(57)【要約】      （修正有）【課題】光出力が向上した発光素子を提供する。【解決手段】第１導電型半導体層１２４、第２導電型半導体層１２７、および前記第１導電型半導体層と第２導電型半導体層の間に配置される活性層１２６を含む半導体構造物１２０Ａを含み、活性層は複数個の障壁層と井戸層を含み、第２導電型半導体層は第２−２導電型半導体層１２７ｂ、および第２−２導電型半導体層上に配置される第２−１導電型半導体層１２７ａを含み、障壁層、井戸層、第２−２導電型半導体層、および第２−１導電型半導体層はＡｌＧａＮを含み、第２−２導電型半導体層のアルミニウムの組成は井戸層のアルミニウムの組成より高く、第２−１導電型半導体層のアルミニウムの組成は井戸層のアルミニウムの組成より低い【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型半導体層、
第２導電型半導体層、および
前記第１導電型半導体層と第２導電型半導体層の間に配置される活性層を含む半導体構造物を含み、
前記活性層は複数個の障壁層と井戸層を含み、
前記第２導電型半導体層は第２−２導電型半導体層、および前記第２−２導電型半導体層上に配置される第２−１導電型半導体層を含み、
前記障壁層、井戸層、第２−２導電型半導体層、および第２−１導電型半導体層はアルミニウムを含み、
前記第２−２導電型半導体層のアルミニウムの組成は前記井戸層のアルミニウムの組成より高く、
前記第２−１導電型半導体層のアルミニウムの組成は前記井戸層のアルミニウムの組成より低く、
前記第２−１導電型半導体層のアルミニウムの組成は前記活性層から遠くなるほど第１傾きに沿って減少し、
前記第２−２導電型半導体層のアルミニウムの組成は前記活性層から遠くなるほど第２傾きに沿って減少し、
前記第１傾きは前記第２傾きより大きい、半導体素子。
【請求項２】
前記第２−1導電型半導体層のアルミニウムの組成は前記活性層から遠くなるほど小さくなる、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
前記第２−２導電型半導体層のアルミニウムの組成は前記活性層から遠くなるほど小さくなる、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項４】
前記活性層紫外線波長帯の光を出射する、請求項1に記載の半導体素子。
【請求項５】
前記第２−２導電型半導体層のアルミニウムの組成は４０％より大きく、８０％より小さい、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項６】
前記第２−２導電型半導体層の厚さは１０ｎｍより大きく、２００ｎｍより小さい、請求項５に記載の半導体素子。
【請求項７】
前記第２−１導電型半導体層のアルミニウムの組成は１％より大きく、５０％より小さい、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項８】
前記第２−１導電型半導体層の厚さは１ｎｍより大きく、３０ｎｍより小さい、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項９】
前記第２−１導電型半導体層の厚さは前記第２−２導電型半導体層の厚さより小さい、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項１０】
前記半導体構造物は前記第２導電型半導体層と活性層を貫通して前記第１導電型半導体層の一部の領域まで配置される複数個のリセスを含む、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項１１】
前記複数個のリセスの内部に配置されて前記第１導電型半導体層と電気的に連結される連結電極を含む第１導電層を含む、請求項１０に記載の半導体素子。
【請求項１２】
前記第１導電型半導体層と連結電極の間に配置される第１電極、および
前記第２−１導電型半導体層と電気的に連結される第２電極を含む、請求項１１に記載の半導体素子。
【請求項１３】
前記第２−１導電型半導体層は前記第２電極と接触する表面層を含み、
前記表面層のアルミニウムの組成は１％〜２０％である、請求項１２に記載の半導体素子。
【請求項１４】
前記第２導電型半導体層上に配置される第３導電型半導体層を含み、
前記第３導電型半導体層のアルミニウムの組成は前記井戸層のアルミニウムの組成より低く、
前記第１、第３導電型半導体層はｎ型ドーパントを含み、
前記第２導電型半導体層はｐ型ドーパントを含む、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項１５】
前記第３導電型半導体層のアルミニウムの組成は１％より大きく、６０％より小さい、請求項１４に記載の半導体素子。
【請求項１６】
前記第３導電型半導体層の厚さは１０ｎｍより小さい、請求項１５に記載の半導体素子。
【請求項１７】
前記第２導電型半導体層と前記第２導電型半導体層のアルミニウムの組成は前記活性層から遠くなるほど低くなる、請求項１６に記載の半導体素子。
【請求項１８】
前記第３導電型半導体層の厚さは前記第２導電型半導体層の厚さより小さい、請求項１４に記載の半導体素子。
【請求項１９】
前記第３導電型半導体層と接触する第２電極を含み、
前記第２電極はＩＴＯを含む、請求項１４に記載の半導体素子。
【請求項２０】
本体；および
前記本体に配置される請求項１〜請求項１９のいずれか一項に記載された半導体素子を含む、半導体素子パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施例は半導体素子およびこれを含む半導体素子パッケージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ、ＡｌＧａＮなどの化合物を含む半導体素子は、調整が容易で広いバンドギャップエネルギーを有するなどの多くの長所を有するため、発光素子、受光素子および各種ダイオードなどに多様に使われ得る。
【０００３】
特に、半導体の３−５族または２−６族化合物半導体物質を利用した発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）やレーザーダイオード（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）のような発光素子は、薄膜成長技術および素子材料の開発により、赤色、緑色、青色および紫外線などの多様な色を具現することができ、蛍光物質を利用したり色を組み合わせることによって効率の良い白色光線も具現が可能であり、蛍光灯、白熱灯などの既存の光源と比べて低消費電力、半永久的な寿命、速い応答速度、安全性、環境親和性の長所を有する。
【０００４】
それだけでなく、光検出器や太陽電池のような受光素子も半導体の３−５族または２−６族化合物半導体物質を利用して製作する場合、素子材料の開発で多様な波長領域の光を吸収して光電流を生成することによって、ガンマ線からラジオ波長領域までの多様な波長領域の光を利用することができる。また、速い応答速度、安全性、環境親和性および素子材料の容易な調節の長所を有するため、電力制御または超高周波回路や通信用モジュールにも容易に利用することができる。
【０００５】
したがって、半導体素子は光通信手段の送信モジュール、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）表示装置のバックライトを構成する冷陰極管（ＣＣＦＬ：Ｃｏｌｄ  Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  Ｌａｍｐ）を代替できる発光ダイオードバックライト、蛍光灯や白熱電球を代替できる白色発光ダイオード照明装置、自動車ヘッドライトおよび信号灯およびＧａｓや火災を感知するセンサなどにまで応用が拡大している。また、半導体素子は高周波応用回路やその他の電力制御装置、通信用モジュールにまで応用が拡大され得る。
【０００６】
特に、紫外線波長領域の光を放出する発光素子は硬化作用や殺菌作用を有するので、硬化用、医療用、および殺菌用で使われ得る。
【０００７】
最近紫外線発光素子に対する研究が活発であるが、紫外線発光素子は垂直型に具現し難い問題が依然として残っており、基板を分離する過程において結晶性が低下する問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
実施例は垂直型紫外線発光素子を提供する。
【０００９】
また、光出力が向上した発光素子を提供する。
【００１０】
実施例で解決しようとする課題はこれに限定されず、下記で説明する課題の解決手段や実施形態から把握され得る目的や効果も含まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一実施例に係る半導体素子は、第１導電型半導体層、第２導電型半導体層、および前記第１導電型半導体層と第２導電型半導体層の間に配置される活性層を含む半導体構造物を含み、前記活性層は複数個の障壁層と井戸層を含み、前記第２導電型半導体層は第２−２導電型半導体層、および前記第２−２導電型半導体層上に配置される第２−１導電型半導体層を含み、前記障壁層、井戸層、第２−２導電型半導体層、および第２−１導電型半導体層はＡｌＧａＮを含み、前記第２−２導電型半導体層のアルミニウムの組成は前記井戸層のアルミニウムの組成より高く、前記第２−１導電型半導体層のアルミニウムの組成は前記井戸層のアルミニウムの組成より低くてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
実施例によれば、垂直型紫外線発光素子を製造することができる。
【００１３】
また、半導体素子内で光吸収を抑制して光出力を向上させることができる。
【００１４】
また、ＧａＮ薄膜がなくても第２導電型半導体層と第２電極の接触抵抗を低くすることができる。
【００１５】
本発明の多様かつ有益な長所と効果は前述した内容に限定されず、本発明の具体的な実施形態を説明する過程でより容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施例に係る半導体構造物の概念図。
【図２】本発明の第１実施例に係る半導体構造物のアルミニウムの組成を示すグラフ。
【図３ａ】本発明の第２実施例に係る半導体構造物の概念図。
【図３ｂ】本発明の第２実施例に係る半導体構造物のアルミニウムの組成を示すグラフ。
【図４】本発明の第１実施例に係る半導体素子の概念図。
【図５】本発明の第２実施例に係る半導体素子の概念図。
【図６ａ】本発明の実施例に係る半導体素子の平面図。
【図６ｂ】本発明の実施例に係る半導体素子の平面図。
【図７】基板上に成長した半導体構造物の概念図。
【図８】基板を分離する過程を説明するための図面。
【図９】半導体構造物を食刻する過程を説明するための図面。
【図１０】製造された半導体素子を示す図面。
【図１１】本発明の第３実施例に係る半導体構造物の概念図。
【図１２】本発明の第３実施例に係る半導体構造物のアルミニウムの組成を示すグラフ。
【図１３】本発明の第３実施例に係る半導体構造物のアルミニウム強度変化を見せるＳＩＭＳグラフ。
【図１４】図１３の一部拡大図。
【図１５】本発明の第３実施例に係る半導体構造物の写真。
【図１６】図１の第２導電型半導体層の概念図。
【図１７】本発明の第３実施例に係る第２導電型半導体層の表面を測定したＡＦＭデータ。
【図１８】ＧａＮ薄膜の表面を測定したＡＦＭデータ。
【図１９】高速成長させたＰ−ＡｌＧａＮ層の表面を測定したＡＦＭデータ。
【図２０】本発明の第３実施例に係る半導体素子の概念図。
【図２１ａ】図２０の平面図。
【図２１ｂ】図２０のＡ部分拡大図。
【図２２】第２導電型半導体層と第２電極の間の界面を例示した平面図。
【図２３】本発明の一実施例に係る半導体素子パッケージの概念図。
【図２４】本発明の一実施例に係る半導体素子パッケージの平面図。
【図２５】図２４の変形例を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本実施例は他の形態に変形または多様な実施例が互いに組合わせられ得、本発明の範囲は下記で説明するそれぞれの実施例に限定されるものではない。
【００１８】
特定実施例で説明された事項が他の実施例で説明されていなくても、他の実施例でその事項と反対または矛盾する説明がない限り、他の実施例に関連した説明と理解され得る。
【００１９】
例えば、特定実施例において構成Ａに対する特徴を説明し、他の実施例において構成Ｂに対する特徴を説明したのであれば、構成Ａと構成Ｂが結合された実施例が明示して記載されていないとしても、反対または矛盾する説明がない限り、本発明の技術的範囲に属するものと理解されるべきである。
【００２０】
実施例の説明において、いずれか一つの要素（ｅｌｅｍｅｎｔ）が他の要素（ｅｌｅｍｅｎｔ）の「上または下（ｏｎ  ｏｒ  ｕｎｄｅｒ）」に形成されると記載される場合において、上または下（ｏｎ  ｏｒ  ｕｎｄｅｒ）は、二つの要素（ｅｌｅｍｅｎｔ）が互いに直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）接触するか一つ以上の他の要素（ｅｌｅｍｅｎｔ）が前記二つの要素（ｅｌｅｍｅｎｔ）の間に配置されて（ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ）形成されることをすべて含む。また「上または下（ｏｎ  ｏｒ  ｕｎｄｅｒ）」と表現される場合、一つの要素（ｅｌｅｍｅｎｔ）を基準として上側方向だけでなく下側方向の意味も含み得る。
【００２１】
以下、添付した図面を参照して本発明の実施例について、本発明が属する技術分野で通常の知識を有した者が容易に実施できるように詳細に説明する。
【００２２】
本発明の実施例に係る半導体構造物は紫外線波長帯の光を出力することができる。例示的に半導体構造物は近紫外線波長帯の光（ＵＶ−Ａ）を出力することもでき、遠紫外線波長帯の光（ＵＶ−Ｂ）を出力することもでき、深紫外線波長帯の光（ＵＶ−Ｃ）を出力することもできる。波長範囲は半導体構造物のＡｌの組成比によって決定され得る。
【００２３】
例示的に、近紫外線波長帯の光（ＵＶ−Ａ）は３２０ｎｍ〜４２０ｎｍ範囲の波長を有することができ、遠紫外線波長帯の光（ＵＶ−Ｂ）は２８０ｎｍ〜３２０ｎｍ範囲の波長を有することができ、深紫外線波長帯の光（ＵＶ−Ｃ）は１００ｎｍ〜２８０ｎｍ範囲の波長を有することができる。
【００２４】
図１は本発明の一実施例に係る半導体構造物の概念図であり、図２は本発明の一実施例に係る半導体構造物のアルミニウムの組成を示すグラフである。
【００２５】
図１を参照すれば、実施例に係る半導体素子は第１導電型半導体層１２４、第２導電型半導体層１２７、および第１導電型半導体層１２４と第２導電型半導体層１２７の間に配置される活性層１２６を含む半導体構造物１２０Ａを含む。
【００２６】
第１導電型半導体層１２４は、ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族などの化合物半導体で具現され得、第１ドーパントがドーピングされ得る。第１導電型半導体層１２４は、Ｉｎｘ１Ａｌｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ｎ（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｘ１＋ｙ１≦１）の組成式を有する半導体材料、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮなどから選択され得る。そして、第１ドーパントは、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅのようなｎ型ドーパントであり得る。第１ドーパントがｎ型ドーパントである場合、第１ドーパントがドーピングされた第１導電型半導体層１２４はｎ型半導体層であり得る。
【００２７】
活性層１２６は第１導電型半導体層１２４と第２導電型半導体層１２７の間に配置される。活性層１２６は、第１導電型半導体層１２４を通じて注入される電子（または正孔）と第２導電型半導体層１２７を通じて注入される正孔（または電子）が会う層である。活性層１２６は電子と正孔が再結合することによって低いエネルギー準位に遷移し、紫外線波長を有する光を生成することができる。
【００２８】
活性層１２６は、単一井戸構造、多重井戸構造、単一量子井戸構造、多重量子井戸（Ｍｕｌｔｉ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ；ＭＱＷ）構造、量子ドット構造または量子細線構造のうちいずれか一つの構造を有することができ、活性層１２６の構造はこれに限定されない。また、活性層１２６は井戸層１２６ｂと障壁層１２６ａを含むことができ、障壁層１２６ａのエネルギーバンドギャップの大きさは井戸層１２６ｂのエネルギーバンドギャップの大きさより大きくてもよい。
【００２９】
第２導電型半導体層１２７は活性層１２６上に形成され、ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族などの化合物半導体で具現され得、第２導電型半導体層１２７に第２ドーパントがドーピングされ得る。第２導電型半導体層１２７は、Ｉｎｘ５Ａｌｙ２Ｇａ１−ｘ５−ｙ２Ｎ（０≦ｘ５≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｘ５＋ｙ２≦１）の組成式を有する半導体物質またはＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰのうち選択された物質で形成され得る。第２ドーパントがＭｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどのようなｐ型ドーパントである場合、第２ドーパントがドーピングされた第２導電型半導体層１２７はｐ型半導体層であり得る。
【００３０】
第２導電型半導体層１２７はアルミニウムの組成が相対的に低い第２−１導電型半導体層１２７ａとアルミニウムの組成が高い第２−２導電型半導体層１２７ｂを含むことができる。
【００３１】
活性層１２６と第２導電型半導体層１２７の間には遮断層１２９が配置され得る。遮断層１２９は第１導電型半導体層１２４から活性層１２６に供給された第１キャリアが第２導電型半導体層１２７に抜け出る流れを遮断することによって、活性層１２６内で第１キャリアと第２キャリアが再結合する確率を高めることができる。遮断層１２９のエネルギーバンドギャップは活性層１２６および／または第２導電型半導体層１２７のエネルギーバンドギャップより大きくてもよい。
【００３２】
遮断層１２９は、Ｉｎｘ１Ａｌｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ｎ（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｘ１＋ｙ１≦１）の組成式を有する半導体材料、例えばＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮなどから選択され得るが、これに限定されない。遮断層１２９はアルミニウムの組成が高い第１層１２９ｂとアルミニウムの組成が低い第２層１２９ａが交互に配置され得る。
【００３３】
図２を参照すれば、第１導電型半導体層、障壁層１２６ｂ、井戸層１２６ａ、第２−２導電型半導体層１２７ｂ、および第２−１導電型半導体層１２７ａはすべてアルミニウムを含むＧａＮ基盤の半導体であり得る。
【００３４】
第１導電型半導体層１２４、障壁層１２６ｂ、井戸層１２６ａ、第２−２導電型半導体層１２７ｂ、および第２−１導電型半導体層１２７ａはＡｌＧａＮであり得るが、必ずしもこれに限定されるものではない。
【００３５】
第２−２導電型半導体層１２７ｂの厚さは１０ｎｍより大きく、２００ｎｍより小さくてもよい。第２−２導電型半導体層１２７ｂの厚さが１０ｎｍより小さい場合、第２−２導電型半導体層１２７ｂ内に電流が均一に広がることが困難であり得、半導体素子上面の面積に電流が均一に注入されることが困難であり得る。また、第２−２導電型半導体層１２７ｂの厚さが２００ｎｍより大きい場合、抵抗が増加して活性層１２６に注入される電流注入効率が低下され得る。
【００３６】
第２−２導電型半導体層１２７ｂのアルミニウムの組成は井戸層１２６ａのアルミニウムの組成より高くてもよい。紫外線光を生成するために井戸層１２６ａのアルミニウムの組成は約３０％〜５０％であり得る。仮に、第２−２導電型半導体層１２７ｂのアルミニウムの組成が井戸層１２６ａのアルミニウムの組成より低い場合、第２−２導電型半導体層１２７ｂが光を吸収するので光抽出効率が低下する可能性がある。
【００３７】
第２−２導電型半導体層１２７ｂのアルミニウムの組成は４０％以上８０％以下であり得る。第２−２導電型半導体層１２７ｂのアルミニウムの組成が４０％以上である場合、光を吸収する問題を改善することができ、８０％以下である場合には電流注入効率が悪化する問題を改善することができる。例示的に、井戸層１２６ａのアルミニウムの組成が３０％である場合、第２−２導電型半導体層１２７ｂの平均アルミニウムの組成は４０％であり得る。
【００３８】
第２−１導電型半導体層１２７ａのアルミニウムの組成は井戸層１２６ａのアルミニウムの組成より低くてもよい。第２−１導電型半導体層１２７ａのアルミニウムの組成が井戸層１２６ａのアルミニウムの組成より高い場合、ｐ−オーミック電極の間の抵抗が高くなって十分なオーミック連結がなされず、電流注入効率が低下する問題がある。
【００３９】
第２−１導電型半導体層１２７ａのアルミニウムの組成は１％より大きく、５０％より小さくてもよい。５０％より大きい場合、ｐオーミック電極と十分なオーミック連結がなされない可能性があり、組成が１％より小さい場合、ほとんどＧａＮ組成に近くなって光を吸収する問題がある。
【００４０】
第２−１導電型半導体層１２７ａの厚さは１ｎｍより大きく、３０ｎｍより小さくてもよい。前述した通り、第２−１導電型半導体層１２７ａはオーミック連結のためにアルミニウムの組成が低いので紫外線光を吸収することができる。したがって、できるだけ第２−１導電型半導体層１２７ａの厚さを薄く制御することが光出力の観点で有利であり得る。
【００４１】
しかし、第２−１導電型半導体層１２７ａの厚さが１ｎｍ以下に制御される場合、一部の区間は第２−１導電型半導体層１２７ａが配置されず、第２−２導電型半導体層１２７ｂが半導体構造物１２０の外部に露出する領域が発生する可能性がある。したがって、半導体素子に注入する電流の注入効率が低下され得、半導体素子の動作電圧が上昇され得る。また、厚さが３０ｎｍより大きい場合、吸収する光量が過度に大きくなり、光出力効率が減少され得る。
【００４２】
第２−１導電型半導体層１２７ａは表面層１２７ａ−２と調節層１２７ａ−１を含むことができる。表面層１２７ａ−２はｐ−オーミック電極と接触する領域であり得、調節層１２７ａ−１はアルミニウムの組成を調節する領域であり得る。
【００４３】
表面層１２７ａ−２はアルミニウムの組成が１％より大きく、２０％より小さくてもよい。
【００４４】
アルミニウムの組成が１％以上である場合、表面層１２７ａ−２で光吸収収率過度に高くなる問題を解決することができ、アルミニウムの組成が２０％以下である場合、第２電極（ｐ−オーミック電極）の接触抵抗が高くなって電流注入効率が低下する問題を改善することができる。
【００４５】
しかし、必ずしもこれに限定されるものではなく、表面層１２７ａ−２のアルミニウムの組成は電流注入特性と光吸収率を考慮して調節してもよい。または製品に要求される光出力にしたがって調節することもできる。
【００４６】
例えば、半導体素子が適用される分野の製品で電流注入特性が光吸収率よりも重要な場合、表面層１２７ａ−２のアルミニウムの組成比を１％〜１０％に調節することができる。また、半導体素子が適用される分野の製品で光出力特性が電気的特性よりも重要な製品の場合、表面層１２７ａ−２のアルミニウムの組成比を１０％〜２０％に調節することもできる。
【００４７】
表面層１２７ａ−２のアルミニウムの組成比が１％より大きく、２０％より小さい場合、表面層１２７ａ−２と第２電極の間の抵抗が減少するので動作電圧を低くすることができる。したがって、電気的特性が向上され得る。表面層１２７ａ−２の厚さは１ｎｍより大きく、１０ｎｍより小さく形成され得る。したがって、光吸収問題を改善することができる。
【００４８】
第２−１導電型半導体層１２７ａの厚さは第２−２導電型半導体層１２７ｂの厚さより小さくてもよい。第２−１導電型半導体層１２７ａと第２−２導電型半導体層１２７ｂの厚さ比は、１：１．５〜１：２０であり得る。厚さ比が１：１．５以上である場合（例：１：１．６）、第２−２導電型半導体層１２７ｂの十分な厚さを確保して電流注入効率を改善することができる。また、厚さ比が１：２０以下である場合には、第２−１導電型半導体層１２７ａの厚さが過度に薄くなってオーミック信頼性が低下する問題を改善することができる。
【００４９】
第２−２導電型半導体層１２７ｂのアルミニウムの組成は活性層１２６から遠くなるほど第２傾き（Ｌ２）を有して小さくなり得る。また、第２−１導電型半導体層１２７ａのアルミニウムの組成は活性層１２６から遠くなるほど第１傾き（Ｌ１）を有して小さくなり得る。したがって、表面層１２７ａ−２のアルミニウムの組成は１％〜２０％を満足することができる。
【００５０】
しかし、必ずしもこれに限定されるものではなく、第２−２導電型半導体層１２７ｂと第２−１導電型半導体層１２７ａのアルミニウムの組成は連続的に減少するのではなく一定区間において減少のない区間を含むこともできる。
【００５１】
この時、第２−１導電型半導体層１２７ａのアルミニウム減少幅は第２−２導電型半導体層１２７ｂのアルミニウム減少幅より大きくてもよい。すなわち、第１傾き（Ｌ１）は第２傾き（Ｌ２）より大きくてもよい。ここで、傾きは半導体層の厚さとアルミニウムの減少幅により決まってもよい。
【００５２】
第２−２導電型半導体層１２７ｂは第２−１導電型半導体層１２７ａより厚い反面、アルミニウムの組成変化は相対的に小さいので、第２傾き（Ｌ２）が相対的に緩やかであり得る。
【００５３】
しかし、第２−１導電型半導体層１２７ａは薄厚でアルミニウムの組成変化幅が大きいので、第１傾き（Ｌ１）が相対的に大きくてもよい。
【００５４】
図３ａは本発明の他の実施例に係る半導体構造物の概念図であり、図３ｂは本発明の他の実施例に係るアルミニウムの組成を示すグラフである。
【００５５】
図３ａおよび図３ｂを参照すれば、実施例に係る半導体素子は、第１導電型半導体層１２４、第２導電型半導体層１２７、第１導電型半導体層１２４と第２導電型半導体層１２７の間に配置される活性層１２６、および第２導電型半導体層１２７上に配置される第３導電型半導体層１２４−１を含む半導体構造物１２０Ｂを含む。
【００５６】
第２導電型半導体層１２７の厚さは２０ｎｍより大きく、２００ｎｍより小さくてもよい。第２導電型半導体層１２７の厚さが２０ｎｍより小さい場合、抵抗が増加して電流注入効率が低下され得る。また、第２導電型半導体層１２７の厚さが２００ｎｍより大きい場合、第２導電型半導体層１２７の厚さが過度に厚くなって結晶性が悪化され得、活性層１２６から放出された光が吸収される確率が高くなる。
【００５７】
第２導電型半導体層１２７のアルミニウムの組成は４０％より大きく、８０％より小さくてもよい。第２導電型半導体層１２７のアルミニウムの組成が４０％より小さい場合、光を吸収する問題があり、８０％より大きい場合には結晶性が悪く電流注入効率が不十分な問題がある。
【００５８】
第３導電型半導体層１２４−１はアルミニウムの組成が１％より大きく、６０％より小さくてもよい。第３導電型半導体層１２４−１はｎ型ドーパントがドーピングされ得、第１導電型半導体層１２４と同じ極性を有することができる。例えば、第１および第３導電型半導体層１２４、１２４−１はｎ−ＡｌＧａＮであり得る。この時、第２導電型半導体層１２７はｐ型ドーパントがドーピングされたＰ−ＡｌＧａＮであり得る。
【００５９】
第３導電型半導体層１２４−１と第２電極（ＩＴＯ）間の電気的特性は第２導電型半導体層１２７と第２電極（ＩＴＯ）の間の電気的特性と比べて優秀であるので、アルミニウムの組成を井戸層１２６ａより相対的に高く制御することもできる。したがって、吸収される光が減少して光出力が向上され得る。
【００６０】
第３導電型半導体層１２４−１の厚さは１０ｎｍより小さくてもよい。第３導電型半導体層１２４−１の厚さが１０ｎｍより大きい場合、トンネル効果が弱くなる問題がある。したがって、第２キャリアが第２導電型半導体層１２７を通じて活性層１２６に注入される注入効率が低下され得る。したがって、第３導電型半導体層１２４−１の厚さは第２導電型半導体層１２７より小さくてもよい。
【００６１】
図４は本発明の一実施例に係る半導体素子の概念図である。
【００６２】
図４を参照すれば、半導体構造物１２０の構造は図１と図２で説明した構造がそのまま適用され得る。リセス１２８は第２導電型半導体層１２７の底面から、活性層１２６を貫通して第１導電型半導体層１２４の一部の領域まで配置され得る。
【００６３】
第１導電層１６５はリセス１２８内に配置されて第１導電型半導体層１２４と電気的に連結される連結電極１６７を含む。連結電極１６７と第１導電型半導体層１２４の間には第１電極１４２が配置され得る。第１電極１４２はオーミック電極であり得る。
【００６４】
第１リセス１２８の上面から半導体構造物の上面までの距離が１μｍ〜４μｍになるように配置することができる。半導体構造物の上面と第１リセス１２８の上面が１μｍ未満の場合、発光素子の信頼性が低下され得、４μｍ超過の場合、半導体構造物の内部に配置される結晶欠陥などによって光抽出効率が低下され得る。
【００６５】
第２導電層１５０は第２−１導電型半導体層の下部面に配置されて電気的に連結され得る。第２導電層１５０は複数個の連結電極１６７の間の領域に配置され得る。第２導電層１５０は一領域が露出して第２電極パッド１６６と電気的に連結され得る。
【００６６】
第２電極２４６は第２導電層１５０と第２−１導電型半導体層１２７ａの間に配置されて電気的に連結され得る。第２−１導電型半導体層１２７ａの表面層はアルミニウムの組成が相対的に低いのでオーミック連結が容易であり得る。また、第２−１導電型半導体層１２７ａは厚さが１ｎｍより大きく、３０ｎｍより小さいので光吸収量が少なくてもよい。
【００６７】
第１導電層１６５と第２導電層１５０は透明伝導性酸化膜（Ｔｒａｎｐａｒｅｎｔ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｏｘｉｄｅ；ＴＣＯ）で形成され得る。透明伝導性酸化膜は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）、ＡＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）、ＡＧＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｇａｌｌｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＩＡＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）、ＩＧＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｇａｌｌｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）、ＩＧＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｇａｌｌｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＡＴＯ（Ａｎｔｉｍｏｎｙ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＧＺＯ（Ｇａｌｌｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯＮ（ＩＺＯ  Ｎｉｔｒｉｄｅ）、ＺｎＯ、ＩｒＯｘ、ＲｕＯｘおよびＮｉＯなどから選択され得る。
【００６８】
第１導電層１６５と第２導電層１５０は、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｆなどのような不透明金属を含むこともできる。また、第１導電層１６５は透明伝導性酸化膜と不透明金属が混合された一つまたは複数個の層で形成され得、これに限定されない。
【００６９】
絶縁層１３０はＳｉＯ２、ＳｉｘＯｙ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉｘＮｙ、ＳｉＯｘＮｙ、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＡｌＮなどからなる群から少なくとも一つが選択されて形成され得、これに限定されない。絶縁層１３０は連結電極１６７を活性層１２６、および第２導電型半導体層１２７と電気的に絶縁することができる。
【００７０】
図５は本発明の他の実施例に係る半導体素子の概念図である。
【００７１】
図５の半導体構造物１２０は図１または図３で説明した半導体構造物１２０の構成がそのまま適用され得る。図５では例示的に図１の構造による半導体構造物１２０Ａを図示した。
【００７２】
第１電極１４２はリセス１２８の上面に配置されて第１導電型半導体層１２４と電気的に連結され得る。第２電極２４６は第２導電型半導体層１２７の下部に形成され得る。
【００７３】
第２電極２４６は第２−１導電型半導体層と接触して電気的に連結され得る。
【００７４】
第２電極２４６と接触する第２−１導電型半導体層１２７ａはアルミニウムの組成が１％〜２０％であるので、第２電極２４６とオーミック連結が容易であり得る。また、第２−１導電型半導体層１２７ａは厚さが１ｎｍより大きく、３０ｎｍより小さいので光吸収量が少なくてもよい。
【００７５】
第１電極１４２と第２電極２４６はオーミック電極であり得る。第１電極１４２と第２電極２４６は、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ  ｚｉｎｃ  ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ  ｚｉｎｃ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）、ＩＡＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ  ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｚｉｎｃ  ｏｘｉｄｅ）、ＩＧＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ  ｇａｌｌｉｕｍ  ｚｉｎｃ  ｏｘｉｄｅ）、ＩＧＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ  ｇａｌｌｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）、ＡＺＯ（ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｚｉｎｃ  ｏｘｉｄｅ）、ＡＴＯ（ａｎｔｉｍｏｎｙ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）、ＧＺＯ（ｇａｌｌｉｕｍ  ｚｉｎｃ  ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯＮ（ＩＺＯ  Ｎｉｔｒｉｄｅ）、ＡＧＺＯ（Ａｌ−Ｇａ  ＺｎＯ）、ＩＧＺＯ（Ｉｎ−Ｇａ  ＺｎＯ）、ＺｎＯ、ＩｒＯｘ、ＲｕＯｘ、ＮｉＯ、ＲｕＯｘ／ＩＴＯ、Ｎｉ／ＩｒＯｘ／Ａｕ、またはＮｉ／ＩｒＯｘ／Ａｕ／ＩＴＯ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｆのうち少なくとも一つを含んで形成されるが、このような材料に限定されない。
【００７６】
半導体素子の一側縁領域には第２電極パッド１６６が配置され得る。第２電極パッド１６６は第１絶縁層１３０とパッシベーション層１８０の一部の領域が除去された領域に配置されるので、中央の部分が陥没して上面が凹部と凸部を有することができる。上面の凹部にはワイヤー（図示されず）がボンディングされ得る。したがって、接着面積が広くなって第２電極パッド１６６とワイヤーがさらに堅固にボンディングされ得る。
【００７７】
第２電極パッド１６６は光を反射する作用ができるので、第２電極パッド１６６は半導体構造物１２０と近いほど光抽出効率が向上され得る。
【００７８】
第２電極パッド１６６凸部の高さは活性層１２６より高くてもよい。したがって第２電極パッド１６６は活性層１２６から素子の水平方向に放出される光を上部に反射して光抽出効率を向上させ、指向角を制御することができる。
【００７９】
第２電極パッド１６６の下部で第１絶縁層１３１が一部オープンされて第２導電層１５０と第２電極２４６が電気的に連結され得る。パッシベーション層１８０は半導体構造物１２０の上部面と側面に形成され得る。パッシベーション層１８０は第２電極２４６と隣接した領域や第２電極２４６の下部で第１絶縁層１３１と接触することができる。
【００８０】
第１絶縁層１３１がオープンされて第２電極パッド１６６が第２導電層１５０と接触する部分の幅（ｄ２２）は、例えば４０μｍ〜９０μｍであり得る。４０μｍより小さいと動作電圧が上昇する問題があり、９０μｍより大きいと第２導電層１５０を外部に露出させないための工程マージンの確保が困難であり得る。第２導電層１５０が第２電極２４６の外側領域に露出すると、素子の信頼性が低下され得る。したがって、好ましくは、幅（ｄ２２）は第２電極パッド１６６の全体幅の６０％〜９５％であり得る。
【００８１】
第１絶縁層１３１は第１電極１４２を活性層１２６および第２導電型半導体層１２７と電気的に絶縁させることができる。また、第１絶縁層１３１は第２電極２４６と第２導電層１５０を第１導電層１６５と電気的に絶縁させることができる。
【００８２】
第１絶縁層１３１はＳｉＯ２、ＳｉｘＯｙ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉｘＮｙ、ＳｉＯｘＮｙ、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＡｌＮなどからなる群から少なくとも一つが選択されて形成され得るが、これに限定されない。第１絶縁層１３１は単層または多層に形成され得る。例示的に第１絶縁層１３１はＳｉ酸化物やＴｉ化合物を含む多層構造のＤＢＲ（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）でもよい。しかし、必ずしもこれに限定されるものではなく、第１絶縁層１３１は多様な反射構造を含むことができる。
【００８３】
第１絶縁層１３１が反射機能を有する場合、活性層１２６から側面に向けて放出される光を上向き反射させて光抽出効率を向上させることができる。後述するように、紫外線半導体素子ではリセス１２８の個数が多くなるほど光抽出効率はさらに有効的であり得る。
【００８４】
第２導電層１５０は第２電極２４６の下部に配置され得る。したがって、第２電極パッド１６６と、第２導電層１５０、および第２電極２４６は一つの電気的チャネルを形成することができる。
【００８５】
第２導電層１５０は第２電極２４６を完全に囲み、第１絶縁層１３１の側面と上面に接することができる。第２導電層１５０は第１絶縁層１３１との接着力が優秀な物質で構成され、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕなどの物質で構成される群から選択される少なくとも一つの物質およびこれらの合金から構成され得、単一層あるいは複数の層で構成され得る。
【００８６】
第２導電層１５０が第１絶縁層１３１の側面と上面と接する場合、第２電極２４６の熱的、電気的信頼性が向上され得る。また、第１絶縁層１３１と第２電極２４６の間に放出される光を上部に反射する反射機能を有することができる。
【００８７】
第２導電層１５０は第１絶縁層１３１と第２電極２４６の間に第２導電型半導体層が露出する領域である第２隔離領域にも配置され得る。第２導電層１５０は第２離隔領域で第２電極２４６の側面と上面および第１絶縁層１３１の側面と上面に接することができる。
【００８８】
また、第２離隔領域内で第２導電層１５０と第２導電型半導体層１２７が接してショットキー接合が形成される領域が配置され得、ショットキー接合を形成することによって電流分散が容易となり得る。
【００８９】
第２絶縁層１３２は第２電極２４６、第２導電層１５０を第１導電層１６５と電気的に絶縁させる。第１導電層１６５は第２絶縁層１３２を貫通して第１電極１４２と電気的に連結され得る。
【００９０】
半導体構造物１２０の下部面とリセス１２８の形状に沿って第１導電層１６５と接合層１６０が配置され得る。第１導電層１６５は反射率が優秀な物質で構成され得る。例示的に第１導電層１６５はアルミニウムを含むことができる。第１導電層１６５がアルミニウムを含む場合、活性層１２６から放出される光を上部に反射する役割をして光抽出効率を向上させることができる。
【００９１】
接合層１６０は導電性材料を含むことができる。例示的に接合層１６０は、金、錫、インジウム、アルミニウム、シリコン、銀、ニッケル、および銅で構成される群から選択される物質またはこれらの合金を含むことができる。
【００９２】
基板１７０は導電性物質で構成され得る。例示的に基板１７０は金属または半導体物質を含むことができる。基板１７０は電気伝導度および／または熱伝導度が優秀な金属であり得る。この場合、半導体素子の動作時に発生する熱を迅速に外部に放出することができる。
【００９３】
基板１７０はシリコン、モリブデン、シリコン、タングステン、銅およびアルミニウムで構成される群から選択される物質またはこれらの合金を含むことができる。
【００９４】
半導体構造物１２０の上面には凹凸が形成され得る。このような凹凸は半導体構造物１２０から出射する光の抽出効率を向上させることができる。凹凸は紫外線の波長によって平均高さが異なり得、ＵＶ−Ｃの場合、３００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の高さを有し、平均５００ｎｍ〜６００ｎｍ程度の高さを有する時に光抽出効率が向上され得る。
【００９５】
図６ａおよび図６ｂは本発明の実施例に係る半導体素子の平面図である。
【００９６】
半導体構造物１２０はＡｌの組成が高くなると、半導体構造物１２０内で電流拡散特性が低下され得る。また、活性層１２６はＧａＮ基盤の青色発光素子と比べて側面に放出する光量が増加され得る。（ＴＭモード）。このようなＴＭモードは紫外線半導体素子で発生され得る。
【００９７】
実施例によれば、紫外線領域の波長帯を発光するＧａＮ半導体は、電流拡散のために青色発光するＧａＮ半導体と比べて相対的に多い個数のリセス１２８を形成して第１電極１４２を配置することができる。
【００９８】
図６ａを参照すれば、Ａｌの組成が高くなると電流分散特性が悪化され得る。したがって、それぞれの第１電極１４２の隣接地点にのみ電流が分散し、距離の遠い地点では電流密度が急激に低下され得る。したがって、有効発光領域（Ｃ２）が狭くなり得る。有効発光領域（Ｃ２）は、電流密度が最も高い第１電極１４２付近地点での電流密度を基準として電流密度が４０％以下である境界地点までの領域と定義することができる。例えば、有効発光領域（Ｃ２）はリセス１２８の中心から５μｍ〜４０μｍの範囲で注入電流のレベル、Ａｌの組成によって調節され得る。
【００９９】
特に、隣り合う第１電極１４２の間である低電流密度領域（Ｃ３）は電流密度が低いため、発光にはほとんど寄与しない。したがって、実施例は電流密度の低い低電流密度領域（Ｃ３）に第１電極１４２をさらに配置して光出力を向上させることができる。
【０１００】
一般にＧａＮ半導体層の場合、相対的に電流分散特性が優秀であるので、リセス１２８および第１電極１４２の面積を最小化することが好ましい。リセス１２８と第１電極１４２の面積が大きくなるほど活性層１２６の面積が小さくなるからである。しかし、実施例の場合、Ａｌの組成が高くて電流拡散特性が青色光を発光する半導体素子と比べて相対的に落ちるので、活性層１２６の面積を犠牲にしても第１電極１４２の個数を増加させて低電流密度領域（Ｃ３）を減らすことが好ましい。
【０１０１】
図６ｂを参照すれば、リセス１２８の個数が４８個の場合には、リセス１２８が横縦方向に一直線に配置されず、ジグザグに配置され得る。この場合、低電流密度領域（Ｃ３）の面積はさらに狭くなって殆どの活性層が発光に参加することができる。リセス１２８の個数が７０個〜１１０個となる場合、電流がさらに効率的に分散して動作電圧がさらに低くなり、光出力は向上され得る。ＵＶ−Ｃを発光する半導体素子ではリセス１２８の個数が７０個より少ない場合、電気的光学的特性が低下され得、１１０個より多い場合、電気的特性は向上され得るが発光層の体積が減少して光学的特性が低下され得る。
【０１０２】
複数個の第１電極１４２が第１導電型半導体層１２２と接触する第１面積は半導体構造物１２０の水平方向最大断面積の７．４％以上２０％以下、または１０％以上２０％以下であり得る。第１面積はそれぞれの第１電極１４２が第１導電型半導体層１２２と接触する面積の合計であり得る。
【０１０３】
複数個の第１電極１４２の第１面積が７．４％以上である場合、十分な電流拡散特性を有することができ、光出力が向上され得、２０％以下である場合、活性層および第２電極の面積を確保して光出力と動作電圧特性が改善され得る。
【０１０４】
また、複数個のリセス１２８の総面積は半導体構造物１２０の水平方向最大断面積の１３％以上３０％以下であり得る。リセス１２８の総面積が前記条件を満足できないと第１電極１４２の総面積を７．４％以上２０％以下に制御することが困難であり得る。また、動作電圧が上昇し光出力が減少する問題を引き起こす可能性がある。
【０１０５】
第２電極２４６が第２導電型半導体層１２６と接触する第２面積は、半導体構造物１２０の水平方向最大断面積の３５％以上７０％以下であり得る。第２面積は第２電極２４６が第２導電型半導体層１２６と接触する総面積であり得る。
【０１０６】
第２面積が３５％以上である場合、第２電極の面積を確保して第２キャリア注入効率と動作電圧特性を向上させることができる。また、第２面積が７０％以下である場合、第１面積は効果的に広げることができるので第１キャリアの注入効率を改善させることができる。
【０１０７】
第１面積と第２面積は反比例関係を有する。すなわち、第１電極の個数を増やすためにリセスの個数を増やす場合、第２電極の面積が減少する。光出力を高めるためには第１キャリアと第２キャリアのバランスを取らなければならない。したがって、第１面積と第２面積の適正比率を決めることが重要である。
【０１０８】
したがって、第１面積と第２面積の適切な比率を通じて活性層１２６に注入される第１キャリアと第２キャリアを制御するために、複数個の第１電極が第１導電型半導体層に接触する第１面積と第２電極が第２導電型半導体層に接触する第２面積の比（第１面積：第２面積）は１：３〜１：１０であり得る。
【０１０９】
図７は基板上に成長した半導体構造物の概念図であり、図８は基板を分離する過程を説明するための図面であり、図９は半導体構造物を食刻する過程を説明するための図面であり、図１０は製造された半導体素子を示す図面である。
【０１１０】
図７を参照すれば、成長基板１２１上にバッファー層１２２、光吸収層１２３、第１導電型半導体層１２４、活性層１２６、第２導電型半導体層１２７、第２電極２４６、第２導電層１５０を順に形成することができる。
【０１１１】
光吸収層１２３はアルミニウムの組成が低い第１光吸収層１２３ａおよびアルミニウムの組成が高い第２光吸収層１２３ｂを含む。第１光吸収層１２３ａと第２光吸収層１２３ｂは交互に複数個が配置され得る。
【０１１２】
第１光吸収層１２３ａのアルミニウムの組成は第１導電型半導体層１２４のアルミニウムの組成より低くてもよい。第１光吸収層１２３ａはＬＬＯ工程時にレーザーを吸収して分離する役割を遂行することができる。したがって、成長基板を除去することができる。
【０１１３】
第１光吸収層１２３ａの厚さとアルミニウムの組成は所定（例：２４６ｎｍ）の波長を有するレーザーを吸収するために適切に調節され得る。第１光吸収層１２３ａのアルミニウムの組成は２０％〜５０％であり、厚さは１ｎｍ〜１０ｎｍであり得る。例示的に第１光吸収層１２３ａはＡｌＧａＮであり得るがこれに限定されない。
【０１１４】
第２光吸収層１２３ｂのアルミニウムの組成は第１導電型半導体層１２４のアルミニウムの組成より高くてもよい。第２光吸収層１２３ｂは第１光吸収層１２３ａによって低くなったアルミニウムの組成を高くして光吸収層１２３の上に成長する第１導電型半導体層１２４の結晶性を向上させることができる。
【０１１５】
例示的に第２光吸収層１２３ｂのアルミニウムの組成は６０％〜１００％であり、厚さは０．１ｎｍ〜２．０ｎｍであり得る。第２光吸収層１２３ｂはＡｌＧａＮまたはＡｌＮでもよい。
【０１１６】
２４６ｎｍの波長のレーザーを吸収するために、第１光吸収層１２３ａの厚さは第２光吸収層１２３ｂの厚さより厚くてもよい。第１光吸収層１２３ａの厚さは１ｎｍ〜１０ｎｍであり得、第２光吸収層１２３ｂの厚さは０．５ｎｍ〜２．０ｎｍであり得る。
【０１１７】
第１光吸収層１２３ａと第２光吸収層１２３ｂの厚さ比は２：１〜６：１であり得る。厚さ比が２：１より小さい場合、第１光吸収層１２３ａが薄くなってレーザーを十分に吸収することが難しく、厚さ比が６：１より大きい場合、第２光吸収層１２３ｂが過度に薄くなって光吸収層のアルミニウムの全体組成が低くなる問題がある。
【０１１８】
光吸収層１２３の全体厚さは１００ｎｍより大きく、４００ｎｍより小さくてもよい。厚さが１００ｎｍより小さい場合、第１光吸収層１２３ａの厚さが薄くなって２４６ｎｍレーザーを十分に吸収することが難しい問題があり、厚さが４００ｎｍより大きくなる場合、アルミニウムの組成が全体的に低くなって結晶性が悪化する問題がある。
【０１１９】
実施例によれば、超格子構造の光吸収層１２３を形成して結晶性を向上させることができる。このような構成によって光吸収層１２３は、成長基板１２１と半導体構造物１２０の間の格子不整合を緩和するバッファー層として機能することができる。
【０１２０】
図８を参照すれば、成長基板１２１を除去する段階は成長基板１２１側からレーザー（Ｌ１）を照射して成長基板１２１を分離することができる。レーザー（Ｌ１）は第１光吸収層１２３ａが吸収できる波長帯を有することができる。一例として、レーザーは２４８ｎｍ波長帯を有するＫｒＦレーザーであり得る。
【０１２１】
成長基板１２１、第２光吸収層１２３ｂはエネルギーバンドギャップが大きいため、レーザー（Ｌ１）を吸収しない。しかし、アルミニウムの組成が低い第１光吸収層１２３ａはレーザー（Ｌ１）を吸収して分解され得る。したがって、成長基板１２１と共に分離することができる。
【０１２２】
以後、第１導電型半導体層１２４ａに残存する光吸収層１２３−２はレーベリングによって除去され得る。
【０１２３】
図９を参照すれば、第２導電型半導体層１２７上に第２導電層１５０を形成した後、半導体構造物１２０の第１導電型半導体層１２４の一部まで貫通するリセス１２８を複数個形成することができる。以後、絶縁層１３０をリセス１２８の側面および第２導電型半導体層１２７上に形成することができる。以後、リセス１２８により露出した第１導電型半導体層１２４ｂに第１電極１４２を形成することができる。
【０１２４】
図１０を参照すれば、第１導電層１６５は絶縁層１３０の下部に形成され得る。第１導電層１６５は絶縁層１３０により第２導電層１５０と電気的に絶縁され得る。
【０１２５】
以後、第１導電層１６５の下部に導電性基板１７０を形成し、メサ食刻によって露出した第２導電層１５０上には第２電極パッド１６６を形成することができる。
【０１２６】
図１１は本発明の第３実施例に係る半導体構造物の概念図であり、図１２は本発明の第３実施例に係る半導体構造物のアルミニウムの組成比を示したグラフである。
【０１２７】
図１１を参照すれば、実施例に係る半導体素子は第１導電型半導体層１２４、第２導電型半導体層１２７、および第１導電型半導体層１２４と第２導電型半導体層１２７の間に配置される活性層１２６を含む半導体構造物１２０を含む。
【０１２８】
第１導電型半導体層１２４は、第１−１導電型半導体層１２４ａ、第１−２導電型半導体層１２４ｃ、および第１−１導電型半導体層１２４ａと第１−２導電型半導体層１２４ｃの間に配置された中間層１２４ｂを含むことができる。
【０１２９】
第１−２導電型半導体層１２４ｃは、第１−１導電型半導体層１２４ａより活性層１２６に近く配置され得る。第１−２導電型半導体層１２４ｃのアルミニウムの組成は第１−１導電型半導体層１２４ａより低くてもよい。第１−２導電型半導体層１２４ｃのアルミニウムの組成は４０％〜７０％であり、第１−１導電型半導体層１２４ａのアルミニウムの組成は５０％〜８０％であり得る。
【０１３０】
第１−２導電型半導体層１２４ｃの厚さは第１−１導電型半導体層１２４ａの厚さより薄くてもよい。第１−１導電型半導体層１２４ａは第１−２導電型半導体層１２４ｃの厚さの１３０％以上５００％以下であり得る。第１−１導電型半導体層１２４ａの厚さが第１−２導電型半導体層１２４ｃの厚さの１３０％より小さい場合、第１−１導電型半導体層１２４ａ上に配置される中間層１２４ｂ、第１−２導電型半導体層１２４ｃなどの結晶性が低下され得、５００％より大きい場合、全体の半導体構造物の厚さが過度に厚くなるので半導体構造物内部に印加される応力が過度に大きくなって半導体構造物にクラックが発生したり、発光する光の波長が変わり得る問題点がある。このような構成によれば、アルミニウムの組成が高い第１−１導電型半導体層１２４ａが十分に成長した後中間層１２４ｂが形成されるので、全体の半導体構造物１２０の結晶性が向上され得、発光する光の波長を使用者が所望するように調節することができる。
【０１３１】
中間層１２４ｂのアルミニウムの組成は第１導電型半導体層１２４のアルミニウムの組成より低くてもよい。中間層１２４ｂはＬＬＯ工程時に半導体構造物１２０に照射されるレーザーを吸収して活性層１２６の損傷を防止する役割を遂行することができる。したがって、実施例に係る半導体素子は活性層の損傷が減少して光出力および電気的特性が向上され得る。
【０１３２】
中間層１２４ｂの厚さとアルミニウムの組成はＬＬＯ工程時に半導体構造物１２０に照射されるレーザーの波長を有するレーザーを吸収するために適切に調節され得る。例示的に、中間層１２４ｂのアルミニウムの組成は３０％〜６０％であり、厚さは１ｎｍ〜１０ｎｍであり得る。例示的に中間層１２４ｂはＡｌＧａＮであり得るが必ずしもこれに限定されるものではない。
【０１３３】
中間層１２４ｂは第１導電型半導体層１２４と活性層１２６の間に配置されてもよい。また、中間層１２４ｂは第１導電型半導体層１２４よりアルミニウムの組成が低い第１中間層、および第１導電型半導体層１２４よりアルミニウムの組成が高い第２中間層を含むこともできる。第１中間層と第２中間層は交互に複数個が配置されてもよい。
【０１３４】
活性層１２６は第１導電型半導体層１２４と第２導電型半導体層１２７の間に配置され得る。活性層１２６は第１導電型半導体層１２４を通じて注入される電子（または正孔）と第２導電型半導体層１２７を通じて注入される正孔（または電子）が会う層である。
【０１３５】
第２導電型半導体層１２７は活性層１２６上に形成され、ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族などの化合物半導体で具現され得、第２導電型半導体層１２７に第２ドーパントがドーピングされ得る。第２導電型半導体層１２７は、Ｉｎｘ５Ａｌｙ２Ｇａ１−ｘ５−ｙ２Ｎ（０≦ｘ５≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｘ５＋ｙ２≦１）の組成式を有する半導体物質またはＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰのうち選択された物質で形成され得る。第２ドーパントがＭｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどのようなｐ型ドーパントである場合、第２ドーパントがドーピングされた第２導電型半導体層１２７はｐ型半導体層であり得る。
【０１３６】
第２導電型半導体層１２７は、第２−１〜第２−３導電型半導体層１２７ａ、１２７ｂ、１２７ｃを含むことができる。第２−１導電型半導体層１２７ａは第２−２導電型半導体層１２７ｂよりアルミニウムの組成が小さくてもよい。
【０１３７】
活性層１２６と第２導電型半導体層１２７の間には遮断層１２９が配置され得る。遮断層１２９は第１導電型半導体層１２４から供給された第１キャリア（例：電子）が第２導電型半導体層１２７に抜け出る流れを遮断することができる。
【０１３８】
図１２を参照すれば、第１導電型半導体層１２４、活性層１２６、第２導電型半導体層１２７、および遮断層１２９はすべてアルミニウムを含むことができる。したがって、第１導電型半導体層１２４、活性層１２６、第２導電型半導体層１２７、および遮断層１２９はＡｌＧａＮ組成を有することができる。
【０１３９】
遮断層１２９はアルミニウムの組成が５０％〜１００％であり得る。遮断層１２９のアルミニウムの組成が５０％未満である場合、電子を遮断するためのエネルギー障壁の高さが足りない可能性があり、活性層１２６から放出する光を遮断層１２９で吸収する問題があり得る。
【０１４０】
遮断層１２９は第１−１区間１２９ａと第１−２区間１２９ｃを含むことができる。遮断層１２９は第２ドーパントを含むことができる。第２ドーパントはＭｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどのようなｐ型ドーパントを含むことができる。第２ドーパントを含む場合、遮断層１２９は第２導電型半導体層と同じドーパントを含むことができる。しかし、これに限定されず、遮断層１２９は第２導電型半導体層１２７と同じ極性を有することができ、第２導電型半導体層と異なる第２ドーパントを含むことができる。第１−１区間１２９ａと第１−２区間１２９ｃによって第２キャリア（例：正孔）の注入効率が増加し、抵抗は低くなって動作電圧（Ｖｆ）が改善され得る。しかし、これに限定されず、遮断層１２９はドーパントを含まなくてもよい。第１−１区間１２９ａは第２導電型半導体層１２７に近づくほどアルミニウムの組成が高くなり得る。第１−１区間１２９ａでアルミニウムの組成が最も高い領域のアルミニウムの組成は８０％〜１００％であり得る。すなわち、第１−１区間１２９ａはＡｌＧａＮでもよく、ＡｌＮでもよい。または第１−１区間１２９ａはＡｌＧａＮとＡｌＮが交互に配置される超格子層でもよい。
【０１４１】
第１−１区間１２９ａの厚さは約０．１ｎｍ〜４ｎｍであり得る。第１−１区間１２９ａの厚さが０．１ｎｍより薄い場合、または／および第１−１区間１２９ａでアルミニウムの組成が最も高い領域のアルミニウムの組成が８０％未満である場合、第１キャリア（例：電子）の移動を効率的に遮断できない問題点があり得る。また、第１−１区間１２９ａの厚さが４ｎｍより厚い場合、活性層に第２キャリア（例：正孔）が注入される効率が低下され得る。
【０１４２】
第１−２区間１２９ｃは第１−１区間１２９ａと共に第１キャリア（例：電子）の移動を効率的に遮断する役割を遂行することができる。第１−２区間１２９ｃは第２キャリア（例：正孔）の注入を向上させるために、第２ドーパントを含むことができる。第２ドーパントはＭｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどのようなｐ型ドーパントを含むことができる。第１−２区間１２９ｃの厚さは１５ｎｍ〜３０ｎｍであり得る。厚さが１５ｎｍより小さい場合、第１キャリア（例：電子）の移動を効率的に遮断できない問題点があり得る。また、厚さが３０ｎｍより厚い場合、活性層に第２キャリア（例：正孔）が注入される効率が低下され得る。
【０１４３】
第１−１区間１２９ａと第１−２区間１２９ｃの間には、Ｍｇがドーピングされていないアンドープ（ｕｎｄｏｐｅｄ）区間１２９ｂが配置され得る。アンドープ（ｕｎｄｏｐｅｄ）区間１２９ｂは、第２導電型半導体層１２７が含むドーパントが第２導電型半導体層１２７から活性層１２６に拡散することを防止する役割を遂行することができる。アンドープ（ｕｎｄｏｐｅｄ）区間１２９ｂの厚さは１０ｎｍ〜１５ｎｍであり得る。厚さが１０ｎｍより小さい場合、ドーパントが活性層１２６に拡散することを防止することが困難であり得、厚さが１５ｎｍより厚い場合、第２キャリア（例：正孔）が注入される効率が低下され得る。
【０１４４】
第２導電型半導体層１２７は第２−１〜第２−３導電型半導体層（１２７ａ、１２７ｂ、１２７ｃ）を含むことができる。
【０１４５】
第２−２導電型半導体層１２７ｂの厚さは１０ｎｍより大きく、５０ｎｍより小さくてもよい。例示的に第２−２導電型半導体層１２７ｂの厚さは２５ｎｍであり得る。第２−２導電型半導体層１２７ｂの厚さが１０ｎｍより小さい場合、水平方向への抵抗が増加して電流注入効率が低下され得る。また、第２−２導電型半導体層１２７ｂの厚さが５０ｎｍより大きい場合、垂直方向に抵抗が増加して電流注入効率が低下され得る。
【０１４６】
第２−２導電型半導体層１２７ｂのアルミニウムの組成は井戸層１２６ａのアルミニウムの組成より高くてもよい。紫外線光を生成するために井戸層１２６ａのアルミニウムの組成は約３０％〜７０％であり得る。仮に、第２−２導電型半導体層１２７ｂのアルミニウムの組成が井戸層１２６ａのアルミニウムの組成より低い場合、第２−２導電型半導体層１２７ｂが光を吸収するので光抽出効率が低下され得る。しかし、必ずしもこれに限定されるものではない。例示的に第２−２導電型半導体層１２７ｂの一部の区間でのアルミニウムの組成は井戸層１２６ａのアルミニウムの組成より低くてもよい。
【０１４７】
第２−２導電型半導体層１２７ｂのアルミニウムの組成は４０％より大きく、８０％より小さくてもよい。第２−２導電型半導体層１２７ｂのアルミニウムの組成は４０％より小さい場合、光を吸収する問題があり、８０％より大きい場合には電流注入効率が悪化する問題がある。例示的に、井戸層１２６ａのアルミニウムの組成が３０％である場合、第２−２導電型半導体層１２７ｂのアルミニウムの組成は４０％であり得る。
【０１４８】
第２−１導電型半導体層１２７ａのアルミニウムの組成は井戸層１２６ａのアルミニウムの組成より低くてもよい。第２−１導電型半導体層１２７ａのアルミニウムの組成が井戸層１２６ａのアルミニウムの組成より高い場合、第２電極の間の抵抗が高くなって十分なオーミック連結がなされず、電流注入効率が低下する問題がある。
【０１４９】
第２−１導電型半導体層１２７ａのアルミニウムの組成は１％より大きく、５０％より小さくてもよい。５０％より大きい場合、第２電極と十分なオーミックがなされない可能性があり、組成が１％より小さい場合、ほとんどＧａＮ組成に近くなって光を吸収する問題がある。
【０１５０】
第２−１導電型半導体層１２７ａの厚さは１ｎｍ〜３０ｎｍ、または１ｎｍ〜１０ｎｍであり得る。前述した通り、第２−１導電型半導体層１２７ａはオーミックのためにアルミニウムの組成が低いので紫外線光を吸収することができる。したがって、できるだけ第２−１導電型半導体層１２７ａの厚さを薄く制御することが光出力の観点で有利であり得る。
【０１５１】
しかし、第２−１導電型半導体層１２７ａの厚さが１ｎｍ以下に制御される場合、急激にアルミニウムの組成が変化して結晶性が低下され得る。また、第２−１導電型半導体層１２７ａの厚さが過度に薄いため、第２−１導電型半導体層１２７ａの水平方向の抵抗が大きくなり、半導体素子の電気的特性が低下され得る。また、厚さが３０ｎｍより大きい場合、第２−１導電型半導体層１２７ａが吸収する光量が過度に大きくなって光出力効率が減少され得る。
【０１５２】
第２−１導電型半導体層１２７ａの厚さは第２−２導電型半導体層１２７ｂの厚さより小さくてもよい。第２−２導電型半導体層１２７ｂと第２−１導電型半導体層１２７ａの厚さ比は１．５：１〜２０：１であり得る。厚さ比が１．５：１より小さい場合、第２−２導電型半導体層１２７ｂの厚さが過度に薄くなって電流注入効率が減少され得る。また、厚さ比が２０：１より大きい場合、第２−１導電型半導体層１２７ａの厚さが過度に薄くなって結晶性が低下され得、半導体素子の電気的特性が低下され得る。
【０１５３】
第２−２導電型半導体層１２７ｂのアルミニウムの組成は活性層１２６から遠くなるほど小さくなり得る。また、第２−１導電型半導体層１２７ａのアルミニウムの組成は活性層１２６から遠くなるほど小さくなり得る。
【０１５４】
この時、第２−１導電型半導体層１２７ａのアルミニウム減少幅は第２−２導電型半導体層１２７ｂのアルミニウム減少幅より大きくてもよい。すなわち、第２−１導電型半導体層１２７ａのＡｌ組成比の厚さ方向に対する変化率は第２−２導電型半導体層１２７ｂのＡｌ組成比の厚さ方向に対する変化率より大きくてもよい。
【０１５５】
第２−２導電型半導体層１２７ｂは、厚さは第２−１導電型半導体層１２７ａより厚い反面、アルミニウムの組成は井戸層１２６ａより高くなければならないため、減少幅が相対的に緩やかであり得る。しかし、第２−１導電型半導体層１２７ａは薄厚でアルミニウムの組成変化幅が大きいのでアルミニウムの組成の減少幅が相対的に大きくてもよい。第２−１導電型半導体層１２７ａは薄厚でアルミニウムの組成変化幅が大きいので、相対的にゆっくり成長させながらアルミニウムの組成を変化させることができる。
【０１５６】
第２−３導電型半導体層１２７ｃは均一なアルミニウムの組成を有することができる。第２−３導電型半導体層１２７ｃの厚さは２０ｎｍ〜６０ｎｍであり得る。第２−３導電型半導体層１２７ｃのアルミニウムの組成は４０％〜７０％であり得る。第２−３導電型半導体層１２７ｃのアルミニウムの組成が４０％以上であるとき、第２−１導電型半導体層１２７ａ、第２−２導電型半導体層１２７ｂの結晶性が低下されず、７０％未満であるとき、前記第２−１導電型半導体層１２７ａ、第２−２導電型半導体層１２７ｂのアルミニウムの組成が急激に変化して結晶性が低下する問題点を防止できるため、半導体素子の電気的特性を向上させることができる。
【０１５７】
前述した通り、第２−１導電型半導体層１２７ａの厚さは１ｎｍ〜１０ｎｍであり、第２−２導電型半導体層１２７ｂの厚さは１０ｎｍ〜５０ｎｍであり、第２−３導電型半導体層１２７ｃの厚さは２０ｎｍ〜６０ｎｍであり得る。したがって、第２−１導電型半導体層１２７ａの厚さと第２導電型半導体層１２７の全体厚さの比は１：３〜１：１２０であり得る。１：３より大きい場合、第２−１導電型半導体層１２７ａが半導体素子の電気的特性（例えば動作電圧）を確保することができ、１：１２０より小さい場合、半導体素子の光学的特性（例えば光出力）を確保することができる。しかし、必ずしもこれに限定されるものではなく、第２−１導電型半導体層１２７ａの厚さと第２導電型半導体層１２７の全体厚さの比は１：３〜１：５０または１：３〜１：７０であり得る。
【０１５８】
図１３は本発明の第３実施例に係る半導体構造物のアルミニウム強度変化を示すＳＩＭＳグラフであり、図１４は図１３の一部拡大図である。
【０１５９】
図１３と図１４を参照すれば、半導体構造物は第１導電型半導体層１２４から第２導電型半導体層１２７に行くほどアルミニウムのイオン強度が変化され得る。
【０１６０】
シムス（ＳＩＭＳ）データは飛行時間型２次イオン質量分析法（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ、Ｔｉｍｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ  Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）による分析データであり得る。
【０１６１】
シムス（ＳＩＭＳ）データは１次イオンをターゲットの表面に照射して放出される２次イオンの個数をカウンティングして分析することができる。この時、１次イオンはＯ２＋、Ｃｓ＋、Ｂｉ＋などから選択され得、加速電圧は２０〜３０ｋｅＶ内で調節され得、照射電流は０．１ｐＡ〜５．０ｐＡで調節され得、照射面積は２０ｎｍ×２０ｎｍであり得る。
【０１６２】
シムス（ＳＩＭＳ）データは、第２導電型半導体層の表面から第１導電型半導体層方向に次第に食刻しながら２次イオン質量スペクトルを収集することができる。ここで２次イオンはアルミニウムイオンであり得る。この時、アルミニウムのイオン強度のスペクトルはリニアスケール（Ｌｉｎｅａｒ  Ｓｃａｌｅ）で表示されたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、ログスケール（Ｌｏｇ  Ｓｃａｌｅ）で表現されてもよい。
【０１６３】
半導体構造物は第１導電型半導体層１２４内でアルミニウムのイオン強度が最も低い第１地点（Ｐ１）と、遮断層内でアルミニウムのイオン強度が最も高い第２地点（Ｐ２）、および第２導電型半導体層１２７内でアルミニウムのイオン強度が最も低い第３地点（Ｐ３）を有することができる。しかし、必ずしもこれに限定されるものではなく、アルミニウムのイオン強度が最も高い地点と最も低い地点の位置は前述した位置ではない半導体構造物内の他の位置でもよい。
【０１６４】
第１地点（Ｐ１）は第１導電型半導体層内に配置される中間層１２４ｂ内で位置することができ、第１電極１４２と接触する領域であり得る。第２地点（Ｐ２）は遮断層１２９の第１−１区間１２９ａ内で位置することができる。また、第３地点（Ｐ３）は第２導電型半導体層が第２電極（Ｐオーミック電極）と直接接触する接触層（第２−１導電型半導体層）内で位置することができる。
【０１６５】
第１〜第３地点（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）をＳＩＭＳによって測定する場合、一定厚さ以上を有する半導体層ではノイズを含むことができる。例えば、第１地点（Ｐ１）は第１導電型半導体層内でアルミニウムのイオン強度が最も低い層と同じ強度を有する層と定義することができる。この時、第１地点（Ｐ１）のノイズは２％以内の高点と底点の差を有することができる。
【０１６６】
第１地点（Ｐ１）と第２地点（Ｐ２）の第１アルミニウムの強度差（Ｄ１）と第１地点（Ｐ１）と第３地点（Ｐ３）の第２アルミニウムの強度差（Ｄ２）の比（Ｄ１：Ｄ２）は１：０．２〜１：２であり得る。
【０１６７】
強度差が１：０．２以上である場合、第２アルミニウムの強度差（Ｄ２）を十分に確保することができるので、第２導電型半導体層と第２電極の間の接触抵抗を改善することができる。
【０１６８】
強度差が１：２以下である場合、第２アルミニウムの強度差（Ｄ２）が相対的に大きくなることを防止して第２−１導電型半導体層１２７ａの厚さに対するアルミニウム強度変化率が過度に大きくならないように調節することができる。したがって、半導体構造物の結晶性を改善でき、活性層１２６で発光する光に対する第２−１導電型半導体層１２７ａの透過率を改善して半導体素子の光学的特性を向上させることができる。
【０１６９】
これに反して、第２導電型半導体層と電極のオーミックコンタクトのために薄いＧａＮ層（表面層）を挿入する場合、電極と接触するＧａＮ層はアルミニウムを含まないので第２アルミニウムの強度差（Ｄ２）が急激に大きくなり得る。したがって、第１アルミニウムの強度差（Ｄ１）と第２アルミニウムの強度差（Ｄ２）の比（Ｄ１：Ｄ２）は１：０．２〜１：２から外れ得る。
【０１７０】
半導体構造物の第１厚さ（Ｗ１）と第２厚さ（Ｗ２）の比（Ｗ１：Ｗ２）は１：０．２〜１：１であり得る。第１厚さ（Ｗ１）は第２導電型半導体層１２７内に位置する第４地点（Ｐ１）と第２地点（Ｐ２）の間の半導体構造物の厚さであり、第２厚さ（Ｗ２）は第２導電型半導体層１２７内に位置する第４地点（Ｐ１）と第３地点（Ｐ３）の間の半導体構造物の厚さであり得る。
【０１７１】
第１厚さ（Ｗ１）と第２厚さ（Ｗ２）の比（Ｗ１：Ｗ２）が１：０．２以上である場合、第２厚さ（Ｗ２）を確保することによって結晶性を改善することができる。
【０１７２】
また、厚さ比が１：１以下である場合、第２厚さ（Ｗ２）を相対的に減少させることができる。したがって、活性層１２６で発光する光が第２厚さ（Ｗ２）内で吸収される問題を改善して光抽出効率を改善することができる。
【０１７３】
図１５を参照すれば、半導体構造物は第１導電型半導体層１２４、活性層１２６、遮断層１２９、および第２導電型半導体層１２７が順に積層され得る。第２導電型半導体層１２７の表面１２７ａには第２電極が直接接触してオーミックコンタクトを形成することができる。
【０１７４】
図１６は図１の第２導電型半導体層の概念図であり、図１７は本発明の第３実施例に係る第２導電型半導体層の表面を測定したＡＦＭデータであり、図１８はＧａＮ薄膜の表面を測定したＡＦＭデータであり、図１９は高速成長させた第２導電型半導体層の表面を測定したＡＦＭデータである。
【０１７５】
図１６を参照すれば、実施例に係る第２導電型半導体層１２７は第２−１〜第２−３導電型半導体層（１２７ａ、１２７ｂ、１２７ｃ）を含むことができる。第２−１導電型半導体層１２７ａは第２電極と接触する接触層であり得る。各層の特徴は前述した内容がそのまま適用され得る。
【０１７６】
第２−１導電型半導体層１２７ａの表面は複数個のクラスター（Ｃｌｕｓｔｅｒ、Ｃ１）を含むことができる。クラスター（Ｃ１）は表面から突出した突起であり得る。例示的にクラスター（Ｃ１）は平均表面高さを基準として約１０ｎｍまたは２０ｎｍ以上突出した突起であり得る。クラスター（Ｃ１）はアルミニウム（Ａｌ）とガリウム（Ｇａ）の格子の不一致によって形成され得る。
【０１７７】
実施例に係る第２−１導電型半導体層１２７ａはアルミニウムを含み、厚さに対するアルミニウムの変化率が大きく、厚さが他の層（ｌａｙｅｒ）と比べて薄いので、表面で一つの層（ｌａｙｅｒ）をなすことができず、クラスター（Ｃ１）形態で表面に形成され得る。クラスター（Ｃ１）はＡｌ、Ｇａ、Ｎ、Ｍｇなどを含むことができる。しかし、必ずしもこれに限定されるものではない。
【０１７８】
図１７を参照すれば、第２導電型半導体層１２７の表面で相対的に明るい点（ｄｏｔ）状のクラスター（Ｃ１）を確認することができる。実施例によれば、第２−１導電型半導体層１２７ａのアルミニウムの組成が１％〜１０％であるので、クラスター（Ｃ１）形態で発生して接合面積が増加することができる。したがって、電気的特性が向上され得る。
【０１７９】
第２導電型半導体層１２７の表面は平均１００μｍ２当たり１００個〜８００個のクラスター（Ｃ１）が観察され得る。ここで平均値は、約１０個以上の互いに異なる位置で測定した値の平均であり得る。図１７のＥ１地点を測定した結果、横縦２μｍである単位面積当たり１２個のクラスター（Ｃ１）が観測された。クラスター（Ｃ１）は表面から２５ｎｍ以上突出したクラスターだけを測定した。ＡＦＭイメージでコントラストを調節して表面から２５ｎｍ以上突出したクラスターだけが出力されるように調整することができる。
【０１８０】
測定結果に基づいて単位を変換したクラスター（Ｃ１）の密度は、１×１０−８／ｃｍ２〜８×１０−６／ｃｍ２であり得る。クラスター（Ｃ１）の密度が１×１０−８／ｃｍ２以上であると、相対的に接触面積が増加して第２電極との接触抵抗が低くなり得る。
【０１８１】
また、クラスター（Ｃ１）の密度が８×１０−６／ｃｍ２以下であると、一部のクラスターに含まれたＧａによって活性層１２６から放出する光が吸収される問題を改善することができる。したがって、光出力が改善され得る。
【０１８２】
実施例によれば、クラスター（Ｃ１）の密度が１×１０−８／ｃｍ２〜８×１０−６／ｃｍ２を満足するので、光出力は低下させないながらも第２電極との接触抵抗を低くすることができる。
【０１８３】
図１８を参照すれば、ＧａＮ薄膜の表面にはクラスターが観察されないことがわかる。これはクラスターの密度が高くなりながら一つの層（ｌａｙｅｒ）をなすためであり得る。したがって、第２導電型半導体層と第２電極の間にＧａＮ薄膜を形成する場合には、接触面でクラスターが形成されないことがわかる。したがって、アルミニウムを含むＧａＮ基盤の半導体物質、例えばＡｌＧａＮ物質が半導体構造物の表面に配置される場合、クラスター（Ｃ１）が半導体構造物の表面に形成され得る。
【０１８４】
図１９を参照すれば、第２導電型半導体層を速やかに成長させる場合にもクラスターがあまり成長されないことがわかる。したがって、第２導電型半導体層の表面でアルミニウムの組成が１％〜１０％になるように制御しても成長速度が速いとクラスター（Ｃ１）が形成されないことがわかる。例示的に図１９は、Ｐ−ＡｌＧａＮを０．０６ｎｍ／ｓの速度で成長させた後表面を測定した写真である。
【０１８５】
すなわち、第２導電型半導体層１２７にクラスター（Ｃ１）が複数個形成されるためには、接触層でアルミニウムの組成が１％〜１０％であるとともに接触層の成長速度が十分に遅くなければならないことを確認することができる。
【０１８６】
実施例は第２−１導電型半導体層の成長速度が第２−２および第２−３導電型半導体層の成長速度より遅くてもよい。例示的に、第２−２導電型半導体層の成長速度と第２−１導電型半導体層の成長速度の比は１：０．２〜１：０．８であり得る。成長速度の比が１：０．２より小さい場合、第２−１導電型半導体層の成長速度が過度に遅くなってＧａがＡｌＧａＮが成長する高い温度で食刻（ｅｔｃｈ）されるため、Ａｌ組成が高いＡｌＧａＮが成長してオーミック特性が低下する問題があり、成長速度の比が１：０．８より大きい場合、第２−１導電型半導体層の成長速度が過度に速くなって結晶性が低下され得る。図２０は本発明の第３実施例に係る半導体素子の概念図であり、図２１ａは図２０の平面図であり、図２１ｂは図２０のＡ部分拡大図であり、図２２は第２導電型半導体層と第２電極の間の界面の一部を例示した平面図である。
【０１８７】
図２０を参照すれば、半導体構造物１２０は前述した半導体構造物１２０の構成がそのまま適用され得る。複数個のリセス１２８は第２導電型半導体層１２７と活性層１２６を貫通して第１導電型半導体層１２４の一部の領域まで配置され得る。
【０１８８】
半導体素子は縁に配置された側面反射部（Ｚ１）を含むことができる。側面反射部（Ｚ１）は第２導電層１５０、第１導電層１６５、および基板１７０が厚さ方向（Ｙ軸方向）に突出して形成され得る。図２１ａを参照すれば側面反射部（Ｚ１）は半導体素子の縁に沿って配置され、半導体構造物を囲み、配置され得る。
【０１８９】
側面反射部（Ｚ１）の第２導電層１５０は、活性層１２６より高く突出して活性層１２４から放出された光（Ｌ２）を上向き反射することができる。したがって、別途の反射層を形成せずとも最外郭からＴＭモードによって水平方向（Ｘ軸方向）に放出される光を上向き反射することができる。
【０１９０】
側面反射部（Ｚ１）の傾斜角度は９０度より大きく、１４５度より小さくてもよい。傾斜角度は第２導電層１５０が水平面（ＸＺ平面）となす角度であり得る。角度が９０度より小さいか１４５度より大きい場合には側面に向かって移動する光を上側に反射する効率が低下する可能性がある。
【０１９１】
図２１ｂを参照すれば、第２電極２４６は第２−１導電型半導体層１２７ａに直接接触することができる。前述した通り、第２−１導電型半導体層１２７ａの表面はクラスターが配置されて第２電極２４６との接触面積が向上され得る。
【０１９２】
第２電極２４６は第２−１導電型半導体層１２７ａに蒸着形成され得る。第２電極２４６がＩＴＯのような金属酸化物である場合、第２−１導電型半導体層１２７ａは酸素と接触することができる。したがって、第２−１導電型半導体層１２７ａの表面に配置されたアルミニウムが酸素と反応して酸化アルミニウムを形成することができる。その他にもＮＯなどの窒化物またはＧａ２Ｏ３の酸化物などがさらに形成されてもよい。
【０１９３】
図２２を参照すれば、第２電極２４６と第２導電型半導体層１２７ａの境界面では酸化アルミニウム（Ｃ２）が観察され得る。界面は走査電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）などを利用して観察することができる。
【０１９４】
図２３は本発明の一実施例に係る半導体素子パッケージの概念図であり、図２４は本発明の一実施例に係る半導体素子パッケージの平面図であり、図２５は図２４の変形例である。
【０１９５】
図２３を参照すれば、半導体素子パッケージは溝（開口部、３）が形成された本体２、本体２に配置される半導体素子１０、および本体２に配置されて半導体素子１０と電気的に連結される一対のリードフレーム５ａ、５ｂを含むことができる。半導体素子１０は前述した構成をすべて含むことができる。
【０１９６】
本体２は紫外線光を反射する材質またはコート層を含むことができる。本体２は複数の層２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅを積層して形成することができる。複数の層２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅは同じ材質でもよく、異なる材質を含んでもよい。例示的に複数の層２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅはアルミニウム材質を含むことができる。
【０１９７】
溝３は半導体素子から遠くなるほど広くなるように形成され、傾斜面には段差３ａが形成され得る。
【０１９８】
透光層４は溝３を覆うことができる。透光層４はグラス材質であり得るが、必ずしもこれに限定されるものではない。透光層４は紫外線光を有効に透過できる材質であれば特に制限しない。溝３の内部は空き空間であり得る。
【０１９９】
図２４を参照すれば、半導体素子１０は第１リードフレーム５ａ上に配置され、第２リードフレーム５ｂとワイヤーによって連結され得る。この時、第２リードフレーム５ｂは第１リードフレームの側面を囲むように配置され得る。
【０２００】
図２５を参照すれば、半導体素子パッケージは複数個の半導体素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが配置されてもよい。この時、リードフレームは第１〜第５リードフレーム５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅを含むことができる。
【０２０１】
第１半導体素子１０ａは第１リードフレーム５ａ上に配置されて第２リードフレーム５ｂとワイヤーで連結され得る。第２半導体素子１０ｂは第２リードフレーム５ｂ上に配置されて第３リードフレーム５ｃとワイヤーで連結され得る。第３半導体素子１０ｃは第３リードフレーム５ｃ上に配置されて第４リードフレーム５ｄとワイヤーで連結され得る。第４半導体素子１０ｄは第４リードフレーム５ｄ上に配置されて第５リードフレーム５ｅとワイヤーで連結され得る。
【０２０２】
半導体素子は多様な種類の光源装置に適用され得る。例示的に光源装置は殺菌装置、硬化装置、照明装置、および表示装置および車両用ランプなどを含む概念であり得る。すなわち、半導体素子はケースに配置されて光を提供する多様な電子デバイスに適用され得る。
【０２０３】
殺菌装置は実施例に係る半導体素子を具備して所望の領域を殺菌することができる。殺菌装置は浄水器、エアコン、冷蔵庫などの生活家電に適用され得るが必ずしもこれに限定されるものではない。すなわち、殺菌装置は殺菌が必要な多様な製品（例：医療機器）にすべて適用され得る。
【０２０４】
例示的に浄水器は循環する水を殺菌するために実施例に係る殺菌装置を具備することができる。殺菌装置は水が循環するノズルまたは吐出口に配置されて紫外線を照射することができる。この時、殺菌装置は防水構造を含むことができる。
【０２０５】
硬化装置は実施例に係る半導体素子を具備して多様な種類の液体を硬化させることができる。液体は紫外線が照射されると硬化する多様な物質をすべて含む最広義の概念であり得る。例示的に硬化装置は多様な種類のレジンを硬化させることができる。または硬化装置はマニキュアのような美容製品を硬化させることに適用されてもよい。
【０２０６】
照明装置は基板と実施例の半導体素子を含む光源モジュール、光源モジュールの熱を発散させる放熱部および外部から提供された電気的信号を処理または変換して光源モジュールに提供する電源提供部を含むことができる。また、照明装置は、ランプ、ヘッドランプ、または街路灯などを含むことができる。
【０２０７】
表示装置はボトムカバー、反射板、発光モジュール、導光板、光学シート、ディスプレイパネル、画像信号出力回路およびカラーフィルターを含むことができる。ボトムカバー、反射板、発光モジュール、導光板および光学シートはバックライトユニット（Ｂａｃｋｌｉｇｈｔ  Ｕｎｉｔ）を構成することができる。
【０２０８】
反射板はボトムカバー上に配置され、発光モジュールは光を放出することができる。導光板は反射板の前方に配置されて発光モジュールで発散される光を前方に案内し、光学シートはプリズムシートなどを含んで構成されて導光板の前方に配置され得る。ディスプレイパネルは光学シートの前方に配置され、画像信号出力回路はディスプレイパネルに画像信号を供給し、カラーフィルターはディスプレイパネルの前方に配置され得る。
【０２０９】
半導体素子は表示装置のバックライトユニットとして使われる時、エッジタイプのバックライトユニットで使われるか直下タイプのバックライトユニットで使われ得る。
【０２１０】
半導体素子は前述した発光ダイオードの他にレーザーダイオードでもよい。
【０２１１】
レーザーダイオードは、発光素子と同様に、前述した構造の第１導電型半導体層と活性層および第２導電型半導体層を含むことができる。そして、ｐ−型の第１導電型半導体とｎ−型の第２導電型半導体を接合させた後、電流を流した時に光が放出されるｅｌｅｃｔｒｏ−ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ（電界発光）現象を利用するが、放出される光の方向性と位相において差がある。すなわち、レーザーダイオードは励起放出（ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ）という現象と補強干渉現象などを利用して、一つの特定波長（単色光、ｍｏｎｏｃｈｒｏｍａｔｉｃ  ｂｅａｍ）を有する光が同じ位相を有して同じ方向に放出され得、このような特性によって光通信や医療用装備および半導体工程装備などに使われ得る。
【０２１２】
受光素子としては、光を検出してその強度を電気信号に変換する一種のトランスデューサーである光検出器（ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ）が挙げられる。このような光検出器として、光電池（シリコン、セレン）、光電素子（硫化カドミウム、セレン化カドミウム）、フォトダイオード（例えば、ｖｉｓｉｂｌｅ  ｂｌｉｎｄ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｒｅｇｉｏｎでもｔｒｕｅ  ｂｌｉｎｄ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｒｅｇｉｏｎでピーク波長を有するＰＤ）、フォトトランジスタ、光電子増倍管、光電管（真空、ガス封入）、ＩＲ（Ｉｎｆｒａ−Ｒｅｄ）検出器などがあるが、実施例はこれに限定されない。
【０２１３】
また、光検出器のような半導体素子は、一般に光変換効率が優秀な直接遷移半導体（ｄｉｒｅｃｔ  ｂａｎｄｇａｐ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を利用して製作され得る。または、光検出器は構造が多様であり、最も一般的な構造としてはｐ−ｎ接合を利用するｐｉｎ型光検出器と、ショットキー接合（ショットキー  ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を利用するショットキー型光検出器と、ＭＳＭ（Ｍｅｔａｌ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｍｅｔａｌ）型光検出器などがある。
【０２１４】
フォトダイオード（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）は発光素子と同様に、前述した構造の第１導電型半導体層と活性層および第２導電型半導体層を含むことができ、ｐｎ接合またはｐｉｎ構造で構成される。フォトダイオードは逆バイアスあるいはゼロバイアスを印加して動作することになり、光がフォトダイオードに入射すると電子と正孔が生成されて電流が流れる。この時、電流の大きさはフォトダイオードに入射する光の強度に略比例することができる。
【０２１５】
光電池または太陽電池（ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌ）はフォトダイオードの一種であり、光を電流に変換することができる。太陽電池は、発光素子と同様に、前述した構造の第１導電型半導体層と活性層および第２導電型半導体層を含むことができる。
【０２１６】
また、ｐ−ｎ接合を利用した一般的なダイオードの整流特性を通じて電子回路の整流器として利用され得、超高周波回路に適用されて発振回路などに適用され得る。
【０２１７】
また、前述した半導体素子は必ずしも半導体でのみ具現されず、場合によっては金属物質をさらに含むこともできる。例えば、受光素子のような半導体素子は、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｎ、Ｚｎ、Ｓｅ、Ｐ、またはＡｓのうち少なくとも一つを利用して具現され得、ｐ型やｎ型のドーパントによってドーピングされた半導体物質や真性半導体物質を利用して具現されることもできる。
【０２１８】
以上、実施例を中心に説明したが、これは例示に過ぎず、本発明を限定するものではなく、本発明が属する分野の通常の知識を有した者であれば本実施例の本質的な特性を逸脱しない範囲で、以上に例示されていない多様な変形と応用が可能であることが分かるであろう。例えば、実施例に具体的に示された各構成要素は変形して実施できるものである。そして、このような変形と応用に関連した相違点は添付された特許請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１ａ】
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【図２１ｂ】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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