KR20130074080A - 자외선 발광 소자 - Google Patents

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KR20130074080A
KR20130074080A KR1020110141951A KR20110141951A KR20130074080A KR 20130074080 A KR20130074080 A KR 20130074080A KR 1020110141951 A KR1020110141951 A KR 1020110141951A KR 20110141951 A KR20110141951 A KR 20110141951A KR 20130074080 A KR20130074080 A KR 20130074080A
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최미경
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

발광 소자는 기판 상에 형성된 제1 버퍼층과, 제1 버퍼층 상에 형성된 제2 버퍼층과, 제2 버퍼층 상에 형성된 자외선 발광 구조물을 포함한다. 제1 버퍼층의 두께는 제2 버퍼층의 두께보다 얇다. 제1 버퍼층은 기판과 제2 버퍼층 사이에 형성된 다수의 제1 및 제2 층을 포함한다. 제1 층은 AlN을 포함하고 제2 층은 AlGaN을 포함한다.

Description

자외선 발광 소자{Ultraviolet light-emitting device}
실시예는 자외선 발광 소자에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light-Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 발광 소자이다.
반도체 발광 소자는 고 휘도를 갖는 광을 얻을 수 있어, 디스플레이용 광원, 자동차용 광원 및 조명용 광원으로 폭넓게 사용되고 있다.
최근 들어, 자외선을 출력할 수 있는 자외선 반도체 발광 소자가 제안되었다.
이러한 자외선 발광 소자는 여전히 기판 상에 발과 구조물을 형성하는데 있어서, 격자 부정합에 따른 보이드(void)와 경사진 그레인(tilted grain)과 같은 불량이 발생되는 문제가 있다.
또한, 자외선 발광 소자의 자외선 광이 내부에서 흡수되므로, 양자 효율이 저하되는 문제가 있다.
실시예는 전기적 특성과 광학적 특성을 향상시킬 수 있는 자외선 발광 소자를 제공한다.
실시예는 자외선 광의 흡수를 방지하여 양자 효율을 향상시킬 수 있는 자외선 발광 소자를 제공한다.
실시예는 격자 부정합을 최대한 완화시켜 보이드나 그레인과 같은 불량을 방지할 수 있는 자외선 발광 소자를 제공한다.
실시예에 따르면, 발광 소자는, 기판; 상기 기판 상에 형성된 제1 버퍼층; 상기 제1 버퍼층 상에 형성된 제2 버퍼층; 및 상기 제2 버퍼층 상에 형성된 자외선 발광 구조물을 포함하고, 상기 제1 버퍼층의 두께는 상기 제2 버퍼층의 두께보다 얇으며, 상기 제1 버퍼층은, 상기 기판과 상기 제2 버퍼층 사이에 형성된 다수의 제1 및 제2 층을 포함하고, 상기 제1 층은 AlN을 포함하고 상기 제2 층은 AlGaN을 포함한다.
실시예는 버퍼층으로서 자외선 파장을 거의 흡수하지 않는 AlN나 AlGaN가 사용됨으로써, GaN의 버퍼층을 사용할 때에 비해 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
실시예는 제1 및 제2 층이 적층으로 형성된 제1 버퍼층이 기판과 제2 버퍼층 사이에 형성됨으로써, 보이드나 그레인과 같은 불량이 발생되지 않게 된다.
도 1은 제1 실시예에 따른 자외선 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 제1 버퍼층을 상세하게 도시한 단면도이다.
도 3은 실시예에 따른 수평형 자외선 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 4는 실시예에 따른 플립형 자외선 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 5는 실시예에 따른 수직형 자외선 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 6은 제2 실시예에 따른 자외선 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 7은 도 6의 제1 버퍼층을 상세하게 도시한 단면도이다.
도 8은 실시예에 따른 수평형 자외선 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 9는 실시예에 따른 플립형 자외선 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 10은 실시예에 따른 수직형 자외선 발광 소자를 도시한 단면도이다.
발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향 뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 자외선 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 자외선 발광 소자(10)는 기판(11), 제1 및 제2 버퍼층(20, 13), 제1 도전형 반도체층(15), 활성층(17) 및 제2 도전형 반도체층(19)을 포함할 수 있다.
제1 실시예의 자외선 발광 소자(10)는 365nm 이하의 파장을 갖는 근자외선 광을 발생시킬 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제1 도전형 반도체층(15), 상기 활성층(17) 및 상기 제2 도전형 반도체층(19)에 의해 발광 구조물(21)이 형성될 수 있다.
상기 기판(11)을 제외한 상기 제1 및 제2 버퍼층(20, 13), 상기 제1 도전형 반도체층(15), 활성층(17) 및 제2 도전형 반도체층(19)은 III족 및 V족 화합물 반도체 재료로 혀성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 상기 반도체 재료는 예를 들어 Al, In, Ga, N를 포함할 수 있다.
상기 기판(11)은 열 전도성이 우수한 재질로 형성될 수 있다. 상기 기판(11)은 예컨대, 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP 및 Ge로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나로 형성될 수 있다.
상기 제2 버퍼층(13)은 상기 기판(11)과 상기 제1 도전형 반도체층(15) 사이의 격자 상수 차이를 완화하여 주기 위해 형성될 수 있다.
상기 제2 버퍼층(13)은 1㎛ 내지 7㎛의 두께를 갖지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
바람직하게는, 상기 제2 버퍼층(13)은 4㎛ 내지 5㎛의 두께를 갖지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제2 버퍼층(13)은 AlN 또는 AlGaN를 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제2 버퍼층(13)의 Al 함량은 1% 내지 30%의 범위를 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제2 버퍼층(13)의 Al 함량이 30% 이상인 경우, 성장 결정성이 나뻐지는 경향이 있다.
통상적으로 GaN은 자외선 파장을 흡수하므로, 본 발명의 제1 실시예에서는 채용되지 않지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제1 실시예는 제2 버퍼층(13)으로서 자외선 파장을 거의 흡수하지 않는 AlN나 AlGaN가 사용됨으로써, GaN의 버퍼층을 사용할 때에 비해 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 제2 버퍼층(13)에 의해 상기 기판(11) 상에 형성되는 상기 제1 도전형 반도체층(15)이 안정적으로 성장될 수 있다.
하지만, 제2 버퍼층(13)을 사용하더라도 여전히 보이드나 그레인과 같은 불량이 발생될 가능성이 있다.
이에 따라, 제1 실시예에서는 제2 버퍼층(13)을 형성하기 전에 상기 기판(11) 상에 제1 버퍼층(20)이 형성될 수 있다.
상기 제1 버퍼층(20)은 상기 제2 버퍼층(13)의 격자 부정합 기능을 추가로 도와주는 역할을 하는 것으로서, 상기 제1 버퍼층(20)의 형성에 의해 상기 제2 버퍼층(13)과 그 위에 형성되는 발광 구조물(21)에 보이드나 그레인과 같은 불량이 발생되지 않게 된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 상기 제1 버퍼층(20)은 제1 층(23a, 23b, 23c, 23d)과 제2 층(25a, 25b, 25c, 25d)이 적층으로 형성될 수 있다.
예컨대, 상기 기판(11) 상에 제1 층(23a), 상기 제1 층(23a) 상에 제2 층(25a), 상기 제2 층(25a) 상에 제1 층(23b), 상기 제1 층(23b) 상에 제2 층(25b), 상기 제2 층(25b) 상에 제1 층(23c), 상기 제1 층(23c) 상이 제2 층(25c), 상기 제2 층(25c) 상에 제1 층(23d) 그리고 상기 제1 층(23d) 상에 제2 층(25d)이 형성될 수 있다.
이와 달리, 제1 층(23a, 23b, 23c, 23d)이 제2 층(25a, 25b, 25c, 25d)보다 먼저 형성될 수도 있다.
예컨대, 상기 기판(11) 상에 제2 층(25a), 상기 제2 층(25a) 상에 제1 층(23a), 상기 제1 층(23a) 상에 제2 층(25b), 상기 제2 층(25b) 상에 제1 층(23b), 상기 제1 층(23b) 상에 제2 층(25c), 상기 제2 층(25c) 상에 제1 층(23c), 상기 제1 층(23c) 상에 제2 층(25d) 그리고 상기 제2 층(25d) 상에 제1 층(23d)이 형성될 수 있다.
상기 제1 층(23a, 23b, 23c, 23d)의 개수와 상기 제2 층(25a, 25b, 25c, 25d)의 개수는 설계자에 의해 변경 가능하다.
예컨대, 상기 제1 버퍼층(20)은 제1 층(23a, 23b, 23c, 23d)과 제2 층(25a, 25b, 25c, 25d)으로 구성된 3쌍 내지 5쌍으로 구성되고, 300nm 이하의 두께를 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제1 층(23a, 23b, 23c, 23d)은 예컨대, AlN일 수 있고, 상기 제2 층(25a, 25b, 25c, 25d)은 예컨대, AlGaN일 수 있고 또는 상기 제1 층(23a, 23b, 23c, 23d)은 AlGaN이고, 상기 제2 층(25a, 25b, 25c, 25d)은 AlN일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
설명의 편의를 위해, 제1 실시예에서는 제1 층(23a, 23b, 23c, 23d)은 AlN이고 제2 층(25a, 25b, 25c, 25d)은 AlGaN로 한정하여 설명한다.
AlGaN의 제2 층(25a, 25b, 25c, 25d)에서 Al의 함량은 3% 내지 20%의 범위를 가지지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제1 층(23a, 23b, 23c, 23d)은 상기 제2 층(25a, 25b, 25c, 25d)보다 작은 두께를 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제1 층(23a, 23b, 23c, 23d) 각각은 동일할 수도 있고, 동일하지 않을 수도 있다. 또한, 상기 제2 층(25a, 25b, 25c, 25d) 각각은 동일할 수도 있고, 동일하지 않을 수도 있다.
상기 제1 층(23a, 23b, 23c, 23d)은 30nm 내지 70nm의 두께를 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
AlN의 제1 층(23a, 23b, 23c, 23d)의 두께가 70nm 이상인 경우, 아일랜드 성장(island growth)에 의한 그레인 바운더리(grain boundary)가 형성될 수 있다.
상기 제2 층(25a, 25b, 25c, 25d)은 70nm 내지 150nm의 두께를 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
AlGaN의 제2 층(25a, 25b, 25c, 25d)의 두께가 50nm 이상인 경우, 크랙(crack)이 발생하며, 그레인 바운더리(grain boundary)가 형성될 수 있다.
제1 실시예는 이상과 같이 제1 층(23a, 23b, 23c, 23d) 및 제2 층(25a, 25b, 25c, 25d)이 적층으로 형성된 제1 버퍼층(20)과 그 위에 형성된 제2 버퍼층(13)에 의해 발광 구조물(21)에 보이드나 그레인과 같은 불량이 발생되지 않게 된다.
상기 제2 버퍼층(13) 상에 제1 도전형 반도체층(15), 활성층(17) 및 제2 도전형 반도체층(19)을 포함하는 발광 구조물(21)이 형성될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(15)은 예를 들어, n형 도펀트를 포함하는 n형 반도체층일 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(15)은 예컨대 AlGaN를 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 상기 n형 도펀트는 Si, Ge 또는 Sn를 포함할 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(15)은 제1 캐리어, 예컨대 전자를 상기 활성층(17)으로 공급하여 주기 위한 전극층으로서의 역할을 하며, 상기 활성층(17)의 제2 캐리어, 예컨대 정공이 상기 제2 버퍼층(13)으로 넘어가지 못하게 하는 장벽층으로서의 역할을 할 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(15)은 장벽층으로서의 역할만 하고, 전극층으로서의 역할을 하는 또 다른 도전형 반도체층이 상기 버퍼층과 상기 제1 도전형 반도체층(15) 사이에 형성될 수도 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(15) 상에는 상기 활성층(17)이 형성될 수 있다.
상기 활성층(17)은 예컨대 상기 제1 도전형 반도체층(15)으로부터 공급된 전자와 상기 제2 도전형 반도체층(19)으로부터 공급된 정공을 재결합시켜 자외선 광을 발광시킬 수 있다.
제1 실시예에서의 자외선 광은 365nm 이하의 근 자외선 파장일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 활성층(17)은 다수의 웰층과 다수의 배리어층이 교대로 형성된 다중 양자 우물 구조(MQW)을 갖지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
즉, 상기 활성층(17)은 단일 양자 우물 구조, 양자점 구조 및 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 활성층(17)은 GaN, InGaN, AlGaN 및 AlInGaN으로부터 선택된 하나 또는 이들의 주기적인 반복으로 형성될 수 있다.
상기 활성층(17) 상에 제2 도전형 반도체층(19)이 형성될 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(19)은 예를 들어, p형 도펀트를 포함하는 p형 반도체층일 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(19)은 예컨대 AlGaN 또는 GaN를 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
예컨대, 제2 도전형 반도체층(19)은 AlGaN를 포함하는 장벽층으로서의 역할을 하고, 전극층으로서의 역할을 하는 GaN를 포함하는 또 다른 반도체층이 상기 제2 도전형 반도체층(19) 상에 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 p형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr 또는 Ba를 포함할 수 있다.
이하의 도 4 내지 도 6은 도 1의 제1 실시예에 따른 자외선 발광 소자(10)를 이용하여 제조된 여러 타입의 제품들을 보여준다.
이하의 설명에서 제1 실시예와 중복되는 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하고, 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 실시예에 따른 수평형 자외선 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 제1 실시예에 따른 자외선 발광 소자(10)에서 제1 도전형 반도체층(15)의 상면의 일부분이 노출되도록 자외선 발광 소자(10)에서 제2 도전형 반도체층(19)과 활성층(17)을 제거하는 메사 식각이 수행될 수 있다. 이어서 상기 노출된 제1 도전형 반도체층(15)의 상면에 제1 전극(31)이 형성되고, 상기 제2 도전형 반도체층(19)의 상면에 제2 전극(33)이 형성됨으로써, 실시예에 따른 수평형 자외선 발광 소자가 제조될 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극(31, 33)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 백금(Pt), 금(Au), 텅스텐(W), 구리(Cu) 및 몰리브텐(Mo)으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나 또는 이들의 합금을 포함할 수 있지만, 이에 한정하지 않는다.
상기 제2 전극(33)이 형성되기 전에 또는 상기 메사 식각(mesa etching)이 수행되기 전에 상기 제2 도전형 반도체층(19) 상에 투명 전극층(35)이 형성될 수도 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 투명 전극층(35)은 ITO, IZO(In-ZnO), GZO(Ga-ZnO), AZO(Al-ZnO), AGZO(Al-Ga-ZnO), IGZO(In-Ga-ZnO), IrOx, RuOx, RuOx/ITO 및 Ni/IrOx/Au로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
실시예에 따른 수평형 자외선 발광 소자에서의 자외선 광은 주로 제2 도전형 반도체층(19)을 통해 전방 방향으로 출사되지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
앞서 설명한 바와 같이, 기판(11)과 제2 버퍼층(13) 사이에 제1 층과 제2 층이 적층된 제1 버퍼층(20)이 형성됨으로써, 상기 제2 버퍼층(13) 상에 형성된 제1 도전형 반도체층(15), 활성층(17) 및 제2 도전형 반도체층(19)이 보이드나 그레인과 같은 불량이 발생되지 않게 되므로, 수평형 자외선 발광 효율의 전기적 특성이나 광학적 특성이 향상될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
도 4는 실시예에 따른 플립형 자외선 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 제1 실시예에 따른 자외선 발광 소자(10)에서 제1 도전형 반도체층(15)의 상면의 일부분이 노출되도록 자외선 발광 소자(10)에서 제2 도전형 반도체층(19)과 활성층(17)을 제거하는 메사 식각이 수행될 수 있다. 이어서 상기 노출된 제1 도전형 반도체층(15)의 상면에 제1 전극(31)이 형성되고, 상기 제2 도전형 반도체층(19)의 상면에 제2 전극(33)이 형성됨으로써, 실시예에 따른 플립형 자외선 발광 소자가 제조될 수 있다.
이와 같이 제조된 플립형 자외선 발광 소자는 뒤집어진 상태로 제품으로 사용될 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 플립형 자외선 발광 소자는 자외선 광이 주로 기판(11)을 통해 전방 방향으로 출사되지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
활성층(17)에서 제2 도전형 반도체층(19)을 통과한 자외선 광은 반사층(37)에 의해 반사되어 활성층(17)을 지난 기판(11)을 통해 전방 방향으로 출사될 수 있다.
상기 제2 전극(33)이 형성되기 전에 또는 상기 메사 식각이 수행되기 전에 상기 제2 도전형 반도체층(19) 상에 자외선 광을 반사시킬 수 있는 반사층(37)이 형성될 수도 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
도 5는 실시예에 따른 수직형 자외선 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 제1 실시예에 따른 수직형 자외선 발광 소자(10)에서 제2 도전형 반도체층(19) 상에 채널층(41), 반사층(47), 접합층(49) 및 전도성 지지 부재(51)를 형성하고 180° 뒤집은 다음, 제1 및 제2 버퍼층(13) 및 기판(11)을 제거할 수 있다. 이어서, 메사 식각을 통해 발광 구조물(21)의 측면을 경사지게 형성하고, 제1 도전형 반도체층(15)의 상면에 광 추출을 향상시키기 위해 요철 구조(39)가 형성될 수 있다. 이어서, 발광 구조물(21)을 보호하기 위해 발광 구조물(21)의 측면, 채널층(41)의 상면 및 발광 구조물(21)의 상면 일부분에 패시베이션층(43)이 형성되며, 요철 구조(39) 상에 전극(45)이 형성될 수 있다.
상기 반사층(47)은 자외선 광을 반사시키는 반사 특성을 갖는 한편 발광 구조물(21)에 전원을 공급하는 도전 특성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 상기 반사층(47)은 예컨대, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 및 Hf로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 도전성지지 부재는 전기가 흐를 수 있는 도전성 재질로 형성되는데, 예컨대 Cu, Au, Ni, Mo 및 Cu-W로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 패시베이션층(43)은 채널층(41)과 동일한 재질로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 채널층(41)과 상기 패시베이션층(43)은 산화물, 질화물 및 절연 물질 중 하나로 형성될 수 있다. 상기 채널층(41)과 상기 패시베이션층(43)은 예컨대, ITO, IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO, GZO, SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3, 및 TiO2로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나로 형성될 수 있다.
도 6은 제2 실시예에 따른 자외선 발광 소자를 도시한 단면도이다.
제2 실시예는 기판(61)에 요철 구조(65)가 형성되고, 그 위에 제1 버퍼층(70)이 형성되는 것을 제외하고는 제1 실시예와 거의 동일하다.
제2 실시예에서 제1 실시예와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하고 상세한 설명을 생략한다.
도 6을 참조하면, 제2 실시예에 따른 자외선 발광 소자(10A)는 기판(61), 상기 기판(61) 상에 요철 구조(65), 상기 요철 구조(65) 상에 제1 및 제2 버퍼층(70, 63), 제1 도전형 반도체층(15), 활성층(17) 및 제2 도전형 반도체층(19)을 포함할 수 있다.
제2 실시예의 자외선 발광 소자(10A)는 365nm 이하의 파장을 갖는 근자외선 광을 발생시킬 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
도 7에 도시한 바와 같이, 상기 기판(61) 상에 요철 구조(65)가 형성될 수 있다. 상기 요철 구조(65)는 자외선 광을 난반사시켜 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 요철 구조(65)는 기판(61)의 상면에서 하부 방향으로 볼록하거나 상부 방향으로 볼록한 요철 형상으로 형성될 수 있다. 상기 요철 형상은 원 형상, 타원 형상, 정 사면체, 정 육면체 등일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
설명의 편리를 위해 제2 실시예에의 요철 구조(65)는 상부 방향으로 볼록한 요철 구조로 한정하여 설명한다.
상기 요철 구조(65) 상에 제1 층(71a, 71b)과 제2 층(73a, 73b)이 적층된 제1 버퍼층(70)이 형성될 수 있다.
예컨대, 상기 기판(61) 상에 제1 층(71a, 71b)이 형성되고, 그 위에 제2 층(73a, 73b)과 제1 층(71a, 71b)이 반복적으로 적층 형성될 수 있다.
이와 달리, 제1 층(71a, 71b)이 제2 층(73a, 73b)보다 먼저 형성될 수도 있다.
예컨대, 상기 기판(61) 상에 제2 층(73a, 73b)이 형성되고, 그 위에 제1 층(71a, 71b)과 제2 층(73a, 73b)이 반복적으로 적층 형성될 수 있다.
예컨대, 상기 제2 버퍼층(63)은 제1 층(71a, 71b)과 제2 층(73a, 73b)으로 구성된 3쌍 내지 5쌍으로 구성되고, 300nm 이하의 두께를 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제1 층(71a, 71b)은 예컨대, AlN일 수 있고, 상기 제2 층(73a, 73b)은 예컨대, AlGaN일 수 있고 또는 상기 제1 층(71a, 71b)은 AlGaN이고, 상기 제2 층(73a, 73b)은 AlN일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
설명의 편의를 위해, 실시예에서는 제1 층(71a, 71b)은 AlN이고 제2 층(73a, 73b)은 AlGaN로 한정하여 설명한다.
AlGaN의 제2 층(73a, 73b)에서 Al의 함량은 3% 내지 20%의 범위를 가지지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제1 층(71a, 71b)은 상기 제2 층(73a, 7b)보다 작은 두께를 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제1 층(71a, 71b)은 30nm 내지 70nm의 범위를 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
AlN의 제1 층(71a, 71b)의 두께가 70nm 이상인 경우, 아일랜드 성장(island growth)에 의한 그레인 바운더리(grain boundary)가 형성될 수 있다.
상기 제2 층(73a, 73b)은 70nm 내지 150nm의 범위를 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
AlGaN의 제2 층(73a, 73b)의 두께가 50nm 이상인 경우, 크랙(crack)이 발생하며, 그레인 바운더리(grain boundary)가 형성될 수 있다.
제2 실시예는 이상과 같이 제1 층(71a, 71b) 및 제2 층(73a, 73b)이 적층으로 형성된 제1 버퍼층(70)과 그 위에 형성된 제2 버퍼층(63)에 의해 발광 구조물(21)에 보이드나 그레인과 같은 불량이 발생되지 않게 된다.
상기 제1 버퍼층(70) 상에 제2 버퍼층(63)이 형성되고, 상기 제2 버퍼층(63) 상에 제1 도전형 반도체층(15), 활성층(17) 및 제2 도전형 반도체층(19)을 포함하는 발광 구조물(21)이 형성될 수 있다.
이들 구성 요소들은 제1 실시예의 설명으로부터 용이하게 설명될 수 있으므로, 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
이하의 도 8 내지 도 10은 도 6의 제2 실시예에 따른 자외선 발광 소자(10A)를 이용하여 제조된 여러 타입의 제품들을 보여준다.
아울러, 도 8 내지 도 10의 제품들은 기판(61) 상의 요철 구조를 제외하고는 도 3 내지 도 5의 제품들과 거의 동일하다.
이하의 설명에서 제2 실시예와 중복되는 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하고, 상세한 설명은 생략한다.
도 8은 실시예에 따른 수평형 자외선 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 실시예에 따른 수평형 자외서 발광 소자는 기판(61) 상에 요철 구조(도 6의 65)가 형성되고, 그 위에 제1 및 제2 버퍼층(70, 63), 그 위에 제1 도전형 반도체층(15), 활성층(17), 제2 도전형 반도체층(19) 및 투명 전극층(35)이 형성될 수 있다.
아울러, 상기 제1 도전형 반도체층(15)의 상면에 제1 전극(31)이 형성되고, 상기 투명 전극층(35)의 상면에 제2 전극(33)이 형성될 수 있다.
만일 상기 투명 전극층(35)이 형성되지 않는 경우, 상기 제2 전극(33)은 상기 제2 도전형 반도체층(19)의 상면에 형성될 수 있다.
실시예에 따른 수평형 자외선 발광 소자는 기판(61) 상에 형성된 요철 구조(도 6의 65)에 의해 광 추출 효율이 향상될 수 있다.
실시예에 따른 수평형 자외선 발광 소자는 기판(61)의 요철 구조(도 6의 65)와 제2 버퍼층(63) 사이에 제1 층과 제2 층으로 적층 형성된 제1 버퍼층(70)이 형성되어 보이드나 그레인과 같은 불량이 발생되지 않으므로, 전기적 특성과 광학적 특성이 향상될 수 있다.
도 9는 실시예에 따른 플립형 자외선 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 9에 도시한 바와 같이, 실시예에 따른 플립형 자외선 발광 소자는 제2 도전형 반도체층(19) 상에 투명 전극층(35)이 아닌 반사층(37)이 형성되고 180° 뒤집어진 것을 제외하고는 도 8의 수평형 자외선 발광 소자와 거의 동일하다.
활성층(17)에서 제2 도전형 반도체층(19)을 통과한 자외선 광은 반사층(37)에 의해 반사되어 활성층(17)을 지난 기판(61)을 통해 전방 방향으로 출사될 수 있다.
실시예에 따른 플립형 자외선 발광 소자는 기판(61) 상에 형성된 요철 구조(도 6의 65)에 의해 광 추출 효율이 향상될 수 있다.
실시예에 따른 플립형 자외선 발광 소자는 기판(61)의 요철 구조(도 6의 65)와 제2 버퍼층(63) 사이에 제1 층과 제2 층으로 적층 형성된 제1 버퍼층(70)이 형성되어 보이드나 그레인과 같은 불량이 발생되지 않으므로, 전기적 특성과 광학적 특성이 향상될 수 있다.
실시예에 따른 플립형 자외선 발광 소자는 제2 도전형 반도체층(19) 상에 형성된 반사층(37)에 의해활성층(17)으로부터 제2 도전형 반도체층(19)으로 진행된 자외선 광을 다시 활성층(17)으로 반사시켜 주어, 발광 효율이 더욱 더 향상될 수 있다.
도 10은 실시예에 따른 수직형 자외선 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 10에 도시한 바와 같이, 실시예에 따른 수직형 자외서 발광 소자는 제1 도전형 반도체층(15)의 상면에 요철 구조(77)가 형성될 수 있다. 이러한 요철 구조(77)는 도 6의 제1 실시에에 따른 자외선 발광 구조에서 기판(61) 상에 형성된 요철 구조(65)에 대응하는 것으로서, 기판(61)과 제1 및 제2 버퍼층(70, 63)이 제거될 때 상기 기판(61) 상의 요철 구조(65)에 대응하는 요철 구조(77)가 제1 도전형 반도체층(15)의 상면에 그대로 형성될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(19) 아래에 채널층(41), 반사층(47), 접합층(49) 및 도전성 지지 부재가 형성될 수 있다.
적어도 상기 발광 구조물(21)의 측면에는 패시베이션층(43)이 형성될 수 있다.
이러한 구성 요소들은 도 3 내지 도 5의 설명으로부터 용이하게 이해될 수 있으므로, 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
전극(45)과 반사층(47)은 수직 방향으로 오버랩되도록 형성될 수 있다.
도시되지 않았지만, 최단 경로로 인한 전류를 집중을 방지하기 위해, 상기 전극(45)에 오버랩되는 상기 반사층(47)과 상기 제2 도전형 반도체층(19) 사이에 절연 물질로 형성된 전류 차단층이 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
실시예에 따른 수직형 자외선 발광 소자는 기판(61) 상에 형성된 요철 구조(77)에 의해 광 추출 효율이 향상될 수 있다.
실시예에 따른 수직형 자외선 발광 소자는 전극(45)과 반사층(47)이 수직 방향으로 오버랩되도록 형성하여, 더욱더 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
10, 10A: 자외선 발광 소자
11, 61: 기판
20, 70: 제1 버퍼층
13, 63: 제2 버퍼층
15: 제1 도전형 반도체층
17: 활성층
19: 제2 도전형 반도체층
21: 발광 구조물
23a. 23b, 23c, 23d, 71a, 71b: 제1 층
25a, 25b, 25c, 25d, 73a, 73b: 제2 층
31: 제1 전극
33: 제2 전극
35: 투명 전극층
37: 반사층
39: 요철 구조
41: 채널층
43: 패시베이션층
45: 전극
47: 반사층
49: 접합층
51: 전도성 지지 부재
65, 77: 요철 구조

Claims (14)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성된 제1 버퍼층;
    상기 제1 버퍼층 상에 형성된 제2 버퍼층; 및
    상기 제2 버퍼층 상에 형성된 자외선 발광 구조물을 포함하고,
    상기 제1 버퍼층의 두께는 상기 제2 버퍼층의 두께보다 얇으며,
    상기 제1 버퍼층은,
    상기 기판과 상기 제2 버퍼층 사이에 형성된 다수의 제1 및 제2 층을 포함하고,
    상기 제1 층은 AlN을 포함하고 상기 제2 층은 AlGaN을 포함하는 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 버퍼층은 AlN 및 AlGaN 중 어느 하나인 발광 소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 버퍼층은 1㎛ 내지 7㎛의 두께를 갖는 발광 소자.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 버퍼층의 Al 함량은 1% 내지 30%의 범위를 갖는 발광 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 상면에 상기 제1 및 제2 층 중 어느 하나가 접하도록 형성되는 발광 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 버퍼층의 배면에 상기 제1 및 제2 층 중 어느 하나가 접하도록 형성되는 발광 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 층은 적층으로 형성되는 발광 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 1 버퍼층은 300nm 이하의 두께를 갖는 발광 소자.
  9. 제1항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제1 층은 상기 제2 층보다 작은 두께를 갖는 발광 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 층은 30nm 내지 70nm의 두께를 갖는 발광 소자.
  11. 제1항 또는 제10항에 있어서,
    상기 제2 층은 70nm 내지 150nm의 두께를 갖는 발광 소자.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제2 층의 Al 함량은 3% 내지 20%의 범위를 갖는 발광 소자.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 기판과 상기 버퍼층 사이에 형성된 요철 구조를 더 포함하는 발광 소자.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 자외선 발광 구조물은 365nm 이하의 파장을 갖는 근자외선 광을 생성하는 발광 소자.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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WO2017155215A1 (ko) * 2016-03-10 2017-09-14 주식회사 소프트에피 근자외선 발광 반도체 발광소자 및 이에 사용되는 3족 질화물 반도체 템플릿

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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US20200058827A1 (en) * 2016-03-10 2020-02-20 Soft-Epi Inc. Near-Ultraviolet Light-Emitting Semiconductor Light-Emitting Element And Group III Nitride Semiconductor Template Used Therefor
US11264538B2 (en) 2016-03-10 2022-03-01 Soft-Epi Inc. Near-ultraviolet light-emitting semiconductor light-emitting element and group III nitride semiconductor template used therefor

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