WO2018230916A1 - 반도체소자 및 반도체소자 패키지 - Google Patents

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WO2018230916A1
WO2018230916A1 PCT/KR2018/006619 KR2018006619W WO2018230916A1 WO 2018230916 A1 WO2018230916 A1 WO 2018230916A1 KR 2018006619 W KR2018006619 W KR 2018006619W WO 2018230916 A1 WO2018230916 A1 WO 2018230916A1
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WO
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layer
light
wavelength conversion
semiconductor
conversion layer
Prior art date
Application number
PCT/KR2018/006619
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English (en)
French (fr)
Inventor
강대성
문지욱
송기영
송준오
오정탁
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
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Filing date
Publication date
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    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
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    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
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    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/62—Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls

Definitions

  • Embodiments relate to a semiconductor device and a semiconductor device package.
  • a semiconductor device including a compound semiconductor material such as GaN, AlGaN, etc. has many advantages, such as having a wide and easy-to-adjust band gap energy, and can be used in various ways as a light emitting device, a light receiving device, and various diodes.
  • light emitting devices such as light emitting diodes and laser diodes using semiconductors of Group 3-5 or Group 2-6 compound semiconductors have been developed through the development of thin film growth technology and device materials.
  • Various colors such as blue and ultraviolet rays can be realized.
  • the light emitting device can implement white light having high efficiency by using fluorescent materials or combining colors.
  • the light emitting device has advantages of low power consumption, semi-permanent life, fast response speed, safety, and environmental friendliness compared to conventional light sources such as fluorescent lamps and incandescent lamps.
  • a molding member including a red phosphor is disposed on a red light emitting device and a green light emitting device to obtain white light.
  • the area occupied by the red light emitting device and the green light emitting device is increased to increase the size of the semiconductor device package, and at least two light emitting devices must be used, thereby increasing the manufacturing cost and horizontally arranging them.
  • the color mixing problem between the red light emitting device and the green light emitting device is generated.
  • the embodiment provides a semiconductor device and a semiconductor device package capable of minimizing size by emitting at least two color lights.
  • Embodiments provide a semiconductor device and a semiconductor device package in which at least two color lights are emitted to reduce manufacturing costs.
  • the embodiment provides a semiconductor device and a semiconductor device package in which at least two color lights are emitted in the vertical direction to minimize the generation of mixed color.
  • the embodiment provides a semiconductor device and a semiconductor device package in which at least two color lights are emitted to reduce power consumption.
  • a semiconductor device includes a substrate; A first wavelength conversion layer on the substrate; A first semiconductor layer on the first wavelength conversion layer; An active layer on the first semiconductor layer; A second semiconductor layer on the active layer; A first electrode electrically connected to the first semiconductor layer; And a second electrode electrically connected to the second semiconductor layer.
  • the active layer may emit light in a first wavelength region.
  • the first wavelength conversion layer may include two different semiconductor layers.
  • the first wavelength conversion layer may emit light in the second wavelength region by the light in the first wavelength region generated in the active layer.
  • the first wavelength region and the second wavelength region may be different from each other.
  • a semiconductor device package a body having a cavity; First and second leadframes in the body; And the semiconductor device.
  • the light of the first wavelength region may be generated by electroluminescence by the light emitting structure including, for example, an active layer in a single semiconductor device
  • the light of the second wavelength region may be generated by light emission by the wavelength conversion layer.
  • the light of the first wavelength region may be generated by electroluminescence in the single semiconductor device, for example, by the light emitting structure, and the light of the second wavelength region may be generated by light emission by the wavelength conversion layer.
  • the light of the first wavelength region generated in the light emitting structure is emitted in all directions, and some of the light travels downward to generate light of the second wavelength region by the wavelength conversion layer positioned under the active layer of the light emitting structure. Therefore, the possibility of the color mixture of the light of the first wavelength region and the light of the second wavelength region can be significantly reduced.
  • the voltage is applied only to the light emitting structure generating the light of the first wavelength region and the wavelength conversion layer generating the light of the second wavelength region does not need to be applied to the voltage, the power consumption can be reduced.
  • the size of the semiconductor device package may be reduced.
  • the wavelength conversion layer when the light emitting structure is grown, the wavelength conversion layer may also grow together, and thus, there is no need to separately form a phosphor, so the process may be simple and the structure may be simple.
  • the wavelength conversion layer is formed of a heat resistant compound semiconductor material, thereby solving the problem that the color rendering index (CRI) due to the deformation caused by heat when the conventional green phosphor is formed.
  • CRI color rendering index
  • the embodiment by increasing the doping concentration of the wavelength conversion layer to increase the intensity of light in the first wavelength region generated in the wavelength conversion layer, it is possible to improve the color reproducibility.
  • the fourth semiconductor layer between the first semiconductor layer and the wavelength conversion layer, it is possible to prevent the loss of current generated flowing down the wavelength conversion layer.
  • the manufacturing cost of the semiconductor device package does not require an additional material or an additional layer to produce another color light, thereby reducing manufacturing costs.
  • the structure can be simplified, reducing power consumption and reducing the number of electrical connection lines such as drive circuits and wires.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a semiconductor device according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an energy band diagram.
  • 3 shows the intensity of light in the second wavelength region according to the doping concentration of the well layer of the wavelength conversion layer.
  • FIG. 4 illustrates a horizontal semiconductor device according to an embodiment.
  • FIG. 5 illustrates a flip semiconductor device according to an embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a semiconductor device according to a second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a semiconductor device according to a third embodiment.
  • FIG. 8 illustrates a horizontal semiconductor device according to an embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a semiconductor device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a semiconductor device according to a fifth embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a semiconductor device package according to an embodiment.
  • each element is described as being formed on “on or under”, it is on or under under includes both configurations in which two components are in direct contact with each other or one or more other components are formed indirectly between the two components.
  • on (up) or (down) on or under it may include the meaning of the down direction as well as the up direction based on one configuration.
  • the semiconductor device may include various electronic devices such as a light emitting device and a light receiving device, and both the light emitting device and the light receiving device may include a light emitting structure including at least a first semiconductor layer, an active layer, and a second semiconductor layer.
  • the semiconductor device according to the embodiment may be a light emitting device.
  • the light emitting device emits light by recombination of a first carrier, that is, an electron and a second carrier, that is, a hole, and the wavelength of the light is determined by a bandgap energy inherent in the material. Thus, the light emitted may vary depending on the composition of the material.
  • the light emitting device it may be referred to as a semiconductor light emitting device.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a semiconductor device according to a first embodiment.
  • the semiconductor device 10 may include a substrate 11, a light emitting structure 13, and a wavelength conversion layer 21.
  • the light emitting structure 13 generates light in the first wavelength region by an electrically applied signal (voltage), that is, electroluminescence, and the wavelength conversion layer 21 is formed in the second wavelength region by light in the first wavelength region. Can produce light.
  • the light in the first wavelength region may be, for example, blue light of about 400 nm to about 470 nm, but is not limited thereto.
  • the light of the second wavelength region may be, for example, green light of about 500 nm to about 560 nm, but is not limited thereto.
  • the light emitting structure 13 may generate light in the first wavelength region only when a current flows through the application of voltage, and the wavelength conversion layer 21 may generate light in the second wavelength region when light in the first wavelength region is absorbed. . That is, the light of the first wavelength region may be generated by using a voltage as a driving source, and the light of the second wavelength region may be generated by using the light of the first wavelength region as a driving source.
  • a voltage may be applied to the light emitting structure 13 to generate light in the first wavelength region.
  • a current flows in the light emitting structure 13 by the voltage applied to the light emitting structure 13, and light in the first wavelength region may be generated according to the current.
  • the light of the second wavelength region may be generated by the light of the first wavelength region.
  • the light emitting structure 13 may be disposed on the substrate 11.
  • the wavelength conversion layer 21 may be disposed between the substrate 11 and the light emitting structure 13.
  • the light emitting structure 13 and the wavelength conversion layer 21 may include a group 3-5 or group 2-6 compound semiconductor material.
  • the light emitting structure 13 may include a first semiconductor layer 15, an active layer 17, and a second semiconductor layer 19.
  • the first semiconductor layer 15 may be disposed on the substrate 11.
  • the first semiconductor layer 15 may be disposed on the wavelength conversion layer 21.
  • the first semiconductor layer 15 may be in contact with the top surface of the wavelength conversion layer 21, but is not limited thereto.
  • the substrate 11 may grow the light emitting structure 13 and support the light emitting structure 13. Accordingly, the substrate 11 may be formed of a material suitable for growth of a group 3-5 or group 2-6 compound semiconductor material, and may be formed of a material having a similar lattice constant and thermal stability to the light emitting structure 13. For example, the substrate 11 may be formed of at least one selected from the group consisting of sapphire (Al 2 O 3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, and Ge as a conductive substrate or an insulating substrate.
  • the first semiconductor layer 15 may be formed of a compound semiconductor material of Al x In y Ga (1-x-y) N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1), but is not limited thereto.
  • the first semiconductor layer 15 may include at least one selected from the group consisting of InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN, AlInN, GaAs, AlGaAs, GaAsP GaP, InP, GaInP, and AlGaInP. It does not limit about.
  • the first semiconductor layer 15 may have a thickness of about 1 ⁇ m to about 10 ⁇ m.
  • the first semiconductor layer 15 may include n-type dopants such as Si, Ge, and Sn.
  • the doping concentration of the first semiconductor layer 15 may be about 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 to about 2 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 .
  • the first semiconductor layer 15 may provide a first carrier, for example, electrons (hereinafter, referred to as electrons) to the active layer 17.
  • the active layer 17 may be disposed on the first semiconductor layer 15.
  • the active layer 17 may generate light in the first wavelength region.
  • the light of the first wavelength region is not generated by itself, but may be generated when a voltage is applied to the light emitting structure 13.
  • the active layer 17 may perform electroluminescence (EL) for converting an electrical signal supplied between the first semiconductor layer 15 and the second semiconductor layer 19 into light.
  • EL electroluminescence
  • the active layer 17 may include any one of a multi quantum well structure (MQW), a quantum dot structure, or a quantum line structure.
  • MQW multi quantum well structure
  • the well layer and the barrier layer may be repeatedly formed by using the well layer and the barrier layer as one cycle.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the active layer 17 may include, for example, 1 to 20 pairs of well layers and barrier layers, but is not limited thereto. .
  • the active layer 17 may include, for example, a well layer and a barrier layer such as InGaN / InGaN, InGaN / GaN, InGaN / AlGaN. As shown in FIG. 2, the bandgap energy of the barrier layer may be greater than the bandgap energy Eg1 of the well layer.
  • the light of the first wavelength region may be determined by the band gap energy Eg1 of the well layer of the active layer 17.
  • the well layer of the active layer 17 may include a compound semiconductor material having a bandgap energy corresponding to light in the first wavelength region.
  • the well layer may have a thickness of about 1 nm to about 10 nm.
  • the barrier layer may have a thickness of about 1 nm to about 20 nm.
  • the active layer 17 may not include a dopant.
  • the active layer 17 may be doped with an n-type dopant such as Si, but is not limited thereto.
  • the doping concentration of the active layer 17 may be 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 to 2 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 .
  • the dopant doped in the active layer 17 may relieve stress of the active layer 17 to improve the efficiency of light in the first wavelength region generated in the active layer 17.
  • the n-type dopant may include a well layer of the active layer 17 and / or a barrier layer.
  • the second semiconductor layer 19 may be disposed on the active layer 17.
  • the second semiconductor layer 19 may be formed of a compound semiconductor material of Al x In y Ga (1-xy) N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1), but is not limited thereto. Do not.
  • the second semiconductor layer 19 may include at least one selected from the group consisting of InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN, AlInN, GaAs, AlGaAs, GaAsP GaP, InP, GaInP, and AlGaInP. It does not limit about.
  • the second semiconductor layer 19 may have a thickness of about 1 ⁇ m or less.
  • the second semiconductor layer 19 may include p-type dopants such as Mg, Zn, Ca, Sr, and Ba.
  • the doping concentration of the second semiconductor layer 19 may be about 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 to about 2 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 .
  • the second semiconductor layer 19 may provide holes to the active layer 17.
  • an electrode for applying a voltage may be disposed in each of the first semiconductor layer 15 and the second semiconductor layer 19 to supply a voltage.
  • the wavelength conversion layer 21 may be disposed under the light emitting structure 13.
  • the wavelength conversion layer 21 may be disposed under the first semiconductor layer 15 of the light emitting structure 13.
  • the wavelength conversion layer 21 may generate light in the second wavelength region.
  • the light of the second wavelength region is not generated by itself, but may be generated using the light of the first wavelength region.
  • the wavelength conversion layer 21 may perform photo luminescence (PL) for converting an optical signal such as light in the first wavelength region into light.
  • PL photo luminescence
  • the wavelength conversion layer 21 may include any one of a multi quantum well structure (MQW), a quantum dot structure, or a quantum line structure.
  • MQW multi quantum well structure
  • the well layer and the barrier layer may be repeatedly formed using the well layer and the barrier layer as one cycle. Since the repetition period of the well layer and the barrier layer can be modified according to the characteristics of the semiconductor device 10, the present invention is not limited thereto.
  • the wavelength conversion layer 21 may include, for example, 1 to 20 pairs of the well layer and the barrier layer, but is not limited thereto. I never do that.
  • the wavelength conversion layer 21 may include, for example, a well layer and a barrier layer such as InGaN / InGaN, InGaN / GaN, and InGaN / AlGaN. As shown in FIG. 2, the bandgap energy of the barrier layer may be greater than the bandgap energy Eg 2 of the well layer.
  • the light of the second wavelength region may be determined by the band gap energy Eg2 of the well layer of the wavelength conversion layer 21. Therefore, the well layer of the wavelength conversion layer 21 may include a compound semiconductor material having a band gap energy corresponding to light in the second wavelength region.
  • the well layer may have a thickness of about 1 nm to about 10 nm.
  • the barrier layer may have a thickness of about 1 nm to about 20 nm.
  • the wavelength conversion layer 21 may include an n-type dopant such as Si, but is not limited thereto.
  • the doping concentration of the wavelength conversion layer 21 may be 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 to 2 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 .
  • the n-type dopant may include a well layer of the wavelength conversion layer 21 and / or a barrier layer.
  • the energy h ⁇ of the light in the first wavelength region must be at least greater than the band gap energy Eg2 of the well layer of the wavelength conversion layer 21. Since the energy h ⁇ of light in the first wavelength region corresponds to the bandgap energy Eg1 of the well layer of the active layer 17, as shown in FIG. 2, the bandgap energy of the well layer of the wavelength conversion layer 21 is shown. Eg2 is smaller than the bandgap energy Eg1 of the well layer of the active layer 17.
  • the wavelength region is inversely proportional to the band gap energy
  • a band gap smaller than the band gap energy Eg1 of the well layer of the active layer 17 is obtained.
  • green light having a wavelength region larger than that of blue light generated by the active layer 17 may be generated.
  • the third semiconductor layer 23 may be disposed between the substrate 11 and the wavelength conversion layer 21.
  • the third semiconductor layer 23 may be in contact with the bottom surface of the wavelength conversion layer 21, but is not limited thereto.
  • the third semiconductor layer 23 may serve to easily grow the wavelength conversion layer 21 including the periodic well layer and the barrier layer on the substrate 11. That is, when the wavelength conversion layer 21 is directly grown on the substrate 11, dislocations or v feet are applied to the wavelength conversion layer 21 due to the lattice constant difference between the substrate 11 and the wavelength conversion layer 21. Bonds such as (pit) occur and the quality of the film may be degraded.
  • the third semiconductor layer 23 may be formed of a compound semiconductor material of Al x In y Ga (1-xy) N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1), but is not limited thereto. Do not.
  • the third semiconductor layer 23 may include at least one selected from the group consisting of InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN, AlInN, GaAs, AlGaAs, GaAsP GaP, InP, GaInP, and AlGaInP. It does not limit about.
  • the third semiconductor layer 23 may have a thickness of about 1 ⁇ m to about 10 ⁇ m.
  • the third semiconductor layer 23 may have the same conductivity type as the first semiconductor layer 15.
  • the third semiconductor layer 23 may include n-type dopants such as Si, Ge, and Sn.
  • the doping concentration of the third semiconductor layer 23 may be about 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 to about 2 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 .
  • a buffer layer may be disposed between the substrate 11 and the third semiconductor layer 23.
  • the buffer layer may comprise a Group 3-5 or Group 2-6 compound semiconductor material.
  • the buffer layer may serve to alleviate the lattice constant difference between the substrate 11 and the light emitting structure 13. Since the lattice constant difference of the lattice constant between the substrate 11 and the light emitting structure 13 is alleviated, the light emitting structure 13 can be stably grown without defects.
  • the light emitting structure 13 has been described as including the first semiconductor layer 15, the active layer 17, and the second semiconductor layer 19, but the third semiconductor layer disposed under the wavelength converter 21.
  • Reference numeral 23 may also be included in the light emitting structure 13, but is not limited thereto.
  • the third semiconductor layer 23 may not include a dopant. In this case, the third semiconductor layer 23 may not be included in the light emitting structure 13.
  • light of the first wavelength region is generated by electroluminescence, for example, by the light emitting structure 13, and light of the second wavelength region is emitted by the wavelength conversion layer 21. Since it can be generated by light emission, it is not necessary to separately manufacture semiconductor devices that respectively generate light in the first wavelength region and light in the second wavelength region, thereby reducing manufacturing costs.
  • light of the first wavelength region is generated by electroluminescence, for example, by the light emitting structure 13, and light of the second wavelength region is emitted by the wavelength conversion layer 21. Since the light may be generated by light emission, light of the first wavelength region generated in the light emitting structure 13 positioned above is emitted in all directions, and some of the light is propagated downward so that the active layer 17 of the light emitting structure 13 is formed. Since the wavelength conversion layer 21 positioned below the CZ generates the light of the second wavelength region, the possibility of color mixing of the light of the first wavelength region and the light of the second wavelength region may be significantly reduced.
  • the voltage is applied only to the light emitting structure 13 generating the light in the first wavelength region and the voltage conversion layer 21 generating the light in the second wavelength region needs to be applied with the voltage. Therefore, power consumption can be reduced.
  • the size of the semiconductor device package may be reduced.
  • the wavelength conversion layer 21 may also grow together, so that it is not necessary to form a phosphor separately, and thus the process may be simple and the structure may be simple.
  • the wavelength conversion layer 21 is formed of a compound semiconductor material that is resistant to heat, and thus the color rendering index (CRI) due to heat deformation during the formation of the conventional green phosphor is reduced.
  • CRI color rendering index
  • the intensity of light in the second wavelength region is relatively low compared to the intensity of light in the first wavelength region, and thus the color reproduction rate may decrease.
  • the doping concentration of the wavelength conversion layer 21 can be made relatively high.
  • 3 shows the intensity of light in the second wavelength region according to the doping concentration of the wavelength conversion layer.
  • (a) is a case where the dopant is not included in the wavelength conversion layer 21
  • (b) is a case where the doping concentration of the wavelength conversion layer 21 is 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3
  • (c ) Is a case where the doping concentration of the wavelength conversion layer 21 is 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 .
  • the doping concentration of the wavelength conversion layer 21 may be about 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or more, but is not limited thereto.
  • the wavelength conversion layer 21 may be spaced between 1 ⁇ m and 10 ⁇ m from the active layer 17 of the light emitting structure 13.
  • the thickness of the first semiconductor layer 15 becomes thin so that current spreading is poor in the first semiconductor layer 15. Therefore, electrons are not uniformly injected into the active layer 17 in the entire region of the first semiconductor layer 15. As a result, the light of the uniform first wavelength region is not generated in the entire region of the active layer 17.
  • the wavelength conversion layer 21 and the active layer 17 of the light emitting structure 13 are 10 ⁇ m or more, the wavelength conversion layer 21 is generated in the active layer 17 away from the active layer 17 of the light emitting structure 13. It is difficult for the light of the first wavelength range to reach the wavelength conversion layer 21. As a result, light in the second wavelength region is not easily generated.
  • Each component of the semiconductor device 10 described above, that is, the third semiconductor layer 23, the wavelength conversion layer 21, the first semiconductor layer 15, the active layer 17, and the second semiconductor layer 19 Can be grown sequentially using MOCVD equipment. That is, after the substrate 11 is introduced into the chamber of the MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) equipment, the third semiconductor layer 23 is formed by using a group 3-5 or group 2-6 compound semiconductor material on the substrate 11. ), The wavelength conversion layer 21, the first semiconductor layer 15, the active layer 17, and the second semiconductor layer 19 may be sequentially grown. The n-type dopant may be doped when the first semiconductor layer 15, the wavelength conversion layer 21, and the third semiconductor layer 23 are grown. The p-type dopant may be doped when the second semiconductor layer 19 is grown.
  • MOCVD Metal Organic Chemical Vapor Deposition
  • the substrate 11 may be withdrawn from the chamber of the MOCVD equipment.
  • CVD equipment Chemical Vapor Deposition
  • PECVD equipment Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition
  • MBE equipment Molecular Beam Epitaxy
  • HVPE equipment Hydride Vapor Phase Epitaxy
  • the semiconductor device 10 according to the first embodiment may be manufactured as a horizontal semiconductor device or a flip semiconductor device.
  • FIG. 4 illustrates a horizontal semiconductor device according to an embodiment.
  • the horizontal semiconductor device according to the embodiment may be manufactured by adding a subsequent process for the semiconductor device 10 according to the first embodiment shown in FIG. 1.
  • mesa etching may be performed to remove a portion of the light emitting structure 13. That is, edge regions of each of the second semiconductor layer 19, the active layer 17, and the first semiconductor layer 15 may be removed by mesa etching. The upper portion of the first semiconductor layer 15 is removed and the lower portion is not removed.
  • the transparent electrode layer 25 may be formed on the second semiconductor layer 19.
  • the transparent electrode layer 25 may be formed using sputtering equipment, but is not limited thereto.
  • the transparent electrode layer 25 may include a transparent conductive material.
  • the transparent electrode layer 25 may be formed of a material having excellent ohmic characteristics and excellent current spreading characteristics with the second semiconductor layer 19.
  • the transparent electrode layer 25 may include ITO, IZO (In-ZnO), GZO (Ga-ZnO), AZO (Al-ZnO), AGZO (Al-Ga ZnO), IGZO (In-Ga ZnO), IrOx, RuOx. At least one selected from the group consisting of RuOx / ITO, Ni / IrOx / Au, and Ni / IrOx / Au / ITO, but is not limited thereto.
  • Mesa etching may be performed after the transparent electrode layer 25 is formed first.
  • the first electrode 27 may be formed on the first semiconductor layer 15 etched by mesa etching, and the second electrode 29 may be formed on a portion of the transparent electrode layer 25.
  • the first electrode 27 and the second electrode 29 may be formed of a metal material having excellent conductivity.
  • Each of the first electrode 27 and the second electrode 29 may include at least one layer.
  • the upper surface of the first electrode 27 is formed to be lower than the active layer 17 of the light emitting structure 13, so that light in the first wavelength region generated in the active layer 17 of the light emitting structure 13 is activated. When it is emitted to the side of the light may be not reflected by the first electrode (27).
  • the upper surface of the first electrode 27 is formed to be positioned higher than the active layer 17 of the light emitting structure 13, whereby light in the first wavelength region generated in the active layer 17 of the light emitting structure 13 When light is emitted from the side of the active layer 17, it may be reflected by the side of the first electrode 27.
  • an insulating layer may be formed between the transparent electrode layer 25 and the second semiconductor layer 19 corresponding to the second electrode 29 to prevent concentration of current, but the embodiment is not limited thereto.
  • Light of the first wavelength region generated in the active layer 17 may be emitted in all directions. A portion of the light in the first wavelength region may travel downward to reach the wavelength conversion layer 21.
  • the well layer of the wavelength conversion layer 21 may be formed of a compound semiconductor material having a band gap energy Eg2 that is smaller than the energy h ⁇ of light in the first wavelength region. Accordingly, light in the first wavelength region reaching the wavelength conversion layer 21 is absorbed by the wavelength conversion layer 21, and electrons in the wavelength conversion layer 21 are absorbed by the light in the first wavelength region absorbed in this manner. After the excitation is stabilized, light of the second wavelength region corresponding to the band gap energy of the well layer of the wavelength conversion layer 21 may be generated. In the wavelength conversion layer 21, light of the second wavelength region may be generated by light emission.
  • the light of the first wavelength region is generated when a voltage is applied using the voltage as a source
  • the light of the second wavelength region is the light of the second wavelength region using the light of the first wavelength region as a source. Can be produced when absorbed.
  • light is applied to the first and second electrodes 27 and 29 to generate light in the first wavelength region in the active layer 17, while the wavelength conversion layer ( Since light in the second wavelength region is generated in 21, two color lights may be generated in one semiconductor device.
  • blue light is generated by electroluminescence in the active layer 17 of the semiconductor device, and the wavelength conversion layer In 21, green light is produced by photoluminescence, and red light is produced by photoluminescence in the red phosphor, so that white light can be obtained.
  • FIG. 5 illustrates a flip semiconductor device according to an embodiment.
  • the flip semiconductor device according to the embodiment may have a structure similar to the horizontal semiconductor device according to the embodiment except that the reflective electrode layer 31 is formed instead of the transparent electrode layer 25 formed on the horizontal semiconductor device according to the embodiment. have.
  • the reflective electrode layer 31 may be formed on the second semiconductor layer 19.
  • the reflective electrode layer 31 may include a metal material having excellent reflection characteristics.
  • mesa etching is performed to etch a portion of the light emitting structure 13, and a first electrode 27 is formed on the etched portion, that is, the first semiconductor layer 15, to form the reflective electrode layer 31.
  • the second electrode 29 may be formed on the partial region.
  • the mesa etching may be performed, and then the reflective electrode layer 31 may be formed.
  • the flip type semiconductor device according to the embodiment manufactured as described above may be turned upside down and electrically connected to the lead frame to manufacture the semiconductor device package.
  • the substrate 11 is disposed on the top, and the third semiconductor layer 23, the wavelength conversion layer 21, the first semiconductor layer 15, and the active layer are sequentially disposed below the substrate 11. (17), the second semiconductor layer 19 and the reflective electrode layer 31 may be disposed.
  • the active layer 17 of the light emitting structure 13 may be disposed under the wavelength conversion layer 21.
  • light of the first wavelength region generated in the active layer 17 of the light emitting structure 13 may be emitted in all directions.
  • a portion of the light of the first wavelength region generated in the active layer 17 may travel upward and be absorbed by the wavelength converting layer 21 to generate light of the second wavelength region in the wavelength converting layer 21. have.
  • another part of the light of the first wavelength region generated in the active layer 17 may travel downward and be reflected upward by the reflective electrode layer 31.
  • the light of the first wavelength range reflected as described above may travel to the wavelength conversion layer 21 via the active layer 17 to generate light of the second wavelength region.
  • the light of the second wavelength region generated in the wavelength conversion layer 21 is generated in the active layer 17 in addition to the light of the first wavelength region directly reached, the active layer 17. Is generated by the light of the first wavelength region generated by and reflected by the reflective electrode layer 31, the intensity of the light of the second wavelength region is further increased, thereby improving color reproduction.
  • the uppermost substrate 11 may be removed.
  • the thickness of the flip type semiconductor device can be minimized, and the light loss that is lost while the light is transmitted through the substrate 11 can be prevented, and the light efficiency can be improved.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a semiconductor device according to a second embodiment.
  • the second embodiment is the same as the first embodiment except for the fourth semiconductor layer 33.
  • components having the same structure, shape, or function as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted. Portions omitted in the following description can be easily understood from the description of the first embodiment.
  • the semiconductor device 10A according to the second embodiment may include the wavelength conversion layer 21 and the light emitting structure 13 disposed on one side of the wavelength conversion layer 21.
  • the light emitting structure 13 may include a first semiconductor layer 15, an active layer 17, and a second semiconductor layer 19.
  • the third semiconductor layer 23 may be disposed on the other side of the wavelength conversion layer 21.
  • the fourth semiconductor layer 33 may be disposed between the wavelength conversion layer 21 and the light emitting structure 13.
  • the fourth semiconductor layer 33 may be disposed between the wavelength conversion layer 21 and the first semiconductor layer 15 of the light emitting structure 13.
  • the fourth semiconductor layer 33 may be in contact with the bottom surface of the first semiconductor layer 15 of the light emitting structure 13.
  • the fourth semiconductor layer 33 may be in contact with the top surface of the wavelength conversion layer 21.
  • the fourth semiconductor layer 33 may minimize current loss by preventing current from flowing into the third semiconductor layer 23 disposed under the wavelength conversion layer 21. .
  • the fourth semiconductor layer 33 may be formed of a compound semiconductor material of Al x In y Ga (1-xy) N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1), but is not limited thereto. Do not.
  • the fourth semiconductor layer 33 may include at least one selected from the group consisting of InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN, AlInN, GaAs, AlGaAs, GaAsP GaP, InP, GaInP, and AlGaInP. It does not limit about.
  • the fourth semiconductor layer 33 may have a thickness of about 1 ⁇ m or less.
  • the fourth semiconductor layer 33 may have the same conductivity type as the second semiconductor layer 19.
  • the fourth semiconductor layer 33 may include p-type dopants such as Mg, Zn, Ca, Sr, and Ba.
  • the doping concentration of the fourth semiconductor layer 33 may be about 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 to about 2 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 .
  • the third semiconductor layer 23, the wavelength conversion layer 21, the fourth semiconductor layer 33, and the light emitting structure 13 may be grown on the substrate 11 using MOCVD equipment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a semiconductor device according to a third embodiment.
  • the third embodiment is the same as the first and second embodiments except for the second wavelength conversion layer 35 which generates light in the third wavelength region.
  • components having the same structure, shape, or function as those in the first and second embodiments will be denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted. Portions omitted in the following description can be easily understood from the description of the first and second embodiments.
  • the semiconductor device 10B may include the light emitting structure 13, the first wavelength conversion layer 21 and the light emitting structure 13 disposed on one side of the light emitting structure 13. It may include a second wavelength conversion layer 35 disposed on the other side.
  • the first wavelength conversion layer 21 may be the wavelength conversion layer shown in FIGS. 1 to 6.
  • the light emitting structure 13 may include a first semiconductor layer 15, an active layer 17, and a second semiconductor layer 19.
  • the first wavelength conversion layer 21 may be disposed under the first semiconductor layer 15 of the light emitting structure 13.
  • the first wavelength conversion layer 21 may be in contact with the bottom surface of the first semiconductor layer 15 of the light emitting structure 13, but is not limited thereto.
  • the second wavelength conversion layer 35 may be disposed on the second semiconductor layer 19 of the light emitting structure 13.
  • the second wavelength conversion layer 35 may be in contact with the top surface of the second semiconductor layer 19 of the light emitting structure 13, but is not limited thereto.
  • the semiconductor device 10B according to the third embodiment may further include a third semiconductor layer 23 disposed under the first wavelength conversion layer 21.
  • the third semiconductor layer 23, the first wavelength conversion layer 21, the light emitting structure 13, and the second wavelength conversion layer 35 may be grown on the substrate 11 using MOCVD equipment.
  • the third semiconductor layer 23, the first wavelength conversion layer 21, and the light emitting structure 13 may be easily understood from the semiconductor devices 10 and 10A according to the first and second embodiments, a detailed description thereof will be provided. Omit.
  • the second wavelength conversion layer 35 may generate light in the third wavelength region.
  • the light in the third wavelength region may be red light of about 610 nm to about 760 nm, but is not limited thereto.
  • the light of the third wavelength region is not generated by itself, but may be generated using the light of the first wavelength region. That is, a part of the light of the first wavelength region generated in the active layer 17 may travel upwardly of the active layer 17 and be absorbed by the second wavelength conversion layer 35. In this case, light in the third wavelength region may be generated by the light in the absorbed first wavelength region.
  • the second wavelength conversion layer 35 may perform photo luminescence (PL) for converting into another light, that is, light in the third wavelength region, in response to an optical signal such as light in the first wavelength region.
  • PL photo luminescence
  • the second wavelength conversion layer 35 may include any one of a multi quantum well structure (MQW), a quantum dot structure, or a quantum line structure.
  • MQW multi quantum well structure
  • the well layer and the barrier layer may be repeatedly formed using the well layer and the barrier layer as one cycle. Since the repetition period of the well layer and the barrier layer can be modified according to the characteristics of the semiconductor device, the present invention is not limited thereto.
  • the second wavelength conversion layer 35 may include about 1 to about 20 pairs of well layers and barrier layers, but It does not limit about.
  • the second wavelength conversion layer 35 may include, for example, a well layer and a barrier layer such as InGaAlP / InGaAlP, InGaAlP / GaN, InGaAlP / InGaP, InGaP / InGaP.
  • the bandgap energy of the barrier layer of the second wavelength conversion layer 35 may be greater than the bandgap energy Eg3 of the well layer.
  • the light of the third wavelength region may be determined by the band gap energy Eg3 of the well layer of the second wavelength conversion layer 35.
  • the well layer of the second wavelength conversion layer 35 may include a compound semiconductor material having a bandgap energy Eg3 corresponding to light in the third wavelength region.
  • the well layer may have a thickness of about 1 nm to about 10 nm
  • the barrier layer may have a thickness of about 1 nm to about 20 nm.
  • the second wavelength conversion layer 35 may not include a dopant.
  • the second wavelength conversion layer 35 may be doped with an n-type dopant such as Si, but is not limited thereto.
  • the doping concentration of the second wavelength conversion layer 35 may be 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 to 2 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 . As such, the intensity of light in the third wavelength region generated in the second wavelength conversion layer 35 may be increased by doping.
  • the n-type dopant may be included in the well layer and / or the barrier layer of the second wavelength conversion layer 35.
  • the energy h ⁇ of the light of the first wavelength region is at least greater than the band gap energy Eg3 of the well layer of the second wavelength conversion layer 35. It must be large. Since the energy h ⁇ of light in the first wavelength region corresponds to the bandgap energy Eg1 of the well layer of the active layer 17, the bandgap energy Eg3 of the well layer of the second wavelength conversion layer 35 is determined by the active layer ( It is smaller than the bandgap energy Eg1 of the well layer of 17).
  • the wavelength region is inversely proportional to the band gap energy, when blue light is generated in the active layer 17 of the light emitting structure 13 as described above, a band gap smaller than the band gap energy Eg1 of the well layer of the active layer 17 is obtained.
  • the second wavelength conversion layer 35 having energy Eg3 red light having a wavelength region larger than that of blue light generated by the active layer 17 may be generated.
  • the bandgap energy Eg3 of the well layer of the second wavelength conversion layer 35 may be smaller than the bandgap energy Eg2 of the well layer of the first wavelength conversion layer 21.
  • red light having a wavelength region larger than that of the green light generated by the first wavelength conversion layer 21 may be generated.
  • the first active layer 17 of the light emitting structure 13 may generate light of the first wavelength region by electroluminescence by applying an electric voltage.
  • the first wavelength conversion layer 21 disposed under the light emitting structure 13 may generate light in the second wavelength region by using light in the first wavelength region.
  • the second wavelength conversion layer 35 disposed on the light emitting structure 13 may generate light in the third wavelength region by using light in the first wavelength region.
  • the light in the first wavelength region may be, for example, blue light of about 400 nm to about 470 nm, but is not limited thereto.
  • the light of the second wavelength region may be, for example, green light of about 500 nm to about 560 nm, but is not limited thereto.
  • the light in the third wavelength region may be red light of about 610 nm to about 760 nm, but is not limited thereto.
  • an additional material may be included or an additional layer for generating another color light when manufacturing a semiconductor device package. This eliminates the need for a layered process, reducing manufacturing costs and simplifying the structure.
  • a voltage is applied to the light emitting structure 13 only to generate blue light, and green light or red light is generated using blue light so that a separate voltage application is not required. It can reduce power consumption and reduce the number of electrical connection lines such as drive circuits and wires.
  • the first wavelength conversion layer 21 and the second wavelength conversion layer 35 may be exchanged with each other. That is, the second wavelength conversion layer 35 may be disposed at the position of the first wavelength conversion layer 21, and the first wavelength conversion layer 21 may be disposed at the position of the second wavelength conversion layer 35. In this case, the first wavelength conversion layer 21 may be disposed on the light emitting structure 13, and the second wavelength conversion layer 35 may be disposed below the light emitting structure 13.
  • FIG. 8 illustrates a horizontal semiconductor device according to an embodiment. That is, FIG. 8 illustrates a horizontal semiconductor device manufactured using the semiconductor device 10B according to the third embodiment shown in FIG. 7.
  • a portion of the second semiconductor layer 19 may be exposed by mesa-etching the semiconductor device 10B according to the third embodiment of FIG. 7. Subsequently, a portion of the first semiconductor layer 15 may be exposed by mesa etching the semiconductor device 10B. Due to the primary mesa etching, the edge of the second wavelength conversion layer 35 may be partially removed. Due to the secondary mesa etching, edges of the second wavelength conversion layer 35, the second semiconductor layer 19, the active layer 17, and the first semiconductor layer 15 may be partially removed.
  • a first electrode 27 is formed on a portion of the exposed first semiconductor layer 15, and a second electrode is formed on a portion of the second semiconductor layer of the exposed second semiconductor layer 19. 29 can be formed.
  • a portion of the light in the first wavelength region may travel in the downward direction and be absorbed by the first wavelength conversion layer 21.
  • the first wavelength conversion layer 21 may generate the light of the second wavelength region by light emission using the light of the absorbed first wavelength region.
  • the second wavelength conversion layer 35 may generate the light of the third wavelength region by light emission using the light of the absorbed first wavelength region.
  • the horizontal semiconductor device illustrated in FIG. 8 When the horizontal semiconductor device illustrated in FIG. 8 is inverted and adopted in a semiconductor device package, the horizontal semiconductor device may be used as a flip semiconductor device.
  • the reflective electrode layer 31 may be additionally formed on the second wavelength conversion layer 35, but is not limited thereto.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a semiconductor device according to a fourth embodiment.
  • the fourth embodiment is the same as the first to third embodiments except that the first wavelength conversion layer 21 and the second wavelength conversion layer 37 are disposed under the light emitting structure 13.
  • components having the same structure, shape, or function as those in the first to third embodiments will be denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted. Portions omitted in the following description can be easily understood from the description of the first to third embodiments.
  • the semiconductor device 10C may include a light emitting structure 13, a first wavelength converting layer 21 and a second wavelength converting layer disposed on one side of the light emitting structure 13. 37).
  • the light emitting structure 13 may include a first semiconductor layer 15, an active layer 17, and a second semiconductor layer 19.
  • the first wavelength conversion layer 21 may be disposed under the first semiconductor layer 15 of the light emitting structure 13.
  • the second wavelength conversion layer 37 may be disposed under the first wavelength conversion layer 21.
  • the semiconductor device 10C according to the fourth embodiment may further include a third semiconductor layer 23 disposed under the second wavelength conversion layer 37.
  • the third semiconductor layer 23, the second wavelength conversion layer 37, the first wavelength conversion layer 21, and the light emitting structure 13 may be grown on the substrate 11 using MOCVD equipment.
  • the first active layer 17 of the light emitting structure 13 may generate light in the first wavelength region by applying an electric voltage to emit light in the generated first wavelength region in all directions. A portion of the generated light of the first wavelength region may travel downward to pass through the first wavelength converter and the second wavelength converter.
  • the first wavelength converter may absorb the light of the first wavelength region and generate light of the second wavelength region by light emission using the absorbed light of the first wavelength region.
  • the second wavelength converter may absorb the light of the first wavelength region and generate light of the third wavelength region by photoluminescence using the light of the absorbed first wavelength region.
  • both the first wavelength converting layer 21 and the second wavelength converting layer 37 are disposed under the light emitting structure 13, thereby being generated in the light emitting structure 13.
  • Light traveling downward in the light of the first wavelength region may be used to generate light of the second wavelength region and light of the third wavelength region.
  • the light of the remaining first wavelength region may be emitted to the outside of the semiconductor device without loss, thereby minimizing the loss of light of the first wavelength region to prevent a decrease in color reproducibility.
  • the second wavelength conversion layer 37 is disposed under the first semiconductor layer 15 of the light emitting structure 13
  • the first wavelength conversion layer 21 may be disposed under the second wavelength conversion layer 37, but is not limited thereto.
  • the third semiconductor layer 23 may be disposed under the first wavelength conversion layer 21.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a semiconductor device according to a fifth embodiment.
  • the fifth embodiment is the same as the first to fourth embodiments except that the first wavelength conversion layer 21 and the second wavelength conversion layer 39 are spaced apart from each other.
  • components having the same structure, shape, or function as those in the first to fourth embodiments will be denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted. Portions omitted in the following description can be easily understood from the description of the first to fourth embodiments.
  • the semiconductor device 10D may include a light emitting structure 13, a first wavelength converting layer 21 and a second wavelength converting layer disposed on one side of the light emitting structure 13. 39).
  • the light emitting structure 13 may include a first semiconductor layer 15, an active layer 17, and a second semiconductor layer 19.
  • the first wavelength conversion layer 21 may be disposed under the first semiconductor layer 15 of the light emitting structure 13.
  • the second wavelength conversion layer 39 may be disposed under the first wavelength conversion layer 21.
  • the semiconductor device 10D according to the fifth embodiment may further include a third semiconductor layer 23 disposed under the second wavelength conversion layer 39.
  • the semiconductor device 10D according to the fifth embodiment may further include a fifth semiconductor layer 41 disposed between the first wavelength conversion layer 21 and the second wavelength conversion layer 39.
  • the fifth semiconductor layer 41 may be formed of a compound semiconductor material of Al x In y Ga (1-xy) N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1), but is not limited thereto. Do not.
  • the fifth semiconductor layer 41 may include at least one selected from the group consisting of InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN, AlInN, GaAs, AlGaAs, GaAsP GaP, InP, GaInP, and AlGaInP. It does not limit about.
  • the fifth semiconductor layer 41 may have a thickness of about 1 ⁇ m to about 10 ⁇ m.
  • the thickness of the third semiconductor layer 23 may be smaller than the thickness of the first semiconductor layer 15 or the thickness of the third semiconductor layer 23.
  • the thickness of the third semiconductor layer 23 may be equal to or larger than the thickness of the fourth semiconductor layer 33 of the second embodiment.
  • the fifth semiconductor layer 41 may have the same conductivity type as the first semiconductor layer 15 or the third semiconductor layer 23.
  • the fifth semiconductor layer 41 may have n such as Si, Ge, and Sn. It may include a type dopant.
  • the doping concentration of the fifth semiconductor layer 41 may be about 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 to about 2 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 .
  • the fifth semiconductor layer 41 may provide electrons to the active layer 17.
  • the third semiconductor layer 23, the second wavelength conversion layer 39, the fifth semiconductor layer 41, the first wavelength conversion layer 21, and the light emitting structure 13 are formed on the substrate 11 using MOCVD equipment. Can be grown.
  • the first wavelength converting layer 21 and the second wavelength converting layer 39 are disposed to be spaced apart from each other via the fifth semiconductor layer 41. Mixing or interference between light in the second wavelength region generated in the wavelength conversion layer 21 and light in the third wavelength region generated in the second wavelength conversion layer 39 may be minimized.
  • the second wavelength conversion layer 39 is disposed under the first semiconductor layer 15 of the light emitting structure 13.
  • the first wavelength conversion layer 21 may be disposed under the fifth semiconductor layer 41, but is not limited thereto.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a semiconductor device package according to an embodiment.
  • the semiconductor device package includes a body 311 having a cavity 315, a first lead frame 321 and a second lead frame 323 disposed in the body 311. ), The semiconductor device 100, wires 331, and the molding member 341.
  • the body 311 may include a conductive material or an insulating material.
  • the body 311 may be formed of at least one of a resin material, a silicon material, a metal material, a photo sensitive glass (PSG), sapphire (Al 2 O 3), and a printed circuit board (PCB).
  • the resin material may be polyphthalamide (PPA) or epoxy.
  • the body 311 is open at the top and has a cavity 315 consisting of side and bottom.
  • the cavity 315 may include a cup structure or a recess structure recessed from an upper surface of the body 311, but is not limited thereto.
  • the first leadframe 321 is disposed in a first region of the bottom region of the cavity 315, and the second leadframe 323 is disposed in a second region of the bottom region of the cavity 315.
  • the first leadframe 321 and the second leadframe 323 may be spaced apart from each other in the cavity 315.
  • the first and second lead frames 321 and 323 are made of a metal material, for example, titanium (Ti), copper (Cu), nickel (Ni), gold (Au), chromium (Cr), and tantalum (Ta). It may include at least one of platinum (Pt), tin (Sn), silver (Ag), phosphorus (P).
  • the first and second leadframes 321 and 323 may be formed of a single metal layer or a multilayer metal layer.
  • the semiconductor device 100 may be disposed on at least one of the first and second lead frames 321 and 223.
  • the semiconductor device 100 is disposed on, for example, the first lead frame 321 and is connected to the first and second lead frames 321 and 223 through a wire 331.
  • the semiconductor device 100 may emit light in at least two wavelength regions.
  • the semiconductor device 100 may include a compound semiconductor material of Group 3-5 or Group 2-6.
  • the semiconductor device 100 may employ the technical features of FIGS. 1 to 10.
  • the molding member 341 may be disposed in the cavity 315 of the body 311.
  • the molding member 341 may include a light transmissive resin layer such as silicone or epoxy.
  • the molding member 341 may be formed in a single layer or multiple layers.
  • the molding member 341 may or may not include a phosphor for changing the wavelength of light emitted from the semiconductor device 100.
  • the molding member 341 may include, for example, a red phosphor. Therefore, the white light can be obtained by the blue light and green light generated from the semiconductor element and the red light wavelength-converted by the red phosphor included in the molding member.
  • the molding member 341 may not include the red phosphor. Can be. Also in this case, if necessary, the molding member may include a phosphor that generates other color light except red light, but is not limited thereto.
  • the surface of the molding member 341 may be formed in a flat shape, a concave shape, a convex shape, and the like, but is not limited thereto.
  • a lens may be further formed on the body 311.
  • the lens may include a concave or / and convex lens structure, and may adjust light distribution of light emitted by the semiconductor device 100.
  • a protection device (not shown) may be disposed in the semiconductor device package.
  • the protection element may be implemented with a thyristor, zener diode, or transient voltage suppression (TVS).
  • the semiconductor device package described above may be used as a light source of an image display device or a light source of an illumination device, for example.
  • the light source of the image display device may include, for example, a backlight unit.
  • the backlight unit may be classified into an edge type and a direct type according to the arrangement of the semiconductor device packages.
  • the semiconductor device package may be disposed on the side surface of the light guide plate.
  • the semiconductor device package may be disposed under the display panel.
  • the light source of the lighting device may include a luminaire, a bulb type lamp, and a light source of the mobile terminal.
  • Embodiments can be applied to the semiconductor field.

Landscapes

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Abstract

반도체소자는 기판 상에 제1 파장변환층과, 제1 파장변환층 상에 제1 반도체층과, 제1 반도체층 상에 활성층과, 활성층 상에 제2 반도체층과, 제1 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극과, 제2 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 포함한다. 활성층은 제1 파장 영역의 광을 발광할 수 있다. 제1 파장변환층은 서로 다른 2개의 반도체층을 포함할 수 있다. 제1 파장변환층은 활성층에서 생성된 제1 파장 영역의 광에 의해 제2 파장 영역의 광을 발광할 수 있다. 제1 파장 영역과 제2 파장 영역은 서로 상이할 수 있다.

Description

반도체소자 및 반도체소자 패키지
실시예는 반도체소자 및 반도체소자 패키지에 관한 것이다.
GaN, AlGaN 등의 화합물 반도체 물질을 포함하는 반도체소자는 넓고 조정이 용이한 밴드갭 에너지를 가지는 등의 많은 장점을 가져서 발광소자, 수광소자 및 각종 다이오드 등으로 다양하게 사용될 수 있다.
특히, 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode)나 레이저 다이오드(Laser Diode)와 같은 발광소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등과 같은 다양한 색을 구현할 수 있다. 발광소자는 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하다. 이러한 발광소자는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저 소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성의 장점을 가진다.
이와 같은 발광소자를 이용하여 백색광을 얻기 위한 반도체소자 패키지가 활발하게 개발되고 있다.
종래의 반도체소자 패키지에서는 적색 발광소자와 녹색 발광소자 위에 적색 형광체를 포함하는 몰딩부재가 배치되어 백색광이 얻어진다.
하지만, 종래의 반도체소자 패키지에서는 적색 발광소자와 녹색 발광소자가 차지하는 면적이 증가되어 반도체 소자 패키지의 사이즈가 증가되고, 적어도 2개의 발광소자가 사용되어야 하므로 제조 비용이 증가되며, 서로 수평적으로 배치되는 적색 발광소자와 녹색 발광소자 간의 혼색 문제가 발생된다.
또한, 종래의 반도체소자 패키지에서는 적색 발광소자와 녹색 발광소자가 개별적으로 구동되므로, 구동 제어가 복잡하고 소비전력이 증가되는 문제가 있다.
실시예는 적어도 2개의 컬러 광이 발광되어 사이즈를 최소화할 수 있는 반도체소자 및 반도체소자 패키지를 제공한다.
실시예는 적어도 2개의 컬러 광이 발광되어 제조 비용을 감소시킬 수 있는 반도체소자 및 반도체소자 패키지를 제공한다.
실시예는 적어도 2개의 컬러 광이 상하 방향에서 발광되어 혼색 발생을 최소화할 수 있는 반도체소자 및 반도체소자 패키지를 제공한다.
실시예는 적어도 2개의 컬러 광이 발광되어 소비전력을 줄일 수 있는 반도체소자 및 반도체소자 패키지를 제공한다.
실시예에 따른 반도체소자는, 기판; 상기 기판 상에 제1 파장변환층; 상기 제1 파장변환층 상에 제1 반도체층; 상기 제1 반도체층 상에 활성층; 상기 활성층 상에 제2 반도체층; 상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극; 및 상기 제2 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극;을 포함한다.
상기 활성층은 제1 파장 영역의 광을 발광할 수 있다.
상기 제1 파장변환층은 서로 다른 2개의 반도체층을 포함할 수 있다.
상기 제1 파장변환층은 상기 활성층에서 생성된 상기 제1 파장 영역의 광에 의해 제2 파장 영역의 광을 발광할 수 있다.
상기 제1 파장 영역과 상기 제2 파장 영역은 서로 상이할 수 있다.
실시예에 따른 반도체소자 패키지, 캐비티를 갖는 몸체; 상기 몸체 내에 제1 및 제2 리드프레임; 및 상기 반도체소자를 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 단일 반도체소자에서 예컨대 활성층을 포함하는 발광구조물에 의해 제1 파장 영역의 광이 전계 발광으로 생성되고, 파장변환층에 의해 제2 파장 영역의 광이 광 발광으로 생성될 수 있으므로, 제1 파장 영역의 광과 제2 파장 영역의 광을 각각 생성하는 반도체소자를 개별적으로 제조할 필요가 없어 제조 비용이 절감될 수 있다.
실시예에 따르면, 단일 반도체소자에서 예컨대 발광구조물에 의해 제1 파장 영역의 광이 전계 발광으로 생성되고, 파장변환층에 의해 제2 파장 영역의 광이 광 발광으로 생성될 수 있으므로, 상부에 위치된 발광구조물에서 생성된 제1 파장 영역의 광이 사방으로 방출되고, 그 중 일부 광이 하부 방향으로 진행되어 발광구조물의 활성층의 하부에 위치된 파장변환층에 의해 제2 파장 영역의 광으로 생성되므로, 제1 파장 영역의 광과 제2 파장 영역의 광의 혼색의 발생 가능성이 현저하게 줄어들 수 있다.
실시예에 따르면, 제1 파장 영역의 광을 생성하는 발광구조물에만 전압이 인가되고 제2 파장 영역의 광을 생성하는 파장변환층은 전압이 인가될 필요가 없으므로, 소비전력이 줄어들 수 있다.
실시예에 따르면, 이와 같이 제조된 반도체소자가 반도체소자 패키지에 실장되는 경우, 반도체소자 패키지의 사이즈가 감소될 수 있다.
실시예에 따르면, 발광구조물을 성장할 때 파장변환층도 함께 성장할 수 있으므로, 별도로 형광체를 형성할 필요가 없어 공정이 단순하고 구조가 간단할 수 있다.
실시예에 따르면, 열에 강한 화합물 반도체 재질로 파장변환층이 형성되어, 종래의 녹색 형광체의 형성시 열에 의한 변형으로 인한 연색 지수(CRI: Color Rendering Index)가 저하되는 문제를 해소할 수 있다,
실시예에 따르면, 파장변환층의 도핑 농도를 높게 하여 파장변환층에서 생성되는 제1 파장 영역의 광의 세기를 증가시켜 줌으로써, 색재현율을 향상시킬 수 있다.
실시예에 따르면, 제1 반도체층과 파장변환층 사이에 제4 반도체층을 배치하여 줌으로써, 파장변환층 아래로 흘러 발생되는 전류의 손실을 방지하여 줄 수 있다.
실시예에 따르면, 제1 파장 영역의 광을 생성하는 활성층과 제2 및 제3 파장 영역의 광 각각을 생성하는 제1 및 제2 파장변환층을 배치하여 줌으로써, 예컨대 청색 광, 녹색 광 및 적색 광이 모두 발광되어 백색광 구현이 가능하므로, 반도체소자 패키지 제조시에 또 다른 컬러 광을 생성하기 위한 추가적인 재질이 포함되거나 추가적인 레이어(layer)가 포함되는 공정이 필요하지 않게 되어, 제조 비용을 절감하고 구조를 단순화하며, 또한 소비전력을 줄이고 구동 회로나 와이어와 같은 전기적인 연결 라인의 개수를 줄일 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 반도체소자를 나타낸 도면이다.
도 2는 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 3는 파장변환층의 우물층의 도핑 농도에 따른 제2 파장 영역의 광의 세기를 나타낸다.
도 4는 실시예에 따른 수평형 반도체소자를 나타낸다.
도 5는 실시예에 따른 플립형 반도체소자를 나타낸다.
도 6은 제2 실시예에 따른 반도체소자를 나타낸 도면이다.
도 7은 제3 실시예에 따른 반도체소자를 나타낸 도면이다.
도 8은 실시예에 따른 수평형 반도체소자를 나타낸다.
도 9는 제4 실시예에 따른 반도체소자를 나타낸 도면이다.
도 10은 제5 실시예에 따른 반도체소자를 나타낸 도면이다.
도 11은 실시예에 따른 반도체소자 패키지를 나타낸 도면이다.
이하 상기의 과제를 해결하기 위한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
실시예의 설명에 있어서, 각 구성(element)이 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 구성이 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 구성이 상기 두 구성 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 구성을 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
반도체소자는 발광소자, 수광소자 등 각종 전자 소자 포함할 수 있으며, 발광소자와 수광소자는 모두 적어도 제1 반도체층과 활성층 및 제2 반도체층을 포함하는 발광구조물을 포함할 수 있다. 실시예에 따른 반도체소자는 발광소자일 수 있다. 발광소자는 제1 캐리어, 즉 전자와 제2 캐리어, 즉 정공이 재결합함으로써 빛을 방출하게 되고, 이 빛의 파장은 물질 고유의 밴드갭 에너지(Bandgap Energy)에 의해서 결정된다. 따라서, 방출되는 빛은 상기 물질의 조성에 따라 다를 수 있다.
발광소자 대신에 반도체 발광소자로 명명될 수도 있다.
이하에서는 다양한 실시예의 반도체소자를 설명한다.
(제1 실시예)
도 1은 제1 실시예에 따른 반도체소자를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 반도체소자(10)는 기판(11), 발광구조물(13) 및 파장변환층(21)을 포함할 수 있다.
발광구조물(13)은 전기적으로 인가되는 신호(전압), 즉 전계 발광에 의해 제1 파장 영역의 광을 생성하고, 파장변환층(21)은 제1 파장 영역의 광에 의하여 제2 파장 영역의 광을 생성할 수 있다.
제1 파장 영역의 광은 예컨대, 대략 400nm 내지 대략 470nm의 청색 광일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 제2 파장 영역의 광은 예컨대, 대략 500nm 내지 대략 560nm의 녹색 광일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
발광구조물(13)은 전압 인가에 의해 전류가 흘러야 제1 파장 영역의 광이 생성되고, 파장변환층(21)은 제1 파장 영역의 광이 흡수되어야 제2 파장 영역의 광이 생성될 수 있다. 즉, 제1 파장 영역의 광은 전압을 구동소스로 하여 생성되고, 제2 파장 영역의 광은 제1 파장 영역의 광을 구동소스로 하여 생성될 수 있다.
따라서, 제1 파장 영역의 광을 생성하기 위해 발광구조물(13)에 전압이 인가될 수 있다. 발광구조물(13)에 인가된 전압에 의해 발광구조물(13) 내에 전류가 흘러 이 전류에 따라 제1 파장 영역의 광이 생성될 수 있다. 이와 같이 생성된 제1 파장 영역의 광의 일부가 파장변환층(21)으로 흡수되는 경우, 제1 파장 영역의 광에 의해 제2 파장 영역의 광이 생성될 수 있다.
발광구조물(13)은 기판(11) 상에 배치될 수 있다. 파장변환층(21)은 기판(11)과 발광구조물(13) 사이에 배치될 수 있다. 발광구조물(13)과 파장변환층(21)은 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 포함할 수 있다.
발광구조물(13)은 제1 반도체층(15), 활성층(17) 및 제2 반도체층(19)을 포함할 수 있다.
제1 반도체층(15)은 기판(11) 상에 배치될 수 있다. 제1 반도체층(15)는 파장변환층(21) 상에 배치될 수 있다. 제1 반도체층(15)는 파장변환층(21)의 상면과 접촉될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
기판(11)은 발광구조물(13)을 성장시키는 한편, 발광구조물(13)을 지지하는 역할을 할 수 있다. 따라서, 기판(11)은 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질의 성장에 적합한 물질로 형성되며, 발광구조물(13)과 격자 상수가 유사하고 열적 안정성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 기판(11)은 전도성 기판 또는 절연성 기판으로서, 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP 및 Ge로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나로 형성될 수 있다.
제1 반도체층(15)은 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1)의 화합물 반도체 물질로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 예컨대, 제1 반도체층(15)은 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN, AlInN, GaAs, AlGaAs, GaAsP GaP, InP, GaInP 및 AlGaInP로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제1 반도체층(15)은 대략 1㎛ 내지 대략 10㎛의 두께를 가질 수 있다.
제1 반도체층(15)은 Si, Ge, Sn와 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 제1 반도체층(15)의 도핑 농도는 대략 1×1017cm-3 내지 대략 2×1019cm-3일 수 있다. 제1 반도체층(15)은 활성층(17)에 제1 캐리어, 예컨대 전자(이하, 전자라 함)를 제공하여 줄 수 있다.
활성층(17)은 제1 반도체층(15) 상에 배치될 수 있다.
활성층(17)은 제1 파장 영역의 광을 생성할 수 있다. 이러한 제1 파장 영역의 광은 스스로 생성되지 않고, 발광구조물(13)에 전압이 인가될 때 생성될 수 있다.
즉, 활성층(17)은 제1 반도체층(15)을 통해서 주입되는 전자와 제2 반도체층(19)을 통해서 주입되는 제2 캐리어, 예컨대 정공(이하 정공이라 함)이 서로 재결합(recombination)되어, 활성층(17)의 화합물 반도체 물질에 따른 밴드갭 에너지에 상응하는 파장 영역의 광을 방출할 수 있다.
다시 말해, 활성층(17)은 제1 반도체층(15)과 제2 반도체층(19) 사이에 공급된 전기적 신호를 빛으로 변환하는 전계 발광(EL: Electro Luminescence)을 수행할 수 있다.
활성층(17)은 다중 양자 우물 구조(MQW), 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 활성층(17)은 우물층과 배리어층을 한 주기로 하여 우물층과 배리어층이 반복적으로 형성될 수 있다.
우물층과 배리어층의 반복주기는 반도체소자(10)의 특성에 따라 변형 가능하므로, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 우물층과 배리어층로 이루어지는 한 주기를 한 쌍(1 pair)이라고 정의할 때, 활성층(17)은 예컨대, 1쌍 내지 20쌍의 우물층과 배리어층을 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
활성층(17)은 예를 들면, InGaN/InGaN, InGaN/GaN, InGaN/AlGaN과 같은 우물층과 배리어층을 포함할 수 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 배리어층의 밴드갭 에너지는 우물층의 밴드갭 에너지(Eg1)보다 클 수 있다.
제1 파장 영역의 광은 활성층(17)의 우물층의 밴드갭 에너지(Eg1)에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 활성층(17)의 우물층은 제1 파장 영역의 광에 상응하는 밴드갭 에너지를 갖는 화합물 반도체 물질을 포함할 수 있다.
우물층은 대략 1nm 내지 대략 10nm의 두께를 가질 수 있다. 배리어층은 대략 1nm 내지 대략 20nm의 두께를 가질 수 있다.
활성층(17)은 도펀트를 포함하지 않을 수 있다.
활성층(17)은 Si와 같은 n형 도펀트로 도핑될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 활성층(17)의 도핑 농도는 1×1017cm-3 내지 2×1019cm-3일 수 있다. 활성층(17)에 도핑되는 도펀트에 의해 활성층(17)의 스트레스가 완화되어 활성층(17)에서 생성되는 제1 파장 영역의 광의 효율이 향상될 수 있다.
n형 도펀트는 활성층(17)의 우물층이 및/또는 배리어층에 포함될 수 있다.
제2 반도체층(19)은 활성층(17) 상에 배치될 수 있다.
제2 반도체층(19)은 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 화합물 반도체 물질로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 예컨대, 제2 반도체층(19)은 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN, AlInN, GaAs, AlGaAs, GaAsP GaP, InP, GaInP 및 AlGaInP로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제2 반도체층(19)은 대략 1㎛ 이하의 두께를 가질 수 있다.
제2 반도체층(19)은 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba와 같은 p형 도펀트를 포함할 수 있다. 제2 반도체층(19)의 도핑 농도는 대략 1×1017cm-3 내지 대략 2×1019cm-3일 수 있다.
제2 반도체층(19)은 활성층(17)에 정공을 제공하여 줄 수 있다.
도시되지 않았지만, 전압이 공급되도록 하기 위해 제1 반도체층(15)과 제2 반도체층(19) 각각의 일부에 전압 인가를 위한 전극이 배치될 수 있다.
한편, 파장변환층(21)은 발광구조물(13)의 아래에 배치될 수 있다. 구체적으로, 파장변환층(21)은 발광구조물(13)의 제1 반도체층(15) 아래에 배치될 수 있다.
파장변환층(21)은 제2 파장 영역의 광을 생성할 수 있다. 이러한 제2 파장 영역의 광은 스스로 생성되지 않고, 제1 파장 영역의 광을 이용하여 생성될 수 있다.
즉, 활성층(17)에서 생성된 제1 파장 영역의 광의 일부가 활성층(17)의 하부 방향으로 진행되어 파장변환층(21)에 의해 흡수될 수 있다. 이러한 경우, 상기 흡수된 제1 파장 영역의 광에 의해 파장변환층(21)의 우물층의 전자가 여기된 후 안정화되면서 제2 파장 영역의 광이 생성될 수 있다. 따라서, 파장변환층(21)은 제1 파장 영역의 광과 같은 광 신호를 빛으로 변환하는 광 발광(PL: Photo Luminescence)을 수행할 수 있다.
파장변환층(21)은 다중 양자 우물 구조(MQW), 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 파장변환층(21)은 우물층과 배리어층을 한 주기로 하여 우물층과 배리어층이 반복적으로 형성될 수 있다. 우물층과 배리어층의 반복주기는 반도체소자(10)의 특성에 따라 변형 가능하므로, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
우물층과 배리어층로 이루어지는 한 주기를 한 쌍(1 pair)이라고 정의할 때, 파장변환층(21)은 예컨대, 1쌍 내지 20쌍의 우물층과 배리어층을 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
파장변환층(21)은 예를 들면, InGaN/InGaN, InGaN/GaN, InGaN/AlGaN과 같은 우물층과 배리어층을 포함할 수 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 배리어층의 밴드갭 에너지는 우물층의 밴드갭 에너지(Eg2)보다 클 수 있다.
제2 파장 영역의 광은 파장변환층(21)의 우물층의 밴드갭 에너지(Eg2)에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 파장변환층(21)의 우물층은 제2 파장 영역의 광에 상응하는 밴드갭 에너지를 갖는 화합물 반도체 물질을 포함할 수 있다.
우물층은 대략 1nm 내지 대략 10nm의 두께를 가질 수 있다. 배리어층은 대략 1nm 내지 대략 20nm의 두께를 가질 수 있다.
파장변환층(21)은 Si와 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 파장변환층(21)의 도핑 농도는 1×1017cm-3 내지 2×1019cm-3일 수 있다.
n형 도펀트는 파장변환층(21)의 우물층이 및/또는 배리어층에 포함될 수 있다.
파장변환층(21)에서 제2 파장 영역의 광이 생성되기 위해서는 제1 파장 영역의 광이 흡수되어야 한다. 파장변환층(21)에 제1 파장 영역의 광이 흡수되기 위해서는 제1 파장 영역의 광의 에너지(hν)가 파장변환층(21)의 우물층의 밴드갭 에너지(Eg2)보다 적어도 커야 한다. 제1 파장 영역의 광의 에너지(hν)는 활성층(17)의 우물층의 밴드갭 에너지(Eg1)에 상응하므로, 도 2에 도시한 바와 같이, 파장변환층(21)의 우물층의 밴드갭 에너지(Eg2)는 활성층(17)의 우물층의 밴드갭 에너지(Eg1)보다 작다.
파장 영역은 밴드갭 에너지에 반비례하므로, 상술한 바와 같이 발광구조물(13)의 활성층(17)에서 청색 광이 생성되는 경우, 활성층(17)의 우물층의 밴드갭 에너지(Eg1)보다 작은 밴드갭 에너지를 갖는 파장변환층(21)에서는 활성층(17)에서 생성된 청색 광의 파장 영역보다 큰 파장 영역을 갖는 녹색 광이 생성될 수 있다.
한편, 제3 반도체층(23)이 기판(11)과 파장변환층(21) 사이에 배치될 수 있다. 제3 반도체층(23)은 파장변환층(21)의 하면과 접촉될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 제3 반도체층(23)은 기판(11) 상에 주기적인 우물층과 배리어층을 포함하는 파장변환층(21)을 용이하게 성장되도록 도와주는 역할을 할 수 있다. 즉, 기판(11) 상에 파장변환층(21)이 직접 성장되는 경우, 기판(11)과 파장변환층(21) 간의 격자 상수 차이로 파장변환층(21)에 전위(dislocation)이나 v피트(pit)와 같은 결합이 발생되며 막질도 저하될 수 있다.
제3 반도체층(23)은 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 화합물 반도체 물질로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 예컨대, 제3 반도체층(23)은 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN, AlInN, GaAs, AlGaAs, GaAsP GaP, InP, GaInP 및 AlGaInP로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제3 반도체층(23)은 대략 1㎛ 내지 대략 10㎛의 두께를 가질 수 있다.
제3 반도체층(23)은 제1 반도체층(15)와 동일한 도전형을 가질 수 있다. 예컨대, 제3 반도체층(23)은 Si, Ge, Sn와 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 제3 반도체층(23)의 도핑 농도는 대략 1×1017cm-3 내지 대략 2×1019cm-3일 수 있다.
발광구조물(13)의 제1 반도체층(15)과 제2 반도체층(19)에 전압이 인가되는 경우, 제1 반도체층(15)뿐만 아니라 제3 반도체층(23)에도 전류가 흐르게 되어, 제1 반도체층(15)뿐만 아니라 제3 반도체층(23)의 전자도 활성층(17)으로 제공될 수도 있다. 이에 따라, 발광효율이 향상될 수 있다.
한편, 도시되지 않았지만, 버퍼층이 기판(11)과 제3 반도체층(23) 사이에 배치될 수 있다. 버퍼층은 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 포함할 수 있다.
버퍼층은 기판(11)과 발광구조물(13) 사이의 격자 상수 차이를 완화시켜주는 역할을 할 수 있다. 격자 상수에 의해 기판(11)과 발광구조물(13) 사이의 격자 상수 차이가 완화되므로, 발광구조물(13)이 불량 없이 안정적으로 성장될 수 있다.
이상에서는, 발광구조물(13)에 제1 반도체층(15), 활성층(17) 및 제2 반도체층(19)이 포함되는 것으로 설명되었지만, 파장변환부(21) 아래에 배치된 제3 반도체층(23)도 발광구조물(13)에 포함될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
한편, 제3 반도체층(23)은 도펀트를 포함하지 않을 수 있다. 이러한 경우, 제3 반도체층(23)은 발광구조물(13)에 포함되지 않을 수 있다.
제1 실시예의 반도체소자에 따르면, 단일 반도체소자에서 예컨대 발광구조물(13)에 의해 제1 파장 영역의 광이 전계 발광으로 생성되고, 파장변환층(21)에 의해 제2 파장 영역의 광이 광 발광으로 생성될 수 있으므로, 제1 파장 영역의 광과 제2 파장 영역의 광을 각각 생성하는 반도체소자를 개별적으로 제조할 필요가 없어 제조 비용이 절감될 수 있다.
제1 실시예의 반도체소자에 따르면, 단일 반도체소자에서 예컨대 발광구조물(13)에 의해 제1 파장 영역의 광이 전계 발광으로 생성되고, 파장변환층(21)에 의해 제2 파장 영역의 광이 광 발광으로 생성될 수 있으므로, 상부에 위치된 발광구조물(13)에서 생성된 제1 파장 영역의 광이 사방으로 방출되고, 그 중 일부 광이 하부 방향으로 진행되어 발광구조물(13)의 활성층(17)의 하부에 위치된 파장변환층(21)에 의해 제2 파장 영역의 광으로 생성되므로, 제1 파장 영역의 광과 제2 파장 영역의 광의 혼색의 발생 가능성이 현저하게 줄어들 수 있다.
제1 실시예의 반도체소자에 따르면, 제1 파장 영역의 광을 생성하는 발광구조물(13)에만 전압이 인가되고 제2 파장 영역의 광을 생성하는 파장변환층(21)은 전압이 인가될 필요가 없으므로, 소비전력이 줄어들 수 있다.
제1 실시예의 반도체소자에 따르면, 이와 같이 제조된 반도체소자가 반도체소자 패키지에 실장되는 경우, 반도체소자 패키지의 사이즈가 감소될 수 있다.
제1 실시예의 반도체소자에 따르면, 발광구조물(13)을 성장할 때 파장변환층(21)도 함께 성장할 수 있으므로, 별도로 형광체를 형성할 필요가 없어 공정이 단순하고 구조가 간단할 수 있다.
제1 실시예의 반도체소자에 따르면, 열에 강한 화합물 반도체 재질로 파장변환층(21)이 형성되어, 종래의 녹색 형광체의 형성시 열에 의한 변형으로 인한 연색 지수(CRI: Color Rendering Index)가 저하되는 문제를 해소할 수 있다,
한편, 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 실시예에 따른 반도체소자(10)에서는 제1 파장영역의 광의 세기에 비해 제2 파장 영역의 광의 세기가 상대적으로 낮아, 색재현율이 저하될 수 있다.
이러한 색재현율의 저하를 방지하기 위해, 파장변환층(21)의 도핑 농도를 비교적 높게 하여 줄 수 있다.
도 3는 파장변환층의 도핑 농도에 따른 제2 파장 영역의 광의 세기를 나타낸다.
도 3에서, (a)는 파장변환층(21)에 도펀트가 포함되지 않는 경우이고, (b)는 파장변환층(21)의 도핑 농도가 1×1018cm-3인 경우이며, (c)는 파장변환층(21)의 도핑 농도가 5×1018cm-3인 경우이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 파장변환층(21)의 도핑 농도가 증가할수록 파장변환층(21)에서 생성되는 제2 파장 영역의 광의 세기가 증가됨을 알 수 있다.
색재현율의 향상을 위해 파장변환층(21)의 도핑 농도는 대략 1×1018cm-3이상일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
한편, 파장변환층(21)은 발광구조물(13)의 활성층(17)으로부터 1㎛ 내지 10㎛ 이격될 수 있다.
파장변환층(21)과 발광구조물(13)의 활성층(17) 사이가 1㎛이하인 경우, 제1 반도체층(15)의 두께가 얇아져 제1 반도체층(15)에서 전류스프레딩이 잘 이루어지지 않아 제1 반도체층(15)의 전 영역에서 균일하게 전자가 활성층(17)으로 주입되지 않는다. 이에 따라, 활성층(17)의 전 영역에서 균일한 제1 파장 영역의 광이 생성되지 않게 된다.
파장변환층(21)과 발광구조물(13)의 활성층(17) 사이가 10㎛이상인 경우, 파장변환층(21)이 발광구조물(13)의 활성층(17)으로부터 멀리 떨어져 활성층(17)에서 생성된 제1 파장 영역의 광이 파장변환층(21)에 도달되기 어렵다. 이에 따라, 제2 파장 영역의 광이 용이하게 생성되지 않게 된다.
이상에서 설명되는 반도체소자(10)의 각 구성 요소, 즉 제3 반도체층(23), 파장변환층(21), 제1 반도체층(15), 활성층(17) 및 제2 반도체층(19)은 MOCVD 장비를 이용하여 순차적으로 성장될 수 있다. 즉, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 장비의 챔버 내에 기판(11)이 인입된 후, 기판(11) 상에 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용하여 제3 반도체층(23), 파장변환층(21), 제1 반도체층(15), 활성층(17) 및 제2 반도체층(19)을 순차적으로 성장될 수 있다. 제1 반도체층(15), 파장변환층(21) 및 제3반도체층(23)의 성장시 n형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 반도체층(19)의 성장시 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
이후 반도체소자(10)의 각 구성 요소가 모두 성장된 이후, 해당 기판(11)이 MOCVD 장비의 챔버로부터 인출될 수 있다.
이상에서 설명된 MOCVD 장비 대신에 예컨대, CVD 장비(Chemical Vapor Deposition), PECVD 장비(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), MBE 장비(Molecular Beam Epitaxy), HVPE 장비(Hydride Vapor Phase Epitaxy)가 반도체소자(10)의 성장에 사용될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제1 실시예에 따른 반도체소자(10)는 수평형 반도체소자나 플립형 반도체소자로 제조될 수 있다.
도 4는 실시예에 따른 수평형 반도체소자를 나타낸다.
실시예에 따른 수평형 반도체소자는 도 1에 도시된 제1 실시예에 따른 반도체소자(10)에 대한 후속 공정이 추가되어 제조될 수 있다.
도 4를 참조하면, 도 1에 도시된 제1 실시예에 따른 반도체소자(10)가 마련되는 경우, 메사 에칭(mesa etching)이 수행되어 발광구조물(13)의 일부 영역이 제거될 수 있다. 즉, 메사 에칭에 의해 제2 반도체층(19), 활성층(17) 및 제1 반도체층(15) 각각의 가장자리 영역이 제거될 수 있다. 제1 반도체층(15)은 그 상부 일부가 제거되고 하부 일부는 제거되지 않는다.
이어서, 제2 반도체층(19) 상에 투명전극층(25)이 형성될 수 있다. 투명전극층(25)은 스퍼터(sputter) 장비를 이용하여 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
투명전극층(25)은 투명한 도전 물질을 포함할 수 있다. 투명전극층(25)은 제2 반도체층(19)과의 오믹 특성이 우수하고 전류 스프레딩 특성이 우수한 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 투명전극층(25)은 ITO, IZO(In-ZnO), GZO(Ga-ZnO), AZO(Al-ZnO), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au 및 Ni/IrOx/Au/ITO로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
투명전극층(25)이 먼저 형성된 후 메사 에칭이 수행될 수도 있다.
이어서, 메사에칭으로 식각된 제1 반도체층(15) 상에 제1 전극(27)이 형성되고, 투명전극층(25)의 일부 영역 상에 제2 전극(29)이 형성될 수 있다. 제1 전극(27) 및 제2 전극(29)은 도전성이 우수한 금속 물질로 형성될 수 있다. 제1 전극(27) 및 제2 전극(29) 각각은 적어도 하나 이상의 층을 포함할 수 있다.
제1 전극(27)의 상면은 발광구조물(13)의 활성층(17)보다 낮게 위치되도록 형성됨으로써, 발광구조물(13)의 활성층(17)에서 생성되는 제1 파장 영역의 광이 활성층(17)의 측면으로 발광될 때 제1 전극(27)에 의해 반사되지 않게 될 수 있다.
이와 달이, 제1 전극(27)의 상면은 발광구조물(13)의 활성층(17)보다 높게 위치되도록 형성됨으로써, 발광구조물(13)의 활성층(17)에서 생성되는 제1 파장 영역의 광이 활성층(17)의 측면에서 발광될 때, 제1 전극(27)의 측면에 의해 반사될 수 있다.
도시되지 않았지만, 제2 전극(29)에 대응하는 투명전극층(25)과 제2 반도체층(19) 사이에 전류의 집중을 방지하기 위해 절연층이 형성될 수도 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
이와 같이 제조된 실시예에 따른 수평형 반도체소자에서, 제1 및 제2 전극(27, 29)에 전압이 인가되는 경우, 제2 반도체층(19)과 제1 반도체층(15) 사이에 전류가 흐르게 되어, 제2 반도체층(19)에서의 정공과 제1 반도체층(15)에서의 전자가 활성층(17)으로 주입되고, 활성층(17)에서 상기 주입된 정공과 전자가 재결합되어 활성층(17)의 화합물 반도체 물질에 의해 형성된 우물층의 밴드갭 에너지(Eg1)에 상응하는 제1 파장 영역의 광이 생성될 수 있다. 즉, 활성층(17)에서는 재1 파장 영역의 광이 전기적으로 생성될 수 있다.
활성층(17)에서 생성된 제1 파장 영역의 광은 사방으로 방출될 수 있다. 제1 파장 영역의 광의 일부가 하부 방향으로 진행되어 파장변환층(21)에 도달될 수 있다.
파장변환층(21)의 우물층은 제1 파장 영역의 광의 에너지(hν)보다 작은 밴드갭 에너지(Eg2)를 갖는 화합물 반도체 물질로 형성될 수 있다. 이에 따라, 파장변환층(21)에 도달된 제1 파장 영역의 광은 파장변환층(21)에 의해 흡수되고, 이와 같이 흡수된 제1 파장 영역의 광에 의해 파장변환층(21)의 전자가 여기된 후 안정화되면서 파장변환층(21)의 우물층의 밴드갭 에너지에 상응하는 제2 파장 영역의 광이 생성될 수 있다. 파장변환층(21)에서는 제2 파장 영역의 광이 광 발광으로 생성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 파장 영역의 광은 전압을 소스로 하여 전압이 인가될 때 생성되는데 반해, 제2 파장 영역의 광은 제1 파장 영역의 광을 소스로 하여 제2 파장 영역의 광이 흡수될 때 생성될 수 있다.
이상에서 같이, 실시예에 따른 수평형 반도체소자에서는 제1 및 제2 전극(27, 29)에 전압을 인가해 줌으로써, 활성층(17)에서 제1 파장 영역의 광이 생성되는 한편 파장변환층(21)에서 제2 파장 영역의 광이 생성되므로, 하나의 반도체소자에서 2개의 컬러 광이 생성될 수 있다.
예컨대, 실시예에 따른 수평형 반도체소자 상에 적색 형광체를 포함하는 몰딩부재가 배치되는 반도체소자 패키지가 제조되는 경우, 반도체소자의 활성층(17)에서 청색 광이 전계 발광으로 생성되고, 파장변환층(21)에서 녹색 광이 광 발광으로 생성되며, 적색 형광체에서 적색 광이 광 발광으로 생성되어, 백색광이 얻어질 수 있다.
따라서, 녹색광이 반도체소자에서 생성되므로, 몰딩부재에 별도로 녹색 형광체가 포함될 필요가 없어, 구조가 단순하고 비용이 절감되며 연색 지수의 저하가 방지될 수 있다.
도 5는 실시예에 따른 플립형 반도체소자를 나타낸다.
실시예에 따른 플립형 반도체소자는 실시예에 따른 수평형 반도체소자에 형성된 투명전극층(25) 대신에 반사전극층(31)이 형성된 것을 제외하고는 실시예에 따른 수평형 반도체소자와 유사한 구조를 가질 수 있다.
즉, 제2 반도체층(19) 상에 반사전극층(31)이 형성될 수 있다. 반사전극층(31)은 반사 특성이 우수한 금속 물질을 포함할 수 있다.
이어서, 메사 에칭이 수행되어 발광구조물(13)의 일부 영역이 식각되고, 그 식각된 일부 영역, 즉 제1 반도체층(15) 상에 제1 전극(27)이 형성되고 반사전극층(31)의 일부 영역 상에 제2 전극(29)이 형성될 수 있다.
먼저 메사 에칭이 수행된 후 반사전극층(31)이 형성될 수도 있다.
이와 같이 제조된 실시예에 따른 플립형 반도체소자가 뒤집어진 후 리드프레임에 전기적으로 연결되어 반도체소자 패키지로 제조될 수 있다.
실시예에 따른 플립형 반도체소자에서는 기판(11)이 맨 위에 배치되고, 기판(11) 아래에 순차적으로 제3 반도체층(23), 파장변환층(21), 제1 반도체층(15), 활성층(17), 제2 반도체층(19) 및 반사전극층(31)이 배치될 수 있다.
이러한 구조를 갖는 실시예에 따른 플립형 반도체소자에서는 발광구조물(13)의 활성층(17)이 파장변환층(21)의 아래에 배치될 수 있다.
전압 인가에 의해 발광구조물(13)의 활성층(17)에서 생성된 제1 파장 영역의 광이 사방으로 방출될 수 있다. 이러한 경우, 활성층(17)에서 생성된 제1 파장 영역의 광의 일부가 상부 방향으로 진행되어 파장변환층(21)에 의해 흡수되어 파장변환층(21)에서 제2 파장 영역의 광이 생성될 수 있다. 또한, 활성층(17)에서 생성된 제1 파장 영역의 광의 다른 일부가 하부 방향으로 진행되어 반사전극층(31)에 의해 상부 방향으로 반사될 수 있다. 이와 같이 반사된 제1 파장 영역의 광이 활성층(17)을 경유하여 파장변환층(21)으로 진행되어 제2 파장 영역의 광이 생성될 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 플립형 반도체소자에 따르면, 파장변환층(21)에서 생성되는 제2 파장 영역의 광은 활성층(17)에서 생성되어 직접 도달된 제1 파장 영역의 광에 더해 활성층(17)에서 생성되어 반사전극층(31)에 의해 반사되어 도달된 제1 파장 영역의 광에 의해 생성되므로, 제2 파장 영역의 광의 세기가 더욱 증가되어, 색재현율이 향상될 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 플립형 반도체소자에서 최상층의 기판(11)이 제거될 수 있다. 이와 같이 기판(11)이 제거됨으로써, 플립형 반도체소자의 두께를 최소화하여 줄 수 있고, 광이 기판(11)을 투과하면서 손실되는 광 손실이 방지되고, 광 효율이 향상될 수 있다.
(제2 실시예)
도 6은 제2 실시예에 따른 반도체소자를 나타낸 도면이다.
제2 실시예는 제4 반도체층(33)을 제외하고는 제1 실시예와 동일하다. 제2 실시예에서 제1 실시예와 동일한 구조, 형상 또는 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하고 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 생략된 부분은 제1 실시예의 설명으로부터 용이하게 이해될 수 있다.
도 6을 참조하면, 제2 실시예에 따른 반도체소자(10A)는 파장변환층(21)과 파장변환층(21)의 일측 상에 배치되는 발광구조물(13)을 포함할 수 있다.
발광구조물(13)은 제1 반도체층(15), 활성층(17) 및 제2 반도체층(19)을 포함할 수 있다. 파장변환층(21)의 타측 상에 제3 반도체층(23)이 배치될 수 있다.
제4 반도체층(33)은 파장변환층(21)과 발광구조물(13) 사이에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제4 반도체층(33)은 파장변환층(21)과 발광구조물(13)의 제1 반도체층(15) 사이에 배치될 수 있다. 제4 반도체층(33)은 발광구조물(13)의 제1 반도체층(15)의 하면과 접촉될 수 있다. 제4 반도체층(33)은 파장변환층(21)의 상면과 접촉될 수 있다.
제4 반도체층(33)은 발광구조물(13)에 전압이 인가되는 경우, 전류가 파장변환층(21) 아래에 배치되는 제3 반도체층(23)으로 흐르지 않도록 하여 전류 손실을 최소화할 수 있다.
제4 반도체층(33)은 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 화합물 반도체 물질로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 예컨대, 제4 반도체층(33)은 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN, AlInN, GaAs, AlGaAs, GaAsP GaP, InP, GaInP 및 AlGaInP로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제4 반도체층(33)은 대략 1㎛ 이하의 두께를 가질 수 있다.
제4 반도체층(33)은 제2 반도체층(19)와 동일한 도전형을 가질 수 있다. 예컨대, 제4 반도체층(33)은 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba와 같은 p형 도펀트를 포함할 수 있다. 제4 반도체층(33)은 의 도핑 농도는 대략 1×1017cm-3 내지 대략 2×1019cm-3일 수 있다.
제3 반도체층(23), 파장변환층(21), 제4 반도체층(33) 및 발광구조물(13)은 MOCVD 장비를 이용하여 기판(11) 상에서 성장될 수 있다.
(제3 실시예)
도 7은 제3 실시예에 따른 반도체소자를 나타낸 도면이다.
제3 실시예는 제3 파장 영역의 광을 생성하는 제2 파장변환층(35)을 제외하고는 제1 및 제2 실시예와 동일하다. 제3 실시예에서 제1 및 제2 실시예와 동일한 구조, 형상 또는 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하고 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 생략된 부분은 제1 및 제2 실시예의 설명으로부터 용이하게 이해될 수 있다.
도 7을 참조하면, 제3 실시예에 따른 반도체소자(10B)는 발광구조물(13), 발광구조물(13)의 일측 상에 배치되는 제1 파장변환층(21) 및 발광구조물(13)의 타측 상에 배치되는 제2 파장변환층(35)을 포함할 수 있다. 제1 파장변환층(21)은 도 1 내지 도 6에 도시된 파장변환층일 수 있다.
발광구조물(13)은 제1 반도체층(15), 활성층(17) 및 제2 반도체층(19)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 제1 파장변환층(21)은 발광구조물(13)의 제1 반도체층(15)의 아래에 배치될 수 있다. 제1 파장변환층(21)은 발광구조물(13)의 제1 반도체층(15)의 하면과 접촉될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 제2 파장변환층(35)은 발광구조물(13)의 제2 반도체층(19)의 위에 배치될 수 있다. 제2 파장변환층(35)은 발광구조물(13)의 제2 반도체층(19)의 상면과 접촉될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제3 실시예에 따른 반도체소자(10B)는 제1 파장변환층(21) 아래에 배치되는 제3 반도체층(23)을 더 포함할 수 있다.
제3 반도체층(23), 제1 파장변환층(21), 발광구조물(13) 및 제2 파장변환층(35)은 MOCVD 장비를 이용하여 기판(11) 상에서 성장될 수 있다.
제3 반도체층(23), 제1 파장변환층(21) 및 발광구조물(13)은 제1 및 제2 실시예에 따른 반도체소자(10, 10A)로부터 용이하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
제2 파장변환층(35)은 제3 파장 영역의 광을 생성할 수 있다. 제3 파장 영역의 광은 대략 610nm 내지 대략 760nm의 적색 광일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
이러한 제3 파장 영역의 광은 스스로 생성되지 않고, 제1 파장 영역의 광을 이용하여 생성될 수 있다. 즉, 활성층(17)에서 생성된 제1 파장 영역의 광의 일부가 활성층(17)의 상부 방향으로 진행되어 제2 파장변환층(35)에 의해 흡수될 수 있다. 이러한 경우, 상기 흡수된 제1 파장 영역의 광에 의해 제3 파장 영역의 광이 생성될 수 있다.
따라서, 제2 파장변환층(35)은 제1 파장 영역의 광과 같은 광 신호에 응답하여 또 다른 광, 즉 제3 파장 영역의 광으로 변환하는 광 발광(PL: Photo Luminescence)을 수행할 수 있다.
제2 파장변환층(35)은 다중 양자 우물 구조(MQW), 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 제2 파장변환층(35)은 우물층과 배리어층을 한 주기로 하여 우물층과 배리어층이 반복적으로 형성될 수 있다. 우물층과 배리어층의 반복주기는 반도체소자의 특성에 따라 변형 가능하므로, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
우물층과 배리어층로 이루어지는 한 주기를 한 쌍(1 pair)이라고 정의할 때, 제2 파장변환층(35)은 대략 1쌍 내지 대략 20쌍의 우물층과 배리어층을 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제2 파장변환층(35)은 예를 들면, InGaAlP/InGaAlP, InGaAlP/GaN, InGaAlP/InGaP, InGaP/InGaP와 같은 우물층과 배리어층을 포함할 수 있다. 제2 파장변환층(35)의 배리어층의 밴드갭 에너지는 우물층의 밴드갭 에너지(Eg3)보다 클 수 있다.
제3 파장 영역의 광은 제2 파장변환층(35)의 우물층의 밴드갭 에너지(Eg3)에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 제2 파장변환층(35)의 우물층은 제3 파장 영역의 광에 상응하는 밴드갭 에너지(Eg3)을 갖는 화합물 반도체 물질을 포함할 수 있다.
우물층은 대략 1nm 내지 대략 10nm의 두께를 가지고, 배리어층은 대략 1nm 내지 대략 20nm의 두께를 가질 수 있다.
제2 파장변환층(35)은 도펀트를 포함하지 않을 수 있다.
제2 파장변환층(35)은 Si와 같은 n형 도펀트로 도핑될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 제2 파장변환층(35)의 도핑 농도는 1×1017cm-3 내지 2×1019cm-3일 수 있다. 이와 같이 도핑에 의해 제2 파장변환층(35)에서 생성되는 제3 파장 영역의 광의 세기가 증가될 수 있다.
n형 도펀트는 제2 파장변환층(35)의 우물층 및/또는 배리어층에 포함될 수 있다.
제2 파장변환층(35)에서 제3 파장 영역의 광이 생성되기 위해서는 제1 파장 영역의 광이 흡수되어야 한다. 제2 파장변환층(35)에 제1 파장 영역의 광이 흡수되기 위해서는 제1 파장 영역의 광의 에너지(hν)가 제2 파장변환층(35)의 우물층의 밴드갭 에너지(Eg3)보다 적어도 커야 한다. 제1 파장 영역의 광의 에너지(hν)는 활성층(17)의 우물층의 밴드갭 에너지(Eg1)에 상응하므로, 제2 파장변환층(35)의 우물층의 밴드갭 에너지(Eg3)은 활성층(17)의 우물층의 밴드갭 에너지(Eg1)보다 작다.
파장 영역은 밴드갭 에너지에 반비례하므로, 상술한 바와 같이 발광구조물(13)의 활성층(17)에서 청색 광이 생성되는 경우, 활성층(17)의 우물층의 밴드갭 에너지(Eg1)보다 작은 밴드갭 에너지(Eg3)을 갖는 제2 파장변환층(35)에서는 활성층(17)에서 생성된 청색 광의 파장 영역보다 큰 파장 영역을 갖는 적색 광이 생성될 수 있다.
아울러, 제2 파장변환층(35)의 우물층의 밴드갭 에너지(Eg3)은 제1 파장변환층(21)의 우물층의 밴드갭 에너지(Eg2)보다 작을 수 있다. 이러한 경우, 제1 파장변환층(21)에서 생성된 녹색 광의 파장 영역보다 큰 파장 영역을 갖는 적색 광이 생성될 수 있다.
정리하면, 발광구조물(13)의 제1 활성층(17)은 전기적 전압 인가에 의해 제1 파장 영역의 광을 전계 발광으로 생성할 수 있다. 발광구조물(13)의 아래에 배치되는 제1 파장변환층(21)은 제1 파장 영역의 광을 이용하여 제2 파장 영역의 광을 광 발광으로 생성할 수 있다. 발광구조물(13)의 위에 배치되는 제2 파장변환층(35)은 제1 파장 영역의 광을 이용하여 제3 파장 영역의 광을 광 발광으로 생성할 수 있다.
제1 파장 영역의 광은 예컨대, 대략 400nm 내지 대략 470nm의 청색 광일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 제2 파장 영역의 광은 예컨대, 대략 500nm 내지 대략 560nm의 녹색 광일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 제3 파장 영역의 광은 대략 610nm 내지 대략 760nm의 적색 광일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제3 실시예의 반도체소자에 따른 반도체소자는 청색 광, 녹색 광 및 적색 광이 모두 발광되어 백색광 구현이 가능하므로, 반도체소자 패키지 제조시에 또 다른 컬러 광을 생성하기 위한 추가적인 재질이 포함되거나 추가적인 레이어(layer)가 포함되는 공정이 필요하지 않게 되어, 제조 비용을 절감하고 구조를 단순화할 수 있다.
제3 실시예의 반도체소자에 따른 반도체소자는 청색 광을 생성하기 위해서만 발광구조물(13)에 전압이 인가되며, 녹색 광이나 적색 광은 청색 광을 이용하여 생성되어 별도의 전압 인가가 필요하지 않게 되어 소비전력을 줄이고 구동 회로나 와이어와 같은 전기적인 연결 라인의 개수를 줄일 수 있다.
한편, 제1 파장변환층(21)과 제2 파장변환층(35)은 서로 교환될 수 있다. 즉, 제1 파장변환층(21)의 위치에 제2 파장변환층(35)이 배치되고, 제2 파장변환층(35)의 위치에 제1 파장변환층(21)이 배치될 수 있다. 이러한 경우, 제1 파장변환층(21)은 발광구조물(13)의 위에 배치되고, 제2 파장변환층(35)은 발광구조물(13)의 아래에 배치될 수 있다.
도 8은 실시예에 따른 수평형 반도체소자를 나타낸다. 즉, 도 8은 도 7에 도시된 제3 실시예에 따른 반도체소자(10B)를 이용하여 제조된 수평형 반도체소자를 도시한다.
도 8에 도시한 바와 같이, 도 7에 도시된 제3 실시예에 따른 반도체소자(10B)를 1차적으로 메사에칭하여 제2 반도체층(19)의 일부가 노출될 수 있다. 이어서, 해당 반도체소자(10B)를 2차적으로 메사에칭하여 제1 반도체층(15)의 일부가 노출될 수 있다. 1차적인 메사에칭으로 인해 제2 파장변환층(35)의 가장자리가 부분적으로 제거될 수 있다. 2차적인 메사에칭으로 인해 제2 파장변환층(35), 제2 반도체층(19), 활성층(17) 및 제1 반도체층(15)의 가장자리가 부분적으로 제거될 수 있다.
이어서, 상기 노출된 제1 반도체층(15)의 일부 영역 상에 제1 전극(27)이 형성되고, 상기 노출된 제2 반도체층(19)의 제2 반도체층의 일부 영역 상에 제2 전극(29)이 형성될 수 있다.
이와 같이 제조된 실시예에 따른 수평형 반도체소자에서는 제1 및 제2 전극(27, 29)에 전기적으로 전압이 인가되는 경우, 이러한 전압에 의해 발광구조물(13) 내에 전류가 흐르게 되어 전자와 정공의 재결합에 의한 제1 파장 영역의 광이 생성될 수 있다. 이와 같이 생성된 제1 파장 영역의 광은 사방으로 방출될 수 있다.
제1 파장 영역의 광의 일부는 하부 방향으로 진행되어 제1 파장변환층(21)에 흡수될 수 있다. 이러한 경우, 제1 파장변환층(21)은 상기 흡수된 제1 파장 영역의 광을 이용하여 제2 파장 영역의 광을 광 발광으로 생성할 수 있다.
제1 파장 영역의 광의 다른 일부는 상부 방향으로 진행되어 제2 파장변환층(35)에 흡수될 수 있다. 이러한 경우, 제2 파장변환층(35)은 상기 흡수된 제1 파장 영역의 광을 이용하여 제3 파장 영역의 광을 광 발광으로 생성할 수 있다.
도 8에 도시된 수평형 반도체소자가 뒤집혀 반도체소자 패키지에 채택되는 경우, 플립형 반도체소자로 사용될 수 있다. 이러한 경우, 제2 파장변환층(35) 상에 반사전극층(31)이 추가적으로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
(제4 실시예)
도 9는 제4 실시예에 따른 반도체소자를 나타낸 도면이다.
제4 실시예는 제1 파장변환층(21) 및 제2 파장변환층(37)이 발광구조물(13)의 아래에 배치되는 것을 제외하고는 제1 내지 제3 실시예와 동일하다. 제4 실시예에서 제1 내지 제3 실시예와 동일한 구조, 형상 또는 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하고 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 생략된 부분은 제1 내지 제3 실시예의 설명으로부터 용이하게 이해될 수 있다.
도 9를 참조하면, 제4 실시예에 따른 반도체소자(10C)는 발광구조물(13), 발광구조물(13)의 일측 상에 배치되는 제1 파장변환층(21) 및 제2 파장변환층(37)을 포함할 수 있다.
발광구조물(13)은 제1 반도체층(15), 활성층(17) 및 제2 반도체층(19)을 포함할 수 있다.
제1 파장변환층(21)은 발광구조물(13)의 제1 반도체층(15)의 아래에 배치될 수 있다. 제2 파장변환층(37)은 제1 파장변환층(21)의 아래에 배치될 수 있다.
제4 실시예에 따른 반도체소자(10C)는 제2 파장변환층(37) 아래에 배치되는 제3 반도체층(23)을 더 포함할 수 있다.
제3 반도체층(23), 제2 파장변환층(37), 제1 파장변환층(21) 및 발광구조물(13)은 MOCVD 장비를 이용하여 기판(11) 상에서 성장될 수 있다.
정리하면, 발광구조물(13)의 제1 활성층(17)은 전기적 전압 인가에 의해 제1 파장 영역의 광을 생성하여 상기 생성된 제1 파장 영역의 광을 사방으로 방출시킬 수 있다. 상기 생성된 제1 파장 영역의 광의 일부는 아래 방향으로 진행되어 제1 파장변환부와 제2 파장변환부를 통과할 수 있다. 이러한 경우, 제1 파장변환부는 제1 파장 영역의 광을 흡수시켜 그 흡수된 제1 파장 영역의 광을 이용하여 제2 파장 영역의 광을 광 발광으로 생성할 수 있다. 제2 파장변환부는 제1 파장 영역의 광을 흡수시켜 그 흡수된 제1 파장 영역의 광을 이용하여 제3 파장 영역의 광을 광 발광으로 생성할 수 있다.
제4 실시예에 따른 반도체소자(10C)에 따르면, 제1 파장변환층(21)과 제2 파장변환층(37) 모두 발광구조물(13) 아래에 배치됨으로써, 발광구조물(13)에서 생성되는 제1 파장 영역의 광 중에서 하부 방향으로 진행되는 광이 제2 파장 영역의 광과 제3 파장 영역의 광을 생성하는데 사용될 수 있다. 나머지 제1 파장 영역의 광은 손실 없이 반도체소자의 외부로 방출될 수 있어 제1 파장 영역의 광의 손실을 최소화하여 색재현율 저하를 방지할 수 있다.
한편, 도 9에 도시된 제4 실시예에 따른 반도체소자(10C)와 달리, 제2 파장변환층(37)이 발광구조물(13)의 제1 반도체층(15)의 아래에 배치되고, 제1 파장변환층(21)은 제2 파장변환층(37)의 아래에 배치될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 이러한 경우, 제3 반도체층(23)은 제1 파장변환층(21) 아래에 배치될 수 있다.
(제5 실시예)
도 10은 제5 실시예에 따른 반도체소자를 나타낸 도면이다.
제5 실시예는 제1 파장변환층(21)과 제2 파장변환층(39)이 서로 간에 이격되는 것을 제외하고는 제1 내지 제4 실시예와 동일하다. 제5 실시예에서 제1 내지 제4 실시예와 동일한 구조, 형상 또는 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하고 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 생략된 부분은 제1 내지 제4 실시예의 설명으로부터 용이하게 이해될 수 있다.
도 10을 참조하면, 제5 실시예에 따른 반도체소자(10D)는 발광구조물(13), 발광구조물(13)의 일측 상에 배치되는 제1 파장변환층(21) 및 제2 파장변환층(39)을 포함할 수 있다.
발광구조물(13)은 제1 반도체층(15), 활성층(17) 및 제2 반도체층(19)을 포함할 수 있다.
제1 파장변환층(21)은 발광구조물(13)의 제1 반도체층(15)의 아래에 배치될 수 있다. 제2 파장변환층(39)은 제1 파장변환층(21)의 아래에 배치될 수 있다.
제5 실시예에 따른 반도체소자(10D)는 제2 파장변환층(39) 아래에 배치되는 제3 반도체층(23)을 더 포함할 수 있다.
또한, 제5 실시예에 따른 반도체소자(10D)는 제1 파장변환층(21)과 제2 파장변환층(39) 사이에 배치되는 제5 반도체층(41)을 더 포함할 수 있다.
제5 반도체층(41)은 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 화합물 반도체 물질로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 예컨대, 제5 반도체층(41)은 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN, AlInN, GaAs, AlGaAs, GaAsP GaP, InP, GaInP 및 AlGaInP로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제5 반도체층(41)은 대략 1㎛ 내지 대략 10㎛의 두께를 가질 수 있다. 제3 반도체층(23)의 두께는 제1 반도체층(15)의 두께 또는 제3 반도체층(23)의 두께보다 작을 수 있다. 제3 반도체층(23)의 두께는 제2 실시예의 제4 반도체층(33)의 두께와 동일하거나 클 수 있다.
제5 반도체층(41)은 제1 반도체층(15) 또는 제3 반도체층(23)과 동일한 도전형을 가질 수 있다, 예컨대, 제5 반도체층(41)은 Si, Ge, Sn와 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 제5 반도체층(41)의 도핑 농도는 대략 1×1017cm-3 내지 대략 2×1019cm-3일 수 있다. 제5 반도체층(41)은 활성층(17)에 전자를 제공하여 줄 수 있다.
제3 반도체층(23), 제2 파장변환층(39), 제5 반도체층(41), 제1 파장변환층(21) 및 발광구조물(13)은 MOCVD 장비를 이용하여 기판(11) 상에서 성장될 수 있다.
제5 실시예에 따른 반도체소자(10D)에 따르면, 제1 파장변환층(21)과 제2 파장변환층(39)가 제5 반도체층(41)을 매개로 서로 이격되도록 배치됨으로써, 제1 파장변환층(21)에서 생성된 제2 파장 영역의 광과 제2 파장변환층(39)에서 생성되는 제3 파장 영역의 광 간의 혼색이나 간섭을 최소화할 수 있다.
한편, 도 10에 도시된 제5 실시예에 따른 반도체소자(10D)와 달리, 제2 파장변환층(39)이 발광구조물(13)의 제1 반도체층(15)의 아래에 배치되고, 제1 파장변환층(21)은 제5 반도체층(41)의 아래에 배치될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
(반도체소자 패키지)
도 11은 실시예에 따른 반도체소자 패키지를 나타낸 도면이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 반도체소자 패키지는 캐비티(cavity, 315)를 갖는 몸체(311), 몸체(311) 내에 배치된 제1 리드프레임(321) 및 제2 리드프레임(323), 반도체소자(100), 와이어들(331) 및 몰딩부재(341)를 포함할 수 있다.
몸체(311)는 전도성 재질 또는 절연성 재질을 포함할 수 있다. 몸체(311)는 수지 재질, 실리콘 재질, 금속 재질, PSG(photo sensitive glass), 사파이어(Al2O3), 인쇄회로기판(PCB) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 수지 재질은 폴리프탈아미드(PPA: Polyphthalamide) 또는 에폭시일 수 있다.
몸체(311)는 상부가 개방되고, 측면과 바닥으로 이루어진 캐비티(315)를 갖는다. 캐비티(315)는 몸체(311)의 상면으로부터 오목한 컵(cup) 구조 또는 리세스(recess) 구조를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
제1 리드프레임(321)은 캐비티(315)의 바닥 영역 중 제1 영역에 배치되며, 제2 리드프레임(323)은 캐비티(315)의 바닥 영역 중 제2 영역에 배치된다. 제1 리드프레임(321)과 제2 리드프레임(323)은 캐비티(315) 내에서 서로 이격될 수 있다.
제1 및 제2 리드프레임(321, 323)은 금속 재질, 예를 들어, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 리드프레임(321, 323)은 단일 금속층 또는 다층 금속층으로 형성될 수 있다.
반도체소자(100)는 제1 및 제2 리드프레임(321, 223) 중 적어도 하나의 위에 배치될 수 있다. 반도체소자(100)는 예컨대, 제1 리드프레임(321) 위에 배치되고, 와이어(331)로 제1 및 제2 리드프레임(321, 223)과 연결된다.
반도체소자(100)는 적어도 2개 이상의 파장 영역의 광을 발광할 수 있다. 반도체소자(100)는 3-5족 또는 2-6족의 화합물 반도체 물질을 포함할 수 있다. 반도체소자(100)는 도 1 내지 도 10의 기술적 특징을 채용할 수 있다.
몸체(311)의 캐비티(315)에는 몰딩부재(341)가 배치될 수 있다. 몰딩부재(341)는 실리콘 또는 에폭시와 같은 투광성 수지층을 포함할 수 있다. 몰딩부재(341)는 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
몰딩부재(341)는 반도체소자(100) 상에서 방출되는 빛의 파장을 변화하기 위한 형광체를 포함할 수도 있고 포함하지 않을 수도 있다.
예컨대, 청색 광과 녹색 광이 생성되는 제1 내지 제2 실시예에 따른 반도체소자가 실시예 따른 반도체소자 패키지에 채택되는 경우, 몰딩부재(341)는 예컨대, 적색 형광체를 포함할 수 있다. 따라서, 반도체소자로부터 생성되는 청색 광 및 녹색 광 그리고 몰딩부재에 포함된 적색 형광체에 의해 파장 변환된 적색 광에 의해 백색 광이 얻어질 수 있다.
예컨대, 청색 광, 녹색 광 및 적색 광 모두가 생성되는 제3 내지 제5 실시예에 따른 반도체소자가 실시예에 따른 반도체소자 패키지에 채택되는 경우, 몰딩부재(341)는 적색 형광체를 포함하지 않을 수 있다. 이러한 경우에도, 필요에 따라 몰딩부재는 적색 광을 제외한 다른 컬러 광을 생성하는 형광체를 포함할 수도 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
몰딩부재(341)의 표면은 플랫한 형상, 오목한 형상, 볼록한 형상 등으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
몸체(311)의 상부에는 렌즈(미도시)가 더 형성될 수 있다. 렌즈는 오목 또는/및 볼록 렌즈의 구조를 포함할 수 있으며, 반도체소자(100)가 방출하는 빛의 배광(light distribution)을 조절할 수 있다.
반도체소자 패키지 내에는 보호소자(미도시)가 배치될 수 있다. 보호소자는 싸이리스터, 제너 다이오드, 또는 TVS(Transient voltage suppression)로 구현될 수 있다.
상술한 반도체소자 패키지는 예컨대 영상표시장치의 광원이나 조명장치의 광원으로 사용될 수 있다.
영상표시장치의 광원은 예컨대, 백라이트유닛을 포함할 수 있다. 백라이트유닛은 반도체소자 패키지의 배치 형태에 따라 에지(edge) 타입과 직하(direct) 타입으로 구분될 수 있다. 에지 타입에서는 반도체소자 패키지가 도광판의 측면 상에 배치될 수 있다. 직하 타입에서는 반도체소자 패키지가 디스플레이 패널의 아래에 배치될 수 있다.
조명장치의 광원은 등기구, 벌브(bulb) 타입 램프, 이동 단말기의 광원을 포함할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
실시예는 반도체 분야에 적용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 제1 파장변환층;
    상기 제1 파장변환층 상에 제1 반도체층;
    상기 제1 반도체층 상에 활성층;
    상기 활성층 상에 제2 반도체층;
    상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극; 및
    상기 제2 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극;을 포함하고,
    상기 활성층은 제1 파장 영역의 광을 발광하고,
    상기 제1 파장변환층은 서로 다른 2개의 반도체층을 포함하고,
    상기 제1 파장변환층은 상기 활성층에서 생성된 상기 제1 파장 영역의 광에 의해 제2 파장 영역의 광을 발광하고,
    상기 제1 파장 영역과 상기 제2 파장 영역은 서로 상이한 반도체 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 파장변환층은 n형 도펀트를 포함하고,
    상기 제1 파장변환층의 도핑 농도는 1×1018cm-3이상이며,
    상기 제1 파장변환층은 상기 활성층으로부터 1㎛ 내지 10㎛ 이격되는 반도체소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판과 상기 제1 파장변환층 사이에 제3 반도체층; 및
    상기 제1 파장변환층과 상기 제1 반도체층 사이에 제4 반도체층;을 더 포함하는 반도체소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 반도체층 상에 제2 파장변환층;을 더 포함하고,
    상기 활성층, 상기 제1 파장변환층 및 상기 제2 파장변환층은 화합물 반도체 물질을 포함하며,
    상기 제1 파장 영역의 광은 전기적 신호 인가에 의한 전계 발광으로 생성되고,
    상기 제2 파장변환층은 상기 활성층에서 생성된 상기 제1 파장 영역의 광에 의해 상기 제1 및 제2 파장 영역과 다른 제3 파장 영역의 광을 생성하는 반도체소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 파장 영역의 광은 400nm 내지 470nm의 청색 광이고,
    상기 제2 파장 영역의 광은 500nm 내지 560nm의 녹색 광이며,
    상기 제3 파장 영역의 광은 610nm 내지 760nm의 적색 광인 반도체소자.
  6. 제1항에 있어서.
    상기 활성층은 서로 다른 2개의 반도체층을 포함하고,
    상기 제2 파장변환층은 서로 다른 2개의 반도체층을 포함하고,
    상기 활성층의 상기 2개의 반도체층, 상기 제1 파장변환층의 상기 2개의 반도체층 및 상기 제2 파장변환층의 상기 2개의 반도체층은 각각 우물층과 배리어층을 포함하는 반도체소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 파장변환층의 상기 우물층의 제2 밴드갭 에너지는 상기 활성층의 상기 우물층의 제1 밴드갭 에너지보다 작고,
    상기 제2 파장변환층의 상기 우물층의 제3 밴드갭 에너지는 상기 활성층의 상기 우물층의 제1 밴드갭 에너지보다 작으며 상기 제1 파장변환층의 상기 우물층의 제2 밴드갭 에너지보다 작은 반도체소자.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 활성층 및 상기 제1 파장변환층 각각은 InGaN/InGaN, InGaN/GaN 및 InGaN/AlGaN 중 하나를 포함하는 우물층과 배리어층을 포함하고,
    상기 제2 파장변환층은 InGaAlP/InGaAlP, InGaAlP/GaN, InGaAlP/InGaP 및 InGaP/InGaP 중 하나를 포함하는 우물층과 배리어층을 포함하는 반도체소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기판과 상기 제1 파장변환층 사이에 제2 파장변환층; 및
    상기 제1 파장변환층과 상기 제2 파장변환층 사이에 제5 반도체층;을 더 포함하고,
    상기 활성층, 상기 제1 파장변환층 및 상기 제2 파장변환층은 화합물 반도체 물질을 포함하며,
    상기 제2 파장변환층은 상기 활성층에서 생성된 상기 제1 파장 영역의 광에 의해 상기 제1 및 제2 파장 영역과 다른 제3 파장 영역의 광을 생성하는 반도체소자.
  10. 캐비티를 갖는 몸체;
    상기 몸체 내에 제1 및 제2 리드프레임; 및
    상기 몸체 상에 배치되는 반도체소자를 포함하고,
    상기 반도체소자는,
    기판;
    상기 기판 상에 제1 파장변환층;
    상기 제1 파장변환층 상에 제1 반도체층;
    상기 제1 반도체층 상에 활성층;
    상기 활성층 상에 제2 반도체층;
    상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극; 및
    상기 제2 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극;을 포함하고,
    상기 활성층은 제1 파장 영역의 광을 발광하고,
    상기 제1 파장변환층은 서로 다른 2개의 반도체층을 포함하고,
    상기 제1 파장변환층은 상기 활성층에서 생성된 상기 제1 파장 영역의 광에 의해 제2 파장 영역의 광을 발광하고,
    상기 제1 파장 영역과 상기 제2 파장 영역은 서로 상이한 반도체소자 패키지.
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