WO2016195253A1 - 자외선 측정 장치, 광 검출 소자, 자외선 검출기, 자외선 지수 산출 장치 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

자외선 측정 장치, 광 검출 소자, 자외선 검출기, 자외선 지수 산출 장치 및 이를 포함하는 전자 장치 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an ultraviolet measuring device, a light detecting element, an ultraviolet detector, an ultraviolet index calculating device and an electronic device including the same.
  • the semiconductor photodetector is a semiconductor device that operates by using a principle that current flows when light is applied.
  • a photodetector using a semiconductor uses a principle in which a depletion region is generated by separation of electrons and holes in the semiconductor by irradiated light, and a current flows according to the flow of electrons generated thereby.
  • the photodetecting device is manufactured using a silicon semiconductor, a nitride semiconductor, or the like whose energy bandgap is suitable for light sensing such as ultraviolet rays.
  • the photodetecting device may have various wavelengths indicating peak reactivity according to characteristics of the semiconductor. For example, in the case of a photodetecting device using a nitride semiconductor, it has peak reactivity according to various wavelengths depending on the composition ratio of the group atoms of the light absorbing layer.
  • the reactivity according to the wavelength has a cut-off slope according to the composition ratio of the group atoms, and the slope of the decrease in reactivity according to the decrease of the wavelength also depends on the composition ratio of the group atoms. Different.
  • the semiconductor light detecting element for detecting ultraviolet light can be applied in various fields such as commercial, medical, military, communication, etc., and thus its importance is high.
  • GaN-based devices are mainly composed of a schottky junction type, an MSM (Metal-Semiconductor-Metal) type, and a PIN type device.
  • GaN-based UV detection devices use aluminum (Al).
  • Al aluminum
  • P-type AlGaN layer with high composition is difficult to secure, and reproducibility is not secured.
  • Schottky junction type is preferred because it does not require growth of p-AlGaN layer.
  • the Schottky junction type uses Schottky characteristics of the semiconductor layer and the metal layer and is more susceptible to electrostatic discharge (ESD) than the PIN type.
  • an integrated circuit device having a separate analog-to-digital converter (ADC converter) function is provided in one housing, and an ultraviolet detector is bonded to the UV detector, the UV detector is directly formed in one housing.
  • ADC converter analog-to-digital converter
  • Digital output is possible, and at this time, since ultraviolet rays, visible rays, infrared rays, etc. react in the integrated circuit, an output signal reacting in the integrated circuit is included in the output value of the ultraviolet detection element, and thus, there is a limit in that an accurate ultraviolet detection signal cannot be obtained. This part of the problem becomes clearer when trying to detect ultraviolet rays of a certain wavelength in sunlight.
  • UV ultraviolet
  • the light sources include natural sunlight and artificial light such as ultraviolet lamps.
  • UVA wavelength band In the case of sunlight, approximately 90% of the total ultraviolet rays reaching the earth's surface are in the UVA wavelength band, approximately 10% are in the UVB wavelength band, and the UVC wavelength band is the wavelength band which hardly reaches the surface because it is absorbed in the ozone layer and the atmosphere.
  • UVA, UVB, and UVC lamps are used as artificial light.
  • UVA has a wavelength of 320nm to 400nm, and it is encountered in daily life and is called living ultraviolet light. It is affected by collagen, elastin and pigment cells that reach the dermis layer inside the skin to maintain the elasticity of the skin. Accelerates skin aging and melanin pigmentation, characterized by occurring regardless of weather conditions.
  • UVB has a wavelength of 280nm to 320nm, and it causes redness and inflammation when the skin is exposed to the sun for a long time at the seaside. It is called leisure ultraviolet rays. It has beneficial effects such as treatment, but if overexposed, it may cause skin cancer or cataracts.
  • UVC has a wavelength of 200 nm to 280 nm, most of which is absorbed by the atmosphere and does not reach the surface, but is known to be very harmful to the human body when exposed to high energy. It is also known as ultraviolet light for sterilization.
  • the UV index is a weighting function of the McKinlay-Diffey erythemal action spectrum curve, which represents the spectral radiance of sunlight and the degree of damage to the skin at wavelengths of approximately 285 nm to 385 nm. ) Is an index expressed as a number by integrating according to the wavelength. The ultraviolet index indicates the effect of solar ultraviolet rays on the skin.
  • the smartphone launched in 2014 was equipped with an ultraviolet sensor to provide UV index information to the user.
  • the smartphone is artificially used to detect the ultraviolet ray area using a silicon (Si) sensor that is specialized for visible light. As it is configured to mark, it has been known that does not provide a substantial effect to the users.
  • the UVB wavelength band should be detected and labeled to indicate the UV index, but in the case of a silicon-based sensor, the UVB wavelength band is not directly measured, but a portion of the UVA wavelength band and the intensity of visible light are measured based on the UVB wavelength band. Since the structure is configured to predict the UV index, when using the UV index measuring device to which the silicon-based UV sensor is applied, there is a problem that a large error must occur between the measured UV index and the actual UV index. In addition, an expensive filter is required, but the manufacturing cost increases due to the use of the filter, as well as the use of such a filter does not completely block visible light.
  • the present invention has been made in an effort to provide an ultraviolet measuring device including a UV detection sensor for each wavelength based on Al x Ga (1-x) N (0 ⁇ x ⁇ 1) and a portable terminal having the same.
  • Another object of the present invention is to provide a light detecting element capable of easily detecting the wavelength of incident light.
  • Another object of the present invention is to provide a light detecting element capable of detecting light in a specific wavelength band without using a filter.
  • Another object of the present invention is to provide a light detecting device capable of detecting a wavelength of incident light using a single device.
  • Another object of the present invention is to provide an electronic device including the photodetecting device described above.
  • Another problem to be solved by the present invention is to detect the ultraviolet light of the digital output to increase the detection accuracy of the ultraviolet region by preventing all incident light from affecting the integrated circuit to contribute to the output value of the ultraviolet detection element It is to provide a detector.
  • Another object of the present invention is to provide an ultraviolet detection device capable of improving the characteristics of the ultraviolet detection device, which is susceptible to electrostatic discharge (ESD).
  • ESD electrostatic discharge
  • Another problem to be solved by the present invention is to provide an ultraviolet index calculation device that automatically detects ultraviolet rays and calculates the ultraviolet index even without the user executing.
  • an ultraviolet light measuring apparatus including: a substrate on which an electrode is formed; A readout integrated circuit (ROIC) positioned in the substrate and electrically connected to the electrode; And an aluminum gallium nitride (AlGaN) based UV detection sensor electrically connected to the read integrated circuit unit and formed on a growth substrate, wherein the read integrated circuit unit may read an optical current input from the UV detection sensor. Switch to the information. Accordingly, the UVB detection sensor and the read integrated circuit unit may be insulated by the sapphire substrate.
  • ROIC readout integrated circuit
  • AlGaN aluminum gallium nitride
  • the ultraviolet measuring apparatus may have a transparent window formed on a corresponding surface of the substrate based on the UV detection sensor.
  • the UV detection sensor may be covered by a material of silicon (Si).
  • the UV detection sensor and the read integrated circuit unit may have an integrated structure by bonding.
  • the UV detection sensor may be mounted on the side of the read integrated circuit unit.
  • the UV detection sensor may be a UVB detection sensor.
  • Bonding between the UV detection sensor and the read integrated circuit portion may be made by a high thermal conductivity adhesive.
  • the bonding between the UV detection sensor and the read integrated circuit part may be made by an insulating adhesive, and the insulating substrate may be insulated between the UV detection sensor and the read integrated circuit part.
  • the ultraviolet light measuring apparatus may further include a display unit for displaying ultraviolet light information generated by using the signal processed by the read integrated circuit unit.
  • the transmission window may be made of quartz material.
  • the ultraviolet light measuring apparatus may further include a UVA detection sensor based on indium gallium nitride (InGaN) or gallium nitride (GaN), and the UVA detection sensor may have an integrated structure by bonding to the read integrated circuit unit.
  • a UVA detection sensor based on indium gallium nitride (InGaN) or gallium nitride (GaN)
  • the UVA detection sensor may have an integrated structure by bonding to the read integrated circuit unit.
  • the ultraviolet light measuring apparatus may further include an aluminum gallium nitride (AlGaN) based UVC detection sensor, wherein the UVC detection sensor may have an integrated structure by bonding to the read integrated circuit unit.
  • AlGaN aluminum gallium nitride
  • the information detected by the UVA detection sensor or the UVC detection sensor may be used as additional information for improving accuracy in converting the information detected by the UVB detection sensor into ultraviolet information in the read integrated circuit unit.
  • the ultraviolet light information may include at least one or more of ultraviolet light amount information, ultraviolet light index information, vitamin D generation notification information or safety / danger notification information.
  • a cavity may be formed in at least a portion of the upper region of the read integrated circuit unit that does not overlap with the UV detection sensor.
  • a portable terminal is a portable terminal having a power supply unit, a processor, a memory, and a display unit, including the above-described ultraviolet measuring device exposed through one surface of the portable terminal, Ultraviolet information generated by using the processed signal may be displayed through the display.
  • a light detecting device includes: a plurality of semiconductor light detecting chips having a peak reactivity at different wavelengths; A readout integrated circuit (ROIC) that reads current values generated from the plurality of semiconductor photodetector chips by incident light incident on the plurality of semiconductor photodetector chips; A memory unit including reactivity data corresponding to wavelengths of each of the plurality of semiconductor photodetector chips; And a processing unit matching the current value read from the ROIC with the reactivity data of the memory.
  • ROIC readout integrated circuit
  • the processor may read the wavelength of the incident light by matching the current value read from the ROIC with the reactivity data of the memory.
  • the photodetecting device may further include an output unit configured to receive wavelength information of incident light read by the processor and to output the wavelength information to the outside.
  • the photodetecting device may further include a substrate on which the plurality of semiconductor photodetecting chips are mounted.
  • the plurality of semiconductor photodetector chips positioned on the substrate may be spaced apart from each other by a predetermined distance.
  • the ROIC, the memory unit, and the processing unit may be included in the substrate.
  • the substrate may further include an output unit configured to receive wavelength information of incident light read by the processor and to output the wavelength information to the outside.
  • the ROIC, the memory unit, and the processing unit may be disposed outside the substrate.
  • the photodetecting device may further include a sidewall portion disposed on the substrate and surrounding side surfaces of the plurality of photodetecting chips.
  • the plurality of semiconductor photodetector chips may include first to ninth semiconductor photodetector chips spaced apart from each other, and the first to ninth semiconductor photodetector chips may have peak responsiveness to light having a first to ninth wavelength, respectively. It can have
  • the first to ninth wavelengths are sequentially reduced, but may be reduced to a predetermined size.
  • a light detecting device includes: a substrate; And a plurality of semiconductor light detection chips having peak reactivity at different wavelengths located on the substrate, wherein the substrate is separated from the plurality of semiconductor light detection chips by incident light incident on the plurality of semiconductor light detection chips. It may include a readout integrated circuit (ROIC) for reading the generated current value.
  • ROIC readout integrated circuit
  • the photodetecting device may include a memory unit including reactivity data corresponding to wavelengths of each of the plurality of semiconductor photodetection chips; And a processing unit matching the current value read from the ROIC and the reactivity data of the memory, wherein the processing unit matches the current value read from the ROIC and the reactivity data of the memory to adjust the wavelength of the incident light. Can be read.
  • An electronic device includes a light detection element of any one of the above light detection elements.
  • an electronic device for reading a wavelength of incident light incident on a photodetecting device comprising: a plurality of semiconductor photodetecting chips having peak responsiveness at different wavelengths; A readout integrated circuit (ROIC) that reads current values generated from the plurality of semiconductor photodetector chips by incident light incident on the plurality of semiconductor photodetector chips; A memory unit including reactivity data corresponding to wavelengths of each of the plurality of semiconductor photodetector chips; And a processing unit matching the current value read from the ROIC with the reactivity data of the memory.
  • ROIC readout integrated circuit
  • the processor may read the wavelength of the incident light by matching the current value read from the ROIC with the reactivity data of the memory.
  • the electronic device may further include an output unit configured to receive wavelength information of incident light read by the processor and to output the wavelength information to the outside.
  • the electronic device may further include a display unit configured to display the wavelength information output from the output unit.
  • an ultraviolet detector includes: a gallium nitride based ultraviolet detection device having at least one electrode; A silicon (Si) based integrated circuit unit having at least one pad electrically connected to the electrode to process an output signal of the ultraviolet detection element; A light blocking layer formed on one side of the integrated circuit unit to block a photoreactive region; And a housing accommodating the integrated circuit unit in which the ultraviolet detection device is mounted, and having a plurality of electrodes electrically connected to the pads of the integrated circuit unit.
  • the ultraviolet detection element is bonded on the integrated circuit unit, and the ultraviolet detection element may be formed on the sapphire substrate to insulate the integrated circuit unit.
  • the light blocking layer may include a plurality of stacked metal layers.
  • the plurality of metal layers may be disposed at positions shifted from the metal layers stacked on the upper side or the lower side, respectively.
  • the light blocking layer may further include an insulating layer interposed between the plurality of metal layers.
  • the light blocking layer is electrically connected to an ADC (Analog Digital Converter) block region for converting an analog signal output from the UV detection element into a digital signal, an electrode of the UV detection element, and an electrode of a housing.
  • ADC Analog Digital Converter
  • the pad may be further disposed in a peripheral area of the pad and a sealing ring formed at an edge of the integrated circuit unit.
  • the integrated circuit unit may further include a ground pad provided to prevent static electricity.
  • a window made of a transparent material may be formed on a surface corresponding to the ultraviolet detection element of the housing.
  • the window may be made of quartz material.
  • the inner space of the housing may be filled with a filler.
  • the filler may be made of a transparent silicone material through which ultraviolet light is transmitted.
  • an apparatus for calculating an ultraviolet index includes: an illumination sensor for sensing an illumination and generating an illumination signal; An ultraviolet sensor that detects ultraviolet rays and generates an ultraviolet signal; And a controller configured to drive the ultraviolet sensor when the illuminance detected by the illuminance sensor is equal to or greater than a predetermined illuminance, and calculate an ultraviolet index by receiving the ultraviolet signal generated from the ultraviolet sensor.
  • ultraviolet light which greatly improves the accuracy of ultraviolet light measurement by applying a wavelength-specific ultraviolet detection sensor based on indium gallium nitride (InGaN) or aluminum gallium nitride (AlGaN), not based on silicon (Si)
  • a wavelength-specific ultraviolet detection sensor based on indium gallium nitride (InGaN) or aluminum gallium nitride (AlGaN), not based on silicon (Si)
  • InGaN indium gallium nitride
  • AlGaN aluminum gallium nitride
  • Si silicon
  • a universal light detecting element can be provided, which can be applied irrespective of the wavelength of incident light without having to select the light detecting element according to the use while omitting the filter.
  • the general-purpose photodetecting device may be applied to various electronic devices.
  • the ultraviolet detection element is attached to the integrated circuit unit provided in the housing, and a light blocking layer is further formed so that the integrated circuit does not react to all light incident from the outside.
  • the optical signal may be output only as a signal value by the ultraviolet detection element, thereby increasing the detection accuracy.
  • an ultraviolet index calculator for selectively calculating an ultraviolet index may be provided when an illuminance of a predetermined value or more is measured by interlocking an ultraviolet sensor with an illuminance sensor.
  • the ultraviolet sensor since the ultraviolet sensor is driven in conjunction with the illuminance sensor, information according to the ultraviolet index can be automatically provided without the user having to execute a separate application.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of an ultraviolet measuring device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A and 2B are explanatory diagrams showing a configuration of an ultraviolet sensor package included in the ultraviolet measuring device of FIG. 1.
  • 3A to 3C are exemplary views for describing various embodiments of the ultraviolet sensor package provided in FIG. 1.
  • 4 to 6 are graphs showing UV measurement results using various UVA, UVB, and UVC detection sensors, respectively.
  • 7 to 9 are a perspective view, a plan view and a cross-sectional view for explaining a light detection device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view for describing a semiconductor photodetector chip of a photodetector according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a graph illustrating reactivity according to wavelengths of semiconductor photodetector chips of a photodetector device, according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 12 is a block diagram illustrating an optical detection device and an electronic device including the same according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating an operation of a light detecting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a graph for explaining an example of the operation of the photodetecting device according to the exemplary embodiment of the present invention.
  • 15 is a plan view of an ultraviolet detector according to an embodiment of the present invention.
  • 16 is a cross-sectional view of an ultraviolet detector according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a plan view of an ultraviolet detection element applied to the ultraviolet detector of FIG. 15.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view of an ultraviolet detection device applied to the ultraviolet detector of FIG. 15.
  • 19 is a cross-sectional view of a light blocking layer of an integrated circuit applied to the ultraviolet detector of FIG. 15.
  • 20 is a schematic block diagram illustrating a driving system of an apparatus for calculating an ultraviolet index according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 21 is a schematic plan view illustrating a sensor unit of an ultraviolet index calculator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 is a schematic cross-sectional view for describing a sensor unit of a UV index calculation device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 is a schematic block diagram illustrating a driving system of a UV index calculation device according to another embodiment of the present invention.
  • 24 is a schematic plan view for describing a sensor unit of an ultraviolet index calculator according to another embodiment of the present invention.
  • 25 is a plan view of a smartphone that is an ultraviolet index calculation apparatus according to various embodiments of the present invention.
  • 26 is a perspective view of a smart watch that is an ultraviolet index calculation apparatus according to various embodiments of the present invention.
  • composition ratio, growth method, growth conditions, thickness, etc. for the semiconductor layers described below are examples, and the following descriptions are not intended to limit the present invention.
  • the composition ratio of Al and Ga may be variously applied according to the needs of those skilled in the art.
  • the semiconductor layers described below can be grown using a variety of methods generally known to those skilled in the art (hereinafter referred to as "normal technician"), for example, MOCVD (Metal Organic Chemical) It may be grown using techniques such as Vapor Deposition, Molecular Beam Epitaxy (MBE), or Hydride Vapor Phase Epitaxy (HVPE).
  • MOCVD Metal Organic Chemical
  • MBE Molecular Beam Epitaxy
  • HVPE Hydride Vapor Phase Epitaxy
  • the semiconductor layers are described as being grown in the same chamber using MOCVD, and source gases introduced into the chamber may use source gases known to those skilled in the art, depending on the composition ratio. The invention is not limited.
  • FIG. 1 is an explanatory view showing a configuration of an ultraviolet measuring device according to an embodiment of the present invention
  • Figures 2a and 2b is an explanatory view showing the configuration of an ultraviolet sensor package included in the ultraviolet measuring device of FIG.
  • an ultraviolet measuring apparatus includes an ultraviolet detecting sensor 110, a read integrated circuit unit 120, a memory 130, and an input / output unit 140. You can check it.
  • the ultraviolet detection sensor 110 directly receives light applied from the outside and detects an ultraviolet component, and is classified into a UVA detection sensor, a UVB detection sensor, and a UVC detection sensor according to the wavelength of ultraviolet light that can be detected. Can be.
  • Such an ultraviolet detection sensor 110 is a patent application of the applicant of the present application (Korean Patent Publication No. 10-2014-086674 (name of the invention: light detection device), Korean Patent Publication No. 10-2014-086617 (invention) Name: light detection device), Republic of Korea Patent Publication No. 10-2014-092583 (name of the invention: light detection device), Republic of Korea Patent Publication No. 10-2014-094080 (name of the invention: light detection device and the same Etc.), but the present invention is not necessarily limited thereto.
  • the read integrated circuit (ROIC) unit 120 performs a function of processing an ultraviolet detection information signal input from the ultraviolet detection sensor 110.
  • the read integrated circuit is a circuit for converting an input signal into a digital signal and further converting the signal into a signal suitable for video signal processing, etc.
  • the amplification function, the noise canceling function, and the cell selection function are provided. , Linearity, unity and excellent frequency response.
  • the read integrated circuit unit 120 applied to the ultraviolet measuring device processes the detection signal detected by the ultraviolet detection sensor 110 in a form that can be directly provided to the output unit 140, or The detection signal may be used to perform various functions such as processing of generating additional information in various forms.
  • the ultraviolet light measuring apparatus may be configured to use a separate processor or memory 130 or the like. Furthermore, it is also possible to include an input unit 140 or the like for selectively checking the information needed by the user among various ultraviolet light information that can be generated using the ultraviolet light detection signal processed by the read integrated circuit unit 120.
  • the input unit and the output unit are represented as a single input / output unit 140, but this does not mean only a component that simultaneously provides an input function and an output function like a screen touch input / output device.
  • the ultraviolet detection sensor 110 provided in the ultraviolet measuring device according to an embodiment of the present invention may be a UVB detection sensor based on aluminum gallium nitride (AlGaN).
  • UVB has a wavelength of 280nm to 315nm, when properly exposed, such as the synthesis of vitamin D, etc., but if exposed to excessive exposure may cause skin cancer or cataracts. Since the UVB is an ultraviolet wavelength most affecting the human life in the natural light state, the ultraviolet light measuring device according to the embodiment of the present invention directly detects such UVB to provide ultraviolet light quantity information (mW / cm2) or Can be expressed in terms of UV Index. Furthermore, it may be configured to perform various functions such as a time information alarm or a danger warning required for generating an appropriate amount of vitamin D under the current ultraviolet condition.
  • the UVB sensor 110 provided in the ultraviolet measuring device according to the embodiment of the present invention may be formed to have an integrated structure by being bonded on the read integrated circuit unit 120, and formed in a separate case (not shown). It may have a configuration of the package 100.
  • a transmission window free of UV transmission is formed on the surface corresponding to the UVB sensor 110 of the case, that is, the light incident surface of the ultraviolet detection sensor 110, thereby protecting a circuit inside the sensor. Can provide.
  • a detailed configuration of the ultraviolet sensor package 100 formed by the bonding of the ultraviolet detection sensor 110 and the read integrated circuit unit 120 will be described in more detail with reference to FIGS. 2A and 2B below.
  • the UV detection sensor 110 and the read integrated circuit unit 120 package 100 included in the UV measurement apparatus according to the embodiment of the present invention may be formed in a case in which a plurality of electrodes 105 are formed. Can be.
  • the In x Ga 1 - x N (0 ⁇ x1) or Al x Ga (1-x) N (0 ⁇ x ⁇ 1) elements constituting the ultraviolet detection sensor 110 may be a sapphire substrate or silicon carbide (SiC). ) May be formed on an insulating substrate such as a substrate. Furthermore, the ultraviolet detection sensor 110 and the read integrated circuit unit 120 may be insulated using the insulating substrate. Accordingly, the ultraviolet measuring device of the present invention may include an ultraviolet detection sensor (not shown) for the package 100 configuration. In the bonding process of the 110 and the read integrated circuit unit 120, a separate insulating layer forming process is unnecessary. For reference, in the description of the embodiment of the present invention, the ultraviolet detection sensor 110 may be partially described as being formed on the sapphire substrate. However, the present invention is not limited thereto, and the ultraviolet detection sensor of the present invention may be formed on a conventional insulating substrate such as a sapphire substrate or a SiC substrate.
  • the UV detection sensor 110 made of a substrate such as sapphire, which is an insulating material, can be bonded directly to the upper surface of the read integrated circuit unit 120 without the separate insulating layer forming process. It can provide additional effects, such as streamlining the process and reducing manufacturing costs.
  • the UV detection sensor 110 and the read integrated circuit unit 120 are manufactured separately and then bonded through a simple bonding process, and thus, due to a defect, etc. The risk of loss can be reduced.
  • any conventional method may be applied for simple bonding between the ultraviolet detection sensor 110 and the read integrated circuit unit 120.
  • adhesion may be performed by an adhesive having a high thermal conductivity characteristic such as silver paste.
  • a transmission window 115 may be formed on the surface corresponding to the ultraviolet detection sensor 110 of the case to allow free transmission of ultraviolet rays. Therefore, the transmission window 115 may be formed of a quartz material or the case 125 may be filled with a material such as silicon (Si) to guarantee the transmittance of ultraviolet rays and to protect the internal circuit of the ultraviolet detection sensor 110. Can be filled with).
  • Si silicon
  • the non-UV measuring device as a household product for natural light may be provided with a transmission window 115 made of quartz.
  • the ultraviolet detection sensor 110 included in the ultraviolet measuring device according to the embodiment of the present invention is configured as a UVB sensor.
  • the configuration of the present invention is not necessarily limited thereto, and the ultraviolet detection sensor 110 of the present invention may include [UVB sensor], [UVA sensor + UVB sensor], [UVB sensor + UVC sensor], or [UVA sensor + UVB sensor + UVC sensor].
  • the UV detection sensor and the IC package 100 included in the UV measurement apparatus may include a UVA sensor 110A and a UVB sensor 110B formed on the read integrated circuit unit 120. ), A UVC sensor 110C, and a case in which the electrode 105 and the transmission window 115 are formed.
  • the In x Ga 1- x N (0 ⁇ x1) or Al x Ga (1-x) N (0 ⁇ x ⁇ 1) elements constituting each of the ultraviolet detection sensors 110A, 110B, and 110C are sapphire substrates. It is composed of an active layer 112 formed on the insulating material layer 114, such as. Therefore, the insulating material layer 114 may be used to directly bond between the UV detection sensors 110A, 110B, and 110C and the read integrated circuit unit 120 without a separate insulating layer forming process.
  • the UVA detection sensor 110A detects UVA having a wavelength of 315 nm to 400 nm, and may be configured as an In x Ga 1 - x N (0 ⁇ x1) based photo sensor. Can be. Furthermore, in the case of the UVB detection sensor 110B and the UVC detection sensor 110C, respectively, UVB having a wavelength of 280 nm to 315 nm and UVC having a wavelength of 100 nm to 280 nm are respectively detected. It may be configured as a photo sensor. In this case, the AlGaN material constituting the UVB detection sensor 110B may be configured to include about 20% of the Al component, and the AlGaN material constituting the UVC detection sensor 110C may include about 40% of the Al component. have.
  • Patent application of the present applicant Korean Patent Publication No. 10-2014-086674 (name of the invention: light detecting element), Korean Patent Application Publication) 10-2014-086617 (name of the invention: light detection device), Republic of Korea Patent Publication No. 10-2014-092583 (name of the invention: light detection device), Republic of Korea Patent Publication No. 10-2014-094080 (invention)
  • the light detection device and the light detection package comprising the same) are described in detail.
  • the electrode 105 formed on the bottom surface of the case and the read integrated circuit unit 120 are electrically connected to each other, and the read integrated circuit unit 120 and the respective ultraviolet detection sensors 110A, 110B, and 110C are provided.
  • the present invention is not limited to such a configuration, and another conventional method may be applied for electrical connection between the respective elements included in the ultraviolet light measuring apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • the ultraviolet measuring apparatus can provide accurate ultraviolet information to the user by using the detection information for each wavelength directly detected by the ultraviolet detection sensor corresponding to each wavelength.
  • ultraviolet light quantity information mW / cm2
  • ultraviolet index information ultraviolet light ON / OFF information obtained by separately detecting ultraviolet rays (UVA, UVB, UVC) for each wavelength
  • Accurate and various information such as vitamin D generation notification information using UVB index or safety notification information or danger warning information according to each ultraviolet (UVA, UVB, UVC) index for each wavelength may be provided.
  • the safety notification information or the danger warning information may be generated by using ultraviolet detection information for each wavelength through each ultraviolet detection sensor. Therefore, by comprehensively considering the amount of ultraviolet light by wavelength and the exposure time of the user, it is possible to provide the user with time information that can maintain a safe level, or provide warning information about the deviation of the safe level.
  • the ultraviolet measuring device in the case of the ultraviolet measuring device according to an embodiment of the present invention or a portable terminal having the same, it may be provided with a detection sensor for two or more wavelengths separately. This may be configured to use the detection value information of the other detection sensor to improve the accuracy of the detection result by each detection sensor. This will be described in more detail later with reference to FIGS. 4 to 6.
  • notification information such as safety or danger may be subdivided into various stages again, and may be displayed in different forms corresponding to each other, for example, different warning sounds or display colors.
  • the ultraviolet light information that can be provided through the ultraviolet light measuring device according to an embodiment of the present invention is not limited to the above-mentioned ultraviolet light amount information, ultraviolet light index information, vitamin D generation notification information or safety / danger notification information.
  • the ultraviolet light detection information detected by the ultraviolet light detection sensor may provide any form of additional information that can be processed or generated.
  • an ultraviolet measuring device may be provided as a separate device, but may be provided in a form mounted on a personal portable terminal such as a smart phone. Therefore, the present invention can provide a personal portable terminal having the ultraviolet measuring device according to the embodiment of the present invention as described above.
  • the ultraviolet measuring device is mounted on one surface of a portable terminal such as a smartphone having a power supply, a processor, a memory, a display, and the like so that the case transmission window 115 of the ultraviolet sensor package constituting the ultraviolet measuring device is exposed. do. Therefore, users can easily use the real-time ultraviolet light measurement and various information using the same in daily life.
  • the ultraviolet measuring device may be configured to use an output unit or input unit provided in the portable terminal instead of a separate output unit or input unit.
  • the ultraviolet measuring device mounted in the portable terminal includes a package formed by the bonding of the ultraviolet detection sensor and the read integrated circuit unit.
  • the ultraviolet detection sensor may be a GaN or InGaN or AlGaN-based device formed on the sapphire substrate.
  • 3A to 3C are exemplary views for describing various embodiments of the ultraviolet sensor package provided in FIG. 1.
  • FIG. 3A illustrates an embodiment in which a cavity 150 is formed in at least a portion of the upper region of the read integrated circuit unit 120 that does not overlap with the ultraviolet detection sensor 110.
  • the ultraviolet sensor package is not only relatively light weight, but also has advantages such as miniaturization by reducing the occupied space area.
  • a heat pipe 160 may be provided in the lower region of the ultraviolet detection sensor 110 in the read integrated circuit unit 120 to more actively discharge external heat generated from the ultraviolet detection sensor 110. .
  • the heat pipe 160 may be made of a material having a relatively higher thermal conductivity.
  • the heat pipe 160 may be applied to any of the conventional high thermal conductive materials, but is not limited thereto. It is not.
  • the ultraviolet detection sensor 110 may be configured to be spaced apart from each other or have only minimal side contact in a state in which only an electrical connection is maintained, instead of being provided in the form of a bonding or the like on the upper portion of the read integrated circuit unit 120. It is shown.
  • 4 to 6 are graphs showing the results of measuring UV indexes using various UVA, UVB, and UVC detection sensors, respectively, and applying different detection sensors of A, B, C, and D to ultraviolet light of each wavelength.
  • a graph showing the results of detecting UV light is shown.
  • the ultraviolet light measuring apparatus when using such ultraviolet detection characteristics, can provide more accurate ultraviolet detection information.
  • the detection results of the UVB or UVC detection sensor may be comprehensively applied in order to more accurately calculate the amount of UVA detection. Furthermore, in order to accurately calculate the amount of UVB detection, the detection results of the UVC detection sensor can be applied in addition to the UVB.
  • the detection amount of the UVA and UVB detection sensors may be aggregated to more accurately calculate the detection amount of UVB, or the detection amount of UVC may be calculated through the comprehensive application of the detection results of the UVA, UVB and UVC detection sensors.
  • the UVA index displayed on the UVA detection sensor includes the values due to the UVB and UVC components
  • the UVA index may be more accurately calculated through the correction according to the performance of the detection sensor.
  • the UVC is detected by all of the UVA, UVB, and UVC detection sensors, more accurate UVC index can be calculated through numerical correction according to performance characteristics of each detection sensor.
  • correction coefficients and the like according to the performance of each sensor may be set in advance. have.
  • the present invention is composed of a combination of two types of UVA detection sensors and UVB detection sensors, a relatively more accurate amount of UVA and UVB detection can be calculated by combining the detection results of these detection sensors and correcting the detection values. .
  • the present invention as described so far is directly applied through the application of wavelength-specific ultraviolet detection sensor based on In x Ga 1 - x N (0 ⁇ x1) or Al x Ga (1-x) N (0 ⁇ x ⁇ 1). Accurate and accurate detection of ultraviolet light by wavelength is possible.
  • a conductive, high thermal conductive adhesive such as silver (Ag) paste or the like may be applied for simple bonding between the ultraviolet detection sensor and the readout detection circuit.
  • FIG. 7 to 9 are a perspective view, a plan view and a cross-sectional view for explaining a light detection device according to an embodiment of the present invention.
  • 10 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor photodetector chip of a photodetector according to example embodiments.
  • FIG. 11 is a graph illustrating reactivity according to wavelengths of semiconductor photodetector chips of a photodetector device according to example embodiments.
  • the photodetector 200 includes a plurality of semiconductor photodetection chips 201 to 209.
  • the photodetector 2100 may further include a substrate 310, a sidewall part 320, and a cover part 330.
  • the photodetector 200 may include a readout integrated circuit (ROIC), and further include a processor (not shown), a memory unit (not shown), and an output unit (not shown).
  • ROIC readout integrated circuit
  • the substrate 310 may be an insulating substrate or a conductive substrate, may include a conductive pattern, and is not limited as long as it is a substrate capable of supporting the plurality of semiconductor photodetection chips 201 to 209.
  • the substrate 310 may be a printed circuit board (PCB) including a conductive pattern.
  • the plurality of photodetection chips 201 to 209 may be electrically connected to the conductive pattern of the printed circuit board through the wiring 340, respectively.
  • the substrate 310 may further include terminals (not shown) to which the photodetecting device 200 may be connected to the outside, and the terminals may be disposed on the side or the bottom of the substrate 310.
  • the substrate 310 may include a readout integrated circuit (ROIC), and may further include a processing unit (not shown), a memory unit (not shown), and an output unit (not shown).
  • the ROIC may be electrically connected to the plurality of light detection chips 201 to 209.
  • the ROIC, the processing unit, the memory unit, and the output unit may be located inside the substrate 310 or on at least one surface of the substrate 310.
  • the plurality of light detection chips 201 to 209 may be disposed on an upper surface of the substrate 310, and the ROIC, the processing unit, the memory unit, and the output unit may be disposed on the lower surface of the substrate 310.
  • the present invention is not limited thereto.
  • At least one of the ROIC, the processor, the memory, and the output unit may be disposed outside the substrate 310. That is, for example, the plurality of light detection chips 201 to 209 are positioned on the substrate 310 shown in FIGS. 7 to 9, and the substrate 310 is electrically connected to the plurality of light detection chips 201 to 209.
  • the ROIC, the processing unit, the memory unit, and the output unit may be mounted on an external separate substrate (not shown).
  • at least one of the ROIC, the processor, the memory, and the output unit may be electrically connected to the substrate 310, and the substrate 310 and the separate substrate may be electrically connected to each other.
  • the ROIC may be included in the substrate 310, and the remaining processing unit, the memory unit, and the output unit may be mounted on an external separate substrate, and various modifications are possible.
  • the plurality of semiconductor light detection chips 201 to 209 may include at least two semiconductor light detection chips, and may be located on the substrate 310.
  • the plurality of semiconductor light detection chips 201 to 209 are the first light detection chip 2101, the second light detection chip 202, the third light detection chip 203, and the fourth light detection chip.
  • a fifth light detection chip 205, a sixth light detection chip 206, a seventh light detection chip 207, an eighth light detection chip 208, and a ninth light detection chip 209. can do.
  • the present invention is not limited thereto, and the number of light detecting chips may be variously changed.
  • Each of the plurality of semiconductor light detection chips 201 to 209 may be manufactured in various forms, for example, a Schottky junction semiconductor light detection chip.
  • 10 is a cross-sectional view of a semiconductor light detection chip according to one embodiment.
  • At least one of the semiconductor light detection chips 201 to 209 may include a base layer 230, a light absorbing layer 250, and a schottky bonding layer 260. Furthermore, the photodetector chip 101 to 109 may further include a substrate 310, a buffer layer 220, a low current blocking layer 240, a first electrode 271, and a second electrode 273. Can be.
  • the substrate 310 may be a growth substrate positioned at the bottom of the device and capable of growing semiconductor layers.
  • the substrate 310 may include a nitride based substrate such as a sapphire substrate, a SiC substrate, a ZnO substrate, a GaN substrate, or an AlN substrate.
  • the substrate 310 may be a sapphire substrate.
  • the substrate 310 may be omitted.
  • the base layer 230 may be located on the substrate 310.
  • the base layer 230 may include a nitride based semiconductor layer such as (Al, In, Ga) N, and may include, for example, a GaN layer.
  • the base layer 230 may further include impurities such as Si and may be doped or undoped with n-type. Since the nitride semiconductor may have an n-type characteristic even in an undoped state, it may be determined whether to be doped as necessary.
  • the base layer 230 is n-type doped including Si, the doping concentration of the Si may be 1 ⁇ 10 8 or less.
  • the base layer 230 may have a thickness of about 2 ⁇ m.
  • the buffer layer 220 may be further positioned between the base layer 230 and the substrate 310.
  • the buffer layer 220 may include a material similar to that of the base layer 230, and may include, for example, a GaN layer.
  • the buffer layer 220 may have a thickness of about 25 nm, and may be grown at a relatively low temperature (eg, 500 to 600) compared to the base layer 230.
  • the buffer layer 220 may serve to improve the crystallinity of the base layer 230. Accordingly, the buffer layer 220 may be further formed to improve optical and electrical characteristics of the base layer 230.
  • the buffer layer 220 may serve as a seed layer on which the base layer 230 may be grown.
  • each of the buffer layer 220 and the base layer 230 may be formed of a single layer or multiple layers.
  • the base layer 230 may include GaN layers grown under different process conditions, and may include layers grown under different growth temperatures, growth pressures, and source flow rate conditions. Accordingly, the concentration of the n-type dopant in the base layer 230 may vary depending on the growth direction.
  • the base layer 230 includes a three-component nitride semiconductor such as AlGaN, InGaN, or a four-component nitride semiconductor such as AlInGaN, nitride semiconductor layers having different composition ratios may be formed.
  • the base layer 230 may include at least one u-GaN layer and at least one n-GaN layer formed on the u-GaN layer. Furthermore, at least one u-GaN layer and at least one n-GaN layer may each be formed in plural, and the plurality of u-GaN layers and the plurality of n-GaN layers are each grown under different process conditions. GaN layers and n-GaN layers.
  • the low current blocking layer 240 is positioned on the base layer 230 and may include a multilayer structure layer.
  • the multilayer structure layer may include a binary to quaternary nitride semiconductor layer including (Al, In, Ga) N. Further, the multilayer structure layer may be repeatedly stacked with at least two nitride layers having different composition ratios. It can have a structure. At this time, each nitride layer may have a thickness of 5 to 10nm.
  • the multilayer structure layer may include a structure in which 3 to 10 pairs of nitride layers having a pair of different composition ratios are stacked.
  • the nitride semiconductor layers stacked on the multilayer structure layer may be determined according to the composition of the nitride layer of the light absorbing layer 250.
  • the multilayer structure layer may include a repeating stacked structure of an AlN layer / AlGaN layer or an AlGaN layer / AlGaN layer.
  • the multilayer structure layer may include a repeating stacked structure of an InGaN layer / InGaN layer, a GaN layer / InGaN layer, or an AlInGaN layer / AlInGaN layer, and the light absorbing layer 250.
  • the low current blocking layer 240 may have a multilayer structure layer, and the band gap energy at the interface of each layer may be relatively large compared to other portions.
  • a stacked structure of nitride layers having different composition ratios can be provided by growing the respective nitride layers at different pressures.
  • Al x Ga (1-x) N The layer is grown at a pressure of about 100 Torr and the Al y Ga (1-y) N layer is grown at a pressure of about 400 Torr.
  • the Al x Ga (1-x) N layer grown at a lower pressure has a higher Al composition ratio than the Al y Ga (1-y) N layer grown at a higher pressure.
  • nitride layers grown at different pressures may have different growth rates due to differences in growth pressures.
  • the nitride layers may block dislocation propagation during the growth process or change the propagation path of the dislocations, thereby reducing dislocation density of other semiconductor layers grown in a subsequent process.
  • the stress due to the lattice constant difference can be alleviated, so that the crystallinity of the other semiconductor layers grown in the subsequent process can be excellent, and damage such as cracks is generated. Can be prevented.
  • the low current blocking layer 240 including the multilayer structure layer is formed under the light absorbing layer 250, thereby improving crystallinity of the light absorbing layer 250 and causing cracks in the light absorbing layer 250. It can be prevented from occurring.
  • the light absorbing layer 250 has an excellent crystal, the quantum efficiency of the light detecting chips 201 to 209 may be improved.
  • the low current blocking layer 240 may have a higher defect density than the light absorbing layer 250.
  • the defect density of the low current blocking layer 240 may be determined by controlling the growth conditions of the low current blocking layer 240. For example, by growing the low current blocking layer 240 at a lower temperature than the base layer 230 or by changing the pressure conditions, the low current blocking layer 240 including a nitride-based semiconductor having a relatively high defect density can be provided. have. Defects of the low current blocking layer 240 may block fine currents flowing from the light absorbing layer 250 to the base layer 230 through the low current blocking layer 240.
  • the electrons generating the micro currents are captured by the defects of the low current blocking layer 240, thereby preventing the photodetection chips 201 to 209 from reacting by the micro currents.
  • photodetection chips 201 to 209 having high detection efficiency can be provided.
  • the light absorbing layer 250 is positioned on the low current blocking layer 240.
  • the light absorbing layer 250 may include a nitride semiconductor, and may include, for example, at least one layer of a GaN layer InGaN layer, an AlInGaN layer, and an AlGaN layer. Since the size of the energy bandgap is determined according to the type of group III element that the nitride semiconductor layer contains, the nitride semiconductor of the light absorption layer 250 is considered in consideration of the wavelength of light to be detected by the photodetector chip 201 to 209. Material can be determined.
  • the light detection chip 201 to 209 for detecting ultraviolet light in the UVA region may include a light absorbing layer 250 having a GaN layer or an InGaN layer, and detects ultraviolet light in the UVB region.
  • the photodetection chip 201 to 209 may include a light absorbing layer 250 including an AlGaN layer having an Al composition ratio of 28% or less, and may detect the ultraviolet light in the UVC region.
  • At least one of 209) may include a light absorbing layer 250 including an AlGaN layer having an Al composition ratio of 28% to 50%.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the light absorbing layer 250 may have a thickness of about 0.1 ⁇ m to 0.5 ⁇ m, and may be formed to have a thickness of about 0.1 ⁇ m or more in order to improve light detection efficiency.
  • the light absorbing layer 250 is formed on the AlN layer or the GaN layer, when the light absorbing layer 250 including the AlGaN layer having an Al composition ratio of 15% is formed to a thickness of 0.1 ⁇ m or more, cracks are easily generated. there was. Therefore, the thickness of the light absorbing layer 250 is thin to 0.1 ⁇ m or less, resulting in low device manufacturing yield and light detection efficiency.
  • the light absorbing layer 250 is formed on the low current blocking layer 240 including the multilayer structure layer, the light absorbing layer 250 has a thickness of 0.1 ⁇ m or more by preventing cracks from occurring in the light absorbing layer 250. 250 can be prepared. Therefore, the photodetection chip 201 to 209 of the present invention has a high photodetection efficiency.
  • the Schottky bonding layer 260 is located on the light absorbing layer 250.
  • the Schottky bonding layer 260 and the light absorbing layer 250 may form a Schottky contact with each other, and the Schottky bonding layer 260 may be formed of ITO, Ni, Co, Pt, W, Ti, Pd, Ru, Cr. It may include at least one of, and Au.
  • the thickness of the Schottky bonding layer 260 may be adjusted in consideration of light transmittance and Schottky characteristics, for example, may be formed to a thickness of less than 10nm.
  • the photodetection chip 201 to 209 may further include a cap layer (not shown) positioned between the schottky bonding layer 260 and the light absorbing layer 250.
  • the cap layer may be a p-type doped nitride semiconductor layer including impurities such as Mg.
  • the cap layer may have a thickness of 100 nm or less, preferably 5 nm or less. The cap layer can improve the Schottky characteristics of the device.
  • At least one of the light detection chips 201 to 209 may include a region in which the light absorbing layer 250 and the low current blocking layer 240 are partially removed to expose the surface of the base layer 230.
  • the second electrode 273 may be disposed on an area where the base layer 230 is exposed, and the first electrode 271 may be disposed on the schottky bonding layer 260.
  • the first electrode 271 may include a metal and may be formed of multiple layers.
  • the first electrode 271 may include a structure in which a Ni layer / Au layer is stacked.
  • the second electrode 273 may form ohmic contact with the base layer 230, and may be formed of a multilayer including a metal.
  • the second electrode 273 may include a structure in which a Cr layer / Ni layer / Au layer is stacked.
  • the present invention is not limited to the above examples. That is, the first electrode 271 and the second electrode 273 are not limited as long as they are electrically connected to the Schottky bonding layer 260 and the base layer 230, respectively.
  • the plurality of photodetector chips may have peak responsiveness at different wavelengths, respectively.
  • each of the first to ninth photodetection chips 201 to 209 may have a reactivity according to a wavelength as shown in FIG. 11. That is, the first photodetection chip 201 has a peak reactivity at a relatively longest wavelength, and the ninth photodetection chip 209 has a peak responsiveness at a relatively shortest wavelength.
  • the first to ninth photodetection chips 201 to 209 have peak reactivity with respect to light having the first to ninth wavelengths W1 to W9, respectively. In this case, the value of the ninth wavelength W9 from the first wavelength W1 may be reduced to a predetermined size. Accordingly, the photodetecting device of this embodiment can exhibit substantially uniform photodetection characteristics for various wavelengths.
  • the first to ninth photodetection chips 201 to 209 may be arranged to be generally spaced apart by a predetermined distance, and further, may be arranged to have a regular pattern.
  • the first to ninth photodetection chips 201 to 209 may be arranged in three rows and three columns, and may be disposed to be substantially spaced at regular intervals. Accordingly, incident light incident on the first to ninth photodetection chips 201 to 209 may be incident on the photodetection chips substantially uniformly, so that the photodetecting device 200 having uniform light detection characteristics may be provided. have.
  • the sidewall part 320 may be positioned on the substrate 310, and may surround the plurality of light detection chips 201 to 209. Accordingly, the cavity 225 may be formed in a space surrounded by the sidewall part 320, and the plurality of light detection chips 201 to 209 may be disposed in the cavity 225.
  • the sidewall part 320 may protect the plurality of light detection chips 201 to 209 and guide the incident light toward the plurality of light detection chips 201 to 209. Therefore, the sidewall portion 320 may have a light reflective or semi-transparent characteristic.
  • the side wall portion 320 may be formed of various polymers, ceramics, or metal materials.
  • the cover part 330 is supported by the end portion 321 of the side wall part 320, and may be positioned on the plurality of light detection chips 201 to 209.
  • the cover unit 330 may be spaced apart from the plurality of light detection chips 201 to 209, and may cover the cavity 225 to protect the plurality of light detection chips 201 to 209 from the outside.
  • the cover part 330 may have a light transmittance to transmit incident light.
  • the cover part 330 may be formed of, for example, a light transmitting polymer, a light transmitting ceramic, or a light transmitting glass.
  • FIG. 12 is a block diagram illustrating an optical detection device and an electronic device including the same according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 13 is a view for describing an operation of the optical detection device according to an embodiment of the present invention. It is a flow chart.
  • the photodetector 200 may include a plurality of semiconductor photodetection chips 201 to 209 and a readout integrated circuit (ROIC) 352, and further, the photodetection.
  • the device 200 may further include a processor 351, a memory unit 353, and an output unit 354.
  • the photodetector 200 may further include a substrate 310, and the ROIC 352 may be included in the substrate 310.
  • the substrate 310 may further include at least one of a processor 351, a memory unit 353, and an output unit 354.
  • an electronic device including the photodetecting device 200 may be provided.
  • the electronic device may further include a display unit 360 that displays information of incident light output from the photodetecting device 200.
  • the plurality of semiconductor light detection chips 201 to 209 may include at least two or more semiconductor light detection chips.
  • the first to ninth semiconductor lights may be used.
  • the detection chips 201 to 209 may be included.
  • the ROIC 352 may be electrically connected to the plurality of semiconductor light detection chips 201 to 209, and read current values generated from the plurality of semiconductor light detection chips 201 to 209. In this case, the ROIC 352 may separately read current values generated in each of the plurality of semiconductor light detection chips 201 to 209 according to the semiconductor light detection chip. For example, when a current is generated by incident light from the first to fourth semiconductor photodetection chips 201, 202, 203, and 204, the ROIC 352 may generate the first to fourth semiconductor photodetection chips 201, 202, and 204. The current value generated at each of 203 and 204 can be read separately. As described above, the ROIC 352 may be configured to be included in the substrate 310 or may be disposed outside the substrate 310.
  • the memory unit 353 includes reactivity data for each wavelength of each of the plurality of semiconductor light detection chips 201 to 209.
  • the memory unit 353 may store data corresponding to the reactivity graph according to the wavelength as shown in FIG. 5. Therefore, the memory unit 353 may provide wavelength information of incident light according to a current (reactivity) generated in each of the plurality of semiconductor light detection chips 201 to 209.
  • the memory unit 353 is not limited as long as it is a medium capable of storing data.
  • the memory unit 353 may include a semiconductor storage device. As described above, the memory unit 353 may be configured to be included in the substrate 310 or may be disposed outside the substrate 310.
  • the processing unit 351 may be connected to the ROIC 352 and the memory unit 353, and the reactivity of the plurality of semiconductor photodetection chips 201 to 209 stored in the memory unit 353 with the current value read from the ROIC 352. Match the data.
  • the processor 351 reads the wavelength of the incident light through this matching. Accordingly, the processor 351 may receive current values of the plurality of semiconductor light detection chips 201 to 209 from the ROIC 352, and may transmit and receive information to and from the memory unit 353. In addition, the processor 351 may transmit the wavelength information of the read incident light to other components, and may transmit the wavelength information to the output unit 354, for example.
  • the processor 351 may include a processor that can operate. As described above, the processor 351 may be configured to be included in the substrate 310 or may be disposed outside the substrate 310.
  • the output unit 354 may be connected to the processing unit 351, and may receive wavelength information of incident light from the processing unit 351, and output the received wavelength information to the outside. As described above, the output unit 354 may be configured to be included in the substrate 310 or may be disposed outside the substrate 310.
  • the operation of the light detecting element 200 will be described.
  • light is incident on the photodetecting device 200 (S101).
  • the semiconductor light detecting chips of the plurality of semiconductor light detecting chips 201 to 209 react.
  • a current is generated from the reacted semiconductor photodetector chip, and the generated current may vary in size depending on the reactivity of each semiconductor photodetector chip (S102).
  • the current generated in this way is transferred to the ROIC 352, and the ROIC 352 measures the current value and reads what magnitude of the current is generated in which semiconductor photodetector chip (S103).
  • the processor 351 receives the current value read from the ROIC 352, and also receives the reactivity data corresponding to the wavelength of each semiconductor photodetector chip from the memory unit 353.
  • the processor 351 matches the received current value and reactivity data (S104).
  • the processing unit 351 reads the wavelength of the incident light using the information obtained through the matching (S105).
  • the processing unit 351 transmits the wavelength information of the read incident light to the output unit 354, and the output unit 354 outputs the wavelength information to the outside (S106).
  • 14 is a graph for explaining an example of the operation of the light detection device according to the embodiments of the present invention.
  • incident light IL is light having a peak wavelength of W IL and may be incident on the photodetecting device 200.
  • the first to fifth semiconductor light detection chips 201 to 205 may react to generate a current.
  • the reactivity of the first semiconductor light detection chip 201 is R1
  • a current corresponding to the reactivity R1 is generated in the first semiconductor light detection chip 201.
  • the second semiconductor light detection chip 202 generates a current corresponding to the reactivity R2
  • the third semiconductor light detection chip 203 generates a current corresponding to the reactivity R3, and the fourth semiconductor light detection chip.
  • a current corresponding to the reactivity R4 is generated at 204, and a current corresponding to the reactivity R5 is generated at the fifth semiconductor light detection chip 205.
  • the current value generated in the first to fifth semiconductor light detection chips 201 to 205 is read by the ROIC 352.
  • the ROIC 352 can individually read the current value generated in each semiconductor photodetector chip.
  • the processing unit 351 reads the wavelength band of the incident light IL by matching the current values with the reactivity data stored in the memory unit 353.
  • the photodetector 200 includes a plurality of semiconductor photodetection chips, and stores the reactivity data of the plurality of semiconductor photodetection chips in advance to generate such reactivity data by actually incident light.
  • the wavelength of the incident light can be read out by comparing with the current value. Therefore, as compared with the general photodetecting device capable of detecting only light having a narrow band of wavelengths, the photodetecting device 200 of the present embodiment includes a plurality of semiconductor photodetection chips, thereby widening the detectable wavelength band.
  • the photodetecting device reacts only to light of a specific wavelength band, or the half-width of the cut-off slope and the reactivity is different according to the characteristics of the semiconductor applied. For example, when it is necessary to detect light in the UVC region and light in the UVA region at the same time, at least two or more photodetecting elements are required.
  • the light detecting device 200 according to the embodiment of the present invention can detect a wide band of wavelengths, and thus it is not necessary to select the light detecting device 200 according to the purpose. That is, according to embodiments, a universal light detecting element may be provided, which may be applied regardless of the wavelength of incident light.
  • the photodetecting element 200 does not require a filter, so that the photodetecting element 200 can be simplified and downsized.
  • the general Si-based photodetecting element does not have a large difference in reactivity with wavelengths, and a filter is required to detect light having a specific wavelength.
  • the photodetecting device 200 includes semiconductor photodetecting chips formed of such nitride semiconductors, and the plurality of semiconductor photodetecting chips are designed to have peak responsiveness at different wavelengths, thereby eliminating a filter. Can be provided.
  • the electronic device may include the light detection element 200.
  • the electronic device may be any electronic device that requires detection of incident light and wavelength reading of the incident light.
  • the electronic device may be a portable electronic device (eg, a smart phone, an electronic watch, a smart watch, a portable medical device, etc.) requiring an optical sensor, a medical device requiring an optical sensor, or a security device requiring an optical sensor. And the like.
  • the electronic device may further include a display unit 360, and the wavelength information of the incident light read by the photodetecting device 200 may be displayed on the display unit 360.
  • FIG. 15 is a plan view of a housing provided with an ultraviolet detection device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of a housing equipped with an ultraviolet detection device according to an embodiment of the present invention.
  • an ultraviolet detector 390 includes an ultraviolet detection device 400, an integrated circuit unit 500 on which a light blocking layer 700 is formed, and a housing 600. .
  • the ultraviolet detection device 400 is a gallium nitride (GaN) -based semiconductor device, and is bonded to the upper surface of the integrated circuit unit 500.
  • the ultraviolet detection device 400 may be formed in a substantially rectangular shape when viewed in a plan view.
  • the ultraviolet detection element may be any one sensor corresponding to the ultraviolet region of UVA, UVB, or UVC, and two or all of UVA, UVB, and UVC may be bonded to the integrated circuit unit if necessary.
  • the integrated circuit unit 500 converts the analog signal output from the ultraviolet detection element 400 into a digital signal so that the output signal can be transferred to the memory unit and expressed as a programmed value so that the integrated circuit unit 500 can finally be expressed externally in the display unit. do.
  • the integrated circuit unit 500 may be mounted at the center of the upper surface of the housing 600, and may be formed in a plate shape having a substantially rectangular plane.
  • the integrated circuit unit 500 may be manufactured based on silicon.
  • the silicon substrate of the integrated circuit unit 500 is a p-type (or n-type) semiconductor with an impurity added thereto, and usually a n-type (or p-type) silicon thin film layer is attached thereon to thereby a p-type (or n-type) region.
  • the circuit can be formed by combining these p-type and n-type semiconductor regions.
  • An ultraviolet detection device 400 may be bonded to an upper surface of the integrated circuit unit 500, and a plurality of pads 510 may be formed on the integrated circuit unit 500 to be close to the ultraviolet detection device 400.
  • the pad 510 is electrically connected to the first electrode and / or the second electrode of the ultraviolet detection element 400 through the first conductive wire 530 so that the output analog signal of the ultraviolet detection element 400 is integrated circuit. Is entered.
  • the integrated circuit unit 500 may include a circuit structure such as a zener diode to improve an electrostatic discharge (ESD) characteristic.
  • a separate ground pad 520 may be further included in the integrated circuit unit 500 such that the electrode of the ultraviolet detection device, which is weak in electrostatic discharge, is not directly connected to the electrode of the housing.
  • the ground pad 520 may be disposed to be close to, for example, a pad connected to the source electrode VSS among the plurality of pads 510.
  • the plurality of pads 510 are electrically connected to the electrodes 610 of the housing 600 through the second conductive wires 540. Therefore, the electrodes of the ultraviolet detection device 400 (see FIG. 17: 480 and 490) and the electrode 610 of the housing 600 are not directly connected, and thus, an electrostatic discharge preventing device circuit such as a zener diode of the integrated circuit unit 500 is provided. Since the conductive wires are not exposed to the outside by being interconnected through the configured pads 510, the UV detection element 400 may be protected by the electrostatic discharge by the ground pad 520 provided in the integrated circuit unit 500. Can be.
  • the integrated circuit unit 500 may have a portion where silicon is exposed during fabrication. When the integrated circuit unit 500 is exposed to sunlight, not only ultraviolet rays but also visible rays and infrared rays may flow into the integrated circuit unit 500. In this case, the integrated circuit unit 500 may form a current in response to the exposed light. In this case, the integrated circuit unit 500 may be added to the ultraviolet signal detected by the ultraviolet detection element 400 to be affected by accurate ultraviolet detection.
  • a light blocking layer is formed on one side of the integrated circuit unit to which the ultraviolet detection device is bonded to block the photoreactive region.
  • an area capable of generating a reaction current by all light for example, an ADC (Analog Digital Converter) block area for converting an analog signal output from the ultraviolet detection element 400 into a digital signal, ultraviolet detection
  • ADC Analog Digital Converter
  • the periphery of the integrated circuit portion 500 to define a boundary between a die and a scribe line, an area around the pad 510 that is electrically connected to an electrode of the device 400 and an electrode of the housing 600.
  • the light blocking layer is further disposed in a region capable of generating a reaction current by all the light, thereby reliably blocking the photoreactive region. The structure of the light blocking layer will be described later with reference to FIG. 5.
  • the housing 600 accommodates the ultraviolet detection element 400 and the integrated circuit unit 500, and may be formed in a substantially rectangular shape when viewed in plan view.
  • the integrated circuit unit 500 is mounted at the center of the upper surface of the housing 600, and a plurality of electrodes, for example, a source electrode VSS, a drain electrode VDD, a communication electrode, and a ground electrode GND are disposed around the upper surface of the housing 600. Any one of the electrodes, for example, the source electrode may be electrically connected to any one of the pad 510 of the integrated circuit unit 500 via a conductive wire.
  • the ultraviolet detection device 400 may be attached to the integrated circuit unit 500, and a window 620 of a transparent material may be formed on the upper surface of the housing 600 to correspond to the ultraviolet detection device 400.
  • the window 620 may be made of, for example, a quartz material.
  • the inner space of the housing 600 may be filled with a filler so as to seal the ultraviolet detection device 400 and the integrated circuit unit 500 without forming a window.
  • a filler a transparent silicone material through which ultraviolet rays are transmitted may be used. Silicon material can be used when the intensity of ultraviolet light is weak. For example, when the intensity of the ultraviolet light is high, yellowing changes in the filler, and thus it is impossible to use for a long time.
  • FIG. 17 is a plan view illustrating an example of an ultraviolet detection element applied to FIG. 15, and FIG. 18 is a cross-sectional view illustrating an example of an ultraviolet detection element applied to FIG. 15.
  • the ultraviolet detection device 400 includes a substrate 410, a buffer layer 420, a low current blocking layer 430, a light absorption layer 440, a capping layer 450, and a schottky layer 460. ) And an insulating film layer 470.
  • the ultraviolet detection device may include the first electrode 480 and the second electrode 490 to be electrically connected to the pad 510 of the integrated circuit unit 500 through the first conductive wire 530. It may further include.
  • the substrate 410 is for growing a semiconductor single crystal, and zinc oxide (ZnO), gallium nitride (GaN), silicon carbide (SiC) and aluminum nitride (AlN) may be used, but the degree of orientation is high. As a result, a sapphire substrate free of scratches or marks due to precise polishing may be mainly used.
  • the sapphire substrate is applied to the ultraviolet detection device, even if the ultraviolet detection device 400 is bonded to the integrated circuit unit 500, there is an advantage in that insulation is naturally formed between the ultraviolet detection device 400 and the integrated circuit unit 500. In this case, since the UV detection device 400 is directly bonded to the integrated circuit unit 500, the UV detection device 390 may be easily manufactured.
  • the buffer layer 420 may include a low temperature buffer layer 421 formed on the substrate 410 and a high temperature buffer layer 422 formed on the low temperature buffer layer 421.
  • the low temperature buffer layer 421 may include, for example, a GaN layer.
  • the low temperature buffer layer 421 locates the substrate 410 on the susceptor of the organometallic chemical vapor deposition (MOCVD) reaction tube and removes impurity gas inside the reaction tube by lowering the pressure inside the reaction tube to 100 torr or less.
  • the internal pressure was maintained at 100torr and the temperature was raised to 1100 ° C to thermally clean the surface of the heterogeneous substrate 410, and then the temperature was lowered to 500 ° C to 600 ° C, preferably 550 ° C, and the Ga source and ammonia ( NH 3 ) can be grown by flowing gas.
  • the overall gas flow of the reaction tube is determined by hydrogen (H 2 ) gas.
  • the low temperature buffer layer 421 may be formed to have a thickness of at least 25 nm.
  • the low temperature buffer layer 421 may serve to improve crystallinity of the high temperature buffer layer 422, and thus the optical and electrical characteristics of the high temperature buffer layer 422 may be improved.
  • the substrate 410 is a heterogeneous substrate such as a sapphire substrate
  • the low temperature buffer layer 421 may serve as a seed layer on which the high temperature buffer layer 422 may be grown.
  • the high temperature buffer layer 422 may be grown at a relatively higher temperature than the low temperature buffer layer after growth of the low temperature buffer layer 421.
  • the high temperature buffer layer 422 may be grown, for example, by raising the temperature of the susceptor to 1000 ° C to 1100 ° C, preferably 1050 ° C. In this case, if the temperature is less than 1000 °C optical, electrical, crystallographic properties are lowered, if the temperature exceeds 1100 °C the surface roughness may be rough and the crystallinity may be inferior.
  • the high temperature buffer layer 422 may include a material similar to the low temperature buffer layer.
  • the high temperature buffer layer may, for example, comprise a GaN layer.
  • Nitride-based semiconductors exhibit n-type characteristics even without doping, but may be Si-doped for n-type effects.
  • the doping concentration of Si may be 1 ⁇ 10 8 or less.
  • the high temperature buffer layer 422 may have a thickness of about 2.5 ⁇ m.
  • the high temperature buffer layer 422 may be formed by growing 1.5 ⁇ m of an undoped GaN layer on the low temperature buffer layer 421 and forming a first electrode, for example, an n-type electrode, on the high temperature buffer layer 422.
  • a first electrode for example, an n-type electrode
  • an antistatic layer 123 in which a GaN layer without any doping is grown by 1 ⁇ m may be formed. That is, in the ultraviolet detection device of the Schottky junction structure, the electrostatic (ESD) characteristic is lower than that of the PIN structure due to the Schottky junction structure.
  • the low current blocking layer 430 is grown to improve the electrostatic discharge (ESD). It is possible to further grow a GaN layer to improve electrostatic discharge without any Si doping previously. Due to the antistatic layer 123 thus grown, an electrostatic discharge characteristic may be improved.
  • the low current blocking layer 430 is grown on the high temperature buffer layer 422 at a lower temperature than the light absorbing layer 440.
  • the low current blocking layer 430 may have a multi-layered structure having different Al contents in each layer. For example, a plurality of AlGaN layers having different Al contents may be stacked.
  • the low current blocking layer may be formed of a single AlGaN layer, wherein the content of Al may be the same composition as the light absorbing layer.
  • the nitride semiconductor layers stacked on the low current blocking layer 430 may be determined according to the composition of the nitride layer of the light absorption layer 440.
  • the low current blocking layer may include a repeating stacked structure of an AlGaN layer / AlGaN layer.
  • a stacked structure of nitride layers having different composition ratios can be provided by growing the respective nitride layers at different pressures.
  • the low current blocking layer forms a multilayer structure including a structure in which an Al x Ga 1-x N layer and an Al y Ga 1 - y N layer are repeatedly stacked
  • the Al x Ga 1 - x N layer is The Al y Ga 1 - y N layer can be grown at a pressure of about 400 Torr.
  • the Al x Ga 1-x N layer grown at a lower pressure may have a higher Al composition ratio than the Al y Ga 1 - y N layer grown at a higher pressure.
  • nitride layers grown at different pressures may have different growth rates due to differences in growth pressures. Since the nitride layers have different growth rates, stresses due to different lattice constants can be alleviated when the composition ratios of the repeatedly stacked layers are different, so that the crystallinity of the other semiconductor layers grown in subsequent processes can be excellent. It is possible to prevent damage such as cracks from occurring.
  • the low current blocking layer 430 is grown at a lower temperature than the light absorbing layer 440 and has a higher defect density.
  • the electrons generated by the visible light are much smaller than the electrons generated by the ultraviolet light, and therefore, defects existing in the low current blocking layer 430 alone can sufficiently prevent the movement of the electrons. That is, the low current blocking layer 430 has a higher defect density than the light absorbing layer 440, thereby preventing movement of electrons generated by visible light.
  • the ultraviolet detection device since the number of electrons generated by irradiating ultraviolet light to the light absorption layer 440 is much higher than the electrons generated by visible light, the current flows to the device without being trapped by the low current blocking layer 430. Can be. Therefore, the ultraviolet detection device according to an embodiment of the present invention has a very low degree of reaction to visible light, and thus may have a higher ratio of visible light response to ultraviolet light than general ultraviolet detection devices. Therefore, according to one embodiment, an ultraviolet detection element having high detection efficiency and reliability can be provided.
  • the overall thickness of the low current blocking layer 430 may be formed to be 100 nm or less in order to minimize the flow of low current generated current by light energy other than ultraviolet light absorbed by the light absorbing layer 440.
  • each of the layers constituting the low current blocking layer 430 may have the same thickness or different thicknesses from each other. The number of may be appropriately selected as necessary.
  • the low current blocking layer 430 may have a higher defect density than the light absorbing layer 440. This may be obtained by growing the low current blocking layer 430 at a lower temperature than the light absorbing layer 440.
  • the light absorption layer 440 may be grown at about 1050 ° C.
  • the low current blocking layer 430 may be prepared by growing at a temperature lower than that of 30 to 200 ° C.
  • the crystallinity of the light absorbing layer 440 formed on the low current blocking layer 430 is drastically lowered, so that the quantum efficiency of the light absorbing layer 440 is reduced.
  • the low current blocking layer 430 may be grown within a temperature lower than the light absorbing layer 440 by 200 ° C.
  • the low current blocking layer 430 may have a defect density such as dislocations, vacancy, etc. having a higher density than the light absorbing layer 440.
  • the light absorption layer 440 is grown on the low current blocking layer 430.
  • the light absorption layer 440 including the Al x Ga 1 - x N (0 ⁇ x ⁇ 0.7) layer may be grown.
  • the light absorption layer 440 may be grown to a thickness of 0.05 ⁇ m ⁇ 0.5 ⁇ m, in consideration of the effects of cracks, etc., it is preferable to grow to a thickness of about 0.1 ⁇ m.
  • the energy bandgap of the light absorption layer 440 varies depending on the wavelength region of light to be absorbed, and by appropriately adjusting the Al content, the light absorption layer 440 having the desired energy bandgap can be selectively grown.
  • the capping layer 450 is grown on the light absorbing layer 440.
  • the capping layer 450 may be grown as an AlGaN layer having a higher Al composition than the light absorbing layer after growth of the light absorbing layer 440. That is, the capping layer 450 grows an AlGaN layer having a higher Al composition than the light absorbing layer 440, thereby maximizing the Schottky barrier to obtain Schottky characteristics.
  • the capping layer 450 may have a thickness of 1 nm to 10 nm, and when the thickness of the capping layer 450 becomes too thick, a phenomenon in which the light absorbing layer may be exhibited may occur.
  • the schottky layer 460 is formed on a portion of the capping layer 450.
  • the schottky layer 460 may include, for example, any one of ITO, Ni, ATO, Pt, W, Ti, Pd, Ru, Cr, and Au.
  • the schottky layer 460 may have a high UV light transmittance and may be formed to have a thickness of 3 nm to 10 nm in consideration of the Schottky barrier property.
  • the insulating layer 470 may be formed to seal the schottky layer 460 on the capping layer.
  • the insulating layer 470 may be formed to cover the schottky layer 460, and may be formed to cover a portion of the capping layer 450 exposed to the outside along the edge of the schottky layer 460. That is, the insulating film layer 470 simultaneously contacts a portion of the schottky layer 460 and the capping layer 450 to fix the schottky layer 460 on the capping layer 450, thereby reducing the stress generated during wire bonding.
  • the insulating layer 470 may be used as a protective film against external static electricity.
  • the insulating layer 470 may include any one of SiNx and SiOx.
  • an embodiment of the present invention may further include a first electrode 480 disposed on the Schottky layer 460 and a second electrode 490 disposed on an exposed area of the buffer layer 420.
  • the first electrode 480 may be formed in a portion of the schottky layer 460.
  • the first electrode 480 may include a metal and may be formed of a plurality of layers.
  • the first electrode 480 may include a structure in which a Ni layer / Au layer is stacked.
  • the first electrode 480 is formed with a minimum area for wire bonding.
  • the first electrode 480 is formed adjacent to the side surface of the schottky layer 460 to face the second electrode 490 in the horizontal direction.
  • the first electrode 480 has a body portion 181 and a pair of branch portions 482 branched in both directions of the body portion 181 so as to uniformly flow the current in the Schottky layer. Even in devices of the same size, it is advantageous to maximize the width of the Schottky layer because the change of the reaction current value due to the ultraviolet light is large depending on the optimum width of the Schottky layer.
  • the second electrode 490 may form an ohmic contact with the buffer layer 420, and may be formed of a plurality of layers including metals.
  • the second electrode 490 may include a structure in which a Ni layer / Au layer is stacked.
  • the second electrode 490 may etch the capping layer 450, the light absorbing layer 440, the low current blocking layer 430, and the antistatic layer 123 by dry etching, and may be exposed by etching. Formed on the high temperature buffer layer 422. In this case, the second electrode 490 and the high temperature buffer layer 422 are configured to have ohmic characteristics, and during etching, a part of the high temperature buffer layer 422 may be etched.
  • the second electrode 490 is spaced apart from the first electrode 480, and is formed in a portion of the high temperature buffer layer 422, and a portion of the electrode may be formed to the inner side of the center portion to uniformly flow current. Need not be limited to one embodiment of the invention.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view of the light blocking layer applied to FIG. 15.
  • the light blocking layer 700 is installed on the front surface of the integrated circuit unit 500 and includes an area in which silicon is exposed or an ADC block area in which external light is not blocked, an area around pads, a seal ring area, and the like. Likewise, it may be further disposed in an area that easily reacts to external light.
  • the light blocking layer 700 prevents ultraviolet rays of 400 nm or less, visible rays of about 400 nm to 800 nm, and infrared rays of about 800 nm to 1100 nm into the integrated circuit unit 500 to generate a reaction current.
  • the light blocking layer 700 may include a plurality of metal layers 410.
  • the plurality of metal layers 410 may be spaced apart from each other with a predetermined phase difference, and may be disposed at positions displaced from each of the metal layers 410 stacked above or below each other so that all incident light, in particular, visible light and infrared light, may not be transmitted. Can be.
  • a plurality of metal layers may be disposed on the same phase, and an opening 430 may be formed between the metal layers 410 to prevent short circuits with peripheral circuits of the integrated circuit unit 500.
  • the material of the metal layer 410 is not particularly limited as long as it can block the inflow of visible light and infrared light.
  • An insulating layer 420 may be interposed between the stacked metal layers 410 so as not to be electrically connected to each other.
  • the material of the insulating layer 420 may be, for example, silicon, epoxy, or the like.
  • an ultraviolet detector includes: a gallium nitride based ultraviolet detection device having at least one electrode; A silicon (Si) based integrated circuit unit having at least one pad electrically connected to the electrode to process an output signal of the ultraviolet detection element; A light blocking layer formed on one side of the integrated circuit unit to block a photoreactive region;
  • the housing may include an integrated circuit unit on which the ultraviolet detection element is mounted, and a housing including a plurality of electrodes to be electrically connected to the pads of the integrated circuit unit, and thus all incident light may affect the integrated circuit.
  • 20 is a schematic block diagram illustrating a driving system of an apparatus for calculating an ultraviolet index according to an embodiment of the present invention.
  • the UV index calculator 800 includes a control unit 805, a sensor unit 815, and an output unit 825, and further, the sensor unit 815 includes an illuminance sensor 810 and an ultraviolet sensor ( 820, an integrated circuit 830.
  • the controller 805 receives the illuminance signal from the illuminance sensor 810 and drives the ultraviolet sensor 820 when the illuminance sensed by the illuminance sensor 810 is equal to or greater than a preset illuminance. In addition, the controller 805 receives the ultraviolet signal generated from the ultraviolet sensor 820, calculates the ultraviolet index, and calculates and transmits the information according to the ultraviolet index to the output unit 825.
  • an illuminance sensor 810 is formed in the integrated circuit 830 to transmit the generated illuminance signal to the integrated circuit 830.
  • the integrated circuit 830 receives and amplifies the received illuminance signal, and then transfers the amplified illuminance signal to the controller 805.
  • the ultraviolet sensor 820 of the sensor unit 815 when the ultraviolet sensor 820 of the sensor unit 815 is driven under the control of the controller 805, the ultraviolet sensor 820 detects ultraviolet rays to generate an ultraviolet signal and transmits the ultraviolet signal to the integrated circuit 830. At this time, the integrated circuit 830 is bonded with the ultraviolet sensor 820, receives and amplifies the received ultraviolet signal, and then transfers the amplified ultraviolet signal to the controller 805.
  • the output unit 825 receives the information according to the UV index calculated from the controller 805 and displays the external information in real time through at least one of voice, vibration, color, and text.
  • the illumination sensor 810 and the ultraviolet sensor 820 may be installed together in one integrated circuit 830 and disposed in the sensor unit 815, but are not limited thereto.
  • the 810 may be formed in the first integrated circuit and disposed in the illuminance sensor unit, and the ultraviolet sensor 820 may be bonded to the second integrated circuit in the ultraviolet sensor unit.
  • 21 and 22 are a plan view and a cross-sectional view for describing a sensor unit of a UV index calculation device according to an embodiment of the present invention.
  • the detailed description of the above-described configuration is omitted in order to avoid duplication.
  • the sensor unit 815 may further include a body part 910, a cover part 920, and a molding part 930.
  • the sensor unit 815 may be implemented in the form of a package, but the present invention is not limited thereto.
  • the illumination sensor 810 may be formed together when forming the integrated circuit 830.
  • the ultraviolet sensor 820 may be bonded on the integrated circuit 830 after the integrated circuit 830 is mounted on the body 910. Alternatively, the ultraviolet sensor 820 may be bonded to the integrated circuit 830 in advance, and the integrated circuit 830 to which the ultraviolet sensor 820 is bonded may be mounted on the body 910.
  • the illuminance sensor 810 may be formed of a silicon-based semiconductor, and the ultraviolet sensor 820 may be formed of a nitride-based semiconductor, but the present invention is not limited thereto.
  • the body 910 may surround the bottom and side surfaces of the integrated circuit 830, the illuminance sensor 810, and the ultraviolet sensor 820.
  • the body portion 910 is formed of a general plastic including polymer, acrylonitrile butadiene styrene (ABS), liquid crystalline polymer (LCP), polyamide (PA), polyphenylene sulfide (IPS), or thermoplastic elastomer (TPE), or the like, or a metal. Or it may be formed of a ceramic.
  • the material forming the body 910 is not limited thereto, and the material forming the body 910 is not limited as long as it can support the illumination sensor 810 and the ultraviolet sensor 820.
  • the ultraviolet sensor 820 may be electrically connected to the body portion 910 through a bonding wire 240.
  • the body 910 may further include terminals (not shown) to which the sensor unit 815 may be connected to the outside, and the terminals may be disposed on the side or the bottom of the body 910.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the cover part 920 may be supported by the end 211 of the body part 910 and positioned on the illuminance sensor 810 and the ultraviolet sensor 820.
  • the cover 920 may be spaced apart from the illuminance sensor 810 and the ultraviolet sensor 820, and may protect the illuminance sensor 810 and the ultraviolet sensor 820 from the outside.
  • the cover part 920 may have a light transmittance to transmit incident light.
  • the cover part 920 may be formed of, for example, quartz, sapphire, a light transmissive polymer, a light transmissive ceramic, or a light transmissive glass.
  • the molding part 930 may be formed under the cover part 920 to cover at least a portion of the illumination sensor 810 and the ultraviolet sensor 820.
  • the present invention discloses a molding part 930 having a flat plate shape, the shape of the molding part 930 is not limited thereto.
  • the molding part 930 may be formed of a light transmitting molding agent, but the present invention is not limited thereto.
  • the cover part 920 and the molding part 930 may be disposed together in the sensor part 815, but the present invention is not limited thereto, and only the cover part 920 is disposed in the sensor part 815. Alternatively, only the molding part 930 may be disposed in the sensor part 815.
  • the illumination sensor 810 and the ultraviolet sensor 820 are interlocked with the controller 805, and thus, the controller 805 receives an illumination signal from the illumination sensor 810, and is preset.
  • the ultraviolet sensor 820 may be driven.
  • the value of 10,000 lux may be preset or the value of 12,000 lux may be preset in the controller 805.
  • the user may set an illumination sensor value at which the ultraviolet sensor 820 may be driven.
  • the output unit 825 may receive information according to the ultraviolet index calculated from the controller 805 and display the information through at least one of voice, vibration, color, and text.
  • the output unit 825 may be in the form of a display, and thus may inform the user in real time of information based on the UV index calculated from the control unit 805 without a separate application driving.
  • the illumination sensor 810 for detecting the illumination intensity to generate the illumination signal and the ultraviolet sensor 820 for detecting the ultraviolet rays to generate the ultraviolet signal automatically detects the ultraviolet ray It is possible to provide an ultraviolet index calculation device for calculating the index and displaying the information accordingly.
  • FIG. 23 is a schematic block diagram illustrating a driving system of a UV index calculation device according to another embodiment of the present invention.
  • the detailed description of the above-described configuration is omitted in order to avoid duplication.
  • the ultraviolet index calculator 800 includes a control unit 805, an illuminance sensor unit 115a, an ultraviolet sensor unit 115b, an output unit 825, and further, an illuminance sensor unit 815a and
  • the ultraviolet sensor unit 815b includes an illuminance sensor 810, an ultraviolet sensor 820, a first integrated circuit 830a, and a second integrated circuit 830b, respectively.
  • an illuminance sensor 810 is formed in the first integrated circuit 830a, and transmits an illuminance signal generated to the first integrated circuit 830a.
  • the first integrated circuit 830a receives and amplifies the received illuminance signal, and then transmits the amplified illuminance signal to the controller 805.
  • the ultraviolet sensor 820 of the ultraviolet sensor unit 815b when the ultraviolet sensor 820 of the ultraviolet sensor unit 815b is driven under the control of the controller 805, the ultraviolet sensor 820 generates an ultraviolet signal and transmits the ultraviolet signal to the second integrated circuit 830b. At this time, the second integrated circuit 830b is bonded to the ultraviolet sensor 820, receives and amplifies the received ultraviolet signal, and then transfers the amplified ultraviolet signal to the controller 805.
  • an illumination sensor 810 for detecting an illumination and generating an illumination signal is disposed in the illumination sensor unit 815a, and an ultraviolet sensor 820 for sensing an ultraviolet light to generate an ultraviolet signal is ultraviolet. It arrange
  • FIG. 24 is a schematic plan view for describing a sensor unit of an ultraviolet index calculator according to another embodiment of the present invention.
  • the detailed description of the above-described configuration is omitted in order to avoid duplication.
  • the illuminance sensor unit 815a includes an illuminance sensor 810, a first integrated circuit 830a, a first body part 910a, a first cover part, and a first molding part (not shown). can do.
  • the ultraviolet sensor 815b may further include an ultraviolet sensor 820, a second integrated circuit 830b, a second body 910b, a second cover part, and a second molding part.
  • the illumination sensor unit 815a and the ultraviolet sensor unit 815b may be implemented in the form of a package, respectively, but the present invention is not limited thereto.
  • the illuminance sensor 810 is formed inside the first integrated circuit 830a when the first integrated circuit 830a is formed.
  • the first integrated circuit 830a is mounted on the first body 910a of the illuminance sensor 815a.
  • the ultraviolet sensor 820 is bonded on the second integrated circuit 830b after the second integrated circuit 830b is mounted on the second body 910b.
  • the ultraviolet sensor 820 may be mounted on the second integrated circuit 830b in advance, and the second integrated circuit 1830b on which the ultraviolet sensor 820 is mounted may be mounted on the second body 910b.
  • the illuminance sensor 810 may be formed of a silicon-based semiconductor, and the ultraviolet sensor 820 may be formed of a nitride-based semiconductor, but the present invention is not limited thereto.
  • 25 is a plan view of a smartphone that is an ultraviolet index calculation apparatus according to various embodiments of the present invention.
  • the smartphone 950 may include a sensor unit 960.
  • the sensor unit 960 may be implemented in the form of a package and may be embedded in the smartphone 950, and a transparent window is provided outside the smartphone 950 so that the sensor unit 960 may detect light.
  • the sensor unit 960 may be disposed on the front surface of the smart phone 950 by bonding an illumination sensor (not shown) and an ultraviolet sensor (not shown) together in one integrated circuit (not shown).
  • the illumination sensor unit and the ultraviolet sensor unit may be disposed on the front surface or the front and rear surfaces of the smart phone 950 independently of each other.
  • the smart phone 950 has a built-in sensor unit 960, by using the illuminance sensor inherent in most smart phones, to increase the utilization of the UV index calculation device having an automatic control function Can be.
  • 26 is a perspective view of a smart watch that is an ultraviolet index calculation apparatus according to various embodiments of the present invention.
  • the smart watch 970 may include a sensor unit 980.
  • the sensor unit 980 may be implemented in the form of a package to be embedded in the smart watch 970, and a transparent window is provided to allow the sensor unit 980 to sense light.
  • the sensor unit 980 may include an illumination sensor (not shown) and an ultraviolet sensor (not shown) together in one integrated circuit (not shown) and disposed in the smart watch 970, but is not limited thereto.
  • the illumination sensor may be disposed on the illumination sensor unit and the ultraviolet sensor separately from the UV sensor unit and disposed on the top or top and bottom surfaces of the smart watch 970.
  • the smart watch 970 has a built-in UV index calculation device 800, using the illumination sensor inherent in most smart watches, the utilization of the UV index calculation device having an automatic control function
  • the characteristics of the smart watch 970 that is always worn on the user's body it is possible to maximize the utilization of the UV index calculation device.

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Abstract

자외선 측정 장치, 광 검출 소자, 자외선 검출기, 자외선 지수 산출 장치 및 이를 포함하는 전자 장치휴대용 단말기가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 측정 장치는, 전극이 형성된 기판; 상기 기판 내에 위치되며, 상기 전극과 전기적으로 연결되는 판독 집적회로부(ROIC); 및 상기 판독 집적회로부의 상부에 위치되어 상기 판독 집적회로부와 전기적으로 연결되며, 사파이어 기판 등의 절연성 기판 상에 형성되는 알루미늄 갈륨 나이트라이드(AlGaN) 기반의 UVB 검출 센서;를 포함하되, 상기 기판의 상기 UVB 검출 센서 대응면에는 투명 재질의 투과창이 형성되고, 상기 판독 집적회로부는 상기 UVB 검출 센서의 출력 신호를 처리하며, 상기 UVB 검출 센서 및 상기 판독 집적회로부는 접합에 의한 일체형 구조를 갖도록 이루어질 수 있다.

Description

자외선 측정 장치, 광 검출 소자, 자외선 검출기, 자외선 지수 산출 장치 및 이를 포함하는 전자 장치
본 발명은 자외선 측정 장치, 광 검출 소자, 자외선 검출기, 자외선 지수 산출 장치 및 이를 포함하는 전자장치에 관한 것이다.
반도체 광 검출 소자는 광이 인가되면 전류가 흐르는 원리를 이용하여 작동하는 반도체 소자이다. 반도체를 이용한 광 검출 소자는 조사된 광에 의해 반도체 내의 전자와 정공의 분리에 의해 공핍 영역(depletion region)이 발생되고, 이로 인해 발생된 전자의 흐름에 따라 전류가 흐르는 원리를 이용한다.
일반적으로 광 검출 소자는 에너지 밴드갭이 자외선 등 광 감지에 적당한 실리콘 반도체, 질화물계 반도체 등을 이용하여 제조된다. 이러한 광 검출 소자는 반도체의 특성에 따라 피크 반응도를 나타내는 파장이 다양하게 변화될 수 있다. 예를 들어, 질화물계 반도체를 이용한 광 검출 소자의 경우, 광 흡수층의 족 원자의 조성비에 따라 다양한 파장에 따른 피크 반응도를 갖는다. 또한, 질화물계 광 검출 소자에 있어서, 파장에 따른 반응도는 족 원자의 조성비에 따라 컷-오프(cut-off) 기울기가 달라지며, 파장의 감소에 따른 반응도의 감소 기울기 역시 족 원자의 조성비에 따라 달라진다.
특히, 자외선 광을 검출하는 반도체 광 검출 소자는 상업, 의학, 군수, 통신 등 여러 분야에서 응용이 가능하여 그 중요도가 높다. 이 중에 특히 GaN을 기반으로 하는 소자의 경우 쇼트키(schottky) 접합 형태와 MSM(Metal-Semiconductor-Metal) 형태, 그리고 PIN 형태의 소자가 주로 사용되는데, 특히 GaN 기반의 자외선 검출소자에서는 알루미늄(Al) 조성이 높은 p-타입 AlGaN층의 특성 확보가 어렵고, 재현성 확보가 되지 않은 반면 쇼트키 접합 형태의 경우 p-AlGaN층을 성장하지 않아도 되기 때문에 제조공정이 간단하여 선호되고 있다. 하지만, 쇼트키 접합 형태는 반도체층과 금속층과의 쇼트키 특성을 이용한 것으로 PIN 형태보다는 정전기(ESD)에 취약한 특성을 가지고 있다.
또한, 하나의 하우징에 별도의 아날로그-디지털 변환소자(ADC converter) 기능을 구비한 집적회로(Integrated circuit)소자를 구비하고 그 위에 자외선 검출소자를 접착하여 자외선 검출기를 구성하게 되면 하나의 하우징에서 직접 디지털 출력이 가능한데, 이때 자외선, 가시광선, 적외선 등이 집적회로에서 반응을 일으켜 자외선 검출소자에서의 출력 값에 집적회로에서 반응하는 출력 신호가 포함되므로 정확한 자외선 검출 신호를 얻지 못하는 한계를 가지고 있다. 이러한 부분은 태양광에서 일정 파장의 자외선을 검출하고자 할 때 그 문제점들이 더욱 명확해진다.
한편, 자외선(UV)은 사람이 볼 수 있는 빛 중 가장 파장이 짧은 보라색 파장 보다 더 짧은 10㎚에서 400㎚의 파장을 가지며, 에너지가 높아 화학 작용을 일으키거나 건강에 영향을 미칠 수 있다. 이와 같은 자외선은, 다시 파장에 따라 여러 종류로 구분 가능한데 그 광원으로는 자연광인 태양광과 자외선 램프와 같은 인위적인 광이 있다.
태양광의 경우 지표면에 도달하는 전체 자외선 중에 대략 90%가 UVA파장 대역이고, 대략 10%가 UVB파장 대역이며, UVC 파장 대역은 오존층 및 대기 중에 흡수되기 때문에 지표면에 거의 도달하지 않는 파장 대역이다. 인위적인 광으로는 UVA, UVB, UVC 램프가 사용되고 있다.
UVA는 320㎚에서 400㎚의 파장을 가지며, 일상생활 속에서 접하는 것으로 생활자외선이라 불리는데, 피부 내부의 진피층까지 도달하여 피부의 탄력성을 유지해주는 콜라겐, 엘라스틴 등과 색소세포에 영향을 주어 잔주름과 탄력저하 등의 피부노화와 멜라닌 색소 침착에 의한 기미를 가속화시키는데, 날씨상태에 크게 상관없이 발생하는 것이 특징이다.
UVB는 280㎚에서 320㎚의 파장을 가지며, 바닷가 등에서 오랜 시간 태양에 피부를 노출시킨 경우 피부가 빨갛게 익어 통증, 염증을 발생시키는 것으로 레저자외선이라 불리는데, 적절하게 노출될 경우 비타민D의 합성, 건선 치료 등과 같은 유익한 작용을 하지만, 과도하게 노출되는 경우 피부암이나 백내장 등을 유발할 수도 있다.
UVC는 200㎚에서 280㎚의 파장을 가지며, 대부분이 대기에 의해 흡수되어 지표까지 도달하지 못하지만, 에너지가 높아 노출될 경우 인체에 매우 해로운 것으로 알려져 있다. 살균용 자외선으로도 널리 알려져 있다.
자외선지수(UV index)는 태양광의 분광복사조도와 대략 285 nm 내지 385 nm의 파장별 피부의 피해 정도를 나타내는 매킨리-디페이 홍반 작용 스펙트럼 커브(McKinlay-Diffey erythemal action spectrum curve)를 가중 함수(weithing function)로 파장에 따라 적분하여 하나의 숫자로 나타낸 지수이다. 상기 자외선 지수는 태양 자외선의 피부에 대한 영향을 나타낸다.
즉, 전술한 바와 같이 자외선은 노출 정도에 따라 인체에 매우 해로울 수 있기 때문에, 사회적으로 건강에 대한 관심이 크게 증대됨에 대응하여 자외선으로부터 인체를 보호할 수 있도록 하는 자외선 차단제 등의 사용이 증가되는 한편, 휴대폰 등의 개인 휴대용 단말기를 이용하여 자외선 주의보/경보 등의 정보를 수신하도록 하는 기술이나, 나아가 개인 휴대용 단말기에 탑재된 자외선 센서를 통해 직접 실시간 자외선 지수를 측정하도록 하는 등의 기술이 개발 및 보급되고 있다.
실제로 2014년 출시된 스마트폰의 경우 자외선 센서를 탑재하여 사용자에게 자외선 지수 정보를 제공하도록 하였으나, 제조의 용이성 및 비용 등의 이유로 인해 가시광에 특화되어 있는 실리콘(Si) 센서를 활용하여 자외선 영역을 인위적으로 표기하도록 구성됨으로써, 사용자들에게 실질적인 효과를 제공하지는 못한 것으로 알려진 바 있다.
부연하자면, 자외선 지수를 표기하기 위해 UVB 파장 대역을 검출하여 표기하여야 하나 실리콘 기반 센서의 경우 직접 UVB 파장 대역의 자외선을 측정하는 것이 아니라 UVA 파장 대역의 일부와 가시광의 세기를 측정한 후 이를 바탕으로 자외선 지수를 예측하는 구조로 이루어지기 때문에, 이러한 실리콘 기반 자외선 센서가 적용된 자외선 지수 측정 장치를 이용하게 되면, 측정 자외선 지수와 실제 자외선 지수 사이에 큰 오차가 발생될 수밖에 없다는 문제점이 있다. 아울러, 고가(高價)의 필터가 필수적으로 요구되지만, 필터 사용에 따른 제조 단가의 상승은 물론, 이러한 필터를 사용하더라도 가시광을 완전히 차단하지는 못한다는 단점을 갖는다.
또한, 종래 기술과 같이 스마트 기기의 어플리케이션을 활용할 경우, 사용자가 어플리케이션을 찾아 기능을 실행하여 자외선을 측정하는 구조로 불편하여 활용이 잘 되지 못하고, 자외선 지수 값을 자동으로 산출하지 못하기 때문에 이를 토대로 얻을 수 있는 자외선 위험 수치, 자외선 노출 시간, 자외선 노출 누적 시간, 비타민 D 생성 시간 등의 2차적 정보 또한 실시간으로 인지할 수 없다는 문제점을 가지고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 AlxGa(1-x)N(0<x<1) 기반의 파장별 UV 검출 센서를 포함하는 자외선 측정 장치와 이를 구비하는 휴대용 단말기를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 입사광의 파장을 용이하게 검출할 수 있는 광 검출 소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 필터를 이용하지 않고도, 특정 파장대의 광을 검출할 수 있는 광 검출 소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 단일 소자를 이용하여 입사광의 파장을 검출할 수 있는 광 검출 소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 상술한 광 검출 소자를 포함하는 전자 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 입사되는 모든 광이 집적회로에 영향을 발생하여 자외선 검출소자의 출력값에 기여하지 않도록 함으로써 자외선 영역의 검출 정확도를 높일 수 있도록 한 디지털 출력의 자외선 검출 가능한 자외선 검출기를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 정전 방전(ESD)이 취약한 자외선 검출소자의 특성을 개선할 수 있도록 한 자외선 검출소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 사용자가 실행하지 않아도 자동으로 자외선을 감지하여 자외선 지수를 산출하는 자외선 지수 산출 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 자외선 측정 장치는, 전극이 형성된 기판; 상기 기판 내에 위치되며, 상기 전극과 전기적으로 연결되는 판독 집적회로부(ROIC: ReadOut Integrated Circuit); 및 상기 판독 집적회로부와 전기적으로 연결되며, 성장 기판 상에 형성되는 알루미늄 갈륨 나이트라이드(AlGaN) 기반의 UV 검출 센서;를 포함하되, 상기 판독 집적회로부는 상기 UV 검출 센서로부터 입력되는 광전류를 판독 가능한 정보로 전환한다. 이에 따라, 상기 사파이어 기판 등에 의해 상기 UVB 검출 센서 및 상기 판독 집적회로부가 절연될 수 있다.
상기 자외선 측정 장치는 상기 UV 검출 센서를 기준으로 상기 기판의 대응면에는 투명 재질의 투과창이 형성될 수 있다.
상기 UV 검출 센서는 실리콘(Si) 재질의 물질에 의해 커버(cover) 될 수 있다.
상기 UV 검출 센서 및 상기 판독 집적회로부는 접합에 의한 일체형 구조를 가질 수 있다.
상기 UV 검출 센서는 상기 판독 집적회로부의 측면에 실장될 수 있다.
상기 UV 검출 센서는 UVB 검출 센서일 수 있다.
상기 UV 검출 센서 및 상기 판독 집적회로부 사이의 접합은 고 열전도성 접착제에 의해 이루어질 수 있다.
상기 UV 검출 센서 및 상기 판독 집적회로부 사이의 접합은 절연성 접착제에 의해 이루어지고, 상기 성장 기판에 의해 상기 UV 검출 센서 및 상기 판독 집적회로부 사이의 절연이 이루어질 수 있다.
상기 자외선 측정 장치는 상기 판독 집적회로부에 의해 처리된 신호를 이용하여 생성되는 자외선 정보를 디스플레이 하기 위한 디스플레이부;를 더 포함할 수 있다.
상기 투과창은 석영(quartz) 재질로 이루어질 수 있다.
상기 자외선 측정 장치는 인듐 갈륨나이트라이드(InGaN) 또는 갈륨나이드라이드(GaN) 기반의 UVA 검출 센서;를 더 포함하되, 상기 UVA 검출 센서는 상기 판독 집적회로부와 접합에 의한 일체형 구조를 가질 수 있다.
상기 자외선 측정 장치는 알루미늄 갈륨나이트라이드(AlGaN) 기반의 UVC 검출 센서;를 더 포함하되, 상기 UVC 검출 센서는 상기 판독 집적회로부와 접합에 의한 일체형 구조를 가질 수 있다.
상기 UVA 검출 센서 또는 상기 UVC 검출 센서를 통해 검출된 정보는, 상기 UVB 검출 센서를 통해 검출된 정보를 상기 판독 집적회로부 내에서 자외선 정보로 전환함에 있어 정확도 향상을 위한 부가 정보로 활용할 수 있다.
상기 자외선 정보는, 자외선 광량 정보, 자외선 지수 정보, 비타민D 생성 알림 정보 또는 안전/위험 알림 정보 가운데 적어도 하나 이상의 정보를 포함할 수 있다.
상기 판독 집적회로부의 상부 영역 가운데 상기 UV 검출 센서와 중복되지 않는 적어도 일부 영역에는 캐비티(cavity)가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 휴대용 단말기는,, 전원부, 프로세서, 메모리 및 디스플레이부를 구비하는 휴대용 단말기로서, 상기 휴대용 단말기의 일면을 통해 노출되는 상술한 자외선 측정장치를 포함하고, 상기 판독 집적회로부에 의해 처리된 신호를 이용하여 생성되는 자외선 정보는 상기 디스플레이부를 통해 디스플레이 되는 것 등을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 광 검출 소자는, 서로 다른 파장에서 피크 반응도를 갖는 복수의 반도체 광 검출 칩; 상기 복수의 반도체 광 검출 칩에 입사된 입사광에 의해 상기 복수의 반도체 광 검출 칩으로부터 발생된 전류 값을 판독하는 ROIC(Readout Integrated Circuit); 상기 복수의 반도체 광 검출 칩 각각의 파장에 따른 반응도 데이터를 포함하는 메모리부; 및 상기 ROIC에서 판독된 전류 값과 상기 메모리의 반응도 데이터를 매칭하는 처리부를 포함한다.
상기 처리부는 상기 ROIC에서 판독된 전류 값과 상기 메모리의 반응도 데이터를 매칭하여, 상기 입사광의 파장을 판독할 수 있다.
상기 광 검출 소자는, 상기 처리부에서 판독된 입사광의 파장 정보를 수신하고, 상기 파장 정보를 외부로 출력하는 출력부를 더 포함할 수 있다.
상기 광 검출 소자는, 상기 복수의 반도체 광 검출 칩들이 실장되는 기판을 더 포함할 수 있다.
상기 기판 상에 위치하는 복수의 반도체 광 검출 칩들은 일정한 거리로 이격되어 배치될 수 있다.
상기 ROIC, 메모리부 및 상기 처리부는 상기 기판에 포함될 수 있다.
상기 기판은 상기 처리부에서 판독된 입사광의 파장 정보를 수신하고, 상기 파장 정보를 외부로 출력하는 출력부를 더 포함할 수 있다.
상기 ROIC, 메모리부 및 상기 처리부는 상기 기판의 외부에 배치될 수 있다.
상기 광 검출 소자는, 상기 기판 상에 위치하되, 상기 복수의 광 검출 칩들의 측면을 둘러싸는 측벽부를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 반도체 광 검출 칩은 서로 이격된 제1 내지 제9 반도체 광 검출 칩을 포함할 수 있고, 상기 제1 내지 제9 반도체 광 검출 칩들은 각각 제1 내지 제9 파장의 광에 대해 피크 반응도를 가질 수 있다.
상기 제1 내지 제9 파장은 순차적으로 감소하되, 일정한 크기로 감소할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 광 검출 소자는, 기판; 및 상기 기판 상에 위치하는 서로 다른 파장에서 피크 반응도를 갖는 복수의 반도체 광 검출 칩을 포함하고, 상기 기판은, 상기 복수의 반도체 광 검출 칩에 입사된 입사광에 의해 상기 복수의 반도체 광 검출 칩으로부터 발생된 전류 값을 판독하는 ROIC(Readout Integrated Circuit)을 포함할 수 있다.
상기 광 검출 소자는, 상기 복수의 반도체 광 검출 칩 각각의 파장에 따른 반응도 데이터를 포함하는 메모리부; 및 상기 ROIC에서 판독된 전류 값과 상기 메모리의 반응도 데이터를 매칭하는 처리부를 더 포함할 수 있고, 상기 처리부는 상기 ROIC에서 판독된 전류 값과 상기 메모리의 반응도 데이터를 매칭하여, 상기 입사광의 파장을 판독할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 전자 장치는, 상기 광 검출 소자들 중 어느 하나의 광 검출 소자를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른, 광 검출 소자에 입사되는 입사광의 파장을 판독하는 전자 장치에 있어서, 상기 광 검출 소자는, 서로 다른 파장에서 피크 반응도를 갖는 복수의 반도체 광 검출 칩; 상기 복수의 반도체 광 검출 칩에 입사된 입사광에 의해 상기 복수의 반도체 광 검출 칩으로부터 발생된 전류 값을 판독하는 ROIC(Readout Integrated Circuit); 상기 복수의 반도체 광 검출 칩 각각의 파장에 따른 반응도 데이터를 포함하는 메모리부; 및 상기 ROIC에서 판독된 전류 값과 상기 메모리의 반응도 데이터를 매칭하는 처리부를 포함한다.
상기 처리부는 상기 ROIC에서 판독된 전류 값과 상기 메모리의 반응도 데이터를 매칭하여, 상기 입사광의 파장을 판독할 수 있다.
상기 전자 장치는, 상기 처리부에서 판독된 입사광의 파장 정보를 수신하고, 상기 파장 정보를 외부로 출력하는 출력부를 더 포함할 수 있다.
상기 전자 장치는, 상기 출력부로부터 출력된 상기 파장 정보를 디스플레이하는 표시부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 자외선 검출기는, 적어도 하나 이상의 전극을 구비하는 질화갈륨계 기반의 자외선 검출소자; 상기 전극과 전기적으로 연결되는 적어도 하나 이상의 패드를 구비하여 상기 자외선 검출소자의 출력 신호를 처리하기 위한 실리콘(Si) 기반의 집적회로부; 상기 집적회로부의 일측 면에 형성되어 광 반응성 영역을 차단하는 광차단층; 상기 자외선 검출소자가 실장된 집적회로부를 수용하며, 상기 집적회로부의 패드와 전기적으로 연결되도록 복수의 전극이 구비된 하우징;을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 자외선 검출소자는 집적회로부 상에 본딩되며, 상기 자외선 검출소자는 집적회로부와의 절연을 위해 사파이어 기판 상에 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 광차단층은 복수의 적층된 메탈층을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 복수의 메탈층은 각각의 상측 또는 하측에 적층된 메탈층과 어긋난 위치에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 광차단층은 복수의 메탈층 사이에 개재되는 절연층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 광차단층은 상기 자외선 검출소자에서 출력된 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 ADC(Analog Digital Converter) 블록 영역, 상기 자외선 검출소자의 전극 및 하우징의 전극과 전기적으로 연결되는 패드 주변 영역, 상기 집적회로부의 테두리 부분에 형성되는 실링(seal ring) 영역에 더 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 집적회로부 내에 정전방지를 위해 구비되는 접지패드를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 하우징의 자외선 검출소자와 대응되는 면에는 투명 재질의 윈도우가 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 윈도우는 석영 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 하우징의 내부 공간은 충진재로 충진될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 충진재는 자외선이 투과되는 투명한 실리콘 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 자외선 지수 산출 장치는, 조도를 감지하여 조도 신호를 생성하는 조도 센서; 자외선을 감지하여 자외선 신호를 생성하는 자외선 센서; 및 상기 조도 센서에 의해 감지된 조도가 미리 설정된 조도 이상일 때, 상기 자외선 센서를 구동시키고, 상기 자외선 센서로부터 생성된 자외선 신호를 전달받아 자외선 지수를 산출하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 실리콘(Si) 기반이 아닌 인듐 갈륨나이트라이드(InGaN)나 알루미늄 갈륨나이트라이드(AlGaN) 기반의 파장별 자외선 검출 센서 적용을 통해 자외선 측정의 정확도를 크게 향상시킨 자외선 측정 장치 및 이를 구비하는 휴대용 단말기를 제공할 수 있다.
특히, 자외선 검출 센서와 판독 집적 회로(ROIC)가 효율적으로 결합된 패키지의 형성을 가능하도록 함으로써, 공정의 간소화 및 제조 비용 절감 등과 같은 부가적인 장점을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 필터를 생략하면서, 용도에 따라 광 검출 소자를 선택해야 할 필요가 없이 입사광의 파장에 관계없이 적용될 수 있는, 범용(universal) 광 검출 소자가 제공될 수 있다. 또한, 범용 광 검출 소자는 다양한 전자 장치에 적용될 수 있다.
나아가, 본 발명의 실시예들에 따르면, 하우징 내에 구비된 집적회로부 상에 자외선 검출소자가 접착되어 구비되고, 집적회로가 외부에서 입사되는 모든 광에 반응하지 않도록 하는 광차단층이 더 형성됨으로써, 입사되는 광 신호는 자외선 검출소자에 의한 신호 값으로만 출력이 되도록 하여 검출 정확도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 자외선 검출소자의 접지 전극이 하우징의 접지 전극에 직접 연결되지 않도록 집적회로부에 정전 방전 차단할 수 있는 별도의 접지패드를 구비함으로써 자외선 검출소자의 정전 방전 특성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예들에 따르면, 자외선 센서를 조도 센서와 연동함으로써, 미리 설정된 값 이상의 조도가 측정될 때, 선택적으로 자외선 지수를 산출하는 자외선 지수 산출 장치가 제공될 수 있다. 특히, 자외선 센서가 조도 센서에 연동되어 구동되므로, 사용자가 별도의 어플리케이션을 실행할 필요 없이 자외선 지수에 따른 정보가 자동으로 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 측정 장치의 구성을 나타낸 설명도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 자외선 측정 장치에 구비되는 자외선 센서 패키지의 구성을 나타낸 설명도이다.
도 3a 내지 도 3c는 도 1에 구비되는 자외선 센서 패키지의 다양한 구현예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 4 내지 도 6은 각각 다양한 UVA, UVB 및 UVC 검출 센서를 이용한 자외선 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 소자를 설명하기 위한 사시도, 평면도 및 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 소자의 반도체 광 검출 칩을 설명하기 위한 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 소자의 반도체 광 검출 칩들의 파장에 따른 반응도를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 소자 및 이를 포함하는 전자 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 소자의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 소자의 동작의 일례를 설명하기 위한 그래프이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 검출기의 평면도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 검출기의 단면도이다.
도 17은 도 15의 자외선 검출기에 적용되는 자외선 검출소자의 평면도이다.
도 18은 도 15의 자외선 검출기에 적용되는 자외선 검출소자의 단면도이다.
도 19는 도 15의 자외선 검출기에 적용되는 집적회로의 광차단층의 단면도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 지수 산출 장치의 구동 시스템을 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 지수 산출 장치의 센서부를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 지수 산출 장치의 센서부를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 23은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자외선 지수 산출 장치의 구동 시스템을 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.
도 24는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자외선 지수 산출 장치의 센서부를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 25는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 자외선 지수 산출 장치인 스마트 폰의 평면도이다.
도 26은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 자외선 지수 산출 장치인 스마트 워치의 사시도이다.
본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하 설명되는 반도체층들에 대한 각 조성비, 성장 방법, 성장 조건, 두께 등은 예시에 해당하며, 하기 설명들이 본 발명을 제한하는 것은 아니다. 예를 들어, AlGaN로 표기되는 경우, Al과 Ga의 조성비는 통상의 기술자의 필요에 따라 다양하게 적용될 수 있다. 또한, 이하 설명되는 반도체층들은 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자(이하, "통상의 기술자")에게 일반적으로 알려진 다양한 방법을 이용하여 성장될 수 있으며, 예를 들어, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition), MBE(Molecular Beam Epitaxy) 또는 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등의 기술을 이용하여 성장될 수 있다. 다만, 이하 설명되는 실시예에서는, 반도체층들은 MOCVD를 이용하여 동일한 챔버 내에서 성장된 것으로 설명되고, 챔버 내에 유입되는 소스 가스들은 조성비에 따라 통상의 기술자에게 알려진 소스 가스들을 이용할 수 있으며, 이에 본 발명이 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 측정 장치의 구성을 나타낸 설명도이고, 도 2a 및 도 2b는 도 1의 자외선 측정 장치에 구비되는 자외선 센서 패키지의 구성을 나타낸 설명도이다.
먼저 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 측정 장치는, 자외선 검출 센서(110), 판독 집적회로부(120), 메모리(130) 및 입출력부(140) 등을 포함하여 구성됨을 확인할 수 있다.
자외선 검출 센서(110)는 외부에서 인가되는 광(光)을 직접 입력받아 자외선 성분을 검출하는 기능을 수행하며, 검출 가능한 자외선의 파장에 따라 UVA 검출 센서, UVB 검출 센서 및 UVC 검출 센서 등으로 구분될 수 있다.
이와 같은 자외선 검출 센서(110)는 본원 출원인의 기 출원 특허(대한민국 공개특허공보 제10-2014-086674호(발명의 명칭: 광 검출 소자), 대한민국 공개특허공보 제10-2014-086617호(발명의 명칭: 광 검출 소자), 대한민국 공개특허공보 제10-2014-092583호(발명의 명칭: 광 검출 소자), 대한민국 공개특허공보 제10-2014-094080호(발명의 명칭: 광 검출 소자 및 이를 포함하는 광 검출 패키지) 등)에 기술된 방식에 의해 제조되는 것이 바람직할 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
판독 집적회로(ROIC)부(120)는 자외선 검출 센서(110)로부터 입력되는 자외선 검출 정보 신호를 처리하는 기능을 수행한다.
판독 집적회로란, 입력 신호를 디지털 신호로 변화시키고 더 나아가 영상 신호 처리 등에 적합한 신호로 변환시키기 위한 회로이다., 일반적으로 증폭 기능, 잡음 제거 기능 및 셀 선택 등의 기능을 구비하며, 저전력, 저잡음, 선형성, 단일성 및 우수한 주파수 응답특성 등의 조건을 만족하도록 이루어진다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 자외선 측정 장치에 적용되는 판독 집적회로부(120)는 자외선 검출 센서(110)에 의해 검출된 검출 신호를 출력부(140)에 직접 제공 가능한 형태로 처리하거나, 또는 상기 검출 신호를 이용하여 다양한 형태의 부가 정보 생성이 가능한 형태로 처리하는 등의 기능을 수행할 수 있다.
이 과정에서, 본 발명의 실시예에 따른 자외선 측정 장치가 별도의 프로세서나 메모리(130) 등을 이용하도록 구성될 수 있다. 나아가, 판독 집적 회로부(120)에 의해 처리된 자외선 검출 신호를 이용해 생성 가능한 다양한 자외선 정보 가운데 사용자가 필요로 하는 정보를 선택적으로 확인할 수 있도록 하기 위한 입력부(140) 등을 구비하는 것도 가능하다.
도 1의 실시예에 있어서는 입력부와 출력부가 단일의 입출력부(140)로 표시되었으나, 이는 스크린터치 방식의 입출력 장치와 같이 입력 기능 및 출력 기능을 동시에 제공하는 구성요소만을 의미하는 것은 아니다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 측정 장치에 구비되는 자외선 검출 센서(110)는 알루미늄 갈륨나이트라이드(AlGaN) 기반의 UVB 검출 센서일 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, UVB는 280㎚에서 315㎚의 파장을 가지며, 적절하게 노출될 경우 비타민D의 합성 등과 같은 유익한 작용을 하지만, 과도하게 노출되는 경우 피부암이나 백내장 등을 유발할 수 있다. 이러한 UVB는 자연광 상태에서 인간의 생활에 가장 많은 영향을 미치는 자외선 파장이기 때문에, 본 발명의 실시예에 따른 자외선 측정 장치는 이와 같은 UVB를 직접 검출하여 자외선 광량 정보(㎽/㎠)를 제공하거나 이를 지수 정보(UV Index)로 환산하여 표출할 수 있다. 나아가, 현재의 자외선 조건 하에서 적절한 양의 비타민D 생성에 요구되는 시간 정보 알람이나 위험 경고 등의 다양한 기능을 수행하도록 구성될 수 있다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 자외선 측정 장치에 구비되는 UVB 센서(110)는 판독 집적회로부(120) 상에 접합됨으로써 일체형의 구조를 갖도록 이루어질 수 있으며, 별도의 케이스(미도시) 내에 형성되는 패키지(100)의 구성을 가질 수 있다. 이 경우, 상기 케이스의 UVB 센서(110) 대응면, 즉 자외선 검출 센서(110)의 광 입사(入射)면에는 자외선의 투과가 자유로운 투과창이 형성되어, 센서 내부의 회로를 보호하는 등의 기능을 제공할 수 있다.
자외선 검출 센서(110)와 판독 집적회로부(120)의 접합에 의해 형성되는 자외선 센서 패키지(100)의 세부 구성에 대해서는 다음의 도 2a 및 도 2b를 통해 보다 상세히 설명하도록 한다.
먼저 도 2a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자외선 측정 장치에 구비되는 자외선 검출 센서(110) 및 판독 집적회로부(120) 패키지(100)는 다수의 전극(105)이 형성된 케이스 내에 형성할 수 있다.
여기서, 상기 자외선 검출 센서(110)를 구성하는 InxGa1 - xN(0<x1) 또는 AlxGa(1-x)N(0<x<1) 소자는 사파이어 기판이나 탄화규소(SiC) 기판 등과 같은 절연성 기판 상에 형성될 수 있다. 나아가, 이와 같은 절연성 기판을 이용해 자외선 검출 센서(110)와 판독 집적회로부(120)이 절연될 수 있다., 이에 따라, 본 발명의 자외선 측정 장치는, 패키지(100) 구성을 위한 자외선 검출 센서(110) 및 판독 집적회로부(120)의 접합 과정에서 별도의 절연층 형성 과정이 불필요하다. 참고로, 본 발명의 실시예에 대한 설명에 있어 자외선 검출 센서(110)가 사파이어 기판 상에 형성되는 것으로 일부 기술될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 자외선 검출 센서가 사파이어 기판이나 SiC 기판 등과 같은 통상의 절연성 기판 상에 형성될 수 있다.
다시 말해, 소자의 저면이 절연 물질인 사파이어 등의 기판으로 이루어진 자외선 검출 센서(110)를, 별도의 절연층 형성 공정을 생략한 채 직접 판독 집적회로부(120)의 상면에 접합시킬 수 있게 됨으로써, 공정의 간소화는 물론 제조 비용 절감 등과 같은 부가적인 효과를 제공할 수 있다. 부연하자면, 자외선 검출 센서(110)와 판독 집적회로부(120)를 개별적으로 제조한 후 이를 단순 접합 공정을 통해 접합하도록 함으로써, 반도체 공정을 통해 일체형으로 생성되는 패키지 소자와 달리 불량 발생 등으로 인한 비용 손실 위험을 감소시킬 수 있다. 한편, 개별 소자 사이의 안정적 접합을 위한 절연층 형성 공정 등의 생략을 통해 공정 간소화와 이로 인한 제조 비용 절감 등의 효과 제공이 가능하다는 장점을 갖는다. 이때, 자외선 검출 센서(110)와 판독 집적회로부(120) 사이의 단순 접합을 위해 통상의 어떠한 방식이 적용되더라도 무방하다. 다만 본 발명의 실시예에 있어서는 은 페이스트(Ag paste) 등과 같이 도전성이며 고 열전도성의 특성을 갖는 접착제에 의해 접착이 이루어질 수 있다.
여기서, 케이스의 자외선 검출 센서(110) 대응면에는 자외선의 자유로운 투과가 가능할 수 있는 투과창(115)이 형성될 수 있다. 따라서, 자외선의 투과율을 보장하며 자외선 검출 센서(110) 등의 내부 회로 보호를 위해 이와 같은 투과창(115)을 석영(quartz) 재질로 형성하거나 케이스 내부를 실리콘(Si) 재질 등의 충진재(125)를 이용해 충진될 수 있다.
참고로, 실리콘 재질 충진재(125)의 경우 자연광의 범위를 초과하는 강한 자외선이 조사되거나, 자연광 내에 거의 존재하지 않는 UVC에 노출되는 등의 경우 황변이 발생됨으로써 이후 부정확한 측정을 유발하는 등의 단점을 가진다. 그러므로, 자연광을 대상으로 하는 생활용품으로서의 자외선 측정 장치가 아닌 경우 석영 재질의 투과창(115)이 구비될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 자외선 측정 장치에 구비되는 자외선 검출 센서(110)가 UVB 센서로 구성되는 것이 바람직할 수 있다. 다만, 본 발명의 구성이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 자외선 검출 센서(110)는, [UVB 센서], [UVA 센서 + UVB 센서], [UVB 센서 + UVC 센서] 또는 [UVA 센서 + UVB 센서 + UVC 센서] 등의 다양한 조합으로 이루어질 수 있다.
도 2b에 [UVA 센서 + UVB 센서 + UVC 센서]의 조합을 갖는 자외선 측정 장치의 구성예를 나타내었다. 도 2b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자외선 측정 장치에 구비되는 자외선 검출 센서 및 IC 패키지(100)는, 판독 집적회로부(120) 상에 접합 형성된 UVA 센서(110A), UVB 센서(110B), UVC 센서(110C), 그리고 전극(105)과 투과창(115) 등이 형성된 케이스 등으로 구성 가능함을 확인할 수 있다.
여기서, 각각의 자외선 검출 센서(110A, 110B, 110C)를 구성하는 InxGa1 -xN(0<x1) 또는 AlxGa(1-x)N(0<x<1) 소자는 사파이어 기판 등의 절연물질층(114) 상에 형성되는 액티브(active)층(112)에 의해 구성된다. 그러므로, 이러한 절연물질층(114)을 이용하여 별도의 절연층 형성 공정 없이 자외선 검출 센서(110A, 110B, 110C)와 판독 집적회로부(120) 사이의 직접 접합할 수 있다.
UVA 검출 센서(110A)의 경우 315㎚에서 400㎚의 파장을 갖는 UVA를 검출하는 기능을 수행하며, InxGa1 - xN(0<x1) 기반의 포토 센서(photo sensor) 형태로 구성될 수 있다. 나아가, UVB 검출 센서(110B)와 UVC 검출 센서(110C)의 경우 각각 280㎚에서 315㎚의 파장을 갖는 UVB와 100㎚에서 280㎚의 파장을 갖는 UVC를 검출하는 기능을 수행하며, AlGaN 기반의 포토 센서 등으로 구성될 수 있다. 이때, UVB 검출 센서(110B)를 구성하는 AlGaN 물질의 경우 대략 20% 정도의 Al 성분을, UVC 검출 센서(110C)를 구성하는 AlGaN 물질의 경우 대략 40% 정도의 Al 성분을 포함하도록 구성될 수 있다.
이와 같은 자외선 검출 센서(110A, 110B, 110C)의 제조 방법에 대하여 본원 출원인의 기 출원 특허(대한민국 공개특허공보 제10-2014-086674호(발명의 명칭: 광 검출 소자), 대한민국 공개특허공보 제10-2014-086617호(발명의 명칭: 광 검출 소자), 대한민국 공개특허공보 제10-2014-092583호(발명의 명칭: 광 검출 소자), 대한민국 공개특허공보 제10-2014-094080호(발명의 명칭: 광 검출 소자 및 이를 포함하는 광 검출 패키지)에 상세하게 설명되어있다.
한편, 도 2a 및 도 2b에는 케이스의 바닥면에 형성된 전극(105)과 판독 집적회로부(120)가 전기적으로 연결되고, 판독 집적회로부(120)와 각각의 자외선 검출 센서(110A, 110B, 110C)가 다시 전기적으로 연결됨을 개념적으로 표시하였다. 그러나, 이와 같은 구성으로 본 발명이 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예에 따른 자외선 측정 장치에 구비되는 각각의 소자들 사이의 전기적 연결을 위해 통상의 다른 방식이 적용될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 자외선 측정 장치는, 각각의 파장에 대응되는 자외선 검출 센서가 직접 검출한 각각의 파장별 검출 정보를 이용하여 사용자에게 정확한 자외선 정보를 제공할 수 있다.
즉, 실리콘을 기반으로 하는 자외선 검출 센서와 달리, 각각의 파장별 자외선(UVA, UVB, UVC)을 별도로 검출함으로써 얻어진 자외선 광량 정보(㎽/㎠), 자외선 지수 정보, 자외선의 ON/OFF 정보, UVB 지수를 이용한 비타민D 생성 알림 정보 또는 각각의 파장별 자외선(UVA, UVB, UVC) 지수에 따른 안전 알림 정보나 위험 경고 정보 등의 정확하고 다양한 정보들을 제공할 수 있다.
나아가, 안전 알림 정보나 위험 경고 정보 등의 경우 각각의 자외선 검출 센서를 통한 파장별 자외선 검출 정보를 이용하여 생성할 수 있다. 따라서 파장별 자외선 광량과 사용자의 노출 시간 등을 종합적으로 고려함으로써, 사용자에게 안전한 수준이 유지 가능한 시간 정보 등을 제공하거나, 안전한 수준을 벗어났음에 대한 경고 정보 등을 제공할 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에 따른 자외선 측정 장치 또는 이를 구비하는 휴대용 단말기 등의 경우, 2 이상 파장에 대한 검출 센서를 별도로 구비할 수 있다. 이를 통해 각각의 검출 센서에 의한 검출 결과의 정확도 향상을 위해 타 검출 센서의 검출값 정보를 이용하도록 구성될 수 있다. 이에 대해서는 추후 도 4 내지 도 6을 통해 보다 상세히 설명한다.
이때, 각각의 안전 또는 위험 등의 알림 정보가 다시 다양한 단계로 세분될 수 있고, 이에 대응되는 서로 다른 형태, 가령, 서로 다른 경고음이나 디스플레이 색상 등으로 표시할 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따른 자외선 측정 장치를 통해 제공 가능한 자외선 정보가 앞서 언급한 자외선 광량 정보, 자외선 지수 정보, 비타민D 생성 알림 정보나 안전/위험 알림 정보 등만으로 한정되는 것은 아니다., 각각의 자외선 검출 센서에 의해 검출된 자외선 검출 정보를 이용해 가공 또는 생성 가능한 어떠한 형태의 부가 정보도 제공할 수 있다.
한편, 이와 같은 자외선 측정 장치는 별도의 독립된 디바이스(device)로 제공될 수도 있으나, 스마트폰 등과 같은 개인용 휴대 단말기에 탑재된 형태로 제공될수 있다. 따라서 본 발명은 상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 자외선 측정 장치를 구비하는 개인용 휴대 단말기를 제공할 수 있다.
다시 말해, 전원부, 프로세서, 메모리 및 디스플레이부 등을 구비하는 스마트폰 등의 휴대용 단말기 일면 상에, 상기 자외선 측정 장치를 구성하는 자외선 센서 패키지의 케이스 투과창(115)이 노출되도록 자외선 측정 장치가 탑재된다. 따라서, 사용자들이 일상 생활 속에서 간편하게 실시간 자외선 측정 및 이를 이용한 다양한 정보의 이용이 가능하도록 할 수 있다. 이 경우, 자외선 측정 장치가 별도의 출력부나 입력부를 구비하는 대신 상기 휴대용 단말기에 기 구비된 출력부나 입력부를 이용하도록 형성될 수 있다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 단말기에 탑재되는 자외선 측정 장치가 자외선 검출 센서 및 판독 집적회로부의 접합에 의해 구성되는 패키지를 포함한다. 또한, 자외선 검출 센서가 사파이어 기판 상에 형성되는 GaN 또는 InGaN이나 AlGaN 기반의 소자일 수있다.
도 3a 내지 도 3c는 도 1에 구비되는 자외선 센서 패키지의 다양한 구현예를 설명하기 위한 예시도이다.
먼저 도 3a에는 판독 집적회로부(120)의 상면 영역 가운데 자외선 검출 센서(110)와 중복되지 않는 적어도 일부 영역에 캐비티(cavity, 150)가 형성된 실시예를 나타내었다.
이와 같은 구성이 적용되는 경우, 자외선 센서 패키지는 상대적으로 경량화가 가능할 뿐만 아니라, 점유 공간 면적의 감소를 통한 소형화 등과 같은 장점이있다.
그리고 도 3b에는, 판독 집적회로부(120)내의 자외선 검출 센서(110) 하부 영역에 히트 파이프(heat pipe, 160)를 구비함으로써 자외선 검출 센서(110)로부터 발생되는 열의 외부 배출이 보다 활발히 이루어질 수 있다.
히트 파이프(160)는 상대적으로 열전도성이 더 높은 물질에 의해 구성될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 적용되는 히트 파이프(160)로 통상의 어떠한 고 열전도성 물질도 적용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 도 3c에는 자외선 검출 센서(110)가 판독 집적회로부(120)의 상부에 접합 등의 형태로 구비되는 대신, 전기적인 연결만 유지되는 상태로 상호 이격되거나 최소한의 측면 접촉만을 갖도록 구성 가능함을 나타내고 있다.
이 경우 도 3b와 같이 별도로 히트 파이프 등의 구성요소가 구비되지 않더라도 모듈을 통한 직접 열빠짐이 가능해 발열 문제의 해소가 용이할 뿐만 아니라, 패키지의 높이가 낮아진다는 등의 추가적인 장점이 있다.
도 4 내지 도 6은 각각 다양한 UVA, UVB 및 UVC 검출 센서를 이용하여 자외선 지수를 측정한 결과를 나타낸 그래프로써, 각각의 파장별 자외선에 대해 A, B, C, D의 각기 다른 검출 센서를 적용해 UV를 검출한 결과를 나타낸 그래프를 도시하였다.
예를 들어, UVA에 비해 에너지가 큰 에너지를 갖는 UVB가 입사되는 경우, UVB 검출 센서뿐만 아니라 UVA 검출 센서도 같이 반응하게 되며, UVC가 입사되는 경우, UVC 검출 센서뿐만 아니라 UVA 및 UVB 검출 센서도 모두 반응함을 도 3 내지 도 5를 통해 확인할 수 있다. 따라서, 이와 같은 자외선 검출 특성을 이용하는 경우, 본 발명의 실시예에 따른 자외선 측정 장치는 보다 더 정확한 자외선 검출 정보를 제공할 수 있다.
즉, 각각의 자외선 검출 센서 별 반응 정도를 미리 수치화하여 데이터베이스에 저장한다면, UVA의 보다 정확한 검출량 산정을 위해 UVA 센서 이외에 UVB나 UVC 검출 센서의 검출 결과를 종합 적용할 수 있다. 나아가 UVB의 정확한 검출량 산정을 위해 UVB 외에 UVC 검출 센서의 검출 결과를 종합 적용할 수 있다.
또한, 방식을 달리하면 UVA 및 UVB 검출 센서의 검출 결과를 종합하여 보다 정확한 UVB의 검출량 산정을 하거나, UVA, UVB 및 UVC 검출 센서의 검출 결과 종합 적용을 통해 UVC의 검출량을 산정할 수도 있다.
다시 말해, UVA 검출 센서에 표시되는 UVA 검출 지수에는 UVB 및 UVC 성분으로 인한 수치가 포함되어 있음을 고려하여, 검출 센서의 성능에 따른 보정을 통해 보다 정확한 UVA 지수를 산정할 수 있다., 반대로, UVC의 경우 UVA, UVB 및 UVC 검출 센서 모두에서 검출됨을 고려하여, 각각의 검출 센서 별 성능 특성에 따른 수치 보정 등을 통해 보다 정확한 UVC 지수를 산정할 수 있다.
하지만, 자외선 검출 센서의 제조회사 및 센서의 성능 등에 따라 도 4 내지 도 6에서와 같이 동일 조건에서도 산출되는 값이 서로 달라지는 점을 고려하여, 각각의 센서 성능에 따른 보정 계수 등을 사전에 설정할 수 있다.
참고로, 본 발명이 UVA 검출 센서 및 UVB 검출 센서 2종의 조합에 구성된 경우라면, 이들 검출 센서의 검출 결과를 종합하여 검출값을 보정함으로써, 상대적으로 더 정확한 UVA 및 UVB 검출량을 산정할 수 있다.
지금까지 설명한 바와 같은 본 발명이, InxGa1 - xN(0<x1) 또는 AlxGa(1-x)N(0<x<1) 기반의 파장별 자외선 검출 센서의 적용을 통해 직접적이고 정확한 파장별 자외선 광량의 검출이 가능하다. 나아가, 이러한 자외선 검출 센서와 판독 검출회로(ROIC)를 효율적으로 접합한 패키지를 구성할 수 있도록 함으로써 제조 공정의 단순화 및 이로 인한 제조 비용 절감 등의 효과를 제공할 수 있다. 아울러, 자외선 검출 센서와 판독 검출회로 사이의 단순 접합을 위해 은(Ag) 페이스트 등과 같은 전도성, 고 열전도성 접착제 등이 적용될 수있다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예들에 따른 광 검출 소자를 설명하기 위한 사시도, 평면도 및 단면도이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예들에 따른 광 검출 소자의 반도체 광 검출 칩을 설명하기 위한 단면도이다. 도 11은 본 발명의 일 실시예들에 따른 광 검출 소자의 반도체 광 검출 칩들의 파장에 따른 반응도를 나타내는 그래프이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 광 검출 소자(200)는 복수의 반도체 광 검출 칩(201 내지 209)을 포함한다. 나아가, 상기 광 검출 소자(2100)는 기판(310), 측벽부(320) 및 커버부(330)를 더 포함할 수 있다. 또한, 광 검출 소자(200)는 ROIC(Readout Integrated Circuit)을 포함하며, 나아가, 처리부(미도시), 메모리부(미도시) 및 출력부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
기판(310)은 절연성 기판 또는 도전성 기판일 수 있고, 도전성 패턴을 포함할 수 있으며, 복수의 반도체 광 검출 칩(201 내지 209)을 지지할 수 있는 기판이면 제한되지 않는다. 예를 들어, 기판(310)은 도전성 패턴을 포함하는 인쇄회로기판(PCB)일 수 있다. 이 경우, 복수의 광 검출 칩(201 내지 209)들은 각각 배선(340)을 통해 상기 인쇄회로기판의 도전성 패턴에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 기판(310)은 광 검출 소자(200)가 외부와 연결될 수 있는 단자들(미도시)을 더 포함할 수 있으며, 상기 단자들은 기판(310)의 측면 또는 하면에 배치될 수 있다.
또한, 기판(310)은 ROIC(Readout Integrated Circuit)를 포함할 수 있고, 나아가, 처리부(미도시), 메모리부(미도시) 및 출력부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 ROIC는 복수의 광 검출 칩(201 내지 209)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 ROIC, 처리부, 메모리부 및 출력부는 기판(310)의 내부에 위치할 수도 있고, 기판(310)의 적어도 하나의 면 상에 위치할 수 있다. 예를 들어, 복수의 광 검출 칩(201 내지 209)은 기판(310)의 상면에 위치하고, ROIC, 처리부, 메모리부 및 출력부는 기판(310)의 하면에 위치하도록 배치될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 다양한 실시예들에서, 상기 ROIC, 처리부, 메모리부 및 출력부 중 적어도 하나는 기판(310)의 외부에 배치될 수도 있다. 즉, 예컨대, 도 7 내지 도 9에 도시된 기판(310) 상에는 복수의 광 검출 칩(201 내지 209)들이 위치하고, 기판(310)은 복수의 광 검출 칩(201 내지 209)과 전기적으로 연결되되, 상기 ROIC, 처리부, 메모리부 및 출력부는 외부의 별도의 기판(미도시)에 실장될 수 있다. 이때, 상기 ROIC, 처리부, 메모리부 및 출력부 중 적어도 하나는 기판(310)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 또한, 기판(310)과 상기 별도의 기판이 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 또 다른 예로서, 상기 ROIC는 기판(310)에 포함되고, 나머지 처리부, 메모리부 및 출력부는 외부의 별도의 기판에 실장될 수도 있으며, 다양한 변형이 가능하다.
한편, ROIC, 처리부, 메모리부 및 출력부와 관련된 내용은 후술하여 상세하게 설명한다.
복수의 반도체 광 검출 칩(201 내지 209)은 적어도 두 개의 반도체 광 검출 칩을 포함하며, 기판(310) 상에 위치할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 복수의 반도체 광 검출 칩(201 내지 209)은 제1 광 검출 칩(2101), 제2 광 검출 칩(202), 제3 광 검출 칩(203), 제4 광 검출 칩(204), 제5 광 검출 칩(205), 제6 광 검출 칩(206), 제7 광 검출 칩(207), 제8 광 검출 칩(208) 및 제9 광 검출 칩(209)을 포함할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 광 검출 칩의 개수는 다양하게 변경될 수 있다.
복수의 반도체 광 검출 칩(201 내지 209) 각각은 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 예컨대, 쇼트키 접합 반도체 광 검출 칩일 수 있다. 도 10은 일 실시예에 따른 반도체 광 검출 칩의 단면을 도시한다.
도 10을 참조하면, 반도체 광 검출 칩(201 내지 209 중 적어도 하나)은 기저층(230), 광 흡수층(250) 및 쇼트키 접합층(260)을 포함한다. 나아가, 상기 광 검출 칩(101 내지 109 중 적어도 하나)은 기판(310), 버퍼층(220), 저전류 차단층(240), 제1 전극(271) 및 제2 전극(273)을 더 포함할 수 있다.
기판(310)은 소자의 저부에 위치하며, 반도체층들을 성장시킬 수 있는 성장 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(310)은 사파이어 기판, SiC 기판, ZnO 기판, GaN 기판 또는 AlN 기판과 같은 질화물계 기판을 포함할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 상기 기판(310)은 사파이어 기판일 수 있다. 기판(310)은 생략될 수도 있다.
기저층(230)은 기판(310) 상에 위치할 수 있다. 기저층(230)은 (Al, In, Ga)N과 같은 질화물계 반도체층을 포함할 수 있으며, 예를 들어, GaN층을 포함할 수 있다. 기저층(230)은 Si와 같은 불순물을 더 포함하여 n형으로 도핑되거나 또는 언도핑될(undpoed) 수 있다. 질화물계 반도체는 언도핑된 상태에서도 n형의 특성을 가질 수 있으므로, 필요에 따라 도핑의 여부를 결정할 수 있다. 기저층(230)이 Si를 포함하여 n형 도핑된 경우, 상기 Si의 도핑농도는 1×108 이하일 수 있다. 한편, 기저층(230)은 약 2㎛의 두께를 가질 수 있다.
한편, 기저층(230)과 기판(310) 사이에는 버퍼층(220)이 더 위치될 수 있다. 버퍼층(220)은 기저층(230)과 유사한 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어 GaN층을 포함할 수 있다. 버퍼층(220)은 약 25nm의 두께를 가질 수 있고, 기저층(230)에 비해 상대적으로 낮은 온도(예를 들어, 500 내지 600)에서 성장된 것일 수 있다. 버퍼층(220)은 기저층(230)의 결정성을 우수하게 하는 역할을 할 수 있고, 이에 따라, 버퍼층(220)이 더 형성됨으로써 기저층(230)의 광학적, 전기적 특성이 향상될 수 있다. 또한, 기판(310)이 사파이어 기판과 같은 이종 기판일 경우에, 버퍼층(220)은 기저층(230)이 성장될 수 있는 시드층 역할을 할 수도 있다.
또한, 버퍼층(220) 및 기저층(230) 각각은 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있다. 기저층(230)은 서로 다른 공정 조건에서 성장된 GaN층들을 포함할 수 있으며, 예컨대, 다른 성장 온도, 성장 압력 및 소스 유량 조건 하에서 성장된 층들을 포함할 수 있다. 이에 따라, 기저층(230) 내에서 n형 도펀트의 농도는 성장 방향에 따라 변화할 수 있다. 또한, 기저층(230)이 AlGaN, InGaN 등과 같은 3성분계 또는 AlInGaN과 같은 4성분계 질화물 반도체를 포함하는 경우, 서로 다른 조성비를 갖는 질화물 반도체층들이 형성될 수 있다. 예를 들어, 기저층(230)은 적어도 하나의 u-GaN층 및 상기 u-GaN층 상에 형성된 적어도 하나의 n-GaN층을 포함할 수 있다. 나아가, 적어도 하나의 u-GaN층 및 적어도 하나의 n-GaN층은 각각 복수로 형성될 수 있으며, 복수의 u-GaN층들과 복수의 n-GaN층들은 각각 서로 다른 공정 조건하에서 성장된 u-GaN층들 및 n-GaN층들을 포함할 수 있다.
저전류 차단층(240)은 기저층(230) 상에 위치하며, 다층 구조층을 포함할 수 있다. 상기 다층 구조층은 (Al, In, Ga)N을 포함하는 2원 내지 4원계 질화물 반도체층을 포함할 수 있고, 나아가, 상기 다층 구조층은 서로 다른 조성비를 갖는 적어도 2 이상의 질화물층들이 반복 적층된 구조를 가질 수 있다. 이때, 각각의 질화물층은 5 내지 10nm의 두께를 가질 수 있다. 또한, 상기 다층 구조층은 한 쌍의 서로 다른 조성비를 갖는 질화물층이 3 내지 10 쌍 적층된 구조를 포함할 수 있다.
상기 다층 구조층에 적층되는 질화물 반도체층들은 광 흡수층(250)의 질화물층의 조성에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 광 흡수층(250)이 AlGaN층을 포함하는 경우, 상기 다층 구조층은 AlN층/AlGaN층 또는 AlGaN층/AlGaN층의 반복 적층 구조를 포함할 수 있다. 또한, 광 흡수층(250)이 InGaN을 포함하는 경우 상기 다층 구조층은 InGaN층/InGaN층, GaN층/InGaN층, 또는 AlInGaN층/AlInGaN층의 반복 적층 구조를 포함할 수 있으며, 광 흡수층(250)이 GaN층을 포함하는 경우 GaN층/InGaN층, InGaN층/InGaN층 또는 GaN층/GaN층의 반복 적층 구조를 포함할 수 있다.
또한, 한편 저전류 차단층(240)은 다층 구조층을 가질 수 있으며 각 층의 계면의 밴드갭 에너지는 상대적으로 다른 부분에 비해 클 수 있다. 서로 다른 조성비를 갖는 질화물층들의 적층 구조는 각각의 질화물층들을 서로 다른 압력에서 성장시킴으로써 제공될 수 있다. 예를 들어, AlxGa(1-x)N층과 AlyGa(1-y)N층이 반복 적층된 구조를 포함하는 다층 구조층을 형성하는 경우, AlxGa(1-x)N층은 약 100Torr의 압력에서 성장시키고, AlyGa(1-y)N층은 약 400Torr의 압력에서 성장시킨다. 이때, 압력 외에 다른 성장 조건이 동일한 경우, 더 낮은 압력에서 성장된 AlxGa(1-x)N층은 더 높은 압력에서 성장된 AlyGa(1-y)N층에 비해 높은 Al 조성비를 가질 수 있다.
이와 같이, 서로 다른 압력에서 성장된 질화물층들은 성장 압력의 차이로 인하여 서로 다른 성장률을 가질 수 있다. 상기 질화물층들이 서로 다른 성장률을 가짐으로써, 성장 과정에서 전위가 전파되는 것을 차단하거나 또는 전위의 전파 경로를 변화시킬 수 있어서, 후속 공정에서 성장되는 다른 반도체층들의 전위 밀도를 감소시킬 수 있다. 나아가, 반복 적층되는 층들의 서로 조성비를 다르게 하는 경우, 격자 상수 차이에 의한 응력을 완화시킬 수 있어서, 후속 공정에서 성장되는 다른 반도체층들의 결정성을 우수하게 할 수 있고, 크랙 등의 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 특히, Al비율이 15%이상인 AlGaN층을 저전류 차단층(240) 상에 성장시키는 경우, AlGaN층에 크랙이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있어서, 종래에 AlN층 또는 GaN층 상에 AlGaN층을 형성할 때의 크랙 발생 문제를 해결할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 광 흡수층(250) 아래에 다층 구조층을 포함하는 저전류 차단층(240)이 형성됨으로써, 광 흡수층(250)의 결정성을 우수하게 하고 광 흡수층(250)에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 광 흡수층(250)이 우수한 결정을 가지게 되면, 상기 광 검출 칩(201 내지 209 중 적어도 하나)의 양자 효율이 향상될 수 있다.
한편, 저전류 차단층(240)은 광 흡수층(250)에 비해 더 높은 결함 밀도를 가질 수 있다. 저전류 차단층(240)의 결함 밀도는 저전류 차단층(240)의 성장 조건을 제어함으로써 결정될 수 있다. 예컨대, 저전류 차단층(240)을 기저층(230)보다 낮은 온도에서 성장시키거나, 압력 조건을 변화시킴으로써 결함 밀도가 상대적으로 높은 질화물계 반도체를 포함하는 저전류 차단층(240)이 제공될 수 있다. 저전류 차단층(240)의 결함들은 광 흡수층(250)으로부터 저전류 차단층(240)을 통해 기저층(230)으로 흐르는 미세 전류들을 차단할 수 있다. 즉, 미세 전류를 발생시키는 전자(electron)들은 저전류 차단층(240)의 결함에 포획됨으로써, 이러한 미세 전류에 의해 광 검출 칩(201 내지 209 중 적어도 하나)이 반응하는 것을 방지할 수 있다. 따라서 높은 검출 효율을 갖는 광 검출 칩(201 내지 209 중 적어도 하나)이 제공될 수 있다.
광 흡수층(250)은 저전류 차단층(240) 상에 위치한다. 광 흡수층(250)은 질화물 반도체를 포함할 수 있으며, 예를 들어, GaN층 InGaN층, AlInGaN층 및 AlGaN층 중 적어도 하나의 층을 포함할 수 있다. 질화물 반도체층은 함유하는 3족 원소의 종류에 따라 에너지 밴드갭의 크기가 결정되므로, 광 검출 칩(201 내지 209 중 적어도 하나)에서 검출하고자 하는 광의 파장을 고려하여 광 흡수층(250)의 질화물 반도체 물질이 결정될 수 있다. 예를 들어, UVA 영역의 자외선 광을 검출하는 광 검출 칩(201 내지 209 중 적어도 하나)은 GaN층 또는 InGaN층을 갖는 광 흡수층(250)을 포함할 수 있고, UVB 영역의 자외선 광을 검출하는 광 검출 칩(201 내지 209 중 적어도 하나)은 28% 이하의 Al 조성비를 갖는 AlGaN층을 포함하는 광 흡수층(250)을 포함할 수 있으며, UVC 영역의 자외선 광을 검출하는 광 검출 칩(201 내지 209 중 적어도 하나)은 28%~50%의 Al 조성비를 갖는 AlGaN층을 포함하는 광 흡수층(250)을 포함할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
광 흡수층(250)은 약 0.1 내지 0.5㎛를 가질 수 있고, 광 검출 효율의 향상을 위해서 0.1㎛ 이상의 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 일반적으로, AlN층이나 GaN층 상에 광 흡수층(250)을 형성하므로, Al 조성비가 15%인 AlGaN층을 포함하는 광 흡수층(250)을 0.1㎛이상의 두께로 형성하면 크랙이 쉽게 발생하는 문제가 있었다. 따라서, 광 흡수층(250)의 두께가 0.1㎛ 이하로 얇아 소자 제조 수율 및 광 검출 효율이 낮았다. 반면, 본 발명은 다층 구조층을 포함하는 저전류 차단층(240) 상에 광 흡수층(250)을 형성하므로, 광 흡수층(250)에 크랙이 발생하는 것을 방지하여 0.1㎛ 이상의 두께를 갖는 광 흡수층(250)을 제조할 수 있다. 따라서 본 발명의 광 검출 칩(201 내지 209 중 적어도 하나)은 높은 광 검출 효율을 갖는다.
쇼트키 접합층(260)은 광 흡수층(250) 상에 위치한다. 쇼트키 접합층(260)과 광 흡수층(250)은 서로 쇼트키 접촉을 형성할 수 있으며, 상기 쇼트키 접합층(260)은 ITO, Ni, Co, Pt, W, Ti, Pd, Ru, Cr, 및 Au 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 쇼트키 접합층(260)의 두께는 광 투과도 및 쇼트키 특성을 고려하여 조절될 수 있으며, 예를 들어, 10nm이하의 두께로 형성될 수 있다.
나아가, 상기 광 검출 칩(201 내지 209 중 적어도 하나)은, 쇼트키 접합층(260)과 광 흡수층(250) 사이에 위치하는 캡층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 캡층은 Mg과 같은 불순물을 포함하여 p형 도핑된 질화물 반도체층일 수 있다. 캡층은 100nm이하의 두께를 가질 수 있으며, 바람직하게는 5nm이하의 두께를 가질 수 있다. 캡층은 소자의 쇼트키 특성을 향상시킬 수 있다.
광 검출 칩(201 내지 209 중 적어도 하나)은 광 흡수층(250) 및 저전류 차단층(240)이 부분적으로 제거되어, 기저층(230)의 표면이 노출된 영역을 포함할 수 있다. 상기 기저층(230)이 노출된 영역 상에 제2 전극(273)이 배치될 수 있으며, 제1 전극(271)은 쇼트키 접합층(260) 상에 배치될 수 있다.
제1 전극(271)은 금속을 포함할 수 있으며, 다중층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(271)은 Ni층/Au층이 적층된 구조를 포함할 수 있다. 제2 전극(273)은 기저층(230)과 오믹 접촉을 형성할 수 있으며, 금속을 포함하는 다중층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(273)은 Cr층/Ni층/Au층이 적층된 구조를 포함할 수 있다. 다만, 본 발명이 상술한 예시들에 한정되는 것은 아니다. 즉, 제1 전극(271)과 제2 전극(273)은 각각 쇼트키 접합층(260) 및 기저층(230)에 각각 전기적으로 연결된 구조이면 제한되지 않는다.
다시 도 7 내지 도 9를 참조하면, 복수의 광 검출 칩들은 각각 서로 다른 파장에서 피크 반응도를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제9 광 검출 칩(201 내지 209) 각각은 도 11에 도시된 바와 같은 파장에 따른 반응도를 가질 수 있다. 즉, 제1 광 검출 칩(201)은 상대적으로 가장 긴 파장에서 피크 반응도를 갖고, 제9 광 검출 칩(209)은 상대적으로 가장 짧은 파장에서 피크 반응도를 갖는다. 또한, 제1 내지 제9 광 검출 칩(201 내지 209)은 각각 제1 내지 제9 파장(W1 내지 W9)의 광에 대해 피크 반응도를 갖는다. 이때, 제1 파장(W1)으로부터 제9 파장(W9)의 값은 대체로 일정 크기로 감소할 수 있다. 이에 따라, 본 실시예의 광 검출 소자는 다양한 파장에 대해 대체로 균일한 광 검출 특성을 나타낼 수 있다.
또한, 제1 내지 제9 광 검출 칩(201 내지 209)들은 대체로 일정한 거리로 이격되어 배치될 수 있고, 나아가, 규칙적인 패턴을 갖도록 배열될 수 있다. 예컨대, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제9 광 검출 칩(201 내지 209)은 3행 3열로 배치되며, 대체로 일정한 간격으로 이격되도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 내지 제9 광 검출 칩(201 내지 209)에 입사되는 입사광이 대체로 일정하게 광 검출 칩들에 입사될 수 있어, 균일한 광 검출 특성을 갖는 광 검출 소자(200)가 제공될 수 있다.
측벽부(320)는 기판(310) 상에 위치할 수 있고, 또한, 복수의 광 검출 칩(201 내지 209)들을 둘러쌀 수 있다. 이에 따라, 측벽부(320)에 둘러싸인 공간에 캐비티(225)가 형성될 수 있으며, 복수의 광 검출 칩(201 내지 209)들은 상기 캐비티(225) 내에 배치될 수 있다. 측벽부(320)는 복수의 광 검출 칩(201 내지 209)들을 보호함과 아울러, 입사광을 복수의 광 검출 칩(201 내지 209)들 측으로 유도하는 역할을 할 수 있다. 따라서, 측벽부(320)는 광 반사성 또는 반 투과성의 특성을 가질 수 있다. 측벽부(320)는 다양한 폴리머, 세라믹 또는 금속 물질로 형성될 수 있다.
커버부(330)는 측벽부(320)의 단부(321)에 지지되어, 복수의 광 검출 칩(201 내지 209)들 상에 위치할 수 있다. 커버부(330)는 복수의 광 검출 칩(201 내지 209)로부터 이격될 수 있으며, 캐비티(225)를 덮어 복수의 광 검출 칩(201 내지 209)들을 외부로부터 보호할 수 있다. 또한, 커버부(330)는 입사광을 투과시키는 광 투과성을 가질 수 있다. 커버부(330)는, 예를 들어, 투광성 폴리머, 투광성 세라믹 또는 투광성 유리 등으로 형성될 수 있다.
이하, 도 12 및 도 13을 참조하여, 다양한 실시예들에 따른 광 검출 소자(200), 광 검출 소자(200)의 동작, 및 광 검출 소자(200)를 포함하는 전자 장치에 대해 설명한다. 도 12는 본 발명의 일 실시예들에 따른 광 검출 소자 및 이를 포함하는 전자 장치를 설명하기 위한 블록도이며, 도 13은 본 발명의 일 실시예들에 따른 광 검출 소자의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 일 실시예에서, 광 검출 소자(200)는 복수의 반도체 광 검출 칩(201 내지 209) 및 ROIC(Readout Integrated Circuit)(352)을 포함할 수 있고, 나아가, 상기 광 검출 소자(200)는 처리부(351), 메모리부(353), 및 출력부(354)를 더 포함할 수 있다. 또한, 광 검출 소자(200)는 기판(310)을 더 포함할 수 있으며, ROIC(352)는 상기 기판(310)에 포함될 수 있다. 나아가, 상기 기판(310)은 처리부(351), 메모리부(353), 및 출력부(354) 중 적어도 하나를 더 포함할 수도 있다.
또한, 다양한 실시예들에서, 광 검출 소자(200)를 포함하는 전자 장치가 제공될 수 있다. 이때, 전자 장치는, 광 검출 소자(200)로부터 출력된 입사광의 정보를 디스플레이하는 표시부(360)를 더 포함할 수 있다.
먼저, 복수의 반도체 광 검출 칩(201 내지 209)은 적어도 2개 이상의 반도체 광 검출 칩을 포함할 수 있으며, 예컨대, 도 7 내지 도 11의 실시예에서 설명한 바와 같이, 제1 내지 제9 반도체 광 검출 칩(201 내지 209)을 포함할 수 있다.
ROIC(352)는 복수의 반도체 광 검출 칩(201 내지 209)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 복수의 반도체 광 검출 칩(201 내지 209)으로부터 발생된 전류 값을 판독한다. 이때, ROIC(352)는 복수의 반도체 광 검출 칩(201 내지 209) 각각에서 발생된 전류 값을 반도체 광 검출 칩에 따라 별도로 판독할 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제4 반도체 광 검출 칩(201, 202, 203, 204)에서 입사광에 의해 전류가 발생한 경우, ROIC(352)는 제1 내지 제4 반도체 광 검출 칩(201, 202, 203, 204) 각각에서 발생한 전류 값을 개별적으로 판독할 수 있다. 상술한 바와 같이, ROIC(352)는 기판(310)에 포함되도록 구성될 수도 있고, 또는 기판(310)의 외부에 배치될 수도 있다.
메모리부(353)는 복수의 반도체 광 검출 칩(201 내지 209) 각각의 파장에 대한 반응도 데이터를 포함한다. 예컨대, 메모리부(353)는 도 5에 도시된 바와 같은 파장에 따른 반응도 그래프에 대응하는 데이터를 저장할 수 있다. 따라서, 메모리부(353)는 복수의 반도체 광 검출 칩(201 내지 209) 각각에서 발생된 전류(반응도)에 따른 입사광의 파장 정보를 제공할 수 있다. 메모리부(353)는 데이터를 저장할 수 있는 매체이면 제한되지 않으며, 예컨대, 반도체 저장 소자를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 메모리부(353)는 기판(310)에 포함되도록 구성될 수도 있고, 또는 기판(310)의 외부에 배치될 수도 있다.
처리부(351)는 ROIC(352)와 메모리부(353)에 연결될 수 있으며, ROIC(352)에서 판독된 전류 값과 메모리부(353)에 저장된 복수의 반도체 광 검출 칩(201 내지 209)의 반응도 데이터를 매칭한다. 처리부(351)는 이러한 매칭을 통해 입사광의 파장을 판독한다. 따라서, 처리부(351)는 ROIC(352)로부터 복수의 반도체 광 검출 칩(201 내지 209)의 전류 값을 수신할 수 있고, 메모리부(353)와는 상호적으로 정보를 송수신할 수 있다. 또한, 처리부(351)는 판독된 입사광의 파장 정보를 다른 구성 부분으로 송신할 수 있고, 예컨대, 출력부(354)에 상기 파장 정보를 송신할 수 있다. 처리부(351)는 연산이 가능한 프로세서를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 처리부(351)는 기판(310)에 포함되도록 구성될 수도 있고, 또는 기판(310)의 외부에 배치될 수도 있다.
출력부(354)는 처리부(351)에 연결될 수 있으며, 처리부(351)로부터 입사광의 파장 정보를 수신하여, 상기 수신된 파장 정보를 외부로 출력할 수 있다. 상술한 바와 같이, 출력부(354)는 기판(310)에 포함되도록 구성될 수도 있고, 또는 기판(310)의 외부에 배치될 수도 있다.
이하, 도 13을 참조하여, 광 검출 소자(200)의 동작에 관하여 설명한다. 먼저, 광 검출 소자(200)에 광이 입사된다(S101). 상기 입사광에 의하여, 복수의 반도체 광 검출 칩(201 내지 209)들 중 적어도 일부의 반도체 광 검출 칩이 반응한다. 이에 따라, 반응한 반도체 광 검출 칩으로부터 전류가 발생하고, 이때 발생한 전류는 각 반도체 광 검출 칩의 반응도에 따라 그 크기가 달라질 수 있다(S102). 이렇게 발생한 전류는 ROIC(352)로 전달되며, ROIC(352)는 전류 값을 측정하여 어떤 반도체 광 검출 칩에서 어느 정도 크기의 전류가 발생한 것인지 판독한다(S103). 이어서, 처리부(351)는 ROIC(352)로부터 판독된 전류 값을 수신하고, 또한, 메모리부(353)로부터 각 반도체 광 검출 칩의 파장에 따른 반응도 데이터를 수신한다. 처리부(351)는 이렇게 수신된 전류 값 및 반응도 데이터를 매칭한다(S104). 처리부(351)는 상기 매칭을 통해 수득된 정보를 이용하여, 입사광의 파장을 판독한다(S105). 다음, 처리부(351)는 판독된 입사광의 파장 정보를 출력부(354)로 송신하고, 출력부(354)는 상기 파장 정보를 외부로 출력한다(S106).
도 14를 참조하여, 광 검출 소자(200)의 동작 및 입사광의 파장 정보 판독 방법을 더욱 구체적인 예를 들어 설명한다. 도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 광 검출 소자의 동작의 일례를 설명하기 위한 그래프이다.
도 14를 참조하면, 입사광(IL)은 WIL의 피크 파장을 갖는 광으로, 광 검출 소자(200)에 입사될 수 있다. 입사광(IL)의 파장 대역에 따라, 제1 내지 제5 반도체 광 검출 칩(201 내지 205)이 반응하여, 전류가 발생할 수 있다. 이때, 제1 반도체 광 검출 칩(201)의 반응도는 R1이고, 상기 반응도 R1에 대응하는 전류가 제1 반도체 광 검출 칩(201)에서 발생한다. 이와 유사하게, 제2 반도체 광 검출 칩(202)에서는 반응도 R2에 대응하는 전류가 발생하고, 제3 반도체 광 검출 칩(203)에서는 반응도 R3에 대응하는 전류가 발생하고, 제4 반도체 광 검출 칩(204)에서는 반응도 R4에 대응하는 전류가 발생하며, 제5 반도체 광 검출 칩(205)에서는 반응도 R5에 대응하는 전류가 발생한다. 제1 내지 제5 반도체 광 검출 칩(201 내지 205)에서 발생된 전류 값은 ROIC(352)에 의해 판독된다. ROIC(352)는 각 반도체 광 검출 칩에서 발생된 전류 값을 개별적으로 판독할 수 있다. 처리부(351)는 상기 전류 값들을 메모리부(353)에 저장된 반응도 데이터와 매칭시킴으로써, 역으로 입사광(IL)의 파장 대역을 판독한다.
이와 같이, 상술한 실시예들에 따른 광 검출 소자(200)는 복수의 반도체 광 검출 칩들을 포함하고, 상기 복수의 반도체 광 검출 칩들의 반응도 데이터를 미리 저장하여 이러한 반응도 데이터를 실제로 입사광에 의해 발생한 전류 값과 비교하는 방식을 통해 입사광의 파장을 판독할 수 있다. 따라서, 좁은 대역의 파장의 광만을 검출할 수 있는 일반적인 광 검출 소자에 비해, 본 실시예의 광 검출 소자(200)은 복수의 반도체 광 검출 칩들을 포함함으로써, 검출 가능한 파장 대역을 넓힐 수 있다.
일반적인 광 검출 소자의 경우, 특정 파장 대역의 광에 대해서만 반응하거나, 또는 적용된 반도체의 특성에 따라 컷-오프 기울기 및 반응도의 반치폭이 달라, 용도에 따라 다른 광 검출 소자를 적용해야 하는 단점이 있다. 예를 들어, UVC 영역의 광과 UVA 영역의 광을 동시에 검출해야 하는 경우, 적어도 2개 이상의 광 검출 소자가 요구된다. 반면, 본 발명의 실시예에 따른 광 검출 소자(200)는 넓은 대역의 파장을 검출할 수 있어, 용도에 따라 광 검출 소자(200)를 선택해야할 필요가 없다. 즉, 실시예들에 따르면 입사광의 파장에 관계없이 적용될 수 있는, 범용(universal) 광 검출 소자가 제공될 수 있다.
더욱이, 광 검출 소자(200)는 필터가 요구되지 않아, 광 검출 소자(200)를 단순화 및 소형화할 수 있다. 일반적인 Si 계열의 광 검출 소자는, 파장에 따라 반응도 차이가 크지 않아, 특정 파장의 광을 검출하기 위해서는 필터가 요구된다. 반면, 질화물계 반도체로 형성된 복수의 반도체 광 검출 칩(201 내지 209)의 경우, 파장에 따른 반응도의 차이가 명확하고, 컷-오프를 갖는 반응도를 가지므로, 필터없이도 정확한 입사광의 파장 검출이 가능하다. 따라서, 광 검출 소자(200)는 이러한 질화물계 반도체로 형성된 반도체 광 검출 칩들을 포함하되, 상기 복수의 반도체 광 검출 칩들이 서로 다른 파장에서 피크 반응도를 갖도록 설계하여 필터가 생략된 범용 광 검출 소자가 제공될 수 있다.
한편, 다양한 실시예에 따른 전자 장치는 광 검출 소자(200)를 포함할 수 있다. 상기 전자 장치는 입사광의 검출 및 입사광의 파장 판독이 요구되는 전자 장치이면, 어느 것이든 가능하다. 예를 들어, 상기 전자 장치는, 광 센서가 요구되는 휴대용 전자 장치(예컨대, 스마트폰, 전자 시계, 스마트 시계, 휴대용 의료 기기 등), 광 센서가 요구되는 의료 기기, 광 센서가 요구되는 보안 장치 등을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 전자 장치는 표시부(360)를 더 포함할 수 있으며, 광 검출 소자(200)에서 판독된 입사광의 파장 정보가 상기 표시부(360)에 디스플레이될 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 의한 자외선 검출소자가 구비된 하우징의 평면도이고, 도 16은 본 발명의 일 실시예에 의한 자외선 검출소자가 구비된 하우징의 단면도이다.
도 15 및 도 16을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 자외선 검출기(390)는 자외선 검출소자(400), 광차단층(700)이 형성된 집적회로부(500) 및 하우징(600)을 포함한다.
자외선 검출소자(400)는 질화갈륨(GaN)계 기반의 반도체 소자로서, 집적회로부(500)의 상면에 본딩된다. 자외선 검출소자(400)는 평면에서 봤을 때 대략 사각형으로 형성될 수 있다. 자외선 검출소자는 UVA, UVB, UVC의 자외선 영역과 대응되는 어느 하나의 센서일 수 있으며, 필요에 따라 UVA, UVB, UVC 중 2종 또는 3종 모두가 집적회로부에 본딩될 수 있다.
집적회로부(500)는 자외선 검출소자(400)에서 출력된 아날로그 신호를 디지털로 변환하여 그 출력 신호를 메모리부에 전달되어 프로그래밍 되어 있는 값으로 표현될 수 있도록 하여 최종적으로 디스플레이부에서 외부로 표현되도록 한다. 집적회로부(500)는 하우징(600)의 상면 중앙에 실장되며, 대략 사각형의 평면을 갖는 판형으로 형성될 수 있다.
집적회로부(500)는 실리콘 기반으로 제작될 수 있다. 예컨대, 집적회로부(500)의 실리콘 기판은 불순물이 첨가된 p형(또는 n형) 반도체로서, 통상 그 위에 n형(또는 p형)의 실리콘 박막층을 부착시켜 그곳에 p형(또는 n형) 영역을 형성시켜 이들 p형과 n형 반도체 영역의 조합으로 회로를 구성할 수 있다.
집적회로부(500)의 상면에는 자외선 검출소자(400)가 본딩되고, 집적회로부(500) 상에는 자외선 검출소자(400)와 근접하도록 복수의 패드(510)가 형성될 수 있다. 패드(510)는 제1도전성 와이어(530)를 매개로 자외선 검출소자(400)의 제1전극 및/또는 제2전극과 전기적으로 연결됨으로써 자외선 검출소자(400)의 출력된 아날로그 신호가 집적회로에 입력된다.
집적회로부(500)에는 제너다이오드(Zener diode)와 같은 회로의 구성을 구비하여 정전 방전(ESD) 특성을 향상시킬 수 있다. 예컨대, 정전 방전이 취약한 자외선 검출소자의 전극이 하우징의 전극에 직접 연결되지 않도록 집적회로부(500)에 별도의 접지패드(520)를 더 포함할 수 있다.
접지패드(520)는 복수의 패드(510) 중 예컨대, 소스전극(VSS)과 연결된 패드와 근접하게 배치될 수 있다. 그리고 복수의 패드(510)는 제2도전성 와이어(540)를 매개로 하우징(600)의 전극(610)과 전기적으로 연결된다. 따라서 자외선 검출소자(400)의 전극(도 17 참고: 480, 490)과 하우징(600)의 전극(610)이 직접적으로 연결되지 않고 집적회로부(500)의 제너다이오드와 같이 정전 방전 방지 디바이스 회로가 구성된 패드(510)를 매개로 상호 연결됨으로써 도전성 와이어가 외부로 노출되지 않게 되고, 더불어 집적회로부(500)에 구비된 접지패드(520)에 의해 정전 방전에 의한 자외선 검출소자(400)를 보호할 수 있다.
집적회로부(500)는 제작 시 실리콘이 노출된 부분이 발생할 수 있다. 집적회로부(500)가 태양광에 노출될 경우 자외선뿐만 아니라 가시광선 및 적외선 역시 집적회로부(500)에 유입될 수 있다. 이때, 집적회로부(500)가 노출된 광에 반응하여 전류를 형성할 수 있게 되는데 이러한 경우 자외선 검출소자(400)에서 검출된 자외선 신호에 추가되어 정확한 자외선 검출에 영향을 받게 된다.
따라서, 자외선 검출소자가 본딩되는 집적회로부의 일측 면에는 광차단층이 전체적으로 형성되어 광 반응성 영역을 차단한다.
한편, 집적회로부(500)에는 모든 광에 의해 반응 전류를 생성할 수 있는 영역 예컨대, 자외선 검출소자(400)에서 출력된 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 ADC(Analog Digital Converter) 블록 영역, 자외선 검출소자(400)의 전극 및 하우징(600)의 전극과 전기적으로 연결되는 패드(510) 주변 영역, 다이(die)와 스크라이브 라인(scribe line)과의 경계를 부여하도록 집적회로부(500)의 테두리 부분에 형성되는 실링(seal ring) 영역 등이 존재할 수 있다. 광차단층은 이와 같이 모든 광에 의해 반응 전류를 생성할 수 있는 영역에 더 배치됨으로써 광 반응성 영역을 확실하게 차단할 수 있다. 광차단층의 구조에 대해서는 이후 도 5를 참고하여 다시 설명하기로 한다.
하우징(600)은 자외선 검출소자(400) 및 집적회로부(500)를 수용하며, 평면에서 봤을 때 대략 사각형으로 형성될 수 있다.
하우징(600)의 상면 중앙에는 집적회로부(500)가 실장되고, 그 주위에는 복수의 전극 예컨대, 소스전극(VSS), 드레인전극(VDD), 통신전극, 접지전극(GND) 등이 배치된다. 전극 중 어느 하나 예컨대, 소스전극은 도전성 와이어를 매개로 집적회로부(500)의 패드(510) 중 어느 하나와 전기적으로 연결될 수 있다.
자외선 검출소자(400)는 집적회로부(500) 상에 접착되어 형성되며, 자외선 검출소자(400)와 대응되도록 하우징(600)의 상면에는 투명 재질의 윈도우(620)가 형성될 수 있다. 윈도우(620)는 예컨대, 석영 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 윈도우를 형성하지 않고 자외선 검출소자(400), 집적회로부(500)를 밀봉할 수 있도록 하우징(600)의 내부 공간을 충진재로 충진하는 것도 가능하다. 이때 충진재로는 자외선이 투과되는 투명한 실리콘 재질이 사용될 수 있다. 실리콘 재질은 자외선 광의 세기가 약한 경우 사용이 가능하다. 예컨대, 자외선 광의 세기가 강하면 충진재에 황변과 같은 변화가 발생하여 오랜 기간 사용하지 못하게 된다.
도 17은 도 15에 적용되는 자외선 검출소자의 일예를 도시한 평면도이며, 도 18은 도 15에 적용되는 자외선 검출소자의 일예를 도시한 단면도이다.
도 17 및 도 18을 참고하면, 자외선 검출소자(400)는 기판(410), 버퍼층(420), 저전류 차단층(430), 광흡수층(440), 캡핑층(450), 쇼트키층(460) 및 절연막층(470)을 포함한다. 더불어, 일 실시예에 의한 자외선 검출소자는 제1도전성 와이어(530)를 매개로 집적회로부(500)의 패드(510)와 전기적으로 연결되도록 제1전극(480) 및 제2전극(490)을 더 포함할 수 있다.
기판(410)은 반도체 단결정을 성장시키기 위한 것으로, 징크 옥사이드(ZnO), 갈륨나이트라이드(GaN), 실리콘 카바이드(SiC) 및 알루미늄 나이트라이드(AlN) 등이 이용될 수 있으나, 방위의 정도가 높고, 정밀한 폴리싱으로 흠이나 자국이 없는 사파이어(sapphire) 기판이 주로 이용될 수 있다. 자외선 검출소자에 사파이어 기판이 적용될 경우 자외선 검출소자(400)가 집적회로부(500)에 본딩되더라도 자외선 검출소자(400)와 집적회로부(500) 간에는 자연적으로 절연이 이루어질 수 있는 장점이 있다. 이때 자외선 검출소자(400)가 집적회로부(500)에 직접 본딩됨으로써 자외선 검출소자(390)의 제작이 용이한 이점이 있다.
버퍼층(420)은 기판(410) 상에 형성되는 저온 버퍼층(421)과, 저온 버퍼층(421) 상에 형성되는 고온 버퍼층(422)을 포함할 수 있다.
저온 버퍼층(421)은 예컨대, GaN층을 포함할 수 있다. 저온 버퍼층(421)은 유기금속화학기상증착(MOCVD) 장치 반응관의 서셉터에 기판(410)을 위치시키고 반응관 내부의 압력을 100torr 이하로 내려 반응관 내부의 불순가스를 제거하고, 반응관 내부 압력을 100torr로 유지하고 온도를 1100℃까지 올려 이종 기판(410)의 표면을 열적으로 세정한 후, 온도를 500℃~600℃, 바람직하게는 550℃까지 내리고 Ga 소스(source)와 암모니아(NH3) 가스를 흘려줌으로써 성장될 수 있다. 이때 반응관의 전체적인 가스 흐름은 수소(H2) 가스에 의해 결정된다.
또한, 저온 버퍼층(421) 위에 성장되는 고온 버퍼층(422)의 결정성과 광학적, 전기적 특성 확보를 위해, 저온 버퍼층(421)은 적어도 25nm 이상의 두께로 형성될 수 있다.
저온 버퍼층(421)은 고온 버퍼층(422)의 결정성을 우수하게 하는 역할을 할 수 있고, 이에 따라 고온 버퍼층(422)의 광학적, 전기적 특성이 향상될 수 있다. 또한, 기판(410)이 사파이어 기판과 같은 이종 기판일 경우에, 저온 버퍼층(421)은 고온 버퍼층(422)이 성장될 수 있는 시드층 역할을 할 수도 있다.
고온 버퍼층(422)은 저온 버퍼층(421)의 성장 후, 저온 버퍼층에 비해 상대적으로 높은 온도에서 성장될 수 있다. 고온 버퍼층(422)은 예컨대, 서셉터의 온도를 1000℃~1100℃, 바람직하게는 1050℃까지 올림으로써 성장될 수 있다. 이때, 온도가 1000℃ 미만이면 광학적, 전기적, 결정학적 특성이 저하되며, 온도가 1100℃를 초과하면 표면의 거칠기가 거칠어지고 결정성이 떨어질 수 있다.
고온 버퍼층(422)은 저온 버퍼층과 유사한 물질을 포함할 수 있다. 고온 버퍼층은 예컨대, GaN층을 포함할 수 있다. 질화물계 반도체는 도핑을 하지 않아도 n형 특성을 보이기는 하지만, n형 효과를 위해 Si 도핑을 할 수도 있다. 고온 버퍼층(422)이 Si를 포함하여 n형 도핑된 경우, Si의 도핑농도는 1×108 이하일 수 있다. 고온 버퍼층(422)은 약 2.5㎛의 두께를 가질 수 있다.
또한, 고온 버퍼층(422)은 저온 버퍼층(421) 상에 임의 도핑이 되지 않은 GaN층을 1.5㎛ 성장하여 형성될 수 있고, 고온 버퍼층(422) 상에 제1전극 예컨대, n형 전극의 형성 시 오믹 형성을 위해 통상적으로 Si가 임의 도핑되지 않은 GaN층을 1㎛ 성장한 정전기 방지층(123)이 형성될 수도 있다. 즉, 쇼트키 접합 구조의 자외선 검출소자에 있어 쇼트키 접합 구조 특성상 PIN 구조보다 정전기(ESD) 특성이 낮은데, 이러한 쇼트키 접합구조에서 정전 방전(ESD) 향상을 위해 저전류 차단층(430) 성장 전에 Si가 임의 도핑되지 않은 정전 방전을 향상하기 위한 GaN층을 추가 성장할 수 있다. 이렇게 성장된 정전기 방지층(123)으로 인해 정전 방전 특성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
저전류 차단층(430)은 광흡수층(440)보다 낮은 온도에서 고온 버퍼층(422) 상에 성장된다. 저전류 차단층(430)은 각각의 층마다 Al 함량이 서로 다른 다층 구조로 이루어질 수 있다. 예컨대, Al 함량이 서로 다른 복수의 AlGaN층이 적층되어 이루어질 수 있다. 또한, 저전류 차단층은 단일 AlGaN층으로 형성될 수도 있으며, 이때 Al의 함량은 광흡수층과 동일 조성일 수 있다.
저전류 차단층(430)에 적층되는 질화물 반도체층들은 광흡수층(440)의 질화물층의 조성에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 광흡수층(440)이 Al 조성 20%의 AlGaN층을 포함하는 경우, 저전류 차단층은 AlGaN층/AlGaN층의 반복 적층 구조를 포함할 수 있다.
서로 다른 조성비를 갖는 질화물층들의 적층 구조는 각각의 질화물층들을 서로 다른 압력에서 성장시킴으로써 제공될 수 있다. 예를 들어, 저전류 차단층이 AlxGa1-xN층과 AlyGa1 - yN층이 반복 적층된 구조를 포함하는 다층 구조를 형성하는 경우, AlxGa1 - xN층은 약 100Torr의 압력에서 성장시키고, AlyGa1 - yN층은 약 400Torr의 압력에서 성장시킬 수 있다.
이때, 압력 외에 다른 성장 조건이 동일한 경우, 더 낮은 압력에서 성장된 AlxGa1-xN층은 더 높은 압력에서 성장된 AlyGa1 - yN층에 비해 높은 Al 조성비를 가질 수 있다.
이와 같이, 서로 다른 압력에서 성장된 질화물층들은 성장 압력의 차이로 인하여 서로 다른 성장률을 가질 수 있다. 질화물층들이 서로 다른 성장률을 가짐으로써, 반복 적층되는 층들의 조성비를 서로 다르게 하는 경우 격자 상수 차이에 의한 응력을 완화시킬 수 있기 때문에, 후속 공정에서 성장되는 다른 반도체층들의 결정성을 우수하게 할 수 있고, 크랙 등의 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
일 실시예에 의한 자외선 검출소자의 경우, 가시광에 의해 광흡수층(440)에 생성된 전자들이 저전류 차단층(430)에 의해 포획됨으로써, 가시광에 의해 소자가 구동하는 것을 최대한 방지할 수 있다. 상술한 바와 같이, 저전류 차단층(430)은 광흡수층(440)에 비해 낮은 온도에서 성장되어, 더 높은 결함 밀도를 갖는다. 가시광에 의해 생성된 전자는 자외선에 의해 생성되는 전자에 비해 매우 적은 양이고, 따라서 저전류 차단층(430)에 존재하는 결함만으로도 충분히 전자의 이동을 막을 수 있다. 즉, 저전류 차단층(430)은 광흡수층(440)보다 더 높은 결함 밀도를 가짐으로써, 가시광에 의해 생성된 전자의 이동을 방지할 수 있다.
한편, 광흡수층(440)에 자외선 광이 조사되어 생성된 전자들은 가시광에 의해 생성된 전자들에 비해 그 수가 월등히 많으므로, 저전류 차단층(430)에 포획되지 않고 소자에 전류가 흐르도록 할 수 있다. 그러므로 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 검출소자는 가시광에 반응하는 정도가 매우 낮아, 일반적인 자외선 검출소자에 비해 높은 자외선 대비 가시광선 반응 비율을 가질 수 있다. 따라서 일 실시예에 따르면, 높은 검출 효율 및 신뢰성을 갖는 자외선 검출소자가 제공될 수 있다.
저전류 차단층(430)의 전체 두께는 광흡수층(440)에서 흡수된 자외선 광 이외의 빛 에너지에 의한 저전류 발생 전류의 흐름을 최소화하기 위해 100nm 이하로 형성될 수 있다. 저전류 차단층(430)이 복수의 층으로 형성될 경우, 저전류 차단층(430)을 구성하는 각각의 층은 모두 동일한 두께를 가지거나 서로 상이한 두께를 가질 수 있으며, 각 층의 두께와 층의 개수는 필요에 따라 적절히 선택될 수 있다.
저전류 차단층(430)은 광흡수층(440)에 비해 더 높은 결함 밀도를 가질 수 있다. 이는 저전류 차단층(430)을 광흡수층(440)에 비해 더 낮은 온도에서 성장시킴으로써 수득될 수 있다. 예를 들어, 광흡수층(440)을 약 1050℃에서 성장시키고, 저전류 차단층(430)은 이보다 30 내지 200℃ 더 낮은 온도에서 성장시켜 제조될 수 있다. 200℃ 초과의 더 낮은 온도에서 저전류 차단층(430)을 성장시키면, 저전류 차단층(430) 상에 형성되는 광흡수층(440)의 결정성이 급격히 저하되어 광흡수층(440)의 양자효율이 저하될 수 있으므로, 저전류 차단층(430)은 광흡수층(440)보다 200℃ 낮은 온도 이내에서 성장되는 것이 바람직하다. 저전류 차단층(430)이 광흡수층(440)에 비해 더 낮은 온도에서 성장되면, 광흡수층(440)에 비해 상대적으로 더 높은 밀도의 전위, 공공(vacancy) 등의 결함 밀도를 가질 수 있다.
광흡수층(440)은 저전류 차단층(430) 상에 성장된다. 예컨대, 저전류 차단층(430) 성장 후 AlxGa1 - xN(0<x<0.7)층으로 구성되는 광흡수층(440)이 성장될 수 있다.
광흡수층(440)은 0.05㎛~0.5㎛ 두께로 성장될 수 있는데, 크랙 등의 영향을 감안하여 0.1㎛ 내외의 두께로 성장시키는 것이 바람직하다.
또한, 광흡수층(440)의 에너지 밴드갭은 흡수하고자 하는 광의 파장 영역에 따라 다르며, Al 함량을 적절히 조절함으로써 원하는 에너지 밴드갭을 가진 광흡수층(440)을 선택적으로 성장시킬 수 있다.
캡핑층(450)은 광흡수층(440) 상에 성장된다. 캡핑층(450)은 예컨대, 광흡수층(440)의 성장 후, 그 위에 Al 조성이 광흡수층보다 높은 AlGaN층으로 성장될 수 있다. 즉, 캡핑층(450)은 광흡수층(440)보다 Al 조성이 높은 AlGaN층을 성장함으로써 쇼트키 장벽을 극대화하여 쇼트키 특성을 얻는데 더 용이하게 된다.
캡핑층(450)은 1nm~10nm의 두께를 가질 수 있으며, 캡핑층(450)의 두께가 너무 두꺼워지면 광흡수층의 특성을 보이는 현상이 발생될 수 있다.
쇼트키층(460)은 캡핑층(450)의 일부 영역 상에 형성된다. 쇼트키층(460)은 예컨대, ITO, Ni, ATO, Pt, W, Ti, Pd, Ru, Cr, Au 중의 어느 하나를 포함할 수 있다. 특히, 쇼트키층(460)이 자외선 광 투과도가 우수한 Ni로 형성된 경우 두께 증가에 따라 자외선 광 투과율이 저하되기 때문에 자외선 광 투과율이 우수하고 쇼트키 장벽 특성을 고려할 때 3nm~10nm로 형성될 수 있다.
절연막층(470)은 캡핑층 상에 쇼트키층(460)을 밀봉하도록 형성될 수 있다. 예컨대, 절연막층(470)은 쇼트키층(460)을 덮도록 형성되며, 쇼트키층(460)의 테두리를 따라 그 외곽으로 노출되는 캡핑층(450)의 일부를 덮도록 형성될 수 있다. 즉, 절연막층(470)은 쇼트키층(460)과 캡핑층(450)의 일부에 동시 접촉하여 캡핑층(450) 상에 쇼트키층(460)을 고정하며, 이에 따라 와이어 본딩시 발생하는 응력에 의한 쇼트키층(460)의 필링(peeling) 현상을 방지하여 자외선 검출소자(1)의 신뢰성 및 수율이 향상시키는 효과가 있다. 또한 절연막층(470)은 외부 정전기에 대한 보호막으로 사용될 수 있다. 절연막층(470)은 SiNx, SiOx 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예는 쇼트키층(460) 상에 배치되는 제1전극(480) 및 버퍼층(420)의 노출된 영역 상에 배치도는 제2전극(490)을 더 포함할 수 있다.
제1전극(480)은 쇼트키층(460) 상의 일부 영역에 형성될 수 있다. 제1전극(480)은 금속을 포함할 수 있으며, 복수층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1전극(480)은 Ni층/Au층이 적층된 구조를 포함할 수 있다.
쇼트키층(460) 상에서 제1전극(480)이 형성되는 영역은 광이 투과하지 못하여 쇼트키층(460)의 역할을 하지 못하므로, 제1전극(480)은 와이어 본딩을 위한 최소한의 면적으로 형성되는 것이 바람직하며, 일 실시예에 따른 제1전극(480)은 제2전극(490)과 좌우 방향으로 대향하도록, 쇼트키층(460)의 측면부에 인접하여 형성된다. 제1전극(480)은 쇼트키층의 전류를 균일하게 흐르게 하기 위해 몸체부(181), 몸체부(181)의 양 방향으로 분기되는 한 쌍의 가지부(482)를 가지고 있다. 같은 크기의 소자에서도 쇼트키층의 최적 넓이에 따라 자외선 광에 의한 반응 전류 값의 변화가 크기 때문에 쇼트키층의 넓이를 최대화하는 것이 유리하다.
제2전극(490)은 버퍼층(420)과 오믹 접촉을 형성할 수 있으며, 금속을 포함하는 복수층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2전극(490)은 Ni층/Au층이 적층된 구조를 포함할 수 있다.
제2전극(490)은 캡핑층(450)과 광흡수층(440), 저전류 차단층(430), 정전기 방지층(123)을 드라이 에칭(dry etching) 등의 방법으로 식각하고, 식각에 의해 노출된 고온 버퍼층(422) 상에 형성될 수 있다. 이때, 제2전극(490)과 고온 버퍼층(422)은 오믹 특성을 갖도록 구성되며, 식각시 고온 버퍼층(422)의 일부까지 식각하는 것도 가능하다.
제2전극(490)은 제1전극(480)으로부터 이격되어 고온 버퍼층(422)의 일부에 형성되고, 전류의 흐름을 균일하게 하기 위해 중심부의 안쪽까지 전극의 일부가 형성될 수 있으며, 그 형상은 본 발명의 일 실시예에 제한될 필요는 없다.
도 19는 도 15에 적용되는 광차단층의 단면도이다.
도 19를 참고하면, 광차단층(700)은 집적회로부(500)의 전면에 설치되며, 실리콘이 노출된 영역이나 외부 광 차단이 되지 않은 ADC 블록 영역, 패드 주위 영역, 실링(seal ring) 영역과 같이 외부 광에 쉽게 반응하는 영역에 더 배치될 수 있다.
광차단층(700)은 예컨대, 400 nm 이하의 자외선, 약 400nm-800nm의 가시광선, 파장이 약 800nm-1100nm의 적외선이 집적회로부(500)에 유입되어 반응 전류를 발생하는 것을 차단한다.
광차단층(700)은 복수의 메탈층(410)을 포함할 수 있다. 복수의 메탈층(410)은 소정의 위상차를 두고 이격 적층되며, 모든 입사되는 광, 특히 가시광선, 적외선이 투과되지 못하도록 각각의 상측 또는 하측에 적층된 메탈층(410)과 어긋난 위치에 배치될 수 있다. 또한, 동일 위상에 복수의 메탈층이 배치될 수도 있으며, 이때 메탈층(410)들 사이에는 집적회로부(500)의 주변 회로들과의 쇼트를 방지할 수 있도록 개구부(430)가 형성될 수 있다. 메탈층(410)의 재질은 특히, 가시광 및 적외선광의 유입을 차단할 수 있다면 특별히 한정될 필요는 없다.
적층된 복수의 메탈층(410) 사이에는 상호 간에 전기적으로 연결되지 않도록 절연층(420)이 개재될 수 있다. 절연층(420)의 재질은 예컨대, 실리콘, 에폭시 등이 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 자외선 검출기는, 적어도 하나 이상의 전극을 구비하는 질화갈륨계 기반의 자외선 검출소자; 상기 전극과 전기적으로 연결되는 적어도 하나 이상의 패드를 구비하여 상기 자외선 검출소자의 출력 신호를 처리하기 위한 실리콘(Si) 기반의 집적회로부; 상기 집적회로부의 일측 면에 형성되어 광 반응성 영역을 차단하는 광차단층; 상기 자외선 검출소자가 실장된 집적회로부를 수용하며, 상기 집적회로부의 패드와 전기적으로 연결되도록 복수의 전극이 구비된 하우징;을 포함할 수 있으므로, 입사되는 모든 광이 집적회로에 영향을 발생하여 자외선 검출소자의 출력값에 기여하지 않도록 함으로써 자외선 영역의 검출 정확도를 높일 수 있도록 한 디지털 출력의 자외선 검출 가능한 자외선 검출기를 제공할 수 있다.
한편, 도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 지수 산출 장치의 구동 시스템을 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.
도 20을 참조하면, 자외선 지수 산출 장치(800)는 제어부(805), 센서부(815), 출력부(825)를 포함하고, 나아가 센서부(815)는 조도 센서(810), 자외선 센서(820), 집적회로(830)를 포함한다.
제어부(805)는 조도 센서(810)로부터 조도 신호를 전달받아, 조도 센서(810)에 의해 감지된 조도가 미리 설정된 조도 이상일 때, 자외선 센서(820)를 구동시킨다. 또한, 제어부(805)는 자외선 센서(820)로부터 생성된 자외선 신호를 전달받아 자외선 지수를 산출하여, 이를 토대로 자외선 지수에 따른 정보를 산출하여 출력부(825)에 전달한다.
센서부(815)에서는, 조도 센서(810)가 집적회로(830)에 형성되어, 집적회로(830)에 생성된 조도 신호를 전달한다. 이 때, 집적회로(830)는 전달받은 조도 신호를 수신하여 증폭시킨 후, 제어부(805)에 증폭된 조도 신호를 전달한다.
한편, 센서부(815)의 자외선 센서(820)는 제어부(805)의 제어에 따라 구동되면, 자외선을 감지하여 자외선 신호를 생성하고, 이를 집적회로(830)에 전달한다. 이 때, 집적회로(830)는 자외선 센서(820)와 본딩되어, 전달받은 자외선 신호를 수신하여 증폭시킨 후, 제어부(805)에 증폭된 자외선 신호를 전달한다.
출력부(825)는 제어부(805)로부터 산출된 자외선 지수에 따른 정보를 전달받아, 음성, 진동, 색 및 문자 중 적어도 하나의 형태를 통해 외부에 실시간으로 표시한다.
한편, 상술한 바와 같이, 조도 센서(810)와 자외선 센서(820)가 하나의 집적회로(830)에 함께 설치되어 센서부(815)에 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 조도 센서(810)는 제1 집적회로에 형성되어 조도 센서부에 배치되고, 자외선 센서(820)는 제2 집적회로에 본딩되어 자외선 센서부에 배치될 수 있다. 이하에서 본 발명의 실시예들에 대해 더 구체적으로 설명한다.
도 21 및 도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 지수 산출 장치의 센서부를 설명하기 위한 평면도 및 단면도이다. 이하, 상술한 구성에 대해서는 중복을 피하기 위해 상세한 설명을 생략한다.
도 21 및 도 22를 참조하면, 센서부(815)는 몸체부(910), 커버부(920) 및 몰딩부(930)를 더 포함할 수 있다. 상기 센서부(815)는 패키지의 형태로 구현될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
조도 센서(810)는 집적회로(830)를 형성할 때 함께 형성될 수 있다. 자외선 센서(820)는 몸체부(910) 상에 집적회로(830)가 실장된 후, 집적회로(830) 상에 본딩될 수 있다. 이와 달리, 자외선 센서(820)는 미리 집적회로(830) 상에 본딩되고, 자외선 센서(820)가 본딩된 집적회로(830)가 몸체부(910) 상에 실장될 수도 있다. 상기 조도 센서(810)는 규소계 반도체로 형성되고, 상기 자외선 센서(820)는 질화물계 반도체로 형성될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
몸체부(910)는 집적회로(830), 조도 센서(810) 및 자외선 센서(820)의 하부와 측면을 둘러쌀 수 있다. 몸체부(910)는 폴리머 등을 포함하는 일반적인 플라스틱, ABS(acrylonitrile butadiene styrene), LCP(liquid crystalline polymer), PA(polyamide), IPS(polyphenylene sulfide) 또는 TPE(thermoplastic elastomer) 등으로 형성되거나, 메탈 또는 세라믹으로 형성될 수도 있다. 다만, 몸체부(910)를 형성하는 물질이 이에 제한되는 것은 아니고, 조도 센서(810) 및 자외선 센서(820)를 지지할 수 있으면 제한되지 않는다. 이 경우, 자외선 센서(820)는 본딩 와이어(240)를 통해 상기 몸체부(910)에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 몸체부(910)는 센서부(815)가 외부와 연결될 수 있는 단자들(미도시)을 더 포함할 수 있으며, 상기 단자들은 몸체부(910)의 측면 또는 하면에 배치될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
커버부(920)는 몸체부(910)의 단부(211)에 지지되어, 조도 센서(810) 및 자외선 센서(820) 상에 위치할 수 있다. 커버부(920)는 조도 센서(810) 및 자외선 센서(820)로부터 이격될 수 있으며, 조도 센서(810) 및 자외선 센서(820)를 외부로부터 보호할 수 있다. 또한, 커버부(920)는 입사광을 투과시키는 광 투과성을 가질 수 있다. 커버부(920)는, 예를 들어, 쿼츠, 사파이어, 광 투과성 폴리머, 광 투과성 세라믹 또는 광 투과성 유리 등으로 형성될 수 있다.
몰딩부(930)는 커버부(920)의 하부에 형성되어, 조도 센서(810) 및 자외선 센서(820)의 적어도 일부 영역을 덮을 수 있다. 본 발명은 평판 형태를 가지는 몰딩부(930)를 개시하였지만, 몰딩부(930)의 형상은 이에 국한되지 않는다. 또한, 상기 몰딩부(930)는 광 투과성 몰딩제로 형성될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상술한 바와 같이, 커버부(920)와 몰딩부(930)가 함께 센서부(815)에 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 커버부(920)만 센서부(815)에 배치되거나, 몰딩부(930)만 센서부(815)에 배치될 수 있다
본 발명의 실시예들에 있어서, 조도 센서(810)와 자외선 센서(820)는 제어부(805)와 연동되며, 따라서, 제어부(805)는 조도 센서(810)로부터 조도 신호를 전달받다가, 미리 설정된 조도 이상의 조도가 감지되면, 자외선 센서(820)를 구동시킬 수 있다. 예컨대, 제어부(805)에는 10,000 룩스(lux)의 값이 미리 설정되어 있거나, 12,000 룩스(lux)의 값이 미리 설정되어 있을 수 있다. 사용자는 자외선 센서(820)가 구동될 수 있는 조도 센서 값을 설정할 수 있다. 출력부(825)는 제어부(805)로부터 산출된 자외선 지수에 따른 정보를 전달받아, 음성, 진동, 색 및 문자 중 적어도 하나의 형태를 통해 외부에 표시할 수 있다. 예컨대, 출력부(825)는 디스플레이의 형태일 수 있으며, 따라서, 제어부(805)로부터 산출된 자외선 지수에 따른 정보를 별도의 어플리케이션 구동 없이 실시간으로 사용자에게 알릴 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 조도를 감지하여 조도 신호를 생성하는 조도 센서(810)와 자외선을 감지하여 자외선 신호를 생성하는 자외선 센서(820)를 함께 채택함으로써, 자동으로 자외선을 감지하여 자외선 지수를 산출하고 그에 따른 정보를 표시하는 자외선 지수 산출 장치를 제공할 수 있다.
도 23은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자외선 지수 산출 장치의 구동 시스템을 설명하기 위한 개략적인 블록도이다. 이하, 상술한 구성에 대해서는 중복을 피하기 위해 상세한 설명을 생략한다.
도 23을 참조하면, 자외선 지수 산출 장치(800)는 제어부(805), 조도 센서부(115a), 자외선 센서부(115b), 출력부(825)를 포함하고, 나아가 조도 센서부(815a) 및 자외선 센서부(815b)는 조도 센서(810) 및 자외선 센서(820), 제1 집적회로(830a) 및 제2 집적회로(830b)를 각각 포함한다.
조도 센서부(815a)에서는, 조도 센서(810)가 제1 집적회로(830a)에 형성되며, 제1 집적회로(830a)로 생성된 조도 신호를 전달한다. 이 때, 제1 집적회로(830a)는 전달받은 조도 신호를 수신하여 증폭시킨 후, 제어부(805)에 증폭된 조도 신호를 전달한다.
한편, 자외선 센서부(815b)의 자외선 센서(820)는 제어부(805)의 제어에 따라 구동되면, 자외선 신호를 생성하고, 이를 제2 집적회로(830b)에 전달한다. 이 때, 제2 집적회로(830b)는 자외선 센서(820)와 본딩되어, 전달받은 자외선 신호를 수신하여 증폭시킨 후, 제어부(805)에 증폭된 자외선 신호를 전달한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 조도를 감지하여 조도 신호를 생성하는 조도 센서(810)를 조도 센서부(815a)에 배치하고, 자외선을 감지하여 자외선 신호를 생성하는 자외선 센서(820)를 자외선 센서부(815b)에 배치한다. 이에 따라, 각 센서에 의하여 감지된 광에 의해 효율적으로 신호를 생성시킬 수 있는 집적회로를 구분하여 배치할 수 있고, 따라서, 자동 제어 기능을 가지는 자외선 지수 산출 장치를 높은 정확도로 구현할 수 있다.
도 24는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자외선 지수 산출 장치의 센서부를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다. 이하, 상술한 구성에 대해서는 중복을 피하기 위해 상세한 설명을 생략한다.
도 24를 참조하면, 조도 센서부(815a)는 조도 센서(810), 제1 집적회로(830a), 제1 몸체부(910a), 제1 커버부 및 제1 몰딩부(미도시)를 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 자외선 센서부(815b)는 자외선 센서(820), 제2 집적회로(830b), 제2 몸체부(910b), 제2 커버부 및 제2 몰딩부를 더 포함할 수 있다. 상기 조도 센서부(815a) 및 자외선 센서부(815b)는 각각 패키지의 형태로 구현될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
조도 센서(810)는 제1 집적 회로(830a)를 형성할 때 제1 집적 회로(830a) 내부에 형성된다. 제1 집적회로(830a)는 조도 센서부(815a)의 제1 몸체부(910a)에 실장된다. 한편, 자외선 센서(820)는 제2 몸체부(910b) 상에 제2 집적 회로(830b)가 실장 된 후, 제2 집적 회로(830b) 상에 본딩된다. 또는 제2 집적 회로(830b) 상에 자외선 센서(820)를 미리 실장하고, 자외선 센서(820)가 실장된 제2 집적회로(1830b)를 제2 몸체부(910b) 상에 실장할 수도 있다. 상기 조도 센서(810)는 규소계 반도체로 형성되고, 상기 자외선 센서(820)는 질화물계 반도체로 형성될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 25는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 자외선 지수 산출 장치인 스마트 폰의 평면도이다.
도 25를 참조하면, 스마트 폰(950)은 센서부(960)를 포함할 수 있다. 상기 센서부(960)는 패키지의 형태로 구현되어 스마트 폰(950) 내부에 내장될 수 있으며, 상기 센서부(960)가 광을 감지할 수 있도록 스마트 폰(950)의 외부에 투명 창이 마련된다. 상기 센서부(960)는 조도 센서(미도시)와 자외선 센서(미도시)가 하나의 집적회로(미도시)에 함께 본딩되어 상기 스마트 폰(950)의 전면에 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 조도 센서부와 자외선 센서부가 서로 독립적으로 상기 스마트 폰(950)의 전면 또는 전면과 후면에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 스마트 폰(950)은 센서부(960)를 내장함으로써, 대부분의 스마트 폰에 내재된 조도 센서를 이용하여, 자동 제어 기능을 가지는 자외선 지수 산출 장치의 활용도를 높일 수 있다.
도 26은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 자외선 지수 산출 장치인 스마트 워치의 사시도이다.
도 26을 참조하면, 스마트 워치(970)는 센서부(980)를 포함할 수 있다. 상기 센서부(980)는 패키지의 형태로 구현되어 스마트 워치(970)의 내부에 내장될 수 있으며, 상기 센서부(980)가 광을 감지할 수 있도록 투명 창이 마련된다. 상기 센서부 (980)는 조도 센서(미도시)와 자외선 센서(미도시)가 하나의 집적회로(미도시)에 함께 설치되어 상기 스마트 워치(970)에 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 조도 센서는 조도 센서부에, 자외선 센서는 자외선 센서부에 따로 형성되어 상기 스마트 워치(970)의 상면 또는 상면과 하면에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 스마트 워치(970)는 자외선 지수 산출 장치(800)를 내장함으로써, 대부분의 스마트 워치에 내재된 조도 센서를 이용하여, 자동 제어 기능을 가지는 자외선 지수 산출 장치의 활용도를 높일 수 있으며, 나아가, 사용자의 신체에 항상 착용되어 있는 스마트 워치(970)의 특성에 따라, 상기 자외선 지수 산출 장치의 활용도를 극대화할 수 있다.
이상, 상술한 다양한 실시예들 및 특징들에 본 발명이 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 특허청구범위에 의한 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능하다.

Claims (58)

  1. 전극이 형성된 기판;
    상기 기판 내에 위치되며, 상기 전극과 전기적으로 연결되는 판독 집적회로부(ROIC); 및
    상기 판독 집적회로부와 전기적으로 연결되며, 성장 기판 상에 형성되는 알루미늄 갈륨 나이트라이드(AlGaN) 기반의 UV 검출 센서;를 포함하되,
    상기 판독 집적회로부는 상기 UV 검출 센서로부터 입력되는 광전류를 판독 가능한 정보로 전환하는 것을 특징으로 하는 자외선 측정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 UV 검출 센서를 기준으로 상기 기판의 대응면에는 투명 재질의 투과창이 형성되는 것을 특징으로 하는 자외선 측정 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 UV 검출 센서는 실리콘(Si) 재질의 물질에 의해 커버(cover) 되는 것을 특징으로 하는 자외선 측정 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 UV 검출 센서 및 상기 판독 집적회로부는 접합에 의한 일체형 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 자외선 측정 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 UV 검출 센서는 상기 판독 집적회로부의 측면에 실장되는 것을 특징으로 하는 자외선 측정 장치.
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 UV 검출 센서는 UVB 검출 센서인 것을 특징으로 하는 자외선 측정 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 UV 검출 센서 및 상기 판독 집적회로부 사이의 접합은 고 열전도성 접착제에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 자외선 측정 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 UV 검출 센서 및 상기 판독 집적회로부 사이의 접합은 절연성 접착제에 의해 이루어지고, 상기 성장 기판에 의해 상기 UV 검출 센서 및 상기 판독 집적회로부 사이의 절연이 이루어지는 것을 특징으로 하는 자외선 측정 장치.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 판독 집적회로부에 의해 처리된 신호를 이용하여 생성되는 자외선 정보를 디스플레이 하기 위한 디스플레이부;를 더 포함하는 자외선 측정 장치.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 투과창은 석영(quartz) 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자외선 측정 장치.
  11. 청구항 6에 있어서,
    인듐 갈륨나이트라이드(InGaN) 또는 갈륨나이드라이드(GaN) 기반의 UVA 검출 센서;를 더 포함하되,
    상기 UVA 검출 센서는 상기 판독 집적회로부와 접합에 의한 일체형 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 자외선 측정 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    알루미늄 갈륨나이트라이드(AlGaN) 기반의 UVC 검출 센서;를 더 포함하되,
    상기 UVC 검출 센서는 상기 판독 집적회로부와 접합에 의한 일체형 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 자외선 측정 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 UVA 검출 센서 또는 상기 UVC 검출 센서를 통해 검출된 정보는, 상기 UVB 검출 센서를 통해 검출된 정보를 상기 판독 집적회로부 내에서 자외선 정보로 전환함에 있어 정확도 향상을 위한 부가 정보로 활용 가능한 것을 특징으로 하는 자외선 측정 장치.
  14. 청구항 6에 있어서,
    상기 자외선 정보는, 자외선 광량 정보, 자외선 지수 정보, 비타민D 생성 알림 정보 또는 안전/위험 알림 정보 가운데 적어도 하나 이상의 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 측정 장치.
  15. 청구항 6에 있어서,
    상기 판독 집적회로부의 상부 영역 가운데 상기 UV 검출 센서와 중복되지 않는 적어도 일부 영역에는 캐비티(cavity)가 형성되는 것을 특징으로 하는 자외선 측정 장치.
  16. 청구항 6에 있어서,
    상기 판독 집적회로부 내의 상기 UV 검출 센서의 하부 영역에는 고 열전도성 물질에 의해 형성되는 히트 파이프(heat pipe)가 구비되는 것을 특징으로 하는 자외선 측정 장치.
  17. 전원부, 프로세서, 메모리 및 디스플레이부를 구비하는 휴대용 단말기에 있어서,
    상기 휴대용 단말기의 일면을 통해 노출되는 청구항 1 내지 16의 어느 한 항의 자외선 측정 장치를 더 포함하고,
    상기 판독 집적회로부에 의해 처리된 신호를 이용하여 생성되는 자외선 정보는 상기 디스플레이부를 통해 디스플레이 되는 것을 특징으로 하는 휴대용 단말기.
  18. 서로 다른 파장에서 피크 반응도를 갖는 복수의 반도체 광 검출 칩;
    상기 복수의 반도체 광 검출 칩에 입사된 입사광에 의해 상기 복수의 반도체 광 검출 칩으로부터 발생된 전류 값을 판독하는 ROIC(Readout Integrated Circuit);
    상기 복수의 반도체 광 검출 칩 각각의 파장에 따른 반응도 데이터를 포함하는 메모리부; 및
    상기 ROIC에서 판독된 전류 값과 상기 메모리의 반응도 데이터를 매칭하는 처리부를 포함하는 광 검출 소자.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 처리부는 상기 ROIC에서 판독된 전류 값과 상기 메모리의 반응도 데이터를 매칭하여, 상기 입사광의 파장을 판독하는 광 검출 소자.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 처리부에서 판독된 입사광의 파장 정보를 수신하고, 상기 파장 정보를 외부로 출력하는 출력부를 더 포함하는 광 검출 소자.
  21. 청구항 18에 있어서,
    상기 복수의 반도체 광 검출 칩들이 실장되는 기판을 더 포함하는 광 검출 소자.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 기판 상에 위치하는 복수의 반도체 광 검출 칩들은 일정한 거리로 이격되어 배치된 광 검출 소자.
  23. 청구항 21에 있어서,
    상기 ROIC, 메모리부 및 상기 처리부는 상기 기판에 포함된 광 검출 소자.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 기판은 상기 처리부에서 판독된 입사광의 파장 정보를 수신하고, 상기 파장 정보를 외부로 출력하는 출력부를 더 포함하는 광 검출 소자.
  25. 청구항 21에 있어서,
    상기 ROIC, 메모리부 및 상기 처리부는 상기 기판의 외부에 배치되는 광 검출 소자.
  26. 청구항 21에 있어서,
    상기 기판 상에 위치하되, 상기 복수의 광 검출 칩들의 측면을 둘러싸는 측벽부를 더 포함하는 광 검출 소자.
  27. 청구항 18에 있어서,
    상기 복수의 반도체 광 검출 칩은 서로 이격된 제1 내지 제9 반도체 광 검출 칩을 포함하고,
    상기 제1 내지 제9 반도체 광 검출 칩들은 각각 제1 내지 제9 파장의 광에 대해 피크 반응도를 갖는 광 검출 소자.
  28. 청구항 26에 있어서,
    상기 제1 내지 제9 파장은 순차적으로 감소하되, 일정한 크기로 감소하는 광 검출 소자.
  29. 기판; 및
    상기 기판 상에 위치하는 서로 다른 파장에서 피크 반응도를 갖는 복수의 반도체 광 검출 칩을 포함하고,
    상기 기판은,
    상기 복수의 반도체 광 검출 칩에 입사된 입사광에 의해 상기 복수의 반도체 광 검출 칩으로부터 발생된 전류 값을 판독하는 ROIC(Readout Integrated Circuit)을 포함하는 광 검출 소자.
  30. 청구항 29에 있어서,
    상기 복수의 반도체 광 검출 칩 각각의 파장에 따른 반응도 데이터를 포함하는 메모리부; 및
    상기 ROIC에서 판독된 전류 값과 상기 메모리의 반응도 데이터를 매칭하는 처리부를 더 포함하고,
    상기 처리부는 상기 ROIC에서 판독된 전류 값과 상기 메모리의 반응도 데이터를 매칭하여, 상기 입사광의 파장을 판독하는 광 검출 소자.
  31. 청구항 18 내지 청구항 30 중 어느 하나의 광 검출 소자를 포함하는 전자 장치.
  32. 광 검출 소자에 입사되는 입사광의 파장을 판독하는 전자 장치에 있어서,
    상기 광 검출 소자는,
    서로 다른 파장에서 피크 반응도를 갖는 복수의 반도체 광 검출 칩;
    상기 복수의 반도체 광 검출 칩에 입사된 입사광에 의해 상기 복수의 반도체 광 검출 칩으로부터 발생된 전류 값을 판독하는 ROIC(Readout Integrated Circuit);
    상기 복수의 반도체 광 검출 칩 각각의 파장에 따른 반응도 데이터를 포함하는 메모리부; 및
    상기 ROIC에서 판독된 전류 값과 상기 메모리의 반응도 데이터를 매칭하는 처리부를 포함하는 전자 장치.
  33. 청구항 32에 있어서,
    상기 처리부는 상기 ROIC에서 판독된 전류 값과 상기 메모리의 반응도 데이터를 매칭하여, 상기 입사광의 파장을 판독하는 전자 장치.
  34. 청구항 33에 있어서,
    상기 처리부에서 판독된 입사광의 파장 정보를 수신하고, 상기 파장 정보를 외부로 출력하는 출력부를 더 포함하는 전자 장치.
  35. 청구항 34에 있어서,
    상기 출력부로부터 출력된 상기 파장 정보를 디스플레이하는 표시부를 더 포함하는 전자 장치.
  36. 적어도 하나 이상의 전극을 구비하는 질화갈륨계 기반의 자외선 검출소자;
    상기 전극과 전기적으로 연결되는 적어도 하나 이상의 패드를 구비하여 상기 자외선 검출소자의 출력 신호를 처리하기 위한 실리콘(Si) 기반의 집적회로부;
    상기 집적회로부의 일측 면에 형성되어 광 반응성 영역을 차단하는 광차단층;
    상기 자외선 검출소자가 실장된 집적회로부를 수용하며, 상기 집적회로부의 패드와 전기적으로 연결되도록 복수의 전극이 구비된 하우징;
    을 포함하는 자외선 검출기.
  37. 청구항 36에 있어서,
    상기 자외선 검출소자는 집적회로부 상에 본딩되며, 상기 자외선 검출소자는 집적회로부와의 절연을 위해 사파이어 기판 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 자외선 검출기.
  38. 청구항 36에 있어서,
    상기 광차단층은 복수의 적층된 메탈층을 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 검출기.
  39. 청구항 38에 있어서,
    상기 복수의 메탈층은 각각의 상측 또는 하측에 적층된 메탈층과 어긋난 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 자외선 검출기.
  40. 청구항 38에 있어서,
    상기 광차단층은 복수의 메탈층 사이에 개재되는 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 검출기.
  41. 청구항 36에 있어서,
    상기 광차단층은 상기 자외선 검출소자에서 출력된 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 ADC(Analog Digital Converter) 블록 영역, 상기 자외선 검출소자의 전극 및 하우징의 전극과 전기적으로 연결되는 패드 주변 영역, 상기 집적회로부의 테두리 부분에 형성되는 실링(seal ring) 영역에 더 배치되는 것을 특징으로 하는 자외선 검출기.
  42. 청구항 36에 있어서,
    상기 집적회로부 내에 정전방지를 위해 구비되는 접지패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 검출기.
  43. 청구항 36에 있어서,
    상기 하우징의 자외선 검출소자와 대응되는 면에는 투명 재질의 윈도우가 형성되는 것을 특징으로 하는 자외선 검출기.
  44. 청구항 43에 있어서,
    상기 윈도우는 석영 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 자외선 검출기.
  45. 청구항 36에 있어서,
    상기 하우징의 내부 공간은 충진재로 충진되는 것을 특징으로 하는 자외선 검출기.
  46. 청구항 45에 있어서,
    상기 충진재는 자외선이 투과되는 투명한 실리콘 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 자외선 검출소자.
  47. 조도를 감지하여 조도 신호를 생성하는 조도 센서;
    자외선을 감지하여 자외선 신호를 생성하는 자외선 센서; 및
    상기 조도 센서에 의해 감지된 조도가 미리 설정된 조도 이상일 때, 상기 자외선 센서를 구동시키고, 상기 자외선 센서로부터 생성된 자외선 신호를 전달받아 자외선 지수를 산출하는 제어부를 포함하는 자외선 지수 산출 장치.
  48. 청구항 47에 있어서,
    상기 미리 설정된 조도는 10,000 룩스(lux) 이상의 값인 자외선 지수 산출 장치.
  49. 청구항 47에 있어서,
    상기 제어부는 상기 조도 센서로부터 조도 신호를 전달받아 상기 자외선 센서를 구동시키는 자외선 지수 산출 장치.
  50. 청구항 47에 있어서,
    상기 조도 센서는 규소계 반도체로 형성되고,
    상기 자외선 센서는 질화물계 반도체로 형성된 자외선 지수 산출 장치.
  51. 청구항 47에 있어서,
    출력부를 더 포함하되,
    상기 출력부는 상기 산출된 자외선 지수에 따른 정보를 음성, 진동, 색 및 문자 중 적어도 하나의 형태를 통해 외부에 실시간으로 표시하는 자외선 지수 산출 장치.
  52. 청구항 47에 있어서,
    상기 자외선 지수에 따른 정보는 자외선 지수, 자외선 위험 수치, 자외선 노출 시간, 자외선 노출 누적 시간 및 비타민 D 생성 시간 중 어느 하나를 포함하는 자외선 지수 산출 장치.
  53. 청구항 47에 있어서,
    집적회로를 더 포함하되,
    상기 조도 센서는 상기 집적회로에 형성되고,
    상기 자외선 센서는 상기 집적회로에 본딩되며,
    상기 집적회로는 상기 조도 신호 및 자외선 신호를 상기 제어부에 전달하는 자외선 지수 산출 장치.
  54. 청구항 53에 있어서,
    상기 집적회로는 상기 조도 신호 및 자외선 신호를 수신하여 증폭시키는 자외선 지수 산출 장치.
  55. 청구항 52에 있어서,
    상기 집적회로는 제1 집적회로; 및 제2 집적회로를 포함하고,
    상기 조도 센서는 상기 제1 집적회로에 형성되고,
    상기 자외선 센서는 상기 제2 집적회로에 본딩되는 자외선 지수 산출 장치.
  56. 청구항 55에 있어서,
    상기 제1 집적회로 및 제2 집적회로는 상기 조도 신호 및 자외선 신호를 수신하여 증폭시키는 기능을 가지는 자외선 지수 산출 장치
  57. 청구항 47 내지 56의 어느 한 항에 있어서,
    상기 자외선 지수 산출 장치는 스마트 기기인 자외선 지수 산출 장치.
  58. 청구항 47에 있어서,
    상기 스마트 기기는 스마트 폰, 스마트 워치 및 헬스 트래커 중 어느 하나를 포함하는 스마트 기기.
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