AlGaN 반도체 기반 태양광 블라인드 자외선 C 광 검출기

Abstract

태양 스펙트럼의 자외선 C 영역(200~280nm)은 오존층에 의해 흡수되어 지표면에 도달하지 않는 태양광 블라인드 영역으로, 이 파장 대역이 감지되면 배경 잡음이 매우 낮다는 장점이 있다. AlxGa1-xN은 Al함량에 따라 3.4~6.2eV 범위 밴드갭 에너지를 가질 수 있어 검출 파장을 조절할 수 있는 장점이 있어 자외선 C 광 검출기 많이 사용되고 있다. 하지만 기존 AlGaN 자외선 C 광 검출기는 낮은 광 반응성 또는 매우 긴 반응시간을 가진다. 본 연구에서는 AlxGa1-xN/AlyGa1-yN 경계면의 2DEG (2-Dimensional-Electron-Gas)를 이용해 높은 광 반응성과 낮은 암전류, 빠른 응답속도를 갖는 고성능 자외선 C 광 검출기 단일 소자를 구현하고, HEMT와의 공정 호환성이라는 장점을 이용하여 자외선 C 광 검출기 array를 제작하고, 이를 이용해 이미지 센싱을 구현했다. 자외선 C 영역의 파장을 흡수하는 높은 Al 함량의 AlGaN을 깊이를 정밀하게 etching 하기 위해서, ICP-RIE (Inductively Coupled Plasma - Reactive Ion Etching)을 이용해 시간별로 etching 후 AFM(Atomic force microscopy)으로 표면 및 etching 깊이를 분석했다. 또한, 높은 Al 함량의 AlGaN의 오믹 접촉 컨택 저항을 최적화하기 위해, Ti/Al/Ni/Au (20/120/55/45 nm), Zr/Al/Mo/Au (15/60/35/50 nm) 두 가지 오믹 접촉 금속 조합을 TLM(transmission line method) 패턴으로 AlGaN에 e-beam evaporator로 증착시켜 컨택 저항을 비교하였다. 태양광 블라인드 MSM 구조의 자외선 C 광 검출기를 간단한 3가지 공정 스텝으로 제작하고, 전기적 및 광학적 특성을 분석하였으며, SPCM(scanning photocurrent microscopy) 장비를 이용해 광 전류 증폭 메커니즘을 분석하였다. 또한 자외선 C 광 검출기의 application으로 array을 제작해 이미징을 구현하였다.