KR101262854B1 - 질화물계 발광 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 질화물계 발광 소자에 관한 것으로 특히, 발광 소자의 발광 효율과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 질화물계 발광 소자에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 질화물계 발광 소자에 있어서, 제1전도성 반도체층과; 상기 제1전도성 반도체층 상에 위치하여, 적어도 둘 이상의 제1양자우물층을 포함하며, 상기 제1양자우물층 사이에 상기 제1양자우물층보다 밴드갭이 작은 적어도 하나 이상의 제2양자우물층을 포함하는 활성층과; 상기 활성층 상에 위치하는 제2전도성 반도체층을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

발광 소자, 활성층, 에너지 밴드, 양자우물층, LED.

Description

질화물계 발광 소자 {Nitride light emitting device}

도 1은 일반적인 발광 소자의 박막층의 일례를 나타내는 단면도이다.

도 2는 도 1의 에너지 밴드 구조를 나타내는 밴드 다이어그램이다.

도 3은 본 발명의 발광 소자의 박막층을 나타내는 단면도이다.

도 4는 일반적인 발광 소자의 에너지 밴드 구조의 일례를 나타내는 밴드 다이어그램이다.

도 5는 본 발명의 발광 소자의 에너지 밴드 구조의 일례를 나타내는 밴드 다이어그램이다.

도 6은 본 발명의 발광 소자의 제1실시예를 나타내는 단면도이다.

도 7은 도 6의 에너지 밴드 구조의 일례를 나타내는 밴드 다이어그램이다.

도 8은 도 6의 에너지 밴드 구조의 다른 예를 나타내는 밴드 다이어그램이다.

도 9는 본 발명의 발광 소자의 제2실시예를 나타내는 단면도이다.

도 10은 도 9의 에너지 밴드 구조를 나타내는 밴드 다이어그램이다.

도 11은 본 발명의 발광 소자의 제3실시예를 나타내는 단면도이다.

도 12는 도 11의 에너지 밴드 구조를 나타내는 밴드 다이어그램이다.

도 13은 본 발명의 발광 소자의 제4실시예를 나타내는 단면도이다.

도 14는 도 13의 에너지 밴드 구조를 나타내는 밴드 다이어그램이다.

도 15는 본 발명의 발광 소자의 제5실시예를 나타내는 단면도이다.

도 16은 도 15의 에너지 밴드 구조를 나타내는 밴드 다이어그램이다.

도 17은 본 발명을 적용한 수평형 발광 소자의 일례를 나타내는 단면도이다.

도 18은 본 발명의 적용한 수직형 발광 소자의 일례를 나타내는 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명>

100 : 기판 110 : 버퍼층

200 : n-형 반도체층 300 : 활성층

310 : 양자장벽층 320 : 제1양자우물층

330 : 제2양자우물층 340 : 제3양자우물층

350 : 제1층 360 : 제2층

400 : p-형 반도체층 500 : 제1전극

600 : 지지층

본 발명은 질화물계 발광 소자에 관한 것으로 특히, 발광 소자의 발광 효율과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 질화물계 발광 소자에 관한 것이다.

발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 잘 알려진 반도체 발광 소자로서, 1962년 GaAsP 화합물 반도체를 이용한 적색 LED가 상품화 된 것을 시작으로 GaP:N 계열의 녹색 LED와 함께 정보 통신기기를 비롯한 전자장치의 표시 화상용 광원으로 이용되어 왔다.

이러한 LED에 의해 방출되는 광의 파장은 LED를 제조하는데 사용되는 반도체 재료에 따른다. 이는 방출된 광의 파장이 가전자대(valence band) 전자들과 전도대(conduction band) 전자들 사이의 에너지 차를 나타내는 반도체 재료의 밴드갭(band-gap)에 따르기 때문이다.

질화 갈륨 화합물 반도체(Gallium Nitride: GaN)는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭(0.8 ~ 6.2eV)을 가지고 있어, LED를 포함한 고출력 전자부품 소자 개발 분야에서 많은 주목을 받아왔다.

이에 대한 이유 중 하나는 GaN이 타 원소들(인듐(In), 알루미늄(Al) 등)과 조합되어 녹색, 청색 및 백색광을 방출하는 반도체 층들을 제조할 수 있기 때문이다.

이와 같이 방출 파장을 조절할 수 있기 때문에 특정 장치 특성에 맞추어 재료의 특징들에 맞출 수 있다. 예를 들어, GaN를 이용하여 광기록에 유익한 청색 LED와 백열등을 대치할 수 있는 백색 LED를 만들 수 있다.

이러한 GaN 계열 물질의 이점들로 인해, GaN 계열의 LED 시장이 급속히 성장하고 있다. 따라서, 1994년에 상업적으로 도입한 이래로 GaN 계열의 광전자장치 기술도 급격히 발달하였다.

이런 발전에도 여전히 고출력화와 저구동 전압의 요구와 질화물 반도체 물질을 이용한 장파장(Yellow, Red) 및 단파장(UV)화에 대한 연구가 필요한 실정이다.

상술한 바와 같은 GaN 계열 물질을 이용한 LED의 휘도 또는 출력은 크게, 활성층의 구조, 빛을 외부로 추출할 수 있는 광추출 효율, LED 칩의 크기, 램프 패키지 조립 시 몰드(mold)의 종류 및 각도, 형광물질 등에 의해서 좌우된다.

한편, 이러한 GaN 계열 반도체 성장이 다른 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체보다 어려운 이유 중에 하나는 고품질의 기판, 즉, GaN, InN, AlN 등의 물질의 웨이퍼가 존재하지 않기 때문이다.

따라서 사파이어와 같은 이종 기판 위에 LED 구조를 성장하게 되며, 이때 많은 결함이 발생하게 되고, 이러한 결함들은 LED 성능에 큰 영향을 미치게 된다.

이러한 GaN 계열 물질의 LED의 기본 구조는 도 1에서 도시하는 바와 같이, 기판(1) 상에 n-형 GaN 반도체층(2)이 위치하고, 이러한 n-형 GaN 반도체층(2)과 인접하여 양자우물구조를 가지는 활성층(3)이 위치하며, 이 활성층(3)과 인접하여 p-형 GaN 반도체층(4)이 위치한다.

상기 활성층(3)의 양자우물구조는 양자우물층(5)과 양자장벽층(6)을 포함한다.

이후에 이러한 LED 구조에는 전극(도시되지 않음)이 형성되어, 이러한 전극을 통한 전하의 주입에 의하여 발광이 가능하게 된다.

도 2는 이와 같은 LED 구조의 에너지 밴드 구조를 나타내고 있다. 이때, 상기 활성층(3)의 양자우물구조를 이루는 양자우물층(well: 5)과 양자장벽층(barrier: 6)에 사용되는 GaN와 GaInN 물질은 격자 상수가 크게 다르므로, 이와 같은 격자 상수의 차이에 의하여 큰 스트레인(strain)이 발생하게 되는데, 이러한 스트레인은 전위(dislocation)와 같은 결정 결함의 요소로 작용하게 된다.

이러한 양자우물층(5) 성장시 나타나는 스트레인은 오히려 GaInN 양자점(Quantum dot)의 형성을 유발시킬 수도 있다고 보고되기도 한다. 이와 같이 양자점이 형성된 부분은 다른 부분보다 발광 효율이 우수하며, 따라서 이런 양자점 형성을 유발시키려는 성장 방법이 많이 연구되고 있다.

GaInN 성장이 어려운 또 다른 이유는 GaN와 InN는 상온에서 8% 정도만 완전 고용체를 형성하기 때문에 파장이 길어질수록 In이 불완전 고용되어 분리(segregation)되게 된다.

이는 In을 포함하는 함유물(inclusion) 형태로 성장 층에 존재하여 발광 효율을 저하시키는 요인이 되고 있다. 고휘도의 LED 제작을 위해서는 되도록 In이 함유물과 같은 결함에 포함되지 않고 적은 양의 In으로도 효율적으로 분포시켜 원하는 파장을 얻는 것이 중요하다.

그리고 이와 같은 문제는 장파장 발광에서 보다 더 중요하게 작용한다. 기존의 장파장 LED를 성장하기 위해서는 GaInN의 In양을 더 많이 함유하도록 하기 위하여 성장 온도를 낮추거나 In 흐름을 증가시키는 방법, 양자우물층의 두께를 조절하는 방법이 있다.

In 양으로 파장을 조절하는 경우에는 앞서 언급한 GaN와 InN 사이에 혼합되지 않는 갭(immiscibility gap)이 존재하기 때문에 많은 양의 In을 함유하도록 하기 어려워지게 된다. 즉 황색 또는 적색 LED를 제작하기가 쉽지 않다.

또한 양자우물층 두께로 조절하는 경우도 양자우물층의 두께가 너무 두꺼워 지면 양자우물(quantum well)로서의 특성을 잃어 휘도가 급격히 떨어지거나 원하는 파장의 실현이 어려운 문제점이 있었다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 발광 소자의 스트레인 및 결정 결함을 조절 또는 억제하고, 전자와 정공이 활성층으로 효율적으로 구속되도록 함으로써 신뢰성 특성을 향상시킬 수 있는 질화물계 발광 소자를 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 제1관점으로서, 본 발명은, 질화물계 발광 소자에 있어서, 제1전도성 반도체층과; 상기 제1전도성 반도체층 상에 위치하여, 적어도 둘 이상의 제1양자우물층을 포함하며, 상기 제1양자우물층 사이에 상기 제1양자우물층보다 밴드갭이 작은 적어도 하나 이상의 제2양자우물층을 포함하는 활성층과; 상기 활성층 상에 위치하는 제2전도성 반도체층을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 제2관점으로서, 본 발명은, 질화물계 발광 소자에 있어서, 제1전도성 반도체층과; 상기 제1전도성 반도체층 상에 위치하며, 제1양자우물구조를 가지고, 상기 제1양자우물구조 내에 상기 양자우물구조보다 밴드갭이 작은 제2양자우물구조를 가지는 활성층과; 상기 활성층 상에 위치하는 제2전도성 반도체층을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 제3관점으로서, 본 발명은, 질화물계 발광 소자에 있어서, 제1전도성 반도체층과; 상기 제1전도성 반도체층 상에 위치하며, 제1양자우물구조를 가지고, 상기 제1양자우물구조 내에 상기 양자우물구조보다 두께가 얇은 제2양자우물구조를 가지는 활성층과; 상기 활성층 상에 위치하는 제2전도성 반도체층을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.

동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다. 도면들에서 층들 및 영역들의 치수는 명료성을 위해 과장되어있다. 또한 여기에서 설명되는 각 실시예는 상보적인 도전형의 실시예를 포함한다.

층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 표면과 같은 구성 요소의 일부가 '내부(inner)'라고 표현된다면 이것은 그 요소의 다른 부분들 보다도 소자의 외측으로부터 더 멀리 있다는 것을 의미한다고 이해할 수 있을 것이다.

나아가 '아래(beneath)' 또는 '중첩(overlies)'과 같은 상대적인 용어는 여기에서는 도면에서 도시된 바와 같이 기판 또는 기준층과 관련하여 한 층 또는 영역과 다른 층 또는 영역에 대한 한 층 또는 영역의 관계를 설명하기 위해 사용될 수 있다.

이러한 용어들은 도면들에서 묘사된 방향에 더하여 소자의 다른 방향들을 포함하려는 의도라는 것을 이해할 수 있을 것이다. 마지막으로 '직접(directly)'라는 용어는 중간에 개입되는 어떠한 요소가 없다는 것을 의미한다. 여기에서 사용되는 바와 같이 '및/또는'이라는 용어는 기록된 관련 항목 중의 하나 또는 그 이상의 어느 조합 및 모든 조합을 포함한다.

비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.

이러한 용어들은 단지 다른 영역, 층 또는 지역으로부터 어느 하나의 요소, 성분, 영역, 층 또는 지역들을 구분하기 위해 사용되는 것이다. 따라서 아래에서 논의된 제1 영역, 층 또는 지역은 제2 영역, 층 또는 지역이라는 명칭으로 될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 예를 들어, 사파이어(Al₂O₃)계 기판과 같은 비도전성 기판상에 형성된 질화갈륨(GaN)계 발광 다이오드(LED)를 참조하여 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 이러한 구조에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 실시예들은 도전성 기판을 포함하여 다른 기판을 사용할 수 있다. 따라서 GaP 기판상의 AlGaInP 다이오드, SiC 기판상의 GaN 다이오드, SiC 기판상의 SiC 다이오드, 사파이어 기판상의 SiC 다이오드, 및/또는 GaN, SiC, AlN, ZnO 및/또는 다른 기판상의 질화물계 다이오드 등의 조합이 포함될 수 있다. 더구나 본 발명은 활성영역은 다이오드 영역의 사용에 한정되는 것은 아니다. 또한 활성영역의 다른 형태들이 본 발명의 일부 실시예들에 따라서 사용될 수도 있다.

도 3에서 도시하는 바와 같이, 기판(100) 상에는 복수의 질화물계 반도체층이 형성되는데, 먼저, n-형 반도체층(200)이 형성되고, 이러한 n-형 반도체층(200) 상에 활성층(300)이 형성되며, 이 활성층(300) 위에 p-형 반도체층(400)이 형성된다.

이때, 기판(100) 상에 p-형 반도체층(400)이 먼저 형성될 수도 있다. 이러한 경우, 활성층(300) 상에 n-형 반도체층(200)이 위치한다(도시되지 않음).

또한, 상기 기판(100)과 n-형 반도체층(200) 사이에는 도펀트를 포함하지 않는(undoped) 질화물 반도체층이 버퍼층(110)으로 형성될 수 있다(도시되지 않음).

상기 활성층(300)으로는 단일 또는 다중 양자우물구조(MQW: multi quantum well)가 이용될 수 있다.

도 4에서는 하나의 양자우물구조를 나타내고 있으며, 양자장벽층(310: barrier)은 GaN, GaInN, AlGaInN 중 어느 하나의 물질이 이용될 수 있고, 양자우물층(320: well)은 GaInN, AlGaInN 중 어느 하나의 물질이 이용될 수 있다.

이때, 양자장벽층(310)은 양자우물층(320)보다 에너지 밴드갭(energy band gap: ΔEg)이 커야 하므로, 이러한 양자장벽층(310)과 양자우물층(320)에 모두 GaInN이 사용될 경우에는 양자우물층(320)에 In 성분(composition)이 더 많이 포함 될 수 있다.

또한, AlGaInN을 이용할 경우에도, In 성분과 Al 성분을 적절히 조합함으로써 양자장벽층(310)과 양자우물층(320)에 이용될 수 있다.

도 4 및 도 5에서 도시하는 바와 같이, 본 발명에서는 양자우물구조에서 도 4와 같은 하나의 양자우물층(320)을 도 5와 같이 여러 개로 분리하여 성장할 수 있다.

즉, 양자우물구조의 양자우물층(320) 성장시에 인듐(In)의 흐름(Flow)을 적게 흘리는 구간과 많이 흘리는 구간으로 분리하여 성장함으로써 전체적인 평균 에너지 밴드갭(average ΔEg)은 종래의 경우와 같아 동일한 파장을 구현할 수 있다.

즉, 도 5에서 도시하는 바와 같이, 양자우물층(320) 내에 이 양자우물층(320)보다 밴드갭이 더 작은 서브 양자우물층(sub well: 330)을 형성할 수 있으며, 이러한 서브 양자우물층(330)은 복수로 구성되어 상기 양자우물층(320)과 교대로 형성될 수 있다. 이하, 편의상 양자우물층(320)을 제1양자우물층으로, 서브 양자우물층(330)을 제2양자우물층으로 칭하기로 한다.

이때, 제1양자우물층(320)과 양자장벽층(310) 사이의 밴드갭은 ΔEg₁이 되고, 제2양자우물층(330)과 양자장벽층(310) 사이의 밴드갭은 ΔEg₂가 된다. 이러한 구조를 이루는 양자우물구조의 평균 밴드갭은 상기 ΔEg₁와 ΔEg₂의 평균값인 평균 ΔEg(average ΔEg)가 되는 것이다.

또한, 이러한 제1양자우물층(320)과 제2양자우물층(330)은 얇은 두께의 초격 자(Supper Lattice) 구조를 이룰 수 있다.

이와 같이, 제1양자우물층(320)과 제2양자우물층(330)으로 이루어지는 양자우물구조는, 단일 층으로 성장하는 경우에 비하여 스트레인(strain)이 감소하여 박막 내의 결정 결함의 발생이 감소하게 되며, 실제로 양자우물층(320, 330) 성장시 박막층에 결합(incorporation)되는 In의 양은 도 5의 경우가 도 4의 경우보다 적음에도 불구하고 동일한 파장을 얻을 수 있다. 즉, 효율적인 In 사용이 가능해진다.

이와 같은 방법에 의해서 불필요한 In의 사용을 억제하여 결함을 최소화 시킬 수 있게 됨에 따라 발광효율을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 신뢰성 특성 또한 향상시킬 수 있다.

또한, 제1양자우물층(320)과 제2양자우물층(330) 사이에 일정시간 시간 간격(time interval)을 갖는 휴지기(interruption)를 둘 수 있고, 양자점(quantum dot)을 형성하거나 국부적인 구조(localization site)를 증가시키기 위하여 상기 휴지기 동안 Si을 도핑(doping)하거나 상기 양자우물층(320, 330) 성장 시 Si을 함께 도핑할 수 있다.

도 17은 상술한 양자우물구조를 갖는 활성층(300)을 포함하는 수평형 발광 소자의 예를 나타낸다.

도시하는 바와 같이, 기판(100) 상에 n-형 반도체층(200)이 형성되고, 이러한 n-형 반도체층(200) 상에 활성층(300)이 형성되며, 이 활성층(300) 상에는 p-형 반도체층(400)이 형성된다. 이때, 상술한 바와 같이, 기판(100)과 n-형 반도체층(200) 사이에는 도핑되지 않은 버퍼층(110)이 위치할 수 있다.

이후, 상기 n-형 반도체층(200)이 드러나도록 p-형 반도체층(400)과 활성층(300)의 일부를 식각한 후, 이와 같이 드러난 n-형 반도체층(200)에 n-형 전극(210)을 형성하고, p-형 반도체층(400)에 p-형 전극(410)을 형성하면, 도 17과 같은 수평형 발광 소자의 구조를 이루게 된다.

한편, 도 18은 상술한 양자우물구조를 갖는 활성층(300)을 포함하는 수직형 발광 소자를 나타내고 있다.

즉, 상술한 바와 같이, 기판(100) 상에 n-형 반도체층(200)과, 활성층(300), 및 p-형 반도체층(400)이 형성된 후에, 이러한 p-형 반도체층(400) 상에는 제1전극(500)이 형성되며, 이러한 제1전극(500)은 오믹전극(520)과 반사형 전극(510)으로 이루어질 수 있다.

경우에 따라, 이러한 제1전극(500)의 오믹전극(520)과 반사형 전극(510)은 하나의 전극으로 이루어질 수도 있다. 이러한 전극을 이루는 합금으로는 니켈, 은, 또는 금을 포함할 수 있다.

또한, 이러한 반사전극(510) 외측면에는 반도체 웨이퍼 또는 금속으로 이루어지는 지지층(600)을 형성하여, 추후 기판(100)을 분리하는 과정에서 발광 소자 구조를 지지하도록 할 수 있다.

이와 같이 형성된 구조에서, 상기 기판(100)을 제거한 후, 이와 같이 기판(100)이 제거되어 드러나는 n-형 반도체층(200)에 n-형 전극(210)을 형성하면 도 18과 같은 구조가 이루어진다.

이하, 상술한 활성층(300)의 양자우물구조의 구체적인 예를 각 실시예별로 설명한다.

<제1실시예>

도 6은 활성층(300)에서 하나의 양자우물구조를 나타내고 있다. 즉, 두 개의 양자장벽층(310) 사이에 복수의 양자우물층(320, 330)을 포함하는 구조를 나타낸다.

상술한 바와 같이, 이러한 양자우물구조는 한 개가 구성될 수도 있고, 복수개의 양자우물구조가 구성될 수도 있으며, 상기 복수의 양자우물층(320, 330)의 개수 또한 다양한 수를 이룰 수 있다.

이러한 양자우물층(320, 330)은 상기 양자장벽층(310)과 인접하며, 밴드갭이 이 양자장벽층(310)보다 작은 제1양자우물층(320)이 복수로 구비되고, 이러한 제1양자우물층(320) 사이에는 이 제1양자우물층(320)보다 밴드갭이 작은 제2양자우물층(330)이 구비된다.

이때, 상술한 바와 같이, 이러한 양자우물구조는, 상기 양자장벽층(310)과 제1양자우물층(320) 사이의 밴드갭과, 상기 양자장벽층(310)과 제2양자우물층(330) 사이의 밴드갭의 평균 밴드갭을 갖게된다.

상술한 바와 같이, 양자우물구조가 In을 포함하는 질화물 반도체로 이루어지는 경우, 이러한 제2양자우물층(330)은 제1양자우물층(320)보다 더 많은 In 성분을 포함할 수 있다.

도 7과 도 8은 이러한 양자우물구조의 밴드 구조를 나타내며, 편의상 전도대(conduction band)의 밴드만 나타나 있다.

이러한 밴드 구조는, 제1양자우물층(320)과 제2양자우물층(330) 중에서 어느 하나가 더 두꺼울 수 있으며, 즉, 도 7에서와 같이, 제2양자우물층(330)의 두께가 더 두꺼울 수 있고, 도 8에서와 같이, 제1양자우물층(320)의 두께가 더 두꺼울 수도 있다.

한편, 다른 관점에서 보면, 도 7과 도 8의 제1양자우물층(320)은 서브 양자우물층 내에 작은 양자장벽층들이 구비된 것으로 볼 수도 있다. 즉, 제1양자우물층(320)은 상기 양자장벽층(310)보다 작은 밴드갭을 갖는 제2양자장벽층을 이룬다고 볼 수 있다.

이러한 밴드 구조에서, 상술한 평균 밴드갭은 이러한 제1양자우물층(320)과 제2양자우물층(330)의 두께에 의존될 수 있다.

이러한 에너지 밴드갭의 차이를 갖도록 하기 위해서는 소스 흐름률을 변경시킴으로써 가능하며, 또한 성장 온도를 변화시킴으로써 밴드갭의 차이를 갖도록 할 수 있다. 물론 소스 흐름과 성장 온도를 동시에 조절하는 것도 가능하다.

본 발명으로 더 장파장의 발광을 얻기 위해서는 제2양자우물층(330)을 두껍게 성장시키든지 더 낮은 밴드갭 에너지를 갖는 제2양자우물층(330)을 성장하면 된다.

상술한 바와 같이, 이와 같은 방법은 상대적으로 낮은 양자우물층의 형성에 의해 양자장벽층(310)와 양자우물층(320) 사이에 존재하는 스트레인을 상당히 완화할 수 있어 발광 효율을 향상시킬 수 있다.

<제2실시예>

도 9에서는 상기 제1실시예와 유사하나, 제2양자우물층(330)들 사이에 이러한 제2양자우물층(330)의 밴드갭보다 더 작은 밴드갭을 가지는 제3양자우물층(340)이 구비된 구성을 나타낸다.

이러한 양자우물구조를 가지는 활성층(300)의 밴드 구조는 도 10과 같이, 계단형 형상을 보이게 된다.

즉, 양자장벽층(310)에 인접한 제1양자우물층(320) 상에는 이러한 제1양자우물층(320)보다 밴드갭이 더 작은 제2양자우물층(330)이 형성되며, 이러한 제2양자우물층(330) 상에는 이 제2양자우물층(330)보다 더 작은 밴드갭을 갖는 제3양자우물층(340)이 형성된다.

이후, 이러한 적층 순서의 역순으로, 상기 제3양자우물층(340) 상에 제2양자우물층(330)과 제1양자우물층(320)이 순서대로 적층되면 도 9 및 도 10과 같은 양자우물구조가 이루어진다.

<제3실시예>

도 11에서는, 양자장벽층(310) 사이에, 제1양자우물층(320)과, 이 제1양자우물층(320)보다 밴드갭이 작은 제2양자우물층(330)이 구비된 상태에서, 상기 제1양자우물층(320)과 제2양자우물층(330) 사이에 경사진 밴드 구조를 가지는 제1층(350)과 제2층(360)이 형성된 실시예를 도시하고 있다.

즉, 제1층(350)은 상기 제1양자우물층(320)의 밴드에서 이어지며 제2양자우물층(330)의 밴드로 이어지는 경사진 에너지 밴드 구조를 가지고, 제2층(360)은 이 제2양자우물층(330)의 밴드에서 이어지며, 다시 상기 제1양자우물층(320)의 밴드로 이어지는 에너지 밴드 구조를 가진다.

이와 같은 경사진 에너지 밴드 구조를 갖는 제1층(350)과 제2층(360)은, 이 제1층(350)과 제2층(360)의 성장 중에 소스의 흐름을 변화시킴으로써 형성할 수 있다.

예를 들어, 제1층(350)은 성장 중에 In의 흐름을 제2양자우물층(330)의 함유량에 이를 때까지 점차 증가시켜서 성장시킬 수 있고, 제2층(360)은 다시 In의 흐름을 제2양자우물층(330)에서 제1양자우물층(320)에 이를 때까지 점차 감소시켜 성장시킬 수 있다.

물론, 상술한 바와 같이, 성장 온도를 변화시키거나, 소스의 흐름을 동시에 변화시키는 것도 가능하다.

이와 같이 형성된 구조의 밴드 구조는 도 12와 같은 구조를 가지게 되며, 전체적인 에너지 밴드 구조는 사다리꼴 형태를 이룰 수 있다.

<제4실시예>

도 13 및 도 14와 같이, 삼각형 형태의 에너지 밴드 구조를 가지는 활성층(300)의 성장도 가능하다.

즉, 양자장벽층(310)에 인접하여 제1양자우물층(320)을 성장시킨 후에, 상기 제3실시예에서와 같이, 성장 중에 소스의 흐름을 변화시키면서 경사진 에너지 밴드 구조를 가지는 제1층(350)과 제2층(360)을 연속적으로 형성시키면 도 14와 같은 삼각형 형태의 에너지 밴드 구조를 형성할 수 있다.

상기 제3실시예와는 달리, 제1층(350)의 성장 이후에 제2양자우물층을 성장 하지 않고, 이어서 제2층(360)을 형성하는 차이점이 있다.

경사진 밴드를 가지는 제1층(350)과 제2층(360)은 상술한 바와 같이, 성장 중에 In의 흐름을 점차 증가시켜서 제1층(350)을 성장시킬 수 있고, 제2층(360)은 다시 In의 흐름을 제1양자우물층(320)에 이를 때까지 점차 감소시켜 성장시킬 수 있다.

이와 같이, 제1층(350)과 제2층(360)이 성장된 이후에는 다시 제1양자우물층(320)을 성장시키고, 다시 제1층(350)과 제2층(360)의 형성을 반복한다.

<제5실시예>

도 15 및 도 16에서는 삼각형 형태의 에너지 밴드 구조만을 가지는 활성층(300)을 도시하고 있다.

즉, 상기 제4실시예와 유사하나, 제1양자우물층(320)을 성장하지 않고, 양자장벽층(310)에 바로 경사진 밴드 구조를 가지는 제1층(350)과 제2층(360)을 반복하여 성장시키는 점이 다르다.

상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 다양한 형태의 변형이 가능하고, 이러한 기술적 사상의 여러 실시 형태는 모두 본 발명의 보호범위에 속함은 당연하다.

이상과 같은 본 발명은 다음과 같은 효과가 있는 것이다.

첫째, 발광 소자의 활성층의 스트레인을 완화시킴으로써 고품질의 박막을 형 성할 수 있고, 따라서 발광 소자의 신뢰성이 향상된다.

둘째, 발광 소자의 제작시 In 결합(incorporation)을 효율적으로 증가시켜 휘도를 향상시킬 수 있고, 장파장 발광의 구현을 용이하다.

셋째, 이와 같이, 효율적인 In 사용이 가능하고, 이와 같은 방법에 의해서 불필요한 In의 사용을 억제하여 결함을 최소화 시킬 수 있게 됨에 따라 발광효율을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 신뢰성 특성 또한 향상시킬 수 있다.

Claims (16)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1 전도성 반도체층;

   상기 제1 전도성 반도체층 상에 위치하는 활성층; 및

   상기 활성층 상에 위치하는 제2 전도성 반도체층을 포함하고,

   상기 활성층은

   복수의 제1 양자우물층;

   상기 복수의 제1 양자우물층 사이에 상기 제1 양자우물층보다 작은 밴드갭을 갖는 제2 양자우물층; 및

   상기 제1 양자우물층과 상기 제2 양자우물층 사이에 경사진 밴드 구조를 갖는 삽입층을 포함하는 질화물계 발광 소자.
6. 제5 항에 있어서, 상기 삽입층의 경사진 밴드 구조는, 상기 제1 양자우물층의 밴드갭과 상기 제2 양자우물층의 밴드갭 사이의 경사를 갖는 질화물계 발광 소자.
7. 제1 전도성 반도체층;

   상기 제1 전도성 반도체층 상에 위치하는 활성층; 및

   상기 활성층 상에 위치하는 제2 전도성 반도체층을 포함하고,

   상기 활성층은

   복수의 제1 양자우물층; 및

   상기 복수의 제1 양자우물층 사이에 상기 제1 양자우물층보다 작은 밴드갭을 갖는 제2 양자우물층을 포함하고,

   상기 제2 양자우물층은,

   상기 제1 양자우물층의 밴드에서 이어지며, 일방향으로 경사진 밴드를 가지는 제1 층; 및

   상기 제1 층의 밴드에서 이어지며, 타방향으로 경사진 밴드를 가지는 제2 층을 포함하는 질화물계 발광 소자.
8. 제5 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 양자우물층과 제2 양자우물층은 초격자 구조를 이루는 질화물계 발광 소자.
9. 제1 전도성 반도체층;

   상기 제1 전도성 반도체층 상에 위치하는 활성층; 및

   상기 활성층 상에 위치하는 제2 전도성 반도체층을 포함하고,

   상기 활성층은

   복수의 제1 양자장벽층;

   상기 복수의 제1 양자장벽층 사이에 배치되는 제1 양자우물구조; 및

   상기 제1 양자우물구조 내에 배치되며, 상기 제1 양자우물구조보다 작은 밴드갭을 갖는 제2 양자우물구조를 포함하고,

   상기 제2 양자우물구조는

   복수의 제2 양자장벽층; 및

   상기 복수의 제2 양자장벽층 사이에 배치되는 제2 양자우물층을 포함하는 질화물계 발광 소자.
10. 삭제
11. 삭제
12. 제1 전도성 반도체층;

    상기 제1 전도성 반도체층 상에 위치하는 활성층; 및

    상기 활성층 상에 위치하는 제2 전도성 반도체층을 포함하고,

    상기 활성층은

    제1 양자우물구조; 및

    상기 제1 양자우물구조 내에 배치되며, 상기 제1 양자우물구조보다 작은 밴드갭을 갖는 제2 양자우물구조를 포함하고,

    상기 제2 양자우물구조는

    상기 제1 양자우물구조의 밴드에서 이어지며, 일방향으로 경사진 밴드를 가지는 제1층; 및

    상기 제1 층의 밴드에서 이어지며, 타방향으로 경사진 밴드를 가지는 제2층을 포함하는 질화물계 발광 소자.
13. 제9 항 또는 제12 항에 있어서, 상기 제2 양자우물구조의 두께는 상기 제1 양자우물구조의 두께보다 얇은 질화물계 발광 소자.
14. 제5 항에 있어서, 상기 제2 양자우물층의 두께는 상기 제1 양자우물층의 두께와 다른 질화물계 발광 소자.
15. 제14 항에 있어서, 상기 제2 양자우물층의 두께는 상기 제1 양자우물층의 두께보다 얇은 질화물계 발광 소자.
16. 제14 항에 있어서, 상기 제2 양자우물층의 두께는 상기 제1 양자우물층의 두께보다 두꺼운 질화물계 발광 소자.

Images