JP2019519123A - 半導体素子およびこれを含む半導体素子パッケージ - Google Patents

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Abstract

実施例は、第１導電型半導体層、第２導電型半導体層、前記第１導電型半導体層と第２導電型半導体層間に配置される活性層、および前記第１導電型半導体層と前記活性層間、または前記第１導電型半導体層の内部に配置される中間層を含む発光構造物を含み、前記第１導電型半導体層、中間層、活性層、および第２導電型半導体層はアルミニウムを含み、前記中間層は前記第１導電型半導体層よりアルミニウム組成が低い第１中間層を含む半導体素子、半導体素子パッケージ、および半導体素子製造方法を開示する。【選択図】図１

Description

実施例は半導体素子、およびこれを含む半導体素子パッケージに関するものである。
ＧａＮ、ＡｌＧａＮなどの化合物を含む発光素子は、広くて調整が容易なバンドギャップエネルギーを有するなどの多くの長所を有しているため、発光素子、受光素子および各種ダイオードなどに多様に使用され得る。
特に、半導体の３−５族または２−６族化合物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、薄膜成長技術および素子材料の開発により赤色、緑色、青色および紫外線などの多様な色を具現することができ、蛍光物質を利用したり色を組み合わせることによって効率のよい白色光線の具現も可能であり、蛍光灯、白熱灯などの既存の光源と比べて低消費電力、半永久的な寿命、迅速な応答速度、安全性、環境親和性の長所を有する。
それだけでなく、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によって、ガンマ線からラジオ波長領域までの多様な波長領域の光を利用することができる。また迅速な応答速度、安全性、環境親和性および素子材料の容易な調節の長所を有しているため、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することができる。
したがって、発光素子は、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）を代替でき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できる白色発光ダイオード照明装置、自動車ヘッドライトおよび信号灯およびＧａｓや火災を感知するセンサなどにまで応用が拡大している。また、半導体素子は高周波応用回路やその他電力制御装置、通信用モジュールにまでその応用が拡大され得る。
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するため、硬化用、医療用、および殺菌用として使用され得る。
最近紫外線発光素子に対する研究が活発であるが、まだ紫外線発光素子は垂直型に実現し難い問題があり、基板を分離する過程で結晶性が低下する問題がある。
一般的な半導体素子はそれぞれの半導体層間の格子の不一致および熱膨張係数の差によって半導体層にストレイン（ｓｔｒａｉｎ）が変化され得る。前記ストレインの変化は、半導体層内に転位（ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）や欠陥（ｄｅｆｅｃｔ）を引き起こし得る。前記転位または欠陥はＶピットやクラック（ｃｒａｃｋ）発生の原因となり得、Ｖピットやクラックは漏洩電流を発生させる問題がある。
実施例は垂直型紫外線半導体素子を提供する。
また、結晶性が優秀な半導体素子を提供する。
また、光出力が向上した半導体素子を提供する。
実施例はｐドーパントの後方拡散（ｂａｃｋ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）を改善して光抽出効率を向上させる半導体素子を提供することができる。
実施例で解決しようとする課題はこれに限定されず、下記で説明する課題の解決手段や実施形態から把握され得る目的や効果も含まれる。
本発明の一実施例に係る半導体素子は、第１導電型半導体層、第２導電型半導体層、前記第１導電型半導体層と第２導電型半導体層間に配置される活性層、および前記第１導電型半導体層と前記活性層間、または前記第１導電型半導体層の内部に配置される中間層を含む発光構造物を含み、前記第１導電型半導体層、中間層、活性層、および第２導電型半導体層はアルミニウムを含み、前記中間層は前記第１導電型半導体層よりアルミニウム組成が低い第１中間層を含む。
前記中間層は前記第１中間層、および前記第１中間層よりアルミニウム濃度が高い第２中間層を含むことができる。
前記第２中間層のアルミニウム組成は前記第１導電型半導体層のアルミニウム組成より高くてもよい。
前記第１中間層と第２中間層は交互に複数個積層され得る。
前記第１中間層の厚さは前記第２中間層の厚さより厚くてもよい。
前記第１中間層と第２中間層の厚さ比は２：１〜６：１であり得る。
前記中間層の全体の厚さは５０ｎｍより大きく１０００ｎｍより小さくてもよい。
前記第１中間層のアルミニウム組成は３０％〜６０％であり得る。
前記第２中間層のアルミニウム組成は６０％〜１００％であり得る。
前記第１導電型半導体層は第１−１導電型半導体層、および第１−２導電型半導体層を含み、前記中間層は第１−１導電型半導体層、および第１−２導電型半導体層間に配置され得る。
前記第１−２導電型半導体層は前記第１−１導電型半導体層より前記活性層に近くてもよい。
前記第１−２導電型半導体層のアルミニウム組成は前記第１−１導電型半導体層のアルミニウム組成より低くてもよい。
前記第１−１導電型半導体層の厚さは前記第１−２導電型半導体層の厚さより厚くてもよい。
前記発光構造物は、前記第２導電型半導体層と活性層を貫通して前記第１−２導電型半導体層の一部の領域まで配置される複数個のリセスを含むことができる。
前記複数個のリセスの内部に配置されて前記第１−２導電型半導体層と電気的に連結される連結電極を含む第１導電層を含むことができる。
前記中間層は前記第１導電型半導体層と活性層間に配置され得る。
前記発光構造物は、前記第２導電型半導体層、活性層、および中間層を貫通して前記第１導電型半導体層の一部の領域まで配置される複数個のリセスを含むことができる。
前記複数個のリセスの内部に配置されて前記第１導電型半導体層と電気的に連結される連結電極を含む第１導電層を含むことができる。
本発明の一実施例に係る半導体素子パッケージは、胴体；および前記胴体に配置される半導体素子を含み、前記半導体素子は、第１導電型半導体層、第２導電型半導体層、前記第１導電型半導体層と第２導電型半導体層間に配置される活性層、および前記第１導電型半導体層と前記活性層間、または前記第１導電型半導体層の内部に配置される中間層を含む発光構造物を含み、前記第１導電型半導体層、中間層、活性層、および第２導電型半導体層はアルミニウムを含み、前記中間層は前記第１導電型半導体層よりアルミニウム組成が低い第１中間層を含むことができる。
本発明の一実施例に係る半導体素子製造方法は、基板上に光吸収層と前記請求項１に係る発光構造物を順次形成する段階；および前記基板にレーザーを照射して前記光吸収層と前記第１導電型半導体層を分離する段階を含み、前記分離する段階で、前記光吸収層と前記中間層は前記レーザーを吸収することができる。
実施例によると垂直型紫外線発光素子を製造することができる。
また、紫外線発光素子の結晶性を向上させることができる。
また、光出力を向上させることができる。
また、転位の伝播を改善することによって、最終半導体層のＴＤＤ（Ｔｈｒｅａｄｉｎｇ ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ Ｄｅｎｓｉｔｙ）を減らして発光効率を改善することができる。
また、第２導電型半導体層、ＥＢＬの第２導電型ドーパントのドーピング濃度を一定に維持することによって、ＥＢＬから活性層へのｐドーパントの後方拡散（ｂａｃｋ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）を改善して光抽出効率を向上させることができる。
また、転位や欠陥を改善して漏洩電流による電気的特性の低下を改善することができる。
また、転位や欠陥を改善して紫外線発光素子のｆｕｌｌｙ ＴＥ偏光を実現することができる。
本発明の多様かつ有益な長所と効果は前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においてより容易に理解できるはずである。
本発明の一実施例に係る発光構造物の概念図。 本発明の他の実施例に係る発光構造物の概念図。 本発明の一実施例に係る半導体素子の概念図。 本発明の他の実施例に係る半導体素子の概念図。 本発明のさらに他の実施例に係る半導体素子の概念図。 図５ａの変形例。 本発明の実施例に係る半導体素子の平面図。 本発明の実施例に係る半導体素子の平面図。 光吸収層、および中間層が形成された発光構造物の概念図。 バルク構造を有する光吸収層の断面写真。 超格子構造を有する光吸収層の断面写真。 基板を分離する過程を説明するための図面。 発光構造物を食刻する過程を説明するための図面。 製造された半導体素子を示す図面。 本発明の一実施例に係る半導体素子パッケージの概念図。 実施例に係る半導体素子を示した断面図。 図１のＡ領域を図示した半導体素子の断面図。 第２−２導電型半導体層および第２−３導電型半導体層のドーパント濃度をＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ−ｉｏｎ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）で分析した図面。 比較例と実施例のＲＳＭ ＤＡＴＡを比較したグラフ。 比較例と実施例のＲＳＭ ＤＡＴＡを比較したグラフ。 実施例の第２−３導電型半導体層の表面を図示した図面。 実施例の半導体素子の製造方法を図示した断面図。 実施例の半導体素子の製造方法を図示した断面図。 実施例の半導体素子の製造方法を図示した断面図。 実施例の半導体素子の製造方法を図示した断面図。 実施例に係る発光素子パッケージを図示した断面図。
本実施例は他の形態に変形または多様な実施例を互いに組み合わせることができ、本発明の範囲は以下で説明されるそれぞれの実施例に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ておらずとも、他の実施例でその事項と反対または矛盾する説明がない限り、他の実施例に関連した説明と理解され得る。
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とすれば、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ていなくても反対または矛盾する説明がない限り、本発明の技術的範囲に属するものと理解されるべきである。
実施例の説明において、いずれか一つのｅｌｅｍｅｎｔが他のｅｌｅｍｅｎｔの「上（うえ）または下（した）（ｏｎ ｏｒ ｕｎｄｅｒ）」に形成されるものと記載される場合において、上（うえ）または下（した）（ｏｎ ｏｒ ｕｎｄｅｒ）は二つのｅｌｅｍｅｎｔが互いに直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）接触するか一つ以上の他のｅｌｅｍｅｎｔが前記両ｅｌｅｍｅｎｔの間に配置されて（ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ）形成されるものをすべて含む。また「上（うえ）または下（した）（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なく下側方向の意味も含むことができる。
以下では添付した図面を参照して本発明の実施例について本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。
本発明の実施例に係る発光構造物は紫外線波長帯の光を出力することができる。例示的に発光構造物は近紫外線波長帯の光ＵＶ−Ａを出力することもでき、遠紫外線波長帯の光ＵＶ−Ｂを出力することもでき、深紫外線波長帯の光ＵＶ−Ｃを出力することもできる。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範囲の波長を有することができ、遠紫外線波長帯の光ＵＶ−Ｂは２８０ｎｍ〜３２０ｎｍ範囲の波長を有することができ、深紫外線波長帯の光ＵＶ−Ｃは１００ｎｍ〜２８０ｎｍ範囲の波長を有することができる。
図１は、本発明の一実施例に係る発光構造物の概念図である。
実施例に係る発光構造物１２０Ａは、第１導電型半導体層１２４、第２導電型半導体層１２７、活性層１２６、および第１導電型半導体層１２４と活性層１２６の間に配置される中間層１２５を含む。
第１導電型半導体層１２４、中間層１２５、活性層１２６、および第２導電型半導体層１２７はアルミニウムを含む。アルミニウムの組成は所望の紫外線波長帯に従って調節され得る。
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され得、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などで選択され得る。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。
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の間に配置される。活性層１２６は第１導電型半導体層１２４を通じて注入される電子（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つれ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することができる。
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、量子ドット構造または量子細線構造のうちいずれか一つの構造を有することができ、活性層１２６の構造はこれに限定されない。
中間層１２５は第１導電型半導体層１２４と活性層１２６の間に配置され得る。中間層１２５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１２５ａおよび第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１２５ｂを含む。第１中間層１２５ａと第２中間層１２５ｂは交互に複数個が配置され得る。
第１中間層１２５ａ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くてもよい。第１中間層１２５ａはＬＬＯ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割を遂行することができる。したがって、実施例に係る半導体素子は活性層の損傷が減少して光出力および電気的特性と信頼性が向上し得る。
第１中間層１２５ａ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。第１中間層１２５ａ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。例示的に第１中間層１２５ａはＡｌＧａＮであり得るが必ずしもこれに限定されない。
第２中間層１２５ｂ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高くてもよい。第２中間層１２５ｂは第１中間層１２５ａにより低くなったアルミニウム組成を高めることによって、中間層１２５の下部で伝達される格子欠陥の進行方向がその第１中間層１２５ａと第２中間層１２５ｂの界面で変わり得る。複数の格子欠陥が界面で互いに併合されることによって、中間層１２５の上部に進行する格子欠陥が低減され得る。したがって、中間層１２５上に成長するエピタキシャル層の格子欠陥を減らし結晶性が向上し得る。また、第１導電型半導体層１２４とＡｌ含有量が異なることによる屈折率の差によって光抽出効率を向上させることができる。
例示的に第２中間層１２５ｂのアルミニウム組成は６０％〜１００％であり、厚さは０．１ｎｍ〜２．０ｎｍであり得る。第２中間層１２５ｂはＡｌＧａＮまたはＡｌＮであり得るが必ずしもこれに限定されない。
例示的に２４６ｎｍの波長のレーザーを吸収するために、第１中間層１２５ａの厚さは第２中間層１２５ｂの厚さより厚くてもよい。第１中間層１２５ａの厚さは１．０ｎｍ〜１０．０ｎｍであり得、第２中間層１２５ｂの厚さは０．５ｎｍ〜２．０ｎｍであり得る。
第１中間層１２５ａと第２中間層１２５ｂの厚さ比（第１中間層：第２中間層）は２：１〜６：１であり得る。厚さ比が２：１より大きいとレーザーを十分に吸収できる第１中間層厚を確保することができ、厚さ比を６：１より小さくする場合、第２中間層の厚さを確保して全体の中間層のアルミニウム組成を調節することができる。
もし、厚さ比が２：１より小さい場合、第１中間層１２５ａが薄くなってレーザーを十分に吸収することが難しく、厚さ比が６：１より大きい場合、第２中間層１２５ｂが過度に薄くなって全体の中間層のアルミニウム組成が低くなる問題がある。
中間層１２５の全体の厚さは５０ｎｍより大きく１０００ｎｍより小さくてもよい。この範囲を満足する場合、レーザーを十分に吸収しながらも結晶性を維持することができる。厚さが５０ｎｍより小さい場合、第１中間層１２５ａの厚さが薄くなって２４６ｎｍレーザーを十分に吸収し難い問題があり、厚さが１０００ｎｍより大きくなる場合、中間層のアルミニウム組成が低くなって結晶性が悪化する問題がある。
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され得、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がＡｌＧａＮである場合、低い電気電導度によって正孔の注入が円滑でないこともある。したがって、相対的に電気電導度が優秀であり、第２導電型半導体層１２６と同じ極性のＧａＮを第２導電型半導体層１２７の底面に配置することもできる。しかし、必ずしもこれに限定されず、第２導電型半導体層１２７のアルミニウム組成を１％〜１０％まで減らして第２電極とオーミックをなすこともできる。
図２は、本発明の他の実施例に係る発光構造物の概念図である。
実施例に係る発光構造物１２０Ｂは、第１導電型半導体層１２４ａ、１２４ｂ、第２導電型半導体層１２７、第１導電型半導体層１２４ａ、１２４ｂと第２導電型半導体層１２７の間に配置される活性層１２６を含み、第１導電型半導体層１２４ａ、１２４ｂの内部に配置される中間層１２５を含む。
第１導電型半導体層１２４ａ、１２４ｂは第１−１導電型半導体層１２４ａと第１−２導電型半導体層１２４ｂを含み、中間層１２５は第１−１導電型半導体層１２４ａと第１−２導電型半導体層１２４ｂの間に配置され得る。
第１−２導電型半導体層１２４ｂ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１２４ｂのアルミニウム組成は第１−１導電型半導体層１２４ａより低くてもよい。第１−２導電型半導体層１２４ｂ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１２４ｂの厚さは第１−１導電型半導体層１２４ａの厚さより薄くてもよい。第１−１導電型半導体層１２４ａは第１−２導電型半導体層１２４ｂ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が十分に成長した後に中間層１２５が形成されるため、全体の発光構造物１２０の結晶性が向上し得る。
中間層１２５の構成（アルミニウム組成、厚さなど）は図１で説明した構成がそのまま適用され得る。必要に応じて中間層１２５には第１ドーパントがドーピングされ得る。
図３は本発明の一実施例に係る半導体素子の概念図、図４は本発明の他の実施例に係る半導体素子の概念図である。
発光構造物１２０Ａの構造は図１で説明した構造がそのまま適用され得る。図３を参照すると、リセス１２８は第２導電型半導体層１２７、活性層１２６を貫通して中間層１２５の一部の領域まで配置され得る。
第１電極１４２は中間層１２５と接触して第１導電型半導体層１２４と電気的に連結され得る。中間層１２５は第１導電型半導体層１２４と比べてアルミニウムの組成が低いため、電流の分散に有利となり得る。しかし、必ずしもこれに限定されず、リセス１２８は中間層１２５を貫通して第１導電型半導体層１２４の一部の領域に配置されてもよい。
中間層１２５はｎドーパントがドーピングされ得る。したがって、中間層１２５は第１導電型半導体層１２４内でアルミニウムの組成が低い第１−３導電型半導体層と定義してもよい。
第１導電層１６５は、リセス１２８内に配置されて第１導電型半導体層１２４と電気的に連結される連結電極１６７を含む。連結電極１６７と第１導電型半導体層１２４の間には第１電極１４２が配置され得る。第１電極１４２はオーミック電極であり得る。
第１リセス１２８の上面で発光構造物の上面までの距離が１μｍ〜４μｍとなるように配置することができる。発光構造物の上面とリセス１２８の上面が１μｍ未満の場合、発光素子の信頼性が低下され得、４μｍを超過する場合、発光構造物の内部に配置される結晶欠陥などによって光抽出効率が低下することもある。
第２導電層１５０は第２導電型半導体層１２７の下部面に配置されて電気的に連結され得る。第２導電層１５０は複数個の連結電極１６７の間領域に配置され得る。第２導電層１５０は一領域が露出して電極パッドと電気的に連結され得る。図示してはいないが、第２導電層１５０と第２導電型半導体層１２７の間には第２電極（オーミック電極）が配置され得る。
第１導電層１６５と第２導電層１５０は透明伝導性酸化膜（Ｔｒａｎｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｏｘｉｄｅ；ＴＣＯ）で形成され得る。透明伝導性酸化膜は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＡＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＡＧＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＡＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＧＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＧＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＡＴＯ（Ａｎｔｉｍｏｎｙ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＧＺＯ（Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯＮ（ＩＺＯ Ｎｉｔｒｉｄｅ）、ＺｎＯ、ＩｒＯｘ、ＲｕＯｘおよびＮｉＯなどで選択され得る。
第１導電層１６５と第２導電層１５０は、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｆなどのような不透明金属を含むこともできる。また、第１導電層１６５は透明伝導性酸化膜と不透明金属が混合された一つまたは複数個の層で形成され得るが、これに限定されない。
絶縁層１３０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が選択されて形成され得るが、これに限定されない。絶縁層１３０は連結電極１６７を活性層１２６、および第２導電型半導体層１２７と電気的に絶縁することができる。
図４は、本発明の他の実施例に係る半導体素子の概念図である。
発光構造物１２０Ｂの構造は図２で説明した構造がそのまま適用され得る。図４を参照すると、第１導電型半導体層１２４は第１−１導電型半導体層１２４ａ、および第１−２導電型半導体層１２４ｂを含み、中間層１２５は第１−１導電型半導体層１２４ａ、および第１−２導電型半導体層１２４ｂの間に配置され得る。
リセス１２８は、第２導電型半導体層１２７、活性層１２６、第１−２導電型半導体層１２４ｂを貫通して中間層１２５の一部の領域まで配置され得る。中間層１２５は第１導電型半導体層１２４と比べてアルミニウムの組成が低いため、電流の分散に有利である。
しかし、必ずしもこれに限定されず、リセス１２８は第１−２導電型半導体層１２４ｂの一部の領域に配置されてもよい。
この時、第１−２導電型半導体層１２４ｂ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、第１−２導電型半導体層１２４ｂのアルミニウム組成および厚さは第１−１導電型半導体層１２４ａのアルミニウム組成および厚さより小さくてもよい。
第２中間層１２５ｂの厚さは５００ｎｍより大きく１０００ｎｍより小さくてもよい。第１中間層１２５ａの厚さは６００ｎｍ〜１５００ｎｍであり得る。第１中間層１２５ａの厚さは凹凸パターンの深さにより変わり得る。
発光構造物１２０は、第２導電型半導体層１２７と活性層１２６を貫通して第１−２導電型半導体層１２４ｂの一部の領域まで配置される複数個のリセス１２８を含むことができる。
第１導電層１６５は、複数個のリセス１２８内部に配置されて第１−２導電型半導体層１２４ｂと電気的に連結される連結電極１６７、および第１−２導電型半導体層１２４ｂと連結電極１６７の間に配置される第１電極１４２を含むことができる。第１−２導電型半導体層１２４ｂは相対的にアルミニウム含有量が低いため、電流注入および分散に有利となり得る。しかし、必ずしもこれに限定されず、第１−１導電型半導体層１２４ａと第１−２導電型半導体層１２４ｂはアルミニウム組成が同じでもよく、リセス１２８は第１−１導電型半導体層１２４ａの一部の領域まで形成されてもよい。
図５ａは本発明のさらに他の実施例に係る半導体素子の概念図、図５ｂは図５ａの変形例である。
図５ａの発光構造物１２０は図１で説明した発光構造物１２０の構成がそのまま適用され得る。リセス１２８は、第２導電型半導体層１２７、活性層１２６を貫通して中間層１２５の一部の領域まで配置され得る。しかし、必ずしもこれに限定されず、リセス１２８は中間層１２５を貫通して第１導電型半導体層１２４の一部の領域に配置されてもよい。
図５ｂを参照すると、リセス１２８は第２導電型半導体層１２７、活性層１２６、第１−２導電型半導体層１２４ｂを貫通して中間層１２５の一部の領域まで配置され得る。
中間層１２５は第１導電型半導体層１２４と比べてアルミニウムの組成が低いため、電流の分散に有利である。中間層１２５はｎドーパントがドーピングされ得る。しかし、必ずしもこれに限定されず、リセス１２８は第１−２導電型半導体層１２４ｂの一部の領域に配置されてもよい。
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され得るが、このような材料に限定されはしない。
半導体素子の一側の角領域には第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することができる。上面の凹部にはワイヤー（図示されず）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とワイヤーがさらに堅固にボンディングされ得る。
第２電極パッド１６６は光を反射できるため、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より高くてもよい。したがって第２電極パッド１６６は活性層１２６で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、指向角を制御することができる。
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と接触することができる。
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が第２電極２４６の外側領域に露出すると、素子の信頼性が低下され得る。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および第２導電型半導体層１２７と電気的に絶縁させることができる。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ることができる。
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が選択されて形成され得るが、これに限定されない。第１絶縁層１３１は単層または多層で形成され得る。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）でもよい。しかし、必ずしもこれに限定されず、第１絶縁層１３１は多様な反射構造を含むことができる。
第１絶縁層１３１が絶縁機能を遂行する場合、活性層１２６から側面に向かっ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ることができる。後述するように、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より有効であり得る。
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、および第２電極２４６は一つの電気的チャネルを形成することができる。
第２導電層１５０は第２電極２４６を完全に囲んで第１絶縁層１３１の側面と上面に接することができる。第２導電層１５０は第１絶縁層１３１との接着力がよい物質で構成され、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およびこれらの合金で構成され得、単一層あるいは複数の層で構成され得る。
第２導電層１５０が第１絶縁層１３１の側面と上面と接する場合、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の間に放出される光を上部に反射する反射機能を有することができる。
第２導電層１５０は第１絶縁層１３１と第２電極２４６の間に第２導電型半導体層が露出する領域である第２隔離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の側面と上面および第１絶縁層１３１の側面と上面に接することができる。
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によって電流の分散が容易となり得る。
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は反射率が優秀な物質で構成され得る。例示的に第１導電層１６５はアルミニウムを含むことができる。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割をして光抽出効率を向上させることができる。
接合層１６０は導電性材料を含むことができる。例示的に接合層１６０は、金、錫、インジウム、アルミニウム、シリコン、銀、ニッケル、およ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むことができる。
基板１７０は導電性物質で構成され得る。例示的に基板１７０は金属または半導体物質を含むことができる。基板１７０は電気伝導度および／または熱電導度が優秀な金属であり得る。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することができる。
基板１７０はシリコン、モリブデン、シリコン、タングステン、銅およ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むことができる。
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から出射する光の抽出効率を向上させることができる。凹凸は紫外線波長により平均高さが異なり得、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時に光抽出効率が向上し得る。
図６ａおよび図６ｂは、本発明の実施例に係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され得る。また、活性層１２６はＧａＮ基盤の青色発光素子と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で発生し得る。
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半導体と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を配置することができる。
図６ａを参照すると、Ａｌの組成が高くなると電流の分散特性が悪化し得る。したがって、それぞれの第１電極１４２に近い地点にのみ電流が分散し、距離が遠い地点では電流密度が急激に低くなり得る。したがって、有効発光領域Ｐ２が狭くなり得る。有効発光領域Ｐ２は電流密度が最も高い第１電極１４２の近隣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することができる。例えば、有効発光領域Ｐ２はリセス１２８の中心から４０μｍ以内の領域で注入電流のレベル、Ａｌ組成により調節され得る。
特に、隣り合う第１電極１４２の間である低電流密度領域Ｐ３は電流密度が低いため、発光に殆ど寄与しない。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ることができる。
一般的にＧａＮ半導体層の場合、相対的に電流の分散特性が優秀であるため、リセス１２８および第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低下するため、活性層１２６の面積を犠牲にしても第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６ｂを参照すると、リセス１２８の個数が４８個の場合にはリセス１２８が横縦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の面積はさらに狭くなって殆どの活性層が発光に参加することができる。リセス１２８の個数が７０個〜１１０個となる場合、電流がさらに効率的に分散して動作電圧はさらに低くなり、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得、１１０個より多い場合、電気的特性は向上し得るが発光層の体積が減少して光学的特性が低下され得る。
複数個の第１電極１４２が第１導電型半導体層１２２と接触する第１面積は発光構造物１２０の水平方向最大断面積の７．４％以上２０％以下、または１０％以上２０％以下であり得る。第１面積はそれぞれの第１電極１４２が第１導電型半導体層１２２と接触する面積の合計であり得る。
複数個の第１電極１４２の第１面積が７．４％未満の場合には、十分な電流拡散特性を有することができないため光出力が減少し、２０％を超過する場合には活性層および第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％以下に制御し難い。また、動作電圧が上昇し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１２６と接触する第２面積は、発光構造物１２０の水平方向最大断面積の３５％以上７０％以下であり得る。第２面積は第２電極２４６が第２導電型半導体層１２６と接触する総面積であり得る。
第２面積が３５％未満の場合には第２電極の面積が過度に小さくなって動作電圧が上昇し、ホールの注入効率が低下する問題がある。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できないため電子の注入効率が低下する問題がある。
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バランスを取らなければならない。したがって、第１面積と第２面積の適正な比率を定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いため電流の分散特性が悪化し得る。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７は光吸収層、および中間層が形成された発光構造物を示す概念図、図８はバルク構造を有する光吸収層の断面写真、図９は超格子構造を有する光吸収層の断面写真、図１０は基板を分離する過程を説明するための図面、図１１は発光構造物を食刻する過程を説明するための図面、図１２は製造された半導体素子を示す図面である。
図７を参照すると、成長基板１２１上にバッファー層１２２、光吸収層１２３、第１−１導電型半導体層１２４ａ、中間層１２５、第１−２導電型半導体層１２４ｂ、活性層１２６、第２導電型半導体層１２７を順に形成することができる。
光吸収層１２３はアルミニウム組成が低い第１光吸収層１２３ａおよびアルミニウム組成が高い第２光吸収層１２３ｂを含む。第１光吸収層１２３ａと第２光吸収層１２３ｂは交互に複数個が配置され得る。
第１光吸収層１２３ａ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くてもよい。第１光吸収層１２３ａはＬＬＯ工程時にレーザーを吸収して分離する役割を遂行することができる。したがって、成長基板を除去することができる。
第１光吸収層１２３ａの厚さとアルミニウム組成は、２４６ｎｍ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。第１光吸収層１２３ａのアルミニウム組成は２０％〜５０％であり、厚さは１ｎｍ〜１０ｎｍであり得る。例示的に第１光吸収層１２３ａはＡｌＧａＮであり得るがこれに限定されない。しかし、必ずしもこれに限定されず、使用するレーザーを吸収できるようにアルミニウム組成と厚さは適切に調節され得る。
第２光吸収層１２３ｂ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高くてもよい。第２光吸収層１２３ｂは、第１光吸収層１２３ａにより低くなったアルミニウム組成を高めて光吸収層１２３上に成長する第１導電型半導体層１２４の結晶性を向上させることができる。
例示的に第２光吸収層１２３ｂのアルミニウム組成は６０％〜１００％であり、厚さは０．１ｎｍ〜２．０ｎｍであり得る。第２光吸収層１２３ｂはＡｌＧａＮまたはＡｌＮでもある。
２４６ｎｍの波長のレーザーを吸収するために、第１光吸収層１２３ａの厚さは第２光吸収層１２３ｂの厚さより厚くてもよい。第１光吸収層１２３ａの厚さは１ｎｍ〜１０ｎｍであり得、第２光吸収層１２３ｂの厚さは０．５ｎｍ〜２．０ｎｍであり得る。
第１光吸収層１２３ａと第２光吸収層１２３ｂの厚さ比は２：１〜６：１であり得る。厚さ比が２：１より小さい場合、第１光吸収層１２３ａが薄くなってレーザーを十分に吸収することが難しく、厚さ比が６：１より大きい場合、第２光吸収層１２３ｂが過度に薄くなって光吸収層のアルミニウム全体の組成が低くなる問題がある。
光吸収層１２３の全体の厚さは１００ｎｍより大きく４００ｎｍより小さくてもよい。厚さが１００ｎｍより小さい場合、第１光吸収層１２３ａの厚さが薄くなって２４６ｎｍレーザーを十分に吸収し難い問題があり、厚さが４００ｎｍより大きくなる場合、アルミニウム組成が全体的に低くなって結晶性が悪化する問題がある。
実施例によると、超格子構造の光吸収層１２３を形成して結晶性を向上させることができる。このような構成によって光吸収層１２３は成長基板１２１と発光構造物１２０の間の格子不整合を緩和させるバッファー層として機能することができる。図８と比べて図９の光吸収層１２３の表面まで転移した結晶欠陥（黒色のドット）が相対的に減少して結晶性がより優秀であることが分かる。
中間層１２５は第１導電型半導体層１２４と活性層１２６の間、または第１導電型半導体層１２４の内部に配置され得る。中間層１２５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１２５ａおよび第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１２５ｂを含む。
第１中間層１２５ａ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くてもよい。第１中間層１２５ａは、ＬＬＯ工程時に光吸収層１２３を透過して光吸収層１２３の上部に配置される半導体層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割を遂行することができる。したがって、光出力および電気的特性が向上し得る。中間層１２５の構成は図２で説明した構造がそのまま適用され得る。
図１０を参照すると、成長基板１２１を除去する段階は、成長基板１２１側からレーザーＬ１を照射して成長基板１２１を分離することができる。レーザーＬ１は第１光吸収層１２３ａが吸収できる波長帯を有し得る。一例で、レーザーは２４８ｎｍ波長帯を有するＫｒＦレーザーであり得るが必ずしもこれに限定されない。
成長基板１２１、第２光吸収層１２３ｂはエネルギーバンドギャップが大きいため、レーザーＬ１を吸収しない。しかし、アルミニウム組成が低い第１光吸収層１２３ａはレーザーＬ１を吸収して分解され得る。したがって、成長基板１２１と共に分離することができる。
この時、レーザーの一部が光吸収層１２３を透過して活性層１２６に印加されると、発光構造物１２０にダメージが発生して光出力が減少し得る。したがって、実施例によると、第１導電型半導体層１２４と活性層１２６の間に中間層１２５が配置されて光吸収層１２３を透過したレーザーを吸収することができる。
この時、レーザーは殆ど光吸収層に吸収されるため中間層１２５を分離させるほどのエネルギーはない。したがって、中間層１２５はレーザーを吸収しても分離されないこともある。また、中間層１２５がレーザーを吸収して分離しないように、光吸収層１２３の厚さまたはレーザーの出力を調節することができる。
以降、第１導電型半導体層１２４ａに残存する光吸収層１２３−２はレベリングによって除去され得る。
図１１を参照すると、第２導電型半導体層１２７上に第２導電層１５０を形成した後、発光構造物１２０の第１導電型半導体層１２４の一部まで貫通するリセス１２８を複数個形成することができる。その後、絶縁層１３０をリセス１２８の側面および第２導電型半導体層１２７上に形成することができる。その後、リセス１２８により露出した第１導電型半導体層１２４ｂに第１電極１４２を形成することができる。
図１２を参照すると、第１導電層１６５は絶縁層１３０の下部に形成され得る。第１導電層１６５は絶縁層１３０により第２導電層１５０と電気的に絶縁され得る。
その後、第１導電層１６５の下部に導電性基板１７０を形成し、メサ食刻によって露出した第２導電層１５０上には第２電極パッド１６６を形成することができる。
半導体素子はパッケージで構成されて樹脂（ｒｅｓｉｎ）やレジスト（ｒｅｓｉｓｔ）やＳＯＤまたはＳＯＧの硬化用として使用され得る。または半導体素子は治療用医療用として使用されたり空気清浄器私浄水器などの殺菌に使用されてもよい。
図１３を参照すると、半導体素子パッケージは溝２ａが形成された胴体２、胴体２に配置される半導体素子１、および胴体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３、４を含むことができる。
胴体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むことができる。また、半導体素子１を覆うモールド部材５は紫外線光を透過する材質を含むことができる。
図１４は実施例に係る半導体素子を示した断面図、図１５は図１のＡ領域を図示した半導体素子の断面図、図１６は第２−２導電型半導体層および第２−３導電型半導体層のドーパント濃度をＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ−ｉｏｎ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）で分析した図面、図１７および図１８は比較例と実施例のＲＳＭ ＤＡＴＡを比較したグラフである。
図１４および図１５に図示された通り、実施例の半導体素子は半導体層の転位（ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）を改善して結晶性を向上させることができる。実施例の半導体素子は、半導体層間の格子定数の差による転位を改善して全体として均一なドーパント濃度を維持するため、発光効率を向上させることができる。このために、実施例の半導体素子は転位を改善する発光構造物２１０を含むことができる。
実施例は２００ｎｍ〜４００ｎｍ波長帯を有する紫外線発光素子２００を一例として説明する。
発光素子２００は、基板２０１、発光構造物２１０、第１および第２電極２５１、２５３を含むことができる。
発光構造物２１０は基板２０１上にＡｌＮテンプレート（Ｔｅｍｐｌａｔｅ、２１１）、第１導電型半導体層２１２、活性層２１４、ＥＢＬ（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｌａｙｅｒ、２３０）、第２−１導電型半導体層２１６ａ、第２−２導電型半導体層２１８ａ、第２−３導電型半導体層２１８ｂを含むことができる。この時、第２−１導電型半導体層は第２導電型第１半導体層に、第２−２導電型半導体層は第２導電型第２半導体層に、第２−３導電型半導体層は第２導電型第３半導体層でと命名され得る。
基板２０１は熱伝導性が優れた物質で形成され得、伝導性基板または絶縁性基板であり得る。例えば、基板２０１は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＺｎＯ、ＧａＰ、ＩｎＰ、Ｇｅ、ａｎｄ Ｇａ２０３のうち少なくとも一つを使用することができる。基板２０１上には凹凸構造が形成され得るが、これに限定されるものではない。
ＡｌＮテンプレート２１１は基板２０１上に形成され得る。ＡｌＮテンプレート２１１はバッファー機能を含むことができる。ＡｌＮテンプレート２１１は、ＡｌＮテンプレート２１１上に形成される発光構造物２１０の材料と基板２０１の格子不整合を緩和させることができ、ＡｌＮテンプレート２１１は、ＡｌＮの他に３族−５族または２−６族化合物半導体例えば、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮのうち少なくとも一つで形成され得る。
ＡｌＮテンプレート２１１は、基板２０１上に成長して以降に成長するＡｌＧａＮ系列の半導体層の格子定数の差による欠陥を改善することができる。ＡｌＮテンプレート２１１はｆｕｌｌｙ−ｓｔｒａｉｎエピタキシー構造を有することができ、これによって紫外線波長の半導体層成長で発光効率を向上させることができる。すなわち、ＡｌＮテンプレート２１１は以降に成長するＡｌＧａＮ系列の半導体層の結晶性を向上させて紫外線発光素子２００の発光効率を向上させることができる。
第１導電型半導体層２１２は、半導体化合物、例えば３族−５族または２族−６族の化合物半導体のうち少なくとも一つで具現され得る。第１導電型半導体層２１２は単層または多層で形成され得る。第１導電型半導体層２１２は第１導電型ドーパントがドーピングされ得る。例えば第１導電型半導体層２１２がｎ型半導体層である場合、ｎ型ドーパントを含むことができる。例えばｎ型ドーパントはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅを含むことができるがこれに限定されない。
実施例の第１導電型半導体層２１２は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）の組成式を有する半導体物質を含むことができるが、これに限定されるものではない。例えば第１導電型半導体層２１２は、ＡｌＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓ、ＧａＰのうちいずれか一つ以上で形成され得る。
活性層２１４は第１導電型半導体層２１２上に配置され得る。活性層２１４は単一量子井戸構造、多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）、量子線（Ｑｕａｎｔｕｍ−Ｗｉｒｅ）構造、または量子ドット（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｏｔ）構造のうち少なくともいずれか一つで形成され得る。活性層２１４は、第１導電型半導体層２１２を通じて注入される電子（または正孔）と第２−１導電型半導体層２１６ａを通じて注入される正孔（または電子）が互いに会って、活性層２１４の形成物質によるエネルギーバンド（Ｅｎｅｒｇｙ Ｂａｎｄ）のバンドギャップ（Ｂａｎｄ Ｇａｐ）の差によって光を放出する層である。
活性層２１４は化合物半導体で構成され得る。活性層２１４は例として３族−５族または２−６族などの化合物半導体のうち少なくとも一つで具現され得る。活性層２１４は量子井戸と量子壁を含むことができる。活性層２１４が多重量子井戸構造で具現された場合、量子井戸と量子壁が交互に配置され得る。量子井戸と量子壁は、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ、ＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ／ＧａＮ、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ／ＡｌＧａＰ、ＩｎＧａＰ ＡｌＧａＰのうちいずれか一つ以上のペア構造で形成され得るがこれに限定されない。
ＥＢＬ２３０は活性層２１４上に配置され得る。実施例のＥＢＬ２３０は単層または多層構造であり得る。ＥＢＬ２３０は３族−５族または２−６族化合物半導体のうち少なくとも一つで具現され得るがこれに限定されない。ＥＢＬ２３０は第２導電型ドーパントがドーピングされ得る。例えばＥＢＬ２３０がｐ型半導体層である場合、第２導電型ドーパントはｐ型ドーパントとして、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどを含むことができる。
第２導電型半導体層２１６、２１８ａ、２１８ｂは第２−１導電型半導体層２１６、第２−１導電型半導体層２１８ａ、第２−１導電型半導体層２１８ｂを含むことができる。
第２−１導電型半導体層２１６はＥＢＬ２３０上に配置され得る。第２−１導電型半導体層２１６は３族−５族または２−６族などの化合物半導体で具現され得る。例えば第２−１導電型半導体層２１６は、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓ、ＧａＰ、ＡｌＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＩｎＰのうちいずれか一つ以上で形成され得る。実施例の第２−１導電型半導体層２１６はＡｌＧａＮ系半導体物質を含むことができる。第２−１導電型半導体層２１６は第２導電型ドーパントがドーピングされ得る。第２−１導電型半導体層２１６がｐ型半導体層である場合、第２導電型ドーパントはｐ型ドーパントとして、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどを含むことができる。
第２−２導電型半導体層２１８ａは第２−１導電型半導体層２１６上に配置され得る。第２−２導電型半導体層２１８ａは第２−１導電型半導体層２１６からの転位Ｄをベンディングさせる機能を含むことができる。このために第２−２導電型半導体層２１８ａは３次元（３ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）で成長され得る。第２−２導電型半導体層２１８ａは、以降に成長する第２−３導電型半導体層２１８ｂのバッファー機能を有することができる。第２−２導電型半導体層２１８ａは第２−１導電型半導体層２１６からの転位Ｄをベンディングさせて欠陥を改善することによって、ＥＢＬ２３０から活性層２１４に第２導電型ドーパントの後方拡散（ｂａｃｋ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）を改善することができる。図１６を参照すると、実施例は第２−１導電型半導体層２１６の第２導電型ドーパントＭｇが一定にドーピングされ得る。すなわち、実施例は第２−１導電型半導体層２１６の安定したドーピングを実現することができる。
転位Ｄのベンディングは、第２−１導電型半導体層２１６からの転位Ｄの開始地点ＤＳと終点ＤＴを連結する直線と第２−１導電型半導体層２１６の上部面がなす角度θが４５°以下であり得る。ここで、直線と第２−２導電型半導体層２１８ａの上部面がなす角度θが４５Ω超過の場合、第２−２導電型半導体層２１８ａから第２−３導電型半導体層２１８ｂに転位Ｄが伝播され得る。
第２−２導電型半導体層２１８ａは第２導電型ドーパントを含むＧａＮであり得るが、これに限定されるものではない。第２−２導電型半導体層２１８ａは第２−１導電型半導体層２１６からの転位Ｄを３Ｄ成長にベンディングさせることができる。すなわち、第２−２導電型半導体層２１８ａは第２−１導電型半導体層２１６からの転位ＤをＣ−面方向からＡ−面方向にベンディングさせることによって、第２−３導電型半導体層２１８ｂへの転位Ｄの伝播を改善することができ、第２−３導電型半導体層２１８ｂとの界面でＴＤＤ（Ｔｈｒｅａｄｉｎｇ ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ Ｄｅｎｓｉｔｙ）を減らすことができる。
具体的には、図１７および図１８を参照すると、図１７は第２−２導電型半導体層２１８ａが省略された比較例のＲＳＭ ＤＡＴＡ、図１８は第２−２導電型半導体層２１８ａを含んだ実施例のＲＳＭ ＤＡＴＡである。ここで、ＲＳＭ ＤＡＴＡはストレイン分散変数（ｓｔｒａｉｎ ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒ）であり、比較例はＡｌＧａＮの第２−１導電型半導体層と２ＤモードＰ−ＧａＮを示し、実施例はＡｌＧａＮの第２−１導電型半導体層２１６と３ＤモードＰ−ＧａＮの第２−２導電型半導体層２１８ａを示す。
ここで、ｘ軸はＡ−面格子定数の差と反比例（２／Ａ−面格子定数の差）し、Ｙ軸はＣ−面格子定数の差と反比例（２／Ｃ−面格子定数の差）する。
実施例は比較例よりもｘ軸方向に、ＡｌＧａＮの第２−１導電型半導体層２１６と３ＤモードＰ−ＧａＮの第２−２導電型半導体層２１８ａの水平不一致（ｐａｒａｌｌｅｌ ｍｉｓｍａｔｃｈ）を１０％以上減らすことができる。水平不一致は、第２−１導電型半導体層２１６および３ＤモードＰ−ＧａＮの第２−２導電型半導体層２１８ａの成長時にストレイン（ｓｔｒａｉｎ）が維持される程度を示すストレイン分散変数であって、転位Ｄおよび欠陥を改善することができる。ここで、ストレイン（ｓｔｒａｉｎ）は、ｘ軸の変化量が少ないほどストレイン（ｓｔｒａｉｎ）の変化を最小化することができ、ストレイン（ｓｔｒａｉｎ）変化の最小化はストレイン（ｓｔｒａｉｎ）が維持されるまたはストレイン（ｓｔｒａｉｎ）が解除されないことと定義することができる。ストレイン（ｓｔｒａｉｎ）の維持は、ＡｌＧａＮの第２−１導電型半導体層２１６と３ＤモードＰ−ＧａＮの第２−２導電型半導体層２１８ａの間のＡ−面格子定数の差が小さくなり得る。
第２−２導電型半導体層２１８ａの厚さは１０ｎｍ〜５０ｎｍであり得る。第２−２導電型半導体層２１８ａの厚さが１０ｎｍ未満の場合、第２−１導電型半導体層２１６から転位Ｄのベンディングが難しく、転位Ｄは第２−３導電型半導体層２１８ｂに伝播され得る。ここで、第２−３導電型半導体層２１８ｂに伝播した転位Ｄは、Ｖピット（Ｖ−ｐｉｔｓ）やクラックが発生し得る。Ｖピットやクラックは漏洩電流を発生させ得る。第２−２導電型半導体層２１８ａの厚さが５０ｎｍ超過の場合、島状に３Ｄ成長する第２−２導電型半導体層２１８ａの内部から欠陥が発生し得る。
第２−２導電型半導体層２１８ａと第２−３導電型半導体層２１８ｂの間の境界面粗さ（ＲＭＳ：ｒｏｏｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ）は１．０ｎｍ以上、例えば１．０ｎｍ〜５．０ｎｍであり得る。実施例の第２−２導電型半導体層２１８ａは島状に３Ｄ成長して１．０ｎｍ以上の第２−２導電型半導体層２１８ａと第２−３導電型半導体層２１８ｂの間の境界面粗さ（ＲＭＳ）を含むことができる。
第２−２導電型半導体層２１８ａのドーピング濃度は、第２−１導電型半導体層２１６およびＥＢＬ２３０と対応され得る。例えば第２−２導電型半導体層２１８ａのドーピング濃度は１Ｅ１９〜５Ｅ１９であり得る。第２−２導電型半導体層２１８ａは第２−３導電型半導体層２１８ｂより低いドーピング濃度を有し得る。第２−３導電型半導体層２１８ｂのドーピング濃度は、第２−２導電型半導体層２１８ａ、第２−１導電型半導体層２１６およびＥＢＬ２３０より高くてもよい。例えば第２−３導電型半導体層２１８ｂのドーピング濃度は５Ｅ１９〜１Ｅ２０であり得る。第２−３導電型半導体層２１８ｂは第２−２導電型半導体層２１８ａ、第２−１導電型半導体層２１６およびＥＢＬ２３０より高いドーピング濃度を含み、第２電極２５３とのオーミック接触を実現することができる。
第２−３導電型半導体層２１８ｂは第２−２導電型半導体層２１８ａ上に配置され得る。第２−３導電型半導体層２１８ｂは第２−１導電型半導体層２１６と第２電極２５３のオーミックのために第２導電型ドーパントを含むＧａＮであり得るが、これに限定されるものではない。第２−３導電型半導体層２１８ｂは第２電極２５３と直接接する表面が扁平であり得る。このために、第２−３導電型半導体層２１８ｂは３Ｄ（３ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）モード成長方法で形成され得る。図１９は、実施例の第２−３導電型半導体層２１８ｂの表面を図示した図面である。実施例の第２−３導電型半導体層２１８ｂは１００ｎｍ〜３００ｎｍの厚さを有することができる。
第２−３導電型半導体層２１８ｂの厚さが１００ｎｍ未満の場合、第２電極２５３とオーミック接触が困難であり得、第２−３導電型半導体層２１８ｂの厚さが３００ｎｍ超過の場合、第２−３導電型半導体層２１８ｂの内部で新しい欠陥が発生し得る。
第２−３導電型半導体層２１８ｂは表面粗さ（ＲＭＳ）が１ｎｍ以下、例えば０．１ｎｍ〜１．０ｎｍであり得る。実施例の第２−２導電型半導体層２１６ｂは１ｎｍ以下の表面粗さ（ＲＭＳ）を含むことによって、以降に形成される第２電極２５３との接触信頼度を向上させることができる。前述した第２−１〜第２−３導電型半導体層の構成は図１および図２の実施例においてもそのまま適用され得る。
ここで、第１導電型半導体層２１２はｎ型半導体層、第２−１導電型半導体層２１６、第２−２導電型半導体層２１８ａおよび第２−３導電型半導体層２１８ｂはｐ型半導体層として説明しているが、これに限定されるものではない。発光構造物２１０はｎ−ｐ接合構造、ｐ−ｎ接合構造、ｎ−ｐ−ｎ接合構造、ｐ−ｎ−ｐ接合構造のうちいずれか一つの構造で実現することができる。
第１電極２５１は第１導電型半導体層２１２上に配置され得る。第１電極２５１は第１導電型半導体層２１２と電気的に連結され得る。第１電極２５１は第２電極２５３と電気的に絶縁され得る。第１電極２５１は伝導性酸化物、伝導性窒化物または金属であり得る。例えば第１電極２５１は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＴＯＮ（ＩＴＯ Ｎｉｔｒｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯＮ（ＩＺＯ Ｎｉｔｒｉｄｅ）、ＡＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＡＧＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＡＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＧＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＧＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＡＴＯ（Ａｎｔｉｍｏｎｙ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＧＺＯ（Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯＮ（ＩＺＯ Ｎｉｔｒｉｄｅ）、ＺｎＯ、ＩｒＯｘ、ＲｕＯｘ、ＮｉＯ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔｉ−Ｗ、Ｃｒ、Ｗ、Ｐｔ、Ｖ、Ｆｅ、Ｍｏ物質のうち少なくとも一つを含むことができ、単層または多層で形成され得る。
第２電極２５３は第２−３導電型半導体層２１８ｂ上に配置され得る。第２電極２５３は第２−３導電型半導体層２１８ｂとオーミック接触することができる。第２電極２５３は伝導性酸化物、伝導性窒化物または金属であり得る。例えば第２電極２５３は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＴＯＮ（ＩＴＯ Ｎｉｔｒｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯＮ（ＩＺＯ Ｎｉｔｒｉｄｅ）、ＡＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＡＧＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＡＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＧＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＧＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＡＴＯ（Ａｎｔｉｍｏｎｙ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＧＺＯ（Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯＮ（ＩＺＯ Ｎｉｔｒｉｄｅ）、ＺｎＯ、ＩｒＯｘ、ＲｕＯｘ、ＮｉＯ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔｉ−Ｗ、Ｃｒ、Ｗ、Ｐｔ、Ｖ、Ｆｅ、Ｍｏ物質のうち少なくとも一つを含むことができ、単層または多層で形成され得る。
実施例は３Ｄ（３ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）成長した第２−２導電型半導体層２１８ａにより、第２−１導電型半導体層２１６からの転位Ｄをベンディングさせて欠陥を改善することができる。すなわち、実施例は第２−２導電型半導体層２１８ａは以降に成長する第２−３導電型半導体層２１８ｂに転位Ｄが伝播しないようにすることによって、第２−２導電型半導体層２１８ａと第２−３導電型半導体層２１８ｂの界面でＴＤＤ（Ｔｈｒｅａｄｉｎｇ ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ Ｄｅｎｓｉｔｙ）を減らすことができる。
実施例は、第２−１導電型半導体層２１６上に３Ｄモード成長した第２−２導電型半導体層２１８ａが配置されて、第２−１導電型半導体層２１６からの転位Ｄをベンディングさせて結晶性を向上させることができる。
実施例は、転位Ｄの伝播を改善することによって、最終半導体層のＴＤＤ（Ｔｈｒｅａｄｉｎｇ ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ Ｄｅｎｓｉｔｙ）を減らして発光効率を改善することができる。
実施例は、第２−１導電型半導体層２１６、ＥＢＬ２３０の第２導電型ドーパントのドーピング濃度を一定に維持することによって、ＥＢＬから活性層へのｐドーパントの後方拡散（ｂａｃｋ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）を改善して光抽出効率を向上させることができる。
実施例は、転位Ｄや欠陥を改善して漏洩電流による電気的特性の低下を改善することができる。
実施例は、転位Ｄや欠陥を改善して紫外線発光素子のｆｕｌｌｙ ＴＥ偏光を実現することができる。
図２０〜図２３は、実施例の半導体素子の製造方法を図示した断面図である。
図２０および図２１を参照すると、実施例の発光素子の製造方法は、まず、基板２０１上にＡｌＮテンプレート２１１、第１導電型半導体層２１２、活性層２１４、ＥＢＬ２３０、第２−１導電型半導体層２１６、第２−２導電型半導体層２１８ａおよび第２−３導電型半導体層２１８ｂが形成され得る。
基板２０１、ＡｌＮテンプレート２１１、第１導電型半導体層２１２、活性層２１４、ＥＢＬ２３０、第２−１導電型半導体層２１６の材料および構成間の連結関係は、図１４および図１５の技術的特徴を採用することができる。
ＡｌＮテンプレート２１１、第１導電型半導体層２１２、活性層２１４、ＥＢＬ２３０、第２−１導電型半導体層２１６および第２−２導電型半導体層２１８ａは、有機金属化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ；Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、化学蒸着法（ＣＶＤ；Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、プラズマ化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ；Ｐｌａｓｍａ−Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、分子線成長法（ＭＢＥ；Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）、水素化物気相成長法（ＨＶＰＥ；Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）等の方法で形成され得るが、これに限定されるものではない。
第２−２導電型半導体層２１８ａは第２−１導電型半導体層２１６上に形成され得る。第２−２導電型半導体層２１８ａは第２−１導電型半導体層２１６からの転位をベンディングさせる機能を含むことができる。このために、第２−２導電型半導体層２１８ａは３Ｄ成長することができる。第２−２導電型半導体層２１８ａは、以降に成長する第２−３導電型半導体層２１８ｂのバッファー機能を有することができる。第２−２導電型半導体層２１８ａは第２−１導電型半導体層２１６からの転位をベンディングさせて欠陥を改善することによって、ＥＢＬ２３０から活性層２１４に第２導電型ドーパントの後方拡散（ｂａｃｋ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）を改善することができる。実施例は第２−１導電型半導体層２１６の安定したドーピングを実現することができる。
第２−２導電型半導体層２１８ａは第２導電型ドーパントを含むＧａＮであり得るが、これに限定されるものではない。第２−２導電型半導体層２１８ａは第２−１導電型半導体層２１６からの転位を３Ｄ成長にベンディングさせることができる。すなわち、第２−２導電型半導体層２１８ａは第２−１導電型半導体層２１６からの転位を、Ｃ−面方向からＡ−面方向にベンディングさせることによって、第２−３導電型半導体層２１８ｂへの転位の伝播を改善することができ、第２−３導電型半導体層２１８ｂとの界面でＴＤＤ（Ｔｈｒｅａｄｉｎｇ ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ Ｄｅｎｓｉｔｙ）を減らすことができる。
第２−２導電型半導体層２１８ａの厚さは１０ｎｍ〜５０ｎｍであり得る。第２−２導電型半導体層２１８ａの厚さが１０ｎｍ未満の場合、第２−１導電型半導体層２１６から転位のベンディングが難しく、転位は第２−３導電型半導体層２１８ｂに伝播され得る。ここで、第２−３導電型半導体層２１８ｂに伝播した転位はＶピットやクラックが発生し得る。Ｖピットやクラックは漏洩電流を発生させ得る。第２−２導電型半導体層２１８ａの厚さが５０ｎｍ超過の場合、島状に３Ｄ成長する第２−２導電型半導体層２１８ａの内部から欠陥が発生し得る。
第２−２導電型半導体層２１８ａと第２−３導電型半導体層２１８ｂの間の境界面粗さ（ＲＭＳ：ｒｏｏｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ）は１．０ｎｍ以上、例えば１．０ｎｍ〜５．０ｎｍであり得る。実施例の第２−２導電型半導体層２１８ａは島状に３Ｄ成長して１．０ｎｍ以上の第２−２導電型半導体層２１８ａと第２−３導電型半導体層２１８ｂの間の境界面粗さ（ＲＭＳ）を含むことができる。
第２−２導電型半導体層２１８ａのドーピング濃度は第２−１導電型半導体層２１６およびＥＢＬ２３０と対応され得る。例えば第２−２導電型半導体層２１８ａのドーピング濃度は１Ｅ１９〜５Ｅ１９であり得る。第２−２導電型半導体層２１８ａは第２−３導電型半導体層２１８ｂより低いドーピング濃度を有することができる。第２−３導電型半導体層２１８ｂのドーピング濃度は第２−２導電型半導体層２１８ａ、第２−１導電型半導体層２１６およびＥＢＬ２３０より高くてもよい。例えば第２−３導電型半導体層２１８ｂのドーピング濃度は５Ｅ１９〜１Ｅ２０であり得る。第２−３導電型半導体層２１８ｂは第２−２導電型半導体層２１８ａ、第２−１導電型半導体層２１６およびＥＢＬ２３０より高いドーピング濃度を含み、第２電極２５３とのオーミック接触を実現することができる。
第２−３導電型半導体層２１８ｂは第２−２導電型半導体層２１８ａ上に配置され得る。第２−３導電型半導体層２１８ｂは第２−１導電型半導体層２１６と第２電極２５３のオーミックのために、第２導電型ドーパントを含むＧａＮであり得るが、これに限定されるものではない。第２−３導電型半導体層２１８ｂは第２電極２５３と直接接する表面が扁平であり得る。このために第２−３導電型半導体層２１８ｂは２Ｄ成長方法で形成され得る。図１９は、実施例の第２−３導電型半導体層２１８ｂの表面を図示した図面である。実施例の第２−３導電型半導体層２１８ｂは１００ｎｍ〜３００ｎｍの厚さを有することができる。
第２−３導電型半導体層２１８ｂの厚さが１００ｎｍ未満の場合、第２電極２５３とオーミック接触が困難であり得、第２−３導電型半導体層２１８ｂの厚さが３００ｎｍ超過の場合、第２−３導電型半導体層２１８ｂの内部で新しい欠陥が発生し得る。
第２−３導電型半導体層２１８ｂは表面粗さ（ＲＭＳ）が１ｎｍ以下、例えば０．１ｎｍ〜１．０ｎｍであり得る。実施例の第２−２導電型半導体層２１６ｂは１ｎｍ以下の表面粗さ（ＲＭＳ）を含むことによって、以降に形成される第２電極２５３との接触信頼度を向上させることができる。
ここで、第１導電型半導体層２１２はｎ型半導体層、第２−１導電型半導体層２１６、第２−２導電型半導体層２１８ａおよび第２−３導電型半導体層２１８ｂはｐ型半導体層として説明しているが、これに限定されるものではない。発光構造物２１０はｎ−ｐ接合構造、ｐ−ｎ接合構造、ｎ−ｐ−ｎ接合構造、ｐ−ｎ−ｐ接合構造のうちいずれか一つの構造で実現することができる。
図２２を参照すると、第１および第２電極２５１、２５３は発光構造物２１０上に形成され得る。発光構造物２１０はメサ食刻を通じて、第１導電型半導体層２１２の一部が活性層２１４、ＥＢＬ２３０、第２−１導電型半導体層２１６、第２−２導電型半導体層２１８ａおよび第２−３導電型半導体層２１８ｂから露出し得る。
第１電極２５１は露出した第１導電型半導体層２１２上に形成され得る。第１電極２５１は第１導電型半導体層２１２と電気的に連結され得る。第１電極２５１は第２電極２５３と電気的に絶縁され得る。
第２電極２５３は第２−１導電型半導体層２１６上に形成され得る。第２電極２５３は第２−１導電型半導体層２１６と電気的に連結され得る。
第１および第２電極２５１、２５３は伝導性酸化物、伝導性窒化物または金属であり得る。例えば第１および第２電極２５１、２５３は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＴＯＮ（ＩＴＯ Ｎｉｔｒｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯＮ（ＩＺＯ Ｎｉｔｒｉｄｅ）、ＡＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＡＧＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＡＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＧＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＧＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＡＴＯ（Ａｎｔｉｍｏｎｙ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＧＺＯ（Ｇａｌｌｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯＮ（ＩＺＯ Ｎｉｔｒｉｄｅ）、ＺｎＯ、ＩｒＯｘ、ＲｕＯｘ、ＮｉＯ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｔｉ−Ｗ、Ｃｒ、Ｗ、Ｐｔ、Ｖ、Ｆｅ、Ｍｏ物質のうち少なくとも一つを含むことができ、単層または多層で形成され得る。
図２３を参照すると、実施例は第１および第２電極２５１、２５３が下部に配置されるフリップチップ構造であり得る。第１絶縁層２６１は第１および第２電極２５１、２５３の下部面の一部を露出させ、発光構造物２１０上に形成され得る。第１絶縁層２６１は第１および第２電極２５１、２５３が配置された発光構造物２１０の下と接することができる。
第１絶縁層２６１から露出した第１および第２電極２５１、２５３の下部面上に第１および第２連結電極２７１、２７３が形成され得る。第１および第２連結電極２７１、２７３はメッキ工程で形成され得るが、これに限定されるものではない。第１絶縁層２６１は酸化物または窒化物であり得る。例えば第１絶縁層２６１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が選択され得る。
第１および第２連結電極２７１、２７３は、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｈｆのうち少なくとも一つを含む金属または合金であり得る。第１および第２連結電極２７１、２７３は、金属または合金と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）等の透明伝導性物質の単層または多層であり得る。
第２絶縁層２６３は第１絶縁層２６１の下に形成され得、第１絶縁層２６１と直接接することができる。第２絶縁層２６３は第１および第２連結電極２７１、２７３の下部を露出させ、第１および第２連結電極２７１、２７３の側部上に形成され得る。第２絶縁層２６３はシリコーンまたはエポキシのような樹脂物内に熱拡散剤を添加して形成され得る。熱拡散剤は、Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｚｒのような物質を有する酸化物、窒化物、ふっ化物、黄化物のうち少なくとも一つの物質、例えば、セラミック材質を含むことができる。熱拡散剤は所定の大きさの粉末粒子、微粒子、フィラー（ｆｉｌｌｅｒ）、添加剤と定義され得る。第２絶縁層２６３は省略されてもよい。
第１および第２パッド２８１、２８３は、第２絶縁層２６３から露出した第１および第２連結電極２７１、２７３上に形成され得る。第１および第２パッド２８１、２８３は、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｈｆのうち少なくとも一つを含む金属または合金であり得る。第１および第２パッド２８１、２８３は、金属または合金と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）等の透明伝導性物質の単層または多層であり得る。
実施例は第１導電型半導体層２１２上に配置された基板２０１を含んでいるが、これに限定されるものではない。例えば基板２０１はレーザーリフトオフ（ＬＬＯ：Ｌａｓｅｒ Ｌｉｆｔ Ｏｆｆ）工程によって除去され得る。ここで、レーザーリフトオフ工程（ＬＬＯ）は、基板２０１の下部面にレーザーを照射して基板２０１と発光構造物２１０を互いに剥離させる工程である。
実施例は、第２−１導電型半導体層２１６上に３Ｄモードに成長した第２−２導電型半導体層２１８ａが配置されて、第２−１導電型半導体層２１６からの転位をベンディングさせて結晶性を向上させることができる。
実施例は、転位の伝播を改善することによって、最終半導体層のＴＤＤ（Ｔｈｒｅａｄｉｎｇ ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ Ｄｅｎｓｉｔｙ）を減らして発光効率を改善することができる。
実施例は、第２−１導電型半導体層２１６、ＥＢＬ２３０の第２導電型ドーパントのドーピング濃度を一定に維持することによって、ＥＢＬから活性層へのｐドーパントの後方拡散（ｂａｃｋ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）を改善して光抽出効率を向上させることができる。
実施例は、転位や欠陥を改善して漏洩電流による電気的特性の低下を改善することができる。
実施例は、転位や欠陥を改善して紫外線発光素子のｆｕｌｌｙ ＴＥ偏光を実現することができる。
図２４は、実施例に係る発光素子パッケージを図示した断面図である。
図２４に図示された通り、実施例の発光素子パッケージ３００は、発光素子２００、パッケージ胴体３０１、放熱フレーム３１０、保護素子３６０、第１および第２リードフレーム３２０、３３０を含むことができる。
パッケージ胴体３０１は透光性材質、反射性材質、絶縁性材質のうち少なくとも一つを含むことができる。パッケージ胴体３０１は発光素子２００から放出された光に対し、反射率が透過率より高い物質を含むことができる。パッケージ胴体３０１は樹脂系列の絶縁物質であり得る。例えばパッケージ胴体３０１は、ポリフタルアミド（ＰＰＡ：Ｐｏｌｙｐｈｔｈａｌａｍｉｄｅ）、エポキシまたはシリコーン材質のような樹脂材質、シリコン（Ｓｉ）、金属材質、ＰＳＧ（ｐｈｏｔｏ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｇｌａｓｓ）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、印刷回路基板（ＰＣＢ）のうち少なくとも一つで形成され得る。パッケージ胴体３０１は例えば平面視の形状が正四角形であり得るが、これに限定されるものではない。パッケージ胴体３０１の平面視の形状は円形または多角形の形状でもよい。
パッケージ胴体３０１は第１および第２リードフレーム３２０、３３０と結合され得る。胴体２２０は第１および第２リードフレーム３２０、３３０の上部面の一部を露出させるキャビティ３０３を含むことができる。キャビティ３０３は第１リードフレーム３２０の上部面の一部を露出させることができ、第２リードフレーム３３０の上部面の一部を露出させることができる。
第１および第２リードフレーム３２０、３３０は、一定の間隔離隔してパッケージ胴体３０１と結合され得る。第２リードフレーム３３０は発光素子２００および保護素子３６０が配置され得、第１リードフレーム３２０には発光素子２００の第１ワイヤー２００Ｗ１および保護素子３６０のワイヤー３６０Ｗが接続され得るが、これに限定されるものではない。第１および第２リードフレーム３２０、３３０は導電性物質を含むことができる。例えば第１および第２リードフレーム３２０、３３０は、チタニウム（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、錫（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、リン（Ｐ）、鉄（Ｆｅ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）のうち少なくとも一つを含むことができ、複数の層で形成され得る。例えば実施例の第１および第２リードフレーム３２０、３３０は、銅（Ｃｕ）を含むベース層とベース層を覆う銀（Ａｇ）を含む酸化防止層で構成され得るが、これに限定されるものではない。
第２リードフレーム３３０は、キャビティ３０３の中心領域に露出する第１リード部３３１ａ、第１リードフレーム３２０と対角線に対称となって第１リードフレーム３２０の形状と対応する第２リード部３３１ｂ、保護素子３６０が実装されるキャビティ３０３の角領域および対角線角領域に配置された第３リード部３３１ｃを含むことができる。第１〜第３リード部３３１ａ、３３１ｂ、３３１ｃは、キャビティ３０３の底面に露出する第２リードフレーム３３０の上部面であって、面積および幅を含む形状は多様に変更され得る。
第１リードフレーム３２０は第２リード部３３１ｂと対称となる対角線に屈曲構造を有し得るが、これに限定されるものではない。
放熱フレーム３１０は第１および第２放熱電極３１１、３１３を含み、第１放熱電極３１１は第１ワイヤー２００Ｗ１と連結される第１パッド部３１１ａを含み、第２放熱電極３１３は第２ワイヤー２００Ｗ２と連結される第２パッド部３１３ａを含むことができる。
発光素子２００は放熱フレーム３１０上に実装され得る。実施例では放熱フレーム３１０を含む発光素子パッケージを限定しているが、放熱フレーム３１０は省略され得る。常に放熱フレーム３１０が省略された場合、発光素子２００はパッケージ胴体３０１上に配置されてもよい。発光素子２００は図１〜図２３の技術的特徴を含むことができる。
保護素子３６０は第３リード部３３１ｃ上に配置され得る。保護素子３６０はパッケージ胴体３０１から露出した第２リードフレーム３３０の上部面上に配置され得る。保護素子３６０は、ツェナーダイオード、サイリスタ（Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）、ＴＶＳ（Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ）等であり得るが、これに限定されるものではない。実施例の保護素子３６０は、ＥＳＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｓｔａｔｉｃ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）から発光素子２００を保護するツェナーダイオードを一例として説明する。保護素子３６０はワイヤーを通じて第１リードフレーム３１０と連結され得る。
実施例の発光素子パッケージは、半導体層間の格子定数の差を改善する発光素子２００を含み、特に紫外線発光素子のｆｕｌｌｙ ＴＥ偏光を実現することができる。
前述した発光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として使用され得る。発光素子パッケージは例えばキャビティを有する胴体と、胴体に結合されたリード電極を含むことができ、発光素子は胴体上に配置されてリード電極と電気的に連結され得る。
発光素子は例えば映像表示装置の光源や照明装置などの光源として使用され得る。
映像表示装置のバックライトユニットとして使用される時、エッジタイプのバックライトユニットとして使用されるか、直下タイプのバックライトユニットとして使用され得、照明装置の光源として使用される時、灯り器具やバルブタイプで使用されてもよく、また移動端末の光源として使用されてもよい。
発光素子は前述した発光ダイオードの他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、前述した構造の第１導電型半導体層と活性層および第２導電型半導体層を含むことができる。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、電流を流した時に光が放出される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で差異点がある。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）を有する光が同じ位相を有して同じ方向に放出され得、このような特性によって光通信や医療用装備および半導体工程装備などに使用され得る。
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）を例にあげることができる。このような光検出器として、光電池（シリコン、セレン）、光導電素子（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、光電子増倍管、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が優秀な直接遷移半導体（ｄｉｒｅｃｔ ｂａｎｄｇａｐ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を利用して製作され得る。または光検出器は構造が多様であり、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）を利用するショー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、前述した構造の第１導電型半導体層と活性層および第２導電型半導体層を含むことができ、ｐｎ接合またはｐｉｎ構造で構成される。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、電流の大きさはフォトダイオードに入射される光の強度に略比例し得る。
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、光を電流に変換することができる。太陽電池は、発光素子と同様に、前述した構造の第１導電型半導体層と活性層および第２導電型半導体層を含むことができる。
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、電子回路の整流器として利用されてもよく、超高周波回路に適用されて発振回路などに適用され得る。
また、前述した半導体素子は必ずしも半導体でのみ具現されず、場合により金属物質をさらに含むこともできる。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され得、ｐ型やｎ型ドーパントによって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具現されてもよい。以上、実施例を中心に説明したがこれは単に例示に過ぎず、本発明を限定するものではなく、本発明が属する分野の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で以上で例示されていない多様な変形と応用が可能であることが分かるはずである。例えば、実施例に具体的に示された各構成要素は変形して実施できるものである。そして、このような変形と応用に関係した差異点は添付された特許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されるべきである。

Claims (10)

  1. 第１導電型半導体層、
    第２導電型半導体層、
    前記第１導電型半導体層と第２導電型半導体層間に配置される活性層、および
    前記第１導電型半導体層と前記活性層間、または前記第１導電型半導体層の内部に配置される中間層を含む発光構造物を含み、
    前記第１導電型半導体層、中間層、活性層、および第２導電型半導体層はアルミニウムを含み、
    前記中間層は前記第１導電型半導体層よりアルミニウム組成が低い第１中間層を含む、半導体素子。
  2. 前記中間層は前記第１中間層、および前記第１中間層よりアルミニウム組成が高い第２中間層を含み、
    前記第２中間層のアルミニウム組成は前記第１導電型半導体層のアルミニウム組成より高い、請求項１に記載の半導体素子。
  3. 前記第１中間層と第２中間層は交互に複数個積層され、
    前記第１中間層の厚さは前記第２中間層の厚さより厚い、請求項２に記載の半導体素子。
  4. 前記第１中間層と第２中間層の厚さ比は２：１〜６：１であり、
    前記中間層の全体の厚さは５０ｎｍより大きく１０００ｎｍより小さい、請求項３に記載の半導体素子。
  5. 前記第１中間層のアルミニウム組成は３０％〜６０％であり、
    前記第２中間層のアルミニウム組成は６０％〜１００％である、請求項２に記載の半導体素子。
  6. 前記第１導電型半導体層は第１−１導電型半導体層、および第１−２導電型半導体層を含み、
    前記中間層は第１−１導電型半導体層、および第１−２導電型半導体層間に配置される、請求項１に記載の半導体素子。
  7. 前記第１−２導電型半導体層は前記第１−１導電型半導体層より前記活性層に近く配置され、
    前記第１−２導電型半導体層のアルミニウム組成は前記第１−１導電型半導体層のアルミニウム組成より低く、
    前記第１−１導電型半導体層の厚さは前記第１−２導電型半導体層の厚さより厚い、請求項６に記載の半導体素子。
  8. 前記発光構造物は、前記第２導電型半導体層と活性層、および第１−２導電型半導体層を貫通して前記中間層の一部の領域まで配置される複数個のリセスを含む、請求項７に記載の半導体素子。
  9. 前記第２導電型半導体層は、
    第２−１導電型半導体層；
    前記第２−１導電型半導体層上に配置される第２−２導電型半導体層、および
    前記第２−２導電型半導体層上に配置される第２−３導電型半導体層を含み、
    前記第２−２導電型半導体層と前記第２−３導電型半導体層の境界面粗さ（ＲＭＳ：ｒｏｏｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ）は前記第２−３導電型半導体層の表面粗さより大きい、請求項１に記載の半導体素子。
  10. 胴体；および
    前記胴体に配置される半導体素子を含み、
    前記半導体素子は、
    第１導電型半導体層、
    第２導電型半導体層、
    前記第１導電型半導体層と第２導電型半導体層間に配置される活性層、および
    前記第１導電型半導体層と前記活性層間、または前記第１導電型半導体層の内部に配置される中間層を含む発光構造物を含み、
    前記第１導電型半導体層、中間層、活性層、および第２導電型半導体層はアルミニウムを含み、
    前記中間層は前記第１導電型半導体層よりアルミニウム組成が低い第１中間層を含む、半導体素子パッケージ。

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