KR20190058017A - Nitride semiconductor light-receiving devices and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 질화물계 반도체 수광소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nitride-based semiconductor light receiving element and a method of manufacturing the same.
수광소자는, 광을 수광하여 동작하는 반도체 소자이며, 반도체에서 발생하는 광전 효과를 통해 전자기적 에너지를 전기적인 에너지로 변환한다. 이러한 수광 소자는 다양한 형태로 구현되며, 광검출기, 태양전지 등이 있다. A light receiving element is a semiconductor element that operates by receiving light, and converts electromagnetic energy into electrical energy through a photoelectric effect generated in the semiconductor. Such a light receiving element is implemented in various forms, and includes a photodetector, a solar cell, and the like.
일반적인 수광소자의 경우에는 에너지 효율을 극대화하고, 수광 효율을 증가시키기 위해서 높은 전기 전도도와 가시광뿐만 아니라 자외선 영역에서 우수한 투과도 특성을 지닌 투명전극이 적용되고, 빛을 받는 면적 (absorption region)을 가능한 크게하는 방식이 적용되고 있다. 이러한 수광면적이 넓어짐에 따라 반도체 물질에 존재하는 결함(defect)에 의해 전류 누설이 발생하게 되는 문제점이 있다. In the case of a general light receiving element, a transparent electrode having a high transmittance characteristic in the ultraviolet region as well as high electric conductivity and visible light is applied in order to maximize energy efficiency and increase light receiving efficiency. Is applied. As the light receiving area increases, current leakage may occur due to defects existing in the semiconductor material.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 일정한 흡수영역에서 최대한 많은 빛을 검출하여 수광효율을 향상시키고, 전기적 특성이 향상된 질화물 반도체계 수광소자를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a nitride semiconductors receiving element which detects as much light as possible in a certain absorption region to improve light receiving efficiency and electrical characteristics.
본 발명은, 본 발명에 의한 질화물 반도체계 수광소자의 제조방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method for manufacturing a nitride semiconductive light receiving element according to the present invention.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other matters not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 하나의 양상은,According to one aspect of the present invention,
기판; 상기 기판 상에 형성된 제1 반도체층; 상기 제1 반도체층 상에 형성된 흡수층; 및 상기 흡수층 상에 형성된 제2 반도체층; 을 포함하고, 상기 제2 반도체층의 일면은, 요철 구조를 포함하는 것인, 질화물계 반도체 수광소자에 관한 것이다. Board; A first semiconductor layer formed on the substrate; An absorption layer formed on the first semiconductor layer; And a second semiconductor layer formed on the absorption layer; And one surface of the second semiconductor layer includes a concavo-convex structure.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 질화물계 반도체 수광소자는, 수평형 수광 구조이며, 상기 제1 반도체층은, n-형 질화물계 반도체를 포함하고, 상기 제2 반도체층은, p-형 질화물계 반도체를 포함할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the nitride-based semiconductor light-receiving element is a horizontal light-receiving structure, the first semiconductor layer includes an n-type nitride semiconductor, and the second semiconductor layer is a p- Nitride-based semiconductor.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 질화물계 반도체 수광소자는, 수직형 수광 구조이며, 상기 제1 반도체층은, p-형 질화물계 반도체를 포함하고, 상기 제2 반도체층은, n-형 질화물계 반도체를 포함할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the nitride-based semiconductor light-receiving element is a vertical light-receiving structure, and the first semiconductor layer includes a p-type nitride semiconductor, Nitride-based semiconductor.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 요철 구조는, 반원, 원뿔, 다각뿔, 니들, 원기둥 및 다각 기둥으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 구조체를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the concave-convex structure may include at least one structure selected from the group consisting of a semicircle, a cone, a polygonal pyramid, a needle, a cylinder, and a polygonal column.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 요철 구조는, 0.01 ㎛ 내지 10 ㎛의 높이를 갖는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the uneven structure may have a height of 0.01 to 10 mu m.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 요철 구조는, 0.01 ㎛ 내지 10 ㎛의 간격으로 배열될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the concavo-convex structure may be arranged at an interval of 0.01 탆 to 10 탆.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 질화물계 반도체 수광소자는, 90 % 이상의 광투과도를 갖는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the nitride-based semiconductor light-receiving element may have a light transmittance of 90% or more.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 질화물계 반도체 수광소자는, 12 % 이상의 광흡수효율을 갖는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the nitride-based semiconductor light-receiving element may have a light absorption efficiency of 12% or more.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 요철 구조 상에 형성된 반사방지층;을 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, an anti-reflection layer may be formed on the uneven structure.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 반사방지층은, SiO2, SixNy, SiOxNy, Al2O3, TiO2, AlN 및 Ag로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the antireflection layer comprises SiO 2 , Si x N y , SiO x N y , Al 2 O 3 , TiO 2 , AlN, and Ag.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 반사방지층은, 0.01 ㎛ 내지 1 ㎛ 두께를 갖는 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the antireflection layer may have a thickness of 0.01 탆 to 1 탆.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 질화물계 반도체는, GaN, AlN 및 Ga(x)Al(1-x)N 계 반도체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the nitride-based semiconductor may include at least one selected from the group consisting of GaN, AlN, and Ga (x) Al (1-x) N based semiconductor.
본 발명의 다른 양상은, 기판 상에 제1 반도체층을 형성하는 단계; 상기 제1 반도체층 상에 흡수층을 형성하는 단계; 상기 흡수층 상에 제2 반도체층을 형성하는 단계; 및 상기 제2 반도체층의 적어도 일면에 요철 구조를 형성하는 단계; 를 포함하는, 질화물계 반도체 수광소자의 제조방법에 관한 것이다.Another aspect of the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a first semiconductor layer on a substrate; Forming an absorbing layer on the first semiconductor layer; Forming a second semiconductor layer on the absorber layer; And forming a concave-convex structure on at least one surface of the second semiconductor layer; Based semiconductor light-receiving element.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 요철 구조를 형성하는 단계는, 상기 제2 반도체층 상에 마스크층을 형성하는 단계; 및 상기 마스크층 내에 개방된 제2 반도체층 상에서 구조체를 성장시키는 단계; 를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the step of forming the concave-convex structure includes: forming a mask layer on the second semiconductor layer; And growing a structure on a second semiconductor layer open in the mask layer; . ≪ / RTI >
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 요철 구조를 형성하는 단계는, 상기 제2 반도체층 상에 마스크층을 형성하는 단계; 및 상기 마스크층 내에 개방된 제2 반도체층을 식각하는 단계; 를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the step of forming the concave-convex structure includes: forming a mask layer on the second semiconductor layer; And etching a second semiconductor layer open into the mask layer; . ≪ / RTI >
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 요철 구조가 형성된 제2 반도체층 상에 반사방지층을 형성하는 단계; 를 더 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming an antireflection layer on a second semiconductor layer having a concavo-convex structure; As shown in FIG.
본 발명은, 반도체층 일면에 요철구조를 형성하여, 우수한 투과도를 가지면서, 전류 밀도 및 수광 효율이 향상된 질화물 반도체계 수광소자를 제공할 수 있다. The present invention can provide a nitride semiconductors receiving element having a concavo-convex structure on one surface of a semiconductor layer and having improved current density and light-receiving efficiency while having excellent transmittance.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 질화물계 반도체 수광 소자의 단면을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 요철구조의 단면을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 요철구조의 상부면을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 질화물계 반도체 수광소자의 제조방법의 공정을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명의 실시예의 표면 요철의 형태의 변화에 따른 FDTD 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명의 실시예의 반사방지층의 두께의 변화에 따른 FDTD 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다.1 is a cross-sectional view of a nitride-based semiconductor light-receiving device according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a cross-sectional view illustrating a concavo-convex structure according to an embodiment of the present invention.
Fig. 3 illustrates, by way of example, an upper surface of a concavo-convex structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a process of a method of manufacturing a nitride-based semiconductor light-receiving element according to an embodiment of the present invention.
Fig. 5 shows FDTD simulation results according to changes in the shape of the surface irregularities of the embodiment of the present invention, according to an embodiment of the present invention.
6 shows FDTD simulation results according to the variation of the thickness of the antireflection layer of the embodiment of the present invention, according to an embodiment of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. Also, terminologies used herein are terms used to properly represent preferred embodiments of the present invention, which may vary depending on the user, intent of the operator, or custom in the field to which the present invention belongs. Therefore, the definitions of these terms should be based on the contents throughout this specification. Like reference symbols in the drawings denote like elements.
본 발명은, 질화물계 반도체 수광소자에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 수광소자는, 수광면 부분에 반도체 요철구조를 형성하며, 수광효율을 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a nitride-based semiconductor light-receiving element. According to one embodiment of the present invention, the light-receiving element can improve the light-receiving efficiency by forming a semiconductor concavo-convex structure on the light-receiving surface portion.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 수광소자는, 기판(110); 제1 반도체층(120); 광흡수층(130); 및 제2 반도체층(140); 을 포함할 수 있고, 제2 반도체층(140) 상에 반사방지층(150)을 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the light receiving element includes a
본 발명의 일 실시예에 따라, 기판(110)은, 수광 소자의 구조에 따라 선택될 수 있으며, 수평형 수광 구조일 경우에, 사파이어 (Al2O3), Si, SiC, GaN 및 AlN으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 또한, 수직형 수광 구조일 경우에, 투명 전도성 기판(conductive substrate)이며, Co, Ir, Ta, Cr, Mn, Mo, Tc, W, Re, Fe, Sc, Ti, Ge, Sb, Al, Pt, Ni, Cu, Rh, Au, V, Nb, Ag, Pd, Zn, Ni, Si, Sn 및 Ru; 이들의 합금; 및 이들의 산화물; 로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 투명전극 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 산화물은, ZnO, ITO, ZITO, ZIO, GIO, ZTO, FTO, AZO, GZO 등일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the
본 발명의 일 실시예에 따라, 제1 반도체층(120)은, 기판(110) 상에 형성되고, 질화물계 반도체층이며, 수광 소자의 종류에 따라 선택될 수 있으며, 수평형 수광 구조일 경우에, n-형 질화물계 반도체층이고, 수직형 수광 구조일 경우에, p-형 질화물계 반도체층일 수 있다. 예를 들어, n-형 질화물계 반도체 및 p-형 질화물계 반도체는, 각각, GaN, GaNP, GaNAs, GaNSb, InGaN, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, AlN 및 Ga(x)Al(1-x)N 계 반도체(x는 유리수이다.)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the
본 발명의 일 예로, 제1 반도체층(120)은, 0.001 ㎛ 내지 1 ㎛ 두께로 형성될 수 있고, 바람직하게는 0.01 ㎛ 내지 0.1 ㎛ 일 수 있다. In one example of the present invention, the
본 발명의 일 실시예에 따라, 광흡수층(130)은, 광전변환층이며, 제1 반도체층(120) 상에 형성되고, i-형 질화물계 반도체층이며, 예를 들어, GaN, GaNP, GaNAs, GaNSb, InGaN, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, AlN 및 Ga(x)Al(1-x)N 계 반도체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the
본 발명의 일 예로, 광흡수층(130)은, 단일 또는 복수층으로 형성될 수 있으며, 상기 복수층은 동일하거나 또는 상이한 성장율의 i-형 질화물계 반도체를 포함할 수 있다. In one example of the present invention, the
본 발명의 일 실시예에 따라, 제2 반도체층(140)은, 광흡수층(130) 상에 형성되고, 수광소자의 수광면의 기능을 가진다. 제2 반도체층(140)은, 질화물계 반도체층이며, 수광 소자의 구조에 따라 선택될 수 있으며, 수평형 수광 구조일 경우에, p-형 질화물계 반도체층이고, 수직형 수광 구조일 경우에, n-형 질화물계 반도체층일 수 있다. 예를 들어, n-형 질화물계 반도체 및 p-형 질화물계 반도체는, 각각, GaN, GaNP, GaNAs, GaNSb, InGaN, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, AlN 및 Ga(x)Al(1-x)N 계 반도체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the
본 발명의 일 예로, 제2 반도체층(120)은, 0.01 ㎛ 내지 1 ㎛ 두께로 형성될 수 있고, 바람직하게는 0.01 ㎛ 내지 0.30 ㎛ 일 수 있다. In one example of the present invention, the
본 발명의 일 실시예에 따라, 제2 반도체층(140)의 적어도 일면에 표면 요철구조(141)가 형성될 수 있다. 상기 요철구조는, 수광면의 기능을 갖는 제2 반도체층(140) 상에 형성되어 빛이 흡수되는 경로를 변화시키고, 흡수된 빛이 외부로 추출되지 않고, 광흡수층(130)에서 구속시켜 수광효율을 향상시킬 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the
본 발명의 일 예로, 요철구조(141)는, 다양한 형상의 구조체를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 반원, 원뿔, 다각뿔, 니들, 원기둥 및 다각 기둥으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 3차원 구조체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 사각기둥, 육각기둥, 삼각뿔, 육각뿔(피라미드) 등일 수 있다. In one example of the present invention, the concave-
예를 들어, 도 2를 참조하면, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 요철구조의 단면을 예시적으로 나타낸 것으로, 도 2에서 (a) 사각기둥, (b) 반원, (c) 니들 및 (d) 육각기둥의 구조체가 형성될 수 있다. 또한, 도 3을 살펴보면, 도 3은, 본 발명에 의한 요철구조의 상부면을 나타낸 것으로, (a) 사각, (b) 원, (c) 육각형일 수 있다.For example, referring to FIG. 2, FIG. 2 illustrates a cross-section of a concavo-convex structure according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 (a) Needles and (d) hexagonal column structures may be formed. 3 is a top view of the concavo-convex structure according to the present invention, which may be (a) square, (b) circle, and (c) hexagonal.
본 발명의 일 예로, 요철구조(141)는, 서로 간에 0.01 ㎛ 내지 10 ㎛ 간격으로 배열된 것일 수 있다. 상기 간격은, 하나의 구조체 밑면의 중심에서 이웃한 구조체 밑면의 중심 간의 거리(a)이다. 상기 간격은, 구초제들 간에 동일하거나 또는 상이할 수 있다. In one example of the present invention, the concave-
본 발명의 일 예로, 요철구조(141)는, 랜덤 또는 규칙적으로 배열된 구조체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 구조체는, 원, 타원, 다각형, 중심점이 있는 원, 타원 및 다각형; 격자 및 라인 중 1종 이상의 형태로 배열될 수 있다. In one example of the present invention, the
본 발명의 일 예로, 요철구조(141)는, 0.01 ㎛ 내지 10 ㎛ 의 높이 및 0.01 ㎛ 내지 10 ㎛ 크기를 갖는 것일 수 있다. 상기 크기는, 구조체의 형태에 따라 밑면의 직경, 폭, 반경, 높이 등일 수 있다. In one example of the present invention, the
본 발명의 일 예로, 요철구조(141)는, 제2 반도체층(140)과 동일하거나 또는 상이한 질화물계 반도체 화합물을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 제2 반도체층(140)과 동일한 질화물계 반도체 화합물을 포함할 수 있다.The concave-
본 발명의 일 예로, 제2 반도체층(140)은, 0.01 ㎛ 내지 1 ㎛ 두께로 형성될 수 있고, 바람직하게는 0.1 ㎛ 내지 0.5 ㎛ 일 수 있다. In one example of the present invention, the
본 발명의 일 실시예에 따라, 반사방지층(150)은, 제2 반도체층(140) 상의 적어도 일면의 적어도 일부분에 형성되며, 바람직하게는 제2 반도체층(140) 상에 요철구조(141)이 형성된 영역일 수 있으며, 예를 들어, 구조체의 표면 및 구조체들(141) 사이의 제2 반도체층(140)의 표면 상에 형성될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the
본 발명의 일 예로, 반사방지층(150)은, SiO2, SixNy, SiOxNy, Al2O3, TiO2, AlN, Ag, ZrO2, HfO2, Ta2O5 및 ZnO로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. In one example of the present invention, the
본 발명의 일 예로, 반사방지층(150)은, 1000 nm 이하; 500 nm 이하; 1 nm 내지 200 nm의 두께를 갖는 것일 수 있다. In one example of the present invention, the
본 발명의 일 실시예에 따라, 질화물계 반도체 수광소자는, 소자 구동을 위해서 n-형 금속 전극 및 p-형 금속 전극을 더 포함할 수 있다(도면에 도시하지 않음). 상기 n-형 금속 전극 및 p-형 금속 전극은, 제1 반도체층 및 제2 반도체층 상에 형성될 수 있고, 수광소자의 구동을 위해서 적절하게 배치될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the nitride-based semiconductor light-receiving element may further include an n-type metal electrode and a p-type metal electrode (not shown) for driving the device. The n-type metal electrode and the p-type metal electrode may be formed on the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, and may be appropriately disposed for driving the light receiving element.
예를 들어, 상기 n-형 금속 전극층 및 p-형 금속 전극은, Co, Ir, Ta, Cr, Mn, Mo, Tc, W, Re, Fe, Sc, Ti, Sn, Ge, Sb, Al, Pt, Ni, Au, ITO 및 ZnO으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.For example, the n-type metal electrode layer and the p-type metal electrode may be formed of a metal such as Co, Ir, Ta, Cr, Mn, Mo, Tc, W, Re, Fe, Sc, Ti, Sn, Ge, Sb, And may include at least one selected from the group consisting of Pt, Ni, Au, ITO and ZnO.
본 발명의 일 예로, 상기 질화물계 반도체 수광소자는, 90 %; 또는 95 % 이상의 광투과도를 갖는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the nitride-based semiconductor light-receiving element has a composition of 90%; Or a light transmittance of 95% or more.
본 발명의 일 예로, 상기 질화물계 반도체 수광소자는, 12 % 이상; 또는 15 % 이상의 광흡수효율을 갖는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the nitride-based semiconductor light-receiving element may include 12% or more; Or a light absorption efficiency of 15% or more.
본 발명은, 본 발명에 의한 질화물계 반도체 수광소자의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제조방법은, 수광효율 및 전기적 특성이 우수한 수광소자를 제공할 수 있다.The present invention relates to a method of manufacturing a nitride-based semiconductor light-receiving element according to the present invention, and according to one embodiment of the present invention, the above-described manufacturing method can provide a light-receiving element excellent in light receiving efficiency and electrical characteristics.
도 4를 참조하여 설명하여, 도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 질화물계 반도체 수광소자의 제조방법의 공정을 예시적으로 나타낸 것으로, 도 4에서 상기 제조방법은, 기판을 준비하는 단계(S210); 제1 반도체층을 형성하는 단계(S2210); 제1 반도체층 상에 흡수층을 형성하는 단계(S230); 제2 반도체층을 형성하는 단계(S240); 및 요철 구조를 형성하는 단계(S250); 를 포함하고, 반사방지층을 형성하는 단계(S260)를 더 포함할 수 있다. 4, a method of manufacturing a nitride-based semiconductor light-receiving device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 4. In FIG. 4, Preparing a substrate (S210); Forming a first semiconductor layer (S2210); Forming an absorption layer on the first semiconductor layer (S230); Forming a second semiconductor layer (S240); And forming a concavo-convex structure (S250); And forming an anti-reflection layer (S260).
본 발명의 일 실시예에 따라, 기판을 준비하는 단계(S210)는, 수광소자의 구조에 따라 적절한 기판을 준비하는 단계이다. According to an embodiment of the present invention, the step of preparing the substrate (S210) is a step of preparing an appropriate substrate according to the structure of the light receiving element.
본 발명의 일 실시예에 따라, 제1 반도체층을 형성하는 단계(S210)는, 기판(110) 상에 제1 반도체층(120)을 형성하는 단계이다. 예를 들어, PVD(Physical Vapor Deposition), MOCVD(Metal-organic chemical vapour deposition), MBE(Molecular Beam Epitaxy), HVPE(Hydride Vapour Phase Epitaxy) 등을 이용할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the step of forming the first semiconductor layer (S210) is a step of forming the
본 발명의 일 실시예에 따라, 흡수층을 형성하는 단계(S230)는, 제1 반도체층(120) 상에 흡수층을 형성하는 단계이다. 예를 들어, PVD(Physical Vapor Deposition), MOCVD(Metal-organic chemical vapour deposition), MBE(Molecular Beam Epitaxy), HVPE(Hydride Vapour Phase Epitaxy) 등을 이용할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the step of forming an absorption layer (S230) is a step of forming an absorption layer on the
예를 들어, 흡수층을 형성하는 단계(S230)는, 500 ℃ 내지 1000 ℃온도에서 실시될 수 있다.For example, the step of forming the absorbing layer (S230) may be carried out at a temperature of 500 ° C to 1000 ° C.
본 발명의 일 실시예에 따라, 제2 반도체층을 형성하는 단계(S240)는, 흡수층(130) 상에 제2 반도체층(140)을 형성하는 단계(S230)이다. 예를 들어, PVD(Physical Vapor Deposition), MOCVD(Metal-organic chemical vapour deposition), MBE(Molecular Beam Epitaxy), HVPE(Hydride Vapour Phase Epitaxy) 등을 이용할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step S240 of forming the second semiconductor layer is a step S230 of forming the
본 발명의 일 실시예에 따라, 요철 구조를 형성하는 단계(S250)는, 제2 반도체층(140)의 적어도 일면의 적어도 일부분에 요철구조(141)를 형성하는 단계이다. According to an embodiment of the present invention, the step S250 of forming the concave-convex structure is a step of forming the concave-
본 발명의 일 실시예에 따라, 요철 구조를 형성하는 단계(S250)는, 제2 반도체층 상에 마스크층을 형성하는 단계(S251a); 및 제2 반도체층 상에서 구조체를 성장시키는 단계(S252a); 를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the step of forming the concavo-convex structure (S250) includes: forming a mask layer (S251a) on the second semiconductor layer; And growing a structure on the second semiconductor layer (S252a); . ≪ / RTI >
본 발명의 일 예로, 제2 반도체층 상에 마스크층을 형성하는 단계(S251a)는, 제2 반도체층(140) 상의 적어도 일부분에 마스크층을 증착하는 단계이며, 상기 마스크층은, 요철구조의 형태, 배열 등에 따라 리소그래피 공정 등으로 패터닝될 수 있다. 예를 들어, 포토리소그래피, e-빔 리소그래피 등을 이용할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step (S251a) of forming a mask layer on the second semiconductor layer is a step of depositing a mask layer on at least a part of the
본 발명의 일 예로, 제2 반도체층 상에서 구조체를 성장시키는 단계(S252a)는, 상기 마스크층의 패터닝에 따라 개방된 제2 반도체층(140) 상에 구조체를 성장시켜 요철구조(141)를 형성하는 단계이다.According to an embodiment of the present invention, the step of growing a structure on the second semiconductor layer (S252a) includes growing the structure on the
예를 들어, 구조체를 성장시키는 단계(S252a)는, PVD(Physical Vapor Deposition), MOCVD(Metal-organic chemical vapour deposition), MBE(Molecular Beam Epitaxy), HVPE(Hydride Vapour Phase Epitaxy) 등을 이용할 수 있다.For example, the step of growing the structure (S252a) can be performed by PVD (Physical Vapor Deposition), MOCVD (Metal-organic chemical vapor deposition), MBE (Molecular Beam Epitaxy), HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) .
예를 들어, 구조체를 성장시키는 단계(S252a)는, 500 ℃ 내지 1000 ℃온도 에서 실시될 수 있다.For example, the step of growing the structure (S252a) may be carried out at a temperature of from 500 ° C to 1000 ° C.
본 발명의 일 예로, 구조체를 성장시키는 단계(S252a) 이후에 마스크층을 제거하는 공정을 더 포함할 수 있다.As an example of the present invention, the step of growing the structure (S252a) may further include a step of removing the mask layer.
본 발명의 일 실시예에 따라, 요철 구조를 형성하는 단계(S250)는, 제2 반도체층 상에 마스크층을 형성하는 단계(S251b); 및 제2 반도체층을 식각하는 단계(S252b); 를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the step S250 of forming the concavo-convex structure includes: forming a mask layer on the second semiconductor layer (S251b); And etching the second semiconductor layer (S252b); . ≪ / RTI >
본 발명의 일 예로, 제2 반도체층 상에 마스크층을 형성하는 단계(S251b)는, 제2 반도체층(140) 상의 적어도 일부분에 마스크층을 증착하는 단계이며, 상기 마스크층은, 요철구조의 형태, 배열 등에 따라 리소그래피 공정 등으로 패터닝될 수 있다. 예를 들어, 포토리소그래피, e-빔 리소그래피 등을 이용할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step (S251b) of forming a mask layer on the second semiconductor layer is a step of depositing a mask layer on at least a part of the
본 발명의 일 예로, 제2 반도체층을 식각하는 단계(S252b)는, 상기 마스크층의 패터닝에 따라 개방된 제2 반도체층을 식각하여 요철구조를 형성하는 단계이다.In an embodiment of the present invention, the step of etching the second semiconductor layer (S252b) is a step of forming the concavo-convex structure by etching the open second semiconductor layer according to the patterning of the mask layer.
예를 들어, 상기 식각은, 습식 식각, 건식 식각 등을 이용할 수 있으며, 이온집속빔 FIB(Forced Ion Beam), Deep RIE 식각, 전기화학식각, 습식식각, 또는 건식식각으로 수행될 수 있다. For example, the etching may be performed by wet etching, dry etching, or the like, and may be performed by an ion focusing beam FIB (Forced Ion Beam), deep RIE etching, electrochemical etching, wet etching, or dry etching.
본 발명의 일 실시예에 따라, 반사방지층을 형성하는 단계(S260)는, 제2 반도체층의 요철구조가 형성된 면에 반사방지층(150)을 증착하는 단계이다. 예를 들어, 스퍼터링, CVD, PECVD, PVD, HDPCVD, ALD 등의 증착, E-빔, 열증착 등을 이용할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step of forming the antireflection layer (S260) is a step of depositing the antireflection layer (150) on the surface having the concavo-convex structure of the second semiconductor layer. For example, deposition such as sputtering, CVD, PECVD, PVD, HDPCVD, ALD, E-beam, thermal deposition, and the like can be used.
실시예Example
(1) FDTD 시뮬레이션을 이용하여 표면에 요철구조를 갖는 소자의 투과도 및 상대적인 흡수효율을 계산하여 표 1에 나타내었다.(1) The transmittance and the relative absorption efficiency of a device having a concavo-convex structure on the surface were calculated using FDTD simulation, and the results are shown in Table 1.
수평형 수광 소자: 사파이어 기판/n-GaN층/i-GaN 흡수층/p-GaN층Horizontal type light receiving element: sapphire substrate / n-GaN layer / i-GaN absorption layer / p-GaN layer
반사방지층: SiO2 Antireflection layer: SiO 2
두께: λ/4nThickness:? / 4n
광원: 평면파, λ= 525 nm, λh=50 nm, Normal incident angleLight source: plane wave, λ = 525 nm, λh = 50 nm, normal incident angle
표 1을 살펴보면, FDTD 시뮬레이션의 결과에서, 수광면에 요철구조를 갖는 소자는 투과도 및 상대적인 광흡수율이 요철구조가 형성되지 않은 수광면(평면)을 갖는 소자에 비하여, 수광효율이 월등하게 향상된 것을 확인할 수 있다. As shown in Table 1, in the result of the FDTD simulation, the element having the concave-convex structure on the light-receiving surface has a significantly improved light-receiving efficiency compared with the element having the light-receiving surface (plane) Can be confirmed.
(2) FDTD 시뮬레이션을 이용하여 표면 요철의 형태에 따라 광흡수율(광원 파장: 360 nm)을 계산하여 도 5에 나타내었다. (2) The light absorption rate (light source wavelength: 360 nm) was calculated according to the shape of the surface irregularities using the FDTD simulation and is shown in FIG.
(3) FDTD 시뮬레이션을 이용하여 표면 요철(육각기둥) 면에 반사방지층 84 nm, 168 nm, 336 nm 및 442 nm을 각각 증착하여 상대적인 광흡수율을 파장에 따라 계산하여 도 6에 나타내었다.(3) Reflection preventing layers 84 nm, 168 nm, 336 nm, and 442 nm were deposited on the surface irregularities (hexagonal column surfaces) using FDTD simulation, and the relative light absorptance was calculated according to the wavelength and shown in FIG.
도 5 및 도 6을 살펴보면, 수광면에 요철구조를 갖는 소자에서 요철구조의 형태 및 반사방지층의 두께에 따라 상대적 광흡수율의 변화를 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 5 and 6, it is possible to confirm the change of the relative light absorptivity according to the shape of the concavo-convex structure and the thickness of the antireflection layer in the device having the concave-convex structure on the light receiving surface.
이는, 요철구조의 형태에 따라 효과적인 광흡수 경로의 길이를 조절할 수 있고, 흡수된 빛이 외부로 추출되지 않고 수광 소자 내에 트랩(trap) 정도를 요철구조의 형태 및 요철구조 면에 형성된 반사방지층의 두께, 성분 등에 따라 조절할 수 있음을 확인할 수 있다. This is because the length of an effective light absorption path can be adjusted according to the shape of the concavo-convex structure, the absorbed light is not extracted to the outside, and the degree of trap in the light- It can be confirmed that it can be controlled depending on the thickness, component, and the like.
본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 하기의 특허 청구의 범위, 발명의 상세한 설명 및 첨부된 도면에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있다.The present invention is not limited thereto but may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or scope of the present invention as set forth in the following claims, The present invention can be variously modified and changed.
Claims (17)
상기 기판 상에 형성된 제1 반도체층;
상기 제1 반도체층 상에 형성된 흡수층; 및
상기 흡수층 상에 형성된 제2 반도체층;
을 포함하고,
상기 제2 반도체층의 일면은, 요철 구조를 포함하는 것인, 질화물계 반도체 수광소자.
Board;
A first semiconductor layer formed on the substrate;
An absorption layer formed on the first semiconductor layer; And
A second semiconductor layer formed on the absorber layer;
/ RTI >
Wherein one surface of the second semiconductor layer includes a concavo-convex structure.
상기 질화물계 반도체 수광소자는, 수평형 수광 구조이며,
상기 제1 반도체층은, n-형 질화물계 반도체를 포함하고,
상기 제2 반도체층은, p-형 질화물계 반도체를 포함하는 것인, 질화물계 반도체 수광소자.
The method according to claim 1,
The nitride-based semiconductor light-receiving element has a horizontal light-receiving structure,
Wherein the first semiconductor layer includes an n-type nitride-based semiconductor,
Wherein the second semiconductor layer includes a p-type nitride-based semiconductor.
상기 질화물계 반도체 수광소자는, 수직형 수광 구조이며,
상기 제1 반도체층은, p-형 질화물계 반도체를 포함하고,
상기 제2 반도체층은, n-형 질화물계 반도체를 포함하는 것인, 질화물계 반도체 수광소자.
The method according to claim 1,
The nitride-based semiconductor light-receiving element is a vertical light-receiving structure,
Wherein the first semiconductor layer includes a p-type nitride-based semiconductor,
Wherein the second semiconductor layer includes an n-type nitride-based semiconductor.
상기 제2 반도체층은, 수광면인 것인, 질화물계 반도체 수광소자.
The method according to claim 1,
Wherein the second semiconductor layer is a light receiving surface.
상기 요철 구조는, 반원, 원뿔, 다각뿔, 니들, 원기둥 및 다각 기둥으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 구조체를 포함하는 것인, 질화물계 반도체 수광소자.
The method according to claim 1,
Wherein the concave and convex structure includes at least one structure selected from the group consisting of a semicircle, a cone, a polygonal pyramid, a needle, a cylinder, and a polygonal column.
상기 요철 구조는, 0.01 ㎛ 내지 10 ㎛의 높이를 갖는 것인, 질화물계 반도체 수광소자.
The method according to claim 1,
Wherein the convexo-concave structure has a height of 0.01 to 10 mu m.
상기 요철 구조는, 0.01 ㎛ 내지 10 ㎛ 간격으로 배열된 것인, 질화물계 반도체 수광소자.
The method according to claim 1,
Wherein the convexo-concave structure is arranged at an interval of 0.01 占 퐉 to 10 占 퐉.
상기 질화물계 반도체 수광소자는, 90 % 이상의 광투과도를 갖는 것인, 질화물계 반도체 수광소자.
The method according to claim 1,
Wherein the nitride-based semiconductor light-receiving element has a light transmittance of 90% or more.
상기 질화물계 반도체 수광소자는, 12 % 이상의 광흡수효율을 갖는 것인, 질화물계 반도체 수광소자.
The method according to claim 1,
Wherein the nitride-based semiconductor light-receiving element has a light absorption efficiency of 12% or more.
상기 요철 구조 상에 형성된 반사방지층;을 더 포함하는 것인, 질화물계 반도체 수광소자.
The method according to claim 1,
And an antireflection layer formed on the concavo-convex structure.
상기 반사방지층은, Si02, SixNy, SiOxNy, Al2O3, TiO2, AlN 및 Ag로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인, 질화물계 반도체 수광소자.
11. The method of claim 10,
Wherein the antireflection layer comprises at least one of SiO 2 , Si x N y , SiO x N y , Al 2 O 3 , TiO 2 , AlN, and Ag.
상기 반사방지층은, 0.01 ㎛ 내지 1 ㎛ 두께를 갖는 것인, 질화물계 반도체 수광소자.
11. The method of claim 10,
Wherein the antireflection layer has a thickness of 0.01 占 퐉 to 1 占 퐉.
상기 질화물계 반도체는, GaN, AlN 및 Ga(x)Al(1-x)N 계 반도체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인, 질화물계 반도체 수광소자.
3. The method of claim 2,
Wherein the nitride-based semiconductor comprises at least one selected from the group consisting of GaN, AlN, and Ga (x) Al (1-x) N-based semiconductors.
상기 제1 반도체층 상에 흡수층을 형성하는 단계;
상기 흡수층 상에 제2 반도체층을 형성하는 단계; 및
상기 제2 반도체층의 적어도 일면에 요철 구조를 형성하는 단계;
를 포함하는,
질화물계 반도체 수광소자의 제조방법.
Forming a first semiconductor layer on the substrate;
Forming an absorbing layer on the first semiconductor layer;
Forming a second semiconductor layer on the absorber layer; And
Forming a concave-convex structure on at least one surface of the second semiconductor layer;
/ RTI >
Based semiconductor light-receiving element.
상기 요철 구조를 형성하는 단계는,
상기 제2 반도체층 상에 마스크층을 형성하는 단계; 및
상기 마스크층 내에 개방된 제2 반도체층 상에서 구조체를 성장시키는 단계;
를 포함하는, 질화물계 반도체 수광소자의 제조방법.
15. The method of claim 14,
The step of forming the concave-
Forming a mask layer on the second semiconductor layer; And
Growing a structure on a second semiconductor layer open in the mask layer;
Based semiconductor light-receiving element.
상기 요철 구조를 형성하는 단계는,
상기 제2 반도체층 상에 마스크층을 형성하는 단계; 및
상기 마스크층 내에 개방된 제2 반도체층을 식각하는 단계;
를 포함하는, 질화물계 반도체 수광소자의 제조방법.
15. The method of claim 14,
The step of forming the concave-
Forming a mask layer on the second semiconductor layer; And
Etching the second semiconductor layer opened in the mask layer;
Based semiconductor light-receiving element.
상기 요철 구조가 형성된 제2 반도체층 상에 반사방지층을 형성하는 단계;
를 더 포함하는 것인, 질화물계 반도체 수광소자의 제조방법.
15. The method of claim 14,
Forming an antireflection layer on the second semiconductor layer having the uneven structure;
Based semiconductor light-receiving element.
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| KR1020170155599A KR20190058017A (en) | 2017-11-21 | 2017-11-21 | Nitride semiconductor light-receiving devices and manufacturing method thereof |
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Family Applications (1)
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| KR1020170155599A KR20190058017A (en) | 2017-11-21 | 2017-11-21 | Nitride semiconductor light-receiving devices and manufacturing method thereof |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115020503A (en) * | 2021-08-04 | 2022-09-06 | 上海晶科绿能企业管理有限公司 | Solar cell, preparation method thereof and photovoltaic module |
| US11843071B2 (en) | 2021-08-04 | 2023-12-12 | Shanghai Jinko Green Energy Enterprise Management Co., Ltd. | Solar cell, manufacturing method thereof, and photovoltaic module |
-
2017
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115020503A (en) * | 2021-08-04 | 2022-09-06 | 上海晶科绿能企业管理有限公司 | Solar cell, preparation method thereof and photovoltaic module |
| US11824136B2 (en) | 2021-08-04 | 2023-11-21 | Shanghai Jinko Green Energy Enterprise Management Co., Ltd. | Solar cell, manufacturing method thereof, and photovoltaic module |
| US11843071B2 (en) | 2021-08-04 | 2023-12-12 | Shanghai Jinko Green Energy Enterprise Management Co., Ltd. | Solar cell, manufacturing method thereof, and photovoltaic module |
| US11929449B2 (en) | 2021-08-04 | 2024-03-12 | Shanghai Jinko Green Energy Enterprise Management Co., Ltd. | Solar cell, manufacturing method thereof, and photovoltaic module |
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