KR101000279B1 - 비대칭적 단위 유닛으로 구성된 클래드층을 이용한발광소자 - Google Patents

비대칭적 단위 유닛으로 구성된 클래드층을 이용한발광소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 활성층의 상부 및 하부에 비대칭적 에너지밴드갭을 갖는 유니트를 반복적으로 쌓음으로서 클래드층을 구비하고, 이를 통하여 전자와 정공의 활성층으로의 유입을 임의로 조절함으로서 내부양자효율을 개선할 수 있는 비대칭적 단위 유닛으로 구성된 클래드층을 이용한 발광소자에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 비대칭적 단위 유닛으로 구성된 클래드층을 이용한 발광소자는 활성층의 상부 또는 하부 중 어느 한 곳 이상에 클래드층이 구비되며, 상기 클래드층은 하나 또는 복수의 단위 유닛으로 구성되고, 상기 단위 유닛은 서로 다른 에너지 밴드갭을 갖는 제 1, 제 2, …, 제 n 유닛층(n은 3이상의 자연수)이 순차적으로 적층된 구조를 이루며, 상기 단위 유닛의 에너지밴드 다이어그램은 비대칭적 형태를 갖는 것을 특징으로 한다.
발광소자, 비대칭, 내부양자효율, 클래드층, 단위유닛

Description

비대칭적 단위 유닛으로 구성된 클래드층을 이용한 발광소자{Light emitting device with clad layers composed of asymmetric units}
본 발명은 비대칭적 단위 유닛으로 구성된 클래드층을 이용한 발광소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 활성층의 상부 및 하부에 비대칭적 에너지밴드갭을 갖는 유니트를 반복적으로 쌓음으로서 클래드층을 구비하고, 이를 통하여 전자와 정공의 활성층으로의 유입을 임의로 조절함으로서 내부양자효율을 개선할 수 있는 비대칭적 단위 유닛으로 구성된 클래드층을 이용한 발광소자에 관한 것이다.
발광소자는 기본적으로 도 1에 도시한 바와 같이 전자를 제공하는 n형 반도체층, 정공을 제공하는 p형 반도체층 그리고 전자와 정공을 결합시켜 빛을 발광하는 활성층으로 구성된다.
이와 같은 발광소자에 있어서, 발광 성능을 향상시키기 위해서는 내부양자효율(IQE : Internal quantum efficiency)을 극대화하여야 한다. 내부양자효율이란 재결합된 전자의 수에 대비한 광자의 수를 일컫는 것으로서, 내부양자효율을 향상 시키기 위해서는 전압 인가시 전자, 정공이 활성층으로 유입되는 특성, 활성층 내에서 전자, 정공을 효과적으로 가두어 놓는 특성, 활성층 내에서 전자와 정공이 재결합되는 특성 등이 전반적으로 고려되어야 한다.
종래의 경우, 발광소자의 내부양자효율을 개선하기 위해 활성층과 p형 반도체층 사이에 에너지 밴드갭(energy bandgap)이 큰 전자차단층(EBL : electron blocking layer)을 구비시키는 방법과, 활성층과 n형 반도체층 사이 및 활성층과 p형 반도체층 사이에 클래드층으로서 대칭적 초격자(superlattice)를 구비시키는 방법을 제시하고 있다.
전자차단층을 구비시키는 방법은, n형 반도체층으로부터 활성층으로 유입된 전자가 p형 반도체층으로 이동하는 것을 차단하여 전자를 활성층 내에 가두어 놓음으로써, 궁극적으로 활성층 내에서의 전자와 정공의 재결합률을 향상시키는 방법이다. 그러나, 이와 같은 방법은 전자차단층의 전도대 불연속성(conduction band discontinuity)에 의해 전자가 p형 반도체층으로 이동하는 것을 차단하는 효과가 있으나, 전자차단층의 가전도대 불연속성(valence band discontinuity)에 의해 전자보다 질량이 큰 정공이 활성층으로 유입되지 못하여 내부양자효율의 개선이 제한적으로 이루어진다는 단점이 있다. 도 2는 활성층과 p형 반도체층 사이에 전자차단층(EBL)이 구비된 발광소자의 에너지밴드갭을 나타낸 것으로서, 전자차단층에 의해 전자의 이동이 차단되어 활성층 내에 귀속되나, 전자차단층에 의해 정공 역시 활성층으로 원활하게 유입되지 못함을 알 수 있다.
다음으로, 활성층의 상부 및 하부에 대칭적 초격자층을 구비시키는 방법은, 초격자층에 의해 형성된 미니밴드(miniband)를 통해 p형 반도체층으로부터의 정공 유입은 개선되나, 활성층으로 유입된 전자가 p형 반도체층으로 이동되는 것은 효과적으로 차단하지 못하는 단점이 있다. 도 3은 활성층의 상부 및 하부에 대칭적 초격자층이 구비된 발광소자의 에너지밴드갭을 나타낸 것으로서, 초격자층에 의해 정공 유입이 개선되나, 활성층에서의 전자 유출이 진행됨을 알 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 활성층의 상부 및 하부에 비대칭적 에너지밴드갭을 갖는 유니트를 반복적으로 쌓음으로서 클래드층을 구비하고, 이를 통하여 전자와 정공의 활성층으로의 유입을 임의로 조절함으로서 내부양자효율을 개선할 수 있는 비대칭적 단위 유닛으로 구성된 클래드층을 이용한 발광소자를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비대칭적 단위 유닛으로 구성된 클래드층을 이용한 발광소자는 활성층의 상부 또는 하부 중 어느 한 곳 이상에 클래드층이 구비되며, 상기 클래드층은 하나 또는 복수의 단위 유닛으로 구성되고, 상기 단위 유닛은 서로 다른 에너지 밴드갭을 갖는 제 1, 제 2, …, 제 n 유닛층(n은 3이상의 자연수)이 순차적으로 적층된 구조를 이루며, 상기 단위 유닛의 에너지밴드 다이어그램은 비대칭적 형태를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 단위 유닛을 구성하는 제 1, 제 2, …, 제 n 유닛층(n은 3이상의 자연수)은 서로 다른 물질로 이루어지며, 상기 클래드층이 복수의 단위 유닛으로 구성되는 경우, 각각의 단위 유닛은 서로 다른 에너지밴드 다이어그램을 갖는다. 이에 부가하여, 상기 단위 유닛을 구성하는 제 1, 제 2, …, 제 n 유닛층(n은 3이상의 자연수)은 서로 다른 두께와 밴드갭으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 활성층의 하부에 구비되는 클래드층의 단위 유닛에 있어서, 상기 단위 유닛을 구성하는 제 1, 제 2, …, 제 n 유닛층(n은 3이상의 자연수)의 에너지 밴드갭 크기는 제 1, 제 2, …, 제 n 유닛층의 순서로 작아지며, 상기 활성층의 상부에 구비되는 클래드층의 단위 유닛에 있어서, 상기 단위 유닛을 구성하는 제 1, 제 2, …, 제 n 유닛층(n은 3이상의 자연수)의 에너지 밴드갭 크기는 제 1, 제 2, …, 제 n 유닛층의 순서로 커진다.
반대로, 상기 활성층의 하부에 구비되는 클래드층의 단위 유닛에 있어서, 상기 단위 유닛을 구성하는 제 1, 제 2, …, 제 n 유닛층(n은 3이상의 자연수)의 에너지 밴드갭 크기는 제 1, 제 2, …, 제 n 유닛층의 순서로 커질 수 있으며, 상기 활성층의 상부에 구비되는 클래드층의 단위 유닛에 있어서, 상기 단위 유닛을 구성하는 제 1, 제 2, …, 제 n 유닛층(n은 3이상의 자연수)의 에너지 밴드갭 크기는 제 1, 제 2, …, 제 n 유닛층의 순서로 작아질 수 있다.
한편, 상기 단위 유닛을 구성하는 각각의 유닛층은 Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체 또는 Ⅱ-Ⅵ 산화물 반도체로 구성되며, 상기 Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체는 Inx(AlyGa1-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1)의 일반식에 포함되는 물질로 이루어지며, 상기 제 1, 제 2, …, 제 n 유닛층(n은 3이상의 자연수)은 서로 다른 화학조성을 갖는다. 또한, 상기 Ⅱ-Ⅵ 산화물 반도체는 Mgx(CdyZn1-y)O(0<x<0.4, 0<y<0.4)의 일반식에 포함되는 물질로 이루어지며, 상기 제 1, 제 2, …, 제 n 유닛층(n은 3이상의 자연수)은 서로 다른 화학조성을 갖는다.
본 발명에 따른 비대칭적 단위 유닛으로 구성된 클래드층을 이용한 발광소자는 다음과 같은 효과가 있다.
클래드층을 적어도 하나 이상의 단위 유닛으로 구성하고, 또한 단위 유닛은 서로 다른 에너지 밴드갭을 갖는 3개 이상의 유닛층으로 구성하여, 단위 유닛의 에너지밴드 다이어그램을 비대칭적으로 구성함에 따라, 정공의 유입 효율 및 유입된 전자, 정공의 활성층 내의 귀속 효율을 향상되고 궁극적으로 발광소자의 내부양자효율을 개선할 수 있다.
본 발명은 활성층의 상부, 하부 중 적어도 어느 한 곳 이상에 클래드층이 구비되는 발광소자에 있어서, 상기 활성층의 하부, 상부에 각각 구비되는 하부 클래드층, 상부 클래드층을 각각 계단 형태의 에너지 밴드갭을 갖도록 하여 상기 하부 클래드층 및 상부 클래드층의 에너지밴드 다이어그램이 비대칭적인 형태를 갖는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 하부 클래드층 및 상부 클래드층은 각각 적어도 3개 이상의 에너지 밴드갭을 구비하며 이를 위해 상기 하부 클래드층, 상부 클래드층은 각각 적어도 3개 이상의 서로 다른 물질로 구성된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭적 단위 유닛으로 구성된 클래드층을 이용한 발광소자를 상세히 설명하기로 한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭적 단위 유닛으로 구성된 클래드층을 이용한 발광소자의 단면 구성도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭적 단위 유닛으로 구성된 클래드층을 이용한 발광소자는 n형 반도체층, 하부 클래드층, 활성층, 상부 클래드층, p형 반도체층이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 도 4에 있어서, 상기 활성층의 하부 및 상부에 각각 하부 클래드층, 상부 클래드층이 모두 구비되는 것을 도시하였으나, 하부 클래드층만이 구비되거나 상부 클래드층만이 구비되는 구조도 가능하다.
상기 하부 클래드층 및 상부 클래드층은 각각 적어도 하나 이상의 단위 유닛이 적층된 구조를 이루며, 상기 단위 유닛은 3개 이상의 유닛층 예를 들어, 제 1, 제 2, … 제 n 유닛층(n은 3이상의 자연수)으로 구성된다.
상기 단위 유닛을 구성하는 각각의 유닛층은 서로 다른 에너지 밴드갭을 갖고 있으며, 이에 따라 상기 단위 유닛의 에너지밴드 다이어그램은 비대칭적인 형태를 갖는다. 이와 같이 단위 유닛을 구성하는 각각의 유닛층이 서로 다른 에너지 밴드갭을 갖는다는 것은 각각의 유닛층이 서로 다른 물질로 구성됨을 의미한다.
또한, 상기 하부 클래드층 또는 상부 클래드층이 2개 이상의 단위 유닛으로 구성되는 경우, 각각의 단위 유닛이 서로 다른 에너지밴드 다이어그램을 가질 수 있다. 예를 들어, 하부 클래드층 또는 상부 클래드층이 제 1 단위 유닛과 제 2 단위 유닛으로 구성되고, 제 1 단위 유닛이 제 1, 제 2, … 제 n 유닛층(n은 3이상의 자연수)으로 구성되고 제 2 단위 유닛이 제 1, 제 2, … 제 n 유닛층(n은 3이상의 자연수)으로 구성되는 경우, 제 1 단위 유닛의 제 1, 제 2, … 제 n 유닛층은 각각 제 2 단위 유닛의 제 1, 제 2, … 제 n 유닛층과 대비하여 서로 다른 에너지 밴드갭 즉, 서로 다른 물질로 구성된다.
이에 부가하여, 상기 단위 유닛을 구성하는 각각의 유닛층은 그 두께가 서로 다르게 구성될 수 있으며, 또한 상기 하부 클래드층 또는 상부 클래드층이 2개 이상의 단위 유닛으로 구성되는 경우, 각각의 단위 유닛은 서로 다른 두께로 구성될 수 있다.
이와 같은 구조 하에서, 상기 하부 클래드층, 활성층 및 상부 클래드층의 에너지밴드 다이어그램을 도시하면 도 5와 같다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 하부 클래드층 또는 상부 클래드층은 적어도 하나 이상의 단위 유닛으로 구성되며, 각각의 단위 유닛은 3개 이상의 유닛층으로 구성되나, 도 5는 일 실시예로 하나의 단위 유닛이 3개의 유닛층(제 1 유닛층, 제 2 유닛층, 제 3 유닛층)으로 이루어지는 것을 나타낸 것이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 상기 하부 클래드층의 단위 유닛과 상기 상부 클래드층의 단위 유닛을 구성하는 3개의 유닛층은 서로 다른 에너지 밴드갭을 갖고 있으며, 각각의 단위 유닛은 비대칭적 에너지밴드 다이어그램을 이룬다.
상기 하부 클래드층의 단위 유닛과 상기 상부 클래드층의 단위 유닛을 구성하는 3개의 유닛층을 배열함에 있어서, 상기 하부 클래드층의 단위 유닛은 에너지 밴드갭 크기가 제 1 유닛층(El-1), 제 2 유닛층(El-2), 제 3 유닛층(El-3)의 순서로 작아지도록 배열하고, 상기 상부 클래드층의 단위 유닛은 에너지 밴드갭 크기가 제 1 유닛층(Eu-1), 제 2 유닛층(Eu-2), 제 3 유닛층(Eu-3)의 순서로 커지도록 배열하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 하부 클래드층의 단위 유닛의 에너지밴드 다이어그램과 상부 클래드층의 단위 유닛의 에너지밴드 다이어그램을 활성층 기준으로 대칭적으로 형성할 수도 있다. 이 경우, 하부 클래드층의 단위 유닛을 구성하는 제 1 유닛층, 제 2 유닛층, 제 3 유닛층 각각은 상부 클래드층의 단위 유닛을 구성하는 제 3 유닛층, 제 2 유닛층, 제 1 유닛층과 동일한 물질로 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 하부 클래드층의 에너지 밴드갭 크기는 제 1 유닛층(El-1), 제 2 유닛층(El-2), 제 3 유닛층(El-3)의 순서로 커지며, 상기 상부 클래드층의 에너지 밴드갭 크기는 제 1 유닛층(Eu-1), 제 2 유닛층(Eu-2), 제 3 유닛층(Eu-3)의 순서로 작아지도록 배열할 수도 있다. 즉, 하부 클래드층과 상부 클래드층의 에너지밴드 다이어그램을 도 6과 같이 설계할 수도 있다. 이 경우에도, 상기 하부 클래드층의 단위 유닛의 에너지밴드 다이어그램과 상부 클래드층의 단위 유닛의 에너지밴드 다이어그램을 활성층 기준으로 대칭적으로 형성할 수도 있다.
이상 설명한 바와 같은 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭적 단위 유닛으로 구성된 클래드층을 이용한 발광소자는 Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체 또는 Ⅱ-Ⅵ 산화물 반도체를 이용한 발광소자 모두에 적용 가능하다.
예를 들어, 하부 클래드층과 상부 클래드층을 Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체로 구성하는 경우, 상기 하부 클래드층, 상부 클래드층을 구성하는 단위 유닛의 제 1, 제 2, … 제 n 유닛층(n은 3 이상의 자연수)은 Inx(AlyGa1-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1)의 일반식에 포함되는 물질로 구성할 수 있으며, 하부 클래드층과 상부 클래드층을 Ⅱ-Ⅵ 산화물 반도체로 구성하는 경우에는 유닛의 제 1, 제 2, … 제 n 유닛층(n은 3 이상의 자연수)을 Mgx(CdyZn1-y)O(0<x<0.4, 0<y<0.4)의 일반식에 포함되는 물질로 구성할 수 있다.
또한, 상기 하부 클래드층과 상부 클래드층의 두께는 상기 하부 클래드층 및 상부 클래드층을 구성하는 물질 즉, 단위 유닛의 각각의 유닛층을 이루는 물질의 에너지 밴드갭, 터널링 효과 등을 고려하여 적절히 설계하는 것이 바람직하며, 일 실시예로 0.1∼10nm의 두께로 설정할 수 있다.
이상과 같은 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭적 단위 유닛으로 구성된 클래드층을 이용한 발광소자의 특성을 살펴보면 다음과 같다. 도 7a 및 도 7b는 각각 전계가 인가되지 않은 상태와 전계가 인가된 상태에서의 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭적 단위 유닛으로 구성된 클래드층을 이용한 발광소자의 에너지밴드 다이어그램을 나타낸 것이다. 도 7a 및 도 7b는 하부 클래드층 및 상부 클래드층이 하나의 단위 유닛으로 구성되고 해당 단위 유닛은 3개의 유닛층으로 구 성되는 경우를 일 실시예로 도시한 것이다.
먼저, 활성층에서의 전자 및 정공의 귀속 특성을 살펴보면 다음과 같다. 전자 및 정공의 귀속 특성이 향상되기 위해서는 n형 반도체층과 p형 반도체층으로부터 각각 활성층으로 유입되는 전자, 정공의 유입 효율이 좋아야 하며, 이와 함께 활성층에 유입된 전자, 정공이 활성층 밖으로 빠져나가지 못하도록 하여야 한다. 이와 같은 전자 및 정공의 귀속 특성은 발광소자에 전계를 인가함으로써 파악할 수 있다.
도 7a에 도시한 바와 같이 전계가 인가되지 않은 상태에서는 n형 반도체층 전도대(conduction band)의 에너지 준위(Ec_n)가 제 3 유닛층(하부 클래드층의 단위 유닛 중에서)의 전도대 에너지 준위(Ec_l-3)보다 낮기 때문에 n형 반도체층의 전자가 활성층으로 유입되지 못한다. 또한, 전계가 인가되지 않은 상태에서 p형 반도체층의 가전도대(valence band)의 에너지 준위(Ev_p)가 제 1 유닛층(상부 클래드층의 단위 유닛 중에서)의 가전도대 에너지 준위(Ev_u-1)보다 높기 때문에 p형 반도체층의 정공이 활성층으로 유입되지 못한다.
이와 같은 상태에서, n형 반도체층에서 p형 반도체층 방향으로 전계를 인가하면 도 7b에 도시한 바와 같이 하부 클래드층의 단위 유닛과 상부 클래드층의 단위 유닛을 구성하는 각각의 유닛층의 에너지밴드 준위가 기울어지게 된다. 이에 따라, 제 3 유닛층(하부 클래드층의 단위 유닛 중에서)의 전도대 에너지 준위(Ec_l-3) 가 n형 반도체층 전도대의 에너지 준위(Ec_n)보다 낮게 되어 F-N 터널링 효과 등에 의해 상기 n형 반도체층의 전자가 상기 활성층으로 유입된다. 또한, 제 1 유닛층(상부 클래드층의 단위 유닛 중에서)의 가전도대 에너지 준위(Ev_u-1)가 p형 반도체층의 가전도대의 에너지 준위(Ev_p)보다 높아짐에 따라 F-N 터널링 효과 등에 의해 p형 반도체층의 정공이 활성층으로 유입된다. 참고로, 하부 클래드층의 단위 유닛 및 상부 클래드층의 단위 유닛을 구성하는 제 1 내지 제 n 유닛층의 에너지 밴드갭 및 두께는 터널링 효과 등을 고려하여 적절히 설계하는 것이 바람직하다.
이와 같이 활성층으로 전자 및 정공이 유입된 상태에서, 활성층의 전도대의 에너지 준위(Ec_a)는 제 3 유닛층(상부 클래드층의 단위 유닛 중에서)의 전도대 에너지 준위(Ec_u-3)보다 낮기 때문에 활성층 내의 전자는 활성층 외부로 빠져나가지 못하며, 또한 활성층 내의 정공은, 활성층의 가전도대의 에너지 준위(Ev_a)가 제 1 유닛층(하부 클래드층의 단위 유닛 중에서)의 가전도대 에너지 준위(Ev_l-1)보다 높음에 따라 활성층 내에 귀속된 상태를 유지하게 된다.
이상 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자에 전계를 인가하게 되면 n형 반도체층으로부터는 전자가, p형 반도체층으로부터는 정공이 활성층으로 유입되며, 활성층에 유입된 전자와 정공은 하부 클래드층과 상부 클래드층에 의한 에너지 장벽에 의해 활성층 내에 귀속된다. 이에 따라, 발광소자의 내부양자효율이 개선된다.
한편, 이와 같은 본 발명에 따른 발광소자의 전계 인가에 따른 터널링 개선 효과를 종래 기술과 대비하면 다음과 같다. 도 8은 클래드층으로서 대칭형 초격자(superlattice)를 사용한 종래 기술에 따른 발광소자와, 상부 클래드층의 단위 유닛을 제 1, 제 2 및 제 3 유닛층으로 구성하되 에너지 밴드갭의 크기를 작아지는 순으로 배열한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자(A>B>C)(도 8의 ABC)와, 상부 클래드층의 단위 유닛을 제 1, 제 2 및 제 3 유닛층으로 구성하되 에너지 밴드갭의 크기를 커지는 순으로 배열한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자(C<B<A)(도 8의 CBA)의 터널링 특성(tunneling enhancement)을 나타낸 것이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 대칭적 초격자를 사용한 종래 기술의 발광소자의 터널링 특성에 대비하여 비대칭적 클래드층을 사용한 본 발명의 발광소자의 터널링 특성이 4∼8배 정도 우수함을 알 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 발광소자의 내부양자효율(IQE : Internal quantum efficiency) 및 광출력(output power) 개선 효과를 살펴보면 다음과 같다. 도 9는 대칭적 초격자를 사용한 종래 기술의 발광소자와, 상부 클래드층의 단위 유닛을 제 1, 제 2 및 제 3 유닛층으로 구성하되 에너지 밴드갭의 크기를 작아지는 순으로 배열한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자(A>B>C)(도 9의 ABC)와, 상부 클래드층의 단위 유닛을 제 1, 제 2 및 제 3 유닛층으로 구성하되 에너지 밴드갭의 크기를 커지는 순으로 배열한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자(C<B<A)(도 9의 CBA)의 내부양자효율을 나타낸 것이며, 도 10은 대칭적 초격자를 사용한 종래 기술의 발광소자와 본 발명의 비대칭적 초격자를 사용한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소 자(ABC 및 CBA)의 광출력 특성을 나타낸 것이다.
내부양자효율의 경우, 도 9에 도시한 바와 같이 종래 기술의 발광소자가 0.47임에 반해, 본 발명의 발광소자는 0.49, 052를 나타내고 있는 바 내부양자효율이 개선됨을 알 수 있다. 또한, 광출력의 경우 도 10에 도시한 바와 같이 종래 기술의 발광소자에 대비하여 본 발명의 발광소자의 광출력이 크게 향상됨을 알 수 있다.
도 1은 일반적인 발광소자의 구성도.
도 2는 활성층과 p형 반도체층 사이에 전자차단층(EBL)이 구비된 발광소자의 에너지밴드갭을 나타낸 도면.
도 3은 활성층의 상부 및 하부에 대칭적 초격자층이 구비된 발광소자의 에너지밴드갭을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭적 단위 유닛으로 구성된 클래드층을 이용한 발광소자의 단면 구성도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭적 단위 유닛으로 구성된 클래드층을 이용한 발광소자의 에너지 밴드갭을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비대칭적 단위 유닛으로 구성된 클래드층을 이용한 발광소자의 에너지 밴드갭을 나타낸 도면.
도 7a 및 도 7b는 각각 전계가 인가되지 않은 상태와 전계가 인가된 상태에서의 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭적 단위 유닛으로 구성된 클래드층을 이용한 발광소자의 에너지밴드 다이어그램을 나타낸 도면.
도 8은 클래드층으로서 대칭형 초격자(superlattice)를 사용한 종래 기술에 따른 발광소자와, 상부 클래드층의 단위 유닛을 제 1, 제 2 및 제 3 유닛층으로 구성하되 에너지 밴드갭의 크기를 작아지는 순으로 배열한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자(A>B>C)(도 8의 ABC)와, 상부 클래드층의 단위 유닛을 제 1, 제 2 및 제 3 유닛층으로 구성하되 에너지 밴드갭의 크기를 커지는 순으로 배열한 본 발명 의 일 실시예에 따른 발광소자(C<B<A)(도 8의 CBA)의 터널링 특성(tunneling enhancement)을 나타낸 도면.
도 9는 대칭적 초격자를 사용한 종래 기술의 발광소자와, 상부 클래드층의 단위 유닛을 제 1, 제 2 및 제 3 유닛층으로 구성하되 에너지 밴드갭의 크기를 작아지는 순으로 배열한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자(A>B>C)(도 9의 ABC)와, 상부 클래드층의 단위 유닛을 제 1, 제 2 및 제 3 유닛층으로 구성하되 에너지 밴드갭의 크기를 커지는 순으로 배열한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자(C<B<A)(도 9의 CBA)의 내부양자효율을 나타낸 도면.
도 10은 대칭적 초격자를 사용한 종래 기술의 발광소자와 본 발명의 비대칭적 초격자를 사용한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자(ABC 및 CBA)의 광출력 특성을 나타낸 도면.

Claims (13)

  1. n형 반도체층;
    n형 반도체층 위에 구비되는 p형 반도체층;
    n형 반도체층과 p형 반도체층 사이에 개재되며, n형 반도체층에서 공급되는 전자와 p형 반도체층에서 공급되는 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 활성층; 및
    활성층과 p형 반도체층 사이에 개재되는 상부 클래드층;으로서, 서로 다른 에너지 밴드갭을 갖는 제 1, 제 2, …, 제 n 상부 유닛층(n은 3이상의 자연수)이 순차적으로 적층된 구조를 가지며, 비대칭 형상의 에너지 밴드갭을 갖는 상부 단위 유닛을 가지는 상부 클래드층;을 포함하는 비대칭적 단위 유닛으로 구성된 클래드층을 이용한 발광소자.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    제 1, 제 2, …, 제 n 상부 유닛층(n은 3이상의 자연수)의 에너지 밴드갭은 순차로 증가 또는 감소되는 것을 특징으로 하는 비대칭적 단위 유닛으로 구성된 클래드층을 이용한 발광소자.
  5. 청구항 1에 있어서,
    n형 반도체층과 활성층 사이에 개재되는 하부 클래드층;으로서, 서로 다른 에너지 밴드갭을 갖는 제 1, 제 2, …, 제 n 하부 유닛층(n은 3이상의 자연수)이 순차적으로 적층된 구조를 가지며, 비대칭 형상의 에너지 밴드갭을 갖는 하부 단위 유닛을 가지는 하부 클래드층;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비대칭적 단위 유닛으로 구성된 클래드층을 이용한 발광소자.
  6. 청구항 5에 있어서,
    제 1, 제 2, …, 제 n 상부 유닛층(n은 3이상의 자연수)의 에너지 밴드갭은 순차로 증가되고,
    제 1, 제 2, …, 제 n 하부 유닛층(n은 3이상의 자연수)의 에너지 밴드갭은 순차로 감소되는 것을 특징으로 하는 비대칭적 단위 유닛으로 구성된 클래드층을 이용한 발광소자.
  7. 청구항 5에 있어서,
    제 1, 제 2, …, 제 n 상부 유닛층(n은 3이상의 자연수)의 에너지 밴드갭은 순차로 감소되고,
    제 1, 제 2, …, 제 n 하부 유닛층(n은 3이상의 자연수)의 에너지 밴드갭은 순차로 증가되는 것을 특징으로 하는 비대칭적 단위 유닛으로 구성된 클래드층을 이용한 발광소자.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상부 단위 유닛은 복수 개로 구비되는 것을 특징으로 하는 비대칭적 단위 유닛으로 구성된 클래드층을 이용한 발광소자.
  9. 청구항 1에 있어서,
    제 1, 제 2, …, 제 n 상부 유닛층(n은 3이상의 자연수)은 서로 다른 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 비대칭적 단위 유닛으로 구성된 클래드층을 이용한 발광소자.
  10. 청구항 1에 있어서,
    제 1, 제 2, …, 제 n 상부 유닛층(n은 3이상의 자연수)은, Inx(AlyGa1-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1)의 일반식에 포함되는 Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체로 구비되고,
    제 1, 제 2, …, 제 n 상부 유닛층(n은 3이상의 자연수)은, 서로 다른 화학조성을 갖는 것을 특징으로 하는 비대칭적 단위 유닛으로 구성된 클래드층을 이용한 발광소자.
  11. 청구항 1에 있어서,
    제 1, 제 2, …, 제 n 상부 유닛층(n은 3이상의 자연수)은, Mgx(CdyZn1-y)O(0<x<0.4, 0<y<0.4)의 일반식에 포함되는 Ⅱ-Ⅵ 산화물 반도체로 구비되고,
    제 1, 제 2, …, 제 n 상부 유닛층(n은 3이상의 자연수)은, 서로 다른 화학조성을 갖는 것을 특징으로 하는 비대칭적 단위 유닛으로 구성된 클래드층을 이용한 발광소자.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상부 클래드층의 두께는 0.1∼10nm인 것을 특징으로 하는 비대칭적 단위 유닛으로 구성된 클래드층을 이용한 발광소자.
  13. 삭제
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