휨 억제 자외선 발광소자 및 격자 왜곡 입체 구조를 갖는 고효율 자외선 발광소자
Warpage Suppression Ultra-Violet Light Emitting Device and High efficiency Ultra-Violet Light Emitting Device having 3 dimensional structure of lattice distortion
특허 요약
본 발명의 일 실시예는 휨이 억제된 자외선 발광소자를 제공한다. 휨이 억제된 자외선 발광소자는 제1 금속과 산소의 결합으로 이루어진 격자 구조를 가지는 베이스 기판; 상기 베이스 기판 상에 형성되며, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층, 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 개재되어 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 활성층을 가지는 복수의 반도체층; 상기 베이스 기판의 상면과 상기 복수의 반도체층의 사이에 형성된 제2 금속의 질화물층; 및 상기 베이스 기판 및 상기 제2 금속의 질화물층보다 작은 결합에너지를 가지는 재질로, 상기 베이스 기판의 상면을 부분적으로 덮도록, 상기 베이스 기판의 상면과 상기 제2 금속의 질화물층의 사이에 형성되어, 베이스 기판의 상면과 상기 제2 금속의 질화물층 간의 접촉면적을 감소시키는 응력 흡수 패턴부를 포함한다.
청구항
번호청구항
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제8항에 있어서,상기 발광부의 볼록부 상부 면적은 상기 하부 지지층의 볼록부 하부 면적보다 적어도 2배 이상의 크기를 갖는 것인 자외선 발광소자.

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제8항에 있어서,상기 발광부의 오목부 평면 거리는 상기 하부 지지층의 오목부 평면 거리보다 짧은 거리를 갖는 것인 자외선 발광소자.

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제8항에 있어서,상기 하부 지지층의 면적은 상기 기판의 전체 면적 대비 60% 이하의 면적을 갖는 것인 자외선 발광소자.

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제8항에 있어서,상기 발광부의 면적은 상기 기판의 전체 면적 대비 40% 이하의 면적을 갖는 것인 자외선 발광소자.

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자외선 발광소자에 있어서,제1 금속과 산소의 결합으로 이루어진 격자 구조를 가지는 베이스 기판;상기 베이스 기판 상에 형성되며, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층, 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 개재되어 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 활성층을 가지는 복수의 반도체층;상기 베이스 기판의 상면과 상기 복수의 반도체층의 사이에 형성된 제2 금속의 질화물층; 및상기 베이스 기판 및 상기 제2 금속의 질화물층보다 작은 결합에너지를 가지는 재질로, 상기 베이스 기판의 상면을 부분적으로 덮도록, 상기 베이스 기판의 상면과 상기 제2 금속의 질화물층의 사이에 형성되어, 베이스 기판의 상면과 상기 제2 금속의 질화물층 간의 접촉면적을 감소시키는 응력 흡수 패턴부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자.

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청구항 1에 있어서,상기 제1 금속과 상기 제2 금속은 동일한 금속이고,상기 베이스 기판의 격자구조 중 상기 응력 흡수 패턴부에 의해 덮이지 않은 상기 베이스 기판의 상면의 산소와 상기 제2 금속의 질화물층 중 제2 금속이 반응하여 상기 베이스 기판의 격자구조의 제1 금속-산소의 결합구조와 동일한 결합구조를 가지도록 형성되는 경계층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자.

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청구항 1에 있어서,상기 베이스 기판은 사파이어 기판이고, 상기 제2 금속의 질화물층은 AlN층인 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자.

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청구항 3에 있어서,상기 응력 흡수 패턴부는 질화실리콘으로 형성되며, 상기 베이스 기판과 상기 AlN층으로 인해 발생하는 스트레인을 흡수하는 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자.

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청구항 1에 있어서,상기 활성층은 AlXGaYIn1-X-YN(0≤x003c#1, 0003c#y003c#1)의 일반식으로 표현되는 양자우물구조를 가지며, 상기 활성층은 자외선 영역의 빛을 방출하는 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자.

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청구항 1에 있어서,상기 응력 흡수 패턴부는 섬 형태 또는 스트라이프 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자.

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청구항 3에 있어서,상기 사파이어 기판의 두께는 1mm 미만인 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자.

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기판;상기 기판상에 형성되고, 볼록부와 오목부로 형성된 요철 구조를 갖는 하부 지지층;상기 하부 지지층 상에 형성되며, 상기 하부 지지층의 요철 구조에 의해 곡면형태의 입체구조를 갖는 지지부;상기 지지부 상에 형성되고, 상기 지지부의 요철 구조에 의해 곡면형태의 입체구조를 가지며, 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 발광부; 및상기 발광부 상에 형성되고, 상기 발광부의 요철 구조에 의해 곡면형태의 입체구조를 가지며, 전극과 전기적으로 연결되는 전극 접촉층을 포함하는 자외선 발광소자.

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제8항에 있어서,상기 하부 지지층은 단결정 AlxGa1-xN(0≤x≤1)로 형성된 것인 자외선 발광소자.

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제8항에 있어서,상기 요철구조는 볼록부와 오목부가 연결되는 경사면을 갖고, 상기 경사면은 10°이상의 각으로 형성된 것인 자외선 발광소자.

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제8항에 있어서,상기 발광부의 볼록부를 형성하는 양 측 모서리가 이루는 각은 60°이상을 갖는 것인 자외선 발광소자.

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제8항에 있어서,상기 전극 접촉층은 상기 지지부 및 상기 발광부의 입체구조와 비교하여, 입체 표면적은 가장 크며, 오목부의 평면 거리는 가장 짧은 거리를 갖는 것인 자외선 발광소자.

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제8항에 있어서, 상기 지지부는,상기 기판 상에 형성되고, 단결정 AlxGa1-xN(0003c#x≤1)로 형성된 표면회복층;상기 표면회복층 상에 형성되고, 단결정 AlaGa1-aN(0003c#a003c#1,a003c#x)로 형성된 스트레인 정합층; 및상기 스트레인 정합층 상에 형성되고, 단결정 AlbGa1-bN(0003c#b003c#1,b≤a)로 형성된 상부 지지층을 포함하는 자외선 발광소자.

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제17항에 있어서, 상기 발광부는,상기 지지부 상에 형성되고, 단결정 n형 AlyGa1-yN(0003c#y003c#1,y≤b)로 형성된 n형 전극 접촉층;상기 n형 전극 접촉층 상에 형성되고, 단결정 Alc1Ga1-c1N(0003c#c1003c#1,c1≤y)로 형성된 제1 스트레인 제어층;상기 제1 스트레인 제어층 상에 형성된 발광층;상기 발광층 상에 형성되고, 단결정 Alc2Ga1-c2N(0003c#c2003c#1,c2003c#x)로 형성된 제2 스트레인 제어층; 및상기 제2 스트레인 제어층 상에 형성된 홀 공급층을 포함하는 자외선 발광소자.

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제18항에 있어서, 상기 발광층은,단결정 AlmGa1-mN(0003c#m003c#1)로 형성된 우물층과 단결정 AlnGa1-nN(0003c#n003c#1,n003e#m)로 형성된 장벽층의 단일 양자 우물구조 또는 상기 단결정 AlmGa1-mN(0003c#m003c#1)로 형성된 우물층과 상기 단결정 AlnGa1-nN(0003c#n003c#1,n003e#m)로 형성된 장벽층 한 쌍이 교대로 적층되어 형성된 다중 양자 우물구조를 포함하는 자외선 발광소자.

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제18항에 있어서, 상기 홀 공급층은,상기 제2 스트레인 제어층 상에 형성되고, 단결정 p형 Alz1Ga1-z1N(0003c#z1003c#1,z1≤c2)로 형성된 제1 홀 공급층;상기 제1 홀 공급층 상에 형성되고, 단결정 p형 Alz2Ga1-z2N(0003c#z2003c#1,z2≤z1)로 형성된 제2 홀 공급층; 및상기 제2 홀 공급층 상에 형성되고, 단결정 p형 Alz3Ga1-z3N(0≤z3003c#1,z3003c#z2)로 형성된 제3 홀 공급층을 포함하는 자외선 발광소자.

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제8항에 있어서, 상기 지지부는,상기 기판 상에 형성되고, 단결정 AlxGa1-xN(0003c#x≤1)로 형성된 표면회복층;상기 표면회복층 상에 형성되고, 단결정 AlaGa1-aN/GaN/AlaGa1-aN/AlN의 한 쌍이 교대로 적층되어 다층 구조를 갖는 스트레인 정합층; 및상기 스트레인 정합층 상에 형성되고, 단결정 AlbGa1-bN/GaN(0003c#b003c#1,b≤a)의 한 쌍이 교대로 적층되어 다층 구조를 갖는 상부 지지층을 포함하는 자외선 발광소자.

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제17항에 있어서, 상기 발광부는,상기 지지부 상에 형성되고, 단결정 n형 AlyGa1-yN/GaN(0003c#y003c#1,y≤b)의 한 쌍이 교대로 적층되어 다층 구조를 갖는 n형 전극 접촉층;상기 n형 전극 접촉층 상에 형성되고, 단결정 Alc1Ga1-c1N(0003c#c1003c#1,c1≤y)로 형성된 제1 스트레인 제어층;상기 제1 스트레인 제어층 상에 형성되고, 단결정 AlmGa1-mN(0003c#m003c#1)로 형성된 우물층과 단결정 AlnGa1-nN(0003c#n003c#1,n003e#m)로 형성된 장벽층 한 쌍이 교대로 적층되어 형성된 다중 양자 우물구조를 갖는 발광층;상기 발광층 상에 형성되고, 단결정 Alc2Ga1-c2N(0003c#c2003c#1,c2003c#x)로 형성된 제2 스트레인 제어층; 및상기 제2 스트레인 제어층 상에 형성된 홀 공급층을 포함하는 자외선 발광소자.

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제18항에 있어서, 상기 홀 공급층은,상기 제2 스트레인 제어층 상에 형성되고, 단결정 p형 Alz1Ga1-z1N(0003c#z1003c#1,z1≤c2)로 형성된 제1 홀 공급층;상기 제1 홀 공급층 상에 형성되고, 단결정 p형 Alz2Ga1-z2N/GaN(0003c#z2003c#1,z2≤z1)의 한 쌍이 교대로 적층되어 다층 구조를 갖는 제2 홀 공급층; 및상기 제2 홀 공급층 상에 형성되고, 단결정 p형 Alz3Ga1-z3N(0≤z3003c#1,z3003c#z2)로 형성된 제3 홀 공급층을 포함하는 자외선 발광소자.

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제18항에 있어서, 상기 홀 공급층은,상기 제2 스트레인 제어층 상에 형성되고, 단결정 p형 Alz1Ga1-z1N(0003c#z1003c#1,z1≤c2)로 형성된 제1 홀 공급층;상기 제1 홀 공급층 상에 형성되고, 단결정 p형 Alz2Ga1-z2N/GaN(0003c#z2003c#1,z2≤z1)의 한 쌍이 교대로 적층되어 다층 구조를 갖는 제2 홀 공급층; 및상기 제2 홀 공급층 상에 형성되고, 단결정 p형 Alz3Ga1-z3N/GaN(0≤z3003c#1,z3003c#z2)의 한 쌍이 교대로 적층되어 다층 구조를 갖는 제3 홀 공급층을 포함하는 자외선 발광소자.

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제8항에 있어서,상기 기판은 사이파어 기판, 패턴 형성된 사파이어 기판(PSS: Patterned Sapphire Substrate), SiC, Si, GaAs, Quartz 중 어느 하나로 형성되는 것인 자외선 발광소자.