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KR101945808B1 - 발광 소자 및 발광 소자 패키지 - Google Patents

발광 소자 및 발광 소자 패키지 Download PDF

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KR101945808B1
KR101945808B1 KR1020120086009A KR20120086009A KR101945808B1 KR 101945808 B1 KR101945808 B1 KR 101945808B1 KR 1020120086009 A KR1020120086009 A KR 1020120086009A KR 20120086009 A KR20120086009 A KR 20120086009A KR 101945808 B1 KR101945808 B1 KR 101945808B1
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South Korea
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layer
barrier
semiconductor layer
type semiconductor
barrier layer
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원종학
서헌진
백광선
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

발광 소자는 기판 상에 배치된 제1 도전형 반도체층과, 제1 도전형 반도체층 상에 배치된 활성층과, 활성층 상에 배치된 제2 도전형 반도체층을 포함한다. 활성층은 다수의 배리어층과, 다수의 배리어층 사이에 배치된 다수의 우물층을 포함한다. 다수의 배리어층 중에서 적어도 하나 이상은 서로 상이한 에너지 밴드갭을 가진다. 다수의 배리어층 중에서 적어도 하나 이상은 서로 상이한 두께를 가진다.

Description

발광 소자 및 발광 소자 패키지{Light emitting device and light emitting device package}
실시예는 발광 소자에 관한 것이다.
실시예는 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
발광 소자는 전기에너지를 빛에너지로 변환하는 소자이다. 발광 소자는 화합물 반도체 재질의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.
발광소자는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 갖고 있다. 따라서, 액정표시장치의 라이트 유닛을 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 소자를 포함하는 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 소자를 포함하는 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등에까지 응용이 확대되고 있다.
실시예는 지향각을 향상시킬 수 있는 발광 소자 및 발광 소자 패키지를 제공한다.
실시예는 광출력을 향상시킬 수 있는 발광 소자 및 발광 소자 패키지를 제공한다.
실시예에 따르면, 발광 소자는 기판; 상기 기판 상에 배치된 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치된 활성층; 및 상기 활성층 상에 배치된 제2 도전형 반도체층을 포함하고, 상기 활성층은, 다수의 배리어층; 및 상기 다수의 배리어층 사이에 배치된 다수의 우물층을 포함하고, 상기 다수의 배리어층 중에서 적어도 하나 이상은 서로 상이한 에너지 밴드갭을 가지고, 상기 다수의 배리어층 중에서 적어도 하나 이상은 서로 상이한 두께를 가진다.
실시예에 따르면, 발광 소자 패키지는 몸체; 상기 몸체 상에 제1 및 제2 리드 전극; 및 상기 몸체 또는 상기 제1 및 제2 리드 전극 중 어느 하나 위에 배치된 상기 발광 소자를 포함한다.
실시예는 활성층의 배리어층의 두께, 에너지 밴드갭, 인듐 함유량, 굴절률 등을 조절하여, 광의 지향각을 향상시켜 궁극적으로 광출력을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 발광 소자에서 발광 구조물을 확대한 단면도이다.
도 3은 제1 실시예에 따른 발광 구조물의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 제1 실시예에서의 굴절률 다이어그램을 도시한 단면도이다.
도 5는 제2 실시예에 따른 발광 구조물의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 제2 실시예에서의 굴절률 다이어그램을 도시한 단면도이다.
도 7은 제3 실시예에 따른 발광 구조물의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 8은 도 7의 제3 실시예에서의 굴절률 다이어그램을 도시한 단면도이다.
도 9는 제4 실시예에 따른 발광 구조물의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 10은 도 9의 제4 실시예에서의 굴절률 다이어그램을 도시한 단면도이다.
도 11은 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 도시한 단면도이다.
도 12는 실시예에 따른 발광 소자 패키지의 광 분포 예시도이다.
발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 발광 소자는 기판(1), 버퍼층(3), 발광 구조물(10) 및 제1 및 제2 전극(15, 17)을 포함할 수 있다.
상기 발광 구조물(10)과 상기 제2 전극(17) 사이에 투명 도전층(13)이 배치될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 상기 투명 도전층(13)은 전류를 스프레딩시키고 전류가 상기 발광 구조물(10)로 보다 용이하게 흐르도록 하여 줄 수 있다.
상기 발광 구조물(10)은 예컨대, 제1 도전형 반도체층(5), 활성층(7) 및 제2 도전형 반도체층(9)을 포함하지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
예컨대, 상기 제1 도전형 반도체층(5)은 조성비, 재질 종류 또는 도핑 농도가 서로 상이한 다수의 반도체층을 포함할 수 있다. 상기 활성층(7)은 조성비, 재질 종류 또는 도핑 농도가 서로 상이한 다수의 반도체층을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(9)은 조성비, 재질 종류 또는 도핑 농도가 서로 상이한 다수의 반도체층을 포함할 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(9)과 상기 투명 도전층(13) 사이에 제3 도전형 반도체층(미도시)이 배치될 수도 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 상기 제3 도전형 반도체층은 상기 제1 도전형 반도체층(5) 및 상기 제2 도전형 반도체층(9)와 동일한 도전형의 도펀트를 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 기판(1)은 상기 발광 구조물(10)을 성장시키기 위한 기판으로서 기능할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 발광 구조물(10)을 안정적으로 성장시키기 위해서 상기 기판(1)은 상기 발광 구조물(10)과의 격자 상수 차이가 작은 물질로 형성될 수 있다.
상기 기판(1)은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP 및 Ge로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나로 형성될 수 있다.
상기 기판(1)과 상기 발광 구조물(10) 사이에 버퍼층(3)이 배치될 수 있다. 상기 버퍼층(3)은 상기 기판(1)과 상기 발광 구조물(10) 사이의 격자 상수 차이를 완화하여 주기 위해 배치될 수 있다.
상기 버퍼층(3)과 상기 발광 구조물(10) 각각은 II족 내지 VI족 화합물 반도체 재질로 형성될 수 있다.
상기 발광 구조물(10)은 예컨대, 제1 도전형 반도체층(5), 활성층(7) 및 제2 도전형 반도체층(9)을 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
예컨대, 상기 제1 도전형 반도체층(5)은 상기 기판(1) 또는 상기 버퍼층(3) 상에 배치되고, 상기 활성층(7)은 상기 제1 도전형 반도체층(5) 상에 배치되며, 상기 제2 도전형 반도체층(9)은 상기 활성층(7) 상에 배치될 수 있다.
상기 버퍼층(3)과 상기 제1 도전형 반도체층(5), 상기 활성층(7) 및 상기 제2 도전형 반도체층(9)은 동일 공정 장비, 예컨대 MOCVD를 이용하여 상기 기판(1) 상에 순차적으로 성장될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(5)은 예를 들어, n형 도펀트를 포함하는 n형 반도체층일 수 있다. 상기 n형 반도체층은 InxAlyGa1 -x- yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 화합물 반도체 재질로 형성될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(5)은 예를 들어, InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN 및 AlInN로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 상기 n형 도펀트는 Si, Ge 및 Sn 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(5) 상에 상기 활성층(7)이 형성될 수 있다. 상기 활성층(7)은 상기 제1 도전형 반도체층(5)으로부터 주입되는 제1 캐리어, 예컨대 전자와 상기 제2 도전형 반도체층(9)으로부터 주입되는 제2 캐리어, 예컨대 정공이 서로 재결합될 수 있다. 이러한 재결합에 의해 상기 활성층(7)의 형성 물질에 따라 고유하게 결정되는 에너지 밴드갭(Band Gap) 차이에 상응하는 주 파장 영역을 갖는 빛이 방출될 수 있다.
상기 활성층(7)은 다중 양자 우물 구조(MQW), 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 활성층(7)은 II족 내지 VI족 화합물 반도체 재질을 이용하여 우물층과 장벽층의 주기로 반복 형성될 수 있다.
예를 들면, 상기 활성층(7)은 InGaN 우물층/GaN 장벽층의 주기, InGaN 우물층/AlGaN 장벽층의 주기, InGaN우물층/InGaN 장벽층의 주기 등으로 형성될 수 있다. 상기 장벽층의 에너지 밴드갭은 상기 우물층의 에너지 밴드갭보다 크게 형성될 수 있다.
상기 활성층(7) 상에 상기 제2 도전형 반도체층(9)이 형성될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(9)은 예를 들어, p형 도펀트를 포함하는 p형 반도체층일 수 있다. 상기 p형 반도체층은 InxAlyGa1 -x- yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 화합물 반도체 재질로 형성될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(9)은 예를 들어, InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN 및 AlInN로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 상기 p형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr 및 Ba 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(9) 상에는 투명 도전층(13)이 형성되고, 상기 투명 도전층(13) 상에 제2 전극(17)이 배치될 수 있다.
상기 제2 전극(17)은 불투명한 금속 재질로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제2 전극(17)은 광의 출사를 방해하므로, 상기 제2 전극(17)은 상기 발광 구조물(10)의 일부 영역에 국부적으로 형성될 수 있다.
상기 제2 전극(17)은 예컨대, 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 백금(Pt), 금(Au), 텅스텐(W), 구리(Cu) 및 몰리브덴(Mo)으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나 또는 이들의 합금을 포함할 수 있지만, 이에 한정하지 않는다.
상기 제2 전극(17)이 상기 발광 구조물(10)의 일부 영역에 국부적으로 배치되는 경우, 상기 제2 전극(17)으로 인가된 전원에 의해 상기 제2 전극(17)의 아래나 상기 제2 전극(17)의 주변에 국부적으로 전류가 집중되게 된다. 이러한 전류 집중에 의해, 상기 발광 구조물(10)의 전 영역으로부터 광이 균일하게 발광되지 않게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 상기 제2 전극(17)으로 공급된 전류가 상기 발광 구조물(10)의 전 영역으로 전류 스프레딩되도록 하기 위해, 상기 발광 구조물(10)의 전 영역에 대응하도록 상기 투명 도전층(13)이 배치될 수 있다.
상기 투명 도전층(13)은 ITO, IZO(In-ZnO), GZO(Ga-ZnO), AZO(Al-ZnO), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au 및 Ni/IrOx/Au/ITO로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 상기 활성층(7)의 전자가 상기 제2 도전형 반도체층(9)으로 이동되는 것을 차단하기 위해 상기 활성층(7)과 상기 제2 도전형 반도체층(9) 사이에 전자 차단층(11)이 배치될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(5)에서 생성된 전자는 상기 제2 도전형 반도체층(9)에서 생성된 정공에 비해 이동도가 매우 높다. 전자는 상기 활성층(7)으로 공급되어 상기 활성층(7)에서 빛을 생성하는데 사용될 수 있다.
하지만, 상기 활성층(7)의 전자들 중 일부는 상기 활성층(7)에 머무르지 않고 상기 제2 도전형 반도체층(9)으로 이동될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(9)으로 이동된 전자는 결국 소멸하게 된다. 상기 제2 도전형 반도체층(9)으로 이동된 전자의 개수가 많아질수록 발광 효율을 저하될 수 있다.
실시예는 상기 활성층(7)과 상기 제2 도전형 반도체층(9) 사이에 전자 차단층(11)을 배치하여, 상기 활서층(7)의 전자들이 상기 제2 도전형 반도체층(9)으로 이동되지 않도록 하여 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 전자 차단층(11)은 InxAlyGa1 -x- yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 화합물 반도체 재질로 형성될 수 있다. 상기 전자 차단층(11)은 예를 들어, InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN 및 AlInN로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 전자 차단층(11)은 상기 활성층(7)의 에너지 밴드갭보다 큰 에너지 밴드 갭을 가질 수 있으며, 약 100Å~ 약 600Å의 두께로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전자 차단층(11)은 AlzGa(1-z)N/GaN(0=z=1)의 주기를 갖는 초격자(superlattice) 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전자 차단층(11)은 상기 제2 도전형 반도체층(9)에서 생성된 정공이 상기 활성층(7)으로 보다 용이하게 주입되도록 하여 줄 수 있다.
상기 전자 차단층(11)은 Mg, Zn, Ca, Sr 및 Ba 중 하나를 포함하는 p형 도펀트를 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
실시예는 지향각을 확장시켜 광출력을 향상시킬 수 있다. 이러한 기술적 효과를 얻기 위해, 실시예는 활성층(7)의 두께나 굴절률를 가변하여 줄 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 상기 활성층(7)은 다수의 배리어층(21a, 21b, 21c, 21d)과 다수의 우물층(23a, 23b, 23c)을 포함할 수 있다.
상기 우물층(23a, 23b, 23c)은 상기 배리어층(21a, 21b, 21c, 21d) 사이에 배치될 수 있다.
예컨대, 상기 제1 도전형 반도체층(5)에 접하여 제1 배리어층(21a)이 배치되고, 상기 제1 배리어층(21a)에 접하여 제1 우물층(23a)이 배치될 수 있다. 상기 제1 우물층(23a)에 접하여 제2 배리어층(21b)이 배치되고, 상기 제2 배리어층(21b)에 접하여 제2 우물층(23b)이 배치될 수 있다.
상기 제2 우물층(23b)에 접하여 제3 배리어층(21c)이 배치되고, 상기 제3 배리어층(21c)에 접하여 제3 우물층(23c)이 배치될 수 있다. 상기 제3 우물층(23c)에 접하여 제4 배리어층(21d)이 배치되고, 상기 제4 배리어층(21d)에 접하여 상기 제2 도전형 반도체층(9)이 배치될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 우물층(23a, 23b, 23c)은 서로 동일한 두께를 갖거나 서로 상이한 두께를 가질 수 있다.
상기 제1 내지 제4 배리어층(21a, 21b, 21c, 21d) 중에서 하나 이상은 서로 상이한 두께(t1, t2, t3, t4)를 가질 수 있다.
상기 제1 내지 제4 배리어층(21a, 21b, 21c, 21d)은 상기 제1 도전형 반도체층(5)으로부터 상기 제2 도전형 반도체층(9)으로 갈수록 두께(t1, t2, t3, t4)가 점점 더 커질 수 있다. 상기 제1 내지 제4 배리어층(21a, 21b, 21c, 21d)은 두께(t1, t2, t3, t4)가 선형적으로 또는 비선형적으로 커질 수 있다.
예컨대, 상기 제2 배리어층(21b)은 상기 제1 배리어층(21a)의 두께(t1)보다 큰 두께(t2)를 가지고, 상기 제3 배리어층(21c)은 상기 제2 배리어층(21b)의 두께(t2)보다 큰 두께(t3)를 가지며, 상기 제4 배리어층(21d)은 상기 제3 배리어층(21c)의 두께(t3)보다 큰 두께(t4)를 가질 수 있다.
이와 같이, 제1 내지 제4 배리어층(21a, 21b, 21c, 21d)의 두께(t1, t2, t3, t4)가 점점 더 커지도록 구성함으로써, 우물층(23a, 23b, 23c)과 배리어층(21a, 21b, 21c, 21d) 사이의 격자 상수 차이로 인해 에너지 밴드가 구부러지는 것을 방지하여 광출력이 향상될 수 있다.
또는 상기 제1 내지 제4 배리어층(21a, 31b, 21c, 21d) 중에서 일부 배리어층들은 동일한 두께를 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
배리어층의 두께가 얇은 경우, 우물층과의 격자 상수 차이로 인해 배리어층의 에너지 밴드가 구부러지게 된다.
따라서, 상기 제1 도전형 반도체층(5)에 인접한 배리어층(21a)으로부터 제2 도전형 반도체층(9)에 인접한 배리어층(21d)으로 갈수록, 배리어층(21a, 21b, 21c, 21d)의 두께(t1, t2, t3, t4)를 점진적으로 크게 하여 줌으로써, 우물층(23a, 23b, 23c)과의 격자 상수 차이가 발생하더라도 배리어층(21a, 21b, 21c, 21d)의 에너지 밴드가 구부러지지 않게 되어, 우물층(23a, 23b, 23c)에 채워진 전자 또는 정공이 이탈되는 것이 방지되어 궁극적으로 광출력이 향상될 수 있다.
상기 제1 내지 제4 배리어층(21a, 21b, 21c, 21d) 간의 두께 증가율은 2% 내지 10%일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
예컨대 제1 내지 제4 배리어층(21a, 21b, 21c, 21d) 간의 두께 증가율이 10% 이상 증가하는 경우, 제3 내지 제4 배리어층(21c, 21d)는 두께가 두꺼워지게 되어 전자나 정공이 이러한 배리어층(21c, 21d)을 통과하기가 어려워므로 우물층(23b, 23c)에 전자나 정공이 잘 채워지지 않게 되어 광출력이 저하될 수 있다.
실시예의 활성층(7)의 에너지 밴드 다이어그램은 다양한 형태로 변형 가능하다.
도 3은 제1 실시예에 따른 발광 구조물의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 상기 제1 내지 제3 우물층(23a, 23b, 23c)은 서로 동일한 에너지 밴드갭을 가질 수 있다. 따라서, 실시예의 발광 소자는 상기 제1 내지 제3 우물층(23a, 23b, 23c)의 에너지 밴드갭에 상응하는 주 파장 영역의 광을 생성할 수 있다. 예컨대, 상기 실시예의 발광 소자는 380nm 내지 480nm의 주 파장 영역을 갖는 광을 생성할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제1 내지 제4 배리어층(21a, 21b, 21c, 21d) 중 적어도 하나 이상은 서로 상이한 에너지 밴드갭(Egb1, Egb2, Egb3, Egb4)을 가질 수 있다.
상기 제1 내지 제4 배리어층(21a, 21b, 21c, 21d)의 에너지 밴드갭(Egb1, Egb2, Egb3, Egb4)은 상기 제1 도전형 반도체층(5)에서 상기 제2 도전형 반도체층(9)으로 갈수록 점점 더 작아질 수 있다. 상기 제1 내지 제4 배리어층(21a, 21b, 21c, 21d)은 에너지 밴드갭(Egb1, Egb2, Egb3, Egb4)이 선형적으로 또는 비선형적으로 작아질 수 있다.
예컨대, 상기 제2 배리어층(21b)은 상기 제1 배리어층(21a)의 에너지 밴드갭(Egb1)보다 작은 에너지 밴드갭(Egb2)을 가지고, 상기 제3 배리어층(21c)은 상기 제2 배리어층(21b)의 에너지 밴드갭(Egb2)보다 작은 에너지 밴드갭(Egb3)을 가지며, 상기 제4 배리어층(21d)은 상기 제3 배리어층(21c)의 에너지 밴드갭(Egb3)보다 작은 에너지 밴드갭(Egb4)을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제1 내지 제4 배리어층(21a, 21b, 21c, 21d) 간의 에너지 밴드갭 감소율은 5% 내지 30%일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제2 내지 제4 배리어층(21b, 21c, 21d)의 에너지 밴드갭(Egb2, Egb3, Egb4)은 상기 제1 도전형 반도체층(5) 또는 상기 제2 도전형 반도체층(9)의 에너지 밴드갭보다 작고, 상기 제1 배리어층(21a)은 상기 제1 도전형 반도체층(5) 또는 상기 제2 도전형 반도체층(9)의 밴드갭과 동일한 에너지 밴드갭(Egb1)을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제1 내지 제4 배리어층(21a, 21b, 21c, 21d) 간의 에너지 밴드갭(Egb1, Egb2, Egb3, Egb4) 차이는 인듐의 함유량으로 조절될 수 있다.
인듐의 함유량이 증가할수록 에너지 밴드갭을 작아지고 굴절률은 커질 수 있다.
따라서, 상기 제1 도전형 반도체층(5)으로부터 상기 제2 도전형 반도체층(9)으로 갈수록 제1 내지 제4 배리어층(21a, 21b, 21c, 21d)의 에너지 밴드갭(Egb1, Egb2, Egb3, Egb4)이 선형적으로 또는 비선형적으로 감소되는 경우, 인듐의 함유량은 선형적으로 또는 비선형적으로 증가될 수 있다.
예컨대, 상기 제2 배리어층(21b)은 상기 제1 배리어층(21a)의 인듐 함유량보다 큰 인듐 함유량을 가지고, 상기 제3 배리어층(21c)은 상기 제2 배리어층(21b)의 인듐 함유량보다 큰 인듐 함유량을 가지며, 상기 제4 배리어층(21d)은 상기 제3 배리어층(21c)의 인듐 함유량보다 큰 인듐 함유량을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제1 배리어층(21a)은 0인 인듐 함유량을 갖거나 제2 배리어층(21b)의 인듐 함유량보다 작은 인듐 함유량을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 상기 제1 배리어층(21a)은 GaN나 InGaN이고, 상기 제2 내지 제4 배리어층(21b, 21c, 21d)은 InGaN일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제1 내지 제4 배리어층(21a, 21b, 21c, 21d)은 적어도 우물층(23a, 23b, 23c)의 인듐 함유량보다 작은 인듐 함유량을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
도 3과 같은 에너지 밴드 다이어그램에 대한 굴절률 다이어그램은 도 4와 같이 도시될 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 상기 제1 내지 제3 우물층(23a, 23b, 23c)의 굴절률은 서로 동일한 값을 가질 수 있다.
이에 반해, 상기 제1 내지 제4 배리어층(21a, 21b, 21c, 21d) 중에서 적어도 하나 이상은 서로 상이한 굴절률을 가질 수 있다.
예컨대, 상기 제1 내지 제4 배리어층(21a, 21b, 21c, 21d)의 굴절률(n1, n2, n3, n4)은 상기 제1 도전형 반도체층(5)으로부터 상기 제2 도전형 반도체층(9)으로 갈수록 굴절률(n1, n2, n3, n4)이 선형적으로 또는 비선형적으로 증가될 수 있다. 예컨대, 상기 제2 배리어층(21b)은 상기 제1 배리어층(21a)의 굴절률(n1)보다 큰 굴절률(n2)을 가지고, 상기 제3 배리어층(21c)은 상기 제2 배리어층(21b)의 굴절률(n2)보다 큰 굴절률(n3)을 가지며, 상기 제4 배리어층(21d)은 상기 제3 배리어층(21c)의 굴절률(n3)보다 큰 굴절률(n4)을 가질 수 있다.
상기 제1 내지 제4 배리어층(21a, 21b, 21c, 21d) 간의 굴절률 증가율은 5% 내지 15%일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
실시예에 따르면, 상기 제1 내지 제3 우물층(23a, 23b, 23c)이 동일한 굴절률을 갖는데 반해 제1 내지 제4 배리어층(21a, 21b, 21c, 21d)은 선형적으로 또는 비선형적으로 증가되는 굴절률(n1, n2, n3, n4)을 갖도록 함으로써, 상기 제1 도전형 반도체층(5)으로부터 상기 제2 도전형 반도체층(9)으로 갈수록 우물층(23a, 23b, 23c)과 배리어층(21a, 21b, 21c, 21d) 사이의 굴절률 차이가 작아지게 되어 빛의 방출 가능성이 높아지어 광출력이 향상되며 또한 빛이 퍼지게 되므로 지향각이 커지게 될 수 있다.
다시 말해, 활성층(7)에서 생성된 빛 중에서 상기 제2 도전형 반도체층(9)으로 진행하는 빛은 활성층(7) 내의 다수의 배리어층(21a, 21b, 21c, 21d)과 다수의 우물층(23a, 2b, 23c) 사이의 굴절률 차이가 작아짐에 따라 보다 큰 지향각을 갖고 보다 용이하게 외부로 방출될 수 있다.
상기 활성층(7)에서 생성된 빛 중에서 상기 제1 도전형 반도체층(5)으로 진행하는 빛은 다수의 배리어층(21a, 21b, 21c, 21d)과 다수의 우물층(23a, 23b, 2c) 사이의 굴절률 차이가 커짐에 따라 상기 제1 도전형 반도체층(5)으로 진행하기보다는 전반사에 의해 활성층(7) 내로 진행되고, 이러한 빛은 상기 제2 도전형 반도체층(9)을 통해 외부로 방출될 수 있다. 상기 활성층(7)에서 생성된 빛 중에서 상기 제1 도전형 반도체층(5)으로 진행하는 빛은 도시되지 않았지만, 상기 기판(1)의 상면에 형성된 요철을 포함하는 광 추출 구조에 의해 산란되거나 반사되어 외부로 방출될 수 있다.
도 5는 제2 실시예에 따른 발광 구조물의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 상기 제1 내지 제3 우물층(23a, 23b, 23c)은 서로 동일한 에너지 밴드갭을 갖는데 반해, 상기 제1 내지 제4 배리어층(21a, 21b, 21c, 21d) 중 적어도 하나 이상은 서로 상이한 에너지 밴드갭(Egb1, Egb2, Egb3, Egb4)을 가질 수 있다.
상기 제1 내지 제3 배리어층(21a, 21b, 21c)의 에너지 밴드갭(Egb1, Egb2, Egb3)은 상기 제1 도전형 반도체층(5)에서 상기 제2 도전형 반도체층(9)으로 갈수록 점점 더 작아지고, 상기 제4 배리어층(21d)은 상기 제3 배리어층(21c)의 배드갭(Egb3)과 동일한 에너지 밴드갭(Egb4)을 가질 수 있다. 상기 제1 내지 제3 배리어층(21a, 21b, 21c)은 에너지 밴드갭(Egb1, Egb2, Egb3)이 선형적으로 또는 비선형적으로 작아질 수 있다.
예컨대, 상기 제2 배리어층(21b)은 상기 제1 배리어층(21a)의 에너지 밴드갭(Egb1)보다 작은 에너지 밴드갭(Egb2)을 가지며, 상기 제3 배리어층(21c)은 상기 제2 배리어층(21b)의 에너지 밴드갭(Egb2)보다 작은 에너지 밴드갭(egb3)을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제1 내지 제3 배리어층(21a, 21b, 21c) 간의 에너지 밴드갭 감소율은 5% 내지 30%일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제2 내지 제4 배리어층(21b, 21c, 21d)의 에너지 밴드갭(Egb2, Egb3)은 상기 제1 도전형 반도체층(5) 또는 상기 제2 도전형 반도체층(9)의 에너지 밴드갭보다 작고, 상기 제1 배리어층(21a)은 상기 제1 도전형 반도체층(5) 또는 상기 제2 도전형 반도체층(9)의 밴드갭과 동일한 에너지 밴드갭(Egb1)을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
도 5와 같은 에너지 밴드 다이어그램에 대한 굴절률 다이어그램은 도 6과 같이 도시될 수 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 상기 제1 내지 제3 우물층(23a, 23b, 23c)의 굴절률은 서로 동일한 값을 가질 수 있다.
이에 반해, 상기 제1 내지 제4 배리어층(21a, 21b, 21c, 21d) 중에서 적어도 하나 이상은 서로 상이한 굴절률을 가질 수 있다.
상기 제1 내지 제3 배리어층(21a, 21b, 21c)의 굴절률(n1, n2, n3)은 상기 제1 도전형 반도체층(5)으로부터 상기 제2 도전형 반도체층(9)으로 갈수록 굴절률(n1, n2, n3)이 선형적으로 또는 비선형적으로 증가되고, 상기 제4 배리어층(21d)은 상기 제3 배리어층(21c)의 굴절률(n3)과 동일한 굴절률(n4)을 가질 수 있다. 예컨대, 상기 제2 배리어층(21b)은 상기 제1 배리어층(21a)의 굴절률(n1)보다 큰 굴절률(n2)을 가지며, 상기 제3 배리어층(21c)은 상기 제2 배리어층(21b)의 굴절률(n2)보다 큰 굴절률(n3)을 가질 수 있다.
상기 제1 내지 제3 배리어층(21a, 21b, 21c) 간의 굴절률 증가율은 5% 내지 15%일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
실시예에 따르면, 상기 제1 내지 제3 우물층(23a, 23b, 23c)이 동일한 에너지 굴절률을 갖는데 반해 제1 내지 제3 배리어층(21a, 21b, 21c)은 선형적으로 또는 비선형적으로 증가되는 굴절률(n1, n2, n3)을 갖고 제4 배리어층(21d)은 제3 배리어층(21c)의 굴절률(n3)과 동일한 굴절률(n4)을 갖도록 함으로써, 상기 제1 도전형 반도체층(5)으로부터 상기 제2 도전형 반도체층(9)으로 갈수록 우물층(23a, 23b, 23c)과 배리어층(21a, 21b, 21c, 21d) 사이의 굴절률 차이가 작아지게 되어 빛의 방출
가능성이 높아지어 광출력이 향상되며 또한 빛이 퍼지게 되므로 지향각이 커지게 될 수 있다.
도 7은 제3 실시예에 따른 발광 구조물의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 상기 제1 내지 제3 우물층(23a, 23b, 23c)은 서로 동일한 에너지 밴드갭을 갖는데 반해, 상기 제1 내지 제4 배리어층(21a, 21b, 21c, 21d) 중 적어도 하나 이상은 서로 상이한 에너지 밴드갭(Egb1, Egb2, Egb3, Egb4)을 가질 수 있다.
상기 제1, 제2 및 제4 배리어층(21a, 21b, 21d)의 에너지 밴드갭(Egb1, Egb2, Egb4)은 상기 제1 도전형 반도체층(5)에서 상기 제2 도전형 반도체층(9)으로 갈수록 점점 더 작아지고, 상기 제3 배리어층(21c)은 상기 제2 배리어층(21b)의 밴드갭(Egb2)과 동일한 에너지 밴드갭(Egb3)을 가질 수 있다. 상기 제1, 제2 및 제4 배리어층(21a, 21b, 21d)은 에너지 밴드갭(Egb1, Egb2, Egb4)이 선형적으로 또는 비선형적으로 작아질 수 있다.
예컨대, 상기 제2 배리어층(21b)은 상기 제1 배리어층(21a)의 에너지 밴드갭(Egb1)보다 작은 에너지 밴드갭(Egb2)을 가지며, 상기 제4 배리어층(21d)은 상기 제2 배리어층(21b)의 에너지 밴드갭(Egb2)보다 작은 에너지 밴드갭(Egb4)을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제1, 제2 및 제4 배리어층(21a, 21b, 21d) 간의 에너지 밴드갭 감소율은 5% 내지 30%일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제2 내지 제4 배리어층(21b, 21c, 21d)의 에너지 밴드갭(Egb2, Egb3, Egb4)은 상기 제1 도전형 반도체층(5) 또는 상기 제2 도전형 반도체층(9)의 에너지 밴드갭보다 작고, 상기 제1 배리어층(21a)은 상기 제1 도전형 반도체층(5) 또는 상기 제2 도전형 반도체층(9)의 밴드갭과 동일한 에너지 밴드갭(Egb1)을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
도 7과 같은 에너지 밴드 다이어그램에 대한 굴절률 다이어그램은 도 8과 같이 도시될 수 있다.
도 8에 도시한 바와 같이, 상기 제1 내지 제3 우물층(23a, 23b, 23c)의 굴절률은 서로 동일한 값을 가질 수 있다.
이에 반해, 상기 제1 내지 제4 배리어층(21a, 21b, 21c, 21d) 중에서 적어도 하나 이상은 서로 상이한 굴절률을 가질 수 있다.
상기 제1, 제2 및 제4 배리어층(21a, 21b, 21d)의 굴절률(n1, n2, n4)은 상기 제1 도전형 반도체층(5)으로부터 상기 제2 도전형 반도체층(9)으로 갈수록 굴절률(n1, N2, n4)이 선형적으로 또는 비선형적으로 증가되고, 상기 제3 배리어층(n3)은 상기 제2 배리어층(21b)의 굴절률(n2)과 동일한 굴절률(n3)을 가질 수 있다. 예컨대, 상기 제2 배리어층(21b)은 상기 제1 배리어층(21a)의 굴절률(n1)보다 큰 굴절률(n2)을 가지며, 상기 제4 배리어층(21d)은 상기 제2 배리어층(21b)의 굴절률(n2)보다 큰 굴절률(n4)을 가질 수 있다.
상기 제1, 제2 및 제4 배리어층(21a, 21b, 21d) 간의 굴절률 증가율은 5% 내지 15%일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
실시예에 따르면, 상기 제1 내지 제3 우물층(23a, 23b, 23c)이 동일한 굴절률을 갖는데 반해 제1, 제2 및 제4 배리어층(21a, 21b, 21d)은 선형적으로 또는 비선형적으로 증가되는 굴절률(n1, n2, n4)을 갖고 제3 배리어층(21c)은 제2 배리어층(21b)의 굴절률(n2)과 동일한 굴절률(n3)을 갖도록 함으로써, 상기 제1 도전형 반도체층(5)으로부터 상기 제2 도전형 반도체층(9)으로 갈수록 우물층(23a, 23b, 23c)과 배리어층(21a, 21b, 21c, 21d) 사이의 굴절률 차이가 작아지게 되어 빛의 방출 가능성이 높아지어 광출력이 향상되며 또한 빛이 퍼지게 되므로 지향각이 커지게 될 수 있다.
도 9는 제4 실시예에 따른 발광 구조물의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 9에 도시한 바와 같이, 상기 제1 내지 제3 우물층(23a, 23b, 23c)은 서로 동일한 에너지 밴드갭을 갖는데 반해, 상기 제1 내지 제4 배리어층(21a, 21b, 21c, 21d) 중 적어도 하나 이상은 서로 상이한 에너지 밴드갭(Egb1, Egb2, Egb3, Egb4)을 가질 수 있다.
상기 2 배리어층(21b)은 상기 제1 배리어층(21a)의 에너지 밴드갭(Egb1)보다 작은 에너지 밴드갭(Egb2)을 가지고, 상기 제3 및 제4 배리어층(21c, 21d)은 상기 제2 배리어층(21b)의 에너지 밴드갭(Egb2)과 동일한 에너지 밴드갭(Egb3, Egb4)을 가질 수 있다.
상기 제1 및 제2 배리어층(21a, 21b) 간의 에너지 밴드갭 감소율은 5% 내지 30%일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제2 내지 제4 배리어층(21b, 21c, 21d)의 에너지 밴드갭(Egb2, Egb3, Egb4)은 상기 제1 도전형 반도체층(5) 또는 상기 제2 도전형 반도체층(9)의 에너지 밴드갭보다 작고, 상기 제1 배리어층(21a)은 상기 제1 도전형 반도체층(5) 또는 상기 제2 도전형 반도체층(9)의 밴드갭과 동일한 에너지 밴드갭(Egb1)을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
도 9의 에너지 밴드 다이어그램에 대한 굴절률 다이어그램은 도 10와 같이 도시될 수 있다.
도 10에 도시한 바와 같이, 상기 제1 내지 제3 우물층(23a, 23b, 23c)의 굴절률은 서로 동일한 값을 가질 수 있다.
이에 반해, 상기 제1 내지 제4 배리어층(21a, 21b, 21c, 21d) 중에서 적어도 하나 이상은 서로 상이한 굴절률을 가질 수 있다.
상기 제2 배리어층(21b)의 굴절률(n2)은 상기 제1 배리어층(21a)의 굴절률(n1)보다 작고, 상기 제3 및 제4 배리어층(21c, 21d)은 상기 제2 배리어층(21b)의 굴절률(n2)과 동일한 굴절률(n3, n4)을 가질 수 있다.
상기 제1 및 제2 배리어층(21a, 21b) 간의 굴절률 증가율은 5% 내지 15%일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
실시예에 따르면, 상기 제1 내지 제3우물층(23a, 23b, 23c)이 동일한 굴절률을 갖는데 반해 제2 배리어층(21b)은 제1 배리어층(21a)의 굴절률(n1)보다 큰 굴절률(n2)을 갖고 제3 및 제4 배리어층(21c, 21d)은 상기 제2 배리어층(21b)의 굴절률(n2)과 동일한 굴절률(n3, n4)을 갖도록 함으로써, 상기 제1 도전형 반도체층(5)으로부터 상기 제2 도전형 반도체층(9)으로 갈수록 우물층(23a, 23b, 23c)과 배리어층(21a, 21b, 21c, 21d) 사이의 굴절률 차이가 작아지게 되어 빛의 방출 가능성이 높아지어 광출력이 향상되며 또한 빛이 퍼지게 되므로 지향각이 커지게 될 수 있다.
도 11은 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 도시한 단면도이다.
도 11을 참조하면, 실시예에 따른 발광 소자 패키지는 몸체(205)와, 상기 몸체(205)에 설치된 제1 리드 전극(213) 및 제2 리드 전극(214)과, 상기 제1 리드 전극(213) 및 제2 리드 전극(214)으로부터 전원을 공급받는 발광 소자(100)와, 상기 발광 소자(100)를 포위하는 몰딩부재(230)를 포함한다.
상기 몸체(205)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 발광 소자(100)의 주위에 경사면이 형성될 수 있다.
상기 제1 리드 전극(213) 및 제2 리드 전극(214)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광 소자(100)에 전원을 제공한다.
상기 제1 및 제2 리드 전극(213, 214)은 상기 발광 소자(100)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 상기 발광 소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
상기 발광 소자(100)는 상기 제1 리드 전극(213), 제2 리드 전극(214) 및 상기 몸체(205) 중 어느 하나 위에 설치될 수 있으며, 와이어 방식, 다이 본딩 방식 등에 의해 상기 제1 및 제2 리드 전극(213, 214)에 전기적으로 연결될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
예컨대, 상기 발광 소자(100)은 와이어들을 이용하여 제1 및 제2 리드 전극(213)에 전기적으로 연결될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 발광 소자(100)로는 도 1의 수평형 발광 소자가 적용될 수 있지만, 이에 한정되지 않고 플립형 발광 소자나 수직형 발광 소자가 적용될 수도 있다.
상기 몰딩부재(230)는 상기 발광 소자(100)를 포위하여 상기 발광 소자(100)를 보호할 수 있다. 상기 몰딩부재(230)에는 형광체(232)가 포함되어 상기 발광 소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지(200)는 COB(Chip On Board) 타입을 포함하며, 상기 몸체(205)의 상면은 평평하고, 상기 몸체(205)에는 복수의 발광 소자(100)가 설치될 수도 있다.
실시예에 따른 발광소자 패키지(200)는 복수가 기판상에 어레이 되며, 상기 발광 소자 패키지(200)에서 방출되는 광의 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트, 형광 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 패키지(200), 기판, 광학 부재는 백라이트 유닛으로 기능 하거나 조명 유닛으로 기능 할 수 있다. 예를 들어, 조명 시스템은 백라이트 유닛, 조명 유닛, 지시 장치, 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
종래기술에 의하면 디스플레이(Display) 또는 조명 광원으로 쓰이는 백색(white) LED의 광효율을 증가시키기 위하여, LED 칩(chip)의 경우 활성층의 구조를 개선하거나, PSS 기판을 사용하여 광추출효율을 높여서 광출력을 증가시키고 있으나, 현재 상용 제품인 TV BLU, 조명장치 등의 실사용 구간에서의 내부 양자효율(IQE)을 측정해 보면, 약 75~85%의 IQE값을 보인다. 이에 따라 칩의 의 구조나 제조 공정을 개선하여 광출력을 증가시킬 수 있는 여지가 많지 않다.
백색 패키지(White PKG)의 경우, 형광체(232)가 발광소자(100) 외부에 고르게 분포한다. 이러한 경우, 발광 소자(100)은 예컨대 380nm 내지 480nm의 주 파장 영역의 광을 방출하고, 상기 형광체(232)는 380nm 내지 480nm의 주 파장 영역의 광을 예컨대 560nm 내지 590nm의 주 파장 영역의 광으로 변환하여 줄 수 있다. 따라서, 발광 소자(100)로부터 방출된 380nm 내지 480nm의 주 파장 영역의 광과 60nm 내지 590nm의 주 파장 영역의 광이 혼합되어 백색의 광이 생성될 수 있다. 한편, 발광소자(100)에서 방출된 빛이 넓게 퍼져서 방출되어야, 전체 형광체(232)가 고르게 여기되어 발광하게 되어, 패키지 전체 광속이 증가한다. 반대로 발광소자(100)에서 방출된 빛이 좁게 퍼져서 방출되면, 형광체(232) 중 일부만이 여기, 발광하므로, 패키지 전체의 광속은 감소한다.
이에 실시예는 칩(Chip) 자체의 광출력 증가를 통한 백색 패키지(white PKG)의 광출력 증가가 아닌, 소자로부터 방출된 광의 분포를 제어하여 백색 패키지(white PKG)의 광출력 증가를 도모하고자 한다.
예를 들어, 실시예는 발광 소자 자체의 광출력 보다는 발광 소자를 구성하는 각 층(layer)의 조성을 조절하여, 방출되는 광이 넓게 방출되도록 할 수 있다.
구체적으로, 발광 소자의 활성층의 배리어층의 두께, 배리어층의 조성 등을 변경하여, 굴절률 차이에 의한 배광 특성을 변경한다.
이에 따라 실시예에 의하면 종래기술에 의한 지향각(B1)에 비해 실시예에 의한 지향각(A1) 변화를 통하여 백색 패키지(white PKG)의 광출력을 개선할 수 있다.
도 12은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 광분포 예시도이다.
예를 들어, 실시예에 의하면 활성층의 배리어층의 두께나 조성을 변경을 통해 굴절률 제어로 인하여, 외부로 방출되는 광의 분포를 제어할 수 있다.
지향각(°) 백색 패키지 광출력(lm)
실시예 140.06 105.8%
종래기술 137.40 100.0%
표 1은 종래기술과 실시예 적용시 지향각 및 백색 LED 패키지의 광출력의 데이터 예시 값이다.
실시예에 의하면 활성층의 굴절률 제어에 의해 도 12에 도시한 바와 같이 종래기술에 의한 광분포(B2)에 비해, 실시예에 따른 광분포(A2)가 넓어짐에 따라 지향각이 137.40°에서 140.06°로 약 2.66° 증가하면서, 실제로 백색 LED 패키지의 광출력은 종래(B2)에 비해 실시예(A2)의 경우 약 5.8% 증가하는 효과를 얻을 수 있었다.
실시예는 발광 소자 패키지의 지향각을 증가시켜 궁극적으로 광출력을 증가시킬 수 있다.
1: 기판
3: 버퍼층
5: 제1 도전형 반도체층
7: 활성층
9: 제2 도전형 반도체층
10: 발광 구조물
11: 전자 차단층
13: 투명 도전층
15: 제1 전극
17: 제2 전극
21a, 21b, 21c, 21d: 배리어층
23a, 23b, 23c: 우물층

Claims (16)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치된 제1 도전형 반도체층;
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치된 활성층; 및
    상기 활성층 상에 배치된 제2 도전형 반도체층을 포함하고,
    상기 활성층은,
    다수의 배리어층; 및
    상기 다수의 배리어층 사이에 배치된 다수의 우물층을 포함하고,
    상기 다수의 배리어층 중에서 적어도 하나 이상은 서로 상이한 에너지 밴드갭을 가지고,
    상기 다수의 배리어층 중에서 적어도 하나 이상은 서로 상이한 두께를 가지며,
    상기 다수의 우물층은 동일한 굴절률을 가지며,
    상기 다수의 우물층의 굴절률은 상기 다수의 배리어층의 굴절률보다 크고,
    상기 다수의 배리어층의 굴절률은 상기 제1도전형 반도체층에서 상기 제2도전형 반도체층 방향으로 갈수록 커지는 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 배리어층은 상기 제1도전형 반도체층으로부터 상기 제2도전형 반도체층으로 갈수록 두께가 두꺼워지는 발광 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 배리어층의 에너지 밴드갭은 상기 제1도전형 반도체층에서 상기 제2도전형 반도체층로 갈수록 작아지는 발광 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 배리어층은 상기 제2도전형 반도체층과 가장 인접한 제4배리어층과 상기 제4배리어층과 가장 인접한 제3배리어층을 포함하고,
    상기 제4배리어층과 상기 제3배리어층은 동일한 에너지 밴드갭과 동일한 굴절률을 가지는 발광 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 배리어층은 상기 제2도전형 반도체층과 가장 인접한 제4배리어층과 상기 제4배리어층과 가장 인접한 제3배리어층과 상기 제3배리어층과 가장 인접한 제2배리어층을 포함하고,
    상기 제2배리어층은 상기 제3배리어층과 동일한 에너지 밴드갭 및 굴절율을 가지는 발광 소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 다수의 배리어층 중 상기 제4배리어층의 에너지 밴드갭이 가장 낮은 발광 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 배리어층은 상기 제2도전형 반도체층과 가장 인접한 제4배리어층과 상기 제4배리어층과 가장 인접한 제3배리어층과 상기 제3배리어층과 가장 인접한 제2배리어층을 포함하고,
    상기 제4배리어층, 상기 제3배리어층, 상기 제2배리어층은 동일한 에너지 밴드갭과 동일한 굴절율을 가지는 발광 소자.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 다수의 배리어층은 상기 제1도전형 반도체층과 가장 인접한 제1배리어층을 포함하고,
    상기 제1배리어층의 에너지 밴드갭은 상기 제1도전형 반도체층의 에너지 밴드갭과 동일한 발광 소자.
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