KR102473734B1 - Semiconductor device and detective sensor including the same - Google Patents

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Abstract

실시 예는, 기판; 상기 기판상에 배치되는 제1 반도체층; 상기 제1 반도체층 상에 배치되는 제2 반도체층; 상기 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 배치되는 흡수층; 상기 기판과 상기 제1 반도체층 사이에 배치되는 제3 반도체층; 상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극; 상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극; 상기 제2 반도체층과 전기적으로 연결되는 제3 전극; 및 상기 제3 반도체층과 전기적으로 연결되는 제4 전극을 포함하고, 상기 제3 반도체층과 상기 제4 전극은 쇼트키 접합되는 반도체 소자 및 이를 포함하는 센서 패키지를 개시한다.An embodiment, a substrate; a first semiconductor layer disposed on the substrate; a second semiconductor layer disposed on the first semiconductor layer; an absorption layer disposed between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer; a third semiconductor layer disposed between the substrate and the first semiconductor layer; a first electrode electrically connected to the first semiconductor layer; a second electrode electrically connected to the first semiconductor layer; a third electrode electrically connected to the second semiconductor layer; and a fourth electrode electrically connected to the third semiconductor layer, wherein the third semiconductor layer and the fourth electrode are schottky bonded to a semiconductor device and a sensor package including the same.

Description

반도체 소자 및 이를 포함하는 센서 패키지{SEMICONDUCTOR DEVICE AND DETECTIVE SENSOR INCLUDING THE SAME}Semiconductor device and sensor package including the same {SEMICONDUCTOR DEVICE AND DETECTIVE SENSOR INCLUDING THE SAME}

실시 예는 반도체 소자 및 이를 포함하는 센서 패키지에 관한 것이다.The embodiment relates to a semiconductor device and a sensor package including the same.

일반적으로, 미생물 감지 장치는 대상물에 자외선을 조사함으로써 대상물에 존재하는 미생물이 발생하는 형광을 통해 미생물의 존재 유무 및 존재량을 분석할 수 있다. 대상물은 음료, 식수, 공기 등의 유체나 식기 등의 용기 등을 포함하는 다양한 종류로 이루어질 수 있다. 그리고 미생물은 곰팡이, 세균, 박테리아 등을 포함하는 생물학적 입자일 수 있다.In general, a microbial sensing device may analyze the presence or absence and amount of microorganisms through fluorescence generated by microorganisms present in an object by irradiating an object with ultraviolet rays. The object may be formed of various types including fluids such as beverages, drinking water, and air, or containers such as tableware. And the microorganisms may be biological particles including fungi, germs, bacteria, and the like.

미생물 감지 장치는 자외선 광을 조사하는 발광소자와, 미생물이 방출하는 형광 스펙트럼을 검출하는 수광소자를 포함할 수 있다. 또한, 추가적으로 발광소자의 광 출력을 센싱하기 위한 모니터링 PD가 배치될 수 있다. The microorganism detection device may include a light emitting element for irradiating ultraviolet light and a light receiving element for detecting a fluorescence spectrum emitted by microorganisms. Also, a monitoring PD for additionally sensing the light output of the light emitting device may be disposed.

일반적으로 발광소자와 모니터링 PD가 패키지로 제작되고, 수광소자는 별도의 패키지로 제작될 수 있다. 따라서, 부피가 커지고 발광소자와 수광소자 사이의 간격이 증가하여 센싱 면적이 상대적으로 줄어드는 문제가 있다.In general, a light emitting device and a monitoring PD are manufactured as a package, and a light receiving device may be manufactured as a separate package. Therefore, there is a problem in that the sensing area is relatively reduced because the volume increases and the distance between the light emitting element and the light receiving element increases.

실시 예는 수광소자와 모니터링 PD가 일체화된 반도체 소자를 제공한다.The embodiment provides a semiconductor device in which a light receiving device and a monitoring PD are integrated.

실시 예는 발광소자와 수광소자 사이의 간격이 줄어든 센서 패키지를 제공한다.The embodiment provides a sensor package in which a distance between a light emitting element and a light receiving element is reduced.

본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자는, 기판; 상기 기판상에 배치되는 제1 반도체층; 상기 제1 반도체층 상에 배치되는 제2 반도체층; 상기 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 배치되는 흡수층; 상기 기판과 상기 제1 반도체층 사이에 배치되는 제3 반도체층; 상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극; 상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극; 상기 제2 반도체층과 전기적으로 연결되는 제3 전극; 및 상기 제3 반도체층과 전기적으로 연결되는 제4 전극을 포함하고, 상기 제3 반도체층과 상기 제4 전극은 쇼트키 접합된다.
상기 제3 반도체층은 상기 기판으로 입사되는 제1 광을 흡수하고, 상기 흡수층은 상기 기판으로 입사되는 제2 광을 흡수하고, 상기 제1 광의 피크파장은 상기 제2 광의 피크파장보다 짧고, 상기 제1 광 및 제2 광은 자외선 파장대의 광일 수 있다.
상기 제1 반도체층은 상기 제3 반도체층 상에 배치되는 제1-1 반도체층, 및 상기 제1-1 반도체층 상에 배치되는 제1-2 반도체층을 포함하고, 상기 제1 전극은 상기 제1-2 반도체층 상에 배치되고, 상기 제2 전극은 상기 제1-1 반도체층 상에 배치되며, 상기 제1-1 반도체층, 제1-2 반도체층, 및 제3 반도체층은 알루미늄을 포함하고, 알루미늄 조성은 하기 관계식 1을 만족할 수 있다.
[관계식 1]
제3 반도체층 > 제1-1 반도체층 > 제1-2 반도체층
상기 제1 반도체층은 상기 제1-2 반도체층 상에 배치되는 제1-3 반도체층을 포함하고, 상기 제1-3 반도체층, 흡수층, 및 제2 반도체층은 알루미늄을 포함하지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 패키지는 몸체; 상기 몸체 내에 배치되는 발광소자; 및 상기 몸체 내에 배치되는 수광소자를 포함하고, 상기 수광소자는, 투광기판; 상기 투광기판상에 배치되는 제1 반도체층; 상기 제1 반도체층 상에 배치되는 제2 반도체층;상기 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 배치되는 흡수층; 상기 투광기판과 상기 제1 반도체층 사이에 배치되는 제3 반도체층; 상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극; 상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극; 상기 제2 반도체층과 전기적으로 연결되는 제3 전극; 및 상기 제3 반도체층과 전기적으로 연결되는 제4 전극을 포함하고, 상기 제3 반도체층과 상기 제4 전극은 쇼트키 접합되고, 상기 제3반도체층은 발광소자에서 출사된 제1 광을 흡수하고, 상기 흡수층은 외부에서 입사된 제2 광을 흡수하고, 상기 제1 광의 피크파장은 상기 제2 광의 피크파장보다 짧고, 상기 제2 광은 타겟 물질이 상기 제1 광을 흡수하여 방출하는 제2 광의 스펙트럼을 검출하고, 상기 타겟 물질은 곰팡이, 세균, 또는 미생물을 포함한다.
A semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes a substrate; a first semiconductor layer disposed on the substrate; a second semiconductor layer disposed on the first semiconductor layer; an absorption layer disposed between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer; a third semiconductor layer disposed between the substrate and the first semiconductor layer; a first electrode electrically connected to the first semiconductor layer; a second electrode electrically connected to the first semiconductor layer; a third electrode electrically connected to the second semiconductor layer; and a fourth electrode electrically connected to the third semiconductor layer, wherein the third semiconductor layer and the fourth electrode are Schottky junctioned.
The third semiconductor layer absorbs the first light incident on the substrate, the absorption layer absorbs the second light incident on the substrate, the peak wavelength of the first light is shorter than the peak wavelength of the second light, The first light and the second light may be light in an ultraviolet wavelength range.
The first semiconductor layer includes a 1-1 semiconductor layer disposed on the third semiconductor layer and a 1-2 semiconductor layer disposed on the 1-1 semiconductor layer, and the first electrode comprises the disposed on the 1-2 semiconductor layer, the second electrode is disposed on the 1-1 semiconductor layer, the 1-1 semiconductor layer, the 1-2 semiconductor layer, and the third semiconductor layer are aluminum Including, the aluminum composition may satisfy the following relational expression 1.
[Relationship 1]
3rd semiconductor layer > 1-1st semiconductor layer > 1-2nd semiconductor layer
The first semiconductor layer may include 1-3 semiconductor layers disposed on the 1-2 semiconductor layers, and the 1-3 semiconductor layers, the absorption layer, and the second semiconductor layer may not contain aluminum. .
A sensor package according to an embodiment of the present invention includes a body; a light emitting element disposed within the body; and a light-receiving element disposed within the body, wherein the light-receiving element comprises: a light-transmitting substrate; a first semiconductor layer disposed on the light-transmitting substrate; A second semiconductor layer disposed on the first semiconductor layer; An absorption layer disposed between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer; a third semiconductor layer disposed between the light-transmitting substrate and the first semiconductor layer; a first electrode electrically connected to the first semiconductor layer; a second electrode electrically connected to the first semiconductor layer; a third electrode electrically connected to the second semiconductor layer; and a fourth electrode electrically connected to the third semiconductor layer, wherein the third semiconductor layer and the fourth electrode are Schottky bonded, and the third semiconductor layer absorbs the first light emitted from the light emitting device. The absorption layer absorbs second light incident from the outside, the peak wavelength of the first light is shorter than the peak wavelength of the second light, and the second light is a target material that absorbs and emits the first light. 2 The spectrum of light is detected, and the target material includes fungi, bacteria, or microorganisms.

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실시 예에 따르면, 수광소자와 모니터링 PD가 일체화된 반도체 소자를 제작할 수 있다. 따라서, 센서 패키지를 소형화할 수 있다.According to the embodiment, a semiconductor device in which a light receiving device and a monitoring PD are integrated may be manufactured. Therefore, the sensor package can be miniaturized.

또한, 발광소자와 수광소자 사이의 간격이 줄어들어 센싱 면적이 증가할 수 있다.In addition, a sensing area may be increased by reducing a distance between the light emitting element and the light receiving element.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.Various advantageous advantages and effects of the present invention are not limited to the above description, and will be more easily understood in the process of describing specific embodiments of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 패키지의 개념도이고,
도 2는 종래 센서 패키지의 개념도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 패키지의 센싱 영역을 보여주는 도면이고,
도 4는 종래 센서 패키지의 센싱 영역을 보여주는 도면이고,
도 5는 발광소자의 개념도이고,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수광소자의 개념도이고,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수광소자의 흡수 스펙트럼이고,
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수광소자의 개념도이고,
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수광소자의 평면도이고,
도 10은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 수광소자의 개념도이고,
도 11은 실시 예에 따른 전자 제품을 도시한 개념도이다.
1 is a conceptual diagram of a sensor package according to an embodiment of the present invention;
2 is a conceptual diagram of a conventional sensor package;
3 is a diagram showing a sensing area of a sensor package according to an embodiment of the present invention;
4 is a view showing a sensing area of a conventional sensor package;
5 is a conceptual diagram of a light emitting device;
6 is a conceptual diagram of a light receiving device according to an embodiment of the present invention;
7 is an absorption spectrum of a light receiving device according to an embodiment of the present invention,
8 is a conceptual diagram of a light receiving device according to another embodiment of the present invention;
9 is a plan view of a light receiving device according to another embodiment of the present invention;
10 is a conceptual diagram of a light receiving device according to another embodiment of the present invention;
11 is a conceptual diagram illustrating an electronic product according to an embodiment.

본 실시 예들은 다른 형태로 변형되거나 여러 실시 예가 서로 조합될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 각각의 실시 예로 한정되는 것은 아니다. The present embodiments may be modified in other forms or combined with each other, and the scope of the present invention is not limited to each of the embodiments described below.

특정 실시 예에서 설명된 사항이 다른 실시 예에서 설명되어 있지 않더라도, 다른 실시 예에서 그 사항과 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 다른 실시 예에 관련된 설명으로 이해될 수 있다. Even if a matter described in a specific embodiment is not described in another embodiment, it may be understood as a description related to another embodiment, unless there is a description contrary to or contradictory to the matter in another embodiment.

예를 들어, 특정 실시 예에서 구성 A에 대한 특징을 설명하고 다른 실시 예에서 구성 B에 대한 특징을 설명하였다면, 구성 A와 구성 B가 결합된 실시 예가 명시적으로 기재되지 않더라도 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.For example, if the characteristics of component A are described in a specific embodiment and the characteristics of component B are described in another embodiment, the opposite or contradictory description even if the embodiment in which components A and B are combined is not explicitly described. Unless there is, it should be understood as belonging to the scope of the present invention.

실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.In the description of the embodiment, in the case where an element is described as being formed “on or under” of another element, on or under (on or under) or under) includes both elements formed by directly contacting each other or by indirectly placing one or more other elements between the two elements. In addition, when expressed as "on or under", it may include the meaning of not only the upward direction but also the downward direction based on one element.

이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.

이하에서 반도체 소자는 자외선 파장대의 광을 흡수하는 수광소자로 설명하나 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, the semiconductor element is described as a light-receiving element that absorbs light in an ultraviolet wavelength range, but is not necessarily limited thereto.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 패키지의 개념도이고, 도 2는 종래 센서 패키지의 개념도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 패키지의 센싱 영역을 보여주는 도면이고, 도 4는 종래 센서 패키지의 센싱 영역을 보여주는 도면이다.1 is a conceptual diagram of a sensor package according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a conceptual diagram of a conventional sensor package, FIG. 3 is a view showing a sensing area of the sensor package according to an embodiment of the present invention, and FIG. is a diagram showing a sensing area of a conventional sensor package.

도 1을 참조하면, 실시 예에 따른 센서 패키지는 몸체(61) 내에 배치되는 발광소자(100) 및 수광소자(200)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1 , the sensor package according to the embodiment may include a light emitting device 100 and a light receiving device 200 disposed in a body 61 .

몸체(61)의 재질은 특별히 한정되지 않으나 열 방출이 우수한 재질로 제작될 수 있다. 또한, 전자파 간섭(EMI)를 개선하기 위해 절연 재질로 제작될 수도 있다. 예시적으로 몸체(61)는 산화 알루미늄, AlN, 또는 세라믹일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다. The material of the body 61 is not particularly limited, but may be made of a material with excellent heat dissipation. In addition, it may be made of an insulating material to improve electromagnetic interference (EMI). Illustratively, the body 61 may be aluminum oxide, AlN, or ceramic, but is not necessarily limited thereto.

또한, 몸체(61)는 열 전달 효율이 높은 금속재질로 제작하고 외면에 별도의 절연 처리를 할 수도 있다. 예시적으로 몸체(61)는 자외선 반사율이 높은 알루미늄으로 제작하고, 외면은 산화시켜 산화 알루미늄 층을 형성할 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 알루미늄 몸체(61)의 외면에 별도의 절연 코팅을 할 수도 있다.In addition, the body 61 may be made of a metal material having high heat transfer efficiency, and a separate insulation treatment may be applied to the outer surface. Illustratively, the body 61 may be made of aluminum having high ultraviolet reflectance, and an aluminum oxide layer may be formed by oxidizing the outer surface. However, it is not necessarily limited to this, and a separate insulating coating may be applied to the outer surface of the aluminum body 61.

발광소자(100)와 수광소자(200)는 몸체(61)의 내부에 배치될 수 있다. 도시되지는 않았으나 몸체(61)의 내부에는 발광소자(100) 및 수광소자(200)와 전기적으로 연결되는 리드 프레임이 배치될 수도 있다.The light emitting device 100 and the light receiving device 200 may be disposed inside the body 61 . Although not shown, a lead frame electrically connected to the light emitting element 100 and the light receiving element 200 may be disposed inside the body 61 .

외부 공기 중에는 다양한 미생물(microorganism, 1)이 존재할 수 있다. 미생물(1)은 곰팡이, 세균, 박테리아 등을 포함하는 생물학적 입자일 수 있다. 즉, 미생물(1)은 먼지와 같은 비생물 입자와 구분될 수 있다. 미생물(1)은 강한 에너지를 흡수할 경우 특유의 형광을 방출할 수 있다. Various microorganisms (1) may exist in the outdoor air. Microorganisms 1 may be biological particles including fungi, germs, bacteria, and the like. That is, the microorganisms 1 can be distinguished from non-living particles such as dust. Microorganisms 1 may emit characteristic fluorescence when absorbing strong energy.

미생물(1)은 발광소자(100)로부터 발생한 자외선 파장대의 광(이하 제1 광이라 함)을 흡수하고 형광(이하 제2 광이라 함)을 방출할 수 있다. 이때, 미생물(1)이 방출한 제2 광(L2)은 흡수한 제1 광(L1)의 파장보다 장파장대의 광일 수 있다. 예시적으로 트립토판(tryptophan)의 경우 약 280nm의 광을 흡수하여 약 350nm의 형광 스펙트럼을 방출할 수 있다. 트립토판은 단백질을 구성하는 아미노산의 일종이다.The microorganism 1 may absorb light (hereinafter referred to as first light) in an ultraviolet wavelength range generated from the light emitting device 100 and emit fluorescence (hereinafter referred to as second light). In this case, the second light L2 emitted by the microorganism 1 may have a longer wavelength than the wavelength of the absorbed first light L1. For example, in the case of tryptophan, a fluorescence spectrum of about 350 nm may be emitted by absorbing light of about 280 nm. Tryptophan is a type of amino acid that makes up proteins.

발광소자(100)는 자외선 파장대의 제1 광(L1)을 출력할 수 있다. 발광소자(100)는 근자외선 파장대의 광(UV-A)을 출력할 수도 있고, 원자외선 파장대의 광(UV-B)을 출력할 수도 있고, 심자외선 파장대의 광(UV-C)을 방출할 수 있다. The light emitting device 100 may output first light L1 in the ultraviolet wavelength range. The light emitting device 100 may output light (UV-A) in a near-ultraviolet wavelength range, may output light (UV-B) in a far-ultraviolet wavelength range, or emit light (UV-C) in a deep ultraviolet wavelength range. can do.

자외선 파장대는 발광소자의 Al의 조성비에 의해 결정될 수 있다. 예시적으로, 근자외선 파장대의 광(UV-A)는 320nm 내지 420nm 범위의 파장을 가질 수 있고, 원자외선 파장대의 광(UV-B)은 280nm 내지 320nm 범위의 파장을 가질 수 있으며, 심자외선 파장대의 광(UV-C)은 100nm 내지 280nm 범위의 파장을 가질 수 있다. 본 실시 예에 따른 발광소자(100)는 미생물(1)이 흡수할 수 있는 심자외선 파장대의 광을 출력할 수 있으나, 타켓팅되는 미생물(1)의 종류에 따라 발광소자(100)의 파장대는 조절될 수 있다.The UV wavelength band may be determined by the Al composition ratio of the light emitting device. Illustratively, the light (UV-A) in the near ultraviolet wavelength range may have a wavelength ranging from 320 nm to 420 nm, and the light (UV-B) in the far ultraviolet wavelength range may have a wavelength ranging from 280 nm to 320 nm. The light (UV-C) of the wavelength range may have a wavelength ranging from 100 nm to 280 nm. The light emitting device 100 according to the present embodiment can output light in a deep ultraviolet wavelength range that can be absorbed by the microorganism 1, but the wavelength range of the light emitting device 100 is adjusted according to the type of the target microorganism 1. It can be.

수광소자(200)는 미생물(1)이 방출한 제2 광(L2)을 검출할 수 있다. 미생물(1)은 각자 방출하는 형광 스펙트럼이 상이하므로, 미생물(1)이 방출하는 형광 스펙트럼을 조사하면 미생물(1)의 종류 및 농도를 알 수 있다. 또한, 수광소자(200)는 발광소자(100)에서 출사되는 제1 광(L1)을 일부 흡수하여 발광소자(100)의 광 출력을 모니터링할 수 있다. 즉, 실시 예에 따른 수광소자(200)는 모니터링 PD의 역할도 동시에 수행할 수 있다.The light receiving device 200 may detect the second light L2 emitted by the microorganism 1 . Since each microorganism 1 has a different fluorescence spectrum, the type and concentration of the microorganism 1 can be known by examining the fluorescence spectrum emitted by the microorganism 1. In addition, the light receiving device 200 may partially absorb the first light L1 emitted from the light emitting device 100 to monitor light output of the light emitting device 100 . That is, the light-receiving element 200 according to the embodiment can simultaneously serve as a monitoring PD.

실시 예에 따른 발광소자(100)는 자외선 발광다이오드일 수 있고, 수광소자(200)는 자외선 포토 다이오드 일 수 있다.The light emitting device 100 according to the embodiment may be an ultraviolet light emitting diode, and the light receiving device 200 may be an ultraviolet photo diode.

도 2 및 도 3을 참조하면, 발광소자(100)와 모니터링 PD(300)를 제1패키지(51)로 제작하고, 수광소자(200)를 제2패키지(52)로 제작할 수 있다. 그러나, 발광소자(100)와 수광소자(200)가 별도의 패키지로 제작되는 경우 발광소자(100)와 수광소자(200) 사이 간격(P2)이 넓어질 수 있다. 따라서, 발광소자(100)의 지향각과 수광소자(200)의 수광각이 교차하는 중첩 영역(S2)이 상대적으로 좁게 형성될 수 있다. 중첩 영역(S2) 이외의 지점에서는 수광소자(200)의 수광각을 벗어나기 때문에 센싱이 어려울 수 있다.Referring to FIGS. 2 and 3 , the light emitting element 100 and the monitoring PD 300 may be manufactured as a first package 51 and the light receiving element 200 may be manufactured as a second package 52 . However, when the light emitting device 100 and the light receiving device 200 are manufactured as separate packages, the distance P2 between the light emitting device 100 and the light receiving device 200 may be widened. Accordingly, an overlapping region S2 where the beam angle of the light emitting element 100 and the light receiving angle of the light receiving element 200 intersect may be formed to be relatively narrow. Sensing may be difficult at points other than the overlapping region S2 because they deviate from the light-receiving angle of the light-receiving element 200 .

그러나, 도 4와 같이 실시 예에 따르면, 발광소자(100)와 수광소자(200)를 단일 패키지로 제작하는 경우 간격이 좁아져 중첩 영역(S1)이 넓어질 수 있다. 그러나, 발광소자(100)와 수광소자(200)를 단일 패키지로 제작하는 경우 모니터링 PD와 수광소자(200)가 흡수하는 광을 분리하는 것이 어려우므로 정확한 센싱이 어려워질 수 있다. 즉, 발광소자(100)에서 수광소자(200)로 직접 입사되는 제1 광(L1)은 수광소자(200) 입장에서는 노이즈로 작용할 수 있다. 실시 예에 따른 수광소자(200)는 발광소자(100)에서 출사되는 제1 광(L1) 및 제2 광(L2)을 각각 센싱하도록 설계될 수 있다. 따라서, 단일 패키지가 가능해질 수 있다.However, according to the embodiment as shown in FIG. 4 , when the light emitting device 100 and the light receiving device 200 are manufactured in a single package, the gap may be narrowed and the overlapping region S1 may be widened. However, when the light emitting device 100 and the light receiving device 200 are manufactured as a single package, it is difficult to separate the light absorbed by the monitoring PD and the light receiving device 200, making accurate sensing difficult. That is, the first light L1 directly incident from the light emitting element 100 to the light receiving element 200 may act as noise from the perspective of the light receiving element 200 . The light receiving device 200 according to the embodiment may be designed to respectively sense the first light L1 and the second light L2 emitted from the light emitting device 100 . Thus, a single package may be possible.

도 5는 발광소자의 개념도이다.5 is a conceptual diagram of a light emitting device.

도 5를 참조하면, 자외선 발광소자(100)는 제1도전형 반도체층(120), 제2도전형 반도체층(140), 활성층(130)을 포함하는 발광구조물과, 제1도전형 반도체층(120)과 전기적으로 연결되는 제1 전극층(150), 제2도전형 반도체층(140)과 전기적으로 연결되는 제2 전극층(160)을 포함한다.Referring to FIG. 5 , an ultraviolet light emitting device 100 includes a light emitting structure including a first conductivity type semiconductor layer 120, a second conductivity type semiconductor layer 140, and an active layer 130, and a first conductivity type semiconductor layer. It includes a first electrode layer 150 electrically connected to (120) and a second electrode layer 160 electrically connected to the second conductive type semiconductor layer 140.

제1도전형 반도체층(120)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1도전형 반도체층(120)에 제1도펀트가 도핑될 수 있다. 제1도전형 반도체층(120)은 Inx1Aly1Ga1 -x1- y1N(0≤x1≤1, 0≤y1≤1, 0≤x1+y1≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN 등에서 선택될 수 있다. 그리고, 제1도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te와 같은 n형 도펀트일 수 있다. 제1도펀트가 n형 도펀트인 경우, 제1도펀트가 도핑된 제1도전형 반도체층(120)은 n형 반도체층일 수 있다.The first conductivity type semiconductor layer 120 may be implemented with a compound semiconductor such as group III-V or group II-VI, and the first dopant may be doped in the first conductivity type semiconductor layer 120 . The first conductivity-type semiconductor layer 120 is a semiconductor material having a composition formula of In x1 Al y1 Ga 1 -x1- y1 N (0≤x1≤1, 0≤y1≤1, 0≤x1+y1≤1), eg For example, it may be selected from GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN, and the like. Also, the first dopant may be an n-type dopant such as Si, Ge, Sn, Se, or Te. When the first dopant is an n-type dopant, the first conductivity-type semiconductor layer 120 doped with the first dopant may be an n-type semiconductor layer.

활성층(130)은 제1도전형 반도체층(120)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 제2도전형 반도체층(140)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 만나는 층이다. 활성층(130)은 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 그에 상응하는 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다.The active layer 130 is a layer where electrons (or holes) injected through the first conductive semiconductor layer 120 and holes (or electrons) injected through the second conductive semiconductor layer 140 meet. The active layer 130 transitions to a lower energy level as electrons and holes recombine, and can generate light having a wavelength corresponding to the transition.

활성층(130)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(Multi Quantum Well; MQW) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있으며, 활성층(130)의 구조는 이에 한정하지 않는다. 활성층(130)은 자외선 파장대의 광을 생성할 수 있다.The active layer 130 may have a structure of any one of a single well structure, a multi-well structure, a single quantum well structure, a multi quantum well (MQW) structure, a quantum dot structure, or a quantum wire structure, and the active layer 130 The structure of is not limited to this. The active layer 130 may generate light in an ultraviolet wavelength range.

제2도전형 반도체층(140)은 활성층(130) 상에 형성되며, Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2도전형 반도체층(140)에 제2도펀트가 도핑될 수 있다. 제2도전형 반도체층(140)은 Inx5Aly2Ga1 -x5- y2N (0≤x5≤1, 0≤y2≤1, 0≤x5+y2≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질 또는 AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 선택된 물질로 형성될 수 있다. 제2도펀트가 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트인 경우, 제2도펀트가 도핑된 제2도전형 반도체층(140)은 p형 반도체층일 수 있다.The second conductivity type semiconductor layer 140 is formed on the active layer 130 and may be implemented with a compound semiconductor such as group III-V or group II-VI. Dopants may be doped. The second conductive semiconductor layer 140 is a semiconductor material having a composition formula of In x5 Al y2 Ga 1 -x5- y2 N (0≤x5≤1, 0≤y2≤1, 0≤x5+y2≤1) or AlInN. , AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, may be formed of a material selected from AlGaInP. When the second dopant is a p-type dopant such as Mg, Zn, Ca, Sr, or Ba, the second conductivity-type semiconductor layer 140 doped with the second dopant may be a p-type semiconductor layer.

제2도전형 반도체층(140)이 AlGaN인 경우, 낮은 전기 전도도에 의해 정공 주입이 원활하지 않을 수 있다. 따라서, 상대적으로 전기 전도도가 우수한 GaN 박막층(도시되지 않음)을 제2도전형 반도체층(140)의 상면에 배치하여 제2 전극(292)층(160)과 오믹을 형성할 수도 있다.When the second conductive semiconductor layer 140 is AlGaN, hole injection may not be smooth due to low electrical conductivity. Accordingly, a GaN thin film layer (not shown) having relatively excellent electrical conductivity may be disposed on the upper surface of the second conductive semiconductor layer 140 to form an ohmic contact with the second electrode 292 layer 160 .

발광소자(100)는 다양한 본딩 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 발광소자(100)는 수평형 본딩 구조, 수직형 본딩 구조, 또는 플립 칩 본딩 구조를 가질 수 있다.The light emitting device 100 may have various bonding forms. For example, the light emitting device 100 may have a horizontal bonding structure, a vertical bonding structure, or a flip chip bonding structure.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수광소자의 개념도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수광소자의 흡수 스펙트럼이다.6 is a conceptual diagram of a light receiving device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is an absorption spectrum of the light receiving device according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 실시 예에 따른 수광소자(200)는 기판(210), 제1 반도체층(250), 흡수층(260), 제2 반도체층(270), 제3 반도체층(240), 및 복수 개의 전극(291, 292, 293, 294)을 포함한다.Referring to FIG. 6 , the light receiving device 200 according to the embodiment includes a substrate 210, a first semiconductor layer 250, an absorption layer 260, a second semiconductor layer 270, a third semiconductor layer 240, and a plurality of electrodes 291, 292, 293, and 294.

반도체층은 유기금속 화학 증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition; MOCVD), 화학 증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD), 플라즈마 화학 증착법(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD), 분자선 성장법(Molecular Beam Epitaxy; MBE), 수소화물 기상 성장법(Hydride Vapor Phase Epitaxy; HVPE), 스퍼터링(Sputtering) 등의 방법을 이용하여 형성할 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.The semiconductor layer is formed by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), chemical vapor deposition (CVD), plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD), and molecular beam epitaxy (MBE). ), hydride vapor phase epitaxy (HVPE), sputtering, or the like, but is not limited thereto.

복수 개의 전극은 제1 반도체층(250)과 전기적으로 연결되는 제1 전극(291), 제1 반도체층(250)과 전기적으로 연결되는 제2 전극(292), 제1 반도체층(250)과 전기적으로 연결되는 제3 전극(293), 및 제3 반도체층(240)과 전기적으로 연결되는 제4 전극(294)을 포함할 수 있다.The plurality of electrodes include a first electrode 291 electrically connected to the first semiconductor layer 250, a second electrode 292 electrically connected to the first semiconductor layer 250, and a first semiconductor layer 250 and A third electrode 293 electrically connected and a fourth electrode 294 electrically connected to the third semiconductor layer 240 may be included.

기판(210)은 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP 및 Ge 중 선택된 물질로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 기판(210)은 자외선 파장대의 광이 투과할 수 있는 투광기판일 수 있다.The substrate 210 may be formed of a material selected from sapphire (Al 2 O 3 ), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, and Ge, but is not limited thereto. The substrate 210 may be a light-transmitting substrate through which light in the ultraviolet wavelength band may pass.

버퍼층(220)은 기판(210)과 반도체층들 사이의 격자 부정합을 완화할 수 있다. 버퍼층(220)은 Ⅲ족과 Ⅴ족 원소가 결합된 형태이거나 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중에서 어느 하나를 포함할 수 있다. 본 실시 예는 버퍼층(220)은 AlN일 수 있으나 이에 한정하지 않는다. 버퍼층(220)은 도펀트를 포함할 수도 있으나 이에 한정하지 않는다. The buffer layer 220 may mitigate lattice mismatch between the substrate 210 and the semiconductor layers. The buffer layer 220 may include a combination of Group III and V elements, or may include any one of GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, and AlInN. In this embodiment, the buffer layer 220 may be AlN, but is not limited thereto. The buffer layer 220 may include a dopant, but is not limited thereto.

초격자층(230)은 버퍼층(220) 상에 배치되어 결정성을 향상시킬 수 있다. 초격자층(230)은 제1층과 제2층이 교번 적층될 수 있다. 제1층은 제2층보다 알루미늄 조성이 높을 수 있다. 예시적으로 제1층은 AlN이고 제2층은 AlGaN일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.The superlattice layer 230 may be disposed on the buffer layer 220 to improve crystallinity. In the superlattice layer 230, first and second layers may be alternately stacked. The first layer may have a higher aluminum composition than the second layer. Illustratively, the first layer may be AlN and the second layer may be AlGaN, but is not necessarily limited thereto.

제1 반도체층(250)은 기판(210) 상에 배치될 수 있다. 제1 반도체층(250)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 반도체층(250)에 제1도펀트가 도핑될 수 있다. 제1 반도체층(250)은 Inx1Aly1Ga1 -x1- y1N(0≤x1≤1, 0≤y1≤1, 0≤x1+y1≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN 등에서 선택될 수 있다. 그리고, 제1도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te와 같은 n형 도펀트일 수 있다. 제1도펀트가 n형 도펀트인 경우, 제1도펀트가 도핑된 제1 반도체층(250)은 n형 반도체층일 수 있다.The first semiconductor layer 250 may be disposed on the substrate 210 . The first semiconductor layer 250 may be implemented with a compound semiconductor such as group III-V or group II-VI, and the first semiconductor layer 250 may be doped with a first dopant. The first semiconductor layer 250 is a semiconductor material having a composition formula of In x1 Al y1 Ga 1 -x1- y1 N (0≤x1≤1, 0≤y1≤1, 0≤x1+y1≤1), for example It may be selected from GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN, and the like. Also, the first dopant may be an n-type dopant such as Si, Ge, Sn, Se, or Te. When the first dopant is an n-type dopant, the first semiconductor layer 250 doped with the first dopant may be an n-type semiconductor layer.

흡수층(260)은 제1 반도체층(250)과 제2 반도체층(270) 사이에 배치될 수 있다. 흡수층(260)은 진성 반도체층을 포함할 수 있다. 여기서, 진성 반도체층이란, 언도프드(Undoped) 반도체층 또는 비의도적 도핑(Unintentionally doped) 반도체층일 수 있다. The absorption layer 260 may be disposed between the first semiconductor layer 250 and the second semiconductor layer 270 . The absorption layer 260 may include an intrinsic semiconductor layer. Here, the intrinsic semiconductor layer may be an undoped semiconductor layer or an unintentionally doped semiconductor layer.

비의도적 반도체층이란, 반도체층의 성장 공정에서 도펀트 예를 들어, 실리콘(Si) 원자등과 같은 n형 도펀트의 도핑없이 N-vacancy가 발생한 것을 의미할 수 있다. 이때 N-vacancy가 많아지면 잉여 전자의 농도가 커져서, 제조공정에서 의도하지 않았더라고, n-형 도펀트로 도핑된 것과 유사한 전기적인 특성을 가질 수 있다. 흡수층(260)의 일부 영역까지는 확산에 의해 도펀트가 도핑될 수도 있다.The unintentional semiconductor layer may mean that N-vacancy occurs without doping with an n-type dopant such as a silicon (Si) atom during a growth process of the semiconductor layer. At this time, when the N-vacancy increases, the concentration of surplus electrons increases, and even if it is not intended in the manufacturing process, it may have electrical characteristics similar to those doped with an n-type dopant. A dopant may be doped to a portion of the absorption layer 260 by diffusion.

흡수층(260)은 내부에 공핍 영역이 형성되어 제2 광(L2)을 흡수할 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 수광소자(200)는 캐리어를 증배시키기 위한 증폭층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 증폭층은 애벌런치(Avalanche) 기능을 갖는 다양한 구조의 반도체층 구조가 채택될 수 있다.The absorption layer 260 may have a depletion region formed therein to absorb the second light L2 . However, it is not necessarily limited thereto, and the light receiving element 200 may further include an amplification layer (not shown) for multiplying carriers. The amplification layer may adopt various semiconductor layer structures having an avalanche function.

제2 반도체층(270)은 흡수층(260) 상에 배치될 수 있다. 제2 반도체층(270)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 반도체층(270)에 제2도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 반도체층(270)은 Inx5Aly2Ga1 -x5- y2N (0≤x5≤1, 0≤y2≤1, 0≤x5+y2≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질 또는 GaN, AlInGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 선택된 물질로 형성될 수 있다. 제2도펀트가 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트인 경우, 제2도펀트가 도핑된 제2 반도체층(270)은 p형 반도체층일 수 있다.The second semiconductor layer 270 may be disposed on the absorption layer 260 . The second semiconductor layer 270 may be implemented with a compound semiconductor such as group III-V or group II-VI, and the second semiconductor layer 270 may be doped with a second dopant. The second semiconductor layer 270 is a semiconductor material having a composition formula of In x5 Al y2 Ga 1 -x5- y2 N (0≤x5≤1, 0≤y2≤1, 0≤x5+y2≤1), GaN, AlInGaN , AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, may be formed of a material selected from AlGaInP. When the second dopant is a p-type dopant such as Mg, Zn, Ca, Sr, or Ba, the second semiconductor layer 270 doped with the second dopant may be a p-type semiconductor layer.

제2 반도체층(270)이 AlGaN인 경우, 낮은 전기 전도도에 의해 정공 주입이 원활하지 않을 수 있다. 따라서, 상대적으로 전기 전도도가 우수한 GaN 박막층(도시되지 않음)을 제2 반도체층(270)의 상면에 배치할 수도 있다. 제2 반도체층(270)상에는 제3 오믹 전극(293a)이 배치될 수 있다. 제3 오믹 전극(293a)은 ITO일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.When the second semiconductor layer 270 is AlGaN, hole injection may not be smooth due to low electrical conductivity. Therefore, a GaN thin film layer (not shown) having relatively excellent electrical conductivity may be disposed on the upper surface of the second semiconductor layer 270 . A third ohmic electrode 293a may be disposed on the second semiconductor layer 270 . The third ohmic electrode 293a may be ITO, but is not necessarily limited thereto.

기판(210)과 제1 반도체층(250) 사이에는 제3 반도체층(240)이 배치될 수 있다. 제3 반도체층(240)은 발광소자(100)에서 출사된 제1 광(L1)을 흡수할 수 있다. 제3 반도체층(240)은 Inx1Aly1Ga1 -x1- y1N(0≤x1≤1, 0<y1≤1, 0≤x1+y1≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 AlGaN, InAlGaN, AlN 등에서 선택될 수 있다. 그리고, Si, Ge, Sn, Se, Te와 같은 n형 도펀트가 도핑될 수 있다. A third semiconductor layer 240 may be disposed between the substrate 210 and the first semiconductor layer 250 . The third semiconductor layer 240 may absorb the first light L1 emitted from the light emitting device 100 . The third semiconductor layer 240 is a semiconductor material having a composition formula of In x1 Al y1 Ga 1 -x1- y1 N (0≤x1≤1, 0<y1≤1, 0≤x1+y1≤1), for example It may be selected from AlGaN, InAlGaN, AlN, and the like. In addition, an n-type dopant such as Si, Ge, Sn, Se, or Te may be doped.

제3 반도체층(240)의 알루미늄 조성은 40% 내지 50%일 수 있다. 알루미늄 조성이 40% 이상인 경우 미생물(1)이 방출한 제2 광을 흡수하는 문제를 개선할 수 있다. 만약, 알루미늄 조성이 40% 보다 낮아지는 경우 에너지 밴드갭이 낮아져 제2 광을 흡수할 수 있다. 따라서, 제2 광의 감도가 저하될 수 있다. The aluminum composition of the third semiconductor layer 240 may be 40% to 50%. When the aluminum composition is 40% or more, the problem of absorbing the second light emitted by the microorganism 1 may be improved. If the aluminum composition is lower than 40%, the energy band gap is lowered and the second light can be absorbed. Accordingly, the sensitivity of the second light may decrease.

알루미늄 조성이 50% 이하인 경우 에너지 밴드갭이 너무 커져 약 270nm의 자외선 광을 흡수하지 못하는 문제를 개선할 수 있다. 알루미늄 조성이 50% 보다 커지는 경우 제1 광의 일부가 제3 반도체층(240)을 통과하게 되어 흡수층(260)에서 흡수될 수 있다. 따라서, 제2 광의 노이즈로 작용할 수 있다.When the aluminum composition is 50% or less, the problem of not absorbing ultraviolet light of about 270 nm due to an excessively large energy band gap can be improved. When the aluminum composition is greater than 50%, a portion of the first light may pass through the third semiconductor layer 240 and be absorbed by the absorption layer 260 . Therefore, it may act as noise of the second light.

제1 전극(291)은 제1 반도체층(250) 상에 배치될 수 있다. 제1 전극(291)은 제1 반도체층(250) 상에 배치되는 제1 오믹 전극(291a) 및 제1 오믹 전극(291a) 상에 배치되는 제1 패드(291b)를 포함할 수 있다.The first electrode 291 may be disposed on the first semiconductor layer 250 . The first electrode 291 may include a first ohmic electrode 291a disposed on the first semiconductor layer 250 and a first pad 291b disposed on the first ohmic electrode 291a.

제2 전극(292)은 제1 반도체층(250)상에 배치될 수 있다. 제2 전극(292)은 제1 반도체층(250) 상에 배치되는 제2 오믹 전극(292a), 및 제2 오믹 전극(292a) 상에 배치되는 제1 패드(291b)를 포함할 수 있다. 제2 전극(292)은 제1 전극(291)의 외측으로 이격 배치될 수 있다.The second electrode 292 may be disposed on the first semiconductor layer 250 . The second electrode 292 may include a second ohmic electrode 292a disposed on the first semiconductor layer 250 and a first pad 291b disposed on the second ohmic electrode 292a. The second electrode 292 may be spaced apart from the outside of the first electrode 291 .

제3 전극(293)은 제2 반도체층(270)상에 배치될 수 있다. 제3 전극(293)은 제2 반도체층(270) 상에 배치되는 제3 오믹 전극(293a), 및 제3 오믹 전극(293a) 상에 배치되는 제3 패드(293b)를 포함할 수 있다.The third electrode 293 may be disposed on the second semiconductor layer 270 . The third electrode 293 may include a third ohmic electrode 293a disposed on the second semiconductor layer 270 and a third pad 293b disposed on the third ohmic electrode 293a.

제4 전극(294)은 제3 반도체층(240)상에 배치될 수 있다. 제4 전극(294)은 제3 반도체층(240) 상에 배치되는 쇼트키 전극(294a) 및 쇼트키 전극(294a) 상에 배치되는 제4 패드(294b)를 포함할 수 있다.The fourth electrode 294 may be disposed on the third semiconductor layer 240 . The fourth electrode 294 may include a Schottky electrode 294a disposed on the third semiconductor layer 240 and a fourth pad 294b disposed on the Schottky electrode 294a.

절연층(280)은 제1 전극 내지 제4 전극(291, 292, 293, 294)를 전기적으로 절연시킬 수 있다. 절연층(280)은 SiO2, SixOy, Si3N4, SixNy, SiOxNy, Al2O3, TiO2, AlN 등으로 이루어진 군에서 적어도 하나가 선택되어 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 절연층(280)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 예시적으로 절연층(280)은 Si 산화물이나 Ti 화합물을 포함하는 다층 구조의 DBR(distributed Bragg reflector) 일 수도 있다. The insulating layer 280 may electrically insulate the first to fourth electrodes 291 , 292 , 293 , and 294 . The insulating layer 280 may be formed by selecting at least one from the group consisting of SiO 2 , SixOy, Si 3 N 4 , SixNy, SiOxNy, Al 2 O 3 , TiO 2 , AlN, and the like, but is not limited thereto. The insulating layer 280 may be formed as a single layer or multiple layers. For example, the insulating layer 280 may be a multi-layer distributed Bragg reflector (DBR) including Si oxide or a Ti compound.

제1 내지 제3 오믹 전극(291a, 292a, 293a)은 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, 또는 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Sn, In, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으나, 이러한 재료에 한정되는 않는다. 예시적으로 제1 및 제2 오믹 전극(291a, 292a)은 Cr/Ti/Al/Ni/Au 전극 구조를 갖고, 제3 오믹 전극(293a)은 ITO일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.The first to third ohmic electrodes 291a, 292a, and 293a may include indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium zinc tin oxide (IZTO), indium aluminum zinc oxide (IAZO), and indium gallium zinc oxide (IGZO). 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, or Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Sn, In , Ru, Mg, Zn, Pt, Au, may be formed including at least one of Hf, but is not limited to these materials. For example, the first and second ohmic electrodes 291a and 292a may have a Cr/Ti/Al/Ni/Au electrode structure, and the third ohmic electrode 293a may be ITO, but is not limited thereto.

쇼트키 전극(294a)은 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 질화티타늄(TiN), 금(Au), 팔라듐(Pd), 백금(Pt) 또는 이들의 둘 이상의 적층 구조를 포함할 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 쇼트키 접합을 위해 사용 가능한 금속 전극은 모두 적용될 수 있다.The Schottky electrode 294a may include nickel (Ni), molybdenum (Mo), titanium nitride (TiN), gold (Au), palladium (Pd), platinum (Pt), or a stacked structure of two or more thereof. However, it is not necessarily limited thereto, and all metal electrodes usable for Schottky bonding may be applied.

제1 내지 제4 패드(291b, 292b, 293b, 294b)의 종류는 특별히 한정하지 않는다. 패드는 와이어 본딩, 플립칩 본딩, 솔더 본딩 등이 가능한 다양한 종류의 패드 전극이 모두 적용될 수 있다. The types of the first to fourth pads 291b, 292b, 293b, and 294b are not particularly limited. Various types of pad electrodes capable of wire bonding, flip chip bonding, solder bonding, and the like may be applied to the pad.

제3 반도체층(240)은 제4 전극(294)과 쇼트키 접합(Schottky contact)되어 발광소자(100)에서 출사되는 제1 광(L1)의 출력을 모니터링할 수 있다. 흡수층(260)은 제2 광(L2)을 흡수하여 미생물(1)의 존재 및 농도를 측정할 수 있다. 이때, 제1 광(L1)은 대부분 제3 반도체층(240)과 제1 반도체층(250)에서 흡수되도록 설계되므로 흡수층(260)은 실질적으로 제2 광(L2)만을 흡수할 수 있다.The third semiconductor layer 240 may be in Schottky contact with the fourth electrode 294 to monitor the output of the first light L1 emitted from the light emitting device 100 . The absorption layer 260 may absorb the second light L2 to measure the presence and concentration of the microorganism 1 . At this time, since most of the first light L1 is designed to be absorbed by the third semiconductor layer 240 and the first semiconductor layer 250, the absorption layer 260 may substantially absorb only the second light L2.

실시 예에 따르면, 제1 반도체층(250), 흡수층(260), 제2 반도체층(270), 제1 전극(291), 및 제3 전극(293)은 PIN 다이오드를 형성할 수 있다. 또한, 제1 반도체층(250), 제3 반도체층(240), 제2 전극(292), 및 제4 전극(294)은 쇼트키 다이오드를 형성할 수 있다. 쇼트키 다이오드 대신 PN 다이오드 또는 PIN 다이오드를 형성할 수도 있으나, 이 경우 별도의 P 반도체층을 구비해야 하는 문제가 있다.According to an embodiment, the first semiconductor layer 250, the absorption layer 260, the second semiconductor layer 270, the first electrode 291, and the third electrode 293 may form a PIN diode. In addition, the first semiconductor layer 250, the third semiconductor layer 240, the second electrode 292, and the fourth electrode 294 may form a Schottky diode. A PN diode or PIN diode may be formed instead of the Schottky diode, but in this case, there is a problem in that a separate P semiconductor layer must be provided.

도 7을 참조하면, 제1 광(L1)은 240nm 내지 290nm에서 피크파장(P1)을 갖고, 제2 광(L2)은 320nm 내지 380nm에서 피크 파장(P2)을 갖는 것을 확인할 수 있다. 이때, 제1 광(L1)의 피크 파장(P1)과 제2 광(L2)의 피크 파장(P2) 사이의 간격(W1)은 60nm 내지 100nm일 수 있다. 사이의 간격(W1)이 60nm보다 좁아지는 경우 중첩되는 영역이 노이즈로 작용하여 감도가 저하될 수 있다.Referring to FIG. 7 , it can be seen that the first light L1 has a peak wavelength P1 at 240 nm to 290 nm, and the second light L2 has a peak wavelength P2 at 320 nm to 380 nm. In this case, the interval W1 between the peak wavelength P1 of the first light L1 and the peak wavelength P2 of the second light L2 may be 60 nm to 100 nm. When the interval W1 between the two layers is narrower than 60 nm, the overlapping area may act as noise, and thus the sensitivity may be lowered.

제2 광(L2)의 피크강도는 제1 광(L1)의 피크강도보다 클 수 있다. 발광소자(100)가 인접 위치한 경우 상대적으로 제1 광(L1)의 피크강도가 제2 광(L2)의 피크강도보다 더 커질 수 있다. 그러나, 제1 광(L1)은 발광소자(100)의 광출력을 측정할 수 있는 정도의 광량만 확보하면 되므로 피크강도가 작아지도록 설계할 수 있다. 제1 광(L1)의 강도는 쇼트키 접합 면적을 작게 하여 제어할 수 있다. 따라서, 후술하는 바와 같이 쇼트키 접합 면적은 흡수층(260)의 면적보다 작게 설계할 수 있다.The peak intensity of the second light L2 may be greater than the peak intensity of the first light L1. When the light emitting devices 100 are positioned adjacent to each other, the peak intensity of the first light L1 may be relatively greater than the peak intensity of the second light L2. However, the first light (L1) can be designed to have a small peak intensity because only an amount of light sufficient to measure the light output of the light emitting device 100 is required. The intensity of the first light L1 can be controlled by reducing the Schottky junction area. Therefore, as will be described later, the Schottky junction area can be designed to be smaller than the area of the absorption layer 260 .

도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수광소자의 개념도이고, 도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수광소자의 평면도이고, 도 10은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 수광소자의 개념도이다.8 is a conceptual diagram of a light receiving element according to another embodiment of the present invention, FIG. 9 is a plan view of a light receiving element according to another embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a conceptual diagram of a light receiving element according to another embodiment of the present invention. to be.

도 8을 참조하면, 실시 예에 따른 수광소자(200)는 기판(210), 제1 반도체층(250), 흡수층(260), 제2 반도체층(270), 제3 반도체층(240), 및 복수 개의 전극(291, 292, 293, 294)을 포함한다.Referring to FIG. 8 , the light receiving device 200 according to the embodiment includes a substrate 210, a first semiconductor layer 250, an absorption layer 260, a second semiconductor layer 270, a third semiconductor layer 240, and a plurality of electrodes 291, 292, 293, and 294.

기판(210)은 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP 및 Ge 중 선택된 물질로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 기판(210)은 자외선 파장대의 광이 투과할 수 있는 투광 기판일 수 있다.The substrate 210 may be formed of a material selected from sapphire (Al 2 O 3 ), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, and Ge, but is not limited thereto. The substrate 210 may be a light-transmitting substrate through which light in the ultraviolet wavelength band may pass.

버퍼층(220)은 기판(210)과 반도체층들 사이의 격자 부정합을 완화할 수 있다. 버퍼층(220)은 Ⅲ족과 Ⅴ족 원소가 결합된 형태이거나 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중에서 어느 하나를 포함할 수 있다. 본 실시 예는 자외선 파장대의 광을 흡수해야 하므로 버퍼층(220)은 AlN일 수 있으나 이에 한정하지 않는다. 버퍼층(220)은 도펀트를 포함할 수도 있으나 이에 한정하지 않는다. The buffer layer 220 may mitigate lattice mismatch between the substrate 210 and the semiconductor layers. The buffer layer 220 may include a combination of Group III and V elements, or may include any one of GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, and AlInN. Since this embodiment needs to absorb light in the ultraviolet wavelength range, the buffer layer 220 may be AlN, but is not limited thereto. The buffer layer 220 may include a dopant, but is not limited thereto.

초격자층(230)은 버퍼층(220) 상에 배치되어 결정성을 향상시킬 수 있다. 초격자층(230)은 제1층과 제2층이 교번 적층될 수 있다. 제1층은 제2층보다 알루미늄 조성이 높을 수 있다. 예시적으로 제1층은 AlN이고 제2층은 AlGaN일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.The superlattice layer 230 may be disposed on the buffer layer 220 to improve crystallinity. In the superlattice layer 230, first and second layers may be alternately stacked. The first layer may have a higher aluminum composition than the second layer. Illustratively, the first layer may be AlN and the second layer may be AlGaN, but is not necessarily limited thereto.

제1 반도체층(250)은 기판(210) 상에 배치될 수 있다. 제1 반도체층(250)은 제1-1 반도체층(251), 제1-2 반도체층(252), 및 제1-3 반도체층(253)을 포함할 수 있다.The first semiconductor layer 250 may be disposed on the substrate 210 . The first semiconductor layer 250 may include a 1-1 semiconductor layer 251 , a 1-2 semiconductor layer 252 , and a 1-3 semiconductor layer 253 .

제1-1 반도체층(251)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, Inx1Aly1Ga1 -x1- y1N(0≤x1≤1, 0<y1≤1, 0≤x1+y1≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 AlGaN, InAlGaN, AlGaN 등에서 선택될 수 있다.The 1-1st semiconductor layer 251 may be implemented with a compound semiconductor such as group III-V or group II-VI, In x1 Al y1 Ga 1 -x1- y1 N (0≤x1≤1, 0<y1 ≤1, 0≤x1+y1≤1) may be selected from semiconductor materials having a composition formula, for example, AlGaN, InAlGaN, AlGaN, and the like.

제1-1 반도체층(251)은 제1도펀트가 도핑되지 않을 수 있다. 즉, 제1-1 반도체층(251)은 진성 반도체층을 포함할 수 있다. 여기서, 진성 반도체층이란, 언도프드(Undoped) 반도체층 또는 비의도적 도핑(Unintentionally doped) 반도체층일 수 있다. 이러한 구성에 의하면 제1-1 반도체층(251)은 고저항층 역할을 수행하여 PIN 다이오드와 쇼트키 다이오드 사이에 발생하는 노이즈를 저감시킬 수 있다.The 1-1st semiconductor layer 251 may not be doped with the first dopant. That is, the 1-1st semiconductor layer 251 may include an intrinsic semiconductor layer. Here, the intrinsic semiconductor layer may be an undoped semiconductor layer or an unintentionally doped semiconductor layer. According to this configuration, the 1-1 semiconductor layer 251 serves as a high resistance layer and can reduce noise generated between the PIN diode and the Schottky diode.

제1-1 반도체층(251)의 알루미늄 조성은 제3 반도체층(240)보다 낮을 수 있다. 제1-1 반도체층(251)의 알루미늄 조성은 35% 내지 40%일 수 있다. 알루미늄 조성이 35%보다 작은 경우 제2 광(L2)을 흡수하는 문제가 있다. 또한, 알루미늄 조성이 40%보다 커지는 경우 GaN 타입의 흡수층(260)의 결정성이 저하될 수 있다.The aluminum composition of the 1-1st semiconductor layer 251 may be lower than that of the third semiconductor layer 240 . The aluminum composition of the 1-1st semiconductor layer 251 may be 35% to 40%. When the aluminum composition is less than 35%, there is a problem of absorbing the second light L2. In addition, when the aluminum composition is greater than 40%, the crystallinity of the GaN type absorber layer 260 may decrease.

제1-2 반도체층(252)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, Inx1Aly1Ga1 -x1- y1N(0≤x1≤1, 0<y1≤1, 0≤x1+y1≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 AlGaN, InAlGaN, AlGaN 등에서 선택될 수 있다. 제1-2 반도체층(252)은 n 도펀트가 도핑될 수 있다.The 1-2 semiconductor layer 252 may be implemented with a compound semiconductor such as group III-V or group II-VI, In x1 Al y1 Ga 1 -x1- y1 N (0≤x1≤1, 0<y1 ≤1, 0≤x1+y1≤1) may be selected from semiconductor materials having a composition formula, for example, AlGaN, InAlGaN, AlGaN, and the like. The first and second semiconductor layers 252 may be doped with n dopant.

제1-2 반도체층(252)의 알루미늄 조성은 제1-1 반도체층(251) 및 제3 반도체층(240)보다 낮을 수 있다. 제1-2 반도체층(252)의 알루미늄 조성은 30% 내지 35%일 수 있다. 알루미늄 조성이 30%보다 작은 경우 제2 광(L2)을 흡수하는 문제가 있다. 또한, 알루미늄 조성이 35%보다 커지는 경우 GaN 타입의 흡수층(260)의 결정성이 저하될 수 있다. The aluminum composition of the 1-2 semiconductor layer 252 may be lower than that of the 1-1 semiconductor layer 251 and the third semiconductor layer 240 . The aluminum composition of the first-second semiconductor layer 252 may be 30% to 35%. When the aluminum composition is less than 30%, there is a problem of absorbing the second light L2. In addition, when the aluminum composition is greater than 35%, the crystallinity of the GaN type absorber layer 260 may decrease.

제1-3 반도체층(253)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, Inx1Aly1Ga1 -x1- y1N(0≤x1≤1, 0≤y1≤1, 0≤x1+y1≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN 일 수 있다. 제1-3 반도체층(253)은 n 도펀트가 도핑될 수 있다. The 1-3 semiconductor layers 253 may be implemented with compound semiconductors such as group III-V and group II-VI, In x1 Al y1 Ga 1 -x1- y1 N (0≤x1≤1, 0≤y1 ≤1, 0≤x1+y1≤1) may be a semiconductor material having a composition formula, for example, GaN. The first to third semiconductor layers 253 may be doped with n dopant.

흡수층(260)은 제1-3 반도체층(253)과 제2 반도체층(270) 사이에 배치될 수 있다. 흡수층(260)은 진성 반도체층을 포함할 수 있다. 여기서, 진성 반도체층이란, 언도프드(Undoped) 반도체층 또는 비의도적 도핑(Unintentionally doped) 반도체층일 수 있다. 예시적으로 흡수층(260)은 i-GaN일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.The absorption layer 260 may be disposed between the first to third semiconductor layers 253 and the second semiconductor layer 270 . The absorption layer 260 may include an intrinsic semiconductor layer. Here, the intrinsic semiconductor layer may be an undoped semiconductor layer or an unintentionally doped semiconductor layer. For example, the absorption layer 260 may be i-GaN, but is not necessarily limited thereto.

흡수층(260)은 내부에 공핍 영역이 형성되어 제2 광(L2)을 흡수할 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 수광소자(200)는 캐리어를 증배시키기 위한 증폭층을 더 포함할 수 있다. 증폭층은 애벌런치(Avalanche) 기능을 갖는 다양한 구조의 반도체층 구조가 채택될 수 있다.The absorption layer 260 may have a depletion region formed therein to absorb the second light L2 . However, it is not necessarily limited thereto, and the light receiving element 200 may further include an amplification layer for multiplying carriers. The amplification layer may adopt various semiconductor layer structures having an avalanche function.

제2 반도체층(270)은 흡수층(260) 상에 배치될 수 있다. 제2 반도체층(270)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 반도체층(270)에 제2도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 반도체층(270)은 Inx5Aly2Ga1 -x5- y2N (0≤x5≤1, 0≤y2≤1, 0≤x5+y2≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질일 수 있다. 예시적으로 제2 반도체층(270)은 GaN일 수 있다. 제2도펀트가 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트인 경우, 제2도펀트가 도핑된 제2 반도체층(270)은 p형 반도체층일 수 있다.The second semiconductor layer 270 may be disposed on the absorption layer 260 . The second semiconductor layer 270 may be implemented with a compound semiconductor such as group III-V or group II-VI, and the second semiconductor layer 270 may be doped with a second dopant. The second semiconductor layer 270 may be a semiconductor material having a composition formula of In x5 Al y2 Ga 1 -x5- y2 N (0≤x5≤1, 0≤y2≤1, 0≤x5+y2≤1). For example, the second semiconductor layer 270 may be GaN. When the second dopant is a p-type dopant such as Mg, Zn, Ca, Sr, or Ba, the second semiconductor layer 270 doped with the second dopant may be a p-type semiconductor layer.

기판(210)과 제1-1 반도체층(251) 사이에는 제3 반도체층(240)이 배치될 수 있다. 제3 반도체층(240)은 Inx1Aly1Ga1 -x1- y1N(0≤x1≤1, 0<y1≤1, 0≤x1+y1≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 AlGaN, InAlGaN, AlN 등에서 선택될 수 있다. 그리고, Si, Ge, Sn, Se, Te와 같은 n형 도펀트가 도핑될 수 있다. A third semiconductor layer 240 may be disposed between the substrate 210 and the 1-1 semiconductor layer 251 . The third semiconductor layer 240 is a semiconductor material having a composition formula of In x1 Al y1 Ga 1 -x1- y1 N (0≤x1≤1, 0<y1≤1, 0≤x1+y1≤1), for example It may be selected from AlGaN, InAlGaN, AlN, and the like. In addition, an n-type dopant such as Si, Ge, Sn, Se, or Te may be doped.

제3 반도체층(240)의 알루미늄 조성은 40% 내지 50%일 수 있다. 알루미늄 조성이 40% 이상인 경우 미생물(1)이 방출한 제2 광을 흡수하는 문제를 개선할 수 있다. 만약, 알루미늄 조성이 40% 보다 낮아지는 경우 에너지 밴드갭이 낮아져 제2 광을 흡수할 수 있다. 따라서, 제2 광의 감도가 저하될 수 있다. The aluminum composition of the third semiconductor layer 240 may be 40% to 50%. When the aluminum composition is 40% or more, the problem of absorbing the second light emitted by the microorganism 1 may be improved. If the aluminum composition is lower than 40%, the energy band gap is lowered and the second light can be absorbed. Accordingly, the sensitivity of the second light may decrease.

알루미늄 조성이 50% 이하인 경우 에너지 밴드갭이 너무 커져 약 270nm의 자외선 광을 흡수하지 못하는 문제를 개선할 수 있다. 알루미늄 조성이 50% 보다 커지는 경우 제1 광의 일부가 제3 반도체층(240)을 통과하게 되어 흡수층(260)에서 흡수될 수 있다. 따라서, 제2 광의 노이즈로 작용할 수 있다.When the aluminum composition is 50% or less, the problem of not absorbing ultraviolet light of about 270 nm due to an excessively large energy band gap can be improved. When the aluminum composition is greater than 50%, a portion of the first light may pass through the third semiconductor layer 240 and be absorbed by the absorption layer 260 . Therefore, it may act as noise of the second light.

제3 반도체층(240), 제1-1 내지 제1-3 반도체층(251, 252, 253)은 알루미늄 조성을 순차적으로 감소시킴으로써 흡수층(260)의 결정성을 개선할 수 있다. 제1-1 반도체층(251), 제1-2 반도체층(252), 및 제3 반도체층(240)은 알루미늄을 포함하고, 알루미늄 조성은 하기 관계식 1을 만족할 수 있다.The crystallinity of the absorption layer 260 may be improved by sequentially reducing the aluminum composition of the third semiconductor layer 240 and the 1-1st to 1-3th semiconductor layers 251 , 252 , and 253 . The 1-1st semiconductor layer 251, the 1-2nd semiconductor layer 252, and the 3rd semiconductor layer 240 may include aluminum, and the aluminum composition may satisfy Relational Equation 1 below.

[관계식 1][Relationship 1]

제3 반도체층(240) > 제1-1 반도체층(251) > 제1-2 반도체층(252)3rd semiconductor layer 240 > 1-1st semiconductor layer 251 > 1-2nd semiconductor layer 252

제1 전극(291)은 제1-2 반도체층(252) 상에 배치될 수 있다. 제1 전극(291)은 제1-2 반도체층(252) 상에 배치되는 제1 오믹 전극(291a) 및 제1 오믹 전극(291a) 상에 배치되는 제1 패드(291b)를 포함할 수 있다. 제1 전극(291)은 제1-2 반도체층(252)이 메사 식각된 더미 영역(252a)에 배치될 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.The first electrode 291 may be disposed on the first and second semiconductor layers 252 . The first electrode 291 may include a first ohmic electrode 291a disposed on the first and second semiconductor layers 252 and a first pad 291b disposed on the first ohmic electrode 291a. . The first electrode 291 may be disposed in the dummy region 252a in which the first and second semiconductor layers 252 are mesa-etched, but is not limited thereto.

제2 전극(292)은 제1-1 반도체층(251)상에 배치될 수 있다. 제2 전극(292)은 제1-1 반도체층(251) 상에 배치되는 제2 오믹 전극(292a) 및 제2 오믹 전극(292a) 상에 배치되는 제2 패드(292b)를 포함할 수 있다.The second electrode 292 may be disposed on the 1-1 semiconductor layer 251 . The second electrode 292 may include a second ohmic electrode 292a disposed on the 1-1 semiconductor layer 251 and a second pad 292b disposed on the second ohmic electrode 292a. .

실시 예에 따르면, 제1 전극(291)은 상대적으로 전도도가 높은 제1-2 반도체층(252) 상에 배치되고, 제2 전극(292)은 상대적으로 전도도가 낮은 제1-1 반도체층(251)상에 배치될 수 있다. 따라서, 제1 전극(291)과 제2 전극(292) 사이에 고저항층이 배치되므로 제1 광(L1) 및 제2 광(L2)의 센싱 감도가 향상될 수 있다.According to the embodiment, the first electrode 291 is disposed on the 1-2 semiconductor layer 252 having relatively high conductivity, and the second electrode 292 is the 1-1 semiconductor layer having relatively low conductivity ( 251) can be placed on. Accordingly, since the high-resistance layer is disposed between the first electrode 291 and the second electrode 292, sensing sensitivity of the first light L1 and the second light L2 may be improved.

제3 전극(293)은 제2 반도체층(270)상에 배치될 수 있다. 제3 전극(293)은 제2 반도체층(270) 상에 배치되는 제3 오믹 전극(293a), 및 제3 오믹 전극(293a) 상에 배치되는 제3 패드(293b)를 포함할 수 있다.The third electrode 293 may be disposed on the second semiconductor layer 270 . The third electrode 293 may include a third ohmic electrode 293a disposed on the second semiconductor layer 270 and a third pad 293b disposed on the third ohmic electrode 293a.

제4 전극(294)은 제3 반도체층(240)상에 배치될 수 있다. 제4 전극(294)은 제3 반도체층(240) 상에 배치되는 쇼트키 전극(294a), 및 쇼트키 전극(294a) 상에 배치되는 제4 패드(294b)를 포함할 수 있다.The fourth electrode 294 may be disposed on the third semiconductor layer 240 . The fourth electrode 294 may include a Schottky electrode 294a disposed on the third semiconductor layer 240 and a fourth pad 294b disposed on the Schottky electrode 294a.

절연층(280)은 제1 전극 내지 제4 전극(291, 292, 293, 294)를 전기적으로 절연시킬 수 있다. 절연층(280)은 SiO2, SixOy, Si3N4, SixNy, SiOxNy, Al2O3, TiO2, AlN 등으로 이루어진 군에서 적어도 하나가 선택되어 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 절연층(280)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 예시적으로 절연층(280)은 Si 산화물이나 Ti 화합물을 포함하는 다층 구조의 DBR(distributed Bragg reflector) 일 수도 있다.The insulating layer 280 may electrically insulate the first to fourth electrodes 291 , 292 , 293 , and 294 . The insulating layer 280 may be formed by selecting at least one from the group consisting of SiO 2 , SixOy, Si 3 N 4 , SixNy, SiOxNy, Al 2 O 3 , TiO 2 , AlN, and the like, but is not limited thereto. The insulating layer 280 may be formed as a single layer or multiple layers. For example, the insulating layer 280 may be a multi-layer distributed Bragg reflector (DBR) including Si oxide or a Ti compound.

제1 내지 제3 오믹 전극(291a, 292a, 293a)은 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, 또는 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Sn, In, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으나, 이러한 재료에 한정되는 않는다. 예시적으로 제1 및 제2 오믹 전극(291a, 292a)은 Cr/Ti/Al/Ni/Au 전극 구조를 갖고, 제3 오믹 전극(293a)은 ITO일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.The first to third ohmic electrodes 291a, 292a, and 293a may include indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium zinc tin oxide (IZTO), indium aluminum zinc oxide (IAZO), and indium gallium zinc oxide (IGZO). 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, or Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Sn, In , Ru, Mg, Zn, Pt, Au, may be formed including at least one of Hf, but is not limited to these materials. For example, the first and second ohmic electrodes 291a and 292a may have a Cr/Ti/Al/Ni/Au electrode structure, and the third ohmic electrode 293a may be ITO, but is not limited thereto.

쇼트키 전극(294a)은 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 질화티타늄(TiN), 금(Au), 팔라듐(Pd), 백금(Pt) 또는 이들의 둘 이상의 적층 구조를 포함할 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 쇼트키 접합을 위해 사용 가능한 금속 전극은 모두 적용될 수 있다.The Schottky electrode 294a may include nickel (Ni), molybdenum (Mo), titanium nitride (TiN), gold (Au), palladium (Pd), platinum (Pt), or a stacked structure of two or more thereof. However, it is not necessarily limited thereto, and all metal electrodes usable for Schottky bonding may be applied.

실시 예에 따른 수광소자(200)는 GaN 타입의 PIN 다이오드와 AlGaN 타입의 쇼트키 다이오드가 접합된 구조일 수 있다. 구체적으로 제3 반도체층(240)이 제4 전극(294)과 쇼트키 접합되어 발광소자(100)에서 출사되는 제1 광(L1)을 흡수함으로써 모니터링할 수 있다. 또한, GaN 타입의 흡수층(260)이 약 350nm의 제2 광(L2)을 흡수하여 미생물의 존재 및 분포를 측정할 수 있다. 이때, 제1 광(L1)은 제2 광(L2)보다 피크 파장이 짧다.The light-receiving element 200 according to the embodiment may have a structure in which a GaN-type PIN diode and an AlGaN-type Schottky diode are bonded. Specifically, the third semiconductor layer 240 is Schottky-bonded to the fourth electrode 294 to absorb the first light L1 emitted from the light emitting device 100, thereby monitoring. In addition, the GaN type absorption layer 260 absorbs the second light L2 of about 350 nm, and thus the presence and distribution of microorganisms can be measured. At this time, the first light L1 has a shorter peak wavelength than the second light L2.

도 9를 참조하면, 평면상 흡수층(260)은 칩의 중앙 영역에 원형으로 배치되고, 제1 전극(291)은 링 형상으로 형성되어 흡수층(260)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 또한, 제2 전극(292)은 제1 전극(291)의 외측에 배치되고, 제4 전극(294)은 칩의 각 모서리 영역에 배치될 수 있다. Referring to FIG. 9 , the planar absorption layer 260 may be disposed in a circular shape in the central region of the chip, and the first electrode 291 may be formed in a ring shape and disposed to surround the absorption layer 260 . Also, the second electrode 292 may be disposed outside the first electrode 291, and the fourth electrode 294 may be disposed at each corner region of the chip.

쇼트키 접합 면적(쇼트키 전극이 제3 반도체층과 접촉하는 면적)은 발광구조물의 전체 면적의 20% 내지 40%의 면적을 차지하도록 배치될 수 있다. 면적의 20%보다 작은 경우 광 출력이 너무 낮아 발광소자(100)의 광 출력을 감지하기 어렵고, 면적이 40%보다 커지는 경우 흡수층(260)의 면적이 줄어들게 되어 제2 광(L2)의 감도가 저하되는 문제가 있다. 따라서, 흡수층(260)의 면적은 제4 전극(294)과 제3 반도체층의 접촉 면적 보다 클 수 있다. 도 8은 도 9의 A-A 방향 단면도일 수 있다.The Schottky junction area (the area where the Schottky electrode contacts the third semiconductor layer) may occupy 20% to 40% of the total area of the light emitting structure. When the area is less than 20%, the light output is too low to detect the light output of the light emitting device 100, and when the area is greater than 40%, the area of the absorption layer 260 is reduced so that the sensitivity of the second light L2 is reduced. There is a problem with deterioration. Accordingly, an area of the absorption layer 260 may be larger than a contact area between the fourth electrode 294 and the third semiconductor layer. FIG. 8 may be a cross-sectional view in the A-A direction of FIG. 9 .

수광소자(200)의 구조는 다양하게 변형될 수 있다. 도 10을 참조하면, 쇼트키 접합은 제1-1 반도체층(251)과 제4 전극(294) 사이에서 이루어질 수도 있다. 또한, 제1 전극(291)은 제1-2 반도체층(252) 상에 직접 배치될 수도 있다.The structure of the light receiving element 200 may be variously modified. Referring to FIG. 10 , a Schottky junction may be formed between the 1-1 semiconductor layer 251 and the fourth electrode 294 . Also, the first electrode 291 may be directly disposed on the first and second semiconductor layers 252 .

도 11은 실시 예에 따른 전자 제품을 도시한 개념도이다.11 is a conceptual diagram illustrating an electronic product according to an embodiment.

도 11을 참고하면, 실시 예에 따른 전자 제품은, 케이스(20), 케이스(20) 내에 배치되는 센서 패키지(1000), 제품의 기능을 수행하는 기능부(4000) 및 제어부(2000)를 포함한다.Referring to FIG. 11 , the electronic product according to the embodiment includes a case 20, a sensor package 1000 disposed in the case 20, a functional unit 4000 that performs functions of the product, and a control unit 2000. do.

전자 제품은 다양한 가전 기기 등을 포함하는 개념일 수 있다. 예시적으로, 전자 제품은 냉장고, 공기 청정기, 에어컨, 정수기, 가습기 등과 같이 전원을 공급받아 소정의 역할을 수행하는 가전 가기일 수 있다. An electronic product may be a concept including various home appliances and the like. For example, the electronic product may be a home appliance that receives power and performs a predetermined role, such as a refrigerator, air purifier, air conditioner, water purifier, and humidifier.

그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 전자 제품은 자동차와 같이 소정의 밀폐 공간을 갖는 제품을 포함할 수도 있다. 즉, 전자 제품은 미생물의 존재를 확인할 필요가 있는 다양한 제품을 모두 포함하는 개념일 수 있다.However, it is not necessarily limited thereto, and electronic products may include products having a predetermined closed space, such as automobiles. That is, electronic products may be a concept that includes all various products that need to check the presence of microorganisms.

기능부(4000)는 전자 제품의 주기능을 수행할 수 있다. 예시적으로, 전자 부품이 에어컨인 경우, 기능부(4000)는 공기의 온도를 제어하는 부분일 수 있다. 또한, 전자 부품이 정수기인 경우, 기능부(4000)는 물을 정수하는 부분일 수 있다.The functional unit 4000 may perform a main function of an electronic product. For example, when the electronic component is an air conditioner, the function unit 4000 may be a part that controls the temperature of air. Also, when the electronic component is a water purifier, the function unit 4000 may be a part that purifies water.

제어부(2000)는 기능부(4000) 및 센서 패키지(1000)와 통신할 수 있다. 제어부(2000)는 케이스(2) 내부로 유입된 미생물의 존재 및 종류를 탐지하기 위해 센서 패키지(1000)를 동작시킬 수 있다. 전술한 바와 같이 실시 예에 따른 센서 패키지(1000)는 모듈 형태로 소형화가 가능하므로 다양한 사이즈의 전자 제품에 장착될 수 있다.The controller 2000 may communicate with the function unit 4000 and the sensor package 1000 . The controller 2000 may operate the sensor package 1000 to detect the presence and type of microorganisms introduced into the case 2 . As described above, since the sensor package 1000 according to the embodiment can be miniaturized in a module form, it can be installed in electronic products of various sizes.

제어부(2000)는 센서 패키지(1000)에서 검출된 신호를 미리 저장된 데이터와 비교하여 미생물의 농도 및 종류를 검출할 수 있다. 미리 저장된 데이터는 룩-업 테이블 형식으로 메모리에 저장될 수 있으며, 주기적으로 갱신될 수 있다.The controller 2000 may compare the signal detected by the sensor package 1000 with previously stored data to detect the concentration and type of microorganisms. The pre-stored data may be stored in a memory in the form of a look-up table and may be periodically updated.

제어부(2000)는 검출 결과, 미생물의 농도 등이 미리 설정된 기준값 이상인 경우 세척 시스템을 구동시키거나, 디스플레이부(3000)에 경고 신호를 출력할 수 있다.As a result of the detection, the controller 2000 may drive the cleaning system or output a warning signal to the display unit 3000 when the concentration of microorganisms is equal to or greater than a preset reference value.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Although the above has been described with reference to the embodiments, this is only an example and does not limit the present invention, and those skilled in the art to which the present invention belongs will not deviate from the essential characteristics of the present embodiment. It will be appreciated that various variations and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiment can be modified and implemented. And differences related to these modifications and applications should be construed as being included in the scope of the present invention as defined in the appended claims.

Claims (19)

기판;
상기 기판상에 배치되는 제1 반도체층;
상기 제1 반도체층 상에 배치되는 제2 반도체층;
상기 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 배치되며, 광을 흡수하는 흡수층;
상기 기판과 상기 제1 반도체층 사이에 배치되는 제3 반도체층;
상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극;
상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결되며, 상기 제1 전극과 이격 배치되는 제2 전극;
상기 제2 반도체층과 전기적으로 연결되는 제3 전극; 및
상기 제3 반도체층과 전기적으로 연결되는 제4 전극을 포함하고,
상기 제3 반도체층과 상기 제4 전극은 쇼트키 접합되는 반도체 소자.
Board;
a first semiconductor layer disposed on the substrate;
a second semiconductor layer disposed on the first semiconductor layer;
an absorption layer disposed between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer and absorbing light;
a third semiconductor layer disposed between the substrate and the first semiconductor layer;
a first electrode electrically connected to the first semiconductor layer;
a second electrode electrically connected to the first semiconductor layer and spaced apart from the first electrode;
a third electrode electrically connected to the second semiconductor layer; and
And a fourth electrode electrically connected to the third semiconductor layer,
The semiconductor device of claim 1, wherein the third semiconductor layer and the fourth electrode are schottky bonded.
제1항에 있어서,
상기 제3 반도체층은 상기 기판으로 입사되는 제1 광을 흡수하고,
상기 흡수층은 상기 기판으로 입사되는 제2 광을 흡수하고,
상기 제1 광의 피크파장은 상기 제2 광의 피크파장보다 짧고,
상기 제1 광 및 제2 광은 자외선 파장대의 광인 반도체 소자.
According to claim 1,
The third semiconductor layer absorbs first light incident on the substrate;
The absorption layer absorbs second light incident on the substrate;
The peak wavelength of the first light is shorter than the peak wavelength of the second light,
The first light and the second light are light in the ultraviolet wavelength range semiconductor device.
제1항에 있어서,
상기 제1 반도체층은
상기 제3 반도체층 상에 배치되는 제1-1 반도체층, 및
상기 제1-1 반도체층 상에 배치되는 제1-2 반도체층을 포함하고,
상기 제1 전극은 상기 제1-2 반도체층 상에 배치되고,
상기 제2 전극은 상기 제1-1 반도체층 상에 배치되며,
상기 제1-1 반도체층, 제1-2 반도체층, 및 제3 반도체층은 알루미늄을 포함하고,
알루미늄 조성은 하기 관계식 1을 만족하는 반도체 소자.
[관계식 1]
제3 반도체층 > 제1-1 반도체층 > 제1-2 반도체층
According to claim 1,
The first semiconductor layer is
A 1-1 semiconductor layer disposed on the third semiconductor layer, and
A 1-2 semiconductor layer disposed on the 1-1 semiconductor layer,
The first electrode is disposed on the first-second semiconductor layer,
The second electrode is disposed on the 1-1 semiconductor layer,
The 1-1 semiconductor layer, the 1-2 semiconductor layer, and the third semiconductor layer include aluminum,
The aluminum composition is a semiconductor device that satisfies the following relational expression 1.
[Relationship 1]
3rd semiconductor layer > 1-1st semiconductor layer > 1-2nd semiconductor layer
제3항에 있어서,
상기 제1 반도체층은 상기 제1-2 반도체층 상에 배치되는 제1-3 반도체층을 포함하고,
상기 제1-3 반도체층, 흡수층, 및 제2 반도체층은 알루미늄을 포함하지 않는 반도체 소자.
According to claim 3,
The first semiconductor layer includes 1-3 semiconductor layers disposed on the 1-2 semiconductor layers,
Wherein the first to third semiconductor layers, the absorption layer, and the second semiconductor layer do not contain aluminum.
몸체;
상기 몸체 내에 배치되는 발광소자; 및
상기 몸체 내에 배치되는 수광소자를 포함하고,
상기 수광소자는,
투광기판;
상기 투광기판상에 배치되는 제1 반도체층;
상기 제1 반도체층 상에 배치되는 제2 반도체층;
상기 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 배치되며, 광을 흡수하는 흡수층;
상기 투광기판과 상기 제1 반도체층 사이에 배치되는 제3 반도체층;
상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극;
상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결되며, 상기 제1 전극과 이격 배치되는 제2 전극;
상기 제2 반도체층과 전기적으로 연결되는 제3 전극; 및
상기 제3 반도체층과 전기적으로 연결되는 제4 전극을 포함하고,
상기 제3 반도체층과 상기 제4 전극은 쇼트키 접합되고,
상기 제3반도체층은 발광소자에서 출사된 제1 광을 흡수하고,
상기 흡수층은 외부에서 입사된 제2 광을 흡수하고,
상기 제1 광의 피크파장은 상기 제2 광의 피크파장보다 짧고,
상기 제2 광은 타겟 물질이 상기 제1 광을 흡수하여 방출하는 광이고,
상기 타겟 물질은 곰팡이, 세균, 또는 미생물을 포함하는 센서 패키지.
body;
a light emitting element disposed within the body; and
A light receiving element disposed within the body,
The light receiving element,
light transmitting substrate;
a first semiconductor layer disposed on the light-transmitting substrate;
a second semiconductor layer disposed on the first semiconductor layer;
an absorption layer disposed between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer and absorbing light;
a third semiconductor layer disposed between the light-transmitting substrate and the first semiconductor layer;
a first electrode electrically connected to the first semiconductor layer;
a second electrode electrically connected to the first semiconductor layer and spaced apart from the first electrode;
a third electrode electrically connected to the second semiconductor layer; and
And a fourth electrode electrically connected to the third semiconductor layer,
The third semiconductor layer and the fourth electrode are Schottky bonded,
The third semiconductor layer absorbs the first light emitted from the light emitting device,
The absorption layer absorbs second light incident from the outside,
The peak wavelength of the first light is shorter than the peak wavelength of the second light,
The second light is light emitted by a target material absorbing the first light,
The target material is a sensor package containing fungi, bacteria, or microorganisms.
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