KR20120068280A - 반도체 포토멀티플라이어의 상부 광학 구조 및 그 제작 방법 - Google Patents

반도체 포토멀티플라이어의 상부 광학 구조 및 그 제작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수의 마이크로셀을 가지는 반도체 포토멀티플라이어 상부에 형성되는 광학 구조체를 제공한다. 이 광학 구조체는, 각 마이크로셀의 수광 영역 사이에 존재하는 비수광 영역의 상부에 형성되고 단면의 형상이 상부에 비해 하부가 넓은 구조를 갖는 제1 유전체, 및 각 마이크로셀의 수광 영역의 상부에 형성되고 단면의 형상이 상부에 비해 하부가 좁은 구조를 갖는 제2 유전체를 포함하고, 제2 유전체의 굴절률이 상기 제1 유전체의 굴절률보다 높은 것을 특징으로 한다.

Description

반도체 포토멀티플라이어의 상부 광학 구조 및 그 제작 방법{Optical Structure on Semiconductor Photomultiplier and Fabrication Method Thereof}
본 발명은 반도체 포토멀티플라이어(semiconductor photomultiplier)의 상부 광학 구조 및 그 제작 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 평면 프리즘 구조를 포토멀티플라이어 소자 상단에 형성하여 비수광 영역으로 향하는 입사광을 수광 영역 쪽으로 유도하여 수광 효율을 높이는 반도체 포토멀티플라이어의 상부 광학 구조 및 그 제작 방법에 관한 것이다.
미소한 빛을 검출하는 데 사용되는 반도체 광센서로서 애벌랜치 포토다이오드(avalanche photodiode)가 개발되어 사용되어 왔다. 이 소자는 InP, GaAs, SiGe, SiC 등 다양한 반도체 재료들을 이용하여 제작될 수 있다. 예컨대, 실리콘을 이용하여 만든 애벌랜치 포토다이오드의 경우, 주로 p+, n, n-, n+ 또는 n+, p, p-, p+의 도핑층이 수광면에 평행하게 적층된 다이오드 구조를 가지며, 다이오드의 역방향으로 항복 전압(breakdown voltage)보다 약간 낮은 전압을 가하여 동작하게 된다. 이 소자에 광자가 입사되었을 때 광 여기(photoexcitation)에 의해 전자/정공의 쌍이 생성되게 되는데, 이것이 전기장에 의해 가속되면서 애벌랜치 증폭(avalanche multiplication)이 일어남으로써 전류의 양이 증폭되어 고감도의 빛 검출을 가능하게 한다.
이러한 기본적인 애벌랜치 포토다이오드의 구조 및 작동 원리에서 더 나아가, 항복 전압을 어느 정도 초과한 전압 영역에서 작동하도록 제작한 것이 가이거 모드(Geiger mode)에서 작동되는 반도체 포토멀티플라이어이다. 이 소자의 작동 방식에서는, 광 여기에 의해 발생된 이송 전하의 수가 충돌 이온화(impact ionization)를 통해 기하급수적으로 증가하고, 다이오드 구조에 축적된 전하가 일순간 흐르는 항복 현상이 일어나게 되어, 단일 다이오드에 동시에 입사된 광자의 수에 관계없이 초과 전압(overvoltage)에 의해 결정되는 전류 대 광자 이득(current/photon gain)을 얻을 수 있다.
이 가이거 모드 포토멀티플라이어 방식의 검출기에서는, 다수의 다이오드가 병렬로 연결된 다중 마이크로셀로 하나의 소자를 구성하고 이로부터 동시에 발생한 전류 신호의 강도를 측정하여 입사된 광자의 수를 판별하게 된다. 따라서, 가이거 모드 포토멀티플라이어의 측정 광도(light intensity)에 대한 동적 범위(dynamic range)는 소자 전체 면적에 대비한 단일 마이크로셀의 면적 및 개수에 의해 좌우되며, 이 동적 범위의 향상을 위해서는 고밀도의 셀 패턴을 구성하여야 한다. 여기서 주의할 점은, 하나의 셀에서 항복이 일어나면 그 셀은 당분간 작동이 불가능하게 되며, 큰 전류가 연속적으로 흐르면 소자가 훼손될 수 있으므로, 빠른 시간 내에 소자가 항복 상태로부터 복구되도록 해야 한다는 것이다. 이를 위해 보통 소멸 저항(quench resistor)을 마이크로셀의 다이오드 구조에 직렬로 연결하는 수동 소멸(passive quenching) 방식을 기본적으로 적용하는데, 이러한 소멸 저항은 전기적 항복에 의한 순간 전류가 흐를 때 오옴 전압 강하(ohmic voltage drop)를 유발하여 소자에 걸리는 전압을 항복 전압 이하로 하강시킴으로써 항복 상태를 해소시키는 역할을 한다.
위와 같이 입사된 광자의 수를 다중 마이크로셀 구성을 통해 계측하고자 할 때의 주의할 점 중 하나는, 한 셀에서 광자 입사 신호가 발생했을 때 그 영향이 인접 셀로 전파되는 현상을 억제해야 한다는 것이다. 하나의 셀에서 애벌랜치 현상에 의해 항복이 일어나면 그에 수반되는 충돌 이온화 과정 등에서 다수의 광자가 발생할 수 있으며, 이들이 주변 셀로 전파된다면 인접 셀들에서 항복 현상이 추가적으로 연속하여 발생할 수 있다. 그 확률은 작동 전압의 크기에 따라 변화될 수 있으며, 그 값이 1에 근접하는 경우에는 항복 현상이 인근 셀로 연속적으로 전파되므로, 소자를 다중 마이크로셀로 구성한 목적을 달성할 수 없게 된다. 따라서, 이와 같은 광 누설(optical crosstalk) 현상을 억제하기 위해 종래 기술에서는 각 셀의 수광부 사이의 거리를 떨어뜨리는 방법을 주로 채택하였다.
일반적으로 다중 마이크로셀 반도체 포토멀티플라이어는 셀 간의 이격 공간 상부에 소멸 저항 및 금속 전극을 배치하여 실제 수광 면적이 최대한 넓어질 수 있도록 구성된다. 그러나, 다중 셀 구조를 고밀도화할 경우에는, 소멸 저항 및 금속 전극에 덮이는 면적과 수광부 주위의 이격 면적 등의 비수광 영역(dead area)의 영향으로 전체 소자 면적 대비 유효 수광부의 면적이 상당히 줄어들게 된다. 예컨대, 종래 기술로 제작된 고밀도 소자 중에는 유효 수광 면적비가 30% 수준으로 축소된 경우도 존재한다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 한국공개특허 제10-2009-0129123호에는 소자의 각 마이크로셀 상부에 마이크로 렌즈를 각각 형성하여 소자의 상부에서 입사되는 빛을 수광부 방향으로 굴절 유도하는 방안이 제안된 바 있다. 그러나 이 방식에서는 리플로우(reflow)가 일반적으로 용이한 유기 재료로 렌즈를 구성한다는 제약이 존재하고, 또 이러한 물질들은 그 굴절률(refractive index)이 1.45 내지 1.7 정도로 한정된다는 문제가 있다. 이와 같은 방식으로 제조된 소자를 공기 중에서 사용할 경우에는 굴절률의 값 자체는 적절하나 렌즈 소재의 내구성이 문제될 것이다. 한편, 그 소자를 섬광체(scintillator)를 부착한 감마선 검출기 등으로서 사용하는 경우에는 소자 상단에 접촉될 섬광체와의 사이에 광 그리스(optical grease)를 적용해야 하는데, 이 광 그리스 또한 비슷한 값의 굴절률(약 1.5 내외)을 가지므로 렌즈에 의한 집광 효과를 기대할 수 없게 된다.
따라서, 본 발명에서는 반도체 포토멀티플라이어 소자의 상부에 이하에서 언급할 새로운 구조의 광학 구조체를 형성하여, 비수광 영역으로 들어오는 빛을 반사 및 굴절을 통해 수광 영역으로 유도하는 방식을 통해 소자의 수광 효율을 향상시키고자 한다.
본 발명은 반도체 포토멀티플라이어의 수광 효율을 향상시켜 그 성능을 개선하는 것을 목적으로 한다.
본 발명을 통해 이루고자 하는 기술적 과제는, 반도체 포토멀티플라이어의 셀 고밀도화에 불가항력적으로 수반되는 유효 수광 면적비의 감소를 극복하는 방안으로, 소자 상부에서 비수광 영역으로 입사되는 빛의 경로를 수광 영역으로 유도하여 수광 효율을 향상시킴으로써, 광 검출 효율을 높게 유지함과 동시에 광도 측정의 동적 영역(light intensity dynamic range)을 넓히는 것이다.
본 발명의 제1 측면에 의하면, 복수의 마이크로셀을 가지는 반도체 포토멀티플라이어 상부에 형성되는 광학 구조체에 있어서, 상기 각 셀의 수광 영역 사이에 존재하는 비수광 영역의 상부에 형성되고, 단면의 형상이 상부에 비해 하부가 넓은 구조를 갖는 제1 유전체; 및 상기 각 셀의 수광 영역의 상부에 형성되고, 단면의 형상이 상부에 비해 하부가 좁은 구조를 갖는 제2 유전체를 포함하고, 상기 제2 유전체의 굴절률이 상기 제1 유전체의 굴절률보다 높은 것인 반도체 포토멀티플라이어의 광학 구조체가 제공된다.
본 발명의 제2 측면에 의하면, 복수의 마이크로셀을 가지는 반도체 포토멀티플라이어 상부에 광학 구조체를 형성하는 방법에 있어서, 상기 복수의 셀 중 각 셀의 수광 영역 사이에 존재하는 비수광 영역의 상부에, 단면의 형상이 상부에 비해 하부가 넓은 구조를 갖는 제1 유전체를 형성하는 단계; 상기 각 셀의 수광 영역의 상부를, 단면의 형상이 상부에 비해 하부가 좁은 구조를 갖도록 제2 유전체로 채우는 단계; 및 소자의 표면을 평탄화하여 상기 제1 유전체 및 상기 제2 유전체가 모두 표면에 노출되도록 하는 단계를 포함하고, 상기 제2 유전체의 굴절률이 상기 제1 유전체의 굴절률보다 높은 것인 반도체 포토멀티플라이어의 광학 구조체 형성 방법이 제공된다.
반도체 포토멀티플라이어의 광도 측정 동적 영역을 증가시키기 위해서는 마이크로셀 구조를 고밀도화해야 한다. 이를 위해서는 소자 내에서 단위 셀의 수광부 크기를 축소시켜야 하는데, 셀 사이의 간격을 이에 비례하여 줄이는 데에는 한계가 있다. 따라서, 단위 셀 크기가 작아질수록 전체 소자의 유효 수광 면적비가 급속히 감소하게 되어 광 검출 효율이 급감하게 되는 문제가 발생한다. 반도체 포토멀티플라이어에 본 발명에서 제안한 바와 같은 광학적 구조를 적용할 경우에는, 소자의 비수광 영역으로 입사되는 빛의 일부가 수광 영역으로 유도되어 수광 효율이 증가함으로써, 셀 고밀도화에 따른 광 검출 효율의 저하를 완화하여 소자의 성능을 개선할 수 있다.
반도체 포토멀티플라이어의 수광 효율을 향상시키기 위해 종래에 제안되었던 마이크로렌즈 구조와 달리, 본 발명에 의하면 연성 유기 재료 대신 일반적으로 반도체 공정에 쓰이는 광물 유전체를 사용한 광학적 구조로 인해 뛰어난 내구성 및 안정성을 가지며, 광물 유전체 재료의 굴절률의 범위가 넓어 적절한 작용에 필요한 광학적 특성을 충분히 구현할 수 있다.
도 1은 반도체 포토멀티플라이어의 예시적인 평면도.
도 2는 반도체 포토멀티플라이어의 단위 마이크로셀의 예시적인 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 포토멀티플라이어 상부 광학 구조체 및 그 형성 과정의 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 포토멀티플라이어 상부에 형성된 저 굴절률 유전체의 단면도.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 반도체 포토멀티플라이어 소자의 일 예를 나타낸 개략적 평면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 반도체 포토멀티플라이어 소자는 다수의 마이크로셀이 병렬로 연결된 형태를 가진다.
빛을 흡수하는 수광 영역(101)은 평면 다이오드 구조로 구성되며, 이송 전하의 광 여기가 발생할 때 전기적 항복이 일어나는 곳이다. 수광 영역(101)을 제외한 나머지 부분은 모두 비수광 영역이다.
소멸 저항(quench resistor)(102)은 수광 영역(101)과 직렬로 연결되며, 전기적 항복에 의한 순간 전류가 흐를 때 오옴 전압 강하(ohmic voltage drop)를 유발하여 소자에 걸리는 전압을 항복 전압 이하로 하강시킴으로써 항복 상태를 해소시키는 역할을 한다.
금속 전극(103)은 반도체 포토멀티플라이어 소자의 상부 패드를 소멸 저항(102)과 연결하고, 또한 각 셀 내의 소멸 저항(102)과 평면 다이오드 구조로 구성되는 수광 영역(101)을 연결하는 역할을 한다.
전극 접촉부(104)는 절연층을 통과하여 금속 전극(103)과 다른 구성 요소, 예컨대 수광 영역(101), 소멸 저항(102)들을 연결하는 접촉부이다.
도 2는 반도체 포토멀티플라이어의 단위 마이크로셀의 예시 단면도로서, 도 1의 A-A` 절개선에 따른 단면도이다.
반도체 포토멀티플라이어의 단위 마이크로셀 내에 적층된 상부 도핑층(105), 접합 도핑층(106), 중간층(107) 및 매몰층(buried layer)(108)은 반도체 재료로 구성될 수 있으며, 예컨대 이들 층은 실리콘으로 구성될 수 있다. 상부 도핑층(105), 접합 도핑층(106), 중간층(107) 및 매몰층(108)은 수광 영역의 다이오드 구조에서 도핑 정도에 따라 구분되며, 이들은 수직 방향의 다이오드 구조를 형성한다. 예컨대, 상부 도핑층(105), 접합 도핑층(106), 중간층(107) 및 매몰층(108)은 각각 차례대로 p+, n, n-, n+ 도핑층이거나, n+, p, p-, p+ 도핑층일 수 있다. 각 층(105,106,107,108)은 본 발명의 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려져 있는 공지의 방법으로 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2에서 도시된 바와 같이, 반도체 포토멀티플라이어에서는 소자의 전체 면적 중 일부만이 수광 영역으로 작용할 수 있다. 측정 광도에 대한 동적 범위를 증가시키기 위해 셀을 고밀도화할 경우에는 이 수광 영역의 비율이 더욱 줄어드는 문제점이 발생한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 포토멀티플라이어 상부 광학 구조체 및 그 형성 과정의 단면도이다. 본 발명은 상기한 문제점을 완화하기 위해 반도체 포토멀티플라이어 상부에 광학 구조체를 형성하여 비수광 영역의 상부로 입사하는 빛의 경로를 일부 수광 영역으로 유도하기 위한 구조를 개시한다. 반도체 포토멀티플라이어가 도 1 및 도 2에 예시한 바와 상이한 재료로 구성되어 있거나, 그 구조가 변형되어 있더라도, 이하에서 설명할 반도체 포토멀티플라이어 상부의 광학적 구조가 적용될 수 있다.
도 3a는 상부에 광학 구조체가 형성되지 않은 상태의 단순화된 형태의 반도체 포토멀티플라이어 소자(201)(이하, 포토멀티플라이어 소자라 함)를 나타낸다. 포토멀티플라이어 소자(201)는 도 1에 도시된 바와 같은 수광 영역, 소멸 저항, 금속 전극, 기타 절연막 등의 기본 소자의 요소들을 모두 포함하며, 소자(201) 상부에 광학 구조체가 형성되지 않은 상태의 소자이다.
도 3a에서 오목한 부분은 수광 영역(202)에 해당하는 부분이며, 볼록한 부분은 각 셀 사이의 비수광 영역(203)에 해당하는 부분이다.
도 3b를 참조하면 포토멀티플라이어 소자(201) 상에 형성된 식각 방지막(etch stop layer)(204), 저 굴절률 유전체(205) 및 포토레지스트(photoresist)(206)가 도시된다.
식각 방지막(204)은 포토멀티플라이어 소자(201)의 표면을 보호하기 위해 형성한 박막으로서, 저 굴절률 유전체(205)의 선택적 식각 과정에 의한 영향을 적게 받는 재료로서 구성된다. 저 굴절률 유전체(205)는 포토멀티플라이어 소자(201)의 비수광 영역(203) 상부에 위치할 광학 구조체의 요소를 이루는 재료이며 굴절률이 상대적으로 낮은 물질로 선택된다. 예컨대, 식각 방지막(204)의 재료로는 후공정 이후에 소자에 악영향을 주지 않는 PECVD 등의 방법에 의해 형성되는 질화실리콘(silicon nitride)을 선택할 수 있고, 저 굴절률 유전체(205)의 재료로는 동일한 방법으로 형성되는 산화실리콘(silicon oxide)을 선택할 수 있다. 이때, 저 굴절률 유전체(205)의 굴절률을 더욱 낮추거나 식각율(etch rate)을 높이기 위해서, 스퍼터링에 의한 경사각 증착(oblique-angle sputtering deposition) 등의 방법으로 공극률이 높은 다공질 산화실리콘을 형성할 수도 있다. 이 경우, 굴절률이 1.1 이하인 산화실리콘 막을 형성할 수도 있다.
포토레지스트(206)는 저 굴절률 유전체(205)의 식각에 필요한 마스크로서, 상부에 포토레지스트(206)가 위치하지 않은 저 굴절률 유전체(205) 부분, 즉 수광 영역(202)의 상부에서만 선택적 식각이 일어나도록 해준다.
도 3c는 식각 및 포토레지스트 제거 과정 이후의 모습을 도시한다. 도 3c를 참조하면, 건식 식각의 비등방성을 적절히 조절하여 식각면이 일정 각도를 가지며 경사지도록 하여 저 굴절률 유전체(205)가 사다리꼴 단면을 가지도록 성형된 모습이 도시된다. 이와 같이 저 굴절률 유전체(205)의 선택적 식각을 통해 저 굴절률 유전체(205)는 상부에 비해 하부가 넓도록, 즉 삼각형 또는 사다리꼴에 준하는 단면을 가지도록 비수광 영역(203)의 상부를 성형한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 4a에서 도시된 바와 같이, 등방성 습식 식각에 의해 저 굴절률 유전체(205)가 첨탑형의 단면을 가지도록 성형될 수 있다. 또한, 도 4b에 도시된 바와 같이, 건식 식각의 비등방성을 적절히 조절하여 저 굴절률 유전체(205)가 삼각형 단면을 가지도록 성형될 수 있다. 또한, 도 4c에 도시된 바와 같이, 저 굴절률 유전체(205)가 반구형 단면을 가지도록 성형될 수 있다. 이외에도, 저 굴절률 유전체(205)는 포물선형을 포함하여 상부에 비해 하부가 넓은 다양한 단면 형상을 갖도록 성형될 수 있다.
다시 도 3d를 참조하면, 포토멀티플라이어 소자(201) 상부에 저 굴절률 유전체(205)가 남아 있는 영역 이외의 부분에 저 굴절률 유전체(205)보다 높은 굴절률을 가지는 재료로 구성된 고 굴절률 유전체(207)를 형성한 이후에 화학기계적 연마(CMP) 등의 과정을 통해 상부 표면을 평탄화한 상태가 도시된다. 즉, 고 굴절률 유전체(207)를 구성하는 재료를 저 굴절률 유전체(205) 공간 사이에 도포함으로써 저 굴절률 유전체(205) 사이의 공간을 고 굴절률 유전체(207)로 채울 수 있다. 이후에, 상기 제1 유전체 및 제2 유전체 모두가 표면에 노출되도록 상부 표면을 평탄화한다.
예컨대, 저 굴절률 유전체(205)의 재료로 산화실리콘이 사용되었다면 고 굴절률 유전체(207)의 재료로 질화실리콘을 선택할 수 있다. 또한, 저 굴절률 유전체(205)의 재료로 다공질 산화실리콘이 사용되었다면 고 굴절률 유전체(207)의 재료로 질화실리콘 대신에 굴절률 1.4 이상의 치밀질 산화실리콘을 선택하는 것도 가능하다.
이와 같이, 본 발명에 의하면 다양한 재료의 조합을 이용하여 고 굴절률 유전체(207)가 저 굴절률 유전체(205)보다 높은 굴절률을 갖도록 할 수 있다. 저 굴절률 유전체(205)와 고 굴절률 유전체(207) 사이의 경사면의 방향과 양자의 굴절률 차이에 의해 발생하는 입사광의 굴절 및 반사에 의해 비수광 영역(203)을 향해 입사하는 광이 수광 영역(202)을 향하도록 유도할 수 있다.
도 3e는 도 3d 이후에 추가적으로 저 굴절률 유전체(205) 부분을 습식 식각(wet etching) 등을 통해 완전히 제거하여 저 굴절률 유전체(205)가 약 1.0의 굴절률을 갖는 공기로 구성되도록 함으로써, 고 굴절률 유전체(207)와의 굴절률의 대비를 보다 높여 굴절률 차이를 극대화한 구조를 도시한다. 예컨대, 저 굴절률 유전체(205)의 재료를 산화실리콘으로, 식각 방지막(204)과 고 굴절률 유전체(207)의 재료를 질화실리콘으로 구성한 경우, 불산(HF) 계열을 이용한 습식 식각으로 저 굴절률 유전체(205)를 선택적으로 제거할 수 있다. 또한, 저 굴절률 유전체(205)와 고 굴절률 유전체(207)를 각각 다공질 산화실리콘과 치밀질 산화실리콘으로 형성한 경우에도 습식 식각 조건의 제어를 통해 저 굴절률 유전체(205)의 선택적 제거를 구현할 수 있다.
도 3d 및 도 3e에 도시된 포토멀티플라이어 소자(201) 상부의 광학 구조는, 상대적으로 높은 굴절률을 가지는 고 굴절률 유전체(207)로 이루어진 일종의 평면 프리즘을 이용하여 포토멀티플라이어 소자(201) 상부로 입사되는 빛 중에 비수광 영역(203)을 향하는 입사광 중 일부를 고 굴절률 유전체(207)의 측면 경사면에서 반사 혹은 굴절시켜 수광 영역(202)으로 향하도록 유도한다.
본원에서 전술한 특정 실시예들은 예시의 목적으로 설명된 것이므로, 본 발명은 실시예들에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범주 내에서 실시예들에 대해 다양한 변경들이 행해질 수 있다.
101: 수광 영역
102: 소멸 저항(quench resistor)
103: 금속 전극
104: 전극 접촉부
105: 상부 도핑층
106: 접합 도핑층
107: 중간층
108: 매몰층(buried layer)
109: 절연층
201: 반도체 포토멀티플라이어 소자
202: 수광 영역
203: 비수광 영역
204: 식각 방지막
205: 저 굴절률 유전체
206: 포토레지스트
207: 고 굴절률 유전체

Claims (16)

  1. 복수의 마이크로셀을 가지는 반도체 포토멀티플라이어 상부에 형성되는 광학 구조체에 있어서,
    상기 각 마이크로셀의 수광 영역 사이에 존재하는 비수광 영역의 상부에 형성되고, 단면의 형상이 상부에 비해 하부가 넓은 구조를 갖는 제1 유전체; 및
    상기 각 마이크로셀의 수광 영역의 상부에 형성되고, 단면의 형상이 상부에 비해 하부가 좁은 구조를 갖는 제2 유전체를 포함하고,
    상기 제2 유전체의 굴절률이 상기 제1 유전체의 굴절률보다 높은 것인 반도체 포토멀티플라이어의 광학 구조체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 유전체는 첨탑형, 사다리꼴형, 삼각형, 반구형 및 포물선형 중 하나의 구조를 갖는 것인 반도체 포토멀티플라이어의 광학 구조체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 유전체 및 상기 제2 유전체의 상부 표면은 평탄한 것인 반도체 포토멀티플라이어의 광학 구조체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 유전체는 산화실리콘을 포함하고, 상기 제2 유전체는 질화실리콘을 포함하는 것인 반도체 포토멀티플라이어의 광학 구조체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 유전체는 다공질 산화실리콘을 포함하고, 상기 제2 유전체는 치밀질 산화실리콘을 포함하는 것인 반도체 포토멀티플라이어의 광학 구조체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 유전체는 공기로 구성되는 것인 반도체 포토멀티플라이어의 광학 구조체.
  7. 복수의 마이크로셀을 가지는 반도체 포토멀티플라이어 상부에 광학 구조체를 형성하는 방법에 있어서,
    상기 복수의 마이크로셀 중 각 마이크로셀의 수광 영역 사이에 존재하는 비수광 영역의 상부에, 단면의 형상이 상부에 비해 하부가 넓은 구조를 갖는 제1 유전체를 형성하는 단계;
    상기 각 마이크로셀의 수광 영역의 상부를, 단면의 형상이 상부에 비해 하부가 좁은 구조를 갖도록 제2 유전체를 형성하는 단계; 및
    상기 제1 유전체 및 상기 제2 유전체 중 적어도 하나의 상부 표면을 평탄화하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 유전체의 굴절률이 상기 제1 유전체의 굴절률보다 높은 것인 반도체 포토멀티플라이어의 광학 구조체 형성 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 유전체는 첨탑형, 사다리꼴형, 삼각형, 반구형 및 포물선형 중 하나의 구조를 갖는 것인 반도체 포토멀티플라이어의 광학 구조체 형성 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제1 유전체는 산화실리콘을 포함하고, 상기 제2 유전체는 질화실리콘을 포함하는 것인 반도체 포토멀티플라이어의 광학 구조체 형성 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 유전체를 형성하는 단계는 상기 산화실리콘을 상기 비수광 영역의 상부에 도포한 후, 포토레지스트를 이용한 건식 또는 습식 식각을 수행하는 것을 포함하는 것인 반도체 포토멀티플라이어의 광학 구조체 형성 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제2 유전체를 형성하는 단계는 상기 질화실리콘을 상기 각 마이크로셀의 제1 유전체 사이의 공간에 도포함으로써 상기 각 마이크로셀의 제1 유전체 사이의 공간을 채우는 과정을 포함하는 것인 반도체 포토멀티플라이어의 광학 구조체 형성 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 제1 유전체는 다공질 산화실리콘을 포함하고, 상기 제2 유전체는 치밀질 산화실리콘을 포함하는 것인 반도체 포토멀티플라이어의 광학 구조체 형성 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 유전체를 형성하는 단계는 상기 다공질 산화실리콘을 스퍼터링(sputtering)에 의한 경사각 증착법을 통해 상기 비수광 영역의 상부에 도포한 후, 포토레지스트를 이용한 건식 또는 습식 식각을 수행하는 것을 포함하는 것인 반도체 포토멀티플라이어의 광학 구조체 형성 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제2 유전체를 형성하는 단계는 상기 치밀질 산화실리콘을 상기 각 마이크로셀의 제1 유전체 사이의 공간에 도포함으로써 상기 각 마이크로셀의 제1 유전체 사이의 공간을 채우는 과정을 포함하는 것인 반도체 포토멀티플라이어의 광학 구조체 형성 방법.
  15. 제7항에 있어서, 습식 식각을 통해 제1 유전체를 제거하는 단계를 더 포함하는 반도체 포토멀티플라이어의 광학 구조체 형성 방법.
  16. 제7항에 있어서, 상기 상부 표면을 평탄화하는 단계는 화학기계적 연마(CMP)를 이용하는 것인 반도체 포토멀티플라이어의 광학 구조체 형성 방법.
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