KR101099105B1 - 감소된 암전류 광검출기 - Google Patents

감소된 암전류 광검출기 Download PDF

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Abstract

광검출기가 제공되며, 상기 광검출기는, 원자가 밴드 에너지 레벨을 나타내는 n-도핑 반도체를 포함하는 광 흡수 층과; 장벽 층과, 여기서 상기 장벽 층의 제 1 면은 상기 광 흡수 층의 제 1 면과 인접하고, 상기 장벽 층은, 상기 광 흡수 층의 도핑된 반도체의 원자가 밴드 에너지 레벨과 실질적으로 동일한 원자가 밴드 에너지 레벨을 나타내고; 그리고 도핑된 반도체를 포함하는 콘택 영역을 포함하여 구성되며, 상기 콘택 영역은 상기 제 1 면 반대쪽에 있는 상기 장벽 층의 제 2 면과 인접하고, 상기 장벽 층은, 상기 광 흡수 층으로부터 상기 콘택 영역으로의 다수 캐리어들의 터널링을 방지하고 아울러 상기 광 흡수 층으로부터 상기 콘택 영역으로의 열화된 다수 캐리어들의 흐름을 차단하기에 충분한, 두께 및 컨덕턴스 밴드 갭을 나타낸다. 대안적으로, p-도핑 반도체가 사용되고, 그리고 장벽 층 및 광 흡수 층의 컨덕턴스 밴드 에너지 레벨들은 등화된다.

Description

감소된 암전류 광검출기{REDUCED DARK CURRENT PHOTODETECTOR}
본 발명은 일반적으로 반도체 기반의 광검출기 분야에 관한 것으로, 특히 활성 반도체 영역과 콘택 반도체 영역 사이에 장벽 영역을 나타내는 광검출기에 관한 것이다.
광검출기는 이미지화를 포함하는 매우 다양한 애플리케이션에서 사용된다. 광(light)의 적외선 파장에 민감한 특정 타입의 광검출기는 또한 적외선 검출기로서 알려져 있다. 적외선은 넓은 파장 범위를 포함하고, 그리고 많은 물질들은 어떤 파장 범위에만 민감하다. 결과적으로, 적외선 밴드는 서브밴드들, 예를 들어, 일반적으로 0.75 - 1.4 ㎛로 정의되는 근적외선, 1.3 - 3 ㎛로 정의되는 단파장 적외선, 3 - 8 ㎛로 정의되는 중파장 적외선, 및 일반적으로 15 - 1,000 ㎛로 정의되는 원적외선으로 더 나누어진다. 5 ㎛ 내지 8 ㎛ 범위의 적외선은 대기에서 잘 전송되지 않고, 따라서 많은 적외선 검출 애플리케이션에 대해 중파장 적외선은 3 - 5 ㎛로 언급된다.
적외선 광검출기는 광범위한 애플리케이션에서 사용되며, 야간 투시 장비(night vision equipment), 에어본 시스템(air borne systems), 해군 시스템(naval systems) 및 미사일 시스템(missile systems)으로서 사용되는 군사 분야에서 특히 사용된다. 고정밀 열검출기가 InSb 및 HgCdTe p-n 접합 다이오드를 사용하여 생산되고 있으며, 그러나 이러한 열검출기는 약 77K의 극저온 온도까지의 냉각을 필요로 하며, 이것은 비용이 많이 든다. 극저온 온도는 주로 다른 여러 영향들 중 하나인 쇼클리 리드 홀(Shockley Reed Hall, SRH) 발생에 의한 p-n 접합 다이오드에서 발생되는 암전류(dark current)를 감소시키기 위해 사용된다.
좁은 밴드 갭 반도체에 근거한 광다이오드의 암전류(I dark 로 표시됨)를 일으키는 세 가지 주요 원인이 존재한다. 암전류 컴포넌트들의 변동은 디바이스 성능을 제한하는 노이즈에서의 주요 인자이다. 이러한 컴포넌트들에는,
(a) 공핍 영역에서의 쇼클리 리드 홀(SRH) 프로세스와 관련된 발생 전류, I srh ,
(b) 외인성 영역(extrinsic area)에서의 오거 프로세스(auger process) 혹은 방사성 프로세스(radiative process)와 관련된 확산 전류, I diff , 그리고
(c) 접합에서의 표면 상태와 관련된 표면 전류, I surf 가 있다. 표면 전류는 주로 디바이스에 대해 수행된 패시베이션 프로세스(passivation process)에 따라 다르다.
따라서, I dark 는 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112010069418799-pat00001
SRH 발생 프로세스는 중간 갭 트랩(mid-gap trap)들이 높게 활성화되는 광다이오드들의 공핍 영역에서 매우 효율적이다. 이것은 200K 이하의 온도에서 중간 파장 적외선에 대해 동작가능한 광다이오드들에서의 암전류의 중요한 요인이다. 이러한 요인과 관련된 전류는 다음과 같다.
Figure 112010069418799-pat00002
여기서,
Figure 112010069418799-pat00003
는 반도체의 진성 농도(intrinsic concentration)이고,
Figure 112010069418799-pat00004
는 공핍층의 폭(전형적으로 1㎛의 범위에 있음), 그리고
Figure 112010069418799-pat00005
는 외인성 영역에서의 소수 캐리어들의 SRH 수명이다. 소수 캐리어들의 SRH 수명은 물질의 품질, 즉, 트랩 농도(trap concentration)에 따라 다르고, 그리고 전형적으로 저밀도(~ 1016 cm-3)로 도핑된 물질에서 ~ 1
Figure 112010069418799-pat00006
의 범위에 있다.
Figure 112010069418799-pat00007
에 대한 SRH의 의존성은 활성화 에너지
Figure 112010069418799-pat00008
를 만들어 내는데, 왜냐하면 이러한 발생 프로세스의 소스는 중간 갭 트립들을 통해 존재하기 때문이다. 광다이오드들에서의 암전류의 2차 원인은 중성 영역에서의 열 발생 및 접합의 다른 쪽으로의 확산이다. 이러한 열 발생 전류는 이 영역에서의 오거 프로세스 혹은 방사성 프로세스에 따라 다르고, 이것은 다음과 같이 표현된다.
Figure 112010069418799-pat00009
여기서,
Figure 112010069418799-pat00010
는 수명이고, 그리고 Nd로 표시되는
Figure 112010069418799-pat00011
의 도핑 농도를 나타내는 n-타입 물질에서,
Figure 112010069418799-pat00012
의 범위에 있으며, 단지 온도에 따라 약간 다르다. L은 디바이스의 중성 영역의 폭 또는 소수 캐리어들의 확산 길이이고(둘 중 더 작은 것), 그리고 pn은 평형상태에 있는 활성 n 타입 반도체에서의 홀 농도이고, 그리고 이것은
Figure 112010069418799-pat00013
와 같다. 확산 전류의 활성화 에너지는
Figure 112010069418799-pat00014
인데, 왜냐하면 이러한 프로세스는 밴드 대 밴드 여기(band to band excitation)를 포함하기 때문이다.
추가적으로, p-n 접합 다이오드들, 특히 열적 이미지화를 위해 제작되는 p-n 접합 다이오드들은 p 층과 n 층 사이의 금속 접합(metallurgic junction)에서의 패시베이션 층을 필요로 한다. 불행하게도, 이러한 것은 달성하기에 종종 어렵고 생산 비용을 크게 증가시킨다.
따라서, 감소된 암노이즈(dark noise)를 갖는 광검출기에 대한 필요성이 오랫동안 있어왔다. 바람직하게는 광검출기는 중간 파장 적외선 밴드에 민감하고, 그리고 생산시 값비싼 패시베이션을 요구하지 않는다. 더 바람직하게는 광검출기는 77K보다 훨씬 더 높은 온도에서 동작가능하다.
따라서, 본 발명의 주목적은 종래 기술의 광검출기의 단점을 극복하는 것이고, 특히 중파장 적외선 검출기에서의 단점을 극복하는 것이다. 이것은 광 흡수 층을 포함하는 타겟 웨이브밴드에 민감한 광검출기에 의해 본 발명에서 제공되는데, 광 흡수 층(photo absorbing layer)은 바람직하게는 광학 흡수 길이(optical absorption length)와 비슷한 두께를 나타낸다. 예시적 실시예에서, 광 흡수 층은 광학 흡수 길이의 한배와 두배 사이의 두께로 증착된다. 콘택 층(contact layer)이 또한 제공되고, 그리고 장벽 층이 광 흡수 층과 콘택 층 사이에 삽입된다. 장벽 층은, 광 흡수 층으로부터 콘택 층으로의 다수 캐리어들의 터널링을 방지하기에 충분한 두께를 보여주고, 그리고 광 흡수 층으로부터 콘택 층으로의 열화된 다수 캐리어(thermalized majority carrier)들의 흐름을 차단하기에 충분한 밴드 갭 장벽을 보여준다. 장벽 층은 소수 캐리어들을 크게 차단하지 않는다.
본 발명의 원리에 따른 적외선 검출기는 n-도핑 광 흡수 층 또는 p-도핑 광 흡수 층 중 어느 하나를 사용하여 생산될 수 있고, 여기서 장벽 층은 소수 캐리어들에 대해 어떠한 오프셋도 가지지 않도록 설계되고, 아울러 다수 캐리어들에 대해 밴드 갭 장벽을 가지도록 설계된다. 따라서, 거의 전적으로 검출기에서의 전류는 소수 캐리어들에 의한 것이다. 특히, n-도핑 광 흡수 층의 경우, 장벽 층과 흡수 층 사이의 접합에서는, 실질적으로 제로(zero)인 원자가 밴드 오프셋이 존재하는바 즉, 밴드 갭 차이는 거의 전적으로 전도 밴드 갭 오프셋에서 나타난다. p-도핑 광 흡수 층의 경우, 장벽 층과 흡수 층 사이의 접합에서는, 실질적으로 제로(zero)인 전도 밴드 오프셋이 존재하는바 즉, 밴드 갭 차이는 거의 전적으로 원자가 밴드 오프셋에서 나타난다.
유리하게는, 본 발명의 광검출기는 공핍 층을 보여주지 않으며, 따라서 암전류가 크게 감소된다. 더욱이, 예시적 실시예에서, 패시베이션이 요구되지 않는데, 왜냐하면 장벽층이 또한 패시베이션을 달성하도록 동작하기 때문이다.
본 발명은 광검출기를 제공하며, 상기 광검출기는, 원자가 밴드 에너지 레벨(valence band energy level) 및 전도 밴드 에너지 레벨(conducting band energy level)을 나타내는 n-도핑 반도체를 포함하는 광 흡수 층과; 장벽 층과, 여기서 상기 장벽 층의 제 1 면은 상기 광 흡수 층의 제 1 면과 인접하고, 상기 장벽 층은, 상기 광 흡수 층의 상기 원자가 밴드 에너지 레벨과 실질적으로 동일한 원자가 밴드 에너지 레벨 및 상기 광 흡수 층의 전도 밴드와 비교하여 큰 밴드 갭을 나타내는 전도 밴드 에너지 레벨을 나타내며; 그리고 도핑된 반도체를 포함하는 콘택 영역을 포함하고, 상기 콘택 영역은 상기 제 1 면 반대쪽에 있는 상기 장벽 층의 제 2 면과 인접하고, 상기 장벽 층은 소정 두께를 가지며, 상기 두께 및 상기 밴드 갭은 상기 광 흡수 층으로부터 상기 콘택 영역으로의 다수 캐리어들의 터널링을 방지하고 아울러 상기 광 흡수 층으로부터 상기 콘택 영역으로의 열화된 다수 캐리어들의 흐름을 차단하기에 충분하다.
일 실시예에서, 상기 장벽 층은 도핑되지 않은 반도체를 포함한다. 다른 실시예에서, 상기 콘택 영역은 n-도핑된다. 또 다른 실시예에서, 상기 콘택 영역은 상기 광 흡수 층의 상기 n-도핑 반도체의 상기 원자가 밴드 에너지 레벨과 실질적으로 동일한 원자가 밴드 에너지 레벨을 나타낸다.
일 실시예에서, 상기 콘택 영역은 p-도핑된다. 또 다른 실시예에서, 상기 콘택 영역은, 상기 광 흡수 층의 상기 n-도핑 반도체의 상기 원자가 밴드 에너지 레벨보다 큰 원자가 밴드 에너지 레벨을 나타낸다. 또 다른 실시예에서, 상기 장벽 층은 도핑되지 않은 반도체를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 광 흡수 층은 3 마이크론(micron)에서 5 마이크론의 파장을 나타내는 광 에너지의 존재하에서 소수 캐리어들을 발생시키도록 동작가능하다. 또 다른 실시예에서, 상기 광검출기는 상기 광 흡수 층의 제 2 면과 인접한 제 1 면을 가지는 기판을 더 포함하며, 상기 광 흡수 층의 상기 제 2 면은 상기 광 흡수 층의 상기 제 1 면 반대쪽에 있고, 상기 기판은 금속 층과 접촉하고 있는 제 2 면을 갖는다. 바람직하게는, 상기 광검출기는 상기 콘택 층과 접촉하고 있는 추가적인 금속 층을 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 장벽 층은 AlSb, AlAsSb, GaAlAsSb, AlPSb, AlGaPSb 및 HgZnTe 중 하나를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 상기 광 흡수 층은 n-도핑 InAs, n-도핑 InAsSb, n-도핑 InGaAs, n-도핑 타입 Ⅱ 규칙 격자(super lattice) InAs/InGaSb 및 n-도핑 HgCdTe 중 하나로 구성된다. 또 다른 실시예에서, 상기 콘택 영역은 InAs, InGaAs, InAsSb, 타입 Ⅱ 규칙 격자 InAs/InGaSb, HgCdTe 및 GaSb 중 하나로 구성된다. 또 다른 실시예에서, 상기 콘택 영역 및 상기 광 흡수 층은 실질적으로 동일한 성분들을 나타낸다.
일 실시예에서, 상기 광 흡수 층 및 상기 콘택 영역은 n-도핑 HgCdTe로 구성되고, 그리고 상기 장벽 층은 HgZnTe로 구성되며, 그리고 또 다른 실시예에서, 상기 광 흡수 층 및 상기 콘택 영역은 n-도핑 타입 Ⅱ 규칙 격자 InAs/InGaSb로 구성되고, 상기 장벽 층은 n-도핑 AlGaAsSb로 구성된다. 또 다른 실시예에서, 상기 광 흡수 층은 n-도핑 InAsSb로 구성되고, 상기 장벽 층은 AlGaAsSb로 구성되며, 그리고 상기 콘택 층은 p-도핑 GaSb로 구성된다. 일 실시예에서, 상기 광 흡수 층은 광학 흡수 길이와 비슷한 두께를 나타낸다.
독립적으로 본 발명은 광검출기를 제공하며, 상기 광검출기는, 전도 밴드 에너지 레벨 및 원자가 밴드 에너지 레벨을 나타내는 p-도핑 반도체를 포함하는 광 흡수 층과; 장벽 층과, 여기서 상기 장벽 층의 제 1 면은 상기 광 흡수 층의 제 1 면과 인접하고, 상기 장벽 층은, 상기 광 흡수 층의 상기 전도 밴드 에너지 레벨과 실질적으로 동일한 전도 밴드 에너지 레벨 및 상기 광 흡수 층의 원자가 밴드와 비교하여 큰 밴드 갭을 나타내는 원자가 밴드 에너지 레벨을 나타내며; 그리고 도핑된 반도체를 포함하는 콘택 영역을 포함하여 구성되며, 상기 콘택 영역은 상기 제 1 면 반대쪽에 있는 상기 장벽 층의 제 2 면과 인접하고, 상기 장벽 층은 두께를 나타내며, 상기 두께 및 상기 밴드 갭은 상기 광 흡수 층으로부터 상기 콘택 영역으로의 다수 캐리어들의 터널링을 방지하고 아울러 상기 광 흡수 층으로부터 상기 콘택 영역으로의 열화된 다수 캐리어들의 흐름을 차단하기에 충분하다.
일 실시예에서, 상기 장벽 층은 도핑되지 않은 반도체를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 상기 콘택 영역은 p-도핑된다. 또 다른 실시예에서, 상기 콘택 영역은 상기 광 흡수 층의 상기 p-도핑 반도체의 상기 전도 밴드 에너지 레벨과 실질적으로 동일한 전도 밴드 에너지 레벨을 나타낸다.
일 실시예에서, 상기 콘택 영역은 n-도핑된다. 또 다른 실시예에서, 상기 콘택 영역은, 상기 광 흡수 층의 상기 p-도핑 반도체의 상기 전도 밴드 에너지 레벨보다 작은 전도 밴드 에너지 레벨을 나타낸다. 또 다른 실시예에서, 상기 장벽 층은 도핑되지 않은 반도체를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 광 흡수 층은 3 마이크론에서 5 마이크론의 파장을 나타내는 광 에너지의 존재하에서 소수 캐리어들을 발생시키도록 동작가능하다. 또 다른 실시예에서, 상기 광검출기는 상기 광 흡수 층의 제 2 면과 인접한 제 1 면을 나타내는 기판을 더 포함하고, 상기 광 흡수 층의 상기 제 2 면은 상기 광 흡수 층의 상기 제 1 면 반대쪽에 있고, 상기 기판은 금속 층과 접촉하고 있는 제 2 면을 나타낸다. 또 다른 실시예에서, 상기 광검출기는 상기 콘택 층과 접촉하고 있는 금속 층을 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 장벽 층은 AlSb, AlAsSb, GaAlAsSb, AlPSb, AlGaPSb, InAlAs, InAlAsSb, 및 HgZnTe 중 하나를 포함한다. 또 다른 일 실시예에서, 상기 광 흡수 층은 p-도핑 InAs, p-도핑 InAsSb, p-도핑 InGaAs, p-도핑 타입 Ⅱ 규칙 격자 InAs/InGaSb 및 p-도핑 HgCdTe 중 하나로 구성된다. 또 다른 일 실시예에서, 상기 콘택 영역은 InAs, InGaAs, InAsSb, 타입 Ⅱ 규칙 격자 InAs/InGaSb, HgCdTe 및 GaSb 중 하나로 구성된다. 또 다른 일 실시예에서, 상기 콘택 영역 및 상기 광 흡수 층은 실질적으로 동일한 성분들을 나타낸다.
본 발명은 독립적으로 광검출기를 생산하는 방법을 제공하며, 상기 방법은, 기판을 제공하는 단계와; 상기 기판 상에, 비전도 다수 캐리어들과 관련된 에너지 레벨을 나타내는 도핑된 반도체를 포함하는 광 흡수 층을 증착하는 단계와; 상기 증착된 광 흡수 층 상에, 소정 두께를 나타내는 장벽 층을 증착하는 단계와, 여기서 상기 광 흡수 층의 소수 캐리어들과 관련된 에너지 레벨은 상기 광 흡수 층의 상기 에너지 레벨 및 상기 광 흡수 층의 다수 캐리어들과 관련된 밴드 갭과 실질적으로 동일하고; 그리고 상기 증착된 장벽 층 상에, 도핑된 반도체를 포함하는 콘택 층을 증착하는 단계를 포함하여 구성되며, 상기 장벽 층의 상기 두께 및 상기 밴드 갭은, 상기 광 흡수 층으로부터 상기 콘택 층으로의 다수 캐리어들의 터널링을 방지하고 아울러 상기 광 흡수 층으로부터 상기 콘택 층으로의 열화된 다수 캐리어들의 흐름을 차단하기에 충분하다.
일 실시예에서, 상기 방법은 복수의 콘택 영역들을 정의하기 위해 상기 증착된 콘택 층을 선택적으로 에칭하는 단계를 더 포함한다. 또 다른 실시예에서, 상기 광 흡수 층을 증착하는 단계, 상기 장벽 층을 증착하는 단계, 및 상기 콘택 층을 증착하는 단계 중 적어도 하나는, 분자 빔 에피택시(molecular beam epitaxy), 금속 유기 화학 기상 증착(metal organic chemical vapor deposition), 금속 유기 상 에피택시(metal organic phase epitaxy) 및 액상 에피택시(liquid phase epitaxy) 중 하나를 통해 수행된다.
본 발명의 추가적인 특징 및 장점은 다음의 도면 및 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
본 발명에 대한 이해를 도와주고 그리고 본 발명이 어떻게 실행될 수 있는지를 보여주기 위해서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명이 단지 예시적 목적으로 설명될 것인바, 도면에서 유사한 참조번호는 대응하는 요소 또는 섹션을 나타낸다.
이제 도면에 대한 특정 설명을 참조하면, 강조하고 싶은 것은, 도시된 특정사항들은 예시적인 것이고, 그리고 단지 본 발명의 바람직한 실시예의 예시적인 설명을 위한 것이며, 그리고 본 발명의 원리 및 개념적 사항이 가장 유용하고 쉽게 이해될 수 있도록 하는 설명을 제공하기 위한 것이라는 것이다. 이러한 점에서, 본 발명의 기본적 이해를 위해 필요한 것보다 더 상세히 본 발명의 구조적 세부사항을 보여주기 위한 그 어떠한 시도도 없으며, 도면과 함께 설명된 사항들을 통해 본 발명의 기술분야에서 숙련된 자들은 본 발명의 몇몇 형태들이 어떻게 실제로 구현될 수 있는지를 명백하게 알 수 있다.
도 1A는 본 발명의 원리의 실시예에 따른 단일 광검출기의 여러 층들의 하이 레벨 개략도를 나타낸다.
도 1B는 본 발명의 원리의 실시예에 따른 복수 픽셀 광검출기의 측면도를 나타낸다.
도 1C는 본 발명의 원리의 실시예에 따른 도 1B의 복수 픽셀 광검출기의 상부 레벨 도면을 나타낸다.
도 2A는 광 흡수 층이 n-도핑되고 콘택 층이 n-도핑된 본 발명의 원리에 따른 도 1의 구조의 실시예의 에너지 밴드 레벨을 나타낸다.
도 2B는 광 흡수 층이 p-도핑되고 콘택 층이 p-도핑된 본 발명의 원리에 따른 도 1의 구조의 실시예의 에너지 밴드 레벨을 나타낸다.
도 3A는 광 흡수 층이 n-도핑되고 콘택 층이 p-도핑된 본 발명의 원리에 따른 도 1의 구조의 실시예의 에너지 밴드 레벨을 나타낸다.
도 3B는 광 흡수 층이 p-도핑되고 콘택 층이 n-도핑된 본 발명의 원리에 따른 도 1의 구조의 실시예의 에너지 밴드 레벨을 나타낸다.
도 4는 도 1B 및 도 1C의 복수 픽셀 광검출기의 제조 프로세스의 하이 레벨 순서도를 나타낸다.
본 발명의 실시예는 광 흡수 층을 포함하는 타겟 웨이브밴드에 민감한 광검출기를 가능하게 할 수 있고, 바람직하게는 광 흡수 층은 타겟 웨이브밴드의 광학 흡수 길이와 비슷한 두께를 나타낸다. 예시적 실시예에서, 광 흡수 층은 광 흡수 길이의 한배와 두배 사이의 두께로 증착된다. 콘택 층이 또한 제공되고, 그리고 장벽 층이 광 흡수 층과 콘택 층 사이에 삽입된다. 장벽 층은, 광 흡수 층으로부터 콘택 층으로의 다수 캐리어들의 터널링을 방지하기에 충분한 두께를 나타내고, 그리고 광 흡수 층으로부터 콘택 층으로의 열화된 다수 캐리어들의 흐름을 차단하기에 충분한 밴드 갭 장벽을 나타낸다. 장벽 층은 소수 캐리어들을 크게 차단하지 않는다.
본 발명의 원리에 따른 적외선 검출기는 n-도핑 광 흡수 층 또는 p-도핑 광 흡수 층 중 어느 하나를 사용하여 생산될 수 있고, 여기서 장벽 층은 소수 캐리어들에 대해 실질적으로 어떠한 오프셋도 가지지 않도록 설계되고, 아울러 다수 캐리어들에 대해 밴드 갭 장벽을 가지도록 설계된다. 따라서, 거의 전적으로 검출기에서의 전류는 소수 캐리어들에 의한 것이다. 특히, n-도핑 광 흡수 층의 경우, 장벽 층과 흡수 층 사이의 접합에서는, 실질적으로 제로(zero)인 원자가 밴드 오프셋이 존재하는바, 즉, 밴드 갭 차이는 거의 전적으로 전도 밴드 오프셋에서 나타난다. p-도핑 광 흡수 층의 경우, 장벽 층과 흡수 층 사이의 접합에서는, 실질적으로 제로인 전도 밴드 오프셋이 존재하는바, 즉, 밴드 갭 차이는 거의 전적으로 원자가 밴드 오프셋에서 나타난다.
유리하게는 본 발명의 광검출기는 공핍 층을 보여주지 않으며, 따라서 암전류가 크게 감소된다. 더욱이, 예시적 실시예에서, 패시베이션이 필요하지 않는데, 왜냐하면, 장벽 층이 또한 패시베이션을 달성하도록 동작하기 때문이다.
본 발명의 적어도 일 실시예를 상세히 설명하기 전에, 이해할 것으로, 본 발명이, 그 애플리케이션에 있어서 세부 구성에만 한정되는 것이 아니며 그리고 다음의 상세한 설명에서 설명되거나 또는 도면에 예시된 컴포넌트의 구성에만 한정되는 것도 아니다. 본 발명은 다른 실시예들에서 응용가능하고, 또는 다양한 방법으로 실시될 수 있거나 수행될 수 있다. 또한, 이해할 것으로, 본 명세서에서 사용된 문구 및 용어는 설명을 위한 것이며 본 발명을 한정하는 것으로 고려되서는 안된다.
도 1A는 본 발명의 원리의 실시예에 따른 광검출기(10)의 여러 층들의 하이 레벨 개략도를 나타내며, 기판(20), 광 흡수 층(30), 장벽 층(40), 콘택 층(50), 금속 층(60), 및 금속 층(65)을 포함한다. 기판(20)은 증착을 위한 베이스(base)로서 제공되고, 그리고 전자 회로로의 접속을 위해 금속 층(60)의 한쪽 면 상에 증착된다. 일 실시예에서, 금속 층(60)은 금(gold)으로 구성된다. 광 흡수 층(30)이 제 1 면 반대쪽에 있는 기판(20)의 제 2 면 상에 증착된다. 광 흡수 층(30)은 목표 파장의 광자들에 응답하는 도핑된 반도체를 포함하고, 바람직하게는 광학 흡수 길이(optical absorption length)와 비슷한 두께로 증착된다. 일 실시예에서, 광 흡수 층(30)은 광학 흡수 길이의 한배와 두배 사이의 두께로 증착된다. 예시적 실시예에서, 광 흡수 층(30)은 n-도핑 InAs, n-도핑 InAsSb, n-도핑 InGaAs, n-도핑 타입 Ⅱ 규칙 격자 InAs/InGaSb, 및 n-도핑 HgCdTe 중 하나를 포함한다. 대안적 실시예에서, 흡수 층(30)은 p-도핑 InAs, p-도핑 InAsSb, p-도핑 InGaAs, p-도핑 타입 Ⅱ 규칙 격자 InAs/InGaSb, 및 p-도핑 HgCdTe 중 하나를 포함한다.
장벽 층(40)은 패시베이션을 요구함이 없이 광 흡수 층(30) 상에 직접 증착된다. 장벽 층(40)은 광 흡수 층(30)으로부터 콘택 층(50)으로의 다수 캐리어들의 터널링을 실질적으로 방지하기에 충분한 두께로 증착되고, 예시적 실시예에서, 50 - 100 nm의 두께로 증착된다. 장벽 층(40)은 광 흡수 층(30)으로부터의 다수 캐리어들에 대해 높은 밴드 갭 장벽을 나타내도록 아울러 소수 캐리어들에 대해 밴드 갭 장벽을 실질적으로 나타내지 않도록 선택된 물질을 포함한다. 따라서, 장벽 층(40)은, 광 흡수 층(30)으로부터 콘택 층(50)으로의 열화된 다수 캐리어들의 흐름 및 다수 캐리어들의 터널링을 차단하기에 충분하다. 따라서, n-타입 광 흡수 층(30)의 경우, 밴드 갭 차이는 전도 밴드에서 나타나는 반면에, 원자가 밴드에서는 실질적으로 어떠한 밴드 갭 오프셋도 나타나지 않는다. 일 실시예에서, 장벽 층(40)은 AlSb, AlAsSb, GaAlAsSb, AlPSb, AlGaPSb 및 HgZnTe 중 하나를 포함한다. 예시적 실시예에서, 광 흡수 층(30)은 n-도핑 InAs를 포함하고, 그리고 장벽 층(40)은 AlAsxSb1-x(여기서, x는 ~0.15)로 구성되고, 따라서 ~0 원자가 밴드 오프셋이 존재한다.
콘택 층(50)이 장벽 층(40) 상에 증착된다. 콘택 층(50)은 흡수 층(30)으로부터 확산된 소수 캐리어들을 흡수하도록 동작하고, 그리고 본질적으로 콘택 층이다. 예시적 실시예에서, 콘택 층(50)이 20 - 50 nm의 두께로 증착되고, 그리고 InAs, InAsSb, InGaAs, 타입 Ⅱ 규칙 격자 InAs/InGaSb, HgCdTe 및 GaSb 중 하나로 구성된다. 콘택 층(50)은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 n-도핑 혹은 p-도핑될 수 있다. 유리하게는, 콘택 층(50)은 광 흡수 층(30)과 동일한 물질로 구성될 수 있다. 콘택 층(50)은 검출기 영역을 정의하기 위해 바람직하게는 포토리소그래피에 의해 에칭된다. 유리하게는, 장벽 층(40) 또는 흡수 층(30)의 에칭은 필요하지 않다. 금속 층(65)이 콘택 층(50) 상에 증착되고, 그리고 예시적 실시예에서, 금으로 구성된다. 금속 층(60, 65)은 적절한 바이어스의 연결을 가능하게 하고, 그리고 광 흡수 층(30)으로부터 콘택 층(50)으로의 전류의 흐름을 검출하기 위한 연결을 가능하게 한다.
도 1B는 본 발명의 원리의 실시예에 따른 복수 픽셀 광검출기(100)의 측면도를 나타내며, 기판(20), 광 흡수 층(30), 장벽 층(40), 제 1 및 제 2 콘택 영역(110), 금속 층(60) 및 금속 층(65)을 포함한다. 기판(20)은 증착을 위한 베이스로서 제공되고, 그리고 전자 회로로의 접속을 위해 금속 층(60)의 한쪽 면 상에 증착된다. 예시적 실시예에서, 금속 층(60)은 금으로 구성된다. 광 흡수 층(30)은 제 1 면 반대쪽에 있는 기판(20)의 제 2 면 상에 증착된다. 광 흡수 층(30)은 오브젝트 파장의 광자들에 응답하는 도핑된 반도체를 포함하고, 바람직하게는 광학 흡수 길이와 비슷한 두께로 증착된다. 일 실시예에서, 광 흡수 층(30)은 광학 흡수 길이의 한배와 두배 사이의 두께로 증착된다. 일 실시예에서, 광 흡수 층(30)은 n-도핑 InAs, n-도핑 InAsSb, n-도핑 InGaAs, n-도핑 타입 Ⅱ 규칙 격자 InAs/InGaSb, 및 n-도핑 HgCdTe 중 하나를 포함한다. 대안적 실시예에서, 흡수 층(30)은 p-도핑 InAs, p-도핑 InAsSb, p-도핑 InGaAs, p-도핑 타입 Ⅱ 규칙 격자 InAs/InGaSb, 및 p-도핑 HgCdTe 중 하나를 포함한다.
장벽 층(40)은 패시베이션을 요구함이 없이 광 흡수 층(30) 상에 직접 증착된다. 장벽 층(40)은 광 흡수 층(30)으로부터 제 1 및 제 2 콘택 영역(110)으로의 다수 캐리어들의 터널링을 실질적으로 방지하기에 충분한 두께로 증착되고, 예시적 실시예에서, 50 - 100 nm의 두께로 증착된다. 장벽 층(40)은 광 흡수 층(30)으로부터의 다수 캐리어들에 대해 높은 밴드 갭 장벽을 나타내도록 아울러 소수 캐리어들에 대해서는 밴드 갭 장벽을 실질적으로 나타내지 않도록 선택된 물질을 포함한다. 따라서, 장벽 층(40)은, 광 흡수 층(30)으로부터 제 1 및 제 2 콘택 영역(110)으로의 열화된 다수 캐리어들의 흐름 및 다수 캐리어들의 터널링 양쪽 모두를 차단하기에 충분하다. 따라서, n-타입 광 흡수 층(30)의 경우, 밴드 갭 차이는 전도 밴드에서 나타나는 반면에, 원자가 밴드에서는 실질적으로 어떠한 밴드 갭 오프셋도 나타나지 않는다. 일 실시예에서, 장벽 층(40)은 AlSb, AlAsSb, GaAlAsSb, AlPSb, AlGaPSb 및 HgZnTe 중 하나를 포함한다. 예시적 실시예에서, 광 흡수 층(30)은 n-도핑 InAs를 포함하고, 그리고 장벽 층(40)은 AlAsxSb1-x(여기서, x는 ~0.15)로 구성되고, 따라서 ~0 원자가 밴드 오프셋이 존재한다.
도 1A에 관련하여 앞서 설명된 바와 같은 콘택 층(50)이 장벽 층(40) 상에 증착된다. 콘택 층(50)은, 이후에 더 설명되는 바와 같이, 제 1 및 제 2 콘택 영역(110)을 정의하기 위해 에칭되고, 흡수 층(30)으로부터 확산된 소수 캐리어들을 흡수하도록 동작하고, 그리고 본질적으로 콘택 층이다. 예시적 실시예에서, 콘택 층(50)이 20 - 50 nm의 두께로 증착되고, 그리고 InAs, InAsSb, InGaAs, 타입 Ⅱ 규칙 격자 InAs/InGaSb, HgCdTe 및 GaSb 중 하나로 구성된다. 콘택 층(50)은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 n-도핑 혹은 p-도핑될 수 있다. 유리하게는, 콘택 층(50)은 광 흡수 층(30)과 동일한 물질로 구성될 수 있다. 콘택 층(50)은 제 1 및 제 2 콘택 영역(110)을 정의하기 위해 바람직하게는 포토리소그래피에 의해 에칭된다. 유리하게는, 장벽 층(40) 또는 흡수 층(30)의 에칭은 필요하지 않다. 예시적 실시예에서, 장벽 층(40)을 에칭하지 않는 선택적 에천트가 사용된다. 금속 층(65)이 제 1 및 제 2 콘택 영역(110) 각각 상에 증착되고, 그리고 예시적 실시예에서, 금으로 구성된다. 따라서 단일 광 흡수 층 및 장벽 층이 사용되고, 콘택 층(50)의 각각의 비에칭 부분은 픽셀 혹은 개별 검출기를 정의한다.
두 개의 픽셀 혹은 검출기가 정의되는 실시예로 앞서 설명되었지만, 이것으로 본 발명을 한정하려는 것이 아니다. 앞서와 같은 광검출기들의 큰 어레이가 특히 본 발명에 포함된다.
도 1C는 본 발명의 원리에 따른 도 1B의 복수 픽셀 광검출기(100)의 상부 레벨도를 나타내고, 장벽 층(40), 제 1 및 제 2 콘택 영역(110) 및 제 1 및 제 2 콘택 영역(110) 각각 상에 정의된 금속 층(65)을 보여준다.
도 2A는 본 발명의 원리에 따른 도 1의 구조의 실시예의 에너지 밴드 레벨을 나타내고, 여기서 광 흡수 층은 n-도핑되고, 그리고 콘택 층은 n-도핑되며, 그래프의 x-축은 도 1의 구조를 따르는 위치를 표시하고, y-축은 예시적으로 에너지 레벨을 표시한다. 세 개의 에너지 밴드 레벨, 즉, 원자가 밴드 에너지 레벨인 Ev, 페르미 에너지 밴드 레벨인 Ef, 및 전도 밴드 에너지 레벨인 Ec 가 도시되어 있다. 영역(100)은 광 흡수 층(30)에서의 에너지 밴드 레벨들을 나타내고, 영역(110)은 장벽 층(40)에서의 에너지 밴드 레벨들을 나타내고, 그리고 영역(120)은 콘택 층(50)에서의 에너지 밴드 레벨들을 나타낸다.
원자가 밴드 에너지 레벨은 영역(100, 110, 및 120) 전체를 통해 실질적으로 일정하고, 따라서 소수 캐리어들의 광 흡수 영역(100)으로부터 콘택 영역(120)으로의 흐름이 차단되지 않는다. 유의할 것으로, 에너지 레벨로 인해 소수 캐리어들이 콘택 영역(120)에 포획된다. 영역(110)에 의해 나타내지는 장벽 층(40)은 다수 캐리어들의 터널링이 무시될 정도로 충분히 두껍다. 예시적 실시예에서, 장벽 층(40)은 50 - 100 nm의 두께로 증착되고, 그리고 영역(110)의 밴드 갭 장벽은 다수 캐리어들의 열적 여기(thermal excitation)가 무시될 정도로 충분히 높다. 영역(120)은 영역(100)의 에너지 밴드 레벨과 동등한 에너지 밴드 레벨을 보여주지만, 반드시 이러한 것에만 한정되는 것을 의미하는 것은 아니다. 일 실시예에서, 콘택 층 영역(120)에서의 Ef는 광 흡수 영역(100)에서의 그 값들보다 약간 더 높고, 그 증가는 증가된 도핑 농도로 인한 것이다. 유의할 것으로, 어떠한 공핍 층도 존재하지 않으며, 따라서 어떠한 SRH 전류도 흐르지 않는다. 광전류는 광 흡수 영역(100)으로부터 콘택 영역(120)으로 확산하는 광학적으로 발생된 소수 캐리어들의 결과이다.
도 2B는 본 발명의 원리에 따른 도 1의 구조의 실시예의 에너지 밴드 레벨을 나타낸 것이고, 여기서 광 흡수 층은 p-도핑되고, 그리고 콘택 층은 p-도핑되며, 그래프의 x-축은 도 1의 구조를 따르는 위치를 표시하고, y-축은 예시적으로 에너지 레벨을 표시한다. 세 개의 에너지 밴드 레벨 즉, 원자가 밴드 에너지 레벨인 Ev, 페르미 에너지 밴드 레벨인 Ef 및 전도 밴드 에너지 레벨인 Ec 가 도시되어 있다. 영역(150)은 광 흡수 층(30)에서의 에너지 밴드 레벨들을 나타내고, 영역(160)은 장벽 층(40)에서의 에너지 밴드 레벨을 나타내고, 그리고 영역(170)은 콘택 층(50)에서의 에너지 밴드 레벨을 나타낸다.
전도 밴드 에너지 레벨은 영역(150, 160, 및 170) 전체를 통해 실질적으로 일정하고, 따라서 소수 캐리어들의 광 흡수 영역(150)으로부터 콘택 영역(170)으로의 흐름이 차단되지 않는다. 유의할 것으로, 에너지 레벨로 인해 소수 캐리어들이 콘택 영역(170)에 포획된다. 영역(160)에 의해 나타내지는 장벽 층(40)은 다수 캐리어들의 터널링이 무시될 정도로 충분히 두껍다. 예시적 실시예에서, 장벽 층(40)은 50 - 100 nm의 두께로 증착되고, 그리고 영역(160)의 밴드 갭 장벽은 다수 캐리어들의 열적 여기가 무시될 정도로 충분히 높다. 영역(170)은 영역(150)의 에너지 밴드 레벨과 동등한 에너지 밴드 레벨을 보여주지만, 반드시 이러한 것에만 한정되는 것을 의미하는 것은 아니다. 일 실시예에서, 콘택 층 영역(170)에서의 Ef는 광 흡수 영역(150)에서의 그 값들보다 약간 더 높고, 그 증가는 증가된 도핑 농도로 인한 것이다. 유의할 것으로, 어떠한 공핍 층도 존재하지 않으며, 따라서 어떠한 SRH 전류도 존재하지 않는다. 광전류는 광 흡수 영역(150)으로부터 콘택 영역(170)으로 확산하는 광학적으로 발생된 소수 캐리어들의 결과이다.
도 3A는 본 발명의 원리에 따른 도 1의 구조의 실시예의 에너지 밴드 레벨을 나타내는 것이고, 여기서 광 흡수 층은 n-도핑되고, 그리고 콘택 층은 p-도핑되며, 그래프의 x-축은 도 1의 구조를 따르는 위치를 표시하고, y-축은 예시적으로 에너지 레벨을 표시한다. 세 개의 에너지 밴드 레벨, 즉, 원자가 밴드 에너지 레벨인 Ev, 페르미 에너지 밴드 레벨인 Ef 및 전도 밴드 에너지 레벨인 Ec 가 도시되어 있다. 영역(200)은 광 흡수 층(30)에서의 에너지 밴드 레벨들을 나타내고, 영역(210)은 장벽 층(40)에서의 에너지 밴드 레벨들을 나타내고, 그리고 영역(220)은 콘택 층(50)에서의 에너지 밴드 레벨들을 나타낸다.
원자가 밴드 에너지 레벨은 영역(200 및 210) 전체를 통해 실질적으로 일정하고 영역(220)에서 더 높으며, 따라서 소수 캐리어들의 광 흡수 영역(200)으로부터 콘택 영역(220)으로의 흐름이 차단되지 않는다. 유의할 것으로, 에너지 레벨로 인해 소수 캐리어들이 콘택 영역(220)에 포획된다. 영역(210)에 의해 나타내지는 장벽 층(40)은 다수 캐리어들의 터널링이 무시될 정도로 충분히 두껍다. 예시적 실시예에서, 장벽 층(40)은 50 - 100 nm의 두께로 증착되고, 그리고 영역(210)의 밴드 갭 장벽은 다수 캐리어들의 열적 여기가 무시될 정도로 충분히 높다. 유의할 것으로, 어떠한 공핍 층도 존재하지 않으며, 따라서 어떠한 SRH 전류도 존재하지 않는다. 광전류는 광 흡수 영역(200)으로부터 콘택 영역(220)으로 확산하는 광학적으로 발생된 소수 캐리어들의 결과이다.
도 3B는 본 발명의 원리에 따른 도 1의 구조의 실시예의 에너지 밴드 레벨을 나타낸 것이고, 여기서 광 흡수 층은 p-도핑되고, 그리고 콘택 층은 n-도핑되며, 그래프의 x-축은 도 1의 구조를 따르는 위치를 표시하고, y-축은 예시적으로 에너지 레벨을 표시한다. 세 개의 에너지 밴드 레벨, 즉, 원자가 밴드 에너지 레벨인 Ev, 페르미 에너지 밴드 레벨인 Ef 및 전도 밴드 에너지 레벨인 Ec 가 도시되어 있다. 영역(250)은 광 흡수 층(30)에서의 에너지 밴드 레벨들을 나타내고, 영역(260)은 장벽 층(40)에서의 에너지 밴드 레벨들을 나타내고, 그리고 영역(270)은 콘택 층(50)에서의 에너지 밴드 레벨들을 나타낸다.
전도 밴드 에너지 레벨은 영역(250 및 260) 전체를 통해 실질적으로 일정하고 영역(270)에서 더 낮으며, 따라서 소수 캐리어들의 광 흡수 영역(250)으로부터 콘택 영역(270)으로의 흐름이 차단되지 않는다. 유의할 것으로, 에너지 레벨로 인해 소수 캐리어들이 콘택 영역(270)에 포획된다. 영역(260)에 의해 나타내지는 장벽 층(40)은 다수 캐리어들의 터널링이 무시될 정도로 충분히 두껍다. 예시적 실시예에서, 장벽 층(40)은 50 - 100 nm의 두께로 증착되고, 그리고 영역(260)의 밴드 갭 장벽은 다수 캐리어들의 열적 여기가 무시될 정도로 충분히 높다. 유의할 것으로, 어떠한 공핍 층도 존재하지 않으며, 따라서 어떠한 SRH 전류도 존재하지 않는다. 광전류는 광 흡수 영역(250)으로부터 콘택 영역(270)으로 확산하는 광학적으로 발생된 소수 캐리어들의 결과이다.
도 4는 도 1의 광검출기의 제조 프로세스를 나타낸 하이 레벨 흐름도이다. 단계(1000)에서, 기판 물질이 증착을 위한 지지부로서 제공된다. 단계(1010)에서, 광 흡수 층이 기판 상에 증착된다. 바람직하게는 광 흡수 층은 광학 흡수 길이와 비슷한 두께로 증착되고, 일 실시예에서, 광학 흡수 길이의 한배와 두배 사이의 두께로 증착된다.
단계(1020)에서, 단계(1010)에서 증착된 광 흡수 층으로부터의 열화된 다수 캐리어들의 흐름이 무시가능하고 아울러 소수 캐리어들의 흐름이 방해되지 않도록 하는 장벽 물질이 선택된다. 단계(1030)에서, 단계(1020)에서 선택된 장벽 물질은 상기 장벽 물질을 통한 다수 캐리어들의 터널링을 방지하기에 충분한 두께로 증착된다. 예시적 실시예에서, 그 두께는 50nm와 100nm 사이에 있다. 바람직하게는, 장벽 물질이, 단계(1010)에서 증착된 광 흡수 층 상에 바로 증착된다.
단계(1040)에서, 콘택 층이, 바람직하게는 단계(1030)에서 증착된 장벽 물질 상에 바로 증착된다. 단계(1050)에서, 요구된 콘택 영역이 정의된다. 바람직하게는, 콘택 영역들은, 포토리소그래피 및 장벽 층의 상부 상에서 정지되는 선택적 에 천트에 의해 정의된다. 대안적으로, 에천트는 콘택 층(50)의 노출된 부분들이 제거되자 마자 멈추도록 제어될 수 있다. 따라서, 에칭의 깊이는 콘택 층(50)의 두께와 동일하다. 유리하게는, 예시적 실시예에서, 다른 어떠한 층도 에칭되지 않는다.
단계(1060)에서, 금속 층이, 단계(1050)에서 정의된 콘택 영역 상에 전기적 연결이 가능하도록 증착된다. 바람직하게는, 금속 층은 단계(1050)에서 정의된 콘택 영역들 상에 바로 증착된다. 단계(1070)에서, 금속 층은 단계(1000)에서 제공된 기판(20) 상에 전기적 연결이 가능하도록 증착된다.
단계(1010)의 광 흡수 층의 증착, 단계(1030)의 장벽 층의 증착, 및 단계(1040)의 콘택 층의 증착은, 분자 빔 에피택시, 금속 유기 화학 기상 증착, 금속 유기 상 에피택시 또는 액상 에피택시 중 하나를 포함하지만 반드시 이것에만 한정되지는 않은 본 발명의 기술분야에서 숙련된 자들에게 알려진 수단을 통해 달성될 수 있다.
따라서, 본 실시예들은 광 흡수 층을 포함하는 타겟 웨이브밴드에 민감한 광검출기를 가능하게 하며, 광 흡수 층은 바람직하게는 광학 흡수 길이와 비슷한 두께를 나타낸다. 예시적 실시예에서, 광 흡수 층은 광학 흡수 길이의 한배와 두배 사이의 두께로 증착된다. 콘택 층이 또한 제공되고, 그리고 장벽 층이 광 흡수 층과 콘택 층 사이에 삽입된다. 장벽 층은, 광 흡수 층으로부터 콘택 층으로의 다수 캐리어들의 터널링을 방지하기에 충분한 두께를 보여주고, 그리고 광 흡수 층으로부터 콘택 층으로의 열화된 다수 캐리어들의 흐름을 차단하기에 충분한 밴드 갭 장벽을 보여준다. 장벽 층은 소수 캐리어들을 차단하지 않는다.
본 발명의 원리에 따른 적외선 검출기는 n-도핑 광 흡수 층 또는 p-도핑 광 흡수 층 중 어느 하나를 사용하여 생산될 수 있고, 여기서 장벽 층은 소수 캐리어들에 대해 어떠한 오프셋도 가지지 않도록 설계되고, 아울러 다수 캐리어들에 대해 밴드 갭 장벽을 가지도록 설계된다. 따라서, 거의 전적으로 검출기에서의 전류는 소수 캐리어들에 의한 것이다. 특히, n-도핑 광 흡수 층의 경우, 장벽 층과 흡수 층 사이의 접합에서는, 실질적으로 제로(zero)인 원자가 밴드 오프셋이 존재하는바, 즉, 밴드 갭 차이는 거의 전적으로 전도 밴드 오프셋에서 나타난다. p-도핑 광 흡수 층의 경우, 장벽 층과 흡수 층 사이의 접합에서는, 실질적으로 제로(zero)인 전도 밴드 오프셋이 존재하는바, 즉, 밴드 갭 차이는 거의 전적으로 원자가 밴드 오프셋에서 나타난다.
유리하게는, 본 발명의 광검출기는 공핍 층을 보여주지 않으며, 따라서 암전류가 크게 감소된다. 더욱이, 예시적 실시예에서, 패시베이션이 필요하지 않는데, 왜냐하면 장벽 층이 또한 패시베이션을 달성하도록 동작하기 때문이다.
이해할 것으로, 명확한 설명을 위해 개별적 실시예로 설명된 본 발명의 어떤 특징들은 또한 단일 실시예에서 결합되어 제공될 수도 있다. 이와는 반대로, 간결한 설명을 위해 단일 실시예로 설명된 본 발명의 다양한 특징들은 또한 개별적으로 제공될 수 있거나, 혹은 임의의 적당한 서브결합으로 제공될 수도 있다.
특별히 다르게 정의되지 않는다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술 및 과학기술 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술을 가진자에 의해 공통적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서에서 설명되는 것들과 유사하거나 등가적인 방법들이 실제로 사용될 수 있고, 또는 본 발명의 테스트에서 사용될수 있지만, 바람직한 방법이 본 명세서에서 설명되었다.
본 명세서에서 언급된 모든 공개문헌, 특허 출원, 특허, 및 다른 참조문헌은 그 전체가 참조로 본 명세서에 통합된다. 추가로, 앞서의 물질, 방법, 및 예들은 단지 예시적인 것이고, 본 발명을 한정할 의미로 사용되지 않았다.
본 발명의 기술분야에서 숙련된 자들이 알 수 있는 바와 같이, 본 발명이 앞서 본 명세서에서 설명되고 보여졌던 것들에만 한정되는 것은 아니다. 오히려, 본 발명의 범위는 첨부되는 특허청구범위에 의해 정의되고, 그리고 앞서 본 명세서에서 설명된 다양한 특징들의 조합 및 서브조합 양쪽 모두를 포함하며, 또한 앞서의 상세한 설명을 숙독함으로써 본 발명의 기술분야에서 숙련된 기술을 가지는 자들에게 명백한 변형 및 수정을 포함한다.
20 : 기판 30 : 광 흡수층
40 : 장벽층 50 : 콘택층
60, 65 : 금속층

Claims (8)

  1. 감소된 암전류를 갖는 광 검출기로서,
    상기 광 검출기의 동작 동안에 원자가 밴드 에너지(valence band energy) 및 전도 밴드 에너지(conducting band energy)를 나타내는 도핑된 반도체를 포함하는 광 흡수층;
    도핑되지 않은 반도체를 포함하는 장벽층 -상기 장벽층은 밴드 에너지 갭 및 관련 원자가 밴드 에너지와 전도 밴드 에너지를 가지며, 상기 장벽층의 제 1 면은 상기 광 흡수층의 제 1 면과 인접하고-; 그리고
    상기 광 검출기의 동작 동안에 원자가 밴드 에너지 및 전도 밴드 에너지를 나타내는 도핑된 반도체를 포함하는 콘택층 -상기 콘택층은 상기 장벽층의 상기 제 1 면 반대쪽에 있는 상기 장벽층의 제 2 면과 인접하고-
    을 포함하며,
    상기 광 흡수층 및 콘택층의 원자가 밴드 에너지와 전도 밴드 에너지와 상기 장벽층의 원자가 밴드 에너지와 전도 밴드 에너지 간의 관계는, 상기 콘택층과 상기 광 흡수층 사이의 소수 캐리어 전류 흐름은 허용하는 반면에, 다수 캐리어 전류 흐름은 억제하는 것을 특징으로 하는 광 검출기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광 흡수층은 InAs, InAsSb, InGaAs, 타입 Ⅱ 규칙 격자 InAs/InGaSb 및 HgCdTe 중 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 광 검출기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 콘택층은 InAs, InAsSb, InGaAs, 타입 Ⅱ 규칙 격자 InAs/InGaSb, HgCdTe 및 GaSb 중 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 광 검출기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 콘택층과 상기 광 흡수층은 동일한 조성을 나타내는 것을 특징으로 하는 광 검출기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 콘택층과 상기 광 흡수층은 둘다 n형이거나 혹은 둘다 p형인 것을 특징으로 하는 광 검출기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 콘택층은, 상기 광 검출기를 가로지르는 방향으로 서로 떨어져 있는 개별 섹션들을 포함하고, 상기 개별 섹션은 개개의 검출기 요소에 대응하고,
    상기 장벽층은, 상기 광 검출기를 가로지르는 방향으로 상기 콘택층의 상기 개별 섹션들을 지나 연장하고, 아울러 상기 개개의 검출기 요소들 각각에 대해 모놀리식으로(monolithically) 제공되며, 이에 의해서 상기 장벽층의 노출된 표면으로의 다수 캐리어들의 흐름을 차단함으로써 동작 동안에 상기 광 검출기를 패시베이팅하는 것을 특징으로 하는 광 검출기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 장벽층의 상기 제 2 면이 상기 콘택층을 넘어서 옆으로 연장되도록 상기 콘택층은 상기 장벽층 상에 메사(mesa)를 형성하며, 이에 의해서 상기 장벽층의 노출된 표면으로 다수 캐리어들이 흐르는 것을 방지함으로써 동작 동안에 상기 광 검출기를 패시베이팅하는 것을 특징으로 하는 광 검출기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광 검출기가 공핍 영역을 갖지 않도록, 상기 콘택층과 상기 광 흡수층은 동일한 다수 캐리어 형(type)을 갖는 것을 특징으로 하는 광 검출기.
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