KR20190001115A - 반도체 소자 및 이를 포함하는 반도체 소자 패키지 및 광원 장치 - Google Patents

반도체 소자 및 이를 포함하는 반도체 소자 패키지 및 광원 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20190001115A
KR20190001115A KR1020170080597A KR20170080597A KR20190001115A KR 20190001115 A KR20190001115 A KR 20190001115A KR 1020170080597 A KR1020170080597 A KR 1020170080597A KR 20170080597 A KR20170080597 A KR 20170080597A KR 20190001115 A KR20190001115 A KR 20190001115A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
semiconductor layer
type semiconductor
dopant
electron blocking
Prior art date
Application number
KR1020170080597A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102358690B1 (ko
Inventor
김지원
나종호
한대섭
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지이노텍 주식회사 filed Critical 엘지이노텍 주식회사
Priority to KR1020170080597A priority Critical patent/KR102358690B1/ko
Publication of KR20190001115A publication Critical patent/KR20190001115A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102358690B1 publication Critical patent/KR102358690B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H01L33/14—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 with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
    • 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
    • H01L33/04—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 with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
    • 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
    • H01L33/14—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 with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
    • H01L33/145—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 with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure with a current-blocking structure

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

실시예에 따른 반도체 소자는 기판; 상기 기판 상에 배치되며, 제1 도펀트를 포함하는 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되며, 제2 도펀트를 포함하는 제2 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층;을 포함하고, 상기 제2 도전형 반도체층은 전자 차단층을 포함하며, 상기 제2 도전형 반도체층은 기 제2 도펀트의 농도가 제1 방향으로 갈수록 증가 후 감소하는 변곡부를 포함하며, 상기 변곡부는 상기 전자차단층 내에 배치될 수 있다.

Description

반도체 소자 및 이를 포함하는 반도체 소자 패키지 및 광원 장치{SEMICONDUCTOR DEVICE AND SEMICONDUCTOR DEVICE PACKAGE AND LIGHT UNIT INCLUDING THE SAME}
실시예는 반도체 소자 및 이를 포함하는 반도체 소자 패키지 및 광원 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광출력을 개선하기 위한 반도체 소자 및 이를 포함하는 반도체 소자 패키지 및 광원 장치에 관한 것이다.
GaN, AlGaN 등의 화합물을 포함하는 반도체 소자는 넓고 조정이 용이한 밴드 갭 에너지를 가지는 등의 많은 장점을 가져서 발광 소자, 수광 소자 및 각종 다이오드 등으로 다양하게 사용될 수 있다.
특히, 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode)나 레이저 다이오드(Laser Diode)와 같은 발광소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성의 장점을 가진다.
뿐만 아니라, 광검출기나 태양 전지와 같은 수광 소자도 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용하여 제작하는 경우 소자 재료의 개발로 다양한 파장 영역의 빛을 흡수하여 광 전류를 생성함으로써 감마선부터 라디오 파장 영역까지 다양한 파장 영역의 빛을 이용할 수 있다. 또한 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성 및 소자 재료의 용이한 조절의 장점을 가져 전력 제어 또는 초고주파 회로나 통신용 모듈에도 용이하게 이용할 수 있다.
따라서, 반도체 소자는 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등 및 Gas나 화재를 감지하는 센서 등에까지 응용이 확대되고 있다. 또한, 반도체 소자는 고주파 응용 회로나 기타 전력 제어 장치, 통신용 모듈에까지 응용이 확대될 수 있다.
특히 발광 다이오드와 같은 반도체 소자의 경우, 광출력을 개선하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.
실시예는 광출력을 개선할 수 있는 반도체 소자 및 이를 포함하는 반도체 소자 패키지 및 광원 장치를 제공하고자 한다.
실시예에 따른 반도체 소자는 기판; 상기 기판 상에 배치되며, 제1 도펀트를 포함하는 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되며, 제2 도펀트를 포함하는 제2 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층;을 포함하고, 상기 제2 도전형 반도체층은 전자 차단층을 포함하며, 상기 제2 도전형 반도체층은 기 제2 도펀트의 농도가 제1 방향으로 갈수록 증가 후 감소하는 변곡부를 포함하며,
상기 변곡부는 상기 전자차단층 내에 배치될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층은 상기 활성층에 인접한 제1-1 도전형 반도체층, 상기 제1-1 도전형 반도체층 아래에 배치된 제1-2 도전형 반도체층 및 상기 제1-2 도전형 반도체층 아래에 배치된 제1-3 도전형 반도체층을 포함하고,
상기 제1-1 도전형 반도체층의 제1 도펀트 농도는 상기 제1-2 도전형 반도체층의 제1 도펀트 농도보다 크고 제1-3 도전형 반도체층의 농도보다 작을 수 있다.
상기 제1 도펀트는 실리콘일 수 있다.
상기 제1-1 도전형 반도체층과 상기 제1-2 도전형 반도체층의 제1 도펀트 농도 비율은 1.7 : 1 이상 내지 3 : 1 이하이고, 상기 제1-2 도전형 반도체층과 상기 제1-3 도전형 반도체층의 제1 도펀트 농도 비율은 1 : 8.3 이상 내지 1 : 30 이하이고, 상기 제1-1 도전형 반도체층과 상기 제1-3 도전형 반도체층의 제1 도펀트 농도 비율은 1.7 : 8.3 이상 내지 3 : 30 이 일 수 있다.
상기 제1 방향은 상기 반도체 소자의 표면에서 하부 방향일 수 있다.
상기 제2 도펀트는 마그네슘일 수 있다.
상기 변곡부는 상기 전자차단층에서의 중간영역에서 상기 활성층 사이에 배치될 수 있다.
상기 전자차단층 상부에서 상기 변곡부까지의 거리와 상기 변곡부에서 상기 전자차단층 하부까지의 거리비는 85 : 15 내지 90 : 10 일 수 있다.
상기 전자차단층의 변곡부에서의 제2 도펀트 농도와 상기 전자차단층 하부에서의 제2 도펀트 농도 비는 2:1 내지 6:1일 수 있다.
상기 전자차단층은 AlGaN/GaN 초격자층으로 형성되고, 상기 제1 방향으로 갈수록 알루미늄 함량이 높아질 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층과 상기 활성층 사이에는 상기 활성층에 인접하고 상기 활성층에 정공을 주입하는 정공주입층 및 상기 정공주입층 아래에 배치되어 상기 제2 도펀트의 확산으로 인해 상기 활성층이 손상되는 것을 방지하는 보호층을 포함할 수 있다.
상기 변곡부에서의 제2 도펀트 농도와 변곡부에서의 제2 도펀트 농도와 상기 정공주입층에서의 제2 도펀트 도핑 비는 2:1 내지 6:1일 수 있다.
상기 보호층은 AlGaN 반도체층을 포함할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 반도체 소자 패키지는 몸체; 및 상기 몸체에 배치되는 반도체 소자를 포함하고,
상기 반도체 소자는, 기판; 상기 기판 상에 배치되며, 제1 도펀트를 포함하는 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되며, 제2 도펀트를 포함하는 제2 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층;을 포함하고, 상기 제2 도전형 반도체층은 전자 차단층을 포함하며, 상기 제2 도전형 반도체층은 상기 제2 도펀트의 농도가 제1 방향으로 갈수록 증가 후 감소하는 변곡부를 포함하며, 상기 변곡부는 상기 전자차단층 내에 배치될 수 있다.
또한, 실시예에 따른 광원 장치는 상기 반도체 소자를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 반도체 소자의 광출력을 개선할 수 있다. 특히, 실시예에 따른 반도체 소자는 광 출력 저하 없이 마그네슘 도핑 레벨을 증가 시킬 수 있어 광출력을 개선할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 반도체 소자는 전자 주입과 홀 주입 조절을 통한 활성층 내 전자와 홀 분포 균일도를 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제1 도전형 반도체층의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제1-2 도전형 반도체(134)의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제2 도전형 반도체층의 단면도이다.
도 6는 상기 피크층이 형성되는 위치를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전자차단층의 단면도다.
도 8 및 도 9는 실시예에 따른 반도체 소자의 이차이온질량분석 결과를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자가 구비된 반도체 소자 패키지의 단면도를 나타낸 것이다.
도 11은 실시 예에 따른 광원 장치의 분해 사시도이다.
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.
반도체 소자는 발광소자, 수광 소자 등 각종 전자 소자 포함할 수 있으며, 발광소자와 수광소자는 모두 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 반도체 소자는 발광소자일 수 있다.
발광소자는 전자와 정공이 재결합함으로써 빛을 방출하게 되고, 이 빛의 파장은 물질 고유의 에너지 밴드갭에 의해서 결정된다. 따라서, 방출되는 빛은 상기 물질의 조성에 따라 다를 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 단면도를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 반도체 소자(100)는 기판(110), 상기 기판(110) 상에 배치되며 제1 도전형 반도체층(130), 제2 도전형 반도체층(150), 및 상기 제1 도전형 반도체층(130)과 제2 도전형 반도체층(150) 사이에 배치되는 활성층(140)을 포함하는 반도체 구조물(200), 상기 반도체 구조물(200)과 전기적으로 연결되는 제1 전극(160) 및 제2 전극(170)을 포함할 수 있다.
상기 기판(110)은 열 전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(110)은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, and Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 상기 기판(110)은 예컨대, AlN 템플리트(template)일 수 있다. 상기 기판(110)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 개선할 수 있다.
상기 기판(110) 위에는 복수의 화합물 반도체층이 성장될 수 있으며, 상기 복수의 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 기판(110) 상에는 버퍼층(120)이 배치될 수 있다.
상기 버퍼층(120)은 기판(110)과 제1 도전형 반도체층(130) 간의 격자 부정합을 완화하고 도전형 반도체들이 용이하게 성장될 수 있도록 한다. 상기 버퍼층(110)은 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층 위에는 언도프드(undoped) 반도체층(미도시)이 형성될 수 있다.
상기 버퍼층(120) 상에는 제1 도전형 반도체층(130)이 배치될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(130)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1도펀트가 도핑될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(130)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 구현될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(130)은, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등에서 선택될 수 있다. 그리고 상기 제1 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 와 같은 n형 도펀트일 수 있다.
도 2는 상기 제1 도전형 반도체층(130)의 상세 단면도이다.
도 2를 참조하면, 상기 제1 도전형 반도체층(130)은 상기 활성층에 인접한 제1-1 도전형 반도체층(132), 상기 제1-1 도전형 반도체층(132) 아래에 배치된 제1-2 도전형 반도체층(134) 및 상기 제1-2 도전형 반도체층(134) 아래에 배치된 제1-3 도전형 반도체층(136)을 포함할 수 있다.
상기 제1-1 도전형 반도체층(132)의 제1 도펀트 농도는 상기 제1-2 도전형 반도체층(134)의 제1 도펀트 농도보다 높고 제1-3 도전형 반도체층(136)의 농도보다 낮을 수 있다. 즉, 제1 도펀트 농도가 높은 순부터 나열하면 제1-3 도전형 반도체층(136), 제1-1 도전형 반도체층(132), 제1-2 도전형 반도체층(134) 순서이다. 상기 농도는 단위부피당 도펀트의 함유량으로, 도핑 농도를 포함할 수 있다. 제1-1 도전형 반도체층(132)의 제1 도펀트 농도는 제1-3 도전형 반도체층(136)의 제1 도펀트 농도보다 낮고, 제1-2 도전형 반도체층(134)의 제1 도펀트 농도보다 높아야 전자 주입과 홀 주입의 조절을 통한 활성층 내 전자와 홀의 분포 균일도를 개선할 수 있다.
상기 제1-1 도전형 반도체층(132), 제1-2 도전형 반도체층(134), 및 제1-3 도전형 반도체층(136) 상호 간의 비율을 농도가 가장 낮은 제1-2 도전형 반도체층(134)의 농도를 기준으로 나타내면 다음과 같이 나타낼 수 있다.
상기 제1-1 도전형 반도체층(132)과 제1-2 도전형 반도체층(134)의 제1 도펀트 농도 비율은 1.7 : 1 이상 내지 3 : 1 이하일 수 있고, 상기 제1-2 도전형 반도체층(134)과 제1-3 도전형 반도체층(136)의 제1 도펀트 농도 비율은 1 : 8.3 이상 내지 1 : 30 이하일 수 있고, 상기 제1-1 도전형 반도체층(132)과 제1-3 도전형 반도체층(136)의 제1 도펀트 농도 비율은 1.7 : 8.3 이상 내지 3 : 30 이하일 수 있다.
제1 도펀트의 농도가 상기 범위보다 낮으면 각 층의 저항이 증가하여 동작전압이 상승하게 되고, 제1 도펀트의 농도가 상기 범위보다 높으면 에피 막질이 저하되어 광 출력이 저하될 수 있다. 즉, 제1-1 도전형 반도체층(132)과 제1-2 도전형 반도체층(134)의 제1 도펀트 농도 비율 1.7 : 1 이상이거나 상기 제1-2 도전형 반도체층(134)과 제1-3 도전형 반도체층(136)의 제1 도펀트 농도 비율은 1 : 8.3 이상이거나 제1-1 도전형 반도체층(132)과 제1-3 도전형 반도체층(136)의 제1 도펀트 농도 비율은 1.7 : 8.3 이상인 경우에는 동작전압이 상승하는 것을 방지할 수 있고, 제1-1 도전형 반도체층(132)과 제1-2 도전형 반도체층(134)의 제1 도펀트 농도 비율 3 : 1 이하이거나 상기 제1-2 도전형 반도체층(134)과 제1-3 도전형 반도체층(136)의 제1 도펀트 농도 비율은 1 : 30 이하이거나 제1-1 도전형 반도체층(132)과 제1-3 도전형 반도체층(136)의 제1 도펀트 농도 비율은 3 : 30 이하인 경우에는 광출력이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
상기 제1-1 도전형 반도체층(132)는 상기 활성층(140)에 전자를 주입하는 전자주입층일 수 있다.
상기 제1-2 도전형 반도체층(134)은 InGaN/GaN의 초격자 구조로 배치될 수 있다.
도 3은 상기 제1-2 도전형 반도체(134)을 나타낸 단면도이다.
도 3을 참조하면, InGaN 반도체층(134a)과 GaN 반도체층(134b)가 서로 번갈아 가면서 배치되어 있는 것을 확인할 수 있다. InGaN층(134a)의 두께(T1)와 GaN층(134b)의 두께(T2)의 비율은 1:3 내지 1:8 비율 범위 내에서 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 InGaN층(134a)의 두께(T1)는 2nm 내지 3nm일 수 있으며, GaN층(134b)의 두께(T2)는 10nm 내지 15nm 일 수 있다. 상기 제1-2 도전형 반도체층(134)을 배치하는 공정에 있어서, 상기 제1-2 도전형 반도체층(132)의 InGaN층(134a)의 두께(T1)와 GaN층(134b)의 두께(T2)의 비율이 1:3 이상일 때 상기 제1-2 도전형 반도체층(134)의 상면과 측면 사이의 경사면의 성장 비율을 제어하여 브이피트(P, V-pit) 구성을 용이하게 할 수 있다. 브이피트(P)가 시작되는 위치는 다양하여 변경될 수 있다. 상기 브이피트(P)는 반도체 소자(100)의 광학적, 전기적 특성을 개선할 수 있지만 너무 많이 배치되는 경우 반도체 소자(100)의 전기적, 광학적 특성 및 신뢰성이 저하될 수 있다. 따라서 상기 브이피트(P)의 면적에 대한 밀도, 크기 등을 제어하고, 상기 브이피트(P)를 제1-1 도전형 반도체층(132)과 전자차단층(150) 사이에 배치함으로써, 활성층(140)으로 주입되는 전자와 정공의 밀도가 균형을 이룰 수 있고, 동작전압과 광도를 개선할 수 있는 효과를 가질 수 있다. InGaN층(134a)의 두께(T1)와 GaN층(134b)의 두께(T2)의 비율이 1 : 3 이상일 때, 상기 제1-2 도전형 반도체층의 상면과 측면 사이의 경사면의 성장 비율을 제어하여 브이피트 성장을 용이하게 할 수 있다. 상기 두께(T2) 비율이 1 : 8 을 초과하는 경우에는 브이피트의 성장 모양이나 각도가 변화하기 때문에 반도체 소자의 광출력, 동작전압, ESD 특성에 문제를 초래할 수 있다.
도 4는 상기 브이피트(P)가 제1 도전형 반도체층(130)에 형성되는 예를 나타낸 것이다. 상기 브이피트(P)는 제1 도전형 반도체층(130)의 상측 영역에서 시작되어 활성층(140)까지 생성될 수 있다.
상기 제1-3 도전형 반도체층(136)은 예를 들어, GaN 기반의 물질로 구성되는 반도체층일 수 있다.
특히, 상기 제1 도전형 반도체층(130)은 제1 도펀트로 실리콘(Si)이 도핑될 수 있다. 그리고 제1 도펀트 외에도 탄소(C)가 더 도핑 될 수 있다.
상기 제1-1 도전형 반도체층(132) 상에는 활성층(140)이 배치될 수 있다.
상기 활성층(140)은 제1도전형 반도체층(130)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 제2도전형 반도체층(150)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 만나는 층이다. 활성층(140)은 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 고유의 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다.
활성층(140)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(Multi Quantum Well; MQW) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있으며, 활성층(140)의 구조는 이에 한정하지 않는다.
상기 활성층(140)은 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 상기 활성층(140)은 예로서 II족-VI족 및 III족-V족 화합물 반도체 중에서 적어도 하나로 구현될 수 있다. 상기 활성층(140)은 예로서 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 구현될 수 있다. 상기 활성층(140)이 상기 다중 우물 구조로 구현된 경우, 상기 활성층(140)은 복수의 우물층과 복수의 장벽층이 적층되어 구현될 수 있으며, 예를 들어, InGaN/GaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조일 수 있다.
상기 반도체 구조물(200)은 인듐(In)을 포함할 수 있으며, 상기 In의 함량은 상기 기판(110)에서 상기 반도체 구조물의 표면 방향으로 향할수록 점차적으로 증가할 수 있다. 예를 들어, 상기 반도체 구조물의 하부에서 상부로 향할수록 In의 함량은 증가되어 활성층(140)의 In 함량은 제1-2 도전형 반도체층 (134)의 In 함량보다 많을 수 있다. 상기 반도체 구조물(200)이 GaN 기반으로 구성되는 물질일 경우, 전자의 이동도와 정공의 이동도가 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, GaN 기반의 반도체 구조물의 경우 전자의 이동도가 정공의 이동도보다 10배 이상 내지 1000배 이하로 높을 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 반도체층(130)이 n 형 도펀트를 포함하는 n 형 반도체이고 상기 제2 도전형 반도체층(150)이 p 형 도펀트를 포함하는 p형 반도체일 경우, 상기 제1 도전형 반도체층(130)에서 상기 활성층(140)으로 주입되는 전자의 이동도가 상기 제2 도전형 반도체층(150)에서 상기 활성층(140)으로 주입되는 정공의 이동도보다 높기 때문에 전자가 상기 활성층(140)에서 발광성 재결합하는 확률에 비해 상기 활성층(150)을 지나 상기 제2 도전형 반도체층(150)으로 주입되어 비발광성 재결합하는 확률이 높을 수 있다. 또한, GaN 기반의 물질로 구성되는 반도체 물질은 In을 많이 포함할수록 전도대(Ec)와 가전도대(Ev)의 차이인 에너지 밴드갭(Eg)이 작아질 수 있다. 따라서, 상기 제1-2 도전형 반도체층(134)에서 상기 활성층(140)으로 방향으로 향할수록 In 함량이 많아진다는 것은, 제1-2 도전형 반도체층(134)에서 활성층(140)으로 방향으로 향할수록 에너지 밴드갭(Eg)이 작아진다는 의미를 포함할 수 있다. 실시 예에서 상기 반도체 구조물(200)이 GaN 기반의 물질로 구성되는 경우 전자의 이동도는 정공의 이동도에 비해 크기 때문에 제1-2 도전형 반도체층(134)에서 활성층(140) 방향을 따라 작아지는 에너지 밴드갭(Eg)을 따라 상기 전도대(Ec)도 작아질 수 있다. 따라서, 발광구조물의 하부에서 표면 방향으로 갈수록 전자가 갖는 에너지가 낮아질 수 있고, 이로 인해 전자의 이동도와 정공의 이동도에 균형을 맞출 수 있어 상기 활성층(140)에서 발광성 재결합을 하는 확률을 높일 수 있다.
상기 반도체 구조물은 발광하는 파장에 따라 상기 활성층(150)의 물질이 다양하게 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 반도체 구조물이 청색(Blue)광을 발광하기 위해 상기 활성층(150)의 In 함량이 9% 이상 내지 14% 이하일 경우, 제1-2 도전형 반도체층(134)의 In 함량은 1% 이상 내지 3% 이하일 수 있다.
상기 제3 반도체층의 In 조성이 1% 이상일 때 상기 활성층(140)과 상기 제1 도전형 반도체층(130) 사이의 응력을 완화할 수 있다. 또한, 3% 이하일 경우 상기 활성층(140)으로의 전자 주입 특성을 확보할 수 있어 상기 반도체 소자(100)의 광학적 및/또는 전기적 특성을 확보할 수 있다.
상기 활성층 상에는 제2 도전형 반도체층(150)이 배치될 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(150)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2도전형 반도체층(150)에 제2도펀트가 도핑될 수 있다. 제2도전형 반도체층(150)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질 또는 AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 선택된 물질로 형성될 수 있다. 제2도펀트가 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트일 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(150)에는 상기 제2 도펀트의 농도가 주위의 다른 부분보다 높은 영역을 포함할 수 있다. 상기 영역은 주의의 다른 영역보다 제2 도펀트의 농도가 높고, 제2 도전형 반도체층(150) 내에서 표면 또는 기판으로부터 일정한 거리에서 나타날 수 있으므로, 이하에서는 피크층이라 부르기로 한다. 상기 제2 도펀트의 농도는 제1 방향으로 갈수록 증가한 후, 상기 피크층에서 다시 감소할 수 있다. 상기 제1 방향은 반도체 소자의 표면에서 하부 방향으로 진행하는 방향일 수 있다. 상기 피크층은 제2 도전형 반도체층(150)에 배치된 전자차단층에 배치될 수 있다. 이하에서는 도 5 및 도 6을 참조하여 피크층의 배치에 대해 살펴보기로 한다.
도 5는 상기 제2 도전형 반도체층(150)의 상세 단면도를 나타낸 것이다. 도 5를 참조하면, 상기 제2 도전형 반도체층(150)은 전자차단층(152), 상기 전자차단층 아래에 배치된 정공주입층(154) 및 상기 정공주입층 아래에 배치된 보호층(156)을 더 포함할 수 있다.
상기 전자차단층(152)은 전자 차단(electron blocking) 및 활성층의 클래딩(MQW cladding) 역할을 하며, 이로 인해 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 전자차단층(152)은 활성층(140)과 제2 도전형 반도체층(150) 사이의 압전분극 효과를 완화시켜서 제2 도전형 반도체층(150)에서 활성층(140)으로 정공의 주입효율을 향상시키는 역할을 할 수 있다.
상기 정공주입층(154)은 정공을 활성층의 중심부로 효과적으로 이동시켜 발광 효율을 증가시킬 수 있다.
상기 보호층(156)은 상기 정공주입층 아래에 배치되어 상기 제2 도펀트의 확산으로 인해 상기 활성층이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
상기 제2 도펀트는 상기 전자차단층(152), 정공주입층(154), 및 보호층(156)에 모두 도핑될 수 있지만, 전자차단층에서의 정공 주입층 및 보호층으로 갈수록 농도는 낮아진다.
상기 제2 도펀트는 전자차단층(152) 내에서도 깊이에 따라 농도가 상이하게 도핑될 수 있다.
앞서 살펴본 바와 같이, 제2 도전형 반도체층(150)의 상부에서 전자차단층(152)으로 갈수록 제2 도펀트의 농도는 상기 피크층까지 증가하며, 상기 피크층을 지나면서 제2 도펀트의 농도는 낮아진다.
상기 피크층은 전자차단층(152)에 배치되되, 전자차단층(152)의 중앙보다 아래쪽에 배치될 수 있다.
도 6은 상기 피크층이 형성되는 위치를 나타낸 것이다.
도 6을 참조하면, 상기 전자차단층(152)을 피크층이 나타나는 위치를 기준으로, 피크층의 상부층의 두께를 T3라고 하고 피크층의 하부층의 두께를 T4라고 하면, T3와 T4의 경계면이 피크층일 수 있다. 상기 T3와 T4의 두께비, T3 : T4는 85 : 15 이상 내지 90 : 10 이하일 수 있다. 바람직하게는 87.5 : 12.5일 수 있다.
즉, 상기 피크층은 전자차단층(152)의 전체 두께에서 아래로부터 15% 내지 10% 되는 부분에 형성될 수 있다. 상기 피크층이 15% 범위 보다 상부에 위치할 때 즉, 제2 도전형 반도체층(150)에 가까이 위치하게 되면 도핑이 pn접합의 중심에서 멀리 떨어져 공핍영역(depletion width)이 p형 영역으로 더 확대되어 동작 전압이 상승할 수 있다. 상기 피크층이 10% 보다 하부에 위치할 때 즉, 활성층(140) 영역에 가까이 위치하게 되면, 제2 도펀트가 확산(diffusion)되어 활성층(140)이 손상될 수 있다. 이때 상기 제2 도펀트는 마그네슘(Mg)일 수 있다.
따라서 피크층이 상기 범위 내에 형성됨으로써 광출력 저하 없이 마그네슘 도핑 레벨을 증가시킬 수 있다. 그에 따라 홀 주입 개선을 통해 광출력이 개선되는 효과가 있다.
상기 피크층에서의 제2 도펀트의 농도와 제2 도펀트의 농도가 가장 낮은 지점(전자차단층 하부)에서의 농도비는 2:1 이상 내지 6:1 이하일 수 있다. 즉, 제2 도펀트의 농도가 높은 지점이 낮은 지점에 비해 2배 이상되어야 동작전압이 상승하는 것을 방지할 수 있고, 제6배 이하가 되어야 제2 도전형 반도체층(150)의 막질이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 제2 도펀트의 농도의 높은 지점의 농도를 낮은 지점 대비 2배 이상 내지 6배 이하로 유지함으로써, 광 출력을 개선할 수 있다.
전자 차단층(152)은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 활성층(140)의 에너지 밴드 갭보다는 높은 에너지 밴드 갭을 가질 수 있다. 또한, 상기 전자 차단층(152)은 AlGaN/GaN 초격자 구조로 형성될 수 있다.
도 7은 전자차단층(152)의 단면도를 나타낸 것이다.
도 7을 참조하면, 전자차단층(152)은 AlxGa1 - xN/GaN으로 구성된 제1층(152a), AlyGa1-yN/GaN 으로 구성된 제2층(152b), 및 AlzGa1 - zN/GaN 으로 구성된 제3층(152c)을 포함할 수 있다.
상기 제1층(152a)은 상기 활성층(140)에 인접하여 배치되고, 상기 제2층(152b)은 상기 제1층 상에 배치되고, 상기 제3층(152c)은 상기 제2층 상에 배치될 수 있다. 상기 제2층(152b)은 제1층보다 알루미늄 비율이 낮고, 상기 제3층(152c)은 제2층보다 알루미늄 비율이 낮을 수 있다. 이때, 각층의 알루미늄 함량비는 대략 3% 정도의 차가 발생할 수 있다. 예를 들어, x가 0.24이면, 상기 제1층(152)의 알루미늄 비율은 24%이고, 상기 제2층(154)의 알루미늄 비율은 21%일 수 있고, 상기 제3층(156)의 알루미늄 비율은 18%일 수 있다. 만약 x가 0.21이면, 상기 제1층(152)의 알루미늄 비율은 21%, 제2층(154)의 알루미늄 비율은 18%, 제3층(156)의 알루미늄 비율은 15%일 수 있다.
상기 제1층(152a)의 알루미늄 함량이 21% 미만이면, 활성층(140)에서 제2 도전형 반도체층(150)쪽으로 전자가 오버플로우(overflow)되어 누설 전류가 발생하게 되고, 그 결과 광손실이 발생할 수 있다. 또한, 알루미늄 함량이 24%를 초과하면, 제2 도전형 반도체층(150)에서 주입되는 홀(hole)이 활성층(140)으로 주입되지 동작 전압이 상승하게 되어 광출력 저하를 초래할 수 있다.
상기 제1층(152a)과 제2층(152b)은 2페어로 형성되고, 제3층(152c)은 3페어로 형성될 수 있다.
다시, 도 1을 참조하면, 상기 기판(110) 상에 다수의 반도체층들이 적층된 구조에서 메사 식각을 통해 제1 도전형 반도체층(130)이 노출되도록 하여 제1 전극(160)이 형성될 공간을 확보할 수 있다.
제1 전극(160) 및 제2 전극(170)은 전도성 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들어 인듐(In), 코발트(Co), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 금(Au), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 레늄(Re), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 은(Ag), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 니오브(Nb), 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 및 구리(Cu) 중에서 선택된 어느 하나로 형성하거나 둘 이상의 합금으로 형성할 수 있으며, 서로 다른 둘 이상의 물질을 적층하여 형성할 수 있다.
도 8 및 도 9는 상기 실시예에 따른 반도체 소자를 이차이온질량분석(Secondary Ion Mass Spectroscopy, 이하 심스)로 가장 낮은 값이 1일 때의 상대적인 이차 이온 강도 및 상대적인 단위 부피당 원자 수를 분석한 결과를 나타낸 것이다. 그래프에서 세로축은 상대적인 이차 이온의 강도 또는 원자수를 로그 스케일 단위로 나타낸 것이다. 그래프의 가로축은 반도체 소자의 깊이를 나타낸 것으로, 왼쪽은 반도체 소자의 표면이고, 가장 오른쪽은 기판일 수 있다. 즉, 가로축의 화살표 방향으로 진행할수록 표면에서 기판쪽으로 깊이가 깊어지는 것을 의미한다. 단위는 nm일 수 있다. 각 도면의 왼쪽 세로축은 도펀트의 상대적인 농도를 나타낸 것이고, 상대적인 단위 부피당 원자수의 비(relative concentration)를 의미할 수 있다. 오른쪽 세로축은 알루미늄 또는 인듐의 상대적인 농도비를 나타낸 것으로 이차 이온 강도 비(relative secondary ion intensity)를 의미할 수 있다. 이차 이온 강도는 1차 이온이 반도체 소자(100)에 조사될 때 방출되는 2차 이온의 강도를 의미한다. 알루미늄 이온 강도 또는 인듐 이온 강도란 알루미늄 2차 이온 강도를 의미한다.
도 8은 제1 도펀트 중 Si의 분석 결과를 나타낸 것이고, 도 9는 제2 도펀트 중 Mg의 분석 결과 및 Al 분석 결과를 나타낸 것이다.
먼저, 도 8을 참조하여 제1 도펀트(Si) 분석 결과를 살펴보면, 제1-3 도전형 반도체층(136)의 농도가 가장 높고, 다음으로 제1-1 도전형 반도체층(132)의 농도가 높으며, 제1-2 도전형 반도체층(134)의 농도가 가장 낮다. 상기 반도체 구조물 내에서 제1 도펀트의 농도가 가장 높은 상기 제1-3 도전형 반도체층(136)의 제1 도펀트 농도의 0.2배 이상인 상기 제1-1 도전형 반도체층(132)과 상기 제1-2 도전형 반도체층(134) 사이에는 상기 제1 도펀트의 농도가 낮은 계곡이 배치할 수 있다.
상기 제1 도펀트의 상대적인 양을 비교하면, 제1-1 도전형 반도체층(132)에서는 대략 300, 제1-2 도전형 반도체층(134)에서는 대략 180, 제1-3 도전형 반도체층(136)에서는 대략 1500 정도로, 제1-2 도전형 반도체층(132)과 제1-2 도전형 반도체층의 제1 도펀트 비율은 1.7 : 1 이고, 제1-2 도전형 반도체층(134)과 제1-3 도전형 반도체층(136)의 제1 도펀트 비율은 1 : 8.3이고, 제1-1 도전형 반도체층(132)과 제1-3 도전형 반도체층(136)의 제1 도펀트 비율은 1.7 : 8.3이다.
상기 Si 는 제1 도전형 반도체층 영역 이외에도 반도체 소자의 전 영역에 걸쳐서 나타날 수 있지만, Si 농도가 소정 농도 이상인 경우에만 제1 도전형 반도체층에 해당할 수 있다. 예를 들어, 제1-3 도전형 반도체층(136)에서 Si 농도가 가장 높을 수 있는데, Si 농도가 제1-3 도전형 반도체층(136) 대비 0.12배 이상인 영역이 제1 도전형 반도체층으로 볼 수 있다.
다음으로, 도 9를 참조하면, 왼쪽 세로축은 제2 도펀트 농도비를 나타낸 것으로, 상대적인 단위 부피당 원자수의 비(relative concentration)이다. 오른쪽 세로축은 이차 이온 강도 비(relative secondary ion intensity)이다. 이차 이온 강도가 1차 이온이 반도체 소자(100)에 조사될 때 방출되는 2차 이온의 강도를 의미한다. 알루미늄 이온 강도란 알루미늄 2차 이온 강도를 의미한다. Mg는 상대적인 단위 부피당 원자 수의 비(왼쪽 세로축)로 나타낼 수 있고, In과 Al은 상대적인 이차이온강도비(오른쪽 세로축)로 나타낼 수 있다. In과 Al옆에 표기된 화살표(→)는 오른쪽 세로축 수치에 해당함을 표시한 것이다.
전자차단층(152)에서 Mg 농도가 가장 높은 변곡부(P)가 나타난다. 앞서 살펴본 피크층에서의 제2 도펀트 농도가 본 실시예에서는 변곡부(P) 형태로 나타날 수 있다.. 표면에서 반도체 소자 하부로 향하는 방향을 제1 방향이라고 정의하면, 표면에서 상기 제1 방향으로 진행하면서 제2 도펀트 농도는 감소하여 상기 전자 차단층(152)과 표면 사이에서 극소부를 갖고, 상기 극소부에서 상기 변곡부(P)까지는 계속적으로 증가하고, 변곡부(P)을 지나면서 제2 도펀트 농도는 감소할 수 있다. 따라서, Al 이온 강도가 상기 반도체 구조물 내에서 가장 높은 전자 차단층(152)내에서 상기 제2 도펀트의 상대적인 농도가 가장 높게 배치함으로써, 저항이 높은 전차 차단층(152)의 정공에 대한 전도도를 개선함으로써 상기 활성층(140)으로의 정공 주입 효율을 개선하고, 상기 제2 도전형 반도체층으로 주입되는 전자를 차단함으로써 상기 반도체 소자의 발광 효율을 개선할 수 있다.
상기 변곡부의 위치는 앞서 살펴본 바와 같이 전자차단층(152)의 중앙영역 보다 하부에 형성될 수 있다. 상기 전자 차단층(152)은 도 9를 참조하였을 때, Al의 이차 이온 강도가 급격하게 낮아지는 영역을 계면으로 정의할 수 있고, 상기 계면 사이에 배치될 수 있다. 상기 계면 사이에서 Al의 이차 이온 강도는 상기 제1 방향을 따라 증가할 수 있고, 복수의 변곡부를 가질 수 있다. 다만 이에 한정하지 않고, 상기 전자 차단층(152)은 Al 이차 이온 강도가 상기 제1 방향에 따라 동일한 이온 강도를 가질 수 있다. 상기 전자차단층(152)의 상부에서 변곡부까지의 거리와 상기 변곡부에서 전자차단층 하부까지의 거리비(T3 : T4)는 대략 85:15 내지 90 : 10일 수 있다. 상기 변곡부가 15% 범위 보다 상부에 위치할 때 (예를 들어, 거리비가 80 : 20 일 때), 도핑이 pn접합의 중심에서 멀리 떨어져 공핍영역(depletion width)이 p형 영역으로 더 확대되어 동작 전압이 상승할 수 있다. 상기 변곡부가 10% 보다 하부에 위치할 때(예를 들어 거리비가 95 : 5 일 때), 제2 도펀트가 확산(diffusion)되어 활성층(140)이 손상될 수 있다. 상기 제2 도펀트는 마그네슘일 수 있다. 하지만, 도 9에서는 상기 제2 도펀트(140)가 활성층(140)에 확산되어 있는 것처럼 활성층(140) 영역에서도 제2 도펀트가 나타나고 있는데, 이는 상활성층(140) 내에 생성된 브이피트로 확산되는 제2 도펀트에 의해 나타나는 것으로 활성층(140)에 발광에 영향을 미치지 않는다. 그리고 상기 변곡부(P)까지 증가하는 기울기 보다 변곡부(P)이후 감소하는 기울기가 더욱 가파르다. 즉, 변곡부(P) 이후 도핑 농도가 급격히 감소한다. 따라서 전자차단층(152)의 상부보다 하부의 도핑 제2 도펀트 도핑 농도가 더 낮을 수 있다.
전자차단층(152)에서의 알루미늄 조성비를 살펴보면, 전자차단층(152)의 알루미늄 농도는 상부에서 하부로 갈수록 증가하는 것을 확인할 수 있다. 앞서, 도 6에서 살펴 본 보와 같이, 전자차단층(152)은 다수의 층으로 구성될 수 있고, 표면에서 기판 방항(화살표 방향)으로 진행할수록 알루미늄 비율은 증가하게 된다. 이러한 알루미늄 비율을 유지함으로써 광손실을 방지하고 동작전압을 일정하게 유지할 수 있거 광출력 효율을 높일 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자가 구비된 반도체 소자 패키지의 단면도를 나타낸 것이다.
도 10을 참조하면, 반도체 소자 패키지(10)는 패키지 몸체부(1), 상기 패키지 몸체부(1) 에 설치된 제1 리드전극(2) 및 제2 리드전극(3), 상기 상기 제1 리드전극(2) 및 제2 리드전극(3)과 전기적으로 연결되는 반도체 소자(100), 및 상기 반도체 소자(100)를 포위하는 몰딩부재(4)가 포함된다.
상기 패키지 몸체부(1)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 반도체 소자(100)의 주상에 경사면이 형성될 수 있다.
상기 제1 리드전극(2) 및 제2 리드전극(3)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 반도체 소자(100)에 전원을 제공하는 역할을 한다. 또한, 상기 제1 리드전극(2) 및 제2 리드전극(3)은 상기 반도체 소자(100)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시키는 역할을 할 수 있으며, 상기 반도체 소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
상기 반도체 소자(100)는 상기 패키지 몸체부(1) 상에 배치되거나 상기 제1 리드전극(2) 또는 제2 리드전극(3) 상에 배치될 수 있다.
상기 반도체 소자(100)는 상기 제1 리드전극(2) 및 제2 리드전극(3)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다. 실시예에서는 상기 반도체 소자(100)가 상기 제1 리드전극(2) 및 제2 리드전극(3)과 각각 와이어를 통해 전기적으로 연결된 것이 예시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 몰딩부재(4)는 상기 반도체 소자(100)를 포위하여 상기 반도체 소자(100)를 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부재(4)에는 형광체(5)가 포함되어 상기 반도체 소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
반도체 소자는 조명 시스템의 광원으로 사용되거나, 영상표시장치의 광원이나 조명장치의 광원으로 사용될 수 있다. 즉, 반도체 소자는 케이스에 배치되어 광을 제공하는 다양한 전자 디바이스에 적용될 수 있다. 예시적으로, 반도체 소자와 RGB 형광체를 혼합하여 사용하는 경우 연색성(CRI)이 우수한 백색광을 구현할 수 있다.
한편, 이상에서 설명된 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지는 복수 개가 기판 상에 어레이될 수 있고, 반도체 소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다.
또한, 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지를 포함하는 광원 장치로 구현될 수 있다.
또한, 광원 장치는 기판과 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지를 포함하는 광원 모듈, 광원 모듈의 열을 발산시키는 방열체, 및 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 광원 모듈로 제공하는 전원 제공부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광원 장치는, 램프, 헤드 램프, 또는 가로등을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 광원 장치는 출력되는 광이 필요한 제품에 다양하게 적용될 수 있다.
또한, 광원 장치는 바텀 커버와, 바텀 커버 위에 배치되는 반사판과, 광을 방출하며 반도체 소자를 포함하는 발광 모듈과, 반사판의 전방에 배치되며 발광 모듈에서 발산되는 빛을 전방으로 안내하는 도광판과, 도광판의 전방에 배치되는 프리즘 시트들을 포함하는 광학 시트와, 광학 시트 전방에 배치되는 디스플레이 패널과, 디스플레이 패널과 연결되고 디스플레이 패널에 화상 신호를 공급하는 화상 신호 출력 회로와, 디스플레이 패널의 전방에 배치되는 컬러 필터를 포함할 수 있다. 여기서 바텀 커버, 반사판, 발광 모듈, 도광판, 및 광학 시트는 백라이트 유닛(Backlight Unit)을 이룰 수 있다.
광원 장치의 또 다른 예로, 헤드 램프는 기판 상에 배치되는 반도체 소자 패키지를 포함하는 발광 모듈, 발광 모듈로부터 조사되는 빛을 일정 방향, 예컨대, 전방으로 반사시키는 리플렉터(reflector), 리플렉터에 의하여 반사되는 빛을 전방으로 굴절시키는 렌즈, 및 리플렉터에 의하여 반사되어 렌즈로 향하는 빛의 일부분을 차단 또는 반사하여 설계자가 원하는 배광 패턴을 이루도록 하는 쉐이드(shade)를 포함할 수 있다.
한편, 도 11은 실시 예에 따른 광원 장치의 분해 사시도이다.
실시 예에 따른 광원 장치는 커버(2100), 광원 모듈(2200), 방열체(2400), 전원 제공부(2600), 내부 케이스(2700), 소켓(2800)을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 조명 장치는 부재(2300)와 홀더(2500) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 상기 광원 모듈(2200)은 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지를 포함할 수 있다.
상기 광원 모듈(2200)은 광원부(2210), 연결 플레이트(2230), 커넥터(2250)를 포함할 수 있다. 상기 부재(2300)는 상기 방열체(2400)의 상면 위에 배치되고, 복수의 광원부(2210)들과 커넥터(2250)이 삽입되는 가이드홈(2310)들을 갖는다.
상기 홀더(2500)는 내부 케이스(2700)의 절연부(2710)의 수납홈(2719)을 막는다. 따라서, 상기 내부 케이스(2700)의 상기 절연부(2710)에 수납되는 상기 전원 제공부(2600)는 밀폐된다. 상기 홀더(2500)는 가이드 돌출부(2510)를 갖는다.
상기 전원 제공부(2600)는 돌출부(2610), 가이드부(2630), 베이스(2650), 연장부(2670)를 포함할 수 있다. 상기 내부 케이스(2700)는 내부에 상기 전원 제공부(2600)와 함께 몰딩부를 포함할 수 있다. 몰딩부는 몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 상기 전원 제공부(2600)가 상기 내부 케이스(2700) 내부에 고정될 수 있도록 한다.
.
영상표시장치의 백라이트 유닛으로 사용될 때 에지 타입의 백라이트 유닛으로 사용되거나 직하 타입의 백라이트 유닛으로 사용될 수 있고, 조명 장치의 광원으로 사용될 때 등기구나 벌브 타입으로 사용될 수도 있으며, 또한 이동 단말기의 광원으로 사용될 수도 있다.
반도체 소자는 상술한 발광 다이오드 외에 레이저 다이오드가 있다.
레이저 다이오드는, 발광소자와 동일하게, 상술한 구조의 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다. 그리고, p-형의 제1 도전형 반도체와 n-형의 제2 도전형 반도체를 접합시킨 뒤 전류를 흘러주었을 때 빛이 방출되는 electro-luminescence(전계발광) 현상을 이용하나, 방출되는 광의 방향성과 위상에서 차이점이 있다. 즉, 레이저 다이오드는 여기 방출(stimulated emission)이라는 현상과 보강간섭 현상 등을 이용하여 하나의 특정한 파장(단색광, monochromatic beam)을 가지는 빛이 동일한 위상을 가지고 동일한 방향으로 방출될 수 있으며, 이러한 특성으로 인하여 광통신이나 의료용 장비 및 반도체 공정 장비 등에 사용될 수 있다.
수광 소자로는 빛을 검출하여 그 강도를 전기 신호로 변환하는 일종의 트랜스듀서인 광 검출기(photodetector)를 예로 들 수 있다. 이러한 광 검출기로서, 광전지(실리콘, 셀렌), 광도전 소자(황화 카드뮴, 셀렌화 카드뮴), 포토 다이오드(예를 들어, visible blind spectral region이나 true blind spectral region에서 피크 파장을 갖는 PD), 포토 트랜지스터, 광전자 증배관, 광전관(진공, 가스 봉입), IR(Infra-Red) 검출기 등이 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
또한, 광검출기와 같은 반도체 소자는 일반적으로 광변환 효율이 우수한 직접 천이 반도체(direct bandgap semiconductor)를 이용하여 제작될 수 있다. 또는, 광검출기는 구조가 다양하여 가장 일반적인 구조로는 p-n 접합을 이용하는 pin형 광검출기와, 쇼트키접합(Schottky junction)을 이용하는 쇼트키형 광검출기와, MSM(Metal Semiconductor Metal)형 광검출기 등이 있다.
포토 다이오드(Photodiode)는 발광소자와 동일하게, 상술한 구조의 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있고, pn접합 또는 pin 구조로 이루어진다. 포토 다이오드는 역바이어스 혹은 제로바이어스를 가하여 동작하게 되며, 광이 포토 다이오드에 입사되면 전자와 정공이 생성되어 전류가 흐른다. 이때 전류의 크기는 포토 다이오드에 입사되는 광의 강도에 거의 비례할 수 있다.
광전지 또는 태양 전지(solar cell)는 포토 다이오드의 일종으로, 광을 전류로 변환할 수 있다. 태양 전지는, 발광소자와 동일하게, 상술한 구조의 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다.
또한, p-n 접합을 이용한 일반적인 다이오드의 정류 특성을 통하여 전자 회로의 정류기로 이용될 수도 있으며, 초고주파 회로에 적용되어 발진 회로 등에 적용될 수 있다.
또한, 상술한 반도체 소자는 반드시 반도체로만 구현되지 않으며 경우에 따라 금속 물질을 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 수광 소자와 같은 반도체 소자는 Ag, Al, Au, In, Ga, N, Zn, Se, P, 또는 As 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있으며, p형이나 n형 도펀트에 의해 도핑된 반도체 물질이나 진성 반도체 물질을 이용하여 구현될 수도 있다. 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치되며, 제1 도펀트를 포함하는 제1 도전형 반도체층;
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되며, 제2 도펀트를 포함하는 제2 도전형 반도체층;
    상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층;을 포함하고,
    상기 제2 도전형 반도체층은 전자 차단층을 포함하며,
    상기 제2 도전형 반도체층은 상기 제2 도전형 반도체층에서 상기 제1 도전형 반도체층으로 향하는 방향에 따라 상기 제2 도펀트의 도핑 농도가 제1 방향으로 갈수록 증가 후 감소하는 변곡부를 포함하며,
    상기 변곡부는 상기 전자차단층 내에 배치되는 반도체 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층은 상기 활성층에 인접한 제1-1 도전형 반도체층, 상기 제1-1 도전형 반도체층 아래에 배치된 제1-2 도전형 반도체층 및 상기 제1-2 도전형 반도체층 아래에 배치된 제1-3 도전형 반도체층을 포함하고,
    상기 제1-1 도전형 반도체층의 제1 도펀트 농도는 상기 제1-2 도전형 반도체층의 제1 도펀트 농도보다 크고 제1-3 도전형 반도체층의 농도보다 작은 반도체 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 도펀트는 실리콘인 반도체 소자.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1-1 도전형 반도체층과 상기 제1-2 도전형 반도체층의 제1 도펀트 농도 비율은 1.7 : 1 이상 내지 3 : 1 이하이고, 상기 제1-2 도전형 반도체층과 상기 제1-3 도전형 반도체층의 제1 도펀트 농도 비율은 1 : 8.3 이상 내지 1 : 30 이하이고, 상기 제1-1 도전형 반도체층과 상기 제1-3 도전형 반도체층의 제1 도펀트 농도 비율은 1.7 : 8.3 이상 내지 3 : 30 이하인 반도체 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방향은 상기 반도체 소자의 표면에서 하부 방향인 반도체 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 도펀트는 마그네슘인 반도체 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 변곡부는 상기 전자차단층에서의 중간영역에서 상기 활성층 사이에 배치되는 반도체 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전자차단층 상부에서 상기 변곡부까지의 거리와 상기 변곡부에서 상기 전자차단층 하부까지의 거리비는 85 : 15 내지 90 : 10 인 반도체 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전자차단층의 변곡부에서의 제2 도펀트 농도와 상기 전자차단층 하부에서의 제2 도펀트 농도 비는 2:1 내지 6:1인 반도체 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전자차단층은 AlGaN/GaN 초격자층으로 형성되고, 상기 제1 방향으로 갈수록 알루미늄 함량이 높아지는 반도체 소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 도전형 반도체층과 상기 활성층 사이에는 상기 활성층에 인접하고 상기 활성층에 정공을 주입하는 정공주입층 및 상기 정공주입층 아래에 배치되어 상기 제2 도펀트의 확산으로 인해 상기 활성층이 손상되는 것을 방지하는 보호층을 포함하는 반도체 소자.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 변곡부에서의 제2 도펀트 농도와 변곡부에서의 제2 도펀트 농도와 상기 정공주입층에서의 제2 도펀트 도핑 비는 2:1 내지 6:1인 반도체 소자.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 보호층은 AlGaN 반도체층을 포함하는 반도체 소자.
  14. 몸체; 및
    상기 몸체에 배치되는 반도체 소자를 포함하고,
    상기 반도체 소자는,
    기판;
    상기 기판 상에 배치되며, 제1 도펀트를 포함하는 제1 도전형 반도체층;
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되며, 제2 도펀트를 포함하는 제2 도전형 반도체층;
    상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층;을 포함하고,
    상기 제2 도전형 반도체층은 전자 차단층을 포함하며,
    상기 제2 도전형 반도체층은 상기 제2 도펀트의 농도가 제1 방향으로 갈수록 증가 후 감소하는 변곡부를 포함하며,
    상기 변곡부는 상기 전자차단층 내에 배치되는 반도체 소자 패키지.
  15. 상기 제1항의 반도체 소자를 포함하는 광원 장치





KR1020170080597A 2017-06-26 2017-06-26 반도체 소자 및 이를 포함하는 반도체 소자 패키지 및 광원 장치 KR102358690B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170080597A KR102358690B1 (ko) 2017-06-26 2017-06-26 반도체 소자 및 이를 포함하는 반도체 소자 패키지 및 광원 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170080597A KR102358690B1 (ko) 2017-06-26 2017-06-26 반도체 소자 및 이를 포함하는 반도체 소자 패키지 및 광원 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190001115A true KR20190001115A (ko) 2019-01-04
KR102358690B1 KR102358690B1 (ko) 2022-02-04

Family

ID=65017768

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170080597A KR102358690B1 (ko) 2017-06-26 2017-06-26 반도체 소자 및 이를 포함하는 반도체 소자 패키지 및 광원 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102358690B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004140008A (ja) * 2002-10-15 2004-05-13 Pioneer Electronic Corp ３族窒化物半導体発光素子及びその製造方法
KR20120063953A (ko) * 2010-12-08 2012-06-18 엘지이노텍 주식회사 발광 소자 및 발광 소자 패키지
KR20170063211A (ko) * 2015-11-30 2017-06-08 엘지이노텍 주식회사 발광소자 및 이를 포함하는 조명장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004140008A (ja) * 2002-10-15 2004-05-13 Pioneer Electronic Corp ３族窒化物半導体発光素子及びその製造方法
KR20120063953A (ko) * 2010-12-08 2012-06-18 엘지이노텍 주식회사 발광 소자 및 발광 소자 패키지
KR20170063211A (ko) * 2015-11-30 2017-06-08 엘지이노텍 주식회사 발광소자 및 이를 포함하는 조명장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR102358690B1 (ko) 2022-02-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP4102580A1 (en) Semiconductor device
JP7209338B2 (ja) 半導体素子
KR20180058564A (ko) 반도체 소자 및 이를 포함하는 반도체 소자 패키지
EP3567642B1 (en) Semiconductor device and light emitting device package comprising same
KR20190060598A (ko) 반도체 소자
US10971651B2 (en) Semiconductor device and semiconductor device package including same
KR102478996B1 (ko) 반도체 소자 및 이를 포함하는 반도체 소자 패키지
KR102317413B1 (ko) 반도체 소자 및 이를 포함하는 반도체 소자 패키지 및 광원 장치
US11121284B2 (en) Semiconductor device and semiconductor device package comprising same
KR102432226B1 (ko) 반도체 소자
KR102358690B1 (ko) 반도체 소자 및 이를 포함하는 반도체 소자 패키지 및 광원 장치
KR102643093B1 (ko) 반도체 소자 및 조명장치
KR102606859B1 (ko) 반도체 소자 및 이를 포함하는 반도체 소자 패키지
KR102648472B1 (ko) 반도체 소자 및 이를 포함하는 반도체 소자 패키지
KR20180082887A (ko) 반도체 소자 및 조명장치
KR20180057144A (ko) 반도체 소자 및 이를 포함하는 반도체 패키지
KR20170137393A (ko) 반도체 소자 및 이를 갖는 발광소자 패키지
KR102564211B1 (ko) 반도체 소자 및 이의 제조 방법
KR102466006B1 (ko) 반도체 소자
KR20180016906A (ko) 반도체 소자 및 이를 갖는 발광소자 패키지
KR20180009220A (ko) 반도체 소자
KR102619743B1 (ko) 반도체 소자
KR20180025733A (ko) 반도체 소자 및 이를 포함하는 반도체 소자 패키지
KR20180082915A (ko) 반도체 소자 및 조명장치
KR20180009266A (ko) 반도체 소자 및 이를 갖는 발광소자 패키지

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant