Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

KR100928963B1 - 양자우물을 가지는 광소자 - Google Patents

양자우물을 가지는 광소자 Download PDF

Info

Publication number
KR100928963B1
KR100928963B1 KR1020030001609A KR20030001609A KR100928963B1 KR 100928963 B1 KR100928963 B1 KR 100928963B1 KR 1020030001609 A KR1020030001609 A KR 1020030001609A KR 20030001609 A KR20030001609 A KR 20030001609A KR 100928963 B1 KR100928963 B1 KR 100928963B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
energy
active layer
layer
band
optical device
Prior art date
Application number
KR1020030001609A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20040064772A (ko
Inventor
송대성
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020030001609A priority Critical patent/KR100928963B1/ko
Priority to US10/751,887 priority patent/US7235821B2/en
Priority to CNB2004100025861A priority patent/CN100353571C/zh
Priority to JP2004006092A priority patent/JP2004221593A/ja
Publication of KR20040064772A publication Critical patent/KR20040064772A/ko
Priority to US11/798,847 priority patent/US7800129B2/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100928963B1 publication Critical patent/KR100928963B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
    • H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

양자우물을 가지는 광소자가 개시된다. 개시된 광소자는, Ⅲ-Ⅴ족 반도체 화합물로 형성되고, 소정 성분의 함량이 변화됨에 따라 일정한 에너지 밴드갭을 유지하며 전도대 및 가전자대의 에너지가 일정하게 증가하거나 감소하는 밴드갭 그레이딩 구조의 양자우물을 가지는 활성층 및, 활성층의 상부 및 하부에 위치하며 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 화합물로 형성되고 활성층의 전도대보다 높은 에너지의 전도대와 상기 활성층의 가전자대보다 낮은 에너지의 가전자대를 가지는 복수의 장벽층을 구비한다. 구동전압을 낮출 수 있으며 발광효율이 향상되고 신뢰성이 확보된 광소자를 제공할 수 있다.

Description

양자우물을 가지는 광소자{Optical device with quantum well}
도 1a는 구동전압 인가 전 종래의 광소자의 양자우물 구조를 간략히 나타낸 개념도,
도 1b는 구동전압 인가 후 종래의 광소자의 양자우물 구조를 간략히 나타낸 개념도,
도 2a는 구동전압 인가 전 본 발명의 제1실시예에 따른 광소자의 양자우물 구조를 간략히 나타낸 개념도,
도 2b는 구동전압 인가 후 본 발명의 제1실시예에 따른 광소자의 양자우물 구조를 간략히 나타낸 개념도,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 광소자의 일구현예를 간략히 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광소자에서 전도대의 에너지 쉬프트 과정을 보인 개념도,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 광소자의 양자우물 구조를 간략히 나타낸 개념도,
도 6a는 구동전압 인가 전 본 발명의 제3실시예에 따른 광소자의 양자우물 구조를 간략히 나타낸 개념도,
도 6b는 구동전압 인가 후 본 발명의 제3실시예에 따른 광소자의 양자우물 구조를 간략히 나타낸 개념도,
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 광소자의 일구현예를 간략히 나타낸 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
1, 11 ; 기판 2, 12 ; 버퍼층
3, 13 ; 제1화합물 반도체층 4, 14 ; 제1장벽층
5, 15 ; 활성층 15a ; 제1활성층
15b ; 제2활성층 6, 16 ; 제2장벽층
7, 17 ; 제2화합물 반도체층 8, 18 ; n형 전극
9, 19 ; p형 전극
본 발명은 양자우물을 가지는 광소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 발광효율과 신뢰성을 향상시킨 양자우물을 가지는 광소자에 관한 것이다.
양자우물이란 서로 다른 반도체층 사이에 상기 반도체층의 에너지 밴드갭보다 현저히 작은 에너지 밴드갭을 가지는 얇은 반도체층을 삽입하여 형성되는 구조로써 전자 또는 정공의 캐리어가 에너지 장벽에 갇혀 양방향으로 움직이는 특성을 나타낸다. 양자우물을 가지는 광소자는 작은 구동전압에도 많은 광량을 가지는 광 을 생성할 수 있어 최근에 연구가 활발히 진행되고 있다.
도 1a는 종래의 광소자의 구동전압 인가 전의 양자우물 구조와 도 1b는 동일물의 구동전압 인가 후의 양자우물 구조를 보이고 있다.
도 1a를 참조하면, 광소자는 높은 전도대 에너지와 낮은 가전도대 에너지를 가지는 제1 및 제2장벽층(D, D')과 제1 및 제2장벽층(D, D')의 사이에 상기 제1 및 제2장벽층(D, D')보다 낮은 전도대 에너지와 높은 가전도대 에너지를 가지는 활성층(E)을 가진다. 구동전압이 인가되기 전 양자우물 구조의 기저부를 이루는 활성층(E)의 전도대 에너지는 위치에 관계없이 일정한 값을 나타낸다.
구동전압이 인가되면, 광소자의 양자우물은 도 1b에 도시된 바와 같이 전자와 정공이 재배치되면서 비대칭적으로 분포하는 양자우물 구조로 변화된다. 도 1b를 참조하면, 활성층(E)의 전도대 에너지와 가전도대 에너지가 일정 기울기를 가지는 선형적으로 감소하는 형태로 변하게 된다. 이 때 전자와 정공의 대부분은 각각 전도대와 가전도대 양자우물의 반대편에 주로 분포하게 되어 전자와 정공의 결합효율이 낮아지게 된다.
특히, 종래의 광소자에서 GaInNAs 반도체층으로 양자우물구조를 가지는 활성층을 형성하는 경우 N과 In의 상호작용으로 결정성장이 어려우며, N의 첨가로 인해 발광성능 및 수명이 악화되는 단점이 나타난다.
따라서, 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 발광효율이 증대될 수 있는 양자우물 구조를 가지는 광소자를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
Ⅲ-Ⅴ족 반도체 화합물로 형성되고, 소정 성분의 함량이 변화됨에 따라 일정한 에너지 밴드갭을 유지하며 전도대 및 가전자대의 에너지가 일정하게 감소하는 밴드갭 그레이딩 구조의 양자우물을 가지는 활성층; 및
상기 활성층의 상부 및 하부에 위치하며, Ⅲ-Ⅴ족 반도체 화합물로 형성되고 상기 활성층의 전도대보다 높은 에너지의 전도대와 상기 활성층의 가전자대보다 낮은 에너지의 가전자대를 가지는 복수의 장벽층;을 구비하는 것을 특징으로 하는 광소자를 제공한다.
상기 활성층은 Ga1-xInxNyAs(0<x<1, 0<y<1)로 형성되고 상기 소정 성분은 In 및 N을 가진다. 여기서, 상기 x는 0<x≤0.3의 범위 내의 값이고, 상기 y는 0<y≤0.2의 범위 내의 값을 가지는 것이 바람직하다.
상기 장벽층은 AlxGa1-xAs(0<x<1)로 형성될 수 있다.
상기 활성층과 상기 장벽층 사이에 응력을 감소시키는 중간층이 더 개재될 수 있는데, 상기 중간층은 Ga1-xInxAs(0<x<0.6)으로 형성되거나 GaNxAs 1-x(0<x<0.1)으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 활성층의 에너지 밴드갭은 1eV 이하이고, 상기 활성층의 가전자대의 최저 에너지와 최고 에너지의 차는 0.3eV 이상이며, 상기 장벽층의 에너지 밴드갭은 1.2eV 이상 3.4eV 이하의 값을 가지도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 또한,
Ⅲ-Ⅴ족 반도체 화합물로 형성되며, 동일한 에너지 밴드갭을 가지고 전도대 및 가전도대의 에너지가 상이한 복수의 층이 적층되어 이루어지는 밴드갭 스텝 구조의 양자우물을 가지는 활성층; 및
상기 활성층의 상부 및 하부에 위치하며, Ⅲ-Ⅴ족 반도체 화합물로 형성되고 상기 활성층의 최고 에너지의 전도대보다 높은 에너지의 전도대와 상기 활성층의 최저 에너지의 가전자대보다 낮은 에너지의 가전자대를 가지는 복수의 장벽층;을 구비하는 것을 특징으로 하는 광소자를 제공한다.
상기 활성층은 InxGa1-xAs층(0<x<1)과 GaNxAs1-x층(0<x<1)으로 이루어지며, 상기 장벽층은 AlxGa1-xAs(0<x<1)로 형성될 수 있다.
상기 활성층과 상기 장벽층 사이에 응력을 감소시키는 중간층이 더 개재될 수 있으며, 상기 중간층은 Ga1-xInxAs(0<x<0.6)으로 형성되거나 GaNxAs 1-x(0<x<0.1)으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 활성층의 에너지 밴드갭은 1eV 이하이고, 상기 활성층의 가전자대의 최저 에너지와 최고 에너지의 차는 0.3eV 이상이며, 상기 장벽층의 에너지 밴드갭은 1.2eV 이상 3.4eV 이하의 값을 가지는 것이 바람직하다.
본 발명은 양자우물의 전도대 및 가전자대의 에너지가 일정 기울기를 가지는 밴드갭 그레이딩 구조를 구비하거나 복수의 활성층에 의한 밴드갭 스텝 구조를 구 비함으로써 구동전압 인가시 전자와 정공을 대칭적으로 분포시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 전자와 정공의 결합률을 높여 발광효율을 증대시키고 신뢰성을 향상시킨 광소자를 제공할 수 있다.
이하 본 발명의 실시예에 따른 광소자를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2a는 본 발명의 제1실시예에 따른 광소자의 양자우물 구조를 간략히 보인 개념도이다. 도 2a를 참조하면, 두 장벽층(D, D')의 전도대와 가전자대의 에너지는 위치에 관계없이 일정한 값을 가지는 동시에 동일한 일정 에너지 밴드갭으로 이격되어 있고, 두 장벽층(D, D') 사이에 위치하는 활성층(E)은 일정한 기울기를 가지고 선형적으로 감소하는 전도대와 가전자대의 에너지를 가지고 있다. 활성층(E)의 이러한 양자우물 구조를 밴드갭 그레이딩 구조라 한다. 여기서, 활성층(E)의 에너지 밴드갭은 활성층(E)의 위치에 관계없이 동일한 에너지 밴드갭(Eg)을 가지고 활성층(E)의 에너지 밴드의 밴드 오프셋은 동일한 ΔE의 에너지 차이를 가지도록 형성한다.
도 2b는 도 2a에 도시된 양자우물을 가지는 광소자에 구동전압 인가시 변화되는 양자우물 구조를 보이고 있다.
도 2b를 참조하면, 도 2a에 도시된 양자우물 구조와 상이하게, 장벽층(D, D')의 전도대와 가전자대의 에너지는 소정 기울기를 가지고 선형적으로 감소하는 형태로 변화되고, 활성층(E)의 전도대와 가전자대의 에너지는 위치에 관계없이 일정한 에너지를 가지는 형태로 변화하는 것을 볼 수 있다. 이 양자우물 구조는 또한 종래의 광소자에서 구동전압을 인가한 경우 비대칭 분포를 보이는 도 1b의 양자우 물 구조와 상이한 형태를 나타낸다. 즉, 도 2b에 도시된 형태의 양자우물 구조에서는 구동전압 인가에 의해 전자는 장벽층(D') 쪽으로 이동하고 정공은 다른 장벽층(D')쪽으로 이동하여 전자와 정공이 서로 대칭적으로 분포하게 된다. 전자와 정공이 대칭적으로 분포하면, 구동전압 인가 전에 비해 전자 및 정공의 결합에 의한 발광효율이 향상된다.
도 3은 도 2a에 도시된 바와 같은 양자우물 구조를 가지는 본 발명의 제1실시예에 따른 광소자 중 일구현예로서 LED(Light Emitting Diode)를 간략히 나타낸 단면도이다.
기판(1) 상에 버퍼층(2)이 적층되고 버퍼층(2)의 상면에는 제1화합물 반도체층(3)이 형성된다. 제1화합물 반도체층(3)은 n형 Ⅲ-Ⅴ족 화합물로 이루어지고 제1화합물층(3)의 단차부분에는 n형 전극(8)이 위치한다. 제1화합물 반도체층(3)의 상면에는 제1장벽층(4), 활성층(5) 및, 제2장벽층(6)이 순서대로 증착되고 제2장벽층(6)의 상면에는 p형 Ⅲ-Ⅴ족 화합물로 이루어지는 제2화합물 반도체층(7)이 적층된다. 제2화합물 반도체층(7)의 상면에는 p형 전극(9)이 형성된다. 여기서, 제1장벽층(4)을 n형 Ⅲ-Ⅴ족 화합물로 형성하고, 제2장벽층(6)을 p형 Ⅲ-Ⅴ족 화합물로 형성하는 경우 활성층(5)은 질소를 첨가한 Ⅲ-Ⅴ 화합물로 형성한다. 활성층(5)은 밴드갭 그레이딩 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.
예를 들어, GaAs로 제1 및 제2장벽층(4)(6)을 형성하는 경우 본 발명의 실시예에 따른 광소자의 특성인 도 2a에 도시된 양자우물 구조를 형성하는 방법이 도 4에 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, Y축은 +Y축방향으로 에너지가 증가하도록 설정되어 있으며 Y축에 수직한 X축은 GaAs 기판을 기준으로 하여 +X방향으로 응력(compressive strain)이 증가하고 -X방향으로 장력(tensile strain)이 증가하도록 설정되어 있다. GaAs에 대해 -X축방향으로는 GaNAs의 가전자대와 전도대의 에너지 변화와 상대적인 위치가 도시되어 있으며, +X축방향으로는 GaInAs의 가전자대와 전도대의 에너지 변화와 상대적인 위치가 도시되어 있다. GaNAs의 전도대의 에너지는 +X축방향으로 갈수록 즉, N의 함유량이 감소할수록 에너지가 높아지는 것을 볼 수 있다. GaInAs의 전도대의 에너지는 +X축방향으로 갈수록 즉, I의 함유량이 증가할수록 에너지가 낮아지는 것을 볼 수 있다.
GaInAs의 그래프에서 C'지점의 GaInAs의 In 함유량이 가장 많으며 A'지점의 GaInAs의 In 함유량이 가장 적다. GaInAs에 N을 첨가하는 경우 전도대의 에너지가 각각 A'에서 A로, B'에서 B로, 동시에 C'에서 C로 이동하는 것을 볼 수 있다. 즉, GaAs에 소정량의 In과 N을 첨가하면 일정한 기울기를 가지고 감소하는 선형의 에너지 밴드를 도시된 바와 같이 구현할 수 있다. 이 때 가전자대의 에너지도 선형으로 감소하므로 전도대와 가전자대 사이의 에너지 밴드갭은 Eg로 일정하게 유지할 수 있다. 바람직하게는, InxGa1-xAs(0<x<1)에 N(0~10%)을 첨가하는 활성층과 Al xGa1-xAs(0<x<1)로 이루어지는 장벽층으로 광소자를 구현한다.
다시 도 2a를 참조하면, In이 30%정도 결합된 InGaAs의 경우 N을 0내지 20%의 범위로 변화시키면 밴드 오프셋(band offset)(ΔE)은 대략 0.3eV를 나타내고 에 너지 밴드갭(Eg)은 0.95eV로 조절할 수 있다. 이 때 장벽층(D, D')의 에너지 밴드갭은 1.2eV 내지 2.4eV 범위 내의 값을 가지고 바람직하게는, 1.424eV 내지 3.14eV 범위 내의 값을 가지도록 형성하고 GaInNAs 활성층의 ΔE는 0.3eV 이상, Eg는 1.0eV 이하의 값을 가지도록 설정한다.
GaAs에 대해 In과 N을 적절히 첨가하고 In과 N을 점차적으로 감소시키면 원하는 일정한 기울기의 전도대 및 가전자대의 에너지를 가지는 광소자를 형성시킬 수 있다. 하지만, 본 발명의 제1실시예에 따른 광소자는, 장벽층과 활성층의 전도대 및 가전자대의 에너지 밴드가 만나는 지점에서 에너지의 급격한 차이로 인해 응력 및 장력이 발생할 수 있고 이러한 원치 않는 힘에 인해 광소자에 구조적인 결함이 유발되어 발광특성이 악화될 수 있다. 이와 같은 단점을 보완하기 위해 새로운 양자우물 구조를 도 5에 제시한다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 광소자의 양자우물 구조를 간략히 나타낸 개념도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 광소자는, AlxGa1-xAs(0<x<1)의 제1 및 제2장벽층(D, D') 사이에 활성층(E)으로 InxGa1-xNyAs1-y (0<x<1, 0<y<1)가 개재되고 다시 활성층(E)과 제1 및 제2장벽층(D, D') 사이에 중간층(22a, 22b)이 개재되는 구조를 가진다. 중간층으로는 InxGa1-xAs(0<x<0.6)를 형성하여 장벽층과 활성층 간의 급격한 응력 변화를 감소시키거나 GaNxAs1-x(0<x<0.1)를 형성하여 활성층에 의한 응력을 보상함으로써 응력에 의한 활성층의 붕괴를 방지한다.
도 6a는 구동전압 인가 전 본 발명의 제3실시예에 따른 광소자의 우물구조를 간략히 나타낸 개념도이다. 일반적으로 InGaNAs 활성층의 경우 In과 N은 원소간 상호작용으로 인해 결정성장이 어려우며 N은 In의 성분을 감소시킴으로써 파장을 다소 단파장대역으로 이동시키는 단점을 가진다. 따라서, 본 발명의 제3실시예에 따른 광소자는 In과 N을 분리하여 InGaAs와 GaNAs로 각각 활성층(E, E')을 형성하고 두 활성층(E, E') 사이에 형성되는 에너지 스텝을 가지는 양자우물 구조를 포함한다. 에너지 스텝의 양자우물 구조는 두 활성층(E, E')의 전도대 및 가전자대의 에너지가 동일한 밴드갭을 유지하면서 각각 상이한 값을 가짐에 따라 형성된다.
도 6a를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 광소자의 활성층은 상이한 전도대 및 가전자대 에너지 밴드를 가지는 제1 및 제2활성층(E, E')으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 제1활성층(E)은 GaNxAs1-x(0<x<1)로 이루어지고 제2활성층(E')은 InxGa1-xAs(0<x<1)로 이루어진다. 다만, 제1활성층(E)과 제2활성층(E')은 상이한 물질로 이루어지고 각각의 전도대 및 가전자대의 에너지 밴드가 차이를 나타내지만, 전도대와 가전자대 사이의 에너지 밴드갭은 Eg로 일정하게 형성한다.
도 6b는 구동전압 인가 후 본 발명의 제3실시예에 따른 광소자의 우물구조를 간략히 나타낸 개념도이다. 도 6b를 참조하면, 두 장벽층(D, D')과 두 활성층(E, E')이 모두 일정한 기울기를 가지고 감소하는 전도대 및 가전자대 에너지를 가지는 양자우물 구조로 변형된다. 하지만, 종래의 도 1b에 도시된 양자우물 구조와 달이 활성층(E, E')의 양자우물 구조가 두 개의 밴드갭 스텝 구조로 형성되어 전자와 정공의 비대칭 분포의 정도가 완화된 것을 알 수 있다.
도 7은 도 6에 도시된 양자우물 구조를 가지는 본 발명의 제3실시예에 따른 광소자의 일구현예로서 LED를 간략히 나타낸 단면도이다.
도 7을 참조하면, 기판(11) 상에 버퍼층(12), 제1화합물 반도체층(13), 제1장벽층(14), 활성층(15), 제2장벽층(16) 및, 제2화합물 반도체층(17)이 순서대로 적층되고, 제1화합물 반도체층(13)의 단차가 진 부분에 n형 전극(18)이 형성되고 제2화합물 반도체층(17)의 상면에 p형 전극(19)이 형성된 구조는 도 3에 도시된 본 발명의 제1실시예에 따른 광소자의 일구현예와 유사하나, 활성층(15)이 서로 상이한 물질로 형성되는 제1활성층(15a)과 제2활성층(15b)으로 이루어지는 점이 상이하다.
상술한 바와 같이 In과 N은 결합이 용이하지 않으며 이로 인해 결정성장이 어려운 단점을 가지므로 In과 GaAs가 결합된 InGaAs로 제1활성층(15a)을 형성하고 N과 GaAs가 결합된 GaNAs로 제2활성층(15b)을 형성할 수 있다. 활성층(15) 이외의 반도체층은 본 발명의 제1실시예에 따른 광소자의 일구현예와 동일하거나 유사한 화합물을 사용할 수 있다.
본 발명의 제3실시예에 따른 양자우물 구조를 가지는 광소자는 In과 N의 결합에 의한 결정성장이 어려운 단점을 해소하고 구동전압이 인가되는 경우 형성되는 전자와 정공의 비대칭 분포를 완화시킴으로써 발광효율을 향상시킨 장점을 가진다.
본 발명의 광소자는 에너지 밴드갭 그레이딩 구조 또는 에너지 밴드갭 스텝 구조의 양자우물 구조를 형성함으로써 전자와 정공의 대칭분포를 실현하여 광소자의 발광효율을 높일 수 있다. 또한 구동 전압이 낮아지고 광소자의 신뢰성이 향상되는 장점을 가진다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 광소자의 장점은 양자우물 구조를 개선하여 발광효율을 향상시키고 구동전압을 낮추며 신뢰성을 향상시킬 수 있다는 것이다.

Claims (20)

  1. Ⅲ-Ⅴ족 반도체 화합물로 형성되고, 상기 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 화합물의 함량이 변화됨에 따라 일정한 에너지 밴드갭을 유지하며 전도대 및 가전자대의 에너지가 일정하게 감소하는 밴드갭 그레이딩 구조의 양자우물을 가지는 활성층; 및
    상기 활성층의 상부 및 하부에 위치하며, Ⅲ-Ⅴ족 반도체 화합물로 형성되고 상기 활성층의 전도대보다 높은 에너지의 전도대와 상기 활성층의 가전자대보다 낮은 에너지의 가전자대를 가지는 복수의 장벽층;을 구비하는 것을 특징으로 하는 광소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성층은 Ga1-xInxNyAs(0<x<1, 0<y<1)로 형성되고 상기 소정 성분은 In 및 N인 것을 특징으로 하는 광소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 x는 0<x≤0.3의 범위 내의 값인 것을 특징으로 하는 광소자.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 y는 0<y≤0.2의 범위 내의 값인 것을 특징으로 하는 광소자.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 장벽층은 AlxGa1-xAs(0<x<1)로 형성되는 것을 특징으로 하는 광소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성층과 상기 장벽층 사이에 응력을 감소시키는 중간층이 더 개재되는 것을 특징으로 하는 광소자.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 중간층은 Ga1-xInxAs(0<x<0.6)층인 것을 특징으로 하는 광소자.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 중간층은 GaNxAs1-x(0<x<0.1)층인 것을 특징으로 하는 광소자.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 활성층의 에너지 밴드갭은 1eV 이하인 것을 특징으로 하는 광소자.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 활성층의 가전자대의 최저 에너지와 최고 에너지의 차는 0.3eV 이상인 것을 특징으로 하는 광소자.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 장벽층의 에너지 밴드갭은 1.2eV 이상 3.4eV 이하의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 광소자.
  12. Ⅲ-Ⅴ족 반도체 화합물로 형성되며, 동일한 에너지 밴드갭을 가지고 전도대 및 가전도대의 에너지가 상이한 복수의 층이 적층되어 이루어지는 밴드갭 스텝 구조의 양자우물을 가지는 활성층; 및
    상기 활성층의 상부 및 하부에 위치하며, Ⅲ-Ⅴ족 반도체 화합물로 형성되고 상기 활성층의 최고 에너지의 전도대보다 높은 에너지의 전도대와 상기 활성층의 최저 에너지의 가전자대보다 낮은 에너지의 가전자대를 가지는 복수의 장벽층;을 구비하는 것을 특징으로 하는 광소자.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 활성층은 InxGa1-xAs층(0<x<1)과 GaNxAs1-x층(0<x<1)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광소자.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 장벽층은 AlxGa1-xAs(0<x<1)로 형성되는 것을 특징으로 하는 광소자.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 활성층과 상기 장벽층 사이에 응력을 감소시키는 중간층이 더 개재되는 것을 특징으로 하는 광소자.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 중간층은 Ga1-xInxAs(0<x<0.6)층인 것을 특징으로 하는 광소자.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 중간층은 GaNxAs1-x(0<x<0.1)층인 것을 특징으로 하는 광소자.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 활성층의 에너지 밴드갭은 1eV 이하인 것을 특징으로 하는 광소자.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 활성층의 가전자대의 최저 에너지와 최고 에너지의 차는 0.3eV 이상인 것을 특징으로 하는 광소자.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 장벽층의 에너지 밴드갭은 1.2eV 이상 3.4eV 이하의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 광소자.
KR1020030001609A 2003-01-10 2003-01-10 양자우물을 가지는 광소자 KR100928963B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030001609A KR100928963B1 (ko) 2003-01-10 2003-01-10 양자우물을 가지는 광소자
US10/751,887 US7235821B2 (en) 2003-01-10 2004-01-07 Optical device with quantum well
CNB2004100025861A CN100353571C (zh) 2003-01-10 2004-01-10 具有量子阱的光学器件
JP2004006092A JP2004221593A (ja) 2003-01-10 2004-01-13 量子ウェルを有する光素子
US11/798,847 US7800129B2 (en) 2003-01-10 2007-05-17 Optical device with quantum well

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030001609A KR100928963B1 (ko) 2003-01-10 2003-01-10 양자우물을 가지는 광소자

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20040064772A KR20040064772A (ko) 2004-07-21
KR100928963B1 true KR100928963B1 (ko) 2009-11-26

Family

ID=32709841

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020030001609A KR100928963B1 (ko) 2003-01-10 2003-01-10 양자우물을 가지는 광소자

Country Status (4)

Country Link
US (2) US7235821B2 (ko)
JP (1) JP2004221593A (ko)
KR (1) KR100928963B1 (ko)
CN (1) CN100353571C (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112398001A (zh) * 2020-10-10 2021-02-23 华芯半导体科技有限公司 新型复合量子阱结构的vcsel芯片结构及制备方法

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7912548B2 (en) * 2006-07-21 2011-03-22 Cardiac Pacemakers, Inc. Resonant structures for implantable devices
DE102006051745B4 (de) * 2006-09-28 2024-02-08 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung LED-Halbleiterkörper und Verwendung eines LED-Halbleiterkörpers
KR100865740B1 (ko) * 2007-05-28 2008-10-29 우리엘에스티 주식회사 발광소자와 그의 제조방법
JP4655103B2 (ja) * 2008-04-14 2011-03-23 ソニー株式会社 ＧａＮ系半導体発光素子、発光素子組立体、発光装置、ＧａＮ系半導体発光素子の駆動方法、及び、画像表示装置
KR101248383B1 (ko) * 2009-12-22 2013-03-28 우리이앤엘 주식회사 반도체 발광소자
KR102213661B1 (ko) 2014-04-04 2021-02-08 삼성전자주식회사 3중 연결 양자우물 구조를 포함하는 광학 소자
CN107546305A (zh) * 2016-06-29 2018-01-05 晶能光电（江西）有限公司 一种GaN基发光二极管外延结构
CN106784349B (zh) * 2016-12-21 2020-02-07 Tcl集团股份有限公司 一种能级势垒高度连续变化的量子点固态膜及其制备方法
CN114430002B (zh) * 2022-04-06 2022-06-07 苏州长光华芯光电技术股份有限公司 高效率有源层和半导体发光器件及制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1117284A (ja) * 1997-06-26 1999-01-22 Sharp Corp 半導体レーザ素子

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5565693A (en) * 1993-01-07 1996-10-15 Nec Corporation Semiconductor optical integrated circuits
JP3227661B2 (ja) * 1993-09-28 2001-11-12 キヤノン株式会社 歪量子井戸構造素子及びそれを有する光デバイス
US5412225A (en) * 1994-02-18 1995-05-02 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Tunable heavy and light hole coupled bands in variable-strain quantum well semi-conductor heterostructure for novel opto-electronic devices
CA2182591C (en) * 1994-02-24 2000-10-03 Ian Francis Lealman Semiconductor device
JP2842292B2 (ja) * 1994-09-16 1998-12-24 日本電気株式会社 半導体光集積装置および製造方法
JPH09318918A (ja) * 1996-05-29 1997-12-12 Nec Corp 半導体光変調器
JP2003510664A (ja) * 1999-09-28 2003-03-18 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア 集積された波長同調可能な１段階及び２段階の純光学式波長変換器
US6859474B1 (en) * 1999-11-01 2005-02-22 Arizona Board Of Regents Long wavelength pseudomorphic InGaNPAsSb type-I and type-II active layers for the gaas material system

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1117284A (ja) * 1997-06-26 1999-01-22 Sharp Corp 半導体レーザ素子

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112398001A (zh) * 2020-10-10 2021-02-23 华芯半导体科技有限公司 新型复合量子阱结构的vcsel芯片结构及制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20040136425A1 (en) 2004-07-15
US7800129B2 (en) 2010-09-21
US20070221909A1 (en) 2007-09-27
US7235821B2 (en) 2007-06-26
CN100353571C (zh) 2007-12-05
KR20040064772A (ko) 2004-07-21
CN1518137A (zh) 2004-08-04
JP2004221593A (ja) 2004-08-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100631040B1 (ko) 질화물 반도체 장치
US7193246B1 (en) Nitride semiconductor device
JP5242039B2 (ja) 窒化物半導体発光素子
US7724795B2 (en) Semiconductor optoelectronic device and method of fabricating the same
US7800129B2 (en) Optical device with quantum well
KR100482511B1 (ko) Ⅲ-질화물계 반도체 발광소자
US8338820B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP5325171B2 (ja) 半導体発光素子
US20060097269A1 (en) Method and structure for improved LED light output
US5172384A (en) Low threshold current laser
JP7478286B2 (ja) 発光ダイオードおよびその製造方法
KR100604406B1 (ko) 질화물 반도체 소자
KR20040047132A (ko) 다중 양자우물 구조를 갖는 질화물 반도체 소자
JP2007019277A (ja) 半導体発光素子
CN113659439A (zh) 半导体雷射二极管
KR100558455B1 (ko) 질화물 반도체 소자
KR20100066807A (ko) 질화물 반도체 발광소자
US20220367754A1 (en) Monolithic color-tunable light emitting diodes and methods thereof
WO2021172171A1 (ja) レーザ素子
JP4947567B2 (ja) 発光素子及びその製造方法
CN114038958A (zh) 发光芯片外延片及其制作方法、发光芯片
KR20200140978A (ko) AlGaAs-GaInP 변형 보상층을 가지는 적외선 발광 다이오드
CN107919415A (zh) 发光二极管及其制作方法
CN106340572B (zh) 发光二极管及其形成方法
JP4104686B2 (ja) 半導体発光素子

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121016

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131022

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141022

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151019

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161018

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171018

Year of fee payment: 9