KR20130063730A - 반도체 발광소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 발광소자에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시 형태는 n형 및 p형 반도체층 및 상기 n형 및 p형 반도체층 사이에 배치되며, 복수의 양자우물층과 복수의 양자장벽층이 교대로 배치된 구조를 갖는 활성층을 포함하며, 상기 복수의 양자우물층은 AlxInyGa1 -x- yN (0 ≤ x < 1, 0 < y ≤ 1)으로 이루어지되 In의 함량이 서로 다른 것들을 포함하고, 상기 복수의 양자장벽층은 In의 함량이 높은 양자우물층에 인접한 것의 두께가 In의 함량이 낮은 양자우물층에 인접한 것의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자를 제공한다.
Description
본 발명은 반도체 발광소자에 관한 것이다.
반도체 발광소자의 일 종인 발광 다이오드(LED)는 전류가 가해지면 p, n형 반도체의 접합 부분에서 전자와 정공의 재결합에 기하여, 다양한 색상의 빛을 발생시킬 수 있는 반도체 장치이다. 이러한 반도체 발광소자는 필라멘트에 기초한 발광소자에 비해 긴 수명, 낮은 전원, 우수한 초기 구동 특성 등의 여러 장점을 갖기 때문에 그 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 특히, 최근에는, 청색 계열의 단파장 영역의 빛을 발광할 수 있는 3족 질화물 반도체가 각광을 받고 있다.
이러한 질화물 반도체 발광소자가 개발된 후에, 많은 기술적 발전을 이루어져 그 활용 범위가 확대되어 일반 조명 및 전장용 광원으로 많은 연구가 되고 있다. 특히, 종래에는 질화물 발광소자는 주로 저전류/저출력의 모바일 제품에 적용되는 부품으로 사용되었으며, 최근에는 점차 그 활용범위가 고전류/고출력 분야로 확대되고 있다.
한편, 극성 방향으로 성장된 질화물 반도체의 경우, 분극에 의하여 활성층은 내부에 강한 전계가 인가된다. 이와 같이 내부 전계가 발생함에 따라 활성층에서의 전자 및 정공의 파동 함수는 공간적으로 서로 분리되어 재결합 확률이 저하된다. 이에, 당 기술 분야에서는 분극 효과를 최소화함으로써 내부 양자 효율을 향상할 수 있는 방안이 요구되고 있다.
본 발명의 목적 중 하나는 활성층을 이루는 각 층들의 두께와 밴드갭 에너지를 최적화함으로써 활성층에 미치는 압전 분극의 영향이 최소화되어 캐리어의 재결합 효율이 향상되면서도 구동 전압의 증가는 최소화될 수 있는 반도체 발광소자를 제공하는 것에 있다. 다만, 본 발명의 목적은 이에만 제한되는 것은 아니며, 명시적으로 언급하지 않더라도 아래에서 설명하는 과제의 해결 수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 이에 포함된다고 할 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시 형태는,
n형 및 p형 반도체층 및 상기 n형 및 p형 반도체층 사이에 배치되며, 복수의 양자우물층과 복수의 양자장벽층이 교대로 배치된 구조를 갖는 활성층을 포함하며, 상기 복수의 양자우물층은 AlxInyGa1 -x- yN (0 ≤ x < 1, 0 < y ≤ 1)으로 이루어지되 In의 함량이 서로 다른 것들을 포함하고, 상기 복수의 양자장벽층은 In의 함량이 높은 양자우물층에 인접한 것의 두께가 In의 함량이 낮은 양자우물층에 인접한 것의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 복수의 양자우물층은 In의 함량이 낮은 것의 두께가 In의 함량이 높은 것의 두께보다 두꺼울 수 있다.
이 경우, 상기 복수의 양자우물층은 In의 함량이 낮은 것이 In의 함량이 높은 것보다 상기 p형 반도체층에 보다 인접하게 배치될 수 있다.
또한, 상기 복수의 양자우물층은 In의 함량이 높은 것과 In의 함량이 낮은 것에서 방출하는 빛의 파장이 동일할 수 있다.
또한, 상기 복수의 양자우물층 각각에서 방출하는 빛의 파장이 동일할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 복수의 양자우물층은 상기 p형 반도체층에 인접한 것일수록 두꺼울 수 있다.
이 경우, 상기 복수의 양자우물층은 상기 p형 반도체층에 인접한 것일수록 In 함량이 낮을 수 있다.
이 경우, 상기 복수의 양자장벽층은 상기 p형 반도체층에 인접한 것일수록 두께가 얇을 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 복수의 양자장벽층은, In의 함량이 높은 양자우물층에 상기 p형 반도체층이 위치한 방향으로 인접한 것의 두께가 In의 함량이 낮은 양자우물층에 인접한 것의 두께보다 두꺼울 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 복수의 양자우물층은 In의 함량이 높은 것일수록 압전 분극의 크기가 클 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 복수의 양자장벽층은 In을 함유하지 아니할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 복수의 양자장벽층은 상기 복수의 양자우물층 중 인접한 것보다 In을 함유량이 낮을 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의할 경우, 활성층을 이루는 각 층들의 두께와 밴드갭 에너지를 최적화함으로써 활성층에 미치는 압전 분극의 영향이 최소화되어 캐리어의 재결합 효율이 향상되면서도 구동 전압의 증가는 최소화될 수 있는 반도체 발광소자를 얻을 수 있다.
다만, 본 발명으로부터 얻을 수 있는 효과는 이에만 제한되는 것은 아니며, 명시적으로 언급하지 않더라도 아래에서 설명하는 과제의 해결 수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 이에 포함된다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 반도체 발광소자에서 채용 가능한 활성층을 확대하여 나타낸 것이다.
도 3은 도 1의 반도체 발광소자에서 채용 가능한 활성층과 그 주변의 전도 대역 에너지 준위를 나타낸 것이다.
도 4 및 도 5는 각각 도 1의 실시 형태에서 변형된 실시 형태에서 채용될 수 있는 활성층의 형태를 그 주변 영역과 함께 전도 대역 에너지 준위로 나타낸 것이다.
도 6은 양자우물층 및 양자장벽층의 두께 변화에 따른 발광소자의 휘도를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 질화물 반도체 발광소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 반도체 발광소자에서 채용 가능한 활성층을 확대하여 나타낸 것이다.
도 3은 도 1의 반도체 발광소자에서 채용 가능한 활성층과 그 주변의 전도 대역 에너지 준위를 나타낸 것이다.
도 4 및 도 5는 각각 도 1의 실시 형태에서 변형된 실시 형태에서 채용될 수 있는 활성층의 형태를 그 주변 영역과 함께 전도 대역 에너지 준위로 나타낸 것이다.
도 6은 양자우물층 및 양자장벽층의 두께 변화에 따른 발광소자의 휘도를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 질화물 반도체 발광소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로서 개별적인 실시 형태는 서로 합쳐진 형태로 제공될 수 있음은 평균적인 지식을 가진 자에게 자명하다 할 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 2는 도 1의 반도체 발광소자에서 채용 가능한 활성층을 확대하여 나타낸 것이며, 도 3은 도 1의 반도체 발광소자에서 채용 가능한 활성층과 그 주변의 전도 대역 에너지 준위를 나타낸 것이다. 또한, 도 4 및 도 5는 각각 도 1의 실시 형태에서 변형된 실시 형태에서 채용될 수 있는 활성층의 형태를 그 주변 영역과 함께 전도 대역 에너지 준위로 나타낸 것이다.
우선, 도 1을 참조하면, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광소자(100)는 기판(101), n형 반도체층(102), 활성층(103), p형 반도체층(104) 및 오믹전극층(105)을 포함하며, n형 반도체층(102) 및 오믹전극층(105)의 상면에는 각각 제1 및 제2 전극(106a, 106b)이 형성될 수 있다. 다만, 본 명세서에서, '상부', '상면', '하부', '하면', '측면' 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 소자가 배치되는 방향에 따라 달라질 수 있을 것이다. 또한, 하기에서 설명하는 조성식에 사용되는 x, y, z 등의 밑 첨자의 경우, 서로 다른 물질에 사용된 것이라면 관련이 있다고 따로 언급되지 아니하는 한 동일한 밑 첨자로 표기되었다고 해도 서로 관련이 없는 것이다.
기판(101)은 반도체 성장용 기판으로 제공되며, 사파이어, Si, SiC, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN 등과 같이 절연성, 도전성, 반도체 물질을 이용할 수 있다. 이 경우, 가장 바람직하게 사용될 수 있는 것은 전기 절연성을 갖는 사파이어로서, 사파이어는 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 및 a측 방향의 격자상수가 각각 13.001Å과 4.758Å이며, C(0001)면, A(1120)면, R(1102)면 등을 갖는다. 이 경우, 상기 C면은 비교적 질화물 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 질화물 성장용 기판으로 주로 사용된다.
다만, 상기 C면에 질화물 박막을 성장할 경우, 질화물 박막에는 압전 효과로 인하여 내부에 강한 전계가 형성될 수 있다. 한편, 기판(101)으로 사용하기에 적합한 물질로는 Si 기판을 들 수 있으며, 대구경화에 보다 적합하고 상대적으로 가격이 낮은 Si 기판을 사용하여 양산성이 향상될 수 있다. Si 기판을 이용하는 경우, 기판(101) 상에 AlxGa1 - xN (0 ≤ x ≤ 1)과 같은 물질로 이루어진 핵생성층을 형성한 후 그 위에 원하는 구조의 질화물 반도체를 성장할 수 있을 것이다.
n형 및 p형 반도체층(102, 104)은 질화물 반도체, 예컨대, AlxInyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성을 갖는 물질로 이루어질 수 있으며, 각각의 층은 단일층으로 이루어질 수도 있지만, 도핑 농도, 조성 등의 특성이 서로 다른 복수의 층을 구비할 수도 있다. 다만, n형 및 p형 반도체층(102, 104)은 질화물 반도체 외에도 AlInGaP나 AlInGaAs 계열의 반도체를 이용할 수도 있을 것이다. n형 및 p형 반도체층(102, 104) 사이에 배치된 활성층(103)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출하며, 양자우물층(103b)과 양자장벽층(103a)이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조, 예컨대, 질화물 반도체일 경우, 양자우물층(103b)은 InGaN (In, Ga 함량은 변화될 수 있음)으로 이루어지고 양자장벽층(103a)은 GaN, InGaN (In, Ga 함량은 변화될 수 있으며, 양자우물층보다 In 함량이 낮을 수 있음), AlInGaN (Al, In, Ga 함량은 변화될 수 있음) 등으로 이루어진 영역을 구비할 수 있다. 본 실시 형태의 경우, 양자우물층(103b)과 양자장벽층(103a)의 두께와 조성 등은 캐리어의 재결합 효율이 향상될 수 있게 최적화되며, 이에 관한 더욱 구체적인 설명은 후술한다.
발광구조물을 구성하는 n형 및 p형 반도체층(102, 104)과 활성층(103)은 유기 금속 화학 증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD), 수소화 기상 에피택시(Hydride Vapor Phase Epitaxy, 'HVPE'), 분자선 에피탁시(Molecular Beam Epitaxy, MBE) 등과 같이 당 기술 분야에서 공지된 공정을 이용하여 성장될 수 있다. 또한, 따로 도시하지는 않았지만, n형 반도체층(102)에 작용하는 응력을 완화하여 결정성을 향상시킬 수 있는 n형 반도체층(102) 형성 전에 버퍼층을 기판(101) 상에 미리 형성하여 둘 수도 있을 것이다. 또한, 도시하지는 않았지만, 활성층(103)과 p형 반도체층(104) 사이에는 에너지 밴드갭이 상대적으로 높은 전자차단층이 개재될 수 있으며, 활성층(103)을 지나 전자가 오버플로우 되는 것을 방지하는 기능을 할 수 있다.
오믹전극층(105)은 p형 반도체층(104)과 전기적으로 오믹 특성을 보이는 물질로 이루어질 수 있으며, 투명 전극용 물질 중 광 투과율이 높으면서도 오믹컨택 성능이 상대적으로 우수한 ITO, CIO, ZnO 등과 같은 투명 전도성 산화물로 형성될 수 있다. 이와 달리 오믹전극층(105)은 광 반사성 물질, 예를 들어, 고반사성 금속으로 이루어질 수 있으며, 이 경우, 소자(100)는 제1 및 제2 전극(106a, 106b) 패키지의 리드 프레임 등을 향하여 실장되는 소위, 플립칩 구조로 이용될 수 있다. 다만, 오믹전극층(105)은 본 실시 형태에서 반드시 필요한 요소는 아니며, 경우에 따라서는 제외될 수도 있을 것이다.
제1 및 제2 전극(106a, 106b)은 당 기술 분야에서 공지된 전기전도성 물질, 예컨대, Ag, Al, Ni, Cr 등의 물질 중 하나 이상을 증착하거나 스퍼터링하는 등의 공정으로 형성될 수 있다. 다만, 도 1에 도시된 구조의 경우, n형 반도체층(102) 및 오믹전극층(105)의 상면에는 각각 제1 및 제2 전극(106a, 106b)이 형성되어 있으나 이러한 전극(106a, 106b) 형성 방식은 일 예일 뿐이며, 도 7의 실시 형태와 같이, n형 반도체층(102), 활성층(103) 및 p형 반도체층(104)을 구비하는 발광구조물의 다양한 위치에 전극이 형성될 수 있을 것이다.
도 2 및 도 3을 참조하여, 본 실시 형태에서 제안하는 활성층(103)의 다중 양자 우물 구조를 보다 구체적으로 설명한다. 본 실시 형태의 경우, 복수의 양자우물층(103b)은 AlxInyGa1 -x- yN (0 ≤ x < 1, 0 < y ≤ 1)으로 이루어지되 In의 함량이 서로 다른 것들을 포함하며, 이와 같이 In의 함량이 달라짐에 따라 밴드갭 에너지도 서로 달라질 수 있다. 예를 들어, 도 3을 기준으로 하면, 복수의 양자우물층(103b) 중 n형 반도체층(102)에 인접한 좌측의 3개보다 p형 반도체층(104)에 보다 인접하게 배치된 우측의 1개(103b')가 In의 함량이 낮다. 즉, p형 반도체층(104)에 보다 인접하게 배치된 우측의 1개의 양자우물층(103b')은 밴드갭 에너지가 더 클 수 있다.
이와 같이, 복수의 양자우물층(103b)에서 In의 함량이 서로 다른 것을 사용하는 것은 복수의 양자우물층(103b) 중 일부의 두께를 다르게 할 경우 채용될 수 있다. 구체적으로, 본 실시 형태의 경우, 도 3에서 볼 수 있듯이, 복수의 양자우물층(103b) 중 p형 반도체층(104)에 인접한 것(103b')의 두께(dw')는 인접하지 아니한 다른 것들의 두께(dw)보다 두껍게 제공된다. 정공이 전자에 비하여 무거우며 이동도가 낮기 때문에 전자와 정공의 재결합의 상당 부분은 p형 반도체층(104)에 인접한 양자우물층(103b')에서 이뤄진다. 따라서, 본 실시 형태와 같이, p형 반도체층(104)에 인접한 양자우물층(103b')의 두께를 상대적으로 두껍게 함으로써 캐리어의 재결합 효율이 향상될 수 있다.
다만, 두께가 상대적으로 두꺼워질 경우, 양자우물층(103b)에서 전자가 가질 수 있는 에너지 준위는 상대적으로 낮아진다. 즉, 도 3에서, 두께가 상대적으로 얇은 좌측 3개의 양자우물층(103b)에서의 에너지 준위는 p형 반도체층(104)에 인접한 우측 1개의 양자우물층(103b')의 에너지 준위보다 높게 되는 것이다. 따라서, 복수의 양자우물층(103b)에서 방출되는 빛의 파장을 일정한 수준으로 유지하기 위해서는 두께가 얇은 양자우물층(103b), 즉, 좌측 3개의 양자우물층(103b)을 상대적으로 In의 함량이 많은 물질로 형성하여 밴드갭 에너지를 낮출 필요가 있다. 이에 의하여, 좌측 3개의 양자우물층(103b)에서는 도 3에서 점선으로 표시한 레벨로 에너지 준위가 상승할 수 있다. 물론, 복수의 양자우물층(103b)에서 방출되는 빛의 파장을 일정한 수준으로 유지하는 것이 필수적인 사항은 아니므로, 복수의 양자우물층(103b)에서 두께가 다른 것의 In 함량을 동일하게 함으로써 2종 이상의 색을 방출할 수도 있을 것이다.
본 실시 형태와 같이, 복수의 양자우물층(103b)에 In의 함량이 서로 다른 것들이 포함된 경우, In의 함량이 높은 양자우물층(103b)은 이에 미치는 압전 분극의 크기가 상대적으로 커지게 되므로, 이러한 압전 분극에 의한 영향을 완화할 필요가 있다. 구체적으로, 도 3에서, In의 함량이 높은 좌측 3개의 얇은 양자우물층(103b)의 경우, In의 함량이 낮은 우측 1개의 두꺼운 양자우물층(103b')보다 인가되는 압전 분극의 크기가 크며, 이러한 압전 분극의 영향은 활성층(103)의 성장 방향으로 누적되어 활성층(103) 전체에 영향을 미칠 수 있다. 이와 같이 활성층(103)에 작용하는 압전 분극에 의하여 발생된 전계가 커질수록 전자와 정공의 파동 함수는 공간적으로 불일치하게 되므로 재결합 효율이 낮아질 수 있다.
본 실시 형태에서는 In의 함량이 높은 양자우물층(103b)에 의한 압전 분극의 영향을 줄이기 위하여 이에 인접한 양자장벽층(103a)의 두께를 두껍게 하였다. 즉, 복수의 양자장벽층(103a)은 In의 함량이 높은 양자우물층(103b)에 인접한 것의 두께(db)가 In의 함량이 낮은 양자우물층(103b')에 인접한 것(103a')의 두께(db')보다 두껍게 형성된다. 이 경우, 양자우물층(103b)에 인접하여 형성되었다 함은 p형 반도체층(104)이 위치한 방향으로 인접한 것을 의미할 수 있다.
복수의 양자장벽층(103a)은 양자우물층(103b)보다 높은 밴드갭 에너지를 갖도록 In을 함유하지 않는 물질, 예컨대, GaN으로 이루어지거나 In의 함유량이 낮은 물질로 이루어질 수 있으며, 양자우물층(103b)에 비하여 압전 분극의 크기가 작기 때문에 양자우물층(103b)에 인접하여 상대적으로 두껍게 형성함으로써 압전 분극을 완화할 수 있다. 다시 말해, In의 함량이 높아 압전 분극의 크기가 큰 양자우물층(103b)에 인접한 양자장벽층(103a)의 두께(db)는 두껍게 하여 활성층(103) 전체에 미치는 압전 분극의 영향을 저감시킬 수 있다. 또한, 압전 분극의 크기가 상대적으로 작은 양자우물층(103b')에 인접한 양자장벽층(103a')의 두께(db')는 상대적으로 얇게 할 수 있으며, 이 경우에도 두껍게 하여 압전 분극을 저감할 수 있겠지만, 두꺼운 양자장벽층(103a)에 의하여 구동 전압이 높아지는 것을 최소화하기 위한 것이다.
양자우물층 및 양자장벽층의 두께에 따라 발광 효율이 달라지는 것을 도 6을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. 도 6은 양자우물층 및 양자장벽층의 두께 변화에 따른 발광소자의 휘도를 나타낸 그래프이다. 본 시뮬레이션 그래프의 경우, 양자우물층과 양자장벽층의 두께가 모두 동일한 구조의 활성층을 가지고 얻어진 것이다. 우선, 양자우물층의 두께가 2.5㎚ 및 3.0㎚인 경우에는 양자우물층의 두께에 따라 휘도의 변화가 크게 발생하는 것을 볼 수 있다. 이와 달리, 양자우물층의 두께가 3.5㎚, 4.0㎚로 증가된 경우에는 양자장벽층의 두께에 따라 휘도가 변화하는 정도가 낮아지며, 특히, 4.0㎚의 양자우물층에서는 오히려 양자장벽층의 두께가 얇을 경우 휘도가 상승하는 경향을 보였다. 이러한 결과를 보았을 때, 양자우물층의 두께에 따라 최적의 휘도를 나타낼 수 있는 양자장벽층의 두께가 달라질 수 있으며, 이는 양자장벽층의 두께가 증가할수록 압전 분극의 영향은 저감시키지만 구동 전압을 높일 수 있기 때문이라 할 것이다.
본 실시 형태에서 제안하는 구조를 갖는 활성층(103)의 경우, In의 함량이 많은 양자우물층(103b)에 의한 압전 분극을 완화하면서도 구동 전압의 증가는 최소화할 수 있으며, 특히, 캐리어의 재결합이 상대적으로 활발히 일어날 수 있는 양자우물층(103b')의 두께를 상대적으로 두껍게 하는 한편, 두께가 얇은 양자우물층(103b)의 In 함량을 증가시킨 구조에 유익하게 이용될 수 있다. 다만, 본 실시 형태에서는 복수의 양자우물층(103b) 중 In의 함량이 낮은 것이 In의 함량이 높은 것보다 p형 반도체층(104)에 인접하게 배치된 구조를 설명하였지만, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 실시 형태에 따라 In의 함량이 낮은 것이 In의 함량이 높은 것보다 p형 반도체층(104)에 멀게, 즉, n형 반도체층(102)에 가깝게 배치될 수도 있을 것이다. 다시 말해, In의 함량이 상대적으로 많은 양자우물층(103b)이 활성층(103) 내에 어느 위치에 있더라도 이에 인접한 양자장벽층(103a)을 상대적으로 두껍게 형성하고, 반대로 In의 함량이 상대적으로 적은 양자우물층(103b)에 인접한 양자장벽층(103a)을 상대적으로 얇게 형성함으로써 발광 효율과 구동 전압 특성이 개선될 수 있다.
한편, 상대적으로 두꺼운 양자우물층(103b')의 경우, 도 4의 변형된 예에서와 같이, 캐리어가 재결합될 수 있는 영역을 더욱 많이 확보하기 위하여 복수 개 제공될 수도 있다. 도 4의 변형 예에서도, 두께가 얇은 양자우물층(103b)은 얇은 두께에 의하여 높아진 에너지 준위를 보상하도록 높은 함량의 In을 포함할 수 있으며, 이에 의한 압전 분극을 완화하도록 두꺼운 양자장벽층(103a)이 인접 배치될 수 있다. 또한, 두께가 두꺼우며 In의 함량이 상대적으로 낮은 복수(도 4의 예에서는 2개)의 양자우물층(103b')에 인접한 양자장벽층(103a')은 얇게 제공될 수 있다.
또한, 다른 변형 예로서, 도 5에 도시된 것과 같이, 복수의 양자우물층(103b-1, 103b-2, 103b-3, 103b-4)은 p형 반도체층(104)에 인접한 것일수록 두껍게 형성될 수 있다. 이에 따라, 전자가 갖는 에너지 준위를 일정하게 하기 위하여 복수의 양자우물층(103b-1, 103b-2, 103b-3, 103b-4)은 p형 반도체층(104)에 인접한 것일수록 In 함량이 낮을 수 있다. 따라서, 본 변형 예에서는 압전 분극의 영향을 저감하기 위하여 복수의 양자장벽층(103a-1, 103a-2, 103a-3, 103a-4)은 p형 반도체층(104)에 인접한 것일수록 두께가 얇게 형성될 수 있을 것이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 질화물 반도체 발광소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 본 실시 형태에 따른 질화물 반도체 발광소자(200)는 도전성 기판(206) 상에 발광구조물이 형성되며, 상기 발광구조물은 n형 반도체층(202), 활성층(203) 및 p형 반도체층(204)을 구비하는 구조이다. 본 실시 형태의 경우에도 활성층(203)은 도 2 내지 5에서 설명한 다중양자우물구조를 가질 수 있으며, 이에 의해 발광 효율 및 구동 전압 특성이 개선될 수 있다.
n형 반도체층(202)의 상부에는 n형 전극(207)이 형성되며, p형 반도체층(204)의 하부에는 반사금속층(205) 및 도전성 기판(206)이 형성될 수 있다. 반사금속층(205)은 p형 반도체층(204)과 전기적으로 오믹 특성을 보이는 물질로서, 나아가, 활성층(203)에서 방출된 빛을 반사할 수 있도록 높은 반사율을 갖는 금속으로 이루어질 수 있다. 이러한 기능을 고려하여 반사금속층(205)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질을 포함하여 형성할 수 있다.
도전성 기판(206)은 외부 전원과 연결되어 p형 반도체층(204)에 전기 신호를 인가하는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 도전성 기판(206)은 반도체 성장에 이용된 기판을 제거하기 위한 레이저 리프트 오프 등의 공정에서 상기 발광구조물을 지지하는 지지체의 역할을 수행하며, Au, Ni, Al, Cu, W, Si, Se, GaAs 중 어느 하나를 포함하는 물질, 예컨대, Si 기판에 Al이 도핑된 물질로 이루어질 수 있다. 이 경우, 도전성 기판(206)은 도금, 스퍼터링, 증착 등의 공정으로 반사금속층(205)에 형성할 수 있으며, 이와 달리, 미리 제조된 도전성 기판(206)을 반사금속층(205)에 도전성 접합층 등을 매개로 하여 접합시킬 수도 있다.
본 발명은 상술한 실시 형태 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.
101: 기판 102: n형 반도체층
103: 활성층 103a: 양자장벽층
103b: 양자우물층 104: p형 반도체층
105: 오믹전극층 106a, 106b: 제1 및 제2 전극
103: 활성층 103a: 양자장벽층
103b: 양자우물층 104: p형 반도체층
105: 오믹전극층 106a, 106b: 제1 및 제2 전극
Claims (12)
- n형 및 p형 반도체층; 및
상기 n형 및 p형 반도체층 사이에 배치되며, 복수의 양자우물층과 복수의 양자장벽층이 교대로 배치된 구조를 갖는 활성층;을 포함하며,
상기 복수의 양자우물층은 AlxInyGa1 -x- yN (0 ≤ x < 1, 0 < y ≤ 1)으로 이루어지되 In의 함량이 서로 다른 것들을 포함하고,
상기 복수의 양자장벽층은 In의 함량이 높은 양자우물층에 인접한 것의 두께가 In의 함량이 낮은 양자우물층에 인접한 것의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 양자우물층은 In의 함량이 낮은 것의 두께가 In의 함량이 높은 것의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제2항에 있어서,
상기 복수의 양자우물층은 In의 함량이 낮은 것이 In의 함량이 높은 것보다 상기 p형 반도체층에 보다 인접하게 배치된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제2항에 있어서,
상기 복수의 양자우물층은 In의 함량이 높은 것과 In의 함량이 낮은 것에서 방출하는 빛의 파장이 동일한 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제2항에 있어서,
상기 복수의 양자우물층 각각에서 방출하는 빛의 파장이 동일한 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 양자우물층은 상기 p형 반도체층에 인접한 것일수록 두꺼운 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제6항에 있어서,
상기 복수의 양자우물층은 상기 p형 반도체층에 인접한 것일수록 In 함량이 낮은 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제7항에 있어서,
상기 복수의 양자장벽층은 상기 p형 반도체층에 인접한 것일수록 두께가 얇은 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 양자장벽층은, In의 함량이 높은 양자우물층에 상기 p형 반도체층이 위치한 방향으로 인접한 것의 두께가 In의 함량이 낮은 양자우물층에 인접한 것의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 양자우물층은 In의 함량이 높은 것일수록 압전 분극의 크기가 큰 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 양자장벽층은 In을 함유하지 아니하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 양자장벽층은 상기 복수의 양자우물층 중 인접한 것보다 In을 함유량이 낮은 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |