KR100674858B1 - 백색 발광소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모놀리식 백색 발광소자에 관한 것으로서, 제1 및 제2 도전형 질화물층과 그 사이에 순차적으로 형성된 서로 다른 파장광을 발광하는 복수의 활성층을 갖는 질화물 발광소자에 있어서, 상기 복수의 활성층은 복수의 제1 양자장벽층과 양자우물층으로 구성된 적어도 하나의 제1 활성층과, 상기 제1 활성층의 발광파장보다 큰 발광파장을 갖는 제2 활성층을 포함하며, 상기 제2 활성층은 복수의 제2 양자장벽층과 그 복수의 제2 양자장벽층 사이에 각각 형성된 다수의 양자점 또는 결정체(crystallites)로 이루어진 적어도 하나의 불연속적인 양자우물구조를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자를 제공한다.
백색 발광소자(white light emitting device), 양자점(quantum dot), 모놀리식 소자(monolithic device)

Description

백색 발광소자{WHITE LIGHT EMITTING DEVICE}
도 1은 종래의 백색 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 2는 종래의 백색발광소자의 활성영역에 대한 에너지밴드 다이어그램이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 백색 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3에 도시된 백색발광소자의 활성영역을 각각 서로 다른 수직방향에서 나타낸 에너지밴드 다이어그램이다.
도 5는 본 발명의 일 활성층으로 채용된 불연속양자구조의 형성면을 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 백색 발광소자를 나타내는 단면도이다.
본 발명은 백색 발광소자에 관한 것으로, 보다 상세하게 서로 다른 파장광을 발광하는 적어도 2개의 활성층을 단일 소자형태로 구현한 모놀리식 백색 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, LED를 이용한 백색 발광소자는 탁월한 고휘도 및 고효율이 가능하므로, 조명장치 또는 디스플레이 장치의 백라이트로 널리 사용된다.
이러한 백색 발광 소자의 구현방안은 개별 LED로 제조된 청색, 적색 및 녹색 LED를 단순 조합하는 방식과 형광체를 이용하는 방식이 널리 알려져 있다. 다색의 개별 LED를 동일한 인쇄회로기판에 조합하는 방식은 이를 위한 복잡한 구동회로가 요구되며, 이로 인해 소형화가 어렵다는 단점이 있다. 따라서, 형광체를 이용한 백색 발광소자 제조방법이 보편적으로 사용된다.
종래의 형광체를 이용한 백색 발광소자 제조방법으로는, 청색 발광소자를 이용하는 방법과 자외선 발광소자를 이용하는 방법이 있다. 예를 들어, 청색 발광소자를 이용하는 경우에는 YAG 형광체를 이용하여 청색광을 백색광으로 파장 변환한다. 즉, 청색 LED로부터 발생된 청색파장이 YAG(Yittrium Aluminum Garnet)형광체를 여기시켜 최종으로 백색광을 얻을 수 있다.
하지만, 형광체분말에 의한 소자특성의 불이익한 영향이 발생되거나, 형광체 여기시 광효율이 감소하고 색보정지수가 저하되어 우수한 색감을 얻을 수 없다는 한계가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위한 새로운 방안으로, 형광체 없이 다른 파장광을 발광하는 복수의 활성층을 구비한 모놀리식 백색 발광소자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 모놀리식 백색 발광소자의 일형태로서, 미국등록특허 제5,684,309호(등록공고일:1997.11. 4, 양수인: North Carolina State University)에는 도1에 도시된 백색발광소자를 제안하고 있다.
도 1과 같이, 상기 백색발광소자(10)는 버퍼층(12)이 형성된 기판(11) 상에 형성된 제1 도전형 질화물층(13)과 제2 도전형 질화물층(18)을 포함하며, 상기 제1 및 제2 도전형 질화물층(13,18) 사이에는 3개의 서로 다른 파장광을 생성하는 제1 내지 제3 활성층(15,16,17)과 배리어층(14a,14b,14c)을 형성된 구조를 갖는다. 또한, 상기 제1 및 제2 도전형 질화물층(13,18)에는 각각 제1 및 제2 전극(19a,19b)이 제공된다.
도 1에 도시된 구조에서, 상기 제1 및 내지 제3 활성층(15,16,17)은 예를 들어 각각 청색, 녹색, 적색의 광을 생성하기 위해서, 서로 다른 조성을 갖는 InxGa1-xN((즉, x가 다름)으로 이루어진다. 각 활성층(15,16,17)으로부터 얻어진 청색, 녹색 및 적색광은 조합되어 최종적으로 원하는 백색광을 생성할 수 있다.
하지만, 상기 문헌에 기재된 백색 발광소자는 높은 발광효율을 갖지 않으며, 백색광을 얻기 위한 삼색의 일정한 분포를 구성하기가 매우 어렵다. 그 이유는 도 2에 도시된 바와 같이 상대적으로 청색 및 녹색에 해당하는 활성층(15,16)의 에너지밴드갭(Eg1,Eg2)에 비해, 적색을 발광하는 활성층(17)이 매우 낮은 에너지밴드갭(Eg3)을 갖기 때문이다. 예를 들어, 청색 및 녹색에 해당하는 활성층(15,16)의 에너지밴드갭(Eg1,Eg2)은 각각 약 2.7eV, 2.4eV 인데 반해, 적색을 발광하는 활성층 (17)의 에너지밴드갭(Eg3)은 약 1.8eV에 불과하여 상대적으로 매우 낮다.
이와 같이, 장파장측 활성층(17)의 낮은 에너지밴드갭(Eg3)으로 인해, 상기 제2 도전형 질화물층(18)으로부터 제공되는 캐리어가 적색 활성층(17)을 통과하지 못하는 캐리어집중화현상(carrier localization)이 발생된다. 결과적으로, 대부분의 캐리어가 적색 활성층(17)에서 구속되어 빛으로 전환하고, 청색 및 녹색 활성층(15,16)까지 도달할 확률이 낮아지게 된다. 이러한 현상은 제2 도전형 질화물층(18)이 p형 질화물층인 경우에 적색 활성층(17)에 구속되는 캐리어가 전자에 비해 낮은 이동도를 갖는 홀이므로, 보다 심각해진다.
이와 같이, 종래의 백색 발광소자에서는 장파장을 위한 활성층의 캐리어구속으로 인해 단파장을 위한 활성층이 지나치게 낮은 재결합효율을 가지므로, 적절한 색분포를 통한 백색광을 얻기 어렵다는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 서로 다른 파장광을 생성하는 복수의 활성층 중 장파장측 활성층을 연속적인 층구조가 아닌 양자점 또는 양자결정체와 같은 불연속적인 구조를 대체함으로써 단파장측 활성층의 재결합효율을 향상시킨 새로운 모놀리식 발광소자를 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명은,
제1 및 제2 도전형 질화물층과 그 사이에 순차적으로 형성된 서로 다른 파장광을 발광하는 복수의 활성층을 갖는 질화물 발광소자에 있어서, 상기 복수의 활성층은 복수의 제1 양자장벽층과 양자우물층으로 구성된 적어도 하나의 제1 활성층과, 상기 제1 활성층의 발광파장보다 큰 발광파장을 갖는 제2 활성층을 포함하며, 상기 제2 활성층은 복수의 제2 양자장벽층과 상기 복수의 제2 양자장벽층 사이에 각각 형성된 다수의 양자점 또는 결정체(crystallites)로 이루어진 적어도 하나의 불연속적인 양자우물구조를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자를 제공한다.
이와 같이, 본 발명에서는 캐리어구속을 야기하는 장파장을 위한 제2 활성층은 양자점 또는 결정체(crystallites)로 이루어진 불연속적인 구조로 형성함으로써, 단파장을 위한 제1 활성층으로 제공되는 캐리어 주입효율을 실질적으로 향상시킬 수 있다.
상기 불연속적인 양자우물구조를 구성하는 다수의 양자점 또는 결정체의 형성면은 해당되는 상기 제2 양자장벽층 상면의 전체면적에 대해 약 20∼75%인 것이 바람직하다. 불연속적인 양자우물구조의 형성면적이 20%미만인 경우에, 충분한 휘도를 얻기 어려우며, 75%를 초과할 경우에는 단파장을 위한 제1 활성층의 재결합효율을 충분히 향상시키기 어렵다.
바람직하게, 상기 활성층은 적어도 4개의 양자장벽층을 포함하며, 상기 적어 도 4개의 양자장벽층 사이에 각각 형성된 다수의 양자점 또는 결정체로 이루어진 적어도 3개의 불연속적인 양자우물구조를 갖는다. 이는 불연속적인 양자우물구조를 통해 충분한 발광휘도를 얻기 위함이다.
본 발명의 일 실시형태에서는, 상기 제1 활성층은 각각 약 450∼475㎚의 발광파장과 약 510∼535㎚의 발광파장을 갖는 2개의 활성층을 포함하며, 상기 제2 활성층은 약 600∼635㎚의 발광파장을 가질 수 있다. 즉, 상기 2개의 제1 활성층은 각각 청색 및 녹색 발광파장을 가지며, 상기 제2 활성층은 적색 발광파장을 가짐으로써, 최종적으로 백색 출력광을 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에서는, 상기 제1 활성층은 약 450∼475㎚의 발광파장을 가지며, 상기 제2 활성층은 약 550∼600㎚의 발광파장을 가질 수 있다. 즉, 상기 제1 활성층은 녹색편이된 청색의 발광파장을 가지며, 상기 제2 활성층은 황색 발광파장을 가짐으로써, 최종적으로 백색 출력광을 얻을 수도 있다.
본 발명에서 채용되는 적어도 하나의 제1 활성층은 Inx1Ga1 -x1N(0 ≤x1 ≤1)로 이루어질 수 있다. 본 발명의 일 실시형태와 같이 2개의 활성층을 형성하는 경우에는, In 함량(x1)을 적절히 달리함으로써 원하는 발광파장을 갖는 활성층을 제공할 수 있다.
또한, 상기 제2 활성층은 Inx2Ga1 -x2N(0 < x2 ≤1)로 이루어질 수 있다. 이 경우에, In함량의 증가에 따른 결정성 저하 및 파장변이 등의 문제를 해결하기 위해서, 상기 제2 활성층 중 불연속적인 양자우물구조는 AlyInzGa1-(y+z)N(0 < y <1, 0 < z <1) 또는 (AlvGa1 -v)uIn1 - uP(0 ≤ v ≤ 1, 0 ≤ u ≤ 1)로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제1 및 제2 도전형 질화물 반도체층은 각각 n형 및 p형 질화물 반도체층인 경우에, 상기 제2 활성층은 상기 제2 도전형 질화물 반도체층에 인접하여 위치할 수 있다. 나아가, 상기 적어도 하나의 제1 활성층은 서로 다른 발광파장을 갖는 복수인 경우에, 상기 복수의 제1 활성층 및 상기 제2 활성층은 그 발광파장이 장파장일수록상기 제2 도전형 질화물 반도체층에 인접하여 위치하도록 배열될 수 있다.
특히, 상기 제2 활성층을 AlyInzGa1-(y+z)N(0 < y <1, 0 < z <1) 또는 (AlvGa1-v)uIn1-uP(0 ≤ v ≤ 1, 0 ≤ u ≤ 1)로 형성하는 경우에는, 증착공정에 따른 성장온도를 고려하여, 상기 제2 활성층은 다른 제1 활성층보다 늦게 형성되는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 백색 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 상기 백색 발광소자(30)는 버퍼층(32)이 형성된 기판(31) 상에 형성된 제1 도전형 질화물층(33)과 제2 도전형 질화물층(38)을 포함하며, 상기 제1 및 제2 도전형 질화물층(33,38) 사이에는 청색, 녹색 및 적색 발광파장을 갖는 활성층(35,36,37)이 형성된다.
상기 청색 및 녹색 활성층(35,36)은 각각 통상의 연속적인 층으로 이루어지며, 통상적인 복수의 양자우물층과 양자장벽층(미도시)으로 구성된 다중양자우물구조일 수 있다. 또한, 상기 청색 및 녹색 활성층(35,36)은 각각 약 450∼475㎚의 발광파장과 약 510∼535㎚의 발광파장을 갖는 양자우물층을 가질 수 있다. 바람직하게, 상기 청색 및 녹색 활성층(35,36)은 서로 다른 인듐함량(x1)을 갖는 Inx1Ga1-x1N(0 ≤x1 ≤1)로 이루어질 수 있다.
본 실시형태에 채용된 적색 활성층(37)은 4개의 양자장벽층(37a)과, 상기 복수의 양자장벽층(37a) 사이에 각각 형성된 다수의 양자점 또는 결정체(crystallites)(37b)로 이루어진 3개의 불연속적인 양자우물구조를 갖는 것으로 예시되어 있다. 본 명세서에서 사용된 "불연속적인 양자우물구조(discontinuous quantum well structure)"라 함은 일면 전체에 연속적으로 성장된 완전한 층구조의 양자우물층이 배제된 의미로서, 전 면적에 걸쳐 다수의 양자점 또는 결정체가 배열된 구조를 말한다. 여기서, 적색 활성층(37)의 장벽층(37a)은 양자점 또는 결정체(37b)를 샌드위치하는 구조를 갖는다. 즉, 상기 장벽층(37a)은 양자점 또는 결정체(37b)의 성장면을 제공하는 동시에, 하면에 위치한 양자점 또는 결정체(37b)를 위 한 캡핑층 역할을 한다.
본 발명의 불연속적인 양자우물구조(37b), 즉 다수의 양자점 또는 결정체는 적색 발광파장을 위한 양자우물(quantum well)을 제공한다. 즉, 약 600∼635㎚의 발광파장을 갖는 반도체물질로 이루어진다. 여기서, 상기 적색 활성층(37)의 장벽층(37a)과 불연속적인 양자우물구조(37b)는 각각 서로 다른 조성을 갖는 Inx2Ga1 -x2N(0 < x2 ≤1)로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 적색 활성층(37)은 GaN 양자장벽층과 In0 .7Ga0 .3N 양자점으로 이루어질 수 있다. 다만, In함량이 많은 경우에, 결정성이 저하되고, 상분리(phase seperation)에 의해 원하지 않는 파장변이가 야기되므로, 적색 발광을 위한 불연속적인 양자우물구조(37b)는 AlyInzGa1 -(y+z)N(0 < y <1, 0 < z <1) 또는 (AlvGa1 -v)uIn1 - uP(0 ≤ v ≤ 1, 0 ≤ u ≤ 1)로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제1 및 제2 도전형 질화물 반도체층(33,38)은 각각 n형 및 p형 질화물 반도체층일 수 있다. 이 경우에, 본 실시형태와 같이, 상기 적색 활성층(37)은 상기 제2 도전형 질화물 반도체층(38)에 인접하여 위치한 것이 바람직하다. 또한, 청색 및 녹색 활성층(35,36)도 그 발광파장이 장파장일수록 상기 제2 도전형 질화물 반도체층(38)에 인접하여 위치하도록 배열된 것이 바람직하다. 이는 성장온도와 같은 공정조건에 의한 것이며, 도 5에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
이와 같이, 본 발명에서 채용된, 양자점 또는 결정체를 이용한 불연속적인 양자우물구조(37b)는 국부적인 영역에서 제2 도전형 질화물 반도체층(38)으로부터 제공되는 캐리어를 직접 녹색 활성층(36)으로 제공할 수 있다.
즉, 도 4a와 같이,양자점 또는 결정체(37b)가 형성된 영역을 통과하는 캐리어 경로(A-A')에서는, 도2에 도시된 종래와 유사한 에너지 밴드를 형성한다. 여기서, 상기 제2 도전형 질화물 반도체층(38)으로부터 제공되는 캐리어가 적색 활성층(37)의 양자우물구조(37b)를 경유하므로, 적절한 적색 발광을 유도한다.
한편, 도 4b와 같이, 양자점 또는 결정체(37b)가 형성되지 않은 영역을 통과하는 캐리어 경로(B-B')에 따르면, 상기 제2 도전형 질화물 반도체층(38)으로부터 제공되는 캐리어는 적색 활성층에서 양자우물구조 없이 GaN과 같은 양자장벽층(37a)만을 통과하여 직접 녹색 활성층(36)으로 제공된다. 이와 같이, 장파장인 적색 활성층(37)의 양자우물구조(37b)에서 캐리어가 구속되는 확률을 감소시킴으로써 단파장을 위한 녹색 또는 청색 활성층(35,36)에서의 캐리어 주입효율을 높일 수 있다.
다만, 적색 활성층(37)은 불연속적인 구조로 인해 연속적인 청색 또는 녹색 활성층(35,36)에 비해 낮은 발광효율을 갖는다. 이러한 문제를 완화하기 위해서, 본 실시형태와 같이, 적색 활성층(37)은 적어도 4개의 양자장벽층(37a)과 적어도 3개의 불연속적인 양자우물구조(37b)로 형성하는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명의 일 활성층으로 채용된 불연속양자구조의 형성면을 나타내는 사시도이다. 도 5는 도 4와 유사한 발광소자를 제조하는 과정 중 일 양자점 구조를 형성한 단계 후를 나타낸 것으로 이해될 수 있다.
도 5와 같이, 기판(51) 상에 버퍼층(52), 제1 도전형 질화물 반도체층(53), 청색 활성층(55) 및 녹색 활성층(56)이 순차적으로 형성한 후에, 적색 활성층(57)을 형성한다. 적색 활성층(57)의 형성공정은 양자장벽층(57a)과 양자점 또는 결정체와 같은 불연속적인 양자우물구조(57b)를 형성하는 과정으로 구현된다.
상기 불연속 양자우물구조(57b)는 상술한 바와 같이, Inx2Ga1 -x2N(0 < x2 ≤1)로 이루어질 수 있으나, 바람직하게는, AlyInzGa1-(y+z)N(0 < y <1, 0 < z <1) 또는 (AlvGa1-v)uIn1-uP(0 ≤ v ≤ 1, 0 ≤ u ≤ 1)로 형성한다. 이러한 불연속 양자우물구조(57b)는 당업자라면 공지된 공정을 통해 용이하게 형성할 수 있다.
또한, 장파장 활성층, 즉 적색 활성층(57)은 본 실시형태와 같이 다른 발광파장의 활성층(55,56)을 형성한 후에 형성하는 것이 바람직하다. 특히, AlInGaN계 불연속 양자우물구조(57b)를 형성할 경우에는 성장온도를 고려하여 다른 활성층(55,56)을 형성한 후에 형성하는 것이 요구된다. 따라서, 일반적으로 p형 질화물 반도체층이 최상부에 위치하므로, 최종 발광소자에서 상기 적색 활성층(57)은 p형 질화물 반도체층에 인접하여 위치하며, 청색 및 녹색 활성층(55,56)에서도 그 발광 파장이 장파장일수록 p형 질화물 반도체층에 인접하여 위치하도록 배열된 것이 바람직하다.
본 발명에서는 불연속 양자우물구조(57b)를 갖는 단파장인 적색 활성층(57)에서 캐리어구속을 완화시키기 위해 비형성면적이 많을수록 바람직하나, 비형성면적이 지나치게 많은 경우에는 오히려 단파장인 적색 활성층(57)의 발광효율을 충분히 보장하기 어려운 문제가 있을 수 있다. 따라서, 상기 다수의 양자점 또는 결정체가 형성된 총 면적(ΣSd)은 상기 양자장벽층(57a) 상면의 전체 면적(St)에 대해 20∼75%인 것이 바람직하다. 이러한 형성면적범위는 성장과정에서 온도 및 시간을 제어하여 양자점 또는 결정체의 크기와 밀도를 적절히 조절함으로써 얻어질 수 있다.
상기한 실시형태는 서로 다른 발광파장을 갖는 3개의 활성층을 갖는 구조로 예시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명의 범위는 2개의 활성층 또는 4개 이상의 활성층을 갖는 발광소자를 포함된다. 예를 들어, 본 발명은 도 6에 도시된 바와 같이, 서로 다른 발광파장을 갖는 2개의 활성층을 갖는 발광소자로 구현될 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 백색 발광소자(60)는 도 3과 유사하게, 버퍼층(62)이 형성된 기판(61) 상에 형성된 제1 도전형 질화물층(63)과 제2 도전형 질화물층(68) 을 포함하며, 상기 제1 및 제2 도전형 질화물층(63,68) 사이에는 서로 다른 발광파장을 갖는 제1 및 제2 활성층(65,67)이 형성된다. 여기서, 백색발광을 구현하기 위해서, 상기 제1 활성층(65)은 약 450∼475㎚의 발광파장을 가지며, 상기 제2 활성층(67)은 약 550∼600㎚의 발광파장을 가질 수 있다.
상기 제1 활성층(65)은 각각 통상의 연속적인 층으로서 Inx1Ga1-x1N(0 ≤x1 ≤1)로 이루어질 수 있으며, 통상적인 복수의 양자우물층과 양자장벽층(미도시)으로 구성된 다중양자우물구조인데 반해, 제2 활성층(67)은 3개의 양자장벽층(67a)과, 상기 3개의 양자장벽층(67a) 사이에 각각 형성된 다수의 양자점 또는 결정체로 이루어진 2개의 불연속적인 양자우물구조(67b)로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 제2 활성층(67)의 장벽층(67a)과 불연속적인 양자우물구조(67b)는 각각 서로 다른 조성을 갖는 Inx2Ga1-x2N(0 < x2 ≤1)로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는, 불연속적인 양자우물구조(67b)를 AlyInzGa1-(y+z)N(0 < y <1, 0 < z <1) 또는 (AlvGa1-v)uIn1-uP(0 ≤ v ≤ 1, 0 ≤ u ≤ 1)물질로 형성한다.
이와 같이, 서로 다른 파장광을 갖는 2개의 활성층에서도 장파장측인 제2 활성층에 불연속적인 양자우물구조로 채용함으로써 상기 제2 활성층에서 발생되는 캐리어구속을 방지하고, 제1 활성층의 발광효율을 향상시킬 수 있다. 이로써, 백색광을 조합하기 위한 제1 및 제2 활성층의 색분포를 적절히 구현할 수 있다.
본 발명은 종래의 다수의 연속적인 활성층구조에서 장파장측 활성층에서 발 생되는 캐리어집중화를 완화하기 위해서 장파장측의 활성층에 불연속적인 양자우물구조를 도입하는 방안을 제공한다. 따라서, 상술한 바와 같이, 활성층의 갯수 또는 백색발광소자에 한정되지 않으며, 본 발명은 서로 다른 발광파장을 갖는 2개 이상의 활성층을 조합하여 특정 광을 생성하는 반도체 발광소자에서, 캐리어 집중현상을 야기하는 장파장측의 활성층만을 선택하여, 양자점 또는 결정체와 같은 불연속적인 양자우물구조로 대체한 모든 발광소자 형태를 포함하고자 한다.
따라서, 본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 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.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 서로 다른 발광파장을 갖는 2개 이상의 활성층 중 캐리어 집중현상을 야기하는 장파장측의 활성층만을 선택하여 양자점 또는 결정체와 같은 불연속적인 양자우물구조로 대체함으로써 단파장 활성층의 재결합효율이 향상된 반도체 발광소자를 제공할 수 있다. 특히, 본 발명은 각 파장대의 활성층에서의 비교적 균일한 색분포를 가능하게 하므로, 특정 파장광을 조합하여 고효율을 갖는 모놀리식 백색 발광소자를 제조하는데 유익하게 사용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 제1 및 제2 도전형 질화물층과 그 사이에 순차적으로 형성된 서로 다른 파장광을 발광하는 복수의 활성층을 갖는 질화물 발광소자에 있어서,
    상기 복수의 활성층은 연속적인 층으로 이루어진 복수의 제1 양자장벽층과 양자우물층으로 구성된 적어도 하나의 제1 활성층과, 상기 제1 활성층의 발광파장보다 큰 발광파장을 갖는 제2 활성층을 포함하며,
    상기 제2 활성층은 복수의 제2 양자장벽층과 상기 복수의 제2 양자장벽층 사이에 각각 형성된 다수의 양자점 또는 결정체(crystallites)로 이루어진 적어도 하나의 불연속적인 양자우물구조를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 양자점 또는 결정체가 형성된 총 면적은 상기 제2 양자장벽층 상면의 전체 면적에 대해 20∼75%인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 활성층은 적어도 4개의 양자장벽층을 포함하며, 상기 적어도 4개의 양자장벽층 사이에 각각 형성된 다수의 양자점 또는 결정체로 이루어진 적어도 3개의 불연속적인 양자우물구조를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 활성층은 450∼475㎚의 발광파장을 가지며, 상기 제2 활성층은 약 550∼600㎚의 발광파장을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 활성층은 각각 450∼475㎚의 발광파장과 510∼535㎚의 발광파장을 갖는 2개의 활성층을 포함하며, 상기 제2 활성층은 600∼635㎚의 발광파장을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제1 활성층은 Inx1Ga1-x1N(0 ≤x1 ≤1)로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 활성층은 Inx2Ga1-x2N(0 < x2 ≤1)로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 활성층 중 상기 불연속적인 양자우물구조는 AlyInzGa1 -(y+z)N(0 < y <1, 0 < z <1) 또는 (AlvGa1 -v)uIn1 - uP(0 ≤ v ≤ 1, 0 ≤ u ≤ 1)로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  9. 제1항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 도전형 질화물 반도체층은 각각 n형 및 p형 질화물 반도체층이며,
    상기 제2 활성층은 상기 제2 도전형 질화물 반도체층에 인접하여 위치한 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  10. 제1항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 도전형 질화물 반도체층은 각각 n형 및 p형 질화물 반도체층이고, 상기 적어도 하나의 제1 활성층은 서로 다른 발광파장을 갖는 복수개이며,
    상기 복수의 제1 활성층 및 상기 제2 활성층은 그 발광파장이 장파장일수록상기 제2 도전형 질화물 반도체층에 인접하여 위치하도록 배열된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
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