KR20120126594A - Vertical-type Zinc-Oxide Light Emitting Diode Using Graphene and Method of Fabricating the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 그래핀을 이용한 수직형 산화아연 발광 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 그래핀을 전극으로 활용 가능한 수직형 산화아연발광 다이오드 및 그래핀을 이용함으로써 용이하게 희생기판을 분리해낼 수 있는 수직형 산화아연 발광 다이오드 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a vertical zinc oxide light emitting diode using graphene and a method for manufacturing the same, and more particularly, by using a vertical zinc oxide light emitting diode and graphene that can utilize graphene as an electrode. It relates to a method of manufacturing a vertical zinc oxide light emitting diode that can be achieved.
일반적으로 발광 다이오드(Light Emitting Diode : LED)는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기를 적외선 또는 빛으로 변환시켜서 신호를 주고 받거나, 광원으로 사용되는 반도체 소자의 일종이다.In general, a light emitting diode (LED) is a type of semiconductor device that converts the electric power into infrared rays or light by using the characteristics of a compound semiconductor to exchange signals, or is used as a light source.
도 1은 종래의 GaN계 수평형 발광 다이오드의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a conventional GaN-based horizontal light emitting diode.
도 1을 살펴보면, 종래의 수평형 산화아연 발광 다이오드는, 기판(10)과, 상기 기판(10) 상에 형성된 버퍼층(12)과, 상기 버퍼층(12) 상에 형성되며, 일부가 식각된 n형 반도체층(14)과, 상기 n형 반도체층(14)의 식각되지 않은 상부에 형성된 활성층(16)과, 상기 활성층(16) 상에 형성된 p형 반도체층(18)과, 상기 p형 반도체층 상에 형성된 투명전극(20)과, 상기 투명전극 상부에 형성된 p형 전극(22)과, 상기 n형 반도체층(14)의 식각된 상부에 형성된 n형 전극(24)으로 구성된다.Referring to FIG. 1, a conventional horizontal zinc oxide light emitting diode is formed of a
상기와 같이 구성된 종래의 GaN계 수평형 발광 다이오드의 경우, 절연물질인 사파이어를 기판으로 사용하기 때문에, p형 전극(22)과 n형 전극(24)이 거의 수평한 방향으로 형성되어, 전압 인가시 n형 전극(24)으로부터 활성층을 통해 p형 전극(22)으로 향하는 전류 흐름이 수평 방향을 따라 협소하게 생성될 수 밖에 없었다. 따라서, 이러한 협소한 전류 흐름으로 인해, 순방향 전압이 증가하여 전류 효율이 저하되었다.In the conventional GaN-based horizontal light-emitting diode configured as described above, since the sapphire, which is an insulating material, is used as the substrate, the p-
또한, n형 전극(24)을 형성하기 위해 적어도 상기 n형 전극(24)의 면적보다 넓게 활성층의 일부 영역을 제거해야 하므로 발광 면적이 감소하여 소자 크기 대비 휘도에 따른 발광 효율이 저하되는 문제점이 있었다.In addition, in order to form the n-
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 수직형 산화아연 발광 다이오드가 개발되었으며, 도 2는 수직형 산화아연 발광 다이오드의 단면도이다. In order to solve this problem, a vertical zinc oxide light emitting diode has been developed, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the vertical zinc oxide light emitting diode.
도 2를 살펴보면, 수직형 산화아연 발광 다이오드는 p형 전극으로 사용될 수 있는 지지기판(30)을 기반으로 하여, 지지기판(30) 상에 형성된 오믹층(32), 상기 오믹층(32) 상에 순차로 적층된 p형 반도체층(34), 활성층(36), n형 반도체층(38)으로 구성된 화합물 반도체층(34,36,38), 상기 화합물 반도체층(34,36,38) 상에 형성된 n형 전극(40)으로 구성된다. Referring to FIG. 2, a vertical zinc oxide light emitting diode is based on a
상기와 같은 수직형 산화아연 발광 다이오드의 경우 화합물 반도체층(34,36,38)의 상, 하부에 전극이 형성되기 때문에 전류의 흐름이 양호하여 낮은 동작 전압과 우수한 전류 균일도를 가진다. In the case of the vertical zinc oxide light emitting diode as described above, since electrodes are formed above and below the
또한, 종래의 GaN계 수평형 다이오드에서와 같이 n형 전극(40)을 형성하기 위해 활성층(36)의 일부 영역을 제거할 필요가 없기 때문에, 발광 면적이 넓어져 발광 효율이 증가되는 이점을 가진다. 그러나 수직형 산화아연 발광 다이오드는 그 제작시에 n형 전극(40)을 형성하기 위하여 희생기판인 사파이어 기판을 제거해야 한다.In addition, since there is no need to remove a portion of the
상기와 같은 수직형 산화아연 발광다이오드의 경우, 발광다이오드 칩 내부의 빛 추출양을 살펴보면, 표면으로 방출되는 양이 약 8%, 기판으로 방출되는 양이 약 20%, 칩 내부에서 가이드되는 양이 약 72% 정도가 된다. 그러므로, 사파이어 기판을 제거함으로써 적어도 기판으로 방출되는 약 20%의 빛의 손실을 개선할 수 있다. 또한, 발광 다이오드의 문제점 중 하나인 열 방출 문제는 발광 다이오드의 신뢰성 저하에 큰 영향을 주는 바, 열전도성이 취약한 사파이어 기판을 제거함으로써 이러한 열 방출 문제도 어느 정도 개선시킬 수가 있으며, 이에 대한 기술이 대한민국 공개특허 제10-2009-0037733호에 개시되어 있다.In the case of the vertical zinc oxide light emitting diode as described above, looking at the amount of light extraction inside the light emitting diode chip, the amount emitted to the surface is about 8%, the amount emitted to the substrate is about 20%, the amount guided inside the chip It is about 72%. Therefore, by removing the sapphire substrate, it is possible to improve the loss of light of at least about 20% emitted to the substrate. In addition, the heat dissipation problem, which is one of the problems of the light emitting diode, has a great effect on the deterioration of the reliability of the light emitting diode. Thus, by removing the sapphire substrate having poor thermal conductivity, the heat dissipation problem can be improved to some extent. It is disclosed in Republic of Korea Patent Publication No. 10-2009-0037733.
상기 사파이어 기판에 성장된 수직형 산화아연 발광 다이오드에서 사파이어 기판을 제거하는 방법으로는 주로 레이저 리프트 오프(laser lift-off, LLO)공정을 이용하는 바, 이는 기판 위에 성장된 반도체층을 지지대에 올려놓고 기판 측에서 레이저 빔을 조사하는 방식으로 진행된다.As a method of removing the sapphire substrate from the vertical zinc oxide light emitting diode grown on the sapphire substrate, a laser lift-off (LLO) process is mainly used. The semiconductor layer grown on the substrate is placed on a support. It proceeds by irradiating a laser beam from the board | substrate side.
상기 과정에서 레이저 빔의 크기와 균일함의 한계로 인해 사파이어 기판 전면을 한번에 제거할 수 없기 때문에 균일하게 제작된 작은 사이즈의 레이저 빔을 기판에 일부분씩 조사하여 기판 전체를 제거해야 한다. Due to the limitation of the size and uniformity of the laser beam in the above process, the entire surface of the sapphire substrate cannot be removed at a time, so that the entire substrate is removed by irradiating a small, uniformly sized laser beam onto the substrate.
따라서, 이 과정에서 반도체층을 손상시켜 발광 다이오드 내부의 양자 효율을 저하시키며, 전위 또는 결함 등이 발생하는 문제가 있었다. 또한, 레이저 충격에 의한 광출력 저하 및 박막 공정에서의 수율 저하의 문제점이 상존하였다. Therefore, in this process, the semiconductor layer is damaged to reduce the quantum efficiency inside the light emitting diode, and there is a problem in that a potential or a defect occurs. In addition, problems of light output reduction due to laser impact and yield reduction in a thin film process have existed.
한편, 그래핀은 탄소 원자 한 층으로 형성된 벌집구조의 2차원 박막으로서, 단단한 탄소 결합으로 인해 1,100GPa 정도의 뛰어난 물리적 강도를 가지며, 실온에서 구리 또는 알루미늄과 같은 일반 금속보다 10배 정도 큰 약 500W/mK의 열 전도성을 가진다. 또한 실리콘보다 100배 이상 큰 전자 이동도를 가지는 특성이 있어 전극의 재료로도 활용 가능한 신소재이다.Graphene, on the other hand, is a honeycomb two-dimensional thin film formed of a single layer of carbon atoms, and has a high physical strength of about 1,100 GPa due to hard carbon bonding, and is about 500 W, which is about 10 times larger than a general metal such as copper or aluminum at room temperature. It has a thermal conductivity of / mK. In addition, it is a new material that can be used as an electrode material because it has an electron mobility of 100 times larger than that of silicon.
이에 본 발명의 제 1 목적은 n형 산화아연 반도체층 하부에 형성된 그래핀층을 n형 전극으로 활용할 수 있는 그래핀을 이용한 수직형 산화아연 발광 다이오드를 제공하는 데 있다.Accordingly, a first object of the present invention is to provide a vertical zinc oxide light emitting diode using graphene that can utilize a graphene layer formed under an n-type zinc oxide semiconductor layer as an n-type electrode.
또한, 본 발명의 제 2 목적은, 희생기판 상에 그래핀층을 형성함으로써 희생기판 제거시에 물리적인 방법을 통하여 용이하게 희생기판을 제거하여 더욱 향상된 광방출 특성을 가지는 그래핀을 이용한 수직형 산화아연 발광 다이오드의 제조방법을 제공하는 데 있다.In addition, a second object of the present invention is to form a graphene layer on a sacrificial substrate, and to remove the sacrificial substrate easily through a physical method at the time of removing the sacrificial substrate. The present invention provides a method for manufacturing a zinc light emitting diode.
상기의 제 1 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 그래핀층, 상기 그래핀층 상에 형성된 n형 산화아연 반도체층, 상기 n형 산화아연 반도체층 상에 형성된 산화아연 반도체 활성층, 상기 산화아연 반도체 활성층 상에 형성된 p형 산화아연 반도체층, 상기 p형 산화아연 반도체층 상에 형성된 금속층 및 상기 금속층 상에 형성되며, 일면에 p형 전극이 구비된 리셉터 기판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. The present invention for achieving the above first object, a graphene layer, an n-type zinc oxide semiconductor layer formed on the graphene layer, a zinc oxide semiconductor active layer formed on the n-type zinc oxide semiconductor layer, the zinc oxide semiconductor active layer on It characterized in that it comprises a p-type zinc oxide semiconductor layer formed in the metal layer formed on the p-type zinc oxide semiconductor layer and the metal layer, the receptor substrate having a p-type electrode on one surface.
또한, 상기의 제 2 목적을 달성하기 위한 본 발명은 희생기판 상에 그래핀층을 형성하는 단계, 상기 그래핀층 상에 n형 산화아연 반도체층, 산화아연 반도체 활성층, p형 산화아연 반도체층을 포함하는 화합물 반도체층을 순차적으로 형성하는 단계, 상기 화합물 반도체층을 지지하기 위한 리셉터 기판을 준비하는 단계, 상기 화합물 반도체층과 상기 리셉터 기판을 접착시키는 단계, 상기 희생기판을 상기 그래핀층에서 분리시키는 단계 및 상기 리셉터 기판 상에 p형 전극을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 화합물 반도체층 또는 상기 리셉터 기판의 일측면에는 적어도 하나의 금속층을 형성하여 접착시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention for achieving the above second object comprises the step of forming a graphene layer on the sacrificial substrate, the n-type zinc oxide semiconductor layer, zinc oxide semiconductor active layer, p-type zinc oxide semiconductor layer on the graphene layer Sequentially forming a compound semiconductor layer, preparing a receptor substrate for supporting the compound semiconductor layer, adhering the compound semiconductor layer and the receptor substrate, and separating the sacrificial substrate from the graphene layer. And forming a p-type electrode on the receptor substrate, wherein at least one metal layer is formed on the compound semiconductor layer or one side of the receptor substrate to form an adhesive layer.
본 발명에 의한 그래핀을 이용한 수직형 산화아연 발광 다이오드는 n형 산화아연 반도체층 하부에 그래핀층이 형성됨으로써, 우수한 전기 전도 특성을 가지는 n형 전극으로 활용 가능한 효과가 있다.In the vertical zinc oxide light emitting diode using the graphene according to the present invention, the graphene layer is formed under the n-type zinc oxide semiconductor layer, thereby having an effect that can be utilized as an n-type electrode having excellent electrical conductivity.
본 발명에 의한 그래핀을 이용한 수직형 산화아연 발광 다이오드 제조방법은 희생기판 상에 그래핀층을 형성함으로써, 희생기판 분리시 점착 테이프 또는 정전척 등을 이용하여 간단하고 용이하게 희생기판을 제거하여, 광출력 및 박막 수율을 상승시킬 수 있는 효과가 있다.In the method of manufacturing a vertical zinc oxide light emitting diode using graphene according to the present invention, by forming a graphene layer on a sacrificial substrate, the sacrificial substrate is easily and easily removed by using an adhesive tape or an electrostatic chuck when the sacrificial substrate is separated. There is an effect that can increase the light output and thin film yield.
도 1은 종래의 수평형 산화아연 다이오드의 단면도이다.
도 2는 수직형 산화아연 발광 다이오드의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 수직형 산화아연 발광 다이오드의 단면도이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명에 의한 수직형 산화아연 발광 다이오드의 제조방법을 도시한 공정도들이다.1 is a cross-sectional view of a conventional horizontal zinc oxide diode.
2 is a cross-sectional view of a vertical zinc oxide light emitting diode.
3 is a cross-sectional view of a vertical zinc oxide light emitting diode according to the present invention.
4 to 8 are process diagrams illustrating a method of manufacturing a vertical zinc oxide light emitting diode according to the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
도 3 은 본 발명에 의한 수직형 산화아연 발광 다이오드의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of a vertical zinc oxide light emitting diode according to the present invention.
도 3 을 참조하면, 본 발명에 의한 수직형 발광 다이오드는 그래핀층(120), 상기 그래핀층(120) 상에 형성된 n형 산화아연 반도체층(140), 상기 n형 산화아연 반도체층(140) 상에 형성된 산화아연 반도체 활성층(160), 상기 산화아연 반도체 활성층(160) 상에 형성된 p형 산화아연 반도체층(180), 상기 p형 산화아연 반도체 층(180)상에 형성된 금속층(200) 및 상기 금속층(200) 상에 형성되며, 일면에 p형 전극(240)이 구비된 리셉터 기판(220)을 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 3, the vertical light emitting diode according to the present invention includes a
상기 그래핀층(120)은 우수한 전기 전도도와 2600m2/g 이상의 큰 표면적을 가지며, 화학적으로도 안정하기 때문에 n형 전극으로 활용할 수 있으며, 다층으로 형성될 수 있다.The
상기 그래핀층(120)상에 형성되는 n형 산화아연 반도체층(140)은 Al, Ga 및 In 중 하나 이상이 도핑된 ZnO층이며, 밴드갭을 증가시키기 위해 Mg 또는 Be가 첨가될 수 있다. The n-type zinc
상기 n형 산화아연 반도체층(140) 상에 형성되는 산화아연 반도체 활성층(160)은 p형 산화아연 반도체층(180)과 상기 n형 산화아연 반도체층(140)사이에서 전자와 정공이 결합되는 영역을 제공하는 층으로, 본 실시예에서는 ZnO를 포함하여 이루어진다. 또한 상기 산화아연 반도체 활성층(160)을 이루는 물질의 종류에 따라 발광 다이오드에서 추출되는 발광 파장이 결정된다. 이 때, 상기 산화아연 반도체 활성층(160)은 MgxBe1 - yZn1 -x- yO(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x＋y≤1)의 장벽층과 ZnO 또는 CdxZn1 - xO(0≤x≤1)의 우물층으로 이루어진 다중 양자우물구조일 수 있다.In the zinc oxide semiconductor
상기 산화아연 반도체 활성층(160)상에 형성되는 p형 산화아연 반도체층(180)은 N, P, Sb 및 As 중 하나 이상이 도핑된 ZnO층이며, 밴드갭을 증가시키기 위해 Mg 또는 Be가 첨가될 수 있다. The p-type zinc
상기 p형 산화아연 반도체층(180)상에 형성되는 금속층(200)은 단일층 또는 다층으로 구성될 수 있다. The
예컨대, 이중층으로 형성되는 경우, 상기 p형 산화아연 반도체층(180) 상에 형성되는 제 1 금속층(200a)은 소자 제작 중 상기 제 1 금속층(200a)과 산화아연 반도체 박막의 손상을 억제하고, 상기 제 1 금속층(200a)과 p형 산화아연 반도체층(180)의 오믹접촉(ohmic contact)뿐만 아니라, 광반사 특성을 향상시키기 위하여 형성된다.For example, when formed as a double layer, the
예컨대, 제 1 금속층(200a)은 Au, Ti, Ni, Pt, Al, Pd, Rh 및 Ag 중 어느 하나 이상의 금속층으로 형성될 수 있다.For example, the
또한 일측면에 p형 전극(240)이 구비된 리셉터 기판(220)의 타측면에 형성되는 제 2 금속층(200b)은 p형 전극(240)이 구비된 리셉터 기판(220)과 제 1 금속층(200a)과의 오믹 접촉저항을 감소시키는 역할과 산화아연 반도체 활성층(160)으로부터 방출된 빛이 발광 구조의 하부에서 감쇄됨으로써 발광 다이오드의 광 방출량이 감소하는 것을 방지하기 위한 역할을 모두 수행할 수 있는 금속층으로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 리셉터 기판(220)과 우수한 접착력을 얻기 위하여, 예컨대 Au, Ti, Ni, Pt, Al, Pd, Rh 중 어느 하나 이상의 금속층으로 형성할 수 있다. In addition, the
만약 Si를 리셉터 기판(220)으로 사용하는 경우는 Ti/Pt/Au 구조가 더욱 바람직하다. 여기서 Ti는 Si 기판과의 오믹 접촉저항을 감소시키며, 제 2 금속층(200b)과 리셉터 기판(220)의 접착력을 향상시키는 장점이 있다.If Si is used as the
또한 금속층(200)은 제 1 금속층(200a) 및 제 2 금속층(200b)의 특성을 모두 가지는 금속의 단일층으로 형성될 수 있다. In addition, the
상기 금속층(200)상에 형성되는 리셉터 기판(220)은 희생기판(100)이 제거된 수직형 산화아연 발광 다이오드에 있어 희생기판(100) 대신 지지층으로 사용되기 위하여 구비된다. The
상기 리셉터 기판(220)은 낮은 비저항을 가지고 전기 전도도가 우수한 도전성 물질로 이루어지는 것이 바람직하며, Si, GaAs, GaP, InP, CuW 및 Au 중에서 적어도 하나 선택될 수 있다.The
상기 리셉터 기판(220) 상에 구비되는 p형 전극(240)은 Ti, Au, Al, Pt, Ni, NiO, Cr 및 Ag 중 선택된 적어도 하나로 이루어진다.The p-
도 4 내지 도 8은 본 발명에 의한 수직형 산화아연 발광 다이오드의 제조방법을 도시한 공정도들이다. 4 to 8 are process diagrams illustrating a method of manufacturing a vertical zinc oxide light emitting diode according to the present invention.
본 발명에 의한 수직형 발광 다이오드의 제조방법은 희생기판(100)상에 그래핀층(120)을 형성하는 단계, 상기 그래핀층(120) 상에 n형 산화아연 반도체층(140), 산화아연 반도체 활성층(160), p형 산화아연 반도체층(180)을 포함하는 화합물 반도체층(140,160,180)을 순차적으로 형성하는 단계, 상기 화합물 반도체층(140,160,180)을 지지하기 위한 리셉터 기판(220)을 준비하는 단계, 상기 화합물 반도체층(140,160,180)과 상기 리셉터 기판(220)을 접착시키는 단계, 상기 희생기판(100)을 상기 그래핀층(120)에서 분리시키는 단계 및 상기 리셉터 기판(220) 상에 p형 전극(240)을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 화합물 반도체층(140,160,180) 또는 상기 리셉터 기판(220)의 일측면에는 적어도 하나의 금속층을 형성하여 접착시킨다. 예컨대, 상기 화합물 반도체층(140,160,180) 상에 제 1 금속층(200a)과, 상기 리셉터 기판(220)의 일측면에 제 2 금속층(200b)을 형성하여 상기 제 1 금속층(200a)과 상기 제 2 금속층(200b)을 접착시킬 수 있다. In the manufacturing method of the vertical light emitting diode according to the present invention, the step of forming a
먼저 도 4는 희생기판(100) 상에 그래핀층(120) 및 상기 그래핀층(120) 상에 n형 산화아연 반도체층(140), 산화아연 반도체 활성층(160), p형 산화아연 반도체층(180)을 포함하는 화합물 반도체층(140,160,180)이 형성된 소자의 단면을 도시한 도면이다. First, FIG. 4 illustrates a
상기 희생기판(100)은 사파이어, 산화아연, 유리 기판을 사용할 수 있다. 상기 희생기판(100)상에 그래핀층(120)을 형성하는 단계는 흑연 결정에서 기계적인 힘을 이용하여 떼어내는 기계적 박리법, 흑연결정으로부터 박리된 그래핀 조각들을 화학적 방법을 통하여 용액 상에 분산시킨 후 환원제를 이용하여 그래핀을 제조하는 화학적 박리법, 고온에서 탄소를 용이하게 흡착하는 전이금속을 촉매층으로 하여 그래핀을 제조하는 화학적 기상 증착법, 고온에서 결정에 흡착되어 있거나 포함되어 있는 탄소를 표면의 결을 따라 그래핀으로 성장시키는 에피택시 합성법, 테트라페닐 벤젠을 이용하여 중합반응으로 그래핀을 제조하는 유기합성법 등 공지된 방법을 이용하여 제조한 그래핀을 희생기판(100)에 전사하는 단계를 포함한다.The
상기의 전사방법 또한 PDMS(polydimethylsiloxane) 또는 PMMA(polymethylmethacrylate)를 지지층으로 활용하여 금속 식각을 통해 전사하는 방법, 열방출 테이프를 이용하는 방법 또는 고분자 지지체를 구리 포일(Cu foil) 상에 접착시키고 에천트를 활용하여 제거한 후, 고분자 지지체 하부에 접착되어 있는 그래핀을 희생기판(100)상에 전사하는 방법 등 공지의 방법 중 하나를 이용할 수 있다.The above transfer method also uses a PDMS (polydimethylsiloxane) or PMMA (polymethylmethacrylate) as a support layer to transfer through metal etching, a method using a heat release tape or a polymer support on the copper foil (Cu foil) to adhere the etchant After removal by utilizing, one of known methods such as a method of transferring the graphene adhered to the lower portion of the polymer support onto the
상기의 방법 중 하나로 제조된 그래핀층(120) 상에 n형 산화아연 반도체층(140), 산화아연 반도체 활성층(160), p형 산화아연 반도체층(180)을 포함하는 화합물 반도체층(140,160,180)을 순차적으로 형성한다.Compound semiconductor layers 140, 160 and 180 including an n-type zinc
이 때 상기 그래핀층(120) 상에 상기 화합물 반도체층(140,160,180)을 형성하는 단계는 스퍼터법(sputtering), 펄스레이저증착법(pulsed laser deposition), 분자빔 에피택셜법(molecular beam epitaxy, MBE), 금속유기화학증착법(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD) 중 선택된 어느 하나를 이용할 수 있다.At this time, the step of forming the compound semiconductor layer (140, 160, 180) on the
도 5는 상기 화합물 반도체층(140,160,180)상에 제 1 금속층(200a)이 형성된 상태를 도시한 도면이다. 상기 형성된 화합물 반도체층(140,160,180) 상에 제 1 금속층(200a)을 형성하는 단계는 Au, Ti, Ni, Pt, Al, Pd, Rh 및 Ag 중 적어도 하나 선택된 물질을 열 증착법, 전자빔 증착법, 스퍼터링법 등을 이용하여 형성할 수 있다.FIG. 5 illustrates a state in which the
한편, 리셉터 기판(220)을 준비하고, 일측면에 제 2 금속층(200b)을 형성한다. 상기 리셉터 기판(220)은 희생기판(100) 대신 산화아연 발광 소자를 지지하기 위한 용도로 사용된다. Meanwhile, the
도 6은 금속층을 이중층으로 형성하는 경우 제 1 금속층(200a)과 제 2 금속층(200b)을 접착시키는 단계를 도시한 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating a step of bonding the
상기의 접착 단계는 열 압착 공정으로 수행될 수 있다. 이 때 제 1 금속층(200a)과 제 2 금속층(200b)이 대향하도록 배치하고 열 압착시킨다.The adhesion step may be performed by a thermocompression process. At this time, the
상기의 열 압착공정은 리셉터 기판(220)의 열팽창계수 차에 의한 기판의 뒤틀림과 기판의 파손 및 제 2 금속층(200b)의 손상을 방지하기 위하여 100~600℃의 온도범위, 1~10MPa의 압력 조건하에서 수행되는 것이 바람직하다. 그러나 리셉터 기판(220)의 크기가 3인치 이상인 경우에는 열압착 압력을 더욱 높이는 것이 바람직하다. The thermal crimping process includes a temperature range of 100 ° C. to 600 ° C. and a pressure of 1 to 10 MPa in order to prevent distortion of the substrate, damage to the substrate, and damage of the
상기에서는 제 1 금속층(200a)과 제 2 금속층(200b)을 형성하는 경우에 대해 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니며, 금속층은 하나 이상 형성할 수 있다. 따라서 금속층을 단일층으로 형성하는 경우에는 p형 산화아연 반도체층(180)상 또는 리셉터 기판(220)의 일측면에 형성할 수 있다. 이 때, 금속층(200)은 제 1 금속층(200a) 및 제 2 금속층(200b)의 특성을 모두 가지는 금속의 단일층으로서 형성될 수 있으며, 공정이 간단해지는 장점이 있다.In the above, the case of forming the
도 7은 상기의 열 압착 공정을 마친 후의 희생기판(100)을 포함하는 수직형 산화아연 발광 다이오드의 단면을 도시한 도면이다.FIG. 7 is a cross-sectional view of a vertical zinc oxide light emitting diode including a
도 8은 상기 희생기판(100)을 상기 그래핀층(120)에서 분리시키는 단계를 도시한 도면이다.8 is a diagram illustrating a step of separating the
상기 희생기판(100)은 상기 그래핀층(120)에서 물리적인 방법을 통하여 분리되는 바, 예컨대, 점착테이프(미도시)를 그래핀층(120)이 형성된 희생기판(100)의 배면에 접착시킨 후 3~6N/mm2 의 압력을 가하여 떼어내는 방법을 사용할 수 있다. The
또는, 정전척(electrostatic chuck, 미도시)을 이용하여 정전기력으로 희생기판(100)을 고정시킨 후, 별다른 도구를 사용하지 않고 희생기판(100)과 그래핀층(120)의 접착면에 수평 또는 수직방향의 외력을 가하여 쉽게 분리해 낼 수 있다. 상기 정전척 이외에도 기판을 고정시키는 역할을 하는 도구라면 어떤 것이든 사용가능하다.Alternatively, after fixing the
상기 그래핀층(120)은 우수한 전기 전도도를 가지며, 화학적으로도 안정하기 때문에 n형 전극으로 활용할 수 있다. The
이후, 리셉터 기판(220)상에 p형 전극을 형성하여 앞서 도 3에서 도시된 바와 같이 수직형 산화아연 발광 다이오드를 완성한다.Thereafter, a p-type electrode is formed on the
이 때 p형 전극은 Ti, Au, Al, Pt, Ni, NiO, Cr 및 Ag 중 선택되는 하나 이상일 수 있으며, 열 증착법(thermal evaporation), 전자빔 증착법(E-beam evaporation) 및 스퍼터링법(sputtering)을 통해 형성될 수 있다.In this case, the p-type electrode may be at least one selected from Ti, Au, Al, Pt, Ni, NiO, Cr, and Ag, and thermal evaporation, E-beam evaporation, and sputtering It can be formed through.
본 발명에 의한 그래핀을 이용한 수직형 산화아연 발광 다이오드는 n형 산화아연 반도체층 하부에 그래핀층이 형성됨으로써, 우수한 전기 전도 특성을 가지는 n형 전극으로 활용 가능하며, 그래핀을 이용한 수직형 산화아연 발광 다이오드 제조방법은 희생기판 상에 그래핀층을 형성함으로써, 희생기판 분리시 점착 테이프 또는 정전척 등을 이용하여 간단하고 용이하게 희생기판을 제거하여, 광출력 및 박막 수율을 상승시킬 수 있다.The vertical zinc oxide light emitting diode using the graphene according to the present invention can be utilized as an n-type electrode having excellent electrical conductivity by forming a graphene layer under the n-type zinc oxide semiconductor layer, and vertical oxidation using graphene. In the manufacturing method of the zinc light emitting diode, by forming a graphene layer on the sacrificial substrate, the sacrificial substrate may be easily and easily removed by using an adhesive tape or an electrostatic chuck when the sacrificial substrate is separated, thereby increasing light output and thin film yield.
120: 그래핀층 140: n형 산화아연 반도체층
160: 산화아연 반도체 활성층 180: p형 산화아연 반도체층
200: 금속층 220: 리셉터 기판
240: p형 전극120: graphene layer 140: n-type zinc oxide semiconductor layer
160: zinc oxide semiconductor active layer 180: p-type zinc oxide semiconductor layer
200: metal layer 220: receptor substrate
240: p-type electrode
Claims (16)
상기 그래핀층 상에 형성된 n형 산화아연 반도체층;
상기 n형 산화아연 반도체층 상에 형성된 산화아연 반도체 활성층;
상기 산화아연 반도체 활성층 상에 형성된 p형 산화아연 반도체층;
상기 p형 산화아연 반도체층 상에 형성된 금속층; 및
상기 금속층 상에 형성되며, 일면에 p형 전극이 구비된 리셉터 기판을 포함하는 수직형 산화아연 발광 다이오드.Graphene layer;
An n-type zinc oxide semiconductor layer formed on the graphene layer;
A zinc oxide semiconductor active layer formed on the n-type zinc oxide semiconductor layer;
A p-type zinc oxide semiconductor layer formed on the zinc oxide semiconductor active layer;
A metal layer formed on the p-type zinc oxide semiconductor layer; And
A vertical zinc oxide light emitting diode formed on the metal layer and including a receptor substrate having a p-type electrode on one surface thereof.
상기 그래핀층은 다층으로 이루어지는 수직형 산화아연 발광 다이오드. The method of claim 1,
The graphene layer is a vertical zinc oxide light emitting diode consisting of a multilayer.
상기 n형 산화아연 반도체층은 Al, Ga 및 In로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나가 도핑된 ZnO층인 수직형 산화아연 발광 다이오드.The method of claim 1,
And the n-type zinc oxide semiconductor layer is a ZnO layer doped with at least one selected from the group consisting of Al, Ga, and In.
상기 산화아연 반도체 활성층은 MgxBe1 - yZn1 -x- yO(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x＋y≤1)의 장벽층과 ZnO 또는 CdxZn1 - xO(0≤x≤1)의 우물층으로 이루어진 다중 양자우물구조인 수직형 산화아연 발광 다이오드.The method of claim 1,
The zinc oxide semiconductor active layer includes a barrier layer of Mg x Be 1 - y Zn 1 -x- y O (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) and ZnO or Cd x Zn 1 - x A vertical zinc oxide light emitting diode having a multi-quantum well structure having a well layer of O (0 ≦ x ≦ 1).
상기 p형 산화아연 반도체층은 N, P, Sb 및 As로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나가 도핑된 ZnO층인 수직형 산화아연 발광 다이오드.The method of claim 1,
And the p-type zinc oxide semiconductor layer is a ZnO layer doped with at least one selected from the group consisting of N, P, Sb and As.
상기 n형 산화아연 반도체층 또는 상기 p형 산화아연 반도체층은 Mg 또는 Be를 포함하는 수직형 산화아연 발광 다이오드.The method of claim 1,
And the n-type zinc oxide semiconductor layer or the p-type zinc oxide semiconductor layer comprises Mg or Be.
상기 금속층은 오믹 전도 특성을 가지며, 반사율이 높아 상기 산화아연 반도체 활성층으로부터 방출되는 빛을 반사시킬 수 있는 하나 이상의 금속으로 이루어지는 수직형 산화아연 발광 다이오드.The method of claim 1,
The metal layer is a vertical zinc oxide light emitting diode having an ohmic conducting property, and having a high reflectance and made of at least one metal capable of reflecting light emitted from the zinc oxide semiconductor active layer.
상기 p형 전극이 구비된 리셉터 기판은 Si, GaAs, GaP, InP, CuW 및 Au 중에서 적어도 하나 선택되는 수직형 산화아연 발광 다이오드.The method of claim 1,
And a receptor substrate having the p-type electrode is selected from at least one of Si, GaAs, GaP, InP, CuW, and Au.
상기 그래핀층 상에 n형 산화아연 반도체층, 산화아연 반도체 활성층, p형 산화아연 반도체층을 포함하는 화합물 반도체층을 순차적으로 형성하는 단계;
상기 화합물 반도체층을 지지하기 위한 리셉터 기판을 준비하는 단계;
상기 화합물 반도체층과 상기 리셉터 기판을 접착시키는 단계;
상기 희생기판을 상기 그래핀층에서 분리시키는 단계; 및
상기 리셉터 기판 상에 p형 전극을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 화합물 반도체층 또는 상기 리셉터 기판의 일측면에는 적어도 하나의 금속층을 형성하여 접착시키는 그래핀을 이용한 수직형 산화아연 발광 다이오드 제조방법.Forming a graphene layer on the sacrificial substrate;
Sequentially forming a compound semiconductor layer including an n-type zinc oxide semiconductor layer, a zinc oxide semiconductor active layer, and a p-type zinc oxide semiconductor layer on the graphene layer;
Preparing a receptor substrate for supporting the compound semiconductor layer;
Bonding the compound semiconductor layer to the receptor substrate;
Separating the sacrificial substrate from the graphene layer; And
Forming a p-type electrode on the receptor substrate, wherein at least one metal layer is formed on one side of the compound semiconductor layer or the receptor substrate and bonded to form a zinc oxide light emitting diode.
상기 화합물 반도체층 상에 제 1 금속층과, 상기 리셉터 기판의 일측면에 제 2 금속층을 형성하여 상기 제 1 금속층과 상기 제 2 금속층을 접착시키는 그래핀을 이용한 수직형 산화아연 발광 다이오드 제조방법.The method of claim 9,
And forming a first metal layer on the compound semiconductor layer and a second metal layer on one side of the receptor substrate to bond the first metal layer and the second metal layer to each other.
상기 제 1 금속층은 Au, Ti, Ni, Pt, Al, Pd, Rh 및 Ag 중에서 선택되는 하나 이상의 금속으로 이루어진 수직형 산화아연 발광 다이오드 제조방법.11. The method of claim 10,
The first metal layer is a method of manufacturing a vertical zinc oxide light emitting diode consisting of at least one metal selected from Au, Ti, Ni, Pt, Al, Pd, Rh and Ag.
상기 제 2 금속층은 Au, Ti, Ni, Pt, Al, Pd 및 Rh 중에서 선택되는 하나 이상의 금속으로 이루어진 수직형 산화아연 발광 다이오드 제조방법.11. The method of claim 10,
The second metal layer is a method of manufacturing a vertical zinc oxide light emitting diode consisting of at least one metal selected from Au, Ti, Ni, Pt, Al, Pd and Rh.
상기 제 1 금속층과 상기 제 2 금속층의 접착은 열 압착에 의하여 수행되는 수직형 산화아연 발광 다이오드 제조방법.11. The method of claim 10,
And bonding the first metal layer and the second metal layer to each other by thermocompression bonding.
상기 열 압착은 200 내지 400℃의 온도 및 1 내지 10MPa의 압력 조건에서 수행되는 수직형 산화아연 발광 다이오드 제조방법.The method of claim 13,
The thermal compression is carried out at a temperature of 200 to 400 ℃ and a pressure condition of 1 to 10MPa vertical zinc oxide light emitting diode manufacturing method.
상기 희생기판을 상기 그래핀층에서 분리시키는 단계는,
희생기판의 배면에 점착 테이프를 접착시킨 후 떼어내는 방법으로 수행되는 수직형 산화아연 발광 다이오드 제조방법.The method of claim 9,
Separating the sacrificial substrate from the graphene layer,
A method of manufacturing a vertical zinc oxide light emitting diode, which is performed by attaching and detaching an adhesive tape to a rear surface of a sacrificial substrate.
상기 희생기판을 상기 그래핀층에서 분리시키는 단계는,
정전척을 이용하여 희생기판을 고정시킨 후, 수직 또는 수평방향의 외력을 가하여 그래핀층에서 분리하는 방법으로 수행되는 수직형 산화아연 발광 다이오드 제조방법.
The method of claim 9,
Separating the sacrificial substrate from the graphene layer,
After fixing the sacrificial substrate using an electrostatic chuck, a vertical zinc oxide light emitting diode manufacturing method is performed by separating from the graphene layer by applying an external force in the vertical or horizontal direction.
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| KR1020110044515A KR20120126594A (en) | 2011-05-12 | 2011-05-12 | Vertical-type Zinc-Oxide Light Emitting Diode Using Graphene and Method of Fabricating the same |
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160049555A (en) | 2014-10-01 | 2016-05-10 | 전북대학교산학협력단 | Light Emitting Diodes with Graphene Electrodes and Manufacturing Methods therefore |
| CN109244226A (en) * | 2018-09-19 | 2019-01-18 | 北京石墨烯研究院 | A kind of composite membrane, semiconductor devices and semiconductor |
| KR20190115699A (en) * | 2018-04-03 | 2019-10-14 | 세종대학교산학협력단 | Epitaxy structure using graphene sacrificial layer and method for manufacturing the same |
| KR20200098743A (en) * | 2019-02-11 | 2020-08-21 | 한국화학연구원 | Method for manufacturing electronic device containing exfoliated graphite electrode with improved electrical characteristics using hot press |
| WO2024117796A1 (en) * | 2022-11-29 | 2024-06-06 | 웨이브로드 주식회사 | Epitaxial die and chip die for semiconductor light-emitting device, and manufacturing method thereof |
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2011
- 2011-05-12 KR KR1020110044515A patent/KR20120126594A/en not_active Application Discontinuation
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