KR102473352B1 - Light detecting device - Google Patents

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KR102473352B1
KR102473352B1 KR1020150102370A KR20150102370A KR102473352B1 KR 102473352 B1 KR102473352 B1 KR 102473352B1 KR 1020150102370 A KR1020150102370 A KR 1020150102370A KR 20150102370 A KR20150102370 A KR 20150102370A KR 102473352 B1 KR102473352 B1 KR 102473352B1
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Abstract

광 검출 소자 및 그 제조 방법이 개시된다. 질화물계 반도체를 포함하는 기저층; 상기 기저층 상에 위치하며, 0.9 이상의 Al을 포함하는 질화물계 반도체를 포함하는 제1 질화물층; 상기 제1 질화물층 상에 위치하며, 상기 제1 질화물층보다 낮은 Al 조성비를 갖는 질화물계 반도체를 포함하는 제2 질화물층; 상기 제2 질화물층 상에 위치하며, Al을 포함하는 질화물계 반도체를 포함하는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 위치하는 쇼트키 접합층을 포함하고, 상기 제1 질화물층은 상부에 형성된 적어도 하나의 피트를 포함하고, 상기 제2 질화물층은 상기 적어도 하나의 피트를 메운다.A light detection device and a manufacturing method thereof are disclosed. a base layer including a nitride-based semiconductor; a first nitride layer disposed on the base layer and including a nitride-based semiconductor containing 0.9 or more Al; a second nitride layer disposed on the first nitride layer and including a nitride-based semiconductor having a lower Al composition ratio than that of the first nitride layer; a light absorbing layer disposed on the second nitride layer and including a nitride-based semiconductor including Al; and a Schottky junction layer positioned on the light absorbing layer, wherein the first nitride layer includes at least one pit formed thereon, and the second nitride layer fills the at least one pit.

Description

광 검출 소자{LIGHT DETECTING DEVICE}Light detection device {LIGHT DETECTING DEVICE}

본 발명은 광 검출 소자에 관한 것으로, 특히, 자외선 파장의 광에 대한 검출 효율이 높고, 정전기 방전 특성이 향상된 반도체 광 검출 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a photodetection device, and more particularly, to a semiconductor photodetection device having high detection efficiency for light of an ultraviolet wavelength and improved electrostatic discharge characteristics.

반도체 광 검출 소자는 광이 인가되면 전류가 흐르는 원리를 이용하여 작동하는 반도체 소자이다. 특히, 자외선 광을 검출하는 반도체 광 검출 소자는 상업, 의학, 군수, 통신 등 여러 분야에서 응용이 가능하여 그 중요도가 높다. 반도체를 이용한 광 검출 소자는 조사된 광에 의해 반도체 내의 전자와 정공의 분리에 의해 공핍 영역(depletion region)이 발생되고, 이로 인해 발생된 전자의 흐름에 따라 전류가 흐르는 원리를 이용한다.A semiconductor photodetector is a semiconductor device that operates based on the principle that current flows when light is applied. In particular, a semiconductor photodetection device that detects ultraviolet light is highly important because it can be applied in various fields such as commerce, medicine, military, and communication. A photodetection device using a semiconductor uses the principle that a depletion region is generated by separation of electrons and holes in the semiconductor by irradiated light, and current flows according to the flow of electrons generated thereby.

종래에, 실리콘을 이용하여 제조된 반도체 광 검출 소자가 이용되었다. 그러나 실리콘을 이용하여 제조된 반도체 광 검출 소자는 구동을 위하여 높은 인가 전압이 요구되고, 검출 효율이 낮은 단점이 있다. 특히, 자외선 광을 검출하는 반도체 광 검출 소자를 실리콘을 이용하여 제조하는 경우, 자외선 광뿐만 아니라 가시광 및 적외선 광에 대해서도 높은 민감도를 갖는 실리콘의 특성으로 인하여 광 검출 효율이 떨어진다. 또한, 실리콘을 이용한 자외선 광 검출 소자는 열적, 화학적으로 불안정하다.Conventionally, a semiconductor photodetection element manufactured using silicon has been used. However, semiconductor photodetection devices manufactured using silicon require a high applied voltage for driving and have low detection efficiency. In particular, when a semiconductor photodetection device for detecting ultraviolet light is manufactured using silicon, light detection efficiency is reduced due to the characteristics of silicon having high sensitivity not only to ultraviolet light but also to visible and infrared light. In addition, an ultraviolet light detection device using silicon is thermally and chemically unstable.

반면, 질화물계 반도체를 이용한 광 검출 소자는 실리콘 광 검출 소자에 비해 높은 반응도 및 반응 속도, 낮은 노이즈 레벨, 높은 열적, 화학적 안정성을 갖는다. 질화물계 반도체들 중, 특히, AlGaN을 광 흡수층으로 이용한 광 검출 소자는 자외선 광 검출 소자로서 우수한 특성을 보여준다. 이러한 질화물계 반도체 광 검출 소자는 다양한 구조로 제조되며, 예를 들어, 광전도체(photoconductor), 쇼트키 접합 광 검출 소자, p-i-n 형태의 광 검출 소자 등의 구조로 제조된다. On the other hand, a photodetector using a nitride-based semiconductor has higher reactivity and reaction speed, a lower noise level, and higher thermal and chemical stability than a silicon photodetector. Among nitride-based semiconductors, in particular, a photodetection device using AlGaN as a light absorbing layer shows excellent characteristics as an ultraviolet photodetection device. These nitride-based semiconductor photodetectors are manufactured in various structures, such as a photoconductor, a Schottky junction photodetector, and a p-i-n type photodetector.

p-i-n 광 소자의 경우 검출하고자 하는 광이 p형 반도체층을 투과해야 하나 이로 인한 광손실이 심하기 때문에 소자로서의 특성이 현저히 나빠지는 단점이 있다. 반면 쇼트키 접합 광 검출 소자의 경우, 광이 얇은 Ni층을 투과하여 광 흡수층에 입사되고, Ni층이 전류 퍼짐층으로도 작용하기 때문에 소자 내 특성의 균일도가 우수하고 광 추출 효율 또한 우수하다.In the case of the p-i-n optical device, the light to be detected must pass through the p-type semiconductor layer, but the characteristics of the device are significantly deteriorated due to severe light loss. On the other hand, in the case of the Schottky junction photodetection device, light passes through the thin Ni layer and is incident on the light absorption layer, and since the Ni layer also functions as a current spreading layer, the uniformity of characteristics within the device is excellent and the light extraction efficiency is also excellent.

쇼트키 접합 광 검출 소자는, 일반적으로, 기판, 상기 기판 상에 위치하는 버퍼층, 상기 버퍼층 상에 위치하는 광 흡수층 및 상기 광 흡수층 상에 위치하는 쇼트키 접합층을 포함한다. 또한, 제1 전극과 제2 전극은 각각 쇼트키 접합층과 버퍼층 또는 광 흡수층 상에 형성된다. 상기 쇼트키 접합 광 검출 소자가 자외선 광 검출 소자로 이용되려면, 광 흡수층은 자외선 광을 흡수할 수 있는 밴드갭 에너지를 갖는 질화물계 반도체로 형성된다. 이에 따라, 상기 광 흡수층을 이루는 반도체 물질로서 주로 AlGaN이 이용된다. 한편, 버퍼층으로는 GaN층이 일반적으로 이용된다.A Schottky junction photodetection device generally includes a substrate, a buffer layer positioned on the substrate, a light absorbing layer positioned on the buffer layer, and a Schottky junction layer positioned on the light absorbing layer. In addition, the first electrode and the second electrode are formed on the Schottky bonding layer and the buffer layer or the light absorbing layer, respectively. In order for the Schottky junction photodetector to be used as an ultraviolet photodetector, the light absorbing layer is formed of a nitride-based semiconductor having bandgap energy capable of absorbing ultraviolet light. Accordingly, AlGaN is mainly used as a semiconductor material constituting the light absorption layer. On the other hand, a GaN layer is generally used as the buffer layer.

뿐만 아니라, 종래의 질화갈륨 반도체 광 검출 소자에서 광 흡수층으로 사용되는 GaN층, InGaN층 및 AlGaN층은 결함을 근본적으로 가지고 있고, 이러한 결함에 의해 자외선 광이 아닌 가시광에도 반응하여 소자에 전류가 흐르게 된다. 이러한 반도체 광 검출 소자의 반응도(Responsivity)특성에서는 자외선광 대비 가시광 반응 비율(UV-to-Visible rejection ratio)이 약 103정도로 낮게 측정된다. 즉, 상기 종래의 반도체 광 검출 소자는 자외선 광이 아닌 가시광에 의해서도 반응하여 저 전류를 흐르게 하므로, 검출 정확도가 떨어진다.In addition, the GaN layer, InGaN layer, and AlGaN layer used as the light absorption layer in the conventional gallium nitride semiconductor photodetection device have defects fundamentally, and these defects react to visible light rather than ultraviolet light, causing current to flow through the device. do. In the responsivity characteristics of the semiconductor photodetection device, a UV-to-Visible rejection ratio is measured as low as about 10 3 . That is, since the conventional semiconductor photodetection device reacts to visible light rather than ultraviolet light to flow a low current, detection accuracy is deteriorated.

더욱이, 쇼트키 접합 광 검출 소자의 경우, 구조가 상대적으로 단순하여 제조가 용이하고 효율이 높은 장점이 있으나, 쇼트키 접합층과 광 흡수층 사이에 밴드갭 차이가 작아 쇼트키 베리어가 충분히 높지 않기 때문에 공핍영역(depletion region) 이 충분히 두껍지 않아 정전기 방전에 매우 취약하다. 따라서 정전기 방전에 의해 소자의 불량이 쉽게 발생할 수 있어, 신뢰성이 떨어지며, 지속적인 사용에 따라 광 검출 정확도가 감소하는 문제가 있다.Furthermore, in the case of a Schottky junction photodetection device, the structure is relatively simple, manufacturing is easy, and the efficiency is high. Since the depletion region is not thick enough, it is very vulnerable to electrostatic discharge. Therefore, defects in the device can easily occur due to electrostatic discharge, and reliability is deteriorated, and light detection accuracy decreases with continuous use.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 검출하고자 하는 파장대의 광, 구체적으로 자외선 광, 특히, UVC 영역의 자외선 광에 대해서 높은 광 검출 효율을 갖는 광 검출 소자를 제공하는 것이다.An object to be solved by the present invention is to provide a photodetection device having high photodetection efficiency with respect to light in a wavelength range to be detected, specifically ultraviolet light, in particular, ultraviolet light in the UVC region.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 결정성이 우수한 광 흡수층을 가짐과 동시에, 자외선 광에 대해서 높은 광 검출 효율을 갖는 광 검출 소자를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is to provide a method for manufacturing a photodetection device having a light absorbing layer having excellent crystallinity and having high photodetection efficiency for ultraviolet light.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 정전기 방전 특성이 우수하여, 신뢰성이 우수한 광 검출 소자를 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is to provide a photodetection device having excellent electrostatic discharge characteristics and excellent reliability.

다만, 상술한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.However, the above-described tasks are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereby.

본 발명의 일 측면에 따른 광 검출 소자는, 질화물계 반도체를 포함하는 기저층; 상기 기저층 상에 위치하며, 0.9 이상의 Al을 포함하는 질화물계 반도체를 포함하는 제1 질화물층; 상기 제1 질화물층 상에 위치하며, 상기 제1 질화물층보다 낮은 Al 조성비를 갖는 질화물계 반도체를 포함하는 제2 질화물층; 상기 제2 질화물층 상에 위치하며, Al을 포함하는 질화물계 반도체를 포함하는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 위치하는 쇼트키 접합층을 포함하고, 상기 제1 질화물층은 상부에 형성된 적어도 하나의 피트를 포함하고, 상기 제2 질화물층은 상기 적어도 하나의 피트를 메운다.An optical detection device according to an aspect of the present invention includes a base layer including a nitride-based semiconductor; a first nitride layer disposed on the base layer and including a nitride-based semiconductor containing 0.9 or more Al; a second nitride layer disposed on the first nitride layer and including a nitride-based semiconductor having a lower Al composition ratio than that of the first nitride layer; a light absorbing layer disposed on the second nitride layer and including a nitride-based semiconductor including Al; and a Schottky junction layer positioned on the light absorbing layer, wherein the first nitride layer includes at least one pit formed thereon, and the second nitride layer fills the at least one pit.

상기 광 흡수층은 0.28 이상의 Al 조성비를 갖는 AlGaN을 포함할 수 있다.The light absorbing layer may include AlGaN having an Al composition ratio of 0.28 or more.

나아가, 상기 광 흡수층은 0.4 이상의 Al 조성비를 갖는 AlGaN을 포함할 수 있다.Furthermore, the light absorbing layer may include AlGaN having an Al composition ratio of 0.4 or more.

상기 제2 질화물층은 상기 적어도 하나의 피트로부터 연장되는 결함 밀집 부분을 포함할 수 있다.The second nitride layer may include a defect dense portion extending from the at least one pit.

상기 제1 질화물층은 AlN으로 형성되고, 상기 제2 질화물층은 AlGaN으로 형성될 수 있다.The first nitride layer may be formed of AlN, and the second nitride layer may be formed of AlGaN.

상기 기저층은 GaN층을 포함할 수 있다.The base layer may include a GaN layer.

상기 광 검출 소자는, 상기 제2 질화물층과 상기 광 흡수층의 사이에 위치하며, 다층 구조층을 포함하는 저전류 차단층을 더 포함할 수 있다.The light detection device may further include a low current blocking layer including a multi-layered structure and positioned between the second nitride layer and the light absorbing layer.

상기 광 검출 소자는, 상기 기저층 및 쇼트키 접합층 각각에 전기적으로 연결된 제1 전극 및 제2 전극을 더 포함할 수 있다.The photodetection device may further include a first electrode and a second electrode electrically connected to the base layer and the Schottky bonding layer, respectively.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 광 검출 소자는, 질화물계 반도체를 포함하는 기저층; 상기 기저층 상에 위치하며, 0.9 이상의 Al을 포함하는 질화물계 반도체를 포함하는 제1 질화물층; 상기 제1 질화물층 상에 위치하며, 상기 제1 질화물층보다 낮은 Al 조성비를 갖는 질화물계 반도체를 포함하는 제2 질화물층; 상기 제2 질화물층 상에 위치하며, Al을 포함하는 질화물계 반도체를 포함하는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 위치하는 쇼트키 접합층을 포함하고, 상기 제1 질화물층은 상부에 형성된 적어도 하나의 피트를 포함하며, 상기 제1 질화물층은 상기 제2 질화물층보다 높은 결함 밀도를 갖는다.An optical detection device according to another aspect of the present invention includes a base layer including a nitride-based semiconductor; a first nitride layer disposed on the base layer and including a nitride-based semiconductor containing 0.9 or more Al; a second nitride layer disposed on the first nitride layer and including a nitride-based semiconductor having a lower Al composition ratio than that of the first nitride layer; a light absorbing layer disposed on the second nitride layer and including a nitride-based semiconductor including Al; and a Schottky junction layer positioned on the light absorbing layer, the first nitride layer including at least one pit formed thereon, and the first nitride layer having a higher defect density than the second nitride layer. .

상기 제2 질화물층은 상기 적어도 하나의 피트를 메우고, 상기 적어도 하나의 피트로부터 연장된 적어도 하나의 결합 밀집 부분을 포함할 수 있다.The second nitride layer may include at least one coupling dense portion that fills the at least one pit and extends from the at least one pit.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 광 검출 소자 제조 방법은, 기판 상에 질화물계 반도체를 포함하는 기저층을 형성하고; 상기 기저층 상에 0.9 이상의 Al을 포함하는 질화물계 반도체를 포함하는 제1 질화물층을 형성하되, 상기 제1 질화물층은 적어도 하나의 피트를 포함하고; 상기 제1 질화물층 상에 상기 제1 질화물층보다 낮은 Al 조성비를 갖는 질화물계 반도체를 포함하는 제2 질화물층을 형성하고; 상기 제2 질화물층 상에 Al을 포함하는 질화물계 반도체를 포함하는 광 흡수층을 형성하고; 및 상기 광 흡수층 상에 쇼트키 접합층을 형성하는 것을 포함한다.A method of manufacturing a photodetection device according to another aspect of the present invention includes forming a base layer including a nitride-based semiconductor on a substrate; forming a first nitride layer including a nitride-based semiconductor containing 0.9 or more Al on the base layer, the first nitride layer including at least one pit; forming a second nitride layer including a nitride-based semiconductor having a lower Al composition ratio than that of the first nitride layer on the first nitride layer; forming a light absorbing layer including a nitride-based semiconductor containing Al on the second nitride layer; and forming a Schottky bonding layer on the light absorbing layer.

상기 기저층은 제1 온도에서 성장되고, 상기 제1 질화물층은 제2 온도에서 성장될 수 있으며, 상기 제1 온도와 제2 온도의 차이는 0초과 150℃ 이하일 수 있다.The base layer may be grown at a first temperature, the first nitride layer may be grown at a second temperature, and a difference between the first temperature and the second temperature may be greater than 0 and less than or equal to 150°C.

상기 광 흡수층은 0.4 이상의 Al 조성비를 갖는 AlGaN을 포함할 수 있다.The light absorbing layer may include AlGaN having an Al composition ratio of 0.4 or more.

상기 제2 질화물층을 형성하는 것은, 상기 적어도 하나의 피트로부터 연장되는 결함 밀집 부분이 형성되는 것을 포함할 수 있다.Forming the second nitride layer may include forming a defect dense portion extending from the at least one pit.

상기 제1 질화물층은 AlN으로 형성되고, 상기 제2 질화물층은 AlGaN으로 형성될 수 있다.The first nitride layer may be formed of AlN, and the second nitride layer may be formed of AlGaN.

상기 광 검출 소자 제조 방법은, 상기 제2 질화물층과 상기 광 흡수층 사이에 위치하는 다층 구조층을 포함하는 저전류 차단층을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.The method of manufacturing the photodetection device may further include forming a low current blocking layer including a multi-layer structure positioned between the second nitride layer and the light absorbing layer.

실시예들에 따르면, 피트를 포함하는 제1 질화물층을 포함하는 광 검출 소자 및 그 제조 방법을 제공함으로써, 가시광에 반응하는 정도가 매우 낮아, 높은 자외선 대비 가시광선 반응 비율을 갖는 광 검출 소자가 제공될 수 있다. 또한, 실시예들의 광 검출 소자에 정전기 방전에 의한 고전류가 발생한 경우, 피트 및/또는 결함 밀집 부분을 통해 상기 고전류가 용이하게 도통될 수 있어, 정전기 방전에 대한 내성이 우수한 광 검출 소자가 제공될 수 있다.According to embodiments, by providing a photodetection device including a first nitride layer including pits and a method for manufacturing the same, a photodetection device having a very low response to visible light and a high response ratio of visible light to ultraviolet rays is provided. can be provided. In addition, when a high current due to electrostatic discharge is generated in the photodetection device of the embodiments, the high current can be easily conducted through the pits and/or defect dense parts, thereby providing a photodetection device with excellent resistance to electrostatic discharge. can

도 1 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 소자 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들 및 확대 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 소자의 제2 질화물층 성장 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 검출 소자 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 검출 소자 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1 to 8 are cross-sectional views and enlarged cross-sectional views for explaining a photodetection device and a manufacturing method thereof according to an exemplary embodiment of the present invention.
9 is a graph for explaining a method of growing a second nitride layer of a photodetector according to an embodiment of the present invention.
10 to 12 are cross-sectional views illustrating a photodetection device and a method of manufacturing the same according to another embodiment of the present invention.
13 to 15 are cross-sectional views illustrating a photodetection device and a method of manufacturing the same according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 또한, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 "상부에" 또는 "상에" 있다고 기재된 경우 각 부분이 다른 부분의 "바로 상부" 또는 "바로 상에" 있는 경우뿐만 아니라 각 구성요소와 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 있는 경우도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments introduced below are provided as examples to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the present invention may be embodied in other forms without being limited to the embodiments described below. And in the drawings, the width, length, thickness, etc. of components may be exaggerated for convenience. Also, when an element is described as being “on top of” or “on” another element, each part is “immediately on” or “directly on” the other element, as well as each element and other elements. It also includes the case where there is another component in between. Like reference numbers indicate like elements throughout the specification.

이하 설명되는 반도체층들에 대한 각 조성비, 성장 방법, 성장 조건, 두께 등은 예시에 해당하며, 하기 설명들이 본 발명을 제한하는 것은 아니다. 예를 들어, AlGaN로 표기되는 경우, Al과 Ga의 조성비는 통상의 기술자의 필요에 따라 다양하게 적용될 수 있다. 또한, 이하 설명되는 반도체층들은 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자(이하, "통상의 기술자")에게 일반적으로 알려진 다양한 방법을 이용하여 성장될 수 있으며, 예를 들어, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition), MBE(Molecular Beam Epitaxy) 또는 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등의 기술을 이용하여 성장될 수 있다. 다만, 이하 설명되는 실시예에서는, 반도체층들은 MOCVD를 이용하여 동일한 챔버 내에서 성장된 것으로 설명되고, 챔버 내에 유입되는 소스 가스들은 조성비에 따라 통상의 기술자에게 알려진 소스 가스들을 이용할 수 있으며, 이에 본 발명이 제한되는 것은 아니다.Each composition ratio, growth method, growth condition, thickness, etc. of the semiconductor layers described below correspond to examples, and the following descriptions do not limit the present invention. For example, when indicated as AlGaN, the composition ratio of Al and Ga may be variously applied according to the needs of a person skilled in the art. In addition, the semiconductor layers described below may be grown using various methods generally known to those skilled in the art (hereinafter, “ordinary technicians”), for example, MOCVD (Metal Organic Chemical It can be grown using techniques such as vapor deposition (MBE), molecular beam epitaxy (MBE), or hydride vapor phase epitaxy (HVPE). However, in the embodiment described below, the semiconductor layers are described as being grown in the same chamber using MOCVD, and source gases introduced into the chamber may use source gases known to those skilled in the art according to the composition ratio. The invention is not limited.

도 1 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 소자 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들 및 확대 단면도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 소자의 제2 질화물층 성장 방법을 설명하기 위한 그래프이다.1 to 8 are cross-sectional views and enlarged cross-sectional views for explaining a photodetecting device and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a second nitride of a photodetecting device according to an embodiment of the present invention. It is a graph for explaining the layer growth method.

도 1을 참조하면, 기판(110)을 준비한다. 나아가, 기판(110) 상에 버퍼층(120)을 더 형성할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a substrate 110 is prepared. Furthermore, a buffer layer 120 may be further formed on the substrate 110 .

기판(110)은 후술하는 질화물계 반도체층들을 성장시킬 수 있는 기판이면 제한되지 않는다. 예를 들어, 기판(110)은 사파이어 기판, SiC 기판, ZnO 기판, Si 기판 등과 같은 이종(heterogeneous) 기판을 포함할 수 있고, 또는, GaN 기판 또는 AlN 기판과 같은 질화물계 기판, 즉, 동종(homogeneous) 기판을 포함할 수 있다. 예컨대, 본 실시예에 있어서, 상기 기판(110)은 사파이어 기판일 수 있다. The substrate 110 is not limited as long as it can grow nitride-based semiconductor layers described below. For example, the substrate 110 may include a heterogeneous substrate such as a sapphire substrate, a SiC substrate, a ZnO substrate, a Si substrate, or the like, or a nitride-based substrate such as a GaN substrate or an AlN substrate, that is, a homogeneous ( homogeneous) substrates. For example, in this embodiment, the substrate 110 may be a sapphire substrate.

버퍼층(120)은 질화물 반도체를 포함할 수 있고, MOCVD를 이용하여 성장될 수 있다. 예를 들어, 약 550℃ 온도 및 100Torr의 압력 내의 챔버에 Ga 소스와 N 소스를 주입하여 성장시킬 수 있다. 이에 따라, 버퍼층(120)은 저온 성장된 GaN층을 포함할 수 있다. 버퍼층(120)은 약 25nm의 두께로 성장될 수 있으며, 버퍼층(120)을 저온에서 얇은 두께로 성장시킴으로써, 후술하는 공정에서 성장되는 반도체층의 시드층 역할을 할 수 있다. 또한, 버퍼층(120)은 후술하는 공정에서 성장되는 반도체층들의 결정성, 광학적 및 전기적 특성을 우수하게 할 수 있다. 다만, 버퍼층(120)은 생략될 수도 있다.The buffer layer 120 may include a nitride semiconductor and may be grown using MOCVD. For example, growth may be performed by injecting a Ga source and an N source into a chamber at a temperature of about 550° C. and a pressure of 100 Torr. Accordingly, the buffer layer 120 may include a GaN layer grown at a low temperature. The buffer layer 120 may be grown to a thickness of about 25 nm, and by growing the buffer layer 120 to a thin thickness at a low temperature, it may serve as a seed layer for a semiconductor layer grown in a process described later. In addition, the buffer layer 120 may improve crystallinity, optical and electrical characteristics of semiconductor layers grown in a process described later. However, the buffer layer 120 may be omitted.

이어서, 도 2를 참조하면, 버퍼층(120) 상에 기저층(130)을 형성한다. Next, referring to FIG. 2 , a base layer 130 is formed on the buffer layer 120 .

기저층(130)은 MOCVD를 이용하여 성장될 수 있으며, 질화물계 반도체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기저층(130)은 약 1050℃ 내지 1300℃의 온도 및 약 100 Torr 내지 500 Torr의 압력 내의 챔버에 Ga 소스와 N 소스를 주입하여 성장시킬 수 있고, 이에 따라, 기저층(130)은 고온 성장된 GaN층을 포함할 수 있다. 또한, 기저층(130)은 성장시 Si 소스를 추가로 주입하여 n형 도핑된 GaN층을 포함할 수 있고, 언도핑된 GaN층을 포함할 수도 있다. 또한, 기저층(130)은 다중층 또는 단일층으로 이루어질 수 있다. 기저층(130)이 다중층으로 이루어진 경우, 서로 다른 공정 조건에 성장된 복수의 u-GaN층 및/또는 n-GaN층들을 포함할 수 있다. 예컨대, 기저층(130)은 버퍼층(120) 상에 형성된 u-GaN층 및 상기 u-GaN층 상에 성장된 적어도 하나의 n-GaN층을 포함할 수 있다. 버퍼층(120) 상에 비교적 결정성이 우수한 u-GaN층을 형성함으로써, 후속 공정에서 성장되는 다른 반도체층들의 결정성을 향상시킬 수 있다. 기저층(130)의 두께는 제한되지 않으나, 상대적으로 두꺼운 두께를 갖도록 성장될 수 있으며, 예를 들어, 약 2㎛ 내지 3㎛ 두께로 성장될 수 있다. The base layer 130 may be grown using MOCVD and may include a nitride-based semiconductor. For example, the base layer 130 may be grown by injecting a Ga source and an N source into a chamber at a temperature of about 1050° C. to 1300° C. and a pressure of about 100 Torr to 500 Torr. Accordingly, the base layer 130 is It may include a GaN layer grown at a high temperature. In addition, the base layer 130 may include an n-type doped GaN layer by additionally injecting an Si source during growth, or may include an undoped GaN layer. In addition, the base layer 130 may be formed of a multilayer or a single layer. When the base layer 130 is formed of multiple layers, it may include a plurality of u-GaN layers and/or n-GaN layers grown under different process conditions. For example, the base layer 130 may include a u-GaN layer formed on the buffer layer 120 and at least one n-GaN layer grown on the u-GaN layer. By forming a u-GaN layer having relatively excellent crystallinity on the buffer layer 120, the crystallinity of other semiconductor layers grown in a subsequent process may be improved. The thickness of the base layer 130 is not limited, but may be grown to have a relatively thick thickness, for example, it may be grown to a thickness of about 2 μm to 3 μm.

또한, 기저층(130)이 이에 한정되는 것은 아니며, 기저층(130)은 Al을 포함하는 질화물계 반도체를 포함할 수 있다. 기저층(130)은 적어도 하나의 AlGaN층을 포함할 수 있으며, 이때, Al의 조성비는 광 검출 소자의 광 입사 방향에 따라 조절될 수 있다. 예를 들어, 광 검출 소자에 있어서, 검출하고자 하는 광의 입사 방향이 소자의 하부로부터 상부로 향하는 방향인 경우, 기저층(130)에서 흡수되는 자외선 광의 비율을 감소시키기 위해서, 기저층(130)은 Al을 포함하는 질화물계 반도체를 포함할 수 있다.In addition, the base layer 130 is not limited thereto, and the base layer 130 may include a nitride-based semiconductor including Al. The base layer 130 may include at least one AlGaN layer, and in this case, the composition ratio of Al may be adjusted according to the light incident direction of the photodetector. For example, in the photodetection device, when the incident direction of light to be detected is from the bottom to the top of the device, in order to reduce the ratio of ultraviolet light absorbed by the base layer 130, the base layer 130 is made of Al. It may include a nitride-based semiconductor including.

이어서, 도 3을 참조하면, 기저층(130) 상에 제1 질화물층(140)을 형성한다.Next, referring to FIG. 3 , a first nitride layer 140 is formed on the base layer 130 .

제1 질화물층(140)은 MOCVD과 같은 방법을 이용하여 (Al, Ga, In)N과 같은 질화물계 반도체를 포함하도록 기저층(130) 상에 성장될 수 있다. 특히, 제1 질화물층(140)은 0.9 이상의 Al을 포함하는 질화물계 반도체를 포함할 수 있고, 예컨대, AlxGa(1-x)N (0.9≤x≤1)로 형성될 수 있으며, 나아가, AlN로 형성될 수 있다. 이와 같이, 0.9 이상의 높은 Al 조성비를 갖는 질화물계 반도체로 형성된 제1 질화물층(140)을 기저층(130) 상에 성장시킴으로써, 후속 공정에서 성장되는 광 흡수층(160)이 상대적으로 높은 Al 조성비를 갖는 질화물계 반도체(예컨대, 0.28 이상의 Al 조성비)를 포함하더라도, 상기 광 흡수층(160)에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다. The first nitride layer 140 may be grown on the base layer 130 to include a nitride-based semiconductor such as (Al, Ga, In)N using a method such as MOCVD. In particular, the first nitride layer 140 may include a nitride-based semiconductor containing 0.9 or more Al, and may be formed of, for example, Al x Ga (1-x) N (0.9≤x≤1), and further , can be formed of AlN. In this way, by growing the first nitride layer 140 formed of a nitride-based semiconductor having a high Al composition ratio of 0.9 or more on the base layer 130, the light absorbing layer 160 grown in a subsequent process has a relatively high Al composition ratio. Even if a nitride-based semiconductor (eg, Al composition ratio of 0.28 or more) is included, it is possible to prevent cracks from occurring in the light absorbing layer 160 .

구체적으로, 본 실시예의 광 검출 소자를 비교적 짧은 파장의 자외선 광, 예컨대, UVC 영역의 자외선 광의 검출을 위한 광 검출 소자로 구현하기 위해서는, 밴드갭 에너지가 비교적 큰 질화물 반도체로 형성된 광 흡수층(160)이 요구된다. 따라서, Al의 조성비가 높은 질화물계 반도체를 포함하는 광 흡수층(160)이 요구되며, Al의 조성비가 높은 질화물계 반도체는 성장 두께가 증가함에 따라 크랙이 발생할 확률이 높아진다. 본 실시예에 따르면, 기저층(130)과 광 흡수층(160)의 사이에 Al 조성비가 높은 제1 질화물층(140)을 형성함으로써, 광 흡수층(160)에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다.Specifically, in order to implement the photodetector of this embodiment as a photodetector for detecting ultraviolet light of a relatively short wavelength, for example, ultraviolet light in the UVC region, a light absorbing layer 160 formed of a nitride semiconductor having a relatively large bandgap energy this is required Therefore, the light absorbing layer 160 including a nitride-based semiconductor with a high Al composition ratio is required, and the probability of cracking increases as the growth thickness of the nitride-based semiconductor with a high Al composition ratio increases. According to this embodiment, by forming the first nitride layer 140 having a high Al composition ratio between the base layer 130 and the light absorbing layer 160, it is possible to prevent cracks from occurring in the light absorbing layer 160.

제1 질화물층(140)은 비교적 Al 조성비가 낮거나, Al을 포함하지 않는 기저층(130) 상에 성장되되, 0.9 이상의 Al 조성비를 갖도록 성장되므로, 성장 두께가 두꺼워 지는 경우 크랙이 발생할 수 있다. 따라서, 제1 질화물층(140)은 소정 두께 이하의 두께로 성장되는 것이 바람직하며, 예컨대, 제1 질화물층(140)은 50nm 이하의 두께로 성장될 수 있고, 나아가, 20nm 이하의 두께로 성장될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Since the first nitride layer 140 has a relatively low Al composition ratio or is grown on the base layer 130 that does not contain Al, but has an Al composition ratio of 0.9 or more, cracks may occur when the growth thickness becomes thick. Therefore, the first nitride layer 140 is preferably grown to a thickness of less than a predetermined thickness, for example, the first nitride layer 140 may be grown to a thickness of 50 nm or less, and furthermore, grown to a thickness of 20 nm or less. It can be. However, the present invention is not limited thereto.

또한, 제1 질화물층(140)은 상부에 형성된 적어도 하나의 피트(141)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 피트(141)의 표면은 제1 질화물층(140) 상면의 결정면과 다른 결정면을 가질 수 있다. 예컨대, 적어도 하나의 피트(141)는 단면 형상이 'V'와 유사한 V-피트일 수 있다. 상기 적어도 하나의 피트(141)는 제1 질화물층(140)의 성장 조건을 제어함으로써 수득될 수 있다. 일례로, 제1 질화물층(140) 성장 시, 수평 방향 성장 속도 대비 수직 방향 성장 속도가 기저층(130)보다 크게 되도록 성장 조건을 조절하여, 제1 질화물층(140)을 3차원 성장하여 표면이 보다 거친 반도체층이 성장될 수 있다.In addition, the first nitride layer 140 may include at least one pit 141 formed thereon. A surface of at least one pit 141 may have a crystal plane different from that of the upper surface of the first nitride layer 140 . For example, at least one pit 141 may be a V-pit having a cross-sectional shape similar to 'V'. The at least one pit 141 may be obtained by controlling growth conditions of the first nitride layer 140 . For example, when growing the first nitride layer 140, growth conditions are adjusted so that the vertical growth rate compared to the horizontal growth rate is greater than that of the base layer 130, so that the first nitride layer 140 is three-dimensionally grown so that the surface is A rougher semiconductor layer can be grown.

일 방법으로서, 제1 질화물층(140)을 적정 온도보다 낮은 온도에서 성장시키는 경우, 제1 질화물층(140)의 상면에 적어도 하나의 피트(141)가 형성될 수 있다. 도 9를 참조하여 더욱 구체적으로 설명하면, 기저층(130)은 제1 온도에서 성장될 수 있고, 제1 질화물층(140)은 제2 온도에서 성장될 수 있다. 이때, 제1 질화물층(140)의 표면 모폴로지가 우수하고, 피트(141)가 거의 형성되지 않도록 하는 제1 질화물층(140)의 성장 온도는 상기 제2 온도보다 높은 제3 온도일 수 있다. 이때, 제2 온도는 제1 온도보다 0 초과 150℃이하의 온도만큼 더 높은 온도일 수 있다. 즉, 제1 온도와 제2 온도의 차는 0 초과 150℃이하일 수 있다. 이와 같이, 제1 질화물층(140)의 성장 적정 온도(제3 온도)보다 낮은 제2 온도에서 제1 질화물층(140)이 성장되면, 열적 에너지(thermal energy)의 부족으로 결정화가 성장방향으로 일정하게 이루어지지 않는 부분이 발생할 수 있고, 이러한 부분으로부터 적어도 하나의 피트(141)가 발생할 수 있다. 예를 들어, 최상부 영역이 GaN로 형성된 기저층(130) 상에 AlN로 형성되는 제1 질화물층(140)을 성장시키는 경우, 상기 기저층(130)의 GaN는 약 1100℃의 온도(제1 온도) 조건에서 성장되고, 상기 제1 질화물층(140)의 AlN는 약 1200℃의 온도(제2 온도) 조건에서 성장될 수 있다. AlN의 표면 모폴로지가 우수하고 피트가 거의 발생하지 않는 성장 온도(제3 온도)는 약 1400℃이므로, 이 경우 제1 질화물층(140)의 표면에는 적어도 하나의 피트(141)가 형성될 수 있다.As one method, when the first nitride layer 140 is grown at a temperature lower than an appropriate temperature, at least one pit 141 may be formed on an upper surface of the first nitride layer 140 . Referring to FIG. 9 in more detail, the base layer 130 may be grown at a first temperature, and the first nitride layer 140 may be grown at a second temperature. In this case, the growth temperature of the first nitride layer 140 at which the surface morphology of the first nitride layer 140 is excellent and the pits 141 are hardly formed may be a third temperature higher than the second temperature. In this case, the second temperature may be a temperature higher than the first temperature by a temperature greater than 0 and less than or equal to 150°C. That is, the difference between the first temperature and the second temperature may be greater than 0 and less than or equal to 150°C. As such, when the first nitride layer 140 is grown at a second temperature lower than the optimum temperature (third temperature) for growth of the first nitride layer 140, crystallization occurs in the growth direction due to lack of thermal energy. A non-uniform portion may occur, and at least one pit 141 may occur from such a portion. For example, when the first nitride layer 140 formed of AlN is grown on the base layer 130 whose uppermost region is formed of GaN, the GaN of the base layer 130 has a temperature of about 1100° C. (first temperature). conditions, the AlN of the first nitride layer 140 may be grown under a temperature (second temperature) condition of about 1200 °C. Since the surface morphology of AlN is excellent and the growth temperature (third temperature) at which pits hardly occur is about 1400° C., at least one pit 141 may be formed on the surface of the first nitride layer 140 in this case. .

또한, 제1 질화물층(130)은 다중층으로 이루어질 수 있다. 이때, 제1 질화물층(130)은 피트 발생층 및 상기 피트 발생층 상에 형성된 피트 확장층을 포함할 수 있다. 상기 피트 확장층은 상기 피트 발생층의 상면을 시드로 성장되며, 상기 피트 발생층의 성장에 따라 피트(141)의 크기가 더욱 커질 수 있다. 피트 확장층은 피트 발생층에 비해 더 큰 평균 격자 상수를 가질 수 있다. 피트 확장층은 피트 발생층에 비해 낮은 Al 조성비를 가질 수 있고, 예컨대, 피트 발생층은 AlN층일 수 있고, 피트 확장층은 AlGaN층일 수 있다. 이에 따라, 피트 확장층의 성장 중에 수평 방향으로의 지속적 압축 스트레인 및 압축 스트레인이 작용하고, 이러한 스트레스 및 스트레인에 의해 피트(141)가 수평 방향으로 확장될 수 있다. 제1 질화물층(130)이 피트 확장층을 더 포함함으로써, 피트(141)의 크기를 확장시켜 상기 광 검출 소자의 정전기 방전에 대한 내성을 더욱 향상시킬 수 있다.Also, the first nitride layer 130 may be formed of multiple layers. In this case, the first nitride layer 130 may include a pit generation layer and a pit extension layer formed on the pit generation layer. The pit expansion layer is grown as a seed on the upper surface of the pit generation layer, and the size of the pits 141 may further increase as the pit generation layer grows. The pit extension layer may have a larger average lattice constant than the pit generation layer. The pit extension layer may have a lower Al composition ratio than the pit generation layer, and for example, the pit generation layer may be an AlN layer and the pit extension layer may be an AlGaN layer. Accordingly, continuous compressive strain and compressive strain in the horizontal direction are applied during growth of the pit expansion layer, and the pit 141 may expand in the horizontal direction due to the stress and strain. When the first nitride layer 130 further includes a pit expansion layer, the size of the pit 141 may be increased to further improve resistance to electrostatic discharge of the photodetection device.

이와 같이, 제1 질화물층(140)이 비교적 낮은 온도에서 성장되어 상대적으로 열악한 결정성을 갖고, 적어도 하나의 피트(141)를 포함함으로써, 제1 질화물층(140)을 통과하는 저전류가 차단될 수 있고, 정전기에 의해 인가된 전류를 효과적으로 적어도 하나의 피트(141)를 통해 도통시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 광 검출 소자의 광 검출 효율 및 정전기 방전에 대한 내성을 향상시킬 수 있다. 이와 관련하여서는 후술하여 더욱 상세하게 부가 설명한다.As such, since the first nitride layer 140 is grown at a relatively low temperature, has relatively poor crystallinity, and includes at least one pit 141, low current passing through the first nitride layer 140 is blocked. It can be, and the current applied by static electricity can be effectively conducted through the at least one pit 141. Accordingly, light detection efficiency and resistance to electrostatic discharge of the light detection device may be improved. In this regard, a more detailed description will be given later.

다시 이어서, 도 4를 참조하면, 제1 질화물층(140) 상에 제2 질화물층(150)을 형성한다.Again, referring to FIG. 4 , a second nitride layer 150 is formed on the first nitride layer 140 .

제2 질화물층(150)은 MOCVD과 같은 방법을 이용하여 (Al, Ga, In)N과 같은 질화물계 반도체를 포함하도록 제1 질화물층(140) 상에 성장될 수 있다. 특히, 제1 질화물층(150)은 제1 질화물층(140)보다 낮은 조성비의 Al을 포함하는 질화물계 반도체를 포함할 수 있고, 예컨대, AlyGa(1-y)N (y＜0.9)로 형성될 수 있다. 또한, 제2 질화물층(150)은 언도핑될 수 있다. 이와 같이, 제1 질화물층(140)보다 낮은 Al 조성비를 갖는 질화물계 반도체로 형성된 제2 질화물층(150)을 제1 질화물층(140) 상에 성장시킴으로써, 제1 질화물층(140)과 광 흡수층(160) 간의 격자 상수 차이로 인한 스트레인 및 스트레스를 감소시킬 수 있다. The second nitride layer 150 may be grown on the first nitride layer 140 to include a nitride-based semiconductor such as (Al, Ga, In)N using a method such as MOCVD. In particular, the first nitride layer 150 may include a nitride-based semiconductor including Al having a lower composition ratio than the first nitride layer 140, for example, Al y Ga (1-y) N (y<0.9) can be formed as Also, the second nitride layer 150 may be undoped. In this way, by growing the second nitride layer 150 formed of a nitride-based semiconductor having a lower Al composition ratio than the first nitride layer 140 on the first nitride layer 140, the first nitride layer 140 and the light Strain and stress due to a difference in lattice constant between the absorption layers 160 may be reduced.

또한, 제2 질화물층(150)은 제1 질화물층(140)의 적어도 하나의 피트(141)를 메우도록 형성될 수 있다. 나아가, 제2 질화물층(150)은 적어도 하나의 결함 밀집 부분(150d)을 포함할 수 있다. 상기 결함 밀집 부분(150d)은 피트(141)들 중 적어도 일부의 피트(141)로부터 연장되어 형성될 수 있다. 피트(141)는 상대적으로 결정성이 조악한 영역이고, 이러한 피트(141) 상에 성장되는 부분에는 격자 불일치 등의 결함이 발생할 확률이 높다. 이에 따라, 제2 질화물층(150) 중, 피트(141) 상에 성장되는 부분에는 전위(dislocation)와 같은 결함이 고밀도로 발생할 수 있고, 이러한 전위는 제2 질화물층(150)의 성장에 따라 상부로 연장될 수 있다. 결함 밀집 부분(150d)들 중 일부는 제2 질화물층(150)의 상면까지 연장될 수도 있고, 또 다른 일부는 제2 질화물층(150)의 내부에서 중단될 수도 있다.Also, the second nitride layer 150 may be formed to fill at least one pit 141 of the first nitride layer 140 . Furthermore, the second nitride layer 150 may include at least one defect dense portion 150d. The defect dense portion 150d may be formed to extend from at least some of the pits 141 . The pits 141 are regions of relatively poor crystallinity, and defects such as lattice mismatch are highly likely to occur in portions grown on the pits 141 . Accordingly, among the second nitride layer 150, defects such as dislocations may occur at a high density in portions grown on the pits 141, and these dislocations may occur as the second nitride layer 150 grows. It can be extended upwards. Some of the defect dense portions 150d may extend to the upper surface of the second nitride layer 150 , and other portions may stop inside the second nitride layer 150 .

제2 질화물층(150)은 제1 질화물층(140)의 피트(141)를 메우고, 제1 질화물층(140)에 인가되는 스트레스 및 스트레인을 완화하며, 결정성을 향상시킬 수 있는 정도의 두께를 가질 수 있다. 따라서, 제2 질화물층(150)은 제1 질화물층(140)에 비해 두꺼울 수 있고, 예컨대, 70 내지 100nm의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 제1 질화물층(140)의 결함 밀도는 제2 질화물층(150)의 결함 밀도보다 높을 수 있다.The second nitride layer 150 is thick enough to fill the pit 141 of the first nitride layer 140, relieve stress and strain applied to the first nitride layer 140, and improve crystallinity. can have Accordingly, the second nitride layer 150 may be thicker than the first nitride layer 140, for example, may have a thickness of 70 to 100 nm, but is not limited thereto. Also, the defect density of the first nitride layer 140 may be higher than that of the second nitride layer 150 .

한편, 제2 질화물층(150)은 제1 질화물층(140)보다 작은 밴드갭 에너지를 갖는 질화물 반도체로 형성될 수 있고, 이에 따라, 제1 질화물층(140)과 제2 질화물층(150)의 계면에는 2차원 전자 가스(2DEG)가 형성될 수 있다. 도 5의 확대 단면도에 도시된 바와 같이, 2차원 전자 가스(2DEG)는 제1 및 제2 질화물층(140, 150)의 계면의 적어도 일부 주변에 형성될 수 있으며, 제2 질화물층(150) 내에 형성될 수 있다. 상기 2차원 전자 가스(2DEG)는 제1 및 제2 질화물층(140, 150)의 Al 조성비의 차이에 따라 발생하는 밴드갭 에너지 변화, 자발분극(spontaneous polarization), 및 격자상수 차이에서 유발되는 압전분극(piezoelectric polarization)에 의해 계면에 포텐셜 웰(potential well)이 형성됨으로써 제공될 수 있다. 예컨대, 제1 질화물층(140)이 AlN로 형성되고, 제2 질화물층(150)이 약 0.4의 Al 조성비를 갖는 AlGaN인 경우, 상기 계면에는 2차원 전자 가스(2DEG)가 형성될 수 있다. 이러한 2차원 전자 가스(2DEG)는 전류의 수평 방향으로의 이동을 촉진시킬 수 있고, 이에 따라, 제1 질화물층(140)과 제2 질화물층(150)의 계면을 통과하는 저전류(가시광 반응에 의한 저전류)가 기저층(130)으로 도통되는 것을 방지할 수 있다.Meanwhile, the second nitride layer 150 may be formed of a nitride semiconductor having a band gap energy smaller than that of the first nitride layer 140, and thus, the first nitride layer 140 and the second nitride layer 150 A two-dimensional electron gas (2DEG) may be formed at the interface of . As shown in the enlarged cross-sectional view of FIG. 5 , the two-dimensional electron gas (2DEG) may be formed around at least a part of the interface between the first and second nitride layers 140 and 150, and the second nitride layer 150 can be formed within The two-dimensional electron gas (2DEG) is piezoelectric due to bandgap energy change, spontaneous polarization, and lattice constant difference caused by the difference in Al composition ratio of the first and second nitride layers 140 and 150. It can be provided by forming a potential well at the interface by piezoelectric polarization. For example, when the first nitride layer 140 is formed of AlN and the second nitride layer 150 is AlGaN having an Al composition ratio of about 0.4, a two-dimensional electron gas (2DEG) may be formed at the interface. The two-dimensional electron gas (2DEG) can promote the movement of current in the horizontal direction, and thus, a low current (visible light reaction) passing through the interface between the first nitride layer 140 and the second nitride layer 150 can be promoted. low current) may be prevented from being conducted to the base layer 130 .

이어서, 도 6을 참조하면, 제2 질화물층(150) 상에 광 흡수층(160)을 형성한다. Next, referring to FIG. 6 , a light absorbing layer 160 is formed on the second nitride layer 150 .

광 흡수층(160)은 질화물 반도체를 포함할 수 있으며, 광 검출 소자에서 검출하고자 하는 광의 파장에 따라 질화물 반도체의 원소 및 조성을 선택적으로 적용하여 성장시킬 수 있다. 예를 들어, UVA 영역의 자외선 광을 검출하는 광 검출 소자를 제조하는 경우, GaN층 또는 InGaN층을 갖는 광 흡수층(160)을 성장시킬 수 있고, UVB 영역의 자외선 광을 검출하는 광 검출 소자를 제조하는 경우 28% 이하의 Al 조성비를 갖는 AlGaN층을 포함하는 광 흡수층(160)을 성장시킬 수 있으며, UVC 영역의 자외선 광을 검출하는 광 검출 소자를 제조하는 경우 28%~50%의 Al 조성비를 갖는 AlGaN층을 포함하는 광 흡수층(160)을 성장시킬 수 있다. The light absorbing layer 160 may include a nitride semiconductor, and may be grown by selectively applying elements and compositions of the nitride semiconductor according to the wavelength of light to be detected by the photodetection device. For example, when manufacturing a photodetector that detects ultraviolet light in the UVA region, a light absorbing layer 160 having a GaN layer or an InGaN layer may be grown, and a photodetector that detects ultraviolet light in the UVB region is formed. In the case of manufacturing, the light absorbing layer 160 including an AlGaN layer having an Al composition ratio of 28% or less may be grown, and in the case of manufacturing a photodetection device for detecting ultraviolet light in the UVC region, the Al composition ratio of 28% to 50% A light absorbing layer 160 including an AlGaN layer having may be grown.

특히, 본 실시예의 경우, 광 흡수층(160)은 0.28 이상의 Al 조성비를 갖는 AlGaN층을 포함할 수 있고, 나아가, 0.4 이상의 Al 조성비를 갖는 AlGaN층을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 광 검출 소자는 UVC 영역에 대한 광 검출 기능을 가질 수 있다. In particular, in the case of this embodiment, the light absorbing layer 160 may include an AlGaN layer having an Al composition ratio of 0.28 or more, and may further include an AlGaN layer having an Al composition ratio of 0.4 or more. Accordingly, the photodetection device may have a photodetection function for the UVC region.

나아가, 광 흡수층(160)은 0.1㎛ 이상의 두께를 갖도록 성장될 수 있고, 나아가, 0.1 내지 0.5㎛의 두께를 갖도록 성장될 수 있다. 광 흡수층(160)의 두께가 0.1㎛ 미만인 경우, 공핍층의 영역이 광 흡수층(160)의 아래로 확장될 수 있어, 광 검출 효율 및 광 검출 정확도가 저하될 수 있다. 따라서, 광 흡수층(160)은 0.1㎛ 이상의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 한편, 0.15 이상의 Al 조성비를 갖는 AlGaN층 성장 과정에서, AlGaN층의 두께가 0.1㎛ 이상이 되면 상기 AlGaN층에 크랙이 발생할 확률이 높다. 반면, 본 실시예에 따르면, 0.9 이상의 Al 조성비를 갖는 제1 질화물층(140)을 포함함으로써, 0.28 이상의 Al 조성비를 갖는 AlGaN층을 포함하는 광 흡수층(160)에 크랙이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 따라서, 본 실시예는 UVC 영역의 자외선 광에 대한 광 검출 기능을 갖는 광 검출 소자 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.Furthermore, the light absorbing layer 160 may be grown to have a thickness of 0.1 μm or more, and further, may be grown to have a thickness of 0.1 to 0.5 μm. When the thickness of the light absorbing layer 160 is less than 0.1 μm, a region of the depletion layer may extend below the light absorbing layer 160, and thus light detection efficiency and light detection accuracy may be deteriorated. Therefore, the light absorbing layer 160 preferably has a thickness of 0.1 μm or more. On the other hand, in the process of growing an AlGaN layer having an Al composition ratio of 0.15 or more, when the thickness of the AlGaN layer is 0.1 μm or more, the probability of cracks occurring in the AlGaN layer is high. On the other hand, according to the present embodiment, by including the first nitride layer 140 having an Al composition ratio of 0.9 or more, it is possible to effectively prevent cracks from occurring in the light absorbing layer 160 including an AlGaN layer having an Al composition ratio of 0.28 or more. can Accordingly, the present embodiment can provide a photodetection device having a photodetection function for ultraviolet light in the UVC region and a manufacturing method thereof.

이어서, 도 7을 참조하면, 광 흡수층(160), 제2 질화물층(150), 및 제1 질화물층(140)을 부분적으로 제거하여 기저층(130)의 일부가 노출된 부분(100a)을 형성할 수 있다. 나아가, 상기 노출된 부분 아래의 기저층(130)의 일부를 두께 방향으로 더 제거할 수 있다. 상기 광 흡수층(160), 제2 질화물층(150) 및 제1 질화물층(140)을 부분적으로 제거하는 것은 사진 및 식각 공정을 통해 수행될 수 있으며, 예를 들어, 건식 식각을 이용할 수 있다.Subsequently, referring to FIG. 7 , the light absorbing layer 160, the second nitride layer 150, and the first nitride layer 140 are partially removed to form a portion 100a in which a portion of the base layer 130 is exposed. can do. Furthermore, a portion of the base layer 130 below the exposed portion may be further removed in the thickness direction. Partial removal of the light absorbing layer 160, the second nitride layer 150, and the first nitride layer 140 may be performed through a photo and etching process, for example, dry etching may be used.

다음, 도 8을 참조하면, 광 흡수층(160) 상에 쇼트키 접합층(170)을 형성한다. 나아가, 쇼트키 접합층(170) 및 기저층(130)이 노출된 부분(100a) 각각 상에 형성된 제2 전극(183) 및 제1 전극(181)을 더 형성할 수 있다.Next, referring to FIG. 8 , a Schottky bonding layer 170 is formed on the light absorbing layer 160 . Furthermore, the second electrode 183 and the first electrode 181 may be further formed on the portion 100a where the Schottky bonding layer 170 and the base layer 130 are exposed, respectively.

쇼트키 접합층(170)은 ITO, Ni, Co, Pt, W, Ti, Pd, Ru, Cr, 및 Au 중 적어도 하나를 포함하는 물질을 증착 공정 등을 통해 형성할 수 있다. 쇼트키 접합층(170)의 두께는 광 투과도 및 쇼트키 특성을 고려하여 조절될 수 있으며, 예를 들어, 10nm이하의 두께로 형성될 수 있다. 나아가, 상기 광 검출 소자 제조 방법은, 쇼트키 접합층(170)과 광 흡수층(160) 사이에 위치하는 캡층(미도시)을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다. 캡층은 Mg과 같은 불순물을 포함하는 p형 도핑된 질화물 반도체층을 성장시켜 형성할 수 있다. 캡층은 100nm이하의 두께를 가질 수 있으며, 바람직하게는 5nm이하의 두께를 가질 수 있다. 캡층은 소자의 쇼트키 특성을 향상시킬 수 있다. The Schottky junction layer 170 may be formed of a material including at least one of ITO, Ni, Co, Pt, W, Ti, Pd, Ru, Cr, and Au through a deposition process or the like. The thickness of the Schottky bonding layer 170 may be adjusted in consideration of light transmittance and Schottky characteristics, and may be formed to a thickness of, for example, 10 nm or less. Furthermore, the method of manufacturing the photodetection device may further include forming a cap layer (not shown) positioned between the Schottky bonding layer 170 and the light absorbing layer 160 . The cap layer may be formed by growing a p-type doped nitride semiconductor layer including an impurity such as Mg. The cap layer may have a thickness of 100 nm or less, preferably 5 nm or less. The cap layer can improve the Schottky characteristics of the device.

이와 달리, 쇼트키 접합층(170)은 기저층(130)의 노출 영역(100a)을 형성하는 것 전에 형성될 수도 있다.Alternatively, the Schottky bonding layer 170 may be formed before forming the exposed region 100a of the base layer 130 .

제1 및 제2 전극(181, 183)은 금속물질의 증착 및 리프트 오프 공정을 이용하여 형성될 수 있으며, 다중층으로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 제1 전극(181)은 Cr층/Ni층/Au층을 적층하여 형성할 수 있고, 제2 전극(183)은 Ni층/Au층을 적층하여형성할 수 있다.The first and second electrodes 181 and 183 may be formed using a metal deposition and lift-off process, or may be formed in multiple layers. For example, the first electrode 181 may be formed by stacking a Cr layer/Ni layer/Au layer, and the second electrode 183 may be formed by stacking a Ni layer/Au layer.

이에 따라, 도 8에 도시된 바와 같은 광 검출 소자(101)가 제공될 수 있다.Accordingly, the photodetection element 101 as shown in FIG. 8 can be provided.

이하, 도 8을 참조하여 상기 광 검출 소자(101)에 관하여 상세하게 설명한다. 다만, 도 1 내지 도 8의 광 검출 소자 제조 방법에 대한 설명부분에서 이미 설명한 중복되는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, the light detection element 101 will be described in detail with reference to FIG. 8 . However, detailed descriptions of overlapping components already described in the description of the method of manufacturing the photodetection device of FIGS. 1 to 8 will be omitted.

도 8을 참조하면, 광 검출 소자(101)는 기저층(130), 제1 질화물층(140), 제2 질화물층(150), 광 흡수층(160) 및 쇼트키 접합층(170)을 포함한다. 나아가, 상기 광 검출 소자(101)는 기판(110), 버퍼층(120), 제1 전극(181) 및 제2 전극(183)을 더 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 광 검출 소자(101)는 자외선 광에 대한 광 검출 기능을 수행할 수 있으며, 특히, UVC 영역의 자외선 광에 대한 광 검출 기능을 수행할 수 있다. 또한, 상기 광 검출 소자는, 광 검출 효율이 우수하고 정전기 방전에 대한 내성이 우수하다. 이하, 이와 관련하여 더욱 상세하게 설명한다.Referring to FIG. 8 , the photodetection device 101 includes a base layer 130, a first nitride layer 140, a second nitride layer 150, a light absorbing layer 160, and a Schottky junction layer 170. . Furthermore, the photodetection device 101 may further include a substrate 110 , a buffer layer 120 , a first electrode 181 and a second electrode 183 . The photodetection device 101 according to the present embodiment may perform a photodetection function for ultraviolet light, and in particular, may perform a photodetection function for ultraviolet light in a UVC region. In addition, the photodetection device has excellent photodetection efficiency and excellent resistance to electrostatic discharge. Hereinafter, it will be described in more detail in this regard.

광 검출 소자(101에 광이 조사되면, 광 흡수층(160)은 광 검출 소자에 조사되는 광을 흡수한다. 광 흡수층(160) 상에 쇼트키 접합층(170)을 형성하게 되면, 계면 사이에 전자-정공 분리 영역, 즉, 공핍 영역이 형성된다. 상기 조사된 광에 의해 형성된 전자에 의해 전류가 발생하고, 상기 발생된 전류를 측정함으로써 광 검출의 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 광 검출 소자가 자외선 광 검출 소자인 경우, 이상적인 자외선 광 검출 소자는 자외선 대비 가시광선 반응 비율(UV-to-visible rejection ratio)는 무한대값을 갖는다. 그런데 일반적인 자외선 광 검출 소자에 있어서, 광 흡수층이 갖는 결함으로 인하여 가시광에 의해서도 광 흡수층이 반응하여 전류가 발생한다. 따라서, 일반적인 자외선 광 검출 소자는 자외선 대비 가시광선 반응 비율이 103 이하로 측정되며, 이는 광 측정의 오류를 발생시킨다.When light is irradiated onto the photodetector 101, the light absorbing layer 160 absorbs the light radiated onto the photodetector. When the Schottky bonding layer 170 is formed on the light absorbing layer 160, a gap between the interfaces is formed. An electron-hole separation region, that is, a depletion region is formed. A current is generated by electrons formed by the irradiated light, and a function of light detection can be performed by measuring the generated current. For example, When the photodetector is an ultraviolet photodetector, an ideal ultraviolet photodetection device has a UV-to-visible rejection ratio of infinity. Due to this defect, the light absorbing layer reacts to visible light to generate current, and thus, a typical ultraviolet light detection device has a visible light response ratio to ultraviolet light measured as less than 10 3 , which causes an error in light measurement.

반면, 상술한 실시예들에 따른 광 검출 소자(101)의 경우, 가시광에 의해 광 흡수층(160)에 미세 전류들, 즉, 이러한 미세 전류를 발생시키는 전자(electron)들이 제1 질화물층(140)에 의해 포획됨으로써, 가시광에 의해 광 검출 소자가 반응하는 것을 최대한 방지할 수 있다. 상술한 바와 같이, 제1 질화물층(140)은 상대적으로 낮은 온도에서 성장되어 광 흡수층(160)에 비해 더 높은 결함 밀도를 갖는다. 가시광에 의해 생성된 전자는 자외선에 의해 생성되는 전자에 비해 매우 적은 양이고, 따라서, 제1 질화물층(140)에 존재하는 결함에 이러한 전자들이 포획될 수 있다. 한편, 광 흡수층(160)에 자외선 광(특히, UVC영역의 자외선 광)이 조사되어 생성된 전자들은 가시광에 의해 생성된 전자들에 비해 그 수가 월등히 많으므로, 제1 질화물층(140)에 포획되지 않고 기저층(130)으로 이동할 수 있다. On the other hand, in the case of the photodetection device 101 according to the above-described embodiments, minute currents are generated in the light absorbing layer 160 by visible light, that is, electrons generating these minute currents, the first nitride layer 140 ), it is possible to maximally prevent the photodetection element from reacting with visible light. As described above, the first nitride layer 140 is grown at a relatively low temperature and has a higher defect density than the light absorbing layer 160 . Electrons generated by visible light are very small in amount compared to electrons generated by ultraviolet light, and thus, these electrons may be trapped in defects present in the first nitride layer 140 . On the other hand, since the number of electrons generated by irradiating the light absorbing layer 160 with ultraviolet light (particularly, ultraviolet light in the UVC region) is much greater than electrons generated by visible light, they are captured by the first nitride layer 140. It can move to the base layer 130 without becoming.

더욱이, 제1 질화물층(140)과 제2 질화물층(150)의 계면에는 2차원 전자 가스(2DEG)가 형성될 수 있고, 이러한 2차원 전자 가스(2DEG)는 전자의 수평 방향으로의 이동을 촉진시킬 수 있다. 상술한 바와 같이, 광 흡수층(160)에서 가시광에 의해 발생되는 전자들은 2차원 전자 가스(2DEG)를 수직 방향으로 통과할 수 있을 정도의 충분한 에너지를 갖지 못하므로, 가시광에 의해 발생된 전자들은 대부분 제2 질화물층(150)으로부터 제1 질화물층(140)으로 통과되기 어렵다.Moreover, a two-dimensional electron gas (2DEG) may be formed at the interface between the first nitride layer 140 and the second nitride layer 150, and the two-dimensional electron gas (2DEG) blocks the movement of electrons in a horizontal direction. can promote As described above, since electrons generated by visible light in the light absorbing layer 160 do not have sufficient energy to pass through the two-dimensional electron gas (2DEG) in the vertical direction, most of the electrons generated by visible light It is difficult to pass from the second nitride layer 150 to the first nitride layer 140 .

그러므로 본 발명의 광 검출 소자(101)는 가시광에 반응하는 정도가 매우 낮아, 높은 자외선 대비 가시광선 반응 비율을 가질 수 있다. 특히, 본 발명의 광 검출 소자는 104 이상의 자외선 대비 가시광선 반응 비율을 가질 수 있다.Therefore, the photodetection device 101 of the present invention has a very low response rate to visible light, and thus may have a high response ratio of visible light to ultraviolet light. In particular, the light detection device of the present invention may have a response ratio of visible light to ultraviolet light of 10 4 or higher.

또한, 제1 질화물층(140)은 적어도 하나의 피트(141)를 포함하고, 제2 질화물층(150)은 상기 피트(141) 중 적어도 일부로부터 연장되어 형성된 결함 밀집 부분(150d)을 포함할 수 있다. 피트(141) 및 결함 밀집 부분(150d)은 에너지가 다른 부분에 비해 높은 부분이므로, 정전기 방전에 의해 형성되는 고전류의 전류 경로(path)로 작용할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 광 검출 소자에 정전기 방전에 의한 고전류가 발생한 경우, 피트(141) 및/또는 결함 밀집 부분(150d)을 통해 상기 고전류가 용이하게 도통될 수 있어, 상기 고전류에 의한 반도체층의 파손을 방지할 수 있다. In addition, the first nitride layer 140 may include at least one pit 141, and the second nitride layer 150 may include a defect dense portion 150d extending from at least a portion of the pit 141. can Since the pit 141 and the defect dense portion 150d have higher energy than other portions, they can act as a high-current current path formed by electrostatic discharge. Therefore, when a high current due to electrostatic discharge is generated in the photodetection device of the present embodiment, the high current can be easily conducted through the pit 141 and/or the defect dense portion 150d, thereby reducing the damage of the semiconductor layer due to the high current. damage can be prevented.

도 10 내지 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 검출 소자 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.10 to 12 are cross-sectional views illustrating a photodetection device and a method of manufacturing the same according to another embodiment of the present invention.

본 실시예에 따른 광 검출 소자(102)는 도 1 내지 도 9의 광 검출 소자(101)와 비교하여, 전극들(181, 183)이 수직으로 배치된 점에서 차이가 있다. 이하 차이점을 중심으로 본 실시예의 광 검출 소자(102) 및 그 제조 방법을 설명한다.The photodetection device 102 according to this embodiment is different from the photodetection device 101 of FIGS. 1 to 9 in that the electrodes 181 and 183 are vertically arranged. The photodetecting element 102 of this embodiment and its manufacturing method will be described below focusing on the differences.

먼저, 본 실시예의 광 검출 소자(102) 제조 방법은, 상술한 실시예의 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한 제조 단계들을 포함할 수 있다. 도 10의 단계는, 도 6의 단계 이후의 공정을 설명한다.First, the manufacturing method of the photodetector 102 of this embodiment may include the manufacturing steps described with reference to FIGS. 1 to 6 of the above-described embodiment. The step of FIG. 10 describes the process after the step of FIG. 6 .

도 10을 참조하면, 기저층(130)으로부터 기판(110)을 분리한다. 상기 기판(110)은 레이저 리프트 오프, 화학적 리프트 오프, 열적 리프트 오프 및 스트레스 리프트 오프 중 적어도 하나의 방법을 이용하여 제1 질화물층(130)으로부터 분리되어 제거될 수 있다.Referring to FIG. 10 , the substrate 110 is separated from the base layer 130 . The substrate 110 may be separated from and removed from the first nitride layer 130 using at least one of laser lift-off, chemical lift-off, thermal lift-off, and stress lift-off.

이어서, 도 11 및 도 12를 참조하면, 광 흡수층(150) 상에 쇼트키 접합층(170)을 형성하고, 쇼트키 접합층(170)의 상부 및 기저층(130)의 하부에 각각 제2 전극(183) 및 제1 전극(181)을 형성함으로써, 도 12에 도시된 바와 같은 광 검출 소자(102)가 제공될 수 있다. 본 실시예의 광 검출 소자(102)는 수직적으로(vertically) 배치된 제1 및 제2 전극(181, 183)들 포함할 수 있다.Next, referring to FIGS. 11 and 12 , a Schottky bonding layer 170 is formed on the light absorbing layer 150, and second electrodes are formed on the upper part of the Schottky bonding layer 170 and on the lower part of the base layer 130, respectively. By forming 183 and the first electrode 181, a light detecting element 102 as shown in FIG. 12 can be provided. The light detection device 102 of this embodiment may include first and second electrodes 181 and 183 vertically disposed.

도 13 내지 도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 검출 소자 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.13 to 15 are cross-sectional views illustrating a photodetection device and a method of manufacturing the same according to another embodiment of the present invention.

본 실시예에 따른 광 검출 소자(103)는 도 1 내지 도 9의 광 검출 소자(101)와 비교하여, 저전류 차단층(190)을 더 포함하는 점에서 차이가 있다. 이하 차이점을 중심으로 본 실시예의 광 검출 소자(103) 및 그 제조 방법을 설명한다.The photodetection device 103 according to the present embodiment is different from the photodetection device 101 of FIGS. 1 to 9 in that it further includes a low current blocking layer 190 . The photodetecting element 103 and its manufacturing method of this embodiment will be described below, focusing on the differences.

먼저, 본 실시예의 광 검출 소자(103) 제조 방법은, 상술한 실시예의 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 제조 단계들을 포함할 수 있다. 도 13의 단계는, 도 5의 단계 이후의 공정을 설명한다.First, the manufacturing method of the photodetector 103 of this embodiment may include the manufacturing steps described with reference to FIGS. 1 to 5 of the above-described embodiment. The step of FIG. 13 describes the process after the step of FIG. 5 .

도 5를 참조하면, 제2 질화물층(150) 상에 저전류 차단층(190)을 형성한다.Referring to FIG. 5 , a low current blocking layer 190 is formed on the second nitride layer 150 .

저전류 차단층(190)은 다층 구조층을 포함할 수 있고, 상기 다층 구조층은 (Al, In, Ga)N을 포함하는 2원 내지 4원계 질화물층을 반복 적층함으로써 형성될 수 있다. 상기 다층 구조층은 서로 다른 조성비를 갖는 적어도 2 이상의 질화물층일 수 있다. 상기 다층 구조층에 적층되는 질화물층들은 광 흡수층(160)의 질화물층의 조성에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 광 흡수층(160)이 AlGaN층을 포함하는 경우, 상기 다층 구조층은 AlN층/AlGaN층 또는 AlGaN층/AlGaN층의 반복 적층 구조를 포함할 수 있다. 상기 반복 적층 구조들은 3 내지 10 쌍이 적층되어 형성될 수 있으며, 저전류 차단층의 두께는 10 내지 100nm가 되도록 형성될 수 있다. 또한, 저전류 차단층(190)은 광 흡수층(160)에 비해 더 높은 결함 밀도를 가질 수 있다. 이는 저전류 차단층(190)의 성장 조건을 제어하여 수득될 수 있으며, 예컨대, 저전류 차단층(190)을 광 흡수층(160)에 비해 낮은 온도에서 성장시킴으로써 결함 밀도가 높은 저전류 차단층(190)이 형성될 수 있다.The low current blocking layer 190 may include a multilayer structure layer, and the multilayer structure layer may be formed by repeatedly stacking binary to quaternary nitride layers including (Al, In, Ga)N. The multilayer structure layer may include at least two or more nitride layers having different composition ratios. The nitride layers stacked on the multilayer structure layer may be determined according to the composition of the nitride layer of the light absorbing layer 160 . For example, when the light absorbing layer 160 includes an AlGaN layer, the multilayer structure layer may include an AlN layer/AlGaN layer or an AlGaN layer/AlGaN layer repeated stack structure. The repeated stacked structures may be formed by stacking 3 to 10 pairs, and the thickness of the low current blocking layer may be formed to be 10 to 100 nm. Also, the low current blocking layer 190 may have a higher defect density than the light absorbing layer 160 . This can be obtained by controlling the growth conditions of the low current blocking layer 190. For example, by growing the low current blocking layer 190 at a lower temperature than the light absorbing layer 160, the low current blocking layer having a high defect density ( 190) can be formed.

상기 서로 다른 조성비를 갖는 적어도 2 이상의 질화물층 각각은 5 내지 10nm의 두께로 성장될 수 있고, 소스 가스를 유입량을 조절하여 서로 다른 조성비를 갖도록 성장될 수 있다. 이와 달리, 소스 가스 유입량을 비롯한 다른 조건은 일정하게 유지하되, 챔버 내의 압력을 달리하여 질화물층을 적층함으로써, 서로 다른 조성비를 갖는 적어도 2 이상의 질화물층을 형성할 수도 있다.Each of the at least two or more nitride layers having different composition ratios may be grown to a thickness of 5 to 10 nm, and may be grown to have different composition ratios by controlling an inflow amount of a source gas. Alternatively, at least two or more nitride layers having different composition ratios may be formed by stacking the nitride layers by varying the pressure in the chamber while maintaining the source gas flow rate and other conditions constant.

예를 들어, AlxGa(1-x)N층과 AlyGa(1-y)N층이 반복 적층된 구조를 포함하는 다층 구조층을 형성하는 경우, AlxGa(1-x)N층은 약 100Torr의 압력에서 성장시키고, AlyGa(1-y)N층은 약 400Torr의 압력에서 성장시킨다. 이때, 압력 외에 다른 성장 조건이 동일한 경우, 더 낮은 압력에서 성장된 AlxGa(1-x)N층은 더 높은 압력에서 성장된 AlyGa(1-y)N층에 비해 높은 Al 조성비를 가질 수 있다. 이와 같이, 서로 다른 압력에서 성장되어 형성된 다층 구조층을 포함하는 저전류 차단층(190)은, 성장 과정에서 전위의 생성 및 전파를 방지하여 저전류 차단층(190) 상에 형성되는 광 흡수층(160)의 결정질을 향상시킬 수 있다. 또한, 서로 다른 압력에 성장되어 서로 다른 조성비를 갖는 질화물층이 반복 적층 됨으로써, 격자 상수 차이에 기인한 응력을 완화시켜 광 흡수층(160)에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 소스 가스의 유입량은 일정하게 유지하면서, 압력만 변화시켜 질화물층을 성장시키므로, 저전류 차단층(190) 형성 공정이 용이하다.For example, when forming a multilayer structure layer including a structure in which an Al x Ga (1-x) N layer and an Al y Ga (1-y) N layer are repeatedly stacked, Al x Ga (1-x) N The layer is grown at a pressure of about 100 Torr, and the Al y Ga (1-y) N layer is grown at a pressure of about 400 Torr. At this time, when the growth conditions other than the pressure are the same, the Al x Ga (1-x) N layer grown at a lower pressure has a higher Al composition ratio than the Al y Ga (1-y) N layer grown at a higher pressure can have As such, the low current blocking layer 190 including multilayer structure layers formed by being grown at different pressures prevents generation and propagation of electric potential during the growth process, and the light absorbing layer formed on the low current blocking layer 190 ( 160) can improve the crystal quality. In addition, since nitride layers having different composition ratios grown at different pressures are repeatedly stacked, stress due to a difference in lattice constant is alleviated, thereby preventing cracks from occurring in the light absorbing layer 160 . In addition, since the nitride layer is grown by changing only the pressure while maintaining the inflow amount of the source gas constant, the process of forming the low current blocking layer 190 is easy.

도 14를 참조하면, 저전류 차단층(190) 상에 광 흡수층(160)을 형성한다. 이어서, 도 15를 참조하면, 광 흡수층(160) 상에 쇼트키 접합층(170)을 형성하고, 제1 및 제2 전극(181, 183)을 형성함으로써, 도 15에 도시된 바와 같은 광 검출 소자(103)가 제공될 수 있다. 저전류 차단층(190)은 광 흡수층(160)보다 높은 결함 밀도를 가짐으로써, 광 흡수층(160)이 가시광에 반응하여 생성된 전자들의 흐름을 차단할 수 있다. 저전류 차단층(190)에서의 전자의 이동이 차단되는 것은, 제1 질화물층(140)에서 가시광에 의해 발생된 전자의 이동이 차단되는 것과 유사한 메카니즘을 통해서 이루어질 수 있다. 따라서, 가시광에 반응하여 발생한 전자들이 저전류 차단층(190) 및 제1 질화물층(140)에 의해 기저층(130)으로 이동하는 것이 방지될 수 있어, 광 검출 효율이 더욱 우수한 광 검출 소자가 제공될 수 있다.Referring to FIG. 14 , a light absorbing layer 160 is formed on the low current blocking layer 190 . Next, referring to FIG. 15 , a Schottky bonding layer 170 is formed on the light absorbing layer 160 and first and second electrodes 181 and 183 are formed to detect light as shown in FIG. 15 . An element 103 may be provided. Since the low current blocking layer 190 has a higher defect density than the light absorbing layer 160 , the light absorbing layer 160 may block the flow of electrons generated in response to visible light. Blocking the movement of electrons in the low current blocking layer 190 may be achieved through a mechanism similar to blocking the movement of electrons generated by visible light in the first nitride layer 140 . Therefore, electrons generated in response to visible light can be prevented from moving to the base layer 130 by the low current blocking layer 190 and the first nitride layer 140, thereby providing a photodetection device with higher photodetection efficiency. It can be.

이상에서, 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 설명하였지만, 상술한 다양한 실시예들 및 특징들에 본 발명이 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 특허청구범위에 의한 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능하다. In the above, various embodiments of the present invention have been described, but the present invention is not limited to the various embodiments and features described above, and various Transformation and change are possible.

Claims (16)

질화물계 반도체를 포함하는 기저층;
상기 기저층 상에 위치하며, 0.9 이상의 Al을 포함하는 질화물계 반도체를 포함하는 제1 질화물층;
상기 제1 질화물층 상에 위치하며, 상기 제1 질화물층보다 낮은 Al 조성비를 갖는 질화물계 반도체를 포함하는 제2 질화물층;
상기 제2 질화물층 상에 위치하며, Al을 포함하는 질화물계 반도체를 포함하는 광 흡수층; 및
상기 광 흡수층 상에 위치하는 쇼트키 접합층을 포함하고,
상기 제1 질화물층은 상부에 형성된 적어도 하나의 피트를 포함하고, 상기 제2 질화물층은 상기 적어도 하나의 피트를 메우며,
상기 기저층 및 쇼트키 접합층 각각에 전기적으로 연결된 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 광 검출 소자.
a base layer including a nitride-based semiconductor;
a first nitride layer disposed on the base layer and including a nitride-based semiconductor containing 0.9 or more Al;
a second nitride layer disposed on the first nitride layer and including a nitride-based semiconductor having a lower Al composition ratio than that of the first nitride layer;
a light absorbing layer disposed on the second nitride layer and including a nitride-based semiconductor including Al; and
A Schottky bonding layer positioned on the light absorbing layer;
The first nitride layer includes at least one pit formed thereon, and the second nitride layer fills the at least one pit,
A photodetector comprising a first electrode and a second electrode electrically connected to the base layer and the Schottky bonding layer, respectively.
 청구항 1에 있어서,
상기 광 흡수층은 0.28 이상의 Al 조성비를 갖는 AlGaN을 포함하는 광 검출 소자.
The method of claim 1,
The light absorbing layer includes AlGaN having an Al composition ratio of 0.28 or more.
 청구항 2에 있어서,
상기 광 흡수층은 0.4 이상의 Al 조성비를 갖는 AlGaN을 포함하는 광 검출 소자.
The method of claim 2,
The light absorbing layer includes AlGaN having an Al composition ratio of 0.4 or more.
 청구항 1에 있어서,
상기 제2 질화물층은 상기 적어도 하나의 피트로부터 연장되는 결함 밀집 부분을 포함하는 광 검출 소자.
The method of claim 1,
The second nitride layer includes a defect dense portion extending from the at least one pit.
 청구항 1에 있어서,
상기 제1 질화물층은 AlN으로 형성되고, 상기 제2 질화물층은 AlGaN으로 형성된 광 검출 소자.
The method of claim 1,
The first nitride layer is formed of AlN, and the second nitride layer is formed of AlGaN.
 청구항 5에 있어서,
상기 기저층은 GaN층을 포함하는 광 검출 소자.
The method of claim 5,
wherein the base layer includes a GaN layer.
 청구항 1에 있어서,
상기 제2 질화물층과 상기 광 흡수층의 사이에 위치하며, 다층 구조층을 포함하는 저전류 차단층을 더 포함하는 광 검출 소자.
The method of claim 1,
and a low current blocking layer disposed between the second nitride layer and the light absorbing layer and including a multi-layered structure layer.
 삭제delete 질화물계 반도체를 포함하는 기저층;
상기 기저층 상에 위치하며, 0.9 이상의 Al을 포함하는 질화물계 반도체를 포함하는 제1 질화물층;
상기 제1 질화물층 상에 위치하며, 상기 제1 질화물층보다 낮은 Al 조성비를 갖는 질화물계 반도체를 포함하는 제2 질화물층;
상기 제2 질화물층 상에 위치하며, Al을 포함하는 질화물계 반도체를 포함하는 광 흡수층; 및
상기 광 흡수층 상에 위치하는 쇼트키 접합층을 포함하고,
상기 제1 질화물층은 상부에 형성된 적어도 하나의 피트를 포함하며, 상기 제1 질화물층은 상기 제2 질화물층보다 높은 결함 밀도를 가지며,
상기 기저층 및 쇼트키 접합층 각각에 전기적으로 연결된 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 광 검출 소자.
a base layer including a nitride-based semiconductor;
a first nitride layer disposed on the base layer and including a nitride-based semiconductor containing 0.9 or more Al;
a second nitride layer disposed on the first nitride layer and including a nitride-based semiconductor having a lower Al composition ratio than that of the first nitride layer;
a light absorbing layer disposed on the second nitride layer and including a nitride-based semiconductor including Al; and
A Schottky bonding layer positioned on the light absorbing layer;
The first nitride layer includes at least one pit formed thereon, the first nitride layer has a higher defect density than the second nitride layer,
A photodetector comprising a first electrode and a second electrode electrically connected to the base layer and the Schottky bonding layer, respectively.
 청구항 9에 있어서,
상기 제2 질화물층은 상기 적어도 하나의 피트를 메우고, 상기 적어도 하나의 피트로부터 연장된 적어도 하나의 결합 밀집 부분을 포함하는 광 검출 소자.
The method of claim 9,
wherein the second nitride layer fills the at least one pit and includes at least one bond dense portion extending from the at least one pit.
 기판 상에 질화물계 반도체를 포함하는 기저층을 형성하고;
상기 기저층 상에 0.9 이상의 Al을 포함하는 질화물계 반도체를 포함하는 제1 질화물층을 형성하되, 상기 제1 질화물층은 상부에 형성된 적어도 하나의 피트를 포함하고;
상기 제1 질화물층 상에 상기 제1 질화물층보다 낮은 Al 조성비를 갖는 질화물계 반도체를 포함하는 제2 질화물층을 형성하고;
상기 제2 질화물층 상에 Al을 포함하는 질화물계 반도체를 포함하는 광 흡수층을 형성하고; 및
상기 광 흡수층 상에 쇼트키 접합층을 형성하며,
상기 기저층 및 쇼트키 접합층 각각에 전기적으로 연결되는 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 것을 포함하는 광 검출 소자 제조 방법.
forming a base layer including a nitride-based semiconductor on a substrate;
forming a first nitride layer including a nitride-based semiconductor containing 0.9 or more Al on the base layer, the first nitride layer including at least one pit formed thereon;
forming a second nitride layer including a nitride-based semiconductor having a lower Al composition ratio than that of the first nitride layer on the first nitride layer;
forming a light absorbing layer including a nitride-based semiconductor containing Al on the second nitride layer; and
Forming a Schottky bonding layer on the light absorbing layer;
and forming a first electrode and a second electrode electrically connected to the base layer and the Schottky bonding layer, respectively.
 청구항 11에 있어서,
상기 기저층은 제1 온도에서 성장되고, 상기 제1 질화물층은 제2 온도에서 성장되며,
상기 제1 온도와 제2 온도의 차이는 0초과 150℃ 이하인 광 검출 소자 제조 방법.
The method of claim 11,
The base layer is grown at a first temperature and the first nitride layer is grown at a second temperature;
The difference between the first temperature and the second temperature is greater than 0 and less than or equal to 150 ° C.
 청구항 11에 있어서,
상기 광 흡수층은 0.4 이상의 Al 조성비를 갖는 AlGaN을 포함하는 광 검출 소자 제조 방법.
The method of claim 11,
Wherein the light absorbing layer comprises AlGaN having an Al composition ratio of 0.4 or more.
 청구항 11 있어서,
상기 제2 질화물층을 형성하는 것은, 상기 적어도 하나의 피트로부터 연장되는 결함 밀집 부분이 형성되는 것을 포함하는 광 검출 소자 제조 방법.
In claim 11,
Forming the second nitride layer includes forming a defect dense portion extending from the at least one pit.
 청구항 11에 있어서,
상기 제1 질화물층은 AlN으로 형성되고, 상기 제2 질화물층은 AlGaN으로 형성된 광 검출 소자 제조 방법.
The method of claim 11,
The first nitride layer is formed of AlN, and the second nitride layer is formed of AlGaN.
 청구항 11에 있어서,
상기 제2 질화물층과 상기 광 흡수층 사이에 위치하는 다층 구조층을 포함하는 저전류 차단층을 형성하는 것을 더 포함하는 광 검출 소자 제조 방법.
The method of claim 11,
and forming a low current blocking layer including a multi-layer structure positioned between the second nitride layer and the light absorbing layer.
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