KR20130089040A - 자외선 발광소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따르면, n형 반도체층;과 상기 n형 반도체층 상부에 배치되는 활성층;과 상기 활성층 상부에 배치되며, p형 AlGaN으로 이루어지는 p형 반도체층; 및 상기 p형 반도체층 상부에 배치되며, p형 도펀트가 도핑된 그래핀으로 이루어지는 p형 그래핀층;을 포함함으로써, p형 반도체층과의 접촉저항을 최소화하면서도, 자외선 투과율을 최대화하여 발광 효율을 향상 수 있는 자외선 발광소자를 제공한다.

Description

자외선 발광소자{LIGHT EMITTING DIODE FOR EMITTING ULTRAVIOLET}
본 발명은 발광소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자외선을 방출하는 자외선 발광소자에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode)는 고효율, 친환경적인 광원으로서 디스플레이, 광통신, 자동차, 일반 조명 등 여러 분야에 사용되고 있다. 최근에는 백색광 LED 기술의 발달로 일반 조명용 LED 기술이 크게 주목받고 있는데, 이러한 조명용 백색광 LED를 구현하는 방법은 크게 3가지로 나뉘어 진다.
첫째, 빛의 삼원색인 적색, 녹색, 청색을 내는 3개의 발광소자를 조합하여 백색을 구현하는 방법이다. 이 방법으로 하나의 백색 고휘도 발광소자를 만들기 위해서는 3가지 색 발광소자의 온도 수명이나 소자 수명 등 발광 특성을 개별적으로 제어하는 기술이 선행되어야 하므로 백색 광원 구현에 어려움이 있다.
둘째, 청색 발광소자를 광원으로 사용하여 황색 형광체를 여기시킴으로써 백색을 구현하는 방법이다. 이 방법을 이용하면 발광 효율이 우수한 반면, 연색지수(Color Rendering Index: CRI)가 낮으며 또한 전류 밀도에 따라 연색지수가 변하는 특징이 있기 때문에 태양광에 가까운 백색 고휘도 발광소자를 얻는데 문제가 있다.
마지막으로, 자외선 발광소자를 광원으로 이용하여 삼원색 형광체를 여기시켜 백색을 만드는 방법이다. 이 방법은 발광 특성이 우수하며, 연색지수 특성 또한 우수하여 태양광에 가까운 고휘도 백색 발광소자를 구현할 수 있으므로 가장 실현 가능성이 크다. 이 때 자외선 발광소자의 효율을 높이는 문제가 가장 중요한 문제로 여겨지고 있다.
도 1은 일반적인 종래의 자외선 발광소자를 나타낸 개략도이다.
도 1을 참조하면, 기판(10) 상에 버퍼층(20), n형 반도체층(30), 활성층(40), p형 반도체층(50)이 순차적으로 적층되며, n형 반도체층(30)에는 n형 전극(61)이 연결되며, p형 반도체층(50)에는 p형 전극(60)이 연결된다. 이 때, p형 반도체층(50)과 p형 전극(60) 사이에는 일함수(work function) 차이로 인해 접촉저항(contact resistance)이 매우 커서 정공 주입효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
이를 보완하기 위하여 p형 반도체층(50)과 p형 전극(60) 사이에 접촉 저항을 낮추기 위한 p형 접촉층(70)을 배치하였으며, 이러한 p형 접촉층(70)으로서는 p-GaN으로 이루어진 p-GaN층(70)이 이용되었다.
본 발명은 p형 반도체층의 접촉저항을 최소화하면서도, 자외선 투과율을 최대화하여 발광효율을 개선할 수 있는 자외선 발광소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 발광소자는
n형 반도체층;
상기 n형 반도체층 상부에 배치되는 활성층;
상기 활성층 상부에 배치되며, p형 AlGaN으로 이루어지는 p형 반도체층; 및
상기 p형 반도체층 상부에 배치되며, p형 도펀트가 도핑된 그래핀으로 이루어지는 p형 그래핀층;을 포함할 수 있다.
상기 p형 그래핀층은 접촉저항을 낮추면서 자외선 투과율을 최대화하는 것을 특징으로 한다.
이를 위해 상기 p형 그래핀층은 파장이 280nm인 자외선에 대하여 자외선 투과율이 90% 이상일 수 있다. 그리고, 상기 p형 그래핀층은 상기 p형 반도체층과의 접촉저항이 10-4 ohm/cm2 이하 일 수 있다.
상기 p형 도펀트로서 HNO3, AuCl3 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
상기 p형 그래핀층은 나노구조로 형성될 수 있다. 상기 나노구조는, 일 예로서 단면형상이 삼각형 형상의 단위구조를 가질 수 있으며, 다른 예로서 단면형상이 사각형 형상의 단위구조를 가질 수 있다.
상기 p형 반도체층의 상부 표면은 상기 p형 그래핀층의 나노구조에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.
본 실시예에서는 상기 p형 그래핀층 상부에 배치되며, 상기 활성층에서 방출되는 자외선을 반사시키는 반사층을 더 포함할 수 있다. 상기 반사층의 재질은 금속을 포함할 수 있다.
또한, 상기 p형 반도체층과 p형 그래핀층 사이에 배치되며, p-GaN으로 이루어진 p형 접촉층을 더 포함하되, 상기 p형 접촉층의 두께가 20nm이하일 수 있다.
상술한 실시예에서 상기 활성층은, 파장범위가 200~400nm인 빛을 발산할 수 있다.
한편, 본 발명의 자외선 발광소자의 다른 실시예로서, n형 반도체층;과 상기 n형 반도체층 상부에 배치되는 활성층;과 상기 활성층 상부에 배치되며, p형 AlGaN으로 이루어지는 p형 반도체층; 및 상기 p형 반도체층 상부에 배치되며, p형 도펀트가 도핑된 그래핀 양자점으로 이루어지는 p형 그래핀 양자점층;을 포함할 수 있다.
상기 p형 반도체층의 상부 표면이 나노구조로 형성될 수 있다.
상기 나노구조는, 일 예로서 단면형상이 삼각형 형상의 단위구조를 가질 수 있으며, 다른 예로서 단면형상이 사각형 형상의 단위구조를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 자외선 발광소자는, p형 반도체층 상부에 p형 그래핀층을 배치함으로써, p형 반도체층의 접촉저항을 최소화하면서도, 자외선 투과율을 최대화하여 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 종래의 자외선 발광소자를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 발광소자를 나타낸 단면도이다.
도 3은 빛의 파장에 따른 그래핀의 투과율을 나타낸 도면이다.
도 4는 그래핀을 p형 도펀트로 도핑함에 따른 전기적 특성을 실험한 실험결과를 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 자외선 발광소자로서, 나노구조로 형성된 p형 그래핀층을 포함하는 자외선 발광소자의 단면도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 자외선 발광소자로서, 반사층을 포함하는 자외선 발광소자의 단면도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자외선 발광소자의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자외선 발광소자의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 자외선 발광소자의 실시예들에 대해서 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
본 명세서에서 “그래핀(graphene)”이라는 용어는 복수개의 탄소원자들이 서로 공유결합으로 연결되어 이차원 구조의 탄소 육각망면, 즉 벌집 구조의 2차원 박막을 형성한 폴리시클릭 방향족 분자를 의미하며, 상기 공유결합으로 연결된 탄소원자들은 기본 반복단위로서 6원환을 형성하나, 5원환 및/또는 7원환을 더 포함하는 것도 가능하다. 따라서 상기 그래핀은 서로 공유결합된 탄소원자들(통상 sp2 결합)의 단일층으로서 보이게 된다. 상기 그래핀은 다양한 구조를 가질 수 있으며, 이와 같은 구조는 그래핀 내에 포함될 수 있는 5원환 및/또는 7원환의 함량에 따라 달라질 수 있다. 상기 그래핀은 단일층으로 이루어질 수 있으나, 이들이 여러 개 서로 적층되어 복수층을 형성하는 것도 가능하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 발광소자를 나타낸 단면도이다.
도 2를 보면, 기판(100), n형 반도체층(300), 활성층(400), p형 반도체층(500) 및 p형 그래핀층(600)이 도시되어 있다.
먼저 자외선 발광소자의 기본 구조에 대하여 간략히 살펴본다.
자외선 발광소자는 기판(100) 위에 n형 반도체층(300), 활성층(400), p형 반도체층(500)이 순차적으로 적층된다. 여기서, 자외선 발광소자에 순방향의 전압을 가하면, n형 반도체층(300), p형 반도체층(500)에 있는 전자와 정공이 재결합을 위하여 천이되면서 그 에너지만큼 활성층(400)에서 빛을 발산한다. 발광소자는 사용되는 반도체의 종류와 구성물질에 따라 각기 다른 파장의 빛을 발생시킨다. 활성층(400)에서 파장이 200nm ~ 400nm에 해당하는 자외선 영역의 빛(이하 '자외선'이라 한다)을 발생시키기 위해서는, n형 반도체층(300)과 p형 반도체층(500)의 재질로서 AlGaN이 사용될 수 있다. 즉, n형 반도체층(300)으로서 n형 AlGaN으로 이루어지는 반도체층이, p형 반도체층(500)으로서 p형 AlGaN으로 이루어지는 반도체층이 사용될 수 있다. 이하에서는 각 구성에 대하여 자세히 살펴보기로 한다.
기판(100)은 반도체 단결정 성장용 기판(100)일 수 있으며, 예를 들어, 사파이어, Si, 유리, ZnO, GaAs, SiC, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2 등의 재료로 형성될 수 있다. 기판(100)이 사파이어로 형성된 경우, 상기 사파이어는 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 방향의 요철상수가 13.001Å, a축 방향으로는 4.765Å의 요철 간 거리를 가지며, 사파이어 면방향(orientation plane)으로는 C(0001)면, A(1120)면, R(1102)면 등을 갖는다. 이러한 사파이어 기판(100)층의 C면의 경우 비교적 질화물 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 특히, 질화물 성장용 기판(100)으로 사용될 수 있다.
n형 반도체층(300)은 n형 불순물로 도핑된 반도체로 형성될 수 있다. 상술한 바와 같이 n형 반도체층(300)은 활성층(400)에서 자외선이 발생되도록 하기 위하여, AlGaN을 갖는 반도체 재료를 n형 불순물로 도핑하여 형성될 수 있다. n형 불순물은 예를 들어, Si, Ge, Se, Te 등을 포함할 수 있다. 한편, n형 반도체층(300)은 유기 금속 화학 증착법(metal-organic chemical vapor deposition, MOCVD), 수소 기상 증착법(hydride vapor phase epitaxy, HVPE), 분자빔에피택시법(molecular beam epitaxy, MBE) 등으로 성장될 수 있다.
여기서, n형 반도체층(300)은 AlGaN을 갖는 반도체 재료로 형성되므로, 이를 사파이어 기판(100) 상에 양호하게 성장시키기 위하여, 기판(100)과 n형 반도체층(300) 사이에 버퍼층(200)이 배치될 수 있다. 버퍼층(200)의 재질의 예로서, AlN이 사용될 수 있다.
활성층(400)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 빛을 방출한다. 활성층(400)은 양자우물층과 장벽층이 1회 이상 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 이때, 상기 양자우물층은 단일양자우물(single quantum well) 구조 또는 다중양자우물(multi-quantum well) 구조를 가질 수 있다. 또한 도시하지는 않았지만, 초격자구조층(superlattice structure layer)이 더 구비될 수도 있다. 그 밖에도 다양한 변형이 가능하다.
p형 반도체층(500)은 p형 불순물로 도핑된 반도체로 형성될 수 있다. 상술한 바와 같이 p형 반도체층(500)은 활성층(400)에서 자외선이 발생되도록 하기 위하여, AlGaN을 갖는 반도체 재료를 p형 불순물로 도핑하여 형성될 수 있다. p형 불순물은 예를 들어, Mg, Zn, Be 등을 포함할 수 있다. 한편, p형 반도체층(500)은 유기 금속 화학 증착법(metal-organic chemical vapor deposition, MOCVD), 수소 기상 증착법(hydride vapor phase epitaxy, HVPE), 분자빔에피택시법(molecular beam epitaxy, MBE) 등으로 성장될 수 있다.
본 실시예는 p형 반도체층(500)과의 접촉저항을 최소화하면서도, 자외선의 발광시에 자외선 투과율을 최대화 즉, 자외선의 흡수량을 최소화하기 위하여, p형 반도체층(500) 상부에 p형 그래핀층(600)을 배치하는 것을 특징으로 한다.
종래에 p형 접촉층으로 사용된 p-GaN층은 접촉저항을 낮추지만 자외선 흡수율이 매우 높아 자외선 발광효율이 급격히 감소하는 문제점이 있었는데 반해, 본 실시예에서는 p-GaN층을 사용하지 않고 p형 그래핀층(600)을 사용함으로써, 접촉저항을 낮추면서도 발광효율을 향상시킬 수 있다.
본 실시예에서는 p형 그래핀층(600)을 p형 반도체층(500) 상부에 배치함으로써, p 형 반도체층과의 접촉저항이 10-4 ohm/cm2 이하를 만족하면서, 파장이 280nm인 자외선에 대하여 자외선 투과율이 90% 이상을 만족하는 자외선 발광소자를 얻을 수 있었다.
그래핀(graphene)은 탄소원자들이 2차원 상에서 벌집 모양의 배열을 이루면서 원자 한 층의 두께 예를 들어, 약 0.34nm의 두께를 가지는 전도성 물질이다. 그래핀은 구조적, 화학적으로 매우 안정적이며, 우수한 전도체로서 실리콘보다 약 100배 정도 빠른 전하 이동도를 가지고, 구리보다 약 100배 정도 많은 전류를 흐르게 할 수 있다. 또한, 그래핀은 투명도가 우수한데, 종래에 투명 전극으로 사용되던 ITO(indium tin oxide)보다 높은 투명도를 갖는다.
도 3은 빛의 파장에 따른 그래핀의 투과율을 나타낸 도면이다. 도 3을 보면, 그래핀의 투과율은 대부분의 파장에서 90% 이상의 투과율을 보이고 있으며, 파장이 200~400nm인 자외선 영역에서도 투과율이 다소 감소하긴 하지만, 여전히 높은 투과율을 보이고 있음을 알 수 있다. 특히, 그래핀이 단층인 경우 파장이 280nm인 자외선에 대하여 90% 이상의 투과율을 보였다. 이에 반해, 비록 도면에 도시되어 있지는 않지만, 대부분의 물질은 자외선에 대한 투과율이 가시광선보다 급격히 떨어지며, 종래 p형 접촉층으로서 이용되었던 p-GaN 역시 자외선에 대한 투과율이 급격히 떨어지는 점에 비추어, 그래핀이 자외선 영역에서도 매우 높은 투과율을 보임을 알 수 있다.
또한, 그래핀을 p형 도펀트로 도핑함으로써, p형 그래핀층(600)의 일함수 조절이 가능하기 때문에, AlGaN으로 이루어진 p형 반도체층(500)과의 접촉저항을 최소화할 수 있다. p형 도펀트의 일 예로서 HNO3, AuCl3 등이 사용될 수 있다.
도 4는 그래핀을 p형 도펀트로 도핑함에 따른 전기적 특성을 실험한 실험결과를 나타낸 도면이다.
본 실험에서는 도핑되지 않은 상태의 그래핀과 p형 도펀트로서 HNO3을 이용하여 도핑한 그래핀의 전기적 특성을 측정하였다. 도 4를 참조하면, 도핑되지 않은 그래핀의 디랙 포인트(Dirac point)에 비하여, p형 도핑된 그래핀의 디랙 포인트가 양(+)의 방향으로 최소 150V 이상 이동됨을 관찰할 수 있었다. 이를 통해, p형 그래핀의 p형 도전성을 확인할 수 있었으며, 일함수 조절이 양호함을 알 수 있었다. 따라서, p-GaN층 대신에 자외선 투과율이 높은 p형 그래핀을 사용한다 해도, p형 그래핀의 일함수 조절이 양호하기 때문에 p-AlGaN으로 이루어진 p형 반도체층(500)과의 접촉저항을 10-4 ohm/cm2 이하로 감소시킬 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 자외선 발광소자로서, 나노구조로 형성된 p형 그래핀층(600)을 포함하는 자외선 발광소자의 단면도이다.
본 실시예에 따른 자외선 발광소자는 n형 반도체층(300), 활성층(400), p형 반도체층(500) 및 p형 그래핀층(600)을 포함하되, p형 그래핀층(600)이 나노구조를 가지도록 형성될 수 있다. p형 그래핀층(600)이 나노구조를 가지도록 형성됨으로써, 입사하는 각도가 다양하게 나타나게 함으로써, 전반사로 인해 발광효율이 감소되는 것을 방지할 수 있다. 전반사(total refelction)란 굴절률이 작은 물질에서 굴절률이 큰 물질로 빛이 전파되는 경우, 두 물질의 계면에서의 빛의 입사각이 임계각보다 큰 경우 빛은 굴절률이 큰 물질로 전파되지 못하고, 상기 계면에서 전부 반사될 수 있으며, 이렇게 빛이 굴절률이 다른 물질을 투과하지 못하고, 전부 반사되는 현상을 말한다. 본 실시예에 따른 자외선 발광 소자는 p형 그래핀층(600)의 나노구조를 통해서 입사각을 다양화함으로써, 이런 전반사 현상을 방지하여, 활성층(400)에서 발생한 빛이 발광 소자의 외부로 방출되게 할 수 있다. 즉, 활성층(400)에서 발생한 자외선은 p형 그래핀층(600)의 나노구조를 통해서 발광 소자의 외부로 방출될 수 있다.
이러한 p형 그래핀층(600)의 나노구조는 활성층(400)에서 발생한 자외선의 입사각이 다양하게 나타날 수 있는 형상이라면, 어떠한 형상으로도 형성될 수 있다. 이러한 p형 그래핀층(600)의 나노구조의 일 예로서, 도 5와 같이 단면형상이 삼각형 형상의 단위구조를 가질 수 있다. 다른 예로서, 도 6과 같이 단면형상이 사각형 형상의 단위구조를 가질 수도 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 자외선 발광소자로서, 반사층을 포함하는 자외선 발광소자의 단면도이다.
본 실시예에 따른 자외선 발광소자는 p형 그래핀층(600) 상부에 반사층(800)을 더 포함할 수 있다. p형 그래핀층(600) 상부에 반사층(800)을 더 포함함으로써, 활성층(400)에서 방출된 자외선의 방향이 변경될 수 있다.
활성층(400)에서 방출된 자외선은 굴절률의 차이로 인해 통상 p형 반도체층(500) 방향으로 방출되지만, p형 반도체층(500) 상부에 반사층(800)을 배치함으로써, 이를 통해 반대방향인 n형 반도체층(300) 방향으로 자외선이 방출되도록 할 수 있다.
반사층(800)은 투명 전극으로 작용하는 p형 그래핀층(600) 상부에 배치되므로 전도성을 고려하여, 금속 재질을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 자외선 발광소자는 p형 그래핀층(600)이 상술한 실시예와 같이 나노구조를 가지도록 형성될 수 있다. 나노구조를 가지도록 형성된 p형 그래핀층(600)을 통해 발광효율을 향상시키면서, 상부에 배치된 반사층(800)을 통해 자외선 방출 방향을 변경할 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자외선 발광소자의 단면도이다.
본 실시예에 따른 자외선 발광소자는 n형 반도체층(300), 활성층(400), p형 반도체층(500)이 적층된 발광소자로서, p형 반도체층(500) 상부에 p형 그래핀 대신에 p형 도펀트로 도핑된 그래핀 양자점(Q)으로 이루어진 p형 그래핀 양자점층(601)이 배치될 수 있다. p형 그래핀 양자점층(601)을 배치함으로써, 자외선 투과율 향상과 더불어, 광증폭 효과를 얻을 수 있다.
그래핀 양자점(Q)은 3차원적인 크기가 드브로이 파장의 길이보다 작은 시료의 나노 단위의 결정구조를 가진 그래핀 조각을 말한다. 상기 그래핀 양자점(Q)은 그 안에 많은 수의 전자를 가지지만, 자유 전자의 수는 1 내지 100개 정도로 제한될 수 있다. 이 경우, 전자들이 가지는 에너지 준위가 불연속적으로 제한되어 연속적인 밴드를 형성하는 시트(sheet) 형태의 그래핀과는 다른 전기적, 광학적 특성을 나타낼 수 있다. 그래핀 양자점(Q)은 그 크기에 따라서 에너지 준위가 달라지기 때문에, 그 크기를 조절하여 밴드갭을 제어할 수 있다. 즉, 상기 그래핀 양자점(Q)의 크기 조절만으로 발광 파장을 제어할 수 있다. 그리고, 상기 그래핀 양자점(Q)에서의 밴드갭 엣지(bandgap edge)에 전자와 정공의 상태 밀도는 그래핀 시트보다 매우 높기 때문에, 여기된 전자와 정공이 결합하는 수가 많아 발광 효율이 개선될 수 있다.
또한, 그래핀 양자점(Q)에 도핑되는 p형 도펀트의 도핑량을 조절하여 일함수를 조절함으로써, 그래핀 양자점층(601)과 p형 반도체층(500)과의 접촉저항을 최소화하도록 조절할 수 있다.
이 때, p형 반도체층(500)은 상부 표면이 나노구조로 형성될 수 있다. 이를 통해, 활성층(400)에서 방출되는 자외선이 p형 반도체층(500)의 상부 표면에 입사하는 각을 다양화함으로써, 전반사를 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 자외선 발광소자는 p형 그래핀 양자점층(601) 상부에 배치된 반사층(800)을 더 포함할 수 있다. 이를 통해, p형 그래핀 양자점층(601)에 의해 광증폭된 자외선의 방향을 n형 반도체층(300) 방향으로 변경할 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자외선 발광소자의 단면도이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 자외선 발광소자는 n형 반도체층(300), 활성층(400), p형 반도체층(500) 및 p형 그래핀층(600)을 포함하되, 상기 p형 그래핀층(600)과 p형 반도체층(500) 사이에 p형 접촉층(700)을 더 포함할 수 있다. p형 접촉층(700)을 제외한 나머지 구성요소인 n형 반도체층(300), 활성층(400), p형 반도체층(500) 및 p형 그래핀층(600)은 상술한 실시예와 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 중복설명은 생략한다.
p형 접촉층(700)으로서는, p형 반도체층(500)과의 접촉저항을 최소화시키기 위하여 p-GaN층을 사용하되, 자외선 투과율 및 p-GaN의 비용을 고려하여, 두께를 최대한 얇게 하는 것이 바람직하다. p-GaN층은 20nm이하의 두께를 가지도록 형성될 수 있다.
상기의 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예를 들어, 반사층(800)은 그래핀 양자점층(601) 상부에도 배치되도록 구성할 수 있으며, n형 전극(610)이 기판(100)과 n형 반도체층(300) 사이에 층 형상으로 배치되는 것도 가능하다. 그 외에도 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 자외선 발광소자는 다양하게 변형될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
10 : 기판 20 : 버퍼층
30 : n형 반도체층 40 : 활성층
50 : p형 반도체층 60 : p형 전극
61 : n형 전극 70 : p형 접촉층
100 : 기판 200 : 버퍼층
300 : n형 반도체층 400 : 활성층
500 : p형 반도체층 600 : p형 그래핀층
601 : p형 그래핀 양자점층 610 : n형 전극
700 : p형 접촉층 800 : 반사층
Q : 그래핀 양자점

Claims (17)

  1. n형 반도체층;
    상기 n형 반도체층 상부에 배치되는 활성층;
    상기 활성층 상부에 배치되며, p형 AlGaN으로 이루어지는 p형 반도체층; 및
    상기 p형 반도체층 상부에 배치되며, p형 도펀트가 도핑된 그래핀으로 이루어지는 p형 그래핀층;을 포함하는 자외선 발광소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 p형 그래핀층은,
    접촉저항을 낮추면서 자외선 투과율을 최대화하는 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 p형 그래핀층은,
    파장이 280nm인 자외선에 대하여 자외선 투과율이 90% 이상인 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 p형 그래핀층은,
    상기 p형 반도체층과의 접촉저항이 10-4 ohm/cm2 이하 인 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 p형 도펀트로서 HNO3, AuCl3 중 적어도 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 p형 그래핀층은 나노구조로 형성된 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 나노구조는,
    단면형상이 삼각형 형상의 단위구조를 가지는 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 나노구조는,
    단면형상이 사각형 형상의 단위구조를 가지는 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 p형 반도체층의 상부 표면은 상기 p형 그래핀층의 나노구조에 대응되는 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 p형 그래핀층 상부에 배치되며, 상기 활성층에서 방출되는 자외선을 반사시키는 반사층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 반사층의 재질은 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자.
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 p형 반도체층과 p형 그래핀층 사이에 배치되며, p-GaN으로 이루어진 p형 접촉층을 더 포함하되,
    상기 p형 접촉층의 두께가 20nm이하인 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 활성층은,
    파장범위가 200~400nm인 빛을 발산하는 특징으로 하는 자외선 발광소자.
  14. n형 반도체층;
    상기 n형 반도체층 상부에 배치되는 활성층;
    상기 활성층 상부에 배치되며, p형 AlGaN으로 이루어지는 p형 반도체층; 및
    상기 p형 반도체층 상부에 배치되며, p형 도펀트가 도핑된 그래핀 양자점으로 이루어지는 p형 그래핀 양자점층;을 포함하는 자외선 발광소자.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 p형 반도체층의 상부 표면이 나노구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 나노구조는,
    단면형상이 삼각형 형상의 단위구조를 가지는 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 나노구조는,
    단면형상이 사각형 형상의 단위구조를 가지는 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자.
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