KR100798052B1 - 자외선 수광소자의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자외선 수광소자의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자빔 및 양성자빔의 조사에 의해 p-n 접합면에 절연층을 형성하여 p-i-n 구조의 소자를 제작함으로써, 소자 제작공정이 단순하고 대량생산이 용이한 자외선 수광소자의 제조방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 사파이어 기판위에 버퍼 GaN 층, n형 및 p형 GaN 반도체 층이 차례로 형성된 반도체 기판을 준비하는 단계; 상기 상부 반도체 층을 패턴한 후 식각공정을 통하여 하부 반도체층을 노출시키는 단계; 상기 식각공정이 완료된 GaN 웨이퍼에 하드 마스크를 통과한 전자빔 또는 양성자빔을 조사하여 p-n 접합면에 절연층을 형성시키는 단계; 상기 조사된 웨이퍼에 후 열처리 공정을 통하여 절연층을 최적화 시키는 단계; 및 상기 전자빔 및 양성자빔의 조사가 완료된 소자에 투명전극 및 전극 패드를 형성하는 단계;를 포함하는 자외선 수광소자의 제조방법을 제공한다.
사파이어 기판, 전자빔 또는 양성자빔, 절연층, 투명전극층, 전극패드층, 하 드 마스크
Description
도 1 내지 도 5는 본 발명에 따른 전자빔 조사에 의한 자외선 수광소자 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이고,
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제작된 소자를 개략적으로 나타내는 사시도이고,
도 7은 본 발명에 따른 전자빔 조사에 의한 GaN p-i-n+ 자외선 수광소자의 실시예에 따른 DLTS 측정 그래프이고,
도 8은 본 발명에 따른 전자빔 조사에 의한 GaN p-i-n+ 자외선 수광소자의 실시예에 따른 광반응도 측정 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11 : 사파이어 기판 12 : GaN 버퍼층
13 : n 형 GaN 반도체 층 14 : p 형 GaN 반도체 층
15 : 절연층 16,17 : 투명전극층
18,19 : p형 전극패드층 20~23 : n형 전극패드층
31 : 하드 마스크 32 : 전자빔 또는 양성자빔
본 발명은 자외선 수광소자의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자빔 및 양성자빔의 조사에 의해 p-n 접합면에 절연층을 형성하여 p-i-n 구조의 소자를 제작함으로써, 소자 제작공정이 단순하고 대량생산이 용이한 자외선 수광소자의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 GaN는 에너지 밴드갭이 3.4 eV 정도의 매우 큰 값을 가지므로, 가시광선 파장과 자외선 파장의 빛을 선택적으로 감지하는 것이 가능하며, 특히 열적, 화학적으로 매우 뛰어난 안정성을 가지고 있어 열악한 환경에서도 사용이 가능하여 자외선 수광소자에 적합한 반도체이다.
수광소자로 쓰이는 대표적인 구조로는 광도전 효과(photoconductive effect)를 이용한 광도전소자 구조와 광기전력 효과(photovoltaic effect)를 이용한 포토 다이오드 구조 등이 있다.
상기 p-i-n 포토다이오드 구조는 광도전소자에 비해 감도가 좋고 응답속도가 빠를뿐만 아니라 암전류(dark current)가 작으며, 온도에 대한 특성변화가 적고 수명이 긴 장점을 가지고 있어 수광소자 구조로서 널리 쓰이고 있다.
일반적으로 p-i-n 구조의 포토다이오드는 p형 반도체와 n형 반도체 접합면 사이에 불순물이 적은 고저항층인 진성반도체 i층을 삽입함으로써, 역바이어스 시 p-n 접합 다이오드에 비해 공핍층이 넓어지게 되어 접합용량이 매우 작아지고 수백 ps~ 수 ns로 고속 응답이 가능하게 된다.
p-i-n 구조의 접합면에 적당한 파장의 빛을 조사하면 전극 간에 기전력이 발생한다. 즉 입사광의 에너지에 의해 전자-정공쌍이 발생하고 p-n 접합부근의 공핍층에서 전자는 n형 전극으로 정공은 p형 전극으로 이동하여 광전류가 흐르게 되어 광을 검출하게 된다.
포토다이오드에 있어서 그 구조나 제작 방법은 누설전류, 양자효율, 응답도 등에 큰 영향을 미치므로 소자의 특성을 결정짓는 중요한 요인으로 작용한다.
따라서 포토다이오드의 구조나 제작 방법을 개선함으로써 그 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
종래의 p-i-n 구조는 그 제작 방법에 있어서 p형층, i층, n형층을 차례로 각각 성장시켜야 하므로 제작과정이 복잡해지고 공정시간이 길어져 생산단가가 높아지는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, GaN 자외선 수광소자를 위한 p-i-n 구조를 제작함에 있어서 p-n접합 구조에 전자빔 또는 양성자빔을 조사하여 p형층과 n형층의 접합부에 인위적으로 결함구조를 생성시켜 저항이 큰 절연체층을 만들어 p-i-n 구조를 형성시킴으로써, 소자 제작공정이 단순화되어 대량생산이 용이한 자외선 수광소자의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 사파이어 기판위에 버퍼 GaN 층, n형 및 p형 GaN 반도체 층이 차례로 형성된 반도체 기판을 준비하는 단계; 상기 상부 반도체 층을 패턴한 후 식각공정을 통하여 하부 반도체층을 노출시키는 단계; 상기 식각공정이 완료된 GaN 웨이퍼에 하드 마스크를 통과한 전자빔 또는 양성자빔을 조사하여 p-n 접합면에 절연층을 형성시키는 단계; 상기 조사된 웨이퍼에 후 열처리 공정을 통하여 절연층을 최적화 시키는 단계; 및 상기 전자빔 및 양성자빔의 조사가 완료된 소자에 투명전극 및 전극 패드를 형성하는 단계;를 포함한다.
바람직한 구현예로서, 상기 전자빔 또는 양성자빔을 조사하여 GaN 웨이퍼의 p-n 접합면에 절연층을 형성하는 공정이 하부 반도체를 노출시키는 패턴 및 식각공정 전에 이루어지는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직한 구현예로서, 상기 하드마스크는 상기 식각공정이 완료된 GaN 웨이퍼에 전자빔 또는 양성자빔이 선택적으로 입사되도록 하기 위해 일정한 형태로 패턴된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 GaN 웨이퍼의 p-n 접합면에 전자빔 및 양성자빔을 조사하여 절연층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 절연층의 형성을 위해 조사되는 전자빔 또는 양성자빔은 에너지 1~2 MeV , 농도 1×1015~1×1016 cm-2 으로 조사되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.
첨부한 도 1 내지 도 5는 본 발명에 따른 전자빔 조사에 의한 자외선 수광소자 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
본 발명은 전자빔 및 양성자빔을 고품위 GaN p-n형 반도체 층이 성장된 웨이퍼에 조사하여 GaN 자외선 수광소자를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 기존의 반도체층을 p-i-n 순서대로 성장시키지 않고, 웨이퍼에 결함구조를 유발하여 절연층을 형성하는 것으로 완성된 소자 또는 완성된 웨이퍼에 전자빔이나 양성자빔을 조사하여 빠른 속도로 대량 생산이 가능하도록 한 점에 주안점이 있다.
먼저 도 1에 도시한 바와 같이 GaN 웨이퍼를 준비한다. 상기 웨이퍼는 사파이어(Al2O3)기판(11) 위에 GaN 버퍼층(12)을 성장한 후, n 형 GaN 반도체층(13)을 성장시킨다음 p형 GaN 반도체층(14)를 순차적으로 성장시킨다.
상기 GaN 웨이퍼는 화학적 증기증착법 (Chemical Vapor Deposition; CVD) 중의 수소화물기상 에피탁시 (Hydride Vapor Phase Epitaxy; HVPE) 또는 유기금속 화학 증기 증착법 (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition; MOCVD)및 분자선 결정성장 (Molecular Beam Epotaxy; MBE) 방법을 이용하여 성장시킬 수 있다.
다음으로, 도 2a에 나타낸 바와 같이 n 형 GaN 반도체층(13)을 노출시키기 위하여 포토 래지스터(Photo Resistor)로 패터닝한 후 식각공정을 실시한다.
상기 식각 공정은 습식 식각공정(wet etching) 및 건식 식각공정(dry etching)의 리엑티브 이온 에칭 (Reactive Ion Etching: RIE) 방법을 이용할 수 있다.
상기 도 2b는 식각 공정이 완료된 GaN 웨이퍼 위에 p-n 형 반도체 접합면에 전자빔 및 양성자빔을 조사할 수 있도록 상기 도 2a와 같은 형태의 패턴으로 된 하드 마스크(31)를 준비한다.
이 하드마스크(31)는 조사되는 빔들의 입사 위치를 선택적으로 하기 위하여 사용되는 것으로, 조사되는 전자빔 또는 양성자빔(32)은 마스크의 패턴된 부분으로 입사하게 된다.
상기 도 2c는 조사되는 전자빔 또는 양성자빔(32)에 의해서 GaN p-n형 반도체층 사이에 절연체(insulator)(15)층이 형성된다.
이 절연층(15)의 형성은 조사되는 전자빔 또는 양성자빔(32)의 에너지와 조사 농도에 따라 조절이 가능하다. 조사 에너지는 형성되는 절연층(15)의 깊이를 조절할 수 있다.
즉, 에너지를 변환시키면서 원하는 깊이까지 절연층(15)을 생성하며, 조사 농도는 절연층(15)의 생성 농도와 비례 관계를 갖고 있다.
상기 절연층(15)의 생성 원리는 다음과 같다. 전자빔 및 양성자빔과 같은 에너지를 갖는 입자빔은 반도체에 조사될 때 반도체 격자구조를 파괴하여 결함구조를 반도체층 내부에 생성 시킨다.
이 결함구조는 반도체의 에너지 밴드갭 사이에서 에너지 준위를 형성하기도 하지만, 조사 에너지와 조사 농도를 조절하여 결함구조들을 하나의 결함구조의 층 으로 생성이 가능하다.
특히 이 결함구조는 반도체의 캐리어들을 포획하는 준위를 형성하게 되고, 결국 결함구조의 층이 하나의 반도체 절연층으로 동작을 한다.
본 발명은 전술한 바와 같이 GaN 웨이퍼에 식각공정을 한 후 전자빔 또는 양성자빔(32)을 조사하여 절연층을 형성할 수도 있지만, 다음과 같이(도 3a 및 도 3b) GaN 웨이퍼에 먼저 전자빔 또는 양성자빔(32)을 조사하여 절연층(15)을 형성한 후 식각공정을 할 수 있다.
도 3a는 식각공정을 하지 않은 GaN 웨이퍼에 직접 조사를 하는 공정이다.
이는 미리 하드 마스크를 제작할 필요가 없으며, 전자빔 및 양성자빔의 조사 에너지와 농도가 완벽히 최적화가 된 상태에서 조사를 하는 경우이다.
즉 조사되는 전자빔 또는 양성자빔에 의하여 생성되는 절연층(15)의 깊이를 시뮬레이션 하거나 실험의 반복으로 최적화된 상태에서 소자 제작 공정 전 조사를 실시하는 것이다.
도 3b에 도시한 바와 같이, 전자빔 또는 양성자빔 조사 이후 절연층(15)이 GaN 웨이퍼의 p-n형 반도체 사이에 형성된다. 이는 p-i-n 구조의 층이 형성된 것이며, 후 처리 공정을 통하여 절연층(15)의 질을 향상시킬 수 있으며, 전자빔 조사 시 표면에서부터 생성되는 원하지 않는 결함구조를 제거할 수 있다.
상기 후 처리공정은 RTA(Rapid Thermal Annealing) 공정이나 레이저 열처리 (Laser Annealing)를 이용하여 실시될 수 있으며, GaN 웨이퍼의 조성변화를 막기 위하여 질소(N2) 가스 분위기에서 실시될 수 있다.
다음으로 도 4와 같이 전자빔 또는 양성자빔(32)의 조사가 끝난 이후 p형 GaN 반도체 표면에 투명전극층(16,17) 및 p형 전극패드층(18,19)를 형성시킨다.
다음으로 도 5와 같이 식각공정을 통하여 노출된 n형 GaN 반도체층(13) 상부 표면에 n형 전극패드층(20~23)을 형성한다.
상기 n형 전극패드층(20~23)은 n형 반도체와 오믹(Ohmic) 접합이 생성되어야 하므로, GaN n형 반도체층(13)의 경우 제1전극패드층(20)은 티탄(Ti), 제2전극패드(21)층은 알루미늄(Al), 제3전극패드층(22)은 니켈(Ni), 그리고 제4전극패드층(23)은 금(Au)을 사용하여 전극 패드를 형성한다.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 구체적으로 설명하는 바, 다음의 실시예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시예
본 발명의 제조방법에 따라 GaN 자외선 수광소자를 제작하였으며, 또한 역방향 전압에서 검출기의 광반응도(Responsivity)를 측정하였다.
우선, 본 발명의 실시예로서, 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 바의 제조 과정에 따라 GaN 자외선 수광소자를 제조하였다.
이때, GaN 웨이퍼는 사파이어 기판(11) 위에 도핑되지 않은 GaN 버퍼층(12)을 2.0 ~ 2.1 ㎛의 두께로 성장 시킨 후, n+ 형 GaN 반도체층(13)을 두께 1.6 ~1.7 ㎛로 성장했으며, 이 n형 GaN의 운반자 농도(carrier concentration)는 3 x 1018cm-3 이며, 그 상부에 p형 GaN 반도체 층(14)을 두께 0.3 ~ 0.4 ㎛로 성장했으며, p형 GaN 의 운반자 농도는 4 x 1017 cm-3이다.
상기의 GaN 웨이퍼의 성장은 화학적 증기 증착법 (Chemical Vapor Deposition; CVD) 중 유기금속 화학 증착법 (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition; MOCVD)을 이용하였다.
그리고 도 3a 와 같이 식각 공정을 하지 않은 웨이퍼 상태로 전자빔(32)을 조사하였다. 조사된 전자빔의 에너지는 1 MeV, 2 MeV 이며, 각각의 조사 농도는 1 x 1015 cm-2 및 1 x 1016 cm-2이다.
조사 에너지와 조사 농도는 몬테카를로 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 전자빔 조사 에너지를 결정하였으며, 이는 전자빔 조사로 인하여 형성되는 결함구조들의 위치 즉 생성되는 절연층(15)의 깊이를 확인하여 전자빔 조사를 실시하였다.
실시예에서 조사에너지는 전자 또는 양성자의 GaN 기판에 침투되는 깊이를 결정하는데, 상기 발명에서는 p-n 반도체의 접합영역에 절연층(15)을 형성 시켜야 하므로 일정 깊이에 전자 또는 양성자가 침투 되어야 한다.
1 MeV 미만인 경우 에너지가 너무 낮아 접합 면에 다다르지 못하고, 2 MeV 이상인 경우는 p-n 구조의 웨이퍼 전체를 절연층(15)으로 만들 가능성이 있으므로, 몬테카를로 시뮬레이션 결과 1 ~ 2 MeV 가 바람직하다.
조사농도는 조사되는 전자 및 양성자 입자의 단위면적당 조사되는 개수로 서, 1 X 1015 cm-2 미만인 경우 너무 적은 양이 조사되어 원하는 밀도의 결함구조를 GaN 웨이퍼 내부에 형성시키지 못하여 절연층(15)의 밀도가 낮아지며, 1 X 1016 cm-2 이상인 경우 너무 많은 양의 입자가 조사되어 결함구조의 밀도가 필요 이상으로 증가하여 절연층 구조(15) 및 GaN 웨이퍼가 파괴될 가능성이 있으므로, 조사 농도는 1 X 1015 ~ 1 X 1016 cm-2 인 것이 바람직하다.
그리고, 도 3b와 같이 GaN n+ 와 p 형 반도체의 접합면 사이에 절연층(15)구조가 생성된 후, 도 4와 같이 패턴된 마스크를 이용하여 포토 레지스터로 패턴공정을 하고 이후 리엑티브 이온 에칭 (Reactive Ion Etching; RIE)을 사용하여 식각공정을 하였다.
그 다음, 물리적 증기증착법 (Physical Vapor Deposition)중 하나인 전자빔 증발기(electron beam evaporator)를 사용하여 p형 반도체에 니켈(Ni)을 30Å의 두께로 증착한 후, 그 상부에 금(Au)을 1500Å의 뚜께로 증착하여 투명전극층(16,17)을 형성하였다.
그 다음, 마스크로 패터닝된 부분에 니켈 (Ni)을 300 Å 증착한 후 금(Au) 을 1500 Å 증착하여 p형 GaN 용 전극패드층(18,19)을 형성하였다.
그리고 식각공정을 통하여 노출된 n+ 형 GaN 반도체 표면에 마스크로 패터닝된 부분에 n형 전극패드층(20~23)를 형성시킨다. 즉 전극패드층(20~23)은 하부에서 상부 방향 순으로 티탄(Ti) 300 Å, 알루미늄(Al) 700Å, 니켈(Ni) 300Å, 금 (Au) 1500 Å을 증착하였다.
상기와 같은 과정으로 전극패드층를 형성하는 이유는 GaN가 반도체 도핑 상태에 따라 오믹(Ohmic) 전극 물질의 증착형태가 상이하기 때문이다.
본 발명의 전극패드 형성은 기존에 최적화되어 공개된 n형 및 p형 GaN 반도체 표면에 형성되는 오믹(Ohmic)용 금속의 형성 조건을 사용하였다.
도 6은 상기 실시예에 따라 전자빔이 조사된 GaN p-i-n+ 형태의 자외선 수광소자의 사시도이다.
상기와 같이 본 발명에 따른 전자빔 조사된 GaN p-i-n+ 형태의 자외선 수광소자를 제조한 뒤, 생성된 절연층의 확인과 광반응 특성을 알아보았으며, 이에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 GaN 자외선 수광소자의 결함구조 및 절연층 형성을 확인하는 DLTS(Deep Level Transition Spectroscopy) 그래프이다.
상기 DLTS의 측정은 온도의 변화에 따른 시간에 의한 정전용량(Capacitance)의 변화를 측정하는 것으로서, 주로 반도체 내의 결함상태의 근원 및 분포깊이 농도와 반도체 밴드갭 내의 결함구조의 에너지 준위를 확인한다.
본 발명에 따른 실시예 중 전자빔 에너지 1 MeV, 농도 1 x 1016 cm-2로 조사하여 제작한 GaN 자외선 검출기를 측정한 것이다.
도 7의 DLTS 측정은 반도체의 공핍영역으로 인하여 형성되는 정전용량의 변화로 결함구조를 측정하는 것을 원리로 하고, 본 발명에 따른 GaN 자외선 수광소자 가 기본적으로 p-n형 다이오드 소자의 구조를 가지므로, p-n 다이오드 접합면에서 발생하는 공핍영역(Depletion region)의 결함을 측정하게 된다.
이에 이 접합면에 전자빔 및 양성자빔을 조사하여 결함구조가 생성되고, 이 결함구조들이 반도체 절연층을 형성한다고 하면, DLTS 측정으로 상기 발명에서와 같이 전자빔 및 양성자빔에 의하여 접합부근에 절연층(15)이 생성됨을 확인할 수 있다.
도 7에서 측정 전압을 조절함으로써 p형 또는 n형 반도체에 결함층 형성을 확인할 수 있는데 도 7에서 -1.0 V를 인가했을 때의 DLTS 신호(31)와 -1.5 V를 인가했을 때의 DLTS 신호(32)와 (33)은 p-n+형 반도체의 접합면을 기준으로 p형 반도체영역에 생성된 결함층을 확인해주며, 각각의 결함 에너지 준위는 신호(31)의 경우 Ev+0.16 eV, 신호(32)의 경우 Ev+0.48 eV, 그리고 신호(33)의 경우 Ev+0.34 eV이다.
또한 0.5 V의 측정 전압일 때 확인되는 신호(34)는 p-n+형 반도체의 접합면을 기준으로 p형 반도체영역에 생성된 결함으로 Ec-0.43 eV의 에너지 준위를 나타낸다.
즉 상기 도 7의 DLTS 측정결과 본 발명의 실시예에 따라 제작된 GaN 자외선 수광소자의 p-n+ 접합면에 전자빔을 조사하였을 경우 결함구조층이 형성됨을 확인 했으며, 이 결함구조층이 반도체 절연층을 형성하고 있음을 확인했다.
도 8a 및 8b는 실시예에 따라 제조된 GaN p-i-n+ 구조의 자외선 검출 특성인 광반응도 (Responsivity)를 측정한 그래프이다.
상기 도 8a 및 8b는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 소자를 자외선영역 300 nm에서부터 가시광 및 적외선영역 800 nm 까지 파장에 따른 광반응도를 측정한 것이다.
상기 광반응도 측정은 p-i-n+ 구조의 수광소자의 동작을 위하여 역방향 전압을 인가한 (revers bias) 상태에서 측정을 하였다.
도 8a의 경우 전자빔의 에너지를 1 MeV 및 2 MeV로, 조사 농도를 각각 1 x 1015 cm-2 및 1 x 1016 cm-2로 조사하여 본 발명의 실시예에 따라 제조된 소자를 측정한 것으로 역방향 전압을 -1 V 인가하였으며, 광반응도 측정결과 공통적으로 300 nm 파장부터 390 nm 까지 즉 자외선 영역에서 빛이 입사 되면 소자가 동작하는 것을 알 수 있다.
즉 정상적인 자외선 검출기의 동작을 확인하였으며, 그래프 (41)의 경우 자외선이 조사되는 경우와 가시광이 조사되는 경우 차이가 비교적 적지만, 그 이외의 그래프 (42, 43, 44)의 경우는 자외선영역과 비자외선 영역에서의 검출기에 흐르는 반응도의 차이가 1000배 차이가 나는 것을 확인 할 수 있다.
또한 도 8b의 경우는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 소자를 도 8a와 같은 조건으로 전자빔을 조사하여 역방향 전압을 -2 V 로 인가하였다.
도 8b의 그래프 (51)의 경우는 상기 도 8a의 결과와 같이 자외선영역과 비 자외선 영역의 차이가 적었으나, 그래프 (52, 53, 54) 의 경우는 앞서 와 같은 자외선과 비자외선의 측정 차이가 1000배 정도 인 것을 확인할 수 있었다.
상기 도 8a와 8b의 측정 결과에서 나타난 것과 같이 본 발명의 실시예에 따라 제조된 GaN 자외선 검출기가 조사에너지 1 MeV 및 조사 농도 1 x 1016 cm-2 일때와, 조사 에너지 2 MeV 및 1 x 1015 cm-2, 1 x 1016 cm-2 일 때 p-i-n+ 구조의 GaN 자외선 검출기로서 정상적인 동작을 함을 확인하였다.
특히 2 MeV 로 조사된 경우 도 8a에서 그래프 (43, 44)와 도 8b에서 그래프 (53, 54)에서 1 MeV 로 조사 되었을 때보다 더 높은 자외선 응답도를 확인할 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명에서는 전자빔 및 양성자 빔을 조사하여 GaN p-n 접합층이 형성된 고품위 웨이퍼에 반도체 절연층을 형성함으로써, p-i-n 구조를 형성하여 GaN p-i-n 형 자외선 수광소자를 제조할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 자외선 수광소자의 제조방법에 의하면, 기존의 p-n 구조의 웨이퍼를 제조한 후 전자빔 및 양성자빔을 조사하는 간단한 방법으로 p-n 접합면에 절연층을 형성함으로써, 웨이퍼 성장과정이 아닌 소자 공정 과정 중에 전자빔 및 양성자빔을 조사하여 짧은 시간에 대량으로 동시 생산이 가능하며 기존의 p-i-n 구조의 자외선 수광소자와 동일한 GaN 자외선 수광소자를 제조할 수 있다.
Claims (7)
- 사파이어 기판 상에 버퍼 GaN 층, n형 GaN 반도체 층 및 p형 GaN 반도체 층이 차례로 형성된 반도체 기판을 준비하는 단계;상기 p형 GaN 반도체 층 및 상기 n형 GaN 반도체 층 일부를 패터닝하여, 상기 p형 GaN 반도체 층을 패터닝함과 아울러, n형 GaN 반도체층의 일부를 노출시키는 단계;상기 식각공정이 완료된 p형 GaN 반도체 층, n형 GaN 반도체 층 및 버퍼 GaN 층을 포함하는 사파이어 기판 상에 전자빔 또는 양성자빔을 조사하여 상기 패터닝된 p형 GaN 반도체 층과 상기 n형 GaN 반도체 층의 접합면에 절연층을 형성시키는 단계;상기 절연층이 형성된 p형 GaN 반도체 층, n형 GaN 반도체 층 및 버퍼 GaN 층을 포함하는 사파이어 기판에 후 열처리 공정을 통하여 절연층을 최적화시키는 단계;상기 패터닝된 p형 GaN 반도체 층 상에 투명 전극을 형성하는 단계;상기 패터닝된 p형 GaN 반도체 층 및 노출된 n형 GaN 반도체 층 상에 전극 패드를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 수광소자의 제조방법.
- 사파이어 기판 위에 버퍼 GaN 층, n형 GaN 반도체 층 및 p형 GaN 반도체 층이 차례로 형성된 반도체 기판을 준비하는 단계;상기 p형 GaN 반도체 층, n형 GaN 반도체 층 및 버퍼 GaN 층을 포함하는 사파이어 기판에 하드 마스크를 통과한 전자빔 또는 양성자빔를 조사하여 p-n 접합면에 절연층을 형성시키는 단계;상기 n형 GaN 반도체층이 노출되도록 상기 p형 GaN 반도체 층 및 n형 GaN 반도체층의 일부를 패터닝하는 단계;상기 절연층이 형성된 p형 GaN 반도체 층, n형 GaN 반도체 층 및 버퍼 GaN 층을 포함하는 사파이어 기판에 후 열처리 공정을 통하여 절연층을 최적화시키는 단계;상기 p형 GaN 반도체 층 상에 투명 전극 및 전극 패드를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 수광소자의 제조방법.
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- 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,상기 절연층(15)의 형성을 위해 조사되는 전자빔 또는 양성자빔(32)은 에너지 1~2 MeV , 농도 1×1015~1×1016 cm-3 으로 조사되는 것을 특징으로 하는 자외선 수광소자의 제조방법.
- 청구항 5에 있어서,상기 p형 GaN 반도체 층의 두께는 0.3 ~ 0.4 ㎛이고, 상기 n형 GaN 반도체의 두께는 1.6 ~ 1.7 ㎛이며, 상기 p형 GaN 반도체 층(14), n형 GaN 반도체 층(13) 및 버퍼 GaN 층(12)을 포함하는 사파이어 기판(11)에 전자빔이 에너지 2 MeV 및 농도 1 x 1015 cm-2 로, 또는 에너지 2 MeV 및 1 x 1016 cm-2 로 조사되는 것을 특징으로 하는 자외선 수광소자의 제조 방법.
- 청구항 5에 있어서,상기 p형 GaN 반도체 층의 두께는 0.3 ~ 0.4 ㎛이고, 상기 n형 GaN 반도체의 두께는 1.6 ~ 1.7 ㎛이며, 상기 p형 GaN 반도체 층(14), n형 GaN 반도체 층(13) 및 버퍼 GaN 층(12)을 포함하는 사파이어 기판(11)에 전자빔이 에너지 1 MeV 및 농도 1 x 1015 cm-2 로, 또는 에너지 1 MeV 및 1 x 1016 cm-2 로 조사되는 것을 특징으로 하는 자외선 수광소자의 제조 방법.
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