KR102389513B1 - Light emitting device and gas sensor using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자외선 발광 소자에 관한 것으로, 본 발명에 따른 발광소자는 기판, 상기 기판 상에 배치된 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치된 제2 도전형 반도체층, 및 상기 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층 사이에 배치된 자외선 파장을 방출하는 활성층을 포함하고, 상기 활성층은 우물층과 장벽층을 포함하는 양자우물 구조이고, 상기 우물층과 장벽층은 AlxGa1-xN (0≤x≤1) 조성식을 갖는 반도체층으로, 상기 우물층의 Al 조성과 장벽층의 Al 조성비는 1 : 1.13 내지 1 : 1.20일 수 있다.The present invention relates to an ultraviolet light emitting device, wherein the light emitting device according to the present invention includes a substrate, a first conductivity type semiconductor layer disposed on the substrate, a second conductivity type semiconductor layer disposed on the first conductivity type semiconductor layer; and an active layer emitting an ultraviolet wavelength disposed between the first conductivity-type semiconductor layer and the second conductivity-type semiconductor layer, wherein the active layer has a quantum well structure including a well layer and a barrier layer, the well layer and the barrier layer The layer is a semiconductor layer having a composition formula of Al x Ga 1-x N (0≤x≤1), and the Al composition ratio of the well layer to the Al composition ratio of the barrier layer may be 1:13 to 1:1.20.
Description
실시예는 발광소자 및 이를 이용한 가스 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자외선을 방출하는 발광소자 및 이를 이용한 가스 센서에 관한 것이다. The embodiment relates to a light emitting device and a gas sensor using the same, and more particularly, to a light emitting device emitting ultraviolet rays and a gas sensor using the same.
GaN, AlGaN 등의 화합물을 포함하는 반도체 소자는 넓고 조정이 용이한 밴드 갭 에너지를 가지는 등의 많은 장점을 가져서 발광소자, 수광 소자 및 각종 다이오드 등으로 다양하게 사용될 수 있다.A semiconductor device including a compound such as GaN or AlGaN has many advantages, such as having a wide and easily adjustable band gap energy, and thus can be used in various ways as a light emitting device, a light receiving device, and various diodes.
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.Nitride semiconductors are receiving great attention in the field of developing optical devices and high-power electronic devices due to their high thermal stability and wide bandgap energy. In particular, ultraviolet (UV) light-emitting devices, blue light-emitting devices, green light-emitting devices, and red light-emitting devices using nitride semiconductors have been commercialized and widely used.
한편, 이러한 발광 소자는 다양한 분야에 이용되고 있는데, 최근에는 발광 소자를 이용하여 유해 가스를 감지하기 위한 연구가 진행 중이다. On the other hand, such a light emitting device is used in various fields, recently, research for detecting harmful gas using the light emitting device is in progress.
종래의 유해 가스 감지기는 이산화탄소를 감지할 수는 있으나 자동차 배기가스와 같은 질소산화물을 감지하지 못하는 문제점이 있다. The conventional harmful gas detector can detect carbon dioxide, but has a problem in that it cannot detect nitrogen oxides such as automobile exhaust gas.
실시예에서는 질소산화물을 감지할 수 있는 자외선 발광소자 및 이를 이용한 가스 센서를 제공하고자 한다. An embodiment is to provide an ultraviolet light emitting device capable of detecting nitrogen oxide and a gas sensor using the same.
실시예는 따른 발광 소자는, 기판; 상기 기판 상에 배치된 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치된 제2 도전형 반도체층; 및 상기 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층 사이에 배치된 자외선 파장을 방출하는 활성층을 포함하고, 상기 활성층은 우물층과 장벽층을 포함하는 양자우물 구조이고, 상기 우물층과 장벽층은 AlxGa1-xN (0≤x≤1) 조성식을 갖는 반도체층으로, 상기 우물층의 Al 조성과 장벽층의 Al 조성비는 1 : 1.13 내지 1 : 1.20일 수 있다. A light emitting device according to an embodiment includes a substrate; a first conductivity-type semiconductor layer disposed on the substrate; a second conductivity type semiconductor layer disposed on the first conductivity type semiconductor layer; and an active layer emitting an ultraviolet wavelength disposed between the first conductivity-type semiconductor layer and the second conductivity-type semiconductor layer, wherein the active layer has a quantum well structure including a well layer and a barrier layer, the well layer and the barrier layer The layer is a semiconductor layer having a composition formula of Al x Ga 1-x N (0≤x≤1), and the Al composition ratio of the well layer to the Al composition ratio of the barrier layer may be 1:13 to 1:1.20.
실시예에서, 상기 우물층의 Al 조성비는 72% 내지 78%일 수 있다. In an embodiment, the Al composition ratio of the well layer may be 72% to 78%.
실시예에서, 상기 제1 도전형 반도체층은 AlGaN계 반도체를 포함하고, 상기 제1 도전형 반도체층은 상기 활성층에 인접한 제1-1 도전형 반도체층, 상기 제1-1 도전형 반도체층 아래에 배치된 제1-2 도전형 반도체층 및 상기 제1-2 도전형 반도체층 아래에 배치된 제1-3 도전형 반도체층을 포함하고, 제1-1 도전형 반도체층의 Al 조성비는 상기 장벽층의 Al 조성비와 같거나 높고, 상기 제1-2 도전형 반도체층의 Al 조성비는 상기 제1-1 도전형 반도체층의 알루미늄 조성비와 같거나 낮고, 상기 제1-3 도전형 반도체층의 Al 조성비는 상기 제1-1 도전형 반도체층의 알루미늄 조성비와 같거나 높을 수 있다. In an embodiment, the first conductivity type semiconductor layer includes an AlGaN-based semiconductor, and the first conductivity type semiconductor layer is a 1-1 conductivity type semiconductor layer adjacent to the active layer, and below the 1-1 conductivity type semiconductor layer A 1-2 conductivity type semiconductor layer disposed on and a 1-3 conductivity type semiconductor layer disposed under the 1-2 conductivity type semiconductor layer, wherein the Al composition ratio of the 1-1 conductivity type semiconductor layer is above The Al composition ratio of the barrier layer is equal to or higher than the Al composition ratio of the 1-2 conductivity type semiconductor layer, and the Al composition ratio of the 1-1 conductivity type semiconductor layer is equal to or lower than the aluminum composition ratio of the 1-3 conductivity type semiconductor layer. The Al composition ratio may be the same as or higher than the aluminum composition ratio of the 1-1 conductive type semiconductor layer.
실시예에서, 상기 우물층과 상기 제1-1 도전형 반도체층의 Al 조성비는 1 : 1.16 내지 1 : 1. 23 이고, 상기 우물층과 상기 제1-2 도전형 반도체층의 Al 조성비는 1 : 1.09 내지 1 : 1. 17이고, 상기 우물층과 상기 제1-3 도전형 반도체층의 Al 조성비는 1 : 1.16 내지 1 : 1. 24 일 수 있다. In an embodiment, the Al composition ratio of the well layer and the 1-1 conductivity type semiconductor layer is 1:1.16 to 1:1.23, and the Al composition ratio of the well layer and the 1-2 conductivity type semiconductor layer is 1 : 1.09 to 1:1.17, and the Al composition ratio of the well layer and the 1-3 conductivity type semiconductor layer may be 1:1.16 to 1:1.24.
실시예에서, 상기 제1-1 도전형 반도체층의 Al 조성비는 87% 내지 92%이고, 상기 제1-2 도전형 반도체층의 Al 조성비는 82% 내지 98%이고, 상기 제1-3 도전형 반도체층의 Al 조성비는 87% 내지 92%일 수 있다. In an embodiment, the Al composition ratio of the 1-1 conductivity type semiconductor layer is 87% to 92%, the Al composition ratio of the 1-2 conductivity type semiconductor layer is 82% to 98%, and the 1-3 conductivity type semiconductor layer The Al composition ratio of the type semiconductor layer may be 87% to 92%.
실시예에서, 상기 활성층과 제2 도전형 반도체층 사이에는 상기 활성층에 인접한 정공주입층; 및 상기 정공주입층 상에 배치된 전자장벽층을 더 포함하고, 상기 정공주입층은 AlGaN계 반도체를 포함하고, Al의 조성비는 상기 제1-1 도전형 반도체층의 Al 조성비 보다 높을 수 있다. In an embodiment, a hole injection layer adjacent to the active layer between the active layer and the second conductivity-type semiconductor layer; and an electron barrier layer disposed on the hole injection layer, wherein the hole injection layer includes an AlGaN-based semiconductor, and the Al composition ratio may be higher than the Al composition ratio of the 1-1 conductivity type semiconductor layer.
실시예에서, 상기 정공주입층과 상기 장벽층의 Al 함량 차이는 상기 제1-1 도전형 반도체층과 상기 장벽층의 Al 함량 차이 보다 2배 이상일 수 있다. In an embodiment, a difference in Al content between the hole injection layer and the barrier layer may be twice or more than a difference in Al content between the 1-1 conductivity-type semiconductor layer and the barrier layer.
실시예에서, 상기 전자차단층은 AlGaN계 반도체를 포함하고, Al의 조성비는 상기 정공주입층 보다 낮을 수 있다. In an embodiment, the electron blocking layer may include an AlGaN-based semiconductor, and the Al composition ratio may be lower than that of the hole injection layer.
실시예에서, 상기 우물층과 상기 정공주입층의 Al 조성비는 1 : 1.20 내지 1 : 1.27일 수 있다. In an embodiment, the Al composition ratio of the well layer and the hole injection layer may be 1:1.20 to 1:1.27.
실시예에서, 상기 우물층과 상기 전자차단층의 Al 조성비는 1 : 1.16 내지 1 : 1.23일 수 있다. In an embodiment, the Al composition ratio of the well layer and the electron blocking layer may be 1:1.16 to 1:1.23.
실시예에서, 상기 정공주입층의 Al 조성비는 90% 내지 95%일 수 있고, 상기 전자차단층의 Al 조성비는 87% 내지 92%일 수 있다. In an embodiment, the Al composition ratio of the hole injection layer may be 90% to 95%, and the Al composition ratio of the electron blocking layer may be 87% to 92%.
실시예에서, 상기 제2 도전형 반도체층은 AlGaN계 반도체를 포함하고, 상기 활성층에 인접하여 배치된 제2-1 도전형 반도체층, 상기 제2-1 도전형 반도체층 상에 배치된 제2-2 도전형 반도체층 및 상기 제2-2 도전형 반도체층 상에 배치된 제2-3 도전형 반도체층을 포함하고, 상기 제2-1 도전형 반도체층, 제2-2 도전형 반도체층 및 제2-3 도전형 반도체층의 Al 조성비는 위쪽으로 갈수록 낮아질 수 있다. In an embodiment, the second conductivity type semiconductor layer includes an AlGaN-based semiconductor, and a second conductivity type semiconductor layer disposed adjacent to the active layer and a second conductivity type semiconductor layer disposed on the 2-1 conductivity type semiconductor layer a -2 conductivity type semiconductor layer and a 2-3 conductivity type semiconductor layer disposed on the 2-2 conductivity type semiconductor layer, wherein the 2-1 conductivity type semiconductor layer and the 2-2 conductivity type semiconductor layer and the Al composition ratio of the second-third conductivity-type semiconductor layer may decrease upward.
실시예에서, 상기 우물층과 제2-1 도전형 반도체층의 Al 조성비는 1 : 1.03 내지 1 : 1.09이고, 상기 우물층과 제2-2 도전형 반도체층의 Al 조성비는 1 : 0.96 내지 1 : 1.04이고, 상기 우물층과 제2-3 도전형 반도체층의 Al 조성비는 1 : 0.83 내지 1 : 0.91일 수 있다. In an embodiment, the Al composition ratio of the well layer and the 2-1 conductivity-type semiconductor layer is 1:1.03 to 1:1.09, and the Al composition ratio of the well layer and the 2-2 conductivity-type semiconductor layer is 1:0.96 to 1 : 1.04, and the Al composition ratio of the well layer and the second-third conductivity type semiconductor layer may be 1:0.83 to 1:0.91.
실시예에서, 상기 제2 도전형 반도체층 상에는 컨택층이 배치되고, 상기 컨택층의 Al 조성비는 상기 50% 이하일 수 있다. In an embodiment, a contact layer may be disposed on the second conductivity type semiconductor layer, and the Al composition ratio of the contact layer may be 50% or less.
실시예에서, 상기 제2-1 도전형 반도체층의 Al 조성비는 77% 내지 82%이고, 상기 제2-2 도전형 반도체층의 Al 조성비는 72% 내지 78%이고, 상기 제2-3 도전형 반도체층의 Al 조성비는 62% 내지 68%일 수 있다. In an embodiment, the Al composition ratio of the 2-1 conductivity-type semiconductor layer is 77% to 82%, the Al composition ratio of the 2-2 conductivity-type semiconductor layer is 72% to 78%, and the 2-3 conductivity The Al composition ratio of the type semiconductor layer may be 62% to 68%.
실시예에서, 상기 우물층의 두께는 0.1nm 내지 3nm이고, 상기 장벽층의 두께는 1nm 내지 20nm일 수 있다. In an embodiment, the thickness of the well layer may be 0.1 nm to 3 nm, and the thickness of the barrier layer may be 1 nm to 20 nm.
또한, 발 발명의 실시예에 따른 가스 센서는 가스 흡입구 및 배기구가 형성된 하우징; 상기 하우징의 일측에 배치되어 자외선 광을 방출하는 발광소자;In addition, the gas sensor according to an embodiment of the present invention includes a housing having a gas inlet and an exhaust port; a light emitting device disposed on one side of the housing to emit ultraviolet light;
상기 발광소자와 이격 배치되어 상기 발광소자에서 방출된 자외선을 감지하여 수광소자; 및 상기 수광소자에서 감지된 자외선 량과 기준값을 비교하여 가스 농도를 계산하는 계산부;를 포함할 수 있다. a light receiving element spaced apart from the light emitting element to detect the ultraviolet rays emitted from the light emitting element; and a calculation unit for calculating a gas concentration by comparing the amount of ultraviolet light sensed by the light receiving element with a reference value.
실시예에서, 상기 하우징의 일측에서는 제1 반사부가 형성되어 있고, 상기 제1 반사부는 상기 발광소자에서 출사된 자외선을 상기 수광소자로 반사할 수 있다. In an embodiment, a first reflecting unit may be formed on one side of the housing, and the first reflecting unit may reflect the ultraviolet light emitted from the light emitting device to the light receiving device.
실시예에서, 상기 하우징의 다른 일측에 제2 반사부가 형성되어 있고, 상기 제2 반사부는 상기 제1 반사부에서 반사된 자외선을 수신하여 상기 수광소자로 반사할 수 있다. In an embodiment, a second reflector may be formed on the other side of the housing, and the second reflector may receive the ultraviolet light reflected from the first reflector and reflect it to the light receiving element.
실시예에서, 상기 발광소자는, 기판; 상기 기판 상에 배치된 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치된 제2 도전형 반도체층; 및 상기 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층 사이에 배치된 자외선 파장을 방출하는 활성층을 포함하고, 상기 활성층은 우물층과 장벽층을 포함하는 양자우물 구조이고, 상기 우물층과 장벽층은 AlxGa1-xN (0≤x≤1) 조성식을 갖는 반도체층으로, 상기 우물층의 Al 조성과 장벽층의 Al 조성비는 1 : 1.13 내지 1 : 1.20일 수 있다. In an embodiment, the light emitting device comprises: a substrate; a first conductivity-type semiconductor layer disposed on the substrate; a second conductivity type semiconductor layer disposed on the first conductivity type semiconductor layer; and an active layer emitting an ultraviolet wavelength disposed between the first conductivity-type semiconductor layer and the second conductivity-type semiconductor layer, wherein the active layer has a quantum well structure including a well layer and a barrier layer, the well layer and the barrier layer The layer is a semiconductor layer having a composition formula of Al x Ga 1-x N (0≤x≤1), and the Al composition ratio of the well layer to the Al composition ratio of the barrier layer may be 1:13 to 1:1.20.
실시예에 의하면, 종래의 발광 소자의 구조 변화 없이 질화물계 반도체층의 Al 조성비만을 변화시켜 자외선 발광 소자를 제공할 수 있다. According to the embodiment, it is possible to provide an ultraviolet light emitting device by changing only the Al composition ratio of the nitride-based semiconductor layer without changing the structure of the conventional light emitting device.
또한, 실시예에 의하면, NO. NO2, SO 등의 유해 가스를 감지할 수 있다. In addition, according to the Example, NO. Noxious gases such as NO 2 and SO can be detected.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자외선 발광 소자의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 활성층의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제1 도전형 반도체층의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제2 도전형 반도체층의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 발광소자를 적용한 가스 센서의 구성도를 나타낸 것이다.1 is a cross-sectional view of an ultraviolet light emitting device according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing the structure of an active layer according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a first conductivity type semiconductor layer according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view of a second conductivity type semiconductor layer according to an embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view of a light emitting device package according to an embodiment of the present invention.
6 to 9 are diagrams showing the configuration of a gas sensor to which a light emitting device according to an embodiment of the present invention is applied.
본 실시 예들은 다른 형태로 변형되거나 여러 실시 예가 서로 조합될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 각각의 실시 예로 한정되는 것은 아니다. The present embodiments may be modified in other forms or various embodiments may be combined with each other, and the scope of the present invention is not limited to each of the embodiments described below.
특정 실시 예에서 설명된 사항이 다른 실시 예에서 설명되어 있지 않더라도, 다른 실시 예에서 그 사항과 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 다른 실시 예에 관련된 설명으로 이해될 수 있다. Even if a matter described in a specific embodiment is not described in another embodiment, it may be understood as a description related to another embodiment unless a description contradicts or contradicts the matter in another embodiment.
예를 들어, 특정 실시 예에서 구성 A에 대한 특징을 설명하고 다른 실시 예에서 구성 B에 대한 특징을 설명하였다면, 구성 A와 구성 B가 결합된 실시 예가 명시적으로 기재되지 않더라도 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.For example, if a characteristic of configuration A is described in a specific embodiment and features of configuration B are described in another embodiment, an opposite or contradictory description is provided even if an embodiment in which configuration A and configuration B are combined is not explicitly described. Unless otherwise stated, it should be understood as belonging to the scope of the present invention.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention that can specifically realize the above objects will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.In the description of the embodiment according to the present invention, in the case where it is described as being formed on "on or under" of each element, on (above) or below (on) or under) includes both elements in which two elements are in direct contact with each other or one or more other elements are disposed between the two elements indirectly. In addition, when expressed as "up (up) or down (on or under)", it may include the meaning of not only an upward direction but also a downward direction based on one element.
반도체 소자는 발광소자, 수광 소자 등 각종 전자 소자 포함할 수 있으며, 발광소자와 수광소자는 모두 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다.The semiconductor device may include various electronic devices such as a light emitting device and a light receiving device, and both the light emitting device and the light receiving device may include a first conductivity type semiconductor layer, an active layer, and a second conductivity type semiconductor layer.
본 실시예에 따른 반도체 소자는 발광소자일 수 있다.The semiconductor device according to the present embodiment may be a light emitting device.
발광소자는 전자와 정공이 재결합함으로써 빛을 방출하게 되고, 이 빛의 파장은 물질 고유의 에너지 밴드갭에 의해서 결정된다. 따라서, 방출되는 빛은 상기 물질의 조성에 따라 다를 수 있다.The light emitting device emits light by recombination of electrons and holes, and the wavelength of this light is determined by the material's inherent energy bandgap. Accordingly, the emitted light may vary depending on the composition of the material.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 발광 소자(100)의 개념도를 나타낸 것이다.1 shows a conceptual diagram of an ultraviolet
도 1을 참조하면, 발광 소자(100)는 기판(110), 상기 기판 상에 배치된 제1 도전형 반도체층(130), 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치된 활성층(140), 상기 활성층 상에 배치된 제2 도전형 반도체층(170)을 포함하고, 상기 기판과 제1 도전형 반도체층 사이에는 버퍼층(120)이 배치될 수 있고, 상기 활성층(140)과 제2 도전형 반도체층(170) 사이에는 정공주입층(150)과 전자장벽층(160)이 배치될 수 있다. Referring to FIG. 1 , the
상기 기판(110)은 열전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(110)은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, and Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 상기 기판(110)은 예컨대, AlN 템플리트(template)일 수 있다. 상기 기판(110)의 상면 및/또는 하면에는 복수의 돌출부(미도시)가 형성될 수 있으며, 상기 복수의 돌출부 각각은 측 단면이, 반구형 형상, 다각형 형상, 타원 형상 중 적어도 하나를 포함하며 스트라이프 형태 또는 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 상기 돌출부는 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다.The
상기 기판(110) 위에는 복수의 화합물 반도체층이 성장될 수 있으며, 상기 복수의 화합물 반도체층의 성장 장비는 전자빔 증착기, PVD(physical vapor deposition), CVD(chemical vapor deposition), PLD(plasma laser deposition), 이중형의 열증착기(dual-type thermal evaporator) 스퍼터링(sputtering), MOCVD(metal organic chemical vapor deposition) 등에 의해 형성할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.A plurality of compound semiconductor layers may be grown on the
상기 기판(110) 상에는 버퍼층(120)이 배치될 수 있다. A
상기 버퍼층(120)은 기판(110)과 제1 도전형 반도체층(130) 간의 격자 부정합을 완화하고 도전형 반도체들이 용이하게 성장될 수 있도록 한다. 상기 버퍼층(120)은 AlxGa1-xN (0≤x≤1) 조성식을 포함하는 반도체층일 수 있다. 따라서 상기 Al의 조성비는 100%인 경우 버퍼층(120)은 AlN층이 될 수 있다. The
상기 버퍼층(120) 상에는 제1 도전형 반도체층(130)과 제2 도전형 반도체층(170)이 배치될 수 있으며, 상기 제1 도전형 반도체층(130)과 제2 도전형 반도체층 사이에 활성층(140)이 배치될 수 있다. A first conductivity
상기 활성층(140)은 제1도전형 반도체층(130)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 제2도전형 반도체층(170)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 만나는 층이다. 활성층(140)은 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 자외선 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다.The
활성층(140)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(Multi Quantum Well; MQW) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있으며, 활성층(140)의 구조는 이에 한정하지 않는다.The
상기 활성층(140)은 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 상기 활성층(140)은 예로서 II족-VI족 및 III족-V족 화합물 반도체 중에서 적어도 하나로 구현될 수 있다.The
상기 활성층(140)이 다중 우물 구조로 구현된 경우, 상기 활성층(140)은 복수의 우물층과 복수의 장벽층을 포함한다. 상기 활성층(140)은 우물층과 장벽층이 교대로 배치된다. 상기 우물층과 상기 장벽층의 페어는 2~30주기로 형성될 수 있다. 바람직하게는 우물층과 장벽층의 페어는 4페어일 수 있다. When the
상기 우물층은 예컨대, AlxGa1-xN (0≤x≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 배치될 수 있다. 상기 장벽층은 예컨대, AlxGa1-xN (0≤x≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다.The well layer may be formed of, for example, a semiconductor material having a composition formula of Al x Ga 1-x N (0≤x≤1). The barrier layer may be formed of, for example, a semiconductor material having a composition formula of Al x Ga 1-x N (0≤x≤1).
도 2는 상기 활성층의 구조를 나타낸 단면도이다. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the active layer.
도 2를 참조하면 우물층(142)과 장벽층(144)이 반복적으로 배치되어 있는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 2 , it can be seen that the
상기 활성층(140)에서 발생하는 광의 파장은 상기 우물층(142)과 장벽층(144)의 에너지 밴드갭에 의해 결정된다. The wavelength of light generated from the
상기 우물층(142)와 장벽층의(144) 알루미늄 함량을 조절하여 에너지 밴드갭을 조절할 수 있고, 이를 이용하여 자외선C(ultraviolet C, UVC) 대역의 광을 생성할 수 있다. The energy bandgap may be adjusted by adjusting the aluminum content of the
*파장과 에너지 밴드갭은 eV=1240/λ(nm) 의 관계가 성립한다. * The relationship between wavelength and energy bandgap is established as eV=1240/λ(nm).
상기 식에 의해 에너지 밴드갭을 5.39eV가 되도록 조절하면 230nm 파장의 광을 출력할 수 있다. When the energy bandgap is adjusted to 5.39 eV by the above equation, light having a wavelength of 230 nm can be output.
에너지 밴드갭은 우물층(142)과 장벽층(144)의 알루미늄 조성비율을 조절하여 조절할 수 있다. The energy bandgap can be adjusted by adjusting the aluminum composition ratio of the
우물층(142)과 장벽층(144)의 알루미늄 조정비를 1: 1.3 내지 1:1.20 범위일 경우, 우물층과 장벽층의 에너지 밴드갭이 대략 5.39eV가 되고 230nm 파장 대역의 광을 출력할 수 있다. 즉, 장벽층의 알루미늄 조성비는 우물층의 알루미늄 조성비 대비 1.13 배 내지 1.20 배 범위 내에서 결정될 수 있다. When the aluminum adjustment ratio of the
우물층(142)의 알루미늄 비중은 72% 내지 78% 일 수 있고, 장벽층(144)의 알루미늄 비중은 우물층(142)의 알루미늄 비중에 따라 상기 1: 1.3 내지 1:1.20 비율로 결정될 수 있다. 예를 들어, 우물층(142)의 알루미늄 비중이 75%인 경우, 장벽층(144)의 알루미늄 비중은 85% 내지 90%일 수 있다. 그리고, 우물층(142)의 두께(T)는 0.1nm 내지 3nm 일 수 있고, 장벽층의 두께(T2)는 1nm 내지 20nm 일 수 있다. The aluminum specific gravity of the
다른 파장 대역의 광을 출력하고자 할 경우에는 알루미늄 비중을 조절하여 에너지 밴드갭을 조절할 수 있다. When outputting light of a different wavelength band, the energy bandgap can be adjusted by adjusting the specific gravity of aluminum.
예를 들어, 220nm 파장의 광을 출력하고자 하는 경우에는 에너지 밴드갭이 5.63eV가 되도록 알루미늄 비중을 조절하고, 240nm 파장의 광을 출력하고자 하는 경우에는 에너지 밴드갭이 5.17eV가 되도록 알루미늄 비중을 조절할 수 있다. For example, in the case of outputting light with a wavelength of 220 nm, the specific gravity of aluminum is adjusted so that the energy band gap becomes 5.63 eV, and when it is desired to output light with a wavelength of 240 nm, the specific gravity of aluminum is adjusted so that the energy band gap is 5.17 eV. can
구체적으로, 우물층의 알루미늄 조성비가 60%이고, 장벽층의 알루미늄 조성비가 68% 내지 72%인 경우, 220nm 파장의 광을 출력할 수 있고, 우물층의 알루미늄 조성비가 90%이고, 장벽층의 알루미늄 조성비가 95% 내지 98%인 경우 240nm 파장의 광을 출력할 수 있다. Specifically, when the aluminum composition ratio of the well layer is 60% and the aluminum composition ratio of the barrier layer is 68% to 72%, light having a wavelength of 220 nm can be output, the aluminum composition ratio of the well layer is 90%, and the aluminum composition ratio of the barrier layer is When the aluminum composition ratio is 95% to 98%, light having a wavelength of 240 nm may be output.
상기 우물층(142)과 장벽층(144)의 알루미늄 비중에 따라 다른 층들(130, 150, 160, 170)의 알루미늄 비중이 조절된다. The aluminum specific gravity of the
상기 제1 도전형 반도체층(130)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1도펀트가 도핑될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(130)은 AlxGa1-xN (0≤x≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 구현될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(130)은의 알루미늄 조성비는 장벽층(144)보다 높게 형성될 수 있다. 그리고 제1 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 와 같은 n형 도펀트일 수 있다. 제1 도펀트가 n형 도펀트일 경우, 제1 도전형 반도체층(130)은 n형 반도체층일 수 있다.The first conductivity-
상기 제1 도전형 반도체층(130)은 Al 조성비에 따라 다수의 층으로 구분될 수 있다. The first conductivity
도 3은 상기 제1 도전형 반도체층(130)의 단면도를 나타낸 것이다. 3 is a cross-sectional view of the first conductivity
도 2를 참조하면, 상기 제1 도전형 반도체층은(130)은 상기 활성층에 인접하는 제1-1 도전형 반도체층(132), 상기 제1-1 도전형 반도체층 아래에 배치된 제1-2 도전형 반도체층(134) 및 상기 제1-2 도전형 반도체층 아래에 배치된 제1-3 도전형 반도체층(136)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2 , the first conductivity
상기 제1-1 도전형 반도체층(132)는 장벽층(144)의 알루미늄 조성비와 같거나 높을 수 있다. 상기 우물층(142)의 알루미늄 조성비가 75%일 때, 제1-1 도전형 반도체층(132)의 알루미늄 조성비는 87% 내지 92%일 수 있다. 상기 우물층(142)과 제1-1 도전형 반도체층(132)의 알루미늄 조성비는 1:1.15 내지 1:1.23일 수 있다. 그리고 제1-1 도전형 반도체층(132)의 두께는 1nm 내지 500nm 일 수 있다. The first-first conductivity
제1-2 도전형 반도체층(134)의 알루미늄 조성은 제1-1 도전형 반도체층(132)의 알루미늄 조성보다 낮다. 상기 우물층(142)의 알루미늄 조성비가 75%일 때, 제1-2 도전형 반도체층(134)의 알루미늄 조성비는 82% 내지 88%일 수 있다. 상기 우물층(142)과 제1-2 도전형 반도체층(132)의 알루미늄 조성비는 1:1.09 내지 1:1.17일 수 있다. The aluminum composition of the 1-2 conductivity
상기 제1-3 도전형 반도체층(136)의 알루미늄 조성은 제1-1 도전형 반도체층(132)의 알루미늄 조성과 같을 수 있다. 상기 우물층(142)의 알루미늄 조성비가 75%일 때, 제1-3 도전형 반도체층(136)의 알루미늄 조성비는 87% 내지 92%일 수 있다. 상기 우물층(142)과 제1-3 도전형 반도체층(136)의 알루미늄 조성비는 1:1.15 내지 1:1.23일 수 있다. The aluminum composition of the 1-3 conductivity
그리고 제1-3 도전형 반도체층(136)의 알루미늄 조성비는 버퍼층(120) 보다는 낮으며 제1-2 도전형 반도체층(134) 보다는 높다. 버퍼층의 알루미늄 조성비는 100%인데, 알루미늄 조성비가 급격히 변하면 결정성이 좋지 않으므로 n 컨택층(134)와 버퍼층(120) 사이에 제1-3 도전형 반도체층(136)을 형성하여 알루미늄 조성이 급격이 변하는 것을 막는다. In addition, the aluminum composition ratio of the 1-3 conductivity
상기 활성층(140) 상에는 정공주입층(150)이 배치될 수 있다. A
정공주입층(150)은 정공을 활성층의 중심부로 효과적으로 이동시켜 발광 효율을 증가시킬 수 있다. 정공주입층(150)은 제1 정공주입층과 제2 정공주입층을 포함할 수 있다. 제1 정공주입층은 언도프 층일 수 있다. 제2 정공주입층은 p형 도펀트가 도핑된 층일 수 있다. The
상기 정공주입층(150)의 알루미늄 조성비는 제1-3 도전형 반도체층(136)의 알루미늄 조성비보다 높아야 한다. 정공주입층의 알루미늄 조성비는 버퍼층을 제외하고 가장 높을 수 있다. The aluminum composition ratio of the
상기 우물층(142)의 알루미늄 조성비가 75%일 때, 상기 정공주입층(150)이 알루미늄 조성비는 90% 내지 95%일 수 있다. 상기 우물층(142) 정공주입층의 알루미늄 조성비는 1 : 1.2 내지 1: 1.27 일 수 있다. When the aluminum composition ratio of the
상기 정공주입층(150)과 상기 장벽층(144)의 알루미늄 조성비 차이는 상기 제1-1 도전형 반도체층(132)과 상기 장벽층의 알루미늄 조성비 차이보다 2배 이상일 수 있다. 즉, 다음과 같은 식이 성립한다. The difference in the aluminum composition ratio between the
(정공주입층 Al 조성비 - 장벽층 Al 조성비) ≥ 2(제1-1 도전형 반도체층 Al 조성비 - 장벽층 Al 조성비)(Hole injection layer Al composition ratio - barrier layer Al composition ratio) ≥ 2 (1-1 conductivity type semiconductor layer Al composition ratio - barrier layer Al composition ratio)
예를 들어, 장벽층의 알루미늄 조성비가 88%이고, 제1-1 도전형 반도체층(132)의 알루미늄 조성비가 90%인 경우, 정공주입층(150)의 알루미늄 조성비는 92% 이상이어야 한다. For example, when the aluminum composition ratio of the barrier layer is 88% and the aluminum composition ratio of the 1-1 conductivity
상기 정공주입층(150)의 두께는 1nm 내지 10nm 일 수 있다. The
상기 정공주입층(150) 상에는 전자차단층(160)이 배치될 수 있다. An
상기 전자차단층(160)은 전자 차단(electron blocking) 및 활성층의 클래딩(MQW cladding) 역할을 하며, 이로 인해 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 전자 차단층(160)은 AlxGa(1-x)N(0≤x≤1)계 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 활성층(140)의 에너지 밴드 갭보다는 높은 에너지 밴드 갭을 가질 수 있다. 상기 전자차단층(160)의 알루미늄 조성비는 정공주입층(150)의 알루미늄 조성비조다 낮게 형성될 수 있다. 우물층(142)의 알루미늄 조성비가 75%일 때, 전자차단층(160)의 알루미늄 조성비는 87% 내지 92%일 수 있다. 상기 우물층(142)과 전자차단층(160)의 알루미늄 조성비는 1 : 1.16 내지 1 : 1. 23 일 수 있다. The
상기 전자차단층(160)의 두께는 1nm 내지 100nm 일 수 있다. The
상기 전자차단층(160)의 상부에는 제2 도전형 반도체층(170)이 배치될 수 있다. A second conductivity
상기 제2도전형 반도체층(170)은 활성층(140) 상에 형성되며, Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2도전형 반도체층(127)에 제2도펀트가 도핑될 수 있다. 제2도전형 반도체층(170)은 AlxGa1-xN (0≤x≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질일 수 있다. 제2도펀트가 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트인 경우, 제2도펀트가 도핑된 제2도전형 반도체층(170)은 p형 반도체층일 수 있다.The second conductivity
상기 제2 도전형 반도체층(170)은 알루미늄 조성비율에 따라 다수의 층으로 구분될 수 있다.The second conductivity
도 4는 제2 도전형 반도체층(170)의 단면도를 나타낸 것이다. 4 is a cross-sectional view of the second conductivity
*도 4를 참조하면, 상기 제2 도전형 반도체층(170)은 상기 전자차단층(160) 상에 배치된 제2-1 도전형 반도체층(172), 상기 제2-1 도전형 반도체층 상에 배치된 제2-2 도전형 반도체층(174) 및 상기 제2-2 도전형 반도체층 상에 배치된 제2-3 도전형 반도체층(176)을 포함할 수 있다. * Referring to FIG. 4 , the second conductivity
상기 제2-1 도전형 반도체층(172), 제2-2 도전형 반도체층(174) 및 제2-3 도전형 반도체층(176)의 알루미늄 조성비는 위쪽으로 갈수록 순차적으로 낮아질 수 있다. 우물층(142)의 알루미늄 조성비가 75%일 때, 제2-1 도전형 반도체층(172)의 알루미늄 조성비는 77% 내지 82%일 수 있고, 제2-2 도전형 반도체층(174)의 알루미늄 조성비는 72% 내지 77%일 수 있고, 제2-3 도전형 반도체층(176)의 알루미늄 조성비는 62% 내지 68%일 수 있다. The aluminum composition ratio of the 2-1-th conductivity-
상기 우물층(142)과 제2-1 도전형 반도체층(172)의 알루미늄 조성비는 1 : 1.03 내지 1: 1.09일 수 있다. 상기 우물층(142)과 제2-2 도전형 반도체층(174)의 알루미늄 조성비는 1 : 0.96 내지 1: 1.04일 수 있다. 상기 우물층(142)과 제2-3 도전형 반도체층(176)의 알루미늄 조성비는 1 : 0.83 내지 1: 0.91일 수 있다. The aluminum composition ratio of the
상기 제2-1 도전형 반도체층(172), 2-2 도전형 반도체층(174), 및 2-3 도전형 반도체층(176)의 두께는 모두 1nm 내지 100nm 일 수 있다. The thickness of the 2-1-th conductivity
그리고, 상기 제1-2 도전형 반도체층(134)은 제1 컨택층일 수 있으며, 그 위에는 제1 전극(192)이 배치될 수 있다. In addition, the 1-2 conductivity
상기 제2 도전형 반도체층(170) 상에는 제2 컨택층(180)이 배치될 수 있고, 제2 컨택층(180) 상에는 제2 전극(194)이 배치될 수 있다. A
상기 제2 컨택층(180)은 알루미늄 조성비는 우물층의 알루미늄 조성비보다 낮아야 하며, 구체적으로 50% 미만 이하일 수 있다. 상기 제2 컨택층(180)은 제2 도전형 반도체층 보다 밴드갭이 작아 컨택 저항을 줄여 전력 소모를 감소시킬 수 있다.The aluminum composition ratio of the
상기 제2 컨텍층(180)층의 두께는 1nm 내지 10nm 일 수 있다. The thickness of the
상기 제1 전극(192)은 제1 도전형 반도체층(130)에 전기적으로 연결되면, 상기 제2 전극(194)는 제2 도전형 반도체층(170)에 전기적으로 연결된다. When the
상기 제1 전극(192)과 제2 전극(194)는 오믹 접촉, 접착층, 본딩층의 특성을 갖는 금속으로 비 투광성으로 이루어질 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제1전극(192) 및 제2전극(194)은 Ti, Ru, Rh, Ir, Mg, Zn, Al, In, Ta, Pd, Co, Ni, Si, Ge, Ag 및 Au와 이들의 선택적인 합금 중에서 선택될 수 있다.The
상기와 같은 알루미늄 조성에 의해 자외선 파장을 방출하는 발광 소자를 제조할 수 있다. A light emitting device emitting an ultraviolet wavelength may be manufactured by the aluminum composition as described above.
특히, 본 실시예에 의하면 종래의 발광소자의 적층 구조를 크게 변화시키지 않고 밴드갭 엔지니어링(bandgap engineering)을 통해 우물층 알루미늄 조성비와 두께를 적절히 조절하고, 그에 따라 다른 층들의 알루미늄 조성비를 적절히 조절함으로써 자외선 파장을 방출하는 발광소자를 보다 용이하게 제조할 수 있다. In particular, according to this embodiment, the aluminum composition ratio and thickness of the well layer are appropriately adjusted through bandgap engineering without significantly changing the stack structure of the conventional light emitting device, and accordingly, the aluminum composition ratio of the other layers is appropriately adjusted. A light emitting device emitting an ultraviolet wavelength can be more easily manufactured.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 발광소자가 구비된 발광소자 패키지를 나타낸 단면도이다.5 is a cross-sectional view illustrating a light emitting device package including a light emitting device according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 발광 소자 패키지(10)는 패키지 몸체부(1), 상기 패키지 몸체부(1) 에 설치된 제1 리드전극(2) 및 제2 리드전(3), 상기 상기 제1 리드전극(2) 및 제2 리드전(3)과 전기적으로 연결되는 발광 소자(100), 및 상기 발광 소자(100)를 포위하는 몰딩부재(4)가 포함된다.Referring to FIG. 5 , the light emitting
상기 패키지 몸체부(1)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 발광 소자(100)의 주상에 경사면이 형성될 수 있다.The
상기 제1 리드전극(2) 및 제2 리드전극(3)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광 소자(100)에 전원을 제공하는 역할을 한다. 또한, 상기 제3 리드전전(2) 및 제2 리드전극(3)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.The first
상기 발광 소자(100)는 상기 패키지 몸체부(1) 상에 배치되거나 상기 제3 리드전극(2) 또는 제2 전극층(3) 상에 배치될 수 있다.The
상기 발광 소자(100)는 상기 제1 리드전극(2) 및 제2 리드전극(3)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다. 실시예에서는 상기 발광 소자(100)가 상기 제1 리드전극(2) 및 제2 리드전극(3)과 각각 와이어를 통해 전기적으로 연결된 것이 예시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The
상기 몰딩부재(4)는 상기 발광 소자(100)를 포위하여 상기 발광 소자(100)를 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부재(4)에는 형광체(5)가 포함되어 상기 발광 소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.The
도 6 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 발광소자를 적용한 가스 센서의 구성도를 나타낸 것이다. 도 6 내지 도 9는 개략적인 구조만을 나타낸 것이고, 가스 농도 계산을 위한 회로 구성은 생략하였다. 도 6 내지 9에는 도시되지 않았으나, 실시예에 따른 가스 센서는 수광소자에서 검출된 자외선 량과 기준값을 비교하여 가스 농도를 계산하는 계산부를 포함할 수 있다. 6 to 9 are diagrams showing the configuration of a gas sensor to which a light emitting device according to an embodiment of the present invention is applied. 6 to 9 show only the schematic structure, and the circuit configuration for calculating the gas concentration is omitted. Although not shown in FIGS. 6 to 9 , the gas sensor according to the embodiment may include a calculator for calculating the gas concentration by comparing the amount of ultraviolet light detected by the light receiving element with a reference value.
도 6을 참조하면, 상기 가스 센서(200)는 흡입구 및 배기구가 형성된 하우징(210), 상기 하우징의 일측에 배치된 발광소자(220), 및 상기 발광소자와 이격 배치되어 상기 발광소자에서 방출된 자외선을 감지하여 가스 농도를 감지하는 수광소자(230)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 6 , the
상기 하우징에는 흡입구(212)와 배기구(214)가 형성될 수 있으며, 흡입구(212)와 배기구(214)는 서로 대향하는 면에 형성될 수 있다. 상기 흡입구(212)와 배기구의 위치에는 제한이 없으나, 도시된 바와 같이 흡입구(212)와 배기구(214)는 일직선 상에 배치되지 않고 서로 대각선 방향으로 배치되게 하여 가스가 하우징 내에 머무는 시간을 확보하여 가스 감지의 정확성을 높일 수 있다. An
상기 하우징(210)은 원통형의 기다란 형상일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. The
상기 하우징(210)에서 길이가 긴 쪽을 가로 방향이라고 할 때, 상기 흡입구(212)는 하우징의 상부에 형성될 수 있고, 배기구(214)는 하우징의 하부 에 형성될 수 있다. When the longer side of the
상기 하우징(210)의 내부에는 발광소자(220)와 수광소자(230)가 배치될 수 있다. A
상기 발광소자(220)는 자외선을 방출하는 발광소자로, 앞서 도 1에서 살펴본 발광소자가 사용될 수 있다. The
상기 발광소자(220)는 하우징에서 가로 방향으로 외곽 부분에 배치될 수 있고, 상기 수광소자(230)는 상기 발광소자(220)의 반대편에 배치될 수 있다. 즉, 발광소자(220)와 수광소자(230)는 최대한 이격되도록 배치되는 것이 바람직하다. 발광소자에서 방출된 광시 수광소자(230)에 수신되기 전까지 비행 거리가 늘어날수록 감지 센서의 정확도는 향상되기 때문이다. The
이때 발광소자(220)의 발광부(222)와 수광소자(230)의 수광부(232)는 서로 마주보도록 배치될 수 있다. In this case, the
상기 수광소자(220)는 포토 다이오드가 사용될 수 있으며, 상기 발광소자(220)에서 방출된 자외선을 수신하여 기준값과 비교하여 가스 농도를 감지할 수 있다. 기준값이란 하우징 내 가스가 없을 때 수광소자에서 수신한 자외선 량으로 미리 설정될 수 있다. 즉, 하우징 내에 가스가 없을 때 수신한 자외선 량과 가스가 유입되었을 때 수신된 자외선 량을 비교하는 방법으로 가스 농도를 감지할 수 있다. 발광소자에서 방출된 자외선은 가스 입자에 의해 굴절 및 산란 하게 되므로, 가스가 존재하면 수광소자(230)에 수신되는 자외선 량은 기준값과 달라지게 되므로, 이를 계산하여 가스 농도를 알 수 있다. A photodiode may be used as the
상기 가스는 NO, NO2, Sox와 같은 자동차 유해 가스를 포함한다. The gas includes NO, NO 2 , and noxious automobile gases such as So x .
도 7은 가스 센서의 다른 실시예를 나타낸 것으로, 하우징의 일면에 반사부를 추가한 것이다. 7 shows another embodiment of the gas sensor, in which a reflector is added to one surface of the housing.
도 7을 참조하면, 가스 센서(300)는 흡입구 및 배기구가 형성된 하우징(210), 상기 하우징의 일측에 배치된 발광소자(220), 및 상기 발광소자와 이격 배치되어 상기 발광소자에서 방출된 자외선을 감지하여 가스 농도를 감지하는 수광소자(230)를 포함하고, 하우징의 일면에 반사부(216)가 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 7 , the
본 실시예에서는 상기 발광소자(220)외 발광부(220)와 수광소자(230)의 수광부(232)가 서로 같은 방향으로 배치될 수 있다. In this embodiment, the
즉, 발광소자(220)의 발광부(222)는 하우징(210)의 반사부(216)를 바라보도록 배치될 수 있다. 발광부(222)에서 방출된 광은 반사부(216)에서 반사되어 수광소자(230)로 입사된다. That is, the
상기 반사부(216)에는 알루미늄층이 코팅될 수 있다. 반사부에 알루미늄 코팅을 함으로써 자외선 광의 반사율을 높일 수 있다. An aluminum layer may be coated on the
도 6의 실시예에 의하면, 발광소자(220)는 반사부(216)에서 다소 이격되어 배치될 수 있다. 도 5의 실시예에서는, 발광소자와 수광소자 간의 거리를 확보하기 위해 발광소자가 하우징의 측면에 배치되었지만, 도 의 실시예에서는 발광소자를 측면에서 안쪽으로 배치하되, 반사부(216)를 사용하여 광경로가 더 길어지게 할 수 있다. According to the embodiment of FIG. 6 , the
도 7은 가스 센서의 또 다른 실시예를 나타낸 것으로, 하우징의 다른 일면에 반사부를 더 추가한 것이다. 7 shows another embodiment of the gas sensor, in which a reflector is further added to the other surface of the housing.
도 7을 참조하면, 가스 센서(400)는 흡입구 및 배기구가 형성된 하우징(210), 상기 하우징의 일측에 배치된 발광소자(220), 및 상기 발광소자와 이격 배치되어 상기 발광소자에서 방출된 자외선을 감지하여 가스 농도를 감지하는 수광소자(230)를 포함하고, 하우징의 일면에 제1 반사부(216)가 형성되어 있고, 다른 일면에 제2 반사부(218)이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 7 , the
도 7의 실시예는 제2 반사부(218)가 더 추가된 형태이다. 상기 제2 반사부(218)는 제1 반사부(216)의 반대 방향 일측면에 배치될 수 있다. 7 is a form in which the
이때, 발광소자(220)와 수광소자(230)는 발광부(222)와 수광부(232)가 서로 반대 방향을 향하도록 배치될 수 있다. 이러한 구조에 의해, 발광부(222)에서 방출된 광은 제1 반사부(216) 및 제2 반사부(218)을 더쳐 수광부(232)로 입사될 수 있다. In this case, the
상기 수광소자(230)는 제2 반사부(218)에서 반사된 광을 수신하므로 제2 반사부(218)으로부터 다소 이격되어 배치될 수 있다. 즉, 도 2 및 도 3의 실시예에서는 광 경로를 확보하기 위해 수광소자(230)를 최대한 하우징의 외곽 부분에 배치되었으나, 도 4의 실시예에서는 수광소자(230)가 제2 반사부(218)에서 반사된 광을 수신하므로 제2 반사부(218)으로부터 이격되어 배치될 수 있다. Since the
이상 살펴본 바와 같이 본 발명의 실시예에 의하면 자외선 발광소자 및 수광소자를 이용하여 자동차 배기가스와 같은 유해가스를 감지할 수 있다. As described above, according to the embodiment of the present invention, harmful gases such as automobile exhaust gas can be detected by using the ultraviolet light emitting device and the light receiving device.
또한, 하우징 내에 반사부를 설치하여 광 경로가 길어지도록 함으로써 가스 감지의 정확도를 향상시킬 수 있다. In addition, it is possible to improve the accuracy of gas detection by providing a reflector in the housing to make the light path longer.
도 8은 가스 센서의 또 다른 실시예를 나타낸 것으로, 하우징을 원형으로 형성한 것이다. 8 shows another embodiment of the gas sensor, in which the housing is formed in a circular shape.
도 9을 참조하면, 발광소자(220)와 수광소자(230)의 바닥면에 배치되고, 하우징(510)에 반사면(516)이 형성되어 있다. 발광소자(220)에서 출사된 자외선 광은 반사면(516)에서 반사되어, 수광소자(230)로 입사된다. Referring to FIG. 9 , it is disposed on the bottom surface of the
..
발광소자는 상술한 발광 다이오드 외에 레이저 다이오드가 있다.The light emitting device includes a laser diode in addition to the light emitting diode described above.
레이저 다이오드는, 발광소자와 동일하게, 상술한 구조의 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다. 그리고, p-형의 제1 도전형 반도체와 n-형의 제2 도전형 반도체를 접합시킨 뒤 전류를 흘러주었을 때 빛이 방출되는 electro-luminescence(전계발광) 현상을 이용하나, 방출되는 광의 방향성과 위상에서 차이점이 있다. 즉, 레이저 다이오드는 여기 방출(stimulated emission)이라는 현상과 보강간섭 현상 등을 이용하여 하나의 특정한 파장(단색광, monochromatic beam)을 가지는 빛이 동일한 위상을 가지고 동일한 방향으로 방출될 수 있으며, 이러한 특성으로 인하여 광통신이나 의료용 장비 및 반도체 공정 장비 등에 사용될 수 있다.The laser diode may include a first conductivity-type semiconductor layer, an active layer, and a second conductivity-type semiconductor layer having the above-described structure, similarly to the light emitting device. In addition, an electro-luminescence phenomenon in which light is emitted when a current is applied after bonding a p-type first conductivity type semiconductor and an n-type second conductivity type semiconductor is used, but the directionality of the emitted light and there is a difference in phase. That is, the laser diode uses a phenomenon called stimulated emission and constructive interference, so that light having one specific wavelength (monochromatic beam) can be emitted with the same phase and in the same direction. Therefore, it can be used for optical communication, medical equipment, and semiconductor processing equipment.
수광 소자로는 빛을 검출하여 그 강도를 전기 신호로 변환하는 일종의 트랜스듀서인 광 검출기(photodetector)를 예로 들 수 있다. 이러한 광 검출기로서, 광전지(실리콘, 셀렌), 광도전 소자(황화 카드뮴, 셀렌화 카드뮴), 포토 다이오드(예를 들어, visible blind spectral region이나 true blind spectral region에서 피크 파장을 갖는 PD), 포토 트랜지스터, 광전자 증배관, 광전관(진공, 가스 봉입), IR(Infra-Red) 검출기 등이 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.As the light receiving element, a photodetector, which is a kind of transducer that detects light and converts its intensity into an electrical signal, may be exemplified. As such a photodetector, a photocell (silicon, selenium), a photoconductive element (cadmium sulfide, cadmium selenide), a photodiode (for example, a PD having a peak wavelength in a visible or true blind spectral region), a phototransistor , a photomultiplier tube, a phototube (vacuum, gas-filled), an IR (Infra-Red) detector, etc., but the embodiment is not limited thereto.
또한, 광검출기와 같은 반도체 소자는 일반적으로 광변환 효율이 우수한 직접 천이 반도체(direct bandgap semiconductor)를 이용하여 제작될 수 있다. 또는, 광검출기는 구조가 다양하여 가장 일반적인 구조로는 p-n 접합을 이용하는 pin형 광검출기와, 쇼트키접합(Schottky junction)을 이용하는 쇼트키형 광검출기와, MSM(Metal Semiconductor Metal)형 광검출기 등이 있다. In addition, a semiconductor device such as a photodetector may be generally manufactured using a direct bandgap semiconductor having excellent light conversion efficiency. Alternatively, the photodetectors have various structures, and the most common structures include a pin-type photodetector using a p-n junction, a Schottky-type photodetector using a Schottky junction, and a Metal Semiconductor Metal (MSM) photodetector. there is.
포토 다이오드(Photodiode)는 발광소자와 동일하게, 상술한 구조의 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있고, pn접합 또는 pin 구조로 이루어진다. 포토 다이오드는 역바이어스 혹은 제로바이어스를 가하여 동작하게 되며, 광이 포토 다이오드에 입사되면 전자와 정공이 생성되어 전류가 흐른다. 이때 전류의 크기는 포토 다이오드에 입사되는 광의 강도에 거의 비례할 수 있다.A photodiode may include a first conductivity type semiconductor layer, an active layer, and a second conductivity type semiconductor layer having the above-described structure, in the same way as the light emitting device, and has a pn junction or pin structure. The photodiode operates by applying a reverse bias or zero bias, and when light is incident on the photodiode, electrons and holes are generated and a current flows. In this case, the magnitude of the current may be substantially proportional to the intensity of light incident on the photodiode.
광전지 또는 태양 전지(solar cell)는 포토 다이오드의 일종으로, 광을 전류로 변환할 수 있다. 태양 전지는, 발광소자와 동일하게, 상술한 구조의 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다. A photovoltaic cell or solar cell is a type of photodiode, and may convert light into electric current. The solar cell may include a first conductivity type semiconductor layer, an active layer, and a second conductivity type semiconductor layer having the above-described structure in the same manner as the light emitting device.
또한, p-n 접합을 이용한 일반적인 다이오드의 정류 특성을 통하여 전자 회로의 정류기로 이용될 수도 있으며, 초고주파 회로에 적용되어 발진 회로 등에 적용될 수 있다.In addition, it may be used as a rectifier of an electronic circuit through the rectification characteristic of a general diode using a p-n junction, and may be applied to an oscillation circuit by being applied to a very high frequency circuit.
또한, 상술한 반도체 소자는 반드시 반도체로만 구현되지 않으며 경우에 따라 금속 물질을 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 수광 소자와 같은 반도체 소자는 Ag, Al, Au, In, Ga, N, Zn, Se, P, 또는 As 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있으며, p형이나 n형 도펀트에 의해 도핑된 반도체 물질이나 진성 반도체 물질을 이용하여 구현될 수도 있다. 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 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 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.In addition, the above-described semiconductor device is not necessarily implemented only as a semiconductor, and may further include a metal material in some cases. For example, a semiconductor device such as a light receiving device may be implemented using at least one of Ag, Al, Au, In, Ga, N, Zn, Se, P, or As, and may be formed using a p-type or n-type dopant. It may be implemented using a doped semiconductor material or an intrinsic semiconductor material. In the above, the embodiment has been mainly described, but this is only an example and does not limit the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains are not exemplified above in the range that does not depart from the essential characteristics of the present embodiment. It can be seen that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiment can be implemented by modification. And differences related to such modifications and applications should be construed as being included in the scope of the present invention defined in the appended claims.
110 : 기판 120 : 버퍼층
130 : 제1 도전형 반도체층 140 : 활성층
150 : 정공주입층 160 : 전자차단층
170 : 제2 도전형 반도체층 180 : 컨택층110: substrate 120: buffer layer
130: first conductivity type semiconductor layer 140: active layer
150: hole injection layer 160: electron blocking layer
170: second conductivity type semiconductor layer 180: contact layer
Claims (8)
상기 기판 상에 배치된 제1 도전형 반도체층;
상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치된 제2 도전형 반도체층; 및
상기 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층 사이에 배치된 자외선 파장을 방출하는 활성층을 포함하고,
상기 활성층은 우물층과 장벽층을 포함하는 양자우물 구조이고,
상기 우물층과 장벽층은 AlxGa1-xN (0≤x≤1) 조성식을 갖는 반도체층으로,
상기 우물층의 Al 조성과 상기 장벽층의 Al 조성의 비는 1 : 1.13 내지 1 : 1.20이고,
상기 우물층의 Al 조성비는 72% 내지 78%인 발광소자.
Board;
a first conductivity-type semiconductor layer disposed on the substrate;
a second conductivity type semiconductor layer disposed on the first conductivity type semiconductor layer; and
An active layer emitting an ultraviolet wavelength disposed between the first conductivity-type semiconductor layer and the second conductivity-type semiconductor layer,
The active layer has a quantum well structure including a well layer and a barrier layer,
The well layer and the barrier layer are semiconductor layers having a composition formula of Al x Ga 1-x N (0≤x≤1),
a ratio of the Al composition of the well layer to the Al composition of the barrier layer is 1:1.13 to 1:1.20;
The Al composition ratio of the well layer is 72% to 78%.
상기 활성층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에는 상기 활성층에 인접한 정공주입층을 더 포함하고,
상기 우물층과 상기 정공주입층의 Al 조성비는 1 : 1.20 내지 1 : 1.27인 발광소자.
The method of claim 1,
Between the active layer and the second conductivity-type semiconductor layer further comprises a hole injection layer adjacent to the active layer,
The Al composition ratio of the well layer and the hole injection layer is 1:1.20 to 1:1.27.
상기 정공주입층 상에 배치된 전자차단층을 더 포함하고,
상기 우물층과 상기 전자차단층의 Al 조성비는 1 : 1.16 내지 1 : 1.23인 발광소자.
3. The method of claim 2,
Further comprising an electron blocking layer disposed on the hole injection layer,
The Al composition ratio of the well layer and the electron blocking layer is 1:1.16 to 1:1.23.
상기 제1 도전형 반도체층은 상기 활성층에 인접하는 제1-1 도전형 반도체층, 상기 제1-1 도전형 반도체층 아래에 배치된 제1-2 도전형 반도체층 및 상기 제1-2 도전형 반도체층 아래에 배치된 제1-3 도전형 반도체층을 포함하고,
상기 제1-1 도전형 반도체층는 상기 장벽층의 Al 조성비와 같거나 더 높고,
상기 제1-2 도전형 반도체층의 Al 조성은 상기 제1-1 도전형 반도체층의 Al 조성보다 낮고,
상기 제1-3 도전형 반도체층의 Al 조성은 상기 제1-1 도전형 반도체층의 Al 조성과 같은, 발광소자.
The method of claim 1,
The first conductivity type semiconductor layer includes a 1-1 conductivity type semiconductor layer adjacent to the active layer, a 1-2 conductivity type semiconductor layer disposed under the 1-1 conductivity type semiconductor layer, and the 1-2 conductivity type semiconductor layer. It includes a 1-3 conductivity type semiconductor layer disposed under the type semiconductor layer,
The 1-1 conductivity type semiconductor layer is equal to or higher than the Al composition ratio of the barrier layer,
The Al composition of the 1-2 conductivity type semiconductor layer is lower than the Al composition of the 1-1 conductivity type semiconductor layer,
The Al composition of the 1-3 conductivity type semiconductor layer is the same as the Al composition of the 1-1 conductivity type semiconductor layer, a light emitting device.
상기 제1 도전형 반도체층은 상기 활성층에 인접하는 제1-1 도전형 반도체층, 상기 제1-1 도전형 반도체층 아래에 배치된 제1-2 도전형 반도체층 및 상기 제1-2 도전형 반도체층 아래에 배치된 제1-3 도전형 반도체층을 포함하고,
상기 기판과 상기 제1 도전형 반도체층 사이에 배치된 버퍼층을 더 포함하고,
상기 제1-3 도전형 반도체층의 알루미늄 조성비는 상기 버퍼층 보다는 낮으며 제1-2 도전형 반도체층 보다는 높은, 발광소자.
The method of claim 1,
The first conductivity type semiconductor layer includes a 1-1 conductivity type semiconductor layer adjacent to the active layer, a 1-2 conductivity type semiconductor layer disposed under the 1-1 conductivity type semiconductor layer, and the 1-2 conductivity type semiconductor layer. It includes a 1-3 conductivity type semiconductor layer disposed under the type semiconductor layer,
Further comprising a buffer layer disposed between the substrate and the first conductivity-type semiconductor layer,
The aluminum composition ratio of the 1-3 conductivity type semiconductor layer is lower than that of the buffer layer and higher than that of the 1-2 conductivity type semiconductor layer, a light emitting device.
상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치된 전자차단층;을 더 포함하고,
상기 제2 도전형 반도체층은 상기 전자차단층 상에 배치된 제2-1 도전형 반도체층, 상기 제2-1 도전형 반도체층 상에 배치된 제2-2 도전형 반도체층 및 상기 제2-2 도전형 반도체층 상에 배치된 제2-3 도전형 반도체층을 포함하고,
상기 제2-1 도전형 반도체층, 상기 제2-2 도전형 반도체층 및 상기 제2-3 도전형 반도체층의 순서로 Al 조성비는 낮아지는, 발광소자.
The method of claim 1,
Further comprising; an electron blocking layer disposed on the second conductivity type semiconductor layer;
The second conductivity type semiconductor layer includes a 2-1 conductivity type semiconductor layer disposed on the electron blocking layer, a 2-2 conductivity type semiconductor layer disposed on the 2-1 conductivity type semiconductor layer, and the second conductivity type semiconductor layer. -Containing a 2-3th conductivity type semiconductor layer disposed on the -2 conductivity type semiconductor layer,
The Al composition ratio of the 2-1 conductivity type semiconductor layer, the 2-2 conductivity type semiconductor layer, and the 2-3 conductivity type semiconductor layer is decreased in the order of the light emitting device.
상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치된 전자차단층;을 더 포함하고,
상기 제2 도전형 반도체층은 상기 전자차단층 상에 배치된 제2-1 도전형 반도체층, 상기 제2-1 도전형 반도체층 상에 배치된 제2-2 도전형 반도체층 및 상기 제2-2 도전형 반도체층 상에 배치된 제2-3 도전형 반도체층을 포함하고,
상기 우물층과 상기 제2-1 도전형 반도체층의 Al 조성비는 1 : 1.03 내지 1: 1.09이고,
상기 우물층과 상기 제2-2 도전형 반도체층의 Al 조성비는 1 : 0.96 내지 1: 1.04이고,
상기 우물층과 상기 제2-3 도전형 반도체층의 Al 조성비는 1 : 0.83 내지 1: 0.91인, 발광소자.
The method of claim 1,
Further comprising; an electron blocking layer disposed on the second conductivity type semiconductor layer;
The second conductivity type semiconductor layer includes a 2-1 conductivity type semiconductor layer disposed on the electron blocking layer, a 2-2 conductivity type semiconductor layer disposed on the 2-1 conductivity type semiconductor layer, and the second conductivity type semiconductor layer. -Containing a 2-3th conductivity type semiconductor layer disposed on the -2 conductivity type semiconductor layer,
The Al composition ratio of the well layer and the 2-1 conductivity type semiconductor layer is 1:1.03 to 1: 1.09,
The Al composition ratio of the well layer and the 2-2 conductivity type semiconductor layer is 1:0.96 to 1:1.04,
The Al composition ratio of the well layer and the 2-3th conductivity type semiconductor layer is 1:0.83 to 1:0.91.
상기 제2 도전형 반도체층 상에는 배치된 제2 컨택층; 및 상기 제2 컨택층 상에는 배치된 제2 전극;을 더 포함하고,
상기 제2 컨택층의 Al 조성비는 50% 이하인, 발광소자.The method of claim 1,
a second contact layer disposed on the second conductivity type semiconductor layer; and a second electrode disposed on the second contact layer;
The Al composition ratio of the second contact layer is 50% or less, a light emitting device.
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