KR20170142690A - 반도체 소자 - Google Patents

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Abstract

실시예는 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하고, 상기 제2 도전형 반도체층에서 상기 활성층을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층까지 연장되는 제1 리세스 영역을 포함하는 발광 구조물; 상기 제1 리세스 영역에서 상기 제1 도전형 반도체층과 접촉하는 제1 전극층; 제2 도전형 반도체층과 접촉하는 제2 전극층; 및 상기 제2 전극층과 전기적으로 연결되며, 상기 발광 구조물의 가장 자리 영역에서 상기 활성층보다 높은 영역까지 연장되어 배치된 제1 반사층을 포함하는 반도체 소자를 제공한다.

Description

반도체 소자{SEMICONDUCTOR DEVICE}
실시예는 반도체 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광추출 효율이 향상된 반도체 소자에 관한 것이다.
GaN, AlGaN 등의 화합물을 포함하는 발광 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 발광 소자는 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, 발광소자는 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 경화 작용이나 살균 작용을 하여 경화용, 의료용 및 살균용으로 사용될 수 있다.
종래의 반도체 소자는 기판 상에, 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물이 배치되고, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 제1 전극이 배치되고 제2 도전형 반도체층 상에 제2 전극이 배치될 수 있다.
반도체 소자의 활성층에서 발생한 광이 활성층의 상부 방향 외에 측면과 하부 방향으로도 진행될 수 있다. 따라서, 반도체 소자에서 방출된 광이 측면 방향으로 진행하면 진행 경로가 증가하거나 발광 구조물의 내부에서 흡수되어, 광추출 효율이 저하되는 문제가 있다.
실시예는 반도체 소자의 광추출 효율을 향상시키고 지향각을 제어하고자 한다.
실시예는 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하고, 상기 제2 도전형 반도체층에서 상기 활성층을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층까지 연장되는 제1 리세스 영역을 포함하는 발광 구조물; 상기 제1 리세스 영역에서 상기 제1 도전형 반도체층과 접촉하는 제1 전극층; 제2 도전형 반도체층과 접촉하는 제2 전극층; 및 상기 제2 전극층과 전기적으로 연결되며, 상기 발광 구조물의 가장 자리 영역에서 상기 활성층보다 높은 영역까지 연장되어 배치된 제1 반사층을 포함하는 반도체 소자를 제공한다.
제1 반사층은, 상기 제2 전극층의 주변 영역에서 상기 제2 도전형 반도체층과 직접 접촉할 수 있다.
제1 반사층은, 알루미늄과 티타늄과 금 및 티타늄의 층 구조를 가질 수 있다.
발광 구조물의 가장 자리 영역은 상기 제2 도전형 반도체층으로부터 활성층 및 제1 도전형 반도체층의 일부 영역까지 제거되고, 상기 발광 구조물이 제거된 영역에 상기 제1 반사층이 배치될 수 있다.
발광 구조물 중 제2 도전형 반도체층의 하부면과 상기 발광 구조물의 최외곽과의 거리는 3 내지 7 마이크로 미터 이내일 수 있다.
반도체 소자는 제2 도전형 반도체층의 표면에 배치되고 상기 제1 반사층과 전기적으로 연결되는 제2 전극 및 상기 제2 도전형 반도체층의 표면에 배치되는 제1 절연층을 더 포함하고, 상기 제2 도전형 반도체층의 표면과 상기 제1 절연층이 접촉하는 영역의 폭은 5 마이크로 미터 내지 15 마이크로 미터일 수 있다.
제2 도전형 반도체층의 표면의 가장 자리와 상기 제2 전극층의 가장 자리는 5 마이크로 미터 내지 15 마이크로 미터 이격될 수 있다.
발광 구조물의 가장 자리 영역에서, 상기 발광 구조물의 측면은 상기 발광 구조물의 바닥면에 대하여 90도보다 크고 150도보다 작은 각도를 이룰 수 있다.]
다른 실시예는 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하고, 상기 제2 도전형 반도체층에서 상기 활성층을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층까지 연장되는 제1 리세스 영역과 제2 리세스 영역을 포함하며, 자외선 파장 영역의 광을 방출하는 발광 구조물; 상기 제1 리세스 영역에서 상기 제1 도전형 반도체층과 접촉하는 제1 전극층; 제2 도전형 반도체층과 접촉하는 제2 전극층; 상기 제2 전극층과 전기적으로 연결되며, 상기 발광 구조물의 가장 자리 영역에서 상기 활성층보다 높은 영역까지 연장되어 배치된 제1 반사층; 및 상기 제2 리세스 영역에 배치되는 제2 반사층을 더 포함하는 반도체 소자를 제공한다.
제1 리세스 영역의 높이는 상기 제2 리세스 영역의 높이와 동일할 수 있다.
제1 리세스 영역의 폭은 상기 제2 리세스 영역의 폭보다 클 수 있다.
제1 반사층의 일부는 상기 제2 반사층와 수직 방향으로 중첩될 수 있다.
제2 반사층은 전류 세기가 I0의 30% 내지 40%인 영역에 배치되고, 상기 I0은 상기 제1 전극층과 접촉하는 제1 도전형 반도체층에서의 전류 세기일 수 있다.
또 다른 실시예는 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하고, 상기 제2 도전형 반도체층에서 상기 활성층을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층까지 연장되는 제1 리세스 영역을 포함하며, 자외선 파장 영역의 광을 방출하는 발광 구조물; 상기 제1 리세스 영역에서 상기 제1 도전형 반도체층과 접촉하는 제1 전극층; 제2 도전형 반도체층과 접촉하는 제2 전극층; 및 상기 제1 리세스 영역의 내부에 적어도 일부가 배치되는 제3 반사층을 포함하는 반도체 소자를 제공한다.
제3 반사층의 상부면은 상기 활성층보다 높게 배치될 수 있다.
제3 반사층의 바닥면은, 상기 제1 리세스 영역의 하부에 배치되고 상기 제2 도전형 반도체층과 적어도 일부가 수직 방향으로 중첩될 수 있다.
제3 반사층은, 상기 제1 전극층과 전기적으로 연결될 수 있다.
발광 구조물의 하부에 이격되어 배치되는 하부 반사층을 더 포함하고, 상기 제3 반사층은 상기 하부 반사층과 이격되어 배치될 수 있다.
발광 구조물의 하부에 이격되어 배치되는 하부 반사층을 더 포함하고, 상기 제3 반사층은 상기 하부 반사층과 전기적으로 접촉할 수 있다.
실시예에 반도체 소자는 알루미늄을 포함하여 전류 밀도가 작을 수 있으므로, 제1 내지 제3 반사층을 형성하여 지향각을 조절하고 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
특히 UV-B나 UV-C 파장 영역의 광을 방출하는 발광소자는 AlGaN을 기반으로 발광 구조물이 성장되어, 청색 파장 영역의 광을 방출하는 발광소자에 비하여 TE 모드보다, 발광 구조물의 성장 방향과 평행한 방향의 발광이 우세한 TM 모드로 편광이 증가할 수 있다. 이때, 활성층에서 측면 방향으로 진행하는 광을 제1 내지 제3 반사층에서 반사할 수 있다.
도 1은 반도체 소자의 제1 실시예의 평면도이다.
도 2는 도 1의 반도체 소자의 H-H' 방향의 단면도이다.
도 3은 도 2의 일부분을 상세히 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 6은 반도체 소자의 제2 실시예 내지 제4 실시예들의 일부분을 상세히 나타낸 도면이다.
도 7은 반도체 소자의 제5 실시예의 평면도이다.
도 8은 도 7의 반도체 소자의 K-K' 방향의 단면도이다.
도 9는 반도체 소자가 배치된 패키지를 나타낸 도면이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향 뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
반도체 소자는 발광 소자, 수광 소자 등 각종 전자 소자 포함할 수 있으며, 발광 소자와 수광소자는 모두 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 반도체 소자는 발광 소자일 수 있다.
발광 소자는 전자와 정공이 재결합함으로써 빛을 방출하게 되고, 이 빛의 파장은 물질 고유의 에너지 밴드갭에 의해서 결정된다. 따라서, 방출되는 빛은 상기 물질의 조성에 따라 다를 수 있다.
발광 구조물이 Al의 조성비가 큰 AlGaN을 포함하면, 자외선 특히 심자외선 파장 영역의 광을 방출할 수 있다. 자외선은 예를 들면 10 나노미터 내지 400 나노미터 범위의 파장을 가질 수 있고, UV-A(근자외선)는 예를 들면 320 나노미터 내지 400 나노미터 범위의 파장을 가질 수 있고, UV-B(원자외선)는 280 나노미터 내지 320 나노미터 범위의 파장을 가질 수 있으며, UV-C(심자외선)는 100 나노미터 내지 280 나노미터 범위의 파장을 가질 수 있다.
도 1은 반도체 소자의 제1 실시예의 평면도이고, 도 2는 도 1의 반도체 소자의 H-H' 방향의 단면도이고, 도 3은 도 2의 일부분을 상세히 나타낸 도면이다.
도 1에서 반도체 소자는, 복수 개의 리세스(recess)의 내부와 외부에 각각 제1 전극층(242)과 제1 반사층(250)이 배치되고, 가장 자리 영역(edge region)의 외부 영역에 반사층(reflective layer)가 배치되는데, 반사층(reflective layer)은 제1 반사층(250)이 연장된 것일 수 있다.
반도체 소자에서 제1 전극층과 리세스(recess)과 제1 반사층으로 이루어진 구조물은 실제로는 더 많은 개수로 이루어질 수 있으며, 반도체 소자의 크기와 전류 밀도 및 광출력을 고려하여 리세스의 개수를 자유롭게 조절할 수 있다.
본 실시예에 따른 반도체 소자(200A)는, 제1 도전형 반도체층(222)과 활성층(224) 및 제2 도전형 반도체층(226)을 포함하는 반도체 구조물(220)과, 제1 도전형 반도체층(222)과 접촉하는 제1 전극층(242) 및 제2 도전형 반도체층(226)과 접촉하는 제2 전극층(246)을 포함하여 이루어질 수 있다.
제2 도전형 반도체층(226)으로부터 활성층(224) 및 제1 도전형 반도체층(226)의 일부 영역까지 리세스가 구비되어 제1 도전형 반도체층(222)이 노출되는 영역이 복수 개 존재하는데, 리세스 영역(recess region)이라 할 수 있으며, 리세스 영역의 단면은 예를 들어 원형, 다각형, 타원형 등이며 반드시 이에 한정하지 않는다.
리세스 영역(recess region)에서 노출된 제1 도전형 반도체층(222) 하부에 제1 전극층(242)이 배치되고, 리세스 영역(recess region)들 사이의 제2 도전형 반도체층(226)의 하부 표면에는 제2 전극층(246)이 배치될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(222)은 Ⅲ-Ⅳ족, Ⅱ-Ⅴ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(222)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, AlGaN, GaN, InAlGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 성장될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(222)이 n형 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(222)은 단층 또는 다층으로 성장될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
활성층(224)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(MQW:Multi Quantum Well) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
활성층(224)은 Ⅲ-Ⅳ족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 우물층과 장벽층, 예를 들면 AlGaN/AlGaN, InGaN/GaN, InGaN/InGaN, AlGaN/GaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs),/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 우물층은 장벽층의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(226)은 Ⅲ-Ⅳ족, Ⅱ-Ⅴ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(226)은 예컨대, InxAlyGa1 -x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, AlGaN, GaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(226)이 AlGaN으로 이루어질 경우 AlGaN은 낮은 전기 전도도로 인하여 정공의 주입이 원활하지 않을 수 있는데, 상대적으로 전기 전도도가 우수한 GaN을 제2 도전형 반도체층(226)의 저면에 배치하여 이러한 문제점을 해결할 수 있다.
제2 도전형 반도체층(226)이 p형 반도체층인 경우, 제2 도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트일 수 있다. 제2 도전형 반도체층(226)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
제1 도전형 반도체층(222)의 상부 표면은 요철이 형성될 수 있는데, 반도체 소자(200A)로부터 방출되는 광의 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 제1 도전형 반도체층(222)으로부터 활성층(224)과 전자 차단층 및 제2 도전형 반도체층(226)으로 갈수록 폭이 넓어질 수 있는데, 식각 공정에서 발광 구조물(220)의 하부 구조물의 폭이 더 넓게 식각될 수 있기 때문이다.
발광 구조물(220)의 높이는 예를 들면 2 내지 3 마이크로 미터일 수 있고, 자외선을 발광하는 발광 구조물(220)의 경우, 청색 파장보다 파장이 짧은 단파장의 광의 추출 효율을 높이기 위해, 상부 표면의 요철의 깊이는 3,000 옴스트롱 내지 8,000 옴스트롱일 수 있으며, 평균 5,000 옴스트롱 정도의 깊이를 가질 수 있다.
제1 전극층(242)와 일정 거리 이격되어 제1 절연층(231)이 배치되며, 제1 절연층(231)은 제1 도전형 반도체층(22)의 노출된 표면으로부터 리세스 영역의 측면에 연장되어 제2 도전형 반도체층(226)의 표면에까지 배치될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(246)의 노출된 하부면에서 제2 전극층(246)의 양끝단에서 일정 거리 이격되어 제1 절연층(231)이 배치될 수 있다.
제1 절연층(231)은 후술하는 제2 절연층(232) 및 패시베이션층(280)은 절연성 재료로 이루어질 수 있고, 예를 들면 산화 알루미늄 또는 질화 알루미늄이 사용될 수 있으며, 상세하게는 SiO2 또는 SiN이 사용될 수 있다.
제2 전극층(246)의 하부면과 측면 중 적어도 일부 및 제1 절연층(231)의 하부면과 측면 중 적어도 일부를 둘러싸고 제2 도전형 반도체층(226)의 하부면에는 제1 반사층(250)이 배치될 수 있는데, 제1 반사층(250)은 도전성 물질로 이루어질 수 있고, 예를 들면 금속으로 이루어질 수 있으며, 상세하게는 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 니켈(Ni)로 구성되는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 물질 및 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.
예를 들면 제1 반사층(250)이 알루미늄으로 이루어지고, 활성층(224)에서 자외선 파장 영역의 광이 방출될 때, 제1 반사층(250)의 두께는 50 나노미터 이상으로 구비되면 자외선 파장 영역의 광을 80% 이상 반사하는데 충분할 수 있다.
제1 반사층(250)은 제2 전극층(246)을 제2 전극(266)과 전기적으로 연결하고, 제2 전극층(246)을 감싸고 지지하여 안정성을 확보하는 캡핑층(capping layer)으로 작용할 수 있다. 또한, 제1 반사층(250)은 절연층과 접촉할 수 있으며, 절연층과 접촉할 경우 절연층과의 접착력이 좋아 소자의 신뢰성을 확보할 수 있다.
특히 UV-B나 UV-C 파장 영역의 광을 방출하는 반도체 소자(200A)는 AlGaN을 기반으로 발광 구조물(220)이 성장되어 청색 파장 영역의 광을 방출하는 발광소자에 비하여 발광 구조물(220)의 성장 방향과 수직한 방향(도 2의 수평 방향)의 발광이 우세한 TM 모드의 발광이 증가할 수 있다. 이때, 활성층(224)에서 측면 방향으로 진행하는 광을 제1 반사층(250)에서 반사하여 광의 진행 방향을 변경하고, 광 경로를 단축시키켜, 발광 구조물(220) 내에서 광의 재흡수를 줄일 수 있다.
이러한 작용을 위하여 제1 반사층(250)은 발광 구조물(220)의 가장 자리 영역(edge region)에서 활성층(224)보다 높은 영역까지 연장되어 배치될 수 있다.
도 3에서, 발광 구조물(220)의 가장 자리 영역은 제2 도전형 반도체층(226)으로부터 활성층(224) 및 제1 도전형 반도체층(222)의 일부 영역까지 제거되어 노출되고 있으며, 발광 구조물(220)이 제거된 영역에 제1 반사층(250)이 배치될 수 있다.
도 3에서, I-I' 선으로 표시된 영역이 발광 구조물(220)의 끝단이며 발광 구조물(220)의 분리 영역이라고 할 수 있고, J-J' 선으로 표시된 영역은 발광 구조물(220)의 표면 즉 제2 도전형 반도체층(226)이 제거되지 않고 상부 표면이 잔존하는 영역일 수 있다.
여기서, I-I'선과 J-J'선 사이의 거리(d1)는 3 마이크로 미터 내지 7 마이크로 미터일 수 있으며, 예를 들면 5 마이크로 미터일 수 있다. I-I'선과 J-J'선 사이의 거리가 3 마이크로 미터보다 작으면 메사 식각 영역이 좁아져서 제1 반사층(250)을 단차 구조를 가지고 형성시키기 어려울 수 있으며, 7 마이크로 미터보다 크면 공정 안정성은 좋아지나 활성층(224)의 볼륨(volume)이 감소하는 문제점이 발생할 수 있다.
제2 전극(266) 도전성 재료로 이루어질 수 있고, 금속으로 이루어질 수 있고, 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있으며, 상세하게는 Ti(티타늄)/Ni(니켈)/Ti/Ni/Ti/Au(금)의 구조를 가질 수도 있다.
제2 전극(266)은 광을 반사하는 작용을 할 수 있으므로, 제2 전극(266)은 발광 구조물(220)과 가까울수록 광추출 효율이 향상될 수 있다. 제2 전극(266)과 I-I' 선으로 표시된 영역이 발광 구조물(220)의 끝단 사이의 거리(d2)는 20 마이크로 미터 내지 30 마이크로 미터일 수 있다. 거리(d2)가 20 마이크로 미터보다 작으면 제2 절연층(280)의 형성과 공정 마진 확보에 어려울 수 있고, 30 마이크로 미터 이상이면 제2 전극(266)이 발광 구조물(220)과 너무 이격되어 광추출 효율이 저하될 수 있다.
제2 전극(266)은 제1 반사층(250)과 전기적으로 연결되기 위해 제1 절연층(231)과 패시베이션층(280) 중 적어도 하나에 리세스를 형성한 후 배치되는데, 이 때 제1 절연층(231)과 패시베이션층(280) 중 적어도 하나의 단차를 따라 형성될 수 있다. 제2 전극(266)이 하부 단차를 따라 형성될 경우, 제2 전극(266)의 상면에는 기판에 대하여 컨케이브(concave)한 표면이나 컨벡스(convex)한 표면을 가질 수 있다. 컨케이브(concave)한 표면이나 컨벡스(convex)한 표면은 추후 소자의 와이어 본딩 시 접착 면적을 넓게 해줄 수 있어 접착력을 향상시켜주는 효과를 가질 수 있다.
리세스 영역의 깊이(h1)는 발광 구조물(220)의 가장 자리에서 제1 반사층(250)의 배치를 위하여 발광 구조물(220)이 제거된 깊이(h3)와 동일할 수 있다.
그리고, 발광 구조물(220) 특히 제2 도전형 반도체층(226)의 측면은 하부면에 대하여 각도(θ1)를 가지고 배치되며, 제1 반사층(250)의 측면은 하부면에 대하여 각도(θ2)를 가지고 배치될 수 있는데, 상술한 각도(θ1, θ2)들은 서로 동일할 수 있다.
제1 반사층(250)의 경사 구조는 발광 구조물(220)의 가장 자리가 기울기를 가지고 메사 식각 등의 방법으로 제거되어 형성될 수 있으며, 활성층(224)에서 방출된 광을 발광소자(200A)의 상부로 진행시킬 수 있다. 도 3에서, 상술한 각도(θ1, θ2)는 90도보다 크고 150도보다 작을 수 있다.
제2 도전형 반도체층(226)의 하부면과 제1 절연층(231)이 접촉하는 영역의 거리(d3)는 예를 들면 5 마이크로 미터 내지 15 마이크로 미터일 수 있다. 5 마이크로 미터보다 작으면 공정 마진을 확보하기 어렵고, 15 마이크로 미터보다 크면 제2 전극층(246)이 배치될 수 있는 면적이 줄어들어, 소자의 동작 전압이 높아질 수 있다. 그리고, 제2 도전형 반도체층(226)의 하부면에서, 제1 절연층(231)이 제1 반사층(250)과 중첩되는 영역의 거리(d4)는 예를 들면 4 마이크로 미터 내지 8 마이크로 미터일 수 있다. 4 마이크로 미터보다 작으면 제1 반사층(250)과 제1 절연층(231)이 중첩이 가능한 공정 마진을 확보하기 어렵고, 8 마이크로 미터보다 크면 제1 전극층(242)와 전기적으로 분리하기 위한 공정 마진을 확보하기 어렵다.
제1 반사층(250)과 제1 절연층(231)의 하부에는 제2 절연층(232)이 배치될 수 있다. 제2 절연층(232)은 리세스 영역의 내부에서 제1 도전형 반도체층(222)과 접촉하며 제1 전극층(242)의 가장 자리를 덮으며 배치된다.
제2 절연층(231)은 제1 전극층(242)과 제2 전극층(246)을 전기적으로 분리해주는 역할을 할 수 있다. 제2 절연층(232)의 두께는 5,000 옴스트롱 내지 13,000 옴스트롱일 수 있다. 제2 절연체(232)의 두께가 5,000 옴스트롱보다 두께가 얇을 경우 제1 전극층(242)과 제2 전극층(246)을 전기적으로 분리하는 데에 충분하지 않아 신뢰성이 저하될 수 있고, 13,000 옴스트롱보다 두꺼울 경우 지지 기판(270)을 본딩하는 공정에서 발생하는 응력이 커져 신뢰성이 저하될 수 있다.
제2 절연층의 하부면에는 리세스 영역과 발광 구조물의 형상을 따라 하부 반사층(265)과 접합층(260)이 배치될 수 있다. 제1 리세스 영역 내의 하부 반사층(265)은 제2 절연층(232)의 사이에서 제1 전극층(242)과 접촉할 수 있다.
하부 반사층(265)은 반사율이 우수한 물질로 이루어질 수 있고, 예를 들면 알루미늄(Al)으로 이루어질 수 있으며, 자외선 파장 영역에서는 예를 들면 500 옴스트롱 이상의 두께로 구비되어야 80% 이상의 광 반사율을 확보할 수 있다.
접합층(260)은 하부 반사층(265)을 하부의 지지 기판(270)과 Ni, Sn, Au 등이 혼재된 영역을 포함하는 디퓨전(diffusion) 본딩 또는 유테틱(eutectic) 본딩하는 영역을 포함하는 영역일 수 있다.
접합층(260)의 저면은 제2 도전형 반도체층(226)의 저면에 배치되는 제2 전극층(246)과 제1 절연층(231)간의 이격 거리(d0)에서 생기는 단차를 따라 반도체 소자의 두께 방향으로 돌기를 가질 수 있고, 두께가 충분히 두꺼울 경우, 평평한 저면을 가질 수 있다.
제2 전극층(246)과 제1 절연층(231)이 이격된 거리(d0)는 예를 들면 1 내지 2 마이크로 미터일 수 있고, 상술한 이격 거리(d0)에서 제2 도전형 반도체층(226)이 제1 반사층(250)과 접촉할 수 있다. 상기의 이격 거리(d0)는 셀프 얼라인(self align)을 통하여 확보할 수 있다.
접합층(260)은 도전성 재료로 이루어질 수 있고, 예를 들면, 금(Au), 주석(Sn), 인듐(In), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 은(Ag), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 형성할 수 있다. 확산 방지층은 본딩 공정 시 발생하는 접합층(260)을 구성하는 물질이 제1 전극층(242)의 주변까지 확산되어 신뢰성이 저하되는 것을 방지한다.
하부 반사층(265)과 접합층(260)의 사이에는 확산 방지층(Diffusion Barrier Layer, 미도시)가 배치될 수 있는데, 확산 방지층은 예를 들면 티타늄/니켈/티타늄/니켈의 다층 구조를 가질 수 있다.
지지 기판(270)은 도전성 물질로 이루어질 수 있고, 예를 들면, 금속 또는 반도체 물질로 형성될 수 있다. 지지 기판(270)의 재료는 전기 전도도 내지 열전도도가 우수한 금속일 수 있고, 발광소자 작동시 발생하는 열을 충분히 발산시킬 수 있어야 하므로 열 전도도가 높은 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 실리콘(Si), 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si), 텅스텐(W), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있으며, 또한, 금(Au), 구리합금(Cu Alloy), 니켈(Ni), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어웨이퍼(예: GaN, Si, Ge, GaAs, ZnO, SiGe, SiC, SiGe, Ga2O3 등) 등을 선택적으로 포함할 수 있다.
반도체 소자가 AlGaN 기반으로 형성된 경우, 알루미늄(Al)이 많이 포함되면 발광 구조물 내에서 전류 확산 특성이 저하되는데, 특히 UV-B나 UV-C 파장 영역의 광을 방출하는 발광소자는 알루미늄(Al)을 다량 포함하는 AlGaN을 기반으로 발광 구조물이 성장되어 청색 파장 영역의 광을 방출하는 발광소자에 비하여 발광 구조물의 성장 방향과 평행한 방향의 발광이 우세한 TM 모드로 편광이 증가할 수 있다. 이때, 활성층에서 측면 방향으로 진행하는 광을 제1 반사층(250)에서 반사할 수 있다.
도 4 내지 도 6은 반도체 소자의 제2 실시예 내지 제4 실시예들의 일부분을 상세히 나타낸 도면이다.
도 4는 반도체 소자의 제2 실시예의 일부분의 단면도이다. 이하에서는, 반도체 소자의 제1 실시예와 상이한 부분을 위주로 반도체 소자의 제2 실시예를 설명한다.
본 실시예에 따른 반도체 소자(200B)는, 리세스 영역 내에 제3 반사층(238)이 배치된 점에서 상술한 제1 실시예와 상이하다.
제3 반사층(238)은 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 니켈(Ni)로 구성되는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 물질 및 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 제3 반사층(238)이 알루미늄으로 이루어지고, 활성층(224)에서 자외선 파장 영역의 광이 방출될 때, 제3 반사층(238)의 두께는 50 나노미터 이상으로 구비되면 자외선 파장 영역의 광의 반사에 충분할 수 있다.
제3 반사층(238)의 상부면은 제1 전극층(242)과 전기적으로 연결되고 하부면은 하부 반사층(265)과 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 제3 반사층(238)은 제1 반사층(250)과는 제2 절연층(232)에 의하여 전기적으로 분리될 수 있다.
이때, 제3 반사층(238)은 제2 도전형 반도체층(226)의 하부에서 제1 반사층(250)과 수직으로 중첩되는 부분을 가짐으로써, 공정의 안정성을 확보하고 활성층(224)에서 지지 기판(270) 방향으로 발광하는 빛을 충분히 반사하여 발광 소자의 광 출력이 향상될 수 있다.
도 5는 반도체 소자의 제3 실시예의 일부분의 단면도이다. 이하에서는, 반도체 소자의 제2 실시예와 상이한 부분을 위주로 반도체 소자의 제3 실시예를 설명한다.
도 5에서 발광 구조물(220)의 바닥면으로부터 제3 반사층(238)의 상부면까지의 높이(h52)는, 발광 구조물(220)의 바닥면으로부터 활성층(224)까지의 높이(h51)보다 클 수 있다. 즉, 제3 반사층(238)의 일부분 즉 상부 영역은 제1 도전형 반도체층(222)과 대응되는 높이에 배치되고, 하부 영역은 리세스 영역의 하부로부터 제2 도전형 반도체층(226)의 하부면과 마주보고 배치될 수 있다. 그리고, 제3 반사층(238) 중 중간 영역은 활성층(224)과 대응되는 높이에 상기 제2 도전형 반도체층(226)의 하부면과 경사를 가지고 배치될 수 있는데, 이때 활성층(224)에서 방출되는 광이 제3 반사층(238)의 특히 중간 영역에서 반사될 수 있다.
본 실시예에 따른 반도체 소자(200C)에서, 제3 반사층(238)의 상부 영역은 상부면이 제1 전극층(242)과 접촉하여 제1 도전형 반도체층(222)과 전기적으로 연결되고, 하부면은 하부 반사층(265)과 접촉할 수 있다. 단, 제3 반사층(238)의 중간 영역과 하부 영역은 제2 절연층(232)에 둘러싸여 배치될 수 있다.
도 6은 반도체 소자의 제4 실시예의 일부분의 단면도이다. 이하에서는, 반도체 소자의 상술한 실시예와 상이한 부분을 위주로 반도체 소자의 제4 실시예를 설명한다.
실시예의 반도체 소자(200D)는 제2 도전형 반도체층(226)의 하부에는 도전층(228)이 배치될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(226)이 AlGaN으로 이루어질 때 AlGaN은 낮은 전기 전도도로 인하여 정공의 주입이 원활하지 않을 수 있는데 상대적으로 전기 전도도가 우수한 GaN을 포함하는 도전층(228)을 배치하여 이러한 문제점을 해결할 수 있다.
접합층(260)이 제1 리세스를 관통하여 제1 도전형 반도체층(222)과 접촉하는데, 도시되지는 않았으나 접합층(260)과 제1 도전형 반도체층(222)의 사이에 제1 전극층이 배치될 수 있다.
제2 리세스에 제2 반사층(235)이 배치되는데, 제2 반사층(235)의 측면 외에 상부면까지 절연층(230)이 연장되어 배치되고 있다. 접합층(260)이 제1 도전형 반도체층(222)과 접촉하는 제1 리세스 영역의 높이와 제2 반사층(235)이 배치되는 제2 리세스의 높이는 동일하되, 제2 리세스의 폭은 제1 리세스의 폭보다 더 작을 수 있다.
제2 반사층(235)의 상부면과 측면과 바닥면의 윗 방향에는 절연층(230)이 배치될 수 있으며 하부면에는 접합층(260)이 배치되어 제2 반사층(235)과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 7은 반도체 소자의 제5 실시예의 평면도이고, 도 8은 도 7의 반도체 소자의 K-K' 방향의 단면도이다. 이하에서 반도체 소자의 제5 실시예를 상술한 제1 실시예와 상이한 점을 위주로 설명한다.
반도체 소자(200E)는, 제1 전극층(242)과 리세스(recess)들의 사이의 저전류 밀도 영역(Low Current Density Region)에 제2 반사층(235)이 배치되고 있으며, 저전류 밀도 영역은 제1 전극층(242)으로부터 거리 r0만큼 이격될 수 있다. 반도체 소자(200E)에서 제1 전극층(242)과 리세스(recess)들로 이루어진 구조물은 실제로는 더 많은 개수로 이루어질 수 있고, 전류 밀도를 고려하여 설계가 가능함으로써 개수는 한정하지 않는다. 제1 전극층(242)의 전류 밀도를 고려하여 배치함으로써 저전류 밀도 영역을 설계하고 각각의 저전류 밀도 영역에 사이에 제2 반사층을 배치할 수 있다. 제2 반사층(235)은 상술한 도 3 내지 도 6의 제3 반사층(238)과 동일한 재료료 이루어질 수 있다.
도 7에서 복수의 제1 전극층(242)들이 각각 원형으로 도시되고, 각각의 제1 전극층들로부터 거리 r0만큼 이격된 영역들을 '경계 영역'이라고 할 수 있으며 경계 영역의 전류 밀도는 Ii일 수 있다.
'경계 영역'은 원형일 수 있으나 제1 전극층(242)의 형상에 따라 달라질 수 있으므로 이에 한정하지 않으며, 경계 영역에서의 전류 밀도 Ii는 상기의 I0의 30% 내지 40%일 수 있고, 예를 들면 Ii= I0 ×exp(-1)일 수 있다.
그리고, 복수의 경계 영역을 사이의 영역을 '저전류 밀도 영역(Low Current Density Region)'이라고 할 수 있으며, 저전류 밀도 영역의 전류 밀도는 상기의 Ii보다 작을 수 있다.
본 실시예에서는 하나의 제1 전극층(242) 둘레의 '경계 영역'에 외접하여 제2 반사층(235)이 배치되는데, 복수의 '경계 영역'은 서로 외접하거나, 이격 거리를 가질 수 있다. 따라서, 경계 영역이 서로 외접하는 경우, 저전류 밀도 영역은 서로 이격될 수 있고, 경계 영역이 서로 이격되는 경우 저전류 밀도 영역은 연장되어 배치될 수 있다.
도 8에서, 제2 도전형 반도체층(226)으로부터 활성층(224) 및 제1 도전형 반도체층(226)의 일부 영역까지 리세스가 구비되어 제1 도전형 반도체층(222)이 노출되는 영역이 복수 개 존재하는데, 제1 리세스 영역과 제2 리세스 영역이라 구분할 수 있으며, 제1 리세스 영역과 제2 리세스 영역의 단면은 예를 들어 원형, 다각형, 타원형 등이며 반드시 이에 한정하지 않는다. 제2 리세스 영역은 제1 리세스 영역의 둘레에 배치될 수 있다.
제1 리세스 영역(recess region 1)에서 노출된 제1 도전형 반도체층(222) 상에 제1 전극층(242)이 배치되고, 제1 리세스 영역(recess region 1)과 제2 리세스 영역(recess region 2) 사이의 제2 도전형 반도체층(226) 상에는 제2 전극층(246)이 배치될 수 있다. 그리고, 제2 리세스 영역(recess region 2)에는 제2 반사층(235)이 삽입되어 배치될 수 있는데, 제2 반사층(235)의 일부분은 제2 리세스 영역 외부의 영역으로 연장되어 배치될 수 있다.제2 반사층(235)의 일부는 활성층(224)과 대응되는 높이 및 제1 도전형 반도체층(222)의 일부에 대응되는 높이에 배치될 수 있다. 즉, 제2 반사층(235)의 상부면은 활성층(224)보다 동일한 높이에 배치될 수 있다.
발광 구조물(220)이 AlGaN 기반으로 이루어지고, 알루미늄(Al)이 많이 포함되면 발광 구조물(220) 내에서 전류 확산 특성이 저하되는데, 이때 전류 밀도가 낮은 영역의 발광 구조물(220)을 제거하고 제2 반사층(235)을 형성한다. 그리고, 활성층에서 TM 모드로 발광하여 수평 방향으로 진행하는 광의 경로를 상부로 변경하여, 발광 구조물 내에서 광 흡수를 줄여 반도체 소자의 지향각을 조절하고 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
그리고, 제1 반사층(250)이 제2 전극층(246)을 제2 전극(266)과 전기적으로 연결하고, 제2 전극층(246)과 반사층(235)을 감싸고 지지하여 안정성을 확보하는 캡핑층(capping layer)으로 작용할 수 있다. 특히, 발광 구조물(220)의 가장 자리 영역에서 제2 도전형 반도체층(226)으로부터 활성층(224) 및 제1 도전형 반도체층(222)의 일부 영역까지 제거되어 노출되고 있으며, 발광 구조물(220)이 제거된 영역에 제1 반사층(250)이 배치될 수 있으며, 제1 반사층(250)은 활성층(224)보다 높은 영역까지 연장되어 배치될 수 있음은 상술한 제1 실시예와 동일할 수 있다.
즉, 발광 구조물(220)의 가장 자리 영역은 제2 도전형 반도체층(226)으로부터 활성층(224) 및 제1 도전형 반도체층(222)의 일부 영역까지 제거되어 노출되고 있으며, 발광 구조물(220)이 제거된 영역에 제1 반사층(250)이 배치될 수 있다.
도 8에서, I-I' 선으로 표시된 영역이 발광 구조물(220)의 끝단이며 발광 구조물(220)의 분리 영역이라고 할 수 있고, J-J' 선으로 표시된 영역은 발광 구조물(220)의 표면 즉 제2 도전형 반도체층(226)이 제거되지 않고 상부 표면이 잔존하는 영역일 수 있다.
여기서, I-I'선과 J-J'선 사이의 거리(d1)는 3 마이크로 미터 내지 7 마이크로 미터일 수 있으며, 예를 들면 5 마이크로 미터일 수 있다. I-I'선과 J-J'선 사이의 거리가 3 마이크로 미터보다 작으면 메사 식각 영역이 좁아져서 제1 반사층(250)을 단차 구조를 가지고 형성시키기 어려울 수 있으며, 7 마이크로 미터보다 크면 공정 안정성은 좋아지나 활성층(224)의 볼륨(volume)이 감소하는 문제점이 발생할 수 있다.
본 실시예에 따른 반도체 소자(200E)는 저전류 밀도 영역에서 제2 리세스 영역에 제2 반사층(235)이 구비되어 활성층(224)에서 방출되어 측면으로 진행하는 광을 상부 방향으로 반사할 수 있고, 발광 구조물(220)의 가장 자리에서 제1 반사층(250)이 활성층(224)보다 높은 높이에까지 연장되어 배치되어 활성층(224)에서 방출되어 가장 자리 영역으로 진행하는 광을 상부 방향으로 반사할 수 있다.
상술한 반도체 소자는 패키지로 구성되어, 수지(resin)나 레지스트(resist)나 SOD 또는 SOG 의 경화에, 또는 아토피 치료용 등의 의료용에, 또는 공기 청정기나 정수기 등의 살균에 사용될 수 있다. 또한, 반도체 소자는 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.
도 9는 반도체 소자가 배치된 패키지를 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 발광소자 패키지(300)는, 패키지 몸체(310)와 제1 전극부(321)와 제2 전극부(322)와 발광소자(200A)를 포함하여 이루어진다.
패키지 몸체(310)는 캐비티(cavity)를 가지는 절연성 재료로 이루어질 수 있고, 예를 들면 PPA(Polypthalamide) 수지나 실리콘 계열의 재료 등을 포함할 수 있다.
전극부(321)와 제2 전극부(322)는, 각각 패키지 몸체(310) 상에 배치되고, 일부는 캐비티의 바닥면에 배치될 수 있다.
발광소자(200A)는 상술한 발광소자일 수 있으며, 제1 전극부(321) 상에 배치되고 제2 전극부(322)와는 와이어(330)를 통하여 전기적으로 연결될 수 있다.
발광소자(200)와 와이어(330)의 주변은 에어(air)로 채워질 수 있다. 자외선을 방출하는 발광 소자일 경우, 발광소자의 주변 영역에 실리콘 계열의 물질로 몰딩부를 배치하면, 자외선 파장에 대응되는 에너지로 인해 몰딩부에 크랙 등의 결함이 유발되어 신뢰성이 저하될 수 있다.
발광소자(200A)의 둘레에는 형광체(미도시)가 포함될 수도 있다. 형광체는 야그(YAG) 계열의 형광체나, 나이트라이드(Nitride) 계열의 형광체, 실리케이트(Silicate) 또는 이들이 혼합되어 사용될 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 패키지 몸체(310)의 상부에는 홈이 형성되고 홈 상에 커버(370)가 배치되는데, 커버(370)는 글래스 등의 투광성 재료로 이루어질 수 있으며, 접착제(375)를 통하여 패키지 몸체(310)와 커버(370)가 결합될 수 있으며 접착제(375)는 예를 들면 실리콘 계열의 접착제가 사용될 수 있다.
도 9의 패키지의 형상 외에, 반도체 소자는 플립 본딩되어 패키지로 사용될 수 있다.
발광 소자는 상술한 발광 다이오드 외에 레이저 다이오드가 있으며, 실시예에 따른 발광소자의 구조는 레이저 다이오드 기타 다른 반도체 소자에 적용될 수 있다.
반도체 소자에서 방출되는 광은 여러 파장 영역의 광이 혼합되어 있으며 반도체 소자를 중심으로 방사상으로 광이 방출될 수 있다.
레이저 다이오드는, 반도체 소자와 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 활성층에서 빛이 방출되는 electro-luminescence(전계발광) 현상을 이용하나, 방출되는 광의 방향성과 파장 대역의 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 광통신에 사용될 수 있다.
수광 소자는 빛을 검출하여 그 강도를 전기 신호로 변환하는 일종의 트랜스듀서인 광 검출기(photodetector)를 의미할 수 있다. 이러한 광 검출기로서, 광전지(실리콘, 셀렌), 광도전 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. 이들 중 pin형 광검출기와 쇼트키형 광검출기는 질화물 반도체 물질을 이용하여 구현될 수 있다.
포토 다이오드(Photodiode)는 레이저 다이오드는, 반도체 소자와 동일하게, 상술한 구조의 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다 있고, pn접합 또는 pin 구조로 이루어진다. 포토 다이오드에 역바이어스를 가하면 저항이 매우 높아져서 미세한 전류가 흐르나, 광이 포토 다이오드에 입사되면 전자와 정공이 생성되어 전류가 흐르며, 이때 전압의 크기는 포토 다이오드에 입사되는 광의 강도에 거의 비례한다.
광전지 또는 태양 전지(solar cell)는 포토 다이오드의 일종으로, 광전 효과를 이용하여 광을 전류로 변환할 수 있다. 태양 전지는, 반도체 소자와 동일하게, 상술한 구조의 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다. 외부에서 태양광 등이 입사되면 n-형의 제1 도전형 반도체층, p-형의 제2 도전형 반도체층에서 각각 전자(electron)와 리세스(recess)이 생성이 되고, 생성된 전자와 리세스가 각각 n-형 전극과 p-형 전극으로 이동하며, n-형 전극과 p-형 전극을 서로 연결하면 전자가 n-형 전극으로부터 p-형 전극으로 이동하여 전류가 흐른다.
태양 전지는 결정형 태양 전지와 박막형 태양 전지로 나뉠 수 있고, 박막형 태양 전지는 무기 박막계 태양 전지와 유기 박막계 태양 전지로 나뉠 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, 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 서로 조합, 결합 등을 통하여 다양한 구성을 실시할 수 있으며, 각 실기예에 나타난 각 구성 요소들을 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
200A~200E: 반도체 소자 220: 발광 구조물
231: 제1 절연층 232: 제2 절연층
235: 제2 반사층 238: 제3 반사층
242: 제1 전극믹층 246: 제2 전극층
250: 제1 반사층 260: 접합층
265: 하부 반사층 266: 제2 전극
270: 지지 기판 300: 패키지

Claims (19)

  1. 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하고, 상기 제2 도전형 반도체층에서 상기 활성층을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층까지 연장되는 제1 리세스 영역을 포함하는 발광 구조물;
    상기 제1 리세스 영역에서 상기 제1 도전형 반도체층과 접촉하는 제1 전극층;
    제2 도전형 반도체층과 접촉하는 제2 전극층; 및
    상기 제2 전극층과 전기적으로 연결되며, 상기 발광 구조물의 가장 자리 영역에서 상기 활성층보다 높은 영역까지 연장되어 배치된 제1 반사층을 포함하는 반도체 소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 반사층은, 상기 제2 전극층의 주변 영역에서 상기 제2 도전형 반도체층과 직접 접촉하는 반도체 소자.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 반사층은, 알루미늄과 티타늄과 금 및 티타늄의 층 구조를 가지는 반도체 소자.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 발광 구조물의 가장 자리 영역은 상기 제2 도전형 반도체층으로부터 활성층 및 제1 도전형 반도체층의 일부 영역까지 제거되고, 상기 발광 구조물이 제거된 영역에 상기 제1 반사층이 배치되는 반도체 소자.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 발광 구조물 중 제2 도전형 반도체층의 하부면과 상기 발광 구조물의 최외곽과의 거리는 3 내지 7 마이크로 미터 이내인 반도체 소자.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 도전형 반도체층의 표면에 배치되고 상기 제1 반사층과 전기적으로 연결되는 제2 전극 및 상기 제2 도전형 반도체층의 표면에 배치되는 제1 절연층을 더 포함하고, 상기 제2 도전형 반도체층의 표면과 상기 제1 절연층이 접촉하는 영역의 폭은 5 마이크로 미터 내지 15 마이크로 미터인 반도체 소자.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 도전형 반도체층의 표면의 가장 자리와 상기 제2 전극층의 가장 자리는 5 마이크로 미터 내지 15 마이크로 미터 이격되는 반도체 소자.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 발광 구조물의 가장 자리 영역에서, 상기 발광 구조물의 측면은 상기 발광 구조물의 바닥면에 대하여 90도보다 크고 150도보다 작은 각도를 이루는 반도체 소자.
  9. 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하고, 상기 제2 도전형 반도체층에서 상기 활성층을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층까지 연장되는 제1 리세스 영역과 제2 리세스 영역을 포함하며, 자외선 파장 영역의 광을 방출하는 발광 구조물;
    상기 제1 리세스 영역에서 상기 제1 도전형 반도체층과 접촉하는 제1 전극층;
    제2 도전형 반도체층과 접촉하는 제2 전극층;
    상기 제2 전극층과 전기적으로 연결되며, 상기 발광 구조물의 가장 자리 영역에서 상기 활성층보다 높은 영역까지 연장되어 배치된 제1 반사층; 및
    상기 제2 리세스 영역에 배치되는 제2 반사층을 더 포함하는 반도체 소자.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 리세스 영역의 높이는 상기 제2 리세스 영역의 높이와 동일한 반도체 소자.
  11. 제9 항 또는 제10 항에 있어서,
    상기 제1 리세스 영역의 폭은 상기 제2 리세스 영역의 폭보다 큰 반도체 소자.
  12. 제9 항 또는 제10 항에 있어서,
    상기 제1 반사층의 일부는 상기 제2 반사층와 수직 방향으로 중첩되는 반도체 소자.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제2 반사층은 전류 세기가 I0의 30% 내지 40%인 영역에 배치되고, 상기 I0은 상기 제1 전극층과 접촉하는 제1 도전형 반도체층에서의 전류 세기인 반도체 소자.
  14. 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하고, 상기 제2 도전형 반도체층에서 상기 활성층을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층까지 연장되는 제1 리세스 영역을 포함하며, 자외선 파장 영역의 광을 방출하는 발광 구조물;
    상기 제1 리세스 영역에서 상기 제1 도전형 반도체층과 접촉하는 제1 전극층;
    제2 도전형 반도체층과 접촉하는 제2 전극층; 및
    상기 제1 리세스 영역의 내부에 적어도 일부가 배치되는 제3 반사층을 포함하는 반도체 소자.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제3 반사층의 상부면은 상기 활성층보다 높게 배치되는 반도체 소자.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 제3 반사층의 바닥면은, 상기 제1 리세스 영역의 하부에 배치되고 상기 제2 도전형 반도체층과 적어도 일부가 수직 방향으로 중첩되는 반도체 소자.
  17. 제14 항에 있어서,
    상기 제3 반사층은, 상기 제1 전극층과 전기적으로 연결되는 반도체 소자.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 발광 구조물의 하부에 이격되어 배치되는 하부 반사층을 더 포함하고, 상기 제3 반사층은 상기 하부 반사층과 이격되어 배치되는 반도체 소자.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 발광 구조물의 하부에 이격되어 배치되는 하부 반사층을 더 포함하고, 상기 제3 반사층은 상기 하부 반사층과 전기적으로 접촉하는 반도체 소자.
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