KR101697461B1 - 자외선 발광소자 및 이의 제조 방법 - Google Patents

자외선 발광소자 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자외선 발광소자 및 이의 제조 방법을 개시한다. 본 발명에 따르면, 자외선 발광소자로서, 기판, 상기 기판 상에 형성된 AlxGa1 -xN(0<x<1)층; 상기 AlxGa1-xN(0<x<1)층 상에 형성되고, 서로 다른 Al 조성을 갖는 복수의 AlGaN층으로 포함하며 Si가 도핑되는 n형 반도체 층, 상기 n형 반도체 층 상에 형성되는 활성층 및 상기 활성층 상에 형성된 p형 반도체 층을 포함하는 자외선 발광소자가 제공된다.

Description

자외선 발광소자 및 이의 제조 방법{ULTRA-VIOLET LIGHT EMITTING DEVICE, METHOD FOR MANUFACTURING OF THE SAME}
본 발명은 자외선 발광소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
자외선 발광소자는 가시광선 발광소자에 비하여 낮은 양자 효율을 가진다. 가시광선 발광소자가 GaN의 기반으로 구성되어 있는 것에 비하여 자외선 발광소자는 AlGaN으로 구성되어 있고 특히 UV-B/C 파장영역으로 이동을 하게 되면 대부분의 층의 Al 조성이 >50%으로 성장되어야 된다.
이와 같이 주요 구성 물질이 GaN에서 AlN로 변경함에 따라 n형 반도체 층과 p형 반도체 층을 형성하기 위한 조건도 변경이 되어야 한다. 물론 n형 반도체 층에 사용하는 대표 도핑 물질은 Si이고 p형 반도체 층에 사용하는 대표 도핑 물질은 Mg으로 가시광선 발광소자에서 사용하는 물질과 동일하다.
자외선 발광소자의 효율이 가시광선 발광소자보다 낮아 효율을 높이는 것이 중요한 과제이며 또한 생산성과 시장성 확대에 주요한 화두이다. 효율을 높이기 위해 AlN 템플릿(template)의 품질을 높이기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.
대표적인 AlN의 제작 방법은 벌크(bulk) AlN을 이용하는 방법과 단결정 AlN를 사파이어 기판상에 성장시키는 방법이 있다.
AlN를 벌크로 제작하는 시도는 많은 연구가 진행되었으나, 여전히 비싼 가격, 대구경의 어려움으로 인해 대중화에는 더욱 많은 시간이 필요하다. 이에 현재는 많은 곳에서 사파이어 상에 AlN 단결정을 성장시키는 “AlN 템플릿”을 제작하는 방법을 이용한다.
AlN 템플릿을 이용하는 방법은 현재 고온 MOCVD 반응 챔버 및 2 인치(inch) 사파이어 웨이퍼를 이용한다. 자외선 발광 소장의 효율을 높이는 방법의 주요한 이슈인 AlN 품질을 높이는 방법 중 가장 접근이 쉬운 방법은 단결정 AlN 층의 두께를 증가시키는 것이다.
그러나 AlN 템플릿의 두께가 증가하면 UV LED 에피층(epi) 성장 후 높은 웨이퍼 휨값(wafer bow)을 가지게 되어 광학적/전기적 특성 산포가 넓어진다. 특히 LED 칩 제작시 photo 과정의 어려움/ Lapping의 불균일성/ prober tup position 변화 등 실제 제품 생산함에 있어서 많은 제약이 발생한다.
그렇기 때문에 낮은 AlN 두께에서 고품질로 성장시키는 것이 중요하지만 이는 많은 기술적 제약이 있다.
상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 Al 조성이 50% 이상인 n형 반도체 층의 전자의 공급 및 이동 능력을 향상시킬 수 있는 자외선 발광소자 및 이의 제조 방법을 제안하고자 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 자외선 발광소자로서, 기판; 상기 기판 상에 형성된 AlxGa1 -xN(0<x<1)층; 상기 AlxGa1-xN(0<x<1)층 상에 형성되고, 서로 다른 Al 조성을 갖는 복수의 AlGaN층으로 포함하며 Si가 도핑되는 n형 반도체 층; 상기 n형 반도체 층 상에 형성되는 활성층; 및 상기 활성층 상에 형성된 p형 반도체 층을 포함하는 자외선 발광소자가 제공된다.
상기 n형 반도체 층의 Al 조성은 50퍼센트 이상일 수 있다.
상기 n형 반도체 층은 Al 조성이 큰 제1 AlGaN층 및 상기 제1 AlGaN층에 비해 작은 Al 조성을 갖는 제2 AlGaN층을 포함할 수 있다.
상기 제1 AlGaN층 및 상기 제2 AlGaN층은 연속적으로 교번 배치될 수 있다.
상기 제1 AlGaN층 및 상기 제2 AlGaN층은 비연속적으로 배치될 수 있다.
상기 제1 AlGaN층 및 상기 제2 AlGaN층에 도핑되는 Si의 농도는 동일할 수 있다.
상기 제1 AlGaN층의 Al 조성은 배리어층의 Al의 조성보다 크거나 같으며, n형 반도체 층의 하부에 위치하는 상기 AlxGa1 - xN층의 Al의 조성보다 작거나 같을 수 있다.
상기 제1 AlGaN층의 두께는 10Å 내지 배리어층 두께의 2배 이내의 범위를 가질 수 있다.
상기 제2 AlGaN층의 Al 조성은 우물층의 Al의 조성보다 크거나 같으며, 배리어층의 Al의 조성보다 작거나 같을 수 있다.
상기 제2 AlGaN층의 두께는 10Å 내지 우물층 두께 이내의 범위를 가질 수 있다.
n형 반도체 층의 두께는 0.5㎛ 내지 5㎛ 범위를 가질 수 있다.
상기 기판은 사파이어, Si, SiC 및 AlN, AlGaN, 사파이어/GaN/AlN 및 사파이어/GaN/AlN/AlGaN 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 사파이어는 플랫 타입(Flat type), 패턴 타입 및 다공성 사파이어 중 적어도 하나일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 자외선 발광소자 제조 방법으로서, 기판 상에 AlxGa1 -xN(0<x<1)층을 형성하는 단계; 상기 AlxGa1 -xN(0<x<1)층 상에 Si를 도핑하여 서로 다른 Al 조성을 갖는 복수의 AlGaN층으로 이루어진 n형 반도체 층을 형성하는 단계; 상기 n형 반도체 층 상에 활성층을 형성하는 단계; 및 상기 활성층 상에 p형 반도체 층을 형성하는 단계를 포함하는 자외선 발광소자 제조 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, Al의 조성이 50퍼센트 이상인 AlGaN로 자외선 발광소자의 n형 반도체 층을 구성함에 있어 Al의 조성이 다른 층을 복수 개 배치하여 Si의 도핑 농도를 높이지 않으면서도 n형 특성을 개선할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 AlGaN(>50%)에서 고농도 Si의 도핑 시 표면 형태, TEM 이미지 및 EDS 이미지를 나타낸 도면이다.
도 2는 동일한 Si 농도에서 Al 조성 증가에 따른 AlGaN 표면 및 PL 스펙트럼 변화를 나타낸 도면이다.
도 3은 일정 조성에서 Si 농도 변화에 따른 n형 반도체 층 표면 및 특성 변화를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 n형 반도체 층의 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 발광소자의 구성 및 자외선 발광소자의 성장 시 표면 차이를 도시한 도면이다.
도 6은 종래기술에 따른 자외선 발광소자의 구성 및 성장 시 표면 차이를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 실시예에 따른 자외선 발광소자(Sample A) 및 종래소자(Sample B)의 Indium ball Quick check IV 그래프를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 실시예에 따른 자외선 발광소자(Sample A) 및 종래소자(Sample B)의 발광 이미지를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 실시예에 따른 자외선 발광소자(Sample A) 및 종래소자(Sample B)의 Lateral chip 제작 후 전기적 특성 및 EL(Electroluminescence) 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 10 내지 도 14는 본 실시예에 따른 n형 반도체 층을 포함하는 자외선 발광소자의 구조를 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 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.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명은 자외선 발광소자의 n형 반도체 층에 대한 것이며, 특히 Al조성이 50%이상 되는 AlGaN층을 n형 반도체 층으로 제작하기 위한 것이다.
Al 조성이 50% 이상 되는 AlGaN층을 n형 반도체 층으로 제조하기 위해 사용되는 도핑 물질은 “Si”이다. 그러나 AlGaN층의 성장에 있어서 Al 조성이 50%이상이 되면 AlGaN층의 특성은 GaN와 유사한 특성에서 AlN와 유사한 특성으로 변경된다. 이는 결합에 참여하는 주요 물질이 변경됨을 의미한다.
또한 주기율표에서 Al와 Si은 같은 주기, 3주기, 이고 원자번호도 13번인 Al와 14번인 Si로 바로 근접하여 있다. 이와 다르게 Ga은 4주기이다.
Al-N의 결합 길이와 Si-N의 결합 길이는 유사하고, 이와 반대로 Ga와 N의 결합 Ga-N의 결합 길이는 Al-N 및 Si-N보다 길다.
가시광선 발광소자의 주요 구성 물질인 GaN에 Si를 도핑하게 되면 Ga-N의 결합 길이가 Si-N의 결합 길이에 비하여 길기 때문에 GaN 결정에 크게 영향을 미치지 않는다.
이와 반대로 Al 조성이 50% 이상인 AlGaN (AlGaN(>50%))층은 AlN 결정이 결합의 주요 구성 물질이 된다. 이러한 AlGaN층에 Si를 n형 반도체 층을 위한 도핑물질로 넣게 되면, Si가 N과의 결합으로 형성되는 Si-N의 길이가 주요 결정 물질인 Al-N의 결합 길이와 유사하게 된다.
도 1은 AlGaN(>50%)에서 고농도 Si의 도핑 시 표면 형태, TEM 이미지 및 EDS 이미지를 나타낸 도면이다.
도핑으로 넣은 Si가 결정으로 형성되는 물질의 결정질에 영향을 주지 않아야 하나, 도 1에 도시된 바와 같이, Al 조성이 50%이상의 경우 도핑으로 넣은 Si가 AlGaN(>50%)의 결정을 방해하는 역할을 하게 하고 이로 인해 AlGaN(>50%)의 결정질을 나쁘게 할 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이 TEM 및 EDS 분석 결과, AlGaN에 Si를 첨가하는 시점부터 Si-N이 Al-N의 결합을 방해하여 GaN의 결합을 증대시키며 주변보다 낮은 조성의 AlGaN이 형성되도록 한다.
동일한 Si 농도에서 Al 조성을 증가시키면서 AlGaN층을 형성하여 비교하여 보면(표 1 참조) 도 2에 도시된 바와 같이, 표면에 pit 등의 형태가 증가하는 것을 확인할 수 있다.
U0319018 U0412029 U0412030
Al 조성 85% 80% 70%
Si 농도 0.092 μmol 0.092 μmol 0.092 μmol
두께 1.0㎛ 1.0㎛ 1.0㎛
도 2는 동일한 Si 농도에서 Al 조성 증가에 따른 AlGaN 표면 및 PL 스펙트럼 변화를 나타낸 도면이다.
또한 표 2에 나타난 바와 같이, 일정한 조성에서 Si의 농도를 증가시켜가며 n형 반도체 층의 특성을 확인하여 보면, 도 3과 같이, Si농도가 증가함에 따라 저항이 증가하고, 표면의 pit 등도 증가하는 것을 확인할 수 있다.
U0424045 U0609063 U0612068
Al 조성 85% 80% 70%
Si 농도 0.023 μmol 0.048 μmol 0.138 μmol
두께 1.0㎛ 1.0㎛ 1.0㎛
도 3은 일정 조성에서 Si 농도 변화에 따른 n형 반도체 층 표면 및 특성 변화를 나타낸 것이다.
이는 Al 조성이 50%이상인 AlGaN층을 n형 반도체 층으로 사용하기 위해 Si가 도핑되는 양의 조절만으로는 특성을 개선하기에는 한계점이 있다는 것을 의미한다.
이와 같이 AlGaN(>50%)의 경우 Si의 추가 도핑 방식은 표면 및 전기적인 특성을 고려하여 보면 실제 사용할 수 있는 범위가 제한적이다.
그렇기 때문에 도핑 물질을 바꾸지 않는 한 다른 방법인 두께를 증가시켜 n 형 층의 특성을 개선할 수밖에 없다. n형 도핑물질로 “Si”대신으로 사용할 수 있는 물질은 주기율 표에서 찾아보면 Carbon “C”밖에 존재하지 않는다. n형 특성을 보일 수 있는 나머지 물질은 가시광선 반도체 소자에서 사용하지 않을 뿐만 아니라, 도핑물질로 사용한다고 하여도 Al의 원자 크기보다 훨씬 크기 때문에 AlGaN 결정품질을 떨어트리는 요인으로 작용하여 사용하기 어려울 수 있다.
주기율표에서 n형 반도체 도핑 물질로 사용 가능성이 있는 “C”의 경우 이미 Ga/Al의 소스 공급원인 TMGa(Trimethyl Galuim) TMAl(TriMethyl Indium)에서도 분해가 되어 공급되는 물질이기 때문에 n형 반도체 층을 구성하기 위한 도핑 소스로는 적합하지 않다.
따라서 AlGaN(>50%)인 n형 반도체 층의 특성을 개선하는 방법은 동일 “Si” 농도에서 두께를 증가시켜 저항을 감소시키는 방법이 있다. 그러나 두께 증가에 따른 성장시간 증가로 인한 생산성이 감소하고, 두께 증가에 따른 UV LED epi 웨이퍼의 휨값 증가에 따른 Fab 공정(photo)이 어려워지는 문제가 있다.
이에, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 동일한 두께에서 Si의 추가 도핑 없이 AlGaN(>50%)이상인 n형 반도체 층의 특성을 개선하는 방법이 제공된다.
상기한 표 1 및 도 2에서와 같이 동일한 Si 농도에서 AlGaN의 Al 조성을 변화시키면서 n-AlGaN층을 성장시키고 그 특성을 검증한 결과 Al조성이 낮을수록 더 좋은 n-type 특성을 갖는 것을 확인하였다. 이것은 Al조성이 낮을수록 GaN 결합이 증가하는 것을 의미하고 상대적으로 넓은 공간이 확보된 GaN 결합 주변으로 Si가 쉽게 들어갈 수 있어 n-type 특성이 개선되는 것을 의미한다.
일반적인 LED 발광소자에 있어서 n형 반도체 소자의 밴드 갭 에너지는 활성층 내 우물층(well)과 배리어 층(barrier) 중에 배리어 층의 밴드 갭 에너지보다 높아야 한다. 활성층 내 배리어 층보다 높은 밴드 갭 에너지를 유지해야 제1 전극 층에서 공급되는 전자가 쉽게 활성층으로 이동하기 때문이다.
그러나 전술한 바와 같이, 자외선 발광소자에 있어서 발광 파장이 UV-B/C영역으로 이동하게 되면 우물층에 포함된 Al 조성은 20%이상이어야 하고, 배리어 층의 조성은 barrier>well>20%이어야 되며, n형 반도체 소자의 Al 조성은 n형 AlGaN>barrier>well>20%이 되어야 하기 때문에 적어도 50% 이상이 되어야 한다.
앞에 기술한 것과 같이 AlGaN(>50%)층에 Si을 도핑하여 효과적인 n-type 반도체 층을 제작하는 것은 많은 제약이 있다. 그렇기 때문에 본 발명에서는 이러한 제약을 극복하고 조성이 50% 이상인 AlGaN층에 있어서 동일한 두께에서 Si 농도 조정 없이 효과적인 n형 반도체 층을 성장시키기 위해 도 4 과 같은 방식으로 n형 반도체 층을 제작하였다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 n형 반도체 층의 구성을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 n형 반도체 층은 서로 다른 조성의 Al을 갖는 두 개의 AlGaN층(A,B)을 포함한다.
바람직하게, 두 개의 AlGaN층을 포함하는 n형 반도체 층의 두께는 0.5㎛ 내지 5㎛ 범위를 가질 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 서로 다른 조성의 Al을 갖는 두 개의 AlGaN층이 연속적으로 형성될 수 있다.
그러나, 이에 한정되지 않고 두 개의 AlGaN층이 비연속적으로 형성될 수 있고, 일부 층에는 Si가 서로 농도로 도핑되거나 또는 도핑되지 않은 상태로 제공될 수 있다.
또한, 두 개의 AlGaN층에서 Al의 조성은 연속적 또는 비연속적으로 증가 또는 감소할 수도 있으며, Al의 조성을 반복적 또는 비반복적으로 변경시킬 수도 있다.
이하에서는 서로 다른 조성의 Al을 갖는 두 개의 AlGaN층이 연속적으로 형성되는 것을 중심으로 설명한다.
바람직하게, 두 개의 AlGaN층의 조성 및 두께는 다음과 같다.
여기서, A층은 Al의 조성이 큰이고, B층은 상대적으로 Al 조성이 작은 층이다. 여기서, Al의 조성은 AlGaN에서 Al과 Ga의 전체 조성 대비 Al의 조성을 의미한다.
A층 B층
조성 Barrier≤Al조성≤AlxGa1 - xN well≤Al 조성≤Barrier
두께 10Å≤두께≤2 × Barrier 10Å≤두께≤well
Si 도핑 도핑
본 발명의 일 실시예에 따르면, A층 및 B층에 도핑되는 Si의 농도는 동일하다.
Al의 조성이 작은 B층의 두께는 우물층의 두께 이상이 될 수 없다.
그 이유는 n형 반도체 층 내부의 B층의 두께가 우물층 이상이 되면 제1 전극을 통해 n형 반도체 층에 공급된 전자가 활성층으로 이동하지 않고, n형 반도체 층에 갇혀 있게 되고, 이는 전자의 이동을 낮춰 저항을 높이는 역할을 하기 때문이다.
따라서, 본 실시예에 따른 n형 반도체 층의 B층의 두께는 최대 우물층의 두께와 같거나 작아야 한다.
이와 반대로 A층의 두께가 배리어 층의 2배의 두께를 가질 수 없는 이유는 A층의 Al 조성은 B층보다 상대적으로 Si 도핑이 잘되지 않는다. 또한 배리어 층 두께의 2배보다 두껍게 되면 전체 n형 반도체 층에서 차지하는 두께의 비율이 60% 이상이 되어 원하는 특성의 구현이 어렵기 때문이다.
본 실시예에 따른 서로 다른 Al 조성을 갖는 n형 반도체 층은 가시광선 반도체 소자에 제공되는 초격자 층과 유사한 구조를 가진다.
그러나, 본 실시예에 따른 n형 반도체 층은 아래에서 설명하는 바와 같이, 제1 전극층이 형성되는 부분이며, 나아가, 동일 두께 및 Si 농도에서 단일 조성으로 성장시킨 AlGaN층 보다 개선된 특성을 가지도록 하기 위한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 발광소자의 구성 및 자외선 발광소자의 성장 시 표면 차이를 도시한 도면이다.
또한, 도 6은 종래기술에 따른 자외선 발광소자의 구성 및 성장 시 표면 차이를 나타낸 도면이다.
도 5는 n형 반도체 층이 n-Al65GaN/n-Al55GaN 2.5㎛ (100pair)로 구성된 것을 예시로 도시한 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 n형 반도체 층은 Al65와 Al55가 연속적으로 배치되는 구조를 가진다. 반면, 도 6에 도시된 바와 같이 종래기술에 따른 자외선 발광소자에서 n형 반도체 층의 Al 조성은 Al65이다.
도 5의 방법으로 n형 반도체 층에 동일한 Si 농도 및 나머지 성장 조건을 동일하게 자외선 발광소자를 제작하게 되면 도 6과 같이 일정한 Al 조성을 갖는 n형 반도체 층보다 성장 완료 후 표면 특성이 개선되는 것을 확인할 수 있다.
도 7은 본 실시예에 따른 자외선 발광소자(Sample A) 및 종래소자(Sample B)의 Indium ball Quick check IV 그래프를 나타낸 것이고, 도 8은 본 실시예에 따른 자외선 발광소자(Sample A) 및 종래소자(Sample B)의 발광 이미지를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 실시예에 따른 자외선 발광소자(Sample A) 및 종래소자(Sample B)의 Lateral chip 제작 후 전기적 특성 및 EL(Electroluminescence) 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 7 내지 도 9에 나타난 바와 같이 Indium ball Quick check 및 lateral chip 제작 시에도 본 실시예에 따른 n형 반도체 층(Type A)이 일반적인 n형 반도체 층(Type B)보다 우수하고 안정적인 전기적인 특성을 갖는 것을 알 수 있다.
본 실시예에 따른 방식으로 n형 반도체 층을 제작할 경우, 동일한 Si농도임에도 불구하고 n형 반도체 층 내부에 존재하는 조성이 상대적으로 낮은 “A”층(제2 층)에 보다 효과적으로 Si가 도핑되고 또한 “A”층의 존재로 인해 표면의 pit density도 많이 감소하는 것을 확인할 수 있다.
본 실시예에 따른 n형 반도체 층을 이용하여 활성층에서 발광할 수 있는 파장영역은 200nm에서 360nm이다.
기판은 사파이어, Si, SiC 및 AlN, AlGaN이 될 수 있고 사파이어/GaN/AlN, 사파이어/GaN/AlN/AlGaN 일 수 있다. 특히 사파이어와 GaN층 사이와 GaN층과 AlN층 사이에는 버퍼층이 포함될 수 있다.
기판으로 사용되는 AlGaN의 Al 조성은 본 실시예에 따른 n형 반도체 층보다 크거나 같을 수 있다. AlGaN층은 단일 물질로 구성할 수 있고, 초격자 구조, Al 조성이 100%에서 n형 반도체 층의 Al 조성까지 점차적으로 변하는 등 다양한 방법으로 구성할 수 있다.
기판으로 사용하는 사파이어는 아무런 형태가 없는 Flat type이거나 일정한 pattern을 가지고 있는 구조 또는 다공성 사파이어일 수 있다.
n형 반도체 층의 앞뒤로 n형 반도체 층의 Al 조성보다 큰 AlGaN의 성장이 가능하다. 이렇게 성장되는 AlGaN층에는 Si 도핑될 수도 있고 아닐 수도 있다.
n형 반도체 층에 접하여 활성층을 성장시킬 수 있고, n형 반도체 층과 활성층 사이에 단층 또는 다층의 AlGaN층이 추가적으로 형성될 수 있다.
추가로 구성된 AlGaN층의 경우 그 Al 조성은 100% < Al 조성 < well 일 수 있고, Si 도핑 또는 비도핑 층일 수 있다.
n형 반도체 층 하단에 n형 반도체 층과 조성이 동일하거나 다른 2개 층 이상을 연속적으로 성장시킬 수 있다.
도 10 내지 도 14는 본 실시예에 따른 n형 반도체 층을 포함하는 자외선 발광소자의 구조를 도시한 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 자외선 발광소자는 사파이어 기판, AlN층, Al90GaN층, Al80GaN층, 서로 다른 조성의 Al을 갖는 n형 반도체 층, 활성층, p형 반도체 층(p-Al80GaN) 및 p-GaN층을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 n형 반도체 층에 제1 전극층이 연결되며, 제2 전극층은 p-GaN층 상에 형성된다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자외선 발광소자의 구조를 도시한 도면이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 사파이어 기판 상에 GaN층, AlN층이 형성되고, 그 상부에 n형 반도체 층의 하단까지 다양한 Al 조성을 갖는 AlGaN층이 형성될 수 있으며, 또한 활성층에서 p-GaN층 사이에 다양한 Al 조성을 갖는 AlGaN층이 형성될 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자외선 발광소자의 구조를 도시한 도면이다.
도 12에 도시된 바와 같이, Laser Lift Off 공정 및 습식 에칭을 통해 사파이어 기판과 GaN층을 제거한 후에 AlN층의 하단에 홀을 형성하여 제1 전극층과 n형 반도체 층이 연결될 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, n형 반도체 층 하부에 n형 특성을 가지며, 다양한 Al 조성을 갖는 AlGaN층을 형성하고, 가장 하부에 제1 전극층을 형성할 수도 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 제1 전극 금속층과 제2 전극 금속층은 동일면에 제공될 수 있으며, 이처럼 제1 전극 금속층과 제2 전극 금속층 형성 이후에 Laser Lift Off 공정을 통해 사파이어 기판을 제거하고, 습식 에칭을 통해 단결정 GaN층을 제거한다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (16)

  1. 자외선 발광소자로서,
    기판;
    상기 기판 상에 형성된 AlxGa1-xN(0<x<1)층;
    상기 AlxGa1-xN(0<x<1)층 상에 형성되고, Al과 Ga의 전체 조성 대비 Al의 조성 50 퍼센트 이상이며, 서로 다른 Al 조성을 갖는 복수의 AlGaN층을 포함하며 Si가 도핑되며, 제1 전극층과 연결되는 n형 반도체 층;
    상기 n형 반도체 층에 직접 접촉하여 형성되는 활성층; 및
    상기 활성층 상에 형성되며 제2 전극층과 연결되는 p형 반도체 층을 포함하되,
    상기 n형 반도체 층은 Al 조성이 큰 제1 AlGaN층 및 상기 제1 AlGaN층에 비해 작은 Al 조성을 갖는 제2 AlGaN층을 포함하고,
    상기 제1 AlGaN층 및 상기 제2 AlGaN층은 복수의 횟수로 연속적으로 교번 배치되며,
    상기 제1 AlGaN층 및 상기 제2 AlGaN층의 도핑을 위한 Si의 농도는 동일하며,
    상기 제2 AlGaN층의 Al 조성은 우물층의 Al의 조성보다 크거나 같으며, 배리어층의 Al의 조성보다 작거나 같은 자외선 발광소자.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 AlGaN층의 Al 조성은 배리어층의 Al의 조성보다 크거나 같으며, n형 반도체 층의 하부에 위치하는 상기 AlxGa1-xN층의 Al의 조성보다 작거나 같은 자외선 발광소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 AlGaN층의 두께는 10Å 내지 배리어층 두께의 2배 이내의 범위를 갖는 자외선 발광소자.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 AlGaN층의 두께는 10Å 내지 우물층 두께 이내의 범위를 갖는 자외선 발광소자.
  11. 제1항에 있어서,
    n형 반도체 층의 두께는 0.5㎛ 내지 5㎛ 범위를 갖는 자외선 발광소자.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 사파이어, Si, SiC 및 AlN, AlGaN, 사파이어/GaN/AlN 및 사파이어/GaN/AlN/AlGaN 중 적어도 하나인 자외선 발광소자.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 사파이어는 플랫 타입(Flat type), 패턴 타입 및 다공성 사파이어 중 적어도 하나인 자외선 발광소자.
  14. 자외선 발광소자 제조 방법으로서,
    기판 상에 AlxGa1-xN(0<x<1)층을 형성하는 단계;
    상기 AlxGa1-xN(0<x<1)층 상에 서로 다른 Al 조성을 갖는 복수의 AlGaN층으로 이루어진 n형 반도체 층을 형성하는 단계;
    상기 n형 반도체 층에 직접 접촉하여 활성층을 형성하는 단계;
    상기 활성층 상에 p형 반도체 층을 형성하는 단계;
    상기 n형 반도체 층 상에 제1 전극층을 형성하는 단계; 및
    상기 p형 반도체 층 상에 제2 전극층을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 n형 반도체 층을 형성하는 단계는,
    Al과 Ga의 전체 조성 대비 Al의 조성 50 퍼센트 이상이며, Al 조성이 큰 제1 AlGaN층을 형성하는 단계; 및
    Al과 Ga의 전체 조성 대비 Al의 조성 50 퍼센트 이상이며, 상기 제1 AlGaN층 상에 상기 제1 AlGaN층에 비해 작은 Al 조성을 갖는 제2 AlGaN층을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 AlGaN층의 형성 단계 및 상기 제2 AlGaN층의 형성 단계는 복수의 횟수로 반복적으로 수행되고,
    상기 제1 AlGaN층 및 상기 제2 AlGaN층의 도핑을 위한 Si의 농도는 동일하며,
    상기 제2 AlGaN층의 Al 조성은 우물층의 Al의 조성보다 크거나 같으며, 배리어층의 Al의 조성보다 작거나 같은 자외선 발광소자 제조 방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
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