KR102653842B1 - Dual-Band Infrared Photodetector comprising Tunneling Junction - Google Patents
Dual-Band Infrared Photodetector comprising Tunneling Junction Download PDFInfo
- Publication number
- KR102653842B1 KR102653842B1 KR1020210181860A KR20210181860A KR102653842B1 KR 102653842 B1 KR102653842 B1 KR 102653842B1 KR 1020210181860 A KR1020210181860 A KR 1020210181860A KR 20210181860 A KR20210181860 A KR 20210181860A KR 102653842 B1 KR102653842 B1 KR 102653842B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- absorption layer
- type absorption
- photodetector
- band
- dual
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 title claims description 23
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 173
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 29
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 14
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- 229910017115 AlSb Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910005542 GaSb Inorganic materials 0.000 claims description 8
- WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N indium antimonide Chemical compound [Sb]#[In] WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 230000023077 detection of light stimulus Effects 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H01L31/109—
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F30/00—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
- H10F30/20—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
- H10F30/21—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H10F30/22—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes
- H10F30/222—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes the potential barrier being a PN heterojunction
-
- H01L31/0304—
-
- H01L31/1127—
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F30/00—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
- H10F30/20—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
- H10F30/21—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H10F30/28—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices being characterised by field-effect operation, e.g. junction field-effect phototransistors
- H10F30/287—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices being characterised by field-effect operation, e.g. junction field-effect phototransistors the devices having PN heterojunction gates
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
- H10F77/10—Semiconductor bodies
- H10F77/12—Active materials
- H10F77/124—Active materials comprising only Group III-V materials, e.g. GaAs
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
본 발명은 터널정션이 형성된 소자를 포함하는 이중대역 적외선 광검출장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 터널정션에 의하여 중적외선 뿐만 아니라 원적외선을 포함하는 이중대역의 적외선을 검출할 수 있는, 터널정션이 형성된 소자를 포함하는 이중대역 적외선 광검출장치에 관한 것이다.The present invention relates to a dual-band infrared light detection device including an element in which a tunnel junction is formed. More specifically, the tunnel junction is capable of detecting dual-band infrared rays including far-infrared rays as well as mid-infrared rays. It relates to a dual-band infrared photodetection device including a formed element.
Description
본 발명은 터널정션이 형성된 소자를 포함하는 이중대역 적외선 광검출장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 터널정션에 의하여 중적외선 뿐만 아니라 원적외선을 포함하는 이중대역의 적외선을 검출할 수 있는, 터널정션이 형성된 소자를 포함하는 이중대역 적외선 광검출장치에 관한 것이다.The present invention relates to a dual-band infrared light detection device including an element in which a tunnel junction is formed. More specifically, the tunnel junction is capable of detecting dual-band infrared rays including far-infrared rays as well as mid-infrared rays. It relates to a dual-band infrared photodetection device including a formed element.
적외선 광검출장치는 가시광선 파장영역보다 비교적 긴 파장을 갖는 적외선을 검출하는 광검출기로서, 대표적인 예로 근적외선 방범 카메라가 있다. 이러한 종래의 적외선 광검출장치는 Si을 기반으로 한 경우 가시광선 파장영역에 근접한 1 마이크로미터의 파장 보다 짧은 근적외선을 검출하는 것이 특징이다. 다만, 종래의 근적외선 광검출장치는 대기중 흡수 대역에 속한다는 근적외선 파장의 한계로 인하여 광검출장치와 대상물과의 거리가 특정 거리 이상인 경우에는 대기 중 흡수로 인하여 성능이 현저하게 저하될 수 있다. An infrared photodetector is a photodetector that detects infrared rays with a relatively longer wavelength than the visible light wavelength region, and a representative example is a near-infrared crime prevention camera. This conventional infrared photodetection device, when based on Si, is characterized by detecting near-infrared rays with a wavelength shorter than 1 micrometer, which is close to the visible light wavelength range. However, due to the limitation of the near-infrared wavelength of the conventional near-infrared light detection device being within the atmospheric absorption band, when the distance between the light detection device and the object is more than a certain distance, the performance may be significantly reduced due to absorption in the air.
최근에는 3 내지 5 마이크로미터의 파장대역을 갖는 적외선을 검출할 수 있는 중적외선 광검출장치가 개발되었다. 이 경우 비교적 대상물과의 거리가 멀어지더라도 높은 민감도를 확보할 수 있어, 군사용 탐지, 추적, 감시, 및 정찰장치로 응용되고 있다. 다만, 중적외선을 이용한 광검출장치의 경우, 대기 중의 수분이나 이산화탄소에 의한 흡수로 인하여 노이즈가 쉽게 발생할 수 있어 안개, 구름, 및 연기와 같은 주변 환경에 의하여 검출성능이 매우 저하될 수 있는 문제점이 있다.Recently, a mid-infrared photodetection device capable of detecting infrared rays with a wavelength range of 3 to 5 micrometers has been developed. In this case, high sensitivity can be secured even if the distance from the target is relatively long, and it is applied as a military detection, tracking, surveillance, and reconnaissance device. However, in the case of optical detection devices using mid-infrared rays, noise can easily occur due to absorption by moisture or carbon dioxide in the atmosphere, so there is a problem that detection performance can be greatly reduced by surrounding environments such as fog, clouds, and smoke. there is.
즉, 안개 및 구름과 같은 기상상황에서 사용하거나 연기가 발생되는 재난 사고에서 사용할 수 있도록, 극한 환경에서도 대상물의 형상을 다파장 대역 흡수를 통해 정확하게 검출할 수 있는 적외선 광검출장치의 개발이 필요한 실정이다.In other words, there is a need to develop an infrared light detection device that can accurately detect the shape of an object through multi-wavelength absorption even in extreme environments so that it can be used in weather situations such as fog and clouds or in disaster accidents where smoke is generated. am.
본 발명은 터널정션에 의하여 중적외선 뿐만 아니라 원적외선을 포함하는 이중대역의 적외선을 검출할 수 있는, 터널정션이 형성된 소자를 포함하는 이중대역 적외선 광검출장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The purpose of the present invention is to provide a dual-band infrared photodetection device including an element formed with a tunnel junction, which can detect dual-band infrared rays including far-infrared rays as well as mid-infrared rays through the tunnel junction.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예는 이중대역 적외선 광검출장치로서, p형흡수층, 및 상기 p형흡수층에 헤테로접합이 되는 n형흡수층을 포함하는 광검출소자; 상기 광검출소자에 리버스바이어스의 전압을 인가하는 전압인가부; 및 상기 광검출소자를 통과한 전류를 측정하는 전류측정부;를 포함하고, 상기 전압인가부에 의하여, 상기 p형흡수층의 가전자대 에너지준위와 상기 n형흡수층의 전도대의 에너지준위의 차이가 감소되고, 상기 p형흡수층 및 상기 n형흡수층의 터널정션에서는 8 마이크로미터 이상의 대상파장의 광자를 흡수한 전자가 활성화되어 터널링 효과가 발생되고, 상기 전류측정부는 상기 터널링 효과에 의하여 발생된 전류를 검출함으로써, 상기 8 마이크로미터 이상의 대상파장의 흡수를 검출하는, 이중대역 적외선 광검출장치를 제공한다.In order to solve the above problems, one embodiment of the present invention is a dual-band infrared photodetection device, which includes a p-type absorption layer and an n-type absorption layer heterojunction to the p-type absorption layer; a voltage application unit that applies a reverse bias voltage to the photodetector; and a current measuring unit that measures the current passing through the photodetector, wherein by the voltage applying unit, the difference between the energy level of the valence band of the p-type absorption layer and the energy level of the conduction band of the n-type absorption layer is reduced. At the tunnel junction of the p-type absorption layer and the n-type absorption layer, electrons that absorb photons of a target wavelength of 8 micrometers or more are activated to generate a tunneling effect, and the current measuring unit detects the current generated by the tunneling effect. , providing a dual-band infrared photodetection device that detects absorption of the target wavelength of 8 micrometers or more.
본 발명의 몇 실시예에서는, 상기 전압인가부는, 상기 p형흡수층의 가전자대의 에너지준위와 상기 n형흡수층의 전도대의 에너지준위의 차이가 상기 8 마이크로미터 이상의 대상파장의 광자를 흡수한 전자가 활성화되어 터널링 효과가 발생할 수 있도록, 상기 광검출소자에 대해 리버스바이어스를 인가할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the voltage application unit determines that the difference between the energy level of the valence band of the p-type absorption layer and the energy level of the conduction band of the n-type absorption layer is such that the electrons that absorbed the photon of the target wavelength of 8 micrometers or more are A reverse bias may be applied to the photodetector so that it is activated and a tunneling effect occurs.
본 발명의 몇 실시예에서는, 상기 전압인가부는, 상기 p형흡수층의 가전자대 에너지준위와 상기 n형흡수층의 전도대 에너지준위의 차이가 0.155 내지 0.0775 eV가 되도록, 상기 광검출소자에 대해 리버스바이어스를 인가할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the voltage application unit applies a reverse bias to the photodetector such that the difference between the valence band energy level of the p-type absorption layer and the conduction band energy level of the n-type absorption layer is 0.155 to 0.0775 eV. can do.
본 발명의 몇 실시예에서는, 상기 n형흡수층은 InAs, GaSb, AlSb, InSb, InAsSb, InAlSb, InGaSb, 및 이들의 혼합체 중 어느 하나를 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the n-type absorption layer may include any one of InAs, GaSb, AlSb, InSb, InAsSb, InAlSb, InGaSb, and mixtures thereof.
본 발명의 몇 실시예에서는, 상기 p형흡수층은 InAs, GaSb, AlSb, InSb, InAsSb, InAlSb, InGaSb, 및 이들의 혼합체 중 어느 하나를 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the p-type absorption layer may include any one of InAs, GaSb, AlSb, InSb, InAsSb, InAlSb, InGaSb, and mixtures thereof.
본 발명의 몇 실시예에서는, 상기 n형흡수층은 InAs를 포함하고, 기 p형흡수층은 InAs를 포함하고, 상기 전압인가부는, 상기 p형흡수층의 가전자대 에너지준위와 상기 n형흡수층의 전도대 에너지준위의 차이가 0.155 내지 0.0775 eV가 되도록, 상기 광검출소자에 대해 리버스바이어스를 인가할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the n-type absorption layer includes InAs, the p-type absorption layer includes InAs, and the voltage application unit determines the valence band energy level of the p-type absorption layer and the conduction band energy of the n-type absorption layer. A reverse bias may be applied to the photodetector so that the level difference is 0.155 to 0.0775 eV.
본 발명의 몇 실시예에서는, 상기 n형흡수층은 3 내지 5 마이크미터의 광을 검출할 수 있는 밴드갭을 갖을 수 있다.In some embodiments of the present invention, the n-type absorption layer may have a band gap capable of detecting light of 3 to 5 micrometers.
본 발명의 몇 실시예에서는, 상기 p형흡수층은 3 내지 5 마이크미터의 광을 검출할 수 있는 밴드갭을 갖을 수 있다.In some embodiments of the present invention, the p-type absorption layer may have a band gap capable of detecting light of 3 to 5 micrometers.
본 발명의 몇 실시예에서는, 상기 광검출소자는 복수의 농도 또는 물질을 포함하는 복수의 상기 p형흡수층, 및 복수의 농도 또는 물질을 포함하는 복수의 상기 p형흡수층 각각에 헤테로접합이 되는 복수의 상기 n형흡수층을 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the photodetector device includes a plurality of p-type absorption layers comprising a plurality of concentrations or materials, and a plurality of plurality of p-type absorption layers heterojunctioned to each of the plurality of p-type absorption layers including a plurality of concentrations or materials. It may include the n-type absorption layer.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 특정 파장범위에 상응하는 빛을 검출할 수 있도록 하는 밴드갭을 가지는 물질로 두 개의 흡수층을 형성함으로써, 중적외선을 검출할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the effect of detecting mid-infrared rays can be achieved by forming two absorption layers with a material having a band gap that allows detection of light corresponding to a specific wavelength range.
본 발명의 일 실시예에 따르면, n형흡수층이 p형흡수층에 헤테로접합된 상태에서 리버스바이어스가 인가됨에 따라, p형흡수층과 n형흡수층 사이에 터널정션이 형성되는 효과를 발휘할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, when a reverse bias is applied while the n-type absorption layer is heterojunction to the p-type absorption layer, a tunnel junction can be formed between the p-type absorption layer and the n-type absorption layer.
본 발명의 일 실시예에 따르면, p형흡수층의 가전자대 에너지준위와 n형흡수층의 전도대 에너지준위의 차이에 상응하는 빛이 터널정션에 조사됨에 따라 p형흡수층의 가전자대에 존재하는 전자가 n형흡수층의 전도대로 이동하는 터널링 효과를 발생시키는 효과를 발휘할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, as light corresponding to the difference between the valence band energy level of the p-type absorption layer and the conduction band energy level of the n-type absorption layer is irradiated to the tunnel junction, the electrons present in the valence band of the p-type absorption layer are n. It can exert the effect of generating a tunneling effect that moves to the conduction band of the type absorption layer.
본 발명의 일 실시예에 따르면, p형흡수층과 n형흡수층에 의해 형성된 터널정션에 의하여 발생된 터널링 효과에 의하여, 중적외선의 파장범위 뿐만 아니라 원적외선의 파장범위를 갖는 이중대역의 적외선을 검출할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, by the tunneling effect generated by the tunnel junction formed by the p-type absorption layer and the n-type absorption layer, dual-band infrared rays having a wavelength range of far infrared rays as well as mid-infrared rays can be detected. It can be effective.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중대역 적외선 광검출장치에서 구현되는 터널링 효과에 대한 사항을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광검출소자를 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광검출소자를 개략적으로 도시한다.Figure 1 schematically illustrates the tunneling effect implemented in a dual-band infrared photodetector according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 schematically shows a photodetector according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 schematically shows a photodetector according to an embodiment of the present invention.
이하에서는, 다양한 실시예들 및/또는 양상들이 이제 도면들을 참조하여 개시된다. 하기 설명에서는 설명을 목적으로, 하나이상의 양상들의 전반적 이해를 돕기 위해 다수의 구체적인 세부사항들이 개시된다. 그러나, 이러한 양상(들)은 이러한 구체적인 세부사항들 없이도 실행될 수 있다는 점 또한 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 인식될 수 있을 것이다. 이후의 기재 및 첨부된 도면들은 하나 이상의 양상들의 특정한 예시적인 양상들을 상세하게 기술한다. 하지만, 이러한 양상들은 예시적인 것이고 다양한 양상들의 원리들에서의 다양한 방법들 중 일부가 이용될 수 있으며, 기술되는 설명들은 그러한 양상들 및 그들의 균등물들을 모두 포함하고자 하는 의도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Various embodiments and/or aspects are now disclosed with reference to the drawings. In the following description, for purposes of explanation, numerous specific details are set forth to facilitate a general understanding of one or more aspects. However, it will also be appreciated by those skilled in the art that this aspect(s) may be practiced without these specific details. The following description and accompanying drawings set forth in detail certain example aspects of one or more aspects. However, these aspects are illustrative and some of the various methods in the principles of the various aspects may be utilized, and the written description is intended to encompass all such aspects and their equivalents.
또한, 다양한 양상들 및 특징들이 다수의 디바이스들, 컴포넌트들 및/또는 모듈들 등을 포함할 수 있는 시스템에 의하여 제시될 것이다. 다양한 시스템들이, 추가적인 장치들, 컴포넌트들 및/또는 모듈들 등을 포함할 수 있다는 점 그리고/또는 도면들과 관련하여 논의된 장치들, 컴포넌트들, 모듈들 등 전부를 포함하지 않을 수도 있다는 점 또한 이해되고 인식되어야 한다.Additionally, various aspects and features may be presented by a system that may include multiple devices, components and/or modules, etc. It is also understood that various systems may include additional devices, components and/or modules, etc. and/or may not include all of the devices, components, modules, etc. discussed in connection with the drawings. It must be understood and recognized.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "양상", "예시" 등은 기술되는 임의의 양상 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되지 않을 수도 있다. As used herein, “embodiments,” “examples,” “aspects,” “examples,” etc. may not be construed to mean that any aspect or design described is better or advantageous over other aspects or designs. .
더불어, 용어 "또는"은 배타적 "또는"이 아니라 내포적 "또는"을 의미하는 것으로 의도된다. 즉, 달리 특정되지 않거나 문맥상 명확하지 않은 경우에, "X는 A 또는 B를 이용한다"는 자연적인 내포적 치환 중 하나를 의미하는 것으로 의도된다. 즉, X가 A를 이용하거나; X가 B를 이용하거나; 또는 X가 A 및 B 모두를 이용하는 경우, "X는A 또는 B를 이용한다"가 이들 경우들 어느 것으로도 적용될 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용된 "및/또는"이라는 용어는 열거된 관련 아이템들 중 하나 이상의 아이템의 가능한 모든 조합을 지칭하고 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Additionally, the term “or” is intended to mean an inclusive “or” and not an exclusive “or.” That is, unless otherwise specified or clear from context, “X utilizes A or B” is intended to mean one of the natural implicit substitutions. That is, either X uses A; X uses B; Or, if X uses both A and B, “X uses A or B” can apply to either of these cases. Additionally, the term “and/or” as used herein should be understood to refer to and include all possible combinations of one or more of the related listed items.
또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 해당 특징 및/또는 구성요소가 존재함을 의미하지만, 하나이상의 다른 특징, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Additionally, the terms "comprise" and/or "comprising" mean that the feature and/or element is present, but exclude the presence or addition of one or more other features, elements and/or groups thereof. It should be understood as not doing so.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Additionally, terms including ordinal numbers, such as first, second, etc., may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component without departing from the scope of the present invention. The term and/or includes any of a plurality of related stated items or a combination of a plurality of related stated items.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Additionally, the terms used in this specification are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
또한, 본 발명의 실시예들에서, 별도로 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 실시예에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In addition, in the embodiments of the present invention, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, are generally understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. It has the same meaning as Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and unless clearly defined in the embodiments of the present invention, have an ideal or excessively formal meaning. It is not interpreted as
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중대역 적외선 광검출장치(1)에서 구현되는 터널링 효과에 대한 사항을 개략적으로 도시한다.Figure 1 schematically illustrates the tunneling effect implemented in the dual-band infrared photodetector 1 according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 이중대역 적외선 광검출장치(1)로서, p형흡수층(110), 및 상기 p형흡수층(110)에 헤테로접합이 되는 n형흡수층(120)을 포함하는 광검출소자(100); 상기 광검출소자(100)에 리버스바이어스의 전압을 인가하는 전압인가부; 및 상기 광검출소자(100)를 통과한 전류를 측정하는 전류측정부;를 포함할 수 있다.A dual-band infrared photodetector 1 according to an embodiment of the present invention, a photodetector comprising a p-
상기 이중대역 적외선 광검출장치(1)는, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 p형흡수층(110), 및 상기 p형흡수층(110)에 헤테로접합이 되는 상기 n형흡수층(120)을 포함하는 광검출소자(100)를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the dual-band infrared photodetector 1 includes the p-
도 1(a)는 리버스바이어스가 인가되지 않은 이중대역 적외선 광검출소자(100)를 개략적으로 도시한다. 도 1(a)에 도시된 바와 같이, 상기 광검출소자(100)의 상기 p형흡수층(110)(도 1(a)에서 “p-type”에 해당)과 상기 n형흡수층(120)(도 1(a)에서 “n-type”에 해당)으로 각 흡수층의 밴드갭에 상응하는 파장범위를 갖는 빛(도 1(a)에서 “photon”에 해당)이 조사되는 경우에 가전자대(Ev)에 존재하는 전자(도 1(a)에서 “e”에 해당)가 전도대(Ec)로 여기되어 전류가 흐를 수 있다. 이 경우, 상기 광검출소자(100)는 상기 밴드갭에 상응하는 파장범위를 갖는 빛의 광자를 흡수할 수 있고, 상기 이중대역 적외선 광검출장치(1)는 상기 전류측정부를 통하여 상기 광검출소자(100)에서 흡수된 상기 광자를 포함하는 빛의 흡수를 검출할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 이중대역 적외선 광검출장치(1)는 상기 전류측정부를 통하여 3 내지 5 마이크로미터의 파장범위의 중적외선의 흡수를 검출할 수 있다.Figure 1(a) schematically shows a dual-band
상기 이중대역 적외선 광검출장치(1)는 상기 전압인가부를 통하여 상기 광검출소자(100)에 리버스바이어스(Reverse bias)의 전압을 인가할 수 있다. 바람직하게는, 상기 전압인가부는 상기 광검출소자(100)에 리버스바이어스의 전압을 인가할 수 있다. 이 경우, 상기 p형흡수층(110)과 상기 n형흡수층(120)의 사이에 터널정션(도 1(a)에서 두꺼운 화살표 영역에 해당)이 형성될 수 있다. The dual-band infrared photodetector 1 may apply a reverse bias voltage to the
도 1(a)에는 도시되어 있지 않으나, 상기 광검출소자(100)에 인가된 리버스바이어스에 의하여, 도 1(a)의 상태에서 상기 p형흡수층(110)의 가전자대 에너지준위는 비교적 상측으로 배치되고 상기 n형흡수층(120)의 전도대 에너지준위는 비교적 하측으로 각각 이동하여 배치될 수 있다. 이때, 상기 전압인가부는, 상기 p형흡수층(110)의 가전자대 에너지준위와 상기 n형흡수층(120)의 전도대 에너지준위의 차이가 0.155 내지 0.0775 eV가 되도록, 상기 광검출소자(100)에 대해 리버스바이어스를 인가하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 상기 전압인가부에 의하여, 상기 p형흡수층(110)의 가전자대 에너지준위와 상기 n형흡수층(120)의 전도대의 에너지준위의 차이가 감소될 수 있다. Although not shown in FIG. 1(a), due to the reverse bias applied to the
이와 같이, 상기 n형흡수층(120)이 상기 p형흡수층(110)에 헤테로접합된 상태에서 리버스바이어스가 인가됨에 따라, 상기 p형흡수층(110)과 상기 n형흡수층(120) 사이에 터널정션이 형성되는 효과를 발휘할 수 있다.In this way, as the reverse bias is applied while the n-
도 1(b)는 본 발명의 일 실시예에 따라 터널링 접합에 복수의 농도 또는 물질을 포함하는 광검출소자(100)를 개략적으로 도시한다.FIG. 1(b) schematically shows a
도 1(b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 광검출소자(100)는 상기 p형흡수층(110)보다 비교적 높은 농도를 갖는 p++층을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 광검출소자(100)는 상기 p++층에 의하여 상기 p형흡수층(110)의 가전도대와 상기 n형흡수층(120)의 전도대 사이의 에너지준위를 조절하여, 흡수 선택되는 광자의 에너지를 조절할 수 있다. 상기 p++층은 상기 p형흡수층(110)과 동일한 물질로 선택할 수 있고, 밴드 off-set이 상기 p형흡수층(110)과 구별되는 물질을 선택하여 유사한 효과를 부가할 수 있다. As shown in FIG. 1(b), the
이와 같은 사항은 상기 n형흡수층(120)에서도 상응하게 적용되며, 두개의 기술을 선택 혹은 혼합으로 사용할 수 있다. 즉, 상기 광검출소자(100)는 상기 n형흡수층(120)보다 비교적 높은 농도를 갖는 n++층을 포함할 수 있다.The same applies to the n-
또한, 상기 광검출소자(100)에 리버스바이어스의 전압이 인가된 상태에서는, 상기 광검출소자(100)의 상기 터널정션에 상기 p형흡수층(110)의 가전자대 에너지준위와 상기 n형흡수층(120)의 전도대 에너지준위의 차이값에 상응하는 빛이 조사되는 경우에, 상기 p형흡수층(110)의 가전자대에 존재하는 전자가 0.155 내지 0.0775 eV만큼의 폭을 갖는 베리어를 넘어가 상기 n형흡수층(120)의 전도대로 이동하여 전류가 흐를 수 있다. 이 경우, 상기 광검출소자(100)는 상기 차이값에 상응하는 파장범위를 갖는 빛의 광자를 흡수한 전자가 활성화됨에 따라 터널링 효과가 발생될 수 있다. In addition, when a reverse bias voltage is applied to the
상기 광자는 8 마이크로미터 이상의 파장범위를 갖는 것이 바람직하고, 이와 같은 현상은 터널링 효과에 의하여 발생될 수 있다. 이때, 8 마이크로미터 이상의 파장범위는 대상파장에 해당한다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 대상파장은 8 마이크로미터 이상의 파장범위를 포함하고, 바람직하게는 8 내지 16 마이크로미터의 파장범위를 포함할 수 있다.The photons preferably have a wavelength range of 8 micrometers or more, and this phenomenon may occur due to the tunneling effect. At this time, the wavelength range of 8 micrometers or more corresponds to the target wavelength. In one embodiment of the present invention, the target wavelength may include a wavelength range of 8 micrometers or more, and preferably include a wavelength range of 8 to 16 micrometers.
바람직하게는, 상기 광검출소자(100)에 리버스바이어스의 전압이 인가된 상태에서, 상기 터널정션에 상기 p형흡수층(110)의 가전자대 에너지준위와 상기 n형흡수층(120)의 전도대 에너지준위의 차이값에 상응하는 빛이 조사됨에 따라, 8 마이크로미터 이상의 대상파장의 광자를 흡수한 전자가 활성화될 수 있어 터널링 효과가 발생할 수 있다. Preferably, when a reverse bias voltage is applied to the
즉, 상기 p형흡수층(110)의 가전자대 에너지준위와 상기 n형흡수층(120)의 전도대 에너지준위의 차이에 상응하는 빛이 터널정션에 조사됨에 따라 상기 p형흡수층(110)의 가전자대에 존재하는 전자가 상기 n형흡수층(120)의 전도대로 이동하는 터널링 효과를 발생시키는 효과를 발휘할 수 있다.That is, as light corresponding to the difference between the valence band energy level of the p-
상기 이중대역 적외선 광검출장치(1)는 상기 전류측정부를 통하여 상기 광검출소자(100)를 통과한 전류를 측정할 수 있다. 바람직하게는, 상기 전류측정부는 상기 광검출소자(100)를 통과한 전류를 측정할 수 있다.The dual-band infrared photodetection device 1 can measure the current passing through the
본 발명의 일 실시예에서, 상기 p형흡수층(110) 및 상기 n형흡수층(120)의 상기 터널정션에 8 마이크로미터 이상의 대상파장의 광자가 흡수되는 경우에, 상기 전류측정부는 터널링 효과에 의하여 발생된 전류를 검출할 수 있다. 이때, 상기 전류측정부는 검출된 상기 전류를 통해 상기 8 마이크로미터 이상의 대상파장의 흡수를 검출할 수 있다. 바람직하게는, 상기 p형흡수층(110) 및 상기 n형흡수층(120)의 터널정션에서는 8 마이크로미터 이상의 대상파장의 광자를 흡수한 전자가 활성화되어 터널링 효과가 발생되고, 상기 전류측정부는 상기 터널링 효과에 의하여 발생된 전류를 검출함으로써, 상기 8 마이크로 이상의 대상파장의 흡수를 검출할 수 있다.In one embodiment of the present invention, when photons of a target wavelength of 8 micrometers or more are absorbed in the tunnel junction of the p-
이때, 상기 전압인가부는, 상기 p형흡수층(110)의 가전자대의 에너지준위와 상기 n형흡수층(120)의 전도대의 에너지준위의 차이가 상기 8 마이크로미터 이상의 대상파장의 광자를 흡수한 전자가 활성화되어 터널링 효과가 발생할 수 있도록, 상기 광검출소자(100)에 대해 리버스바이어스를 인가하는 것이 바람직하다. At this time, the voltage application unit determines that the difference between the energy level of the valence band of the p-
즉, 이와 같은 구조에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 이중대역 적외선 광검출장치(1)는 상기 p형흡수층(110)과 상기 n형흡수층(120)에 의해 형성된 터널정션에 의하여 발생된 터널링 효과에 의하여, 중적외선의 파장범위 뿐만 아니라 원적외선의 파장범위를 갖는 이중대역의 적외선을 검출할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.That is, with this structure, the dual-band infrared photodetector 1 according to an embodiment of the present invention generates a tunnel junction formed by the p-
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광검출소자(100)를 개략적으로 도시한다.Figure 2 schematically shows a
전술한 바와 같이, 상기 이중대역 적외선 광검출장치(1)는 상기 광검출소자(100)의 상기 p형흡수층(110)과 상기 n형흡수층(120) 각각의 밴드갭에 상응하는 파장범위를 갖는 빛의 광자를 흡수하여, 3 내지 5 마이크로미터의 파장범위의 중적외선의 흡수를 검출할 수 있다.As described above, the dual-band infrared photodetector 1 emits light having a wavelength range corresponding to the band gap of each of the p-
즉, 상기 p형흡수층(110) 및 상기 n형흡수층(120) 각각은 상기 이중대역 적외선 광검출장치(1)가 중적외선을 흡수하여 검출할 수 있도록 하는 밴드갭을 가질 수 있다. 또는, 상기 p형흡수층(110) 및 상기 n형흡수층(120) 각각은 상기 이중대역 적외선 광검출장치(1)가 3 내지 5 마이크로미터의 파장범위에 상응하는 빛의 광자를 흡수하여 검출할 수 있도록 하는 밴드갭을 가질 수 있다. That is, each of the p-
바람직하게는, 상기 n형흡수층(120)은 3 내지 5 마이크미터의 광을 검출할 수 있는 밴드갭을 갖을 수 있고, 상기 p형흡수층(110)은 3 내지 5 마이크미터의 광을 검출할 수 있는 밴드갭을 갖을 수 있다.Preferably, the n-
이와 같은 구조에 의하여, 상기 광검출소자(100)의 상기 p형흡수층(110)과 상기 n형흡수층(120)으로 각 흡수층의 밴드갭에 상응하는 파장범위를 갖는 빛이 조사되어 3 내지 5 마이크로미터의 파장범위의 중적외선의 흡수를 검출할 수 있다.Due to this structure, light having a wavelength range corresponding to the band gap of each absorption layer is irradiated to the p-
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 n형흡수층(120)은 InAs, GaSb, AlSb, InSb, InAsSb, InAlSb, InGaSb, 및 이들의 혼합체 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 이때, 상기 n형흡수층(120)에 포함되는 InAs, GaSb, AlSb, InSb, InAsSb, InAlSb, InGaSb, 및 이들의 혼합체 중 어느 하나는 상기 이중대역 적외선 광검출장치(1)가 중적외선 또는 3 내지 5 마이크로미터의 파장범위에 상응하는 빛의 광자를 흡수할 수 있도록 하는 밴드갭을 가질 수 있다. Preferably, the n-
또한, 바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 p형흡수층(110)은 InAs, GaSb, AlSb, InSb, InAsSb, InAlSb, InGaSb, 및 이들의 혼합체 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 이때, 상기 p형흡수층(110)에 포함되는 InAs, GaSb, AlSb, InSb, InAsSb, InAlSb, InGaSb, 및 이들의 혼합체 중 어느 하나는 상기 이중대역 적외선 광검출장치(1)가 중적외선 또는 3 내지 5 마이크로미터의 파장범위에 상응하는 빛의 광자를 흡수할 수 있도록 하는 밴드갭을 가질 수 있다.Also, preferably, the p-
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 이중대역 적외선 광검출장치(1)는 특정 파장범위에 상응하는 빛을 검출할 수 있도록 하는 밴드갭을 가지는 물질로 두 개의 흡수층을 형성함으로써, 중적외선을 검출할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다. 이때, 상기 특정 파장범위는 3 내지 5 마이크로미터의 파장범위인 것이 바람직하다.As such, the dual-band infrared photodetector 1 according to an embodiment of the present invention forms two absorption layers with a material having a band gap that allows detection of light corresponding to a specific wavelength range, thereby forming mid-infrared rays. It can be effective in detecting . At this time, the specific wavelength range is preferably in the range of 3 to 5 micrometers.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 이중대역 적외선 광검출장치(1)는 상기 전압인가부를 통해 상기 p형흡수층(110)에는 (-)전압을 인가하고 상기 n형흡수층(120)에는 (+)전압을 인가하여, 상기 광검출소자(100)에 리버스바이어스의 전압을 인가할 수 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 2, the dual-band infrared photodetector 1 applies a (-) voltage to the p-
예를들어, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 n형흡수층(120)은 InAs를 포함하고, 상기 p형흡수층(110)은 InAs를 포함할 수 있다. 이때, 상기 p형흡수층(110)의 가전자대 에너지준위와 상기 n형흡수층(120)의 전도대 에너지준위의 차이는 0.155 내지 0.0775 eV일 수 있다. 이때, 상기 광검출소자(100)의 터널정션에 리버스바이어스의 전압이 인가되는 경우에 터널링 효과가 발생되어 상기 8 마이크로미터 이상의 대상파장을 흡수하여 검출할 수 있다. 이 경우, 상기 전압인가부는, 상기 p형흡수층(110)의 가전자대 에너지준위와 상기 n형흡수층(120)의 전도대 에너지준위의 차이가 0.155 내지 0.0775 eV가 되도록, 상기 광검출소자(100)에 대해 리버스바이어스를 인가할 수 있다.For example, in one embodiment of the present invention, the n-
즉, 상기 이중대역 적외선 광검출장치(1)는 상기 p형흡수층(110)과 상기 n형흡수층(120)에 의해 형성된 터널정션에 의하여 발생된 터널링 효과에 의하여, 중적외선의 파장범위 뿐만 아니라 원적외선의 파장범위를 갖는 이중대역의 적외선을 검출할 수 있다.That is, the dual-band infrared photodetector 1 is capable of detecting not only the wavelength range of mid-infrared rays but also far-infrared rays by the tunneling effect generated by the tunnel junction formed by the p-
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광검출소자(100)를 개략적으로 도시한다.Figure 3 schematically shows a
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 광검출소자(100)는 복수의 농도 또는 물질을 포함하는 복수의 상기 p형흡수층(110), 및 복수의 농도 또는 물질을 포함하는 복수의 상기 p형흡수층(100) 각각에 헤테로접합이 되는 복수의 상기 n형흡수층(120)을 포함할 수 있다.The
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 광검출소자(100)는, 1 이상의 p형흡수층(110), 및 상기 1 이상의 p형흡수층(110)에 각각 헤테로접합이 되는 1 이상의 n형흡수층(120)을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 광검출소자(100)는 전술한 도 2에 도시된 하나의 p형흡수층(110) 및 하나의 n형흡수층(120)을 포함하는 광검출소자(100) 대비 비교적 넓은 파장대역의 빛을 흡수할 수 있다. As shown in FIG. 3, the
또한, 도 3에는 도시되어 있지 않으나, 본 발명의 실시예에 따라 상기 광검출소자(100)는 3족 및 5족 화합물이 서로 교대로 적층된 T2SL(Type II SuperLattice)흡수층을 포함할 수도 있다. 상기 T2SL흡수층은 3족 및 5족 화합물이 서로 교대로 적층됨에 따라 화합물의 가전자대 에너지준위와 전도대 에너지준위 사이에 미니밴드가 형성되어, 비교적 낮은 에너지를 갖는 파장범위를 갖는 빛을 흡수할 수 있다. In addition, although not shown in FIG. 3, according to an embodiment of the present invention, the
이와 같은 구조에 의하여, 상기 이중대역 적외선 광검출장치(1)가 상기 T2SL흡수층을 포함하는 상기 광검출소자(100)를 포함하는 경우, 전술한 도 2에 도시된 하나의 p형흡수층(110) 및 하나의 n형흡수층(120)을 포함하는 광검출소자(100) 대비 비교적 넓은 파장대역의 빛을 흡수할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시환경에 따라, 상기 광검출소자(100)의 상기 p형흡수층(110) 및 상기 n형흡수층(120)이 이루는 헤테로접합의 수, 흡수층의 구조, 및 도핑구조를 가변하여 설계할 수 있다.By this structure, when the dual-band infrared photodetector 1 includes the
본 발명의 일 실시예에 따르면, 특정 파장범위에 상응하는 빛을 검출할 수 있도록 하는 밴드갭을 가지는 물질로 두 개의 흡수층을 형성함으로써, 중적외선을 검출할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the effect of detecting mid-infrared rays can be achieved by forming two absorption layers with a material having a band gap that allows detection of light corresponding to a specific wavelength range.
본 발명의 일 실시예에 따르면, n형흡수층이 p형흡수층에 헤테로접합된 상태에서 리버스바이어스가 인가됨에 따라, p형흡수층과 n형흡수층 사이에 터널정션이 형성되는 효과를 발휘할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, when a reverse bias is applied while the n-type absorption layer is heterojunction to the p-type absorption layer, a tunnel junction can be formed between the p-type absorption layer and the n-type absorption layer.
본 발명의 일 실시예에 따르면, p형흡수층의 가전자대 에너지준위와 n형흡수층의 전도대 에너지준위의 차이에 상응하는 빛이 터널정션에 조사됨에 따라 p형흡수층의 가전자대에 존재하는 전자가 n형흡수층의 전도대로 이동하는 터널링 효과를 발생시키는 효과를 발휘할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, as light corresponding to the difference between the valence band energy level of the p-type absorption layer and the conduction band energy level of the n-type absorption layer is irradiated to the tunnel junction, the electrons present in the valence band of the p-type absorption layer are n. It can exert the effect of generating a tunneling effect that moves to the conduction band of the type absorption layer.
본 발명의 일 실시예에 따르면, p형흡수층과 n형흡수층에 의해 형성된 터널정션에 의하여 발생된 터널링 효과에 의하여, 중적외선의 파장범위 뿐만 아니라 원적외선의 파장범위를 갖는 이중대역의 적외선을 검출할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, by the tunneling effect generated by the tunnel junction formed by the p-type absorption layer and the n-type absorption layer, dual-band infrared rays having a wavelength range of far infrared rays as well as mid-infrared rays can be detected. It can be effective.
이상과 같이 실시 예들이 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Although the embodiments have been described with limited examples and drawings as described above, various modifications and variations can be made from the above description by those skilled in the art. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components are used. Alternatively, appropriate results may be achieved even if substituted or substituted by an equivalent. Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims also fall within the scope of the claims described below.
1: 이중대역 적외선 광검출장치
100: 광검출소자
110: p형흡수층 120: n형흡수층1: Dual-band infrared photodetection device
100: Photodetection element
110: p-type absorption layer 120: n-type absorption layer
Claims (9)
p형흡수층, 및 상기 p형흡수층에 헤테로접합이 되는 n형흡수층을 포함하는 광검출소자;
상기 광검출소자에 리버스바이어스의 전압을 인가하는 전압인가부; 및
상기 광검출소자를 통과한 전류를 측정하는 전류측정부;를 포함하고,
상기 전압인가부에 의하여, 상기 p형흡수층의 가전자대 에너지준위와 상기 n형흡수층의 전도대의 에너지준위의 차이가 감소되고,
상기 p형흡수층 및 상기 n형흡수층의 터널정션에서는 8 마이크로미터 이상의 대상파장의 광자를 흡수한 전자가 활성화되어 터널링 효과가 발생되고, 상기 전류측정부는 상기 터널링 효과에 의하여 발생된 전류를 검출함으로써, 상기 8 마이크로미터 이상의 대상파장의 흡수를 검출하고,
상기 p형흡수층과 상기 n형흡수층 각각의 밴드갭에 상응하는 파장범위를 갖는 빛의 광자를 흡수하여, 3 내지 5 마이크로미터의 파장범위의 중적외선의 흡수를 검출하고,
상기 n형흡수층은 InAs를 포함하고,
상기 p형흡수층은 InAs를 포함하고,
상기 전압인가부는,
상기 p형흡수층의 가전자대 에너지준위와 상기 n형흡수층의 전도대 에너지준위의 차이가 0.155 내지 0.0775 eV가 되도록, 상기 광검출소자에 대해 리버스바이어스를 인가하고,
상기 광검출소자는,
상기 p형흡수층보다 비교적 높은 농도를 갖는 p++층; 및
상기 n형흡수층보다 비교적 높은 농도를 갖는 n++층;을 포함하는, 이중대역 적외선 광검출장치.
As a dual-band infrared photodetection device,
A photodetector comprising a p-type absorption layer and an n-type absorption layer heterojunction to the p-type absorption layer;
a voltage application unit that applies a reverse bias voltage to the photodetector; and
It includes a current measuring unit that measures the current passing through the photodetector,
By the voltage application unit, the difference between the energy level of the valence band of the p-type absorption layer and the energy level of the conduction band of the n-type absorption layer is reduced,
At the tunnel junction of the p-type absorption layer and the n-type absorption layer, electrons that absorb photons of a target wavelength of 8 micrometers or more are activated to generate a tunneling effect, and the current measurement unit detects the current generated by the tunneling effect, Detecting absorption of the target wavelength of 8 micrometers or more,
Absorbing photons of light having a wavelength range corresponding to the band gap of each of the p-type absorption layer and the n-type absorption layer, detecting absorption of mid-infrared rays in the wavelength range of 3 to 5 micrometers,
The n-type absorption layer includes InAs,
The p-type absorption layer includes InAs,
The voltage application part,
Applying a reverse bias to the photodetector so that the difference between the valence band energy level of the p-type absorption layer and the conduction band energy level of the n-type absorption layer is 0.155 to 0.0775 eV,
The photodetection device is,
a p++ layer having a relatively higher concentration than the p-type absorption layer; and
A dual-band infrared photodetector comprising: an n++ layer having a relatively higher concentration than the n-type absorption layer.
상기 전압인가부는,
상기 p형흡수층의 가전자대의 에너지준위와 상기 n형흡수층의 전도대의 에너지준위의 차이가 상기 8 마이크로미터 이상의 대상파장의 광자를 흡수한 전자가 활성화되어 터널링 효과가 발생할 수 있도록, 상기 광검출소자에 대해 리버스바이어스를 인가하는, 이중대역 적외선 광검출장치.
In claim 1,
The voltage application part,
The difference between the energy level of the valence band of the p-type absorption layer and the energy level of the conduction band of the n-type absorption layer is such that electrons that absorb photons of the target wavelength of 8 micrometers or more are activated to generate a tunneling effect in the photodetector. A dual-band infrared photodetector that applies reverse bias to
상기 n형흡수층은 InAs, GaSb, AlSb, InSb, InAsSb, InAlSb, InGaSb, 및 이들의 혼합체 중 어느 하나를 포함하는, 이중대역 적외선 광검출장치.
In claim 1,
The n-type absorption layer includes any one of InAs, GaSb, AlSb, InSb, InAsSb, InAlSb, InGaSb, and mixtures thereof.
상기 p형흡수층은 InAs, GaSb, AlSb, InSb, InAsSb, InAlSb, InGaSb, 및 이들의 혼합체 중 어느 하나를 포함하는, 이중대역 적외선 광검출장치.
In claim 1,
The p-type absorption layer includes any one of InAs, GaSb, AlSb, InSb, InAsSb, InAlSb, InGaSb, and mixtures thereof.
상기 n형흡수층은 3 내지 5 마이크미터의 광을 검출할 수 있는 밴드갭을 갖는, 이중대역 적외선 광검출장치.
In claim 1,
The n-type absorption layer has a band gap capable of detecting light of 3 to 5 micrometers.
상기 p형흡수층은 3 내지 5 마이크미터의 광을 검출할 수 있는 밴드갭을 갖는, 이중대역 적외선 광검출장치.
In claim 1,
The p-type absorption layer has a band gap capable of detecting light of 3 to 5 micrometers.
상기 광검출소자는 복수의 농도 또는 물질을 포함하는 복수의 상기 p형흡수층, 및 복수의 농도 또는 물질을 포함하는 복수의 상기 p형흡수층 각각에 헤테로접합이 되는 복수의 상기 n형흡수층을 포함하는, 이중대역 적외선 광검출장치.In claim 1,
The photodetector includes a plurality of p-type absorption layers containing a plurality of concentrations or materials, and a plurality of n-type absorption layers that are heterojunction to each of the plurality of p-type absorption layers including a plurality of concentrations or materials. Dual-band infrared photodetection device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210181860A KR102653842B1 (en) | 2021-12-17 | 2021-12-17 | Dual-Band Infrared Photodetector comprising Tunneling Junction |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210181860A KR102653842B1 (en) | 2021-12-17 | 2021-12-17 | Dual-Band Infrared Photodetector comprising Tunneling Junction |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230092459A KR20230092459A (en) | 2023-06-26 |
| KR102653842B1 true KR102653842B1 (en) | 2024-04-02 |
Family
ID=86947861
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210181860A Active KR102653842B1 (en) | 2021-12-17 | 2021-12-17 | Dual-Band Infrared Photodetector comprising Tunneling Junction |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102653842B1 (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20160260861A1 (en) * | 2015-03-06 | 2016-09-08 | Stmicroelectronics S.R.L. | Multiband double junction photodiode and related manufacturing process |
-
2021
- 2021-12-17 KR KR1020210181860A patent/KR102653842B1/en active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20160260861A1 (en) * | 2015-03-06 | 2016-09-08 | Stmicroelectronics S.R.L. | Multiband double junction photodiode and related manufacturing process |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20230092459A (en) | 2023-06-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7271405B2 (en) | Intersubband detector with avalanche multiplier region | |
| US5384469A (en) | Voltage-tunable, multicolor infrared detectors | |
| US7737411B2 (en) | nBn and pBp infrared detectors with graded barrier layer, graded absorption layer, or chirped strained layer super lattice absorption layer | |
| US20130146998A1 (en) | Single-band and dual-band infrared detectors | |
| US5013918A (en) | Multicolor infrared photodetector | |
| US20100159631A1 (en) | Reduced dark current photodetector | |
| US9755091B2 (en) | Dual-band infrared detector and method of detecting multiple bands of infrared radiation | |
| US8957376B1 (en) | Optopairs with temperature compensable electroluminescence for use in optical gas absorption analyzers | |
| US9748430B2 (en) | Staircase avalanche photodiode with a staircase multiplication region composed of an AIInAsSb alloy | |
| Bandara et al. | Doping dependence of minority carrier lifetime in long-wave Sb-based type II superlattice infrared detector materials | |
| US9941431B2 (en) | Photodiode having a superlattice structure | |
| KR102653842B1 (en) | Dual-Band Infrared Photodetector comprising Tunneling Junction | |
| EP2005480B1 (en) | Reduced dark current photodetector | |
| Wicks et al. | Infrared detector epitaxial designs for suppression of surface leakage current | |
| Wang et al. | Photoelectric Characteristics of Double Barrier Quantum Dots‐Quantum Well Photodetector | |
| US11264526B1 (en) | Infrared photodetector with optical amplification and low dark current | |
| US10396222B2 (en) | Infrared light-receiving device | |
| Mahmoud et al. | Performance improvement of quantum dot infrared photodetectors through modeling | |
| US9627422B2 (en) | Photodetector | |
| JP2018107278A (en) | Optical switch and optical switch device | |
| US20220123161A1 (en) | Cascaded type ii superlattice infrared detector operating at 300 k | |
| KR102758450B1 (en) | Optical sensor having high efficiency of light detection | |
| Nasr | Detectivity performance of quantum wire infrared photodetectors | |
| Roubichou et al. | Optimization of InGaAs/GaAsSb on InP Type-II Superlattice Photodiode for Extended-SWIR: A Comprehensive Study From Simulation to Photodiode Characterization | |
| El_Tokhy et al. | Characteristics analysis of quantum wire infrared photodetectors under both dark and illumination conditions |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20211217 |
|
| PA0201 | Request for examination | ||
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20230830 Patent event code: PE09021S01D |
|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20240222 |
|
| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20240328 Patent event code: PR07011E01D |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20240328 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration |