JP7051131B2 - 半導体素子 - Google Patents
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Description
実施例は半導体素子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。
従来の半導体素子は活性層で生成された光が活性層の上部方向の他に側面や下部方向にも進行され得る。特に、Ａｌの組成が高くなるほど側面に放出される光量が高くなり得る。したがって、半導体素子から放出された光の光進行経路が長くなるか半導体構造物の内部で吸収される問題がある。
実施例は光抽出効率が向上した半導体素子を提供する。
実施例は光出力が向上し、動作電圧が減少する半導体素子を提供する。
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導電型半導体層と前記第２導電型半導体層間に配置される活性層を含み、前記第２導電型半導体層および前記活性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第１リセスおよび前記複数個の第１リセスの間に配置される第２リセスを含む半導体構造物；前記複数個の第１リセスの内部に配置され、前記第１導電型半導体層と電気的に連結される複数個の第１電極；前記第２導電型半導体層に電気的に連結される複数個の第２電極；および前記第２リセスの内部に配置される反射層を含み、前記複数個の第１リセスの面積と前記第２リセスの面積の和は前記半導体構造物の第１方向最大面積の６０％以下であり、前記複数個の第１リセスの面積と前記第２リセスの面積は前記半導体構造物の下部面に形成された面積であり、前記第１方向は前記半導体構造物の厚さ方向と垂直な方向であり得る。
前記複数個の第２電極の間の距離は３μｍ以上６０μｍ以下であり得る。
前記反射層の幅は３μｍ以上３０μｍ以下であり得る。
前記複数個の第２電極の間の距離と前記反射層の幅は同じであり得る。
前記複数個の第１電極が前記第１導電型半導体層と電気的に連結される面積は、前記半導体構造物の第１方向最大面積の６．０％～１１．０％であり得る。
前記複数個の第２電極が前記第２導電型半導体層と電気的に連結される面積は、前記半導体構造物の第１方向最大面積の４０％～６０％であり得る。
前記複数個の第１電極が前記第１導電型半導体層と電気的に連結される面積と前記複数個の第２電極が前記第２導電型半導体層と電気的に連結される面積の比は、１：４以上１：１０以下であり得る。
前記半導体構造物は前記第２リセスによって区画される複数個の第１領域を含み、前記複数個の第１電極は前記第１領域にそれぞれ配置され得る。
前記第１領域の面積は前記第１電極の２．０倍～５．０倍であり得る。
前記複数個の第１領域の面積は前記第１リセスの２．０倍～５．０倍であり得る。
前記反射層は前記第２リセスから延びて前記第２電極と接触する延長部を含むことができる。
前記反射層と第２電極を覆うキャッピング層を含むことができる。
前記キャッピング層と電気的に連結される第２電極パッドを含むことができる。
前記複数個の第１電極と電気的に連結される下部反射層を含むことができる。
前記下部反射層と電気的に連結される基板を含むことができる。
前記半導体構造物は紫外線波長帯の光を生成することができる。
前記第１導電型半導体層は前記活性層と隣接して配置された第１層と前記第１層上に配置される第２層を含み、前記第２層は前記第１層よりＡｌ組成が高く、前記第１電極は前記第１層に配置され得る。
本発明の他の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導電型半導体層と前記第２導電型半導体層間に配置される活性層を含み、前記第２導電型半導体層および前記活性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第１リセスおよび前記複数個の第１リセスの間に配置される第２リセスを含む半導体構造物；前記複数個の第１リセスの内部に配置され、前記第１導電型半導体層と電気的に連結される複数個の第１電極；前記第２導電型半導体層に電気的に連結される複数個の第２電極；および前記第２リセスの内部に配置される反射層を含み、前記半導体構造物は前記第２リセスによって区画される複数個の第１領域を含み、前記第１リセスと前記第１領域の面積比は１：４～１：８であり得る。
前記複数個の第２電極は前記第１領域内に配置される複数個のサブ電極を含むことができる。
前記半導体構造物は側面と前記第２リセスの間に配置される第２領域を含むことができる。
前記第２リセスと前記半導体構造物の側面の離隔距離は１．０μｍ～１０μｍであり得る。
前記複数個の第２電極は前記第２領域に配置される縁電極を含むことができる。
実施例によると、光抽出効率が向上し得る。
また、光出力が向上し得る。
また、動作電圧が改善され得る。
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でより容易に理解されるはずである。
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、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。
図１は本発明の一実施例に係る半導体素子の断面図、図２は反射層によって光が上向き反射される過程を示す概念図、図３は図１のＡ部分の拡大図、図４は第１リセスと第２リセスの高さの差を説明するための図面である。
図１を参照すると、実施例に係る半導体素子は、第１導電型半導体層１２２、第２導電型半導体層１２６、活性層１２４を含む半導体構造物１２０と、第１導電型半導体層１２２と電気的に連結される第１電極１４２、第２導電型半導体層１２６と電気的に連結される第２電極１４６、および第２リセス１２７の内部に配置される反射層１３５を含む。
実施例に係る半導体構造物１２０は紫外線波長帯の光を出力することもできる。例示的に半導体構造物１２０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を放出することができる。紫外線波長帯は半導体構造物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。
半導体構造物１２０が紫外線波長帯の光を発光する時、半導体構造物１２０の各半導体層はアルミニウムを含むＩｎｘ１Ａｌｙ１Ｇａ１－ｘ１－ｙ１Ｎ（０≦ｘ１≦１、０＜ｙ１≦１、０≦ｘ１＋ｙ１≦１）物質を含むことができる。ここで、Ａｌの組成はＩｎ原子量とＧａ原子量およびＡｌ原子量を含む全体の原子量とＡｌ原子量の比率で表すことができる。例えば、Ａｌ組成が４０％である場合、Ｇａの組成は６０％であるＡｌ４０Ｇａ６０Ｎであり得る。
また、実施例の説明において組成が低いか高いという意味は、各半導体層の組成％の差（％ポイント）で理解され得る。例えば、第１半導体層のアルミニウム組成が３０％であって、第２半導体層のアルミニウム組成が６０％である場合、第２半導体層のアルミニウム組成は第１半導体層のアルミニウム組成より３０％さらに高いと表現することができる。
半導体構造物１２０は、第２導電型半導体層１２６および活性層１２４を貫通して第１導電型半導体層１２２の一部の領域まで形成される複数個の第１リセス１２８、および複数個の第１リセス１２８の間に配置される少なくとも一つの第２リセス１２７を含む。
第１絶縁層１３１は第１リセス１２８および第２リセス１２７上に形成され得る。第１絶縁層１３１は反射層１３５を活性層１２４および第１導電型半導体層１２２と電気的に絶縁させることができる。第１絶縁層１３１は第１リセス１２８および第２リセス１２７で第２導電型半導体層１２６上に延長され得る。
第１電極１４２と第２電極１４６はオーミック電極であり得る。第１電極１４２と第２電極１４６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。
反射層１３５は第２リセス１２７の内部に配置され得る。具体的には、反射層１３５は第２リセス１２７内で第１絶縁層１３１上に配置され得る。
反射層１３５は紫外線波長帯で反射率が高い物質が選択され得る。反射層１３５は導電性物質を含むことができる。例示的に反射層１３５はＡｌ（アルミニウム）を含むことができる。アルミニウム反射層１３５の厚さが約３０ｎｍ～１００ｎｍである場合、紫外線波長帯の光を８０％以上反射することができる。したがって、活性層１２４から出射した光が半導体層の内部に吸収されることを防止することができる。
図２を参照すると、半導体構造物１２０のＡｌ組成が高くなると半導体構造物１２０内で電流拡散特性が低下され得る。また、活性層１２４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、電流密度が弱い領域の部分を食刻して反射層１３５を形成することによって、反射層１３５により光Ｌ１が上向き反射され得る。したがって、半導体構造物１２０内で光の吸収を減らし、光抽出効率を向上させることができる。また、半導体素子の指向角を調節することもできる。
第１導電型半導体層１２２はＩＩＩ－Ｖ族、ＩＩ－ＶＩ族などの化合物半導体で具現され得、第１導電型半導体層１２２に第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１２２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、ＡｌＮ、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１２２はｎ型半導体層であり得る。
第１導電型半導体層１２２は、Ａｌの組成が相対的に低い第１層１２２ａとＡｌの組成が相対的に高い第２層１２２ｂを有することができる。第２層１２２ｂはＡｌの組成が６０％～７０％であり得、第１層１２２ａはＡｌの組成が４０％～５０％であり得る。第１層１２２ａは活性層１２４と隣接して配置され得る。第１層１２２ａのアルミニウム組成は井戸層のアルミニウム組成より高くてもよい。この場合、第１層１２２ａが活性層１２４で生成された光を吸収する問題を改善することができる。例示的に第１層１２２ａは井戸層のアルミニウム組成より５％～１０％さらに高いこともあるが必ずしもこれに限定されない。
第１電極１４２は、比較的円滑な電流注入特性を確保するために第１層１２２ａ上に配置され得る。すなわち、第１リセス１２８は第１層１２２ａの領域まで形成されることが好ましい。第２層１２２ｂはアルミニウムの組成が高いため電流拡散特性が相対的に低いためである。
活性層１２４は第１導電型半導体層１２２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１２６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１２４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、それに相応する波長を有する光を生成することができる。
活性層１２４は単一井戸構造、多重井戸構造、単一量子井戸構造、井戸層と障壁層が交互に配置された多重量子井戸（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１２４の構造はこれに限定されない。活性層１２４の井戸層と障壁層はいずれもアルミニウムを含むことができる。
第２導電型半導体層１２６は活性層１２４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１２６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１２６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１２６はｐ型半導体層であり得る。
第２導電型半導体層１２６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なＧａＮを第２導電型半導体層１２６の底面に配置してもよい。
第１電極１４２の厚さｄ２は第１絶縁層１３１の厚さｄ３より薄くてもよく、第１絶縁層１３１と１μｍ～４μｍの離隔距離ｄ４を有することができる。第１電極１４２の厚さｄ２は第１絶縁層１３１の厚さｄ３の４０％～８０％であり得る。
第１電極１４２の厚さｄ２が第１絶縁層１３１の厚さｄ３の４０％～８０％である場合、下部電極層１６５を配置する時に発生するステップカバレッジ特性の低下による剥離およびクラックなどの問題点を解決することができる。また、第１絶縁層１３１と離隔距離ｄ４を有することによって第２絶縁層１３２のギャップフィル（Ｇａｐ－ｆｉｌ）特性が向上し得る。
図３を参照すると、反射層１３５は第２電極１４６の一側面と下部面の一部を覆うことができる。このような構成によって第１絶縁層１３１と第２電極１４６の間に流入する光を上部に反射させることができる。しかし、アルミニウムのような反射層１３５はステップカバレッジが相対的に悪く、マイグレーション（ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）特性により漏洩電流が発生し得、これによって信頼性が低下され得る。したがって、反射層１３５が第２電極１４６を完全に覆うことは好ましくないこともある。
第２電極１４６は半導体構造物の下部面１２１に配置され得る。第２電極１４６の厚さは第１絶縁層１３１の厚さの８０％以下であり得る。これによって反射層１３５およびキャッピング層１５０が配置される時にステップカバレッジ低下による反射層１３５あるいはキャッピング層１５０のクラックや剥離などの問題を解決することができる。
複数個の第２電極の間の距離Ｓ１は３μｍ～６０μｍであり得る。複数個の第２電極の間の距離Ｓ１が３μｍより小さい場合には、第２リセス１２７の幅が小さくなって内部に反射層１３５を形成することが困難であり得る。さらに、距離が６０μｍを超過する場合、第２電極１４６の面積が小さくなって動作電圧が上昇し得、有効発光領域を除去する問題によって光出力が低くなり得る。
反射層の幅Ｓ２は３μｍ～３０μｍであり得る。反射層の幅Ｓ２が３μｍより小さいと第２リセス１２７内に反射層を形成することが難しく、３０μｍを超過すると第２電極１４６の面積が小さくなって動作電圧が上昇する問題がある。したがって、複数個の第２電極の間の距離Ｓ１は反射層の幅Ｓ２と同じであり得る。
反射層１３５の幅Ｓ２は第２リセス１２７の幅と同じであり得る。第１リセスの幅と第２リセス１２７の幅は、半導体構造物の下部面１２１に形成された最大幅であり得る。
反射層１３５は第２リセス１２７から第２電極１４６に向かって延びた延長部１３５ａを含むことができる。延長部１３５ａは第２リセス１２７によって分離された第２電極１４６を互いに電気的に連結することができる。
延長部１３５ａの幅Ｓ５は０μｍ～２０μｍであり得る。幅Ｓ５が２０μｍ以上である場合、第２電極１４６を完全に覆ってステップカバレッジ特性が低下され得る。延長部１３５ａを含んだ反射層の幅Ｓ４は２０μｍ～６０μｍであり得る。
第２電極１４６は第１絶縁層１３１と０μｍ～４μｍの第１離隔距離Ｓ３を有することができる、４μｍより離隔距離が長い場合、第２電極１４６が配置される面積が狭くなって動作電圧が上昇し得る。
反射層１３５は第２電極１４６と第１絶縁層１３１の間の第１離隔距離Ｓ３に配置され得、第１離隔距離Ｓ３内で反射層１３５が第１絶縁層１３１の側面と上面および第２電極１４６の側面と上面に接することができる。また、第１離隔距離Ｓ３内で反射層１３５が第２導電型半導体層１２６と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。
反射層１３５の傾斜部と第２導電型半導体層１２６の下部面がなす角θ４は９０度～１４５度であり得る。傾斜角θ４が９０度より小さい場合、第２導電型半導体層１２６の食刻が難しく、１４５度より大きい場合、食刻される活性層の面積が大きくなって発光効率が低下する問題がある。
キャッピング層１５０は反射層１３５と第２電極１４６を覆うことができる。したがって、第２電極パッド１６６と、キャッピング層１５０、反射層１３５、および第２電極１４６は一つの電気的チャネルを形成することができる。
キャッピング層１５０は反射層１３５と第２電極１４６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。キャッピング層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。
キャッピング層１５０が第１絶縁層１３１の側面と上面と接する場合、反射層１３５と第２電極１４６の熱的、電気的信頼性を向上させることができる。また、第１絶縁層１３１と第２電極１４６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。
キャッピング層１５０は第１絶縁層１３１と第２電極１４６の間の第２離隔距離に配置され得る。キャッピング層１５０は第２離隔距離で第２電極１４６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離隔距離内でキャッピング層１５０と第２導電性半導体層１２６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。
再び図１を参照すると、半導体構造物１２０の下部面と第１リセス１２８と第２リセス１２７の形状に沿って下部電極層１６５と接合層１６０が配置され得る。下部電極層１６５は反射率が優秀な物質で構成され得る。例示的に下部電極層１６５はアルミニウムを含むことができる。電極層１６５がアルミニウムを含む場合、活性層１２４から基板１７０方向に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。
第２絶縁層１３２は反射層１３５、第２電極１４６、キャッピング層１５０を下部電極層１６５と電気的に絶縁させる。下部電極層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。
第１絶縁層１３１の厚さは第２絶縁層１３２の厚さの４０％～８０％であり得る。４０％～８０％を満足する場合、第１絶縁層１３１の厚さが薄くなり、反射層１３５の上面が第１導電型半導体層１２２に近くなって光抽出効率が向上し得る。
例示的に第１絶縁層１３１の厚さは３０００オングストローム～７０００オングストロームであり得る。３０００オングストロームより薄い場合、電気的信頼性が悪化し得、７０００オングストロームより厚いと反射層１３５およびキャッピング層１５０が第１絶縁層１３１の上部と側面に配置される時、反射層１３５やキャッピング層１５０のステップカバレッジ特性が悪いため剥離やクラックを誘発し得る。剥離やクラックを誘発する場合、電気的信頼性が悪化したり光抽出効率が低下する問題点を引き起こし得る。
第２絶縁層１３２の厚さは４０００オングストローム～１００００オングストロームであり得る。４０００オングストロームより薄い場合、素子の動作時に電気的信頼性が悪化し得、１００００オングストロームより厚い場合、工程時に素子に加えられる圧力や熱的ストレスによって信頼性が低下され得、工程時間が長くなって素子の単価が高くなる問題を引き起こし得る。第１絶縁層１３１と第２絶縁層１３２の厚さはこれに限定されない。
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。
第２電極パッド１６６は導電性物質で構成され得る。第２電極パッド１６６は単層または多層構造を有することができ、チタニウム（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）および金（Ａｕ）を含むことができる。例示的に第２電極パッド１６６はＴｉ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ａｕの構造を有することができる。
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は半導体構造物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と半導体構造物１２０の間の距離は５μｍ～３０μｍであり得る。１０μｍより小さいと工程マージンを確保することが難しく、３０μｍより大きいと全体の素子で第２電極パッド１６６が配置される面積が広くなるため、発光層２４の面積が減少し光量が減少し得る。
第２電極パッド１６６の凸部の高さは活性層１２４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１２４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。
半導体構造物の上部面には凹凸が形成され得る。このような凹凸は半導体構造物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。
半導体構造物１２の上部面と側面にはパッシベーション層１８０が配置され得る。パッシベーション層１８０の厚さは２０００オングストローム～５０００オングストロームであり得る。２０００オングストロームより小さい場合、素子を外部の水分や異物から保護するのに充分でないため素子の電気的、光学的信頼性を悪化させ得、５０００オングストロームより厚い場合、素子に加えられるストレスが大きくなって光学的信頼性を低下させるか工程時間が長くなることによって素子の単価が高くなる問題点を引き起こし得る。
図４を参照すると、第２リセス１２７の突出高さＨ１は第１リセス１２８の突出高さＨ２より大きくてもよい。ここで突出高さは、活性層１２４から第１リセス１２８および第２リセス１２７の上面までの垂直距離と定義することができる。
具体的には、第２リセス１２７の突出高さＨ１は下記の関係式１を満足することができる。
［関係式１］
Ｈ１＝Ｗ４×ｔａｎθ１
Ｈ１＝Ｗ４×ｔａｎθ１
ここで、Ｗ４は互いに隣り合う第１リセス１２８と第２リセス１２７の間の中間地点Ｃ１から第２リセスの上面Ｃ２までの距離であり、θ１は０．５度以上５．０度以下である。
θ１が０．５度未満の場合には、反射層の高さが相対的に低くなって効果的な反射機能の遂行が困難であり得る。また、５．０度を超過する場合には、反射層の高さが過度に高くなるためそれに比例して活性層の面積が過度に減少する問題がある。また、リセス工程と絶縁層工程がより精密に管理されなければならない問題がある。
例示的に中間地点Ｃ１から第２リセスの上面Ｃ２までの距離は２０μｍ～４０μｍであり、θ１は２．３度であり得る。第２リセス１２７の突出高さは約３００～８００ｎｍであり得る。この場合、活性層１２４からＴＭモードに放出される光を効果的に上向き反射させることができる。
第２リセス１２７は第１リセス１２８より高く形成され得る。しかし、必ずしもこれに限定されず、第１リセス１２８の高さと第２リセス１２７の高さは同じであり得る。
第１リセス１２８の傾斜角度θ２は４０度～７０度、または６０度～７０度であって、第２リセス１２７の傾斜角度θ３は４０度～７０度、または６０度～７０度であり得る。
図５は実施例に係る半導体素子の平面図、図６は半導体素子の電流密度の分布を示す図面、図７ａは第１領域を示す図面、図７ｂは第１領域の間の距離を説明するための図面、図８はｐオーミック電極の面積を示す図面である。
図５を参照すると、半導体素子１００は平面上の反射層１３５または第２リセスによって区画される複数個の第１領域１３６を含むことができる。第１リセス１２８、第２リセス、反射層１３５、および第１領域１３６は半導体構造物の下部面に形成された領域であり得る。複数個の第１領域１３６は所定間隔で離隔する独立空間であり得る。また、複数個の第１領域１３６は発光領域であり得る。
第１領域１３６は多様な形状を有することができる。例示的に第１領域１３６は六角形、八角形、三角形のような多角形状であるか円の形状であり得る。
複数個の第１電極１４２と第１リセス１２８は第１領域１３６にそれぞれ配置され得る。このような構造によると電流が分散する第１電極１４２を反射層１３５が包囲することができる。したがって、第１電極１４２の周辺で発光する光は第１領域１３６を囲んだ反射層１３５により上向き反射され得る。
反射層１３５は第１電極１４２の電流密度１００％を基準として電流密度が３０％～４０％以下である領域を連結した領域に配置され得る。例えば、第１リセスの中心から水平線上に配置される第２リセスの中心までの距離は５μｍ～４０μｍであり得る。
距離が５μｍより狭い場合、電流拡散が優秀な領域の活性層を食刻することになって発光効率が低下する問題があり得、４０μｍより広い場合、電流拡散特性が悪い領域が残るようになって光抽出効率が低下され得る。電流密度が３０％未満である領域に反射層を形成する場合、発光領域の面積が過度に広くなって効率が低下され得る。また、側面から出射した光の相当部分が半導体構造物内で吸収される可能性が高い。
図６を参照すると、Ａｌの組成が高くなると電流の分散効果が弱くなり得る。したがって、それぞれの第１電極１４２周辺の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が狭くなる。
有効発光領域Ｐ２は、電流密度が最も高い第１電極周辺の地点Ｐ１を基準として電流密度が３０％～４０％以下である境界地点と定義することができる。例えば、第１リセス１２８の中心から５μｍ～４０μｍ離れた距離を境界地点と定義することができる。しかし、注入電流のレベル、Ａｌの組成により可変的であり得る。
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領域に反射層を形成して光抽出効率を向上させることができる。
しかし、低電流密度領域Ｐ３の全体の面積に反射層を形成することは非効率的である。したがって、反射層を形成する領域のみを残し、残りの領域には第１電極をできるだけ稠密に配置することが光出力を高めるのに有利であり得る。
図７ａを参照すると、反射層１３５は傾斜部１３５ｂと上面部１３５ｃを含むことができる。活性層１２４から出射した光は殆ど傾斜部１３５ｂにより上向き反射され得る。
反射層１３５により定義される第１領域１３６は、第１電極１４２の２．０～５．０倍の面積を有することができる。この場合、第１電極１４２を基準として電流密度が４０％以下である領域に反射層１３５を形成することができる。また、反射層１３５により定義される第１領域１３６は、第１リセス１２８の２．０～５．０倍の面積を有してもよい。第１領域１３６の面積は半導体構造物１２０のＡｌ濃度により調節されてもよい。
図７ｂを参照すると、互いに隣り合う第１リセスの間隔Ｔ１は第１リセスの中心から第２電極までの距離Ｔ２と第２電極の間の距離Ｓ１の和であり得る。前述した通り、第２電極の間の距離Ｓ１はすくなくとも３μｍ以上を確保する必要がある。
複数個の第１リセス１２８の面積の和は、半導体構造物の水平方向最大面積の１２％～２４％であり得る。複数個の第１リセスの面積が２４％より大きいと、第１リセスの間の間隔Ｔ１が狭くなる。その結果、第２電極の間の距離Ｓ１を確保できなくなり得る。複数個の第１リセスの面積が１２％より小さい場合にはｎ電極の面積が小さいため十分な電流拡散が難しくなる。
例示的に複数個の第１リセスの面積が１２％である場合、第１リセスの間の間隔Ｔ１は１３０μｍであり、第１リセスの中心から第２電極までの距離Ｔ２は６３．５μｍであり得る。したがって、反射層を形成する間隔を約３μｍ確保することができる。
また、複数個の第１リセスの面積が２４％である場合、第１リセスの間の間隔Ｔ１は１０１μｍであり、第１リセスの中心から第２電極までの距離Ｔ２は４９μｍであり得る。したがって、第１リセスの反射層を形成する間隔を約３μｍ確保することができる。
図８を参照すると、第１リセスの個数が多くなるか第２電極の間の距離Ｓ１が広くなるほど複数個の第２電極１４６の面積は減少するようになる。
半導体構造物１２０は、第２リセス１２７により区画される複数個の第１領域１３６と半導体構造物１２０の側面Ｅ１と第２リセス１２７の間で定義される第２領域１３７を含むことができる。第１領域１３６の間の離隔間隔Ｓ１は第２リセス１２７の幅と同じであるかさらに広くてもよい。
複数個の第２電極１４６は第１領域１３６内に配置される複数個のサブ電極１４７と第２領域１３７内に配置される縁電極１４８を含むことができる。
複数個のサブ電極１４７は第１リセスと第２リセスの間に配置され得る。複数個のサブ電極１４７は互いに離隔するが反射層によって電気的に連結され得る。
縁電極１４８は半導体構造物１２０の端に沿って連続的に配置され得る。しかし、必ずしもこれに限定されず、縁電極１４８は複数個に分割されてもよい。また、縁電極１４８は省略されてもよい。
第２リセス１２７と半導体構造物１２０の側面Ｅ１の離隔距離ｄ１は１．０μｍ～１０μｍであり得る。離隔距離ｄ１が１．０μｍより小さい場合には工程マージンの確保が難しい。また、離隔距離ｄ１が１０μｍより大きい場合には発光に参加する面積が減少して光抽出効率が低下され得る。しかし、必ずしもこれに限定されず、第２リセス１２７および反射層が半導体構造物１２０の側面Ｅ１まで形成されてもよい。この場合、縁電極１４８は複数個に分割され得る。
図９は本発明の第１実施例に係る半導体素子の写真、図１０は本発明の第２実施例に係る半導体素子の写真、図１１は本発明の第３実施例に係る半導体素子の写真、図１２は第１～第３実施例に係る半導体素子の光出力を測定したグラフ、図１３は第１～第３実施例に係る半導体素子の動作電圧を測定したグラフである。
図９を参照すると、第１リセスが１４個の場合、第１電極の周囲のみが発光し、残りの部分は殆ど発光しないことを確認することができる。図１０を参照すると、第１リセスの個数が３１個に増加した場合、図９と比べて発光面積が広くなったことが分かる。また、図１１を参照すると、図１０と比べて全体的に発光することを確認することができる。すなわち、第１電極の面積が増加することによって電流の分散特性が向上して殆どの活性層が発光に参加することになったのである。
図１２を参照すると、第１リセス１２８の個数が１４個である第１実施例の光出力１００％を基準として、第１リセス１２８の個数が３１個である第２実施例は光出力が１１４．７％向上したことを確認することができる。また、ホールの個数が４４個になると光出力は１４０．１％向上することを確認することができる。すなわち、活性層の全体の面積は減少したが、発光に参加する活性層の面積は増加したことが分かる。
図１３を参照すると、第１リセス１２８の個数が１４個である第１実施例の動作電圧１００％を基準として、第１リセス１２８の個数が３１個である第２実施例は動作電圧が８７％に低くなったことを確認することができる。また、ホールの個数が４４になると動作電圧は７８％にさらに低くなることを確認することができる。すなわち、第１電極の総面積が大きくなって電流の分散特性が向上することによって動作電圧が低くなったことを確認することができる。
図１４は本発明の第４実施例に係る半導体素子の写真、図１５は本発明の第５実施例に係る半導体素子の写真、図１６は本発明の第６実施例に係る半導体素子の写真、図１７は本発明の第７実施例に係る半導体素子の写真、図１８は本発明の第８実施例に係る半導体素子の写真、図１９は第４～第８実施例に係る半導体素子の光出力を測定したグラフ、図２０は第４～第８実施例に係る半導体素子の動作電圧を測定したグラフである。
下記の表１は実施例４～８の活性層面積、ｐ－オーミック電極の面積（第２面積）、リセスの面積、ｎ－オーミック電極の面積（第１面積）、および第１リセスの個数を測定した。
活性層面積は半導体構造物をメサ食刻した面積であり得、半導体構造物の水平方向最大面積を基準とした活性層の面積比率であり得る。ここで半導体構造物の面積はメサ食刻した面積とリセス面積を足した水平方向最大断面積であり得る。
ｐ電極の面積は半導体構造物の水平方向最大面積を基準として第２電極の面積比率である。
ｎ電極の面積は半導体構造物の水平方向最大面積を基準として第１電極の面積比率である。
実施例４および７は反射層を形成して実験し、実施例５、６、および８は反射層を形成せずに実験した。
図１４～図１８、および表１を参照すると、第１リセスの個数が多くなるにつれて有効発光領域Ｐ２が重なることを確認することができる。したがって、全体的な活性層面積は減少したが殆どの活性層は発光に参加することができる。
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、半導体構造物１２０の水平方向最大断面積の６．０％以上１１％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と接触する面積の和であり得る。
複数個の第１電極１４２の第１面積が６．０％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、１１％を超過する場合には第２電極間の間隔が過度に狭くなって反射層を形成する空間を確保し難い。この時、第１面積を６．０％以上１１％以下に形成するために、複数個の第１リセスの面積は半導体構造物の水平方向最大面積の１２％～２４％であり得る。
実験結果、実施例４～７は第２電極の間に反射層を形成する空間があるが、実施例８は延長部を含む反射層を形成する空間が確保されていない。
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、半導体構造物１２０の水平方向最大断面積の４０％以上６０％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４０％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６０％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２面積は、半導体構造物の下部面に形成された複数個の第１リセスの面積と第２リセスの面積を除いた残りの面積と同じであるか小さくてもよい。したがって、複数個の第１リセスの面積と第２リセスの面積を足した第３面積は、半導体構造物の水平方向最大面積の６０％以下であり得る。
第３面積が半導体構造物の水平方向最大面積の６０％以上である場合には第２電極の面積が過度に小さくなって反射層を形成し難い。また、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。
複数個の第２リセスの面積は半導体構造物の水平方向最大面積の４．８％～５．７％であり得る。第２リセスの面積が４．８％より小さい場合、反射層を形成し難い問題があり、５．７％より大きい場合、第２面積が小さくなって動作電圧が上昇する問題がある。
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第１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。また、反射層を形成するために第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、１：４以上に制御することが好ましい。面積比が１：４より小さくなる場合、実施例８のように反射層を形成する空間を確保し難い。
また、面積比が１：１０より大きくなる場合には、実施例１、２のように第１面積が相対的に小さくなって電流の分散特性が悪化し得る。例示的に実施例１の場合、第１面積が約１．８％しかないため電流の注入効率が非常に低下することを確認した。その結果、第１電極の隣接領域でのみ発光するようになる。
実施例によると、第１リセス１２８と第１領域１３６の面積比は１：４～１：８であり得る。面積比が１：４より小さい場合、第１リセス１２８の個数が多くなって反射層１３５を形成する空間を確保し難い。また、面積比が１：８より大きくなる場合、ｎ電極の面積が相対的に小さくなって電流の分散特性が悪化し得る。
実施例４は第１リセス１２８と第１領域１３６の面積比が１：８であり、実施例７は第１リセス１２８と第１領域１３６の面積比が１：４である。この時、第１リセスの半径は同じであるため、第１リセスの個数が多くなるほど第１領域の面積が次第に狭くなることが分かる。ここで、第１領域１３６の面積は第１リセスを含む全体面積である。
図１９を参照すると、第１リセスの個数が４８個である第４実施例の光出力１００％を基準として、第１リセスの個数が６２個である第５実施例はかえって光出力が減少したことが分かる。すなわち、実施例４のように反射層によって光抽出効率が向上することを確認することができる。
これと同様に、第１リセスの個数が８１個であって、反射層を形成した第７実施例の場合、反射層なしに第１リセスの個数が９６個である第８実施例と比べて光出力が高いことが分かる。
図２０を参照すると、動作電圧は第１リセスの個数が４８個から９６個に増えてもそれほど大きく変化することはなかった。
図２１を参照すると、実施例８の場合、反射層１３５の幅Ｓ２が約４．５μｍである場合、反射層１３５にクラックが発生したことを確認することができる。したがって、第２リセスの幅が約４．５μｍ以下に狭くなる場合、反射層の形成が難いことを確認することができる。
しかし、傾斜角度を低く調節する場合、反射層の幅を約３．０μｍまで制御することもできる。したがって、反射層の幅Ｓ２は約３．０μｍより大きく形成することが好ましい。
図２２は本発明の第９実施例に係る半導体素子の平面図、図２３は図２２のＣ部分の拡大図、図２４は電源が印加された発光構造物の写真である。
図２２および図２３を参照すると、第１リセス１２８は第１方向（Ｘ方向）に延び、第２方向（Ｚ方向）に離隔して配置され得る。ここで第１方向は発光構造物１２０の厚さ方向（Ｙ方向）と垂直な方向であり得る。以下で第１リセス１２８と第２リセス１２７の幅（面積）は発光構造物１２０の下部に形成された領域と定義する。
第１リセス１２８の内部には第１電極１４２が配置され得る。第１リセス１２８の個数を調節するか第１方向に延びる長さを調節して第１電極１４２の面積を制御することができる。
アルミニウムの濃度が高い紫外線発光構造物では相対的に電流の分散が容易でないため、第１電極の面積を青色光を放出するＧａＮ発光構造物と比べて広げる必要がある。実施例では複数個の第１電極１４２が第１方向に第１導電型半導体層と接触するため電流注入面積を広げることができる。
この時、第１電極１４２の面積を増加させるために第１リセス１２８を過度に形成する場合、活性層１２４および第２電極１４６の面積が減少するため、適正な面積比率を維持することが重要である。
第１リセス１２８の幅Ｗ１は３０μｍ以上６０μｍ以下であり得る。第１リセス１２８の幅Ｗ１が３０μｍより小さい場合、内部に第１電極１４２を形成する際に工程マージンを確保することが難しく、６０μｍより大きい場合には活性層が過度に減少して光出力が低くなり得る。
第１リセス１２８の間の距離ｄ６は２０μｍ～６０μｍであり得る。距離ｄ６が２０μｍより小さい場合には活性層が過度に減少して光出力が低くなり得、距離が６０μｍより大きい場合には第１リセス１２８の個数が小さくなって第１電極１４２の面積を十分に確保し難い。
複数個の第１電極１４２の面積は、発光構造物１２０の第１方向最大面積１００％を基準として１９％～２９％であり得る。第１電極１４２の面積が１９％より小さい場合、十分な電流注入および拡散が難しくなり得、第１電極１４２の面積が２９％より大きい場合には活性層１２４と第２電極１４６が配置され得る面積が減少して光出力が低くなって動作電圧が上昇する問題がある。
複数個の第１リセス１２８の面積は、発光構造物１２０の第１方向最大面積１００％を基準として３０％～４５％であり得る。第１リセス１２８の面積が３０％より小さい場合、第１電極１４２の面積が小さくなる問題があり、第１リセス１２８の面積が４５％より大きい場合には活性層１２４と第２電極１４６が配置され得る面積が減少して光出力が低くなって動作電圧が上昇する問題がある。
複数個の第２リセス１２７は第１方向（Ｘ方向）に延び、第２方向（Ｙ方向）に離隔して配置され得る。第２リセス１２７は複数個の第１リセス１２８の間に配置され得る。
反射層１３５は第２リセス１２７の内部に配置され得る。したがって、反射層１３５は複数個の第１電極１４２の両側面に配置されて第１電極１４２の周辺で発光する光を上向き反射され得る。反射層１３５の幅Ｓ２は第２リセス１２７の幅と同じであるかより広くてもよい。
アルミニウムの組成が高くなると電流の分散効果が弱くなり得る。したがって、それぞれの第１電極１４２周辺の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が狭くなる。
有効発光領域Ｐ２は電流密度が１００％である第１電極１４２の中心を基準として電流密度が３０％～４０％以下である境界地点と定義することができる。例えば、第１リセス１２８の中心から第２方向に５μｍ～４０μｍ離れた距離を境界地点と定義することができる。しかし、注入電流のレベル、Ａｌの濃度可変的であり得る。
反射層１３５は電流密度が３０％～４０％以下である境界地点に配置され得る。すなわち、実施例は電流密度が低い領域に反射層１３５を形成して光抽出効率を向上させることができる。
第２リセス１２７の第１方向の長さは隣り合う第１リセス１２８の第１方向の長さより長く形成され得る。もし第２リセス１２７の長さが隣り合う第１リセス１２８の長さと同じであるかより短いのであれば、第１リセス１２８の終端地点で発光する光を制御することができない。
ここで第２リセス１２７と隣り合う第１リセス１２８は、第２方向（Ｚ方向）に第２リセス１２７に最も近接するように配置された２個の第１リセス１２８であり得る。すなわち、第２リセス１２７は左右に隣接して配置された２個の第１リセス１２８のうち少なくとも一つよりは長く形成され得る。
第２リセス１２７の一終端は第１リセス１２８の一終端よりさらに長く配置され得るｄ５。第２リセス１２７の第１方向の長さは隣接して配置された第１リセス１２８の第１方向の長さの１０４％以上であり得る。この場合、第１電極１４２の両終端の周辺から出射する光を効果的に上向き反射させることができる。
第２リセス１２７と発光構造物１２０の側面の離隔距離ｄ１は１．０μｍ～１０μｍであり得る。離隔距離ｄ１が１．０μｍより小さい場合には、工程マージンの確保が難しく、キャッピング層１５０が反射層１３５を囲んで配置され難いため、信頼性が低下され得る。また、離隔距離ｄ１が１０μｍより大きい場合には発光に参加する面積が減少して光抽出効率が低下され得る。しかし、必ずしもこれに限定されず、第２リセス１２７および反射層１３５は発光構造物１２０の側面まで形成されてもよい。
複数個の第２リセス１２７の面積は、発光構造物１２０の第１方向最大面積１００％を基準として４％～１０％であり得る。第２リセス１２７の面積が４％より小さい場合には第２リセス１２７の内部に反射層１３５を形成し難い。また、第２リセス１２７の面積が１０％より大きい場合には活性層の面積が減少して光出力が弱くなり得る。
反射層１３５の面積は、発光構造物１２０の第１方向最大面積１００％を基準として４６％～７０％であり得る。実際の光を反射する反射層１３５の領域は第２リセス１２７の面積と同じであるかさらに小さくてもよい。ここの反射層１３５の面積は、発光構造物１２０の下部面に延びて第２電極１４６を覆う延長部を含んだ面積である。
第２電極１４６の面積は、発光構造物１２０の第１方向最大面積１００％を基準として５７％～８６％であり得る。第２電極１４６の面積が５７％より小さい場合には動作電圧が上昇し得、面積が８６％より大きい場合には第１電極１４２の面積が減少して電流注入および分散効率が低くなり得る。
第２電極１４６の面積は、発光構造物１２０で第１リセス１２８と第２リセス１２７の面積を除いた残りの面積であり得る。したがって、第２電極１４６は全体的に連結された一つの電極であり得る。
図２５は本発明の第１０実施例に係る半導体素子の平面図、図２６ａおよび図２６ｂは本発明の第１１実施例に係る半導体素子を示す図面、図２７は本発明の第１２実施例に係る半導体素子を示す図面、図２８は本発明の第１３実施例に係る半導体素子を示す図面である。
図２５を参照すると、複数個の反射層１３５の両終端と連結される側面反射部１３５ｂを含むことができる。すなわち、発光構造物１２０の端に第３リセス１２９を形成し、第３リセス１２９の内部に側面反射部１３５ｂを形成することができる。反射層１３５と側面反射部１３５ｂは同じ反射物質を含むことができる。例示的に反射層１３５と側面反射部１３５ｂはアルミニウムを含むことができる。
複数個の反射層１３５と側面反射部１３５ｂは電気的に連結されてもよく、互いに離隔して配置されてもよい。
複数個の反射層１３５と側面反射部１３５ｂが互いに連結された場合、複数個の第１領域１３６を形成することができる。複数個の第１領域１３６は複数個の反射層１３５によって離隔した空間であり得る。
複数個の第１領域１３６にはそれぞれ第１リセス１２８と第１電極１４２が配置され得る。このような構成によると第１電極１４２の両終端周辺で発光した光を有効に上向き反射させることができる。
第２電極は第２リセス１２７および第３リセスによって複数個に分離され得る。分割された複数個の第２電極１４６は反射層１３５の延長部によって互いに電気的に連結され得る。
図２６ａを参照すると、発光素子の端には反射層１３５が配置されなくてもよい。すなわち、工程マージンなどの多様な理由によって端には反射層１３５が配置されてもよく、第１電極１４２が配置されてもよい。
図２６ｂを参照すると、半導体素子の端部分Ｚ１にはキャッピング層１５０、下部電極層１６５、および基板７０が突出して活性層１２４から放出した光Ｌ２を上向き反射させることができる。すなわち、半導体素子の端部分Ｚ１には側面反射部が形成され得る。したがって、別途の反射層を形成しなくても最外郭から放出される光を上向き反射させることができる。
キャッピング層１５０が第２導電型半導体層１２６の下部面となす角は９０度～１４５度であり得る。角度が９０度より小さいか１４５度より大きい場合には側面に向かって移動する光を上側に反射する効率が低下され得る
このような構成によると、複数個の第１リセス１２８の間から放出される光は反射層１３５が上向き反射させ、発光構造物１２０の端から放出される光はキャッピング層１５０が上向き反射させることができる。
図２７を参照すると、複数個の反射層１３５は第２方向（Ｚ方向）に延び、第１方向（Ｘ方向）に離隔して配置されてもよい。第１リセス１２８および第２リセス１２７の配列は電極パッドの位置などにより適切に変形され得る。
図２８を参照すると、第１リセス１２８と第１電極１４２は第１方向と第２方向にそれぞれ延長され得る。したがって、第１リセス１２８は互いに交差する領域に複数個の第２領域１３７を形成することができる。
複数個の反射層１３５は第２領域１３７にそれぞれ配置されて光を上側に反射することができる。発光構造物１２０の端には側面反射部１３５ｂが配置され得る。複数個の反射層１３５と側面反射部１３５ｂは第２電極を通じて電気的に連結され得る。しかし、必ずしもこれに限定されず、複数個の反射層１３５と側面反射部１３５ｂは電気的に絶縁されてもよい。
図２９は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、図３０は本発明の一実施例に係る半導体素子パッケージの平面図、図３１は図３０の変形例である。
図２９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５ａ、５ｂを含むことができる。半導体素子１は前述した構成をすべて含むことができる。
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。胴体２は複数の層２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅを積層して形成することができる。複数の層２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅは同じ材質でもよく、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されない。透光層４は紫外線光を有効に透過できる材質であれば特に制限しない。溝３の内部は空いた空間であり得る。
図３０を参照すると、半導体素子１０は第１リードフレーム５ａ上に配置され、第２リードフレーム５ｂとワイヤーによって連結され得る。この時、第２リードフレーム５ｂは第１リードフレームの側面を囲むように配置され得る。
図３１を参照すると、半導体素子パッケージは複数個の半導体素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが配置されてもよい。この時、リードフレームは第１～第５リードフレーム５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅを含むことができる。
第１半導体素子１０ａは第１リードフレーム５ａ上に配置されて第２リードフレーム５ｂとワイヤーで連結され得る。第２半導体素子１０ｂは第２リードフレーム５ｂ上に配置されて第３リードフレーム５ｃとワイヤーで連結され得る。第３半導体素子１０ｃは第３リードフレーム５ｃ上に配置されて第４リードフレーム５ｄとワイヤーで連結され得る。第４半導体素子１０ｄは第４リードフレーム５ｄ上に配置されて第５リードフレーム５ｅとワイヤーで連結され得る。
半導体素子は多様な種類の光源装置に適用され得る。例示的に光源装置は殺菌装置、硬化装置、照明装置、および表示装置および車両用ランプなどを含む概念であり得る。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。
殺菌装置は実施例に係る半導体素子を具備して所望の領域を殺菌することができる。殺菌装置は浄水器、エアコン、冷蔵庫などの生活家電に適用され得るが必ずしもこれに限定されない。すなわち、殺菌装置は殺菌が必要な多様な製品（例：医療機器）にすべて適用され得る。
例示的に浄水器は循環する水を殺菌するために実施例に係る殺菌装置を具備することができる。殺菌装置は水が循環するノズルまたは吐出口に配置されて紫外線を照射することができる。この時、殺菌装置は防水構造を含むことができる。
硬化装置は実施例に係る半導体素子を具備して多様な種類の液体を硬化させることができる。液体は紫外線が照射されると硬化する多様な物質をすべて含む最広義の概念であり得る。例示的に硬化装置は多様な種類のレジンを硬化させることができる。または硬化装置はマニキュアのような美容製品を硬化させるのに適用されてもよい。
照明装置は、基板と実施例の半導体素子を含む光源モジュール、光源モジュールの熱を発散させる放熱部および外部から提供された電気的信号を処理または変換して光源モジュールに提供する電源提供部を含むことができる。また、照明装置は、ランプ、ヘッドランプ、または街路灯などを含むことができる。
表示装置はボトムカバー、反射板、発光モジュール、導光板、光学シート、ディスプレイパネル、画像信号出力回路およびカラーフィルタを含むことができる。ボトムカバー、反射板、発光モジュール、導光板および光学シートはバックライトユニット（Ｂａｃｋｌｉｇｈｔ Ｕｎｉｔ）を構成することができる。
反射板はボトムカバー上に配置され、発光モジュールは光を放出することができる。導光板は反射板の前方に配置されて発光モジュールで発散する光を前方に案内し、光学シートはプリズムシートなどを含んで構成されて導光板の前方に配置され得る。ディスプレイパネルは光学シートの前方に配置され、画像信号出力回路はディスプレイパネルに画像信号を供給し、カラーフィルタはディスプレイパネルの前方に配置され得る。
半導体素子は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る。
半導体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でもよい。
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において差異点がある。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）を例に挙げることができる。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す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 (16)
- 第１導電型半導体層、第２導電型半導体層、前記第１導電型半導体層と前記第２導電型半導体層間に配置される活性層を含み、
前記第２導電型半導体層および前記活性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第１リセスおよび前記複数個の第１リセスの間に配置される第２リセスを含む半導体構造物；
前記複数個の第１リセスの内部に配置され、前記第１導電型半導体層と電気的に連結される複数個の第１電極；
前記第２導電型半導体層に電気的に連結される複数個の第２電極；および
前記第２リセスの内部に配置される反射層を含み、
前記半導体構造物は紫外線波長帯の光を生成し、
前記半導体構造物は前記第２リセスによって区画される複数個の第１領域を含み、
前記複数個の第１電極は前記複数個の第１領域にそれぞれ配置され、
前記第１領域の面積は前記第１電極の面積の２．０倍～５．０倍であり、
前記複数個の第１リセスの面積と前記第２リセスの面積の和は前記半導体構造物の第１方向最大面積の６０％以下であり、
前記複数個の第１リセスの面積と前記第２リセスの面積は前記半導体構造物の下部面に形成された面積であり、
前記第１方向は前記半導体構造物の厚さ方向と垂直な方向である、半導体素子。 - 前記複数個の第２電極の間の距離は３μｍ以上６０μｍ以下である、請求項１に記載の半導体素子。
- 前記反射層の幅は３μｍ以上３０μｍ以下である、請求項１に記載の半導体素子。
- 前記複数個の第２電極の間の距離と前記反射層の幅は同じである、請求項１に記載の半導体素子。
- 前記複数個の第１電極が前記第１導電型半導体層と電気的に連結される面積は、前記半導体構造物の第１方向最大面積の６．０％～１１．０％である、請求項１に記載の半導体素子。
- 前記複数個の第２電極が前記第２導電型半導体層と電気的に連結される面積は、前記半導体構造物の第１方向最大面積の４０％～６０％である、請求項１に記載の半導体素子。
- 前記複数個の第１電極が前記第１導電型半導体層と電気的に連結される面積と前記複数個の第２電極が前記第２導電型半導体層と電気的に連結される面積の比は、１：４以上１：１０以下である、請求項１に記載の半導体素子。
- 前記複数個の第１領域の面積は前記複数個の第１リセスの面積の２．０倍～５．０倍である、請求項１に記載の半導体素子。
- 前記反射層は前記第２リセスから延びて前記第２電極と接触する延長部を含む、請求項１に記載の半導体素子。
- 前記反射層と前記第２電極を覆うキャッピング層を含む、請求項９に記載の半導体素子。
- 前記キャッピング層と電気的に連結される第２電極パッドを含む、請求項１０に記載の半導体素子。
- 前記複数個の第１電極と電気的に連結される下部反射層を含む、請求項１に記載の半導体素子。
- 前記下部反射層と電気的に連結される基板を含む、請求項１２に記載の半導体素子。
- 前記第１導電型半導体層は前記活性層と隣接して配置された第１層と前記第１層上に配置される第２層を含み、
前記第２層は前記第１層よりＡｌ組成が高く、
前記第１電極は前記第１層に配置される、請求項１に記載の半導体素子。 - 前記複数個の第１リセスは第２方向に分離され、前記複数個の第１リセスのそれぞれは前記第２方向と垂直な第１方向に延び、
前記第２リセスは前記複数個の第１リセスの間に配置される、請求項１に記載の半導体素子。 - 前記第２リセスは、前記第２リセスが前記複数個の第１リセスを取り囲むように前記半導体構造物の側面に沿って延びる、請求項１に記載の半導体素子。
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