KR101803647B1 - P-type semiconductor layer structure and uv light-emitting device including the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 p-type 반도체층 구조물 및 이를 포함하는 자외선 발광 소자에 관한 것으로 보다 상세하게는 자외선을 생성하는 데 필요한 p-type 반도체층 구조물 및 상기 p-type 반도체층 구조물을 포함하는 자외선 발광 소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a p-type semiconductor layer structure and an ultraviolet light emitting device including the same, and more particularly, to a p-type semiconductor layer structure and an ultraviolet light emitting device including the p- .
자외선 스펙트럼 영역에 대한 발광다이오드 (UV-LED)에 대한 연구는 그 다양한 적용 가능성 때문에 세계적으로 활발하게 진행되고 있다. Research on light-emitting diodes (UV-LEDs) in the ultraviolet spectrum has been actively conducted worldwide due to its various applicability.
특히, 자외선 스펙트럼 영역에 따라 자외선 C 영역 부분, 자외선 A 영역 부분 및 자외선 B 스펙트럼 영역 전체에 효율적인 UV LED를 구현하는 것이다.Particularly, it is possible to realize efficient UV LEDs in the ultraviolet C region, ultraviolet A region and ultraviolet B spectral region according to the ultraviolet spectrum region.
UV LED는 AlGaN으로 이루어진 에피텍셜층을 기본 반도체층으로 사용한다. 이때, UV-C(280 nm 이하의 단파장을 갖는 자외선 C 영역)와 같은 단파장 영역의 빛을 발광할수록 에피텍셜층에 포함된 알루미늄(Al)의 함량이 높아진다. 상기 에피텍셜층 내에 알루미늄(Al)의 함량이 높아질수록 AlGaN의 전기 전도성이 현저히 악화되며, 도핑 효율 역시 급격히 감소한다. The UV LED uses an epitaxial layer made of AlGaN as a base semiconductor layer. At this time, as the light in a short wavelength region such as UV-C (ultraviolet C region having a short wavelength of 280 nm or less) is emitted, the content of aluminum (Al) contained in the epitaxial layer increases. As the content of aluminum (Al) increases in the epitaxial layer, the electrical conductivity of AlGaN is markedly deteriorated, and the doping efficiency is also drastically reduced.
특히 p-type AlGaN로 이루어진 p-type 반도체층 및 금속 전극은 서로 오믹 컨택을 형성하지 않아 접촉 저항이 높은 문제를 가진다. 이로써, 발광 소자의 발열이 유발됨과 동시에 전류주입효율이 저하되는 문제가 있다.In particular, the p-type semiconductor layer made of p-type AlGaN and the metal electrode do not form an ohmic contact with each other and have high contact resistance. As a result, there is a problem that heat generation of the light emitting element is caused and current injection efficiency is lowered.
이러한 문제를 해결하기 위해 일반적으로 금속 전극과 오믹접촉을 형성하는 p-(In)GaN 로 이루어진 컨택층(contact layer)을 상기 금속 전극 및 상기 반도체층 사이에 개재함으로써 p-형 반도체층 및 금속 전극 사이에 오믹 컨택을 형성하는 기술이 개발되었다.In order to solve this problem, a contact layer made of p- (In) GaN, which forms an ohmic contact with a metal electrode, is interposed between the metal electrode and the semiconductor layer to form a p-type semiconductor layer and a metal electrode A technique has been developed to form an ohmic contact therebetween.
하지만, p-(In)GaN 로 이루어진 컨택층(contact layer)은 발광소자로부터 발생하는 280nm 이하의 파장대를 갖는 자외선을 흡수함으로써 발광 소자의 광추출 효율이 저하되는 문제가 있다.However, the contact layer made of p- (In) GaN has a problem in that the light extraction efficiency of the light emitting device is lowered by absorbing ultraviolet rays having a wavelength band of 280 nm or less generated from the light emitting device.
본 발명의 일 목적은 p-type 반도체층 및 금속 전극 사이에 오믹 특성을 개선하는 동시에 발광 소자의 광추출 효율을 증대시킬 수 있는 p-type 반도체층 구조물을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a p-type semiconductor layer structure capable of improving the ohmic characteristics between the p-type semiconductor layer and the metal electrode and increasing the light extraction efficiency of the light emitting device.
본 발명의 다른 목적은 p-type 반도체층 및 금속 전극 사이에 오믹 특성을 개선하는 동시에 발광 소자의 광추출 효율을 증대시킬 수 있는 p-type 반도체층 구조물을 포함하는 자외선 발광 소자를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide an ultraviolet light emitting device including a p-type semiconductor layer structure capable of improving the ohmic characteristics between the p-type semiconductor layer and the metal electrode and increasing the light extraction efficiency of the light emitting device.
본 발명의 일 실시예에 따른 p-type 반도체층 구조물은, p-type 반도체층, 상기 p-type 반도체층 상에 구비되며, 상호 교차하는 금속 패턴들 및 상기 금속 패턴들과 상기 p-type 반도체층 사이에 상기 금속 패턴들을 따라 개재되며 단일층 구조를 가지며 상기 금속 패턴들과 오믹 컨택을 형성하는 오믹 컨택 패턴들을 구비하는 전극 구조물 및 상기 금속 패턴들과 직접 컨택하며 상기 전극 구조물을 덮도록 구비된 광반사 구조물을 포함한다.A p-type semiconductor layer structure according to an embodiment of the present invention includes a p-type semiconductor layer, a plurality of metal patterns formed on the p-type semiconductor layer, An electrode structure interposed between the metal patterns and having a single layer structure and having ohmic contact patterns to form an ohmic contact with the metal patterns, and an electrode structure directly contacting the metal patterns, Light reflection structure.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전극 구조물은 전체적으로 평면적으로 볼 때 메쉬 형상을 가질 수 있다.In an embodiment of the present invention, the electrode structure may have a mesh shape as a whole.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 p-type 반도체층은 p-type AlGaN 물질로 이루어지고, 상기 오믹 컨택 패턴은 p-type (In)GaN 물질로 이루어질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the p-type semiconductor layer may be formed of a p-type AlGaN material, and the ohmic contact pattern may be formed of a p-type (In) GaN material.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광반사 구조물은 상기 p-type 반도체층 상에 상기 전극 구조물 사이에 형성된 투명 절연막 패턴들 및 상기 전극 구조물과 상기 절연막 패턴들을 덮도록 형성된 금속 반사층을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the light reflecting structure may include transparent insulating film patterns formed between the electrode structures on the p-type semiconductor layer, and a metal reflecting layer formed to cover the electrode structures and the insulating film patterns. have.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 절연막 패턴들은 1.5 이하의 굴절율을 갖는 물질을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the insulating film patterns may include a material having a refractive index of 1.5 or less.
본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 발광 소자는 기판 상에 형성되며, n-type 반도체층, 활성층 및 p-type 반도체층을 포함하는 발광 구조물, 상기 p-type 반도체층 상에 형성되며, 상호 교차하는 금속 패턴들 및 상기 금속 패턴들과 상기 p-type 반도체층 사이에 상기 금속 패턴들을 따라 개재되며 단일층 구조를 가지며상기 금속 패턴들과 오믹 컨택을 형성하는 오믹 컨택 패턴들을 구비하는 전극 구조물 및 상기 금속 패턴들과 직접 컨택하며, 상기 전극 구조물을 덮도록 구비된 광반사 구조물을 포함한다.An ultraviolet light emitting device according to an embodiment of the present invention is formed on a substrate and includes a light emitting structure including an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer, And an ohmic contact pattern formed between the metal patterns and the p-type semiconductor layer along the metal patterns and having a single layer structure and forming ohmic contacts with the metal patterns, And a light reflecting structure provided to directly contact the metal patterns and cover the electrode structure.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전극 구조물들은 전체적으로 평면적으로 볼 때 메쉬 형상을 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the electrode structures may have a mesh shape as a whole.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 p-type 반도체층은 p-type AlGaN 물질로 이루어지고, 상기 오믹 컨택 패턴은 p-type (In)GaN 물질로 이루어질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the p-type semiconductor layer may be formed of a p-type AlGaN material, and the ohmic contact pattern may be formed of a p-type (In) GaN material.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광반사 구조물은 상기 p-type 반도체층 상에 상기 전극 구조물들 사이에 형성되며 1.5 이하의 굴절율을 갖는 물질로 이루어진 투명 절연막 패턴들 및 상기 전극 구조물들과 상기 절연막 패턴들을 덮도록 형성된 금속 반사층을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the light reflecting structure includes transparent insulating film patterns formed between the electrode structures on the p-type semiconductor layer and made of a material having a refractive index of 1.5 or less, And a metal reflective layer formed to cover the insulating film patterns.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 발광 구조물은 상기 활성층 및 상기 p-type 반도체층 사이에 개재된 전자 차단층을 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the light emitting structure may further include an electron blocking layer interposed between the active layer and the p-type semiconductor layer.
본 발명의 실시예들에 따르면, p-type 반도체층 구조물이 메쉬 형상을 갖는 전극 구조물을 포함한다. 따라서, 상기 전극 구조물에 포함된 오믹 컨택 패턴들은 금속 패턴들과 오믹 컨택을 형성할 수 있다. 이로써, 상기 전극 구조물 내의 접촉 저항이 감소됨으로써, 전극 구조물로부터 발생할 수 있는 발열 현상이 억제될 수 있다. 나아가, 상기 오믹 컨택 패턴들 및 상기 금속 패턴들 사이에 오믹 컨택이 이루어짐에 따라 외부로부터 공급되는 전류가 상기 p-type 반도체층 내부로 효과적으로 주입됨으로써, 전류 주입 특성이 개선될 수 있다.According to embodiments of the present invention, the p-type semiconductor layer structure includes an electrode structure having a mesh shape. Thus, the ohmic contact patterns included in the electrode structure can form ohmic contacts with the metal patterns. By this, the contact resistance in the electrode structure is reduced, so that the exothermic phenomenon that may occur from the electrode structure can be suppressed. Further, since the ohmic contacts are formed between the ohmic contact patterns and the metal patterns, a current supplied from the outside is effectively injected into the p-type semiconductor layer, thereby improving current injection characteristics.
또한, 상기 전극 구조물이 상기 p-type 반도체층을 전체적으로 덮지 않는 적층 패턴 구조를 가짐에 따라, 상기 전극 구조물 내부로 흡수되는 광흡수 효과를 감소시킬 수 있다. 이로써, 상기 p-type 반도체층 구조물이 자외선 발광 소자에 적용될 경우, 상기 자외선 발광 소자가 개선된 광추출 효율을 확보할 수 있다.In addition, since the electrode structure has a lamination pattern structure that does not cover the p-type semiconductor layer as a whole, the light absorption effect absorbed into the electrode structure can be reduced. Accordingly, when the p-type semiconductor layer structure is applied to an ultraviolet light-emitting device, the ultraviolet light-emitting device can secure improved light extraction efficiency.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 p-type 반도체층 구조물을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 p-type 반도체층 구조물을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 도 2의 p-type 반도체층 구조물(광반사 구조물 제외)을 설명하기 위한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a p-type semiconductor layer structure according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view illustrating a p-type semiconductor layer structure according to an embodiment of the present invention.
3 is a plan view for explaining the p-type semiconductor layer structure (excluding the light reflection structure) of FIG. 2;
4 is a cross-sectional view illustrating an ultraviolet light-emitting device according to an embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view illustrating an ultraviolet light-emitting device according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 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. 첨부된 도면에 있어서, 대상물들의 크기와 양은 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대 또는 축소하여 도시한 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 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. In the accompanying drawings, the sizes and the quantities of objects are shown enlarged or reduced from the actual size for the sake of clarity of the present invention.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprise", "comprising", and the like are intended to specify that there is a feature, step, function, element, or combination of features disclosed in the specification, Quot; or " an " or < / RTI > combinations thereof.
한편, 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.On the other hand, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 p-type 반도체층 구조물을 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a p-type semiconductor layer structure according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 p-type 반도체층 구조물(100)은, p-type 반도체층(110), 전극 구조물(120) 및 광반사 구조물(130)을 포함한다.1, a p-type
상기 p-type 반도체층(110)은 2족 금속원소와 같은 p형 불순물이 도핑된 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 p-type 반도체층(110)은 2족 금속원소가 도핑된 알루미늄-갈륨 질화물(AlGaN)로 이루어질 수 있다. 상기 p-type 반도체층(110)은, 발광 소자의 P-N 접합을 이루는 요소들 중 P형 반도체층으로 기능할 수 있다.The p-
상기 전극 구조물(120)은 상기 p-type 반도체층(110) 상에 형성된다. 상기 전극 구조물(120)은 외부의 전류 소스와 전기적으로 연결될 수 있다. 이로써, 상기 전극 구조물(120)을 통하여 상기 p-type 반도체층(110) 내부로 전류가 인가될 수 있다.The
상기 전극 구조물(120)은 금속 패턴들(123) 및 오믹 컨택 패턴들(121)을 포함한다. The
상기 금속 패턴들(123)은 상호 교차하도록 구비된다. 이로써, 상기 금속 패턴들(123)은 전체적으로 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들면, 상기 금속 패턴들(123)은 메쉬 구조를 가질 수 있다. 상기 금속 패턴들(123)은 니켈(Ni), 금(Au), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 은(Ag) 등으로 이루어질 수 있다. 상기 금속 패턴들(123)은 금속 전극으로 기능한다.The
상기 오믹 컨택 패턴들(121)은 상기 금속 패턴들(123)과 상기 p-type 반도체층(110) 사이에 개재되도록 형성된다. 또한 상기 오믹 컨택 패턴들(121)은 상기 금속 패턴들(123)을 따라 형성된다. The
상기 오믹 컨택 패턴들(121)은 상기 금속 패턴들(123)과 오믹 컨택을 형성할 수 있다. 예를 들면, 상기 p-type 반도체층(110)이 p-type AlGaN 물질로 이루어진 경우, 상기 오믹 컨택 패턴들(121)은 p-type (In)GaN 물질로 이루어질 수 있다. 이로써, 상기 전극 구조물 내의 접촉 저항이 감소됨으로써, 전극 구조물로부터 발생할 수 있는 발열 현상이 억제될 수 있다. 나아가, 상기 오믹 컨택 패턴들(121) 및 상기 금속 패턴들(123) 사이에 오믹 컨택이 이루어짐에 따라 외부로부터 공급되는 전류가 상기 p-type 반도체층(110) 내부로 효과적으로 주입됨으로써, 전류 주입 특성이 개선될 수 있다.The
또한, 상기 전극 구조물이 상기 p-type 반도체층(110)을 전체적으로 덮지 않는 적층 패턴 구조를 가짐에 따라, 상기 전극 구조물 내부로 흡수되는 광흡수 효과를 감소시킬 수 있다. 이로써, 상기 p-type 반도체층 구조물(100)이 자외선 발광 소자에 적용될 경우, 상기 자외선 발광 소자가 개선된 광추출 효율을 확보할 수 있다.In addition, since the electrode structure has a lamination pattern structure that does not cover the p-
한편, 상기 전극 구조물에 포함된 금속 패턴들(123) 및 오믹 컨택 패턴들(121)이 상기 p-type 반도체층(110)을 전체적으로 덮지 않는 상태에서 메쉬 형상과 같이 상호 교차하는 적층 구조를 가짐에 따라, 전류 스프레딩 효과를 증대시킬 수 있다. 즉, 전극 구조물이 상호 교차하지 않고 섬 형상을 가질 경우, 상기 전극 구조물이 서로 개별화됨으로써, 전류 스프레딩 효과가 악화될 수 있다. 반면에, 본 발명에 따른 전극 구조물에 포함된 금속 패턴들(123) 및 오믹 컨택 패턴들(121)이 상호 교차함에 따라 전류 스프레이딩 효과가 개선될 수 있다.The
상기 광반사 구조물(130)은 상기 전극 구조물(120)을 덮도록 구비된다. 이로써, 상기 광반사 구조물을 향하여 입사되는 광이 외부로 누설되지 않고 다시 p-type 반도체층을 향하여 반사될 수 있다.The
상기 광반사 구조물(130)은 예를 들면, 금속 물질로 은(Ag), 알루미늄(Al) 또는 루테늄(Rh)으로 이루어질 수 있다.The
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 p-type 반도체층 구조물을 설명하기 위한 단면도이다. 도 3은 도 2의 p-type 반도체층 구조물(광반사 구조물 제외)을 설명하기 위한 평면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a p-type semiconductor layer structure according to an embodiment of the present invention. 3 is a plan view for explaining the p-type semiconductor layer structure (excluding the light reflection structure) of FIG. 2;
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 p-type 반도체층 구조물(100)은 p-type 반도체층(110), 전극 구조물(120) 및 광반사 구조물(130)을 포함한다. 여기서, 상기 광반사 구조물(130)이 도1에 도시된 광반사 구조물과 다르다. 따라서, 상기 광반사 구조물(130)을 중심으로 후술하기로 한다.2 and 3, a p-type
도 3에 도시된 바와 같이 상기 전극 구조물(120)은 다양한 형태의 메쉬 구조를 갖는다.As shown in FIG. 3, the
상기 광반사 구조물(130)은, 투명 절연막 패턴들(133) 및 금속 반사층(131)을 포함한다.The
상기 투명 절연막 패턴들(133)은 상기 p-type 반도체층(110) 상에 상기 전극 구조물(120) 사이에 형성된다. 상기 투명 절연막 패턴들(133)은, 광이 효과적으로 투과할 수 있는 물질로 구비함에 따라, 상기 금속 반사층(131)으로부터 반사된 광이 상기 p-type 반도체층(110)으로 다시 진입할 수 있도록 한다.The transparent insulating
상기 금속 반사층(131)은 상기 전극 구조물(120)과 상기 절연막 패턴들(133)을 덮도록 형성된다. 상기 금속 반사층(131)은 예를 들면, 금속 물질로 은(Ag), 알루미늄(Al) 또는 루테늄(Rh)으로 이루어질 수 있다.The
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 절연막 패턴(133)은 1.5 이하의 굴절률을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 절연막 패턴(133)은 마그네슘 플로라이드, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 실리콘 산질화물로 이루어질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the insulating
상기 투명 절연막 패턴들(133)이 1.5 이하의 굴절률을 가짐에 따라 상기 금속 광반사층과 함께 전방향 리플렉터(omni-directional reflector; ODR)로 기능할 수 있다. 이로써, 상기 투명 절연막 패턴들(133) 및 금속 반사층(131)을 포함하는 광반사 구조물(130)이 보다 개선된 광반사 효율을 가질 수 있다. 이로써, 상기 p-type 반도체층 구조물(100)이 자외선 발광 소자에 적용될 경우, 상기 자외선 발광 소자가 보다 높은 광추출 효율을 가질 수 있다.Since the transparent insulating
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.4 is a cross-sectional view illustrating an ultraviolet light-emitting device according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 발광 소자(20)는 기판(10) 상에 형성된 발광 구조물, 전극 구조물 및 광반사 구조물을 포함한다. 상기 기판(10)은 사파이어(Al203), GaN, SiC, ZnO, GaP, InP, Ga203, GaAs 및 Si 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(10)과 발광 구조물 간의 열 팽창 계수의 차이 및 격자 부정합을 개선하기 위해, 이들 사이에 버퍼층(미도시)이 추가적으로 개재될 수 있다. 상기 버퍼층은 예를 들어 Al, In, N 또는 Ga으로 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 4, an ultraviolet
상기 발광 구조물은 기판(10) 상에 형성된다. 상기 발광 구조물은 n-type 반도체층(11a, 11b), 활성층(12) 및 p-type 반도체층(110)을 포함한다. 이로써, 상기 발광 구조물은 광, 특히 자외선 광을 방사할 수 있다.The light emitting structure is formed on the
n-type 반도체층(11a, 11b)은 기판(10) 위에 배치된다. 상기 n-type 반도체층(11a, 11b)은 n형 도펀트가 도핑된 Ⅲ-Ⅴ 족 또는 Ⅱ-Ⅵ 족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 상기 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.The n-
상기 n-type 반도체층(11a, 11b)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.The n-
상기 활성층(12)은 n-type 반도체층(11a, 11b) 위에 배치된다. 상기 n-type 반도체층(11a, 11b)을 통해서 주입되는 전자(또는, 정공)와 p-type 반도체층(110)을 통해서 주입되는 정공(또는, 전자)이 서로 만나서, 활성층(12)을 이루는 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출할 수 있다.The
상기 활성층(12)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될수 있다.The
상기 활성층(12)을 이루는 우물층/장벽층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 우물층은 장벽층의 밴드갭 에너지보다 낮은 밴드갭 에너지를 갖는 물질로 형성될 수 있다.The well layer / barrier layer forming the
특히, 상기 활성층(12)은 100 ㎚ 내지 400 ㎚ 자외선 파장 대역의 광을 방출한다. 이 경우, n-type 도전형 반도체층(11a, 11b)은 AlGaN으로 구현되어 자외선 광의 흡수를 최소화시킬 수 있다.In particular, the
또한, 활성층(12) 및 p-type 도전형 반도체층(110) 사이에 전자 차단층(13)이 추가적으로 개재될 수 있다. In addition, an
상기 전자 차단층(13)은 활성층(12)의 장벽층보다 큰 밴드 갭 에너지를 가질 수 있 있다. 이로써, 상기 전자 차단층(13)은 n-type 반도체층(11a, 11b)으로부터 활성층(12)으로 공급되는 캐리어인 전자가 p-type 반도체층(110)으로 유입되는 것을 차단하는 역할을 수행한다.The
상기 p-type 반도체층(110)은 활성층(12)의 상부에 배치된다. 상기 p-type 반도체층(110)은 Ⅲ-Ⅴ 족 또는 Ⅱ-Ⅵ 족 등의 화합물 반도체로 이루어진다. 상기 p-type 도전형 반도체층(110)에는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등이 도핑될 수 있다.The p-
이로써, n형 반도체층(11a, 11b), 활성층(12) 및 p형 반도체층(110)을 포함하는 발광 구조물이 P-N 접합 구조를 가질 수 있다.Thus, the light emitting structure including the n-
상기 전극 구조물은 상기 p-type 반도체층(110) 상에 형성된다. 상기 전극 구조물은 외부의 전류 소스(미도시)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이로써, 상기 전극 구조물을 통하여 상기 p-type 반도체층(110) 내부로 전류가 인가될 수 있다.The electrode structure is formed on the p-
상기 전극 구조물은 금속 패턴들(123) 및 오믹 컨택 패턴들(121)을 포함한다. The electrode structure includes
상기 금속 패턴들(123)은 상호 교차하도록 구비된다. 이로써, 상기 금속 패턴들(123)은 전체적으로 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들면, 상기 금속 패턴들(123)은 메쉬 구조를 가질 수 있다. 상기 금속 패턴들(123)은 니켈(Ni), 금(Au), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 은(Ag) 등으로 이우러질 수 있다. 상기 금속 패턴들(123)은 금속 전극으로 기능한다.The
상기 오믹 컨택 패턴들(121)은 상기 금속 패턴들(123)과 상기 p-type 반도체층(110) 사이에 개재되도록 형성된다. 또한 상기 오믹 컨택 패턴들(121)은 상기 금속 패턴들(123)을 따라 형성된다. The
상기 광반사 구조물은 예를 들면, 금속 물질로 은(Ag), 알루미늄(Al) 또는 루테늄(Rh)으로 이루어질 수 있다.The light reflection structure may be made of silver (Ag), aluminum (Al), or ruthenium (Rh), for example.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 오믹 컨택 패턴들(121)은 상기 금속 패턴들(123)과 오믹 컨택을 형성할 수 있다. 예를 들면, 상기 p-type 반도체층(110)이 p-type AlGaN 물질로 이루어진 경우, 상기 오믹 컨택 패턴들(121)은 p-type (In)GaN 물질로 이루어질 수 있다. 이로써, 상기 전극 구조물 내의 접촉 저항이 감소됨으로써, 전극 구조물로부터 발생할 수 있는 발열 현상이 억제될 수 있다. 나아가, 상기 오믹 컨택 패턴들(121) 및 상기 금속 패턴들(123) 사이에 오믹 컨택이 이루어짐에 따라 외부로부터 공급되는 전류가 상기 p-type 반도체층(110) 내부로 효과적으로 주입됨으로써, 전류 주입 특성이 개선될 수 있다.According to embodiments of the present invention, the
또한, 상기 전극 구조물이 상기 p-type 반도체층(110)을 전체적으로 덮지 않는 적층 패턴 구조를 가짐에 따라, 상기 전극 구조물 내부로 흡수되는 광흡수 효과를 감소시킬 수 있다. 상기 자외선 발광 소자가 개선된 광추출 효율을 확보할 수 있다.In addition, since the electrode structure has a lamination pattern structure that does not cover the p-
한편, 상기 전극 구조물에 포함된 금속 패턴들(123) 및 오믹 컨택 패턴들(121)이 상기 p-type 반도체층(110)을 전체적으로 덮지 않는 상태에서 메쉬 형상과 같이 상호 교차하는 적층 구조를 가짐에 따라, 전류 스프레딩 효과를 증대시킬 수 있다. 즉, 전극 구조물이 상호 교차하지 않고 섬 형상을 가질 경우, 상기 전극 구조물이 서로 개별화됨으로써, 전류 스프레딩 효과가 악화될 수 있다. 반면에, 본 발명에 따른 전극 구조물에 포함된 금속 패턴들 및 오믹 컨택 패턴들이 상호 교차함에 따라 전류 스프레이딩 효과가 개선될 수 있다.The
상기 광반사 구조물은 상기 전극 구조물들을 덮도록 구비된다. 이로써, 상기 광반사 구조물을 향하여 입사되는 광이 외부로 누설되지 않고 다시 p-type 반도체층을 향하여 반사될 수 있다.The light reflection structure is provided to cover the electrode structures. Accordingly, light incident toward the light reflection structure can be reflected toward the p-type semiconductor layer without leaking to the outside.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.5 is a cross-sectional view illustrating an ultraviolet light-emitting device according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 발광 소자(20)는 기판(10) 상에 형성된 발광 구조물, 전극 구조물 및 광반사 구조물을 포함한다. 도 5에 따른 자외선 발광 소자는 도 4를 참고로 설명한 자외선 발광 소자와는 상하가 역전된 구조를 갖는다. 즉, 도 5에 따른 자외선 발광 소자는 n-type 반도체층이 상부에 p-type 반도체층이 하부에 위치하는 구조를 가진다.Referring to FIG. 5, an ultraviolet
10: 기판 11a, 11b: n-type 반도체층
12: 활성층 13: 전자 차단층
110: p-type 반도체층 120: 전극 구조물
130: 광반사 구조물10:
12: active layer 13: electron blocking layer
110: p-type semiconductor layer 120: electrode structure
130: light reflecting structure
Claims (10)
상기 p-type 반도체층 상에 구비되며, 상호 교차하는 금속 패턴들 및 상기 금속 패턴들과 상기 p-type 반도체층 사이에 상기 금속 패턴들을 따라 개재되며 단일층 구조를 가지며 상기 금속 패턴들과 오믹 컨택을 형성하는 오믹 컨택 패턴들을 구비하는 전극 구조물; 및
상기 금속 패턴들과 직접 컨택하며, 상기 전극 구조물을 덮도록 구비된 광반사 구조물을 포함하는 p-type 반도체층 구조물.a p-type semiconductor layer;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the metal patterns and the p-type semiconductor layer are disposed on the p-type semiconductor layer and are interposed between the metal patterns and the p-type semiconductor layer, An electrode structure having ohmic contact patterns to form ohmic contact patterns; And
A p-type semiconductor layer structure directly contacting the metal patterns and covering the electrode structure.
상기 p-type 반도체층 상에 형성되며, 상호 교차하는 금속 패턴들 및 상기 금속 패턴들과 상기 p-type 반도체층 사이에 상기 금속 패턴들을 따라 개재되며 단일층 구조를 가지며 상기 금속 패턴들과 오믹 컨택을 형성하는 오믹 컨택 패턴들을 구비하는 전극 구조물들; 및 상기 금속 패턴들과 직접 컨택하며, 상기 전극 구조물을 덮도록 구비된 광반사 구조물을 포함하는 자외선 발광 소자.A light emitting structure formed on the substrate and including an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer;
Type semiconductor layer, the metal patterns and the p-type semiconductor layer are formed on the p-type semiconductor layer, the metal patterns are interposed between the metal patterns and the p-type semiconductor layer, Electrode structures having ohmic contact patterns that form ohmic contact patterns; And a light reflection structure directly contacting the metal patterns and covering the electrode structure.
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KR100648812B1 (en) * | 2005-12-23 | 2006-11-23 | 엘지전자 주식회사 | Galium-nitride light emitting diode and method of fabricating the same |
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2016
- 2016-06-01 KR KR1020160068320A patent/KR101803647B1/en active IP Right Grant
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KR100648812B1 (en) * | 2005-12-23 | 2006-11-23 | 엘지전자 주식회사 | Galium-nitride light emitting diode and method of fabricating the same |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |