KR20190129345A - 반도체 소자 - Google Patents

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KR20190129345A KR1020180053832A KR20180053832A KR20190129345A KR 20190129345 A KR20190129345 A KR 20190129345A KR 1020180053832 A KR1020180053832 A KR 1020180053832A KR 20180053832 A KR20180053832 A KR 20180053832A KR 20190129345 A KR20190129345 A KR 20190129345A
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Abstract

실시 예는, 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되는 제2 도전형 반도체층, 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광 구조물; 상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극; 및 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극; 을 포함하고, 상기 제2 전극은 상기 발광 구조물의 하부에 배치되는 도전성 산화 전극, 상기 도전성 산화 전극과 전기적으로 연결되는 도전층, 및 상기 도전성 산화 전극과 상기 도전층 사이에 배치되고 상기 도전성 산화 전극의 하면과 측면을 감싸는 확산 방지 전극을 포함하고, 상기 도전성 산화 전극의 상면 및 상기 확산 방지 전극의 상면은 동일 평면 상에 배치된 반도체 소자를 개시한다.

Description

반도체 소자{SEMICONDUCTOR DEVICE}
실시 예는 반도체 소자를 개시한다.
GaN, AlGaN 등의 화합물을 포함하는 반도체 소자는 넓고 조정이 용이한 밴드 갭 에너지를 가지는 등의 많은 장점을 가져서 발광 소자, 수광 소자 및 각종 다이오드 등으로 다양하게 사용될 수 있다.
특히, 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode)나 레이저 다이오드(Laser Diode)와 같은 발광소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성의 장점을 가진다.
뿐만 아니라, 광검출기나 태양 전지와 같은 수광 소자도 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용하여 제작하는 경우 소자 재료의 개발로 다양한 파장 영역의 빛을 흡수하여 광 전류를 생성함으로써 감마선부터 라디오 파장 영역까지 다양한 파장 영역의 빛을 이용할 수 있다. 또한 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성 및 소자 재료의 용이한 조절의 장점을 가져 전력 제어 또는 초고주파 회로나 통신용 모듈에도 용이하게 이용할 수 있다.
따라서, 반도체 소자는 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등 및 Gas나 화재를 감지하는 센서 등에까지 응용이 확대되고 있다. 또한, 반도체 소자는 고주파 응용 회로나 기타 전력 제어 장치, 통신용 모듈에까지 응용이 확대될 수 있다.
특히, 자외선 파장 영역의 광을 방출하는 발광소자는 경화작용이나 살균 작용을 하여 경화용, 의료용, 및 살균용으로 사용될 수 있다.
최근 자외선 발광소자에 대한 연구가 활발하나, 아직까지 자외선 발광소자는 수직형으로 구현하기 어려운 문제가 있으며, 광 추출 효율이 상대적으로 떨어지는 문제가 있다.
실시 예는 광 추출 효율이 향상된 반도체 소자를 제공한다.
실시 예는 전류 분산 효율이 우수한 반도체 소자를 제공한다.
실시 예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 일 특징에 따른 반도체 소자는, 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되는 제2 도전형 반도체층, 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광 구조물; 상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극; 및 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극; 을 포함하고, 상기 제2 전극은 상기 발광 구조물의 하부에 배치되는 도전성 산화 전극, 상기 도전성 산화 전극과 전기적으로 연결되는 도전층, 및 상기 도전성 산화 전극과 상기 도전층 사이에 배치되고 상기 도전성 산화 전극의 하면과 측면을 감싸는 확산 방지 전극을 포함하고, 상기 도전성 산화 전극의 상면 및 상기 확산 방지 전극의 상면은 동일 평면 상에 배치된다.
본 발명의 다른 특징에 따른 반도체 소자는 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하고, 상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 활성층을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층의 일부 영역까지 배치되는 복수의 리세스를 포함하는 발광 구조물; 상기 복수의 리세스 내에서 상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극; 및 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 포함하고, 상기 제2 전극은, 상기 복수의 리세스와 수직으로 중첩되는 관통홀을 포함하는 도전층, 상기 도전층과 상기 발광 구조물 사이에 배치되는 도전성 산화 전극, 및 상기 도전성 산화 전극과 상기 도전층 사이에 배치되는 확산 방지층을 포함하고, 상기 도전층은 상기 발광 구조물에서 상기 확산 방지층을 향하여 오목한 홈을 포함하고, 상기 도전성 산화 전극, 및 상기 확산 방지층은 상기 홈 내에 배치된다.
실시 예에 따르면, 광 추출 효율이 향상된다.
또한, 전류 분산 효율이 우수하여 광 출력이 향상될 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 개념도이고,
도 2는 도 1의 A 부분 확대도이고,
도 3a 및 도 3b는 리세스의 개수 변화에 따라 광 출력이 향상되는 구성을 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 확산 방지 전극의 구조를 보여주는 도면이고,
도 5는 제2도전형 반도체층과 제2도전층 사이에 중간층이 배치된 구조를 보여주는 도면이고,
도 6은 확산 방지 전극의 구조의 변형예이고,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자의 평면도이고,
도 8은 도 7의 B 부분 확대도이고,
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 반도체 소자의 평면도이고,
도 10은 도 9의 C 부분 확대도이고,
도 11은 도 9의 변형예이고,
도 12는 발광 구조물의 알루미늄 조성을 측정한 그래프이고,
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지의 개념도이다.
본 실시 예들은 다른 형태로 변형되거나 여러 실시 예가 서로 조합될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 각각의 실시 예로 한정되는 것은 아니다.
특정 실시 예에서 설명된 사항이 다른 실시 예에서 설명되어 있지 않더라도, 다른 실시 예에서 그 사항과 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 다른 실시 예에 관련된 설명으로 이해될 수 있다.
예를 들어, 특정 실시 예에서 구성 A에 대한 특징을 설명하고 다른 실시 예에서 구성 B에 대한 특징을 설명하였다면, 구성 A와 구성 B가 결합된 실시 예가 명시적으로 기재되지 않더라도 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 개념도이고, 도 2는 도 1의 A 부분 확대도이고, 도 3a 및 도 3b는 리세스의 개수 변화에 따라 광 출력이 향상되는 구성을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따른 발광 구조물(120)은 자외선 파장대의 광을 출력할 수 있다. 예시적으로 발광 구조물은 근자외선 파장대의 광(UV-A)을 출력할 수도 있고, 원자외선 파장대의 광(UV-B)을 출력할 수 도 있고, 심자외선 파장대의 광(UV-C)을 출력할 수 있다. 파장범위는 발광 구조물(120)의 알루미늄의 조성비에 의해 결정될 수 있다.
예시적으로, 근자외선 파장대의 광(UV-A)은 320nm 내지 420nm 범위의 피크 파장을 가질 수 있고, 원자외선 파장대의 광(UV-B)은 280nm 내지 320nm 범위의 피크 파장을 가질 수 있으며, 심자외선 파장대의 광(UV-C)은 100nm 내지 280nm 범위의 피크 파장을 가질 수 있다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 실시 예에 따른 반도체 소자는 발광 구조물(120), 발광 구조물(120)의 제1 도전형 반도체층(124)과 전기적으로 연결되는 제1 전극(142, 165), 및 제2 도전형 반도체층(127)과 전기적으로 연결되는 제2 전극(246, 247, 150)을 포함한다.
발광 구조물(120)은 제1도전형 반도체층(124), 제2도전형 반도체층(127), 및 제1도전형 반도체층(124)과 제2도전형 반도체층(127) 사이에 배치되는 활성층(126)을 포함할 수 있다.
제1도전형 반도체층(124)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1도펀트가 도핑될 수 있다. 제1도전형 반도체층(124)은 Inx1Aly1Ga1 -x1-y1N(0≤x1≤1, 0≤y1≤1, 0≤x1+y1≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN 등에서 선택될 수 있다. 그리고, 제1도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te와 같은 n형 도펀트일 수 있다. 제1도펀트가 n형 도펀트인 경우, 제1도펀트가 도핑된 제1도전형 반도체층(124)은 n형 반도체층일 수 있다.
활성층(126)은 제1도전형 반도체층(124)과 제2도전형 반도체층(127) 사이에 배치된다. 활성층(126)은 제1도전형 반도체층(124)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 제2도전형 반도체층(127)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 만나는 층이다. 활성층(126)은 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 자외선 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다.
활성층(126)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(Multi Quant㎛ Well; MQW) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있으며, 활성층(126)의 구조는 이에 한정하지 않는다.
제2도전형 반도체층(127)은 활성층(126) 상에 형성되며, Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2도전형 반도체층(127)에 제2도펀트가 도핑될 수 있다. 제2도전형 반도체층(127)은 Inx5Aly2Ga1 -x5- y2N (0≤x5≤1, 0≤y2≤1, 0≤x5+y2≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질 또는 AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 선택된 물질로 형성될 수 있다. 제2도펀트가 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트인 경우, 제2도펀트가 도핑된 제2도전형 반도체층(127)은 p형 반도체층일 수 있다.
실시 예에 따른 발광 구조물은 복수 개의 리세스(128)를 포함할 수 있다.
복수 개의 리세스(128)는 제2도전형 반도체층(127)의 하부면(127G)에서 활성층(126)을 관통하여 제1도전형 반도체층(124)의 일부 영역까지 배치될 수 있다. 리세스(128)의 내부에는 제1절연층(131)이 배치되어 제1도전층(165)을 제2도전형 반도체층(127) 및 활성층(126)과 전기적으로 절연시킬 수 있다.
제1전극(142, 165)은 제1컨택전극(142)과 제1도전층(165)을 포함할 수 있다. 제1컨택전극(142)은 리세스(128)의 상면에 배치되어 제1도전형 반도체층(124)과 전기적으로 연결될 수 있다.
발광 구조물(120)은 알루미늄 조성이 높아지면 발광 구조물(120) 내에서 전류 분산 특성이 저하될 수 있다. 또한, 활성층은 GaN 기반의 청색 발광 소자에 비하여 측면으로 방출하는 광량이 증가하게 된다(TM 모드). 이러한 TM모드는 자외선 반도체 소자에서 주로 발생할 수 있다.
자외선 반도체 소자는 청색 GaN 반도체 소자에 비해 전류 분산 특성이 떨어진다. 따라서, 자외선 반도체 소자는 청색 GaN 반도체 소자에 비해 상대적으로 많은 제1컨택전극(142)을 배치할 필요가 있다.
도 3a를 참고하면, 각각의 제1컨택전극(142)의 인근지점에만 전류가 분산되며, 거리가 먼 지점에서는 전류밀도가 급격히 낮아질 수 있다. 따라서, 유효 발광 영역(P2)이 좁아질 수 있다.
유효 발광 영역(P2)은 전류 밀도가 가장 높은 제1컨택전극(142)의 중심에서의 전류 밀도를 기준으로 전류 밀도가 40%이하인 경계지점까지의 영역으로 정의할 수 있다. 예를 들어, 유효 발광 영역(P2)은 리세스(128)의 중심으로부터 40㎛이내의 범위에서 주입 전류의 레벨, Al의 조성에 따라 조절될 수 있다.
저전류밀도영역(P3)은 전류밀도가 낮아서 발광에 거의 기여하지 못할 수 있다. 따라서, 실시 예는 전류밀도가 낮은 저전류밀도영역(P3)에 제1컨택전극(142)을 더 배치하거나 반사구조를 이용하여 광 출력을 향상시킬 수 있다.
일반적으로 청색광을 방출하는 GaN 기반의 반도체 소자의 경우 상대적으로 전류 분산 특성이 우수하므로 리세스(128) 및 제1컨택전극(142)의 면적을 최소화하는 것이 바람직하다. 리세스(128)와 제1컨택전극(142)의 면적이 커질수록 활성층(126)의 면적이 작아지기 때문이다. 그러나, 실시 예의 경우 알루미늄의 조성이 높아서 전류 분산 특성이 상대적으로 떨어지므로, 활성층(126)의 면적을 희생하더라도 제1컨택전극(142)의 개수를 증가시켜 저전류밀도영역(P3)을 줄이거나, 또는 저전류밀도영역(P3)에 반사구조를 배치하는 것이 바람직할 수 있다.
도 3b를 참고하면, 리세스(128)의 개수가 48개인 경우에는 리세스(128)가 가로 세로 방향으로 일직선으로 배치되지 못하고, 지그재그로 배치될 수 있다. 이 경우 저전류밀도영역(P3)의 면적은 더욱 좁아져 대부분의 활성층이 발광에 참여할 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 반도체 소자의 일측 모서리 영역에는 제2전극패드(166)가 배치될 수 있다. 제2전극패드(166)는 중앙 부분이 함몰되어 상면이 오목부와 볼록부를 가질 수 있다. 상면의 오목부에는 와이어(미도시)가 본딩될 수 있다. 따라서, 접착 면적이 넓어져 제2전극패드(166)와 와이어가 더 견고히 본딩될 수 있다.
제2전극패드(166)는 광을 반사하는 작용을 할 수 있으므로, 제2전극패드(166)는 발광 구조물(120)과 가까울수록 광 추출효율이 향상될 수 있다.
제2전극패드(166)의 볼록부의 높이는 활성층(126)보다 높을 수 있다. 따라서 제2전극패드(166)는 활성층(126)에서 소자의 수평방향으로 방출되는 광을 상부로 반사하여 광 추출효율을 향상시키고, 지향각을 제어할 수 있다.
제2전극패드(166)의 하부에서 제1절연층(131)이 일부 오픈되어 제2도전층(150)과 제2컨택전극(246)이 전기적으로 연결될 수 있다.
패시베이션층(180)은 발광 구조물(120)의 상부면과 측면에 형성될 수 있다. 패시베이션층(180)은 제2컨택전극(246)과 인접한 영역이나 제2컨택전극(246)의 하부에서 제1절연층(131)과 접촉할 수 있다.
제1절연층(131)이 오픈되어 제2전극패드(166)가 제2도전층(150)과 접촉하는 부분의 폭(d22)은 예를 들면 40㎛ 내지 90㎛일 수 있다. 40㎛보다 작으면 동작 전압이 상승하는 문제가 있고, 90㎛보다 크면 제2도전층(150)을 외부로 노출시키지 않기 위한 공정 마진 확보가 어려울 수 있다.
제1절연층(131)은 제1컨택전극(142)을 활성층(126) 및 제2도전형 반도체층(127)와 전기적으로 절연시킬 수 있다. 또한, 제1절연층(131)은 제2도전층(150)을 제1도전층(165)과 전기적으로 절연시킬 수 있다.
제1절연층(131)은 SiO2, SixOy, Si3N4, SixNy, SiOxNy, Al2O3, TiO2, AlN 등으로 이루어진 군에서 적어도 하나가 선택되어 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 제1절연층(131)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 예시적으로 제1절연층(131)은 은 Si 산화물이나 Ti 화합물을 포함하는 다층 구조의 DBR(distributed Bragg reflector) 일 수도 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하지 않고 제1절연층(131)은 다양한 반사 구조를 포함할 수 있다.
제1절연층(131)이 반사기능을 수행하는 경우, 활성층(126)에서 측면을 향해 방출되는 광을 상향 반사시켜 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 자외선 반도체 소자는 청색광을 방출하는 반도체 소자에 비해 리세스(128)의 개수가 많아질수록 광 추출 효율은 더 효과적일 수 있다.
제2전극(246, 247, 150)은 제2컨택전극(246), 확산 방지 전극(247), 및 제2 도전층(150)을 포함할 수 있다.
제2컨택전극(246)은 제2도전형 반도체층(127)의 하부면(127G)과 접촉할 수 있다. 제2컨택전극(246)은 상대적으로 자외선 광 흡수가 적은 도전성 산화 전극을 포함할 수 있다. 예시적으로 도전성 산화 전극은 ITO일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.
제2도전층(150)은 제2도전형 반도체층(127)에 전류를 주입할 수 있다. 또한, 제2도전층(150)은 활성층(126)에서 출사되는 광을 반사할 수 있다.
제2도전층(150)은 제2컨택전극(246)을 덮을 수 있다. 따라서, 제2전극패드(166)와, 제2도전층(150), 및 제2컨택전극(246)은 하나의 전기적 채널을 형성할 수 있다.
제2도전층(150)은 제2컨택전극(246)을 감싸고, 제1절연층(131)의 측면과 하면에 접할 수 있다. 제2도전층(150)은 제1절연층(131)과의 접착력이 좋은 물질로 이루어지며, Cr, Al, Ti, Ni, Au 등의 물질로 구성되는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 물질 및 이들의 합금으로 이루어질 수 있으며, 단일층 혹은 복수의 층으로 이루어질 수 있다. 제2도전층(150)은 복수 개의 리세스(128)와 수직 방향으로 중첩되는 복수 개의 관통홀(TH1)을 포함할 수 있다. 즉, 리세스(128)에 배치된 제1전극(142)과 제1도전층(165)이 전기적으로 연결될 수 있도록 리세스(128)가 배치되는 영역에는 제2도전층(150)이 제거될 수 있다.
제2도전층(150)이 제1절연층(131)의 측면 및 하면과 접하는 경우, 제2컨택전극(246)의 열적, 전기적 신뢰성이 향상될 수 있다. 또한, 제1절연층(131)과 제2컨택전극(246) 사이로 방출되는 광을 상부로 반사하는 반사 기능을 가질 수 있다.
제2절연층(132)은 제2도전층(150)을 제1도전층(165)과 전기적으로 절연시킬 수 있다. 제1도전층(165)은 제2절연층(132)을 관통하여 제1컨택전극(142)과 전기적으로 연결될 수 있다.
발광 구조물(120)의 하부면과 리세스(128)의 형상을 따라 제1도전층(165)과 접합층(160)이 배치될 수 있다. 제1도전층(165)은 반사율이 우수한 물질로 이루어질 수 있다. 예시적으로 제1도전층(165)은 알루미늄을 포함할 수 있다. 제1도전층(165)이 알루미늄을 포함하는 경우, 활성층(126)에서 방출되는 광을 상부로 반사하는 역할을 하여 광 추출 효율을 향상할 수 있다.
접합층(160)은 도전성 재료를 포함할 수 있다. 예시적으로 접합층(160)은 금, 주석, 인듐, 알루미늄, 실리콘, 은, 니켈, 및 구리로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
도전성 기판(170)은 전류를 제1 도전형 반도체층(124)에 주입할 수 있도록 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예시적으로 도전성 기판(170)은 금속 또는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 도전성 기판(170)은 전기 전도도 및/또는 열 전도도가 우수한 금속일 수 있다. 이 경우 반도체 소자 동작시 발생하는 열을 신속이 외부로 방출할 수 있다.
도전성 기판(170)은 실리콘, 몰리브덴, 실리콘, 텅스텐, 구리 및 알루미늄으로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
발광 구조물(120)의 상면에는 요철이 형성될 수 있다. 이러한 요철은 발광 구조물(120)에서 출사되는 광의 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 요철은 자외선 파장에 따라 평균 높이가 다를 수 있으며, UV-C의 경우 300 nm 내지 800 nm 정도의 높이를 갖고, 평균 500nm 내지 600nm 정도의 높이를 가질 때 광 추출 효율이 향상될 수 있다.
도 2를 참조하면, 확산 방지 전극(247)은 제2컨택전극(246)과 제2도전층(150) 사이에 배치될 수 있다.
확산 방지 전극(247)은 제2도전층(150)이 제2컨택전극(246)과의 계면에서 산화되는 것을 방지할 수 있다. 예시적으로 제2컨택전극(246)이 ITO와 같은 도전성 산화 전극인 경우, 제2도전층(150)으로 산소가 확산되어 제2도전층(150)이 산화될 수 있다. 제2도전층(150)이 Al인 경우 산소와 반응하여 Al2O3 계면층을 만들 수 있다. 이러한 Al2O3 계면층은 Al층에 비해 자외선 반사율이 낮을 수 있다. 따라서, 제2도전층(150)이 산화되는 것을 방지하면 자외선 광의 반사율이 높아져 광 추출 효율이 개선될 수 있다.
실시 예에 따르면, 확산 방지 전극(247)에 의해 제2도전층(150)이 산화되는 것이 방지되므로 제2컨택전극(246)과 제2도전층(150)이 박리되는 문제를 개선할 수 있다. 제2도전층(150)이 산소와 반응하여 AlOX 산화물층을 형성하는 경우 제2컨택전극(246)과의 접착력이 약화될 수 있다. 또한, 제2컨택전극(246)과 제2도전층(246)의 박리가 방지되므로 동작 전압도 낮아질 수 있다.
확산 방지 전극(247)은 Ni, Cr, Rh, Co, Au, Pt, Ti 중 산화도가 낮은 물질을 포함할 수 있다. 확산 방지 전극(247)의 깁스 에너지와 제2컨택전극(246)의 깁스 에너지의 차이는 양수일 수 있다.
깁스 에너지(Gibbs energy)는 어떤 계의 엔탈피, 엔트로피 및 온도를 이용하여 정의하는 열역학적 함수이다. 깁스 에너지의 차이가 0보다 큰 경우 정반응(산화반응)이 비자발적인 반응이 되고 역반응이 자발적 반응이 된다. 이와 반대로 깁스 에너지의 차이가 0보다 작은 경우 정반응이 자발적인 반응이 된다. 따라서, 확산 방지 전극(247)의 깁스 에너지와 제2컨택전극(246)의 깁스 에너지의 차이가 양수인 경우 역반응이 자발적 반응이 되므로 산화도가 낮아질 수 있다.
예시적으로 ITO와 Al은 깁스 에너지의 차가 - 375.8 [KJ/mol]이므로 정반응인 산화반응이 자발적으로 일어날 수 있다. 이에 반해, ITO와 Ni은 깁스 에너지의 차가 +65.4 [KJ/mol]이고, ITO와 Rh는 깁스 에너지의 차가 +252.0 [KJ/mol]이므로 상대적으로 산화가 잘 일어나지 않을 수 있다.
확산 방지 전극(247)은 제2컨택전극(246)을 충분히 덮을 면적을 가질 수 있다. 제2컨택전극(246)이 일부 노출되는 경우 인접한 제2도전층(150)이 산화되어 반사율이 저하될 수 있기 때문이다.
따라서, 확산 방지 전극(247)은 제2컨택전극(246)의 하면과 측면을 완전히 덮어 제2도전층(150)과 차단시킬 수 있다. 그 결과, 확산 방지 전극(247)은 제2도전형 반도체층(127)의 하부면(127G)에 접촉할 수 있다.
따라서, 제2도전형 반도체층(127)의 하부면(127G)에는 제2컨택전극(246)의 상면 및 확산 방지 전극(247)의 상면이 접촉할 수 있다. 따라서, 제2컨택전극(246)의 상면 및 확산 방지 전극(247)의 상면은 동일 평면 상에 배치될 수 있다. 만약, 발광 구조물의 하부에 제2도전형 반도체층(127) 이외의 또 다른 최하부 반도체층이 있다면 제2컨택전극(246)의 상면 및 확산 방지 전극(247)의 상면은 그 최하부 반도체층에 접촉할 수 도 있다.
ITO와 같은 제2컨택전극(246)은 자외선 광을 흡수할 수 있다. 따라서, 제2컨택전극(246)에 의한 오믹 접촉은 유지하면서 광 추출 효율을 개선할 필요가 있다.
실시 예에 따르면, 제2컨택전극(246)의 면적을 줄여 반사율을 증가시킬 수 있다. 제2컨택전극(246)이 ITO와 같은 도전성 산화 금속인 경우 자외선 광을 흡수하므로 광 추출 효율이 감소될 수 있다. 따라서, 실시 예에서는 제2컨택전극(246)의 면적을 줄여 광 추출 효율을 개선할 수 있다.
그러나, 제2컨택전극(246)이 줄어들면 오믹 접촉 면적이 줄어들기 때문에 저항이 높아질 수 있다. 이때, 제2도전층(150)은 제2도전형 반도체층(127)의 하부면(127G)이 노출된 영역에 배치되어 반사율을 높이는 동시에 쇼트키 접합되어 전류 주입 통로 역할을 수행할 수 있다.
제2컨택전극(246)이 발광 구조물(120)의 하부와 접촉하는 면적(S11)은 확산 방지 전극(247)이 발광 구조물(120)의 하부와 접촉하는 면적(S13)의 30% 내지 50%일 수 있다. 즉, 제2컨택전극(246)이 발광 구조물(120)의 하부와 접촉하는 면적(S11)은 확산 방지 전극(247)이 발광 구조물(120)의 하부와 접촉하는 면적(S13)보다 작을 수 있다.
제2컨택전극(246)이 발광 구조물(120)의 하부와 접촉하는 면적(S11)이 30% 이상인 경우 제2컨택전극(246)의 면적이 확보되므로 오믹 저항이 낮아져 전류 주입 효율이 개선될 수 있다. 또한, 면적이 50%이하인 경우 제2컨택전극(246)의 면적이 작아져 광 추출 효율이 개선될 수 있다. 이때, 확산 방지 전극(247)이 발광 구조물(120)의 하부와 접촉하는 면적 역시 쇼트키 접합이 가능하므로 전류 주입 통로의 기능을 수행할 수 있다.
제2컨택전극(246)이 발광 구조물(120)의 하부와 접촉하는 면적(S11)은 제2도전층(150)이 발광 구조물(120)의 하부와 마주보는 면적(S14)의 10% 내지 30%일 수 있다. 면적이 10% 이상인 경우 제2컨택전극(246)의 면적이 확보되므로 오믹 저항이 낮아져 전류 주입 효율이 개선될 수 있다. 또한, 면적이 30% 이하인 경우 제2도전층(150)이 제2도전형 반도체층(127)과 접촉하여 반사 기능을 수행하는 면적이 증가하여 광 추출 효율이 개선될 수 있다.
제1컨택전극(142)이 제1도전형 반도체층(124)과 접촉하는 면적과 제2컨택전극(246)이 제2도전형 반도체층(127)과 접촉하는 면적은 반비례 관계를 갖는다. 즉, 제1컨택전극(142)의 개수를 늘리기 위해서 리세스(128)의 개수를 늘리는 경우 제2컨택전극(246)의 면적이 감소하게 된다. 따라서 전기적, 광학적 특성을 높이기 위해서는 전자와 홀의 분산 특성이 균형을 이루어야 한다. 따라서, 제1컨택전극(142)의 면적과 제2컨택전극(246)의 면적을 적정한 비율로 조절하는 것이 중요할 수 있다.
복수 개의 제1컨택전극(142)이 제1 도전형 반도체층(124)과 접촉하는 면적은 제2컨택전극(246)이 발광 구조물(120)의 하부와 접촉하는 면적의 70% 내지 90%일 수 있다. 면적이 70% 내지 90%인 경우 제1컨택전극(142)의 면적과 제2컨택전극(246)의 면적을 적정한 비율로 조절되어 반도체 소자에 인가되는 전류밀도가 개선될 수 있다. 따라서, 광 출력이 개선될 수 있다.
확산 방지 전극(247)이 발광 구조물(120)의 하부와 접촉하는 면적(S13)은 복수 개의 리세스(128)의 면적의 57% 내지 77%일 수 있다. 면적이 57% 이상인 경우 그에 비례하여 제1전극의 면적이 증가하므로 전류 주입 효율이 개선될 수 있다. 또한, 면적이 77% 이하인 경우 제1컨택전극(142)의 면적이 줄어들어 광 흡수율을 낮출 수 있다. 또한, 제2도전층(150)과 제2도전형 반도체층(127)의 접촉 면적이 증가하여 반사율이 증가할 수 있다.
도 4를 참조하면, 확산 방지 전극(247)은 복수 개의 방지 전극층을 가질 수 있다.
확산 방지 전극(247)은 제2컨택전극(246)의 하부에 배치되는 제1 방지 전극(247a) 및 제1 방지 전극(247a)과 제2도전층(150) 사이에 배치되는 제2 방지 전극(247b)을 포함할 수 있다. 또한, 반드시 이에 한정하지 않고 확산 방지 전극(247)은 제3 방지 전극(247c) 및 제4 방지 전극(247d)을 더 포함할 수도 있다.
예시적으로 제1 방지 전극(247a)은 Cr을 포함할 수 있다. 제1 방지 전극(247a)은 제2컨택전극(246)과의 접합력을 개선할 수 있다. 또한, 제2 방지 전극(247b)은 Ni을 포함하고, 제3 방지 전극(247c)은 Au를 포함하고, 제4 방지 전극(247d)은 Ti를 포함할 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 각 방지 전극은 다양한 전극층 구조를 가질 수 있다.
실시 예에 따르면, 확산 방지 전극(247)이 복수 개의 방지 전극층을 구비함으로써 접착력을 개선하는 동시에 제2컨택전극(246)의 산소가 확산되는 것을 방지할 수 있다.
도전층(150)은 발광 구조물의 제2 도전형 반도체층(127)에서 도전층(150) 방향으로 오목한 홈(150a)을 가질 수 있다. 제2컨택전극(246) 및 확산 방지 전극(247)은 홈(150a) 내에 배치될 수 있다.
제2컨택전극(246)은 발광 구조물과 가장 인접한 제1면(Q1)을 포함할 수 있고, 확산 방지 전극(247) 역시 발광 구조물과 가장 인접한 제2면(Q2)을 포함할 수 있다.
제1면(Q1)과 제2면(Q2)이 발광 구조물의 제2 도전형 반도체층(127)과 접촉하는 경우, 제1면(Q1)과 제2면(Q2)은 동일 평면 상에 배치될 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 제2 도전형 반도체층(127)의 하부에 별도의 반도체층이 더 배치된다면 제1면(Q1)과 제2면(Q2)은 별도로 배치된 반도체층과 접촉할 수도 있다.
도 5를 참조하면, 제2도전층(150)과 제2도전형 반도체층(127) 사이에는 중간층(151)이 배치될 수 있다. 중간층(151)은 제2도전층(150)과 제2도전형 반도체층(127) 사이의 접착력을 개선할 수 있다.
중간층(151)은 확산 방지 전극(247)의 제1 방지 전극(247a)과 동일한 조성을 가질 수 있다. 예시적으로 중간층(151)과 제1 방지 전극(247a)은 Cr을 포함할 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 중간층(151)과 제1 방지 전극(247a)은 층들의 접착력을 개선할 수 있는 다양한 재료를 포함할 수도 있다.
이때, 중간층(151)의 두께는 제1 방지 전극(247a)보다 얇을 수 있다. Cr과 같은 금속은 자외선 광을 흡수하므로 중간층(151)의 두께가 두꺼워지면 대부분의 자외선 광을 흡수하여 광 추출 효율이 저하될 수 있다. 이에 반해, 제1 방지 전극(247a)은 상대적으로 제2도전형 반도체층(127)과의 접촉 면적이 작고 대부분은 제2컨택전극의 하부에 배치되므로 반사 효과보다는 접합력을 개선하도록 두께를 두껍게 제작할 수 있다. 예시적으로 제1 방지 전극(247a)은 100um 내지 200um 인 반면, 중간층(151)은 2um 내지 40um일 수 있다.
도 6을 참조하면, 제2컨택전극(246)은 복수 개로 구획될 수도 있다. 따라서, 제2도전층(150)은 이웃한 제2컨택전극(246) 사이로 돌출되어 제2도전형 반도체층(127)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 구조에 의하면 광 추출 효율이 개선될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자의 평면도이고, 도 8은 도 7의 B 부분 확대도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 도전성 산화 전극과 같은 제2컨택전극(246)은 리세스(128) 사이에 복수 개 배치될 수 있다. 이때, 복수 개의 제2컨택전극(246)의 직경(d2)은 리세스(128)의 직경(d4)보다 작을 수 있다. 복수 개의 제2컨택전극(246)의 직경(d2)은 리세스(128)의 직경(d4)의 15% 내지 40%일 수 있다.
또한, 확산 방지 전극(247)의 직경(d1)은 리세스(128)의 직경(d4)의 28% 내지 48%일 수 있다. 이러한 조건을 만족하는 경우 적정 면적의 제2컨택전극(246)을 확보할 수 있어 광 추출 효율이 개선될 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 반도체 소자의 평면도이고, 도 10은 도 9의 C 부분 확대도이고, 도 11은 도 9의 변형예이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 제2컨택전극(246)은 복수 개의 리세스(128) 사이로 연장되는 복수 개의 라인을 가질 수 있다.
제2컨택전극(246)은 평면상에서 리세스(128)와 제1컨택전극(142)이 배치되는 복수 개의 제1캐비티(H1)을 포함할 수 있다. 이러한 제1캐비티(H1) 복수 개의 라인이 연결되어 형성될 수 있다.
제1캐비티(H1)의 형상은 다각 형상 또는 원 형상일 수도 있다. 제1캐비티(H1)이 육각 형상인 것을 도시하였으나 제1캐비티(H1)의 형상은 특별히 제한하지 않는다.
확산 방지 전극(247)은 제1캐비티(H1)의 내부에 배치되는 제2캐비티(H2)을 포함할 수 있다. 즉, 확산 방지 전극(247)이 제1캐비티(H1)을 덮기 위해 제2캐비티(H2)은 제1캐비티(H1)보다 작아질 수 있다. 확산 방지 전극(247)은 평면상에서 제2컨택전극(246)과 완전히 중첩될 수 있다.
도 11을 참조하면, 제2컨택전극(246)은 발광 구조물(120)의 측면을 따라 연장되는 테두리부(248)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 의하면 발광 구조물의 측면에도 전류가 균일하게 분산되어 균일한 발광이 가능해질 수 있다. 테두리부(248)의 구성에 의해 복수 개의 제1전극(142)은 평면(plane view) 상에서 제2컨택전극(246)이 형성하는 캐비티 내에 각각 배치될 수 있다.
도 12는 발광 구조물의 알루미늄 조성을 측정한 그래프이다.
도 12를 참고하면, 활성층(126)과 제2도전형 반도체층(127) 사이에는 전자 차단층(129)이 배치될 수 있다. 전자 차단층(129)은 제1도전형 반도체층(124)에서 공급된 전자가 제2도전형 반도체층(127)으로 빠져나가는 흐름을 차단하여, 활성층(126) 내에서 전자와 정공이 재결합할 확률을 높일 수 있다. 전자 차단층(129)의 에너지 밴드갭은 활성층(126) 및/또는 제2도전형 반도체층(127)의 에너지 밴드갭보다 클 수 있다.
전자 차단층(129)은 Inx1Aly1Ga1 -x1- y1N(0≤x1≤1, 0≤y1≤1, 0≤x1+y1≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 AlGaN, InGaN, InAlGaN 등에서 선택될 수 있으나 이에 한정하지 않는다. 전자 차단층(129)은 알루미늄 조성이 높은 제1층(129b)과 알루미늄 조성이 낮은 제2층(129a)이 교대로 배치될 수 있다.
제1도전형 반도체층(124), 장벽층(126b) 및 우물층(126a)을 포함하는 활성층(126), 제2-1도전형 반도체층(127a), 및 제2-2도전형 반도체층(127b)은 모두 알루미늄을 포함할 수 있다. 따라서, 제1도전형 반도체층(124), 장벽층(126b), 우물층(126a), 제2-1도전형 반도체층(127a), 및 제2-2도전형 반도체층(127b)은 AlGaN일 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하지 않는다.
제2-1도전형 반도체층(127a)의 두께는 10nm보다 크고 200nm보다 작을 수 있다. 제2-1도전형 반도체층(127a)의 두께가 10nm보다 작은 경우 저항이 증가하여 전류 주입 효율이 저하될 수 있다. 또한, 제2-1도전형 반도체층(127a)의 두께가 200nm보다 큰 경우 제2-1도전형 반도체층(127a)을 구성하는 물질들에 의하여 결정성이 저하되어 신뢰성, 전기적 특성 및 광학적 특성이 저하될 수 있다.
제2-1도전형 반도체층(127a)의 알루미늄 조성은 우물층(126a)의 알루미늄 조성보다 높을 수 있다. 자외선 광을 생성하기 위해 우물층(126a)의 알루미늄 조성은 약 30% 내지 50%일 수 있다. 만약, 제2-1도전형 반도체층(127a)의 알루미늄 조성이 우물층(126a)의 알루미늄 조성보다 낮은 경우 제2-1도전형 반도체층(127a)이 광을 흡수하기 때문에 광 추출 효율이 떨어질 수 있다.
제2-1도전형 반도체층(127a)의 알루미늄 조성은 40%보다 크고 80%보다 작을 수 있다. 제2-1도전형 반도체층(127a)의 알루미늄 조성은 40%보다 작은 경우 광을 흡수하는 문제가 있으며, 80%보다 큰 경우에는 전류 주입 효율이 악화되는 문제가 있다. 예시적으로, 우물층(126a)의 알루미늄 조성이 30%인 경우 제2-1도전형 반도체층(127a)의 알루미늄 조성은 40%일 수 있다.
제2-2도전형 반도체층(127b)의 알루미늄 조성은 우물층(126a)의 알루미늄 조성보다 낮을 수 있다. 제2-2도전형 반도체층(127b)의 알루미늄 조성이 우물층(126a)의 알루미늄 조성보다 높은 경우 제2 전극과 제2-2도전형 반도체층(127b) 사이의 저항이 높아져 충분한 전류 주입이 이루어지지 않을 수 있다.
제2-2도전형 반도체층(127b)의 알루미늄 조성은 1%보다 크고 50%보다 작을 수 있다. 50%보다 큰 경우 제2전극과 충분한 오믹이 이루어지지 않을 수 있고, 조성이 1%보다 작은 경우 거의 GaN 조성과 가까워져 광을 흡수하는 문제가 있다.
제2-2도전형 반도체층(127b)의 두께는 1nm보다 크고 30nm보다 작을 수 있다. 전술한 바와 같이 제2-2도전형 반도체층(127b)은 오믹을 위해 알루미늄의 조성이 낮으므로 자외선 광을 흡수할 수 있다. 따라서, 최대한 제2-2도전형 반도체층(127b)의 두께를 얇게 제어하는 것이 광 출력 관점에서 유리할 수 있다.
제2-2도전형 반도체층(127b)의 두께가 1nm이하로 제어되는 경우 일부 구간은 제2-2도전형 반도체층(127b)이 배치되지 않고, 제2-1도전형 반도체층(127a)이 발광구조물(120)의 외부로 노출되는 영역이 발생할 수 있다. 따라서 하나의 층을 구성하기 어려울 수 있고, 제2-2도전형 반도체층(127b)의 역할을 수행하기 어려울 수 있다. 또한, 두께가 30nm보다 큰 경우 흡수하는 광량이 너무 커져 광 출력 효율이 감소할 수 있다.
제2-2도전형 반도체층(127b)는 제2-3도전형 반도체층(127c)과 제2-4도전형 반도체층(127d)을 포함할 수 있다. 제2-3도전형 반도체층(127c)은 제2전극과 접촉하는 표면층일 수 있고, 제2-4도전형 반도체층(127d)은 알루미늄의 조성을 조절하는 층일 수 있다.
제2-4도전형 반도체층(127d)은 상대적으로 높은 알루미늄 함량을 포함하는 제2-1도전형 반도체층(127a)과 상대적으로 낮은 알루미늄 함량을 포함하는 제2-3도전형 반도체층(127c) 사이에 배치될 수 있다. 따라서, 알루미늄 함량이 급격하게 변화하여 결정성이 악화되는 문제를 방지할 수 있다.
제2-3도전형 반도체층(127c)은 알루미늄 조성이 1%보다 크고 20%보다 작을 수 있다. 또는 알루미늄 조성은 1%보다 크고 10%보다 작을 수 있다.
알루미늄 조성이 1%보다 낮은 경우, 제2-3도전형 반도체층(127c)에서 광흡수율이 너무 높아지는 문제가 있을 수 있고, 알루미늄 조성이 20%보다 높은 경우 제2전극()의 접촉 저항이 높아져 전류 주입 효율이 떨어지는 문제점이 있을 수 있다.
그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 제2-3도전형 반도체층(127c)의 알루미늄 조성은 전류 주입 특성과 광 흡수율을 고려하여 조절될 수도 있다. 또는, 제품에서 요구되는 광 출력이나 전기적 특성에 따라 조절할 수도 있다.
예를 들어, 전류 주입 효율 특성이 광 흡수율보다 더 중요한 경우, 알루미늄의 조성비를 1% 내지 10%로 조절할 수 있다. 광출력 특성이 전기적 특성보다 더 중요한 제품의 경우 제2-3도전형 반도체층(127c)의 알루미늄 조성비를 1% 내지 20%로 조절할 수도 있다.
제2-3도전형 반도체층(127c)의 알루미늄 조성비가 1%보다 크고 20%보다 작 은 경우, 제2-3도전형 반도체층(127c)과 제2전극 사이의 저항이 감소하므로 동작 전압이 낮아질 수 있다. 따라서, 전기적 특성이 향상될 수 있다. 제2-3도전형 반도체층(127c)의 두께는 1nm보다 크고 10nm보다 작게 형성될 수 있다. 따라서, 광 흡수 문제를 개선할 수 있다.
제2-2도전형 반도체층(127b)의 두께는 제2-1도전형 반도체층(127a)의 두께보다 작을 수 있다. 제2-1도전형 반도체층(127a)과 제2-2도전형 반도체층(127b)의 두께비는 1.5:1 내지 20:1일 수 있다. 두께비가 1.5:1보다 작은 경우 제2-1도전형 반도체층(127a)의 두께가 너무 얇아져 전류 주입 효율이 감소할 수 있다. 또한, 두께비가 20:1보다 큰 경우 제2-2도전형 반도체층(127b)의 두께가 너무 얇아져 오믹 신뢰성이 저하될 수 있다.
제2-1도전형 반도체층(127a)의 알루미늄 조성은 활성층(126)에서 멀어질수록 작아질 수 있다. 또한, 제2-2도전형 반도체층(127b)의 알루미늄 조성은 활성층(126)에서 멀어질수록 작아질 수 있다. 따라서, 제2-3도전형 반도체층(127c)의 알루미늄 조성은 1% 내지 10%를 만족할 수 있다.
그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 제2-1도전형 반도체층(127a)과 제2-2도전형 반도체층(127b)의 알루미늄 조성은 연속적으로 감소하는 것이 아니라 일정 구간에서 감소가 없는 구간을 포함할 수도 있다.
이때, 제2-2도전형 반도체층(127b)의 알루미늄 감소폭은 제2-1도전형 반도체층(127a)의 알루미늄 감소폭보다 클 수 있다. 즉, 제2-2도전형 반도체층(127b)의 Al 조성비의 두께 방향에 대한 변화율은 제2-1도전형 반도체층(127a)의 Al 조성비의 두께 방향에 대한 변화율보다 클 수 있다. 여기서 두께 방향은 제1도전형 반도체층(124)에서 제2도전형 반도체층(127)으로 향하는 방향 또는 제2도전형 반도체층(127)에서 제1도전형 반도체층(124)으로 향하는 방향일 수 있다.
제2-1도전형 반도체층(127a)은 두께는 제2-2도전형 반도체층(127b)보다 두꺼운 반면, 알루미늄 조성은 우물층(126a)보다 높아야 하므로 감소폭이 상대적으로 완만할 수 있다.
그러나, 제2-2도전형 반도체층(127b)은 두께가 얇고 알루미늄 조성의 변화폭이 크므로 알루미늄 조성의 감소폭이 상대적으로 클 수 있다.
도 13을 참고하면, 반도체 소자 패키지는 홈(3)이 형성된 몸체(2), 몸체(2)에 배치되는 반도체 소자(1), 및 몸체(2)에 배치되어 반도체 소자(1)와 전기적으로 연결되는 한 쌍의 리드 프레임(5a, 5b)을 포함할 수 있다. 반도체 소자(1)는 전술한 구성을 모두 포함할 수 있다.
몸체(2)는 자외선 광을 반사하는 재질 또는 코팅층을 포함할 수 있다. 몸체(2)는 복수의 층(2a, 2b, 2c, 2d, 2e)을 적층하여 형성할 수 있다. 복수의 층(2a, 2b, 2c, 2d, 2e)은 동일한 재질일 수도 있고 상이한 재질을 포함할 수도 있다.
홈(3)은 반도체 소자에서 멀어질수록 넓어지게 형성되고, 경사면에는 단차(3a)가 형성될 수 있다.
투광층(4)은 홈(3)을 덮을 수 있다. 투광층(4)은 글라스 재질일 있으나, 반드시 이에 한정하지 않는다. 투광층(4)은 자외선 광을 유효하게 투과할 수 있는 재질이면 특별히 제한하지 않는다. 홈(3)의 내부는 빈 공간일 수 있다.
반도체 소자는 다양한 종류의 광원 장치에 적용될 수 있다. 예시적으로 광원장치는 살균 장치, 경화 장치, 조명 장치, 및 표시 장치 및 차량용 램프 등을 포함하는 개념일 수 있다. 즉, 반도체 소자는 케이스에 배치되어 광을 제공하는 다양한 전자 디바이스에 적용될 수 있다.
살균 장치는 실시 예에 따른 반도체 소자를 구비하여 원하는 영역을 살균할수 있다. 살균 장치는 정수기, 에어컨, 냉장고 등의 생활 가전에 적용될 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다. 즉, 살균 장치는 살균이 필요한 다양한 제품(예: 의료 기기)에 모두 적용될 수 있다.
예시적으로 정수기는 순환하는 물을 살균하기 위해 실시 예에 따른 살균 장치를 구비할 수 있다. 살균 장치는 물이 순환하는 노즐 또는 토출구에 배치되어 자외선을 조사할 수 있다. 이때, 살균 장치는 방수 구조를 포함할 수 있다.
경화 장치는 실시 예에 따른 반도체 소자를 구비하여 다양한 종류의 액체를 경화시킬 수 있다. 액체는 자외선이 조사되면 경화되는 다양한 물질을 모두 포함하는 최광의 개념일 수 있다. 예시적으로 경화장치는 다양한 종류의 레진을 경화시킬 수 있다. 또는 경화장치는 매니큐어와 같은 미용 제품을 경화시키는 데 적용될 수도 있다.
조명 장치는 기판과 실시 예의 반도체 소자를 포함하는 광원 모듈, 광원 모듈의 열을 발산시키는 방열부 및 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 광원 모듈로 제공하는 전원 제공부를 포함할 수 있다. 또한, 조명 장치는, 램프, 해드 램프, 또는 가로등 등을 포함할 수 있다.
표시 장치는 바텀 커버, 반사판, 발광 모듈, 도광판, 광학 시트, 디스플레이 패널, 화상 신호 출력 회로 및 컬러 필터를 포함할 수 있다. 바텀 커버, 반사판, 발광 모듈, 도광판 및 광학 시트는 백라이트 유닛(Backlight Unit)을 구성할 수 있다.
반사판은 바텀 커버 상에 배치되고, 발광 모듈은 광을 방출할 수 있다. 도광판은 반사판의 전방에 배치되어 발광 모듈에서 발산되는 빛을 전방으로 안내하고, 광학 시트는 프리즘 시트 등을 포함하여 이루어져 도광판의 전방에 배치될 수 있다. 디스플레이 패널은 광학 시트 전방에 배치되고, 화상 신호 출력 회로는 디스플레이 패널에 화상 신호를 공급하며, 컬러 필터는 디스플레이 패널의 전방에 배치될 수 있다.
반도체 소자는 표시장치의 백라이트 유닛으로 사용될 때 에지 타입의 백라이트 유닛으로 사용되거나 직하 타입의 백라이트 유닛으로 사용될 수 있다.
반도체 소자는 상술한 발광 다이오드 외에 레이저 다이오드일 수도 있다.
레이저 다이오드는, 발광소자와 동일하게, 상술한 구조의 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다. 그리고, p-형의 제1 도전형 반도체와 n-형의 제2 도전형 반도체를 접합시킨 뒤 전류를 흘러주었을 때 빛이 방출되는 electro-luminescence(전계발광) 현상을 이용하나, 방출되는 광의 방향성과 위상에서 차이점이 있다. 즉, 레이저 다이오드는 여기 방출(stimulated emission)이라는 현상과 보강간섭 현상 등을 이용하여 하나의 특정한 파장(단색광, monochromatic beam)을 가지는 빛이 동일한 위상을 가지고 동일한 방향으로 방출될 수 있으며, 이러한 특성으로 인하여 광통신이나 의료용 장비 및 반도체 공정 장비 등에 사용될 수 있다.
수광 소자로는 빛을 검출하여 그 강도를 전기 신호로 변환하는 일종의 트랜스듀서인 광 검출기(photodetector)를 예로 들 수 있다. 이러한 광 검출기로서, 광전지(실리콘, 셀렌), 광 출력전 소자(황화 카드뮴, 셀렌화 카드뮴), 포토 다이오드(예를 들어, visible blind spectral region이나 true blind spectral region에서 피크 파장을 갖는 PD), 포토 트랜지스터, 광전자 증배관, 광전관(진공, 가스 봉입), IR(Infra-Red) 검출기 등이 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
또한, 광검출기와 같은 반도체 소자는 일반적으로 광변환 효율이 우수한 직접 천이 반도체(direct bandgap semiconductor)를 이용하여 제작될 수 있다. 또는, 광검출기는 구조가 다양하여 가장 일반적인 구조로는 p-n 접합을 이용하는 pin형 광검출기와, 쇼트키접합(Schottky junction)을 이용하는 쇼트키형 광검출기와, MSM(Metal Semiconductor Metal)형 광검출기 등이 있다.
포토 다이오드(Photodiode)는 발광소자와 동일하게, 상술한 구조의 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있고, pn접합 또는 pin 구조로 이루어진다. 포토 다이오드는 역바이어스 혹은 제로바이어스를 가하여 동작하게 되며, 광이 포토 다이오드에 입사되면 전자와 정공이 생성되어 전류가 흐른다. 이때 전류의 크기는 포토 다이오드에 입사되는 광의 강도에 거의 비례할 수 있다.
광전지 또는 태양 전지(solar cell)는 포토 다이오드의 일종으로, 광을 전류로 변환할 수 있다. 태양 전지는, 발광소자와 동일하게, 상술한 구조의 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다.
또한, p-n 접합을 이용한 일반적인 다이오드의 정류 특성을 통하여 전자 회로의 정류기로 이용될 수도 있으며, 초고주파 회로에 적용되어 발진 회로 등에 적용될 수 있다.
또한, 상술한 반도체 소자는 반드시 반도체로만 구현되지 않으며 경우에 따라 금속 물질을 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 수광 소자와 같은 반도체 소자는 Ag, Al, Au, In, Ga, N, Zn, Se, P, 또는 As 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있으며, p형이나 n형 도펀트에 의해 도핑된 반도체 물질이나 진성 반도체 물질을 이용하여 구현될 수도 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되는 제2 도전형 반도체층, 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광 구조물;
    상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극; 및
    상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극; 을 포함하고,
    상기 제2 전극은 상기 발광 구조물의 하부에 배치되는 도전성 산화 전극, 상기 도전성 산화 전극과 전기적으로 연결되는 도전층, 및 상기 도전성 산화 전극과 상기 도전층 사이에 배치되고 상기 도전성 산화 전극의 하면과 측면을 감싸는 확산 방지 전극을 포함하고,
    상기 도전성 산화 전극의 상면 및 상기 확산 방지 전극의 상면은 동일 평면 상에 배치된 반도체 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 산화 전극의 상면 및 상기 확산 방지 전극의 상면은 상기 제2 도전형 반도체층의 하부면에 접촉하는 반도체 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 산화 전극이 상기 발광 구조물의 하부와 접촉하는 면적은 상기 확산 방지 전극이 상기 발광 구조물의 하부와 접촉하는 면적의 30% 내지 50%인 반도체 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 산화 전극이 상기 발광 구조물의 하부와 접촉하는 면적은 상기 도전층이 상기 발광 구조물의 하부와 마주보는 면적의 10% 내지 30%인 반도체 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 발광 구조물은 상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 활성층을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층의 일부 영역까지 형성되는 복수 개의 리세스를 포함하고,
    상기 제1전극은 상기 복수 개의 리세스 내에 배치되어 상기 제1 도전형 반도체층과 접촉하는 복수 개의 컨택전극을 포함하는 반도체 소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수 개의 컨택전극이 상기 제1 도전형 반도체층과 접촉하는 면적은 상기 도전성 산화 전극이 상기 발광 구조물의 하부와 접촉하는 면적의 70% 내지 90%인 반도체 소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 확산 방지 전극이 상기 발광 구조물의 하부와 접촉하는 면적은 상기 복수 개의 리세스의 면적의 57% 내지 77%인 반도체 소자.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 도전성 산화 전극은 리세스 사이에 복수 개로 배치되고,
    상기 복수 개의 도전성 산화 전극의 직경은 상기 리세스의 직경보다 작은 반도체 소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수 개의 도전성 산화 전극의 직경은 상기 리세스의 직경의 15% 내지 40%인 반도체 소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 확산 방지 전극의 직경은 상기 리세스의 직경의 28% 내지 48%인 반도체 소자.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 도전성 산화 전극은 상기 복수 개의 리세스에 배치되는 복수 개의 라인을 포함하는 반도체 소자.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 산화 전극은 복수 개의 제1캐비티를 포함하고,
    상기 복수 개의 제1전극은 평면(Top view)상에서 상기 복수 개의 제1캐비티에 각각 배치되는 반도체 소자.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수 개의 제1캐비티는 다각 형상인 반도체 소자.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 확산 방지 전극은 평면(Top view)상에서 상기 복수 개의 제1캐비티의 내부에 배치되는 복수 개의 제2캐비티를 포함하는 반도체 소자.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 확산 방지 전극의 깁스 에너지와 상기 도전성 산화 전극의 깁스 에너지(Gibbs energy)의 차이는 양수인 반도체 소자.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 확산 방지 전극은 Ni, Cr, Rh, Co, Au, Pt, Ti 중 적어도 하나를 포함하는 반도체 소자.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 확산 방지 전극은 상기 도전성 산화 전극과 상기 도전층 사이에 배치되는 제2 방지 전극, 및 상기 도전성 산화 전극과 상기 제2 방지 전극 사이에 배치되는 제1 방지 전극을 포함하는 반도체 소자.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 발광 구조물의 하부와 상기 도전층 사이에 배치되는 중간층을 포함하고,
    상기 중간층의 두께는 상기 제1 방지 전극의 두께보다 얇고,
    상기 중간층과 상기 제1 방지 전극은 동일한 조성을 갖는 반도체 소자.
  19. 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하고, 상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 활성층을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층의 일부 영역까지 배치되는 복수의 리세스를 포함하는 발광 구조물;
    상기 복수의 리세스 내에서 상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 전극; 및
    상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 포함하고,
    상기 제2 전극은, 상기 복수의 리세스와 수직으로 중첩되는 관통홀을 포함하는 도전층, 상기 도전층과 상기 발광 구조물 사이에 배치되는 도전성 산화 전극, 및 상기 도전성 산화 전극과 상기 도전층 사이에 배치되는 확산 방지층을 포함하고,
    상기 도전층은 상기 발광 구조물에서 상기 확산 방지층을 향하여 오목한 홈을 포함하고,
    상기 도전성 산화 전극, 및 상기 확산 방지층은 상기 홈 내에 배치되는 발광 소자.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 도전성 산화 전극은 상기 발광 구조물과 가장 인접한 제1면을 포함하고,
    상기 확산 방치층은 상기 발광 구조물과 가장 인접한 제2면을 포함하고,
    상기 제1면과 상기 제2면은 동일 평면상에 배치되는 발광 소자.
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