KR20130128527A - 발광소자 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층; 제2 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이의 활성층; 및 상기 활성층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이의 전자 차단층;을 포함하고, 상기 전자 차단층은 제1층 및 상기 제1층보다 에너지 밴드갭이 작은 제2층이 적어도 두 번 교대로 적층되고, 상기 제1층은 상기 활성층보다 에너지 밴드갭이 크며, 상기 제1층 및 상기 제2층은 각각 Inx1Aly1GaN1 -x1- y1 및 Inx2Aly2GaN1 -x2- y2 (0=x1<1, 0=x2<1, 0<y1<1, 0=y2<1, x1<y1, x2<y2, y1>y2)의 조성을 갖고, 상기 전자 차단층은 적어도 두 개의 제1층의 에너지 밴드갭이 서로 다르거나, 또는 적어도 두 개의 제2층의 에너지 밴드갭이 서로 다르다.
Description
실시예는 발광소자에 관한 것이다.
반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Ligit Emitting Diode)나 레이저 다이오드와 같은 발광소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
따라서, 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등에까지 응용이 확대되고 있다.
도 1은 일반적인 발광 다이오드의 파장에 따른 광 출력을 나타낸 그래프이고, 도 2는 광 출력을 향상시키기 위하여 초격자 구조를 갖는 EBL(Electron Blocking Layer)을 적용한 발광 다이오드의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다.
발광 다이오드를 사용한 조명 장치가 형광등과 같은 백색 광원을 완전히 대체하기 위해서는 광 효율 및 긴 수명 외에 고 연색성, 즉, 높은 연색 평가 지수(CRI: Color Rendering Index)가 확보 되어야 한다.
그러나, Blue LED를 예로 들어 설명한 도 1을 참조하면, 445~452nm의 단파장에서는 광 출력이 높게 나타나지만, A 영역에서 볼 수 있는 바와 같이, 긴 장파장으로 갈수록 광 출력이 감소되는 경향이 나타난다. 장파장 영역의 광 출력이 감소하면 고 연색성의 백색 광원을 확보하는 것이 어려워 진다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 활성층의 우물층에 In 조성을 증가시키거나 도 2에 도시된 바와 같은 초격자 구조를 갖는 EBL 층을 적용한 발광 다이오드를 사용하여 왔다.
그러나, 활성층의 우물층에 In 조성을 증가시키면 EBL 층과의 격자상수차이가 증가하여 활성층에 가해지는 응력이 증가하는 문제점이 있고, 초격자 구조를 갖는 EBL 층을 적용하더라도 발광 다이오드의 전체적인 광 출력이 증가할 뿐 장파장 영역에서의 광 출력 감소는 여전히 해결되지 않는 문제점이 있었다.
실시예는 발광소자의 장파장 영역에서의 광 효율을 향상시키고자 한다.
실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층; 제2 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이의 활성층; 및 상기 활성층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이의 전자 차단층;을 포함하고, 상기 전자 차단층은 제1층 및 상기 제1층보다 에너지 밴드갭이 작은 제2층이 적어도 두 번 교대로 적층되고, 상기 제1층은 상기 활성층보다 에너지 밴드갭이 크며, 상기 제1층 및 상기 제2층은 각각 Inx1Aly1Ga1 -x1- y1N 및 Inx2Aly2Ga1 -x2- y2N (0=x1<1, 0=x2<1, 0<y1<1, 0=y2<1, y1>y2)의 조성을 갖고, 상기 전자 차단층은 적어도 두 개의 제1층의 에너지 밴드갭이 서로 다르거나, 또는 적어도 두 개의 제2층의 에너지 밴드갭이 서로 다르다.
상기 제2층은 상기 제2 도전형 반도체층 방향으로 갈수록 Al 함량 y2가 증가할 수 있다.
상기 제2층은 상기 제2 도전형 반도체층 방향으로 갈수록 Al 함량 y2가 감소할 수 있다.
상기 제1층은 Al 함량 y1이 모두 동일할 수 있다.
상기 제1층은 상기 제2 도전형 반도체층 방향으로 갈수록 Al 함량 y1이 증가할 수 있다.
상기 제1층은 상기 제2 도전형 반도체층 방향으로 갈수록 Al 함량 y1이 감소할 수 있다.
상기 제1층의 Al 함량 y1은 각각 0.24~0.30일 수 있다.
상기 제2층의 Al 함량 y2는 각각 0~0.18일 수 있다.
상기 제1층은 에너지 밴드갭이 모두 동일할 수 있다.
상기 제2층은 상기 제2 도전형 반도체층 방향으로 갈수록 에너지 밴드갭이 증가할 수 있다.
상기 제2층은 상기 제2 도전형 반도체층 방향으로 갈수록 에너지 밴드갭이 감소할 수 있다.
상기 제1층은 상기 제2 도전형 반도체층 방향으로 갈수록 에너지 밴드갭이 증가할 수 있다.
상기 제1층은 상기 제2 도전형 반도체층 방향으로 갈수록 에너지 밴드갭이 감소할 수 있다.
적어도 두 개의 제1층은 에너지 밴드갭이 서로 다를 수 있다.
상기 제1층은 상기 활성층에 가장 인접한 제1-1층, 복수 개의 제1층 중에서 정 가운데에 위치하는 제1-2층, 상기 제2 도전형 반도체층에 가장 인접한 제1-3층을 포함할 수 있다.
상기 제1층은 상기 제1-1층에서 상기 제1-2층으로 갈수록 에너지 밴드갭이 증가하고, 상기 제1-2층에서 상기 제1-3층으로 갈수록 에너지 밴드갭이 감소할 수 있다.
상기 제1층은 상기 제1-1층에서 상기 제1-2층으로 갈수록 Al 함량 y1이 증가하고, 상기 제1-2층에서 상기 제1-3층으로 갈수록 Al 함량 y1이 감소할 수 있다.
실시예에 따르면 장파장 영역에서의 광 출력 감소 현상을 개선하여 발광소자의 광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 장파장 영역에서 광 출력이 증가하므로 고 효율 및 고 연색성의 백색 광원을 확보할 수 있다.
도 1은 일반적인 발광 다이오드의 파장에 따른 광 출력을 나타낸 그래프이고,
도 2는 광 출력을 향상시키기 위하여 초격자 구조를 갖는 EBL(Electron Blocking Layer)을 적용한 발광 다이오드의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이고,
도 3 및 도 4는 일실시예에 따른 발광소자의 측단면도이고,
도 5는 제1 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이고,
도 6은 제2 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이고,
도 7은 제3 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이고,
도 8은 제4 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이고,
도 9는 제5 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이고,
도 10은 제6 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이고,
도 11은 제7 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이고,
도 12는 제8 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이고,
도 13은 제9 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이고,
도 14는 종래의 발광소자의 실시예에 따른 발광소자의 파장별 광 출력을 비교하여 나타낸 그래프이고,
도 15는 실시예들에 따른 발광소자를 포함한 발광소자 패키지의 일실시예를 도시한 도면이고,
도 16은 실시예에 따른 발광소자가 배치된 헤드램프의 일실시예를 도시한 도면이고,
도 17은 실시예에 따른 발광소자 패키지가 배치된 표시장치의 일실시예를 도시한 도면이다.
도 2는 광 출력을 향상시키기 위하여 초격자 구조를 갖는 EBL(Electron Blocking Layer)을 적용한 발광 다이오드의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이고,
도 3 및 도 4는 일실시예에 따른 발광소자의 측단면도이고,
도 5는 제1 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이고,
도 6은 제2 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이고,
도 7은 제3 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이고,
도 8은 제4 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이고,
도 9는 제5 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이고,
도 10은 제6 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이고,
도 11은 제7 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이고,
도 12는 제8 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이고,
도 13은 제9 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이고,
도 14는 종래의 발광소자의 실시예에 따른 발광소자의 파장별 광 출력을 비교하여 나타낸 그래프이고,
도 15는 실시예들에 따른 발광소자를 포함한 발광소자 패키지의 일실시예를 도시한 도면이고,
도 16은 실시예에 따른 발광소자가 배치된 헤드램프의 일실시예를 도시한 도면이고,
도 17은 실시예에 따른 발광소자 패키지가 배치된 표시장치의 일실시예를 도시한 도면이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 3 및 도 4는 일실시예에 따른 발광소자의 측단면도이다. 도 3에는 수평형 발광소자를, 도 4에는 수직형 발광소자를 각각 도시하였다.
일실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층(120), 제2 도전형 반도체층(140), 상기 제1 도전형 반도체층(120)과 상기 제2 도전형 반도체층(140) 사이의 활성층(130), 및 상기 활성층(130)과 상기 제2 도전형 반도체층(140) 사이의 전자 차단층(150)을 포함한다.
발광소자는 복수의 화합물 반도체층, 예를 들어 3족-5족 원소의 반도체층을 이용한 LED(Light Emitting Diode)를 포함하며, LED는 청색, 녹색 또는 적색 등과 같은 광을 방출하는 유색 LED이거나 UV LED일 수 있다. LED의 방출 광은 다양한 반도체를 이용하여 구현될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
제1 도전형 반도체층(120)과 활성층(130) 및 제2 도전형 반도체층(140)을 합하여 발광 구조물이라 칭할 수 있다.
발광 구조물은, 예를 들어, 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
제1 도전형 반도체층(120)은 반도체 화합물로 형성될 수 있으며, 예를 들어 3족-5족 또는 2족-6족 등의 화합물 반도체로 형성될 수 있다. 또한 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(120)이 n형 반도체층인 경우, 상기 제1 도전형 도펀트는 n형 도펀트로서 Si, Ge, Sn, Se 또는 Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
제1 도전형 반도체층(120)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(120)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN,AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(140)은 반도체 화합물로 형성될 수 있으며, 예를 들어 제2 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체로 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(140)은 예를 들어, 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 또는 Ba 등을 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 제1 도전형 반도체층(120)은 n형 반도체층으로, 제2 도전형 반도체층(140)은 p형 반도체층으로 구현할 수 있다.
또한, 제2 도전형 반도체층(140) 상에는 제2 도전형과 반대의 극성을 갖는 반도체, 예컨대 상기 제2 도전형 반도체층이 p형 반도체층일 경우 n형 반도체층(미도시)을 형성할 수 있다. 이에 따라 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.
제1 도전형 반도체층(120)과 제2 도전형 반도체층(140) 사이에 활성층(130)이 위치한다.
활성층(130)은 전자와 정공이 서로 만나서 활성층(발광층) 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층으로, 예를 들어, 상기 제1 도전형 반도체층(120)이 n형 반도체층이고 상기 제2 도전형 반도체층(140)이 p형 반도체층인 경우, 상기 제1 도전형 반도체층(120)에서 전자를 제공받고 상기 제2 도전형 반도체층(140)에서 정공을 제공받을 수 있다.
활성층(130)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 양자선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(124)은 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 트리메틸 인듐 가스(TMIn)가 주입되어 다중 양자 우물 구조가 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
활성층(130)이 다중 우물 구조로 형성되는 경우, 활성층(130)의 우물층/장벽층은 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 우물층은 상기 장벽층의 밴드 갭보다 좁은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
활성층(130)의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 도전형 클래드층은 활성층의 장벽층의 밴드갭보다 더 넓은 밴드갭을 갖는 반도체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도전형 클래드층은 GaN, AlGaN, InAlGaN 또는 초격자 구조를 포함할 수 있다. 또한, 도전형 클래드층은 n형 또는 p형으로 도핑될 수 있다.
활성층(130)은 우물층(132)과 장벽층(131)이 적어도 한 번 교대로 적층되고, 우물층(132)의 에너지 밴드갭이 장벽층(131)의 에너지 밴드갭보다 작다.
활성층(130)과 제2 도전형 반도체층(140) 사이에는 전자 차단층(EBL: Electron Blocking Layer)(150)이 위치할 수 있다.
전자 차단층(150)은 캐리어 중 전자가 이동성이 좋기 때문에, 제1 도전형 반도체층(120)에서 제공된 전자가 발광에 기여하지 못하고 활성층(130)을 넘어 제2 도전형 반도체층(140)으로 빠져나가 누설 전류의 원인이 되는 것을 방지하는 전위 장벽의 역할을 할 수 있다.
전자 차단층(150)은 제1층(151) 및 상기 제1층(151)보다 에너지 밴드갭이 작은 제2층(152)이 교대로 적층된 페어 구조를 포함하며, 적어도 두 개의 제1층(151)의 에너지 밴드갭이 서로 다르거나, 적어도 두 개의 제2층(152)의 에너지 밴드갭이 서로 다를 수 있다.
도 3 및 도 4에는 일 예로서 제1층(151)과 제2층(152)이 두 번 교대로 적층된 것으로 도시하였으나, 이에 한정하지 않는다.
일 예로서, 제1층(151)과 제2층(152)의 페어 구조는 2~6번 반복하여 위치할 수 있다.
Al의 함량이 증가할수록 에너지 밴드갭이 커지므로 전자 차단층(150)은 Al을 함유하여 활성층(130)보다 에너지 밴드갭이 크도록 설정되어, 제1 도전형 반도체층(120)에서 제공된 전자가 발광에 기여하지 못하고 활성층(130)을 넘어 제2 도전형 반도체층(140)으로 빠져나가 누설 전류의 원인이 되는 것을 방지할 수 있다.
전자 차단층(150)의 제1층(151) 및 제2층(152)은 각각 Inx1Aly1Ga1 -x1- y1N 및 Inx2Aly2Ga1-x2-y2N (0=x1<1, 0=x2<1, 0<y1<1, 0=y2<1, y1>y2)의 조성을 갖는다.
전자 차단층(150)의 제1층(151) 및 제2층(152)은 각각 4~10nm의 두께로 형성될 수 있다.제2층(152)은 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 에너지 밴드갭이 증가할 수 있다. 이때, 복수 개의 제2층(152) 모두가 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 에너지 밴드갭이 증가하여야 하는 것은 아니고, 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 에너지 밴드갭이 증가하되 적어도 두 개의 제2층(152)의 에너지 밴드갭이 서로 동일할 수도 있다.
또는, 제2층(152)은 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 에너지 밴드갭이 감소할 수 있다. 이때, 복수 개의 제2층(152) 모두가 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 에너지 밴드갭이 감소하여야 하는 것은 아니고, 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 에너지 밴드갭이 감소하되 적어도 두 개의 제2층(152)의 에너지 밴드갭이 서로 동일할 수도 있다.
발광소자가 종래의 백색 광원을 완전히 대체하기 위해서는 고 연색성이 확보되어야 하며, 고 연색성의 백색 광원을 확보하기 위해서는 장파장 영역에서도 광 출력이 감소되지 않아야 한다.
장파장 영역의 발광을 얻기 위해서는 활성층(130)의 우물층(132) 내의 In 조성을 증가시켜야 하는데, 이는 전자 차단층(150)과의 격자 상수 차이를 증가시켜 활성층(130)에 가해지는 기계적 응력에 의해 전자와 정공의 재결합률이 저하되는 문제점이 있었다.
실시예에서는, 전자 차단층(150)을 제1층(151) 및 제2층(152)의 페어 구조로 형성하고, 제1층(151) 및/또는 제2층(152)의 에너지 밴드갭이 서서히 변화하도록 하여 활성층(130)과 전자 차단층(150) 사이의 기계적 응력을 완화시킴으로써, 장파장 영역에서의 광 효율 감소 현상을 개선할 수 있다.
제1층(151)은 에너지 밴드갭이 모두 동일할 수 있다.
또는, 제1층(151)은 제2 도전형 반도체층(140) 방향으로 갈수록 에너지 밴드갭이 감소할 수 있다. 이때, 복수 개의 제1층(151) 모두가 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 에너지 밴드갭이 감소하여야 하는 것은 아니고, 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 에너지 밴드갭이 감소하되 적어도 두 개의 제1층(151)의 에너지 밴드갭이 서로 동일할 수도 있다.
또는, 제1층(151)은 제2 도전형 반도체층(140) 방향으로 갈수록 에너지 밴드갭이 증가할 수 있다. 이때, 복수 개의 제1층(151) 모두가 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 에너지 밴드갭이 증가하여야 하는 것은 아니고, 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 에너지 밴드갭이 증가하되 적어도 두 개의 제1층(151)의 에너지 밴드갭이 서로 동일할 수도 있다.
즉, 제1층(151)이 복수 개 존재하는 경우, 적어도 두 개의 제1층(151)의 에너지 밴드갭은 서로 다를 수 있다.
또는, 제1층(151)은 활성층(130)에서 제2 도전형 반도체층(140) 방향으로 갈수록 에너지 밴드갭이 증가하다가 감소하는 경향을 나타낼 수 있다.
즉, 제1층(151)은 후술하는 바와 같이 활성층(130)에 가장 인접한 제1-1층(151-1), 복수 개의 제1층(151) 중에서 정 가운데에 위치하는 제1-2층(151-2), 제2 도전형 반도체층에 가장 인접한 제1-3층(151-3)을 포함하고, 제1-1층(151-1)에서 제1-2층(151-2)으로 갈수록 에너지 밴드갭이 증가하고 제1-2층(151-2)에서 제1-3층(151-3)으로 갈수록 에너지 밴드갭이 감소할 수 있다.
단, 제1층(151)은 제1 도전형 반도체층(120)에서 제공된 전자가 제2 도전형 반도체층(140)으로 흘러 들어가는 것을 막는 장벽 역할을 하므로 제1층(151)의 에너지 밴드갭은 최소한 제2층(152)의 에너지 밴드갭보다 클 수 있다.
전자 차단층(150)의 에너지 밴드갭은 제1층(151)과 제2층(152)을 구성하는 물질의 Al 함량에 의해 조절될 수 있다. 즉, Al 함량이 증가할수록 에너지 밴드갭이 커지고 Al 함량이 감소할수록 에너지 밴드갭이 작아질 수 있다.
제2층(152)은 제2 도전형 반도체층(140) 방향으로 갈수록 Al 함량 y2가 증가할 수 있다. 이때, 복수 개의 제2층(152) 모두가 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 Al 함량 y2가 증가하여야 하는 것은 아니고, 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 y2가 증가하되 적어도 두 개의 제2층(152)의 Al 함량 y2가 서로 동일할 수도 있다.
또는, 제2층(152)은 제2 도전형 반도체층(140) 방향으로 갈수록 Al 함량 y2가 감소할 수 있다. 이때, 복수 개의 제2층(152) 모두가 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 Al 함량 y2가 감소하여야 하는 것은 아니고, 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 y2가 감소하되 적어도 두 개의 제2층(152)의 Al 함량 y2가 서로 동일할 수도 있다.
제1층(151)은 Al 함량 y1이 모두 동일할 수 있다.
또는, 제1층(151)은 제2 도전형 반도체층(140) 방향으로 갈수록 Al 함량 y1이 증가할 수 있다. 이때, 복수 개의 제1층(151) 모두가 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 Al 함량 y1이 증가하여야 하는 것은 아니고, 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 y1이 증가하되 적어도 두 개의 제1층(151)의 Al 함량 y1이 서로 동일할 수도 있다.
또는, 제1층(151)은 제2 도전형 반도체층(140) 방향으로 갈수록 Al 함량 y1이 감소할 수 있다. 이때, 복수 개의 제1층(151) 모두가 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 Al 함량 y1이 감소하여야 하는 것은 아니고, 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 y1이 감소하되 적어도 두 개의 제1층(151)의 Al 함량 y1이 서로 동일할 수도 있다.
또는, 제1층(151)은 제1-1층(151-1)에서 제1-2층(151-2)으로 갈수록 Al 함량 y1이 증가하고, 제1-2층(151-2)에서 제1-3층(151-3)으로 갈수록 Al 함량 y1이 감소할 수 있다.
전자 차단층(150)의 제1층(151)의 Al 함량 y1은 각각 0.24~0.30일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 제1층(151)의 Al 함량 y1이 너무 크면 활성층(130)과의 격자 상수 차이를 증가시켜서 활성층(130)에 가해지는 응력이 증가되고, 제1층(151)의 Al 함량 y1이 너무 작으면 전자를 차단하는 장벽 역할을 제대로 수행하지 못할 수 있다.
전자 차단층(150)의 제2층(152)의 Al 함량 y2는 각각 0~18일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
전자 차단층(150)의 제1층(151) 및 제2층(152)에 In이 포함될 수도 있다. In은 활성층(130)과의 격자 상수 차이 완화를 위하여 소량 포함되며, 일 예로서 In 함량 x1, x2는 각각 0~0.05일 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 전자 차단층(150)의 In 함량이 너무 클 경우 전자 차단층(150)의 결정성 품질이 저하될 수 있고 전자를 차단하는 장벽 역할을 제대로 수행하지 못할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(120)과 활성층(130) 및 제2 도전형 반도체층(140)을 포함한 발광 구조물은 성장기판(110) 상에 성장된다.
성장기판(110)은 반도체 물질 성장에 적합한 재료, 열전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있다. 성장기판(110)은 예를 들어, 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, and Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 성장기판(110)에 대해 습식세척을 하여 표면의 불순물을 제거할 수 있다.
성장기판(110) 상에 제1 도전형 반도체층(120)을 성장시키기 전에 언도프트 반도체층(115)을 먼저 성장시킬 수 있다.
언도프트 반도체층(115)은 제1 도전형 반도체층(120)의 결정성 향상을 위해 형성되는 층으로, 제1 도전형 도펀트가 도핑되지 않아 제1 도전형 반도체층(120)에 비해 낮은 전기 전도성을 갖는 것을 제외하고는 제1 도전형 반도체층(120)과 같을 수 있다.
제1 도전형 반도체층(120) 상에는 제1 전극(160)이 위치하고, 제2 도전형 반도체층(140) 상에는 제2 전극(170)이 위치한다.
제1 전극(155) 및 제2 전극(160)은 각각 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu) 또는 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
도 3과 같은 수평형 발광소자의 경우, 제2 도전형 반도체층(140)과 활성층(130) 및 제1 도전형 반도체층(120)의 일부가 선택적으로 식각되어 노출된 제1 도전형 반도체층(120)의 면에 제1 전극(160)이 위치한다.
도 4와 같은 수직형 발광소자의 경우, 제2 도전형 반도체층(140) 하부에 도전성 지지기판(210)이 위치하며, 도전성 지지기판(210)이 제2 전극의 역할을 할 수 있다.
도전성 지지기판(210)은 전기 전도성과 열 전도성이 높은 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도전성 지지기판(210)은, 소정의 두께를 갖는 베이스 기판(substrate)으로서, 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si), 텅스텐(W), 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있으며, 또한, 금(Au), 구리합금(Cu Alloy), 니켈(Ni), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예: GaN, Si, Ge, GaAs, ZnO, SiGe, SiC, SiGe, Ga2O3 등) 또는 전도성 시트 등을 선택적으로 포함할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 제2 도전형 반도체층(140)과 제2 전극(170) 사이에 투명 전극층(180)이 위치할 수 있다.
투명 전극층(180)은 제2 도전형 반도체층(140)과 제2 전극(170)의 전기적 접촉을 개선하기 위한 것으로, 투광성 전도층과 금속이 선택적으로 사용될 수 있으며, 예를 들어, 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, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 또는 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Sn, In, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
도 4를 참조하면, 발광 구조물의 제2 도전형 반도체층(140)과 도전성 지지기판(210) 사이에 반사층(230)이 위치할 수 있다.
반사층(230)은 활성층(130)에서 생성된 빛을 효과적으로 반사하여 발광소자의 광추출 효율을 크게 개선할 수 있다.
반사층(230)과 제2 도전형 반도체층(140) 사이에는 별도의 투명 전극층(220)이 위치할 수 있다.
반사층(230)이 제2 도전형 반도체층(140)과 오믹 접촉하는 물질로 형성된 경우, 투명 전극층(220)은 별도로 형성하지 않을 수 있으며, 반사층(230)과 제2 도전형 반도체층(140)의 계면에 오믹접촉영역이 존재할 수 있다.
반사층(230) 및/또는 투명 전극층(220)이 형성된 발광 구조물과 도전성 지지기판(210)은 본딩층(215)에 의해 서로 결합될 수 있다.
본딩층(215)은 베리어 금속 또는 본딩 금속 등을 포함하며, 예를 들어, Ti, Au, Sn, Ni, Cr, Ga, In, Bi, Cu, Ag 또는 Ta 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
발광 구조물의 제1 도전형 반도체층(120)의 표면에는 러프니스 패턴이 형성될 수 있다. 러프니스 패턴은 PEC(Photo enhanced chemical) 식각 방법이나 마스크 패턴을 이용한 에칭 공정 수행하여 형성할 수 있다. 러프니스 패턴은 활성층(130)에서 생성된 광의 외부 추출 효율을 증가시키기 위한 것으로서, 규칙적인 주기를 갖거나 불규칙적인 주기를 가질 수 있다.
또한, 발광 구조물의 측면 및 제1 도전형 반도체층(120) 상의 적어도 일부에 패시베이션층(240)이 형성될 수 있다.
패시베이션층(240)은 산화물이나 질화물로 이루어져 발광 구조물을 보호한다. 일 예로서, 상기 패시베이션층(240)은 실리콘 산화물(SiO2)층, 산화 질화물층, 산화 알루미늄층으로 이루어질 수 있다.
이하에서는 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 각 도면을 참조하여 실시예를 좀 더 자세히 설명하기로 한다.
도 5는 제1 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다.
제1 실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층(120)과 활성층(130) 및 제2 도전형 반도체층(140)을 포함한다.
활성층(130)은 전자와 정공이 서로 만나서 활성층(발광층) 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층으로, 예를 들어, 상기 제1 도전형 반도체층(120)이 n형 반도체층이고 상기 제2 도전형 반도체층(140)이 p형 반도체층인 경우, 상기 제1 도전형 반도체층(120)에서 전자를 제공받고 상기 제2 도전형 반도체층(140)에서 정공을 제공받을 수 있다.
활성층(130)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 양자선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 도 5에는 일 예로서 우물층(132)과 장벽층(131)이 세 번 교대로 적층된 다중양자우물 구조를 갖는 것으로 도시하였다.
활성층(130)과 제2 도전형 반도체층(140) 사이에 전자 차단층(150)이 위치한다.
전자 차단층(150)은 캐리어 중 전자가 이동성이 좋기 때문에, 제1 도전형 반도체층(120)에서 제공된 전자가 발광에 기여하지 못하고 활성층(130)을 넘어 제2 도전형 반도체층(140)으로 빠져나가 누설 전류의 원인이 되는 것을 방지하는 전위 장벽의 역할을 할 수 있다.
전자 차단층(150)은 제1층(151) 및 상기 제1층(151)보다 에너지 밴드갭이 작은 제2층(152)이 교대로 적층된 페어 구조를 포함하며, 적어도 두 개의 제2층(152)은 에너지 밴드갭이 서로 다를 수 있다.
도 5에는 일 예로서 제1층(151)과 제2층(152)이 교대로 적층된 두 개의 페어 구조가 도시되어 있으나, 이에 한정하지 않는다.
전자 차단층(150)의 제1층(151) 및 제2층(152)은 각각 Inx1Aly1Ga1 -x1- y1N 및 Inx2Aly2Ga1-x2-y2N (0=x1<1, 0=x2<1, 0<y1<1, 0=y2<1, y1>y2)의 조성을 갖는다.
제1층(151)은 전자가 제2 도전형 반도체층(140)으로 흘러 들어가는 것을 차단하는 장벽 역할을 하며, 제1 실시예에서 세 개의 제1층(151)의 에너지 밴드갭은 모두 동일할 수 있다.
제1층(151)의 에너지 밴드갭은 제1층(151)을 구성하는 물질의 Al 함량에 의해 조절될 수 있으며, 제1층(151)의 Al 함량 y1은 0.24~30일 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 제1층(151)의 에너지 밴드갭이 모두 동일하므로, 복수 개의 제1층(151)의 Al 함량 y1은 모두 동일할 수 있다.
제1층(151)의 Al 함량 y1이 너무 크면 활성층(130)과의 격자 상수 차이를 증가시켜서 활성층(130)에 가해지는 응력이 증가되고, 제1층(151)의 Al 함량 y1이 너무 작으면 전자를 차단하는 장벽 역할을 제대로 수행하지 못할 수 있다.
복수 개의 제2층(152)은 제2 도전형 반도체층(140) 방향으로 갈수록 에너지 밴드갭이 감소할 수 있다. 이때, 복수 개의 제2층(152) 모두가 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 에너지 밴드갭이 감소하여야 하는 것은 아니고, 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 에너지 밴드갭이 감소하되 적어도 두 개의 제2층(152)의 에너지 밴드갭이 서로 동일할 수도 있다.
도 5에서는 일 예로서, 두 개의 제2층(152)의 에너지 밴드갭이 제2 도전형 반도체층(140) 방향으로 갈수록 점차 작아지는 것으로 도시하였다.
제2층(152)의 에너지 밴드갭은 제2층(152)을 구성하는 물질의 Al 함량에 의해 조절될 수 있으므로, 제2층(152)의 Al 함량 y2는 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 점차 감소할 수 있다. 이때, 복수 개의 제2층(152) 모두가 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 Al 함량 y2가 감소하여야 하는 것은 아니고, 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 y2가 감소하되 적어도 두 개의 제2층(152)의 Al 함량 y2가 서로 동일할 수도 있다.
제2층(152)의 Al 함량 y2는 각각 0~0.18일 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 제2층(152)의 에너지 밴드갭이 점차 감소하여 제2 도전형 반도체층(140)에 가장 인접한 제2층(152)의 Al 함량 y2가 0이 되는 경우 상기 제2층(152)의 에너지 밴드갭은 활성층(130)의 장벽층(132)의 에너지 밴드갭과 동일할 수도 있다.
도 5에서, 활성층(130)에 인접한 첫 번째 제2층(152)의 Al 함량 y2는 0.12~0.18일 수 있고, 두 번째 제2층(152)의 Al 함량 y2는 0.05~0.10일 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
장파장 영역에서의 광 효율을 향상시키기 위하여 활성층(130)의 우물층(132) 내의 In 조성을 증가시키는 경우, 이는 전자 차단층(150)과의 격자 상수 차이를 증가시켜 활성층(130)에 가해지는 기계적 응력이 증가되는 문제점이 존재하는데, 실시예에서는 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 전자 차단층(150)의 제2층(152)의 Al 함량을 서서히 감소시켜 활성층(130)의 기계적 응력을 완화시킴으로써, 결정성 품질을 확보하면서 장파장 영역에서의 광 효율을 향상시킬 수 있다.
도 5에는 제1층(151)과 제2층(152)의 페어 구조가 두 번 위치하여 두 개의 제2층(152)이 존재하는 것으로 도시하였으나, 그 이상의 페어 구조가 존재하는 경우 셋 이상의 제2층(152)의 에너지 밴드갭은 제2 도전형 반도체층(140) 방향으로 갈수록 점차 작아질 수 있다.
전자 차단층(150)의 제1층(151) 및 제2층(152)에는 In이 포함될 수도 있다. In은 활성층(130)과의 격자 상수 차이 완화를 위하여 소량 포함되며, 일 예로서 In 함량 x1, x2는 각각 0~0.05일 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 전자 차단층(150)의 In 함량이 너무 클 경우 전자 차단층(150)의 결정성 품질이 저하될 수 있고 전자를 차단하는 장벽 역할을 제대로 수행하지 못할 수 있다.
도 6은 제2 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다. 상술한 실시예들과 중복되는 내용은 다시 설명하지 않으며, 이하에서는 차이점을 중심으로 설명한다.
제2 실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층(120)과 활성층(130) 및 제2 도전형 반도체층(140)을 포함하고, 활성층(130)과 제2 도전형 반도체층(140) 사이에 전자 차단층(150)이 위치한다.
제1 실시예와 제2 실시예에서, 전자 차단층(150)의 제2층(152)이 제2 도전형 반도체층(140) 방향으로 갈수록 에너지 밴드갭이 감소하는 점에서는 동일하나, 제2 실시예에서는 전자 차단층(150)의 제1층(151)도 제2 도전형 반도체층(140) 방향으로 갈수록 에너지 밴드갭이 변화한다는 점에서 제1 실시예와 차이가 있다. 즉, 복수 개의 제1층(151)의 에너지 밴드갭이 모두 동일한 것이 아니라, 적어도 두 개의 제1층(151)의 에너지 밴드갭은 서로 다를 수 있다.
제1 실시예에서와 마찬가지로, 복수 개의 제2층(152)은 제2 도전형 반도체층(140) 방향으로 갈수록 에너지 밴드갭이 감소할 수 있다. 이때, 복수 개의 제2층(152) 모두가 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 에너지 밴드갭이 감소하여야 하는 것은 아니고, 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 에너지 밴드갭이 감소하되 적어도 두 개의 제2층(152)의 에너지 밴드갭이 서로 동일할 수도 있다.
도 6에서는 일 예로서, 두 개의 제2층(152)의 에너지 밴드갭이 제2 도전형 반도체층(140) 방향으로 갈수록 점차 감소하는 것으로 도시하였다.
제2층(151)의 에너지 밴드갭은 제2층(152)을 구성하는 물질의 Al 함량에 의해 조절될 수 있으므로, 제2층(152)의 Al 함량 y2는 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 점차 감소할 수 있다. 이때, 복수 개의 제2층(152) 모두가 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 Al 함량 y2가 감소하여야 하는 것은 아니고, 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 y2가 감소하되 적어도 두 개의 제2층(152)의 Al 함량 y2가 서로 동일할 수도 있다.
전자 차단층(150)의 제1층(151)은 제2 도전형 반도체층(140) 방향으로 갈수록 에너지 밴드갭이 감소할 수 있다. 이때, 복수 개의 제1층(151) 모두가 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 에너지 밴드갭이 감소하여야 하는 것은 아니고, 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 에너지 밴드갭이 감소하되 적어도 두 개의 제1층(151)의 에너지 밴드갭이 서로 동일할 수도 있다.
도 6에서는 일 예로서, 세 개의 제1층(151)의 에너지 밴드갭이 제2 도전형 반도체층(140) 방향으로 갈수록 점차 작아지는 것으로 도시하였다.
제1층(151)의 에너지 밴드갭은 제1층(151)을 구성하는 물질의 Al 함량에 의해 조절될 수 있으므로, 제1층(151)의 Al 함량 y1은 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 점차 감소할 수 있다. 이때, 복수 개의 제1층(151) 모두가 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 Al 함량 y1이 감소하여야 하는 것은 아니고, 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 y1이 감소하되 적어도 두 개의 제1층(151)의 Al 함량 y1이 서로 동일할 수도 있다.
제1층(151)의 Al 함량 y1은 각각 0.24~30일 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
실시예에서는, 전자 차단층(150)의 제1층(151)과 제2층(152)의 Al 함량을 서서히 변화시켜 활성층(130)의 기계적 응력을 완화시킴으로써, 결정성 품질을 확보하면서 장파장 영역에서의 광 효율을 향상시킬 수 있다.
제1층(151)은 제1 도전형 반도체층(120)에서 제공된 전자를 막는 장벽 역할을 하므로, 제2 도전형 반도체층(140) 방향으로 갈수록 제1층(151)의 에너지 밴드갭이 감소하더라도 제1층(151)의 에너지 밴드갭은 최소한 제2층(152)의 에너지 밴드갭보다 클 수 있다.
도 7은 제3 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다. 상술한 실시예들과 중복되는 내용은 다시 설명하지 않으며, 이하에서는 차이점을 중심으로 설명한다.
제3 실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층(120)과 활성층(130) 및 제2 도전형 반도체층(140)을 포함하고, 활성층(130)과 제2 도전형 반도체층(140) 사이에 전자 차단층(150)이 위치한다.
제1 실시예와 제3 실시예에서, 전자 차단층(150)의 제1층(151)의 에너지 밴드갭이 모두 동일하다는 점은 동일하나, 전자 차단층(150)의 제2층(152)이 제2 도전형 반도체층(140) 방향으로 갈수록 에너지 밴드갭이 증가한다는 점에서 제1 실시예와 차이가 있다.
복수 개의 제2층(152)은 제2 도전형 반도체층(140) 방향으로 갈수록 에너지 밴드갭이 증가할 수 있다. 이때, 복수 개의 제2층(152) 모두가 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 에너지 밴드갭이 증가하여야 하는 것은 아니고, 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 에너지 밴드갭이 증가하되 적어도 두 개의 제2층(152)의 에너지 밴드갭이 서로 동일할 수도 있다.
도 7에서는 일 예로서, 두 개의 제2층(152)의 에너지 밴드갭이 제2 도전형 반도체층(140) 방향으로 갈수록 점차 증가하는 것으로 도시하였다.
제2층(152)의 에너지 밴드갭은 제2층(152)을 구성하는 물질의 Al 함량에 의해 조절될 수 있으므로, 제2층(152)의 Al 함량 y2는 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 점차 증가할 수 있다. 이때, 복수 개의 제2층(152) 모두가 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 Al 함량 y2가 증가하여야 하는 것은 아니고, 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 y2가 증가하되 적어도 두 개의 제2층(152)의 Al 함량 y2가 서로 동일할 수도 있다.
제2층(152)의 Al 함량 y2는 각각 0~0.18일 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 제2층(152)의 에너지 밴드갭이 점차 증가할 때 활성층(130)에 가장 인접한 제2층(152)의 Al 함량 y2가 0이 되는 경우 상기 제2층(152)의 에너지 밴드갭은 활성층(130)의 장벽층(132)의 에너지 밴드갭과 동일할 수도 있다.
도 7에서, 활성층(130)에 인접한 첫 번째 제2층(152)의 Al 함량 y2는 0.05~0.10일 수 있고, 두 번째 제2층(152)의 Al 함량 y2는 0.12~0.18일 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
도 7에는 제1층(151)과 제2층(152)의 페어 구조가 두 번 위치하여 두 개의 제2층(152)이 존재하는 것으로 도시하였으나, 그 이상의 페어 구조가 존재하는 경우 셋 이상의 제2층(152)의 에너지 밴드갭이 제2 도전형 반도체층(140) 방향으로 갈수록 점차 증가할 수 있다.
도 8은 제4 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다. 상술한 실시예들과 중복되는 내용은 다시 설명하지 않으며, 이하에서는 차이점을 중심으로 설명한다.
제4 실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층(120)과 활성층(130) 및 제2 도전형 반도체층(140)을 포함하고, 활성층(130)과 제2 도전형 반도체층(140) 사이에 전자 차단층(150)이 위치한다.
제3 실시예와 제4 실시예에서, 제2 도전형 반도체층(140) 방향으로 갈수록 전자 차단층(150)의 제2층(152)의 에너지 밴드갭이 증가한다는 점은 동일하나, 전자 차단층(150)의 제1층(151)도 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 에너지 밴드갭이 증가한다는 점에서 제3 실시예와 차이가 있다.
전자 차단층(150)의 제1층(151)은 제2 도전형 반도체층(140) 방향으로 갈수록 에너지 밴드갭이 증가할 수 있다. 이때, 복수 개의 제1층(151) 모두가 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 에너지 밴드갭이 증가하여야 하는 것은 아니고, 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 에너지 밴드갭이 증가하되 적어도 두 개의 제1층(151)의 에너지 밴드갭이 서로 동일할 수도 있다.
도 8에서는 일 예로서, 세 개의 제1층(151)의 에너지 밴드갭이 제2 도전형 반도체층(140) 방향으로 갈수록 점차 증가하는 것으로 도시하였다.
제1층(151)의 에너지 밴드갭은 제1층(151)을 구성하는 물질의 Al 함량에 의해 조절될 수 있으므로, 제1층(151)의 Al 함량 y1은 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 점차 증가할 수 있다. 이때, 복수 개의 제1층(151) 모두가 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 Al 함량 y1이 증가하여야 하는 것은 아니고, 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 y1이 증가하되 적어도 두 개의 제1층(151)의 Al 함량 y1이 서로 동일할 수도 있다.
제1층(151)의 Al 함량 y1은 각각 0.24~30일 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
실시예에서는, 전자 차단층(150)의 제1층(151)과 제2층(152)의 Al 함량을 서서히 변화시켜 활성층(130)의 기계적 응력을 완화시킴으로써, 결정성 품질을 확보하면서 장파장 영역에서의 광 효율을 향상시킬 수 있다.
제1층(151)은 제1 도전형 반도체층(120)에서 제공된 전자를 막는 장벽 역할을 하므로, 제2 도전형 반도체층(140) 방향으로 갈수록 제1층(151)의 에너지 밴드갭이 증가하더라도 제1층(151)의 에너지 밴드갭은 최소한 제2층(152)의 에너지 밴드갭보다 클 수 있다.
도 9는 제5 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다. 상술한 실시예들과 중복되는 내용은 다시 설명하지 않으며, 이하에서는 차이점을 중심으로 설명한다.
제5 실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층(120)과 활성층(130) 및 제2 도전형 반도체층(140)을 포함하고, 활성층(130)과 제2 도전형 반도체층(140) 사이에 전자 차단층(150)이 위치한다.
전자 차단층(150)은 제1층(151) 및 상기 제1층(151)보다 에너지 밴드갭이 작은 제2층(152)이 교대로 적층된 페어 구조를 포함하며, 적어도 두 개의 제2층(152)은 에너지 밴드갭이 서로 다를 수 있다.
도 9에는 일 예로서 제1층(151)과 제2층(152)이 교대로 적층된 네 개의 페어 구조가 도시되어 있으나, 이에 한정하지 않는다.
제5 실시예에서, 전자 차단층(150)의 제1층(151)은 에너지 밴드갭이 모두 동일하고, 전자 차단층(150)의 제2층(152)은 제2 도전형 반도체층(140) 방향으로 갈수록 에너지 밴드갭이 감소할 수 있다. 이때, 복수 개의 제2층(152) 모두가 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 에너지 밴드갭이 감소하여야 하는 것은 아니고, 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 에너지 밴드갭이 감소하되 적어도 두 개의 제2층(152)의 에너지 밴드갭이 서로 동일할 수도 있다.
도 9에서는 네 개의 제2층(152)의 에너지 밴드갭이 제2 도전형 반도체층(140) 방향으로 갈수록 점차 감소하는 것으로 도시하였다.
제2층(152)의 에너지 밴드갭은 제2층(152)을 구성하는 물질의 Al 함량에 의해 조절될 수 있으므로, 제2층(152)의 Al 함량 y2는 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 점차 감소할 수 있다. 이때, 복수 개의 제2층(152) 모두가 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 Al 함량 y2가 감소하여야 하는 것은 아니고, 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 y2가 감소하되 적어도 두 개의 제2층(152)의 Al 함량 y2가 서로 동일할 수도 있다.
제2층(152)의 Al 함량 y2는 각각 0~0.18일 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 제2층(152)의 에너지 밴드갭이 점차 감소할 때 제2 도전형 반도체층(140)에 가장 인접한 제2층(152)의 Al 함량 y2가 0이 되는 경우, 상기 제2층(152)의 에너지 밴드갭은 활성층(130)의 장벽층(132)의 에너지 밴드갭과 동일할 수도 있다.
도 10은 제6 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다. 상술한 실시예들과 중복되는 내용은 다시 설명하지 않으며, 이하에서는 차이점을 중심으로 설명한다.
제6 실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층(120)과 활성층(130) 및 제2 도전형 반도체층(140)을 포함하고, 활성층(130)과 제2 도전형 반도체층(140) 사이에 전자 차단층(150)이 위치한다.
전자 차단층(150)의 제1층(151)은 에너지 밴드갭이 모두 동일하고, 전자 차단층(150)의 제2층(152)은 제2 도전형 반도체층(140) 방향으로 갈수록 에너지 밴드갭이 감소하되, 적어도 두 개의 제2층(152)의 에너지 밴드갭이 서로 동일할 수 있다.
제2층(152)의 에너지 밴드갭은 제2층(152)을 구성하는 물질의 Al 함량에 의해 조절될 수 있으므로, 제2층(152)의 Al 함량 y2는 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 점차 감소하되, 적어도 두 개의 제2층(152)의 Al 함량 y2가 서로 동일할 수도 있다.
도 10에서는 일 예로서 활성층(130)에 인접하여 위치하며, 인접한 두 개의 제2층(152)의 에너지 밴드갭이 동일한 것으로 도시하였으나, 이에 한정하지 않는다.
도 11은 제7 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다. 상술한 실시예들과 중복되는 내용은 다시 설명하지 않으며, 이하에서는 차이점을 중심으로 설명한다.
제7 실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층(120)과 활성층(130) 및 제2 도전형 반도체층(140)을 포함하고, 활성층(130)과 제2 도전형 반도체층(140) 사이에 전자 차단층(150)이 위치한다.
제7 실시예에서, 전자 차단층(150)의 제1층(151)은 제2 도전형 반도체층(140) 방향으로 갈수록 에너지 밴드갭이 증가하되, 적어도 두 개의 제1층(151)의 에너지 밴드갭은 서로 동일할 수 있다.
제1층(151)의 에너지 밴드갭은 제1층(151)을 구성하는 물질의 Al 함량에 의해 조절될 수 있으므로, 제1층(151)의 Al 함량 y1은 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 점차 증가하되 적어도 두 개의 제1층(151)의 Al 함량 y1은 서로 동일할 수 있다.
또한, 전자 차단층(150)의 제2층(152)은 제2 도전형 반도체층(140) 방향으로 갈수록 에너지 밴드갭이 감소하되, 적어도 두 개의 제2층(152)의 에너지 밴드갭은 서로 동일할 수 있다.
제2층(152)의 에너지 밴드갭은 제2층(152)을 구성하는 물질의 Al 함량에 의해 조절될 수 있으므로, 제2층(152)의 Al 함량 y2는 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 점차 감소하되, 적어도 두 개의 제2층(152)의 Al 함량 y2는 서로 동일할 수 있다.
도 12는 제8 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다. 상술한 실시예들과 중복되는 내용은 다시 설명하지 않으며, 이하에서는 차이점을 중심으로 설명한다.
제8 실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층(120)과 활성층(130) 및 제2 도전형 반도체층(140)을 포함하고, 활성층(130)과 제2 도전형 반도체층(140) 사이에 전자 차단층(150)이 위치한다.
제8 실시예에서, 전자 차단층(150)은 제1층(151) 및 상기 제1층(151)보다 에너지 밴드갭이 작은 제2층(152)이 교대로 적층된 페어 구조를 포함하며, 상기 제1층(151)은 활성층(130)에 가장 인접한 제1-1층(151-1), 복수 개의 제1층(151) 중에서 정 가운데에 위치하는 제1-2층(151-2), 제2 도전형 반도체층(140)에 가장 인접한 제1-3층(151-3)을 포함한다.
도 12에는 일 예로서 세 개의 제1층(151)이 존재하는 것으로 도시하였으나, 실시예에 따라 그 이상의 제1층(151)이 존재하는 것이 가능하며, 복수 개의 제1층(151) 중에서 활성층(130)에 가장 인접하여 위치하는 것이 제1-1층(151-1), 정 가운데에 위치하는 것이 제1-2층(151-2), 제2 도전형 반도체층(140)에 가장 인접하여 위치하는 것이 제1-3층(151-3)이 될 수 있다.
상기 제1층(151)은 제1-1층(151-1)에서 제1-2층(151-2)으로 갈수록 에너지 밴드갭이 증가하고, 제1-2층(151-2)에서 제1-3층(151-3)으로 갈수록 에너지 밴드갭이 감소할 수 있다.
활성층(130)에서 제2 도전형 반도체층(140) 방향으로 갈수록 제1층(151)의 에너지 밴드갭이 서서히 변화하도록 하여 활성층(130)과 전자 차단층(150) 사이의 기계적 응력을 완화시킴으로써, 장파장 영역에서의 광 효율 감소 현상을 개선할 수 있다.
이때, 제1층(151)은 에너지 밴드갭이 모두 동일할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
제1층(151)의 에너지 밴드갭은 제1층(151)을 구성하는 물질의 Al 함량에 의해 조절될 수 있으므로, 제1층(151)의 Al 함량 y1은 제1-1층(151-1)에서 제1-2층(151-2)으로 갈수록 증가하고 제1-2층(151-2)에서 제1-3층(151-3)으로 갈수록 감소할 수 있다.
도 13은 제9 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다. 상술한 실시예들과 중복되는 내용은 다시 설명하지 않으며, 이하에서는 차이점을 중심으로 설명한다.
제9 실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층(120)과 활성층(130) 및 제2 도전형 반도체층(140)을 포함하고, 활성층(130)과 제2 도전형 반도체층(140) 사이에 전자 차단층(150)이 위치한다.
제8 실시예와 제9 실시예에서, 전자 차단층(150)의 제1층(151)이 활성층(130)에 가장 인접한 제1-1층(151-1), 복수 개의 제1층(151) 중에서 정 가운데에 위치하는 제1-2층(151-2), 제2 도전형 반도체층(140)에 가장 인접한 제1-3층(151-3)을 포함하고, 상기 제1층(151)은 제1-1층(151-1)에서 제1-2층(151-2)으로 갈수록 에너지 밴드갭이 증가하고, 제1-2층(151-2)에서 제1-3층(151-3)으로 갈수록 에너지 밴드갭이 감소한다는 점에서는 동일하나, 제2층(152)의 에너지 밴드갭이 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 증가한다는 점에서 제8 실시예와 차이가 있다.
제2층(152)의 에너지 밴드갭은 제2층(152)을 구성하는 물질의 Al 함량에 의해 조절될 수 있으므로, 제2층(152)의 Al 함량 y2는 제2 도전형 반도체층(140)으로 갈수록 증가할 수 있다.
종래에는 활성층과 전자 차단층 사이에 급격한 조성의 변화가 이루어지는 경우 이들 간의 기계적 응력으로 인해 활성층(13)의 품질이 저하되어 장파장 영역에서의 광 효율이 감소하는 문제점이 있었으나, 실시예에 따르면 제1층(151)과 제2층(152)의 에너지 밴드갭이 서서히 변화하여 활성층(130)과 전자 차단층(150) 사이의 기계적 응력을 완화시킴으로써, 장파장 영역에서의 광 효율 감소 현상을 개선할 수 있다.
도 14는 종래의 발광소자의 실시예에 따른 발광소자의 파장별 광 출력을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 14는 Blue LED를 사용한 결과를 나타낸 것이며, 종래의 발광소자(a)의 경우 장파장으로 갈수록 광 출력이 저하되는 경향을 보이나, 실시예에 따른 발광소자(b)의 경우 장파장 영역에서도 광 출력이 저하되지 않는 경향을 보인다.
즉, 실시예에 따르면 제1층(151)과 제2층(152)이 교대로 적층된 페어 구조를 포함한 전자 차단층(150)에서 제2층(152), 또는 제1층(151)과 제2층(152)의 Al 함량을 서서히 변화시켜 활성층(130)의 기계적 응력을 완화시킴으로써, 결정성을 확보하면서도 장파장 영역에서의 광 효율을 개선하였음을 확인할 수 있다.
도 15는 실시예들에 따른 발광소자를 포함한 발광소자 패키지의 일실시예를 도시한 도면이다.
일실시예에 따른 발광소자 패키지(300)는 몸체(310)와, 상기 몸체(310)에 설치된 제1 리드 프레임(321) 및 제2 리드 프레임(322)과, 상기 몸체(310)에 설치되어 상기 제1 리드 프레임(321) 및 제2 리드 프레임(322)과 전기적으로 연결되는 상술한 실시예들에 따른 발광소자(100)와, 상기 캐비티에 형성된 몰딩부(340)를 포함한다. 상기 몸체(310)에는 캐비티가 형성될 수 있다.
상기 몸체(310)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 몸체(310)가 금속 재질 등 도전성 물질로 이루어지면, 도시되지는 않았으나 상기 몸체(310)의 표면에 절연층이 코팅되어 상기 제1,2 리드 프레임(321, 322) 간의 전기적 단락을 방지할 수 있다.
상기 제1 리드 프레임(321) 및 제2 리드 프레임(322)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광소자(100)에 전류를 공급한다. 또한, 상기 제1 리드 프레임(321) 및 제2 리드 프레임(322)은 상기 발광소자(100)에서 발생된 광을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 상기 발광소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시킬 수도 있다.
상기 발광소자(100)는 상기 몸체(310) 상에 설치되거나 상기 제1 리드 프레임(321) 또는 제2 리드 프레임(322) 상에 설치될 수 있다. 본 실시예에서는 제1 리드 프레임(321)과 발광소자(100)가 직접 통전되고, 제2 리드 프레임(322)과 상기 발광소자(100)는 와이어(330)를 통하여 연결되어 있다. 발광소자(100)는 와이어 본딩 방식 외에 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 등에 의하여 리드 프레임(321, 322)과 연결될 수 있다.
상기 몰딩부(340)는 상기 발광소자(100)를 포위하여 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부(340) 상에는 형광체(350)가 포함되어, 상기 발광소자(100)로부터 방출되는 빛의 파장을 변화시킬 수 있다.
형광체(350)는 가넷(Garnet)계 형광체, 실리케이트(Silicate)계 형광체, 니트라이드(Nitride)계 형광체, 또는 옥시니트라이드(Oxynitride)계 형광체를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 가넷계 형광체는 YAG(Y3Al5O12:Ce3 +) 또는 TAG(Tb3Al5O12:Ce3 +)일 수 있고, 상기 실리케이트계 형광체는 (Sr,Ba,Mg,Ca)2SiO4:Eu2 +일 수 있고, 상기 니트라이드계 형광체는 SiN을 포함하는 CaAlSiN3:Eu2 +일 수 있고, 상기 옥시니트라이드계 형광체는 SiON을 포함하는 Si6 - xAlxOxN8 -x:Eu2 +(0<x<6)일 수 있다.
상기 발광소자(100)에서 방출된 제1 파장 영역의 광이 상기 형광체(250)에 의하여 여기되어 제2 파장 영역의 광으로 변환되고, 상기 제2 파장 영역의 광은 렌즈(미도시)를 통과하면서 광경로가 변경될 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 복수 개가 기판 상에 어레이되며, 상기 발광소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광소자 패키지, 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또 다른 실시 예는 상술한 실시 예들에 기재된 반도체 발광소자 또는 발광소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
이하에서는 상술한 발광소자 또는 발광소자 패키지가 배치된 조명 시스템의 일실시예로서, 헤드램프와 백라이트 유닛을 설명한다.
도 16은 실시예에 따른 발광소자가 배치된 헤드램프의 일실시예를 도시한 도면이다.
도 16을 참조하면, 실시예에 따른 발광소자가 배치된 발광 모듈(710)에서 방출된 빛이 리플렉터(720)와 쉐이드(730)에서 반사된 후 렌즈(740)를 투과하여 차체 전방을 향할 수 있다.
상기 발광 모듈(710)은 회로기판 상에 발광소자가 복수 개로 탑재될 수 있으며, 이에 대해 한정하지 않는다.
도 17은 실시예에 따른 발광소자 패키지가 배치된 표시장치의 일실시예를 도시한 도면이다.
도 17은 참조하면, 실시예에 따른 표시장치(800)는 발광 모듈(830, 835)과, 바텀 커버(810) 상의 반사판(820)과, 상기 반사판(820)의 전방에 배치되며 상기 발광 모듈에서 방출되는 빛을 표시장치 전방으로 가이드하는 도광판(840)과, 상기 도광판(840)의 전방에 배치되는 제1 프리즘시트(850)와 제2 프리즘시트(860)와, 상기 제2 프리즘시트(860)의 전방에 배치되는 패널(870)과 상기 패널(870)의 전반에 배치되는 컬러필터(880)를 포함하여 이루어진다.
발광 모듈은 회로 기판(830) 상의 상술한 발광소자 패키지(835)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 회로 기판(830)은 PCB 등이 사용될 수 있고, 발광소자 패키지(835)는 도 11에서 설명한 바와 같다.
상기 바텀 커버(810)는 표시 장치(800) 내의 구성 요소들을 수납할 수 있다. 상기 반사판(820)은 본 도면처럼 별도의 구성요소로 마련될 수도 있고, 상기 도광판(840)의 후면이나, 상기 바텀 커버(810)의 전면에 반사도가 높은 물질로 코팅되는 형태로 마련되는 것도 가능하다.
여기서, 반사판(820)은 반사율이 높고 초박형으로 사용 가능한 소재를 사용할 수 있고, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephtalate; PET)를 사용할 수 있다.
도광판(840)은 발광소자 패키지 모듈에서 방출되는 빛을 산란시켜 그 빛이 액정 표시 장치의 화면 전영역에 걸쳐 균일하게 분포되도록 한다. 따라서, 도광판(830)은 굴절률과 투과율이 좋은 재료로 이루어지는데, 폴리메틸메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate; PMMA), 폴리카보네이트(PolyCarbonate; PC), 또는 폴리에틸렌(PolyEthylene; PE) 등으로 형성될 수 있다. 그리고, 도광판이 생략되어 반사시트(820) 위의 공간에서 빛이 전달되는 에어 가이드 방식도 가능하다.
상기 제1 프리즘 시트(850)는 지지필름의 일면에, 투광성이면서 탄성을 갖는 중합체 재료로 형성되는데, 상기 중합체는 복수 개의 입체구조가 반복적으로 형성된 프리즘층을 가질 수 있다. 여기서, 상기 복수 개의 패턴은 도시된 바와 같이 마루와 골이 반복적으로 스트라이프 타입으로 구비될 수 있다.
상기 제2 프리즘 시트(860)에서 지지필름 일면의 마루와 골의 방향은, 상기 제1 프리즘 시트(850) 내의 지지필름 일면의 마루와 골의 방향과 수직할 수 있다. 이는 발광 모듈과 반사시트로부터 전달된 빛을 상기 패널(870)의 전방향으로 고르게 분산하기 위함이다.
본 실시예에서 상기 제1 프리즘시트(850)과 제2 프리즘시트(860)가 광학시트를 이루는데, 상기 광학시트는 다른 조합 예를 들어, 마이크로 렌즈 어레이로 이루어지거나 확산시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 또는 하나의 프리즘 시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 등으로 이루어질 수 있다.
상기 패널(870)은 액정 표시 패널(Liquid crystal display)가 배치될 수 있는데, 액정 표시 패널(860) 외에 광원을 필요로 하는 다른 종류의 디스플레이 장치가 구비될 수 있다.
상기 패널(870)은, 유리 바디 사이에 액정이 위치하고 빛의 편광성을 이용하기 위해 편광판을 양 유리바디에 올린 상태로 되어있다. 여기서, 액정은 액체와 고체의 중간적인 특성을 가지는데, 액체처럼 유동성을 갖는 유기분자인 액정이 결정처럼 규칙적으로 배열된 상태를 갖는 것으로, 상기 분자 배열이 외부 전계에 의해 변화되는 성질을 이용하여 화상을 표시한다.
표시장치에 사용되는 액정 표시 패널은, 액티브 매트릭스(Active Matrix) 방식으로서, 각 화소에 공급되는 전압을 조절하는 스위치로서 트랜지스터를 사용한다.
상기 패널(870)의 전면에는 컬러 필터(880)가 구비되어 상기 패널(870)에서 투사된 빛을, 각각의 화소마다 적색과 녹색 및 청색의 빛만을 투과하므로 화상을 표현할 수 있다.
이상과 같이 실시예는 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110: 성장기판 115: 언도프트 반도체층
120: 제1 도전형 반도체층 130: 활성층
131: 장벽층 132: 우물층
150: 전자 차단층 151: 제1층
152: 제2층 160: 제1 전극
170: 제2 전극 180: 투명 전극층
210: 도전성 지지기판 215: 본딩층
230: 반사층 240: 패시베이션층
310: 패키지 몸체 321, 322: 제1,2 리드 프레임
330: 와이어 340: 몰딩부
350: 형광체 710: 발광 모듈
720: 리플렉터 730: 쉐이드
800: 표시장치 810: 바텀 커버
820: 반사판 840: 도광판
850: 제1 프리즘시트 860: 제2 프리즘시트
870: 패널 880: 컬러필터
120: 제1 도전형 반도체층 130: 활성층
131: 장벽층 132: 우물층
150: 전자 차단층 151: 제1층
152: 제2층 160: 제1 전극
170: 제2 전극 180: 투명 전극층
210: 도전성 지지기판 215: 본딩층
230: 반사층 240: 패시베이션층
310: 패키지 몸체 321, 322: 제1,2 리드 프레임
330: 와이어 340: 몰딩부
350: 형광체 710: 발광 모듈
720: 리플렉터 730: 쉐이드
800: 표시장치 810: 바텀 커버
820: 반사판 840: 도광판
850: 제1 프리즘시트 860: 제2 프리즘시트
870: 패널 880: 컬러필터
Claims (19)
- 제1 도전형 반도체층;
제2 도전형 반도체층;
상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이의 활성층; 및
상기 활성층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이의 전자 차단층;을 포함하고,
상기 전자 차단층은 제1층 및 상기 제1층보다 에너지 밴드갭이 작은 제2층이 적어도 두 번 교대로 적층되고, 상기 제1층은 상기 활성층보다 에너지 밴드갭이 크며, 상기 제1층 및 상기 제2층은 각각 Inx1Aly1Ga1 -x1- y1N 및 Inx2Aly2Ga1 -x2- y2N (0=x1<1, 0=x2<1, 0<y1<1, 0=y2<1, y1>y2)의 조성을 갖고,
상기 전자 차단층은 적어도 두 개의 제1층의 에너지 밴드갭이 서로 다르거나, 또는 적어도 두 개의 제2층의 에너지 밴드갭이 서로 다른 발광소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제2층은 상기 제2 도전형 반도체층 방향으로 갈수록 Al 함량 y2가 증가하는 발광소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제2층은 상기 제2 도전형 반도체층 방향으로 갈수록 Al 함량 y2가 감소하는 발광소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1층은 Al 함량 y1이 모두 동일한 발광소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1층은 상기 제2 도전형 반도체층 방향으로 갈수록 Al 함량 y1이 증가하는 발광소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1층은 상기 제2 도전형 반도체층 방향으로 갈수록 Al 함량 y1이 감소하는 발광소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1층의 Al 함량 y1은 각각 0.24~0.30인 발광소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제2층의 Al 함량 y2는 각각 0~0.18인 발광소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1층은 에너지 밴드갭이 모두 동일한 발광소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제2층은 상기 제2 도전형 반도체층 방향으로 갈수록 에너지 밴드갭이 증가하는 발광소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제2층은 상기 제2 도전형 반도체층 방향으로 갈수록 에너지 밴드갭이 감소하는 발광소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1층은 상기 제2 도전형 반도체층 방향으로 갈수록 에너지 밴드갭이 증가하는 발광소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1층은 상기 제2 도전형 반도체층 방향으로 갈수록 에너지 밴드갭이 감소하는 발광소자. - 제 1 항에 있어서,
적어도 두 개의 제1층은 에너지 밴드갭이 서로 다른 발광소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1층은 상기 활성층에 가장 인접한 제1-1층, 복수 개의 제1층 중에서 정 가운데에 위치하는 제1-2층, 상기 제2 도전형 반도체층에 가장 인접한 제1-3층을 포함하는 발광소자. - 제 15 항에 있어서,
상기 제1층은 상기 제1-1층에서 상기 제1-2층으로 갈수록 에너지 밴드갭이 증가하고, 상기 제1-2층에서 상기 제1-3층으로 갈수록 에너지 밴드갭이 감소하는 발광소자. - 제 15 항에 있어서,
상기 제1층은 상기 제1-1층에서 상기 제1-2층으로 갈수록 Al 함량 y1이 증가하고, 상기 제1-2층에서 상기 제1-3층으로 갈수록 Al 함량 y1이 감소하는 발광소자. - 제 16 항에 있어서,
상기 제2층의 에너지 밴드갭은 일정하게 유지되는 발광소자. - 제 16 항에 있어서,
상기 제2층은 상기 제2 도전형 반도체층 방향으로 갈수록 에너지 밴드갭이 증가하는 발광소자.
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