JP6948494B2 - 紫外線発光素子及び発光素子パッケージ - Google Patents

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Description

実施例は、紫外線発光素子、紫外線発光素子の製造方法、発光素子パッケージ及び照明装置に関する。
発光素子(Light Emitting Device)は、電気エネルギーが光エネルギーに変換される特性のp−n接合ダイオードを周期律表上で3族−5族元素または2族−6族元素が化合されて生成され得、化合物半導体の組成比を調節することによって多様な色相の具現が可能である。
窒化物半導体は、高い熱的安定性と幅広いバンドギャップエネルギーによって光素子及び高出力電子素子開発分野で大きい関心を集めている。特に、窒化物半導体を用いた紫外線(UV)発光素子、青色(Blue)発光素子、緑色(Green)発光素子、赤色(Red)発光素子などは常用化されて広く使用されている。
前記紫外線発光素子(UV LED)は、200nm〜400nm波長帯の光を発光する発光素子である。前記紫外線発光素子は用途によって短波長及び長波長で構成される。前記短波長は殺菌または浄化などに使用され、長波長は露光機または硬化器などに使用され得る。
一方、紫外線発光素子は、光抽出効率を向上させるためにPEC(Photo electro chemical)などの方法でn型半導体層に光抽出パターンを形成している。
しかし、n型半導体層は、前記光抽出パターンのオーバーエッチングが発生することがあり、前記オーバーエッチングはショートを引き起こす。すなわち、一般的なn型半導体層のPECによる光抽出パターンは、ショートなどによる歩留り低下の問題があった。
一方、一般的な紫外線発光素子は、電極と隣接した領域で電流が集中される問題があった。
実施例は、電流広がり(electron spreading)を改善することができる紫外線発光素子、紫外線発光素子の製造方法、発光素子パッケージ及び照明装置を提供することができる。
また、実施例は、欠陥を改善することができる紫外線発光素子、紫外線発光素子の製造方法、発光素子パッケージ及び照明装置を提供することができる。
実施例による紫外線発光素子は、光抽出構造を有する第1導電型第1半導体層と、前記第1導電型第1半導体層上にエッチング遮断層と、前記エッチング遮断層上に第1導電型第2半導体層と、前記第1導電型第2半導体層上に活性層と、前記活性層上に第2導電型半導体層と、前記エッチング遮断層と前記活性層との間に配置された電流広がり層とを含み、前記電流広がり層は、第1導電型またはアンドープ(undoped)AlGaN系またはGaN系の半導体層、アンドープAlN及び第1導電型AlGaN系の第2半導体層を含み、第1導電型またはアンドープAlGaN系またはGaN系の半導体層とアンドープAlNの格子定数の差によるピエゾエレクトリック(piezo−electric)による内部場(internal field)を発生させることで、前記1導電型またはアンドープAlGaN系またはGaN系の半導体層とアンドープAlNとの界面で電子広がりを誘導することによって、電流広がり(electron spreading)を改善することができる。
実施例による発光素子パッケージは、前記紫外線発光素子を含むことができる。
実施例の紫外線発光素子は、光抽出パターンの深さを制限してショートによる歩留まりの低下を改善することができる。
また、実施例の紫外線発光素子は、結晶性を向上させることができる。
また、実施例の紫外線発光素子は、電流広がりを改善することができる。
実施例による紫外線発光素子を示す平面図である。 図1のI−I’ラインに沿って切断した紫外線発光素子の断面図である。 実施例のエッチング遮断層及び電流広がり層を示す断面図である。 実施例のエッチング遮断層及び電流広がり層のエネルギーバンドギャップダイヤグラムを示す図面である。 実施例による紫外線発光素子の製造方法を示す断面図である。 実施例による紫外線発光素子の製造方法を示す断面図である。 実施例による紫外線発光素子の製造方法を示す断面図である。 実施例による紫外線発光素子の製造方法を示す断面図である。 実施例による紫外線発光素子の製造方法を示す断面図である。 他の実施例による紫外線発光素子を示す断面図である。 他の実施例のエッチング遮断層及び電流広がり層を示す断面図である。 実施例による発光素子パッケージを示す断面図である。
発明の実施するための形態
実施例の説明において、各層(膜)、領域、パターンまたは構造物が基板、各層(膜)、領域、パッドまたはパターンの「上/うえ(on/over)」に、または「下/した(under)」に形成されるものと記載される場合において、「上/うえ(on/over)」と「下/した(under)」は、「直接(directly)」または「他の層を介在して(Indirectly)」形成されるものをすべて含む。また、各層の上/うえ、または、下/したに対する基準は、図面を基準として説明する。
図1は、実施例による紫外線発光素子を示す平面図であり、図2は、図1のI−I’ラインに沿って切断した紫外線発光素子の断面図であり、図3は、実施例のエッチング遮断層及び電流広がり層を示す断面図であり、図4は、実施例のエッチング遮断層及び電流広がり層のエネルギーバンドギャップダイヤグラムを示す図面である。
図1ないし図4に示したように、実施例による紫外線発光素子100は発光構造物110を含むことができる。
前記発光構造物110は、第1導電型AlGaN系の第1半導体層112a、エッチング遮断層120、電流広がり層130、第1導電型AlGaN系の第2半導体層112b、活性層114及び第2導電型AlGaN系の半導体層116を含むことができる。
前記第1導電型AlGaN系の第1半導体層112a及び第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bは、半導体化合物、例えばII族−IV族及びIII族−V族などの化合物半導体で具現され得、第1導電型ドーパントがド−ピングされ得る。例えば、前記第1導電型AlGaN系の第1半導体層112a及び第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bは、AlGa1−nN(0≦n≦1)の組成式を有する半導体物質を含むことができる。前記第1導電型AlGaN系の第1半導体層112a及び第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bがn型半導体層の場合、n型ドーパントとして、Si、Ge、Sn、Se、Teを含むことができるが、これに限定されものではない。
前記第1導電型AlGaN系の第1半導体層112aは、光抽出効率を向上させる光抽出パターン113を含むことができる。前記光抽出パターン113は、PECなどの方法で形成され得、これに限定されるものではない。前記光抽出パターン113は、規則的な形状及び配列を有するように形成することができ、不規則的な形状及び配列を有するように形成することもできる。前記光抽出パターン113は、活性層114から生成された光が前記第1導電型AlGaN系の第1半導体層112aの上部面から全反射され、再吸収される光を外部に屈折させて光抽出効率を向上させることができる。
前記第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bの厚さは、1500nm以上であり得る。例えば、前記第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bの厚さは、1500nmないし2500nmであり得るが、これに限定されるものではない。
前記エッチング遮断層120は、前記光抽出パターン113の形成深さを制限することができる。例えば、前記エッチング遮断層120は、AlN120a及び第1導電型AlGaN系の第3半導体層120bを含むことができる。ここで、前記AlN120aは、第1導電型ドーパントを含むことができるが、これに限定されるものではない。前記AlN120aのAlは、前記第1導電型AlGaN系の第1半導体層112aのGaより結合エネルギーが大きい。これによりエッチング遮断層120のエッチング速度は、前記第1導電型AlGaN系の第1半導体層112aのエッチング速度より遅くなり得る。したがって、前記第1導電型AlGaN系の第1半導体層112aのエッチングによる光抽出パターン113が形成されるうちにエッチング遮断層120の遅いエッチング速度によって前記光抽出パターン113は前記エッチング遮断層120を貫通する深さを有することが困難となる。前記エッチング遮断層120は、AlN120a及び第1導電型AlGaN系の第3半導体層120bが5ペア以上交互するように形成され得る。例えば前記エッチング遮断層120は前記AlN120a及び第1導電型AlGaN系の第3半導体層120bが5ペアないし15ペア以上交互するように形成され得る。前記エッチング遮断層120は、前記AlN120a及び第1導電型AlGaN系の第3半導体層120bが5ペア未満の場合、エッチング遮断効果が低下し得る。前記エッチング遮断層120は、前記AlN120a及び第1導電型AlGaN系の第3半導体層120bが15ペア超過の場合、格子定数の差によって結晶性が低下し得る。
前記AlN120aの厚さは、0.5nm以上であり得る。例えば、前記AlN120aの厚さは、0.5nmないし3nmであり得る。前記AlN120aの厚さが0.5nm未満の場合、エッチング遮断効果が低下し得る。前記AlN120aの厚さが3nm超過の場合、格子の小さいAlN120aによって結晶性が低下し、キャリア注入効率が低下し得る。
前記第1導電型AlGaN系の第3半導体層120bの厚さは、1nm以上であり得る。例えば、前記第1導電型AlGaN系の第3半導体層120bの厚さは、1nmないし5nmであり得る。前記第1導電型AlGaN系の第3半導体層120bの厚さが1nm未満の場合、電流広がり効果が低下し、前記第1導電型AlGaN系の第3半導体層120bの厚さが5nm超過の場合、結晶性が低下し得る。前記第1導電型AlGaN系の第3半導体層120bは、AlGa1−aN(0.4≦a≦0.8)であり得る。アルミニウム(Al)組成aが0.4未満の場合、エッチング遮断効果が低下し、アルミニウム(Al)組成aが0.8を超過する場合、結晶性が低下し得る。
前記エッチング遮断層120の全体厚さは、15nmないし25nmであり得る。前記エッチング遮断層120の厚さが15nm未満の場合、電流広がり効果が低下し、前記エッチング遮断層120の厚さが25nm超過の場合、結晶性が低下し得る。
実施例の紫外線発光素子100は、前記第1導電型AlGaN系の第1半導体層112a及び第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bの間にエッチング遮断層120が形成されて光抽出パターン113の深さを制限するので、オーバーエッチングを改善することができる。したがって、実施例の紫外線発光素子は、オーバーエッチングによるショートによる歩留まりの低下を改善することができる。
また、実施例の紫外線発光素子100は、5ペア以上交互するように形成された前記AlN120a及び第1導電型AlGaN系の第3半導体層120bによって欠陥遮断(Dislocation Blocking)効果を含むことができる。
実施例の紫外線発光素子100は、前記エッチング遮断層120の下に電流広がり層130を含むことができる。前記電流広がり層130は、前記エッチング遮断層120より高い温度で形成され得る。前記電流広がり層130は、前記エッチング遮断層120より高い温度で成長して前記エッチング遮断層120の欠陥を改善することができる。
前記電流広がり層130は、前記エッチング遮断層120と前記第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bとの間に配置され得る。前記電流広がり層130は、結晶欠陥を改善すると同時に電流広がりを改善することができる。例えば、前記電流広がり層130は、第1導電型AlGaN系の第4半導体層130a、アンドープAlN130b、第1導電型AlGaN系の第5半導体層130c、及びアンドープAlGaN系の半導体層130dを含むことができる。前記電流広がり層130は、前記第1導電型AlGaN系の第4半導体層130aとアンドープAlN130bとの格子定数の差によるピエゾエレクトリック(piezo−electric)による内部場(internal field)を発生させることによって、前記第1導電型AlGaN系の第4半導体層130aとアンドープAlN130bとの界面で電子広がりを誘導することができる。前記電流広がり層130は、第1導電型AlGaN系の第4半導体層130a、アンドープAlN130b、第1導電型AlGaN系の第5半導体層130c、及びアンドープAlGaN系の半導体層130dが2ペア以上交互され得る。例えば、前記電流広がり層130は、第1導電型AlGaN系の第4半導体層130a、アンドープAlN130b、第1導電型AlGaN系の第5半導体層130c、及びアンドープAlGaN系の半導体層130dが2ペアないし4ペア交互され得る。前記電流広がり層130は、第1導電型AlGaN系の第4半導体層130a、アンドープAlN130b、第1導電型AlGaN系の第5半導体層130c、及びアンドープAlGaN系の半導体層130dが2ペア未満の場合、電流広がり効果が低下し得る。前記電流広がり層130は、第1導電型AlGaN系の第4半導体層130a、アンドープAlN130b、第1導電型AlGaN系の第5半導体層130c、及びアンドープAlGaN系の半導体層130dが4ペア超過の場合、結晶性が低下し得る。
前記第1導電型AlGaN系の第4半導体層130aは、前記エッチング遮断層120とアンドープAlN130bとの間に配置され得る。前記第1導電型AlGaN系の第4半導体層130aは、アンドープAlGaN系の半導体層130d及びアンドープAlN130bの間に配置され得る。前記第1導電型AlGaN系の第4半導体層130aの厚さは5nm以上であり得る。例えば、前記第1導電型AlGaN系の第4半導体層130aの厚さは5nmないし20nmであり得る。前記第1導電型AlGaN系の第4半導体層130aの厚さが5nm未満の場合、電流広がり効果が低下し得る。前記第1導電型AlGaN系の第4半導体層130aの厚さが20nm超過の場合、電流広がり層130の全体厚さが厚くなり得る。ここで、実施例は、前記第1導電型AlGaN系の第4半導体層130aが第1導電型ドーパントを含んでいるが、これに限定されず、前記第1導電型AlGaN系の第4半導体層130aは、アンドープAlGaN系の半導体層であり得る。
前記アンドープAlN130bは、前記第1導電型AlGaN系の第4半導体層130aと、第1導電型AlGaN系の第5半導体層130cとの間に配置され得る。前記アンドープAlN130bは、前記第1導電型AlGaN系の第4半導体層130aと対比してバンドギャップエネルギーが大きくなり得る。前記アンドープAlN130bの厚さは0.5nm以上であり得る。例えば、前記アンドープAlN130bの厚さは0.5nmないし1.5nmであり得る。前記アンドープAlN130bの厚さが0.5nm未満の場合、電流広がり効果が低下し得る。前記アンドープAlN130bの厚さが1.5nm超過の場合、結晶性が低下し得る。
前記第1導電型AlGaN系の第5半導体層130cは、前記アンドープAlN130bとアンドープAlGaN系の半導体層130dとの間に配置され得、アンドープAlGaN系の半導体層130dに行くほどAl組成が漸進的に低くなり得る。前記第1導電型AlGaN系の第5半導体層130cは、前記アンドープAlN130bからアンドープAlGaN系の半導体層130dに行くほどAl組成が漸進的に低くなり、結晶性を改善させることができる。前記第1導電型AlGaN系の第5半導体層130cは、AlGa1−bN(0.25≦b≦0.35)であり得る。アルミニウム(Al)組成bが0.25未満の場合、電流広がり効果が低下し得る。アルミニウム(Al)組成bが0.35を超過する場合、結晶性が低下し得る。前記第1導電型AlGaN系の第5半導体層130cの厚さは15nm以上であり得る。例えば、前記第1導電型AlGaN系の第5半導体層130cの厚さは15nmないし25nmであり得る。前記第1導電型AlGaN系の第5半導体層130cの厚さが15nm未満の場合、電流広がり効果が低下し得る。前記第1導電型AlGaN系の第5半導体層130cの厚さが25nm超過の場合、結晶性が低下し得る。
前記アンドープAlGaN系の半導体層130dは、前記第1導電型AlGaN系の第5半導体層130cと前記第1導電型AlGaN系の第4半導体層130aとの間に配置され得る。前記アンドープAlGaN系の半導体層130dは、前記第1導電型AlGaN系の第5半導体層130cと前記第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bとの間に配置され得る。前記アンドープAlGaN系の半導体層130dの厚さは3nm以上であってもよい。例えば、前記アンドープAlGaN系の半導体層130dの厚さは3nmないし10nmであり得る。前記アンドープAlGaN系の半導体層130dの厚さが3nm未満の場合、電流広がり効果が低下し得る。前記アンドープAlGaN系の半導体層130dは、厚さが10nm超過の場合、動作電圧(Vf)が上昇し得る。
実施例の紫外線発光素子100は、前記エッチング遮断層120と第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bとの間に電流広がり層130が配置されて電流広がり効果を改善することができる。
また、実施例の紫外線発光素子100は、エッチング遮断層120より高い温度で形成される電流広がり層130が前記エッチング遮断層120の形成後に形成されるので、前記エッチング遮断層120による欠陥が第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bに進行されることを遮断して発光素子の結晶性を向上させることができる。
前記活性層114は、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造(MQW:Multi Quantum Well)、量子線(Quantum−Wire)構造、または量子点(Quantum Dot)構造の少なくともいずれか一つに形成され得る。
前記活性層114は、前記第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bを通じて注入される電子または正孔と、前記第2導電型AlGaN系の半導体層116を通じて注入される正孔または電子が互いに結合して、前記活性層114の形成物質によるエネルギーバンド(Energy Band)のバンドギャップ(Band GaP)の差によって光を放出する層である。
前記活性層114は、化合物半導体で構成され得る。前記活性層114は例として II族−IV族及びIII族−V族化合物半導体のうち少なくとも一つで具現され得る。
前記活性層114は、量子井戸と量子壁を含むことができる。前記活性層114が多重量子井戸構造で具現された場合、量子井戸と量子壁が交互に配置され得る。前記量子井戸と量子壁は、それぞれInAlGa1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)の組成式を有する半導体材料に配置され得、またはAlGaN/GaN、AlGaN/AlGaN、InGaN/GaN、InGaN/InGaN、InAlGaN/GaN、GaAs/AlGaAs、InGaAs/AlGaAs、GaP/AlGaP、InGaP/AlGaPのいずれか一つ以上のペア構造で形成され得るが、これに限定されない。
前記第2導電型AlGaN系の半導体層116は、半導体化合物、例えば、II族−IV族及びIII族−V族などの化合物半導体で具現され得、第2導電型ドーパントがド−ピングされ得る。例えば、前記第2導電型AlGaN系の半導体層116はAlpGa1−pN(0≦p≦1)の組成式を有する半導体物質を含むことができる。前記第2導電型AlGaN系の半導体層116がp型半導体層の場合、前記第2導電型ドーパントは、p型ドーパントとして、Mg、Zn、Ca、Sr、Baなどを含むことができる。
前記第1導電型AlGaN系の第1半導体層112a及び第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bはn型半導体層として、前記第2導電型AlGaN系の半導体層116はp型半導体層として説明しているが、前記第1導電型AlGaN系の第1半導体層112a及び第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bをp型半導体層として、前記第2導電型AlGaN系の半導体層116をn型半導体層として形成することもでき、これに限定されるものではない。前記第2導電型AlGaN系の半導体層116上には前記第2導電型とは反対の極性を有する半導体、例えばn型半導体層(図示せず)を形成することができる。これによって、発光構造物110は、n−p接合構造、p−n接合構造、n−p−n接合構造、p−n−p接合構造のうちいずれか一つの構造で具現することができる。
第1電極170は、前記発光構造物110の下に配置され得る。前記第1電極170は、前記発光構造物110と前記第2電極160との間に配置され得る。前記第1電極170は、前記第2導電型AlGaN系列の半導体層116と電気的に連結され得る。前記第1電極170は、前記第2電極160と電気的に絶縁され得る。前記第1電極170は、接触層171、反射層173、キャッピング層175、パッド177を含むことができる。
前記接触層171は、前記第2導電型AlGaN系の半導体層116の下に配置され得る。前記接触層171は、前記第2導電型AlGaN系の半導体層116と直接接触され得る。前記接触層171は、前記第2導電型AlGaN系の半導体層116と前記反射層173との間に配置され得る。前記接触層171は、前記第2導電型AlGaN系の半導体層116と電気的に連結され得る。前記接触層171は、伝導性酸化物、伝導性窒化物または金属であり得る。例えば、前記接触層171は、ITO(Indium Tin Oxide)、ITON(ITO Nitride)、IZO(Indium Zinc Oxide)、IZONIZO Nitride、AZO(Aluminum Zinc Oxide)、AGZO(Aluminum Gallium Zinc Oxide)、IZTO(Indium Zinc Tin Oxide)、IAZO(Indium Aluminum Zinc Oxide)、IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide)、IGTO(Indium Gallium Tin Oxide)、ATO(Antimony Tin Oxide)、GZO(Gallium Zinc Oxide)、IZONIZO Nitride、ZnO、IrOx、RuOx、NiO、In、Au、W、Al、Pt、Ag、Tiのうち少なくとも一つを含むことができる。
前記反射層173は、前記接触層171と前記キャッピング層175との間に配置され得る。前記反射層173は、前記接触層171及びキャッピング層175に電気的に連結され得る。前記反射層173は、前記発光構造物110から入射される光を反射させる機能を含むことができる。前記反射層173は、前記発光構造物110からの光を外部に反射させて光抽出効率を向上させることができる。前記反射層173は、金属であり得る。例えば、前記反射層173は、Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Cu、Au、Hfのうち少なくとも一つを含む金属または合金であり得る。前記反射層173は、前記金属または合金と、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)などの透明伝導性物質の単層または多層であり得る。
前記キャッピング層175は、前記反射層173の下に配置され得る。前記キャッピング層175は、前記反射層173の下部面と直接接触され得る。前記キャッピング層175は、前記パッド177の下に配置され得る。前記キャッピング層175は、前記パッド177と電気的に連結され得る。前記キャッピング層175は、前記パッド177の下部面と直接接触され得る。前記キャッピング層175は、前記パッド177から供給される駆動電源を前記発光構造物110に提供することができる。前記キャッピング層175は、導電性物質であり得る。例えば、前記キャッピング層175は、Au、Cu、Ni、Ti、Ti−W、Cr、W、Pt、V、Fe、Mo物質のうち少なくとも一つを含むことができ、単層または多層に形成され得る。前記キャッピング層175の端は、前記発光構造物110の端よりさらに外側に配置され得る。
前記パッド177は、前記発光構造物110から離隔することができる。前記パッド177は、前記発光構造物110より外側に配置され得る。前記パッド177は、前記発光構造物110より外側に位置する前記キャッピング層175上に配置され得る。前記パッド177は、Cu、Ni、Ti、Ti−W、Cr、W、Pt、V、Fe、Mo物質のうち少なくとも一つを含むことができ、単層または多層に形成され得る。
前記第2電極160は、前記第1電極170の下に配置され得る。前記第2電極160は、前記第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bと電気的に連結され得る。前記第2電極160は、拡散防止層161、ボンディング層163及び支持部材165を含むことができる。前記第2電極160は、前記拡散防止層161、前記ボンディング層163、前記支持部材165の中で1つまたは2つを選択的に含むことができる。例えば、前記第2電極160は、前記拡散防止層161及び前記ボンディング層163のうち少なくとも一つを削除することができる。
実施例の紫外線発光素子100は、前記第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bと接触する前記拡散防止層161の接触部161aと前記電流広がり層130との間の間隔Dが800nm以上であり得る。例えば、前記接触部161aと前記電流広がり層130との間の間隔Dは800nmないし1200nmであり得るが、これに限定されるものではない。
前記拡散防止層161は、前記第1電極170で前記ボンディング層163に含まれた物質の拡散を防止する機能を含むことができる。前記拡散防止層161は、ボンディング層163及び支持部材165と電気的に連結され得る。前記拡散防止層161は、Cu、Ni、Ti、Ti−W、Cr、W、Pt、V、Fe、Mo物質のうち少なくとも一つを含むことができ、単層または多層に形成され得る。
前記ボンディング層163は、前記拡散防止層161の下に配置され得る。前記ボンディング層163は、前記拡散防止層161と前記支持部材165との間に配置され得る。前記ボンディング層163は、バリアー金属またはボンディング金属などを含むことができる。例えば、前記ボンディング層163は、Ti、Au、Sn、Ni、Cr、Ga、In、Bi、Cu、Ag、Nb、PdまたはTaのうち少なくとも一つを含むことができ、単層または多層に形成され得る。
前記支持部材165は、金属またはキャリア基板であり得る。例えば、前記支持部材165は、Ti、Cr、Ni、Al、Pt、Au、W、Cu、Mo、Cu−Wまたは不純物が注入された半導体基板(例:Si、Ge、GaN、GaAs、ZnO、SiC、SiGeなど)のうち少なくともいずれか一つに形成され得、単層または多層に形成され得る。
実施例の紫外線発光素子100は、前記第1導電型AlGaN系の第1半導体層112a及び第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bの間にエッチング遮断層120が形成されて光抽出パターン113の深さをエッチング遮断層120までに制限することによって、第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bにおけるショートによる歩留まりの低下を改善することができる。
また、実施例の紫外線発光素子は、5ペア以上交互するように形成された前記AlN120a及び第1導電型AlGaN系の第3半導体層120bを含むエッチング遮断層120により欠陥遮断効果によって発光構造物110の結晶性を向上させることができる。
実施例の紫外線発光素子100は、前記エッチング遮断層120と第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bとの間に電流広がり層130が配置されて電流広がり効果を改善することができる。
また、実施例の紫外線発光素子100は、エッチング遮断層120より高い温度で形成される電流広がり層130が前記エッチング遮断層120の形成以後に形成されるので前記エッチング遮断層120による欠陥が第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bに進行されることを遮断して発光素子の結晶性を向上させることができる。
図5ないし図9は、実施例による紫外線発光素子の製造方法を示す断面図である。
図3及び図5を参照すると、発光構造物110、接触層171、反射層173、キャッピング層175は基板5上に形成され得る。
前記基板5は、熱伝導性に優れた物質で形成され得、伝導性基板または絶縁性基板であり得る。例えば、前記基板5は、サファイア(Al3)、SiC、Si、GaAs、GaN、ZnO、GaP、InP、Ge、and Gaのうち少なくとも一つを使用することができる。前記基板5上には凹凸構造が形成され得、これに対して限定しない。
前記発光構造物110は、有機金属化学蒸着法(MOCVD;Metal Organic Chemical Vapor Deposition)、化学蒸着法(CVD;Chemical Vapor Deposition)、プラズマ化学蒸着法(PECVD;Plasma−Enhanced Chemical Vapor Deposition)、分子線成長法(MBE;Molecular Beam Epitaxy)、ハイドライド気相成長法(HVPE;Hydride Vapor Phase Epitaxy)などの方法で形成され得るが、これに限定されるものではない。
前記発光構造物110は、第1導電型AlGaN系の第1半導体層112a、エッチング遮断層120、電流広がり層130、第1導電型AlGaN系の第2半導体層112b、活性層114及び第2導電型AlGaN系の半導体層116を含むことができる。
前記第1導電型AlGaN系の第1半導体層112a及び第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bは、半導体化合物、例えば、II族−IV族及びIII族−V族などの化合物半導体で具現され得、第1導電型ドーパントがド−ピングされ得る。例えば、前記第1導電型AlGaN系の第1半導体層112a及び第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bは、AlGa1−nN(0≦n≦1)の組成式を有する半導体物質を含むことができる。前記第1導電型AlGaN系の第1半導体層112a及び第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bがn型半導体層の場合、n型ドーパントとして、Si、Ge、Sn、Se、Teを含むことができるが、これに限定されるものではない。
前記第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bの厚さは1500nm以上であり得る。例えば、前記第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bの厚さは1500nmないし2500nmであり得、これに限定されるものではない。
前記エッチング遮断層120は、前記第1導電型AlGaN系の第1半導体層112a及び第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bの間に形成され得る。前記エッチング遮断層120は、発光素子製造工程の後工程で形成される前記第1導電型AlGaN系の第1半導体層112aの前記光抽出パターン113の形成深さを制限することができる。例えば、前記エッチング遮断層120は、AlN120a及び第1導電型AlGaN系の第3半導体層120bを含むことができる。ここで、前記AlN120aは、第1導電型ドーパントを含むことができるが、これに限定されるものではない。前記AlN120aのAlは、前記第1導電型AlGaN系の第1半導体層112aのGaより結合エネルギーが大きい。これにより、エッチング遮断層120のエッチング速度は、前記第1導電型AlGaN系の第1半導体層112aのエッチング速度より遅くなり得る。したがって、前記第1導電型AlGaN系の第1半導体層112aのエッチングによる光抽出パターン113が形成されるうちにエッチング遮断層120の遅いエッチング速度によって、前記光抽出パターン113は前記エッチング遮断層120を貫通する深さを有することが困難となる。前記エッチング遮断層120は、AlN120a及び第1導電型AlGaN系の第3半導体層120bが5ペア以上交互するように形成され得る。例えば、前記エッチング遮断層120は、前記AlN120a及び第1導電型AlGaN系の第3半導体層120bが5ペアないし15ペア交互するように形成され得る。前記エッチング遮断層120は、前記AlN120a及び第1導電型AlGaN系の第3半導体層120bが5ペア未満の場合、エッチング遮断効果が低下し得る。前記エッチング遮断層120は、前記AlN120a及び第1導電型AlGaN系の第3半導体層120bが15ペア超過の場合、格子定数の差によって結晶性が低下し得る。
前記AlN120aの厚さは0.5nm以上であり得る。例えば、前記AlN120aの厚さは0.5nmないし3nmであり得る。前記AlN120aの厚さが0.5nm未満の場合、エッチング遮断効果が低下し得る。前記AlN120aの厚さが3nm超過の場合、格子の小さいAlN120aによって結晶性が低下し、キャリア注入効率が低下し得る。
前記第1導電型AlGaN系の第3半導体層120bの厚さは1nm以上であり得る。例えば、前記第1導電型AlGaN系の第3半導体層120bの厚さは1nmないし5nmであり得る。前記第1導電型AlGaN系の第3半導体層120bの厚さが1nm未満の場合、電流広がり効果が低下し、前記第1導電型AlGaN系の第3半導体層120bの厚さが5nm超過の場合、結晶性が低下し得る。前記第1導電型AlGaN系の第3半導体層120bは、AlGa1−aN(0.4≦a≦0.8)であり得る。アルミニウム(Al)組成aが0.4未満の場合、エッチング遮断効果が低下し、アルミニウム(Al)組成aが0.8を超過する場合、結晶性が低下し得る。
前記エッチング遮断層120の全体厚さは15nmないし25nmであり得る。前記エッチング遮断層120の厚さが15nm未満の場合、電流広がり効果が低下し、前記エッチング遮断層120の厚さが25nm超過の場合、結晶性が低下し得る。
実施例の紫外線発光素子は、前記第1導電型AlGaN系の第1半導体層112a及び第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bの間にエッチング遮断層120が形成されて光抽出パターン113の深さを制限するので、オーバーエッチングを改善することができる。したがって、実施例の紫外線発光素子はショートによる歩留まりの低下を改善することができる。
また、実施例の紫外線発光素子は、5ペア以上交互するように形成された前記AlN120a及び第1導電型AlGaN系の第3半導体層120bによって欠陥遮断(Dislocation Blocking)効果を含むことができる。
実施例の紫外線発光素子は、前記エッチング遮断層120上に電流広がり層130が形成され得る。前記電流広がり層130は、前記エッチング遮断層120と直接接触され得る。前記電流広がり層130は、前記エッチング遮断層120より高い温度で形成され得る。前記電流広がり層130は、前記エッチング遮断層120より高い温度で成長されて前記エッチング遮断層120の欠陥を改善することができる。
前記電流広がり層130は、前記エッチング遮断層120と前記第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bとの間に形成され得る。前記電流広がり層130は、結晶欠陥を改善すると同時に電流広がりを改善することができる。例えば、前記電流広がり層130は、第1導電型AlGaN系の第4半導体層130a、アンドープAlN130b、第1導電型AlGaN系の第5半導体層130c、及びアンドープAlGaN系の半導体層130dを含むことができる。前記電流広がり層130は、前記第1導電型AlGaN系の第4半導体層130aとアンドープAlN130bとの格子定数の差によるピエゾエレクトリック(piezo−electric)による内部場(internal field)を発生させることによって、前記第1導電型AlGaN系の第4半導体層130aとアンドープAlN130bとの界面で電子の拡散を誘導することができる。前記電流広がり層130は、第1導電型AlGaN系の第4半導体層130a、アンドープAlN130b、第1導電型AlGaN系の第5半導体層130c、及びアンドープAlGaN系の半導体層130dが2ペア以上交互され得る。例えば前記電流広がり層130は、第1導電型AlGaN系の第4半導体層130a、アンドープAlN130b、第1導電型AlGaN系の第5半導体層130c、及びアンドープAlGaN系の半導体層130dが2ペアないし4ペア交互され得る。前記電流広がり層130は、第1導電型AlGaN系の第4半導体層130a、アンドープAlN130b、第1導電型AlGaN系の第5半導体層130c、及びアンドープAlGaN系の半導体層130dが2ペア未満の場合、電流広がり効果が低下し得る。前記電流広がり層130は、第1導電型AlGaN系の第4半導体層130a、アンドープAlN130b、第1導電型AlGaN系の第5半導体層130c、及びアンドープAlGaN系の半導体層130dが4ペア超過の場合、結晶性が低下し得る。
前記第1導電型AlGaN系の第4半導体層130aは、前記エッチング遮断層120とアンドープAlN130bとの間に形成され得る。前記第1導電型AlGaN系の第4半導体層130aは、前記アンドープAlGaN系の半導体層130dとアンドープAlN130bとの間に形成され得る。前記第1導電型AlGaN系の第4半導体層130aの厚さは5nm以上であり得る。例えば、前記第1導電型AlGaN系の第4半導体層130aの厚さは5nmないし20nmであり得る。
前記第1導電型AlGaN系の第4半導体層130aの厚さが5nm未満の場合、電流広がり効果が低下し得る。前記第1導電型AlGaN系の第4半導体層130aの厚さが20nm超過の場合、エッチング遮断層120の全体厚さが厚くなり得る。ここで、実施例は、前記第1導電型AlGaN系の第4半導体層130aが第1導電型ドーパントを含んでいるが、これに限定されず、前記第1導電型AlGaN系の第4半導体層130aが、アンドープAlGaN系の半導体層であり得る。
前記アンドープAlN130bは、前記第1導電型AlGaN系の第4半導体層130aと、第1導電型AlGaN系の第5半導体層130cとの間に形成され得る。前記アンドープAlN130bは前記第1導電型AlGaN系の第4半導体層130aと対比してバンドギャップエネルギーが大きくなり得る。前記アンドープAlN130bの厚さは0.5nm以上であり得る。例えば、前記アンドープAlN130bの厚さは0.5nmないし1.5nmであり得る。前記アンドープAlN130bの厚さが0.5nm未満の場合、電流広がり効果が低下し得る。前記アンドープAlN130bの厚さが1.5nm超過の場合、結晶性が低下し得る。
前記第1導電型AlGaN系の第5半導体層130cは、前記アンドープAlN130bとアンドープAlGaN系の半導体層130dとの間に形成され得、アンドープAlGaN系の半導体層130dに行くほどAl組成が漸進的に低くなり得る。前記第1導電型AlGaN系の第5半導体層130cは、前記アンドープAlN130bからアンドープAlGaN系の半導体層130dに行くほどAl組成が漸進的に低くなり、結晶性を改善させることができる。前記第1導電型AlGaN系の第5半導体層130cは、AlGa1−bN(0.25≦b≦0.35)であり得る。アルミニウム(Al)組成bが0.25未満の場合、電流広がり効果が低下し得る。アルミニウム(Al)組成bが0.35を超過する場合、結晶性が低下し得る。前記第1導電型AlGaN系の第5半導体層130cの厚さは15nm以上であり得る。例えば前記第1導電型AlGaN系の第5半導体層130cの厚さは15nmないし25nmであり得る。前記第1導電型AlGaN系の第5半導体層130cの厚さが15nm未満の場合、電流広がり効果が低下し得る。前記第1導電型AlGaN系の第5半導体層130cの厚さが25nm超過の場合、結晶性が低下し得る。
前記アンドープAlGaN系の半導体層130dは、前記第1導電型AlGaN系の第5半導体層130cと前記第1導電型AlGaN系の第4半導体層130aとの間に配置され得る。前記アンドープAlGaN系の半導体層130dは、前記第1導電型AlGaN系の第5半導体層130cと前記第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bとの間に配置され得る。前記アンドープAlGaN系の半導体層130dの厚さは3nm以上であり得る。例えば、前記アンドープAlGaN系の半導体層130dの厚さは3nmないし10nmであり得る。前記アンドープAlGaN系の半導体層130dの厚さが3nm未満の場合、電流広がり効果が低下し得る。前記アンドープAlGaN系の半導体層130dの厚さが10nm超過の場合、動作電圧(Vf)が上昇し得る。
実施例の紫外線発光素子は、前記エッチング遮断層120と第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bとの間に電流広がり層130が配置されて電流広がり効果を改善することができる。
また、実施例の紫外線発光素子は、エッチング遮断層120より高い温度で形成される電流広がり層130が前記エッチング遮断層120の形成以後に形成されるので前記エッチング遮断層120による欠陥が第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bに進行されることを遮断して発光素子の結晶性を向上させることができる。
前記活性層114は、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造(MQW:Multi Quantum Well)、量子線(Quantum−Wire)構造、または量子点(Quantum Dot)構造のうち少なくともどの一つに形成され得る。
前記活性層114は、前記第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bを通じて注入される電子または正孔と、前記第2導電型AlGaN系の半導体層116を通じて注入される正孔または電子が互いに結合して、前記活性層114の形成物質によるエネルギーバンド(Energy Band)のバンドギャップ(Band GaP)の差によって光を放出する層である。
前記活性層114は、化合物半導体で構成され得る。前記活性層114は、例として2族−IV族及びIII族−V族化合物半導体のうち少なくとも一つで具現され得る。
前記活性層114は、量子井戸と量子壁を含むことができる。前記活性層114が多重量子井戸構造で具現された場合、量子井戸と量子壁が交互に配置され得る。前記量子井戸と量子壁は、それぞれ、InxAlyGa1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)の組成式を有する半導体材料で配置され得るか、AlGaN/GaN、AlGaN/AlGaN、InGaN/GaN、InGaN/InGaN、InAlGaN/GaN、GaAs/AlGaAs、InGaAs/AlGaAs、GaP/AlGaP、InGaP/AlGaPのうちいずれか一つ以上のペア構造に形成され得るが、これに限定されない。
前記第2導電型AlGaN系の半導体層116は、半導体化合物、例えばII族−IV族及びIII族−V族などの化合物半導体で具現され得、第2導電型ドーパントがド−ピングされ得る。例えば前記第2導電型AlGaN系の半導体層116は、AlpGa1−pN(0≦p≦1)の組成式を有する半導体物質を含むことができる。前記第2導電型AlGaN系の半導体層116がp型半導体層の場合、前記第2導電型ドーパントは、p型ドーパントとして、Mg、Zn、Ca、Sr、Baなどを含むことができる。
前記第1導電型AlGaN系の第1半導体層112a及び第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bはn型半導体層として、前記第2導電型AlGaN系の半導体層116はp型半導体層として説明しているが、前記第1導電型AlGaN系の第1半導体層112a及び第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bをp型半導体層として、前記第2導電型AlGaN系の半導体層116をn型半導体層として形成することもでき、これに限定されるものではない。前記第2導電型AlGaN系の半導体層116の上には前記第2導電型とは反対の極性を有する半導体、例えばn型半導体層(図示せず)を形成することができる。これによって、発光構造物110は、n−p接合構造、p−n接合構造、n−p−n接合構造、p−n−p接合構造のうち一つの構造で具現することができる。
前記接触層171は、前記発光構造物110上に形成され得る。前記接触層171は、前記第2導電型AlGaN系の半導体層116上に形成され得る。前記接触層171は、前記第2導電型AlGaN系の半導体層116と直接接触され得る。前記接触層171は、伝導性酸化物、伝導性窒化物または金属であり得る。例えば、前記接触層171は、ITO(Indium Tin Oxide)、ITON(ITO Nitride)、IZO(Indium Zinc Oxide)、IZONIZO Nitride、AZO(Aluminum Zinc Oxide)、AGZO(Aluminum Gallium Zinc Oxide)、IZTO(Indium Zinc Tin Oxide)、IAZO(Indium Aluminum Zinc Oxide)、IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide)、IGTO(Indium Gallium Tin Oxide)、ATO(Antimony Tin Oxide)、GZO(Gallium Zinc Oxide)、IZON(IZO Nitride)、ZnO、IrOx、RuOx、NiO、In、Au、W、Al、Pt、Ag、Tiのうち少なくとも一つを含むことができる。
前記反射層173は、前記接触層171と前記キャッピング層175との間に形成され得る。前記反射層173は、前記接触層171及びキャッピング層175に電気的に連結され得る。前記反射層173は、前記発光構造物110から入射される光を反射させる機能を含むことができる。前記反射層173は、前記発光構造物110からの光を外部に反射させて光抽出効率を向上させることができる。前記反射層173は金属であり得る。例えば、前記反射層173は、Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Cu、Au、Hfのうち少なくとも一つを含む金属または合金であり得る。前記反射層173は、前記金属または合金と、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)などの透明伝導性物質の単層または多層であり得る。
前記キャッピング層175は、前記反射層173上に形成され得る。前記キャッピング層175は、前記反射層173の下部面と直接接触され得る。前記キャッピング層175は、導電性物質であり得る。例えば、前記キャッピング層175は、Au、Cu、Ni、Ti、Ti−W、Cr、W、Pt、V、Fe、Mo物質のうち少なくとも一つを含むことができ、単層または多層に形成され得る。前記キャッピング層175の端は、前記発光構造物110の端よりさらに外側に配置され得る。
図6を参照すると、複数のリセス141は、前記発光構造物110内に形成され得る。前記リセス141は、エッチング工程を通じて形成され得る。前記リセス141は、前記第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bを外部に露出させることができる。前記リセス141は、前記キャッピング層175、反射層173、接触層171の側面を外部に露出させ、第2導電型AlGaN系の半導体層116、活性層114及び前記第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bの側面を外部に露出させることができる。前記リセス141の底面は、前記第1第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bであり得る。
図7を参照すると、絶縁層143は、前記キャッピング層175及びリセス141上に形成され得、第2電極160は、前記絶縁層143上に形成され得る。
前記絶縁層143は、第1電極170と第2電極160とを絶縁させることができる。前記絶縁層143は、第2電極160と前記第2導電型AlGaN系の半導体層116とを絶縁させることができる。前記絶縁層143は、前記リセス141の側部に形成され得る。すなわち、前記絶縁層143は、前記リセス141の側部に露出するキャッピング層175、反射層173、接触層171、第2導電型AlGaN系の半導体層116、活性層114及び前記第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bを絶縁させることができる。前記絶縁層143は、前記リセス141の底面に位置する第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bの一部を露出させることができる。前記絶縁層143は、酸化物または窒化物であり得る。前記絶縁層143は、SiO、Si、Si、Si、SiO、Al、TiO、AlNなどからなる群より少なくとも一つが選択され得る。
前記第2電極160は、前記絶縁層143上に形成され得る。前記第2電極160は、前記リセス141の底面に露出した第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bまで形成され得る。前記第2電極160は、前記第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bと電気的に連結され得る。前記第2電極160は、拡散防止層161、ボンディング層163及び支持部材165を含むことができる。前記第2電極160は、前記拡散防止層161、前記ボンディング層163、前記支持部材165の中で1つまたは2つを選択的に含むことができる。例えば、前記第2電極160は、前記拡散防止層161及び前記ボンディング層163のうち少なくとも一つを削除することができる。
前記拡散防止層161は、前記第1電極170で前記ボンディング層163に含まれた物質の拡散を防止する機能を含むことができる。前記拡散防止層161は、ボンディング層163及び支持部材165と電気的に連結され得る。前記拡散防止層161は、Cu、Ni、Ti、Ti−W、Cr、W、Pt、V、Fe、Mo物質のうち少なくとも一つを含むことができ、単層または多層に形成され得る。
前記ボンディング層163は、前記拡散防止層161上に形成され得る。前記ボンディング層163は、前記拡散防止層161と前記支持部材165との間に配置され得る。前記ボンディング層163は、バリアー金属またはボンディング金属などを含むことができる。例えば、前記ボンディング層163は、Ti、Au、Sn、Ni、Cr、Ga、In、Bi、Cu、Ag、Nb、PdまたはTaのうち少なくとも一つを含むことができ、単層または多層に形成され得る。
前記支持部材165は、金属またはキャリア基板であり得る。例えば、前記支持部材165は、Ti、Cr、Ni、Al、Pt、Au、W、Cu、Mo、Cu−Wまたは不純物が注入された半導体基板例:Si、Ge、GaN、GaAs、ZnO、SiC、SiGeなど)のうち少なくともいずれか一つに形成され得、単層または多層に形成され得る。
図8及び図9を参照すると、基板(図7の5)は、発光構造物110から除去され得る。前記基板(図7の5)の除去方法は、化学的食刻方法を使用することができるが、これに限定されるものではない。
パッド177は、発光構造物110から露出したキャッピング層175上に形成され得る。前記キャッピング層175は、エッチング工程を通じて前記発光構造物110から上部面が露出することができ、露出した前記キャッピング層175は、発光素子の少なくとも一つの角領域に位置することができるが、これに限定されるものではない。
前記パッド177は、前記発光構造物110から離隔することができる。前記パッド177は、前記発光構造物110より外側に配置され得る。前記パッド177は、前記発光構造物110より外側に位置する前記第1キャッピング層175上に形成され得る。前記パッド177は、Cu、Ni、Ti、Ti−W、Cr、W、Pt、V、Fe、Mo物質のうち少なくとも一つを含むことができ、単層または多層に形成され得る。
前記発光構造物110上には、光抽出効率を向上させる光抽出パターン113が形成され得る。前記光抽出パターン113は、PECなどの方法で形成され得、これに限定されるものではない。前記光抽出パターン113は、規則的な形状及び配列を有するように形成することができ、不規則的な形状及び配列を有するように形成することもできる。
前記光抽出パターン113は、活性層114から生成された光を外部に屈折させて光抽出効率を向上させることができる。
実施例の紫外線発光素子100は、前記第1導電型AlGaN系の第1半導体層112a及び第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bの間にエッチング遮断層120が形成され、光抽出パターン113の深さをエッチング遮断層120までに制限することによって、第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bにおけるショートによる歩留まりの低下を改善することができる。
また、実施例の紫外線発光素子は、5ペア以上交互するように形成された前記AlN120a及び第1導電型AlGaN系の第3半導体層120bを含むエッチング遮断層120による欠陥遮断効果により、発光構造物110の結晶性を向上させることができる。
実施例の紫外線発光素子100は、前記エッチング遮断層120と第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bとの間に電流広がり層130が配置されて電流広がり効果を改善することができる。
また、実施例の紫外線発光素子100は、エッチング遮断層120より高い温度で形成される電流広がり層130が前記エッチング遮断層120形成後に形成されるので、前記エッチング遮断層120による欠陥が第1導電型AlGaN系の第2半導体層112bに進行されることを遮断して発光構造物110の結晶性を向上させることができる。
図10は、他の実施形態に係る紫外線発光素子を示す断面図であり、図11は、他の実施形態のエッチング遮断層と電流広がり層を示す断面図である。
図10及び図11に示したように、他の実施例による紫外線発光素子200は、発光構造物210の上部に配置された第1電極260と、前記発光構造物210の下部に配置された第2電極270とを含むことができる。他の実施例による紫外線発光素子200は、第1導電型GaN系の第2半導体層212bと活性層214との間に電流広がり層230が配置され得る。
前記発光構造物210は、第1導電型GaN系の第1半導体層212a、エッチング遮断層220、第1導電型GaN系の第2半導体層212b、電流広がり層230、活性層214及び第2導電型GaN系の半導体層216を含むことができる。
前記第1導電型GaN系の第1半導体層212a及び第1導電型GaN系の第2半導体層212bは、半導体化合物、例えば、II族−IV族及びIII族−V族などの化合物半導体で具現され得、第1導電型ドーパントがド−ピングされ得る。前記第1導電型GaN系の第1半導体層212a及び第1導電型GaN系の第2半導体層212bがn型半導体層の場合、n型ドーパントとして、Si、Ge、Sn、Se、Teを含むことができるが、これに限定されるものではない。
前記第1導電型GaN系の第1半導体層212aは、光抽出効率を向上させる光抽出パターン213を含むことができる。前記光抽出パターン213は、PECなどの方法で形成され得、これに限定されるものではない。前記光抽出パターン213は、規則的な形状及び配列を有するように形成することができ、不規則的な形状及び配列を有するように形成することもできる。前記光抽出パターン213は、活性層214から生成された光が前記第1導電型GaN系の第1半導体層212aの上部面から全反射され、再吸収される光を外部に屈折させて光抽出効率を向上させることができる。
前記エッチング遮断層220は、前記光抽出パターン213の形成深さを制限することができる。例えば、前記エッチング遮断層220は、AlN220a及び第1導電型AlGaN系の第1半導体層220bを含むことができる。ここで、前記AlN220aは、第1導電型ドーパントを含むことができるが、これに限定されるものではない。前記AlN220aのAlは、前記第1導電型GaN系の第1半導体層212aのGaより結合エネルギーが大きい。これにより、エッチング遮断層220のエッチング速度は、前記第1導電型GaN系の第1半導体層212aのエッチング速度より遅くなり得る。したがって、前記第1導電型GaN系の第2半導体層212bのエッチングによる光抽出パターン213が形成されるうちにエッチング遮断層220の遅いエッチング速度によって、前記光抽出パターン213は前記エッチング遮断層220を貫通する深さを有することが困難となる。前記エッチング遮断層220は、AlN220a及び第1導電型AlGaN系の第1半導体層220bが5ペア以上交互するように形成され得る。例えば、前記エッチング遮断層220は、前記AlN220a及び第1導電型AlGaN系の第1半導体層220bが5ペアないし15ペア交互するように形成され得る。前記エッチング遮断層220は、前記AlN220a及び第1導電型AlGaN系の第1半導体層220bが5ペア未満の場合、エッチング遮断効果が低下し得る。前記エッチング遮断層220は、前記AlN220a及び第1導電型AlGaN系の第1半導体層220bが15ペア超過の場合、格子定数の差によって結晶性が低下し得る。
前記AlN220aの厚さは0.5nm以上であり得る。例えば前記AlN220aの厚さは0.5nmないし3nmであり得る。前記AlN220aの厚さが0.5nm未満の場合、エッチング遮断効果が低下し得る。前記AlN220aの厚さが3nm超過の場合、格子の小さいAlN220aによって結晶性が低下し、キャリア注入効率が低下し得る。
前記第1導電型AlGaN系の第1半導体層220bの厚さは、1nm以上であり得る。例えば前記第1導電型AlGaN系の第1半導体層220bの厚さは、1nmないし5nmであり得る。前記第1導電型AlGaN系の第1半導体層220bの厚さが1nm未満の場合、電流広がり効果が低下し、前記第1導電型AlGaN系の第1半導体層220bの厚さが5nm超過の場合、結晶性が低下し得る。前記第1導電型AlGaN系の第1半導体層220bは、AlGa1−cN(0.4≦c≦0.8であり得る。アルミニウム(Al)組成cが0.4未満の場合、エッチング遮断効果が低下し、アルミニウム(Al)組成cが0.8を超過する場合、結晶性が低下し得る。
前記エッチング遮断層220の全体厚さは、15nmないし25nmであり得る。前記エッチング遮断層220の厚さが15nm未満の場合、電流広がり効果が低下し、前記エッチング遮断層220の厚さが25nm超過の場合、結晶性が低下し得る。
他の実施例の紫外線発光素子200は、前記第1導電型GaN系の第1半導体層212a及び第1導電型GaN系の第2半導体層212bの間にエッチング遮断層220が形成されて光抽出パターン213の深さを制限するので、オーバーエッチングを改善することができる。したがって、実施例の紫外線発光素子はショートによる歩留まりの低下を改善することができる。
また、他の実施例の紫外線発光素子200は、5ペア以上交互するように形成された前記AlN220a及び第1導電型AlGaN系の第1半導体層220bによって欠陥遮断(Dislocation Blocking)効果を含むことができる。
実施例の紫外線発光素子200は、前記第1導電型GaN系の第2半導体層212bの下に電流拡散層230を含むことができる。前記電流広がり層230は、前記エッチング遮断層220より高い温度で形成され得る。前記電流広がり層230は、前記エッチング遮断層220より高い温度で成長されて欠陥を改善することができる。
前記電流広がり層230は、前記活性層214と前記第1導電型GaN系の第2半導体層212bとの間に配置され得る。前記電流広がり層230は、結晶欠陥を改善すると同時に電流広がりを改善することができる。例えば、前記電流広がり層230は、第1導電型GaN系の第3半導体層230a、アンドープAlN230b、第1導電型AlGaN系の第2半導体層230c、及びアンドープGaN系の半導体層230dを含むことができる。前記電流広がり層230は、前記第1導電型GaN系の第3半導体層230aとアンドープAlN230bとの格子定数の差によるピエゾエレクトリック(piezo−electric)による内部場(internal field)を発生させることによって、前記第1導電型GaN系の第3半導体層230aとアンドープAlN230bとの界面で電子広がりを誘導することができる。前記電流広がり層230は、第1導電型GaN系の第3半導体層230a、アンドープAlN230b、第1導電型AlGaN系の第2半導体層230c、及びアンドープGaN系の半導体層230dが2ペア以上交互され得る。例えば、前記電流広がり層230は、第1導電型GaN系の第3半導体層230a、アンドープAlN230b、第1導電型AlGaN系の第2半導体層230c、及びアンドープGaN系の半導体層230dが2ペアないし4ペア交互交番され得る。前記電流広がり層230は、第1導電型GaN系の第3半導体層230a、アンドープAlN230b、第1導電型AlGaN系の第2半導体層230c、及びアンドープGaN系の半導体層230dが2ペア未満の場合、電流広がり効果が低下し得る。前記電流広がり層230は、第1導電型GaN系の第3半導体層230a、アンドープAlN230b、第1導電型AlGaN系の第2半導体層230c、及びアンドープGaN系の半導体層230dが4ペア超過の場合、結晶性が低下し得る。
前記第1導電型GaN系の第3半導体層230aは、前記第1導電型GaN系の第2半導体層212bとアンドープAlN230bとの間に配置され得る。前記第1導電型GaN系の第3半導体層230aの厚さは5nm以上であり得る。例えば、前記第1導電型GaN系の第3半導体層230aの厚さは5nmないし20nmであり得る。前記第1導電型GaN系の第3半導体層230aの厚さが5nm未満の場合、電流広がり効果が低下し得る。前記第1導電型GaN系の第3半導体層230aの厚さが20nm超過の場合、エッチング遮断層220の全体厚さが厚くなり得る。ここで、実施例は前記第1導電型GaN系の第3半導体層230aが第1導電型ドーパントを含んでいるが、これに限定されず、前記第1導電型GaN系の第3半導体層230aはアンドープGaN系の半導体層であり得る。
前記アンドープAlN230bは、前記第1導電型GaN系の第3半導体層230aと第1導電型AlGaN系の第2半導体層230cとの間に配置され得る。前記アンドープAlN230bは、前記第1導電型GaN系の第3半導体層230aと対比してバンドギャップエネルギーが大きくなり得る。前記アンドープAlN230bの厚さは0.5nm以上であり得る。例えば、前記アンドープAlN230bの厚さは0.5nmないし1.5nmであり得る。前記アンドープAlN230bの厚さが0.5nm未満の場合、電流広がり効果が低下し得る。前記アンドープAlN230bの厚さが1.5nm超過の場合、結晶性が低下し得る。
前記第1導電型AlGaN系の第2半導体層230cは、前記アンドープAlN230bとアンドープGaN系の半導体層230dとの間に配置され得、アンドープGaN系の半導体層230dに行くほどAl組成が漸進的に低くなり得る。前記第1導電型AlGaN系の第2半導体層230cは、前記アンドープAlN230bからアンドープGaN系の半導体層230dに行くほどAl組成が漸進的に低くなり、結晶性を改善させる機能を含むことができる。前記第1導電型AlGaN系の第2半導体層230cは、AlGa1−dN(0≦d≦0.35)であり得る。すなわち、第1導電型AlGaN系の第2半導体層230cは、前記アンドープGaN系の半導体層230dに行くほどAl組成dが漸進的に低くなり、前記アンドープGaN系の半導体層230dと接触する領域でAl組成dが0になることがある。アルミニウム(Al)組成dが0.35を超過する場合、結晶性が低下し得る。
前記第1導電型AlGaN系の第2半導体層230cの厚さは15nm以上であり得る。例えば前記第1導電型AlGaN系の第2半導体層230cの厚さは15nmないし25nmであり得る。前記第1導電型AlGaN系の第2半導体層230cの厚さが15nm未満の場合、電流広がり効果が低下し得る。前記第1導電型AlGaN系の第2半導体層230cの厚さが25nm超過の場合、結晶性が低下し得る。
前記アンドープGaN系の半導体層230dは、前記第1導電型AlGaN系の第2半導体層230cと前記第1導電型GaN系の第3半導体層230aの間に配置され得る。前記アンドープGaN系の半導体層230dは、前記第1導電型AlGaN系の第2半導体層230cと前記活性層214との間に配置され得る。前記アンドープGaN系の半導体層230dの厚さは3nm以上であり得る。例えば、前記アンドープGaN系の半導体層230dの厚さは3nmないし10nmであり得る。前記アンドープGaN系の半導体層230dの厚さが3nm未満の場合、電流広がり効果が低下し得る。前記アンドープGaN系の半導体層230dの厚さが10nm超過の場合、動作電圧(Vf)が上昇し得る。ここで、前記アンドープGaN系の半導体層230dは省略されることもある。
他の実施例の紫外線発光素子200は、前記活性層214と第1導電型GaN系の第2半導体層212bとの間に電流広がり層230が配置されて電流広がり効果を改善することができる。
また、他の実施例の紫外線発光素子200は、エッチング遮断層220より高い温度で形成される電流広がり層230によって、前記エッチング遮断層220による欠陥を改善することができる。
前記活性層214は、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造(MQW:Multi Quantum Well)、量子線(Quantum−Wire)構造、または量子点(Quantum Dot)構造のうち少なくともどの一つに形成され得る。
前記活性層214は、前記第1導電型GaN系の第2半導体層212bを通じて注入される電子(または正孔)と、前記第2導電型GaN系の半導体層216を通じて注入される正孔(または電子)が互いに結合して、前記活性層214の形成物質によるエネルギーバンド(Energy Band)のバンドギャップ(Band Gap)の差によって光を放出する層である。
前記活性層214は、化合物半導体で構成され得る。前記活性層214は、例としてII族−IV族及びIII族−V族化合物半導体のうち少なくとも一つで具現され得る。
前記活性層214は、量子井戸と陽子壁を含むことができる。前記活性層214が多重量子井戸構造で具現された場合、量子井戸と量子壁が交互に配置され得る。前記量子井戸と量子壁はそれぞれInxAlyGa1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)の組成式を有する半導体材料に配置されてもよく、AlGaN/GaN、AlGaN/AlGaN、InGaN/GaN、InGaN/InGaN、InAlGaN/GaN、GaAs/AlGaAs、InGaAs/AlGaAs、GaP/AlGaP、InGaP/AlGaPのうちいずれか一つ以上のペア構造に形成され得るが、これに限定されない。
前記第2導電型GaN系の半導体層216は、半導体化合物、例えばII族−IV族及びIII族−V族などの化合物半導体で具現され得、第2導電型ドーパントがド−ピングされ得る。前記第2導電型GaN系の半導体層216がp型半導体層の場合、前記第2導電型ドーパントは、p型ドーパントとして、Mg、Zn、Ca、Sr、Baなどを含むことができる。
前記第1導電型GaN系の第1半導体層212a及び第1導電型GaN系の第2半導体層212bはn型半導体層として、前記第2導電型GaN系の半導体層216はp型半導体層として説明しているが、前記第1導電型GaN系の第1半導体層212a及び第1導電型GaN系の第2半導体層212bをp型半導体層として、前記第2導電型GaN系の半導体層216をn型半導体層として形成することもでき、これに限定されるものではない。前記第2導電型GaN系の半導体層216上には前記第2導電型とは反対の極性を有する半導体、例えば、n型半導体層(図示せず)を形成することができる。これによって、発光構造物210は、n−p接合構造、p−n接合構造、n−p−n接合構造、p−n−p接合構造のうちいずれか一つ構造で具現することができる。
前記第1電極260は、前記第1導電型GaN系の第1半導体層212a上に配置され得る。前記第1電極260は、前記第1導電型GaN系の第1半導体層212aと電気的に連結されることができ、Cu、Ni、Ti、Ti−W、Cr、W、Pt、V、Fe、Mo物質のうち少なくとも一つを含むことができ、単層または多層に形成され得る。
他の実施例においては、前記発光構造物210の下に電流ブロッキング層280が配置され得る。前記電流ブロッキング層280は、SiO、SiO、SiO、Si、Al、TiOのうち少なくとも一つを含むことができ、発光構造物210と第2電極270との間に少なくとも一つが形成され得る。
前記電流ブロッキング層280は、前記発光構造物210上に配置された第1電極260と前記発光構造物210の厚さ方向に対応するように配置され得る。前記電流ブロッキング層280は、前記第2電極270から供給される電流を遮断し、他の経路に拡散させて前記第1電極260の直下に集中される電流集中を改善することができる。
前記第2電極270は、チャンネル層273、コンタクト層275、反射層277、ボンディング層279、及び支持部材201を含むことができる。
前記チャンネル層273は、前記第2導電型GaN系の半導体層216の下面周りに沿って形成され、リング形状、ループ形状またはフレーム形状に形成され得る。前記チャンネル層273は、ITO、IZO、IZTO、IAZO、IGZO、IGTO、AZO、ATO、SiO、SiO、SiO、Si、Al、TiOのうち少なくとも一つを含むことができる。前記チャンネル層273の内側部は、前記第2導電型GaN系の半導体層216の下に配置され、外側部は前記発光構造物210の側面よりさらに外側に配置され得る。
前記コンタクト層275は、キャリア注入を効率的に行うことができるように単一金属あるいは金属合金、金属酸化物などを多重に積層して形成することができる。前記コンタクト層275は半導体と電気的な接触に優れた物質で形成され得る。例えば、前記コンタクト層275は、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、及びNi/IrOx/Au/ITO、Ag、Ni、Cr、Ti、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hfのうち少なくとも一つを含んで形成され得るがこれに限定されるものではない。
前記反射層277は、前記コンタクト層275下に位置することができる。前記反射層277は、反射性に優れ、電気的な接触に優れた物質で形成され得る。例えば、前記反射層277は、Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hfのうち少なくとも一つを含む金属または合金で形成され得る。また、前記反射層277は、前記金属または合金と、IZO、IZTO、IAZO、IGZO、IGTO、AZO、ATOなどの投光性伝導性物質を用いて単層または多層に形成することができ、例えば、IZO/Ni、AZO/Ag、IZO/Ag/Ni、AZO/Ag/Niなどで積層することができる。
前記ボンディング層279は、前記反射層277の下に配置され得、バリアー金属またはボンディング金属で使用され得、その物質は例えば、Ti、Au、Sn、Ni、Cr、Ga、In、Bi、Cu、Ag及びTaと選択的な合金のうち少なくとも一つを含むことができる。
前記支持部材201は、前記ボンディング層279の下に配置され得、伝導性部材に形成され得、その物質は、銅(Cu−copper)、金(Au−gold)、ニッケル(Ni−nickel)、モリブデン(Mo)、銅−タングステン(Cu−W)、キャリアウェーハ(例:Si、Ge、GaAs、ZnO、SiC)などのような伝導性物質で形成され得る。前記支持部材201は、他の例として、伝導性シートで具現され得る。
他の実施例の紫外線発光素子200は、前記第1導電型GaN系の第1半導体層212a及び第1導電型GaN系の第2半導体層212bの間にエッチング遮断層220が形成されて光抽出パターン213の深さを制限するので、オーバーエッチングを改善することができる。したがって、実施例の紫外線発光素子はショートによる歩留まりの低下を改善することができる。
また、他の実施例の紫外線発光素子200は、前記AlN220a及び第1導電型AlGaN系の第1半導体層220bが5ペア以上交互するように形成されたエッチング遮断層220によって、欠陥遮断(Dislocation Blocking)効果を含むことができる。
他の実施例の紫外線発光素子200は、前記活性層214と第1導電型GaN系の第2半導体層212bとの間に電流広がり層230が配置されて電流広がり効果を改善することができる。
また、他の実施例の紫外線発光素子200は、エッチング遮断層220より高い温度で形成される電流広がり層230によって、前記エッチング遮断層220による欠陥を改善することができる。
図12は、実施例による発光素子パッケージを示す断面図である。
実施例による発光素子パッケージ300は、パッケージ本体部305と、前記パッケージ本体部305に設けられた第1リード電極313及び第2リード電極314と、前記パッケージ本体部305に設置されて前記第1リード電極313及び第2リード電極314と電気的に連結される紫外線発光素子100と、前記紫外線発光素子100を囲むモールディング部材330とが含まれる。
前記第1リード電極313及び第2リード電極314は、互いに電気的に分離され、前記紫外線発光素子100に電源を提供する役割をする。また、前記第1リード電極313及び第2リード電極314は、前記紫外線発光素子100から発光された光を反射させて光効率を増加させる機能を含むことができ、前記紫外線発光素子100で発生された熱を外部に排出させる機能を含むこともある。
前記紫外線発光素子100は、前記第1リード電極313または第2リード電極314と、ワイヤ方式、フリップチップ方式またはダイボンディング方式のうちいずれか一つによって電気的に連結されることもできる。
前記紫外線発光素子100は、一実施例による紫外線発光素子であり得るが、これに限定されず、他の実施例による紫外線発光素子であり得る。
前記モールディング部材330には、蛍光体332が含まれて白色光の発光素子パッケージとなっていてもよいが、これに限定されるものではない。
前記モールディング部材330の上面は、平坦であるか、凹状または凸状に形成され得、これに限定しない。
以上、実施例に説明された特徴、構造、効果などは本発明の少なくとも一つの実施例に含まれ、必ずしも一つの実施例にのみ限定されるものではない。さらに、各実施例において例示された特徴、構造、効果などは、実施例が属する分野における通常の知識を有する者によって他の実施例に対しても組合せるか、または変形して実施可能である。したがって、このような組合せと変形に関連した内容は、本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
以上、実施例を中心に説明したがこれは単なる例示に過ぎず、実施例を限定するものではなく、本発明が属する分野における通常の知識を有した者であれば本発明の本質的な特性を逸脱しない範囲で、以上で例示されていない様々な変形と応用が可能であることが理解できるだろう。例えば、本発明の実施例に具体的に示された各構成要素は、変形して実施することができるものである。そして、このような変形と応用に係る差異点は、添付された請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

Claims (7)

  1. 支持部材と、
    前記支持部材の上に配置され、第1導電型半導体層と、前記第1導電型半導体層の下に配置される第2導電型半導体層と、前記第1導電型半導体層と前記第2導電型半導体層との間に配置される活性層とを含み、前記第2導電型半導体層と前記活性層を貫通して前記第1導電型半導体層の一部領域を露出させる複数のリセスを含む発光構造物と、
    前記支持部材と前記発光構造物との間に配置され、前記第2導電型半導体層と電気的に連結される第1電極と、
    前記第1電極の下に配置され、前記リセスによって露出した前記一部領域を通じて前記第1導電型半導体層と電気的に連結される第2電極と、
    を含み、
    前記第1導電型半導体層は、前記活性層の上に配置され、上面に光抽出パターンを有する第1導電型AlGaN系の第1半導体層と、前記活性層と前記第1導電型AlGaN系の第1半導体層との間に配置されるエッチング遮断層と、前記活性層と前記エッチング遮断層との間に配置される電流広がり層と、前記活性層と前記電流広がり層との間に配置される第1導電型AlGaN系の第2半導体層と、を含み、
    前記第2電極は、前記支持部材と、前記支持部材上に配置される拡散防止層と、前記支持部材と前記拡散防止層との間に配置されるボンディング層と、を含み、
    前記電流広がり層は、
    前記エッチング遮断層とアンドープAlN層との間に配置される第1導電型AlGaN系の第4半導体層と、
    前記第1導電型AlGaN系の第4半導体層と第1導電型AlGaN系の第5半導体層との間に配置される前記アンドープAlN層と、
    前記アンドープAlN層とアンドープAlGaN系の半導体層との間に配置される前記
    第1導電型AlGaN系の第5半導体層と
    前記アンドープAlGaN系の半導体層と、を含み、
    前記アンドープAlN層のバンドギャップエネルギーは、前記第1導電型AlGaN系の第4半導体層、前記第1導電型AlGaN系の第5半導体層、及び前記アンドープAlGaN系の半導体層のバンドギャップエネルギーより大きく、
    前記第1導電型AlGaN系の第2半導体層と接触する前記拡散防止層の接触部と、前記電流広がり層との間の間隔は800nm〜1200nmである紫外線発光素子。
  2. 前記エッチング遮断層は、AlN層と第1導電型AlGaN系の第3半導体層が5ペア以上交互配置される、請求項に記載の紫外線発光素子。
  3. 前記アンドープAlNの厚さは、0.5nmないし1.5nmである、請求項に記載の紫外線発光素子。
  4. 前記第1電極は、前記第2導電型半導体層の下に配置される接触層と、前記接触層の下に配置される反射層と、前記反射層の下に配置されるキャッピング層と、前記発光構造物より外側に位置する前記キャッピング層の上に配置されるパッドと、を含む、請求項に記載の紫外線発光素子。
  5. 前記第1導電型AlGaN系の第3半導体層は、AlGa1−aN(0.4≦a≦0.8)である、請求項に記載の紫外線発光素子。
  6. 前記第1導電型AlGaN系の第5半導体層は、AlGa1−bN(0.25≦b≦0.35)であり、
    前記第1導電型AlGaN系の第5半導体層のAl組成は、前記アンドープAlNから前記アンドープAlGaN系の半導体層に向かうほどAl組成が低くなる、請求項に記載の紫外線発光素子。
  7. 前記電流広がりにおいて前記第1導電型AlGaN系の第4半導体層、前記アンドープAlN層、前記第1導電型AlGaN系の第5半導体層、及び前記アンドープAlGaN系の半導体層が2ペア〜4ペア互する、請求項からのいずれかに記載の紫外線発光素子。
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