KR102308701B1 - 자외선 발광소자 및 조명시스템 - Google Patents

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Abstract

실시예는 자외선 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.
실시예에 따른 자외선 발광소자는 제2 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(116); 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(116) 상에 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(117); 양자우물과 양자벽을 포함하여 상기 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(117) 상에 배치되는 활성층(114); 상기 활성층(114) 상에 배치된 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113);을 포함할 수 있다.

Description

자외선 발광소자 및 조명시스템{UV LIGHT EMITTING DEVICE AND LIGHTING SYSTEM}
실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting Device)는 전기에너지가 빛 에너지로 변환되는 특성의 p-n 접합 다이오드를 주기율표상에서 3족-5족 원소 또는 2족-6족 원소가 화합되어 생성될 수 있고, 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.
예를 들어, 질화물 반도체는 높은 열적 안정성과 폭 넓은 밴드갭 에너지에 의해 광소자 및 고출력 전자소자 개발 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 특히, 질화물 반도체를 이용한 자외선(UV) 발광소자, 청색(Blue) 발광소자, 녹색(Green) 발광소자, 적색(RED) 발광소자 등은 상용화되어 널리 사용되고 있다.
예를 들어, 자외선 발광소자(UV LED)의 경우, 200nm~400nm의 파장대에 분포되어 있는 빛을 발생하는 발광소자로서, 상기 파장대 에서, 단파장의 경우, 살균, 정화 등에 사용되며, 장파장의 경우 노광기 또는 경화기 등에 사용될 수 있다.
예를 들어, 근자외선 발광소자(Near UV LED)는 위폐감식, 수지 경화, 또는 자외선 치료 등에 사용되고 있고, 형광체와 조합되어 다양한 색상의 가시광선을 구현하는 조명 장치에서도 사용되고 있다.
한편, 자외선 발광소자는 청색 발광소자에 비해, 광 취득 효율 및 광 출력이 떨어진다는 문제가 있다. 이는 자외선 발광소자의 실용화에 장벽으로 작용하고 있다.
예를 들어, 자외선 발광소자에 사용되는 Ⅲ족 질화물은 가시광선에서 자외선까지 광범위하게 활용될 수 있으나, 가시광선 대비 자외선의 효율이 떨어지는 문제가 있다. 그 이유는 자외선의 파장으로 갈수록 Ⅲ족 질화물이 자외선을 흡수한다는 것과, 낮은 결정성에 의한 내부 양자효율의 저하가 원인이다.
이에 따라, 종래기술에 의하면 Ⅲ족 질화물에서의 자외선 흡수를 방지하기 위해, 성장기판, GaN층, AlGaN층, 활성층 등을 순차적으로 성장한 후에, 자외선 흡수 가능성이 있는 GaN층을 제거하고 AlGaN층을 노출시키고 있으나, AlGaN층의 낮은 결정성에 의해 내부 양자효율 저하의 문제는 해결하기 어려운 실정이다.
예를 들어, 종래기술에 의하면 GaN층에 AlGaN층 성장시 상호 격자상수 차이 등에 의해 AlGaN층에 인장응력(Tensile Stress)이 발생하여 크랙(Crack)이 발생함에 따라 결정품질이 저하되어 광도가 저하되는 문제가 있다.
또한 종래기술의 자외선 발광소자에서는 광 흡수를 줄이기 위해서 Al%가 높은 양자우물(Qb) 및 전자 차단층(EBL)을 사용하는데, 양자우물의 A%l의 조성이 높아 질수록 Mg-H에서 마그네슘이온(Mg+)이 되는 이온화에너지(Ionization E)가 높아지고 이로 인해 홀 농도(Hole Concentration)가 적어지고, 이 경우, P-side에서의 홀 농도(Hall concentration)가 충분치 못하여 광도(Po)가 낮아질 수 있다.
또한 종래기술의 자외선 발광소자에서는 광 흡수를 줄이기 위해서 Al%가 높은 경우, 양자우물(Qb)과 전차차단층(EBL) 사이에 접촉(contact) 저항이 높아져서 동작전압(VF3) 및 캐리어 주입(Carrier Injection)에 악영향을 미칠 수 있다.
또한 종래기술에 의하면, 텍스처링에 의한 광추출 구조를 형성하게 되는데, GaN층에 AlGaN층 성장시 격자상수 차이 등에 의해 AlGaN층을 두껍게 형성하기 어려우며, 이에 따라 GaN층 제거 후 노출되는 AlGaN층에 텍스처링에 의한 광추출 구조를 형성이 어려워 광추출 효율이 저하되는 문제가 있다.
실시예는 광도가 향상된 자외선 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
실시예는 동작전압(VF3) 및 캐리어 주입(Carrier Injection)을 향상시킬 수 있는 자외선 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
또한 실시예는 광추출 효율이 향상된 자외선 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 자외선 발광소자는 제2 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(116); 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(116) 상에 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(117); 양자우물과 양자벽을 포함하여 상기 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(117) 상에 배치되는 활성층(114); 상기 활성층(114) 상에 배치된 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113);을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 조명시스템은 상기 발광소자를 구비하는 조명유닛을 포함할 수 있다.
실시예는 에피층의 결정품질 향상에 따라 광도가 향상된 자외선 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한 실시예는 라스트 양자벽과 전자 차단층 사이에 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층을 배치함으로써 홀주입 효율이 현저히 향상되고, 이를 통해 동작전압(VF3) 및 캐리어 주입(Carrier Injection)을 향상시킬 수 있다.
또한 실시예는 광추출 효율이 현저히 향상된 자외선 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 자외선 발광소자의 단면도.
도 2는 실시예에 따른 자외선 발광소자의 에너지 밴드 다이어 그램의 부분 예시도.
도 3a은 실시예에 따른 자외선 발광소자의 도핑 비율에 따른 캐리어 이동도(Mobility) 데이터.
도 3b는 실시예에 따른 자외선 발광소자의 도핑 비율에 따른 캐리어 농도 데이터.
도 4는 제2 실시예에 따른 자외선 발광소자의 단면도.
도 5 내지 도 15는 실시예에 따른 발광소자의 제조방법 공정 단면도.
도 16은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 17은 실시예에 따른 조명 장치의 사시도.
실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on/over)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on/over)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
(실시예)
도 1은 제1 실시예에 따른 자외선 발광소자(100)의 단면도이다.
실시예에 따른 자외선 발광소자(100)는 제2 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(116)과, 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(116) 상에 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(117)과, 양자우물과 양자벽을 포함하여 상기 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(117) 상에 배치되는 활성층(114)과, 상기 활성층(114) 상에 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113)을 포함할 수 있다.
상기 제2 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(116)과, 상기 활성층(114) 및 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113)은 발광구조물(110)을 구성할 수 있다.
실시예는 수직형 자외선 발광소자에 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 발광구조물(110)은 제2 전극층(120) 상에 배치되고, 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113) 상에 제1 전극(131)이 배치될 수 있다. 상기 제2 전극층(120)은 컨택층(122), 반사층(124) 및 전도성 지지부재(126)를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 실시예에 따른 자외선 발광소자는 수평형 자외선 발광소자에도 적용될 수 있다.
실시예에서 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(116)은 p형 제1 반도체층이고, 상기 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(117)은 Si이 도핑된 p형 제2 반도체층(117)일 수 있다.
실시예는 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(116)과 상기 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(117) 사이에 배치되는 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1,0≤y≤1)계열 반도체층(115)을 포함할 수 있다. 상기 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1,0≤y≤1)계열 반도체층(115)은 전자차단층으로 기능할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 실시예에 따른 자외선 발광소자의 에너지 밴드 다이어 그램의 부분 예시도이다.
도 3a는 실시예에 따른 자외선 발광소자의 도핑 비율에 따른 캐리어 이동도(Mobility) 데이터이며, 도 3b은 실시예에 따른 자외선 발광소자의 이온도핑 비율에 따른 캐리어 농도 데이터이다.
도 2와 같이, 실시예에서 상기 활성층(114)은 상기 양자벽 중에 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(116)과 가장 인접한 라스트 양자벽(114BL)과 상기 양자우물 중에 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(116)과 가장 인접한 라스트 양자우물(114WL)을 포함할 수 있다.
이때, 상기 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(117)은 상기 라스트 양자벽(114BL)과 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(116) 사이에 배치될 수 있다.
상기 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(117)의 밴드갭 에너지 준위는 상기 라스트 양자우물(114WL)보다 높을 수 있다.
상기 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(117)의 밴드갭 에너지 준위는 상기 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1,0≤y≤1)계열 반도체층(115)보다 낮을 수 있다.
상기 상기 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(117)의 밴드갭 에너지 준위는 상기 라스트 양자벽(114BL)가 같을 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 실시예에서 상기 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(117)은 상기 라스트 양자벽(114BL)과 상기 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1,0≤y≤1)계열 반도체층(115) 사이에 배치될 수 있다.
상기 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(117)은 Si이 도핑된 p형 제2 반도체층(117)일 수 있으며, 실시예에 의하면 라스트 양자벽(114BL)과 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1,0≤y≤1)계열 반도체층(115) 사이에 Si이 도핑된 p형 제2 반도체층(117)을 구비할 수 있다.
실시예에 의하면 Si이 도핑된 p형 제2 반도체층(117)이 라스트 양자벽(114BL)과 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1,0≤y≤1)계열 반도체층(115) 사이에 개재됨으로써 홀 주입효율(Hole Injection)이 현저히 향상될 수 있다.
예를 들어, Mg과 이보다 작은 농도의 Si을 함께 도핑(Co-doping)하여 Si 도핑된 p형 제2 반도체층(117)을 형성하는 경우, ADA(acceptor and donor) complex가 형성되어 acceptor인 Mg의 이온화 에너지(Activation E)를 낮춤으로써 홀 주입효율(Hole Injection)이 현저히 향상될 수 있다.
상기 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(117)은 p형 AlpGa1-pN층(0<p<1)일 수 있다.
상기 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(117)에서 Al의 조성(p)은 0.05~0.2일 있다. 상기 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(117)에서 Al의 조성(p)이 0.05 미만이면 캐리어 구속(Carrier Confinement)에 불리할 수 있고, 0.2 초과이면 홀 농도(Hole Concentration)에 불리할 수 있다.
도 3a는 실시예에 따른 자외선 발광소자의 도핑 비율에 따른 캐리어 이동도(Mobility) 데이터이며, 도 3b은 실시예에 따른 자외선 발광소자의 이온도핑 비율에 따른 캐리어 농도 데이터이다.
실시예에서 상기 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(117)에서 Si/Mg의 비율은 0.05%~0.5% 일 수 있으며, 0.1%~0.3% 일 때 더욱 효과적일 수 있다.
예를 들어, 상기 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(117)에서 Si/Mg 비율이 0.1%~0.3%일 때 홀 농도(Hole Concentration)관점에서 우수하여 홀 주입효율(Hole Injection)이 매우 향상될 수 있다.
상기 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(117)에서 Mg의 농도는 약 4X1019 (atoms/cm3) 내지 6X1019(atoms/cm3)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
일반적으로 홀 농도(Hole Concentration)가 높아지면 홀 이동도(Hole Mobility) 가 낮아지는데, 실시예에 의하면 Si이 도핑된 p형 제2 반도체층(117)이 라스트 양자벽(114BL)과 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1,0≤y≤1)계열 반도체층(115) 사이에 개재됨으로써 ADA(acceptor and donor) complex가 형성되어 Mg의 이온화 에너지를 낮춤으로써 홀 농도(Hole concentration)가 높아짐과 아울러 홀 이동도(Hone Mobility)가 크게 감소하지 않음으로써 홀 주입효율(Hole Injection Efficiency)가 현저히 좋아질 수 있다.
실시예에서 Si이 도핑된 p형 제2 반도체층(117)의 두께는 4nm~6nm 일 수 있다. Si이 도핑된 p형 제2 반도체층(117)의 두께가 4nm 미만의 경우 홀 주입(Hole Injection)의 효과를 보기 어렵고, 6nm 초과의 경우 결정 품질이 저하될 수 있다.
도 4는 제2 실시예에 따른 자외선 발광소자(102)의 단면도이다.
제2 실시예는 제1 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있으며, 이하 제2 실시예의 주된 특징을 위주로 설명하기로 한다.
제2 실시예는 에피층의 결정품질 향상에 따라 광도가 향상된 자외선 발광소자를 제공하고자 한다.
종래기술에 의하면 GaN층에 AlGaN층 성장시 격자상수 차이 등에 의해 AlGaN층에 인장응력이 발생하여 크랙이 발생함에 따라 결정품질이 저하되어 광도가 저하되는 문제가 있고, 이러한 크랙은 수율 및 광특성 저하를 가져오고 있다.
또한 종래기술에 의하면, AlGaN층을 성장함에 따라 격가상수 차이의 누적에 의해 인장응력은 더욱 강해진다. 예를 들어, AlGa층에서 Al%가 약 5%인경우, AlGaN층이 약 2.5㎛ 이상으로 성장되면 크랙이 기하 급수적으로 늘어나기 때문에 2.5㎛ 이상으로 AlGaN층을 성장하기 어려움이 있고, 이러한 크랙 발생으로 인해 수율 및 광특성 저하가 발생되고 있다.
또한 실시예는 광추출 효율이 현저히 향상된 자외선 발광소자를 제공하고자 한다.
종래 발광소자에서는 칩(Chip) 제작시 에칭(etching)공정을 통해 텍스쳐링(Texturing)을 형성하여 광추출 구조를 형성하게 되는데, 종래기술의 경우 AlGaN층을 두껍게 형성할 수 없기 때문에, 광추출 구조 형성을 위한 에칭 공정시 활성층이 손상되는 문제가 있어서 광추출 구조를 형성하지 못하거나, 형성하더라도 활성층의 손상에 따라 발광소자 칩의 전기적인 신뢰성을 저하시키는 문제가 있었다.
도 4와 같이, 제2 실시예에 따른 발광소자(100)는 제2 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(116)과, 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(116) 상에 활성층(114)과, 상기 활성층(114) 상에 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113) 및 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113) 상에 수평폭이 감소하는 제1 AlGaN 계열 광추출 패턴(P1)을 포함할 수 있다.
상기 발광구조물(110) 하측에는 컨택층(122), 반사층(124) 및 전도성 지지부재(126)을 포함하는 제2 전극층(120)이 배치될 수 있으며, 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113) 상에 제1 전극(131)을 더 포함하여 수직형 구조의 발광소자 칩이 될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시에에서 상기 제1 AlGaN 계열 광추출 패턴(P1)은 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113)과 같은 물질로 형성될 수 있다.
실시예에서 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113)의 두께(D1)는 약 2.5㎛ 이상 확보됨으로써 제1 AlGaN 계열 광추출 패턴(P1)을 안정적으로 구비함으로써 광추출 효율을 높일 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113)의 두께(D1)는 약 2.5㎛ 내지 5.0 ㎛로 크랙(Crack) 없이 높은 품질(High quality)로 확보됨으로써 발광효율을 향상, 신뢰성의 향상과 더불어 제1 AlGaN 계열 광추출 패턴(P1)을 전기적인 숏트 없이 구비할 수 있어 광추출 효율을 현저히 향상시킬 수 있다.
또한 실시예는 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113)의 상측 표면에 AlGaN 계열 제2 광추출 패턴(P2)을 더 포함하여 광추출 효율을 현저히 향상시킬 수 있다.
실시예에 의하면, 도 5와 같이 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113)에서의 크랙(Crack) 발생을 억제하기 위하여, 높은 조성(High Composition) AlGaN 계열 응력완화층(118)을 삽입하여 스트레스(Stress)를 제거하고, AlGaN 계열 응력완화층(118)을 삽입에 따라 발생된 크랙(Crack)은 GaN 계열 패턴(119)에 의해 메워짐으로써, 이후 두껍게 성장되는 저농도(Low Composition)의 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113)은 인장응력(Tensilie Stress)이 아닌 오히려 압축응력(Compressive Stress)를 받기 때문에 크랙(Crack) 발생을 현저히 억제 할 수 있다.
제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113)에서 크랙(Crack)이 발생하지 않으면 2.5㎛ 이상으로 두껍게 성장이 가능하여 광추출 패턴 형성공정이 가능하여 광추출 효율을 향상시키면서 신뢰성을 높일 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 14를 참조하여 실시예에 따른 자외선 발광소자의 제조방법을 설명하기로 한다. 이하에서, 제2 실시예를 기준으로 설명하나 실시예의 제조방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
우선, 도 5와 같이 기판(105)을 준비한다. 상기 기판(105)은 열전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판일수 있다. 예를 들어, 상기 기판(105)은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, and Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 상기 기판(105) 위에는 요철 구조가 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 기판(105) 위에는 버퍼층(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 버퍼층은 이후 형성되는 발광구조물(110)의 재료와 기판(105)의 격자 부정합을 완화시켜 줄 수 있으며, 상기 버퍼층의 재료는 3족-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 제1 기판(105) 상에 제1 도전형 반도체층(112)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 반도체층(112)은 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있고, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(112)이 n형 반도체층인 경우, 상기 제1 도전형 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 제1 도전형 반도체층(112)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 반도체층(112)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN,AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 제1 AlGaN 계열 응력완화층(118a)을 형성할 수 있다. 이후, 제1 AlGaN 계열 응력완화층(118a) 상에 제2 AlGaN 계열 응력완화층(118b)을 형성하여 AlGaN 계열 응력완화층(118)을 형성할 수 있다.
실시예에 의하면, 이후 형성되는 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113)에서의 크랙(Crack) 발생을 억제하기 위하여, 높은 조성(High Composition) AlGaN 계열 응력완화층(118)을 삽입하여 스트레스(Stress)를 제거하고, AlGaN 계열 응력완화층(118)을 삽입에 따라 발생된 크랙(Crack)은 GaN 계열 패턴(119)에 의해 메워짐으로써, 이후 두껍게 성장되는 저농도(Low Composition)의 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113)은 인장응력(Tensilie Stress)이 아닌 오히려 압축응력(Compressive Stress)를 받기 때문에 크랙(Crack) 발생을 현저히 억제 할 수 있다.
이를 통해, 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113)에서 크랙(Crack)이 발생하지 않으면 2.5㎛ 이상으로 두껍게 성장이 가능하여 광추출 패턴 형성공정이 가능하여 광추출 효율을 향상시키면서 신뢰성을 높일 수 있다.
다름으로, 도 6과 같이 AlGaN 계열 응력완화층(118) 상에 GaN 계열 패턴(119)을 형성하고, 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113)을 형성할 수 있다.
이하, 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113)에서 크랙(Crack)이 발생하지 않는 메커니즘을 좀 더 상술하기로 한다.
실시예에 의하면 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113) 보다 Al 조성이 더 높은 AlGaN 계열 응력완화층(118)을 삽입하여 일부러 11-20 방향의 미스핏 전위(Misfit dislocation)을 생성하여 기존 응력(Stress)을 완화(relief)하고, 3D mode로 성장되는 GaN 계열 패턴(119)에 의해 AlGaN 계열 응력완화층(118) 삽입으로 유발된 크랙을 메워 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113) 성장시 크랙 발생을 억제함과 동시에 결정 품질(Quality)를 향상시킬 수 있다.
Al 조성이 더 높은 AlGaN 계열 응력완화층(118)에 의해서 발생된 크랙은 GaN 계열 패턴(119), 예를 들어 GaN Island 패턴 들에 의해 부분부분 메워지며, 크랙이 발생하지 않은 부분은 Al 조성이 높은 AlGaN 계열 응력완화층(118) 영역이기 때문에 격자상수가 작아 그 이후에 두껍게 성장되는 Al 농도가 낮은 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113)은 인장응력(Tensile Stress)이 아닌 오히려 압축응력(Compressive Stress)를 받기 때문에 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113)에서의 크랙(Crack) 발생을 억제 할 수 있다.
이하, AlGaN 계열 응력완화층(118)에 대해서 좀 더 상술하기로 한다.
실시예에서 AlGaN 계열 응력완화층(118)은 하나층이거나 복수의 층으로 구비될 수 있다. 한편, 실시예에서 최상측에 배치되는 AlGaN 계열 응력완화층(118) 이후의 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113)은 적어도 1.5㎛ 이상일 수 있다. 이를 통해 전체 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113)의 두께는 2.5 ㎛ 이상으로 확보될 수 있다.
실시예에서 자외선 발광소자가 약 365nm UVLED인 경우, 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113)에서의 Al 조성(x)은 약 2% 내지 8%일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 AlGaN 계열 응력완화층(118)은 제1 AlGaN 계열 응력완화층(118a)과 제2 AlGaN 계열 응력완화층(118b)을 포함할 수 있다.
AlGaN 계열 응력완화층(118)은 nAlyGaN(x<y<0.5)의 Al 조성(y)를 구비할 수 있다. 또한 AlGaN 계열 응력완화층(118)의 Al 조성(y)은 약 0.25 내지 0.35 일 때 더욱 효과적일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
AlGaN 계열 응력완화층(118)의 Al 조성(y)이 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113)의 Al의 조성(x)보다 작을 경우, 크랙(Crack)이 대량으로 생성되지 않아서 스트레스 완화(Stress relief)에 효과적이지 못하고, 그 이후에 성장되는 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113)에서 계속해서 인장응력(Tensile Stress)이 작용되어 크랙이 발생할 가능성이 있다.
AlGaN 계열 응력완화층(118)의 Al 조성(y)이 0.50 이상인 경우 격자상수 차이에 의해 필요이상의 대량의 크랙 및 미스핏 전위(Misfit dislocation)이 발생하여 품질(Quality)에 안 좋을 수 있다.
실시예에서 AlGaN 계열 응력완화층(118)의 두께는 50nm 내지 200nm일 수 있으며, 그 두께가 80nm 내지 120nm 일 때 더욱 효과적일 수 있다.
상기 AlGaN 계열 응력완화층(118)의 두께가 50nm 미만인 경우, 인장응력(Tensile Stress)이 충분히 발생하지 않아 크랙, 미스핏 전위 들이 발생하지 않을 가능성이 있고, 그 두께가 200nm 보다 두꺼울 경우 필요이상의 대량의 크랙 및 미스핏 전위가 발생하여 품질이 저하될 수 있다.
다음으로, 도 6을 참조하여 GaN 계열 패턴(119)을 설명하기로 한다.
상기 GaN 계열 패턴(119)은 언도프트 GaN 계열 패턴 또는 제1 도전형 GaN 계열 패턴을 포함할 수 있다.
상기 GaN 계열 패턴(119)은 3D mode로 성장될 수 있다. 예를 들어, 제2 AlGaN 계열 응력완화층(118b)의 Facet 면에서 성장하기 때문에 크랙을 메울 수 있다.
상기 GaN 계열 패턴(119)이 Facet 면으로 성장, 즉 3D Mode 성장하기 위해서 약 700℃ 내지 1100℃의 온도에서 성장될 수 있다.
한편, 약 700℃ 내지 800℃의 저온에서 성장하게 되면 품질(Quality)이 안 좋아질 수 있으므로 약 900℃ 내지 1100℃의 온도, 약 400mbar~500mbar 정도의 높은 압력에서 성장을 하면 3D 성장이 품질을 유지하면서 가능할 수 있다.
한편, Ⅴ/Ⅲ 가 높으면 2D mode 가 강화되고, 낮을 경우 3D mode 가 강화되는데 Ⅴ/Ⅲ Reactor 종류에 따라 다르므로 각 장비에 따른 최적 조건을 찾아야 한다.
예를 들어, 온도는 약 900℃ 내지 1100℃가 적정하며, 압력은 400mbar~500mbar 사이에서 Ⅴ/Ⅲ 최적조건을 찾아서 성장하면 3D-mode로 성장이 가능하다.
상기 GaN 계열 패턴(119)의 두께는 약 10nm 내지 50nm일 수 있으며, 약 20nm 내지 30nm 일 때, 더 효과적일 수 있다.
상기 GaN 계열 패턴(119)의 두께가 10nm 보다 얇을 경우, 크랙을 효과적으로 메우기 어려우며, 그 두께가 50nm 초과인 경우 GaN 계열 패턴(119)에서의 광 흡수에 의한 광 손실이 일어날 수 있다.
상기 GaN 계열 패턴(119)이 언도프트 GaN 계열 패턴인 경우 전류 확산(Current Spreading) 효과를 볼 수 있다. 상기 GaN 계열 패턴(119)이 잔존하는 경우 이후 형성되는 제1 전극과 상하간에 오버랩되어 전류확산효과를 더욱 증대시킬 수 있다.
상기 GaN 계열 패턴(119)이 제1 도전형 GaN 계열 패턴을 포함하는 경우, n형 도펀트의 농도는 0 초과 내지 1.0x1020일 수 있으며, n형 도펀트 도핑에 의해 전류주입효율이 증대될 수 있다.
한편, 도 7과 같이, 다른 실시예에서 GaN 계열 패턴(119)이 AlGaN 계열 응력완화층(118) 상에 형성 중에 그 사이에 공기층(air layer)(V)이 형성될 수 있으며, 공기층(V)에 의해 광 확산에 의해 광추출 효율이 향상될 수 있다.
다음으로 도 8과 같이, 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113) 상에 활성층(114)이 형성될 수 있다.
상기 활성층(114)은 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 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 활성층(114)은 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 트리메틸 인듐 가스(TMIn)가 주입되어 다중 양자우물구조가 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성층(114)은 양자우물과 양자벽을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(114)은 AlGaN/GaN, AlGaN/AlGaN, InGaN/GaN, InGaN/InGaN, InAlGaN/GaN, GaAs/AlGaAs, InGaAs/AlGaAs, GaP/AlGaP, InGaP AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
실시예는 상기 활성층(114) 상에 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(117)을 형성할 수 있다. 이후 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1,0≤y≤1)계열 반도체층(115), 제2 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(116)이 형성될 수 있다.
이하 도 2를 참조하여 출원발명의 기술적인 특징을 상술하기로 한다.
실시예에서 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(116)은 p형 제1 반도체층이고, 상기 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(117)은 Si이 도핑된 p형 제2 반도체층(117)일 수 있다.
실시예는 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(116)과 상기 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(117) 사이에 배치되는 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1,0≤y≤1)계열 반도체층(115)을 더 포함할 수 있다.
상기 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1,0≤y≤1)계열 반도체층(115)은 전자 차단(electron blocking) 및 활성층의 클래딩(MQW cladding) 역할을 해줌으로써 발광효율을 개선할 수 있다.
도 2와 같이, 실시예에서 상기 활성층(114)은 상기 양자벽 중에 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(116)과 가장 인접한 라스트 양자벽(114BL)과 상기 양자우물 중에 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(116)과 가장 인접한 라스트 양자우물(114WL)을 포함할 수 있다.
이때, 상기 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(117)은 상기 라스트 양자벽(114BL)과 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(116) 사이에 배치될 수 있다.
또한 실시예에서 상기 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(117)은 상기 라스트 양자벽(114BL)과 상기 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1,0≤y≤1)계열 반도체층(115) 사이에 배치될 수 있다.
상기 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(117)은 Si이 도핑된 p형 제2 반도체층(117)일 수 있으며, 실시예에 의하면 라스트 양자벽(114BL)과 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1,0≤y≤1)계열 반도체층(115) 사이에 Si이 도핑된 p형 제2 반도체층(117)을 구비할 수 있다.
실시예에 의하면 Si이 도핑된 p형 제2 반도체층(117)이 라스트 양자벽(114BL)과 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1,0≤y≤1)계열 반도체층(115) 사이에 개재됨으로써 홀 주입효율(Hole Injection)이 현저히 향상될 수 있다. 예를 들어, Mg과 이보다 작은 농도의 Si을 함께 도핑(Co-doping)하여 Si 도핑된 p형 제2 반도체층(117)을 형성하는 경우, ADA(acceptor and donor) complex가 형성되어 acceptor인 Mg의 이온화 에너지(Activation E)를 낮춤으로써 홀 주입효율(Hole Injection)이 현저히 향상될 수 있다.
상기 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(117)은 p형 AlpGa1-pN층(0<p<1)일 수 있다.
상기 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(117)에서 Al의 조성(p)은 0.05~0.2일 있다. 상기 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(117)에서 Al의 조성(p)이 0.05 미만이면 캐리어 구속(Carrier Confinement)에 불리할 수 있고, 0.2 초과이면 홀 농도(Hole Concentration)에 불리할 수 있다.
도 3a 및 도 3b와 같이, 실시예에서 상기 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(117)에서 Si/Mg의 비율은 0.05%~0.5% 일 수 있으며, 0.1%~0.3% 일 때 더욱 효과적일 수 있다.
예를 들어, 상기 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(117)에서 Si/Mg 비율이 0.1%~0.3% 일 때가 홀 농도(Hole Concentration)관점에서 우수하여 홀 주입효율(Hole Injection)이 현저히 향상될 수 있다.
상기 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(117)에서 Mg의 농도는 약 4X1019 (atoms/cm3) 내지 6X1019(atoms/cm3)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
일반적으로 홀 농도(Hole Concentration)가 높아지면 홀 이동도(Hole Mobility) 가 떨어지는데, 실시예에 의하면 Si이 도핑된 p형 제2 반도체층(117)이 라스트 양자벽(114BL)과 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1,0≤y≤1)계열 반도체층(115) 사이에 개재됨으로써 ADA(acceptor and donor) complex가 형성되어 Mg의 이온화 에너지를 낮춤으로써 홀 농도(Hole concentration)가 높아짐과 아울러 홀 이동도(Hone Mobility)가 크게 감소하지 않음으로써 홀 주입효율(Hole Injection Efficiency)가 현저히 좋아질 수 있다.
실시예에서 Si이 도핑된 p형 제2 반도체층(117)의 두께는 4nm~6nm 일 수 있다. Si이 도핑된 p형 제2 반도체층(117)의 두께가 4nm 미만의 경우 홀 주입(Hole Injection)의 효과를 보기 어렵고, 6nm 초과의 경우 결정 품질이 저하될 수 있다.
다음으로, 도 8을 참조하면, 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(116)은 반도체 화합물, 예를 들어 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(116) AlqGa1-qN (0≤q≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(116)이 p형 반도체층인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
실시예에서 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113)은 n형 반도체층, 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(116)은 p형 반도체층으로 구현할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
또한 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(116) 위에는 상기 제2 도전형과 반대의 극성을 갖는 반도체 예컨대 n형 반도체층(미도시)을 형성할 수 있다. 이에 따라 발광구조물(110)은 n-p 접합 구조, p-n 접합 구조, n-p-n 접합 구조, p-n-p 접합 구조 중 어느 한 구조로 구현할 수 있다.
다음으로 도 9와 같이, 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(116) 상에 제2 전극층(120)이 형성될 수 있다. 상기 제2 전극층(120)은 컨택층(122), 반사층(124) 및 전도성 지지부재(126)가 형성될 수 있다.
상기 컨택층(122)은 캐리어 주입을 효율적으로 할 수 있도록 단일 금속 혹은 금속합금, 금속산화물 등을 다중으로 적층하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 컨택층(122)은 반도체와 전기적인 접촉인 우수한 물질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 컨택층(122)은 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), GZO(gallium zinc oxide), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
상기 컨택층(122) 상에는 반사층(124)이 형성될 수 있다. 상기 반사층(124)은 반사성이 우수하고, 전기적인 접촉이 우수한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 반사층(124)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 반사층(124)은 상기 금속 또는 합금과 IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 다층으로 형성할 수 있으며, 예를 들어, IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni 등으로 적층할 수 있다.
다음으로, 상기 반사층(124) 상에 전도성 지지부재(126)가 형성될 수 있다.
상기 전도성 지지부재(126)는 효율적으로 캐리어 주입할 수 있도록 전기 전도성이 우수한 금속, 금속합금, 혹은 전도성 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 전도성 지지부재(126)는 구리(Cu), 금(Au), 구리합금(Cu Alloy), 니켈(Ni-nickel), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예: GaN, Si, Ge, GaAs, ZnO, SiGe, SiC 등) 등을 선택적으로 포함할 수 있다.
상기 전도성 지지부재(126)를 형성시키는 방법은 전기화학적인 금속증착방법이나 유테틱 메탈을 이용한 본딩 방법 등을 사용할 수 있다.
다음으로, 도 10과 같이 상기 기판(105)이 발광구조물(110)로부터 제거될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(105)을 제거하는 방법은 고출력의 레이저를 이용하여 기판을 분리하거나 화학적 식각 방법을 사용할 수 있다. 또한, 상기 기판(105)은 물리적으로 갈아냄으로써 제거할 수도 있다.
예를 들어, 레이저 리프트 오프 방법은 상온에서 소정의 에너지를 가해주게 되면 상기 기판(105)과 발광구조물의 계면에서 에너지가 흡수되어 발광구조물의 접합표면이 열분해 되어 기판(105)과 발광구조물을 분리할 수 있다.
다음으로 도 11과 같이, 제1 도전형 반도체층(112)을 습식 또는 건식 에칭 등으로 제거하여 AlGaN 계열 응력완화층(118)이 노출되도록 할 수 있다.
다음으로 도 12와 같이, AlGaN 계열 응력완화층(118)과 GaN 계열 패턴(119)을 순차적 또는 동시에 습식 또는 건식 에칭 등으로 제거하여 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113)이 노출되도록 할 수 있다.
이를 통해, 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113) 상에 제1 AlGaN 계열 광추출 패턴(P1)이 형성될 수 있으며, 제1 AlGaN 계열 광추출 패턴(P1)은 규칙적인 패턴이거나 불규칙적인 패턴 또는 이들의 혼합일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
실시예에서 상기 제1 AlGaN 계열 광추출 패턴(P1)은 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113) 상에 소정의 수평폭을 구비하며, 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113)과 같은 물질로 형성될 수 있다.
실시예에 의하면, 상기 제1 AlGaN 계열 광추출 패턴(121)의 수평폭이 점차 감소함에 따라 광추출 표면적을 넓힐 수 있고, 외부로 광추출 될 수 있는 가능성을 높여 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
실시예에서 상기 제1 AlGaN 계열 광추출 패턴(P1)의 높이를 제외한 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113)의 두께가 1.5 ㎛ 이상, 예를 들어 2.5 ㎛ 내지 5.0 ㎛로 구비됨으로써 광추출 패턴으로서의 기능을 충실히 수행하면서 발광소자 칩에 전기적인 신뢰성에 영향을 미치지 않을 수 있다.
다음으로 도 13과 같이, 상기 제1 AlGaN 계열 광추출 패턴(P1) 사이에 제2 AlGaN 계열 광추출 패턴(P2)을 형성할 수 있다.
상기 제2 AlGaN 계열 광추출 패턴(P2)은 상기 제1 AlGaN 계열 광추출 패턴(P1)의 측면과 상면에도 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이를 통해, 사이즈가 큰 제1 AlGaN 계열 광추출 패턴(P1) 및 이보다 사이즈가 작은 제2 AlGaN 계열 광추출 패턴(P2)를 통해 복합적인 광추출 메커니즘의 작동에 의해 광추출 효율이 더욱 향상될 수 있다.
다음으로, 도 14와 같이, 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113) 상에 제1 전극(131)을 형성할 수 있다. 상기 제1 전극(131)은 Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다.
이를 통해 실시예에 따른 자외선 발광소자를 제조할 수 있다.
자외선 발광소자는 파장이 긴 순서대로 UV-A((315~400nm)), UV-B(280~315nm), UV-C(200~280nm) 세 가지고 나뉜다.
실시예에 따른 자와선 발광소자(UV LED)는 파장에 따라, UV-A(315~400nm) 영역은 산업용 UV경화, 인쇄 잉크경화, 노광기, 위폐감별, 광촉매 살균, 특수조명(수족관/농업용 등) 등의 다양하게 적용될 수 있고, UV-B (280~315nm) 영역은 의료용으로 사용될 수 있고, UV-C(200~280nm) 영역은 공기 정화, 정수, 살균 제품 등에 적용될 수 있다.
실시예에 따른 발광소자는 패키지 형태로 복수개가 기판 상에 어레이될 수 있으며, 발광소자 패키지에서 방출되는 광의 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트, 형광 시트 등이 배치될 수 있다.
실시예에 따른 발광소자는 백라이트 유닛, 조명 유닛, 디스플레이 장치, 지시 장치, 램프, 가로등, 차량용 조명장치, 차량용 표시장치, 스마트 시계 등에 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 도 15는 실시예들에 따른 발광소자가 설치된 발광소자 패키지(200)를 설명하는 도면이다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지는 패키지 몸체부(205)와, 상기 패키지 몸체부(205)에 설치된 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)과, 상기 패키지 몸체부(205)에 설치되어 상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)과 전기적으로 연결되는 발광 소자(100)와, 상기 발광 소자(100)를 포위하는 몰딩부재(230)가 포함된다.
상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광 소자(100)에 전원을 제공하는 역할을 한다. 또한, 상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)은 상기 발광 소자(100)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시키는 역할을 할 수 있으며, 상기 발광 소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
상기 발광 소자(100)는 상기 제3 전극층(213) 및/또는 제4 전극층(214)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다.
상기 발광소자(100)는 제1 실시예에 따른 자외선 발광소자일 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 제2 실시예에 따른 발광소자(102), 제3 실시예에 따른 발광소자(103) 등을 포함할 수 있다.
상기 몰딩부재(230)에는 형광체(232)가 포함되어 백색광의 발광소자 패키지가 될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 16은 실시예에 따른 조명시스템의 분해 사시도이다.
실시예에 따른 조명 장치는 커버(2100), 광원 모듈(2200), 방열체(2400), 전원 제공부(2600), 내부 케이스(2700), 소켓(2800)을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 조명 장치는 부재(2300)와 홀더(2500) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 상기 광원 모듈(2200)은 실시 예에 따른 발광소자 또는 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
상기 광원 모듈(2200)은 광원부(2210), 연결 플레이트(2230), 커넥터(2250)를 포함할 수 있다. 상기 부재(2300)는 상기 방열체(2400)의 상면 위에 배치되고, 복수의 광원부(2210)들과 커넥터(2250)이 삽입되는 가이드홈(2310)들을 갖는다.
상기 홀더(2500)는 내부 케이스(2700)의 절연부(2710)의 수납홈(2719)를 막는다. 따라서, 상기 내부 케이스(2700)의 상기 절연부(2710)에 수납되는 상기 전원 제공부(2600)는 밀폐된다. 상기 홀더(2500)는 가이드 돌출부(2510)를 갖는다.
상기 전원 제공부(2600)는 돌출부(2610), 가이드부(2630), 베이스(2650), 연장부(2670)를 포함할 수 있다. 상기 내부 케이스(2700)는 내부에 상기 전원 제공부(2600)와 함께 몰딩부를 포함할 수 있다. 몰딩부는 몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 상기 전원 제공부(2600)가 상기 내부 케이스(2700) 내부에 고정될 수 있도록 한다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
제2 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(116),
Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(117),
활성층(114), 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113)

Claims (12)

  1. 제2 전극층 상에 배치되는 제2 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층;
    상기 제2 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층 상에 배치되는 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1)계열 반도체층;
    상기 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1)계열 반도체층 상에 배치되는 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층;
    양자우물과 양자벽을 포함하여 상기 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층 상에 배치되는 활성층;
    상기 활성층 상에 배치된 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층;
    상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층 상에 배치되는 제1 전극;을 포함하고,
    상기 활성층은,
    상기 양자벽 중에 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층과 가장 인접한 라스트 양자벽; 및
    상기 양자우물 중에 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층과 가장 인접한 라스트 양자우물;을 포함하고,
    상기 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층은 상기 라스트 양자벽과 상기 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1,0≤y≤1)계열 반도체층 사이에 배치되고,
    상기 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층에서,
    Si의 도핑농도는 제2 도전형 도핑원소의 도핑농도보다 작고,
    상기 제2 도전형 도핑원소은 Mg이고, Si/Mg의 도핑농도 비율은 0.1%~0.3%이고,
    상기 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층의 밴드갭 에너지는, 상기 라스트 양자벽과 동일하며 상기 제2 도전형 AlGaN계열 제1 반도체층보다 크고 상기 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1)계열 반도체층보다 작고,
    상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층 상에는,
    서로 이격된 복수의 제1 AlGaN 계열 광추출 패턴; 및
    상기 복수의 제1 AlGaN 계열 광추출 패턴 사이에 배치되는 제2 AlGaN 계열 광추출 패턴을 포함하고,
    상기 제1 AlGaN 계열 광추출 패턴은 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층과 같은 물질로 형성되고,
    상기 제1 전극은 상기 제1 AlGaN 계열 광추출 패턴 상에 배치되고,
    수직 방향을 기준으로, 상기 제1 AlGaN 계열 광추출 패턴의 높이는 상기 제2 AlGaN 계열 광추출 패턴의 높이보다 높은 자외선 발광소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층의 두께는 4nm 내지 6nm인 자외선 발광소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 AlGaN 계열 광추출 패턴은 상기 제1 AlGaN 계열 광출 패턴의 측면 및 상면에 더 배치되는 자외선 발광소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층의 조성은 p형 AlpGa1-pN층(0<p<1)이며,
    상기 Si이 도핑된 제2 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층에서 Al의 조성(p)은 0.05~0.2 범위인 자외선 발광소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층의 두께는 2.5㎛ 내지 5㎛인 자외선 발광소자.
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