KR20140145739A - 발광소자 - Google Patents

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KR20140145739A
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gallium nitride
semiconductor layer
light emitting
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KR20130068237A
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윤석효
강구철
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.
실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층(112); 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 양자우물(114w)과 양자벽(114b)을 구비하는 활성층(114); 및 상기 활성층(114) 상에 제2 도전형 반도체층(116);을 포함하며, 상기 양자우물(114w)은 복수의 양자우물을 포함하며, 상기 양자우물(114w)들의 밴드갭 에너지는 상기 제1 도전형 반도체층(112)에서 상기 제2 도전형 반도체층(116) 방향으로 점차 증가할 수 있다.

Description

발광소자{LIGHT EMITTING DEVICE}
실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting Device)는 전기에너지를 빛 에너지로 변환하는 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 전자와 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 되는 것이다.
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 수요증가함에따라 광도개선이 이슈가 되고 있으나, 종래기술에 의하면 전류(Current)가 증가됨에 따라 광출력(Po)이 감소되는 효율 드룹(Efficiency droop) 현상이 발생한다.
예를 들어, 캐리어 중 전자는 이동도가 높은 반면, 홀은 이동도가 낮아 대부분의 발광은 p형 반도체층과 인접한 양자우물에서 주로 발광하게 되며, n형 반도체층과 인접한 양자우물까지의 홀 주입(Hole injection) 효율은 좋지 않아 n형 반도체층에 인접한 양자우물에서의 발광 재결합(Radiative recombination) 효율이 떨어지는 문제가 있다.
또한, n형 반도체층에 인접한 양자우물의 발광 재결합 효율 저하에 따라 전류(Current) 증가시 효율 드룹(Efficiency droop) 현상이 심화되는 문제가 있다.
이에 따라 n형 반도체층에 인접한 양자우물에서도 발광 재결합에 기여함으로써 효율 드룹(Efficiency droop) 현상을 개선할 필요성이 증가되고 있다.
또한, 종래기술에 의하면 이동도가 높은 소위 핫 전자(Hot electron)는 양자우물에 구속되지 못하고 p형 반도체층으로 오버플로우 됨으로써 발광효율이 낮아지는 문제가 있으며 이를 해소하여 광도를 개선할 필요성이 있다.
실시예는 n형 반도체층에 인접한 양자우물에서도 발광 재결합에 기여함으로써 광도를 향상시킬 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
또한, 실시예에 의하면 전자를 활성층에 구속하여 발광효율을 높일 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층(112); 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 양자우물(114a)과 양자벽(114b)을 구비하는 활성층(114); 및 상기 활성층(114) 상에 제2 도전형 반도체층(116);을 포함하며, 상기 양자우물(114a)은 복수의 양자우물을 포함하며, 상기 양자우물(114a)들의 밴드갭 에너지는 상기 제1 도전형 반도체층(112)에서 상기 제2 도전형 반도체층(116) 방향으로 점차 증가할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 조명시스템은 상기 발광소자를 구비하는 조명유닛을 포함할 수 있다.
실시예는 n형 반도체층에 인접한 양자우물에서도 발광 재결합에 기여함으로써 광도를 향상시킬 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 전자를 활성층에 구속하여 발광효율을 높일 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 2는 제1 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어 그램 예시도.
도 3은 실시예와 비교예에 따른 발광소자의 발광분포 데이터.
도 4는 제2 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 5는 제2 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어 그램 예시도.
도 6 내지 도 7은 실시예에 따른 발광소자의 제조방법 공정 단면도.
도 8은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 9는 실시예에 따른 조명장치의 분해 사시도.
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 개재F하여 (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.
(실시예)
도 1은 제1 실시예에 따른 발광소자(100)의 단면도이다.
실시예에 따른 발광소자(100)는 제1 도전형 반도체층(112)과 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 양자우물(114w)과 양자벽(114b)을 구비하는 활성층(114) 및 상기 활성층(114) 상에 제2 도전형 반도체층(116)을 포함한다.
도 2는 제1 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어 그램 예시도이다.
실시예는 n형 반도체층에 인접한 양자우물에서도 발광 재결합에 기여함으로써 광도를 향상시킬 수 있는 발광소자를 제공하고자 한다.
이를 위해, 상기 양자우물(114w)은 복수의 양자우물을 포함하며, 상기 양자우물(114w)들의 밴드갭 에너지는 상기 제1 도전형 반도체층(112)에서 상기 제2 도전형 반도체층(116) 방향으로 점차 증가할 수 있다.
예를 들어, 상기 양자우물(114w)들의 에너지 밴드갭 제어는 인듐의 농도를 온도를 통해 제어할 수 있으며, 제1 도전형 반도체층(112)에서 상기 제2 도전형 반도체층(116) 방향으로 온도를 점차 높힘으로써 인듐의 농도를 낮게 하여 밴드갭 에너지 크기를 증가시킬 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이를 통해, 실시예에 의하면 제2 도전형 반도체층(116)에서 주입되는 홀들이 상대적으로 밴드갭 에너지 준위가 낮은 쪽으로 이동함에 따라 제1 도전형 반도체층(112)에 인접한 제1 양자우물(114w1)까지 도달하여 발광재결합에 기여할 수 있다.
이에 따라 실시예에의 하면 n형 반도체층에 인접한 양자우물에서도 발광 재결합에 기여함으로써 광도를 향상시킬 수 있다.
도 3은 실시예와 비교예에 따른 발광소자의 발광분포 데이터이다.
실시예에 의하면 주입전류(Injection current)가 증가하면 제1 도전형 반도체층(112)에 가장 인접한 제1 양자우물(114w1)에서의 홀 농도(hole density)가 증가하고, 상대적으로 에너지 밴드갭이 작은 제1 양자우물(114w1)에서 발광됨에 따라 장파장 영역의 발광 강도(intensity)가 증가(E)됨을 확인할 수 있다.
반면, 종래기술에 의하면(R) 주입전류 증가에도 불구하고 장파장 영역의 발광강도에 변화가 없음을 통해 제1 도전형 반도체층에 인접한 양자우물에서 발광되지 않음을 알 수 있다.
이를 통해, 실시예에 의하면 n형 반도체층에 인접한 양자우물에서도 발광 재결합에 기여함으로써 광도를 향상시킬 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 상기 양자우물(114w)들의 두께는 상기 제1 도전형 반도체층(112)에서 상기 제2 도전형 반도체층(116) 방향으로 점차 증가할 수 있다.
Figure pat00001
수학식 1은 양자우물에서 에너지 준위(En)를 나타내는 식으로 에너지 준위(En)는 양자우물의 두께(L)과 반비례 관계에 있으며, 양자우물의 두께가 증가할 수록 발광되는 빛의 에너지 준위는 낮아짐을 알 수 있다.
실시예에 의하면 양자우물(114w)들의 두께를 상기 제1 도전형 반도체층(112)에서 상기 제2 도전형 반도체층(116) 방향으로 점차 증가하게 함으로써 제2 도전형 반도체층에 인접한 활성층에서 발광되는 빛의 에너지 준위를 실질적으로 낮춤으로써 활성층에서 발광되는 빛을 단일 색깔의 빛으로 제어할 수 있다.
또한, 제1 도전형 반도체층(112)에 인접한 제1 양자우물(114w1)에서 발광되는 빛은 두께를 좁게 하여 에너지 준위를 상대적으로 높임으로써 복수의 활성층에서 발광되는 빛을 단일의 색깔의 빛으로 제어할 수 있다.
도 4는 제2 실시예에 따른 발광소자(102)의 단면도이며, 도 5는 제2 실시예에 따른 발광소자의 에너지 밴드 다이어 그램 예시도이다.
실시예에 의하면 전자를 활성층에 구속하여 발광효율을 높일 수 있는 발광소자을 제공하자고 한다.
이를 위해, 실시예는 제1 도전형 반도체층(112)과 상기 활성층(114) 사이에 질화갈륨 계열의 초격자층(124)을 더 포함하고, 상기 질화갈륨 계열의 초격자층(124)은 상기 제1 도전형 반도체층(112)에서 상기 활성층(114) 방향으로 밴드갭 에너지 준위가 감소할 수 있다(도 5 참조).
예를 들어, 상기 질화갈륨 계열의 초격자층(124)은 상기 제1 도전형 반도체층(112)에서 상기 활성층(114) 방향으로 밴드갭 에너지 준위가 스텝을 두어 감소할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 질화갈륨 계열의 초격자층(124)은 제1 도전형 반도체층(112)과 인접하는 A 영역에 제1 밴드갭 에너지를 구비하는 제1 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(121)과, 상기 제1 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(121) 상에(B 영역에) 상기 제1 밴드갭 에너지보다 작은 제2 밴드갭 에너지를 구비하는 제2 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(122)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 질화갈륨 계열의 초격자층(124)은 활성층(114)과 인접하는 C 영역에 상기 제2 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(122) 상에 제3 밴드갭 에너지를 구비하는 제3 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(123)을 더 포함할 수 있다.
상기 제3 밴드갭 에너지는 상기 제2 밴드갭 에너지와 같거나 작을 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이때 상기 제1 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(121)은 제1 군의 웰(121w)과 제1 군의 배리어(121b)를 포함하고, 상기 제2 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(122)은 제2 군의 웰(122w)과 제2 군의 배리어(122b)를 포함하고, 상기 제3 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(123)은 제3 군의 웰(123w)과 제3 군의 배리어(123b)를 포함할 수 있다.
상기 질화갈륨 계열의 초격자층(124)은 InxGa1 - xN/GaN 초격자층(단, 0＜x＜1)을 포함할 수 있으며, 상기 제1 밴드갭 에너지 준위와 상기 제2 밴드갭 에너지의 준위의 차이(D)는 상기 질화갈륨 계열의 초격자층의 포톤에너지 준위 이상일 수 있다.
예를 들어, 상기 각 군의 질화갈륨 계열의 초격자층의 각 웰 간의 깊이(에너지 차이)는 InGaN의 포논에너지(약 88 meV) 이상이어야 핫 전자(Hot electron)의 에너지 중의 일부가 포논에너지 형태로 전달이 가능하다.
실시예에서의 질화갈륨 계열의 초격자층(124)은 2개 이상의 스텝이 가능하며, 활성층(114)의 양자 우물(MQW의 Well)(114w)의 깊이는 약 200 meV이므로 이를 최소 포논에너지로 나눈 만큼 복수의 스텝이 가능하다.
실시예에서 각 군의 에너지 준위는 각군의 웰의 인듐의 농도제어를 통해 조절이 가능하다.
예를 들어, 상기 제2 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(122)의 인듐의 농도는 상기 제1 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(121)의 인듐의 농도보다 높게 설정함으로써 제2 군의 웰(122w)의 에너지 준위는 제1 군의 웰(121w)의 에너지 준위보다 낮을 수 있다.
실시예에 의하면 핫 전자(Hot electron)를 복수의 스텝으로 구비되는 질화갈륨 계열의 초격자층에 의해 냉각(cooling)시킴으로써 효율적인 전자 주입층을 구비한 고출력 발광소자를 제공할 수 있다.
실시예는 핫 전자(Hot electron)를 보다 효율적으로 냉각(cooling)시켜 전자 주입 효율을 증대시키기 위해 각 군의 질화갈륨 계열의 초격자층의 두께를 제어할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(121)의 두께는 상기 제2 군의 질화갈륨 계열의 초격자층보다 얇을 수 있다.
이때, 상기 제1 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(121)의 상기 제1 군의 웰(121w)의 두께와 상기 제1 군의 배리어(121b)의 두께가 동일할 수 있으며, 복수의 주기로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 군의 웰(121w)의 두께와 상기 제1 군의 배리어(121b)의 두께는 약 1nm 내지 약 3nm 범위 내에서 같도록 제어되고, 복수의 주기로 형성됨으로써 단일의 두꺼운 웰과 배리어가 존재하는 것에 비해 핫 캐리어의 냉각을 효율적으로 유도할 수 있다.
또한, 상기 제2 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(122)에서도 상기 제2 군의 웰(122w)의 두께와 상기 제2 군의 배리어(122b)의 두께는 약 1nm 내지 약 3nm 범위 내에서 같게 제어되고, 복수의 주기로 형성됨으로써 단일의 두꺼운 웰과 배리어가 존재하는 것에 비해 핫 캐리어의 냉각을 효율적으로 유도할 수 있다.
이때, 상기 제2 군의 웰(122w)의 두께는 상기 제1 군의 웰(121w)의 두께와 동일할 수 있으며, 상기 제2 군의 배리어(122b)의 두께는 상기 제1 군의 배리어(121b)의 두께와 동일할 수 있다. 이를 통해, 캐리어가 질화갈륨 계열의 초격자층 내에서 소정의 에너지 배리어를 인식하더라도 규칙적인 두께의 웰과 배리어를 통해 질화갈륨 계열의 초격자층 내에 갇혀서 소멸하지 않도록 하여 캐리어 주입이 원활히 진행될 수 있다.
실시예에서 제2 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(122)의 전체 두께는 제1 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(121)의 전체 두께보다 두꺼울 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(122)은 제2 군의 웰(122w)과 제2 군의 배리어(122b)가 약 8 내지 12 주기로 형성될 수 있으며, 상기 제1 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(121)은 제1 군의 웰(121w)과 제1 군의 배리어(121b)가 약 3 내지 5 주기로 형성될 수 있다.
실시예에 의하면 핫 캐리어를 첫 번째 만나는 제1 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(121) 보다는 일부 냉각된 핫 캐리어를 만나는 제2 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(122)에서 더 오랫동안 안정된 상태에서 냉각시킴으로써 핫 캐리어의 냉각을 보다 효율적으로 진행할 수 있고, 핫 캐리어가 오버플로우 되는 현상을 막을 수 있다.
또한, 실시예에서 상기 제3 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(123)의 상기 제3 군의 웰(123w)의 두께는 상기 제2 군의 웰(122w)의 두께와 동일할 수 있으며, 상기 제3 군의 배리어(123b)의 두께보다는 얇을 수 있다.
예를 들어, 상기 제3 군의 웰(123w)의 두께는 약 1nm 내지 3nm일 수 있으며, 상기 제3 군의 배리어(123b)의 두께는 약 7 내지 11 nm일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 제3 군의 배리어(123b)는 활성층과 인접하게 배치될 수 있고, 마지막 배리어인 제3 군의 배리어(123b)를 다른 군의 배리어나 웰에 비해 두껍게 형성할 수 있다.
실시예에 의하면 상기 제3 군의 배리어(123b)에는 제1 도전형 원소가 도핑됨으로써 전자의 주입효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 실시예는 상기 제3 군의 배리어(123b)와 상기 활성층(114)의 양자 우물(114w) 사이에 언도프트 질화갈륨층(125)을 더 포함함으로써 제3 군의 배리어(123b)에 도핑된 제1 도전형 원소가 활성층으로 확산하여 발광 재결합을 저지하는 것을 막을 수 있다.
실시예에 의하면 핫 전자(Hot electron)를 복수의 스텝으로 구비되는 질화갈륨 계열의 초격자층에 의해 냉각(cooling)시킴으로써 효율적인 전자 주입층을 구비한 고출력 발광소자를 제공할 수 있다.
이를 통해, 제2 실시예에 의하면 질화갈륨 계열의 초격자층에 의해 핫 전자를 양자우물에 구속하여 광도를 향상시킴과 아울러 활성층의 양자우물의 밴드갭 에너지 준위의 제어를 통해 제1 도전형 반도체층에 인접한 양자우물에서도 발광재결합이 가능하도록 하여 전체적인 광효율을 현저히 향상시킬 수 있다.
이하, 도 6 내지 도 7을 참조하여 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 설명한다. 도 6 내지 도 7은 제2 실시예를 기준을 제조방법을 설명하나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 6은 실시예에 따른 발광소자(102)가 소정의 성장 기판(105) 상에 성장된 수평형 발광소자에 대해 도시하고 있으나 실시예에 이에 한정되는 것은 아니며, 성장기판이 제거된 후 노출되는 제1 도전형 반도체층 상에 전극이 형성되는 수직형 발광소자에도 적용될 수 있다.
우선, 도 6과 같이 실시예에 따른 발광소자에서 기판(105)은 열전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(105)은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, and Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
실시예는 광반사 패턴(P)을 구비하여 광추출 효율을 증대시킬 수 있다. 예를 들어, 기판(105)에 PSS(Patterned Sapphire Substrate)를 형성하여 광 추출효율을 증대할 수 있다.
또한, 실시예는 기판(105) 상에 버퍼층(107), 언도프드(undoped) 반도체층(108)을 구비하여 상기 발광구조물(110)의 재료와 기판(105)의 격자 부정합을 완화시켜 줄 수 있다. 예를 들어, 상기 버퍼층(107)의 재료는 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 상기 언도프드(undoped) 반도체층(108) 상에 제1 도전형 반도체층(112)을 형성한다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 반도체층(112)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 제1 도전형 반도체층(112) 상에 질화갈륨계열 초격자층(124)을 형성할 수 있다. 상기 질화갈륨계열 초격자층(124)은 제1 도전형 반도체층(112)과 활성층(114) 사이의 격자 불일치에 기이한 응력을 효과적으로 완화시킬 수 있다.
실시예에 의하면 에피(Epi) 단에서 광도를 향상시킬 수 있는 최적구조를 구비한 발광소자를 제공하고자 한다.
이를 위해, 도 5와 같이 실시예에서 상기 질화갈륨 계열의 초격자층(124)은 상기 제1 도전형 반도체층(112)에서 상기 활성층(114) 방향으로 밴드갭 에너지 준위가 변할 수 있다.
예를 들어, 실시예에서 상기 질화갈륨 계열의 초격자층(124)은 제1 밴드갭 에너지를 구비하는 제1 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(121) 및 상기 제1 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(121) 상에 상기 제1 밴드갭 에너지보다 작은 제2 밴드갭 에너지를 구비하는 제2 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(122)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 질화갈륨 계열의 초격자층(124)은 상기 제2 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(122) 상에 상기 제2 밴드갭 에너지를 구비하는 제3 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(123)을 더 포함할 수 있다.
이때 상기 제1 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(121)은 제1 군의 웰(121w)과 제1 군의 배리어(121b)를 포함하고, 상기 제2 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(122)은 제2 군의 웰(122w)과 제2 군의 배리어(122b)를 포함하고, 상기 제3 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(123)은 제3 군의 웰(123w)과 제3 군의 배리어(123b)를 포함할 수 있다.
상기 질화갈륨 계열의 초격자층(124)은 InxGa1 - xN/GaN 초격자층(단, 0＜x＜1)을 포함할 수 있으며, 상기 제1 밴드갭 에너지 준위와 상기 제2 밴드갭 에너지의 준위의 차이(D)는 상기 질화갈륨 계열의 초격자층의 포톤에너지 준위 이상일 수 있다.
실시예에서 제1 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(121)에서의 제1 군의 웰(121w) 보다 제2 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(122)의 제2 군의 웰(122w)의 성장 온도가 더 높을 수 있다. 예를 들어, 제1 군의 웰(121w)은 약 500℃ 이하에서 진행할 수 있으며, 제2 군의 웰(122w)은 약 900℃ 이상에서 성장할 수 있다.
상기 질화갈륨 계열의 초격자층(124)의 전체적인 성장온도는 약 800℃ 이상에서 진행될 수 있다.
실시예에서 질화갈륨 계열의 초격자층(124)의 각 군의 웰에서의 인듐(In)의 양의 제어는 PL(photo Luminescence) 서브피크 포지션(sub peak position)을 통해 성장 온도를 제어(control)할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 각 군의 에너지 준위는 각군의 웰의 인듐의 농도제어를 통해 조절이 가능하다. 예를 들어, 상기 제2 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(122)의 인듐의 농도는 상기 제1 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(121)의 인듐의 농도보다 높게 설정함으로써 제2 군의 웰(122w)의 에너지 준위는 제1 군의 웰(121w)의 에너지 준위보다 낮을 수 있다.
실시예에 의하면 핫 전자(Hot electron)를 복수의 스텝으로 구비되는 질화갈륨 계열의 초격자층에 의해 냉각(cooling)시킴으로써 효율적인 전자 주입층을 구비한 고출력 발광소자를 제공할 수 있다.
또한, 실시예는 핫 전자(Hot electron)를 보다 효율적으로 냉각(cooling)시켜 전자 주입 효율을 증대시키기 위해 각 군의 질화갈륨 계열의 초격자층의 두께를 제어할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(121)의 두께는 상기 제2 군의 질화갈륨 계열의 초격자층보다 얇을 수 있다.
이때, 상기 제1 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(121)의 상기 제1 군의 웰(121w)의 두께와 상기 제1 군의 배리어(121b)의 두께가 동일할 수 있으며, 복수의 주기로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 군의 웰(121w)의 두께와 상기 제1 군의 배리어(121b)의 두께는 약 1nm 내지 약 3nm 범위 내에서 같도록 제어되고, 복수의 주기로 형성됨으로써 단일의 두꺼운 웰과 배리어가 존재하는 것에 비해 핫 캐리어의 냉각을 효율적으로 유도할 수 있다.
또한, 상기 제2 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(122)에서도 상기 제2 군의 웰(122w)의 두께와 상기 제2 군의 배리어(122b)의 두께는 약 1nm 내지 약 3nm 범위 내에서 같게 제어되고, 복수의 주기로 형성됨으로써 단일의 두꺼운 웰과 배리어가 존재하는 것에 비해 핫 캐리어의 냉각을 효율적으로 유도할 수 있다.
이때, 상기 제2 군의 웰(122w)의 두께는 상기 제1 군의 웰(121w)의 두께와 동일할 수 있으며, 상기 제2 군의 배리어(122b)의 두께는 상기 제1 군의 배리어(121b)의 두께와 동일할 수 있다. 이를 통해, 캐리어가 질화갈륨 계열의 초격자층 내에서 소정의 에너지 배리어를 인식하더라도 규칙적인 두께의 웰과 배리어를 통해 질화갈륨 계열의 초격자층 내에 갇혀서 소멸하지 않도록 하여 캐리어 주입이 원활히 진행될 수 있다.
실시예에서 제2 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(122)의 전체 두께는 제1 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(121)의 전체 두께보다 두꺼울 수 있다.
실시예에 의하면 핫 캐리어를 첫 번째 만나는 제1 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(121) 보다는 일부 냉각된 핫 캐리어를 만나는 제2 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(122)에서 더 오랫동안 안정된 상태에서 냉각시킴으로써 핫 캐리어의 냉각을 보다 효율적으로 진행할 수 있고, 핫 캐리어가 오버플로우 되는 현상을 막을 수 있다.
또한, 실시예에서 상기 제3 군의 질화갈륨 계열의 초격자층(123)의 상기 제3 군의 웰(123w)의 두께는 상기 제2 군의 웰(122w)의 두께와 동일할 수 있으며, 상기 제3 군의 배리어(123b)의 두께보다는 얇을 수 있다.
실시예에서 제3 군의 배리어(123b)는 활성층과 인접하게 배치될 수 있고, 마지막 배리어인 제3 군의 배리어(123b)를 다른 군의 배리어나 웰에 비해 두껍게 형성할 수 있다.
실시예에 의하면 상기 제3 군의 배리어(123b)에는 제1 도전형 원소가 도핑됨으로써 전자의 주입효율을 증대시킬 수 있다. 실시예에 의하면 제3 군의 배리어(123b)에 높은 Si 도핑이 가능하여 전자주입 효율을 증대시킬 수 있다. 예를 들어, 제3 군의 배리어(123b)에 약 19cc 이상의 Si을 도핑할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 실시예는 상기 제3 군의 배리어(123b)와 상기 활성층(114)의 양자 우물(114w) 사이에 언도프트 질화갈륨층(125)을 더 포함함으로써 제3 군의 배리어(123b)에 도핑된 제1 도전형 원소가 활성층으로 확산하여 발광 재결합을 저지하는 것을 막을 수 있다.
실시예에 의하면 핫 전자(Hot electron)를 복수의 스텝으로 구비되는 질화갈륨 계열의 초격자층에 의해 냉각(cooling)시킴으로써 효율적인 전자 주입층을 구비한 고출력 발광소자를 제공할 수 있다.
다음으로, 상기 언도프트 질화갈륨층(125) 상에 활성층(114)을 형성한다.
실시예에서 상기 활성층(114)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(114)은 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 트리메틸 인듐 가스(TMIn)가 주입되어 다중 양자우물구조가 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성층(114)의 우물층(114w)/배리어층(114b)은 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 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
상기 배리어층(114b)은 약 150 내지 250 torr의 압력과 약 750 내지 800℃의 온도에서 성장될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예는 n형 반도체층에 인접한 양자우물에서도 발광 재결합에 기여함으로써 광도를 향상시킬 수 있는 발광소자를 제공하고자 한다.
이를 위해, 상기 양자우물(114w)은 복수의 양자우물을 포함하며, 상기 양자우물(114w)들의 에너지 밴드갭은 상기 제1 도전형 반도체층(112)에서 상기 제2 도전형 반도체층(116) 방향으로 점차 증가할 수 있다.
상기 양자우물(114w)은 제1 양자우물(114w1), 제2 양자우물(114w2), 제3 양자우물(114w3), 제4 양자우물(114w4), 및 제5 양자우물(114w5)을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 양자우물(114w)들의 에너지 밴드갭 제어는 인듐의 농도를 온도를 통해 제어할 수 있으며, 제1 도전형 반도체층(112)에서 상기 제2 도전형 반도체층(116) 방향으로 온도를 점차 높힘으로써 인듐의 농도를 낮게 하여 에너지 밴드갭의 크기를 증가시킬 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 의하면 주입전류(Injection current)가 증가하면 제1 도전형 반도체층(112)에 가장 인접한 제1 양자우물(114w1)에서의 홀 농도(hole density)가 증가하고, 상대적으로 에너지 밴드갭이 작은 제1 양자우물(114w1)에서 발광됨에 따라 장파장 영역의 발광 강도(intensity)가 증가됨을 확인할 수 있다.
즉, 실시예에 의하면 n형 반도체층에 인접한 양자우물에서도 발광 재결합에 기여함으로써 광도를 향상시킬 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 상기 양자우물(114w)들의 두께는 상기 제1 도전형 반도체층(112)에서 상기 제2 도전형 반도체층(116) 방향으로 점차 증가할 수 있다.
실시예에 의하면 양자우물(114w)들의 두께를 상기 제1 도전형 반도체층(112)에서 상기 제2 도전형 반도체층(116) 방향으로 점차 증가하게 함으로써 제2 도전형 반도체층에 인접한 활성층이 높은 에너지 밴드갭을 가짐에 따라 높은 에너지 준위의 갖는 빛을 두께를 넓게하여 실질적으로 발광되는 빛의 에너지 준위를 낮춤으로써 활성층에서 발광되는 빛을 단일 색깔의 빛으로 제어할 수 있다.
또한, 제1 도전형 반도체층(112)에 인접한 제1 양자우물(114w1)에서 발광되는 빛은 두께를 좁게 하여 에너지 준위를 상대적으로 높임으로써 복수의 활성층에서 발광되는 빛을 단일의 색깔의 빛으로 제어할 수 있다.
다음으로, 실시예는 상기 활성층(114) 상에 제2 도전형 질화갈륨계열층(129)을 형성한다.
상기 제2 도전형 질화갈륨계열층(129)은 전자차단(electron blocking) 및 활성층의 클래딩(MQW cladding) 역할을 해줌으로써 발광효율을 개선할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 도전형 질화갈륨계열층(129)은 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1,0≤y≤1)계 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 활성층(114)의 에너지 밴드 갭보다는 높은 에너지 밴드 갭을 가질 수 있으며, 약 100Å~ 약 600Å의 두께로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 제2 도전형 질화갈륨계열층(129)은 AlzGa(1-z)N/GaN(0≤z≤1) 초격자(superlattice)로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 도전형 질화갈륨계열층(129)은 p형으로 이온주입되어 오버플로우되는 전자를 효율적으로 차단하고, 홀의 주입효율을 증대시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 도전형 질화갈륨계열층(129)은 Mg이 약 1018~1020/cm3 농도 범위로 이온주입되어 오버플로우되는 전자를 효율적으로 차단하고, 홀의 주입효율을 증대시킬 수 있다.
다음으로, 상기 제2 도전형 질화갈륨계열층(129) 상에 제2 도전형 반도체층(116)을 형성한다.
상기 제2 도전형 반도체층(116)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 도전형 반도체층(116)은 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(116)이 p형 반도체층인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
다음으로, 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 투광성 전극(130)을 형성하며, 상기 투광성 전극(130)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(130)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 제1 도전형 반도체층(112)은 n형 반도체층, 상기 제2 도전형 반도체층(116)은 p형 반도체층으로 구현할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한 상기 제2 도전형 반도체층(116) 위에는 상기 제2 도전형과 반대의 극성을 갖는 반도체 예컨대 n형 반도체층(미도시)을 형성할 수 있다. 이에 따라 발광구조물(110)은 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 7과 같이 상기 제1 도전형 반도체층(112)이 노출되도록 투광성 전극(130), 제2 도전형 반도체층(116), 제2 도전형 질화갈륨계열층(129), 활성층(114), 언도프트 질화갈륨층(125) 및 질화갈륨계열의 초격자층(124)의 일부를 제거할 수 있다.
다음으로, 상기 투광성 전극(130) 상에 제2 전극(132)을 형성하고, 상기 노출된 제1 도전형 반도체층(112) 상에 제1 전극(131)을 형성한다.
실시예는 n형 반도체층에 인접한 양자우물에서도 발광 재결합에 기여함으로써 광도를 향상시킬 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 전자를 활성층에 구속하여 발광효율을 높일 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
도 8은 실시예들에 따른 발광소자가 설치된 발광소자 패키지(200)를 설명하는 도면이다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지(200)는 패키지 몸체부(205)와, 상기 패키지 몸체부(205)에 설치된 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)과, 상기 패키지 몸체부(205)에 설치되어 상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)과 전기적으로 연결되는 발광 소자(100)와, 상기 발광 소자(100)를 포위하는 몰딩부재(230)가 포함된다.
상기 패키지 몸체부(205)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 발광 소자(100)의 주위에 경사면이 형성될 수 있다.
상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광 소자(100)에 전원을 제공하는 역할을 한다. 또한, 상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)은 상기 발광 소자(100)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시키는 역할을 할 수 있으며, 상기 발광 소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
상기 발광 소자(100)는 도 1 및 도 4에 예시된 수평형 타입의 발광 소자가 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 수직형 발광소자, 플립칩 발광소자도 적용될 수 있다.
상기 발광 소자(100)는 상기 패키지 몸체부(205) 상에 설치되거나 상기 제3 전극층(213) 또는 제4 전극층(214) 상에 설치될 수 있다.
상기 발광 소자(100)는 상기 제3 전극층(213) 및/또는 제4 전극층(214)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다. 실시예에서는 상기 발광 소자(100)가 상기 제3 전극층(213)과 와이어(230)를 통해 전기적으로 연결되고 상기 제4 전극층(214)과 직접 접촉하여 전기적으로 연결된 것이 예시되어 있다.
상기 몰딩부재(230)는 상기 발광 소자(100)를 포위하여 상기 발광 소자(100)를 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부재(230)에는 형광체(232)가 포함되어 상기 발광 소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 복수개가 기판 상에 어레이되며, 상기 발광 소자 패키지에서 방출되는 광의 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트, 형광 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 패키지, 기판, 광학 부재는 백라이트 유닛으로 기능하거나 조명 유닛으로 기능할 수 있으며, 예를 들어, 조명시스템은 백라이트 유닛, 조명 유닛, 지시 장치, 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
다음으로, 도 9는 실시예에 따른 조명장치의 분해사시도이며, 실시예에 따른 조명장치는 커버(2100), 광원 모듈(2200), 방열체(2400), 전원 제공부(2600), 내부 케이스(2700), 소켓(2800)을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 조명 장치는 부재(2300)와 홀더(2500) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 상기 광원 모듈(2200)은 실시 예에 따른 발광소자 또는 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 커버(2100)는 벌브(bulb) 또는 반구의 형상을 가지며, 속이 비어 있고, 일 부분이 개구된 형상으로 제공될 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 광원 모듈(2200)과 광학적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 커버(2100)는 상기 광원 모듈(2200)로부터 제공되는 빛을 확산, 산란 또는 여기 시킬 수 있다. 상기 커버(2100)는 일종의 광학 부재일 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 방열체(2400)와 결합될 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 방열체(2400)와 결합하는 결합부를 가질 수 있다.
상기 커버(2100)의 내면에는 유백색 도료가 코팅될 수 있다. 유백색의 도료는 빛을 확산시키는 확산재를 포함할 수 있다. 상기 커버(2100)의 내면의 표면 거칠기는 상기 커버(2100)의 외면의 표면 거칠기보다 크게 형성될 수 있다. 이는 상기 광원 모듈(2200)로부터의 빛이 충분히 산란 및 확산되어 외부로 방출시키기 위함이다.
상기 커버(2100)의 재질은 유리(glass), 플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC) 등일 수 있다. 여기서, 폴리카보네이트는 내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 상기 커버(2100)는 외부에서 상기 광원 모듈(2200)이 보이도록 전자차단층(126)할 수 있고, 불투명할 수 있다. 상기 커버(2100)는 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.
상기 광원 모듈(2200)은 상기 방열체(2400)의 일 면에 배치될 수 있다. 따라서, 상기 광원 모듈(2200)로부터의 열은 상기 방열체(2400)로 전도된다. 상기 광원 모듈(2200)은 광원부(2210), 연결 플레이트(2230), 커넥터(2250)를 포함할 수 있다.
상기 부재(2300)는 상기 방열체(2400)의 상면 위에 배치되고, 복수의 광원부(2210)들과 커넥터(2250)이 삽입되는 가이드홈(2310)들을 갖는다. 상기 가이드홈(2310)은 상기 광원부(2210)의 기판 및 커넥터(2250)와 대응된다.
상기 부재(2300)의 표면은 빛 반사 물질로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 부재(2300)의 표면은 백색의 도료로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 이러한 상기 부재(2300)는 상기 커버(2100)의 내면에 반사되어 상기 광원 모듈(2200)측 방향으로 되돌아오는 빛을 다시 상기 커버(2100) 방향으로 반사한다. 따라서, 실시 예에 따른 조명 장치의 광 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 부재(2300)는 예로서 절연 물질로 이루어질 수 있다. 상기 광원 모듈(2200)의 연결 플레이트(2230)는 전기 전도성의 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 방열체(2400)와 상기 연결 플레이트(2230) 사이에 전기적인 접촉이 이루어질 수 있다. 상기 부재(2300)는 절연 물질로 구성되어 상기 연결 플레이트(2230)와 상기 방열체(2400)의 전기적 단락을 차단할 수 있다. 상기 방열체(2400)는 상기 광원 모듈(2200)로부터의 열과 상기 전원 제공부(2600)로부터의 열을 전달받아 방열한다.
상기 홀더(2500)는 내부 케이스(2700)의 절연부(2710)의 수납홈(2719)를 막는다. 따라서, 상기 내부 케이스(2700)의 상기 절연부(2710)에 수납되는 상기 전원 제공부(2600)는 밀폐된다. 상기 홀더(2500)는 가이드 돌출부(2510)를 갖는다. 상기 가이드 돌출부(2510)는 상기 전원 제공부(2600)의 돌출부(2610)가 관통하는 홀을 갖는다.
상기 전원 제공부(2600)는 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 상기 광원 모듈(2200)로 제공한다. 상기 전원 제공부(2600)는 상기 내부 케이스(2700)의 수납홈(2719)에 수납되고, 상기 홀더(2500)에 의해 상기 내부 케이스(2700)의 내부에 밀폐된다.
상기 전원 제공부(2600)는 돌출부(2610), 가이드부(2630), 베이스(2650), 연장부(2670)를 포함할 수 있다.
상기 가이드부(2630)는 상기 베이스(2650)의 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 가이드부(2630)는 상기 홀더(2500)에 삽입될 수 있다. 상기 베이스(2650)의 일 면 위에 다수의 부품이 배치될 수 있다. 다수의 부품은 예를 들어, 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류변환장치, 상기 광원 모듈(2200)의 구동을 제어하는 구동칩, 상기 광원 모듈(2200)을 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 연장부(2670)는 상기 베이스(2650)의 다른 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 연장부(2670)는 상기 내부 케이스(2700)의 연결부(2750) 내부에 삽입되고, 외부로부터의 전기적 신호를 제공받는다. 예컨대, 상기 연장부(2670)는 상기 내부 케이스(2700)의 연결부(2750)의 폭과 같거나 작게 제공될 수 있다. 상기 연장부(2670)에는 "+ 전선"과 "- 전선"의 각 일 단이 전기적으로 연결되고, "+ 전선"과 "- 전선"의 다른 일 단은 소켓(2800)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 내부 케이스(2700)는 내부에 상기 전원 제공부(2600)와 함께 몰딩부를 포함할 수 있다. 몰딩부는 몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 상기 전원 제공부(2600)가 상기 내부 케이스(2700) 내부에 고정될 수 있도록 한다.
실시예는 n형 반도체층에 인접한 양자우물에서도 발광 재결합에 기여함으로써 광도를 향상시킬 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 전자를 활성층에 구속하여 발광효율을 높일 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 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.
제1 도전형 반도체층(112), 활성층(114),
양자우물(114w), 양자벽(114b), 제2 도전형 반도체층(116),
질화갈륨 계열의 초격자층(124)

Claims (7)

  1. 제1 도전형 반도체층;
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 양자우물과 양자벽을 구비하는 활성층; 및
    상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층;을 포함하며,
    상기 양자우물은 복수의 양자우물을 포함하며, 상기 양자우물들의 밴드갭 에너지는 상기 제1 도전형 반도체층에서 상기 제2 도전형 반도체층 방향으로 점차 증가하며,
    상기 양자우물들의 두께는 상기 제1 도전형 반도체층에서 상기 제2 도전형 반도체층 방향으로 점차 증가하는 발광소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층과 상기 활성층 사이에 질화갈륨 계열의 초격자층을 더 포함하고,
    상기 질화갈륨 계열의 초격자층은 상기 제1 도전형 반도체층에서 상기 활성층 방향으로 밴드갭 에너지가 감소하는 발광소자.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 질화갈륨 계열의 초격자층은,
    제1 밴드갭 에너지를 구비하는 제1 군의 질화갈륨 계열의 초격자층; 및
    상기 제1 군의 질화갈륨 계열의 초격자층 상에 상기 제1 밴드갭 에너지보다 작은 제2 밴드갭 에너지를 구비하는 제2 군의 질화갈륨 계열의 초격자층;을 포함하는 발광소자.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 밴드갭 에너지 준위와 상기 제2 밴드갭 에너지의 준위의 차이는 상기 질화갈륨 계열의 초격자층의 포톤에너지 준위 이상인 발광소자.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 질화갈륨 계열의 초격자층은,
    상기 제2 군의 질화갈륨 계열의 초격자층 상에 상기 제3 밴드갭 에너지를 구비하는 제3 군의 질화갈륨 계열의 초격자층;을 더 포함하는 발광소자.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 군의 질화갈륨 계열의 초격자층은
    제1 군의 웰과 제1 군의 배리어를 포함하며,
    상기 제1 군의 웰의 두께와 상기 제1 군의 배리어의 두께가 동일한 발광소자.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 제3 군의 질화갈륨 계열의 초격자층과 상기 활성층 사이에 언도프트 질화갈륨층을 더 포함하는 발광소자.
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