가변 확산 공정기법을 이용한 낮은 Crosstalk 특성 SWIR 대역 InP 기반 포토다이오드 배열 소자 개발

Abstract

0.9 ~ 1.7 ㎛의 단파 적외선 대역 (SWIR)은 대기 투과성 및 가시적 인 이미징 특성의 장점 때문에 많은 관심을 받았다. 평면 형 InGaAs / InP PIN 포토 다이오드 어레이를 기반으로하는 SWIR 검출기는 암전류 특성이 낮고 양자 효율이 높기 때문에 감시, 기상 분석, 안전 및 야간 주행 시스템과 같은 다양한 SWIR 이미징 애플리케이션에 널리 사용됩니다. SWIR 검출기에 대한 이러한 성능 지수 중, 누화 및 검출은 고품질 이미지의 중요한 성능 매개 변수입니다. 암전류와 누화 특성을 줄이기 위해 캐리어의 횡 방향 확산을 억제하기 위해 포토 다이오드 어레이에 다양한 깊이의 가드 링이 개발되었습니다. 깊은 가드 링이있는 평면형 InGaAs / InP 포토 다이오드는 일반적인 이중 Zn 확산 공정을 사용하여 제작되었습니다. 그러나 Zn 확산법의 제조 공정이 매우 복잡하고 시간이 많이 걸리기 때문에 이중 확산 공정을 사용하여 깊은 가드 링 구조를 제작하는 것이 어렵다. 또한, 이중 확산 구조는 일반적으로 픽셀 및 가드 링 영역의 확산 깊이 변화로 인해 재현성이 떨어진다. 이러한 문제점들을 극복하기 위해, 단일 확산 공정에 기초한 깊은 가드 - 링 구조를 갖는 포토 다이오드는 복잡한 이중 확산 시퀀스를 단일 공정 단계로 감소시키기 위해 개발되어야한다. 이 논문에서는 기존의 포토 다이오드와 비교할 수없는 성능 특성을 가진 새로운 싱글 - 디퓨전 기술을 사용하여 깊은 가드 링이있는 InP 기반의 낮은 누화 PIN 포토 다이오드가 제안 및 개발되었다. 우선 확산 방지막 인 박막을 이용한 단일 확산 공정이 픽셀과 가드 링의 서로 다른 확산 깊이를 얻기 위해 개발되었다. 높은 양자 효율을 유지하기 위해서는 픽셀의 확산 깊이는 1μm이어야하지만, 누화 특성을 낮추려면 가드 링의 더 깊은 확산 깊이가 필요합니다. 가변 가드 링 깊이를 얻기 위해서는 RTA 조건과 박막의 두께를 최적화해야한다. 이 조건들 중에서 1.4, 1.6 및 1.8 μm의 가드 링 깊이가 각각 1, 2 및 3 nm의 박막 두께와 RTA 조건에 의한 최적화를 위해 조사되었다. 다음으로 1.4, 1.6 및 1.8 μm의 다양한 확산 깊이를 갖는 InP 기반 PIN 포토 다이오드가 단일 확산 공정을 사용하여 제작되었다. -0.1V의 바이어스에서 가드 링 깊이가 1.4, 1.6, 1.8㎛ 인 제작 된 포토 다이오드의 측정 결과는 9.34x1012, 8.84x1012 및 5.88x1012cmHz1 / 2 / W의 검출도와 2.87의 크로스 토크 특성을 나타내 었으며, 2.31 % 및 1.60 %로 나타났다. 결과적으로 깊은 가드 링이있는 InP 기반의 낮은 누화 PIN 포토 다이오드가 시연되었습니다. 가드 링 깊이가 1.6 μm 인 제안 된 포토 다이오드는 8.84x1012 cmHz1 / 2 / W의 높은 검출 성능과 2.31 %의 낮은 크로스 토크 특성을 나타내는 탁월한 성능을 보여 주었다. 결과는 다양한 SWIR 영상 응용을위한 제안 된 심층 가드 링 구조의 호환성을 명확하게 보여줍니다.