SWIR대역 이미징 시스템 응용을 위한 낮은 Crosstalk 특성을 가지는 InGaAs/InP Planar-type PIN 포토다이오드 구조의 개발

Abstract

SWIR 대역 영상 시스템의 응용을 위해, 낮은 crosstalk 특성을 가지는 평면형 InGaAs/InP PIN photodiode의 설계하고 제작하였다. 다양한 장점을 지닌 평면형 SWIR photodiode는 많은 연구 및 개발이 진행되었다. 이러한 장점 중 crosstalk 특성을 개선시키기 위해 기존에 사용되었던 구조를 제작 및 측정하였다. 이를 위해 먼저 측정 셋업을 진행하였으며 그 결과 9.56 μm의 laser beam spot을 가지는 측정 셋업을 구현하였고, 이를 통해 기존 소자의 crosstalk을 분석하였다. 이를 통해 기존 구조의 crosstalk 특성이 200 $\mum$의 pixel pitch를 가지는 소자의 경우 nearest-neighbor pixel 기준 7.81 %로 측정 되었다. 또한 기존에 제시되었던 모델링을 이용하여 광 전류를 분석한 결과 electrical crosstalk 성분이 optical crosstalk 성분보다 67.7배 높은 성분을 가지고 있는 것을 확인하였다. 이를 토대로 crosstalk 특성을 향상시킬 수 있는 구조를 제안하였다. 이를 통해 기존 구조 대비 향상된 crosstalk 효과를 확인하였다. Deep guard-ring에서의 0 V 바이어스에서 2.57 % 낮은 crosstalk 특성을 얻을 수 있었으며 이를 모델링을 통해 분석한 결과, effective diffusion length의 감소로 인해 crosstalk이 향상되었다는 사실을 알 수 있었다. 측정 결과를 종합하여 볼 때 deep guard-ring 구조가 더 작은 pixel pitch를 가지는 소자에서 효과를 보일 것으로 예상되며, SWIR imaging system 응용분야에서 가능성이 높은 구조라 볼 수 있다.