KR101667821B1 - 발광소자 - Google Patents

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Abstract

실시예는 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.
실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 활성층 및 상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층을 구비하는 발광구조물을 포함하고, 상기 활성층은 복수의 양자우물과 복수의 배리어를 포함하며, 상기 복수의 양자우물들 중에서 제1 양자우물의 제1 에너지 준위가 주위의 다른 양자우물들 속에 있는 제1 에너지 준위보다 에너지가 낮고, 상기 제1 양자우물의 제2 에너지 준위가 주위의 다른 양자우물들 속에 있는 제1 에너지 준위들보다 에너지가 높으면서 주위의 다른 양자우물들 속에 있는 제2 에너지 준위보다 에너지가 낮을 수 있다.

Description

발광소자{LIGHT EMITTING DEVICE}
실시예는 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting Device)는 전기에너지가 빛에너지로 변환되는 특성의 p-n 접합 다이오드를 주기율표상에서 Ⅲ족과 Ⅴ족의 원소가 화합하여 생성될 수 있다. LED는 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.
종래기술에 의한 발광소자는 고전류 주입시 비발광 손실 문제점이 있으며, 저전류 주입시 결정결함에 의한 비발광손실 문제점이 있다.
예를 들어, 도 1은 종래기술에서 고전류 인가 시 발생하는 발광효율감소 예시도다. 발광소자에서 n-형 GaN층에서 주입되는 전자는 양자우물 전도대(Ec) 위에 형성되어 있는 양자화 에너지준위들에 위치하게 되고, P-형 GaN층에서 주입되는 정공은 양자우물 가전대(Ev) 위에 형성되어 있는 양자화 에너지준위들에 위치하게 된다. 양자우물내의 양자화 에너지준위들에 각각 위치한 전자와 정공들은 양자역학적 결합조건이 만족되면 서로 결합하여 빛을 방출한다.
그런데, 양자우물내의 양자화 에너지준위들은 양자역학적으로 일정량의 전자 혹은 정공만을 보유할 수 있다. 따라서, 주입되는 전자 혹은 정공 수량이 충분히 많을 경우, 양자우물 내에 효과적으로 속박되지 않는 잉여의 전자 혹은 정공들이 발생하게 된다. 이러한 잉여의 전자 혹은 정공들은 빛을 발생시키는 데 참여하지 않고 발광층내에서 자체 소멸되거나 혹은 발광층 외부로 누설된다. 결국, 주입되는 전류가 증가하게 되면 전자와 정공의 비발광 손실이 증가하게 되어 발광층의 발광효율 (내부양자효율: internal quantum efficiency)이 감소하게 된다. 이러한 고 전류 인가 시 발생하는 발광효율감소 문제는 고출력 조명용 발광소자 구현에 있어서 중요한 기술적 문제 중의 하나이다.
또한, 도 2는 종래기술에서 저전류 주입시 결정결함에 의한 비발광손실 문제점에 대한 예시도다.
종래기술에 의하면 상기 고전류 인가시 발생하는 비발광 손실 문제점을 해결하고자 활성층의 두께가 상대적으로 두꺼운 InGaN 단일층을 발광층으로 구비한다. 상대적으로 두꺼운 InGaN 단일층은 상대적으로 많은 양의 전자와 정공을 효과적으로 수용할 수 있다. 그런데, 단일층의 발광층을 구비하는 기술은 양자우물 두께의 증가에 따라서 고품질 다중양자우물층 성장이 기술적으로 어려운 문제점이 있고, 발광면적의 증대에 따라서 발광면적 내에 존재하는 결정결함의 총 수가 상대적으로 증가하게 되어 결정결함에 의한 비발광 손실 효과가 크게 되어 저전류주입 영역에서 소자의 내부양자효율을 감소시키는 문제가 있다.
결국, 종래기술에 따른 질화물 반도체 발광소자는 저전류 주입영역에서 우수한 발광특성을 보이는 구조는 고전류 주입영역에서 낮은 발광특성을 보여주고, 고전류 주입 영역에서 우수한 발광특성을 보여주는 구조는 저전류 주입영역에서 낮은 발광특성을 보여주는 문제점을 갖는다. 따라서, 저전류와 고전류 주입 영역 모두에서 우수한 발광특성을 갖는 이상적인 질화물반도체 발광소자 구조의 개발이 요구된다.
실시예는 고전류 주입시 발생하는 비발광 손실 문제점을 극복함과 동시에, 저전류 주입시 발생하는 결정결함에 의한 비발광손실 문제점을 획기적으로 극복함으로써 전체적인 주입전류 영역에서 고효율 발광특성을 구비할 수 있는 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 활성층 및 상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층을 구비하는 발광구조물을 포함하고, 상기 활성층은 복수의 양자우물과 복수의 배리어를 포함하며, 상기 복수의 양자우물들 중에서 제1 양자우물의 제1 에너지 준위가 주위의 다른 양자우물들 속에 있는 제1 에너지 준위보다 에너지가 낮고, 상기 제1 양자우물의 제2 에너지 준위가 주위의 다른 양자우물들 속에 있는 제1 에너지 준위들보다 에너지가 높으면서 주위의 다른 양자우물들 속에 있는 제2 에너지 준위보다 에너지가 낮을 수 있다.
또한, 실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 활성층 및 상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층을 구비하는 발광구조물을 포함하고, 상기 활성층은 복수의 양자우물과 복수의 배리어를 포함하며, 상기 활성층의 복수의 양자우물 중 다른 양자우물에 비해 에너지 준위가 낮은 양자우물에서 우선적으로 발광할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 발광소자 패키지는 상기 발광소자; 상기 발광소자가 배치되는 패키지 몸체; 및 상기 발광소자와 상기 패키지 몸체를 전기적으로 연결하는 하나 이상의 전극;을 포함할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 조명시스템은 상기 발광소자 패키지를 구비하는 발광유닛을 포함할 수 있다.
실시예에 의하면, 고전류 주입시 발생하는 비발광 손실 문제점을 극복함과 동시에 저전류 주입시 발생하는 결정결함에 의한 비발광 손실 문제점을 획기적으로 극복하여 전체적인 주입전류 영역에서 고효율 발광특성을 구비할 수 있는 이상적인 미래형 질화물 반도체 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 것으로 기대된다.
또한, 실시예에 따른 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명시스템은 질화물 반도체 발광소자의 조명시장 진입에 중요한 문제 중 하나인 주입전류 증가에 따른 발광효율 감소문제를 획기적으로 극복함으로써 LED 조명시장 개척에 크게 기여할 것으로 기대된다.
도 1은 종래기술에서 고전류 인가 시 발생하는 발광효율감소 예시도.
도 2는 종래기술에서 저전류 주입시 결정결함에 의한 비발광손실 문제점에 대한 예시도.
도 3은 제1 실시예에 따른 발광소자의 활성층에 대한 에너지 밴드갭 예시도.
도 4은 제2 실시예에 따른 발광소자의 활성층에 대한 에너지 밴드갭 예시도.
도 5은 제3 실시예에 따른 발광소자의 활성층에 대한 에너지 밴드갭 예시도.
도 6은 제4 실시예에 따른 발광소자의 활성층에 대한 에너지 밴드갭 예시도.
도 7은 제5 실시예에 따른 발광소자의 활성층에 대한 에너지 밴드갭 예시도.
도 8은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 9는 실시예에 따른 조명 유닛의 사시도.
도 10은 실시예에 따른 백라이트 유닛의 사시도.
실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on/over)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on/over)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
(실시예)
실시예에 따른 발광소자는 고전류 주입시 발생하는 비발광 손실 문제점을 극복하고 동시에 저전류 주입시 발생하는 결정결함에 의한 비발광 손실 문제점을 극복하여 모든 주입전류 영역에서 고효율 발광특성을 구비할 수 있는 반도체 발광소자 구조를 제공하고자 한다.
고전류 주입시 발생하는 비발광 손실에 의한 발광효율 저하 문제를 극복하고자 실시예에서 적용한 핵심개념은 양자우물에 있는 높은 에너지준위에 주입된 정공들을 양자역학적 터널링 속성을 이용하여 효율적으로 주변의 양자우물들 속에 있는 에너지가 낮은 에너지 준위들에게로 이동 분산시키는 것이다. 예를 들어, 고전류 주입시 발생하는 비발광 손실로는 Auger 비발광 손실이 있으며, 이는 과도하게 주입된 정공 혹은 전자들이 양자우물 내의 높은 에너지준위에 머물면서 신속히 발광에 참여하지 못하고 배회하다가 다른 주변의 전자 혹은 정공과 반응하여 에너지를 잃고 사라지는 현상이다.
따라서, 이를 해결하기 위해서 실시예는 각각의 양자우물들이 갖고 있는 에너지준위들의 높이를 조절하여 높은 에너지준위에 주입된 정공들이 주변의 낮은 에너지준위로 효율적으로 양자역학적 터널링 현상을 이용하여 이동할 수 있도록 각각의 양자우물들을 배치할 수 있다.
이에 따라, 상기 활성층은 각 양자우물의 그라운드 상태(groud state)에서 발광할 수 있다.
한편, 실시예에서 각 양자우물의 그라운드 상태인 제1 에너지 준위의 에너지 준위는 차이가 있기는 하나 에너지 준위의 차이가 크지 않아 빛의 스펙트럼은 좁아(narrow)서 같은 빛을 낼 수 있다.
또한, 상기 배리어(130)는 캐리어(정공 또는 전자)의 양자역학적 터널링이 가능한 두께일 수 있다. 예를 들어, 상기 배리어(131,132)는 약 3nm 내지 약 10nm의 두께를 가짐으로써 캐리어의 양자역학적 터널링이 가능할 수 있다.
또한, 실시예는 저전류 주입시 발생하는 결정결함에 의한 비발광 손실 문제점을 극복하고자 적용한 핵심 개념은 저전류 주입시 발광에 관여하는 양자우물의 개수를 최소화하는 것이다. 실시예는 이것을 구현하고자 각각의 양자우물들이 갖고 있는 제1 에너지준위들의 높이를 조절하여 양자역학적으로 정공들이 효율적으로 에너지가 낮은 양자우물에 우선적으로 집결하여 발광하게 함으로써 발광에 관여하는 양자우물의 개수를 최소화할 수 있다.
실시예에서 저전류는 약 20 A/cm2 이하, 고전류는 약 100A/cm2 이상을 의미할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 제1 실시예에 따른 발광소자(100)의 활성층에 대한 에너지 밴드갭 예시도이다.
제1 실시예에 따른 발광소자(100)는 제1 도전형 반도체층(110), 상기 제1 도전형 반도체층(110) 상에 활성층(120,130) 및 상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층(140)을 구비하는 발광구조물을 포함하고, 상기 활성층은 복수의 양자우물(120)과 복수의 배리어(130)를 포함하며, 상기 활성층은 다른 양자우물에 비해 에너지 준위가 낮은 양자우물에서 발광할 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(110)은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 상기 제1 도전형 반도체층(110)이 N형 반도체층인 경우, 상기 제1도전형 도펀트는 N형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 제1 도전형 반도체층(110)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(110)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN,AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
상기 활성층(120, 130)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(120, 130)은 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 트리메틸 인듐 가스(TMIn)가 주입되어 다중 양자우물구조가 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성층(120, 130)의 우물층/장벽층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, AlGaN/GaN, InAlGaN/GaN , GaAs,/AlGaAs(InGaAs), GaP/AlGaP(InGaP) 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 우물층은 상기 장벽층의 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
상기 활성층(120, 130)의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층이 형성될 수 있다. 상기 도전형 클래드층은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 활성층(120, 130)의 밴드 갭보다는 높은 밴드 갭을 갖을 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(140)은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 3-족-5족 화합물 반도체 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(140)이 P형 반도체층인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 P형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(140)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 마그네슘(Mg)과 같은 p 형 불순물을 포함하는 비세틸 사이클로 펜타디에닐 마그네슘(EtCp2Mg){Mg(C2H5C5H4)2}가 주입되어 p형 GaN층이 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 상기 제1 도전형 반도체층(110)은 N형 반도체층, 상기 제2 도전형 반도체층(140)은 P형 반도체층으로 구현할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한 상기 제2 도전형 반도체층(140) 위에는 상기 제2 도전형과 반대의 극성을 갖는 갖는 반도체 예컨대 N형 반도체층(미도시)을 형성할 수 있다. 이에 따라 발광구조물은 N-P 접합 구조, P-N 접합 구조, N-P-N 접합 구조, P-N-P 접합 구조 중 어느 한 구조로 구현할 수 있다.
제1 실시예에 따른 발광소자(100)는 제1 도전형 반도체층(110), 예를 들어 n-type GaN과, 제2 도전형 반도체층(140), 예를 들어 p-type GaN 사이에 다중 양자우물구조(121, 122, 123)의 활성층을 구비할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 활성층은 다중 양자우물 사이에 복수의 배리어(131, 132)를 포함할 수 있다.
상기 배리어(130)는 캐리어(정공 또는 전자)의 양자역학적 터널링이 가능한 두께일 수 있다. 예를 들어, 상기 배리어(130)는 약 3nm 내지 약 10nm의 두께를 가짐으로써 캐리어의 양자역학적 터널링이 가능할 수 있다.
제1 실시예에서 활성층은 각각의 양자우물들이 갖고 있는 에너지준위들의 높이를 조절하여 높은 에너지준위에 주입된 캐러어들이 주변의 낮은 에너지준위로 효율적으로 양자역학적 터널링 현상을 이용하여 이동할 수 있도록 각각의 양자우물들을 배치할 수 있다.
예를 들어, 제1 실시예에서 다중양자우물들 중에서 중심부에 위치한 제1 양자우물(121)의 제1 에너지 준위가 주위의 다른 양자우물들(122, 123) 속에 있는 제1 에너지 준위보다 에너지가 낮고, 중심부에 위치한 제1 양자우물(121)의 제2 에너지 준위가 주위의 다른 양자우물들(122, 123) 속에 있는 제1 에너지 준위들보다 에너지가 높고 주위의 다른 양자우물들(122, 123) 속에 있는 제2 에너지 준위보다 에너지가 낮을 수 있다.
제1 실시예에 의하면 저전류 주입시 제2 도전형 반도체층(140)으로부터 발광층으로 주입된 캐리어는 제2 양자우물(122)의 제1 에너지준위 (n=1) 를 거쳐서 에너지 준위가 제일 낮은 제1 양자우물(121)의 제1에너지 준위에 위치하게 되고 에너지 준위가 높은 제3 양자우물(123)의 제1 에너지준위로 이동하지 않는다. 결국, 저전류 주입시 발광은 제1 양자우물(121)에서 주로 발생하게 된다.
한편, 고전류 주입시 제2 도전형 반도체층, 예를 들어 p-GaN(140)로부터 발광층으로 주입된 정공은 제2 양자우물(122)의 제1에너지 준위(n=1)와 제2 에너지 준위(n=2)에 충만하게 된다.
이때, 제2 양자우물(122)의 제1 에너지준위에 있는 정공 중에 일부는 전자와 결합하여 빛을 방출하고 일부는 제1 양자우물(121)의 제1에너지 준위로 이동한 후 전자와 결합하여 빛을 방출한다.
한편, 제2 양자우물(122)의 제2 에너지준위(n=2)에 있는 정공 중에 일부는 제2 양자우물(122)의 제1에너지준위로 이동한 후 전자와 결합하여 빛을 방출하고, 일부는 제1 양자우물(121)의 제2 에너지준위로 이동한다. 제1 양자우물(121)의 제2 에너지준위에 있는 정공들 중 일부는 제1 양자우물(121)의 제1 에너지준위로 이동한 후 전자와 결합하여 빛을 방출하고, 일부는 제3 양자우물(123)의 제1 에너지준위로 이동한 후 전자와 결합하여 빛을 방출한다. 결국, 고전류 주입시 각 양자우물의 제2 에너지준위들에 위치한 정공들은 효과적으로 각 양자우물의 제1 에너지준위들로 이동하여 전자와 결합하여 발광하게 된다.
실시예에 의하면, 고전류 주입시 발생하는 비발광 손실 문제점을 극복하고 동시에 저전류 주입시 발생하는 결정결함에 의한 비발광 손실 문제점을 획기적으로 극복하여 모든 주입전류 영역에서 고효율 발광특성을 구비할 수 있는 이상적인 미래형 질화물 반도체 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
도 4은 제2 실시예에 따른 발광소자(200)의 활성층에 대한 에너지 밴드갭 예시도다.
제2 실시예는 상기 제1 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있다.
제2 실시예에서 가장 낮은 에너지 준위를 포함하는 제1 양자우물(221)은 복수로 형성될 수 있다.
예를 들어, 제2 실시예에 의하면 제1 도전형 반도체층, 예를 들어 n-type GaN(210)과 제2 도전형 반도체층, 예를 들어 p-type GaN(240) 사이에 다중 양자우물구조의 활성층을 구비하고, 다중양자우물들(220) 중에서 중심부에 위치한 제1 양자우물들(221a, 221b)의 제1 에너지 준위는 서로 에너지가 동등하고 주위의 다른 양자우물들(222, 223) 속에 있는 제1 에너지 준위보다 에너지가 낮으며, 중심부에 위치한 제1 양자우물들(221a, 221b)의 제2 에너지 준위는 서로 에너지가 동등하고 주위의 다른 양자우물들(222, 223) 속에 있는 제 1 에너지 준위보다 에너지가 높으며, 주위의 다른 양자우물들(222, 223) 속에 있는 제2 에너지 준위보다는 에너지가 낮을 수 있다.
제2 실시예에 의하면 저전류 주입시 제2 도전형 반도체층, 예를 들어 p-GaN(240)로부터 발광층(220, 230)으로 주입된 정공은 제2 양자우물(222)의 제1 에너지준위 (n=1) 를 거쳐서 에너지 준위가 낮은 제1 양자우물(221a, 221b)의 제1 에너지 준위들에 위치하게 되고 에너지 준위가 높은 제3 양자우물(223)의 제1 에너지준위로 이동하지 않는다. 결국, 저전류 주입시 발광은 제1 양자우물들(221)에서 주로 발생하게 된다.
이때, 상기 다중 양자우물 사이에 형성된 배리어(230)는 캐리어(정공 또는 전자)의 양자역학적 터널링이 가능한 두께일 수 있다. 예를 들어, 상기 배리어(231, 232, 233)는 약 3nm 내지 약 10nm의 두께를 가짐으로써 캐리어의 양자역학적 터널링이 가능할 수 있다.
또한, 고전류 주입시 제2 도전형 반도체층, 예를 들어 p-GaN(240)로부터 발광층으로 주입된 캐리어, 예를 들어 정공은 제2 양자우물(222)의 제1 에너지 준위(n=1)와 제2 에너지 준위(n=2)에 충만하게 된다. 다음, 제2 양자우물(222)의 제1 에너지준위에 있는 정공 중에 일부는 전자와 결합하여 빛을 방출하고 일부는 제1 양자우물(221a, 221b)의 제1 에너지 준위들로 이동한 후 전자와 결합하여 빛을 방출한다. 제2 양자우물(222)의 제2 에너지준위(n=2)에 있는 정공 중에 일부는 제2 양자우물(222)의 제1 에너지준위로 이동한 후 전자와 결합하여 빛을 방출하고, 일부는 제1 양자우물(221)의 제2 에너지준위로 이동한다. 제1 양자우물(221)의 제2 에너지준위에 있는 정공들은 일부는 제1 양자우물(221)의 제1 에너지준위들로 이동한 후 전자와 결합하여 빛을 방출하고, 일부는 제3 양자우물(223)의 제1 에너지준위로 이동한 후 전자와 결합하여 빛을 방출한다. 결국, 고전류 주입시 각 양자우물의 제2 에너지준위들에 위치한 정공들은 효과적으로 각 양자우물의 제1 에너지준위들로 이동하여 전자와 결합하여 발광하게 된다.
실시예에 의하면, 고전류 주입시 발생하는 비발광 손실 문제점을 극복하고 동시에 저전류 주입시 발생하는 결정결함에 의한 비발광 손실 문제점을 획기적으로 극복하여 모든 주입전류 영역에서 고효율 발광특성을 구비할 수 있는 이상적인 미래형 질화물 반도체 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
도 5은 제3 실시예에 따른 발광소자(300)의 활성층에 대한 에너지 밴드갭 예시도다.
제3 실시예는 상기 제1 실시예 및 제2 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있다.
제3 실시예는 제1 양자우물(321)의 제2 에너지 준위가 주위의 제3 양자우물 (323)속에 있는 제1 에너지 준위들보다 에너지가 낮을 수 있다.
제3 실시예에서, 제1 도전형 반도체층, 예를 들어 n-type GaN(310)과 제2 도전형 반도체층, 예를 들어 p-type GaN(340) 사이에 다중 양자우물구조의 발광층(320, 330)을 구비하고 다중양자우물들 중에서 중심부에 위치한 제1 양자우물(321)의 제1 에너지 준위가 주위의 다른 양자우물들(322, 323, 324, 325) 속에 있는 제1 에너지 준위보다 에너지가 낮고, 중심부에 위치한 제1 양자우물(321)의 제2 에너지 준위가 인접한 제2 양자우물(322) 속에 있는 제1 에너지 준위들보다 에너지가 높고 제2 양자우물들(322) 속에 있는 제2 에너지 준위보다 에너지가 낮을 수 있다.
또한, 제3 실시예는 제1 양자우물(321)의 제2 에너지 준위가 주위의 제3 양자우물(323)속에 있는 제1 에너지 준위들보다 에너지가 낮을 수 있다.
이때, 상기 다중 양자우물 사이에 형성된 배리어(330)는 캐리어(정공 또는 전자)의 양자역학적 터널링이 가능한 두께일 수 있다. 예를 들어, 상기 배리어(331, 332, 333, 334)는 약 3nm 내지 약 10nm의 두께를 가짐으로써 캐리어의 양자역학적 터널링이 가능할 수 있다.
제3 실시예에 의하면 저전류 주입시 p-GaN(340)으로부터 발광층으로 주입된 정공은 일부가 제3 양자우물(323)의 제1 에너지준위 (n=1) 에서 전자와 결합하여 빛을 방출하고 일부는 에너지 준위가 낮은 제2 양자우물(322)의 제1 에너지준위로 이동한다. 제2 양자우물(322)의 제1 에너지준위에 위치한 정공들은 일부가 전자와 결합하여 빛을 방출하고 일부는 에너지가 낮은 제1 양자우물(321)의 제1 에너지 준위로 이동한다. 제1 양자우물(321)의 제1 에너지준위에 위치한 정공들은 전자와 결합하여 발광하고 에너지 준위가 높은 제4 양자우물(324) 및 제5 양자우물(325)의 제1 에너지준위로 이동하지 않는다.
또한, 고전류 주입시 p-GaN(340)으로부터 발광층으로 주입된 정공은 제3 양자우물(323)의 제1 에너지 준위(n=1)와 제2 에너지 준위(n=2)에 충만하게 된다. 제3 양자우물(323)의 제2 에너지준위(n=2)에 있는 정공 중에 일부는 제2 양자우물(322)의 제1 에너지준위로 이동한 후 전자와 결합하여 빛을 방출하고, 일부는 제1 양자우물(321)의 제2 에너지준위로 이동한다. 제1 양자우물(321)의 제2 에너지준위에 있는 정공들은 일부는 제1 양자우물(321)의 제1 에너지준위들로 이동한 후 전자와 결합하여 빛을 방출하고, 일부는 제4 양자우물(324)의 제2 에너지준위로 이동한다. 제4 양자우물(324)의 제2 에너지준위에 위치한 정공들은 일부가 제4 양자우물(324)의 제1 에너지준위로 이동한 후 전자와 결합하여 빛을 방출하고 일부는 제5 양자우물(325)의 제1 에너지 준위로 이동하여 발광한다.
실시예에 의하면, 고전류 주입시 발생하는 비발광 손실 문제점을 극복하고 동시에 저전류 주입시 발생하는 결정결함에 의한 비발광 손실 문제점을 획기적으로 극복하여 모든 주입전류 영역에서 고효율 발광특성을 구비할 수 있는 이상적인 미래형 질화물 반도체 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
도 6은 제4 실시예에 따른 발광소자(400)의 활성층에 대한 에너지 밴드갭 예시도이다.
제4 실시예는 상기 제1 실시예 내지 제3 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있다.
제4 실시예에서 제1 양자우물(421)은 제2 도전형 반도체층(440)에 인접할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제4 실시예에서 제1 도전형 반도체층, 예를 들어 n-GaN(410)과 제2 도전형 반도체층, 예를 들어 p-GaN(440) 사이에 다중 양자우물구조 발광층을 구비하고 다중양자우물들 중에서 제2 도전형 반도체층, 예를 들어 p-GaN(440)에 인접한 제1 양자우물(421)의 제1 에너지준위가 주위의 다른 양자우물(422, 423) 속의 제1 에너지준위보다 에너지가 낮고, 제1 도전형 반도체층, 예를 들어 N-형 GaN(410) 방향으로 양자우물들의 제1 에너지준위들의 에너지가 점진적으로 증가하고, P-형 GaN(440)에 인접한 양자우물의 제2 에너지 준위가 N-형 GaN 방향으로 인접한 제2 양자우물(422)의 제1 에너지준위보다 에너지가 높을 수 있다.
이때, 상기 다중 양자우물 사이에 형성된 배리어(430)는 캐리어(정공 또는 전자)의 양자역학적 터널링이 가능한 두께일 수 있다. 예를 들어, 상기 배리어(431, 432)는 약 3nm 내지 약 10nm의 두께를 가짐으로써 캐리어의 양자역학적 터널링이 가능할 수 있다.
제4 실시예에 의하면 저전류 주입시 p-GaN(440)로부터 발광층으로 주입된 정공은 P-형 GaN(440)에 인접한 제1 양자우물(421)의 제1 에너지준위에 위치하여 전자와 결합하여 발광한다. 제1 양자우물(421)의 제1 에너지준위에 위치한 정공들은 에너지가 높은 제2 양자우물(422)의 제1 에너지준위로 이동하지 않는다. 따라서, 저전류 주입시 제1 양자우물(421)에서 주로 발광이 이루어진다.
한편, 고전류 주입시, 제1 양자우물(421)의 제2 에너지준위에 위치한 정공들의 일부는 제2 양자우물(422)의 제1 에너지준위로 이동하여 전자와 결합하여 빛을 방출하고, 일부는 에너지가 상대적으로 낮은 제2 양자우물(422)의 제1 에너지준위로 이동하여 전자와 결합 후 발광한다. 제1 양자우물(421)의 제3 에너지준위에 주입된 정공들의 일부는 제1 양자우물(421)의 제2 에너지준위로 이동하고 일부는 제2 양자우물(422)의 제2 에너지준위로 이동한다. 제2 양자우물(422)의 제2 에너지준위에 주입된 정공들의 일부는 제2 양자우물(422)의 제1 에너지준위로 이동하여 발광하고 일부는 에너지가 상대적으로 낮은 제3 양자우물(423)의 제1 에너지준위로 이동한 후 전자와 결합하여 발광한다.
이에 따라 실시예에 의하면, 고전류 주입시 발생하는 비발광 손실 문제점을 극복하고 동시에 저전류 주입시 발생하는 결정결함에 의한 비발광 손실 문제점을 획기적으로 극복하여 모든 주입전류 영역에서 고효율 발광특성을 구비할 수 있는 이상적인 미래형 질화물 반도체 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 것으로 기대된다.
도 7은 제5 실시예에 따른 발광소자의 활성층에 대한 에너지 밴드갭 예시도다.
제5 실시예는 상기 제1 실시예 내지 제4 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있다.
제5 실시예에서 제1 양자우물(521)은 제2 도전형 반도체층(540)에 인접한 복수의 제1 양자우물(521a, 521b)를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제5 실시예에서 n-GaN(510)과 p-GaN(540) 사이에 다중 양자우물구조 발광층을 구비하고 다중양자우물들 중에서 P-형 GaN(540)에 인접한 제1 양자우물(521a, 521b)의 제1 에너지준위가 서로 동등하며 N-형 GaN(510) 방향으로 인접한 다른 양자우물들(522, 523) 속의 제1 에너지준위들보다 에너지가 낮고, N-형 GaN(510)방향으로 양자우물들의 제1 에너지준위들의 에너지가 점진적으로 증가하고, P-형 GaN(540)에 인접한 제1 양자우물들(521a, 521b)의 제2 에너지 준위가 N-형 GaN(510) 방향으로 인접한 제2 양자우물(522)의 제1 에너지준위보다 에너지가 높을 수 있다.
이때, 상기 다중 양자우물 사이에 형성된 배리어(530)는 캐리어(정공 또는 전자)의 양자역학적 터널링이 가능한 두께일 수 있다. 예를 들어, 상기 배리어(531, 532, 533)는 약 3nm 내지 약 10nm의 두께를 가짐으로써 캐리어의 양자역학적 터널링이 가능할 수 있다.
예를 들어, 제5 실시예에서 저전류 주입시 p-GaN(540)로부터 발광층으로 주입된 정공은 P-형 GaN(540)에 인접한 제1 양자우물(521)의 제1 에너지 준위에 위치하여 전자와 결합하여 발광한다. 상기 제1 양자우물(521)은 에너지 준위가 동일한 복수의 제1 양자우물(521a, 521b)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 양자우물(521)은 첫번째 제1 양자우물(521a)과 두번째 제1 양자우물(521b)를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 제1 양자우물(521)의 제1 에너지준위에 위치한 정공들은 에너지가 높은 제2 양자우물(522)의 제1 에너지준위로 이동하지 않는다. 따라서, 저전류 주입시 제1 양자우물(521)에서 주로 발광이 이루어진다.
한편, 고전류 주입시, 첫번째 제1 양자우물(521a)의 제2 에너지준위에 위치한 정공들의 일부는 첫번째 제1 양자우물(521a)의 제1 에너지준위로 이동하여 전자와 결합하여 빛을 방출하고, 일부는 두번째 제1 양자우물(521b)의 제2 에너지준위로 이동한다. 두번째 제1 양자우물(521b)의 제2 에너지준위에 주입된 정공들의 일부는 두번째 제1 양자우물(521b)의 제1 에너지준위로 이동하여 전자와 결합하여 발광하고, 일부는 에너지가 상대적으로 낮은 제2 양자우물(422)의 제1 에너지준위로 이동하여 전자와 결합 후 발광한다.
첫번째 제1 양자우물(521a)의 제3 에너지준위에 주입된 정공들의 일부는 첫번째 제1 양자우물(521a)의 제2 에너지준위로 이동하고 일부는 두번째 제1 양자우물(521b)의 제3 에너지준위로 이동한다. 두번째 제1 양자우물(521b)의 제3 에너지준위에 주입된 정공들의 일부는 두번째 제1 양자우물(521b)의 제2 에너지준위로 이동하고, 일부는 제2 양자우물(522)의 제2 에너지준위로 이동한다. 제2 양자우물(522)의 제2 에너지준위에 주입된 정공들의 일부는 제2 양자우물(522)의 제1 에너지준위로 이동하여 전자와 결합하여 발광하고, 일부는 에너지가 상대적으로 낮은 제3 양자우물(523)의 제1 에너지준위로 이동한 후 전자와 결합하여 발광한다. 실시예에 의하면, 종래의 질화물 반도체 발광소자가 갖고 있는 본질적인 문제점인 고전류 주입시 발생하는 비발광 손실 문제점을 극복하고 동시에 저전류 주입시 발생하는 결정결함에 의한 비발광 손실 문제점을 획기적으로 극복하여 모든 주입전류 영역에서 고효율 발광특성을 구비할 수 있는 이상적인 미래형 질화물 반도체 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 것으로 기대된다.
또한, 실시예에 따른 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명시스템은 질화물 반도체 발광소자의 조명시장 진입에 가장 큰 보틀넥(bottleneck)인 주입전류 증가에 따른 발광효율 감소문제를 획기적으로 극복함으로써 LED 조명시장 개척에 크게 기여할 것으로 기대된다.
이하, 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 설명한다.
실시예에서 발광층 내 다중양자우물들의 양자역학적 에너지준위들의 높낮이는 각각의 양자우물층의 두께와 조성을 조절하여 제어할 수 있다.
예를 들어, 양자우물층의 두께를 줄이면 양자역학적 에너지준위의 높이는 높아지며, 에너지값이 커지고, 두께를 크게 하면 에너지준위의 높이가 낮아지며, 에너지값이 작아진다. 또한, 양자우물층 내에 인듐 조성을 증가하면 양자우물층의 에너지 밴드갭이 작아지고 더불어 양자역학적 에너지준위의 에너지 절대값도 낮아진다. 인듐조성을 줄이면 또는 알루미늄을 혼합하면 양자우물의 에너지 밴드갭의 크기가 커지고 따라서 양자역학적 에너지준위의 에너지 절대값도 커진다.
양자우물에서 에너지준위수 (n=1,2,3,..)가 증가하면 해당 준위에 위치하는 정공 (또는 전자)의 에너지는 높은 상태를 의미한다.
한편, 양자우물 내에서 정공은 높은 에너지 준위 상태에서 낮은 에너지준위상태로 이동하여 안정화하고자 하며, 양자벽이 있을 경우 양자벽 너머에 있는 이웃 양자우물 속에 동등한 에너지준위가 비어 있거나 낮은 에너지 준위가 비어 있을 때 양자벽을 터널링하여 이동하여 에너지적으로 안정화하고자 한다. 양자벽 너머 이웃 양자우물 속에 에너지 상태가 더 높은 빈 에너지준위가 위치하고 있다면 정공들은 양자역학적으로 해당 준위로 이동하기가 매우 어려워진다. 따라서, 실시예는 양자우물의 에너지준위 높낮이를 조절함으로써 효율적으로 정공들의 이동 및 분포를 제어할 수 있다.
도 8은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
도 8을 참조하면, 실시예에 따른 발광 소자 패키지(900)는 패키지 몸체부(905)와, 상기 패키지 몸체부(905)에 설치된 제3 전극층(913) 및 제4 전극층(914)과, 상기 패키지 몸체부(905)에 설치되어 상기 제3 전극층(913) 및 제4 전극층(914)과 전기적으로 연결되는 발광 소자(100)와, 상기 발광 소자(100)를 포위하는 몰딩부재(940)가 포함된다.
상기 패키지 몸체부(905)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 발광 소자(100)의 주위에 경사면이 형성될 수 있다.
상기 제3 전극층(913) 및 제4 전극층(914)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광 소자(100)에 전원을 제공하는 역할을 한다. 또한, 상기 제3 전극층(913) 및 제4 전극층(914)은 상기 발광 소자(100)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시키는 역할을 할 수 있으며, 상기 발광 소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
상기 발광 소자(100)는 도 3에 예시된 발광소자(100)가 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 도 4 내지 도 7에 예시된 발광소자(200, 300, 400, 500)도 적용될 수 있다.
상기 발광 소자(100)는 상기 패키지 몸체부(905) 상에 설치되거나 상기 제3 전극층(913) 또는 제4 전극층(914) 상에 설치될 수 있다.
상기 발광 소자(100)는 와이어(930)를 통해 상기 제3 전극층(913) 및/또는 제4 전극층(914)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 실시예에서는 수직형 타입의 발광 소자(100)가 예시되어 있으며, 한 개의 와이어(930)가 사용된 것이 예시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 몰딩부재(940)는 상기 발광 소자(100)를 포위하여 상기 발광 소자(100)를 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부재(940)에는 형광체가 포함되어 상기 발광 소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 조명시스템에 적용될 수 있다. 상기 조명시스템은 도 9에 도시된 조명유닛, 도 10에 도시된 백라이드 유닛을 포함하고, 신호등, 차량 전조등, 간판 등이 포함될 수 있다.
도 9는 실시예에 따른 조명 유닛의 사시도(1100)이다.
도 9를 참조하면, 상기 조명 유닛(1100)은 케이스몸체(1110)와, 상기 케이스몸체(1110)에 설치된 발광모듈부(1130)과, 상기 케이스몸체(1110)에 설치되며 외부 전원으로부터 전원을 제공받는 연결 단자(1120)를 포함할 수 있다.
상기 케이스몸체(1110)는 방열 특성이 양호한 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들어 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있다.
상기 발광모듈부(1130)은 기판(1132)과, 상기 기판(1132)에 탑재되는 적어도 하나의 발광소자 패키지(900)를 포함할 수 있다.
상기 기판(1132)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있으며, 예를 들어, 일반 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board), 메탈 코아(Metal Core) PCB, 연성(Flexible) PCB, 세라믹 PCB 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 기판(1132)은 빛을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 빛이 효율적으로 반사되는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등으로 형성될 수 있다.
상기 기판(1132) 상에는 상기 적어도 하나의 발광소자 패키지(900)가 탑재될 수 있다. 상기 발광소자 패키지(900) 각각은 적어도 하나의 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)(100)를 포함할 수 있다. 상기 발광 다이오드(100)는 적색, 녹색, 청색 또는 백색의 유색 빛을 각각 발광하는 유색 발광 다이오드 및 자외선(UV, UltraViolet)을 발광하는 UV 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 발광 소자(100)는 도 3에 예시된 발광소자(100)가 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 도 4 내지 도 7에 예시된 발광소자(200, 300, 400, 500)도 적용될 수 있다.
상기 발광모듈부(1130)는 색감 및 휘도를 얻기 위해 다양한 발광소자 패키지(900)의 조합을 가지도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 고 연색성(CRI)을 확보하기 위해 백색 발광 다이오드, 적색 발광 다이오드 및 녹색 발광 다이오드를 조합하여 배치할 수 있다.
상기 연결 단자(1120)는 상기 발광모듈부(1130)와 전기적으로 연결되어 전원을 공급할 수 있다. 도 9에 도시된 것에 따르면, 상기 연결 단자(1120)는 소켓 방식으로 외부 전원에 돌려 끼워져 결합되지만, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예를 들어, 상기 연결 단자(1120)는 핀(pin) 형태로 형성되어 외부 전원에 삽입되거나, 배선에 의해 외부 전원에 연결될 수도 있는 것이다.
도 10은 실시예에 따른 백라이트 유닛의 분해 사시도(1200)이다.
실시예에 따른 백라이트 유닛(1200)은 도광판(1210)과, 상기 도광판(1210)에 빛을 제공하는 발광모듈부(1240)와, 상기 도광판(1210) 아래에 반사 부재(1220)와, 상기 도광판(1210), 발광모듈부(1240) 및 반사 부재(1220)를 수납하는 바텀 커버(1230)를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 도광판(1210)은 빛을 확산시켜 면광원화 시키는 역할을 한다. 상기 도광판(1210)은 투명한 재질로 이루어지며, 예를 들어, PMMA(polymethyl metaacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthlate), PC(poly carbonate), COC(cycloolefin copolymer) 및 PEN(polyethylene naphthalate) 수지 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈부(1240)은 상기 도광판(1210)의 적어도 일 측면에 빛을 제공하며, 궁극적으로는 상기 백라이트 유닛이 설치되는 디스플레이 장치의 광원으로써 작용하게 된다.
상기 발광모듈부(1240)은 상기 도광판(1210)과 접할 수 있으나 이에 한정되지 않는). 구체적으로는, 상기 발광모듈부(1240)은 기판(1242)과, 상기 기판(1242)에 탑재된 다수의 발광소자 패키지(900)를 포함하는데, 상기 기판(1242)이 상기 도광판(1210)과 접할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 기판(1242)은 회로패턴(미도시)을 포함하는 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)일 수 있다. 다만, 상기 기판(1242)은 일반 PCB 뿐 아니라, 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
그리고, 상기 다수의 발광소자 패키지(900)는 상기 기판(1242) 상에 빛이 방출되는 발광면이 상기 도광판(1210)과 소정 거리 이격되도록 탑재될 수 있다.
상기 도광판(1210) 아래에는 상기 반사 부재(1220)가 형성될 수 있다. 상기 반사 부재(1220)는 상기 도광판(1210)의 하면으로 입사된 빛을 반사시켜 위로 향하게 함으로써, 상기 백라이트 유닛의 휘도를 향상시킬 수 있다. 상기 반사 부재(1220)는 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1230)는 상기 도광판(1210), 발광모듈부(1240) 및 반사 부재(1220) 등을 수납할 수 있다. 이를 위해, 상기 바텀 커버(1230)는 상면이 개구된 박스(box) 형상으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1230)는 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있으며, 프레스 성형 또는 압출 성형 등의 공정을 이용하여 제조될 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 활성층 및 상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층을 구비하는 발광구조물을 포함하고,
    상기 활성층은 복수의 양자우물과 복수의 배리어를 포함하며,
    상기 복수의 양자우물들 중에서 제1 양자우물의 제1 에너지 준위가 주위의 제2 양자우물과 제3 양자우물 속에 있는 제1 에너지 준위보다 에너지가 낮고, 상기 제1 양자우물의 제2 에너지 준위가 주위의 상기 제2 양자우물과 상기 제3 양자우물 속에 있는 제1 에너지 준위들보다 에너지가 높고 제2 에너지 준위보다 에너지가 낮은 발광소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 활성층은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성된 발광 소자.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 제1 양자우물은
    상기 복수의 양자우물 중에서 중심부에 위치한 발광소자.
  4. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 제1 양자우물은
    상기 복수의 양자우물 중에서 상기 제2 도전형 반도체층에 인접한 발광소자.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 복수의 다중양자우물들 중에서 상기 제2 도전형 반도체층에 인접한 제1 양자우물의 제1 에너지준위가 주위의 다른 양자우물 속의 제1 에너지준위보다 에너지가 낮고, 상기 제1 양자우물의 제2 에너지 준위는 주위의 다른 양자우물 속의 제1 에너지준위보다 높으며, 상기 제1 도전형 반도체층 방향으로 양자우물들의 제1 에너지준위들의 에너지가 점진적으로 증가하는 발광소자.
  6. 제1 항 또는 제2 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 배리어는,
    3nm 내지 10 nm의 두께를 가지는 발광소자.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 배리어는 양자우물에 있는 높은 에너지준위에 주입된 캐리어들을 양자역학적 터널링 속성을 이용하여 주변의 양자우물들 속에 있는 에너지가 낮은 에너지준위들에게 캐리어들을 이동시키는 발광소자.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 활성층에서, 각각의 양자우물들이 갖고 있는 에너지준위들의 높이를 조절하여 높은 에너지준위에 주입된 캐리어들을 주변의 낮은 에너지준위로 양자역학적 터널링 현상을 이용하여 이동할 수 있는 발광소자.
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