KR102127636B1 - Infrared Light Emitting Diode And Infrared Gas Sensor - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 발광 다이오드 소자는, n+-도전형의 GaSb 기판; 상기 GaSb 기판 상에 배치된 n+-도전형의 GaSb 버퍼층; 상기 GaSb 버퍼층 상에 배치된 n-도전형의 AlGaAsSb 하부 크레딩층; 상기 AlGaAsSb 하부 크레딩층 상에 배치된 n-도전형의 AlGaAsSb 제1 장벽층 (barrier layer); 제1 두께를 가지고 상기 AlGaAsSb 제1 장벽층 상에 배치된 n-도전형의 InGaAsSb 제1 양자 우물층; 상기 제1 양자 우물층 상에 배치된 n-도전형의 AlGaAsSb 제2 장벽층 (barrier layer); 제2 두께를 가지고 상기 제2 장벽층 상에 배치된 n-도전형의 InGaAsSb 제2 양자 우물층; 상기 InGaAsSb 제2 양자 우물층 상에 배치된 n-도전형의 AlGaAsSb 제3 장벽층 (barrier layer); 상기 AlGaAsSb 제3 장벽층 상에 배치된 p-도전형의 AlGaAsSb 상부 크레딩층; 및 상기 AlGaAsSb 상부 크레딩층 상에 배치된 p-도전형의 GaSb 콘택층;을 포함한다. Infrared light emitting diode device according to an embodiment of the present invention, n + -conductivity type GaSb substrate; A GaSb buffer layer of n + -conductivity type disposed on the GaSb substrate; An n-conductive AlGaAsSb lower cladding layer disposed on the GaSb buffer layer; AlGaAsSb of the n-conduction type disposed on the lower layer of AlGaAsSb A first barrier layer; AlGaAsSb having a first thickness An n-conductive InGaAsSb first quantum well layer disposed on the first barrier layer; AlGaAsSb of n-conduction type disposed on the first quantum well layer A second barrier layer; An n-conducting InGaAsSb second quantum well layer having a second thickness and disposed on the second barrier layer; AlGaAsSb of n-conduction type disposed on the InGaAsSb second quantum well layer A third barrier layer; The AlGaAsSb A p-conductive AlGaAsSb upper cladding layer disposed on the third barrier layer; And a p-conductive GaSb contact layer disposed on the AlGaAsSb upper cladding layer.

Figure 112018094884411-pat00001
Figure 112018094884411-pat00001

Description

적외선 발광 다이오드 및 적외선 가스 센서{Infrared Light Emitting Diode And Infrared Gas Sensor} Infrared Light Emitting Diode And Infrared Gas Sensor

본 발명은 복수의 파장을 발광하는 적외선 발광 다이오드에 관한 것으로, 더 구체적으로 GaSb 기판 상에 적층된 다층 구조의 양자 우물층을 이용하여 복수의 파장에서 발진하는 적외선 발광 다이오드에 관한 것이다.The present invention relates to an infrared light emitting diode that emits a plurality of wavelengths, and more particularly, to an infrared light emitting diode that oscillates at a plurality of wavelengths using a multi-layered quantum well layer stacked on a GaSb substrate.

가스 센서는 가스의 검지 방식에 따라 광학식과 접촉식으로 분류된다. 일반적으로 광학식은 가스 분자가 특정 파장의 광을 흡수하는 특성을 이용하여 가스 분자의 농도에 대한 광 흡수율을 측정하는 방식이다. 광학식 가스 센서는 경시 변화가 매우 적어 장시간 동안 높은 측정 신뢰성을 유지할 수 있는 반면 가격이 비싼 단점이 있다. 광학식 가스 센서의 비분산 적외선 (Non-dispersive infrared; NDIR) 방식은 이용하여 높은 측정 신뢰성을 가질 뿐만 아니라, 기존에 사용되던 광원인 중파장 적외선 레이저 다이오드 또는 적외선 에미터를 중파장 적외선 LED로 대체함으로써 저가의 고성능 가스 센서를 제작 할 수 있다. Gas sensors are classified into optical and contact types according to the detection method of gas. In general, an optical type is a method in which a gas molecule absorbs light of a specific wavelength to measure a light absorption rate for a concentration of a gas molecule. The optical gas sensor has a very small change over time, so it can maintain high measurement reliability for a long time, but has a disadvantage in that it is expensive. By using the non-dispersive infrared (NDIR) method of the optical gas sensor, it not only has high measurement reliability, but also replaces the conventional medium wavelength infrared laser diode or infrared emitter with medium wavelength infrared LED. It is possible to manufacture low-cost, high-performance gas sensors.

기존 상용화된 NDIR 센서는 1개의 LED 광원과 1개의 적외선 검출기 (photodiode)로 구성되어 있다. 2채널 NDIR 센서는 2개의 LED 광원과 1개의 적외선 검출기로 구성되어 있다. 2채널 NDIR 센서는 1채널 보다 안정적으로 측정을 할 수 있고, 교정 (calibration) 주기가 1채널에 비해 상대적으로 긴 장점을 가지고 있다.The existing commercialized NDIR sensor consists of one LED light source and one infrared detector (photodiode). The 2-channel NDIR sensor consists of 2 LED light sources and 1 infrared detector. The 2-channel NDIR sensor can measure more stably than the 1-channel, and has a relatively long calibration period compared to the 1-channel.

본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 복수의 파장에서 발진하는 하나의 LED 광원을 이용하여 2채널 비분산 적외선 방식의 적외선 가스 센서를 제공하는 것이다.One technical problem to be solved by the present invention is to provide a two-channel non-dispersive infrared gas sensor using one LED light source oscillating at a plurality of wavelengths.

본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 GaSb 기판 상에 적층된 다층 구조의 양자 우물층의 두께를 변경하여 복수의 파장에서 발진하는 적외선 발광 다이오드를 제공하는 것이다.One technical problem to be solved of the present invention is to provide an infrared light emitting diode that oscillates at a plurality of wavelengths by changing the thickness of a multi-layered quantum well layer stacked on a GaSb substrate.

본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 발광 다이오드 소자는, n+-도전형의 GaSb 기판; 상기 GaSb 기판 상에 배치된 n+-도전형의 GaSb 버퍼층; 상기 GaSb 버퍼층 상에 배치된 n-도전형의 AlGaAsSb 하부 크레딩층; 상기 AlGaAsSb 하부 크레딩층 상에 배치된 n-도전형의 AlGaAsSb 제1 장벽층 (barrier layer); 제1 두께를 가지고 상기 AlGaAsSb 제1 장벽층 상에 배치된 n-도전형의 InGaAsSb 제1 양자 우물층; 상기 제1 양자 우물층 상에 배치된 n-도전형의 AlGaAsSb 제2 장벽층 (barrier layer); 제2 두께를 가지고 상기 제2 장벽층 상에 배치된 n-도전형의 InGaAsSb 제2 양자 우물층; 상기 InGaAsSb 제2 양자 우물층 상에 배치된 n-도전형의 AlGaAsSb 제3 장벽층 (barrier layer); 상기 AlGaAsSb 제3 장벽층 상에 배치된 p-도전형의 AlGaAsSb 상부 크레딩층; 및 상기 AlGaAsSb 상부 크레딩층 상에 배치된 p-도전형의 GaSb 콘택층;을 포함한다. 복수의 파장에서 발진한다.Infrared light emitting diode device according to an embodiment of the present invention, n + -conductivity type GaSb substrate; A GaSb buffer layer of n + -conductivity type disposed on the GaSb substrate; An n-conductive AlGaAsSb lower cladding layer disposed on the GaSb buffer layer; AlGaAsSb of the n-conduction type disposed on the lower layer of AlGaAsSb A first barrier layer; AlGaAsSb having a first thickness An n-conductive InGaAsSb first quantum well layer disposed on the first barrier layer; AlGaAsSb of n-conduction type disposed on the first quantum well layer A second barrier layer; An n-conducting InGaAsSb second quantum well layer having a second thickness and disposed on the second barrier layer; AlGaAsSb of n-conduction type disposed on the InGaAsSb second quantum well layer A third barrier layer; The AlGaAsSb A p-conductive AlGaAsSb upper cladding layer disposed on the third barrier layer; And a p-conductive GaSb contact layer disposed on the AlGaAsSb upper cladding layer. It oscillates at multiple wavelengths.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 AlGaAsSb 하부 크레딩층의 조성비는 Al0.9Ga0.1As0.08Sb0.92 이고, 상기 AlGaAsSb 제1 장벽층의 조성비는 Al0.35Ga0.65As0.03Sb0.97 이고, 상기 AlGaAsSb 제2 장벽층의 조성비는 Al0.35Ga0.65As0.03Sb0.97 이고, 상기 AlGaAsSb 제3 장벽층의 조성비는 Al0.35Ga0.65As0.03Sb0.97 이고, 상기 InGaAsSb 제1 양자 우물층의 조성비는 In0.35Ga0.65As0.15Sb0.85 이고, 상기 InGaAsSb 제2 양자 우물층의 조성비는 In0.35Ga0.65As0.15Sb0.85 이고, 상기 AlGaAsSb 상부 크레딩층의 조성비는 Al0.9Ga0.1As0.08Sb0.92일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the composition ratio of the AlGaAsSb lower cladding layer is Al 0.9 Ga 0.1 As 0.08 Sb 0.92 , and the AlGaAsSb first The composition ratio of the barrier layer is Al 0.35 Ga 0.65 As 0.03 Sb 0.97 , and the AlGaAsSb second The composition ratio of the barrier layer is Al 0.35 Ga 0.65 As 0.03 Sb 0.97 , and the AlGaAsSb third The composition ratio of the barrier layer is Al 0.35 Ga 0.65 As 0.03 Sb 0.97 , the composition ratio of the InGaAsSb first quantum well layer is In 0.35 Ga 0.65 As 0.15 Sb 0.85 , and the composition ratio of the InGaAsSb second quantum well layer is In 0.35 Ga 0.65 As 0.15 Sb 0.85 , and the composition ratio of the AlGaAsSb upper cladding layer may be Al 0.9 Ga 0.1 As 0.08 Sb 0.92 .

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 InGaAsSb 제1 양자 우물층의 제1 두께는 5nm 내지 9 nm이고, 상기 InGaAsSb 제2 양자 우물층의 제2 두께는 10nm 내지 15 nm일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first thickness of the InGaAsSb first quantum well layer may be 5 nm to 9 nm, and the second thickness of the InGaAsSb second quantum well layer may be 10 nm to 15 nm.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 GaSb 기판의 하부에 배치된 하부 전극 패턴을 더 포함할 수 있다. 상기 하부 전극 패턴은, 상기 GaSb 기판과 접촉하는 Ni 패턴; 상기 니켈 패턴 하부에 배치된 Ge 패턴; 및 상기 Ge 패턴 하부에 배치된 Au 패턴을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a lower electrode pattern disposed under the GaSb substrate may be further included. The lower electrode pattern may include a Ni pattern in contact with the GaSb substrate; A Ge pattern disposed under the nickel pattern; And an Au pattern disposed under the Ge pattern.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 GaSb 콘택층 상에 배치된 상부 전극 패턴을 더 포함할 수 있다. 상기 상부 전극 패턴은, 상기 GaSb 콘택층과 접촉하는 Ti 패턴; 상기 Ti 패턴 상에 배치된 Pt 패턴; 및 상기 Pt 패턴 상에 배치된 Au 패턴을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, an upper electrode pattern disposed on the GaSb contact layer may be further included. The upper electrode pattern includes a Ti pattern in contact with the GaSb contact layer; A Pt pattern disposed on the Ti pattern; And an Au pattern disposed on the Pt pattern.

본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 가스 센서는, 가스가 흐를 수 있는 통로를 구비한 광 케비티; 상기 광 케비티의 일단에 배치되고 복수의 파장에서 발진하는 적외선 발광 다이오드 소자; 상기 광 케비티의 타단에 배치되고 감쇄된 광을 수신하는 복수의 수광 소자; 및 상기 수광 소자의 각각의 전단에 배치되고 상기 적외선 발광 다이오드 소자의 발광 파장을 각각 투과시키는 복수의 파장 선택 투과 필터를 포함한다. 상기 적외선 발광 다이오드 소자는, n+-도전형의 GaSb 기판; 상기 GaSb 기판 상에 배치된 n+-도전형의 GaSb 버퍼층; 상기 GaSb 버퍼층 상에 배치된 n-도전형의 AlGaAsSb 하부 크레딩층; 상기 AlGaAsSb 하부 크레딩층 상에 배치된 n-도전형의 AlGaAsSb 제1 장벽층 (barrier layer); 제1 두께를 가지고 상기 AlGaAsSb 제1 장벽층 상에 배치된 n-도전형의 InGaAsSb 제1 양자 우물층; 상기 제1 양자 우물층 상에 배치된 n-도전형의 AlGaAsSb 제2 장벽층 (barrier layer); 제2 두께를 가지고 상기 제2 장벽층 상에 배치된 n-도전형의 InGaAsSb 제2 양자 우물층; 상기 InGaAsSb 제2 양자 우물층 상에 배치된 n-도전형의 AlGaAsSb 제3 장벽층 (barrier layer); 상기 AlGaAsSb 제3 장벽층 상에 배치된 p-도전형의 AlGaAsSb 상부 크레딩층; 및 상기 AlGaAsSb 상부 크레딩층 상에 배치된 p-도전형의 GaSb 콘택층;을 포함한다.Infrared gas sensor according to an embodiment of the present invention, an optical cavity having a passage through which gas can flow; An infrared light emitting diode element disposed at one end of the optical cavity and oscillating at a plurality of wavelengths; A plurality of light receiving elements disposed at the other end of the optical cavity and receiving attenuated light; And a plurality of wavelength selective transmission filters disposed at the front end of each of the light-receiving elements and transmitting light-emitting wavelengths of the infrared light-emitting diode elements, respectively. The infrared light emitting diode device, n + -conductive type GaSb substrate; A GaSb buffer layer of n + -conductivity type disposed on the GaSb substrate; An n-conductive AlGaAsSb lower cladding layer disposed on the GaSb buffer layer; AlGaAsSb of the n-conduction type disposed on the lower layer of AlGaAsSb A first barrier layer; AlGaAsSb having a first thickness An n-conductive InGaAsSb first quantum well layer disposed on the first barrier layer; AlGaAsSb of n-conduction type disposed on the first quantum well layer A second barrier layer; An n-conducting InGaAsSb second quantum well layer having a second thickness and disposed on the second barrier layer; AlGaAsSb of n-conduction type disposed on the InGaAsSb second quantum well layer A third barrier layer; The AlGaAsSb A p-conductive AlGa A sSb upper cladding layer disposed on the third barrier layer; And a p-conductive GaSb contact layer disposed on the AlGa A sSb upper cladding layer.

본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 가스 센서는, 가스가 흐를 수 있는 통로를 구비한 광 케비티; 상기 광 케비티의 일단에 배치되고 복수의 파장에서 발진하는 적외선 발광 다이오드 소자; 상기 광 케비티의 타단에 배치되고 감쇄된 광을 수신하는 수광 소자; 및 상기 수광 소자에 전단에 배치되고 상기 적외선 발광 다이오드 소자의 발광 파장 각각 투과시키는 복수의 파장 선택 투과 필터를 포함한다. 상기 파장 선택 투과 필터는 회전에 의하여 상기 수광 소자와 정렬한다. 상기 적외선 발광 다이오드 소자는, n+-도전형의 GaSb 기판; 상기 GaSb 기판 상에 배치된 n+-도전형의 GaSb 버퍼층; 상기 GaSb 버퍼층 상에 배치된 n-도전형의 AlGaAsSb 하부 크레딩층; 상기 AlGaAsSb 하부 크레딩층 상에 배치된 n-도전형의 AlGaAsSb 제1 장벽층 (barrier layer); 제1 두께를 가지고 상기 AlGaAsSb 제1 장벽층 상에 배치된 n-도전형의 InGaAsSb 제1 양자 우물층; 상기 제1 양자 우물층 상에 배치된 n-도전형의 AlGaAsSb 제2 장벽층 (barrier layer); 제2 두께를 가지고 상기 제2 장벽층 상에 배치된 n-도전형의 InGaAsSb 제2 양자 우물층; 상기 InGaAsSb 제2 양자 우물층 상에 배치된 n-도전형의 AlGaAsSb 제3 장벽층 (barrier layer); 상기 AlGaAsSb 제3 장벽층 상에 배치된 p-도전형의 AlGaAsSb 상부 크레딩층; 및 상기 AlGaAsSb 상부 크레딩층 상에 배치된 p-도전형의 GaSb 콘택층;을 포함한다.Infrared gas sensor according to an embodiment of the present invention, an optical cavity having a passage through which gas can flow; An infrared light emitting diode element disposed at one end of the optical cavity and oscillating at a plurality of wavelengths; A light receiving element disposed at the other end of the optical cavity and receiving attenuated light; And a plurality of wavelength selective transmission filters disposed at the front end of the light-receiving element and transmitting each of the emission wavelengths of the infrared light-emitting diode element. The wavelength selective transmission filter is aligned with the light receiving element by rotation. The infrared light emitting diode device, n + -conductive type GaSb substrate; A GaSb buffer layer of n + -conductivity type disposed on the GaSb substrate; An n-conductive AlGaAsSb lower cladding layer disposed on the GaSb buffer layer; AlGaAsSb of the n-conduction type disposed on the lower layer of AlGaAsSb A first barrier layer; AlGaAsSb having a first thickness An n-conductive InGaAsSb first quantum well layer disposed on the first barrier layer; AlGaAsSb of n-conduction type disposed on the first quantum well layer A second barrier layer; An n-conducting InGaAsSb second quantum well layer having a second thickness and disposed on the second barrier layer; AlGaAsSb of n-conduction type disposed on the InGaAsSb second quantum well layer A third barrier layer; The AlGaAsSb A p-conductive AlGa A sSb upper cladding layer disposed on the third barrier layer; And a p-conductive GaSb contact layer disposed on the AlGa A sSb upper cladding layer.

본 발명의 일 실시예른 적외선 발광 다이오드는 양자 우물층의 두께 및 조성을 변경하여 다층 구조를 적층되어 복수의 파장에서 발진할 수 있다. An infrared light emitting diode according to an embodiment of the present invention can change the thickness and composition of a quantum well layer to stack a multi-layer structure to oscillate at a plurality of wavelengths.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 발광다이오드의 단면도이다.
도 2는 도 1의 적외선 발광 다이오드 소자의 발광 스펙트럼을 측정한 결과이다.
도 3 및 도4는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 적외선 가스 센서를 설명하는 개념도들이다.1 is a cross-sectional view of an infrared light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
2 is a result of measuring the emission spectrum of the infrared light emitting diode device of FIG. 1.
3 and 4 are conceptual views illustrating an infrared gas sensor according to other embodiments of the present invention.

2채널 NDIR 센서에 필요한 2개의 LED 대신 1개의 LED에서 2개의 발광파장을 동시에 방출하면, 적외선 가스센서의 크기 또는 제작 가격 면에서 경쟁력을 가질 수 있다. 적외선 가스센서는 복수의 파장에서 동시 발진하므로 시간 지연 없이 가스 농도의 실시간 연속 모니터링을 제공할 수 있다. By emitting two luminous wavelengths from one LED at the same time instead of the two LEDs required for a 2-channel NDIR sensor, it can be competitive in terms of the size or manufacturing price of the infrared gas sensor. Since the infrared gas sensor simultaneously oscillates at a plurality of wavelengths, it is possible to provide real-time continuous monitoring of gas concentration without time delay.

통상적인 NDIR 가스센서에 적용된 적외선 LED는 안티모니 (Sb) 기반의 소재로 액상 에피탁시(Liquid Phase Epitaxy; LPE) 방식 또는 유기금속화학기상증착(Metalorganic vapour phase epitaxy; MOCVD) 방식이 주로 이용되어 왔다. LPE 법식의 경우, 성장 속도가 빨라 양자우물 (quantum well, QW)과 같은 얇은 두께를 조절하는데 어려움이 있으며, 특히 p-n 접합계면의 특성이 좋지 않은 단점이 있다. Infrared LED applied to a conventional NDIR gas sensor is an antimony (Sb)-based material, which is mainly used in a liquid phase epitaxy (LPE) method or a metalorganic vapor phase epitaxy (MOCVD) method. come. In the case of the LPE method, it is difficult to control a thin thickness such as a quantum well (QW) due to the rapid growth rate, and in particular, the p-n junction interface has poor characteristics.

MOCVD 방법을 이용한 에피탁시얼 층(epitaxial layer)은 InAs 기판을 사용하는 3 μm ~ 5 μm 파장대역에서는 좋은 특성을 보인다. 하지만, GaSb 기판을 사용하는 2 μm ~ 3 μm 파장대역의 경우, 분자선 에피탁시 (Molecular beam epitaxy; MBE)법을 이용한 에피탁시얼 층(epitaxial layer)가 좀 더 우수한 접합계면 특성을 보인다. 고품질의 GaSb와 InAs 기판 제조 기술과 MBE 및 MOCVD의 박막 성장 기술이 급속하게 발전함에 따라, 고품위의 안티모니 (Sb) 기반 화합물 반도체 적층 구조가 가능해졌다. The epitaxial layer using the MOCVD method shows good properties in the 3 μm to 5 μm wavelength band using an InAs substrate. However, in the case of a 2 μm to 3 μm wavelength band using a GaSb substrate, an epitaxial layer using a molecular beam epitaxy (MBE) method exhibits a better bonding interface property. With the rapid development of high-quality GaSb and InAs substrate manufacturing technology and thin film growth technology of MBE and MOCVD, high-quality antimony (Sb)-based compound semiconductor stacked structures have become possible.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 우리는 MBE 성장법을 이용하여 Sb 기반의 4원소 (quaternary) 화합물 적외선 LED 소자를 제작하고 발광특성을 확인하였다. 우리는 2채널 NDIR 가스센서에 활용될 수 있도록 한 소자에서 2개의 발광파장을 갖는 소자를 제작하였다. According to one embodiment of the present invention, we fabricated a Sb-based quaternary compound infrared LED device using MBE growth method and confirmed the luminescence properties. We have manufactured devices with two emission wavelengths in one device so that they can be used in a 2-channel NDIR gas sensor.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be clarified with reference to embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein, but may be embodied in different forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosed contents are thorough and complete and that the spirit of the present invention is sufficiently conveyed to those skilled in the art, and the present invention is only defined by the scope of the claims.

명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 따라서, 동일한 참조 부호 또는 유사한 참조 부호들은 해당 도면에서 언급 또는 설명되지 않았더라도, 다른 도면을 참조하여 설명될 수 있다. 또한, 참조 부호가 표시되지 않았더라도, 다른 도면들을 참조하여 설명될 수 있다.Throughout the specification, the same reference numerals refer to the same components. Therefore, although the same reference numerals or similar reference numerals are not mentioned or described in the corresponding drawings, they may be described with reference to other drawings. Further, even if reference numerals are not indicated, they may be described with reference to other drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 발광다이오드의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of an infrared light emitting diode according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 적외선 발광 다이오드 소자(100)는, n+-도전형의 GaSb 기판(110); 상기 GaSb 기판 상에 배치된 n+-도전형의 GaSb 버퍼층(120); 상기 GaSb 버퍼층 상에 배치된 n-도전형의 AlGaAsSb 하부 크레딩층(130); 상기 AlGaAsSb 하부 크레딩층 상에 배치된 n-도전형의 AlGaAsSb 제1 장벽층 (142); 제1 두께를 가지고 상기 AlGaAsSb 제1 장벽층 상에 배치된 n-도전형의 InGaAsSb 제1 양자 우물층(144); 상기 제1 양자 우물층 상에 배치된 n-도전형의 AlGaAsSb 제2 장벽층 (146); 제2 두께를 가지고 상기 제2 장벽층 상에 배치된 n-도전형의 InGaAsSb 제2 양자 우물층(148); 상기 InGaAsSb 제2 양자 우물층 상에 배치된 n-도전형의 AlGaAsSb 제3 장벽층 (149); 상기 AlGaAsSb 제3 장벽층 상에 배치된 p-도전형의 AlGaAsSb 상부 크레딩층(150); 및 상기 AlGaAsSb 상부 크레딩층 상에 배치된 p-도전형의 GaSb 콘택층(160);을 포함한다. 상기 적외선 발광 다이오드 소자(100)는 복수의 파장에서 발진한다.Referring to FIG. 1, the infrared light emitting diode device 100 includes: an n + -conductive GaSb substrate 110; A GaSb buffer layer 120 of n + -conductivity type disposed on the GaSb substrate; An n-conductive AlGaAsSb lower cladding layer 130 disposed on the GaSb buffer layer; AlGaAsSb of the n-conduction type disposed on the lower layer of AlGaAsSb A first barrier layer 142; AlGaAsSb having a first thickness An n-conductive InGaAsSb first quantum well layer 144 disposed on the first barrier layer; AlGaAsSb of n-conduction type disposed on the first quantum well layer A second barrier layer 146; An n-conductive InGaAsSb second quantum well layer 148 having a second thickness and disposed on the second barrier layer; AlGaAsSb of n-conduction type disposed on the InGaAsSb second quantum well layer A third barrier layer 149; The AlGaAsSb A p-conductive AlGaAsSb upper cladding layer 150 disposed on the third barrier layer; And a p-conducting GaSb contact layer 160 disposed on the AlGa A sSb upper cladding layer. The infrared light emitting diode device 100 oscillates at a plurality of wavelengths.

n형 도전형 불순물은 Te이고, p형 도전형 불순물은 Be이다. n+는 고농도로 10^18 /cm3 이상의 도핑 농도일 수 있다. 고품위의 LED 에피탁시얼 성장을 위해서 각각의 층은 상기 GaSb 기판과 격자 상수가 같은 격자정합 (lattice match) 구조를 이루고 있다. 양자우물층(144,148)의 두께가 각각 5 및 10 nm 한 층씩 구성된 경우, 각 양자우물층(144,148)은 서로 다른 파장의 빛을 방출할 수 있다. The n-type conductivity type impurity is Te, and the p-type conductivity type impurity is Be. n + is At high concentration It may be a doping concentration of 10^18 /cm 3 or more. For high-quality LED epitaxial growth, each layer has a lattice match structure with the same lattice constant as the GaSb substrate. When the thickness of the quantum well layers 144 and 148 is composed of one layer of 5 and 10 nm, respectively, each quantum well layer 144 and 148 may emit light of different wavelengths.

상기 GaSb 기판(110)은 고농도로 n+로 도핑되고, n형 도전형이다. 상기 GaSb 기판의 두께는 500 μm이다. The GaSb substrate 110 has a high concentration doped with n + and is of n-type conductivity. The thickness of the GaSb substrate is 500 μm.

상기 GaSb 버퍼층(120)은 상기 GaSb 기판(110) 상에 배치되고, 고농도로 n+로 도핑되고, n형 도전형이다. 상기 GaSb 버퍼층(120)의 두께는 300nm이다. 상기 GaSb 버퍼층(120)은 분자빔 에피탁시 성장법을 통하여 성장된다. The GaSb buffer layer 120 is disposed on the GaSb substrate 110, and at high concentration n + Doped, n-type conductivity. The thickness of the GaSb buffer layer 120 is 300 nm. The GaSb buffer layer 120 is grown through a molecular beam epitaxy growth method.

상기 AlGaAsSb 하부 크레딩층(130)은 상기 GaSb 버퍼층(120) 상에 배치되고 상기 고농도로 n+로 도핑되고, n형 도전형이다. 상기 AlGaAsSb 하부 크레딩층(130)의 두께는 2μm이다. 상기 AlGaAsSb 하부 크레딩층(130)의 조성비는 Al0.9Ga0.1As0.08Sb0.92이다. 상기 AlGaAsSb 하부 크레딩층(130)은 분자빔 에피탁시 성장법을 통하여 성장된다. 상기 AlGaAsSb 하부 크레딩층(130)은 양자 우물층에서 발생된 빛을 굴절률 차이를 가지고 감금할 수 있다. 상기 AlGaAsSb 하부 크레딩층(130)은 분자빔 에피탁시 성장법을 통하여 성장된다. The AlGaAsSb lower cladding layer 130 is disposed on the GaSb buffer layer 120 to n + at the high concentration. Doped, n-type conductivity. The thickness of the AlGaAsSb lower cladding layer 130 is 2 μm. The composition ratio of the AlGaAsSb lower cladding layer 130 is Al 0.9 Ga 0.1 As 0.08 Sb 0.92 . The AlGaAsSb lower cladding layer 130 is grown through a molecular beam epitaxy growth method. The AlGaAsSb lower cladding layer 130 may confine light generated in the quantum well layer with a difference in refractive index. The AlGaAsSb lower cladding layer 130 is grown through a molecular beam epitaxy growth method.

상기 AlGaAsSb 제1 장벽층(142)은 상기 AlGaAsSb 하부 크레딩층(130) 상에 배치되고, n형 불순물로 도핑되고, n형 도전형이다. 상기 AlGaAsSb 제1 장벽층(142)의 도핑 농도는 10^17 /cm3 수준이다. 상기 AlGaAsSb 제1 장벽층(142)의 조성비는 Al0.35Ga0.65As0.03Sb0.97 이고, 상기 AlGaAsSb 제1 장벽층의 두께는 200 nm일 수 있다. 상기 AlGaAsSb 제1 장벽층(142)은 분자빔 에피탁시 성장법을 통하여 성장된다. 상기 AlGaAsSb 제1 장벽층(142)의 밴드갭은 양자 우물층의 밴드갭보다 클 수 있다.The AlGaAsSb The first barrier layer 142 is disposed on the AlGaAsSb lower cladding layer 130, and is an n-type impurity. Doped, n-type conductivity. The AlGaAsSb The doping concentration of the first barrier layer 142 is 10^17 /cm 3 level. The AlGaAsSb first The composition ratio of the barrier layer 142 is Al 0.35 Ga 0.65 As 0.03 Sb 0.97 , and the AlGaAsSb The thickness of the first barrier layer may be 200 nm. The AlGaAsSb The first barrier layer 142 is grown through a molecular beam epitaxy growth method. The AlGaAsSb The band gap of the first barrier layer 142 may be larger than that of the quantum well layer.

상기 InGaAsSb 제1 양자 우물층(144)은 상기 상기 AlGaAsSb 제1 장벽층(142)에 배치되고, n형 불순물로 도핑되고, n형 도전형이다. 상기 InGaAsSb 제1 양자 우물층(144)의 조성비는 In0.35Ga0.65As0.15Sb0.85 이고, 상기 InGaAsSb 제1 양자 우물층(144)의 두께는 5nm일 수 있다. 상기 InGaAsSb 제1 양자 우물층(144)은 분자빔 에피탁시 성장법을 통하여 성장된다. The InGaAsSb first quantum well layer 144 is the AlGaAsSb It is disposed on the first barrier layer 142, and n-type impurities Doped, n-type conductivity. The composition ratio of the InGaAsSb first quantum well layer 144 is In 0.35 Ga 0.65 As 0.15 Sb 0.85 , and the thickness of the InGaAsSb first quantum well layer 144 may be 5 nm. The InGaAsSb first quantum well layer 144 is grown through a molecular beam epitaxy growth method.

상기 AlGaAsSb 제2 장벽층(146)은 상기 InGaAsSb 제1 양자 우물층(144) 상에 배치되고, n형 불순물로 도핑되고, n형 도전형이다. 상기 AlGaAsSb 제2 장벽층(146)의 조성비는 Al0.35Ga0.65As0.03Sb0.97 이고, 상기 AlGaAsSb 제2 장벽층(146)의 두께는 200nm이다. 상기 AlGaAsSb 제2 장벽층(146)은 분자빔 에피탁시 성장법을 통하여 성장된다. The AlGaAsSb The second barrier layer 146 is disposed on the InGaAsSb first quantum well layer 144, and is an n-type impurity. Doped, n-type conductivity. The AlGaAsSb second The composition ratio of the barrier layer 146 is Al 0.35 Ga 0.65 As 0.03 Sb 0.97 , and the AlGaAsSb second The thickness of the barrier layer 146 is 200 nm. The AlGaAsSb The second barrier layer 146 is grown through a molecular beam epitaxy growth method.

상기 InGaAsSb 제2 양자 우물층(148)은 상기 AlGaAsSb 제2 장벽층(146) 상에 배치되고, n형 불순물로 도핑되고, n형 도전형이다. 상기 InGaAsSb 제2 양자 우물층(148)의 조성비는 In0.35Ga0.65As0.15Sb0.85 이고, 상기 InGaAsSb 제2 양자 우물층(148)의 두께는 10nm이다. 상기 InGaAsSb 제2 양자 우물층(148)은 분자빔 에피탁시 성장법을 통하여 성장된다. The InGaAsSb second quantum well layer 148 is the AlGaAsSb It is disposed on the second barrier layer 146, and with n-type impurities Doped, n-type conductivity. The composition ratio of the InGaAsSb second quantum well layer 148 is In 0.35 Ga 0.65 As 0.15 Sb 0.85 , and the thickness of the InGaAsSb second quantum well layer 148 is 10 nm. The InGaAsSb second quantum well layer 148 is grown through a molecular beam epitaxy growth method.

상기 AlGaAsSb 제3 장벽층(149)은 상기 InGaAsSb 제2 양자 우물층(148) 상에 배치되고, n형 불순물로 도핑되고, n형 도전형이다. 상기 AlGaAsSb 제3 장벽층(149)의 조성비는 Al0.35Ga0.65As0.03Sb0.97 이고, 상기 AlGaAsSb 제3 장벽층(149)의 두께는 200nm이다. 상기 AlGaAsSb 제3 장벽층(149)은 분자빔 에피탁시 성장법을 통하여 성장된다. The AlGaAsSb The third barrier layer 149 is disposed on the InGaAsSb second quantum well layer 148, and is an n-type impurity. Doped, n-type conductivity. The AlGaAsSb third The composition ratio of the barrier layer 149 is Al 0.35 Ga 0.65 As 0.03 Sb 0.97 , and the AlGaAsSb third The thickness of the barrier layer 149 is 200 nm. The AlGaAsSb The third barrier layer 149 is grown through a molecular beam epitaxy growth method.

상기 AlGaAsSb 상부 크레딩층(150)은 상기 AlGaAsSb 제3 장벽층(149) 상에 배치되고, 고농도로 p형 불순물로 도핑되고, p형 도전형이다. 상기 AlGaAsSb 상부 크레딩층(150)의 조성비는 Al0.9Ga0.1As0.08Sb0.92이고, 상기 AlGaAsSb 상부 크레딩층(150)의 두께는 2μm이다. 상기 AlGaAsSb 상부 크레딩층(150)은 분자빔 에피탁시 성장법을 통하여 성장된다. The AlGaAsSb upper cladding layer 150 is the AlGaAsSb It is disposed on the third barrier layer 149, and with high concentration of p-type impurities It is doped and is of p-type conductivity. The composition ratio of the AlGaAsSb upper cladding layer 150 is Al 0.9 Ga 0.1 As 0.08 Sb 0.92 , and the thickness of the AlGaAsSb upper cladding layer 150 is 2 μm. The AlGaAsSb upper cladding layer 150 is grown through a molecular beam epitaxy growth method.

상기 GaSb 콘택층(160)은 상기 AlGaAsSb 상부 크레딩층(150) 상에 배치되고, 고농도로 p형 불순물로 도핑되고, p형 도전형이다. 상기 GaSb 콘택층(160)의 두께는 500nm이다. 상기 GaSb 콘택층 분자빔 에피탁시 성장법을 통하여 성장된다.The GaSb contact layer 160 is disposed on the AlGaAsSb upper cladding layer 150 and is formed of p-type impurities at a high concentration. It is doped and is of p-type conductivity. The thickness of the GaSb contact layer 160 is 500 nm. The GaSb contact layer is grown through a molecular beam epitaxy growth method.

본 발명의 일 실시예에 따르면, Sb 기반의 4원 화합물층은 각 물질의 조성 변화를 통해 GaSb 기판(110)과 격자 정합 구조를 설계할 수 있으며, InGaAsSb 양자 우물층(144,148)의 두께 및 조성 변화를 통해 발광 파장을 1μm ~ 3 μm 영역에서 조절할 수 있다. 또한, 양자우물층의 주기수를 증가함으로써 광출력 또한 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the Sb-based quaternary compound layer can design the GaSb substrate 110 and the lattice matching structure through the composition change of each material, and the thickness and composition change of the InGaAsSb quantum well layer (144,148) Through the emission wavelength can be adjusted in the range of 1μm ~ 3μm. In addition, the light output can also be improved by increasing the number of cycles of the quantum well layer.

하부 전극 패턴(180)은 상기GaSb 기판(110)의 하부에 배치될 수 있다. 상기 하부 전극 패턴(180)은, 상기 GaSb 기판과 접촉하는 5nm의 Ni 패턴(186); 상기 니켈 패턴 하부에 배치된 17 nm의 Ge 패턴(184); 및 상기 Ge 패턴 하부에 배치된 500nm의 Au 패턴(182)을 포함할 수 있다. 상기 하부 전극 패턴은 패터닝이 완료된 후, 섭씨 300도의 열처리를 통하여 오믹 접합(Ohmic Contact)을 형성할 수 있다. The lower electrode pattern 180 may be disposed under the GaSb substrate 110. The lower electrode pattern 180 may include a 5 nm Ni pattern 186 in contact with the GaSb substrate; A Ge pattern 184 of 17 nm disposed under the nickel pattern; And a 500 nm Au pattern 182 disposed under the Ge pattern. After the patterning of the lower electrode is completed, an ohmic contact may be formed through heat treatment at 300 degrees Celsius.

상부 전극 패턴(170)은 상기 GaSb 콘택층(160) 상에 배치될 수 있다. 상기 상부 전극 패턴(170)은, 상기 GaSb 콘택층과 접촉하는 30nm의 Ti 패턴(172); 상기 Ti 패턴 상에 배치된 40nm의 Pt 패턴(174); 및 상기 Pt 패턴 상에 배치된 300nm의 Au 패턴(176)을 포함할 수 있다. 상기 상부 전극 패턴(170)은 패터닝이 완료된 후, 섭씨 300도의 열처리를 통하여 오믹 접합(Ohmic Contact)을 형성할 수 있다. The upper electrode pattern 170 may be disposed on the GaSb contact layer 160. The upper electrode pattern 170 may include a Ti pattern 172 of 30 nm contacting the GaSb contact layer; A 40 nm Pt pattern 174 disposed on the Ti pattern; And an Au pattern 176 of 300 nm disposed on the Pt pattern. After the patterning of the upper electrode pattern 170 is completed, an ohmic contact may be formed through heat treatment at 300 degrees Celsius.

도 2는 도 1의 적외선 발광 다이오드 소자의 발광 스펙트럼을 측정한 결과이다.2 is a result of measuring the emission spectrum of the infrared light emitting diode device of FIG. 1.

도 2를 참조하면, 측정한 발광 스펙트럼으로 각각의 양자 우물층에서 발광된 1.97, 2.1 μm로 한 소자에서 2개의 발광 스펙트럼을 보인다. 10nm의 InGaAsSb 제2 양자 우물층은 2.1 μm의 파장을 발생시키며, 5nm의 InGaAsSb 제1 양자 우물층은 1.97 μm의 파장을 발생시킨다. 1.97 μm의 파장의 반치폭은 69nm이고, 2.1μm의 파장의 반치폭은 66nm이다.Referring to FIG. 2, the measured emission spectrum shows 1.97, 2.1 μm emitted from each quantum well layer, and shows two emission spectra in one device. The 10 nm InGaAsSb second quantum well layer generates a wavelength of 2.1 μm, and the 5 nm InGaAsSb first quantum well layer generates a wavelength of 1.97 μm. The half-width of the 1.97 μm wavelength is 69 nm, and the half-width of the 2.1 μm wavelength is 66 nm.

Sb 기반의 4원 화합물은 각 물질의 조성 변화를 통해 GaSb 기판과 격자 정합 구조를 설계할 수 있으며, InGaAsSb 양자 우물층의 두께 및 조성 변화를 통해 발광 파장을 1μm ~ 3 μm 영역에서 조절할 수 있다. 또한, 양자 우물층의 주기수를 증가함으로써 광출력 또한 향상시킬 수 있다. The Sb-based quaternary compound can design a GaSb substrate and a lattice matching structure by changing the composition of each material, and the emission wavelength can be adjusted in a range of 1 μm to 3 μm by changing the thickness and composition of the InGaAsSb quantum well layer. In addition, the light output can also be improved by increasing the number of cycles of the quantum well layer.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 적외선 가스 센서를 설명하는 개념도이다.3 is a conceptual diagram illustrating an infrared gas sensor according to another embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 적외선 가스 센서(10)는, 가스가 흐를 수 있는 통로(21)를 구비한 광 케비티(20); 상기 광 케비티의 일단에 배치되고 복수의 파장에서 발진하는 적외선 발광 다이오드 소자(100); 상기 광 케비티(20)의 타단에 배치되고 감쇄된 광을 수신하는 수광 소자(22); 및 상기 수광 소자(22)에 전단에 배치되고 상기 적외선 발광 다이오드 소자의 발광 파장 각각 투과시키는 복수의 파장 선택 투과 필터(24a,24b)를 포함한다. 상기 파장 선택 투과 필터(24a,24)는 회전에 의하여 상기 수광 소자(22)와 정렬한다.Referring to FIG. 3, the infrared gas sensor 10 includes: an optical cavity 20 having a passage 21 through which gas can flow; An infrared light emitting diode device 100 disposed at one end of the optical cavity and oscillating at a plurality of wavelengths; A light receiving element 22 disposed at the other end of the optical cavity 20 and receiving attenuated light; And a plurality of wavelength selective transmission filters 24a and 24b disposed at the front end of the light receiving element 22 and transmitting light emission wavelengths of the infrared light emitting diode elements, respectively. The wavelength selective transmission filters 24a and 24 are aligned with the light receiving elements 22 by rotation.

적외선 발광 다이오드 소자(100)는, n+-도전형의 GaSb 기판(110); 상기 GaSb 기판 상에 배치된 n+-도전형의 GaSb 버퍼층(120); 상기 GaSb 버퍼층 상에 배치된 n-도전형의 AlGaAsSb 하부 크레딩층(130); 상기 AlGaAsSb 하부 크레딩층 상에 배치된 n-도전형의 AlGaAsSb 제1 장벽층 (142); 제1 두께를 가지고 상기 AlGaAsSb 제1 장벽층 상에 배치된 n-도전형의 InGaAsSb 제1 양자 우물층(144); 상기 제1 양자 우물층 상에 배치된 n-도전형의 AlGaAsSb 제2 장벽층 (146); 제2 두께를 가지고 상기 제2 장벽층 상에 배치된 n-도전형의 InGaAsSb 제2 양자 우물층(148); 상기 InGaAsSb 제2 양자 우물층 상에 배치된 n-도전형의 AlGaAsSb 제3 장벽층 (149); 상기 AlGaAsSb 제3 장벽층 상에 배치된 p-도전형의 AlGaAsSb 상부 크레딩층(150); 및 상기 AlGaAsSb 상부 크레딩층 상에 배치된 p-도전형의 GaSb 콘택층(160);을 포함한다.The infrared light emitting diode device 100 includes: a GaSb substrate 110 of n + -conductivity type; A GaSb buffer layer 120 of n + -conductivity type disposed on the GaSb substrate; An n-conductive AlGaAsSb lower cladding layer 130 disposed on the GaSb buffer layer; AlGaAsSb of the n-conduction type disposed on the lower layer of AlGaAsSb A first barrier layer 142; AlGaAsSb having a first thickness An n-conductive InGaAsSb first quantum well layer 144 disposed on the first barrier layer; AlGaAsSb of n-conduction type disposed on the first quantum well layer A second barrier layer 146; An n-conductive InGaAsSb second quantum well layer 148 having a second thickness and disposed on the second barrier layer; AlGaAsSb of n-conduction type disposed on the InGaAsSb second quantum well layer A third barrier layer 149; The AlGaAsSb A p-conductive AlGaAsSb upper cladding layer 150 disposed on the third barrier layer; And a p-conductive GaSb contact layer 160 disposed on the AlGaAsSb upper cladding layer.

적외선 가스 검출 센서에서, 검출하고자 하는 가스가 메탄일 경우 2.3 μm에서 강한 흡수 스펙트럼을 보인다. 발광 다이오드의 제1 및 제2 양자 우물층은 1.9, 및 2.3 μm를 동시에 발광시킨다. 이때 1.9 μm 발광은 기준용 (reference) LED로 2.3 μm 발광은 측정용 (measurement) LED로 사용된다.In the infrared gas detection sensor, when the gas to be detected is methane, it shows a strong absorption spectrum at 2.3 μm. The first and second quantum well layers of the light emitting diode simultaneously emit 1.9 and 2.3 μm. In this case, 1.9 μm light emission is used as a reference LED and 2.3 μm light emission is used as a measurement LED.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 적외선 가스 센서를 설명하는 개념도이다.4 is a conceptual diagram illustrating an infrared gas sensor according to another embodiment of the present invention.

도 4을 참조하면, 적외선 가스 센서(10a)는, 가스가 흐를 수 있는 통로(21)를 구비한 광 케비티(20); 상기 광 케비티의 일단에 배치되고 복수의 파장에서 발진하는 적외선 발광 다이오드 소자(100); 상기 광 케비티의 타단에 배치되고 감쇄된 광을 수신하는 복수의 수광 소자(22a,22b); 및 상기 수광 소자(22a,22b)의 각각의 전단에 배치되고 상기 적외선 발광 다이오드 소자의 발광 파장을 각각 투과시키는 복수의 파장 선택 투과 필터(24a,24b)를 포함한다. 적외선 발광 다이오드 소자(100)는, n+-도전형의 GaSb 기판(110); 상기 GaSb 기판 상에 배치된 n+-도전형의 GaSb 버퍼층(120); 상기 GaSb 버퍼층 상에 배치된 n-도전형의 AlGaAsSb 하부 크레딩층(130); 상기 AlGaAsSb 하부 크레딩층 상에 배치된 n-도전형의 AlGaAsSb 제1 장벽층 (142); 제1 두께를 가지고 상기 AlGaAsSb 제1 장벽층 상에 배치된 n-도전형의 InGaAsSb 제1 양자 우물층(144); 상기 제1 양자 우물층 상에 배치된 n-도전형의 AlGaAsSb 제2 장벽층 (146); 제2 두께를 가지고 상기 제2 장벽층 상에 배치된 n-도전형의 InGaAsSb 제2 양자 우물층(148); 상기 InGaAsSb 제2 양자 우물층 상에 배치된 n-도전형의 AlGaAsSb 제3 장벽층 (149); 상기 AlGaAsSb 제3 장벽층 상에 배치된 p-도전형의 AlGaAsSb 상부 크레딩층(150); 및 상기 AlGaAsSb 상부 크레딩층 상에 배치된 p-도전형의 GaSb 콘택층(160);을 포함한다.Referring to FIG. 4, the infrared gas sensor 10a includes: an optical cavity 20 having a passage 21 through which gas can flow; An infrared light emitting diode device 100 disposed at one end of the optical cavity and oscillating at a plurality of wavelengths; A plurality of light receiving elements (22a, 22b) disposed at the other end of the optical cavity and receiving attenuated light; And a plurality of wavelength selective transmission filters 24a and 24b disposed at the front end of each of the light receiving elements 22a and 22b and transmitting the light emission wavelengths of the infrared light emitting diode elements, respectively. The infrared light emitting diode device 100 includes: a GaSb substrate 110 of n + -conductivity type; A GaSb buffer layer 120 of n + -conductivity type disposed on the GaSb substrate; An n-conductive AlGaAsSb lower cladding layer 130 disposed on the GaSb buffer layer; AlGaAsSb of the n-conduction type disposed on the lower layer of AlGaAsSb A first barrier layer 142; AlGaAsSb having a first thickness An n-conductive InGaAsSb first quantum well layer 144 disposed on the first barrier layer; AlGaAsSb of n-conduction type disposed on the first quantum well layer A second barrier layer 146; An n-conductive InGaAsSb second quantum well layer 148 having a second thickness and disposed on the second barrier layer; AlGaAsSb of n-conduction type disposed on the InGaAsSb second quantum well layer A third barrier layer 149; The AlGaAsSb A p-conductive AlGaAsSb upper cladding layer 150 disposed on the third barrier layer; And a p-conductive GaSb contact layer 160 disposed on the AlGaAsSb upper cladding layer.

이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.The embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but those skilled in the art to which the present invention pertains can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. You will understand that there is. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.

110: GaSb 기판
120: GaSb 버퍼층
130: AlGaAsSb 하부 크레딩층
142: AlGaAsSb 제1 장벽층
144: InGaAsSb 제1 양자 우물층
146: AlGaAsSb 제2 장벽층
148: InGaAsSb 제2 양자 우물층
149: AlGaAsSb 제3 장벽층
150: AlGaAsSb 상부 크레딩층
160: GaSb 콘택층110: GaSb substrate
120: GaSb buffer layer
130: AlGaAsSb lower cladding layer
142: AlGaAsSb First barrier layer
144: InGaAsSb first quantum well layer
146: AlGaAsSb Second barrier layer
148: InGaAsSb second quantum well layer
149: AlGaAsSb Third barrier layer
150: AlGaAsSb upper cladding layer
160: GaSb contact layer

Claims (6)

n+-도전형의 GaSb 기판;
상기 GaSb 기판 상에 배치된 n+-도전형의 GaSb 버퍼층;
상기 GaSb 버퍼층 상에 배치된 n-도전형의 AlGaAsSb 하부 크레딩층;
상기 AlGaAsSb 하부 크레딩층 상에 배치된 n-도전형의 AlGaAsSb 제1 장벽층 (barrier layer);
제1 두께를 가지고 상기 AlGaAsSb 제1 장벽층 상에 배치된 n-도전형의 InGaAsSb 제1 양자 우물층;
상기 제1 양자 우물층 상에 배치된 n-도전형의 AlGaAsSb 제2 장벽층 (barrier layer);
제2 두께를 가지고 상기 제2 장벽층 상에 배치된 n-도전형의 InGaAsSb 제2 양자 우물층;
상기 InGaAsSb 제2 양자 우물층 상에 배치된 n-도전형의 AlGaAsSb 제3 장벽층 (barrier layer);
상기 AlGaAsSb 제3 장벽층 상에 배치된 p-도전형의 AlGaAsSb 상부 크레딩층; 및
상기 AlGaAsSb 상부 크레딩층 상에 배치된 p-도전형의 GaSb 콘택층;을 포함하고,
상기 n-도전형의 InGaAsSb 제1 양자 우물층과 상기 n-도전형의 InGaAsSb 제2 양자 우물층은 서로 다른 두께 및 동일한 조성을 가지고,
복수의 파장에서 발진하고,
상기 GaSb 기판 상에 적층된 상기 GaSb 버퍼층 내지 상기 AlGaAsSb 상부 크레딩층은 상기 GaSb 기판과 격자 상수가 같은 격자정합 (lattice match) 구조를 이루고 있고,
두 개의 파장에서 각각 발진하고, 두 파장 사이의 파장 간격은 각 파장의 반치폭(full width half maxim um)의 2배 이상인 것을 특징으로 하는 적외선 발광 다이오드 소자.a GaSb substrate of n + -conductivity type;
A GaSb buffer layer of n + -conductivity type disposed on the GaSb substrate;
An n-conductive AlGaAsSb lower cladding layer disposed on the GaSb buffer layer;
AlGaAsSb of the n-conduction type disposed on the lower layer of AlGaAsSb A first barrier layer;
AlGaAsSb having a first thickness An n-conductive InGaAsSb first quantum well layer disposed on the first barrier layer;
AlGaAsSb of n-conduction type disposed on the first quantum well layer A second barrier layer;
An n-conducting InGaAsSb second quantum well layer having a second thickness and disposed on the second barrier layer;
AlGaAsSb of n-conduction type disposed on the InGaAsSb second quantum well layer A third barrier layer;
The AlGaAsSb A p-conductive AlGaAsSb upper cladding layer disposed on the third barrier layer; And
Including; a p-conductive GaSb contact layer disposed on the AlGaAsSb upper cladding layer;
The n-conductive InGaAsSb first quantum well layer and the n-conductive InGaAsSb second quantum well layer have different thicknesses and the same composition,
Oscillating at multiple wavelengths,
The GaSb buffer layer or the AlGaAsSb upper cladding layer stacked on the GaSb substrate has a lattice match structure having the same lattice constant as the GaSb substrate,
An infrared light emitting diode device characterized in that it oscillates at two wavelengths, and the wavelength interval between the two wavelengths is at least twice the full width half maximum of each wavelength. 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 AlGaAsSb 하부 크레딩층의 조성비는 Al0.9Ga0.1As0.08Sb0.92 이고,
상기 AlGaAsSb 제1 장벽층의 조성비는 Al0.35Ga0.65As0.03Sb0.97 이고,
상기 AlGaAsSb 제2 장벽층의 조성비는 Al0.35Ga0.65As0.03Sb0.97 이고,
상기 AlGaAsSb 제3 장벽층의 조성비는 Al0.35Ga0.65As0.03Sb0.97 이고,
상기 InGaAsSb 제1 양자 우물층의 조성비는 In0.35Ga0.65As0.15Sb0.85 이고,
상기 InGaAsSb 제2 양자 우물층의 조성비는 In0.35Ga0.65As0.15Sb0.85 이고,
상기 AlGaAsSb 상부 크레딩층의 조성비는 Al0.9Ga0.1As0.08Sb0.92인 것을 특징으로 하는 적외선 발광 다이오드 소자.According to claim 1,
The composition ratio of the AlGaAsSb lower cladding layer is Al 0.9 Ga 0.1 As 0.08 Sb 0.92 ,
The AlGaAsSb first The composition ratio of the barrier layer is Al 0.35 Ga 0.65 As 0.03 Sb 0.97 ,
The AlGaAsSb second The composition ratio of the barrier layer is Al 0.35 Ga 0.65 As 0.03 Sb 0.97 ,
The AlGaAsSb third The composition ratio of the barrier layer is Al 0.35 Ga 0.65 As 0.03 Sb 0.97 ,
The composition ratio of the InGaAsSb first quantum well layer is In 0.35 Ga 0.65 As 0.15 Sb 0.85 ,
The composition ratio of the InGaAsSb second quantum well layer is In 0.35 Ga 0.65 As 0.15 Sb 0.85 ,
The composition ratio of the AlGaAsSb upper cladding layer is Al 0.9 Ga 0.1 As 0.08 Sb 0.92 . 제1 항에 있어서,
상기 InGaAsSb 제1 양자 우물층의 제1 두께는 5nm 내지 9 nm이고,
상기 InGaAsSb 제2 양자 우물층의 제2 두께는 10nm 내지 15 nm인 것을 특징으로 적외선 발광 다이오드 소자.According to claim 1,
The first thickness of the InGaAsSb first quantum well layer is 5nm to 9nm,
The second thickness of the InGaAsSb second quantum well layer is 10nm to 15nm infrared light emitting diode device. 제1 항에 있어서,
상기 GaSb 기판의 하부에 배치된 하부 전극 패턴을 더 포함하고,
상기 하부 전극 패턴은:
상기 GaSb 기판과 접촉하는 Ni 패턴;
상기 Ni 패턴 하부에 배치된 Ge 패턴; 및
상기 Ge 패턴 하부에 배치된 Au 패턴을 포함하고,
상기 하부 전극 패턴은 상기 GaSb 기판과 오믹 접합하는 것을 특징으로 적외선 발광 다이오드 소자.According to claim 1,
Further comprising a lower electrode pattern disposed under the GaSb substrate,
The lower electrode pattern is:
A Ni pattern in contact with the GaSb substrate;
A Ge pattern disposed under the Ni pattern; And
It includes the Au pattern disposed under the Ge pattern,
The lower electrode pattern is an infrared light emitting diode device, characterized in that ohmic bonding with the GaSb substrate. 제1 항에 있어서,
상기 GaSb 콘택층 상에 배치된 상부 전극 패턴을 더 포함하고,
상기 상부 전극 패턴은:
상기 GaSb 콘택층과 접촉하는 Ti 패턴;
상기 Ti 패턴 상에 배치된 Pt 패턴; 및
상기 Pt 패턴 상에 배치된 Au 패턴을 포함하고,
상기 상부 전극 패턴은 상기 GaSb 콘택층과 오믹 접합하는 것을 특징으로 적외선 발광 다이오드 소자.According to claim 1,
Further comprising an upper electrode pattern disposed on the GaSb contact layer,
The upper electrode pattern is:
A Ti pattern in contact with the GaSb contact layer;
A Pt pattern disposed on the Ti pattern; And
Includes the Au pattern disposed on the Pt pattern,
The upper electrode pattern is an infrared light emitting diode device, characterized in that ohmic bonding with the GaSb contact layer.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013239690A (en) * 2012-04-16 2013-11-28 Sharp Corp Superlattice structure, semiconductor device and semiconductor light emitting device including the superlattice structure, and method of making the superlattice structure
JP2015084361A (en) * 2013-10-25 2015-04-30 住友電気工業株式会社 Semiconductor element

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0646181B2 (en) * 1988-03-10 1994-06-15 東レエンジニアリング株式会社 Infrared carbon dioxide analyzer
JPH0779047A (en) * 1993-09-08 1995-03-20 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Infrared-ray semiconductor light emitting element
JPH09318528A (en) * 1996-05-28 1997-12-12 Matsushita Electric Works Ltd Gas sensor
JP3701102B2 (en) * 1997-05-28 2005-09-28 沖電気工業株式会社 LED array

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013239690A (en) * 2012-04-16 2013-11-28 Sharp Corp Superlattice structure, semiconductor device and semiconductor light emitting device including the superlattice structure, and method of making the superlattice structure
JP2015084361A (en) * 2013-10-25 2015-04-30 住友電気工業株式会社 Semiconductor element

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