KR20220011771A - 자외선 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명장치 - Google Patents
자외선 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20220011771A KR20220011771A KR1020220005092A KR20220005092A KR20220011771A KR 20220011771 A KR20220011771 A KR 20220011771A KR 1020220005092 A KR1020220005092 A KR 1020220005092A KR 20220005092 A KR20220005092 A KR 20220005092A KR 20220011771 A KR20220011771 A KR 20220011771A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- undoped
- based semiconductor
- light emitting
- semiconductor layer
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 177
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 149
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims abstract description 60
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 326
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 34
- 239000000463 material Substances 0.000 description 16
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 14
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 13
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 10
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 9
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 7
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 6
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 5
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 4
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910004205 SiNX Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 3
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 3
- VRIVJOXICYMTAG-IYEMJOQQSA-L iron(ii) gluconate Chemical compound [Fe+2].OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C([O-])=O.OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C([O-])=O VRIVJOXICYMTAG-IYEMJOQQSA-L 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 3
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910019897 RuOx Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- JAONJTDQXUSBGG-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dizinc;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3].[Zn+2].[Zn+2] JAONJTDQXUSBGG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 2
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 2
- SKRWFPLZQAAQSU-UHFFFAOYSA-N stibanylidynetin;hydrate Chemical compound O.[Sn].[Sb] SKRWFPLZQAAQSU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018229 Al—Ga Inorganic materials 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910005540 GaP Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DZLPZFLXRVRDAE-UHFFFAOYSA-N [O--].[O--].[O--].[O--].[Al+3].[Zn++].[In+3] Chemical compound [O--].[O--].[O--].[O--].[Al+3].[Zn++].[In+3] DZLPZFLXRVRDAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- YZZNJYQZJKSEER-UHFFFAOYSA-N gallium tin Chemical compound [Ga].[Sn] YZZNJYQZJKSEER-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HRHKULZDDYWVBE-UHFFFAOYSA-N indium;oxozinc;tin Chemical compound [In].[Sn].[Zn]=O HRHKULZDDYWVBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N nickel(II) oxide Inorganic materials [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010944 silver (metal) Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N zinc indium(3+) oxygen(2-) Chemical compound [O--].[Zn++].[In+3] YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
- H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
-
- 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
- H01L33/16—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 particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous
- H01L33/18—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 particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous within the light emitting region
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
실시예는 자외선 발광소자, 자외선 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명장치에 관한 것이다.
실시 예에 따른 자외선 발광소자는 기판과, 기판상에 상에 평평한 상부면 및 V핏을 포함하는 제1 언도프트 GaN층과, 제1 언도프트 GaN층의 V핏 상에 배치된 제1 질화물층과, 제1 언도프트 GaN층과 제1 질화물층 상에 배치된 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층, 및 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층 상에 위치한 제2 언도프트 GaN층을 포함하고, 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층은 제1 언도프트 GaN층의 평평한 상부면 상에 위치한 제1 영역 및 제1 언도프트 GaN층의 V핏 상에 위치한 제2 영역을 포함하고, 제1 영역의 Al 조성은 제2 영역의 Al 조성보다 클 수 있다.
실시 예에 따른 자외선 발광소자는 기판과, 기판상에 상에 평평한 상부면 및 V핏을 포함하는 제1 언도프트 GaN층과, 제1 언도프트 GaN층의 V핏 상에 배치된 제1 질화물층과, 제1 언도프트 GaN층과 제1 질화물층 상에 배치된 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층, 및 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층 상에 위치한 제2 언도프트 GaN층을 포함하고, 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층은 제1 언도프트 GaN층의 평평한 상부면 상에 위치한 제1 영역 및 제1 언도프트 GaN층의 V핏 상에 위치한 제2 영역을 포함하고, 제1 영역의 Al 조성은 제2 영역의 Al 조성보다 클 수 있다.
Description
실시 예는 자외선 발광소자, 자외선 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명장치에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting Device)는 전기에너지가 빛 에너지로 변환되는 특성의 p-n 접합 다이오드를 주기율표상에서 3족-5족 원소 또는 2족-6족 원소가 화합되어 생성될 수 있고, 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.
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.
상기 자외선 발광소자(UV LED)는 200nm~400nm 파장대의 빛을 발광하는 발광소자이다. 상기 자외선 발광소자는 용도에 따라 단파장 및 장파장으로 구성된다. 상기 단파장은 살균 또는 정화 등에 사용되고, 장파장은 노광기 또는 경화기 등에 사용될 수 있다.
한편, 자외선 발광소자는 청색 발광소자에 비해, 광 취득 효율 및 광 출력이 떨어진다는 문제가 있다. 이는 자외선 발광소자의 실용화에 장벽으로 작용하고 있다.
예컨대 자외선 발광소자에 사용되는 Ⅲ족 질화물은 가시광선에서 자외선까지 광범위하게 활용될 수 있으나, 가시광선 대비 자외선의 효율이 떨어지는 문제가 있다. 그 이유는 자외선의 파장으로 갈수록 Ⅲ족 질화물이 자외선을 흡수한다는 것과, 낮은 결정성에 의한 내부 양자효율의 저하가 원인이다.
자외선 발광장치는 In 조성이 낮으므로 양자우물(Quantum Well)에서 Blue LED 대비 In 국부 효과(Localization effect)를 보기 어렵다. 따라서 종래기술에서는 하부층에서 올라오는 확산전위(Threading dislocation)의 제어 및 결정성이 칩의 광도에 영향을 미친다.
실시 예는 결정 품질 향상에 따라 광도가 향상된 자외선 발광소자, 자외선 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명장치를 제공할 수 있다.
또한, 실시 예는 결함을 개선하여 광도가 향상된 자외선 발광소자, 자외선 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명장치를 제공할 수 있다.
실시예에 따른 자외선 발광 소자는 기판; 상기 기판 상에 적어도 일부에 상부면 및 측면을 갖는 V핏을 포함하는 제1 언도프트 GaN층; 상기 제1 언도프트 GaN층의 V핏 상에 배치된 제1 질화물층; 상기 제1 언도프트 GaN층과 상기 제1 질화물층 상에 배치된 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층; 및 상기 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층 상에 위치한 제2 언도프트 GaN층을 포함하고, 상기 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층은 상기 제1 언도프트 GaN층의 상부면 상에 위치한 제1 영역 및 상기 제1 언도프트 GaN층의 V핏 상에 위치한 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역의 Al 농도는 상기 제2 영역의 Al 농도보다 클 수 있다.
상기 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층은 AlxGa1-xN (0.4≤Alx≤0.8)의 Al조성을 가질 수 있다.
상기 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층의 두께는 5nm 내지 15nm일 수 있다.
상기 제2 언도프트 GaN층의 두께는 800nm 내지 1500nm일 수 있다.
상기 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층 및 상기 제2 언도프트 GaN층 중 적어도 두 쌍은 상기 제1 질화물층 상에 배치될 수 있다.
상기 제1 질화물층의 상면의 위치는 상기 제1 언도프트 GaN 층의 상면의 위치보다 낮을 수 있다.
상기 제2 언도프트 GaN층은 평평한 상부면과 V핏을 포함하고, 상기 제2 언도프트 GaN층의 V핏 상에 배치된 제2 질화물층; 상기 제2 언도프트 GaN층과 상기 제2 질화물층 상에 배치된 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층; 및 상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층 상에 위치한 제3 언도프트 GaN층을 포함하고, 상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층은 상기 제2 언도프트 GaN층의 상부면 상에 위치한 제3 영역 및 상기 제2 언도프트 GaN층의 V핏 상에 위치한 제4 영역을 포함하고, 상기 제3 영역의 Al 농도는 상기 제4 영역의 Al 농도보다 클 수 있다.
상기 제1 질화물층은 실리콘계 물질을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 상기 외선 발광소자를 포함할 수 있다.
실시 예는 발광구조물의 결정품질 향상시킴으로써, 자외선 발광소자의 광도를 향상시킬 수 있다.
또한 실시 예는 발광구조물의 결함을 개선함으로써, 자외선 발광소자의 광도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 자외선 발광소자를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 언도프트 AlGaN 계열 반도체층이 포함된 자외선 발광소자의 결함정도를 도시한 단면도이다.
도 3 내지 도 7은 일 실시 예에 따른 자외선 발광소자의 제조방법을 도시한 단면도이다.
도 8은 다른 실시 예에 따른 자외선 발광소자를 도시한 단면도이다.
도 9a 및 도 9b는 비교예와 실험예의 TD Density 비교 사진이다.
도 10은 실시 예에 따른 발광소자 패키지를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 언도프트 AlGaN 계열 반도체층이 포함된 자외선 발광소자의 결함정도를 도시한 단면도이다.
도 3 내지 도 7은 일 실시 예에 따른 자외선 발광소자의 제조방법을 도시한 단면도이다.
도 8은 다른 실시 예에 따른 자외선 발광소자를 도시한 단면도이다.
도 9a 및 도 9b는 비교예와 실험예의 TD Density 비교 사진이다.
도 10은 실시 예에 따른 발광소자 패키지를 도시한 단면도이다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on/over)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on/over)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 자외선 발광소자를 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 언도프트 AlGaN 계열 반도체층이 포함된 자외선 발광소자의 결함정도를 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와같이, 자외선 발광소자(100)는 제1 언도프트 GaN층(106a), 질화물층(107), 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108), 제2 언도프트 GaN층(106b)을 포함할 수 있다.
상기 제1 언도프트 GaN층(106a)은 기판(105) 상에 위치할 수 있다. 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)은 적어도 하나 이상일 수 있다. 예컨대 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)은 2 이상의 복수의 층일 수 있다. 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)은 성장온도 또는 성장압력 등을 제어하여 다수의 V핏(V)을 가질 수 있다. 예컨대 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)은 성장온도 또는 성장압력 등을 조절하여 Ga의 이동도를 저하시킬 수 있고, 이에 따라 러프니스(Roughness)를 포함하는 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)을 형성할 수 있다. 예컨대 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)은 적어도 일부가 측면 또는 상부면을 갖도록 형성될 수 있으며, 상기 측면들은 다수의 V핏(V)을 포함하여 형성할 수 있다. 상기 러프니스는 규칙적 또는 불규칙적으로 형성될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 질화물층(107)은 상기 V핏(V) 내에 위치할 수 있다. 상기 질화물층(107)은 상기 V핏(V)의 하단지점에 형성될 수 있다. 상기 질화물층(107)은 SiNx(x>0)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 질화물층(107)은 제1 언도프트 GaN층(106a)의 V핏(V)에 형성되어 V핏(V)의 하단지점에서 발생하는 결함을 개선할 수 있다. 예컨대 상기 질화물층(107)은 비정질 물질로 형성되어 제1 언도프트 GaN층(106a)의 V핏(V)의 하단에 형성되어 V핏(V)의 하단에서 발생하는 결함(dislocation)이 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)으로 전파되는 것을 줄일 수 있고, 결함이 전파되는 경로를 벤딩(bending)시킬 수 있다. 상기 질화물층(107)은 상기 V핏(V)하단 이외에도 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)에 형성되는 상부면 상에도 위치할 수 있으며 이에 한정하지 않는다.
상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)은 상기 질화물층(107) 상에 위치할 수 있다. 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)은 상기 질화물층(107)과 직접 접촉될 수 있다. 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)은 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)의 상부면 및 측면(V핏 측면)에서 성장될 수 있다. 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)은 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)의 상부면 상에 위치한 제1 영역(108a) 및 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)의 V핏(V) 상에 위치한 제2 영역(108b)을 포함할 수 있다. 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 성장속도는 제1 영역(108a)이 제2 영역(108b)보다 느릴 수 있다. 이로 인해 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 Al 농도는 상기 제2 영역(108b)보다 제1 영역(108a)이 상대적으로 클 수 있다. 즉, Al 농도가 제2 영역(108b)보다 제1 영역(108a)이 크므로 제1 영역(108a)의 AlGaN의 결합에너지가 제2 영역(108b)보다 크게되고, 이로 인해 V핏(V)의 하단에서 전파되는 결함이 제1 영역(108a)보다 제2 영역(108b)으로 벤딩되므로 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)으로 전파되는 결함을 줄일 수 있다.
상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)은 AlxGa1-xN(0.4≤x≤0.8)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 Al 조성(x)이 0.4 미만일 경우, 상기 제1 영역(108a)의 결함 차단(Dislocation Blocking)이 저하될 수 있다. 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 Al 조성(x)이 0.8 초과일 경우, 상기 제2 영역(108b)의 결함 벤딩(Dislocation Bending) 효과가 저하될 수 있다.
상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 두께는 50㎚ 이상일 수 있다. 예컨대 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 두께는 5㎚ 내지 15㎚일 수 있다. 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 두께가 5㎚ 미만일 경우, 상기 제1 영역(108a)의 결함 차단이 저하될 수 있고, 상기 제2 영역(108b)의 결함 구부러짐 효과가 저하될 수 있다. 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 두께가 15㎚ 초과일 경우, 높은 조성(High Composition)에 의해 격자상수 차이로 결정성이 저하될 수 있다.
상기 제2 언도프트 GaN층(106b)은 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108) 상에 위치할 수 있다. 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)의 두께는 800㎚ 이상일 수 있다. 예컨대 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)의 두께는 800㎚ 내지 1500㎚일 수 있다. 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)의 두께가 800㎚ 미만일 경우, 결함 구부러짐 효과가 저하될 수 있다.
실시 예의 자외선 발광소자(100)는 발광구조물(110)을 포함할 수 있다. 상기 발광구조물(110)은 상기 제2 언도프트 GaN층(106b) 상에 위치할 수 있다. 상기 발광구조물(110)은 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)과 직접 접촉할 수 있다.
상기 발광구조물(110)은 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(112), 활성층(114) 및 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)을 포함할 수 있다.
상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(112)은 반도체 화합물, 예컨대 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있고, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예컨대 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(112)은 AlnGa1-nN (0≤n≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(112)이 n형 반도체층인 경우, n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성층(114)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 활성층(114)은 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(112)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 서로 만나서, 상기 활성층(114)의 형성 물질에 따른 에너지 밴드(Energy Band)의 밴드갭(Band Gap) 차이에 의해서 빛을 방출하는 층이다.
상기 활성층(114)는 화합물 반도체로 구성될 수 있다. 상기 활성층(114)는 예로서 Ⅱ족-Ⅳ족 및 Ⅲ족-Ⅴ족 화합물 반도체 중에서 적어도 하나로 구현될 수 있다.
상기 활성층(114)은 양자우물과 양자벽을 포함할 수 있다. 상기 활성층(114)이 다중 양자 우물 구조로 구현된 경우, 양자우물과 양자벽이 교대로 배치될 수 있다. 상기 양자우물과 양자벽은 각각 InxAlyGa1-x-y(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 배치될 수 있거나, AlGaN/GaN, AlGaN/AlGaN, InGaN/GaN, InGaN/InGaN, InAlGaN/GaN, GaAs/AlGaAs, InGaAs/AlGaAs, GaP/AlGaP, InGaP AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)은 반도체 화합물, 예컨대 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예컨대 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)은 AlpGa1-pN (0≤p≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)이 p형 반도체층인 경우, 상기 제2 도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(112)은 n형 반도체층, 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)은 p형 반도체층으로 설명하고 있지만, 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(112)을 p형 반도체층, 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)을 n형 반도체층으로 형성할 수도 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116) 위에는 상기 제2 도전형과 반대의 극성을 갖는 반도체 예컨대 n형 반도체층(미도시)을 형성할 수 있다. 이에 따라 발광구조물(110)은 n-p 접합 구조, p-n 접합 구조, n-p-n 접합 구조, p-n-p 접합 구조 중 어느 한 구조로 구현할 수 있다.
실시 예의 발광구조물(110)은 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(112) 및 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)으로 설명하고 있지만, 제1 도전형 GaN 계열 반도체층 및 제2 도전형 GaN 계열 반도체층으로 형성할 수 도 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
실시 예의 자외선 발광소자(100)는 투광성 전극층(120), 제1 및 제2 전극(151, 153)을 포함할 수 있다.
상기 투광성 전극층(120)은 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116) 상에 위치할 수 있다. 상기 투광성 전극층(120)은 오믹층(미도시)을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극(151)은 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(112) 상에 위치할 수 있다.
상기 제2 전극(153)은 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116) 상에 위치할 수 있다.
상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)과 상기 투광성 전극층(120)상에는 러프니스와 같은 광 추출 패턴이 형성될 수 있으며 이에 한정하지 않는다.
일 실시 예의 자외선 발광소자(100)는 상기 질화물층(107) 위에 접촉되어 상기 제1 언도프트 GaN층(106a) 상에 형성된 상기 언도프트 AlGaN 반도체층(108)에 의해 상기 발광구조물(110)의 아래에 위치한 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)의 결정성을 향상시키고, 결함을 개선할 수 있다.
도 2를 참조하면, 일 실시 예의 자외선 발광소자(100)는 제1 언도프트 GaN층(106a)의 상부면에 위치한 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 제1 영역(108a)과, 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)의 V핏(V)에 위치한 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 제2 영역(108b)을 포함할 수 있다. 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 성장속도는 제1 영역(108a)이 제2 영역(108b)보다 느릴 수 있다. 이로 인해 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 Al 농도가 상기 제2 영역(108b)보다 제1 영역(108a)이 상대적으로 클 수 있다. 즉, Al 농도가 제2 영역(108b)보다 제1 영역(108a)가 크므로 제1 영역(108a)의 AlGaN의 결합에너지가 제2 영역(108b)보다 크게 되고, 이로 인해 V핏(V)의 하단에서 전파되는 결함이 제1 영역(108a)보다 제2 영역(108b)으로 벤딩하게 되어 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)로 전파되는 것을 줄일 수 있다.
일 실시예에 따른 자외선 발광소자(100)는 수평형으로 한정하지 않고, 수직형 자외선 발광소자에도 적용될 수 있다.
도 3 내지 도 7은 일 실시 예에 따른 자외선 발광소자의 제조방법을 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 제1 언도프트 GaN층(106a)은 기판(105) 상에 형성될 수 있다.
상기 기판(105)은 열전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판일수 있다. 예컨대 상기 기판(105)은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, and Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 상기 기판(105) 상에는 요철 구조가 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1 언도프트 GaN층(106a)은 적어도 하나 이상일 수 있다. 즉, 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)은 2 이상의 복수의 층일 수 있다. 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)은 성장온도 또는 성장압력 등을 제어하여 다수의 V핏(V)을 포함할 수 있다. 예컨대 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)은 성장온도 또는 성장압력 등을 조절하여 Ga의 이동도를 저하시킬 수 있고, 이에 따라 러프니스를 포함하는 제1 언도프트 GaN층(106a)을 형성할 수 있다. 예컨대 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)은 적어도 일부가 측면과 상부면을 갖도록 형성될 수 있으며, 상기 측면들은 다수의 V핏(V)을 포함하여 형성할 수 있다. 예컨대 상기 러프니스는 규칙적 또는 불규칙적으로 형성할 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4를 참조하면, 질화물층(107)은 상기 제1 언도프트 GaN층(106a) 상에 형성될 수 있다. 상기 질화물층(107)은 상기 V핏(V) 내에 위치할 수 있다. 상기 질화물층(107)은 상기 V핏(V)의 하단에 형성될 수 있다. 상기 질화물층(107)은 SiNx(x>0)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 질화물층(107)은 제1 언도프트 GaN층(106a)의 V핏(V) 내에 배치되어 V핏(V)의 하단에서 발생하는 결함을 차단할 수 있다. 예컨대 상기 질화물층(107)은 비정질 물질로 형성되어 제1 언도프트 GaN층(106a)의 V핏(V)의 하단에 형성되어 V핏의 하단에서 발생하는 결함이 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)으로 전파되는 것을 줄일 수 있고, 결함이 전파되는 경로를 벤딩시킬 수 있다. 상기 질화물층(107)은 상기 V핏(V)하단 이외에도 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)에 형성되는 상부면 상에도 위치할 수 있으며 이에 한정하지 않는다.
도 5를 참조하면, 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)은 상기 제1 언도프트 GaN층(106a) 및 상기 질화물층(107) 상에 위치할 수 있다. 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)은 상기 질화물층(107)과 직접 접촉될 수 있다. 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)은 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)의 상부면 및 V핏(V)의 측면에서 성장될 수 있다. 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)은 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)의 상부면 상에 위치한 제1 영역(108a) 및 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)의 V핏(V) 상에 위치한 제2 영역(108b)을 포함할 수 있다.
상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 성장속도는 제1 영역(108a)이 제2 영역(108b)보다 느릴 수 있다. 이로 인해 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 Al 농도는 상기 제2 영역(108b)보다 제1 영역(108a)이 상대적으로 클 수 있다. 즉, Al 농도가 제2 영역(108b)보다 제1 영역(108a)이 크므로 제1 영역(108a)의 AlGaN의 결합에너지가 제2 영역(108b)보다 크게 되고, 이로 인해 V핏(V)의 하단에서 전파되는 결함이 제1 영역(108a)보다 제2 영역(108b)으로 벤딩되므로 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)으로 전파되는 결함을 줄일 수 있다.
상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)은 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)의 V핏(V) 측면 상에서 상기 질화물층(107) 상부면으로 매워질 수 있다. 따라서, 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)은 상기 질화물층(107)을 덮을 수 있다.
상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)은 AlxGa1-xN(0.4≤x≤0.8)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 Al 조성(x)이 0.4 미만일 경우, 상기 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 결함 차단 효과가 저하될 수 있다. 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 Al 조성(x)이 0.8 초과일 경우, 상기 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 결함 벤딩 효과가 저하될 수 있다.
상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 두께는 50㎚ 이상일 수 있다. 예컨대 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 두께는 5㎚ 내지 15㎚일 수 있다. 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 두께가 5㎚ 미만일 경우, 상기 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 결함 차단 효과가 저하될 수 있고, 상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 결함 구부러짐 효과가 저하될 수 있다. 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 두께가 15㎚ 초과일 경우, 높은 조성(High Composition)에 의해 격자상수 차이로 결정성이 저하될 수 있다.
도 6을 참조하면, 제2 언도프트 GaN층(106b)은 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108) 상에 성장될 수 있다. 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)은 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 상부면 및 측면상에 형성될 수 있다. 예컨대 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)의 두께는 800㎚ 이상일 수 있다. 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)의 두께는 800㎚ 내지 1500㎚일 수 있다. 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)의 두께가 800㎚ 미만일 경우, 결함 벤딩 효과가 저하될 수 있다.
도 7을 참조하면, 발광구조물(110)은 상기 제2 언도프트 GaN층(106b) 상에 형성될 수 있다. 상기 발광구조물(110)은 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(112), 활성층(114) 및 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)을 포함할 수 있다.
상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(112)은 반도체 화합물, 예컨대 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있고, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예컨대 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(112)은 AlnGa1-nN (0≤n≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(112)이 n형 반도체층인 경우, n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성층(114)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 활성층(114)은 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(112)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 서로 만나서, 상기 활성층(114)의 형성 물질에 따른 에너지 밴드(Energy Band)의 밴드갭(Band Gap) 차이에 의해서 빛을 방출하는 층이다.
상기 활성층(114)는 화합물 반도체로 구성될 수 있다. 상기 활성층(114)는 예로서 Ⅱ족-Ⅳ족 및 Ⅲ족-Ⅴ족 화합물 반도체 중에서 적어도 하나로 구현될 수 있다.
상기 활성층(114)은 양자우물과 양자벽을 포함할 수 있다. 상기 활성층(114)이 다중 양자 우물 구조로 구현된 경우, 양자우물과 양자벽이 교대로 배치될 수 있다. 상기 양자우물과 양자벽은 각각 InxAlyGa1-x-y(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 배치될 수 있거나, AlGaN/GaN, AlGaN/AlGaN, InGaN/GaN, InGaN/InGaN, InAlGaN/GaN, GaAs/AlGaAs, InGaAs/AlGaAs, GaP/AlGaP, InGaP AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)은 반도체 화합물, 예컨대 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예컨대 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)은 AlpGa1-pN (0≤p≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)이 p형 반도체층인 경우, 상기 제2 도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(112)을 p형 반도체층, 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)을 n형 반도체층으로 형성할 수도 있으며 이에 한정하지 않는다.
실시 예의 자외선 발광소자는 상기 발광구조물(110) 상에 형성된 투광성 전극층(120), 제1 및 제2 전극(151, 154)을 포함할 수 있다.
상기 투광성 전극층(120)은 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116) 상에 형성될 수 있다. 상기 투광성 전극층(120)은 오믹층(미도시)을 포함할 수 있으며, 정공주입을 효율적으로 할 수 있도록 단일 금속 혹은 금속합금, 금속산화물 등을 다중으로 적층하여 형성할 수 있다.
예컨대 상기 투광성 전극층(120)은 반도체와 전기적인 접촉인 우수한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 투광성 전극층(120)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)과 상기 투광성 전극층(120)상에는 광 추출 패턴이 형성될 수 있으며 이에 한정하지 않는다.
상기 제1 전극(151)은 활성층(114) 및 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)으로부터 노출된 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(112) 상에 형성될 수 있고, 상기 제2 전극(153)은 상기 투광성 전극층(120) 상에 형성될 수 있다.
상기 제1 전극(151) 또는 제2 전극(153)은 티탄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 금(Au), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 중 적어도 어느 하나로 단층 또는 다층으로 형성될 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 8은 다른 실시 예에 따른 자외선 발광소자를 도시한 단면도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 다른 실시 예에 따른 자외선 발광소자는 도 1의 일 실시 예에 따른 자외선 발광소자의 기술적 특징을 채용할 수 있다.
다른 실시 예에 따른 자외선 발광소자는 제1 언도프트 GaN층(106a), 제1 질화물층(107a), 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108), 제2 언도프트 GaN층(106b), 제2 질화물층(107b), 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(109) 및 제3 언도프트 GaN층(106c)을 포함할 수 있다.
V핏(V1)을 포함하는 상기 제1 언도프트 GaN층(106a), 제1 질화물층(107a), 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108), 제2 언도프트 GaN층(106b)은 일 실시 예에 따른 자외선 발광소자를 참조하여 상세한 설명은 생략하기로 한다. 다만, 제2 언도프트 GaN층(106b)은 V핏(V2)을 포함할 수 있다.
상기 제2 질화물층(107b)은 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)의 V핏(V) 내에 위치할 수 있다. 상기 제2 질화물층(107b)은 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)의 V핏(V2)의 하단에 형성될 수 있다. 상기 제2 질화물층(107b)은 SiNx(x>0)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제2 질화물층(107b)은 제2 언도프트 GaN층(106b)의 V핏(V2)에 형성되어 V핏(V2)의 하단에서 발생하는 결함을 차단할 수 있다. 예컨대 상기 제2 질화물층(107b)은 비정질 물질로 형성되어 제2 언도프트 GaN층(106b)의 V핏(V2)의 하단에 형성되어 V핏(V2)의 하단에서 발생하는 결함이 상기 제3 언도프트 GaN층(106c)으로 전파되는 것을 줄일 수 있고, 결함이 전파되는 경로를 벤딩시킬 수 있다. 상기 제2 질화물층(107b)은 상기 V핏(V2)하단 이외에도 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)에 형성되는 상부면 상에도 위치할 수 있으며 이에 한정하지 않는다.
상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(109)은 상기 제2 질화물층(107b) 상에 위치할 수 있다. 상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(109)은 상기 제2 질화물층(107b)과 직접 접촉될 수 있다. 상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(109)은 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)의 상부면 및 측면(V핏 측면)에서 성장될 수 있다. 상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(109)은 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)의 상부면 상에 형성된 제3 영역(109a) 및 상기 제2 언도프트 GaN층(102b)의 V핏(V2) 상에 형성된 제4 영역(109b)을 포함할 수 있다. 상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(109)의 성장속도는 제3 영역(109a)이 제4 영역(109b)보다 느릴 수 있다. 이로 인해 상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(109)의 Al 농도는 상기 제4 영역(109b)보다 제3 영역(109a)이 상대적으로 클 수 있다. 즉, Al 농도가 제4 영역(109b)보다 제3 영역(109a)이 크므로 제3 영역(109a)의 AlGaN의 결합에너지가 제4 영역(109b)보다 크게 되고, 이로 인해 V핏(V2)의 하단에서 전파되는 결함이 제3 영역(109a)보다 제4 영역(109b)으로 벤딩되므로 상기 제3 언도프트 GaN층(106c)으로 전파되는 결함을 줄일 수 있다.
상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(109)은 AlyGa1-yN(0.4≤y≤0.8)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(109)의 Al 조성(y)이 0.4 미만일 경우, 상기 제3 영역(109a)의 결함 차단 효과가 저하될 수 있다. 상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(109)의 Al 조성(y)이 0.8 초과일 경우, 상기 제4 영역(109b)의 결함 벤딩 효과가 저하될 수 있다.
상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(109)의 두께는 50㎚ 이상일 수 있다. 예컨대 상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(109)의 두께는 5㎚ 내지 15㎚일 수 있다. 상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(109)의 두께가 5㎚ 미만일 경우, 상기 제3 영역(109a)의 결함 차단 효과가 저하될 수 있고, 상기 제4 영역(109b)의 결함 구부러짐 효과가 저하될 수 있다. 상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(109)의 두께가 15㎚ 초과일 경우, 높은 조성에 의해 격자상수 차이로 결정성이 저하될 수 있다.
상기 제3 언도프트 GaN층(106c)은 상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(109) 상에 위치할 수 있다. 상기 제3 언도프트 GaN층(106c)의 두께는 800㎚ 이상일 수 있다. 예컨대 상기 제3 언도프트 GaN층(106c)의 두께는 800㎚ 내지 1500㎚일 수 있다. 상기 제3 언도프트 GaN층(106c)의 두께가 800㎚ 미만일 경우, 결함 구부러짐 효과가 저하될 수 있다.
다른 실시 예에 따른 자외선 발광소자는 상기 제2 언도프트 GaN층(106b) 및 제2 질화물층(107b) 상에 상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(109)이 위치하여 결정성을 더 향상시키고, 상기 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)을 통과한 결함을 개선시킬 수 있다.
*다른 실시 예에 따른 자외선 발광소자는 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)이 제1 질화물층(107a) 상에 위치하고, 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(109)이 제2 질화물층(107b) 상에 위치한 구조를 한정하여 설명하고 있지만, 이에 한정하지 않고, 제1 질화물층(107a) 상에 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108) 및 제2 언도프트 GaN층(106b)이 적어도 2쌍 이상 교번될 수 있고, 제2 질화물층(107b) 상에 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(109) 및 제3 언도프트 GaN층(106c)이 적어도 2쌍 이상 교번될 수 있다.
| 비교예 | 실험예1 (x=0.4, T:5㎚) |
실험예2 (x=0.4, T:10㎚) |
실험예3 (x=0.6, T:10㎚) |
|
| nAlGaN(002) (center/edge) |
158/169 | 154/159 | 145/148 | 120/129 |
| nAlGaN(102) (center/edge) |
197/207 | 181/195 | 175/192 | 162/160 |
표1은 언도프트 GaN층 상에 언도프트 AlGaN 계열 반도체층이 형성되지 않은 비교예와, 언도프트 GaN층 상에 제1 및 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층을 포함하는 도 8의 다른 실시 예에 따른 자외선 발광소자가 적용된 실험예1 내지 실험예3의결정성 및 TDD(Threading dislocation Density)를 비교한 데이터이다. 여기서, 상기 결정성은 웨이퍼의 중심(center) 영역과 가장자리(edge) 영역을 비교할 수 있다. 또한, XRD 측정은 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층의 002면 및 102면을 측정한 데이터이다.실험예1은 0.4의 Al 조성(x) 및 5㎚의 두께를 갖는 제1 및 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층을 포함하고, 실험예2는 0.4의 Al 조성(x) 및 10㎚의 두께를 갖는 제1 및 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층을 포함하고, 실험예3은 0.6의 Al 조성(x) 및 10㎚의 두께를 갖는 제1 및 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층을 포함한다.
실험예1 내지 3은 비교예보다 XRD FWHM이 낮아지므로 결정성이 향상됨을 알 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 비교예와 실험예의 TD Density 비교 사진이다.
자외선 발광소자는 청색 발광소자에 비해 발광구조물의 인듐(In) 조성이 낮아 In 구속 효과를 보기 어렵다. 자외선 발광소자는 발광구조물의 하부층의 TD(Threading dislocation) 주변에서 비발광 재결합(Non-radiative Recombination)에 의한 광도 저하를 야기한다. 따라서, 자외선 발광소자는 발광구조물 및 상기 발광구조물의 하부층의 TD 제어 및 결정성이 Chip 광도에 큰 영향을 미칠 수 있다.
도 9a는 언도프트 GaN층 상에 언도프트 AlGaN 반도체층이 형성되지 않고 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층이 형성된 비교예의 TD를 나타내고, 도 9b는 언도프트 GaN층 상에 제1 및 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층을 형성한 후 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층이 형성된 실험예의 TD를 나타낸다. 실시 예는 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층에 의해 결함이 벤딩되어 TD를 현저히 줄일 수 있다. 따라서, 실시 예의 자외선 발광소자는 인듐(In) 조성이 낮아 TD에서 비발광 재결합(Non-radiative Recombination)을 줄일 수 있다.
따라서, 실시 예는 질화물층 상에 언도프트 AlGaN 계열 반도체층을 형성하여 TD를 줄이고, 결정성을 개선하여 비교예보다 Chip 광도를 향상시킬 수 있다.
실시 예에 따른 자외선 발광소자는 복수개가 어레이된 구조일 수 있고, 발광소자 패키지에 포함될 수 있다. 실시 예에 따른 자외선 발광소자는 파장에 따라 경화, 살균, 특수조명 등 다양한 분야에 이용될 수 있다.
실시 예에 따른 자외선 발광소자는 백라이트 유닛, 조명장치, 디스플레이 장치, 차량용 표시장치, 스마트 유닛 등에 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 10은 실시 예에 따른 발광소자 패키지를 도시한 단면도이다.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지(200)는 패키지 몸체부(205)와, 상기 패키지 몸체부(205)에 설치된 제1 리드전극(213) 및 제2 리드전극(214)과, 상기 패키지 몸체부(205)에 설치되어 상기 제1 리드전극(213) 및 제2 리드전극(214)과 전기적으로 연결되는 자외선 발광소자(100)와, 상기 자외선 발광소자(100)를 포위하는 몰딩부재(230)가 포함된다.
상기 제1 리드전극(213) 및 제2 리드전극(214)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 자외선 발광소자(100)에 전원을 제공하는 역할을 한다. 또한, 상기 제1 리드전극(213) 및 제2 리드전극(214)은 상기 자외선 발광소자(100)에서 발광된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시키는 기능을 포함할 수 있으며, 상기 자외선 발광소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 기능을 포함 수도 있다.
상기 자외선 발광소자(100)는 상기 제1 리드전극(213) 또는 제2 리드전극(214)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다.
상기 자외선 발광소자(100)는 일 실시예에 따른 자외선 발광소자일 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 다른 실시예에 따른 자외선 발광소자일 수도 있다.
상기 몰딩부재(230)에는 형광체(232)가 포함되어 백색광의 발광소자 패키지가 될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 몰딩부재(230)의 상면은 평평하거나 오목 또는 볼록하게 형성될 수 있으며 이에 한정하지 않는다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 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 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
105: 기판
106a: 제1 언도프트 GaN층
107: 질화물층 108: 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층
106b: 제2 언도프트 GaN층 109: 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층
106c: 제3 언도프트 GaN층
107: 질화물층 108: 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층
106b: 제2 언도프트 GaN층 109: 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층
106c: 제3 언도프트 GaN층
Claims (9)
- 기판;
상기 기판 상에 적어도 일부에 상부면 및 측면을 갖는 V핏을 포함하는 제1 언도프트 GaN층;
상기 제1 언도프트 GaN층의 V핏 상에 배치된 제1 질화물층;
상기 제1 언도프트 GaN층과 상기 제1 질화물층 상에 배치된 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층; 및
상기 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층 상에 위치한 제2 언도프트 GaN층을 포함하고,
상기 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층은 상기 제1 언도프트 GaN층의 상부면 상에 위치한 제1 영역 및 상기 제1 언도프트 GaN층의 V핏 상에 위치한 제2 영역을 포함하고,
상기 제1 영역의 Al 농도는 상기 제2 영역의 Al 농도보다 큰 자외선 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층은 AlxGa1-xN (0.4x≤0.8)의 Al조성을 갖는 자외선 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층의 두께는 5nm 내지 15nm인 자외선 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 언도프트 GaN층의 두께는 800nm 내지 1500nm인 자외선 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층 및 상기 제2 언도프트 GaN층 중 적어도 두 쌍은 상기 제1 질화물층 상에 배치되는 자외선 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 질화물층의 상면의 위치는 상기 제1 언도프트 GaN 층의 상면의 위치보다 낮은 자외선 발광소자.
- 제1 내지 제6항 중 어느 한항에 있어서,
상기 제2 언도프트 GaN층은 평평한 상부면과 V핏을 포함하고,
상기 제2 언도프트 GaN층의 V핏 상에 배치된 제2 질화물층;
상기 제2 언도프트 GaN층과 상기 제2 질화물층 상에 배치된 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층; 및
상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층 상에 위치한 제3 언도프트 GaN층을 포함하고,
상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층은 상기 제2 언도프트 GaN층의 상부면 상에 위치한 제3 영역 및 상기 제2 언도프트 GaN층의 V핏 상에 위치한 제4 영역을 포함하고,
상기 제3 영역의 Al 농도는 상기 제4 영역의 Al 농도보다 큰 자외선 발광소자.
- 제1 내지 제6항 중 어느 한항에 있어서,
상기 제1 질화물층은 실리콘계 물질을 포함하는 자외선 발광소자.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한항의 자외선 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220005092A KR102461317B1 (ko) | 2015-06-25 | 2022-01-13 | 자외선 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명장치 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150090700A KR102353077B1 (ko) | 2015-06-25 | 2015-06-25 | 자외선 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명장치 |
| KR1020220005092A KR102461317B1 (ko) | 2015-06-25 | 2022-01-13 | 자외선 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명장치 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020150090700A Division KR102353077B1 (ko) | 2015-06-25 | 2015-06-25 | 자외선 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명장치 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220011771A true KR20220011771A (ko) | 2022-01-28 |
| KR102461317B1 KR102461317B1 (ko) | 2022-10-31 |
Family
ID=57831874
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020150090700A KR102353077B1 (ko) | 2015-06-25 | 2015-06-25 | 자외선 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명장치 |
| KR1020220005092A KR102461317B1 (ko) | 2015-06-25 | 2022-01-13 | 자외선 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명장치 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020150090700A KR102353077B1 (ko) | 2015-06-25 | 2015-06-25 | 자외선 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (2) | KR102353077B1 (ko) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117153974B (zh) * | 2023-10-26 | 2024-02-20 | 江西兆驰半导体有限公司 | 发光二极管外延片及其制备方法、led |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20130017462A (ko) * | 2011-08-10 | 2013-02-20 | 엘지이노텍 주식회사 | 성장기판, 반도체 소자 및 그 제조방법 |
| KR20130120615A (ko) * | 2012-04-26 | 2013-11-05 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광 소자 및 발광 소자 패키지 |
-
2015
- 2015-06-25 KR KR1020150090700A patent/KR102353077B1/ko active IP Right Grant
-
2022
- 2022-01-13 KR KR1020220005092A patent/KR102461317B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20130017462A (ko) * | 2011-08-10 | 2013-02-20 | 엘지이노텍 주식회사 | 성장기판, 반도체 소자 및 그 제조방법 |
| KR20130120615A (ko) * | 2012-04-26 | 2013-11-05 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광 소자 및 발광 소자 패키지 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102353077B1 (ko) | 2022-01-19 |
| KR20170001138A (ko) | 2017-01-04 |
| KR102461317B1 (ko) | 2022-10-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10243103B2 (en) | Ultraviolet light emitting diode, light emitting diode package, and lighting device | |
| KR102376468B1 (ko) | 적색 발광소자 및 조명장치 | |
| KR102461317B1 (ko) | 자외선 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명장치 | |
| US10535795B2 (en) | Ultraviolet light emitting element and lighting system having a quantum barrier structure for improved light emission efficiency | |
| KR102409201B1 (ko) | 자외선 발광소자 및 조명시스템 | |
| KR102356232B1 (ko) | 자외선 발광소자 및 발광소자 패키지 | |
| KR102359824B1 (ko) | 자외선 발광소자 및 발광소자 패키지 | |
| KR102308701B1 (ko) | 자외선 발광소자 및 조명시스템 | |
| KR20130007682A (ko) | 발광 소자 및 그 제조방법 | |
| KR102397266B1 (ko) | 발광소자 및 조명장치 | |
| KR102471685B1 (ko) | 발광소자 및 조명장치 | |
| KR102315594B1 (ko) | 발광소자 및 조명시스템 | |
| KR102515587B1 (ko) | 자외선 발광소자 및 조명시스템 | |
| KR102237120B1 (ko) | 발광소자 및 조명시스템 | |
| KR102308720B1 (ko) | 자외선 발광소자 및 조명시스템 | |
| KR102302855B1 (ko) | 발광소자 및 조명시스템 | |
| KR102353844B1 (ko) | 자외선 발광소자 및 발광소자 패키지 | |
| KR102473393B1 (ko) | 자외선 발광소자 및 조명시스템 | |
| KR102304120B1 (ko) | 발광소자, 발광소자 제조방법 및 발광소자 패키지 | |
| KR102330022B1 (ko) | 발광소자 및 발광소자 패키지 | |
| KR102249647B1 (ko) | 발광소자 및 조명시스템 | |
| KR102317473B1 (ko) | 자외선 발광소자 및 조명시스템 | |
| KR102352770B1 (ko) | 발광소자 및 조명시스템 | |
| KR102200075B1 (ko) | 자외선 발광소자 및 조명시스템 | |
| KR102376672B1 (ko) | 발광소자 및 발광소자 패키지 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A107 | Divisional application of patent | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |