KR20180005026A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
실시 예는 반도체 소자에 관한 것이다.Embodiments relate to semiconductor devices.
GaN 또는 AlGaN 등의 화합물을 포함하는 반도체 소자는 넓고 조정이 용이한 밴드 갭 에너지를 가지는 등의 많은 장점을 가지므로, 발광 소자, 수광 소자 및 각종 다이오드 등으로 다양하게 사용될 수 있다.A semiconductor device including a compound such as GaN or AlGaN has many advantages such as a wide and easily adjustable band gap energy, and thus can be used variously as a light emitting device, a light receiving device, and various diodes.
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 또는 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등이나 백열등 같은 기존의 광원에 비해 저 소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성 및 환경 친화성의 장점을 가진다.Particularly, a light emitting device such as a light emitting diode or a laser diode using a semiconductor material of Group 3-5 or 2-6 group semiconductors can be applied to various devices such as a red, Blue, or ultraviolet light. By using fluorescent materials or combining colors, it is possible to realize white light with high efficiency. Also, compared with conventional light sources such as fluorescent lamps and incandescent lamps, low power consumption, Speed, safety and environmental friendliness.
뿐만 아니라, 광 검출기나 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 감지할 수 있다. 또한, 이러한 수광 소자는 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성 및 소자 재료의 용이한 조절의 장점을 가져 전력 제어 또는 초고주파 회로나 통신용 모듈 또는 가스 검출이나 자외선(UV:Ultra violet) 검출 등을 수행하는 각종 센서에도 용이하게 이용될 수 있다.In addition, when a light-receiving element such as a photodetector or a solar cell is manufactured using a semiconductor material of Group 3-5 or Group 2-6 compound semiconductor, development of a device material absorbs light of various wavelength regions to generate a photocurrent So that light of various wavelength ranges from the gamma ray to the radio wave range can be detected. In addition, such a light receiving element has advantages of fast response speed, safety, environment friendliness and easy control of element materials, so that power control or a module for high-frequency circuit or communication, gas detection, ultraviolet (UV) It can be easily used for various sensors.
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 그의 응용이 확대되고 있다. 또한, 반도체 소자는 고주파 응용 회로나 기타 전력 제어 장치 및 통신용 모듈에까지 응용이 확대될 수 있다.Accordingly, the semiconductor device can be replaced with a transmission module of an optical communication means, a light emitting diode backlight replacing a cold cathode fluorescent lamp (CCFL) constituting a backlight of an LCD (Liquid Crystal Display) display device, White LED lightings, automotive headlights, traffic lights and sensors for gas and fire detection. In addition, semiconductor devices can be applied to high frequency application circuits, other power control devices, and communication modules.
전술한 수광 소자인 반도체 소자의 경우, 광의 센싱 감도를 개선시키기 위한 지속적인 연구가 진행되고 있다.In the case of the above-described semiconductor element, which is a light-receiving element, continuous research for improving the sensing sensitivity of light is underway.
실시 예는 개선된 센싱 감도를 갖는 반도체 소자를 제공하는 데 있다.An embodiment is to provide a semiconductor device with improved sensing sensitivity.
실시 예에 의한 반도체 소자는, 기판; 상기 기판 위에 배치되는 제1 및 제2 반도체층; 상기 제1 반도체층과 상기 제2 반도체층 사이에 배치된 제3 반도체층; 상기 제2 반도체층과 상기 제3 반도체층을 관통하여 상기 제1 반도체층을 노출시키는 적어도 하나의 리세스에 배치되어 상기 제1 반도체층과 연결된 제1 전극; 및 상기 제2 반도체층과 연결된 제2 전극을 포함하고, 상기 제3 반도체층은 상기 적어도 하나의 리세스를 에워싸는 평면 형상을 가질 수 있다.A semiconductor device according to an embodiment includes a substrate; First and second semiconductor layers disposed on the substrate; A third semiconductor layer disposed between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer; A first electrode disposed in at least one recess through the second semiconductor layer and the third semiconductor layer to expose the first semiconductor layer and connected to the first semiconductor layer; And a second electrode connected to the second semiconductor layer, wherein the third semiconductor layer may have a planar shape surrounding the at least one recess.
예를 들어, 상기 제1 반도체층의 전체 평면적에 대한 상기 제3 반도체층의 제1 평면적의 비율은 64.87% 보다 클 수 있다.For example, the ratio of the first planar portion of the third semiconductor layer to the entire planar portion of the first semiconductor layer may be greater than 64.87%.
예를 들어, 상기 적어도 하나의 리세스는 복수의 리세스를 포함하며, 상기 복수의 리세스는 평면 상에서 대칭 형상으로 서로 이격될 수 있다.For example, the at least one recess includes a plurality of recesses, and the plurality of recesses may be spaced apart from one another in a symmetrical shape on a plane.
예를 들어, 상기 반도체 소자는, 광 전지(photovoltaic) 모드에서 동작할 수 있다.For example, the semiconductor device may operate in a photovoltaic mode.
예를 들어, 상기 적어도 하나의 리세스는 원형, 타원형 또는 다각형 평면 형상을 가질 수 있다.For example, the at least one recess may have a circular, elliptical or polygonal planar shape.
예를 들어, 상기 제1, 제2 및 제3 반도체층을 포함하는 수광 구조물은 상기 수광 구조물의 가장 자리 안쪽에 위치한 상기 리세스 내에서 상기 제3 반도체층 사이의 중앙 영역; 및 상기 제3 반도체층이 배치되고, 상기 중앙 영역보다 돌출되고 상기 중앙 영역보다 큰 평면 형상을 갖는 주변 영역을 포함할 수 있다.For example, the light receiving structure including the first, second, and third semiconductor layers may include a central region between the third semiconductor layers in the recess located inside the edge of the light receiving structure; And a peripheral region in which the third semiconductor layer is disposed, the peripheral region protruding from the central region and having a planar shape larger than the central region.
예를 들어, 상기 제1 전극은 상기 적어도 하나의 리세스에서 노출된 상기 제1 반도체층의 전면 또는 일부분에 배치될 수 있다.For example, the first electrode may be disposed on the front or a portion of the first semiconductor layer exposed in the at least one recess.
예를 들어, 상기 반도체 소자는 상기 리세스에서 노출된 상기 제2 반도체층 및 상기 제3 반도체층 각각의 측부와 상기 제1 전극 사이에 배치된 제1 절연층; 상기 제1 전극을 감싸며 배치된 제1 커버 금속층; 및 상기 제2 전극을 감싸며 배치된 제2 커버 금속층을 더 포함할 수 있다.For example, the semiconductor device may include: a first insulating layer disposed between the first electrode and the side of each of the second semiconductor layer and the third semiconductor layer exposed in the recess; A first cover metal layer surrounding the first electrode; And a second cover metal layer disposed to surround the second electrode.
예를 들어, 상기 반도체 소자는 상기 제1 커버 금속층을 통해 상기 제1 전극과 연결된 제1 패드; 상기 제2 커버 금속층을 통해 상기 제2 전극과 연결된 제2 패드; 및 상기 제1 패드와 상기 제2 커버 금속층 사이에 배치되며, 상기 제1 패드 및 상기 제2 패드가 각각 연결되는 상기 제1 및 제2 커버 금속층의 상부를 오픈시키며 상기 수광 구조물의 전면에 배치된 제2 절연층을 더 포함할 수 있다.For example, the semiconductor device may include a first pad connected to the first electrode through the first cover metal layer; A second pad connected to the second electrode through the second cover metal layer; And a second cover metal layer disposed between the first pad and the second cover metal layer to open upper portions of the first and second cover metal layers respectively connected to the first pad and the second pad, And may further include a second insulating layer.
예를 들어, 상기 제2 절연층에 의해 덮이지 않고 노출된 상기 제1 커버 금속층은 원형 평면 형상을 갖고, 평면상에서 10 ㎛ 내지 150 ㎛의 지름을 가질 수 있다.For example, the first cover metal layer that is not covered by the second insulating layer has a circular planar shape and may have a diameter of 10 mu m to 150 mu m on a plane.
예를 들어, 상기 제1 반도체층은 n형이고, 제2 반도체층은 p형일 수 있다.For example, the first semiconductor layer may be n-type and the second semiconductor layer may be p-type.
실시 예에 따른 반도체 소자는, 동일한 칩 면적에서, 비교 례보다 광 전류가 높으므로 우수한 센싱 감도를 갖고, 높은 설계의 자유도를 갖는다.The semiconductor device according to the embodiment has a higher sensing current because the photocurrent is higher than that of the comparative example at the same chip area, and has a high degree of design freedom.
도 1은 일 실시 예에 의한 반도체 소자의 평면도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 I-I'선을 따라 절개한 반도체 소자의 단면도를 나타낸다.
도 3은 다른 실시 예에 의한 반도체 소자의 평면도를 나타낸다.
도 4는 또 다른 실시 예에 의한 반도체 소자의 평면도를 나타낸다.
도 5는 플립 칩 본딩 구조를 갖는 실시 예에 의한 반도체 소자의 단면도를 나타낸다.
도 6a 내지 도 6f는 실시 예에 의한 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도를 나타낸다.
도 7은 비교 례에 의한 반도체 소자의 평면도를 나타낸다.
도 8은 도 7에 도시된 Ⅱ-Ⅱ' 선을 따라 절개한 비교 례에 의한 반도체 소자의 단면도를 나타낸다.
도 9는 다른 비교 례에 의한 반도체 소자의 평면도를 나타낸다.
도 10은 또 다른 비교 례에 의한 반도체 소자의 평면도를 나타낸다.
도 11은 비교 례에 의한 반도체 소자에서 파장별 광 전류의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 12는 활성 비율에 따른 피크 응답률을 나타내는 그래프이다.1 shows a plan view of a semiconductor device according to an embodiment.
2 is a cross-sectional view of a semiconductor device cut along a line I-I 'shown in FIG.
3 is a plan view of a semiconductor device according to another embodiment.
4 shows a plan view of a semiconductor device according to another embodiment.
5 shows a cross-sectional view of a semiconductor device according to an embodiment having a flip chip bonding structure.
6A to 6F show process cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment.
7 shows a plan view of a semiconductor device according to a comparative example.
8 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a comparative example cut along the line II-II 'shown in FIG.
9 is a plan view of a semiconductor device according to another comparative example.
10 shows a plan view of a semiconductor device according to another comparative example.
11 is a graph showing changes in photocurrent with respect to wavelength in a semiconductor device according to a comparative example.
12 is a graph showing the peak response rate according to the activation ratio.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the present invention will be more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG.
본 발명에 따른 실시 예의 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 두 개의 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 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.In the description of the embodiment according to the present invention, in the case of being described as being formed "on or under" of each element, the upper (upper) or lower (lower) or under are all such that two elements are in direct contact with each other or one or more other elements are indirectly formed between the two elements. Also, when expressed as "on or under", it may include not only an upward direction but also a downward direction with respect to one element.
반도체 소자는 발광 소자나 수광 소자 등 각종 전자 소자를 포함할 수 있으며, 발광 소자와 수광 소자 각각은 서로 다른 도전형을 갖는 제1 및 제2 반도체층과, 제1 및 제2 반도체층 사이에 배치된 제3 반도체층(또는, 활성층)을 포함할 수 있다.The semiconductor device may include various electronic devices such as a light emitting device and a light receiving device. Each of the light emitting device and the light receiving device includes first and second semiconductor layers having different conductivity types, and a second semiconductor layer disposed between the first and second semiconductor layers And a third semiconductor layer (or an active layer).
발광 소자는 전자와 정공이 재결합함으로써 빛을 방출하게 되고, 이 빛의 파장은 물질 고유의 에너지 밴드갭에 의해서 결정된다. 따라서, 방출되는 빛은 물질의 조성에 따라 다를 수 있다.The light emitting device emits light by recombination of electrons and holes, and the wavelength of the light is determined by the energy band gap inherent to the material. Therefore, the emitted light may vary depending on the composition of the material.
상술한 발광소자는 발광 소자 패키지로 구성되어, 조명 시스템의 광원으로 사용될 수 있는데, 예를 들어 영상 표시 장치의 광원이나 조명 장치 등의 광원으로 사용될 수 있다.The above-described light emitting device is constituted by a light emitting device package and can be used as a light source of an illumination system, for example, as a light source of an image display device or a light source of an illumination device.
영상 표시 장치의 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.When used as a backlight unit of a video display device, it can be used as an edge-type backlight unit or as a direct-type backlight unit. When used as a light source of a lighting device, it can be used as a regulator or bulb type. It is possible.
발광 소자로서, 발광 다이오드 또는 레이저 다이오드가 있다.As the light emitting element, there are a light emitting diode or a laser diode.
발광 다이오드는 상술한 구조의 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 제3 반도체층을 포함할 수 있다. 그리고, p형인 제2 반도체층과 n형인 제1 반도체층을 접합시킨 뒤 전류를 흘러주었을 때 빛이 방출되는 전계 발광(electro-luminescence) 현상을 이용하는 점에 있어서는 서로 동일하나, 방출되는 광의 방향성과 위상에서 발광 다이오드와 레이져 다이오드는 서로 차이점을 갖는다. 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.The light emitting diode may include a first semiconductor layer, a second semiconductor layer and a third semiconductor layer of the above-described structure. The second semiconductor layer, which is a p-type semiconductor layer, is bonded to the first semiconductor layer, which is an n-type semiconductor layer, and then an electro-luminescence phenomenon in which light is emitted when current flows is used. In the phase, the light emitting diode and the laser diode have a difference from each other. That is, the laser diode can emit light having one specific wavelength (monochromatic beam) with the same phase and in the same direction by using a phenomenon called stimulated emission and a constructive interference phenomenon. It can be used for optical communication, medical equipment and semiconductor processing equipment.
한편, 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), 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.On the other hand, as the light receiving element, a photodetector, which is a kind of transducer that detects light and converts the intensity of the light into an electric signal, is exemplified. As such a photodetector, a photodiode (e.g., a PD with a peak wavelength in a visible blind spectral region or a true blind spectral region), a photodiode (e.g., a photodiode such as a photodiode (silicon, selenium), a photoconductive element (cadmium sulfide, cadmium selenide) , Photomultiplier tube, phototube (vacuum, gas-filled), IR (Infra-Red) detector, and the like.
또한, 광 검출기와 같은 반도체 소자는 일반적으로 광 변환 효율이 우수한 직접 천이 반도체(direct bandgap semiconductor)를 이용하여 제작될 수 있다. 또는, 광 검출기는 구조가 다양하여 가장 일반적인 구조로는 p-n 접합을 이용하는 pin형 광 검출기와, 쇼트키접합(Schottky junction)을 이용하는 쇼트키형 광 검출기와, MSM(Metal Semiconductor Metal)형 광 검출기 등이 있다.In addition, a semiconductor device such as a photodetector may be fabricated using a direct bandgap semiconductor, which is generally excellent in photo-conversion efficiency. Alternatively, the photodetector has a variety of structures, and the most general structure includes a pinned photodetector using a pn junction, a Schottky photodetector using a Schottky junction, and a metal-semiconductor metal (MSM) photodetector have.
포토 다이오드(Photodiode) 같은 수광 소자는 발광 소자와 동일하게, 상술한 구조의 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 제3 반도체층(또는, 활성층)을 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.The light receiving element, such as a photodiode, may include a first semiconductor layer, a second semiconductor layer, and a third semiconductor layer (or an active layer) having the above-described structure, and may have a pn junction or a pin structure . The photodiode operates by applying reverse bias or zero bias. When light is incident on the photodiode, electrons and holes are generated and a current flows. At this time, the magnitude of the current may be approximately proportional to the intensity of the light incident on the photodiode.
광 전지 또는 태양 전지(solar cell)는 포토 다이오드의 일종으로, 광을 전류로 변환할 수 있다. 태양 전지는, 발광 소자와 동일하게, 상술한 구조의 제1 도전형을 갖는 제1 반도체층과, 제2 도전형을 갖는 제2 반도체층과, 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 배치된 제3 반도체층을 포함할 수 있다.A photocell or a solar cell is a type of photodiode that can convert light into current. The solar cell includes, similarly to the light emitting device, a first semiconductor layer having a first conductivity type having the above-described structure, a second semiconductor layer having a second conductivity type, and a second semiconductor layer disposed between the first and second semiconductor layers And a second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer.
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.In addition, it can be used as a rectifier of an electronic circuit through a rectifying characteristic of a general diode using a p-n junction, and can be applied to an oscillation circuit or the like by being applied to a microwave circuit.
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.In addition, the above-described semiconductor element is not necessarily implemented as a semiconductor, and may further include a metal material as the case may be. For example, a semiconductor device such as a light receiving element may be implemented using at least one of Ag, Al, Au, In, Ga, N, Zn, Se, P, or As, Or may be implemented using a doped semiconductor material or an intrinsic semiconductor material.
이하, 실시 예에 의한 반도체 소자(100A 내지 100C)를 직교 좌표계(x, y, z)를 사용하여 설명하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 실시 예는 다른 좌표계를 이용하여 설명할 수 있음은 물론이다. 각 도면에서 x축, y축 및 z축은 서로 직교하는 것으로 설명하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, x축, y축 및 z축은 서로 직교하지 않고 교차할 수도 있다.Hereinafter, the
또한, 이하에서 설명되는 실시 예에 따른 반도체 소자(100A, 100B, 100C)는 수광 소자를 의미하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.The
도 1은 일 실시 예에 의한 반도체 소자(100A)의 평면도를 나타내고, 도 2는 도 1에 도시된 I-I'선을 따라 절개한 반도체 소자(100A)의 단면도를 나타낸다.FIG. 1 shows a plan view of a
도 1 및 도 2를 참조하면, 실시 예에 의한 수광 소자(100A)는 기판(110), 수광 구조물(120), 제1 절연층(132), 제2 절연층(134), 제1 전극(142), 제2 전극(144), 제1 커버 금속층(152) 및 제2 커버 금속층(154)을 포함할 수 있다.1 and 2, a
기판(110) 위에 수광 구조물(120)이 배치된다. 예를 들어, 수광 구조물(120)은 사파이어 기판(110)의 (0001) 면 상에 형성될 수 있다. 기판(110)은 도전형 물질 또는 비도전형 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(110)은 사파이어(Al203), GaN, SiC, ZnO, GaP, InP, Ga203, GaAs 및 Si 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 실시 예는 기판(110)의 특정한 물질에 국한되지 않는다.The
또한, 기판(110)과 수광 구조물(120) 간의 열 팽창 계수의 차이 및 격자 부정합을 개선하기 위해, 기판(110)과 수광 구조물(120)의 제1 반도체층(122) 사이에 버퍼층(미도시)이 더 배치될 수도 있다. 버퍼층은 예를 들어, Al, In, N 및 Ga로 구성되는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있으나, 이에 국한되지 않는다. 또한, 버퍼층은 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 버퍼층은 AlN으로 이루어질 수 있으며, 100 ㎚의 두께를 가질 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 도 2에 예시된 바와 같이, 버퍼층은 생략될 수도 있다.A buffer layer (not shown) is formed between the
수광 구조물(120)은 제1 반도체층(122), 제2 반도체층(126) 및 제3 반도체층(또는, 활성층)(124)을 포함할 수 있다.The
제1 반도체층(122)과 제2 반도체층(126)은 서로 다른 도전형을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 반도체층(122)은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 제1 도전형 반도체층이고, 제2 반도체층(126)은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 제2 도전형 반도체층일 수 있다. 제1 도전형 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한, 제2 도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 다른 실시 예에 의하면 제1 도전형 도펀트는 p형 도펀트이고 제2 도전형 도펀트는 n형 도펀트일 수도 있다.The
제1 반도체층(122)은 기판(110) 위에 배치되며 250 ㎚의 제1 두께(T1)를 가질 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 제2 반도체층(126)은 30 ㎚의 제2 두께(T2)를 가질 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.The
제3 반도체층(124)은 제1 반도체층(122)과 제2 반도체층(126) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제3 반도체층(124)의 제3 두께(T3)는 10Å 내지 수십 ㎛일 수 있으나, 실시 예는 제3 두께(T3)의 특정한 값에 국한되지 않는다.The
또한, 비록 도시되지는 않았지만, 제2 반도체층(126)과 제3 반도체층(124) 사이에 제4 반도체층이 더 배치됨으로써, 제3 반도체층(124)과 제4 반도체층 사이의 경계 및 그 경계 근처의 제4 반도체층에서 강한 전계가 야기되고, 강한 전계 덕택에 캐리어(예를 들어, 전자)가 제4 반도체층에서 증배되어 에벌런치됨으로써, 반도체 소자(100A)의 이득이 개선될 수도 있다.Further, although not shown, a fourth semiconductor layer is further disposed between the
제1 반도체층(122), 제2 반도체층(126), 제3 반도체층(124) 및 제4 반도체층 각각은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 반도체층(122), 제2 반도체층(126), 제3 반도체층(124) 및 제4 반도체층 각각은 질화물 반도체를 포함할 수 있으며, 고농도로 도핑된 GaN으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제1 반도체층(122), 제2 반도체층(126), 제3 반도체층(124) 및 제4 반도체층 각각은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함하거나, InAlAs, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.Each of the
예를 들어, 제1 반도체층(122)은 n형 AlGaN을 포함하고, 제2 반도체층(126)은 p형 AlGaN을 포함하고, 제3 반도체층(124)은 i-AlGaN을 포함할 수 있다.For example, the
또는, 제1 반도체층(122)은 n형 InP를 포함하고, 제2 반도체층(126)은 p형 InP를 포함하고, 제3 반도체층(124)은 언도프드 InGaAs를 포함할 수도 있다.Alternatively, the
수광 소자(100A)에 입사되는 광의 광자(photon)는 제3 반도체층(124)에서 전자 및 정공 쌍을 발생시킨다. 발생된 전자와 정공은 제3 반도체층(124)을 가로 지르는 전계로 인해 서로 반대 방향으로 움직여 제1 및 제2 전극(142, 144)과 각각 만나, 전류로서 검출될 수 있다. 비록 도시되지는 않았지만, 제1 전극(142)과 제2 전극(144)에 전류계(미도시)의 음의 단자와 양의 단자가 각각 연결되어 수광 소자(100A)에서 발생된 전류를 측정할 수 있다.A photon of light incident on the
실시 예에 의하면 제3 반도체층(124)의 전체가 공핍 영역일 수 있다. 제3 반도체층(124)은 심자외선 파장 대역의 광을 흡수할 수 있다. 예를 들어, 제3 반도체층(124)은 280 ㎚ 이하의 파장 대역을 갖는 광을 흡수할 수 있다. 그러나, 실시 예는 제3 반도체층(124)에서 흡수하는 광의 특정한 파장 대역에 국한되지 않는다.According to the embodiment, the entirety of the
또는, 제3 반도체층(124)은 PIN 구조물을 포함할 수 있다. PIN 구조물은 n형의 제5 반도체층(미도시), 진성(intrinsic) 반도체층(미도시) 및 p형의 제6 반도체층(미도시)을 포함할 수 있다. 진성 반도체층은 n형의 제5 반도체층과 p형의 제6 반도체층 사이에 배치될 수 있다. 진성 반도체층이란, 언도프드(Undoped) 반도체층 또는 비의도적 도핑(Unintentionally doped) 반도체층일 수 있다. 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. n형 제5 반도체층은 AlxGa(1-x)N (0 = x = 1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있고, p형 제6 반도체층은 AlyGa(1-y)N (0 = y = 1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있고, 진성 반도체층은 AlzGa(1-z)N (0 = z = 1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다.Alternatively, the
수광 소자인 반도체 소자(100A)는 광자가 기판(110) 쪽으로 입사되는 후방 조사(back illumination)형일 수도 있고, 제2 반도체층(126) 쪽으로 입사되는 전방 조사(forward illumination)형일 수도 있다.The
만일, 반도체 소자(100A)가 전방 조사형일 경우, p형 제6 반도체층과 진성 반도체층의 에너지 밴드갭이 서로 동일할 경우, p형 제6 반도체층에서 캐리어가 여기되어 흡수되어 진성 반도체층으로 제공되기 어려울 수도 있다. 이에, 알루미늄(Al)을 진성 반도체층에 첨가할 경우, p형 제6 반도체층에서 캐리어가 흡수되는 현상은 더 심화될 수도 있다. 이를 방지하기 위해, p형 제6 반도체층의 에너지 밴드 갭을 키워 캐리어가 p형 제6 반도체층에서 흡수되지 못하도록 할 수도 있다. 따라서, p형 제6 반도체층의 에너지 밴드갭을 진성 반도체층의 에너지 밴드 갭보다 더 키우기 위해, Al을 p형 제6 반도체층에 더 많이 첨가할 수도 있다. 즉, 진성 반도체층에 포함된 알루미늄의 함량(z)은 p형 제6 반도체층에 포함된 알루미늄의 함량(y) 이상일 수 있다. 그러나, p형 제6 반도체층과 진성 반도체층의 에너지 밴드갭은 이에 국한되지 않는다. 왜냐하면, p형 제6 반도체층의 두께를 충분히 얇게 할 경우, 캐리어가 p형 제6 반도체층에서 흡수되지 않을 수도 있기 때문이다.If the
예를 들어, n형 제5 반도체층은 GaN을 포함하고, p형 제6 반도체층 및 진성 반도체층 각각은 Al0 .45Ga0 .55N의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 또한, p형 제6 반도체층의 두께는 진성 반도체층의 두께보다 훨씬 얇을 수 있다.For example, the n-type fifth semiconductor layer may include GaN, and the p-type sixth semiconductor layer and the intrinsic semiconductor layer may each include a semiconductor material having a composition formula of Al 0 .45 Ga 0 .55 N. Further, the thickness of the sixth p-type semiconductor layer may be much thinner than the thickness of the intrinsic semiconductor layer.
또한, 반도체 소자(100A)가 전방 조사형인가 후방 조사형인가에 따라, n형 제5 반도체층, 진성 반도체층 및 p형 제6 반도체층 간의 에너지 밴드 갭의 대소나 두께가 결정될 수 있으며, 실시 예는 이러한 에너지 밴드 갭의 상대적인 크기 및 두께의 특정한 값에 국한되지 않는다.Further, depending on whether the
n형 제5 반도체층, 진성 반도체층 또는 p형 제6 반도체층 중 적어도 하나는 초격자(SL:SuperLattice)층(또는, 초접합(SL:super junction)층일 수 있다. n형 제5 반도체층, 진성 반도체층 및 p형 제6 반도체층 각각의 두께의 최소값은 50Å, 50Å 및 10Å일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.At least one of the n-type fifth semiconductor layer, the intrinsic semiconductor layer or the p-type sixth semiconductor layer may be a super lattice (SL) layer (or a super junction (SL) , The intrinsic semiconductor layer, and the p-type sixth semiconductor layer may be 50 Å, 50 Å, and 10 Å, respectively, but the embodiments are not limited thereto.
한편, 제1 전극(142)은 제3 반도체층(126)과 제2 반도체층(124)을 관통하여 제1 반도체층(122)을 노출시키는 적어도 하나의 리세스(recess)(또는, 콘택 홀)(CH1)에서 제1 반도체층(122) 위에 배치되어, 제1 반도체층(122)과 전기적으로 연결될 수 있다.The
일 실시 예에 의하면, 도 2에 예시된 바와 같이 제1 전극(142)은 적어도 하나의 리세스(CH1)에서 노출된 제1 반도체층(122)의 일부분에 배치될 수 있다. 이 경우, 발광 구조물(120)에서 기판(110)을 바라보는 제1 방향과 다른 제2 방향으로 제1 전극(142)의 제1 폭(W1)은 노출된 제1 반도체층(122)의 제2 폭(W2)보다 작을 수 있다. 여기서, 제2 방향은 제1 방향과 직교할 수 있다. 예를 들어, 제1 방향은 x축 방향이고, 제2 방향은 y축 방향일 수 있다.According to one embodiment, as illustrated in FIG. 2, the
다른 실시 예에 의하면, 도 2에 예시된 바와 달리, 제1 전극(142)은 적어도 하나의 리세스(CH1)에서 노출된 제1 반도체층(122)의 전면(all surface)에 배치될 수 있다. 이 경우, 제1 폭(W1)은 제2 폭(W2)과 동일할 수 있다.2, the
제1 전극(142)은 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(142)은 제1 층(미도시) 및 제2 층(미도시)을 포함할 수 있다. 제1 층은 Ti를 포함하며 리세스(CH1)에서 노출된 제1 반도체층(122) 위에 배치될 수 있다. 제2 층은 Al을 포함하며, 제1 층 위에 배치될 수 있다.The
도 1을 참조하면, 적어도 하나의 리세스(CHE11)는 원형 평면 형상을 갖는 것으로 예시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하면, 콘택홀(CHE11)은 타원형 또는 다각형 평면 형상을 가질 수 있다. 여기서, CHE11는 리세스(CH1)의 가장 자리를 의미한다.Referring to FIG. 1, at least one recess (CHE11) is illustrated as having a circular planar shape, but the embodiment is not limited thereto. That is, according to another embodiment, the contact hole CHE11 may have an elliptical or polygonal planar shape. Here, CHE11 denotes the edge of the recess (CH1).
만일, 리세스(CH11)가 원형 평면 형상을 가질 경우, 도 1 및 도 2를 참조하면, 평면상에서 제2 절연층(134)에 의해 덮이지 않고 노출된 제1 커버 금속층(152)의 지름(또는, 리세스의 지름)(Φ0)은 10 ㎛ 내지 150 ㎛일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.Referring to FIGS. 1 and 2, when the recess CH11 has a circular plan shape, the diameter of the first
제2 전극(144)은 제2 반도체층(126) 위에 배치되어, 제2 반도체층(126)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 전극(144)은 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(144)은 제1 층(미도시) 및 제2 층(미도시)을 포함할 수 있다. 제1 층은 Ni를 포함하며 제2 반도체층(126) 위에 배치되고, 제2 층은 Au를 포함하며 p형 제1 층 위에 배치될 수 있다.The
도 2에 도시된 제1 전극(142) 및 제2 전극(144) 각각은 금속으로 형성될 수 있으며, Ag, Ni, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf, Cr 및 이들의 선택적인 조합으로 이루어질 수 있다.Each of the
제2 전극(144)이 오믹 접촉하는 물질을 포함할 경우 도 2에 예시된 바와 같이 별도의 오믹층이 배치되지 않고 생략될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하며, 제2 전극(144)이 오믹 접촉하는 물질을 포함하지 않을 경우, 도 2에 예시된 바와 달리 오믹 역할을 수행하는 별도의 오믹층(미도시)이 제2 전극(144)과 제2 반도체층(126) 사이에 배치될 수도 있다. 오믹층은 투명 전도성 산화막(TCO:Tranparent Conductive Oxide)일 수도 있다. 예를 들어, 오믹층은 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, 및 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 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.When the
실시 예의 경우, 제3 반도체층(124)은 적어도 하나의 리세스(CH1)를 에워싸는 평면 형상을 갖는다.In the case of the embodiment, the
또한, 도 2를 참조하면, 수광 구조물(120)은 중앙 영역(CA) 및 주변 영역(PA)을 포함할 수 있다. 중앙 영역(CA)은 수광 구조물(120)의 가장 자리 안쪽의 중앙에 위치한 리세스(CH1) 내에서 제3 반도체층(124) 사이의 영역을 의미하고, 주변 영역(PA)은 제3 반도체층(124)이 배치되는 영역을 의미할 수 있다. 실시 예에 의하면, 주변 영역(PA)은 중앙 영역(CA)보다 돌출된 단면 형상을 가질 수 있다.2, the
도 3은 다른 실시 예에 의한 반도체 소자(100B)의 평면도를 나타내고, 도 4는 또 다른 실시 예에 의한 반도체 소자(100C)의 평면도를 나타낸다. 설명의 편의상, 도 3 및 도 4에서 제2 전극(154)의 도시는 생략되었다.Fig. 3 shows a plan view of the
도 1 및 도 2의 경우 반도체 소자(100A)는 하나의 리세스(CH1, CHE11)만을 포함하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 적어도 하나의 리세스는 복수의 리세스를 포함할 수 있다.In the case of FIGS. 1 and 2, the
도 3에 예시된 바와 같이, 반도체 소자(100B)는 4개의 리세스(CH21, CH22, CH23, CH24)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 CHE11이 리세스(CH1)의 가장 자리를 나타내는 바와 같이, 도 3에서, CHE21, CHE22, CHE23, CHE24는 4개의 리세스(CH21, CH22, CH23, CH24)의 가장 자리를 나타낸다.As illustrated in FIG. 3,
또는, 도 4에 예시된 바와 같이, 반도체 소자(100C)는 9개의 리세스(CH31 내지 CH39)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 CHE11이 리세스(CH1)의 가장 자리를 나타내는 바와 같이, 도 4에서, CHE31 내지 CHE39는 9개의 리세스(CH31 내지 CH39)의 가장 자리를 나타낸다.Alternatively, as illustrated in FIG. 4, the
도 3 및 도 4에 도시된 반도체 소자(100B, 100C)의 단면 형상은 리세스[(CH21 내지 CH24) 또는 (CH31 내지 CH39)]가 배치된 위치와 개수가 다름을 제외하면, 도 1 및 도 2에 도시된 반도체 소자(100A)와 동일하다. 따라서, 도 3 및 도 4에 도시된 반도체 소자(100B, 100C)의 단면 형상은 도 2에 도시된 바와 같다. 이와 같이, 리세스(CH)가 배치되는 위치와 개수가 다름을 제외하면, 도 3 및 도 4에 도시된 반도체 소자(100B, 100C)는 도 1 및 도 2에 도시된 반도체 소자(100A)와 동일하므로, 도 3 및 도 4에 도시된 반도체 소자(100B, 100C)에 대한 설명은 도 1 및 도 2에 도시된 반도체 소자(100A)에 대한 설명으로 대신한다.The sectional shapes of the
또한, 반도체 소자(100B, 100C)가 복수의 리세스를 포함할 경우, 도 3 및 도 4에 예시된 바와 같이, 복수의 리세스는 평면 상에서 대칭 형상으로 서로 이격될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.Further, when the
한편, 다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 절연층(132)은 리세스(CH1)에서 노출된 제2 반도체층(126) 및 제3 반도체층(124) 각각의 측부와 제1 전극(142) 및 제1 커버 금속층(152) 사이에 배치될 수 있다. 제1 절연층(132)이 배치됨으로써, 제1 전극(142) 및 제1 커버 금속층(152) 각각과 제2 및 제3 반도체층(124, 126)의 측부는 서로 전기적으로 분리될 수 있다.1 and 2, the first insulating
제1 커버 금속층(152)은 제1 전극(142)을 감싸며 배치될 수 있다. 제2 커버 금속층(154)은 제2 전극(144)을 감싸며 배치될 수 있다.The first
제1 및 제2 커버 금속층(152, 154) 각각은 우수한 전기적 전도성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 커버 금속층(152, 154) 각각은 Ti, Au, Ni, In, Co, W, Fe. Rh, Cr, Al 등으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나를 선택적으로 포함할 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.Each of the first and second
경우에 따라서, 제1 및 제2 커버 금속층(152, 154)은 생략될 수도 있다.Optionally, the first and second cover metal layers 152,154 may be omitted.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 반도체 소자(100A, 100B, 100C)는 수평형 본딩 구조를 가질 수도 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.As shown in FIGS. 1 to 4, the
이하, 플립 칩 본딩 구조를 갖는 반도체 소자(200)에 대해 다음과 같이 살펴본다.Hereinafter, the
도 5는 플립 칩 본딩 구조를 갖는 실시 예에 의한 반도체 소자(200)의 단면도를 나타낸다.5 shows a cross-sectional view of a
도 5에 도시된 반도체 소자(200)는 도 2에 도시된 반도체 소자(100A), 제1 및 제2 패드(172, 174), 제1 및 제2 전극 패드(182, 184), 제1 및 제2 리드 프레임(202, 204), 제1 및 제2 절연부(212, 214)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 및 제2 전극 패드(182, 184)는 생략될 수도 있다.The
도 5에 도시된 반도체 소자(200)에 포함된 반도체 소자(100A)는 도 2에 도시된 반도체 소자와 동일하므로, 동일한 참조 부호를 사용하였으며, 이에 대한 중복되는 설명을 생략한다.Since the
제1 패드(172)는 제1 커버 금속층(152)을 통해 제1 전극(142)과 전기적으로 연결되고, 제2 패드(174)는 제2 커버 금속층(154)을 통해 제2 전극(144)과 전기적으로 연결될 수 있다.The
또한, 제1 패드(172)는 제1 전극(142)을 제1 리드 프레임(202)과 전기적으로 연결시키고, 제2 패드(174)는 제2 전극(144)을 제2 리드 프레임(204)에 전기적으로 연결시키는 역할을 한다.The
또한, 제1 및 제2 절연부(212, 214)는 제1 및 제2 리드 프레임(202, 204)의 사이에 배치되어, 이들(202, 204)을 전기적으로 이격시키는 역할을 수행한다.The first and second insulating
제2 절연층(134)은 제1 패드(172)와 제2 커버 금속층(154) 사이에 배치되어, 제1 패드(172)와 제2 커버 금속층(154)을 서로 전기적으로 이격시킬 수 있다.The second
제2 절연층(134)은 제1 패드(172)가 연결되는 제1 커버 금속층(152)의 상부를 노출시키고, 제2 패드(174)가 각각 연결되는 제2 커버 금속층(154)의 상부를 노출시키면서, 수광 구조물(120)의 전면(all surface)에 배치될 수 있다. 따라서, 도 1의 경우 제1 커버 금속층(152)과 제2 커버 금속층(152)의 일부가 제2 절연층(134)에 의해 노출됨을 알 수 있다. 또한, 도 3의 경우 제1 커버 금속층(152-1 내지 152-4)의 일부가 제2 절연층(134)에 의해 노출되고, 도 4의 경우 제1 커버 금속층(152-1 내지 152-9)의 일부가 제2 절연층(134)에 의해 노출됨을 알 수 있다.The second
제1 및 제2 절연층(132, 134) 및 제1 및 제2 절연부(212, 214)는 서로 동일한 물질일 수도 있고, 서로 다른 물질일 수도 있다. 또한, 제1 및 제2 절연층(132, 134) 및 제1 및 제2 절연부(212, 214) 각각은 비전도성 산화물이나 질화물로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 실리콘 산화물(SiO2)층, 산화 질화물층, Al2O3, 또는 산화 알루미늄층으로 이루어질 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.The first and second insulating
수평형 본딩 구조인 도 2에 도시된 반도체 소자(100A)와 달리 도 5에 도시된 반도체 소자(200)는 플립 칩 본딩 구조이기 때문에, 외부로부터의 광은 기판(110)과 제1 반도체층(122)을 통해 제3 반도체층(124)으로 입사된다. 이를 위해, 기판(110)과 제1 반도체층(122)은 투광성을 갖는 물질로 이루어지고, 제2 반도체층(126), 제1 전극(142) 및 제2 전극(144)은 투광성이나 비투광성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다.Unlike the
이하, 도 1 및 도 2에 도시된 반도체 소자(100A)의 실시 예에 의한 제조 방법을 첨부된 도 6a 내지 도 6f를 참조하여 다음과 같이 설명하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 도 1 및 도 2에 도시된 반도체 소자(100A)는 도 6a 내지 도 6f에 도시된 제조 방법과 다른 방법에 의해서도 제조될 수 있다. 또한, 도 3 및 도 4에 도시된 반도체 소자(100B, 100C)는 리세스의 배치 위치 및 개수가 다름을 제외하면, 도 6a 내지 도 6f에 예시된 방법에 의해 제조될 수 있다.Hereinafter, the manufacturing method according to the embodiment of the
도 6a 내지 도 6f는 실시 예에 의한 반도체 소자(100A)의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도를 나타낸다.6A to 6F show process cross-sectional views for explaining a method of manufacturing the
먼저, 도 6a를 참조하면, 기판(110) 위에 수광 구조물(120)을 형성한다. 구체적으로, 기판(110) 위에 제1 반도체층(122)을 형성하고, 제1 반도체층(122) 위에 제3 반도체층(124)을 형성한다. 이후, 제3 반도체층(124) 위에 제2 반도체층(126)을 형성한다.First, referring to FIG. 6A, a
이후, 도 6b를 참조하면, 제2 및 제3 반도체층(126, 124)을 관통하여 제1 반도체층(122)을 노출시키는 제1 리세스(CH1)를 형성한다. 도 6b는 통상의 사진 식각 공정에 의해 수행될 수 있다. 즉, 제1 리세스(CH1)가 형성될 영역을 제외한 영역에 식각 마스크(미도시)를 배치한 후, 식각 마스크를 이용하여 수광 구조물(120)을 식각하여 리세스(CH1)를 형성하고, 식각 마스크를 스트립함으로써, 도 6b에 예시된 리세스(CH1)를 형성할 수 있다.Referring to FIG. 6B, a first recess CH1 is formed through the second and third semiconductor layers 126 and 124 to expose the
이후, 도 6c를 참조하면, 리세스(CH1) 내에서 제1 전극(142)이 배치될 영역을 노출시키고, 제2 반도체층(126) 위에서 제2 전극(144)이 배치될 영역을 노출시키면서, 수광 구조물(120)의 전면(all surface)에 제1 절연층(132)을 형성한다.Referring to FIG. 6C, a region in which the
이후, 도 6d를 참조하면, 리세스(CH1) 내에서 제1 절연층(132)에 의해 덮이지 않고 노출된 제1 반도체층(122) 위에 제1 전극(142)을 형성한다.6D, a
이후, 도 6e를 참조하면, 제1 절연층(132)에 의해 덮이지 않고 노출된 제2 반도체층(126) 위에 제2 전극(144)을 형성한다.6E, a
이후, 도 6f를 참조하면, 제1 전극(142)을 감싸는 제1 커버 금속층(152)과 제2 전극(144)을 감싸는 제2 커버 금속층(154)을 형성한다.6F, a first
이하, 비교 례에 의한 반도체 소자와 실시 예에 의한 반도체 소자를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.Hereinafter, a semiconductor device according to a comparative example and a semiconductor device according to an embodiment will be described with reference to the accompanying drawings.
도 7은 비교 례에 의한 반도체 소자의 평면도를 나타내고, 도 8은 도 7에 도시된 Ⅱ-Ⅱ' 선을 따라 절개한 비교 례에 의한 반도체 소자의 단면도를 나타낸다.FIG. 7 shows a plan view of a semiconductor device according to a comparative example, and FIG. 8 shows a cross-sectional view of a semiconductor device according to a comparative example cut along the line II-II 'shown in FIG.
도 7 및 도 8에 도시된 비교 례에 의한 반도체 소자는 기판(10), 수광 구조물(20), 제2 절연층(34), 제1 및 제2 전극(42, 44), 제1 및 제2 커버 금속층(52, 54)을 포함한다. 여기서, 기판(10), 수광 구조물(20), 제2 절연층(34), 제1 및 제2 전극(42, 44), 제1 및 제2 커버 금속층(52, 54)은 도 2에 도시된 기판(110), 수광 구조물(120), 제2 절연층(134), 제1 및 제2 전극(142, 144), 제1 및 제2 커버 금속층(152, 154)과 각각 동일한 역할을 수행하므로 중복되는 설명을 생략한다. 즉, 수광 구조물(20)에 포함된 제1 반도체층(22), 제2 반도체층(26) 및 제3 반도체층(24)은 도 2에 제1 반도체층(122), 제2 반도체층(126) 및 제3 반도체층(124)과 각각 동일한 역할을 수행한다.The semiconductor device according to the comparative example shown in Figs. 7 and 8 includes a
도 1 내지 도 5에 도시된 실시 예에 의한 반도체 소자(100A, 100B, 100C, 200)의 경우, 제3 반도체층(124)이 제1 전극(142)을 에워싸는 평면 형상을 갖는다. 반면에, 도 7 및 도 8에 도시된 비교 례에 의한 반도체 소자의 경우, 제1 전극(42)이 제3 반도체층(24)을 에워싸는 평면 형상을 갖는다. 이러한 차이점을 제외하면, 도 7 및 도 8에 도시된 비교 례에 의한 반도체 소자는 실시 예에 의한 반도체 소자(100A, 100B, 100C)와 동일하므로 중복되는 설명을 생략한다.In the case of the
도 7 및 도 8에 도시된 비교 례에 의한 반도체 소자에서, 제1 전극(42)은 제3 반도체층(24)을 에워싸는 평면 형상을 갖는다. 이 경우, 제3 반도체층(24)의 제3 평면적(A3)은 제1 반도체층(22)의 전체 평면적에서 제3 평면적(A3)을 제외한 제4 평면적(A4)보다 작을 수도 있다. 여기서, 제3 평면적(A3)은 다음 수학식 1과 같이 표현되고, 제4 평면적(A4)은 다음 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.In the semiconductor device according to the comparative example shown in Figs. 7 and 8, the
여기서, φ2는 원형 평면 형상을 갖는 제3 반도체층(24)의 지름을 나타내고, WT는 제1 반도체층(22)의 제2 방향으로의 폭을 나타내고, LT는 제1 반도체층(22)의 제3 방향으로의 길이를 나타낸다. 여기서, 제3 방향은 제1 및 제2 방향과 다른 방향일 수 있으며, 제1 및 제2 방향과 직교하는 방향일 수 있다. 예를 들어, 제1 방향이 x축 방향이고, 제2 방향이 y축 방향일 때, 제3 방향은 z축 방향일 수 있다. 2 represents the diameter of the
제1 평면적(A1)은 다음 수학식 3과 같이 표현되고, 제2 평면적(A2)은 다음 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.The first plane area A1 can be expressed by the following equation (3), and the second plane area A2 can be expressed by the following equation (4).
여기서, φ1은 원형 평면 형상을 갖는 리세스 내에서 제3 반도체층(124) 사이의 거리를 나타내고, WT는 제1 반도체층(122)의 제2 방향으로의 폭을 나타내고, LT는 제1 반도체층(122)의 제3 방향으로의 길이를 나타낸다.Here, φ 1 represents the distance between the third semiconductor layers 124 in the recess having a circular planar shape, WT represents the width of the
도 9 및 도 10은 다른 비교 례에 의한 반도체 소자의 평면도를 나타낸다.9 and 10 show a plan view of a semiconductor device according to another comparative example.
도 9에 도시된 제3 반도체층(24)의 지름(φ2)은 도 10에 도시된 제3 반도체층(24)의 지름(φ2)보다 작고, 도 10에 도시된 제3 반도체층(24)의 지름(φ2)은 도 7에 도시된 제3 반도체층(24)의 지름(φ2)보다 작다. 이와 같이, 제2 커버 금속층(54)의 개수 및 위치와 제3 반도체층(24)의 지름(φ2)이 다름을 제외하면, 도 9 및 도 10에 도시된 반도체 소자는 도 7 및 도 8에 도시된 반도체 소자와 동일하므로 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하였으며, 도 9 및 도 10에 도시된 반도체 소자에 대한 중복되는 설명을 생략한다.The diameter φ 2 of the
도 11은 비교 례에 의한 반도체 소자에서 파장별 광 전류(photocurrent)의 변화를 나타내는 그래프로서, 횡축은 파장(wavelength)을 나타내고 종축은 광 전류를 나타낸다.11 is a graph showing changes in photocurrent by wavelength in a semiconductor device according to a comparative example, in which the abscissa indicates a wavelength and the ordinate indicates a photocurrent.
본 출원인은, 도 7, 도 9 및 도 10 각각에서 제2 방향으로의 폭(W)과 제3 방향으로의 길이(L)가 각각 1100 ㎛인 반도체 소자에서 제3 반도체층(24)의 지름(φ2)을 변화시키면서 파장별 광 전류를 측정하여 도 11에 도시된 바와 같은 결과를 얻었다. 이때, 제1 반도체층(22)의 제2 방향으로의 폭(WT)과 제1 반도체층(22)의 제3 방향으로의 길이(LT)를 각각 1100 ㎛로 설정하였다. 이 경우, 지름(φ2)의 변화에 따른 제3 및 제4 평면적(A3, A4)은 다음 표 1과 같다.The present applicant has found that the semiconductor device having the width W in the second direction and the length L in the third direction of 1100 mu m in each of Figs. 7, 9, and 10 has the diameter of the third semiconductor layer 24 (φ 2 ), and the results as shown in FIG. 11 were obtained. At this time, the width WT of the first semiconductor layer 22 in the second direction and the length LT in the third direction of the first semiconductor layer 22 were set to 1100 mu m, respectively. In this case, the third and fourth planar areas A3 and A4 according to the change of the diameter (φ 2 ) are shown in the following Table 1.
도 11을 참조하면, 약 270 ㎚의 파장에서, 도 9에 도시된 반도체 소자의 광 전류(C3)보다 도 10에 도시된 반도체 소자의 광 전류(C2)가 더 크고, 도 10에 도시된 반도체 소자의 광 전류(C2)보다 도 7에 도시된 반도체 소자의 광 전류(C1)가 더 큼을 알 수 있다. 즉, 제3 반도체층(24)의 지름(φ2)이 커질수록, 광 전류가 커짐을 알 수 있다. 광 전류가 커진다는 것은 반도체 소자의 센싱 감도가 커짐을 의미할 수 있다.Referring to Fig. 11, at a wavelength of about 270 nm, the photocurrent (C2) of the semiconductor device shown in Fig. 10 is larger than the photocurrent (C3) of the semiconductor device shown in Fig. 9, It can be seen that the photocurrent C1 of the semiconductor device shown in Fig. 7 is larger than the photocurrent C2 of the device. That is, it can be seen that the larger the diameter? 2 of the
또한, 본 출원인은, 도 1 및 도 4 각각에서 제2 방향으로의 폭(W)과 제3 방향으로의 길이(L)가 각각 1100 ㎛인 반도체 소자(100A, 100B)에서 리세스 내에서 제3 반도체층(124) 사이의 거리(φ1)를 변화시키면서 제1 및 제2 평면적(A1, A2)을 다음 표 2와 같이 구하였다. 이때, 제1 반도체층(122)의 제2 방향으로의 폭(WT)과 제1 반도체층(122)의 제3 방향으로의 길이(LT)를 각각 1100 ㎛로 설정하였다. 또한, 이 경우, 제2 절연층(134)에 의해 덮이지 않고 노출된 제1 커버 금속층(152)의 지름(φ0)을 지름(φ1)으로 간주하였다.The applicant of the present application has found that in the
도 12는 활성 비율(active ratio)에 따른 피크 응답률(peak responsivity ration)을 나타내는 그래프로서, 가장 낮은 피크 응답률(302)을 기준으로 다른 피크 응답률(304, 306, 308, 310)의 값을 나타낸다. 즉, 피크 응답률(304 내지 310)은 피크 응답률(302)이 '1'일 경우의 피크 응답률에 해당한다.FIG. 12 is a graph showing a peak response rate according to an active ratio, and shows values of other
도 12를 참조하면, 도 9에 도시된 바와 같이 제3 반도체층(24)의 제3 평면적(A3)이 가장 작을 때의 피크 응답률(302)이 가장 작고, 도 10에 도시된 바와 같이 제3 반도체층(24)의 제3 평면적(A3)이 증가할 경우 피크 응답률(304)은 약간 증가하고, 도 7에 도시된 바와 같이 제3 반도체층(24)의 제3 평면적(A3)이 더 증가할 경우 피크 응답률(306)은 더 증가함을 알 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 실시 예(100C)에서와 같이 제3 반도체층(124)의 제1 평면적(A1)이 증가할 경우 피크 응답률(308)은 비교 례의 피크 응답률(302, 304, 306)보다 높아지고, 도 1에 도시된 실시 예(100A)에서와 같이 제3 반도체층(124)의 제1 평면적(A1)이 더욱 상승할 경우 피크 응답률(310)은 최대가 됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 12, as shown in FIG. 9, the
표 1을 참조하면, 비교 례에 의한 반도체 소자의 경우, 제3 반도체층(24)의 최대 제3 평면적(A3)은 7.85 x 10-3㎠으로서, 제1 반도체층(22)의 전체 평면적(LT x WT)인 12.1㎠의 약 64.87%이다. 반면에, 실시 예에의 경우, 제3 반도체층(124)의 제1 평면적(A1)은 64.87%보다 큼을 알 수 있다. 예를 들어, 표 2를 참조하면, 도 4에 도시된 제1 평면적(A1)은 10.51㎠로서 제1 반도체층(122)의 전체 평면적인 12.1㎠의 약 86.85%이다. 이와 같이, 실시 예의 경우, 제1 반도체층(122)의 전체 평면적에 대한 제3 반도체층(124)의 제1 평면적(A1)의 비율은 64.87% 보다 클 수 있다.Referring to Table 1, in the case of the semiconductor device according to the comparative example, the maximum third planar area A3 of the
결국, 동일한 칩 면적(LxW)에서, 실시 예에 의한 반도체 소자(100A, 100B, 100C)의 경우 제3 반도체층(124)의 평면적이 증가함에 따라 비교 례보다 높은 광 전류를 갖는다. 즉, 실시 예에 의한 반도체 소자(100A, 100B, 100C)의 센싱 감도는 비교 례에 의한 반도체 소자보다 높다. 이는 실시 예에 의한 반도체 소자(100A, 100B, 100C)가 광 전지(photovolatic) 모드에서 동작할 경우이다.As a result, in the same chip area (LxW), the
또한, 제1 전극(42)이 제3 반도체층(24)을 에워싸는 평면 형상을 갖는 비교 례에 의한 반도체 소자를 제조할 때보다, 실시 예에서와 같이 제3 반도체층(124)이 리세스를 에워싸는 평면 형상을 가질 경우, 반도체 소자(100A, 100B, 100C)의 설계의 자유도가 증가하게 된다. 즉, 리세스의 배열(또는, 위치) 및/또는 수량을 다양하게 설계할 수 있다.Further, as compared with the case of manufacturing a semiconductor device according to a comparative example in which the
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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments can be modified and implemented. It is to be understood that all changes and modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims are therefore intended to be embraced therein.
100A, 100B, 100C, 100D, 200: 반도체 소자
110: 기판
120: 수광 구조물
122: 제1 반도체층
124: 제3 반도체층
126: 제2 반도체층
132: 제1 절연층
134: 제2 절연층
142: 제1 전극
144: 제2 전극
152: 제1 커버 금속층
154: 제2 커버 금속층100A, 100B, 100C, 100D, 200: semiconductor device 110: substrate
120: light receiving structure 122: first semiconductor layer
124: third semiconductor layer 126: second semiconductor layer
132: first insulation layer 134: second insulation layer
142: first electrode 144: second electrode
152: first cover metal layer 154: second cover metal layer
Claims (12)
상기 기판 위에 배치되는 제1 및 제2 반도체층;
상기 제1 반도체층과 상기 제2 반도체층 사이에 배치된 제3 반도체층;
상기 제2 반도체층과 상기 제3 반도체층을 관통하여 상기 제1 반도체층을 노출시키는 적어도 하나의 리세스에 배치되어 상기 제1 반도체층과 연결된 제1 전극; 및
상기 제2 반도체층과 연결된 제2 전극을 포함하고,
상기 제3 반도체층은 상기 적어도 하나의 리세스를 에워싸는 평면 형상을 갖는 반도체 소자.Board;
First and second semiconductor layers disposed on the substrate;
A third semiconductor layer disposed between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer;
A first electrode disposed in at least one recess through the second semiconductor layer and the third semiconductor layer to expose the first semiconductor layer and connected to the first semiconductor layer; And
And a second electrode connected to the second semiconductor layer,
And the third semiconductor layer has a planar shape surrounding the at least one recess.
상기 복수의 리세스는 평면 상에서 대칭 형상으로 서로 이격된 반도체 소자.2. The method of claim 1, wherein the at least one recess comprises a plurality of recesses,
Wherein the plurality of recesses are spaced apart from each other in a symmetrical shape on a plane.
상기 수광 구조물의 가장 자리 안쪽에 위치한 상기 리세스 내에서 상기 제3 반도체층 사이의 중앙 영역; 및
상기 제3 반도체층이 배치되고, 상기 중앙 영역보다 돌출되고 상기 중앙 영역보다 큰 평면 형상을 갖는 주변 영역을 포함하는 반도체 소자.The light-receiving structure according to claim 1, wherein the light-receiving structure including the first, second,
A central region between the third semiconductor layers in the recess located inside the edge of the light receiving structure; And
Wherein the third semiconductor layer is disposed and includes a peripheral region protruding from the central region and having a planar shape larger than that of the central region.
상기 리세스에서 노출된 상기 제2 반도체층 및 상기 제3 반도체층 각각의 측부와 상기 제1 전극 사이에 배치된 제1 절연층;
상기 제1 전극을 감싸며 배치된 제1 커버 금속층; 및
상기 제2 전극을 감싸며 배치된 제2 커버 금속층을 더 포함하는 반도체 소자.The semiconductor device according to claim 6, wherein the semiconductor element
A first insulating layer disposed between the side of each of the second semiconductor layer and the third semiconductor layer exposed in the recess and the first electrode;
A first cover metal layer surrounding the first electrode; And
And a second cover metal layer surrounding the second electrode.
상기 제1 커버 금속층을 통해 상기 제1 전극과 연결된 제1 패드;
상기 제2 커버 금속층을 통해 상기 제2 전극과 연결된 제2 패드; 및
상기 제1 패드와 상기 제2 커버 금속층 사이에 배치되며, 상기 제1 패드 및 상기 제2 패드가 각각 연결되는 상기 제1 및 제2 커버 금속층의 상부를 오픈시키며 상기 수광 구조물의 전면에 배치된 제2 절연층을 더 포함하는 반도체 소자.10. The semiconductor device according to claim 9, wherein the semiconductor element
A first pad connected to the first electrode through the first cover metal layer;
A second pad connected to the second electrode through the second cover metal layer; And
And a second cover metal layer disposed between the first pad and the second cover metal layer and opening the upper portions of the first and second cover metal layers to which the first pad and the second pad are respectively connected, 2 < / RTI > insulation layer.
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