KR20180005026A - Semiconductor device - Google Patents

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홍은주
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Abstract

A semiconductor device with improved sensitivity is provided. According to an embodiment of the present invention, the semiconductor device comprises: a substrate; first and second semiconductor layers arranged on the substrate; a third semiconductor layer arranged between the first and second semiconductor layers; a first electrode arranged in at least one recess exposing the first semiconductor layer by passing through the second and third semiconductor layers so as to be connected to the first semiconductor layer; and a second electrode connected to the second semiconductor layer. The third semiconductor layer has a plane shape surrounding the at least one recess.

Description

반도체 소자{SEMICONDUCTOR DEVICE}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001]

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 semiconductor devices 100A to 100C according to the embodiments will be described using the orthogonal coordinate system (x, y, z), but the embodiments are not limited thereto. That is, the embodiment can be explained using other coordinate systems. In the drawings, the x-axis, the y-axis, and the z-axis are described as being orthogonal to each other, but the embodiments are not limited thereto. That is, the x-axis, the y-axis, and the z-axis may not intersect at right angles with each other.

또한, 이하에서 설명되는 실시 예에 따른 반도체 소자(100A, 100B, 100C)는 수광 소자를 의미하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.The semiconductor devices 100A, 100B, and 100C according to the embodiments described below refer to light receiving elements, but the embodiments are not limited thereto.

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 semiconductor device 100A according to an embodiment, and FIG. 2 shows a cross-sectional view of a semiconductor device 100A cut along a line I-I 'shown in FIG.

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 light receiving device 100A according to an embodiment includes a substrate 110, a light receiving structure 120, a first insulating layer 132, a second insulating layer 134, a first electrode 142, a second electrode 144, a first cover metal layer 152, and a second cover metal layer 154.

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 light receiving structure 120 is disposed on the substrate 110. For example, the light receiving structure 120 may be formed on the (0001) plane of the sapphire substrate 110. The substrate 110 may comprise a conductive material or a non-conductive material. For example, the substrate 110 may comprise at least one of sapphire (Al 2 O 3 ), GaN, SiC, ZnO, GaP, InP, Ga 2 O 3 , GaAs and Si, ). ≪ / RTI >

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 substrate 110 and the first semiconductor layer 122 of the light receiving structure 120 in order to improve the difference in thermal expansion coefficient between the substrate 110 and the light receiving structure 120 and the lattice mismatching. May be further disposed. The buffer layer may include, but is not limited to, at least one material selected from the group consisting of Al, In, N, and Ga, for example. Further, the buffer layer may have a single layer or a multi-layer structure. For example, the buffer layer may be made of AlN and may have a thickness of 100 nm, but the embodiment is not limited thereto. As illustrated in FIG. 2, the buffer layer may be omitted.

수광 구조물(120)은 제1 반도체층(122), 제2 반도체층(126) 및 제3 반도체층(또는, 활성층)(124)을 포함할 수 있다.The light receiving structure 120 may include a first semiconductor layer 122, a second semiconductor layer 126, and a third semiconductor layer (or active layer)

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 first semiconductor layer 122 and the second semiconductor layer 126 may have different conductivity types. For example, the first semiconductor layer 122 is a first conductive type semiconductor layer doped with a first conductive type dopant, and the second semiconductor layer 126 is a second conductive type semiconductor layer doped with a second conductive type dopant . The first conductive type dopant may include Si, Ge, Sn, Se, and Te as an n-type dopant, but is not limited thereto. The second conductivity type dopant may include, but is not limited to, Mg, Zn, Ca, Sr, and Ba as a p-type dopant. According to another embodiment, the first conductivity type dopant may be a p-type dopant and the second conductivity type dopant may be an n-type dopant.

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 first semiconductor layer 122 may be disposed on the substrate 110 and have a first thickness T1 of 250 nm, but embodiments are not limited in this respect. The second semiconductor layer 126 may have a second thickness T2 of 30 nm, but embodiments are not limited thereto.

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 third semiconductor layer 124 may be disposed between the first semiconductor layer 122 and the second semiconductor layer 126. For example, the third thickness T3 of the third semiconductor layer 124 may be between 10 A and several tens of micrometers, but the embodiment is not limited to a specific value of the third thickness T3.

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 second semiconductor layer 126 and the third semiconductor layer 124, so that a boundary between the third semiconductor layer 124 and the fourth semiconductor layer, A strong electric field is generated in the fourth semiconductor layer near the boundary, and a carrier (for example, electrons) is multiplied and aberrated by the fourth semiconductor layer owing to the strong electric field, whereby the gain of the semiconductor element 100A may be improved have.

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 first semiconductor layer 122, the second semiconductor layer 126, the third semiconductor layer 124, and the fourth semiconductor layer may be formed of a semiconductor compound. For example, each of the first semiconductor layer 122, the second semiconductor layer 126, the third semiconductor layer 124, and the fourth semiconductor layer may include a nitride semiconductor, and may be implemented with heavily doped GaN . For example, the first semiconductor layer 122, the second semiconductor layer 126, the third semiconductor layer 124 and the fourth semiconductor layers each of In x Al y Ga 1 -x- y N (0≤x≤ GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, and InGaAs, AlGaP, InGaP, AlInGaP, and InP.

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 first semiconductor layer 122 may include n-type AlGaN, the second semiconductor layer 126 may include p-type AlGaN, and the third semiconductor layer 124 may include i-AlGaN .

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 first semiconductor layer 122 may include n-type InP, the second semiconductor layer 126 may include p-type InP, and the third semiconductor layer 124 may include undoped InGaAs.

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 light receiving element 100A generates electron and hole pairs in the third semiconductor layer 124. [ The generated electrons and holes can be detected as a current, respectively, by moving in opposite directions due to the electric field across the third semiconductor layer 124, and meeting the first and second electrodes 142 and 144, respectively. Although not shown, the negative terminal and the positive terminal of an ammeter (not shown) are connected to the first electrode 142 and the second electrode 144, respectively, to measure the current generated in the light receiving element 100A have.

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 third semiconductor layer 124 may be a depletion region. The third semiconductor layer 124 can absorb light in the deep ultraviolet wavelength band. For example, the third semiconductor layer 124 can absorb light having a wavelength band of 280 nm or less. However, the embodiment is not limited to a specific wavelength band of light absorbed in the third semiconductor layer 124. [

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 third semiconductor layer 124 may comprise a PIN structure. The PIN structure may include an n-type fifth semiconductor layer (not shown), an intrinsic semiconductor layer (not shown) and a p-type sixth semiconductor layer (not shown). The intrinsic semiconductor layer may be disposed between the n-type fifth semiconductor layer and the p-type sixth semiconductor layer. The intrinsic semiconductor layer may be an undoped semiconductor layer or an unintentionally doped semiconductor layer. Unintentional semiconductor layer means that N-vacancy occurs without doping an n-type dopant such as a silicon (Si) atom in a dopant, for example, in a process of growing a semiconductor layer. At this time, if the N vacancy increases, the concentration of the surplus electrons becomes large, so that it can have electrical characteristics similar to those doped with the n-type dopant, unintentionally in the manufacturing process. a fifth semiconductor layer n-type Al x Ga (1-x) N can include a semiconductor material, the sixth semiconductor layer p-type having a composition formula of (0 = x = 1) is Al y Ga (1-y) The semiconductor layer may include a semiconductor material having a composition formula of N (0 = y = 1), and the intrinsic semiconductor layer may include a semiconductor material having a composition formula of Al z Ga (1-z) N have.

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 semiconductor element 100A serving as a light receiving element may be of the back illumination type in which the photon is incident on the substrate 110 side or may be a forward illumination type incident on the second semiconductor layer 126 side.

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 semiconductor device 100A is of the forward irradiation type and the energy band gaps of the p-type sixth semiconductor layer and the intrinsic semiconductor layer are equal to each other, the carrier is excited in the p-type sixth semiconductor layer and absorbed to form the intrinsic semiconductor layer It may be difficult to provide. Therefore, when aluminum (Al) is added to the intrinsic semiconductor layer, the phenomenon that carriers are absorbed in the p-type sixth semiconductor layer may be further intensified. In order to prevent this, the energy band gap of the sixth p-type semiconductor layer may be increased to prevent carriers from being absorbed in the p-type sixth semiconductor layer. Therefore, in order to increase the energy band gap of the sixth p-type semiconductor layer more than the energy band gap of the intrinsic semiconductor layer, Al may be added to the sixth p-type semiconductor layer. That is, the content (z) of aluminum contained in the intrinsic semiconductor layer may be not less than the content (y) of aluminum contained in the p-type sixth semiconductor layer. However, the energy band gap between the p-type sixth semiconductor layer and the intrinsic semiconductor layer is not limited to this. This is because, if the thickness of the p-type sixth semiconductor layer is made sufficiently thin, the carrier may not be absorbed in the p-type sixth semiconductor layer.

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 semiconductor element 100A is a forward irradiation type backward irradiation type, the size or thickness of the energy band gap between the n-type fifth semiconductor layer, the intrinsic semiconductor layer and the p-type sixth semiconductor layer can be determined, Examples are not limited to the relative sizes of such energy band gaps and to specific values of thickness.

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 first electrode 142 may include at least one recess that exposes the first semiconductor layer 122 through the third semiconductor layer 126 and the second semiconductor layer 124 ) CH1 on the first semiconductor layer 122 and may be electrically connected to the first semiconductor layer 122. [

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 first electrode 142 may be disposed at a portion of the first semiconductor layer 122 exposed in at least one recess CH1. In this case, the first width W1 of the first electrode 142 in the second direction, which is different from the first direction, in which the substrate 110 is viewed from the light emitting structure 120, 2 < / RTI > width W2. Here, the second direction may be orthogonal to the first direction. For example, the first direction may be the x-axis direction and the second direction may be the y-axis direction.

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 first electrode 142 may be disposed on the entire surface of the first semiconductor layer 122 exposed in the at least one recess CH1 . In this case, the first width W1 may be equal to the second width W2.

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 first electrode 142 may have a single layer or a multi-layer structure. For example, the first electrode 142 may include a first layer (not shown) and a second layer (not shown). The first layer may include Ti and be disposed on the first semiconductor layer 122 exposed in the recess CH1. The second layer includes Al and may be disposed on the first layer.

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 cover metal layer 152 exposed on the plane without being covered by the second insulating layer 134 Or the diameter of the recess) (PHI 0 ) may be between 10 μm and 150 μm, but the embodiment is not limited thereto.

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 second electrode 144 may be disposed over the second semiconductor layer 126 and may be electrically connected to the second semiconductor layer 126. The second electrode 144 may have a single-layer or multi-layer structure. For example, the second electrode 144 may include a first layer (not shown) and a second layer (not shown). The first layer includes Ni and is disposed on the second semiconductor layer 126, and the second layer includes Au and may be disposed on the p-type first layer.

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 first electrode 142 and the second electrode 144 shown in FIG. 2 may be formed of a metal such as Ag, Ni, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, , Hf, Cr, and combinations thereof.

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 second electrode 144 includes a material that is in ohmic contact, a separate ohmic layer may be omitted as illustrated in FIG. 2, but the embodiment is not limited thereto. That is, according to another embodiment, when the second electrode 144 does not include an ohmic contact material, a separate ohmic layer (not shown) performing an ohmic function different from that illustrated in FIG. 2 is formed on the second electrode 144 and the second semiconductor layer 126. In this case, The ohmic layer may be a transparent conductive oxide (TCO). For example, the ohmic layer may be formed of indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium zinc oxide (IZTO), indium aluminum zinc oxide (IAZO), indium gallium zinc oxide (IGZO) ZnO, ZnO, IrOx, ZnO, AlGaO, AZO, ATO, GZO, IZO, RuOx, NiO, RuOx / ITO, Ni / IrOx / Au, and Ni / IrOx / Au / ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Sn, In, Ru, , Au, and Hf, and is not limited to such a material.

실시 예의 경우, 제3 반도체층(124)은 적어도 하나의 리세스(CH1)를 에워싸는 평면 형상을 갖는다.In the case of the embodiment, the third semiconductor layer 124 has a planar shape surrounding at least one recess CH1.

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 light receiving structure 120 may include a central area CA and a peripheral area PA. The central region CA refers to a region between the third semiconductor layers 124 in the recess CH1 located at the center of the inner side of the light receiving structure 120, May be referred to as an area in which the light guide plate 124 is disposed. According to the embodiment, the peripheral area PA may have a cross-sectional shape protruding from the central area CA.

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 semiconductor element 100B according to another embodiment, and Fig. 4 shows a plan view of the semiconductor element 100C according to still another embodiment. For convenience of explanation, the illustration of the second electrode 154 in Figs. 3 and 4 is omitted.

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 semiconductor device 100A includes only one recess (CH1, CHE11), but the embodiment is not limited thereto. That is, at least one recess may comprise a plurality of recesses.

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, semiconductor device 100B may include four recesses (CH21, CH22, CH23, CH24). In FIG. 3, CHE21, CHE22, CHE23, and CHE24 represent the edges of four recesses (CH21, CH22, CH23, and CH24), as CHE11 shown in FIG. 2 represents the edge of the recess CH1 .

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 semiconductor device 100C may include nine recesses (CH31 to CH39). In FIG. 4, CHE31 to CHE39 represent the edges of nine recesses (CH31 to CH39), as CHE11 shown in FIG. 2 represents the edge of the recess CH1.

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 semiconductor elements 100B and 100C shown in Figs. 3 and 4 are the same as those of Figs. 1 and 2 except that the recesses [(CH21 to CH24) or (CH31 to CH39) The semiconductor device 100A shown in Fig. Therefore, the sectional shapes of the semiconductor elements 100B and 100C shown in Figs. 3 and 4 are as shown in Fig. The semiconductor elements 100B and 100C shown in FIG. 3 and FIG. 4 are the same as the semiconductor elements 100A and 100B shown in FIGS. 1 and 2 except that the positions and the number of the recesses CH are different from each other. The description of the semiconductor elements 100B and 100C shown in Figs. 3 and 4 is replaced by a description of the semiconductor element 100A shown in Figs. 1 and 2.

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 semiconductor elements 100B and 100C include a plurality of recesses, as illustrated in FIGS. 3 and 4, a plurality of recesses may be spaced apart from each other in a symmetrical shape on a plane, It is not limited.

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 layer 132 is formed on the side of each of the second semiconductor layer 126 and the third semiconductor layer 124 exposed in the recess CH1, The first cover metal layer 142 and the first cover metal layer 152. [ The first electrode 142 and the first cover metal layer 152 and the sides of the second and third semiconductor layers 124 and 126 can be electrically separated from each other by disposing the first insulating layer 132. [

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 cover metal layer 152 may be disposed to surround the first electrode 142. The second cover metal layer 154 may be disposed around the second electrode 144.

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 cover metal layers 152 and 154 may be made of a material having excellent electrical conductivity. For example, each of the first and second cover metal layers 152 and 154 may be formed of Ti, Au, Ni, In, Co, W, Fe. Rh, Cr, Al, and the like, but is not limited thereto.

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 semiconductor devices 100A, 100B, and 100C may have a horizontal bonding structure, but the embodiments are not limited thereto.

이하, 플립 칩 본딩 구조를 갖는 반도체 소자(200)에 대해 다음과 같이 살펴본다.Hereinafter, the semiconductor device 200 having a flip chip bonding structure will be described as follows.

도 5는 플립 칩 본딩 구조를 갖는 실시 예에 의한 반도체 소자(200)의 단면도를 나타낸다.5 shows a cross-sectional view of a semiconductor device 200 according to an embodiment having a flip chip bonding structure.

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 semiconductor device 200 shown in FIG. 5 includes the semiconductor device 100A, the first and second pads 172 and 174, the first and second electrode pads 182 and 184, Second lead frames 202, 204, first and second insulation portions 212, 214, respectively. Here, the first and second electrode pads 182 and 184 may be omitted.

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 semiconductor device 100A included in the semiconductor device 200 shown in FIG. 5 is the same as the semiconductor device shown in FIG. 2, the same reference numerals are used, and a duplicate description thereof will be omitted.

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 first pad 172 is electrically connected to the first electrode 142 through the first cover metal layer 152 and the second pad 174 is electrically connected to the second electrode 144 through the second cover metal layer 154. [ As shown in FIG.

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 first pad 172 electrically connects the first electrode 142 to the first lead frame 202 and the second pad 174 electrically connects the second electrode 144 to the second lead frame 204. [ As shown in FIG.

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 portions 212 and 214 are disposed between the first and second lead frames 202 and 204 to electrically isolate the first and second lead frames 202 and 204 from each other.

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 insulating layer 134 may be disposed between the first pad 172 and the second cover metal layer 154 to electrically isolate the first pad 172 and the second cover metal layer 154 from each other.

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 insulating layer 134 exposes the upper portion of the first cover metal layer 152 to which the first pad 172 is connected and the upper portion of the second cover metal layer 154 to which the second pads 174 are connected And may be disposed on the entire surface of the light receiving structure 120 while exposing the light receiving structure 120. Accordingly, in FIG. 1, it can be seen that a part of the first cover metal layer 152 and the second cover metal layer 152 are exposed by the second insulating layer 134. 3, part of the first cover metal layers 152-1 to 152-4 is exposed by the second insulating layer 134, and in the case of FIG. 4, the first cover metal layers 152-1 to 152-9 ) Is exposed by the second insulating layer 134. [0064] As shown in FIG.

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 layers 132 and 134 and the first and second insulating portions 212 and 214 may be the same material or different materials. Each of the first and second insulating layers 132 and 134 and the first and second insulating portions 212 and 214 may be made of a nonconductive oxide or a nitride. For example, a silicon oxide (SiO 2 ) layer , An oxynitride layer, Al 2 O 3 , or an aluminum oxide layer, but the embodiment is not limited thereto.

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 semiconductor device 100A shown in FIG. 2, which is a horizontal bonding structure, the semiconductor device 200 shown in FIG. 5 is a flip chip bonding structure, so that light from the outside is incident on the substrate 110 and the first semiconductor layer 122 to the third semiconductor layer 124. The first semiconductor layer 122 and the second semiconductor layer 126 are formed of a material having light transmittance and the second semiconductor layer 126, the first electrode 142, and the second electrode 144 are made of a light- And the like.

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 semiconductor element 100A shown in Figs. 1 and 2 will be described with reference to Figs. 6A to 6F, but the embodiments are not limited thereto. That is, the semiconductor device 100A shown in Figs. 1 and 2 may be manufactured by a method different from the manufacturing method shown in Figs. 6A to 6F. Further, the semiconductor devices 100B and 100C shown in Figs. 3 and 4 can be manufactured by the method illustrated in Figs. 6A to 6F, except that the position and the number of the recesses are different.

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 semiconductor device 100A according to the embodiment.

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 light receiving structure 120 is formed on a substrate 110. Specifically, a first semiconductor layer 122 is formed on a substrate 110, and a third semiconductor layer 124 is formed on a first semiconductor layer 122. Thereafter, the second semiconductor layer 126 is formed on the third semiconductor layer 124.

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 first semiconductor layer 122. Referring to FIG. 6B can be performed by a conventional photolithography process. That is, after an etching mask (not shown) is disposed in an area other than the area where the first recess CH1 is to be formed, the light receiving structure 120 is etched using an etching mask to form a recess CH1, By stripping the etch mask, the recess CH1 illustrated in Fig. 6B can be formed.

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 first electrode 142 is to be disposed in the recess CH1 is exposed, and a region on the second semiconductor layer 126 where the second electrode 144 is to be disposed is exposed The first insulating layer 132 is formed on the entire surface of the light receiving structure 120.

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 first electrode 142 is formed on the exposed first semiconductor layer 122 in the recess CH1 without being covered by the first insulating layer 132. Referring to FIG.

이후, 도 6e를 참조하면, 제1 절연층(132)에 의해 덮이지 않고 노출된 제2 반도체층(126) 위에 제2 전극(144)을 형성한다.6E, a second electrode 144 is formed on the exposed second semiconductor layer 126 without being covered by the first insulating layer 132. Referring to FIG.

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 cover metal layer 152 that surrounds the first electrode 142 and a second cover metal layer 154 that surrounds the second electrode 144 are formed.

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 substrate 10, a light receiving structure 20, a second insulating layer 34, first and second electrodes 42 and 44, 2 cover metal layers 52,54. Here, the substrate 10, the light receiving structure 20, the second insulating layer 34, the first and second electrodes 42 and 44, and the first and second cover metal layers 52 and 54 are shown in FIG. The first and second electrodes 142 and 144 and the first and second cover metal layers 152 and 154, respectively, of the substrate 110, the light receiving structure 120, the second insulating layer 134, Therefore, redundant description will be omitted. That is, the first semiconductor layer 22, the second semiconductor layer 26, and the third semiconductor layer 24 included in the light receiving structure 20 have the first semiconductor layer 122, the second semiconductor layer 126 and the third semiconductor layer 124, respectively.

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 semiconductor devices 100A, 100B, 100C, and 200 according to the embodiments shown in FIGS. 1 to 5, the third semiconductor layer 124 has a planar shape that surrounds the first electrode 142. On the other hand, in the case of the semiconductor device according to the comparative example shown in FIGS. 7 and 8, the first electrode 42 has a planar shape that surrounds the third semiconductor layer 24. Except for these differences, the semiconductor device according to the comparative example shown in FIG. 7 and FIG. 8 is the same as the semiconductor device 100A, 100B, and 100C according to the embodiment, and thus duplicate description will be omitted.

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 first electrode 42 has a planar shape surrounding the third semiconductor layer 24. In this case, the third planar area A3 of the third semiconductor layer 24 may be smaller than the fourth planar area A4 excluding the third planar area A3 in the entire planar area of the first semiconductor layer 22. [ Here, the third planar area A3 can be expressed by the following equation (1), and the fourth planar area A4 can be expressed by the following equation (2).

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
Figure pat00002

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 third semiconductor layer 24 having a circular planar shape, WT represents the width of the first semiconductor layer 22 in the second direction, LT represents the width of the first semiconductor layer 22, In the third direction. Here, the third direction may be a direction different from the first and second directions, and may be a direction orthogonal to the first and second directions. For example, when the first direction is the x-axis direction and the second direction is the y-axis direction, the third direction may be the z-axis direction.

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).

Figure pat00003
Figure pat00003

Figure pat00004
Figure pat00004

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 first semiconductor layer 122 in the second direction, LT represents the width of the first semiconductor layer Represents the length of the semiconductor layer 122 in the third direction.

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 third semiconductor layer 24 shown in FIG. 9 is smaller than the diameter φ 2 of the third semiconductor layer 24 shown in FIG. 10, and the third semiconductor layer 24 24) the diameter of the (φ 2) is smaller than the diameter (φ 2) of the third semiconductor layer 24 shown in Fig. 9 and 10, except that the number and position of the second cover metal layer 54 are different from the diameter ( 2 ) of the third semiconductor layer 24 as described above, the semiconductor device shown in Figs. 7 and 8 The same reference numerals are used for the same portions, and redundant description of the semiconductor elements shown in FIGS. 9 and 10 will be omitted.

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.

구분division 도 77 도 99 도 1010 지름(φ2)(㎝)Diameter (φ 2 ) (cm) 0.10.1 0.040.04 0.070.07 A3 (㎠)A3 (cm2) 7.85 x 10-3 7.85 x 10 -3 1.26 x 10-3 1.26 x 10 -3 3.85 x 10-3 3.85 x 10 -3 A4 (㎠)A4 (㎠) 4.25 x 10-3 4.25 x 10 -3 10.84 x 10-3 10.84 x 10 -3 8.25 x 10-3 8.25 x 10 -3

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 third semiconductor layer 24, the larger the photocurrent. The increase in the photocurrent can mean that the sensing sensitivity of the semiconductor device increases.

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 semiconductor elements 100A and 100B having the width W in the second direction and the length L in the third direction 1100 m respectively in Figs. 1 and 4, The first and second planar areas A1 and A2 were obtained as shown in the following Table 2 while varying the distance 1 between the first and third semiconductor layers 124. [ At this time, the width WT of the first semiconductor layer 122 in the second direction and the length LT in the third direction of the first semiconductor layer 122 were set to 1100 mu m, respectively. In this case, the diameter? 0 of the first cover metal layer 152 that was exposed without being covered by the second insulating layer 134 was regarded as the diameter? 1 .

구분division 도 11 도 44 지름(Φ1)(㎝)Diameter (Φ 1 ) (㎝) 0.0010.001 0.0150.015 A1 (㎠)A1 (cm2) 12.1 x 10-3-0.785 x 10-6 12.1 x 10 -3 -0.785 x 10 -6 10.51 x 10-3 10.51 x 10 -3 A2 (㎠)A2 (cm2) 0.785 x 10-6 0.785 x 10 -6 1.59 x 10-3 1.59 x 10 -3

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 peak response rates 304, 306, 308 and 310 on the basis of the lowest peak response rate 302. That is, the peak response rates 304 to 310 correspond to the peak response rates when the peak response rate 302 is '1'.

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 peak response rate 302 when the third planar area A3 of the third semiconductor layer 24 is the smallest is the smallest, and as shown in FIG. 10, The peak response rate 304 slightly increases when the third planar area A3 of the semiconductor layer 24 increases and the third planar area A3 of the third semiconductor layer 24 increases further as shown in Fig. The peak response rate 306 is further increased. In addition, as in the embodiment 100C shown in FIG. 4, when the first planar area A1 of the third semiconductor layer 124 increases, the peak response rate 308 is higher than the peak response rates 302, 304, 306 And the peak response rate 310 is maximized when the first planar area A1 of the third semiconductor layer 124 further rises as in the embodiment 100A shown in FIG.

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 third semiconductor layer 24 is 7.85.times.10.sup.- 3 cm.sup.2, LT x WT), which is about 64.87% of 12.1 cm < 2 >. On the other hand, in the case of the embodiment, it can be seen that the first plane area A1 of the third semiconductor layer 124 is larger than 64.87%. For example, referring to Table 2, the first planar area A1 shown in FIG. 4 is about 86.85% of the entire planar area 12.1 cm 2 of the first semiconductor layer 122, which is 10.51 cm 2. As described above, in the embodiment, the ratio of the first planar area A1 of the third semiconductor layer 124 to the entire planar area of the first semiconductor layer 122 can be larger than 64.87%.

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 semiconductor devices 100A, 100B, and 100C according to the embodiments have a higher photocurrent than the comparative example as the planarity of the third semiconductor layer 124 increases. That is, the sensing sensitivity of the semiconductor devices 100A, 100B, and 100C according to the embodiment is higher than that of the semiconductor devices according to the comparative example. This is the case where the semiconductor devices 100A, 100B, and 100C according to the embodiment operate in a photovoltaic mode.

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 first electrode 42 has a planar shape surrounding the third semiconductor layer 24, the third semiconductor layer 124 has a recess The degree of freedom of designing the semiconductor devices 100A, 100B, and 100C increases. That is, the arrangement (or position) and / or the number of recesses can be designed in various ways.

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 금속층
100A, 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)

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 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.
제1 항에 있어서, 상기 제1 반도체층의 전체 평면적에 대한 상기 제3 반도체층의 제1 평면적의 비율은 64.87% 보다 큰 반도체 소자.2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the ratio of the first planar portion of the third semiconductor layer to the entire planar portion of the first semiconductor layer is larger than 64.87%. 제1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 리세스는 복수의 리세스를 포함하며,
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.
제1 항에 있어서, 광 전지(photovoltaic) 모드에서 동작하는 반도체 소자.The semiconductor device according to claim 1, which operates in a photovoltaic mode. 제1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 리세스는 원형, 타원형 또는 다각형 평면 형상을 갖는 반도체 소자.The semiconductor device of claim 1, wherein the at least one recess has a circular, elliptical or polygonal planar shape. 제1 항에 있어서, 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 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.
제1 항에 있어서, 상기 제1 전극은 상기 적어도 하나의 리세스에서 노출된 상기 제1 반도체층의 전면에 배치된 반도체 소자.2. The semiconductor device of claim 1, wherein the first electrode is disposed on a front surface of the first semiconductor layer exposed in the at least one recess. 제1 항에 있어서, 상기 제1 전극은 상기 적어도 하나의 리세스에서 노출된 상기 제1 반도체층의 일부분에 배치된 반도체 소자.2. The semiconductor device of claim 1, wherein the first electrode is disposed at a portion of the first semiconductor layer exposed at the at least one recess. 제6 항에 있어서, 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 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.
제9 항에 있어서, 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 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.
제10 항에 있어서, 상기 제2 절연층에 의해 덮이지 않고 노출된 상기 제1 커버 금속층은 원형 평면 형상을 갖고, 평면상에서 10 ㎛ 내지 150 ㎛의 지름을 갖는 반도체 소자.11. The semiconductor device according to claim 10, wherein the first cover metal layer that is not covered by the second insulating layer has a circular planar shape and has a diameter of 10 mu m to 150 mu m on a plane. 제1 항 내지 제11 항 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 반도체층은 n형이고, 제2 반도체층은 p형인 반도체 소자.12. The semiconductor device according to any one of claims 1 to 11, wherein the first semiconductor layer is n-type and the second semiconductor layer is p-type.
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