KR102224116B1 - 발광소자 및 조명시스템 - Google Patents

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Abstract

실시예의 발광소자는 제 1 도전형 반도체층; 상기 제 1 도전형 반도체층 상에 배치되고, 복수의 양자벽층과 복수의 양자우물층을 포함하는 활성층; 상기 활성층 상에 배치된 제 2 도전형 반도체층;을 포함하고, 상기 활성층은 복수의 양자벽층은 서로 다른 에너지 밴드갭을 갖는 것을 특징으로 한다.
실시예에 의하면 광도를 증대시킬 수 있는 최적의 구조를 구비한 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.

Description

발광소자 및 조명시스템{LIGHT EMITTING DEVICE AND LIGHTING SYSTEM}
실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting Device)는 전기에너지가 빛 에너지로 변환되는 특성의 p-n 접합 다이오드로서, 주기율표상에서 Ⅲ족과 Ⅴ족 등의 화합물 반도체로 생성될 수 있고 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.
발광소자는 순방향전압 인가 시 n층의 전자(electron)와 p층의 정공(hole)이 결합하여 전도대(Conduction band)와 가전대(Valance band)의 밴드갭 에너지에 해당하는 만큼의 에너지를 발산하는데, 이 에너지는 주로 열이나 빛의 형태로 방출되며, 빛의 형태로 발산되면 발광소자가 된다.
예를 들어, 질화물 반도체는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭 에너지에 의해 광소자 및 고출력 전자소자 개발 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 특히, 질화물 반도체를 이용한 청색(Blue) 발광소자, 녹색(Green) 발광소자, 자외선(UV) 발광소자 등은 상용화되어 널리 사용되고 있다.
최근 고효율 LED 수요가 증가함에 광도 개선이 이슈가 되고 있다.
광도를 개선하는 방안으로 활성층 (MQW) 구조 개선, 전자차단층 (EBL)의 개선, 활성층의 개선 등의 시도가 있으나 큰 효과를 보지 못하는 상황이다.
실시예는 광도를 향상시킬 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
실시예의 발광소자는 제 1 도전형 반도체층; 상기 제 1 도전형 반도체층 상에 배치되고, 복수의 양자벽층과 복수의 양자우물층을 포함하는 활성층; 상기 활성층 상에 배치된 제 2 도전형 반도체층;을 포함하고, 상기 활성층은 복수의 양자벽층은 서로 다른 에너지 밴드갭을 갖는 것을 특징으로 한다.
다른 측면에서 실시예의 발광소자는 제 1 도전형 반도체층; 상기 제 1 도전형 반도체층 상에 배치되고, 복수의 양자벽층과 복수의 양자우물층이 교번하여 배치된 활성층; 상기 활성층 상에 배치된 제 2 도전형 반도체층;을 포함하고, 상기 복수의 양자우물층은 InGaN을 포함하고, 상기 복수의 양자벽층은 AlGaN을 포함하며, 상기 복수의 양자벽층은 Al의 조성비를 서로 달리하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 따른 조명시스템은 상기 발광소자를 구비하는 발광유닛을 포함할 수 있다.
실시예에 의하면 광도를 증대시킬 수 있는 최적의 구조를 구비한 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 복수의 양자우물 전반에 걸쳐 전자와 전공을 이동시켜 발광효율이 향상된 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 활성층의 품질을 향상시켜 동작전압을 감소시키고 신뢰성 및 재현성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
그리고, 실시예에 의하면 양자구속효과의 개선, 발광효율의 개선 및 소자신뢰성 개선할 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 발광소자의 단면도이다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 활성층의 단면도이다.
도 3은 제 1 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램의 제 1 예시도이다.
도 4는 제 1 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램의 제 2 예시도이다.
도 5는 제 1 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램의 제 3 예시도이다.
도 6은 제 1 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램의 제 4 예시도이다.
도 7은 제 1 실시예에 따른 활성층의 전자 집중도와 기존 활성층의 전자 집중도를 비교한 그래프이다.
도 8은 제 1 실시예에 따른 활성층과 기존 활성층의 파장대역당 발광량을 비교한 그래프이다.
도 9는 제 2 실시예에 따른 제 1 양자벽층의 단면도이다.
도 10은 제 2 실시예에 따른 제 2 실시예의 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램의 예시도이다.
도 11 내지 도 14는 실시예에 따른 발광소자의 제조방법의 공정 단면도이다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판(110), 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.
도 1은 실시예에 따른 발광소자의 단면도이다.
상기 발광 소자는 도 1에 예시된 수평형 타입의 발광 소자가 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 수직형 발광소자 및 플립칩 발광소자 등에도 당연히 적용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 발광소자(100)는 제 1 도전형 반도체층(141)과, 상기 제 1 도전형 반도체층(141) 상에 양자우물과 양자벽을 포함하는 활성층(143)과, 상기 활성층(143) 상에 제 2 도전형 반도체층과, 상기 제 1 도전형 반도체층(141)과 제 2 도전형 반도체층(145)에 각각 전기적으로 연결된 제 1 전극(191)과, 제 2 전극(192)을 포함할 수 있다.
상기 제 1 전극(191)과 제 2 전극(192)으로부터 전기 에너지를 전달받은 제 1 도전형 반도체층(141)과 제 2 도전형 반도체층(145)은 각각 전자 또는 전공을 활성층(143)으로 주입한다.
그리고, 상기 활성층(143)은 멀티 퀀텀 웰(multi-quantum well) 구조를 가지며, 복수의 양자우물에서 전자와 정공의 결합(recombination)을 촉진하여 발광 효율을 높일 수 있다.
이러한 멀티 퀀텀 웰의 활성층(143)은 복수의 양자우물 전반에 걸쳐 전자와 정공이 트랩(trap)된 후 결합이 일어날 때 가장 큰 발광효율을 얻을 수 있다.
그런데, 전자는 큰 이동도(mobility)로 인해 모든 양자우물 전반에 걸쳐 트랩될 수 있으나, 정공은 작은 이동도로 인하여 정공을 주입하는 층(예컨대, 제 2 도전형 반도체층(145))에 인접한 양자우물을 제외한 나머지 양자우물에서는 트랩되는 수가 현저히 적어진다.
따라서, 정공을 주입하는 반도체층에 인접한 양자우물에서만 집중적으로 발광이 이루어지고, 전자를 주입하는 반도체층(예컨대, 제 1 도전형 반도체층(141))에 인접한 양자우물에서는 발광이 거의 일어나지 않아 발광효율이 저하되는 문제가 있다.
따라서, 정공을 주입하는 반도체층에 인접한 양자우물에서만 집중적으로 발광이 이루어지고, 전자를 주입하는 반도체층(예컨대, 제 1 도전형 반도체층(141)에 인접한 양자우물에서는 발광이 거의 일어나지 않아 발광효율이 저하되는 문제가 있다.
한편, 자외선 파장 대역의 광을 방출하는 발광소자(예컨대, 315nm~420nm UV-A LED)의 경우에는, 양자우물에 에너지 밴드갭이 높기 때문에, 양자벽 또한 에너지 밴드갭이 높이기 위하여 알류미늄(Al) 조성이 높은 반도체층을 이용한다.
그런데, 이렇게 에너지 밴드갭이 높은 양자벽을 사용하였을 때, 양자우물에 정공 주입이 어려울 뿐만 아니라 전자 주입 또한 어려워질 수 있다.
즉, 전자 또한 높은 에너지 밴드갭을 갖는 양자벽을 통과하기 어려워, 전자를 주입하는 반도체층에 인접한 양자우물에는 전자만 집중되고, 정공을 주입하는 반도체층에 인접한 양자우물에는 전공만 집중되어, 전자와 전공의 결합자체가 어려워질 수 있다.
실시예에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 양자벽층의 에너지 밴드갭을 적절히 변화시켜 활성층(143) 전반에 걸쳐 전자와 전공이 결함시킴으로써, 광출력을 개선할 수 있는 발광소자를 제안하고자 한다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 활성층(143)의 단면도이고, 도 3은 제 1 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램의 제 1 예시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 실시예에 따른 발광소자는 제 1 도전형 반도체층(141)과, 상기 제 1 도전형 반도체층(141) 상에 양자우물(200)과 양자벽(300)을 포함하는 활성층(143)과, 상기 활성층(143) 상에 상에 제 2 도전형 반도체층(145)을 포함할 수 있다.
그리고, 도 2를 보면 상기 활성층(143)은 에너지 밴드갭이 작은 복수의 양자우물층과, 에너지 밴드갭이 큰 복수의 양자벽층이 교번하여 적층되도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(143)은 제 1 내지 9 양자우물층(210, 220, 230, 240, 250, 260, 270, 280, 290)과 제 1 내지 제 8 양자벽층(310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380)이 서로 교번하여 적층될 수 있다.
이러한 상기 활성층(143)은 제 1 도전형 반도체층(141)을 통해서 주입되는 전자(또는, 전공)와 이후 형성되는 제 2 도전형 반도체층(145)을 통해서 주입되는 정공(또는, 전자)이 서로 만나서 활성층(143) 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다.
그리고, 상기 활성층(143)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.
상기 활성층(143)의 양자우물/양자벽은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 양자우물은 상기 양자벽의 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 자외선 파장대역의 빛을 방출하는 발광소자의 경우, 상기 활성층(143)의 양자우물은 In의 조성비가 낮은 InGaN을 포함할 수 있으며, 양자벽은 Al의 조성비가 높은 AlGaN을 포함할 수 있다.
즉, 낮은 파장대역의 빛을 방출하기 위하여, 양자우물의 에너지 밴드갭을 증가시키고, 상기 양자우물에 에너지 밴드갭이 증가함에 따라서 양자벽의 에너지 밴드갭을 증가시킬 수 있다.
그런데, 상기 양자벽의 에너지 밴드갭이 증가함에 따라 양자우물, 특히, 복수의 양자우물층을 갖는 양자우물(200)에 경우, 복수의 양자우물층 전반에 걸쳐 전자와 전공을 주입시키기 어려워질 수 있다.
도 3을 보면, 상기 제 1 도전형 반도체층(141)에 인접한 양자우물층인 제 1 양자우물층에 전자가 주입된 후 에너지 밴드갭이 높은 제 1 양자벽에 막혀 제 2 양자우물층으로의 전자 이동이 어려울 수 있다. 마찬가지로, 상기 제 2 도전형 반도체층(145)에 인접한 양자우물층인 제 9 양자우물층에 전공이 주입된 후 에너지 밴드갭이 높은 제 8 양자벽에 막혀 제 7 양자우물층으로 전공이 이동하기 어려울 수 있다.
따라서, 상기 복수의 양자우물층에 전자와 전공의 주입이 어려워짐에 따라서, 전자와 전공의 결합이 낮아지므로, 발광효율이 떨어질 수 있다.
이하에서는 복수의 양자벽층의 에너지 밴드갭을 적절히 변화시킴으로써, 복수의 양자우물층 전반에 걸쳐 전자와 전공의 주입을 개선시킬 수 있는 다양한 실시예의 활성층(143)을 설명한다.
도 4는 제 1 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램의 제 2 예시도이다.
상기 활성층(143)은 거의 균일한 에너지 밴드갭을 갖는 복수의 양자우물층을 포함하는 양자우물과, 서로 다른 에너지 밴드갭을 갖는 복수의 양자벽을 포함하는 양자벽을 포함할 수 있다.
도 4를 보면, 상기 양자우물을 이루는 제 1 내지 9 양자우물층(210, 220, 230, 240, 250, 260, 270, 280, 290)은 균일한 에너지 밴드갭을 가질 수 있다.
반면, 상기 양자벽을 이루는 제 1 내지 제 8 양자벽층(310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380)은 제 2 도전형 반도체층(145)에 인접할수록 에너지 밴드갭이 감소할 수 있다. 다른 측면에서 보면, 상기 제 1 내지 제 8 양자벽층(310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380)은 상기 제 1 도전형 반도체층(141)에 인접할수록 에너지 밴드갭이 증가할 수 있다.
이러한 에너지 밴드갭 엔지어링은, 상기 제 1 내지 제 8 양자벽층(310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380)을 이루는 화합물의 조성을 변경시킴으로써 이루어질 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 내지 제 8 양자벽층(310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380)이 AlxInyGa(1-x-y)N(단, 0≤x≤1, 0≤y≤1)을 포함할 때, Al의 조성비를 제 1 양자벽층(310)에서 제 8 양자벽층(380)으로 갈수록 점점 감소시켜, 도 4의 에너지 밴드 다이어그램을 갖는 양자벽을 형성할 수 있다. 또는, In의 조성비를 제 1 양자벽층(310)에서 제 8 양자벽층(380)으로 갈수록 점차적으로 증가시켜 도 4의 에너지 밴드 다이어그램을 갖도록 형성할 수 있다.
좀더 상세히, 상기 제 1 내지 제 8 양자벽층(310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380)이 AlGaN을 포함할 때, 상기 AlxGa(1-x)N(단, 0≤x≤1)에서 x가 제 2 도전형 반도체층(145)에 인접할수록 점점 증가되도록 제 1 내지 제 8 양자벽층(310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380)을 형성할 수 있다.
이때, 상기 AlxGa(1-x)N에서 x는 0.05 내지 0.19 내의 값을 가질 수 있다. 상기 x의 값이 0.05 이하가 될 경우, 상기 양자벽층의 에너지 밴드갭이 너무 낮아져서 양자벽층의 역할(전자 또는 전공을 인접한 양자우물에 트랩)을 제대로 수행할 수 없으며, x의 값이 0.19 이상이 될 경우, 상기 양자벽층의 에너지 밴드갭이 너무 커져서 전공 또는 전자의 주입이 어려워질 수 있다.
그리고, 상기 x의 값은 제 1 양자벽층(310)에서 한층씩 증가할 때마다, 0.02씩 커질 수 있다.
즉, 정리하면 상기 양자벽은, 상기 제 1 양자벽층(310)이 Al0.19Ga-0.81N을 포함하고, 상기 제 2 도전형 반도체층(145)에 인접할수록 양자벽층의 x를 0.2씩 점점 감소시켜, 상기 제 8 양자벽층(380)은 Al0.05Ga-0.95N을 포함할 수 있다.
이러한 상기 양자벽은 이동도가 낮은 전공을 공급하는 제 2 도전형 반도체층(145)측 양자벽층의 에너지 밴드갭을 낮게 하여, 전공이 제 1 도전형 반도체층(141)에 인접한 양자우물층까지 주입되도록 할 수 있다. 그리고, 이동도가 높은 전자를 공급하는 제 2 도전형 반도체층(145)의 에너지 밴드갭을 높게 하여, 전자가 복수의 양자우물층 전반에 걸쳐 트랩되도록 할 수 있다.
따라서, 상기 양자우물층 전반에 걸쳐 전자와 전공이 주입됨으로써, 발광소자의 발광효율을 향상시킬 수 있다.
도 5는 제 1 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램의 제 3 예시도이다.
상기 활성층(143)은 거의 균일한 에너지 밴드갭을 갖는 복수의 양자우물층을 포함하는 양자우물과, 서로 다른 에너지 밴드갭을 갖는 복수의 양자벽을 포함하는 양자벽을 포함할 수 있다.
도 5를 보면, 상기 양자우물을 이루는 제 1 내지 9 양자우물층(210, 220, 230, 240, 250, 260, 270, 280, 290)은 균일한 에너지 밴드갭을 가질 수 있다.
반면, 상기 양자벽을 이루는 제 1 내지 제 8 양자벽층(310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380)은 제 2 도전형 반도체층(145)에 인접할수록 에너지 밴드갭이 증가될 수 있다. 다른 측면에서 보면, 상기 제 1 내지 제 8 양자벽층(310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380)은 상기 제 1 도전형 반도체층(141)에 인접할수록 에너지 밴드갭이 감소할 수 있다.
이러한 에너지 밴드갭 엔지어링은, 상기 제 1 내지 제 8 양자벽층(310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380)을 이루는 화합물의 조성을 변경시킴으로써 이루어질 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 내지 제 8 양자벽층(310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380)이 AlxInyGa(1-x-y)N(단, 0≤x≤1, 0≤y≤1)을 포함할 때, Al의 조성비를 제 1 양자벽층(310)에서 제 8 양자벽층(380)으로 갈수록 점점 증가시켜, 도 5의 에너지 밴드 다이어그램을 갖는 양자벽을 형성할 수 있다. 또는, In의 조성비를 제 1 양자벽층(310)에서 제 8 양자벽층(380)으로 갈수록 점차적으로 감소시켜 도 5의 에너지 밴드 다이어그램을 갖도록 형성할 수 있다.
좀더 상세히, 상기 제 1 내지 제 8 양자벽층(310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380)이 AlGaN을 포함할 때, 상기 AlxGa(1-x)N(단, 0≤x≤1)에서 x가 제 1 도전형 반도체층(141)에 인접할수록 점점 감소되도록 제 1 내지 제 8 양자벽층(310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380)을 형성할 수 있다.
이때, 상기 AlxGa(1-x)N에서 x는 0.05 내지 0.19 내의 값을 가질 수 있다. 상기 x의 값이 0.05 이하가 될 경우, 상기 양자벽층의 에너지 밴드갭이 너무 낮아져서 양자벽층의 역할(전자 또는 전공을 인접한 양자우물에 트랩)을 제대로 수행할 수 없으며, x의 값이 0.19 이상이 될 경우, 상기 양자벽층의 에너지 밴드갭이 너무 커져서 전공 또는 전자의 주입이 어려워질 수 있다.
그리고, 상기 x의 값은 제 1 양자벽층(310)에서 한층씩 증가할 때마다, 0.02씩 커질 수 있다.
즉, 정리하면 상기 양자벽은, 상기 제 1 양자벽층(310)이 Al0.05Ga-0.95N을 포함하고, 상기 제 2 도전형 반도체층(145)에 인접할수록 양자벽층의 x를 0.2씩 점점 증가시켜, 상기 제 8 양자벽층(380)을 Al0.19Ga-0.81N로 포함할 수 있다.
이러한 상기 양자벽은 이동도가 높은 전자를 제 2 도전형 반도체층(145)에 인접한 양자우물층(예컨대, 제 9 양자우물층)까지 전자를 원활하게 이동하도록 할 수 있다.
이때, 이동도가 낮은 전공은 제 2 도전형 반도체층(145)에 인접한 양자우물층에 집중적으로 트랩될 것이므로, 제 2 도전형 반도체층(145)에 인접한 양자우물층에서 활발하게 전자와 전공이 결함하게 함으로써, 발광소자의 발광효율을 향상시킬 수 있다.
도 6은 제 1 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램의 제 4 예시도이다.
상기 활성층(143)은 거의 균일한 에너지 밴드갭을 갖는 복수의 양자우물층을 포함하는 양자우물과, 서로 다른 에너지 밴드갭을 갖는 복수의 양자벽을 포함하는 양자벽을 포함할 수 있다.
도 6을 보면, 상기 양자우물을 이루는 제 1 내지 9 양자우물층(210, 220, 230, 240, 250, 260, 270, 280, 290)은 균일한 에너지 밴드갭을 가질 수 있다.
반면, 상기 양자벽을 이루는 제 1 내지 제 8 양자벽층(310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380)은 제 2 도전형 반도체층(145)에 인접할수록 에너지 밴드갭이 증가하다 감소할 수 있다. 다른 측면에서 보면, 상기 제 1 내지 제 8 양자벽층(310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380)은 상기 제 1 도전형 반도체층(141)에 인접할수록 에너지 밴드갭이 감소하다 증가할 수 있다.
즉, 중간에 배치된 특정 양자벽층(이하, 피크 양자벽층)에서 피크(peak)치의 에너지 밴드갭을 갖고, 상기 제 1 양자벽층(310)과 상기 제 8 양자벽층(380)은 낮은 에너지 밴드갭을 가질 수 있다. 그리고, 상기 제 1 양자벽층(310)과 피크 양자벽층 사이의 양자벽층들은 상기 피크 양자벽층에 인접할수록 점점 에너지 밴드갭이 커질 수 있다. 마찬가지로, 상기 제 8 양자벽층(380)과 피크 양자벽층 사이의 양자벽층들은 상기 피크 양자벽층에 인접할수록 점점 에너지 밴드갭이 커질 수 있다.
이러한 에너지 밴드갭 엔지어링은, 상기 제 1 내지 제 8 양자벽층(310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380)을 이루는 화합물의 조성을 변경시킴으로써 이루어질 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 내지 제 8 양자벽층(310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380)이 AlxInyGa(1-x-y)N(단, 0≤x≤1, 0≤y≤1)을 포함할 때, Al의 조성비를 제 1 양자벽층(310)에서 피크 양자벽층으로 갈수록 점점 증가시키고, Al의 조성비를 제 8 양자벽층(380)에서 피크 양자벽층으로 갈수록 점점 증가시켜, 도 6의 에너지 밴드 다이어그램을 갖는 양자벽을 형성할 수 있다.
좀더 상세히, 상기 제 1 내지 제 8 양자벽층(310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380)이 AlGaN을 포함할 때, 상기 AlxGa(1-x)N(단, 0≤x≤1)에서 x값을 변화시킬 수 잇다.
이때, 상기 AlxGa(1-x)N에서 x는 0.05 내지 0.19 내의 값을 가질 수 있다. 상기 x의 값이 0.05 이하가 될 경우, 상기 양자벽층의 에너지 밴드갭이 너무 낮아져서 양자벽층의 역할(전자 또는 전공을 인접한 양자우물에 트랩)을 제대로 수행할 수 없으며, x의 값이 0.19 이상이 될 경우, 상기 양자벽층의 에너지 밴드갭이 너무 커져서 전공 또는 전자의 주입이 어려워질 수 있다.
그리고, 상기 x의 값은 제 1 양자벽층(310)에서 한층씩 증가 또는 감소할 때마다, 0.02씩 커지거나 작아질 수 있다.
즉, 정리하면 상기 양자벽은, 상기 피크 양자벽층으로 제 4 양자벽층(340)을 Al0.19Ga-0.81N을 포함하고, 상기 제 1 양자벽층(310)과 제 8 양자벽층(380)은 Al0.05Ga-0.95N을 포함하며, 나머지 양자벽층들은 AlxGa(1-x)N(단, 0.05≤x≤0.19)을 포함할 수 있다.
이러한 상기 양자벽은 복수의 양자우물층 전반에 걸쳐 전자와 전공을 골고루 주입할 수 있다.
따라서, 상기 활성층(143) 전반에 걸쳐 발광이 이루어질 수 있으므로, 발광소자의 발광효율을 향상시킬 수 있다.
전술한 다양한 실시예의 활성층(143)의 에너지 밴드다이어그램들을 통해, 상기 활성층(143)의 구조, 양자우물의 에너비 밴드갭, 그 밖에 전자차단층(170), 전극 등에 따라서, 최적의 발광효율을 낼 수 있는 양자벽의 에너지 밴드 다이어그램을 선택할 수 있다.
도 7은 제 1 실시예에 따른 활성층(143)의 전자 집중도와 기존 활성층(143)의 전자 집중도를 비교한 그래프이고, 도 8은 제 1 실시예에 따른 활성층(143)과 기존 활성층(143)의 파장대역당 발광량을 비교한 그래프이다.
도 7과 도 8은, 제 1 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램의 제 3 예시도로 설계된 발광소자로 실험한 데이터이다.
도 7을 보면, 제 1 실시예에 따른 활성층(143)에서, 상기 제 1 도전형 반도체층(141)에 인접한 양자우물층(예컨대, 제 1 양자우물층)을 제외한 모든 양자우물층에서 전자의 농도가 기존 활성층(143)에서의 전자의 농도에 비해 높은 것을 알 수 있다.
이는, 상기 제 1 양자벽층(310)의 에너지 밴드갭을 낮게 하여, 전자가 제 2 도전형 반도체층(145)에 인접한 양자우물층으로 원활하게 이동함으로써, 복수의 양자우물층 전반에 걸쳐 골고루 전자가 공급된 것을 알 수 있다.
또한, 상기 그래프에는 도출되지 않았지만, Al 조성이 높은 양자벽층 일수록 정공 이동도가 높은 물질적인 특성을 갖기 때문에, 정공 또한 복수의 양자우물층 전반에 걸쳐 골고루 공급될 수 있다.
도 8을 보면, 제 1 실시예에 따른 활성층(143)은 활성층(143)의 방출 파장대역인 360~395nm 대역의 발광량이 기존 활성층(143)에 비하여 향상된 것을 알 수 있다.
즉, 실시예의 발광소자는 활성층(143) 전반에 걸쳐 전자를 고루 주입함으로써, 발광소자의 발광효율을 향상시킬 수 있다.
도 9는 제 2 실시예에 따른 제 1 양자벽층의 단면도이고, 도 10은 제 2 실시예에 따른 제 2 실시예의 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램의 예시도이다.
제 2 실시예는 제 1 실시예의 발광소자와 양자벽의 구성을 달리하며, 제 1 실시예의 구성과 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하고, 전술한 설명과 중복되는 설명에 대해서는 설명을 생략한다.
도 9는 양자벽 중 제 1 양자벽층만을 도시하였으나, 제 1 양자벽층에 대한 설명은 양자벽에 포함되는 모든 양자벽층에 대한 것으로, 이하에서는 제 1 양자벽층을 대표하여 제 2 실시예의 양자벽층들을 설명하기로 한다.
도 9를 참조하면, 제 2 실시예에 따른 제 1 양자벽층은 제 1 밴드갭층(311), 제 2 밴드갭층(312) 및 제 3 밴드갭층(313)을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제 2 밴드갭층(312)은 상기 제 1 밴드갭층(311)과 제 3 밴드갭층(313)의 에너지 밴드갭 보다 클 수 있다.
상기 활성층(143)에서 양자우물층은 AlxInyGa(1-x-y)N을 포함하며, Al의 조성비가 낮고 In 의 조성비가 높다.
이때, 상기 양자벽층이 Al 조성비가 높을 경우, 양자우물층과 양자벽층은 격자상수 차이에 따라서 양질의 계면을 형성할 수 없다.
따라서, 양자우물층과 접하는 제 1 밴드갭층(311)과 제 3 밴드갭층(313)에 Al 조성비를 낮추거나 In 조성비를 높이고, 양자우물과 격리된 제 2 밴드갭층(312)의 Al 조성비를 높여 양자벽의 역할을 충실히 수행할 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 밴드갭층(311)과 제 3 밴드갭층(313)에 In을 포함시키거나 Al 조성비를 낮추고, 제 2 밴드갭층(312)은 Al 조성비가 높은 AlGaN을 포함시킬 수 있다.
또는, 상기 제 1 밴드갭층(311)과 제 3 밴드갭층(313)은 GaN을 포함시키고, 상기 제 2 밴드갭층(312)은 AlGaN을 포함할 수 있다.
도 10을 보면, 상기 활성층(143)은 거의 균일한 에너지 밴드갭을 갖는 복수의 양자우물층과, 균일한 에너지 밴드갭을 갖는 복수의 양자벽층의 제 1 밴드갭층(311) 제 3 밴드갭층(313)과, 서로 다른 에너지 밴드갭을 갖는 복수의 양자벽층의 제 2 밴드갭층(312)을 포함할 수 있다.
좀더 상세히, 상기 양자우물을 이루는 제 1 내지 9 양자우물층은 균일한 에너지 밴드갭을 가질 수 있다.
그리고, 상기 양자벽을 이루는 제 1 내지 제 8 양자벽층이 포함하는 제 1 밴드갭층(311)과 제 3 밴드갭층(313)은 균일한 에너지 밴드갭을 가질 수 있다.
반면, 상기 제 1 내지 제 8 양자벽층이 포함하는 제 2 밴드갭층(312)을 서로 다른 에너지 밴드갭을 가질 수 있다.
실시예에서 제 2 밴드갭층(312)들은 제 2 도전형 반도체층(145)에 인접할수록 에너지 밴드갭이 증가될 수 있다. 다른 측면에서 보면, 상기 제 2 밴드갭층(312)은 상기 제 1 도전형 반도체층(141)에 인접할수록 에너지 밴드갭이 감소할 수 있다.
이러한 에너지 밴드갭 엔지어링은, 상기 제 1 내지 제 8 양자벽층을 이루는 화합물의 조성을 변경시킴으로써 이루어질 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 내지 제 8 양자벽층의 제 2 밴드갭층(312)이 AlxInyGa(1-x-y)N(단, 0≤x≤1, 0≤y≤1)을 포함할 때, Al의 조성비를 제 1 양자벽층의 제 2 밴드갭층(312)에서 제 8 양자벽층(380)의 밴드갭층으로 갈수록 점점 증가시켜, 도 10의 에너지 밴드 다이어그램을 갖는 양자벽을 형성할 수 있다.
좀더 상세히, 상기 제 1 내지 제 8 양자벽층의 제 2 밴드갭층(312)이 AlGaN을 포함할 때, 상기 AlxGa(1-x)N(단, 0≤x≤1)에서 x가 제 1 도전형 반도체층(141)에 인접할수록 점점 감소되도록 제 1 내지 제 8 양자벽층의 제 2 밴드갭층(312)을 형성할 수 있다.
이때, 상기 AlxGa(1-x)N에서 x는 0.05 내지 0.19 내의 값을 가질 수 있다. 상기 x의 값이 0.05 이하가 될 경우, 상기 양자벽층의 에너지 밴드갭이 너무 낮아져서 양자벽층의 역할(전자 또는 전공을 인접한 양자우물에 트랩)을 제대로 수행할 수 없으며, x의 값이 0.19 이상이 될 경우, 상기 양자벽층의 에너지 밴드갭이 너무 커져서 전공 또는 전자의 주입이 어려워질 수 있다.
그리고, 상기 x의 값은 제 1 양자벽층에서 한층씩 증가할 때마다, 0.02씩 커질 수 있다.
이러한 상기 양자벽은 이동도가 높은 전자를 제 2 도전형 반도체층(145)에 인접한 양자우물층(예컨대, 제 9 양자우물층)까지 전자를 원활하게 이동하도록 할 수 있다.
이때, 이동도가 낮은 전공은 제 2 도전형 반도체층(145)에 인접한 양자우물층에 집중적으로 트랩될 것이므로, 제 2 도전형 반도체층(145)에 인접한 양자우물층에서 활발하게 전자와 전공이 결함하게 함으로써, 발광소자의 발광효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 양자우물층과 양자벽층의 격자상수 차이가 줄어 양질의 계면을 가질 수 있어, 발광효율이 향상될 수 있다.
도 11 내지 도 14는 실시예에 따른 발광소자의 제조방법의 공정 단면도이다.
이하에서는 이러한 실시예의 발광소자는 제조하는 방법에 대하여 도 8 내지 12를 참조하여 설명한다.
먼저, 도 11과 같이 기판(110)을 준비한다. 상기 기판(110)은 열전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판(110) 또는 절연성 기판(110)일수 있다. 예를 들어, 상기 기판(110)은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, and Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 상기 기판(110) 위에는 PSS(Patterned Sapphire Substrate)(P)가 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 기판(110)에 대해 습식세척을 하여 표면의 불순물을 제거할 수 있다.
이후, 상기 기판(110) 상에 제 1 도전형 반도체층(141), 활성층(143) 및 제 2 도전형 반도체층(145)을 포함하는 발광구조물을 형성할 수 있다.
이때, 상기 기판(110) 위에는 버퍼층(120)이 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(120)은 상기 발광구조물의 재료와 기판(110)의 격자 부정합을 완화시켜 줄 수 있으며, 버퍼층(120)의 재료는 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
상기 버퍼층(120) 위에는 언도프드(undoped) 반도체층이 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제 1 도전형 반도체층(141)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제 1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 상기 제 1 도전형 반도체층(141)이 n형 반도체층인 경우, 상기 제 1도전형 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 제 1 도전형 반도체층(141)은 InxAlyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다.
상기 제 1 도전형 반도체층(141)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN,AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
상기 제 1 도전형 반도체층(141)은 화학증착방법(CVD) 혹은 분자선 에피택시 (MBE) 혹은 스퍼터링 혹은 수산화물 증기상 에피택시(HVPE) 등의 방법을 사용하여 n형 GaN층을 형성할 수 있다. 또한, 상기 제 1 도전형 반도체층(141)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 실리콘(Si)와 같은 n 형 불순물을 포함하는 실란 가스(SiH4)가 주입되어 형성될 수 있다.
다음으로, 실시예는 제 1 도전형 반도체층(141) 상에 질화갈륨계열 초격자층(150)을 형성할 수 있다. 상기 질화갈륨계열 초격자층(150)은 제 1 도전형 반도체층(141)과 활성층(143) 사이의 격자 불일치에 기이한 응력을 효과적으로 완화시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 질화갈륨계열 초격자층(150)은 InyAlxGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1)/GaN 등으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 질화갈륨계열 초격자층(150)은 활성층(143)에 포함된 p형 도펀트가 상기 제 1 도전형 반도체층(141)으로 확산되지 않도록 배리어 역할을 할 수 있다.
이후, 도 13을 보면, 상기 질화갈륨계열 초격자층(150) 상에 활성층(143)을 형성한다.
상기 활성층(143)은 제 1 도전형 반도체층(141)을 통해서 주입되는 전자와 이후 형성되는 제 2 도전형 반도체층(145)을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층(143)(발광층) 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다.
상기 활성층(143)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(143)은 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 트리메틸 인듐 가스(TMIn) 또는 p형 도펀트가 주입되어 다중 양자우물구조가 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성층(143)의 양자우물/양자벽은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 양자우물은 상기 양자벽의 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 2를 보면, 상기 활성층(143)은 에너지 밴드 갭이 작은 복수의 양자우물과 에너지 밴드 갭이 큰 복수의 양자벽이 교번하여 적층되도록 형성될 수 있다.
이때, 거의 균일한 에너지 밴드갭을 갖는 복수의 양자우물층을 포함하도록 양자우물과, 서로 다른 에너지 밴드갭을 갖는 복수의 양자벽을 포함하도록 양자벽을 형성할 수 있다.
도 5를 보면, 상기 양자우물을 이루는 제 1 내지 9 양자우물층(210, 220, 230, 240, 250, 260, 270, 280, 290)은 균일한 에너지 밴드갭으로 형성할 수 있다.
반면, 상기 양자벽을 이루는 제 1 내지 제 8 양자벽층(310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380)은 제 2 도전형 반도체층(145)에 인접할수록 에너지 밴드갭이 되도록 형성할 수 있다.
이러한 에너지 밴드갭 엔지어링은, 상기 제 1 내지 제 8 양자벽층(310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380)을 이루는 화합물의 조성을 변경시킴으로써 이루어질 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 내지 제 8 양자벽층(310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380)이 AlxInyGa(1-x-y)N(단, 0≤x≤1, 0≤y≤1)을 포함할 때, Al의 조성비를 제 1 양자벽층(310)에서 제 8 양자벽층(380)으로 갈수록 점점 증가시켜, 도 5의 에너지 밴드 다이어그램을 갖는 양자벽을 형성할 수 있다. 또는, In의 조성비를 제 1 양자벽층(310)에서 제 8 양자벽층(380)으로 갈수록 점차적으로 감소시켜 도 5의 에너지 밴드 다이어그램을 갖도록 형성할 수 있다.
이러한 상기 양자벽은 이동도가 높은 전자를 제 2 도전형 반도체층(145)에 인접한 양자우물층(예컨대, 제 9 양자우물층)까지 전자를 원활하게 이동하도록 하여, 발광효율을 향상시킬 수 있다.
도 13을 보면, 실시예는 양자우물에 가해지는 응력을 최소화하면서 동시에 양자구속효과를 효과적으로 증대하기 위해, 상기 활성층(143) 상에 배리어층(160)(undoped last barrier)을 형성할 수 있다.
도 3을 보면, 실시예에서 상기 배리어층(160)은 상기 양자우물 중 상기 제 2 도전형 반도체층(145)에 가장 인접한 라스트 양자우물 상에 제 1 Inp1Ga1-p1N층(161)(단, 0〈p1〈1)과, 상기 제 1 Inp1Ga1-p1N층(161) 상에 AlqGa1-qN층(163)(단, 0〈q〈1) 및 상기 AlqGa1-qN층(163) 상에 제 2 Inp2Ga1-p2N층(165)(단, 0〈p2〈1)을 포함할 수 있다.
실시예에 의하면 AlqGa1-qN층(163)에서의 Al을 구비함에 따라 밴드갭 에너지 준위가 상대적으로 높아짐으로써, 상기 AlqGa1-qN층(163)의 에너지 밴드갭은 상기 제 1 Inp1Ga1-p1N층(161) 및 상기 제 2 Inp2Ga1-p2N층(165)의 에너지 밴드갭보다 클 수 있다.
또한, 배리어층(160) 내의 AlqGa1-qN층(163)의 에너지 밴드갭이 활성층(143) 내의 양자벽의 에너지 밴드갭보다 크므로 양자우물 내에 전자를 효과적으로 구속할 수 있다.
실시예에 따르면 배리어층(160) 내의 상기 제 1 Inp1Ga1-p1N층(161) 및 상기 제 2 Inp2Ga1-p2N층(165)의 면방향 격자상수가 AlqGa1-qN층(163)의 면방향 격자상수보다 크므로 AlqGa1-qN층(163)로부터 양자우물에 가해지는 응력을 완화시킬 수 있다.
또한, 이로 인해, 활성층(143) 내 양자우물에 작용하는 내부장을 감소시켜서 양자우물에서 전자와 정공의 발광결합 확률을 증대시킴으로써 발광효율을 개선시킬 수 있다.
실시예에 따른 배리어층(160)은 활성층(143)에 가하는 응력을 최소화 하면서 동시에 효과적으로 활성층(143) 내에 전자를 양자역학적으로 구속할 수 있다.
다음으로, 상기 배리어층(160) 상에 AlxInyGa(1-x-y)N 계열 (단, 0≤x≤1, 0≤y≤1)의 전자차단층(170) 및 상기 전자차단층(170) 상에 제 2 도전형 반도체층(145)을 형성할 수 있다.
상기 전자차단층(170)은 전자 차단(electron blocking) 및 활성층(143)의 클래딩(MQW cladding) 역할을 해줌으로써 발광효율을 개선할 수 있다.
상기 전자차단층(170)은 상기 활성층(143)의 에너지 밴드 갭보다 큰 에너지 밴드 갭을 가질 수 있다. 상기 전자차단층(170)은 초격자(superlattice)로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 전자차단층(170) p형 불순물로 도핑될 수 있다. 예를 들어, 상기 전자차단층(170)은 Mg이 약 1018~1020/cm3 농도 범위로 이온주입 등의 방법을 사용하여 도핑되어 오버플로우되는 전자를 효율적으로 차단하고, 홀의 주입효율을 증대시킬 수 있다.
다음으로, 상기 전자차단층(170) 상에 제 2 도전형 반도체층(145)을 형성된다.
상기 제 2 도전형 반도체층(145)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제 2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다.
예를 들어, 상기 제 2 도전형 반도체층(145)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제 2 도전형 반도체층(145)이 p형 반도체층인 경우, 상기 제 2도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
다음으로, 상기 제 2 도전형 반도체층(145) 상에 투광성 전극(180)을 형성되며, 상기 투광성 전극(180)은 투광성 오믹층을 포함할 수 있으며, 캐리어 주입을 효율적으로 할 수 있도록 단일 금속 혹은 금속합금, 금속산화물 등을 다중으로 적층하여 형성할 수 있다.
상기 투광성 전극(180)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
실시예에서 상기 제 1 도전형 반도체층(141)은 n형 반도체층, 상기 제 2 도전형 반도체층(145)은 p형 반도체층으로 구현할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한 상기 제 2 도전형 반도체층(145) 위에는 상기 제 2 도전형과 반대의 극성을 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.
다음으로, 도 14와 같이, 상기 제 1 도전형 반도체층(141)이 노출되도록 투광성 전극(180), 제 2 도전형 반도체층(145), 전자차단층(170), 배리어층(160), 활성층(143) 및 질화갈륨계열의 초격자층의 일부를 제거할 수 있다.
다음으로, 도 1과 같이 상기 투광성 전극(180) 상에 제 2 전극(192)을 형성하고, 상기 노출된 제 1 도전형 반도체층(141) 상에 제 1 전극(191)을 형성하여 실시예에 따른 발광소자를 형성할 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.
100: 발광소자
110: 기판
120: 버퍼층
130: 언도프드 반도체층
140: 발광구조물
150: 질화갈륨계열 초격자층
160: 배리어층
170: 전자차단층
180: 투광성 전극

Claims (13)

  1. 제 1 도전형 반도체층;
    상기 제 1 도전형 반도체층 상에 배치되고, 복수의 양자벽층과 복수의 양자우물층을 포함하는 활성층;
    상기 활성층 상에 배치된 배리어층;
    상기 배리어층 상에 배치된 전자차단층;
    상기 전자차단층 상에 배치된 제 2 도전형 반도체층;을 포함하고,
    상기 복수의 양자벽층은 AlxGa1-xN (0≤x≤1)을 포함하고,
    상기 양자벽의 알루미늄(Al) 조성비(x)는 5% 내지 19% 사이이고,
    상기 배리어층은,
    상기 활성층 상에 배치되는 제 1 Inp1Ga1-p1N층(0<p1<1);
    상기 제 1 Inp1Ga1-p1N층 상에 배치되는 제 2 Inp2Ga1-p2N층(0<p2<1); 및
    상기 제 1 Inp1Ga1-p1N층 및 상기 제 2 Inp2Ga1-p2N층 사이에 배치되는 AlqGa1-qN층(0<q<1)을 포함하고,
    상기 활성층의 복수의 양자벽층은 서로 다른 에너지 밴드갭을 가지고,
    상기 복수의 양자벽층 중 가장 큰 에너지 밴드갭을 가지는 양자벽층의 에너지 밴드갭은 상기 전자차단층의 에너지 밴드갭보다 큰 발광소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 도전형 반도체층에 인접한 양자벽층일수록 점점 큰 에너지 밴드갭을 갖는 것을 특징으로 하는 발광소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 도전형 반도체층에 인접한 양자벽층일수록 점점 큰 에너지 밴드갭을 갖는 것을 특징으로 하는 발광소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 양자벽층 중 중간에 특정 양자벽층이 최대 에너지 밴드갭을 갖고, 상기 특정 양자벽층에서 멀어지는 양자벽층일수록 점점 작은 에너지 밴드갭을 갖는 것을 특징으로 하는 발광소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 양자벽층은 각각 제 1 밴드갭층, 제 2 밴드갭층 및 제 3 밴드갭층을 포함하고,
    상기 제 2 밴드갭층은 상기 제 1 밴드갭층과 상기 제 3 밴드갭층 보다 더 큰 에너지 밴드갭을 가지는 발광소자.
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  13. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 발광소자를 구비하는 발광유닛을 포함하는 조명시스템.
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