KR102678828B1 - Photodiode for near infrared detection and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은 반도체 기판에 손상을 입히지 않고 계면 결함을 형성하여 밴드갭보다 낮은 에너지의 빛을 검출할 수 있도록 하는 근적외선 감지용 포토다이오드 및 이의 제조 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 반도체 기판; 상기 반도체 기판 하부에 형성되는 전극; 상기 반도체 기판 상부에 형성되는 반도체 박막;을 포함하되, 상기 반도체 박막은 상기 반도체 기판 상부에 증착되어 상기 반도체 기판과 상기 반도체 박막 사이의 접합면에 계면 결함을 형성하고, 상기 계면 결함은, 공핍 영역 내에서 발생한 전자만을 상기 전극으로 이동시켜 상기 반도체 기판의 에너지 밴드갭보다 낮은 에너지의 빛을 감지토록 하는 것을 특징으로 한다.The purpose of the present invention is to provide a near-infrared sensing photodiode and a method of manufacturing the same, which can detect light with energy lower than the bandgap by forming an interface defect without damaging the semiconductor substrate.
In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor substrate; an electrode formed below the semiconductor substrate; A semiconductor thin film formed on the semiconductor substrate; wherein the semiconductor thin film is deposited on the semiconductor substrate to form an interface defect at a junction surface between the semiconductor substrate and the semiconductor thin film, and the interface defect is a depletion region. It is characterized by detecting light of lower energy than the energy band gap of the semiconductor substrate by moving only the electrons generated within the electrode to the electrode.
Description
본 발명은 근적외선 감지용 포토다이오드 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리콘 기판 표면에 손상을 입히지 않고 계면 결함을 형성하여 밴드갭보다 낮은 에너지의 빛을 검출할 수 있도록 하는 근적외선 감지용 포토다이오드 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a photodiode for near-infrared detection and a method of manufacturing the same, and more specifically, to a photodiode for near-infrared detection that forms an interface defect without damaging the surface of the silicon substrate, enabling the detection of light with an energy lower than the bandgap. It relates to a diode and a method of manufacturing the same.
일반적으로 포토다이오드는 빛 에너지를 전기에너지로 변환하는 광센서의 한 종류로, 입사되는 광자의 에너지가 밴드갭(bandgap)보다 크면 반도체의 공핍층에 흡수된다. 따라서 소자를 이루는 물질의 종류에 따라 감지하는 파장의 영역이 결정된다.In general, a photodiode is a type of optical sensor that converts light energy into electrical energy. If the energy of an incident photon is greater than the bandgap, it is absorbed in the depletion layer of a semiconductor. Therefore, the range of the detected wavelength is determined depending on the type of material that makes up the device.
이러한 포토다이오드에는 PIN(Positive-Intrinsic-Negative) 포토다이오드, 애벌란시 포토다이오드(Avalanche Photo Diode, APD), 쇼트키(Schottky) 포토다이오드 등이 있다.These photodiodes include PIN (Positive-Intrinsic-Negative) photodiode, Avalanche Photo Diode (APD), and Schottky photodiode.
PIN 포토다이오드는 PN 접합 사이에 L층(진성반도체 층)이 설치된 구조로, 입사광에 의한 전자/정공 쌍의 발생이 높은 전기장이 존재하는 L층(공핍층)에서 발생하기 때문에 응답속도가 빠르고 변환 효율도 좋다.The PIN photodiode has a structure in which an L layer (intrinsic semiconductor layer) is installed between PN junctions. Because the generation of electron/hole pairs by incident light occurs in the L layer (depletion layer) where a high electric field exists, the response speed is fast and conversion speed is high. Efficiency is also good.
애벌란시 포토다이오드는 PN 접합 사이에 애벌란시(avalanche)층이 설치된 구조로, 입사광의 여기에 의해 발생한 캐리어가 높은 전기장에 의해 애벌란시층 내에서 원자에 충돌하여 새롭게 전자/정공 쌍을 만들고, 그들이 또 새롭게 충돌을 일으키는 과정에서 애벌란시 효과를 일으킴으로써 광전류가 증대되는 원리를 이용한다. 따라서 애벌란시 포토다이오드는 장거리 통신에 주로 이용된다.The avalanche photodiode is a structure in which an avalanche layer is installed between PN junctions. Carriers generated by the excitation of incident light collide with atoms within the avalanche layer by a high electric field, creating new electron/hole pairs, and they create new electron/hole pairs. It also uses the principle of increasing photocurrent by causing an avalanche effect in the process of creating a new collision. Therefore, avalanche photodiodes are mainly used for long-distance communication.
쇼트키 포토다이오드는 n형 물질과 금속막을 접합시킨 것으로, 공정이 간단하고 쇼트키 접촉의 특성상 반응속도가 빠르다는 장점이 있다.Schottky photodiodes are made by bonding an n-type material and a metal film, and have the advantage of a simple process and a fast reaction speed due to the nature of Schottky contact.
즉, 쇼트키 포토다이오드는 다수 캐리어에 의해 전류가 흐르고, 소수 캐리어에 의한 축적이 없어 PN 접합 다이오드와 비교하여 빠른 속도의 동작 특성을 보이는 장점이 있다.In other words, Schottky photodiodes have the advantage of showing faster operation characteristics compared to PN junction diodes because current flows by majority carriers and does not accumulate due to minority carriers.
전술한 바와 같이 밴드갭보다 높은 에너지의 빛을 흡수하여 전자를 만드는 실리콘(Silicon), 저마늄(Germanium)과 같은 반도체 소재 기반의 광검출 소자는 PN 접합 또는 쇼트키 접합에 의해 형성된 공핍 영역 내에서 여기된 전자와 공핍 영역 외부에서 여기된 전자를 수집하여 광신호를 발생시키는데, 광신호를 발생시키는 과정에서 중성 영역에서 발생한 전자는 내부 전기장의 영향을 받지 않기 때문에 확산 전류(Diffusion Current) 형태로 수집되며, 이러한 확산 전류는 이동 속도가 매우 느려 소자의 동작 속도에 큰 영향을 미치게 된다.As mentioned above, photodetection devices based on semiconductor materials such as silicon and germanium, which absorb light with energy higher than the bandgap to create electrons, generate electrons within the depletion region formed by a PN junction or Schottky junction. An optical signal is generated by collecting excited electrons and electrons excited outside the depletion region. In the process of generating an optical signal, electrons generated in the neutral region are not affected by the internal electric field, so they are collected in the form of diffusion current. This diffusion current moves at a very slow speed and has a significant impact on the operating speed of the device.
한편, 쇼트키 포토다이오드에서 밴드갭보다 낮은 에너지의 빛을 수집하는 경우, 전자의 외부 방출이 어려워 전류의 유도가 어려운 문제점이 있다.Meanwhile, when a Schottky photodiode collects light with an energy lower than the band gap, there is a problem in that it is difficult to induce a current because it is difficult to emit electrons to the outside.
이를 해결하기 위해, 종래에는 전자를 생산하는 반도체 기판에 인위적으로 손상을 입혀 결함을 형성하여, 결함에 의해 전자가 외부로 이동할 수 있도록 한다.To solve this problem, conventionally, a semiconductor substrate that produces electrons is artificially damaged to form defects, allowing electrons to move to the outside due to the defects.
그러나, 종래에는 결함을 형성하기 위해 반도체 기판에 인위적인 손상을 가하기 때문에 반도체 기판의 특성을 저하시키게 되는 문제점이 있다.However, in the related art, there is a problem in that the characteristics of the semiconductor substrate are deteriorated because artificial damage is applied to the semiconductor substrate to form defects.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 반도체 기판에 손상을 입히지 않고 계면 결함을 형성하여 반도체 기판의 에너지 밴드갭보다 낮은 에너지의 빛을 검출할 수 있도록 하는 근적외선 감지용 포토다이오드 및 이의 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention was developed to solve the conventional problems described above, and is used for near-infrared detection to detect light with an energy lower than the energy band gap of the semiconductor substrate by forming an interface defect without damaging the semiconductor substrate. The purpose is to provide a photodiode and a method of manufacturing the same.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 근적외선 감지용 포토다이오드는, 반도체 기판; 상기 반도체 기판 하부에 형성되는 전극; 상기 반도체 기판 상부에 형성되는 반도체 박막;을 포함하되, 상기 반도체 박막은 상기 반도체 기판 상부에 증착되어 상기 반도체 기판과 상기 반도체 박막 사이의 접합면에 계면 결함을 형성하고, 상기 계면 결함은, 공핍 영역 내에서 발생한 전자만을 상기 전극으로 이동시켜 상기 반도체 기판의 에너지 밴드갭보다 낮은 에너지의 빛을 감지토록 하는 것을 특징으로 한다.A photodiode for detecting near-infrared rays according to the present invention for achieving the above-described object includes: a semiconductor substrate; an electrode formed below the semiconductor substrate; A semiconductor thin film formed on the semiconductor substrate; wherein the semiconductor thin film is deposited on the semiconductor substrate to form an interface defect at a junction surface between the semiconductor substrate and the semiconductor thin film, and the interface defect is a depletion region. It is characterized by detecting light of lower energy than the energy band gap of the semiconductor substrate by moving only the electrons generated within the electrode to the electrode.
또한, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 근적외선 감지용 포토다이오드는, 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상부 일측에 형성되는 전극; 상기 반도체 기판 상부 타측에 상기 전극과 일정 거리를 두고 이격 형성되는 반도체 박막;을 포함하되, 상기 반도체 박막은 상기 반도체 기판 상부에 증착되어 상기 반도체 기판과 상기 반도체 박막 사이의 접합면에 계면 결함을 형성하고, 상기 계면 결함은, 공핍 영역 내에서 발생한 전자만을 상기 전극으로 이동시켜 상기 반도체 기판의 에너지 밴드갭보다 낮은 에너지의 빛을 감지토록 하는 것을 특징으로 한다.In addition, a photodiode for near-infrared sensing according to the present invention for achieving the above-described object includes: a semiconductor substrate; an electrode formed on one upper side of the semiconductor substrate; A semiconductor thin film formed on the other side of the semiconductor substrate at a certain distance from the electrode, wherein the semiconductor thin film is deposited on the upper part of the semiconductor substrate to form an interface defect at the junction between the semiconductor substrate and the semiconductor thin film. The interface defect is characterized in that only electrons generated in the depletion region are moved to the electrode, thereby detecting light with an energy lower than the energy band gap of the semiconductor substrate.
또한, 본 발명에 따른 근적외선 감지용 포토다이오드에서, 상기 반도체 기판은, 하부에, 상부에서 입사된 빛을 난반사시켜 확산되게 하는 요철로 된 산란 패턴이 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the photodiode for near-infrared detection according to the present invention, the semiconductor substrate is characterized in that a scattering pattern with irregularities is formed at the bottom, which diffuses and reflects light incident from the top.
또한, 본 발명에 따른 근적외선 감지용 포토다이오드에서, 상기 반도체 박막은, 전도성을 지니는 n형 반도체 박막으로 이루어지며, 상기 반도체 기판 상부에 증착되어 상기 반도체 기판과 쇼트키 접합을 형성하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the photodiode for near-infrared detection according to the present invention, the semiconductor thin film is made of a conductive n-type semiconductor thin film and is deposited on the upper part of the semiconductor substrate to form a Schottky junction with the semiconductor substrate. .
또한, 본 발명에 따른 근적외선 감지용 포토다이오드에서, 상기 전극은, 상기 반도체 기판에 오믹 접촉되는 것을 특징으로 한다.Additionally, in the photodiode for near-infrared detection according to the present invention, the electrode is characterized in that it is in ohmic contact with the semiconductor substrate.
또한, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 근적외선 감지용 포토다이오드 제조 방법은, 반도체 기판을 마련하는 단계; 상기 반도체 기판 하부에 전극을 형성하는 단계; 상기 반도체 기판 상부에 반도체 박막을 형성하는 단계;를 포함하되, 상기 반도체 박막을 형성하는 단계는, 상기 반도체 기판 상부에 상기 반도체 박막을 증착하여 상기 반도체 기판과 상기 반도체 박막 사이의 접합면에 계면 결함을 형성시키는 단계이고, 상기 계면 결함은, 공핍 영역 내에서 발생한 전자만을 상기 전극으로 이동시켜 상기 반도체 기판의 에너지 밴드갭보다 낮은 에너지의 빛을 감지토록 하는 것을 특징으로 한다.In addition, a method of manufacturing a photodiode for near-infrared ray sensing according to the present invention for achieving the above-described object includes preparing a semiconductor substrate; forming an electrode on the lower part of the semiconductor substrate; Forming a semiconductor thin film on the upper part of the semiconductor substrate; wherein the step of forming the semiconductor thin film includes depositing the semiconductor thin film on the upper part of the semiconductor substrate to form an interface defect at the junction between the semiconductor substrate and the semiconductor thin film. This is a step of forming, and the interface defect is characterized in that only electrons generated in the depletion region are moved to the electrode to detect light with an energy lower than the energy band gap of the semiconductor substrate.
또한, 본 발명에 따른 근적외선 감지용 포토다이오드 제조 방법에서, 상기 전극을 형성하는 단계는, 상기 반도체 기판 상부 일측에 전극을 형성하는 단계이고, 상기 반도체 박막을 형성하는 단계는, 상기 반도체 기판 상부 타측에 상기 전극과 일정 거리 이격되게 반도체 박막을 형성하는 단계인 것을 특징으로 한다.In addition, in the method of manufacturing a photodiode for near-infrared sensing according to the present invention, the step of forming the electrode is a step of forming an electrode on one upper side of the semiconductor substrate, and the step of forming the semiconductor thin film is a step of forming the electrode on the other upper side of the semiconductor substrate. It is characterized in that it is a step of forming a semiconductor thin film at a certain distance from the electrode.
또한, 본 발명에 따른 근적외선 감지용 포토다이오드 제조 방법에서, 상기 반도체 기판을 마련하는 단계는, 하부에, 상부에서 입사된 빛을 난반사시켜 확산되게 하는 요철로 된 산란 패턴이 형성된 반도체 기판을 마련하는 단계인 것을 특징으로 한다.In addition, in the method of manufacturing a photodiode for near-infrared sensing according to the present invention, the step of preparing the semiconductor substrate includes providing a semiconductor substrate with a scattering pattern of irregularities formed at the bottom, which diffusely reflects and diffuses the light incident from the top. It is characterized by being a step.
또한, 본 발명에 따른 근적외선 감지용 포토다이오드 제조 방법에서, 상기 반도체 박막을 형성하는 단계에서, 상기 반도체 기판 상부에 상기 반도체 박막을 증착할 때, 산소 주입을 차단하여 상기 반도체 기판과 상기 반도체 박막 사이의 접합면에 계면 결함을 형성시키는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method of manufacturing a photodiode for near-infrared sensing according to the present invention, in the step of forming the semiconductor thin film, when depositing the semiconductor thin film on the upper part of the semiconductor substrate, oxygen injection is blocked to create a gap between the semiconductor substrate and the semiconductor thin film. It is characterized by forming interfacial defects on the joint surface of.
또한, 본 발명에 따른 근적외선 감지용 포토다이오드 제조 방법에서, 상기 반도체 박막을 형성하는 단계는, 상기 반도체 기판 상부에 전도성을 지니는 n형 반도체 박막을 증착하여 상기 반도체 기판과 쇼트키 접합을 형성하면서, 상기 반도체 기판과 상기 반도체 박막 사이의 접합면에 계면 결함을 형성시키는 단계인 것을 특징으로 한다.In addition, in the method of manufacturing a photodiode for near-infrared sensing according to the present invention, the step of forming the semiconductor thin film includes depositing a conductive n-type semiconductor thin film on the upper part of the semiconductor substrate to form a Schottky junction with the semiconductor substrate, It is characterized in that it is a step of forming an interface defect at the joint surface between the semiconductor substrate and the semiconductor thin film.
또한, 본 발명에 따른 근적외선 감지용 포토다이오드 제조 방법에서, 상기 전극을 형성하는 단계는, 상기 반도체 기판 하부에 오믹 접촉되도록 증착되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method of manufacturing a photodiode for near-infrared sensing according to the present invention, the step of forming the electrode is characterized in that the electrode is deposited to come into ohmic contact with the lower part of the semiconductor substrate.
기타 실시 예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in “Specific Details for Carrying Out the Invention” and the attached “Drawings.”
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다.The advantages and/or features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the various embodiments described in detail below along with the accompanying drawings.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시 예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.However, the present invention is not limited to the configuration of each embodiment disclosed below, but may also be implemented in various different forms. However, each embodiment disclosed in this specification ensures that the disclosure of the present invention is complete, and the present invention It is provided to fully inform those skilled in the art of the present invention, and it should be noted that the present invention is only defined by the scope of each claim.
본 발명에 의하면, 반도체 기판에 손상을 입히지 않고 계면 결함을 형성하여 반도체 기판의 에너지 밴드갭보다 낮은 에너지의 빛을 검출할 수 있게 된다.According to the present invention, it is possible to detect light with an energy lower than the energy band gap of the semiconductor substrate by forming an interface defect without damaging the semiconductor substrate.
또한, 본 발명에 의하면, 광검출에 공핍 영역에서 발생하는 전자만을 활용하기 때문에 반도체 기판의 두께를 최소화하여 광검출 소자 전체의 크기를 줄일 수 있게 된다.In addition, according to the present invention, since only electrons generated in the depletion region are used for photodetection, the thickness of the semiconductor substrate can be minimized and the overall size of the photodetector device can be reduced.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 감지용 포토다이오드의 구조를 개략적으로 보인 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 근적외선 감지용 포토다이오드의 구조를 개략적으로 보인 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 근적외선 감지용 포토다이오드의 에너지밴드 다이어그램이다.
도 4는 본 발명에 따른 근적외선 감지용 포토다이오드의 검출 동작 원리를 설명하는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 근적외선 감지용 포토다이오드에 조사되는 레이저 펄스 폭의 변화에 따른 광응답 특성 변화를 나타낸 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 근적외선 감지용 포토다이오드에 조사되는 빛의 주파수 특성에 따른 광응답 특성 변화를 나타낸 도면이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 감지용 포토다이오드 제조 과정을 나타내는 도면이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 근적외선 감지용 포토다이오드 제조 과정을 나타내는 도면이다.Figure 1 is a diagram schematically showing the structure of a photodiode for detecting near-infrared rays according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram schematically showing the structure of a photodiode for detecting near-infrared rays according to another embodiment of the present invention.
Figure 3 is an energy band diagram of a photodiode for near-infrared detection according to the present invention.
Figure 4 is a diagram explaining the detection operation principle of the photodiode for near-infrared detection according to the present invention.
Figures 5a and 5b are diagrams showing changes in optical response characteristics according to changes in the laser pulse width irradiated to the photodiode for near-infrared detection according to the present invention.
Figures 6a and 6b are diagrams showing changes in light response characteristics according to the frequency characteristics of light irradiated to the photodiode for near-infrared detection according to the present invention.
Figures 7a to 7c are diagrams showing the manufacturing process of a photodiode for near-infrared sensing according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 8A to 8C are diagrams showing the manufacturing process of a photodiode for detecting near-infrared rays according to another embodiment of the present invention.
본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.Before explaining the present invention in detail, the terms or words used in this specification should not be construed as unconditionally limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventor of the present invention should not use the terms or words in order to explain his invention in the best way. It should be noted that the concepts of various terms can be appropriately defined and used, and furthermore, that these terms and words should be interpreted with meanings and concepts consistent with the technical idea of the present invention.
즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.That is, the terms used in this specification are only used to describe preferred embodiments of the present invention, and are not used with the intention of specifically limiting the content of the present invention, and these terms refer to various possibilities of the present invention. It is important to note that this is a term defined with consideration in mind.
또한, 본 명세서에 있어서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.In addition, in this specification, it should be noted that singular expressions may include plural expressions unless the context clearly indicates a different meaning, and that even if similarly expressed in plural, they may include singular meanings. do.
본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.Throughout this specification, when a component is described as “including” another component, it does not exclude any other component, but includes any other component, unless specifically stated to the contrary. It could mean that you can do it.
더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.Furthermore, when a component is described as being "installed within or connected to" another component, it means that this component may be installed in direct connection or contact with the other component and may be installed in contact with the other component and may be installed in contact with the other component. It may be installed at a certain distance, and in the case where it is installed at a certain distance, there may be a third component or means for fixing or connecting the component to another component. It should be noted that the description of the components or means of 3 may be omitted.
반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.On the other hand, when a component is described as being “directly connected” or “directly connected” to another component, it should be understood that no third component or means is present.
마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.Likewise, other expressions that describe the relationship between each component, such as "between" and "immediately between", or "neighboring" and "directly neighboring", have the same meaning. It should be interpreted as
또한, 본 명세서에 있어서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.In addition, in this specification, terms such as "one side", "other side", "one side", "the other side", "first", "second", etc., if used, refer to one component. It is used to clearly distinguish it from other components, and it should be noted that the meaning of the component is not limited by this term.
또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.In addition, in this specification, terms related to position such as "top", "bottom", "left", "right", etc., if used, should be understood as indicating the relative position of the corresponding component in the corresponding drawing. Unless the absolute location is specified, these location-related terms should not be understood as referring to the absolute location.
더욱이, 본 발명의 명세서에서는, "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는, 사용된다면, 하나 이상의 기능이나 동작을 처리할 수 있는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있음을 알아야 한다.Moreover, in the specification of the present invention, terms such as "...unit", "...unit", "module", "device", etc., if used, mean a unit capable of processing one or more functions or operations, which is hardware. Alternatively, it should be noted that it can be implemented through software, or a combination of hardware and software.
또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.In addition, in this specification, when specifying the reference numeral for each component in each drawing, the same component has the same reference number even if the component is shown in different drawings, that is, the same reference is made throughout the specification. The symbols indicate the same component.
본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.In the drawings attached to this specification, the size, position, connection relationship, etc. of each component constituting the present invention is exaggerated, reduced, or omitted in order to convey the idea of the present invention sufficiently clearly or for convenience of explanation. It may be described, and therefore its proportions or scale may not be exact.
또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략될 수도 있다.In addition, hereinafter, in describing the present invention, detailed descriptions of configurations that are judged to unnecessarily obscure the gist of the present invention, for example, known technologies including prior art, may be omitted.
이하에서는 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 근적외선 감지용 포토다이오드 및 이의 제조 방법에 대해서 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a near-infrared sensing photodiode and a manufacturing method thereof according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 감지용 포토다이오드의 구조를 개략적으로 보인 도면이다.Figure 1 is a diagram schematically showing the structure of a photodiode for detecting near-infrared rays according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 감지용 포토다이오드(100)는, 반도체 기판(110), 반도체 기판(110) 하부에 형성되는 전극(120), 반도체 기판(110) 상부에 형성되는 반도체 박막(130)을 포함하여 이루어질 수 있다.As shown in FIG. 1, the near-
여기서, 반도체 기판(110)은 근적외선 감지용 포토다이오드의 여러 구성 요소들을 지지하기 위한 기판이다.Here, the
반도체 기판(110)은 접근성이 용이한 n형의 실리콘 기판으로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.The
전극(120)은 빛에 의해 발생한 전자의 전기 전도성을 향상시키기 위해 반도체 기판(110)에 오믹 접촉(Ohmic Contact)되어야 한다.The
이에 따라, 전극(120)은 오믹 접촉이 가능한 금속 물질로 이루어질 수 있다.Accordingly, the
오믹 접촉이 가능한 금속 물질로 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 금(Au) 등이 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.Metal materials capable of ohmic contact include aluminum (Al), titanium (Ti), chromium (Cr), nickel (Ni), gold (Au), etc., but are not limited thereto.
오믹 접촉을 통해 반도체 기판(110) 하부에 전극(120)을 형성하기 위해 전자빔 증착(E-beam evaporation)을 사용하여 반도체 기판(110)의 하부 표면에 얇은 스트립으로 금속 필름, 일예로 알루미늄(Al) 필름을 셰도우 마스크(Shadow mask)를 사용하여 증착한 후, 일정 시간동안 열처리를 수행하여 오믹 접촉을 형성할 수 있다.A metal film, for example, aluminum (Al), is deposited as a thin strip on the lower surface of the
반도체 박막(130)은 반도체 기판(110) 상부에 증착되어 반도체 박막(130)과 반도체 기판(110) 사이의 접합면에 계면 결함을 형성할 수 있다.The semiconductor
반도체 박막(130)은 반도체 기판(110)과 이종 접합(hetero junction)을 형성하는 물질로 이루어질 수 있다.The semiconductor
이와 같이, 반도체 기판(110) 상부에 증착되는 반도체 박막(130)은 전극의 역할을 수행할 수 있으며, 이로 인해 전극 제작 비용을 감소시킬 수 있게 된다.In this way, the semiconductor
이를 위해, 반도체 박막(130)으로 전도성을 지니는 투명한 n형 반도체 박막이 사용될 수 있다.For this purpose, a transparent n-type semiconductor thin film with conductivity may be used as the semiconductor
전도성을 지니는 투명한 n형 반도체 박막(130)으로 알루미늄(Al)이 도핑된 산화아연(Al:ZnO, AZO)이 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.Zinc oxide (Al:ZnO, AZO) doped with aluminum (Al) may be used as the conductive transparent n-type semiconductor
이와 같이, 반도체 기판(110) 상부에 전도성을 지니는 투명한 n형 반도체 박막(130)을 증착하게 되면, 반도체 박막(130)과 반도체 기판(110) 간에는 쇼트키 접합이 형성될 수 있다.In this way, when the conductive transparent n-type semiconductor
반도체 박막(130)은 펄스 레이저 증착(Pulse Laser Deposition, PLD)을 사용하여 반도체 기판(110)의 상부 표면에 증착될 수 있다. 이때, 반도체 기판(110)의 온도와 레이저 강도는 반도체 박막(130)의 특성을 제어하기 위해 변경 가능하다.The semiconductor
이와 같이, 반도체 기판(110) 상부에 반도체 박막(130)을 증착할 때, 산소 주입을 차단하게 되면, 반도체 기판(110)과 반도체 박막(130) 사이의 접합면에 계면 결함을 형성시킬 수 있게 된다.In this way, when depositing the semiconductor
이에 따라, 반도체 기판(110) 상부에 반도체 박막(130)을 증착할 때, 산소 주입 양을 제어하여, 반도체 기판(110)과 반도체 박막(130) 사이의 접합면에 형성되는 계면 결함 상태를 조절할 수 있게 된다.Accordingly, when depositing the semiconductor
또한, 산소 주입 양과 함께 반도체 기판(110)의 온도를 제어하여 반도체 기판(110)과 반도체 박막(130) 사이의 접합면에 형성되는 계면 결함 상태를 조절할 수도 있다.In addition, the temperature of the
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 근적외선 감지용 포토다이오드의 구조를 개략적으로 보인 도면이다.Figure 2 is a diagram schematically showing the structure of a photodiode for detecting near-infrared rays according to another embodiment of the present invention.
도 2에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 근적외선 감지용 포토다이오드(100)는, 반도체 기판(110), 반도체 기판(110)의 상부 일측에 형성되는 전극(120), 반도체 기판(110) 상부 타측에 형성되는 반도체 박막(130)을 포함하여 이루어질 수 있다.As shown in FIG. 2, the near-
여기서, 반도체 기판(110)의 하부는 입사된 빛의 산란을 유도하여 공핍 영역 내에서의 빛 흡수를 최대화할 수 있도록 한다.Here, the lower part of the
입사된 빛의 산란을 유도하기 위해, 반도체 기판(110)의 하부에는 입사된 빛을 난반사시켜 확산되게 하는 요철로 된 산란 패턴이 형성될 수 있다.In order to induce scattering of incident light, a scattering pattern with irregularities may be formed on the lower part of the
전극(120)과 반도체 박막(130)은 반도체 기판(110) 상부에 일정 거리를 두고 이격 형성될 수 있다.The
반도체 기판(110) 상부에 형성되는 전극(120) 및 반도체 박막(130)을 이루는 물질, 증착 방법 등은 본 발명의 일 실시예와 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.Since the materials and deposition methods of the
도 3은 본 발명에 따른 근적외선 감지용 포토다이오드의 에너지밴드 다이어그램이다.Figure 3 is an energy band diagram of a photodiode for near-infrared detection according to the present invention.
도 3에 도시하는 바와 같이, 본 발명에 따른 근적외선 감지용 포토다이오드는 금속의 반도체 박막(130)과 n형의 반도체 기판(110) 사이의 접합면에서 금속의 반도체 박막(130)의 전자 친화도(electron affinity)와 n형의 반도체 기판(110)의 전자 친화도 차이만큼의 높이를 갖는 쇼트키 장벽(Schottky barrier)이 발생하고, 이로 인하여 금속의 반도체 박막(130)과 접합하는 반도체 기판(110)의 계면에 공핍 영역(depletion region)이 형성된다.As shown in FIG. 3, the near-infrared sensing photodiode according to the present invention determines the electron affinity of the metal semiconductor
구체적으로, 금속의 반도체 박막(130)과 n형의 반도체 기판(110)을 접합시키면, 페르미 준위가 높은 n형의 반도체 기판(110)에서 페르미 준위가 낮은 금속의 반도체 박막(130)으로 전자가 이동한다.Specifically, when the metal semiconductor
금속의 반도체 박막(130)은 에너지 밴드갭이 없어 캐리어가 풍부한 상태로, n형의 반도체 기판(110)에서 캐리어인 전자를 공급받아도 에너지 레벨의 변화가 없다. 반면 반도체 기판(110)의 계면에는 양이온만 남게 되어 공핍 영역이 형성된다. 이로 인하여 반도체 기판(110)의 에너지 밴드가 위로 휘어 전위 장벽이 생겨 반도체 박막(130)에서 반도체 기판(110)으로의 전자의 흐름이 저지된다.The metal semiconductor
한편, 앞서 설명한 바와 같이 반도체 기판(110) 상부에 반도체 박막(130)을 증착할 때, 산소 주입을 차단하게 되면, 반도체 기판(110)과 반도체 박막(130) 사이의 접합면에 계면 결함을 형성하게 된다.Meanwhile, as described above, when depositing the semiconductor
이러한 계면 결함에 의해 형성된 에너지 준위는 반도체 기판(110)의 에너지 밴드갭보다 작은 에너지의 빛에 의해 발생된 전자가 반도체 기판(110)으로 이동하여 전극(120)으로 빠져 나가 빛(에너지 밴드갭보다 작은 에너지의 빛)을 검출할 수 있게 된다. 이에 대해서는 아래에서 좀 더 자세하게 설명하기로 한다.The energy level formed by these interfacial defects is such that electrons generated by light with an energy smaller than the energy band gap of the
도 3에서 Ec는 전도대(Conduction Band), Ev는 가전자대(Valence Band), Ef는 페르미 준위(Fermi Level), Edefect는 결함에 의해 형성된 에너지 준위, Eg_Semi는 반도체 박막(130)의 에너지 밴드갭, Eg_Si는 반도체 기판(110)의 에너지 밴드갭이다.In Figure 3, E c is the conduction band, E v is the valence band, E f is the Fermi level, E defect is the energy level formed by the defect, and E g_Semi is the semiconductor
도 4는 본 발명에 따른 근적외선 감지용 포토다이오드의 검출 동작 원리를 설명하는 도면이다.Figure 4 is a diagram explaining the detection operation principle of the photodiode for near-infrared detection according to the present invention.
우선, 반도체 기판(110)의 에너지 밴드갭보다 작은 에너지의 빛(hv<Eg_Si)을 반도체 박막(130)을 향해 조사한다.First, light (hv<E g_Si ) with energy smaller than the energy band gap of the
본 발명의 실시예에서 반도체 박막(130)은 전도성을 지니는 투명한 n형 반도체 박막으로, 알루미늄(Al)이 도핑된 산화아연(Al:ZnO, AZO)이 사용될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the semiconductor
반도체 박막(130)에 조사된 빛이 반도체 기판(110)의 에너지 밴드갭보다 큰 경우에는 반도체 기판(110)이 빛을 흡수하여 반도체 기판(110) 내부에 전자-정공 쌍이 생성되고, 생성된 전자-정공 쌍은 접합부에 형성되어 있는 전기장에 의해 서로 반대 방향으로 이동하면서 외부에 연결된 전극에 전류가 흐르게 된다.When the light irradiated to the semiconductor
그러나, 반도체 기판(110)의 에너지 밴드갭보다 작은 에너지의 빛(hv<Eg_Si)을 조사하게 되는 경우, 일예로 반도체 기판(110)인 n형의 실리콘 기판의 에너지 밴드갭인 약 1.1eV(Electron Volt, 전자볼트)보다 작은 에너지의 빛, 예를 들어 1550m 파장의 빛을 반도체 박막(130)을 향해 조사한 경우에는, 빛에 의해 생성된 전자가 반도체 기판(110)의 에너지 밴드갭보다 작기 때문에 전자가 전도대로 전이하지 못하고, 전도대 아래 쪽에 위치하게 된다.However, when light (hv<E g_Si ) with an energy smaller than the energy band gap of the
구체적으로, 본 발명에서와 같이 n형의 반도체 기판(110)과 금속의 반도체 박막(130) 사이의 접합면에 계면 결함이 형성된 경우에는, 계면 결함에 의해 형성된 에너지 준위에 의해 전자가 여기되어 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 전자들이 전도대 근처까지 올라오게 된다.Specifically, when an interfacial defect is formed at the junction between the n-
한편, 공핍 영역 내에서는 에너지 밴드가 휘어 있으며, 이 부분에 전기장이 발생하게 된다. 그리고 이 전기장에 의해 공핍 영역 내에서 발생한 전자는 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 전도대 위로 전이하게 된다.Meanwhile, the energy band is bent within the depletion region, and an electric field is generated in this area. And electrons generated in the depletion region by this electric field are transferred onto the conduction band as shown in (b) of Figure 4.
이와 같이, 전도대 위로 전이된 전자들은 전기장에 의해 힘이 가해져 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이 전도대를 따라서 외부 전극(120)으로 이동하게 되고, 이러한 전자들의 이동은 전류(표동 전류, Drift Current)를 발생시킨다.In this way, the electrons transferred onto the conduction band are forced by the electric field and move to the
한편, 전도대 위로 전이하지 못한 전자들, 즉 반도체 기판(110)에서 발생한 전자들은 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같이 다시 아래로 떨어져 정공과 재결합하게 된다. 이와 같이, 반도체 기판(110)에서 발생한 전자들은 정공과 재결합하게 되므로, 전자를 외부로 내보낼 수 없게 된다.Meanwhile, electrons that fail to transfer above the conduction band, that is, electrons generated in the
전술한 바와 같이, 공핍 영역에서 발생하는 전자만이 전도대 위로 전이되어 외부 전극(120)으로 이동하는데, 전도대 위로 전이되어 전도대를 따라 외부 전극(120)으로 이동하는 전자의 수가 적어 확산 전류로 인한 시간 지연을 피할 수 있게 되며, 이로 인하여 고속의 동작 특성을 갖게 된다.As described above, only electrons generated in the depletion region are transferred over the conduction band and moved to the
앞서 설명한 바와 같이, 공핍 영역 내에서 발생한 전자는 전도대 위로 전이되어 외부 전극(120)으로 이동하게 되는데, 외부 전극(120)으로 이동한 전자의 양만큼 정공도 외부로 빠져 나가야 공핍 영역이 전기적으로 중성 상태를 유지할 수 있다.As previously explained, electrons generated within the depletion region are transferred onto the conduction band and moved to the
정공은 계면 결함에 의해 형성된 에너지 준위에 의해 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이 전자의 이동 방향과는 반대 방향인 반도체 박막(130) 측으로 이동하여 외부로 빠져 나가게 된다.Holes move toward the semiconductor
본 발명에서 반도체 박막(130)은 전극의 역할도 수행하게 되므로, 정공은 반도체 박막(130)으로 이동하여 외부로 빠져 나갈 수 있게 된다.In the present invention, the semiconductor
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 근적외선 감지용 포토다이오드에 조사되는 레이저 펄스 폭의 변화에 따른 광응답 특성 변화를 나타낸 도면이다.Figures 5a and 5b are diagrams showing changes in optical response characteristics according to changes in the laser pulse width irradiated to the near-infrared sensing photodiode according to the present invention.
레이저 펄스 폭을 변화시키면서 본 발명에 따른 근적외선 감지용 포토다이오드의 광전류를 측정한 결과, 반도체 기판(110)의 에너지 밴드갭보다 큰 에너지의 빛, 일예로 레이저 파장이 980nm인 레이저를 조사했을 때, 도 5a에 도시된 바와 같이 레이저가 꺼진 후에도 빛에 의해 발생한 전자가 완전히 방전되는데 긴 시간이 소요되는 것을 확인할 수 있다.As a result of measuring the photocurrent of the photodiode for near-infrared detection according to the present invention while changing the laser pulse width, when irradiating light with an energy greater than the energy band gap of the
이와 비교하여 반도체 기판(110)의 에너지 밴드갭보다 작은 에너지의 빛, 일예로 레이저 파장이 1550nm인 레이저를 조사했을 때, 도 5b에 도시된 바와 같이 레이저가 꺼진 후, 빠른 시간 안에 전자가 방전되는 것을 확인할 수 있다.In comparison, when light with an energy smaller than the energy band gap of the
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 근적외선 감지용 포토다이오드에 조사되는 빛의 주파수 특성에 따른 광응답 특성 변화를 나타낸 도면이다.Figures 6a and 6b are diagrams showing changes in light response characteristics according to the frequency characteristics of light irradiated to the photodiode for near-infrared detection according to the present invention.
일예로 20㎑의 주파수로 980nm 파장의 레이저를 조사하면 도 6a에 도시된 바와 같이 광전류가 완전히 0의 값에 도달하지 못하고 다시 증가하는 것을 확인할 수 있다.For example, when a laser with a wavelength of 980 nm is irradiated at a frequency of 20 kHz, it can be seen that the photocurrent does not completely reach the value of 0 and increases again, as shown in FIG. 6A.
반면에 20㎑의 주파수로 1550nm 파장의 레이저를 조사하면 도 6b에 도시하는 바와 같이 광전류가 0의 값에 빠르게 도달하여 레이저 주파수 신호를 정확하게 분석할 수 있게 된다.On the other hand, when a laser with a wavelength of 1550 nm is irradiated at a frequency of 20 kHz, the photocurrent quickly reaches a value of 0, as shown in FIG. 6b, making it possible to accurately analyze the laser frequency signal.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 감지용 포토다이오드 제조 과정을 나타내는 도면이다.Figures 7a to 7c are diagrams showing the manufacturing process of a photodiode for near-infrared sensing according to an embodiment of the present invention.
우선, 도 7a에 도시된 바와 같이 반도체 기판(110)을 마련한다.First, a
반도체 기판(110)은 근적외선 감지용 포토다이오드의 여러 구성 요소들을 지지하기 위한 기판으로, n형의 실리콘 기판으로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.The
이후, 도 7b에 도시된 바와 같이 반도체 기판(110)의 하부에 전극(120)을 형성한다.Afterwards, the
전극(120)은 빛에 의해 발생한 전자의 전기 전도성을 향상시키기 위해 반도체 기판(110)에 오믹 접촉되어야 한다.The
오믹 접촉을 통해 반도체 기판(110) 하부에 전극(120)을 형성하기 위해 전자빔 증착을 사용하여 반도체 기판(110)의 하부 표면에 얇은 스트립으로 금속 필름, 일예로 알루미늄(Al) 필름을 셰도우 마스크를 사용하여 증착한 후, 일정 시간 동안 열처리를 수행하여 오믹 접촉을 형성할 수 있다.A thin strip of a metal film, such as an aluminum (Al) film, is shadow masked on the lower surface of the
이후, 도 7c에 도시된 바와 같이 반도체 기판(110)의 상부에 반도체 박막(130)을 형성한다.Afterwards, a semiconductor
반도체 박막(130)은 반도체 기판(110) 상부에 증착되어 반도체 박막(130)과 반도체 기판(110) 사이의 접합면에 계면 결함을 형성할 수 있다.The semiconductor
반도체 기판(110) 상부에 증착되는 반도체 박막(130)은 전극의 역할을 수행할 수 있으며, 이를 위해 반도체 박막(130)으로 전도성을 지니는 투명한 n형 반도체 박막, 일예로 알루미늄(Al)이 도핑된 산화아연(Al:ZnO, AZO)이 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.The semiconductor
반도체 박막(130)은 펄스 레이저 증착을 사용하여 반도체 기판(110)의 상부 표면에 증착될 수 있으며, 반도체 기판(110)의 온도와 레이저 강도는 반도체 박막(130)의 특성을 제어하기 위해 변경 가능하다.The semiconductor
반도체 기판(110) 상부에 반도체 박막(130)을 증착할 때, 산소 주입을 차단하게 되면, 반도체 기판(110)과 반도체 박막(130) 사이의 접합면에 계면 결함을 형성시킬 수 있게 된다.When depositing the semiconductor
따라서, 반도체 기판(110) 상부에 반도체 박막(130)을 증착할 때, 산소 주입 양을 제어하여, 반도체 기판(110)과 반도체 박막(130) 사이의 접합면에 형성되는 계면 결함 상태를 조절할 수 있게 된다.Therefore, when depositing the semiconductor
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 근적외선 감지용 포토다이오드 제조 과정을 나타내는 도면이다.FIGS. 8A to 8C are diagrams showing the manufacturing process of a photodiode for detecting near-infrared rays according to another embodiment of the present invention.
우선, 도 8a에 도시된 바와 같이 반도체 기판(110)을 마련한다.First, a
본 발명의 다른 실시예에서 반도체 기판(110)의 하부는 입사된 빛의 산란을 유도하여 공핍 영역 내에서의 빛 흡수를 최대화할 수 있도록 한다.In another embodiment of the present invention, the lower part of the
이를 위해, 반도체 기판(110)의 하부에는 입사된 빛을 난반사시켜 확산되게 하는 요철로 된 산란 패턴이 형성될 수 있다.To this end, a scattering pattern with irregularities may be formed on the lower part of the
이후, 도 8b에 도시된 바와 같이 반도체 기판(110)의 상부 일측에 전극(120)을 형성한다.Afterwards, the
전극(120)을 이루는 물질 및 증착 방법 등은 본 발명의 일 실시예와 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.Since the material and deposition method of the
이후, 도 8c에 도시된 바와 같이 반도체 기판(110)의 상부 타측에 반도체 박막(130)을 형성한다.Thereafter, the semiconductor
반도체 박막(130)은 반도체 기판(110)의 상부에서 전극(120)과 일정 거리를 두고 이격 형성될 수 있다.The semiconductor
반도체 박막(130)을 이루는 물질 및 증착 방법 등은 본 발명의 일 실시예와 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.Since the material and deposition method of the semiconductor
본 발명의 실시예에서는 전극(120)을 먼저 증착한 후에 반도체 박막(130)을 증착하도록 구현하였으나, 이에 한정되지 않고 반도체 박막(130)을 먼저 증착한 다음에 전극(120)을 증착도록 구현할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the
이와 같이 본 발명에 의하면, 반도체 기판(110)에 손상을 입히지 않고, 반도체 기판(110) 상부에 반도체 박막(130)을 증착할 때, 산소 주입을 차단함으로써, 반도체 기판(110)과 반도체 박막(130) 사이의 접합면에 계면 결함을 형성시키고, 이 계면 결함에 의해 밴드갭보다 낮은 에너지의 빛을 검출할 수 있게 된다.According to the present invention, by blocking oxygen injection when depositing the semiconductor
또한, 반도체 기판(110) 상부에 증착되는 금속의 반도체 박막(130)이 전극 역할을 수행하도록 하여 전극 제작 비용을 감소시킬 수 있게 된다.In addition, the metal semiconductor
또한, 광검출에 공핍 영역에서 발생하는 전자만을 활용하기 때문에 반도체 기판의 두께를 최소화하여 광검출 소자 전체의 크기를 줄일 수 있게 된다.In addition, because only electrons generated in the depletion region are used for photodetection, the thickness of the semiconductor substrate can be minimized and the overall size of the photodetector device can be reduced.
이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시 예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시 예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.Above, various preferred embodiments of the present invention have been described by giving some examples, but the description of the various embodiments described in the "Detailed Contents for Carrying out the Invention" section is merely illustrative and the present invention Those skilled in the art will understand from the above description that the present invention can be implemented with various modifications or equivalent implementations of the present invention.
또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.In addition, since the present invention can be implemented in various other forms, the present invention is not limited by the above description, and the above description is intended to make the disclosure of the present invention complete and is commonly used in the technical field to which the present invention pertains. It is provided only to fully inform those with knowledge of the scope of the present invention, and it should be noted that the present invention is only defined by each claim in the claims.
100. 근적외선 감지용 포토다이오드,
110. 반도체 기판,
120. 전극,
130. 반도체 박막100. Photodiode for near-infrared detection,
110. Semiconductor substrate,
120. Electrode,
130. Semiconductor thin film
Claims (11)
상기 반도체 기판 하부에 형성되는 전극;
상기 반도체 기판 상부에 형성되는 반도체 박막;을 포함하되,
상기 반도체 박막은 상기 반도체 기판 상부에 증착되어 상기 반도체 기판과 상기 반도체 박막 사이의 접합면에 계면 결함을 형성하고,
상기 계면 결함은,
공핍 영역 내에서 발생한 전자만을 상기 전극으로 이동시켜 상기 반도체 기판의 에너지 밴드갭보다 낮은 에너지의 빛을 감지토록 하는 것을 특징으로 하는,
근적외선 감지용 포토다이오드.
semiconductor substrate;
an electrode formed below the semiconductor substrate;
Including a semiconductor thin film formed on the semiconductor substrate,
The semiconductor thin film is deposited on top of the semiconductor substrate to form an interface defect at the junction surface between the semiconductor substrate and the semiconductor thin film,
The interface defect is,
Characterized in that only electrons generated in the depletion region are moved to the electrode to detect light with an energy lower than the energy band gap of the semiconductor substrate.
Photodiode for near-infrared detection.
상기 반도체 기판 상부 일측에 형성되는 전극;
상기 반도체 기판 상부 타측에 상기 전극과 일정 거리를 두고 이격 형성되는 반도체 박막;을 포함하되,
상기 반도체 박막은 상기 반도체 기판 상부에 증착되어 상기 반도체 기판과 상기 반도체 박막 사이의 접합면에 계면 결함을 형성하고,
상기 계면 결함은,
공핍 영역 내에서 발생한 전자만을 상기 전극으로 이동시켜 상기 반도체 기판의 에너지 밴드갭보다 낮은 에너지의 빛을 감지토록 하는 것을 특징으로 하는,
근적외선 감지용 포토다이오드.
semiconductor substrate;
an electrode formed on one upper side of the semiconductor substrate;
A semiconductor thin film formed on the other upper side of the semiconductor substrate at a certain distance from the electrode,
The semiconductor thin film is deposited on top of the semiconductor substrate to form an interface defect at the junction surface between the semiconductor substrate and the semiconductor thin film,
The interface defect is,
Characterized in that only electrons generated in the depletion region are moved to the electrode to detect light with an energy lower than the energy band gap of the semiconductor substrate.
Photodiode for near-infrared detection.
상기 반도체 기판은,
하부에, 상부에서 입사된 빛을 난반사시켜 확산되게 하는 요철로 된 산란 패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는,
근적외선 감지용 포토다이오드.
According to paragraph 2,
The semiconductor substrate is,
Characterized in that a scattering pattern with irregularities is formed at the bottom, which diffusely reflects and diffuses the light incident from the top.
Photodiode for near-infrared detection.
상기 반도체 박막은,
전도성을 지니는 n형 반도체 박막으로 이루어지며,
상기 반도체 기판 상부에 증착되어 상기 반도체 기판과 쇼트키 접합을 형성하는 것을 특징으로 하는,
근적외선 감지용 포토다이오드.
According to any one of claims 1 to 3,
The semiconductor thin film is,
It is made of a conductive n-type semiconductor thin film,
Characterized in that it is deposited on top of the semiconductor substrate to form a Schottky junction with the semiconductor substrate,
Photodiode for near-infrared detection.
상기 전극은,
상기 반도체 기판에 오믹 접촉되는 것을 특징으로 하는,
근적외선 감지용 포토다이오드.
According to any one of claims 1 to 3,
The electrode is,
Characterized in ohmic contact with the semiconductor substrate,
Photodiode for near-infrared detection.
상기 반도체 기판 하부에 전극을 형성하는 단계;
상기 반도체 기판 상부에 반도체 박막을 형성하는 단계;를 포함하되,
상기 반도체 박막을 형성하는 단계는,
상기 반도체 기판 상부에 상기 반도체 박막을 증착하여 상기 반도체 기판과 상기 반도체 박막 사이의 접합면에 계면 결함을 형성시키는 단계이고,
상기 계면 결함은,
공핍 영역 내에서 발생한 전자만을 상기 전극으로 이동시켜 상기 반도체 기판의 에너지 밴드갭보다 낮은 에너지의 빛을 감지토록 하는 것을 특징으로 하는,
근적외선 감지용 포토다이오드 제조 방법.
Preparing a semiconductor substrate;
forming an electrode on the lower part of the semiconductor substrate;
Including forming a semiconductor thin film on the semiconductor substrate,
The step of forming the semiconductor thin film is,
A step of depositing the semiconductor thin film on the semiconductor substrate to form an interface defect at the junction surface between the semiconductor substrate and the semiconductor thin film,
The interface defect is,
Characterized in that only electrons generated in the depletion region are moved to the electrode to detect light with an energy lower than the energy band gap of the semiconductor substrate.
Method of manufacturing a photodiode for near-infrared detection.
상기 전극을 형성하는 단계는,
상기 반도체 기판 상부 일측에 전극을 형성하는 단계이고,
상기 반도체 박막을 형성하는 단계는,
상기 반도체 기판 상부 타측에 상기 전극과 일정 거리 이격되게 반도체 박막을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는,
근적외선 감지용 포토다이오드 제조 방법.
According to clause 6,
The step of forming the electrode is,
This is the step of forming an electrode on one upper side of the semiconductor substrate,
The step of forming the semiconductor thin film is,
Characterized in the step of forming a semiconductor thin film on the other upper side of the semiconductor substrate at a certain distance from the electrode.
Method of manufacturing a photodiode for near-infrared detection.
상기 반도체 기판을 마련하는 단계는,
하부에, 상부에서 입사된 빛을 난반사시켜 확산되게 하는 요철로 된 산란 패턴이 형성된 반도체 기판을 마련하는 단계인 것을 특징으로 하는,
근적외선 감지용 포토다이오드 제조 방법.
In clause 7,
The step of preparing the semiconductor substrate is,
Characterized in the step of providing a semiconductor substrate with an uneven scattering pattern formed at the bottom, which diffuses and reflects light incident from the top.
Method of manufacturing a photodiode for near-infrared detection.
상기 반도체 박막을 형성하는 단계에서,
상기 반도체 기판 상부에 상기 반도체 박막을 증착할 때, 산소 주입을 차단하여 상기 반도체 기판과 상기 반도체 박막 사이의 접합면에 계면 결함을 형성시키는 것을 특징으로 하는,
근적외선 감지용 포토다이오드 제조 방법.
According to any one of claims 6 to 8,
In the step of forming the semiconductor thin film,
When depositing the semiconductor thin film on the upper part of the semiconductor substrate, oxygen injection is blocked to form an interface defect at the joint surface between the semiconductor substrate and the semiconductor thin film.
Method of manufacturing a photodiode for near-infrared detection.
상기 반도체 박막을 형성하는 단계는,
상기 반도체 기판 상부에 전도성을 지니는 n형 반도체 박막을 증착하여 상기 반도체 기판과 쇼트키 접합을 형성하면서, 상기 반도체 기판과 상기 반도체 박막 사이의 접합면에 계면 결함을 형성시키는 단계인 것을 특징으로 하는,
근적외선 감지용 포토다이오드 제조 방법.
According to any one of claims 6 to 8,
The step of forming the semiconductor thin film is,
Characterized in the step of depositing a conductive n-type semiconductor thin film on top of the semiconductor substrate to form a Schottky junction with the semiconductor substrate, and forming an interface defect at the junction surface between the semiconductor substrate and the semiconductor thin film.
Method for manufacturing a photodiode for near-infrared detection.
상기 전극을 형성하는 단계는,
상기 반도체 기판 하부에 오믹 접촉되도록 증착되는 것을 특징으로 하는,
근적외선 감지용 포토다이오드 제조 방법.According to any one of claims 6 to 8,
The step of forming the electrode is,
Characterized in that it is deposited to be in ohmic contact with the lower part of the semiconductor substrate,
Method of manufacturing a photodiode for near-infrared detection.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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