSTITUTION: A first electrode and a second electrode(107) are respectively formed on both sides of a p-n junction and a semiconductor material layer. At least one of first and second electrodes is made of grapheme. A semiconductor material layer is formed on a substrate(101) with a multilayer structure. The semiconductor material layer includes a lowermost n type semiconductor layer and an uppermost p type semiconductor layer.

Description

반도체 발광 소자 및 그 제조 방법 {Semiconductor light emitting device and method for fabricating the same}Semiconductor light emitting device and method for manufacturing the same {Semiconductor light emitting device and method for fabricating the same}

본 발명은 발광다이오드(LED)나 레이저다이오드(LD)와 같은 반도체 발광 소자에 관한 것으로, 특히 전극을 개선한 반도체 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor light emitting device such as a light emitting diode (LED) or a laser diode (LD), and more particularly to a semiconductor light emitting device having an improved electrode and a method of manufacturing the same.

LED 및 LD와 같은 반도체 발광 소자는 반도체 재료와 소자의 구조에 따라 다양한 파장, 휘도, 광강도를 갖추고서 제조된다. 종래 반도체 발광 소자는 단순표시기, 문자판 등에 주로 사용되던 가시광선 저휘도 소자에서 고휘도의 다양한 색 구현이 가능해짐에 따라 총천연색, 고신뢰성, 저전력, 소형화 요구의 다양한 분야에서 응용이 가능하게 되었다. Semiconductor light emitting devices such as LEDs and LDs are manufactured with various wavelengths, brightness, and light intensities according to semiconductor materials and device structures. As the conventional semiconductor light emitting device can realize various colors of high brightness in a visible light low brightness device which is mainly used for a simple display, a letter board, etc., it is possible to apply in various fields of total color, high reliability, low power, and miniaturization.

반도체의 p-n 접합 양단에 전극을 형성하고 여기에 전류를 흘릴 때 전자와 정공이 p-n 접합 부분에서 재결합하면서 빛이 발생된다. 이 때, 전류가 약하여 밀도 반전이 일어나지 않을 때에는 유도 방출이 안 되고 자발 방출에 의한 빛만 발생하게 되는데 이 장치가 LED이다. 반면 전류밀도가 높고 공진이 가능한 캐비티(cavity)를 만들어 유도 방출된 빛이 공진을 하며 나오게 한 장치가 LD인 것이 다. 이 때 발생하는 빛의 파장은 반도체를 구성함으로써 결정되는 밴드갭에 대응한다. When electrodes are formed across the p-n junction of a semiconductor and current flows therethrough, light is generated as electrons and holes recombine at the p-n junction. At this time, when the current is weak and the density inversion does not occur, the induced emission is not generated and only the light generated by the spontaneous emission is generated. This device is an LED. On the other hand, LD is a device that has high current density and resonant cavity, which induces emitted light to resonate. The wavelength of light generated at this time corresponds to the band gap determined by constituting the semiconductor.

이러한 반도체 발광 소자의 전극으로 흔히 사용되는 Ti, Ni, Cr, Au와 같은 금속은 불투명하여 전극의 가장자리에서만 빛을 얻을 수 있는 문제가 있다. 이를 해결하기 위해 투명 전극으로서 ITO(Indium Thin Oxide)와 같은 투명한 전도체를 사용할 수도 있지만 채취 가능한 인듐의 양이 매우 제한적이며 ITO가 안정적인 물질이 아니라 공정 중에 매우 세심한 주의가 필요해 제작이 어렵고 가격이 비싸다. 그리고, 이들 전극 물질을 이용한 반도체 발광 소자 제작 공정은 전극 패터닝을 할 때에 금속을 증착하고 식각하는 데 있어 여러 가지 복잡한 공정과 고가의 장비가 필요하다. Metals such as Ti, Ni, Cr, and Au, which are commonly used as electrodes of such semiconductor light emitting devices, are opaque and have a problem of obtaining light only at the edges of the electrodes. To solve this problem, transparent conductors such as indium thin oxide (ITO) may be used as transparent electrodes, but the amount of indium that can be collected is very limited, and since ITO is not a stable material, very careful attention is required during the process, making it difficult and expensive. In addition, a process of fabricating a semiconductor light emitting device using these electrode materials requires various complicated processes and expensive equipment for depositing and etching metals during electrode patterning.

또한, 반도체 발광 소자의 전기가 흐르는 부분에서는 열이 발생하게 되는데 반도체 발광 소자의 온도가 올라갈수록 소자의 발광효율이 떨어진다. 그러나 기존에 사용하던 전극 물질은 열전도도가 높지 않아 소자에서 나는 열을 효과적으로 분산할 수 없어서 열에 의한 소자의 수명단축이 초래된다. In addition, heat is generated in a portion of the semiconductor light emitting device in which electricity flows, and as the temperature of the semiconductor light emitting device increases, the light emitting efficiency of the device decreases. However, the electrode material used in the past does not have high thermal conductivity and thus cannot disperse heat from the device effectively, resulting in a shortening of the life of the device due to heat.

본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 반도체 발광 소자의 전극 물질을 개선함으로써 발광효율이 높은 반도체 발광 소자를 제공하고 특히 이러한 반도체 발광 소자를 제조하는 데 있어 공정 비용을 줄일 수 있는 방법을 제공하는 데에 있다. The present invention has been made to solve the conventional problems, the problem to be solved by the present invention is to provide a semiconductor light emitting device with high luminous efficiency by improving the electrode material of the semiconductor light emitting device, and in particular to manufacture such a semiconductor light emitting device The purpose is to provide a way to reduce process costs.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 반도체 발광 소자는 p-n 접합을 포함하는 반도체 물질층 및 상기 p-n 접합의 양단에 각각 형성된 제1 및 제2 전극을 갖추며, 상기 제1 및 제2 전극 중 적어도 어느 하나는 그래핀(graphene)으로 이루어진 것이 특징이다.According to an aspect of the present invention, there is provided a semiconductor light emitting device including a semiconductor material layer including a pn junction and first and second electrodes formed at both ends of the pn junction, respectively, and at least one of the first and second electrodes. One is characterized by graphene.

그래핀은 원자 한 개의 두께를 가진 2차원 탄소 구조체이다. 이 재료는 연필에서 발견되는 흑연(graphite, 그래파이트)에서 만들어진다. 그래핀은 몇 가지 비범한 물리적 성질을 갖고 있다. 이 성질들 중 하나는 그래핀 내의 전자들이 정지 질량이 없는 상대론적 입자처럼 행동하고 약 초속 1 백만 미터로 움직인다는 것이다. 비록 이 속도가 진공 중의 빛의 속도보다 300배나 느린 것이지만 일반 도체나 반도체 내의 전자의 속도보다는 훨씬 빠른 것이다. 그러므로 그래핀은 매우 훌륭한 열 및 전기의 전도체이다.Graphene is a two-dimensional carbon structure with a single atom thickness. This material is made from the graphite found in pencils. Graphene has some unusual physical properties. One of these properties is that the electrons in graphene behave like relativistic particles with no stationary mass and move about 1 million meters per second. Although this speed is 300 times slower than the speed of light in a vacuum, it is much faster than the speed of electrons in ordinary conductors or semiconductors. Graphene is therefore a very good conductor of heat and electricity.

구체적인 예에 있어서, 본 발명에 따른 반도체 발광 소자는 기판 위에 다층 구조로 이루어져 있으며 상기 다층 구조 내 최하부의 n형 반도체층 및 최상부의 p형 반도체층을 적어도 포함하고, 상기 제1 전극은 상기 n형 반도체층에 접하여 형성되고 상기 제2 전극은 상기 p형 반도체층 상에 형성되며, 상기 제2 전극은 상기 p형 반도체층 상면을 전부 덮는 형태로 형성되며 그래핀으로 이루어진다. 상기 반도체 물질층은 InxGayAl(1-x-y)N층(0≤x≤1, 0≤y≤1)으로 이루어질 수 있다.In a specific example, the semiconductor light emitting device according to the present invention has a multi-layer structure on a substrate, and includes at least a lowermost n-type semiconductor layer and an uppermost p-type semiconductor layer in the multilayer structure, wherein the first electrode is the n-type It is formed in contact with the semiconductor layer and the second electrode is formed on the p-type semiconductor layer, the second electrode is formed in a form covering the entire upper surface of the p-type semiconductor layer and is made of graphene. The semiconductor material layer may be formed of an In x Ga y Al (1-xy) N layer (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1).

이러한 반도체 발광 소자를 제조하기 위해서는, 접착재가 도포된 가요성 필 름 면에 흑연 가루를 붙인 다음 상기 가요성 필름을 접었다 떼었다를 반복하며 흑연을 도포해 나간다. 상기 흑연이 도포된 가요성 필름을 상기 소자의 전극 형성 위치에 붙인 다음, 상기 전극 형성 위치에 그래핀을 남기고 상기 가요성 필름을 제거해낸다. In order to manufacture such a semiconductor light emitting device, graphite powder is attached to the surface of the flexible film to which the adhesive is applied, and then the flexible film is folded and detached to apply graphite. The flexible film coated with graphite is attached to the electrode forming position of the device, and then the flexible film is removed while leaving graphene at the electrode forming position.

이 때, 상기 가요성 필름을 접었다 떼었다를 반복하는 동안 상기 가요성 필름을 서로 붙였을 때 기포가 안 보일 정도로 문지르는 단계와, 상기 가요성 필름을 상기 소자의 전극 형성 위치에 붙인 후 기포가 안 보일 정도로 문지르는 단계를 더 포함할 수 있다. At this time, during the repeated folding and release of the flexible film, the steps of rubbing so that no bubbles are visible when the flexible films are bonded to each other, and after attaching the flexible film to the electrode formation position of the device so that the bubble is not visible Rubbing may further comprise.

본 발명을 통해 간단한 공정으로 기판 위에 투명전극을 생성할 수 있다. 그래핀을 이용한 전극 형성에 있어서 간편하게 스카치 테이프로 대표되는 접착용 셀로판 테이프와 같은 접착재가 도포된 가요성 필름을 이용하므로 고가의 장비나 복잡한 공정없이 전극을 형성할 수 있어 제조 비용을 줄일 수 있고 시간을 크게 절약할 수 있다. 기존의 전극 공정은 청정실 설비가 갖추어진 곳에서만 가능했지만 본 발명에서 제시하는 방법은 이러한 장소의 제약없이 어디서나 가능하다. Through the present invention it is possible to generate a transparent electrode on a substrate in a simple process. In the formation of electrodes using graphene, the flexible film coated with adhesive such as adhesive cellophane tape, which is typically represented by Scotch tape, can be used to form electrodes without expensive equipment or complicated processes, thereby reducing manufacturing costs and time. Can save a great deal. Conventional electrode processes were only possible where clean room facilities were equipped, but the method proposed in the present invention can be performed anywhere without the constraints of these places.

그래핀은 지구상에 많이 존재하는 흑연이 원료이므로 채취가 용이하다. 또한 투명하기 때문에 전극 테두리뿐만 아니라 전체 전극 면에서 빛이 발생하므로 발광효율 면에서도 이득을 볼 수 있다. 더욱이 ITO보다 더 투명하기 때문에 손실되는 빛의 양은 더욱 적다. Graphene is easy to collect because graphite is a raw material that exists a lot on the earth. In addition, since it is transparent, light is generated not only on the electrode edge but also on the entire electrode surface, and thus, light emission efficiency can be obtained. Moreover, because it is more transparent than ITO, less light is lost.

그리고 그래핀은 매우 높은 열전도도를 가지고 있기 때문에 소자에서 발생하 는 열의 분산에 유리하여 소자의 온도를 낮추는 효과를 볼 수 있다. 이것은 반도체 발광 소자의 발광 효율을 더 좋게 하는 결과를 가져오며 소자의 장수명화를 가능하게 한다. And since graphene has a very high thermal conductivity, it is advantageous to dissipate heat generated in the device, thereby lowering the temperature of the device. This results in better light emission efficiency of the semiconductor light emitting device and enables long life of the device.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 가리킨다. 다음에 설명되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings indicate like elements. The embodiments described below may be modified in many different forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the present invention.

도 1에 도시한 반도체 발광 소자는 단파장 LED로서, n형 질화 갈륨계(GaN계) 반도체의 제1 크래딩층(102)과, GaN계 반도체의 활성층(103) 및, p형 GaN계 반도체의 제2 크래딩층(104)을 갖는다. 제1 크래딩층(102)은 사파이어 기판(101) 상의 버퍼층(120) 상에 있다. 활성층(103)은 예컨대 얇은 GaN층과 얇은 InGaN층이 교대로 형성된다. 활성층(103)은 얇은 GaN층과 얇은 InGaN층의 하나 이상의 쌍과, 부가적인 얇은 GaN층을 포함할 수 있다. 따라서, 활성층(103)의 양측은 얇은 GaN층이다. 얇은 GaN층은 약 1∼10nm의 두께를 갖으며, 전형적으로 4nm이다. InGaN층은 약 1∼5nm의 두께를 갖으며, 전형적으로 2nm이다. 따라서, 활성층(103)이 전형적인 두께를 갖춘 얇은 GaN층의 5개의 쌍을 포함할 경우, 활성층(103)의 두께는 34nm이다.The semiconductor light emitting device shown in Fig. 1 is a short wavelength LED, and includes a first cladding layer 102 of an n-type gallium nitride-based (GaN-based) semiconductor, an active layer 103 of a GaN-based semiconductor, and a p-type GaN-based semiconductor. It has two cladding layers 104. The first cladding layer 102 is on the buffer layer 120 on the sapphire substrate 101. In the active layer 103, for example, a thin GaN layer and a thin InGaN layer are alternately formed. The active layer 103 may include one or more pairs of thin GaN layers and thin InGaN layers, and additional thin GaN layers. Therefore, both sides of the active layer 103 are thin GaN layers. The thin GaN layer has a thickness of about 1-10 nm and is typically 4 nm. The InGaN layer has a thickness of about 1-5 nm and is typically 2 nm. Thus, when the active layer 103 comprises five pairs of thin GaN layers with typical thicknesses, the thickness of the active layer 103 is 34 nm.

제2 크래딩층(104)과, 활성층(103) 및, 제1 크래딩층(102)의 작은 부분을 부분적으로 에칭함으로써 실질적으로 수직 측벽을 갖춘 단차가 형성된다. 제1 전극(105)이 단차의 바닥에서 제1 크래딩층(102) 상에 형성된다. 본 실시예에서 그래핀으로 이루어져 투광성인 제2 전극(107)이 제2 크래딩층(107)의 상부에 형성된다. 빛은 제2 전극(107)을 통해 방사된다. By partially etching the second cladding layer 104, the active layer 103, and a small portion of the first cladding layer 102, a step with substantially vertical sidewalls is formed. The first electrode 105 is formed on the first cladding layer 102 at the bottom of the step. In the present embodiment, a second electrode 107 which is made of graphene and is transparent is formed on the second cladding layer 107. Light is emitted through the second electrode 107.

이렇듯, 본 발명에 따른 반도체 소자의 일 예는 기판(101) 위에 다층 구조로 이루어져 있으며 p-n 접합을 포함하는 반도체 물질층(S)을 포함하며, 다층 구조 내 최하부의 n형 반도체층(본 실시예에서는 제1크래딩층(102)) 및 최상부의 p형 반도체층(본 실시예에서는 제2크래딩층(104))을 적어도 포함하고, 상기 제1 전극(105)은 상기 n형 반도체층에 접하여 형성되고 상기 제2 전극(107)은 상기 p형 반도체층 상에 형성된다. 상기 제1 전극(105)과 제2 전극(107) 중 적어도 어느 하나가 그래핀으로 이루어진 것이 바람직한데 본 실시예에서는 상기 제2 전극(107)이 상기 p형 반도체층 상면을 전부 덮는 형태로 형성되며 그래핀으로 이루어져 있다. As such, one example of the semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor material layer S having a multi-layer structure on the substrate 101 and including a pn junction, and the lowermost n-type semiconductor layer in the multi-layer structure (this embodiment At least one of the first cladding layer 102 and the uppermost p-type semiconductor layer (second cladding layer 104 in the present embodiment), the first electrode 105 is formed in contact with the n-type semiconductor layer And the second electrode 107 is formed on the p-type semiconductor layer. At least one of the first electrode 105 and the second electrode 107 is preferably made of graphene. In the present embodiment, the second electrode 107 is formed to cover the entire upper surface of the p-type semiconductor layer. It consists of graphene.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 개략적인 단면도이다.2 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor light emitting device according to a second exemplary embodiment of the present invention.

도 2에 도시한 반도체 발광 소자는 단파장 LD로서, n형 GaN의 제1 콘택트층(122)을 갖추고, n형 GaN의 제1 크래딩층(102)이 (0001) 표면을 갖춘 사파이어 기판(101) 상에 형성되며, 언도프트 InxGa(1-x)N의 활성층(103)이 제1 크래딩층(102) 상에 형성된다. p형 GaN의 제2 크래딩층(104)이 활성층(103) 상에 형성되고, n형 GaN의 전류블럭층(125)이 제2 크래딩층(104)상에 형성된다. p형 GaN의 제3 크래딩층(126)이 제2 크래딩층(104) 상의 전류블럭층(125) 사이에 형성된다. p+ GaN의 제2 콘택트층(124)이 제3 크래딩층(126)과 전류블럭층(125) 상에 형성된다.The semiconductor light emitting device shown in FIG. 2 is a short wavelength LD, and includes a first contact layer 122 of n-type GaN, and a sapphire substrate 101 having a (0001) surface of the first cladding layer 102 of n-type GaN. An active layer 103 of undoped In x Ga (1-x) N is formed on the first cladding layer 102. A second cladding layer 104 of p-type GaN is formed on the active layer 103, and a current block layer 125 of n-type GaN is formed on the second cladding layer 104. A third cladding layer 126 of p-type GaN is formed between the current block layers 125 on the second cladding layer 104. A second contact layer 124 of p + GaN is formed on the third cladding layer 126 and the current block layer 125.

실질적으로 수직 측벽을 갖춘 단차가 제2 콘택트층(124)과, 전류블럭층(125), 제2 크래딩층(104), 활성층(103), 제1 크래딩층(102) 및, 제1 콘택트층(122)의 얕은 부분을 부분적으로 에칭함으로써 형성된다. 제1 전극(105)이 제1 콘택트층(122)에 전기적으로 연결되도록 단차의 바닥에서 제1 콘택트층(122) 상에 형성된다. 본 실시예에서 그래핀으로 이루어져 투광성인 제2 전극(107)이 제2 콘택트층(124)의 상부에 형성된다. 빛은 제2 전극(107)을 통해 방사된다. Steps having substantially vertical sidewalls include a second contact layer 124, a current block layer 125, a second cladding layer 104, an active layer 103, a first cladding layer 102, and a first contact layer. It is formed by partially etching the shallow portion of 122. The first electrode 105 is formed on the first contact layer 122 at the bottom of the step so as to be electrically connected to the first contact layer 122. In the present embodiment, a second electrode 107, which is made of graphene and is transparent, is formed on the second contact layer 124. Light is emitted through the second electrode 107.

이와 같이, 본 발명에 따른 반도체 소자의 다른 예는 기판(101) 위에 다층 구조로 이루어져 있으며 p-n 접합을 포함하는 반도체 물질층(S')을 포함하며, 다층 구조 내 최하부의 n형 반도체층(본 실시예에서는 제1 콘택트층(122)) 및 최상부의 p형 반도체층(본 실시예에서는 제2 콘택트층(124))을 적어도 포함하고, 상기 제1 전극(105)은 상기 n형 반도체층에 접하여 형성되고 상기 제2 전극(107)은 상기 p형 반도체층 상에 형성된다. 상기 제1 전극(105)과 제2 전극(107) 중 적어도 어느 하나가 그래핀으로 이루어진 것이 바람직한데 본 실시예에서는 상기 제2 전극(107)이 상기 p형 반도체층 상면을 전부 덮는 형태로 형성되며 그래핀으로 이루어진다. As such, another example of the semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor material layer S ′ having a multi-layer structure on the substrate 101 and including a pn junction, and having a lowermost n-type semiconductor layer in the multi-layer structure. In an embodiment, the semiconductor device includes at least a first contact layer 122 and an uppermost p-type semiconductor layer (second contact layer 124 in the present embodiment), and the first electrode 105 is formed on the n-type semiconductor layer. It is formed in contact with the second electrode 107 is formed on the p-type semiconductor layer. At least one of the first electrode 105 and the second electrode 107 is preferably made of graphene. In the present embodiment, the second electrode 107 is formed to cover the entire upper surface of the p-type semiconductor layer. It is made of graphene.

이와 같이 본 발명에서 전극 물질로 새롭게 제안하는 그래핀은 지구상에 많이 존재하는 흑연이 원료이므로 채취가 용이하고 안정적이다. 또한 투명하기 때문에 전극 테두리뿐만 아니라 전체 전극 면에서 빛이 발생하므로 발광효율 면에서도 이득을 볼 수 있고 투명 전극으로 사용되던 ITO보다 더 투명하기 때문에 손실되는 빛의 양은 더욱 적다. As such, graphene newly proposed as an electrode material in the present invention is easy to collect and stable since graphite is a raw material present on the earth. In addition, since the light is generated not only at the edge of the electrode but also at the entire electrode side, the light is also advantageous in terms of luminous efficiency.

그리고 그래핀은 매우 높은 열전도도를 가지고 있기 때문에 소자에서 발생하는 열의 분산에 유리하여 소자의 온도를 낮추는 효과를 볼 수 있다. 이것은 반도체 발광 소자의 발광 효율을 더 좋게 하며 소자의 수명 단축을 방지하여 장수명화를 가능하게 하는 결과를 가져온다. And since graphene has a very high thermal conductivity, it is advantageous to dissipate heat generated in the device, thereby lowering the temperature of the device. This results in a better light emission efficiency of the semiconductor light emitting device and prevents shortening of the lifetime of the device, thereby enabling long life.

도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 반도체 소자 제조 방법 중 전극 형성 공정을 설명하기 위한 사진들이다. 예를 들어 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같은 반도체 물질층(S, S')을 기판(101) 위에 형성한 후 메사 식각을 하여 제1 전극(105)까지 형성한 후에 제2 전극(107)을 형성하는 데에 있어서 다음의 과정이 적용될 수 있다. 아니면 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같은 반도체 물질층(S, S')을 기판(101) 위에 형성한 후 제2 전극(107)을 형성하는 데에 다음의 과정을 적용하고 나서 메사 식각 후 제1 전극(105)을 형성하는 순으로 진행하여도 된다. 물론 다음의 과정은 제1 전극(105)을 형성하는 데에 있어서도 이용될 수 있다. 3 to 6 are photographs for explaining the electrode forming process of the semiconductor device manufacturing method according to the present invention. For example, the semiconductor material layers S and S 'as shown in FIGS. 1 and 2 are formed on the substrate 101, followed by mesa etching to form the first electrode 105, and then the second electrode 107. The following process can be applied to form. Alternatively, the semiconductor material layers S and S 'as shown in FIGS. 1 and 2 are formed on the substrate 101, and then the following process is applied to form the second electrode 107, followed by mesa etching. You may proceed in order of forming the 1st electrode 105. FIG. Of course, the following procedure may also be used to form the first electrode 105.

먼저 도 3과 같이 접착재가 도포된 가요성 필름(200) 면에 얇게 만든 흑연(210) 가루를 붙인 다음 가요성 필름(200)을 접었다 떼었다를 반복하며 흑연(210)을 더욱 얇게 도포해 나간다. 접착재가 도포된 가요성 필름(200)은 점착제(粘着劑)가 칠해져 있는 셀로판 재질의 필름일 수 있으며, 쉽게는 스카치 테이프, 3M 테이프로 흔히 사용되는 접착용 셀로판 테이프를 사용한다. First, as shown in FIG. 3, the thin film of graphite 210 is attached to the surface of the flexible film 200 to which the adhesive is applied, and then the flexible film 200 is folded and detached, and the graphite 210 is further thinned. The flexible film 200 coated with an adhesive may be a cellophane film coated with a pressure-sensitive adhesive, and easily uses an adhesive cellophane tape commonly used as a scotch tape or a 3M tape.

이 과정을 반복하여 도 4와 같이 가요성 필름(200) 표면에 흑연(210)이 얇게 퍼지면 도 5와 같이 준비된 기판(101) 위에 앞서 제작한 가요성 필름(200)을 고르게 붙여준다. 가요성 필름(200)과 기판(101) 사이에 기포를 제거하고 잠시 뒤 가요성 필름(200)을 떼어내면, 기판(101) 위에 도 6과 같이 얇은 그래핀(230)이 붙게 된다. By repeating this process, when the graphite 210 is spread thinly on the surface of the flexible film 200 as shown in FIG. 4, the flexible film 200 prepared above is evenly attached onto the prepared substrate 101 as shown in FIG. 5. When bubbles are removed between the flexible film 200 and the substrate 101 and the flexible film 200 is removed after a while, the thin graphene 230 adheres to the substrate 101 as shown in FIG. 6.

도 6은 그래핀(230)이 올라가 있는 소자를 현미경으로 찍은 사진인데, 모서리에 반투명해 보이는 부분이 그래핀 한 층 또는 두 층 정도가 올라가 있는 곳에 해당된다. 도 7은 AFM(Atomic Force Microscope)을 이용하여 그래핀을 찍은 사진이다. 도 7 우측 하단의 박스 안에서 "vert distance 0.511nm"임을 확인할 수 있는데, 이것은 바로 그래핀 층 1개의 높이에 해당하는 결과이다.Figure 6 is a photograph of the device with the graphene 230 is raised under a microscope, the translucent portion at the corner corresponds to a place where one or two layers of graphene are raised. 7 is a photograph of graphene using an Atomic Force Microscope (AFM). It can be seen that “vert distance 0.511 nm” is in the box at the bottom right of FIG. 7, which is a result corresponding to the height of one graphene layer.

도 8은 그래핀(230)이 올라가 있는 소자를 라만 스펙트로스코피(Raman spectroscopy)로 찍은 스펙트럼인데, 피크에 해당하는 라만 쉬프트(Raman Shift)가 1569 cm-1 임을 확인할 수 있다. 이것은 바로 그래핀 층 1개의 물질에 해당하는 라만 쉬프트이다. FIG. 8 is a spectrum taken by Raman spectroscopy of a device on which graphene 230 is raised, and it can be seen that a Raman shift corresponding to a peak is 1569 cm −1 . This is the Raman shift corresponding to the material of one graphene layer.

이렇게 실제 그래핀(230)은 한 층 또는 두 층 정도로만 반도체 물질층(S, S') 상에 형성이 되었다. 이렇게 생성된 그래핀(230)은 반도체 발광 소자의 전극으로 쓰이게 된다. As such, the actual graphene 230 was formed on the semiconductor material layers S and S 'only about one or two layers. The graphene 230 generated as described above is used as an electrode of the semiconductor light emitting device.

일찍이 그래핀을 반도체 발광 소자의 전극 물질로 사용하는 예는 없었으며, 그래핀 제조에 있어서도 종래에는 흑연을 산화시켜서 그래핀 레이어를 따로 분리하고 솔루션 상태로 만들어 기판에 뿌린 후 이를 다시 환원시켜 그래핀을 얻는 방법 또는 실리콘 카바이드(SiC)를 1700℃ 정도에서 진공 어닐링(vacuum annealing)하여 실리콘이 증발하면서 SiC 위에 그래핀을 올리는 방법을 이용하였다. 이러한 방법은 매우 복잡하며 고가의 장비가 이용되는데 본 발명에서는 접착재가 도포된 가요성 필름을 이용한 물리적 방법으로 그래핀을 분리할 수가 있으며, 가요성 필름 면적과 시작하는 흑연의 양은 큰 상관이 없다. 가요성 필름에 흑연을 넓게 도포해가는 과정은 항시 일정한 압력을 가할 필요도 없으며 가요성 필름을 서로 붙였을 때 기포가 안 보일 정도로만 트위져(tweezer)로 문지르는 정도면 충분하다.Never before has graphene been used as an electrode material for semiconductor light emitting devices, and in the manufacture of graphene, conventionally, graphene is oxidized, the graphene layer is separated, made into a solution state, sprinkled onto a substrate, and then reduced again. Or annealing of silicon carbide (SiC) at about 1700 ° C. and raising graphene on SiC as the silicon evaporated. This method is very complicated and expensive equipment is used. In the present invention, it is possible to separate graphene by a physical method using a flexible film coated with an adhesive, and the flexible film area and the amount of starting graphite do not matter much. The process of wide application of graphite on the flexible film does not require constant pressure at all times, and it is enough to rub with a tweezer so that no bubbles are visible when the flexible films are glued together.

그래핀으로 제작된 전극은 투명하기 때문에 전극 모서리뿐만 아니라 도 8에서와 같이 전극 전체에서 빛이 발생하는 것을 확인할 수 있다. Since the electrode made of graphene is transparent, it can be seen that light is generated not only at the edge of the electrode but also as shown in FIG. 8.

도 9의 (a)는 실제 LED로 제작한 소자에 전압을 가하기 전 현미경 램프를 켜고 기판을 본 사진이고, (b)는 LED의 불이 들어온 사진이다. 화살표의 숫자는 그 부분의 밝기의 정도를 나타낸 것이 "60"이라고 쓰여 있는 부분이 LED에 불이 들어온 부분이다. 다른 부분과 달리 미세하지만 빛이 들어온 것을 확인할 수 있다.Figure 9 (a) is a photograph of the substrate turned on the microscope lamp before applying a voltage to the device made of a real LED, (b) is a photograph of the LED is lit. The number on the arrow indicates the degree of brightness of the part, and the part labeled "60" is where the LED is lit. Unlike other parts, you can see that the light is fine.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다. 본 발명의 실시예들은 예시적이고 비한정적으로 모든 관점에서 고려되었으며, 이는 그 안에 상세한 설명 보다는 첨부된 청구범위와, 그 청구범위의 균등 범위와 수단내의 모든 변형예에 의해 나타난 본 발명의 범주를 포함시키려는 것이다. As mentioned above, the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention. It is obvious. Embodiments of the invention have been considered in all respects as illustrative and not restrictive, which include the scope of the invention as indicated by the appended claims rather than the detailed description therein, the equivalents of the claims and all modifications within the means. I want to.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 개략적인 단면도이다.2 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor light emitting device according to a second exemplary embodiment of the present invention.

도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 반도체 소자 제조 방법 중 전극 형성 공정을 설명하기 위한 사진들이다. 3 to 6 are photographs for explaining the electrode forming process of the semiconductor device manufacturing method according to the present invention.

도 7은 도 6의 그래핀을 AFM(Atomic Force Microscope)으로 찍은 사진이다.FIG. 7 is a photograph of the graphene of FIG. 6 with an Atomic Force Microscope (AFM).

도 8은 그래핀이 올라가 있는 소자를 라만 스펙트로스코피(Raman spectroscopy)로 찍은 스펙트럼이다.8 is a spectrum taken with Raman spectroscopy of a device having graphene.

도 9는 본 발명에 따라 실제 LED로 제작한 소자에 대해 작동 여부를 확인해 본 사진이다. 9 is a photograph confirming the operation of the device made of a real LED according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

101...기판 102...제1 크래딩층 103...활성층101 substrate 102 first cladding layer 103 active layer

104...제2 크래딩층 105...제1 전극 107...제2 전극104 second cladding layer 105 first electrode 107 second electrode

120...버퍼층 122...제1 콘택트층 124...제2 콘택트층120 buffer layer 122 first contact layer 124 second contact layer

125...전류블럭층 126...제3 크래딩층 S, S'...반도체 물질층125 ... current block layer 126 ... third cladding layer S, S '... semiconductor material layer

200...접착재가 도포된 가요성 필름 210...흑연200 ... flexible film coated with adhesive 210 ... graphite

230...그래핀230 Graphene

Claims (5)

p-n 접합을 포함하는 반도체 물질층 및 상기 p-n 접합의 양단에 각각 형성된 제1 및 제2 전극을 갖춘 반도체 발광 소자에 있어서,A semiconductor light emitting device having a semiconductor material layer including a p-n junction and first and second electrodes formed at both ends of the p-n junction, respectively. 상기 제1 및 제2 전극 중 적어도 어느 하나는 그래핀(graphene)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자.At least one of the first and second electrodes is a semiconductor light emitting device, characterized in that made of graphene (graphene). 제1항에 있어서, 상기 반도체 물질층은 기판 위에 다층 구조로 이루어져 있으며 상기 다층 구조 내 최하부의 n형 반도체층 및 최상부의 p형 반도체층을 적어도 포함하고, 상기 제1 전극은 상기 n형 반도체층에 접하여 형성되고 상기 제2 전극은 상기 p형 반도체층 상에 형성되며, 상기 제2 전극은 상기 p형 반도체층 상면을 전부 덮는 형태로 형성되며 그래핀으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자. The semiconductor device of claim 1, wherein the semiconductor material layer has a multilayer structure on a substrate, and includes at least a lowermost n-type semiconductor layer and an uppermost p-type semiconductor layer in the multilayer structure, wherein the first electrode is the n-type semiconductor layer. And a second electrode formed on the p-type semiconductor layer, wherein the second electrode is formed to cover the entire upper surface of the p-type semiconductor layer and is made of graphene. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 반도체 물질층은 InxGayAl(1-x-y)N층(0≤x≤1, 0≤y≤1)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자. The semiconductor light emitting device of claim 1, wherein the semiconductor material layer comprises an In x Ga y Al ( 1-xy ) N layer (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1). p-n 접합을 포함하는 반도체 물질층 및 상기 p-n 접합의 양단에 각각 형성된 제1 및 제2 전극을 갖춘 반도체 발광 소자 제조 방법에 있어서,A semiconductor light emitting device manufacturing method comprising: a semiconductor material layer comprising a p-n junction; and first and second electrodes respectively formed at both ends of the p-n junction; 상기 제1 및 제2 전극 중 적어도 어느 하나를 그래핀(graphene)으로 형성하기 위하여,In order to form at least one of the first and second electrodes of graphene (graphene), 접착재가 도포된 가요성 필름 면에 흑연 가루를 붙인 다음 상기 가요성 필름을 접었다 떼었다를 반복하며 흑연을 도포해 나가는 단계;Attaching graphite powder to the flexible film surface to which the adhesive is applied, and then folding and removing the flexible film to apply graphite and repeating the coating; 상기 흑연이 도포된 가요성 필름을 상기 소자의 전극 형성 위치에 붙이는 단계; 및Attaching the graphite-coated flexible film to an electrode formation position of the device; And 상기 전극 형성 위치에 그래핀을 남기고 상기 가요성 필름을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자 제조 방법.And removing the flexible film by leaving graphene at the electrode formation position. 제4항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 가요성 필름을 접었다 떼었다를 반복하는 동안 상기 가요성 필름을 서로 붙였을 때 기포가 안 보일 정도로 문지르는 단계와, 상기 가요성 필름을 상기 소자의 전극 형성 위치에 붙인 후 기포가 안 보일 정도로 문지르는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자 제조 방법.Rubbing the flexible film so that bubbles are not visible when the flexible films are glued together while repeating the folding and releasing of the flexible film; and rubbing the flexible film to the electrode forming position of the device and rubbing so that no bubbles are visible. A method of manufacturing a semiconductor light emitting device further comprising.
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