KR102342713B1 - 발광 소자 - Google Patents
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Abstract
실시 예는 발광 소자 및 발광 소자 패키지를 개시한다. 실시 예에 개시된 발광 소자는 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층; 및 상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 활성층; 및 상기 제2도전형 반도체층과 상기 활성층 사이에 전자 차단층을 포함하며, 상기 활성층은 복수의 우물층 및 복수의 장벽층을 포함하며, 상기 복수의 우물층은 상기 장벽층의 밴드 갭보다 좁은 밴드 갭을 갖고, 상기 복수의 우물층은 제1도전형 반도체층에 가장 가까운 제1우물층; 상기 제2도전형 반도체층에 가장 가까운 제2우물층; 및 상기 제1 및 제2우물층 사이에 복수의 제3우물층을 포함하며, 상기 제1우물층은 상기 활성층 내에서 가장 좁은 제1밴드 갭을 갖고, 상기 제2우물층은 상기 우물층 내에서 가장 넓은 제2밴드 갭을 갖고, 상기 복수의 제3우물층은 제1밴드 갭보다 넓고 제2밴드 갭보다 좁은 밴드 갭을 포함한다.
Description
실시 예는 발광 소자에 관한 것이다.
발광 소자, 예컨대 발광 다이오드(Light Emitting Device)는 전기 에너지를 빛으로 변환하는 반도체 소자의 일종으로, 기존의 형광등, 백열등을 대체하여 차세대 광원으로서 각광받고 있다.
발광 다이오드는 반도체 소자를 이용하여 빛을 생성하므로, 텅스텐을 가열하여 빛을 생성하는 백열등이나, 또는 고압 방전을 통해 생성된 자외선을 형광체에 충돌시켜 빛을 생성하는 형광등에 비해 매우 낮은 전력만을 소모한다.
발광 다이오드는 실내 및 실외에서 사용되는 각종 램프, 액정표시장치, 전광판, 가로등, 지시등과 같은 조명 장치의 광원으로서 사용이 증가하고 있다.
실시 예는 새로운 활성층의 우물 구조를 갖는 발광 소자를 제공한다.
실시 예는 활성층의 우물층들이 서로 다른 밴드 갭을 갖는 발광 소자를 제공한다.
실시 예는 활성층의 우물층들이 제2도전형 반도체층에 가까워질수록 점차 넓어지는 밴드 갭을 갖는 발광 소자를 제공한다.
실시 예는 활성층의 우물층들이 제1도전형 반도체층에 가까워질수록 점차 좁아지는 밴드 갭을 갖는 발광 소자를 제공한다.
실시 예는 내부 발광효율이 개선된 활성층을 갖는 발광 소자, 발광 소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
실시 예에 따른 발광 소자는, 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층; 및 상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 활성층; 및 상기 제2도전형 반도체층과 상기 활성층 사이에 전자 차단층을 포함하며, 상기 활성층은 복수의 우물층 및 복수의 장벽층을 포함하며, 상기 복수의 우물층은 상기 장벽층의 밴드 갭보다 좁은 밴드 갭을 갖고, 상기 복수의 우물층은 제1도전형 반도체층에 가장 가까운 제1우물층; 상기 제2도전형 반도체층에 가장 가까운 제2우물층; 및 상기 제1 및 제2우물층 사이에 복수의 제3우물층을 포함하며, 상기 제1우물층은 상기 활성층 내에서 가장 좁은 제1밴드 갭을 갖고, 상기 제2우물층은 상기 우물층 내에서 가장 넓은 제2밴드 갭을 갖고, 상기 복수의 제3우물층은 제1밴드 갭보다 넓고 제2밴드 갭보다 좁은 밴드 갭을 포함한다.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지는 상기 발광 소자를 포함한다.
실시 예에 따른 발광 소자, 발광 소자 패키지 및 조명시스템에 의하면 발광 재결합률(radiative recombination rate)을 향상시켜 내부 발광효율을 증대시킬 수 있다.
실시 예는 활성층의 마지막 우물층과 제2도전형 반도체층 사이의 밴드 갭 차이를 줄여주어, 마지막 우물층의 전계(Internal field)를 줄여줄 수 있다.
실시 예는 활성층의 정공 주입 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 활성층 내의 우물층들에서의 발광 분포를 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자는 고 전류에서 발광 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 2는 도 1의 발광 소자에서 활성층의 에너지 밴드를 나타낸 예이다.
도 3은 도 2의 활성층 내에서의 캐리어 이동을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는도 1의 활성층의 제1변형 예이다.
도 5는 도 4의 활성층의 부분 확대도이다.
도 6은 도 1의 활성층의 제2변형 예이다.
도 7은 도 1의 활성층의 제3변형 예이다.
도 8은 도 1의 활성층의 제4변형 예이다.
도 9는 도 1의 발광 소자에 전극을 배치한 예이다.
도 10은 도 1의 발광 소자에 전극을 배치한 다른 예이다.
도 11은 실시 예와 비교 예의 활성층의 정공 분포를 비교한 도면이다.
도 12는 실시 예와 비교 예의 활성층에서의 재 결합 분포를 비교한 도면이다.
도 13은 실시 예와 비교 예의 활성층에서의 내부 양자 효율을 비교한 도면이다.
도 14는 실시 예와 비교 예의 활성층에서의 외부 양자 효율을 비교한 도면이다.
도 15는 도 11의 부분 확대도이다.
도 16은 실시예에 따른 발광 소자를 갖는 발광 소자 패키지 단면도이다.
도 2는 도 1의 발광 소자에서 활성층의 에너지 밴드를 나타낸 예이다.
도 3은 도 2의 활성층 내에서의 캐리어 이동을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는도 1의 활성층의 제1변형 예이다.
도 5는 도 4의 활성층의 부분 확대도이다.
도 6은 도 1의 활성층의 제2변형 예이다.
도 7은 도 1의 활성층의 제3변형 예이다.
도 8은 도 1의 활성층의 제4변형 예이다.
도 9는 도 1의 발광 소자에 전극을 배치한 예이다.
도 10은 도 1의 발광 소자에 전극을 배치한 다른 예이다.
도 11은 실시 예와 비교 예의 활성층의 정공 분포를 비교한 도면이다.
도 12는 실시 예와 비교 예의 활성층에서의 재 결합 분포를 비교한 도면이다.
도 13은 실시 예와 비교 예의 활성층에서의 내부 양자 효율을 비교한 도면이다.
도 14는 실시 예와 비교 예의 활성층에서의 외부 양자 효율을 비교한 도면이다.
도 15는 도 11의 부분 확대도이다.
도 16은 실시예에 따른 발광 소자를 갖는 발광 소자 패키지 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태들을 설명한다.
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.
(실시예)
도 1은 실시 예에 따른 발광 소자의 단면도이고, 도 2는 도 1의 발광 소자에서 활성층의 에너지 밴드를 나타낸 예이며, 도 3은 도 2의 활성층에서의 캐리어의 이동을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 3를 참조하면, 실시예에 따른 발광 소자는 제1도전형 반도체층(41)과, 상기 제1도전형 반도체층(41) 상에 배치되며 우물층(6) 및 장벽층(5)을 갖는 활성층(50)과, 상기 활성층(50) 상에 배치된 전자 차단층(71)과, 상기 전자 차단층(71) 상에 배치된 제2 도전형 반도체층(75)을 포함할 수 있다.
상기 발광 소자는 제1도전형 반도체층(41) 아래에 버퍼층(31) 및 기판(21) 중 하나 이상 또는 모두를 포함할 수 있다. 상기 발광 소자는 상기 제1도전형 반도체층(41)과 활성층(50) 사이에 제1클래드층(43) 및 상기 활성층(50)과 제2도전형 반도체층(75) 사이에 제2클래드층(미도시) 중 적어도 하나 또는 모두를 포함할 수 있다.
상기 기판(21)은 예를 들어, 투광성, 전도성 기판 또는 절연성 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(21)은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, and Ga2O3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 기판(21)의 상면 및/또는 하면에는 복수의 돌출부(미도시)가 형성될 수 있으며, 상기 복수의 돌출부 각각은 측 단면이, 반구형 형상, 다각형 형상, 타원 형상 중 적어도 하나를 포함하며, 스트라이프 형태 또는 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 상기 돌출부는 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
상기 기판(21) 위에는 복수의 화합물 반도체층이 배치될 수 있으며, 상기 복수의 화합물 반도체층의 성장 장비는 전자빔 증착기, PVD(physical vapor deposition), CVD(chemical vapor deposition), PLD(plasma laser deposition), 이중형의 열증착기(dual-type thermal evaporator) 스퍼터링(sputtering), MOCVD(metal organic chemical vapor deposition) 등에 의해 형성할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 버퍼층(31)은 기판(21)과 상기 제1도전형 반도체층(41) 사이에 배치될 수 있다. 상기 버퍼층(31)은 II족 내지 VI족 화합물 반도체를 이용하여 적어도 한 층으로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(31)은 III족-V족 화합물 반도체를 이용한 반도체층을 포함하며, 예컨대, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 구현될 수 있다. 상기 버퍼층(31)은 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP, ZnO와 같은 재료 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 버퍼층(31)은 서로 다른 반도체층을 교대로 배치한 초 격자(super lattice) 구조를 포함할 수 있다. 상기 버퍼층(31)은 상기 기판(21)과 질화물 계열의 반도체층과의 격자상수의 차이를 완화시켜 주기 위해 형성될 수 있으며, 결함 제어층으로 정의될 수 있다. 상기 버퍼층(31)의 격자 상수는 상기 기판(21)과 질화물 계열의 반도체층 사이의 격자상수 사이의 값을 가질 수 있다.
상기 버퍼층(31)은 언도프드 반도체층을 포함할 수 있으며, 상기 언도프드 반도체층은 제1도전형 반도체층(41) 보다 낮은 전기 전도성을 가질 수 있다. 상기 언도프드 반도체층은 의도적으로 도전형 도펀트를 도핑하지 않더라도 제1도전형 특성을 가지게 된다. 상기 버퍼층(31)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
상기 제1도전형 반도체층(41)은 상기 기판(21) 및 상기 버퍼층(31) 중 적어도 하나와 상기 활성층(50) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(41)은 제1도전형의 도펀트가 도핑된 III족-V족 및 II족-VI족의 화합물 반도체 중 적어도 하나로 구현될 수 있다.
상기 제1도전형 반도체층(41)은 예컨대, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(41)은 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(41)은 Si, Ge, Sn, Se, Te 등의 n형 도펀트가 도핑된 n형 반도체층이 될 수 있다.
상기 제1도전형 반도체층(41)은 단층 또는 다층으로 배치될 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(41)은 서로 다른 적어도 두 층이 교대로 배치된 초격자 구조로 형성될 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(41)은 전극 접촉층이 될 수 있다.
상기 제1클래드층(43)은 II족-VI족 및 III족-V족 화합물 반도체 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제1클래드층(43)은 제1도전형의 도펀트 예컨대, n형 도펀트를 갖는 n형 반도체층일 수 있다. 상기 제1클래드층(43)은 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있으며, Si, Ge, Sn, Se, Te 등의 n형 도펀트가 도핑된 n형 반도체층이 될 수 있다. 상기 제1클래드층(43)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
상기 활성층(50)은 단일 우물, 단일 양자우물, 다중 우물, 다중 양자우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
상기 활성층(50)은 상기 제1도전형 반도체층(41)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 상기 제2도전형 반도체층(75)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 서로 만나서, 상기 활성층(50)의 형성 물질에 따른 에너지 밴드(Energy Band)의 밴드 갭(Band Gap) 차이에 의해서 빛을 방출하는 층이다.
상기 활성층(50)은 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 상기 활성층(50)은 예로서 II족-VI족 및 III족-V족 화합물 반도체 중에서 적어도 하나로 구현될 수 있다.
상기 활성층(50)이 다중 우물 구조로 구현된 경우, 상기 활성층(50)은 복수의 우물층(6)과 복수의 장벽층(5)을 포함한다. 상기 활성층(50)은 우물층(6)과 장벽층(5)이 교대로 배치된다. 상기 우물층(6)과 상기 장벽층(5)의 페어는 2~30주기로 형성될 수 있다.
상기 우물층(6)/장벽층(5)의 주기는 예를 들어, InGaN/GaN, GaN/AlGaN, AlGaN/AlGaN, InGaN/AlGaN, InGaN/InGaN, AlGaAs/GaAs, InGaAs/GaAs, InGaP/GaP, AlInGaP/InGaP, 또는 InP/GaAs의 페어 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 활성층(50)은 자외선, 청색, 녹색, 적색 파장 중 적어도 하나의 피크 파장을 발광할 수 있다.
상기 활성층(50) 내에서 상기 제1도전형 반도체층(41)에 가장 가까운 층은 우물층이 될 수 있고, 상기 제2도전형 반도체층(75)에 가장 가까운 층은 장벽층이 될 수 있다. 상기 우물층(6)은 활성층(50) 내에서 인접한 적어도 2개의 장벽층(5) 사이에 각각 배치될 수 있다.
상기 우물층(6)은 예컨대, InxAlyGa1-x-yN (0<x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y<1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 배치될 수 있다. 상기 장벽층(5)은 예컨대, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y<1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다.
실시 예에 따른 활성층(50)의 우물층(6)은 InGaN, AlGaN, 또는 InAlGaN 반도체로 구현될 수 있다. 상기 장벽층(5)은 GaN계 반도체로 구현될 수 있으며, 예컨대 InGaN, AlGaN, 또는 InAlGaN 반도체로 구현될 수 있다. 이러한 활성층(50)은 상기 우물층(6) 및 장벽층(5)의 반도체 조성에 따라 청색 또는 자외선 파장을 선택적으로 발광할 수 있다.
상기 우물층(6)이 인듐(In) 을 포함하는 경우, 복수의 우물층(6)은 서로 다른 인듐 조성을 가질 수 있다. 상기 우물층(6)의 인듐 조성은 상기 장벽층(5)의 인듐 조성보다 높은 조성을 가질 수 있다. 상기 우물층(6)의 인듐 조성은 4% 내지 28% 범위일 수 있으며, 예컨대 8% 내지 25% 범위일 수 있다. 이러한 인듐 조성은 활성층(50)의 발광 파장에 따라 달라질 수 있다. 상기 복수의 우물층(6)은 상기 인듐 조성 범위 내에서 상기 제2도전형 반도체층(75)에 가까워질수록 점차 적어질 수 있다. 상기 복수의 우물층(6)은 상기 인듐의 조성 차이로 인해 상기 제2도전형 반도체층(75)에 가까워질수록 밴드 갭이 점차 넓어질 수 있다.
상기 우물층(6)이 알루미늄(Al)을 포함하는 경우, 상기 복수의 우물층(6)은 서로 다른 알루미늄의 조성을 가질 수 있다. 상기 우물층(6)이 AlGaN인 경우, 상기 우물층(6)의 알루미늄 조성은 장벽층(5)의 알루미늄 조성보다 낮은 조성을 가질 수 있다. 상기 장벽층(5)의 인듐 조성은 1% 이하 예컨대, 0.5% 이하일 수 있다. 상기 장벽층(5)은 인듐 조성을 가지지 않을 수 있다. 이러한 우물층(6)은 상기 장벽층(5)의 밴드 갭보다 좁은 밴드 갭을 가질 수 있다. 상기 복수의 우물층(6)은 상기 알루미늄 조성 범위 내에서 상기 제2도전형 반도체층(75)에 가까워질수록 점차 낮아질 수 있다. 상기 복수의 우물층(6)은 상기 알루미늄 조성의 조성 차이로 인해 상기 제2도전형 반도체층(75)에 가까워질수록 밴드 갭이 점차 넓어질 수 있다.
상기 전자 차단층(71)은 활성층(50) 위에 배치된다. 상기 전자 차단층(71)은 AlGaN계 반도체를 포함할 수 있다. 상기 전자 차단층(71)은 제2도전형의 도펀트 예컨대, p형 도펀트를 갖는 p형 반도체층일 수 있다. 상기 전자 차단층(71)은 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, 또는 AlGaInP 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba와 같은 p형 도펀트를 포함할 수 있다.
상기 전자 차단층(71) 위에 제2도전형 반도체층(75)이 배치될 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층(75)은 예컨대, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층(75)은 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, 또는 AlGaInP 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있으며, p형 도펀트가 도핑된 p형 반도체층이 될 수 있다.
상기 제2도전형 반도체층(75)은 단층 또는 다층으로 배치될 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층(75)은 서로 다른 적어도 두 층이 교대로 배치된 초격자 구조로 형성될 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층(75)은 전극 접촉층이 될 수 있다.
발광 구조물은 제1도전형 반도체층(41)부터 제2도전형 반도체층(75)까지를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 발광 구조물은 제1도전형 반도체층(41) 및 제1클래드층(43)이 p형 반도체층, 상기 제2클래드층(73) 및 제2도전형 반도체층(75)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있다. 이러한 발광 구조물은 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.
한편, 실시 예에 따른 활성층(50)에 대해 상세하게 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 활성층(50)의 복수의 우물층(6)은 상기 제1도전형 반도체층(41) 또는 제1클래드층(43)에 가장 가까운 제1우물층(61), 상기 전자 차단층(71) 또는 제2도전형 반도체층(75)에 가장 가까운 제2우물층(62), 상기 제1 및 제2우물층(61,62) 사이에 복수의 제3우물층(63)을 포함한다. 상기 우물층(6)은 장벽층(5)의 밴드 갭(G5)보다 좁은 밴드 갭(G1-G4)을 가질 수 있다.
상기 복수의 장벽층(5)은 상기 제1도전형 반도체층(41) 또는 제1클래드층(43)에 가장 가까운 제1장벽층(51), 상기 전자 차단층(71) 또는 제2도전형 반도체층(75)에 가장 가까운 제2장벽층(52), 상기 제1 및 제2장벽층(51,52) 사이에 복수의 제3장벽층(53)을 포함한다. 상기 장벽층(5)은 전자 차단층(71)의 밴드 갭(G6)보다 좁은 밴드 갭(G5)을 가질 수 있다.
상기 제1장벽층(51)은 상기 제1우물층(61)과 제2우물층(62) 사이에 배치되며, 상기 제2장벽층(52)은 제2우물층(62)과 전자 차단층(71) 사이에 배치될 수 있다.
상기 제1우물층(61)은 상기 활성층(50) 내에서 가장 좁은 제1밴드 갭(G1)을 가질 수 있다. 상기 제2우물층(62)은 상기 우물층(6)의 밴드 갭(G1-G4) 중에서 가장 넓은 제2밴드 갭(G2)을 가질 수 있다.
상기 복수의 제3우물층(63)은 제1밴드 갭(G1)보다 넓고 제2밴드 갭(G2)보다 좁은 밴드 갭(G3,G4)을 가질 수 있다. 상기 복수의 제3우물층(63)은 서로 다른 밴드 갭(G4>G3)을 가질 수 있다. 상기 복수의 제3우물층(63)의 밴드 갭(G3,G4)은 상기 제1우물층(61)으로부터 멀어질수록 점차 넓어질 수 있으며(G4>G3), 예컨대 상기 제1장벽층(51)에 접한 우물층(3A)의 밴드 갭(G3)이 제1밴드 갭(G1)보다 넓고 제2밴드 갭(G2)보다 좁을 수 있다. 상기 복수의 제3우물층(63)의 밴드 갭(G3,G4)은 상기 제2우물층(62)에 가까울수록 점차 넓어질 수 있다.
상기 우물층(6)이 인듐(In)을 포함한 경우, 제1 내지 제3우물층(61,62,63)은 인듐의 조성이 서로 다를 수 있다. 상기 복수의 우물층(6) 간의 인듐의 조성 차이는 동일한 차이를 가질 수 있다. 예컨대, 상기 제1우물층(61)과 이에 인접한 우물층(3A) 간의 인듐 조성 차이는, 상기 제2우물층(62)과 이에 인접한 우물층(3B) 간의 인듐 조성 차이와 동일할 수 있다.
상기 제1 내지 제3우물층(61,62,63)의 인듐 조성은 상기 제1클래드층(43) 또는 제1도전형 반도체층(41)으로부터 멀어질수록 점차 낮을 수 있다. 상기 제1 내지 제3우물층(61,62,63)의 인듐 조성은 상기 제1클래드층(43) 또는 제1도전형 반도체층(41)에 가까워질수록 점차 높을 수 있다.
상기 복수의 우물층(6) 중 M번째 우물층의 인듐 조성은, A-((A-B)/n]×(M-1))±△d의 조건을 만족하며, 상기 A는 첫 번째인 제1우물층(61)의 인듐 조성(A>0)이며, 상기 B는 마지막 번째인 제2우물층(62)의 인듐 조성(B>0)이며, 상기 n은 우물층의 전체 개수이며, 상기 M은 정수이며, 상기 △d은 우물층의 개수에 따라 설정되는 변수일 수 있다.
상기 활성층(50)의 우물층(6)이 인듐을 포함하는 경우, 제1우물층(61)과 제2우물층(62)의 인듐 조성은 활성층(50)의 발광 파장과 우물층(6)의 개수에 따라 결정될 수 있다. 또한 우물층(6)의 개수에 따라 우물층(6) 간의 인듐 조성의 범위가 달라질 수 있다. 예컨대, 상기 △d은 우물층(6)의 개수에 따라 설정되는 가변 값으로서, ±0.4% 내지 0.08% 범위 내에서 변동될 수 있다. 상기 우물층(6)의 개수가 5개 이하인 경우, 우물층(6) 간의 인듐 조성의 차이는 더 높아질 수 있으므로, △d는 0.4%이거나 이에 인접한 값으로 설정될 수 있다. 상기 우물층(6)의 개수가 10개 이상인 경우 상기 우물층(6) 간의 인듐 조성의 차이는 작아지게 되므로 상기 △d는 0.8%이거나 이에 인접한 값으로 설정될 수 있다.
예를 들면, 제1우물층(61)이 15.1%±△d이고, 마지막 제2우물층(62)이 13.9±△d%이며, 상기 우물층의 전체 개수는 15개인 경우, 각 우물층(6)의 인듐 조성은 아래와 같이 구해질 수 있다.
첫 번째 우물층의 인듐 조성은, 15.1±(0.4~0.08)의 범위이며,
두 번째 우물층의 인듐 조성은 15.1-[(15.1-13.9)/15)x(2-1)]±(0.4~0.08)의 범위이며,
세 번째 우물층의 인듐 조성은 15.1-[(15.1-13.9)/15x(3-1)]±(0.4~0.08)의 범위이며, 그리고
마지막 15번째 우물층의 인듐 조성은 15.1-((15.1-13.9)/15x(15-1))±(0.4~0.08) 범위일 수 있다.
여기서, 상기의 인듐의 조성은 청색 파장의 예로 설명하고 있으나, 다른 파장의 예인 경우 다음과 같이 구해질 수 있다.
적색 파장의 경우, 우물층이 (AlxGa1-x)0.5In0.5P의 조성식일 때, 제1우물층의 알루미늄 조성을 12%±△d 로 하고, 제2우물층의 알루미늄의 조성을 8%±△d 로 한 다음, 상기의 조건에 따라 점차 감소시켜 줄 수 있다.
녹색 파장의 경우, 우물층이 InxGa1-xN의 조성식일 때, 제1우물층의 인듐 조성을 25%±△d 로 하고, 제2우물층의 인듐 조성을 20%±△d로 설정하고, 상기 인듐 조성을 p형 반도체층에 가까울수록 점차 감소시켜 줄 수 있다.
UV의 경우, 우물층이 InxAlyGa(1-x-y)N의 조성식일 때, 상기의 조성식에 따라 인듐 조성 또는 알루미늄이 조성을 점차 증가시켜 줄 수 있다.
상기 우물층(6)이 알루미늄을 포함한 경우, 상기 제1 내지 제3우물층(61,62,63)은 알루미늄의 조성이 서로 다를 수 있다. 상기 복수의 제1내지 제3우물층(61,62,63) 간의 알루미늄의 조성 차이는 동일한 차이를 가질 수 있다. 이 경우, 상기 제1 내지 제3우물층(61,62,63)의 알루미늄 조성은 상기 제1클래드층(43) 또는 제1도전형 반도체층(41)으로부터 멀어질수록 점차 커질 수 있다. 상기 제1 내지 제3우물층(61,62,63)의 알루미늄 조성은 상기 제1클래드층(43) 또는 제1도전형 반도체층(41)에 가까울수록 점차 작아질 수 있다.
상기 우물층(6)은 마지막 제2우물층(62)의 밴드 갭(G2)이 상기 제1 및 제3우물층(61,63)의 밴드 갭(G4>G3)에 비해 넓기 때문에, 전자 차단층(71)과의 밴드 갭(G6) 차이가 줄어들게 된다. 이에 따라 마지막 제2우물층(62)의 내부 전계를 줄일 수 있고, 다른 제2우물층(63)으로의 정공 주입 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
상기 각 우물층(6)의 두께(T1)는 각 장벽층(5)의 두께(T2)보다 얇을 수 있다. 상기 우물층(6)은 10nm 내지 50nm 범위의 두께(T1)이며, 상기 장벽층(5)은 20nm 내지 200nm 범위의 두께(T2)로 형성될 수 있다. 상기 우물층(6)의 두께(T1)가 상기 범위보다 두꺼운 경우, 결정 품질이 저하될 수 있고, 상기 범위보다 낮은 경우 층의 경계가 무너지거나 캐리어의 재 결합률이 저하될 수 있다. 상기 장벽층(5)의 두께(T2)가 상기 범위보다 두꺼운 경우 캐리어의 터널링이 어려운 문제가 있고, 상기 범위보다 얇은 경우 전자 장벽으로서의 기능이 저하될 수 있다.
또한 도 3과 같이 상기와 같이 전자 차단층(71)에 인접한 우물층들의 밴드 갭(G2>G4>G3)을 전자 차단층(71)의 밴드 갭(G6)과의 차이를 줄여줌으로써, 전자 차단층(71)으로부터 주입되는 정공은 제2우물층(62)에서 제2장벽층(52)을 통해 터널링되거나 넘어 복수의 제3우물층(63)의 영역으로 이동될 수 있다. 이에 따라 복수의 제3우물층(63)에서 전자와 정공이 재 결합될 수 있다. 이에 따라 활성층(50)은 제3우물층(63)으로의 정공 주입 효율이 개선될 수 있다. 또한 전류 증가에 따른 발광 효율을 극대화시켜 줄 수 있다.
또한 상기와 같이 전자 차단층(71)에 가까워질수록 우물층(6)의 밴드 갭(G1,G3,G4,G2)이 밴드 갭(G1<G3<G4<G2) 간의 차이에 의해 점차 넓어지게 됨으로써, 유효 질량(effective mass)이 큰 정공(E2)이 높은 에너지를 갖는 제2우물층(62)에서 낮은 에너지를 갖는 제3우물층(63)으로 쉽게 이동될 수 있다. 반대로, 유효 질량이 작은 전자(E1)는 마지막 제2우물층(62)과 전자 차단층(71) 사이의 밴드 갭(G6-G2) 차이로 인해 제2도전형 반도체층(75)으로 쉽게 넘어가는 것을 억제할 수 있다.
실시 예에 따른 활성층(50)은 다중 양자우물 구조에서 발광 분포를 고르게 제공할 수 있어, 고 전류에서도 광 효율을 극대화시켜 줄 수 있다.
다른 예로서, 상기 복수의 우물층(6) 및 장벽층(5) 중 적어도 하나 또는 2개 이상은 n형 도펀트 또는 p형 도펀트를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 복수의 우물층(6) 및 장벽층(5) 중 상기 제1도전형 반도체층(41)에 가까운 적어도 하나 또는 복수의 층들은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 상기 복수의 우물층(6) 및 장벽층(5) 중 상기 제2도전형 반도체층(75)에 가까운 적어도 하나 또는 복수의 층들은 p형 도펀트를 포함할 수 있다.
도 4는 도 1의 활성층의 변형 예이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 활성층(50)은 복수의 우물층(6) 및 복수의 장벽층(5)을 포함한다.
상기 복수의 우물층(6)은 상기 제1도전형 반도체층(41) 또는 제1클래드층(43)에 가장 가까운 제1우물층(61), 상기 전자 차단층(71) 또는 제2도전형 반도체층(75)에 가장 가까운 제2우물층(62), 상기 제1 및 제2우물층(61,62) 사이에 복수의 제3우물층(63)을 포함한다.
상기 복수의 장벽층(5)은 상기 제1도전형 반도체층(41) 또는 제1클래드층(43)에 가장 가까운 제1장벽층(51), 상기 전자 차단층(71) 또는 제2도전형 반도체층(75)에 가장 가까운 제2장벽층(52), 상기 제1 및 제2장벽층(51,52) 사이에 복수의 제3장벽층(53)을 포함한다.
상기 제1장벽층(51)은 상기 제1우물층(61)과 제2우물층(62) 사이에 배치되며, 상기 제2장벽층(52)은 제2우물층(62)과 전자 차단층(71) 사이에 배치될 수 있다.
상기 제1우물층(61)은 상기 활성층(50) 내에서 가장 좁은 제1밴드 갭(G1)을 가질 수 있다. 상기 제2우물층(62)은 상기 우물층(6)의 밴드 갭 중에서 가장 넓은 제2밴드 갭(G2)을 가질 수 있다.
상기 복수의 제3우물층(63)은 제1밴드 갭(G1)보다 넓고 제2밴드 갭(G2)보다 좁은 밴드 갭(G3,G4)을 가질 수 있다. 상기 복수의 제3우물층(63)은 서로 다른 밴드 갭(G3<G4)을 가질 수 있다. 상기 복수의 제3우물층(63)의 밴드 갭(G3<G4)은 상기 제1우물층(61)으로부터 멀어질수록 점차 넓어질 수 있다. 상기 복수의 제3우물층(63)의 밴드 갭(G3<G4)은 상기 제2우물층(62)에 가까울수록 점차 넓어질 수 있다.
상기 우물층(6)이 인듐(In)을 포함한 경우, 제1 내지 제3우물층(61,62,63)은 인듐의 조성이 서로 다를 수 있다. 상기 복수의 제1내지 제3우물층(61,62,63) 간의 인듐의 조성 차이는 동일한 차이를 가질 수 있다. 예컨대, 상기 제1우물층(61)과 이에 인접한 우물층(3A) 간의 인듐 조성 차이는, 상기 제2우물층(62)과 이에 인접한 우물층(3B) 간의 인듐 조성 차이와 동일할 수 있다.
상기 제1 내지 제3우물층(61,62,63)의 인듐 조성은 상기 제1클래드층(43) 또는 제1도전형 반도체층(41)으로부터 멀어질수록 점차 작아질 수 있다. 상기 제1 내지 제3우물층(61,62,63)의 인듐 조성은 상기 제1클래드층(43) 또는 제1도전형 반도체층(41)에 가까워질수록 점차 커질 수 있다.
상기 복수의 우물층(6) 중 M번째 우물층의 인듐 조성은, A-((A-B)/n]×(M-1))±△d의 조건을 만족하며, 상기 A는 첫 번째인 제1우물층(61)의 인듐 조성(A>0)이며, 상기 B는 마지막 번째인 제2우물층(62)의 인듐 조성(B>0)이며, 상기 n은 우물층의 전체 개수이며, 상기 M은 정수이며, 상기 △d은 우물층의 개수에 따라 설정되는 변수일 수 있다.
상기 활성층(50)의 우물층(6)이 인듐(In)을 포함하는 경우, 제1우물층(61)과 제2우물층(62)의 인듐 조성은 활성층(50)의 발광 파장과 우물층(6)의 개수에 따라 결정될 수 있다. 또한 우물층(6)의 개수에 따라 우물층(6) 간의 변동 범위가 결정될 수 있다. 예컨대, 상기 △d은 우물층(6)의 개수에 따라 설정되는 가변 값으로서, ±0.4% 내지 0.08% 범위 내에서 변동될 수 있다. 상기 우물층(6)의 개수가 5개 이하인 경우, 우물층(6) 간의 인듐 조성의 차이는 더 커질 수 있으므로, △d는 0.4%이거나 이에 인접한 값으로 설정될 수 있다. 상기 우물층(6)의 개수가 10개 이상인 경우 상기 우물층(6) 간의 인듐 조성의 차이는 작아지게 되므로 △d는 0.8%이거나 이에 인접한 값으로 설정될 수 있다.
예를 들면, 제1우물층(61)이 15.1%±△d이고, 마지막 제2우물층(62)이 13.9±△d%이며, 상기 우물층(6)의 전체 개수는 15개인 경우, 각 우물층(6)의 인듐 조성은 아래와 같이 구해질 수 있다.
첫 번째 우물층의 인듐 조성은, 15.1±(0.4~0.08)의 범위이며,
두 번째 우물층의 인듐 조성은 15.1-[(15.1-13.9)/15)x(2-1)]±(0.4~0.08)의 범위이며,
세 번째 우물층의 인듐 조성은 15.1-[(15.1-13.9)/15x(3-1)]±(0.4~0.08)의 범위이며, 그리고
마지막 15번째 우물층의 인듐 조성은 15.1-((15.1-13.9)/15x(15-1))±(0.4~0.08) 범위일 수 있다.
상기 우물층(6)이 알루미늄(Al)을 포함한 경우, 상기 제1 내지 제3우물층(61,62,63)은 알루미늄의 조성이 서로 다를 수 있다. 상기 복수의 제 1내지 제3우물층(61,62,63) 간의 알루미늄의 조성 차이는 동일한 차이를 가질 수 있다. 이 경우, 상기 제1 내지 제3우물층(61,62,63)의 알루미늄 조성은 상기 제1클래드층(43) 또는 제1도전형 반도체층(41)으로부터 멀어질수록 점차 커질 수 있다. 상기 제1 내지 제3우물층(61,62,63)의 알루미늄 조성은 상기 제1클래드층(43) 또는 제1도전형 반도체층(41)에 가까울수록 점차 작아질 수 있다.
이러한 활성층(50)은 각 우물층(6) 내에서의 인듐 조성 또는 알루미늄 조성이 그레이드(grade)하게 변할 수 있다. 예컨대, 각 우물층(6)은 전자 차단층(71)에 인접할수록 인듐 조성 또는 알루미늄 조성이 점차 감소될 수 있다. 이에 따라 제1우물층(61) 내에서의 제1밴드 갭(G1)은 점차 넓어질 수 있으며, 상기 제1우물층(61)에 인접한 우물층(3A)의 밴드 갭(G3)보다는 작을 수 있다.
도 5와 같이, 상기 제1우물층(61) 내에서 제1장벽층(51)에 접촉된 영역(A2)의 밴드 갭(G11)은 가장 넓은 갭을 가지며, 제1클래드층(43)에 접촉된 영역(A1)은 제1밴드 갭(G1)으로서 밴드 갭(G11>G1)보다 작을 수 있다. 이러한 밴드 갭(G11)은 제1우물층(61)에 인접한 우물층(3A)의 밴드 갭(G3)과 같거나 더 좁을 수 있다(G3≥G11).
여기서, 상기 우물층(6)이 인듐을 포함하는 경우, 상기 각 우물층(6) 내에서의 인듐 조성은 우물층(6)의 개수에 따라 △d의 범위 내에서 조절할 수 있다. 예컨대, 우물층(6)의 개수가 작으면 상기 △d 값은 증가될 수 있고, 상기 우물층(6)의 개수가 많은 경우 상기 △d 값은 감소될 수 있다. 이에 따라 우물층(6)의 개수에 따라 각 우물층(6)에서의 인듐 조성 차이는 △d 값으로 조절할 수 있다.
실시 예는 전자 차단층(71)에 인접한 우물층들의 밴드 갭(G2>G4>G3>G1)을 전자 차단층(71)의 밴드 갭(G6)과의 차이를 줄여줌으로써, 전자 차단층(71)으로부터 주입되는 정공은 제2우물층(62)에서 제2장벽층(52)을 통해 터널링되거나 넘어 복수의 제3우물층(63)의 영역으로 이동될 수 있다. 이에 따라 복수의 제3우물층(63)에서 전자와 정공이 재 결합될 수 있다. 이에 따라 활성층(50)은 제3우물층(63)으로의 정공 주입 효율이 개선될 수 있다. 또한 전류 증가에 따른 발광 효율을 극대화시켜 줄 수 있다.
또한 전자 차단층(71)에 가까워질수록 우물층(6)의 밴드 갭(G1,G3,G4,G2)이 밴드 갭(G1<G3<G4<G2) 간의 차이에 의해 점차 넓어지게 됨으로써, 유효 질량(effective mass)이 큰 정공의 이동은 쉽게 하고 전자의 이동은 억제해 줄 수 있다. 이에 따라 실시 예에 따른 활성층(50)은 다중 양자우물 구조에서 발광 분포를 고르게 제공할 수 있어, 고 전류에서도 광 효율을 극대화시켜 줄 수 있다.
도 6은 도 1의 활성층의 제2변형 예이다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 활성층(50)은 복수의 우물층(6) 및 복수의 장벽층(5)을 포함한다. 상기 복수의 우물층(6)은 상기 제1도전형 반도체층(41) 또는 제1클래드층(43)에 인접한 제1우물층(61), 상기 전자 차단층(71) 또는 제2도전형 반도체층(75)에 인접한 제2우물층(62), 상기 제1 및 제2우물층(61,62) 사이에 복수의 제3 및 제4우물층(64,65)을 포함한다.
상기 제1내지 제4우물층(61,62,64,65) 각각은 2층이 하나의 페어(pair)로 이루어질 수 있다. 예컨대, 제1 내지 제4우물층(61,62,64,65)은 제1 및 제2층(1A,1B)(4A,4B)(5A,5B)(2A,2B)을 포함하며, 상기 제1 및 제2층(1A,1B)(4A,4B)(5A,5B)(2A,2B) 사이에는 장벽층(5)이 각각 배치될 수 있다.
상기 복수의 장벽층(5)은 상기 제1도전형 반도체층(41) 또는 제1클래드층(43)에 가장 가까운 제1장벽층(51)과, 상기 전자 차단층(71) 또는 제2도전형 반도체층(75)에 가장 가까운 제2장벽층(52)과, 상기 제1 및 제2장벽층(51,52) 사이에 복수의 제3장벽층(53)을 포함한다.
상기 제1장벽층(51)은 상기 복수의 제1우물층(61: 1A,1B) 사이에 배치될 수 있으며, 상기 제2장벽층(52)은 제2우물층(62)의 제2층(2B)과 전자 차단층(71) 사이에 배치될 수 있다.
상기 제1우물층(61)의 제1 및 제2층(1A,2B)은 복수개가 동일한 물질로서, 밴드 갭(G1)을 가질 수 있다. 상기 복수의 제1우물층(61)은 상기 활성층(50) 내에서 가장 좁은 제1밴드 갭(G1)을 가질 수 있다. 상기 제2우물층(62)은 제1 및 제2층(2A,2B)이 동일한 물질로서, 동일한 밴드 갭(G2)을 가질 수 있다. 상기 제2밴드 갭(G2)은 상기 우물층(51)의 밴드 갭 중에서 가장 넓은 제2밴드 갭(G2)을 가질 수 있다.
상기 복수의 제3 및 제4우물층(64,65) 각각은 2개의 층(4A,4B)(5A,5B)이 하나의 페어로 형성될 수 있으며, 제1밴드 갭(G1)보다 넓고 제2밴드 갭(G2)보다 좁은 밴드 갭(G3<G4)을 가질 수 있다.
상기 활성층(50) 내에서 우물층(6)의 밴드 갭을 보면, 전자 차단층(71)에 가까운 우물층일수록 밴드 갭(G1<G3<G4<G2)이 더 넓어질 수 있다. 상기 우물층(6)은 제1우물층(61)의 제1밴드 갭(G1)이 가장 좁고, 상기 제1우물층(61)로부터 전자 차단층(71)에 가까울수록 점차 넓어져, 제2우물층(62)의 제2밴드 갭(G2)이 가장 넓어질 수 있다.
상기 우물층(6)이 인듐을 포함한 경우, 제1 내지 제4우물층(61,62,64,65)은 인듐의 조성이 서로 다를 수 있다. 상기 복수의 제1내지 제4우물층(61,62,64,65) 간의 인듐의 조성 차이는 동일한 차이를 가질 수 있다. 상기 제1 내지 제4우물층(61,62,64,65)의 인듐 조성은 상기 제1클래드층(43) 또는 제1도전형 반도체층(41)으로부터 멀어질수록 점차 작아질 수 있다. 상기 제1 내지 제4우물층(61,62,64,65)의 인듐 조성은 상기 제1클래드층(43) 또는 제1도전형 반도체층(41)에 가까워질수록 점차 커질 수 있다.
상기 복수의 우물층 중 M 번째의 우물층 페어의 인듐 조성은, A-((A-B)/n]×(M-1))±△d의 조건을 만족하며, 상기 A는 첫 번째인 제1우물층(61: 1A,1B) 페어의 인듐 조성(A>0)이며, 상기 B는 마지막 번째인 제2우물층(62:2A,2B) 페어의 인듐 조성(B>0)이며, 상기 n은 우물층의 전체 페어의 개수이며, 상기 M은 정수이며, 상기 △d은 우물층의 페어 개수에 따라 설정되는 가변 값일 수 있다.
상기 활성층(50)의 우물층(6)이 인듐을 포함하는 경우, 제1우물층(61)와 제2우물층(62)의 인듐 조성은 활성층(50)의 발광 파장과 우물층(6)의 페어 개수에 따라 결정될 수 있다. 또한 우물층(6)의 페어 개수에 따라 제1내지 제4우물층(61,62,64,65) 간의 변동 범위가 결정될 수 있다. 예컨대, 상기 △d은 우물층(6)의 페어 개수에 따라 설정되는 가변 값으로서, ±0.4% 내지 0.08% 범위 내에서 변동될 수 있다. 상기 우물층(6)의 페어 개수가 5개 이하인 경우, 제 1내지 제4우물층(61,62,64,65) 간의 인듐 조성의 차이는 더 커질 수 있으므로, △d는 0.4%이거나 이에 인접한 값으로 설정될 수 있다. 상기 우물층(6)의 페어 개수가 10개 이상인 경우 상기 우물층(6)의 페어 간의 인듐 조성의 차이는 작아지게 되므로 △d는 0.8%이거나 이에 인접한 값으로 설정될 수 있다.
예를 들면, 제1우물층(61)의 페어(1A,1B)가 15.1%±△d이고, 마지막 제2우물층(62)의 페어(2A,2B)가 13.9±△d%이며, 상기 우물층의 전체 페어의 개수는 15개인 경우, 각 우물층의 인듐 조성은 아래와 같이 구해질 수 있다.
첫 번째 우물층의 인듐 조성은, 15.1±(0.4~0.08)의 범위이며,
두 번째 우물층의 인듐 조성은 15.1-[(15.1-13.9)/15)x(2-1)]±(0.4~0.08)의 범위이며,
세 번째 우물층의 인듐 조성은 15.1-[(15.1-13.9)/15x(3-1)]±(0.4~0.08)의 범위이며, 그리고
마지막 15번째 우물층의 인듐 조성은 15.1-((15.1-13.9)/15x(15-1))±(0.4~0.08) 범위일 수 있다. 여기서, 각 우물층(61,62,64,65)은 두 층이 동일한 인듐 조성을 갖는다.
상기 우물층(6)이 알루미늄을 포함한 경우, 상기 제1 내지 제4우물층(61,62,64,65)의 페어는 알루미늄의 조성이 서로 다를 수 있다. 상기 복수의 제1내지 제4우물층(61,62,64,65) 간의 알루미늄의 조성 차이는 동일한 차이를 가질 수 있다. 상기 제1 내지 제4우물층(61,62,64,65)의 각 페어는 알루미늄 조성이 상기 제1클래드층(43) 또는 제1도전형 반도체층(41)으로부터 멀어질수록 점차 커질 수 있다. 상기 제1 내지 제4우물층(61,62,64,65)의 각 페어는 알루미늄 조성이 상기 제1클래드층(43) 또는 제1도전형 반도체층(41)에 가까울수록 점차 작아질 수 있다.
상기 활성층(50)의 장벽층(5) 및 우물층(6) 중 상기 제1도전형 반도체층(41)에 인접한 층들은 n형 도펀트 또는/및 상기 제2도전형 반도체층(75)에 인접한 층들은 p형 도펀트를 포함할 수 있다.
실시 예는 전자 차단층(71)에 인접한 페어 구조의 우물층들의 밴드 갭(G2>G4>G3)을 전자 차단층(71)의 밴드 갭(G6)과의 차이를 줄여줌으로써, 전자 차단층(71)으로부터 주입되는 정공은 제2우물층(62)에서 제2장벽층(52)을 통해 터널링되거나 넘어 복수의 제3우물층(64)의 영역으로 이동될 수 있다. 이에 따라 복수의 제3우물층(64)에서 전자와 정공이 재 결합될 수 있다. 이에 따라 활성층(50)은 제3우물층(64)으로의 정공 주입 효율이 개선될 수 있다. 또한 전류 증가에 따른 발광 효율을 극대화시켜 줄 수 있다.
또한 전자 차단층(71)에 가까워질수록 우물층(6)의 밴드 갭(G1,G3,G4,G2)이 밴드 갭(G1<G3<G4<G2) 간의 차이에 의해 점차 넓어지게 됨으로써, 유효 질량(effective mass)이 큰 정공의 이동은 쉽게 하고 전자의 이동은 억제해 줄 수 있다. 이에 따라 실시 예에 따른 활성층(50)은 다중 양자우물 구조에서 발광 분포를 고르게 제공할 수 있어, 고 전류에서도 광 효율을 극대화시켜 줄 수 있다.
도 7은 도 1의 활성층의 제3변형 예로서, 도 6과 동일한 부분은 도 6의 설명을 참조하기로 한다.
도 7을 참조하면, 활성층(50) 내의 우물층(6)은 장벽층(5)들 사이에 배치되며, 제1우물층(61)을 제외한 우물층들은 2개의 층이 하나의 페어로서, 각 우물층(62,64,65)의 페어(2A,2B)(4A,4B)(5A,5B)이 동일한 반도체 및 동일한 밴드 갭(G2,G3,G4)을 가질 수 있다.
제1우물층(61)은 상기 활성층(50) 내에서 가장 좁은 제1밴드 갭(G1)을 가질 수 있다. 상기 제2우물층(62)은 2개가 하나의 페어로서, 동일한 반도체로 형성되며 제2밴드 갭(G2>G1)을 가질 수 있다. 상기 복수의 제2우물층(62:2A,2B)은 상기 우물층(6)의 밴드 갭 중에서 가장 넓은 제2밴드 갭(G2>G4>G3>G1)을 가질 수 있다.
상기 복수의 제3 및 제4우물층(64,65)은 2개의 층(4A,4B)(5A,5B)이 하나의 페어로 형성될 수 있으며, 제1밴드 갭(G1)보다 넓고 제2밴드 갭(G2)보다 좁은 밴드 갭(G3>G4>G2)을 가질 수 있다. 이러한 구성은 도 6의 설명을 참조하기로 한다.
실시 예는 전자 차단층(71)에 인접한 페어 구조의 우물층들의 밴드 갭(G2>G4>G3)을 전자 차단층(71)의 밴드 갭(G6)과의 차이를 줄여줌으로써, 전자 차단층(71)으로부터 주입되는 정공은 제2우물층(62)에서 제2장벽층(52)을 통해 터널링되거나 넘어 복수의 제3우물층(64)의 영역으로 이동될 수 있다. 이에 따라 복수의 제3우물층(64)에서 전자와 정공이 재 결합될 수 있다. 이에 따라 활성층(50)은 제3우물층(64)으로의 정공 주입 효율이 개선될 수 있다. 또한 전류 증가에 따른 발광 효율을 극대화시켜 줄 수 있다.
또한 전자 차단층(71)에 가까워질수록 우물층(6)의 밴드 갭(G1,G3,G4,G2)이 밴드 갭(G1<G3<G4<G2) 간의 차이에 의해 점차 넓어지게 됨으로써, 유효 질량(effective mass)이 큰 정공의 이동은 쉽게 하고 전자의 이동은 억제해 줄 수 있다. 이에 따라 실시 예에 따른 활성층(50)은 다중 양자우물 구조에서 발광 분포를 고르게 제공할 수 있어, 고 전류에서도 광 효율을 극대화시켜 줄 수 있다.
실시 예는 도 1과 같이, 상기 활성층(50)의 장벽층(5) 및 우물층(6) 중 상기 제1도전형 반도체층(41)에 인접한 층들은 n형 도펀트 또는/및 상기 제2도전형 반도체층(75)에 인접한 층들은 p형 도펀트를 포함할 수 있다.
도 8은 도 1의 활성층의 제4변형 예로서, 도 6과 동일한 부분은 도 6의 설명을 참조하기로 한다.
도 8을 참조하면, 활성층(50)은 복수의 우물층(6) 및 복수의 장벽층(5)을 포함하며, 상기 복수의 우물층(6)은 장벽층(5)들 사이에 배치될 수 있다.
상기 활성층(50)은 제1 및 제2우물층(61,62)을 제외한, 제3 및 제4우물층(64,65)이 2개의 층(4A,4B,5A,5B)이 하나의 페어 구조로 형성될 수 있다.
상기 제1우물층(61)은 상기 활성층(50) 내에서 가장 좁은 제1밴드 갭(G1)을 가질 수 있다. 상기 제2우물층(62)은 상기 우물층(6)의 밴드 갭 중에서 가장 넓은 제2밴드 갭(G2)을 가질 수 있다.
상기 복수의 제3 및 제4우물층(64,65)은 제1밴드 갭(G1)보다 넓고 제2밴드 갭(G2)보다 좁은 밴드 갭(G3,G4)을 가질 수 있다. 상기 복수의 제3우물층(64)은 서로 다른 밴드 갭(G3<G4)을 가질 수 있다. 상기 복수의 제3우물층(64)의 밴드 갭(G3<G4)은 상기 제1우물층(61)으로부터 멀어질수록 점차 넓어질 수 있다. 상기 복수의 제3우물층(64)의 밴드 갭(G3<G4)은 상기 제2우물층(62)에 가까울수록 점차 넓어질 수 있다.
실시 예는 전자 차단층(71)에 인접한 페어 구조의 우물층들의 밴드 갭(G2>G4>G3)을 전자 차단층(71)의 밴드 갭(G6)과의 차이를 줄여줌으로써, 전자 차단층(71)으로부터 주입되는 정공은 제2우물층(62)에서 제2장벽층(52)을 통해 터널링되거나 넘어 복수의 제3우물층(64)의 영역으로 이동될 수 있다. 이에 따라 복수의 제3우물층(64)에서 전자와 정공이 재 결합될 수 있다. 이에 따라 활성층(50)은 제3우물층(64)으로의 정공 주입 효율이 개선될 수 있다. 또한 전류 증가에 따른 발광 효율을 극대화시켜 줄 수 있다.
또한 전자 차단층(71)에 가까워질수록 우물층(6)의 밴드 갭(G1,G3,G4,G2)이 밴드 갭(G1<G3<G4<G2) 간의 차이에 의해 점차 넓어지게 됨으로써, 유효 질량(effective mass)이 큰 정공의 이동은 쉽게 하고 전자의 이동은 억제해 줄 수 있다. 이에 따라 실시 예에 따른 활성층(50)은 다중 양자우물 구조에서 발광 분포를 고르게 제공할 수 있어, 고 전류에서도 광 효율을 극대화시켜 줄 수 있다.
실시 예는 도 1과 같이, 상기 활성층(50)의 장벽층(5) 및 우물층(6) 중 상기 제1도전형 반도체층(41)에 인접한 층들은 n형 도펀트 또는/및 상기 제2도전형 반도체층(75)에 인접한 층들은 p형 도펀트를 포함할 수 있다.
상기 변형 예들은 설명의 편의를 위해, 제1 및 제2우물층 사이에 2개 또는 4개의 우물층에 대해 설명하였지만, 우물층/장벽층의 주기 예컨대, 2주기 내지 30주기에 따라 달라질 수 있다.
도 9는 도 1의 발광 소자에 전극을 배치한 예를 나타낸다. 도 9를 설명함에 있어서, 상기에 개시된 구성과 동일한 부분은 상기에 개시된 실시 예의 설명을 참조하기로 한다.
도 9를 참조하면, 발광 소자(101)는 제1전극(91) 및 제2전극(95)을 포함한다. 상기 제1도전형 반도체층(41)에 제1전극(91)이 전기적으로 연결되며, 상기 제2도전형 반도체층(75)에 제2전극(95)이 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1전극(91)은 상기 제1도전형 반도체층(41) 위에 배치될 수 있으며, 상기 제2전극(95)은 제2도전형 반도체층(75) 위에 배치될 수 있다.
상기 제1전극(91) 및 상기 제2전극(95)은 암(arm) 구조 또는 핑거(finger) 구조의 전류 확산 패턴이 더 형성될 수 있다. 상기 제1전극(91) 및 제2전극(95)은 오믹 접촉, 접착층, 본딩층의 특성을 갖는 금속으로 비 투광성으로 이루어질 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제1전극(93) 및 제2전극(95)은 Ti, Ru, Rh, Ir, Mg, Zn, Al, In, Ta, Pd, Co, Ni, Si, Ge, Ag 및 Au와 이들의 선택적인 합금 중에서 선택될 수 있다.
상기 제2전극(95)과 상기 제2도전형 반도체층(75) 사이에는 전극층(93)이 배치될 수 있으며, 상기 전극층(93)은 70% 이상의 광을 투과하는 투광성 물질이거나 70% 이상의 광을 반사하는 반사성 특성을 갖는 물질로 형성될 수 있으며, 예컨대 금속 또는 금속 산화물로 형성될 수 있다. 상기 전극층(93)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), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, Al, Ag, Pd, Rh, Pt, Ir 중 선택적으로 형성될 수 있다.
상기 전극층(93) 상에 절연층(81)이 배치될 수 있다. 상기 절연층(81)은 상기 전극층(93)의 상면 및 반도체층의 측면에 배치될 수 있으며, 제1, 2전극(91,95)과 선택적으로 접촉될 수 있다. 상기 절연층(81)은 Al, Cr, Si, Ti, Zn, Zr 중 적어도 하나를 갖는 산화물, 질화물, 불화물, 및 황화물 중 적어도 하나로 형성된 절연물질 또는 절연성 수지를 포함한다. 상기 절연층(81)은 예컨대, SiO2, Si3N4, Al2O3, TiO2 중에서 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 절연층(81)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시예는 활성층(50)에서의 전자와 정공의 파동 함수의 회절을 저감하여 캐리어의 트랩 효율을 개선하여 내부 발광효율을 증대시킬 수 있는 발광 소자를 제공하고자 한다. 실시예에 의하면 활성층(50)의 우물층에서 전자의 파동함수(wave function)와 정공의 파동함수의 오버랩(overlap) 비율을 넓힘으로써 발광 재결합률(radiative recombination rate)을 향상시켜 내부 발광효율을 증대시킬 수 있다.
도 10은 도 1의 발광 소자를 이용한 수직형 발광 소자의 예를 나타낸 도면이다. 도 10을 설명함에 있어서, 상기에 개시된 구성과 동일한 부분은 상기에 개시된 실시 예의 설명을 참조하기로 한다.
도 10을 참조하면, 발광 소자(102)는 제1도전형 반도체층(41) 위에 제1전극(91) 및 제2도전형 반도체층(75) 아래에 복수의 전도층(96,97,98,99)을 갖는 제2전극을 포함한다.
상기 제2전극은 상기 제2도전형 반도체층(75) 아래에 배치되며, 접촉층(96), 반사층(97), 본딩층(98) 및 지지 부재(99)를 포함한다. 상기 접촉층(96)은 반도체층 예컨대, 제2도전형 반도체층(75)과 접촉된다. 상기 접촉층(96)은 ITO, IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등과 같은 저 전도성 물질이거나 Ni, Ag의 금속을 이용할 수 있다. 상기 접촉층(96) 아래에 반사층(97)이 배치되며, 상기 반사층(97)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 그 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 적어도 하나의 층을 포함하는 구조로 형성될 수 있다. 상기 반사층(97)은 상기 제2도전형 반도체층(75) 아래에 접촉될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 반사층(97) 아래에는 본딩층(98)이 배치되며, 상기 본딩층(98)은 베리어 금속 또는 본딩 금속으로 사용될 수 있으며, 그 물질은 예를 들어, Ti, Au, Sn, Ni, Cr, Ga, In, Bi, Cu, Ag 및 Ta와 선택적인 합금 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2도전형 반도체층(75)과 제2전극 사이에 채널층(83) 및 전류 블록킹층(85)이 배치된다.
상기 채널층(83)은 상기 제2도전형 반도체층(75)의 하면 에지를 따라 형성되며, 링 형상, 루프 형상 또는 프레임 형상으로 형성될 수 있다. 상기 채널층(83)은 투명한 전도성 물질 또는 절연성 물질을 포함하며, 예컨대 ITO, IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO, SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3, TiO2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 채널층(83)의 내측부는 상기 제2도전형 반도체층(75) 아래에 배치되고, 외측부는 상기 발광 구조물의 측면보다 더 외측에 배치된다.
상기 전류 블록킹층(85)은 제2도전형 반도체층(75)과 접촉층(96) 또는 반사층(97) 사이에 배치될 수 있다. 상기 전류 블록킹층(85)은 절연물질을 포함하며, 예컨대 SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3, TiO2 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 상기 전류 블록킹층(85)은 쇼트키 접촉을 위한 금속으로도 형성될 수 있다.
상기 전류 블록킹층(85)은 상기 발광 구조물 위에 배치된 제1전극(91)과 상기 발광 구조물의 두께 방향으로 대응되게 배치된다. 상기 전류 블록킹층(85)은 상기 제2전극(96-99)으로부터 공급되는 전류를 차단하여, 다른 경로로 확산시켜 줄 수 있다. 상기 전류 블록킹층(85)은 하나 또는 복수로 배치될 수 있으며, 제1전극(91)과 수직 방향으로 적어도 일부 또는 전 영역이 오버랩될 수 있다.
상기 본딩층(98) 아래에는 지지 부재(99)가 형성되며, 상기 지지 부재(99)는 전도성 부재로 형성될 수 있으며, 그 물질은 구리(Cu-copper), 금(Au-gold), 니켈(Ni-nickel), 몰리브덴(Mo), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예: Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC 등)와 같은 전도성 물질로 형성될 수 있다. 상기 지지부재(99)는 다른 예로서, 전도성 시트로 구현될 수 있다.
여기서, 상기 도 1의 기판은 제거할 수 있다. 상기 기판의 제거 방법은 물리적 방법(예: Laser lift off) 또는/및 화학적 방법(습식 에칭 등)으로 제거할 수 있으며, 상기 제1도전형 반도체층(41)을 노출시켜 준다. 상기 기판이 제거된 방향을 통해 아이솔레이션 에칭을 수행하여, 상기 제1도전형 반도체층(41) 상에 제1전극(91)을 형성하게 된다.
상기 제1도전형 반도체층(41)의 상면에는 러프니스와 같은 광 추출 구조(미도시)로 형성될 수 있다. 상기 반도체층의 표면에는 절연층(미도시)이 더 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 이에 따라 발광 구조물 위에 제1전극(91) 및 아래에 지지 부재(99)를 갖는 수직형 전극 구조를 갖는 발광 소자(102)가 제조될 수 있다.
실시예는 활성층(50)에서의 전자와 정공의 파동 함수의 회절을 저감하여 캐리어의 트랩 효율을 개선하여 내부 발광효율을 증대시킬 수 있는 발광 소자를 제공하고자 한다. 실시예에 의하면 활성층(50)의 우물층에서 전자의 파동함수(wave function)와 정공의 파동함수의 오버랩(overlap) 비율을 넓힘으로써 발광 재결합률(radiative recombination rate)을 향상시켜 내부 발광효율을 증대시킬 수 있다.
도 11은 실시 예와 비교 예의 활성층의 각 우물층의 정공 분포를 비교한 도면이다.
도 11과 같이, 실시 예의 활성층은 비교 예에 비해, P형 반도체층(p측)에 가장 가까운 우물층보다 p측으로부터 먼 우물층에서 정공의 농도가 더 높게 나타남을 알 수 있다. 또한 제1클래드층 또는 제1도전형 반도체층인 n측에 가까운 우물층일수록 비교 예와 정공 농도 차이가 더 커짐을 알 수 있다.
도 12는 실시 예와 비교 예의 활성층에서의 각 우물층의 재 결합 분포를 비교한 도면이다. 도 12와 같이, 실시 예의 활성층은 비교 예에 비해, p형 반도체층에 인접한 제2우물층 보다는 n측 반도체층에 인접한 우물층 즉, 제1 및 제3우물층, 또는 제1, 3 및 4우물층에서 재 결합 분포가 개선됨을 알 수 있다.
도 13은 실시 예와 비교 예의 활성층에서의 내부 양자 효율을 비교한 도면이다. 도 13을 참조하면, 실시 예의 활성층은 내부 양자 효율(IQE)이 비교 예에 비해, 전류 증가에 따라 개선됨을 알 수 있다. 또한 실시 예의 활성층은 전류 증가에 따른 내부 양자 효율의 드롭 비율(droop ratio)이 비교 예에 비해 줄어들 수 있다.
도 14는 실시 예와 비교 예의 활성층에서의 외부 양자 효율을 비교한 도면이다. 도 15는 도 11의 부분 확대도이다. 도 14 및 도 15와 같이, 전류 밀도에 따른 활성층의 외부 양자 효율은 비교 예에 비해 개선됨을 알 수 있다. 실시 예는 전류 밀도가 증가할수록 비교 예에 비해 외부 양자 효율이 개선됨을 알 수 있다.
<발광 소자 패키지>
도 16은 도 9의 발광 소자를 갖는 발광소자 패키지를 나타낸 도면이다.
도 16을 참조하면, 발광소자 패키지(200)는 몸체(221)와, 상기 몸체(221)에 적어도 일부가 배치된 제1 리드전극(211) 및 제2 리드전극(213)과, 상기 몸체(221) 상에 상기 제1 리드전극(211) 및 제2 리드전극(213)과 전기적으로 연결되는 상기 발광 소자(101)를 포함한다.
상기 몸체(221)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 몸체(221)는 위에서 볼 때 내부에 캐비티(cavity)(225) 및 상기 캐비티(225)의 둘레에는 캐비티 바닥에 대해 경사진 면으로 형성될 수 있다.
상기 제1 리드전극(211) 및 상기 제2 리드전극(213)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 몸체(221) 내부를 관통하도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1 리드전극(211) 및 상기 제2 리드전극(213)은 일부는 상기 캐비티(225) 내부에 배치되고, 다른 부분은 상기 몸체(221)의 외부에 배치될 수 있다.
상기 제1 리드전극(211) 및 제2 리드전극(213)은 상기 발광 소자(101)에 전원을 공급하고, 상기 발광 소자(101)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 상기 발광 소자(101)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 기능을 할 수도 있다. 상기 제1 및 제2리드 전극(211,213)은 금속 재질로 형성될 수 있으며, 간극부(223)에 의해 분리된다.
상기 발광 소자(101)는 상기 몸체(221) 상에 설치되거나 상기 제1 리드전극(211) 또는/및 제2 리드전극(213) 상에 설치될 수 있다.
상기 발광 소자(101)는 제1와이어(242)로 상기 제1 리드전극(211)과 연결되며, 제2와이어(243)로 제2 리드전극(213)과 연결될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
상기 캐비티(225) 상에는 몰딩 부재(231) 또는 투명 윈도우가 배치될 수 있다. 상기 몰딩 부재(231)는 실리콘 또는 에폭시와 같은 수지 재질을 포함하며, 내부에 형광체를 포함할 수 있다. 상기 형광체는 발광 소자(101)로부터 방출된 일부 광의 파장을 변환시켜 줄 수 있다. 상기 투명 윈도우는 글라스 재질을 포함할 수 있으며, 상기 발광 소자(101)과 이격되게 배치될 수 있다.
상기 캐비티(225) 상에는 광학 렌즈가 더 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시 예에 따른 발광 소자 또는 발광 소자 패키지는 복수개가 기판 상에 어레이되며, 상기 발광 소자 또는 발광 소자 패키지에서 방출되는 광의 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트, 형광 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 또는 발광 소자 패키지, 기판, 광학 부재는 백라이트 유닛으로 기능하거나 조명 유닛으로 기능할 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 백라이트 유닛, 조명 유닛, 지시 장치, 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자, 발광 소자 패키지 및 조명시스템에 의하면 발광 재결합률(radiative recombination rate)을 향상시켜 내부 발광효율을 증대시킬 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 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 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 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 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
21: 기판 31: 버퍼층
41: 제1도전형 반도체층 43: 제1클래드층
50: 활성층 5,51,52,53: 장벽층
6,61,62,64,64: 우물층 71: 전자 차단 구조층
75: 제2도전형 반도체층
41: 제1도전형 반도체층 43: 제1클래드층
50: 활성층 5,51,52,53: 장벽층
6,61,62,64,64: 우물층 71: 전자 차단 구조층
75: 제2도전형 반도체층
Claims (14)
- 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층;
상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 활성층; 및
상기 제2도전형 반도체층과 상기 활성층 사이에 전자 차단층을 포함하며,
상기 활성층은 복수의 우물층 및 복수의 장벽층을 포함하며,
상기 복수의 우물층은 상기 장벽층의 밴드 갭보다 좁은 밴드 갭을 갖고,
상기 복수의 우물층은 제1도전형 반도체층에 가장 가까운 제1우물층; 상기 제2도전형 반도체층에 가장 가까운 제2우물층; 및 상기 제1 및 제2우물층 사이에 복수의 제3우물층을 포함하며,
상기 제1우물층은 상기 활성층 내에서 가장 좁은 제1밴드 갭을 갖고,
상기 제2우물층은 상기 우물층 내에서 가장 넓은 제2밴드 갭을 갖고,
상기 복수의 제3우물층은 제1밴드 갭보다 넓고 제2밴드 갭보다 좁은 밴드 갭을 가지며,
상기 복수의 제3우물층은 서로 다른 밴드 갭을 가지며,
상기 복수의 제3우물층의 밴드 갭은 상기 제1우물층으로부터 멀어질수록 점차 넓어지며,
상기 복수의 우물층 각각은 10nm 내지 50nm의 두께를 갖고,
상기 복수의 장벽층 각각은 100nm 내지 200nm의 두께를 갖는 발광 소자. - n형 반도체층을 갖는 제1 도전형 반도체층 및 p형 반도체층을 갖는 제2 도전형 반도체층;
상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 활성층; 및
상기 제2도전형 반도체층과 상기 활성층 사이에 전자 차단층을 포함하며,
상기 활성층은 복수의 우물층 및 복수의 장벽층을 포함하며,
상기 복수의 우물층은 상기 장벽층의 밴드 갭보다 좁은 밴드 갭을 갖고,
상기 복수의 우물층은 제1도전형 반도체층에 가장 가까운 제1우물층; 상기 제2도전형 반도체층에 가장 가까운 제2우물층; 및 상기 제1 및 제2우물층 사이에 복수의 제3우물층을 포함하며,
상기 제1우물층은 상기 활성층 내에서 가장 좁은 제1밴드 갭을 갖고,
상기 제2우물층은 상기 우물층 내에서 가장 넓은 제2밴드 갭을 갖고,
상기 복수의 제3우물층은 제1밴드 갭보다 넓고 제2밴드 갭보다 좁은 밴드 갭을 가지며,
상기 복수의 제3우물층은 서로 다른 밴드 갭을 가지며,
상기 복수의 제3우물층의 밴드 갭은 상기 제2우물층에 가까울수록 점차 넓어지며,
상기 복수의 우물층 각각은 10nm 내지 50nm의 두께를 갖고,
상기 복수의 장벽층 각각은 100nm 내지 200nm의 두께를 갖는 발광 소자. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 복수의 우물층은 인듐(In)을 포함하며,
상기 제1 내지 제3우물층은 상기 제2도전형 반도체층에 인접할수록 상기 인듐의 조성이 점차 낮아지며,
상기 복수의 우물층에서 인접한 우물층 간의 인듐의 조성 차이는 동일한 차이를 갖는 발광 소자. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 복수의 우물층은 알루미늄을 포함하며,
상기 제1 내지 제3우물층은 상기 제1도전형 반도체층에 인접할수록 상기 알루미늄의 조성이 점차 낮아지며,
상기 복수의 우물층에서 인접한 우물층 간의 알루미늄의 조성 차이는 동일한 차이를 갖는 발광 소자. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 복수의 우물층 중 M번째 우물층의 인듐 조성은,
A-[(A-B)/n]×(M-1)]±△d의 조건을 만족하며,
상기 A는 제1우물층의 인듐 조성(A>0)이며,
상기 B는 제2우물층의 인듐 조성(B>0)이며,
상기 n은 우물층의 전체 개수이며,
상기 M은 정수이며,
상기 △d는 상기 우물층의 전체 개수가 5 이하이면 0.4%로 설정되고, 상기 우물층의 전체 개수가 10 이상이면 0.8%로 설정되는 변수인 발광 소자. - 삭제
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |