KR102608517B1 - 반도체 소자 - Google Patents

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Abstract

실시 예는, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광 구조물; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되는 제1전극; 상기 제2 도전형 반도체층의 하부에 배치되는 제2전극; 및 상기 제2 도전형 반도체층과 제2전극 사이에 배치되는 전류 차단층을 포함하고, 상기 제1 도전형 반도체층은 상기 제1전극이 배치되는 제1영역, 및 상기 제1영역보다 두께가 얇은 제2영역을 포함하고, 상기 전류 차단층은 두께 방향으로 상기 제1영역과 대응되는 영역에 배치되는 반도체 소자를 개시한다.

Description

반도체 소자{SEMICONDUCTOR DEVICE}
실시 예는 반도체 소자를 개시한다.
GaN, AlGaN 등의 화합물을 포함하는 반도체 소자는 넓고 조정이 용이한 밴드 갭 에너지를 가지는 등의 많은 장점을 가져서 발광 소자, 수광 소자 및 각종 다이오드 등으로 다양하게 사용될 수 있다.
특히, 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode)나 레이저 다이오드(Laser Diode)와 같은 발광소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성의 장점을 가진다.
뿐만 아니라, 광검출기나 태양 전지와 같은 수광 소자도 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용하여 제작하는 경우 소자 재료의 개발로 다양한 파장 영역의 빛을 흡수하여 광 전류를 생성함으로써 감마선부터 라디오 파장 영역까지 다양한 파장 영역의 빛을 이용할 수 있다. 또한 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성 및 소자 재료의 용이한 조절의 장점을 가져 전력 제어 또는 초고주파 회로나 통신용 모듈에도 용이하게 이용할 수 있다.
따라서, 반도체 소자는 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등 및 Gas나 화재를 감지하는 센서 등에까지 응용이 확대되고 있다. 또한, 반도체 소자는 고주파 응용 회로나 기타 전력 제어 장치, 통신용 모듈에까지 응용이 확대될 수 있다.
특히, 자외선 파장 영역의 광을 방출하는 발광소자는 경화작용이나 살균 작용을 하여 경화용, 의료용, 및 살균용으로 사용될 수 있다.
최근 자외선 발광소자에 대한 연구가 활발하나, 아직까지 자외선 발광소자는 수직형으로 구현하기 어려운 문제가 있다.
실시 예는 광 출력이 향상된 발광소자를 제공한다.
또한, 수직형 자외선 발광소자를 제공한다.
실시 예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자는, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광 구조물; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되는 제1전극; 상기 제2 도전형 반도체층의 하부에 배치되는 제2전극; 및 상기 제2 도전형 반도체층과 제2전극 사이에 배치되는 전류 차단층을 포함하고, 상기 제1 도전형 반도체층은 상기 제1전극이 배치되는 제1영역, 및 상기 제1영역보다 두께가 얇은 제2영역을 포함하고, 상기 전류 차단층은 두께 방향으로 상기 제1영역과 대응되는 영역에 배치될 수 있다.
상기 제1영역과 제2영역의 두께비는 1:0.2 내지 1:0.7일 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층의 전체 면적과 상기 제2영역의 면적의 비는 1:0.5 내지 1:0.9일 수 있다.
상기 제1영역은 상기 제1 도전형 반도체층의 가장자리에 배치되고, 상기 제2영역은 상기 제1 도전형 반도체층의 중앙에 배치될 수 있다.
상기 제1전극은 상기 제1 도전형 반도체층의 모서리에 배치되는 적어도 하나의 패드, 및 상기 패드에서 연장되는 가지전극을 포함할 수 있다.
상기 가지전극은 상기 제1 도전형 반도체층의 가장자리에 배치되는 제1가지전극 및 상기 제1가지전극에서 연장된 적어도 하나의 제2가지전극을 포함할 수 있다.
상기 제1영역은, 상기 제1전극이 배치되는 제1-1영역, 상기 제2영역과 상기 제1-1영역 사이에 배치되는 제1-2영역, 및 상기 제1-1영역의 외측에 배치되는 제1-3영역을 포함할 수 있다.
상기 제1-2영역은 경사면을 가질 수 있다.
상기 제2전극은 자외선 파장대의 광을 반사하는 반사층을 포함할 수 있다.
상기 전류 차단층은 두께 방향으로 상기 제1영역과 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
상기 전류 차단층의 제1방향 폭은 상기 제1전극의 제1방향 폭보다 크고, 상기 제1방향은 두께 방향과 수직한 방향일 수 있다.
상기 제2영역은 상기 활성층에서 생성된 광이 외부로 출사되는 영역일 수 있다.
상기 활성층은 자외선 파장대의 광을 생성할 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층은 알루미늄을 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면 광 출력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자의 평면도이다.
도 2는 도 1의 A-A 방향 단면도이다.
도 3은 도 2의 일부 확대도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 반도체 소자의 평면도이다.
도 5는 도 4의 B-B 방향 단면도이다.
도 6은 도 2의 제1변형예이다.
도 7은 도 2의 제2변형예이다.
도 8은 도 2의 제3변형예이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지의 개념도이다.
본 실시 예들은 다른 형태로 변형되거나 여러 실시 예가 서로 조합될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 각각의 실시 예로 한정되는 것은 아니다.
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.
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.
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.
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.
본 발명의 실시 예에 따른 발광 구조물은 자외선 파장대의 광을 출력할 수 있다. 예시적으로 발광 구조물은 근자외선 파장대의 광(UV-A)을 출력할 수도 있고, 원자외선 파장대의 광(UV-B)을 출력할 수 도 있고, 심자외선 파장대의 광(UV-C)을 출력할 수 있다. 파장범위는 발광 구조물의 Al의 조성비에 의해 결정될 수 있다.
예시적으로, 근자외선 파장대의 광(UV-A)은 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.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자의 평면도이고, 도 2는 도 1의 A-A 방향 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실시 예에 따른 반도체 소자는 제1 도전형 반도체층(121), 제2 도전형 반도체층(123), 및 제1 도전형 반도체층(121)과 제2 도전형 반도체층(123) 사이에 배치되는 활성층(122)을 포함하는 발광 구조물(120), 및 제1전극(150)을 포함한다.
제1 도전형 반도체층(121)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1도펀트가 도핑될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(121)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 도전형 반도체층(121)은 n형 반도체층일 수 있다.
활성층(122)은 제1 도전형 반도체층(121)과 제2 도전형 반도체층(123) 사이에 배치될 수 있다. 활성층(122)은 제1 도전형 반도체층(121)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 제2 도전형 반도체층(123)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 만나는 층이다. 활성층(122)은 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 자외선 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다.
활성층(122)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(122)의 구조는 이에 한정하지 않는다.
제2 도전형 반도체층(123)은 활성층(122) 상에 형성되며, Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 반도체층(123)에 제2도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(123)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 제2 도전형 반도체층(123)은 p형 반도체층일 수 있다.
활성층(122)과 제2 도전형 반도체층(123) 사이에는 전자 차단층(미도시)이 배치될 수 있다. 전자 차단층은 제1 도전형 반도체층(121)에서 공급된 제1캐리어(예:전자)가 제2 도전형 반도체층(123)으로 빠져나가는 흐름을 차단하여, 활성층(122) 내에서 전자와 정공이 재결합할 확률을 높일 수 있다. 전자 차단층의 에너지 밴드갭은 활성층(122) 및/또는 제2 도전형 반도체층(123)의 에너지 밴드갭보다 클 수 있다.
제1 도전형 반도체층(121)은 제1전극(150)이 배치되는 제1영역(P1), 및 제1영역(P1)보다 두께가 얇은 제2영역(P2)을 포함한다. 제1영역(P1)은 제1 도전형 반도체층(121)의 가장자리이고 제2영역(P2)은 중앙부일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다. 제1영역(P1)은 제1전극(150)이 배치되는 영역일 수 있으며, 제2영역(P2)은 활성층(122)에서 생성된 광이 출사되는 영역으로 정의할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(121)은 적어도 일 구간에서 알루미늄 조성이 활성층(122)내에 배치되는 우물층의 알루미늄 조성보다 작을 수 있다. 이 경우 활성층(122)에서 출사된 광(L1)은 제1 도전형 반도체층(121)에 의해 흡수되어 광 출력이 저하될 수 있다. 따라서, 실시 예에서는 제1 도전형 반도체층(121)의 얇게 식각하여 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
제2영역(P2)의 두께(d2)는 1㎛ 내지 3㎛이하일 수 있다. 제2영역(P2)의 두께가 1㎛보다 작은 경우 제2영역(P2)에서의 전류 주입 효율이 저하되어 광 출력이 낮아질 수 있다. 또한, 두께가 3㎛보다 큰 경우 광 흡수량이 증가하여 광 출력이 저하되는 문제가 있다.
제2영역(P2)은 적어도 일 구간이 우물층의 알루미늄 조성보다 작을 수 있다. 제2영역(P2)의 알루미늄 조성은 우물층의 알루미늄 조성의 80%이상일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.
제1영역(P1)의 두께(d1)는 1.5㎛ 내지 10㎛이하일 수 있다. 제1영역(P1)의 두께가 1.5㎛보다 큰 경우 제1전극(150)을 통해 발광 구조물(120)으로 주입되는 전류가 충분히 분산되기 원활할 수 있고, 두께가 10㎛보다 작은 경우 발광 구조물(120)내에서 광이 재흡수될 확률을 낮추어 광추출효율이 개선될 수 있어, 반도체 소자의 광속이 향상될 수 있다.
제1영역(P1)과 제2영역(P2)의 두께비(d1:d2)는 1:0.2 내지 1:0.7일 수 있다. 두께비가 1:0.2보다 작은 경우에는 제1영역(P1)의 두께가 너무 얇아져 전류가 분산되기 어려울 수 있으며, 두께비가 1:0.7보다 커지는 경우에는 제2영역(P2)의 광 흡수량이 증가하여 출력이 저하되는 문제가 있다.
실시 예에 따르면, 제1영역(P1)과 제2영역(P2)의 두께비가 1:0.2 내지 1:0.7를 만족하므로, 제1영역(P1)은 전류를 분산시킬 수 있을 만큼 두껍고 제2영역(P2)은 활성층(122)에서 생성된 광이 대부분 출사될 수 있을 만큼 얇을 수 있다.
제1 도전형 반도체층(121)의 전체 면적과 제2영역(P2)의 면적비는 1:0.5 내지 1:0.9일 수 있다. 면적비가 1:0.5보다 작은 경우에는 제2영역(P2)의 면적이 줄어들어 광 출력이 저하되는 문제가 있으며, 면적비가 1:0.9보다 커지는 경우 제1영역(P1)의 면적이 줄어들어 전류 주입 효율이 떨어지는 문제가 있다.
하기 표 1은 제1영역(P1)의 폭을 점차 증가시키면서 동작 전압 및 광 출력을 측정한 표이다. 실험 예 1은 제2영역(P2)의 두께를 1㎛로 제작하여 실험하였고, 실험 예 9는 제2영역(P2)의 두께를 2㎛로 제작하여 실험하였다. 실험 예 2는 제1영역(P1)의 폭이 전류 차단층(130)의 폭과 동일하게 제작하여 실험하였고, 실험 예 3 내지 8은 실험 예 2에서 제1영역(P1)의 폭을 10㎛씩 증가시켜 실험하였다. 여기서 폭은 두께 방향과 수직한 방향의 거리일 수 있다. 따라서, 실험 예 2는 제1영역(P1)의 폭이 전류 차단층(130)의 폭보다 10㎛ 크고, 실험 예 3은 제1영역(P1)의 폭이 전류 차단층(130)의 폭보다 20㎛ 클 수 있다.
동작 전압(Vf) 광 출력(Po)
실험 예 1 - -
실험 예 2 -0.02 101.6%
실험 예 3 -0.02 97.4%
실험 예 4 -0.03 98.0%
실험 예 5 -0.03 98.6%
실험 예 6 -0.03 96.9%
실험 예 7 -0.03 94.7%
실험 예 8 -0.03 93.0%
실험 예 9 -0.04 72.6%
실험 결과, 실험 예 9는 실험 예 1에 비해 동작 전압은 상대적으로 낮아졌으나, 광출력이 72.6%로 낮아졌음을 알 수 있다. 따라서, 제2영역(P2)의 면적이 증가하여 광 흡수가 증가한 것을 알 수 있다. 또한, 실험 예 2 내지 8을 참조하면, 제1영역(P1)의 폭이 증가할수록 광 출력이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 제2영역(P2)의 면적이 감소하여 광 출력이 감소한 것을 알 수 있다.
도 2를 참조하면, 제2 도전형 반도체층(123)의 하부에는 제2전극(140)이 배치될 수 있다. 제2전극(140)은 제2 도전형 반도체층(123)에 전류를 주입할 수 있다. 또한, 제2전극(140)은 활성층(122)에서 출사되는 광을 반사할 수 있다.
제2전극(140)은 투명전극층(미도시)과 반사층(미도시)을 포함할 수 있다.
투명전극층은 오믹 전극 역할을 수행할 수 있다. 투명전극층은 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.
반사층은 자외선 파장대에서 반사율이 우수한 물질로 이루어질 수 있다. 예시적으로 반사층은 알루미늄을 포함할 수 있다. 반사층이 알루미늄을 포함하는 경우, 활성층(122)에서 방출되는 광(L2)을 상부로 반사하는 역할을 하여 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
전류 차단층(130)은 제1전극(150)에서 주입된 전류가 수직 방향으로 흐르는 것을 저지할 수 있다. 전류 차단층(130)은 SiO2, SixOy, Si3N4, SixNy, SiOxNy, Al2O3, TiO2, AlN 등으로 이루어진 군에서 적어도 하나가 선택되어 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 전류 차단층(130)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 전류 차단층의 두께(130)는 0.1㎛이상일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.
제1전극(150)은 제1영역(P1)에 배치될 수 있다. 제1전극(150)은 제1 도전형 반도체층(121)의 가장자리에 배치되어 전류를 주입할 수 있다.
도 1을 참조하면, 제1전극(150)은 제1 도전형 반도체층(121)의 모서리에 배치되는 적어도 하나의 패드(151), 및 패드(151)에서 연장되는 가지전극(152)을 포함할 수 있다. 패드(151)는 와이어에 의해 외부 전원과 연결될 수 있다. 가지전극(152)은 제1 도전형 반도체층(121)의 가장자리를 따라 연장될 수 있다. 따라서, 제1 도전형 반도체층(121)에 균일하게 전류를 주입할 수 있어 광 출력이 향상될 수 있다.
도 3은 도 2의 일부 확대도이다.
도 3을 참조하면, 제2전극(140)으로 주입된 전류는 전류 차단층(130)에 의해 활성층(122)의 중심을 향해 휘어져 흐를 수 있다. 즉, 제1영역(P1)의 두께 및 전류 차단층(130)에 의해 전류 분산 효율이 향상될 수 있다. 따라서, 전류 차단층(130)은 제1영역(P1)과 대응되는 영역에 배치되는 것이 유리할 수 있다.
전류 차단층(130)의 제1방향 폭(P3)은 제1영역(P1)의 제1영역(P1)의 폭보다 클 수 있다. 전류 차단층(130)의 제1방향폭(P3)이 커지는 만큼 전류는 활성층(122)의 중앙부로 더 휘어져 흐를 수 있다. 여기서 제1방향은 발광 구조물(120)의 두께 방향과 수직한 방향일 수 있다.
제1영역(P1)의 폭과 전류 차단층(130)의 폭(P3)의 비는 1: 1 내지 1:3일 수 있다. 폭의 비(P1:P3)가 1:1보다 작은 경우 주입된 전류의 일부는 두께 방향으로 흐르게 되어 광 출력이 저하될 수 있다. 또한, 폭의 비(P1:P3)가 1:3보다 커지는 경우 제2전극(140)의 반사층 면적이 작아져 광 추출 효율이 감소할 수 있다.
제1영역(P1)은 제1전극(150)이 배치되는 제1-1영역(P11), 제2영역(P2)과 제1-1영역(P11) 사이에 배치되는 제1-2영역(P12), 및 제1-1영역(P11)의 외측에 배치되는 제1-3영역(P13)을 포함할 수 있다. 제1-2영역(P12)과 제1-3영역(P13)은 공차를 고려하여 설계될 수 있다.
예시적으로 제1-2영역(P12)과 제1-3영역(P13)의 제1방향 폭은 1㎛ 내지 20㎛일 수 있다. 폭이 1㎛보다 작은 경우 공차 발생시 제1영역(P1)상에 제1전극(150)이 배치되지 못해 수율이 떨어지는 문제가 있으며, 폭이 20㎛보다 큰 경우 상대적으로 제2영역(P2)의 면적이 작아져 광 추출 효율이 감소하는 문제가 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 반도체 소자의 평면도이고, 도 5는 도 4의 B-B 방향 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 제1전극(150)은 패드(151)에서 연장된 제1가지전극(152) 및 제1가지전극(152)을 연결하는 제2가지전극(153)을 포함할 수 있다. 제2가지전극(153)의 형상은 특별히 한정하지 않는다. 제2가지전극(153)은 제2영역(P2)을 복수 개로 구획할 수 있다. 제2영역(P2)은 복수 개의 제1영역(P1) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 구성에 의하면 전류 분산 효율이 향상되어 발광 효율이 향상될 수 있다.
제2가지전극(153)의 개수 및 형상은 특별히 제한되지 않는다. 제2가지전극(153)은 수직 또는 수평선을 따라 복수 개 배치될 수 있으며, 전류 분산을 위한 적정한 개수로 배치될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(121)의 전체 면적과 제2영역(P2)의 면적비는 1:0.5 내지 1:0.9일 수 있다. 면적비가 1:0.5보다 작은 경우에는 제2영역(P2)의 면적이 줄어들어 광 출력이 저하되는 문제가 있으며, 면적비가 1:0.9보다 커지는 경우 제1영역(P1)의 면적이 줄어들어 전류 주입 효율이 떨어지는 문제가 있다.
도 6은 도 2의 제1변형예이고, 도 7은 도 2의 제2변형예이고, 도 8은 도 2의 제3변형예이다.
도 6을 참조하면, 제1영역(P1)은 제2영역(P2)과 마주보는 측벽에 경사면(121a)을 가질 수 있다. 이러한 구성에 의하면 제1영역(P1)과 제2영역(P2) 사이의 지점에서 발광 구조물(120) 내부로 반사되는 광량을 줄일 수 있어 광 출력이 향상될 수 있다.
또한, 제1영역(P1)에서 제2영역(P2)으로 갈수록 면적이 점차 감소하므로 주입되는 전류를 제2영역(P2)으로 가이드할 수 있는 채널 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 전류 분산 효율이 증가할 수 있다. 도 7을 참조하면, 경사면은 제1영역(P1)에서 제2영역(P2)으로 갈수록 오목하게 형성(121b)될 수도 있고, 볼록하게 형성될 수도 있다.
도 8을 참조하면, 제2영역(P2)에는 광 추출 패턴(121c)이 형성될 수 있다. 광 추출 패턴(121c)은 발광 구조물(120)에서 출사되는 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 광 추출 패턴(121c)은 자외선 파장에 따라 평균 높이가 다를 수 있으며, UV-C의 경우 300 nm 내지 800 nm 정도의 높이를 갖고, 평균 500nm 내지 600nm 정도의 높이를 가질 때 광 추출 효율이 향상될 수 있다. 그러나, 요철의 높이는 반드시 이에 한정하지 않는다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지의 개념도이다.
반도체 소자는 패키지로 구성되어, 수지(resin)나 레지스트(resist)나 SOD 또는 SOG의 경화 장치에 사용될 수 있다. 또는, 반도체 소자 패키지는 치료용 의료용으로 사용되거나 공기 청정기나 정수기 등의 살균 장치와 같은 전자 장치에 사용될 수도 있다.
도 9를 참고하면, 반도체 소자 패키지는 홈(3)이 형성된 몸체(2), 몸체(2)에 배치되는 반도체 소자(1), 및 몸체(2)에 배치되어 반도체 소자(1)와 전기적으로 연결되는 한 쌍의 리드 프레임(5a, 5b)을 포함할 수 있다. 반도체 소자(1)는 전술한 구성을 모두 포함할 수 있다.
몸체(2)는 자외선 광을 반사하는 재질 또는 코팅층을 포함할 수 있다. 몸체(2)는 복수의 층(2a, 2b, 2c, 2d)을 적층하여 형성할 수 있다. 복수의 층(2a, 2b, 2c, 2d)은 동일한 재질일 수도 있고 상이한 재질을 포함할 수도 있다.
홈(3)은 반도체 소자에서 멀어질수록 넓어지게 형성되고, 경사면에는 단차(3a)가 형성될 수 있다.
투광층(4)은 홈(3)을 덮을 수 있다. 투광층(4)은 글라스 재질일 있으나, 반드시 이에 한정하지 않는다. 투광층(4)은 자외선 광을 유효하게 투과할 수 있는 재질이면 특별히 제한하지 않는다. 홈(3)의 내부는 빈 공간일 수 있다.
반도체 소자는 조명 시스템의 광원으로 사용되거나, 영상표시장치의 광원이나 조명장치의 광원으로 사용될 수 있다. 즉, 반도체 소자는 케이스에 배치되어 광을 제공하는 다양한 전자 디바이스에 적용될 수 있다. 예시적으로, 반도체 소자와 RGB 형광체를 혼합하여 사용하는 경우 연색성(CRI)이 우수한 백색광을 구현할 수 있다.
상술한 반도체 소자는 발광소자 패키지로 구성되어, 조명 시스템의 광원으로 사용될 수 있는데, 예를 들어 영상표시장치의 광원이나 조명 장치 등의 광원으로 사용될 수 있다.
영상표시장치의 백라이트 유닛으로 사용될 때 에지 타입의 백라이트 유닛으로 사용되거나 직하 타입의 백라이트 유닛으로 사용될 수 있고, 조명 장치의 광원으로 사용될 때 등기구나 벌브 타입으로 사용될 수도 있으며, 또한 이동 단말기의 광원으로 사용될 수도 있다.
발광 소자는 상술한 발광 다이오드 외에 레이저 다이오드가 있다.
레이저 다이오드는, 발광소자와 동일하게, 상술한 구조의 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다. 그리고, p-형의 제1 도전형 반도체와 n-형의 제2 도전형 반도체를 접합시킨 뒤 전류를 흘러주었을 때 빛이 방출되는 electro-l㎛inescence(전계발광) 현상을 이용하나, 방출되는 광의 방향성과 위상에서 차이점이 있다. 즉, 레이저 다이오드는 여기 방출(stimulated emission)이라는 현상과 보강간섭 현상 등을 이용하여 하나의 특정한 파장(단색광, monochromatic beam)을 가지는 빛이 동일한 위상을 가지고 동일한 방향으로 방출될 수 있으며, 이러한 특성으로 인하여 광통신이나 의료용 장비 및 반도체 공정 장비 등에 사용될 수 있다.
수광 소자로는 빛을 검출하여 그 강도를 전기 신호로 변환하는 일종의 트랜스듀서인 광 검출기(photodetector)를 예로 들 수 있다. 이러한 광 검출기로서, 광전지(실리콘, 셀렌), 광 출력전 소자(황화 카드뮴, 셀렌화 카드뮴), 포토 다이오드(예를 들어, visible blind spectral region이나 true blind spectral region에서 피크 파장을 갖는 PD), 포토 트랜지스터, 광전자 증배관, 광전관(진공, 가스 봉입), IR(Infra-Red) 검출기 등이 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
또한, 광검출기와 같은 반도체 소자는 일반적으로 광변환 효율이 우수한 직접 천이 반도체(direct bandgap semiconductor)를 이용하여 제작될 수 있다. 또는, 광검출기는 구조가 다양하여 가장 일반적인 구조로는 p-n 접합을 이용하는 pin형 광검출기와, 쇼트키접합(Schottky junction)을 이용하는 쇼트키형 광검출기와, MSM(Metal Semiconductor Metal)형 광검출기 등이 있다.
포토 다이오드(Photodiode)는 발광소자와 동일하게, 상술한 구조의 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있고, pn접합 또는 pin 구조로 이루어진다. 포토 다이오드는 역바이어스 혹은 제로바이어스를 가하여 동작하게 되며, 광이 포토 다이오드에 입사되면 전자와 정공이 생성되어 전류가 흐른다. 이때 전류의 크기는 포토 다이오드에 입사되는 광의 강도에 거의 비례할 수 있다.
광전지 또는 태양 전지(solar cell)는 포토 다이오드의 일종으로, 광을 전류로 변환할 수 있다. 태양 전지는, 발광소자와 동일하게, 상술한 구조의 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다.
또한, p-n 접합을 이용한 일반적인 다이오드의 정류 특성을 통하여 전자 회로의 정류기로 이용될 수도 있으며, 초고주파 회로에 적용되어 발진 회로 등에 적용될 수 있다.
또한, 상술한 반도체 소자는 반드시 반도체로만 구현되지 않으며 경우에 따라 금속 물질을 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 수광 소자와 같은 반도체 소자는 Ag, Al, Au, In, Ga, N, Zn, Se, P, 또는 As 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있으며, p형이나 n형 도펀트에 의해 도핑된 반도체 물질이나 진성 반도체 물질을 이용하여 구현될 수도 있다.
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.

Claims (15)

  1. 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광 구조물;
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되는 제1전극;
    상기 제2 도전형 반도체층의 하부에 배치되는 제2전극; 및
    상기 제2 도전형 반도체층과 제2전극 사이에 배치되는 전류 차단층을 포함하고,
    상기 제1 도전형 반도체층은 상기 제1전극이 배치되는 제1영역, 및 상기 제1영역보다 두께가 얇은 제2영역을 포함하고,
    상기 전류 차단층은 두께 방향으로 상기 제1영역과 대응되는 영역에 배치되며,
    상기 제1 영역은 상기 제1 도전형 반도체층의 가장자리에 배치되고, 상기 제2 영역은 상기 제1 도전형 반도체층의 중앙에 배치되고,
    상기 제1 전극은 상기 제1 도전형 반도체층의 모서리에 배치되는 적어도 하나의 패드, 및 상기 패드로부터 연장되는 가지전극을 포함하는 반도체 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1영역과 상기 제2영역의 두께비는 1:0.2 내지 1:0.7인 반도체 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층의 전체 면적과 상기 제2영역의 면적의 비는 1:0.5 내지 1:0.9인 반도체 소자.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가지전극은 상기 제1 도전형 반도체층의 상기 가장자리에 배치되고 상기 패드에서 연장된 제1가지전극과, 상기 제2 영역을 복수 개의 영역으로 구획하며 상기 제1가지전극에서 연장된 적어도 하나의 제2가지전극을 포함하는 반도체 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1영역은,
    상기 제1전극이 배치되는 제1-1영역,
    상기 제2영역과 상기 제1-1영역 사이에 배치되는 제1-2영역, 및
    상기 제1-1영역의 외측에 배치되는 제1-3영역을 포함하는 반도체 소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1-2영역은 경사면을 갖는 반도체 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1영역의 두께는 1.5㎛ 내지 10㎛이하인 반도체 소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2영역의 두께는 1㎛ 내지 3㎛이하인 반도체 소자.
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 전류 차단층의 제1방향 폭은 상기 제1전극의 제1방향 폭보다 크고,
    상기 제1방향은 상기 두께 방향과 수직한 방향인 반도체 소자.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제2영역은 상기 활성층에서 생성된 광이 외부로 출사되는 영역인 반도체 소자.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 활성층은 자외선 파장대의 광을 생성하는 반도체 소자.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층은 알루미늄을 포함하는 반도체 소자.
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