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KR20170086418A - 자외선 검출소자 - Google Patents

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KR20170086418A
KR20170086418A KR1020170008318A KR20170008318A KR20170086418A KR 20170086418 A KR20170086418 A KR 20170086418A KR 1020170008318 A KR1020170008318 A KR 1020170008318A KR 20170008318 A KR20170008318 A KR 20170008318A KR 20170086418 A KR20170086418 A KR 20170086418A
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light
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이충민
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서울바이오시스 주식회사
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Abstract

자외선 검출소자가 제공된다. 이 자외선 검출 소자는 기판; 상기 기판 상에 위치하는 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 위치하는 광흡수층; 상기 광흡수층 상에 위치하는 캡핑층; 및 상기 캡핑층 상의 일부 영역에 위치하는 쇼트키층을 포함하고, 상기 캡핑층은 상기 광흡수층보다 더 큰 에너지 밴드갭을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

자외선 검출소자{UV light detecting device}
본 발명은 자외선 검출소자에 관한 것으로, 특히 자외선 영역의 광에 대한 높은 검출 정확도를 갖는 자외선 검출소자에 관한 것이다.
반도체 소자에서는 에너지 밴드갭이 자외선 감지에 적당한 GaN(갈륨나이트라이드), SiC(실리콘카바이드) 등이 많이 이용되고 있다.
이 중에 특히 GaN을 기반으로 하는 소자의 경우, 쇼트키(schottky) 접합 형태와 MSM(Metal-Semiconductor-Metal) 형태, 그리고 PIN 형태의 소자가 주로 사용되는데, 특히 질화갈륨 자외선 검출소자에서는 Al 조성이 높은 p-타입 AlGaN층의 특성 확보가 어렵고, 재현성 확보가 되지 않은 반면 쇼트키 접합 형태의 경우 p-AlGaN층을 성장하지 않아도 되기 때문에 제조공정이 간단하여 선호되고 있다.
이때, GaN을 기반으로 하는 일반적인 검출소자의 경우 서로 다른 이종 기판 상에 버퍼층이 성장되고, 버퍼층 상에 광흡수층이 형성되는데, 서로 다른 이종 기판 사용으로 인해 버퍼층 내에 많은 결함을 가지고 있다.
결함이 많은 버퍼층 상에 광흡수층이 성장되면, 광흡수층의 결함도 버퍼층의 영향을 직접적으로 받기 때문에 같은 웨이퍼 상에서도 서로 다른 광 전류 특성을 보일 수 있다. 또한, 광흡수층 결함의 밀도가 균일하지 않아 자외선광 반응도, 가시광 반응에 의한 미세 발생 전류의 값이 소자 별로 다른 값을 갖기 때문에 생산성, 재현성, 수율 및 검출 정확도를 저하시키고 측정 제품에 에러를 유발할 수 있다. 더 나아가 쇼트키 접합구조로 자외선 센서를 제작 시 광흡수층 상에 금속층을 올려 쇼트키층의 두께, 광흡수층 상의 계면 특성에 따라 자외선 광 반응도의 저하, 누설 전류의 원인이 될 수도 있다.
추가적으로, 결정 결함이 많은 광흡수층 상에 쇼트키 접합 시 누설전류에 의해 쇼트키 장벽 특성이 저하되어 고효율의 광 검출 소자의 특성을 얻지 못할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 쇼트키 특성이 향상된 자외선 검출 소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 광흡수층 보다 에너지 밴드갭이 큰 캡핑층을 적용하여 광 반응도를 높이고 누설 전류 특성이 향상된 자외선 검출소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 정전방전(ESD) 특성이 향상되고, 광흡수층의 응력 완화 및 자외선 이외 광의 반응 전류를 차단할 수 있는 자외선 검출 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 전술한 바에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판; 상기 기판 상에 위치하는 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 위치하는 광흡수층; 상기 광흡수층 상에 위치하는 캡핑층; 및 상기 캡핑층 상의 일부 영역에 위치하는 쇼트키층을 포함하고, 상기 캡핑층은 상기 광흡수층보다 더 큰 에너지 밴드갭을 갖는 자외선 검출소자가 제공된다.
본 발명의 실시예에 따른 자외선 검출소자는 광흡수층 보다 에너지 밴드갭이 더 큰 캡핑층을 포함함으로써, 쇼트키 특성을 극대화하여 광 반응도를 높이고 누설 전류 특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자외선 검출소자의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자외선 검출소자의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 쇼트키 특성의 개선의 예를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자외선 검출 소자의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 검출소자의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자외선 검출소자의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자외선 검출 소자의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자외선 검출소자의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자외선 검출 소자의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자외선 검출소자의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자외선 검출소자의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자외선 검출 소자의 단면도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자외선 검출소자의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 것이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자외선 검출소자의 평면도이고, 도 2는 도 1의 절취선 A-A'를 따라 취해진 자외선 검출소자의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 자외선 검출소자는, 기판(110), 버퍼층(120), 광흡수층(130), 캡핑층(140), 쇼트키층(150) 및 절연막층(160)을 포함한다. 또한, 자외선 검출소자는 제1 전극(170) 및 제2 전극(180)을 더 포함할 수 있다.
기판(110)은 반도체 단결정을 성장시키기 위한 것으로, 사파이어(sapphire), 징크 옥사이드(ZnO), 갈륨나이트라이드(GaN), 실리콘 카바이드(SiC) 및 알루미늄 나이트라이드(AlN) 등이 이용될 수 있다. 특히 기판(110)은 방위의 정도가 높고, 정밀한 폴리싱으로 흠이나 자국이 없는 사파이어 기판이 주로 이용될 수 있다.
버퍼층(120)은 기판(110) 상에 형성되는 제1 버퍼층(121)과, 제1 버퍼층(121) 상에 형성되는 제2 버퍼층(122)을 포함할 수 있다. 제2 버퍼층(122)은 후술되는 것처럼 제2 전극(180)이 컨택되는 영역을 포함하므로, 컨택층으로 지칭될 수 있다.
제1 버퍼층(121)은 예컨대, GaN층을 포함할 수 있다. 제1 버퍼층(121)은 유기금속화학기상증착(MOCVD) 장치 반응관의 서셉터에 기판(110)을 위치시키고 반응관 내부의 압력을 100torr 이하로 내려 반응관 내부의 불순가스를 제거하고, 반응관 내부 압력을 100torr로 유지하고 온도를 1100까지 올려 이종 기판(110)의 표면을 열적 세정 후, 온도를 500~600℃, 바람직하게는 550까지 내리고 Ga 소스(source)와 암모니아(NH3) 가스를 흘려줌으로써 성장될 수 있다. 이때 반응관의 전체적인 가스 흐름은 수소(H2) 가스에 의해 결정될 수 있다.
또한, 제1 버퍼층(121) 위에 성장되는 제2 버퍼층(122)의 결정성과 광학적, 전기적 특성 확보를 위해, 제1 버퍼층(121)은 적어도 25nm 이상의 두께로 형성될 수 있다.
제1 버퍼층(121)은 제2 버퍼층(122)의 결정성을 우수하게 하는 역할을 할 수 있고, 이에 따라 제2 버퍼층(122)의 광학적, 전기적 특성이 향상될 수 있다. 또한, 기판(110)이 사파이어 기판과 같은 이종 기판일 경우에, 제1 버퍼층(121)은 제2 버퍼층(122)이 성장될 수 있는 시드층 역할을 할 수도 있다.
제2 버퍼층(122)은 제1 버퍼층(121)의 성장 후, 제1 버퍼층에 비해 상대적으로 높은 온도에서 성장될 수 있다. 제2 버퍼층(122)은 예컨대, 서셉터의 온도를 1000~1100℃, 바람직하게는 1050까지 올림으로써 성장될 수 있다. 이때, 온도가 1000 미만이면 광학적, 전기적, 결정학적 특성이 저하되며, 온도가 1100를 초과하면 표면의 거칠기가 거칠어지고 결정성이 떨어질 수 있다.
제2 버퍼층(122)은 제1 버퍼층과 유사한 물질을 포함할 수 있다. 제2 버퍼층은 예컨대, GaN층을 포함할 수 있다. 질화물계 반도체는 도핑을 하지 않아도 n형 특성을 보이기는 하지만, n형 효과를 위해 Si 도핑을 할 수도 있다. 제2 버퍼층(122)이 Si를 포함하여 n형 도핑된 경우, Si의 도핑농도는 1×108 이하일 수 있다. 제2 버퍼층(122)은 약 2.5㎛의 두께를 가질 수 있다.
또한, 제2 버퍼층(122)은 제1 버퍼층(121) 상에 임의 도핑이 되지 않은 GaN층을 1.5㎛ 성장하여 형성될 수 있다.
광흡수층(130)은 제2 버퍼층(122) 상에 성장될 수 있다. 광흡수층(130)은 질화물 반도체를 포함할 수 있고, 광 검출 소자에서 검출하고자 하는 광의 파장에 따라 질화물 반도체의 원소 및 조성을 선택적으로 적용하여 제2 버퍼층(122) 상에서 성장될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광흡수층(130)은 자외선 영역대의 광을 흡수하여 전류의 흐름을 발생시키는 층으로, 예를 들어 AlxGa1 - xN(0<x<0.7)층, GaN층 또는 InGaN층을 포함할 수 있다. 여기서, 에너지 밴드갭이 AlxGa1 - xN(0<x<0.7)층이 가장 높고 InGaN층이 가장 낮은 특성을 이용하여 검출하고자 하는 자외선 파장대에 따라 적절한 광흡수층을 선택할 수 있다.
구체적으로, 제2 버퍼층(122) 성장 후 AlxGa1 - xN(0<x<0.7)층을 포함하는 광흡수층(130)이 성장될 수 있다. 이 경우, 광흡수층(130)의 에너지 밴드갭은 흡수하고자 하는 광의 파장 영역에 따라 다르며, Al 함량을 적절히 조절함으로써 원하는 에너지 밴드갭을 가진 광흡수층(130)을 성장시킬 수 있다.
또는 제2 버퍼층(122) 성장 후 GaN층을 포함하는 광흡수층(130)이 성장될 수 있다. 이때, GaN층을 포함하는 광흡수층(130)은 대략 1000~1100℃에서 성장될 수 있다. 또는 제2 버퍼층(122) 성장 후 InyGa1 - yN(0<y<1)층을 포함하는 광흡수층(130)이 성장될 수 있다. 이때, InyGa1 - yN(0<y<1)층을 포함하는 광흡수층(130)은 800 내외에서 성장될 수 있다.
광흡수층(130)은 0.05㎛~0.5㎛ 두께로 성장될 수 있는데, 크랙 등의 영향을 감안하여 0.15㎛ 내외의 두께로 성장시키는 것이 바람직하다. 또한 광흡수층(130)은 다층으로 구성될 수 있으나, 쇼트키 특성을 극대화하기 위해 단층으로 구성되는 것이 더 효과적일 수 있다.
캡핑층(140)은 광흡수층(130) 상에 성장된다. 캡핑층(140)은 후술되는 쇼트키층(150)을 보완하는 역할을 하는 층으로, 쇼트키층(150)의 쇼트키 특성을 얻는데 용이하게 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 캡핑층(140)의 에너지 밴드갭은 광흡수층(130)의 에너지 밴드갭 보다 큰 것을 특징으로 한다. 광이 입사되는 방향을 기준으로 판단하면, 광흡수층(130) 상에 캡핍층(140)이 위치한다. 따라서 캡핑층(140)의 에너지 밴드갭이 광흡수층(130)의 에너지 밴드갭 보다 작은 경우 입사되는 광의 일부가 캡핑층(140)에 의해 흡수될 수 있고, 그에 따라 자외선 검출소자의 광 반응도가 감소할 수 있기 때문이다. 따라서, 본원 발명에 따른 캡핑층(140)은 광흡수층(130) 보다 에너지 밴드갭이 더 큰 층을 포함할 수 있다.
예를 들어, 앞서 검토된 것처럼 광흡수층(130)이 AlxGa1 - xN(0<x<0.7)층을 포함하는 경우, 캡핑층(140)은 예컨대, 광흡수층(130)의 성장 후, 그 위에 Al 조성이 광흡수층보다 높은 Alk1Ga1 - k1N(0<k1<1)층으로 성장될 수 있다. 다른 예로, 광흡수층(130)이 GaN층을 포함하는 경우, 캡핑층(140)은 광흡수층(130)의 성장 후, 광흡수층(130)과 동일한 성장온도 예컨대, 1000~1100℃에서 Al 소스를 공급하여 Alk2Ga1 -k2N층(0<k2<1)으로 성장될 수 있다. 또 다른 예로, 광흡수층(130)이 InGaN층을 포함하는 경우, 캡핑층(140)은 GaN층 및/또는 Alk3Ga1 - k3N층(0<k3<1)으로 성장될 수 있다.
캡핑층(140)은 터널링 효과가 일어날 수 있는 두께 예컨대, 1nm~10nm의 두께를 가질 수 있다. 캡핑층(140)의 두께가 너무 두꺼워지면 캡핑층이 광흡수층으로 작용할 수 있게 된다. 캡핑층(140)의 성장온도는 광흡수층(130)의 성장 온도와 동일하거나 더 높을 수 있다.
쇼트키층(150)은 캡핑층(140)의 일부 영역 상에 형성된다. 쇼트키층(150)은 금속층을 포함할 수 있고, 예컨대, ITO, Ni, ATO, Pt, W, Ti, Pd, Ru, Cr, Au 중의 어느 하나를 포함할 수 있다. 특히, 쇼트키층(150)이 자외선 광 투과도가 우수한 Ni로 형성될 수 있고, 이 경우 두께 증가에 따라 자외선 광 투과율이 저하되기 때문에 자외선 광 투과율 및 쇼트키 장벽(Schottky barrier) 특성을 고려하여 3nm~10nm로 형성되는 것이 적절하다.
금속층인 쇼트키층(150)은 AlxGa1 - xN(0<x<0.7)층, GaN층 또는 InyGa1-yN(0<y<1)층을 포함하는 광흡수층(130)과 쇼트키 접합(Schottky Junction)을 형성할 수 있다. 자외선 검출소자가 광을 검출하기 위한 동작 모드에서는 쇼트키층(150)과 광흡수층(130)에 리버스 바이어스(reverse bias) 전압이 인가될 수 있다. 입사되는 광의 세기에 따라 변화되는 전류의 값의 크기가 리버스 영역이 0V(volt) 영역보다 더 크고, 이에 따라 자외선 검출소자가 리버스 영역에서 더 적절하게 동작할 수 있다.
여기서, 앞서 검토된 것처럼 광흡수층(130)과 쇼트키층(150) 사이에 캡핑층(140)이 위치할 수 있고, 본 발명에 따른 캡핑층(140)의 에너지 밴드갭은 광흡수층(130)의 에너지 밴드갭 보다 클 수 있다. 에너지 밴드갭이 큰 캡핑층(140)은 광흡수층(130)과 쇼트키층(150)의 접합에 따른 쇼트키 특성을 개선시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 쇼트키 특성의 개선의 예를 나타낸다.
도 3a는 종래 기술에 따른 쇼트키 접합의 I-V(current-voltage) 곡선을 나타낸다. 광흡수층(130)은 여러 가지 요인, 예를 들어 낮은 성장 온도 등에 의해 좋지 않은 결정성을 가질 수 있고, 광흡수층(130)의 결정성이 좋지 않은 경우 정상적인 쇼트키 장벽이 형성되지 않을 수 있다. 도 3a를 참조하면, 이 경우 쇼트키 접합의 I-V 곡선은 리버스 영역에서 리버스 바이어스가 걸렸을 때 버틸 수 있는 최대의 전압, 즉 최대 역전압(Vbr)(또는 항복 전압)이 작고, I-V 곡선의 누설 전류 특성에 의해, 작은 리버스 바이어스 전압에도 누설 전류 값이 급격하게 커지는 문제점이 발생될 수 있다. 이 경우, 자외선 검출소자는 누설 전류에 의해 오동작하게 될 수 있다.
도 3b는 본원 발명에 따른 캡핑층(140)이 적용된 쇼트키 접합의 I-V 곡선을 나타낸다. 본 발명의 실시예에 따르면, 에너지 밴드갭이 큰 캡핑층(140)으로 인하여 도 3a에 개시된 I-V 곡선이 도 3b와 같은 형태로 변형될 수 있다. 즉, 도 3b는 캡핑층(140)으로 인하여 쇼트키 장벽이 높게 형성될 수 있고, 그에 따라 I-V 곡선의 누설 전류 특성이 개선 된 것을 나타낸다. 도 3b의 I-V 곡선은 도 3a의 I-V 곡선에 비해 리버스 바이어스 영역에서 I-V 곡선의 직선성이 더 좋아질 수 있고, 최대 역전압(Vbr')이 증가하게 되고, 그에 따라 비교적 큰 리버스 바이어스 전압에서도 암전류 값이 급격하게 커지는 것이 최소화 될 수 있다. 이에 따라 자외선 검출소자에 인가될 수 있는 리버스 바이어스가 더 커질 수 있다.
리버스 바이어스 인가를 증가시키는 것에 따라 쇼트키층(150) 아래의 광흡수층(130)에서 형성되는 공핍층(depletion layer)이 더 넓어 질 수 있고, 그에 따른 자외선 검출소자의 광 반응 효율이 향상될 수 있다. 즉, 인가되는 리버스 바이어스의 증가로 인하여 공핍층이 더 커지게 됨에 따라 자외선 검출소자의 정전 용량이 작아져 응답속도(또는 반응 속도)도 빨라 질 수 있다.
절연막층(160)은 캡핑층(140) 상에 쇼트키층(150)을 밀봉하도록 형성될 수 있다. 예컨대, 절연막층(160)은 쇼트키층(150)을 덮도록 형성되며, 쇼트키층(150)의 테두리를 따라 그 외곽으로 노출되는 캡핑층(140)의 일부를 덮도록 형성될 수 있다. 즉, 절연막층(160)은 쇼트키층(150)과 캡핑층(140)의 일부에 동시 접촉하여 캡핑층(140) 상에 쇼트키층(150)을 고정하며, 이에 따라 와이어 본딩 시 발생되는 응력에 의한 쇼트키층(150)의 필링(peeling) 현상을 방지하여 자외선 검출소자(1)의 신뢰성 및 수율이 향상시키는 효과가 있다. 또한 절연막층(160)은 외부 정전기에 대한 보호막으로 사용될 수 있다. 절연막층(160)은 SiNx층, SiOx층 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
절연막층(160)은 쇼트키층(150)이 균일한 두께를 갖도록 할 수 있다. 쇼트키층(150)은 금속층으로 그 형성과정에서 열처리 공정(annealing)을 수반할 수 있다. 열처리 공정은, 예를 들어, 대략 200~300℃의 온도로 이루어 질 수 있고, 열처리 공정을 통해 쇼트키층(150)과 질화물 반도체층 즉, 캡핑층(140) 사이의 접속의 특성이 향상될 수 있다. 이와 같은 열처리 공정에서, 쇼트키층(150)은 산화될 수 있다. 예를 들어 쇼트기층(150)이 Ni와 같은 금속으로 형성되는 경우, Ni는 열처리 공정을 통해 NiOx로 산화될 수 있고, 그에 따라 쇼트기층(150)의 부피가 증가할 수 있다. 다만 쇼트기층(150)이 Ni로 제한 되지 않으며, 다른 금속을 포함할 수 있고, 이러한 금속들 또한 열처리 공정에서 산화될 수 있음은 자명하다.
여기서, 종래 기술에 따라 쇼트키층(150)을 덮는 절연막층(160)이 형성되지 않은 경우, 열처리 공정 시 쇼트키층(150)의 Ni는 외부의 산소(예를 들어, 대기 중의 산소)와 산화 반응을 통해 NiOx가 될 수 있다. 이와 같이 외부에서 산소를 공급하는 방식에 의한 열처리는 쇼트키층(150)의 두께의 불균일을 초래할 수 있다. 즉, Ni로 형성되는 쇼트키층(150)의 두께가 각 부분의 산화 정도에 따라 불균일 해질 수 있다. 쇼트키층(150)의 두께의 불균형은 광 투과도 및 반응도의 불균일을 초래하여 자외선 검출소자의 신뢰도를 저하시킬 수 있다.
하지만, 본원 발명의 실시예에 따른 절연막층(160)은 쇼트키층(150)을 덮는 구조를 이루고, 절연막층(160)이 형성된 후 이루어진 열처리 공정은 쇼트키층(150)의 두께의 균일성을 유지할 수 있다. 즉, 절연만층(160)은 쇼트키층(150)이 외부 산소와 접속을 방지할 수 있다. 또한 절연막층(160)은 자체적으로 산소를 포함할 수 있고, 자신이 포함하는 산소를 제한적이고 균일하게 쇼트키층(150)에 제공할 수 있다. 이에 따라 절연막층(160)은 열처리 공정 시 쇼트키층(150)이 무분별하고 불균일하게 산화되어 두께의 불균일성이 초래되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어 쇼트키층(150)을 덮는 절연막층(160)은 SiOx층으로 이루어 질 수 있다. 열처리 공정 시 절연막층(160)에 포함된 산소가 제한적으로, 그리고 균일하게 쇼트키층(160)에 공급되어 쇼트키층(150)에서의 산화 반응이 균일하게 일어날 수 있다. 이에 따라 쇼트키층(150)의 부피가 다소 증가할 수 있지만, 그 두께의 균일성이 유지될 수 있고, 결과적으로 자외선 검출소자의 광 투과도 및 반응도의 균일성이 유지되어 신뢰도를 확보할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 자외선 검출소자는 쇼트키층(150) 상에 배치되는 제1 전극(170) 및 버퍼층(120)의 노출된 영역 상에 배치도는 제2 전극(180)을 더 포함할 수 있다.
제1 전극(170)은 쇼트키층(150) 상의 일부 영역에 형성될 수 있다. 제1 전극(170)은 금속을 포함할 수 있으며, 복수층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(170)은 Ni층/Au층이 적층된 구조를 포함할 수 있다.
쇼트키층(150) 상에서 제1 전극(170)이 형성되는 영역은 광이 투과하지 못하여 쇼트키층(150)의 역할을 하지 못하므로, 제1 전극(170)은 와이어 본딩을 위한 최소한의 면적으로 형성되는 것이 바람직하며, 본 발명의 실시예에 따른 제1 전극(170)은 제2 전극(180)과 좌우 방향으로 대향하도록, 쇼트키층(150)의 측면부에 인접하여 형성된다. 도 1을 참조하면, 제1 전극(170)은 쇼트키층(150)의 전류를 균일하게 흐르게 하기 위해 몸체부(171), 몸체부(171)의 양 방향으로 분기되는 한 쌍의 가지부(172)를 포함한다. 같은 크기의 소자에서도 쇼트키층(150)의 최적 넓이에 따라 자외선 광에 의한 반응 전류 값의 변화가 크기 때문에 쇼트키층(150)의 넓이를 최대화하는 것이 유리하다.
또한, 본원 발명에 따른 자외선 검출소자는 쇼트키층(150)을 덮는 절연막층(160)을 포함한다. 따라서, 제1 전극(170)이 쇼트키층(150)과 접속되기 위한 영역을 정의하기 위해, 절연막층(160)의 일부 영역에 대한 식각 공정이 선행 될 수 있다.
제2 전극(180)은 버퍼층(120)과 오믹 접촉을 형성할 수 있으며, 금속을 포함하는 복수층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(180)은 Ni층/Au층이 적층된 구조를 포함할 수 있다.
제2 전극(180)은 캡핑층(140)과 광흡수층(130)을 드라이 에칭(dry etching) 등의 방법으로 식각하고, 식각에 의해 노출된 제2 버퍼층(122) 상에 형성될 수 있다. 이때, 제2 전극(180)과 제2 버퍼층(122)은 오믹 특성을 갖도록 구성되며, 식각 시 제2 버퍼층(122)의 일부까지 식각할 수도 있다.
제2 전극(180)은 제1 전극(170)으로부터 이격되어 제2 버퍼층(122)의 일부에 형성되고, 전류의 흐름을 균일하게 하기 위해 중심부에 안쪽까지 전극의 일부가 형성될 수 있으며, 그 형상은 본 발명의 일 실시예에 제한될 필요는 없다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자외선 검출 소자의 단면도이다. 도 4의 단면도는 도 1의 절취선 A-A'를 따라 취해진 단면도로 도 2의 단면도와 비교해서 저전류 차단층(125)을 더 포함하는 차이가 있다. 따라서, 이하 동일한 구성에 대한 상세한 설명은 생략하고 그 차이점을 중심으로 설명한다.
도 4를 참조하면 저전류 차단층(125)은 광흡수층(130)보다 낮은 온도에서 버퍼층(120) 상에 성장된다. 여기서, 광흡수층(130)은 AlxGa1 - xN(0<x<0.7)층 또는 GaN층을 포함할 수 있고, 저전류 차단층(125)은 단일 AltGa1 -tN(0<t<1)층을 포함할 수 있다. 또한, 저전류 차단층(125)은 Al 함량이 서로 다른 복수의 Alt1Ga1 -t1N(0<t1<1)/Alt2Ga1-t2N(0<t2<1)층을 포함할 수 있다. 저전류 차단층(125)이 복수의 층을 포함하는 경우, 각각의 층은 모두 동일한 두께를 가지거나 서로 상이한 두께를 가질 수 있으며, 각 층의 두께와 층의 개수는 필요에 따라 적절히 선택될 수 있다.
서로 다른 Al 조성비를 갖는 질화물층들의 적층 구조는 각각의 질화물층들을 서로 다른 압력에서 성장시킴으로써 제공될 수 있다. 예를 들어, 저전류 차단층(125)이 Alt1Ga1 - t1N(0<t1<1)층과 Alt2Ga1 - t2N(0<t2<1)층이 반복 적층된 구조를 포함하는 다층 구조를 형성하는 경우, Alt1Ga1 - t1N(0<t1<1)층은 약 100Torr의 압력에서 성장시키고, Alt2Ga1 - t2N(0<t2<1)층은 약 400Torr의 압력에서 성장시킬 수 있다.
이때, 압력 외에 다른 성장 조건이 동일한 경우, 더 낮은 압력에서 성장된 Alt1Ga1-t1N(0<t1<1)층은 더 높은 압력에서 성장된 Alt2Ga1 - t2N(0<t2<1)층에 비해 높은 Al 조성비를 가질 수 있다.
이와 같이, 서로 다른 압력에서 성장된 질화물층들은 성장 압력의 차이로 인하여 서로 다른 성장률을 가질 수 있다. 질화물층들이 서로 다른 성장률을 가짐으로써, 압력 이외의 동일 성장 조건을 갖고도 Al 조성, 성장 두께 등을 제어할 수 있다.
저전류 차단층(125)의 전체 두께는 광흡수층(130)에서 흡수된 가시광 에너지에 의해 발생된 저전류의 흐름을 차단하고 제어하기 위한 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 예컨대, 저전류 차단층의 두께는 100nm 이하로 형성될 수 있다.
저전류 차단층(125)은 광흡수층(130)에 비해 더 높은 결함 밀도를 가질 수 있다. 이는 저전류 차단층(125)을 광흡수층(130)에 비해 더 낮은 온도에서 성장시킴으로써 수득될 수 있다. 예를 들어, 광흡수층(130)을 약 1050에서 성장시키고, 저전류 차단층(125)은 이보다 30 내지 200 더 낮은 온도에서 성장시켜 제조될 수 있다. 200 초과의 더 낮은 온도에서 저전류 차단층(125)을 성장시키면, 저전류 차단층(125) 상에 형성되는 광흡수층(130)의 결정성이 급격히 저하되어 광흡수층(130)의 양자효율이 저하될 수 있으므로, 저전류 차단층(125)은 광흡수층(130)보다 200 낮은 온도 이내에서 성장되는 것이 바람직하다. 저전류 차단층(125)이 광흡수층(130)에 비해 더 낮은 온도에서 성장되면, 광흡수층(130)에 비해 상대적으로 더 높은 밀도의 전위, 공공(vacancy) 등의 결함 밀도를 가짐으로써, 가시광에 의해 생성된 전자의 이동을 방지할 수 있고, 이에 따라 미세 전류의 차단 효과를 갖고 웨이퍼 전체적으로 균일한 가시광 반응 전류를 갖도록 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 자외선 검출소자의 경우, 가시광에 의해 광흡수층(130)에 생성된 전자들이 저전류 차단층(125)에 의해 포획됨으로써, 가시광에 의해 소자가 구동하는 것을 최대한 방지할 수 있다. 상술한 바와 같이, 저전류 차단층(125)은 광흡수층(130)에 비해 낮은 온도에서 성장되어, 더 높은 결함 밀도를 갖는다. 가시광에 의해 생성된 전자는 자외선에 의해 생성되는 전자에 비해 매우 적은 양이고, 따라서 저전류 차단층(125)에 존재하는 결함만으로도 충분히 전자의 이동을 막을 수 있다. 즉, 저전류 차단층(125)은 광흡수층(130)보다 더 높은 결함 밀도를 가짐으로써, 가시광에 의해 생성된 전자의 이동을 방지할 수 있다.
저전류 차단층(125)을 추가하게 되면서 추가 전과 비교하여 PL(광 특성)측면에서 버퍼층(120)이 여기 되는 강도가 낮아질 수 있고, 반응도 측면에서 가시 광(visible light)에 대한 감도가 낮아지는 특성을 보일 수 있다.
한편, 광흡수층(130)에 자외선 광이 조사되어 생성된 전자들은 가시광에 의해 생성된 전자들에 비해 그 수가 월등히 많으므로, 저전류 차단층(125)에 포획되지 않고 소자에 전류가 흐르도록 할 수 있다. 그러므로 본 발명의 자외선 검출소자는 가시광에 반응하는 정도가 매우 낮아, 일반적인 자외선 검출소자에 비해 높은 자외선 대비 가시광선 반응 비율을 가질 수 있다.
특히, 본 발명의 자외선 검출소자는 104 이상의 자외선 대비 가시광선 반응 비율을 갖는다. 따라서 본 발명에 따르면, 높은 검출 효율 및 신뢰성을 갖는 자외선 검출소자가 제공될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 검출소자의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸다. 구체적으로 도 5a 및 도 5b는 도 4의 자외선 검출소자의 각층의 에너지 밴드 다이어 그램을 나타내며, 여기서 광흡수층(130)은 AlxGa1 - xN(0<x<0.7)층을 포함한다.
도 5a 및 도 5b가 포함하는 공통된 특징으로 GaN층을 포함하는 버퍼층(120)의 에너지 밴드갭에 비해 AlxGa1 - xN(0<x<0.7)층을 포함하는 광흡수층(130)의 에너지 밴드갭이 높으며, 광흡수층(130) 보다 Al의 비율이 높은 Alk1Ga1 - k1N(0<k1<1)층을 포함하는 캡핑층(140)의 에너지 밴드갭은 광흡수층(130)의 에너지 밴드갭 보다 크다.
도 5a를 참조하면, 저전류 차단층(125)은 Al 조성이 서로 다른 AltGa1 -tN(0<t<1)층이 교대로 적층된 구조를 갖는다. 저전류 차단층(125)의 Al 조성이 광흡수층(130)보다 높은 경우 또는 저전류 차단층(125)의 Al 조성이 광흡수층(130)보다 낮은 경우 컷-오프(cut off) 기울기가 변화될 수 있다. 도 5b를 참조하면, 저전류 차단층(125)은 단일층인 AltGa1 -tN(0<t<1)층으로 구성될 수 있다. 이 경우, 저전류 차단층(125)의 에너지 밴드갭은 광흡수층(130) 보다 클 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자외선 검출소자의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 것이다. 도 6a 및 도 6b는 도 4의 자외선 검출소자의 각층의 에너지 밴드 다이어 그램을 나타내며, 도 5와 비교하여 광흡수층(130)이 GaN층을 포함하는 차이가 있다.
먼저 도 6a 및 도 6b가 포함하는 공통된 특징으로 GaN층을 포함하는 버퍼층(120)의 에너지 밴드갭과 GaN층을 포함하는 광흡수층(130)의 에너지 밴드갭이 동일할 수 있으며, Alk2Ga1 - k2N(0<k2<1)층을 포함하는 캡핑층(140)의 에너지 밴드갭은 광흡수층(130)의 에너지 밴드갭 보다 클 수 있다.
도 6a를 참조하면, 저전류 차단층(125)은 Al 조성이 서로 다른 AltGa1 -tN(0<t<1)층이 교대로 적층된 구조를 갖는다. 저전류 차단층(125)의 Al 조성이 광흡수층(130)보다 높은 경우 또는 저전류 차단층(125)의 Al 조성이 광흡수층(130)보다 낮은 경우 컷-오프(cut off) 기울기가 변화될 수 있다. 도 6b를 참조하면, 저전류 차단층(125)은 단일층인 AltGa1 -tN(0<t<1)층으로 구성될 수 있다. 이 경우, 저전류 차단층(125)의 에너지 밴드갭은 광흡수층(130) 보다 클 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자외선 검출 소자의 단면도이다. 도 7의 단면도는 도 1의 절취선 A-A'를 따라 취해진 단면도로 도 2의 단면도와 비교해서 중간 버퍼층(125')을 더 포함하는 차이가 존재한다. 따라서, 이하 동일한 구성에 대한 상세한 설명은 생략하고 그 차이점을 중심으로 설명한다.
중간버퍼층(125')은 광흡수층(130)과 고온버퍼층(122) 사이에서, 광흡수층(130)의 성장 온도보다 높거나 같은 온도에서 성장된다.
광흡수층(130)이 InyGa1 - yN(0<y<1)층을 포함하는 경우, 중간버퍼층(125')은 InzGa1-zN(0<z<1)층/GaN층이 교차 적층된 복수의 층을 포함할 수 있다. 중간버퍼층(125')이 복수의 층을 포함하는 경우, 각각의 층은 모두 동일한 두께를 가지거나 서로 상이한 두께를 가질 수 있으며, 각 층의 두께와 층의 개수는 필요에 따라 적절히 선택될 수 있다. 이때 중간버퍼층(125')의 전체 두께가 결정질을 저하시키는 임계 두께 이상이 되면 중간버퍼층을 적용하지 않은 경우보다 광흡수층의 효율을 저하시키는 원인이 될 수 있으므로, 그 두께가 제한될 수 있다. 중간버퍼층(125')의 전체 두께는 광흡수층(130)의 결정성 향상을 위해 50nm 이상으로 형성될 수 있다.
예컨대, UVA 영역의 자외선 광을 검출하는 수광소자를 제조하는 경우, 고온버퍼층(122)을 1050도에서 성장한 후 성장 온도를 내려 900도 내외에서 중간버퍼층(125')을 성장하고 다시 온도를 내려 800도 내외에서 광흡수층(130)을 성장할 수 있다. 본 실시예에 따른 중간버퍼층(125')은, 광흡수층(130)이 고온버퍼층(122)보다 낮은 온도에서 성장되면서 발생하는 결정질의 특성을 보완하여 광흡수층(130)의 광 전류 효율을 향상시키고, 경우에 따라 컷 오프 기울기를 조절하는 역할로 활용이 가능하다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자외선 검출소자의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸다. 구체적으로 도 8은 도 7의 자외선 검출소자의 각층의 에너지 밴드 다이어 그램을 나타내며, 여기서 광흡수층(130)은 InyGa1 - yN(0<y<1)층을 포함하고, 캡핑층(140)은 GaN층 및/또는 Alk3Ga1 - k3N(0<k3<1)층을 포함한다.
도 8을 참고하면, GaN층을 포함하는 컨택층(120)의 에너지 밴드갭은 GaN층/InzGa1-zN(0<z<1)층이 교차 적층된 구조의 중간버퍼층(125)의 에너지 밴드갭보다 크거나 같고, InyGa1 - yN(0<y<1)층을 포함하는 광흡수층(130)의 에너지 밴드갭은 중간버퍼층(125)의 에너지 밴드갭 보다 작거나 같다. 또한 GaN층 및/또는 Alk3Ga1 -k3N(0<k3<1)층을 포함하는 캡핑층(140)의 에너지 밴드갭은 광흡수층(130)의 에너지 밴드갭 보다 크다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자외선 검출 소자의 단면도이다. 도 9의 단면도는 도 1의 절취선 A-A'를 따라 취해진 단면도로 도 4의 단면도와 비교해서 정전기 방지층(123)을 더 포함하는 차이를 갖는다. 따라서, 이하 동일한 구성에 대한 상세한 설명은 생략하고 그 차이점을 중심으로 설명한다.
정전기 방지층(123)은 GaN층을 포함할 수 있다. 제2 버퍼층(122) 상에 제1전극(170) 예컨대, n형 전극의 형성 시 오믹 형성을 위해 통상적으로 Si가 임의 도핑되지 않은 GaN층을 1㎛ 성장한 정전기 방지층(123)이 형성될 수도 있다. 즉, 쇼트키 접합 구조의 자외선 검출 소자에 있어 쇼트키 접합 구조 특성상 PIN 구조보다 정전기(ESD) 특성이 낮은데, 이러한 쇼트키 접합구조에서 정전 방전(ESD) 향상을 위해 저전류 차단층(125) 성장 전에 Si가 임의 도핑되지 않은 정전 방전을 향상하기 위한 GaN층을 포함하는 정전기 방지층(123)이 더 성장될 수 있다. 이렇게 성장된 정전기 방지층(123)으로 인해 정전 방전 특성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
제2전극(190)의 형성을 위해 캡핑층(150)과 광흡수층(140), 저전류 차단층(130) 뿐만 아니라 정전기 방지층(123)을 드라이 에칭(dry etching) 등의 방법으로 식각할 수 있다. 이 경우, 제2 전극(190)은 식각에 의해 노출된 제2 버퍼층(122) 상에 형성될 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자외선 검출소자의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸다. 구체적으로 도 10a 및 도 10b는 도 9의 자외선 검출소자의 각층의 에너지 밴드 다이어그램을 나타내며, 여기서 광흡수층(130)은 AlxGa1 -xN((0<x<0.7))층을 포함하고, 캡핑층(140)은 Al의 조성이 광흡수층(130)보다 높은 Alk1Ga1-k1N(0<k1<1)층을 포함한다.
도 10a 및 도 10b를 참고하면, 컨택층(120)과 정전기 방지층(123)의 에너지 밴드갭은 동일하다. 또한 컨택층(120)의 에너지 밴드갭에 비해 광흡수층(130)의 에너지 밴드갭이 높으며, 캡핑층(140)의 에너지 밴드갭은 광흡수층(130)의 에너지 밴드갭보다 높다.
한편, 도 10a는 저전류 차단층(125)이 Al 조성이 서로 다른 AltGa1 -tN(0<t<1)층으로 구성된 것으로서, 저전류 차단층(125)의 Al 조성이 광흡수층(130)보다 높은 경우 또는 저전류 차단층(125)의 Al 조성이 광흡수층(130)보다 낮은 경우 컷-오프(cut off) 기울기가 변화될 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자외선 검출소자의 단면도이다.
도 11을 참고하면, 본 실시예에 따른 자외선 검출소자는 도 9에 개시된 실시예에 의한 자외선 검출소자의 구성과 거의 유사하고, 다만, 제2 버퍼층(122) 상에 AlN층(124)이 형성되는 차이를 갖는다. 이하 동일한 구성에 대한 설명은 생략하고, 차이를 중심으로 설명한다.
본 실시예에 따른 자외선 검출소자는 제2 버퍼층(122) 상에 형성된 광흡수층(130)을 포함하고, 광흡수층(130)은 AlxGa1 - xN(0<x<0.7)층을 포함할 수 있다. 광흡수층(130)은 특정 자외선 영역(예컨대, UVC) 검출 흡수층으로 사용되기 위해 30% 이상의 Al 함량과 0.1㎛ 이상의 두께를 가질 수 있다.
그런데, 이러한 조건으로 성장 시, 광흡수층(130)과 제2 버퍼층(122) 간의 격자 부정합과 열팽창 계수 차이로 인해 크랙(crack)이 발생될 수 있고, 이에 따른 특성 저하 및 수율 저하의 문제가 발생될 수 있다.
이에 따라, 광흡수층(130)과 동일한 성장 온도 예컨대, 1050 내외의 고온 AlN층(124)이 제2 버퍼층(122)과 광흡수층(140) 사이에 형성되어 크랙 발생을 억제할 수 있다.
한편, AlN층(124)을 사용하는 경우 크랙 발생은 억제할 수 있지만, AlN층(124)의 에너지 밴드갭이 약 6eV로 크기 때문에 절연층에 가깝고 고품질의 결정성을 얻기 어려울 뿐만 아니라, 절연특성 때문에 미세 전류의 흐름에 방해가 될 수 있다. 따라서 AlN층(124)의 두께는 100 nm 이하의 두께를 갖는다.
이러한 점을 고려하면, 본 실시예에 따른 저전류 차단층(125)은 AlN층(124)과 광흡수층(130) 사이에 이 형성되며, 광흡수층(130)과 동일한 Al 조성으로 광흡수층(130)보다 낮은 온도에서 성장될 수 있다. 이때, 광흡수층(130)에서 흡수된 빛 에너지에 의한 전류 흐름의 감소를 최소화하기 위해, 저전류 차단층(125)의 전체 두께는 0.06~0.10㎛로 형성될 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸다. 구체적으로 도 12은 도 11의 자외선 검출소자의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸다.
구체적으로 도 12a 및 도 12b는 AlxGa1 - xN(0<x<0.7)층을 포함하는 광흡수층(130)의 Al 조성이 30% 이상인 경우, 광흡수층(130)이 컨택층(120) 상에 성장 될 때 발생될 수 있는 크랙(crack)을 방지하기 위해, 컨택층(120)과 저전류 차단층(125) 사이에 AlN층(124)이 삽입된 구조를 갖는 자외선 발광 소자의 에너지 밴드 다이어 그램을 나타낸다. 도 12a 및 도 12b를 참조하면 컨택층(120)의 에너지 밴드갭에 비해 광흡수층(130)의 에너지 밴드갭이 높고, 캡핑층(140)의 에너지 밴드갭은 광흡수층(130)의 에너지 밴드갭보다 높으며, AlN층(124)의 에너지 밴드갭은 저전류 차단층 또는 캡핑층의 에너지 밴드갭보다 높다.
한편, 도 12a는 저전류 차단층(125)이 Al 조성이 서로 다른 AltGa1 -tN(0<t<1)층으로 구성된 것으로서, 저전류 차단층(125)의 Al 조성이 광흡수층(130)보다 높은 경우 또는 저전류 차단층(125)의 Al 조성이 광흡수층(130)보다 낮은 경우 컷-오프(cut off) 기울기가 변화될 수 있다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자외선 검출 소자의 단면도이다. 도 13의 단면도는 도 1의 절취선 A-A'를 따라 취해진 단면도로 도 7의 단면도와 비교해서 캡핑층(140)이 제1층(141) 및 제2층(142)을 포함하는 차이를 갖는다. 따라서, 이하 동일한 구성에 대한 설명은 생략하고 그 차이점을 중심으로 설명한다.
본 실시예에 따른 광흡수층(130)은 InyGa1 - yN(0<y<1)층을 포함한다. 캡핑층(140)은 제1층(141) 및 제2층(142)을 포함할 수 있다. 제1층(141)은 InyGa1 -yN(0<y<1)층을 포함하는 광흡수층(130) 상에 성장된다. 고온에서의 분해가 쉬운 In을 포함한 광흡수층(130)의 성장 시 In이 분해되는 것을 방지할 수 있도록 제1층(141)은 광흡수층(130)의 성장 후 광흡수층(130)과 동일한 성장온도 예컨대, 700~900℃에서 GaN층으로 성장될 수 있다. 제2층(142)은 제1층(141) 상에 Al 소스를 공급하여 Alk3Ga1 - k3N층(0<k3<1)으로 성장될 수 있다. 제2층(142)은 광흡수층(130)보다 높은 성장온도 예컨대, 900~1000℃에서 Al을 포함하여 성장됨으로써 쇼트키층(150)의 쇼트키 특성을 용이하게 얻을 수 있다. 또한, 서로 다른 조성을 갖도록 구성된 제1층, 제2층을 각각 적층하는 것도 가능하다.
제1층(141) 및 제2층(142)은 각각 터널링 효과가 일어날 수 있는 두께 예컨대, 1nm~10nm의 두께를 가질 수 있다. 제1층(141) 및 제2층(142)의 두께가 너무 두꺼우면 캡핑층이 광흡수층으로 작용할 수 있기 때문에 적절한 두께 유지가 요구된다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자외선 검출소자의 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 것이다.
도 14를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 자외선 검출소자는, 컨택층(120) 상에 컨택층(120)보다 에너지 밴드갭이 낮은 다층 구조의 중간버퍼층(125')을 성장하고, 중간버퍼층(125') 상에 중간버퍼층(125')보다 에너지 밴드갭이 낮거나 같은 광흡수층(130)을 성장하며, 광흡수층(130) 상에 광흡수층(130)보다 에너지 밴드갭이 높은 제1층(141)의 캡핑층 및 제1층(141)의 캡핑층보다 에너지 밴드갭이 높은 제2층(142)의 캡핑층을 성장할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
즉, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
따라서, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100; 자외선 검출소자
110; 기판
120; 버퍼층
130; 광흡수층
140; 캡핑층
150; 쇼트키층
160; 절연막층
170; 제1 전극층
180; 제2 전극층

Claims (20)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 위치하는 버퍼층;
    상기 버퍼층 상에 위치하는 광흡수층;
    상기 광흡수층 상에 위치하는 캡핑층; 및
    상기 캡핑층 상의 일부 영역에 위치하는 쇼트키층을 포함하고,
    상기 캡핑층은 상기 광흡수층보다 더 큰 에너지 밴드갭을 갖는 자외선 검출소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광흡수층은 AlxGa1 - xN(0<x<0.7)층을 포함하고,
    상기 캡핑층은 상기 광흡수층보다 Al의 비율이 높은 AlGaN층을 포함하는 자외선 검출소자.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 버퍼층과 상기 광흡수층 사이에 위치하는 저전류 차단층을 더 포함하고,
    상기 저전류 차단층은 단일 AlGaN층 또는 Al 비율이 상이한 복수의 AlGaN층을 포함하는 자외선 검출소자.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 버퍼층과 상기 저전류 차단층 사이에 위치하는 정전기 방지층을 더 포함하고,
    상기 정전기 방지층은 Si가 임의 도핑되지 않은 GaN층을 포함하는 자외선 검출 소자.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 광흡수층의 Al의 비율이 30% 이상인 경우,
    상기 버퍼층과 저전류 차단층 사이에 위치하는 AlN층을 더 포함하는 자외선 검출소자.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 광흡수층은 GaN층을 포함하고,
    상기 캡핑층은 AlGaN층을 포함하는 자외선 검출소자.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 버퍼층과 상기 광흡수층 사이에 위치하는 저전류 차단층을 더 포함하고,
    상기 저전류 차단층은 단일 AlGaN층 또는 Al 비율이 상이한 복수의 AlGaN층을 포함하는 자외선 검출소자.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 광흡수층이 InyGa1 - yN(0<y<1)층을 포함는 자외선 검출소자.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 캡핑층은 GaN층 또는 AlGaN층을 포함하는 자외선 검출소자.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 캡핑층은 상기 광흡수층을 덮는 제1층 및 상기 제1층상에 위치하는 제2층을 포함하고,
    상기 제1층은 GaN층을 포함하고 상기 제2층은 AlGaN층을 포함하는 자외선 검출소자.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1층 및 제2층은 각각 1nm~10nm의 두께를 갖는 자외선 검출소자.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 버퍼층과 상기 광흡수층 사이에 위치하는 중간버퍼층을 더 포함하고,
    상기 중간버퍼층은 복수의 InGaN층 및 GaN층을 포함하는 자외선 검출소자.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 광흡수층은 0.05㎛ 내지 0.5㎛의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 자외선 검출소자.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판은 사파이어 기판, SiC 기판, GaN 기판, AlN 기판, Si 기판 중 어느 하나인 자외선 검출소자.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 버퍼층은 상기 기판 상에 위치하는 제1 버퍼층, 상기 제1 버퍼층 상에 위치하는 제2 버퍼층을 포함하고,
    상기 제1 버퍼층 및 제2 버퍼층은 각각 GaN층을 포함하는 자외선 검출소자.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 쇼트키층은 ITO, Ni, ATO, Pt, W, Ti, Pd, Ru, Cr, Au 중의 어느 하나로 이루어지는 자외선 검출소자.
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 캡핑층 상에 위치하는 절연막층을 더 포함하고, 상기 절연막층은 상기 쇼트키층의 상면 및 측면을 덮는 자외선 검출소자.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 절연막층은 SiNx층 및 SiOx층 중 어느 하나인 자외선 검출소자.
  19. 청구항 1에 있어서,
    상기 쇼트키층 상에 위치하는 제1 전극층을 더 포함하는 자외선 검출소자.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 버퍼층 상에 위치하는 제2 전극층을 더 포함하고,
    상기 제2 전극층은 상기 버퍼층과 오믹 접합하는 자외선 검출소자.
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