KR20170094857A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
실시 예는 반도체 소자에 관한 것이다.Embodiments relate to semiconductor devices.
일반적으로 광 검출기(photodetector) 같은 수광 소자는 빛을 검출하여 그 강도를 전기 신호로 변환하는 일종의 트랜스듀서이다. 이러한 수광 소자로서, 광 전지(실리콘, 셀렌), 광도전 소자(황화 카드뮴, 셀렌화 카드뮴), 포토 다이오드, 포토트랜지스터, 광전자 증배관, 광전관(진 공, 가스 봉입) 등이 있다.In general, a light receiving element such as a photodetector is a kind of transducer that detects light and converts its intensity into an electric signal. Photodiodes, phototransistors, photomultiplier tubes, phototransducer (vacuum, gas filled), etc., are available as photodetectors, such as photocells (silicon, selenium), photoconductive elements (cadmium sulfide, cadmium selenide)
수광 소자는 광 변환 효율이 우수한 직접천이 반도체(direct bandgap semiconductor)를 이용하여 제작될 수 있다. 반도체를 이용한 수광 소자는 반도체에서 발생하는 광전 효과를 통해 전자기적 에너지를 전기적인 에너지로 변환한다. 이러한 수광 소자는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 가장 일반적인 수광 소자의 구조로서, p-n 접합을 이용하는 PIN 다이오드형 구조, 쇼트키접합(Schottky junction)을 이용하는 쇼트키 형 구조, MSM(Metal Semiconductor Metal)형 구조 등이 있다.The light receiving element can be fabricated using a direct bandgap semiconductor having excellent light conversion efficiency. A light receiving device using a semiconductor converts electromagnetic energy into electric energy through a photoelectric effect generated in the semiconductor. Such a light receiving element can be implemented in various forms. As a structure of the most common light receiving element, there are a PIN diode type structure using a p-n junction, a Schottky structure using a Schottky junction, and a metal semiconductor metal (MSM) structure.
전술한 구조 중에서, PIN 다이오드형 구조가 우수한 응답성을 가지므로, 이에 대한 연구가 진행되고 있다. PIN 다이오드형 구조를 채택한 수광 소자의 응답성은 공핍 영역의 넓이(또는, 크기)와 관련된다. 기존 수광 소자의 경우, 공핍 영역이 작아 수광 소자의 응답성이 열악한 문제점이 있다. 게다가, PIN 방식을 채택한 수광 소자의 경우, I 영역을 완전히 공핍화시키기 위해서는 네가티브 바이어스(negative bias)를 인가해야 하는 문제점이 수반될 수 있다.Of the above structures, the PIN diode type structure has excellent response properties, and research is underway. The responsiveness of a light receiving element employing a PIN diode type structure is related to the width (or size) of the depletion region. In the case of the conventional light receiving element, the response area of the light receiving element is poor due to the small depletion region. In addition, in the case of a light receiving element adopting the PIN method, there is a problem that a negative bias must be applied in order to completely deplete the I region.
실시 예는 우수한 응답성을 갖는 반도체 소자를 제공한다.The embodiment provides a semiconductor device having excellent response.
실시 예에 의한 반도체 소자는, n형 제1 반도체층; p형 제1 반도체층; 상기 n형 제1 반도체층과 상기 p형 제1 반도체층 사이에 배치된 활성층; 상기 p형 제1 반도체층 위에 p형 전극; 상기 n형 제1 반도체층 위에 n형 전극을 포함하고, 상기 활성층의 전체가 공핍 영역일 수 있다.A semiconductor device according to an embodiment includes: an n-type first semiconductor layer; a p-type first semiconductor layer; An active layer disposed between the n-type first semiconductor layer and the p-type first semiconductor layer; A p-type electrode on the p-type first semiconductor layer; An n-type electrode on the n-type first semiconductor layer, and the entire active layer may be a depletion region.
예를 들어, 상기 활성층은 반복 적층되는 복수의 PIN 구조물을 포함하고, 상기 복수의 PIN 구조물 각각은 n형 제2 반도체층; p형 제2 반도체층; 및 상기 n형 제2 반도체층과 상기 p형 제2 반도체층 사이에 배치된 제1 진성 반도체층을 포함할 수 있다.For example, the active layer includes a plurality of PIN structures that are repeatedly stacked, and each of the plurality of PIN structures includes an n-type second semiconductor layer; a p-type second semiconductor layer; And a first intrinsic semiconductor layer disposed between the n-type second semiconductor layer and the p-type second semiconductor layer.
예를 들어, 상기 n형 제2 반도체층, 상기 제1 진성 반도체층 또는 상기 p형 제2 반도체층 중 적어도 하나는 초격자층일 수 있다.For example, at least one of the n-type second semiconductor layer, the first intrinsic semiconductor layer, and the p-type second semiconductor layer may be a superlattice layer.
예를 들어, 상기 활성층은 상기 복수의 PIN 구조물 중 인접하는 PIN 구조물 사이에 배치되는 제2 진성 반도체층을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 진성 반도체층은 초격자층일 수 있다.For example, the active layer may further include a second intrinsic semiconductor layer disposed between adjacent PIN structures of the plurality of PIN structures. The second intrinsic semiconductor layer may be a super lattice layer.
예를 들어, 상기 활성층은 반복 적층되는 복수의 PN 구조물을 포함하고, 상기 복수의 PN 구조물 각각은 n형 제3 반도체층; 및 상기 n형 제3 반도체층 위에 p형 제3 반도체층을 포함할 수 있다.For example, the active layer includes a plurality of PN structures that are repeatedly stacked, and each of the plurality of PN structures includes an n-type third semiconductor layer; And a p-type third semiconductor layer on the n-type third semiconductor layer.
예를 들어, 상기 n형 제3 반도체층과 상기 p형 제3 반도체층은 동일한 두께를 가질 수 있다.For example, the n-type third semiconductor layer and the p-type third semiconductor layer may have the same thickness.
예를 들어, 상기 n형 제3 반도체층 및 상기 p형 제3 반도체층 각각은 초격자층일 수 있다.For example, each of the n-type third semiconductor layer and the p-type third semiconductor layer may be a super lattice layer.
예를 들어, 상기 활성층은 280 ㎚ 이하의 파장 대역을 갖는 광을 흡수할 수 있다.For example, the active layer can absorb light having a wavelength band of 280 nm or less.
실시 예에 따른 반도체 소자는 공핍층 영역이 넓어 우수한 응답성을 가지며, 구동시 네가티브 바이어스(negative bias)를 인가받을 필요가 없다.The semiconductor device according to the embodiment has a wide response area because the depletion layer region is wide, and it is not necessary to apply a negative bias during driving.
도 1은 일 실시 예에 의한 수광 소자의 평면도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 I-I'선을 따라 절개한 단면도를 나타낸다.
도 3은 도 2에 도시된 활성층의 일 실시 예에 의한 단면도를 나타낸다.
도 4는 도 1에 도시된 활성층의 다른 실시 예에 의한 단면도를 나타낸다.
도 5는 도 1에 도시된 활성층의 또 다른 실시 예에 의한 단면도를 나타낸다.
도 6a는 비교 례에 의한 수광 소자의 에너지 밴드 다이어그램을 나타내고, 도 6b는 실시 예에 의한 수광 소자의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸다.1 is a plan view of a light receiving element according to an embodiment.
2 is a cross-sectional view taken along the line I-I 'shown in FIG.
3 is a cross-sectional view of the active layer shown in FIG. 2 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 shows a cross-sectional view of another embodiment of the active layer shown in FIG.
5 shows a cross-sectional view of another embodiment of the active layer shown in FIG.
FIG. 6A shows an energy band diagram of a light receiving element according to a comparative example, and FIG. 6B shows an energy band diagram of a light receiving element according to an embodiment.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to facilitate understanding of the present invention. However, the embodiments according to the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. Embodiments of the invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)”로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.In the description of the embodiment according to the present invention, in the case of being described as being formed on the "upper" or "on or under" of each element, on or under includes both elements being directly contacted with each other or one or more other elements being indirectly formed between the two elements. Also, when expressed as "on" or "on or under", it may include not only an upward direction but also a downward direction with respect to one element.
또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상/상부/위" 및 "하/하부/아래" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 있다.It is also to be understood that the terms "first" and "second," "upper / upper / upper," and "lower / lower / lower" But may be used only to distinguish one entity or element from another entity or element, without necessarily requiring or implying an order.
이하, 실시 예에 의한 반도체 소자(100)를 데카르트 좌표계를 이용하여 설명하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 데카르트 좌표계에 의하면, x축, y축 및 z축은 서로 직교하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, x축, y축, z축은 직교하는 대신에 서로 교차할 수 있다.Hereinafter, the
또한, 실시 예에 의한 반도체 소자는 반도체를 이용하여 구현되며 다양한 소자를 의미할 수 있다. 예를 들어, 실시 예에 의한 반도체 소자는 수광 소자 또는 발광 소자를 의미할 수 있다. 여기서, 발광 소자는 반도체를 이용하여 구현되며 발광 다이오드 또는 레이져 다이오드 등을 의미할 수 있다. 수광 소자 역시 반도체를 이용하여 구현되며 수광 다이오드 또는 태양 전지 등을 의미할 수 있다. 또한, 실시 예에 의한 반도체 소자는 반드시 반도체로만 구현되지 않으며 경우에 따라 금속 물질을 더 포함할 수도 있다. 따라서, 이하에서 설명되는 수광 소자는 반도체를 이용하여 구현 가능한 반도체 소자의 일종이다.In addition, the semiconductor device according to the embodiment may be implemented using a semiconductor and may mean various devices. For example, the semiconductor device according to the embodiment may mean a light receiving element or a light emitting element. Here, the light emitting device is implemented using a semiconductor and may mean a light emitting diode, a laser diode, or the like. The light receiving element may also be implemented using a semiconductor and may mean a light receiving diode or a solar cell. In addition, the semiconductor device according to the embodiment is not necessarily made of a semiconductor, and may further include a metal material in some cases. Therefore, the light receiving element described below is a kind of semiconductor element that can be implemented using a semiconductor.
도 1은 일 실시 예에 의한 수광 소자(100)의 평면도를 나타내고, 도 2는 도 1에 도시된 I-I'선을 따라 절개한 단면도를 나타낸다.FIG. 1 is a plan view of a
도 1 및 도 2를 참조하면, 실시 예에 의한 수광 소자(100)는 기판(110), 버퍼층(120), n형 제1 반도체층(130), p형 제1 반도체층(140), 활성층(150), 제1 전극(160) 및 제2 전극(170)을 포함할 수 있다.1 and 2, a
기판(110) 위에 수광 구조물이 배치된다. 예를 들어, 수광 구조물은 사파이어 기판(110)의 (0001) 면 상에 형성될 수 있다.A light receiving structure is disposed on the
기판(110)과 n형 제1 반도체층(130) 사이에 버퍼층(120)이 더 배치될 수도 있다. A
예를 들어, 버퍼층(120)은 AlN로 구현될 수 있으며, 버퍼층(120)의 제1 두께(t1)는 100 ㎚일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 경우에 따라, 버퍼층(120)은 생략될 수도 있다.For example, the
수광 구조물은 n형 제1 반도체층(130), p형 제1 반도체층(140) 및 활성층(150)을 포함할 수 있다.The light receiving structure may include an n-type
n형 제1 반도체층(130)은 고농도로 도핑된 GaN으로 구현될 수 있으며, n형 제1 반도체층(130)의 제2 두께(t2)는 250 ㎚일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.The n-type
p형 제1 반도체층(140)은 고농도로 도핑된 GaN으로 구현될 수 있으며, p형 제1 반도체층(140)의 제3 두께(t3)는 30 ㎚일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.The p-type
활성층(150)은 n형 제1 반도체층(130)과 p형 제1 반도체층(140) 사이에 배치될 수 있다.The
수광 소자(100)에 입력되는 광자(photon)는 활성층(150)에서 전자 및 정공 쌍을 발생시킨다. 발생된 전자와 정공은 활성층(150)을 가로지르는 전계로 인해 서로 반대 방향으로 움직여 n형 및 p형 전극(160, 170)과 각각 만나, 전류로서 검출될 수 있다. 비록 도시되지는 않았지만, n형 전극(160)과 p형 전극(170)에 전류계(미도시)의 음의 단자와 양의 단자가 각각 연결되어 수광 소자(100)에서 발생된 전류를 측정할 수 있다.Photon input to the
실시 예에 의하면 활성층(150)의 전체가 공핍 영역일 수 있다. 활성층(150)은 심자외선 파장 대역의 광을 흡수할 수 있다. 예를 들어, 활성층(150)은 280 ㎚ 이하의 파장 대역을 갖는 광을 흡수할 수 있다. 그러나, 실시 예는 활성층(150)에서 흡수하는 광의 특정한 파장 대역에 국한되지 않는다.According to an embodiment, the entire
예를 들어, 활성층(150)의 제4 두께(t4)는 10Å 내지 수십 ㎛일 수 있으나, 실시 예는 제4 두께(t4)의 특정한 값에 국한되지 않는다.For example, the fourth thickness t4 of the
전술한 n형 제1 반도체층(130), p형 제1 반도체층(140) 및 활성층(150) 각각은 질화물 반도체를 포함할 수 있다.Each of the n-type
도 3은 도 2에 도시된 활성층(150)의 일 실시 예(150A)에 의한 단면도를 나타낸다.FIG. 3 shows a cross-sectional view of the
도 3을 참조하면, 활성층(150A)은 반복 적층되는 복수의 PIN 구조물(150A-1 내지 150A-K)을 포함할 수 있다. 여기서, K는 2 이상의 양의 정수를 나타낸다.Referring to FIG. 3, the
복수의 PIN 구조물(150A-1 내지 150A-K) 각각(150A-k)은 n형 제2 반도체층(152A), 제1 진성(intrinsic) 반도체층(154A) 및 p형 제2 반도체층(156A)을 포함할 수 있다. 여기서, 1 ≤ k ≤ K 이다.Each of the plurality of
제1 진성 반도체층(154A)은 n형 제2 반도체층(152A)과 p형 제2 반도체층(156A) 사이에 배치될 수 있다. 제1 진성 반도체층(154A)은 의도적으로 도핑되지 않으나 약한 도핑 농도를 가질 수 있다.The first
n형 제2 반도체층(152A)은 AlxGa(1-x)N (0 ≤ x ≤ 1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있고, p형 제2 반도체층(156A)은 AlyGa(1-y)N (0 ≤ y ≤ 1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있고, 제1 진성 반도체층(154A)은 AlzGa(1-z)N (0 ≤ z ≤ 1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다.n-type second semiconductor layer (152A) is Al x Ga (1-x) N can include a semiconductor material having a composition formula of (0 ≤ x ≤ 1), p -type second semiconductor layer (156A) is
수광 소자(100)는 광자가 기판(110) 쪽으로 입사되는 후방 조사(back illumination)형일 수도 있고, p형 제1 반도체층(140) 쪽으로 입사되는 전방 조사(forward illumination)형일 수도 있다.The
만일, 수광 소자(100)가 전방 조사형일 경우, p형 제2 반도체층(156A)과 제1 진성 반도체층(154A)의 에너지 밴드갭이 서로 동일할 경우, p형 제2 반도체층(156A)에서 캐리어가 여기되어 흡수되어 제1 진성 반도체층(154A)으로 제공되기 어려울 수도 있다. 이에, 알루미늄(Al)을 제1 진성 반도체층(154A)에 첨가한다면, p형 제2 반도체층(156A)에서 캐리어가 흡수되는 현상은 더 심화될 수도 있다. 이를 방지하기 위해, p형 제2 반도체층(156A)의 에너지 밴드 갭을 키워 캐리어가 p형 제2 반도체층(156A)에서 흡수되지 못하도록 할 수도 있다. 따라서, p형 제2 반도체층(156A)의 에너지 밴드갭을 제1 진성 반도체층(154A)의 에너지 밴드 갭보다 더 키우기 위해, Al을 p형 제2 반도체층(156A)에 더 많이 첨가할 수 있다. 즉, 제1 진성 반도체층(154A)에 포함된 알루미늄의 함량(z)은 p형 제2 반도체층(156A)에 포함된 알루미늄의 함량(y) 이상일 수 있다. 그러나, p형 제2 반도체층(156A)과 제1 진성 반도체층(154A)의 에너지 밴드갭은 이에 국한되지 않는다. 왜냐하면, p형 제2 반도체층(156A)의 두께를 충분히 얇게 할 경우, 캐리어가 p형 제2 반도체층(156A)에서 흡수되지 않을 수도 있기 때문이다.If the energy bandgap of the p-type
예를 들어, n형 제2 반도체층(152A)은 GaN을 포함하고, p형 제2 반도체층(156A) 및 제1 진성 반도체층(154A) 각각은 Al0 .45Ga0 .55N의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, p형 제2 반도체층(156A)의 두께는 제1 진성 반도체층(154A)의 두께보다 훨씬 얇을 수 있다.For example, n-type second semiconductor layer (152A) comprises GaN, and, p-type second semiconductor layer (156A) and a first intrinsic semiconductor layer (154A) each of which Al 0 .45 Ga 0 .55 N formula And the like. In addition, as described above, the thickness of the p-type
또한, 수광 소자(100)가 전방 조사형인가 후방 조사형인가에 따라, n형 제2 반도체층(152A), 제1 진성 반도체층(154A) 및 p형 제2 반도체층(156A) 간의 에너지 밴드 갭의 대소나 두께가 결정될 수 있으며, 실시 예는 이러한 에너지 밴드 갭의 상대적인 크기 및 두께의 특정한 값에 국한되지 않는다.The energy band between the n-type
n형 제2 반도체층(152A), 제1 진성 반도체층(154A) 또는 p형 제2 반도체층(156A) 중 적어도 하나는 초격자(SL:SuperLattice)층(또는, 초접합(SL:super junction)층일 수 있다.At least one of the n-type
n형 제2 반도체층(152A), 제1 진성 반도체층(154A) 및 n형 제2 반도체층(156A) 각각의 두께의 최소값은 50Å, 50Å 및 10Å일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.The minimum thickness of each of the n-type
도 4는 도 1에 도시된 활성층(150)의 다른 실시 예(150B)에 의한 단면도를 나타낸다.FIG. 4 shows a cross-sectional view of another
도 4에 도시된 활성층(150B)은 L개의 PIN 구조물(150B-1 내지 150B-L) 뿐만 아니라 L-1개의 제2 진성 반도체층(154C-1 내지 154C-L-1)을 포함할 수 있다. 여기서, L은 2 이상의 양의 정수를 나타낸다.The
복수의 PIN 구조물(150B-1 내지 150B-L) 각각(150A-l)은 n형 제2 반도체층(152B), 제1 진성 반도체층(154B) 및 p형 제2 반도체층(156B)을 포함할 수 있다. 여기서, 1 ≤ l ≤ L 이다.Each of the plurality of
제1 진성 반도체층(154B)은 n형 제2 반도체층(152B)과 p형 제2 반도체층(156B) 사이에 배치될 수 있다. The first
또한, 도 4에 도시된 n형 제2 반도체층(152B), 제1 진성 반도체층(154B) 및 p형 제2 반도체층(156B)은 도 3에 도시된 n형 제2 반도체층(152A), 제1 진성 반도체층(154A) 및 p형 제2 반도체층(156A)와 각각 동일할 수도 있고 다를 수도 있다.The n-type
L-1개의 제2 진성 반도체층(154C-1 내지 154C-L-1)은 복수의 PIN 구조물(150B-1 내지 150B-L) 사이에 배치될 수 있다. 즉, 인접하는 PIN 구조물 사이에 제2 진성 반도체층이 삽입되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 인접하는 PIN 구조물(150B-1, 150B-2) 사이에 제2 진성 반도체층(154C-1)이 배치되고, 인접하는 PIN 구조물(150B-2, 150B-3) 사이에 제2 진성 반도체층(154C-2)이 배치되고, 인접하는 PIN 구조물(150B-L-1, 150B-L) 사이에 제2 진성 반도체층(154C-L-1)이 배치될 수 있다.L-1 second intrinsic semiconductor layers 154C-1 to 154C-L-1 may be disposed between the plurality of
이와 같이, 활성층(150B)이 L-1 개의 제2 진성 반도체층(154C-1 내지 154C-L-1)을 더 포함하는 것을 제외하면, 도 4에 도시된 활성층(150B)은 도 3에 도시된 활성층(150A)과 동일하다.4, except that the
또한, 도 4에 도시된 제2 진성 반도체층(154C-1 내지 154C-L-1) 각각은 초격자층(SL)(또는, 초접합층(SJ))일 수 있다.Each of the second intrinsic semiconductor layers 154C-1 to 154C-L-1 shown in FIG. 4 may be a super lattice layer SL (or a super junction layer SJ).
도 5는 도 1에 도시된 활성층(150)의 또 다른 실시 예(150C)의 단면도를 나타낸다.FIG. 5 shows a cross-sectional view of another
도 5를 참조하면, 활성층(150C)은 반복 적층되는 복수의 PN 구조물(150C-1 내지 150C-M)을 포함할 수 있다. 여기서, M은 2 이상의 양의 정수를 나타낸다.Referring to FIG. 5, the
복수의 PN 구조물(150C-1 내지 150C-M) 각각(150C-m)은 n형 제3 반도체층(153) 및 p형 제3 반도체층(155)을 포함할 수 있다. 여기서, 1 ≤ m ≤ M이다.Each of the plurality of
n형 제3 반도체층(153) 및 p형 제3 반도체층(155)은 AlGaN을 포함할 수 있다. p형 제3 반도체층(155)은 n형 제3 반도체층(153) 위에 배치될 수 있다. 또한, n형 제3 반도체층(153)과 p형 제3 반도체층(155)은 동일한 두께를 가질 수 있다. 또한, n형 제3 반도체층(153) 또는 p형 제3 반도체층(155) 중 적어도 하나는 초격자층(SL)(또는, 초접합층(SJ))일 수 있다.The n-type
한편, 다시 도 2를 참조하면, 수광 소자(100)는 p형 제4 반도체층(180)을 더 포함할 수 있다. p형 제4 반도체층(180)은 p형 제1 반도체층(140)과 활성층(150) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, p형 제4 반도체층(180)은 농도 구배를 갖는 그레이딩(grading) AlGaN으로 구현될 수 있으며, p형 제4 반도체층(180)의 제5 두께(t5)는 15 ㎚일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 경우에 따라, p형 제4 반도체층(180)은 생략될 수도 있다.Referring again to FIG. 2, the
n형 전극(160)은 n형 제1 반도체층(130) 위에 배치되고, p형 전극(170)은 p형 제1 반도체층(140) 위에 배치될 수 있다.The n-
도 2의 경우 p형 전극(170)은 p형 제1 반도체층(140)의 중앙에 배치된 것으로 도시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 실시 예에 의한 수광 소자가 전방형일 경우 광자가 입사됨을 방지하지 않도록, p형 전극(170)은 p형 제1 반도체층(140)의 전체에 배치되지 않고, p형 제1 반도체층(140)의 상부 중앙보다는 상부 가장 자리에 배치될 수도 있다.2, the p-
n형 전극(160)은 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, n형 전극(160)은 n형 제1 층(미도시) 및 n형 제2 층(미도시)을 포함할 수 있다. n형 제1 층은 Ti를 포함하며 n형 제1 반도체층(130) 위에 배치될 수 있다. n형 제2 층은 Al을 포함하며, 제1 층 위에 배치될 수 있다.The n-
p형 전극(170)은 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, p형 전극(170)은 p형 제1 층(미도시) 및 p형 제2 층(미도시)을 포함할 수 있다. p형 제1 층은 Ni를 포함하며 p형 제1 반도체층(140) 위에 배치되고, p형 제2 층은 Au를 포함하며 p형 제1 층 위에 배치될 수 있다.The p-
이하, 비교 례에 의한 수광 소자와 실시 예에 의한 수광 소자를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다. 비교 례 및 실시 예에 의한 수광 소자는 서로 활성층(150)가 구조가 다르다. 즉, 비교 례에 의한 수광 소자의 활성층은 하나의 PIN 구조물을 포함하고, 실시 예에 의한 수광 소자의 활성층(150A)는 도 3에 도시된 바와 같이, 반복하여 적층된 PIN 구조물(150A-1 내지 150A-K)을 포함하는 것으로 설명한다. 또한, 이하에서 설명되는 에너지 밴드 다이어그램은 수광 소자가 전광 입사형일 경우이다.Hereinafter, the light receiving element according to the comparative example and the light receiving element according to the embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. The light-receiving elements according to the comparative example and the embodiment are different in structure from each other in the
도 6a는 비교 례에 의한 수광 소자의 에너지 밴드 다이어그램을 나타내고, 도 6b는 도 3에 도시된 활성층(150A)을 포함하는 실시 예에 의한 수광 소자(100)의 에너지 밴드 다이어그램을 각각 나타낸다.FIG. 6A shows an energy band diagram of the light receiving element according to the comparative example, and FIG. 6B shows an energy band diagram of the
도 6a 및 도 6b 각각에서 횡축은 수광 구조물의 두께 방향(예를 들어 x축 방향)으로의 거리를 나타내고 종축은 에너지 레벨을 각각 나타낸다. 또한, EC는 전도 대역(conduction band)의 에너지 레벨을 나타내고, EV는 가전자 대역(valence band)의 에너지 레벨을 나타낸다.6A and 6B, the horizontal axis represents the distance in the thickness direction (for example, the x axis direction) of the light receiving structure and the vertical axis represents the energy level, respectively. Also, E C represents the energy level of the conduction band, and E V represents the energy level of the valence band.
비교 례에 의한 수광 소자의 경우 활성층에 하나의 PIN 구조물만을 포함하며, 활성층의 공핍 영역은 도 6a에 도시된 바와 같은 제1 폭(W1)을 갖는다.In the case of the light receiving device according to the comparative example, only one PIN structure is included in the active layer, and the depletion region of the active layer has the first width W1 as shown in FIG. 6A.
반면에, 실시 예에 의한 수광 소자(100)의 경우 활성층(150A)에 복수의 PIN 구조물(150A-1 내지 150A-K)을 포함하며, 활성층(150A)의 공핍 영역은 도 6b에 도시된 바와 같은 제2 폭(W2)을 갖는다. 여기서, 제2 폭(W2)은 제1 폭(W1)보다 넓다.On the other hand, in the case of the light-receiving
수광 소자(100)에 광자(hv)가 입사되었을 때, 전자-정공 쌍은 공핍 영역의 넓이가 증가할수록 많아진다. 이는 수광 소자(100)에서 주요 전류원은 공핍 영역에서 생성되는 광 여기된 캐리어이기 때문이다. 이를 고려할 때, 전술한 실시 예에 의한 수광 소자(100)의 경우, 활성층(150A, 150B, 150C)이 복수의 PIN 구조물을 포함하거나 복수의 PN 구조물을 포함하므로, 공핍층의 영역이 증가하여 즉, 활성층(150)의 전체가 완전히 공핍 영역화되어 우수한 응답성(responsibility)을 가질 수 있다.When the photon hv is incident on the
또한, 실시 예에 의한 수광 소자(100)의 경우 제로 바이어스(zer bias) 상태에서 활성층(150)이 완전히 공핍화되어 있다. 따라서, 구동시 네가티브 바이어스(negative bias)를 수광 소자에 인가할 필요가 없다.In the case of the light-receiving
전술한 실시 예에 의한 발광 소자(100)는 가시 블라인드 또는 투르 솔라 스펙트럴 영역(visible blind or true solar blind spectral regions)에서 피크 감도를 가질 수 있다. 트루 솔라 블라인드 검출은 대략 300 ㎚ 이하의 파장에서 감도를 요구하는 반면, 가시 블라인드 검출은 대략 400 ㎚ 이하의 파장에서 감도를 요구한다. 만일, 트루 솔라 블라인드 검출기가 개발된다면, 대기 아래에 광원은 태양의 간섭을 배제하면서 검출될 수 있다. 이러한 기술은 생물학적 흡수 스펙트럼, 수소 불꽃(non-visible hydrogen flames) 및 위성 통신 등의 분야에 응용될 수 있다.The
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments can be modified and implemented. It is to be understood that all changes and modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims are therefore intended to be embraced therein.
100: 수광 소자
110: 기판
120: 버퍼층
130: n형 제1 반도체층
140: p형 제1 반도체층
150, 150A, 150B, 150C: 활성층
160: 제1 전극
170: 제2 전극
150A-1 내지 150A-K, 150B-1 내지 150B-L: PIN 구조물
150C-1 내지 150C-M: PN 구조물
152A,. 152B: n형 제2 반도체층
153: n형 제3 반도체층
154A, 154B: 제1 진성 반도체층
154C-1 내지 154C-L-1: 제2 진성 반도체층
155: p형 제3 반도체층
156A, 156B: p형 제2 반도체층
180: p형 제4 반도체층100: light receiving element 110: substrate
120: buffer layer 130: n-type first semiconductor layer
140: p-type
160: first electrode 170: second electrode
150A-1 to 150A-K, 150B-1 to 150B-L: PIN structures
150C-1 to 150C-M:
153: n-type
154C-1 to 154C-L-1: the second intrinsic semiconductor layer
155: p-type
180: p-type fourth semiconductor layer
Claims (9)
p형 제1 반도체층;
상기 n형 제1 반도체층과 상기 p형 제1 반도체층 사이에 배치된 활성층;
상기 p형 제1 반도체층 위에 p형 전극; 및
상기 n형 제1 반도체층 위에 n형 전극을 포함하고,상기 활성층의 전체가 공핍 영역인 반도체 소자.an n-type first semiconductor layer;
a p-type first semiconductor layer;
An active layer disposed between the n-type first semiconductor layer and the p-type first semiconductor layer;
A p-type electrode on the p-type first semiconductor layer; And
And an n-type electrode on the n-type first semiconductor layer, wherein the active layer as a whole is a depletion region.
상기 복수의 PIN 구조물 각각은
n형 제2 반도체층;
p형 제2 반도체층; 및
상기 n형 제2 반도체층과 상기 p형 제2 반도체층 사이에 배치된 제1 진성 반도체층을 포함하는 반도체 소자.The method of claim 1, wherein the active layer comprises a plurality of PIN structures that are repeatedly stacked,
Each of the plurality of PIN structures
an n-type second semiconductor layer;
a p-type second semiconductor layer; And
And a first intrinsic semiconductor layer disposed between the n-type second semiconductor layer and the p-type second semiconductor layer.
상기 복수의 PIN 구조물 중 인접하는 PIN 구조물 사이에 배치되는 제2 진성 반도체층을 더 포함하는 반도체 소자.3. The device according to claim 2, wherein the active layer
And a second intrinsic semiconductor layer disposed between adjacent PIN structures of the plurality of PIN structures.
상기 복수의 PN 구조물 각각은
n형 제3 반도체층; 및
상기 n형 제3 반도체층 위에 p형 제3 반도체층을 포함하는 반도체 소자.2. The device of claim 1, wherein the active layer comprises a plurality of PN structures that are repeatedly stacked,
Each of the plurality of PN structures
an n-type third semiconductor layer; And
And a p-type third semiconductor layer on the n-type third semiconductor layer.
Priority Applications (3)
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