WO2016137197A1 - 발광 소자 및 이를 구비한 라이트 유닛 - Google Patents

발광 소자 및 이를 구비한 라이트 유닛 Download PDF

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    • H01L33/486—Containers adapted for surface mounting

Definitions

  • the embodiment relates to a light emitting device.
  • the embodiment relates to an ultraviolet light emitting device.
  • Embodiments relate to a light unit having an ultraviolet light emitting element.
  • nitride semiconductor materials containing a Group V source such as nitrogen (N) and a Group III source such as gallium (Ga), aluminum (Al), or indium (In) have excellent thermal stability and direct transition energy. It has a band structure and is widely used for nitride semiconductor devices such as nitride semiconductor light emitting devices and solar cells in the ultraviolet region.
  • Nitride-based materials have a wide energy bandgap of 0.7eV to 6.2eV, and are widely used as materials for solar cell devices due to their characteristics consistent with the solar spectrum region.
  • ultraviolet light emitting devices are used in various industrial fields such as curing devices, medical analyzers and treatment devices, and sterilization, water purification, and purification systems, and are attracting attention as materials that can be used for general lighting as semiconductor lighting sources.
  • the embodiment provides a light emitting device in ohmic contact with an electrode using a second conductive semiconductor layer, and a light unit having the same.
  • the embodiment provides a light emitting device that emits an ultraviolet wavelength, for example, Ultraviolet-C (UV-C) wavelength, and a light unit having the same.
  • an ultraviolet wavelength for example, Ultraviolet-C (UV-C) wavelength
  • UV-C Ultraviolet-C
  • the light emitting device may include a first conductive semiconductor layer; An active layer disposed on the first conductive semiconductor layer and generating an ultraviolet wavelength; An electron blocking layer disposed on the active layer; A second conductive semiconductor layer disposed on the electron blocking layer; A third conductive semiconductor layer disposed on the second conductive semiconductor layer; And an electrode disposed on the third conductive semiconductor layer, wherein the second and third conductive semiconductor layers include an AlGaN semiconductor, and wherein the third conductive semiconductor layer has lower aluminum than the composition of the second conductive semiconductor layer. It has a composition of aluminum and the electrical contact resistance with the electrode is lower than the contact resistance of the second conductive semiconductor layer.
  • the light emitting device the AlN substrate; A first conductive semiconductor layer having a composition of aluminum on the AlN substrate; An active layer disposed on the first conductive semiconductor layer and generating an ultraviolet wavelength; A second conductive semiconductor layer on the active layer; A third conductive semiconductor layer on the second conductive semiconductor layer; And an electrode formed of a metal in contact with an upper surface of the third conductive semiconductor layer, wherein the second and third conductive semiconductor layers include an AlGaN-based semiconductor, and the third conductive semiconductor layer is the second conductive semiconductor layer.
  • the body having a cavity; The light emitting element disposed in the cavity; A transparent window on the cavity; And a moisture proof film disposed on the transparent window and the body.
  • the electrical contact between the second conductive semiconductor layer and the electrode can be improved.
  • the light emitting device it is possible to improve the transmittance through the second conductive semiconductor layer.
  • the light emitting device According to the light emitting device according to the embodiment, it is possible to improve the internal quantum efficiency.
  • the embodiment can improve the reliability of the ultraviolet light emitting device for sterilization.
  • the embodiment can provide a light emitting device package having an ultraviolet light emitting device and a light unit such as an ultraviolet lamp.
  • FIG. 1 is a view showing a light emitting device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is an example of arranging an electrode in the light emitting device of FIG. 1.
  • FIG. 3 is another example of the light emitting device of FIG. 2.
  • FIG. 4 is another example in which an electrode is disposed in the light emitting device of FIG. 1.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a light emitting device package having the light emitting device of FIG. 2.
  • FIG. 6 is a view showing a light source module having a light emitting device according to the embodiment.
  • FIG. 7 is a graph comparing transmittance according to the composition of aluminum in the third conductive semiconductor layer of the light emitting device according to the embodiment.
  • FIG. 8 is a table illustrating transmittance for each sample of the light emitting device having the aluminum composition of FIG. 7.
  • FIG. 9 is a view showing contact resistance of a third conductive semiconductor layer of the light emitting device according to the embodiment.
  • FIG. 10 is a view comparing the transmittance of the AlN template and the bulk AlN substrate at the ultraviolet wavelength according to the embodiment.
  • each layer, region, pattern or structure may be " on / over “ or “ under “ of the substrate, each layer (film), region, pad or pattern. "On / over” and “under” form “directly” or “indirectly” through another layer, as described in It includes everything that is done. In addition, the criteria for up / down or down / down each layer will be described with reference to the drawings.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a light emitting device according to the first embodiment.
  • a light emitting device is disposed on a substrate 21, a first conductive semiconductor layer 41 disposed on the substrate 21, and a first conductive semiconductor layer 41.
  • the light emitting device emits light of an ultraviolet wavelength.
  • the light emitting device may emit a wavelength of 300 nm or less, for example, in a range of 200 nm to 290 nm.
  • the light emitting device may be a device emitting a UV-C wavelength.
  • the substrate 21 may be, for example, a light transmissive, conductive substrate, or an insulating substrate.
  • the substrate 21 may include AlN, sapphire (Al 2 O 3 ), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, and Ga 2 O 3 It may include at least one of.
  • a plurality of protrusions (not shown) may be formed on an upper surface and / or a lower surface of the substrate 21, and each of the plurality of protrusions has at least one of a hemispherical shape, a polygon shape, an ellipse shape, and a stripe. It may be arranged in the form or matrix form. The protrusion may improve light extraction efficiency.
  • a plurality of compound semiconductor layers may be grown on the substrate 21, and the growth equipment of the plurality of compound semiconductor layers may be an electron beam evaporator, physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), or plasma laser deposition (PLD). It may be formed by a dual-type thermal evaporator sputtering, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), and the like, but is not limited thereto.
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • a first conductive semiconductor layer 41 may be disposed between the substrate 21 and the first glad layer 43.
  • the first conductive semiconductor layer 41 may be implemented as a group II-VI or group III-V compound semiconductor.
  • the first conductive semiconductor layer 41 may be at least one of an AlN semiconductor layer, an AlGaN / AlN superlattice structure, and an AlGaN semiconductor layer.
  • a buffer layer may be further disposed between the substrate 21 and the first conductive semiconductor layer 41, but is not limited thereto.
  • the transmittance T of 50% or more with respect to the ultraviolet wavelength is shown.
  • the transmittance T of 0.01% or less with respect to the ultraviolet wavelength is shown.
  • the transmittance of the ultraviolet wavelength is when the thickness of the substrate 21 is 30 ⁇ m, and when the thickness of the substrate 21 is 20 ⁇ m or less, the transmittance may be further improved.
  • the crystal defect of the first conductive semiconductor layer 41 grown on the bulk AlN substrate may be smaller than the crystal defect of the first conductive semiconductor layer 41 grown on the sapphire substrate.
  • the dislocation density of the AlN layer grown on the bulk AlN substrate may be lower than the dislocation density of the AlN layer grown on the sapphire substrate.
  • the dislocation density of the AlN layer grown on the sapphire substrate is 1E9 cm-2 or more, but the dislocation density of the AlN layer grown on the bulk AlN substrate is 1E7 cm-2 or less. Therefore, when the AlN layer is grown on the bulk AlN substrate, dislocation defects due to the lattice constant difference can be reduced.
  • the bulk AlN substrate is removed or the thickness of the bulk AlN substrate is provided to be 20 ⁇ m or less, a decrease in transmittance due to the bulk AlN substrate can be prevented.
  • the aluminum composition of AlGaN in the AlGaN / AlN superlattice structure is gradually decreased as the AlGaN layer adjacent to the active layer 51.
  • the difference in the composition of aluminum in the AlGaN / AlN superlattice structure may be gradually increased as the AlGaN / AlN pair adjacent to the active layer 51 may be, for example, 30% or more or 50% or more.
  • the thickness of the AlGaN / AlN superlattice structure may be thicker as the AlGaN layer adjacent to the active layer 51. In the AlGaN / AlN superlattice structure, the difference in thickness of the AlGaN / AlN layer may become larger as the AlGaN / AlN pair adjacent to the active layer 51.
  • the first conductive semiconductor layer 41 may include a superlattice structure.
  • the superlattice structure is AlGaN / AlN or AlN / AlGaN pair, it is possible to improve the transmittance with respect to the ultraviolet wavelength.
  • the a-axis lattice constant values are listed in the order of AlN> AlGaN> GaN.
  • AlGaN / AlN By repeating the AlGaN / AlN periodically, there is an effect that the compressive stress and the tensile stress, which are opposite to each other to cancel.
  • AlGaN and AlN have a crystallographically identical wurtzite crystal structure, which may provide a stable superlattice structure. Due to the superlattice structure of the first conductive semiconductor layer 41, stresses, polarizations, and defects transmitted to the active layer 51 may be reduced.
  • the first conductive semiconductor layer 41 may include at least one of another semiconductor including aluminum, for example, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, or AlGaInP material.
  • the first conductive semiconductor layer 41 may be an n-type semiconductor layer doped with n-type dopants such as Si, Ge, Sn, Se, and Te.
  • the first cladding layer 43 may be disposed on the first conductive semiconductor layer 41.
  • the first cladding layer 43 may be in contact with an upper surface of the first conductive semiconductor layer 41.
  • the first cladding layer 43 may be in contact with AlGaN or AlN of the first conductive semiconductor layer 41.
  • the first cladding layer 43 may include an AlGaN semiconductor, and may be an n-type semiconductor layer doped with n-type dopants such as Si, Ge, Sn, Se, and Te.
  • the first glad layer 43 may have a composition of aluminum of 50% or more.
  • the active layer 51 may be disposed on the first cladding layer 43.
  • the active layer 51 may contact the upper surface of the first cladding layer 43.
  • the active layer 51 may be formed of at least one of a single well, a single quantum well, a multi well, a multi quantum well structure (MQW), a quantum-wire structure, or a quantum dot structure. Can be.
  • the active layer 51 electrons (or holes) injected through the first conductive semiconductor layer 41 and holes (or electrons) injected through the second conductive semiconductor layer 71 meet each other, and the active layer ( 51 is a layer that emits light due to a band gap difference of an energy band according to a forming material of 51).
  • the active layer 51 may be implemented with a compound semiconductor.
  • the active layer 51 may be implemented as at least one of a group II-VI and a group III-V compound semiconductor.
  • the active layer 51 When the active layer 51 is implemented in a multi-well structure, the active layer 51 includes a plurality of well layers (not shown) and a plurality of barrier layers (not shown). In the active layer 51, a well layer and a barrier layer are alternately disposed. The pair of the well layer and the barrier layer may be formed in 2 to 30 cycles.
  • the well layer may be for example, disposed in a semiconductor material having a compositional formula of In x Al y Ga 1 -x- y N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1).
  • the barrier layer for example, may be formed of a semiconductor material having a compositional formula of In x Al y Ga 1 -x- y N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1).
  • the period of the well layer / barrier layer is, for example, InGaN / GaN, GaN / AlGaN, AlGaN / AlGaN, InGaN / AlGaN, InGaN / InGaN, AlGaAs / GaAs, InGaAs / GaAs, InGaP / GaP, AlInGaP / InGaP, InP At least one of a pair of / GaAs.
  • the well layer of the active layer 51 may be implemented with an AlGaN-based semiconductor such as AlGaN, and the barrier layer may be implemented with an AlGaN-based semiconductor such as AlGaN.
  • the active layer 51 may emit an ultraviolet wavelength, and may emit, for example, in a range of 200 nm to 290 nm.
  • the aluminum composition of the barrier layer has a composition higher than that of aluminum of the well layer.
  • the aluminum composition of the well layer may be 40% or less, for example, 20% to 40%, and the aluminum composition of the barrier layer may be 40% or more, for example, 40% to 95%.
  • the barrier layer may comprise a dopant, for example an n-type dopant.
  • the electron blocking layer 61 may be disposed on the active layer 51.
  • the electron blocking layer 61 may be in contact with the top surface of the active layer 51, and may be formed in a single layer or multiple layers.
  • the electron blocking layer 61 may be formed of an AlGaN semiconductor, and may have a composition of aluminum higher than that of the barrier layer of the active layer 51.
  • the composition of aluminum of the electron blocking layer 61 may be 50% or more.
  • the electron blocking layer 61 may include a multilayer structure.
  • the electron blocking layer 61 may include a plurality of semiconductor layers having different compositions of aluminum, and at least one of the plurality of semiconductor layers may have a composition of 50 aluminum. It may be more than%.
  • the second conductive semiconductor layer 71 is disposed on the electron blocking layer 61.
  • the third conductive semiconductor layer 73 may be disposed on the second conductive semiconductor layer 71.
  • the second and third conductive semiconductor layers 71 and 73 may be AlGaN-based semiconductors, for example, AlGaN.
  • the second conductive semiconductor layer 71 may have a composition of aluminum of 50% or more, and a p-type dopant may be added.
  • the p-type dopant concentration may be in the range of 1E16cm-3 to 1E21cm-3, and when the p-type dopant concentration is lower than the range, hole injection efficiency may be lowered, and when the p-type dopant concentration is higher than the range, crystal quality may be lowered and the third conductive semiconductor
  • the electrical properties of layer 73 can be affected.
  • the third conductive semiconductor layer 73 may provide a layer capable of ohmic contact with the second electrode 95 of FIG. 2 by the aluminum composition.
  • the third conductive semiconductor layer 73 may be an electrode contact layer or an ohmic contact layer in contact with the second electrode 95, and may be in ohmic contact with the second electrode 95.
  • the aluminum composition of the third conductive semiconductor layer 73 may be 40% or less, for example, in a range of 20% to 40%. When the composition of aluminum of the third conductive semiconductor layer 73 is out of the range, the contact resistance with the second electrode 95 may increase.
  • Samples # 1-# 3 of the light emitting device have a composition of 20% aluminum in the third conductive semiconductor layer 73, and Sample # 4 is the third conductive semiconductor layer 73.
  • the composition of aluminum is 40%, the transmittance graph according to the incident wavelength and the table at which the transmittance at 275 nm are obtained.
  • the transmittance may be 50% or more.
  • the second conductive semiconductor layer 71 has a low contact resistance when the aluminum composition is in a range of 20% to 40%, and may have a contact resistance of 10 2 ⁇ cm 2 or less. If the composition of the aluminum is out of the range, there is a problem that the contact resistance of the second conductive semiconductor layer 71 is increased by 10 times or more.
  • the contact resistance of the third conductive semiconductor layer 73 may be lower than the contact resistance of the second conductive semiconductor layer 71.
  • the third conductive semiconductor layer 73 may include a second conductive dopant, for example, a p-type dopant, and the p-type dopant concentration may be 1Ecm-18 or more, for example, 1Ecm-18 to 1Ecm-21.
  • the p-type dopant concentration is lower than the above range, the contact resistance is rapidly increased, and when the p-type dopant concentration is higher than the above range, the film quality is lowered to change the ohmic characteristics.
  • the p-type dopant concentration of the third conductive semiconductor layer 73 may be higher than the p-type dopant concentration of the second conductive semiconductor layer 71.
  • the third conductive semiconductor layer 73 may have a thickness of 50 nm or less, for example, 40 nm or less. When the third conductive semiconductor layer 73 is greater than 50 nm, the transmittance may be lowered to less than 10%, thereby reducing light extraction. Transmittance of the ultraviolet wavelength according to the material and thickness of the third conductive semiconductor layer 73 can be improved.
  • the light emitting device according to the embodiment may provide the third conductive semiconductor layer 73 having a low contact resistance without using the transparent conductive oxide layer.
  • FIG. 2 illustrates an example in which an electrode is disposed in the light emitting device of FIG. 1.
  • the first electrode 91 is disposed on the first conductive semiconductor layer 41, and the second electrode 95 is disposed on the third conductive semiconductor layer 73. Can be arranged. The second electrode 95 may be in contact with a portion of the upper surface of the third conductive semiconductor layer 73 or the entire region.
  • the first and second electrodes 91 and 95 may be formed of metals such as Ti, Ru, Rh, Ir, Mg, Zn, Al, In, Ta, Pd, Co, Ni, Si, Ge, Ag, Au and Au. It can be chosen from the optional alloys.
  • the first electrode 91 and the second electrode 95 may further include a current diffusion pattern having an arm structure or a finger structure.
  • the first electrode 91 and the second electrode 95 may be made of non-transmissive metal, which has the characteristics of ohmic contact, adhesive layer, and bonding layer, but is not limited thereto.
  • the contact resistance of the third conductive semiconductor layer 73 with the second electrode 95 is low in the light emitting device 101 having the ultraviolet wavelength, the decrease in the light transmittance can be prevented and the electrical characteristics can be improved. .
  • the first conductive type is n-type and the second conductive type is p-type, but as another example, the first conductive type may be p-type and the second conductive type may be n-type.
  • the light emitting device may include any one of an n-p junction structure, a p-n junction structure, an n-p-n junction structure, and a p-n-p junction structure.
  • FIG. 3 is another example of the light emitting device of the light emitting device of FIG.
  • the light emitting device 101A may include an uneven pattern 21A on the lower surface of the substrate 21.
  • the uneven pattern 21A may improve light transmittance.
  • the substrate 21 may have a thickness thinner than a thickness at the time of growth, for example, 20 ⁇ m or less.
  • the light emitting device may include a contact layer 75 and a reflective layer 77 between the second electrode 95 and the third conductive semiconductor layer 73.
  • the contact layer 75 may be a light transmissive material that transmits 70% or more of light, and the reflective layer 77 may be formed of a material having reflective properties that reflect 70% or more of light.
  • the contact layer 75 may be formed of a metal or a metal oxide, for example.
  • the contact layer 75 may be in contact between the third conductive semiconductor layer 73 and the reflective layer 77.
  • the contact layer 75 may be formed of indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium zinc tin oxide (IZTO), indium aluminum zinc oxide (IAZO), indium gallium zinc oxide (IGZO), and indium gallium tin (IGTO). oxide), aluminum zinc oxide (AZO), antimony tin oxide (ATO), gallium zinc oxide (GZO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, Al, Ag, Pd, Rh, Pt, Ir. .
  • the reflective layer 77 may be selectively formed among Al, Ag, Pd, Rh, Pt, and Ir.
  • the contact layer 75 may be removed.
  • the light emitting device 101A may be provided in a flip chip structure.
  • the substrate 21 may be removed from the light emitting device 101A.
  • FIG. 4 illustrates another example in which electrodes are disposed in the light emitting device of FIG. 1.
  • the same parts as those described above will be referred to the description of the above-described embodiments.
  • the first electrode 91 is disposed on the first conductive semiconductor layer 41, and the first cladding layer 43 is disposed below the first conductive semiconductor layer 41.
  • An active layer 51 and an electron blocking layer 61 are disposed, and includes a second electrode having a plurality of conductive layers 96, 97, 98, and 99 under the second and third conductive semiconductor layers 71 and 73. do.
  • the second electrode is disposed under the third conductive semiconductor layer 73, and includes a contact layer 96, a reflective layer 97, a bonding layer 98, and a support member 99.
  • the contact layer 96 is in contact with a semiconductor layer, for example, the third conductive semiconductor layer 73.
  • the contact layer 96 may be a low conductive material such as ITO, IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO, or a metal of Ni and Ag.
  • a reflective layer 97 is disposed below the contact layer 96, and the reflective layer 97 is composed of Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf, and a combination thereof.
  • the reflective layer 97 may contact the bottom of the third conductive semiconductor layer 73, but is not limited thereto.
  • the contact layer 96 may be formed of a metal or a non-metallic material among the materials disclosed above. The contact layer 96 may be removed.
  • a bonding layer 98 is disposed below the reflective layer 97, and the bonding layer 98 may be used as a barrier metal or a bonding metal, and the material may be, for example, Ti, Au, Sn, Ni, Cr, And at least one of Ga, In, Bi, Cu, Ag, and Ta and an optional alloy.
  • the channel layer 83 and the current blocking layer 85 are disposed between the third conductive semiconductor layer 73 and the second electrode.
  • the channel layer 83 may be formed of a non-metallic material and may be defined as a protective layer.
  • the channel layer 83 is formed along the bottom edge of the third conductive semiconductor layer 73 and may be formed in a ring shape, a loop shape, or a frame shape.
  • the channel layer 83 includes a transparent conductive material or an insulating material, for example, ITO, IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO, SiO 2 , SiO x , SiO x N y , Si 3 N 4 , It may include at least one of Al 2 O 3 , TiO 2 .
  • the inner portion of the channel layer 163 is disposed under the third conductive semiconductor layer 73, and the outer portion is disposed outside the side surfaces of the semiconductor structures 41, 43, 51, 61, 71, and -73.
  • the current blocking layer 85 may be disposed between the third conductive semiconductor layer 73 and the contact layer 96 or the reflective layer 97.
  • the current blocking layer 85 includes an insulating material, for example, SiO 2 , SiO x , SiO x N y , Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , TiO 2 It may include at least one of.
  • the current blocking layer 85 may also be formed of metal for Schottky contact.
  • the current blocking layer 85 may be disposed at a position corresponding to the first electrode 91 in the vertical direction.
  • the current blocking layer 85 may block a current supplied from the second electrode and diffuse the current in another path.
  • the current blocking layer 85 may be disposed in one or a plurality, and at least a portion or the entire area of the current blocking layer 85 may overlap with the first electrode 91.
  • the width of the current blocking layer 85 may be wider than the width of the first electrode 91 in the horizontal direction. The current blocking layer 85 having the width may diffuse the current delivered to the first electrode 91.
  • a support member 99 may be formed below the bonding layer 98, and the support member 99 may be formed as a conductive member.
  • the material of the support member 99 may be, for example, copper (Cu-copper), gold (Au-gold), nickel (Ni-nickel), molybdenum (Mo), copper-tungsten (Cu-W), or a carrier wafer (eg, : Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC, etc.).
  • the support member 99 may be implemented as a conductive sheet.
  • the growth method of the growth substrate may be removed by a physical method (eg, laser lift off) or / and a chemical method (eg, wet etching) to expose the first conductive semiconductor layer 41. Isolation is performed in the direction in which the substrate is removed to form a first electrode 91 on the first conductive semiconductor layer 41.
  • a light extraction structure such as roughness may be formed on an upper surface of the first conductive semiconductor layer 41. Accordingly, a light emitting device 102 having a vertical electrode structure having a first electrode 91 and a support member 99 below the semiconductor structures 41, 43, 51, 61, 71, and 73 may be manufactured. .
  • the light emitting device 102 may emit light of, for example, UV-C wavelength of the ultraviolet wavelength.
  • FIG. 5 is a view illustrating a light emitting device package having the light emitting device of FIG. 2.
  • the light emitting device package includes a support member 110, a reflective member 111 having a cavity 112 on the support member 110, an upper portion of the support member 110, and in the cavity 112.
  • the light emitting device 101 according to the embodiment, and a transparent window 115 on the cavity 112 is included.
  • the support member 110 is a resin-based printed circuit board (PCB), silicon (silicon) or silicon carbide (silicon carbide (SiC)), such as silicon-based, ceramics such as aluminum nitride (Aluminum nitride (AlN)), polyphthal It may be formed of at least one of a resin series such as amide (polyphthalamide (PPA)), a liquid crystal polymer (PCB), and a metal core PCB (MCPCB) having a metal layer on the bottom thereof, but is not limited thereto.
  • PCB resin-based printed circuit board
  • silicon silicon
  • silicon carbide silicon carbide
  • AlN aluminum nitride
  • PPA polyphthalamide
  • MCPCB metal core PCB having a metal layer on the bottom thereof, but is not limited thereto.
  • the support member 110 includes a first metal layer 131, a second metal layer 133, a first connection member 138, a second connection member 139, a first electrode layer 135, and a second electrode layer 137. It includes.
  • the first metal layer 131 and the second metal layer 132 are spaced apart from each other on the bottom of the support member 110.
  • the first electrode layer 135 and the second electrode layer 137 are disposed on the upper surface of the support member 110 to be spaced apart from each other.
  • the first connection member 138 may be disposed inside or on the first side of the support member 110, and connects the first metal layer 131 and the first electrode layer 135 to each other.
  • the second connection member 139 may be disposed inside or on the second side surface of the support member 110, and connects the second metal layer 133 and the second electrode layer 137 to each other.
  • the first metal layer 131, the second metal layer 133, the first electrode layer 135, and the second electrode layer 137 may be formed of a metal material, for example, titanium (Ti), copper (Cu), or nickel (Ni). , Gold (Au), chromium (Cr), tantalum (Ta), platinum (Pt), tin (Sn), silver (Ag), phosphorus (P) or may be formed of an optional alloy thereof, It may be formed of a single metal layer or a multilayer metal layer.
  • the first connection member 138 and the second connection member 139 include at least one of a via, a via hole, and a through hole.
  • the reflective member 111 may be disposed around the cavity 112 on the support member 110 to reflect the ultraviolet light emitted from the light emitting device 101.
  • the reflective member 111 may be a resin based printed circuit board (PCB), silicon based on silicon (silicon) or silicon carbide (silicon carbide (SiC)), ceramic based on AlN (aluminum nitride; AlN), or polyphthalamide. It may be formed of at least one of a resin series such as (polyphthalamide: PPA) and a liquid crystal polymer (Liquid Crystal Polymer), but is not limited thereto.
  • the support member 110 and the reflective member 111 may include a ceramic-based material, and the ceramic-based material may have a higher heat dissipation efficiency than the resin material.
  • the light emitting device 101 may be disposed on at least one or one of the first and second electrode layers 135 and 137 or on the support member 110, and the first electrode layer 135 and the first electrode may be disposed on the support member 110. It is electrically connected to the second electrode layer 137. As another example, the light emitting device 101 may be bonded to the first and second electrode layers 135 and 137 by a flip chip method. The light emitting device 101 may be arranged in a flip structure to extract light in a direction of the substrate or in the direction of the first conductive semiconductor layer.
  • the light emitting device package emits light of an ultraviolet wavelength.
  • the light emitting device may emit light having a wavelength of 290 nm or less, for example, in the range of 200 nm to 290 nm.
  • the light emitting device may be a device emitting a UV-C wavelength.
  • the light emitting device 101 may emit an ultraviolet wavelength or emit light of another wavelength when the phosphor layer is disposed on the light emitting device 101.
  • the transparent window 115 is disposed on the cavity 112 and emits a peak wavelength emitted from the light emitting device 101.
  • the transparent window 115 may include a glass material, a ceramic material, or a transparent resin material.
  • an optical lens or a phosphor layer may be further disposed on the cavity 112, but is not limited thereto.
  • the light emitting device or the light emitting device package according to the embodiment may be applied to the light unit.
  • the light unit is an assembly having one or more light emitting devices or light emitting device packages, and may include an ultraviolet lamp.
  • the light source module according to the embodiment may be a light unit.
  • the light source module includes a light emitting device package 201 having a light emitting device 103 disclosed in the embodiment, a circuit board 301 on which the light emitting device package 201 is disposed, and the light emission.
  • the device package 201 and a moisture proof film 275 covering the circuit board 301 are included.
  • the light emitting device package 201 may include a light emitting device disposed on at least one of a body 210 having a cavity 211, a plurality of electrodes 221 and 225 disposed in the cavity 211, and a plurality of electrodes 221 and 225. 103, a transparent window 261 disposed on the cavity 111.
  • the light emitting device 103 may include an optional peak wavelength within a range of ultraviolet to visible wavelengths.
  • the light emitting device 103 may emit, for example, a UV-C wavelength, that is, an ultraviolet wavelength in the range of 200 nm to 290 nm.
  • the body 210 includes an insulating material, for example, a ceramic material.
  • the ceramic material includes a low temperature co-fired ceramic (LTCC) or a high temperature co-fired ceramic (HTCC) which is co-fired.
  • the material of the body 210 may be, for example, AlN, and may be formed of a metal nitride having a thermal conductivity of 140 W / mK or more.
  • An upper circumference of the body 210 includes a stepped structure 215.
  • the stepped structure 215 is a region lower than the upper surface of the body 210 and is disposed around the upper portion of the cavity 211.
  • the depth of the stepped structure 215 is a depth from an upper surface of the body 210 and may be formed deeper than the thickness of the transparent window 261, but is not limited thereto.
  • the cavity 211 is an area in which a portion of the upper region of the body 210 is open and may be formed to a predetermined depth from an upper surface of the body 210.
  • Electrodes 221 and 225 in the cavity 211 and the body 210 may be electrically connected to electrode pads 241 and 245 disposed on the lower surface of the body 210.
  • the materials of the electrodes 221 and 225 and the electrode pads 241 and 245 are metals such as platinum (Pt), titanium (Ti), copper (Cu), nickel (Ni), gold (Au), tantalum (Ta) and aluminum ( Al) may optionally be included.
  • the light emitting device 103 may be mounted on the electrodes 221 and 225 in the cavity 211 without a separate wire by a flip chip method.
  • the light emitting device 103 is an ultraviolet light emitting diode according to the first and second embodiments, and may be an ultraviolet light emitting device having a wavelength ranging from 200 nm to 290 nm.
  • the transparent window 261 is disposed on the cavity 211.
  • the transparent window 261 includes a glass material, for example, quartz glass. Accordingly, the transparent window 261 may be defined as a material that can transmit the light emitted from the light emitting element 103, for example, without damage such as bond breakage between molecules by the ultraviolet wavelength.
  • the transparent window 261 has an outer circumference coupled to the stepped structure 215 of the body 210.
  • An adhesive layer 263 is disposed between the transparent window 261 and the stepped structure 215 of the body 210, and the adhesive layer 263 includes a resin material such as silicon or epoxy.
  • the transparent window 261 may be spaced apart from the light emitting device 103. Since the transparent window 261 is spaced apart from the light emitting device 103, the transparent window 261 may be prevented from being expanded by the heat generated by the light emitting device 103.
  • the circuit board 301 may include a plurality of bonding pads 304 and 305, and the plurality of bonding pads 304 and 305 may be electrically connected to the pads 241 and 245 disposed on the bottom surface of the body 210.
  • the circuit board 301 may be connected to signal cables 311 and 313 through external connection terminals 307 and 308, and the signal cables 311 and 313 supply power from the outside.
  • the moisture proof film 275 is disposed on the top and side surfaces of the light emitting device package 201 and the top surface of the circuit board 301.
  • the moisture proof film 275 is disposed on an upper surface of the transparent window 261 of the light emitting device package 201, and an upper surface and a side surface of the body 210.
  • the extension part 271 of the moisture proof film 275 extends from a side surface of the body 210 to an upper surface of the circuit board 301.
  • the moisture proof film 275 may have a size to cover the top and side surfaces of the light emitting device package 201 and the top surface of the circuit board 301 and may contact the light emitting device package 201 and the circuit board 301. .
  • the moisture proof film 275 is a fluororesin-based material, and may transmit the light without being destroyed by the light emitted from the light emitting element 103.
  • the moisture proof film 275 may be used as at least one of polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethyl + tetrafluoroethylene (ETFE), fluorinated ethylene propylene copolymer (FEP), and perfluoroalkoxy (PFA).
  • PCTFE polychlorotrifluoroethylene
  • ETFE ethyl + tetrafluoroethylene
  • FEP fluorinated ethylene propylene copolymer
  • PFA perfluoroalkoxy
  • the moisture proof film 275 may block moisture or moisture penetrating into the circuit board 301, as well as moisture or moisture penetrating through the side and top surfaces of the light emitting device package 201.
  • the moisture-proof film 275 may be formed in a range of 0.5 ⁇ m to 10 ⁇ m, and when the thickness of the moisture-proof film 275 exceeds the above range, the light transmittance is remarkably lowered. The habit is inferior.
  • the moisture proof film 275 may be spaced apart from the bonding areas of the external connection terminals 307 and 308 and the signal cables 311 and 313. As another example, the moisture proof film 275 may cover the external connection terminals 307 and 308. In this case, the moisture proof film 275 may prevent moisture or moisture penetration through the external connection terminals 307 and 308.
  • the light emitting device may provide a device for an ultraviolet-C (Ultraviolet-C) wavelength.
  • ultraviolet-C Ultraviolet-C
  • the embodiment can improve the transmittance of the ultraviolet light emitting device.
  • the embodiment can improve electrical characteristics of the ultraviolet light emitting device.

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Abstract

실시 예는 발광소자가 개시된다. 개시된 발광 소자는, 제1도전성 반도체층; 상기 제1도전성 반도체층 상에 배치되며 자외선 파장을 발생하는 활성층; 상기 활성층 위에 배치된 전자 차단층; 상기 전자 차단층 위에 배치된 제2도전성 반도체층; 상기 제2도전성 반도체층 위에 배치된 제3도전성 반도체층; 및 상기 제3도전성 반도체층 위에 배치된 전극을 구비한다. 상기 제2 및 제3도전성 반도체층은 AlGaN 반도체를 포함하며, 상기 제3도전성 반도체층은 상기 제2도전성 반도체층의 알루미늄이 조성보다 낮은 알루미늄의 조성을 갖고, 상기 전극과의 전기적인 접촉 저항이 상기 제2도전성 반도체층의 접촉 저항보다 낮다.

Description

발광 소자 및 이를 구비한 라이트 유닛
실시 예는 발광소자에 관한 것이다.
실시 예는 자외선 발광 소자에 관한 것이다.
실시 예는 자외선 발광 소자를 갖는 라이트 유닛에 관한 것이다.
일반적으로 질소(N)와 같은 Ⅴ족 소스와, 갈륨(Ga), 알루미늄(Al), 또는 인듐(In)과 같은 Ⅲ족 소스를 포함하는 질화물 반도체 소재는 열적 안정성이 우수하고 직접 천이형의 에너지 밴드(band) 구조를 갖고 있어, 질화물계 반도체 소자 예컨대, 자외선 영역의 질화물계 반도체 발광소자 및 태양전지용 물질로 많이 사용되고 있다.
질화물계 물질은 0.7eV에서 6.2eV의 폭넓은 에너지 밴드갭을 가지고 있어 태양광스펙트럼 영역과 일치하는 특성으로 인하여 태양전지소자용 물질로 많이 사용되고 있다. 특히, 자외선 발광소자는 경화기 장치, 의료분석기 및 치료기기 및 살균, 정수, 정화시스템 등 다양한 산업분야에서 활용되고 있으며, 향후 반도체 조명 광원으로써 일반조명에 사용 가능한 물질로서 주목을 받고 있다.
실시 예는 제2도전형의 반도체층을 이용한 전극과의 오믹 접촉된 발광 소자 및 이를 구비한 라이트 유닛을 제공한다.
실시 예는 자외선 파장 예컨대, UV-C(Ultraviolet-C) 파장을 방출하는 발광 소자 및 이를 구비하 라이트 유닛을 제공한다.
실시 예에 따른 발광 소자는, 제1도전성 반도체층; 상기 제1도전성 반도체층 상에 배치되며 자외선 파장을 발생하는 활성층; 상기 활성층 위에 배치된 전자 차단층; 상기 전자 차단층 위에 배치된 제2도전성 반도체층; 상기 제2도전성 반도체층 위에 배치된 제3도전성 반도체층; 및 상기 제3도전성 반도체층 위에 배치된 전극을 포함하며, 상기 제2 및 제3도전성 반도체층은 AlGaN 반도체를 포함하며, 상기 제3도전성 반도체층은 상기 제2도전성 반도체층의 알루미늄이 조성보다 낮은 알루미늄의 조성을 갖고, 상기 전극과의 전기적인 접촉 저항이 상기 제2도전성 반도체층의 접촉 저항보다 낮다.
실시 예에 따른 발광 소자는, AlN 기판; AlN 기판 위에 알루미늄의 조성을 갖는 제1도전성 반도체층; 상기 제1도전성 반도체층 상에 배치되며 자외선 파장을 발생하는 활성층; 상기 활성층 위에 제2도전성 반도체층; 상기 제2도전성 반도체층 위에 제3도전성 반도체층; 및 상기 제3도전성 반도체층의 상면에 접촉되며 금속으로 형성된 전극을 포함하며, 상기 제2 및 제3도전성 반도체층은 AlGaN계 반도체를 포함하며, 상기 제3도전성 반도체층은 상기 제2도전성 반도체층의 알루미늄의 조성보다 낮은 알루미늄의 조성을 가지며, 상기 제3도전성 반도체층은 전기적인 접촉 저항이 상기 제2도전성 반도체층의 전기적인 접촉 저항보다 낮으며, 상기 제3도전성 반도체층은 상기 전극과 오믹 접촉된다.
실시 예에 따른 라이트 유닛은, 캐비티를 갖는 몸체; 상기 캐비티 내에 배치된 상기의 발광 소자; 상기 캐비티 상에 투명 윈도우; 및 상기 투명 윈도우 및 몸체 상에 배치된 방습 필름을 갖는다.
실시 예에 따른 발광 소자에 의하면, 제2도전형의 반도체층과 전극의 전기적인 접촉을 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자에 의하면, 제2도전형의 반도체층을 통한 투과율을 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예에 의하면, 활성층으로 전달되는 결함을 제거할 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자에 의하면, 내부 양자 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 살균용 자외선 발광 소자의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 자외선 발광 소자를 갖는 발광소자 패키지 및 자외선 램프와 같은 라이트 유닛을 제공할 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 발광 소자를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 발광 소자에 전극을 배치한 일 예이다.
도 3은 도 2의 발광 소자의 다른 예이다.
도 4는 도 1의 발광 소자에 전극을 배치한 다른 예이다.
도 5는 도 2의 발광 소자를 갖는 발광 소자 패키지를 나타낸 단면도이다.
도 6은 실시 예에 따른 발광 소자를 갖는 광원 모듈을 나타낸 도면이다.
도 7은 실시 예에 따른 발광 소자의 제3도전성 반도체층의 알루미늄의 조성에 따른 투과도를 비교한 그래프이다.
도 8은 도 7의 알루미늄 조성을 갖는 발광 소자의 샘플별 투과도를 나타낸 표이다.
도 9는 실시 예에 따른 발광 소자의 제3도전성 반도체층의 접촉 저항을 나타낸 도면이다.
도 10은 실시 예에 따른 자외선 파장에서의 AlN 템플리트와 벌크 AlN 기판의 투과도를 비교한 도면이다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on/over)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on/over)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
<발광소자>
도 1는 제1실시예에 따른 발광소자의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 발광소자는 기판(21)과, 상기 기판(21) 상에 배치된 제1도전성 반도체층(41)과, 상기 제1도전성 반도체층(41) 상에 배치된 제1클래드층(43)과, 상기 제1클래드층(43) 상에 배치된 활성층(51)과, 상기 활성층(51) 상에 배치된 전자 차단층(61), 상기 전자 차단층(61) 상에 배치된 제2 도전성 반도체층(71), 상기 제2도전성 반도체층(71) 상에 배치된 제3도전성 반도체층(73)을 포함할 수 있다.
상기 발광 소자는 자외선 파장의 광을 방출하게 된다. 상기 발광 소자는 300nm 파장 이하 예컨대, 200nm 내지 290nm 범위의 파장을 발광할 수 있다. 상기 발광 소자는 UV-C 파장을 발광하는 소자일 수 있다.
상기 기판(21)은 예를 들어, 투광성, 전도성 기판 또는 절연성 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(21)은 AlN, 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, and Ga2O3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 기판(21)의 상면 및/또는 하면에는 복수의 돌출부(미도시)가 형성될 수 있으며, 상기 복수의 돌출부 각각은 측 단면이, 반구형 형상, 다각형 형상, 타원 형상 중 적어도 하나를 포함하며 스트라이프 형태 또는 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 상기 돌출부는 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
상기 기판(21) 위에는 복수의 화합물 반도체층이 성장될 수 있으며, 상기 복수의 화합물 반도체층의 성장 장비는 전자빔 증착기, PVD(physical vapor deposition), CVD(chemical vapor deposition), PLD(plasma laser deposition), 이중형의 열증착기(dual-type thermal evaporator) 스퍼터링(sputtering), MOCVD(metal organic chemical vapor deposition) 등에 의해 형성할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 기판(21)과 상기 제1글래드층(43) 사이에는 제1도전성 반도체층(41)이 배치될 수 있다. 상기 제1도전성 반도체층(41)은 II족-VI족 또는 III족-V족 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 상기 제1도전성 반도체층(41)은 AlN 반도체층, AlGaN/AlN 초격자 구조, 및 AlGaN 반도체층 중 적어도 하나일 수 있다. 상기 기판(21)과 상기 제1도전성 반도체층(41) 사이에는 버퍼층이 더 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 기판(21)이 사파이어 기판이고, 제1도전성 반도체층(41)이 AlN 템플레이트(template)인 경우, 도 10과 같이 자외선 파장에 대해 50% 이상의 투과율(T)을 나타냄을 알 수 있다. 상기 기판(21)이 벌크(Bulk) AlN 기판이고, 상기 제1도전성 반도체층(41)이 AlN인 경우, 도 10과 같이 자외선 파장에 대해 0.01% 이하의 투과율(T)를 나타냄을 알 수 있다. 상기 자외선 파장의 투과율은 기판(21)의 두께가 30㎛인 경우이며, 상기 기판(21)의 두께가 20㎛ 이하인 경우 상기의 투과율은 더 개선될 수 있다.
상기 벌크 AlN 기판 상에 성장된 제1도전성 반도체층(41)의 결정 결함은, 사파이어 기판 상에 성장된 제1도전성 반도체층(41)의 결정 결함보다 작을 수 있다. 예를 들면, 벌크 AlN 기판 상에 성장한 AlN층의 전위 밀도는 상기 사파이어 기판 상에 성장된 AlN층의 전위 밀도보다 낮을 수 있다. 상기 사파이어 기판 상에 성장한 AlN층의 전위 밀도는 1E9cm-2 이상이지만, 벌크 AlN 기판 상에 성장된 AlN층의 전위 밀도는 1E7cm-2이하이다. 따라서, 벌크 AlN 기판 상에 AlN층을 성장한 경우, 격자 상수 차이에 의한 전위 결함을 낮추어 줄 수 있다. 또한 상기 벌크 AlN 기판이 제거되거나 벌크 AlN 기판의 두께를 20㎛ 이하로 제공한 경우, 벌크 AlN 기판에 의한 투과율 저하를 방지할 수 있다.
다른 예로서, 상기 제1도전성 반도체층(41)이 AlGaN/AlN 초격자 구조인 경우, 상기 AlGaN/AlN 초격자 구조에서 AlGaN의 알루미늄의 조성은 상기 활성층(51)에 인접한 AlGaN층일수록 점차 감소될 수 있다. 상기 AlGaN/AlN 초격자 구조에서 알루미늄의 조성 차이는, 상기 활성층(51)에 인접한 AlGaN/AlN 페어일수록 점차 커질 수 있으며, 예컨대 30% 이상 또는 50% 이상일 수 있다. 상기 AlGaN/AlN 초격자 구조의 두께는 상기 활성층(51)에 인접한 AlGaN층일수록 두께가 점차 두꺼워질 수 있다. 상기 AlGaN/AlN 초격자 구조에서 AlGaN/AlN층의 두께 차이는 상기 활성층(51)에 인접한 AlGaN/AlN 페어일수록 점차 커질 수 있다.
실시 예에 따른 제1도전성 반도체층(41)은 초격자 구조를 포함할 수 있다. 상기 초격자 구조가 AlGaN/AlN 또는 AlN/AlGaN 페어인 경우, 자외선 파장에 대한 투과율을 개선시켜 줄 수 있다. 또한 a축 격자 상수 값은 AlN>AlGaN>GaN의 순으로 나열되며, 상기 a축 격자 상수 값이 작은 AlGaN 위에 AlN을 성장하면 압축 응력(compressive stress)이 걸리게 되고, 다시 AlN 위에 AlGaN을 성장하면 인장 응력(tensile stress)이 걸리게 된다. 이러한 AlGaN/AlN을 주기적으로 반복해 줌으로써, 서로 반대의 응력인 압축 응력과 인장 응력이 상쇄되는 효과가 있다. 또한 AlGaN과 AlN은 결정학적으로 동일한 우르자이트(wurzite) 결정 구조를 갖고 있어 안정적인 초격자 구조를 제공할 수 있다. 이러한 제1도전성 반도체층(41)의 초격자 구조에 의해 활성층(51)으로 전달되는 응력, 분극 현상 및 결함은 감소될 수 있다.
상기 제1도전성 반도체층(41)은 알루미늄을 포함하는 다른 반도체 예컨대, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, AlGaInP 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제1도전성 반도체층(41)은 제1도전형 도펀트 예컨대, Si, Ge, Sn, Se, Te 등의 n형 도펀트가 도핑된 n형 반도체층이 될 수 있다.
상기 제1클래드층(43)은 제1도전성 반도체층(41) 위에 배치될 수 있다. 상기 제1클래드층(43)은 상기 제1도전성 반도체층(41)의 상면에 접촉될 수 있다. 상기 제1클래드층(43)은 상기 제1도전성 반도체층(41)의 AlGaN 또는 AlN에 접촉될 수 있다. 상기 제1클래드층(43)은 AlGaN 반도체를 포함할 수 있으며, 제1도전형 도펀트 예컨대, Si, Ge, Sn, Se, Te 등의 n형 도펀트가 도핑된 n형 반도체층이 될 수 있다. 상기 제1글래드층(43)은 알루미늄의 조성이 50% 이상일 수 있다.
상기 활성층(51)은 제1클래드층(43) 상에 배치될 수 있다. 상기 활성층(51)은 상기 제1클래드층(43)의 상면에 접촉될 수 있다. 상기 활성층(51)은 단일 우물, 단일 양자우물, 다중 우물, 다중 양자우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
상기 활성층(51)은 상기 제1도전성 반도체층(41)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 상기 제2도전성 반도체층(71)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 서로 만나서, 상기 활성층(51)의 형성 물질에 따른 에너지 밴드(Energy Band)의 밴드 갭(Band Gap) 차이에 의해서 빛을 방출하는 층이다.
상기 활성층(51)은 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 상기 활성층(51)은 예로서 II족-VI족 및 III족-V족 화합물 반도체 중에서 적어도 하나로 구현될 수 있다.
상기 활성층(51)이 다중 우물 구조로 구현된 경우, 상기 활성층(51)은 복수의 우물층(미도시)과 복수의 장벽층(미도시)을 포함한다. 상기 활성층(51)은 우물층과 장벽층이 교대로 배치된다. 상기 우물층과 상기 장벽층의 페어는 2~30주기로 형성될 수 있다.
상기 우물층은 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 배치될 수 있다. 상기 장벽층은 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다.
상기 우물층/장벽층의 주기는 예를 들어, InGaN/GaN, GaN/AlGaN, AlGaN/AlGaN, InGaN/AlGaN, InGaN/InGaN, AlGaAs/GaAs, InGaAs/GaAs, InGaP/GaP, AlInGaP/InGaP, InP/GaAs의 페어 중 적어도 하나를 포함한다.
실시 예에 따른 활성층(51)의 우물층은 AlGaN 계 반도체 예컨대, AlGaN으로 구현될 수 있으며, 상기 장벽층은 AlGaN계 반도체 예컨대, AlGaN으로 구현될 수 있다. 상기 활성층(51)은 자외선 파장을 발광할 수 있으며, 예컨대 200nm 내지 290nm 범위로 발광할 수 있다.
상기 장벽층의 알루미늄 조성은 상기 우물층의 알루미늄의 조성보다 높은 조성을 갖는다. 상기 우물층의 알루미늄 조성은 40% 이하 예컨대, 20% 내지 40% 범위일 수 있으며, 상기 장벽층의 알루미늄 조성은 40% 이상 예컨대, 40% 내지 95% 범위일 수 있다. 상기 장벽층은 도펀트를 포함할 수 있으며, 예컨대 n형 도펀트를 포함할 수 있다.
상기 전자 차단층(61)은 상기 활성층(51) 상에 배치될 수 있다. 상기 전자 차단층(61)은 상기 활성층(51)의 상면에 접촉될 수 있으며, 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 상기 전자 차단층(61)은 AlGaN 반도체로 배치될 수 있으며, 상기 활성층51)의 장벽층보다 높은 알루미늄의 조성을 가질 수 있다. 상기 전자 차단층(61)의 알루미늄의 조성은 50% 이상일 수 있다.
상기 전자 차단층(61)은 다층 구조를 포함하며, 예컨대 다층 구조인 경우 알루미늄의 조성이 서로 다른 복수의 반도체층을 포함할 수 있으며, 상기 복수의 반도체층 중 적어도 한 층은 알루미늄의 조성이 50% 이상일 수 있다.
상기 제2도전성 반도체층(71)은 상기 전자 차단층(61) 위에 배치된다. 상기 제3도전성 반도체층(73)은 상기 제2도전성 반도체층(71) 상에 배치될 수 있다.
상기 제2 및 제3도전성 반도체층(71,73)은 AlGaN계 반도체 예컨대, AlGaN일 수 있다. 상기 제2도전성 반도체층(71)은 알루미늄의 조성이 50% 이상일 수 있으며, p형 도펀트가 첨가될 수 있다. 상기 p형 도펀트 농도는 1E16cm-3 내지 1E21cm-3 범위일 수 있으며, 이러한 p형 도펀트 농도가 상기 범위보다 낮으면 홀 주입 효율이 저하되고 상기 범위보다 높으면 결정 품질이 저하될 수 있고 제3도전성 반도체층(73)의 전기적인 특성에 영향을 줄 수 있다.
상기 제3도전성 반도체층(73)이 GaN인 경우, 자외선 파장이 흡수될 수 있고 광 추출 효율은 감소될 수 있다. 그리고 제3도전성 반도체층(73) 상에 ITO와 같은 산화물 층이 배치된 경우, 자외선 파장의 흡수로 인해 광 추출 효율이 저하될 수 있다. 실시 예에 따른 제3도전성 반도체층(73)은 알루미늄 조성에 의해 도 2의 제2전극(95)과의 오믹 접촉될 수 있는 층을 제공할 수 있다. 이를 위해, 상기 제3도전성 반도체층(73)은 제2전극(95)과 접촉되는 전극 접촉된 층 또는 오믹 접촉된 층일 수 있으며, 상기 제2전극(95)과 오믹 접촉될 수 있다.
상기 제3도전성 반도체층(73)의 알루미늄이 조성은 40% 이하 예컨대, 20% 내지 40% 범위일 수 있다. 상기 제3도전성 반도체층(73)의 알루미늄의 조성이 상기 범위를 벗어난 경우 제2전극(95)과의 접촉 저항이 증가될 수 있다.
도 7 및 도 8에 도시된, 발광 소자의 샘플 #1-#3은 제3도전성 반도체층(73)의 알루미늄의 조성이 20%인 경우이고, 샘플 #4는 제3도전성 반도체층(73)의 알루미늄의 조성이 40%인 경우, 입사 파장에 따른 투과도 그래프와 275nm에서의 투과도를 구한 표이다. 이러한 도 7 및 도 8로부터 구해진 것과 같이, 상기 제3도전성 반도체층(73)의 알루미늄의 조성이 20% 내지 40%인 경우 투과도가 50%이상으로 나타남을 알 수 있다. 이러한 투과도를 갖는 발광 소자를 제공함으로써, 자외선 파장의 투과율을 개선시켜 줄 수 있다.
도 9와 같이, 제2도전성 반도체층(71)은 알루미늄 조성이 20% 내지 40% 범위인 경우 접촉 저항이 낮아지며, 예컨대 102Ωcm2 이하의 접촉 저항을 가질 수 있다. 상기 알루미늄의 조성이 상기 범위를 벗어난 경우, 상기 제2도전성 반도체층(71)의 접촉 저항이 10배 이상 증가되는 문제가 있다. 이러한 상기 제3도전성 반도체층(73)의 접촉 저항은 상기 제2도전성 반도체층(71)의 접촉 저항보다 더 낮을 수 있다.
상기 제3도전성 반도체층(73)은 제2도전형의 도펀트 예컨대, p형 도펀트가 첨가될 수 있으며, 상기 p형 도펀트 농도는 1Ecm-18 이상 예컨대, 1Ecm-18 내지 1Ecm-21 범위일 수 있으며, 상기 p형 도펀트 농도가 상기 범위보다 낮으면 접촉 저항이 급격하게 증가하게 되며, 상기 범위보다 높으면 막질이 저하되어 오믹 특성이 변화되는 문제가 있다. 상기 제3도전성 반도체층(73)의 p형 도펀트 농도는 상기 제2도전성 반도체층(71)의 p형 도펀트 농도보다 높을 수 있다.
상기 제3도전성 반도체층(73)은 50nm 이하의 두께 예컨대, 40nm 이하의 두께일 수 있다. 상기 제3도전성 반도체층(73)이 50nm를 초과한 경우 투과도가 10% 미만으로 낮아져 광 추출이 저하될 수 있다. 이러한 제3도전성 반도체층(73)의 재질 및 두께에 따른 자외선 파장의 투과율을 개선시켜 줄 수 있다. 실시 예에 따른 발광 소자는 투명한 전도성 산화물층을 이용하지 않고, 낮은 접촉 저항을 갖는 제3도전성 반도체층(73)을 제공할 수 있다.
도 2는 도 1의 발광 소자에 전극을 배치한 예이다.
도 2를 참조하면, 발광 소자(101)는 제1도전성 반도체층(41) 상에 제1전극(91)이 배치되고, 상기 제3도전성 반도체층(73) 상에 제2전극(95)가 배치될 수 있다. 상기 제2전극(95)은 상기 제3도전성 반도체층(73)의 상면의 일부 영역 또는 전 영역 상에 접촉될 수 있다.
상기 제1 및 제2전극(91,95)은 금속 예컨대, Ti, Ru, Rh, Ir, Mg, Zn, Al, In, Ta, Pd, Co, Ni, Si, Ge, Ag 및 Au와 이들의 선택적인 합금 중에서 선택될 수 있다.
상기 제1전극(91) 및 상기 제2전극(95)은 암(arm) 구조 또는 핑거(finger) 구조의 전류 확산 패턴이 더 형성될 수 있다. 상기 제1전극(91) 및 제2전극(95)은 오믹 접촉, 접착층, 본딩층의 특성을 갖는 금속으로 비 투광성으로 이루어질 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
자외선 파장의 발광 소자(101)에서 상기 제3도전성 반도체층(73)이 제2전극(95)과의 접촉 저항이 낮게 접촉됨으로써, 광 투과율의 저하는 방지하고 전기적인 특성은 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 제1도전형은 n형 및 제2도전형은 p형으로 설명하였으나, 다른 예로서, 제1도전형은 p형 및 제2도전형은 n형일 수 있다. 또는 발광 소자는 n-p 접합 구조, p-n 접합 구조, n-p-n 접합 구조, p-n-p 접합 구조 중 어느 한 구조를 포함할 수 있다.
도 3은 도 2의 발광소자에 발광 소자의 다른 예이다.
도 3을 참조하면, 발광 소자(101A)는 기판(21) 하면에 요철 패턴(21A)을 포함할 수 있다. 상기 기판(21)이 벌크 AlN 기판 또는 사파이어 기판인 경우, 요철 패턴(21A)은 광 투과율을 개선시켜 줄 수 있다. 또한 상기 기판(21)은 성장 시의 두께보다 얇은 두께 예컨대, 20㎛ 이하일 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자는 상기 제2전극(95)과 상기 제3도전성 반도체층(73) 사이에 접촉층(75) 및 반사층(77)을 포함할 수 있다. 상기 접촉층(75)은 70% 이상의 광을 투과하는 투광성 물질이며, 상기 반사층(77)은 70% 이상의 광을 반사하는 반사성 특성을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 상기 접촉층(75)은 예컨대 금속 또는 금속 산화물로 형성될 수 있다. 상기 접촉층(75)은 상기 제3도전성 반도체층(73)과 반사층(77) 사이에 접촉될 수 있다. 상기 접촉층(75)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, Al, Ag, Pd, Rh, Pt, Ir 중 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 반사층(77)은 Al, Ag, Pd, Rh, Pt, Ir 중 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 접촉층(75)은 제거될 수 있다.
이러한 발광 소자(101A)는 플립 칩 구조로 제공될 수 있다. 상기 기판(21)은 발광 소자(101A)로부터 제거될 수 있다.
도 4는 도 1의 발광 소자에 전극을 배치한 다른 예를 나타낸다. 도 4를 설명함에 있어서, 상기에 개시된 구성과 동일한 부분은 상기에 개시된 실시 예의 설명을 참조하기로 한다.
도 4를 참조하면, 발광소자(102)는 제1도전성 반도체층(41) 위에 제1전극(91)이 배치되고, 상기 제1도전성 반도체층(41) 아래에 제1클래드층(43), 활성층(51) 및 전자 차단층(61)이 배치되고, 제2 및 제3도전성 반도체층(71,73) 아래에 복수의 전도층(96,97,98,99)을 갖는 제2전극을 포함한다.
상기 제2전극은 상기 제3도전성 반도체층(73) 아래에 배치되며, 접촉층(96), 반사층(97), 본딩층(98) 및 지지 부재(99)를 포함한다. 상기 접촉층(96)은 반도체층 예컨대, 제3도전성 반도체층(73)과 접촉된다. 상기 접촉층(96)은 ITO, IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등과 같은 저 전도성 물질이거나 Ni, Ag의 금속을 이용할 수 있다. 상기 접촉층(96) 아래에 반사층(97)이 배치되며, 상기 반사층(97)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 그 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 적어도 하나의 층을 포함하는 구조로 형성될 수 있다. 상기 반사층(97)은 상기 제3도전성 반도체층(73) 아래에 접촉될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 접촉층(96)은 상기에 개시된 물질 중에서 금속 또는 비 금속 물질로 형성될 수 있다. 상기 접촉층(96)은 제거될 수 있다.
상기 반사층(97) 아래에는 본딩층(98)이 배치되며, 상기 본딩층(98)은 베리어 금속 또는 본딩 금속으로 사용될 수 있으며, 그 물질은 예를 들어, Ti, Au, Sn, Ni, Cr, Ga, In, Bi, Cu, Ag 및 Ta와 선택적인 합금 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제3도전성 반도체층(73)과 제2전극 사이에 채널층(83) 및 전류 블록킹층(85)이 배치된다. 상기 채널층(83)은 비 금속 물질로 형성될 수 있으며, 보호층으로 정의될 수 있다.
상기 채널층(83)은 상기 제3도전성 반도체층(73)의 하면 에지를 따라 형성되며, 링 형상, 루프 형상 또는 프레임 형상으로 형성될 수 있다. 상기 채널층(83)은 투명한 전도성 물질 또는 절연성 물질을 포함하며, 예컨대 ITO, IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO, SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3, TiO2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 채널층(163)의 내측부는 상기 제3도전성 반도체층(73) 아래에 배치되고, 외측부는 반도체 구조물(41,43,51,61,71,-73)의 측면보다 더 외측에 배치된다.
상기 전류 블록킹층(85)은 제3도전성 반도체층(73)과 접촉층(96) 또는 반사층(97) 사이에 배치될 수 있다. 상기 전류 블록킹층(85)은 절연물질을 포함하며, 예컨대 SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3, TiO2 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 상기 전류 블록킹층(85)은 쇼트키 접촉을 위한 금속으로도 형성될 수 있다.
상기 전류 블록킹층(85)은 상기 제1전극(91)과 수직 방향으로 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 상기 전류 블록킹층(85)은 상기 제2전극으로부터 공급되는 전류를 차단하여, 다른 경로로 전류를 확산시켜 줄 수 있다. 상기 전류 블록킹층(85)은 하나 또는 복수로 배치될 수 있으며, 제1전극(91)과 수직 방향으로 적어도 일부 또는 전 영역이 오버랩될 수 있다. 상기 전류 블록킹층(85)은 수평 방향의 폭이 상기 제1전극(91)의 수평 방향의 폭보다는 넓을 수 있다. 상기 폭을 갖는 전류 블록킹층(85)은 상기 제1전극(91)으로 전달되는 전류를 확산시켜 줄 수 있다.
상기 본딩층(98) 아래에는 지지 부재(99)가 형성되며, 상기 지지 부재(99)는 전도성 부재로 형성될 수 있다. 상기 지지부재(99)의 물질은 예컨대, 구리(Cu-copper), 금(Au-gold), 니켈(Ni-nickel), 몰리브덴(Mo), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예: Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC 등) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 상기 지지부재(99)는 다른 예로서, 전도성 시트로 구현될 수 있다.
여기서, 상기 도 1의 기판은 제거하게 된다. 상기 성장 기판의 제거 방법은 물리적 방법(예: Laser lift off) 또는/및 화학적 방법(습식 에칭 등)으로 제거할 수 있으며, 상기 제1도전성 반도체층(41)을 노출시켜 준다. 상기 기판이 제거된 방향을 통해 아이솔레이션 에칭을 수행하여, 상기 제1도전성 반도체층(41) 상에 제1전극(91)을 형성하게 된다.
상기 제1도전성 반도체층(41)의 상면에는 러프니스와 같은 광 추출 구조(미도시)가 형성될 수 있다. 이에 따라 반도체 구조물(41,43,51,61,71,73) 위에 제1전극(91) 및 아래에 지지 부재(99)를 갖는 수직형 전극 구조를 갖는 발광소자(102)가 제조될 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자(102)는 자외선 파장의 예컨대, UV-C 파장을 발광할 수 있다.
<발광소자 패키지>
도 5는 도 2의 발광소자를 갖는 발광소자 패키지를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 발광소자 패키지는 지지부재(110), 상기 지지 부재(110) 위에 캐비티(112)를 갖는 반사부재(111), 상기 지지부재(110)의 위 및 상기 캐비티(112) 내에 실시 예에 따른 발광 소자(101), 및 상기 캐비티(112) 상에 투명 윈도우(115)를 포함한다.
상기 지지부재(110)는 수지 계열의 인쇄회로기판(PCB), 실리콘(silicon) 또는 실리콘 카바이드(silicon carbide: SiC)와 같은 실리콘 계열, 질화 알루미늄(aluminum nitride; AlN)과 같은 세라믹 계열, 폴리프탈아마이드(polyphthalamide: PPA)와 같은 수지 계열, 고분자액정(Liquid Crystal Polymer), 바닥에 금속층을 갖는 PCB(MCPCB: Metal core PCB) 중에서 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 이러한 재질로 한정하지는 않는다.
상기 지지부재(110)는 제1금속층(131), 제2금속층(133), 제1연결 부재(138), 제2연결 부재(139), 제1전극층(135) 및 제2전극층(137)를 포함한다. 상기 제1금속층(131) 및 제2금속층(132)은 상기 지지부재(110)의 바닥에 서로 이격되게 배치된다. 상기 제1전극층(135) 및 제2전극층(137)은 상기 지지부재(110)의 상면에 서로 이격되게 배치된다. 상기 제1연결 부재(138)는 상기 지지부재(110)의 내부 또는 제1측면에 배치될 수 있으며, 상기 제1금속층(131)과 상기 제1전극층(135)을 서로 연결해 준다. 상기 제2연결 부재(139)는 상기 지지부재(110)의 내부 또는 제2측면에 배치될 수 있으며, 상기 제2금속층(133) 및 상기 제2전극층(137)을 서로 연결해 준다.
상기 제1금속층(131), 제2금속층(133), 제1전극층(135) 및 제2전극층(137)은 금속 재질, 예를 들어, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P) 중 적어도 하나 또는 이들의 선택적 합금으로 형성될 수 있으며, 단일 금속층 또는 다층 금속층으로 형성될 수 있다.
상기 제1연결 부재(138) 및 상기 제2연결 부재(139)는 비아, 비아 홀, 쓰루 홀 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 반사 부재(111)는 상기 지지부재(110) 상에서 상기 캐비티(112)의 둘레에 배치되며, 상기 발광 소자(101)로부터 방출된 자외선 광을 반사시켜 줄 수 있다.
상기 반사부재(111)는 수지 계열의 인쇄회로기판(PCB), 실리콘(silicon) 또는 실리콘 카바이드(silicon carbide: SiC)과 같은 실리콘 계열, AlN(aluminum nitride; AlN)과 같은 세라믹 계열, 폴리프탈아마이드(polyphthalamide: PPA)과 같은 수지 계열, 고분자액정(Liquid Crystal Polymer) 중에서 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 이러한 재질로 한정하지는 않는다. 상기 지지부재(110) 및 반사부재(111)는 세라믹 계열의 재질을 포함할 수 있으며, 이러한 세라믹 계열의 재질은 방열 효율이 수지 재질보다 높은 특징이 있다.
상기 발광 소자(101)는 상기 제1,제2전극층(135,137) 중 적어도 하나 또는 어느 하나의 위에 배치되거나 상기 지지 부재(110) 상에 배치될 수 있으며, 상기 제1전극층(135)과 상기 제2전극층(137)과 전기적으로 연결된다. 다른 예로서, 상기 발광 소자(101)는 제1 및 제2전극층(135,137) 상에 플립 칩 방식으로 본딩될 수 있다. 이러한 발광 소자(101)는 플립 구조로 배치되어, 광을 기판 방향 또는 제1도전성 반도체층 방향으로 추출할 수 있다.
상기 발광 소자 패키지는 자외선 파장의 광을 방출하게 된다. 상기 발광 소자는 290nm 파장 이하 예컨대, 200nm 내지 290nm 범위의 파장을 발광할 수 있다. 상기 발광 소자는 UV-C 파장을 발광하는 소자일 수 있다.
상기 발광 소자(101)는 자외선 파장을 발광하거나, 상기 발광 소자(101) 상에 형광체층이 배치된 경우 다른 파장의 광을 발광할 수 있다.
상기 투명 윈도우(115)는 상기 캐비티(112) 상에 배치되며, 상기 발광 소자(101)로부터 방출된 피크 파장을 방출하게 된다. 이러한 투명 윈도우(115)는 유리 재질, 세라믹 재질, 또는 투광성 수지 재질을 포함할 수 있다.
또한 상기 캐비티(112) 상에는 광학 렌즈, 또는 형광체층이 더 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시 예에 따른 발광 소자 또는 발광 소자 패키지는, 라이트 유닛에 적용될 수 있다. 상기 라이트 유닛은 하나 또는 복수의 발광소자 또는 발광소자 패키지를 갖는 어셈블리로서, 자외선 램프를 포함될 수 있다.
도 6은 실시 예에 따른 발광 소자 또는 발광 소자 패키지를 갖는 광원 모듈을 제공할 수 있다. 실시 예에 따른 광원 모듈은 라이트 유닛일 수 있다.
도 6을 참조하면, 실시 예에 따른 광원 모듈은 실시 예에 개시된 발광 소자(103)를 갖는 발광 소자 패키지(201), 상기 발광 소자 패키지(201)가 배치된 회로 기판(301), 및 상기 발광 소자 패키지(201) 및 상기 회로 기판(301)을 덮는 방습 필름(275)을 포함한다.
상기 발광 소자 패키지(201)는 캐비티(211)를 갖는 몸체(210), 상기 캐비티(211)에 배치된 복수의 전극(221,225), 상기 복수의 전극(221,225) 중 적어도 하나의 위에 배치된 발광 소자(103), 상기 캐비티(111) 상에 배치된 투명 윈도우(261)를 포함한다.
상기 발광 소자(103)는 자외선 파장부터 가시광선 파장의 범위 내에서 선택적인 피크 파장을 포함할 수 있다. 상기 발광 소자(103)은 예컨대, UV-C 파장 즉, 200nm 내지 290nm 범위의 자외선 파장을 발광할 수 있다.
상기 몸체(210)는 절연 재질 예컨대, 세라믹 소재를 포함한다. 상기 세라믹 소재는 동시 소성되는 저온 소성 세라믹(LTCC: low temperature co-fired ceramic) 또는 고온 소성 세라믹(HTCC: high temperature co-fired ceramic)을 포함한다. 상기 몸체(210)의 재질은 예를 들면, AlN일 수 있으며, 열 전도도가 140 W/mK 이상인 금속 질화물로 형성할 수 있다.
상기 몸체(210)의 상부 둘레는 단차 구조(215)를 포함한다. 상기 단차 구조(215)는 상기 몸체(210)의 상면보다 낮은 영역으로서, 상기 캐비티(211)의 상부 둘레에 배치된다. 상기 단차 구조(215)의 깊이는 상기 몸체(210)의 상면으로부터의 깊이로서, 투명 윈도우(261)의 두께보다 깊게 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 캐비티(211)는 상기 몸체(210)의 상부 영역의 일부가 개방된 영역이며 상기 몸체(210)의 상면으로부터 소정 깊이로 형성될 수 있다.
상기 캐비티(211) 및 상기 몸체(210) 내의 전극(221,225)은 몸체(210)의 하면에 배치된 전극 패드(241,245)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 전극(221,225) 및 전극 패드(241,245)의 재질은 금속 예컨대, 백금(Pt), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 탄탈늄(Ta), 알루미늄(Al)을 선택적으로 포함할 수 있다.
상기 발광 소자(103)는 상기 캐비티(211) 내에서 전극(221,225) 상에 별도의 와이어 없이 플립 칩 방식으로 탑재될 수 있다. 상기 발광 소자(103)은 제1,2실시 예에 따른 자외선 발광 다이오드로서, 200nm 내지 290nm 범위의 파장을 가지는 자외선 발광 소자일 수 있다.
상기 투명 윈도우(261)는 캐비티(211) 상에 배치된다. 상기 투명 윈도우(261)는 글래스(glass) 재질 예컨대, 석영 글래스를 포함한다. 이에 따라 상기 투명 윈도우(261)는 상기 발광 소자(103)로부터 방출된 광 예컨대, 자외선 파장에 의해 분자 간의 결합 파괴와 같은 손해 없이 투과시켜 줄 수 있는 재질로 정의할 수 있다.
상기 투명 윈도우(261)는 외측 둘레가 상기 몸체(210)의 단차 구조(215) 상에 결합된다. 상기 투명 윈도우(261)와 상기 몸체(210)의 단차 구조(215) 사이에는 접착층(263)이 배치되며, 상기 접착층(263)은 실리콘 또는 에폭시와 같은 수지 재질을 포함한다.
상기 투명 윈도우(261)는 상기 발광 소자(103)으로부터 이격될 수 있다. 상기 투명 윈도우(261)가 상기 발광 소자(103)로부터 이격됨으로써, 상기 발광 소자(103)에 의해 발생된 열에 의해 팽창되는 것을 방지할 수 있다.
상기 회로 기판(301)은 복수의 본딩 패드(304,305)를 포함하며, 상기 복수의 본딩 패드(304,305)는 상기 몸체(210)의 하면에 배치된 패드(241,245)와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 회로 기판(301)은 외부 연결 단자(307,308)를 통해 신호 케이블(311,313)로 연결될 수 있으며, 상기 신호 케이블(311,313)은 외부로부터 전원을 공급하게 된다.
방습 필름(275)은 발광 소자 패키지(201)의 상면 및 측면과 상기 회로 기판(301)의 상면에 배치된다. 상기 방습 필름(275)은 상기 발광 소자 패키지(201)의 투명 윈도우(261)의 상면, 상기 몸체(210)의 상면 및 측면에 배치된다. 상기 방습 필름(275)의 연장부(271)는 상기 몸체(210)의 측면부터 상기 회로 기판(301)의 상면까지 연장되어 배치된다. 상기 방습 필름(275)은 발광 소자 패키지(201)의 상면 및 측면과 상기 회로 기판(301)의 상면을 커버하는 크기를 갖고 상기 발광 소자 패키지(201)과 회로 기판(301)에 접촉될 수 있다.
상기 방습 필름(275)은 불소 수지계 재료로서, 상기 발광 소자(103)로부터 방출된 광에 의해 파괴되지 않고 상기 광을 투과시켜 줄 수 있다. 이러한 방습 필름(275)은 PCTFE (Polychlorotrifluoroethylene), ETFE (Ethylene + Tetrafluoroethylene), FEP (Fluorinated ethylene propylene copoly-mer), PFA (Perfluoroalkoxy) 중 적어도 하나로 사용될 수 있다.
상기 방습 필름(275)은 회로기판(301)으로 침투하는 수분 또는 습기뿐만 아니라, 상기 발광 소자 패키지(201)의 측면 및 상면을 통해 침투하는 수분 또는 습기를 차단할 수 있다. 상기 방습 필름(275)의 두께는 0.5㎛ 내지 10㎛ 범위로 형성될 수 있으며, 상기 방습 필름(275)의 두께가 상기의 범위를 초과하면 광 투과율이 현저하게 저하되며, 상기 범위의 미만이면 내습성이 떨어진다.
상기 방습 필름(275)은 상기 외부 연결 단자(307,308)와 신호 케이블(311,313)의 본딩 영역으로부터 이격될 수 있다. 다른 예로서, 상기 방습 필름(275)은 상기 외부 연결 단자(307,308)를 커버할 수 있다. 이 경우 방습 필름(275)은 외부 연결 단자(307,308)를 통한 수분 또는 습기 침투를 방지할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
실시 예에 따른 발광 소자는 UV-C(Ultraviolet-C) 파장용 소자를 제공할 수 있다.
실시 예는 자외선 발광 소자의 투과율을 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 자외선 발광 소자의 전기적인 특성을 개선시켜 줄 수 있다.

Claims (15)

  1. 제1도전성 반도체층;
    상기 제1도전성 반도체층 상에 배치되며 자외선 파장을 발생하는 활성층;
    상기 활성층 위에 배치된 전자 차단층;
    상기 전자 차단층 위에 배치된 제2도전성 반도체층;
    상기 제2도전성 반도체층 위에 배치된 제3도전성 반도체층; 및
    상기 제3도전성 반도체층 위에 배치된 전극을 포함하며,
    상기 제2 및 제3도전성 반도체층은 AlGaN 반도체를 포함하며,
    상기 제3도전성 반도체층은 상기 제2도전성 반도체층의 알루미늄의 조성보다 낮은 알루미늄의 조성을 가지며,
    상기 제3도전성 반도체층은 상기 제2도전성 반도체층의 전기적인 접촉 저항보다 낮은 발광 소자.
  2. AlN 기판;
    AlN 기판 위에 알루미늄의 조성을 갖는 제1도전성 반도체층;
    상기 제1도전성 반도체층 상에 배치되며 자외선 파장을 발생하는 활성층;
    상기 활성층 위에 제2도전성 반도체층;
    상기 제2도전성 반도체층 위에 제3도전성 반도체층; 및
    상기 제3도전성 반도체층의 상면에 접촉되며 금속으로 형성된 전극을 포함하며,
    상기 제2 및 제3도전성 반도체층은 AlGaN계 반도체를 포함하며,
    상기 제3도전성 반도체층은 상기 제2도전성 반도체층의 알루미늄의 조성보다 낮은 알루미늄의 조성을 가지며,
    상기 제3도전성 반도체층은 전기적인 접촉 저항이 상기 제2도전성 반도체층의 전기적인 접촉 저항보다 낮으며,
    상기 제3도전성 반도체층은 상기 전극과 오믹 접촉된 발광 소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제3도전성 반도체층과 상기 제2도전성 반도체층 간의 알루미늄의 조성 차이는 10% 이상인 발광 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2도전성 반도체층은 상기 알루미늄의 조성이 50% 이상이며,
    상기 제3도전성 반도체층은 상기 알루미늄의 조성이 20% 내지 40% 범위인 발광 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전극은 금속 재질을 포함하며,
    상기 제3도전성 반도체층은 상기 전극에 오믹 접촉되는 발광 소자.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 전극과 상기 제3도전성 반도체층 사이에 배치된 접촉층, 및 상기 접촉층과 상기 전극 사이에 배치된 반사층 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제1도전성 반도체층은 AlN 반도체층, AlN/AlGaN의 초격자 구조, 및 AlGaN 반도체층 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1도전성 반도체층 아래에 AlN 기판을 포함하는 발광 소자.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 활성층은 200nm 내지 290nm 범위의 파장을 발생하는 발광 소자.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 제3도전성 반도체층은 50nm 이하의 두께를 갖는 발광 소자.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 제2 및 제3도전성 반도체층은 p형 도펀트를 포함하는 발광 소자.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제3도전성 반도체층의 p형 도펀트의 농도는 상기 제2도전성 반도체층의 p형 도펀트의 농도보다 높은 발광 소자.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 활성층은 복수의 우물층 및 복수의 장벽층을 포함하며,
    상기 우물층 및 장벽층은 AlGaN계 반도체를 포함하는 발광 소자.
  14. 제3항에 있어서,
    상기 제1도전성 반도체층은 AlGaN/GaN 초격자 구조를 가지며,
    상기 AlGaN/GaN 초격자 구조는 상기 활성층에 인접할수록 알루미늄의 조성 차이가 점차 커지는 발광 소자.
  15. 캐비티를 갖는 몸체;
    상기 캐비티 내에 배치된 제1항 또는 제2항의 발광 소자;
    상기 캐비티 상에 투명 윈도우; 및
    상기 투명 윈도우 및 몸체 상에 배치된 방습 필름을 갖는 라이트 유닛.
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