KR102317872B1 - 자외선 발광소자 및 조명시스템 - Google Patents
자외선 발광소자 및 조명시스템 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102317872B1 KR102317872B1 KR1020150038016A KR20150038016A KR102317872B1 KR 102317872 B1 KR102317872 B1 KR 102317872B1 KR 1020150038016 A KR1020150038016 A KR 1020150038016A KR 20150038016 A KR20150038016 A KR 20150038016A KR 102317872 B1 KR102317872 B1 KR 102317872B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- semiconductor layer
- conductivity
- algan
- light emitting
- emitting device
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 123
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 119
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 38
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 11
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 18
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 16
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 6
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 5
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000001723 curing Methods 0.000 description 3
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 3
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- VRIVJOXICYMTAG-IYEMJOQQSA-L iron(ii) gluconate Chemical compound [Fe+2].OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C([O-])=O.OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C([O-])=O VRIVJOXICYMTAG-IYEMJOQQSA-L 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 3
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910019897 RuOx Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 2
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- JAONJTDQXUSBGG-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dizinc;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3].[Zn+2].[Zn+2] JAONJTDQXUSBGG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 2
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 2
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 2
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 2
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 2
- SKRWFPLZQAAQSU-UHFFFAOYSA-N stibanylidynetin;hydrate Chemical compound O.[Sn].[Sb] SKRWFPLZQAAQSU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- -1 AlInGaAs Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018229 Al—Ga Inorganic materials 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910005540 GaP Inorganic materials 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003848 UV Light-Curing Methods 0.000 description 1
- DZLPZFLXRVRDAE-UHFFFAOYSA-N [O--].[O--].[O--].[O--].[Al+3].[Zn++].[In+3] Chemical compound [O--].[O--].[O--].[O--].[Al+3].[Zn++].[In+3] DZLPZFLXRVRDAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004887 air purification Methods 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- YZZNJYQZJKSEER-UHFFFAOYSA-N gallium tin Chemical compound [Ga].[Sn] YZZNJYQZJKSEER-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HRHKULZDDYWVBE-UHFFFAOYSA-N indium;oxozinc;tin Chemical compound [In].[Sn].[Zn]=O HRHKULZDDYWVBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N nickel(II) oxide Inorganic materials [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N trimethylindium Chemical compound C[In](C)C IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
- YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N zinc indium(3+) oxygen(2-) Chemical compound [O--].[Zn++].[In+3] YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0075—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds comprising nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/12—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a stress relaxation structure, e.g. buffer layer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/11—Device type
- H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
- H01L2924/1204—Optical Diode
- H01L2924/12041—LED
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
실시예는 자외선 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.
실시예에 따른 자외선 발광소자는 제1 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(113a); 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(113a) 상에 이격되어 배치된 복수의 절연막 패턴(150); 상기 절연막 패턴(150) 사이에 소정의 경사를 구비하여 돌출된 형태로 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(113a) 상에 배치된 제1 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(113b); 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(113b) 상에 배치되는 활성층(114); 상기 활성층(114) 상에 배치되는 금속나노 파티클(170); 및 상기 금속나노 파티클(170) 및 상기 활성층(114) 상에 배치된 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116);을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 자외선 발광소자는 제1 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(113a); 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(113a) 상에 이격되어 배치된 복수의 절연막 패턴(150); 상기 절연막 패턴(150) 사이에 소정의 경사를 구비하여 돌출된 형태로 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(113a) 상에 배치된 제1 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(113b); 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(113b) 상에 배치되는 활성층(114); 상기 활성층(114) 상에 배치되는 금속나노 파티클(170); 및 상기 금속나노 파티클(170) 및 상기 활성층(114) 상에 배치된 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116);을 포함할 수 있다.
Description
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.
실시예는 광도가 향상된 자외선 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 자외선 발광소자는 제1 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(113a); 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(113a) 상에 이격되어 배치된 복수의 절연막 패턴(150); 상기 절연막 패턴(150) 사이에 소정의 경사를 구비하여 돌출된 형태로 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(113a) 상에 배치된 제1 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(113b); 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(113b) 상에 배치되는 활성층(114); 상기 활성층(114) 상에 배치되는 금속나노 파티클(170); 및 상기 금속나노 파티클(170) 및 상기 활성층(114) 상에 배치된 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116);을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 조명시스템은 상기 발광소자를 구비하는 조명유닛을 포함할 수 있다.
실시예는 광도가 향상된 자외선 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 자외선 발광소자의 단면도.
도 2는 실시예에 따른 자외선 발광소자에서 금속나노 파티클의 두께에 따른 플라즈몬 효과 데이터.
도 3은 실시예에 따른 자외선 발광소자에서 활성층에서 금속나노 파티클까지 거리에 따른 플라즈몬 효과 데이터.
도 4는 제2 실시예에 따른 자외선 발광소자의 단면도.
도 5a 내지 도 12는 실시예에 따른 발광소자의 제조방법 공정 단면도.
도 13은 실시예에 따른 조명 장치의 사시도.
도 2는 실시예에 따른 자외선 발광소자에서 금속나노 파티클의 두께에 따른 플라즈몬 효과 데이터.
도 3은 실시예에 따른 자외선 발광소자에서 활성층에서 금속나노 파티클까지 거리에 따른 플라즈몬 효과 데이터.
도 4는 제2 실시예에 따른 자외선 발광소자의 단면도.
도 5a 내지 도 12는 실시예에 따른 발광소자의 제조방법 공정 단면도.
도 13은 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 발광소자의 단면도이다.
실시예에 따른 자외선 발광소자는 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113), 복수의 절연막 패턴(150), 활성층(114), 금속나노 파티클(170) 및 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)을 포함할 수 있다.
상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113)은 제1 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(113a)과 제1 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(113b)을 포함할 수 있다.
상기 활성층(114)은 소정의 양자우물(미도시)과 양자벽(미도시)를 구비할 수 있다
실시예에서 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113), 활성층(114) 및 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)은 발광구조물(110)을 구성할 수 있다.
실시예는 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113) 상에 제1 전극(131), 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116) 상에 제2 전극(120)을 구비할 수 있다.
또한 실시예는 상기 활성층(114)과 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116) 사이에 배치되는 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1)계열 반도체층(115)을 포함하여 전자차단 기능, 캐리어 구속효과 기능을 할 수 있다.
실시예에 따른 자외선 발광소자는 제1 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(113a)과, 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(113a) 상에 이격되어 배치된 복수의 절연막 패턴(150)과, 상기 절연막 패턴(150) 사이에 소정의 경사를 구비하여 돌출된 형태로 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(113a) 상에 배치된 제1 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(113b)과, 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(113b) 상에 배치되는 활성층(114)과, 상기 활성층(114) 상에 배치되는 금속나노 파티클(170) 및 상기 금속나노 파티클(170)과 상기 활성층(114) 상에 배치된 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)을 포함할 수 있다.
실시예에서 상기 금속나노 파티클(170)은 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(113b)의 경사면 사이에 배치되는 상기 활성층(114) 상에 배치될 수 있다.
실시예에 의하면, 활성층(114)의 양자우물에서의 전자홀 쌍(Electron-Hole Pair)이 여기(exited)되면 그로 인하여 근처에 있는 금속나노 파티클(170)의 전자들이 진동하며 플라즈몬 에너지(Plasmon E)가 발생하게 되고, 이때 발생한 플라즈몬 에너지는 양자우물의 밴드 갭 에너지(Bandgap E)와 비슷하거나 크다면 추가로 자발 발광재결합(Spontaneous Recombination)을 발생시켜 광도를 향상 시킬 수 있다.
실시예에서 금속나노 파티클(170)은 Al 파티클 또는 Al과 Ag를 혼합한 파티클일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 의하면, Ag/GaN의 Plasmon E는 약 3eV(약410nm), Al/GaN의 Plasmon E는 약 3.76eV(약330nm)이다. 실시예는 이와 같은 관계를 이용함으로써 UV LED 영역대, 예를 들어 365nm 내지 405nm에서 광도를 현저히 향상 시킬 수 있다.
예를 들어, 실시예의 적외선 발광소자는 약 365nm 파장을 발광할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 실시예에 따른 자외선 발광소자에서 금속나노 파티클의 두께에 따른 플라즈몬 효과 데이터이다.
실시예에서 금속나노 파티클(170)은 서브 마이크로(sub micro-meter) 미만 직경의 금속파티클을 칭할 수 있다. 예를 들어, 실시예에서 금속나노 파티클(170)의 크기는 약 20nm 내지 100nm 범위일 수 있다.
실시예에 의하면, 도 2와 같이, 금속나노 파티클(170)의 크기가 20nm 미만일 경우 표면 플라즈면 효과가 낮을 수 있으며, 100nm 초과의 경우 공정시 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)의 머지(Merge)가 어려울 수 있다.
도 3은 실시예에 따른 자외선 발광소자에서 활성층에서 금속나노 파티클까지 거리에 따른 플라즈몬 효과 데이터이다.
예를 들어, 실시예에 의하면 금속나노 파티클(170)과 양자우물 사이의 거리가 20nm 내지 50nm로 제어하여 플라즈몬 효과가 우수할 수 있다.
실시예에 의하면, 금속나노 파티클(170)과 양자우물, 특히 라스트 양자우물(미도시)까지의 거리를 최적의 공명효과가 발생될 수 있도록 50nm 이하로 배치함으로써 우수한 광효율을 얻을 수 있다.
실시예에 의하면, 라스트 양자벽은 약 5nm 이상, AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1,0≤y≤1)계열 반도체층(115)은 적어도 10nm 이상의 두께를 구비해야 캐리어 구속(Carrier Confinement)에 유리하기 때문에, 금속나노 파티클(170)과 양자우물 사이의 거리를 20nm 미만으로 유지하기는 어려울 수 있다.
도 4는 제2 실시예에 따른 자외선 발광소자의 단면도이다.
제2 실시예는 제1 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있다.
제2 실시예에 따른 발광소자는 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113) 상에 수평폭이 감소하는 제1 AlGaN 계열 광추출 패턴(P1)을 포함할 수 있다.
실시에에서 상기 제1 AlGaN 계열 광추출 패턴(P1)은 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(113a)과 같은 물질로 형성될 수 있다.
실시예에서 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(113a)의 두께는 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 제1 반도체층(113a)의 두께는 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.
제2 실시예는 도 5b와 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 응력완화층을 삽입에 따라 발생된 크랙(Crack)은 GaN 계열 패턴(119)에 의해 메워짐으로써, 이후 두껍게 성장되는 저농도(Low Composition)의 제1 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(113a)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 제1 반도체층(113a)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 5a 내지 도 12를 참조하여 실시예에 따른 자외선 발광소자의 제조방법을 설명하기로 한다. 이하에서, 제1 실시예를 기준으로 설명하나 실시예의 제조방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
우선, 도 5a와 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.
한편, 제2 실시예는 도 5b와 같이, 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.
이후, 상기 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, 상기 GaN 계열 패턴(119)을 좀 더 상술하기로 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.
이하에서는 도 5a 다음의 공정으로, 제1 실시예에 대한 도면을 중심으로 도면 및 내용을 기술하기로 한다.
도 6과 같이, 제1 실시예는 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(113a) 상에 이격된 복수의 절연막 패턴(150)을 형성할 수 있다. 상기 절연막 패턴(150)은 산화막, 예를 들어 SiO2일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 도 7과 같이, 이후, 상기 절연막 패턴(150) 사이에 소정의 경사를 구비하여 돌출된 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(113b)을 형성한다.
실시예에 의하면, 활성층 영역(Active Area) 증가 및 금속나노 파티클(170)의 표면 플라즈몬 효과를 극대화 하기 위하여 제1 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(113a) 중간에 절연막 패턴(150)으로 마스킹(Masking)하고, 측면성장(ELOG) 형태로 재성장(regrowth)하여 소정의 경사(Facet)를 구비한 형태로 돌출된 제1 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(113b)을 형성할 수 있다.
실시예에서 절연막 패턴(150)의 마스킹은 바둑판 형태일 수 있으며, 이는 추후 칩(Chip) 공정 시 레이저 스크라이빙(Laser scribing)으로 웨이퍼를 여러 칩으로 용이하게 절단하는데 기여할 수 있다.
실시에는 제1 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(113b) 경사(Facet) 상에 활성층(114), AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1,0≤y≤1)계열 반도체층(115)을 형성할 수 있다.
실시예에서 상기 금속나노 파티클(170)은 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(113b)의 경사면 사이에 배치되는 상기 활성층(114) 상에 배치될 수 있다.
실시예에 의하면, 활성층(114)의 양자우물에서의 전자홀 쌍(Electron-Hole Pair)이 여기(exited)되면 그로 인하여 근처에 있는 금속나노 파티클(170)의 전자들이 진동하며 플라즈몬 에너지(Plasmon E)가 발생하게 되고 이때 발생한 플라즈몬 에너지는 양자우물의 밴드 갭 에너지(Bandgap E)와 비슷하거나 크다면 추가로 자발 발광재결합(Spontaneous Recombination)을 발생시켜 광도를 향상 시킬 수 있다.
실시예에서 금속나노 파티클(170)은 Al 파티클 또는 Al과 Ag를 혼합한 파티클일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 의하면, Ag/GaN의 Plasmon E는 약3eV(약410nm), Al/GaN의 Plasmon E는 약 3.76eV(약330nm)이다. 실시예는 이와 같은 관계를 이용함으로써 UV LED 영역대, 예를 들어 365nm 내지 405nm에서 광도를 현저히 향상 시킬 수 있다.
예를 들어, 실시예의 적외선 발광소자는 약 365nm 파장을 발광할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 금속나노 파티클(170)은 서브 마이크로(sub micro-meter) 미만 직경의 금속파티클을 칭할 수 있다.
예를 들어, 실시예에서 금속나노 파티클(170)의 크기는 약 20nm 내지 100nm 범위일 수 있다.
실시예에 의하면, 도 2와 같이, 금속나노 파티클(170)의 크기가 20nm 미만일 경우 표면 플라즈면 효과가 작을 수 있으며, 100nm 초과의 경우 공정시 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)의 머지(Merge)가 어려울 수 있다.
실시예에 의하면 금속나노 파티클(170)과 양자우물 사이의 거리가 20nm 내지 50nm로 제어하여 플라즈몬 효과가 우수할 수 있다.
실시예에 의하면, 금속나노 파티클(170)과 양자우물, 특히 라스트 양자우물까지의 거리를 최적의 공명 효과가 발생될 수 있도록 50nm 이하로 배치함으로써 우수한 광효율을 얻을 수 있다.
실시예에 의하면, 라스트 양자벽은 약 5nm 이상, AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1,0≤y≤1)계열 반도체층(115)은 적어도 10nm 이상의 두께를 구비해야 캐리어 구속(Carrier Confinement)에 유리하기 때문에, 금속나노 파티클(170)과 양자우물 사이의 거리를 20nm 미만으로 유지하기는 어려울 수 있다.
다음으로, 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 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1,0≤y≤1)계열 반도체층(115), 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)이 형성될 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.
다음으로, 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.
한편, 도 8은 다른 실시예의 자외선 발광소자의 사시도이다.
도 8에서와 같이, 다른 실시예에서는 인접한 활성층(114)이 서로 연결되지 않고 이격될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 상기 금속나노 파티클(170)이 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(113b)의 경사면 사이에 홈에 배치되어, 배치의 용이성이 있고, 안정적으로 신뢰성 있게 광도 향상에 기여할 수 있다. 이러한 특징은 제1 실시예에서도 보유한 효과이다.
다음으로 도 7에 이어서 도 9와 같이, 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(116) 상에 제2 전극(120)이 형성될 수 있다.
상기 제2 전극(120)은 캐리어 주입을 효율적으로 할 수 있도록 단일 금속 혹은 금속합금, 금속산화물 등을 다중으로 적층하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 전극(120)은 반도체와 전기적인 접촉인 우수한 물질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 전극(120)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.
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 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113)이 노출되도록 할 수 있다.
한편, 제2 실시예는 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.
다음으로, 도 12와 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.
도 13은 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.
제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(113);
제1 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(113a);
제1 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(113b);
절연막 패턴(150); 활성층(114);
금속나노 파티클(170); 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116);
제1 도전형 AlGaN 계열 제1 반도체층(113a);
제1 도전형 AlGaN 계열 제2 반도체층(113b);
절연막 패턴(150); 활성층(114);
금속나노 파티클(170); 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116);
Claims (9)
- 제1반도체층 및 상기 제1반도체층의 상부에 경사면을 갖고 돌출된 복수의 제2반도체층을 포함하는 제1 도전형 반도체층;
상기 제1반도체층과 상기 제2반도체층 사이에 배치되며, 상기 제1반도체층에 상기 제2반도체층의 하부가 연결되는 절연막 패턴;
상기 복수의 제2 반도체층 상에 각각 배치되는 활성층;
상기 활성층 상에 배치되는 금속나노 파티클; 및
상기 금속나노 파티클 및 상기 활성층 상에 배치된 제2 도전형 반도체층;을 포함하며,
상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층은 AlGaN 계열의 반도체를 포함하며,
상기 복수의 제2반도체층 각각은 플랫한 상면에서 내측 방향으로 경사진 경사면들 및 외측 방향으로 경사진 경사면들을 포함하며,
상기 복수의 제2반도체층 각각의 내측 방향으로 경사진 경사면들의 하단은 서로 연결되며,
상기 금속나노 파티클은 상기 복수의 제2반도체층 각각에서 내측 방향으로 경사진 경사면들 상에 배치되는 자외선 발광소자. - 제1 항에 있어서,
상기 활성층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1)계열 반도체층을 더 포함하는 자외선 발광소자. - 제1 항에 있어서,
상기 금속나노 파티클은
Al 파티클 또는 Al과 Ag를 혼합한 파티클이며,
상기 금속나노 파티클의 크기는 20nm 내지 100nm 범위인 자외선 발광소자. - 제1 항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속나노 파티클과 상기 활성층의 양자우물 사이의 거리가 20nm 내지 50nm이며,
상기 제2 도전형 반도체층의 하부는 상기 절연막 패턴의 상면과 상기 활성층에서 내측 방향으로 경사진 경사면에 접촉되는 자외선 발광소자. - 제1 항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 반도체층의 하부는 수평폭이 감소하는 AlGaN 계열 광추출 패턴을 포함하는 자외선 발광소자. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150038016A KR102317872B1 (ko) | 2015-03-19 | 2015-03-19 | 자외선 발광소자 및 조명시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150038016A KR102317872B1 (ko) | 2015-03-19 | 2015-03-19 | 자외선 발광소자 및 조명시스템 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20160112373A KR20160112373A (ko) | 2016-09-28 |
| KR102317872B1 true KR102317872B1 (ko) | 2021-10-26 |
Family
ID=57101436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020150038016A KR102317872B1 (ko) | 2015-03-19 | 2015-03-19 | 자외선 발광소자 및 조명시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102317872B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230095255A (ko) | 2021-12-22 | 2023-06-29 | 고려대학교 산학협력단 | 나노 입자가 적용된 led 구조체, 이의 제조 방법, 및 복수의 led 구조체를 포함하는 led 칩 |
| KR20230153013A (ko) | 2022-04-28 | 2023-11-06 | 고려대학교 산학협력단 | 나노 입자가 적용된 led 로드 정렬 구조, 및 나노 입자가 적용된 led 로드 정렬 구조의 제조 방법 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114583031A (zh) * | 2022-01-27 | 2022-06-03 | 南京邮电大学 | 一种基于LSPs耦合增强的紫外Micro-LED |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100661716B1 (ko) * | 2005-06-16 | 2006-12-26 | 엘지전자 주식회사 | 발광 소자 성장용 기판, 이 기판에 성장된 삼차원 구조의발광층을 구비한 발광 소자 및 그의 제조 방법 |
| KR20110103229A (ko) * | 2010-03-12 | 2011-09-20 | 삼성엘이디 주식회사 | 반도체 발광소자 |
| KR101718067B1 (ko) * | 2010-12-15 | 2017-03-20 | 삼성전자 주식회사 | 발광소자 및 그 제조방법 |
| KR20120100296A (ko) * | 2011-03-03 | 2012-09-12 | 삼성전자주식회사 | 수직 성장된 반도체를 포함하는 적층 구조물과 이를 포함하는 ｐｎ 접합 소자 및 이들의 제조 방법 |
-
2015
- 2015-03-19 KR KR1020150038016A patent/KR102317872B1/ko active IP Right Grant
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230095255A (ko) | 2021-12-22 | 2023-06-29 | 고려대학교 산학협력단 | 나노 입자가 적용된 led 구조체, 이의 제조 방법, 및 복수의 led 구조체를 포함하는 led 칩 |
| KR20230153013A (ko) | 2022-04-28 | 2023-11-06 | 고려대학교 산학협력단 | 나노 입자가 적용된 led 로드 정렬 구조, 및 나노 입자가 적용된 led 로드 정렬 구조의 제조 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20160112373A (ko) | 2016-09-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR20160013552A (ko) | 발광소자 및 조명시스템 | |
| KR102317872B1 (ko) | 자외선 발광소자 및 조명시스템 | |
| KR20160076785A (ko) | 적색 발광소자 및 조명장치 | |
| KR102238195B1 (ko) | 자외선 발광소자 및 조명시스템 | |
| KR102308701B1 (ko) | 자외선 발광소자 및 조명시스템 | |
| US10816143B2 (en) | Ultraviolet light-emitting device and lighting system | |
| TWI596798B (zh) | 發光裝置 | |
| KR102397266B1 (ko) | 발광소자 및 조명장치 | |
| KR102515587B1 (ko) | 자외선 발광소자 및 조명시스템 | |
| KR102261957B1 (ko) | 발광소자 및 조명시스템 | |
| KR102308720B1 (ko) | 자외선 발광소자 및 조명시스템 | |
| KR102353077B1 (ko) | 자외선 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명장치 | |
| KR102317473B1 (ko) | 자외선 발광소자 및 조명시스템 | |
| KR102237120B1 (ko) | 발광소자 및 조명시스템 | |
| KR102008363B1 (ko) | 발광소자 및 조명시스템 | |
| KR101983292B1 (ko) | 발광소자 | |
| KR102473393B1 (ko) | 자외선 발광소자 및 조명시스템 | |
| KR102200075B1 (ko) | 자외선 발광소자 및 조명시스템 | |
| KR102251238B1 (ko) | 자외선 발광소자 및 조명시스템 | |
| KR102261958B1 (ko) | 발광소자 및 조명장치 | |
| KR102323706B1 (ko) | 발광 소자 | |
| KR102352770B1 (ko) | 발광소자 및 조명시스템 | |
| KR102302855B1 (ko) | 발광소자 및 조명시스템 | |
| KR102249647B1 (ko) | 발광소자 및 조명시스템 | |
| KR102057719B1 (ko) | 발광소자 및 이를 포함하는 조명시스템 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |