JP2018085514A - 半導体素子及びこれを含む半導体素子パッケージ - Google Patents

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Abstract

【課題】光出力が向上した発光素子、とくに垂直型紫外線発光素子及びこれを含む半導体素子パッケージを提供する。
【解決手段】いずれもアルミニウムを含む第１導電型半導体層１２４、第２導電型半導体層１２７、及び両層の間に配置される活性層１２６を含む発光構造物を含み、発光構造物に１次イオンが照射された時にアルミニウムを含む２次イオンが上記各層から放出され、第２導電型半導体層の２次イオン強度は、第１最大強度と第１最小強度を有し、第１導電型半導体層の２次イオン強度は、第１最小強度とは異なる第２最小強度を有し、第２導電型半導体層の表面から第１距離内で第２導電型半導体層は２次イオンの第１中間強度を有し、第１中間強度は、第２最小強度と対応し、第１中間強度は、第１最小強度と第１最大強度との間にあり、第１最大強度は、第１距離Ｗ１から第２距離Ｗ２内にあり、Ｗ１とＷ２の比は、１：０．２〜１：１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子及びこれを含む半導体素子パッケージに関する。
ＧａＮ、ＡｌＧａＮなどの化合物を含む半導体素子は、広くて調整が容易であるバンドギャップエネルギーを有するなどの多くの長所により発光素子、受光素子及び各種ダイオードなどに多様に使われ得る。
特に、半導体の３−５族または２−６族化合物の半導体物質を利用した発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）やレーザーダイオード（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）のような発光素子は、薄膜成長技術及び素子材料の開発により赤色、緑色、青色及び紫外線など多様な色を具現し得、蛍光物質を利用したり色を組み合わせることで効率の良い白色光線も具現が可能であり、蛍光灯、白熱灯など既存の光源に比べて低消費電力、半永久的な寿命、速い応答速度、安全性、環境親和性の長所を有する。
また、光検出器や太陽電池のような受光素子も半導体の３−５族または２−６族化合物の半導体物質を利用して製作する場合、素子材料の開発により多様な波長領域の光を吸収して光電流を生成することでガンマ線からラジオ波長領域まで多様な波長領域の光を利用し得る。また、速い応答速度、安全性、環境親和性及び素子材料の容易な調節という長所を有することで、電力制御または超高周波回路や通信用モジュールにも容易に利用できる。
したがって、半導体素子は、光通信手段の送信モジュール、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）表示装置のバックライトを構成する冷陰極管（ＣＣＦＬ：Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｌａｍｐ）を代替する発光ダイオードバックライト、蛍光灯や白熱電球を代替することが可能な白色発光ダイオード照明装置、自動車ヘッドライト及び信号灯、及びＧａｓや火事を感知するセンサーなどにまで応用が拡がっている。また、半導体素子は、高周波応用回路やその他の電力制御装置、通信用モジュールに至るまで応用が拡げられる。
特に、紫外線波長領域の光を放出する発光素子は、硬化作用や殺菌作用をして硬化用、医療用及び殺菌用で使われ得る。
最近、紫外線発光素子に対する研究が活発に行われているが、まだ紫外線発光素子は垂直型で具現しにくい問題があり、オーミック特性のためにＧａＮ薄膜を使用する場合、光出力が低下する問題がある。
本発明は、光出力が向上した発光素子を提供する。
また、垂直型紫外線発光素子を提供する。
本発明の実施例で解決しようとする課題は、これに限定されるものではなく、下記に説明する課題の解決手段や実施形態から把握できる目的や効果も含まれる。
本発明の一特徴による半導体素子は、アルミニウムを含む第１導電型半導体層、アルミニウムを含む第２導電型半導体層、及びアルミニウムを含んで前記第１導電型半導体層と前記第２導電型半導体層との間に配置される活性層を含む発光構造物を含み、前記発光構造物に１次イオンの照射時にアルミニウムを含む２次イオンが前記第１導電型半導体層、前記活性層及び前記第２導電型半導体層に放出され、前記第２導電型半導体層の２次イオン強度は、第１最大強度と第１最小強度を有し、前記第１導電型半導体層の２次イオン強度は、前記第１最小強度とは異なる第２最小強度を有し、前記第２導電型半導体層の表面から第１距離内で前記第２導電型半導体層は前記２次イオンの第１中間強度を有し、前記第１中間強度は、前記第２最小強度と対応し、前記第１中間強度は、第１最小強度と第１最大強度との間にあり、前記第１最大強度は、前記第１距離から第２距離内にあり、前記第２距離Ｗ１と前記第２距離Ｗ２の比は、１：０．２〜１：１を満足する。
前記第１最大強度と前記第２最小強度との間の第１強度差Ｄ１は、前記第１最小強度と前記第２最小強度との間の第２強度差Ｄ２より大きくなり得る。
前記第１強度差と前記第２強度差の比は、１：０．２〜１：２であり得る。
前記第２導電型半導体層の２次イオン強度は、前記第１最小強度と第１中間強度との間で２個のピーク強度と２個のバレー強度を有し得る。
前記２個のピーク強度は、前記バレー強度より大きくなり得る。
前記第２導電型半導体層は、Ｐタイプ半導体層と遮断層を含み、前記第１導電型半導体層は、Ｎタイプ半導体層を含み得る。
前記第１導電型半導体層の２次イオン強度は、前記活性層と一番近い領域で第２最大強度を有し得る。
前記活性層の２次イオン強度は、前記第１最大強度及び第２最大強度より低く、前記第１最小強度及び第２最小強度より高いことがある。
前記活性層の２次イオン強度は、複数個のピーク及び複数個のバレーを有し得る。
前記活性層のピーク強度は、前記活性層のバレー強度より大きくなり得る。
前記第１導電型半導体層に電気的に連結される第１電極；及び前記第２導電型半導体層に電気的に連結される第２電極を含み、前記第２導電型半導体層は、前記第２電極が配置される表面層を含み、前記表面層は、前記活性層の反対側に位置し、前記第２導電型半導体層は、前記表面層で前記第１最小強度を有し得る。
前記第２導電型半導体層は、前記活性層と一番近く配置される遮断層を含み得る。
前記遮断層で前記第１最大強度を有し得る。
前記第１導電型半導体層は、第１−１導電型半導体層、第１−２導電型半導体層、及び前記第１−１導電型半導体層と第１−２導電型半導体層との間に配置される中間層を含み、前記中間層のアルミニウム組成は、３０％〜６０％であり得る。
前記第２導電型半導体層は、前記第２電極と接触する第２−１導電型半導体層、及び前記活性層と第２−１導電型半導体層との間に配置される第２−２導電型半導体層、及び前記活性層と前記第２−２導電型半導体層との間に配置される第２−３導電型半導体層を含み得る。
本発明の実施例によると、半導体素子内で光吸収を抑制して光出力を向上させ得る。
本発明の多様で且つ有益な長所と効果は、上述した内容に限定されず、本発明の具体的な実施形態を説明する過程でより容易に理解され得る。
図１は、本発明の一実施例による発光構造物の概念図である。 図２は、本発明の一実施例による発光構造物のアルミニウム組成比を示したグラフである。 図３は、本発明の一実施例による発光構造物のアルミニウムイオン強度の変化を示したＳＩＭＳグラフである。 図４は、図３の一部拡大図である。 図５は、本発明の一実施例による発光構造物の写真である。 図６は、本発明の一実施例による第２導電型半導体層の表面を測定したＡＦＭデータである。 図７は、本発明の他の実施例による発光構造物のアルミニウムイオン強度の変化を示したＳＩＭＳグラフである。 図８は、本発明の一実施例による半導体素子の概念図である。 図９の（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施例による半導体素子の平面図である。 図１０は、本発明の一実施例による発光素子パッケージの概念図である。
以下、本出願による実施例は他の形態に変形したり多くの実施例を互いに組み合わせることが可能であり、本出願の範囲が下記実施例により限定されるものではない。
特定の実施例で説明された事項が他の実施例で説明されなくても、他の実施例でその事項と反対であるか矛盾する説明がない限り、他の実施例に関連した説明で理解され得る。
例えば、特定の実施例で構成Ａに対する特徴を説明し、他の実施例で構成Ｂに対する特徴を説明した場合、構成Ａと構成Ｂが結合された実施例が明示的に記載されなくても反対または矛盾する説明がない限り、本発明の権利範囲に属するものと理解すべきである。
実施例の説明において、いずれか一つのｅｌｅｍｅｎｔが他のｅｌｅｍｅｎｔの「上または下（ｏｎ ｏｒ ｕｎｄｅｒ）に形成されることと記載する場合、上または下（ｏｎ ｏｒ ｕｎｄｅｒ）は、二つのｅｌｅｍｅｎｔが互いに直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）接触したり一つ以上の他のｅｌｅｍｅｎｔが前記二つのｅｌｅｍｅｎｔの間に配置されて（ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ）形成されることを全て含む。また、「上または下（ｏｎ ｏｒ ｕｎｄｅｒ）」と表現される場合、一つのｅｌｅｍｅｎｔを基準として上側方向だけではなく下側方向の意味も含み得る。
以下、添付の図面を参照して本発明の実施例に対して本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。
本発明の実施例による発光構造物は、紫外線波長帯の光を出力し得る。例示的に、発光構造物は、近紫外線波長帯の光（ＵＶ−Ａ）を出力したり、遠紫外線波長帯の光（ＵＶ−８）を出力したり、深紫外線波長帯の光（ＵＶ−Ｃ）を出力し得る。波長範囲は、発光構造物１２０のＡｌの組成比によって決定され得る。
例示的に、近紫外線波長帯の光（ＵＶ−Ａ）は、３２０ｎｍ〜４２０ｎｍ範囲の波長を有し、遠紫外線波長帯の光（ＵＶ−８）は、２８０ｎｍ〜３２０ｎｍ範囲の波長を有し、深紫外線波長帯の光（ＵＶ−Ｃ）は、１００ｎｍ〜２８０ｎｍ範囲の波長を有し得る。
図１は、本発明の一実施例による発光構造物の概念図であり、図２は、本発明の一実施例による発光構造物のアルミニウム組成比を示したグラフである。
図１を参照すると、実施例による半導体素子は、第１導電型半導体層１２４、第２導電型半導体層１２７、及び第１導電型半導体層１２４と第２導電型半導体層１２７との間に配置される活性層１２６を含む発光構造物１２０を含む。
第１導電型半導体層１２４は、ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族などの化合物半導体で具現し得、第１ドーパントがドーピングされ得る。第１導電型半導体層１２４は、Ｉｎｘ１Ａｌｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ｎ（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｘ１＋ｙ１≦１）の組成式を有する半導体材料、例えば、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮなどから選択され得る。そして、第１ドーパントは、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅのようなｎ型ドーパントであり得る。第１ドーパントがｎ型ドーパントである場合、第１ドーパントがドーピングされた第１導電型半導体層１２４は、ｎ型半導体層であり得る。
第１導電型半導体層１２４は、第１−１導電型半導体層１２４ａ、第１−２導電型半導体層１２４ｃ、及び第１−１導電型半導体層１２４ａと第１−２導電型半導体層１２４ｃとの間に配置された中間層１２４ｂを含み得る。
第１−２導電型半導体層１２４ｃは、第１−１導電型半導体層１２４ａより活性層１２６に近く配置され得る。第１−２導電型半導体層１２４ｃのアルミニウム組成は、第１−１導電型半導体層１２４ａより低いことがある。第１−２導電型半導体層１２４ｃのアルミニウム組成は、４０％〜７０％であり、第１−１導電型半導体層１２４ａのアルミニウム組成は、５０％〜８０％であり得る。
第１−２導電型半導体層１２４ｃの厚さは、第１−１導電型半導体層１２４ａの厚さより薄いことがあきる。第１−１導電型半導体層１２４ａの厚さは、第１−２導電型半導体層１２４ｃの厚さの１３０％以上であり得る。このような構成によると、アルミニウム組成が高い第１−１導電型半導体層１２４ａが充分に成長した以後に中間層１２４ｂが形成されるので、全体発光構造物１２０の結晶性が向上し得る。
中間層１２４ｂのアルミニウム組成は、第１導電型半導体層１２４のアルミニウム組成より低いことがある。中間層１２４ｂは、ＬＬＯ（Ｌａｓｅｒ Ｌｉｆｔ−Ｏｆｆ）工程時に発光構造物１２０に照射されるレーザーを吸収して活性層１２６の損傷を防止する役目を実行し得る。したがって、実施例による半導体素子は、活性層の損傷が減少して光の出力及び電気的特性が向上し得る。
中間層１２４ｂの厚さとアルミニウム組成は、ＬＬＯ工程時に発光構造物１２０に照射されるレーザーの波長を有するレーザーを吸収するために適切に調節され得る。例示的に、中間層１２４ｂのアルミニウム組成は、３０％〜６０％であり、厚さは、１ｎｍ〜１０ｎｍであり得る。例示的に、中間層１２４ｂは、ＡｌＧａＮであり得るが、必ずしもこれに限定しない。
中間層１２４ｂは、第１導電型半導体層１２４と活性層１２６との間に配置されてもよい。また、中間層１２４ｂは、第１導電型半導体層１２４よりアルミニウム組成が低い第１中間層（図示せず）、及び第１導電型半導体層１２４よりアルミニウム組成が高い第２中間層（図示せず）を含んでもよい。第１中間層と第２中間層は、交互に複数個が配置されてもよい。
活性層１２６は、第１導電型半導体層１２４と第２導電型半導体層１２７との間に配置され得る。活性層１２６は、第１導電型半導体層１２４を介して注入される電子（または正孔）と第２導電型半導体層１２７を通じて注入される正孔（または電子）が会う層である。活性層１２６は、電子と正孔が再結合するによって低いエネルギー準位に遷移し、紫外線波長を有する光を生成し得る。
活性層１２６は、単一井戸構造、多重井戸構造、単一量子井戸構造、多重量子井戸（Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ；ＭＱＷ）構造、量子点構造または量子線構造のうちいずれか一つの構造を有し得、活性層１２６の構造は、これに限定しない。
第２導電型半導体層１２７は、活性層１２６上に形成され、ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族などの化合物半導体で具現でき、第２導電型半導体層１２７に第２ドーパントがドーピングされ得る。第２導電型半導体層１２７は、Ｉｎｘ５Ａｌｙ２Ｇａ１−ｘ５−ｙ２Ｎ（０≦ｘ５≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｘ５＋ｙ２≦１）の組成式を有する半導体物質または、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰのうち選択された物質で形成され得る。第２ドーパントがＭｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどのようなｐ型ドーパントである場合、第２ドーパントがドーピングされた第２導電型半導体層１２７は、ｐ型半導体層であり得る。
第２導電型半導体層１２７は、第２−１〜第２−３導電型半導体層第１〜第３サブ層、１２７Ａａ、１２７ｂ、１２７ｃを含み得る。第２−１導電型半導体層第１サブ層、１２７ａは、第２−２導電型半導体層１２７ｂよりアルミニウム組成が小さいことがある。
活性層１２６と第２導電型半導体層１２７との間には、電子遮断層１２９が配置され得る。電子遮断層１２９は、第１導電型半導体層１２４から供給された第１キャリア（例：電子）が第２導電型半導体層１２７に抜け出る流れを遮断して活性層１２６内で電子と正孔が再結合する確率を高め得る。電子遮断層１２９のエネルギーバンドギャップは、活性層１２６及び／または第２導電型半導体層１２７のエネルギーバンドギャップより大きいことがある。
電子遮断層１２９は Ｉｎｘ１Ａｌｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ｎ（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｘ１＋ｙ１≦１）の組成式を有する半導体材料、例えば、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮなどから選択できるが、これに限定しない。
図２を参照すると、第１導電型半導体層１２４、活性層１２６、第２導電型半導体層１２７、及び電子遮断層１２９は、いずれもアルミニウムを含み得る。したがって、第１導電型半導体層１２４、活性層１２６、第２導電型半導体層１２７、及び電子遮断層１２９は、ＡｌＧａＮ組成を有し得る。
電子遮断層１２９は、アルミニウム組成が５０％〜１００％であり得る。遮断層１２９のアルミニウム組成が５０％未満である場合、電子を遮断するためのエネルギー障壁の高さが不足し得、活性層１２６から放出する光を遮断層１２９で吸収する問題があり得る。
電子遮断層１２９は、第１−１区間１２９ａと第１−２区間１２９ｃを含み得る。電子遮断層１２９は、第２ドーパントを含み得る。第２ドーパントは、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどのようなｐ型ドーパントを含み得る。第２ドーパントを含む場合、電子遮断層１２９は、第２導電型半導体層と同一のドーパントを含み得る。しかし、これに限定せず、電子遮断層１２９は、第２導電型半導体層１２７と同一の極性を有し得、第２導電型半導体層と異なる第２ドーパントを含み得る。
実施例によると、第１−１区間１２９ａと第１−２区間１２９ｃにより第２キャリア（例：正孔）の注入効率が増加し、抵抗は低くなって動作電圧（Ｖｆ）が改善され得る。
第１−１区間１２９ａは、第２導電型半導体層１２７に近くなるほどアルミニウム組成が高くなることがある。第１−１区間１２９ａのアルミニウム組成は、８０％〜１００％であり得る。すなわち、第１−１区間１２９ａは、ＡｌＧａＮであるかＡｌＮであってもよい。または、第１−１区間１２９ａは、ＡｌＧａＮとＡｌＮが交互に配置される超格子層であってもよい。
第１−１区間１２９ａの厚さは、約０．１ｎｍ〜４ｎｍであり得る。第１−１区間１２９ａの厚さが０．１ｎｍより薄い場合、第１キャリア（例：電子）の移動を効率的に遮断しない問題点があり得る。また、第１−１区間１２９ａの厚さが４ｎｍより厚い場合、活性層に第２キャリア（例：正孔）が注入される効率が低下し得る。
第１−１区間１２９ａと第１−２区間１２９ｃとの間には、第２ドーパントがドーピングされないアンドープ（ｕｎｄｏｐｅｄ）区間１２９ｂが配置され得る。アンドープ（ｕｎｄｏｐｅｄ）区間１２９ｂは、ドーパントが第２導電型半導体層１２７から活性層１２６に拡散することを防止する役目を実行し得る。
第２導電型半導体層１２７は、第２−１〜第２−３導電型半導体層１２７ａ、１２７ｂ、１２７ｃを含み得る。
第２−２導電型半導体層１２７ｂの厚さは、１０ｎｍより大きくて５０ｎｍより小さいことがある。例示的に、第２−２導電型半導体層１２７ｂの厚さは、２５ｎｍであり得る。第２−２導電型半導体層１２７ｂの厚さが１０ｎｍより小さい場合、水平方向に抵抗が増加して電流注入効率が低下し得る。また、第２−２導電型半導体層１２７ｂの厚さが５０ｎｍより大きい場合、垂直方向に抵抗が増加して電流注入効率が低下し得る。
第２−２導電型半導体層１２７ｂのアルミニウム組成は、井戸層１２６ａのアルミニウム組成より高いことがある。紫外線光を生成するために井戸層１２６ａのアルミニウム組成は、約３０％〜７０％であり得る。第２−２導電型半導体層１２７ｂのアルミニウム組成が井戸層１２６ａのアルミニウム組成より低い場合、第２−２導電型半導体層１２７ｂが光を吸収するので光抽出効率が劣り得る。しかし、必ずしもこれに限定しない。例示的に、第２−２導電型半導体層１２７ｂの一部区間でのアルミニウム組成は、井戸層１２６ａのアルミニウム組成より低いことがある。
第２−２導電型半導体層１２７ｂのアルミニウム組成は、４０％より大きくて８０％より小さいことがある。第２−２導電型半導体層１２７ｂのアルミニウム組成は、４０％より小さい場合、光吸収率が高くなる問題があり、８０％より大きい場合には、電流注入効率が悪くなる。例示的に、井戸層１２６ａのアルミニウム組成が３０％である場合、第２−２導電型半導体層１２７ｂのアルミニウム組成は、４０％であり得る。
第２−１導電型半導体層１２７ａのアルミニウム組成は、井戸層１２６ａのアルミニウム組成より低いことがある。第２−１導電型半導体層１２７ａのアルミニウム組成が井戸層１２６ａのアルミニウム組成より高い場合、第２電極の間の抵抗が高くなって十分なオーミックが行われず、電流注入効率が劣る問題がある。
第２−１導電型半導体層１２７ａのアルミニウム組成は、１％より大きく５０％より小さいことがある。５０％より大きい場合、第２電極と十分なオーミックが行われず、組成が１％より小さい場合、ＧａＮ組成と近くなって光を吸収する問題がある。
第２−１導電型半導体層１２７ａの厚さは、１ｎｍ〜３０ｎｍ、または１ｎｍ〜１０ｎｍであり得る。上述のように、第２−１導電型半導体層１２７ａは、オーミックのためにアルミニウムの組成が低いので紫外線光を吸収し得る。したがって、最大限第２−１導電型半導体層１２７ａの厚さを薄く制御することが光出力の観点で有利であり得る。
しかし、第２−１導電型半導体層１２７ａの厚さが１ｎｍ以下に制御される場合、急激にアルミニウム組成が変化して結晶性が低下し得る。また、第２−１導電型半導体層１２７ａの厚さが過度に薄いので面抵抗が大きくなり、半導体素子の電気的特性が低下し得る。また、厚さが３０ｎｍより大きい場合、第２−１導電型半導体層１２７ａの吸収する光量が過度に大きくなって光出力効率が減少し得る。
第２−１導電型半導体層１２７ａの厚さは、第２−２導電型半導体層１２７ｂの厚さより小さいことがある。第２−２導電型半導体層１２７ｂと第２−１導電型半導体層１２７ａの厚さ比は、１．５：１〜２０：１であり得る。厚さ比が１．５：１より小さい場合、第２−２導電型半導体層１２７ｂの厚さが過度に薄くなって電流注入効率が減少し得る。また、厚さ比が２０：１より大きい場合、第２−１導電型半導体層１２７ａの厚さが過度に薄くなってオーミック信頼性が低下し得る。
第２−２導電型半導体層１２７ｂのアルミニウム組成は、活性層１２６から遠くなるほど小さくなることがある。また、第２−１導電型半導体層１２７ａのアルミニウム組成は、活性層１２６から遠くなるほど小くなることがある。
この時、第２−１導電型半導体層１２７ａのアルミニウム減少幅は、第２−２導電型半導体層１２７ｂのアルミニウム減少幅より大きいことができる。すなわち、第２−１導電型半導体層１２７ａの厚さ方向に対するＡｌ組成の変化率は、第２−２導電型半導体層１２７ｂの厚さ方向に対するＡｌ組成の変化率より大きいことがある。
第２−２導電型半導体層１２７ｂは、厚さは第２−１導電型半導体層１２７ａより厚いが、アルミニウム組成は井戸層１２６ａより高くなければならないので、減少幅が相対的に緩い。しかし、第２−１導電型半導体層１２７ａは、厚さが薄くてアルミニウム組成の変化幅が大きいので、アルミニウム組成の減少幅が相対的に大きいことがある。
第２−３導電型半導体層１２７ｃは、均一なアルミニウム組成を有し得る。第２−３導電型半導体層１２７ｃの厚さは、２０ｎｍ〜６０ｎｍであり得る。第２−３導電型半導体層１２７ｃのアルミニウム組成は、４０％〜７０％であり得る。
上述のように、第２−１導電型半導体層１２７ａの厚さは、１ｎｍ〜１０ｎｍであり、第２−２導電型半導体層１２７ｂの厚さは、１０ｎｍ〜５０ｎｍであり、第２−３導電型半導体層１２７ｃの厚さは、２０ｎｍ〜６０ｎｍであり得る。
したがって、第２−１導電型半導体層１２７ａの厚さと第２導電型半導体層１２７の全体厚さの比は、１：３〜１：１２０であり得る。しかし、必ずしもこれに限定されるものではなく、第２−１導電型半導体層１２７ａの厚さと第２導電型半導体層１２７の全体厚さの比は、１：３〜１：５０または１：３〜１：７０であってもよい。
図３は、本発明の一実施例による発光構造物のアルミニウムイオン強度の変化を示したＳＩＭＳグラフであり、図４は、図３の一部拡大図である。
ＳＩＭＳデータは、飛行時間型２次イオン質量分析法（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ、Ｔｉｍｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）による分析データであり得る。
ＳＩＭＳデータは、１次イオンをターゲットの表面に照射して放出される２次イオンの個数をカウンティングして分析し得る。１次イオンは、Ｏ２ ＋、Ｃｓ＋、Ｂｉ＋などから選択できる。例示的に、加速電圧は、２０〜３０ｋｅＶであり、照射電流は、０．１ｐＡ〜５．０ｐＡであり、照射面積は、２０ｎｍ×２０ｎｍであり得るが、必ずしもこれに限定しない。
ＳＩＭＳデータは、第２導電型半導体層の表面（深さが０である地点）で第１導電型半導体層の方向に徐々に蝕刻しながら２次イオン質量スペクトラムを収集し得る。
また、これに限定せず、ＡｌＧａＮ基盤及び／またはＧａＮ基盤の半導体物質、第１及び第２ドーパント物質を検出するための測定条件が多様に利用され得る。
図３と図４を参照すると、発光構造物は、第１導電型半導体層１２４から第２導電型半導体層１２７に行くほどアルミニウムイオン（２次イオン）強度が変化し得る。この時、第２導電型半導体層１２７は、Ｐタイプの半導体層と遮断層を含む概念であり得る。
発光構造物は、 第１中間強度Ｐ１と、発光構造物内でアルミニウム強度が一番高い第１最大強度Ｐ２、及び発光構造物内でアルミニウム強度が一番低い第１最小強度Ｐ３を有し得る。
第２導電型半導体層１２７は、第１最小強度Ｐ３と第１最大強度Ｐ２を含み得る。第１導電型半導体層１２４は、第２最小強度Ｐ５と第２最大強度Ｐ４を含み得る。第２最小強度Ｐ５は、第１最小強度Ｐ３と異なる値を有し得る。例示的に、第２最小強度Ｐ５が第１最小強度Ｐ３より大きくなり得る。
第１中間強度Ｐ１は、第１導電型半導体層内に配置される中間層１２４ｂのイオン強度と同一であり得る。すなわち、第１中間強度Ｐ１は、第２最小強度Ｐ５と対応し得る。第１最大強度Ｐ２は、電子遮断層１２９の第１−１区間１２９ａであり得る。また、第1最小強度Ｐ３は、第２導電型半導体層が第２電極（Ｐオーミック電極）と直接接触する表面層（第２−１導電型半導体層）であり得る。ＳＩＭＳ分析による結果は、物質の２次イオン強度またはドーピング濃度に対するスペクトラムで解析でき、２次イオン強度またはドーピング濃度の解析において、０．９倍以上〜１．１倍以内で発生するノイズを含み得る。したがって、「同一である」という記載は、一つの特定２次イオン強度またはドーピング濃度の０．９倍以上〜１．１倍以内のノイズを含んで指称し得る。この時、第１中間強度Ｐ１は、中間層１２４ｂの２次イオン強度のうち一番高い地点のイオン強度と同一のイオン強度を有し得る。
第２導電型半導体層１２７は、第１最小強度Ｐ３と第１中間強度Ｐ１との間で２個のピーク強度Ｐ１１と、２個のバレー強度Ｐ１２を有し得る。２個のピーク強度Ｐ１１は、バレー強度Ｐ１２より大きくなり得る。
活性層１２６の２次イオン強度は、第１最大強度Ｐ１及び第２最大強度Ｐ４より小さく、第１最小強度Ｐ３及び第２最小強度Ｐ５より大きくなり得る。活性層１２６の２次イオン強度は、複数個のピークＰ６１及び複数個のバレーＰ６２を有し得る。活性層１２６のピークＰ６１の強度は、活性層１２６のバレーＰ６２の強度より大きくなり得る。
アルミニウムイオン強度の測定は、ＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）スペクトラムによる方法以外に、ＴＥＭ、ＸＲＤなどの測定方法を適用し得る。
第１中間強度Ｐ１と第１最大強度Ｐ２の第１アルミニウム強度差Ｄ１と第１中間強度Ｐ１と第1最小強度Ｐ３の第２アルミニウム強度差Ｄ２の比Ｄ１：Ｄ２は、１：０．２〜１：２または１：０．２〜１：１であり得る。強度差が１：０．２より小さい場合には、第２アルミニウム強度差Ｄ２が相対的に小さくなるのでアルミニウム強度を充分に低めることが不可能な問題がある。したがって、第２電極との接触抵抗が増加し得る。また、強度差が１：２より大きくなる場合、第２アルミニウム強度差Ｄ２が相対的に大きくなるのでアルミニウム強度が急激に変化して結晶性が低下する問題がある。
従来には、第２導電型半導体層と電極のオーミックコンタクトのために薄いＧａＮ層を挿入した。しかし、この場合、ＧａＮ層はアルミニウムを含まないので、第２アルミニウム強度差Ｄ２が急激に大きくなることができる。したがって、第１アルミニウム強度差Ｄ１と第２アルミニウム強度差Ｄ２の比Ｄ１：Ｄ２は、１：０．２〜１：２の範囲を外れ得る。
図４を参照すると、ＳＩＭＳデータ上で第１厚さＷ１と第２厚さＷ２の比Ｗ１：Ｗ２は、１：０．２〜１：１であり得る。第１厚さＷ１は、第１中間強度Ｐ１と第１最大強度Ｐ２との間の発光構造物の厚さであり、第２厚さＷ２は、第１中間強度Ｐ１と第1最小強度Ｐ３との間の発光構造物の厚さであり得る。すなわち、第１中間強度Ｐ１は、表面で第２厚さＷ２内に配置され得、第１最大強度Ｐ２は、第１厚さＷ１内に配置され得る。
第１厚さＷ１と第２厚さＷ２の比Ｗ１：Ｗ２が１：０．２より小さい場合には、第２厚さＷ２が相対的に小さくなるので、第２導電型半導体層１２７内でアルミニウムの強度変化が急激になり得る。したがって、結晶性が低下し得る。
また、厚さ比が１：１より大きくなる場合、第２厚さＷ２が相対的に大きくなるので光抽出効率が減少する問題がある。
図５は、本発明の一実施例による発光構造物の写真であり、図６は、本発明の一実施例による第２導電型半導体層の表面を測定したＡＦＭデータである。
図５を参照すると、発光構造物は、第１導電型半導体層１２４、活性層１２６、電子遮断層１２９及び第２導電型半導体層１２７が順次に積層され得る。第２導電型半導体層１２７の表面１２７ａには、第２電極が直接接触してオーミックコンタクトを形成し得る。
図６を参照すると、第２導電型半導体層の表面層でクラスタ（Ｃｌｕｓｔｅｒ）が観察されることが確認できる。実施例によると、表面層である第２−１導電型半導体層のアルミニウム組成が１％〜１０％であるので、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮなどの物質がクラスタ形態で発生して接合面積が増加し得る。したがって、電気的特性が向上し得る。
図７は、本発明の他の実施例による発光構造物のアルミニウムイオン強度の変化を示したＳＩＭＳグラフである。
図７を参照すると、第１中間強度Ｐ１と第１最大強度Ｐ２の第１アルミニウム強度差Ｄ１と第１中間強度Ｐ１と第1最小強度Ｐ３の第２アルミニウム強度差Ｄ２の比Ｄ１：Ｄ２は、１：０．７２と測定された。したがって、比Ｄ１：Ｄ２は、１：０．２〜１：２を満足することが確認できる。第１アルミニウム強度差Ｄ１は、６．８と測定されて、第２アルミニウム強度差Ｄ２は、４．９と測定された。
図８は、本発明の一実施例による半導体素子の概念図であり、図９の（ａ）及び図９の（ｂ）は、本発明の実施例による半導体素子の平面図である。
図８を参照すると、発光構造物１２０は、上述の発光構造物１２０の構成がそのまま適用され得る。第１電極１４２は、リセス１２８の上面に配置されて第１導電型半導体層１２４と電気的に連結され得る。第２電極２４６は、第２導電型半導体層１２７の下部に形成され得る。
第２電極２４６は、第２−１導電型半導体層と接触して電気的に連結され得る。
第２電極２４６と接触する第２−１導電型半導体層１２７ａは、アルミニウムの組成が１％〜１０％であるのでオーミック連結が容易であり得る。また、第２−１導電型半導体層１２７ａは、厚さが１ｎｍより大きく３０ｎｍより小さいので光吸収量が少ないことがある。
第１電極１４２と第２電極２４６は、オーミック電極であり得る。第１電極１４２と第２電極２４６は、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、またはＮｉ／ＩｒＯｘ／Ａｕ／ＩＴＯ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｆのうち少なくとも一つを含んで形成できるが、このような材料に限定されない。
半導体素子の一側角領域には、第２電極パッド１６６が配置され得る。第２電極パッド１６６は、中央部分が陥没して上面が凹部と凸部を有し得る。上面の凹部にはワイヤ（図示せず）がボンディングされ得る。したがって、接着面積が広くなって第２電極パッド１６６とワイヤが一層堅くボンディングされ得る。
第２電極パッド１６６は、光を反射する作用をすることが可能なので、第２電極パッド１６６は、発光構造物１２０と近いほど光抽出効率が向上し得る。
第２電極パッド１６６の凸部の高さは、活性層１２６より高いことができる。したがって、第２電極パッド１６６は、活性層１２６から素子の水平方向に放出される光を上部に反射して光抽出効率を向上させて指向角を制御し得る。
第２電極パッド１６６の下部で第１絶縁層１３１が一部オープンされて、第２導電層１５０と第２電極２４６が電気的に連結され得る。パッシベーション層１８０は、発光構造物１２０の上部面と側面に形成され得る。パッシベーション層１８０は、第２電極２４６と隣接した領域や第２電極２４６の下部で第１絶縁層１３１と接触し得る。
第１絶縁層１３１がオープンされて第２電極２４６が第２導電層１５０と接触する部分の幅ｄ２２は、例えば、４０μｍ〜９０μｍであり得る。４０μｍより小さいと、動作電圧が上昇する問題があり、９０μｍより大きいと、第２導電層１５０を外部に露出させないための工程マージンの確保が困難であり得る。第２導電層１５０は、第２電極２４６の外側領域に露出されると、素子の信頼性が低下し得る。したがって、好ましくは、幅ｄ２２は、第２電極パッド１６６の全体幅の６０％〜９５％であり得る。
第１絶縁層１３１は、第１電極１４２を活性層１２６及び第２導電型半導体層１２７と電気的に絶縁させ得る。また、第１絶縁層１３１は、第２電極２４６と第２導電層１５０を第１導電層１６５と電気的に絶縁させ得る。
第１絶縁層１３１は、ＳｉＯ２、ＳｉｘＯｙ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉｘＮｙ、ＳｉＯｘＮｙ、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＡｌＮなどからなる群から少なくとも一つを選択して形成し得るが、これに限定しない。第１絶縁層１３１は、単層または多層で形成可能である。例示的に、第１絶縁層１３１は、銀Ｓｉ酸化物やＴｉ化合物を含む多層構造のＤＢＲ（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）であってもよい。しかし、必ずしもこれに限定せず、第１絶縁層１３１は、多様な反射構造を含み得る。
第１絶縁層１３１が絶縁機能を実行する場合、活性層１２６から側面に向けて放出される光を上向き反射させて光抽出効率を向上させ得る。後述のように、紫外線半導体素子ではリセス１２８の個数が多くなるほど光抽出効率は一層効果的であり得る。
第２導電層１５０は、第２電極２４６を覆うことができる。したがって、第２電極パッド１６６と、第２導電層１５０及び第２電極２４６は、一つの電気的チャンネルを形成し得る。
第２導電層１５０は、第２電極２４６を完全にカバーして第１絶縁層１３１の側面と上面に接し得る。第２導電層１５０は、第１絶縁層１３１との接着力が良い物質からなり、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕなどの物質で構成される群から選択される少なくとも一つの物質及びこれらの合金からなり得、単一層あるいは複数の層からなり得る。
第２導電層１５０が第１絶縁層１３１の側面と上面に接する場合、第２電極２４６の熱的、電気的信頼性が向上し得る。また、第１絶縁層１３１と第２電極２４６との間に放出される光を上部に反射する反射機能を有し得る。
第２導電層１５０は、第１絶縁層１３１と第２電極２４６との間に第２導電型半導体層が露出する領域である第２離隔距離にも配置され得る。第２導電層１５０は、第２離隔距離で第２電極２４６の側面と上面及び第１絶縁層１３１の側面と上面に接し得る。
また、第２離隔距離内で第２導電層１５０と第２導電型半導体層１２７が接してショットキー接合が形成される領域が配置され得、ショットキー接合を形成することで電流分散が容易になり得る。
第２絶縁層１３２は、第２電極２４６、第２導電層１５０を第１導電層１６５と電気的に絶縁させる。第１導電層１６５は、第２絶縁層１３２を貫通して第１電極１４２と電気的に連結され得る。
発光構造物１２０の下部面とリセス１２８の形状に沿って第１導電層１６５と接合層１６０が配置され得る。第１導電層１６５は、反射率に優れた物質からなり得る。例示的に、第１導電層１６５は、アルミニウムを含み得る。第１導電層１６５がアルミニウムを含む場合、活性層１２６から放出される光を上部に反射する役目をして光抽出効率を向上し得る。
接合層１６０は、導電性材料を含み得る。例示的に、接合層１６０は、金、スズ、インジウム、アルミニウム、シリコン、銀、ニッケル及び銅で構成される群から選択される物質またはこれらの合金を含み得る。
基板１７０は、導電性物質からなり得る。例示的に、基板１７０は、金属または半導体物質を含み得る。基板１７０は、電気伝導度及び／または熱伝導度に優れた金属であり得る。この場合、半導体素子の動作時に発生する熱を迅速に外部に放出し得る。
基板１７０は、シリコン、モリブデン、シリコン、タングステン、銅及びアルミニウムで構成される群から選択される物質またはこれらの合金を含み得る。
発光構造物１２０の上面には、凹凸が形成され得る。このような凹凸は、発光構造物１２０から出射される光の抽出効率を向上させ得る。凹凸は、紫外線波長によって平均高さが異なり、ＵＶ−Ｃの場合、３００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の高さを有し、平均５００ｎｍ〜６００ｎｍ程度の高さを有するとき、光抽出効率が向上し得る。
図９の（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施例による半導体素子の平面図である。
発光構造物１２０は、Ａｌ組成が高くなると、発光構造物１２０内で電流拡散特性が低下し得る。また、活性層１２６は、ＧａＮ基盤の青色発光素子に比べて側面に放出する光量が増加するようになる（ＴＭモード)。このようなＴＭモードは、紫外線半導体素子から発生し得る。
実施例によると、紫外線領域の波長帯を発光するＧａＮ半導体は、電流拡散のために青色発光するＧａＮ半導体に比べて相対的に多くの個数のリセス１２８を形成して第１電極１４２を配置し得る。
図９の（ａ）を参考すると、Ａｌの組成が高くなると、電流分散特性が悪くなることがある。したがって、各々の第１電極１４２に隣近地点にのみ電流が分散され、距離が遠い地点では電流密度が急激に低くなる。したがって、有効発光領域Ｐ２が狭くなることがある。有効発光領域Ｐ２は、電流密度が一番高い第１電極１４２の隣近地点での電流密度を基準として電流密度が４０％以下である境界地点までの領域と定義できる。例えば、有効発光領域Ｐ２は、リセス１２８の中心から５μｍ〜４０μｍの範囲で注入電流のレベル、Ａｌの組成によって調節し得る。
特に、隣接した第１電極１４２の間である低電流密度領域Ｐ３は、電流密度が低くて発光にほとんど寄与できない。したがって、実施例は、電流密度が低い低電流密度領域Ｐ３に第１電極１４２をさらに配置して光出力を向上させ得る。
一般的に、ＧａＮ半導体層の場合、相対的に電流分散特性が優秀なのでリセス１２８ 及び第１電極１４２の面積を最小化することが好ましい。リセス１２８と第１電極１４２の面積が大きくなるほど活性層１２６の面積が小さくなるためである。しかし、実施例の場合、Ａｌの組成が高くて電流拡散特性が相対的に劣るので、活性層１２６の面積を犠牲しても第１電極１４２の個数を増加させて低電流密度領域Ｐ３を減らすことが好ましい。
図９の（ｂ）を参照すると、リセス１２８の個数が４８個である場合には、リセス１２８が縦横方向に一直線に配置されず、ジグザグに配置され得る。この場合、低電流密度領域Ｐ３の面積は、一層狭くなって大部分の活性層が発光に関与できない。リセス１２８の個数が８２個〜１１０個になる場合、電流が一層効率的に分散されて動作電圧がより低くなり、光出力は向上し得る。ＵＶ−Ｃを発光する半導体素子では、リセス１２８の個数が７０個より少ない場合、電気的光学的特性が低下され、１１０個より多い場合、電気的特性は向上するが、発光層の体積が減って光学的特性が低下し得る。
複数個の第１電極１４２が第１導電型半導体層１２４と接触する第１面積は、発光構造物１２０の水平方向の最大断面積の７．４％以上２０％以下、または１０％以上２０％以下であり得る。第１面積は、各々の第１電極１４２が第１導電型半導体層１２４と接触する面積の和であり得る。
複数個の第１電極１４２の第１面積が７．４％未満である場合には、十分な電流拡散特性を有することが不可能なので光出力が減少し、２０％を超過する場合には、活性層及び第２電極の面積が過度に減少して動作電圧が上昇し、光出力が減少する問題がある。
また、複数個のリセス１２８の総面積は、発光構造物１２０の水平方向の最大断面積の１３％以上３０％以下であり得る。リセス１２８の総面積が前記条件を満足しないと、第１電極１４２の総面積を７．４％以上２０％以下に制御しにくい。また、動作電圧が上昇して光出力が減少する問題がある。
第２電極２４６が第２導電型半導体層１２７と接触する第２面積は、発光構造物１２０の水平方向の最大断面積の３５％以上７０％であり得る。第２面積は、第２電極２４６が第２導電型半導体層１２７と接触する総面積であり得る。
第２面積が３５％未満である場合には、第２電極の面積が過度に小さくなって動作電圧が上昇し、第２キャリア（例：正孔）の注入効率に劣る問題がある。第２面積が７０％を超過する場合には、第１面積を効果的に広げることが不可能なので第１キャリア（例：電子）の注入効率に劣る問題がある。
第１面積と第２面積は、反比例関係を有する。すなわち、第１電極の個数を増やすためにリセスの個数を増やす場合、第２電極の面積が減少するようになる。光出力を高めるためには、電子とホールの分散特性が均衡をなす必要がある。したがって、第１面積と第２面積の適正な割合を決めることが重要である。
複数個の第１電極が第１導電型半導体層に接触する第１面積と第２電極が第２導電型半導体層に接触する第２面積の比（第１面積：第２面積）は、１：３〜１：１０であり得る。
面積比が１：１０より大きくなる場合には、第１面積が相対的に小さくて電流分散特性が悪くなる。また、面積比が１：３より小さくなる場合、相対的に第２面積が小さくなる問題がある。
図１０は、本発明の一実施例による発光素子パッケージの概念図である。
半導体素子は、パッケージで構成され、樹脂（ｒｅｓｉｎ）やレジスト（ｒｅｓｉｓｔ）やＳＯＤまたはＳＯＧの硬化装置に使われ得る。または、半導体素子パッケージは、治療用医療用で使用したり空気清浄器や浄水器などの殺菌装置のような電子装置に使われ得る。
図１０を参照すると、半導体素子パッケージは、溝３が形成された基体２、基体２に配置される半導体素子１及び基体２に配置されて半導体素子１と電気的に連結される一対のリードフレーム５ａ、５ｂを含み得る。半導体素子１は、上述の構成を全て含み得る。
基体２は、紫外線光を反射する材質またはコーティング層を含み得る。基体２は、複数の層２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを積層して形成し得る。複数の層２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、同一の材質であるか、相異なる材質を含んでもよい。
溝３は、半導体素子から遠くなるほど広くなるように形成され、傾斜面には、段差３ａが形成され得る。
透光層４は、溝３を覆うことができる。透光層４は、ガラス材質であり得るが、必ずしもこれに限定しない。透光層４は、紫外線光を有効に透過可能な材質であれば、特別に制限しない。溝３の内部は、空の空間であり得る。
半導体素子は、照明システムの光源で使用したり、映像表示装置の光源や照明装置の光源で使われ得る。すなわち、半導体素子は、ケースに配置されて光を提供する多様な電子デバイスに適用され得る。例示的に、半導体素子とＲＧＢ蛍光体を混合して使用する場合、演色性（ＣＲＩ）に優れた白色光を具現し得る。
上述した半導体素子は、発光素子パッケージで構成され、照明システムの光源で使用できる。例えば、映像表示装置の光源や照明装置などの光源で使われ得る。
映像表示装置のバックライトユニットで使われるとき、エッジタイプのバックライトユニットで使用したり直下タイプのバックライトユニットで使われ得る。照明装置の光源で使われるとき、灯器具やバルブタイプで使用可能であり、また、移動端末機の光源でも使われ得る。
発光素子は、上述した発光ダイオード以外にレーザーダイオードがある。
レーザーダイオードは、発光素子と同様に、上述した構造の第１導電型半導体層と活性層及び第２導電型半導体層を含み得る。そして、ｐ−型の第１導電型半導体とｎ−型の第２導電型半導体を接合させた後に電流を流したとき、光が放出されるｅｌｅｃｔｒｏ−ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ（電界発光）現象を利用するが、放出される光の方向性と位相において差異がある。すなわち、レーザーダイオードは、励起放出（ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ）という現象と補強干渉現象などを利用して一つの特定の波長（単色光、ｍｏｎｏｃｈｒｏｍａｔｉｃ ｂｅａｍ）を有する光が同一の位相を有して同一の方向に放出され得、このような特性によって光通信や医療用装備及び半導体工程装備などに使われ得る。
受光素子としては、光を検出してその強度を電気信号に変換する一種のトランスデューサーである光検出器（ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ）が例として挙げられる。このような光検出器として、光電池（シリコン、セレン）、光出力前素子（硫化カドミウム、セレン化カドミウム）、フォトダイオード（例えば、ｖｉｓｉｂｌｅ ｂｌｉｎｄ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒｅｇｉｏｎやｔｒｕｅ ｂｌｉｎｄ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒｅｇｉｏｎでピーク波長を有するＰＤ）、フォトトランジスタ、光電子増配管、光電管（真空、ガス封入）、ＩＲ（Ｉｎｆｒａ−Ｒｅｄ）検出器などがあるが、実施例はこれに限定されない。
また、光検出器のような半導体素子は、一般的に光変換効率に優れた直接遷移半導体（ｄｉｒｅｃｔ ｂａｎｄｇａｐ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を利用して製作できる。または、光検出器は、構造が多様であって最も一般的な構造としては、ｐ−ｎ接合を利用するｐｉｎ型光検出器と、ショットキー接合（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を利用するショットキー型光検出器と、ＭＳＭ（Ｍｅｔａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｍｅｔａｌ）型光検出器などがある。
フォトダイオード（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）は、発光素子と同様に、上述した構造の第１導電型半導体層と活性層及び第２導電型半導体層を含み得、ｐｎ接合またはｐｉｎ構造からなる。フォトダイオードは、逆バイアスあるいはゼロバイアスを加えて動作するようになり、光がフォトダイオードに入射すると、電子と正孔が生成されて電流が流れる。この時、電流のサイズは、フォトダイオードに入射する光の強度にほとんど比例し得る。
光電池または太陽電池（ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ）は、フォトダイオードの一種であって、光を電流に変換し得る。太陽電池は、発光素子と同様に、上述した構造の第１導電型半導体層と活性層及び第２導電型半導体層を含み得る。
また、ｐ−ｎ接合を利用した一般的なダイオードの整流特性を通じて電子回路の整流器で利用することもでき、超高周波回路に適用されて発振回路などに適用し得る。
また、上述した半導体素子は、必ずしも半導体のみで具現されず、場合によって、金属物質をさらに含み得る。例えば、受光素子のような半導体素子は、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｎ、Ｚｎ、Ｓｅ、ＰまたはＡｓのうち少なくとも一つを利用して具現することが可能であり、ｐ型やｎ型ドーパントによりドーピングされた半導体物質や真性半導体物質を利用しても具現し得る。
以上、実施例を中心として説明したが、これは例示的なものに過ぎず、本発明を限定するものではない。本発明が属する技術の分野において通常の知識を有する者であれば、本実施例の本質的な特性を逸脱しない範囲内で、以上で例示しない様々な変形と応用が可能である。例えば、実施例に具体的に示した各構成要素は変形して実施できる。そして、このような変形と応用に係る差異は、添付された請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものと解釈すべきである。

Claims (16)

  1. アルミニウムを含む第１導電型半導体層、
    アルミニウムを含む第２導電型半導体層、及び
    アルミニウムを含んで前記第１導電型半導体層と前記第２導電型半導体層との間に配置される活性層を含む発光構造物を含み、
    前記発光構造物に１次イオンの照射時にアルミニウムを含む２次イオンが前記第１導電型半導体層、前記活性層及び前記第２導電型半導体層に放出され、
    前記第２導電型半導体層の２次イオン強度は、第１最大強度と第１最小強度を有し、
    前記第１導電型半導体層の２次イオン強度は、前記第１最小強度とは異なる第２最小強度を有し、
    前記第２導電型半導体層の表面から第１距離内で前記第２導電型半導体層は前記２次イオンの第１中間強度を有し、前記第１中間強度は、前記第２最小強度と対応し、前記第１中間強度は、第１最小強度と第１最大強度との間にあり、
    前記第１最大強度は、前記第１距離から第２距離内にあり、
    前記第２距離Ｗ１と前記第２距離Ｗ２の比は、１：０．２〜１：１であることを特徴とする半導体素子。
  2. 前記第１最大強度と前記第２最小強度との間の第１強度差Ｄ１は、前記第１最小強度と前記第２最小強度との間の第２強度差Ｄ２より大きいことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
  3. 前記第１強度差と前記第２強度差の比は、１：０．２〜１：２であることを特徴とする請求項２に記載の半導体素子。
  4. 前記第２導電型半導体層の２次イオン強度は、前記第１最小強度と第１中間強度との間で２個のピーク強度と２個のバレー強度を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
  5. 前記２個のピーク強度は、前記バレー強度より強度が高いことを特徴とする請求項４に記載の半導体素子。
  6. 前記第２導電型半導体層は、Ｐタイプ半導体層と遮断層を含み、前記第１導電型半導体層は、Ｎタイプ半導体層を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
  7. 前記第１導電型半導体層の２次イオン強度は、前記活性層と一番近い領域で第２最大強度を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
  8. 前記活性層の２次イオン強度は、前記第１最大強度及び第２最大強度より低く、前記第１最小強度及び第２最小強度より高いことを特徴とする請求項７に記載の半導体素子。
  9. 前記活性層の２次イオン強度は、複数個のピーク及び複数個のバレーを有することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
  10. 前記活性層のピーク強度は、前記活性層のバレー強度より大きいことを特徴とする請求項９に記載の半導体素子。
  11. 前記第１導電型半導体層に電気的に連結される第１電極；及び
    前記第２導電型半導体層に電気的に連結される第２電極を含み、
    前記第２導電型半導体層は、前記第２電極が配置される表面層を含み、前記表面層は、前記活性層の反対側に位置し、
    前記第２導電型半導体層は、前記表面層で前記第１最小強度を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
  12. 前記第２導電型半導体層は、前記活性層と一番近く配置される遮断層を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
  13. 前記遮断層で前記第１最大強度を有することを特徴とする請求項１２に記載の半導体素子。
  14. 前記第１導電型半導体層は、第１−１導電型半導体層、第１−２導電型半導体層、及び前記第１−１導電型半導体層と第１−２導電型半導体層との間に配置される中間層を含み、
    前記中間層のアルミニウム組成は、３０％〜６０％であることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
  15. 前記第２導電型半導体層は、前記第２電極と接触する第２−１導電型半導体層、及び前記活性層と第２−１導電型半導体層との間に配置される第２−２導電型半導体層、及び前記活性層と前記第２−２導電型半導体層との間に配置される第２−３導電型半導体層を含むことを特徴とする請求項１１に記載の半導体素子。
  16. 基体；及び
    前記基体に配置される半導体素子を含み、
    前記半導体素子は、
    アルミニウムを含む第１導電型半導体層、アルミニウムを含む第２導電型半導体層、及びアルミニウムを含み、前記第１導電型半導体層と前記第２導電型半導体層との間に配置される活性層を含む発光構造物を含み、
    前記発光構造物に１次イオンの照射時に、アルミニウムを含む２次イオンが前記第１導電型半導体層、前記活性層及び前記第２導電型半導体層から放出され、
    前記第２導電型半導体層の２次イオン強度は、第１最大強度と第１最小強度を有し、
    前記第１導電型半導体層の２次イオン強度は、前記第１最小強度と異なる第２最小強度を有し、
    前記第２導電型半導体層の表面から第１郷里内で、前記第２導電型半導体層は前記２次イオンの第１中間強度を有し、前記第１中間強度は、前記第２最小強度と対応さし、前記第１中間強度は、第１最小強度と第１最大強度との間にあり、
    前記第１最大強度は、前記第１距離から第２距離内にあり、
    前記第２距離Ｗ１と前記第１距離Ｗ２の比は、１：０．２〜１：１であることを特徴とする半導体素子パッケージ。
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