UHV-CVD로 증착한 p-type Ge 기반 적외선 광 검출기

Abstract

적외선은 0.7um~1000um의 파장을 가지고 있으며 적외선 센서는 일상생활과 산업 분야에서 다양한 목적으로 사용된다. Ⅲ-Ⅴ 반도체 화합물은 고속 광 검 출에 효과적이지만 이러한 화합물은 실리콘 IC 기술과 호환되지 않는다. 본 연 구에서는 적외선 센서를 Si 위에 증착한 저온 공정 Ge에 제작하여 Monolithic integrated CMOS 플렛폼에서의 고성능 Ge 기반 광검출기에 대한 가능성을 제 시한다. Ge 박막은 Ultra-High Vacuum Chemical Vapour Deposition (UHV-CVD)로 증착하였으며 377℃의 저온 공정을 통해 6.26um 두께에서 이동도 177cm2/V· s, 캐리어 농도 1.105 × 1016 cm-3 의 특성을 갖는다. 표면 평탄화를 위한 CMP 공정을 거쳐 평탄화와 Ge 두께 조절을 가능하게 했다. 다음으로 ZnO nanoparticle ink를 스핀코팅을 통해 얇게 도포한 뒤 200℃에서 30분 열처리를 진행해 ZnO를 증착해준다. 그 위에 스퍼터로 ITO를 증착하고 ICP-RIE로 mesa etching을 진행한다. 이때 ITO와 ZnO는 함께 식각되어 mesa 부분을 제 외한 곳에는 Ge이 드러나게 된다. 그 다음 전극을 올려주면 소자가 완성된다. doping이나 추가적인 공정이 없어 간단하게 제작이 가능하다. 최종적으로 제작된 UHV-CVD로 증착한 p-Ge 기반 적외선 광 검출기는 responsivity 4.53A/W로 높은 responsivity를 가지며 Dark current는 4.34uA 로 작은 값을 가진다. 이 값은 p-Ge으로 제작한 PD의 특성 중 큰 responsivity와 낮은 dark current 값이다. 응답시간은 평균 5us로 응답시간 또 한 빠른 것을 알 수 있다. detectivity는 4.8⨉108 Jones로 쇼트키 접촉 특성을 이용한 Ge PD 중에서는 높은 성능을 가진다. 본 연구는 저온 공정으로 Ge PD를 제작하였고, 이를 이용해 Si CMOS 위에 Ge 소자를 제작할 수 있는 가능성을 제시한다.