▶ スージョウ レキン セミコンダクター カンパニー リミテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-15
(45)【発行日】2023-12-25
(54)【発明の名称】半導体素子およびこれを含む半導体素子パッケージ
(51)【国際特許分類】
H01L 33/30 20100101AFI20231218BHJP
H01S 5/343 20060101ALI20231218BHJP
【ＦＩ】
H01L33/30
H01S5/343
【請求項の数】
19
(21)【出願番号】P 2019514006
(86)(22)【出願日】2017-09-13
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2019-10-17
(86)【国際出願番号】 KR2017010065
(87)【国際公開番号】W WO2018052252
(87)【国際公開日】2018-03-22
【審査請求日】2020-07-14
(31)【優先権主張番号】10-2016-0118243
(32)【優先日】2016-09-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(31)【優先権主張番号】10-2016-0140466
(32)【優先日】2016-10-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(31)【優先権主張番号】10-2017-0115836
(32)【優先日】2017-09-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】521268118
【氏名又は名称】スージョウ レキン セミコンダクター カンパニー リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100166729
【弁理士】
【氏名又は名称】武田 幸子
(72)【発明者】
【氏名】チェ，ラクジュン
(72)【発明者】
【氏名】キム，ビョンジョウ
(72)【発明者】
【氏名】オ，ヒョンジ
(72)【発明者】
【氏名】ジャング，サングホウ
【審査官】東松 修太郎
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１４－１５４５９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－２２３４４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１１／１０４９６９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１６－１４９５４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－２４１３９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－０８６７２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１３／０２９２６８５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１０－２１２８７（ＪＰ，Ａ）
【文献】Liwen Sang, Meiyong Liao, Masatomo Sumiya，A Comprehensive Review of Semiconductor Ultraviolet Photodetectors: From Thin Film to One-Dimensional Nanostructures，Sensors，2013年08月13日，Vol.13，pp.10482-10518
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ３３／００－３３／６４
Ｈ０１Ｓ ５／００－ ５／５０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
アルミニウムを有する第１導電型半導体層と、アルミニウムを有する第２導電型半導体層と、
アルミニウムを有し、且つ、前記第１導電型半導体層と前記第２導電型半導体層の間に配置されている活性層と、
を含む発光構造物を含み、
前記第１導電型半導体層、前記活性層及び前記第２導電型半導体層からアルミニウムの２次イオンをはじき出すために１次イオンが前記発光構造物に照射されるとき、アルミニウムの二次イオンは、前記第１導電型半導体層、前記活性層及び前記第２導電型半導体層のそれぞれの強度で生成され、
前記アルミニウムの二次イオンの強度は、前記発光構造物内の最大強度、前記発光構造物内の最小強度、第２強度、及び、前記最大強度と前記第２強度の間に配置された領域内で最大ピーク強度である、前記最大強度から離れた第１ピーク強度を含み、
前記第２強度は、前記第１ピーク強度から第１方向に離れた領域内で最小強度であり、
前記最大強度は前記最小強度から前記第１方向に離れ、且つ、前記第１ピーク強度は前記最大強度から前記第１方向に離れ、
前記第１導電型半導体層は、前記第１ピーク強度に対応する位置と前記第２強度に対応する位置の間に位置し、前記第１ピーク強度と前記第２強度の間のアルミニウムの二次イオンの強度を有する第１領域を含み、前記第２導電型半導体層は、前記最大強度と前記最小強度の間のアルミニウムの二次イオンの強度を有する第２領域を含み、且つ、前記活性層は、前記最大強度に対応する位置と前記第１ピーク強度に対応する位置の間に位置し、前記第１ピーク強度よりも弱いアルミニウムの二次イオンの強度を有する第３領域を含み、
前記第１方向は、前記第２導電型半導体層から前記第１導電型半導体層に向かう前記発光構造物の厚さ方向であり、
前記第１ピーク強度と前記第２強度の間の第１強度差（Ｄ１）は、前記最大強度と前記最小強度の間の第２強度差（Ｄ２）よりも小さく、且つ前記第１強度差と前記第２強度差の比は、１：１．５～１：２．５の範囲であり、
前記第１導電型半導体層は、前記第１ピーク強度、前記第２強度、及び前記第１領域の内に位置し、前記第２強度よりも高いアルミニウムの二次イオンの強度を有し、
前記第２強度が占める領域は、３０％～７０％であるアルミニウム組成を有し、
前記第１導電型半導体層は、第１－１導電型半導体層、第１－２導電型半導体層、及び前記第１－１導電型半導体層と前記第１－２導電型半導体層の間に配置された中間層を含み、前記中間層が前記第２強度における領域に対応し、
前記発光構造物は、１００ｎｍ～３２０ｎｍ範囲の波長を有する紫外線波長帯の光を出力し、
前記第２強度と前記第１ピーク強度の比は、１ ： １ ． ２ ～ １ ： ２ ． ５ である半導体素子。
【請求項2】
前記第２導電型半導体層はＰ型半導体層及び遮断層であり、前記第１導電型半導体層はＮ型半導体層である、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項3】
前記Ｐ型半導体層は、第１サブレイヤー、第２サブレイヤー及び第３サブレイヤーを含み、前記第３サブレイヤーは前記第１サブレイヤー及び前記第２サブレイヤーよりも前記活性層の比較的近くに位置し、前記第２サブレイヤーは前記第１サブレイヤーと前記第３サブレイヤーの間に位置し、
前記第１サブレイヤーのアルミニウム組成は、前記第２サブレイヤーのアルミニウム組成よりも低く、
前記第３サブレイヤーのアルミニウム組成は、前記第１及び第２サブレイヤーのアルミニウム組成よりも高い、請求項２に記載の半導体素子。
【請求項4】
前記Ｐ型半導体層の前記第１サブレイヤー、前記第２サブレイヤー及び前記第３サブレイヤーのそれぞれは、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）を含む、請求項３に記載の半導体素子。
【請求項5】
前記第１導電型半導体層と電気的に連結される第１電極と、前記第２導電型半導体層と電気的に連結される第２電極とをさらに含み、
前記第２導電型半導体層は、その上に前記第２電極が位置し、且つ、前記活性層の反対に位置する第１表面を含む、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項6】
前記第２導電型半導体層は、前記活性層に最も近接する前記第２導電型半導体層の一部に設けられている遮断層を含む、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項7】
前記最大強度は、前記遮断層において呈される、請求項６に記載の半導体素子。
【請求項8】
前記遮断層は、５０％～９０％の範囲のアルミニウム組成を有する、請求項６に記載の半導体素子。
【請求項9】
前記遮断層は、複数の第１遮断層と、複数の第２遮断層とを含み、前記第１遮断層及び前記第２遮断層は、前記遮断層において交互に配置され、
前記第１遮断層のアルミニウム組成は、前記第２遮断層のアルミニウム組成よりも大きい、請求項６に記載の半導体素子。
【請求項10】
前記第１遮断層のアルミニウム組成は７０％～９０％であり、前記第２遮断層のアルミニウム組成は５０％～７０％である、請求項９に記載の半導体素子。
【請求項11】
前記活性層は、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（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、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項12】
前記活性層は、前記活性層において交互に配置される複数の井戸層及び複数の障壁層を含む、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項13】
前記第１導電型半導体層は、前記活性層に最も近接する前記第１導電型半導体層の一部で前記第１ピーク強度を呈する、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項14】
前記活性層において呈される強度は、前記第１ピーク強度及び前記最大強度よりも低く、且つ、前記第２強度及び前記最小強度よりも高い、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項15】
前記活性層において呈される強度は、複数のピーク及び複数の谷を含む、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項16】
前記活性層の前記ピークにおいて、及び、前記谷において呈される強度の比は、１：０．５～１：０．７５の範囲である、請求項１５に記載の半導体素子。
【請求項17】
二次イオンは、ガリウム、窒素又は炭素の少なくとも一つをさらに含む、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項18】
前記第２導電型半導体層はＩｎｘ５Ａｌｙ２Ｇａ１－ｘ５－ｙ２Ｎ（０≦ｘ５≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｘ５＋ｙ２≦１）の組成式を有する第１半導体物質を含み、前記第１導電型半導体層はＩｎｘ１Ａｌｙ１Ｇａ１－ｘ１－ｙ１Ｎ（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｘ１＋ｙ１≦１）の組成式を有する第２半導体物質を含む、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項19】
胴体と、前記胴体上に配置されている半導体素子とを含み、
前記半導体素子は、
アルミニウムを有する第１導電型半導体層と、
アルミニウムを有する第２導電型半導体層と、
アルミニウムを有し、且つ、前記第１導電型半導体層と前記第２導電型半導体層の間に配置されている活性層と、
を含む発光構造物を含み、
前記第１導電型半導体層、前記活性層及び前記第２導電型半導体層からアルミニウムの２次イオンをはじき出すために１次イオンが前記発光構造物に照射されるとき、アルミニウムの二次イオンは、前記第１導電型半導体層、前記活性層及び前記第２導電型半導体層のそれぞれの強度で生成され、
前記アルミニウムの二次イオンの強度は、前記発光構造物内の最大強度、前記発光構造物内の最小強度、第２強度、及び、前記最大強度と前記第２強度の間に配置された領域内で最大ピーク強度である、前記最大強度から離れた第１ピーク強度を含み、
前記第２強度は、前記第１ピーク強度から第１方向に離れた領域内で最小強度であり、
前記最大強度は前記最小強度から前記第１方向に離れ、且つ、前記第１ピーク強度は前記最大強度から前記第１方向に離れ、
前記第１導電型半導体層は、前記第１ピーク強度に対応する位置と前記第２強度に対応する位置の間に位置し、前記第１ピーク強度と前記第２強度の間のアルミニウムの二次イオンの強度を有する第１領域を含み、前記第２導電型半導体層は、前記最大強度と前記最小強度の間の二次イオンの強度を有する第２領域を含み、且つ、前記活性層は、前記最大強度に対応する位置と前記第１ピーク強度に対応する位置の間に位置し、前記第１ピーク強度よりも弱いアルミニウムの二次イオンの強度を有する第３領域を含み、
前記第１方向は、前記第２導電型半導体層から前記第１導電型半導体層に向かう前記発光構造物の厚さ方向であり、
前記第１ピーク強度と前記第２強度の間の第１強度差（Ｄ１）は、前記最大強度と前記最小強度の間の第２強度差（Ｄ２）よりも小さく、且つ前記第１強度差と前記第２強度差の比は、１：１．５～１：２．５の範囲であり、
前記第１導電型半導体層は、前記第１ピーク強度、前記第２強度、及び前記第１領域の内に位置し、前記第２強度よりも高いアルミニウムの二次イオンの強度を有し、
前記第２強度が占める領域は、３０％～７０％であるアルミニウム組成を有し、
前記第１導電型半導体層は、第１－１導電型半導体層、第１－２導電型半導体層、及び前記第１－１導電型半導体層と前記第１－２導電型半導体層の間に配置された中間層を含み、前記中間層が前記第２強度における領域に対応し、
前記発光構造物は、１００ｎｍ～３２０ｎｍ範囲の波長を有する紫外線波長帯の光を出力し、
前記第２強度と前記第１ピーク強度の比は、１ ： １ ． ２ ～ １ ： ２ ． ５ である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、広くて調整が容易な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しているため、発光素子、受光素子および各種ダイオードなどとして多様に使われ得る。
【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相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の具現も可能であり、蛍光灯、白熱灯など既存の光源に比べて低消費電力、半永久的な寿命、迅速な応答速度、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、素子材料の開発により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多様な波長領域の光を利用することができる。また迅速な応答速度、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）を代替す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するため、硬化用、医療用、および殺菌用として使われ得る
【0007】
最近紫外線発光素子に対する研究が活発であるが、これまで紫外線発光素子は垂直型に具現し難い問題があり、基板を分離する過程で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るものではなく、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ものと理解されるべきである。
【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導電型半導体層間に配置される活性層を含む発光構造物；前記第１導電型半導体層と電気的に連結される第１電極；および前記第２導電型半導体層と電気的に連結される第２電極を含み、前記第２導電型半導体層は前記第２電極が配置される第１面を含み、前記第２導電型半導体層は前記第１面から第２地点までの第２最短距離Ｗ２と前記第１面から第１地点までの第１最短距離Ｗ１の比Ｗ２：Ｗ１は１：１．２５～１：１００であり、前記第１地点は前記活性層のうち前記第２導電型半導体層と最も近い井戸層のアルミニウム組成と同じ組成を有する地点であり、前記第２地点はアルミニウム組成と第２導電型半導体層のドーパント組成が同じとなる地点であり得る。
【発明の効果】
【0012】
実施例によると、垂直型紫外線発光素子を製造することができる。
【0013】
また、光出力を向上させることができる。
【0014】
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はずである。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明の一実施例に係る発光構造物の概念図。
【図2】本発明の一実施例に係る発光構造物のアルミニウム組成比を示したグラフ。
【図3】本発明の第１実施例に係る発光構造物のＳＩＭＳグラフ。
【図5】本発明の第２実施例に係る発光構造物のＳＩＭＳグラフ。
【図7】本発明の第３実施例に係る発光構造物のＳＩＭＳグラフ。
【図9】本発明の一実施例に係る半導体構造物の概念図。
【図10】本発明の一実施例に係る半導体構造物のアルミニウム組成比を示したグラフ。
【図11a】本発明の一実施例に係る半導体構造物のＳＩＭＳデータ。
【図11b】本発明の一実施例に係る半導体構造物のＳＩＭＳデータ。
【図11c】本発明の他の実施例に係る半導体構造物のＳＩＭＳデータ。
【図11d】本発明の他の実施例に係る半導体構造物のＳＩＭＳデータ。
【図14a】本発明の一実施例に係る第２導電型半導体層の概念図。
【図14b】本発明の一実施例に係る第２導電型半導体層の表面を測定したＡＦＭデータ。
【図14c】ＧａＮ薄膜の表面を測定したＡＦＭデータ。
【図14d】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。
【図15】本発明の一実施例に係る半導体素子の概念図。
【図16a】リセスの個数の変化により光出力が向上する構成を説明するための図面。
【図16b】リセスの個数の変化により光出力が向上する構成を説明するための図面。
【図18】本発明の他の実施例に係る半導体素子の概念図。
【図20】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21】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23】本発明の他の実施例に係る半導体素子パッケージの断面図。
【図24】本発明の一実施例に係る発光構造物の概念図。
【図25】本発明の一実施例に係る発光構造物のアルミニウム組成を示すグラフ。
【図26】本発明の他の実施例に係る発光構造物のアルミニウム組成を示すグラフ。
【図27】従来発光構造物を含む半導体素子の光効率を測定したグラフ。
【図28】本発明の他の実施例に係る発光構造物の光効率を測定したグラフ。
【図29】本発明のさらに他の実施例に係る発光構造物のアルミニウム組成を示すグラフ。
【図30】基板上に成長した発光構造物の概念図。
【図31】基板を分離する過程を説明するための図面。
【図32】発光構造物を食刻する過程を説明するための図面。
【図33】製造された半導体素子を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
本実施例は他の形態に変形されたり複数の実施例が互いに組み合わせられ得、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。
【0017】
特定の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。
【0018】
例えば、特定の実施例で構成Ａに対する特徴を説明し、他の実施例で構成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的に記載されていなく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。
【0019】
実施例の説明において、いずれか一つのｅｌｅｍｅｎｔが他のｅｌｅｍｅｎｔの「上（うえ）または下（した）（ｏｎ ｏｒ ｕｎｄｅｒ）」に形成されるものと記載される場合において、上（うえ）または下（した）（ｏｎ ｏｒ ｕｎｄｅｒ）は二つのｅｌｅｍｅｎｔが互いに直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）接触するか、一つ以上の他のｅｌｅｍｅｎｔが前記二つのｅｌｅｍｅｎｔの間に配置されて（ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ）形成されるものをすべて含む。また、「上（うえ）または下（した）（ｏｎ ｏｒ ｕｎｄｅｒ）」で表現される場合、一つの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。
【0020】
以下では、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する者が容易に実施できるように詳細に説明する。
【0021】
本発明の実施例に係る発光構造物は、紫外線波長帯の光を出力することができる。例示的に発光構造物は、近紫外線波長帯の光ＵＶ－Ａを出力してもよく、遠紫外線波長帯の光ＵＶ－Ｂを出力してもよく、深紫外線波長帯の光ＵＶ－Ｃを出力してもよい。波長範囲は発光構造物１２０のＡｌの組成比によって決定され得る。
【0022】
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。
【0023】
【0024】
図１を参照すると、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を含む発光構造物１２０を含む。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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よりアルミニウム組成が小さくてもよい。
【0030】
活性層１２６と第２導電型半導体層１２７の間には電子遮断層１２９が配置され得る。電子遮断層１２９は第１導電型半導体層１２４から供給された電子が第２導電型半導体層１２７に抜け出る流れを遮断して、活性層１２６内で電子と正孔が再結合する確率を高めることができる。電子遮断層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。
【0031】
電子遮断層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。電子遮断層１２９はアルミニウム組成が高い第１層１２９ｂとアルミニウム組成が低い第２層１２９ａが交互に配置され得る。
【0032】
図２を参照すると、第１導電型半導体層１２４、障壁層１２６ｂ、井戸層１２６ａ、第２－１～第２－３導電型半導体層１２７ａ、１２７ｂ、１２７ｃはいずれも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、障壁層１２６ｂ、井戸層１２６ａ、第２－１～第２－３導電型半導体層１２７ａ、１２７ｂ、１２７ｃはＡｌＧａＮであり得る。しかし、必ずしもこれに限定されない。
【0033】
電子遮断層１２９はアルミニウム組成が５０％～９０％であり得る。遮断層１２９はアルミニウム組成が相対的に高い複数個の第１遮断層１２９ａとアルミニウム組成が低い複数個の第２遮断層１２９ｂが交互に配置され得る。遮断層１２９のアルミニウム組成が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不十分であり得、活性層１２６から放出する光を遮断層１２９で吸収することができ、アルミニウム組成が９０％を超過する場合、半導体素子の電気的特性が悪化し得る。
【0034】
電子遮断層１２９は第１－１区間１２９－１と第１－２区間１２９－２を含むことができる。第１－１区間１２９－１は遮断層１２９に近づくほどアルミニウム組成が高くなり得る。第１－１区間１２９－１のアルミニウム組成は８０％～１００％であり得る。すなわち、第１－１区間１２９－１はＡｌＧａＮでもよく、ＡｌＮでもよい。または第１－１区間１２９－１はＡｌＧａＮとＡｌＮが交互に配置される超格子層でもよい。
【0035】
第１－１区間１２９－１の厚さは約０．１ｎｍ～４ｎｍであり得る。第１－１区間１２９－１の厚さが０．１ｎｍより薄い場合、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１２９－１の厚さが４ｎｍより厚い場合、活性層に正孔が注入される効率が低下する問題点があり得る。
【0036】
第１－２区間１２９－２はアンドープ（ｕｎｄｏｐｅｄ）された区間を含むことができる。第１－２区間１２９－２はドーパントが第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。
【0037】
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。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、水平方向に抵抗が増加して電流注入効率が低下し得る。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、垂直方向に抵抗が増加して電流注入効率が低下し得る。
【0038】
第２－２導電型半導体層１２７ｂのアルミニウム組成は井戸層１２６ａのアルミニウム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のアルミニウム組成は約３０％～７０％であり得る。もし、第２－２導電型半導体層１２７ｂのアルミニウム組成が井戸層１２６ａのアルミニウム組成より低い場合、第２－２導電型半導体層１２７ｂが光を吸収するため、光抽出効率が低下し得る。しかし、発光構造物の結晶性の低下を防止するためには、必ずしもこれに限定されない。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組成は井戸層１２６ａのアルミニウム組成より低くてもよい。
【0039】
第２－２導電型半導体層１２７ｂのアルミニウム組成は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のアルミニウム組成は４０％であり得る。
【0040】
第２－１導電型半導体層１２７ａのアルミニウム組成は井戸層１２６ａのアルミニウム組成より低くてもよい。第２－１導電型半導体層１２７ａのアルミニウム組成が井戸層１２６ａのアルミニウム組成より高い場合、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が行われず、電流注入効率が低下する問題がある。
【0041】
第２－１導電型半導体層１２７ａのアルミニウム組成は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が行われ得ず、組成が１％より小さい場合、ほぼＧａＮ組成と近くなって光を吸収する問題がある。
【0042】
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。
【0043】
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が発光構造物１２０の外部に露出する領域が発生し得る。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し得る。
【0044】
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るため、電流注入効率が減少し得る。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るため、オーミックの信頼性が低下し得る。
【0045】
第２－２導電型半導体層１２７ｂのアルミニウム組成は活性層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のアルミニウム組成は活性層１２６から遠くなるほど小さくなり得る。
【0046】
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。
【0047】
第２－２導電型半導体層１２７ｂの厚さは第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は厚さが薄く、アルミニウム組成の変化幅が大きいため、アルミニウム組成の減少幅が相対的に大きくてもよい。
【0048】
第２－３導電型半導体層１２７ｃは均一なアルミニウム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のアルミニウム組成は４０％～７０％であり得る。
図３は本発明の第１実施例に係る発光構造物のＳＩＭＳグラフであり、図４は図３の一部拡大図である。
図３は本発明の第１実施例に係る発光構造物のＳＩＭＳグラフであり、図４は図３の一部拡大図である。
【0049】
図３および図４を参照すると、発光構造物は厚さが減少する方向にアルミニウム組成とＰ型不純物（Ｍｇ）の組成が変化し得る。第２導電型半導体層１２７から第２導電型半導体層１２７の表面方向へ向かうほどアルミニウムの組成は低くなり、Ｐ型不純物（Ｍｇ）の組成は高くなり得る。
【0050】
第２導電型半導体層１２７は表面（厚さが０の地点、第１面）から第２地点Ｐ２１までの第２最短距離Ｗ２と表面から第１地点Ｐ１１までの第１最短距離Ｗ１の比Ｗ２：Ｗ１が１：１．２５～１：１００、または１：１．２５～１：１０であり得る。
【0051】
第２最短距離Ｗ２と第１最短距離Ｗ１の比Ｗ２：Ｗ１が１：１．２５より小さい場合には、第１最短距離Ｗ１と第２最短距離Ｗ２が近くなってアルミニウム組成の変化が急激となる問題が発生し得る。また、比Ｗ２：Ｗ１が１：１００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第２導電型半導体層１２７の結晶性が低下したり、基板方向に印加される応力が強くなり得るため、活性層から放出する光の波長が変化する問題がある。
【0052】
ここで、第１地点Ｐ１１は活性層のうち第２導電型半導体層１２７と最も近い井戸層１２６ａのアルミニウム組成と同じ組成を有する地点であり得る。第１地点Ｐ１１の範囲はＳＩＭＳで測定したスペクトルで定義することができる。第１地点Ｐ１１の範囲は活性層の井戸層でのアルミニウム含量と同じ第２導電型半導体層で定義することができる。
【0053】
第１地点Ｐ１１を測定して定義するためにＳＩＭＳスペクトルによる方法を適用することができるが、必ずしもこれに限定されはしない。他の例としてＴＥＭ、ＸＲＤ測定方法を適用することができるが、簡便にはＳＩＭＳスペクトルを通じて定義することができる。
【0054】
第２地点Ｐ２１はＳＩＭＳスペクトルで第２導電型半導体層のドーパント（例えば、Ｍｇ）に対するスペクトルとアルミニウムに対するスペクトルが交差する地点であり得る。
【0055】
測定において、第２導電型半導体層のドーパントに対する値の単位は異なり得るが、第２導電型半導体層のアルミニウム組成に対する変曲点を含む領域と第２導電型半導体層のドーパントに対するスペクトルが交差する地点を含む範囲内で、第２－１導電型半導体層１２７ａと第２－２導電型半導体層１２７ｂの境界領域が含まれ得る。したがって、導電型第２－１半導体層１２７ａと第２－２導電型半導体層１２７ｂの境界領域を測定することができ、その範囲を定義することができる。
【0056】
しかし、必ずしもこれに限定されず、第２地点Ｐ２１はアルミニウム組成が５％～５５％の領域内に位置した地点であり得る。第２地点Ｐ２１のアルミニウム組成が５％未満である場合、第２－１導電型半導体層１２７ａの厚さが過度に薄くなり得るため、半導体素子の消費電力の効率が低下し得、５５％を超過する場合、第２－１導電型半導体層１２７ａの厚さが過度に厚くなるため、光抽出効率が低下する問題が発生し得る。この時、第２地点Ｐ２１のアルミニウム組成は第１地点Ｐ１１のアルミニウム組成より小さくてもよい。例示的に第２地点Ｐ２１はアルミニウム組成が４０％～７０％であり得る。
【0057】
例示的に第１最短距離Ｗ１は２５ｎｍ～１００ｎｍであり得、第２最短距離Ｗ２は１ｎｍ～２０ｎｍであり得る。
【0058】
電子遮断層１２９の平均アルミニウム組成と第１地点Ｐ１１でのアルミニウム組成の第１差Ｈ１と電子遮断層の平均アルミニウム組成と第２地点Ｐ２１でのアルミニウム組成の第２差Ｈ２の比Ｈ１：Ｈ２は１：１．２～１：１０であり得る。
【0059】
第１差と第２差の比Ｈ１：Ｈ２が１：１．２より小さい場合、第１地点Ｐ１１と第２点の間の区間のアルミニウム組成の変化が緩やかであるため、コンタクト層でアルミニウム組成を十分に低くし難い問題がある。また、第１差と第２差の比Ｈ１：Ｈ２が１：１０より大きい場合、アルミニウム組成の変化が急激であるため、活性層から出射した光を吸収する確率が高くなり得る。
【0060】
【0061】
図５～図８を参照しても前述した第２最短距離Ｗ２と第１最短距離Ｗ１の比Ｗ２：Ｗ１が１：１．２５～１：１００、または１：１．２５～１：１０を満足することが分かる。例示的に図８を参照すると、第１地点Ｐ１３と第２地点Ｐ２３は非常に近接するように配置されることが分かる。
【0062】
また、電子遮断層１２９の平均アルミニウム組成と第１地点Ｐ１２、Ｐ１３でのアルミニウム組成の第１差と、電子遮断層の平均アルミニウム組成と第２地点Ｐ２２、Ｐ２３でのアルミニウム組成の第２差の比Ｈ１：Ｈ２は１：１．２～１：１０を満足することが分かる。
【0063】
このような条件を満足する場合、第２導電型半導体層１２７の表面でアルミニウムの組成を１％～１０％に調節することができる。
【0064】
【0065】
図９および図１０を参照すると、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。
【0066】
本発明の実施例に係る半導体構造物１２０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１２０は近紫外線波長帯の光ＵＶ－Ａを出力してもよく、遠紫外線波長帯の光ＵＶ－Ｂを出力してもよく、深紫外線波長帯の光ＵＶ－Ｃを出力してもよい。波長範囲は半導体構造物１２０のＡｌの組成比によって決定され得る。
【0067】
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。
【0068】
半導体構造物１２０が紫外線波長帯の光を発光する時、半導体構造物１２０の各半導体層はアルミニウムを含むＩｎｘ１Ａｌｙ１Ｇａ１－ｘ１－ｙ１Ｎ（０≦ｘ１≦１、０＜ｙ１≦１、０≦ｘ１＋ｙ１≦１）物質を含むことができる。ここで、Ａｌの組成はＩｎ原子量とＧａ原子量およびＡｌ原子量を含む全体の原子量とＡｌ原子量の割合で示すことができる。例えば、Ａｌ組成が４０％である場合、Ｇａの組成は６０％であるＡｌ４０Ｇａ６０Ｎであり得る。
【0069】
また、実施例の説明において組成が低いまたは高いという意味は、各半導体層の組成％の差（および／または％ポイント）と理解され得る。例えば、第１半導体層のアルミニウム組成が３０％であって、第２導電型半導体層のアルミニウム組成が６０％である場合、第２導電型半導体層のアルミニウム組成は第１半導体層のアルミニウム組成より３０％より高いと表現することができる。
【0070】
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ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、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。ただし、これに限定されず、第１導電型半導体層１２４はｐ型半導体層であり得る。
【0071】
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。
【0072】
第１－１導電型半導体層１２４ａのアルミニウム組成は５０％～８０％であり得る。第１－１導電型半導体層１２４ａのアルミニウム組成が５０％以上であるとき、活性層１２６から放出される深紫外線波長帯の光ＵＶ－Ｃの吸収率を低くして光抽出効率を改善させることができ、８０％以下であるとき、活性層１２６での電流注入特性および第１－１導電型半導体層１２４ａ内での電流拡散特性を確保することができる。
【0073】
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のアルミニウム組成は第１－１導電型半導体層１２４ａより低くてもよい。
【0074】
半導体構造物１２０が深紫外線波長帯の光ＵＶ－Ｃを放出する場合、第１－２導電型半導体層１２４ｃのアルミニウム組成は４０％～７０％であり得る。
【0075】
第１－２導電型半導体層１２４ｃのアルミニウム組成が４０％以上であるとき、活性層１２６から放出される深紫外線波長帯の光ＵＶ－Ｃの吸収率を低くして光抽出効率を改善させることができ、７０％以下であるとき、活性層１２６での電流注入特性および第１－２導電型半導体層１２４ｃ内での電流拡散特性を確保することができる。
【0076】
第１－１導電型半導体層１２４ａと第１－２導電型半導体層１２４ｃのアルミニウム組成は、井戸層１２６ａのアルミニウム組成より高くてもよい。したがって、活性層１２６が紫外線領域の波長を有する光を放出する場合、紫外線領域の波長を有する光に対する半導体構造物１２０内で吸収率を低くすることができる。
【0077】
また、第１－２導電型半導体層１２４ｃのアルミニウム組成より第１－１導電型半導体層１２４ａのアルミニウム組成が高い場合、屈折率の差によって、活性層１２６から半導体構造物１２０の外部に光が抽出されるのにさらに有利であり得る。したがって、半導体構造物１２０の光抽出効率が改善され得る。
【0078】
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％以上であり得る。このような構成によると、アルミニウム組成が高い第１－１導電型半導体層１２４ａの厚さを十分に確保した後に中間層１２４ｂが配置されるため、全体の半導体構造物１２０の結晶性が向上し得る。
【0079】
中間層１２４ｂのアルミニウム組成は、第１導電型半導体層１２４および第２導電型半導体層１２４のアルミニウム組成より低くてもよい。中間層１２４ｂは、成長基板を除去するＬＬＯ（Ｌａｓｅｒ Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ）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が損傷すること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、ＬＬＯ（Ｌａｓｅｒ Ｌｉｆｔ－ｏｆｆ）工程時に活性層１２６の損傷を防止することができるため、光出力および電気的特性が向上し得る。
【0080】
また、中間層１２４ｂが第１電極と接する場合、中間層１２４ｂと第１電極の間の抵抗を低くして電流注入効率を確保するために、中間層１２４ｂのアルミニウム組成は第１－１導電型半導体層１２４ａ、第１－２導電型半導体層１２４ｃのアルミニウム組成より低くてもよい。
【0081】
中間層１２４ｂの厚さとアルミニウム組成は、ＬＬＯ工程時に半導体構造物１２０に照射されるレーザーを吸収するために適切に調節され得る。したがって、中間層１２４ｂのアルミニウム組成は、ＬＬＯ工程時に使うレーザー光の波長に対応され得る。
【0082】
ＬＬＯ用レーザーが２００ｎｍ～３００ｎｍである場合、中間層１２４ｂのアルミニウム組成は３０％～７０％であり、厚さは１ｎｍ～１０ｎｍであり得る。
【0083】
例示的にＬＬＯ用レーザーの波長が２７０ｎｍより低くなる場合、ＬＬＯ用レーザー波長に対応するように中間層１２４ｂのアルミニウムの組成が高くなり得る。例示的に中間層１２４ｂのアルミニウム組成は５０％～７０％に高くなり得る。
【0084】
中間層１２４ｂのアルミニウム組成が井戸層１２６ａのアルミニウム組成より高くなると、中間層１２４ｂは活性層１２６から出射した光を吸収しないことがある。したがって、光抽出効率が向上し得る。実施例によると、ＬＬＯ用レーザーは井戸層１２６ａの発光波長より低い波長が選択され得る。したがって、中間層１２４ｂは、ＬＬＯ用レーザーは吸収しつつ、井戸層１２６ａから出射する光は吸収しないように、適切なアルミニウム組成を有することができる。
【0085】
中間層１２４ｂは第１導電型半導体層１２４よりアルミニウム組成が低い第１中間層（図示されず）、および第１導電型半導体層１２４よりアルミニウム組成が高い第２中間層（図示されず）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。
【0086】
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は複数の井戸層１２６ａと複数の障壁層１２６ｂを含むことができる。井戸層１２６ａは第１導電型半導体層１２４を通じて注入される第１キャリア（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第２キャリア（正孔または電子）が会う層である。伝導帯の第１キャリア（または第２キャリア）と価電子帯の第２キャリア（または第１キャリア）が活性層１２６の井戸層１２６ａで再結合すると、井戸層１２６ａの伝導帯と井戸層１２６ａの価電子帯のエネルギーレベルの差（エネルギーバンドギャップ）に対応する波長を有する光が発生し得る。
【0087】
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。
【0088】
活性層１２６は複数個の井戸層１２６ａと障壁層１２６ｂを含むことができる。井戸層１２６ａと障壁層１２６ｂは、Ｉｎｘ２Ａｌｙ２Ｇａ１－ｘ２－ｙ２Ｎ（０≦ｘ２≦１、０＜ｙ２≦１、０≦ｘ２＋ｙ２≦１）の組成式を有することができる。井戸層１２６ａは発光する波長によりアルミニウム組成が変わり得る。
【0089】
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。
【0090】
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。
【0091】
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。ただし、これに限定されず、第２導電型半導体層１２４はｎ型半導体層でもよい。
【0092】
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および第２－３導電型半導体層１２７ｃよりアルミニウム組成が小さくてもよい。
【0093】
遮断層１２９は活性層１２６と第２導電型半導体層１２７の間に配置され得る。遮断層１２９は第１導電型半導体層１２４から供給された第１キャリアが第２導電型半導体層１２７に抜け出る流れを遮断して、活性層１２６内で電子と正孔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。遮断層１２９は第２ドーパントがドーピングされるため、第２導電型半導体層１２７の一部の領域と定義されてもよい。
【0094】
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、ＡｌＮ、ＩｎＡｌＧａＮなどから選択され得るがこれに限定されない。
【0095】
実施例によると、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はいずれも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、ＩｎＡｌＧａＮまたはＡｌＮ組成を有することができる。
【0096】
遮断層１２９は、アルミニウム組成が井戸層１２６ａのアルミニウム組成より高くてもよい。例示的に遮断層１２９はアルミニウム組成は５０％～１００％であり得る。遮断層１２９のアルミニウム組成が５０％以上である場合、第１キャリアを遮断するための十分なエネルギー障壁を有することができ、活性層１２６から放出する光を吸収しないことがある。
【0097】
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。
【0098】
第１－１区間１２９ａは第１導電型半導体層１２４から第２導電型半導体層１２７に向かう方向へ向かうほどアルミニウム組成が高くなり得る。
【0099】
第１－１区間１２９ａのアルミニウム組成は８０％～１００％であり得る。したがって、遮断層１２９の第１－１区間１２９ａは半導体構造物１２０内でＡｌ組成が最も高い部分であり得る。
【0100】
第１－１区間１２９ａはＡｌＧａＮまたはＡｌＮを含むことができる。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。
【0101】
第１－１区間１２９ａの厚さは約０．１ｎｍ～４ｎｍであり得る。第１キャリアの第２導電型半導体層１２７での移動を効率的に遮断するためには、第１－１区間１２９ａの厚さは０．１ｎｍ以上で配置することができる。また、第２導電型半導体層１２７から活性層１２６に第２キャリアを注入する注入効率を確保するために、第１－１区間１２９ａの厚さは４ｎｍ以下で配置することができる。
【0102】
実施例の第１－１区間１２９ａは、正孔の注入効率と電子（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ）の遮断効率を確保するために、第１－１区間１２９－ａの厚さを０．１ｎｍ以上～４ｎｍ以下で配置したが必ずしもこれに限定されない。例示的に第１キャリアの遮断機能と第２キャリアの注入機能のうちいずれか一つを選択的により大きく確保しなければならない必要がある場合、前記言及した数値範囲から外れてもよい。
【0103】
第１－１区間１２９ａと第１－２区間１２９ｃの間に配置された第１－３区間１２９ｂは、ドーパントを含まないアンドープ（ｕｎｄｏｐｅｄ）された区間を含むことができる。したがって、第１－３区間１２９ｂは第２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。
【0104】
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。
【0105】
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以上の場合、第２－２導電型半導体層１２７ｂの電流拡散特性を確保することができる。また、厚さが５０ｎｍ以下である場合、活性層１２６に注入する第２キャリアの注入効率を確保することができ、活性層１２６から放出される光の第２－２導電型半導体層１２７ｂでの吸収率を低くすることができる。
【0106】
第２－２導電型半導体層１２７ｂのアルミニウム組成は、井戸層１２６ａのアルミニウム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のアルミニウム組成は約３０％～７０％であり得る。したがって、第２－２導電型半導体層１２７ｂのアルミニウム組成は４０％以上８０％以下であり得る。
【0107】
第２－２導電型半導体層１２７ｂのアルミニウム組成が４０％以上である場合、光を吸収する問題を改善させることができ、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させることができる。例示的に、井戸層１２６ａのアルミニウム組成が３０％である場合、第２－２導電型半導体層１２７ｂのアルミニウム組成は４０％であり得る。
【0108】
第２－１導電型半導体層１２７ａのアルミニウム組成は、井戸層１２６ａのアルミニウム組成より低くてもよい。第２－１導電型半導体層１２７ａのアルミニウム組成が井戸層１２６ａのアルミニウム組成より高い場合、第２電極の間の抵抗が高くなって十分なオーミックが行われず、電流注入効率が低下する問題がある。
【0109】
第２－１導電型半導体層１２７ａのアルミニウム組成は１％以上５０％以下であり得る。５０％以下である場合、第２電極との抵抗が低くなり得、組成が１％以上である場合、第２－１導電型半導体層１２７ａ内で光を吸収する問題を改善させることができる。第２－１導電型半導体層１２７ａのアルミニウム組成は中間層１２４ｂのアルミニウム組成より小さくてもよい。
【0110】
第２－１導電型半導体層１２７ａの厚さは１ｎｍ～３０ｎｍであり得る。第２－１導電型半導体層１２７ａは紫外線光を吸収することができるため、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。
【0111】
しかし、第２－１導電型半導体層１２７ａの厚さが１ｎｍ以上である場合、第２－１導電型半導体層１２７ａの抵抗を減少させることができるため、半導体素子の電気的特性が改善され得る。また、厚さが３０ｎｍ以下である場合、第２－１導電型半導体層１２７ａが吸収する光量を減らして光出力効率を改善させることができる。
【0112】
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より大きい場合、第２－２導電型半導体層１２７ｂの厚さが増加するため、電流注入効率が改善され得る。また、厚さ比が１：２０より小さい場合、第２－１導電型半導体層１２７ａの厚さが増加するため、結晶性が低下する問題を改善させることができる。もし、第２－１導電型半導体層１２７ａの厚さが過度に薄くなると、その厚さ範囲内でアルミニウム組成を急激に変化させなければならないため、結晶性が低下し得る。
【0113】
第２－２導電型半導体層１２７ｂのアルミニウム組成は、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のアルミニウム組成は、活性層１２６から遠くなるほど小さくなり得る。
【0114】
この時、第２－１導電型半導体層１２７ａの厚さに対するアルミニウム減少幅は、第２－２導電型半導体層１２７ｂの厚さに対する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。
【0115】
第２－１導電型半導体層１２７ａは、第２電極との低い接触抵抗のために井戸層１２６ａよりアルミニウム組成が低くなり得る。したがって、第２－１導電型半導体層１２７ａは井戸層１２６ａから発光する光を一部吸収することができる。
【0116】
したがって、第２－１導電型半導体層１２７ａは光が吸収されることを抑制するために、第２－１導電型半導体層１２７ａの厚さを１ｎｍ以上～３０ｎｍ以下で配置することができる。
【0117】
その結果、第２－１導電型半導体層１２７ａは、厚さは薄くなる反面、アルミニウムの変化幅は相対的に大きいため、厚さに対するアルミニウム減少幅が相対的に大きくてもよい。
【0118】
これに反し、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、アルミニウム組成は井戸層１２６ａより高いか同じであるため、減少幅が相対的に緩やかであり得る。
【0119】
第２－１導電型半導体層１２７ａは、厚さが薄く厚さに対するアルミニウム組成の変化幅が大きいため、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。
【0120】
第２－３導電型半導体層１２７ｃは均一なアルミニウム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の結晶性が低下しないことができ、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のアルミニウム組成が急激に変化して発生する結晶性が低下する問題を防止することができるため、半導体素子の電気的特性を向上させることができる。
【0121】
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。
【0122】
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。
【0123】
本発明の実施例に係る第２導電型半導体層１２７は、半導体構造物内でアルミニウム組成が最も高い第１地点Ｐ１、およびアルミニウム組成が最も低い第３地点Ｐ３を含むことができる。ここで第１地点Ｐ１はアルミニウム組成が最も高い遮断層１２９の第１－１区間１２９ａであり得、第３地点Ｐ３はアルミニウムが最も低い第２－１導電型半導体層１２７ａであり得る。
【0124】
第１導電型半導体層１２４は、第１導電型半導体層内でアルミニウム組成が最も高い第２地点Ｐ２、およびアルミニウム組成が最も低い第４地点Ｐ４を含むことができる。第２地点Ｐ２は第１－１導電型半導体層１２４ａおよび／または第１－２導電型半導体層１２４ｃであり得、第４地点Ｐ４は中間層１２４ｂであり得る。
【0125】
第１－１区間１２９ａのアルミニウム組成は８０％～１００％であり得る。第２－１導電型半導体層１２７ａのアルミニウム組成は１％以上５０％であり得る。この時、第２－１導電型半導体層１２７ａのアルミニウム組成は井戸層１２６ａのアルミニウム組成より小さくてもよい。
【0126】
したがって、第３地点Ｐ３と第１地点Ｐ１の間のアルミニウム組成の比は、１：４～１：１００であり得る。アルミニウム組成の比が１：４以上である場合、第１地点Ｐ１のアルミニウム組成が増加して第１キャリアが第２導電型半導体層を通り過ぎることを効果的に遮断することができる。また、アルミニウム組成の比が１：１００以下である場合、第３地点Ｐ３のアルミニウムが増加して第３地点Ｐ３が光を吸収する問題を改善させることができる。
【0127】
第１－１導電型半導体層１２４ａのアルミニウム組成は、５０％～８０％であり得る。中間層１２４ｂのアルミニウム組成は、３０％～７０％であり得る。この時、中間層１２４ｂのアルミニウム組成は第１－１導電型半導体層より小さくてもよい。したがって、第４地点Ｐ４と第２地点Ｐ２の間のアルミニウム組成の比は、１：０．５～１：０．９であり得る。
【0128】
アルミニウム組成比が１：０．５以上である場合、第１－１導電型半導体層１２４ａのアルミニウム組成が大きくなって結晶性が向上し得る。また、アルミニウム組成比が１：０．９以下である場合、中間層１２４ｂのアルミニウム組成が大きくなるので、紫外線波長帯の光を吸収する問題を改善させることができる。
【0129】
図１１ａおよび図１１ｂは本発明の一実施例に係る半導体構造物のＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、以下ＳＩＭＳ）データであり、図１１ｃおよび図１１ｄは本発明の他の実施例に係る半導体構造物のＳＩＭＳデータであり、図１２は図１１ａ～図１１ｄのアルミニウム相対イオン強度を示す図面であり、図１３ａは図１２の（ａ）のＳＩＭＳデータを一部拡大した図面であり、図１３ｂは図１２の（ｂ）のＳＩＭＳデータをリニアスケールに変換した図面である。
【0130】
図１１ａを参照すると、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（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、第１ドーパント、第２ドーパント、酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）の組成が変化し得る。第１ドーパントはシリコン（Ｓｉ）であり得、第２ドーパントはマグネシウム（Ｍｇ）であり得るが、必ずしもこれに限定されない。
【0131】
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 Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）による分析データであり得る。
【0132】
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。
【0133】
ＳＩＭＳデータは第２導電型半導体層の表面（深さが０の地点）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。
【0134】
ただし、これに限定されず、ＡｌＧａＮ基盤および／またはＧａＮ基盤の半導体物質、第１および第２ドーパント物質を検出するための測定条件が多様に利用され得る。
【0135】
また、ＳＩＭＳ分析による結果は、物質の２次イオンの強度またはドーピング濃度に対するスペクトルで解析することができるが、２次イオンの強度またはドーピング濃度の解析において、０．９倍以上～１．１倍以内に発生するノイズを含むことができる。したがって、「同じである／同一である」という記載は、一つの特定の２次イオンの強度またはドーピング濃度の０．９倍以上～１．１倍以内のノイズを含んで指称し得る。
【0136】
図１１ａ～図１１ｄのＳＩＭＳデータ上において、アルミニウムとガリウムは２次イオンの強度に対するスペクトルデータであり、第１ドーパント、第２ドーパント、酸素および炭素はドーピング濃度を測定したデータである。すなわち、図１１ａ～図１１ｄはＳＩＭＳデータとドーピング濃度データを一つの図面に表現した。
【0137】
図１１ａを参照すると、アルミニウムのイオン強度のスペクトルと第１および第２ドーパントの濃度スペクトルの一部とが交差するものとして図示されたが、イオンの強度とドーパントの濃度に対するデータは互いに独立的な関係を有することができる。
【0138】
例示的に表面（深さが０の地点）の付近でアルミニウムのイオン強度と第２ドーパントのドーピング濃度が交差するものとして表現されたが、ドーピング濃度の基準点（図面の左側Ｙ軸で最も低い地点）をより低く設定する場合、データ上でドーピング濃度グラフは低くなり得る。例えば、第２ドーパントドーピング濃度の基準点を１．００Ｅ＋１４から１．００Ｅ＋１２に下げると、第２ドーパントの濃度グラフは図面上で低くなるため、第２ドーパントデータとアルミニウムデータは交差しなくてもよい。
【0139】
第１ドーパント、第２ドーパント、酸素および炭素の濃度を測定する方法は特に限定されない。また、本実施例で縦軸（Ｙ軸）はログスケールに変換して図示した。
【0140】
アルミニウムのイオン強度は、表面から深さが増加するほど次第に増加してから最高強度の地点の後は増減を繰り返すことが分かる。ＧａＮ基盤の半導体物質でＡｌ原子はＧａ原子を置き換えてＡｌＧａＮ物質を構成するため、ガリウムのイオン強度はアルミニウムのイオン強度と対称をなすことができる。
【0141】
実施例に係るイオン強度は測定条件により増減し得る。しかし、１次イオンの強度が増加すると、２次イオン（アルミニウムイオン）の強度グラフは全体的に増加し、１次イオンの強度が減少すると、２次イオン（アルミニウムイオン）の強度グラフは全体的に減少し得る。したがって、厚さ方向にイオン強度の変化は測定条件を変更しても類似し得る。
【0142】
第２ドーパントのドーピング濃度は表面で最も高く、表面から遠くなるほど次第に減少し得る。第２ドーパントは第２導電型半導体層のすべての領域および活性層の一部の領域に存在し得るが、必ずしもこれに限定されない。第２ドーパントは第２導電型半導体層内にのみ配置することができるが、活性層まで拡散され得る。したがって、活性層に注入される第２ドーパントの注入効率が改善され得る。しかし、第２ドーパントが第１導電型半導体層まで拡散する場合、半導体素子の漏洩電流および／または第１および第２キャリアの非発光再結合が発生して半導体素子の信頼性および／または発光効率が低下し得る。
【0143】
第１ドーパントは、第１導電型半導体層と活性層間の区間で濃度が酸素の濃度より低くなる区間Ｒ１を有することができる。第１ドーパントは活性層にも一部分布し得る。したがって、活性層に注入する第１キャリアの注入効率が改善され得、活性層で第１キャリアと第２キャリアが発光性再結合する効率が改善され得る。
【0144】
【0145】
図１２および図１３ａを参照すると、アルミニウムのイオン強度は第１地点～第６地点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６を含むことができる。図１２の（ａ）は図１１ａのアルミニウムのイオン強度であり、図１２の（ｂ）は図１１ｂのアルミニウムのイオン強度であり、図１２の（ｃ）は図１１ｃのアルミニウムのイオン強度であり、図１２の（ｄ）は図１１ｄのアルミニウムのイオン強度である。
【0146】
図１２の（ｃ）および図１２の（ｄ）は、第１地点Ｐ１と第３地点Ｐ３の間にイオン強度が変化する凹凸区間Ｐ７を有する点を除いては、図１２の（ａ）のアルミニウムのイオン強度分布と類似する分布を有することができる。例示的に図１２の（ｃ）および図１２の（ｄ）の実施例は、遮断層に超格子層をさらに配置した構造であり得る。
【0147】
第１地点Ｐ１のアルミニウムのイオン強度は、半導体構造物１２０内で最も高くてもよい。第１地点Ｐ１のアルミニウムのイオン強度が最も高いため、第１キャリアが第２導電型半導体層で第２キャリアと非発光性再結合することを防止することができる。したがって、半導体素子の光出力を改善させることができる。第１地点Ｐ１は遮断層１２９の第１－１区間１２９ａに対応する領域であり得るが、必ずしもこれに限定されはしない。
【0148】
第２地点Ｐ２の第２イオンの強度は、第１地点Ｐ１から第１方向（深さが増加する方向、Ｄ）に延びるアルミニウムのイオン強度の地点のうち、アルミニウムのイオン強度が最も高い地点であり得る。
【0149】
第２地点Ｐ２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高い地点であり得、第１導電型半導体層１２４で活性層１２６と最も隣接した地点であり得る。
【0150】
第２地点Ｐ２は、第１導電型半導体層１２４から活性層方向に注入される第１キャリアエネルギーを低下させて、活性層で再結合する第１および第２キャリアの濃度または密度の均衡を取ることができる。したがって、発光効率を改善して半導体素子の光出力特性を改善させることができる。
【0151】
第３地点Ｐ３の第３イオンの強度は、第１地点Ｐ１で半導体構造物１２０の表面に向かう方向（第１方向と反対方向）にアルミニウムのイオン強度が最も低い地点であり得る。
【0152】
第３地点Ｐ３と第２電極が接する場合、第３地点Ｐ３のアルミニウムのイオン強度が最も低いため、第３地点Ｐ３と第２電極の間の抵抗が低い可能性があり、したがって第２電極を通じて半導体構造物１２０に注入される電流注入効率が確保され得る。
【0153】
第４地点Ｐ４の第４イオンの強度は、第２地点Ｐ２から第１方向でアルミニウムのイオン強度が最も低い地点であり得る。
【0154】
第４地点Ｐ４は半導体素子の工程中において、Ｌａｓｅｒ Ｌｉｆｔ－Ｏｆｆ（以下ＬＬＯ）工程が適用される場合、活性層にレーザーが浸透できないようにレーザーを吸収することによって、ＬＬＯ工程による活性層が損傷することを防止することができる。
【0155】
また、第４地点Ｐ４は第１電極が接する場合、第１電極と第４地点Ｐ４の間の抵抗を低くして半導体構造物に注入する電流の注入効率を改善させることができる。このような観点で第４地点Ｐ４のアルミニウムのイオン強度は、第２地点Ｐ２で第１方向に最も低く配置され得る。
【0156】
第５地点Ｐ５は、第２地点Ｐ２と第４地点Ｐ４の間に配置され得る。第５地点Ｐ５のアルミニウムのイオン強度は、第２地点Ｐ２と第４地点Ｐ４の間のイオン強度を有することができる。第５地点Ｐ５は一つの特定の地点であり得、一つの層を構成することができる。第４地点Ｐ４を通じて注入される電流が第５地点Ｐ５を含む層で均一に分布され得るようにして、活性層に注入される電流の面積に対する密度が均一となるように改善され得る。
【0157】
また、第５地点Ｐ５と同一または類似するアルミニウムのイオン強度を有する地点（または層）は、第４地点Ｐ４で第１方向Ｄに離隔して配置され得る。すなわち、第４地点Ｐ４で第１方向にイオン強度が上昇する区間を有することができる。したがって、第４地点Ｐ４は第５地点Ｐ５のアルミニウムのイオン強度を有する地点（または層）の間に配置され得る。ただし、これに限定されず、第５地点Ｐ５と第１方向Ｄに離隔して第４地点Ｐ４より第１方向Ｄに遠く離れた領域のアルミニウムのイオン強度は、第５地点Ｐ５より高いイオンの強度を有することができる。
【0158】
第１０地点Ｐ１０は第１地点Ｐ１と第３地点Ｐ３の間に配置され得、第１地点Ｐ１と第２地点Ｐ２の間で最も小さいイオン強度を有する地点Ｓ２２と同じアルミニウムのイオン強度を有することができる。
【0159】
第１０地点Ｐ１０と第３地点Ｐ３の間の領域の厚さは、半導体素子が放出する光が吸収されることを抑制し、第２電極との接触抵抗を低くするために１ｎｍ以上～３０ｎｍであり得る。
【0160】
また、第２電極と電気的に連結される第３地点Ｐ３は、第１電極と連結される第４地点Ｐ４に比べて電気伝導度がさらに低くてもよい。したがって、第３地点Ｐ３のイオン強度は第４地点Ｐ４のイオン強度に比べて小さくてもよい。
【0161】
したがって、第１０地点Ｐ１０と第３地点Ｐ３の間のアルミニウムのイオン強度の平均変化率は、第１地点Ｐ１と第１０地点Ｐ１０の間のアルミニウムのイオン強度の平均変化率よりも大きくてもよい。ここで平均変化率は、アルミニウムのイオン強度の最大変化幅を厚さで除算した値であり得る。
【0162】
第３地点Ｐ３と第１０地点Ｐ１０の間の領域Ｓ１１は、表面Ｓ０に近づくほどアルミニウムのイオン強度が減少する区間、および表面Ｓ０に近づくほどアルミニウムのイオン強度が減少しない逆転区間Ｐ６を有することができる。逆転区間Ｐ６は表面Ｓ０に近づくほどアルミニウムのイオン強度が増加するか維持される区間であり得る。
【0163】
第３地点Ｐ３と第１０地点Ｐ１０の間の領域に逆転区間Ｐ６が配置された場合、第３地点Ｐ３に注入される電流が均一に拡散することができるため、活性層に注入される電流密度が均一に制御され得る。したがって、半導体素子の光出力特性および電気的特性と信頼性が向上し得る。
【0164】
逆転区間Ｐ６は温度を通じて制御され得る。例えば、第３地点Ｐ３と第１０地点Ｐ１０の間の領域は、温度を制御することによってアルミニウムの組成を制御することができる。このような場合、温度を過度に急激に低くする場合、第２導電型半導体層の結晶性が大きく低下し得る。
【0165】
したがって、温度を連続的に下げたり上げる工程において、低くなる温度を再び高くする瞬間、アルミニウムが瞬間的に多く含まれるようになり逆転区間Ｐ６を形成することができる。
【0166】
すなわち、活性層でアルミニウムのイオン強度が最も低い地点と同じアルミニウムのイオン強度を有する第１０地点Ｐ１０を形成した後、第３地点Ｐ３を形成するまでの工程で、温度を通じてアルミニウムの組成を制御することができ、この過程で第２導電型半導体層の結晶性を確保し、電流拡散特性を確保するために逆転区間Ｐ６を配置することができる。
【0167】
ただし、これに限定されず、さらに他の実施例では電流注入特性をさらに確保するために、逆転区間Ｐ６を有さずに第１０地点Ｐ１０から第３地点Ｐ３に向かうほど連続的にアルミニウムのイオン強度が減少するように配置することもできる。
【0168】
図１３ａを参照すると、アルミニウムのイオン強度グラフ上で半導体構造物は、深さが増加する方向に第１区間Ｓ１、第２区間Ｓ２、および第３区間Ｓ３を含むことができる。
【0169】
第１区間Ｓ１は第１地点Ｐ１と第３地点Ｐ３の間に配置され得、第２導電型半導体層で構成され得る。第２区間Ｓ２は第１地点Ｐ１と第２地点Ｐ２の間に配置され得、活性層１２６で構成され得る。第３区間Ｓ３は第２地点Ｐ２から第１方向へ向かう方向に配置される区間であり、第１導電型半導体層１２４で構成され得る。
【0170】
第２区間Ｓ２は第１地点Ｐ１と第２地点Ｐ２の間に配置され得る。前述した通り、第１地点Ｐ１は半導体構造物内でアルミニウムのイオン強度が最も高い地点であり、第２地点Ｐ２は図面上、表面から遠くなる（深さが増加する）第１方向に離隔して配置され、第２区間Ｓ２の最大イオン強度（ピークのイオン強度）よりも高いイオン強度を有する地点であり得る。
【0171】
しかし、必ずしもこれに限定されるものではなく、第２地点は第５地点と同じ高さを有してもよい。この場合、第２区間は第１地点と第５地点間に配置され得る。
【0172】
第２区間Ｓ２は活性層１２６に対応する区間であって、複数個のピークＳ２１および複数個の谷Ｓ２２を有することができる。谷Ｓ２２は井戸層のイオン強度であり得、ピークＳ２１は障壁層のイオン強度であり得る。
【0173】
この時、谷Ｓ２２のうちイオン強度が最も低い地点と第１地点Ｐ１のイオン強度の比Ｍ１は、１：０．４以上１：０．６以下であり得、谷Ｓ２２とピークＳ２１のイオン強度比Ｍ２は１：０．５以上１：０．７５以下であり得る。
【0174】
谷Ｓ２２のうちイオン強度が最も低い地点と第１地点Ｐ１のアルミニウムのイオン強度の比Ｍ１が１：０．４以上の場合、活性層より表面に近く配置される第１地点Ｐ１と第３地点Ｐ３の間の第２導電型半導体層の結晶性を確保することができ、第１キャリアが第２導電型半導体層に注入されることを防止して活性層で発光性再結合する確率を高めることができる。したがって、半導体素子の光出力特性を改善させることができる。
【0175】
また、イオン強度比Ｍ１が１：０．６以下であるとき、活性層より表面に近く配置される第１地点Ｐ１と第３地点Ｐ３の間の第２導電型半導体層の結晶性を確保することができる。
【0176】
谷Ｓ２２とピークＳ２１のイオン強度比Ｍ２が１：０．５以上であるとき、活性層が含む井戸層から第１導電型半導体層および／または第２導電型半導体層に抜け出るキャリアを障壁層が効果的に防止して、井戸層での発光性再結合確率を高めることによって半導体素子の光出力特性を向上させることができる。
【0177】
また、イオン強度比Ｍ２が１：０．７５以下の場合、井戸層と障壁層の間の格子定数の差によるストレスを減らして半導体構造物の結晶性を確保し、ストレインによる波長の変化および／または発光性再結合確率を改善させることができる。
【0178】
この両比率の比Ｍ１：Ｍ２は１：０．３～１：０．８を満足することができる。したがって、両比率の比Ｍ１：Ｍ２が１：０．３～１：０．８を満足する区間が、実際に活性層が配置された区間であり得る。
【0179】
第３地点Ｐ３のイオン強度は第２区間Ｓ２内で最も低いイオン強度（井戸層のイオン強度）より小さくてもよい。この時、活性層は第２区間Ｓ２内に含まれ得、第１地点Ｐ１と最も近い谷Ｐ８と第１地点Ｐ１から最も遠い谷Ｐ９の間の領域と定義することができる。
【0180】
また、隣り合う谷Ｓ２２の間の間隔は、第１地点Ｐ１と第２地点Ｐ２の間の間隔より狭くてもよい。井戸層と障壁層の厚さは活性層１２６の全体の厚さより小さいためである。
【0181】
第１区間Ｓ１は第４地点Ｐ４よりイオンの強度が低い表面領域Ｓ１１を含むことができる。この時、表面領域Ｓ１１は第１方向Ｄと反対方向に行くほどイオン強度が低くなり得る。
【0182】
ＳＩＭＳデータ上で第２地点Ｐ２と第４地点Ｐ４の第１強度差Ｄ１、および第１地点Ｐ１と第３地点Ｐ３の第２強度差Ｄ２の比Ｄ１：Ｄ２は、１：１．５～１：２．５であり得る。強度差の比Ｄ１：Ｄ２が１：１．５以上であると（例：１：１．６）、第２強度差Ｄ２が大きくなるため第１地点Ｐ１のアルミニウム組成を十分に低くすることができる。したがって、第２電極との接触抵抗を低くすることができる。
【0183】
また、強度差の比Ｄ１：Ｄ２が１：２．５以下であると（：１：２．４）、アルミニウム組成が過度に低くなって活性層１２６から発光する光が、第２－１導電型半導体層１２７ａで吸収されて半導体素子の光学的特性が低下する問題を解決することができる。
【0184】
第７地点Ｐ７と第１地点Ｐ１の第３強度差Ｄ３と第４地点Ｐ４と第３地点Ｐ３の第４強度差Ｄ４の比Ｄ３：Ｄ４は、１：０．２～１：２または１：０．２～１：１であり得る。
【0185】
強度差の比が１：０．２以上であると、第４強度差Ｄ４が相対的に大きくなるためアルミニウム組成を十分に低くすることができる。したがって、第２電極との接触抵抗が減少し得る。また、組成差が１：２以下であると、第２－１導電型半導体層１２７ａの厚さ範囲内でアルミニウム組成が急激に変化して結晶性が低下する問題を改善させることができる。また、アルミニウム組成が過度に低くなって活性層１２６から発光する光が第２－１導電型半導体層１２７ａで吸収される問題を改善させることができる。
【0186】
従来は第２導電型半導体層１２７と電極のオーミックコンタクトのために薄いＧａＮ層を挿入した。しかし、この場合、電極と接触するＧａＮ層はアルミニウムを含まないため、第３地点Ｐ３のアルミニウムのイオン強度が測定されないか急激に低くなるようになる。したがって、第１強度差Ｄ１と第２強度差Ｄ２の比Ｄ１：Ｄ２、および第３強度差Ｄ３と第４強度差Ｄ４の比Ｄ３：Ｄ４が、前述した範囲から外れ得る。
【0187】
第１地点Ｐ１と第３地点Ｐ３の強度差と第５地点Ｐ５と第３地点Ｐ３の強度差の比は、１：０．５～１：０．８であり得る。強度差の比が１：０．５以上であると、第５地点Ｐ５の強度が増加して結晶性が向上し、光抽出効率が優秀となり得る。また、強度差の比が１：０．８より小さいと、活性層１２６と第１導電型半導体層１２４の間の格子不整合が緩和され得る。
【0188】
第３地点Ｐ３と第１地点Ｐ１のイオン強度比Ｐ３：Ｐ１は、１：２～１：４であり得る。第３地点Ｐ３と第１地点Ｐ１のイオン強度比が１：２以上である場合（例：１：２．１）には、第３地点Ｐ３の強度が十分に低くなって第２電極との接触抵抗を低くすることができる。また、第３地点Ｐ３と第１地点Ｐ１のイオン強度比が１：４以下である場合（例：１：３．９）には、第３地点Ｐ３のアルミニウム強度が高くなり得る。したがって、第３地点Ｐ３で光を吸収する問題を改善させることができる。
【0189】
第１０地点Ｐ１０と第１地点Ｐ１のイオン強度比は、１：１．３～１：２．５であり得る。第１０地点Ｐ１０と第１地点Ｐ１のイオン強度比が１：１．３以上である場合には、第１地点Ｐ１のイオン強度が高くなって第１キャリアが活性層を通過するのを効果的に遮断することができる。また、第１０地点Ｐ１０と第１地点Ｐ１のイオン強度比が１：２．５以下である場合には、第１０地点Ｐ１０のイオン強度が高くなるため井戸層が紫外線波長帯の光を生成することができる。
【0190】
第３地点Ｐ３と第４地点Ｐ４のイオン強度比は、１：１．１～１：２であり得る。第３地点Ｐ３と第４地点Ｐ４のイオン強度比が１：１．１以上である場合には、第４地点Ｐ４のイオン強度が上昇して紫外線波長帯光の吸収率を減らすことができる。また、第３地点Ｐ３と第４地点Ｐ４のイオン強度比が１：２以下である場合には、第３地点で十分なイオンの強度を確保して紫外線波長帯の光吸収率を減らすことができる。
【0191】
第２地点Ｐ２と第１地点Ｐ１のイオン強度比は、１：１．１～１：２であり得る。第２地点Ｐ２と第１地点Ｐ１のイオン強度比が１：１．１以上である場合には、第１地点Ｐ１のイオン強度が高くなって第１キャリアが活性層を通過するのを効果的に遮断することができる。また、第２地点Ｐ２と第１地点Ｐ１のイオン強度比が１：２以下である場合には、活性層内に注入されて発光性再結合をする第１キャリアの濃度と第２キャリアの濃度の均衡をとることができるため、半導体素子が発光する光量を向上させることができる。
【0192】
第４地点Ｐ４と第２地点Ｐ２のイオン強度比は、１：１．２～１：２．５であり得る。第４地点Ｐ４と第２地点Ｐ２のイオン強度比が１：１．２以上である場合には、第４地点Ｐ４と第１電極の間の抵抗を低くすることができる。また、第４地点Ｐ４と第２地点Ｐ２のイオン強度比が１：２．５以下である場合には、第４地点Ｐ４のイオン強度が上昇して紫外線波長帯光の吸収率を減らすことができる。
【0193】
第５地点Ｐ５と第２地点Ｐ２のイオン強度比は、１：１．１～１：２．０であり得る。実施例の場合、深紫外線を発光する半導体構造物は、青色光を放出する半導体構造物に比べてアルミニウムを多量含むＧａＮ基盤の物質で構成され得る。したがって、第１キャリアの移動度と第２キャリアの移動度の比率が、青色光を放出する半導体構造物に比べて異なり得る。すなわち、第５地点Ｐ５と第２地点Ｐ２のイオン強度比が１：１．１以上である場合、前記活性層に注入される第１キャリアの濃度を確保することができる。また、第５地点Ｐ５と第２地点Ｐ２のイオン強度比が１：２．０以下である場合には、第５地点Ｐ５のイオン強度が高くなって結晶性が改善され得る。
【0194】
第４地点Ｐ４と第５地点Ｐ５のイオン強度比は、１：１．１～１：２．０であり得る。第４地点Ｐ４と第５地点Ｐ５のイオン強度比が１：１．１以上である場合には、第５地点Ｐ５のイオン強度が高くなって結晶性が改善され得る。また、第４地点Ｐ４と第５地点Ｐ５のイオン強度比が１：２．０以下である場合には、第４地点Ｐ４のイオン強度が上昇して紫外線波長帯光の吸収率を減らすことができる。
【0195】
【0196】
実施例によると、第３地点Ｐ３がアルミニウムを含むため、第１地点Ｐ１と第３地点Ｐ３は実質的に一つの次数（ｏｒｄｅｒ）内に配置されることを確認することができる。次数はイオン強度のレベル単位であり得る。例示的に第１次数は１．０×１０１であり、第２次数は１．０×１０２であり得る。また、それぞれの次数は１０個のサブレベルを有することができる。
【0197】
例示的に第１次数の第１サブレベルは１．０×１０１であり、第１次数の第２サブレベルは２．０×１０１であり、第１次数の第３サブレベルは３．０×１０１であり、第１次数の第９サブレベルは９．０×１０１であり、第１次数の第１０サブレベルは１．０×１０２であり得る。すなわち、第１次数の第１０サブレベルは第２次数の第１サブレベルと同じであり得る。図１３ｂでは２個のサブレベルごとに点線を表示した。
【0198】
図１４ａは本発明の一実施例に係る第２導電型半導体層の概念図であり、図１４ｂは本発明の一実施例に係る第２導電型半導体層の表面を測定したＡＦＭデータであり、図１４ｃはＧａＮ薄膜の表面を測定したＡＦＭデータであり、図１４ｄ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。
【0199】
図１４ａを参照すると、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。
【0200】
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）の格子不一致によって形成され得る。
【0201】
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）に比べて薄いため、表面で一つの層（ｌａｙｅｒ）をなすことができず、クラスターＣ１の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。
【0202】
図１４ｂを参照すると、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。実施例によると、第２－１導電型半導体層１２７ａのアルミニウム組成が１％～１０％であるため、クラスターＣ１の形態で発生して接合面積が増加し得る。したがって、電気的特性が向上し得る。
【0203】
第２導電型半導体層１２７の表面は、平均１μｍ２当たり１個～８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１４ｂのＥ１地点を測定した結果、横縦２μｍの単位面積当たり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のみを測定した。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のみが出力されるように調整することができる。
【0204】
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より小さいと相対的に接触面積が減少して第２電極との接触抵抗が高くなり得る。
【0205】
また、クラスターＣ１の密度が８×１０－６／ｃｍ２より大きいと、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て光出力が低下し得る。
【0206】
実施例によると、クラスターＣ１の密度が１×１０－８／ｃｍ２～８×１０－６／ｃｍ２を満足するため、光出力は低下させずに、第２電極との接触抵抗を低くすることができる。
【0207】
図１４ｃを参照すると、ＧａＮ薄膜の表面にはクラスターが観察されないことが分かる。これはクラスターの密度が高くなって一つの層（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分かる。
【0208】
図１４ｄを参照すると、第２導電型半導体層を早く成長させる場合にもクラスターがあまり成長しないことが分かる。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％と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分かる。例示的に図１４ｄはＰ－ＡｌＧａＮを０．０６ｎｍ／ｓの速度で成長させた後に表面を測定した写真である。
【0209】
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、表面層でアルミニウム組成が１％～１０％であるとともに表面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。
【0210】
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）されて、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早くなって結晶性が低下し得る。
【0211】
【0212】
図１５を参照すると、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、活性層１２６を含む半導体構造物１２０と、第１導電型半導体層１２４と電気的に連結される第１電極１４２と、第２導電型半導体層１２７と電気的に連結される第２電極１４６を含むことができる。
【0213】
第１導電型半導体層１２４、活性層１２６、および第２導電型半導体層１２７は第１方向（Ｙ方向）に配置され得る。以下では各層の厚さ方向である第１方向（Ｙ方向）を垂直方向と定義し、第１方向（Ｙ方向）と垂直な第２方向（Ｘ方向）を水平方向と定義する。
【0214】
実施例に係る半導体構造物１２０は前述した構造がすべて適用され得る。半導体構造物１２０は、第２導電型半導体層１２７および活性層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る複数個のリセス１２８を含むことができる。
【0215】
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１４６は第２導電型半導体層１２７の下部に配置され得る。
【0216】
第１電極１４２と第２電極１４６はオーミック電極であり得る。第１電極１４２と第２電極１４６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得るが、このような材料に限定されはしない。例示的に、第１電極は複数の金属層（例：Ｃｒ／Ａｌ／Ｎｉ）を有し、第２電極はＩＴＯであり得る。
【0217】
図１６ａを参照すると、ＧａＮ基盤の半導体構造物１２０が紫外線を発光する場合にアルミニウムを含むことができ、半導体構造物１２０のアルミニウム組成が高くなると半導体構造物１２０内で電流分散特性が低下し得る。また、活性層１２６がＡｌを含んで紫外線を発光する場合、活性層１２６はＧａＮ基盤の青色発光素子に比べて側面に放出する光量が増加するようになる（ＴＭモード）。このようなＴＭモードは紫外線半導体素子で主に発生し得る。
【0218】
紫外線半導体素子は青色ＧａＮ基盤の半導体素子に比べて電流分散特性が劣っている。したがって、紫外線半導体素子は青色ＧａＮ基盤の半導体素子に比べて相対的に多くの第１電極１４２を配置する必要がある。
【0219】
アルミニウムの組成が高くなると電流分散特性が悪化し得る。図１６ａを参照すると、それぞれの第１電極１４２付近の地点にのみ電流が分散し、距離が遠い地点では電流密度が急激に低くなり得る。したがって、有効発光領域Ｐ２が狭くなり得る。
【0220】
有効発光領域Ｐ２は電流密度が最も高い第１電極１４２の中心での電流密度を基準として、電流密度が４０％以下である警戒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Ｐ２はリセス１２８の中心から４０μｍ以内の範囲に注入電流のレベル、Ａｌの組成により調節され得る。
【0221】
低電流密度領域Ｐ３は電流密度が低いため、放出される光量が有効発光領域Ｐ２に比べて少ない可能性がある。したがって、電流密度が低い低電流密度領域Ｐ３に第１電極１４２をさらに配置するか反射構造を利用して光出力を向上させることができる。
【0222】
一般的に青色光を放出するＧａＮ基盤の半導体素子の場合、相対的に電流分散特性が優秀であるため、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ためである。しかし、実施例の場合、アルミニウムの組成が高くて電流分散特性が相対的に劣っているため、活性層１２６の面積を犠牲にしても第１電極１４２の面積および／または個数を増加させて低電流密度領域Ｐ３を減らすか、または低電流密度領域Ｐ３に反射構造を配置することが好ましい。
【0223】
図１６ｂを参照すると、リセス１２８の個数が４８個に増加する場合、リセス１２８は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Ｐ３の面積を狭めることができるため、ほとんどの活性層１２６が発光に参加することができる。
【0224】
紫外線発光素子では半導体構造物１２０内で電流拡散特性が低下し得、半導体構造物１２０内で均一な電流密度特性を確保して半導体素子の電気的、光学的特性および信頼性を確保するために、円滑な電流注入が必要である。したがって、円滑な電流注入のために、一般的なＧａＮ基盤の半導体構造物１２０に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。
【0225】
図１７を参照すると、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１４６および第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。また、第１絶縁層１３１は前記半導体素子の工程中に前記活性層１２６の側面が酸化することを防止する機能をすることができる。
【0226】
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は単層または多層で形成され得る。例示的に第１絶縁層１３１は銀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ず、第１絶縁層１３１は多様な反射構造を含むことができる。
【0227】
第１絶縁層１３１が反射機能を遂行する場合、活性層１２６から側面に向かって放出される光Ｌ１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。この場合、リセス１２８の個数が多くなるほど光抽出効率はさらに効果的であり得る。
【0228】
第１電極１４２の直径Ｗ３は２４μｍ以上５０μｍ以下であり得る。このような範囲を満足する場合、電流の分散に有利であり得、多くの個数の第１電極１４２を配置することができる。第１電極１４２の直径Ｗ３が２４μｍ以上である場合、第１導電型半導体層１２４に注入される電流を充分に確保することができ、５０μｍ以下であるとき、第１導電型半導体層１２４の面積に配置される複数個の第１電極１４２の数を十分に確保することができ、電流分散特性を確保することができる。
【0229】
リセス１２８の直径Ｗ１は３８μｍ以上６０μｍ以下であり得る。リセス１２８の直径Ｗ１は、第２導電型半導体層１２７の下部に配置されてリセスで最も広い面積と定義することができる。前記リセス１２８の直径Ｗ１は前記第２導電型半導体層１２７の底面に配置されたリセス１２８の直径であり得る。
【0230】
リセス１２８の直径Ｗ１が３８μｍ以上であるとき、リセス１２８内部に配置される第１電極１４２を形成するにおいて、前記第１電極１４２が第１導電型半導体層１２４と電気的に連結されるための面積を確保するための工程マージンを確保することができ、６０μｍ以下であるとき、第１電極１４２を配置するために減少する活性層１２６のボリュームを防止することができ、したがって発光効率が悪化し得る。
【0231】
リセス１２８の傾斜角度θ５は７０度～９０度であり得る。このような面積範囲を満足する場合、上面に第１電極１４２を形成するのに有利であり得、多くの個数のリセス１２８を形成することができる。
【0232】
傾斜角度θ５が７０度より小さいと、除去される活性層１２６の面積が増加し得るものの、前記第１電極１４２が配置される面積が小さくなり得る。したがって、電流注入特性が低下し得、発光効率が低下し得る。したがって、前記リセス１２８の傾斜角度θ５を利用して第１電極１４２と第２電極１４６の面積比を調節してもよい。
【0233】
第２電極１４６の厚さは第１絶縁層１３１の厚さより薄くてもよい。したがって、前記第２電極１４６を囲む第２導電層１５０と第２絶縁層１３２のステップカバレッジ特性を確保することができ、前記半導体素子の信頼性を改善させることができる。第２電極１４６は第１絶縁層１３１と１μｍ～４μｍの第１離隔距離Ｓ１を有することができる。１μｍ以上の離隔距離を有する場合、第１絶縁層１３１の間に第２電極１４６を配置する工程の工程マージンを確保することができ、したがって、半導体素子の電気的特性、光学的特性および信頼性が改善され得る。離隔距離が４μｍ以下の場合、第２電極１４６が配置され得る全体面積を確保することができ、半導体素子の動作電圧特性を改善させることができる。
【0234】
第２導電層１５０は第２電極１４６を覆うことができる。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１４６は一つの電気的チャネルを形成することができる。
【0235】
第２導電層１５０は第２電極１４６を完全に囲んで第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と接着力のよい物質で構成され、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で構成され得、単一層あるいは複数の層で構成され得る。
【0236】
第２導電層１５０が第１絶縁層１３１の側面と下面に接する場合、第２電極１４６の熱的、電気的信頼性を向上させることができる。第２導電層１５０は第１絶縁層１３１の下部に延長され得る。この場合、第１絶縁層１３１の終端が浮く現象を抑制することができる。したがって、外部の湿気または汚染物質の浸透を防止することができる。また、第１絶縁層１３１と第２電極１４６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。
【0237】
第２導電層１５０は第１絶縁層１３１と第２電極１４６の間の第１離隔距離Ｓ１に配置され得る。第２導電層１５０は第１離隔距離Ｓ１で第２電極１４６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。また、第１離隔距離Ｓ１内で第２導電層１５０と第２導電性半導体層１２６が接触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の分散が容易となり得る。ただし、これに限定されず、前記第２電極１４６と前記第２導電型半導体層１２７の間の抵抗よりも、前記第２導電層１５０と前記第２導電型半導体層１２７の間の抵抗がより大きい構成内で自由に配置され得る。
【0238】
第２絶縁層１３２は第２電極１４６、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。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。前記第２絶縁層１３２と前記第１絶縁層１３１は互いに同じ物質で配置され得、互いに異なる物質で配置され得る。
【0239】
実施例によると、第１電極１４２と第２電極１４６の間の領域で第２絶縁層１３２が第１絶縁層１３１上に配置されるため、第１絶縁層１３１に欠陥が発生した場合にも外部の湿気および／またはその他汚染物質の浸透を防止することができる。
【0240】
例示的に第１絶縁層１３１と第２絶縁層１３２が一つの層で構成された場合、クラックのような欠陥が厚さ方向に容易に伝播し得る。したがって、外部に露出した欠陥を通じて外部の湿気や汚染物質が半導体構造物に浸透し得る。
【0241】
しかし、実施例によると、第１絶縁層１３１上に別途の第２絶縁層１３２が配置されるため、第１絶縁層１３１に形成された欠陥が第２絶縁層１３２に伝播し難い。すなわち、第１絶縁層１３１と第２絶縁層１３２の間の界面が欠陥の伝播を遮蔽する役割を遂行することができる。
【0242】
再び図１５を参照すると、第２導電層１５０は第２電極１４６と第２電極パッド１６６を電気的に連結することができる。
【0243】
第２電極１４６は第２導電型半導体層１２７に直接配置され得る。第２導電型半導体層１２７がＡｌＧａＮである場合、低い電気伝導度によって正孔の注入が円滑でないこともある。したがって、第２導電型半導体層１２７のＡｌ組成を適切に調節する必要がある。これについては後述する。
【0244】
第２導電層１５０は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で構成され得、単一層あるいは複数の層で構成され得る。
【0245】
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。電極層１６５がアルミニウムを含む場合、活性層１２６から基板１７０方向に放出される光を上部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。ただし、これに限定されず、第１導電層１６５は前記第１電極１４２と電気的に連結されるための機能を提供することができる。前記第１導電層１６５が反射率が高い物質、例えばアルミニウムおよび／または銀（Ａｇ）を含まずに配置され得、このような場合、前記リセス１２８内に配置される第１電極１４２と前記第１導電層１６５の間、第２導電型半導体層１２７と前記第１導電層１６５の間には反射率が高い物質で構成される反射金属層（図示されず）が配置され得る。
【0246】
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。
【0247】
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。また、前記基板１７０が導電性物質で構成される場合、前記第１電極１４２は前記基板１７０を通じて外部で電流の供給を受けることができる。
【0248】
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。
【0249】
半導体構造物１２０の上面と側面には、パッシベーション層１８０が配置され得る。パッシベーション層１８０の厚さは２００ｎｍ以上～５００ｎｍ以下であり得る。２００ｎｍ以上の場合、素子を外部の水分や異物から保護して素子の電気的、光学的信頼性を改善させることができ、５００ｎｍ以下の場合、半導体素子に印加されるストレスを減らすことができ、前記半導体素子の光学的、電気的信頼性が低下したり半導体素子の工程時間が長くなるにつれて半導体素子の単価が高くなる問題点を改善させることができる。
【0250】
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り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し得る。
【0251】
【0252】
図１８を参照すると、半導体構造物１２０は前述した構成がそのまま適用され得る。また、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。
【0253】
半導体素子は端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２０を参照すると、側面反射部Ｚ１は半導体素子の端に沿って配置され、半導体構造物１２０を囲んで配置され得る。
【0254】
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１２６から放出された光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。
【0255】
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し得る。
【0256】
図２０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２１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２２は図２１の変形例であり、図２３は本発明の他の実施例に係る半導体素子パッケージの断面図である。
【0257】
図２０を参照すると、半導体素子パッケージは溝（開口部、３）が形成された胴体２、胴体２に配置される半導体素子１、および胴体２に配置されて半導体素子１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１は前述した構成をすべて含むことができる。
【0258】
胴体２は紫外線光を反射する材質またはコーティング層を含むことができる。胴体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。
【0259】
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。
【0260】
透光層４は溝３を覆うことができる。透光層４はガラス材質であり得るが、必ずしもこれに限定されない。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の内部は空いた空間であり得る。
【0261】
図２１を参照すると、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。
【0262】
図２２を参照すると、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。
【0263】
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。
【0264】
図２３を参照すると、半導体素子パッケージは、キャビティ１１を含む胴体１０、キャビティ１１の内部に配置される半導体素子１００、およびキャビティ１１上に配置される透光部材５０を含むことができる。
【0265】
胴体１０はアルミニウム基板を加工して製作することができる。したがって、実施例に係る胴体１０は内面と外面がすべて導電性を有することができる。このような構造は多様な利点を有することができる。ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３のような非導電性材質を胴体１０として使う場合、紫外線波長帯の反射率が２０％～４０％に過ぎないため、別途の反射部材を配置しなければならない問題がある。また、リードフレームのような別途の導電性部材および回路パターンが必要となり得る。したがって、製作費用が上昇し工程が複雑となり得る。また、金（Ａｕ）のような導電性部材は紫外線を吸収して光抽出効率が減少する問題がある。
【0266】
しかし、実施例によると、胴体１０自らがアルミニウムで構成されるため、紫外線波長帯で反射率が高くて別途の反射部材を省略することができる。また、胴体１０自らが導電性があるため、別途の回路パターンおよびリードフレームを省略することができる。また、アルミニウムで製作されるため、熱伝導性が１４０Ｗ／ｍ．ｋ～１６０Ｗ／ｍ．ｋと優秀であり得る。したがって、熱放出効率も向上することができる。
【0267】
胴体１０は第１導電部１０ａと第２導電部１０ｂを含むことができる。第１導電部１０ａと第２導電部１０ｂの間には第１絶縁部４２が配置され得る。第１導電部１０ａと第２導電部１０ｂはいずれも導電性を有するため、極を分離するために第１絶縁部４２が配置される必要がある。
【0268】
胴体１０は下面１２と側面１３とが会う角に配置される溝１４、および溝１４に配置される第２絶縁部４１を含むことができる。溝１４は下面１２と側面１３とが会う角に沿って全体的に配置され得る。
【0269】
第２絶縁部４１は第１絶縁部４２と同じ材質であり得るが、必ずしもこれに限定されない。第１絶縁部４２と第２絶縁部４１は、ＥＭＣ、ホワイトシリコーン、ＰＳＲ（Ｐｈｏｔｏｉｍａｇｅａｂｌｅ Ｓｏｌｄｅｒ Ｒｅｓｉｓｔ）、シリコーン樹脂組成物、シリコーン変性エポキシ樹脂などの変性エポキシ樹脂組成物、エポキシ変性シリコーン樹脂などの変性シリコーン樹脂組成物、ポリイミド樹脂組成物、変性ポリイミド樹脂組成物、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレン スルフィド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ＡＢＳ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ＰＢＴ樹脂などの樹脂などが選択され得る。
【0270】
実施例によると、胴体１０の下部の角に第２絶縁部４１が配置されるため、パッケージの切削時に角にバリ（ｂｕｒｒ）が発生することを防止することができる。アルミニウム基板の場合、他の金属基板に比べて相対的にバリ（ｂｕｒｒ）がよく発生し得る。バリ（ｂｕｒｒ）が発生した場合、下面１２が平坦でないため実装が不良となり得る。また、バリ（ｂｕｒｒ）が発生した場合、厚さが不均一となり得、測定誤差が発生することもある。
【0271】
第３絶縁部４３は胴体１０の下面１２に配置されて第２絶縁部４１および第１絶縁部４２と連結され得る。実施例によると、胴体の下面１２、第２絶縁部４１の下面、および第３絶縁部４３の下面は同一平面上に配置され得る。
【0272】
【0273】
図２４を参照すると、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、および活性層１２６を含む発光構造物１２０Ａを含む。各半導体層の構成は図１で説明した構造と同じであり得る。
【0274】
図２５を参照すると、第１導電型半導体層、活性層１２６、遮断層１２９、および第２導電型半導体層１２７はいずれもアルミニウムを含むことができる。
【0275】
したがって、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はＡｌＧａＮであり得る。しかし、必ずしもこれに限定されない。一部の層はＧａＮまたはＡｌＮでもよい。
【0276】
活性層１２６は複数個の井戸層１２６ａと障壁層１２６ｂが交互に配置され得る。井戸層１２６ａは紫外線を発光するためにアルミニウム組成が約３０％～５０％であり得る。障壁層１２６ｂはキャリアを閉じ込めるためにアルミニウム組成が５０％～７０％であり得る。
【0277】
例示的に井戸層１２６ａのうち遮断層１２９と最も近い井戸層を第１井戸層１２６ａと定義し、第１井戸層１２６ａと遮断層１２９の間に配置される最後の障壁層を第１障壁層１２６ｂと定義する。
【0278】
遮断層１２９はアルミニウム組成が５０％～９０％であり得る。遮断層１２９はアルミニウム組成が相対的に高い複数個の第１遮断層１２９ｄとアルミニウム組成が低い複数個の第２遮断層１２９ｅが交互に配置され得る。遮断層１２９のアルミニウム組成が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不十分であり得、活性層１２６から放出する光を遮断層１２９で吸収することができ、アルミニウム組成が９０％を超過する場合、半導体素子の電気的特性が悪化し得る。
【0279】
第１遮断層１２９ｄのアルミニウム組成は７０％～９０％であり、第２遮断層１２９ｅのアルミニウム組成は５０％～７０％であり得る。しかし、必ずしもこれに限定されず、第１遮断層１２９ｄと第２遮断層１２９ｅのアルミニウム組成は目的に合うように調節され得る。
【0280】
第１中間層Ｓ１０は活性層１２６の第１井戸層１２６ａと遮断層１２９の間に配置され得る。第１中間層Ｓ１０は遮断層１２９よりアルミニウム組成が低い第３－１区間Ｓ１１、および遮断層１２９よりアルミニウム組成が高い第３－２区間Ｓ１２を含むことができる。
【0281】
第１中間層Ｓ１０は第１障壁層１２６ｂであり得る。したがって、第１中間層Ｓ１０の厚さは隣り合う障壁層１２６ｂの厚さと同じであり得る。例示的に第１中間層Ｓ１０の厚さは２ｎｍ～１０ｎｍであり得る。しかし、必ずしもこれに限定されず、第１中間層Ｓ１０は第１障壁層１２６ｂと遮断層１２９の間に配置される別途の半導体層であり得るか遮断層１２９の一部であり得る。
【0282】
第３－１区間Ｓ１１のアルミニウム組成は５０％～７０％であり得る。すなわち、第３－１区間Ｓ１１は隣接した障壁層１２６ｂのアルミニウム組成と実質的に同じであり得る。第３－１区間Ｓ１１の厚さは約１ｎｍ～８ｎｍであり得る。第３－１区間Ｓ１１の厚さが１ｎｍ以下の場合、井戸層１２６ａでＡｌ含量が急激に増加して発生する結晶性が低下する問題を防止することが困難であり得る。また、第３－１区間Ｓ１１の厚さが８ｎｍより厚い場合、活性層１２６での正孔の注入効率が低下して光学的特性が低下し得る。
【0283】
第３－２区間Ｓ１２は遮断層１２９よりアルミニウム組成が高くてもよい。第３－２区間Ｓ１２は遮断層１２９に近づくほどアルミニウム組成が高くなり得る。第３－２区間Ｓ１２のアルミニウム組成は８０％～１００％であり得る。すなわち、第３－２区間Ｓ１２はＡｌＧａＮでもよく、ＡｌＮでもよい。または第３－２区間Ｓ１２はＡｌＧａＮとＡｌＮが交互に配置される超格子層でもよい。
【0284】
第３－２区間Ｓ１２は第３－１区間Ｓ１１に比べて薄く形成され得る。第３－２区間Ｓ１２の厚さは約０．１ｎｍ～４ｎｍであり得る。第３－２区間Ｓ１２の厚さが０．１ｎｍより薄い場合、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３－２区間Ｓ１２の厚さが４ｎｍより厚い場合、活性層に正孔が注入される効率が低下する問題点があり得る。
【0285】
第３－１区間Ｓ１１と第３－２区間Ｓ１２の厚さ比は１０：１～１：１であり得る。前記条件を満足する場合、電子の移動は遮断しつつ、ホールの注入効率は低下させないことができる。
【0286】
第３－２区間Ｓ１２はアンドープ（ｕｎｄｏｐｅｄ）された区間を含むことができる。第３－２区間Ｓ１２はドーパントを供給せずに成長させるにも関わらず、第１区間の一部は遮断層１２９のＭｇが拡散し得る。しかし、ドーパントが活性層１２６に拡散することを防止するために、第３－２区間Ｓ１２の少なくとも一部の領域はアンドープ（ｕｎｄｏｐｅｄ）された区間を含むことができる。
【0287】
図２６は本発明の他の実施例に係る発光構造物のアルミニウム組成を示すグラフであり、図２７は従来発光構造物を含む半導体素子の光出力を測定したグラフであり、図２８は本発明の他の実施例に係る発光構造物の光出力を測定したグラフである。
【0288】
【0289】
第２中間層Ｓ２０のアルミニウム組成は遮断層１２９より低く、第３－１区間Ｓ１１のアルミニウム組成よりは高くてもよい。例示的に第２中間層Ｓ２０のアルミニウム組成は５０％～８０％であり得る。
【0290】
第２中間層Ｓ２０はＰ型ドーパントを含まない第４－１区間Ｓ２１、およびＰ型ドーパントを含む第４－２区間Ｓ２２を含むことができる。
【0291】
第４－１区間Ｓ２１はアンドープされた区間であり得る。したがって、遮断層１２９の成長時にドーパントが活性層１２６に拡散することを抑制することができる。第４－１区間Ｓ２１の厚さは４ｎｍ～１９ｎｍであり得る。第４－１区間Ｓ２１の厚さが４ｎｍより小さい場合、ドーパントの拡散を抑制し難く、厚さが１９ｎｍより大きい場合、ホールの注入効率が低下し得る。
【0292】
第４－２区間Ｓ２２はＰ型ドーパントを含むことができる。第４－２区間Ｓ２２はドーパントを含むことによって第４－１区間Ｓ２１にホールが注入される効率を改善させることができる。すなわち、第４－２区間Ｓ２２は抵抗レベルを低くする低抵抗層の役割を遂行することができる。
【0293】
第４－２区間Ｓ２２の厚さは１ｎｍ～６ｎｍであり得る。厚さが１ｎｍより小さい場合、効果的に抵抗を低くすることが難しく、厚さが６ｎｍより大きくなる場合、第４－１区間Ｓ２１の厚さが減少してドーパントの拡散を抑制することが難しくなり得る。第４－１区間Ｓ２１の厚さと第４－２区間Ｓ２２の厚さの比は１９：１～１：１．５であり得る。
【0294】
しかし、必ずしもこれに限定されるものではなく、第２中間層Ｓ２０は第４－１区間Ｓ２１と第４－２区間Ｓ２２が交互に配置された超格子構造でもよい。
【0295】
図２７を参照すると、従来発光構造物を有する半導体素子の場合、約１００時間が増加すると、光出力が２０％低下することが分かる。また、約５００時間が経過すると約２５％光出力が低下することが分かる。
【0296】
これに反して、図２８を参照すると、実施例に係る発光構造物を有する半導体素子の場合、１００時間が経過しても約３．５％程度の光度が低下したし、約５００時間が経過した場合にもほぼ同一の光出力を示していることを確認することができる。すなわち、中間層がない従来構造の場合と比べて実施例は約２０％光出力が向上したことが分かる。
【0297】
図２９は、本発明のさらに他の実施例に係る発光構造物のアルミニウム組成を示すグラフである。
【0298】
図２９を参照すると、第２導電型半導体層１２９は第２－１導電型半導体層１２９ａと第２－２導電型半導体層１２９ｂを含むことができる。
【0299】
第２－１導電型半導体層１２７ａの厚さは１０ｎｍより大きく２００ｎｍより小さくてもよい。第２－１導電型半導体層１２７ａの厚さが１０ｎｍより小さい場合、水平方向に抵抗が増加して電流注入効率が低下し得る。また、第２－１導電型半導体層１２７ａの厚さが２００ｎｍ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し得る。
【0300】
第２－１導電型半導体層１２７ａのアルミニウム組成は井戸層１２６ａのアルミニウム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のアルミニウム組成は約３０％～５０％であり得る。もし、第２－１導電型半導体層１２７ａのアルミニウム組成が井戸層１２６ａのアルミニウム組成より低い場合、第２－１導電型半導体層１２７ａが光を吸収するため、光抽出効率が低下し得る。
【0301】
第２－１導電型半導体層１２７ａのアルミニウム組成は４０％より大きく８０％より小さくてもよい。第２－１導電型半導体層１２７ａのアルミニウム組成は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のアルミニウム組成が３０％である場合、第２－１導電型半導体層１２７ａのアルミニウム組成は４０％であり得る。
【0302】
第２－２導電型半導体層１２７ａのアルミニウム組成は井戸層１２６ａのアルミニウム組成より低くてもよい。第２－２導電型半導体層１２７ａのアルミニウム組成が井戸層１２６ａのアルミニウム組成より高い場合、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が行われず、電流注入効率が低下する問題がある。
【0303】
第２－２導電型半導体層１２７ａのアルミニウム組成は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が行われ得ず、組成が１％より小さい場合、ほぼＧａＮ組成に近くなって光を吸収する問題がある。
【0304】
第２－２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２－２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ため、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２－２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。
【0305】
しかし、第２－２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２－２導電型半導体層１２７ａが配置されず、第２－１導電型半導体層１２７ａが発光構造物１２０の外部に露出する領域が発生し得る。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って光出力効率が減少し得る。
【0306】
第２－２導電型半導体層１２７ａは第１サブ層１２７ｅと第２サブ層１２７ｄをさらに含むことができる。第１サブ層１２７ｅは第２電極と接触する表面層であり得、第２サブ層１２７ｄはアルミニウムの組成を調節する層であり得る。
【0307】
第１サブ層１２７ｅはアルミニウム組成が１％より大きく２０％より小さくてもよい。またはアルミニウム組成は１％より大きく１０％より小さくてもよい。
【0308】
アルミニウム組成が１％より低い場合、第１サブ層１２７ｅで光吸収率が過度に高くなる問題があり得、アルミニウム組成が２０％より高い場合、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点があり得る。
【0309】
しかし、必ずしもこれに限定されるものではなく、第１サブ層１２７ｅのアルミニウム組成は電流注入特性と光吸収率を考慮して調節されてもよい。または製品で要求される光出力によって調節することもできる。
【0310】
例えば、電流注入効率特性が光吸収率よりも重要な場合、アルミニウムの組成比を１％～１０％に調節することができる。光出力特性が電気的特性よりも重要な製品の場合、第１サブ層１２７ｅのアルミニウム組成比を１％～２０％に調節することもできる。
【0311】
第１サブ層１２７ｅのアルミニウム組成比が１％より大きく２０％より小さい場合、第１サブ層１２７ｅと第２電極の間の抵抗が減少するため、動作電圧が低くなり得る。したがって、電気的特性が向上し得る。第１サブ層１２７ｅ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、光吸収問題を改善させることができる。
【0312】
第２－２導電型半導体層１２７ａの厚さは第２－１導電型半導体層１２７ａ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２－１導電型半導体層１２７ａの厚さが過度に薄くなるため、電流注入効率が減少し得る。また、厚さ比が２０：１より大きい場合、第２－２導電型半導体層１２７ａの厚さが過度に薄くなるため、オーミックの信頼性が低下し得る。
【0313】
第２－１導電型半導体層１２７ａのアルミニウム組成は活性層１２６から遠くなるほど小さくなり得る。また、第２－２導電型半導体層１２７ａのアルミニウム組成は活性層１２６から遠くなるほど小さくなり得る。したがって、第１サブ層１２７ｅのアルミニウム組成は１％～１０％を満足することができる。
【0314】
しかし、必ずしもこれに限定されず、第２－１導電型半導体層１２７ａと第２－２導電型半導体層１２７ａのアルミニウム組成は、連続的に減少するのではなく、一定の区間で減少がない区間を含むこともできる。
【0315】
この時、第２－２導電型半導体層１２７ａのアルミニウム減少幅は、第２－１導電型半導体層１２７ａのアルミニウム減少幅より大きくてもよい。すなわち、第２－２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２－１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より大きくてもよい。ここで厚さ方向は、第１導電型半導体層１２４から第２導電型半導体層１２７に向かう方向または第２導電型半導体層１２７から第１導電型半導体層１２４に向かう方向であり得る。
【0316】
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１２７ａより厚い反面、アルミニウム組成は井戸層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。
【0317】
しかし、第２－２導電型半導体層１２７ａは、厚さは薄くアルミニウム組成の変化幅は大きいため、アルミニウム組成の減少幅が相対的に大きくてもよい。
【0318】
図３０は基板上に成長した発光構造物の概念図であり、図３１は基板を分離する過程を説明するための図面であり、図３２は発光構造物を食刻する過程を説明するための図面であり、図３３は製造された半導体素子を示す図面である。
【0319】
図３０を参照すると、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。
【0320】
この時、活性層１２６と遮断層１２９の間には第１中間層および第２中間層を成長させることができる。第１障壁層は、アルミニウムの組成が５０％～７０％である第１－１区間とアルミニウム組成は８０％～１００％である第１－２区間を有するように成長させることができる。また、第２中間層はＰ型ドーパントがドーピングされていない第２－１区間とドーパントがドーピングされた第２－２区間を有するように成長させることができる。
【0321】
光吸収層１２３はアルミニウム組成が低い第１光吸収層１２３ａおよびアルミニウム組成が高い第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。
【0322】
第１光吸収層１２３ａのアルミニウム組成は第１導電型半導体層１２４のアルミニウム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。
【0323】
第１光吸収層１２３ａの厚さとアルミニウム組成は、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。
【0324】
第２光吸収層１２３ｂのアルミニウム組成は第１導電型半導体層１２４のアルミニウム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により低くなったアルミニウム組成を高くして、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。
【0325】
例示的に第２光吸収層１２３ｂのアルミニウム組成は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。
【0326】
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。
【0327】
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し難く、厚さ比が６：１より大きい場合、第２光吸収層１２３ｂが過度に薄くなるため、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。
【0328】
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し難い問題があり、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。
【0329】
実施例によると、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と発光構造物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。
【0330】
図３１を参照すると、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を分離させることができる。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。
【0331】
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と共に分離され得る。
【0332】
その後、第１導電型半導体層１２４に残存する光吸収層１２３－２はレベリングによって除去され得る。
【0333】
図３２を参照すると、第２導電型半導体層１２７上に第２導電層１５０を形成した後、発光構造物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。その後、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。その後、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。
【0334】
図３３を参照すると、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。
【0335】
その後、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。
【0336】
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。
【0337】
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。
【0338】
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。
【0339】
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のに適用されてもよい。
【0340】
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。
【0341】
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。
【0342】
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から発散す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。
【0343】
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に、エッジタイプのバックライトユニットとして使われるか直下タイプのバックライトユニットとして使われ得る。
【0344】
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。
【0345】
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、一つの特定の波長（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。
【0346】
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）を例に挙げることができる。このような光検出器として、光電池（シリコン、セレン）、光出力導電素子（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や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。
【0347】
また、光検出器のような半導体素子は一般的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るため、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（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を利用するショートキー型光検出器と、ＭＳＭ（Ｍｅｔａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｍｅｔａｌ）型光検出器などがある。
【0348】
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加え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ほぼ比例し得る。
【0349】
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って、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。
【0350】
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することもでき、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。
【0351】
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、場合により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てもよい。
【0352】
以上、実施例を中心に説明したがこれは単に例示に過ぎず、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する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、以上で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はずである。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係した差異点は、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】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11a】
【図11b】
【図11c】
【図11d】
【図12】
【図13a】
【図13b】
【図14a】
【図14b】
【図14c】
【図14d】
【図15】
【図16a】
【図16b】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】