KR100436019B1 - 저온성장 화합물반도체를 이용한 ｈｅｍｔ 구조의 ｍｓｍ광검출기 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초고속 광통신용 수신기 또는 마이크로웨이브/밀리미터웨이브-광통신용 광전 변환기에 널리 응용될 수 있는 저온성장 화합물반도체를 이용한 HEMT 구조의 MSM 광검출기 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 금속-반도체-금속형 광검출기의 광신호 응답 특성은 빛에 의해 생성된 같은 수의 전자 및 정공에 의한 전류로 이루어져 있다. 이들 중 정공에 의한 전류는 낮은 정공 이동도(또는 속도)때문에 광검출기의 속도 특성의 제한 요인으로 작용하고 있다. 이러한 한계성을 극복하기 위한 한 가지 방안은 빛에 의해 발생된 정공에 의한 전류의 크기를 감소시켜서 광검출기의 임펄스 응답 전류의 폭을 감소시키는 것이다. 본 발명에서는 변형된 HEMT 구조가 형성하는 에너지 밴드 구조와 낮은 온도에서 성장된 화합물반도체층을 활용하여 금속-반도체-금속형 광검출기의 광흡수층에서 발생되는 정공이 금속 전극에 도달할 수 있는 확율을 크게 감소시켜서 정공에 의한 광전류의 크기를 축소시킴으로써 광검출기의 속도 특성을 향상시킨다.
Description
본 발명은 초고속 광통신용 수신기 또는 마이크로웨이브/밀리미터웨이브-광통신용 광전 변환기에 널리 응용될 수 있는 저온성장 화합물반도체를 이용한 HEMT 구조의 MSM 광검출기 제조방법에 관한 것이다.
초고속 광검출기는 광신호를 전기신호로 변환하는 기능을 수행하며 초고속 광통신용 수신기 또는 마이크로웨이브/밀리미터웨이브-광통신용 광전 변환기에 널리 응용되고 있다. MSM (Metal-Semiconductor-Metal: 금속-반도체-금속)형 광검출기는 우수한 속도 특성, 평면형 집적회로 제작의 용이성 때문에 초고속, 광대역 광검출기의 실현에 널리 활용되고 있다.
광검출기는 일반적으로 광변환효율이 우수한 직접천이 반도체(direct bandgap semiconductor)를 이용하여 제작된다. 광검출기는 구조가 매우 다양하며 가장 일반적인 구조로는 P-N 접합을 이용하는 PIN형 광검출기, 쇼키접합(Schottky junction)을 이용하는 쇼키형 광검출기와 금속-반도체-금속(MSM: Metal-Semiconductor-Metal)형 광검출기 등이 있다.
이들 중 금속-반도체-금속형 광검출기는 평면형으로 되어 있어서 전계 효과 트렌지스터와 단일 집적을 통한 광전집적회로(OEIC)를 제작하는데 유리한 장점이 있다. 일반적인 기존 기술의 금속-반도체-금속형 광검출기의 에피 및 소자 구조의 단면도와 에너지밴드 구조가 각각 도 1a,1b 및 도 2a,2b에 도시되어 있다. 여기서, 제 1결정층(10)은 반절연 기판(semi-insulating substrate), 제 2결정층(12)은 광 흡수층, 제 3결정층(14)은 쇼키 장벽층이다.
일반적으로 쇼키 장벽층은 광 흡수층보다 높은 밴드갭 에너지를 갖는 낮은 n형으로 도핑된 반도체 물질로 이루어져 있어 검출하고자 하는 광신호에 대해 투명하고 광검출기의 누설 전류(leakage current)를 감소시키는 역할을 한다. 광 흡수층은 쇼키 장벽층 보다 낮은 밴드갭 에너지를 갖는 매우 낮은 n형으로 도핑된 반도체 물질로 이루어져 있고 광검출기에 입사되는 빛을 흡수하여 전자 정공쌍을 생성하고 전달하는 역할을 한다.
광검출기의 속도를 결정하는 두 가지 주요 요인으로는 광검출기의 정전용량 (capacitance)과 저항 (resistance)에 의해 결정되는 시정수(τRC: RC time constant)와 광신호에 의해 발생되는 전자(electron) 또는 정공(hole)이 인가된 전계를 따라 광검출기의 광흡수층(도 1b의 L)을 지나 전극에 도달하는데 걸리는 전달 시간(τT: transit time)이 있다.
광검출기의 속도를 극대화하기 위해서는 이 두 요인들을 최적화 하여야 하는데 일반적으로 초고속 광검출기는 시정수 τRC값이 전달 시간인 τT에 비하여 훨씬 작은 값을 갖도록 설계되고 따라서 그 속도 특성은 전자나 정공의 전달 시간에 의해 결정된다. 광검출기의 광흡수층에 입력되는 빛(photon)은 전자 및 정공쌍을 발생시킨다. 발생된 전자 및 정공쌍은 전계의 방향에 따라 서로 반대 방향으로 움직여 쇼키 금속과 만나 전류로 검출되게 된다.
일반적으로 반도체 내에서 전자와 정공의 속도는 서로 다르며 전자의 속도가 정공의 속도보다 훨씬 빠르다. 이는 전자와 정공의 유효질량의 차이 때문인데 인듐인(InP)에 격자정합되어 있는 In0.53Ga0.47As의 경우 전자의 유효질량(me)은 0.041m0이며 전공의 유효질량(mh)은 0.46m0로 정공이 전자에 비해 10배 이상 무거운 것을 알 수 있다(여기에서 m0는 자유전자의 질량임).
도 3에는 임펄스 형태의 광신호를 광검출기에 가했을 때 검출되는 임펄스 전류 응답 신호가 나타나 있는데 전체 전류는 전자 및 정공에 의한 전류신호로 이루어져 있다. 전자 및 정공에 의한 전류신호의 폭이 다른 것은 각각의 속도 차이에 기인한다. 결과적으로 광검출기의 속도특성, 즉 주파수 대역폭은 정공의 속도 특성에 의해 결정되며 이를 정량적으로 나타내면 다음과 같다.
전자 및 정공이 광흡수층(도 1b의 L)을 지나는데 걸리는 시간을 각각 τe와 τh라 할 때, 광검출기의 주파수 대역폭(B)은
수학식 1로 표현될 수 있으며, τe< τh이므로 B ∼ 1/2πτh이며, 결과적으로 금속-반도체-금속형 광검출기의 속도 특성은 정공의 속도 특성에 의해 결정됨을 알 수 있으며, 속도 특성의 향상을 위해서는 정공에 의한 광전류 특성을 향상시켜야 할 필요성이 있다.
일반적으로 금속-반도체-금속형 광검출기의 광신호 응답 특성은 빛에 의해생성된 같은 수의 전자 및 정공에 의한 전류로 이루어져 있다. 이들 중 정공에 의한 전류는 낮은 정공 이동도(또는 속도)때문에 광검출기의 속도 특성의 제한 요인으로 작용하고 있다. 이러한 한계성을 극복하기 위해서는 광검출기내에서 정공의 이동도(또는 속도)를 향상시키거나, 금속 전극에 도달하여 광전류에 기여하는 정공의 수를 억제함으로써 정공에 의한 전류의 크기를 감소시켜서 광검출기의 임펄스 응답 전류의 폭을 축소시킬 수 있는 수단이 요구된다.
기존 기술의 금속-반도체-금속형 광검출기의 동작원리가 그려진 도 2b를 살펴보면 광 흡수층에서 발생된 정공은 낮은 n형인 광 흡수층 내에 형성되는 전계에 의해 위쪽(금속 전극 방향)으로 이동되어 금속 전극에 의해 전류로 변환될 수 있는 확률이 증가되는 반면 전자는 흡수층 내에 형성되는 전계에 의해 아래쪽(금속 전극과 반대 방향)으로 이동되어 금속 전극에 의해 전류로 변환될 수 있는 확률이 감소된다는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 본 발명의 목적은 변형된 HEMT 구조가 형성하는 에너지 밴드 구조와 낮은 온도에서 성장된 화합물반도체층을 활용하여 금속-반도체-금속형 광검출기의 광흡수층에서 발생되는 정공이 금속 전극에 도달할 수 있는 확율을 크게 감소시켜서 정공에 의한 광전류의 크기를 축소시킴으로써 광검출기의 속도 특성을 향상시키는데 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로써 본 발명은
GaAs계 델타 도핑된 HEMT 구조를 이용한 금속-반도체-금속(MSM)형 광검출기의 제조방법에 있어서, GaAs 반절연기판 위에 성장되는 도핑되어 있지 않은 AlxGa1-xAs(0<x<0.4) 버퍼층을 형성하는 단계와; 상기 AlxGa1-xAs 버퍼층 위에 저온 성장되는 도핑되어 있지 않은 InxGa1-xAs (0<x<0.3) 결정층을 형성하는 단계와; 상기 저온 성장된 InxGa1-xAs 결정층 위에 성장되는 p형 GaAs 제 1광흡수층을 형성하는 단계와; 상기 p형 GaAs 제 1광흡수층 위에 성장되는 도핑되어 있지 않은 GaAs 제 2광흡수층을 형성하는 단계와; 상기 GaAs 제 2광흡수층 위에 성장되는 도핑되어 있지 않은 AlxGa1-xAs (0.1<x<0.4) 제 1장벽층을 형성하는 단계와; 상기 도핑되어 있지 않은 AlxGa1-xAs 제 1장벽층 위에 성장되는 델타 도핑된 AlxGa1-xAs (0.1<x<0.4) 제 2장벽층을 형성하는 단계와; 상기 델타 도핑된 AlxGa1-xAs 제 2장벽층 위에 성장되는 도핑되어 있지 않은 AlxGa1-xAs (0.1<x<0.4) 제 3장벽층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 HEMT 구조의 MSM 광검출기 제조방법이 제공된다.
도 1a 및 도 1b는 일반적인 금속-반도체-금속형 광검출기의 에피 및 소자 구조도이다.
도 2a 및 도 2b는 일반적인 금속-반도체-금속형 광검출기의 소자 구조 및 에너지 밴드도이다.
도 3은 일반적인 금속-반도체-금속형 광검출기의 전자 및 정공 전류 신호 응답 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 금속-반도체-금속형 광검출기의 에피, 소자 구조 및 에너지 밴드도(광신호가 없을 때)이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 금속-반도체-금속형 광검출기 에피, 소자 구조 및 에너지 밴드도(광신호가 있을 때)이다.
도 6은 본 발명의 금속-반도체-금속형 광검출기의 전자 및 정공 전류 신호 응답 특성을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대한 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 금속-반도체-금속형 광검출기 구조(델타 도핑된 장벽층을 갖는 HEMT 구조)와 에너지 밴드도(Enegry band diagram)가 도 4a,4b 및 도 5a,5b에 각각 도시되어 있다. 여기서, 도 4a,4b는 입력 광신호가 없을 때이고, 도 5a,5b는 입력 광신호가 있을 때를 나타낸다.
도 4a,4b 및 도 5a,5b에 도시된 광검출기의 에피 구조를 설명하면 다음과 같다. 제 1결정층(100)은 반절연 기판(semi-insulating substrate) 위에 성장되는 결정층으로 버퍼층에 해당되며, 일반적으로 광신호가 갖는 에너지보다 더 큰 밴드갭 에너지를 갖는 물질로 이루어져 있다.
버퍼층 위에 성장되는 제 2결정층(102)은 버퍼층인 제 1결정층(100)과 광흡수층인 제 3결정층(104) 보다 작은 밴드갭 에너지를 갖는 물질로 이루어져 있으며 저온성장방식에 의해 성장되는 되는 화합물반도체층이다.
제 2결정층(102)은 도 5b에 도시된 바와 같이 광흡수층인 제 3결정층(104)과 버퍼층인 제 1결정층(100) 보다 낮은 밴드갭 에너지를 갖고 있기 때문에 광흡수층에서 발생되는 정공을 아주 효율적으로 가두는(trapping) 역할을 한다.
또한, 광검출기 구조내의 다른 결정층들과는 달리 훨씬 낮은 온도에서 성장되기 때문에 전자 및 정공의 생존시간(life time)이 매우 짧아지며 이 결정층 내에서 가두어진 정공은 열적으로 발생되는 전자와 빠른 속도로 결합하여 제거된다.
제 3결정층(104)는 p형으로 도핑되어 있는 광흡수층이며 광신호를 흡수하여 전자 정공쌍을 생성시키고 전달하는 역할을 한다. 제 3결정층(104)의 p형 도핑 농도는 금속-반도체-금속형 광검출기가 동작하는 바이어스 전압에서 제 3결정층(104)이 완전히 공핍(depletion)될 수 있을 정도로 작아야 한다.
p형으로 도핑시킨 제 3결정층(104)는 공핍된 p형 불순물(NA +)이 도 5b에 나타난 바와 같이, 광신호에 의해 발생되는 전자는 금속 전극 방향으로, 정공은 금속전극과 반대 방향으로 움직이게 하는 전계를 발생시키는 역할을 한다.
제 3결정층(104) 위에 성장되는 제 4결정층(106)은 역시 광흡수층의 일부로 광신호를 흡수하여 전자 정공쌍을 생성시키고 전달하는 역할을 하며 전자의 속도를 향상시키기 위하여 불순물 도핑을 하지 않는다. 제 3결정층(104)와 제 4결정층(106)의 광흡수층에서 발생되는 전자는 제 3결정층(104)의 p형 도핑에 의해 발생되는 전계에 의해 제 4결정층(106)과 제 5결정층(108)의 계면쪽으로 모여 HEMT 구조에서와 같은 2차원 전자 구름(2-dimensional electron gas)을 형성하며 빠른 속도로 금속 전극으로 전달된다.
제 4결정층(106)이 도핑이 되지 않은 이유는 HEMT 구조에서와 같이 불순물에 의한 산란(scattering) 현상을 감소시킴으로써 이 결정층 내에서 전자의 이동도를 최대화하기 위한 것이다. 제 4결정층(106) 위에 성장되는 제 5결정층(108)은 도핑이 되지 않은 장벽층으로 광흡수층으로 활용되는 제 3결정층(104)과 제 4결정층(106) 보다 밴드갭 에너지가 큰 물질로 이루어져 있으며 광흡수층에서 흡수되는 파장의 광신호에 대해서는 투명하여 흡수하지 않고 통과시킨다.
이 장벽층이 도핑되어 있지 않은 이유는 HEMT 구조에서와 같이 제 3결정층(104) 내에 형성되는 2차원 전자 구름이 n형으로 도핑된 장벽층(제 6결정층(110))의 불순물에 의해 산란되는 것을 방지하여 높은 전자 이동도를 유지할 수 있게 해주기 위해서다.
제 5결정층(108) 위에 성장되는 제 6결정층(110)은 n형으로 도핑이 된 장벽층이며 제 5결정층(108)과 같이 밴드갭 에너지가 큰 물질로 이루어져 있다. 이 결정층에 도핑된 n형 불순물은 역할은 제 3결정층(104)의 p형 불순물과 함께 도 4b 및 도 5b에 도시된 에너지 밴드도 형상을 만들기 위한 것이다.
제 6결정층(110)의 n형 도핑과 제 3결정층(104)의 p형 도핑은 위 에너지 밴드도 모양의 형성을 통하여 광흡수층에서 생성되는 전자 및 정공의 이동에 선택적으로 작용하여 전자에 의한 전류의 흐름을 용이하게 하고 정공에 의한 전류의 흐름을 억제하는데 중요한 역할을 한다. 제 6결정층(110)의 n형 불순물은 광검출기의 동작 바이어스가 인가되고 광신호가 없는 상태에서는 공핍된 상태로 있다.
제 6결정층(110) 위에 성장되는 제 7결정층(112)은 도핑되지 않은 장벽층이며 제 5결정층(108)과 같이 밴드갭 에너지가 큰 물질로 이루어져 있다. 제 5,6 및 제 7결정층(108,110,112)을 포함하는 장벽층의 전체 두께와 제 6결정층(110)의 위치 및 n형 도핑 농도는 평형 상태에서 HEMT 구조의 채널층에 형성되는 2차원 전자 구름의 밀도를 결정해준다.
본 발명의 금속-반도체-금속형 광검출기 구조에 활용되는 HEMT 구조는 평형상태에서 채널층에 형성되는 2차원 전자 구름의 밀도가 0에 가까운(즉 문턱전압인 Vth가 0보다 큰 양수값을 갖는) 증가형(enhancement) 모드로 되어 있으며, 제 5,6 및 제 7결정층(108,110,112)을 포함하는 장벽층의 전체 두께와 제 6결정층(11)의 위치 및 n형 도핑 농도는 이 모드에 맞게 설계되어야 한다.
이어서, 본 발명에 의한 금속-반도체-금속형 광검출기의 제조 방법에 대하여 아래에 제시되는 실시예 1,2,3으로 좀 더 상세히 설명하기로 한다. 참고로, 도면과그에 따른 참조 부호는 도 4a, 도5a에 도시된 것과 같이 동일함을 밝혀둔다.
< 실시예 1 >
GaAs계 델타 도핑된 HEMT 구조를 이용한 금속-반도체-금속(MSM)형 광검출기의 제조방법에 있어서, GaAs 반절연기판 위에 성장되는 도핑되어 있지 않은 AlxGa1-xAs(0<x<0.4) 버퍼층(100)을 형성한 후, 그 상부에 저온 성장되는 도핑되어 있지 않은 InxGa1-xAs (0<x<0.3) 결정층(102)을 형성한다.
다음, 상기 저온 성장된 InxGa1-xAs 결정층(102) 위에 성장되는 p형 GaAs 제 1광흡수층(104)과 그 위에 성장되는 도핑되어 있지 않은 GaAs 제 2광흡수층(106)을 순차적으로 형성한다.
그 다음, 상기 GaAs 제 2광흡수층(106) 위에 성장되는 도핑되어 있지 않은 AlxGa1-xAs (0.1<x<0.4) 제 1장벽층(108)을 형성한 후, 그 상부에 성장되는 델타 도핑된 AlxGa1-xAs (0.1<x<0.4) 제 2장벽층(110)을 형성한다.
다음, 상기 델타 도핑된 AlxGa1-xAs 제 2장벽층(110) 위에 성장되는 도핑되어 있지 않은 AlxGa1-xAs (0.1<x<0.4) 제 3장벽층(112)을 형성함으로서 HEMT 구조의 MSM 광검출기 제조 공정이 완료된다.
이 때, 이 구조의 변형으로 상기 AlxGa1-xAs 제 2장벽층(110)이 델타 도핑되고 상기 AlxGa1-xAs 제 3장벽층(112)이 n형으로 도핑된 혼합된 구조와, 상기 AlxGa1-xAs 제 2장벽층(110)과 상기 AlxGa1-xAs 제 3장벽층(112)이 모두 균일하게 n형으로 도핑된 균일 도핑 구조를 갖게 된다. 또한, 상기 AlxGa1-xAs 장벽층들(108,110,112) 대신에 InxGa1-xP(x~0.5) 장벽층들을 사용할 수 있다.
< 실시예 2 >
InP계 델타 도핑된 HEMT 구조를 이용한 금속-반도체-금속(MSM)형 광검출기의 제조방법에 있어서, InP 반절연기판 위에 성장되는 도핑되어 있지 않은 InP 버퍼층(100)을 형성한 후 그 상부에 저온 성장되는 도핑되어 있지 않은 InxGa1-xAs (x>0.53) 결정층(102)을 형성한다.
다음, 상기 저온 성장되는 InxGa1-xAs 결정층(102) 위에 성장되는 p형 InxGa1-xAs(x=0.53) 제 1광흡수층(104)과 그 위에 성장되는 도핑되어 있지 않은 InxGa1-xAs(x=0.53) 제 2광흡수층(106)을 순차적으로 형성한다.
그 다음, 상기 도핑되어 있지 않은 InxGa1-xAs 제 2광흡수층(106) 위에 성장되는 도핑되어 있지 않은 InxAl1-xAs (x=0.52) 제 1장벽층(108)을 형성한 후, 그 상부에 성장되는 델타 도핑된 InxAl1-xAs (x=0.52) 제 2장벽층(110)을 형성한다.
다음, 상기 델타 도핑된 InxAl1-xAs 제 2장벽층(110) 위에 성장되는 도핑되어 있지 않은 InxAl1-xAs (x=0.52) 제 3장벽층(112)을 형성함으로서 HEMT 구조의 MSM 광검출기 제조 공정이 완료된다.
이 때, 상기 InP 버퍼층(100) 대신에 In0.52Al0.48As 버퍼층을 사용할 수 있다. 또한, 이 구조의 변형으로 상기 InxAl1-xAs 제 2장벽층(110)이 델타 도핑되고 상기 InxAl1-xAs 제 3장벽층(112)이 n형으로 혼합된 구조와, 상기 InxAl1-xAs 제 2장벽층(110)과 InxAl1-xAs 제 3장벽층(112)이 모두 균일하게 n형으로 도핑된 균일 도핑 구조를 갖게 된다.
< 실시예 3 >
GaN계 델타 도핑된 HEMT 구조를 이용한 금속-반도체-금속(MSM)형 광검출기의 제조방법에 있어서, 사파이어 또는 GaN 기판 위에 성장되는 도핑되어 있지 않은 AlxGa1-xN (0<x<0.4) 버퍼층(100)을 형성한 후, 그 상부에 저온 성장되는 도핑되어 있지 않은 InxGa1-xN (x>0)결정층(102)을 형성한다.
다음, 상기 저온 성장되는 InxGa1-xN 결정층(102) 위에 성장되는 p형 GaN 제 1광흡수층(104)과 그 위에 성장되는 도핑되어 있지 않은 GaN 제 2광흡수층(106)을 순차적으로 형성한다.
그 다음, 상기 도핑되어 있지 않은 GaN 제 2광흡수층(106) 위에 성장되는 도핑되어 있지 않은 AlxGa1-xN (0.05<x<0.4) 제 1장벽층(108)을 형성한 후, 그 상부에 성장되는 델타 도핑된 AlxGa1-xN (0.05<x<0.4) 제 2장벽층(110)을 형성한다.
다음, 상기 델타 도핑된 AlxGa1-xN 제 2장벽층(110) 위에 성장되는 도핑되어 있지 않은 AlxGa1-xN (0.05<x<0.4) 제 3장벽층(112)을 형성함으로서 HEMT 구조의 MSM 광검출기 제조 공정이 완료된다.
이 때, 이 구조의 변형으로 상기 AlxGa1-xN 제 2장벽층(110)이 델타 도핑되고 상기 AlxGa1-xN 제 3장벽층(112)이 n형으로 도핑된 혼합된 구조와, 상기 AlxGa1-xN 제 2장벽층(110)과 AlxGa1-xN 제 3장벽층(112)이 모두 균일하게 n형으로 도핑된 균일 도핑 구조를 갖게 된다.
이상에서와 같이, 기존의 금속-반도체-금속형 광검출기 구조가 매우 낮은 n형 도핑이 된 장벽층(도 1a,2a의 제 3결정층)을 사용하는데 반하여 본 발명의 구조는 균일 또는 델타 도핑이 된 HEMT 구조의 장벽층을 사용하는데, 도 2b와 도 5b의 에너지 밴드도를 비교해보면 알 수 있듯이 전자에 대한 전위 장벽층(potential barrier)은 본 발명의 구조가 기존의 구조보다 낮고 얇으며, 정공에 대한 전위 장벽층(potential barrier)은 본 발명의 구조가 기존의 구조보다 높고 두꺼운 것을 알 수 있다.
일반적으로 장벽층을 넘어 지나가는 전자 또는 정공의 밀도는 장벽층의 높이에 지수적으로 반비례하며, 장벽층을 통과(tunneling)하는 전자 또는 정공의 밀도 역시 장벽층의 높이와 폭에 지수적으로 반비례한다. 기존 기술의 광검출기 구조와 비교하여 본 발명의 구조에서 전자는 낮고 얇은 장벽층을 넘거나 통과하여 쉽게 금속전극에 도달할 수 있고, 반면에 정공은 높고 두꺼운 장벽층을 넘거나 통과하여 금속전극에 도달할 수 있는 확률이 매우 낮아진다.
결과적으로 본 발명의 HEMT 구조를 이용한 에너지 밴드구조와 저온 성장된 화합물반도체층은 정공에 의한 광전류 성분을 기존 구조에 비하여 매우 낮은 수준으로 억제하는 역할을 하며 그 효과는 도 6에 도시된 바와 같다.
이상에서와 같이 본 발명에 의한 금속-반도체-금속형 광검출기는 기본적으로 증가형(enhancement) 모드 HEMT의 장벽층 구조를 활용하였으며, 채널층의 아래 부분 일부(도 4a,5a의 제 3결정층)를 p형으로 도핑함으로써 광검출기의 속도 특성을 향상시킬 수 있도록 변형되었고, 정공을 가두고 재결합시킴으로써 정공에 의한 광전류를 감소시킬 수 있는 저온성장 화합물반도체층이 삽입되었다.
HEMT 구조에서 채널층의 일부를 p형으로 변형하고 저온성장 화합물반도체층이 삽입된 본 발명의 광검출기 구조는 전체 광전류중 전자에 의한 광전류를 증가시키고 정공에 의한 광전류를 억제하는 효과가 있어서, 도 6에 나타나 있는 바와 같이 광검출기의 임펄스 응답의 폭을 짧게 만들고, 결과적으로 광신호 응답 주파수 대역폭을 확장시키는 역할을 하며, 기존 기술의 금속-반도체-금속형 광검출기의 속도 특성이 광흡수층내 정공의 전달시간에 의해 제한되는 단점을 극복할 수 있게 해준다.
본 발명의 구조를 활용한 금속-반도체-금속형 광검출기는 기존 기술의 금속-반도체-금속형 광검출기에 비하여 넓은 주파수 대역폭 특성을 갖기 때문에 보다 높은 속도의 광신호 처리를 요구하는 초고속 광통신용 수신기 또는 마이크로웨이브/밀리미터웨이브-광통신용 광전 변환기에 널리 응용될 수 있다.
Claims (11)
- GaAs계 델타 도핑된 HEMT 구조를 이용한 금속-반도체-금속(MSM)형 광검출기의 제조방법에 있어서,GaAs 반절연기판 위에 성장되는 도핑되어 있지 않은 AlxGa1-xAs(0<x<0.4) 버퍼층을 형성하는 단계와;상기 AlxGa1-xAs 버퍼층 위에 저온 성장되는 도핑되어 있지 않은 InxGa1-xAs (0<x<0.3) 결정층을 형성하는 단계와;상기 저온 성장된 InxGa1-xAs 결정층 위에 성장되는 p형 GaAs 제 1광흡수층을 형성하는 단계와;상기 p형 GaAs 제 1광흡수층 위에 성장되는 도핑되어 있지 않은 GaAs 제 2광흡수층을 형성하는 단계와;상기 GaAs 제 2광흡수층 위에 성장되는 도핑되어 있지 않은 AlxGa1-xAs (0.1<x<0.4) 제 1장벽층을 형성하는 단계와;상기 도핑되어 있지 않은 AlxGa1-xAs 제 1장벽층 위에 성장되는 델타 도핑된 AlxGa1-xAs (0.1<x<0.4) 제 2장벽층을 형성하는 단계와;상기 델타 도핑된 AlxGa1-xAs 제 2장벽층 위에 성장되는 도핑되어 있지 않은 AlxGa1-xAs (0.1<x<0.4) 제 3장벽층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는HEMT 구조의 MSM 광검출기 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 AlxGa1-xAs 제 2장벽층은 고농도 n형으로 델타 도핑되고, 상기 AlxGa1-xAs 제 3장벽층은 n형으로 균일 도핑되는 혼합된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 HEMT 구조의 MSM 광검출기 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 AlxGa1-xAs 제 2장벽층과 상기 AlxGa1-xAs 제 3장벽층이 균일하게 n형으로 도핑된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 HEMT 구조의 MSM 광검출기 제조방법.
- 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 AlxGa1-xAs 제 1,2,3장벽층들 대신에 InxGa1-xP(x~0.5) 장벽층을 사용하는 것을 특징으로 하는 HEMT 구조의 MSM 광검출기 제조방법.
- InP계 델타 도핑된 HEMT 구조를 이용한 금속-반도체-금속(MSM)형 광검출기의 제조방법에 있어서,InP 반절연기판 위에 성장되는 도핑되어 있지 않은 InP 버퍼층을 형성하는 단계와;상기 InP 버퍼층 위에 저온 성장되는 도핑되어 있지 않은 InxGa1-xAs (x>0.53) 결정층을 형성하는 단계와;상기 저온 성장되는 InxGa1-xAs 결정층 위에 성장되는 p형 InxGa1-xAs(x=0.53) 제 1광흡수층을 형성하는 단계와;상기 p형 InxGa1-xAs 제 1광흡수층 위에 성장되는 도핑되어 있지 않은 InxGa1-xAs(x=0.53) 제 2광흡수층을 형성하는 단계와;상기 도핑되어 있지 않은 InxGa1-xAs 제 2광흡수층 위에 성장되는 도핑되어 있지 않은 InxAl1-xAs (x=0.52) 제 1장벽층을 형성하는 단계와;상기 도핑되어 있지 않은 InxAl1-xAs 제 1장벽층 위에 성장되는 델타 도핑된 InxAl1-xAs (x=0.52) 제 2장벽층을 형성하는 단계와;상기 델타 도핑된 InxAl1-xAs 제 2장벽층 위에 성장되는 도핑되어 있지 않은 InxAl1-xAs (x=0.52) 제 3장벽층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 HEMT 구조의 MSM 광검출기 제조방법.
- 청구항 5에 있어서, 상기 InxAl1-xAs 제 2장벽층은 고농도 n형으로 델타 도핑되고, 상기 InxAl1-xAs 제 3장벽층은 n형으로 균일 도핑으로 혼합된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 HEMT 구조의 MSM 광검출기 제조방법.
- 청구항 5에 있어서, 상기 InxAl1-xAs 제 2장벽층과 상기 InxAl1-xAs 제 3장벽층이 n형으로 균일 도핑된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 HEMT 구조의 MSM 광검출기 제조방법.
- 청구항 5 내지 청구항 7 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 InP 버퍼층 대신에 In0.52Al0.48As 버퍼층을 사용하는 것을 특징으로 하는 HEMT 구조의 MSM 광검출기 제조방법.
- GaN계 델타 도핑된 HEMT 구조를 이용한 금속-반도체-금속(MSM)형 광검출기의 제조방법에 있어서,사파이어 또는 GaN 기판 위에 성장되는 도핑되어 있지 않은 AlxGa1-xN (0<x<0.4) 버퍼층을 형성하는 단계와;상기 AlxGa1-xN 버퍼층 위에 저온 성장되는 도핑되어 있지 않은 InxGa1-xN (x>0)결정층을 형성하는 단계와;상기 저온 성장되는 InxGa1-xN 결정층 위에 성장되는 p형 GaN 제 1광흡수층을 형성하는 단계와;상기 p형 GaN 제 1광흡수층 위에 성장되는 도핑되어 있지 않은 GaN 제 2광흡수층을 형성하는 단계와;상기 도핑되어 있지 않은 GaN 제 2광흡수층 위에 성장되는 도핑되어 있지 않은 AlxGa1-xN (0.05<x<0.4) 제 1장벽층을 형성하는 단계와;상기 도핑되어 있지 않은 AlxGa1-xN 제 1장벽층 위에 성장되는 델타 도핑된 AlxGa1-xN (0.05<x<0.4) 제 2장벽층을 형성하는 단계와;상기 델타 도핑된 AlxGa1-xN 제 2장벽층 위에 성장되는 도핑되어 있지 않은 AlxGa1-xN (0.05<x<0.4) 제 3장벽층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 HEMT 구조의 MSM 광검출기 제조방법.
- 청구항 9에 있어서, 상기 AlxGa1-xN 제 2장벽층은 고농도 n형으로 델타 도핑되고, 상기 AlxGa1-xN 제 3장벽층은 n형으로 균일하게 도핑된 혼합 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 HEMT 구조의 MSM 광검출기 제조방법.
- 청구항 9에 있어서, 상기 AlxGa1-xN 제 2장벽층과 상기 AlxGa1-xN 제 3장벽층이 균일하게 n형으로 도핑된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 HEMT 구조의 MSM 광검출기 제조방법.
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Payment date: 20130410 Year of fee payment: 10 |
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| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140326 Year of fee payment: 11 |
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| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150602 Year of fee payment: 12 |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |