KR102574610B1 - 광 검출기 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
양자효율을 증가시킬 수 있는 제2 형 초격자 광검출기가 개시된다. 이러한 제2 형 초격자 광검출기는, 식각 정지층, 하부 전극층, 제2 형 초격자 흡수층, 장벽층 및 상부 전극층을 포함한다. 상기 식각 정지층은 기판의 상부에 형성된다. 상기 하부 전극층은 상기 식각 정지층의 상부에 형성된다. 상기 제2 형 초격자 흡수층은 상기 하부 전극층의 상부에 형성되며, 복수의 양자우물층과 양자장벽층이 교대로 적층된다. 상기 장벽층은 상기 제2 형 초격자 흡수층의 상부에 형성된다. 상기 상부 전극층은 상기 장벽층의 상부에 형성된다. 이때, 상기 제2 형 초격자 흡수층은, 상기 양자우물층 및 상기 양자장벽층과 다른 밴드갭을 갖는 광흡수층을 더 포함하고, 상기 광흡수층은 상기 양자우물층 및 상기 양자장벽층 중 적어도 어느 하나와 인접한 영역에 형성된다. 상기 광흡수층은 하부층으로부터 반구형으로 성장된 양자점을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 양자점은 상기 하부층의 격자상수 보다 큰 값을 가질 수 있고, 상기 광흡수층보다 큰 밴드갭을 가질 수 있다.
Description
본 발명은 광 검출기 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세히, 제2 형 초격자 광 검출기 및 그 제조방법에 관한 것이다.
반도체에서 사용하는 양자우물 구조는 전자의 양자우물과 정공의 양자우물 위치가 동일한 제1 형(TYPE-Ⅰ), 동일하지 않은 제2 형(TYPE-Ⅱ)와 제3 형(TYPE-Ⅲ)로 분류하며, 제1 형의 경우 동일한 위치에 전자, 정공이 위치하여 둘이 재결합하기 쉽기 때문에 둘을 분리하여 신호를 얻는 광검출기에 부적합하다. 제2 형, 제3 형 구조의 경우 전자와 정공이 재결합하기 어려운 위치에 존재하는 구조이기 때문에 둘의 재결합을 감소시킬 수 있어 광검출기에 적합하다.
도 1은 종래 기술에 따른 제2 형 초격자 구조를 갖는 광검출기 에너지 밴드 구조를 도시한 다이어그램이다.
도 1을 참조하면, 기존 광검출기 구조 기술은 광흡수를 위해 다수의 제2 형, 제3 형 양자 우물을 연속적으로 적층한 구조를 사용하여 전자와 정공의 재결합을 감소시키고, 흡수하는 빛의 파장을 물질의 밴드갭(Bandgap)이 아닌 양자우물층의 두께로 조절이 가능한 장점이 있지만, 빛의 흡수가 두 양자 우물 사이 부근에서만 발생하여 낮은 광흡수율을 갖게되며 수백층의 양자우물 적층을 필요로 한다.
도 1에서는 간략하게 2-3개의 양자우물로만 나타내었으나 보통 제2 형 초격자 광검출기에서 원하는 광흡수율을 확보하기 위해서는 최소 수십층에서 수백층의 양자우물이 연속적으로 적층되어야 하고 필요에 따라 사용되는 양자우물의 수는 더 늘어날 수 있다.
이러한 다수의 양자우물 구조는 제2 형 초격자 광검출기 구조의 형성을 어렵게 만들뿐 아니라 생산 비용 또한 상승하게 만든다.
그에 따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 양자효율을 증가시킬 수 있는 제2 형 초격자 광검출기를 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 제2 형 초격자 광검출기는, 식각 정지층, 하부 전극층, 제2 형 초격자 흡수층, 장벽층 및 상부 전극층을 포함한다. 상기 식각 정지층은 기판의 상부에 형성된다. 상기 하부 전극층은 상기 식각 정지층의 상부에 형성된다. 상기 제2 형 초격자 흡수층은 상기 하부 전극층의 상부에 형성되며, 복수의 양자우물층과 양자장벽층이 교대로 적층된다. 상기 장벽층은 상기 제2 형 초격자 흡수층의 상부에 형성된다. 상기 상부 전극층은 상기 장벽층의 상부에 형성된다. 이때, 상기 제2 형 초격자 흡수층은, 상기 양자우물층 및 상기 양자장벽층과 다른 밴드갭을 갖는 광흡수층을 더 포함하고, 상기 광흡수층은 상기 양자우물층 및 상기 양자장벽층 중 적어도 어느 하나와 인접한 영역에 형성된다.
일 실시예로서, 상기 광흡수층은 II-VI족 화합물 반도체 또는 III-V족 화합물 반도체를 포함할 수 있다.
이때, 상기 광흡수층은 2원자 화합물, 3원자 화합물 또는 4원자 화합물로 구성될 수 있다.
예컨대, 상기 양자우물층은 InAs로 구성되고, 상기 양자장벽층은 GaSb로 구성되며, 상기 광흡수층은, InSb, InAsSb, InGaSb, InAsGaSb 중 적어도 어느 하나로 구성될 수 있다.
예컨대, 상기 광흡수층의 두께는 10nm 내지 1㎛ 범위를 갖도록 형성될 수 있다.
예컨대, 상기 제2 형 초격자 흡수층에서 상기 광흡수층의 갯수는 100개 이하로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예로서, 상기 광흡수층은 하부층으로부터 반구형으로 성장된 양자점을 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 양자점은 상기 하부층의 격자상수 보다 큰 값을 가질 수 있다.
또한, 상기 양자점은 상기 광흡수층보다 큰 밴드갭을 가질 수 있다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 제2 형 초격자 광검출기 제조방법은, 기판의 상부에 식각 정지층을 형성하는 단계와, 상기 식각 정지층의 상부에 하부 전극층을 형성하는 단계와, 상기 하부 전극층의 상부에, 복수의 양자우물층과 양자장벽층이 교대로 적층되는 제2 형 초격자 흡수층을 형성하는 단계와, 상기 제2 형 초격자 흡수층의 상부에, 장벽층을 형성하는 단계, 및 상기 장벽층의 상부에, 상부 전극층을 형성하는 단계를 포함하고, 이때, 상기 제2 형 초격자 흡수층은, 상기 양자우물층 및 상기 양자장벽층과 다른 밴드갭을 갖는 광흡수층을 더 포함하고, 상기 광흡수층은 상기 양자우물층 및 상기 양자장벽층 중 적어도 어느 하나와 인접한 영역에 형성된다.
한편, 상기 광흡수층을 형성하기 전에, 상기 광흡수층의 하부층의 격자상수 보다 큰 반도체 물질을 이용하여 반구형의 양자점을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 양자점은 상기 광흡수층보다 큰 밴드갭을 가질 수 있다.
이때, 상기 광흡수층의 두께는 10nm 내지 1㎛ 범위이고, 상기 제2 형 초격자 흡수층에서 상기 광흡수층의 갯수는 100개 이하로 구성될 수 있다.
이와 같이 본 발명에 의한 제2 형 초격자 광검출기는, 기존의 제2 형 초격자 광검출기 구조에 광흡수층을 추가함으로써, 기존 수백층의 양자우물을 대체함으로써 구조가 단순하여 기술적 난이도를 낮출 수 있고, 구조 형성이 용이해져 생산 단가를 낮출 수 있으며, 빛을 흡수할 수 있는 영역을 넓혀 광흡수효율을 증가시킬 수 있다.
또한 기존에는 흡수하고자 하는 빛의 파장에 따라 양자우물의 두께를 정밀하게 맞춰야 하는 어려움이 있었지만 본 발명의 경우 광흡수층을 구성하는 물질들의 조성을 맞춰 파장을 결정하기 때문에 흡수를 원하는 빛의 파장 조절이 용이하다.
또한, 하부층의 격자상수 보다 큰 값을 갖는 물질을 이용하여 양자점을 성장시키는 경우, 반구형의 양자점을 성장시킬 수 있다.
또한, 광흡수층이 광흡수층보다 에너지 갭이 큰 반구형의 양자점을 포함하는 경우, 전자와 정공이 격리되는데, 소요되는 시간을 감소시키고, 재결합(recombination)을 억제하여 광흡수효율(Quantum Efficiency)를 높일 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 제2 형 초격자 구조를 갖는 광검출기 에너지 밴드 구조를 도시한 다이어그램이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 제2 형 초격자 구조를 갖는 광검출기의 적층구조를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2에서 도시된 제2 형 초격자 구조를 갖는 광검출기의 적층구조와 이에 대응하는 에너지 밴드를 도시한 다이어그램이다.
도 4는 도 3에서 도시된 에너지 밴드를 통해서, 본 발명의 동작원리를 설명하는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 제2 형 초격자 구조를 갖는 광검출기의 적층구조를 도시한 단면도이다.
도 6은 도 5에서 도시된 제2 형 초격자 구조를 갖는 광검출기의 적층구조와 이에 대응하는 에너지 밴드를 도시한 다이어그램이다.
도 7은 도 6에서 도시된 에너지 밴드를 통해서, 본 발명의 동작원리를 설명하는 개념도이다.
도 8은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한, 제2 형 초격자 구조를 갖는 광검출기의 제조방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 제2 형 초격자 구조를 갖는 광검출기의 적층구조를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2에서 도시된 제2 형 초격자 구조를 갖는 광검출기의 적층구조와 이에 대응하는 에너지 밴드를 도시한 다이어그램이다.
도 4는 도 3에서 도시된 에너지 밴드를 통해서, 본 발명의 동작원리를 설명하는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 제2 형 초격자 구조를 갖는 광검출기의 적층구조를 도시한 단면도이다.
도 6은 도 5에서 도시된 제2 형 초격자 구조를 갖는 광검출기의 적층구조와 이에 대응하는 에너지 밴드를 도시한 다이어그램이다.
도 7은 도 6에서 도시된 에너지 밴드를 통해서, 본 발명의 동작원리를 설명하는 개념도이다.
도 8은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한, 제2 형 초격자 구조를 갖는 광검출기의 제조방법을 도시한 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조 부호를 유사한 구성 요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 과장하여 도시한 것일 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, A와 B가'연결된다', '결합된다'라는 의미는 A와 B가 직접적으로 연결되거나 결합하는 것 이외에 다른 구성요소 C가 A와 B 사이에 포함되어 A와 B가 연결되거나 결합되는 것을 포함하는 것이다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 또한, 방법 발명에 대한 특허청구범위에서, 각 단계가 명확하게 순서에 구속되지 않는 한, 각 단계들은 그 순서가 서로 바뀔 수도 있다.
또한, 각 실시예들에서 개별적으로 설명된 구성들은, 다른 실시예들에서 적용될 수도 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 제2 형 초격자 구조를 갖는 광검출기의 적층구조를 도시한 단면도이고, 도 3은 도 2에서 도시된 제2 형 초격자 구조를 갖는 광검출기의 적층구조와 이에 대응하는 에너지 밴드를 도시한 다이어그램이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 제2 형 초격자 광검출기는, 식각 정지층(300), 하부 전극층(400), 제2 형 초격자 흡수층(500), 장벽층(600) 및 상부 전극층(700)을 포함한다. 한편, 상기 제2 형 초격자 광검출기는 버퍼층(200)을 더 포함할 수 있다.
상기 기판(100)은 화합물 반도체 재료로 구성될 수 있다. 상기 기판(100)은 예컨대, GaSb, InP, GaN, GaAs 등으로 구성될 수 있다. 상기 기판(100)에는 불순물이 도핑될 수 있다.
상기 식각 정지층(300)은 기판(100)의 상부에 형성된다. 상기 식각 정지층(300)은 예컨대, AlGaSb로 구성될 수 있으며, 소자 공정시, 제2 형 초격자 구조로 사용되는 기본 물질(InAs, GaSb 등)들을 잘 식각시키는 특정 화학약품(chemical)에 식각이 거의 안되는 물질을 사용하며, 하부 전극층까지만 노출되어 전극을 형성할 수 있도록 하고, 하부층을 보호하는 역할을 수행한다. 즉, 식각 정치층(300)은 제2 형 초격자 구조의 에피가 성장된 후, 소자를 만드는 공정 시, 건식 및 습식 식각으로부터 하부층을 보호하는 역할을 수행한다. 한편, 이러한 식각 정치층(300)을 통해서, 기판을 재사용하여, 비용을 절감할 수도 있다.
상기 버퍼층(200)은 상기 식각 정지층(300)과 상기 기판(100) 사이에 형성될 수 있다.
상기 하부 전극층(400)은 상기 식각 정지층(300)의 상부에 형성된다. 하부 전극층(400)은 금속으로 형성될 수 있다.
상기 제2 형 초격자 흡수층(500)은 상기 하부 전극층(400)의 상부에 형성되며, 복수의 양자우물층(500a)과 양자장벽층(500b)이 교대로 적층된다.
상기 장벽층(600)은 상기 제2 형 초격자 흡수층(500)의 상부에 형성된다. 상기 상부 전극층(700)은 상기 장벽층(600)의 상부에 형성된다. 상기 상부 전극층(700)은 초박막 10nm 정도의 InAs 층이 사용될 수 있다. 또는 10ML(모노레이어) 정도의 InAs/GaSb 적층 구조를 사용할 수도 있다. 이 전극층 위에 한가지 이상 금속물질층(예컨대(Ti/Pt/Au))을 도포할 수도 있다.
이때, 상기 제2 형 초격자 흡수층(500)은, 상기 양자우물층(500a) 및 상기 양자장벽층(500b)과 다른 밴드갭을 갖는 광흡수층(500c)을 더 포함하고, 상기 광흡수층(500c)은 상기 양자우물층(500a) 및 상기 양자장벽층(500b) 중 적어도 어느 하나와 인접한 영역에 형성된다. 예컨대, 도 2 및 3에서 도시된 바와 같이, 하부로부터, 양자우물층(500a), 양자장벽층(500b), 광흡수층(500c)의 반복 순서로 적층될 수 있으며, 또한, 양자우물층(500a), 광흡수층(500c), 양자장벽층(500b)의 반복 순서로 적층될 수도 있다.
또한, 양자우물층(500a), 광흡수층(500c), 양자장벽층(500b), 광흡수층(500c)의 반복 순서로 적층될 수도 있다.
일 실시예로서, 상기 광흡수층(500c)은 II-VI족 화합물 반도체 또는 III-V족 화합물 반도체를 포함할 수 있다.
이때, 상기 광흡수층(500c)은 2원자 화합물, 3원자 화합물 또는 4원자 화합물로 구성될 수 있다.
예컨대, 상기 양자우물층(500a)은 InAs로 구성되고, 상기 양자장벽층(500b)은 GaSb로 구성되며, 상기 광흡수층(500c)은, InSb, InAsSb, InGaSb, InAsGaSb 중 적어도 어느 하나로 구성될 수 있다.
예컨대, 상기 광흡수층(500c)의 두께는 10nm 내지 1㎛ 범위를 갖도록 형성될 수 있다.
예컨대, 상기 제2 형 초격자 흡수층(500)에서 상기 광흡수층(500c)의 갯수는 100개 이하로 구성될 수 있다.
도 4는 도 3에서 도시된 에너지 밴드를 통해서, 본 발명의 동작원리를 설명하는 개념도이다.
도 4를 참조하면, 광흡수층에서 생성된 광에 의해, 상대적으로 용이하게 전자와 정공으로 분리되어, 전자는 양자 우물층으로 이동하고, 정공은 양자 장벽층으로 이동되며, 양자 우물층의 전자와 양자 장벽층의 정공은 재결합이 어렵게 된다.
따라서, 기존의 양자 장벽층과 양자 우물층의 반복이 수백층으로 구성되던 종래의 구조에서, 반복횟수를 100층 이하로 구성할 수 있다. 그로 인해서, 구조가 단순하여 기술적 난이도를 낮출 수 있고, 구조 형성이 용이해져 생산 단가를 낮출 수 있으며, 빛을 흡수할 수 있는 영역을 넓혀 광흡수효율을 증가시킬 수 있다. 또한 기존에는 흡수하고자 하는 빛의 파장에 따라 양자우물의 두께를 정밀하게 맞춰야 하는 어려움이 있었지만 본 발명의 경우 광흡수층을 구성하는 물질들의 조성을 맞춰 파장을 결정하기 때문에 흡수를 원하는 빛의 파장 조절이 용이하다.
도 5는 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 제2 형 초격자 구조를 갖는 광검출기의 적층구조를 도시한 단면도이고, 도 6은 도 5에서 도시된 제2 형 초격자 구조를 갖는 광검출기의 적층구조와 이에 대응하는 에너지 밴드를 도시한 다이어그램이다. 도 5 및 도 6에서 도시된 제2 형 초격자 광검출기는 도 2 및 도 3에서 도시된 제2 형 초격자 광검출기에 비해, 양자점을 더 포함하는 것을 제외하면, 실질적으로 동일하다. 따라서, 동일 또는 유사한 구성요소는 동일한 참조부호를 병기하고, 중복되는 설명은 생략한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 제2 형 초격자 광검출기는, 식각 정지층(300), 하부 전극층(400), 제2 형 초격자 흡수층(500), 장벽층(600) 및 상부 전극층(700)을 포함한다.
상기 제2 형 초격자 흡수층(500)은 상기 하부 전극층(400)의 상부에 형성되며, 복수의 양자우물층(500a)과 양자장벽층(500b)이 교대로 적층된다. 또한, 이때, 상기 제2 형 초격자 흡수층(500)은, 상기 양자우물층(500a) 및 상기 양자장벽층(500b)과 다른 밴드갭을 갖는 광흡수층(500c)을 더 포함하고, 상기 광흡수층(500c)은 상기 양자우물층(500a) 및 상기 양자장벽층(500b) 중 적어도 어느 하나와 인접한 영역에 형성된다. 예컨대, 도 2 및 3에서 도시된 바와 같이, 하부로부터, 양자우물층(500a), 양자장벽층(500b), 광흡수층(500c)의 반복 순서로 적층될 수 있으며, 또한, 양자우물층(500a), 광흡수층(500c), 양자장벽층(500b)의 반복 순서로 적층될 수도 있다. 또한, 양자우물층(500a), 광흡수층(500c), 양자장벽층(500b), 광흡수층(500c)의 반복 순서로 적층될 수도 있다.
이때, 상기 광흡수층(500c)은 하부층으로부터 반구형으로 성장된 양자점(500d)을 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 양자점(500d)은 상기 하부층의 격자상수 보다 큰 값을 가질 수 있다. 여기서, 하부층은, 광흡수층(500c)의 하부층으로서, 상기 제2 형 초격자 흡수층(500)이 양자우물층(500a), 양자장벽층(500b), 광흡수층(500c)의 반복 순서로 적층된 경우, 상기 하부층은 양자장벽층(500b)이고, 양자우물층(500a), 광흡수층(500c), 양자장벽층(500b)의 반복 순서로 적층된 경우, 상기 하부층은 양자우물층(500a)이다. 또한, 양자우물층(500a), 광흡수층(500c), 양자장벽층(500b), 광흡수층(500c)의 반복 순서로 적층된 경우, 상기 하부층은 양자우물층(500a)이다.
이와 같이, 하부층의 격자상수보다 큰 값을 갖는 층을 형성하는 경우, 격자에 의한 응축응력(compressive strain)으로 인해서, 성장하는 층이 반구형태로 성장하게 되어 양자점(500d)을 구성한다.
이때, 상기 양자점(500d)은 상기 광흡수층(500c)보다 큰 밴드갭을 가질 수 있다. 이와 같이, 상기 양자점(500d)이 광흡수층(500c)보다 큰 밴드갭을 갖는 경우, 광흡수층(500c)에서 분리된 전자와 정공을 각각 양자우물층(500a)과 양자장벽층(500b)으로 밀어내어, 전자와 정공이 격리되는데, 소요되는 시간을 감소시키고, 재결합(recombination)을 억제하여 광흡수효율(Quantum Efficiency)를 높일 수 있다.
도 7은 도 6에서 도시된 에너지 밴드를 통해서, 본 발명의 동작원리를 설명하는 개념도이다. 도 7은 도 4에서, 양자점이 더 형성된 것을 제외하면, 실질적으로 동일하다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다.
도 7을 참조하면, 광흡수층이 광흡수층보다 에너지 갭이 큰 반구형의 양자점을 포함하는 경우, 양자점이 광흡수층에서 분리된 전자와 정공을 각각 양자우물층과 양자장벽층으로 밀어내어, 전자와 정공이 격리되는데, 소요되는 시간을 감소시키고, 재결합(recombination)을 억제하여 광흡수효율(Quantum Efficiency)를 높일 수 있다.
도 8은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한, 제2 형 초격자 구조를 갖는 광검출기의 제조방법을 도시한 순서도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 제2 형 초격자 광검출기 제조방법에 의하면, 먼저, 기판의 상부에 식각 정지층을 형성한다(단계 S110).
이후, 상기 식각 정지층의 상부에 하부 전극층을 형성한다(단계 S120).
이후, 상기 하부 전극층의 상부에, 복수의 양자우물층과 양자장벽층이 교대로 적층되는 제2 형 초격자 흡수층을 형성한다(단계 S130).
이후, 상기 제2 형 초격자 흡수층의 상부에, 장벽층을 형성하고(단계 S140), 상기 장벽층의 상부에, 상부 전극층을 형성한다(단계 S140). 이때, 앞서 설명된 바와 같이, 상기 제2 형 초격자 흡수층은, 상기 양자우물층 및 상기 양자장벽층과 다른 밴드갭을 갖는 광흡수층을 더 포함하고, 상기 광흡수층은 상기 양자우물층 및 상기 양자장벽층 중 적어도 어느 하나와 인접한 영역에 형성된다.
한편, 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 제2 형 초격자 광검출기 제조방법에 의하면, 상기 광흡수층을 형성하기 전에, 상기 광흡수층의 하부층의 격자상수 보다 큰 반도체 물질을 이용하여 반구형의 양자점을 형성할 수 있다.
바람직하게, 상기 양자점은 상기 광흡수층보다 큰 밴드갭을 가질 수 있다.
이때, 상기 광흡수층의 두께는 10nm 내지 1㎛ 범위이고, 상기 제2 형 초격자 흡수층에서 상기 광흡수층의 갯수는 100개 이하로 구성될 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 기판 200: 버퍼층
300: 식각 정지층 400: 하부 전극층
500: 제2 형 초격자 흡수층 500a: 양자우물층
500b: 양자장벽층 500c: 광흡수층
500d: 양자점 600: 장벽층
700: 상부 전극층
300: 식각 정지층 400: 하부 전극층
500: 제2 형 초격자 흡수층 500a: 양자우물층
500b: 양자장벽층 500c: 광흡수층
500d: 양자점 600: 장벽층
700: 상부 전극층
Claims (13)
- 기판의 상부에 형성된 식각 정지층;
상기 식각 정지층의 상부에 형성되는 하부 전극층;
상기 하부 전극층의 상부에 형성되며, InAs로 구성된 양자우물층과 GaSb로 구성된 양자장벽층이 교대로 적층되는 제2 형 초격자 흡수층;
상기 제2 형 초격자 흡수층의 상부에 형성되는 장벽층; 및
상기 장벽층의 상부에 형성되는 상부 전극층을 포함하고,
상기 제2 형 초격자 흡수층은, 상기 양자우물층 및 상기 양자장벽층과 다른 밴드갭을 갖는 광흡수층을 더 포함하고, 상기 광흡수층은 상기 양자우물층 및 상기 양자장벽층 중 적어도 어느 하나와 인접한 영역에 형성되며, InSb, InAsSb, InGaSb, InAsGaSb 중 적어도 어느 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 제2 형 초격자 광검출기.
- 제1 항에 있어서,
상기 광흡수층은 II-VI족 화합물 반도체 또는 III-V족 화합물 반도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 제2 형 초격자 광검출기.
- 제2 항에 있어서,
상기 광흡수층은 2원자 화합물, 3원자 화합물 또는 4원자 화합물인 것을 특징으로 하는 제2 형 초격자 광검출기.
- 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 광흡수층의 두께는 10nm 내지 1㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 제2 형 초격자 광검출기.
- 제1 항에 있어서,
상기 제2 형 초격자 흡수층에서 상기 광흡수층의 갯수는 100개 이하인 것을 특징으로 하는 제2 형 초격자 광검출기.
- 제1 항에 있어서,
상기 광흡수층은 하부층으로부터 반구형으로 성장된 양자점을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제2 형 초격자 광검출기.
- 제7 항에 있어서,
상기 양자점은 상기 하부층의 격자상수 보다 큰 것을 특징으로 하는 제2 형 초격자 광검출기.
- 제7 항에 있어서,
상기 양자점은 상기 광흡수층보다 큰 밴드갭을 갖는 것을 특징으로 하는 제2 형 초격자 광검출기.
- 기판의 상부에 식각 정지층을 형성하는 단계;
상기 식각 정지층의 상부에 하부 전극층을 형성하는 단계;
상기 하부 전극층의 상부에, InAs로 구성된 양자우물층과 GaSb로 구성된 양자장벽층이 교대로 적층되는 제2 형 초격자 흡수층을 형성하는 단계;
상기 제2 형 초격자 흡수층의 상부에, 장벽층을 형성하는 단계; 및
상기 장벽층의 상부에, 상부 전극층을 형성하는 단계;
를 포함하고,
상기 제2 형 초격자 흡수층은, 상기 양자우물층 및 상기 양자장벽층과 다른 밴드갭을 갖는 광흡수층을 더 포함하고, 상기 광흡수층은 상기 양자우물층 및 상기 양자장벽층 중 적어도 어느 하나와 인접한 영역에 형성되며, InSb, InAsSb, InGaSb, InAsGaSb 중 적어도 어느 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 제2 형 초격자 광검출기 제조방법.
- 제10 항에 있어서,
상기 광흡수층을 형성하기 전에,
상기 광흡수층의 하부층의 격자상수 보다 큰 반도체 물질을 이용하여 반구형의 양자점을 형성하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제2 형 초격자 광검출기 제조방법.
- 제11 항에 있어서,
상기 양자점은 상기 광흡수층보다 큰 밴드갭을 갖는 것을 특징으로 하는 제2 형 초격자 광검출기 제조방법.
- 제10 항에 있어서,
상기 광흡수층의 두께는 10nm 내지 1㎛ 범위이고,
상기 제2 형 초격자 흡수층에서 상기 광흡수층의 갯수는 100개 이하인 것을 특징으로 하는 제2 형 초격자 광검출기 제조방법.
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Non-Patent Citations (2)
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| Hostut M. et al., Superlattices and Microstructures 79 (2015) 116-122 (2014.12.30.)공개 |
| Lei W. et. al., Appl. Phys. Lett. 96, 213102 (2010) (2010.05.24.)공개 |
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