KR100276082B1 - 단일 전원으로 동작하는 양방향 광소자의구조 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단일 전원으로 동작하는 양방향 광소자의 구조 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 그 특징은 n-InP 반도체 기판(4)과, 상기 기판(4) 위에 형성되며, 활성층(6)과, 그 활성층(6)의 양옆에 형성된 전류 차단층(8, 9, 10)과, 상기 활성층(6) 및 전류 차단층(8, 9, 10) 상부에 형성된 p-클래드층(11) 및 p-저항성 접촉층(12)으로 구성된 평면 매립형 이종 접합 반도체 레이저 구조(1)와, 상기 평면 매립형 이종 접합 반도체 레이저 구조(1) 상부의 소정 영역에 수직으로 집적되며, n-InP층(16)과, 광흡수층(14)과, p-저항성 접촉층(17)으로 구성된 광 검출기(3)로 구성되어, 상기 광소자에 전원을 인가하면, 상기 반도체 레이저 구조(1)와 상기 광검출기(3) 사이에, 상기 평면 매립형 이종 접합 반도체 레이저 구조(1)의 p-클래드층(11) 및 p-저항성 접촉층(12)과 p층을 공유하고, 상기 광 검출기(3)의 n-InP층(16)과 n층을 공유하여 상기 평면 매립형 이종 접합 반도체 레이저 구조에 순방향 바이어스(26)가 걸리고, 상기 광 검출기에 역방향 바이어스가 걸리도록 하는 pn 다이오드가 형성됨으로써, 단일 전원 전압 만으로 양방향 광 송수신 모듈 구성에 필요한 모든 회로 요소들을 구동시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
Description
본 발명은 단일 전원으로 동작하는 양방향 광소자의 구조 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히, 동일한 반도체 기판위에 수직으로 집적된 반도체 레이저와 광 검출기 사이에 pn 다이오드를 추가로 삽입하여 집적시킴으로써, 단일 전원 전압 만으로 양방향 광 송수신 모듈 구성에 필요한 모든 회로 요소들을 구동시킬 수 있도록 하는 양방향 광소자의 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.
한가닥의 광섬유를 사용하여 송신 및 수신 광신호를 동시에 전송하는 양방향 광통신에 있어서 가장 중요한 부품인 양방향 광송수신 모듈은, 한 개의 광경로를 두 개로 나누어주는 Y 자 형태의 광분기 도파로 소자와, 반도체 레이저와, 광검출기 소자로 구성되어 있는데, 이 때, 상기 광분기 도파로 소자의 공통 광도파로 부분은 광섬유와 광결합하고, 두개로 분기된 광도파로는 각각 반도체 레이저 또는 광검출기와 광결합하도록 구성된다.
따라서, 반도체 레이저에서 나온 빛은 상기 광분기 도파로 소자와 광결합된 후, 광도파로를 따라 빛이 진행하다 Y 분기점을 지나 공통 광도파로 부분을 거쳐 광섬유로 광결합되어 나가고, 광섬유를 따라 입력되는 빛은 상기 공통 광도파로와 결합된 후, 그 광도파로를 따라 진행하다 Y 분기점에서 빛이 갈라지며, 광검출기 쪽 도파로의 빛은 광검출기로 광결합되어 신호가 검출되게 된다.
이러한 기능을 달성하기 위해, 종래에는 상기 광분기 도파로 소자, 반도체 레이저 및 광검출기를 별도의 소자로 제작하여 이들을 광섬유와 더불어 하이브리드 형태로 광집적시키거나, 동일한 반도체 기판 위에 광소자들을 단일칩 집적시켜 제작하였다.(한국 특허출원 제 97-53151호, 출원인:한국 전자 통신 연구원)
그러나 이러한 종래의 기술에 따르면 먼저, 상기 광분기 도파로 소자, 반도체 레이저 및 광검출기를 별도의 소자로 제작하여 하이브리드 형태로 집적시키는 경우, 상기 세 종류의 광소자들 사이에는 각각 별도의 정밀한 광정렬 및 고정 공정이 필요하게 되어 모듈의 제작 원가 상승의 요인이 되며 소형의 모듈을 제작하기 어려운 단점이 있을 뿐 아니라, 반도체 레이저로 부터 광섬유까지 또는 광섬유로 부터 광검출기 까지의 광경로에 각각 두 번의 소자간 광결합 점과 한번의 Y 분기점이 있어서 전체적인 삽입 손실이 매우 커지게 되는데, 이러한 손실은 송신되는 빛의 광출력과 수신되는 빛의 수신감도를 모두 악화시키게 된다.
한편, 동일한 반도체 기판 위에 광소자들을 단일칩 집적시켜 제작하는 경우, 동일한 반도체 기판 위에서 각각 서로 다른 구조와 제작 공정을 갖는 세가지 종류의 광소자를 동일한 공정 과정을 거쳐 단일칩 집적시켜야 하므로 구조 및 제작 공정이 매우 복잡해질 뿐 아니라 각각의 소자들이 최대의 특성을 갖도록 구조를 최적화시키는 것도 어렵게 되어 결과적으로 전체적인 특성 악화를 피할 수 없게 되는 단점이 있다.
따라서, 이와 같은 단점을 해소하고 적은 부품 수와 간단한 광정렬 패키징 공정에 의해 양방향 광송수신 모듈을 제작하기 위해, 종래에는 반도체 레이저 위에 광 검출기 소자를 수직으로 집적시켜 상기 반도체 레이저의 활성 영역과 광검출기 소자의 광흡수 영역을 근접시킴으로써, 동일한 광섬유와의 광결합이 상기 두가지 소자에 대하여 모두 용이하게 이루어지도록 하였다.
도 1은 종래의 반도체 레이저와 광검출기가 단일칩으로 집적된 양방향 광소자에 대한 단면도로서, 도 1을 참조하면, n형 InP 기판(4) 위에 반도체 레이저(1)가 위치하고 상기 반도체 레이저(1)의 p형 InGaAs 저항성 접촉층(12) 위에 PIN 광검출기(2)가 상기 p형 InGaAs 저항성 접촉층(12)을 공통 전극으로 사용하면서 수직으로 집적되었는데, 상기 PIN 광검출기(2)는 도핑이 안된 InP층(13), 도핑이 안된 InGaAs광흡수층(14), 및 n형InP 저항성 접촉층(15)이 순차적으로 적층되었으며, 상기 p형 InGaAs층(12)과 저항성 접촉을 이루는 전극(19)이 반도체 레이저(1)와 광검출기(2)의 공통 전극으로 작용하고, n형 InP 반도체 기판(4)과 저항성 접촉을 이루는 전극(20)은 반도체 레이저(1)의 음극(cathode), n형 InP층 저항성 접촉층(15)과 저항성 접촉을 이루는 전극(21)은 광검출기(2)의 음극(cathode)으로 작용하게 된다.
한편, 통상적인 반도체 레이저 구동회로는 반도체 레이저의 양극(anode)에 구동회로 전압 중 가장 높은 전원을 연결하고 음극(cathod)은 구동회로 입력단과 연결되도록 구성되며, 전치증폭기 회로의 경우는 광검출기와 연결되는 입력단의 바이어스 전압이 전치증폭기 회로의 가장 높은 전원과 가장 낮은 전원 사이의 중간값에서 결정되고 전치증폭기와 연결되지 않는 광검출기의 다른쪽 전극에는 광검출기에 역방향 바이어스가 걸리도록 전원 전압을 인가하여 동작시킨다.
따라서, 상기의 반도체 소자를 가지고 회로를 구성하기 위해서는, 반도체 레이저의 양극(anode)에는 레이저 구동회로 전원 중 가장 높은 전압이 걸리도록 하고, 광검출기는 역방향 바이어스 상태에서 동작하도록 하면서 반도체 레이저 및 광검출기의 양극(anode)에는 공통전극(19)을 통하여 동일한 전압이 인가되도록 하기 위해서는, 공통 전극(19)은 접지시키고 반도체 레이저의 음극(cathode)(20)은 레이저 구동회로 입력단에 연결하고 반도체 레이저 구동회로는 -5V 내지 -5.2V의 부전압(negative voltage)을 전원으로 사용하며, 광검출기 음극(cathode)(21)은 전치증폭기 입력단에 연결하고 전치증폭기 회로는 +5V의 정전압 (positive voltage)을 전원으로 사용하는 것이 유일한 회로 구성 방법이다.
그러나, 통상의 광송수신모듈에서는 접지와 함께 +5V 또는 -5V 내지 -5.2V의 단일 전원만을 사용하므로 이러한 종래의 양방향 광소자를 사용하여 광송수신모듈을 구성할 경우 기존의 모듈들과는 상호 호환성이 없게 되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명에서는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 동일한 반도체 기판위에 수직으로 집적된 반도체 레이저와 광 검출기 사이에 pn 다이오드를 추가로 삽입하여 집적시킴으로써, 종래의 광검출기와 반도체 레이저 회로가 각각 +5V 및 -5V의 두 개의 전원으로 구동되는 단점을 보완하여, 단일 전원 전압 만으로 양방향 광 송수신 모듈 구성에 필요한 모든 회로 요소들을 구동시킬 수 있도록 하는 양방향 광소자의 구조 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명에서 제공하는 양방항 광소자는 n-InP 반도체 기판과, 상기 기판 위에 형성되며, 활성층과, 그 활성층의 양옆에 형성된 전류 차단층과, 상기 활성층 및 전류 차단층 상부에 형성된 p-클래드층 및 p-저항성 접촉층으로 구성된 평면 매립형 이종 접합 반도체 레이저 구조와, 상기 평면 매립형 이종 접합 반도체 레이저 구조 상부의 소정 영역에 수직으로 집적되며, n-InP층과, 광흡수층과, p-저항성 접촉층으로 구성된 광 검출기로 구성되고, 상기 광소자에 전원을 인가한 경우, 상기 반도체 레이저 구조와 광검출기 사이에, 상기 평면 매립형 이종 접합 반도체 레이저 구조의 p-클래드층 및 p-저항성 접촉층과 p층을 공유하고, 상기 광 검출기의 n-InP층과 n층을 공유하여 상기 평면 매립형 이종 접합 반도체 레이저 구조에 순방향 바이어스가 걸리고, 상기 광 검출기에 역방향 바이어스가 걸리도록 하는 pn 다이오드가 형성된다.
도 1은 종래의 반도체 레이저와 광검출기가 단일칩으로 집적된 양방향 광소자에 대한 단면도,
도 2는 본 발명의 반도체 레이저와 광검출기가 단일칩으로 집적된 양방향 광소자에 대한 단면도,
도 3(a) ~ 3(g)은 본 발명에 의한 반도체 레이저와 광검출기가 단일칩으로 집적된 양방향 광소자의 제작 공정에 대한 공정도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 레이저와 광검출기가 단일칩으로 집적된 양방향 광소자의 전기 회로도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1: 반도체 레이저 영역 2: PIN형 광검출기 영역
3: PIN형 광검출기 영역 4: n형 InP 반도체 기판
5: n형 InP 버퍼층 6: InGaAsP 활성층
7: p형 InP 클래드층 8: p형 InP 전류차단층
9: n형 InP 전류차단층 10: p형 InP 전류차단층
11: p형 InP 클래드층 12: p형 InGaAs 저항성접촉층
13: 도핑이 안된 InP층 14: 도핑이 안된 InGaAs 광흡수층
15: n형 InP 저항성 접촉층 16: n형 InP층
17: p형 InP 저항성 접촉층 18: SiNx 패시베이션층
19: p형 InGaAs층과 저항성접촉을 이루는 공통 전극
20: 반도체 레이저의 음극(cathode)21: 광검출기의 음극(cathode)
22: 광검출기의 양극(anode) 23: InGaAsP 광도파로층
24: InGaAsP 광도파로층 25: SiNx 식각 마스크
26: p-n 다이오드 27: 반도체 레이저 구동 회로 IC
28: 전치 증폭기 IC 29: 교류 신호 성분 결합 커패시터
30: 주증폭기 IC
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명의 반도체 레이저와 광검출기가 단일칩으로 집적된 양방향 광소자에 대한 단면도이고, 도 3(a) ~ 3(g)은 본 발명에 의한 반도체 레이저와 광검출기가 단일칩으로 집적된 양방향 광소자의 제작 공정에 대한 공정도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 레이저와 광검출기가 단일칩으로 집적된 양방향 광소자의 전기 회로도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 양방향 광소자는 n형 InP 반도체 기판(4) 위에 n-InP 버퍼층(5)과, 도핑이 안된 InGaAsP로 이루어진 활성층(6)과, p-InP 클래드층(7)으로 구성된 활성 영역과, 그 활성 영역의 양옆으로 p-InP(8)/n-InP(9)/p-InP(10) 또는 반절연 InP 층으로 이루어진 전류 차단층과 상기 활성 영역 및 전류 차단층 위에 형성된 p-InP 클래드층(11)과 p-InGaAs 저항성 접촉층(12)으로 이루어진 평면 매립형 이종 접합 반도체 레이저 구조(1)와, 이 평면 매립형 반도체 레이저 구조(1) 상부의 소정 영역에 수직으로 집적되며, n형 InP층(16), 도핑이 안된 InGaAs 광 흡수층(14), 및 p형 InP 저항성 접촉층(17)이 순차적으로 형성된 PIN 광검출기 구조(3)와, 상기 평면 매립형 이종 접합 반도체 레이저 구조(1)의 p-클래드층(11) 및 p-저항성 접촉층(12)과 p층을 공유하고, 상기 광 검출기의 n-InP층(16)과 n층을 공유하여 상기 평면 매립형 이종 접합 반도체 레이저 구조(1)에 순방향 바이어스가 걸리고, 상기 광 검출기(3)에 역방향 바이어스가 걸리도록 하는 pn 다이오드로 구성된다.
상기와 같은 구성을 갖는 양방향 광소자는, 상기 평면 매립형 이종 접합 반도체 레이저 구조(1)의 저항성 접촉층(12)에 반도체 레이저와 광 검출기의 공통 전극(19)을 형성하고, 상기 n-InP 반도체 기판 (4)뒤쪽 면에 반도체 레이저의 음극(20)을 형성하고, 상기 광 검출기의 저항성 접촉층(17)에 광 검출기의 양극(22)을 형성한 후, 상기 공통 전극(19)에는 +Vcc 전원전압을 연결하고, 상기 반도체 레이저의 음극(20)에는 상기 +Vcc 전원전압으로 동작하는 레이저 구동 회로를 연결하고, 상기 광 검출기의 양극(22)에는 상기 +Vcc 전원전압으로 동작하는 전치 증폭기 회로를 연결하여 구동시키거나, 또는 상기 평면 매립형 이종 접합 반도체 레이저 구조의 저항성 접촉층(12)에 반도체 레이저의 양극(19)을 형성하고, 상기 n-InP 반도체 기판(4) 뒤쪽면에 반도체 레이저의 음극(20)을 형성하고, 상기 광 검출기의 n-InP층(16)에 광 검출기의 음극을 형성하고, 상기 광 검출기의 저항성 접촉층(17)위에 광 검출기의 양극(22)을 형성한 후, 상기 반도체 레이저의 양극(19)과, 광 검출기의 음극에 +Vcc 전원 전압을 연결하고, 상기 반도체 레이저의 음극(20)에는 상기 +Vcc 전원전압으로 동작하는 레이저 구동 회로를 연결하고, 상기 광 검출기의 양극(22)에는 상기 +Vcc 전원전압으로 동작하는 전치 증폭기 회로를 연결하여 구동시킨다.
즉, 공통 전극(19)에는 +5V의 전원 전압을 인가하고 반도체 레이저의 음극(cathode) 및 광검출기의 양극(anode)(20, 22)에는 +5V 전원에 의해 동작되는 레이저 구동회로와 전치증폭기 회로의 입력단을 각각 연결하게 한다. 그러면, 반도체 레이저(1)는 순방향 바이어스 상태가 되는 한편 p형 InGaAs층(12)과 n형 InP층(16) 사이는 순방향 바이어스가 걸리는 pn 접합 다이오드(26)가 형성되고, n형 InP층(16)과 도핑이 안된 InGaAs 광흡수층(14) 및 p형 InP층(17) 으로 이루어진 PIN 광검출기(3)에는 역방향 바이어스가 걸리게 되어 반도체 레이저 및 광검출기를 포함한 모든 회로 구성 요소들이 +5V 단일 전원만으로 동작하게 된다.
또한, 상기와 같이 전원 전압을 인가한 경우, 반도체 레이저(1)로부터 광검출기(3) 쪽으로 향하는 누설빛을 P-InGaAs층(12)에서 흡수하여 주고, 이 때, 누설빛을 흡수하므로 발생하는 누설전류는 n-InP(16)과 +Vcc 전원에 의해 단락되므로써, 상기 누설 전류가 광검출기의 InGaAs 흡수층(14)에는 도달하지 못한다.
이러한 반도체 레이저와 광검출기가 단일칩으로 집적된 양방향 광소자의 구조 및 제조 공정을 도 3(a)부터 도 3(g)에 의거 상세하게 설명하면 다음과 같다.
가. 제1차 에피층 결정 성장 (도 3(a))
먼저, n형 InP 기판(4) 위에 MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)와 같은 에피층 결정 성장법에 의해 n형 InP 버퍼층(5), n형 InGaAsP 광도파로층(23), InGaAsP 활성층(6), 도핑이 안된 InGaAsP 광도파로층(24), 및 p형 InP층(7)을 순차적으로 성장시킨다. 이때 상기 활성층(6)은 단순한 InGaAsP 단일층 또는 다중양자우물 (MQW: Multi Quatum Well) 구조와 같은 다층 구조를 가질 수 있다.
나. 식각에 의한 활성 영역 정의 (도 3(b))
상기와 같이 제1차 에피층 결정 성장이 끝나면, 반도체 레이저의 활성 영역만을 정의하기 위한 식각 공정을 수행하는데, 이때 식각용 마스크는 실리콘 질화막(25)과 같은 전체 절연막을 사용하며 식각 깊이는 n형 InP 버퍼층(5) 또는 n형 InP 기판(4) 까지 식각한다.
다. 제 2 차 에피층 결정 성장 (도 3(c))
상기와 같은 식각 공정이 끝나면, 식각 마스크로 사용한 실리콘 질화막(25)을 그대로 둔 채 제2차 에피층 결정 성장을 MOCVD와 같은 에피층 결정 성장법으로 수행한다. 이때 상기 에피층은 p형 InP층(8), n형 InP층(9) 및 p형 InP층(10)이 순차적으로 성장되며, 실리콘 질화막이 없는 상기 활성 영역 양옆의 식각 영역에만 결정 성장이 되는데, 이 층들은 반도체 레이저(1)의 활성영역만으로 전류가 흐르도록 유도하는 전류차단층 역할을 하게 된다.
라. 제3차 에피층 결정 성장 (도 3(d))
상기 식각 및 제2차 에피층 결정 성장시 마스크로 사용한 실리콘 질화막(25)을 식각에 의해 제거한 후 웨이퍼 전면에 p형 InP층(11), p형 InGaAs층(12), n형 InP층(16), 도핑이 안된 InGaAs층(14), 및 p형 InP층(17)을 차례로 성장시킨다. 이때 성장된 에피층들의 역할은 다음과 같다.
먼저, p형 InP층(11)은 반도체 레이저(1)의 p쪽 클래드(clad)층이 되고, p형 InGaAs층(12)은 반도체 레이저(1) 및 pn 다이오드의 p쪽 저항성 금속 접촉층과 함께 하부 반도체 레이저(1)와 상부 광검출기(3) 사이의 전기적 및 광학적 간섭을 제거하는 분리층으로서 역할을 하게되며, n형 InP층(16)은 PIN 광검출기와 pn 다이오드(26)에서 공통으로 사용하는 n층이 된다. 또한, 도핑이 안된 InGaAs층(14)은 PIN 광검출기의 광흡수층이 되고, p형 InP(17)층은 광검출기의 p쪽 저항성 금속 접촉을 위한 층이 된다.
마. 선택 식각에 의한 광검출기(3) 영역 정의 (도 3(e))
광검출기(3) 영역을 정의하기 위하여 InP층과 InGaAs층을 선택적으로 식각하는 용액을 사용하여 광검출기 영역만을 제외한 나머지 부분의 p형 InP층(17)과, 도핑이 안된 InGaAs층(14) 및 n형 InP층(16)을 순차적으로 습식 선택 식각해낸다.
바. 실리콘 질화막(13)을 사용한 절연막 증착 (도 3(f))
실리콘 질화막(18)을 PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)와 같은 증착 방법을 사용하여 웨이퍼 전면에 증착한 후 광검출기(3)의 광흡수창 부분과 p형 InP층(17) 및 p형 InGaAs층(12)의 저항성 접촉을 형성할 소정의 영역을 정의하여 식각해 낸다.
사. 금속 전극 형성 (도 3(g))
상기 공정('바.'공정)에서 식각한 영역(31, 32)에, 상기 p-InP층(17) 및 p-InGaAs층(12)과 저항성 접촉을 이루는 금속을 리프트 오프방법에 의해 증착하여 광 검출기의 p쪽 양극(22)과 공통전극(19)을 각각 형성하고, 웨이퍼의 뒷면을 일정두께로 연마한 후, 상기 n-Inp 기판(4)과 저항성 접촉을 이루는 금속을 증착하여 반도체 레이저의 음극(20)을 형성하고, 급속 열처리(RTA:Rapid Thermal Annealing)장치에 의해 상기 전극을 열처리하여 금속 전극을 형성한다.
한편, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 레이저와 광검출기가 단일칩으로 집적된 양방향 광소자의 전기 회로도로서, 도 4를 참조하면, 단일칩으로 집적된 반도체 레이저(1)와 광검출기(3) 사이에 pn 다이오드(26)가 있으며, 상기 pn 다이오드(26)의 n층(16)은 광검출기(3)의 n층과 공유되며 p층(12)은 반도체 레이저(1)의 p층과 공유하고 있어 여기에 p형 전극(19)이 공통으로 연결되어 있으므로 이 전극을 +Vcc 전원에 연결시키고, 반도체 레이저(1)의 음극(cathode)(20)은 +Vcc를 전원으로 사용하는 반도체 레이저 구동 IC(27)에 연결하여 입력 데이터로 변조된 전류로 반도체 레이저(1)를 구동시킨다.
한편, 광검출기(3)의 양극(anode)(22)은 전달 임피던스형의 전치 증폭기(28) 입력 단자에 연결시킨 후 이 출력을 커패시터(29)를 통하여 교류 신호만을 주증폭기 회로(30)에 입력시켜 데이터 레벨까지 증폭시키면 입력된 광신호를 전기 신호로 검출할 수 있다.
이때, 상기 전치 증폭기(28) 회로의 전원을 +Vcc로 사용하면 전치 증폭기(28)의 입력단자에 +Vcc와 접지 전압 사이의 바이어스 전압이 걸리게 되는데, 예를 들면, Si CMOS를 사용하는 전치증폭기 회로의 경우 전원을 +5V를 사용하게 되면 대략 +2.5V의 바이어스 전압이 걸리게 되어, 광검출기(3)에는 +Vcc와 전치증폭기 바이어스 전압의 차이에서 상기 pn 다이오드(26)에 걸리는 순방향 컷인(cut-in) 전압을 뺀 값의 전압이 역방향으로 걸리게 된다.
따라서, 본 발명에 의한 반도체 레이저와 광검출기가 단일칩 집적된 양방향 광소자와 반도체 레이저 구동 회로, 전치 증폭기, 및 주증폭기 등의 모든 회로 요소들은 +Vcc 단일 전원만으로 구동이 가능하게 된다.
상기와 같은 본 발명의 양방향 광소자는 반도체 레이저, 광검출기 및 pn 다이오드를 하나의 기판에 수직으로 집적시키는 것으로서, 광부품 수가 줄어들고, 광패키징 공정이 간략화에 되어, 양방향 광통신용 광송수신 모듈의 소형화, 제작 원가 절감, 특성 개선과 더불어 송수신 회로 구성에 단일 전원 전압만을 사용할 수 있게 되므로 기존의 상용화된 모듈들과 핀 구성의 상호 호환성이 보장되는 등의 효과를 거둘 수 있다.
Claims (7)
- 양방향 광소자에 있어서,n-InP 반도체 기판(4)과,상기 기판(4) 위에 형성되며, 활성층(6)과, 그 활성층(6)의 양옆에 형성된 전류 차단층(8, 9, 10)과, 상기 활성층(6) 및 전류 차단층(8, 9, 10) 상부에 형성된 p-클래드층(11) 및 p-저항성 접촉층(12)으로 구성된 평면 매립형 이종 접합 반도체 레이저 구조(1)와,상기 평면 매립형 이종 접합 반도체 레이저 구조(1) 상부의 소정 영역에 수직으로 집적되며, n-InP층(16)과, 광흡수층(14)과, p-저항성 접촉층(17)으로 구성된 광 검출기(3)로 구성되어,상기 광소자에 전원을 인가하면, 상기 반도체 레이저 구조(1)와 광검출기(3)사이에, 상기 평면 매립형 이종 접합 반도체 레이저 구조(1)의 p-클래드층(11) 및 p-저항성 접촉층(12)과 p층을 공유하고, 상기 광 검출기(3)의 n-InP층(16)과 n층을 공유하여 상기 평면 매립형 이종 접합 반도체 레이저 구조에 순방향 바이어스(26)가 걸리고, 상기 광 검출기에 역방향 바이어스가 걸리도록 하는 pn 다이오드가 형성되는 것을 특징으로 하는 단일 전원으로 동작하는 양방향 광소자의 구조.
- 제 1 항에 있어서, 상기 양방향 광소자의 구조는상기 평면 매립형 이종 접합 반도체 레이저 구조의 저항성 접촉층(12)에는 반도체 레이저와 광 검출기의 공통 전극(19)을 형성하고, 상기 n-InP 반도체 기판 (4)뒤쪽 면에는 반도체 레이저의 음극(20)을 형성하고, 상기 광 검출기의 저항성 접촉층(17)에는 광 검출기의 양극(22)을 형성한 후,상기 공통 전극(19)에는 +Vcc 전원전압을 연결하고, 상기 반도체 레이저의 음극(20)에는 상기 +Vcc 전원전압으로 동작하는 레이저 구동 회로를 연결하고, 상기 광 검출기의 양극(22)에는 상기 +Vcc 전원전압으로 동작하는 전치 증폭기 회로를 연결하여 구동시키는 것을 특징으로 하는 단일 전원으로 동작하는 양방향 광소자의 구조.
- 제 1 항에 있어서, 상기 양방향 광소자의 구조는상기 평면 매립형 이종 접합 반도체 레이저 구조의 저항성 접촉층(12)에는 반도체 레이저의 양극(19)을 형성하고, 상기 n-InP 반도체 기판(4) 뒤쪽면에는 반도체 레이저의 음극(20)을 형성하며, 상기 광 검출기의 n-InP층(16)에는 광 검출기의 음극을 형성하고, 상기 광 검출기의 저항성 접촉층(17)위에는 광 검출기의 양극(22)을 형성한 후,상기 반도체 레이저의 양극(19)과, 광 검출기의 음극에 +Vcc 전원 전압을 연결하고, 상기 반도체 레이저의 음극(20)에는 상기 +Vcc 전원전압으로 동작하는 레이저 구동 회로를 연결하고, 상기 광 검출기의 양극(22)에는 상기 +Vcc 전원전압으로 동작하는 전치 증폭기 회로를 연결하여 구동시키는 것을 특징으로 하는 단일 전원으로 동작하는 양방향 광소자의 구조.
- 제 1 항에 있어서, 상기 평면 매립형 이종 접합 반도체 레이저 구조는도핑이 안된 InGaAsP로 이루어진 활성층(6)과,상기 활성층(6)의 양옆으로 p-InP(8)/n-InP(9)/p-InP(10) 또는 반절연 InP층으로 이루어진 전류 차단층과,상기 활성층(6) 및 전류 차단층(8, 9, 10) 위에 형성된 p-InP 클래드층(11) 및 p-InGaAs 저항성 접촉층(12)으로 구성된 것을 특징으로 하는 단일 전원으로 동작하는 양방향 광소자의 구조.
- 제 1 항에 있어서, 상기 광 검출기 구조는n-InP층(16)과,도핑이 안된 InGaAs 광흡수층(14)과,p-InP 저항성 접촉층(17)으로 구성된 것을 특징으로 하는 단일 전원으로 동작하는 양방향 광소자의 구조.
- n-InP 기판(4)위에 n-InP 버퍼층(5)과, n-InGaAsP 광도파로층(23)과, InGaAsP 활성층(6)과, 도핑이 안된 InGaAsP 광도파로층(24)과, p-InP 층(7)이 순차적으로 성장된 제 1 차 에피층 결정을 성장하는 제 1 공정과,반도체 레이저의 활성 영역을 정의하기 위해 실리콘 질화막(25)과 같은 유전체 절연막을 마스크로하여 상기 제 1 차 에피층 결정을 식각하되, 상기 n-InP 버퍼층(5) 또는 n-InP 기판(4)까지 식각하여 반도체 레이저 구조의 활성 영역을 정의하는 제 2 공정과,상기 제 2 공정에서 정의된 반도체 레이저 구조의 활성 영역 양옆으로, p-InP층(8)과, n-InP층(9)과, p-InP층(10)을 순차적으로 형성하여, 상기 반도체 레이저 구조의 활성 영역으로만 전류가 흐르도록 유도하는 전류 차단층 역할을 하는 제 2 차 에피층 결정을 성장하는 제 3 공정과,상기 제 2 공정에서 마스크로 사용된 유전체 절연막을 제거한 후, 상기 반도체 레이저 구조의 활성 영역 및 전류 차단층위에 p-InP층(11)과, p-InGaAs층(12), n-InP층(16), 도핑이 안된 InGaAs층(14), 및 p-InP층(17)이 순차적으로 성장된 제 3 차 에피층 결정을 성장하는 제 4 공정과,InP 층과 InGaAs 층을 선택적으로 식각하는 용액에 의해 상기 제 3 차 에피층 결정의 p-InP층(17)과, 도핑이 안된 InGaAs층(14)과, n-InP층(16)을 습식 선택 식각하여 광 검출기 영역을 정의하는 제 5 공정과,상기 제 1 공정 내지 제 5 공정에 의해 형성된 구조물 전면에 실리콘 질화막(18)을 증착한 후, 광 검출기의 광흡수창 부분(31)과 p-InP층(11) 및 p-InGaAs층(12)의 저항성 접촉을 형성할 소정의 영역(32)을 정의하여 식각해내는 제 6 공정과,상기 제 6 공정에서 식각한 영역(31, 32)에, 상기 p-InP층(17) 및 p-InGaAs층(12)과 저항성 접촉을 이루는 금속을 리프트 오프방법에 의해 증착하여 광 검출기의 p쪽 양극(22)과 공통전극(19)을 각각 형성하고, 웨이퍼의 뒷면을 일정두께로 연마한 후, 상기 n-Inp 기판(4)과 저항성 접촉을 이루는 금속을 증착하여 반도체 레이저의 음극(20)을 형성하고, 급속 열처리 장치에 의해 상기 전극을 열처리하여 금속 전극을 형성하는 제 7 공정으로 구성된 것을 특징으로 하는 단일 전원으로 동작하는 양방향 광소자의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서, 제 1 공정의 InGaAsP 활성층은단순한 InGaAsP 단일층 또는 다중 양자 우물 구조와 같은 다층 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 단일 전원으로 동작하는 양방향 광소자의 제조방법.
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