JP2024054828A - 発光素子及び発光素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子から放出される光の輝度変化率が低下することを防止して信頼性の高い発光素子及び発光素子の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態に係る発光素子は、第１半導体層と、前記第１半導体層上に配置された活性層と、前記活性層上に配置された第２半導体層と、第１方向に順次配置された前記第１半導体層、前記活性層、及び前記第２半導体層の一部を取り囲む絶縁膜と、を含み、前記活性層は、第１障壁層と、第２障壁層と、前記第１障壁層と前記第２障壁層との間に第１方向及び前記第１方向と交差する第２方向に不均一なインジウム組成比を有し、前記第１方向および前記第２方向と交差する第３方向に不均一なインジウム密度を有する第１井戸層と、を含む。【選択図】図６ａ

Description

本発明の一実施形態は、発光素子及び発光素子の製造方法に関する。

近年、情報ディスプレイに関する関心が高まるにつれて、表示装置に対する研究開発が持続的に行われている。

韓国登録特許第１０－２１７５３４１号公報

本発明の課題の１つは、発光素子から放出される光の輝度変化率が低下することを防止して信頼性の高い発光素子を提供することにある。

本発明の課題の１つは、前記発光素子の製造方法を提供することにある。

ただし、本発明の課題は、前述の課題に限定されるものではなく、本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲で多様に拡張できることは言うまでもない。

本発明の一実施形態に係る発光素子は、第１半導体層と、前記第１半導体層上に配置された活性層と、前記活性層上に配置された第２半導体層と、第１方向に順次配置された前記第１半導体層、前記活性層、及び前記第２半導体層の一部を取り囲む絶縁膜と、を含み、前記活性層は、第１障壁層と、第２障壁層と、前記第１障壁層と前記第２障壁層との間に第１方向及び前記第１方向と交差する第２方向に不均一なインジウム組成比を有し、前記第１方向及び前記第２方向と交差する第３方向に不均一なインジウム密度を有する第１井戸層と、を含む。

本発明の一実施形態では、前記第１井戸層は、前記第１方向に順次配置され、第１インジウム組成比を有する第１井戸水平領域及び前記第１インジウム組成比と異なる第２インジウム組成比を有する第２井戸水平領域を含んでよい。

本発明の一実施形態では、前記第１井戸層は、前記第３方向に第１インジウム密度を有する第１インジウムクラスタ及び前記第１インジウム密度と異なる第２インジウム密度を有する第２インジウムクラスタを含んでよい。

本発明の一実施形態では、前記第１インジウムクラスタ及び前記第２インジウムクラスタは、前記第１井戸水平領域及び前記第２井戸水平領域のうち少なくとも一領域に形成してよい。

本発明の一実施形態では、前記井戸層は、前記第１井戸水平領域及び前記第２井戸水平領域のうちインジウム組成比の低い領域に高さ補償層をさらに含んでよい。

本発明の一実施形態では、前記第１井戸領域の厚さは、前記第２井戸領域の厚さと同じであってよい。

本発明の一実施形態では、前記第１障壁層及び前記第２障壁層のインジウム組成比は、前記第１インジウム組成比及び前記第２インジウム組成比よりも低くてよい。

本発明の一実施形態では、前記第１障壁層は、前記第１半導体層と前記第１井戸水平領域との間に配置され、前記第２障壁層は、前記第２井戸水平領域と前記第２半導体層との間に配置されてよい。

本発明の一実施形態では、前記第１障壁層の厚さは、前記第２障壁層の厚さと同じであり、前記第１障壁層の厚さは、前記第１井戸領域及び前記第２井戸領域の厚さよりも厚くてよい。

本発明の一実施形態では、前記活性層は、第３障壁層及び第２井戸層をさらに含み、前記第２井戸層は、前記第２障壁層と前記第３障壁層との間に配置されてよい。

本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法は、積層基板を準備することと、第１方向に前記積層基板上に第１タイプの半導体を含む第１半導体層を形成することと、第１半導体層上に活性層を形成することと、前記活性層上に前記第１タイプとは異なる第２タイプの半導体を含む第２半導体層を形成することと、を含み、前記活性層を形成するステップは、第１障壁層を形成することと、前記第１方向及び前記第１方向と交差する第２方向に不均一なインジウム組成比及び前記第１方向及び前記第２方向と交差する第３方向に不均一なインジウム密度を有する第１井戸層を形成することと、前記第１井戸層上に第２障壁層を形成することと、を含む。

本発明の一実施形態では、前記第１井戸層を形成することは、前記第１方向に第１インジウム組成比を有するように第１成長条件で第１井戸水平領域を形成することと、第２インジウム組成比を有するように第２成長条件で第２井戸水平領域を形成することと、を含み、前記第１成長条件は、成長温度、インジウム（Ｉｎ）注入量、ガリウム（Ｇａ）注入量、及びソースガスの注入量のうち少なくとも１つが前記第２成長条件と区別されてよい。

本発明の一実施形態では、前記第１井戸層を形成するステップは、第１温度から第２温度までの温度上昇区間を含んでよい。

本発明の一実施形態では、前記第１井戸領域を形成するステップは、前記第１温度で前記第１井戸水平領域を形成し、前記第２井戸水平領域を形成するステップは、前記第１温度と前記第２温度との間の第３温度で前記第１井戸水平領域上に前記第２井戸水平領域を形成してよい。

本発明の一実施形態では、前記第１障壁層及び前記第２障壁層は、前記第２温度よりも高い第４温度で形成してよい。

本発明の一実施形態では、前記ソースガスは、水素ガスを含んでよい。

本発明の一実施形態では、前記第１井戸層を形成するステップは、前記第１井戸水平領域及び前記第２井戸水平領域のうちインジウム組成比の低い領域に高さ補償層を形成するステップをさらに含んでよい。

本発明の一実施形態では、前記第１井戸領域の厚さは、前記第２井戸領域の厚さと同じであってよい。

本発明の一実施形態では、前記第３方向に第１インジウム密度を有する第１インジウムクラスタ及び前記第１インジウム密度と異なる第２インジウム密度を有する第２インジウムクラスタが、前記第１井戸水平領域及び前記第２井戸水平領域のうち少なくとも１つの領域に形成してよい。

本発明の一実施形態では、前記第１障壁層及び第２障壁層を形成するステップは、前記第４温度に温度が維持される温度維持区間を含んでよい。

本発明の一実施形態に係る発光素子及び発光素子の製造方法は、発光素子の活性層を形成する井戸層を不均一なインジウム密度を有するように形成することによって、井戸層の縁に向かって形成される電流経路（ｃｕｒｒｅｎｔ ｐａｔｈ）を抑制（又は遮断）することができる。すなわち、井戸層に形成される電流経路を抑制することによって、井戸層内に注入された電子が、前記電流経路に沿って井戸層の縁に沿って電子が移動することを防止（又は予防）することができる。

本発明の一実施形態では、井戸層の縁に沿って電子が移動することで、活性層で発光する光の輝度変化率によって活性層で発光する光の信頼性が低下する現象を改善することができる。ただし、本発明の一実施形態での効果は前述の効果に限定されるものではなく、本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲で多様に拡張できることは言うまでもない。

本発明の一実施形態に係る発光素子を概略的に示す斜視図である。 図１の発光素子の一例を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る表示装置を示す概略的な平面図である。 図３の表示装置に含まれる画素の一例を示す回路図である。 図１の発光素子の活性層の一例を示す断面図である。 図１の発光素子の活性層の一例を示す断面図である。 図１の活性層を構成する井戸層の一例を示した断面図である。 図１の活性層を構成する井戸層の一例を示した平面図である。 図１の井戸層の他の一例を示した断面図である。 図１の活性層の製造工程において温度制御によるインジウム（Ｉｎ）の組成を示す図である。 （ａ）は比較例を示す図であり、（ｂ）は図１の活性層を構成する井戸層内に形成された電流経路を示す図である。 図１の発光素子を製造する方法を示すフロー図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明の各実施形態を詳細に説明する。図面において同一の構成要素については同一の参照符号を付して同一の構成要素についての重複する説明は省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る発光素子を概略的に示す斜視図である。図２は、図１の発光素子の一例を示す断面図である。

図１及び図２を参照すると、発光素子ＬＤは、第１半導体層１１と、第２半導体層１３と、第１及び第２半導体層１１、１３の間に介在された活性層１２と、を含むことができる。一例として、発光素子ＬＤは、第１半導体層１１、活性層１２、及び第２半導体層１３が順次積層された発光積層体（又は積層パターン）で具現することができる。

本発明の一実施形態では、発光素子ＬＤは、一方向に延びる形状で提供されることができる。発光素子ＬＤの延長方向を長さ方向とすると、発光素子ＬＤは、長さ方向に沿って第１端部ＥＰ１と第２端部ＥＰ２とを含むことができる。発光素子ＬＤの第１端部ＥＰ１には、第１半導体層１１と第２半導体層１３とのうちいずれか１つの半導体層が位置し、発光素子ＬＤの第２端部ＥＰ２には、第１半導体層１１と第２半導体層１３とのうち残りの半導体層が位置する。

本発明の一実施形態では、発光素子ＬＤは、様々な形状で提供されることができる。一例として、発光素子ＬＤは、図１に示すように長さ方向（例えば、第１方向ＤＲ１）に長い（又はアスペクト比が１よりも大きい）ロッド状（ｒｏｄ－ｌｉｋｅ ｓｈａｐｅ）、バー状（ｂａｒ－ｌｉｋｅ ｓｈａｐｅ）、又は柱状を有してもよい。他の例では、発光素子ＬＤは、長さ方向に短い（又はアスペクト比が１よりも小さい）ロッド状、バー状、または柱状を有してもよい。別の例では、発光素子ＬＤは、アスペクト比が１のロッド状、バー状、または柱状を有してもよい。

このような発光素子ＬＤは、一例として、ナノスケール（ｎａｎｏ ｓｃａｌｅ）（又はナノメートル）～マイクロスケール（ｍｉｃｒｏ ｓｃａｌｅ）程度の直径Ｄおよび／又は長さＬを有するほど、超小型に製作された発光ダイオード（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ、ＬＥＤ）を含むことができる。

本発明の一実施形態では、発光素子ＬＤが長さ方向に長い（すなわち、アスペクト比が１よりも大きい）場合、発光素子ＬＤの直径Ｄは約０．５μｍ～６μｍ程度であり、その長さＬは約１μｍ～１０μｍ程度であり得る。ただし、発光素子ＬＤの直径Ｄ及び長さＬはこれに限定されず、発光素子ＬＤの適用される照明装置または自発光表示装置の要求条件（又は設計条件）に適合するように発光素子ＬＤの大きさを変更してもよい。

本発明の一実施形態では、第１半導体層１１は、一例として少なくとも１つのｎ型半導体層を含んでもよい。第１半導体層１１は、発光素子ＬＤの長さ方向に沿って活性層１２と接触する上部面と外部に露出する下部面とを含んでもよい。第１半導体層１１の下部面は、発光素子ＬＤの一端部（又は下端部）であってもよい。

本発明の一実施形態では、活性層１２は、第１半導体層１１上に配置され、単一または多重量子井戸（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌｓ）構造で形成することができる。一例として、活性層１２を多重量子井戸構造で形成する場合、活性層１２は、障壁層（ｂａｒｒｉｅｒ ｌａｙｅｒ）、歪み強化層（ｓｔｒａｉｎ ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ ｌａｙｅｒ）、及び井戸層（ｗｅｌｌ ｌａｙｅｒ）が一つのユニットとして周期的に繰り返し積層されることができる。歪み強化層は、障壁層よりも小さい格子定数を有することで井戸層に印加される歪み、例えば圧縮歪みをさらに強化することができる。ただし、活性層１２の構造は前述の実施形態に限定されるものではない。

本発明の一実施形態では、活性層１２は、約４００ｎｍ～９００ｎｍの波長を有する光を放出することができ、ダブルヘテロ構造（ｄｏｕｂｌｅ ｈｅｔｅｒｏ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を用いることができる。活性層１２は、第１半導体層１１と接触する第１面及び第２半導体層１３と接触する第２面を含んでもよい。

本発明の一実施形態では、活性層１２は、第１半導体層１１から注入される電子と第２半導体層１３から注入される正孔とが活性層１２の量子井戸（ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ）で再結合して、量子井戸のバンドギャップエネルギーに該当する光が発光することができる。

本発明の一実施形態では、活性層１２から放出される光の波長領域は、活性層１２に含まれるインジウム（Ｉｎ）の含有量に応じて長波長から短波長の範囲で決めることができる。すなわち、活性層１２に含まれるインジウム（Ｉｎ）の含有量が高いほどバンドギャップが小さくなり、活性層１２から放出される光の波長領域は長波長に近づくことができる。活性層１２に含まれるインジウム（Ｉｎ）の含有量が低いほどバンドギャップが大きくなり、活性層１２から放出される光の波長領域は短波長に近づくことができる。

本発明の一実施形態では、活性層１２から放出される光の波長によって発光素子ＬＤの色（又は出光色）を決めることができる。このような発光素子ＬＤの色は、これに対応する画素の色を決めることができる。例えば、発光素子ＬＤは、赤色光、緑色光、または青色光を放出することができる。

本発明の一実施形態では、発光素子ＬＤの両端部に所定電圧以上の電界を印加すると、活性層１２で電子－正孔対が結合しながら発光素子ＬＤが発光することになる。このような原理を用いて発光素子ＬＤの発光を制御することで、発光素子ＬＤを表示装置の画素をはじめとする様々な発光装置の光源（又は発光源）として利用することができる。

本発明の一実施形態では、第２半導体層１３は、活性層１２の第２面上に配置され、第１半導体層１１と異なるタイプの半導体層を含むことができる。一例として、第２半導体層１３は、少なくとも１つのｐ型半導体層を含むことができる。

本発明の一実施形態では、第２半導体層１３は、発光素子ＬＤの長さ方向に沿って活性層１２の第２面と接触する下部面と外部に露出する上部面とを含むことができる。ここで、第２半導体層１３の上部面は、発光素子ＬＤの他端部（又は上端部）であってもよい。

本発明の一実施形態では、第１半導体層１１と第２半導体層１３は、発光素子ＬＤの長さ方向に互いに異なる厚さを有してもよい。一例として、発光素子ＬＤの長さ方向に沿って第１半導体層１１が第２半導体層１３よりも相対的に厚い厚さを有してもよい。これにより、発光素子ＬＤの活性層１２は、第１半導体層１１の下部面よりも第２半導体層１３の上部面にさらに隣接して位置することができる。

本発明の一実施形態では、第１半導体層１１と第２半導体層１３は、それぞれ１つの層で構成されたものとして示されたが、これに限定されるものではない。一例では、活性層１２の物質によって、第１半導体層１１及び第２半導体層１３のそれぞれは、少なくとも１つ以上の層、一例として、クラッド層及び／又はＴＳＢＲ（ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒａｉｎ ｂａｒｒｉｅｒ ｒｅｄｕｃｉｎｇ）層をさらに含んでもよい。ＴＳＢＲ層は、格子構造の異なる半導体層の間に配置され、格子定数（ｌａｔｔｉｃｅ ｃｏｎｓｔａｎｔ）の差を減らすための緩衝の役割をする歪み（ｓｔｒａｉｎ）緩和層であり得る。ＴＳＢＲ層は、ｐ－ＧａＩｎＰ、ｐ－ＡｌＩｎＰ、ｐ－ＡｌＧａＩｎＰなどのようなｐ型半導体層で構成することができるが、これに限定されるものではない。

一実施形態では、発光素子ＬＤは、前述の第１半導体層１１、活性層１２、及び第２半導体層１３の他にも、前記第２半導体層１３の上部に配置されるコンタクト電極（以下、「第１コンタクト電極」と呼ぶ）をさらに含んでもよい。また、他の実施形態によれば、第１半導体層１１の一端に配置される１つの他のコンタクト電極（以下、「第２コンタクト電極」と呼ぶ）をさらに含んでもよい。

一実施形態では、第１及び第２コンタクト電極のそれぞれは、オーミック（ｏｈｍｉｃ）コンタクト電極であり得るが、これに限定されるものではない。実施形態によっては、第１及び第２コンタクト電極は、ショットキー（ｓｃｈｏｔｔｋｙ）コンタクト電極であり得る。第１及び第２コンタクト電極は、導電性物質を含んでもよい。

本発明の一実施形態では、発光素子ＬＤは、絶縁膜１４（又は絶縁被膜）をさらに含んでもよい。ただし、実施例によっては、絶縁膜１４は省略されてもよく、第１半導体層１１、活性層１２、及び第２半導体層１３の一部のみを覆うように提供されてもよい。

本発明の一実施形態では、絶縁膜１４は、活性層１２が第１及び第２半導体層１１、１３以外の伝導性物質と接触して発生し得る電気的短絡を防止することができる。また、絶縁膜１４は、発光素子ＬＤの表面欠陥を最小化して発光素子ＬＤの寿命及び発光効率を向上させることができる。活性層１２が外部の伝導性物質と短絡が発生することを防止可能であれば、絶縁膜１４は備えなくても問題ない。

本発明の一実施形態では、絶縁膜１４は、第１半導体層１１、活性層１２、及び第２半導体層１３を含んだ発光積層体の外周面の少なくとも一部を取り囲んでもよい。

前述の実施形態では、絶縁膜１４が、第１半導体層１１、活性層１２、及び第２半導体層１３それぞれの外周面を全体的に取り囲むものとして説明したが、これに限定されるものではない。

本発明の一実施形態では、絶縁膜１４は、透明な絶縁物質を含んでもよい。例えば、絶縁膜１４は、シリコン酸化物（ＳｉＯ_ｘ）、シリコン窒化物（ＳｉＮ_ｘ）、シリコン酸窒化物（ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ）、アルミニウム酸化物（ＡｌＯ_ｘ）、チタン酸化物（ＴｉＯ_ｘ）、ハフニウム酸化物（ＨｆＯ_ｘ）、チタンストロンチウム酸化物（ＳｒＴｉＯ_ｘ）、コバルト酸化物（Ｃｏ_ｘＯ_ｙ）、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）、亜鉛酸化物（ＺｎＯ_ｘ）、ルセニウム酸化物（ＲｕＯ_ｘ）、ニッケル酸化物（ＮｉＯ）、タングステン酸化物（ＷＯ_ｘ）、タンタル酸化物（ＴａＯ_ｘ）、ガドリニウム酸化物（ＧｄＯ_ｘ）、ジルコニウム酸化物（ＺｒＯ_ｘ）、ガリウム酸化物（ＧａＯ_ｘ）、バナジウム酸化物（Ｖ_ｘＯ_ｙ）、ＺｎＯ：Ａｌ、ＺｎＯ：Ｂ、Ｉｎ_ｘＯ_ｙ：Ｈ、ニオブ酸化物（Ｎｂ_ｘＯ_ｙ）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_Ｘ）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ_ｘ）、アルコン（Ａｌｕｃｏｎｅ）高分子フィルム、チタン窒化物（ＴｉＮ）、タンタル窒化物（ＴａＮ）、アルミニウム窒化物（ＡｌＮ_Ｘ）、ガリウム窒化物（ＧａＮ）、タングステン窒化物（ＷＮ）、ハフニウム窒化物（ＨｆＮ）、ナイオビューム窒化物（ＮｂＮ）、ガドリニウム窒化物（ＧｄＮ）、ジルコニウム窒化物（ＺｒＮ）、バナジウム窒化物（ＶＮ）等からなる群から選択された１つ以上の絶縁物質を含んでもよいが、これらに限定されず、絶縁性を有する様々な材料を前記絶縁膜１４の材料として使用することができる。

本発明の一実施形態では、絶縁膜１４は、単一層の形態で提供されるか、或いは二重層を含んだ多重層の形態で提供されてもよい。

前述の発光素子ＬＤは、様々な表示装置の発光源（又は光源）として用いることができる。発光素子ＬＤは、表面処理過程を経て製造することがきる。例えば、複数の発光素子ＬＤを流動性の溶液（又は溶媒）に混合してそれぞれの画素領域（一例として、各画素の発光領域または各副画素の発光領域）に供給する際に、前記発光素子ＬＤが前記溶液中に不均一に凝集することなく均一に噴射されるようにそれぞれの発光素子ＬＤを表面処理してもよい。

前述の発光素子ＬＤを含んだ発光部（又は発光装置）は、表示装置をはじめ光源を必要とする様々な種類の電子装置に用いることができる。例えば、表示パネルの各画素の画素領域内に複数の発光素子ＬＤを配置する場合、前記発光素子ＬＤは、前記各画素の光源として用いることができる。ただし、発光素子ＬＤの適用分野は、前述の例に限定されない。例えば、発光素子ＬＤは、照明装置などのように光源を必要とする他の種類の電子装置にも用いることができる。

ただし、これは例示的なものであり、本発明の一実施形態に係る表示装置に適用される発光素子ＬＤはこれに限定されるものではない。例えば、発光素子は、フリップチップ（ｆｌｉｐ ｃｈｉｐ）タイプのマイクロ発光ダイオードまたは有機発光層を含む有機発光素子であってもよい。

図３は、本発明の一実施形態に係る表示装置を示す概略的な平面図である。

図１～図３を参照すると、表示装置ＤＤは、基板ＳＵＢ、基板ＳＵＢ上に提供され、少なくとも１つの発光素子ＬＤをそれぞれ含む画素ＰＸＬ１、ＰＸＬ２、ＰＸＬ３、基板ＳＵＢ上に提供され、画素ＰＸＬ１、ＰＸＬ２、ＰＸＬ３を駆動する駆動部、及び画素ＰＸＬ１、ＰＸＬ２、ＰＸＬ３と駆動部とを連結する配線部を含むことができる。

本発明の一実施形態では、基板ＳＵＢは、表示領域ＤＡ及び非表示領域ＮＤＡを含むことができる。

本発明の一実施形態では、表示領域ＤＡは、映像を表示する画素ＰＸＬ１、ＰＸＬ２、ＰＸＬ３が提供される領域であり得る。非表示領域ＮＤＡは、画素ＰＸＬ１、ＰＸＬ２、ＰＸＬ３を駆動するための駆動部及び画素ＰＸＬ１、ＰＸＬ２、ＰＸＬ３と駆動部とを連結する配線部の一部が提供される領域であり得る。

本発明の一実施形態では、非表示領域ＮＤＡは、表示領域ＤＡに隣接して位置してもよい。非表示領域ＮＤＡは、表示領域ＤＡの少なくとも一側に提供されてもよい。一例として、非表示領域ＮＤＡは、表示領域ＤＡの周り（又は縁）を取り囲むことができる。

本発明の一実施形態では、配線部は、駆動部と画素ＰＸＬ１、ＰＸＬ２、ＰＸＬ３とを電気的に連結することができる。配線部は、画素ＰＸＬ１、ＰＸＬ２、ＰＸＬ３に信号を提供し、画素ＰＸＬ１、ＰＸＬ２、ＰＸＬ３それぞれに連結された信号線、一例として、走査線、データ線、発光制御線などと連結されたファンアウト線を含んでもよい。

本発明の一実施形態では、基板ＳＵＢは、透明絶縁物質を含むことで光の透過が可能であってもよい。基板ＳＵＢは、硬質（ｒｉｇｉｄ）基板であっても、可撓性（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）基板であってもよい。

本発明の一実施形態では、画素ＰＸＬ１、ＰＸＬ２、ＰＸＬ３は、第１画素ＰＸＬ１、第２画素ＰＸＬ２、及び第３画素ＰＸＬ３を含むことができる。一例では、第１画素ＰＸＬ１は赤色画素であり、第２画素ＰＸＬ２は緑色画素であり、第３画素ＰＸＬ３は青色画素であり得る。ただし、これに限定されるものではなく、画素ＰＸＬ１、ＰＸＬ２、ＰＸＬ３は、それぞれ赤色、緑色、及び青色ではなく他の色で発光してもよい。

本発明の一実施形態では、画素ＰＸＬ１、ＰＸＬ２、ＰＸＬ３それぞれは、対応するスキャン信号及びデータ信号によって駆動する少なくとも１つ以上の発光素子ＬＤを含んでもよい。発光素子ＬＤの大きさは、一例として、ナノスケール（又はナノメートル）～マイクロスケール（又はマイクロメートル）程度に小さく、発光素子ＬＤは、隣接して配置された発光素子と互いに並列に連結されることができるが、これに限定されるものではない。発光素子ＬＤは、画素ＰＸＬ１、ＰＸＬ２、ＰＸＬ３それぞれの光源を構成することができる。

図４は、図３の表示装置に含まれる画素の一例を示す回路図である。

以下の実施形態では、第１画素ＰＸＬ１、第２画素ＰＸＬ２、及び第３画素ＰＸＬ３を包括して命名するときには画素ＰＸＬと称する。

図１～図４を参照すると、画素ＰＸＬは、画素回路ＰＸＣ及び発光部ＥＭＵ（又は発光ユニット）を含むことができる。

図１～図４を参照すると、画素ＰＸＬは、データ信号に対応する輝度の光を生成する発光ユニットＥＭＵ（又は発光層）を含むことができる。また、画素ＰＸＬは、発光ユニットＥＭＵを駆動するための画素回路ＰＸＣを選択的にさらに含んでもよい。

本発明の一実施形態によれば、発光ユニットＥＭＵは、第１駆動電源ＶＤＤに接続し、第１駆動電源ＶＤＤの電圧が印加される第１電源線ＰＬ１と第２駆動電源ＶＳＳに接続し、第２駆動電源ＶＳＳの電圧が印加される第２電源線ＰＬ２との間に並列連結された複数の発光素子ＬＤを含むことができる。例えば、発光ユニットＥＭＵは、画素回路ＰＸＣ及び第１電源線ＰＬ１を経由して第１駆動電源ＶＤＤに接続された第１画素電極ＥＬＴ１と、第２電源線ＰＬ２を介して第２駆動電源ＶＳＳに連結された第２画素電極ＥＬＴ２と、第１及び第２画素電極ＥＬＴ１、ＥＬＴ２の間に互いに同じ方向に並列連結される複数の発光素子ＬＤと、を含むことができる。本発明の一実施形態では、第１画素電極ＥＬＴ１はアノード（ａｎｏｄｅ）であってもよく、第２画素電極ＥＬＴ２はカソード（ｃａｔｈｏｄｅ）であってもよい。

本発明の一実施形態では、発光ユニットＥＭＵに含まれた発光素子ＬＤそれぞれは、第１画素電極ＥＬＴ１を介して第１駆動電源ＶＤＤに連結された一端部及び第２画素電極ＥＬＴ２を介して第２駆動電源ＶＳＳに連結された他端部を含むことができる。第１駆動電源ＶＤＤと第２駆動電源ＶＳＳとは、互いに異なる電位を有してもよい。一例として、第１駆動電源ＶＤＤは高電位電源に設定され、第２駆動電源ＶＳＳは低電位電源に設定されてもよい。このとき、第１及び第２駆動電源ＶＤＤ、ＶＳＳの電位差は、画素ＰＸＬの発光期間の間の発光素子ＬＤの閾電圧以上に設定することができる。

前述したように、互いに異なる電源の電圧が供給される第１画素電極ＥＬＴ１と第２画素電極ＥＬＴ２との間に同じ方向（一例として、順方向）に並列連結されたそれぞれの発光素子ＬＤは、それぞれの有効光源を構成することができる。

本発明の一実施形態では、発光ユニットＥＭＵの発光素子ＬＤは、該当画素回路ＰＸＣを介して供給される駆動電流に対応する輝度で発光することができる。例えば、各々のフレーム期間の間、画素回路ＰＸＣの該当フレームデータの階調値に対応する駆動電流を発光ユニットＥＭＵに供給することができる。発光ユニットＥＭＵに供給される駆動電流は、発光素子ＬＤ各々に分かれて流れることができる。これにより、各々の発光素子ＬＤがそれらに流れる電流に相応する輝度で発光しながら、発光ユニットＥＭＵが駆動電流に対応する輝度の光を放出することができる。

前述の実施形態では、発光素子ＬＤの両端部が第１及び第２駆動電源ＶＤＤ、ＶＳＳの間に同じ方向に連結された実施形態について説明したが、これに限定されない。実施形態によっては、発光ユニットＥＭＵは、各々の有効光源を構成する発光素子ＬＤの他に少なくとも１つの非有効光源、一例として逆方向発光素子ＬＤｒをさらに含んでもよい。このような逆方向発光素子ＬＤｒは、有効光源を構成する発光素子ＬＤと共に第１及び第２画素電極ＥＬＴ１、ＥＬＴ２の間に並列に連結されるが、前記発光素子ＬＤとは反対方向に前記第１及び第２画素電極ＥＬＴ１、ＥＬＴ２の間に連結されてもよい。このような逆方向発光素子ＬＤｒは、第１及び第２画素電極ＥＬＴ１、ＥＬＴ２の間に所定の駆動電圧（一例として、順方向の駆動電圧）が印加されても非活性された状態を維持することになり、これにより逆方向発光素子ＬＤｒには実質的に電流が流れなくなる。

画素回路ＰＸＣは、画素ＰＸＬのスキャンラインＳｉ及びデータラインＤｊに接続されることができる。また、画素回路ＰＸＣは、画素ＰＸＬの制御ラインＣＬｉ及びセンシングラインＳＥＮｊに接続されることができる。一例として、画素ＰＸＬが表示領域ＤＡのｉ番目の行及びｊ番目の列に配置される場合、前記画素ＰＸＬの画素回路ＰＸＣは、表示領域ＤＡのｉ番目のスキャンラインＳｉ、ｊ番目のデータラインＤｊ、ｉ番目の制御ラインＣＬｉ、及びｊ番目のセンシングラインＳＥＮｊに接続されることができる。

画素回路ＰＸＣは、第１～第３トランジスタＴ１～Ｔ３とストレージキャパシタＣｓｔとを含むことができる。

第１トランジスタＴ１は、発光ユニットＥＭＵに印加される駆動電流を制御するための駆動トランジスタであって、第１駆動電源ＶＤＤと発光ユニットＥＭＵとの間に連結されることができる。具体的には、第１トランジスタＴ１の第１端子は、第１電源線ＰＬ１を介して第１駆動電源ＶＤＤに連結（又は接続）されることができ、第１トランジスタＴ１の第２端子は、第２ノードＮ２と連結され、第１トランジスタＴ１のゲート電極は、第１ノードＮ１に連結されることができる。第１トランジスタＴ１は、第１ノードＮ１に印加される電圧によって、第１駆動電源ＶＤＤから第２ノードＮ２を介して発光ユニットＥＭＵに印加される駆動電流の量を制御することができる。実施形態では、第１トランジスタＴ１の第１端子はドレイン電極であり、第１トランジスタＴ１の第２端子はソース電極であり得るが、これに限定されるものではない。実施形態によっては、第１端子がソース電極であり、第２端子がドレイン電極であってもよい。

第２トランジスタＴ２は、スキャン信号に応答して画素ＰＸＬを選択し、画素ＰＸＬを活性化するスイッチングトランジスタとしてデータラインＤｊと第１ノードＮ１との間に連結されることができる。第２トランジスタＴ２の第１端子は、データラインＤｊに連結され、第２トランジスタＴ２の第２端子は、第１ノードＮ１に連結され、第２トランジスタＴ２のゲート電極は、スキャンラインＳｉに連結されることができる。第２トランジスタＴ２の第１端子と第２端子とは互いに異なる端子で、例えば第１端子がドレイン電極であると、第２端子はソース電極であり得る。

このような第２トランジスタＴ２は、スキャンラインＳｉからゲートオン電圧（例えば、ハイレベル電圧）のスキャン信号が供給されるとターンオンされ、データラインＤｊと第１ノードＮ１とを電気的に連結することができる。第１ノードＮ１は、第２トランジスタＴ２の第２端子と第１トランジスタＴ１のゲート電極とが連結される箇所であって、第２トランジスタＴ２は第１トランジスタＴ１のゲート電極にデータ信号を伝達することができる。

第３トランジスタＴ３は、第１トランジスタＴ１をセンシングラインＳＥＮｊに連結することで、センシングラインＳＥＮｊを介してセンシング信号を取得し、センシング信号を用いて第１トランジスタＴ１の閾電圧などをはじめとする画素ＰＸＬの特性を検出することができる。画素ＰＸＬの特性に関する情報は、画素ＰＸＬ間の特性偏差が補償されるように映像データを変換するのに用いることができる。第３トランジスタＴ３の第２端子は、第１トランジスタＴ１の第２端子に連結されることができ、第３トランジスタＴ３の第１端子は、センシングラインＳＥＮｊに連結されることができ、第３トランジスタＴ３のゲート電極は、制御ラインＣＬｉに連結されることができる。また、第３トランジスタＴ３の第１端子は、初期化電源に連結されることができる。第３トランジスタＴ３は、第２ノードＮ２を初期化可能な初期化トランジスタであって、制御ラインＣＬｉからセンシング制御信号が供給されるとターンオンされ、初期化電源の電圧を第２ノードＮ２に伝達することができる。これにより、第２ノードＮ２に連結されたストレージキャパシタＣｓｔの第２ストレージ電極は初期化されることができる。

ストレージキャパシタＣｓｔの第１ストレージ電極は、第１ノードＮ１に連結され、ストレージキャパシタＣｓｔの第２ストレージ電極は、第２ノードＮ２に連結されることができる。このようなストレージキャパシタＣｓｔは、一フレーム期間の間に第１ノードＮ１に供給されるデータ信号に対応するデータ電圧を充電する。これにより、ストレージキャパシタＣｓｔは、第１トランジスタＴ１のゲート電極の電圧と第２ノードＮ２の電圧との差に該当する電圧を格納することができる。

図４では、発光ユニットＥＭＵを構成する発光素子ＬＤが全て並列に連結された実施形態を示したが、これに限定されない。実施形態によっては、発光ユニットＥＭＵは、互いに並列に連結された複数の発光素子ＬＤを含む少なくとも１つの直列段（又はステージ）を含むように構成することができる。すなわち、発光ユニットＥＭＵは、直／並列混合構造で構成してもよい。

図５ａ及び図５ｂは、図１の発光素子の活性層の一例を示した断面図である。

図５ａを参照すると、活性層１２は、障壁層ＱＢ及び障壁層ＱＢの間に配置された井戸層ＱＷが配置された単一量子井戸構造であってもよい。図５ｂを参照すると、活性層１２は、障壁層ＱＢ及び井戸層ＱＷが互いに複数回交番して順次積層された多重量子井戸構造であってもよい。

図１及び図５ａを参照すると、障壁層ＱＢは、第１障壁層ＱＢ１及び第２障壁層ＱＢ２を含むことができる。第１障壁層ＱＢ１は、第１半導体層１１と井戸層ＱＷとの間に配置することができる。第２障壁層ＱＢ２は、井戸層ＱＷと第２半導体層１３との間に配置することができる。

図１及び図５ｂを参照すると、障壁層ＱＢは、第１～第４障壁層ＱＢ１～ＱＢ４を含んでもよく、井戸層ＱＷは、第１～第３井戸層ＱＷ１～ＱＷ３を含んでもよい。一例では、活性層１２は、第１～第４障壁層ＱＢ１～ＱＢ４及び第１～第３井戸層ＱＷ１～ＱＷ３が互いに交番して順次積層された多層構造であってもよい。

本発明の一実施形態では、第１障壁層ＱＢ１及び第２障壁層ＱＢ２は、第１井戸層ＱＷ１を挟んで第１半導体層１１上に形成することができる。一例では、第２障壁層ＱＢ２及び第３障壁層ＱＢ３は、第２井戸層ＱＷ２を挟んで第１井戸層ＱＷ１上に形成することができる。一例では、第３障壁層ＱＢ３及び第４障壁層ＱＢ４は、第３井戸層ＱＷ３を挟んで第２井戸層ＱＷ２上に形成することができる。

本発明の一実施形態では、第１～第４障壁層ＱＢ１～ＱＢ４は、第１方向ＤＲ１における厚さが同じであってもよい。他の例では、第１～第４障壁層ＱＢ１～ＱＢ４は、第１方向ＤＲ１における厚さがそれぞれ異なってもよい。例えば、第１障壁層ＱＢ１は、第２障壁層ＱＢ２よりも第１方向ＤＲ１における厚さが薄くても厚くてもよい。

以下、第１、第２及び第３井戸層ＱＷ１、ＱＷ２、ＱＷ３を包括して命名するときには井戸層ＱＷと称し、第１、第２、第３、及び第４障壁層ＱＢ１、ＱＢ２、ＱＢ３、ＱＢ４を包括して命名するときには障壁層ＱＢと称する。

本発明の一実施形態では、第１方向ＤＲ１における障壁層ＱＢの厚さは、井戸層ＱＷの厚さよりも厚くてもよい。

本発明の一実施形態では、井戸層ＱＷは、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、及びＩｎＧａＰの少なくともいずれか１つを含むことができる。障壁層ＱＢは、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＰ、及びＡｌＧａＡｓの少なくとも１つを含むことができる。

図５ａ及び図５ｂを参照すると、活性層１２は、障壁層ＱＢ及び障壁層ＱＢの間に配置された井戸層ＱＷを含むことができる。一例では、障壁層ＱＢ及び井戸層ＱＷは、互いに異なる組成を有してもよい。例えば、井戸層ＱＷは、障壁層ＱＢよりも高いインジウム（Ｉｎ）組成比を有してもよい。

本発明の一実施形態では、井戸層ＱＷは、第１方向ＤＲ１及び第２方向ＤＲ２に不均一なインジウム密度を有してもよい。

図５ａを参照すると、活性層１２内で第１障壁層ＱＢ１に隣接する井戸層ＱＷの一領域は、第２障壁層ＱＢ２に隣接する井戸層ＱＷの他領域よりもインジウム組成比が高くてもよい。他の例では、第２障壁層ＱＢ２に隣接する井戸層ＱＷの他領域は、第１障壁層ＱＢ１に隣接する井戸層ＱＷの一領域よりもインジウム組成比がさらに高くてもよい。一例では、第１障壁層ＱＢ１に隣接する井戸層ＱＷの一領域で第２方向ＤＲ２にインジウム密度もまた不均一であってもよい。

図５ｂを参照すると、第１障壁層ＱＢ１に隣接する第１井戸層ＱＷ１の一領域は、第２障壁層ＱＢ２に隣接する第１井戸層ＱＷ１の他領域よりもインジウム組成比が高くてもよい。第１井戸層ＱＷ１に適用される技術的特徴は、第２～第４井戸層ＱＷ２～ＱＷ４にも同様に適用可能である。図６ａは、図１の活性層を構成する井戸層の一例を示した断面図である。図６ｂは、図１の活性層を構成する井戸層の一例を示した平面図である。

図６ａ及び図６ｂを参照すると、井戸層ＱＷは、図５ａの単一量子井戸の構造の井戸層ＱＷ又は図５ｂの多重量子井戸の構造において第１、第２、及び第３井戸層ＱＷ１、ＱＷ２、ＱＷ３の少なくとも１つの井戸層を表すことができる。

本発明の一実施形態では、図１の活性層１２は、井戸層ＱＷに移動した電子と正孔とが再結合しながら光を発光する領域である。一実施形態では、井戸層ＱＷは、ＩｎＧａＮで構成することができるが、これに限定されない。例えば、井戸層ＱＷは、ＡｌＧａＩｎＰまたはＧａＩｎＰで構成してもよい。活性層（例えば、図１の活性層１２）から放出する波長は、井戸層ＱＷのインジウムの割合に依存する。例えば、長波長領域の光を放出するために井戸層ＱＷには、相対的に高い割合のインジウムがドープされることになる。短波長領域の光を放出するために井戸層ＱＷには、相対的に低い割合のインジウムがドープされることになる。すなわち、活性層１２から放出する波長領域帯によって井戸層ＱＷにドープされるインジウム組成比が制御される。

図６ａを参照すると、井戸層ＱＷは、第１インジウム組成比を有する第１井戸垂直領域ＱＷＶＡ１及び前記第１インジウム組成比と区別される第２インジウム組成比を有する第２井戸垂直領域ＱＷＶＡ２を含むことができる。一例では、第１井戸垂直領域ＱＷＶＡ１及び第２井戸垂直領域ＱＷＶＡ２は、第２方向ＤＲ２に配置することができる。

本発明の一実施形態では、前記第１インジウム組成比は、前記第２インジウム組成比よりも低くてもよい。すなわち、井戸層ＱＷの成長過程において、第１井戸垂直領域ＱＷＶＡ１には第２井戸垂直領域ＱＷＶＡ２よりも相対的に低い組成比でインジウムがドープされてもよい。

図６ａを参照すると、井戸層ＱＷは、第３インジウム組成比を有する第１井戸水平領域ＱＷＨＡ１及び前記第３インジウム組成比と区別される第４インジウム組成比を有する第２井戸水平領域ＱＷＨＡ２を含むことができる。一例では、第１井戸水平領域ＱＷＨＡ１は、第１井戸垂直領域ＱＷＶＡ１に含まれる第１_１井戸水平領域ＱＷＨＡ１ａ及び第２井戸垂直領域ＱＷＶＡ２に含まれる第１_２井戸水平領域ＱＷＨＡ１ｂを含むことができる。一例では、第２井戸水平領域ＱＷＨＡ２は、第１井戸垂直領域ＱＷＶＡ１に含まれる第２_１井戸水平領域ＱＷＨＡ２ａ及び第２井戸垂直領域ＱＷＶＡ２に含まれる第２_２井戸水平領域ＱＷＨＡ２ｂを含むことができる。一例では、第３インジウム組成比は、前記第４インジウム組成比よりも低くてもよい。例えば、第１井戸水平領域ＱＷＨＡ１にはインジウムがドープされないか、或いは少量のインジウムがドープされてもよい。ただし、これに限定されるものではなく、第３インジウム組成比は、前記第４インジウム組成比よりも高いか、或いは同じであってもよい。

本発明の一実施形態では、第１井戸水平領域ＱＷＨＡ１及び第２井戸水平領域ＱＷＨＡ２は、第１方向ＤＲ１に配置することができる。一例では、第１井戸水平領域ＱＷＨＡ１の上面（例えば、第１方向ＤＲ１）には、障壁層ＱＢを配置することができる。第２井戸水平領域ＱＷＨＡ２の下面（例えば、第１方向ＤＲ１と反対方向）には、障壁層ＱＢを配置することができる。

本発明の一実施形態では、前記第３インジウム組成比は、前記第４インジウム組成比よりも低くてもよい。すなわち、井戸層ＱＷの成長過程において、第１井戸水平領域ＱＷＨＡ１には、第２井戸水平領域ＱＷＨＡ２よりも相対的に低い組成比でインジウムがドープされてもよい。

本発明の一実施形態では、井戸層ＱＷには、第１方向ＤＲ１及び第２方向ＤＲ２に不均一にインジウムが分布してもよい。

図６ｂを参照すると、井戸層ＱＷの第１井戸水平領域ＱＷＨＡ１に関する断面図が示されている。

本発明の一実施形態では、第１井戸水平領域ＱＷＨＡ１は、不均一なインジウムクラスタ（ｃｌｕｓｔｅｒｓ）（又は凝集（ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ））を含むことができる。一例では、第１_１井戸水平領域ＱＷＨＡ１ａ及び第１_２井戸水平領域ＱＷＨＡ１ｂのそれぞれは、不均一な大きさを有するインジウムクラスタＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６を含むことができる。一例では、インジウムクラスタＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６それぞれは、互いに異なるインジウム密度及び／又は互いに異なる大きさを有してもよい。例えば、第１クラスタＣ１は、第２クラスタＣ２よりも小さい大きさを有してもよい。第１クラスタＣ１は、第１インジウム密度を有し、第２クラスタＣ２は、第２インジウム密度を有してもよい。前記第１インジウム密度は、第２インジウム密度よりも低くてもよい。

本発明の一実施形態では、第１井戸水平領域ＱＷＨＡ１に含まれたインジウムクラスタは、インジウム組成がないか或いはインジウム組成が非常に低い領域とインジウム組成が高い領域との間のエネルギーバンドギャップ差によって形成することができる。一例では、第１_２井戸水平領域ＱＷＨＡ１ｂは、第１_１井戸水平領域ＱＷＨＡ１ａよりも高いインジウム組成比を有し、インジウムの自己凝集（ｓｅｌｆ－ａｓｓｅｍｂｌｙ）特性により、第１_２井戸水平領域ＱＷＨＡ１ｂ内には相対的に大きさの大きいクラスタが形成されることができる。

本発明の一実施形態では、井戸層ＱＷは、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ、ｍｅｔａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）で実施することができる。

一実施形態では、活性層１２の井戸層ＱＷの成長の際に井戸層ＱＷを形成する一つの構成のインジウムの不均一度を確保するために、成長条件を制御することができる。前記成長条件は、インジウム（Ｉｎ）注入量、ガリウム（Ｇａ）注入量、成長温度、及び／又はソースガス（ｓｏｕｒｃｅ ｇａｓ）の流入量のうち少なくとも１つに対する制御を含むことができる。

本発明の一実施形態では、第１方向ＤＲ１に第１井戸水平領域ＱＷＨＡ１及び第２井戸水平領域ＱＷＨＡ２が成長する過程において、第２井戸垂直領域ＱＷＶＡ２に第１井戸垂直領域ＱＷＶＡ１よりも相対的に多い量のインジウムを注入することができる。この場合、第２井戸垂直領域ＱＷＶＡ２が第１井戸垂直領域ＱＷＶＡ１よりも高いインジウム組成比を有することができる。一例では、第２井戸水平領域ＱＷＨＡ２に第１井戸水平領域ＱＷＨＡ１よりも相対的に多い量のインジウムを注入することができる。この場合、第２井戸水平領域ＱＷＨＡ２が第１井戸水平領域ＱＷＨＡ１よりも高いインジウム組成比を有することができる。

本発明の一実施形態では、第１方向ＤＲ１に第１井戸水平領域ＱＷＨＡ１及び第２井戸水平領域ＱＷＨＡ２が成長する過程において、第２井戸垂直領域ＱＷＶＡ２に第１井戸垂直領域ＱＷＶＡ１よりも相対的に多い量のガリウムを注入することができる。この場合、インジウムと注入されるガリウムとの量が多いほどインジウムの揮発が防がれるので、第２井戸垂直領域ＱＷＶＡ２が第１井戸垂直領域ＱＷＶＡ１よりも高いインジウム組成比を有することができる。一例では、第１井戸水平領域ＱＷＨＡ１に第２井戸水平領域ＱＷＨＡ２よりも相対的に多い量のガリウムを注入することができる。この場合、第２井戸水平領域ＱＷＨＡ２が第１井戸水平領域ＱＷＨＡ１よりも高いインジウム組成比を有することができる。

本発明の一実施形態では、第１方向ＤＲ１に第１井戸水平領域ＱＷＨＡ１及び第２井戸水平領域ＱＷＨＡ２が成長する過程において、第１井戸水平領域ＱＷＨＡ１を第１成長温度で形成し、第２井戸水平領域ＱＷＨＡ２を前記第１成長温度よりも低い第２成長温度で形成することができる。この場合、成長温度が低いほど相対的に揮発するインジウムの量を減らすことができるので、第２井戸水平領域ＱＷＨＡ２が第１井戸水平領域ＱＷＨＡ１よりも高いインジウム組成比を有することができる。

本発明の一実施形態では、第１方向ＤＲ１に第１井戸水平領域ＱＷＨＡ１及び第２井戸水平領域ＱＷＨＡ２が成長する過程において、第１井戸水平領域ＱＷＨＡ１に第２井戸水平領域ＱＷＨＡ２よりも相対的に多いソースガスを注入することができる。ソースガスがインジウムの揮発性を促進するので、第２井戸水平領域ＱＷＨＡ２が第１井戸水平領域ＱＷＨＡ１よりも高いインジウム組成比を有することができる。一例では、前記ソースガスは、水素（Ｈ_２）及び窒素（Ｎ_２）のうち少なくとも１つを含むことができる。

図６ａ及び図６ｂを参照すると、井戸層ＱＷは、第１方向～第３方向ＤＲ１、ＤＲ２、ＤＲ３に不均一なインジウム密度を有するように形成することができる。井戸層ＱＷが第１方向ＤＲ１及び第２方向ＤＲ２に不均一なインジウム組成比を有するように形成され、不均一なインジウム組成比によって第３方向ＤＲ３（例えば、ｉｎ－ｐｌａｎｅ方向）に形成されたクラスタＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６により井戸層ＱＷの縁に向かって形成される電流経路（ｃｕｒｒｅｎｔ ｐａｔｈ）を抑制（又は遮断）することができる。すなわち、井戸層ＱＷに形成される電流経路（ｃｕｒｒｅｎｔ ｐａｔｈ）を抑制することで、井戸層ＱＷ内に注入された電子が前記電流経路に沿って井戸層ＱＷの縁に沿って電子が移動することを防止（又は予防）することができる。本発明の一実施形態は、井戸層ＱＷの縁に沿って電子が移動することで活性層１２で発光する光の輝度変化率によって、活性層１２で発光する光の信頼性が低下する現象を改善することができる。

図７は、図１の井戸層の他の一例を示した断面図である。

本発明の一実施形態では、井戸層ＱＷの第１方向ＤＲ１における高さは、均一なインジウム組成比を有するように形成された井戸層の高さよりも低くてもよい。したがって、不均一なインジウム組成比による高さ偏差を補償するために、井戸層ＱＷは、高さ補償層ＣＬを含んでもよい。一例では、高さ補償層ＣＬは、井戸層ＱＷでインジウム組成比の低い井戸水平領域の一領域に配置することができる。

本発明の一実施形態では、第１井戸水平領域ＱＷＨＡ１及び第２井戸水平領域ＱＷＨＡ２のうち、第１井戸水平領域ＱＷＨＡ１が第２井戸水平領域ＱＷＨＡ２よりもインジウム組成比が小さい場合、第１井戸水平領域ＱＷＨＡ１が第２井戸水平領域ＱＷＨＡ２よりも第１方向ＤＲ１における厚さが薄くてもよいが、これに限定されるものではなく、第１井戸水平領域ＱＷＨＡ１は、第２井戸水平領域ＱＷＨＡ１と第１方向ＤＲ１における厚さが同じであってもよい。

本発明の一実施形態では、第１井戸水平領域ＱＷＨＡ１及び第２井戸水平領域ＱＷＨＡ２のうち、第１井戸水平領域ＱＷＨＡ１が第２井戸水平領域ＱＷＨＡ２よりもインジウム組成比が小さい場合、高さ補償層ＣＬは、第１井戸水平領域ＱＷＨＡ１の一面に配置されてもよいが、これに限定されない。例えば、第１井戸水平領域ＱＷＨＡ１及び第２井戸水平領域ＱＷＨＡ２のうち、第１井戸水平領域ＱＷＨＡ１が第２井戸水平領域ＱＷＨＡ２よりもインジウム組成比が小さい場合、第２井戸水平領域ＱＷＨＡ２の一面に配置されてもよい。一例では、第１井戸水平領域ＱＷＨＡ１と第２井戸水平領域ＱＷＨＡ２の第１方向ＤＲ１における厚さは、約１．６ｎｍであり得るが、これに限定されるものではなく、井戸水平領域ＱＷＨＡ１と第２井戸水平領域ＱＷＨＡ２の第１方向ＤＲ１における厚さは、１．６ｎｍ以上であってもよい。

図８は、図１の活性層の製造工程における温度制御によるインジウム（Ｉｎ）の組成を示す。

本発明の一実施形態では、第１半導体層（例えば、図１の第１半導体層１１）を形成した後、第１半導体層１１上に活性層１２を形成することができる。

図８を参照すると、活性層１２の成長工程は、障壁層ＱＢの成長する区間及び井戸層ＱＷの成長する区間が交差して進行されることができる。

本発明の一実施形態では、障壁層ＱＢと井戸層ＱＷそれぞれは、互いに異なる温度で形成することができる。第３区間ｃは、障壁層ＱＢのうち第１半導体層１１と接して形成される第１障壁層ＱＢ１の成長する区間であり得る。第２区間ｂは、第１障壁層ＱＢ１と接して形成される井戸層ＱＷの成長する区間であり得る。第１区間ａは、井戸層ＱＷと接して第２障壁層ＱＢ２の成長する区間であり得る。

本発明の一実施形態では、第１及び第２障壁層ＱＢ１、ＱＢ２は、第３温度Ｔ３が維持される区間で成長することができる。井戸層ＱＷは、第３温度Ｔ３よりも低い第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との間の区間で成長することができる。第１温度Ｔ１は、第２温度Ｔ２よりも低くてもよい。

本発明の一実施形態では、障壁層ＱＢの成長する第１区間ａ及び第３区間ｃは、温度維持区間を含んでもよい。井戸層ＱＷの成長する第２区間ｂは、第１温度Ｔ１から第２温度Ｔ２までの温度上昇区間を含んでもよい。温度上昇区間（又は温度減少区間）は、井戸層ＱＷの成長する区間である第２区間ｂのみに現れてもよい。

本発明の一実施形態では、第３温度Ｔ３で第１障壁層ＱＢ１を形成した後、成長温度は第３温度Ｔ３から第１温度Ｔ１に低くなってもよい。井戸層ＱＷの成長温度を第１温度Ｔ１から第２温度Ｔ２に漸進的に上昇させることで、井戸層ＱＷが第１障壁層ＱＢ１上で成長することができる。

本発明の一実施形態では、井戸層ＱＷの成長する区間である第２区間ｂで、成長温度が第１温度Ｔ１から第２温度Ｔ２に上昇することで、インジウム組成比は井戸層ＱＷ内で不均一に形成されることになる。

本発明の一実施形態では、第２区間ｂで第１温度Ｔ１から第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との間の温度まで成長温度を漸進的に上昇させることで、第４インジウム組成比を有する第２井戸水平領域ＱＷＨＡ２を形成することができる。第２区間ｂで第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２との間の温度から第２温度Ｔ２まで成長温度を漸進的に成長させることで、前記第４インジウム組成比よりも低い第３インジウム組成比を有する第１井戸水平領域ＱＷＨＡ１を形成することができる。

本発明の一実施形態では、井戸層ＱＷを形成した後の成長温度は、第２温度Ｔ２から第３温度Ｔ３に高まってもよい。第３温度Ｔ３で第２障壁層ＱＢ２が井戸層ＱＷ上で成長することができる。

本発明の一実施形態では、第１及び第２障壁層ＱＢ１、ＱＢ２のインジウム組成比は、井戸層ＱＷのインジウム組成比よりも低くてもよい。

図９は、比較例と図１の活性層を構成する井戸層内に形成された電流経路とを示す。

図９の（ａ）は、比較例であって、井戸層内にインジウムが均一に形成された場合に、縁に沿って形成される電流経路を示す。すなわち、井戸層を形成するインジウムが均一に形成されることで、井戸層の縁に向かう電流経路が相対的に形成されやすくなり、前記電流経路を介して移動する電子の量が多くなり得る。その結果、活性層１２を介して放出される光の輝度変化率が大きくなって、信頼性が低下する。

図９の（ｂ）は、本発明のインジウムが不均一に形成された井戸層ＱＷを示す。井戸層ＱＷが不均一なインジウム組成比を有するように形成され、第３方向ＤＲ３（例えば、ｉｎ－ｐｌａｎｅ方向）に形成されたクラスタＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６によって井戸層ＱＷの縁に向かって形成される電流経路（ｃｕｒｒｅｎｔ ｐａｔｈ）を抑制（又は遮断）することができる。すなわち、井戸層ＱＷの縁に沿って形成される電流経路が、クラスタＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６によって形成されにくい。すなわち、井戸層ＱＷに形成される電流経路（ｃｕｒｒｅｎｔ ｐａｔｈ）を抑制することで、井戸層ＱＷ内に注入された電子が前記電流経路に沿って井戸層ＱＷの縁に沿って電子が移動することを防止（又は予防）することができる。本発明の一実施形態では、井戸層ＱＷの縁に沿って電子が移動することで、活性層１２で発光する光の輝度変化率が低下して信頼性が低下する現象を改善することができる。また、活性層１２から出力される光の信頼性を向上させることができる。

図１０は、図１の発光素子を製造する方法を示すフロー図である。

本発明の一実施形態では、ステップ１００１で積層基板を準備する。積層基板は、対象物質を積層するためのベース板であり得る。積層基板は、所定の物質に対するエピタキシャル成長（ｅｐｉｔａｘｉａｌ ｇｒｏｗｔｈ）のためのウェハ（ｗａｆｅｒ）であってもよい。一例では、積層基板は、サファイア（ｓａｐｐｈｉｒｅ）基板、ＧａＡｓ基板、Ｇａ基板、ＩｎＰ基板のうちいずれか１つであってもよいが、これに限定されない。

本発明の一実施形態では、積層基板上に第１半導体層（例えば、図１の第１半導体層１１）、活性層（例えば、図１の活性層１２）、及び第２半導体層（例えば、図１の第２半導体層１３）を順次積層することができる。前記第１半導体層１１、活性層１２及び第２半導体層１３は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ；Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ－ｐｈａｓｅ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ；Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）、気相エピタキシー法（ＶＰＥ；Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）、及び液相エピタキシー法（ＬＰＥ；Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）のうちいずれか１つの方法により形成することができる。

本発明の一実施形態では、ステップ１００３で積層基板上に第１半導体層１１を形成することができる。

本発明の一実施形態では、ステップ１００５で第１半導体層１１上に活性層１２を形成することができる。一例では、第１半導体層１１上に障壁層（例えば、図５ａ及び図５ｂの障壁層ＱＢ）及び井戸層（例えば、図５ａ及び図５ｂの井戸層ＱＷ）を互いに交番して配置することができる。

本発明の一実施形態では、第１半導体層１１上に第１障壁層ＱＢ１を形成した後、第１障壁層ＱＢ１上に第１方向に不均一なインジウム組成比を有し、そして前記第１方向と交差する第２方向に不均一なインジウム密度を有するように井戸層ＱＷを形成することができる。

本発明の一実施形態では、井戸層ＱＷを形成する過程において、井戸層ＱＷ内のインジウムの不均一度を高めるために、井戸層ＱＷの成長条件を変更してもよい。一例では、井戸層ＱＷを形成する過程でインジウム（Ｉｎ）注入量、ガリウム（Ｇａ）注入量、成長温度、及び／またはソースガス（ｓｏｕｒｃｅ ｇａｓ）の流入量のうち少なくとも１つを制御することができる。一実施形態では、井戸層ＱＷは、第１方向（例えば、図６ａの第１方向ＤＲ１）及び／又は第２方向（例えば、図６ａの第２方向ＤＲ２）に互いに異なるインジウム組成比を有する井戸領域を含んでもよい。一例では、井戸層ＱＷは、前記第１方向及び第２方向と交差する第３方向（例えば、図６ｂの第３方向ＤＲ３）に大きさ及び／又は密度の互いに異なるインジウムクラスタ（例えば、図６ｂのクラスタＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６）を形成してもよい。

本発明の一実施形態では、井戸層ＱＷを形成した後、井戸層ＱＷ上に第２障壁層ＱＢ２を形成することができる。

本発明の一実施形態では、障壁層ＱＢは、井戸層ＱＷ内の欠陥発生を抑制するために、ドーパントが提供されていない半導体層であってもよい。一例では、障壁層ＱＢは、ＩｎＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮのうちいずれか１つの半導体材料を含むが、障壁層ＱＢには別途のドーパントが提供されていなくてもよい。

本発明の一実施形態では、障壁層ＱＢ内のインジウム組成比は、井戸層ＱＷ内のインジウム組成比よりも小さくてもよい。

本発明の一実施形態では、ステップ１００７で活性層１２上に第２半導体層１３を形成することができる。一例では、第２障壁層ＱＢ２上に第２半導体層１３を形成することができる。

本発明の一実施形態に係る発光素子及び発光素子の製造方法は、活性層を形成する井戸層が不均一なインジウム密度を有するように形成することによって、井戸層ＱＷの縁に向かって形成される電流経路（ｃｕｒｒｅｎｔ ｐａｔｈ）を抑制（又は遮断）することができる。すなわち、井戸層ＱＷに形成される電流経路（ｃｕｒｒｅｎｔ ｐａｔｈ）を抑制することで、井戸層ＱＷ内に注入された電子が前記電流経路に沿って井戸層ＱＷの縁に沿って電子が移動することを防止（又は予防）することができる。本発明の一実施形態は、井戸層ＱＷの縁に沿って電子が移動することで活性層１２で発光する光の輝度変化率によって活性層１２で発光する光の信頼性が低下する現象を改善することができる。

以上、本発明の一実施形態に係る発光素子及び発光素子及びその製造方法を、各実施形態を参照して説明したが、本発明の実施形態として上述した各実施形態又は各実施形態の一部は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。また、本発明の一実施形態に係る発光素子及び発光素子及びその製造方法を、各実施形態を参照して説明したが、当該技術分野の当業者は、特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更可能である。

ＬＤ 発光素子
１１ 第１半導体層
１２ 活性層
１３ 第２半導体層
ＱＢ 障壁層
ＱＷ 井戸層
ＱＷＨＡ１ 第１井戸水平領域
ＱＷＨＡ２ 第２井戸水平領域
C1、C2、C3、C4、C5、C6 クラスタ

Claims (13)

1. 第１半導体層と、
   前記第１半導体層上に配置された活性層と、
   前記活性層上に配置された第２半導体層と、
   第１方向に順次配置された前記第１半導体層、前記活性層、及び前記第２半導体層の一部を取り囲む絶縁膜と、を含み、
   前記活性層は、
   第１障壁層と、
   第２障壁層と、
   前記第１障壁層と前記第２障壁層との間に第１方向及び前記第１方向と交差する第２方向に不均一なインジウム組成比を有し、前記第１方向及び前記第２方向と交差する第３方向に不均一なインジウム密度を有する第１井戸層と、を含むことを特徴とする発光素子。
2. 前記第１井戸層は、前記第１方向に順次配置され、第１インジウム組成比を有する第１井戸水平領域及び前記第１インジウム組成比と異なる第２インジウム組成比を有する第２井戸水平領域を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
3. 前記第１井戸層は、前記第３方向に第１インジウム密度を有する第１インジウムクラスタ及び前記第１インジウム密度と異なる第２インジウム密度を有する第２インジウムクラスタを含み、
   前記第１インジウムクラスタ及び前記第２インジウムクラスタは、前記第１井戸水平領域及び前記第２井戸水平領域のうち少なくとも一領域に形成することを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
4. 前記井戸層は、前記第１井戸水平領域及び前記第２井戸水平領域のうちインジウム組成比の低い領域に高さ補償層をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
5. 前記第１井戸領域の厚さは、前記第２井戸領域の厚さと同じであることを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
6. 前記第１障壁層は、前記第１半導体層と前記第１井戸水平領域との間に配置され、前記第２障壁層は、前記第２井戸水平領域と前記第２半導体層との間に配置され、
   前記第１障壁層の厚さは、前記第２障壁層の厚さと同じであり、
   前記第１障壁層の厚さは、前記第１井戸領域及び前記第２井戸領域の厚さよりも厚いことを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
7. 前記活性層は、第３障壁層及び第２井戸層をさらに含み、
   前記第２井戸層は、前記第２障壁層と前記第３障壁層との間に配置することを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
8. 積層基板を準備することと、
   第１方向に前記積層基板上に第１タイプの半導体を含む第１半導体層を形成することと、
   第１半導体層上に活性層を形成することと、
   前記活性層上に前記第１タイプとは異なる第２タイプの半導体を含む第２半導体層を形成することと、を含み、
   前記活性層を形成することは、
   第１障壁層を形成することと、
   前記第１方向及び前記第１方向と交差する第２方向に不均一なインジウム組成比及び前記第１方向及び前記第２方向と交差する第３方向に不均一なインジウム密度を有する第１井戸層を形成することと、
   前記第１井戸層上に第２障壁層を形成することと、を含むことを特徴とする発光素子の製造方法。
9. 前記第１井戸層を形成することは、
   前記第１方向に第１インジウム組成比を有するように第１成長条件で第１井戸水平領域を形成することと、
   第２インジウム組成比を有するように第２成長条件で第２井戸水平領域を形成することと、を含み、
   前記第１成長条件は、成長温度、インジウム（Ｉｎ）注入量、ガリウム（Ｇａ）注入量、及びソースガスの注入量のうち少なくとも１つが前記第２成長条件と区別され、
   前記第１井戸層を形成することは、第１温度から第２温度までの温度上昇区間を含むことを特徴とする請求項８に記載の発光素子の製造方法。
10. 前記第１井戸領域を形成することは、前記第１温度で前記第１井戸水平領域を形成することを含み、
    前記第２井戸水平領域を形成することは、前記第１温度と前記第２温度との間の第３温度で前記第１井戸水平領域上に前記第２井戸水平領域を形成することを含み、
    第１障壁層および第２障壁層を形成することは、第２温度より高い第４温度で形成され、第４温度に温度が維持される温度維持区間を含む請求項９に記載の発光素子の製造方法。
11. 前記ソースガスは、水素ガスを含むことを特徴とする請求項９に記載の発光素子の製造方法。
12. 前記第１井戸層を形成することは、
    前記第１井戸水平領域及び前記第２井戸水平領域のうちインジウム組成比の低い領域に高さ補償層を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の発光素子の製造方法。
13. 前記第３方向に第１インジウム密度を有する第１インジウムクラスタ及び前記第１インジウム密度と異なる第２インジウム密度を有する第２インジウムクラスタを前記第１井戸水平領域及び前記第２井戸水平領域のうち少なくとも１つの領域に形成することを特徴とする請求項９に記載の発光素子の製造方法。

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