KR20180064112A - 반도체 소자 및 감지 장치 - Google Patents
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- H01L31/16—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto the semiconductor device sensitive to radiation being controlled by the light source or sources
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
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Abstract
실시 예에 개시된 가스 센서는, 제1도전형 반도체층, 제2도전형 반도체층, 및 상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 활성층을 갖는 발광 구조층을 포함하는 발광부; 및 상기 발광부 상에 배치되는 센서부를 포함하며, 상기 센서부는, 상기 발광부로부터 방출된 광에 의해 저항이 변화되는 감지재; 제1패드부 및 상기 제1패드부로부터 연장되어 상기 감지재에 접촉되는 제1연장부를 포함하는 제1센서 전극; 제1패드부 및 상기 제2패드부로부터 상기 제1연장부 방향으로 연장되고 상기 감지재에 접촉되는 제2연장부를 포함하는 제2센서 전극을 포함하며, 상기 제1연장부는 상기 제2연장부와 이격되며, 상기 감지재는 상기 제1연장부 및 상기 제2연장부 상에 배치되며, 상기 감지재는 상기 제1연장부 및 제2연장부 중 적어도 하나와 수직 방향으로 중첩되는 제1영역과, 상기 제1,2연장부와 수직 방향으로 중첩되지 않는 제2영역을 포함한다.
Description
실시 예는 반도체 소자에 관한 것이다.
실시 예는 센서부와 발광부를 갖는 반도체 소자에 관한 것이다.
실시 예는 가스 센싱을 위한 센서부와 발광부를 갖는 반도체 소자에 관한 것이다.
실시 예는 가스 검출을 위한 반도체형 소자 및 그 감지 장치에 관한 것이다.
우리의 생활환경에는 대단히 많은 종류의 가스가 존재하고 있다. 일반가정, 업소, 공사장에서의 가스사고, 석유콤비나트, 탄광, 화학플랜트 등에서의 폭발사고 및 오염 공해 등의 문제가 잇따르고 있다. 인간의 감각기관으로는 위험 가스의 농도를 정량적으로 판별하거나 가스의 종류를 거의 판별할 수 없다. 이에 대응하기 위해 물질의 물리적 성질 또는 화학적 성질을 이용한 가스 센서가 개발되어 가스의 누설탐지, 농도 측정 및 경보 등에 사용되고 있다.
이러한 가스 센서에 대한 연구는 오래 전부터 이루어져 왔으며, 현재 많은 종류의 가스 센서가 상용화되어 있다. 반도체를 이용한 가스 센서는, 기체 성분이 반도체의 표면에 흡착하거나 또는 미리 흡착해 있던 산소등과 같은 흡착 가스와 반응할 때 흡착 분자와 반도체 표면과의 사이에 전자 수수가 일어나고 이로 인하여 반도체의 도전율과 표면 전위 등이 변화하게 되는데, 이러한 변화를 검출하는 원리이다.
반도체 가스 센서는 측정 대기의 스펙트럼이나 이온 모빌리티(mobility)에 의한 전도성 측정을 통한 광학식 가스 센서나 전기 화학식 가스 센서에 비하여 그 구조가 간단하고 공정이 용이하며, 크기가 작고 전력 소모가 작은 이점들이 있다.
실시 예는 가스 검출을 위한 반도체 소자 및 그 제조방법을 제공한다.
실시 예는 발광부로부터 방출된 광에 반응하여 가스를 검출하는 센서부를 갖는 반도체 소자 및 그 제조방법을 제공한다.
실시 예는 자외선 광을 조사하는 발광부와 가스를 검출하는 센서부를 중첩된 영역에 배치한 반도체 소자를 제공한다.
실시 예는 발광부의 반도체층 및 기판 중 적어도 하나의 위에 센서부가 배치된 반도체 소자를 제공한다.
실시 예는 발광부에 수직하게 중첩된 영역에 센서부가 배치된 반도체 소자를 제공한다.
실시 예는 가스 센서용 반도체 소자를 갖는 감지 장치를 제공한다.
실시 예에 따른 반도체 소자는, 제1도전형 반도체층, 제2도전형 반도체층, 및 상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 활성층을 갖는 발광 구조층을 포함하는 발광부; 및 상기 발광부 상에 배치되는 센서부를 포함하며, 상기 센서부는, 상기 발광부로부터 방출된 광에 의해 저항이 변화되는 감지재; 제1패드부 및 상기 제1패드부로부터 연장되어 상기 감지재에 접촉되는 제1연장부를 포함하는 제1센서 전극; 제1패드부 및 상기 제2패드부로부터 상기 제1연장부 방향으로 연장되고 상기 감지재에 접촉되는 제2연장부를 포함하는 제2센서 전극을 포함하며, 상기 제1연장부는 상기 제2연장부와 이격되며, 상기 감지재는 상기 제1연장부 및 상기 제2연장부 상에 배치되며, 상기 감지재는 상기 제1연장부 및 제2연장부 중 적어도 하나와 수직 방향으로 중첩되는 제1영역과, 상기 제1,2연장부와 수직 방향으로 중첩되지 않는 제2영역을 포함한다.
실시 예에 따른 감지 장치는, 회로 기판; 상기 회로 기판 상에 배치되며 캐비티를 포함하는 패키지 몸체;상기 캐비티 내에 배치되는 센서부; 상기 센서부와 상기 기판 사이에 배치되는 발광부; 및 상기 센서부 상에 개구부를 갖는 반사 플레이트를 포함하며, 상기 발광부는 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층, 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하고, 상기 센서부는, 상기 발광부로부터 방출된 광에 의해 저항이 변화되는 감지재; 제1패드부 및 상기 제1패드부로부터 연장되어 상기 감지재에 접촉되는 제1연장부를 포함하는 제1센서 전극; 제1패드부 및 상기 제2패드부로부터 상기 제1연장부 방향으로 연장되고 상기 감지재에 접촉되는 제2연장부를 포함하는 제2센서 전극을 포함하며, 상기 제1연장부는 상기 제2연장부와 이격되며, 상기 감지재는 상기 제1연장부 및 상기 제2연장부 상에 배치되며, 상기 감지재는 상기 제1연장부 및 제2연장부 중 적어도 하나와 수직 방향으로 중첩되는 제1영역과, 상기 제1,2연장부와 수직 방향으로 중첩되지 않는 제2영역을 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 발광부의 활성층은 상기 감지재의 제1,2영역과 수직 방향으로 중첩될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 감지재는 상기 활성층에서 방출하는 광에 의해 전도성을 가질 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 감지재의 제2영역은 상기 제1연장부와 상기 제2연장부 사이에 배치될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1연장부는 복수개이며, 상기 제2연장부는 복수개이며, 상기 제2연장부들 각각은 상기 제1연장부들 사이에 각각 배치될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 발광부는 상기 제1도전형 반도체층에 연결된 제1전극 및 상기 제2도전형 반도체층에 연결된 제2전극을 포함하며, 상기 제1,2센서 전극은 상기 제1,2전극과 전기적으로 분리될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1 및 제2전극 중 적어도 하나는 상기 제1 연장부 및 상기 제2 연장부 중 적어도 하나와 수직 방향으로 중첩되는 영역을 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 발광부와 상기 센서부 사이에 절연층을 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 절연층과 상기 발광 구조층 사이에 전도층을 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 센서부의 제1,2연장부는 상기 감지재와 상기 제2도전형 반도체층 사이에 배치되며, 상기 제2도전형 반도체층은 상기 센서부와 상기 활성층 사이에 배치될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 센서부는 상기 제1도전형 반도체층 상에 배치되며, 상기 절연층은 상기 제1도전형 반도체층과 상기 센서부 사이에 배치될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 발광 구조층은 상기 제2도전형 반도체층 위에 상기 활성층 및 상기 제1도전형 반도체층이 배치되며, 상기 발광부는 상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 활성층을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층의 일부 영역까지 배치되는 리세스를 포함하고, 상기 감지재의 적어도 일부는 상기 리세스와 수직으로 중첩되는 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 발광부는 상기 발광 구조층과 상기 센서부 사이에 투명한 재질의 기판을 포함하며, 상기 감지재는 상기 투명한 재질의 기판과 수직 방향으로 중첩될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1 및 제2전극 중 적어도 하나는 상기 제1 연장부 및 상기 제2 연장부 중 적어도 하나와 수직 방향으로 중첩되는 영역을 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 발광부는 하부에 절연성 또는 금속성 반사층을 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 발광부의 상면은 요철 구조로 형성되며, 상기 제1,2센서 전극의 제1,2연장부의 하면은 상기 요철 구조의 상면과 대응되게 배치되며, 상기 제1 센서 전극 및 상기 제2 센서 전극은 상기 발광부의 상기 요철 구조의 영역과 수직하게 중첩될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 발광 구조층 아래에 반사층을 갖는 제2전극 및 상기 발광 구조층과 상기 제2전극 사이의 외측 둘레에 배치된 보호층을 포함하며, 상기 보호층은 상기 제1 센서 전극 및 상기 제2 센서 전극 중 적어도 하나와 수직하게 중첩될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 발광 구조층 아래에 기판을 포함하며, 상기 기판은 전도성 또는 절연성 재질을 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 발광 구조층의 제1도전형 반도체층은 상기 가스 센서부와 대응되는 영역의 표면에 요철 구조를 가질 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 발광부는 상기 발광 구조층 아래에 반사층을 갖는 제2전극을 포함하며, 상기 제1,2 센서 전극의 연장부는 상기 제2전극과 수직하게 중첩될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1연장부는 상기 감지재 방향으로 연장된 복수의 제1라인 패턴을 포함하며, 상기 제2연장부는 상기 제1라인 패턴에 인접한 방향으로 연장된 복수의 제2라인 패턴을 포함하며, 상기 복수의 제1라인 패턴 사이에는 상기 제2라인 패턴이 소정 간격을 갖고 배치되며, 상기 감지재는 상기 제1,2라인 패턴 사이에 접촉되며, 상기 발광 구조층과 수직 방향으로 중첩되게 배치될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1,2라인 패턴의 연장 방향은 상기 제1,2전극을 연결한 가상 직선 방향과 직교하는 방향으로 배치될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제2전극은 상기 제1전극 방향으로 연장된 복수의 가지 전극을 포함하며, 상기 가지 전극들 중 적어도 하나는 상기 제1,2라인 패턴 중 적어도 하나와 수직 방향으로 중첩되게 배치될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 감지재는, 주 감지 재료와 촉매를 포함하며, 상기 주 감지 재료는 SnO2, CuO, TiO2, In2O3, ZnO, V2O5, RuO2, WO3, ZrO2, MoO3 , NiO, CoO, Fe2O3, 및 AB2O4 중 적어도 하나 또는 둘 이상을 포함하며, 상기 촉매는 백금(pt), 구리(Cu), 로듐(Rd), 금(Au), 팔라듐(Pd), 철(Fe), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr), 나이오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 루태늄(Ru), 로듐(Rh), 은(Ag), 하프늄(Hf), 탄탈늄(Ta), 텅스텐(W), 레늄(Re), 및 이리듐(Ir) 중 적어도 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
실시 예는 발광부로부터 조사된 광에 활성화되는 센서부를 반도체 소자로 제공함으로써, 반도체 소자 또는 가스 센서의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 히터 없이 LED의 광을 이용한 반도체 소자 또는 가스 센서를 구현함으로써, 히터의 내구성 문제나 히터에 의한 웜 업 타입(Warm up time)과 같은 시간이 소요되는 문제를 해결할 수 있다.
실시 예는 발광부 상에 센서부를 배치함으로써, 가스 센서의 사이즈를 소형화할 수 있다.
실시 예는 수평형 칩 구조의 발광부 상에 센서부가 배치된 반도체 소자 또는 가스 센서를 구현할 수 있다.
실시 예는 플립 칩 구조의 발광부 상에 센서부가 배치된 반도체 소자 또는 가스 센서를 구현할 수 있다.
실시 예는 수직형 칩 구조의 발광부 상에 센서부가 배치된 반도체 소자 또는 가스 센서를 구현할 수 있다.
실시 예는 가스 센서의 센싱 감도를 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 가스 센서부를 갖는 반도체 소자를 소형화할 수 있다.
실시 예는 가스 센서부의 소비전력을 줄일 수 있다.
실시 예는 가스 센서부를 갖는 반도체 소자 및 이를 갖는 감지 장치의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
도 1은 제1실시 예에 따른 반도체 소자의 사시도이다.
도 2는 도 1의 반도체 소자의 평면도이다.
도 3은 도 1의 반도체 소자의 A-A측 단면도이다.
도 4는 제1실시 예의 반도체 소자의 변형 예로서, 센서부의 다른 예를 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 4의 반도체 소자의 B-B측 단면도이다.
도 6은 실시 예에 따른 반도체 소자의 센서부의 제1변형 예이다.
도 7은 실시 예에 따른 반도체 소자의 센서부의 제2변형 예이다.
도 8은 도 2의 반도체 소자의 다른 예를 나타낸 평면도이다.
도 9는 도 2의 반도체 소자의 다른 예를 나타낸 평면도이다.
도 10은 도 3의 반도체 소자의 다른 예를 나타낸 측 단면도이다.
도 11은 제2실시 예에 따른 반도체 소자의 측 단면도이다.
도 12는 제3실시 예에 따른 반도체 소자의 측 단면도이다.
도 13은 도 12의 반도체 소자의 변형 예이다.
도 14는 제4실시 예에 따른 반도체 소자의 측 단면도이다.
도 15는 제5실시 예에 따른 반도체 소자의 측 단면도이다.
도 16은 도 15의 반도체 소자의 제1변형 예이다.
도 17은 도 15의 반도체 소자의 제2변형 예이다.
도 18은 실시 예에 따른 반도체 소자를 갖는 감지 장치를 나타낸 측 단면도이다.
도 19는 실시 예에 따른 센서부의 가스 센싱 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 실시 예에 따른 센서부의 저항 변화를 나타낸 그래프이다.
도 2는 도 1의 반도체 소자의 평면도이다.
도 3은 도 1의 반도체 소자의 A-A측 단면도이다.
도 4는 제1실시 예의 반도체 소자의 변형 예로서, 센서부의 다른 예를 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 4의 반도체 소자의 B-B측 단면도이다.
도 6은 실시 예에 따른 반도체 소자의 센서부의 제1변형 예이다.
도 7은 실시 예에 따른 반도체 소자의 센서부의 제2변형 예이다.
도 8은 도 2의 반도체 소자의 다른 예를 나타낸 평면도이다.
도 9는 도 2의 반도체 소자의 다른 예를 나타낸 평면도이다.
도 10은 도 3의 반도체 소자의 다른 예를 나타낸 측 단면도이다.
도 11은 제2실시 예에 따른 반도체 소자의 측 단면도이다.
도 12는 제3실시 예에 따른 반도체 소자의 측 단면도이다.
도 13은 도 12의 반도체 소자의 변형 예이다.
도 14는 제4실시 예에 따른 반도체 소자의 측 단면도이다.
도 15는 제5실시 예에 따른 반도체 소자의 측 단면도이다.
도 16은 도 15의 반도체 소자의 제1변형 예이다.
도 17은 도 15의 반도체 소자의 제2변형 예이다.
도 18은 실시 예에 따른 반도체 소자를 갖는 감지 장치를 나타낸 측 단면도이다.
도 19는 실시 예에 따른 센서부의 가스 센싱 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 실시 예에 따른 센서부의 저항 변화를 나타낸 그래프이다.
본 실시 예들은 다른 형태로 변형되거나 여러 실시 예가 서로 조합될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 각각의 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 특정 실시 예에서 설명된 사항이 다른 실시 예에서 설명되어 있지 않더라도, 다른 실시 예에서 그 사항과 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 다른 실시 예에 관련된 설명으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 특정 실시 예에서 구성 A에 대한 특징을 설명하고 다른 실시 예에서 구성 B에 대한 특징을 설명하였다면, 구성 A와 구성 B가 결합된 실시 예가 명시적으로 기재되지 않더라도 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 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.
<실시예>
도 1은 제1실시 예에 따른 반도체 소자의 사시도이고, 도 2는 도 1의 반도체 소자의 평면도이며, 도 3은 도 1의 반도체 소자의 A-A측 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 실시 예에 따른 반도체 소자는 발광부(101) 및 상기 발광부(101) 상에 센서부(105)를 포함한다. 상기 반도체 소자는 상기 센서부(105)를 갖는 발광부(101)로 구현되거나, 상기 발광부(101)를 갖는 센서부(105)로 구현될 수 있다. 상기 반도체 소자는 발광부(101)와 수직 방향(Z)으로 중첩된 영역에 센서부(105)를 구현할 수 있다. 실시 예에 따른 발광부(101)는 수평형 칩 구조, 수직형 칩 구조, 플립 칩 구조 중 적어도 하나로 구현될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광부(101)는, 예컨대 발광 소자를 포함할 수 있다. 상기 발광 소자는 LED(Light emitting diode)를 포함하며, 상기 LED는 자외선, 가시광선 또는 적외선의 광 중에서 적어도 하나를 발광할 수 있다. 실시 예에 따른 발광부(101)는 자외선 파장의 광을 발광할 수 있다. 실시 예에 따른 상기 반도체 소자에서 발광부(101)와 센서부(105) 사이의 거리는 상기 발광부(101)의 두께의 2배 이하 예컨대, 1.5배 이하일 수 있다.
상기 반도체 소자의 사이즈는 가로 × 세로 길이가 예컨대, 300㎛~2500㎛×300㎛~2500㎛의 범위일 수 있다. 상기 반도체 소자의 두께 또는 높이는 500㎛ 이하 예컨대, 30㎛ 내지 500㎛의 범위를 가질 수 있다. 평면 상에서 제1축 방향은 가로 방향 또는 X축 방향이며, 제2축 방향은 세로 방향이거나 X축 방향과 직교하는 Y축 방향일 수 있다. 제3축 방향은 높이 또는 두께 방향이거나, 상기 제1,2축 방향과 직교하는 Z축 방향일 수 있다.
<발광부(101)>
상기 발광부(101)는, 제1도전형 반도체층(121), 활성층(123) 및 제2도전형 반도체층(125)을 갖는 발광 구조층(120)을 포함한다. 상기 발광부(101)는, 상기 제1도전형 반도체층(121)에 연결된 제1전극(141), 및 상기 제2도전형 반도체층(125)에 연결된 제2전극(143)을 포함할 수 있다. 상기 발광부(101)는 기판(111)을 포함할 수 있다. 상기 발광 구조층(120)은 상기 기판(111) 위에 배치될 수 있다. 상기 센서부(105)는 상기 발광부(101)의 상면 및 측면 중 적어도 하나와 대응될 수 있다. 상기 센서부(105)는 상기 제1도전형 반도체층(121) 및 제2도전형 반도체층(125) 중 적어도 하나 또는 모두와 수직 방향으로 중첩되게 배치될 수 있다. 상기 센서부(105)는 상기 발광부(101)로부터 방출된 광에 의해 저항이 변화될 수 있다. 상기 센서부(105)는 상기 발광부(101)로부터 방출된 광에 의해 저항이 낮아지거나 전도성을 가질 수 있다.
<기판(111)>
상기 기판(111)은 전도성 또는 절연성 재질일 수 있다. 상기 기판(111)은 반도체 재질일 수 있다. 상기 기판(111)은 투광성 또는 비 투광성 재질일 수 있다. 상기 기판(111)은 사파이어 기판(Al2O3), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP, Ga2O3, GaAs와 같은 군에서 선택될 수 있다. 상기 기판(111)은 GaN계 반도체 예컨대, GaN 반도체로 형성될 수 있다. 상기 기판(111)은 bulk GaN 단결정 기판일 수 있다. 상기 기판(111)은 발광부 또는 반도체 소자를 지지하기 위한 지지부재로 사용될 수 있다.
상기 기판(111)의 상부에는 상기 발광 구조층(120)을 향하여 돌출된 복수의 돌기(미도시)를 포함할 수 있으며, 상기 돌기는 상기 기판(111)의 재질로 형성되거나, 절연 재질로 형성될 수 있다. 상기 돌기의 측 단면은 반구형 형상이거나, 다각형 형상을 포함할 수 있다. 상기 돌기는 입사되는 광의 임계각을 변화시켜 주어, 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
상기 기판(111)의 두께는 30㎛이상 예컨대, 30㎛ 내지 300㎛의 범위일 수 있으며, 상기 범위의 두께보다 작은 경우 제조 시의 핸들링이 어렵고 상기 범위보다 큰 경우 발광부의 사이즈가 커질 수 있다. 상기 기판(111)은 제1축(X) 방향의 길이와 제2축(Y) 방향의 길이가 동일하거나 다를 수 있다. 상기 기판(111)은 예컨대, X축 방향의 길이가 Y축 방향의 길이보다 클 수 있다. 상기 기판(111)은 발광부(101)로부터 분리되어 제거될 수 있다. 상기 발광부는 상기 기판(111)이 제거하거나 기판 없이 제공될 수 있다.
상기 기판(111) 상에는 III족-V족 화합물 반도체 및 II족-VI족 화합물 반도체 중 적어도 하나를 갖는 반도체층이 형성될 수 있다. 상기 반도체층은 복수의 층이 적층될 수 있다. 상기 화합물 반도체층의 성장 장비는 전자빔 증착기, PVD(physical vapor deposition), CVD(chemical vapor deposition), PLD(plasma laser deposition), 이중형의 열증착기(dual-type thermal evaporator) 스퍼터링(sputtering), MOCVD(metal organic chemical vapor deposition) 등에 의해 형성할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 반도체층이 성장되는 기판은 성장 기판 또는 투광성 기판일 수 있고, 상기 반도체층에 별도로 부착된 기판은 전도성 또는 비 전도성 기판이거나 투광성 또는 비 투광성 재질로 배치될 수 있다.
실시 예는 상기 기판(111) 아래에 반사층을 더 배치하여, 기판 방향으로 진행하는 광을 센서부(105)로 반사시켜 줄 수 있다. 다른 예로서, 상기 기판(111)의 하면 또는/및 상기 반사층의 요철 구조로 배치되어, 광의 반사 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
<발광 구조층(120)>
상기 발광 구조층(120)은 II족 내지 VI족 원소의 화합물 반도체 예컨대, II족과 VI족 화합물 반도체 또는 III족과 V족 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 상기 발광 구조층(120)은 상기 기판(111) 위에 배치될 수 있다. 상기 발광 구조층(120)의 하면은 상기 기판(111)의 상면되거나 대면할 수 있다. 상기 발광 구조층(120)과 기판(111) 사이에는 다른 반도체층이 더 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 구조층(120)은 제1도전형 반도체층(121), 활성층(123) 및 제2도전형 반도체층(125)을 포함할 수 있다.
상기 제1도전형 반도체층(121)은 상기 기판(111) 위에 배치될 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(121)은 제1도전형의 도펀트를 포함하며, 예컨대 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함한다. 상기 제1도전형 반도체층(121)은, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함한다. 상기 제1도전형 반도체층(121)은 제1도전형 도펀트가 도핑된 III족-V족 원소의 화합물 반도체 예컨대, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중에서 선택될 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(121)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제1도전형 반도체층(121)은 서로 다른 적어도 두 층이 교대로 배치된 초격자 구조로 형성될 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(121)은 전극 접촉층이 될 수 있다.
상기 제1도전형 반도체층(121)은 오픈 영역(A1)을 가질 수 있다. 상기 오픈영역(A1)은 수직 방향(Z)으로 상기 활성층(123) 및 제2도전형 반도체층(125)이 제거된 영역일 수 있다.
상기 활성층(123)은 상기 제1도전형 반도체층(121) 위에 배치될 수 있다. 상기 활성층(123)은 상기 제1도전형 반도체층(121)과 상기 제2도전형 반도체층(125) 사이에 배치될 수 있다. 상기 활성층(123)은 단일 양자 우물, 다중 양자 우물(MQW), 양자 선(quantum wire) 구조 또는 양자 점(quantum dot) 구조를 선택적으로 포함한다. 상기 활성층(123)은 우물층과 장벽층의 주기를 포함한다. 상기 우물층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함하며, 상기 장벽층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함할 수 있다. 상기 우물층/장벽층의 주기는 예컨대, InGaN/GaN, InGaN/AlGaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/InAlGaN, AlGaN/AlGaN, AlGaAs/GaAs, InGaAs/GaAs, InGaP/GaP, AlInGaP/InGaP, InP/GaAs의 페어로 구현될 수 있다. 상기 우물층/장벽층의 주기는 상기 페어들이 2주기 이상으로 형성될 수 있으며, 상기 장벽층은 상기 우물층의 밴드 갭보다 넓은 밴드 갭을 가지는 반도체 물질로 형성될 수 있다. 상기 활성층(123)은 가시 광선부터 자외선까지의 파장 범위 내에서 선택적으로 발광할 수 있으며, 예컨대 가시광선의 피크 파장을 갖는 광 또는 청색 피크 파장의 광을 발광할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제2도전형 반도체층(125)은 상기 활성층(123) 위에 배치되며 제2도전형의 도펀트가 도핑된 반도체를 포함할 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층(125)은 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함한다. 상기 제2도전형 반도체층(125)은, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP와 같은 화합물 반도체 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층(125)이 p형 반도체층이고, 상기 제2도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba을 포함할 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층(125)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제2도전형 반도체층(125)은 서로 다른 적어도 두 층이 교대로 배치된 초격자 구조로 형성될 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층(125)은 전극 접촉층이 될 수 있다.
상기 발광 구조층(120)은 다른 예로서, 제1도전형 반도체층(121)이 p형 반도체이고, 상기 제2도전형 반도체층(125)이 n형 반도체일 수 있다. 상기 발광 구조층(120)은 접합 형태에 따라 p-n 접합, n-p 접합, n-p-n 접합, p-n-p 접합 구조 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 p는 p형 반도체층이며, 상기 n은 n형 반도체층이며, 상기 n-p 접합 또는 p-n 접합은 활성층을 가지며, 상기 n-p-n 접합 또는 p-n-p 접합은 n-p 사이 또는 p-n 사이에 적어도 하나의 활성층을 가질 수 있다.
상기 발광 구조층(120)은 상기의 층들의 위 또는/및 아래에 다른 층들을 더 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 구조층(120)의 상면 면적은 하면 면적보다 좁을 수 있다. 상기 발광 구조층(120)의 하면의 면적은 상기 기판(111)의 상면의 면적과 동일하거나 작을 수 있다. 여기서, 상기 면적은 X축-Y축 평면이 이루는 면적일 수 있다. 상기 발광 구조층(120)의 측면들은 수직한 축 방향(Z)에 대해 경사진 면으로 형성될 수 있으며, 이러한 경사진 면은 광의 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
<전극 구조>
실시 예에 따른 발광부(101)의 전극 구조는 제1,2전극(141,143), 및 전도층(131)을 포함할 수 있다.
상기 제1전극(141)은 상기 제1도전형 반도체층(121)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1전극(141)은 패드로 구현될 수 있다. 상기 제1전극(141)은 상기 제1도전형 반도체층(121)의 일부 위에 배치될 수 있다. 상기 제1전극(141)은 상기 제2전극(143)보다 낮은 영역에 배치될 수 있으며, 상기 활성층(123)의 측면과 대면할 수 있다. 상기 제1전극(141)은 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 알루미늄(Al), 인(P) 중 적어도 하나 또는 이들의 선택적 합금으로 형성될 수 있으며, 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
상기 제2전극(143)은 상기 제2도전형 반도체층(125) 위에 배치될 수 있다. 상기 제2전극(143)은 상기 전도층(131) 및 상기 제2도전형 반도체층(125) 중 적어도 하나와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2전극(143)은 패드로 구현될 수 있다. 상기 제2전극(143)은, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 알루미늄(Al), 인(P) 중 적어도 하나 또는 이들의 선택적 합금으로 형성될 수 있으며, 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
상기 제1,2전극(141,143)은 발광 구조층(120) 상에서 수평 방향으로 이격되게 배치될 수 있다.
전도층(131)은 상기 발광 구조층(120) 위에 배치될 수 있다. 상기 전도층(131)은 상기 제2도전형 반도체층(125)과 제2전극(143) 사이의 영역과, 상기 제1도전형 반도체층(121)과 제1전극(141) 사이의 영역 중 적어도 하나 또는 모두에 배치될 수 있다. 상기 전도층(131)은 예컨대, 상기 제2도전형 반도체층(125) 위에 배치되며, 상기 제2도전형 반도체층(125) 및 제2전극(143)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 전도층(131)은 투명한 층이거나 반사 재질의 층으로 구현될 수 있다. 상기 전도층(131)은 금속, 비금속 또는 반도체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 전도층(131)은 금속 예컨대, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Cu, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있으며, 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 상기 전도층(131)은 비금속 예컨대, 금속 산화물 또는 금속 질화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 금속 산화물 또는 금속 질화물은 ITO(indium tin oxide), ITON(ITO nitride), IZO(indium zinc oxide), IZON(IZO nitride), 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), ZnO, IrOx, RuOx, NiO와 같은 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 전도층(131)은 발광부(101)로부터 제거될 수 있다. 상기 전도층(131)이 금속 재질인 경우, 광 투과를 위해 10nm 이하 예컨대, 1nm 내지 5nm의 두께로 형성될 있다. 다른 예로서, 상기 전도층(131)은 제거될 수 있으며, 이 경우, 상기 제2전극(143)은 다층의 제2도전형 반도체층(125)의 상면과 접촉될 수 있다. 상기 전도층(131)은 오믹 접촉 개선과 광 흡수 손실을 줄일 수 있도록 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
<절연층(113)>
상기 절연층(113)은 상기 발광부(101)와 상기 센서부(105) 사이에 배치될 수 있다. 상기 절연층(113)은 상기 전도층(131)과 상기 센서부(105) 사이에 배치될 수 있다. 상기 절연층(113)은 상기 전도층(131)이 제거된 경우, 상기 발광 구조층(120)과 상기 센서부(105) 사이에 배치될 수 있다. 상기 절연층(113)은 유전체 재질을 이용하여 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 상기 절연층(113)은 Al, Cr, Si, Ti, Zn, Zr 중 적어도 하나를 갖는 산화물, 질화물, 불화물, 및 황화물 중 적어도 하나로 형성된 절연물질 또는 절연성 수지를 포함한다. 상기 절연층(113)은 예컨대, SiO2, Si3N4, Al2O3, TiO2 또는 MgO 중에서 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 절연층(113)은 상기 제2전극(143)의 둘레에 배치될 수 있다. 상기 절연층(113)의 일부(113A)는 상기 제1전극(141)의 둘레에 연장될 수 있다. 상기 절연층(113)은 상기 센서부(105)와 상기 발광부(101) 사이를 전기적으로 절연시켜 줄 수 있다. 상기 절연층(113)의 상면 면적은 상기 센서부(105)의 바닥 면적보다 큰 면적으로 제공될 수 있다. 상기 절연층(113)은 상기 발광부(101)로부터 방출된 광을 투과시켜 줄 수 있다. 상기 절연층(113)의 두께는 5㎛ 이하 예컨대, 1㎛ 내지 2㎛의 범위를 포함할 수 있으며, 상기 범위보다 작은 경우 발광부(101)와 센서부(105) 간의 간섭이 발생될 수 있고 상기 범위보다 큰 경우 재료가 낭비되거나 센서 두께가 증가될 수 있다.
<센서부(105)>
상기 센서부(105)는 상기 발광부(101)와 전기적으로 분리될 수 있으며, 상기 발광부(101)로부터 조사된 광에 반응하여 가스 유무를 검출하는 센서일 수 있다. 상기 센서부(105)는 상기 절연층(113) 상에 배치될 수 있다. 여기서, 상기 절연층(113)은 상기 센서부(105)의 베이스 층 또는 보호 층일 수 있다. (151,153)
상기 센서부(105)는 복수의 센서 전극(151,153) 및 상기 복수의 센서 전극(151,153)에 연결된 감지재(150)를 포함한다.
상기 복수의 센서 전극(151,153)은 상기 발광 구조층(120) 위에 배치된 상기 절연층(113) 상에 배치될 수 있다. 상기 복수의 센서 전극(151,153)은 서로 분리된 제1센서 전극(151)과 제2센서 전극(153)을 포함할 수 있다. 상기 제1,2센서 전극(151,153)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Cu, Au, Hf, Mo, W, TiN, Cr 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있으며, 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
상기 제1센서 전극(151)은 제1패드부(10) 및 상기 제1패드부(10)로부터 상기 감지재(150) 방향으로 연장된 제1연장부(13)를 포함할 수 있다. 상기 제1패드부(10)는 외부 단자와 전기적으로 연결되며, 예컨대 와이어로 연결될 수 있다. 이러한 제1패드부(10)는 상기 제1연장부(13)의 두께보다 두꺼운 두께를 가지거나, 본딩층을 더 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 2와 같이, 상기 제1패드부(10)의 탑뷰 형상은 원 형상, 타원 형상 또는 다각형 형상으로 형성될 수 있다. 상기 제1패드부(10)의 상면 면적은 예컨대, 와이어의 볼(Ball)이 본딩될 수 있는 크기 이상일 수 있으며, 상기 제1연장부(13)의 패턴 너비보다는 큰 너비를 가질 수 있다.
상기 제2센서 전극(153)은 제2패드부(30) 및 상기 제2패드부(30)로부터 상기 감지재(150) 방향으로 연장된 제2연장부(33)를 포함할 수 있다. 상기 제2패드부(30)는 외부 단자와 전기적으로 연결되며, 예컨대 와이어로 연결될 수 있다. 이러한 제2패드부(30)의 상기 제2연장부(33)의 두께보다 두꺼운 두께를 가지거나, 본딩층을 더 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제2패드부(30)의 탑뷰 형상은 원 형상, 타원 형상 또는 다각형 형상으로 형성될 수 있다. 상기 제2패드부(30)의 상면 면적은 예컨대, 와이어의 볼(Ball)이 본딩될 수 있는 크기 이상일 수 있으며, 상기 제2연장부(33)의 패턴 너비보다는 큰 너비를 가질 수 있다.
상기 제1,2연장부(13,33)는 100nm 이상의 두께 예컨대, 200nm 이상의 두께로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제1,2패드부(10,30)는 상기 제1,2연장부(13,33)의 두께보다 두껍게 배치될 수 있다.
상기 제1연장부(13)는 상기 제1패드부(10)로부터 연장되고 상기 감지재(150)에 접촉될 수 있다. 상기 제2연장부(33)는 상기 제2패드부(30)로부터 상기 제1연장부(13) 방향으로 연장되고 상기 감지재(150)에 접촉될 수 있다. 상기 제1,2연장부(13,33)는 소정 간격(D1)을 갖고 서로 이격될 수 있다. 상기 감지재(150)는 상기 제1,2연장부(13,33) 상에 배치될 수 있다. 상기 제1연장부(13)는 복수개가 제2연장부(33) 또는 제2패드부(30) 방향으로 연장될 수 있다. 상기 제2연장부(33)는 복수개가 상기 제1연장부(13) 또는 제1패드부(10) 방향으로 연장될 수 있다. 상기 복수의 제1연장부(13)들 사이에는 상기 복수의 제2연장부(33)이 각각 배치될 수 있다. 상기 제1연장부(13)는 하나 또는 복수개가 수평 방향으로 감지재(150)의 영역을 통해 연장될 수 있으며, 상기 제2연장부(33)는 하나 또는 복수개가 수평 방향으로 감지재(150)의 영역을 통해 연장될 수 있다.
상기 제1,2연장부(13,33)에 대해 상세하게 설명하기로 한다. 상기 제1연장부(13)는 상기 제1패드부(10)로부터 제2축 방향을 향하여 연장된 제1가지부(11), 및 상기 제1가지부(11)로부터 제1축 방향을 향하여 연장된 제1라인 패턴(12)을 포함할 수 있다. 상기 제1라인 패턴(12)은 복수의 금속 라인을 포함하며, 상기 제1라인 패턴(12)은 상기 제1가지부(11)를 기준으로 소정 각도 예컨대, 60도 내지 120도의 각도로 연장될 수 있다. 상기 제1라인 패턴(12)의 금속 라인들은 적어도 2개 이상이 일정한 간격을 갖고 이격될 수 있다. 상기 제1라인 패턴(12)의 금속 라인 간격은, 인접한 라인 패턴들(12,32) 간의 간격(D1)보다 2배 이상일 수 있다.
상기 제2연장부(33)는 상기 제1패드부(10)로부터 제2축 방향을 향하여 연장된 제2가지부(31), 및 상기 제2가지부(31)로부터 제1축 방향을 향하여 연장된 제2라인 패턴(32)을 포함할 수 있다. 상기 제2라인 패턴(32)은 복수의 금속 라인을 포함하며, 상기 복수의 금속 라인은 상기 제2가지부(31)를 기준으로 소정 각도 예컨대, 60도 내지 120도의 각도로 연장될 수 있다. 상기 제2라인 패턴(32)들의 금속 라인들은 2개 이상이 일정 간격으로 이격될 수 있다. 상기 제2라인 패턴(32)들 간의 간격은, 인접한 라인 패턴들(12,32) 간의 간격(D1)보다 2배 이상일 수 있다.
상기 제1센서 전극(151)의 제1가지부(11)의 연장 방향과 상기 제2센서 전극(153)의 제2가지부(31)의 연장 방향은 제2축 방향(Y)을 따라 서로 평행하게 배치될 수 있다. 상기 제1라인 패턴(12)과 상기 제2라인 패턴(32)은 제1축 방향을 따라 서로 평행하게 배치될 수 있다. 상기 제1라인 패턴(12)의 금속 라인과 상기 제2라인 패턴(32)의 금속 라인은 교대로 배치될 수 있으며, 예컨대, 제1라인 패턴(12)의 금속 라인을 제1금속 라인이라고 하고, 상기 제2라인 패턴(32)의 금속 라인을 제2금속 라인이라고 한 경우, 제1금속 라인/제2금속 라인/제1금속 라인/제2금속 라인의 형태로 배열될 수 있다.
상기 제1,2라인 패턴(12,32)의 선 폭(D2,D3)은 예컨대, 5㎛ 이상 예컨대, 5㎛ 내지 100㎛의 범위일 수 있다. 상기 제1,2라인 패턴(12,32)은 상기 선 폭(D2,D3)이 상기 범위보다 작을 경우 센싱 감도가 저하될 수 있으며, 상기 범위보다 큰 경우 저항 값이 증가될 수 있다.
상기 제1,2라인 패턴(12,32) 간의 간격(D1)은 5㎛ 이상 예컨대, 5㎛ 내지 200㎛의 범위일 수 있다. 상기 제1,2라인 패턴(12,32)들은 상기 간격(D1)이 상기 범위보다 작은 경우 인접한 패턴 간의 간섭으로 인해 센서의 신뢰성이 저하될 수 있고, 상기 범위보다 큰 경우 센서부(105)의 사이즈가 커지거나 센싱 감도가 저하될 수 있다. 이러한 제1,2라인 패턴(12,32) 간의 간격(D1)에 따라 가스 측정을 위한 저항 값이 결정될 수 있으며, 상기 제1,2라인 패턴(12,32) 간의 간격(D1)이 가까울수록 상기 저항 값은 낮아질 수 있다.
상기 제1,2센서 전극(151,153)은 나노 분말(nano powder), 나노 선(nano wire), 나노 로드(nano rod), 탄소 나노 튜브(Carbon Nano Tube; CNT) 및 그라핀(graphene) 등의 물질을 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1,2패드부(10,30) 사이의 영역에는 상기 감지재(150)가 배치될 수 있다. 상기 감지재(150)는 상기 제1,2연장부(13,33)와 수직 방향(z)으로 중첩되게 배치될 수 있다.
상기 감지재(150)는 상기 제1,2센서 전극(151,153)과 연결될 수 있다. 상기 감지재(150)는 상기 제1,2센서 전극(151,153)과 접촉될 수 있다. 상기 감지재(150)는 상기 절연층(113)과 접촉될 수 있다. 상기 감지재(150)는 상기 발광 구조층(120)과 물리적으로 분리될 수 있다.
상기 감지재(150)는 상기 제1센서 전극(151)의 제1연장부(13)와, 상기 제2센서 전극(153)의 제2연장부(33) 상에 배치될 수 있다. 상기 감지재(150)는 상기 발광부(101)로부터 방출된 광에 의해 저항이 변화될 수 있다. 상기 감지재(150)는 상기 발광부(101)로부터 방출된 광에 의해 저항이 낮추어지거나 전도성을 가질 수 있다.
도 2 및 도 3과 같이, 상기 감지재(150)는 상기 제1,2연장부(13,33) 상에 배치될 수 있다. 상기 감지재(150)는 상기 제1,2연장부(13,33) 중 적어도 하나와 수직 방향(Z)으로 중첩된 제1영역(R1)과, 상기 제1,2연장부(13,33)와 수직 방향으로 중첩되지 않는 제2영역(R2)을 포함할 수 있다. 상기 제2영역(R2)은 상기 발광 구조층(120) 방향 또는/및 기판 방향으로 돌출될 수 있다. 상기 제2영역(R2)은 상기 제1,2연장부(13,33) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제1,2영역(R1,R2)은 소정 길이를 갖고 교대로 배치될 수 있다. 상기 제2영역(R2)의 일부는 상기 제1,2연장부(13,33) 사이의 간격(D1)과 동일한 폭일 수 있다. 상기 제2영역(R2)은 일 방향으로 긴 길이를 갖고 연장될 수 있으며, 상기 제2영역(R2)의 연장 방향은 상기 제1,2연장부(13,33)의 연장 방향과 평행하게 배치될 수 있다. 상기 제1,2연장부(13,33) 사이의 간격(D1)은 5㎛ 이상 예컨대, 5㎛ 내지 200㎛의 범위일 수 있다. 상기 제1,2연장부(13,33)들은 상기 간격(D1)이 상기 범위보다 작은 경우 인접한 연장부(13,33) 간의 간섭으로 인해 센서의 신뢰성이 저하될 수 있고, 상기 범위보다 큰 경우 센서부(105)의 사이즈가 커지거나 센싱 감도가 저하될 수 있다. 이러한 제1,2연장부(13,33) 간의 간격(D1)에 따라 가스 측정을 위한 저항 값이 결정될 수 있으며, 상기 제1,2연장부(13,33) 간의 간격(D1)이 가까울수록 상기 감지재(150)의 저항 값은 낮아질 수 있다.
상기 감지재(150)는 상기 제1,2연장부(13,33) 사이의 영역에서 상기 제1,2연장부(13,33)에 접촉될 수 있다. 이러한 감지재(150)는 상기 발광부(101)로부터 방출된 광(L1)에 의해 저항이 낮아지거나 전도성을 갖게 되므로, 인접한 제1,2연장부(13,33) 사이를 전기적으로 연결시켜 줄 수 있다. 상기 감지재(150)는 상기 발광부(101)로부터 입사된 광에 의해 제1저항을 갖게 되며, 외부 가스(G2)가 유입되면 상기 제1저항 보다 낮은 제2저항으로 변화될 수 있다. 이에 따라 상기 감지재(150)는 광(L1)과 가스(G2)에 의해 제1,2연장부(13,33) 사이의 전기적인 저항을 낮추어 주고, 상기 제2영역(R2)을 통해 제1,2연장부(13,33)를 전기적으로 연결시켜 줄 수 있다. 이러한 제1,2연장부(13,33)가 상기 감지재(150)에 의해 전기적으로 연결되고, 상기 제1,2연장부(13,33) 간의 저항이 낮아지게 됨으로써, 제1,2센서 전극(151,153)에 의해 저항을 검출할 수 있다. 상기 검출된 저항의 변화는 반도체 소자에 의한 가스 존재 유무를 측정할 수 있다.
상기 감지재(150)의 제1,2영역(R1,R2)은 상기 발광 구조층(120)과 수직 방향으로 중첩될 수 있다. 상기 감지재(150)의 제1,2영역(R1,R2)은 활성층(123)과 수직 방향으로 중첩될 수 있다.
상기 감지재(150)는 상기 제1연장부(13)의 제1라인 패턴(12)과 상기 제2연장부(33)의 제2라인 패턴(32) 상에 배치될 수 있다. 상기 감지재(150)의 바닥은 상기 제1,2라인 패턴(12,32)의 상면, 상기 제1,2라인 패턴(12,32)들의 사이의 영역에 배치될 수 있다. 상기 감지재(150)는 상기 발광부(101)의 상면 또는 상기 절연층(113)의 상면 영역 중에서 상기 제2전극(143) 및 상기 제1,2패드부(10,30)를 제외한 영역 상에 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 감지재(150)는 제2축 방향(Y)의 바닥 길이가 제1,2연장부(13,33)의 Y축 방향의 최 외곽 제1,2라인 패턴(12,32)들 간의 간격보다 크거나 작게 배치될 수 있다. 상기 감지재(150)는 제1축 방향(X)의 바닥 길이가 각 라인 패턴(12,32)의 X축 방향의 길이보다 길거나 작게 배치될 수 있다. 이는 인접한 한 쌍의 라인 패턴(12,32) 사이의 영역에 감지재(150)가 배치하더라도, 가스 검출은 가능하기 때문에, 감지재(150)의 양이나 위치를 조절할 수 있다.
상기 제1,2라인 패턴(12,32)의 연장 방향은 상기 제1,2전극(141,143)을 연결한 가상 직선의 방향과 평행한 방향으로 배열될 수 있다. 이에 따라 상기 제1,2전극(141,143) 사이의 센터 영역과 상기 감지재(150)가 수직 방향으로 중첩되므로, 상기 감지재(150)로 입사되는 상기 발광 구조층(120)을 통해 방출된 광의 광량은 증가될 수 있다.
상기 감지재(150)는, 금속 산화물 재질로 형성될 수 있다. 상기 감지재(150)는 주 감지 재료와 촉매를 포함할 수 있다. 상기 주 감지 재료는 금속 산화물 재질을 포함하며, 상기 촉매는 금속을 포함할 수 있다. 상기 주 감지 재료는 예컨대, SnO2, CuO, TiO2, In2O3, ZnO, V2O5, RuO2, WO3, ZrO2, MoO3 , NiO, CoO, Fe2O3, 및 AB2O4 중 적어도 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있으며, 이것으로 제한되지 않는 다양한 재료들로 이루어질 수 있다. 상기 감지재(150)의 촉매는 예컨대, 백금(Pt), 구리(Cu), 로듐(Rd), 금(Au), 팔라듐(Pd), 철(Fe), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr), 나이오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 루태늄(Ru), 로듐(Rh), 은(Ag), 하프늄(Hf), 탄탈늄(Ta), 텅스텐(W), 레늄(Re), 이리듐(Ir) 중 적어도 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 이러한 촉매 재료는 감지재(150) 내의 도핑 재료로서, 상기 주 감지 재료와 혼합될 수 있다. 상기 감지재(150)는 센싱 및 촉매 속성들의 둘 모두를 가질 수 있는 재료들을 포함할 수 있다. 실시 예에 따른 감지재(150)의 재질은 감지하고자 하는 가스 종류에 따라 상기의 주 감지 재료와 촉매 중에서 선택적으로 혼합될 수 있다. 상기 센서부(105)에서의 감지라는 의미는, 측정 가스의 존재 유무뿐만 아니라, 측정 가스의 농도 변화까지도 감지함을 의미할 수 있다.
상기 감지재(150)는 제1,2센서 전극(151,153)의 표면에 접촉되어, 임피던스(impedance) 변화를 줄 수 있다. 상기 감지재(150)는 1종류 또는 2종류 이상의 주 감지 재료를 혼합하고, 이 혼합된 재료에 1종류 또는 2종류의 촉매 재료를 도핑할 수 있다. 상기 촉매 재료는 상기 주 감지 재료의 5wt% 이하 예컨대, 1wt% 내지 5wt%의 범위로 첨가될 수 있으며, 상기 촉매 재료가 상기 범위를 초과하면 가스 감지 감도가 저하될 수 있다. 예를 들면, 상기 감지재(150)는 SnO2와 ZnO을 혼합할 경우, SnO2를 ZnO보다 더 많은 비율로 혼합할 수 있으며, 예컨대 SnO2:ZnO의 몰 비율은 1.1:1 ~ 2.5:1의 비율로 혼합할 수 있으며, 촉매 재료는 예컨대, 백금(Pt)을 상기 주 감지 재료의 1wt% 내지 3wt%의 범위로 도핑할 수 있다. 여기서, SnO2의 경우 밴드 갭이 3.6eV 정도 되므로, 발광부(101)로부터 방출된 광이 340nm인 경우, 포토 커런트(photo current)를 형성시켜 줄 수 있다. 상기 주 감지 재료의 입자 사이즈는 30nm 이상 예컨대, 30nm 내지 60nm의 범위를 가지며, 상기 입자 사이즈가 작으면 특성은 개선될 수 있으나 비용 증가 문제가 존재하고, 상기 범위보다 큰 경우 표면 에너지가 작아져 산소 공공(oxygen vacancy)을 만들지 못하는 문제가 발생될 수 있다.
실시 예에 따른 센서부(105)는 도 3 및 도 19와 같이, 발광부(101)로부터 광(L1)이 조사되면(스텝 ①), 상기 감지재(150)에 의해 전자(e-)가 발생되며(Step ②), 이때 상기 감지재(150)는 대기 중에서 가장 큰 구성비를 차지하는 질소나 산소와 가장 먼저 반응이 일어날 수 있다(스텝 ③). 상기 질소는 비활성 가스로서 반도체 소자의 감지재(150)와는 아무런 반응이 일어나지 않고, 산소는 감지재(150) 표면에서 흡착되어 O2-, O2 -및 O-등의 산화 이온 형태로 존재하게 되며(스텝 ④), 이때 산화 이온과 가스(G2)가 반응하여 전자를 이동시켜 줄 수 있다. 이때 감지재(150)의 표면에서의 전자 이동에 따라 매우 큰 임피던스 변화, 즉 고감도 특성이 나타날 수 있다. 즉, 상기 감지재(150)는 광(L1)에 반응하여 발생된 전자와 산소의 반응으로 산화 이온을 생성시켜 주고, 상기 생성된 산화 이온은 가스(G2)와 반응하여 상기 감지재(150)를 통해 전자를 이동시켜 줄 수 있다. 이러한 감지재(150)에서의 전자 이동은 제1,2센서 전극(151,153) 사이의 저항(R)을 변화시켜 예컨대, 저항을 낮추어 줄 수 있으며, 상기 감지재(150)의 저항 변화는 센서 전극들(41,43)에 의해 검출될 수 있다. 상기 감지재(150)는 광(L1)에 의해 전도성을 가질 수 있으며, 상기 가스(G2)가 감지되면 상기 전도성 특성이 더 개선 예컨대, 상기 감지재(150)의 저항이 더 낮아질 수 있다 이에 따라 상기 제1,2센서 전극(151,153)은 상기 감지재(150)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 도 20과 같이, 상기 자외선(UV)의 온, 오프에 따라 상기 반도체 소자의 센싱 저항 레벨이 로우/하이로 변경될 수 있다. 상기 가스는 H2, CO2, CO, HCl, Cl2, H2S, H2, HCN, NH3, C3H8 , C4H10 , CH4 등을 포함할 수 있다. 상기 감지재(150)는 반도체 세라믹 재질로서, 공정 및 열 처리를 통해 수백 ㏀ 내지 수십 ㏁ 범위의 저항 값을 가질 수 있다.
실시 예에 따른 센서부(105)가 발광부(101)와 Z축 방향으로 중첩되어, 센서부(105)으로의 광 입사 효율이 증가될 수 있다. 이에 따라 센서부(105)의 동작 신뢰성이 개선될 수 있다.
실시 예에 따른 센서부(105)가 발광부(101)에 인접하게 또는 상기 발광부(101)의 활성층(123)에 인접한 영역에 배치되므로, 조사되는 광의 강도를 안정적으로 제공할 수 있다. 상기 센서부(105)와 상기 활성층(123) 사이의 거리는 7㎛ 이하 예컨대, 2㎛ 내지 7㎛ 범위를 가지므로, 조사된 광의 광량 및 광도 저하를 최소화하여 반도체 소자의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예에 따른 센서부(105)의 감지재(150)는 상기 제1,2센서 전극(151,153)의 제1,2라인 패턴(12,32) 사이에 저항의 변화를 주어, 제1,2센서 전극(151,153)에 의한 가스 감지 유무를 검출할 수 있다. 예컨대, 상기 감지재(150)에 가스가 감지된 경우, 저항 값이 낮아지고 이러한 저항 값은 제1,2라인 패턴(12,32)을 갖는 제1,2센서 전극(151,153)에 의해 검출될 수 있다. 또는 상기 감지재(150)에 가스가 없는 경우, 감지재(150)는 절연 저항이 될 수 있다. 상기 감지재(150)에서의 저항 값의 변화는 적어도 2% 정도 변화할 경우, 제1,2센서 전극(151,153)에 의해 가스 감지 여부를 검출할 수 있다.
실시 예에 따른 반도체 소자는, 발광부(101)의 광을 이용하므로 가격을 낮출 수 있고, 히터를 이용하지 않아 열 충격에 대한 신뢰성 저하를 방지할 수 있고, 멤브레인 구조에 다른 MEMS(Microelectromechanical systems) 공정이나 패키징의 복잡한 문제를 줄일 수 있다. 제1실시 예에 따른 반도체 소자는 가스 검출을 위한 센서부(105)를 발광부(101) 예컨대, 기판을 갖는 LED 상에 배치되므로, 반도체 소자에 별도의 지지 기판을 설치하지 않을 수 있다.
실시 예에 따른 센서부(105)의 감지재(150)는 상기 활성층(123)의 상면 면적의 0.5% 이상의 면적으로 구현될 수 있다. 이는 감지재(150)가 접촉되는 적어도 한 쌍의 제1,2라인 패턴(12,32) 사이의 영역에만 배치되더라도, 상기 감지재(150)에 의한 저항 변화를 검출할 수 있다.
실시 예에 따른 발광부(101)가 자외선 광을 방출하는 경우, 자외선 LED 칩은 모서리 부분의 광 출력이 센터 영역보다는 낮은 특성이 있다. 이에 따라 상기 감지재(150)를 상기 발광부(101)의 주변 영역보다는 센터 영역 위에 배치할 수 있다. 상기 주변 영역은 상기 발광부(101)의 각 에지(Edge)에 인접한 영역을 포함할 수 있다.
상기 제1,2센서 전극(151,153)을 발광부(101) 상에 배치하므로, 제1,2패드부(10,30)를 발광부(101)의 에지 영역 상에 자유롭게 배치할 수 있다.
도 4는 제1실시 예의 변형 예로서, 도 2의 센서부의 변형 예이며, 도 5는 도 4의 반도체 소자의 B-B측 단면도이다. 이러한 변형 예를 설명함에 있어서, 상기 변형 예의 구성은 상기의 구성과 동일한 구성은 상기의 설명을 참조하며 상기의 실시 예의 구성을 선택적으로 이용할 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 센서부(105)는 제1,2센서 전극(151,153) 및 감지재(150)를 포함한다.
상기 제1센서 전극(151)은 제1패드부(10) 및 제1연장부(13)를 포함하며, 상기 제2센서 전극(153)은 제2패드부(30) 및 제2연장부(33)를 포함한다.
상기 감지재(150)는 상기 발광부(101)로부터 방출된 광에 의해 저항이 변화될 수 있다. 상기 감지재(150)는 상기 발광부(101)로부터 방출된 광에 의해 저항이 낮추어지거나 전도성을 가질 수 있다. 상기 감지재(150)는 상기 제1,2연장부(13,33) 상에 배치될 수 있다. 상기 감지재(150)는 상기 제1,2연장부(13,33) 중 적어도 하나와 수직 방향(Z)으로 중첩된 제1영역(R1)과, 상기 제1,2연장부(13,33)와 수직 방향으로 중첩되지 않는 제2영역(R2)을 포함할 수 있다. 상기 제2영역(R2)은 상기 발광 구조층(120) 방향 또는/및 기판 방향으로 돌출될 수 있다. 상기 제2영역(R2)은 상기 제1,2연장부(13,33) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제2영역(R2)의 일부는 상기 제1,2연장부(13,33) 사이의 간격(D1)과 동일한 폭일 수 있다. 상기 제2영역(R2)은 일 방향으로 긴 길이를 갖고 연장될 수 있으며, 상기 제2영역(R2)의 연장 방향은 상기 제1,2연장부(13,33)의 연장 방향과 평행하게 배치될 수 있다. 상기 제1,2연장부(13,33) 사이의 간격(D1)은 5㎛ 이상 예컨대, 5㎛ 내지 200㎛의 범위일 수 있다. 상기 제1,2연장부(13,33)들은 상기 간격(D1)이 상기 범위보다 작은 경우 인접한 연장부(13,33) 간의 간섭으로 인해 센서의 신뢰성이 저하될 수 있고, 상기 범위보다 큰 경우 센서부(105)의 사이즈가 커지거나 센싱 감도가 저하될 수 있다. 이러한 제1,2연장부(13,33) 간의 간격(D1)에 따라 가스 측정을 위한 저항 값이 결정될 수 있으며, 상기 제1,2연장부(13,33) 간의 간격(D1)이 가까울수록 상기 감지재(150)의 저항 값은 낮아질 수 있다.
상기 감지재(150)는 상기 제1,2연장부(13,33) 사이의 영역에서 상기 제1,2연장부(13,33)에 접촉될 수 있다. 이러한 감지재(150)는 상기 발광부(101)로부터 방출된 광(L1)에 의해 저항이 낮아지거나 전도성을 갖게 되므로, 인접한 제1,2연장부(13,33) 사이를 전기적으로 연결시켜 줄 수 있다. 상기 감지재(150)는 상기 발광부(101)로부터 입사된 광에 의해 제1저항을 갖게 되며, 외부 가스(G2)가 유입되면 상기 제1저항 보다 낮은 제2저항으로 변화될 수 있다. 이에 따라 상기 감지재(150)는 광(L1)과 가스(G2)에 의해 제1,2연장부(13,33) 사이의 전기적인 저항을 낮추어 주고, 상기 제2영역(R2)을 통해 제1,2연장부(13,33)를 전기적으로 연결시켜 줄 수 있다. 이러한 제1,2연장부(13,33)가 상기 감지재(150)에 의해 전기적으로 연결되고, 상기 제1,2연장부(13,33) 간의 저항이 낮아지게 됨으로써, 제1,2센서 전극(151,153)에 의해 저항을 검출할 수 있다. 상기 검출된 저항의 변화는 반도체 소자에 의한 가스 존재 유무를 측정할 수 있다.
상기 감지재(150)의 제1,2영역(R1,R2)은 상기 발광 구조층(120)과 수직 방향으로 중첩될 수 있다. 상기 감지재(150)의 제1,2영역(R1,R2)은 활성층(123)과 수직 방향으로 중첩될 수 있다.
상기 제1,2패드부(10,30)는 상기 감지재(150)의 양측에 배치될 수 있다. 상기 감지재(150)의 바닥 면에서 제1축 방향(X)의 길이는 제1,2연장부(13,33)의 최 외곽 제1,2라인 패턴(12,32)들 간의 간격보다 크거나 작게 배치될 수 있다. 상기 감지재(150)의 바닥 면에서 제2축 방향(Y)의 길이는 각 라인 패턴(12,32)의 Y축 방향의 길이보다 길거나 작게 배치될 수 있다. 이는 인접한 한 쌍의 라인 패턴(12,32) 사이의 영역에 감지재(150)가 배치하더라도, 가스 검출은 가능하기 때문에, 감지재(150)의 양이나 위치를 조절할 수 있다.
상기 감지재(150)는 바닥 형상은 원 형상, 다각형 형상, 또는 타원 형상일 수 있으며, 측 단면은 반구형 형상, 다각형 형상, 또는 타원 형상일 수 있다.
상기 제1패드부(10)는 상기 제1연장부(13)의 센터 영역에 연결될 수 있고, 상기 제2패드부(30)는 상기 제2연장부(33)의 센터 영역에 연결될 수 있다. 상기 제1,2패드부(10,30)는 Y축 방향으로 같은 직선 상에 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1,2연장부(13,33)는 제1,2라인 패턴(12,32)이 교대로 치 구조로 배치되고, 상기 감지재(150)의 일부가 상기 제1,2라인 패턴 위와 상기 제1,2라인 패턴 사이에 배치될 수 있다. 이에 따라 감지재(150)는 발광부의 광이 조사될 경우, 외부 가스의 감지 여부에 따른 저항 값이 변화될 수 있다. 이러한 저항 값의 변화는 상기 감지재(150)에 접촉된 제1,2라인 패턴(12,32)을 전기적으로 연결시켜 줄 수 있다.
상기 제1,2센서 전극(151,153)의 제1,2패드부(10,30)를 연결한 가상 직선은 상기 제1,2전극(141,143)을 연결한 가상 직선의 방향과 직교하는 방향으로 배치될 수 있다. 상기 제1,2라인 패턴(12,32)의 연장 방향은 상기 제1,2전극(141,143)을 연결한 가상 직선의 방향과 직교하는 방향으로 배열될 수 있다. 이에 따라 상기 제1,2전극(141,143) 사이의 센터 영역과 상기 감지재(150)가 수직 방향으로 중첩되므로, 상기 감지재(150)로 입사되는 상기 발광 구조층(120)을 통해 방출된 광의 광량은 증가될 수 있다.
실시 예는 상기 기판(111) 아래에 반사층을 더 배치하여, 기판 방향으로 진행하는 광을 센서부(105)로 반사시켜 줄 수 있다. 다른 예로서, 상기 기판(111)의 하면 또는/및 상기 반사층의 요철 구조로 배치되어, 광의 반사 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
도 6을 참조하면, 센서부(105)는 제1,2센서 전극(151,153) 및 감지재(150)를 포함한다.
상기 제1센서 전극(151)은 제1패드부(10) 및 제1연장부(13)를 포함하며, 상기 제2센서 전극(153)은 제2패드부(30) 및 제2연장부(33)를 포함한다. 상기 감지재(150)는 상기 제1,2연장부(13,33)의 80% 이상을 덮을 수 있다. 상기 감지재(150)는 상기 제1,2연장부(13,33)의 제1,2라인 패턴(12,32)을 덮는 형태로 배치될 수 있다. 이러한 감지재(150)는 발광부의 센터 영역에 배치되어, 입사된 광에 반응하여 가스 감지에 따른 저항 값의 변화를 제1,2센서 전극(151,153)을 통해 전달할 수 있다. 실시 예는 도 2와 같은, 발광부의 제1,2전극을 도시하지 않았으나, 상기 실시 예의 구성을 선택적으로 이용할 수 있다
도 7은 실시 예에 따른 센서부(105)의 변형 예로서, 제1,2센서 전극(151,153)의 크기를 변형 한 예이다.
도 7을 참조하면, 센서부(105)는 제1,2센서 전극(151A,153A) 및 감지재(150)를 포함한다.
상기 제1센서 전극(151A)은 상기 발광부의 상면 면적의 20% 이상 예컨대, 25% 내지 40%의 범위로 배치될 수 있다. 상기 제2센서 전극(153A)은 상기 발광부의 상면 면적의 20% 이상 예컨대, 25% 내지 40%의 범위로 형성될 수 있다. 상기 제1센서 전극(151A)과 제2센서 전극(153A)은 대칭 형상으로 형성될 수 있다.
상기 제1,2센서 전극(151A,153A)은 상기에 개시된 라인 패턴과 같은 연장부 없이, 제1,2센서 전극(151A,153A)을 소정 간격(D4)으로 이격시키고, 상기 제1,2센서 전극(151A,153A) 상에 감지재(150)가 배치된다. 상기 간격(D4)는 100㎛ 이상 예컨대, 100㎛ 내지 200㎛의 범위일 수 있다. 이러한 간격(D4)과 감지재(150)의 성분에 따라 가스 종류 및 저항 값이 결정될 수 있다. 상기 감지재(150)의 일부는 상기 제1,2센서 전극(151A,153A) 사이의 영역에 배치될 수 있다. 상기 제1,2센서 전극(151A,153A)은 상기 절연층(113) 상에 배치될 수 있다. 상기 제1,2센서 전극(151A,153A)의 소정 영역에는 패드 영역으로 사용되거나, 별도의 패드부를 더 형성할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1,2센서 전극(151A,153A) 사이의 영역은 일 방향으로 긴 길이를 갖고 배치될 수 있다. 상기 제1,2센서 전극(151A,153A) 사이의 방향은 상기 제1,2전극(141,143) 중 적어도 하나 또는 둘 모두가 대응되는 방향일 수 있다. 이에 따라 상기 제1,2센서 전극(151A,153A) 사이의 영역을 통해 발광부로부터 광이 입사되면, 감지재(150)의 저항 값이 변화되고, 제1,2센서 전극(151A,153A)에 의한 저항 값의 변화를 검출할 수 있다. 이에 따라 반도체 소자에 의한 가스 유무를 검출할 수 있다.
도 8은 도 2의 변형 예로서, 제2전극(143)은 가지 전극(143A)을 포함할 수 있다. 상기 가지 전극(143A)은 하나 또는 복수로 배치될 수 있다. 상기 가지 전극(143A)은 상기 제2전극(143)을 기준으로 제1전극(141) 방향으로 연장될 수 있다. 상기 가지 전극(143A)은 상기 절연층(113)과 상기 발광 구조층(120) 사이에 배치될 수 있다. 상기 가지 전극(143A)은 상기 절연층(113)과 상기 전도층(도 3의 131) 사이에 배치될 수 있다.
센서부(105)는 제1,2센서 전극(151,153) 및 감지재(150)를 포함할 수 있다.
상기 제1,2센서 전극(151,153)은 제1,2라인 패턴(12,32)을 포함하며, 상기 제1,2라인 패턴(12,32)은 복수로 배열될 수 있다. 상기 제1,2라인 패턴(12,32)은 서로 평행하게 배치될 수 있다. 상기 제1,2라인 패턴(12,32) 중 적어도 하나 또는 모두는 상기 가지 전극(143A)과 평행하게 배치될 수 있다.
상기 복수의 제1라인 패턴(12) 중 적어도 하나는 상기 제2전극(143)의 가지 전극(143A)과 중첩되게 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 제1라인 패턴(12)들은 상기 가지 전극(143A)과 중첩되는 패턴(12A)과, 상기 가지 전극(143A)들 사이에 배치되며 상기 가지 전극(143A)와 중첩되지 않는 패턴(12B)을 포함할 수 있다. 이에 따라 상기 발광부로부터 조사된 광의 반사 또는 흡수 손실을 줄여줄 수 있고, 감지재(150)에 입사될 수 있는 광량을 개선시켜 줄 수 있다. 상기 제1,2라인 패턴들 간의 간격은 서로 동일할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 다른 예로서, 상기 제1라인 패턴(12)의 일부가 상기 제2전극(143)의 가지 전극(143A)과 중첩되는 예를 설명하였으나, 제2라인 패턴(32)의 일부가 제2전극(143)의 가지 전극(143A)과 중첩될 수 있다.
도 9는 도 8의 다른 예로서, 제2전극(143)은 하나 또는 복수의 가지 전극(143A)을 포함할 수 있다. 센서부(105)는 제1,2센서 전극(151,153) 및 감지재(150)를 포함할 수 있다.
상기 가지 전극(143A)은 상기 제2전극(143)을 기준으로 제1전극(141) 방향으로 소정 길이로 연장될 수 있다. 상기 가지 전극(143A)은 상기 절연층(113)과 상기 발광 구조층(120) 사이에 배치될 수 있다. 상기 가지 전극(143A)은 상기 절연층(113)과 상기 전도층(도 3의 131) 사이에 배치될 수 있다.
상기 제2전극(143) 및 센서부(105)는 절연층(113) 상에 배치될 수 있다. 상기 센서부(105)는 제1,2센서 전극(151,153) 및 감지재(150)를 포함한다. 상기 제1센서 전극(151)은 제1패드부(10) 및 제1연장부(13)를 포함하며, 상기 제2센서 전극(153)은 제2패드부(30) 및 제2연장부(33)를 포함한다. 상기 제1,2연장부(13,33)는 실시 예에 개시된 제1,2라인 패턴(12,32)을 포함할 수 있다.
상기 제2전극(143)의 가지 전극(143A)은 상기 제1,2라인 패턴(12,32)들의 일부 패턴들과 수직 방향으로 중첩되게 배치될 수 있다. 이에 따라 상기 제1,2라인 패턴들(12,32) 위 및 상기 제1,2라인 패턴들(12,32) 사이의 영역에는 상기 감지재(150)가 배치될 수 있다. 상기한 센서부(105)의 동작에 대해 상기에 개시된 설명을 참조하기로 한다. 상기 제1,2라인 패턴(12,32)들은 가지 전극(143A)과 중첩되는 패턴과 중첩되지 않는 패턴을 포함할 수 있어, 광의 입사 광량을 증가시켜 주되, 감지재(150)의 동작 특성에 영향 주는 것을 최소화할 수 있다.
도 10은 도 3의 반도체 소자의 다른 예를 나타낸 측 단면도이다. 본 예를 설명함에 있어서, 상기와 동일한 구성은 상기의 설명을 참조하며, 일부 구성을 선택적으로 이용할 수 있다.
도 10을 참조하면, 발광부(101)의 제1파트(A1)는 제1전극(141)이 배치되는 영역으로서, 상기 발광부(101)의 상면보다 낮게 단차진 영역일 수 있다. 상기 발광부(101)의 제2파트(A2)는 상기 발광부(101)의 상면보다 낮게 단차진 영역일 수 있다. 상기 발광부(101)의 제1,2파트(A1,A2)는 서로 다른 영역에 배치되거나, 서로 인접한 영역에 배치될 수 있다. 상기 발광부(101)의 제1파트(A1)에는 제1도전형 반도체층(121)의 일측이 노출될 수 있고, 제1전극(141)과 전기적으로 연결될 수 있다.
절연층(113)은 상기 발광 구조층(120)의 상면, 측면을 따라 배치되며, 일부(131A,131B)가 상기 제1,2파트(A1,A2) 상에 배치되어, 다른 물질 층과의 전기적은 접촉을 차단할 수 있다. 여기서, 상기 제1,2파트(A1,A2)의 깊이(T1)는 발광부(101)의 상면에서의 Z축 방향의 깊이로서, 서로 동일할 수 있다.
상기 발광부(101)의 제2파트(A2)에는 제1도전형 반도체층(121)의 타측이 배치되며, 상기 제1도전형 반도체층(121)의 타측 위에 센서부(105)가 배치될 수 있다. 상기 센서부(105)는 실시 예에 개시된 제1,2센서 전극 및 감지재(150)를 포함한다. 상기 제1,2센서 전극은 상기에 개시된 구성 중 적어도 하나의 예를 적용할 수 있다.
상기 센서부(105)는 상기 활성층(123)의 측면과 대응될 수 있다. 상기 센서부(105)는 상기 활성층(123)과 수직 방향으로 중첩되지 않는 영역에 배치될 수 있다. 여기서, 상기 센서부(105)는 상기 발광 구조층(120)의 측면에 배치됨으로써, 입사 광량이 도 1의 구조에 비해 줄어들 수 있다. 이를 위해 상기 기판(111) 아래에 반사층을 더 배치하여, 기판 방향으로 진행하는 광을 센서부(105)로 반사시켜 줄 수 있다. 다른 예로서, 상기 기판(111)의 하면 또는/및 상기 반사층의 요철 구조로 배치되어, 광의 반사 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
제2전극(143)은 상기 발광 구조층(120)과 중첩된 영역에 배치되어, 상기 전도층(131) 또는/및 제2도전형 반도체층(125)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전도층(131)은 반사 재질의 층으로 구현되어, 입사 광을 반사시켜 줄 수 있다. 상기 센서부(105)의 제1,2센서 전극은 상기 제2전극(143)과 다른 평면 상에 배치될 수 있다.
도 11은 제2실시 예로서, 반도체 소자에 있어서, 상기에 개시된 발광부(101B)의 기판(111A)이 전도성 재질인 예이다.
상기 전도성 재질의 기판(111A)은 반도체 재질이거나, 실리콘 재질을 포함할 수 있다. 상기 기판(111A) 상에는 발광 구조층(120)이 배치되며, 상기 발광 구조층(120) 상에는 전도층(131)이 배치되고, 상기 전도층(131) 상에는 절연층(113)이 배치될 수 있다. 센서부(105)는 상기 절연층(113) 위에 배치될 수 있다. 상기 센서부(105)는 제1,2센서 전극(151,153) 및 감지재(150)를 포함한다. 상기 센서부(105)는 실시 예에 개시된 구성을 참조하기로 하며, 선택적으로 적용될 수 있다.
상기 기판(111A)의 하부에는 제1전극(141)이 배치될 수 있으며, 상기 제1전극(141)은 상기 전도성 기판 및 제1도전형 반도체층(121)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1전극(141)은 회로 기판에 본딩될 수 있으며, 입사되는 광을 반사시켜 줄 수 있다. 상기 기판(111A) 상에 반도체층들을 갖는 발광 구조층(120)이 성장됨으로써, 제1전극(141) 영역을 위한 메사 에칭 공정을 수행하지 않을 수 있다. 상기 센서부(105)는 발광부(101B)로부터 조사된 광에 반응하고 가스가 감지되면 저항 변화를 통해 가스 유무를 검출할 수 있다. 이러한 센서부(105)의 상세한 구성은 상기에 개시된 설명을 참조하기로 한다.
도 12는 제3실시 예에 따른 반도체 소자를 나타낸 도면이다. 제3실시 예를 설명함에 있어서, 상기 개시된 실시 예와 동일한 구성은 상기의 실시 예의 구성을 참조하며, 본 실시 예에 상기에 개시된 구성을 선택적으로 포함할 수 있다.
도 12를 참조하면, 반도체 소자는 발광부(101C) 및 상기 발광부(101C) 상에 센서부(105)를 포함할 수 있다. 절연층(113)은 상기 발광부(101C)와 상기 센서부(105) 사이에 배치될 수 있다.
상기 발광부(101C)는 발광 구조층(120)을 포함하며, 상기 발광 구조층(120)은 상면이 요철 구조(121B)로 형성될 수 있다. 상기 요철 구조(121B)의 일부 영역에는 제1전극(141)의 가지 전극(141C)이 연장될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 가지 전극(141C)은 투명한 전도층이거나 금속 재질일 수 있다.
센서부(105)는 상기 발광부(101C) 상에 배치된다. 절연층(113)은 상기 발광부(101C)와 상기 센서부(105) 사이에 배치될 수 있다. 상기 절연층(113)은 상기 발광부(101C)의 상면에서 상기 발광 구조층(120)의 측면으로 연장될 수 있다.
상기 센서부(105)는 실시 예에 개시된 제1,2센서 전극(151,153) 및 감지재(150)를 포함할 수 있으며, 상세한 구성은 상기에 개시된 구성을 참조하기로 한다. 상기 제1,2센서 전극(151,153)은 패드부(10,30) 및 연장부(13,33)를 포함할 수 있으며, 상기에 개시된 실시 예의 구성을 선택적으로 적용할 수 있다.
상기 제1,2센서 전극(151,153)의 제1,2패드부(10,30)는 상기 발광 구조층(120) 상에 배치될 수 있다. 상기 제1,2패드부(10,30)에 연결된 제1,2연장부(13,33)는 감지재(150) 방향으로 연장되며, 상기 감지재(150)에 접촉될 수 있다. 상기 제1,2패드부(10,30)는 하면이 요철 구조를 가질 수 있다. 상기 제1,2연장부(13,33)는 라인 패턴 형상을 갖고, 상기 발광 구조층(120)의 상면의 요철 구조(121B)를 따라 요철 형상을 갖고 연장될 수 있다. 이러한 요철 형상의 제1,2연장부(13,33)는 표면적이 크게 되므로, 감지재(150)와의 접촉 면적이 증가될 수 있다. 상기 제1,2센서 전극 중 적어도 하나 또는 모두는 상기 가지 전극(141C)와 수직 방향으로 중첩되게 배치되어, 광 손실을 줄여줄 수 있다.
발광부(101C)는 제1도전형 반도체층(121) 위에 제1전극(141B) 및 제2도전형 반도체층(125) 아래에 복수의 전도층(146,147,148,149)을 갖는 제2전극(143B)을 포함한다. 상기 제1전극(141B)의 위치는 상기에 개시된 실시 예에서 선택적으로 적용될 수 있다.
상기 제2전극(143B)은 상기 제2도전형 반도체층(125) 아래에 배치되며, 접촉층(146), 반사층(147), 본딩층(148) 및 지지 부재(149)를 포함한다. 상기 접촉층(146)은 반도체층 예컨대, 제2도전형 반도체층(125)과 접촉된다. 상기 접촉층(146)은 ITO, IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등과 같은 저 전도성 물질이거나 Ni, Ag의 금속을 이용할 수 있다. 상기 접촉층(146) 아래에 반사층(147)이 배치되며, 상기 반사층(147)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 그 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 적어도 하나의 층을 포함하는 구조로 형성될 수 있다. 상기 반사층(147)은 상기 제2도전형 반도체층(125) 아래에 접촉될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 반사층(147) 아래에는 본딩층(148)이 배치되며, 상기 본딩층(148)은 베리어 금속 또는 본딩 금속으로 사용될 수 있으며, 그 물질은 예를 들어, Ti, Au, Sn, Ni, Cr, Ga, In, Bi, Cu, Ag 및 Ta와 선택적인 합금 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2도전형 반도체층(125)과 제2전극 사이에 보호층(183) 및 전류 블록킹층(185)이 배치된다. 상기 절연층(113)은 상기 보호층(183)의 외측부 상면으로 연장될 수 있다. 상기 보호층(183)은 상기 제2도전형 반도체층(125)의 하면 에지를 따라 형성되며, 내부가 오픈된 영역을 갖는 링 형상, 루프 형상 또는 프레임 형상으로 형성될 수 있다. 상기 보호층(183)은 투명한 전도성 물질 또는 절연성 물질을 포함하며, 예컨대 ITO, IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO, SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3, TiO2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 보호층(163)의 내측부는 상기 제2도전형 반도체층(125) 아래에 배치되고, 외측부는 상기 발광 구조층(120)의 측면보다 더 외측에 배치된다. 상기 전류 블록킹층(185)은 제2도전형 반도체층(125)과 접촉층(146) 또는/및 반사층(147) 사이에 배치될 수 있다. 상기 전류 블록킹층(185)은 절연물질을 포함하며, 예컨대 SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3, TiO2 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 상기 전류 블록킹층(185)은 쇼트키 접촉을 위한 금속으로도 형성될 수 있다. 상기 전류 블록킹층(185)은 상기 발광 구조층(120) 위에 배치된 제1전극(181)과 상기 발광 구조층(120)의 두께 방향으로 중첩되게 배치된다. 상기 전류 블록킹층(185)은 상기 제2전극(170)으로부터 공급되는 전류를 다른 경로로 확산시켜 줄 수 있다. 상기 전류 블록킹층(185)은 하나 또는 복수로 배치될 수 있으며, 제1전극(141B)과 수직 방향으로 적어도 일부 또는 전 영역이 중첩될 수 있다.
상기 본딩층(148) 아래에는 지지 부재(149)가 형성되며, 상기 지지 부재(149)는 전도성 부재로 형성될 수 있으며, 그 물질은 구리(Cu-copper), 금(Au-gold), 니켈(Ni-nickel), 몰리브덴(Mo), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예: Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC 등)와 같은 전도성 물질로 형성될 수 있다. 상기 지지부재(149)는 다른 예로서, 전도성 시트로 구현될 수 있다. 여기서, 상기 도 1의 기판은 제거될 수 있다. 상기 기판의 제거 방법은 물리적 방법(예: Laser lift off) 또는/및 화학적 방법(습식 에칭 등)으로 제거할 수 있으며, 상기 제1도전형 반도체층(121)을 노출시켜 준다. 상기 기판이 제거된 방향을 통해 아이솔레이션 에칭을 수행하여, 상기 제1도전형 반도체층(121) 상에 제1전극(141B)을 형성하게 된다.
도 13는 도 12의 반도체 소자에서 센서부의 변형 예이다. 이러한 변형 예를 설명함에 있어서, 상기 개시된 실시 예와 동일한 구성은 상기의 실시 예의 구성을 참조하며, 본 예에 상기에 개시된 구성을 선택적으로 포함할 수 있다.
도 13을 참조하면, 센서부(105)는 일부 구성이 서로 다른 평면 상에 배치될 수 있다. 센서부(105)는 일부 구성이 다른 구성보다 낮거나 높게 배치될 수 있다. 상기 센서부(105)는 센서 전극(151,153)의 일부가 감지재(150)과 다른 평면 또는 다른 높이에 배치될 수 있다.
상기 센서부(105)는 제1,2센서 전극(151,153) 및 감지재(150)를 포함할 수 있다. 상기 제1,2센서 전극(151,153)은 실시 예에 개시된 제1,2라인 패턴을 포함하며, 상기 제1,2라인 패턴은 발광 구조층(120) 상에서 복수로 배열될 수 있다. 상기 제1,2라인 패턴은 서로 평행하게 배치될 수 있다. 이러한 제1,2라인 패턴은 상기에 개시된 실시 예의 구성 및 설명을 참조하기로 한다.
상기 제1센서 전극(151)은 제1패드부(10) 및 제1연장부(13)를 포함하며, 상기 제2센서 전극(153)은 제2패드부(30) 및 제2연장부(33)를 포함한다.
상기 제1패드부(10)는 상기 발광 구조층(120)의 제1측면(S1) 외측에 배치되며, 제2전극(143B)의 제1외곽 영역과 수직 방향으로 중첩되게 배치될 수 있다. 상기 제2패드부(30)는 상기 발광 구조층(120)의 제2측면(S2)의 외측에 배치되며, 제2전극(141B)의 제2외곽 영역과 수직 방향으로 중첩되게 배치될 수 있다. 상기 제1,2측면(S1,S2)은 상기 발광 구조층(120)의 서로 반대측에 배치될 수 있다. 상기 제2전극(141B)의 제1외곽 영역은 상기 제1측면(S1)보다 더 외측으로 연장되며, 상기 제2전극(141B)의 제2외곽 영역은 상기 제2측면(S2)보다 더 외측으로 연장될 수 있다.
상기 제1연장부(13)는 상기 제1패드부(10)로부터 상기 발광 구조층(120)의 제1측면(S1) 및 상면으로 연장될 수 있다. 상기 제1연장부(13)는 상기 제1패드부(10)와 상기 감지재(150)를 연결해 준다. 상기 제1연장부(13)는 상기 제2전극(143B)의 제1외곽 영역 상에서 제1패드부(10)과 연결된 제1연결 패턴(13A)와, 상기 발광 구조층(120)의 제1측면(S1) 상에 배치되어, 상기 제1연결 패턴(13A)에 연결된 제2연결 패턴(13B)을 포함할 수 있다. 상기 제1,2연결 패턴(13A,13B)에 의해 제1연장부(13)과 제1패드부(10)가 서로 연결될 수 있다.
상기 제2연장부(33)는 상기 제2패드부(30)로부터 상기 발광 구조층(120)의 제2측면(S2) 및 상면으로 연장될 수 있다. 상기 제2연장부(33)는 상기 제2패드부(30)와 상기 감지재(150)를 연결해 준다. 상기 제2연장부(33)는 상기 제2전극(143B)의 제2외곽 영역 상에서 제2패드부(30)과 연결된 제3연결 패턴(33A)와, 상기 발광 구조층(120)의 제1측면(S2) 상에 배치되어, 상기 제3연결 패턴(33A)에 연결된 제4연결 패턴(33B)을 포함할 수 있다. 상기 제3,4연결 패턴(33A,33B)에 의해 제2연장부(33)과 제2패드부(30)가 서로 연결될 수 있다. 상기 제1,2센서 전극(151,153) 중 적어도 하나 또는 모두는 상기 보호층(183)과 수직 방향으로 중첩되게 배치될 수 있다. 상기 제1,2연장부(13,33) 중 적어도 하나 또는 모두의 적어도 일부는 상기 보호층(183)과 수직 방향으로 중첩되게 배치될 수 있다.상기 감지재(150)는 상기 발광 구조층(120)과 수직 방향으로 중첩된 영역에 배치되며, 상기 발광 구조층(120)으로부터 방출된 광에 반응하게 된다. 이러한 감지재(150)의 반응 여부에 따라 상기 제1,2센서 전극(151,153)은 저항 변화를 검출하여, 감지재(150)의 유무를 체크할 수 있다. 실시 예는, 제1,2센서 전극(151,153)의 제1,2패드부(10,30)를 발광 구조층(120)과 수직 방향으로 중첩되지 않는 영역에 배치하여, 광 손실을 줄일 수 있다. 이 경우 상기 센서부(105)의 감지재(150)의 표면적을 더 증가시켜 줄 수 있다.
이러한 수직형 발광부 상에 센서부(105)를 적용할 경우, 상기 감지재(150)에 입사되는 광량을 극대화할 수 있어, 감지재(150)에서의 가스 접촉 면적을 극대화할 수 있다. 또한 수직형 칩 구조에 의해 방열 효율을 극대화할 수 있다.
도 12 및 도 13은 수직형 발광부 상에 센서부(105)를 배치한 구성이며, 도 14는 플립 칩 구조의 발광부 상에 센서부(105)를 배치한 구성이다.
도 14를 참조하면, 발광부(101D)는 발광 구조층(120) 상에 기판(111)이 배치된다. 상기 기판(111)은 절연 재질, 반도체 재질 또는 투명한 재질일 수 있다. 상기 기판(111)은 발광 구조층(120)으로부터 방출된 광이 투과되는 재질을 포함할 수 있다. 상기 기판(111)은 상면이 요철 구조(111B)로 형성될 수 있다.
센서부(105)는 절연 재질의 기판(111) 상에 배치된다. 이 경우 도 3에 도시된 절연층(113)은 제거될 수 있다. 상기 센서부(105)는 실시 예에 개시된 제1,2센서 전극(151,153) 및 감지재(150)를 포함할 수 있으며, 상세한 구성은 상기에 개시된 구성을 참조하기로 한다. 상기 제1,2센서 전극(151,153)은 패드부(10,30) 및 연장부(13,33)를 포함할 수 있으며, 상기에 개시된 실시 예의 구성을 선택적으로 적용할 수 있다.
상기 제1,2센서 전극(151,153) 및 감지재(150)는 상기 기판(111) 상에 배치될 수 있다. 상기 제1,2센서 전극(151,153)의 제1,2패드부(10,30)의 하면은 상기 기판(111)의 요철 구조(11B)를 따라 요철 면으로 배치될 수 있다. 상기 제1,2패드부(10,30)에 연결된 제1,2연장부(13,33)는 감지재(150) 방향으로 연장되며, 상기 감지재(150)에 접촉될 수 있다. 상기 제1,2연장부(13,33)는 라인 패턴 형상을 갖고, 상기 기판(111)의 상면의 요철 구조(111B)를 따라 요철 형상을 갖고 연장될 수 있다. 이러한 요철 형상의 제1,2연장부(13,33)는 표면적이 크게 되므로, 감지재(150)와의 접촉 면적이 증가될 수 있다.
상기 발광 구조층(120)은 상기 기판(111) 아래에 제1도전형 반도체층(121), 활성층(123) 및 제2도전형 반도체층(125)을 포함할 수 있다. 상기 발광 구조층(120) 아래에 보호층(133)이 배치될 수 있다. 상기 보호층(133)은 절연 재질로 형성될 수 있다. 제1전극(141)은 상기 제1도전형 반도체층(121) 아래에 배치될 수 있다. 제2전극(143)은 제2도전형 반도체층(125) 아래에 배치되며 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제2도전형 반도체층(125)과 보호층(133) 사이에는 전도층(114)이 배치될 수 있다. 상기 전도층(114)은 반사 재질의 금속으로 형성될 수 있다. 상기 전도층은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf, Cr, Ti, Cu 및 그 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료로 이루어진 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 전도층(114)은 투명한 재질의 층과 반사 재질의 층이 적층될 수 있다. 상기 전도층(114)은 상기 제2전극(143)과 연결될 수 있다. 상기 제2전극(143)은 하나 또는 복수로 배치될 수 있다.
이러한 플립 칩 구조는 발광부(101D)의 제1,2전극(141,143)과, 센서부(105)의 제1,2센서 전극(151,153)이 분리될 수 있다. 상기 제1,2전극(141,143)은 상기 발광부(101D)의 하부에 배치되고, 상기 제1,2센서 전극(151,153)은 발광부(101D)의 상부에 배치될 수 있다. 상기 감지재(150)은 상기 기판(111)의 상면 전 영역에 도포될 수 있어, 상기 감지재(150)의 표면적을 증가시켜 줄 수 있다.
도 15는 제5실시 예에 따른 반도체 소자의 측 단면도이다. 도 15의 반도체 소자의 발광부는 플립 칩 구조의 변형 예로서, 상세한 설명은 도 14의 설명을 참조하기로 한다.
도 15를 참조하면, 반도체 소자는 발광부(101E) 및 상기 발광부(101E) 위에 배치된 센서부(105)를 포함한다. 상기 발광부(101E)의 최 상층이 투명한 재질의 기판(221)이 배치될 수 있다. 상기 센서부(105)가 상기 기판(221) 상에 배치되므로, 상기 발광부(101E)와 상기 센서부(105) 사이에 별도의 절연층을 구비하지 않을 수 있다.
상기 센서부(105)는 실시 예에 개시된 구성을 참조하기로 하며, 예컨대 제1,2센서 전극(151,153) 및 감지재(150)를 포함할 수 있다. 상기 제1,2센서 전극(151,153)은 제1,2라인 패턴을 포함하며, 상기 제1,2라인 패턴은 복수로 배열될 수 있다. 상기 제1,2라인 패턴은 서로 평행하게 배치될 수 있다. 상기 리세스(226)는 상기 감지재(150)과 수직 방향으로 중첩되게 배치될 수 있다. 다른 예로서, 상기 리세스(226)은 상기 감지재(150)와 수직 방향으로 어긋나게 배치되거나, 상기 감지재(150)의 외곽부에 중첩되게 배치될 수 있다. 이러한 센서부(105)의 상세 구성은 상기에 개시된 실시 예의 구성을 참조하기로 하며, 본 실시 예에 선택적으로 적용할 수 있다.
발광부(101E)는 기판(221) 및 발광 구조층(225)을 포함하며, 상기 기판(221)은 상기 발광 구조층(225) 상에 배치되며, 상기 발광 구조층(210)은 제1,2전극(245,247) 상에 배치될 수 있다.
상기 기판(221)은 예를 들어, 투광성, 전도성 기판 또는 절연성 기판일 수 있다. 상기 기판(221)의 상면 및/또는 하면에는 복수의 돌출부(미도시)가 형성될 수 있으며, 상기 복수의 돌출부 각각은 측 단면이, 반구형 형상, 다각형 형상, 타원 형상 중 적어도 하나를 포함하며, 스트라이프 형태 또는 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 상기 돌출부는 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다. 상기 기판(221)과 제1도전형 반도체층(222) 사이에 다른 반도체층 예컨대, 버퍼층(미도시)이 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 기판(221)은 제거될 수 있으나 이에 한정하지 않는다.
상기 발광 구조층(225)은 제1도전형 반도체층(222), 제2도전형 반도체층(224), 상기 제1,2도전형 반도체층(222,224) 사이에 활성층(223)을 포함한다. 상기 활성층(223)의 위 또는/및 아래에는 다른 반도체층들이 더 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 이러한 발광 구조층(225)은 상기에 개시된 실시 예의 설명을 참조하기로 한다.
상기 제1,2전극(245,247)은 상기 발광 구조층(225) 아래에 배치될 수 있다. 상기 제1전극(245)은 상기 제1도전형 반도체층(222)에 접촉되며 전기적으로 연결되며, 상기 제2전극(247)는 상기 제2도전형 반도체층(224)에 접촉되며 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1전극(245) 및 제2전극(247)은 오믹 접촉, 접착층, 본딩층의 특성을 갖는 금속으로 비 투광성으로 이루어질 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제1 및 제2전극(245,247)은 바닥 형상이 다각형 또는 원 형상일 수 있다.
상기 발광부(101E)는 제1 및 제2전극층(241,242), 제3전극층(243), 유전체층(231,233)을 포함한다. 상기 제1 및 제2전극층(241,242) 각각은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 전류 확산층으로 기능할 수 있다. 상기 제1 및 제2전극층(241,242)은 상기 발광 구조층(225)의 아래에 배치된 제1전극층(241); 및 상기 제1전극층(241) 아래에 배치된 제2전극층(242)을 포함할 수 있다. 상기 제1전극층(241)은 전류를 확산시켜 주게 되며, 상기 제2전극층(242)은 입사되는 광을 반사하게 된다. 여기서, 리세스(226)는 상기 제1,2전극층(241,242)을 통해 상기 발광 구조층(225)의 일부 영역을 노출시켜 줄 수 있다. 상기 발광 구조층(225)의 일부 영역은 제1도전형 반도체층(222)의 영역일 수 있다.
상기 제1 및 제2전극층(241,242)은 서로 다른 물질로 형성될 수 있다. 상기 제1전극층(241)은 투광성 재질로 형성될 수 있으며, 예컨대 금속 산화물 또는 금속 질화물로 형성될 수 있다. 상기 제1전극층(241)은 예컨대 ITO(indium tin oxide), ITON(ITO nitride), IZO(indium zinc oxide), IZON(IZO nitride), 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) 중에서 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 제2전극층(242)은 상기 제1전극층(241)의 하면과 접촉되며 반사 전극층으로 기능할 수 있다. 상기 제2전극층(242)은 금속 예컨대, Ag, Au 또는 Al를 포함한다. 상기 제2전극층(242)은 상기 제1전극층(241)이 일부 영역이 제거된 경우, 상기 제2도전형 반도체층(224)의 하면에 부분적으로 접촉될 수 있다.
다른 예로서, 상기 제1 및 제2전극층(241,242)의 구조는 무지향성 반사(ODR: Omni Directional Reflector layer) 구조로 적층될 수 있다. 상기 무지향성 반사 구조는 낮은 굴절률을 갖는 제1전극층(241)과, 상기 제1전극층(241)과 접촉된 고 반사 재질의 금속 재질인 제2전극층(242)의 적층 구조로 형성될 수 있다. 상기 전극층(241,242)은, 예컨대, ITO/Ag의 적층 구조로 이루어질 수 있다. 이러한 상기 제1전극층(241)과 제2전극층(242) 사이의 계면에서 전 방위 반사각을 개선시켜 줄 수 있다.
다른 예로서, 상기 제2전극층(242)은 제거될 수 있으며, 다른 재질의 반사층으로 형성될 수 있다. 상기 반사층은 분산형 브래그 반사(distributed bragg reflector: DBR) 구조로 형성될 수 있으며, 상기 분산형 브래그 반사 구조는 서로 다른 굴절률을 갖는 두 유전체층이 교대로 배치된 구조를 포함하며, 예컨대, SiO2층, Si3N4층, TiO2층, Al2O3층, 및 MgO층 중 서로 다른 어느 하나를 각각 포함할 수 있다. 다른 예로서, 상기 전극층(241,242)은 분산형 브래그 반사 구조와 무지향성 반사 구조를 모두 포함할 수 있으며, 이 경우 98% 이상의 광 반사율을 갖는 발광 칩을 제공할 수 있다. 상기 플립 방식으로 탑재된 발광 칩은 상기 제2전극층(242)으로부터 반사된 광이 기판(311)을 통해 방출하게 되므로, 수직 상 방향으로 대부분의 광을 방출할 수 있다.
상기 제3전극층(243)은 상기 제2전극층(242)의 아래에 배치되며, 상기 제1 및 제2전극층(241,242)과 전기적으로 절연된다. 상기 제3전극층(243)은 금속 예컨대, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P) 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 제3전극층(243) 아래에는 제1전극(245) 및 제2전극(247)가 배치된다.
상기 유전체층(231,233)은 제1 및 제2전극층(241,242), 제3전극층(243), 제1 및 제2전극(245,247), 발광 구조층(225)의 층 간의 불필요한 접촉을 차단하게 된다. 상기 유전체층(231,233)은 제1 및 제2유전체층(231,233)을 포함한다. 상기 제1유전체층(231)은 상기 제3전극층(243)과 제2전극층(242) 사이에 배치된다. 상기 제2유전체층(233)은 상기 제3전극층(243)과 제1,2전극(245,247) 사이에 배치된다.
상기 제3전극층(243)은 상기 제1도전형 반도체층(222)과 연결된다. 상기 제3전극층(243)의 연결부(244)는 상기 제1, 2전극층(241, 242) 및 발광 구조층(225)의 리세스(226)로 돌출되며 제1도전형 반도체층(222)과 접촉된다. 여기서, 상기 리세스(226)는 상기 기판(221)에 인접할수록 점차 좁은 너비를 가질 수 있다. 상기 리세스(226)는 경사진 면을 제공할 수 있다. 상기 리세스(226)은 복수개가 서로 이격되어 배치될 수 있다. 상기 연결부(244)는 상기 각 리세스(226)에 배치될 수 있다. 상기 리세스(226)는 상기 제2도전형 반도체층(125) 및 상기 활성층(123)을 관통하여 상기 제1도전형 반도체층(121)의 일부 영역까지 배치될 수 있다. 상기 제3전극층(243)의 연결부(244)의 둘레에는 상기 제1유전체층(231)의 일부(232)가 연장되어 제3전극층(243)과 상기 제1 및 제2전극층(241,242), 제2도전형 반도체층(224) 및 활성층(223) 간의 전기적인 연결을 차단한다. 상기 발광 구조층(225)의 측면에는 측면 보호를 위해 절연 층이 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제2전극(247)은 상기 제2유전체층(233) 아래에 배치되고 상기 제1유전체층(231)과 제2유전체층(233)의 오픈 영역을 통해 상기 제1 및 제2전극층(241,242) 중 적어도 하나와 접촉되거나 연결된다. 상기 제1전극(245)은 상기 제2유전체층(233)의 아래에 배치되며 상기 제2유전체층(233)의 오픈 영역을 통해 상기 제3전극층(243)과 연결된다. 이에 따라 상기 제2전극(247)의 돌기(248)는 제1,2전극층(241,242)을 통해 제2도전형 반도체층(224)에 전기적으로 연결되며, 제1전극(245)의 돌기(246)는 제3전극층(243)을 통해 제1도전형 반도체층(222)에 전기적으로 연결된다.
상기 제1전극(245)에 연결된 연결부(246)는 복수개 배치될 수 있어, 전류 확산을 개선시켜 줄 수 있다. 상기 제1,2전극(245,247)는 발광 구조층(225)의 아래에 넓은 면적으로 제공될 수 있다. 상기 제1,2전극(245,247)의 하면은 동일한 수평 면 상에 더 넓은 면적으로 제공될 수 있어, 접합 부재와의 접착 면적이 개선될 수 있다. 이에 따라 상기 제1,2전극(245,247)은 접합 부재와의 접합 효율이 개선될 수 있다.
도 16은 도 15의 반도체 소자의 제1변형 예이다.
도 16을 참조하면, 반도체 소자는 발광부(101E) 위에 센서부(105)가 배치된다. 상기 발광부(101E)는 상부에 오목부(261B)를 구비하며, 상기 센서부(105)의 적어도 일부는 상기 오목부(261B)에 배치될 수 있다. 상기 오목부(261B)는 상기 발광부(101E)의 중심 영역에 배치될 수 있다. 상기 중심 영역은 상기 발광부(101E)의 상면 에지들로부터 이격된 영역일 수 있다.
상기 오목부(261B)의 깊이(T2)는 상기 발광부(101E)의 두께의 1/10 이상의 깊이 예컨대, 1/10 이상 내지 8/10의 깊이로 형성될 수 있다. 상기 오목부(261B)의 깊이(T2)는 상기 기판(221)의 상면에서의 Z축 방향의 깊이를 나타낸다. 상기 오목부(261B)의 깊이(T2)는 상기 감지재(150)의 두께와 같거나 더 작게 배치되어, 상기 감지재(150)의 표면을 통한 광의 입사 효율을 개선시켜 줄 수 있다. 상기 감지재(150)의 두께보다 상기 오목부(261B)의 깊이(T2)가 더 깊은 경우, 상기 감지재(150)의 표면에서의 가스 감지 기능이 저하될 수 있다. 상기 오목부(261B)의 측면(261A)은 경사진 면이거나 곡면을 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 17은 도 15의 반도체 소자의 제2변형 예이다.
도 17을 참조하면, 반도체 소자는 발광부(101E) 위에 센서부(105)가 배치된다. 상기 발광부(101E)는 상부에 리세스(271A,271B)를 구비하며, 상기 센서부(105)의 적어도 일부는 상기 리세스(271A,271B)에 배치될 수 있다. 상기 리세스(271A,271B)는 발광부(101E)의 제1측면(S1)에 인접한 제1리세스(271A)와 제2측면(S2)에 인접한 제2리세스(271B) 중 적어도 하나 또는 모두를 포함할 수 있다.
상기 제1리세스(271A)에는 센서부(105)의 제1센서 전극(151)의 일부가 배치되며, 제2리세스(271B)에는 센서부(105)의 제2센서 전극(153)의 일부가 배치될 수 있다. 상기 제1리세스(271A)에는 제1센서 전극(151)의 제1패드부(10)가 배치되고 제1연장부(13)는 감지재(150) 방향으로 연장된다. 상기 제2리세스(271B)에는 제2센서 전극(153)의 제2패드부(30)가 배치되며, 제2연장부(33)는 감지재(150) 방향으로 연장된다. 상기 제1,2리세스(271A,271B)는 기판(221)의 상부에 각각 배치될 수 있다.
상기 발광부(101E)의 기판(221)은 중심 영역이 위로 돌출될 수 있고, 서로 반대측 영역에 상기 제1,2리세스(271A,271B)가 배치될 수 있다. 상기 발광부(101E)의 기판(221)의 중심 영역의 상면은 상기 제1,2패드부(10,30)의 하면보다 높게 배치될 수 있다. 상기 발광부(101E)의 감지재(150)는 상기 발광부(101E)의 기판(221)의 중심 영역의 상면 위에 배치될 수 있다. 상기 기판(221)의 중심 영역은 감지재(150)에 인접할수록 점차 넓은 너비를 가질 수 있다. 이에 따라 중심 영역의 둘레 면(S3,S4)은 경사진 면을 제공할 수 있어, 광을 다른 방향으로 반사시켜 주거나 출사시켜 줄 수 있다.
상기 감지재(150)는 상기 기판(221)의 중심 영역 위에 배치될 수 있다. 상기 중심 영역은 상기 기판(221)의 각 측면들로부터 이격된 영역일 수 있다. 상기 리세스(271A,271B)의 깊이(T3)는 상기 기판(221)의 두께의 70% 이하일 수 있다. 상기 리세스(271A,271B)의 깊이(T3)는 70%를 초과할 경우, 가공 상의 문제와, 제1,2센서 전극(151,153)의 제1,2연장부(13,33)이 끓어질 수 있는 문제가 발생될 수 있어, 전기적인 신뢰성이 저하될 수 있다. 상기 리세스(271A,271B)에는 상기 제1,2센서 전극(151,153)의 제1,2패드부(10,30)가 배치되므로, 상기 깊이(T3)를 낮추어 주어, 와이어 높이를 낮추게 되므로, 와이어에 전달되는 외부 충격을 줄여줄 수 있다.
도 18은 실시 예에 따른 반도체 소자를 갖는 감지 장치의 측 단면도이다. 도 18을 설명함에 있어서, 상기에 개시된 구성은 상기의 설명을 참조하기로 하며, 본 예에서 선택적으로 적용할 수 있다. 도 18의 감지 장치의 반도체 소자는 도 15의 반도체 소자의 예로 설명하기로 한다.
도 18을 참조하면, 가스 감지 장치(100)는 회로 기판(350), 상기 회로 기판(350) 상에 발광부(101E) 및 센서부(105)를 갖는 반도체 소자, 상기 반도체 소자의 둘레에 패키지 몸체(360), 상기 반도체 소자의 위에 배치되고 상기 패키지 몸체(360) 상에 배치된 반사 플레이트(370)를 포함할 수 있다.
상기 회로 기판(350)은, 수지 재질의 PCB, 금속 코어를 갖는 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 중 적어도 하나를 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 회로 기판(150)은 세라믹 재질을 포함할 수 있다.
상기 회로 기판(350)은 상면에 복수의 전극 패턴(351,352,353,354)을 포함할 수 있으며, 상기 복수의 전극 패턴(351,352,353,354)은 상기 센서부(105) 및 발광부(101E)와 전기적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 발광부(101E)의 제1,2전극(245,247)은 발광부(101E)의 아래에 배치된 제1,2전극 패턴(351,352)와 접합 부재로 접합될 수 있다. 상기 센서부(105)의 제1,2패드부(10,30)는 제3,4전극 패턴(353,354)과 와이어(355,356)로 연결될 수 있다.
상기 발광부(101E)는 상기 센서부(105)와 상기 회로 기판(350) 사이에 배치될 수 있다.
상기 패키지 몸체(360)은 세라믹 재질일 수 있다. 상기 패키지 몸체(155)은 상기 회로 기판(150)의 몸체 재료와 동일한 세라믹 재질로 형성될 수 있다. 이러한 세라믹 재질은 발광부(101E)로부터 방출된 광을 효과적으로 반사시켜 줄 수 있다.
상기 패키지 몸체(360)의 내부는 캐비티(365) 또는 리세스 구조를 갖고, 센서부(105) 및 발광부(101E)가 배치될 수 있다. 상기 패키지 몸체(360) 상에는 반사 플레이트(370)가 배치되며, 상기 반사 플레이트(370)는 광을 반사하여 광의 누설을 방지할 수 있다. 상기 패키지 몸체(360)의 상부 둘레에는 단차진 구조가 배치되며, 상기 단차진 구조 상에 반사 플레이트(370)가 밀착 결합될 수 있다. 상기 반사 플레이트(370)는 접착제(미도시)로 상기 패키지 몸체(360)과 접촉될 수 있다. 상기 센서부(105)는 발광부(101E)로부터 조사된 광과 반사 플레이트(370)의 개구부(372)을 통해 유입된 가스(G2) 예컨대, 유해 가스에 의해 가스 노출을 감지할 수 있다.
상기 발광부(101E) 및 센서부(105)는 회로 기판(150) 상에 중첩되게 배치되어 배치되었으며, 상기에 개시된 다른 실시 예의 구성을 선택적으로 적용할 수 있다.
실시 예는 센서부의 제1,2센서 전극 중 어느 하나는 발광부와 공통으로 연결될 수 있으며, 예컨대 제1센서 전극과 제1전극이 공통으로 연결될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시 예에 따른 반도체 소자를 갖는 감지 장치에 의해 감지된 가스 감지 여부는, 신호 처리 회로에 의해 검출되며, 송신 모듈을 통해 유선 또는/및 무선을 통해 전달하거나, 출력 모듈을 통해 알람 또는 표시 모드를 통해 사용자에게 알려줄 수 있다.
실시예에 따른 반도체 소자 또는 감지 장치는 각 종 유독성 가스 또는 폭발성 가스와 같은 가스가 발생되는 장소나 장치 예컨대, 차량 내부, 또는 차량 램프와 같은 이동 장치에 적용되거나 밀폐된 공간에 적용될 수 있다. 또는 실내 또는 실외의 감지 장치에 적용될 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 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 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
101,101B,101C,101D,101E: 반도체 소자
105: 센서부
111,221: 기판
120,225: 발광 구조층
131: 전도층
113: 절연층
141: 제1전극
143: 제2전극
150: 감지재
151,153: 센서 전극
10,30: 패드부
13,33: 연장부
105: 센서부
111,221: 기판
120,225: 발광 구조층
131: 전도층
113: 절연층
141: 제1전극
143: 제2전극
150: 감지재
151,153: 센서 전극
10,30: 패드부
13,33: 연장부
Claims (20)
- 제1도전형 반도체층, 제2도전형 반도체층, 및 상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 활성층을 갖는 발광 구조층을 포함하는 발광부; 및
상기 발광부 상에 배치되는 센서부를 포함하며,
상기 센서부는,
상기 발광부로부터 방출된 광에 의해 저항이 변화되는 감지재;
제1패드부 및 상기 제1패드부로부터 연장되어 상기 감지재에 접촉되는 제1연장부를 포함하는 제1센서 전극;
제1패드부 및 상기 제2패드부로부터 상기 제1연장부 방향으로 연장되고 상기 감지재에 접촉되는 제2연장부를 포함하는 제2센서 전극을 포함하며,
상기 제1연장부는 상기 제2연장부와 이격되며,
상기 감지재는 상기 제1연장부 및 상기 제2연장부 상에 배치되며,
상기 감지재는 상기 제1연장부 및 제2연장부 중 적어도 하나와 수직 방향으로 중첩되는 제1영역과, 상기 제1,2연장부와 수직 방향으로 중첩되지 않는 제2영역을 포함하는 반도체 소자. - 제1항에 있어서, 상기 발광부의 활성층은 상기 감지재의 제1,2영역과 수직 방향으로 중첩되는 반도체 소자.
- 제 2항에 있어서, 상기 감지재는 상기 활성층에서 방출하는 광에 의해 전도성을 갖는 반도체 소자.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 감지재의 제2영역은 상기 제1연장부와 상기 제2연장부 사이에 배치되는 반도체 소자.
- 제4항에 있어서, 상기 제1연장부는 복수개이며, 상기 제2연장부는 복수개이며,
상기 제2연장부들 각각은 상기 제1연장부들 사이에 각각 배치되는 반도체 소자. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광부는 상기 제1도전형 반도체층에 연결된 제1전극 및 상기 제2도전형 반도체층에 연결된 제2전극을 포함하며,
상기 제1,2센서 전극은 상기 제1,2전극과 전기적으로 분리된 반도체 소자. - 제6항에 있어서, 상기 제1 및 제2전극 중 적어도 하나는 상기 제1 연장부 및 상기 제2 연장부 중 적어도 하나와 수직 방향으로 중첩되는 영역을 포함하는 반도체 소자.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광부와 상기 센서부 사이에 절연층을 포함하는 반도체 소자.
- 제8항에 있어서, 상기 절연층과 상기 발광 구조층 사이에 전도층을 포함하는 반도체 소자.
- 제8항에 있어서, 상기 발광부는 기판을 포함하며,
상기 발광 구조층은 기판 상에 배치되며,
상기 기판은 전도성 또는 절연성 재질을 포함하는 반도체 소자. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광부는 상기 발광 구조층과 상기 센서부 사이에 투명한 재질의 기판을 포함하는 반도체 소자.
- 제6항에 있어서, 상기 센서부는 상기 제1도전형 반도체층 상에 배치되며,
상기 절연층은 상기 제1도전형 반도체층과 상기 센서부 사이에 배치되는 반도체 소자. - 제12항에 있어서, 상기 발광부는 상기 발광 구조층과 상기 제2전극 사이의 외측 둘레에 배치된 보호층을 포함하며,
상기 제2전극은 반사층을 가지며,
상기 발광 구조층은 상기 제2전극 위에 배치되며,
상기 보호층은 상기 제1 센서 전극 및 상기 제2 센서 전극 중 적어도 하나와 수직하게 중첩되는 반도체 소자. - 제12항에 있어서, 상기 발광 구조층의 제1도전형 반도체층은 상기 가스 센서부와 대응되는 영역의 표면에 요철 구조를 갖는 반도체 소자.
- 제12항에 있어서, 상기 발광부의 제1전극은 수평 방향으로 연장된 복수의 가지 전극을 포함하며,
상기 가지 전극들 중 적어도 하나는 상기 제1,2연장부 중 적어도 하나와 수직 방향으로 중첩하는 영역을 포함하는 반도체 소자. - 제13항에 있어서, 상기 제1 센서 전극의 제1연장부 또는 제2 센서 전극의 제2연장부는 상기 제2전극과 수직 방향으로 중첩되는 영역을 포함하는 반도체 소자.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광부는 상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 활성층을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층의 일부 영역까지 배치되는 리세스를 포함하고,
상기 감지재의 적어도 일부는 상기 리세스와 수직으로 중첩되는 포함하는 반도체 소자. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1연장부는 수평 방향으로 연장된 복수의 제1라인 패턴을 포함하며,
상기 제2연장부는 상기 제1라인 패턴들 사이에 수평 방향으로 연장된 복수의 제2라인 패턴을 포함하며,
상기 제2 영역은 상기 제1라인 패턴과 상기 제2라인 패턴 사이의 간격과 같은 폭을 갖는 반도체 소자. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 감지재는, 주 감지 재료와 촉매를 포함하며,
상기 주 감지 재료는 SnO2, CuO, TiO2, In2O3, ZnO, V2O5, RuO2, WO3, ZrO2, MoO3, NiO, CoO, Fe2O3, 및 AB2O4 중 적어도 하나 또는 둘 이상을 포함하며,
상기 촉매는 백금(pt), 구리(Cu), 로듐(Rd), 금(Au), 팔라듐(Pd), 철(Fe), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr), 나이오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 루태늄(Ru), 로듐(Rh), 은(Ag), 하프늄(Hf), 탄탈늄(Ta), 텅스텐(W), 레늄(Re), 및 이리듐(Ir) 중 적어도 하나 또는 둘 이상을 포함하는 반도체 소자. - 회로 기판;
상기 회로 기판 상에 배치되며 캐비티를 포함하는 패키지 몸체;
상기 캐비티 내에 배치되는 센서부;
상기 센서부와 상기 기판 사이에 배치되는 발광부; 및
상기 센서부 상에 개구부를 갖는 반사 플레이트를 포함하며,
상기 발광부는 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층, 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하고,
상기 센서부는,
상기 발광부로부터 방출된 광에 의해 저항이 변화되는 감지재; 제1패드부 및 상기 제1패드부로부터 연장되어 상기 감지재에 접촉되는 제1연장부를 포함하는 제1센서 전극; 제1패드부 및 상기 제2패드부로부터 상기 제1연장부 방향으로 연장되고 상기 감지재에 접촉되는 제2연장부를 포함하는 제2센서 전극을 포함하며,
상기 제1연장부는 상기 제2연장부와 이격되며,
상기 감지재는 상기 제1연장부 및 상기 제2연장부 상에 배치되며,
상기 감지재는 상기 제1연장부 및 제2연장부 중 적어도 하나와 수직 방향으로 중첩되는 제1영역과, 상기 제1,2연장부와 수직 방향으로 중첩되지 않는 제2영역을 포함하는 감지 장치.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160164316A KR20180064112A (ko) | 2016-12-05 | 2016-12-05 | 반도체 소자 및 감지 장치 |
| US16/466,953 US11257985B2 (en) | 2016-12-05 | 2017-12-04 | Semiconductor element and sensing device having a light emitting unit and a sensor unit |
| PCT/KR2017/014100 WO2018105975A1 (ko) | 2016-12-05 | 2017-12-04 | 반도체 소자, 반도체 소자 제조방법 및 감지 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160164316A KR20180064112A (ko) | 2016-12-05 | 2016-12-05 | 반도체 소자 및 감지 장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180064112A true KR20180064112A (ko) | 2018-06-14 |
Family
ID=62629267
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160164316A KR20180064112A (ko) | 2016-12-05 | 2016-12-05 | 반도체 소자 및 감지 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20180064112A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200093266A (ko) * | 2019-01-28 | 2020-08-05 | 한국광기술원 | 산란부를 갖는 가스센서 패키지 및 그를 제조하는 방법 |
| WO2022119272A1 (ko) | 2020-12-04 | 2022-06-09 | 한국과학기술원 | 가변광조사를 이용한 광활성 가스센서의 가스종 식별방법 |
-
2016
- 2016-12-05 KR KR1020160164316A patent/KR20180064112A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200093266A (ko) * | 2019-01-28 | 2020-08-05 | 한국광기술원 | 산란부를 갖는 가스센서 패키지 및 그를 제조하는 방법 |
| WO2022119272A1 (ko) | 2020-12-04 | 2022-06-09 | 한국과학기술원 | 가변광조사를 이용한 광활성 가스센서의 가스종 식별방법 |
| KR20220078926A (ko) | 2020-12-04 | 2022-06-13 | 한국과학기술원 | 가변광조사를 이용한 광활성 가스센서의 가스종 식별방법 |
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