KR100262409B1 - 광전자 집적 회로의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 산화막 패턴을 이용하여 HBT의 컬렉터층 및 PD의 코아층으로 사용되는 i InGaAs층과 클래드층 및 베이스층으로 사용되는 p+InGaAs층의 성장속도를 PD영역에서 더 빠르게 함으로서 PD의 양자 효율과 HBT의 속도를 향상시키는 광전자 집적회로의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 광전자 집적회로의 제조방법은 광통신 시스템에서 송신된 광신호를 수신하여 전기신호로 변환·검출하기 위한 포토 다이오드 및 이종접합 바이폴라 트랜지스터로 이루어진 광전자 집적회로의 제조 방법으로서, InP층으로 이루어진 화합물 반도체 기판 상에 소정 두께의 n+InP층 및 n+InGaAsP을 순차적으로 성장시키는 단계; 상기 n+InGaAsP층 상에 산화막 패턴을 형성하되, 상기 포토 다이오드 및 이종접합 바이폴라 트랜지스터가 형성될 영역의 상기 n+InGaAsP층 부분이 노출되도록 형성하는 단계; 상기 노출된 n+InGaAsP층 상에 i InGaAs층을 성장시키는 단계; 상기 i InGaAs층 상에 p+InGaAs층을 성장시키는 단계; 상기 산화막 패턴을 제거하는 단계; 상기 전체 상부에 n InP층 및 n+InGaAs층을 순차적으로 성장시키는 단계; 및 상기 각각의 층들이 성장된 웨이퍼를 사용하여 화합물 반도체 기판 상에 웨이브가이드 형태의 포토 다이오드와 이종접합 바이폴라 트랜지스터를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 광전자 집적회로의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 선택적 성장기법(Selective Area Growth)을 이용하여 포토 다이오드 및 이종접합 바이폴라 트랜지스터를 형성하기 위하여 성장시키는 특정 층들의 성장 속도를 변화시킨 광전자 집적회로의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 광통신 시스템에 있어서 송신된 광신호를 수신하여 전기신호로 변환 검출하는 광전자 집적회로 수신기(OptoElectronic IC Reciever)는 pin 포토 다이오드(Photo Diode: 이하, PD), 엠. 에스. 엠(MSM) PD 및 에벌런치(Avalanche) PD등의 광검출기와, 포토 다이오드에서 출력된 전기적 신호를 증폭시키는 이종접합 바이폴라 트랜지스터(Heterojunction Bipolar Transistor:이하, HBT), 에치.이.엠.티(HEMT) 및 에프. 이. 티(FET)등의 전자소자를 필요로 한다. 특히, 초고속 광통신용 모노리딕(Monolithic) 광전자 집적회로를 위해 pin PD/HBT, pin PD/HEMT, MSM PD/HEMT 등이 활발히 개발되고 있다.
한편, 상기 광전자 집적회로 수신기들 중에서 최근 가장 각광 받고 있는 것이 pin PD/HBT 광전자 집적회로 수신기로서, 이를 제조하기 위해서는 모노리딕으로 집적할 경우에 광소자인 PD와 전자 소자인 HBT의 특성을 각각 최적화하는 것이 요구된다.
도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 pin PD/HBT로 이루어진 모노리딕 광전자 집적회로의 제조 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 이를 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참조하면, InP층으로 이루어진 화합물 반도체 기판(1) 상에 서브컬렉터층인 n+InGaAsP층(2), 컬렉터층인 n InGaAs층(3), 베이스층인 p+InGaAs층(4), 에미터층인 n InP층(5) 및 에미터 접촉층인 n+InGaAs층(6)이 순차적으로 성장시킨 상태에서, 식각 공정을 통해 PD 및 HBT 영역을 나누어 각각의 영역에 PD 및 HBT 소자를 각각의 공지된 공정을 통해 제조한다.
여기서, n InGaAs 컬렉터층(3)은 PD의 흡수층이 됨과 동시에 HBT의 컬렉터 층으로 사용되는데, 이 층의 두께를 두껍게 하는 경우에는 HBT의 속도가 저하되고, 반대로 얇게 하는 경우에는 PD 소자의 양자효율(Quantum Efficiency)이 저하된다. 따라서, 이들 소자의 각각의 특성을 만족시키기 위하여 통상 컬렉터층을 0.5 내지 0.6㎛ 정도의 두께를 갖도록 성장시킨다.
도 2를 참조하면 HBT 소자(30a)를 형성하기 위하여 화합물 반도체 기판(11) 상에 서브컬렉터층인 n+InGaAsP층(12), 컬렉터층인 n InGaAs층(13), 베이스층인 p+InGaAs층(14), 에미터층인 n InP층(15) 및 에미터 접촉층인 n+InGaAs층(16)이 순차적으로 성장시킨 상태에서, HBT 소자(30a)의 n+InGaAs층(16) 상에 PD소자(30b)를 형성하기 위하여 클래드층인 n+InP층(17), n+InGaAsP층(18), 코아층인 i InGaAs층(19), 클래드층인 p+InGaAsP층(20), p+InP층(21) 및 접촉층인 p+InGaAs층(22)을 순차적으로 성장시키고, 공지된 PD 및 HBT 제조 공정을 실시하여 pin PD 및 HBT 소자를 각각 제작한다.
그러나, 상기와 같은 종래 기술은 화합물 반도체 기판 상의 동일면에 PD 및 HBT소자를 제조하는 경우에는 컬렉터층의 두께가 0.5 내지 0.6㎛정도로 균일하게 성장되기 때문에 PD 소자의 양자 효율과 HBT 소자의 속도를 향상시키는 데, 그 한계가 있는 문제점이 있으며, 화합물 반도체 기판 상에 적층형의 HBT 및 PD 소자를 형성하는 경우에는 제조 공정이 복잡한 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 화합물 반도체 기판 상에 성장되는 소정 층들을 산화막 패턴을 이용하여 선택된 소정 영역에서의 성장 속도가 빠르게 또는 느리게 되도록 함으로써, HBT 및 PD의 특성을 최적화시킬 수 있는 광전자 집적회로의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 웨이브가이드 형태로 PD를 제조함으로써, 패키지의 용이성을 기함은 물론 선택적 성장기법으로 웨이브가이드의 폭을 정의함으로써, 웨이브가이드의 식각 공정을 삭제하여 웨이브가이드 제조시 가장 어려운 식각 문제를 해결함으로써, 소자 및 공정의 신뢰성을 확보할 수 있는 광전자 집적회로 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
제1도 및 제2도는 종래 기술에 따른 광전자 집적회로를 설명하기 위한 도면.
제3a 내지 g도는 본 발명의 실시예에 따른 광전자 집적회로의 제조 방법을 설명하기 위한 일련의 공정 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
31 : 화합물 반도체 기판 32 : n+InP층
33 : n+InGaAsP층 34 : 산화막 패턴
35 : i InGaAs층(35) 36 : p+InGaAs층
37 : n InP층 38 : n+InGaAs층
39 : 에미터 전극 40 : p형 전극
41 : 베이스 전극 42 : n형 전극
43 : 컬렉터 전극 44 : 패드 전극
45 : SiN막 46 : 에어 브릿지
상기와 같은 목적은, 광통신 시스템에서 송신된 광신호를 수신하여 전기신호로 변환·검출하기 위한 PD 및 HBT로 이루어진 광전자 집적회로의 제조 방법으로서, InP층으로 이루어진 화합물 반도체 기판 상에 소정 두께의 n+InP층 및 n+InGaAsP을 순차적으로 성장시키는 단계; 상기 n+InGaAsP층 상에 산화막 패턴을 형성하되, 상기 포토 다이오드 및 이종접합 바이폴라 트랜지스터가 형성될 영역의 상기 n+InGaAsP층 부분이 노출되도록 형성하는 단계; 상기 노출된 n+InGaAsP층상에 n+InGaAsP층을 성장시키는 단계; 상기 i InGaAs층 상에 p+InGaAs층을 성장시키는 단계; 상기 산화막 패턴을 제거하는 단게; 전체 상부에 n InP층 및 n+InGaAs층을 순차적으로 성장시키는 단계; 및 상기 각각의 층들이 성장된 웨이퍼를 사용하여 화합물 반도체 기판 상에 웨이브가이드 형태의 PD와 HBT를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 광전자 집접회로의 제조 방법에 의하여 달성된다.
본 발명에 따르면, 산화막 패턴을 이용하여 i InGaAs층 및 p+InGaAs층의 두깨가 PD 영역이 HBT영보다 더 두껍게 성장되도록 함으로써, PD의 양자 효율과 HBT의 속도를 향상시킬 수 있다.
[실시예]
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명에 따른 광전자 집적회로의 제조 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 도 3a를 참조하면, InP층으로 이루어진 화합물 반도체 기판(31)상에 PD의 클래드층 및 HBT의 서브컬렉터층인 n+InP층(32) 및 n+InGaAsP층(33)을 순차적으로 성장시킨다. 이때, n+InGaAsP층(33)의 파장을 1.3㎛에서 1.65㎛로 순차적으로 그레이딩(Grading)시켜 그 위에 성장될 n InGaAs층에 격자 대응(Lattice Match)되도록 함으로써, HBT의 전자이동을 돕고 PD의 광구속(Optical Confinement)을 용이하게 한다.
그런 다음, n+InGaAsP층(33) 상에 산화막을 증착시킨 상태에서 이를 패터닝하여 산화막 패턴(34)을 형성한다. 여기서, 산화막 패턴(34)에 의해 노출되는 PD 영역에서의 n+InGaAsP층(33)의 폭은 웨이브가이드 형태의 PD가 성장될 수 있도록 그 폭은 2 내지 10㎛ 정도가 되도록 하며, 산화막 패턴(34)은 이후의 성장 공정에서 웨이브가이드 PD가 성장될 영역에서의 소정 층들의 성장 속도가 그 외의 영역에서의 성장 속도 보다 2 내지 3배 빠르게 되도록 그 면적을 정의한다.
도 3b를 참조하면, 노출된 n+InGaAsP층(33) 상에 HBT소자의 컬렉터층 및 베이스층 역할을 하는 n-InGaAs 또는 i InGaAs층(35)과 p+InGaAs층 또는 그레이드된 p+InGaAsP층(36)을 순차적으로 성장시킨다. 이때, 산화막 패턴(34)에 의하여 기판(31)의 좌측 영역인 웨이브가이드 PD 영역에서의 상기 층들의 성장 속도가 우측 영역인 HBT 영역에서의 성장 속도 보다 빠르기 때문에 성장된 층들의 두께는 PD 영역이 훨씬 두껍게 된다.
도 3c를 참조하면, 산화막 패턴(34)을 제거한 후, 전체 상부에 n InP층(37) 및 n+InGaAs층(38)을 각각 성장시킨다.
도 3d를 참조하면, HBT 영역 상부에 리프트 오프(Lift Off)공정으로 에미터 전극(39)을 형성한 후, p+InGaAs층 또는 그레이드된 p+InGaAsP층(36)이 노출되도록 에미터 전극(39)을 식각 마스크로 하여 그 하부의 N+InGaAs층(38) 및 n InP층(37)을 식각한다. 여기서, n+InGaAs층(38)은 H2SO4:H2O2:H2O의 혼합 비율이 1:8:160인 황산계열의 용액을 사용하여 선택적으로 식각하며, n InP층(37)은 HCI+H3PO4의 인산계열 용액을 사용하여 선택적으로 식각한다.
도 3e를 참조하면, 리프트 오프 공정을 통해 노출된 p+InGaAs층 또는 그레이드된 p+InGaAsP(36)상에 p형 금속으로 이루어진 PD의 p형 전극(40)과 HBT의 베이스 전극들(41)을 각각 형성한다.
도 3f를 참조하면, 감광막 패턴(도시안됨)으로 PD 및 HBT의 에미터 및 베이스 영역을 가린 상태에서, HBT의 베이스층 및 컬렉터층을 선택적 식각 용액으로 식각한 후, 감광막 패턴을 제거한다. 그런 다음, 노출된 n InGaAsP층(33)상에 리프트 오프 공정으로 PD의 n형 전극(42)과 HBT의 컬렉터 전극들(43)을 형성한다.
도 3g를 참조하면, 식각 공정을 통해 n+InGaAsP층(33) 및 n+InP층(32)을 식각하여 HBT 및 PD소자를 분리시킨 후, 리프트 오프 공정으로 화합물 반도체 기판(31) 상에 패드 전극들(44)을 형성한 상태에서, 각 소자들의 표면에 보호막으로서 SiN막(45)을 형성한다. 그런 다음, HBT 소자의 콘택창을 형성하고, 에어 브릿지(46)로 각 소자와 패드 전극들(44)을 전기적으로 연결한다.
이상에서와 같이, 본 발명의 광전자 집적 회로의 제조 방법은 HBT 소자의 베이스 및 컬렉터층의 두께는 얇게 성장시키고, PD 소자의 흡수층의 두께는 두껍게 성장시킴으로써, HBT 소자의 속도 및 PD 소자의 양자 결합을 향상시킬 수 있으며, 또한, 식각 공정이 아닌 성장 공정을 통해 웨이브가이드 형태의 PD를 제조하기 때문에 공정의 단순화 및 소자의 신뢰성을 확보할 수 있다.
한편, 여기에서는 본 발명의 특정 실시예에 대하여 설명하고 도시하였지만, 당업자에 의하여 이에 대한 수정과 변형을 할 수 있다. 따라서, 이하, 특허청구의 범위는 본 발명의 진정한 사상과 범위에 속하는 한 모든 수정과 변형을 포함하는 것으로 이해할 수 있다.
Claims (4)
- 광통신 시스템에서 송신된 광신호를 수신하여 전기신호로 변환·검출하기 위한 포토 다이오드 및 이종접합 바이폴라 트랜지스터로 이루어진 광전자 집적회로의 제조 방법으로서, InP층으로 이루어진 화합물 반도체 기판 상에 소정 두께의 n+InP층 및 n+InGaAsP을 순차적으로 성장시키는 단계; 상기 n+InGaAsP층 상에 산화막 패턴을 형성하되, 상기 포토 다이오드 및 이종접합 바이폴라 트랜지스터가 형성될 영역의 상기 n+InGaAsP층 부분이 노출되도록 형성하는 단계; 상기 노출된 n+InGaAsP층상에 i InGaAs층을 성장시키는 단계; 상기 i InGaAs층 상에 p+InGaAs층을 성장시키는 단계; 상기 산화막 패턴을 제거하는 단계; 상기 전체 상부에 n InP층 및 n+InGaAs층을 순차적으로 성장시키는 단계; 상기 각각의 층들이 성장된 웨이퍼를 사용하여 화합물 반도체 기판 상에 웨이브가이드 형태의 포토 다이오드와 이종접합 바이폴라 트랜지스터를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자 집접회로의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 포토 다이오드는 웨이브가이드 형태의 포토 다이오드로 형성하는 것을 특징으로 하는 광전자 집적회로의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 산화막 패턴에 의해 노출되는 포토 다이오드 영역의 폭은 2 내지 10㎛정도가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 광전자 집적회로의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 웨이브가이드 형태의 포토 다이오드의 제조시에 n InP 에미터층을 인산계열 용액을 이용한 선택적 식각을 하여 웨이브가이드 포토다이오드의 원형을 성장의 모습대로 유지하는 것을 특징으로 하는 광전자 집적회로의 제조 방법.
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