KR100644967B1 - 다양한 크기의 양자점으로 이루어진 활성층을 이용하는고휘도 발광소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

파장대역폭이 넓고 광출력이 큰 고휘도 발광소자 및 그 제조 방법을 제공한다. 이를 위해, 기판, 상기 기판 상에 형성되어 방출되는 광을 구속하는 제 1 클래딩층 및 제2 클래딩층, 상기 제1 클래딩층 및 제2 클래딩층 사이에 형성되어 사전설정된 적어도 두 파장의 광을 방출하는 CQD 양자점 구조의 활성층을 포함하는 고휘도 발광소자 및 그 제조 방법을 제공한다.
고휘도 발광소자, 파장 대역폭, 광출력, CQD (Chirped Quantum Dots), 활성층

Description

다양한 크기의 양자점으로 이루어진 활성층을 이용하는 고휘도 발광소자 및 그 제조 방법{SUPERLUMINESCENT DIODE USING ACTIVE LAYER FORMED OF QUANTUM DOTS HAVING VARIOUS SIZE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
도 1a는 종래의 고휘도 발광소자에 이용되는 양자우물 구조를 보이는 개략도.
도 1b는 도 1a에 보이는 양자우물 구조에서 전자와 정공의 재결합에 의해서 방출되는 광의 파장분포를 보이는 그래프.
도 2a는 종래 측면 발광 레이저 다이오드의 전극 구조를 보이는 사시도.
도 2b는 종래 개발된 고휘도 발광소자의 전극 구조 중 대표적인 몇 가지 예를 보이는 사시도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따라 2개의 다른 에너지 밴드를 갖는 다층 양자점 구조로 이루어지는 활성층을 보이는 개략도.
도 4는 본 발명의 제2 실시예 따라 적어도 3개의 다른 에너지 밴드를 갖는 다층 양자점 구조로 이루어지는 활성층을 보이는 개략도.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고휘도 발광소자의 개략적인 에피 구조를 보이는 단면도.
도 6은 도 3 및 도 4에 보이는 CQD 구조의 PL 특성을 보이는 그래프.
도 7a는 본 발명의 제1 및 제 2 실시예에 따른 양자점 고휘도 발광소자의 전체적인 개략도를 보이는 평면도.
도 7b는 도 7a에 보이는 고휘도 발광소자의 전체적인 개략도를 보이는 사시도.
도 8은 도 3에 보이는 CQD 구조를 갖는 활성층 및 도 7에 보이는 J형 전극 구비하는 고휘도 발광소자의 EL 특성을 보이는 그래프.
도 9는 도 4에 보이는 CQD 구조를 갖는 활성층 및 도 7에 보이는 J형 전극 구비하는 고휘도 발광소자의 EL 특성을 보이는 그래프.
도 10은 도 4의 구조로 제작된 고휘도 발광소자의 전류-광출력 특성을 보이는 그래프.
본 발명은 고휘도 발광소자 (superluminescent diodes; SLD)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 크기의 양자점으로 이루어진 활성층을 이용하는 고휘도 발광소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 발광소자는 p-n접합(junction)에 전류가 인가될 때, 전자와 정공이 정공이 재결합하면서 에너지 갭(energy gap)에 해당하는 에너지를 광(light)의 형태로 방출시키는 소자이다. 이러한 반도체 발광소자의 대표적인 예로서 LED(Light Emitting Diode), 레이저 다이오드(Laser Diode) 등을 들을 수 있다.
LED는 에너지 밴드갭이 큰 반도체층들 사이의 위치하며 낮은 에너지 밴드갭을 갖는 활성층(active layer)내에서 자발방출(spontaneous emission)된 광을 이용하는 소자로서, 넓은 파장 대역폭과 수 ㎽급의 낮은 광출력 특성을 갖는다. 일반적으로, LED의 광출력은 활성층에 인가되는 전류의 세기에 따라 증가한다. 그러나, 전기에너지의 극히 일부만이 광에너지로 변환되고, 상당량은 광에너지로 변환되지 못하고 LED 내부에 열에너지로 축적된다. 이에 따라, 활성층에 인가된 전류의 극히 일부분만이 광에너지로 변환되고, 어느 정도 이상의 전류에서는 내부에 축적된 열에너지 때문에 높은 광출력을 발생시키기 어려운 문제점이 있다.
레이저 다이오드는 활성층 내에서 유도방출(stimulated emission)된 광을 이용하는 소자이다. 광의 간섭성(coherence)을 증가시키는 발진(oscillation)이 일단 일어나면, 활성층에서 방출되는 모든 광은 동일한 방향과 위상을 가지면서 증폭되기 때문에 LED에 비하여 매우 높은 광출력을 얻는다. 그러나, 발진과 동시에 레이저 다이오드의 공진기(resonator) 내에 공진모드가 만들어지고, 큰 이득을 얻는 몇개의 파장만이 선택적으로 발진되기 때문에, 파장 대역폭은 수 kHz~수 백 MHz 정도로 작아지게 되어, LED와 달리 파장 대역폭이 좁다.
파장대역폭이 넓으며 높은 광출력 특성을 갖는 발광소자를 고휘도 발광소자라 한다. 고휘도 발광소자는 LED의 넓은 파장 대역폭 특성과 레이저 다이오드의 높은 광출력 특성을 모두 갖는 반도체 발광소자이다. 따라서, LED의 광출력을 높이거나, 레이저 다이오드의 파장 대역폭을 증가시킴으로써 고휘도 발광소자를 구현할 수 있다. 즉, 고휘도 발광소자는 '공진모드가 일어나지 않는 레이저 다이오드' 또 는 '발진하는 LED'라 할 수 있다.
종래의 레이저 다이오드와 고휘도 발광소자는 활성층, 전극 모양 그리고 공진기 구조에서 차이점을 갖는다.
일반적으로 레이저 다이오드와 고휘도 발광소자에서 충분한 광이득을 얻기 위하여 양자우물을 여러 개 겹친 다층 양자우물 구조를 이용하는 점은 동일하다. 그러나, 레이저 다이오드의 각 양자우물은 가능한 한 동일한 두께와 조성을 가져야 하는데 반하여, 고휘도 발광소자의 각 양자우물은 두께 또는 조성이 서로 다른 구조를 이용한다. 이와 같이 양자우물의 두께 또는 조성이 다른 구조를 갖는 다층 양자우물을 CQW(chirped quantum well)이라 부른다. CQW을 이용함으로써, 양자우물 내에 형성되는 에너지 레벨을 바꾸게 되고 따라서 파장 대역폭의 증가 효과를 얻을 수 있다(Jpn. J. Appl. Phys. vol. 38, 5121, 1999 참조).
도 1a 및 도 1b를 참조하여 종래의 고휘도 발광소자에 이용되는 양자우물 구조에 대하여 설명한다. 도 1a에 도시한 바와 같이, 종래 고휘도 발광소자는 각각의 양자우물이 서로 다른 두께와 조성을 갖는 CQW 구조를 이용한다. 이와 같이, CQW 구조를 이용하면 각각의 양자우물 내에 형성되는 전자와 정공의 에너지 레벨이 동일하지 않기 때문에, 도 1b에 도시한 바와 같이, 전자와 정공의 에너지 레벨 차이인 Ee1-h1, Ee2-h2, Ee3-h3에 해당하는 서로 다른 파장(λ1,λ2,λ3)의 광이 각각 방출됨으로써 파장 대역폭을 증가시키는 효과를 얻을 수 있다.
도 2a는 종래 측면 발광 레이저 다이오드의 전극 구조를 보이는 사시도이고, 도 2b는 종래 개발된 고휘도 발광소자의 전극 구조 중 대표적인 몇 가지 예를 보이는 사시도이다. 도 2a에 보이는 바와 같이, 통상의 측면발광 레이저 다이오드는 전극(1)이 공진기의 양쪽 거울면(2,3)에 대해 수직한 중심축과 평행을 이루고 있다. 상기 거울면(2, 3)은 반도체 물질의 양쪽 벽개면(plane of cleaving)을 평행하게 클리빙(cleaving)하여 형성할 수 있다. 이에 반하여 도 2b의 (a), (b), (c)에 보이는 바와 같이, 고휘도 발광소자의 전극(4)은 공진기의 중심축에 대해서 소정의 각도만큼 기울어진 형태로 구현된다. 상기 각도는 사용하는 파장에 의존한다. 예를 들어 사용하는 파장이 1.5 ㎛ 일 경우, 전극은 공진기의 중심축에서 약 7˚의 각도를 이루게 한다. 이와 같이 전극을 기울이는 것은 활성층을 통과하여 충분히 광이득을 얻은 광이 공진기를 통하여 반사되는 것을 방지하기 위함이다. 만일 공진기의 거울면과 수직한 전극을 사용하면 공진기에서의 반사를 통한 패브리 페롯(Fabry-Perot) 모드가 형성되고, 결국 고휘도 발광소자가 아닌 레이저 다이오드가 만들어지게 된다. 물론 전극 방향을 공진기의 거울면 수직하게 설계하여도 고휘도 발광소자를 제작할 수 있으나 이 경우 공진기의 거울면을 통한 반사를 방지하기 위하여 공진기의 양 끝 거울면 중 적어도 어느 하나에 10-5 정도의 반사률을 갖는 물질로 반사방지(anti-refelection, AR) 코팅을 수행하여야 한다. 그러나 10-5 정도의 반사률을 갖는 AR 코팅 과정은 대단히 정밀하고 엄격한 공정이어서 기술의 재현성, 대량 생산성, 가격 경쟁면 등에서 단점을 갖고 있다. 한편, 통상의 레이저 다이오드의 전극은 직선(stripe line) 형태를 가지나, 고휘도 발광소자는 공진모드가 일어 나지 않도록 하기 위하여 직선형 외에 테이퍼드 직선형, 테이퍼 형, 직선과 곡선의 결합으로 이루어진 J 형 등 다양한 형태의 전극 모양을 이용할 수 있다.
한편, 레이저 다이오드에서는 공진기가 필수적인 구성요소이나, 고휘도 발광소자에서는 공진기 필수적인 구성요소가 아니다. 통상 레이저 다이오드의 공진기는 클리빙(cleaving)에 의해 형성된 두 개의 평행한 거울면을 갖는다. 고휘도 발광소자에서 공진모드가 형성되지 않도록 하기 위해, 반도체 물질의 양쪽 벽개면에 형성되는 두 거울면이 서로 평행하지 않도록 할 수 있다. 두 거울면이 평행하지 않도록 하는 방법 중의 하나는 한 거울면은 클리빙(cleaving)으로 만들고, 다른 한 거울은 처음 거울면에 대해 일정한 각도로 기울여진 형태를 갖도록 반도체층을 식각하여 형성할 수 있다.
종래, 활성층을 다층 양자우물 및 다층 양자점으로 형성하고, 도 2b에 보인 바와 같이 전극구조를 테이퍼 형, J형 및 경사진 직선형(angled stripe) 등 다양한 형상으로 형성하여 고휘도 발광소자를 구현하는 시도들이 있었다. 그러나, 종래의 방법으로는 연속적인 동작을 얻기 어렵거나, 광출력이 너무 작거나, 파장 대역폭 증대에 한계가 있는 등 어려움이 있었다.
본 발명은 파장대역폭이 넓고 광출력이 큰 고휘도 발광소자 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 다양한 크기의 양자점으로 이루어진 활성층을 이용하는 고휘도 발광소자 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 특징에 따른 고휘도 발광소자는, 기판; 상기 기판 상에 형성되어 방출되는 광을 구속하는 제 1 클래딩층 및 제2 클래딩층; 및 상기 제1 클래딩층 및 제2 클래딩층 사이에 형성되어, 사전설정된 적어도 두 파장의 광을 방출하는 CQD 양자점 구조의 활성층을 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 고휘도 발광소자 제조 방법은, 기판을 마련하는 단계; 상기 기판 상에 방출되는 광을 구속하는 제 1 클래딩층을 형성하는 단계; 상기 제1 클래딩층 상에 사전설정된 적어도 두 파장의 광을 방출하는 CQD 양자점 구조의 활성층을 형성하는 단계; 및 상기 활성층 상에 방출되는 광을 구속하는 제2 클래딩층을 형성하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부한 도 3 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따라 2개의 다른 에너지 밴드를 갖는 다층 양자점 구조로 이루어지는 활성층을 보이는 개략도로서, 전자와 정공의 재결합 에너지에 해당하는 파장이 1.3 ㎛에 해당하는 양자점 3층과 1.2 ㎛에 해당하는 양자점 3층으로 이루어진 CQD(chirped quantum dot) 구조를 갖는 활성층을 보인다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예 따라 적어도 3개의 다른 에너지 밴드를 갖는 다층 양자점 구조로 이루어지는 활성층을 보이는 개략도이다. 도 4는 전자와 정공의 재결합 에너지에 해당하는 파장이 1.3 ㎛에 해당하는 양자점 2층, 1.2 ㎛에 해당하는 양자점 2층 사이에 1.25 ㎛에 해당하는 양자점 2층을 추가한 CQD 구조이다. 도 4에서 도면부호 '21'는 GaAs 기판, '22' 및 '26'은 AlGaAs 클래딩층, '23' 및 '25'는 초격자층, '24'는 활성층, '27'은 오믹층을 각각 나타낸다. 활성층(24)은 종래 각각의 양자우물이 서로 다른 두께와 조성을 갖는 CQW 구조로 이루어지는 활성층과 동일한 에너지 밴드를 갖게 된다. 이에 따라, 도 4에 보이는 활성층에서 전자와 정공의 에너지 레벨 차이에 해당하는 서로 다른 파장, 1.2 ㎛, 1.25 ㎛ 및 1.3 ㎛의 광이 각각 방출됨으로써 파장 대역폭을 증가시키는 효과를 얻을 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고휘도 발광소자의 개략적인 에피 구조(20)를 나타낸다. 고휘도 발광소자는 n+형 기판(substrate)(21), n형 클래딩층(cladding layer)(22), 제 1 초격자층(23), 양자점 구조의 활성층(24), 제 2 초격자층(25), p형 클래딩층(26), p+형 오믹층(ohmic layer)(27)으로 이루어질 수 있다.
n+형 기판(21)으로는 GaAs 계열의 화합물 반도체를 이용할 수 있다. 상기 n형 클래딩층(22)은 Si이 도핑된 AlGaAs 계열의 화합물 반도체를 n+형 기판(21) 상에 성장시킴으로써 형성할 수 있다.
n형 클래딩층(22) 상에 격자상수(lattice constant)가 동일한 화합물 반도체인 AlGaAs와 GaAs를 각각 여러층 번갈아 성장시킴으로써 제 1 초격자층(23)을 형성할 수 있다.
양자점 구조의 활성층(24)은 통상 잘 알려진 S-K(Stranski-Krastinov) 모드로 성장시켜 형성할 수 있다. 즉, GaAs와 InAs의 격자부정합에 의한 자발형성(self-assembled)은 양자점을 형성하는 한 예가 된다.
본 실시예에서는 전자와 정공의 재결합 에너지에 해당하는 파장이 1.2 ㎛에 해당하는 양자점 2층, 1.25 ㎛에 해당하는 양자점 2층 및 1.3 ㎛에 해당하는 양자점 2층으로 이루어진 CQD 구조를 갖는 활성층 형성한다. 상기 사전 설정된 파장은 양자점을 형성하는 반도체 물질의 물리, 화학적 특성을 변화시킴으로써 얻어질 수 있다. 본 발명의 실시예에서는, 제1 초격자층(23) 상에 GaAs 계열의 반도체층(24a)을 형성하고, 상기 반도체층(24a) 상에 0.8 ㎚ 두께를 갖는 InAs 계열의 반도체층(24e)을 성장하여 파장이 1.3 ㎛에 해당하는 첫 번째 양자점 층을 형성한다. 두 번째 1.3 ㎛에 해당하는 양자점 층을 형성하기 위하여 첫 번째 양자점 층 성장 후에 GaAs 공간층 (space layer)(24b)을 형성한다. 1.25 ㎛ 양자점 층 (24f) 및 1.2 ㎛ 양자점 층(24g) 역시 1.3 ㎛ 양자점 층 성장과 동일한 방법으로 형성하되 파장을 바꾸어 주기 위하여 InAs의 두께를 변화시킨다. 파장이 1.25 ㎛에 해당하는 InAs의 양자점은 GaAs 공간층 (24b) 위에 0.75 nm의 InAs를 성장함으로써 형성되고, 파장이 1.2 ㎛에 해당하는 InAs의 양자점은 GaAs 공간층 (24c) 위에 0.7 nm의 InAs를 성장함으로서 형성된다. 본 실시예를 보이는 도 5에서는, GaAs 계열의 반도체층(24b, 24c, 24d) 및 0.8 ㎚ 두께, 0.75 ㎚ 두께 및 0.7 ㎚ 두께를 갖는 InAs 계열의 반도체층(24e, 24f, 24g)을 한층씩만 도시하였다. 전술한 본 발명의 실시예에서는 파장이 다른 3종류의 InAs를 각각 2층씩 성장하였지만, InAs의 종류를 3종 이상으로 형성할 수 있고, 각 종류의 InAs층 수를 2층외에 1 층 또는 3층 이상으로 변형시킬 수도 있다.
전술한 본 발명의 실시예에서는 S-K 모드를 이용한 양자점 형성 방법을 설명 하였지만, 상기 양자점들은 ALE (Atomic Layer Epitaxy) 모드를 이용하여 형성할 수도 있다.
상기 양자점 구조의 활성층(24) 상에 상기 제1 초격자층(23) 형성과 동일한 공정으로 제2 초격자층(25)을 형성한다. 경우에 따라, 상기 제1 초격자층(23) 및 제2 초격자층(25)의 형성은 생략될 수도 있다.
이어서, 상기 제 2 초격자층(25) 상에 Zn을 도핑한 AlGaAs 계열의 화합물 반도체를 성장시킴으로써 p형 클래딩층(26)을 형성한다. p형 클래딩층(26)은 전술한 n형 클래딩층(22)과 함께 양자점 구조의 활성층(24)으로부터 방출되는 광을 구속시키는 역할을 한다.
p형 클래딩층(26)의 상에 Zn을 도핑한 GaAs 계열의 화합물 반도체를 성장시킴으로써 후술되는 전극과의 옴 접촉(ohmic contact)을 조절할 수 있는 p+형 오믹층(27)을 형성한다.
도 6은 도 3 및 도 4에 보이는 CQD 구조의 PL (Photoluminescence) 특성을 나타낸 것이다. 도 6에서 A는 도 3에 보이는 CQD 구조의 PL 곡선으로서, 예상한 바와 같이 1.3 ㎛와 1.2 ㎛ 주위에 중심을 둔 두 개의 피이크가 있음을 보여준다. 두 피이크의 간격은 약 80 nm로 측정되었다. 도 6에서 B는 도 4에 보이는 CQD 구조를 갖는 활성층의 PL 곡선이며, 1.3 ㎛와 1.2 ㎛ 주위의 피이크 사이에 1.25 ㎛에 해당하는 새로운 피이크가 만들어지면서 전체적으로 PL 곡선이 넓은 반폭치를 나타내고 있음을 확연히 보여주고 있다. 참고로 도 6에서 R은 활성층 구조가 오직 1.3 ㎛에 해당하는 양자점만으로 구성된 에피구조의 PL 곡선을 의미한다.
도 3 및 도 4에 보이는 CQD 구조를 갖는 활성층을 구비하는 고휘도 발광소자를 제작하기 위해 본 발명에서는 도 2b에 보인 여러 가지의 전극형태 중 J형(J-shaped)의 전극구조를 적용하였다.
도 7a 및 도 7b은 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 양자점 고휘도 발광소자의 전체적인 개략도를 보이는 평면도 및 사시도이다. 전극(E)은 직선부분(E1)과 곡선부분(E2)으로 이루어지는 J형상을 가지며, 곡선부분(E2)은 중심축으로부터 약 6˚정도 기울어진 각도를 이룬다. 상기 전극의 곡선부분(E2)과 중심축 사이 각의 크기는 파장, 굴절률 및 전극의 폭에 의하여 결정된다. 본 발명의 실시예에서 전극의 폭은 5 ㎛로 만들어서 단일모드 광섬유와 효과적으로 결합할 수 있게 하였다.
고휘도 발광소자의 양 거울면은 도 5에 도시한 에피 구조(20)를 갖는 고휘도 발광소자의 양쪽 벽개면으로부터 형성된다. 또한, 도 5에 도시한 p+형 오믹층(27) 상에 절연층(60)의 역할을 하는 SiO2를 소정의 두께로 도포시킨 후, 절연층(60)을 선택적으로 식각하여 2㎜의 길이, 5㎛의 폭을 가지며 곡선부분(E2)이 중심축에 대해 6˚를 갖는 J 형상의 홈을 형성하고, Ti, Pt, Au 등의 금속막(70)을 소정의 두께로 도포한 다음, 일정한 온도에서의 열처리를 통하여 금속과 오믹층(27)과의 오믹접합을 형성한다. 도 7b에서 도면부호 '80'은 기판(21)의 뒷면에 도포된 금속막을 나타낸다. 상기 금속막(80)은 AuGe, Ni, Au 등으로 형성할 수 있다.
도 5에 보이는 p+형 오믹층(27)과 n+형 기판(21)에 각각 (+), (-) 전압을 인 가시키면, p+형 오믹층(27)을 통해 주입되는 정공과 n+형 기판(21)을 통해 주입되는 전자는 활성층내(24)의 양자점(24e~24f) 주변으로 이동한다. 활성층(24)내의 양자점(24e~24f) 주변으로 이동한 전자와 정공은 상호 재결합하여 광을 방출시킨다. 이때, 활성층(24)내의 양자점(24e~24f)의 크기가 동일하지 않기 때문에, CQW 구조처럼 각각의 양자점 주변의 전자와 정공은 서로 다른 에너지 레벨을 갖게 된다. 본 발명의 실시예와 같이 0.7 ㎚, 0.75 ㎚ 및 0.8 ㎚ 두께의 InAs 양자점을 형성함으로써, 전자와 정공의 재결합 에너지에 해당하는 파장이1.2 ㎛, 1.25 ㎛ 1.3 ㎛에 해당하는 광이 방출된다. 이와 같이, 전자와 정공의 에너지 레벨 차이에 해당하는 서로 다른 파장의 광이 각각 방출됨으로써 파장 대역폭을 증가시키는 효과를 얻는다.
한편, 전극(E)과 SiO2 절연층(60)에 의해서, 상술한 양자점 구조로부터 방출된 광은 J 형상 전극(E) 아래에 위치하는 활성층을 통과하면서 광이득을 얻으며, 그 이외의 지역에 위치하는 활성층에서는 광이득을 얻을 수 없다.
도 8 및 도9는 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 CQD 구조를 갖는 활성층 및 J형 전극 구비하는 고휘도 발광소자의 EL (Electroluminescence) 특성을 나타낸 것이다. 도 3에 보이는 본 발명의 제1 실시예에 따른 CQD의 구조를 갖는 활성층을 구비하는 발광소자의 EL 특성을 보이는 도 8의 경우 두 개의 피이크가 나타나는 현상을 관찰할 수 있고, 그 두 피이크의 간격은 약 80 nm로 측정되는데 이는 도 6에 보이는 PL 측정결과의 두 피이크의 간격과 정확히 일치함을 알 수 있다. 이 로써 CQD의 PL 특성이 그대로 EL 특성으로 반영된다는 것을 알 수 있다. 각각의 피이크에 대한 고휘도 발광소자의 파장대역폭은 30 nm와 37 nm로 측정되어 총 67 nm의 파장대역폭 특성을 나타내었다.
보다 넓은 파장대역폭의 고휘도 발광소자를 제작하기 위해서는 도 8에 나타난 두 피이크 사이의 골을 메워주어야 하는데, 이는 두 피이크 사이의 파장에서 광을 내는 활성층을 삽입함으로써 해결할 수 있다. 즉, 도 4에 보이는 본 발명의 제2 실시예에 따른 활성층 구조와 같이 1.25 ㎛파장의 활성층을 형성함으로써, 도 8에 나타낸 골을 메워줄 수 있다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 CQD의 구조를 구비하는 고휘도 발광소자의 EL 특성을 보이는 도 9에서 볼 수 있듯이, 전자와 정공의 결합에너지에 해당하는 1.3 ㎛와 1.2 ㎛ 파장광을 방출하는 양자점 사이에 1.25 ㎛ 파장의 광을 방출하는 양자점을 형성함으로써, 두 피이크 사이의 골을 메워 보다 평탄한 파장대역폭 특성을 나타내고 있음을 보여준다. 파장대역폭은 약 100 nm로 측정된다.
도 10은 도 4의 구조로 제작된 고휘도 발광소자의 전류-광출력 특성을 나타낸 것이다. 광출력은 약 0.2 A 주위에서 점차 증가하기 시작하며, 0.9 A에서 연속동작으로 약 40 mW 광출력 특성을 나타내었다.
본 발명과 같이 발광소자의 활성층을 다양한 크기의 다층 양자점 구조로 형성함으로써, 연속적인 광출력을 얻을 수 있음과 동시에 파장대역폭을 증가시킬 수 있다.
파장대역폭이 넓은 고휘도 발광소자는 OCT (Optical Coherence Tomography)에서 이미지 분해능을 증가시키고, WDM-PON(wavelength division multiplexer-passive optical network)에서 광원의 채널수를 증가시키는 역할을 할 수 있다. 궁극적으로 기존에 사용되던 고가의 광원, 즉 OCT의 경우 모드잠김 Ti:Al2O3 레이저, WDM-PON의 경우 수 십 여개의 DFB 레이저(distributed feedback laser) 등을 대체하여 OCT 및 WDM-PON 시스템에서 가격의 절감효과를 가져올 수 있다.

Claims (10)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성되어 방출되는 광을 구속하는 제 1 클래딩층 및 제2 클래딩층; 및
    상기 제1 클래딩층 및 제2 클래딩층 사이에 형성된 다층의 양자점층을 갖는 활성층을 포함하되,
    상기 다층의 양자점층은
    제1 크기의 양자점으로 형성되어 제1 파장의 광을 방출하는 제1 양자점층; 및
    상기 제1 크기와 다른 제2 크기의 양자점으로 형성되어 제1 파장과 다른 제2 파장의 광을 방출하는 제2 양자점층
    을 포함하는 고휘도 발광소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 클래딩층과 상기 활성층 사이에 형성되는 제1 초격자층; 및
    상기 활성층과 상기 제2 클래딩층 사이에 형성되는 제2 초격자층을 더 포함하는 고휘도 발광소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 클래딩층 상에 형성되어 옴 접촉(ohmic contact)을 조절하는 오믹층; 및
    상기 오믹층 상에 형성되며 광의 공진모드를 억제하는 형상을 갖는 전극을 포함하는 고휘도 발광소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 양자점은 S-K 모드 또는 ALE (Atomic Layer Epitaxy) 모드를 이용한 양자점 성장법으로 성장된 양자점인 고휘도 발광소자.
  5. 삭제
  6. 기판을 마련하는 단계;
    상기 기판 상에 방출되는 광을 구속하는 제 1 클래딩층을 형성하는 단계;
    상기 제1 클래딩층 상에 다층의 양자점층을 포함하는 활성층을 형성하는 단계; 및
    상기 활성층 상에 방출되는 광을 구속하는 제2 클래딩층을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 활성층을 형성하는 단계는
    제1 크기의 양자점을 성장시켜 제1 파장의 광을 방출하는 제1 양자점층을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 크기와 다른 제2 크기의 양자점을 성장시켜 상기 제1 파장과 다른 제2 파장의 광을 방출하는 제2 양자점층을 형성하는 단계
    를 포함하는 고휘도 발광소자 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 활성층을 형성하는 단계 전, 상기 제1 클래딩층 상에 제1 초격자층을 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제2 클래딩층을 형성하기 전, 상기 활성층 상에 제2 초격자층을 형성하는 단계를 더 포함하는 고휘도 발광소자 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2 클래딩층 상에 옴 접촉(ohmic contact)을 조절하는 오믹층을 형성하는 단계; 및
    상기 오믹층 상에 광의 공진모드를 억제하는 형상을 갖는 전극을 형성하는 단계를 포함하는 고휘도 발광소자 제조 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 양자점들은 S-K 모드 또는 ALE (Atomic Layer Epitaxy) 모드를 이용한 양자점 성장법으로 성장되는 양자점들인 고휘도 발광소자 제조방법.
  10. 삭제
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