JP7003058B2 - 発光素子、発光素子パッケージおよび発光モジュール - Google Patents

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Description

実施例は、紫外線光を発光する発光素子に関する。
実施例は、紫外線光を発光する発光素子を有する発光素子パッケージおよび発光モジュールに関する。
実施例は、紫外線発光素子を有する医療機器に関する。
発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）は、電流が印加されると、光を放出する発光素子のうちの一つである。発光ダイオードは、低電圧で高効率の光を放出することができるのでエネルギー節減効果が優れる。
窒化物半導体は、高い熱的安定性と幅広いバンドギャップエネルギーによって光素子及び高出力電子素子の開発分野で大きい関心を集めている。特に、窒化物半導体を用いた紫外線（ＵＶ）発光素子、青色（Ｂｌｕｅ）発光素子、緑色（Ｇｒｅｅｎ）発光素子、赤色（Ｒｅｄ）発光素子などは常用化されて広く使用されている。
前記紫外線発光素子（ＵＶ ＬＥＤ）は、２００ｎｍ～４００ｎｍ波長帯の光を発光する発光素子である。前記紫外線発光素子は、用途によって短波長及び長波長で構成される。前記短波長は殺菌または浄化などに使用され、前記長波長は露光機または硬化器などに使用され得る。特に、２８０ｎｍないし３１５ｎｍのＵＶＢは、医療機器などに使用され得る。
最近、精密な医療機器などに使用されるＵＶＢの紫外線発光素子は、２８０ｎｍないし３１５ｎｍ内でターゲット波長を実現すると共に高電流駆動が可能な高効率の紫外線発光素子が要求されている。さらに医療機器用の発光モジュールは、発光素子の個数を減らし、７０％以上の光の均一度（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）を実現すると共に治療用波長帯を実現できる紫外線発光素子が要求されている。
実施例は、高電流、例えば、数百ｍＡ以上の高電流駆動を実現できる実現できる紫外線発光素子を提供することができる。
実施例は、高電流およびＵＶＢの光を実現できる紫外線発光素子を提供することができる。
実施例は、欠陥を改善できる紫外線発光素子を提供することができる。
実施例は、発光効率を向上させることができる紫外線発光素子を提供することができる。
実施例は、光のパワーを向上させることができる紫外線発光素子を提供することができる。
実施例は、１７ｎｍ以下の半値幅（ＦＷＨＭ：Ｆｕｌｌ Ｗｉｄｔｈ ａｔ Ｈａｌｆ Ｍａｘｉｍｕｍ）を有し、２９５ｎｍないし３１５ｎｍのＵＶＢを発光する紫外線発光素子およびこれを有する発光素子パッケージを提供することができる。実施例は、信頼性を向上させることができる紫外線発光素子およびその製造方法を提供することができる。
実施例は、紫外線発光素子を有する発光素子パッケージおよび照明装置を提供することができる。
実施例は、ターゲット領域の光の均一度を向上させることができる発光モジュールおよび医療機器を提供することができる。
実施例は、１７ｎｍ以下の半値幅を有する治療用の紫外線波長の信頼性を向上させることができる発光モジュールおよび医療機器を提供することができる。
実施例は、２００ｍＡ以上の高電流駆動の３００ないし３２０ｎｍのＵＶＢを実現し、１７ｎｍ以下の半値幅（ＦＷＨＭ）を有し、７０％以上の光の均一度を有する発光モジュールおよび医療機器を提供することができる。
実施例による発光素子は、ＡｌＮテンプレート層；前記ＡｌＮテンプレート層の上に配置された第１超格子層；前記第１超格子層の上に配置された第２超格子層；前記第１および第２超格子層の間に配置された第１半導体層；前記第２超格子層の上に配置された第１導電型半導体層；前記第１導電型半導体層の上に配置されて量子井戸層および量子壁層を有する活性層；前記活性層の上に配置された電子ブロッキング層；および前記電子ブロッキング層の上に配置された第２導電型半導体層を含み、前記第１超格子層はＡｌＮ半導体を有する第１層およびＡｌＧａＮ系半導体を有する第２層を含み、前記第１半導体層はＡｌＧａＮ系半導体を含み、前記第２超格子層はＡｌＧａＮ系半導体を有する第３層およびＡｌＧａＮ系半導体を有する第４層を含み、前記第１超格子層は、前記第１層および第２層が交番して配置され、前記第２超格子層は、前記第３層および第４層が交番して配置され、前記第１半導体層、前記第２層および第３層の化合物組成式において、アルミニウム（Ａｌ）の組成はガリウム（Ｇａ）の組成以上であり、前記ガリウムとの組成比の差が１０％以下であり、前記第１半導体層は、前記第１超格子層の第１層および第２層を有する単一ペアの厚さより厚い厚さを有し、前記活性層は、紫外線光を放出する。
実施例による紫外線発光素子は、基板；前記基板上に配置されたＡｌＮテンプレート；前記ＡｌＮテンプレートの上に配置された第１超格子層；前記第１超格子層の上に配置された第２超格子層；および前記第１および第２超格子層の間に配置された第１導電型第１半導体層を含み、前記第１導電型第１半導体層は、前記第１および第２超格子層と重なるＡｌ組成を含んで欠陥を改善し、発光効率、光のパワーおよび信頼性を向上させることができ、高電流駆動の２９５ないし３１５ｎｍのＵＶＢを実現することができる。
実施例によると、前記第１半導体層、前記第１層および第３層は、アルミニウムの組成が５０％以上であり得る。
実施例によると、前記第１半導体層、前記第１層および第３層は、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．５≦ｘ≦０．６）の組成式を有し、前記第４層は、ＡｌｂＧａ１－ｂＮ（０．４５≦ｂ≦０．５５）の組成式を有し得る。
実施例によると、前記第１導電型半導体層は、ＡｌｚＧａ１－ｚＮ（０．４５≦ｚ≦０．５５）の組成式を有し、前記活性層の量子井戸層は、ＡｌＧａＮ系半導体で形成され、前記量子壁層は、ＡｌＧａＮ系半導体で形成され、前記量子壁層のアルミニウム組成は、前記量子井戸層のアルミニウム組成より２０％以上高いことがある。
実施例によると、前記量子井戸層の厚さは、前記量子壁層の厚さの２５％以下の厚さを有し、前記活性層は、２９５ｎｍないし３１５ｎｍの光を発生する。
実施例によると、前記電子ブロッキング層は、複数のバリア層および前記複数のウェル層を含み、前記複数のバリア層は、ＡｌＧａＮ系半導体を含み、前記複数のウェル層は、ＡｌＧａＮ系半導体を含み、前記複数のバリア層それぞれは、前記複数のウェル層それぞれのアルミニウム組成より高いアルミニウム組成を有し、前記複数のバリア層それぞれは、前記活性層の量子壁層のアルミニウム組成より高いアルミニウム組成を有し、前記複数のウェル層それぞれは、前記活性層の量子壁層のアルミニウム組成より低いアルミニウム組成を有し、前記複数のバリア層は、前記活性層の上に第１バリア層および前記第２導電型半導体層の下に第２バリア層を含むことができる。
実施例によると、前記複数のウェル層は、前記第１、２バリア層の間に配置され、前記複数のバリア層は、前記第１、２バリア層と前記ウェル層との間に配置された複数の中間バリア層を含み、前記中間バリア層それぞれのアルミニウム組成は、前記第１、２バリア層のアルミニウム組成より高いことがある。
実施例によると、前記第１バリア層は、ＡｌｐＧａ１－ｐＮ（０．５０≦ｐ≦０．７４）の組成式を有し、前記第２バリア層は、ＡｌｑＧａ１－ｑＮ（０．５０≦ｑ≦０．７４）の組成式を有し、前記中間バリア層は、ＡｌｒＧａ１－ｒＮ（０．５５≦ｒ≦０．７４）の組成式を有し得る。
実施例によると、前記第１バリア層、前記第２バリア層および前記中間バリア層それぞれは、前記ウェル層の厚さより厚く、３ｎｍないし１０ｎｍの厚さを有し、前記第２導電型半導体層の表面粗さは１ｎｍ以下であり得る。
実施例によると、前記複数のウェル層は、前記第１バリア層と前記中間バリア層との間に配置された第１ウェル層、前記中間バリア層の間に配置された第２ウェル層および前記中間バリア層と前記第２バリア層との間の第３ウェル層を含み、前記第１ウェル層は、ＡｌｅＧａ１－ｅＮ（０．２４≦ｅ≦０．４５）の組成式を有し、前記第２ウェル層は、ＡｌｆＧａ１－ｆＮ（０．２４≦ｆ≦０．４８）の組成式を有し、前記第３ウェル層は、ＡｌｇＧａ１－ｇＮ（０．２４≦ｇ≦０．４８）の組成式を有し、前記第２導電型半導体層は、前記電子ブロッキング層の上に第１伝導性半導体層および前記第１伝導性半導体層の上に第２伝導性半導体層を含み、前記第１伝導性半導体層は、ＡｌｓＧａ１－ｓＮ（０．２０≦ｓ≦０．４５）の組成式を有し得る。
実施例による発光素子パッケージはパッケージ胴体；前記パッケージ胴体と結合する放熱フレーム；および前記放熱フレーム上に実装される第１ないし第１９のうちいずれか一つを含む紫外線発光素子を含むことができる。
実施例による発光モジュールは、回路基板と、前記回路基板上に配置された１７ｎｍ以下の半値幅（ＦＷＨＭ）を有する複数の発光素子パッケージを含む発光部；および前記発光部後面に配置された放熱部を含み、前記複数の発光素子パッケージは、第１方向に第１ピッチを有し、前記第１方向と直交する第２方向に第２ピッチを有し、前記第１および第２ピッチは、前記発光部から光が照射されるターゲット領域の幅または直径の３０％ないし５０％であり得る。したがって、実施例は、高効率のＵＶＢ波長の信頼性が高い医療治療用の発光モジュールを実現することができる。また、実施例は、ターゲット領域の均一度（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）を７０％以上実現すると共に発光素子パッケージの個数を減らして発光モジュールのサイズおよび製造費用を減らすことができる。
実施例による医療機器は、前記発光モジュールおよび光補償部を含んで高効率の信頼性が高い有効波長（３００ｎｍないし３２０ｎｍ）を実現すると共にターゲット領域の均一度（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）を７０％以上実現し、発光素子パッケージの個数を減らして医療機器のサイズおよび製造費用を減らすことができる。
実施例の紫外線発光素子の製造方法は、基板上に第１導電型半導体層を形成する段階；前記第１導電型半導体層上に活性層を形成する段階；前記活性層上にＥＢＬを形成する段階；前記ＥＢＬ上に第２導電型半導体層を形成する段階を含み、前記第１導電型半導体層を形成する段階は、前記基板上にＡｌＮテンプレートを形成する段階；前記ＡｌＮテンプレートの上に第１超格子層を形成する段階；前記第１超格子層上に第１導電型第１半導体層を形成する段階；および前記第１超格子層の上に第２超格子層を形成する段階を含み、前記第１導電型第１半導体層は、前記第１および第２超格子層と重なるＡｌ組成を含むことができる。
実施例は、１７ｎｍ以下の半値幅を有するＵＶ ＬＥＤを実現して医療装置に適用されるＵＶ ＬＥＤの信頼性を向上させることができる。
実施例は、活性層上に配置されたＥＢＬによってキャリアの注入効率を向上させて１００ｍＡ以上の高電流駆動の２９５ｎｍないし３１５ｎｍのＵＶＢを実現することができる。
実施例は、基板と活性層との間に第１半導体層、第１超格子層、第１導電型半導体層、および第２超格子層を配置して欠陥を改善して発光効率を向上させることができる。
実施例は、量子壁層の厚さの１０％ないし２５％の厚さを有する量子井戸層を含む活性層によって光のパワーを向上させることができる。
実施例は、４０ｎｍ以上の厚さを有する第２導電型第１半導体層によって信頼性を向上させることができる。
実施例は、光のパワーを向上させることができ、光効率を向上させることができる。
実施例は、ターゲット領域ＴＡに照射される紫外線波長の光均一度（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）７０％以上を有する発光モジュールを実現し、光治療用発光モジュールの信頼性を向上させることができる。
実施例は、２００ｍＡ以上の高電流駆動および有効波長（例:３００ｎｍないし３２０ｎｍ）の紫外線波長を有する発光モジュールを実現して発光モジュールの信頼性を向上させることができる。
実施例は、１７ｎｍ以下の半値幅（ＦＷＨＭ）を有する医療用または治療用紫外線波長の信頼性を向上させることができる発光モジュールおよび医療機器を提供することができる。
実施例は、前記の紫外線発光素子を有する発光素子パッケージの間のピッチを減らして発光素子パッケージの個数を減らし、発光モジュールのサイズを減少させることができる。
実施例による発光素子を示した平面図である。 図１の発光素子の１－１’ラインの側断面図である。 図２の活性層および第２導電型半導体層との間の電子ブロッキング層を示した断面図である。 実施例による電子ブロッキング層のエネルギーバンドギャップダイヤグラムを示した図である。 図２のＡｌＮテンプレート層、第１超格子層、第１半導体層、第２超格子層および第１導電型半導体層を示した断面図である。 実施例による活性層の量子壁層の厚さによる光のパワーを示したグラフである。 実施例の第２導電型半導体層の第１伝導性半導体層の厚さによる信頼性を示したグラフである。 実施例の第２導電型半導体層の表面を示した図である。 実施例による発光素子の製造方法を示した断面図である。 実施例による発光素子の製造方法を示した断面図である。 実施例による発光素子の製造方法を示した断面図である。 実施例による発光素子の製造方法を示した断面図である。 実施例による発光素子の製造方法を示した断面図である。 実施例による発光素子を有する発光素子パッケージを示した平面図である。 実施例による発光素子パッケージを有する発光モジュールを示した斜視図である。 図１５の発光モジュールの発光部を示した平面図である。 図１６の発光モジュールの光均一度を示した図である。 図１５の発光モジュールを含む医療機器またはＵＶランプを示した断面図である。 図１８の発光モジュールの光均一度を示した図である。
発明の実施のための形態
実施例の説明において、各層（膜）、領域、パターンまたは構造物が基板、各層（膜）、領域、パッドまたはパターンの「上／うえ（ｏｎ／ｏｖｅｒ）」に、または「下／した（ｕｎｄｅｒ）」に形成されるものと記載される場合において、「上／うえ（ｏｎ／ｏｖｅｒ）」と「下／した（ｕｎｄｅｒ）」は、「直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）」または「他の層を介在して（Ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ）」形成されるものをすべて含む。また、各層の上／うえ、または、下／したに対する基準は、図面を基準として説明する。
図１は、実施例による発光素子を示した平面図であり、図２は、図１の発光素子の１－１’ラインに沿って切断した断面図であり、図３は、図２の活性層および第２導電型半導体層の間の電子ブロッキング層を詳細に示した図であり、図４は、実施例による電子ブロッキング層のエネルギーバンドギャップダイヤグラムを示した図であり、図５は、図２のＡｌＮテンプレート層、第１超格子層、第１半導体層、第２超格子層および第１導電型半導体層を示した断面図である。
図１ないし図５に示されたように、実施例による発光素子１００は、発光構造物１１０を含むことができる。実施例による発光素子１００は、基板１０１および前記基板１０１の上に発光構造物１１０を含むことができる。実施例の発光素子１００は、１００ｍＡ以上の高電流に耐えることができる。実施例による発光素子１００は、１００ｍＡ以上の高電流によって光を発生する発光構造物１１０を含む。前記発光構造物１１０は、１００ｍＡ以上の高電流で駆動され得、ＵＶＢの波長を発光することができる。実施例の発光素子１００は、２９５ｎｍないし３１５ｎｍのＵＶＢ波長を発光することができる。実施例の発光構造物１１０は、欠陥を改善でき、発光効率を向上させることができ、光のパワーを向上させることができ、信頼性を向上させることができる。実施例による発光素子１００は、ＵＶＢの光を発光する紫外線発光素子を含むことができる。
図１のように、発光素子１００は、トップビュー形状が多角形状、例えば、四角形状であり得る。他の例として、発光素子１００のトップビュー形状が円形状や四角形以上の形状を含むことができる。発光構造物１１０上には、第１電極１５１および第２電極１５３が配置され得る。前記第１電極１５１および第２電極１５３は、図２のように、互いに異なる高さに配置され得、これに限定しない。このような発光素子１００が多角形である場合、複数の側面Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を含むことができる。
前記第１電極１５１が配置された領域Ａ１、Ａ２は、第１導電型半導体層１１２ｂの一部が露出した領域であって、前記第２電極１５３が配置された領域Ａ３、Ａ４の外側に配置され得る。例えば、前記第１電極１５１の一部が配置された第１領域Ａ１は、前記第２電極１５３の一部が配置された第３領域Ａ３の周りに配置される。第２領域Ａ２は、前記第１領域Ａ１から第３側面Ｓ３方向に一つまたは複数個が延びることができ、前記第４領域Ａ４は、第３領域Ａ３から前記第３側面Ｓ３の反対側第４側面Ｓ４方向に一つまたは複数で延びることができる。前記第２領域Ａ２および第４領域Ａ４は、交互に配置され得る。前記第１電極１５１は、第２領域Ａ２に沿って分岐した枝電極が配置され得る。前記第２電極１５３は前記第４領域Ａ４に沿って分岐した枝電極が配置され得る。
図２を参照すると、実施例の発光構造物１１０は、ＡｌＮテンプレート（Ｔｅｍｐｌａｔｅ）層１１１、第１超格子層１２０ａ、第１半導体層１１２ａ、第２超格子層１２０ｂ、第１導電型半導体層１１２ｂ、活性層１１４、電子ブロッキング層（ＥＢＬ：ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｌａｙｅｒ、１３０）、第２導電型半導体層１１６ａ、１１６ｂ、第１電極１５１および第２電極１５３を含むことができる。
前記基板１０１は、熱伝導性に優れた物質で形成され得、伝導性基板または絶縁性基板であり得る。例えば、前記基板１０１は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＰ、ＩｎＰ、Ｇｅ、Ｇａ２Ｏ３のうち少なくとも一つを使用することができる。前記基板１０１の表面には凹凸構造が形成され得、これに限定されない。前記基板１０１は除去され得る。
前記ＡｌＮテンプレート層１１１は、前記基板１０１の上に形成され得る。前記ＡｌＮテンプレート層１１１は、バッファー機能を含むことができる。前記ＡｌＮテンプレート層１１１は、前記ＡｌＮテンプレート層１１１の上に形成される発光構造物１１０の材料と基板１０１との格子不整合を緩和させることができる。前記ＡｌＮテンプレート層１１１は、ＡｌＮ外にＩＩＩ族－Ｖ族またはＩＩ－ＶＩ族化合物半導体、例えば、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮのうち少なくとも一つで形成され得る。前記ＡｌＮテンプレート層１１１は、基板１０１上で成長するＡｌＧａＮ系半導体層の格子定数差による欠陥を改善することができる。前記ＡｌＮテンプレート層１１１は、ｆｕｌｌｙ－ｓｔｒａｉｎエピ構造を有することができ、これによって紫外線波長の半導体層成長で発光効率を向上させることができる。すなわち、前記ＡｌＮテンプレート層１１１は、以後成長するＡｌＧａＮ系半導体層の結晶性を向上させて紫外線発光素子１００の発光効率を向上させることができる。前記ＡｌＮテンプレート層１１１は除去され得る。
前記第１超格子層１２０ａは前記ＡｌＮテンプレート層１１１上に配置され得る。前記第１半導体層１１２ａは前記第１超格子層１２０ａ上に配置され得る。前記第２超格子層１２０ｂは前記第１半導体層１１２ａ上に配置され得る。第１導電型半導体層１１２ｂは前記第２超格子層１２０ｂ上に配置され得る。前記第１超格子層１２０ａ、第１半導体層１１２ａ、第２超格子層１２０ｂおよび第１導電型半導体層１１２ｂはアルミニウムの組成を有し得る。前記第１超格子層１２０ａのいずれか一つの層、第１半導体層１１２ａ、第２超格子層１２０ｂおよび第１導電型半導体層１１２ｂはＡｌＧａＮまたはＡｌＧａＮ系半導体を含むことができる。
前記第１超格子層１２０ａ、第１半導体層１１２ａ、第２超格子層１２０ｂおよび第１導電型半導体層１１２ｂは、前記活性層１１４に隣接するほどアルミニウム（Ａｌ）の組成が徐々に低くなることがある。これに伴って、前記ＡｌＮテンプレート層１１１と活性層１１４との間の格子の不一致および欠陥は改善することができる。
前記第１超格子層１２０ａは、前記ＡｌＮテンプレート層１１１上に形成され得る。前記第１超格子層１２０ａは、前記ＡｌＮテンプレート層１１１上に配置されてＡｌＮテンプレート層１１１と前記第１超格子層１２０ａの上に形成される発光構造物１１０の材料の間の格子の不一致および欠陥を改善することができる。前記第１超格子層１２０ａは、前記ＡｌＮテンプレート層１１１のアルミニウム組成より前記第１半導体層１１２ａのアルミニウム組成に近いＡｌ組成を有し得る。このような第１超格子層１２０ａは、前記ＡｌＮテンプレート層１１１の上に成長した層の間の欠陥を改善させることができる。
図２および図５のように、前記第１超格子層１２０ａは、少なくとも二層が一つのペアを成して二つのペア以上に配置され得る。前記第１超格子層１２０ａは、例えば、第１層１２１ａおよび第２層１２１ｂを含むことができる。前記第１、２層１２１ａ、１２１ｂのペアは、１０ペアないし２０ペアを含み、互いに交番するように配置され得る。前記第１層１２１ａは、ＡｌＮ半導体を含み、前記第２層１２１ｂは、ＡｌＧａＮまたはＡｌＧａＮ系半導体を含むことができる。前記第１層１２１ａおよび第２層１２１ｂのうち第１層１２１ａが前記ＡｌＮテンプレート層１１１にさらに隣接したり接触するように配置され得る。前記第２層１２１ｂは、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．５≦ｘ≦０．６）の組成式を有する半導体物質を含むことができる。前記第１層１２１ａは、アルミニウムの組成が１００％であり、前記第２層１２１ｂは、アルミニウム組成を５０％ないし６０％含むことができる。前記第１、２層１２１ａ、１２１ｂでアルミニウムの組成は、窒化物半導体を除いた組成であり得る。実施例の前記第１層１２１ａおよび前記第２層１２１ｂそれぞれの厚さは５ｎｍ以下、例えば、１ｎｍないし５ｎｍであり得る。前記第１層１２１ａおよび前記第２層１２１ｂが一つのペアのとき、二層の個数が同一であるか、またはいずれか一つの層がさらに多いことがある。
前記第１超格子層１２０ａは、第１層１２１ａおよび第２層１２１ｂが１０ペア未満の場合、欠陥改善効果が低下することがある。前記第１超格子層１２０ａは、第１層１２１ａおよび第２層１２１ｂが２０ペア超過の場合、格子定数差によって結晶性が低下することがある。前記第２層１２１ｂは、第１導電型ドーパントを有するＡｌＧａＮであり得る。前記第２層１２１ｂは、意図せずにドーピングされた（Ｕｎｉｎｔｅｎｔｉｏｎａｌｌｙ Ｄｏｐｅｄ、以下ＵＩＤと略称する）窒化物半導体であり得る。例えば、前記第２層１２１ｂは、成長工程中に意図せずに第１導電型を有するＡｌＧａＮであり得る。前記第１、２層１２１ａ、１２１ｂは、前記第１導電型半導体層１１２ｂに添加された第１導電型のドーパントの濃度より低い濃度を有し得る。前記第１、２層１２１ａ、１２１ｂは、いずれか一つまたは、すべてはＵＩＤ層であり得る。
前記第１半導体層１１２ａは、前記第１超格子層１２０ａ上に形成され得る。前記第１半導体層１１２ａは、ＩＩＩ族－Ｖ族またはＩＩ族－ＶＩ族などの化合物半導体で実現され得る。前記第１半導体層１１２ａは、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓ、ＧａＰ、ＡｌＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＩｎＰのうちいずれか一つ以上で形成され得る。前記第１半導体層１１２ａは、前記第１超格子層１２０ａおよび第２超格子層１２０ｂの間に配置され得る。前記第１半導体層１１２ａは、前記第１超格子層１２０ａおよび第２超格子層１２０ｂに接触することができる。前記第１半導体層１１２ａは、前記第１超格子層１２０ａの第１層１２１ａと異なる半導体であり得る。前記第１半導体層１１２ａは、前記第１超格子層１２０ａの第２層１２１ｂと同じ半導体であり得る。前記第１半導体層１１２ａは、アルミニウム組成を有する半導体を含むことができる。前記第１半導体層１１２ａのアルミニウム組成は、前記第１超格子層１２０ａの第２層１２１ｂのアルミニウム組成範囲と同じであり得る。前記第１半導体層１１２ａが前記第１超格子層１２０ａの第２層１２１ｂのＡｌ組成範囲と同じ範囲を有することによって、前記第１超格子層１２０ａからの欠陥は、吸収および除去することができる。前記第１半導体層１１２ａは、前記第１超格子層１２０ａおよび第２超格子層１２０ｂの間の格子不一致および欠陥を改善する機能を含むことができる。前記第１半導体層１１２ａのアルミニウム組成は、５０％以上であるか、または６０％以下であり得る。
実施例の前記第１半導体層１１２ａは、ＡｌｙＧａ１－ｙＮ（０．５≦ｙ≦０．６）の組成式を有する半導体物質を含むことができる。実施例の第１半導体層１１２ａは、５０％ないし６０％のＡｌ組成を含むことができる。実施例の第１半導体層１１２ａの厚さは、１０ｎｍないし１０００ｎｍまたは１００ｎｍないし１０００ｎｍの範囲であり得る。前記第１半導体層１１２ａの厚さは、前記第１超格子層１２０ａの単一ペアが有する厚さより厚く配置され得る。前記第１半導体層１１２ａの厚さは、前記第１超格子層１２０ａの厚さより厚く配置され得る。このような前記第１半導体層１１２ａは、非超格子構造を前記第１超格子層１２０ａ、１２０ｂの厚さより厚い厚さを有しているので、第１、２超格子層１１２ａ、１１２ｂの間でバッファー役割を行うことができる。実施例においては、２００ｎｍの厚さを有する第１半導体層１１２ａを一例として説明するようにし、これに限定しない。前記第１半導体層１１２ａは、第１導電型ドーパントがドーピングされ得る。前記第１導電型ドーパントがｎ型半導体層である場合、ｎ型ドーパントとして、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅを含むことができるが、これに限定されない。他の例として、前記第１半導体層１１２ａは、ＵＩＤ半導体であり得る。前記第１半導体層１１２ａは、単層または多層であり得る。
図２および図５のように、前記第２超格子層１２０ｂは、前記第１半導体層１１２ａ上に形成され得る。前記第２超格子層１２０ｂは、少なくとも二層が一つのペアを成して二つのペア以上に配置され得る。前記第２超格子層１２０ｂは、第３層１２３ａおよび第４層１２３ｂを含み、前記第３層１２３ａおよび第４層１２３ｂそれぞれは複数に配置され得る。前記第３、４層１２３ａ、１２３ｂは、互いに交番するように配置され得る。前記第３、４層１２３ａ、１２３ｂのうちいずれか一つまたはすべては、前記第１半導体層１１２ａと同じ半導体、例えば、ＡｌＧａＮであり得る。前記第３、４層１２３ａ、１２３ｂのうちいずれか一つの層は、前記第１半導体層１１２ａのアルミニウムの組成範囲と同じＡｌ組成範囲を有し得る。ここで、前記同じＡｌ組成は、前記第１半導体層１１２ａのアルミニウムの組成範囲を含むことができる。前記第３、４層１２３ａ、１２３ｂのうち他の一つは、前記第１半導体層１１２ａとアルミニウム組成が異なる組成を有する半導体であり得る。前記第２超格子層１２０ｂは、前記第１半導体層１１２ａ上に配置されて前記第１半導体層１１２ａと前記第２超格子層１２０ｂの上に形成される前記発光構造物１１０の材料の間の格子不一致および欠陥を改善する機能を含むことができる。前記第２超格子層１２０ｂは、１０ペアないし２０ペア交番するように形成された第３層１２３ａおよび第４層１２３ｂを含むことができる。前記第３、４層１２３ａ、１２３ｂが一つのペアのとき、二層の個数が互いに同一であるか、またはいずれかの層がさらに多いことがある。
前記第３層１２３ａは、ＡｌａＧａ１－ａＮ（０．５≦ａ≦０．６）の組成式を有する半導体物質を含むことができる。前記第３層１２３ａは、５０％ないし６０％のＡｌ組成を含むことができ、実施例の前記第３層１２３ａそれぞれの厚さは５ｎｍ以下、例えば、１ｎｍないし５ｎｍであり得る。ここで、前記第１超格子層１２０ａの第２層１２１ｂ、第１半導体層１１２ａ、前記第２超格子層１２０ｂの第３層１２３ａは、同じＡｌ組成範囲を有し得る。前記第１超格子層１２０ａの第２層１２１ｂ、第１半導体層１１２ａ、前記第２超格子層１２０ｂの第３層１２３ａは、前記第１層１２１ａのＡｌ組成より低く、前記活性層１１４の量子壁層のＡｌ組成より高いことがある。
前記第３、４層１２３ａ、１２３ｂと前記第１半導体層１１２ａがＡｌＧａＮ系半導体の組成式において、Ａｌ組成比率がＡｌxであり、Ｇａの組成比率がＧａyの場合、組成比率Ａｌx≧Ｇａyの関係を有し、前記ＡｌxとＧａyの組成比率の差は１０％以下であり得る。もし、前記第３、４層１２３ａ、１２３ｂと前記第１半導体層１１２ａのＡｌＧａＮ系半導体の組成式において、組成比率がＡｌx＜Ｇａyの関係を有する場合、半導体結晶は改善されるが、光吸収損失が増加することがある。前記ＡｌxとＧａyの組成差が１０％超過する場合、紫外線波長の光吸収損失や半導体結晶に影響を与えることがある。実施例は、前記第３、４層１２３ａ、１２３ｂと前記第１半導体層１１２ａがＡｌＧａＮ系半導体組成式で組成比率を最適化して半導体結晶を改善させ、紫外線波長の光吸収損失を減らすことができる。また、前記第３、４層１２３ａ、１２３ｂと前記第１半導体層１１２ａのＡｌ組成範囲およびその差によって前記第１超格子層１２０ａから伝達される欠陥は、吸収および除去され得る。また、前記第１超格子層１２０ａの第１、２層１２１ａ、１２１ｂ、前記第２超格子層１２０ｂの第３、４層１２３ａ、１２３ｂおよび前記第１半導体層１１２ａの間の界面での格子不一致および欠陥を改善する機能を含むことができる。ＡｌＧａＮ系半導体層の結晶性を向上させて、紫外線光の発光効率を向上させることができる。前記活性層１１４がＵＶＢ波長または２９５ｎｍないし３１５ｎｍの波長を発光するとき、前記第３、４層１２３ａ、１２３ｂと前記第１半導体層１１２ａのＡｌＧａＮ系半導体が４０％以上のＡｌ組成で前記の差で提供されることによって、半導体層の成長時の結晶性を向上させることができる。
前記第４層１２３ｂは、ＡｌｂＧａ１－ｂＮ（０．４５≦ｂ≦０．５５）の組成式を有する半導体物質を含むことができる。前記第４層１２３ｂは、４５％ないし５５％のＡｌ組成を含むことができる。実施例の前記第４層１２３ｂそれぞれの厚さは５ｎｍ以下、例えば、１ｎｍないし５ｎｍであり得る。前記第２超格子層１２０ｂの単一（ｓｉｎｇｌｅ）ペアは、前記第１半導体層１１２ａの厚さより小さいことがある。前記第２超格子層１２０ｂの厚さは、前記第１半導体層１１２ａの厚さより小さいことがある。前記第４層１２３ｂは、前記第３層１２３ａのアルミニウム組成より低いアルミニウム組成を有し得る。前記第４層１２３ｂは、前記第３層１２３ａのアルミニウム組成より５％以上低いアルミニウム組成を有し得る。前記第４層１２３ｂは、第１導電型ドーパントがドーピングされ得る。前記第１導電型ドーパントがｎ型半導体層である場合、ｎ型ドーパントとして、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅを含むことができるが、これに限定されない。前記第１半導体層１１２ａは、意図せずにドーピングされた窒化物半導体であり得る。ここで、前記第１導電型ドーパントがｎ型半導体層である場合、ｎ型ドーパントとして、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅを含むことができるが、これに限定されない。実施例は、前記ＡｌＮテンプレート層１１１から活性層１１４に行くほどＡｌ組成が徐々に低くなって結晶性を改善することができる。前記第３、４層１２３ａ、１２３ｂのうちいずれか一つまたは、すべてはＵＩＤ半導体であり得る。
前記第１導電型半導体層１１２ｂは、前記第２超格子層１２０ｂ上に形成され得る。前記第１導電型半導体層１１２ｂは、ＩＩＩ族－Ｖ族またはＩＩ族－ＶＩ族などの化合物半導体で実現され得る。例えば前記第１導電型半導体層１１２ｂは、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓ、Ｇａｐ、ＡｌＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＩｎＰのうちいずれか一つ以上で形成され得る。実施例の第１導電型半導体層１１２ｂは、ＡｌｚＧａ１－ｚＮ（０．４５≦ｚ≦０．５５）の組成式を有する半導体物質を含むことができる。前記第１導電型半導体層１１２ｂは、前記第２超格子層１２０ｂ上に接触した場合、前記第１導電型半導体層１１２ｂのアルミニウム組成は、前記４層１２３ｂのアルミニウム組成と同じであるか、または低いことがある。これに伴って、前記第１導電型半導体層１１２ｂは、アルミニウムの組成差によって活性層１１４の決定の品質低下を防止することができる。
実施例の第１導電型半導体層１１２ｂは、４５％ないし５５％のＡｌ組成を含むことができ、実施例の第１導電型半導体層１１２ｂ厚さは、５００ｎｍないし１０００ｎｍであり得る。前記第１導電型半導体層１１２ｂの厚さは、前記第１超格子層１２０ａ、第１半導体層１１２ａ、および前記第２超格子層１２０ｂの厚さより厚いことがある。前記第１導電型半導体層１１２ｂは、一部領域、例えば、図１のように第１、２領域Ａ１、Ａ２が前記活性層１１４の位置より低く配置され得る。実施例では、１０００ｎｍの厚さを有する第１導電型半導体層１１２ｂを一例として説明するようにし、これに限定しない。前記第１導電型半導体層１１２ｂは、第１導電型ドーパントがドーピングされ得る。前記第１導電型半導体層１１２ｂ上には、図２のように第１電極１５１が配置され得る。このような第１導電型半導体層１１２ｂは電極接触層であり得る。前記第１電極１５１は、前記第１導電型半導体層１１２ｂ上に配置された例として説明したが、前記第１導電型半導体層１１２ｂに基板１０１を通じて貫通するビア構造で連結されたり、第２導電型半導体層１１６ａ、１１６ｂを介して貫通するビア構造で連結され得る。前記第１電極１５１は、前記第１導電型半導体層１１２ｂでない第２超格子層１２０ｂに連結され得、これに限定しない。前記活性層１１４は、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）、量子線（Ｑｕａｎｔｕｍ－Ｗｉｒｅ）構造、または、量子点（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｏｔ）構造のうち少なくともいずれか一つで形成され得る。前記活性層１１４は、前記第１導電型半導体層１１２ｂを介して注入される電子（または、正孔）と前記第２導電型半導体層１１６ａ、１１６ｂを介して注入される正孔（または、電子）が互いに会って、前記活性層１１４の形成物質によるエネルギーバンド（Ｅｎｅｒｇｙ Ｂａｎｄ）のバンドギャップ（Ｂａｎｄ Ｇａｐ）差によって光を放出する層である。
前記活性層１１４は、化合物半導体で構成され得る。前記活性層１１４は、例として、III族－Ｖ族またII族－ＶI族などの化合物半導体のうち少なくとも一つで実現され得る。前記活性層１１４は、量子井戸層と量子壁層を含むことができる。前記量子井戸層は複数で配置され、前記量子壁層は複数で配置され得る。前記活性層１１４が多重量子井戸構造で実現された場合、量子井戸層と量子壁層が交互に配置され得る。前記量子井戸層と量子壁層は、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ、ＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ／ＧａＮ、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ／ＡｌＧａＰ、ＩｎＧａＰ ＡｌＧａＰのうちいずれか一つ以上のペア構造で形成されるが、これに限定されない。
前記活性層１１４は、紫外線波長を発光するためにＡｌＧａＮまたはＡｌＧａＮ系半導体を含むことができる。前記活性層１１４は、量子井戸層がＡｌＧａＮ系半導体を含み、量子壁層がＡｌＧａＮ系半導体を含むことができる。前記量子井戸層のアルミニウム組成は、前記量子壁層のアルミニウムの組成より低いことがあり、例えば、前記量子壁層のアルミニウム組成を基準として２０％以上小さいことがある。前記量子井戸層のアルミニウム組成は３０％以下、例えば、１５％ないし３０％の範囲であり得、前記量子壁層のアルミニウムの組成は、４５％ないし５２％の範囲であり得る。前記量子壁層のアルミニウムの組成は、前記量子井戸層のアルミニウムの組成より２０％以上、例えば、２０％ないし３０％の範囲で差を有し得る。このような活性層１１４は、前記量子井戸層と量子壁層のアルミニウムの組成比差によって紫外線光を発光することができる。前記活性層１１４は、ＵＶＢ波長の光を放出することができる。前記活性層１１４は、２９５ｎｍないし３１５ｎｍのＵＶＢを発光することができる。前記紫外線Ｂ（ＵＶＢ）は紫外線Ａ（ＵＶＡ）より短い波長であり、エネルギー光線の強さが紫外線Ａ（ＵＶＡ）よりさらに強い特性を有している。このような紫外線Ｂは、医療用光源として使用され得る。実施例の活性層１１４から放出された紫外線光は、１７ｎｍ以下のＦＷＨＭ（Ｆｕｌｌ Ｗｉｄｔｈ ａｔ Ｈａｌｆ Ｍａxｉｍｕｍ）を有し得る。
前記活性層１１４は、量子井戸層の厚さが量子壁層の厚さより薄いことがある。前記量子井戸層の厚さは、量子壁層の厚さの２５％以下、例えば、１０％ないし２５％の範囲であり得る。すなわち、前記量子壁層の厚さは、前記量子井戸層の厚さの４倍以上、例えば、４倍ないし１０倍であり得る。図６を参照すると、実施例の活性層１１４は、量子壁層の１０％ないし２５％の厚さを有する量子井戸層によって光のパワーが向上し得る。例えば、前記量子井戸層それぞれは２．５ｎｍ以下、例えば、１．５ｎｍないし２．５ｎｍであり得る。図６は、１０．９ｎｍの量子壁層を有する活性層１１４の量子井戸層の厚さによって光のパワーを示したグラフであり、２．１ｎｍ厚さを有する量子井戸層で最も高い光のパワーを示す。前記量子井戸層それぞれの厚さが、前記量子壁層それぞれの厚さの１０％未満であるか、または２５％を超過する場合、結晶性が低下したり、キャリア移動が低下することがある。前記量子井戸層それぞれの厚さが量子壁層それぞれの厚さの１０％ないし２５％を外れる場合、活性層１１４からの電子および正孔の再結合率が低下して光のパワーが低下することがある。
図３および図４を参照すると、前記電子ブロッキング層ＥＢＬ、１３０は、前記活性層１１４上に形成され得る。前記電子ブロッキング層１３０は、前記活性層１１４と前記第２導電型半導体層１１６ａ、１１６ｂとの間に配置され得る。前記ＥＢＬ１３０は、多層構造を含み、前記多層のうち少なくとも一つまたはすべては第２導電型ドーパントを含むことができる。前記電子ブロッキング層１３０は、紫外線波長の吸収を減らし、電子ブロッキングのためにＡｌＧａＮまたはＡｌＧａＮ系半導体を含むことができる。
実施例のＥＢＬ１３０は、複数のバリア層１３１、１３３、１３５、１３７および複数のウェル層１３２、１３４、１３６を含むことができる。前記バリア層１３１、１３３、１３５、１３７およびウェル層１３２、１３４、１３６）のうちいずれか一つは、互いに同一であるか、またはいずれか一つの層がさらに多いことがある。前記ＥＢＬ１３０は、ＩＩＩ族－Ｖ族またはＩＩ族－ＶＩ族化合物半導体、例えば、前記ＥＢＬ１３０は、ＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮが３ペア以上形成されるが、これに限定されない。前記ＥＢＬ１３０は、少なくとも一層またはすべては第２導電型ドーパントがドーピングされ得る。例えば、前記ＥＢＬ１３０がｐ型半導体層の場合、前記第２導電型ドーパントは、ｐ型ドーパントとして、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどを含むことができる。実施例のＥＢＬ１３０は、１００ｍＡ以上の高電流駆動の２９５ないし３１５ｎｍのＵＶＢを実現するために活性層１１４に提供されるキャリアを増加させるための機能を含むことができる。また、前記ＥＢＬ１３０は、電子を遮断する電子遮断機能を含んで発光効率を向上させることができる。前記ＥＢＬ１３０は、複数のバリア層１３１、１３３、１３５、１３７および複数のウェル層１３２、１３４、１３６）が３ペア以上で交番し得る。前記複数のバリア層１３１、１３３、１３５、１３７および複数のウェル層１３２、１３４、１３６は、第２導電型ドーパントを含むことができる。前記ウェル層１３２、１３４、１３６は、相対的にバリア層１３１、１３３、１３５、１３７の厚さより薄いことがあって、第２導電型ドーパントがドーピングされないことがある。実施例の複数のバリア層１３１、１３３、１３５、１３７および複数のウェル層１３２、１３４、１３６は、Ａｌ組成および厚さによって発光効率を向上させることができる。
前記ＥＢＬ１３０は、前記活性層１１４を経た電子のオーバーフロー（ｏｖｅｒｆｌｏｗ）を防止して内部の量子効率を改善させることができる。図４のように、前記ＥＢＬ１３０は、活性層１１４の量子壁層（図４の１１４ａ）のエネルギーレベルを基準（ＲＥＦ）としてさらに高いエネルギーレベルを有するバリア層１３１、１３３、１３５、１３７とさらに低いエネルギーレベルを有するウェル層１３２、１３４、１３６とを含むことができる。前記量子壁層は、前記活性層１１４の量子壁層のうち最後の層であり得る。前記活性層１１４の最後の量子壁層は、他の量子壁層と同じアルミニウム組成を有し得る。
前記ＥＢＬ１３０のバリア層１３１、１３３、１３５、１３７は、活性層１１４の最後の量子壁層（図４の１１４ａ）のアルミニウム組成よりさらに高いアルミニウム組成を有し、ウェル層１３２、１３４、１３６は、前記活性層１１４の最後の量子壁層（図４の１１４ａ）のアルミニウム組成よりさらに低いアルミニウム組成を有し得る。前記活性層１１４の最後の量子壁層（図４の１１４ａ）は、４５％ないし５２％のＡｌ組成を含むことができ、複数のバリア層１３１、１３３、１３５、１３７は、５０％以上のＡｌ組成を含むことができる。前記活性層１１４の最後の量子壁層１１４ａは、前記バリア層１３１、１３３、１３５、１３７のアルミニウム組成より低いアルミニウムの組成を有し得る。前記バリア層１３１、１３３、１３５、１３７は、前記活性層１１４の最後の量子壁層１１４ａのアルミニウム組成より３％以上の高いアルミニウムの組成を有し得る。
前記ＥＢＬ１３０のＡｌ組成は、電子を遮断し、正孔を閉じ込めて前記活性層１１４のキャリア注入の増加によって発光効率を向上させることができる。
前記複数のバリア層１３１、１３３、１３５、１３７は、前記活性層１１４と隣接する第１バリア層１３１、前記第２導電型半導体層１１６ａ、１１６ｂと隣接する第２第２バリア層１３７および前記第１バリア層１３１と前記第２バリア層１３７との間に中間バリア層１３３、１３５を含むことができる。ここで前記中間バリア層１３３、１３５は、一つまたは複数で配置され得る。前記複数のバリア層１３３、１３５の場合、前記第１バリア層１３１と第２バリア層１３７との間に第１中間バリア層１３３と、前記第１中間バリア層１３３と第２バリア層１３７との間に第２中間バリア層１３５を含むことができる。
前記第１バリア層１３１は、前記活性層１１４の最後の量子壁層１１４ａと接触することができる。前記第２バリア層１３７は、前記第２導電型半導体層１１６ａ、１１６ｂの下面と接触することができる。
前記複数のウェル層１３２、１３４、１３６は、前記第１バリア層１３１と第１中間バリア層１３３との間の第１ウェル層１３２、前記第１および第２中間バリア層１３３、１３５の間の第２ウェル層１３４、前記第２中間バリア層１３５と第２バリア層１３７との間の第３ウェル層１３６を含むことができる。実施例のＥＢＬ１３０は、３ペア構造の複数のバリア層１３１、１３３、１３５、１３７および複数のウェル層１３２、１３４、１３６を含んでいるが、これに限定されない。前記第１バリア層１３１は、活性層１１４の最後の量子壁層１１４ａのＡｌ組成より高いＡｌ組成を有し得る。例えば、前記第１バリア層１３１は、ＡｌｐＧａ１－ｐＮ（０．５０≦ｐ≦０．７４）の組成式を有する半導体物質を含むことができる。実施例の前記第１バリア層１３１は、５０％ないし７４％のＡｌ組成を含むことができ、実施例の前記第１バリア層１３１の厚さＷ１は、前記第１ウェル層１３２の厚さＷ２より厚いことがある。実施例の前記第１バリア層１３１の厚さＷ１は１０ｎｍ以下、例えば、３ｎｍないし１０ｎｍであり得る。
前記第２バリア層１３７は、第２導電型半導体層１１６ａ、１１６ｂのＡｌ組成より高いＡｌ組成を有し得る。例えば、前記第２バリア層１３７は、ＡｌｑＧａ１－ｑＮ（０．５０≦ｑ≦０．７４）の組成式を有する半導体物質を含むことができる。実施例の前記第２バリア層１３７は、５０％ないし７４％のＡｌ組成を含むことができ、実施例の前記第２バリア層１３７の厚さＷ７は、前記第３ウェル層１３６の厚さＷ６より厚いことがある。実施例の前記第２バリア層１３７の厚さＷ７は１０ｎｍ以下、例えば、３ｎｍないし１０ｎｍであり得る。前記第２バリア層１３７は、５０％ないし７４％のＡｌ組成と１０ｎｍ以下の厚さを有するようになることで、電子を遮断させてキャリアの注入効率を改善させ、紫外線波長の光吸収損失を減らすことができる。
前記第１および第２中間バリア層１３３、１３５のＡｌ組成は、互いに同一であるか、または１％以下の差を有し得、前記第１バリア層１３１および第２バリア層１３７のＡｌ組成より高いことがある。このようなＡｌ組成を有するＥＢＬ１３０は、正孔の注入を向上させることができる。例えば、ＥＢＬ１３０は、前記第１および第２中間バリア層１３３、１３５に正孔を閉じ込めて活性層１１４のキャリア注入増加によって発光効率を向上させることができる。前記第１および第２中間バリア層１３３、１３５は、ＡｌｒＧａ１－ｒＮ（０．５５≦ｒ≦０．７４）の組成式を有する半導体物質を含むことができる。実施例の前記第１および第２中間バリア層１３３、１３５は、５５％ないし７４％のＡｌ組成を含むことができる。実施例の前記第１および第２中間バリア層１３３、１３５の厚さＷ３、Ｗ５は前記第２ウェル層１３４の厚さＷ４より厚いことがある。実施例の前記第１および第２中間バリア層１３３、１３５の厚さＷ３、Ｗ５は、１０ｎｍ以下、例えば、３ｎｍないし１０ｎｍであり得る。一例として、ＥＢＬ１３０は、５４％のＡｌ組成を有する第１バリア層１３１および第２バリア層１３７と、６４％の組成を有する第１および第２中間バリア層１３３、１３５とを含む場合、前記のＡｌ組成より低い組成を有する比較例の紫外線発光素子の出力電圧より３０％以上向上することができる。
前記複数のウェル層１３２、１３４、１３６は、第１バリア層１３１と第１中間バリア層１３３との間の第１ウェル層１３２、第１および第２中間バリア層１３３、１３５との間の第２ウェル層１３４および前記第２中間バリア層１３５と第２バリア層１３７との間の第３ウェル層１３６を含むことができる。
前記第１ウェル層１３２は、活性層１１４の最後の量子壁層１１４ａのＡｌ組成より低いＡｌ組成を含むことができる。前記第１ウェル層１３２は、ＡｌｅＧａ１－ｅＮ（０．２４≦ｅ≦０．４５）の組成式を有する半導体物質を含むことができる。実施例の前記第１ウェル層１３２の厚さＷ２は、第１バリア層１３１の厚さＷ１および第１中間バリア層１３３の厚さＷ３より薄いことがある。実施例の第１ウェル層１３２の厚さＷ２は５ｎｍ以下、例えば、１ｎｍないし５ｎｍであり得る。
前記第２ウェル層１３４は、活性層１１４の最後の量子壁層１１４ａのＡｌ組成より低いＡｌ組成を含むことができる。前記第２ウェル層１３４は、ＡｌｆＧａ１－ｆＮ（０．２４≦ｆ≦０．４８）の組成式を有する半導体物質を含むことができる。実施例の前記第２ウェル層１３４の厚さＷ４は、第１および第２中間バリア層１３３、１３５の厚さＷ３、Ｗ５より薄いことがある。実施例の第２ウェル層１３４の厚さＷ４は５ｎｍ以下、例えば、１ｎｍないし５ｎｍであり得る。
前記第３ウェル層１３６は、活性層１１４の最後の量子壁層１１４ａのＡｌ組成より低いＡｌ組成を含むことができる。前記第３ウェル層１３６は、ＡｌｇＧａ１－ｇＮ（０．２４≦ｇ≦０．４８）の組成式を有する半導体物質を含むことができる。実施例の前記第３ウェル層１３６の厚さＷ６は、第２中間バリア層１３５の厚さＷ５および第２バリア層１３７の厚さＷ７より薄いことがある。実施例の第３ウェル層１３６の厚さＷ６は５ｎｍ以下、例えば、１ｎｍないし５ｎｍであり得る。前記第２および第３ウェル層１３４、１３６は、互いに同じＡｌ組成および厚さを有し得るが、これに限定されない。前記第２および第３ウェル層１３４、１３６のＡｌ組成は、前記第１ウェル層１３２のＡｌ組成より高いことがある。
前記ＥＢＬ１３０は、前記複数のバリア層１３１、１３３、１３５、１３７と前記ウェル層１３２、１３４、１３６との間のＡｌ組成差または障壁差によって電子のオーバーフローを防止でき、内部の効率を改善させることができる。
図４のように、前記複数のバリア層１３１、１３３、１３５、１３７のエネルギーバンドギャップＧ１、Ｇ３、Ｇ５、Ｇ７は、前記活性層１１４の最後の量子壁層１１４ａのエネルギーバンドギャップＧ０より大きいことがある。前記第１バリア層１３１は、エネルギーバンドギャップがＧ１であり、第１および第２中間バリア層１３３、１３５のエネルギーバンドギャップがＧ３およびＧ５であり、第２バリア層１３７のエネルギーバンドギャップがＧ７の場合、Ｇ３、Ｇ５＞Ｇ１、Ｇ７＞Ｇ０の関係を有し得る。
前記複数のウェル層１３２、１３４、１３６のエネルギーバンドギャップＧ２、Ｇ４、Ｇ６は、前記活性層１１４の最後の量子障壁層１１４ａのエネルギーバンドギャップＧ０より小さいことがある。前記第１ウェル層１３２は、エネルギーバンドギャップがＧ２であり、第２ウェル層１３４のエネルギーバンドギャップがＧ４であり、第３ウェル層１３６のエネルギーバンドギャップがＧ６の場合、Ｇ０＞Ｇ２＞Ｇ４、Ｇ６の関係を有し得る。
実施例は、前記活性層１１４上にＥＢＬ１３０が配置されてキャリアの注入効率を向上させて発光効率を向上させることができる。実施例は、１００ｍＡ以上の高電流駆動の２９５ないし３１５ｎｍのＵＶＢを実現することができる。
前記第２導電型半導体層１１６ａ、１１６ｂは、前記ＥＢＬ１３０上に配置され得る。前記第２導電型半導体層１１６ａ、１１６ｂは、単層または多層で形成され得、多層の場合、第１伝導性半導体層１１６ａおよび第２伝導性半導体層１１６ｂを含むことができる。前記第１伝導性半導体層１１６ａは、前記ＥＢＬ１３０上に配置されて前記ＥＢＬ１３０と第２伝導性半導体層１１６ｂとの間に配置され得る。前記第１、２伝導性半導体層１１６ａ、１１６ｂは、第２導電型のドーパントを有する半導体であり得る。
前記第１伝導性半導体層１１６ａは、ＩＩＩ族－Ｖ族またはＩＩ族－ＶＩ族などの化合物半導体で実現され得る。例えば前記第１伝導性半導体層１１６ａは、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓ、ＧａＰ、ＡｌＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＩｎＰのうちいずれか一つ以上で形成され得る。前記第１伝導性半導体層１１６ａは、紫外線波長の吸収を減らすためにＡｌＧａＮまたはＡｌＧａＮ系半導体を含むことができる。実施例の第１伝導性半導体層１１６ａは、ＡｌｓＧａ１－ｓＮ（０．２０≦ｓ≦０．４５）の組成式を有する半導体物質を含むことができる。前記第１伝導性半導体層１１６ａは、２０％ないし４５％のＡｌ組成を含むことができる。
前記第１伝導性半導体層１１６ａの厚さは、４０ｎｍ以上であり得る。図７は、実施例の第１伝導性半導体層の厚さによる信頼性を示したグラフである。図７を参照すると、実施例の第１伝導性半導体層１１６ａは、４０ｎｍ以上の厚さを有する場合、時間による出力電圧の変化が一定であり、信頼性を向上させることができる。実施例の第１伝導性半導体層１１６ａの厚さは４０ｎｍ以上、例えば、４０ｎｍないし３００ｎｍであり得る。前記第１伝導性半導体層１１６ａは、第２導電型ドーパントがドーピングされ得る。前記第１伝導性半導体層１１６ａがｐ型半導体層の場合、前記第２導電型ドーパントはｐ型ドーパントとして、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどを含むことができる。実施例の第１伝導性半導体層１１６ａの厚さが４０ｎｍ未満の場合、紫外線発光素子１００の駆動時間に応じて徐々に低くなる出力電圧により信頼性が低下することがある。
ここで、前記第１導電型半導体層１１２ｂｎ型半導体層、前記第２導電型半導体層１１６ａ、１１６ｂは、ｐ型半導体層として説明しているが、前記第１導電型半導体層１１２ｂは、ｐ型半導体層、前記第２導電型半導体層１１６ａ、１１６ｂは、ｎ型半導体層で形成することもでき、これに限定されない。前記第１伝導性半導体層１１６ａおよび第２伝導性半導体層１１６ｂの上には、前記第２導電型と反対の極性を有する半導体、例えば、ｎ型半導体層（図示せず）を形成することができる。これに伴って、発光構造物１１０は、ｎ－ｐ接合構造、ｐ－ｎ接合構造、ｎ－ｐ－ｎ接合構造、ｐ－ｎ－ｐ接合構造のうちいずれか一つの構造で実現することができる。
前記第２伝導性半導体層１１６ｂは、前記第１伝導性半導体層１１６ａ上に形成され得る。前記第２伝導性半導体層１１６ｂは、第２電極１５３が接触する電極接触層であり得る。前記第２伝導性半導体層１１６ｂは、前記第１伝導性半導体層１１６ａと他の半導体で形成され得、例えば、前記第１伝導性半導体層１１６ａのＡｌ組成より低いＡｌ組成を有したり、Ａｌ組成がないＧａＮ系半導体であり得る。前記第２伝導性半導体層１１６ｂは、前記第１伝導性半導体層１１６ａと第２電極１５３とのオーミックコンタクトのために前記第１伝導性半導体層１１６ａと第２電極１５３との間に配置され得る。前記第２伝導性半導体層１１６ｂは、前記第１伝導性半導体層１１６ａと第２電極１５３とのオーミックコンタクトのために第２導電型または第２導電型ドーパントを含むＧａＮであり得るが、これに限定されない。前記第２伝導性半導体層１１６ｂは、前記第２電極１５３と直接接する表面が平らであり得る。このために前記第２伝導性半導体層１１６ｂは、２Ｄ（Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）成長方法で形成され得る。第２伝導性半導体層１１６ｂの表面はラフな面で形成され得る。図８は、実施例の第２伝導性半導体層１１６ｂの表面を示した図である。実施例の前記第２伝導性半導体層１１６ｂは、前記第１伝導性半導体層１１６ａと第２電極１５３との間のオーミックコンタクトのために５０ｎｍ以下の厚さを有し、表面粗さ（ＲＭＳ）を１ｎｍ以下、例えば、０．１ｎｍないし１．０ｎｍであり得る。実施例の前記第２伝導性半導体層１１６ｂは、１ｎｍ以下の表面粗さ（ＲＭＳ）を含んで以後に形成される第２電極１５３との接触信頼度を向上させることができる。
前記第１電極１５１は、前記第１導電型半導体層１１２ｂ上に配置され得る。前記第１電極１５１は、前記第１導電型半導体層１１２ｂと電気的に連結され得る。前記第１電極１５１は、前記第２電極１５３と電気的に絶縁され得る。前記第１電極１５１は、伝導性酸化物、伝導性窒化物または金属であり得る。前記第１電極１５１は、接触層を含むことができ、前記接触層は、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＴＯＮ（ＩＴＯ Ｎｉｔｒｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯＮ（ＩＺＯ Ｎｉｔｒｉｄｅ）、ＡＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＡＧＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＡＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＧＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＧＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＡＴＯ（Ａｎｔｉｍｏｎｙ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＧＺＯ（Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯＮ（ＩＺＯ Ｎｉｔｒｉｄｅ）、ＺｎＯ、ＩｒＯｘ、ＲｕＯｘ、ＮｉＯ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔｉ－Ｗ、Ｃｒ、Ｗ、Ｐｔ、Ｖ、Ｆｅ、Ｍｏ物質のうち少なくとも一つを含むことができ、単層または多層で形成され得る。
前記第２電極１５３は、前記第２伝導性半導体層１１６ｂ上に配置され得る。前記第２電極１５３は、前記第２伝導性半導体層１１６ｂと電気的に連結され得る。前記第２電極１５３は、伝導性酸化物、伝導性窒化物または金属であり得る。前記第２電極１５３は、接触層を含むことができ、例えば、前記接触層は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＴＯＮ（ＩＴＯ Ｎｉｔｒｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯＮ（ＩＺＯ Ｎｉｔｒｉｄｅ）、ＡＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＡＧＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＡＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＧＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＧＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＡＴＯ（Ａｎｔｉｍｏｎｙ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＧＺＯ（Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯＮ（ＩＺＯ Ｎｉｔｒｉｄｅ）、ＺｎＯ、ＩｒＯｘ、ＲｕＯｘ、ＮｉＯ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔｉ－Ｗ、Ｃｒ、Ｗ、Ｐｔ、Ｖ、Ｆｅ、Ｍｏ物質のうち少なくとも一つを含むことができ、単層または多層で形成され得る。
実施例の紫外線発光素子１００は、１７ｎｍ以下の（ＦＷＨＭ：Ｆｕｌｌ Ｗｉｄｔｈ ａｔ Ｈａｌｆ Ｍａxｉｍｕｍ）を有し得る。一般的に２０ｎｍ以上のＦＷＨＭを有する紫外線発光素子は、３００ｎｍ以下、特に２９８ｎｍ下でＤＮＡ、蛋白質などを破壊するためアトピー治療などの医療装置への適用が困難である。実施例は、活性層１１４の量子井戸層それぞれが量子壁層それぞれの１０％ないし２５％厚さを含んで１７ｎｍ以下のＦＷＨＭを実現して医療装置に適用される紫外線発光素子の信頼性を向上させることができる。
実施例の紫外線発光素子１００は、活性層１１４上にＥＢＬ１３０が配置されてキャリアの注入効率を向上させて１００ｍＡ以上の高電流駆動を実現することができる。具体的に、実施例は、第１および第２中間バリア層１３３、１３５が第１バリア層１３１および第２バリア層１３７より高いＡｌ組成を有するＥＢＬ１３０の構造によって１００ｍＡ以上の高電流駆動の２９５ないし３１５ｎｍのＵＶＢを実現することができる。
実施例は、基板１０１と活性層１１４との間に第１半導体層１１２ａ、第１超格子層１２０ａ、第１導電型半導体層１１２ｂ、第２超格差層１２０ｂを含んで欠陥を改善して発光効率を向上させることができる。
実施例は、量子壁層の厚さの１０％ないし２５％の厚さを有する量子井戸層を含む活性層１１４により光のパワーを向上させることができる。
実施例は、４０ｎｍ以上の厚さを有する第１伝導性半導体層１１６ａにより信頼性を向上させることができる。
実施例は、１００ｍＡ以上の２９５ないし３１５ｎｍの波長の紫外線発光素子１００を実現してアトピー治療などの医療装置に適用され得る。
図９ないし図１３は、実施例による紫外線発光素子の製造方法を示した断面図である。
図９を参照すると、実施例の紫外線発光素子の製造方法は、先ず、基板１０１上にＡｌＮテンプレート層（Ｔｅｍｐｌａｔｅ、１１１）、第１超格子層１２０ａ、第１半導体層１１２ａ、第２超格子層１２０ｂ、第１導電型半導体層１１２ｂが形成され得る。
前記基板１０１は、熱伝導性に優れた物質で形成され得、伝導性基板または絶縁性基板であり得る。例えば、前記基板１０１は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＰ、ＩｎＰ、Ｇｅ、Ｇａ２Ｏ３のうち少なくとも一つを使用することができる。前記基板１０１上には、凹凸構造が形成され得、これに限定しない。
前記ＡｌＮテンプレート層１１１、第１超格子層１２０ａ、第１半導体層１１２ａ、第２超格子層１２０ｂおよび第１導電型半導体層１１２ｂは、有機金属化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ；Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、化学蒸着法（ＣＶＤ；Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、プラズマ化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ；Ｐｌａｓｍａ－Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、分子線成長法（ＭＢＥ；Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）、水素化物気相成長法（ＨＶＰＥ；Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）等の方法で形成されるが、これに限定されない。
前記ＡｌＮテンプレート層１１１、第１超格子層１２０ａ、第１半導体層１１２ａ、第２超格子層１２０ｂおよび第１導電型半導体層１１２ｂは、１００ｍｂａｒ以下の圧力で成長することができる。
前記ＡｌＮテンプレート層１１１は、前記基板１０１の上に形成され得る。前記ＡｌＮテンプレート層１１１は、バッファー機能を含むことができる。前記ＡｌＮテンプレート層１１１は、前記ＡｌＮテンプレート層１１１の上に形成される発光構造物１１０の材料と基板１０１の格子不整合を緩和させることができ、前記ＡｌＮテンプレート層１１１は、ＡｌＮ外にＩＩＩ族－Ｖ族またはＩＩ族－ＶＩ族化合物半導体、例えば、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮのうち少なくとも一つで形成され得る。
前記第１超格子層１２０ａは、前記ＡｌＮテンプレート層１１１上に配置され得る。前記第１半導体層１１２ａは、前記第１超格子層１２０ａ上に配置され得る。前記第２超格子層１２０ｂは、前記第１半導体層１１２ａ上に配置され得る。第１導電型半導体層１１２ｂは、前記第２超格子層１２０ｂ上に配置され得る。前記第１超格子層１２０ａ、第１半導体層１１２ａ、第２超格子層１２０ｂおよび第１導電型半導体層１１２ｂは、徐々にＡｌ組成が低くなって前記ＡｌＮテンプレート層１１１と活性層１１４との間の格子の不一致および欠陥を改善することができる。
前記第１超格子層１２０ａは、前記ＡｌＮテンプレート層１１１上に形成され得る。前記第１超格子層１２０ａは、前記ＡｌＮテンプレート層１１１上に配置されてＡｌＮテンプレート層１１１と前記第１超格子層１２０ａの上に形成される発光構造物１１０の材料の間の格子の不一致および欠陥を改善する機能を含むことができる。前記第１超格子層１２０ａは、１０ペアないし２０ペアで交番するように形成された第１層１２１ａおよび第２層１２１ｂを含むことができる。前記第２層１２１ｂは、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．５≦ｘ≦０．６）の組成式を有する半導体物質を含むことができる。前記第２層１２１ｂは、５０％ないし６０％のＡｌ組成を含むことができ、実施例の前記第１層１２１ａおよび前記第２層１２１ｂそれぞれの厚さは、１ｎｍないし５ｎｍであり得る。前記第１超格子層１２０ａは、第１層１２１ａおよび第２層１２１ｂが１０ペア未満の場合、欠陥改善効果が低下することがある。前記第１超格子層１２０ａは、第１層１２１ａおよび第２層１２１ｂが２０ペア超過の場合、格子定数差によって結晶性が低下することがある。前記第２層１２１ｂは、第１導電型ＡｌＧａＮであり得る。前記第２層１２１ｂは、意図せずにドーピングされた窒化物半導体（Ｕｎｉｎｔｅｎｔｉｏｎａｌｌｙ Ｄｏｐｅｄ ＧａＮ）であり得る。例えば、前記第２層１２１ｂは、成長工程中に意図せずに第１導電型を有するＡｌＧａＮであり得る。
前記第１半導体層１１２ａは、前記第１超格子層１２０ａ上に形成され得る。前記第１半導体層１１２ａは、ＩＩＩ族－Ｖ族またはＩＩ族－ＶＩ族などの化合物半導体で実現され得る。例えば、前記第１半導体層１１２ａは、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓ、ＧａＰ、ＡｌＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＩｎＰのうちいずれか一つ以上で形成され得る。実施例の第１半導体層１１２ａは、ＡｌｙＧａ１－ｙＮ（０．５≦ｙ≦０．６）の組成式を有する半導体物質を含むことができる。実施例の第１半導体層１１２ａは、５０％ないし６０％のＡｌ組成を含むことができ、実施例の第１半導体層１１２ａ厚さは、１０ｎｍないし１０００ｎｍであり得る。実施例においては、２００ｎｍの厚さを有する第１半導体層１１２ａを一例として説明するようにする。前記第１半導体層１１２ａは、第１導電型ドーパントがドーピングできる。前記第１導電型ドーパントがｎ型ドーパントである場合、ｎ型ドーパントとして、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅを含むことができるが、これに限定されない。
前記第２超格子層１２０ｂは、前記第１半導体層１１２ａ上に形成され得る。前記第２超格子層１２０ｂは、前記第１半導体層１１２ａ上に配置されて前記第１半導体層１１２ａと前記第２超格子層１２０ｂの上に形成される前記発光構造物１１０の材料の間の格子の不一致および欠陥を改善する機能を含むことができる。前記第２超格子層１２０ｂは、１０ペアないし２０ペアで交番するように形成された第３層１２３ａおよび第４層１２３ｂを含むことができる。
前記第３層１２３ａは、ＡｌａＧａ１－ａＮ（０．５≦ａ≦０．６）の組成式を有する半導体物質を含むことができる。前記第３層１２３ａは、５０％ないし６０％のＡｌ組成を含むことができる。実施例の前記第３層１２３ａそれぞれの厚さは、１ｎｍないし５ｎｍであり得る。前記第３層１２３ａのアルミニウム組成は、前記第１半導体層１１２ａのアルミニウムの組成範囲内で配置され得る。これに伴って、第１半導体層１１２ａ上での格子の不一致および欠陥は改善され得る。
前記第４層１２３ｂは、ＡｌｂＧａ１－ｂＮ（０．４５≦ｂ≦０．５５）の組成式を有する半導体物質を含むことができる。前記第４層１２３ｂは、４５％ないし５５％のＡｌ組成を含むことができる。実施例の前記第４層１２３ｂそれぞれの厚さは、１ｎｍないし５ｎｍであり得る。前記第４層１２３ｂは、前記第３層１２３ａのアルミニウム組成より低いアルミニウム組成を有し得る。前記第３、４層１２３ａ、１２３ｂのうち少なくとも一つまたはすべては第１導電型ドーパントを含むことができる。ここで、前記第１導電型ドーパントがｎ型ドーパントである場合、ｎ型ドーパントとして、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅを含むことができるが、これに限定されない。実施例は、前記ＡｌＮテンプレート層１１１から活性層１１４に行くほどＡｌ組成が徐々に低くなって結晶性を改善することができる。
前記第１導電型半導体層１１２ｂは、前記第２超格子層１２０ｂ上に形成され得る。前記第１導電型半導体層１１２ｂは、ＩＩＩ族－Ｖ族またはＩＩ族－ＶＩ族などの化合物半導体で実現され得る。例えば、前記第１導電型半導体層１１２ｂは、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓ、ＧａＰ、ＡｌＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＩｎＰのうちいずれか一つ以上で形成され得る。前記第１導電型半導体層１１２ｂは、前記第１半導体層１１２ａ、前記第２層１２１ｂおよび前記第３層１２３ａのＡｌ組成より低いＡｌ組成を有し得る。前記第１導電型半導体層１１２ｂのＡｌ組成は、前記第４層１２３ｂのＡｌ組成範囲と同じであり得る。

実施例の第１導電型半導体層１１２ｂは、ＡｌｚＧａ１－ｚＮ（０．４５≦z≦０．５５）の組成式を有する半導体物質を含むことができる。実施例の第１導電型半導体層１１２ｂは、４５％ないし５５％のＡｌ組成を含むことができ、実施例の第１導電型半導体層１１２ｂ厚さは、５００ｎｍないし１０００ｎｍであり得る。実施例いおいては、１０００ｎｍの厚さを有する第１導電型半導体層１１２ｂを一例として説明するようにする。前記第１導電型半導体層１１２ｂは、第１導電型ドーパントがドーピングできる。前記第１導電型ドーパントがｎ型ドーパントである場合、ｎ型ドーパントとして、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅを含むことができるが、これに限定されない。
図１０を参照すると、前記活性層１１４は、第１導電型半導体層１１２ｂ上に配置され、前記ＥＢＬ１３０は、前記活性層１１４の上に配置され得る。前記活性層１１４およびＥＢＬ１３０は、有機金属化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）、プラズマ化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）、分子線成長法（ＭＢＥ）、水素化物気相成長法（ＨＶＰＥ）等の方法で形成されるが、これに限定されない。
前記活性層１１４およびＥＢＬ１３０の形成条件は、光のパワーを向上させることができ、光効率を向上させることができる。
前記活性層１１４は、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）、量子線（Ｑｕａｎｔｕｍ－Ｗｉｒｅ）構造、または、量子点（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｏｔ）構造のうち少なくともいずれか一つで形成され得る。前記活性層１１４は、前記第１導電型半導体層１１２ｂを介して注入される電子（または、正孔）と前記第１伝導性半導体層１１６ａを介して注入される正孔（または、電子）が互いに会って、前記活性層１１４の形成物質によるエネルギーバンド（Ｅｎｅｒｇｙ Ｂａｎｄ）のバンドギャップ（Ｂａｎｄ Ｇａｐ）差によって光を放出する層である。
前記活性層１１４は、化合物半導体で構成され得る。前記活性層１１４は、例としてIII族－Ｖ族またはII族－ＶI族などの化合物半導体中で少なくとも一つで実現され得る。前記活性層１１４は、量子井戸層と量子壁層を含むことができる。前記活性層１１４が多重量子井戸構造で実現された場合、量子井戸層と量子壁層が交互に配置され得る。前記量子井戸層と量子壁層は、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ、ＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ／ＧａＮ、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ／ＡｌＧａＰ、ＩｎＧａＰ ＡｌＧａＰのうちいずれか一つ以上のペア構造で形成されるが、これに限定されない。
実施例の活性層１１４は、量子井戸層それぞれの厚さは、量子壁層それぞれの厚さの１０％ないし２５％であり得る。図６を参照すると、実施例の活性層１１４は、量子壁層の１０％ないし２５％の厚さを有する量子井戸層構造によって光のパワーが向上し得る。例えば、前記量子井戸層それぞれは１．５ｎｍないし２．５ｎｍであり得る。図６は、１０．９ｎｍの量子壁層を有する活性層１１４の量子井戸層の厚さにより光のパワーを示したグラフであり、２．１ｎｍ厚さを有する量子井戸層で最も高い光のパワーを示す。
前記ＥＢＬ１３０は、前記活性層１１４上に形成され得る。前記ＥＢＬ１３０は、第２ドーパントを含むことができる。実施例のＥＢＬ１３０は、複数のバリア層１３１、１３３、１３５、１３７および複数のウェル層１３２、１３４、１３６を含むことができる。前記ＥＢＬ１３０は、ＩＩＩ族－Ｖ族またはＩＩ族－ＶＩ族化合物半導体、例えば、前記ＥＢＬ１３０は、ＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮが３ペア以上形成されるが、これに限定されない。前記ＥＢＬ１３０は、第２導電型ドーパントがドーピングできる。例えば、前記ＥＢＬ１３０がｐ型半導体層である場合、前記第２導電型ドーパントは、ｐ型ドーパントとして、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどを含むことができる。実施例のＥＢＬ１３０は、１００ｍＡ以上の高電流駆動の２９５ないし３１５ｎｍのＵＶＢを実現するために活性層１１４に提供されるキャリアを増加させるための機能を含むことができる。また、前記ＥＢＬ１３０は、電子を遮断する電子遮断機能を含んで発光効率を向上させることができる。このために実施例の第２導電型ドーパントを含むＥＢＬ１３０は、複数のバリア層１３１、１３３、１３５、１３７および複数のウェル層１３２、１３４、１３６は３ペア交番し得る。実施例の複数のバリア層１３１、１３３、１３５、１３７および複数のウェル層１３２、１３４、１３６は、Ａｌ組成および厚さによって発光効率を向上させることができる。
前記ＥＢＬ１３０の一部層は、活性層１１４の最後の量子壁層をエネルギーレベルを基準（ＲＥＦ）として高いＡｌ組成を含むことができる。例えば前記活性層１１４の最後の量子壁層は、５０％のＡｌ組成を含むことができ、複数のバリア層１３１、１３３、１３５、１３７は、少なくとも４５％以上のＡｌ組成を含むことができる。ここで、前記複数のバリア層１３１、１３３、１３５、１３７は、前記複数のウェル層１３２、１３４、１３６）より高いＡｌ組成を含むので、前記活性層１１４の最後の量子壁層より高いＡｌ組成を含むことができる。前記ＥＢＬ１３０のＡｌ組成は、電子を遮断し、正孔を閉じ込めて前記活性層１１４のキャリア注入増加によって発光効率を向上させることができる。
前記複数のバリア層１３１、１３３、１３５、１３７は、前記活性層１１４と接する第１バリア層１３１、前記第１伝導性半導体層１１６ａと接する第２バリア層１３７および前記第１バリア層１３１と前記第２バリア層１３７との間に第１および第２中間バリア層１３３、１３５を含むことができる。ここで、前記第１および第２中間バリア層１３３、１３５は、いずれか一つが省略され得、３個以上の複数でもある。前記複数のウェル層１３２、１３４、１３６は、前記第１バリア層１３１と第１中間バリア層１３３の間の第１ウェル層１３２、前記第１および第２中間バリア層１３３、１３５の間の第２ウェル層１３４、前記第２中間バリア層１３５と第２バリア層１３７との間の第３ウェル層１３６を含むことができる。
前記第１バリア層１３１は、活性層１１４の最後の量子壁層のＡｌ組成より高いＡｌ組成を有し得る。例えば、前記第１バリア層１３１は、ＡｌｐＧａ１－ｐＮ（０．５０≦ｐ≦０．７４）の組成式を有する半導体物質を含むことができる。実施例の前記第１バリア層１３１は、５０％ないし７４％のＡｌ組成を含むことができ、実施例の前記第１バリア層１３１の厚さＷ１は、前記第１ウェル層１３２の厚さＷ２より厚いことがある。実施例の前記第１バリア層１３１の厚さＷ１は、３ｎｍないし１０ｎｍであり得る。
前記第２バリア層１３７は、第１伝導性半導体層１１６ａより高いＡｌ組成を有し得る。例えば前記第２バリア層１３７は、ＡｌｑＧａ１－ｑＮ（０．５０≦q≦０．７４）の組成式を有する半導体物質を含むことができる。実施例の前記第２バリア層１３７は５０％ないし７４％のＡｌ組成を含むことができ、実施例の前記第２バリア層１３７の厚さＷ７は、前記第３ウェル層１３６の厚さＷ６より厚いことがある。実施例の前記第２バリア層１３７の厚さＷ７は、３ｎｍないし１０ｎｍであり得る。
前記第１および第２中間バリア層１３３、１３５は、前記第１バリア層１３１および第２バリア層１３７より高いＡｌ組成を有し得る。実施例のＥＢＬ１３０は、正孔注入を向上させることができる。例えば、ＥＢＬ１３０は、前記第１および第２中間バリア層１３３、１３５に正孔を閉じ込めて活性層１１４のキャリア注入増加によって発光効率を向上させることができる。前記第１および第２中間バリア層１３３、１３５は、ＡｌｒＧａ１－ｒＮ（０．５５≦ｒ≦０．７４）の組成式を有する半導体物質を含むことができる。実施例の前記第１および第２中間バリア層１３３、１３５は５５％ないし７４％のＡｌ組成を含むことができる。実施例の前記第１および第２中間バリア層１３３、１３５の厚さＷ３、Ｗ５は、前記第２ウェル層１３４の厚さＷ４より厚いことがある。実施例の前記第１および第２中間バリア層１３３、１３５の厚さＷ３、Ｗ５は、３ｎｍないし１０ｎｍであり得る。具体的に、５４％のＡｌ組成を有する第１バリア層１３１および第２バリア層１３７と、６４％の組成を有する第１および第２中間バリア層１３３、１３５とを含むＥＢＬ１３０は、一般的な紫外線発光素子より３０％以上出力電圧が向上し得る。
前記複数のウェル層１３２、１３４、１３６は、第１バリア層１３１と第１中間バリア層１３３との間の第１ウェル層１３２、第１および第２中間バリア層１３３、１３５の間の第２ウェル層１３４および前記第２中間バリア層１３５と第２バリア層１３７との間の第３ウェル層１３６を含むことができる。
前記第１ウェル層１３２は活性層１１４の最後の量子壁層（図４の１１４ａ）のＡｌ組成より低いＡｌ組成を含むことができる。前記第１ウェル層１３２は、ＡｌｅＧａ１－ｅＮ（０．２４≦ｅ≦０．４５）の組成式を有する半導体物質を含むことができる。実施例の前記第１ウェル層１３２の厚さＷ１は、第１バリア層１３１の厚さＷ２および第１中間バリア層１３３の厚さＷ３より薄いことがある。実施例の第１ウェル層１３２の厚さＷ２は、１ｎｍないし５ｎｍであり得る。
前記第２ウェル層１３４は、活性層１１４の最後の量子壁層のＡｌ組成より低いＡｌ組成を含むことができる。前記第２ウェル層１３４は、ＡｌｆＧａ１－ｆＮ（０．２４≦ｆ≦０．４８）の組成式を有する半導体物質を含むことができる。実施例の前記第２ウェル層１３４の厚さＷ４は、第１および第２中間バリア層１３３、１３５の厚さＷ３、Ｗ５より薄いことがある。実施例の第２ウェル層１３４の厚さＷ４は、１ｎｍないし５ｎｍであり得る。
前記第３ウェル層１３６は、活性層１１４の最後の量子壁層のＡｌ組成より低いＡｌ組成を含むことができる。前記第３ウェル層１３６は、ＡｌｇＧａ１－ｇＮ（０．２４≦ｇ≦０．４８）の組成式を有する半導体物質を含むことができる。実施例の前記第３ウェル層１３６の厚さＷ６は、第２中間バリア層１３５の厚さＷ５および第２バリア層１３７の厚さＷ７より薄いことがある。実施例の第３ウェル層１３６の厚さＷ６は、１ｎｍないし５ｎｍであり得る。第２および第３ウェル層１３４、１３６は。互いに同じＡｌ組成および厚さを有し得るが、これに限定されない。
実施例は、前記活性層１１４上にＥＢＬ１３０が配置されてキャリアの注入効率を向上させて発光効率を向上させることができる。実施例は、１００ｍＡ以上の高電流駆動の２９５ないし３１５ｎｍのＵＶＢを実現することができる。
図１１を参照すると、第１伝導性半導体層１１６ａおよび第２伝導性半導体層１１６ｂは、前記ＥＢＬ１３０上に形成され得る。前記第１伝導性半導体層１１６ａおよび第２伝導性半導体層１１６ｂは、有機金属化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）、プラズマ化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）、分子線成長法（ＭＢＥ）、水素化物気相成長法（ＨＶＰＥ）等の方法で形成されるが、これに限定されない。
前記第１伝導性半導体層１１６ａおよび第２伝導性半導体層１１６ｂは、前記第１導電型半導体層１１２ｂとＥＢＬ１３０との間の圧力で成長することができる。例えば、前記第１伝導性半導体層１１６ａおよび第２伝導性半導体層１１６ｂは、４５０ｍｂａｒの圧力で成長できるが、これに限定されない。
前記第１伝導性半導体層１１６ａは、前記ＥＢＬ１３０上に形成され得る。前記第１伝導性半導体層１１６ａは、ＩＩＩ族－Ｖ族またはＩＩ族－ＶＩ族などの化合物半導体で実現され得る。例えば前記第１伝導性半導体層１１６ａは、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓ、ＧａＰ、ＡｌＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＩｎＰのうちいずれか一つ以上で形成され得る。実施例の第１伝導性半導体層１１６ａは、ＡｌｓＧａ１－ｓＮ（０．２０≦ｓ≦０．４５）の組成式を有する半導体物質を含むことができる。前記第１伝導性半導体層１１６ａは、２０％ないし４５％のＡｌ組成を含むことができる。前記第１伝導性半導体層１１６ａの厚さは、４０ｎｍ以上であり得る。図７は、実施例の第１伝導性半導体層の厚さによる信頼性を示したグラフである。図７を参照すると、実施例の第１伝導性半導体層１１６ａは、４０ｎｍ以上の厚さを有する場合、時間による出力電圧の変化が一定で信頼性を向上させることができる。実施例の第１伝導性半導体層１１６ａの厚さは、４０ｎｍないし３００ｎｍであり得る。前記第１伝導性半導体層１１６ａは、第２導電型ドーパントがドーピングできる。前記第１伝導性半導体層１１６ａがｐ型半導体層である場合、前記第２導電型ドーパントは、ｐ型ドーパントとして、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどを含むことができる。
前記第２伝導性半導体層１１６ｂは前記第１伝導性半導体層１１６ａ上に形成され得る。前記第２伝導性半導体層１１６ｂは前記第１伝導性半導体層１１６ａと第２電極（図２の１５３）とのオーミックコンタクトのために前記第１伝導性半導体層１１６ａと第２電極（図２の１５３）の間に配置され得る。前記第２伝導性半導体層１１６ｂは、前記第１伝導性半導体層１１６ａと第２電極（図２の１５３）とのオーミックコンタクトのために第１導電型ドーパントを含むＧａＮであり得るが、これに限定されない。前記第２伝導性半導体層１１６ｂは、前記第２電極（図２の１５３）と直接接する表面に平たいことがある。このために前記第２伝導性半導体層１１６ｂは２Ｄ成長方法で形成され得る。図８は実施例の第２伝導性半導体層の表面を示した図である。実施例の前記第２伝導性半導体層１１６ｂは、２Ｄ成長で平らな表面を実現して第２電極（図２の１５３）との接触信頼度を向上させることができる。
図１２を参照すると、第１および第２電極１５１、１５３は、発光構造物１１０上に形成され得る。前記発光構造物１１０は、メサエッチングを介して第１導電型半導体層１１２ｂの一部が前記活性層１１４、ＥＢＬ１３０、第１伝導性半導体層１１６ａおよび第２伝導性半導体層１１６ｂから露出することができる。
前記第１電極１５１は、露出した前記第１導電型半導体層１１２ｂ上に形成され得る。前記第１電極１５１は、前記第１導電型半導体層１１２ｂと電気的に連結され得る。前記第１電極１５１は、前記第２電極１５３と電気的に絶縁され得る。
前記第２電極１５３は、前記第２伝導性半導体層１１６ｂ上に形成され得る。前記第２電極１５３は、前記第２伝導性半導体層１１６ｂと電気的に連結され得る。
前記第１および第２電極１５１、１５３は、伝導性酸化物、伝導性窒化物または金属であり得る。例えば、前記第１および第２電極１５１、１５３は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＴＯＮ（ＩＴＯ Ｎｉｔｒｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯＮ（ＩＺＯ Ｎｉｔｒｉｄｅ）、ＡＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＡＧＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＡＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＧＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＧＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＡＴＯ（Ａｎｔｉｍｏｎｙ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＧＺＯ（Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯＮ（ＩＺＯ Ｎｉｔｒｉｄｅ）、ＺｎＯ、ＩｒＯｘ、ＲｕＯｘ、ＮｉＯ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔｉ－Ｗ、Ｃｒ、Ｗ、Ｐｔ、Ｖ、Ｆｅ、Ｍｏ物質のうちで少なくとも一つを含むことができ、単層または多層で形成され得る。
図１３を参照すると、実施例は、第１および第２電極１５１、１５３が下部に配置されるフリップチップ構造であり得る。第１絶縁層１６１は、前記第１および第２電極１５１、１５３の下部面の一部を露出させ、発光構造物１１０と上に形成され得る。前記第１絶縁層１６１は、前記第１および第２電極１５１、１５３が配置された前記発光構造物１１０の下部と接することができる。
前記第１絶縁層１６１から露出した前記第１および第２電極１５１、１５３の下部面上に第１および第２連結電極１７１、１７３が形成され得る。前記第１および第２連結電極１７１、１７３はメッキ工程で形成されるが、これに限定されない。前記第１絶縁層１６１は、酸化物または窒化物であり得る。例えば、前記第１絶縁層１６１は、ＳｉＯ２、ＳｉｘＯｙ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉｘＮｙ、ＳｉＯｘＮｙ、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＡｌＮなどからなる群から少なくとも一つが選択され得る。
前記第１および第２連結電極１７１、１７３は、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｈｆのうち少なくとも一つを含む金属または合金であり得る。前記第１および第２連結電極１７１、１７３は、前記金属または合金とＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ－Ｔｉｎ－Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ－Ｚｉｎｃ－Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ－Ｚｉｎｃ－Ｔｉｎ－Ｏｘｉｄｅ）、ＩＡＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ－Ａｌｕｍｉｎｕｍ－Ｚｉｎｃ－Ｏｘｉｄｅ）、ＩＧＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ－Ｇａｌｌｉｕｍ－Ｚｉｎｃ－Ｏｘｉｄｅ）、ＩＧＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ－Ｇａｌｌｉｕｍ－Ｔｉｎ－Ｏｘｉｄｅ）、ＡＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ－Ｚｉｎｃ－Ｏｘｉｄｅ）、ＡＴＯ（Ａｎｔｉｍｏｎｙ－Ｔｉｎ－Ｏｘｉｄｅ）等の透明伝導性物質の単層または多層であり得る。
第２絶縁層１６３は、前記第１絶縁層１６１の下に形成されることができ、前記第１絶縁層１６１と直接接することができる。前記第２絶縁層１６３は、前記第１および第２連結電極１７１、１７３の下部を露出させ、前記第１および第２連結電極１７１、１７３の側副上に形成され得る。前記第２絶縁層１６３は。シリコンまたはエポキシのような樹脂水内に熱拡散制を添加して形成され得る。前記熱拡散制は、Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｚｒのような物質を有する酸化物、窒化物、フッ化物、黄化物のうち少なくとも一つの物質、例えば、セラミック材質を含むことができる。前記熱拡散制は、所定の大きさの粉末粒子、微粒子、フィラー（ｆｉｌｌｅｒ）、添加剤と定義され得る。前記第２絶縁層１６３は省略されることもある。
第１および第２パッド１８１、１８３は、前記第２絶縁層１６３から露出した第１および第２連結電極１７１、１７３上に形成され得る。前記第１および第２パッド１８１、１８３は、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｈｆのうち少なくとも一つを含む金属または合金であり得る。前記第１および第２パッド１８１、１８３は、前記金属または、合金とＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ－Ｔｉｎ－Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ－Ｚｉｎｃ－Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ－Ｚｉｎｃ－Ｔｉｎ－Ｏｘｉｄｅ）、ＩＡＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ－Ａｌｕｍｉｎｕｍ－Ｚｉｎｃ－Ｏｘｉｄｅ）、ＩＧＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ－Ｇａｌｌｉｕｍ－Ｚｉｎｃ－Ｏｘｉｄｅ）、ＩＧＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ－Ｇａｌｌｉｕｍ－Ｔｉｎ－Ｏｘｉｄｅ）、ＡＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ－Ｚｉｎｃ－Ｏｘｉｄｅ）、ＡＴＯ（Ａｎｔｉｍｏｎｙ－Ｔｉｎ－Ｏｘｉｄｅ）等の透明伝導性物質の単層または多層であり得る。
実施例は、第１導電型半導体層１１２ｂの上に配置された基板１０１を含んでいるが、これに限定されない。例えば、前記基板１０１は、レーザーリフトオフ（ＬＬＯ：Ｌａｓｅｒ Ｌｉｆｔ Ｏｆｆ）工程によって除去され得る。ここで、前記レーザーリフトオフ工程（ＬＬＯ）は、前記基板１０１の下部面にレーザーを照射して、前記基板１０１と前記発光構造物１１０を互いに剥離させる工程である。実施例による発光素子１００は、基板１０１およびＡｌＮテンプレート層１１１が除去され得、これに限定しない。
実施例の紫外線発光素子１００は、１７ｎｍ以下のＦＷＨＭ（Ｆｕｌｌ Ｗｉｄｔｈ ａｔ Ｈａｌｆ Ｍａxｉｍｕｍ）を有し得る。一般的に２０ｎｍ以上のＦＷＨＭを有する紫外線発光素子は、３００ｎｍ以下、特に２９８ｎｍ下でＤＮＡ、蛋白質などを破壊するため、アトピー治療などの医療装置への適用が困難である。実施例は、活性層１１４の量子井戸層それぞれが量子壁それぞれの１０％ないし２５％厚さを含んで１７ｎｍ以下のＦＷＨＭを実現して医療装置に適用される紫外線発光素子の信頼性を向上させることができる。
実施例の前記活性層１１４およびＥＢＬ１３０は、光のパワーを向上させることができ、光効率を向上させることができる。
実施例は、活性層１１４上にＥＢＬ１３０が配置されてキャリアの注入効率を向上させて１００ｍＡ以上の高電流駆動を実現することができる。具体的に、実施例は、第１および第２中間バリア層１３３、１３５が第１バリア層１３１および第２バリア層１３７より高いＡｌ組成を有するＥＢＬ１３０の構造によって１００ｍＡ以上の高電流駆動の２９５ないし３１５ｎｍのＵＶＢを実現することができる。
実施例は、基板１０１と活性層１１４との間に第１半導体層１１２ａ、第１超格子層１２０ａ、第１導電型半導体層１１２ｂ、第２超格差層１２０ｂを含んで欠陥を改善して発光効率を向上させることができる。
実施例は、量子壁の厚さの１０％ないし２５％の厚さを有する量子井戸層を含む活性層１１４により光のパワーを向上させることができる。
実施例は、４０ｎｍ以上の厚さを有する第１伝導性半導体層１１６ａにより信頼性を向上させることができる。
図１４は、実施例による発光素子パッケージを示した平面図である。
図１４に示されたように、実施例の発光素子パッケージ２００は、発光素子１００、パッケージ胴体２０１、放熱フレーム２１０、保護素子２６０、第１および第２リードフレーム２２０、２３０を含むことができる。
前記パッケージ胴体２０１は、透光性材質、反射性材質、絶縁性材質のうち少なくとも一つを含むことができる。前記パッケージ胴体２０１は、前記発光素子１００から放出された光に対して、反射率が透過率よりさらに高い物質を含むことができる。前記パッケージ胴体２０１は絶縁材質、例えば、セラミック素材を含む。前記セラミック素材は、同時塑性する低温塑性セラミック（ＬＴＣＣ：ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏ－ｆｉｒｅｄ ｃｅｒａｍｉｃ）または、高温塑性セラミック（ＨＴＣＣ：ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏ－ｆｉｒｅｄ ｃｅｒａｍｉｃ）を含む。前記パッケージ胴体２０１の材質は、例えば、ＡｌＮであり得、熱電導度が１４０Ｗ／ｍＫ以上の金属窒化物で形成することができる。前記パッケージ胴体２０１は、樹脂系の絶縁物質であり得る。例えば、前記パッケージ胴体２０１は、ポリフタルアミド（ＰＰＡ：Ｐｏｌｙｐｈｔｈａｌａｍｉｄｅ）、エポキシまたはシリコーン材質のような樹脂材質、シリコン（Ｓｉ）、金属材質、ＰＳＧ（ｐｈｏｔｏ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｇｌａｓｓ）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、印刷回路基板（ＰＣＢ）のうち少なくとも一つで形成され得る。前記パッケージ胴体２０１は、例えば、トップビュー形状が正方形であり得るが、これに限定しない。前記パッケージ胴体２０１のトップビュー形状は、円形または多角形状であり得る。
前記パッケージ胴体２０１は、第１および第２リードフレーム２２０、２３０と結合することができる。前記パッケージ胴体２０１は、前記第１および第２リードフレーム２２０、２３０の上部面の一部を露出させるキャビティ２０３を含むことができる。前記キャビティ２０３は、前記パッケージ胴体２０１の上部がぼこぼこしたり陥没したリセスで形成され得る。前記キャビティ２０３は、前記第１リードフレーム２２０の上部面の一部を露出させることができ、前記第２リードフレーム２３０の上部面の一部を露出させることができる。前記第１および第２リードフレーム２２０、２３０は、前記キャビティ２０３の底部に配置され得る。第１および第２リードフレーム２２０、２３０は、前記キャビティ２０３の底部で互いに離隔して配置され得、少なくとも一部が前記パッケージ胴体２０１の内部に延びたりビア構造を通じてパッケージ胴体２０１の底部まで延びることができる。前記第１リードフレーム２２０は、キャビティ２０３の少なくとも２側面に隣接し、隣接した２側面に沿って延びる折り曲げられた形状を含むことができる。前記第２リードフレーム２３０は、前記発光素子１００が配置された第１リード部２３１ａ、前記第１リード部２３１ａの外側に配置された第２リード部２３１ｂおよび第３リード部２３１ｃを含む。前記第１リード部２３１ａの表面面積は、前記第１リードフレーム２２０の表面面積より大きいことがあるので、放熱効率を改善させることができる。前記第１リード部２３１ａは、第２リード部２３１ｂと第１リードフレーム２２０との間に配置され得る。前記第１リード部２３１ａは、前記キャビティ２０３の底部のセンターに配置され得る。前記第１リード部２３１ａは、ワイヤー１００Ｗ２を通じて発光素子１００と電気的に連結され得る。前記第２リード部２３１ｂは、発光素子１００を基準として前記第１リードフレーム２２０の反対側に配置され、他の２側面に沿って折り曲げられた形状を有し得る。前記第２リード部２３１ｂと前記第１リードフレーム２２０のうち少なくとも一つは、前記発光素子１００とワイヤーに連結され得る。
前記キャビティ２０３の底部には、実施例による発光素子１００が配置され得る。前記キャビティ２０３内には、前記発光素子１００を保護するための保護素子２６０が配置され得る。
前記第１リード部２３１ａ、前記キャビティ２０３の中心領域に露出し、前記第２リード部２３１ｂは、前記第１リードフレーム２２０と対角線で対称されて前記第１リードフレーム２２０の形状と対応し、前記第３リード部２３１ｃは、保護素子２６０が実装されるキャビティ２０３の角領域および対角線角領域に配置され得る。前記第１ないし第３リード部２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃは、前記キャビティ２０３の底面に露出する前記第２リードフレーム２３０の上部面であって、面積および幅を含む形状は多様に変更され得る。
前記第１および第２リードフレーム２２０、２３０は、一定間隔離隔して前記パッケージ胴体２０１と結合することができる。前記第２リードフレーム２３０上には、実施例による発光素子１００が配置され得る。前記第１リードフレーム２２０は、前記発光素子１００に連結された第１ワイヤー１００Ｗ１が連結され得る。前記保護素子２６０は、第２リードフレーム２３０の第３リード部２３１ｃ上に配置されて前記第１リードフレーム２２０とワイヤー２６０Ｗに連結され得る。前記第３リード部２３１ｃは、一つまたは複数に配置され得、前記第１リードフレーム２２０の両端部と所定の距離をおいて配置され得る。前記第３リード部２３１ｃは、前記キャビティ２０３の低部よりさらに低い深さで配置され、前記保護素子２６０が配置されるとき、前記保護素子２６０により光損失を減らすことができる。前記第１リードフレーム２２０は、前記第２リード部２３１ｂと対称される対角線に屈曲構造を有し得るが、これに限定されない。
前記第１および第２リードフレーム２２０、２３０は、導電性物質を含むことができる。例えば前記第１および第２リードフレーム２２０、２３０は、チタニウム（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、タンタルム（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、スズ（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、りん（Ｐ）、鉄（Ｆｅ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ））のうち少なくとも一つを含むことができ、複数の層で形成され得る。例えば、実施例の第１および第２リードフレーム２２０、２３０は、銅（Ｃｕ）を含むベース層と前記ベース層を覆う銀（Ａｇ）を含む酸化防止層で構成されるが、これに限定されない。
前記放熱フレーム２１０は、第１および第２リード電極２１１、２１３を含み、前記第１リード電極２１１は、第１ワイヤー１００Ｗ１と連結される第１パッド部２１１ａを含み、前記第２リード電極２１３は、第２ワイヤー１００Ｗ２と連結される第２パッド部２１３ａを含むことができる。前記放熱フレーム２１０は、セラミック胴体または、絶縁材質の胴体上に第１、２リード電極２１１、２１３が配置され、前記第１、２リード電極２１１、２１３上に実施例による発光素子１００が配置される。前記発光素子１００は、前記第１、２リード電極２１１、２１３にフリップチップボンディングされたり、一つまたは複数のワイヤーに連結され得る。前記第１、２リード電極２１１、２１３は、前記放熱フレーム２１０の胴体上に前記発光素子１００の面積より大きい面積を有しているので、放熱効率を改善させることができ、パッケージ胴体２０１を介して熱伝導することができる。前記放熱フレーム２１０は、前記キャビティ２０３の底部に接着剤で接着され得、これに限定しない。
前記発光素子１００は、前記放熱フレーム２１０上に実装され得る。前記発光素子１００は、図１ないし図１３の技術的な特徴を含むことができる。
前記保護素子２６０は、前記第３リード部２３１ｃ上に配置され得る。前記保護素子２６０は、前記パッケージ胴体２０１から露出した前記第２リードフレーム２３０の上部面の上に配置され得る。前記保護素子２６０は、ツェナーダイオード、サイリスタ（Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）、ＴＶＳ（Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ）等であり得るが、これに限定されない。実施例の保護素子２６０は、ＥＳＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｓｔａｔｉｃ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）から前記発光素子１００を保護するツェナーダイオードを一例として説明するようにする。前記保護素子２６０は、ワイヤーを介して前記第１リードフレーム２２０と連結され得る。
図１５は、実施例による図１の発光素子または図１４の発光素子パッケージを有する発光モジュールを示した斜視図であり、図１６は、図１５の発光モジュールの発光部を示した平面図であり、図１７は、実施例の発光モジュールの光均一度を示した図である。
図１５および図１６のように、実施例の発光モジュール１０は、発光部２０、第１および第２放熱部３０、４０を含むことができる。実施例は、第１および第２放熱部３０、４０の構成を限定しているが、これに限定されない。実施例は、高効率のＵＶＢ波長の信頼性が高い医療治療用発光モジュール１０が要求される。また、実施例は、図１７のように、ターゲット領域ＴＡの光均一度（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）を７０％以上実現すると共に発光素子パッケージ２００の個数を減らして全体サイズを減らし、製造費用を減らすことができる発光モジュール１０が要求される。このために実施例は、２００ｍＡ以上の高電流駆動および１７ｎｍ以下の半値幅ＦＷＨＭ）を有し、発光部２０から発光された光がターゲット領域ＴＡで７０％以上の均一度（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）を有し得る。ここで、前記均一度（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）は、ターゲット領域で照度が最大になる中心領域と照度が最小になる角領域に対するものであって、最小照度（Ｍｉｎ）／最大照度（Ｍａｘ）と定義することができる。
図１５および図１６のように、前記第１放熱部３０は、前記発光部２０後面に配置され得る。前記第１放熱部３０は、前記発光部２０と直接接することができ、前記発光部２０から発生した熱を放出することができる。前記第１放熱部３０は、例えば、ヒートシンク（Ｈｅａｔ ｓｉｎｋ）であり得るが、これに限定されない。前記第１放熱部３０は、多数の放熱ピンを含むことができる。ここで、前記多数の放熱ピンは、放熱面積を広げて放熱効率を向上させることができる。
前記第２放熱部４０は、前記第１放熱部３０の後面に配置され得る。前記第２放熱部４０は、前記第１放熱部３０と直接接することができる。前記第２放熱部４０は、前記第１放熱部３０に伝導した熱を外部に放出させる機能を含むことができる。例えば、前記第２放熱部４０は、空気の対流を利用する冷却ファンを含むことができるが、これに限定されない。
実施例の発光部２０は、回路基板２１および複数の発光素子パッケージ２００を含むことができる。前記回路基板２１は、前面に前記複数の発光素子パッケージ２００が実装され得る。ここで、前記回路基板２１は、後面に前記第１放熱部３０が接触することができる。前記回路基板２１のサイズは、第１方向の長さＣ１と第２方向の長さＣ２が同一であるか、または異なることがある。前記回路基板２１の長さＣ１、Ｃ２は、発光素子パッケージ２００の長さ２００Ｗの４倍または、５倍以上であり得る。前記回路基板２１は、樹脂系の印刷回路基板（ＰＣＢ：Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）、メタルコア（Ｍｅｔａｌ Ｃｏｒｅ） ＰＣＢ、軟性（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ） ＰＣＢ、セラミックＰＣＢ、ＦＲ－４基板を含むことができる。
前記複数の発光素子パッケージ２００は、１００ｍＡ以上の高電流駆動の３００ｎｍないし３２０ｎｍのＵＶＢの波長を発光することができる。具体的に、前記複数の発光素子パッケージ２００は、１７ｎｍ以下の半値幅（ＦＷＨＭ）を有する光治療用有効波長（３００ｎｍないし３２０ｎｍ）を実現することができる。一般的に２０ｎｍ以上の半値幅（ＦＷＨＭ）を有する紫外線発光素子は、３００ｎｍ以下、特に２９８ｎｍ下でＤＮＡ、蛋白質などを破壊するためアトピー治療などの医療機器への適用が困難である。実施例の発光素子パッケージ２００は、１７ｎｍ以下の半値幅（ＦＷＨＭ）を実現して光治療用発光モジュール１０の信頼性を向上させることができる。
図１６および図１７のように、実施例の発光モジュール１０は、発光素子パッケージ２００から放出された紫外線波長の光が投射されるターゲット領域ＴＡ内で７０％以上の光均一度（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）を実現することができる。前記光均一度（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）は、ターゲット領域ＴＡで照度が最大になる中心領域と照度が最小になる角領域に対するものであって、最小照度（Ｍｉｎ）／最大照度（Ｍａｘ）定義することができる。例えば、ターゲット領域ＴＡは、発光モジュール１０の発光部２０から２０ｍｍ離隔して３０ｍｍの幅（Ｙ１、Ｘ１）を有し得るが、これに限定されない。前記ターゲット領域ＴＡは、１０ｍｍないし３０ｍｍの幅（Ｙ１、Ｘ１）を有し得る。具体的に、前記ターゲット領域ＴＡは、光治療対象に最小照度（Ｍｉｎ）／最大照度（Ｍａｘ）と定義される均一度（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）は７０％以上であり、最小照度（Ｍｉｎ）は１０ｍＷ／ｃｍ２以上であり得る。前記光均一度（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ））が７０％未満の場合、ターゲット領域ＴＡの中心部と端領域の照度差によって光治療の信頼性が低下することがある。
前記複数の発光素子パッケージ２００は、第１方向（Ｘ－Ｘ’）に第１ピッチＰ１を有し、前記第１方向（Ｘ－Ｘ’）と直交する第２方向（Ｙ－Ｙ’）に第２ピッチＰ２を有し得る。前記第１および第２ピッチＰ１、Ｐ２は、前記ターゲット領域ＴＡの幅（Ｙ１、Ｘ１）の３０％ないし５０％であり得る。前記第１および第２ピッチＰ１、Ｐ２は、１０ｍｍ以上であり得る。前記第１および第２ピッチＰ１、Ｐ２は、１０ｍｍないし１５ｍｍであり得る。前記第１および第２ピッチＰ１、Ｐ２は、互いに同一であり得るが、これに限定されない。例えば、前記第１および第２ピッチＰ１、Ｐ２は、互いに異なり得る。例えば、実施例は２０ｍｍ離隔した３０ｍｍの幅（Ｙ１、Ｘ１）を有するターゲット領域ＴＡで７０％以上の均一度（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）を実現するために１０ｍｍの第１および第２ピッチＰ１、Ｐ２を有する２５個の発光素子パッケージ１０を含むことができる。ここで、それぞれの発光素子パッケージ２００は、１０ｍＷ以上の光度（Ｐｏ）を有し得る。前記発光素子パッケージ２００の具体的な説明は、図６ないし図１９を参照して詳細に説明するようにする。
実施例は、ターゲット領域ＴＡに提供される紫外線波長の均一度（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）を７０％以上実現して光治療用発光モジュール１０の信頼性を向上させることができる。
実施例は、２００ｍＡ以上の高電流駆動の光治療用有効波長（３００ｎｍないし３２０ｎｍ）の紫外線波長を実現して光治療用発光モジュール１０の信頼性を向上させることができる。
実施例は、１７ｎｍ以下の半値幅（ＦＷＨＭ）を有する治療用紫外線波長の信頼性を向上させることができる発光モジュールおよび医療機器を提供することができる。
実施例は、７０％以上の光の均一度（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）を有し、ターゲット領域ＴＡ幅（Ｙ１、Ｘ１）の３０％ないし５０％のピッチを有する複数の発光素子パッケージ２００に全体発光素子パッケージ２００の個数を減らして発光モジュール１０のサイズを減らし、製造費用を減らすことができる。
図１８は、他の実施例であって、前記発光モジュールを有する医療機器を示した断面図であり、図１９は、他の実施例の発光モジュールの均一度を示した図である。
図１６、図１８および図１９に示されたように、前記発光モジュール１０を含んだ医療機器７０は、ターゲット領域ＴＡで発光部２０から発光された光が７０％以上の均一度（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）を有し得る。ここで、他の実施例の発光モジュール端領域の最小照度（Ｍｉｎ）が一定であるので、図１６ないし図１７の実施例の発光モジュールより高い均一度（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）を有し得る。ここで、図１７の実施例の発光モジュールの最小照度は、四角形状のターゲット領域の角領域に局部的に現れる。したがって、他の実施例の発光モジュールは、ターゲット領域ＴＡの均一度（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ））の信頼度を向上させることができる。他の実施例の発光部２０、第１および第２放熱部３０、４０の構成は、図１７ないし図１９の発光モジュール２０の技術的な特徴を採用することができる。
前記医療機器７０は、ＵＶランプとして、高効率のＵＶＢ波長の信頼性が高い医療治療用発光モジュールが要求される。また、他の実施例はターゲット領域の均一度（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）を７０％以上実現すると共に発光モジュール内に含まれた発光素子パッケージの個数を減らして医療機器７０サイズを減らし、製造費用を減らすことができる課題が要求される。このために実施例は、２００ｍＡ以上の高電流駆動および１７ｎｍ以下の半値幅（ＦＷＨＭ）を有し、発光部２０から発光された光が円形ターゲット領域ＴＡで７０％以上の均一度（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）を有し得る。ここで、前記均一度は、ターゲット領域で照度が最大になる中心領域と照度が最小になる角領域に対するものであって、最小照度（Ｍｉｎ）／最大照度（Ｍａｘ）と定義することができる。
前記医療機器７０は、光補償部６０を含むことができる。前記光補償部６０は、前記発光部２０上に配置され得る。前記光補償部６０は、前記医療機器７０の光出射領域に配置され得る。前記光補償部６０は、第１ないし第３補償部６１、６３、６５を含むことができる。前記第１補償部６１は、前記第２補償部６３の上に配置され得る。前記第１補償部６１は、光を拡散させる機能を含むことができる。前記第１補償部６１は、テフロン（Ｔｅｆｌｏｎ）を含むことができるが、これに限定されない。前記第１補償部６１は、光の透過率が高く、防湿効率に優れる材質であり得る。
前記第２補償部６３は、前記第１補償部６１の下に配置され、前記発光部２０上に配置され得る。前記第２補償部６３は、前記発光部２０から発光された光が直接照射され得る。前記第２補償部６３は、光透過率に優れる物質を含むことができる。また、前記第２補償部６３は、光を拡散させる機能を含むことができる。例えば、前記第２補償部６３は、ガラス系材質を含むことができる。前記第２補償部６３は、例えば、ＬｉＦ、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＢａＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２または、光学ガラス（Ｎ－ＢＫ７）の透明な物質で形成され得、ＳｉＯ２の場合、クォーツ結晶またはＵＶ Ｆｕｓｅｄ Ｓｉｌｉｃａであり得る。また、前記第２補償部６３は、低鉄分ガラス（ｌｏｗ ｉｒｏｎ ｇｌａｓｓ）であり得る。
前記第３補償部６５は、前記第１および第２補償部６１、６３の外側端を囲み、拡散させる機能を含むことができる。前記第３補償部６５は、リングタイプで光を拡散させる機能を含むことができる。前記第３補償部６５は、内部のオープン領域６５ａに第１補償部６１および第２補償部６３が配置され得る。すなわち、第１、２補償部６１、６３の周りに第３補償部６５が結合することができる。前記第２補償部６３の面積または第１方向の幅は、前記第１補償部６１の面積または第１方向の幅よりさらに広いことがある。
他の実施例は、発光モジュール上に第１ないし第３補償部６１、６３、６５を含む光補償部６０が配置されて前記発光部２０から発光された光をターゲット領域ＴＡに拡散させて均一度（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）を向上させることができる。
前記光補償部６０は、ケース６９の上部オープン領域６９ａに結合され、少なくとも一部が突出することができる。前記ケース６９の内部には、内部支持部６７、６８を備え、前記発光部２０の外側を支持する下部支持部６８と上部で光を反射させる上部支持部６７とを含むことができる。前記上部支持部６７は、前記光補償部６０の第３補償部６５の外側の下に配置され、前記第３補償部６５がケース６９に密着するように結合することができる。ここで、前記発光部２０は、トップビュー形状が円形状や、図１６のように多角形状であり得、このような形状により前記内部支持部６７、６８の内部ホールの形状も異なり得る。
前記発光部２０は、複数の発光素子パッケージ２００を含む。前記複数の発光素子パッケージ２００は、３００ｎｍないし３２０ｎｍのＵＶＢ波長を発光することができる。前記複数の発光素子パッケージ２００は、３００ｎｍないし３２０ｎｍ内で多様な波長を有し得る。前記複数の発光素子パッケージ２００は、光治療、実験など多様な波長を選択的に利用することができる。このために前記複数の発光素子パッケージ２００は、少なくとも２以上互いに異なる波長を有し得る。例えば、発光素子パッケージ２００の一部は、３００ｎｍないし３１５ｎｍの波長を発光でき、発光素子パッケージの他の一部は、３１５ｎｍないし３２０ｎｍの波長を発光することができる。前記複数の発光素子パッケージ２００は、１００ｍＡ以上の高電流駆動の３００ｎｍないし３２０ｎｍのＵＶＢの波長を発光することができる。具体的に、前記複数の発光素子パッケージ２００は、１７ｎｍ以下の半値幅（ＦＷＨＭ）を有する光治療用有効波長（３００ｎｍないし３２０ｎｍ）を実現することができる。一般的に２０ｎｍ以上の半値幅（ＦＷＨＭ）を有する紫外線発光素子は３００ｎｍ以下、特に２９８ｎｍ下でＤＮＡ、蛋白質などを破壊するため、アトピー治療などの医療機器への適用が困難である。実施例の発光素子パッケージ２００は、１７ｎｍ以下の半値幅（ＦＷＨＭ）を実現して光治療用発光モジュール１０の信頼性を向上させることができる。
図１９のように、他の実施例の発光モジュールは、発光された紫外線波長の光が投射される円形ターゲット領域ＴＡ内で７０％以上の均一度（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）を実現することができる。前記均一度（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）は、円形ターゲット領域ＴＡで照度が最大になる中心領域と照度が最小になる角領域に対するものであって、最小照度（Ｍｉｎ）／最大照度（Ｍａｘ）と定義することができる。例えば、円形ターゲット領域ＴＡは、発光モジュール１０の発光部２０から２０ｍｍ離隔し、３０ｍｍの直径Ｙ２を有し得るが、これに限定されない。前記円形ターゲット領域ＴＡは、１０ｍｍないし４０ｍｍの直径Ｙ２を有し得る。具体的に前記円形ターゲット領域ＴＡは、光治療対象に最小照度（Ｍｉｎ）／最大照度（Ｍａｘ）と定義される均一度（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）は、７０％以上であり、最小照度（Ｍｉｎ）は１０ｍＷ／ｃｍ２以上であり得る。
前記均一度（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）が７０％未満である場合、円形ターゲット領域ＴＡの中心部と端領域の照度差によって光治療の信頼性が低下することがある。
図１６を参照すると、前記複数の発光素子パッケージ２００の第１方向（Ｘ－Ｘ’）に第１ピッチＰ１を有し、前記第１方向（Ｘ－Ｘ’）と直交する第２方向（Ｙ－Ｙ’）に第２ピッチＰ２を有し得る。前記第１および第２ピッチＰ１、Ｐ２は、前記円形ターゲット領域ＴＡの直径Ｙ２の３０％ないし５０％であり得る。前記第１および第２ピッチＰ１、Ｐ２は、１０ｍｍ以上であり得る。前記第１および第２ピッチＰ１、Ｐ２は、１０ｍｍないし１５ｍｍであり得る。前記第１および第２ピッチＰ１、Ｐ２は、互いに同一であり得るが、これに限定されない。例えば、前記第１および第２ピッチＰ１、Ｐ２は、互いに異なることがある。例えば、実施例は、医療機器７０から２０ｍｍ離隔し、３０ｍｍの直径Ｙ２を有する円形ターゲット領域ＴＡに７０％以上の均一度（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）を実現するために１０ｍｍの第１および第２ピッチＰ１、Ｐ２を有する２５個の発光素子パッケージ２００を含むことができる。ここで、それぞれの発光素子パッケージ２００は、１０ｍＷ以上の光度（Ｐｏ）を有し得る。
他の実施例は、ターゲット領域ＴＡに提供される紫外線波長の均一度（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）を７０％以上実現して光治療用医療機器７０の信頼性を向上させることができる。
他の実施例は、２００ｍＡ以上の高電流駆動の光治療用有効波長（３００ｎｍないし３２０ｎｍ）の紫外線波長を実現して光治療用医療機器７０の信頼性を向上させることができる。
他の実施例は、１７ｎｍ以下の半値幅（ＦＷＨＭ）を有する治療用紫外線波長の信頼性を向上させることができる医療機器７０を提供することができる。
他の実施例は、７０％以上の光の均一度（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）を有し、円形ターゲット領域ＴＡの直径Ｙ２の３０％ないし５０％のピッチを有する複数の発光素子パッケージ２００で全体発光素子パッケージ２００の個数を減らして発光モジュールのサイズを減らし、製造費用を減らすことができる。したがって、他の実施例は、医療機器７０のサイズおよび製造費用を減らすことができる。
実施例による発光素子、パッケージおよびこれを有する発光モジュールは、医療機器、照明ユニット、指示装置、ランプ、街灯、車両用照明装置、車両用表示装置、スマート時計などに適用されるが、これに限定されない。
以上、実施例に説明された特徴、構造、効果などは本発明の少なくとも一つの実施例に含まれ、必ずしも一つの実施例にのみ限定されるものではない。さらに、各実施例において例示された特徴、構造、効果などは、実施例が属する分野の通常の知識を有する者によって他の実施例に対しても組合せまたは、変形して実施可能である。したがって、このような組合せと変形に関係する内容は、本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
以上で実施例を中心に説明したが、これは単なる例示に過ぎず、本発明を限定するものではなく、本発明が属する分野の通常の知識を有した者であれば本発明の本質的な特性を逸脱しない範囲で、以上で例示されていない様々な変形と応用が可能であることが理解できるだろう。例えば、本発明の実施例に具体的に示された各構成要素は、変形して実施することができるものである。そして、このような変形と応用に係る差異点は、添付された請求範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
産業上利用の可能性
本発明による紫外線発光素子は、多様な医療および治療分野に利用することができる。
本発明によるＵＶＢ発光素子は、医療用機器に利用することができる。
本発明による発光素子は、バイオメディカル（ｂｉｏ－ｍｅｄｉｃａｌ）用光治療機器に利用することができる。

Claims (4)

  1. ＡｌＮテンプレート層；
    前記ＡｌＮテンプレート層の上に配置された第１超格子層；
    前記第１超格子層の上に配置された第２超格子層；
    前記第１超格子層と前記第２超格子層との間に配置された第１半導体層；
    前記第２超格子層の上に配置された第１導電型半導体層；
    前記第１導電型半導体層の上に配置され、量子井戸層および量子壁層を有する活性層；
    前記活性層の上に配置された電子ブロッキング層；および
    前記電子ブロッキング層の上に配置された第２導電型半導体層を含み、
    前記第１超格子層は、ＡｌＮ半導体を有する第１層およびＡｌＧａＮ系半導体を有する第２層を含み、
    前記第１半導体層は、ＡｌＧａＮ系半導体を含み、
    前記第２超格子層は、ＡｌＧａＮ系半導体を有する第３層およびＡｌＧａＮ系半導体を有する第４層を含み、
    前記第１超格子層は、前記第１層と前記第２層が交番して配置され、
    前記第２超格子層は、前記第３層と前記第４層が交番して配置され、
    前記第３層のアルミニウム組成は、前記第４層のアルミニウム組成より高く、
    前記第１半導体層のアルミニウム（Ａｌ）の組成は、ガリウム（Ｇａ）の組成以上であり、前記ガリウムの組成との差が１０％以下であり、
    前記第２層のアルミニウム（Ａｌ）の組成は、ガリウム（Ｇａ）の組成以上であり、前記ガリウムの組成との差が１０％以下であり、
    前記第３層のアルミニウム（Ａｌ）の組成は、ガリウム（Ｇａ）の組成以上であり、前記ガリウムの組成との差が１０％以下であり、
    前記第１半導体層は、前記第１超格子層の第１層および第２層を有する単一ペアの厚さより厚い厚さを有し、
    前記活性層の量子井戸層は、ＡｌＧａＮ系半導体で形成され、
    前記量子壁層は、ＡｌＧａＮ系半導体で形成され、
    前記量子壁層のアルミニウム組成は、前記量子井戸層のアルミニウム組成より２０％以上高く、
    前記活性層は、２９５ｎｍないし３１５ｎｍの紫外線光を放出し、
    前記量子井戸層の厚さは、前記量子壁層の厚さの２５％以下の厚さを有し、
    前記電子ブロッキング層は、複数のバリア層および複数のウェル層を含み、
    前記複数のバリア層は、ＡｌＧａＮ系半導体を含み、
    前記複数のウェル層は、ＡｌＧａＮ系半導体を含み、
    前記複数のバリア層それぞれは、前記複数のウェル層それぞれのアルミニウム組成より高いアルミニウム組成を有し、
    前記複数のバリア層それぞれは、前記活性層の量子壁層のアルミニウム組成より高いアルミニウム組成を有し、
    前記複数のウェル層それぞれは、前記活性層の量子壁層のアルミニウム組成より低いアルミニウム組成を有し、
    前記複数のバリア層は、前記活性層の上に第１バリア層および前記第２導電型半導体層の下に第２バリア層を含み、
    前記複数のウェル層は、前記第１、２バリア層の間に配置され、
    前記複数のバリア層は、前記第１、２バリア層と前記ウェル層との間に配置された複数の中間バリア層を含み、
    前記中間バリア層それぞれのアルミニウム組成は、前記第１、２バリア層のアルミニウム組成より高い、発光素子。
  2. 前記第１半導体層、前記第２層および第３層は、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．５≦ｘ≦０．５５）の組成式を有し、
    前記第４層は、ＡｌｂＧａ１－ｂＮ（０．４５≦ｂ≦０．５５）の組成式を有し、
    前記第１導電型半導体層は、ＡｌｚＧａ１－ｚＮ（０．４５≦ｚ≦０．５５）の組成式を有する、請求項１に記載の発光素子。
  3. 前記第１超格子層、前記第１半導体層、前記第２超格子層および前記第１導電型半導体層において、アルミニウムの組成は前記活性層に隣接する層であるほどさらに低く、
    前記活性層から放出された紫外線光は、１７ｎｍ以下のＦＷＨＭ（Ｆｕｌｌ Ｗｉｄｔｈ ａｔ Ｈａｌｆ Ｍａｘｉｍｕｍ）を有する、請求項１または請求項２に記載の発光素子。
  4. 前記第１バリア層は、ＡｌｐＧａ１－ｐＮ（０．５０≦ｐ≦０．７４）の組成式を有し、
    前記第２バリア層は、ＡｌｑＧａ１－ｑＮ（０．５０≦ｑ≦０．７４）の組成式を有し、
    前記中間バリア層は、ＡｌｒＧａ１－ｒＮ（０．５５≦ｒ≦０．７４）の組成式を有し、
    前記第１バリア層、前記第２バリア層および前記中間バリア層それぞれは、前記ウェル層の厚さより厚く、３ｎｍないし１０ｎｍの厚さを有し、
    前記第２導電型半導体層の表面粗さは、１ｎｍ以下であり、
    前記複数のウェル層は、前記第１バリア層と前記中間バリア層との間に配置された第１ウェル層、前記中間バリア層の間に配置された第２ウェル層および前記中間バリア層と前記第２バリア層との間の第３ウェル層を含み、
    前記第１ウェル層は、ＡｌｅＧａ１－ｅＮ（０．２４≦ｅ≦０．４５）の組成式を有し、
    前記第２ウェル層は、ＡｌｆＧａ１－ｆＮ（０．２４≦ｆ≦０．４８）の組成式を有し、
    前記第３ウェル層は、ＡｌｇＧａ１－ｇＮ（０．２４≦ｇ≦０．４８）の組成式を有し、
    前記第２導電型半導体層は、前記電子ブロッキング層の上に第１伝導性半導体層および前記第１伝導性半導体層の上に第２伝導性半導体層を含み、
    前記第１伝導性半導体層は、ＡｌｓＧａ１－ｓＮ（０．２０≦ｓ≦０．４５）の組成式を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の発光素子。
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