KR20130096991A - 자외선 발광소자 - Google Patents

자외선 발광소자 Download PDF

Info

Publication number
KR20130096991A
KR20130096991A KR1020120018653A KR20120018653A KR20130096991A KR 20130096991 A KR20130096991 A KR 20130096991A KR 1020120018653 A KR1020120018653 A KR 1020120018653A KR 20120018653 A KR20120018653 A KR 20120018653A KR 20130096991 A KR20130096991 A KR 20130096991A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
quantum barrier
barrier layer
type
sub
Prior art date
Application number
KR1020120018653A
Other languages
English (en)
Inventor
김정섭
이진섭
이성숙
박태영
손철수
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020120018653A priority Critical patent/KR20130096991A/ko
Publication of KR20130096991A publication Critical patent/KR20130096991A/ko

Links

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
    • H01L33/0004—Devices characterised by their operation
    • H01L33/0008—Devices characterised by their operation having p-n or hi-lo junctions
    • 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
    • H01L33/04—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 quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
    • H01L33/06—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 quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
    • 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
    • H01L33/14—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 carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
    • H01L33/145—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 carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure with a current-blocking structure
    • 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
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/28—Materials of the light emitting region containing only elements of Group II and Group VI of the Periodic Table
    • 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
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/34—Materials of the light emitting region containing only elements of Group IV of the Periodic Table

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

본 발명의 일실시예에 따르면, n형 반도체층, p형 반도체층 및 상기 n형 반도체층과 상기 p형 반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함하고, 상기 활성층은, AlGaN으로 구성되며, 적어도 하나의 양자우물층과 상기 양자우물층에 인접한 적어도 하나의 양자장벽층을 포함하며, 상기 양자장벽층의 일부가 p형 불순물에 의해 도핑함으로써, p형 반도체층으로부터 활성층으로 주입되는 정공 주입효율을 개선하여 발광 효율을 향상시킬 수 있는 자외선 발광소자를 제공한다.

Description

자외선 발광소자{LIGHT EMITTING DIODE FOR EMITTING ULTRAVIOLET}
본 발명은 발광소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 발광소자의 발광 효율과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 자외선 발광소자에 관한 것이다.
발광소자(LED: Light Emitting Diode)는 전류를 빛으로 변환시키는 것으로서, 방출되는 빛의 파장은 발광소자를 구성하는 반도체 재료에 따라 달라진다. 이는 방출된 빛의 파장이 가전자대(valence band) 전자들과 전도대(conduction band) 전자들 사이의 에너지 차를 나타내는 반도체 재료의 밴드갭(band-gap)에 따르기 때문이다.
자외선 발광소자는 자외선 영역의 빛을 방출하는 발광소자이다. 자외선 영역의 빛을 방출하기 위하여, 발광소자를 구성하는 n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층의 재료로서 각각 n-AlGaN, AlGaN, p-AlGaN이 사용될 수 있다. 이와 같이 자외선 발광을 위하여 반도체 재료로서 AlGaN을 사용할 경우, Al의 존재로 인하여 p형 도핑효율이 낮게 나타나게 되는데, 이러한 점을 보완하기 위하여 p형 반도체층과 p형 전극 사이에 p형 접촉층 예를 들어, p-GaN을 삽입하게 된다.
그러나, 이러한 p-GaN 의 사용은 p-GaN과 p-AlGaN의 밴드갭 차이로 인해 활성층으로의 정공 유입이 원활하지 못하게 되어, 결국 활성층에서의 자외선 발광효율의 저하로 나타나게 되었다.
이러한 자외선 발광효율의 저하를 방지하기 위한 다양한 시도가 진행되고 있으며, 일 예로서 활성층과 p형 반도체층 사이에 전자차단층(Electron Blocking Layer)을 배치하는 방법이 있다. 이러한 방법은 전자가 활성층에서 재결합되지 않고 p형 반도체층으로 오버플로우(overflow)하는 현상을 방지함으로써 발광효율을 일부 개선하였으나, 이 역시 활성층으로 주입되는 정공의 주입효율을 근본적으로 향상시키지는 못하였다.
본 발명은 p형 반도체층으로부터 활성층으로 주입되는 정공 주입효율을 개선할 수 있는 자외선 발광소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 발광소자는
n형 반도체층, p형 반도체층 및 상기 n형 반도체층과 상기 p형 반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함하고,
상기 활성층은, AlGaN을 포함하며, 적어도 하나의 양자우물층과 상기 양자우물층에 인접한 적어도 하나의 양자장벽층을 포함하며,
상기 양자장벽층의 일부가 p형 불순물에 의해 도핑된 것을 특징으로 한다.
상기 양자장벽층은 상기 양자우물층에 접촉하도록 배치된 제1 서브 양자장벽층과, 상기 양자우물층에 터널링 효과를 제공하기 위하여, 상기 제1 서브 양자장벽층에 접촉하도록 배치된 p형 도핑층과, 상기 p형 도핑층에 접촉하도록 배치된 제2 서브 양자장벽층을 포함할 수 있다.
상기 제1 서브 양자장벽층의 두께는 5 nm 이하일 수 있으며, 상기 p형 도핑층의 두께는 2 nm이하일 수 있다.
상기 p형 도핑층의 Al 함량은 상기 제1 서브 양자장벽층과 상기 제2 서브 양자장벽층의 Al 함량과 동일할 수 있다. 또는 상기 p형 도핑층의 Al 함량은 상기 제1 서브 양자장벽층과 상기 제2 서브 양자장벽층의 Al 함량보다 작거나, 클 수 있다.
또한, 상기 제1 서브 양자장벽층의 Al 함량은 상기 제2 서브 양자장벽층과 상기 p형 도핑층의 Al 함량보다 클 수 있다.
상기 양자장벽층은 상기 양자우물층과 상기 p형 반도체층 사이에 배치될 수 있다.
상기 활성층은 단일 양자우물구조일 수 있으며, 또는 다중 양자우물구조일 수 있다.
상기 활성층과 상기 p형 반도체층 사이에 배치된 전자차단층을 더 포함할 수 있다.
상기 p형 반도체층은 p-AlGaN을 포함하며, 상기 p형 반도체층의 상부에 배치된 p형 접촉층을 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 p형 접촉층은 p-GaN을 포함할 수 있다.
상기 활성층은 200 nm~ 350 nm의 파장의 빛을 방출할 수 있다.
본 발명에 따른 자외선 발광소자는 활성층의 구조를 개선함으로써, p형 반도체층으로부터 활성층으로 주입되는 정공 주입효율을 개선하여 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 발광소자를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 발광소자의 활성층의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 것이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자의 활성층의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광소자의 활성층의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 활성층이 다중 양자우물구조인 경우의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 발광소자의 발광효율을 나타낸 그래프이다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 발광소자를 나타낸 단면도이다.
도 1을 보면, 기판(10), n형 반도체층(30), 활성층(40), p형 반도체층(60)이 도시되어 있다.
자외선 발광소자는 기판(10) 위에 n형 반도체층(30), 활성층(40), p형 반도체층(60)이 순차적으로 적층된다. 여기서, 자외선 발광소자에 순방향의 전압을 가하면, n형 반도체층(30), p형 반도체층(60)에 있는 전자와 정공이 재결합을 위하여 천이되면서 그 에너지만큼 활성층(40)에서 빛을 발산한다.
발광소자는 발광소자를 구성하는 각 층의 종류와 구성물질에 따라 각기 다른 파장의 빛을 발생시킬 수 있다. 활성층(40)에서 파장이 200nm ~ 350nm에 해당하는 자외선 영역의 빛(이하 '자외선'이라 한다)을 발생시키기 위하여, n형 반도체층(30), p형 반도체층(60) 및 활성층(40)은 AlGaN 화합물 반도체로 형성될 수 있다. 다시 말해서, n형 반도체층(30)은 n형 AlGaN층 포함하며, p형 반도체층(60)은 p형 AlGaN을 포함하며, 활성층(40)은 도핑되지 않은 AlGaN층을 포함할 수 있다. 이하에서는 자외선 발광소자의 각 구성에 대하여 자세히 살펴보기로 한다.
기판(10)은 반도체 단결정 성장용 기판(10)일 수 있으며, 예를 들어, 사파이어, Si, GaN, 유리, ZnO, GaAs, SiC, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2 등의 재료로 형성될 수 있다.
n형 반도체층(30)은 활성층(40)에서 자외선이 발생되도록 하기 위하여, AlGaN을 갖는 반도체 재료에 n형 불순물을 도핑하여 형성될 수 있다. n형 불순물은 IV족 원소, 예를 들어, Si, Ge, Se, Te 등이 될 수 있다. 한편, n형 반도체층(30)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(30)은 AlGaN을 갖는 반도체 재료로 형성되므로, 이를 기판(10) 상에 양호하게 성장시키기 위하여, 기판(10)과 n형 반도체층(30) 사이에 버퍼층(20)이 배치될 수 있다. 버퍼층(20)의 재질의 예로서, AlN이 사용될 수 있다. 또한, n형 반도체층(30)은 외부로부터 전원을 공급받기 위하여 n형 전극(83)과 연결된다.
p형 반도체층(60)은 활성층(40)에서 자외선이 발생되도록 하기 위하여, AlGaN을 갖는 반도체 재료에 p형 불순물을 도핑하여 형성될 수 있다. p형 불순물은 II족 원소, 예를 들어 Mg, Zn, Be 등이 될 수 있다. 한편, p형 반도체층(60)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.
p형 반도체층(60)에는 p형 전극(81)이 마련된다. 이 때, p형 반도체층(60)으로 사용되는 AlGaN은 Al이 포함되지 않은 GaN에 비하여 활성화 에너지가 크다. 그로 인해, AlGaN에 p형 불순물을 주입해도 도핑 농도가 GaN에 비해 낮다. 이는, Al 함량이 증가할수록 도핑농도는 더욱 낮아진다. 따라서, 이를 해결하기 위하여 p형 반도체층(60)과 p형 전극(81) 사이에 p형 접촉층(70)이 배치될 수 있다. p형 접촉층(70)의 예로서, p-GaN이 사용될 수 있다.
활성층(40)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 빛을 방출한다. 활성층(40)은 양자우물층(41, quantum well)과 양자장벽층(43, quantum barrier)이 적어도 1회 이상 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 이때, 상기 양자우물층(41)은 단일 양자우물(single quantum well) 구조 또는 다중 양자우물(multi-quantum well) 구조를 가질 수 있다. 활성층(40)에 대해서는 도 2를 참조하여 후술하기로 한다.
활성층(40)과 p형 반도체층(60) 사이에는 전자차단층(50)이 배치될 수 있다. 전자차단층(50)의 밴드갭은 인접한 활성층(40)의 밴드갭보다 크다(도 2 참고). 이러한 전자차단층(50)을 배치함으로써 전자가 활성층(40)에서 재결합되지 않고 p형 반도체층(60)으로 오버플로우(overflow)하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 전자차단층(50)은 일 예로서 p형 도핑된 AlGaN으로 이루어질 수 있으며, 전자의 오버플로우를 방지하기 위하여 Al 함량이 활성층(40)의 Al 함량보다 크다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 발광소자의 활성층의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 것이다.
본 실시예에 따른 발광소자의 활성층(40)은 AlGaN으로 구성된 양자우물층(41)과 양자장벽층(43)을 포함하며, p형 반도체층(60)으로부터 활성층(40)으로 정공의 주입효율을 향상시키기 위하여 양자장벽층(43)의 일부가 p형 불순물에 의해 도핑된 것을 특징으로 한다.
도 2를 참조하여 구체적으로 살펴보면, 본 실시예에서 활성층(40)은 단일 양자우물 구조를 가지며, p형 불순물에 의해 일부가 도핑된 양자장벽층(43)은 양자우물층(41)과 p형 반도체층(60) 사이에 배치된다. 양자장벽층(43)은 제1 서브 양자장벽층(431), p형 도핑층(435) 및 제2 서브 양자장벽층(433)을 포함할 수 있다. 제1 서브 양자장벽층(431)은 양자우물층(41)과 접촉하도록 배치되며, p형 도핑층(435) 및 제2 서브 양자장벽층(433)이 제1 서브 양자장벽층(431)에 순차적으로 배치된다.
이와 같이, p형 도핑층(435)이 제1 서브 양자장벽층(431)과 제2 서브 양자장벽층(433) 사이에 형성됨으로써, 외부 전원이 공급되었을 때 양자역학적 터널링(Tunneling) 효과에 의하여 양자우물층(41)으로의 정공주입효율을 향상시킬 수 있다. 정공주입효율의 향상은 정공손실을 줄이게 되고 결국 발광소자의 발광효율을 향상시킬 수 있다.
제1 서브 양자장벽층(431)은 도핑되지 않은 상태로서, 양자우물층(41)과 p형 도핑층(435)과의 사이에 배치된다. 제1 서브 양자장벽층(431)의 터널링 효과를 유도하기 위하여, 제1 서브 양자장벽층(431)의 두께(d1)를 조절할 수 있다. 제1 서브 양자장벽층(431)의 두께(d1)는 5 nm 이하일 수 있다.
제2 서브 양자장벽층(433)은 도핑되지 않은 상태로서, p형 도핑층(435)과 p형 반도체층(60) 사이에 배치된다. 자외선 발광소자가 전자차단층(50)을 포함하는 경우에는, p형 도핑층(435)과 전자차단층(50) 사이에 배치된다. 제2 서브 양자장벽층(433)은 상술한 바와 같이 터널링 효과를 위하여 제1 서브 양자장벽층(431)의 두께를 얇게 할 경우에도, 양자장벽층(43)의 전체 두께를 소정의 두께로 유지시킬 수 있다. 이를 통해 양자우물층(41)과 양자장벽층(43)의 경계를 명확히 할 수 있다. 일 예로서, 제2 서브 양자장벽층(433)을 포함한 양자장벽층(43)은 5 nm ~ 15 nm 의 두께를 유지할 수 있다.
p형 도핑층(435)은 제1 서브 양자장벽층(431)과 제2 서브 양자장벽층(433) 사이에 배치된다. p형 도핑층(435)은 p형 불순물을 도핑함으로써 형성된다. p형 불순물은 II족 원소, 예를 들어 Mg, Zn, Be 등이 될 수 있다. p형 도핑층(435)은 p-AlGaN 또는 GaN일 수도 있다.
p형 도핑층(435)은 2 nm 이하의 두께(d2)를 가질 수 있다. p형 도핑층(435)의 두께(d2)가 2 nm를 초과할 경우에는, p형 도핑층(435)에 존재하는 결정의 구조적 결함으로 인해 오히려 광추출효율이 감소할 수 있다.
제1 서브 양자장벽층(431), p형 도핑층(435) 및 제2 서브 양자장벽층(433)은 모두 AlGaN을 재질로 포함할 수 있다. 제1 서브 양자장벽층(431), 제2 서브 양자장벽층(433)은 도핑되지 않은 상태이며, p형 도핑층(435)은 p형 불순물에 의해 도핑된 상태이다. p형 불순물은 II족 원소, 예를 들어 Mg, Zn, Be 등이 될 수 있다.
p형 도핑층(435)은 Al 함량이 인접한 제1 서브 양자장벽층(431)과 제2 서브 양자장벽층(433)의 Al 함량과 동일할 수 있다. 이를 통해 도 2와 같이, 제1 서브 양자장벽층(431), 제2 서브 양자장벽층(433), p형 도핑층(435)의 밴드갭을 동일하게 설정할 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자의 활성층의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 것이다.
p형 도핑층(435)의 Al 함량을 인접한 제1 서브 양자장벽층(431)과 제2 서브 양자장벽층(433)의 Al 함량보다 작거나 크게 설정할 수 있다.
p형 도핑층(435)의 Al 함량을 제1 서브 양자장벽층(431)과 제2 서브 양자장벽층(433)의 Al 함량보다 작게 설정할 경우, 도 3과 같이 p형 도핑층(435)의 밴드갭이 제1 서브 양자장벽층(431)과 제2 서브 양자장벽층(433)의 밴드갭보다 작아지게 된다. p형 도핑층(435)의 밴드갭이 제1 서브 양자장벽층(431)과 제2 서브 양자장벽층(433)의 밴드갭보다 작아질 경우, p형 불순물(예를 들어 Mg)의 도핑효율이 상대적으로 증가하여, 정공의 농도가 증가할 수 있으므로, 양자우물층(41)으로의 정공의 주입효율이 증가하게 된다.
반대로, p형 도핑층(435)의 Al 함량을 제1 서브 양자장벽층(431)과 제2 서브 양자장벽층(433)의 Al 함량보다 크게 설정할 경우, 도 4와 같이 p형 도핑층(435)의 밴드갭이 제1 서브 양자장벽층(431)과 제2 서브 양자장벽층(433)의 밴드갭보다 커지게 된다. p형 도핑층(435)의 밴드갭이 제1 서브 양자장벽층(431)과 제2 서브 양자장벽층(433)의 밴드갭보다 커질 경우, 발광효율이 증가하게 된다. 이는 밴드갭이 큰 p형 도핑층(435)에 의하여 정공의 주입효율이 상승할 뿐만 아니라, 전자의 주입효율도 상승될 수 있기 때문이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광소자의 활성층의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 것이다.
제1 서브 양자장벽층(431)은 양자우물층(41)에 직접 접촉하는 것으로서, Al 함량이 p형 도핑층(435)과 제2 서브 양자장벽층(433)의 Al 함량보다 높을 수 있다. 제1 서브 양자장벽층(431)의 Al 함량을 높게 설정함으로써, 전자가 양자우물층(41)에 머무르는 시간을 증가시킬 수 있다. 이를 통해, 전자와 정공의 결합 가능성을 높여 발광효율을 향상시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 활성층이 다중 양자우물구조인 경우의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 것이다.
활성층(40)은 상술한 실시예들에서 단일 양자우물구조를 가지는 것을 예시하였으나, 도 6과 같이 다중 양자우물구조를 가질 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 발광소자의 활성층(40)은 복수 개의 양자우물층(41)과 양자장벽층(43)이 교대로 배치될 수 있다. 교대로 배치되는 횟수는 원하는 빛의 파장 등에 따라 달라질 수 있다. 상술한 실시예들과 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 이용하였으며, 중복 설명은 생략하기로 한다.
본 실시예에 따른 활성층(40)은 복수 개의 양자우물층(41) 사이에 양자장벽층(43)이 배치되는 구조로서, 각각의 양자장벽층(43)들에는 제1 서브 양자장벽층(431), p형 도핑층(435) 및 제2 서브 양자장벽층(433)을 포함할 수 있다.
각각의 양자우물층(41)은 인접 배치된 각각의 p형 도핑층(435)의 존재로 인해 정공 주입효율이 증가할 수 있다. 그리고, 제2 서브 양자장벽층(433)은 양자장벽층(43)의 두께를 소정의 두께로 유지시킬 수 있을 뿐만 아니라, p형 도핑층(435)이 양자우물층(41)과 직접 접촉함으로써 발생할 수 있는 양자우물층(41)의 도핑을 방지할 수 있다.
도 6에서는 복수의 양자장벽층(43)들 각각에 모두 형성된 것으로 나타내었으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 복수의 양자장벽층(43)들 중 일부 양자장벽층(43)에만 제1 서브 양자장벽층(431), p형 도핑층(435) 및 제2 서브 양자장벽층(433)이 포함될 수도 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명에 관하여 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
발광소자는 n형 반도체층(30), 활성층(40), 전자차단층(50) 및 p형 반도체층(60)이 적층된 구조로서, 각 구성은 AlGaN을 포함한다.
비교예 1
비교예 1로서, 발광소자의 각 구성은 다음과 같다.
n형 반도체층(30)- Al 함량: 65% / Si 도핑 / 도너 함량: 1 x 1018 cm-3 / 전자 이동도: 60 cm2/(Vs)
양자우물층(41)- Al 함량: 45% / 두께: 2nm / 도핑되지 않은 상태
양자장벽층(43)- Al 함량: 65% / 두께: 10nm / 도핑되지 않은 상태
전자차단층(50)- Al 함량이 75% / 두께: 20nm / Mg 도핑 / 정공 함량: 1 x 1017 cm-3
p형 반도체층(60)- Al 함량이: 65% / Mg 도핑 / 정공함량: 1 x 1018 cm-3
실시예 1
n형 반도체층(30), 양자우물층(41), 전자차단층(50), p형 반도체층(60)의 구성은 비교예 1과 동일하나, 양자장벽층(43)은 제1 서브 양자장벽층(431), p형 도핑층(435), 제2 서브 양자장벽층(433)이 적층된 구조(도 2 참고)이며, 각 구성은 다음과 같다.
제1 서브 양자장벽층(431)- Al 함량: 65% / 두께: 4nm / 도핑되지 않은 상태
p형 도핑층(435)- Al 함량: 65% / 두께 2nm / Mg 도핑
제2 서브 양자장벽층(433)- Al 함량: 65% / 두께: 4nm / 도핑되지 않은 상태
실시예 2
n형 반도체층(30), 양자우물층(41), 전자차단층(50), p형 반도체층(60)의 구성은 비교예 1과 동일하며, 양자장벽층(43)은 제1 서브 양자장벽층(431), p형 도핑층(435), 제2 서브 양자장벽층(433)이 적층된 구조라는 점에서 실시예 1과 동일하나, p형 도핑층(435)의 Al 함량이 제1 서브 양자장벽층(431), 제2 서브 양자장벽층(433)의 Al 함량보다 낮다(도 3 참고).
제1 서브 양자장벽층(431)- Al 함량: 65% / 두께: 4nm / 도핑되지 않은 상태
p형 도핑층(435)- Al 함량: 60% / 두께 2nm / Mg 도핑
제2 서브 양자장벽층(433)- Al 함량: 65% / 두께: 4nm / 도핑되지 않은 상태
실시예 3
n형 반도체층(30), 양자우물층(41), 전자차단층(50), p형 반도체층(60)의 구성은 비교예 1과 동일하며, 양자장벽층(43)은 제1 서브 양자장벽층(431), p형 도핑층(435), 제2 서브 양자장벽층(433)이 적층된 구조라는 점에서 실시예 1과 동일하나, p형 도핑층(435)의 Al 함량이 제1 서브 양자장벽층(431), 제2 서브 양자장벽층(433)의 Al 함량보다 높다(도 4 참고).
제1 서브 양자장벽층(431)- Al 함량: 65% / 두께: 4nm / 도핑되지 않은 상태
p형 도핑층(435)- Al 함량: 70% / 두께 2nm / Mg 도핑
제2 서브 양자장벽층(433)- Al 함량: 65% / 두께: 4nm / 도핑되지 않은 상태
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 발광소자의 발광효율을 나타낸 그래프이다.
도 7을 참조하면, 상기의 비교예 1과 실시예 1, 2, 3을 대상으로 동일 광추출 효율(LEE : Light Extraction Efficiency) 대비 외부양자효율(EQE : External Quantum Efficiency)의 값과 주입 전류밀도에 대한 값을 플로팅(plotting)하였다.
발광소자의 동작전압 및 전류밀도(Current Density) 범위인 600~1000 A/cm2 근방에서의 값을 비교하여 EQE/LEE의 상승분을 계산해본 결과, 양자장벽층(43)에 p형 도핑층(435)이 포함된 실시예 1이 비교예 1에 비해 발광효율이 0.35 % 증가함을 알 수 있었다.
또한, 양자장벽층(43)에 p형 도핑층(435)이 포함되며, p형 도핑층(435)의 Al 함량이 제1, 제2 서브 양자장벽층(433)의 Al 함량보다 낮게 설정한 실시예 2는 비교예 1과 비교하여 발광효율이 4.72% 증가하였다. 그리고, 양자장벽층(43)에 p형 도핑층(435)이 포함되며, p형 도핑층(435)의 Al 함량이 제1, 제2 서브 양자장벽층(433)의 Al 함량보다 높게 설정한 실시예 3은 비교예 1과 비교하여 발광효율이 7.26% 증가함을 알 수 있었다.
상기의 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 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
41 : 양자우물층 43 : 양자장벽층
431 : 제1 서브 양자장벽층 433 : 제2 서브 양자장벽층
435 : p형 도핑층 50 : 전자차단층
60 : p형 반도체층 70 : p형 접촉층
81 : p형 전극 83 : n형 전극

Claims (15)

  1. n형 반도체층, p형 반도체층 및 상기 n형 반도체층과 상기 p형 반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함하고,
    상기 활성층은, AlGaN을 포함하며, 적어도 하나의 양자우물층과 상기 양자우물층에 인접한 적어도 하나의 양자장벽층을 포함하며,
    상기 양자장벽층의 일부가 p형 불순물에 의해 도핑된 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 양자장벽층은,
    상기 양자우물층에 접촉하도록 배치된 제1 서브 양자장벽층과,
    상기 양자우물층에 터널링 효과를 제공하기 위하여, 상기 제1 서브 양자장벽층에 접촉하도록 배치된 p형 도핑층과,
    상기 p형 도핑층에 접촉하도록 배치된 제2 서브 양자장벽층을 포함하는 자외선 발광소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 서브 양자장벽층의 두께는 5nm이하인 자외선 발광소자.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 p형 도핑층의 두께는 2nm이하인 자외선 발광소자.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 p형 도핑층의 Al 함량이, 상기 제1 서브 양자장벽층과 상기 제2 서브 양자장벽층의 Al 함량과 동일한 자외선 발광소자.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 p형 도핑층의 Al 함량이, 상기 제1 서브 양자장벽층과 상기 제2 서브 양자장벽층의 Al 함량보다 작은 자외선 발광소자.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 p형 도핑층의 Al 함량이, 상기 제1 서브 양자장벽층과 상기 제2 서브 양자장벽층의 Al 함량보다 큰 자외선 발광소자.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 서브 양자장벽층의 Al 함량이, 상기 제2 서브 양자장벽층과 상기 p형 도핑층의 Al 함량보다 큰 자외선 발광소자.
  9. 제 1 항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 양자장벽층은,
    상기 양자우물층과 상기 p형 반도체층 사이에 배치되는 자외선 발광소자.
  10. 제 1 항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 활성층은 단일 양자우물구조인 자외선 발광소자.
  11. 제 1 항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 활성층은 다중 양자우물구조인 자외선 발광소자.
  12. 제 1 항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 활성층과 상기 p형 반도체층 사이에 배치된 전자차단층을 더 포함하는 자외선 발광소자.
  13. 제 1 항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 p형 반도체층은 p-AlGaN을 포함하며,
    상기 p형 반도체층의 상부에 배치된 p형 접촉층을 더 포함하는 자외선 발광소자.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 p형 접촉층은 p-GaN을 포함하는 자외선 발광소자.
  15. 제 1 항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 활성층은 200 nm~ 350 nm의 파장의 빛을 방출하는 자외선 발광소자.
KR1020120018653A 2012-02-23 2012-02-23 자외선 발광소자 KR20130096991A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120018653A KR20130096991A (ko) 2012-02-23 2012-02-23 자외선 발광소자

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120018653A KR20130096991A (ko) 2012-02-23 2012-02-23 자외선 발광소자

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20130096991A true KR20130096991A (ko) 2013-09-02

Family

ID=49449602

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120018653A KR20130096991A (ko) 2012-02-23 2012-02-23 자외선 발광소자

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20130096991A (ko)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150097102A (ko) * 2014-02-18 2015-08-26 엘지이노텍 주식회사 자외선 발광소자 및 이를 구비하는 발광소자 패키지
KR20150115413A (ko) * 2014-04-04 2015-10-14 엘지이노텍 주식회사 발광 소자
KR20150145432A (ko) * 2014-06-19 2015-12-30 엘지이노텍 주식회사 발광소자 및 조명시스템
CN107919604A (zh) * 2017-12-20 2018-04-17 中国工程物理研究院电子工程研究所 日盲紫外单光子源及其制备方法
KR20190025706A (ko) * 2016-09-16 2019-03-11 오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하 반도체 층 시퀀스
KR20190039586A (ko) * 2016-09-02 2019-04-12 오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하 광전자 컴포넌트
WO2020026567A1 (ja) * 2018-07-31 2020-02-06 日機装株式会社 窒化物半導体発光素子及びその製造方法

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150097102A (ko) * 2014-02-18 2015-08-26 엘지이노텍 주식회사 자외선 발광소자 및 이를 구비하는 발광소자 패키지
KR20150115413A (ko) * 2014-04-04 2015-10-14 엘지이노텍 주식회사 발광 소자
KR20150145432A (ko) * 2014-06-19 2015-12-30 엘지이노텍 주식회사 발광소자 및 조명시스템
KR20190039586A (ko) * 2016-09-02 2019-04-12 오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하 광전자 컴포넌트
US11114584B2 (en) 2016-09-02 2021-09-07 Osram Oled Gmbh Optoelectronic component
KR20190025706A (ko) * 2016-09-16 2019-03-11 오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하 반도체 층 시퀀스
US10720549B2 (en) 2016-09-16 2020-07-21 Osram Oled Gmbh Semiconductor layer sequence having pre- and post-barrier layers and quantum wells
CN107919604A (zh) * 2017-12-20 2018-04-17 中国工程物理研究院电子工程研究所 日盲紫外单光子源及其制备方法
CN107919604B (zh) * 2017-12-20 2023-06-16 中国工程物理研究院电子工程研究所 日盲紫外单光子源及其制备方法
WO2020026567A1 (ja) * 2018-07-31 2020-02-06 日機装株式会社 窒化物半導体発光素子及びその製造方法
JP2020021798A (ja) * 2018-07-31 2020-02-06 日機装株式会社 窒化物半導体発光素子及びその製造方法
US20210296527A1 (en) * 2018-07-31 2021-09-23 Nikkiso Co., Ltd. Nitride semiconductor light-emitting element and method for manufacturing same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11502220B1 (en) Ultraviolet light emitting diode structures and methods of manufacturing the same
EP2843714B1 (en) Semiconductor light emitting device including hole injection layer and method of fabricating the same.
US8502266B2 (en) Nitride semiconductor light emitting device
EP2523228B1 (en) Light emitting diode
JP4954536B2 (ja) 窒化物半導体発光素子
US8451877B1 (en) High efficiency III-nitride light-emitting diodes
JP2010028072A (ja) 窒化物半導体発光素子
US10199539B2 (en) Vertical ultraviolet light emitting device
KR20130096991A (ko) 자외선 발광소자
US9356428B2 (en) Nitride semiconductor surface emitting laser and method of manufacturing the same
KR102224116B1 (ko) 발광소자 및 조명시스템
EP2919282B1 (en) Nitride semiconductor stacked body and semiconductor light emitting device comprising the same
KR20090002199A (ko) 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
JP4884826B2 (ja) 半導体発光素子
KR101025971B1 (ko) 질화물 반도체 발광소자
KR101924372B1 (ko) 자외선 발광 소자 및 발광 소자 패키지
KR101359486B1 (ko) 경사진 밴드 구조를 가지는 발광 다이오드
JP5380516B2 (ja) 窒化物半導体発光素子
JP6218791B2 (ja) 窒化物半導体レーザ素子
JP2011205148A (ja) 半導体装置
JP2013069795A (ja) 半導体発光素子
KR20090002195A (ko) 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
WO2024085201A1 (ja) 紫外半導体発光素子
KR101373804B1 (ko) 백색 발광다이오드 및 그 제조방법
KR101919109B1 (ko) 자외선 발광 소자 및 자외선 발광 소자 패키지

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
WITN Withdrawal due to no request for examination