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WO2016195342A1 - 자외선 발광소자 - Google Patents

자외선 발광소자 Download PDF

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Publication number
WO2016195342A1
WO2016195342A1 PCT/KR2016/005672 KR2016005672W WO2016195342A1 WO 2016195342 A1 WO2016195342 A1 WO 2016195342A1 KR 2016005672 W KR2016005672 W KR 2016005672W WO 2016195342 A1 WO2016195342 A1 WO 2016195342A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
disposed
light emitting
ultraviolet light
emitting device
Prior art date
Application number
PCT/KR2016/005672
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
장정훈
남승근
임정순
최원희
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 US15/577,609 priority Critical patent/US10263145B2/en
Publication of WO2016195342A1 publication Critical patent/WO2016195342A1/ko

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    • 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
    • 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
    • H01L33/025—Physical imperfections, e.g. particular concentration or distribution of impurities
    • 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

Definitions

  • the embodiment relates to an ultraviolet light emitting device for improving light efficiency.
  • a light emitting device is a compound semiconductor having a characteristic in which electrical energy is converted into light energy.
  • the light emitting device may be formed of compound semiconductors such as group III and group V on the periodic table, and various colors may be adjusted by adjusting the composition ratio of the compound semiconductor. Implementation is possible.
  • the n-layer electrons and the p-layer holes combine to emit energy corresponding to the bandgap energy of the conduction band and the valence band. Is mainly emitted in the form of heat or light, and emits light in the form of light emitting elements.
  • nitride semiconductors are receiving great attention in the field of optical devices and high power electronic devices due to their high thermal stability and wide bandgap energy.
  • blue light emitting devices, green light emitting devices, and ultraviolet light emitting devices using nitride semiconductors are commercially used and widely used.
  • Conventional ultraviolet light emitting devices are formed by sequentially stacking a first conductive semiconductor layer, an active layer and a second conductive semiconductor layer on a substrate, and for smoothly flowing holes between the active layer and the second conductive semiconductor layer.
  • a hole injection layer is formed.
  • the hole injection layer is mainly formed of a single layer of GaN material, but the hole injection layer acts as a light absorber in a UV region of a specific region, for example, in a wavelength range of 240 nm to 300 nm, resulting in a decrease in light efficiency.
  • an embodiment is to provide a light emitting device for improving the light efficiency and an illumination system having the same.
  • the light emitting device includes a substrate, a first conductive semiconductor layer disposed on the substrate, an active layer disposed on the first conductive semiconductor layer and generating ultraviolet light; A second conductive semiconductor layer disposed on the active layer, a first layer disposed between the active layer and the second conductive semiconductor layer and including Al x Ga 1 - x N (0 ⁇ x ⁇ 1); And a hole injection layer including a second layer including GaN.
  • the light emitting device is a substrate, a first conductive semiconductor layer disposed on the substrate, and disposed on the first conductive semiconductor layer to generate ultraviolet light
  • a first layer comprising an active layer, a second conductive semiconductor layer disposed on the active layer, and an Al x Ga 1 - x N (0 ⁇ x ⁇ 1) disposed between the active layer and the second conductive semiconductor layer
  • a hole injection layer including a second layer including GaN on the first layer and a third layer including Al x Ga 1 - x N (0 ⁇ x ⁇ 1) on the second layer. It may include.
  • the light emitting device is a substrate, a first conductive semiconductor layer disposed on the substrate, and disposed on the first conductive semiconductor layer to generate ultraviolet light
  • a first layer comprising an active layer, a second conductive semiconductor layer disposed on the active layer, and an Al x Ga 1 - x N (0 ⁇ x ⁇ 1) disposed between the active layer and the second conductive semiconductor layer
  • a hole injection layer including a second layer including GaN on the first layer, and a third layer including GaN under the first layer.
  • the embodiment has the effect of effectively preventing the ultraviolet light from being absorbed by forming the hole injection layer in multiple layers.
  • the hole injection layer according to the embodiment has an effect of improving the operating voltage by inducing compression strain to improve the efficiency of Mg.
  • the hole injection layer according to the embodiment has an effect of more effectively improving the output voltage by controlling the Al composition.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an ultraviolet light emitting device according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a hole injection layer of the ultraviolet light emitting device according to the first embodiment.
  • FIG 3 is a graph showing an operating voltage of the ultraviolet light emitting device according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a sectional view showing an ultraviolet light emitting device according to a second embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a hole injection layer of the ultraviolet light emitting device according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating an ultraviolet light emitting device according to a third embodiment.
  • FIG. 7 is a sectional view showing an ultraviolet light emitting device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an ultraviolet light emitting device according to the first embodiment
  • Figure 2 is a cross-sectional view showing a hole injection layer of the ultraviolet light emitting device according to the first embodiment
  • Figure 3 is a ultraviolet light emitting device according to the first embodiment Is a graph showing the operating voltage.
  • the ultraviolet light emitting device includes a substrate 110, a buffer layer 181 disposed on the substrate 110, and a first conductivity type disposed on the buffer layer 181.
  • the first electrode 160 may be disposed on the conductive semiconductor layer 120, and the second electrode 170 may be disposed on the light transmissive electrode layer 189.
  • the substrate 110 may be formed of a material having excellent thermal conductivity, and may be a conductive substrate or an insulating substrate.
  • the substrate 110 may be a sapphire (Al 2 O 3 ) substrate.
  • Other substrates 110 include SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, and Ga 2 0 3 At least one of may be used.
  • a buffer layer 181 may be disposed on the substrate 110.
  • the buffer layer 181 serves to alleviate the lattice mismatch between the material of the light emitting structure and the substrate 110.
  • the buffer layer 181 may include a group III-V compound semiconductor.
  • the buffer layer 181 may be formed of a material including AlN.
  • the buffer layer 181 may be formed of at least one of AlGaN, InAlGaN, and AlInN.
  • the first conductivity type semiconductor layer 120 may be formed on the buffer layer 181.
  • the first conductive semiconductor layer 120 may be formed of a semiconductor compound, for example, compound semiconductors such as Groups 3-5 and 2-6, and may be doped with an n-type dopant.
  • the n-type dopant may include Si, Ge, Sn, Se, Te, but is not limited thereto.
  • having a composition formula of the first conductive semiconductor layer 120 may be In x Al y Ga 1 -x- y N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1) It may include a semiconductor material.
  • the first conductive semiconductor layer 120 may be formed of any one or more of GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP.
  • the current diffusion layer 183 may be formed on the first conductivity type semiconductor layer 120.
  • the current diffusion layer 183 may increase light efficiency by improving internal quantum efficiency, and may be an undoped gallium nitride layer.
  • An electron injection layer (not shown) may be further formed on the current spreading layer 183.
  • the electron injection layer may be a conductive gallium nitride layer.
  • the n-type doping element is doped at a concentration of 6.0x10 18 atoms / cm 3 to 3.0x10 19 atoms / cm 3 , thereby enabling efficient electron injection.
  • a strain control layer 185 may be formed on the current spreading layer 183.
  • the strain control layer 185 effectively mitigates the stresses that are strange due to the lattice mismatch between the first conductivity-type semiconductor layer 120 and the active layer 130.
  • the strain control layer 185 may be formed in a multi-layer.
  • the strain control layer 185 may include Al x In y Ga 1-xy N and GaN in a plurality of pairs. can do.
  • the lattice constant of the strain control layer 185 may be greater than the lattice constant of the first conductivity type semiconductor layer 120, but less than the lattice constant of the active layer 130. Accordingly, stress due to the lattice constant difference between the active layer 130 and the first conductivity-type semiconductor layer 120 can be minimized.
  • the active layer 130 may be formed on the strain control layer 185.
  • the active layer 130 may generate deep ultraviolet light.
  • the active layer 130 may generate ultraviolet light having a wavelength of 240 nm to 300 nm.
  • the wavelength of the ultraviolet light generated in the active layer 130 is not limited thereto.
  • the active layer 130 has energy inherent in the active layer (light emitting layer) material because electrons injected through the first conductive semiconductor layer 120 and holes injected through the second conductive semiconductor layer 150 formed thereafter meet each other. It is a layer that emits light with energy determined by the band.
  • the active layer 130 may be formed of at least one of a single quantum well structure, a multi quantum well structure (MQW), a quantum-wire structure, or a quantum dot structure.
  • the active layer 130 may be formed by injecting trimethyl gallium gas (TMGa), ammonia gas (NH 3 ), nitrogen gas (N 2 ), and trimethyl indium gas (TMIn) to form a multi-quantum well structure. It is not limited to this.
  • the well layer / barrier layer of the active layer 130 is formed of one or more pair structures of InGaN / GaN, InGaN / InGaN, GaN / AlGaN, InAlGaN / GaN, GaAs (InGaAs) / AlGaAs, GaP (InGaP) / AlGaP. But it is not limited thereto.
  • the well layer may be formed of a material having a lower band gap than the band gap of the barrier layer.
  • An electron blocking layer 187 and an EBL may be formed on the active layer 130.
  • the electron blocking layer 187 serves as electron blocking and cladding of the active layer 130, thereby improving luminous efficiency.
  • the electron blocking layer 187 may be formed of an Al x In y Ga (1-xy) N (0 ⁇ x ⁇ 1,0 ⁇ y ⁇ 1) based semiconductor, and may be higher than the energy band gap of the active layer 130. It may have an energy band gap, and may be formed to a thickness of about 100 kPa to about 600 kPa, but is not limited thereto.
  • the electron blocking layer 187 may be formed of Al z Ga (1-z) N / GaN (0 ⁇ z ⁇ 1) superlattice.
  • the hole injection layer 140 may be formed on the electron blocking layer 195.
  • the hole injection layer 140 may include a plurality of layers.
  • the hole injection layer 140 increases hole injection efficiency and prevents absorption of ultraviolet light.
  • the hole injection layer 140 may include a first layer 141 and a second layer 143 on the first layer 141.
  • the first layer 141 may include Al x Ga 1 - x N (0 ⁇ x ⁇ 1).
  • the first layer 141 may include AlGaN or AlN.
  • the first layer 141 may be disposed to contact the upper portion of the electron blocking layer 187.
  • the thickness T1 of the first layer 141 may include 5 nm to 30 nm.
  • the composition of Al may include 0.5 ⁇ Al ⁇ 1.0. If the Al composition is less than 0.5 or more than 1.0, the output voltage decreases.
  • the first layer 141 may be doped with a p-type dopant.
  • the p-type dopant may include magnesium (Mg).
  • the p-type dopant may include Zn, Ca, Sr, and Be.
  • the dopant concentration of Mg may comprise 1.0E19 to 1.0E20.
  • the second layer 143 may comprise GaN.
  • the thickness T2 of the second layer 143 may include 5 nm to 20 nm.
  • the thickness of the second layer 143 may be smaller than the thickness of the first layer 141. Since the second layer 143 absorbs ultraviolet light, when the second layer 143 is formed to be smaller than the thickness of the first layer 141, the second layer 143 may further reduce the absorption of the ultraviolet light.
  • the second layer 143 may be doped with a p-type dopant.
  • the p-type dopant may include magnesium (Mg).
  • the p-type dopant may include Zn, Ca, Sr, and Be.
  • the dopant concentration of Mg may comprise 1.0E19 to 1.0E20.
  • the hole injection layer 140 is formed of the first layer 141 and the second layer 143, thereby inducing a compressive strain in the thin film to effectively improve the injection efficiency of Mg, thereby operating voltage Can be lowered.
  • the hole injection layer structure according to the embodiment is provided while the operating voltage Vf is 8.4V. It can be seen that the operating voltage Vf is reduced to 7.9V.
  • a second conductivity type semiconductor layer 150 may be formed on the hole injection layer 140.
  • the second conductivity type semiconductor layer 150 may be formed of a semiconductor compound. It may be implemented as a compound semiconductor, such as Group 3-5, Group 2-6, and the p-type dopant may be doped.
  • a semiconductor having a composition formula of the second conductive type semiconductor layer 150 is In x Al y Ga 1 -x- y N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1) It may include a substance.
  • the dopant of the second conductivity-type semiconductor layer 150 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba, or the like may be included.
  • the transparent electrode layer 189 may be formed on the second conductivity type semiconductor layer 150.
  • the translucent electrode layer 189 may stack a single metal, a metal alloy, a metal oxide, or the like in multiple layers so as to efficiently inject carriers.
  • the light transmissive electrode layer 189 may be formed of a material having excellent electrical contact with a semiconductor.
  • the light transmissive electrode layer 189 may be indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), or indium zinc tin oxide (IZTO).
  • IAZO Indium aluminum zinc oxide
  • IGZO indium gallium zinc oxide
  • IGTO indium gallium tin oxide
  • ATO antimony tin oxide
  • GZO gallium zinc oxide
  • IZO Nitride AGZO (Al-Ga ZnO), IGZO (In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx / ITO, Ni / IrOx / Au, and Ni / IrOx / Au / ITO, Ag, Ni, Cr , Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf may be formed including at least one, and is not limited to these materials.
  • the second electrode 170 is formed on the light transmissive electrode layer 189, and the first electrode 160 is formed on the first conductive semiconductor layer 120 having a portion of the upper portion exposed. Thereafter, the first electrode 160 and the second electrode 170 are finally connected to each other to complete the manufacture of the ultraviolet light emitting device.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an ultraviolet light emitting device according to the second embodiment
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a hole injection layer of the ultraviolet light emitting device according to the second embodiment.
  • the ultraviolet light emitting device includes a substrate 110, a buffer layer 181 disposed on the substrate 110, and a first conductivity type disposed on the buffer layer 181.
  • the first electrode 160 may be disposed on the conductive semiconductor layer 120, and the second electrode 170 may be disposed on the light transmissive electrode layer 189.
  • the structure except for the hole injection layer 240 is the same as the ultraviolet light emitting device according to the first embodiment, it is omitted.
  • the hole injection layer 240 may include a plurality of layers in which the first layer 241 and the second layer 243 are paired.
  • the hole injection layer 240 may be a pair of the first layer 241 and the second layer 243.
  • the second layer 243 may be disposed on the first layer 241, and the first layer 241 may be disposed on the second layer 243.
  • the hole injection layer 240 may be sequentially stacked with five to twenty pairs of the first layer 241 and the second layer 243.
  • the first layer 241 may include Al x Ga 1 - x N (0 ⁇ x ⁇ 1).
  • the first layer 241 may comprise AlGaN or AlN.
  • the lowermost first layer 241 may be disposed to contact the upper portion of the electron blocking layer 187.
  • the thickness of the first layer 241 may include 5 nm to 30 nm.
  • the composition of Al may include 0.5 ⁇ Al ⁇ 1.0. If the Al composition is less than 0.5 or more than 1.0, the output voltage decreases.
  • the first layer 241 may be doped with a p-type dopant.
  • the p-type dopant may include magnesium (Mg).
  • the p-type dopant may include Zn, Ca, Sr, and Be.
  • the dopant concentration of Mg may comprise 1.0E19 to 1.0E20.
  • the second layer 243 may include GaN.
  • the thickness of the second layer 243 may include 5 nm to 20 nm.
  • the thickness of the second layer 243 may be smaller than the thickness of the first layer 241. Since the second layer 243 absorbs ultraviolet light, when the second layer 243 is formed to be smaller than the thickness of the first layer 241, the second layer 243 may reduce the absorption of the ultraviolet light more effectively.
  • the second layer 243 may be doped with a p-type dopant.
  • the p-type dopant may include magnesium (Mg).
  • the p-type dopant may include Zn, Ca, Sr, and Be.
  • the dopant concentration of Mg may comprise 1.0E19 to 1.0E20.
  • hole injection layer 240 By stacking the hole injection layer 240 according to the second embodiment to form a plurality of pairs, it is possible to more effectively prevent ultraviolet light absorption, reduce operation low pressure, and improve hole efficiency.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating an ultraviolet light emitting device according to a third embodiment.
  • the ultraviolet light emitting device includes a substrate 110, a buffer layer 181 disposed on the substrate 110, and a first conductivity type disposed on the buffer layer 181.
  • the first electrode 160 may be disposed on the conductive semiconductor layer 120, and the second electrode 170 may be disposed on the light transmissive electrode layer 189.
  • the structure except for the hole injection layer 340 is the same as the ultraviolet light emitting device according to the first embodiment, it is omitted.
  • the hole injection layer 340 includes a first layer 341, a second layer 343 disposed on the first layer 341, and a third layer 341 disposed on the second layer 343. ) May be included.
  • the third layer has the same configuration as the first layer, the same reference numerals will be given.
  • the first layer 341 may include Al x Ga 1 - x N (0 ⁇ x ⁇ 1).
  • the first layer 341 may comprise AlGaN or AlN.
  • the first layer 341 may be disposed to contact the upper portion of the electron blocking layer 187.
  • the thickness of the first layer 341 may include 5 nm to 30 nm.
  • the composition of Al may include 0.5 ⁇ Al ⁇ 1.0. If the Al composition is less than 0.5 or more than 1.0, the output voltage decreases.
  • the first layer 341 may be doped with a p-type dopant.
  • the p-type dopant may include magnesium (Mg).
  • the p-type dopant may include Zn, Ca, Sr, and Be.
  • the dopant concentration of Mg may comprise 1.0E19 to 1.0E20.
  • the second layer 343 may include GaN.
  • the thickness of the second layer 343 may include 5 nm to 20 nm.
  • the thickness of the second layer 343 may be smaller than the thickness of the first layer 341. Since the second layer 343 absorbs ultraviolet light, when the second layer 343 is formed to be smaller than the thickness of the first layer 341, the second layer 343 may further reduce the absorption of the ultraviolet light.
  • the second layer 343 may be doped with a p-type dopant.
  • the p-type dopant may include magnesium (Mg).
  • the p-type dopant may include Zn, Ca, Sr, and Be.
  • the dopant concentration of Mg may comprise 1.0E19 to 1.0E20.
  • the third layer 341 may be disposed on the second layer 343.
  • the third layer may be formed of the same material and the same thickness as the first layer.
  • the third layer 341 may include Al x Ga 1 - x N (0 ⁇ x ⁇ 1).
  • the third layer 341 may include AlGaN or AlN.
  • the thickness of the third layer 341 may include 5 nm to 30 nm.
  • the composition of Al may include 0.5 ⁇ Al ⁇ 1.0. If the Al composition is less than 0.5 or more than 1.0, the output voltage decreases.
  • the third layer 341 may be doped with a p-type dopant.
  • the p-type dopant may include magnesium (Mg).
  • the p-type dopant may include Zn, Ca, Sr, and Be.
  • the dopant concentration of Mg may comprise 1.0E19 to 1.0E20.
  • the ultraviolet light emitting device has an effect of more effectively preventing the ultraviolet light from being absorbed by minimizing the GaN layer.
  • FIG. 7 is a sectional view showing an ultraviolet light emitting device according to a fourth embodiment.
  • the ultraviolet light emitting device includes a substrate 110, a buffer layer 181 disposed on the substrate 110, and a first conductivity type disposed on the buffer layer 181.
  • the first electrode 160 may be disposed on the conductive semiconductor layer 120, and the second electrode 170 may be disposed on the light transmissive electrode layer 189.
  • the structure except for the hole injection layer 400 is the same as the ultraviolet light emitting device according to the first embodiment, it is omitted.
  • the hole injection layer 400 includes a first layer 441, a second layer 443 disposed on the first layer 441, and a third layer 441 disposed under the first layer 441. ) May be included.
  • the third layer is the same as the configuration of the second layer, the same reference numerals will be given.
  • the first layer 441 may include Al x Ga 1 - x N (0 ⁇ x ⁇ 1).
  • the first layer 441 may include AlGaN or AlN.
  • the thickness of the first layer 441 may include 5 nm to 30 nm.
  • the composition of Al may include 0.5 ⁇ Al ⁇ 1.0. If the Al composition is less than 0.5 or more than 1.0, the output voltage decreases.
  • the first layer 441 may be doped with a p-type dopant.
  • the p-type dopant may include magnesium (Mg).
  • the p-type dopant may include Zn, Ca, Sr, and Be.
  • the dopant concentration of Mg may comprise 1.0E19 to 1.0E20.
  • the second layer 443 may comprise GaN.
  • the thickness of the second layer 443 may include 5 nm to 20 nm.
  • the thickness of the second layer 443 may be smaller than the thickness of the first layer 441. Since the second layer 443 absorbs ultraviolet light, if the second layer 443 is smaller than the thickness of the first layer 441, the second layer 443 may further reduce the absorption of the ultraviolet light.
  • the second layer 343 may be doped with a p-type dopant.
  • the p-type dopant may include magnesium (Mg).
  • the p-type dopant may include Zn, Ca, Sr, and Be.
  • the dopant concentration of Mg may comprise 1.0E19 to 1.0E20.
  • a third layer may be disposed below the first layer.
  • the third layer may be formed of the same material and the same thickness as the second layer.
  • the third layer 443 may include GaN.
  • the thickness of the third layer 443 may include 5 nm to 20 nm.
  • the thickness of the third layer 443 may be smaller than the thickness of the first layer 441. Since the third layer 443 absorbs ultraviolet light, when the third layer 443 is formed to be smaller than the thickness of the first layer, the third layer 443 may further reduce the absorption of the ultraviolet light.
  • the third layer 443 may be doped with a p-type dopant.
  • the p-type dopant may include magnesium (Mg).
  • the p-type dopant may include Zn, Ca, Sr, and Be.
  • the dopant concentration of Mg may comprise 1.0E19 to 1.0E20.
  • the ultraviolet light emitting device forms a second layer of Al x Ga 1-x N (0 ⁇ x ⁇ 1 ) material between the first layer and the third layer of GaN material, thereby providing ultraviolet light. Absorption of light can be effectively prevented, and the operation voltage can be reduced and the hole injection efficiency can be improved.
  • the ultraviolet light emitting device includes a GaN material, the quality of the thin film may be improved.
  • the embodiment can improve the reliability of the light emitting device.

Landscapes

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

Abstract

실시예에 따른 발광소자는 기판과, 기판 상에 배치된 제1 도전형 반도체층과, 제1 도전형 반도체층 상에 배치되어 자외선 광을 발생시키는 활성층과, 활성층 상에 배치된 제2 도전형 반도체층과, 활성층과 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되어 AlxGa1-xN (0＜x≤1)을 포함하는 제1 층과, GaN을 포함하는 제2 층을 포함하는 정공 주입층을 포함할 수 있다. 실시예는 정공 주입층을 다층으로 형성함으로써, 자외선 광이 흡수되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

자외선 발광소자
실시예는 광 효율을 향상시키기 위한 자외선 발광소자에 관한 것이다.
일반적으로, 발광소자(Light Emitting Device)는 전기에너지가 빛 에너지로 변환되는 특성의 화합물 반도체로서, 주기율표상에서 Ⅲ족과 Ⅴ족 등의 화합물 반도체로 생성될 수 있고 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.
발광소자는 순방향전압 인가 시 n층의 전자와 p층의 정공(hole)이 결합하여 전도대(Conduction band)와 가전대(Valance band)의 밴드갭 에너지에 해당하는 만큼의 에너지를 발산하는데, 이 에너지는 주로 열이나 빛의 형태로 방출되며, 빛의 형태로 발산되면 발광소자가 되는 것이다. 예를 들어, 질화물 반도체는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭 에너지에 의해 광소자 및 고출력 전자소자 개발 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 특히, 질화물 반도체를 이용한 청색(Blue) 발광소자, 녹색(Green) 발광소자, 자외선(UV) 발광소자 등은 상용화되어 널리 사용되고 있다.
종래 자외선 발광소자는 기판 상에 제1 도전형 반도체층과, 활성층과 제2 도전형 반도체층이 순차적으로 적층되어 형성되며, 활성층과 제2 도전형 반도체층 사이에는 정공의 흐름을 원활하게 하기 위한 정공 주입층이 형성된다.
정공 주입층은 주로 GaN 재질의 단일층으로 형성하고 있으나, 특정 영역의 자외선 영역 예컨대, 240nm 내지 300nm 파장 대역에서는 정공 주입층이 광 흡수체로 작용하여 광 효율이 저하되는 문제점이 발생된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 실시예는 광 효율을 향상시키기 위한 발광소자 및 이를 구비하는 조명 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 실시예에 따른 발광소자는 기판과, 상기 기판 상에 배치된 제1 도전형 반도체층과, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되어 자외선 광을 발생시키는 활성층과, 상기 활성층 상에 배치된 제2 도전형 반도체층과, 상기 활성층과 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되어 AlxGa1 - xN (0＜x≤1)을 포함하는 제1 층과, GaN을 포함하는 제2 층을 포함하는 정공 주입층을 포함할 수 있다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위하여, 실시예에 따른 발광소자는 기판과, 상기 기판 상에 배치된 제1 도전형 반도체층과, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되어 자외선 광을 발생시키는 활성층과, 상기 활성층 상에 배치된 제2 도전형 반도체층과, 상기 활성층과 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되어 AlxGa1 - xN (0＜x≤1)을 포함하는 제1 층과, 상기 제1 층 상에 GaN을 포함하는 제2 층과, 상기 제2 층 상에 AlxGa1 - xN (0＜x≤1)을 포함하는 제3층을 포함하는 정공 주입층을 포함할 수 있다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위하여, 실시예에 따른 발광소자는 기판과, 상기 기판 상에 배치된 제1 도전형 반도체층과, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되어 자외선 광을 발생시키는 활성층과, 상기 활성층 상에 배치된 제2 도전형 반도체층과, 상기 활성층과 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되어 AlxGa1 - xN (0＜x≤1)을 포함하는 제1 층과, 상기 제1 층 상에 GaN을 포함하는 제2 층과, 상기 제1 층 아래에 GaN을 포함하는 제3 층을 포함하는 정공 주입층을 포함할 수 있다.
실시예는 정공 주입층을 다층으로 형성함으로써, 자외선 광이 흡수되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 실시예에 따른 정공 주입층은 압축 스트레인을 유도하여 Mg의 효율을 개선시켜 동작 전압을 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 실시예에 따른 정공 주입층은 Al 조성을 제어함으로써, 보다 효과적으로 출력 전압을 개선시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 자외선 발광소자를 나타낸 단면도이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 자외선 발광소자의 정공 주입층을 나타낸 단면도이다.
도 3은 제1 실시예에 따른 자외선 발광소자의 동작 전압을 나타낸 그래프이다.
도 4는 제2 실시예에 따른 자외선 발광소자를 나타낸 단면도이다.
도 5는 제2 실시예에 따른 자외선 발광소자의 정공 주입층을 나타낸 단면도이다.
도 6은 제3 실시예에 따른 자외선 발광소자를 나타낸 단면도이다.
도 7은 제4 실시예에 따른 자외선 발광소자를 나타낸 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 제1 실시예에 따른 자외선 발광소자를 나타낸 단면도이고, 도 2는 제1 실시예에 따른 자외선 발광소자의 정공 주입층을 나타낸 단면도이고, 도 3은 제1 실시예에 따른 자외선 발광소자의 동작 전압을 나타낸 그래프이다.
도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 자외선 발광소자는 기판(110)과, 상기 기판(110) 상에 배치된 버퍼층(181)과, 상기 버퍼층(181) 상에 배치된 제1 도전형 반도체층(120)과, 상기 제1 도전형 반도체층(120) 상에 배치된 전류 확산층(183)과, 상기 전류 확산층(183) 상에 배치된 스트레인 제어층(185)과, 상기 스트레인 제어층(185) 상에 배치되어 자외선 광을 발생시키는 활성층(130)과, 상기 활성층(130) 상에 배치된 전자 차단층(187)과, 상기 전자 차단층(187) 상에 배치된 정공 주입층(140)과, 상기 정공 주입층(140) 상에 배치된 제2 도전형 반도체층(150)과, 상기 제2 도전형 반도체층(150) 상에 배치된 투광성 전극층(189)과, 상기 제1 도전형 반도체층(120) 상에 배치된 제1 전극(160)과, 상기 투광성 전극층(189) 상에 배치된 제2 전극(170)을 포함할 수 있다.
기판(110)은 열전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(110)은 사파이어(Al2O3) 기판일 수 있다. 그외 기판(110)으로 SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, and Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
상기 기판(110) 상에 버퍼층(181)이 배치될 수 있다.
버퍼층(181)은 상기 발광구조물의 재료와 기판(110)의 격자 불일치를 완화시켜 주는 역할을 한다. 버퍼층(181)으로는 3족-5족 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 버퍼층(181)은 AlN을 포함하는 재질로 형성될 수 있다. 버퍼층(181)은 AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
상기 버퍼층(181) 상에 제1 도전형 반도체층(120)이 형성될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(120)은 반도체 화합물 예컨대, 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, n형 도펀트가 도핑될 수 있다. 상기 n형 도펀트로는 Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
이와 달리, 상기 제1 도전형 반도체층(120)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(120)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN,AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(120) 상에는 전류 확산층(183)이 형성될 수 있다.
상기 전류 확산층(183)은 내부 양자 효율을 향상시켜 광 효율을 증대시킬 수 있으며, 언도프트 질화갈륨층(undoped GaN layer)일 수 있다.
전류 확산층(183) 상에는 전자 주입층(미도시)이 더 형성될 수도 있다. 상기 전자 주입층은 도전형 질화갈륨층일 수 있다. 예를 들어, 상기 전자 주입층은 n형 도핑원소가 6.0x1018atoms/cm3~3.0x1019atoms/cm3의 농도로 도핑 됨으로써 효율적으로 전자주입을 할 수 있다.
상기 전류 확산층(183) 상에는 스트레인 제어층(185)이 형성될 수 있다.
상기 스트레인 제어층(185)은 제1 도전형 반도체층(120)과 활성층(130) 사이의 격자 불일치에 기이한 응력을 효과적으로 완화시키는 역할을 한다. 상기 스트레인 제어층(185)은 다층(multi-layer)으로 형성될 수 있으며, 예컨대, 상기 스트레인 제어층(185)은 AlxInyGa1-x-yN 및 GaN을 복수의 쌍(pair)으로 구비할 수 있다.
상기 스트레인 제어층(185)의 격자상수는 상기 제1 도전형 반도체층(120)의 격자 상수보다는 크되, 상기 활성층(130)의 격자상수보다는 작을 수 있다. 이에 따라 활성층(130)과 제1 도전형 반도체층(120) 사이에 격자상수 차이에 의한 스트레스를 최소화할 수 있다.
상기 스트레인 제어층(185) 상에는 활성층(130)이 형성될 수 있다.
활성층(130)은 심 자외선 광을 생성할 수 있다. 활성층(130)은 240㎚ 내지 300㎚ 파장의 자외선 광을 생성할 수 있다. 활성층(130)에서 발생되는 자외선 광의 파장은 이에 한정되지 않는다.
*상기 활성층(130)은 제1 도전형 반도체층(120)을 통해서 주입되는 전자와 이후 형성되는 제2 도전형 반도체층(150)을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층(발광층) 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다.
상기 활성층(130)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. 예를 들어, 상기 활성층(130)은 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 트리메틸 인듐 가스(TMIn)가 주입되어 다중 양자우물구조가 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성층(130)의 우물층/장벽층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 우물층은 상기 장벽층의 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
상기 활성층(130) 상에는 전자 차단층(187, EBL)이 형성될 수 있다.
상기 전자 차단층(187)은 전자 차단(electron blocking) 및 활성층(130)의 클래딩(MQW cladding) 역할을 하며, 이로 인해 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 전자 차단층(187)은 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1,0≤y≤1)계 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 활성층(130)의 에너지 밴드 갭보다는 높은 에너지 밴드 갭을 가질 수 있으며, 약 100Å~ 약 600Å의 두께로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이와 달리, 상기 전자 차단층(187)은 AlzGa(1-z)N/GaN(0≤z≤1) 초격자(superlattice)로 형성될 수 있다.
상기 전자 차단층(195) 상에는 정공 주입층(140)이 형성될 수 있다.
정공 주입층(140)은 다수의 층을 포함할 수 있다. 정공 주입층(140)은 정공 주입 효율을 높이는 동시에 자외선 광의 흡수를 방지하는 역할을 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 정공 주입층(140)은 제1 층(141)과, 제1 층(141) 상의 제2 층(143)을 포함할 수 있다.
제1 층(141)은 AlxGa1 - xN (0＜x≤1)을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 층(141)은 AlGaN 또는 AlN을 포함할 수 있다. 제1 층(141)은 전자 차단층(187)의 상부와 접하도록 배치될 수 있다. 제1 층(141)의 두께(T1)는 5㎚ 내지 30㎚를 포함할 수 있다. Al의 조성은 0.5＜Al≤1.0을 포함할 수 있다. Al 조성이 0.5 이하이거나 1.0을 초과하게 되면 출력 전압이 감소하게 된다. 제1 층(141)은 p형 도펀트가 도핑될 수 있다. p형 도펀트로 마그네슘(Mg)을 포함할 수 있다. 이와 다르게 p형 도펀트로 Zn, Ca, Sr, Be를 포함할 수 있다. Mg의 도펀트 농도는 1.0E19 내지 1.0E20을 포함할 수 있다.
제2 층(143)은 GaN을 포함할 수 있다. 제2 층(143)의 두께(T2)는 5㎚ 내지 20㎚를 포함할 수 있다. 제2 층(143)의 두께는 제1 층(141)의 두께보다 작게 형성될 수 있다. 제2 층(143)은 자외선 광을 흡수하기 때문에 제1 층(141)의 두께보다 작게 형성하게 되면, 자외선 광이 흡수되는 것을 보다 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 제2 층(143)은 p형 도펀트가 도핑될 수 있다. p형 도펀트로 마그네슘(Mg)을 포함할 수 있다. 이와 다르게 p형 도펀트로 Zn, Ca, Sr, Be를 포함할 수 있다. Mg의 도펀트 농도는 1.0E19 내지 1.0E20을 포함할 수 있다.
정공 주입층(140)은 제1 층(141) 및 제2 층(143)으로 형성함으로써, 박막에 압축 스트레인(Compressive strain)을 유도하여 Mg의 주입 효율을 효과적으로 개선시킬 수 있으며, 이로 인해 동작 전압을 낮출 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 동작 전압(Vf) 측면에서 살펴보게 되면, 종래 정공 주입층을 단일층으로 형성하게 되면, 동작 전압(Vf)이 8.4V인 반면, 실시예에 따른 정공 주입층 구조에 따른 동작 전압(Vf)은 7.9V로 감소되는 것을 알 수 있다.
도 1로 돌아가서, 정공 주입층(140) 상에는 제2 도전형 반도체층(150)이 형성될 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(150)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
예컨대, 상기 제2 도전형 반도체층(150)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(150)의 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(150) 상에는 투광성 전극층(189)이 형성될 수 있다.
투광성 전극층(189)은 캐리어 주입을 효율적으로 할 수 있도록 단일 금속 또는 금속합금, 금속 산화물 등을 다중으로 적층할 수도 있다. 예컨대, 투광성 전극층(189)은 반도체와 전기적인 접촉이 우수한 물질로 형성될 수 있으며, 투광성 전극층(189)으로는 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, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
투광성 전극층(189) 상에는 제2 전극(170)이 형성되며, 상부 일부가 노출된 제1 도전형 반도체층(120) 상에는 제1 전극(160)이 형성된다. 이후, 최종적으로 제1 전극(160) 및 제2 전극(170)이 서로 연결됨으로써 자외선 발광소자의 제작이 완료될 수 있다.
도 4는 제2 실시예에 따른 자외선 발광소자를 나타낸 단면도이고, 도 5는 제2 실시예에 따른 자외선 발광소자의 정공 주입층을 나타낸 단면도이다.
도 4를 참조하면, 제2 실시예에 따른 자외선 발광소자는 기판(110)과, 상기 기판(110) 상에 배치된 버퍼층(181)과, 상기 버퍼층(181) 상에 배치된 제1 도전형 반도체층(120)과, 상기 제1 도전형 반도체층(120) 상에 배치된 전류 확산층(183)과, 상기 전류 확산층(183) 상에 배치된 스트레인 제어층(185)과, 상기 스트레인 제어층(185) 상에 배치되어 자외선 광을 발생시키는 활성층(130)과, 상기 활성층(130) 상에 배치된 전자 차단층(187)과, 상기 전자 차단층(187) 상에 배치된 정공 주입층(240)과, 상기 정공 주입층(240) 상에 배치된 제2 도전형 반도체층(150)과, 상기 제2 도전형 반도체층(150) 상에 배치된 투광성 전극층(189)과, 상기 제1 도전형 반도체층(120) 상에 배치된 제1 전극(160)과, 상기 투광성 전극층(189) 상에 배치된 제2 전극(170)을 포함할 수 있다. 여기서, 정공 주입층(240)을 제외한 구조는 제1 실시예에 따른 자외선 발광소자와 동일하므로 생략한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 정공 주입층(240)은 제1 층(241)과, 제2 층(243)이 쌍을 이루는 다수의 층을 포함할 수 있다. 정공 주입층(240)은 제1 층(241)과 제2 층(243)이 1쌍을 이룰 수 있다. 제1 층(241) 상에는 제2 층(243)이 배치될 수 있으며, 제2 층(243) 상에는 제1 층(241)이 배치될 수 있다. 정공 주입층(240)은 제1 층(241) 및 제2 층(243)이 5쌍 내지 20쌍으로 이루어져 순차적으로 적층될 수 있다.
제1 층(241)은 AlxGa1 - xN (0＜x≤1)을 포함할 수 있다. 제1 층(241)은 AlGaN 또는 AlN을 포함할 수 있다. 최하층의 제1 층(241)은 전자 차단층(187)의 상부와 접하도록 배치될 수 있다. 제1 층(241)의 두께는 5㎚ 내지 30㎚를 포함할 수 있다. Al의 조성은 0.5＜Al≤1.0을 포함할 수 있다. Al 조성이 0.5 이하이거나 1.0을 초과하게 되면 출력 전압이 감소하게 된다. 제1 층(241)은 p형 도펀트가 도핑될 수 있다. p형 도펀트로 마그네슘(Mg)을 포함할 수 있다. 이와 다르게 p형 도펀트로 Zn, Ca, Sr, Be를 포함할 수 있다. Mg의 도펀트 농도는 1.0E19 내지 1.0E20을 포함할 수 있다.
제2 층(243)은 GaN을 포함할 수 있다. 제2 층(243)의 두께는 5㎚ 내지 20㎚를 포함할 수 있다. 제2 층(243)의 두께는 제1 층(241)의 두께보다 작게 형성될 수 있다. 제2 층(243)은 자외선 광을 흡수하기 때문에 제1 층(241)의 두께보다 작게 형성하게 되면, 자외선 광이 흡수되는 것을 보다 효과적으로 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 제2 층(243)은 p형 도펀트가 도핑될 수 있다. p형 도펀트로 마그네슘(Mg)을 포함할 수 있다. 이와 다르게 p형 도펀트로 Zn, Ca, Sr, Be를 포함할 수 있다. Mg의 도펀트 농도는 1.0E19 내지 1.0E20을 포함할 수 있다.
제2 실시예에 따른 정공 주입층(240)이 다수의 쌍을 이루도록 적층 형성함으로써, 보다 효과적으로, 자외선 광 흡수 방지, 동작 저압 감소 및 정공 효율을 향상시킬 수 있다.
도 6은 제3 실시예에 따른 자외선 발광소자를 나타낸 단면도이다.
도 6을 참조하면, 제3 실시예에 따른 자외선 발광소자는 기판(110)과, 상기 기판(110) 상에 배치된 버퍼층(181)과, 상기 버퍼층(181) 상에 배치된 제1 도전형 반도체층(120)과, 상기 제1 도전형 반도체층(120) 상에 배치된 전류 확산층(183)과, 상기 전류 확산층(183) 상에 배치된 스트레인 제어층(185)과, 상기 스트레인 제어층(185) 상에 배치되어 자외선 광을 발생시키는 활성층(130)과, 상기 활성층(130) 상에 배치된 전자 차단층(187)과, 상기 전자 차단층(187) 상에 배치된 정공 주입층(340)과, 상기 정공 주입층(340) 상에 배치된 제2 도전형 반도체층(150)과, 상기 제2 도전형 반도체층(150) 상에 배치된 투광성 전극층(189)과, 상기 제1 도전형 반도체층(120) 상에 배치된 제1 전극(160)과, 상기 투광성 전극층(189) 상에 배치된 제2 전극(170)을 포함할 수 있다. 여기서, 정공 주입층(340)을 제외한 구조는 제1 실시예에 따른 자외선 발광소자와 동일하므로 생략한다.
정공 주입층(340)은 제1 층(341)과, 상기 제1 층(341) 상에 배치된 제2 층(343)과, 상기 제2 층(343) 상에 배치된 제3 층(341)을 포함할 수 있다. 여기서, 제3 층은 제1 층과 동일한 구성이므로 동일한 도면 부호를 부여하기로 한다.
제1 층(341)은 AlxGa1 - xN (0＜x≤1)을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 층(341)은 AlGaN 또는 AlN을 포함할 수 있다. 제1 층(341)은 전자 차단층(187)의 상부와 접하도록 배치될 수 있다. 제1 층(341)의 두께는 5㎚ 내지 30㎚를 포함할 수 있다. Al의 조성은 0.5＜Al≤1.0을 포함할 수 있다. Al 조성이 0.5 이하이거나 1.0을 초과하게 되면 출력 전압이 감소하게 된다. 제1 층(341)은 p형 도펀트가 도핑될 수 있다. p형 도펀트로 마그네슘(Mg)을 포함할 수 있다. 이와 다르게 p형 도펀트로 Zn, Ca, Sr, Be를 포함할 수 있다. Mg의 도펀트 농도는 1.0E19 내지 1.0E20을 포함할 수 있다.
제2 층(343)은 GaN을 포함할 수 있다. 제2 층(343)의 두께는 5㎚ 내지 20㎚를 포함할 수 있다. 제2 층(343)의 두께는 제1 층(341)의 두께보다 작게 형성될 수 있다. 제2 층(343)은 자외선 광을 흡수하기 때문에 제1 층(341)의 두께보다 작게 형성하게 되면, 자외선 광이 흡수되는 것을 보다 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 제2 층(343)은 p형 도펀트가 도핑될 수 있다. p형 도펀트로 마그네슘(Mg)을 포함할 수 있다. 이와 다르게 p형 도펀트로 Zn, Ca, Sr, Be를 포함할 수 있다. Mg의 도펀트 농도는 1.0E19 내지 1.0E20을 포함할 수 있다.
제2 층(343) 상에는 제3 층(341)이 배치될 수 있다. 제3 층은 제1 층과 동일한 재질, 동일한 두께로 형성될 수 있다. 예컨대, 제3 층(341)은 AlxGa1 - xN (0＜x≤1)을 포함할 수 있다. 제3 층(341)은 AlGaN 또는 AlN을 포함할 수 있다. 제3 층(341)의 두께는 5㎚ 내지 30㎚를 포함할 수 있다. Al의 조성은 0.5＜Al≤1.0을 포함할 수 있다. Al 조성이 0.5 이하이거나 1.0을 초과하게 되면 출력 전압이 감소하게 된다. 제3 층(341)은 p형 도펀트가 도핑될 수 있다. p형 도펀트로 마그네슘(Mg)을 포함할 수 있다. 이와 다르게 p형 도펀트로 Zn, Ca, Sr, Be를 포함할 수 있다. Mg의 도펀트 농도는 1.0E19 내지 1.0E20을 포함할 수 있다.
제3 실시예에 따른 자외선 발광소자는 GaN층을 최소화함으로써, 자외선 광이 흡수되는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 7은 제4 실시예에 따른 자외선 발광소자를 나타낸 단면도이다.
도 7을 참조하면, 제4 실시예에 따른 자외선 발광소자는 기판(110)과, 상기 기판(110) 상에 배치된 버퍼층(181)과, 상기 버퍼층(181) 상에 배치된 제1 도전형 반도체층(120)과, 상기 제1 도전형 반도체층(120) 상에 배치된 전류 확산층(183)과, 상기 전류 확산층(183) 상에 배치된 스트레인 제어층(185)과, 상기 스트레인 제어층(185) 상에 배치되어 자외선 광을 발생시키는 활성층(130)과, 상기 활성층(130) 상에 배치된 전자 차단층(187)과, 상기 전자 차단층(187) 상에 배치된 정공 주입층(400)과, 상기 정공 주입층(400) 상에 배치된 제2 도전형 반도체층(150)과, 상기 제2 도전형 반도체층(150) 상에 배치된 투광성 전극층(189)과, 상기 제1 도전형 반도체층(120) 상에 배치된 제1 전극(160)과, 상기 투광성 전극층(189) 상에 배치된 제2 전극(170)을 포함할 수 있다. 여기서, 정공 주입층(400)을 제외한 구조는 제1 실시예에 따른 자외선 발광소자와 동일하므로 생략한다.
정공 주입층(400)은 제1 층(441)과, 상기 제1 층(441) 상에 배치된 제2 층(443)과, 상기 제1 층(441) 아래에 배치된 제3 층(441)을 포함할 수 있다. 여기서, 제3 층은 제2 층의 구성과 동일하므로 동일한 도면 부호를 부여하기로 한다.
제1 층(441)은 AlxGa1 - xN (0＜x≤1)을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 층(441)은 AlGaN 또는 AlN을 포함할 수 있다. 제1 층(441)의 두께는 5㎚ 내지 30㎚를 포함할 수 있다. Al의 조성은 0.5＜Al≤1.0을 포함할 수 있다. Al 조성이 0.5 이하이거나 1.0을 초과하게 되면 출력 전압이 감소하게 된다. 제1 층(441)은 p형 도펀트가 도핑될 수 있다. p형 도펀트로 마그네슘(Mg)을 포함할 수 있다. 이와 다르게 p형 도펀트로 Zn, Ca, Sr, Be를 포함할 수 있다. Mg의 도펀트 농도는 1.0E19 내지 1.0E20을 포함할 수 있다.
제2 층(443)은 GaN을 포함할 수 있다. 제2 층(443)의 두께는 5㎚ 내지 20㎚를 포함할 수 있다. 제2 층(443)의 두께는 제1 층(441)의 두께보다 작게 형성될 수 있다. 제2 층(443)은 자외선 광을 흡수하기 때문에 제1 층(441)의 두께보다 작게 형성하게 되면, 자외선 광이 흡수되는 것을 보다 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 제2 층(343)은 p형 도펀트가 도핑될 수 있다. p형 도펀트로 마그네슘(Mg)을 포함할 수 있다. 이와 다르게 p형 도펀트로 Zn, Ca, Sr, Be를 포함할 수 있다. Mg의 도펀트 농도는 1.0E19 내지 1.0E20을 포함할 수 있다.
제1 층의 아래에는 제3 층이 배치될 수 있다. 제3 층은 제2 층과 동일한 재질, 동일한 두께로 형성될 수 있다. 예컨대, 제3 층(443)은 GaN을 포함할 수 있다. 제3 층(443)의 두께는 5㎚ 내지 20㎚를 포함할 수 있다. 제3 층(443)의 두께는 제1 층(441)의 두께보다 작게 형성될 수 있다. 제3 층(443)은 자외선 광을 흡수하기 때문에 제1 층의 두께보다 작게 형성하게 되면, 자외선 광이 흡수되는 것을 보다 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 제3 층(443)은 p형 도펀트가 도핑될 수 있다. p형 도펀트로 마그네슘(Mg)을 포함할 수 있다. 이와 다르게 p형 도펀트로 Zn, Ca, Sr, Be를 포함할 수 있다. Mg의 도펀트 농도는 1.0E19 내지 1.0E20을 포함할 수 있다.
*제4 실시예에 따른 자외선 발광소자는 GaN 재질의 제1 층과 제3 층 사이에 AlxGa1-xN (0＜x≤1) 재질의 제2 층을 형성함으로써, 종래에 비해 자외선 광의 흡수를 효과적으로 방지할 수 있으며, 동작 전압 감소 및 홀 주입 효율을 개선시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 제4 실시예에 따른 자외선 발광소자는 GaN 재질의 포함하고 있으므로, 박막의 품질이 향상될 수 있다.
상기에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 실시예의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 실시예는 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.
실시예는 발광 소자의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다

Claims (20)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치된 제1 도전형 반도체층;
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되어 자외선 광을 발생시키는 활성층;
    상기 활성층 상에 배치된 제2 도전형 반도체층;
    상기 활성층과 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되어 AlxGa1 - xN (0＜x≤1)을 포함하는 제1 층과, GaN을 포함하는 제2 층을 포함하는 정공 주입층;을 포함하는 자외선 발광소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 정공 주입층은 제1 층 및 제2 층이 5쌍 내지 20쌍이 순차적으로 적층 배치되는 자외선 발광소자.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 층의 두께는 제2 층의 두께보다 두껍게 형성되는 자외선 발광소자.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 층의 두께는 5㎚ 내지 30㎚를 포함하고, 제2 층의 두께는 5㎚ 내지 20㎚를 포함하는 자외선 발광소자.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 Al의 조성은 0.5＜Al≤1.0을 포함하는 자외선 발광소자.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 정공 주입층은 마그네슘(Mg) 도펀트를 더 포함하는 자외선 발광소자.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 마그네슘의 농도는 1.0E19 내지 1.0E20을 포함하는 자외선 발광소자.
  8. 기판;
    상기 기판 상에 배치된 제1 도전형 반도체층;
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되어 자외선 광을 발생시키는 활성층;
    상기 활성층 상에 배치된 제2 도전형 반도체층;
    상기 활성층과 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되어 AlxGa1 - xN (0＜x≤1)을 포함하는 제1 층과, 상기 제1 층 상에 GaN을 포함하는 제2 층과, 상기 제2 층 상에 AlxGa1-xN (0＜x≤1)을 포함하는 제3층을 포함하는 정공 주입층;을 포함하는 자외선 발광소자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 층 및 제3 층의 두께는 제2 층의 두께보다 두껍게 형성되는 자외선 발광소자.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 Al의 조성은 0.5＜Al≤1.0을 포함하는 자외선 발광소자.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 정공 주입층은 마그네슘(Mg) 도펀트를 더 포함하는 자외선 발광소자.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 마그네슘의 농도는 1.0E19 내지 1.0E20을 포함하는 자외선 발광소자.
  13. 제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정공 주입층은 p형 도펀트를 포함하는 자외선 발광소자.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 p형 도펀트는 Zn, Ca, Sr, Be를 포함하는 자외선 발광소자.
  15. 기판;
    상기 기판 상에 배치된 제1 도전형 반도체층;
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되어 자외선 광을 발생시키는 활성층;
    상기 활성층 상에 배치된 제2 도전형 반도체층;
    상기 활성층과 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되어 AlxGa1 - xN (0＜x≤1)을 포함하는 제1 층과, 상기 제1 층 상에 GaN을 포함하는 제2 층과, 상기 제1 층 아래에 GaN을 포함하는 제3 층을 포함하는 정공 주입층;을 포함하는 자외선 발광소자.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제1 층 및 제3 층의 두께는 제2 층의 두께보다 두껍게 형성되는 자외선 발광소자.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 Al의 조성은 0.5＜Al≤1.0을 포함하는 자외선 발광소자.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 정공 주입층은 마그네슘(Mg) 도펀트를 더 포함하는 자외선 발광소자.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 마그네슘의 농도는 1.0E19 내지 1.0E20을 포함하는 자외선 발광소자.
  20. 제 15 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정공 주입층은 p형 도펀트를 포함하는 자외선 발광소자.
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