KR100190190B1 - 수광 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

수광 소자 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100190190B1
KR100190190B1 KR1019950035641A KR19950035641A KR100190190B1 KR 100190190 B1 KR100190190 B1 KR 100190190B1 KR 1019950035641 A KR1019950035641 A KR 1019950035641A KR 19950035641 A KR19950035641 A KR 19950035641A KR 100190190 B1 KR100190190 B1 KR 100190190B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light receiving
inp
layer
inp layer
receiving device
Prior art date
Application number
KR1019950035641A
Other languages
English (en)
Other versions
KR970024244A (ko
Inventor
이종철
신근호
조유리
Original Assignee
김영환
현대전자산업주식회사
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 김영환, 현대전자산업주식회사 filed Critical 김영환
Priority to KR1019950035641A priority Critical patent/KR100190190B1/ko
Publication of KR970024244A publication Critical patent/KR970024244A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100190190B1 publication Critical patent/KR100190190B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/0304—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L31/03046—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including ternary or quaternary compounds, e.g. GaAlAs, InGaAs, InGaAsP
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
    • H01L21/0271—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers
    • H01L21/0273—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers characterised by the treatment of photoresist layers
    • H01L21/0274—Photolithographic processes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/105—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PIN type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

본 발명은 광통신용 수광 소자(photo detector) 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 반도체 InP 기판상부에 InGaAs 에피층과 InP층이 적층되고, 상기 InP층 상부에 두 개의 금속 패드가 수광부를 중심으로 양측에 구비되되 특성 임피던스가 50Ω이 되도록 금속 패드의 폭과 두께 및 선폭의 간격이 조절된 비대칭형 진행파 수광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

수광 소자 및 그 제조방법
제1도는 본 발명에 의해 형성되는 수광 소자의 금속 패드의 평면도.
제2도는 본 발명에 의해 형성한 수광 소자의 사시도.
제3도 내지 제6도는 본 발명에 의해 수광 소자를 제조하는 단계를 도시한 단면도.
제7도 및 제8도는 종래 기술에 의해 pin 수광 소자의 평면도와 절개 사시도를 도시한 도면.
제9도 내지 제14도는 종래 기술에 의해 pin 수광 소자를 제조하는 단계를 도시한 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 반도체 InP 기판 2 : InGaAs층
4 : 감광막 4' : 감광막패턴
5 : 금속 패드 6 : 반사방지막
11 : n-금속 패드 12 : n+ InP기판
13 : n-InP 버퍼층 14 : i-InGaAs층
15 : u-InP 16 : SiN/폴리이미드
17 : u-InGaAs 층 18 : p+ InP
19 : SiN 반사방지막 20 : 금속패드
본 발명은 광통신용 수광 소자(photo detector) 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히, 초고속용 비대칭형 진행파(travelingwave) 수광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
종래에는 수광 소자로 pin 수광 소자 또는 애벌런치(avalanche) 수광 소자를 사용하고 있다.
제7도 내지 제14도는 종래의 핀 수광 소자를 설명하기 위한 도면들이다.
제7도는 핀 수광 소자의 평면도이고, 제8도는 제7도의 Ⅱ-Ⅱ의 단면을 도시한 사시도로서, 서로 연관시켜 설명한다.
상기의 수광 소자는 n+ InP기판(12) 상부에 n-InP 버퍼층(13)과, 전하가 평형상태에 있는 i-InGaAs층(14)과, 별도의 불순물이 도핑되지 않은 u-InP(15)이 순차적으로 적층되어 있으며, n+ InP기판(12) 하부에는 n-금속패드(11)가 형성되어있다.
상기 u-InP(15)의 일정부에는 원형 구조의 p+ InP층(18)의 도핑 영역이 형성되고, p+ InP(18)의 가장자리에 도넛형상으로 p+ InGaAs층(17)이 구비되고, 상기 u-InP층(15)의 상부면에 SiN/폴리이미드(16)이 구비되고, 그상부에 원형과 정사각형 구조가 결합된 p-금속패드(20)이 구비된다.
제9도 내지 제14도는 종래의 pin 구조의 포토다이오드 제조 공정단계를 도시한 단면도이다.
제9도는 n+ InP기판(12) 상부에 n- InP 버퍼층(13)을 형성하고, 그 상부에 i-InGaAs층(14)을 LPE 방법으로 증착하고, 그 상부에 u-InP(15)과 u-InGaAs(17)을 MOCVD 방법으로 적층한 단면도이다.
제10도는 상기 u-InGaAs층(17)의 일정부분을 식각하여 패턴을 형성하고, Zn을 상기 u-InP(15)의 일정부분에 확산 시켜 p+ InP(18)을 형성한 것을 도시한 단면도이다.
제11도는 상기 u-InP층(15) 상부에 SiN/폴리이미드(16)를 형성하되, 상기 p+ -InP(18) 영역은 노출되도록 한 단면도이다.
제12도는 상기 SiN/폴리이미드(16) 상부에 p-금속패드(20)을 형성한 단면도이다.
제13도는 상기 p+ -InP(18) 영역과 p-금속패드(20)의 일정부분까지 SiN반사방지막(19)을 형성한 단면도이다.
제14도는 n+InP 기판(12)의 저부에 n-금속패드(11)을 형성한 단면도이다.
여기서, 애발런치 수광 소자의 구조와 제조방법은 상기의 pin 수광 소자와 비슷한 구조와 제조방법으로 이루어지므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
그러나 이들은 RC 시정수 값에 따라 주파수 응답이 제한되고 있다. 소자의 저항이나 캐패시턴스 값은 물리적 구조의 한계 제조공정상의 한계로 제한됨으로 광통신용 고속 수광소자 개발에 많은 어려움을 겪고 있다.
따라서, 본 발명은 RC 시정수에 상관 없이 특성 임피던스가 50Ω인 전송 라인에서는 손실없이 신호전달이 가능하다는 전송라인의 원리를 이용하고, 외부회로와의 필드전송을 용이하게 하는 비대칭형 구조를 갖는 CPS(coplanar stripline)의 금속패드를 구비하는 수광 소자 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 수광 소자에 있어서. InP반도체기판 상부에 InGaAs에피층과 InP층이 적층되고, 상기 InP층 상부에 두 개의 금속패드가 구비되되 특성 임피던스가 50Ω이 되도록 금속 패드의 폭과 두께 및 선폭의 간격을 조절하되, 금속패드가 비대칭으로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 수광 소자 제조방법에 있어서. 반도체 InP 기판상부에 InGaAs에피층과 InP층을 적층하는 단계와, 상기 InP층의 상부에 감광막을 도포하는 단계와, 금속 패드가 형성될 부분의 감광막을 제거하여 비대칭형 진행과 수광소자에 필요한 감광막패턴을 형성하는 단계와, 상기 감광막패턴 마스크로 사용하여 노출된 InP층의 상부에 콘택되는 비대칭형 금속패드를 형성하되 50Ω의 특성 임피던스가 되도록 형성하는 단계와, 상기 감광막패턴을 제거하고 감광막 패턴이 제거된 지역의 InP층에 반사방지막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
제1도는 금속패드(20)간의 특성 임피던스가 50Ω이 되도록 금속 패드(20) 간의 간격(s)과 금속 패드(20)의 선폭 그리고 금속 두께를 적절하게 설정하되, 상기 금속 선폭(20)이 수광부(9)를 중심으로 양측에 비대칭 구조로 형성되도록 한 평면도이다. 이러한 구조를 진행파 타입(traveling wave type)이라고 한다.
참고로 상기 특성 임피던스를 구하는 식은
Z=[60π/√(εrc)]*[K(ka)/K'(ka)]
여기서 상기 K(ka)=(S/S+W))2, εrc=√{(εr+1)/2}, k=a/b, a=s/2, b=s/2+w, w는 금속패드 선폭, s는 금속패드 간의 간격 εr은 기판의 유전 상수로서, 상기한 수식에 의해 금속 패드의 두께 및 선폭과 금속패드간의 간격은 특성 임피던스가 50Ω이 되도록 설정하여, 신호의 손실없이 신호가 전달되도록하고, 비대칭으로 형성하여 외부회로로의 필드 전송을 용이하게한 것이다.
제2도는 반도체 InP기판(1), InGaAs 에피층(2)과 InP층(3)을 적층하고 그 상부에 금속패드(5)를 서로 비대칭 구조로 형성한 것을 도시한 사시도이다. 상기 금속 패드(5)들의 사이가 수광부(9)로 작용된다.
제3도 내지 제6도는 본 발명의 실시예에 의해 진행파 수광소자를 제2도의 I-I를 따라 도시한 단면도이다.
제3도는 반도체 InP 기판(1) 상부에 InGaAs 에피층(2)과 InP층(3)을 적층한 단면도이다.
제4도는 상기 InP층(3)의 상부에 감광막(4)을 도포한 단면도이다.
제5도는 통상의 광 리소그라피 공정을 통하여 금속 패드가 형성될 부분의 감광막을 제거하여 비대칭형 진행파 수광소자에 필요한 감광막패턴(4')을 형성한 단면도이다.
제6도는 상기 감광막패턴(4')을 마스크로 사용하여 노출된 InP층(3)의 상부에 쇼트키 콘택되는 비대칭형 금속 패드(5)를 E-빔 증착 또는 골드 플레이팅 시켜 형성하되. 비대칭으로 형성하고, 상기 감광막패턴(4')을 제거하고 감광막 패턴(4')이 제거된 지역의 InP층(3)에 반사방지막(6)을 예를 들어 산화막으로 형성한 단면도이다.
상기한 수광소자의 동작은 상기 금속 패드의 양단자에 DC 바이어스 전압을 5-10V 인가한 상태에서 금속 패드 사이의 수광부에 반도체의 에너지 갭 보다 큰 빛이 흡수 되면 전자와 정공 쌍이 생성되며. 이 생성된 캐리어들은 전기장에 의해 양전극으로 이동하며 이것은 곧 포토 전류에 기여하게 된다. 이러한 전류는 상기 금속 패드에 의해 검출된다.
상기한 본 발명은 종래의 수광 소자(pin 또는 APD) 제조 공정에 비하여 그 공정 과정이 훨씬 단순하며, RC 시정수에 상관 없이 고속 동정이 가능한 수광소자로서 고속 광통신 수광부로 응용이 기대된다.

Claims (3)

  1. 수광소자에 있어서, 반도체 InP기판 상부에 InGaAs 에피층과 InP층이 순차적으로 정층되어 있으며, 상기 InP층 상부에 두 개의 금속 패드가 수광부를 중심으로 양측에 구비되되 특성 임피던스가 50Ω이 되도록 두 개의 금속 패드의 폭과 두께 및 선폭의 간격이 조절된 비대칭형 진행파 타입인 것을 특징으로 하는 수광 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수광 소자의 수광부에 반사방지막이 형성된 것을 특징으로 하는 수광소자.
  3. 수광 소자 제조방법에 있어서, 반도체 InP 기판 상부에 InGaAs에피층과 InP층을 순차적으로 적층하는 단계와, 상기 InP층의 상부에 금속 패드가 형성될 부분을 노출시키는 비대칭형 진행파 수광소자에 필요한 감광막패턴을 형성하는 단계와, 상기 감광막패턴을 마스크로 사용하여 노출된 InP층의 상부에 콘택되는 비대칭형 금속 패드를 형성하되 50Ω의 특성 임피던스가 되도록 형성하는 단계와, 상기 감광막 패턴을 제거하고 감광막 패턴이 제거된 지역의 InP층에 반사방지막을 형성하는 단계를 포함하는 수광 소자 제조방법.
KR1019950035641A 1995-10-16 1995-10-16 수광 소자 및 그 제조방법 KR100190190B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019950035641A KR100190190B1 (ko) 1995-10-16 1995-10-16 수광 소자 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019950035641A KR100190190B1 (ko) 1995-10-16 1995-10-16 수광 소자 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR970024244A KR970024244A (ko) 1997-05-30
KR100190190B1 true KR100190190B1 (ko) 1999-07-01

Family

ID=19430331

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019950035641A KR100190190B1 (ko) 1995-10-16 1995-10-16 수광 소자 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100190190B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2434537B1 (en) * 2004-05-18 2017-08-30 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Electrode pad on conductive semiconductor substrate

Also Published As

Publication number Publication date
KR970024244A (ko) 1997-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6586718B2 (en) Photodetector and method for fabricating the same
CN101512782B (zh) 光接收器件以及光接收器件的制造方法
JP3601761B2 (ja) 受光素子およびその製造方法
US6710378B1 (en) Semiconductor light reception device of end face light incidence type
US7692258B2 (en) Photosensitive device
KR20150035520A (ko) 결함 실리콘 흡수 영역을 갖는 애벌란시 포토다이오드
JP4291521B2 (ja) 半導体受光素子、半導体受光装置、半導体装置、光モジュール及び光伝送装置
CN107170842B (zh) 光电探测结构及其制作方法、光电探测器
CA2385086A1 (en) Light-receiving element array
US6020620A (en) Semiconductor light-receiving device with inclined multilayer structure
KR100190190B1 (ko) 수광 소자 및 그 제조방법
US11837676B2 (en) Optical semiconductor device and optical transmission apparatus
KR100464367B1 (ko) 포토다이오드 디텍터 및 그 제조방법
JP2726204B2 (ja) 半導体導波路型素子の製造法
US20030098490A1 (en) Wide bandwidth high efficiency photodiode
US5416030A (en) Method of reducing leakage current in an integrated circuit
Yamabi et al. Fabrication of mesa-type InGaAs pin PDs with InP passivation structure on 4-inch diameter InP substrate
US20240096912A1 (en) Light receiving device and method of manufacturing the same
KR100464378B1 (ko) 초고속 광 통신용 포토 다이오드 및 그 제작 방법
KR100654014B1 (ko) 대구경 수광부를 위한 전극구조를 구비한 포토 다이오드
JP3612638B2 (ja) 半導体光素子
JP4284781B2 (ja) Ｍｓｍ型フォトダイオード
JP2785265B2 (ja) 半導体受光素子
JPH03296279A (ja) 半導体受光素子
JPS59119773A (ja) 半導体受光素子

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121210

Year of fee payment: 15

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131217

Year of fee payment: 16

LAPS Lapse due to unpaid annual fee