KR101813717B1 - 질화물 반도체 발광소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은, p형 및 n형 질화물 반도체층과, 상기 p형 및 n형 질화물 반도체층 사이에 형성되며, 복수의 양자장벽층과 복수의 양자우물층이 교대로 적층된 활성층과, 상기 n형 질화물 반도체층과 상기 활성층 사이에 형성되며, 복수의 제1 질화물 박막과 복수의 제2 질화물 박막이 교대로 적층된 전류확산층;을 포함하며, 상기 제1 질화물 박막은 각각 상기 제2 질화물 박막의 밴드갭보다 큰 밴드갭을 가지며, 상기 복수의 제1 질화물 박막 중 양측 가장자리에 각각 위치한 제1 질화물 박막은 그 사이에 위치한 다른 제1 질화물 박막의 두께보다 큰 두께를 갖는 질화물 반도체 발광 소자를 제공한다.

Description

질화물 반도체 발광소자{NITRIDE SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}

본 발명은 질화물 반도체 발광소자에 관한 것이다.

최근, 질화물 반도체 발광소자는 청색 또는 녹색 등의 단파장광을 포함한 넓은 파장대역의 광을 생성할 수 있는 발광소자로서, 기존의 단순한 디스플레이나 휴대용 액정 디스플레이용 시장에서 벗어나 점점 BLU(backlight unit), 전장용, 조명용 등으로 관련 기술분야에서 크게 각광받고 있다.

이와 같이, 최근 질화물 반도체 발광소자의 용도가 다양해 짐에 따라 인가되는 전류 또한 다양해 지고 있다. 휴대폰용의 경우 20mA 정도의 낮은 인가 전류에서 동작을 하게 되어 있지만 그 사용처가 BLU 및 일반 조명용의 고출력 발광소자로 넓어짐에 따라 인가 전류 또한 100mA 이상부터 350mA 혹은 그 이상까지 다양하게 분포하게 되었다.

질화물 반도체 발광소자의 인가 전류가 증가함에 따라 발광소자의 전류 밀도 또한 증가하게 되는데 InGaN/GaN을 기반으로 하는 질화물 반도체 발광소자의 경우, 인가되는 전류 밀도가 증가함에 따라 내부 양자 효율이 급격하게 감소하는 현상이 발생한다. 이를 개선하기 위하여 재결합 효율을 높이기 위한 방안으로서, n형 질화물층과 활성층 사이에 전류확산층을 도입하여 전자의 수평방향 퍼짐효율을 향상시키켜 내부 양자효율을 증대시키고자 하는 시도가 있어 왔다.

하지만, 격자상수 차이로 인하여 스트레인이 증가하고, 이에 따라 압전전계 효과(piezo-electric field effect)에 의한 영향이 커져 오히려 활성층에서의 양자효율이 저하되는 문제가 있어 왔다.

따라서, 당 기술분야에서는 압전 전계효과에 의한 영향을 최소화하고 순방향 전압 특성 및/또는 발광효율을 개선할 수 있는 전류 확산층을 구비한 질화물 반도체 발광소자가 요구되어 왔다.

본 발명은, p형 및 n형 질화물 반도체층과, 상기 p형 및 n형 질화물 반도체층 사이에 형성되며, 복수의 양자장벽층과 복수의 양자우물층이 교대로 적층된 활성층과, 상기 n형 질화물 반도체층과 상기 활성층 사이에 형성되며, 복수의 제1 질화물 박막과 복수의 제2 질화물 박막이 교대로 적층된 전류확산층;을 포함하며, 상기 제1 질화물 박막은 각각 상기 제2 질화물 박막의 밴드갭보다 큰 밴드갭을 가지며, 상기 복수의 제1 질화물 박막 중 양측 가장자리에 각각 위치한 제1 질화물 박막은 그 사이에 위치한 다른 제1 질화물 박막의 두께보다 큰 두께를 갖는 질화물 반도체 발광 소자를 제공한다.

상기 다른 제1 질화물 박막의 두께는 상기 양측 가장자리에 각각 위치한 제1 질화물 박막의 두께의 60∼90% 범위일 수 있다.

상기 양측 가장자리에 각각 위치한 제1 질화물 박막의 두께는 4∼5㎚ 범위이며, 상기 다른 제1 질화물 박막의 두께는 3∼4㎚ 범위일 수 있다. 이 경우에, 상기 제2 질화물 박막의 두께는 0.5∼3㎚ 범위일 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서는, 상기 복수의 제2 질화물 박막의 에너지 밴드갭은 상기 활성층에 가까울수록 작아질 수 있다. 이와 다른 실시형태에서, 상기 복수의 제2 질화물 박막의 에너지 밴드갭은 상기 활성층에 가까울수록 커질 수 있다.

본 실시형태에서, 상기 복수의 제1 및 제2 질화물 박막은 5쌍 내지 9쌍일 수 있다.

상기 제1 질화물 박막은 GaN이며, 상기 제2 질화물 박막은 In_xGa_{1 - x}N이며, 여기서, x는 0.01 내지 0.2 범위에서 조정될 수 있다. 이 경우에, 상기 제2 질화물 박막은 인접한 다른 제2 질화물 박막과 인듐함량(x) 차이가 0.02 내지 0.05일 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 복수의 제2 질화물 박막의 에너지 밴드갭은 상기 활성층에 가까울수록 감소하다가 다시 증가할 수 있다. 이와 다른 실시형태에서는, 상기 복수의 제2 질화물 박막의 에너지 밴드갭은 상기 활성층에 가까울수록 증가하다가 다시 감소할 수 있다.

본 실시형태에서도 상기 복수의 제1 및 제2 질화물 박막은 5쌍 내지 9쌍일 수 있다.

상기 제1 질화물 박막은 GaN이며, 상기 제2 질화물 박막은 In_xGa_{1 - x}N이며, 여기서, x는 0.01 내지 0.2 범위에서 조정될 수 있다. 이 경우에, 상기 제2 질화물 박막은 인접한 다른 제2 질화물 박막과 인듐함량(x) 차이가 0.02 내지 0.05일 수 있다.

개선된 전류 확산층을 채용하여 압전 전계효과에 의한 영향을 최소화하여 발광효율 및 순방향 전압 특성이 개선된 질화물 반도체 발광소자를 제공할 수 있다.

덧붙여 상기한 과제의 해결수단과 효과에서, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.

도1a 및 도1b는 각각 본 발명의 일 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자를 나타내는 측단면도 및 부분 확대도이다.
도2는 도1a에 도시된 질화물 반도체 발광소자에 채용된 활성층 및 전류확산층을 나타내는 밴드갭 다이어그램이다.
도3 및 도4는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자에 채용될 수 있는 전류확산층의 밴드갭 다이어그램이다.
도5는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자에 채용될 수 있는 전류확산층의 밴드갭 다이어그램이다.
도6 및 도7은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자에 채용될 수 있는 전류확산층의 밴드갭 다이어그램이다.
도8은 본 발명의 제4 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자에 채용될 수 있는 전류확산층의 밴드갭 다이어그램이다.
도9는 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 광출력을 비교하는 그래프이다.
도10은 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 질화물 반도체 발광소자의 순방향 전압특성을 비교하는 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도1a는 본 발명의 일 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자를 나타내는 측단면도이며, 도1b는 도1에 도시된 질화물 반도체 발광소자의 "A"부분을 확대한 도면이다.

도1a에 도시된 바와 같이, 질화물 반도체 발광소자(10)는 기판(11) 상에 순차적으로 n형 질화물 반도체층(12), 활성층(15) 및 p형 질화물 반도체층(17)을 포함한다.

n측 전극(18)은 메사에칭되어 노출된 n형 질화물 반도체층(17) 상면 영역에 형성되며, 상기 p형 질화물 반도체층(12) 상면에는 p측 전극(19)이 차례로 형성된다.

본 실시형태에 따른 질화물 반도체 발광소자(10)는 상기 활성층(15)과 상기 n형 질화물 반도체층(12) 사이에 형성된 전류확산층(14)을 포함한다. 도1b에 도시된 바와 같이, 상기 활성층(15)은 복수의 양자장벽층(15a)과 복수의 양자우물층(15b)으로 이루어진 다중양자우물구조를 갖는다.

상기 전류확산층(14)은, 복수의 제1 질화물 박막(14a',14a")과 복수의 제2 질화물 박막(14b)이 교대로 적층된다. 본 실시형태에 채용된 전류확산층(14)은 5쌍의 제1 및 제2 질화물 박막(14a',14a" 및 14b)을 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않으며, 바람직하게 5쌍 내지 9쌍일 수 있다.

도2에 도시된 바와 같이, 상기 제1 질화물 박막(14a',14a")은 각각 상기 제2 질화물 박막(14b)의 밴드갭(Eg1∼Eg5)보다 큰 밴드갭(Ega)을 갖는다. 상기 복수의 제1 질화물 박막(14a',14a") 중 양측 가장자리에 각각 위치한 제1 질화물 박막(14a')는 그 사이에 위치한 다른 제1 질화물 박막(14a")의 두께(ta2)보다 큰 두께(ta1)를 갖는다. 이와 같이, 가장자리에 인접한 제1 질화물 박막(14a')을 상대적으로 큰 두께를 갖도록 형성함으로써, 상기 전류확산층(14)의 영역에서의 전체 편극치(total polarization value)에 주된 영향을 미치는 압전 전계 효과(piezo-electric field effect)를 완화시켜 휘도와 동작전압을 개선시킬 수 있다.

상기 다른 제1 질화물 박막(14a")의 두께(ta2)는 상기 양측 가장자리에 각각 위치한 제1 질화물 박막(14a')의 두께(ta1)의 60∼90% 범위일 수 있다.

바람직하게, 양측 가장자리에 각각 위치한 제1 질화물 박막(14a')의 두께(ta1)는 4∼5㎚ 범위이며, 상기 다른 제1 질화물 박막(14a")의 두께(ta2)는 3∼4㎚ 범위일 수 있다. 이 경우에, 상기 제2 질화물 박막(14b)의 두께(tb)는 0.5∼3㎚ 범위일 수 있다. 이와 같이, 상기 전류확산층(14)은 초격자 구조를 취할 수 있다.

본 실시형태에서는, 도2에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 제2 질화물 박막(14b)의 에너지 밴드갭은 상기 활성층(15)에 가까울수록 작아질 수 있다(Eg1>Eg2>Eg3>Eg4>Eg5). 상기 제1 질화물 박막(14a',14a")은 GaN이며, 상기 제2 질화물 박막(14b)은 In_xGa_{1 - x}N(x>0)일 수 있다.

상기 활성층(15)과 유사한 InGaN 기반인 전류확산층(14)에서 전체 편극치에서 지배적인 요소가 압전 편극(piezoelectric polarization)이므로, 밴드갭을 조절하여 전체 편극치를 최적화시킬 수 있으며, 그 결과 상기 활성층(15)과의 응력을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 휘도와 동시에 동작전압의 개선효과를 기대할 수 있다.

편극치를 최적화하기 위한 일 예로서, 본 실시형태에서는 제2 질화물막(14b)의 밴드갭을 상기 활성층(15)과 가까울수록 점점 감소하도록 형성할 수 있다. 상기 활성층에 가장 가까운 제2 질화물막(14b)은 상기 활성층(15)의 양자우물층(15b)의 밴드갭(Egb)과 동일하거나 유사한 수준으로 감소될 수 있다.

이러한 밴드갭 조절은 인듐(In) 도핑 농도를 조절함으로써 실현할 수 있으며, 구체적으로 성장온도를 이용하여 조절하여 원하는 인듐 그레이딩(Indium grading) 구조를 실현할 수 있다.

예를 들어, 상기 제2 질화물막(14b)은 상기 활성층(15)에 가까울수록 제2 질화물막(14b)의 성장온도를 단계적으로 하강시킴으로써 도2에 도시된 밴드다이어그램과 같이 제2 질화물막(14b)의 인듐의 함량을 점차 높일 수 있다.

인듐 그레이딩 구조에 의한 압전 편극 효과를 최적화하기 위해서, 인듐함량 x는 0.01 내지 0.2 범위에서 조절하는 것이 바람직하다. 이 경우에, 상기 제2 질화물 박막은 인접한 다른 제2 질화물 박막과 인듐함량(x) 차이가 0.02 내지 0.05일 수 있다.

본 발명은 제1 및 제2 질화물막이 교대로 적층된 전류확산층을 채용한다. 양측 가장자리에 위치한 적어도 하나의 제1 질화물막은 다른 제1 질화물막의 두께보다 큰 두께로 설정함으로써 그레이딩 구조에 따른 문제를 완화시키고 압전계 효과를 개선할 수 있다. 이와 함께, 발광효율 및/또는 동작전압(순방향 전압특성)의 특성을 고려하여 그레이딩 구조를 다양하게 취할 수 있다.

본 발명에 채용가능한 그레이딩 구조는, 그레이드되는 경향, 즉 밴드갭의 증감과 그 패턴에 따라 다양한 형태로 구분될 수 있다. 도3 내지 도9에는 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광장치에 채용될 수 있는 다양한 전류확산층의 밴드다이어그램(전도대역만 나타냄)이 도시되어 있다.

우선, 도3에 도시된 전류확산층은 5쌍의 제1 및 제2 질화물막을 갖는 형태이다. 도3에 도시된 바와 같이, 앞선 실시형태와 유사하게, 상기 제2 질화물막은 밴드갭이 활성층에 인접할수록 점차 감소한다. 제2 질화물막의 밴드갭은 인듐 함량을 조절하여 그레이드시킬 수 있다.

상기 제2 질화물막의 두께(tb)는 일정한데 반해, 양 가장자리에 위치한 제1 질화물막의 두께(ta1)는 다른 제1 질화물막의 두께(ta2)보다 큰 두께를 가질 수 있다.

도4에 도시된 전류확산층은 도3과 유사하게 제2 질화물막의 밴드갭이 활성층에 가까울수록 점차 감소하는 그레이드 구조를 갖지만, 8쌍의 제1 및 제2 질화물막을 갖는 형태이다.

이와 같이, 적층의 수를 필요에 따라 조정될 수 있으며, 이와 관련하여 막의 두께도 적절히 설계될 수 있다. 예를 들어, 상대적으로 많은 8쌍의 제1 및 제2 질화물막을 갖는 전류확산층 구조에서는, 양측 가장지리에 위치한 2개의 제1 질화물막을 다른 제1 질화물막의 두께(ta2)보다 큰 두께(ta1)를 갖도록 설계할 수 있다.

도5에 도시된 전류확산층은 도3과 유사하게, 5쌍의 제1 및 제2 질화물막을 갖는 형태이다. 하지만, 앞선 실시형태들과 달리, 도5에 도시된 바와 같이, 상기 제2 질화물막은 밴드갭이 활성층에 가까울수록 점차 증가한다.

한편, 상기 제2 질화물막의 두께(tb)는 일정한데 반해, 양 가장자리에 위치한 제1 질화물막의 두께(ta1)는 다른 제1 질화물막의 두께(ta2)보다 큰 두께를 가질 수 있다.

도3 내지 도5에 도시된 실시형태는 일 방향으로 제2 질화물막의 밴드갭이 증가 또는 감소하는 경향만을 예시하였으나, 도6 내지 도8에 도시된 바와 같이, 밴드갭이 증가 후 감소 또는 감소 후 증가라는 다른 패턴을 가질 수도 있다.

도6에 도시된 전류확산층은 5쌍의 제1 및 제2 질화물막을 갖는 형태이다. 도6에 도시된 바와 같이, 상기 제2 질화물막은 밴드갭이 활성층에 가까울수록 감소하다가 다시 증가한다. 이러한 제2 질화물막의 밴드갭의 그레이드는 인듐 함량을 조절하여 얻어질 수 있으며, 성장온도를 하강시키다가 다시 상승시키는 방식으로 구현될 수 있다.

본 예에서도 역시 상기 제2 질화물막의 두께(tb)는 일정한데 반해, 양 가장자리에 위치한 제1 질화물막의 두께(ta1)는 다른 제1 질화물막의 두께(ta2)보다 큰 두께를 가질 수 있다.

도7에 도시된 전류확산층은 도6과 유사하게 제2 질화물막의 밴드갭이 활성층에 가까울수록 감소하다가 다시 증가하는 그레이드 구조를 갖지만, 8쌍의 제1 및 제2 질화물막을 갖는 형태이다.

본 예와 같이, 상대적으로 많은 8쌍의 제1 및 제2 질화물막을 갖는 전류확산층 구조에서는, 도4에 도시된 형태와 유사하게, 양측 가장지리에 위치한 2개의 제1 질화물막을 다른 제1 질화물막의 두께(ta2)보다 큰 두께(ta1)를 갖도록 설계할 수 있다.

도8에 도시된 전류확산층은 도6과 유사하게, 5쌍의 제1 및 제2 질화물막을 갖는 형태이지만, 앞선 실시형태들과 반대로, 상기 제2 질화물막은 밴드갭이 활성층에 가까울수록 증가하다가 다시 감소한다.

한편, 상기 제2 질화물막의 두께(tb)는 일정한데 반해, 양 가장자리에 위치한 제1 질화물막은 다른 제1 질화물막의 두께(ta2)보다 큰 두께(ta1)를 가질 수 있다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 참조하여 그 작용과 효과에 대해서 보다 상세히 설명하기로 한다.

( 실시예 1A,1B)

5쌍의 In_{0 .2}Ga_{0 .8}N 양자우물층과 GaN 양자장벽층을 갖는 활성층을 갖는 질화물 반도체 발광소자를 제조하였으며, n형 질화물 반도체층과 활성층 사이에 전류확산층을 도입하였다.

본 실시예에서 도입된 전류확산층은 5쌍의 GaN 질화물막과 In_xGa_{1 - x}N 질화물막을 구비하였다. 여기서, 5개의 GaN 질화물막 중 양측 가장자리 각각 1개의 GaN 질화물막은 5㎚의 두께를 갖도록 성장되고, 나머지 3개의 GaN 질화물막은 4㎚의 두께를 갖도록 성장되었다. 또한, 5개의 In_xGa_{1 - x}N 질화물막은 각각 2.5㎚의 두께로 동일하게 성장하였다.

제2 질화물막의 그레이드 조건으로는, In_xGa_{1 - x}N 질화물막은 아래 표1의 조건과 같이 인듐함량(x)조건을 설정하여 활성층으로 갈수록 점차 밴드갭이 감소되도록 성장시켰다.

구분	제1막	제2막	제3막	제4막	제5막
실시예1A	4%	7%	10%	13%	16%
실시예1B	1.6%	5.8%	10%	14.2%	18.4%

( 실시예 1C)

앞선 실시예1A 및 1B와 같이, 질화물 반도체 발광소자를 성장하되, 전류확산층도 9쌍의 GaN 질화물막과 In_xGa_{1 - x}N 질화물막을 구비하도록 설계하였다.

또한, 9개의 GaN 질화물막 중 양측 가장자리 각각 2개의 GaN 질화물막은 5㎚의 두께를 갖도록 성장되고, 나머지 5개의 GaN 질화물막은 4㎚의 두께를 갖도록 성장되었다. 또한, 9개의 In_xGa_{1 - x}N 질화물막은 각각 2.5㎚의 두께로 동일하게 성장하였다.

하지만, 본 실시예에서 채용된 제2 질화물막의 그레이드 조건으로는, In_xGa_{1 -x}N 질화물막은 아래 표2의 조건과 같이 인듐함량(x)조건을 설정하여 활성층으로 갈수록 점차 밴드갭이 감소되도록 성장시켰다.

구분	제1막	제2막	제3막	제4막	제5막	제6막	제7막	제8막	제9막
실시예1C	4%	5.5%	7%	8.5%	10%	11.5%	13%	14.5%	16%

( 실시예 2A,2B)

앞선 실시예1A 및 1B와 같이, 질화물 반도체 발광소자를 성장하였다. 전류확산층도 5쌍의 GaN 질화물막과 In_xGa_{1 - x}N 질화물막을 구비하도록 설계하였다.

여기서, 5개의 GaN 질화물막 중 양측 가장자리 각각 1개의 GaN 질화물막은 5㎚의 두께를 갖도록 성장되고, 나머지 3개의 GaN 질화물막은 4㎚의 두께를 갖도록 성장되었다. 또한, 5개의 In_xGa_{1 - x}N 질화물막은 각각 2.5㎚의 두께로 동일하게 성장하였다.

하지만, 본 실시예에서 채용된 제2 질화물막의 그레이드 조건으로는, In_xGa_{1 -x}N 질화물막은 아래 표3의 조건과 같이 인듐함량(x)조건을 설정하여 활성층으로 갈수록 점차 밴드갭이 증가되도록 성장시켰다.

구분	제1막	제2막	제3막	제4막	제5막
실시예2A	16%	13%	10%	7%	4%
실시예2B	18.4%	14.2%	10%	5.8%	1.6%

( 실시예 3A,3B)

앞선 실시예1A 및 1B와 같이, 질화물 반도체 발광소자를 성장하였다. 전류확산층도 9쌍의 GaN 질화물막과 In_xGa_{1 - x}N 질화물막을 구비하도록 설계하였다.

여기서, 9개의 GaN 질화물막 중 양측 가장자리 각각 2개의 GaN 질화물막은 5㎚의 두께를 갖도록 성장되고, 나머지 5개의 GaN 질화물막은 4㎚의 두께를 갖도록 성장되었다. 또한, 9개의 In_xGa_{1 - x}N 질화물막은 각각 2.5㎚의 두께로 동일하게 성장하였다.

하지만, 본 실시예에서 채용된 제2 질화물막의 그레이드 조건으로는, In_xGa_{1 -x}N 질화물막은 아래 표4의 조건과 같이 인듐함량(x)조건을 설정하여 활성층으로 갈수록 밴드갭이 감소하다가 증가되도록 성장시켰다.

구분	제1막	제2막	제3막	제4막	제5막	제6막	제7막	제8막	제9막
실시예3A	4%	7%	10%	13%	16%	13%	10%	7%	4%
실시예3B	1.6%	5.8%	10%	14.2%	18.4%	14.2%	10%	5.8%	1.6%

( 실시예 4A,4B)

앞선 실시예3A 및 3B와 같이, 질화물 반도체 발광소자를 성장하였다. 전류확산층도 9쌍의 GaN 질화물막과 In_xGa_{1 - x}N 질화물막을 구비하도록 설계하였다.

여기서, 9개의 GaN 질화물막 중 양측 가장자리 각각 2개의 GaN 질화물막은 5㎚의 두께를 갖도록 성장되고, 나머지 5개의 GaN 질화물막은 4㎚의 두께를 갖도록 성장되었다. 또한, 9개의 In_xGa_{1 - x}N 질화물막은 각각 2.5㎚의 두께로 동일하게 성장하였다.

하지만, 본 실시예에서 채용된 제2 질화물막의 그레이드 조건으로는, In_xGa_1-xN 질화물막은 아래 표5의 조건과 같이 인듐함량(x)조건을 설정하여 활성층으로 갈수록 점차 밴드갭이 증가하다가 감소되도록 성장시켰다.

구분	제1막	제2막	제3막	제4막	제5막	제6막	제7막	제8막	제9막
실시예4A	16%	13%	10%	7%	4%	7%	10%	13%	16%
실시예4B	18.4%	14.2%	10%	5.8%	1.6%	5.8%	10%	14.2%	18.4%

( 비교예1 )

전류확산층을 도입하지 않는 것만을 제외하고, 앞선 실시예1A 및 1B과 동일한 조건으로 질화물 반도체 발광소자를 성장하였다.

( 비교예2 )

앞선 실시예1A 및 1B과 동일한 조건으로 질화물 반도체 발광소자를 성장하되, 전류확산층은 5쌍의 GaN 질화물막과 In_{0 .1}Ga_{0 .9}N 질화물막을 구비하도록 설계하였다. 여기서, 5개의 GaN 질화물막 모두를 5㎚의 두께를 갖도록 성장되고, 5개의 In_xGa_1-xN 질화물막은 각각 2.5㎚의 두께로 동일하게 성장하였다.

상기한 실시예에 따라 제조된 질화물 반도체 발광소자와 비교예에 따라 제조된 질화물 반도체 발광소자의 광출력과 함게 순방향 전압을 측정하여 도9 및 도10의 그래프로 나타내었다.

도9을 참조하면, 비교예1 및 2와 대비하여, 실시예에 따른 질화물 반도체 발광소자는 상대적으로 높은 광출력을 나타내었으며, 특히, 실시예1C의 경우에는 비교예1보다 6.4mW(4.46%)로 크게 개선된 것을 확인할 수 있다.

한편, 동작전압 측면에서는, 실시예1C를 제외하고 본 실시예에 따른 질화물반도체 발광소자가 비교예1 및 2에 대비하여 대체로 낮게 나타났으며, 특히 실시예3B의 경우에는 0.069V(2.18%)로 크게 개선된 것을 확인할 수 있었다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

Claims (14)

1. p형 및 n형 질화물 반도체층;
   상기 p형 및 n형 질화물 반도체층 사이에 형성되며, 복수의 양자장벽층과 복수의 양자우물층이 교대로 적층된 활성층; 및
   상기 n형 질화물 반도체층과 상기 활성층 사이에 형성되며, 복수의 제1 질화물 박막과 복수의 제2 질화물 박막이 교대로 적층된 전류확산층;을 포함하며,
   상기 제1 질화물 박막은 각각 상기 제2 질화물 박막의 밴드갭보다 큰 밴드갭을 가지며, 상기 복수의 제1 질화물 박막 중 양측 가장자리에 각각 위치한 제1 질화물 박막은 그 사이에 위치한 다른 제1 질화물 박막의 두께보다 큰 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광 소자.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 다른 제1 질화물 박막의 두께는 상기 양측 가장자리에 각각 위치한 제1 질화물 박막의 두께의 60∼90% 범위인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 양측 가장자리에 각각 위치한 제1 질화물 박막의 두께는 4∼5㎚ 범위이며, 상기 다른 제1 질화물 박막의 두께는 3∼4㎚ 범위인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제2 질화물 박막의 두께는 0.5∼3㎚ 범위인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 제2 질화물 박막의 에너지 밴드갭은 상기 활성층에 가까울수록 작아지거나 커지는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1 질화물 박막은 GaN이며, 상기 제2 질화물 박막은 In_xGa_1-xN이며, 여기서, x는 0.01 내지 0.2 범위에서 조정되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 제2 질화물 박막은 인접한 다른 제2 질화물 박막과 인듐함량(x) 차이가 0.02 내지 0.05인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 제2 질화물 박막의 에너지 밴드갭은 상기 활성층에 가까울수록 감소하다가 다시 증가하거나, 증가하다가 다시 감소하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 복수의 제1 및 제2 질화물 박막은 5쌍 내지 9쌍인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 질화물 박막은 GaN이며, 상기 제2 질화물 박막은 In_xGa_1-xN이며, 여기서, x는 0.01 내지 0.2 범위에서 조정되고,
    상기 제2 질화물 박막은 인접한 다른 제2 질화물 박막과 인듐함량(x) 차이가 0.02 내지 0.05인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 발광소자.
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