KR100550011B1 - Method for manufacturing photo diode detector capable of decreasing dark currents - Google Patents
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Abstract
암전류를 감소시킬 수 있는 메사형 광검출 소자의 제조방법을 개시한다. 개시된 본 발명은 화합물 기판상에 N형의 클래딩층, 광흡수층 및 P형의 클래딩층을 순차적으로 성장시킨다음, 상기 P형의 클래딩층, 광흡수층 및 N형의 클래딩층을 소정 부분 패터닝하여 p-i-n층을 한정한다. 그후에, 상기 p-i-n층의 측벽 노출면에 폴리이미드막을 형성하고, 상기 폴리이미드막을 경화시킨다. 다음, 상기 화합물 기판 및 p-i-n층 상부 각각에 오믹 전극을 형성한다.A method of manufacturing a mesa type photodetecting device that can reduce dark current is disclosed. The disclosed invention sequentially grows an N-type cladding layer, a light absorption layer, and a P-type cladding layer on a compound substrate, and then pins the P-type cladding layer, the light absorption layer, and the N-type cladding layer by predetermined patterning. Define the layer. Thereafter, a polyimide film is formed on the sidewall exposed surface of the p-i-n layer, and the polyimide film is cured. Next, an ohmic electrode is formed on each of the compound substrate and the p-i-n layer.
광검출 소자, 암전류, 폴리이미드, 열처리.Photodetector, dark current, polyimide, heat treatment.
Description
도 1a 및 도 1b는 일반적인 메사형 광검출 소자의 사시도이다.1A and 1B are perspective views of a general mesa type photodetecting device.
도 2는 본 발명에 따른 메사형 광검출 소자의 제조방법을 설명하기 위한 사시도이다.2 is a perspective view illustrating a method of manufacturing a mesa type photodetecting device according to the present invention.
도 3a는 광검출 소자를 200℃의 온도에서 300시간동안 열처리를 수행한 후의 광검출 소자의 전압-전류 곡선을 나타낸 그래프이다.3A is a graph showing a voltage-current curve of the photodetecting device after heat-treating the photodetecting device at a temperature of 200 ° C. for 300 hours.
도 3b는 광검출 소자를 250℃의 온도에서 80시간 가량 열처리를 수행한 후의 광검출 소자의 전압-전류 곡선을 나타낸 그래프이다.3B is a graph showing a voltage-current curve of the photodetecting device after heat-treating the photodetecting device at a temperature of 250 ° C. for about 80 hours.
도 4a는 광검출 소자를 200℃의 온도에서 열처리(가열)하였을 때, 암전류 및 항복 전압을 나타낸 그래프이다.4A is a graph showing the dark current and the breakdown voltage when the photodetecting device is heat treated (heated) at a temperature of 200 ° C.
도 4b는 광검출 소자를 250℃의 온도에서 열처리(가열)하였을 때 암전류 및 항복 전압을 나타낸 그래프이다.4B is a graph showing the dark current and the breakdown voltage when the photodetecting device is heat treated (heated) at a temperature of 250 ° C.
도 5는 열처리 온도 및 시간에 따른 암전류 감소 정도를 보여주는 그래프이다.5 is a graph showing the degree of dark current reduction with heat treatment temperature and time.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)(Explanation of symbols for the main parts of the drawing)
100 : 화합물 기판 110 : N형 화합물층 120 : N형 클래딩층DESCRIPTION OF
130 : 광흡수층 140 : P형 클래딩층 150 : p-i-n층130: light absorption layer 140: P-type cladding layer 150: p-i-n layer
160 : 폴리이미드 170 : N+ 오믹 전극 180 : P+ 오믹 전극160: polyimide 170: N + ohmic electrode 180: P + ohmic electrode
본 발명은 초고속 광통신 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 초고속 광통신 시스템의 수신부에 적용되며, 암전류가 발생될 수 있는 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 물질로 구성된 광 검출 소자의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to an ultra-high speed optical communication system, and more particularly, to a method for manufacturing a photodetecting device, which is applied to a receiver of an ultra-high speed optical communication system and is composed of a III-V compound semiconductor material capable of generating a dark current.
정보 통신 환경의 발달됨에 따라, 광통신의 사용이 확산되고 있다. 이에 따라,초고속 광통신 시스템에서 광신호 수신에 사용되는 광검출 모듈이 널리 개발되고 있다. 광검출 모듈(광검출 소자)는 그 구조에 따라 크게 평면형 및 메사(mesa)형으로 나눌 수 있으며, 평면형은 메사형에 비해 비교적 작은 암전류를 갖는다고 알려져 있다. As the information communication environment develops, the use of optical communication is spreading. Accordingly, optical detection modules used for optical signal reception in ultra-high speed optical communication systems have been widely developed. Photodetector modules (photodetectors) can be broadly divided into planar and mesa types according to their structure, and planar types are known to have relatively small dark currents compared to mesa types.
그러나 현재의 광검출 소자는 고속 동작을 위하여 작은 정전 용량 즉, 좁은 면적을 요구하고 있다. 즉, 광검출 소자가 넓은 면적을 점유하게 되면, 전계가 형성되어 있지 않은 영역에 빛이 흡수되는 경우, 흡수된 빛에 의해 생성되는 전자 및 정공은 확산에 의해 이동되므로, 광 검출 소자의 응답 속도를 제한할 수 있다. 이에 따라, 고속 동작을 요하는 광검출 소자는 빛의 수직 입사(표면 입사) 또는 수평 입사(측면 입사)와 같은 두 가지 구도에 있어서, 모두 메사형을 채택하고 있다. However, current photodetecting devices require a small capacitance, i.e., a small area, for high speed operation. That is, when the photodetecting device occupies a large area, when light is absorbed in a region where no electric field is formed, electrons and holes generated by the absorbed light are moved by diffusion, and thus the response speed of the photodetecting device Can be limited. Accordingly, the photodetecting device requiring high speed operation adopts a mesa type in both compositions, such as vertical incidence (surface incidence) or horizontal incidence (side incidence) of light.
여기서, 도 1a 및 도 1b를 참조하여, 일반적인 메사형 광검출 소자에 대하여 설명하도록 한다. 도 1a는 광이 수직으로 입사되도록 설계된 메사형 광검출 소자이고, 도 1b는 광이 수평(측면)으로 입사되도록 설계된 메사형 광검출 소자이다.1A and 1B, a general mesa type photodetecting device will be described. FIG. 1A is a mesa type photodetector designed to inject light vertically, and FIG. 1B is a mesa type photodetector designed to enter light horizontally (side).
도 1a 및 도 1b를 참조하여, 화합물 기판(11) 상부에 고농도 N형 불순물이 도핑된 N형 클래딩층(13), 광흡수층(15) 및 고농도 P형 불순물이 도핑된 P형 클래딩층(17)을 순차적으로 적층한다.1A and 1B, an N-
그후, 수직 입사형인 경우, 도 1a와 같이, P형 화합물층(17), 광흡수층(16) 및 소정 두께의 N형 화합물층(13)을 원통의 패턴 형태로 식각하여, p-i-n층(20)을 형성한다. Subsequently, in the case of the vertical incidence type, as shown in FIG. 1A, the P-
한편, 수평 입사형인 경우, 도 1b에서와 같이, P형 클래딩층(17), 광흡수층(16) 및 소정 두께의 N형 클래딩층(13)을 라인(line) 형태로 식각하여, p-i-n층(20a)을 형성한다. 여기서, 도면에서 도면 부호13a는 소정 두께만큼 식각되어진 N형 클래딩층(13)을 나타내고, 도면 부호 25는 입사광을 의미한다. Meanwhile, in the case of the horizontal incidence type, as shown in FIG. 1B, the P-
상기와 같은 메사형 광검출 소자는 평면형에 비하여 p-i-n층(20,20a)이 식각 공정에 의해 공기중에 노출될 수 있으며, 이로 인해 큰 암전류가 발생될 수 있다. 광검출 소자의 암전류는 광검출 소자의 신뢰성을 저하시키고, 잡음을 유발하여 민감도를 저하시킨다. In the mesa type photodetector as described above, the
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 암전류를 감소시킬 수 있는 메사형 광검출 소자의 제조방법을 제공하는 것이다. Therefore, the technical problem to be achieved by the present invention is to provide a method for manufacturing a mesa type photodetecting device that can reduce the dark current.
상기한 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은, 화합물 기판상에 N형의 클래딩층, 광흡수층 및 P형의 클래딩층을 순차적으로 성장시킨다음, 상기 P형의 클래딩층, 광흡수층 및 N형의 클래딩층을 소정 부분 패터닝하여 p-i-n층을 한정한다. 그후에, 상기 p-i-n층의 측벽 노출면에 폴리이미드막을 형성하고, 상기 폴리이미드막을 경화시킨다. 다음, 상기 화합물 기판 및 p-i-n층 상부 각각에 오믹 전극을 형성한다.In order to achieve the above technical problem of the present invention, the present invention, by growing the N-type cladding layer, the light absorption layer and the P-type cladding layer sequentially on the compound substrate, the P-type cladding layer, the light absorption layer And a predetermined portion of the N-type cladding layer to define the pin layer. Thereafter, a polyimide film is formed on the sidewall exposed surface of the p-i-n layer, and the polyimide film is cured. Next, an ohmic electrode is formed on each of the compound substrate and the p-i-n layer.
상기 폴리이미드막을 경화시키는 단계는, 상기 폴리이미드막이 형성된 화합물 기판 결과물을 350 내지 400℃의 온도에서 30분 내지 1시간 열처리하는 것이다.In the curing of the polyimide film, the compound substrate product on which the polyimide film is formed is heat-treated at a temperature of 350 to 400 ° C. for 30 minutes to 1 hour.
또한, 상기 폴리이미드막을 경화시키는 단계는 불활성 가스, 질소 가스, III족의 가스, V족의 가스 또는 이들의 혼합 가스 분위기에서 진행할 수 있다. The curing of the polyimide film may be performed in an inert gas, nitrogen gas, group III gas, group V gas, or a mixed gas atmosphere thereof.
상기 화합물 기판상에 N형 클래딩층을 형성하는 단계 이전에, 소자가 형성될 N형의 화합물층을 형성할 수 있다.Before forming the N-type cladding layer on the compound substrate, an N-type compound layer in which the device is to be formed may be formed.
상기 오믹 전극을 형성하는 단계는, 상기 p-i-n층 상부에 P형의 오믹 전극을 형성하고, 상기 pi-n층 양측의 n형 화합물층 상부에 N형의 오믹 전극을 형성하는 단계를 포함한다. The forming of the ohmic electrode may include forming a P-type ohmic electrode on the p-i-n layer and forming an N-type ohmic electrode on the n-type compound layer on both sides of the pi-n layer.
상기 오믹 전극을 형성하는 단계 이후에, 상기 화합물 기판 결과물 200 내지 1000℃의 온도에서 추가 열처리를 실시하는 단계를 더 포함한다.After the forming of the ohmic electrode, further comprising the step of performing a further heat treatment at a temperature of the
상기 p-i-n층은 리지 형태로 패터닝하는 것이 바람직하다. The p-i-n layer is preferably patterned in the form of a ridge.
(실시예)(Example)
이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shape and the like of the elements in the drawings are exaggerated to emphasize a more clear description, and the elements denoted by the same reference numerals in the drawings means the same elements.
도 2는 본 발명에 따른 메사형 광검출 소자의 사시도이다. 2 is a perspective view of a mesa type photodetecting device according to the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 메사형 광검출 소자는, 화합물 기판(100) 상에 소자 형성 영역인 N형의 화합물층(110)이 패턴의 형태로 형성되어 있고, N형의 화합물층(110) 상부의 소정 부분에 라인(line) 또는 리지(ridge) 형태의 p-i-n층(150)이 배치된다. p-i-n층(150)은 순차적으로 적층된 N형의 클래딩층(120), 광흡수층(130) 및 P형의 클래딩층(140)을 포함한다. 여기서, N형의 클래딩층(120)은 예컨대, N형의 고농도 불순물이 도핑된 InP층일 수 있고, 광흡수층(130)은 불순물이 도핑되지 않은 화합물층, 예컨대, InGaAs 혹은 InGaAsP일 수 있으며, P형의 클래딩층(140)은 P형의 고농도 불순물이 도핑되지 않은 InP층일 수 있다. 또한, N형의 클래딩층(120)의 저부에는 N형의 화합물층(110)이 소정 두께로 존재할 수 있다. p-i-n층(150)의 측면은 광 구속이 용이하도록 보호층, 예컨대 폴리이미드층(160)이 덮혀있다. p-i-n층(150)의 양측의 N형 화합물층(110) 표면에 N+ 오믹 전극(170)이 형성되고, p-i-n층(150) 상부에 P+ 오믹 전극(180)이 형성되어 있다. As shown in FIG. 2, in the mesa type photodetecting device of the present invention, an N
이와 같은 구성의 광검출 소자는 다음과 같은 방식에 의해 형성된다. The photodetecting device having such a configuration is formed by the following method.
화합물 기판(100), 예컨대, 고속 동작을 위해서 마이크로파 손실이 적은 비전도성 InP 기판상에 고농도 N형의 불순물이 도핑된 N형 화합물층(110), 예컨대 InP층을 성장시킨다. N형 화합물층(110) 상부에, 광을 구속하기 위하여, 고농도 N형의 불순물이 도핑된 N형 클래딩층(120), InGaAs 또는 InGaAsP로 된 광흡수층(130) 및 고농도 P형의 불순물이 도핑된 P형 클래딩층(140)을 순차적으로 성장한다. 이때, N형 클래딩층(120) 및 P형 클래딩층(140)은 화합물층의 성장과 동시에 불순물이 도입되거나, 혹은 화합물층을 성장시킨다음 불순물을 도핑시켜서 얻어질 수 있다.The N-
그 다음, P형 클래딩층(140), 광흡수층(130), N형 클래딩층(120) 및 소정 두께의 N형 화합물층(110)을 리지 혹은 라인 형태로 패터닝하여, p-i-n층(150)을 형성한다. 이때, p-i-n층(150)은 예컨대 메사 식각 방식에 의하여 패터닝될 수 있다. p-i-n층(150)이 리지 또는 라인 형태를 가짐에 따라 그 측벽(외벽)이 외부로 노출되어진다. 여기서, 도면 부호 110a는 소정 두께만큼 식각된 N형 화합물층을 나타낸다. Next, the P-
p-i-n층(150)이 형성된 화합물 기판(100) 상부에 폴리이미드(160)를 피복하고, p-i-n층(150)의 측벽에만 존재하도록 폴리이미드(160)를 비등방성으로 제거하여, p-i-n층(150)의 측벽에 스페이서 형태로 폴리이미드(160)를 잔류시킨다. 이때, p-i-n층(150)의 표면 즉, P형 클래딩층(150)은 폴리이미드(160)로부터 노출시킴이 바람직하다. The
다음, 폴리이미드(160)을 경화시키기 위하여, 상기 화합물 기판(100) 결과물을 300 내지 400℃, 바람직하게는 365℃의 온도에서 1시간 가량 열처리한다. 이때, 열처리는 아르곤과 같은 불활성 가스, 질소 가스, III족의 가스, V족의 가스 및 이들의 혼합 가스 분위기 중 어느 하나의 분위기에서 진행됨이 바람직하다. 이러한 열처리 공정에 의해, 폴리이미드(160)을 경화시킴과 동시에 암전류 특성이 크게 개선된다. 이러한 암전류가 감소되는 메커니즘에 대한 설명은 이후 그래프를 통하여 자세히 설명하도록 한다. Next, to cure the
또한, 이와 같이, p-i-n층(150)을 리지 형태로 형성하고, 그 측벽 부분에 폴리이미드층(160)을 형성함에 따라, p-i-n층(150)의 측벽 부분의 광구속 효율을 증대시킬 수 있다.In addition, as described above, the
그후, p-i-n층(150) 양측의 노출된 N형 화합물층(110) 상부에, N+ 오믹 전극(170)을 형성하여, 접지 라인으로 이용한다. 한편, p-i-n층(150) 상부의 P형 클래딩층(140) 상부에 P+ 오믹 전극(180)을 형성하여, 신호 라인으로 이용한다. 이때, N+ 오믹 전극(170) 및 P+ 오믹 전극(180)은 평면 도파(coplanar waveguide)를 이루어 마이크로파 모드가 안정적으로 전파되도록 작용된다. Thereafter, an N +
이러한 광검출 소자의 신뢰성은 실제의 광통신 시스템에 적용하는데 있어서 매우 중요한 요소이며, 이러한 신뢰성은 광검출 소자의 암전류에 영향을 받는다. 소자의 신뢰성과 암전류간의 상관 관계에 관해서 많은 연구 결과가 학계에 보고되고 있다. 우선, 그중 하나로, p-i-n 광검출 소자를 폴리이미드로 감쌌을 때, 신뢰성 테스트를 통한 암전류의 변화가 쿠하라(Kuhara)씨등에 의해 IEEE에 제출된 바 있다(Y.Kuhara, H.Terauchi, and H.Nishizawa, " Reliability of InGaAs/InP long-wavelength p-i-n photodiodes passivated with polyimide thin film", IEEE J. Lighywave Tech., Vol.LT-4, No.7, pp933-937, July 1986). 또한, 나까무라(Nakamura)씨등은 InGasAlAs 광도파로형 광검출 소자의 신뢰성에 대해 전하 축적 모형을 제안한 바 있으며(Hitoshi Nakamura, Masato Shishikura, Shigehisa Tanaka, Yasunobu Matsuoka, Tsunao Ono, and Shinji Tsuji, "Highly reliable operation of InGaAlAs waveguide photodiodes for optical access network system" Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 37, Park 1, No.3B, pp.1427-1431, March 1998), 마와타리(Mawatari)씨등은 광가입자 시스템용 평면 광도파로형 광검출기의 암전류를 분석한 바 있다(Hiroyasu Mawatari, Mitsuo Fukuda, Kasutoshi Kato, Tatsuya Takeshita, Masahiro Yuda, Atsuo Kozen, and Hiromu Toba, "Reliability of planar waveguide photodiodes for optical subcarrier systems" IEEE J. Lightwave Tech., Vol.16, No.12, pp.2428-2434, December 1998). The reliability of such a photodetecting device is a very important factor in applying to an actual optical communication system, and this reliability is affected by the dark current of the photodetecting device. Many studies have been reported in the academic field regarding the correlation between device reliability and dark current. First of all, when the pin photodetector is wrapped with polyimide, the change of the dark current through the reliability test has been submitted to the IEEE by Kuhara et al. (Y. Kuhara, H.Terauchi, and H). Nishizawa, "Reliability of InGaAs / InP long-wavelength pin photodiodes passivated with polyimide thin film", IEEE J. Lighywave Tech., Vol. LT-4, No. 7, pp933-937, July 1986). Also, Nakamura et al. Proposed a charge accumulation model for the reliability of InGasAlAs optical waveguide photodetectors (Hitoshi Nakamura, Masato Shishikura, Shigehisa Tanaka, Yasunobu Matsuoka, Tsunao Ono, and Shinji Tsuji, "Highly reliable". operation of InGaAlAs waveguide photodiodes for optical access network system "Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 37, Park 1, No. 3B, pp. 1427-1431, March 1998), Mawatari, et al. We have analyzed the dark current of planar waveguide photodetectors for subscriber systems (Hiroyasu Mawatari, Mitsuo Fukuda, Kasutoshi Kato, Tatsuya Takeshita, Masahiro Yuda, Atsuo Kozen, and Hiromu Toba, "Reliability of planar waveguide photodiodes for optical subcarrier systems" IEEE J. Lightwave Tech., Vol. 16, No. 12, pp. 2428-2434, December 1998).
일반적으로, 메사 식각을 통해 p-i-n층을 제작하는 경우, 폴리이미드로 측벽면(혹은 노출면)을 감싸게 되면, 암전류가 통상의 구동 전압하에서 수십㎁를 갖는 것으로 알려져 있다. In general, when the p-i-n layer is fabricated through mesa etching, when the sidewall (or exposed surface) is covered with polyimide, the dark current is known to have several tens of mA under normal driving voltage.
여기서, 도 3a는 광검출 소자 제작이 완료된 직후, 200℃의 온도에서 300 시간동안 열처리를 수행한 후의 광검출 소자의 전압-전류 곡선이고, 도 3b는 소자 제작이 완료된 후, 250℃의 온도에서 80시간 가량 열처리를 수행한 후의 광검출 소자의 전압-전류 곡선이다. Here, Figure 3a is a voltage-current curve of the photodetecting device after the heat treatment for 300 hours at a temperature of 200 ℃ immediately after fabrication of the photodetecting device, Figure 3b is at a temperature of 250 ℃ after the fabrication of the device is completed The voltage-current curve of the photodetecting device after the heat treatment for about 80 hours.
200℃의 온도에서 300 시간동안 열처리를 수행한 경우, 도 3a에 도시된 바와 같이, 열처리 전이나 후 모두 암전류의 차이가 그리 크지 않았다.When the heat treatment was performed for 300 hours at a temperature of 200 ℃, as shown in Figure 3a, the difference between the dark current before or after the heat treatment was not very large.
한편, 250℃의 온도에서 80시간 가량 열처리를 수행한 경우, 도 3b에 도시된 바와 같이, 열처리를 수행한 후 암전류가 확연히 감소하였음을 알 수 있으며, 통상의 구동 전압인 3V 하에서 열처리 전의 암전류 보다 수 백배 감소한 0.2nA의 낮은 암전류를 나타내었다. 이러한 바, 암전류는 열처리 온도가 높을수록 감소함을 알 수 있다.On the other hand, when the heat treatment was performed for about 80 hours at a temperature of 250 ℃, as shown in Figure 3b, it can be seen that the dark current is significantly reduced after performing the heat treatment, than the dark current before heat treatment under the normal driving voltage 3V A low dark current of 0.2 nA, which was reduced by several orders of magnitude. As such, it can be seen that the dark current decreases as the heat treatment temperature increases.
도 4a 및 도 4b는 두 온도에서 시간에 따른 암전류 및 항복 전압 데이터를 표시한 그래프로서, 도 4a는 광검출 소자를 200℃의 온도에서 열처리(가열)하였을 때, 암전류 및 항복 전압 데이터를 나타내고, 도 4b는 광검출 소자를 250℃의 온도에서 열처리(가열)하였을 때 암전류 및 항복 전압 데이터를 나타낸다. 여기서, 항복 전압은 암전류가 100㎂가 될 때의 역전압으로 정의하였다. 4A and 4B are graphs showing dark current and breakdown voltage data with time at two temperatures, and FIG. 4A shows dark current and breakdown voltage data when the photodetector is heat-treated (heated) at a temperature of 200 ° C. 4B shows dark current and breakdown voltage data when the photodetecting device is heat treated (heated) at a temperature of 250 ° C. Here, the breakdown voltage is defined as the reverse voltage when the dark
도 4a에 의하면, 200℃로 광검출 소자를 열처리하면, 암전류 및 항복 전압이 거의 일정한 값을 유지하였다. 반면, 도 4b와 같이 250℃에서 광검출 소자를 열처리하면, 암전류를 1nA로 감소시키는 데에 대략 80 시간 정도 소요되는 것을 알 수 있다. 아울러 항복 전압은 시간이 지남에 따라, 조금씩 증가된다. 상기 그래프로부터, 암전류 및 항복 전압은 열처리 온도 및 시간에 영향을 받음을 알 수 있다. 아울러, 상기 그래프에는 도시되지 않았지만, 본 발명자의 실험에 따르면, 300℃의 온도에서 열처리를 수행하면 39 시간 열처리를 진행하면 암전류가 1nA로 감소되었다. According to FIG. 4A, when the photodetecting device was heat-treated at 200 ° C., the dark current and the breakdown voltage maintained almost constant values. On the other hand, when heat-treating the photodetecting device at 250 ° C as shown in Figure 4b, it can be seen that it takes about 80 hours to reduce the dark current to 1nA. In addition, the breakdown voltage increases little by little over time. From the graph, it can be seen that the dark current and the breakdown voltage are affected by the heat treatment temperature and time. In addition, although not shown in the graph, according to the experiments of the present inventors, the dark current was reduced to 1 nA when the heat treatment was performed for 39 hours when the heat treatment was performed at a temperature of 300 ° C.
또한, 도 5는 열처리 온도 및 시간에 따른 암전류 감소 정도를 보여주는 그래프로서, 본 그래프는 250℃ 및 300℃의 온도에서 열처리를 수행하였을 때의 열처리 시간 데이터를, 아르헤니우스(Arrhenius) 관계식에 의하여 연결한 결과이다. 이론적으로는 200℃에서 200시간동안 열처리를 실시하면 암전류가 1nA가 되어야 하나, 실제적으로 실험을 진행하면 상기 온도에서 300시간 동안 열처리를 진행하여도 암전류가 감소하지 않았다. 이러한 바, 암전류를 감소시키기 위하여는 최소한의 문턱 열처리 온도가 존재함을 알 수 있으며, 그 온도는 200 내지 250℃ 사이에 있을 것으로 예측된다. 도 5에서 "*"로 표시된 부분은 통상적인 폴리이미드의 큐어링 조건인 365℃/ 1시간 지점을 나타낸 것이다. 상기 * 지점의 조건은 열처리 온도는 높으나 암전류 감소의 효과를 보기에는 열처리 시간이 짧았을 것임을 알 수 있다. 여기서, 본 그래프의 X축은 상대 온도를 절대 온도로 표시한 것이다. In addition, Figure 5 is a graph showing the degree of dark current decrease with heat treatment temperature and time, this graph shows the heat treatment time data when the heat treatment is performed at a temperature of 250 ℃ and 300 ℃, by Arhenius (Arrhenius) relationship This is the result of the connection. Theoretically, the dark current should be 1nA when the heat treatment is performed at 200 ° C. for 200 hours, but in practice, the dark current does not decrease even when the heat treatment is performed at the temperature for 300 hours. As such, it can be seen that there is a minimum threshold heat treatment temperature to reduce the dark current, and the temperature is expected to be between 200 and 250 ° C. In FIG. 5, the part marked with "*" shows the 365 degreeC / 1 hour point which is the curing condition of the conventional polyimide. The condition of the * point is a high heat treatment temperature, but it can be seen that the heat treatment time was short to see the effect of dark current reduction. Here, the X-axis of the graph represents the relative temperature in absolute temperature.
이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 화합물 기판상에 p-i-n층을 형성하고 그 측벽에 폴리이미드를 형성한다. 폴리이미드 경화를 위한 열처리 공정 이후에 추가적인 열처리를 200℃ 이상의 온도에서 적정 시간동안 가해 주어 암전류를 감소시킨다.As described in detail above, according to the present invention, a p-i-n layer is formed on the compound substrate and polyimide is formed on the sidewalls thereof. After the heat treatment process for curing the polyimide, an additional heat treatment is applied at a temperature of 200 ° C. or higher for a suitable time to reduce the dark current.
이와 같이 폴리이미드의 열처리 공정에 의해 암전류를 크게 감소시킬 수 있어, 광검출 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.As described above, the dark current can be greatly reduced by the heat treatment step of the polyimide, and the reliability of the photodetecting device can be improved.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.Although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. Do.
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