KR100350063B1 - ultraviolet sensing device and the manufacturing method and ultraviolet sensing system - Google Patents
ultraviolet sensing device and the manufacturing method and ultraviolet sensing system Download PDFInfo
- Publication number
- KR100350063B1 KR100350063B1 KR1020010043969A KR20010043969A KR100350063B1 KR 100350063 B1 KR100350063 B1 KR 100350063B1 KR 1020010043969 A KR1020010043969 A KR 1020010043969A KR 20010043969 A KR20010043969 A KR 20010043969A KR 100350063 B1 KR100350063 B1 KR 100350063B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- ohmic
- substrate
- thickness
- schottky
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 22
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 46
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 46
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims abstract description 44
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 38
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 37
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 31
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 25
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims abstract description 22
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims abstract description 12
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 17
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 8
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 3
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 abstract description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 17
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 16
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 12
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 9
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 5
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 4
- 238000000825 ultraviolet detection Methods 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 3
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 3
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 2
- 230000008676 import Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- -1 3.4 to 6 Chemical class 0.000 description 1
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UQZIWOQVLUASCR-UHFFFAOYSA-N alumane;titanium Chemical compound [AlH3].[Ti] UQZIWOQVLUASCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- FFUAGWLWBBFQJT-UHFFFAOYSA-N hexamethyldisilazane Chemical compound C[Si](C)(C)N[Si](C)(C)C FFUAGWLWBBFQJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002248 hydride vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- RHZWSUVWRRXEJF-UHFFFAOYSA-N indium tin Chemical compound [In].[Sn] RHZWSUVWRRXEJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 239000010977 jade Substances 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 239000011550 stock solution Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
- G01J1/429—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors applied to measurement of ultraviolet light
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66083—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by variation of the electric current supplied or the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched, e.g. two-terminal devices
- H01L29/66174—Capacitors with PN or Schottky junction, e.g. varactors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/0304—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
- H01L31/03044—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds comprising a nitride compounds, e.g. GaN
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
본 발명은 자외선 감지소자 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 사파이어 또는 실리콘 재질을 포함하는 기판과; 상기 기판상에 에피 성장된 갈륨나이트라이드(GaN)를 포함하는 광흡수층과; 상기 광흡수층의 일부 영역에 오믹접합되고, 금(Au), 알루미늄(Al), 티타늄/알루미늄 이중층(Ti/Al) 중 선택된 하나의 재질을 포함하는 오믹접합층과; 상기 광흡수층상부에 상기 오믹접합층과 이격되어 니켈(Ni)를 증착하고, 상기 증착된 니켈(Ni)을 열처리하여 니켈산화물(NiOx)로 구성되는 쇼트키접합층을 포함하는 자외선감지소자 및 이의 제조방법을 제공한다.The present invention relates to an ultraviolet sensing element and a method for manufacturing the same, comprising: a substrate including sapphire or silicon material; A light absorption layer including gallium nitride (GaN) epitaxially grown on the substrate; An ohmic junction layer that is ohmic-bonded to a portion of the light absorption layer and includes one material selected from gold (Au), aluminum (Al), and titanium / aluminum double layer (Ti / Al); An ultraviolet sensing element comprising a Schottky junction layer formed of nickel oxide (NiOx) by depositing nickel (Ni) spaced apart from the ohmic junction layer on the light absorption layer, and heat-treating the deposited nickel (Ni) and its It provides a manufacturing method.
Description
본 발명은 자외선감지소자 및 이의 제조방법과, 상기 자외선감지소자를 포함하는 자외선감지시스템에 관한 것으로, 좀 더 자세히는 갈륨나이트라이드(GaN)를 포함하며 쇼트키(Schottky) 접합을 가지는 자외선감지소자 및 이의 제조방법과, 상기 자외선감지소자를 포함하는 자외선감지시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an ultraviolet sensing element, a method of manufacturing the same, and an ultraviolet sensing system including the ultraviolet sensing element, and more particularly, an ultraviolet sensing element including gallium nitride (GaN) and having a Schottky junction. And a method for manufacturing the same and an ultraviolet ray sensing system including the ultraviolet ray sensing element.
일반적으로 자외선감지소자란 열 감지용 센서나 화염감지용 센서 등의 상업적인 분야에서부터 살균감지 및 자외선 측정과 같은 의학분야와, 미사일 안내센서나 잠수함 탐지, 제트엔진 동작감지 등의 우주항공, 통신, 군사분야 등 다방면에 활용되는 것으로, 특히 핵발전소, 지구 오존층 감지 등과 같은 환경분야에도 응용이 가능하여 주목받고 있는 소자이다.In general, the UV sensing element is a commercial field, such as a thermal sensor or a flame sensor, to a medical field such as sterilization detection and UV measurement, and aerospace, communication, military, such as missile guidance sensor, submarine detection, and jet engine motion detection. It is utilized in various fields such as fields, and is particularly attracting attention because it can be applied to environmental fields such as nuclear power plant and global ozone layer detection.
이러한 자외선감지소자로는 일반적으로 피엠티(PMT : Photomultiplier Tube)방식의 소자가 사용되어 온 바, 이는 신호의 증폭과 잡음이 적은 장점을 가지지만, 그 규모가 대형이기 때문에 넓은 설치면적(poot-print)을 필요로 하고, 내부 구조가 복잡하며, 고압이 인가됨에 따라 고온이 발생하여 이를 냉각하는 별도의 냉각 장치가 요구되는 등의 단점을 가지고 있어 응용분야가 제한되고 있다.As the UV sensing device, a PMT (Photomultiplier Tube) type device has been generally used, which has advantages of low signal amplification and low noise, but due to its large size, a large installation area (poot- printing), the internal structure is complex, and has a disadvantage of requiring a separate cooling device for cooling the high temperature is generated as a high pressure is applied to the application field is limited.
이에 소형을 가능하게 하는, 반도체 소자를 사용한 자외선감지소자가 개발되었는데, 이는 광대역 반도체(wide bandgap)로 조사되는 빛에너지를 통하여 상기 반도체 내의 자유전자와 정공을 여기시켜, 각각 내부전계(internal electric field)에 의해 반대극성을 따라 분리시킨 후, 외부전극으로 이들을 포집하는 과정에서 이루어지는 광전변환을 통하여 전기신호로 검출하는 것이다. 이때 통상 사용되는 반도체 물질로는 실리콘(Si), 실리콘카바이드(SiC), 셀렌(Se)등인데, 이러한 반도체 물질은 비교적 낮은 에너지 밴드값(indirect bandgap)을 가지므로, 양자효율이 낮고 자외선 이외의 가시광선에도 반응을 하는 현상이 빈번하며, 특히 열적, 화학적 안정성이 떨어지는 문제점을 가지고 있다.An ultraviolet sensing device using a semiconductor device has been developed, which enables a small size, which excites free electrons and holes in the semiconductor through light energy irradiated with a wide bandgap, thereby respectively internal electric field. After separation according to the opposite polarity by), it is detected as an electrical signal through photoelectric conversion in the process of collecting them with the external electrode. At this time, the semiconductor materials commonly used are silicon (Si), silicon carbide (SiC), selenium (Se), etc. Since these semiconductor materials have a relatively low energy band (indirect bandgap), the quantum efficiency is low and other than ultraviolet The phenomenon of reacting to visible light is also frequent, and in particular, thermal and chemical stability is poor.
따라서 보다 큰 에너지 밴드값을 가지는 갈륨나이트라이드(GaN) 반도체 물질을 사용한 자외선감지소자가 개발되었는데, 갈륨나이트라이드(GaN)는 에너지 밴드갭이 3.4eV정도의 매우 큰 값을 가지므로 가시광선 파장과 자외선 파장의 빛을 선택적으로 감지하는 것이 가능하며, 특히 열적, 화학적으로 매우 뛰어난 안정성을 가지고 있어, 열악한 환경에서도 사용이 가능하고, 또한 그 검출파장을 조절할 수 있는, AlxGaN1-xN (3.4∼6,2eV)와 같은 3원계 화합물로의 조성이 용이하여 새로운 자외선감지소자의 재질로 각광을 받고 있다. 이러한 갈륨나이트라이드(GaN)는 통상 청색 발광소자로 활용되는 물질인데, 특히 청색발광 뿐만 아니라 조성의 변화에 따라 자외선 영역에 이르는 광소자의 개발에 응용될 수 있는 특성을 가지고 있어, 질화물 반도체를 이용한 발광소자의 개발에 힘입어 전 세계적으로 활발히 연구, 개발되어 그 응용범위를 수광소자, 고온 전자소자 등까지 넓히고 있다.Therefore, an ultraviolet sensing device using gallium nitride (GaN) semiconductor material having a larger energy band value has been developed. Since gallium nitride (GaN) has a very large energy band gap of about 3.4 eV, It is possible to selectively detect light of ultraviolet wavelengths, and in particular, it has excellent thermal and chemical stability, so that it can be used in harsh environments and can control its detection wavelength.Al x GaN 1-x N ( It is easy to be composed of a ternary compound such as 3.4 to 6,2 eV), and thus has been in the spotlight as a material of a new ultraviolet sensing element. Such gallium nitride (GaN) is a material commonly used as a blue light emitting device, and in particular, it has a characteristic that can be applied to the development of an optical device that reaches the ultraviolet region according to the change of composition as well as blue light emission, and emits light using a nitride semiconductor Thanks to the development of the device, it has been actively researched and developed all over the world, and its application range is widened to light-receiving devices, high-temperature electronic devices, etc.
그러나 이러한 일반적인 갈륨나이트라이드(GaN) 반도체 소자를 사용하는 기존의 자외선감지소자에 있어서, 여기에 조사된 자외선에 의하여 발생한 전자와 전공을 분리하기 위하여 내부전계를 제공할 수 있는 pn접합이나 쇼트키접합과 같은 에너지준위가 상이한 접합이 요구되는 바, pn 접합구조의 경우에, 일반적으로 광대역 반도체에서 p형 광흡수층의 성장 및 도핑이 어렵고, p형 갈륨나이트라이드(GaN)의 오믹(ohmic) 접합이 어려우며 접합저항이 큰 단점을 가지고 있다. 즉, 일반적으로 갈륨나이트라이드(GaN) 광대역 반도체에 억셉터(acceptor)를 도핑하면, p타입 반도체가 되지 않고 절연층이 형성되는 등 p형 광 흡수층의 형성이 용이하지 않아,p형 반도체를 형성하기 위해서는 별도의 열처리공정 및 처리공정이 요구되는 단점을 가지고 있다.However, in the conventional ultraviolet sensing device using such a gallium nitride (GaN) semiconductor device, a pn junction or a Schottky junction that can provide an internal electric field to separate electrons and electrons caused by the ultraviolet rays irradiated thereto In the pn junction structure, it is generally difficult to grow and dop the p-type light absorbing layer in a broadband semiconductor, and the ohmic junction of p-type gallium nitride (GaN) is difficult. It is difficult and has a big disadvantage of junction resistance. That is, in general, when an acceptor is doped into a gallium nitride (GaN) broadband semiconductor, a p-type light absorption layer is not easily formed, such as not forming a p-type semiconductor but forming an insulating layer, thereby forming a p-type semiconductor. In order to have a disadvantage that a separate heat treatment process and treatment process is required.
또한 상기 갈륨나이트라이드(GaN) 반도체에 적합한 금속물질인 금(Au)이나 니켈(Ni) 또는 텅스텐(W)등을 접합하여 이루어지는 쇼트키(Schottky) 접합구조의 경우에는, 전술한 pn 접합에 비하여 비교적 그 구조나 제작공정이 간단한 반면 이들 금속에 의한 자외선의 흡수로 인한 광손실에 의해 전면조사방식을 사용할 수 없어 기판을 통하여 자외선을 조사시키는 배면 조사방식을 사용하게 된다.In addition, the Schottky junction structure in which gold (Au), nickel (Ni), tungsten (W), or the like, which is a metal material suitable for the gallium nitride (GaN) semiconductor is bonded, is compared with the pn junction described above. While the structure and manufacturing process are relatively simple, the front side irradiation method cannot be used due to the light loss due to the absorption of ultraviolet rays by these metals, and thus the back side irradiation method that irradiates ultraviolet rays through the substrate is used.
한편 일반적인 갈륨나이트라이드(GaN) 반도체를 사용한 쇼트키 접합 자외선감지소자의 기판으로는 사파이어(sapphire)를 사용해 왔는데, 이러한 사파이어기판과 질화물반도체 간의 열팽창계수 차이를 극복하기 위해, 통상 사파이어 기판 위에 알루미늄나이트라이드(AlN) 혹은 갈륨나이트라이드(GaN) 등의 완충층(buffer layer)을 형성하고 그 위에 자외선 흡수를 위한 광흡수층인 갈륨나이트라이드(GaN) 혹은 GaxAl1-xN를 성장시키게 된다.On the other hand, sapphire has been used as a substrate for Schottky-junction UV-sensing UV sensing devices using gallium nitride (GaN) semiconductors. In order to overcome the difference in thermal expansion coefficients between sapphire substrates and nitride semiconductors, aluminum nitride is usually used on sapphire substrates. A buffer layer such as a nitride (AlN) or gallium nitride (GaN) is formed, and a gallium nitride (GaN) or GaxAl1-xN, which is a light absorption layer for absorbing ultraviolet rays, is grown thereon.
이를 도면을 통하여 설명하면, 도 1은 Khan 등에 의해 제안된 자외선감지소자의 개략구조도로서, 도시된 바와 같이 기판(1)과, 그 상부에 GaxAl1-xN 광흡수층(3)과의 열팽창계수의 부정합을 완충시키는 알루미늄 나이트라이드(AlN)등의 완충층(2)이 위치하고, 이러한 알루미늄 나이트라이드(AlN) 완충층(2) 위에 다시 GaxAl1-xN 광흡수층(3)을 2㎛정도의 두께로 성장시키게 된다. 이후 Au/TiW/Au을 100Å/1000Å/5000Å을 사용하여, 쇼트키층(4)을 접합하고, 이와 이격되도록 상기 광흡수층(3) 상에, 금(Au)을 사용하여 오믹(Ohmic)접합되는 오믹층(5)이 위치한다.Referring to the drawings, FIG. 1 is a schematic structural diagram of an ultraviolet sensing device proposed by Khan et al., Wherein the thermal expansion coefficient mismatch between the substrate 1 and the GaxAl1-xN light absorption layer 3 thereon as shown. A buffer layer 2 such as aluminum nitride (AlN) for buffering is positioned, and the GaxAl1-xN light absorption layer 3 is grown on the aluminum nitride (AlN) buffer layer 2 to a thickness of about 2 μm. Thereafter, Au / TiW / Au is bonded to the Schottky layer 4 by using 100 μs / 1000 μs / 5000 μs, and on the light absorbing layer 3 to be spaced therefrom, ohmic is bonded using gold (Au). The ohmic layer 5 is located.
그러나, 이러한 구조를 가지는 일반적인 자외선감지소자에 있어서, 쇼트키접합층(4)의 재질로 Au/TiW/Au와 같은 금속을 사용하므로, 자외선 감지에 있어 전면 조사(front illuminztion)방식을 사용할 경우에 상기 금속들이 자외선을 흡수하여 정밀한 자외선감지가 불가능한 바, 이를 피하기 위해 기판을 통하여 자외선을 조사시키는 배면조사(back illumination)방식을 채택한다. 그러나 이와 같은 배면조사 방식 또한 자외선이 쇼트키접합층(4) 근처의 공핍층(depletion region)까지 도달하기 전에 광흡수층(3)에서 흡수되어 자외선 손실이 일어나게 된다.However, in the general ultraviolet sensing element having such a structure, since a metal such as Au / TiW / Au is used as the material of the Schottky bonding layer 4, when a front illuminztion method is used for ultraviolet sensing. Since the metals absorb ultraviolet rays and precise ultraviolet detection is impossible, a back illumination method of irradiating ultraviolet rays through the substrate is adopted to avoid this. However, such a back irradiation method also absorbs ultraviolet rays from the light absorbing layer 3 before the ultraviolet rays reach the depletion region near the Schottky junction layer 4 to cause ultraviolet loss.
즉, 갈륨나이트라이드(GaN) 광흡수층의 흡수계수(absorption coefficient)는 대략 1 x 105 cm-1 정도이므로, 예를 들어 0.1㎛두께의 광흡수층을 통과한다면 입사된 빛의 67%가 흡수되고, 0.2㎛ 두께인 경우에는 86%가 흡수되게 된다. 결국, 광흡수층의 두께가 1㎛ 이상인 경우에 실제 쇼트키접합층 근처의 공핍층(depletion region)에 도달하는 자외선량은 매우 작아져 효과적인 자외선 감지가 어렵다. 더욱이, 광여기된 전자와 정공이 외부전극에 포획되어 전기 신호로 변환될 수 있는 범위가 공핍층과 전자의 확산거리(diffusion length)의 합이라 하더라도, 갈륨나이트라이드(GaN)의 전자 확산거리가 0.2㎛정도 임을 감안하면 기존의 배면조사 방식은 광여기된 대부분의 자유전자와 정공이 외부전극에 의해 포획되기 전에 재결합(recombination)되므로 충분한 전기신호로 전환되지 못한다는 문제점을 갖는다.That is, since the absorption coefficient of the gallium nitride (GaN) light absorption layer is about 1 × 10 5 cm −1, for example, 67% of the incident light is absorbed when passing through the light absorption layer having a thickness of 0.1 μm. When the thickness is 0.2 탆, 86% is absorbed. As a result, when the thickness of the light absorbing layer is 1 μm or more, the amount of ultraviolet rays reaching the depletion region near the actual Schottky junction layer is very small, so that it is difficult to effectively detect ultraviolet rays. Moreover, even if the range where the photoexcited electrons and holes can be captured by the external electrode and converted into an electrical signal is the sum of the depletion layer and the diffusion length of the electrons, the electron diffusion distance of gallium nitride (GaN) Considering that it is about 0.2 μm, the conventional backside irradiation method has a problem in that most of the free-excited free electrons and holes are recombined before being captured by an external electrode and thus cannot be converted into sufficient electric signals.
또한 상기와 같은 구조를 갖는 자외선감지소자 칩을 패키징할 때는 마운트에 자외선이 통과할 수 있는 구멍을 형성시켜야 하므로, 제작공정이 복잡해지게 되고,특히, 자외선감지소자의 저가격화를 위해 사파이어기판(1) 대신 실리콘(Si)과 같은, 에너지 밴드갭이 3.0eV(파장(λ)=410nm)이하의 기판을 사용할 경우에는 특히 감지하고자 하는 자외선이 기판에서 대부분 흡수되어 자외선감지소자로서의 역할을 할 수 없는 현상이 빈번하게 관찰된다. 이에 다양한 구조의 자외선감지소자가 새로이 제안되고 있으나, Khan이 제안한 구조를 포함하여 종래의 자외선감지소자는 공통적으로 광흡수층의 고품위성장을 위한 완충층을 포함하고 있어 제작공정이 복잡하다는 단점을 가지고 있다.In addition, when packaging an ultraviolet sensing device chip having the above structure, holes must be formed in the mount to allow ultraviolet light to pass therethrough, which leads to a complicated manufacturing process, and in particular, a sapphire substrate (1) to reduce the cost of the ultraviolet sensing device. When using a substrate with an energy bandgap of 3.0 eV or less (wavelength (λ) = 410 nm), such as silicon (Si) instead, most of the ultraviolet rays to be detected are absorbed from the substrate and thus cannot act as an ultraviolet sensing element. The phenomenon is frequently observed. In this regard, UV sensing devices having various structures have been newly proposed, but conventional UV sensing devices including Khan's proposed structure include a buffer layer for high quality growth of the light absorbing layer.
따라서 본 발명은 다양한 장점을 가지는 갈륨나이트라이드(GaN)반도체 소자를 사용하여 자외선감지소자를 구현함에 있어서, 완충층을 포함하지 않아 전면조사가 가능하고 보다 신뢰성 있는 자외선의 감지 및 측정이 가능하며, 그 제작공정이 단순한, 보다 개선된 자외선감지소자및 이의 제조방법과 상기 자외선감지소자를 포함하는 자외선감지시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention implements an ultraviolet sensing device using a gallium nitride (GaN) semiconductor device having a variety of advantages, do not include a buffer layer is possible to investigate the entire surface, and more reliable detection and measurement of ultraviolet light, the An object of the present invention is to provide an improved ultraviolet sensing element, a method of manufacturing the same, and an ultraviolet sensing system including the ultraviolet sensing element.
도 1은 일반적인 갈륨나이트라이드(GaN)를 이용한 자외선감지소자의 구조를 도시한 단면도1 is a cross-sectional view showing the structure of a UV sensing device using a common gallium nitride (GaN)
도 2a는 본 발명에 따른 자외선감지소자의 구조를 도시한 단면도Figure 2a is a cross-sectional view showing the structure of the ultraviolet sensing element according to the present invention
도 2b는 본 발명에 따른 자외선감지소자의 다른 구조를 도시한 단면도Figure 2b is a cross-sectional view showing another structure of the ultraviolet sensing element according to the present invention
도 3은 본 발명에 따른 자외선감지소자의 제조공정을 순서대로 도시한 순서도Figure 3 is a flow chart showing a manufacturing process of the ultraviolet sensing element according to the present invention in order
도 4는 본 발명에 따른 자외선감지소자의 제조공정을 순서대로 도시한 공정단면도Figure 4 is a process cross-sectional view showing in sequence the manufacturing process of the ultraviolet sensing element according to the present invention
도 5a, 도 5b는 각각 본 발명에 따른 자외선감지소자의 오믹접합층으로 Au을 사용하였을 때, 오믹 특성 및 접합저항을 측정한 결과를 도시한 그래프5A and 5B are graphs showing the results of measuring ohmic characteristics and junction resistance when Au is used as the ohmic junction layer of the ultraviolet sensing element according to the present invention, respectively.
도 6a, 도 6b는 각각 본 발명에 따른 자외선감지소자의 오믹접합층으로 Al을 사용하였을 때, 오믹 특성 및 접합저항을 측정한 결과를 도시한 그래프6A and 6B are graphs showing the results of measuring ohmic characteristics and junction resistance when Al is used as the ohmic junction layer of the ultraviolet sensing element according to the present invention, respectively.
도 7a, 도 7b는 각각 본 발명에 따른 자외선감지소자의 오믹접합층으로 Ti/Al을 사용하였을 때 오믹 특성 및 접합저항을 측정한 결과를 도시한 그래프7A and 7B are graphs showing the results of measuring ohmic characteristics and junction resistance when Ti / Al is used as the ohmic junction layer of the ultraviolet sensing element according to the present invention, respectively.
도 8은 본 발명에 따른 자외선감지소자의 쇼트키접합층으로 텅스텐(W)을 사용하였을 때 나타나는 암전류 특성을 도시한 그래프8 is a graph showing the dark current characteristics appearing when using tungsten (W) as a Schottky junction layer of the ultraviolet sensing element according to the present invention.
도 9는 본 발명에 따른 자외선감지소자의 쇼트키 접합금속으로 인듐틴옥사이드(ITO)를 사용하였을 때 나타나는 암전류 특성을 도시한 그래프9 is a graph showing the dark current characteristics appearing when indium tin oxide (ITO) is used as the Schottky junction metal of the UV sensing device according to the present invention.
도 10a, 도 10b는 각각 본 발명에 따른 자외선감지소자의 쇼트키 접합금속으로 니켈산화물(NiOx)을 사용하였을 때 나타나는 투과도와 암전류 특성을 각각 도시한 그래프10A and 10B are graphs showing the transmittance and dark current characteristics, respectively, when nickel oxide (NiOx) is used as the Schottky junction metal of the ultraviolet sensing element according to the present invention, respectively.
도 11은 본 발명에 따른 자외선 감지시스템의 구조를 도시한 블럭구조도11 is a block diagram showing the structure of the ultraviolet detection system according to the present invention
<도면의 주요부분에 대한 부호의 명칭><Name of symbols for main parts of drawing>
21 : 기판 22 : 광흡수층21 substrate 22 light absorption layer
24 : 쇼트키 접합층 25 : 오믹접합층24 Schottky bonding layer 25 Ohmic bonding layer
26 : 전도성 박막층26: conductive thin film layer
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 것으로, 자외선감지소자로서, 사파이어 또는 실리콘 기판 중 선택된 하나의 재질로 이루어진 기판과; 상기 기판상에 에피 성장된, 1.5㎛ 내지 2.5㎛의 두께를 가지는 갈륨나이트라이드(GaN)를 포함하는 재질로 이루어진 광흡수층과; 상기 광 흡수층상의 일부영역에 오믹 접합되고, 950Å내지 1050Å의 두께를 가지는 금(Au), 알루미늄(Al), 타타늄/알루미늄 이중층(Ti/Al) 중 선택된 하나의 재질을 포함하는 오믹접합층과; 상기 광 흡수층 상에 상기 오믹접합층과 이격되어 쇼트키 접합되고, 150Å 내지 300Å의 두께를 가지는 텅스텐(W), 니켈(Ni), 인듐 틴 옥사이드(ITO) 중 선택된 하나의 재질을 포함하는 쇼트키접합층을 포함하는 자외선감지소자를 제공한다.The present invention has been made in order to achieve the above object, as an ultraviolet sensing element, a substrate made of one material selected from sapphire or silicon substrate; A light absorption layer made of a material including gallium nitride (GaN) having a thickness of 1.5 μm to 2.5 μm epitaxially grown on the substrate; An ohmic junction layer that is ohmic bonded to a portion of the light absorbing layer and includes a material selected from gold (Au), aluminum (Al), and titanium / aluminum double layer (Ti / Al) having a thickness of 950 kPa to 1050 kPa. ; The Schottky bonded to the ohmic junction layer spaced apart from the ohmic bonding layer on the light absorbing layer, and a Schottky including one selected from tungsten (W), nickel (Ni), indium tin oxide (ITO) having a thickness of 150 ~ 300Å Provided is an ultraviolet sensing element comprising a bonding layer.
이때 상기 오믹접합층의 재질이 금(Au) 또는 알루미늄(Al) 중 선택된 하나의 재질로 이루어진 경우 각각 그 두께는 950 내지 1050Å이고, 티타늄/알루미늄 이중층(Ti/Al) 일 경우 상기 티타늄의 두께는 50 내지 150Å이고, 알루미늄의 두께는 850내지 950Å이며, 상기 쇼트키접합층의 재질이 텅스텐(W)일 경우 그 두께는 250 내지 350Å이고, 인듐틴옥사이드(ITO) 재질일 경우 그 두께는 200 내지 300Å인 것을 특징으로 하며, 상기 쇼트키접합층의 재질이 니켈(Ni) 일 경우에, 상기 광 흡수층 상에 250 내지 350Å의 두께를 가지는 니켈(Ni)를 증착하고, 상기 증착된 니켈(Ni)을 열처리 하여 니켈산화물(NiOx)로 구성하고, 그 상부에 직렬저장을 감소시키기 위한 인듐틴옥사이드(ITO) 직렬저항감소층을 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.In this case, when the material of the ohmic junction layer is made of one material selected from gold (Au) or aluminum (Al), the thickness thereof is 950 to 1050Å, respectively. In the case of the titanium / aluminum double layer (Ti / Al), the thickness of the titanium is 50 to 150Å, the thickness of aluminum is 850 to 950Å, the thickness of the Schottky bonding layer is tungsten (W), the thickness is 250 to 350Å, the thickness of the indium tin oxide (ITO) material is 200 to Characterized in that it is 300 ,, when the material of the Schottky junction layer is nickel (Ni), depositing nickel (Ni) having a thickness of 250 to 350 상 에 on the light absorbing layer, the deposited nickel (Ni) Heat treatment to form a nickel oxide (NiOx), characterized in that it further comprises an indium tin oxide (ITO) series resistance reduction layer for reducing the series storage on the top.
또한 본 발명은 기판과, 상기 기판상에 에피 성장된 광흡수층과, 상기 광 흡수층상의 일부영역에 오믹 접합되는 오믹접합층과, 상기 광 흡수층 상에 상기 오믹접합층과 이격되어 쇼트키 접합되는 쇼트키접합층을 포함하는 자외선감지소자의 제조방법으로서, 상기 기판을 세정하는 단계와; 상기 세정된 기판상에 광흡수층을 에피성장시키는 단계와; 상기 에피성장된 광흡수층의 일부에 금속을 오믹접합하는 단계와; 상기 광흡수층 상에 상기 오믹접합층과 이격되도록 쇼트키접합층을 쇼트키 접합하는 단계를 포함하는 자외선감지소자 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a substrate, an optically absorbing layer epitaxially grown on the substrate, an ohmic bonding layer that is ohmic-bonded to a partial region on the light absorbing layer, and a schottky bonding which is spaced apart from the ohmic bonding layer on the light absorbing layer. CLAIMS 1. A method of manufacturing an ultraviolet sensing element comprising a key junction layer, the method comprising: cleaning the substrate; Epitaxially growing a light absorption layer on the cleaned substrate; Ohmic bonding a metal to a portion of the epitaxially grown light absorbing layer; A Schottky bonding layer is provided on the light absorbing layer so as to be spaced apart from the ohmic bonding layer.
이때 상기 기판은 사파이어 또는 실리콘 중 선택된 하나의 재질이고, 상기 기판상에 에피성장되는 광흡수층은 1.5㎛ 내지 2.5㎛의 두께를 가지는 갈륨나이트라이드(GaN)를 포함하는 재질이며, 상기 광흡수층상에 접합되는 오믹접합층은 950Å내지 1050Å의 두께를 가지는 금(Au), 알루미늄(Al), 타타늄/알루미늄 이중층(Ti/Al) 중 선택된 하나의 재질이고, 상기 광흡수층 상에 상기 오믹접합층과 이격되도록 접합되는 쇼트키 접합층은 150Å 내지 300Å의 두께를 가지는 텅스텐(W), 니켈(Ni), 인듐 틴 옥사이드(ITO) 중 선택된 하나의 재질인 것을 특징으로 하며, 상기 쇼트키접합층의 재질이 니켈(Ni) 일 경우에, 상기 광 흡수층 상에 니켈(Ni)를 증착하고, 상기 증착된 니켈(Ni)을 열처리 하여 니켈산화물(NiOx)로 구성하고, 그 상부에 직렬저장을 감소시키기 위한 인듐틴옥사이드(ITO) 직렬저항감소층을 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.At this time, the substrate is one material selected from sapphire or silicon, the light absorption layer epitaxially grown on the substrate is a material containing gallium nitride (GaN) having a thickness of 1.5 ㎛ to 2.5 ㎛, on the light absorbing layer The ohmic bonding layer to be bonded is a material selected from gold (Au), aluminum (Al), and titanium / aluminum bilayer (Ti / Al) having a thickness of 950 kPa to 1050 kPa, and the ohmic bonding layer is formed on the light absorbing layer. The Schottky bonding layer bonded to be spaced apart is characterized in that the material of one selected from tungsten (W), nickel (Ni), indium tin oxide (ITO) having a thickness of 150 ~ 300Å, the material of the Schottky junction layer. In the case of nickel (Ni), nickel (Ni) is deposited on the light absorbing layer, and heat treatment of the deposited nickel (Ni) is made of nickel oxide (NiOx), to reduce serial storage thereon. Indium tin jade It characterized in that it further comprises a beads (ITO) layer reduces the series resistance.
또한 본 발명은 자외선 감지 시스템으로서, 기판과, 상기 기판상에 에피 성장된 광흡수층과, 상기 광 흡수층상의 일부영역에 오믹 접합되는 오믹접합층과, 상기 광 흡수층 상에 상기 오믹접합층과 이격되어 쇼트키 접합되는 쇼트키접합층을 포함하여, 조사되는 자외선을 감지하여 이의 세기에 따라 서로 다른 크기의 전류를 발생하는 자외선감지소자와; 상기 자외선감지소자에서 발생된 전류가 인가되어 서로 다른 크기의 전압으로 변환 증폭하는 변환부와; 상기 변환부에서 변환증폭된 전압을 통하여 메시지를 표시하는 표시부를 포함하는 자외선 감지 시스템을 제공하는바, 상기 표시부는 상기 변환부에서 인가되는 서로 다른 전압을 통하여 각각 발광하는, 서로 다른 색을 가지는 다수의 전기발광소자와; 상기 변환부에서 인가된 서로 다른 전압을 통하여 서로 다른 메세지를 표시하는 액정표시장치인 것을 특징으로 한다.In another aspect, the present invention provides an ultraviolet sensing system, comprising: a substrate, an optically absorbing layer epitaxially grown on the substrate, an ohmic bonding layer that is ohmic-bonded to a portion of the light absorbing layer, and the ohmic bonding layer on the light absorbing layer An ultraviolet sensing element including a schottky bonding layer to be schottky bonded to sense ultraviolet rays to be irradiated and to generate currents of different sizes according to their intensities; A converter for converting and amplifying the voltage generated by the ultraviolet sensing device into voltages having different magnitudes; Provided with a UV detection system including a display unit for displaying a message through the voltage conversion amplified by the conversion unit, the display unit has a plurality of different colors, each of which emits light through different voltages applied from the conversion unit An electroluminescent device of; It is characterized in that the liquid crystal display for displaying different messages through different voltages applied by the converter.
이하 본 발명이 올바른 실시예를 첨부된 도면을 통하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 금속접합물질을 이용하여 이를 쇼트키접합하고, 기존의 배면 조사방식에 있어서 갈륨나이트라이드(GaN)의 흡수계수가 큰 이유로 소자의 성능을 저하시키는 단점을 보완하기 위해서, 상기 금속접합물질을 산화시켜 금속산화물을 형성함으로써, 자외선의 투과도를 향상시켜 자외선의 전면조사가 가능한 자외선감지소자 및 이의 제조방법을 제공하는 바, 이러한 본 발명에 따른 자외선감지소자는 도 2a에 도시한 바와 같은 구성을 가지고 있다.The present invention, in order to compensate for the shortcomings of the Schottky junction using a metal bonding material, and to reduce the performance of the device due to the large absorption coefficient of gallium nitride (GaN) in the conventional back irradiation method, the metal bonding material By oxidizing the metal oxide to form a metal oxide, to provide a UV sensing device and a method of manufacturing the UV sensing device that can be irradiated with the front surface of the ultraviolet light, the ultraviolet sensing device according to the present invention is configured as shown in Figure 2a Have
도 2a는 본 발명에 따른 자외선감지소자의 구도를 도시한 단면도로서, 이는 기판(21)과, 상기 기판(21)위에 에피 성장된 광흡수층(22)과, 상기 광흡수층(22) 상의 일부 영역에 쇼트키(Schottky)접합되는 쇼트키접합층(24) 및 그 상부의 전도성박막층(26)과, 상기 쇼트키접합층(24)과 이격된 상태에서, 상기 광흡수층(22) 상에 오믹(Ohmic) 접합되는 오믹접합층(25)을 포함하는 바, 이때 오믹층(25)은 도 2b에 도시한 바와 같이 그 사이에 쇼트키접합층(24)을 두고 서로 이격된 구조를 가질 수 있다.FIG. 2A is a cross-sectional view showing a composition of an ultraviolet sensing element according to the present invention, which is a substrate 21, a light absorption layer 22 epitaxially grown on the substrate 21, and a partial region on the light absorption layer 22. On the light absorbing layer 22 in a state where the Schottky bonding layer 24 and the conductive thin film layer 26 thereon and the Schottky bonding layer 24 are spaced apart from each other. Ohmic) includes an ohmic junction layer 25 to be bonded, wherein the ohmic layer 25 may have a structure spaced apart from each other with a Schottky junction layer 24 therebetween as shown in FIG. 2B.
이러한 본 발명에 따른 자외선감지소자는 쇼트키접합구조를 이용함에 따라 p형 갈륨나이트라이드(GaN) 방식을 사용하지 않으므로, p형 도핑과 p형 갈륨나이트라이드(GaN)의 오믹 콘택 문제를 피할 수 있어, 소자제작 공정을 단순화 할 수 있으며, 또한 전면조사 방식을 사용하므로 높은 양자효율을 가지는데, 특히 전도성 박막층을 쇼트키접합층의 산화물로 구성할 경우에 보다 공정을 단순화 할 수 있어 대량생산 시 더욱 유리한 장점을 가진다.Since the UV sensing device according to the present invention does not use a p-type gallium nitride (GaN) method by using a Schottky junction structure, it is possible to avoid the ohmic contact problems of p-type doping and p-type gallium nitride (GaN). In addition, the device fabrication process can be simplified and the front irradiation method can be used to achieve high quantum efficiency. Especially, when the conductive thin film layer is composed of an oxide of the Schottky junction layer, the process can be simplified. Has more advantageous advantages.
이하 도면을 통하여 이의 제조공정을 좀더 자세히 설명하면, 도 3은 본 발명에 따른 자외선감지소자의 제작순서를 나타내기 위한 순서도이고, 도 4는 도 3의 순서도에 따라 제작되는 본 발명에 따른 자외선 감지장치의 제작공정도로서, 이는 기판(21)을 구비하여 이를 세정 및 검사하는 단계와(S1), 상기 기판(21) 상에 갈륨나이트라이드(GaN) 광 흡수층(22)을 에피성장하는 단계(S2)와, 상기 갈륨나이트라이드(GaN) 광 흡수층(22) 상의 일부영역에 오믹접합층(25)을 형성하는 단계(S3)와, 이와 이격되도록 쇼트키접합층(24)을 형성하는 단계(S4)와, 이러한 쇼트키접합층(24)의 상부에 전도성 박막(26)을 형성하는 단계(S5)와, 패키징을 위한 금속 패드 형성 및 물리적 처리단계(S6)와, 패키지 단계(S7)로 구분되는 바, 이를 순서대로 설명한다.Hereinafter, the manufacturing process thereof will be described in more detail with reference to the drawings. FIG. 3 is a flowchart illustrating a manufacturing procedure of the ultraviolet sensing device according to the present invention, and FIG. 4 is a ultraviolet sensing according to the present invention manufactured according to the flowchart of FIG. 3. As a manufacturing process diagram of the device, it is provided with a substrate 21, which is cleaned and inspected (S1), and epitaxially growing a gallium nitride (GaN) light absorbing layer 22 on the substrate 21 (S2). ) And forming an ohmic junction layer 25 in a partial region on the gallium nitride (GaN) light absorbing layer 22 (S3), and forming the schottky junction layer 24 to be spaced apart from the junction (S4). ), And forming a conductive thin film 26 on the schottky bonding layer 24 (S5), forming a metal pad for packaging and physical processing step (S6), and package step (S7) This will be described in order.
먼저, 기판(21)을 구비하고, 상기 기판(21) 상에 갈륨나이트라이드(GaN)를 에피성장하는 단계로서(S2), 상기 기판(21)은 바람직하게는 사파이어 혹은 실리콘 재질로 이루어지며, 이러한 사파이어 또는 실리콘 기판(21) 상에 에피층 성장속도가 빠른 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy) 방법을 통하여, 바람직하게는 1000 내지 1100℃의 온도에서 약 5 내지 10분간 갈륨나이트라이드(GaN) 광흡수층(22)을 2㎛정도의 높이로 성장시킨다.First, as a step of epitaxially growing gallium nitride (GaN) on the substrate 21 and having a substrate 21 (S2), the substrate 21 is preferably made of sapphire or silicon material, A gallium nitride (GaN) light absorbing layer is preferably formed on the sapphire or silicon substrate 21 through a fast vapor deposition phase epitaxy (HVPE) method at a temperature of 1000 to 1100 ° C. for about 5 to 10 minutes. (22) is grown to a height of about 2 μm.
이후 이러한 갈륨나이트라이드(GaN) 광흡수층(22)의 상부 일부 영역에 오믹접합층(25)을 구성하게 되는데(S3), 이는 상기 갈륨나이트라이드(GaN) 광흡수층(22) 상에 소정의 두께를 가지는 포토레지스트를 도포하고, 이를 패터닝하여 형성된 포토레지스트 패턴을 따라 전자빔 증착기(e-beam evaporator) 또는 열증착기(thermal-evaporator)를 사용하여 금(Au), 알루미늄(Al), 티타늄 알루미늄(Ti/Al) 중 선택된 하나의 금속을 증착한 후 리프트 오프(lift-off) 법을 통하여 오믹접합층(25)을 구성할 수 있다. 이때 특히 열 증착기를 사용할 경우에는 기본압력(Based-pressure) 1.0×10-5torr, 실온(room temperature)의 환경에서 금(Au)의 경우 1000Å, 알류미늄(Al)은 1000Å, 티타늄/ 알류미늄 이중층(Ti/Al)은 각각 100Å/900Å 정도의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.Afterwards, the ohmic junction layer 25 is formed in the upper portion of the gallium nitride (GaN) light absorbing layer 22 (S3), which is a predetermined thickness on the gallium nitride (GaN) light absorbing layer 22. Applying a photoresist having, and patterning it, using an e-beam evaporator or a thermal-evaporator along the photoresist pattern formed by gold (Au), aluminum (Al), titanium aluminum (Ti After the deposition of one of the metal selected from / Al) it is possible to configure the ohmic junction layer 25 through a lift-off (lift-off) method. At this time, especially when using a thermal evaporator, the base pressure is 1.0 × 10 -5 torr, 1000Å for gold (Au), 1000Å for aluminum (Al), titanium / aluminum bilayer ( Ti / Al) is preferably formed to a thickness of about 100 kPa / 900 kPa, respectively.
도 5a, 5b와, 도 6a, 6b와, 도 7a, 7b는 각각 전술한 Au, Al 또는 Ti/Al 재질로 이루어지는 오믹접합층(25)의 오믹특성 및 접합저항의 검사결과를 도시한 그래프로서, 먼저 Au 의 오믹특성을 조사하기 위하여 상기 Au를 증착한 후 이의 열처리 온도를 변화시켜 가면서 오믹특성을 조사한 결과, 도 5a과 같이 갈륨나이트라이드(GaN)접합은 쇼트키 장벽층의 특성과 관련된 뚜렷한 정류특성의 I-V특성을 나타내고 있으며, 열처리 온도에 따라 전류-전압 특성이 선형으로 변화하는 것을 확인할 수 있다. 특히 575℃에서 10분간 열처리를 한 경우에는 GaAs기판상에 Au를 콘택 한 결과와 비슷한 양상을 나타내는 것이 관찰되며, 열처리 온도를 600℃로 고정하여 시간을 변화시켜 보았을 때, 시간이 1, 5, 10 분으로 증가함에 따라 Au의 I-V곡선은 다시 정류특성 경향을 나타냄을 알 수 있다.5A, 5B, 6A, 6B, and 7A, 7B are graphs showing the results of the ohmic characteristics and the bonding resistance of the ohmic bonding layer 25 made of Au, Al, or Ti / Al material described above, respectively. First, in order to investigate the ohmic properties of Au, after the Au was deposited, the ohmic properties were examined by changing its heat treatment temperature. As shown in FIG. 5A, gallium nitride (GaN) junctions are distinctly related to the characteristics of the Schottky barrier layer. IV characteristics of the rectification characteristics are shown, and it can be seen that the current-voltage characteristics change linearly with the heat treatment temperature. In particular, when heat-treated at 575 ° C. for 10 minutes, it was observed to show a similar pattern as the result of contacting Au on the GaAs substrate. When the time was changed by fixing the heat-treatment temperature at 600 ° C., the time was 1, 5, As it increases to 10 minutes, the IV curve of Au shows a trend of rectification characteristics again.
그리고 Au 옴익접합층의 접합저항을 TML방법을 사용하여 측정한 결과를 도 5b에 도시하였는데, 이는 1.14×10-4Ω/cm2정도의 값을 나타내었다.And the result of measuring the junction resistance of the Au ohmic junction layer using the TML method is shown in Figure 5b, which showed a value of about 1.14 × 10 -4 Ω / cm 2 .
또한 도 6a와 도 6b는 각각 Al 오믹접합층의 오믹특성 및 접합저항의 검사결과를 도시한 그래프로서, Al은 낮은 온도에서 열처리를 수행하여도 오믹을 형성하기 쉽고 Au 에 비해 낮은 값의 콘택저항을 가지며, 갈륨나이트라이드(GaN)와 접착성이 좋아 리프트 오프(lift-off) 소자로 유용한 물질임은 주지된 바 있는데, 이에 따라 열처리 온도 430℃에서 가장 낮은 저항 값을 나타내었고, 이때의 접합저항 값은 3.45×10-3Ω/cm2을 나타내었다. 또한 온도를 더욱 높인 480℃에서는 430℃보다 높은 저항 값을 나타내고 430℃에서 10분간 열처리를 한 경우도 5분간 열처리를 한 경우보다 높은 저항 값을 나타내어 Au를 사용했을 경우와 비슷한 양상을 가짐을 확인할 수 있다.6A and 6B are graphs showing the ohmic characteristics and the bonding resistance test results of the Al ohmic bonding layer, respectively, wherein Al is easy to form ohmic even after heat treatment at a low temperature, and has a lower contact resistance than Au. It is well known that it has good adhesion with gallium nitride (GaN) and is a useful material as a lift-off device. As a result, it has the lowest resistance value at the heat treatment temperature of 430 ° C. The resistance value was 3.45 × 10 −3 Ω / cm 2 . In addition, at 480 ℃, the temperature was higher than that of 430 ℃, and even if heat-treated for 10 minutes at 430 ℃, it showed higher resistance than that of Au for 5 minutes. Can be.
또한 도 7a 및 도 7b는 각각 Ti/Al 오믹접합의 오믹특성 및 접합저항을 도시한 그래프로서 이러한 Ti/Al는 열처리 조건에 따라 접합 저항 값이 10-4∼10-7Ω/cm2정도의 낮은 값을 가지며 갈륨나이트라이드(GaN)와의 접합특성이 매우 뛰어난 물질이므로 도 8a와 같이 430℃와 530℃에서 5분간 열처리를 한 경우에 선형의 오믹특성을 나타내고 있고, 이때의 접합저항은 2.8×10-5Ω/cm2값을 나타내는 바, 이는 Au나 Al을 사용할 경우 보다 낮은 값임을 확인할 수 있다. 따라서 Ti/Al는 갈륨나이트라이드(GaN)과의 접합특성이 매우 뛰어나 리프트 오프(lift-off) 소자로 활용될 수 있다.7A and 7B are graphs illustrating ohmic characteristics and junction resistance of Ti / Al ohmic junctions, respectively, wherein Ti / Al has a junction resistance of about 10 −4 to 10 −7 Ω / cm 2 depending on heat treatment conditions. Since it has a low value and has excellent bonding properties with gallium nitride (GaN), it exhibits a linear ohmic characteristic when heat-treated at 430 ° C. and 530 ° C. for 5 minutes as shown in FIG. 8A, and the bonding resistance at this time is 2.8 ×. The value of 10 -5 Ω / cm 2 indicates that this value is lower than that of Au or Al. Therefore, Ti / Al has excellent bonding properties with gallium nitride (GaN) and can be used as a lift-off device.
이후 이러한 기판(21) 상에 쇼트키 접합층(24)의 생성을 위하여 다시 포토레지스트패턴을 형성한 후, 스퍼터(sputter) 또는 전자빔 증착기를 사용하여 금속 또는 금속산화물을 접합하게 되는데(S4), 이때 특히 본 발명은 쇼트키 접합되는 금속 물질에 따라 몇가지 실시예로 구분되는 바 이를 각각 구분하여 설명하는 바, 본 발명에서는 높은 열적 안정성을 가지는 텅스텐(W)과, 투명하여 입사하는 빛을 크게 방해함이 없는 인듐틴옥사이드(ITO) 및 니켈산화물(NiOx)을 이용하였다.Then, after forming the photoresist pattern again to generate the Schottky bonding layer 24 on the substrate 21, a metal or metal oxide is bonded using a sputter or an electron beam evaporator (S4). In this case, in particular, the present invention is divided into several embodiments according to the metal material to be bonded to the Schottky bar, which will be described separately. In the present invention, tungsten (W) having a high thermal stability and transparent interference are largely disturbed. Free indium tin oxide (ITO) and nickel oxide (NiOx) were used.
제 1 실시예First embodiment
먼저 본 발명에 따른 쇼트키 접합에 사용되는 금속으로 텅스텐(W)을 사용하게 되는데, 이러한 텅스텐 쇼트키 접합층은 바람직하게는, 기본압력(Based-pressure)1.0×10-6torr, 공정압력(work-pressure) 2.0×10-3torr정도를 가지고, 실온정도의 온도환경을 가지는 스퍼터 장치를 사용하여, 300Å의 두께를 가지는 텅스텐 박막을 접합하게 된다. 이와 같은 텅스텐을 사용한 쇼트키 접합은 암전류 특성을 도시한 도 8와 같이 10-8정도의 작은 누설전류(leakage current)를 가짐을 확인 할 수 있다.First, tungsten (W) is used as the metal used for the Schottky bonding according to the present invention. The tungsten Schottky bonding layer is preferably based on a base pressure (1.0-10 -6 torr) and a process pressure ( work-pressure) A tungsten thin film having a thickness of 300 kW is bonded using a sputtering device having a temperature of about 2.0 x 10 -3 torr and having a temperature environment of about room temperature. Such a Schottky junction using tungsten has a small leakage current (leakage current) of about 10 -8 as shown in Figure 8 showing the dark current characteristics.
제 2 실시예Second embodiment
또한 본 발명은 쇼트키 접합 금속으로 전도성 산화박막인 인듐틴옥사이드(ITO)를 사용하는데, 이는 바람직하게는 기본압력 1.0×10-5torr과, 실온환경을 가지는 전자빔 증착기를 사용하여 250Å정도의 두께를 가지는 인듐틴옥사이드(ITO) 쇼트키 접합층을 구현하게 된다. 이때 상기 인듐틴옥사이드(ITO) 쇼트키접합층의 암전류 특성은 도 9에 도시한 바와 같이 10-3정도의 값을 나타낸다.In addition, the present invention uses an indium tin oxide (ITO), a conductive oxide thin film as a Schottky junction metal, which is preferably about 250 kPa using an electron beam evaporator having a basic pressure of 1.0 × 10 −5 torr and a room temperature environment. An indium tin oxide (ITO) Schottky bonding layer having a. At this time, the dark current characteristic of the indium tin oxide (ITO) Schottky junction layer has a value of about 10 −3 as shown in FIG. 9.
제 3 실시예Third embodiment
마지막으로 본 발명은, 쇼트키 접합 금속으로 금속 산화물인 NiOx을 사용하는데, 이때 NiOx 는 일반적인 전기로에서, 바람직하게는 430℃의 온도분위기에서 Ni를 5분간 노출시켜 얻을수 있으며, 이와 같은 과정을 통하여 얻어진 NiOx를 전술한 제 1 실시예에서 설명한 스퍼터 장치를 사용하여 동일압력하에서 온도를 각각 100℃, 150℃, 200℃ 로 제어하여 150Å, 250Å, 350Å의 두께로 형성한 후 이의 투과도 및 암전류 특성을 조사한 결과를 도 10a와 도 10b에 각각 도시하였다.Finally, the present invention uses a metal oxide NiOx as the Schottky junction metal, where NiOx can be obtained by exposing Ni for 5 minutes in a general electric furnace, preferably at a temperature atmosphere of 430 ° C. NiOx was formed to a thickness of 150 kV, 250 kV and 350 kV by controlling the temperature at 100 ° C, 150 ° C and 200 ° C under the same pressure using the sputtering apparatus described in the first embodiment described above, and then investigated its permeability and dark current characteristics. The results are shown in FIGS. 10A and 10B, respectively.
한편 양자효율을 높이기 위해 소자의 전면에서 빛을 조사하는 구조를 가지기 위해서는 증착된 쇼트키 접합 물질의 투과도가 중요한 요소가 되는 바, 전술한 서로 다른 두께로 증착된 니켈산화물(NiOx)의 투과도를 각각 측정한 도 10a 를 참조하면, 증착된 NiOx를 430℃에서 열처리를 한 후 투과도를 측정한 결과, 두께 300Å이하는 80%이상을 나타내었고 400Å 정도의 두께에서는 그 보다 낮은 투과도를 나타내며, 350nm를 기준으로 두께 400Å의 경우 약 60%의 투과도를 나타냄을 확인할 수 있었다. 또한 도 10b와 같이 I-V측정을 해 본 결과 pA정도의 낮은 암전류를 나타내어 소자제작에 적합함을 확인 할 수 있는데, 바람직하게는 투과도가 열처리를 한 경우 80%이상이고, 두께의 조절이 용이한 300Å의 두께를 가지는 NiOx를 사용하는 것이 유리하다.On the other hand, in order to have a structure that irradiates light from the front of the device in order to increase the quantum efficiency, the transmittance of the deposited Schottky junction material is an important factor, so the transmittance of the nickel oxide (NiOx) deposited to the different thickness described above Referring to FIG. 10A, when the deposited NiOx was heat-treated at 430 ° C., the transmittance was measured. As a result, the transmittance of the NiOx was 300% or less and 80% or more. In the case of the thickness 400Å it was confirmed that the transmittance of about 60%. In addition, as a result of IV measurement as shown in Fig. 10b, it can be confirmed that the device shows a low dark current of about pA and is suitable for device fabrication. Preferably, the transmittance is 80% or more when heat-treated, and 300 Å is easily adjusted. It is advantageous to use NiOx having a thickness of.
이와 같은 각각의 실시예를 통하여 구성된 쇼트키 접합층(24)은 리프트 오프법을 통하여 패터닝하게 되는데, 특히 쇼트키 접합으로 사용한 NiOx 경우에 자체의 저항 값이 매우 높으므로 소자에 적용 시 직렬 저항 값이 매우 높아, 소자의 성능을 저하시키는 원인이 되므로 이의 보완을 위하여 전도성 박막(26)인 ITO를 NiOx상에 증착을 하게 되는데, 이는 전술한 전자빔증착기를 통하여 가능하게 된다.The Schottky junction layer 24 constructed through each of these embodiments is patterned by a lift-off method. In particular, in the case of NiOx used as a Schottky junction, its resistance value is very high. This very high, which causes the deterioration of the performance of the device to compensate for this ITO is deposited on the NiOx conductive thin film 26, which is possible through the above-described electron beam evaporator.
이후 이러한 기판을 패키징 하게 되는데, 한편 전도성 박막(26)인 ITO의 경우에 후술하는 패키지 공정에서 이루어지는 Au 와이어(wire)와의 접합성이 떨어지기 때문에 도면에 도시되지 않았지만, ITO 전도성박막(26) 위에 Au를 증착시켜 이를 보완하는 것이 바람지하며, 이때 Al을 사용하는 것도 가능하나, Al 금속의 와이어본딩 특성은 Au보다 떨어지는 바, 바람직하게는 쇼트키 접합층(24)과 오믹접합층(25) 상에 Au를 증착한다. 특히 ITO 전도성 박막(26)의 경우에는 전술한 Au와의 접합을 보조하기 위하여 그 사이에 Cr 접합층을 더욱 포함하는 것이 유리한데, 이들 Au 또는 Cr 의 증착은 기본압력 1.0×10-5torr, 실온의 환경을 가지는 열증착기를 사용하여 Au는 1000Å, Al은 1000Å, Ti/Al은 각각 100Å/900Å정도의 두께가 되도록 증착한다.Subsequently, such a substrate is packaged. Meanwhile, in the case of ITO, which is the conductive thin film 26, the adhesion to the Au wire formed in the package process described later is inferior. However, although not shown in the drawing, Au is formed on the ITO conductive thin film 26. It is desirable to compensate for this by depositing, but it is also possible to use Al, but the wire bonding property of Al metal is lower than Au, preferably on the Schottky junction layer 24 and the ohmic junction layer 25. Deposit Au on it. In particular, in the case of the ITO conductive thin film 26, it is advantageous to further include a Cr bonding layer therebetween in order to assist the bonding with the above-mentioned Au, the deposition of these Au or Cr is a basic pressure 1.0 × 10 -5 torr, room temperature Using a thermal evaporator having an environment of Au, it is deposited to a thickness of 1000 Au, Al 1000Å, Ti / Al about 100Å / 900Å respectively.
이후 상기의 공정을 통해 제작된 자외선감지소자를 각각의 칩으로 분리하여 패키지 하기 위해서 물리적 가공공정을 거치게 되는데,(S6) 즉, 원하는 두께와 평활도를 구하고 잔 흠집(scratch)을 제거하여 후술하는 절단 공정시 소자에 발생 할 수 있는 크랙(crack)을 방지하는 램핑공정(lapping)과 결정된 칩의 크기에 따라 이를 개개의 소자로 분리하는 절단 공정이 이루어진다. 이때 래핑공정은 바람직하게는 340㎛정도의 두께를 가지는 사파이어 또는 실리콘 기판을 100㎛이하(90㎛정도)로 래핑하게 되는데, 먼저 다이아몬드 펠랫을 이용하여 110㎛이하까지 랩핑한 후 편심추를 이용하여 평활도를 조절하면서 소자에 무리가 가지 않도록 매 10분 단위로 두께와 평활도를 확인하면서 조절한다. 또한 이후 이어지는 절단공정에 있어서, 그 절단 속도는 0.5∼0.7 ㎜/sec 정도의 낮은 속도를 유지하면서 절단하는 것이 바람직하다.Thereafter, the UV sensing device manufactured through the above process is subjected to a physical processing process in order to separate and package each chip, (S6), that is, obtaining a desired thickness and smoothness and removing residual scratches (cutting, which will be described later). A ramping process for preventing cracks that may occur in the device during the process and a cutting process for separating it into individual devices according to the determined chip size are performed. At this time, the lapping process is preferably to wrap the sapphire or silicon substrate having a thickness of about 340㎛ less than 100㎛ (about 90㎛), first lapping to 110㎛ or less using a diamond pellet and then using an eccentric weight Adjust the smoothness while checking the thickness and smoothness every 10 minutes so as not to overload the device. In the subsequent cutting step, the cutting speed is preferably cut while maintaining a low speed of about 0.5 to 0.7 mm / sec.
특히 각 단계에 있어서, 기판의 유기물 세정 공정이 더욱 포함되는 것이 파티클에 의한 소자의 오염을 줄일 수 있어 유리한 바, 바람직하게는 갈륨나이트라이드(GaN) 반도체 층만이 형성된 기판은 100oC에서 TCE, ACE, MeOH로 각각 5분간, 초순수 세정용매(DI water)와 BOE(buffered oxide etcher) 10분간 세정한 후 N2가스로 건조(blowing) 하며, 또한 옴익접합층 형성과 쇼트키접합층 형성을 위한 리소그라피(lithography) 공정(T2)에서는 HMDS를 사용하지 않고, PR 코팅을 400RPM정도의 회전하에 5초간, 3500RPM정도의 회전하에 35초간 각각 노출하여 실시하고, 이를110oC에서 30분간 베이킹(soft baking)한 후, 12mW정도의 강도를 가지는 빛을 12sec 초 노출하여 원액에 20sec 초간 현상함으로써 가능하게 된다.In particular, in each stage, it is possible that the organic cleaning process of the substrate on which further comprises reducing contamination of the device according to the particle favorable bar, preferably TCE in the gallium nitride (GaN) substrate having a semiconductor layer only is 100 o C, 5 minutes each with ACE and MeOH, 10 minutes of ultra pure water solvent (DI water) and BOE (buffered oxide etcher), followed by blowing with N 2 gas, and also for forming ohmic junction layer and Schottky junction layer. In the lithography process (T2), without using HMDS, PR coating is performed for 5 seconds under rotation of about 400 RPM and 35 seconds under rotation of about 3500 RPM, followed by soft baking at 110 o C for 30 minutes. After that, light having a intensity of about 12 mW is exposed for 12 seconds to develop for 20 seconds in the stock solution.
이때 이러한 본 발명에 따른 자외선감지소자의 전기적 특성을 조사한 결과는 누설전류가10-12 암페어 정도의 낮은 값을 나타냄을 확인 할 수 있었는데, 이는 본 발명에 따른 자외선감지소자는 약 365nm의 파장대에서 컷-오프(cut-off)되어 가시광선에는 반응을 하지 않고 자외선에만 반응을 함을 알 수 있었다,또한, 소자의 양자효율은 0.04A/W 정도의 값을 나타내고, 역방향으로 -40V정도에서도 항복전압이 나타나지 않으며, 특히 ITO를 사용할 경우에 누설전류가 10-3정도의 높은 값을 가지는 반면 NiOx의 경우 10-11정도의 아주 낮은 값을 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다.At this time, the results of examining the electrical characteristics of the ultraviolet sensing device according to the present invention was confirmed that the leakage current shows a low value of about 10-12 amperes, which is cut in the wavelength band of about 365nm according to the present invention It can be seen that it is cut-off and reacts only to ultraviolet light without reacting to visible light. In addition, the quantum efficiency of the device exhibits a value of about 0.04 A / W and a breakdown voltage at about -40 V in the reverse direction. In particular, when ITO is used, leakage current has a high value of about 10-3 while NiOx has a very low value of about 10-11.
또한 본 발명은 전술한 제조방법을 통하여 구성되는 자외선감지소자를 포함하는 자외선 감지 시스템을 제공하는데, 이는 특히 휴대가 가능한 소형의 사이즈로 단순한 구성을 가지는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention provides an ultraviolet sensing system including the ultraviolet sensing element configured through the above-described manufacturing method, which is characterized in that it has a simple configuration in a small size in particular portable.
즉, 이는 도 11에 도시한 바와 같이, 자외선이 인가되어 이를 광 전류로 변환하는 자외선감지소자(52)와, 상기 자외선감지소자에서 발생된 광 전류를 증폭하여 전압으로 변환하는 변환부(convertor)(54)와, 상기 변환부(54)에서 증폭된 전압이 인가되어 사용자에게 정해진 메시지를 출력하는 표시부(56)를 포함하고 있다.That is, as shown in FIG. 11, the ultraviolet sensing element 52 is applied with ultraviolet rays to convert it into a photocurrent, and a converter converts the photocurrent generated by the ultraviolet sensing element into a voltage. And a display unit 56 to which a voltage amplified by the conversion unit 54 is applied to output a predetermined message to the user.
이러한 구성을 가지는 본 발명에 따른 자외선 감지 시스템(50)은 자외선감지소자(52)에 가시광선을 포함하는 자외선이 인가되면서 구동되는데, 이와 같은 빛이 인가되면 자외선감지소자(52)는 가시광선에 의하여 나노 암페어 이하의 전류가 발생하다가 자외선이 감지되면 마이크로 암페어 정도의 전류발생하여 변환부(54)에 인가된다. 이때 변환부(54)는 미리 정해진 값인 일정정도 이상 즉, 수 마이크로 암페어 이상의 전류만을 선택적으로 감지하여 이를 정해진 전압으로 변환 증폭하여 디스플레이부(56)로 인가하고, 디스플레이부는 이와 같이 일정한 값으로 증폭된 전압에 의하여 사용자에게 메시지를 표시하게 된다. 이때 바람직하게는 디스플레이부(56)는 LCD(liquid cristal display)(56a) 와 전기발광소자인 LED(56b)를 같이 사용하고, 특히 LED(56b)는 녹색, 노란색, 빨간색의 삼색을 사용하여 현재 자외선의 세기 정도를 쉽게 인지할 수 있도록 하도록 하며, 또한 혹시 너무 밝은 곳에서 사용자의 눈에 잘 보이지 않을 수도 있는 LED(56b)의 문제를 해결하기 위하여 문자표시기능이 있는 LCD(56a)를 장착하는 것이 유리하다.The ultraviolet detection system 50 according to the present invention having such a configuration is driven while the ultraviolet light including visible light is applied to the ultraviolet light sensing device 52. When such light is applied, the ultraviolet light sensing device 52 is applied to the visible light. When a current of less than nanoamps is generated and ultraviolet rays are detected, a current of about microamps is generated and applied to the converter 54. In this case, the conversion unit 54 selectively detects only a current of a predetermined value or more, that is, several micro amps or more, converts and amplifies the signal to a predetermined voltage, and applies it to the display unit 56. The voltage is displayed to the user. In this case, the display unit 56 preferably uses a liquid crystal display (LCD) 56a and an LED 56b which is an electroluminescent device, and in particular, the LED 56b uses three colors of green, yellow, and red. Equipped with an LCD (56a) with a character display function to make it easy to recognize the intensity of the ultraviolet rays, and to solve the problem of the LED (56b) that may be invisible to the user's eyes in too bright places It is advantageous.
본 발명에 따른 금속산화물 박막을 이용한 갈륨나이트라이드(GaN) 자외선감지소자는 기존의 감지소자에 비하여 그 제조 공정이 월등히 단순화 되고, 그 성능이 우수하여 경쟁력이 뛰어난 장점을 가지고 있다.The gallium nitride (GaN) UV sensing device using the metal oxide thin film according to the present invention has an advantage that the manufacturing process is greatly simplified, and its performance is superior to that of the conventional sensing device.
또한 그 설치면적이 작고 최적의 양자효율을 갖는 소자의 구조를 가지고 있어 보다 신뢰성 있는 자외선의 감지가 가능한 개선된 소자이다. 특히 본 발명은 갈륨나이트라이드(GaN) 박막성장기술 및 접합공정 기술을 제공하여 이를 이용한 다양한 전자소자의 개발에 간접 활용되는 장점을 가지고 있으며, 특히 오믹 특성기술은 갈륨나이트라이드(GaN) 광소자의 P형 오믹접합 형성 공정개발에 응용될 수 있을 것이다. 특히 본 발명은 현재 전량 수입에 의존하고 있는 자외선 센서를 개발함으로써 수입대체 효과 및 수출증대효과를 동시에 만족할 수 있는 장점을 아울러 가지며, 완충층을 포함하지 않고서도 자외선감지성능이 우수한 자외선감지소자를 제공하여, 종래의 쇼트키접합을 위해 금속을 사용하던 것과 달리 광투과성이 우수한 특징으로 가지고 있어, 배면조사 뿐 아니라 전면조사가 가능한 자외선감지소자를 제공한다.In addition, the installation area is small and has the structure of the device having the optimum quantum efficiency, it is an improved device that can detect the ultraviolet light more reliable. In particular, the present invention provides gallium nitride (GaN) thin film growth technology and bonding process technology indirectly used in the development of a variety of electronic devices using the same, in particular the ohmic characteristics of the gallium nitride (GaN) optical device P It can be applied to the development of mold ohmic junction formation process. In particular, the present invention has the advantage of satisfying the import substitution effect and the export increase effect at the same time by developing an ultraviolet sensor that is currently dependent on the total amount of import, and provides an ultraviolet sensing element with excellent ultraviolet sensing performance without including a buffer layer Unlike the conventional Schottky junction, which uses metal, it has excellent light transmittance, and provides an ultraviolet sensing device capable of front irradiation as well as back irradiation.
Claims (8)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020010043969A KR100350063B1 (en) | 2001-07-21 | 2001-07-21 | ultraviolet sensing device and the manufacturing method and ultraviolet sensing system |
| JP2002210613A JP2003133579A (en) | 2001-07-21 | 2002-07-19 | Ultraviolet sensing element, manufacturing method therefor and ultraviolet sensing system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020010043969A KR100350063B1 (en) | 2001-07-21 | 2001-07-21 | ultraviolet sensing device and the manufacturing method and ultraviolet sensing system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20010096692A KR20010096692A (en) | 2001-11-08 |
| KR100350063B1 true KR100350063B1 (en) | 2002-08-24 |
Family
ID=19712381
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020010043969A KR100350063B1 (en) | 2001-07-21 | 2001-07-21 | ultraviolet sensing device and the manufacturing method and ultraviolet sensing system |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003133579A (en) |
| KR (1) | KR100350063B1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100481937B1 (en) * | 2002-07-27 | 2005-04-13 | 동국내화 주식회사 | UV-detecting element |
| KR101039923B1 (en) * | 2008-05-22 | 2011-06-09 | 가부시끼가이샤 도시바 | Nonvolatile memory device and method for manufacturing same |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100642161B1 (en) * | 2004-07-23 | 2006-11-03 | (주)제니컴 | Schottky type ultraviolet rays sensor and its method of making |
| CN107799624A (en) * | 2017-09-08 | 2018-03-13 | 大连民族大学 | One kind is based on the inversion type rapid ultraviolet photoresponse device and preparation method of nano NiO/AlGaN heterojunction structures |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6104074A (en) * | 1997-12-11 | 2000-08-15 | Apa Optics, Inc. | Schottky barrier detectors for visible-blind ultraviolet detection |
-
2001
- 2001-07-21 KR KR1020010043969A patent/KR100350063B1/en not_active IP Right Cessation
-
2002
- 2002-07-19 JP JP2002210613A patent/JP2003133579A/en active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6104074A (en) * | 1997-12-11 | 2000-08-15 | Apa Optics, Inc. | Schottky barrier detectors for visible-blind ultraviolet detection |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100481937B1 (en) * | 2002-07-27 | 2005-04-13 | 동국내화 주식회사 | UV-detecting element |
| KR101039923B1 (en) * | 2008-05-22 | 2011-06-09 | 가부시끼가이샤 도시바 | Nonvolatile memory device and method for manufacturing same |
| US8178875B2 (en) | 2008-05-22 | 2012-05-15 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Nonvolatile memory device and method for manufacturing same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20010096692A (en) | 2001-11-08 |
| JP2003133579A (en) | 2003-05-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Su et al. | GaN metal-semiconductor-metal ultraviolet sensors with various contact electrodes | |
| Sandvik et al. | AlxGa1− xN for solar-blind UV detectors | |
| US6104074A (en) | Schottky barrier detectors for visible-blind ultraviolet detection | |
| Liao et al. | Comprehensive investigation of single crystal diamond deep-ultraviolet detectors | |
| JP4164563B2 (en) | Oxide semiconductor PN junction device and manufacturing method thereof | |
| US20080087914A1 (en) | Extreme Ultraviolet (EUV) Detectors Based Upon Aluminum Nitride (ALN) Wide Bandgap Semiconductors | |
| JP2004179258A (en) | Ultraviolet sensor | |
| KR100676288B1 (en) | Ultraviolet rays sensor | |
| KR100788834B1 (en) | Sensor for both ultraviolet rays and visible rays | |
| KR100350063B1 (en) | ultraviolet sensing device and the manufacturing method and ultraviolet sensing system | |
| JP2000196134A (en) | Visible-blind uv detector | |
| Chang et al. | GaN-based pin sensors with ITO contacts | |
| Mosca et al. | Multilayer (Al, Ga) N structures for solar-blind detection | |
| KR20000030069A (en) | UV detector | |
| Mosca et al. | Effects of the buffer layers on the performance of (Al, Ga) N ultraviolet photodetectors | |
| Dahal et al. | AlN MSM and Schottky photodetectors | |
| KR101998635B1 (en) | Photoelectric element and manufacturing method thereof | |
| Liu et al. | The improvement of GaN pin UV sensor by 8-pair AlGaN/GaN superlattices structure | |
| KR100642161B1 (en) | Schottky type ultraviolet rays sensor and its method of making | |
| Pau et al. | Solar-blind AlGaN-based UV photodetectors grown on Si (111) substrates | |
| KR100366372B1 (en) | METHOD FOR MANUFACTURING A METAL THIN FILM OF OHMIC CONTACT FOR LIGHT EMITTING DIODE AND LASER DIODE BASED ON ZnO OXIDE SEMICONDUCTOR | |
| WO2023163517A1 (en) | Silver oxide/β-gallium oxide heterojunction-based solar blind photodetector and method for manufacturing same | |
| KR100734407B1 (en) | Ultraviolet rays sensor | |
| JP2003523617A (en) | UV sensing element | |
| Liu et al. | Characteristics of GaN-based pin photodetector at low temperature and performances of MCT/GaN-based infrared/ultraviolet dual-colour detector |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| G15R | Request for early opening | ||
| A302 | Request for accelerated examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| A107 | Divisional application of patent | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20070810 Year of fee payment: 6 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |