KR20200127412A - 광 검출기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광 검출기에 관한 것으로, 상세하게는, 제1 반도체 층 상기 제1 반도체 층의 상의 제2 반도체 층, 상기 제2 반도체 층은 상기 제1 반도체 층의 상면의 일부를 노출하는 개구부들을 포함하고, 상기 개구부들 각각의 내에서 상기 제1 반도체 층의 상면과 전기적으로 연결된 제1 검출 전극들 및 상기 개구부들의 사이의 상기 제2 반도체 층의 상면과 전기적으로 연결된 제2 검출 전극들을 포함하되, 상기 제1 검출 전극들은 서로 이격된 제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴을 포함하고, 상기 제2 검출 전극들은 서로 이격된 제3 전극 패턴 및 제4 전극 패턴을 포함한다.
Description
본 발명은 광 검출기에 관한 것으로, 상세하게는 복수의 파장대역의 광의 검출이 가능한 광 검출기에 관한 것이다.
광 검출기(photo detector)는 광을 흡수하고, 흡수한 광을 전기적인 신호로 변환하는 소자들을 통칭한다. 다양한 종류의 광 검출기들 중 반도체 광 검출기는 소형화가 용이하고, 기존의 CMOS 제조공정의 적용 가능한 이점이 있다. 반도체 광 검출기는 광 흡수층의 밴드갭 크기에 해당하는 파장대역의 광의 검출이 가능하다. 예컨대, 실리콘(Si)을 광 흡수층으로 사용하는 경우, 광 검출기는 가시광 대역의 광의 검출이 가능하다.
광 검출기는 광통신, 카메라, 의료기기, 군사, 웨어러블 전자 소자, 등에 다양하고 사용되고 있다. 최근, 4차 산업혁명 시대의 핵심 기술로 꼽히는 사물인터넷(IOT) 기술의 활성화로 고성능 및 고집적 광 검출기에 대한 수요가 급격히 증가하고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 복수의 파장대역의 광의 검출이 가능한 광 검출기를 제공하는데 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 광 검출기는 제1 반도체 층; 상기 제1 반도체 층의 상의 제2 반도체 층, 상기 제2 반도체 층은 상기 제1 반도체 층의 상면의 일부를 노출하는 개구부들을 포함하고; 상기 개구부들 각각의 내에서 상기 제1 반도체 층의 상면과 전기적으로 연결된 제1 검출 전극들; 및 상기 개구부들의 사이의 상기 제2 반도체 층의 상면과 전기적으로 연결된 제2 검출 전극들을 포함하되, 상기 제1 검출 전극들은 서로 이격된 제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴을 포함하고, 상기 제2 검출 전극들은 서로 이격된 제3 전극 패턴 및 제4 전극 패턴을 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 제1 전극 패턴 및 상기 제2 전극 패턴은 상기 제1 반도체 층과 쇼트키 접합되고, 상기 제3 전극 패턴 및 상기 제4 전극 패턴은 상기 제2 반도체 층과 쇼트키 접합될 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 제2 반도체 층은 상기 제1 반도체 층에 비해 적외선에 대한 높은 흡수 계수(absorption coefficient)를 가질 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 제1 반도체 층은 실리콘(Si)을 포함하고, 상기 제2 반도체 층은 게르마늄(Ge)을 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 제1 반도체 층의 상면 상에서 상기 제1 검출 전극들을 덮는 제1 반사방지 패턴; 및 상기 제2 반도체 층의 상면 상에서 상기 제2 검출 전극들을 덮는 제2 반사방지 패턴을 더 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 제1 반도체 층 상의 제1 반사방지 패턴; 및 상기 제2 반도체 층 상의 제2 반사방지 패턴을 더 포함하되, 상기 제1 반사방지 패턴의 상면은 상기 제2 반사방지 패턴의 상면에 비해 낮은 레벨에 위치할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 제2 반도체 층 상에 배치되어, 상기 제1 반도체 층의 상면의 일부 및 상기 제2 반도체 층의 상면의 일부를 노출하는 절연층을 더 포함하되, 상기 제1 검출 전극들은 상기 절연층 상의 제1 패드 및 상기 제1 패드로부터 상기 제1 반도체 층의 상면상으로 연장된 제1 핑거를 포함하고, 상기 제2 검출 전극들은 상기 절연층 상의 제2 패드 및 상기 제2 패드로부터 상기 제1 반도체 층의 상면 상으로 연장된 제2 핑거를 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 제2 패드 및 상기 절연층 사이의 제1 반사방지 패턴을 더 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 제1 패드의 상면은 상기 제2 패드의 상면에 비해 낮은 레벨에 위치할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 광 검출기는 제1 검출영역들을 포함하는 제1 반도체 층; 상기 제1 반도체 층 상에 배치되어 상기 제1 검출영역들을 노출하는 제2 반도체 층, 상기 제2 반도체 층은 상기 제1 반도체 층과 제1 방향을 따라 교대로 배치된 제2 검출영역들을 포함하고; 상기 제1 검출영역과 쇼트키 접합된 제1 검출 전극들; 상기 제2 검출영역과 쇼트키 접합된 제2 검출 전극들; 및 상기 제1 검출 전극들 및 상기 제2 검출 전극들을 덮는 반사방지 층을 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 제2 반도체 층은 게르마늄(Ge) 에피택시얼층을 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 반사방지 층은 상기 제1 검출 전극들을 덮는 제1 반사방지 패턴 및 상기 제2 검출 전극을 덮는 제2 반사방지 패턴을 포함하고, 상기 제1 반사방지 패턴의 상면은 상기 제2 반사방지 패턴의 상면에 비해 낮은 레벨에 위치할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 제1 검출 전극을은 상기 반사방지 층에 의해 노출된 제1 패드 및 제2 패드를 포함하고, 상기 제2 검출 전극들은 상기 반사방지 층에 의해 노출된 제3 패드 및 제4 패드들 포함할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 광 검출기의 제조 방법은 제1 반도체 층 및 제1 반도체 층 상의 제2 반도체 층을 포함하는 기판을 준비하는 것; 상기 제2 반도체 층의 일부를 제거하여 상기 제1 반도체 층의 상면의 일부를 노출하는 개구부들을 형성하는 것; 상기 개구부들에 의해 노출된 상기 제1 반도체 층의 상면 상에 제1 전극 패턴들을 형성하는 것; 상기 개구부들 사이의 제2 반도체 층 상에 제2 전극 패턴들을 형성하는 것; 상기 제1 전극 패턴들을 덮는 제1 반사방지 패턴을 형성하는 것; 및 상기 제2 전극 패턴들을 덮는 제2 반사방지 패턴을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 기판을 준비하는 것은 상기 제1 반도체 층 상에 상기 제2 반도체 층을 에피택시얼 성장시키는 것을 포함하되, 상기 제2 반도체 층은 게르마늄(Ge)을 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 제2 반도체 층 상에 상기 제1 반도체 층의 상면의 일부 및 상기 제2 반도체 층의 상면의 일부를 노출하는 절연층을 형성하는 것을 더 포함하되, 상기 제1 전극 패턴의 적어도 일부 및 상기 제2 전극 패턴의 적어도 일부는 상기 절연층 상에 형성될 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 제1 반사방지 패턴을 형성하는 것은, 상기 제1 전극 패턴들 및 상기 제2 전극 패턴들을 덮는 저반사막을 형성하는 것 및 상기 제2 전극 패턴들을 덮는 저반사막의 적어도 일부를 제거하는 것을 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 제2 반사방지 패턴들을 형성하는 것은, 상기 제1 반사방지 패턴 상에 저반사막을 형성하는 것 및 상기 제1 전극 패턴과 수직적으로 중첩된 상기 저반사막의 적어도 일부를 제거하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 복수의 파장대역의 광의 검출이 가능하고, 집적도가 높으며, 광 검출 감도가 우수한 광 검출기가 제공될 수 있다.
도 1a는 본 발명의 실시예들에 따른 광 검출기의 평면도이다.
도 1b는 도 1a의 A-A'선에 따른 단면도이다.
도 1c는 도 1a의 B-B' 선에 따른 단면도이다.
도 2는 도 1b의 AA부분을 확대한 확대단면도이다.
도 3a 내지 도 8a는 본 발명의 실시예들에 따른 광 검출기의 제조방법을 설명하기 위한 평면도들이다.
도 3b 내지 도 8b는 본 발명의 실시예들에 따른 광 검출기의 제조방법을 설명하기 위한 도면들로, 각각, 도 3a 내지 도 8a의 A-A'선에 따른 단면도들이다.
도 1b는 도 1a의 A-A'선에 따른 단면도이다.
도 1c는 도 1a의 B-B' 선에 따른 단면도이다.
도 2는 도 1b의 AA부분을 확대한 확대단면도이다.
도 3a 내지 도 8a는 본 발명의 실시예들에 따른 광 검출기의 제조방법을 설명하기 위한 평면도들이다.
도 3b 내지 도 8b는 본 발명의 실시예들에 따른 광 검출기의 제조방법을 설명하기 위한 도면들로, 각각, 도 3a 내지 도 8a의 A-A'선에 따른 단면도들이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 광 검출기에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1a는 본 발명의 실시예들에 따른 광 검출기의 평면도이다. 도 1b는 도 1a의 A-A'선에 따른 단면도이다. 도 1c는 도 1a의 B-B' 선에 따른 단면도이다. 도 2는 도 1b의 AA부분을 확대한 확대단면도이다. 도 3a 내지 도 8a는 본 발명의 실시예들에 따른 광 검출기의 제조방법을 설명하기 위한 평면도들이다. 도 3b 내지 도 8b는 본 발명의 실시예들에 따른 광 검출기의 제조방법을 설명하기 위한 도면들로, 각각, 도 3a 내지 도 8a의 A-A'선에 따른 단면도들이다.
도 1a 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 광 검출기는 제1 반도체 층(110), 제1 반도체 층(110) 상의 제2 반도체 층(120), 제2 반도체 층(120) 상의 절연층(130), 제1 반도체 층(110)과 전기적으로 연결된 제1 검출 전극들(DE1) 및 제2 반도체 층(120)과 전기적으로 연결된 제2 검출 전극들(DE2)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 광 검출기는 MSM 검출기(Metal-semiconductor-metal detector)일 수 있다. 구체적으로, 제1 및 제2 반도체 층들(110, 120)은 외부로부터 빛을 흡수하여 캐리어를 생성하도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 검출 전극들(DE1, DE2)은 광 흡수에 의해 생성된 전기적 신호를 광 검출기의 외부로 전달하도록 구성될 수 있다. 이때, 제1 및 제2 검출 전극들(DE1, DE2)은 제1 및 제2 반도체 층들(110, 120)과 쇼트키 접합될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 광 검출기는, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 광 흡수 영역들(R1, R2)을 포함할 수 있다. 제1 반도체 층(110)의 내에 제1 광 흡수 영역들(R1)이 형성될 수 있다. 제2 반도체 층(120)의 내에 제2 광 흡수 영역들(R2)이 형성될 수 있다. 제1 검출 전극들(DE1)이 제1 광 흡수 영역들(R1)에 접속될 수 있으며, 제2 검출 전극들(DE2)이 제2 광 흡수 영역들(R2)에 접속될 수 있다. 제1 반도체 층(110)과 제2 반도체 층(120)은, 서로 다른 파장대역의 광을 흡수할 수 있도록, 서로 밴드갭이 다른 물질을 포함할 수 있다. 이로써, 본 발명의 실시예들에 따른 광 검출기는 다중 대역의 파장의 광을 검출할 수 있다. 일 예로, 광 검출기는 가시광선 영역과 적외선 영역의 광을 검출할 수 있다.
제2 반도체 층(120)은 상기 제1 반도체 층(110)에 비해 적외선에 대한 높은 흡수 계수(absorption coefficient)를 가질 수 있다. 예컨대, 제1 반도체 층(110)은 실리콘을 포함할 수 있고, 제2 반도체 층(120)은 게르마늄(Ge)을 포함할 수 있다. 제2 반도체 층(120)은 제1 반도체 층(110) 상에 성장된 에피택시얼 층일 수 있다. 예컨대, 제1 반도체 층(110) 및 제2 반도체 층(120)은 GOS(Ge-on-Si) 에피-기판일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 광 검출기는 제1 광 흡수 영역들(R1) 및 제2 광 흡수 영역들(R2)을 덮는 반사방지 층(140)을 더 포함할 수 있다. 반사방지 층(140)은 유기중합체(Organic Polymer)를 포함할 수 있다. 반사방지 층(140)은, 예컨대, 히드록시기(-OH) 및 카르복실기(-COOH) 중 적어도 하나의 작용기를 포함할 수 있다. 그러나 본 발명의 반사방지 패턴(140)은 이에 제한되지 않으며 저반사 물질로 알려진 다른 물질들을 포함할 수도 있다.
상세하게, 도 4a와 함께 도 1a 내지 도 2를 참조하면, 제2 반도체 층(120)은 제1 반도체 층(110)의 상면의 일부를 노출시키는 제1 개구부들(OP1)을 포함할 수 있다. 제1 개구부들(OP1)은 제1 반도체 층(110)의 상면과 평행한 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 제1 개구부들(OP1)은 제2 방향(D2)을 따라 배열될 수 있다. 제2 방향(D2)은 제1 반도체 층(110)의 상면과 평행하고, 제1 방향(D1)과 수직할 수 있다. 제1 개구부들(OP1)은 제1 반도체 층(110)의 제1 광 흡수 영역들(R1)을 정의 할 수 있다. 달리 말해서, 제1 광 흡수 영역들(R1)은 제1 개구부들(OP1)에 의해 노출된 제1 반도체 층(110)의 상면의 일부일 수 있다.
도 5a와 함께 도 1a 내지 도 2를 참조하면, 절연층(130)이 제2 반도체 층(120) 상에 배치될 수 있다. 절연층(130)은, 예컨대, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 및 실리콘 산질화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 절연층(130)은 제1 반도체 층(110)의 상면의 일부 및 제2 반도체 층(120)의 상면의 일부를 노출하는 제2 개구부들(OP2)을 포함할 수 있다. 제2 개구부들(OP2)은 제2 반도체 층(120) 내에 제2 광 흡수 영역들(R2)을 정의할 수 있다. 달리 말해서, 제2 광 흡수 영역들(R2)은 제2 개구부들(OP2)에 의해 노출된 제2 반도체 층(120)의 상면의 일부일 수 있다. 제2 광 흡수 영역들(R2)은 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있고, 제2 방향(D2)을 따라 배열될 수 있다. 평면적 관점에서, 제1 광 흡수 영역들(R1) 및 제2 광 흡수 영역들(R2)은 제2 방향(D2)을 따라 교대로 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 서로 인접한 두 제1 광 흡수 영역들(R1) 사이에 하나의 제2 광 흡수 영역(R1)이 배치될 수 있다. 또한, 서로 인접한 두 제2 광 흡수 영역들(R2) 사이에 하나의 제1 광 흡수 영역(R1)이 배치될 수 있다. 제2 광 흡수 영역들(R2)은 제1 광 흡수 영역들(R1)에 비해 적외선에 대한 높은 흡수 계수를 가질 수 있다. 흡수 계수는 램버트 비어 법칙(Lambert-Beer's law) 등에 의해 정의될 수 있으며, 입사되는 광량에 대한 반사 및 투과되는 광량의 비율과 비례할 수 있다. 제1 광 흡수 영역들(R1)은 제2 광 흡수 영역들(R2)에 비해 가시광에 대한 높은 흡수 계수를 가질 수 있다.
실시예들에 따르면, 제1 광 흡수 영역들(R1)의 제1 방향(D1)의 길이와 제2 광 흡수 영역들(R2)의 제1 방향(D1)의 길이는 서로 동일할 수 있다. 또한, 제1 광 흡수 영역들(R1)의 제2 방향(D2)의 폭과 제2 광 흡수 영역들(R2)의 제2 방향(D2)의 폭은 서로 동일할 수 있다. 다른 예에 따르면, 제1 광 흡수 영역들(R1)의 제2 방향(D2)의 폭과 제2 광 흡수 영역들(R2)의 제2 방향(D2)의 폭은 서로 다를 수 있다. 예컨대, 제1 광 흡수 영역들(R1)의 각각의 제2 방향(D2)의 폭은 제2 광 흡수 영역들(R2) 각각의 제2 방향(D2)의 폭에 비해 클 수 있다. 이로써, 본 발명에 따른 검출기의 가시광 검출 성능이 증대될 수 있다. 예컨대, 제2 광 흡수 영역들(R2) 각각의 제2 방향(D2)의 폭은 제1 광 흡수 영역들(R1) 각각의 제2 방향(D2)의 폭에 비해 클 수 있다. 이로써, 본 발명에 따른 검출기의 적외선 검출 성능이 증대될 수 있다.
도 6a와 함께 도 1a 내지 도 2를 참조하면, 제1 검출 전극들(DE1)이 절연층(130) 상에 배치될 수 있다. 제1 검출 전극들(DE1)은 제1 반도체 층(110)의 제1 광 흡수 영역들(R1, 도 5a 참조)에 전기적으로 접속될 수 있다. 제1 검출 전극들(DE1)은 금(Au), 은(Ag), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 류세늄(Ru), 마그네슘(Mg), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 바나듐(V), 지르코늄(Zr), 몰리브데늄(Mo), 텅스텐(W), 납(Pb), 세슘(Cs), 하프늄(Hf), 베릴륨(Be), 아연(Zn) 및 주석(Sn) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제1 검출 전극들(DE1)은 제1 반도체 층(110)의 상면과 쇼트키 접합될 수 있다. 달리 말해서, 제1 검출 전극들(DE1)의 일 함수는 제1 반도체 층(110)에 비해 클 수 있고, 제1 검출 전극들(DE1)과 제1 반도체 층(110)의 사이에는 쇼트키 장벽(Schottky barrier)이 형성될 수 있다.
제1 검출 전극들(DE1)은 서로 이격된 제1 전극 패턴(EP1) 및 제2 전극 패턴(EP2)을 포함할 수 있다. 제1 전극 패턴(EP1)은 애노드 전극 및 캐소드 전극 중 하나일 수 있다. 제2 전극 패턴(EP2)은 애노드 전극 및 캐소드 전극 중 제1 전극 패턴(EP1)과 다른 하나일 수 있다.
제1 전극 패턴(EP1) 및 제2 전극 패턴(EP2)은 제1 반도체 층(110)과 쇼트키 접합될 수 있고, 제3 전극 패턴(EP3) 및 제4 전극 패턴(EP4)은 제2 반도체 층(120)과 쇼트키 접합될 수 있다. 제1 전극 패턴(EP1), 제2 전극 패턴(EP2) 및 제1 반도체 층(110)은 MSM 검출기를 구성할 수 있다.
구체적으로, 제1 전극 패턴(EP1) 및 제2 전극 패턴(EP2)의 각각은 절연층(130) 상의 패드부(PP1, PP2) 및 패드부(PP1, PP2)로부터 제1 반도체 층(110)의 상면 상으로 연장된 핑거부(FP1, FP2)를 포함할 수 있다. 제1 전극 패턴(EP1)의 핑거부(FP1)와 제2 전극 패턴(EP2)의 핑거부(FP2)는 제2 반도체 층(120)의 제1 개구부(OP1) 내에 배치될 수 있다. 제1 전극 패턴(EP1)의 핑거부(FP1)와 제2 전극 패턴(EP2)의 핑거부(FP2)는 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 전극 패턴(EP1)의 핑거부(FP1)는 제1 전극 패턴(EP1)의 패드부(PP1)로부터 제2 전극 패턴(EP2)의 패드부(PP2)를 향하여 연장될 수 있다. 제2 전극 패턴(EP2)의 핑거부(FP2)는 제2 전극 패턴(EP2)의 패드부(PP2)로부터 제1 전극 패턴(EP1)의 패드부(PP1)를 향하여 연장될 수 있다. 제1 전극 패턴(EP1)의 핑거부(FP1)와 제2 전극 패턴(EP2)의 핑거부(FP2)는 제2 방향(D2)을 서로 맞물려 배치될 수 있다. 달리 말해서, 핑거부들(FP1, FP2)의 각각은 복수 개의 핑거를 포함할 수 있고, 제1 전극 패턴(EP1)의 핑거와 제2 전극 패턴(EP2)의 핑거는 제2 방향(D2)을 따라 교대로 배치될 수 있다.
도 7a와 함께 도 1a 내지 도 2를 참조하면, 제1 반사방지 패턴(142)이 절연층(130) 상에 배치될 수 있다. 제1 반사방지 패턴(142)은 제2 반도체 층(120)의 상면의 일부를 노출하는 제3 개구부들(OP3)을 가질 수 있다. 제3 개구부들(OP3)은 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있고, 제2 방향(D2)을 따라 배열될 수 있다. 제3 개구부들(OP3)은 제2 반도체 층(120)의 제2 광 흡수 영역들(R2)과 수직적으로 중첩될 수 있다. 제1 반사방지 패턴(142)의 일부는 제1 반도체 층(110) 상에 배치되어 제1 개구부들(OP1)을 채울 수 있다. 또한 제1 반사방지 패턴(142)은 제1 개구부들(OP1) 내에 배치된 제1 전극 패턴(EP1)을 덮을 수 있다. 즉, 제1 반사방지 패턴(142)은 제1 광 흡수 영역들(R1) 상에 형성되고 제2 광 흡수 영역(R2) 상에 형성되지 않을 수 있다. 제1 반사방지 패턴(142)은 제1 검출 전극들(DE1)의 패드들(PP1, PP2)의 적어도 일부를 노출할 수 있다.
도 8a와 함께 도 1a 내지 도 2를 참조하면, 제2 검출 전극들(DE2)이 제1 반사방지 패턴(142) 상에 배치될 수 있다. 제2 검출 전극들(DE2)은 서로 이격된 제3 전극 패턴(EP3) 및 제4 전극 패턴(EP4)을 포함할 수 있다. 제3 전극 패턴(EP3)은 애노드 전극 및 캐소드 전극 중 하나일 수 있다. 제4 전극 패턴(EP4)은 애노드 전극 및 캐소드 전극중 제3 전극 패턴(EP3)과 다른 하나일 수 있다. 제3 전극 패턴(EP3), 제4 전극 패턴(EP4) 및 제2 반도체 층(120)은 MSM 검출기를 구성할 수 있다.
보다 구체적으로, 제3 전극 패턴(EP3) 및 제4 전극 패턴(EP4)의 각각은 제1 반사방지 패턴(142) 상의 패드부(PP3, PP4) 및 패드부(PP3, PP4)로부터 제2 반도체 층(120)의 상면 상으로 연장된 핑거부(FP3, FP4)를 포함할 수 있다. 제3 전극 패턴(EP3)의 핑거부(FP3)와 제4 전극 패턴(EP4)의 핑거부(FP4)는 제1 반사방지 패턴(142)의 제3 개구부(OP3) 내에 배치될 수 있다. 제3 전극 패턴(EP3)의 핑거부(FP3)와 제4 전극 패턴(EP4)의 핑거부(FP4)는 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 제3 전극 패턴(EP3)의 핑거부(FP3)는 제3 전극 패턴(EP3)의 패드부(PP3)로부터 제4 전극 패턴(EP4)의 패드부(PP4)를 향하여 연장될 수 있다. 제4 전극 패턴(EP4)의 핑거부(FP4)는 제4 전극 패턴(EP4)의 패드부(PP4)로부터 제3 전극 패턴(EP3)의 패드부(PP3)를 향하여 연장될 수 있다. 제3 전극 패턴(EP3)의 핑거부(FP3)와 제4 전극 패턴(EP4)의 핑거부(FP4)는 제2 방향(D2)을 따라 교대로 배치될 수 있다.
도 1a 내지 도 2를 참조하면, 제2 반사방지 패턴(144)이 제1 반사방지 패턴(142) 상에 배치될 수 있다. 제2 반사방지 패턴(144)은 제1 반사방지 패턴(142)의 상면의 일부를 노출하는 제4 개구부들(OP4)을 가질 수 있다. 제4 개구부들(OP4)은 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있고, 제2 방향(D2)을 따라 배열될 수 있다. 제4 개구부들(OP4)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 반도체 층(110)의 제1 광 흡수 영역들(R1)과 수직적으로 중첩될 수 있다. 제2 반사방지 패턴(144)의 일부는 제2 반도체 층(120) 상에 배치되어 제3 개구부들(OP3)을 채울 수 있다. 또한 제2 반사방지 패턴(144)은 제3 개구부들(OP3) 내에 배치된 제2 전극 패턴(EP2)을 덮을 수 있다. 즉, 제2 반사방지 패턴(144)은 제2 광 흡수 영역들(R2) 상에 형성되고 제1 광 흡수 영역들(R1) 상에 형성되지 않을 수 있다. 제2 반사방지 패턴(144)은 제1 검출 전극들(DE1)의 패드들(PP1, PP2) 및 제2 검출 전극들(DE2)의 패드들(PP3, PP4) 각각의 적어도 일부들을 노출할 수 있다.
이하 도면들을 다시 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 광 검출기의 제조방법에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 순차적으로 적층된 제1 반도체 층(110) 및 제2 반도체 층(120)을 포함하는 기판이 준비될 수 있다. 기판을 준비하는 것은 제1 반도체 층(110) 상에 제2 반도체 층(120)을 에피택시얼 성장시키는 것을 포함할 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 제2 반도체 층(120) 상에 식각 공정을 수행하여 제1 개구부(OP1)를 형성할 수 있다. 제1 개구부(OP1)는 제1 반도체 층(110)의 상면의 일부를 노출할 수 있다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 제2 반도체 층(120) 상에 절연물질층(미도시)을 형성하고 이를 식각하여 제2 개구부(OP2)를 포함하는 절연층(130)을 형성할 수 있다. 구체적으로, 절연물질층(미도시)은 제2 반도체 층(120)의 제1 개구부들(OP1)을 채우고, 평탄한 상면을 갖도록 형성될 수 있다. 이어서, 절연물질층(미도시) 상에 식각 공정을 수행하여, 제1 반도체 층(110)의 상면의 일부 및 제2 반도체 층(120)의 상면의 일부를 노출시킬 수 있다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 절연층(130) 및 제1 반도체 층(110) 상에 제1 검출 전극들(DE1)을 형성할 수 있다. 일 예로, 제1 검출 전극들(DE1)을 형성하는 것은 절연층(130) 및 제1 반도체 층(110) 상에 금속막(미도시)을 형성하는 것 및 금속막(미도시)을 패터닝하여 절연층(130) 상의 패드들(PP1, PP2) 및 제1 반도체 층 상의 핑거들(FP1, FP2)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 그러나 이와 달리, 제1 검출 전극들(DE1)을 형성하는 것은 e-beam증착 공정 및 리프트 오프(lift-off) 공정을 이용하여 형성할 수도 있다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 절연층(130) 상에 제1 반사방지 패턴(142)을 형성할 수 있다. 제1 반사방지 패턴(142)을 형성하는 것은 절연층(130), 제1 반도체 층(110) 및 제2 반도체 층(120)을 덮는 저반사 막(미도시)을 형성하는 것 및 제2 검출 전극들(DE2)을 덮는 저반사 막(미도시)의 적어도 일부를 제거하는 것을 포함할 수 있다. 이로써, 제2 반도체 층(120)의 제2 검출 영역(R2)을 노출시키는 제3 개구부(OP3)가 형성될 수 있다. 저반사 막(미도시)을 패터닝하여 제1 검출 전극들(DE1)의 패드부들(PP1, PP2)을 노출시킬 수 있다.
도 8a 및 8b를 참조하면, 제2 반도체 층(120) 및 제1 반사방지 패턴(142) 상에 제2 검출 전극들(DE2)을 형성할 수 있다. 제2 검출 전극들(DE2)을 형성하는 것은 절연층(130) 및 제1 반도체 층(110) 상에 금속막(미도시)을 형성하는 것 및 금속막(미도시)을 패터닝하는 것을 포함할 수 있다. 제2 검출 전극들(DE2)을 형성하는 것은 제2 반도체 층(120) 및 제1 반사방지 패턴(142) 상에 금속막(미도시)을 형성하는 것 및 금속막(미도시)을 패터닝하여 제1 반사방지 패턴(142) 상의 패드들(PP3, PP4) 및 제2 반도체 층 상의 핑거들(FP3, FP4)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 제2 검출 전극들(DE2)은 제1 검출 전극들(DE1)을 형성하는 것과 동일/유사한 방법으로 형성될 수 있다.
다시 도 1a 내지 도 2를 참조하면, 제1 반사방지 패턴(142) 상에 제2 반사방지 패턴(144)을 형성할 수 있다. 제2 반사방지 패턴(144)을 형성하는 것은 제2 반도체 층(120) 및 제1 반사방지 패턴(142)을 덮는 저반사 막(미도시)을 형성하는 것 및 제1 검출 전극들(DE1)과 수직적으로 중첩된 저반사 막(미도시)의 적어도 일부를 제거하는 것을 포함할 수 있다. 저반사 막(미도시)이 패터닝됨에 따라, 제1 검출 전극들(DE1)의 패드부들(PP1, PP2) 및 제2 검출 전극들(DE2)의 패드부들(PP3, PP4)이 노출시될 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Claims (18)
- 제1 반도체 층;
상기 제1 반도체 층의 상의 제2 반도체 층, 상기 제2 반도체 층은 상기 제1 반도체 층의 상면의 일부를 노출하는 개구부들을 포함하고;
상기 개구부들 각각의 내에서 상기 제1 반도체 층의 상면과 전기적으로 연결된 제1 검출 전극들; 및
상기 개구부들의 사이의 상기 제2 반도체 층의 상면과 전기적으로 연결된 제2 검출 전극들을 포함하되,
상기 제1 검출 전극들은 서로 이격된 제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴을 포함하고,
상기 제2 검출 전극들은 서로 이격된 제3 전극 패턴 및 제4 전극 패턴을 포함하는 광 검출기. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 전극 패턴 및 상기 제2 전극 패턴은 상기 제1 반도체 층과 쇼트키 접합되고,
상기 제3 전극 패턴 및 상기 제4 전극 패턴은 상기 제2 반도체 층과 쇼트키 접합되는 광 검출기. - 제1 항에 있어서,
상기 제2 반도체 층은 상기 제1 반도체 층에 비해 적외선에 대한 높은 흡수 계수(absorption coefficient)를 갖는 광 검출기. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 반도체 층은 실리콘(Si)을 포함하고, 상기 제2 반도체 층은 게르마늄(Ge)을 포함하는 광 검출기. - 제1항에 있어서,
상기 제1 반도체 층의 상면 상에서 상기 제1 검출 전극들을 덮는 제1 반사방지 패턴; 및
상기 제2 반도체 층의 상면 상에서 상기 제2 검출 전극들을 덮는 제2 반사방지 패턴을 더 포함하는 광 검출기. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 반도체 층 상의 제1 반사방지 패턴; 및
상기 제2 반도체 층 상의 제2 반사방지 패턴을 더 포함하되,
상기 제1 반사방지 패턴의 상면은 상기 제2 반사방지 패턴의 상면에 비해 낮은 레벨에 위치하는 광 검출기. - 제1 항에 있어서,
상기 제2 반도체 층 상에 배치되어, 상기 제1 반도체 층의 상면의 일부 및 상기 제2 반도체 층의 상면의 일부를 노출하는 절연층을 더 포함하되,
상기 제1 검출 전극들은 상기 절연층 상의 제1 패드 및 상기 제1 패드로부터 상기 제1 반도체 층의 상면상으로 연장된 제1 핑거를 포함하고,
상기 제2 검출 전극들은 상기 절연층 상의 제2 패드 및 상기 제2 패드로부터 상기 제1 반도체 층의 상면 상으로 연장된 제2 핑거를 포함하는 광 검출기. - 제7 항에 있어서,
상기 제2 패드 및 상기 절연층 사이의 제1 반사방지 패턴을 더 포함하는 광 검출기. - 제7 항에 있어서,
상기 제1 패드의 상면은 상기 제2 패드의 상면에 비해 낮은 레벨에 위치하는 광 검출기. - 제1 검출영역들을 포함하는 제1 반도체 층;
상기 제1 반도체 층 상에 배치되어 상기 제1 검출영역들을 노출하는 제2 반도체 층, 상기 제2 반도체 층은 상기 제1 반도체 층과 제1 방향을 따라 교대로 배치된 제2 검출영역들을 포함하고;
상기 제1 검출영역과 쇼트키 접합된 제1 검출 전극들;
상기 제2 검출영역과 쇼트키 접합된 제2 검출 전극들; 및
상기 제1 검출 전극들 및 상기 제2 검출 전극들을 덮는 반사방지 층을 포함하는 광 검출기. - 제10 항에 있어서,
상기 제2 반도체 층은 게르마늄(Ge) 에피택시얼층을 포함하는 광 검출기. - 제10 항에 있어서,
상기 반사방지 층은 상기 제1 검출 전극들을 덮는 제1 반사방지 패턴 및 상기 제2 검출 전극을 덮는 제2 반사방지 패턴을 포함하고,
상기 제1 반사방지 패턴의 상면은 상기 제2 반사방지 패턴의 상면에 비해 낮은 레벨에 위치하는 광 검출기. - 제10 항에 있어서,
상기 제1 검출 전극을은 상기 반사방지 층에 의해 노출된 제1 패드 및 제2 패드를 포함하고,
상기 제2 검출 전극들은 상기 반사방지 층에 의해 노출된 제3 패드 및 제4 패드들 포함하는 광 검출기. - 제1 반도체 층 및 제1 반도체 층 상의 제2 반도체 층을 포함하는 기판을 준비하는 것;
상기 제2 반도체 층의 일부를 제거하여 상기 제1 반도체 층의 상면의 일부를 노출하는 개구부들을 형성하는 것;
상기 개구부들에 의해 노출된 상기 제1 반도체 층의 상면 상에 제1 전극 패턴들을 형성하는 것;
상기 개구부들 사이의 제2 반도체 층 상에 제2 전극 패턴들을 형성하는 것;
상기 제1 전극 패턴들을 덮는 제1 반사방지 패턴을 형성하는 것; 및
상기 제2 전극 패턴들을 덮는 제2 반사방지 패턴을 형성하는 것을 포함하는 광 검출기의 제조 방법. - 제14 항에 있어서,
상기 기판을 준비하는 것은 상기 제1 반도체 층 상에 상기 제2 반도체 층을 에피택시얼 성장시키는 것을 포함하되, 상기 제2 반도체 층은 게르마늄(Ge)을 포함하는 광 검출기의 제조 방법. - 제14 항에 있어서,
상기 제2 반도체 층 상에 상기 제1 반도체 층의 상면의 일부 및 상기 제2 반도체 층의 상면의 일부를 노출하는 절연층을 형성하는 것을 더 포함하되,
상기 제1 전극 패턴의 적어도 일부 및 상기 제2 전극 패턴의 적어도 일부는 상기 절연층 상에 형성되는 광 검출기의 제조방법. - 제14 항에 있어서,
상기 제1 반사방지 패턴을 형성하는 것은,
상기 제1 전극 패턴들 및 상기 제2 전극 패턴들을 덮는 저반사막을 형성하는 것 및 상기 제2 전극 패턴들을 덮는 저반사막의 적어도 일부를 제거하는 것을 포함하는 광 검출기의 제조 방법. - 제14 항에 있어서,
상기 제2 반사방지 패턴들을 형성하는 것은,
상기 제1 반사방지 패턴 상에 저반사막을 형성하는 것 및 상기 제1 전극 패턴과 수직적으로 중첩된 상기 저반사막의 적어도 일부를 제거하는 것을 포함하는 광 검출기의 제조 방법.
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