KR20180034081A - 반도체 소자 및 광 센서 - Google Patents
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Abstract
실시 예는 반도체 소자 및 광 센서에 관한 것이다.
실시 예의 반도체 소자는 제1 반도체층과, 제1 반도체층 상에 배치되고 제1 파장을 초과하는 장파장을 흡수하는 흡수층과, 흡수층 상에 제3 반도체층, 및 제1 반도체층과 흡수층 사이에 배치되고, 제1 파장보다 단파장의 제2 파장 미만을 흡수하는 제2 반도체층을 포함할 수 있다. 실시 예는 별도의 필터 없이 원하는 파장범위를 선택적으로 센싱할 수 있고, 센싱하고자 하는 파장범위를 변경할 수 있다.
실시 예의 반도체 소자는 제1 반도체층과, 제1 반도체층 상에 배치되고 제1 파장을 초과하는 장파장을 흡수하는 흡수층과, 흡수층 상에 제3 반도체층, 및 제1 반도체층과 흡수층 사이에 배치되고, 제1 파장보다 단파장의 제2 파장 미만을 흡수하는 제2 반도체층을 포함할 수 있다. 실시 예는 별도의 필터 없이 원하는 파장범위를 선택적으로 센싱할 수 있고, 센싱하고자 하는 파장범위를 변경할 수 있다.
Description
실시 예는 반도체 소자에 관한 것이다.
실시 예는 광 센서에 관한 것이다.
GaN, AlGaN 등의 화합물을 포함하는 반도체 소자는 넓고 조정이 용이한 밴드 갭 에너지를 가지는 등의 많은 장점을 가져서 발광소자, 수광 소자 및 각종 다이오드 등으로 다양하게 사용될 수 있다.
특히, 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode)나 레이저 다이오드(Laser Diode)와 같은 발광소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비 전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성의 장점을 가진다.
뿐만 아니라, 광 검출기나 태양 전지와 같은 수광 소자도 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용하여 제작하는 경우 소자 재료의 개발로 다양한 파장 영역의 빛을 흡수하여 광 전류를 생성함으로써 감마선부터 라디오 파장 영역까지 다양한 파장 영역의 빛을 이용할 수 있다. 또한 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성 및 소자 재료의 용이한 조절의 장점을 가져 전력 제어 또는 초고주파 회로나 통신용 모듈에도 용이하게 이용할 수 있다.
따라서, 반도체 소자는 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등 및 Gas나 화재를 감지하는 센서 등에까지 응용이 확대되고 있다. 또한, 반도체 소자는 고주파 응용 회로나 기타 전력 제어 장치, 통신용 모듈에까지 응용이 확대될 수 있다.
실시 예는 센싱하고자 하는 파장범위를 제어할 수 있는 반도체 소자를 제공할 수 있다.
실시 예는 반응감도를 향상시키고, 암 전류(dark current)를 개선할 수 있는 반도체 소자를 제공할 수 있다.
실시 예는 다양한 파장대를 선택적으로 센싱할 수 있는 반도체 소자를 제공할 수 있다.
실시 예의 반도체 소자는 제1 반도체층; 상기 제1 반도체층 상에 배치되고 제1 파장을 초과하는 장파장을 흡수하는 흡수층; 상기 흡수층 상에 제3 반도체층; 및 상기 제1 반도체층과 상기 흡수층 사이에 배치되고, 상기 제1 파장보다 단파장의 제2 파장 미만을 흡수하는 제2 반도체층을 포함할 수 있다. 따라서 실시 예는 별도의 필터 없이 원하는 파장범위를 선택적으로 센싱할 수 있다.
실시 예의 플립 칩 타입 광 센서는 서로 이격된 제1 및 제2 전극; 상기 제1 전극 상에 배치된 제1 및 제2 반도체층; 상기 제2 전극 상에 배치된 제3 반도체층; 상기 제2 반도체층과 상기 제3 반도체층 사이에 흡수층; 및 상기 제3 반도체층 상에 기판을 포함하고, 상기 흡수층은 상기 기판으로부터 입사된 광의 제1 파장을 초과하는 장파장을 흡수하고, 상기 제2 반도체층은 상기 제1 파장보다 단파장의 제2 파장 미만의 단파장을 흡수할 수 있다. 따라서 실시 예는 별도의 필터 없이 원하는 파장범위를 선택적으로 센싱할 수 있다.
실시 예는 제1 파장을 초과하는 장파장을 흡수하는 흡수층 및 제2 파장 미만의 단파장을 흡수하는 제2 반도체층을 포함하여 별도의 필터 없이 원하는 파장 범위를 선택적으로 센싱할 수 있다.
또한, 실시 예는 흡수층 및 제2 반도체층의 알루미늄 조성을 변경하여 센싱하고자 하는 파장범위를 변경할 수 있다.
또한, 실시 예는 일정한 두께의 흡수층에 의해 완전 공핍 상태를 유지하고, 결정성을 향상시켜 반응감도를 향상시키고, 암 전류를 개선할 수 있다.
또한, 실시 예는 반사방지층을 포함하여 반도체 소자의 반사계수를 줄일 수 있다. 실시 예는 반사계수를 줄여 흡수층 및 제2 반도체층의 흡수효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 반도체 소자를 나타낸 도면이다.
도 2는 실시 예에 따른 제2 반도체층의 알루미늄 조성에 따라 기준파장범위의 컷 온(cut on) 변화를 도시한 도면이다.
도 3은 다른 실시 예에 따른 반도체 소자를 나타낸 도면이다.
도 4는 실시 예의 플립 칩 타입 광 센서를 도시한 도면이다.
도 2는 실시 예에 따른 제2 반도체층의 알루미늄 조성에 따라 기준파장범위의 컷 온(cut on) 변화를 도시한 도면이다.
도 3은 다른 실시 예에 따른 반도체 소자를 나타낸 도면이다.
도 4는 실시 예의 플립 칩 타입 광 센서를 도시한 도면이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 실시예의 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 두 개의 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)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
반도체 소자는 발광소자, 수광 소자 등 각종 전자 소자 포함할 수 있으며, 발광소자와 수광소자는 모두 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다.
본 실시 예에 따른 반도체 소자는 포토 다이오드(Photodiode)와 같은 수광 소자일 수 있다.
예컨대 포토 다이오드는 발광소자와 동일하게, 상술한 구조의 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있고, pn접합 또는 pin 구조로 이루어진다. 포토 다이오드는 역바이어스 혹은 제로바이어스를 가하여 동작하게 되며, 광이 포토 다이오드에 입사되면 전자와 정공이 생성되어 전류가 흐른다. 이때 전류의 크기는 포토 다이오드에 입사되는 광의 강도에 거의 비례할 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 반도체 소자를 나타낸 도면이고, 도 2는 실시 예에 따른 제2 반도체층의 알루미늄 조성에 따라 기준파장범위의 컷 온(cut on) 변화를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 실시 예의 반도체 소자(10A)는 수광 소자를 일 예로 설명하도록 한다.
실시 예의 해결과제 중의 하나는, 실시 예의 반도체 소자(10A)는 별도의 필터없이 원하는 파장 범위를 선택적으로 센싱할 수 있다. 이를 위해 실시 예는 기판(11)을 통해서 제공되는 광의 기준파장범위의 제1 파장을 초과하는 장파장을 흡수하는 흡수층(15), 상기 기판(11)을 통해서 제공되는 광의 기준파장범위의 제2 파장 미만의 단파장을 흡수하는 제2 반도체층(14)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제2 파장은 상기 제1 파장보다 단파장일 수 있다. 즉, 상기 기준파장범위는 제2 파장부터 제1 파장까지의 선택된 파장일 수 있다.
실시 예의 해결과제 중의 하나는, 완전 공핍(Fully Depletion) 상태를 유지하고, 결정성을 향상시켜 반응감도를 향상시키고, 암 전류를 개선할 수 있다. 이를 위해 실시 예에 따른 반도체 소자는 일정한 두께의 흡수층(15)을 포함할 수 있다.
실시 예의 반도체 소자(10A)는 기판(11), 버퍼층(12), 제1 반도체층(13), 제2 반도체층(14), 흡수층(15), 제3 반도체층(16), 도전층(17)을 포함할 수 있다.
상기 기판(11)은 예를 들어, 투광성, 전도성 기판 또는 절연성 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(11)은 Al2O3, SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, 및 Ga2O3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다
상기 기판(11) 상에는 복수의 화합물 반도체층이 성장될 수 있으며, 상기 복수의 화합물 반도체층의 성장 장비는 전자빔 증착기, PVD(physical vapor deposition), CVD(chemical vapor deposition), PLD(plasma laser deposition), 이중형의 열증착기(dual-type thermal evaporator) 스퍼터링(sputtering), MOCVD(metal organic chemical vapor deposition) 등에 의해 형성할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 버퍼층(12)은 상기 기판(11)과 상기 제1 반도체층(13) 사이에 배치될 수 있다. 상기 버퍼층(12)은 3족-5족 또는 2족-6족의 화합물 반도체를 이용하여 적어도 한 층으로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(12)은 예컨대 InxAlyGa1 -x- yN (0≤≤x≤≤1, 0≤≤y≤≤1, 0≤≤x+y≤≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 구현될 수 있다. 상기 버퍼층(12)은 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP, 및 ZnO와 같은 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 버퍼층(12)은 서로 다른 반도체층을 교대로 배치하여 초 격자(super lattice) 구조로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(12)은 상기 기판(11)과 질화물 계열의 반도체층과의 격자상수의 차이를 완화시켜 주기 위해 배치될 수 있으며, 결함 제어층으로 정의될 수 있다. 상기 버퍼층(12)의 격자 상수는 상기 기판(11)과 질화물 계열의 반도체층 사이의 격자상수 사이의 값을 가질 수 있다. 상기 버퍼층(12)은 형성하지 않을 수 있으며, 이에 대해 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 반도체층(13)은 상기 기판(11)과 상기 흡수층(15) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제1 반도체층(13)은 제1 도전형의 도펀트가 도핑된 3족-5족 또는 2족-6족의 화합물 반도체 중 적어도 하나로 구현될 수 있다. 상기 제1 반도체층(13)은 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 자외선 파장의 광을 센싱하는 반도체 소자일 경우, 상기 제1 반도체층(13)은 예컨대, AlpGa1 - pN (0<p<1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 실시 예의 상기 제1 반도체층(13)은 Si, Ge, Sn, Se, Te 등의 n형 도펀트가 도핑된 n형 반도체층이 될 수 있다.
<제2 반도체층>
제2 반도체층(14)은 상기 제1 반도체층(13) 상에 배치될 수 있다. 상기 제2 반도체층(14)은 상기 제1 반도체층(13)과 흡수층(15) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제2 반도체층(14)은 제1 도전형의 도펀트가 도핑된 3족-5족 또는 2족-6족의 화합물 반도체 중 적어도 하나로 구현될 수 있다. 상기 제2 반도체층(14)은 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 자외선 파장의 광을 센싱하는 반도체 소자일 경우, 상기 제2 반도체층(14)은 예컨대, AlqGa1 - qN (0<q<1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 실시 예의 상기 제2 반도체층(14)은 Si, Ge, Sn, Se, Te 등의 n형 도펀트가 도핑된 n형 반도체층이 될 수 있다.
상기 제2 반도체층(14)은 기판(11)으로부터 입사된 광의 단파장 영역을 흡수할 수 있다. 상기 제2 반도체층(14)은 기판(11)으로부터 입사된 광의 기준파장범위 제2 파장 미만의 단파장을 흡수할 수 있다. 여기서, 상기 기준파장범위는 센싱하고자 하는 파장범위로써, 제2 파장부터 제1 파장으로 정의될 수 있다. 실시 예의 제2 반도체층(14)은 기판(11)으로부터 입사된 단파장 영역을 흡수하여 컷 온(cut on)기능을 포함할 수 있다.
자외선 파장의 광을 센싱하는 반도체 소자일 경우, 상기 제2 반도체층(14)은 상기 제1 반도체층(13)보다 낮은 알루미늄 조성을 포함할 수 있다. 상기 제2 반도체층(14)은 오믹 접촉기능을 포함할 수 있다. 상기 제2 반도체층(14)은 상기 제1 반도체층(13)보다 높은 밴드갭을 포함할 수 있다.
상기 제2 반도체층(14)은 상기 흡수층(15)보다 높은 알루미늄 조성을 포함할 수 있다. 상기 제2 반도체층(14)은 상기 흡수층(15)보다 높은 알루미늄 조성을 포함하여 단파장을 흡수 할 수 있다.
예컨대 도 2를 참조하면, 상기 제2 반도체층(14)은 Al0 . 6Ga1 - 0.6N의 조성식을 포함하는 경우, 250㎚ 이하의 단파장을 흡수할 수 있다.(실시예 1) 또한, 상기 제2 반도체층(14)은 Al0 . 65Ga1 - 0.65N의 조성식을 포함하는 경우, 245㎚ 이하의 단파장을 흡수할 수 있다.(실시예 2) 또한, 상기 제2 반도체층(14)은 Al0 . 71Ga1 - 0.71N의 조성식을 포함하는 경우, 238㎚ 이하의 단파장을 흡수할 수 있다.(실시예 3)
상기 제2 반도체층(14)은 상기 제1 반도체층(13)과 대응되는 두께를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
<흡수층>
흡수층(15)은 상기 제2 반도체층(14) 상에 배치될 수 있다. 상기 흡수층(15)은 상기 제1 반도체층(13) 및 제3 반도체층(16) 사이에 배치될 수 있다. 상기 흡수층(15)은 3족-5족 또는 2족-6족의 화합물 반도체 중 적어도 하나로 구현될 수 있다. 상기 흡수층(15)은 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 자외선 파장의 광을 센싱하는 반도체 소자일 경우, 상기 흡수층(15)은 예컨대, AlrGa1 -rN (0<r<1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다.
상기 흡수층(15)은 제1 반도체층(13)과 제3 반도체층(16) 사이에 역방향 전압이 인가되면, 완전 공핍 상태가 되어 상기 흡수층(15)의 밴드갭에 따라 장파장을 흡수할 수 있다. 상기 흡수층(15)은 기판(11)으로부터 입사된 광의 기준파장범위 제1 파장을 초과하는 장파장을 흡수할 수 있다. 여기서, 상기 제1 파장은 상기 제2 파장보다 장파장일 수 있다. 실시 예의 흡수층(15)은 기판(11)으로부터 입사된 장파장 영역을 흡수하여 컷 오프(cut off)기능을 포함할 수 있다.
상기 흡수층(15)은 반응감도를 향상시킬 수 있는 일정한 두께를 포함할 수 있다. 예컨대 상기 흡수층(15)의 두께는 50㎚ 내지 1000㎚일 수 있다. 구체적으로 상기 흡수층(15)의 두께는 60㎚ 내지 800㎚일 수 있다. 보다 구체적으로 상기 흡수층(15)의 두께는 200㎚일 수 있다. 상기 흡수층(15)은 50㎚ 내지 1000㎚의 두께를 포함하여 결정성이 향상되어 상기 흡수층(15) 상에 배치된 제3 반도체층(16) 및 도전층(17)의 결정성을 향상시킬 수 있다. 실시 예는 흡수층(15)의 결정성을 향상시켜 반도체 소자(10A)의 반응감도가 향상될 수 있고, 암 전류를 줄일 수 있다.
상기 흡수층(15)은 50㎚ 미만일 경우, 일부가 광의 일부가 투과될 수 있고, 1000㎚를 초과할 경우, 제1 반도체층(13)과 흡수층(15), 제3 반도체층(16)과 흡수층(15)의 완전 공핍 상태를 유지하기 어려울 수 있다.
자외선 파장의 광을 센싱하는 반도체 소자일 경우, 상기 흡수층(15)은 알루미늄 조성에 따라 흡수되는 기준파장범위의 제1 파장을 변경할 수 있다. 예컨대 기준파장범위의 제1 파장은 알루미늄 조성이 작아질수록 장파장으로 변경될 수 있고, 기준파장범위의 제1 파장은 알루미늄 조성이 클수록 단파장으로 변경될 수 있다. 구체적으로 흡수층(15)은 Al0 . 01Ga1 - 0.01N의 조성식을 포함하는 경우, 상기 제1 파장은 200㎚에 가깝고, 흡수층(15)은 Al0 . 99Ga1 - 0.99N의 조성식을 포함하는 경우, 상기 제1 파장은 360㎚에 가까울 수 있다.
상기 제3 반도체층(16)은 상기 흡수층(15) 상에 배치될 수 있다. 상기 제3 반도체층(16)은 제2 도전형의 도펀트가 도핑된 3족-5족 또는 2족-6족의 화합물 반도체 중 적어도 하나로 구현될 수 있다. 상기 제3 반도체층(16)은 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 자외선 파장의 광을 센싱하는 반도체 소자일 경우, 상기 제3 반도체층(16)은 예컨대, AlsGa1 - sN (0<s<1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 상기 제3 반도체층(16)은 제2 도전형의 도펀트 예컨대, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba와 같은 p형 도펀트를 갖는 p형 반도체층일 수 있다.
상기 도전층(17)은 상기 제3 반도체층(16) 상에 배치될 수 있다. 상기 도전층(17)은 오믹 접촉 기능을 포함할 수 있다. 상기 도전층(17)은 제2 도전형의 도펀트가 도핑된 3족-5족 또는 2족-6족의 화합물 반도체 중 적어도 하나로 구현될 수 있다. 상기 도전층(17)은 예를 들어 GaN일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 도전층(17)은 제2 도전형의 도펀트 예컨대, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba와 같은 p형 도펀트를 갖는 p형 반도체층일 수 있다.
실시 예는 기판(11)을 통해서 제공되는 광의 기준파장범위의 제1 파장을 초과하는 장파장을 흡수하는 흡수층(15)을 포함할 수 있다. 실시 예는 상기 기판(11)을 통해서 제공되는 광의 기준파장범위의 제2 파장 미만의 단파장을 흡수하는 제2 반도체층(14)을 포함할 수 있다. 실시 예는 상기 흡수층(15) 및 제2 반도체층(14)을 포함하여 별도의 필터 없이 원하는 파장 범위를 선택적으로 센싱할 수 있다.
또한, 실시 예는 흡수층(15) 및 제2 반도체층(14)의 알루미늄 조성을 변경하여 센싱하고자 하는 파장범위를 변경할 수 있다.
또한, 실시 예는 일정한 두께의 흡수층(15)에 의해 완전 공핍 상태를 유지하고, 결정성을 향상시켜 반응감도를 향상시키고, 암 전류를 개선할 수 있다.
도 3은 다른 실시 예에 따른 반도체 소자를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 다른 실시 예의 반도체 소자(10B)는 반사방지층(19)을 제외하고 도 1 및 도 2에 도시된 실시 예의 반도체 소자의 기술적 특징을 채용할 수 있다.
상기 반사방지층(19)은 기판(11) 상에 배치될 수 있다. 상기 반사방지층(19)은 무반사(anti-reflective) 기능을 포함할 수 있다. 상기 반사방지층(19)은 흡수층(15) 및 제2 반도체층(14)의 흡수 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 반사방지층(19)은 무반사 코팅 필름을 부착하거나, 무반사 코팅액을 스핀 코팅 또는 스프레이 코팅하여 무반사 코팅막을 형성할 수도 있다.
상기 반사방지층(19)은 TiO2, SiO2, Al2O3, Ta2O3, ZrO2, MgF2 중 적어도 하나 이상을 포함하여 형성될 수 있다.
다른 실시 예의 반도체 소자(10B)는 반사방지층(19)이 배치되어 반도체 소자의 반사계수를 줄일 수 있다. 다른 실시 예의 반도체 소자(10B)는 반사계수를 줄여 상기 흡수층(15) 및 제2 반도체층(14)의 흡수효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 다른 실시 예는 기판(11)을 통해서 제공되는 광의 기준파장범위의 제1 파장을 초과하는 장파장을 흡수하는 흡수층(15)을 포함할 수 있다. 다른 실시 예는 상기 기판(11)을 통해서 제공되는 광의 기준파장범위의 제2 파장 미만의 단파장을 흡수하는 제2 반도체층(14)을 포함할 수 있다. 다른 실시 예는 상기 흡수층(15) 및 제2 반도체층(14)을 포함하여 별도의 필터 없이 원하는 파장 범위를 선택적으로 센싱할 수 있다.
또한, 다른 실시 예는 흡수층(15) 및 제2 반도체층(14)의 알루미늄 조성을 변경하여 센싱하고자 하는 파장범위를 변경할 수 있다.
또한, 다른 실시 예는 일정한 두께의 흡수층(15)에 의해 완전 공핍 상태를 유지하고, 결정성을 향상시켜 반응감도를 향상시키고, 암 전류를 개선할 수 있다.
도 4는 실시 예의 플립 칩 타입 광 센서를 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 실시 예의 광 센서(100)는 도 1 내지 도 3에 개시된 반도체 소자와 대응되는 구성은 동일한 부호를 병기하고, 도 1 및 도 2에 기술적 특징을 채용할 수 있다.
광 센서(100)는 모듈 기판(101) 상에 플립 방식으로 탑재될 수 있다.
상기 모듈 기판(101)은 회로패턴(미도시)을 포함하는 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)일 수 있다. 다만, 상기 모듈 기판(170)은 수지 계열의 PCB, 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시 예의 광 센서(100)는 상기 모듈 기판(101)과 본딩되는 제1 및 제2 전극(51, 53)을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 전극(51, 53)은 기판(11)의 반대편에 배치될 수 있다.
상기 제1 전극(51)은 제2 반도체층(14) 상에 배치될 수 있다. 상기 제1 전극(51)은 상기 흡수층(15)으로부터 노출된 상기 제2 반도체층(14)과 오믹 접촉될 수 있다.
상기 제2 전극(53)은 제3 반도체층(16)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2 전극(53)은 도전층(17) 상에 배치될 수 있다. 상기 제2 전극(53)은 상기 도전층(17)과 오믹 접촉될 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극(51, 53)은 단층 또는 다층 구조일 수 있다. 상기 제1 및 제2 전극(51, 53)은 오믹 접촉, 접착층, 본딩층의 특성을 갖는 금속으로 비 투광성으로 이루어질 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제1 및 제2 전극(51, 53)은 Ti, Ru, Rh, Ir, Mg, Zn, Al, In, Ta, Pd, Co, Ni, Si, Ge, Ag 및 Au와 이들의 선택적인 합금 중에서 선택될 수 있다.
도면에는 도시되지 않았지만, 실시 예의 광 센서(100)는 상기 제1 및 제2 전극(51, 53)과 모듈 기판(101) 사이에 연결전극(미도시)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2 전극(51, 53)이 수직 방향으로 서로 상이한 제2 반도체층(14) 및 도전층(17)과 접촉되어 서로 다른 수평면 상에 배치될 수 있다. 상기 연결전극은 상기 제1 및 제2 전극(51, 53)의 수직방향으로 서로 다른 수평면 상에 배치된 구조를 보상할 수 있다. 예컨대 제1 전극(51) 상에 연결전극의 하면과 상기 제2 전극(53) 상에 연결전극의 하면은 동일 수평면 상에 배치될 수 있다.
실시 예의 광 센서(100)는 플립 방식으로 모듈 기판(101)에 탑재되어 기판(11)의 상면 방향으로 대부분의 광이 제공될 수 있다. 실시 예의 광 센서(100)는 광의 수광 효율을 향상시키기 위해 기판(11) 상에 반사방지층(19)을 포함할 수 있다.
실시 예의 광 센서(100)는 기판(11)으로부터 입사된 광의 단파장 영역을 흡수하는 제2 반도체층(14)을 포함하고, 장파장 영역을 흡수하는 흡수층(15)을 포함할 수 있다. 실시 예의 광 센서(100)는 기판(11)으로부터 입사된 광을 기준파장범위를 벗어나는 단파장 및 장파장을 흡수하고, 기준파장범위는 상기 흡수층(15) 및 제2 반도체층(14)의 알루미늄 조성을 변경하여 변경할 수 있다.
실시 예의 흡수층(15)은 기판(11)으로부터 입사된 장파장 영역을 흡수하는 컷 오프(Cut Off)기능을 포함할 수 있다. 실시 예의 제2 반도체층(14)은 기판(11)으로부터 입사된 단파장 영역을 흡수하여 컷 온(cut on)기능을 포함할 수 있다.
실시 예는 기판(11)을 통해서 제공되는 광의 기준파장범위의 제1 파장을 초과하는 장파장을 흡수하는 흡수층(15)을 포함할 수 있다. 실시 예는 상기 기판(11)을 통해서 제공되는 광의 기준파장범위의 제2 파장 미만의 단파장을 흡수하는 제2 반도체층(14)을 포함할 수 있다. 실시 예는 상기 흡수층(15) 및 제2 반도체층(14)을 포함하여 별도의 필터 없이 원하는 파장 범위를 선택적으로 센싱할 수 있다.
또한, 실시 예는 흡수층(15) 및 제2 반도체층(14)의 알루미늄 조성을 변경하여 센싱하고자 하는 파장범위를 변경할 수 있다.
또한, 실시 예는 일정한 두께의 흡수층(15)에 의해 완전 공핍 상태를 유지하고, 결정성을 향상시켜 반응감도를 향상시키고, 암 전류를 개선할 수 있다.
실시 예의 광 센서(100)는 기판(11) 상에 반사방지층(19)이 배치되어 반도체 소자의 반사계수를 줄일 수 있다. 실시 예의 광 센서(100)는 반사계수를 줄여 상기 흡수층(15) 및 제2 반도체층(14)의 흡수효율을 향상시킬 수 있다.
상술한 반도체 소자는 디스플레이, 의료기기, 자동차 등 다양한 분야에 적용될 수 있다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 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.
11: 기판
12: 버퍼층
13: 제1 반도체층
14: 제2 반도체층
15: 흡수층
16: 제3 반도체층
17: 도전층
19: 반사방지층
51: 제1 전극
53: 제2 전극
100: 광 센서
12: 버퍼층
13: 제1 반도체층
14: 제2 반도체층
15: 흡수층
16: 제3 반도체층
17: 도전층
19: 반사방지층
51: 제1 전극
53: 제2 전극
100: 광 센서
Claims (12)
- 제1 반도체층;
상기 제1 반도체층 상에 배치되고 기준파장범위의 제1 파장을 초과하는 장파장을 흡수하는 흡수층;
상기 흡수층 상에 제3 반도체층; 및
상기 제1 반도체층과 상기 흡수층 사이에 배치되고, 상기 기준파장범위의 제2 파장 미만의 단파장을 흡수하는 제2 반도체층을 포함하는 반도체 소자.
- 제1 항에 있어서,
상기 제1 반도체층으로부터 상기 제3 반도체층으로 갈수록 알루미늄 조성이 점차 작아지는 반도체 소자.
- 제1 항에 있어서,
상기 제1 반도체층으로부터 상기 제3 반도체층으로 갈수록 밴드캡이 커지는 반도체 소자.
- 제1 항에 있어서,
상기 제1 파장은 상기 제2 파장보다 장파장이고, 360㎚ 이하인 반도체 소자.
- 제1 항에 있어서,
상기 흡수층은 50㎚ 내지 1000㎚의 두께를 포함하는 반도체 소자.
- 제1 항에 있어서,
상기 제3 반도체층 상에는 반사방지층을 더 포함하는 반도체 소자.
- 서로 이격된 제1 및 제2 전극;
상기 제1 전극 상에 배치된 제1 및 제2 반도체층;
상기 제2 전극 상에 배치된 제3 반도체층;
상기 제2 반도체층과 상기 제3 반도체층 사이에 흡수층; 및
상기 제3 반도체층 상에 기판을 포함하고,
상기 흡수층은 상기 기판으로부터 입사된 광의 제1 파장을 초과하는 장파장을 흡수하고,
상기 제2 반도체층은 상기 제1 파장보다 단파장의 제2 파장 미만의 단파장을 흡수하는 플립 칩 타입 광 센서.
- 제7 항에 있어서,
상기 제1 반도체층으로부터 상기 제3 반도체층으로 갈수록 알루미늄 조성이 점차 작아지는 플립 칩 타입 광 센서.
- 제7 항에 있어서,
상기 제1 반도체층으로부터 상기 제3 반도체층으로 갈수록 밴드캡이 커지는 플립 칩 타입 광 센서.
- 제7 항에 있어서,
상기 제1 파장은 상기 제2 파장보다 장파장이고, 360㎚ 이하인 플립 칩 타입 광 센서.
- 제7 항에 있어서,
상기 흡수층은 50㎚ 내지 1000㎚의 두께를 포함하는 플립 칩 타입 광 센서.
- 제1 항에 있어서,
상기 제3 반도체층 상에는 반사방지층을 더 포함하는 플립 칩 타입 광 센서.
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| KR1020160124162A KR20180034081A (ko) | 2016-09-27 | 2016-09-27 | 반도체 소자 및 광 센서 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160124162A KR20180034081A (ko) | 2016-09-27 | 2016-09-27 | 반도체 소자 및 광 센서 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180034081A true KR20180034081A (ko) | 2018-04-04 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160124162A KR20180034081A (ko) | 2016-09-27 | 2016-09-27 | 반도체 소자 및 광 센서 |
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| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20180034081A (ko) |
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2016
- 2016-09-27 KR KR1020160124162A patent/KR20180034081A/ko not_active Application Discontinuation
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