KR20190010259A - 반도체 소자 및 이를 포함하는 센서 패키지 - Google Patents

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Abstract

실시 예는, 기판; 상기 기판상에 배치되는 제1 반도체층; 상기 제1 반도체층 상에 배치되는 제2 반도체층; 상기 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 배치되는 흡수층; 상기 기판과 상기 제1 반도체층 사이에 배치되는 제3 반도체층; 상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극; 상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극; 상기 제2 반도체층과 전기적으로 연결되는 제3 전극; 및 상기 제3 반도체층과 전기적으로 연결되는 제4 전극을 포함하고, 상기 제3 반도체층과 상기 제4 전극은 쇼트키 접합되는 반도체 소자 및 이를 포함하는 센서 패키지를 개시한다.

Description

반도체 소자 및 이를 포함하는 센서 패키지{SEMICONDUCTOR DEVICE AND DETECTIVE SENSOR INCLUDING THE SAME}
실시 예는 반도체 소자 및 이를 포함하는 센서 패키지에 관한 것이다.
일반적으로,　미생물 감지 장치는 대상물에 자외선을 조사함으로써 대상물에 존재하는 미생물이 발생하는 형광을 통해 미생물의 존재 유무 및 존재량을 분석할 수 있다. 대상물은 음료, 식수, 공기 등의 유체나 식기 등의 용기 등을 포함하는 다양한 종류로 이루어질 수 있다. 그리고 미생물은 곰팡이, 세균, 박테리아 등을 포함하는 생물학적 입자일 수 있다.
미생물 감지 장치는 자외선 광을 조사하는 발광소자와, 미생물이 방출하는 형광 스펙트럼을 검출하는 수광소자를 포함할 수 있다. 또한, 추가적으로 발광소자의 광 출력을 센싱하기 위한 모니터링 PD가 배치될 수 있다.
일반적으로 발광소자와 모니터링 PD가 패키지로 제작되고, 수광소자는 별도의 패키지로 제작될 수 있다. 따라서, 부피가 커지고 발광소자와 수광소자 사이의 간격이 증가하여 센싱 면적이 상대적으로 줄어드는 문제가 있다.
실시 예는 수광소자와 모니터링 PD가 일체화된 반도체 소자를 제공한다.
실시 예는 발광소자와 수광소자 사이의 간격이 줄어든 센서 패키지를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자는, 기판; 상기 기판상에 배치되는 제1 반도체층; 상기 제1 반도체층 상에 배치되는 제2 반도체층; 상기 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 배치되는 흡수층; 상기 기판과 상기 제1 반도체층 사이에 배치되는 제3 반도체층; 상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극; 상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극; 상기 제2 반도체층과 전기적으로 연결되는 제3 전극; 및 상기 제3 반도체층과 전기적으로 연결되는 제4 전극을 포함하고, 상기 제3 반도체층과 상기 제4 전극은 쇼트키 접합된다.
상기 제3 반도체층은 상기 기판으로 입사되는 제1 광을 흡수하고, 상기 흡수층은 상기 기판으로 입사되는 제2 광을 흡수하고, 상기 제1 광의 피크파장은 상기 제2 광의 피크파장보다 짧을 수 있다.
상기 제1 광 및 제2 광은 자외선 파장대의 광일 수 있다.
상기 제1 반도체층은 상기 제3 반도체층 상에 배치되는 제1-1 반도체층, 및 상기 제1-1 반도체층 상에 배치되는 제1-2 반도체층을 포함할 수 있다.
상기 제1-1 반도체층, 제1-2 반도체층, 및 제3 반도체층은 알루미늄을 포함하고, 알루미늄 조성은 하기 관계식 1을 만족할 수 있다.
[관계식 1]
제3 반도체층 > 제1-1 반도체층 > 제1-2 반도체층
상기 제1 전극은 상기 제1-2 반도체층 상에 배치되고, 상기 제2 전극은 상기 제1-1 반도체층 상에 배치될 수 있다.
상기 제1-1 반도체층 및 제3 반도체층은 n형 도펀트를 포함하고, 상기 제1-2 반도체층은 n형 도펀트를 포함하지 않을 수 있다.
상기 제1반도체층은 상기 제1-2 반도체층 상에 배치되는 제1-3 반도체층을 포함할 수 있다.
상기 제1-3 반도체층, 흡수층, 및 제2 반도체층은 알루미늄을 포함하지 않을 수 있다.
상기 제2 광의 흡수피크는 상기 제1 광의 흡수피크보다 클 수 있다.
상기 흡수층의 면적은 상기 제4 전극과 제3 반도체층의 접촉 면적보다 클 수 있다.
상기 제1 전극은 평면상 상기 흡수층을 둘러싸는 링 형상을 가질 수 있다.
상기 제2 전극은 평면상 상기 제1 전극의 외측에 배치될 수 있다.
상기 제1 광은 240nm 내지 290nm에서 피크파장을 갖고, 상기 제2 광은 320nm 내지 380nm에서 피크 파장을 가질 수 있다.
상기 제1 광의 피크파장과 상기 제2 광의 피크파장의 차이는 60nm 내지 100nm일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 패키지는, 몸체; 상기 몸체 내에 배치되는 발광소자; 및 상기 몸체 내에 배치되는 수광소자를 포함하고, 상기 수광소자는, 투광기판; 상기 투광기판상에 배치되는 제1 반도체층; 상기 제1 반도체층 상에 배치되는 제2 반도체층; 상기 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 배치되는 흡수층; 상기 투광기판과 상기 제1 반도체층 사이에 배치되는 제3 반도체층; 상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극; 상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극; 상기 제2 반도체층과 전기적으로 연결되는 제3 전극; 및 상기 제3 반도체층과 전기적으로 연결되는 제4 전극을 포함하고, 상기 제3 반도체층과 상기 제4 전극은 쇼트키 접합될 수 있다.
상기 제3반도체층은 발광소자에서 출사된 제1 광을 흡수하고, 상기 흡수층은 외부에서 입사된 제2 광을 흡수하고, 상기 제1 광의 피크파장은 상기 제2 광의 피크파장보다 짧을 수 있다.
상기 제2 광은 타겟 물질이 상기 제1 광을 흡수하여 방출하는 제2 광의 스펙트럼을 검출하고, 상기 타겟 물질은 곰팡이, 세균, 또는 미생물을 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 수광소자와 모니터링 PD가 일체화된 반도체 소자를 제작할 수 있다. 따라서, 센서 패키지를 소형화할 수 있다.
또한, 발광소자와 수광소자 사이의 간격이 줄어들어 센싱 면적이 증가할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 패키지의 개념도이고,
도 2는 종래 센서 패키지의 개념도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 패키지의 센싱 영역을 보여주는 도면이고,
도 4는 종래 센서 패키지의 센싱 영역을 보여주는 도면이고,
도 5는 발광소자의 개념도이고,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수광소자의 개념도이고,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수광소자의 흡수 스펙트럼이고,
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수광소자의 개념도이고,
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수광소자의 평면도이고,
도 10은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 수광소자의 개념도이고,
도 11은 실시 예에 따른 전자 제품을 도시한 개념도이다.
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.
실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 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 element 사이에 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.
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
이하에서 반도체 소자는 자외선 파장대의 광을 흡수하는 수광소자로 설명하나 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 패키지의 개념도이고, 도 2는 종래 센서 패키지의 개념도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 패키지의 센싱 영역을 보여주는 도면이고, 도 4는 종래 센서 패키지의 센싱 영역을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 실시 예에 따른 센서 패키지는 몸체(61) 내에 배치되는 발광소자(100) 및 수광소자(200)를 포함할 수 있다.
몸체(61)의 재질은 특별히 한정되지 않으나 열 방출이 우수한 재질로 제작될 수 있다. 또한, 전자파 간섭(EMI)를 개선하기 위해 절연 재질로 제작될 수도 있다. 예시적으로 몸체(61)는 산화 알루미늄, AlN, 또는 세라믹일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.
또한, 몸체(61)는 열 전달 효율이 높은 금속재질로 제작하고 외면에 별도의 절연 처리를 할 수도 있다. 예시적으로 몸체(61)는 자외선 반사율이 높은 알루미늄으로 제작하고, 외면은 산화시켜 산화 알루미늄 층을 형성할 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 알루미늄 몸체(61)의 외면에 별도의 절연 코팅을 할 수도 있다.
발광소자(100)와 수광소자(200)는 몸체(61)의 내부에 배치될 수 있다. 도시되지는 않았으나 몸체(61)의 내부에는 발광소자(100) 및 수광소자(200)와 전기적으로 연결되는 리드 프레임이 배치될 수도 있다.
외부 공기 중에는 다양한 미생물(microorganism, 1)이 존재할 수 있다. 미생물(1)은 곰팡이, 세균, 박테리아 등을 포함하는 생물학적 입자일 수 있다. 즉, 미생물(1)은 먼지와 같은 비생물 입자와 구분될 수 있다. 미생물(1)은 강한 에너지를 흡수할 경우 특유의 형광을 방출할 수 있다.
미생물(1)은 발광소자(100)로부터 발생한 자외선 파장대의 광(이하 제1 광이라 함)을 흡수하고 형광(이하 제2 광이라 함)을 방출할 수 있다. 이때, 미생물(1)이 방출한 제2 광(L2)은 흡수한 제1 광(L1)의 파장보다 장파장대의 광일 수 있다. 예시적으로 트립토판(tryptophan)의 경우 약 280nm의 광을 흡수하여 약 350nm의 형광 스펙트럼을 방출할 수 있다. 트립토판은 단백질을 구성하는 아미노산의 일종이다.
발광소자(100)는 자외선 파장대의 제1 광(L1)을 출력할 수 있다. 발광소자(100)는 근자외선 파장대의 광(UV-A)을 출력할 수도 있고, 원자외선 파장대의 광(UV-B)을 출력할 수도 있고, 심자외선 파장대의 광(UV-C)을 방출할 수 있다.
자외선 파장대는 발광소자의 Al의 조성비에 의해 결정될 수 있다. 예시적으로, 근자외선 파장대의 광(UV-A)는 320nm 내지 420nm 범위의 파장을 가질 수 있고, 원자외선 파장대의 광(UV-B)은 280nm 내지 320nm 범위의 파장을 가질 수 있으며, 심자외선 파장대의 광(UV-C)은 100nm 내지 280nm 범위의 파장을 가질 수 있다. 본 실시 예에 따른 발광소자(100)는 미생물(1)이 흡수할 수 있는 심자외선 파장대의 광을 출력할 수 있으나, 타켓팅되는 미생물(1)의 종류에 따라 발광소자(100)의 파장대는 조절될 수 있다.
수광소자(200)는 미생물(1)이 방출한 제2 광(L2)을 검출할 수 있다. 미생물(1)은 각자 방출하는 형광 스펙트럼이 상이하므로, 미생물(1)이 방출하는 형광 스펙트럼을 조사하면 미생물(1)의 종류 및 농도를 알 수 있다. 또한, 수광소자(200)는 발광소자(100)에서 출사되는 제1 광(L1)을 일부 흡수하여 발광소자(100)의 광 출력을 모니터링할 수 있다. 즉, 실시 예에 따른 수광소자(200)는 모니터링 PD의 역할도 동시에 수행할 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자(100)는 자외선 발광다이오드일 수 있고, 수광소자(200)는 자외선 포토 다이오드 일 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 발광소자(100)와 모니터링 PD(300)를 제1패키지(51)로 제작하고, 수광소자(200)를 제2패키지(52)로 제작할 수 있다. 그러나, 발광소자(100)와 수광소자(200)가 별도의 패키지로 제작되는 경우 발광소자(100)와 수광소자(200) 사이 간격(P2)이 넓어질 수 있다. 따라서, 발광소자(100)의 지향각과 수광소자(200)의 수광각이 교차하는 중첩 영역(S2)이 상대적으로 좁게 형성될 수 있다. 중첩 영역(S2) 이외의 지점에서는 수광소자(200)의 수광각을 벗어나기 때문에 센싱이 어려울 수 있다.
그러나, 도 4와 같이 실시 예에 따르면, 발광소자(100)와 수광소자(200)를 단일 패키지로 제작하는 경우 간격이 좁아져 중첩 영역(S1)이 넓어질 수 있다. 그러나, 발광소자(100)와 수광소자(200)를 단일 패키지로 제작하는 경우 모니터링 PD와 수광소자(200)가 흡수하는 광을 분리하는 것이 어려우므로 정확한 센싱이 어려워질 수 있다. 즉, 발광소자(100)에서 수광소자(200)로 직접 입사되는 제1 광(L1)은 수광소자(200) 입장에서는 노이즈로 작용할 수 있다. 실시 예에 따른 수광소자(200)는 발광소자(100)에서 출사되는 제1 광(L1) 및 제2 광(L2)을 각각 센싱하도록 설계될 수 있다. 따라서, 단일 패키지가 가능해질 수 있다.
도 5는 발광소자의 개념도이다.
도 5를 참조하면, 자외선 발광소자(100)는 제1도전형 반도체층(120), 제2도전형 반도체층(140), 활성층(130)을 포함하는 발광구조물과, 제1도전형 반도체층(120)과 전기적으로 연결되는 제1 전극층(150), 제2도전형 반도체층(140)과 전기적으로 연결되는 제2 전극층(160)을 포함한다.
제1도전형 반도체층(120)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1도전형 반도체층(120)에 제1도펀트가 도핑될 수 있다. 제1도전형 반도체층(120)은 Inx1Aly1Ga1 -x1- y1N(0≤x1≤1, 0≤y1≤1, 0≤x1+y1≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN 등에서 선택될 수 있다. 그리고, 제1도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te와 같은 n형 도펀트일 수 있다. 제1도펀트가 n형 도펀트인 경우, 제1도펀트가 도핑된 제1도전형 반도체층(120)은 n형 반도체층일 수 있다.
활성층(130)은 제1도전형 반도체층(120)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 제2도전형 반도체층(140)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 만나는 층이다. 활성층(130)은 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 그에 상응하는 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다.
활성층(130)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(130)의 구조는 이에 한정하지 않는다. 활성층(130)은 자외선 파장대의 광을 생성할 수 있다.
제2도전형 반도체층(140)은 활성층(130) 상에 형성되며, Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2도전형 반도체층(140)에 제2도펀트가 도핑될 수 있다. 제2도전형 반도체층(140)은 Inx5Aly2Ga1 -x5- y2N (0≤x5≤1, 0≤y2≤1, 0≤x5+y2≤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 도펀트인 경우, 제2도펀트가 도핑된 제2도전형 반도체층(140)은 p형 반도체층일 수 있다.
제2도전형 반도체층(140)이 AlGaN인 경우, 낮은 전기 전도도에 의해 정공 주입이 원활하지 않을 수 있다. 따라서, 상대적으로 전기 전도도가 우수한 GaN 박막층(도시되지 않음)을 제2도전형 반도체층(140)의 상면에 배치하여 제2 전극(292)층(160)과 오믹을 형성할 수도 있다.
발광소자(100)는 다양한 본딩 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 발광소자(100)는 수평형 본딩 구조, 수직형 본딩 구조, 또는 플립 칩 본딩 구조를 가질 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수광소자의 개념도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수광소자의 흡수 스펙트럼이다.
도 6을 참조하면, 실시 예에 따른 수광소자(200)는 기판(210), 제1 반도체층(250), 흡수층(260), 제2 반도체층(270), 제3 반도체층(240), 및 복수 개의 전극(291, 292, 293, 294)을 포함한다.
반도체층은 유기금속 화학 증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition; MOCVD), 화학 증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD), 플라즈마 화학 증착법(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD), 분자선 성장법(Molecular Beam Epitaxy; MBE), 수소화물 기상 성장법(Hydride Vapor Phase Epitaxy; HVPE), 스퍼터링(Sputtering) 등의 방법을 이용하여 형성할 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
복수 개의 전극은 제1 반도체층(250)과 전기적으로 연결되는 제1 전극(291), 제1 반도체층(250)과 전기적으로 연결되는 제2 전극(292), 제1 반도체층(250)과 전기적으로 연결되는 제3 전극(293), 및 제3 반도체층(240)과 전기적으로 연결되는 제4 전극(294)을 포함할 수 있다.
기판(210)은 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP 및 Ge 중 선택된 물질로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 기판(210)은 자외선 파장대의 광이 투과할 수 있는 투광기판일 수 있다.
버퍼층(220)은 기판(210)과 반도체층들 사이의 격자 부정합을 완화할 수 있다. 버퍼층(220)은 Ⅲ족과 Ⅴ족 원소가 결합된 형태이거나 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중에서 어느 하나를 포함할 수 있다. 본 실시 예는 버퍼층(220)은 AlN일 수 있으나 이에 한정하지 않는다. 버퍼층(220)은 도펀트를 포함할 수도 있으나 이에 한정하지 않는다.
초격자층(230)은 버퍼층(220) 상에 배치되어 결정성을 향상시킬 수 있다. 초격자층(230)은 제1층과 제2층이 교번 적층될 수 있다. 제1층은 제2층보다 알루미늄 조성이 높을 수 있다. 예시적으로 제1층은 AlN이고 제2층은 AlGaN일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.
제1 반도체층(250)은 기판(210) 상에 배치될 수 있다. 제1 반도체층(250)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 반도체층(250)에 제1도펀트가 도핑될 수 있다. 제1 반도체층(250)은 Inx1Aly1Ga1 -x1- y1N(0≤x1≤1, 0≤y1≤1, 0≤x1+y1≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN 등에서 선택될 수 있다. 그리고, 제1도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te와 같은 n형 도펀트일 수 있다. 제1도펀트가 n형 도펀트인 경우, 제1도펀트가 도핑된 제1 반도체층(250)은 n형 반도체층일 수 있다.
흡수층(260)은 제1 반도체층(250)과 제2 반도체층(270) 사이에 배치될 수 있다. 흡수층(260)은 진성 반도체층을 포함할 수 있다. 여기서, 진성 반도체층이란, 언도프드(Undoped) 반도체층 또는 비의도적 도핑(Unintentionally doped) 반도체층일 수 있다.
비의도적 반도체층이란, 반도체층의 성장 공정에서 도펀트 예를 들어, 실리콘(Si) 원자등과 같은 n형 도펀트의 도핑없이 N-vacancy가 발생한 것을 의미할 수 있다. 이때 N-vacancy가 많아지면 잉여 전자의 농도가 커져서, 제조공정에서 의도하지 않았더라고, n-형 도펀트로 도핑된 것과 유사한 전기적인 특성을 가질 수 있다. 흡수층(260)의 일부 영역까지는 확산에 의해 도펀트가 도핑될 수도 있다.
흡수층(260)은 내부에 공핍 영역이 형성되어 제2 광(L2)을 흡수할 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 수광소자(200)는 캐리어를 증배시키기 위한 증폭층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 증폭층은 애벌런치(Avalanche) 기능을 갖는 다양한 구조의 반도체층 구조가 채택될 수 있다.
제2 반도체층(270)은 흡수층(260) 상에 배치될 수 있다. 제2 반도체층(270)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 반도체층(270)에 제2도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 반도체층(270)은 Inx5Aly2Ga1 -x5- y2N (0≤x5≤1, 0≤y2≤1, 0≤x5+y2≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질 또는 GaN, AlInGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 선택된 물질로 형성될 수 있다. 제2도펀트가 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트인 경우, 제2도펀트가 도핑된 제2 반도체층(270)은 p형 반도체층일 수 있다.
제2 반도체층(270)이 AlGaN인 경우, 낮은 전기 전도도에 의해 정공 주입이 원활하지 않을 수 있다. 따라서, 상대적으로 전기 전도도가 우수한 GaN 박막층(도시되지 않음)을 제2 반도체층(270)의 상면에 배치할 수도 있다. 제2 반도체층(270)상에는 제3 오믹 전극(293a)이 배치될 수 있다. 제3 오믹 전극(293a)은 ITO일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.
기판(210)과 제1 반도체층(250) 사이에는 제3 반도체층(240)이 배치될 수 있다. 제3 반도체층(240)은 발광소자(100)에서 출사된 제1 광(L1)을 흡수할 수 있다. 제3 반도체층(240)은 Inx1Aly1Ga1 -x1- y1N(0≤x1≤1, 0<y1≤1, 0≤x1+y1≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 AlGaN, InAlGaN, AlN 등에서 선택될 수 있다. 그리고, Si, Ge, Sn, Se, Te와 같은 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
제3 반도체층(240)의 알루미늄 조성은 40% 내지 50%일 수 있다. 알루미늄 조성이 40% 이상인 경우 미생물(1)이 방출한 제2 광을 흡수하는 문제를 개선할 수 있다. 만약, 알루미늄 조성이 40% 보다 낮아지는 경우 에너지 밴드갭이 낮아져 제2 광을 흡수할 수 있다. 따라서, 제2 광의 감도가 저하될 수 있다.
알루미늄 조성이 50% 이하인 경우 에너지 밴드갭이 너무 커져 약 270nm의 자외선 광을 흡수하지 못하는 문제를 개선할 수 있다. 알루미늄 조성이 50% 보다 커지는 경우 제1 광의 일부가 제3 반도체층(240)을 통과하게 되어 흡수층(260)에서 흡수될 수 있다. 따라서, 제2 광의 노이즈로 작용할 수 있다.
제1 전극(291)은 제1 반도체층(250) 상에 배치될 수 있다. 제1 전극(291)은 제1 반도체층(250) 상에 배치되는 제1 오믹 전극(291a) 및 제1 오믹 전극(291a) 상에 배치되는 제1 패드(291b)를 포함할 수 있다.
제2 전극(292)은 제1 반도체층(250)상에 배치될 수 있다. 제2 전극(292)은 제1 반도체층(250) 상에 배치되는 제2 오믹 전극(292a), 및 제2 오믹 전극(292a) 상에 배치되는 제1 패드(291b)를 포함할 수 있다. 제2 전극(292)은 제1 전극(291)의 외측으로 이격 배치될 수 있다.
제3 전극(293)은 제2 반도체층(270)상에 배치될 수 있다. 제3 전극(293)은 제2 반도체층(270) 상에 배치되는 제3 오믹 전극(293a), 및 제3 오믹 전극(293a) 상에 배치되는 제3 패드(293b)를 포함할 수 있다.
제4 전극(294)은 제3 반도체층(240)상에 배치될 수 있다. 제4 전극(294)은 제3 반도체층(240) 상에 배치되는 쇼트키 전극(294a) 및 쇼트키 전극(294a) 상에 배치되는 제4 패드(294b)를 포함할 수 있다.
절연층(280)은 제1 전극 내지 제4 전극(291, 292, 293, 294)를 전기적으로 절연시킬 수 있다. 절연층(280)은 SiO2, SixOy, Si3N4, SixNy, SiOxNy, Al2O3, TiO2, AlN 등으로 이루어진 군에서 적어도 하나가 선택되어 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 절연층(280)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 예시적으로 절연층(280)은 Si 산화물이나 Ti 화합물을 포함하는 다층 구조의 DBR(distributed Bragg reflector) 일 수도 있다.
제1 내지 제3 오믹 전극(291a, 292a, 293a)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 또는 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Sn, In, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으나, 이러한 재료에 한정되는 않는다. 예시적으로 제1 및 제2 오믹 전극(291a, 292a)은 Cr/Ti/Al/Ni/Au 전극 구조를 갖고, 제3 오믹 전극(293a)은 ITO일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.
쇼트키 전극(294a)은 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 질화티타늄(TiN), 금(Au), 팔라듐(Pd), 백금(Pt) 또는 이들의 둘 이상의 적층 구조를 포함할 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 쇼트키 접합을 위해 사용 가능한 금속 전극은 모두 적용될 수 있다.
제1 내지 제4 패드(291b, 292b, 293b, 294b)의 종류는 특별히 한정하지 않는다. 패드는 와이어 본딩, 플립칩 본딩, 솔더 본딩 등이 가능한 다양한 종류의 패드 전극이 모두 적용될 수 있다.
제3 반도체층(240)은 제4 전극(294)과 쇼트키 접합(Schottky contact)되어 발광소자(100)에서 출사되는 제1 광(L1)의 출력을 모니터링할 수 있다. 흡수층(260)은 제2 광(L2)을 흡수하여 미생물(1)의 존재 및 농도를 측정할 수 있다. 이때, 제1 광(L1)은 대부분 제3 반도체층(240)과 제1 반도체층(250)에서 흡수되도록 설계되므로 흡수층(260)은 실질적으로 제2 광(L2)만을 흡수할 수 있다.
실시 예에 따르면, 제1 반도체층(250), 흡수층(260), 제2 반도체층(270), 제1 전극(291), 및 제3 전극(293)은 PIN 다이오드를 형성할 수 있다. 또한, 제1 반도체층(250), 제3 반도체층(240), 제2 전극(292), 및 제4 전극(294)은 쇼트키 다이오드를 형성할 수 있다. 쇼트키 다이오드 대신 PN 다이오드 또는 PIN 다이오드를 형성할 수도 있으나, 이 경우 별도의 P 반도체층을 구비해야 하는 문제가 있다.
도 7을 참조하면, 제1 광(L1)은 240nm 내지 290nm에서 피크파장(P1)을 갖고, 제2 광(L2)은 320nm 내지 380nm에서 피크 파장(P2)을 갖는 것을 확인할 수 있다. 이때, 제1 광(L1)의 피크 파장(P1)과 제2 광(L2)의 피크 파장(P2) 사이의 간격(W1)은 60nm 내지 100nm일 수 있다. 사이의 간격(W1)이 60nm보다 좁아지는 경우 중첩되는 영역이 노이즈로 작용하여 감도가 저하될 수 있다.
제2 광(L2)의 피크강도는 제1 광(L1)의 피크강도보다 클 수 있다. 발광소자(100)가 인접 위치한 경우 상대적으로 제1 광(L1)의 피크강도가 제2 광(L2)의 피크강도보다 더 커질 수 있다. 그러나, 제1 광(L1)은 발광소자(100)의 광출력을 측정할 수 있는 정도의 광량만 확보하면 되므로 피크강도가 작아지도록 설계할 수 있다. 제1 광(L1)의 강도는 쇼트키 접합 면적을 작게 하여 제어할 수 있다. 따라서, 후술하는 바와 같이 쇼트키 접합 면적은 흡수층(260)의 면적보다 작게 설계할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수광소자의 개념도이고, 도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수광소자의 평면도이고, 도 10은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 수광소자의 개념도이다.
도 8을 참조하면, 실시 예에 따른 수광소자(200)는 기판(210), 제1 반도체층(250), 흡수층(260), 제2 반도체층(270), 제3 반도체층(240), 및 복수 개의 전극(291, 292, 293, 294)을 포함한다.
기판(210)은 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP 및 Ge 중 선택된 물질로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 기판(210)은 자외선 파장대의 광이 투과할 수 있는 투광 기판일 수 있다.
버퍼층(220)은 기판(210)과 반도체층들 사이의 격자 부정합을 완화할 수 있다. 버퍼층(220)은 Ⅲ족과 Ⅴ족 원소가 결합된 형태이거나 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중에서 어느 하나를 포함할 수 있다. 본 실시 예는 자외선 파장대의 광을 흡수해야 하므로 버퍼층(220)은 AlN일 수 있으나 이에 한정하지 않는다. 버퍼층(220)은 도펀트를 포함할 수도 있으나 이에 한정하지 않는다.
초격자층(230)은 버퍼층(220) 상에 배치되어 결정성을 향상시킬 수 있다. 초격자층(230)은 제1층과 제2층이 교번 적층될 수 있다. 제1층은 제2층보다 알루미늄 조성이 높을 수 있다. 예시적으로 제1층은 AlN이고 제2층은 AlGaN일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.
제1 반도체층(250)은 기판(210) 상에 배치될 수 있다. 제1 반도체층(250)은 제1-1 반도체층(251), 제1-2 반도체층(252), 및 제1-3 반도체층(253)을 포함할 수 있다.
제1-1 반도체층(251)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, Inx1Aly1Ga1 -x1- y1N(0≤x1≤1, 0<y1≤1, 0≤x1+y1≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 AlGaN, InAlGaN, AlGaN 등에서 선택될 수 있다.
제1-1 반도체층(251)은 제1도펀트가 도핑되지 않을 수 있다. 즉, 제1-1 반도체층(251)은 진성 반도체층을 포함할 수 있다. 여기서, 진성 반도체층이란, 언도프드(Undoped) 반도체층 또는 비의도적 도핑(Unintentionally doped) 반도체층일 수 있다. 이러한 구성에 의하면 제1-1 반도체층(251)은 고저항층 역할을 수행하여 PIN 다이오드와 쇼트키 다이오드 사이에 발생하는 노이즈를 저감시킬 수 있다.
제1-1 반도체층(251)의 알루미늄 조성은 제3 반도체층(240)보다 낮을 수 있다. 제1-1 반도체층(251)의 알루미늄 조성은 35% 내지 40%일 수 있다. 알루미늄 조성이 35%보다 작은 경우 제2 광(L2)을 흡수하는 문제가 있다. 또한, 알루미늄 조성이 40%보다 커지는 경우 GaN 타입의 흡수층(260)의 결정성이 저하될 수 있다.
제1-2 반도체층(252)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, Inx1Aly1Ga1 -x1- y1N(0≤x1≤1, 0<y1≤1, 0≤x1+y1≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 AlGaN, InAlGaN, AlGaN 등에서 선택될 수 있다. 제1-2 반도체층(252)은 n 도펀트가 도핑될 수 있다.
제1-2 반도체층(252)의 알루미늄 조성은 제1-1 반도체층(251) 및 제3 반도체층(240)보다 낮을 수 있다. 제1-2 반도체층(252)의 알루미늄 조성은 30% 내지 35%일 수 있다. 알루미늄 조성이 30%보다 작은 경우 제2 광(L2)을 흡수하는 문제가 있다. 또한, 알루미늄 조성이 35%보다 커지는 경우 GaN 타입의 흡수층(260)의 결정성이 저하될 수 있다.
제1-3 반도체층(253)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, Inx1Aly1Ga1 -x1- y1N(0≤x1≤1, 0≤y1≤1, 0≤x1+y1≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN 일 수 있다. 제1-3 반도체층(253)은 n 도펀트가 도핑될 수 있다.
흡수층(260)은 제1-3 반도체층(253)과 제2 반도체층(270) 사이에 배치될 수 있다. 흡수층(260)은 진성 반도체층을 포함할 수 있다. 여기서, 진성 반도체층이란, 언도프드(Undoped) 반도체층 또는 비의도적 도핑(Unintentionally doped) 반도체층일 수 있다. 예시적으로 흡수층(260)은 i-GaN일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.
흡수층(260)은 내부에 공핍 영역이 형성되어 제2 광(L2)을 흡수할 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 수광소자(200)는 캐리어를 증배시키기 위한 증폭층을 더 포함할 수 있다. 증폭층은 애벌런치(Avalanche) 기능을 갖는 다양한 구조의 반도체층 구조가 채택될 수 있다.
제2 반도체층(270)은 흡수층(260) 상에 배치될 수 있다. 제2 반도체층(270)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 반도체층(270)에 제2도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 반도체층(270)은 Inx5Aly2Ga1 -x5- y2N (0≤x5≤1, 0≤y2≤1, 0≤x5+y2≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질일 수 있다. 예시적으로 제2 반도체층(270)은 GaN일 수 있다. 제2도펀트가 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트인 경우, 제2도펀트가 도핑된 제2 반도체층(270)은 p형 반도체층일 수 있다.
기판(210)과 제1-1 반도체층(251) 사이에는 제3 반도체층(240)이 배치될 수 있다. 제3 반도체층(240)은 Inx1Aly1Ga1 -x1- y1N(0≤x1≤1, 0<y1≤1, 0≤x1+y1≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 AlGaN, InAlGaN, AlN 등에서 선택될 수 있다. 그리고, Si, Ge, Sn, Se, Te와 같은 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
제3 반도체층(240)의 알루미늄 조성은 40% 내지 50%일 수 있다. 알루미늄 조성이 40% 이상인 경우 미생물(1)이 방출한 제2 광을 흡수하는 문제를 개선할 수 있다. 만약, 알루미늄 조성이 40% 보다 낮아지는 경우 에너지 밴드갭이 낮아져 제2 광을 흡수할 수 있다. 따라서, 제2 광의 감도가 저하될 수 있다.
알루미늄 조성이 50% 이하인 경우 에너지 밴드갭이 너무 커져 약 270nm의 자외선 광을 흡수하지 못하는 문제를 개선할 수 있다. 알루미늄 조성이 50% 보다 커지는 경우 제1 광의 일부가 제3 반도체층(240)을 통과하게 되어 흡수층(260)에서 흡수될 수 있다. 따라서, 제2 광의 노이즈로 작용할 수 있다.
제3 반도체층(240), 제1-1 내지 제1-3 반도체층(251, 252, 253)은 알루미늄 조성을 순차적으로 감소시킴으로써 흡수층(260)의 결정성을 개선할 수 있다. 제1-1 반도체층(251), 제1-2 반도체층(252), 및 제3 반도체층(240)은 알루미늄을 포함하고, 알루미늄 조성은 하기 관계식 1을 만족할 수 있다.
[관계식 1]
제3 반도체층(240) > 제1-1 반도체층(251) > 제1-2 반도체층(252)
제1 전극(291)은 제1-2 반도체층(252) 상에 배치될 수 있다. 제1 전극(291)은 제1-2 반도체층(252) 상에 배치되는 제1 오믹 전극(291a) 및 제1 오믹 전극(291a) 상에 배치되는 제1 패드(291b)를 포함할 수 있다. 제1 전극(291)은 제1-2 반도체층(252)이 메사 식각된 더미 영역(252a)에 배치될 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.
제2 전극(292)은 제1-1 반도체층(251)상에 배치될 수 있다. 제2 전극(292)은 제1-1 반도체층(251) 상에 배치되는 제2 오믹 전극(292a) 및 제2 오믹 전극(292a) 상에 배치되는 제2 패드(292b)를 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 제1 전극(291)은 상대적으로 전도도가 높은 제1-2 반도체층(252) 상에 배치되고, 제2 전극(292)은 상대적으로 전도도가 낮은 제1-1 반도체층(251)상에 배치될 수 있다. 따라서, 제1 전극(291)과 제2 전극(292) 사이에 고저항층이 배치되므로 제1 광(L1) 및 제2 광(L2)의 센싱 감도가 향상될 수 있다.
제3 전극(293)은 제2 반도체층(270)상에 배치될 수 있다. 제3 전극(293)은 제2 반도체층(270) 상에 배치되는 제3 오믹 전극(293a), 및 제3 오믹 전극(293a) 상에 배치되는 제3 패드(293b)를 포함할 수 있다.
제4 전극(294)은 제3 반도체층(240)상에 배치될 수 있다. 제4 전극(294)은 제3 반도체층(240) 상에 배치되는 쇼트키 전극(294a), 및 쇼트키 전극(294a) 상에 배치되는 제4 패드(294b)를 포함할 수 있다.
절연층(280)은 제1 전극 내지 제4 전극(291, 292, 293, 294)를 전기적으로 절연시킬 수 있다. 절연층(280)은 SiO2, SixOy, Si3N4, SixNy, SiOxNy, Al2O3, TiO2, AlN 등으로 이루어진 군에서 적어도 하나가 선택되어 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 절연층(280)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 예시적으로 절연층(280)은 Si 산화물이나 Ti 화합물을 포함하는 다층 구조의 DBR(distributed Bragg reflector) 일 수도 있다.
제1 내지 제3 오믹 전극(291a, 292a, 293a)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 또는 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Sn, In, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으나, 이러한 재료에 한정되는 않는다. 예시적으로 제1 및 제2 오믹 전극(291a, 292a)은 Cr/Ti/Al/Ni/Au 전극 구조를 갖고, 제3 오믹 전극(293a)은 ITO일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.
쇼트키 전극(294a)은 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 질화티타늄(TiN), 금(Au), 팔라듐(Pd), 백금(Pt) 또는 이들의 둘 이상의 적층 구조를 포함할 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 쇼트키 접합을 위해 사용 가능한 금속 전극은 모두 적용될 수 있다.
실시 예에 따른 수광소자(200)는 GaN 타입의 PIN 다이오드와 AlGaN 타입의 쇼트키 다이오드가 접합된 구조일 수 있다. 구체적으로 제3 반도체층(240)이 제4 전극(294)과 쇼트키 접합되어 발광소자(100)에서 출사되는 제1 광(L1)을 흡수함으로써 모니터링할 수 있다. 또한, GaN 타입의 흡수층(260)이 약 350nm의 제2 광(L2)을 흡수하여 미생물의 존재 및 분포를 측정할 수 있다. 이때, 제1 광(L1)은 제2 광(L2)보다 피크 파장이 짧다.
도 9를 참조하면, 평면상 흡수층(260)은 칩의 중앙 영역에 원형으로 배치되고, 제1 전극(291)은 링 형상으로 형성되어 흡수층(260)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 또한, 제2 전극(292)은 제1 전극(291)의 외측에 배치되고, 제4 전극(294)은 칩의 각 모서리 영역에 배치될 수 있다.
쇼트키 접합 면적(쇼트키 전극이 제3 반도체층과 접촉하는 면적)은 발광구조물의 전체 면적의 20% 내지 40%의 면적을 차지하도록 배치될 수 있다. 면적의 20%보다 작은 경우 광 출력이 너무 낮아 발광소자(100)의 광 출력을 감지하기 어렵고, 면적이 40%보다 커지는 경우 흡수층(260)의 면적이 줄어들게 되어 제2 광(L2)의 감도가 저하되는 문제가 있다. 따라서, 흡수층(260)의 면적은 제4 전극(294)과 제3 반도체층의 접촉 면적 보다 클 수 있다. 도 8은 도 9의 A-A 방향 단면도일 수 있다.
수광소자(200)의 구조는 다양하게 변형될 수 있다. 도 10을 참조하면, 쇼트키 접합은 제1-1 반도체층(251)과 제4 전극(294) 사이에서 이루어질 수도 있다. 또한, 제1 전극(291)은 제1-2 반도체층(252) 상에 직접 배치될 수도 있다.
도 11은 실시 예에 따른 전자 제품을 도시한 개념도이다.
도 11을 참고하면, 실시 예에 따른 전자 제품은, 케이스(20), 케이스(20) 내에 배치되는 센서 패키지(1000), 제품의 기능을 수행하는 기능부(4000) 및 제어부(2000)를 포함한다.
전자 제품은 다양한 가전 기기 등을 포함하는 개념일 수 있다. 예시적으로, 전자 제품은 냉장고, 공기 청정기, 에어컨, 정수기, 가습기 등과 같이 전원을 공급받아 소정의 역할을 수행하는 가전 가기일 수 있다.
그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 전자 제품은 자동차와 같이 소정의 밀폐 공간을 갖는 제품을 포함할 수도 있다. 즉, 전자 제품은 미생물의 존재를 확인할 필요가 있는 다양한 제품을 모두 포함하는 개념일 수 있다.
기능부(4000)는 전자 제품의 주기능을 수행할 수 있다. 예시적으로, 전자 부품이 에어컨인 경우, 기능부(4000)는 공기의 온도를 제어하는 부분일 수 있다. 또한, 전자 부품이 정수기인 경우, 기능부(4000)는 물을 정수하는 부분일 수 있다.
제어부(2000)는 기능부(4000) 및 센서 패키지(1000)와 통신할 수 있다. 제어부(2000)는 케이스(2) 내부로 유입된 미생물의 존재 및 종류를 탐지하기 위해 센서 패키지(1000)를 동작시킬 수 있다. 전술한 바와 같이 실시 예에 따른 센서 패키지(1000)는 모듈 형태로 소형화가 가능하므로 다양한 사이즈의 전자 제품에 장착될 수 있다.
제어부(2000)는 센서 패키지(1000)에서 검출된 신호를 미리 저장된 데이터와 비교하여 미생물의 농도 및 종류를 검출할 수 있다. 미리 저장된 데이터는 룩-업 테이블 형식으로 메모리에 저장될 수 있으며, 주기적으로 갱신될 수 있다.
제어부(2000)는 검출 결과, 미생물의 농도 등이 미리 설정된 기준값 이상인 경우 세척 시스템을 구동시키거나, 디스플레이부(3000)에 경고 신호를 출력할 수 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 (19)

  1. 기판;
    상기 기판상에 배치되는 제1 반도체층;
    상기 제1 반도체층 상에 배치되는 제2 반도체층;
    상기 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 배치되는 흡수층;
    상기 기판과 상기 제1 반도체층 사이에 배치되는 제3 반도체층;
    상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극;
    상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극;
    상기 제2 반도체층과 전기적으로 연결되는 제3 전극; 및
    상기 제3 반도체층과 전기적으로 연결되는 제4 전극을 포함하고,
    상기 제3 반도체층과 상기 제4 전극은 쇼트키 접합되는 반도체 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3 반도체층은 상기 기판으로 입사되는 제1 광을 흡수하고,
    상기 흡수층은 상기 기판으로 입사되는 제2 광을 흡수하고,
    상기 제1 광의 피크파장은 상기 제2 광의 피크파장보다 짧은 반도체 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 광 및 제2 광은 자외선 파장대의 광인 반도체 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반도체층은
    상기 제3 반도체층 상에 배치되는 제1-1 반도체층, 및
    상기 제1-1 반도체층 상에 배치되는 제1-2 반도체층을 포함하는 반도체 소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1-1 반도체층, 제1-2 반도체층, 및 제3 반도체층은 알루미늄을 포함하고,
    알루미늄 조성은 하기 관계식 1을 만족하는 반도체 소자.
    [관계식 1]
    제3 반도체층 > 제1-1 반도체층 > 제1-2 반도체층
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 전극은 상기 제1-2 반도체층 상에 배치되고,
    상기 제2 전극은 상기 제1-1 반도체층 상에 배치되는 반도체 소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1-1 반도체층 및 제3 반도체층은 n형 도펀트를 포함하고,
    상기 제1-2 반도체층은 n형 도펀트를 포함하지 않는 반도체 소자.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1 반도체층은 상기 제1-2 반도체층 상에 배치되는 제1-3 반도체층을 포함하는 반도체 소자.
  9. 제8항에 있이서,
    상기 제1-3 반도체층, 흡수층, 및 제2 반도체층은 알루미늄을 포함하지 않는 반도체 소자.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 제2 광의 흡수피크는 상기 제1 광의 흡수피크보다 큰 반도체 소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 흡수층의 면적은 상기 제4 전극과 제3 반도체층의 접촉 면적보다 큰 반도체 소자.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극은 평면상 상기 흡수층을 둘러싸는 링 형상을 갖는 반도체 소자.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 전극은 평면상 상기 제1 전극의 외측에 배치되는 반도체 소자.
  14. 제2항에 있어서,
    상기 제1 광은 240nm 내지 290nm에서 피크파장을 갖고,
    상기 제2 광은 320nm 내지 380nm에서 피크 파장을 갖는 반도체 소자.
  15. 제2항에 있어서,
    상기 제1 광의 피크파장과 상기 제2 광의 피크파장의 차이는 60nm 내지 100nm인 반도체 소자.
  16. 몸체;
    상기 몸체 내에 배치되는 발광소자; 및
    상기 몸체 내에 배치되는 수광소자를 포함하고,
    상기 수광소자는,
    투광기판;
    상기 투광기판상에 배치되는 제1 반도체층;
    상기 제1 반도체층 상에 배치되는 제2 반도체층;
    상기 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 배치되는 흡수층;
    상기 투광기판과 상기 제1 반도체층 사이에 배치되는 제3 반도체층;
    상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극;
    상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극;
    상기 제2 반도체층과 전기적으로 연결되는 제3 전극; 및
    상기 제3 반도체층과 전기적으로 연결되는 제4 전극을 포함하고,
    상기 제3 반도체층과 상기 제4 전극은 쇼트키 접합되는 센서 패키지.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제3반도체층은 발광소자에서 출사된 제1 광을 흡수하고,
    상기 흡수층은 외부에서 입사된 제2 광을 흡수하고,
    상기 제1 광의 피크파장은 상기 제2 광의 피크파장보다 짧은 반도체 소자.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제2 광은 타겟 물질이 상기 제1 광을 흡수하여 방출하는 제2 광의 스펙트럼을 검출하고,
    상기 타겟 물질은 곰팡이, 세균, 또는 미생물을 포함하는 센서 패키지.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 센서 패키지를 포함하는 전자제품.
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