KR101766247B1 - 평면형 포토 다이오드 - Google Patents

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KR101766247B1
KR101766247B1 KR1020160050935A KR20160050935A KR101766247B1 KR 101766247 B1 KR101766247 B1 KR 101766247B1 KR 1020160050935 A KR1020160050935 A KR 1020160050935A KR 20160050935 A KR20160050935 A KR 20160050935A KR 101766247 B1 KR101766247 B1 KR 101766247B1
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양경훈
김영준
노인섭
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국방과학연구소
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Abstract

본원발명에 따르면, 기판 위에 두께 방향으로 차례로 형성되는 광 흡수층, 활성층 및 표면 보호막을 포함하는 평면형 포토 다이오드에 있어서, 상기 활성층은 상기 광 흡수층 및 표면 보호막의 사이에 배치되는 활성 영역을 구비하고, 상기 평면형 포토 다이오드는, 상기 활성 영역으로부터 외부로 연결되는 메인 전극, 및 상기 활성층 또는 활성 영역의 전자가 상기 활성층 및 활성 영역이 상기 표면 보호막과 접하면서 이루는 접합면을 따라 축적되어 전자층을 형성함으로써 누설 전류를 발생시키는 것을 감소시키도록, 상기 표면 보호막 상에 적층 형성되고, 상기 활성 영역 및 활성층의 경계면으로부터 두께 방향 상측에 위치되며, 상기 접합면 측에 정공(hole)을 유도하도록 이루어지는 정공 유도 전극을 더 구비하는 평면형 포토 다이오드가 제공될 수 있다.

Description

평면형 포토 다이오드{PLANAR TYPE PHOTO DIODE}
본원발명은 정공 유도 전극을 갖는 평면형 포토 다이오드에 관한 것이다.
빛이 없는 상태에서 포토 다이오드에 흐르는 전류를 감소시키면, 포토 다이오드가 검출할 수 있는 빛의 세기를 낮출 수 있게 된다.
이렇게 빛이 없는 상태에서 흐르는 전류를 감소시킨 포토 다이오드를 사용하여 영상 감지 센서를 제작하는 경우, 야간에 영상을 감지하는 성능의 개선이 가능해질 수 있다.
평면형 포토 다이오드는 일반적으로 p형 반도체와 n형 반도체 사이에 진성 반도체 층을 삽입한 PIN 구조로 제작된다.
종래 기술에 의하면, 평면형 포토 다이오드는 패턴이 된 부분에 p형 불순물을 주입하는 확산 공정을 이용하여 활성 영역을 형성하고, 식각을 통해 n형 InP 가 드러나도록 한 후, 누설 전류를 발생시키는 자연 산화막이 표면에 생성되는 것을 억제하기 위해 표면에 보호막을 적층한다.
종래 기술에 의한 표면 보호막의 적층은 자연 산화막의 생성을 억제하는 반면, 표면 보호막과 활성층의 접합면에는 표면 보호막의 적층 공정으로 인한 결함이 발생하게 된다.
위와 같이 적층 공정으로 발생한 결함은 표면 보호막과 활성층의 접합면에 트랩을 발생시키게 되고, 이로 인해 활성층에 존재하는 전자들은 표면 보호막과 활성층의 접합면에 유도된다.
이때 다수의 전자들이 유도되어 전자층을 형성하게 되고, 이로 인해 표면 보호막과 활성층 접합면을 따라 흐르는 누설 전류가 발생하게 된다.
본원발명의 일 목적은 평면형 포토 다이오드의 새로운 구조를 제안함으로써, 빛이 없는 상태에서 포토 다이오드에 흐르게 되는 누설전류를 감소시키는 것이다.
본원발명의 다른 일 목적은 활성 영역과 활성층 및 표면 보호막의 사이 접합면에서 발생하는 누설 전류를 억제함으로써 빛이 없는 상태에서 흐르는 전류를 감소시키는 것이다.
이와 같은 본원발명의 해결과제를 해결하기 위하여, 본원발명의 일 실시예에 따르면, 기판 위에 두께 방향으로 차례로 형성되는 광 흡수층, 활성층 및 표면 보호막을 포함하는 평면형 포토 다이오드에 있어서, 상기 활성층은 상기 광 흡수층 및 표면 보호막의 사이에 배치되는 활성 영역을 구비하고, 상기 평면형 포토 다이오드는, 상기 활성 영역으로부터 외부로 연결되는 메인 전극, 및 상기 활성층 또는 활성 영역의 전자가 상기 활성층 및 활성 영역이 상기 표면 보호막과 접하면서 이루는 접합면을 따라 축적되어 전자층을 형성함으로써 누설 전류를 발생시키는 것을 감소시키도록, 상기 표면 보호막 상에 적층 형성되고, 상기 활성 영역 및 활성층의 경계면으로부터 두께 방향 상측에 위치되며, 상기 접합면 측에 정공(hole)을 유도하도록 이루어지는 정공 유도 전극을 더 구비하는 평면형 포토 다이오드가 제공될 수 있다.
본원발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 정공 유도 전극은, 상기 표면 보호막 상에서 상기 활성 영역의 외주에 대응되는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 평면형 포토 다이오드가 제공될 수 있다.
본원발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 정공 유도 전극은, 상기 표면 보호막 상에서 상기 메인 전극을 둘러싸는 원형 띠의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 평면형 포토 다이오드가 제공될 수 있다.
본원발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 표면 보호막은, SiO2 또는 SiNx의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 평면형 포토 다이오드가 제공될 수 있다.
본원발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 기판 및 광 흡수층 사이에 두께 방향으로 차례로 형성되는 식각 억제층 및 버퍼층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평면형 포토 다이오드가 제공될 수 있다.
본원발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 기판은 불순물을 주입하지 않은 InP(인듐인)으로 형성되고, 상기 식각 억제층은 불순물을 주입하지 않은 InGaAs(인듐갈륨비소)로 형성되고, 상기 버퍼층은 n+형 InP로 형성되고, 상기 광 흡수층은 불순물을 주입하지 않은 InGaAs로 형성되고, 상기 활성층은 n-형 InP로 형성되고, 상기 표면 보호막은 SiO2 또는 SiNx로 형성되고, 상기 메인 전극 및 정공 유도 전극은 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 평면형 포토 다이오드가 제공될 수 있다.
본원발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 활성 영역은 Zn SOG 마스크 층을 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 평면형 포토 다이오드가 제공될 수 있다.
본원발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 Zn SOG의 마스크 층은 SiO2 또는 SiNx를 사용하여 형성된 것을 특징으로 하는 평면형 포토 다이오드가 제공될 수 있다.
본원발명에 의하면, 표면 보호막 위에 형성된 전극을 이용하여, 활성 영역의 가장자리 또는 모서리에 정공을 유도함으로써 표면 보호막과 활성층 접합면에 존재하는 전자층을 차단하여 상기 전자층을 통해 누설되는 전류가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
본원발명에 의하면, 표면 보호막과 활성층 사이 접합면에서 발생하는 누설 전류를 억제함으로써 빛이 없는 상태에서 흐르는 전류를 감소시킬 수 있다.
본원발명에 의하면, 표면 보호막 위에 전극을 형성하는 공정을 진행하고, 역전압을 인가하여 정공을 유도함으로써, 표면 보호막에 정공을 유도할 수 있는 전극층을 형성하여 전계를 발생시키고, 표면의 보호막과 활성층 사이 접합면에 정공을 유도함으로써 전자층을 통하여 누설되는 전류를 감소시킬 수 있다.
도 1은 종래의 평면형 포토 다이오드의 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 종래의 평면형 포토 다이오드의 활성층 및 활성 영역이 표면 보호막과 접하면서 이루는 접합면에 형성되는 전자층을 도시한 단면도이다.
도 3은 본원발명에 따른 평면형 포토 다이오드의 구조를 도시한 단면도이다.
도 4는 본원발명에 따른 평면형 포토 다이오드의 활성층 및 활성 영역이 표면 보호막과 접하면서 이루는 접합면에 형성되는 전자층 및 정공층을 도시한 단면도이다.
도 5는 본원발명에 따른 평면형 포토 다이오드와 종래의 평면형 포토 다이오드의 빛이 없는 상태에서의 전류 - 전압(I - V) 특성을 비교 도시한 그래프이다.
이하, 본원발명의 평면형 포토 다이오드에 대하여 본원 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "층" 및 "막"은 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아님에 유의하여야 한다.
본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음의 설명으로 갈음한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성요소들 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 추가적인 구성요소 또는 단계들이 더 포함될 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
본 명세서 및 특허청구범위에서 사용되는 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되고, 본원발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
이하, 본원발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예에는 본원발명을 예시하는 것일 뿐 본원발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 구체적으로 설명한다.
도 1은 종래의 평면형 포토 다이오드(10)의 구조를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 평면형 포토 다이오드(10)는 기판(18)과 상기 기판(18) 위에 두께 방향으로 차례로 적층 형성되는 식각 억제층(17), 버퍼층(16), 광 흡수층(15), 활성층(14), 표면 보호막(13)을 포함한다.
활성 영역(12)은 상기 활성층(14)에 구비되며, 확산 공정에 의해 p+로 활성화될 수 있다.
상기 활성 영역(12)은 그 형성을 위한 확산 공정에 따라 크기와 깊이가 변화될 수 있다.
도 2는 종래의 평면형 포토 다이오드(10)의 상기 활성층(14) 및 활성 영역(12)이 상기 표면 보호막(13)과 접하면서 이루는 접합면을 따라 축적되어 형성된 전자층 부분을 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 상기 활성층(14) 및 활성 영역(12)이 상기 표면 보호막(13)과 접하면서 이루는 접합면에 존재하는 결함으로 인한 트랩이 전자를 유도ㅎ하는 것을 확인할 수 있다.
이를 통해 상기 활성층(14) 및 활성 영역(12)이 상기 표면 보호막(13)과 접하면서 이루는 접합면에는 누설 전류의 원인이 되는 전자층(30)이 형성된다.
도 3은 본원발명에 따른 평면형 포토 다이오드의 구조를 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본원발명의 일 실시예에 따른 평면형 포토 다이오드(100)는 기판(180) 위에 두께 방향으로 차례로 형성되는 광 흡수층(150), 활성층(140) 및 표면 보호막(130)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 본원발명의 일 실시예에 따른 평면형 포토 다이오드(100)의 상기 활성층(140)에는 상기 광 흡수층(150) 및 표면 보호막(130)의 사이에 구비되는 활성 영역(120)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 본원발명의 일 실시예에 따른 평면형 포토 다이오드(100)는 메인 전극(110) 및 정공 유도 전극(210)을 구비할 수 있다.
상기 메인 전극(110)은 상기 활성 영역(120)으로부터 외부로 연결되도록 구비될 수 있으며, 금속으로 형성될 수 있다.
상기 메인 전극(110)으로 전류가 공급되면서 상기 본원발명의 일 실시예에 따른 평면형 포토 다이오드(100)가 작동될 수 있다.
상기 정공 유도 전극(210)은 상기 활성층(140) 또는 활성 영역(120)의 전자가 상기 활성층(140) 및 활성 영역(120)이 상기 표면 보호막(130)과 접하면서 이루는 접합면을 따라 축적되어 전자층(300)을 형성함으로써 누설 전류를 발생시키는 것을 감소시키는 것을 목적으로 구비된다.
상기 정공 유도 전극(210)은 상기 표면 보호막(130) 상에 적층 형성되고, 상기 활성 영역(120) 및 활성층(140)의 경계면으로부터 두께 방향 상측에 위치되며, 상기 접합면 측에 정공(hole)을 유도하도록 이루어질 수 있다.
상기 정공 유도 전극(210)은 상기 접합면 측에 정공(400)을 유도함으로써 상기 전자층(300)의 연속을 단절시키고, 상기 전자층(300)의 연속으로 인해 발생하게 되는 누설 전류를 감소시키는 기능을 수행할 수 있다.
즉, 본원발명의 일 실시예에 따른 평면형 포토 다이오드(100)는 종래의 평면형 포토 다이오드(10)와 비교할 때, 표면 보호막(130)의 상단에 적어도 하나의 정공 유도 전극(210)을 더 포함하며, 상기 정공 유도 전극(210)에는 상기 정공(400)을 유도하기 위한 전압을 인가하는 것이 가능하다.
상기 정공 유도 전극(210)은 상기 표면 보호막(130) 상에 적층 형성되고, 상기 활성 영역(120) 및 활성층(140)의 경계면으로부터 두께 방향 상측에 위치될 수 있다. 즉, 상기 정공 유도 전극(210)은 활성 영역(120)의 외주(가장자리 또는 모서리)와 동일한 위치에서 두께 방향으로 상측에 위치하는 표면 보호막(130) 상단에 금속을 채워 형성될 수 있다.
본원발명의 다른 일 실시예에 따른 평면형 포토 다이오드(100)의 상기 정공 유도 전극(210)은 상기 표면 보호막 상에서 상기 활성 영역의 외주에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.
이러한 구조를 통하여, 상기 접합면의 하부에 상기 정공(400)을 유도시킬 수 있게 된다. 즉, 상기 전자층(300)과 상기 정공(400)이 결합함에 따라, 상기 전자층(300)을 통한 누설 전류의 발생을 최소화할 수 있게 된다.
본원발명의 다른 일 실시예에 따른 평면형 포토 다이오드(100)의 상기 정공 유도 전극(210)은, 상기 표면 보호막(130) 상에서 상기 메인 전극(110)을 둘러싸는 원형 띠의 형상으로 형성될 수도 있다.
도 4는 본원발명에 따른 평면형 포토 다이오드(100)의 활성층(140) 및 활성 영역(120)이 표면 보호막(130)과 접하면서 이루는 접합면에 형성되는 전자층(300) 및 정공층(400)을 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본원발명에 따른 상기 정공 유도 전극(210) 구조를 갖는 평면형 포토 다이오드(100)는 상기 표면 보호막(130) 상단에 형성된 상기 정공 유도 전극(210)을 통하여 전압을 인가함으로써 상기 활성층(140)에 존재하는 정공들을 유도하는 것이 가능하고, 이로 인해 상기 활성 영역(120)의 가장자리 또는 모서리에 정공층(400)이 유도될 수 있다.
상기 활성 영역(120)의 가장자리 또는 모서리에 상기 정공층(400)이 유도됨으로써, 상기 표면 보호막(130)과 활성층(140)의 접합면에 존재하는 전자층(300)의 연속을 차단하는 것이 가능해질 수 있다. 따라서, 전자층(300)을 따라 누설 전류가 발생하는 것을 막을 수 있게 된다.
도 5는 본원발명에 따른 평면형 포토 다이오드(100)와 종래의 평면형 포토 다이오드(10)의 빛이 없는 상태에서의 전류 - 전압(I - V) 특성을 비교 도시한 그래프이다.
도 5를 참조하면, 본원발명에 따른 정공 유도 전극을 통해 평면형 포토 다이오드의 암 전류 성능이 개선된 것을 확인할 수 있다.
본원발명의 또 다른 일 실시예에 따른 평면형 포토 다이오드(100)의 상기 표면 보호막(130)은, SiO2 또는 SiNx의 재질로 형성되어 포토 다이오드(100)의 암전류를 감소시킬 수 있다.
상기 기판(18)은 불순물을 주입하지 않은 InP(인듐인)으로 형성될 수 있다.
상기 식각 억제층(17)은 불순물을 주입하지 않은 InGaAs(인듈갈륨비소)로 형성 될 수 있다.
본원발명의 또 다른 일 실시예에 따른 평면형 포토 다이오드(100)는, 종래의 평면형 포토 다이오드(10)와 같이, 상기 기판(180) 및 광 흡수층(150)의 사이에 두께 방향으로 차례로 형성되는 식각 억제층(170) 및 버퍼층(160)을 더 포함하도록 이루어질 수 있다.
본원발명의 또 다른 일 실시예에 따른 평면형 포토 다이오드(100)의 상기 기판(180)은 불순물을 주입하지 않은 InP(인듐인)으로 형성될 수 있다.
상기 식각 억제층(170)은 불순물을 주입하지 않은 InGaAs(인듐갈륨비소)로 형성될 수 있다.
상기 버퍼층(160)은 n+형 InP로 형성될 수 있다.
상기 광 흡수층(150)은 불순물을 주입하지 않은 InGaAs로 형성될 수 있다.
상기 활성층(140)은 n-형 InP로 형성될 수 있다.
상기 표면 보호막(130)은 SiO2 또는 SiNx로 형성될 수 있다.
상기 메인 전극(110) 및 정공 유도 전극(210)은 Au 금속으로 형성될 수 있다.
본원발명의 또 다른 일 실시예에 따른 평면형 포토 다이오드(100)의 상기 활성 영역(120)은 Zn SOG 마스크 층을 사용하여 확산될 수 있다.
본원발명의 또 다른 일 실시예에 따른 평면형 포토 다이오드(100)의 상기 Zn SOG의 마스크 층은 SiO2 또는 SiNx 사용하여 형성될 수 있다.
이상의 설명은 본원발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본원발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본원발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다.
또한, 본원발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본원발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본원발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본원발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본원발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 종래의 평면형 포토 다이오드
11 : 전극층
12 : 활성 영역
13 : 표면 보호막
14 : 활성층
15 : 광 흡수층
16 : 버퍼층
17 : 식각 억제층
18 : 기판
100 : 본원발명의 정공 유도 전극 구조를 갖는 평면형 포토 다이오드
110 : 전극층
120 : 활성 영역
130 : 표면 보호막
140 : 활성층
150 : 광 흡수층
160 : 버퍼층
170 : 식각 억제층
180 : 기판
210 : 정공 유도 전극
300 : 유도된 전자층
400 : 유도된 정공층

Claims (8)

  1. 기판 위에 두께 방향으로 차례로 형성되는 광 흡수층, 활성층 및 표면 보호막을 포함하는 평면형 포토 다이오드에 있어서,
    상기 활성층은 상기 광 흡수층 및 표면 보호막의 사이에 배치되는 활성 영역을 구비하고,
    상기 평면형 포토 다이오드는,
    상기 활성 영역으로부터 외부로 연결되는 메인 전극; 및
    상기 활성층 또는 활성 영역의 전자가 상기 활성층 및 활성 영역이 상기 표면 보호막과 접하면서 이루는 접합면을 따라 축적되어 전자층을 형성함으로써 누설 전류를 발생시키는 것을 감소시키도록, 상기 표면 보호막 상에 적층 형성되고, 상기 활성 영역 및 활성층의 경계면으로부터 두께 방향 상측에 위치되며, 상기 접합면 측에 정공(hole)을 유도하도록 이루어지는 정공 유도 전극을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 평면형 포토 다이오드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정공 유도 전극은,
    상기 표면 보호막 상에서 상기 활성 영역의 외주에 대응되는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 평면형 포토 다이오드.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 정공 유도 전극은,
    상기 표면 보호막 상에서 상기 메인 전극을 둘러싸는 원형 띠의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 평면형 포토 다이오드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 표면 보호막은,
    SiO2 또는 SiNx의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 평면형 포토 다이오드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판 및 광 흡수층 사이에 두께 방향으로 차례로 형성되는 식각 억제층 및 버퍼층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평면형 포토 다이오드.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기판은 불순물을 주입하지 않은 InP(인듐인)으로 형성되고,
    상기 식각 억제층은 불순물을 주입하지 않은 InGaAs(인듐갈륨비소)로 형성되고,
    상기 버퍼층은 n+형 InP로 형성되고,
    상기 광 흡수층은 불순물을 주입하지 않은 InGaAs로 형성되고,
    상기 활성층은 n-형 InP로 형성되고,
    상기 표면 보호막은 SiO2 또는 SiNx로 형성되고,
    상기 메인 전극 및 정공 유도 전극은 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 평면형 포토 다이오드.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 활성 영역은 Zn SOG 마스크 층을 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 평면형 포토 다이오드.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 Zn SOG의 마스크 층은 SiO2 또는 SiNx 사용하여 형성된 것을 특징으로 하는 평면형 포토 다이오드.
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