KR20140020027A - 자외선 발광 소자 및 발광 소자 패키지 - Google Patents

자외선 발광 소자 및 발광 소자 패키지 Download PDF

Info

Publication number
KR20140020027A
KR20140020027A KR1020120086366A KR20120086366A KR20140020027A KR 20140020027 A KR20140020027 A KR 20140020027A KR 1020120086366 A KR1020120086366 A KR 1020120086366A KR 20120086366 A KR20120086366 A KR 20120086366A KR 20140020027 A KR20140020027 A KR 20140020027A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
light emitting
gallium nitride
emitting device
semiconductor layer
Prior art date
Application number
KR1020120086366A
Other languages
English (en)
Inventor
김원호
한재웅
최재호
박찬근
문효정
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
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 엘지이노텍 주식회사 filed Critical 엘지이노텍 주식회사
Priority to KR1020120086366A priority Critical patent/KR20140020027A/ko
Publication of KR20140020027A publication Critical patent/KR20140020027A/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
    • H01L33/02—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
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
    • 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

Landscapes

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

Abstract

실시 예는 자외선 발광 소자 및 자외선 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
실시 예에 따른 자외선 발광 소자는, 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 사이에 배치된 활성층을 갖고, 자외선을 방출하는 자외선 발광 소자에 있어서, 상기 제2 도전형 반도체층은, 상기 활성층 상에 배치된 p형 질화갈륨층; 및 상기 p형 질화갈륨층 상에 배치된 언도펀트 질화갈륨층;을 포함한다.

Description

자외선 발광 소자 및 발광 소자 패키지{UV LIGHT EMITTING DEVICE AND LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE}
실시 예는 자외선 발광 소자 및 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
일반적으로 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN), 질화인듐갈륨(InGaN) 등과 같은 Ⅲ족 질화물은 열적 안정성이 우수하고, 직접 천이형 에너지 밴드(band) 구조를 갖고 있어 발광 다이오드(LED)에서 주로 사용되고 있다. 구체적으로, Ⅲ족 질화물은 청색 발광 다이오드(Blue LED)와 자외선 발광 다이오드(UV LED)에서 많이 사용되고 있다.
자외선 발광 다이오드는 청색 발광 다이오드에 비해, 광 취득 효율 및 광 출력이 현저하게 뒤떨어진다는 문제가 있다. 이는 자외선 발광 다이오드의 실용화에 커다란 장벽으로 작용하고 있다.
근자외선 발광 다이오드(Near UV LED)는, 위폐감식, 수지 경화 및 자외선 치료 등에 사용되고 있다. 또한, 근자외선 발광 다이오드는 형광체와 조합되어 다양한 색상의 가시광선을 구현하는 조명 장치에서도 사용되고 있다.
실시 예는 마그네슘(Mg)으로 도핑된 도전형 반도체층에서 자외선이 흡수되는 문제를 해결할 수 있는 자외선 발광 소자 및 자외선 발광 소자 패키지를 제공한다.
실시 예에 따른 자외선 발광 소자는, 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 사이에 배치된 활성층을 갖고, 자외선을 방출하는 자외선 발광 소자에 있어서, 상기 제2 도전형 반도체층은, 상기 활성층 상에 배치된 p형 질화갈륨층; 및 상기 p형 질화갈륨층 상에 배치된 언도펀트 질화갈륨층;을 포함한다.
실시 예에 따른 자외선 발광 소자 패키지는, 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 사이에 배치된 활성층을 갖고, 자외선을 방출하는 자외선 발광 소자에 있어서, 상기 제2 도전형 반도체층은, 상기 활성층 상에 배치된 제1 p형 질화갈륨층; 상기 제1 p형 질화갈륨층 상에 배치된 언도펀트 질화갈륨층; 및 상기 언도펀트 질화갈륨층 상에 배치된 제2 p형 질화갈륨층;을 포함한다.
실시 예에 따른 자외선 발광 소자 및 자외선 발광 소자 패키지를 사용하면, 마그네슘(Mg)으로 도핑된 도전형 반도체층에서의 자외선 흡수를 줄일 수 있는 이점이 있다. 따라서, 광 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 실시 예에 따른 자외선 발광 소자를 나타내는 도면.
도 2는 도 1에 도시된 제1 도전형 반도체층의 변형 예를 보여주는 도면.
도 3은 다른 실시 예에 따른 자외선 발광 소자를 나타내는 도면.
도 4는 도 1에 도시된 발광 소자를 수평형 발광 소자에 적용한 도면.
도 5는 도 1에 도시된 발광 소자를 수직형 발광 소자에 적용한 도면.
도 6은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지의 단면도.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 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.
이하 첨부된 도면을 참조하여 실시 예에 따른 자외선 발광 소자 및 자외선 발광 소자 패키지를 설명한다.
도 1은 실시 예에 따른 자외선 발광 소자를 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 자외선 발광 소자는, 자외선 영역의 광을 방출할 수 있다. 일 예로 도 1에 도시된 자외선 발광 소자는, 360nm 이상 400nm 이하의 범위 내의 파장을 갖는 자외선 광을 방출할 수 있다.
도 1을 참조하면, 실시 예에 따른 자외선 발광 소자는, 기판(100), 버퍼층(Buffer Layer, 200), 제1 도전형 반도체층(300), 활성층(Active Layer, 400), 제2 도전형 반도체층(500)을 포함할 수 있다.
버퍼층(200), 제1 도전형 반도체층(300), 활성층(400), 제2 도전형 반도체층(500)은 화학증착방법(CVD), 분자선 에피택시법(MBE), 스퍼터링법(Sputtering), 수산화물 증기상 에피택시법(HVPE) 등의 방법에 의해 기판(100) 상에 형성될 수 있다.
기판(100)은 C면, R면 또는 A면을 주면으로 한 사파이어(Al2O3), 스핀넬(MgAl2O4)과 같은 절연성 기판, SiC(6H, 4H, 3C를 포함함), Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge 등의 반도체 기판들 중 적어도 하나일 수 있다. 여기서, 기판(100)이 상술한 재료로 한정되는 것은 아니고, 제1 도전형 반도체층(300), 활성층(400), 제2 도전형 반도체층(500)을 순차적으로 성장시킬 수 있는 어떠한 재질의 기판도 포함하는 것으로 이해하여야 한다.
버퍼층(200)은 기판(100)과 제1 도전형 반도체층(300) 사이에 배치된다. 버퍼층(200)은 기판(100)과 제1 도전형 반도체층(300)의 이종접합(heterojunction)에 의해 발생될 수 있는 전위(dislocation), 깨짐(crack) 또는 뒤틀림(warp)을 완화할 수 있다.
버퍼층(200)은 GadAl1 -dN(d는, 0<d≤1)으로 이루어진 질화물 반도체일 수 있다. 알루미늄(Al)의 비율이 작을수록 결정성이 현저하게 개선되므로 알루미늄(Al)이 작은 질화물 반도체의 사용이 바람직하다. 따라서, 버퍼층(200)을 위한 물질로서 GaN의 사용이 가장 바람직하다.
버퍼층(200)의 두께는 0.002 내지 0.5㎛, 바람직하게는 0.005 내지 0.2㎛, 보다 바람직하게는 0.01 내지 0.02㎛의 범위일 수 있다. 버퍼층(200)의 두께가 상기 범위에 있다면, 질화물 반도체의 결정 몰포로지(morphology)가 좋아지고, 버퍼층(200) 위에 성장시킨 제1 도전형 반도체층(300)의 결정성이 개선될 수 있다.
버퍼층(200)의 성장온도는, 200 내지 900℃이고, 바람직하게는 400 내지 800℃의 범위일 수 있다. 성장온도가 상기 범위라면, 성장된 버퍼층(200)은 좋은 다결정이 되고, 상기 다결정은 종결정으로서 사용되어 버퍼층(200) 위에 성장되는 제1 도전형 반도체층(300)의 결정성을 좋게 할 수 있다.
버퍼층(200)은 적어도 둘 이상의 버퍼층들이 적층된 것일 수 있다. 예를 들어, 버퍼층(200)은 기판(100) 상에 적층된 제1 버퍼층과, 제1 버퍼층 상에 적층된 제2 버퍼층을 포함할 수 있다.
제1 버퍼층은 저온 버퍼층(Low Temperature Buffer Layer)일 수 있다. 저온 버퍼층은 LT-GaN을 재료로 채택하여 형성할 수 있다. 저온 버퍼층은 대략 250Å의 두께로 형성될 수 있다.
제2 버퍼층은 n형 또는 p형 도전형 도펀트가 도핑되지 않은 u(undoped)-GaN을 재료로 채택하여 형성할 수 있다. u-GaN을 재료로 한 제2 버퍼층을 성장시키면 제1 도전형 반도체층(300)의 결정성을 좋게 할 수 있다.
이러한 제2 버퍼층은 제1 및 제2 도전형 반도체층(300, 500)에 비해 현저히 낮은 전기 전도성을 갖는다. 제2 버퍼층은 대략 15,000Å의 두께로 형성될 수 있다.
한편, 버퍼층(200)은 위 제1 버퍼층과 제2 버퍼층 중 적어도 하나의 층일 수도 있다. 또한, 버퍼층(200) 자체가 실시 예에 따른 자외선 발광 소자에 포함되지 않을 수도 있다.
버퍼층(200) 상에는 발광 구조물이 형성된다. 발광 구조물은 제1 도전형 반도체층(300), 활성층(400) 및 제2 도전형 반도체층(500)을 포함할 수 있다. 이하, 발광 구조물을 상세히 설명한다.
제1 도전형 반도체층(300)은 예를 들어, n형 반도체층일 수 있고, 그 재질은 GaN일 수 있다. 여기서, 제1 도전형 반도체층(300)의 재질에 대해 한정하지 않는다.
제1 도전형 반도체층(300)에는 Si, Ge 및 Sn 등의 n형 도펀트가 도핑된다. n형 도펀트는 3×1018/㎤ 이상, 바람직하게는 5×1018/㎤ 이상의 농도로 제1 도전형 반도체층(300)에 포함될 수 있다. 이와 같이 n형 도펀트를 많이 도핑하면, 순방향 전압(Vf) 및 임계전류를 저하시킬 수 있다. 도펀트의 농도가 상기 범위를 벗어나면 Vf가 거의 낮아지지 않을 것이다. 또한, 제1 도전형 반도체층(300)이 결정성 좋은 u-GaN 위에 형성되면, 고농도의 n형 도펀트를 함유함에도 불구하고 좋은 결정성을 가질 수 있다. n형 도펀트의 농도의 상한을 한정하지 않았음에도 불구하고 좋은 결정성을 보유하기 위해서 상기 상한은 5×1021/㎤ 이하로 하는 것이 바람직하다.
제1 도전형 반도체층(300)은 도 1에 도시된 바와 같이 단층 구조일 수도 있고, 다층 구조일 수도 있다. 다층 구조의 제1 도전형 반도체층(300)을 도 2를 참조하여 설명하도록 한다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 도전형 반도체층(300)의 변형 예를 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 제1 도전형 반도체층(300)은, 밑에서부터 순차적으로 적층된 제1 도전막(310), 제1 초격자층(320), 제2 도전층(330) 및 제2 초격자층(340)을 포함할 수 있다.
제1 도전층(310)은 n형 반도체층으로서 그 재질은 GaN일 수 있다. 제1 도전층(310)에는 Si, Ge 및 Sn 등의 n형 도펀트가 도핑된다. 제1 도전층(310)은 대략 30,000Å의 두께로 형성될 수 있다.
제1 초격자층(320)은 복수의 층들이 복수회로 반복된 초격자 구조일 수 있다. 이러한 제1 초격자층(320)은 제1 층 내지 제3 층(321, 322, 323)이 대략 10회 정도 반복된 것일 수 있다. 제1 층(321)은 InGaN일 수 있고, 제2 층(322)은 GaN일 수 있으며, 제3 층(323)은 AlGaN일 수 있다. 제1 초격자층(320)은 대략 400Å의 두께로 형성될 수 있다.
제2 도전층(330)은 n형 반도체층으로서 그 재질은 GaN일 수 있다. 제2 도전층(330)에는 Si, Ge 및 Sn 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
여기서, 제2 도전층(330)은 다층 구조일 수 있다. 예를 들어, 제2 도전층(330)은 제1 두께를 갖는 제1 층과 제2 두께를 갖는 제2 층을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 층은 n-GaN이고, 제2 층은 n-GaN층과 u-GaN층이 복수회로 교번하여 적층된 다층 구조일 수 있다.
제2 도전층(330)의 전체 두께는 대략 14,000Å일 수 있다. 여기서, 제2 도전층(330)이 제1 층과 제2 층으로 구현되는 경우에는, 제1 층의 두께는 대략 10,000Å이고, 제2 층의 두께는 대략 4,000Å일 수 있다.
제2 초격자층(340)은 복수의 층들이 복수회로 반복된 초격자 구조일 수 있다. 이러한 제2 초격자층(340)은 제1 층 내지 제4 층(341, 342, 343, 344)이 대략 15회 정도 반복된 것일 수 있다. 여기서, 제1 층(341)은 n-GaN이고, 제2 층(342)은 InGaN이고, 제3 층(343)은 GaN이고, 제4 층(344)은 InGaN일 수 있다. 이러한 제2 초격자층(330)은 대략 1,200Å의 두께로 형성될 수 있다.
제1 초격자층(320)과 제2 초격자층(340)을 조합하면, 실시 예에 따른 발광 소자의 발광 출력을 보다 향상시킬 수 있고, 순방향 전압(Vf)을 보다 저하시킬 수 있다. 그 이유는 아직 분명하게 정해지지는 않았지만, 제2 초격자층(340) 위에 성장된 활성층(400)의 결정성을 보다 좋게 할 수 있기 때문으로 것으로 예상된다.
다시, 도 1을 참조하면, 제1 도전형 반도체층(300) 상에 활성층(400)이 형성될 수 있다. 활성층(400)은 제1 도전형 반도체층(300)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 이후 형성되는 제2 도전형 반도체층(500)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 서로 만나서(Recombination), 활성층(400)의 형성 물질에 따른 에너지 밴드(Energy Band)의 밴드갭(Band Gap) 차이에 의해서 빛을 방출하는 층이다.
활성층(400)은 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well)로 형성될 수 있다.
활성층(400)은 일반적으로 양자 우물층과 장벽층을 포함한다. 여기서, 장벽층과 양자 우물층의 적층 순서는 특정하게 정해지지는 않으나, 양자 우물층부터 적층하여 양자 우물층으로 끝날 수도 있고, 양자 우물층부터 적층하여 장벽층으로 끝날 수도 있다. 또한, 장벽층부터 적층하여 장벽층으로 끝날 수도 있고, 장벽층부터 적층하여 양자 우물층으로 끝날 수도 있다.
제2 도전형 반도체층(500)은 활성층(400) 상에 형성될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(500)은 예를 들어, p형 반도체층일 수 있고, 그 재질은 In 또는 Al을 포함하지 않는 GaN일 수 있다. 제2 도전형 반도체층(500)의 재질에 대해 한정하지 않는다.
제2 도전형 반도체층(500)에는 Mg, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑된다. 여기서, 제2 도전형 반도체층(500)의 p형 도펀트로 주로 사용되는 마그네슘(Ma)은 활성층(400)에서 방출되는 자외선을 흡수할 수 있다. 이러한 제2 도전형 반도체층(500)에서의 자외선 흡수는 자외선 발광 소자의 광 효율을 떨어뜨리는 주된 원인 중의 하나이다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 실시 예에 따른 자외선 발광 소자의 제2 도전형 반도체층(500)은 다층 구조일 수 있다.
구체적으로, 제2 도전형 반도체층(500)은 p형 질화갈륨(p-GaN)층(510)과 언도펀트 질화갈륨(u-GaN)층(530)을 포함할 수 있다.
p형 질화갈륨층(510)은 활성층(400) 상에 형성될 수 있고, 언도펀트 질화갈륨층(530)은 p형 질화갈륨층(510) 상에 형성될 수 있다. 반대로, 언도펀트 질화갈륨층(530)은 활성층(400) 상에 형성될 수 있고, p형 질화갈륨층(510)은 언도펀트 질화갈륨층(530) 상에 형성될 수도 있다.
이와 같이, 제2 도전형 반도체층(500)이 p형 질화갈륨층(510)과 언도펀트 질화갈륨층(530)을 포함하면, p형 질화갈륨층(510)에 포함된 p형 도펀트가 언도펀트 질화갈륨층(530)으로 확산되므로, 활성층(400)에서 방출되는 자외선이 p형 도펀트에 흡수되는 양이 줄어들 수 있다. 따라서, 제2 도전형 반도체층(500)에서 흡수되는 자외선의 양이 감소하므로, 실시 예에 따른 자외선 발광 소자의 광 효율이 향상될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(500)에서, p형 질화갈륨층(510)과 언도펀트 질화갈륨층(530)의 비율은 1:1의 비율일 수 있다. 즉, p형 질화갈륨층(510)의 두께는 언도펀트 질화갈륨층(530)의 두께와 같을 수 있다.
또한, 제2 도전형 반도체층(500)은 초격자 구조를 가질 수 있다. 구체적으로 제2 도전형 반도체층(500)은 p형 질화갈륨층(510)과 언도펀트 질화갈륨층(530)이 교대로 반복적으로 적층된 것일 수 있다. 이러한 구조의 제2 도전형 반도체층(500)은 p형 도펀트가 p형 질화갈륨층에서 언도펀트 질화갈륨층으로의 확산이 더 용이한 이점이 있다.
한편, 앞에서 설명한 것과는 반대로, 제1 도전형 반도체층(300)에 p형 도펀트가 도핑되고, 제2 도전형 반도체층(500)에 n형 도펀트가 도핑될 수도 있다. 또한, 제2 도전형 반도체층(500) 상에 n형 또는 p형 도펀트가 도핑된 제3 도전형 반도체층(미도시)이 더 형성될 수도 있다. 따라서, 실시 예에 따른 자외선 발광 소자는 np, pn, npn, pnp 접합 구조들 중 적어도 어느 하나를 가질 수 있으며, 이들 중 어느 것에 한정되는 않는다.
도 1에 도시되어 있지는 않으나, 활성층(400)과 제2 도전형 반도체층(500) 사이에 전자 차단층(Electron Blocking Layer, EBL)이 형성될 수 있다.
전자 차단층은 제2 도전형 반도체층(500)보다 더 큰 에너지 밴드갭을 갖는 반도체 물질, 예를 들면 p-AlGaN일 수 있다. 그리고, 전자 차단층은 대략 300Å의 두께로 형성될 수 있다.
이러한 전자 차단층은 제1 도전형 반도체층(300)으로부터 제공되는 전자가 활성층(400)에서 재결합되지 않고 제2 도전형 반도체층(500)으로 오버플로우되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1에 도시된 자외선 발광 소자의 제조 방법을 설명하도록 한다.
사파이어(C면)로 이루어진 기판(100)을 MOVPE의 반응용기 내에 셋팅하고, 수소를 흐르게 하여, 기판(100)의 온도를 1050℃까지 상승시키고, 기판(100)의 크리닝을 수행한다.
다음으로, 버퍼층(200)을 기판(100) 위에 형성한다. 이하의 설명은 버퍼층(200)의 제1 버퍼층과 제2 버퍼층으로 구성된 것을 예정한 것이다.
반응용기 내의 온도를 510 ℃까지 내리고, 캐리어 가스로서 수소, 원료 가스로서 암모니아와 TMG(트리메틸가리움)을 사용하여, 기판(100)상에 GaN으로 이루어진 제1 버퍼층을 약 250Å의 두께로 성장시킨다. 상기 온도에서 성장시킨 제1 버퍼층은 기판의 종류, 성장방법 등에 따라서 생략할 수 있다.
제1 버퍼층을 성장 후, TMG만을 멈추고, 반응요기 내의 온도를 1050℃까지 상승시킨다. 1050℃에서, 원료가스로서 TMG, 암모니아가스를 사용하여 같은 방식으로, u-GaN으로 이루어진 제2 버퍼층을 약 15,000Å의 두께로 성장시킨다.
그 후, 1050℃에서, 원료가스로서 TMG, 암모니아가스, 불순물가스로서 시란(silane)가스를 사용하여 동일한 방법으로, n형 도펀트인 Si를 3 × 1019 /cm3 도핑한 GaN으로 이루어진 제1 도전형 반도체층(300)을 성장시킨다.
다음으로, 활성층(400)을 제1 도전형 반도체층(300) 상에 성장시킨다. 구체적으로, n-AlGaN으로 이루어진 제1 장벽층(410)을 80Å의 두께로 성장시키고, TMG, TMI, 암모니아를 사용하여 InGaN으로 이루어진 양자 우물층(420)을 25Å의 두께로 성장시킨다. 양자 우물층(420) 상에 GaN으로 이루어진 캡층(430)을 10Å의 두께로 성장시키고, 캡층(430) 상에 AlGaN으로 이루어진 제2 장벽층(440)을 50Å의 두께로 성장시킨다. 마지막으로, 제2 장벽층(440) 상에 AlGaN으로 이루어진 제3 장벽층(450)을 105Å의 두께로 성장시킨다.
여기서, 활성층(400)은 장벽층부터 적층하지만, 적층순서는 양자 우물층부터 적층하고 우물층에서 끝나도 좋고, 또한 양자 우물층부터 적층하고 장벽층에서 끝나도 좋고, 장벽층부터 적층하고 양자 우물층에서 끝나도 좋으며, 적층순서는 특히 문제되지 않는다.
마지막으로, 활성층(400) 상에 제2 도전형 반도체층(500)을 성장시킨다. 구체적으로, 활성층(400) 상에 p형 질화갈륨층(510)을 성장시키고, p형 질화갈륨층(510) 상에 언도펀트 질화갈륨층(530)을 성장시킨다. 여기서, p형 질화갈륨층(510)의 두께를 언도펀트 질화갈륨층(530)의 두께와 같게 할 수 있다.
도 3은 다른 실시 예에 따른 자외선 발광 소자를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 다른 실시 예에 따른 자외선 발광 소자는, 기판(100), 버퍼층(200), 제1 도전형 반도체층(300), 활성층(400) 및 제2 도전형 반도체층(500’)을 포함할 수 있다. 여기서, 제2 도전형 반도체층(500’)을 제외한 기판(100), 버퍼층(200), 제1 도전형 반도체층(300) 및 활성층(400)은 도 1 내지 도 2에 도시된 기판(100), 버퍼층(200), 제1 도전형 반도체층(300) 및 활성층(400)과 동일하므로, 구체적인 설명은 앞서 설명한 내용으로 대체한다.
제2 도전형 반도체층(500’)은 제1 p형 질화갈륨(p-GaN)층(510’), 언도펀트 질화갈륨(u-GaN)층(530’) 및 제2 p형 질화갈륨(p-GaN)층(550’)을 포함할 수 있다.
제1 p형 질화갈륨층(510’)은 활성층(400) 상에 형성되고, 언도펀트 질화갈륨층(530’)은 제1 p형 질화갈륨층(510’) 상에 형성되고, 제2 p형 질화갈륨층(550’)은 언도펀트 질화갈륨층(530’) 상에 형성된 것일 수 있다.
여기서, 제2 p형 질화갈륨층(550’)의 두께는 언도펀트 질화갈륨층(530’)의 두께보다 더 두껍고, 언도펀트 질화갈륨층(530’)의 두께는 제1 p형 질화갈륨층(510’)의 두께보다 더 두꺼울 수 있다. 구체적으로, 제2 p형 질화갈륨층(550’)의 두께는 대략 400Å이고, 언도펀트 질화갈륨층(530’)의 두께는 대략 350Å이며, 제1 p형 질화갈륨층(510’)의 두께는 대략 100Å일 수 있다.
제2 도전형 반도체층(500’)이 제1 p형 질화갈륨층(510’), 언도펀트 질화갈륨층(530’) 및 제2 p형 질화갈륨층(550’)을 포함하면, 제1 및 제2 p형 질화갈륨층(510’, 530’)에 포함된 p형 도펀트가 언도펀트 질화갈륨층(530’)으로 확산되므로, 활성층(400)에서 방출되는 자외선이 p형 도펀트에 흡수되는 양이 줄어들 수 있다. 따라서, 제2 도전형 반도체층(500’)에서 흡수되는 자외선의 양이 감소하므로, 실시 예에 따른 자외선 발광 소자의 광 효율이 향상될 수 있다.
또한, 제2 도전형 반도체층(500’)은 초격자 구조일 수 있다. 즉, 제1 p형 질화갈륨층(510’), 언도펀트 질화갈륨층(530’) 및 제2 p형 질화갈륨층(550’)이 복수회로 적층된 것일 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 발광 소자를 수평형 발광 소자에 적용한 도면이다.
도 4에 도시된 수평형 발광 소자는, 도 1에 도시된 자외선 발광 소자에 메사 에칭(Mesa Etching)을 수행하여 제1 도전형 반도체층(300)의 일부가 노출되도록 하고, 노출된 제1 도전형 반도체층(300) 상에 제1 전극(700)을 형성하여 구현할 수 있다.
제2 도전형 반도체층(500) 상에는 투명 전극층(600)이 형성될 수 있다. 투명 전극층(600)은 ITO, IZO(In-ZnO), GZO(Ga-ZnO), AZO(Al-ZnO), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 하나를 포함하며, 이러한 재료로 한정하지는 않는다. 투명 전극층(600)은 제2 도전형 반도체층(500)과 제2 전극(800)을 오믹 접촉시킬 수 있다.
한편, 투명 전극층(600) 대신 반사 전극층이 형성될 수도 있으며, 반사 전극층은 반사율이 높은 은(Ag), 은(Ag)을 포함하는 합금, 알루미늄(Al) 또는 알루미늄(Al)을 포함하는 합금 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
투명 전극층(600) 상에는 제2 전극(800)이 형성될 수 있다. 제2 전극(800)은 제1 전극(700)과 함께 수평형 발광 소자에 전원을 제공한다.
한편, 도면에 도시하지 않았으나, 도 3에 도시된 다른 실시 예에 따른 자외선 발광 소자도 도 4와 같은 수평형 발광 소자에 적용할 수 있음은 당연하다.
도 5는 도 1에 도시된 발광 소자를 수직형 발광 소자에 적용한 도면이다.
도 5에 도시된 수직형 발광 소자는, 도 1에 도시된 발광 소자의 제2 도전형 반도체층(500) 상에 반사층(600’)과 전도성 지지부재(800’)을 형성하고, 도 1에 도시된 기판(100)을 제거하여 형성할 수 있다.
반사층(600’)은 제2 도전형 반도체층(500) 상에 형성될 수 있다. 반사층(600)은 반사율이 높은 은(Ag), 은(Ag)을 포함하는 합금, 알루미늄(Al), 알루미늄(Al)을 포함하는 합금, 백금(Pt) 또는 백금(Pt)을 포함하는 합금 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
반사층(600’) 상에는 전도성 지지부재(800’)가 형성될 수 있다. 전도성 지지부재(800’)는 도 5에 도시된 수직형 발광 소자에 전원을 제공한다.
전도성 지지부재(800’)는 티탄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 금(Au), 텅스텐(W), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo) 또는 불순물이 주입된 반도체 기판 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
한편, 전도성 지지부재(800’)와 반사층(600’) 사이에는 두 층 사이의 계면 접합력을 향상시키는 접착층(미도시)이 더 형성될 수 있다. 또한, 제2 도전형 반도체층(500)과 반사층(600’) 사이에는 두 층 사이의 오믹 접촉을 위해 오믹층(미도시)이 더 형성될 수 있다.
도 1에 도시된 기판(100)은 레이저 리프트 오프(LLO) 공정에 의해 제거되거나, 에칭 공정에 의해 제거될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 기판(100)을 제거한 후, 버퍼층(200)과 제1 도전형 반도체층(300)의 일부는 에칭 공정, 예를 들어 ICP/RIE(Inductively coupled Plasma / Reactive Ion Etching)에 의해 제거될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
기판(100)이 제거된 후, 노출된 제1 도전형 반도체층(300)과 버퍼층(200) 중 어느 하나에는 전극(700’)이 형성될 수 있다. 전극(700’)은 전도성 지지부재(800’)와 함께 실시 예에 따른 수직형 발광 소자에 전원을 제공한다.
한편, 도면에 도시하지 않았으나, 도 3에 도시된 다른 실시 예에 따른 자외선 발광 소자도 도 5와 같은 수직형 발광 소자에 적용할 수 있음은 당연하다.
도 6은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지의 단면도이다.
도 6을 참조하면, 실시 예에 따른 발광 소자 패키지는, 패키지 몸체(1000), 패키지 몸체(1000)에 형성된 제1 전극층(2000)과 제2 전극층(3000), 패키지 몸체(1000)에 설치되어 제1 전극층(2000) 및 제2 전극층(3000)과 전기적으로 연결된 발광 소자(4000) 및 발광 소자(4000)를 매립하는 충진재(5000)를 포함할 수 있다.
패키지 몸체(1000)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 발광 소자(4000) 주위에 형성된 경사면을 가질 수 있다. 경사면은 발광 소자 패키지의 광 추출 효율을 높일 수 있다.
제1 전극층(2000) 및 제2 전극층(3000)은 서로 전기적으로 분리되며, 발광 소자(4000)에 전원을 제공한다. 또한, 제1 전극층(2000) 및 제2 전극층(3000)은 발광 소자(4000)에서 발생된 광을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 발광 소자(4000)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수 있다.
발광 소자(4000)는 패키지 몸체(1000) 상에 배치되거나, 제1 전극층(2000) 또는 제2 전극층(3000) 상에 배치될 수 있다. 발광 소자(4000)는 제1 전극층(2000) 및 제2 전극층(3000)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
발광 소자(4000)는 도 4 내지 도 5에 도시된 발광 소자 중 어느 하나일 수 있다. 따라서, 발광 소자(4000)는 자외선 영역의 광을 방출할 수 있다. 일 예로, 발광 소자(4000)는 360nm 이상 400nm 이하의 범위 내의 자외선을 방출할 수 있다.
충진재(5000)는 발광 소자(4000)를 매립하여 보호한다. 또한, 충진재(5000)에는 형광체가 포함되어 발광 소자(4000)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
도 6에 도시된 발광 소자 패키지는 상기에 개시된 실시 예들의 발광 소자 중 적어도 하나를 하나 또는 복수개로 탑재할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지는 복수개가 기판 상에 배열되며, 발광 소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 패키지, 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또 다른 실시 예는 상술한 실시 예들에 기재된 반도체 발광 소자 또는 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
이상에서 실시 예를 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, 실시 예에 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.
100: 기판
200: 버퍼층
300: 제1 도전형 반도체층
400: 활성층
500: 제2 도전형 반도체층

Claims (10)

  1. 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 사이에 배치된 활성층을 갖고, 자외선을 방출하는 자외선 발광 소자에 있어서,
    상기 제2 도전형 반도체층은,
    상기 활성층 상에 배치된 p형 질화갈륨층; 및
    상기 p형 질화갈륨층 상에 배치된 언도펀트 질화갈륨층;
    을 포함하는 자외선 발광 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 도전형 반도체층은 상기 p형 질화갈륨층과 상기 언도펀트 질화갈륨층이 교대로 적층된, 자외선 발광 소자.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 도전형 반도체층에서, 상기 p형 질화갈륨층과 상기 언도펀트 질화갈륨층의 두께는 같은, 자외선 발광 소자.
  4. 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 사이에 배치된 활성층을 갖고, 자외선을 방출하는 자외선 발광 소자에 있어서,
    상기 제2 도전형 반도체층은,
    상기 활성층 상에 배치된 제1 p형 질화갈륨층;
    상기 제1 p형 질화갈륨층 상에 배치된 언도펀트 질화갈륨층; 및
    상기 언도펀트 질화갈륨층 상에 배치된 제2 p형 질화갈륨층;
    을 포함하는 자외선 발광 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 도전형 반도체층은 상기 제1 p형 질화갈륨층, 상기 언도펀트 질화갈륨층 및 상기 제2 p형 질화갈륨층이 교대로 적층된, 자외선 발광 소자.
  6. 패키지 몸체;
    상기 패키지 몸체에 배치된 발광 소자;
    상기 패키지 몸체에 배치되고, 상기 발광 소자와 전기적으로 연결되는 제1 전극층과 제2 전극층; 및
    상기 발광 소자를 매립하는 충진재;를 포함하고,
    상기 발광 소자는, 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 사이에 배치된 활성층을 갖고, 자외선을 방출하는 자외선 발광 소자이고,
    상기 제2 도전형 반도체층은,
    상기 활성층 상에 배치된 p형 질화갈륨층; 및
    상기 p형 질화갈륨층 상에 배치된 언도펀트 질화갈륨층;을 포함하는,
    자외선 발광 소자 패키지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제2 도전형 반도체층은 상기 p형 질화갈륨층과 상기 언도펀트 질화갈륨층이 교대로 적층된, 자외선 발광 소자 패키지.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 제2 도전형 반도체층에서, 상기 p형 질화갈륨층과 상기 언도펀트 질화갈륨층의 두께는 같은, 자외선 발광 소자 패키지.
  9. 패키지 몸체;
    상기 패키지 몸체에 배치된 발광 소자;
    상기 패키지 몸체에 배치되고, 상기 발광 소자와 전기적으로 연결되는 제1 전극층과 제2 전극층; 및
    상기 발광 소자를 매립하는 충진재;를 포함하고,
    상기 발광 소자는, 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 사이에 배치된 활성층을 갖고, 자외선을 방출하는 자외선 발광 소자이고,
    상기 제2 도전형 반도체층은,
    상기 활성층 상에 배치된 제1 p형 질화갈륨층;
    상기 제1 p형 질화갈륨층 상에 배치된 언도펀트 질화갈륨층; 및
    상기 언도펀트 질화갈륨층 상에 배치된 제2 p형 질화갈륨층;
    을 포함하는 자외선 발광 소자 패키지.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제2 도전형 반도체층은 상기 제1 p형 질화갈륨층, 상기 언도펀트 질화갈륨층 및 상기 제2 p형 질화갈륨층이 교대로 적층된, 자외선 발광 소자 패키지.
KR1020120086366A 2012-08-07 2012-08-07 자외선 발광 소자 및 발광 소자 패키지 KR20140020027A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120086366A KR20140020027A (ko) 2012-08-07 2012-08-07 자외선 발광 소자 및 발광 소자 패키지

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120086366A KR20140020027A (ko) 2012-08-07 2012-08-07 자외선 발광 소자 및 발광 소자 패키지

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20140020027A true KR20140020027A (ko) 2014-02-18

Family

ID=50267229

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120086366A KR20140020027A (ko) 2012-08-07 2012-08-07 자외선 발광 소자 및 발광 소자 패키지

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20140020027A (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100785374B1 (ko) * 2006-09-25 2007-12-18 서울옵토디바이스주식회사 발광 다이오드 및 이의 제조 방법
KR20090098690A (ko) * 2008-03-14 2009-09-17 소니 가부시끼가이샤 ＧａＮ계 반도체 발광 소자, 발광 소자 조립체, 발광 장치,ＧａＮ계 반도체 발광 소자의 제조 방법, ＧａＮ계 반도체발광 소자의 구동 방법 및 화상 표시 장치
KR20110110686A (ko) * 2010-04-01 2011-10-07 주식회사 메닉스 정전식 터치펜 구조
KR20110138726A (ko) * 2010-06-21 2011-12-28 엘지이노텍 주식회사 발광 소자, 발광 소자 제조방법, 발광 소자 패키지, 및 조명 시스템

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100785374B1 (ko) * 2006-09-25 2007-12-18 서울옵토디바이스주식회사 발광 다이오드 및 이의 제조 방법
KR20090098690A (ko) * 2008-03-14 2009-09-17 소니 가부시끼가이샤 ＧａＮ계 반도체 발광 소자, 발광 소자 조립체, 발광 장치,ＧａＮ계 반도체 발광 소자의 제조 방법, ＧａＮ계 반도체발광 소자의 구동 방법 및 화상 표시 장치
JP2009224516A (ja) * 2008-03-14 2009-10-01 Sony Corp ＧａＮ系半導体発光素子、発光素子組立体、発光装置、ＧａＮ系半導体発光素子の製造方法、ＧａＮ系半導体発光素子の駆動方法、及び、画像表示装置
KR20110110686A (ko) * 2010-04-01 2011-10-07 주식회사 메닉스 정전식 터치펜 구조
KR20110138726A (ko) * 2010-06-21 2011-12-28 엘지이노텍 주식회사 발광 소자, 발광 소자 제조방법, 발광 소자 패키지, 및 조명 시스템

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101007136B1 (ko) 발광 소자, 발광 소자 패키지 및 발광 소자 제조방법
KR101081135B1 (ko) 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지
TWI548115B (zh) 發光裝置
KR101007087B1 (ko) 발광소자 및 그 제조방법
KR101007139B1 (ko) 발광소자 및 그 제조방법
KR101134731B1 (ko) 발광소자 및 그 제조방법
KR101646255B1 (ko) 발광 소자, 발광 소자 패키지 및 발광 소자 제조방법
US10243103B2 (en) Ultraviolet light emitting diode, light emitting diode package, and lighting device
KR20140020028A (ko) 자외선 발광 소자 및 발광 소자 패키지
JP2009302314A (ja) ＧａＮ系半導体装置
KR101081129B1 (ko) 발광소자 및 그 제조방법
EP3073538B1 (en) Red light emitting device and lighting system
KR101924372B1 (ko) 자외선 발광 소자 및 발광 소자 패키지
KR20110044020A (ko) 발광소자 및 그 제조방법
KR20120138275A (ko) 발광소자
KR20110108625A (ko) 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지
KR20110117963A (ko) 질화물 반도체 발광 소자 및 그 제조방법
KR20110101427A (ko) 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지
KR101700792B1 (ko) 발광 소자
KR101919109B1 (ko) 자외선 발광 소자 및 자외선 발광 소자 패키지
KR102397266B1 (ko) 발광소자 및 조명장치
KR102014172B1 (ko) 자외선 발광 소자 및 발광 소자 패키지
KR102199997B1 (ko) 발광소자 및 발광 소자 패키지
KR20180051848A (ko) 반도체 소자
KR101701115B1 (ko) 발광소자 패키지

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application