CN109075160B - 发光器件、发光器件封装和发光模块 - Google Patents

发光器件、发光器件封装和发光模块 Download PDF

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Abstract

实施例中公开了一种发光器件、以及发光器件封装和具有该发光器件封装的发光模块。根据实施例，发光器件具有：设置在AlN模板层上的第一超晶格层，及第一半导体层、第二超晶格层以及第一导电半导体层；有源层，具有量子阱层和量子墙层，设置在第一导电半导体层上；电子阻挡层，设置在有源层上，以及第二导电半导体层。第一超晶格层的第一和第二层中的第二层、第一半导体层以及第二超晶格层的第三和第四层包括AlGaN基半导体，第三层的铝组分高于第四层的铝组分，并且具有与第一半导体层的铝组分相同的组分范围。有源层发射紫外线。

Description

发光器件、发光器件封装和发光模块
技术领域
实施例涉及发射紫外光的发光器件。
实施例涉及具有发射紫外光的发光器件的发光器件封装和发光模块。
实施例涉及具有紫外发光器件的医疗设备。
背景技术
发光二极管(LED)是施加电流时发光的发光器件之一。LED可以在低电压下高效地发光，从而具有优异的节能效果。
由于高热稳定性和其宽带隙能量，氮化物半导体在光学器件和高功率电子器件的开发领域中受到极大关注。特别地，使用氮化物半导体的紫外(UV)LED、蓝色LED、绿色LED、红色LED等被商业化并广泛使用。
紫外发光器件(UV LED)是发射波长范围为200至400nm的光的发光器件。根据应用，UV LED由短波长和长波长组成。短波长用于灭菌或净化，长波长可用于曝光设备或固化设备等。特别地，波长范围为280至315nm的UVB可用于医疗等。
近来，用于精密医疗设备等的UVB的UV LED需要实现280nm至315nm内的目标波长和能够高电流驱动的高效UV LED。此外，用于医疗设备的发光模块需要具有能够减少发光器件数量的UV LED，实现70％或更高的光均匀性并实现治疗波长带。
发明内容
技术问题
实施例可以提供能够实现高电流驱动的紫外发光器件，例如，几百mA或更高的高电流驱动。
实施例可以提供能够实现高电流和UVB光的紫外发光器件。
实施例可以提供能够改善缺陷的紫外发光器件。
实施例可以提供能够提高发光效率的紫外发光器件。
实施例可以提供一种能够提高光功率的紫外发光器件。
实施例可以提供具有17nm或更小的半高全宽(FWHM)并发射295nm至315nm的UVB的紫外发光器件，以及具有该紫外发光器件的发光器件封装。实施例可以提供能够提高可靠性的紫外发光器件及其制造方法。
实施例可以提供发光器件封装和具有紫外发光器件的发光装置。
实施例可以提供能够提高目标区域中的光的均匀性的发光模块和医疗设备。
实施例可以提供发光模块和医疗设备，能够提高具有17nm或更小的半高全宽(FWHM)的用于医疗处理的紫外波长可靠性。
实施例可以提供一种发光模块和医疗设备，其可实现300至320nm的UVB(由200mA或更高的高电流驱动来驱动)，具有17nm或更小的半高全宽(FWHM)，以及具有70％或更高的光均匀性。
技术方案
根据实施例的发光器件包括：AlN模板层；第一超晶格层，设置在AlN模板层上；第二超晶格层，设置在第一超晶格层上；第一半导体层，设置在第一和第二超晶格层之间；第一导电类型半导体层，设置在第二超晶格层上；有源层，设置在第一导电类型半导体层上，并具有量子阱层和量子墙层；电子阻挡层，设置在有源层上；以及第二导电类型半导体层，设置在电子阻挡层上，其中第一超晶格层包括具有AlN半导体的第一层和具有AlGaN基半导体的第二层，第一半导体层包括AlGaN基半导体，第二超晶格层包括具有AlGaN基半导体的第三层和具有AlGaN基半导体的第四层，第一层和第二层交替地设置在第一超晶格层中，第三层和第四层交替设置在第二超晶格层中，第一半导体层、第二层和第三层的化合物组成式中的铝(Al)的组分是镓(Ga)的组分或更多并且与镓的组分比的差异为10％或更小，第一半导体层的厚度大于具有单对的第一层和第二层的第一超晶格层的厚度，并且有源层发射紫外光。
根据实施例的紫外发光器件包括：衬底；AlN模板，设置在衬底上；第一超晶格层，设置在AlN模板上；第二超晶格层，设置在第一超晶格层上；以及第一导电型第一半导体层，设置在第一和第二超晶格层之间，其中第一导电型第一半导体层包括Al组分，与第一和第二超晶格层重叠，从而改善缺陷，提高发光效率、光功率和可靠性，并实现295至315nm的高电流驱动UVB。
根据实施例，第一半导体层、第一层和第三层的铝的成分可以是50％或更多。
根据实施例，第一半导体层、第一层和第三层可以具有AlxGa1-xN(0.5≤x≤0.6)的组成式，并且第四层可以具有AlbGa1-bN(0.45≤b≤0.55)的组成式。
根据实施例，第一导电类型半导体层可以具有AlzGa1-zN(0.45≤z≤0.55)的组成式，有源层的量子阱层可以由AlGaN基半导体形成，量子墙层可以由AlGaN基半导体形成，并且量子墙层的Al组分可以比量子阱层的Al组分高20％或更多。
根据实施例，量子阱层的厚度为量子墙层厚度的25％或更小，并且有源层产生295nm至315nm的光。
根据实施例，电子阻挡层可以包括多个势垒层和多个阱层，多个势垒层可以包括AlGaN基半导体，多个阱层可以包括AlGaN基半导体，多个势垒层中的每一个可以具有高于多个阱层中的每一个的Al组分，多个势垒层中的每一个可以具有高于有源层的量子墙层的Al组分，多个阱层中的每一个可以具有低于有源层的量子墙层的Al组分，并且多个势垒层可以包括有源层上的第一势垒层和第二导电类型半导体层下面的第二势垒层。
根据实施例，多个阱层可以设置在第一和第二势垒层之间，多个势垒层可以包括设置在第一和第二势垒层与阱层之间的多个中间势垒层，并且每个中间势垒层的Al组分可以高于第一和第二势垒层的Al组分。
根据实施例，第一势垒层可以具有AlpGa1-pN(0.50≤p≤0.74)的组成式，第二势垒层可以具有AlqGa1-qN(0.50≤q≤0.74)的组成式，以及中间势垒层可以具有AlrGa1-rN(0.55≤r≤0.74)的组成式。
根据实施例，第一势垒层，第二势垒层和中间势垒层中的每一个可以比阱层厚，并且可以具有3nm至10nm的厚度，以及第二导电类型半导体层的表面粗糙度可以是1nm或更小。
根据实施例，多个阱层可以包括设置在第一势垒层和中间势垒层之间的第一阱层，设置在中间势垒层之间的第二阱层和中间势垒层和第二阱层之间的第三阱层，第一阱层可以具有AleGa1-eN(0.24≤e≤0.45)的组成式，第二阱层可以具有AlfGa1-fN(0.24≤f≤0.48)的组成式，第三阱层可以具有AlgGa1-gN(0.24≤g≤0.48)的组成式，第二导电型半导体层可以包括电子阻挡层上的第一导电半导体层和第一导电半导体层上的第二导电半导体层，并且第一导电半导体层可具有AlsGa1-sN(0.20≤s≤0.45)的组成式。
根据实施例的发光器件封装可以包括：封装体；散热框，与封装体相连；以及紫外发光器件，包括安装在散热框上的第一至第十九中任何一个。
根据实施例的发光模块包括：电路板；发光单元，包括设置在电路板上多个发光器件封装，并具有17nm或更小的半高全宽(FWHM)；以及散热部件，设置在发光单元的后表面上，其中多个发光器件封装可以具有第一方向上的第一间距和与第一方向垂直的第二方向上的第二间距，第一间距和第二间距可以是用来自发光单元的光照射的目标区域的宽度或直径的30％至50％。因此，实施例可以实现用于具有高效UVB波长用于医疗处理的高度可靠的发光模块。此外，实施例可以实现70％或更高的目标区域均匀性并且可以减少发光器件封装的数量，从而减小发光模块的尺寸和制造成本。
根据实施例的医疗设备可以通过包括发光模块和光学补偿器来实现高效且可靠的有效波长(300nm至320nm)，并且可以实现70％或更高的目标区域的均匀性并且可以减少发光器件封装的数量，从而减小了医疗设备的尺寸和制造成本。
根据实施例的制造紫外发光器件的方法包括：在衬底上形成第一导电半导体层；在第一导电类型半导体层上形成有源层；在有源层上形成电子阻挡层(EBL)；以及在EBL上形成第二导电类型半导体层，其中第一导电类型半导体层的形成包括：在衬底上形成AlN模板；在AlN模板上形成第一超晶格层；在第一超晶格层上形成第一导电型第一半导体层；以及在第一超晶格层上形成第二超晶格层，其中第一导电类型第一半导体层可以包括Al组分，与第一和第二超晶格层重叠。
有益效果
实施例实现了具有17nm或更小的半高全宽(FWHM)的UV LED，因此可以提高应用于医疗设备的UV LED的可靠性。
通过设置在有源层上的EBL改善载流子注入效率，实施例可以实现295nm至315nm的UVB，其具有100mA或更高的高电流驱动。
通过在衬底和有源层之间设置第一半导体层、第一超晶格层、第一导电类型半导体层和第二超晶格层，实施例可以改善缺陷并提高发光效率。
实施例可以通过包括量子阱层的有源层来改善光功率，量子阱层的厚度为量子墙层的厚度的10％至25％。
实施例可以通过厚度为40nm或更厚的第二导电型第一半导体层来提高可靠性。
实施例可以提高光功率并提高光效率。
通过实现发光模块照射到目标区域TA的紫外波长具有70％或更高的光均匀性，实施例可以提高用于光处理的发光模块的可靠性。
通过实现具有200mA或更高的高电流驱动和有效波长(例如，300nm至320nm)的紫外波长的发光模块，实施例可以提高发光模块的可靠性。
实施例可以提供发光模块和医疗设备，能够提高半高全宽(FWHM)为17nm或更小的医学或治疗紫外波长的可靠性。
在实施例中，可以通过减小具有紫外发光器件的发光器件封装之间的间距来减少发光器件封装的数量并减小发光模块的尺寸。
附图说明
图1是示出根据实施例的发光器件的平面图。
图2是沿图1中的线I-I'的发光器件的侧剖视图。
图3是示出图2的有源层和第二导电类型半导体层之间的电子阻挡层的截面图。
图4是示出根据实施例的电子阻挡层的能带带隙图的视图。
图5是示出图2的AlN模板层、第一超晶格层、第一半导体层、第二超晶格层和第一导电类型半导体层的截面图。
图6是示出根据实施例的根据有源层的量子墙层的厚度的光功率的图。
图7是示出根据实施例的第二导电类型半导体层的第一导电半导体层的厚度的可靠性的图。
图8是示出实施例的第二导电类型半导体层的表面的视图。
图9至图13是示出根据实施例的制造发光器件的方法的截面图。
图14是示出根据实施例的具有发光器件的发光器件封装的平面图。
图15是示出根据实施例的具有发光器件封装的发光模块的透视图。
图16是示出图15的发光模块的发光单元的平面图。
图17是示出图16的发光模块的光均匀性的图。
图18是示出包括图15的发光模块的医疗设备或UV灯的截面图。
图19是示出图18的发光模块的光均匀性的图。
具体实施方式
在实施例的描述中，应理解当层(或膜)、区域、图案或结构被称为在另一衬底、层(或膜)、区域、图案或结构“上面/上方”或“下面”时，“上面/上方”或“下面”的术语包括“直接”和“通过***另一层(间接)”两层含义。此外，关于每层的“上面/上方”或“下面”的参考将基于附图进行。
图1是示出根据实施例的发光器件的平面图，图2是沿图1中的线I-I'的发光器件的截面图，图3是示出图2的有源层和第二导电类型半导体层之间的电子阻挡层的详细视图，图4是示出实施例的电子阻挡层的能带带隙图的图，以及图5是示出图2的AlN模板层、第一超晶格层、第一半导体层、第二超晶格层和第一导电类型半导体层的截面图。
如图1至图5所示，根据实施例的发光器件100可以包括发光结构110。根据实施例的发光器件100可以包括衬底101和衬底101上的发光结构110。实施例发光器件100可以承受100mA或更高的高电流。根据实施例的发光器件100包括通过100mA或更高的高电流产生光的发光结构110。发光结构110可以被100mA或更高的高电流驱动并发射UVB波长。实施例的发光器件100可以发射295至315nm的UVB波长。实施例的发光结构110可以改善缺陷，提高发光效率，提高光功率和提高可靠性。根据实施例的发光器件100可以包括发射UVB光的紫外发光器件。
如图1所示，发光器件100的俯视图形状可以是多边形形状，例如矩形形状。作为另一示例，发光器件100的俯视图形状可以具有圆形形状或正方形或更多形状。第一电极151和第二电极153可以设置在发光结构110上。第一电极151和第二电极153可以设置在不同的高度，如图2所示，但是，本发明不限于此。当发光器件100是多边形时，发光器件100可以包括多个侧表面S1、S2、S3和S4。
其中设置第一电极151的区域A1和A2是第一导电类型半导体层112b的一部分暴露的区域，并且可以设置在其中设置第二电极153的区域A3和A4的外部。例如，其中设置有第一电极151的一部分的第一区域A1设置在第三区域A3的***，第三区域A3中设置有第二电极153的一部分。一个或多个第二区域A2可以从第一区域A1沿第三侧表面S3的方向延伸，并且一个或多个第四区域A4可以从第三区域A3沿与第三侧表面S3相对的第四侧表面S4的方向延伸。第二区域A2和第四区域A4可以交替设置。沿第二区域A2分支的分支电极可以设置在第一电极151处。沿着第四区域A4分支的分支电极可以设置在第二电极153处。
参考图2，实施例的发光结构110可以包括AlN模板层111、第一超晶格层120a、第一半导体层112a、第二超晶格层120b、第一导电类型半导体层112b、有源层114、电子阻挡层130、第二导电类型半导体层116a和116b、第一电极151和第二电极153。
衬底101可以由具有优异导热性的材料形成，并且可以是导电衬底或绝缘衬底。例如，衬底101可以使用蓝宝石(Al2O3)、SiC、Si、GaAs、GaN、ZnO、GaP、InP、Ge和Ga2O3中的至少一种。凹凸结构可以形成在衬底101的上表面处，但是不限于此。可以去除衬底101。
AlN模板层111可以形成在衬底101上。AlN模板层111可以包括缓冲功能。AlN模板层111可以减轻在AlN模板层111上形成的发光结构110的材料与衬底101材料之间的晶格失配。AlN模板层111可以由III-V族或II-VI族的化合物半导体中的至少一种形成，除了AlN之外，还有诸如GaN、InN、InGaN、AlGaN、InAlGaN和AlInN。AlN模板层111可以改善由于在衬底101上生长的AlGaN基半导体层的晶格常数的差异而导致的缺陷。AlN模板层111可以具有全应变外延结构，从而提高具有紫外波长的半导体层的生长中的发光效率。也就是说，通过改善之后要生长的AlGaN基半导体层的结晶度，AlN模板层111可以来提高紫外发光器件100的发光效率。可以去除AlN模板层111。
第一超晶格层120a可以设置在AlN模板层111上。第一半导体层112a可以设置在第一超晶格层120a上。第二超晶格层120b可以设置在第一半导体层112a上。第一导电类型半导体层112b可以设置在第二超晶格层120b上。第一超晶格层120a、第一半导体层112a、第二超晶格层120b和第一导电类型半导体层112b可以具有铝(Al)组分。第一超晶格层120a、第一半导体层112a、第二超晶格层120b和第一导电类型半导体层112b中的任何一层可以包括AlGaN或AlGaN基半导体。
随着第一超晶格层120a、第一半导体层112a、第二超晶格层120b和第一导电类型半导体层112b与有源层114相邻近，可以逐渐降低铝(Al)组分。因此，可以改善AlN模板层111和有源层114之间的晶格失配和缺陷。
第一超晶格层120a可以形成在AlN模板层111上。第一超晶格层120a设置在AlN模板层111上，使得可以改善AlN模板层111的材料与形成在第一超晶格层120a上的发光结构110材料的晶格失配和缺陷。相比AlN模板层111的Al组分，第一超晶格层120a的Al组分可以更接近第一半导体层112a的Al组分。这样的第一超晶格层120a可以改善在AlN模板层111上生长的层之间的缺陷。
如图2和图5所示，第一超晶格层120a可以设置成两对或更多对，至少两层形成一对。第一超晶格层120a可以包括例如第一层121a和第二层121b。成对的第一层121a和第二层121b可以包括10到20对，并且可以交替地设置。第一层121a可以包括AlN半导体，第二层121b可以包括AlGaN或AlGaN基半导体。第一层121a和第二层121b的第一层121a可以设置得更靠近AlN模板层111或者与AlN模板层111接触。第二层121b可以包括具有AlxGa1-xN(0.5≤x≤0.6)组成式的半导体材料。第一层121a可具有100％的Al组分，第二层121b可以包括50％至60％的Al组分。第一层121a和第二层121b处的Al组分可以是不包括氮化物半导体的组分。实施例的第一层121a和第二层121b中的每一个的厚度可以是5nm或更小，例如，1到5nm。当第一层121a和第二层121b是一对时，两种层的数量可以相同，或者两种层中的一种层可以更多。
当第一层121a和第二层121b在第一超晶格层120a中小于10对时，缺陷改善效果可能降低。当第一层121a和第二层121b在第一超晶格层120a中大于20对时，由于晶格常数的差异，结晶度可能降低。第二层121b可以是具有第一导电类型掺杂剂的AlGaN。第二层121b可以是无意掺杂的(下文中缩写为UID)氮化物半导体。例如，第二层121b可以是在生长工艺期间无意地具有第一导电类型的AlGaN。第一层121a和第二层121b的浓度可以低于添加到第一导电类型半导体层112b的第一导电类型掺杂剂的浓度。第一层121a和第二层121b中的任何一个或两个可以是UID层。
第一半导体层112a可以形成在第一超晶格层120a上。第一半导体层112a可以被实施为例如III-V族或II-VI族的化合物半导体。第一半导体层112a可以由GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、InGaAs、AlInGaAs、GaP、AlGaP、InGaP、AlInGaP和InP中的任何一种或多种形成。第一半导体层112a可以设置在第一超晶格层120a和第二超晶格层120b之间。第一半导体层112a可以与第一超晶格层120a和第二超晶格层120b接触。第一半导体层112a可以是与第一超晶格层120a的第一层121a不同的半导体。第一半导体层112a可以是与第一超晶格层120a的第二层121b相同的半导体。第一半导体层112a可以包括具有Al组分的半导体。第一半导体层112a的Al组分可以与第一超晶格层120a的第二层121b的Al组分范围相同。第一半导体层112a具有与第一超晶格层120a的第二层121b的Al组分范围相同的Al组分，从而可以吸收和去除来自第一超晶格层120a的缺陷。第一半导体层112a可以包括改善第一超晶格层120a和第二超晶格层120b之间的晶格失配和缺陷的功能。第一半导体层112a的Al组分可以是50％或更多，或可以是60％或更少。
实施例的第一半导体层112a可以包括具有AlyGa1-yN(0.5≤y≤0.6)组成式的半导体材料。实施例的第一半导体层112a可以包括50％至60％的Al组分。在实施例中，第一半导体层112a的厚度可以在10至1000nm或100至1000nm的范围内。第一半导体层112a的厚度可以设置为大于单对第一超晶格层120a的厚度。第一半导体层112a的厚度可以设置为大于第一超晶格层120a的厚度。这样的第一半导体层112a可以由非超晶格结构形成，其厚度大于第一和第二超晶格层120a和120b的厚度，并且可以用作第一和第二超晶格层120a和120b之间的缓冲层。在一个实施例中，具有200nm厚度的第一半导体层112a被描述为示例，但是不限于此。第一半导体层112a可以掺杂有第一导电类型掺杂剂。当第一导电类型掺杂剂是n型半导体层时，第一导电类型掺杂剂可以包括作为n型掺杂剂的Si、Ge、Sn、Se或Te，但是不限于此。作为另一示例，第一半导体层112a可以是UID半导体。第一半导体层112a可以是单层或多层。
如图2和图5所示，第二超晶格层120b可以形成在第一半导体层112a上。第二超晶格层120b可以设置成两对或更多，至少两层形成一对。第二超晶格层120b可以包括第三层123a和第四层123b，并且第三层123a和第四层123b中的每一个可以设置为多个。第三和第四层123a和123b可以交替地设置。第三和第四层123a和123b中的任何一个或两个可以是相同的半导体，例如，AlGaN作为第一半导体层112a。第三和第四层123a和123b中的任何一个可以具有与第一半导体层112a的Al组分范围相同的Al组分范围。这里，相同的Al组分可以包括第一半导体层112a的Al组分范围。第三和第四层123a和123b中的另一个可以是具有与第一半导体层112a的Al组分不同的Al组分的半导体。第二超晶格层120b可以设置在第一半导体层112a上，以包括改善第一半导体层112a材料和形成在第二超晶格层120b上的发光结构110的材料之间的晶格失配和缺陷的功能。第二超晶格层120b可以包括交替形成的10至20对的第三层123a和第四层123b。当第三层123a和第四层123b是一对时，两种层的数量可以相同，或者两种层中的一种层可以更多。
第三层123a可以包括具有AlaGa1-aN(0.5≤a≤0.6)组成式的半导体材料。第三层123a可以包括50％至60％的Al组分，并且实施例的每一个第三层123a的厚度可以是5nm或更小，例如，1至5nm。这里，第一超晶格层120a的第二层121b，第一半导体层112a和第二超晶格层120b的第三层123a可以具有相同的Al组分范围。第一超晶格层120a的第二层121b，第一半导体层112a和第二超晶格层120b的第三层123a可以具有比第一层121a更低的Al组分，并且可以具有比有源层114的量子墙层的Al组分更高的Al组分。
当第三和第四层123a和123b以及第一半导体层112a在AlGaN基半导体的组成式中具有Al组分比Alx和Ga组分比Gay时，第三和第四层123a和123b以及第一半导体层112a可以具有Alx≥Gay的组分比关系，并且Alx和Gay的组成比的差异可以是10％或更小。当第三和第四层123a和123b以及第一半导体层112a的AlGaN基半导体与的组成比具有Alx<Gay的组成比关系时，可以改善半导体晶体，但是可能增加光吸收损失。当Alx和Gay之间的组成差异超过10％时，它可能影响紫外波长的光吸收损失或半导体晶体。在一个实施例中，第三和第四层123a和123b以及第一半导体层112a可以优化AlGaN基半导体组成式中的组分比，以改善半导体晶体并减少紫外波长的光吸收损失。另外，由于第三和第四层123a和123b以及第一半导体层112a的Al组分范围及其差异，可以吸收和去除从第一超晶格层120a传送的缺陷。可以包括改善第一超晶格层120a的第一层121a和第二层121b，第二超晶格层120b的第三123a和第四层123b与第一半导体层112a之间的界面处的晶格失配和缺陷的功能。可以改善AlGaN基半导体层的结晶度，因此可以提高紫外光的发光效率。当有源层114发射UVB波长或295至315nm的波长时，第三和第四层123a和123b以及第一半导体层112a的AlGaN基半导体可以设置具有40％或更多的上述的Al组分差异，从而可以提高半导体层生长时的结晶度。
第四层123b可以包括具有AlbGa1-bN(0.45≤b≤0.55)组成式的半导体材料。第四层123b可以包括45％至55％的Al组分。实施例的每一个第四层123b的厚度可以是5nm或更小，例如，1到5nm。单对第二超晶格层120b的厚度可以小于第一半导体层112a的厚度。第二超晶格层120b的厚度可以小于第一半导体层112a的厚度。第四层123b可具有比第三层123a更低的Al组分。第四层123b可具有比第三层123a的Al组分低5％或更多的Al组分。第四层123b可以掺杂有第一导电类型掺杂剂。当第一导电类型掺杂剂是n型半导体层时，第一导电类型掺杂剂可以包括作为n型掺杂剂的Si、Ge、Sn、Se或Te，但是不限于此。第一半导体层112a可以是UID氮化物半导体。这里，当第一导电类型掺杂剂是n型半导体层时，第一导电类型掺杂剂可以包括作为n型掺杂剂的Si、Ge、Sn、Se或Te，但是不限于此。在一个实施例中，Al组分从AlN模板层111到有源层114逐渐减小，因此可以改善结晶度。第三和第四层123a和123b中的任何一个或两个可以是UID半导体。
第一导电类型半导体层112b可以形成在第二超晶格层120b上。第一导电类型半导体层112b可以被实施为例如III-V族或II-VI族的化合物半导体。例如，第一导电类型半导体层112b可以由GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、InGaAs、AlInGaAs、GaP、AlGaP、InGaP、AlInGaP和InP中的任何一种或多种形成。实施例的第一导电类型半导体层112b可以包括具有AlzGa1-zN(0.45≤z≤0.55)组成式的半导体材料。当第一导电类型半导体层112b与第二超晶格层120b接触时，第一导电类型半导体层112b的Al组分可以与第四层123b的Al组分相同或更低。因此，由于Al组分差异，第一导电类型半导体层112b可以防止有源层114晶体质量的恶化。
实施例的第一导电类型半导体层112b可以包括45％至55％的Al组分，并且实施例的第一导电类型半导体层112b的厚度可以是500至1000nm。第一导电类型半导体层112b的厚度可以大于第一超晶格层120a，第一半导体层112a和第二超晶格层120b的厚度。如图1所示，在第一导电类型半导体层112b中，部分区域，例如，第一和第二区域A1和A2可以设置为低于有源层114的位置。在一个实施例中，具有1000nm厚度第一导电类型半导体层112b被描述为示例，但是不限于此。第一导电类型半导体层112b可以掺杂有第一导电类型掺杂剂。第一电极151可以设置在第一导电类型半导体层112b上，如图2所示。第一导电类型半导体层112b可以是电极接触层。设置在第一导电类型半导体层112b上的第一电极151被描述为示例，但是第一电极151可以通过穿过衬底101的通孔结构连接到第一导电类型半导体层112b，或者可以通过穿过第二导电类型半导体层116a和116b的通孔结构连接。第一电极151可以连接到第二超晶格层120b，而不是第一导电类型半导体层112b，但是不限于此。有源层114可以形成为单量子阱结构、多量子阱(MQW)结构、量子线结构和量子点结构中的至少一种。有源层114是通过第一导电类型半导体层112b注入的电子(或空穴)和通过第二导电类型半导体层116a和116b注入的空穴(或电子)彼此相遇的层，并且通过根据形成有源层114的材料的能带的带隙差异发光。
有源层114可以由化合物半导体构成。作为示例，有源层114可以用例如III-V族或II-VI族的化合物半导体中的至少一种来实现。有源层114可以包括量子阱层和量子墙层。量子阱层可以设置为多个，量子墙层可以设置为多个。当有源层114用MQW结构实现时，量子阱层和量子墙层可以交替地设置。量子阱层和量子墙层可以以AlGaN/GaN、AlGaN/AlGaN、InGaN/GaN、InGaN/InGaN、InAlGaN/GaN、GaAs/AlGaAs、InGaAs/AlGaAs、GaP/AlGaP和InGaP/AlGaP中的任何一对或多对的结构形成，但不限于此。
有源层114可以包括AlGaN或AlGaN基半导体以发射紫外波长。在有源层114中，量子阱层可以包括AlGaN基半导体，并且量子墙层可以包括AlGaN基半导体。量子阱层的Al组分可以低于量子墙层的Al组分，并且例如，基于量子墙层的Al组分，可以为20％或更少。量子阱层的Al组分可以为30％或更少，例如，在15％至30％的范围内，并且量子墙层的Al组分可以在45％至52％的范围内。量子墙层的Al组分可以与量子阱层的Al组分的差异在20％或更多，例如20-30％的范围内。有源层114可以通过量子阱层和量子墙层的Al组分比的差异来发射紫外光。有源层114可以发射具有UVB波长的光。有源层114可以发射295至315nm的UVB。紫外线B(UVB)的波长比紫外线A(UVA)的波长短，并且光束的能量强度具有比紫外线A(UVA)更强的特性。这种紫外线B可以用作医疗光源。从实施例的有源层114发射的紫外光可以具有17nm或更小的半高全宽(FWHM)。
在有源层114中，量子阱层的厚度可以比量子墙层的厚度薄。量子阱层的厚度可以是量子墙层厚度的25％或更小，例如，在10％至25％的范围内。也就是说，量子墙层的厚度可以是量子阱层厚度的四倍或更多，例如，四倍到十倍。参照图6，实施例的有源层114可以通过厚度为量子墙层厚度的10％至25％的量子阱层来改善光功率。例如，每个量子阱层可以是2.5nm或更小，例如，1.5nm至2.5nm。图6是示出根据具有10.9nm的量子墙层的有源层114的量子阱层的厚度的光功率的图，并且示出了具有2.1nm的厚度的量子阱层中的最高光功率。当每个量子阱层的厚度小于每个量子墙层的厚度的10％或大于每个量子墙层的厚度的25％时，结晶度可能恶化或载流子移动可能恶化。当每个量子阱层的厚度在每个量子墙层的厚度的10％至25％的范围之外时，可能降低来自有源层114的电子和空穴的复合率并且光功率可能会恶化。
参照图3和图4，电子阻挡层(EBL)130可以形成在有源层114上。电子阻挡层130可以设置在有源层114和第二导电类型半导体层116a和116b之间。EBL 130可以包括多层结构，并且多层中的至少一个或全部可以包括第二导电类型掺杂剂。电子阻挡层130可以包括AlGaN或AlGaN基半导体，以减少紫外波长的吸收并阻挡电子。
实施例的EBL 130可以包括多个势垒层131、133、135和137，和多个阱层132、134和136。势垒层131、133、135和137和阱层132、134和136中的任何一个或多个可以相同，或者所述层中的任何一种层可以更多。EBL130可以由III-V族或II-VI族化合物半导体形成，例如，EBL 130可以由三对或更多对AlGaN/AlGaN形成，但不限于此。EBL 130的至少一层或全部可以掺杂有第二导电类型掺杂剂。例如，当EBL 130是p型半导体层时，第二导电类型掺杂剂可以包括作为p型掺杂剂的Mg、Zn、Ca、Sr或Ba。实施例的EBL 130可以包括用于增加提供给有源层114的载流子的功能，以实现100mA或更高的高电流驱动的295至315nm的UVB。另外，EBL130可以包括用于阻挡电子的电子阻挡功能，因此可以提高发光效率。EBL 130可以形成为使得多个势垒层131、133、135和137以及多个阱层132、134和136以三对或更多对交替。多个势垒层131、133、135和137以及多个阱层132、134和136可以包括第二导电类型掺杂剂。阱层132、134和136的厚度可以比势垒层131、133、135和137的厚度相对更薄，使得第二导电类型掺杂剂可以不被掺杂。实施例的多个势垒层131、133、135和137以及多个阱层132、134和136可以通过Al组分和厚度提高发光效率。
EBL 130可以防止已经通过有源层114的电子溢出以提高内部量子效率。如图4所示，基于有源层114的量子墙层114a(参见图4)的能级参考(REF)，EBL 130包括具有较高能级的势垒层131、133、135和137以及较低能级的阱层132、134和136。量子墙层可以是有源层114的量子墙层的最后一层。有源层114的最后量子墙层可以具有与其他量子墙层相同的Al组分。
EBL 130的势垒层131、133、135和137可具有比有源层114的最后量子墙层114a(参见图4)更高的Al组分，阱层132、134和136可以具有比有源层114的最后量子墙层114a(参见图4)的更低的Al组分。有源层114的最后量子墙层114a(参见图4)可以包括45％至52％的Al组分，并且多个势垒层131、133、135和137可以包括50％或更多的Al组分。有源层114的最后量子墙层114a可具有比势垒层131、133、135和137低的Al组分。势垒层131、133、135和137的Al组分可高于有源层114的最后量子墙层114a的Al组分3％或更多。
EBL 130的Al组分可以阻挡电子并限制空穴，以通过增加有源层114的载流子注入来提高发光效率。
多个势垒层131、133、135和137可以包括与有源层114相邻的第一势垒层131、与第二导电类型半导体层116a和116b相邻的第二势垒层137、以及在第一势垒层131和第二势垒层137之间的中间势垒层133和135。这里，中间势垒层133和135可以设置为一个或多个。在多个势垒层133和135的情况下，可以包括第一势垒层131和第二势垒层137之间的第一中间势垒层133，以及第一中间势垒层133和第二势垒层137之间的第二中间势垒层135。
第一势垒层131可以与有源层114的最后量子墙层114a接触。第二势垒层137可以与第二导电类型半导体层116a和116b的下表面接触。
多个阱层132、134和136可以包括在第一势垒层131和第一中间势垒层133之间的第一阱层132，在第一中间势垒层133和第二中间势垒层135之间的第二阱层134以及第二中间势垒层135和第二势垒层137之间的第三阱层136。实施例的EBL 130包括多个势垒层131、133、135和137，以及三对结构的多个阱层132、134和136，但不限于此。第一势垒层131可以具有比有源层114的最后量子墙层114a更高的Al组分。例如，第一势垒层131可以包括具有AlpGa1-pN(0.50≤p≤0.74)组成式的半导体材料。实施例的第一势垒层131可以包括50％至74％的Al组分，并且实施例的第一势垒层131的厚度W1可以大于第一阱层132的厚度W2。实施例的第一势垒层131的厚度W1可以是10nm或更小，例如，3nm到10nm。
第二势垒层137可以具有比第二导电类型半导体层116a和116b更高的Al组分。例如，第二势垒层137可以包括具有AlqGa1-qN(0.50≤q≤0.74)组成式的半导体材料。实施例的第二势垒层137可以包括50％至74％的Al组分，并且实施例的第二势垒层137的厚度W7可以大于第三阱层136的厚度W6。实施例的第二势垒层137的厚度W7可以是10nm或更小，例如，3到10nm。第二势垒层137具有50％至74％的Al组分和10nm或更小的厚度，因此可以阻挡电子，提高载流子注入效率，并且减少紫外波长的光吸收损失。
第一中间势垒层133和第二中间势垒层135的Al组分可以相同或者具有小于1％的差异，并且可以高于第一势垒层131和第二势垒层137的Al组分。具有这种Al组分的EBL 130可以改善空穴注入。例如，EBL 130可以通过限制第一中间势垒层133和第二中间势垒层135中的空穴来提高发光效率，以增加有源层114的载流子注入。第一中间势垒层133和第二中间势垒层135可以包括具有AlrGa1-rN(0.55≤r≤0.74)组成式的半导体材料。实施例的第一中间势垒层133和第二中间势垒层135可包含55％至74％的Al组分。实施例的第一中间势垒层133和第二中间势垒层135的厚度W3和W5可以比第二阱层134的厚度W4厚。实施例的第一中间势垒层133和第二中间势垒层135的厚度W3和W可以是10nm或更小，例如，3到10nm。例如，当EBL130包括具有54％的Al组分的第一势垒层131和第二势垒层137以及具有64％的组成的第一中间势垒层133和第二中间势垒层135时，输出电压可以比具有比上述Al组分低的组分的比较例的紫外发光器件的输出电压提高30％或更多。
多个阱层132、134和136可以包括：在第一势垒层131和第一中间势垒层133之间的第一阱层132，在第一中间势垒层133和第二中间势垒层135之间的第二阱层134，以及第二中间势垒层135和第二势垒层137之间的第三阱层136。
第一阱层132可以包括比有源层114的最后量子墙层114a低的Al组分。第一阱层132可以包括具有AleGa1-eN(0.24≤e≤0.45)组成式的半导体材料。实施例的第一阱层132的厚度W2可以比第一势垒层131的厚度W1和第一中间势垒层133的厚度W3薄。在一个实施例中，第一阱层132的厚度W2可以为5nm或更小，例如，1至5nm。
第二阱层134可以包括比有源层114的最后量子墙层114a低的Al组分低。第二阱层134可以包括具有AlfGa1-fN(0.24≤f≤0.48)组成式的半导体材料。实施例的第二阱层134的厚度W4可以比第一中间势垒层133和第二中间势垒层135的厚度W3和W5薄。实施例的第二阱层134的厚度W4可以为5nm或更小，例如，1至5nm。
第三阱层136可以包括比有源层114的最后量子墙层114a低的Al组分。第三阱层136可以包括具有AlgGa1-gN(0.24≤g≤0.48)组成式的半导体材料。实施例的第三阱层136的厚度W6可以比第二中间势垒层135的厚度W5和第二势垒层137的厚度W7薄。实施例的第三阱层136的厚度W6可以为5nm或更小，例如，1至5nm。第二和第三阱层134和136可以具有相同的Al组分和厚度，但不限于此。第二和第三阱层134和136的Al组分可以高于第一阱层132的Al组分。
由于多个势垒层131、133、135和137与阱层132、134和136之间的Al组分或势垒的差异，EBL 130可以防止电子溢出，因此可以改善内部量子效率。
如图4所示，多个势垒层131、133、135和137的能带带隙G1、G3、G5和G7大于有源层114的最后量子墙层114a的能带带隙G0。当第一势垒层131的能带带隙为G1、第一中间势垒层133和第二中间势垒层135的能带带隙为G3和G5、第二势垒层137的能带带隙为G7时，能带带隙可具有G3、G5>G1，G7>G0的关系。
多个阱层132、134和136的能带带隙G2、G4和G6可以小于有源层114的最后势垒层114a的能带隙G0。当第一阱层132的能带带隙为G2、第二阱层134的能带带隙为G4、第三阱层136的能带带隙为G6时，能带带隙可具有G0>G2>G4、G6的关系。
在一个实施例中，EBL 130可以设置在有源层114上以提高载流子注入效率，因此可以提高发光效率。一个实施例可以实现100mA或更高的高电流驱动的295至315nm的UVB。
第二导电类型半导体层116a和116b可以设置在EBL 130上。第二导电类型半导体层116a和116b可以形成为单层或多层，并且在多层的情况下，多层可以包括第一导电半导体层116a和第二导电半导体层116b。第一导电半导体层116a可以设置在EBL 130上，并且可以设置在EBL 130和第二导电半导体层116b之间。第一和第二导电半导体层116a和116b可以是具有第二导电类型掺杂剂的半导体。
第一导电半导体层116a可以被实施为例如III-V族或II-VI族的化合物半导体。例如，第一导电半导体层116a可以由GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、InGaAs、AlInGaAs、GaP、AlGaP、InGaP、AlInGaP和InP中的任何一种或多种形成。第一导电半导体层116a可以包括AlGaN或AlGaN基半导体，以减少紫外波长的吸收。实施例的第一导电半导体层116a可以包括具有AlsGa1-sN(0.20≤s≤0.45)组成式的半导体材料。第一导电半导体层116a可以包括20％至45％的Al组分。
第一导电半导体层116a的厚度可以是40nm或更大。图7是示出根据实施例的第一导电半导体层的厚度的可靠性的图。参照图7，当实施例的第一导电半导体层116a具有40nm或更大的厚度时，输出电压随时间的变化是恒定的，因此可以提高可靠性。实施例的第一导电半导体层116a的厚度可以是40nm或更大，例如，40到300nm。第一导电半导体层116a可以掺杂第二导电类型掺杂剂。在第一导电半导体层116a是p型半导体层的情况下，第二导电类型掺杂剂可以包括作为p型掺杂剂的Mg、Zn、Ca、Sr或Ba。当实施例的第一导电半导体层116a的厚度小于40nm时，由于输出电压根据紫外发光器件100的驱动时间逐渐减小，可靠性可能恶化。
这里，尽管第一导电类型半导体层112b被描述为n型半导体层并且第二导电类型半导体层116a和116b被描述为p型半导体层，但是第一导电类型半导体层112b可以是形成为p型半导体层，第二导电类型半导体层116a和116b可以形成为n型半导体层，不限于此。一个半导体，例如，具有与第二导电类型的极性相反的极性的n型半导体层(未示出)，可以形成在第一导电半导体层116a和第二导电半导体层116b上。因此，发光结构110可以被实现为n-p结结构、p-n结结构、n-p-n结结构和p-n-p结结构中的任何一种结构。
第二导电半导体层116b可以形成在第一导电半导体层116a上。第二导电半导体层116b可以是第二电极153接触的电极接触层。第二导电半导体层116b可以由与第一导电半导体层116a不同的半导体形成。例如，第二导电半导体层116b可以具有比第一导电半导体层116a低的Al组分，或者可以是不具有Al组分的GaN基半导体。第二导电半导体层116b可以设置在第一导电半导体层116a和第二电极153之间，用于第一导电半导体层116a和第二电极153之间的欧姆接触。第二导电半导体层116b可以是包括第二导电类型的GaN或者第二导电类型的掺杂剂，用于第一导电半导体层116a和第二电极153之间的欧姆接触，但不限于此。直接接触第二电极153的第二导电半导体层116b的表面可以是平坦的。为此，第二导电半导体层116b可以通过二维(D)生长方法形成。第二导电半导体层116b的表面可以形成为粗糙表面。图8是示出实施例的第二导电半导体层116b的表面的视图。实施例的第二导电半导体层116b具有50nm或更小的厚度，用于第一导电半导体层116a和第二电极153之间的欧姆接触，并且具有1nm或更小的表面粗糙度(RMS)，例如，0.1至1.0纳米。实施例的第二导电半导体层116b可以包括1nm或更小的表面粗糙度(RMS)，以提高与稍后形成的第二电极153的接触的可靠性。
第一电极151可以设置在第一导电类型半导体层112b上。第一电极151可以电连接到第一导电类型半导体层112b。第一电极151可以与第二电极153电绝缘。第一电极151可以是导电氧化物、导电氮化物或金属。第一电极151可以包括接触层，并且接触层可以包括，例如，氧化铟锡(ITO)、ITO氮化物(ITON)、氧化铟锌(IZO)、IZO氮化物(IZON)、氧化铝锌(AZO)、氧化铝镓锌(AGZO)、氧化铟锌锡(IZTO)、氧化铟铝锌(IAZO)、氧化铟镓锌(IGZO)、氧化铟镓锡(IGTO)、氧化锑锡(ATO)、氧化镓锌(GZO)、IZO氮化物(IZON)、ZnO、IrOx、RuOx、NiO、Au、Cu、Ni、Ti、Ti-W、Cr、W、Pt、V、Fe和Mo中的至少一种，并且可以形成为单层或多层。
第二电极153可以设置在第二导电半导体层116b上。第二电极153可以电连接到第二导电半导体层116b。第二电极153可以是导电氧化物，导电氮化物或金属。第二电极153可以包括接触层，例如，接触层可以包括ITO、ITON、IZO、IZON、AZO、AGZO、IZTO、IAZO、IGZO、IGTO、ATO、GZO、IZON、ZnOIrOx、RuOx、NiO、Au、Cu、Ni、Ti、Ti-W、Cr、W、Pt、V、Fe和Mo中的至少一种，并且可以形成为单层或多层。
实施例的紫外发光器件100可具有17nm或更小的半高全宽(FWHM)。通常，20nm或更大的FWHM紫外发光器件在300nm或更小，特别是298nm或更小，破坏DNA、蛋白质等，因此难以应用于诸如特异性(Atopy)处理的医疗设备。在一个实施例中，有源层114的每个量子阱层可以包括每个量子墙层的厚度的10％至25％的厚度，以实现17nm或更小的FWHM，因此可以提高应用于医疗设备的紫外发光器件的可靠性。
在实施例的紫外发光器件100中，EBL 130设置在有源层114上以增强载流子注入效率，从而可以实现100mA或更高的高电流驱动。具体地，在一个实施例中，通过具有比第一势垒层131和第二势垒层137更高的Al组分的EBL 130的结构，第一中间势垒层133和第二中间势垒层135可以实现100mA或更高的高电流驱动的295至315nm的UVB。
在一个实施例中，可以包括在衬底101和有源层114之间的第一半导体层112a，第一超晶格层120a，第一导电类型半导体层112b和第二超晶格层120b以改善缺陷，并且因此可以提高发光效率。
在一个实施例中，通过有源层114包括厚度为量子墙层厚度的10％至25％量子阱层，可以改善光功率。
在一个实施例中，通过具有40nm或更大的厚度的第一导电半导体层116a，可以改善可靠性。
在一个实施例中，可以实现具有100mA或更大的电流的295至315nm的波长紫外发光器件100并将其应用于诸如Atopy处理的医疗设备。
图9至图13是示出根据实施例的紫外发光器件的制造方法的截面图。
参照图9，在根据实施例的紫外发光器件的制造方法中，AlN模板层111、第一超晶格层120a、第一半导体层112a、第二超晶格层120b和第一导电类型半导体层112b可以形成在衬底101上。
衬底101可以由具有优异导热性的材料形成，并且可以是导电衬底或绝缘衬底。例如，可以使用蓝宝石(Al2O3)、SiC、Si、GaAs、GaN、ZnO、GaP、InP、Ge和Ga2O3中的至少一种作为衬底101。凹凸结构可以形成在衬底101的上，但是不限于此。
AlN模板层111、第一超晶格层120a、第一半导体层112a、第二超晶格层120b和第一导电类型半导体层112b可以通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法、化学气相沉积(CVD)方法、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法、分子束外延(MBE)方法和氢化物气相外延(HVPE)方法等形成，但不限于此。
AlN模板层111、第一超晶格层120a、第一半导体层112a、第二超晶格层120b和第一导电类型半导体层112b可以在100毫帕或更低的压力下生长。
AlN模板层111可以形成在衬底101上。AlN模板层111可以包括缓冲功能。AlN模板层111可以减轻在AlN模板层111上形成的发光结构110的材料与衬底101材料之间的晶格失配。AlN模板层111可以由III-V族或II-VI族的化合物半导体中的至少一种形成，除了AlN之外，还有诸如GaN、InN、InGaN、AlGaN、InAlGaN和AlInN。
第一超晶格层120a可以设置在AlN模板层111上。第一半导体层112a可以设置在第一超晶格层120a上。第二超晶格层120b可以设置在第一半导体层112a上。第一导电类型半导体层112b可以设置在第二超晶格层120b上。第一超晶格层120a、第一半导体层112a、第二超晶格层120b和第一导电类型半导体层112b的Al组分逐渐减少，因此可以改善AlN模板层111和有源层114之间的晶格失配和缺陷。
第一超晶格层120a可以形成在AlN模板层111上。第一超晶格层120a设置在AlN模板层111上，使得包括改善AlN模板层111的材料与形成在第一超晶格层120a上的发光结构110材料的晶格失配和缺陷的功能。第一超晶格层120a可以包括第一层121a和第二层121b，它们交替地形成10到20对。第二层121b可以包括具有AlxGa1-xN(0.5≤x≤0.6)组成式的半导体材料。第二层121b可以包括50％至60％的Al组分，并且第一层121a和第二层121b中的每一个可以具有1至5nm的厚度。当第一层121a和第二层121b在第一超晶格层120a中小于10对时，缺陷改善效果可能恶化。当第一层121a和第二层121b在第一超晶格层120a中大于20对时，由于晶格常数的差异，结晶度可能降低。第二层121b可以是第一导电类型AlGaN。第二层121b可以是无意掺杂的GaN。例如，第二层121b可以是在生长工艺期间无意地具有第一导电类型的AlGaN。
第一半导体层112a可以形成在第一超晶格层120a上。第一半导体层112a可以被实施为例如III-V族或II-VI族的化合物半导体。例如，第一半导体层112a可以由GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、InGaAs、AlInGaAs、GaP、AlGaP、InGaP、AlInGaP和InP中的任何一种或多种形成。实施例的第一半导体层112a可以包括具有AlyGa1-yN(0.5≤y≤0.6)组成式的半导体材料。实施例的第一半导体层112a可以包括50％至60％的Al组分，并且实施例的第一半导体层112a的厚度可以是10至1000nm。在一个实施例中，将具有厚度为200nm的第一半导体层112a作为示例描述。第一半导体层112a可以掺杂有第一导电类型掺杂剂。当第一导电类型掺杂剂是n型掺杂剂时，第一导电类型掺杂剂可以包括作为n型掺杂剂的Si、Ge、Sn、Se或Te，但是不限于此。
第二超晶格层120b可以形成在第一半导体层112a上。第二超晶格层120b可以设置在第一半导体层112a上，以包括改善第一半导体层112a的材料和形成在第二超晶格层120b上的发光结构110的材料之间的晶格失配和缺陷的功能。第二超晶格层120b可以包括交替形成10至20对的第三层123a和第四层123b。
第三层123a可以包括具有AlaGa1-aN(0.5≤a≤0.6)组成式的半导体材料。第三层123a可以包括50％至60％的Al组分。实施例的每个第三层123a的厚度可以是1至5nm。第三层123a的Al组分可以设置在第一半导体层112a的Al组分范围内。因此，可以改善第一半导体层112a上的晶格失配和缺陷。
第四层123b可以包括具有AlbGa1-bN(0.45≤b≤0.55)组成式的半导体材料。第四层123b可以包括45％至55％的Al组分。实施例的每个第四层123b的厚度可以是1至5nm。第四层123b可具有比第三层123a更低的Al组分。第三和第四层123a和123b中的至少一个或两个可以包括第一导电类型掺杂剂。这里，当第一导电类型掺杂剂是n型掺杂剂时，第一导电类型掺杂剂可以包括作为n型掺杂剂的Si、Ge、Sn、Se或Te，但是不限于此。在一个实施例中，Al组分从AlN模板层111到有源层114逐渐减小，因此可以改善结晶度。
第一导电类型半导体层112b可以形成在第二超晶格层120b上。第一导电类型半导体层112b可以被实施为例如III-V族或II-VI族的化合物半导体。例如，第一导电类型半导体层112b可以由GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、InGaAs、AlInGaAs、GaP、AlGaP、InGaP、AlInGaP和InP中的任何一种或多种形成。第一导电类型半导体层112b可具有比第一半导体层112a、第二层121b和第三层123a低的Al组分。第一导电类型半导体层112b的Al组分可以与第四层123b的Al组分的范围相同。
实施例的第一导电类型半导体层112b可以包括具有AlzGa1-zN(0.45≤z≤0.55)组成式的半导体材料。实施例的第一导电类型半导体层112b可以包括45％至55％的Al组分，并且实施例的第一导电类型半导体层112b的厚度可以是500至1000nm。在一个实施例中，将具有厚度为1000nm的第一导电类型半导体层112b作为示例描述。第一导电类型半导体层112b可以掺杂有第一导电类型掺杂剂。当第一导电类型掺杂剂是n型掺杂剂时，第一导电类型掺杂剂可以包括作为n型掺杂剂的Si、Ge、Sn、Se或Te，但是不限于此。
参照图10，有源层114可以设置在第一导电类型半导体层112b上，并且EBL 130可以设置在有源层114上。有源层114和EBL 130可以通过诸如MOCVD、CVD、PECVD、MBE、HVPE等的方法形成，但不限于此。
有源层114和EBL 130的形成条件可以改善光功率并提高光效率。
有源层114可以形成为单量子阱结构、多量子阱(MQW)结构、量子线结构和量子点结构中的至少一种。有源层114是通过第一导电类型半导体层112b注入的电子(或空穴)遇到通过第二导电类型半导体层116a注入的空穴(或电子)的层，并且通过根据形成有源层114的材料的能带的带隙差异发光。
有源层114可以由化合物半导体构成。有源层114可以被实施为例如III-V族或II-VI族的化合物半导体中的至少一种。有源层114可以包括量子阱层和量子墙层。当有源层114用MQW结构实现时，量子阱层和量子墙层可以交替地设置。量子阱层和量子墙层可以以AlGaN/GaN、AlGaN/AlGaN、InGaN/GaN、InGaN/InGaN、InAlGaN/GaN、GaAs/AlGaAs、InGaAs/AlGaAs、GaP/AlGaP和InGaP/AlGaP中的任何一对或多对的结构形成，但不限于此
在一个实施例的有源层114中，每个量子阱层的厚度可以是每个量子墙层的厚度的10％至25％。参照图6，通过厚度为量子墙层厚度的10％至25％的量子阱层结构，实施例的有源层114可以来改善光功率。例如，每个量子阱层可以是1.5至2.5nm。图6是示出根据具有10.9nm的量子墙层的有源层114的量子阱层的厚度的光功率的图，并且示出了具有2.1nm的厚度的量子阱层中的最高光功率。
EBL 130可以形成在有源层114上。EBL 130可以包括第二掺杂剂。实施例的EBL130可以包括多个势垒层131、133、135和137，和多个阱层132、134和136。EBL 130可以由III-V族或II-VI族化合物半导体形成，例如，EBL 130可以由三对或更多对AlGaN/AlGaN形成，但不限于此。EBL 130可以掺杂有第二导电类型掺杂剂。例如，当EBL 130是p型半导体层时，第二导电类型掺杂剂可以包括作为p型掺杂剂的Mg、Zn、Ca、Sr或Ba。实施例的EBL 130可以包括用于增加提供给有源层114的载流子的功能，以实现100mA或更高的高电流驱动的295至315nm的UVB。另外，EBL 130可以包括用于阻挡电子的电子阻挡功能，因此可以提高发光效率。为此，可以形成实施例的包括第二导电类型掺杂剂的EBL 130，使得多个势垒层131、133、135和137以及多个阱层132、134和136交替成三对。实施例的多个势垒层131、133、135和137以及多个阱层132、134和136可以通过Al组分和厚度提高发光效率。
基于有源层114的最后量子墙层的能级参考(REF)，EBL 130的一些层可以包括高的Al组分。例如，有源层114的最后量子墙层可以包括50％的Al组分，并且多个势垒层131、133、135和137可以包括至少45％或更多的Al组分。这里，多个势垒层131、133、135和137可以包括比多个阱层132、134和136的Al组分更高的Al组分，并且可以包括比有源层114的最后量子墙层的Al组分更高的Al组分。EBL 130的Al组分可以阻挡电子和限制空穴，以通过增加有源层114的载流子注入来提高发光效率。
多个势垒层131、133、135和137可以包括与有源层114接触的第一势垒层131，与第一导电半导体层116a接触的第二势垒层137，以及设置在第一势垒层131和第二势垒层137之间第一中间势垒层133和第二中间势垒层135。这里，第一中间势垒层133和第二中间势垒层135中的任何一个可以省略，或者可以是三个或更多个。多个阱层132、134和136可以包括在第一势垒层131和第一中间势垒层133之间的第一阱层132，在第一中间势垒层133和第二中间势垒层135之间的第二阱层134，以及第二中间势垒层135和第二势垒层137之间的第三阱层136。
第一势垒层131可以具有比有源层114的最后量子墙层的Al组分更高的Al组分。例如，第一势垒层131可以包括具有AlpGa1-pN(0.50≤p≤0.74)组成式的半导体材料。实施例的第一势垒层131可以包括50％至74％的Al组分，并且实施例的第一势垒层131的厚度W1可以大于第一阱层132的厚度W2。实施例的第一势垒层131的厚度W1可以是3至10nm。
第二势垒层137可具有比第一导电半导体层116a的Al组分更高的Al组分。例如，第二势垒层137可以包括具有AlqGa1-qN(0.50≤q≤0.74)组成式的半导体材料。实施例的第二势垒层137可以包括50％至74％的Al组分，并且实施例的第二势垒层137的厚度W7可以大于第三阱层136的厚度W6。实施例的第二势垒层137的厚度W7可以是3至10nm。
第一中间势垒层133和第二中间势垒层135可以具有比第一势垒层131和第二势垒层137的Al组分更高的Al组分。实施例的EBL 130可以改善空穴注入。例如，EBL 130可以通过限制第一中间势垒层133和第二中间势垒层135中的空穴来提高发光效率，以增加有源层114的载流子注入。第一中间势垒层133和第二中间势垒层135可以包括具有AlrGa1-rN(0.55≤r≤0.74)组成式的半导体材料。实施例的第一中间势垒层133和第二中间势垒层135可包含55％至74％的Al组分。实施例的第一中间势垒层133和第二中间势垒层135的厚度W3和W5可以比第二阱层134的厚度W4厚。实施例的第一中间势垒层133和第二中间势垒层135的厚度W3和W5可以是3至10nm。具体地，在EBL 130中包括具有54％的Al组分的第一势垒层131和第二势垒层137以及具有64％的组成的第一中间势垒层133和第二中间势垒层135时，与普通紫外发光器件相比，输出电压可以提高30％或更多。
多个阱层132、134和136可以包括：第一势垒层131和第一中间势垒层133之间的第一阱层132，第一中间势垒层133和第二中间势垒层135之间的第二阱层134，以及第二中间势垒层135和第二势垒层137之间的第三阱层136。
第一阱层132可以包括比有源层114的最后量子墙层114a(参见图4)的Al组分低的Al组分。第一阱层132可以包括具有AleGa1-eN(0.24≤e≤0.45)组成式的半导体材料。实施例的第一阱层132的厚度W2可以比第一势垒层131的厚度W1和第一中间势垒层133的厚度W3薄。实施例的第一阱层132的厚度W2可以是1至5nm。
第二阱层134可以包括比有源层114的最后量子墙层的Al组分低的Al组分。第二阱层134可以包括具有AlfGa1-fN(0.24≤f≤0.48)组成式的半导体材料。实施例的第二阱层134的厚度W4可以比第一中间势垒层133和第二中间势垒层135的厚度W3和W5薄。实施例的第二阱层134的厚度W4可以是1至5nm。
第三阱层136可以包括比有源层114的最后量子墙层的Al组分低的Al组分。第三阱层136可以包括具有AlgGa1-gN(0.24≤g≤0.48)组成式的半导体材料。实施例的第三阱层136的厚度W6可以比第二中间势垒层135的厚度W5和第二势垒层137的厚度W7薄。实施例的第三阱层136的厚度W6可以为1至5nm。第二和第三阱层134和136可以具有相同的Al组分和厚度，但不限于此。
在一个实施例中，EBL 130可以设置在有源层114上以提高载流子注入效率，因此可以提高发光效率。实施例可以实现100mA或更高的高电流驱动的295至315nm的UVB。
参照图11，第一导电半导体层116a和第二导电半导体层116b可以形成在EBL 130上。第一导电半导体层116a和第二导电半导体层116b可以通过诸如MOCVD、CVD、PECVD、MBE、HVPE等的方法形成，但不限于此。
第一导电半导体层116a和第二导电半导体层116b可以在第一导电类型半导体层112b和EBL 130之间的压力下生长。例如，第一导电半导体层116a和第二导电半导体层116b可以在450毫帕(mbar)的压力下生长，但不限于此。
第一导电半导体层116a可以形成在EBL 130上。第一导电半导体层116a可以被实施为例如III-V族或II-VI族的化合物半导体。例如，第一导电半导体层116a可以由GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、InGaAs、AlInGaAs、GaP、AlGaP、InGaP、AlInGaP和InP中的任何一种或多种形成。实施例的第一导电半导体层116a可以包括具有AlsGa1-sN(0.20≤s≤0.45)组成式的半导体材料。第一导电半导体层116a可以包括20％至45％的Al组分。第一导电半导体层116a的厚度可以是40nm或更大。图7是示出根据实施例的第一导电半导体层的厚度的可靠性的图。参照图7，当实施例的第一导电半导体层116a具有40nm或更大的厚度时，输出电压随时间的变化是恒定的，因此可以提高可靠性。实施例的第一导电半导体层116a的厚度可以是40到300nm。第一导电半导体层116a可以掺杂第二导电类型掺杂剂。在第一导电半导体层116a是p型半导体层的情况下，第二导电类型掺杂剂可以包括作为p型掺杂剂的Mg、Zn、Ca、Sr或Ba。
第二导电半导体层116b可以形成在第一导电半导体层116a上。第二导电半导体层116b可以设置在第一导电半导体层116a和第二电极153(参见图2)之间，用于第一导电半导体层116a和第二电极153之间的欧姆接触(参见图2)。第二导电半导体层116b可以是包括第一导电类型掺杂剂的GaN，用于第一导电半导体层116a和第二电极153之间的欧姆接触的(参见图2)，但是不限于此。第二导电半导体层116b与第二电极153直接接触的表面上可以是平坦的(参见图2)。为此，可以通过2D生长方法形成第二导电半导体层116b。图8是示出实施例的第二导电半导体层的表面的视图。实施例的第二导电半导体层116b可以通过2D生长实现为平坦表面，以提高与第二电极153接触的可靠性(参见图2)。
参照图12，第一电极151和第二电极153可以形成在发光结构110上。在发光结构110中，第一导电类型半导体层112b的一部分可以通过从有源层114、EBL 130、第一导电半导体层116a和第二导电半导体层116b进行台面蚀刻被暴露。
第一电极151可以形成在暴露的第一导电类型半导体层112b上。第一电极151可以电连接到第一导电类型半导体层112b。第一电极151可以与第二电极153电绝缘。
第二电极153可以形成在第二导电半导体层116b上。第二电极153可以电连接到第二导电半导体层116b。
第一电极151和第二电极153可以是导电氧化物，导电氮化物或金属。例如，第一电极151和第二电极153可以包括氧化铟锡(ITO)、ITO氮化物(ITON)、氧化铟锌(IZO)、IZO氮化物(IZON)、氧化铝锌(AZO)、氧化铝镓锌(AGZO)、氧化铟锌锡(IZTO)、氧化铟铝锌(IAZO)、氧化铟镓锌(IGZO)、氧化铟镓锡(IGTO)、氧化锑锡(ATO)、氧化镓锌(GZO)、IZO氮化物(IZON)、ZnO、IrOx、RuOx、NiO、Au、Cu、Ni、Ti、Ti-W、Cr、W、Pt、V、Fe和Mo中的至少一种，并且可以形成为单层或多层。
参照图13，实施例可以是倒装芯片结构，其中第一电极151和第二电极153设置在下部。第一绝缘层161可以暴露第一电极151和第二电极153的下表面的一部分，并且形成在发光结构110上。第一绝缘层161可以与发光结构110的下部接触，其中设置第一电极151和第二电极153。
第一连接电极171和第二连接电极173可以形成在从第一绝缘层161暴露的第一电极151和第二电极153的下表面上。第一连接电极171和第二连接电极173可以通过电镀工艺形成，但不限于此。第一绝缘层161可以是氧化物或氮化物。例如，第一绝缘层161可以是选自包括SiO2、SixOy、Si3N4、SixNy、SiOxNy、Al2O3、TiO2、AlN等的组中的至少一种。
第一连接电极171和第二连接电极173可以是包括Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Cu、Au和Hf中的至少一种金属或是其合金。第一连接电极171和第二连接电极173可以形成为单层或多层，包括金属或合金以及透明导电材料，诸如ITO、IZO、IZTO、IAZO、IGZO、IGTO、AZO或ATO。
第二绝缘层163可以形成在第一绝缘层161下方并且与第一绝缘层161直接接触。第二绝缘层163可以暴露第一连接电极171和第二连接电极173的下部，并且可以形成在第一连接电极171和第二连接电极173的侧部上。第二绝缘层163可以通过在诸如硅树脂或环氧树脂的树脂中添加热扩散剂来形成。热扩散剂可以包括氧化物、氮化物、氟化物和硫化物中的至少一种材料，例如，具有诸如Al、Cr、Si、Ti、Zn和Zr材料的陶瓷材料。热扩散剂可以被定义为粉末颗粒，晶粒，填料或具有预定尺寸的添加剂。可以省略第二绝缘层163。
第一焊盘181和第二焊盘183可以形成在从第二绝缘层163暴露的第一连接电极171和第二连接电极173上。第一焊盘181和第二焊盘183可以是包括Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Cu、Au和Hf中的至少一种金属，或其合金。第一焊盘181和第二焊盘183可以形成为单层或多层，包括金属或合金以及透明导电材料，诸如ITO、IZO、IZTO、IAZO、IGZO、IGTO、AZO或ATO。
一个实施例包括设置在第一导电类型半导体层112b上的衬底101，但不限于此。例如，可以通过激光剥离(LLO)工艺去除衬底101。这里，LLO工艺是这样的工艺，其使得激光照射到衬底101的下表面以将衬底101和发光结构110彼此分离。在根据实施例的发光器件100中，可以去除衬底101和AlN模板层111，但是不限于此。
实施例的紫外发光器件100可具有17nm或更小的半高全宽(FWHM)。通常，20nm或更大的FWHM紫外发光器件在300nm或更小，特别是298nm或更小，破坏DNA、蛋白质等，因此难以应用于诸如Atopy处理的医疗设备。在一个实施例中，有源层114的每个量子阱层可以包括每个量子墙层的厚度的10％至25％的厚度，以实现17nm或更小的FWHM，因此可以提高应用于医疗设备的紫外发光器件的可靠性。
实施例的有源层114和EBL 130可以改善光功率并提高光效率。
在一个实施例中，EBL 130设置在有源层114上以提高载流子注入效率，从而实现100mA或更高的高电流驱动。具体地，在一个实施例中，通过具有比第一势垒层131和第二势垒层137更高的Al组分的EBL130结构，第一中间势垒层133和第二中间势垒层135可以实现100mA或更高的高电流驱动的295至315nm的UVB。
在一个实施例中，第一半导体层112a、第一超晶格层120a、第一导电类型半导体层112b和第二超晶格层120b可以包括在衬底101和有源层114之间以改善缺陷，从而可以提高发光效率。
在一个实施例中，通过有源层114包括厚度为量子墙层厚度的10％至25％量子阱层，可以改善光功率。
在一个实施例中，通过具有40nm或更大的厚度的第一导电半导体层116a，可以改善可靠性。
图14是示出根据实施例的发光器件封装的平面图。
如图14所示，实施例的发光器件封装200可以包括发光器件100、封装体201、散热框210、保护装置260、第一引线框220和第二引线框230。
封装体201可以包括透光材料、反射材料和绝缘材料中的至少一种。对于从发光器件100发射的光，封装体201可以包括反射率高于透射率的材料。封装体201包括诸如陶瓷材料的绝缘材料。陶瓷材料包括同时共烧的低温共烧陶瓷(LTCC)或高温共烧陶瓷(HTCC)。封装体201的材料可以是例如AIN，并且可以由具有140W/mK或更高的导热率的金属氮化物形成。封装体201可以是基于树脂的绝缘材料。例如，封装体201可以由诸如聚邻苯二甲酰胺(PPA)、环氧树脂或硅树脂材料、硅(Si)、金属材料、光敏玻璃(PSG)、蓝宝石(Al2O3)和印刷电路板(PCB)的树脂材料中的至少一种形成。当俯视时，封装体201可以具有例如正方形形状，但是不限于此。封装体201的俯视图可以是圆形或多边形。
封装体201可以连接到第一引线框220和第二引线框230。封装体201可以包括暴露第一引线框220和第二引线框230的上表面的一部分的腔203。腔203可以形成为凹槽，其中封装体201的上部凹入或凹陷。腔203可以暴露第一引线框220的上表面的一部分并且可以暴露第二引线框230的上表面的一部分。第一引线框220和第二引线框230可以设置在腔203的底部。第一引线框220和第二引线框230可以设置成在腔203的底部彼此间隔开，并且其至少一部分可以通过通孔结构延伸进封装体201中或延伸到封装体201的底部。第一引线框220可以包括弯曲形状，该弯曲形状与腔203的至少两个侧表面相邻并且沿着两个相邻的侧表面延伸。第二引线框230包括其中设置有发光器件100的第一引线部分231a，设置在第一引线部分231a外部的第二引线部分231b，以及第三引线部分231c。第一引线部分231a的顶表面面积可以大于第一引线框220的顶表面面积，因此可以提高散热效率。第一引线部分231a可以设置在第二引线部分231b和第一引线框220之间。第一引线部分231a可以设置在腔203的底部中心。第一引线部分231a可以通过导线100W2电连接到发光器件100。相对于发光器件100，第二引线部分231b可以设置在第一引线框220的相对侧，并且可以沿着其他两个侧表面具有弯曲形状。第二引线部分231b和第一引线框220中的至少一个可以用导线连接到发光器件100。
根据实施例的发光器件100可以设置在腔203的底部。用于保护发光器件100的保护装置260可以设置在腔203中。
第一引线部分231a可以暴露于腔203的中心区域，第二引线部分231b可以与第一引线框220对角对称，以对应于第一引线框220的形状，第三引线部分231c可以设置在腔203的边缘区域和对角边缘区域中，其中安装有保护装置260。第一至第三引线部分231a、231b和131c可以在腔203的底表面处暴露，并且包括第二引线框230的上表面的面积和宽度的形状可以进行各种改变。
第一引线框220和第二引线框230可以以预定距离彼此间隔开并且与封装体201连接。根据实施例的发光器件100可以设置在第二引线框230上。在第一引线框220中，可以连接连接到发光器件100的第一导线100W1。保护装置260可以设置在第二引线框230的第三引线部分231c上，并且可以通过导线260W连接到第一引线框220。第三引线部分231c可以设置为一个或多个，并且可以设置为以预定距离与第一引线框220的两端间隔开。第三引线部分231c可以设置在比腔203的底部更低的深度处，以在设置保护装置260时，通过保护装置260减少光学损失。第一引线框220可以具有与第二引线部分231b对称的对角弯曲结构，但是不限于此。
第一引线框220和第二引线框230可以包括导电材料。例如，第一引线框220和第二引线框230可以包括钛(Ti)、铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)、铬(Cr)、钽(Ta)、锡(Sn)、银(Ag)、磷(P)、铁(Fe)、锡(Sn)、锌(Zn)和铝(Al)中的至少一种，并且可以由多个层形成。例如，实施例的第一引线框220和第二引线框230可以由包括铜(Cu)的基层和覆盖基层的包括银(Ag)的抗氧化层构成，但是不限于此。
散热框210可以包括第一引线电极211和第二引线电极213，第一引线电极211可以包括连接到第一导线100W1的第一焊盘部分211a，第二引线电极213可以包括连接到第二导线100W2的第二焊盘部分213a。在散热框210中，第一引线电极211和第二引线电极213设置在陶瓷主体或绝缘材料主体上，并且根据实施例的发光器件100设置在第一引线电极211和第二引线电极213上。发光器件100可以倒装接合到第一引线电极211和第二引线电极213，或者可以用一根或多根导线连接。第一引线电极211和第二引线213的面积可以大于散热框210的主体上的发光器件100的面积，以提高散热效率并且经由封装体201进行热传导。散热框210可以用粘合剂粘附到腔203的底部，但不限于此。
发光器件100可以安装在散热框210上。发光器件100可以包括图1至图13的技术特征。
保护装置260可以设置在第三引线部分231c上。保护装置260可以设置在从封装体201暴露的第二引线框230的上表面上。保护装置260可以是齐纳二极管，晶闸管，瞬态电压抑制(TVS)等，但是不限于此。实施例的保护装置260将被描述为保护发光器件100免受静电放电(ESD)的齐纳二极管。保护装置260可以经由导线连接到第一引线框220。
图15是示出根据实施例的具有图1的发光器件或图14的发光器件封装的发光模块的透视图，图16是示出图15的发光模块的发光单元的平面图，以及图17是示出实施例的发光模块的光均匀性的图。
如图15和图16所示，实施例的发光模块10可以包括发光单元20、第一散热部件30和第二散热部件40。一个实施例限制第一散热部件30和第二散热部件40的配置，但是不限于此。一个实施例需要具有高可靠性的发光模块10，用于具有高效UVB波长的医学治疗。另外，如图17所示，需要具有能够实现在目标区域TA70％或更高的光均匀性的发光模块10，同时减少发光器件封装200的数量，从而减小整体尺寸和制造成本。为此，实施例可以具有200mA或更高的高电流驱动和17nm或更小的半高全宽(FWHM)，并且从发光单元20发射的光可以在目标区域TA具有70％或更高的均匀性。这里，相对于在目标区域中照度最大化的中心区域和照度最小化的边缘区域，均匀性可以被定义为最小照度(Min)/最大照度(Max)。
如图15和图16所示，第一散热部件30可以设置在发光单元20的后表面处。第一散热部件30可以与发光单元20直接接触并且可以散发从发光单元产生的热。第一散热部件30可以是例如散热器，但不限于此。第一散热部件30可以包括多个散热鳍。这里，多个散热鳍可以增加散热面积以提高散热效率。
第二散热部件40可以设置在第一散热部件30的后表面处。第二散热部40可以与第一散热部件30直接接触。第二散热部件40可以包括将在第一散热部件30处传递的热量散发到外部的功能。例如，第二散热部件40可以包括使用空气对流的冷却风扇，但不限于此。
实施例的发光单元20可以包括电路板21和多个发光器件封装200。多个发光器件封装200可以安装在电路板21的前表面。这里，电路板21可以在其后表面处与第一散热部件30接触。在电路板21的尺寸中，第一方向上的长度C1可以与第二方向上的长度C2相同或不同。电路板21的长度C1和长度C2可以是发光器件封装200的长度200W的四倍或五倍。电路板21可以包括树脂基的印刷电路板(PCB)、金属芯PCB、柔性PCB、陶瓷PCB和FR-4基板。
多个发光器件封装200可以发射300至320nm的UVB波长，其由100mA或更高的高电流驱动。具体地，多个发光器件封装200可以实现具有17nm或更小的半高全宽(FWHM)的有效波长用于光学治疗(300至320nm)。通常，20nm或更大的FWHM紫外发光器件在300nm或更小，特别是298nm或更小，破坏DNA、蛋白质等，因此难以应用于诸如Atopy处理的医疗设备。实施例的发光器件封装200可以实现17nm或更小的半高全宽(FWHM)，以提高用于光学治疗的发光模块10的可靠性。
如图16和图17所示，实施例的发光模块10可以在目标区域TA中实现70％或更高的光均匀性，在目标区域TA中投射从发光器件封装200发射的紫外波长的光。相对于在目标区域TA中照度最大化的中心区域和照度最小化的边缘区域，光均匀性可以被定义为最小照度(Min)/最大照度(Max)。例如，目标区域TA可以与发光模块10的发光单元20间隔开20mm并且具有30mm的宽度Y1和宽度X1，但是不限于此。目标区域TA可以具有10至30mm的宽度Y1和宽度X1。具体地，用于光学治疗的目标区域TA可以具有70％或更高的均匀性，其被定义为最小照度(Min)/最大照度(Max)，以及10mW/cm2或更大的最小Min照度。当光均匀性小于70％时，由于目标区域TA的中心部分和边缘区域之间的照射差异，光学治疗的可靠性可能恶化。
多个发光器件封装200可以在第一方向X-X'上具有第一间距P1，并且可以在与第一方向X-X'正交的第二方向Y-Y'上具有第二间距P2。第一间距P1和第二间距P2可以是目标区域TA的宽度Y1和宽度X1的30％至50％。第一间距P1和第二间距P2可以是10mm或更大。第一间距P1和第二间距P2可以是10至15mm。第一间距P1和第二间距P2可以相同，但不限于此。例如，第一间距P1和第二间距P2可以彼此不同。例如，实施例可以包括具有10mm的第一间距P1和第二间距P2的25个发光器件封装200，以便在以20mm间隔并且具有30mm宽度Y1和宽度X1的目标区域TA中实现70％或更高的均匀性。这里，每个发光器件封装200可以具有10mW或更大的发光强度Po。将参考图6至图19详细描述发光器件封装200。
通过实现提供给目标区域TA70％或更高的紫外波长的均匀性，实施例可以提高用于光学治疗的发光模块10的可靠性。
通过实现200mA或更高的高电流驱动的有效波长(300至320nm)的紫外波长用于光学治疗，实施例可以提高用于光学治疗的发光模块10的可靠性。
实施例可以提供能够提高具有17nm或更小的半高全宽(FWHM)的治疗紫外波长的可靠性的发光模块和医疗设备。
在一个实施例中，在具有70％或更高的光均匀性和目标区域TA的宽度Y1和X1的30％到50％的间距的多个发光器件封装200中，发光器件封装200的总数可以减少，使得发光模块10的尺寸可以减小，从而可以降低制造成本。
图18是示出具有发光模块的医疗设备的截面图，作为另一个实施例，图19是示出另一实施例的发光模块的光均匀性的图。
如图16、图18和图19所示，包括发光模块10的医疗设备70可以在圆形目标区域TA具有从发光单元20发射的光的70％或更高的均匀性。这里，另一实施例的发光模块的边缘区域的最小Min照度是恒定的，使得另一实施例可具有比图16和图17实施例的发光模块更高的均匀性。这里，图17的实施例的发光模块的最小Min照度局部出现在矩形目标区域的边缘区域中。因此，另一实施例的发光模块可以改善目标区域TA的均匀可靠性。发光单元20和另一实施例的第一散热部件30和第二散热部件40的配置可以采用图17至图19的发光模块20的技术特征。
医疗设备70是UV灯，其需要具有高效UVB波长的高度可靠的发光模块用于医学治疗。另外，在另一实施例中，需要实现70％或更高均匀性的目标区域，并且减少包括在发光模块中的发光器件封装的数量，以便减小医疗设备70的尺寸并降低制造成本。为此，实施例可以具有200mA或更高的高电流驱动和17nm或更小的半高全宽(FWHM)，并且从发光单元20发射的光可以在圆形目标区域TA具有70％或更高的均匀性。这里，相对于在目标区域中照度最大化的中心区域和照度最小化的边缘区域，均匀性可以被定义为最小照度(Min)/最大照度(Max)。
医疗设备70可以包括光学补偿器60。光学补偿器60可以设置在发光单元20上。光学补偿器60可以设置在医疗设备70的光输出区域。光学补偿器60可以包括第一至第三补偿器61、63和65。第一补偿器61可以设置在第二补偿器63上。第一补偿器61可以包括漫射光的功能。第一补偿器61可包括特氟隆，但不限于此。第一补偿器61可以由具有高透光率和优异的防潮效率的材料制成。
第二补偿器63可以设置在第一补偿器61下面，并且可以设置在发光单元20上。从发光单元20发射的光可以直接照射到第二补偿器63。第二补偿器63可以包括透光性优异的材料。另外，第二补偿器63可以包括漫射光的功能。例如，第二补偿器63可包括玻璃材料。第二补偿器63可以由例如透明材料形成，诸如LiF、MgF2、CaF2、BaF2、Al2O3、SiO2或光学玻璃(N-BK7)。SiO2可以是四方晶系或紫外熔融石英。此外，第二补偿器63可以是低铁玻璃。
第三补偿器65可以包括围绕和扩展第一补偿器61和第二补偿器63的外边缘的功能。第三补偿器65可以包括将光漫射为环型的功能。第一补偿器61和第二补偿器63可以设置在第三补偿器65的开口区域65a中。也就是说，第三补偿器65可以连接到第一补偿器61和第二补偿器63的圆周。第二补偿器63的面积或第一方向上的宽度可以比第一补偿器61的面积或者在第一方向上的宽度宽。
在另一实施例中，包括第一至第三补偿器61、63和65的光学补偿器60可设置在发光模块上，以将从发光单元20发射的光漫射到目标区域TA，因此可以改善均匀性。
光学补偿器60可以连接到壳体69的上部开口区域69a，并且其至少一部分可以突出。壳体69的内部可以设置有内部支撑件67和68，并且可以包括用于支撑发光单元20的外部的下支撑件68和用于反射来自上部的光的上支撑件67。上支撑件67可以设置在光学补偿器60的第三补偿器65的外侧下面，使得第三补偿器65与壳体69紧密接触。这里，发光单元20的俯视图可以具有如图16所示的圆形或多边形，内支撑件67和68的内孔的形状可根据这种形状而不同。
发光单元20包括多个发光器件封装200。多个发光器件封装200可以发射300至320nm的UVB波长。多个发光器件封装200可以具有300至320nm的各种波长。多个发光器件封装200可以选择性地使用各种波长进行光学治疗和实验。为此，多个发光器件封装200可以具有至少两个不同的波长。例如，发光器件封装200的一部分可以发射300至315nm的波长，并且发光器件封装的另一部分可以发射315至320nm的波长。多个发光器件封装200可以发射300至320nm的UVB波长，其由100mA或更高的高电流驱动。具体地，多个发光器件封装200可以实现具有17nm或更小的半高全宽(FWHM)的有效波长用于光学治疗(300至320nm)。通常，20nm或更大的FWHM紫外发光器件在300nm或更小，特别是298nm或更小，破坏DNA、蛋白质等，因此难以应用于诸如Atopy处理的医疗设备。实施例的发光器件封装200可以实现17nm或更小的半高全宽(FWHM)，以提高用于光学治疗的发光模块10的可靠性。
如图19所示，另一实施例的发光模块可以在圆形目标区域TA实现70％或更高的均匀性，紫外波长的发射光透射到所述的圆形目标区域TA。光均匀性可以被定义为最小照度(Min)/最大照度(Max)，其相对于在圆形目标区域TA照度最大化的中心区域和照度最小化的边缘区域。例如，圆形目标区域TA可以与发光模块10的发光单元20间隔开20mm并且具有30mm的直径Y2，但是不限于此。圆形目标区域TA可以具有10至40mm的直径Y2。具体地，用于光学治疗的圆形目标区域TA可以具有70％或更高的均匀性，其被定义为最小照度(Min)/最大照度(Max)，以及具有10mW/cm2或更大的最小Min照度。
当均匀性小于70％时，由于圆形目标区域TA的中心部分和边缘区域之间的照射差异，光学治疗的可靠性可能恶化。
参照图16，多个发光器件封装200可以在第一方向X-X'上具有第一间距P1，并且可以在与第一方向X-X'正交的第二方向Y-Y'上具有第二间距P2。第一间距P1和第二间距P2可以是圆形目标区域TA的直径Y2的30％至50％。第一间距P1和第二间距P2可以是10mm或更大。第一间距P1和第二间距P2可以是10至15mm。第一间距P1和第二间距P2可以相同，但不限于此。例如，第一间距P1和第二间距P2可以彼此不同。例如，实施例可以包括具有10mm的第一间距P1和第二间距P2的25个发光器件封装200，以便在以20mm与医疗设备70间隔开的并且具有30mm直径Y2的圆形目标区域TA中实现70％或更高的均匀性。这里，每个发光器件封装200可以具有10mW或更大的发光强度Po。
通过将在目标区域TA处提供的紫外波长的均匀性实现为70％或更高，另一个实施例可以改善用于光学治疗的医疗设备70的可靠性。
通过实现200mA或更高的高电流驱动的具有有效波长(300至320nm)的紫外波长用于光学治疗，另一个实施例可以提高用于光学治疗的医疗设备70的可靠性。
另一个实施例可以提供医疗设备70，其能够提高半高全宽(FWHM)为17nm或更小的治疗紫外波长的可靠性。
在另一个实施例中，在具有70％或更高的光均匀性和圆形目标区域TA的直径Y2的30％到50％的间距的多个发光器件封装200中，发光器件封装200的总数可以减少，使得发光模块的尺寸可以减小，从而可以降低制造成本。因此，另一实施例可以减小医疗设备70的尺寸和制造成本。
根据实施例的发光器件，封装和具有该发光器件的发光模块可以应用于医疗设备、照明单元、指示装置、灯、路灯、车辆照明装置、车辆显示装置、智能手表等，但不限于此。
上述实施例中描述的特征、结构和效果包括在至少一个实施例中，但不限于一个实施例。此外，本领域技术人员可以针对其他实施例组合或修改每个实施例中示出的特征、结构和效果。因此，应该理解的是与这种组合和这种修改有关的内容包括在本发明的范围内。
以上主要描述了实施例。然而，它们仅是示例，并不限制本发明。本领域技术人员可以理解，在不脱离实施例的必要特征的情况下，可以进行上面未呈现的若干变型和应用。例如，可以改变实施例中具体表示的每个组件。另外，应该理解，与这种变化和这种应用相关的差异包括在以下权利要求中限定的本发明的范围内。
工业适用性
根据本发明的紫外发光器件可用于各种医学和治疗领域。
根据本发明的UVB发光器件可用于医疗设备。
根据本发明的发光器件可用于生物医学光学治疗设备。

Claims (20)

1.一种发光器件，包括：
AlN模板层；
第一超晶格层，设置在所述AlN模板层上；
第二超晶格层，设置在所述第一超晶格层上；
第一半导体层，设置在所述第一超晶格层和第二超晶格层之间；
第一导电类型半导体层，设置在所述第二超晶格层上；
有源层，设置在所述第一导电类型半导体层上，并具有量子阱层和量子墙层；
电子阻挡层，设置在所述有源层上；以及
第二导电类型半导体层，设置在所述电子阻挡层上，
其中，所述第一超晶格层包括具有AlN半导体的第一层和具有AlGaN基半导体的第二层，
所述第一半导体层包括AlGaN基半导体，
所述第二超晶格层包括具有AlGaN基半导体的第三层和具有AlGaN基半导体的第四层，
所述第一层和第二层交替地设置在所述第一超晶格层中，
所述第三层和第四层交替地设置在所述第二超晶格层中，
所述第一半导体层、第二层和第三层中的每一个的铝的组分与镓(Ga)的组分相等或更多，
其中，所述第一半导体层、第二层和第三层中的每一个的镓的组分与铝的组分之间的差异为10％或更小，
其中，所述第三层和第四层、以及所述第一半导体层具有Alx≥Gay的组分比关系，并且Alx和Gay的组分比的差异为10％或更小，其中Alx是Al组分比且Gay是Ga组分比，
所述第一半导体层的厚度大于所述第一超晶格层中具有所述第一层和第二层的单个对的厚度，并且
所述有源层发射紫外线。
2.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述第一半导体层、第二层和第三层的铝组分为50％或更多。
3.根据权利要求2所述的发光器件，其中所述第一半导体层、第二层和第三层具有AlxGa1-xN、其中0.5≤x≤0.6的组成式，并且所述第四层具有AlbGa1-bN、其中0.45≤b≤0.55的组成式。
4.根据权利要求3所述的发光器件，其中所述第一导电类型半导体层具有AlzGa1-zN、其中0.45≤z≤0.55的组成式，
所述有源层的量子阱层由AlGaN基半导体形成，所述量子墙层由AlGaN基半导体形成，并且
所述量子墙层的铝组分比所述量子阱层的铝组分高20％或更多。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的发光器件，其中所述量子阱层的厚度为所述量子墙层厚度的25％或更小，并且
所述有源层产生295nm至315nm的光。
6.根据权利要求5所述的发光器件，其中所述电子阻挡层包括多个势垒层和多个阱层，
所述多个势垒层包括AlGaN基半导体，
所述多个阱层包括AlGaN基半导体，
所述多个势垒层中的每一个具有高于所述多个阱层中的每一个的铝组分，
所述多个势垒层中的每一个具有高于所述有源层的量子墙层的铝组分，
所述多个阱层中的每一个具有低于所述有源层的量子墙层的铝组分；并且
所述多个势垒层包括位于所述有源层上的第一势垒层和位于所述第二导电类型半导体层下面的第二势垒层。
7.根据权利要求6所述的发光器件，其中所述多个阱层设置在所述第一势垒层和第二势垒层之间，
所述多个势垒层包括设置在所述第一和第二势垒层与所述阱层之间的多个中间势垒层，并且
每个中间势垒层的铝组分高于所述第一势垒层和第二势垒层的铝组分。
8.根据权利要求7所述的发光器件，其中所述第一势垒层具有AlpGa1-pN、其中0.50≤p≤0.74的组成式，
所述第二势垒层具有AlqGa1-qN、其中0.50≤q≤0.74的组成式，并且
所述中间势垒层具有AlrGa1-rN、其中0.55≤r≤0.74的组成式。
9.根据权利要求7所述的发光器件，其中所述第一势垒层、第二势垒层和中间势垒层中的每一个均比所述阱层厚，并且具有3nm至10nm的厚度，以及
所述第二导电类型半导体层的表面粗糙度是1nm或更小。
10.根据权利要求7所述的发光器件，其中所述多个阱层包括设置在所述第一势垒层与中间势垒层之间的第一阱层、设置在中间势垒层之间的第二阱层、和中间势垒层与所述第二势垒层之间的第三阱层，
所述第一阱层具有AleGa1-eN、其中0.24≤e≤0.45的组成式，
所述第二阱层具有AlfGa1-fN、其中0.24≤f≤0.48的组成式，
所述第三阱层具有AlgGa1-gN、其中0.24≤g≤0.48的组成式，
所述第二导电型半导体层包括位于所述电子阻挡层上的第一导电半导体层和位于所述第一导电半导体层上的第二导电半导体层，以及
所述第一导电半导体层具有AlsGa1-sN、其中0.20≤s≤0.45的组成式。
11.一种发光器件，包括：
AlN模板层；
第一超晶格层，设置在AlN模板层上；
第二超晶格层，设置在第一超晶格层上，
第一半导体层，设置在第一超晶格层和第二超晶格层之间；
第一导电类型半导体层，设置在第二超晶格层上；
有源层，设置在第一导电类型半导体层上，并具有量子阱层和量子墙层；
电子阻挡层，设置在有源层上；以及
第二导电类型半导体层，设置在电子阻挡层上，
其中第一超晶格层包括具有AlN半导体的第一层和具有AlGaN基半导体的第二层，
第一半导体层包括AlGaN基半导体，
第二超晶格层包括具有AlGaN基半导体的第三层和具有AlGaN基半导体的第四层，
第一层和第二层交替地设置在第一超晶格层中，
第三层和第四层交替地设置在第二超晶格层中，
其中，第一超晶格层中的成对的第一层和第二层在10到20对的范围内，
其中，第三层和第四层交替地设置在第二超晶格层中，
其中，第二超晶格层中的成对的第三层和第四层在10到20对的范围内，
其中，第三层的铝组分高于第四层的铝组分，
其中，第一半导体层、第二层和第三层中的每一个的铝组分等于或大于镓的组分，
其中第一半导体层、第二层和第三层中的每一个的镓组分与铝组分之间的差异为10％或更小，
其中，所述第三层和第四层、以及所述第一半导体层具有Alx≥Gay的组分比关系，并且Alx和Gay的组分比的差异为10％或更小，其中Alx是Al组分比且Gay是Ga组分比，
第一半导体层的厚度大于第一超晶格层中具有第一层和第二层的单对的厚度，并且
有源层发射紫外光。
12.根据权利要求11所述的发光器件，其中第一半导体层、第二层和第三层的Al组分为50％或更多。
13.根据权利要求11所述的发光器件，其中第一半导体层、第二层和第三层具有AlxGa1- xN的组成式，其中0.5≤x≤0.6，以及
其中第四层具有AlbGa1-bN的组成式，其中0.45≤b≤0.55。
14.根据权利要求11所述的发光器件，有源层产生295nm至315nm的光。
15.根据权利要求11所述的发光器件，其中第一导电类型半导体层具有AlzGa1-zN的组成式，其中0.45≤z≤0.55，
有源层的量子阱层由AlGaN基半导体形成，量子墙层由AlGaN基半导体形成，以及
其中，量子阱层的厚度是量子墙层的厚度的25％或更少，以及
其中，量子墙层的Al组分比量子阱层的Al组分高20％或更多。
16.根据权利要求14所述的发光器件，其中电子阻挡层包括多个势垒层和多个阱层，
其中，多个势垒层包括AlGaN基半导体，
其中，多个阱层包括AlGaN基半导体，
其中，多个势垒层中的每一个具有高于多个阱层中的每一个的Al组分，
以及
其中，多个势垒层中的每一个具有高于有源层的量子墙层的Al组分。
17.根据权利要求11所述的发光器件，其中电子阻挡层包括多个势垒层和多个阱层，
其中，多个势垒层包括AlGaN基半导体，
其中，多个阱层包括AlGaN基半导体，
其中，有源层的量子阱层由AlGaN基半导体形成，
其中，有源层的量子墙层由AlGaN基半导体形成，
其中，多个阱层中的每一个具有低于有源层的量子墙层的Al组分；以及
其中，多个势垒层包括有源层上的第一势垒层和第二类型导电半导体层下面的第二势垒层，
其中，第一势垒层具有AlpGa1-pN的组成式，其中，0.50≤p≤0.74，及
第二势垒层具有AlqGa1-qN的组成式，其中，0.50≤q≤0.74。
18.根据权利要求17所述的发光器件，其中多个阱层设置在第一势垒层和第二势垒层之间，
其中，多个势垒层包括设置在第一和第二势垒层与阱层之间的多个中间势垒层，
其中，每个中间势垒层的铝组分高于第一和第二势垒层的铝组分，以及
其中，中间势垒层具有AlrGa1-rN的组成式，其中，0.55≤r≤0.74。
19.根据权利要求17所述的发光器件，其中第一势垒层、第二势垒层和中间势垒层中的每一个比阱层厚，并且具有3nm至10nm的厚度，以及
其中，第二导电类型半导体层的表面粗糙度是1nm或更小。
20.根据权利要求11所述的发光器件，包括在AlN模板层下面的衬底，
其中，AlN模板层设置在衬底和AlN模板层之间，
第一导电类型半导体层具有AlzGa1-zN的组成式，其中，0.45≤z≤0.55，
其中，量子阱层由AlGaN基半导体形成，
其中，量子墙层由AlGaN基半导体形成，
第二导电类型半导体层包括具有AlsGa1-sN组成式的第一导电半导体层，其中，0.20≤s≤0.45，
其中，第一导电类型半导体层包括n型掺杂剂，以及
其中，第二导电类型半导体层包括p型掺杂剂。
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