KR100391090B1 - 애벌런치 포토 다이오드 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 애벌런치 포토 다이오드에 관한 것으로 상세하게는, 애벌런치 포토 다이오드의 플로팅 가아드 링(Floating Guard Ring)을 한 번의 아연 확산으로 제작하는 애벌런치 포토 다이오드 제조 방법에 관한 것이다.
종래에 플로팅 가아드 링을 형성하는 데에는 1차 아연 확산과 2차 아연 확산을 통하여, 접합면을 만들어 애벌런치 포토 다이오드의 특성을 향상시키게 되어 두 번의 아연 확산으로 공정이 복잡하고 비용이 증가하며 애벌런치 포토 다이오드의 제작 시간이 오래 걸리는 문제점이 있다.
본 발명은 접합계면과 플로팅 가아드 링을 한 번의 아연 확산으로 만들 수 있어 애벌런치 포토 다이오드를 제작하는 공정의 단계가 줄어들고 따라서, 제작 비용과 제작 시간을 절감시키는 효과가 있다.
Description
본 발명은 애벌런치 포토 다이오드에 관한 것으로 상세하게는, 애벌런치 포토 다이오드의 플로팅 가아드 링(Floating Guard Ring)을 한 번의 아연 확산으로 제작하는 애벌런치 포토 다이오드 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 광 통신 기술이 발달함에 따라 초 대용량 정보의 장거리 전송이 가능하게 되었는데, 이는 반도체 레이저로 대표되는 발광소자와 애벌런치 포토 다이오드(APD)로 대표되는 수광소자에 힘입은 바가 크다. 대용량의 정보전송 또는 교환을 위해서 광통신은 필수적이며 초당 2.5기가 비트의 전송속도를 갖는 광통신이 현재 사용되고 있다. 광통신 시스템의 전송속도가 증가하면 수신기에서는 잡음이 증가되어 수신감도가 현저하게 나빠진다. 현재까지 2.5Gbps의 광수신기를 위한 광검출기로는 핀 포토 다이오드(P-type Intrinsic N-type PhotoDiode)가 사용되어 왔는데 핀 포토 다이오드는 내부이득이 없기 때문에 -30㏈m 이하의 수신감도를 얻을 수 없었다. 디지털 광통신에서 2.5Gbps의 경우 -30㏈m의 수신감도란 1㎼ 이상의 출력세기를 갖는 광신호는 오차없이 수신할 수 있다는 것이다. 또한, 광통신의 다른 장점은 장거리 전송을 들 수 있는데 빛이 먼 거리를 전송하면 광섬유의 손실에 의해 출력이 저하된다. 따라서 수신감도가 낮을 수록 출력레벨이 낮은 광신호를 오차 없이 수신할 수 있기 때문에 장거리 전송이 가능하려면 수신감도가 낮아야 하며 이는 시스템의 수를 줄일 수 있기 때문에 전체적으로 비용을 줄이는 방법이 된다.
한편, 초고속 광통신에서 핀 포토 다이오드 대신에 애벌런치 포토 다이오드를 사용하면 수신감도가 크게 향상된다. 애벌런치 포토 다이오드는 내부에서 신호전류를 증폭하기 때문에 10배만큼 증폭하면 수신감도는 10㏈ 만큼 향상될 수 있어 애벌런치 포토 다이오드를 사용하면 핀 포토 다이오드보다 훨씬 경제적이다. 또한, 애벌런치 포토 다이오드는 핀 포토 다이오드에 비하여 자체 증폭 기능을 갖기 때문에 수신감도가 매우 좋아서 장거리 전송에 유리하다.
종래에 애벌런치 포토 다이오드를 제작하는데 있어서 애벌런치 포토 다이오드의 박막에 절연체 박막을 증착한 후 아연 확산을 할 부분만 절연체를 제거하고 나머지 부분은 마스크로 사용하여 아연을 확산하면 일정 부분에만 p형 반도체를 형성하게 된다. 그러나 아연 확산시 절연체 마스크가 있는 확산 가장자리인 접합 에지(Junction edge) 영역에서 확산되는 모양이 일정한 곡률(curvature)을 가지는 모양으로 p형 반도체가 형성되게 된다. 이 경우 애벌런치 포토 다이오드를 만들게 되면 편평한 쪽의 접합 부위보다 이러한 접합곡률(junction curvature) 부분에서 높은 전기장이 걸리고 낮은 브레이크다운(breakdown) 전압이 걸리며 높은 애벌런치 이득(avalanch gain)이 생기는 현상이 생겨서 애벌런치 포토 다이오드의 특성을 만족시키지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 상술한 단점을 극복하기 위해 접합 에지쪽에 플로팅 가아드 링을 형성시켜 접합 곡률 부분에서 생기는 단점들을 극복하고 있다.
도면 도1은 애벌런치 포토 다이오드의 박막구조 단면을 도시한 것으로, 구성은 n-InP 기판(10), u-InGaAs 흡수층(11), InGaAsP 그레이딩(grading)층(12), n-Inp 필드버퍼(Field buffer)층(13), u-InP 증폭층(14)으로 구성된다.
한편, 도면 도2는 종래에 애벌런치 포토 다이오드의 제작 공정을 도시한 것으로 설명하면 다음과 같다.
종래에 플로팅 가아드 링의 구조로 애벌런치 포토 다이오드를 제작하는 경우 도2의 (a)와 같이 사진석판술(photolithography) 공정을 통하여 절연체 박막(15)의 일부를 제거하고 1차 아연 확산(16)을 한다. 이때 확산되는 영역은 플로팅 가아드 링의 역할은 하는 것이다. 1차 아연 확산(16)을 한 후에 2차 사진석판술 공정으로 도2의 (b)처럼 2차 아연 확산(17)을 실행한다. 이 때 2차 아연 확산(17)되는 부분의 면적은 1차 아연 확산(16) 때보다 면적은 더 좁고 확산 깊이는 더 깊게 확산을 실시한다. 그리고 도 2의(c)와 같이 확산된 부분의 위쪽에 p형 전극(18)을 형성하고 반대쪽에 빛이 입사를 최대화하기 위한 무반사 코팅(19)과 n형 전극(20)을 만들어 애벌런치 포토 다이오드를 제작하는 것이다.
상술한 바와 같이 종래에 플로팅 가아드 링을 형성하는 데에는 1차 아연 확산과 2차 아연 확산을 통하여, 접합면을 만들어 애벌런치 포토 다이오드 특성을 향상시키게 되어 두 번의 아연 확산으로 공정이 복잡하고 비용이 증가하며 제작 시간이 오래 걸리는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 안출한 것으로, 플로팅 가아드 링을 한번의 아연 확산으로 제작하여서 두번의 아연 확산으로 플로팅 가아드 링을 만든 애벌런치 포토 다이오드와 같은 특성과 모양을 가지며, 공정 단계를 줄이고, 비용을 절감시키는 애벌런치 포토 다이오드의 제조 방법을 목적으로 한다.
도1은 애벌런치 포토 다이오드의 박막구조의 단면을 도시한 도면.
도2는 종래에 애벌런치 포토 다이오드의 제작 공정을 도시한 단면도.
도3은 본 발명의 애벌런치 포토 다이오드의 제작 공정을 도시한 단면도.
도4는 제작된 애벌런치 포토 다이오드의 모양과 절단면을 도시한 도면.
도5는 본 발명에 따른 애벌런치 포토 다이오드의 제작 순서도.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
10, 40 : n-InP 기판, 11, 41 : u-InGaAs 흡수층,
12, 42 : InGaAsP 그레이딩(grading)층,
13, 43 : n-InP 필드 버퍼(Field Buffer)층,
14, 44 : u-InP 증폭층, 15, 31, 45 : 절연체 박막,
16 : 1차 아연 확산(floating guard ring), 17 : 2차 아연 확산,
18, 33, 46 : p형 전극, 19, 34, 47 : 무반사 코팅,
20, 35, 48 : n형 전극, 30 : 식각부분,
21 : 두번 확산에 의한 확산모양 (접합영역 + floating guard ring),
32, 49 : 한번 확산에 의한 확산모양 (접합영역 + floating guard ring).
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, n-InP 기판위에 절연체 박막을 증착하는 단계와; 첫번째 사진석판술 공정으로 식각부분을 제작하는 단계와; 두번째 사진석판술 공정으로 절연체 박막을 제거하는 단계와; 한번의 아연 확산을 실시하는 단계와; 세번째 사진석판술 공정으로 절연체 박막을 제거하는 단계와; 아랫면을 폴리싱하여 거울면으로 연마하는 단계와; 절연체 박막으로 무반사 코팅과 n형전극을 형성하는 단계와; 공정이 끝난 웨이퍼를 애벌런치 포토 다이오드의 크기로 절단하여 제작하는 단계를 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도면 도1은 애벌런치 포토 다이오드의 박막구조 단면을 도시한 것으로, 박막의 구조는 SAM(Separate Absorption and Multiplication) APD(Avalanche Photodiode)이며, 구성은 n-InP 기판(10), u-InGaAs 흡수층(11), InGaAsP 그레이딩(grading)층(12), n-Inp 필드버퍼(Field buffer)층(13), u-InP 증폭층(14)으로 구성되며, u-InP증폭층(14)에서 아연 확산이 된 부분은 p-InP층으로 사용되고 그 아래 아연이 확산되지 않은 부분은 증폭층으로 사용된다.
도3은 본 발명에 따른 애벌런치 포토 다이오드의 제작 공정을 도시한 것으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도면 3(a)의 식각부분(30)에 도시한 것과 같이, 한 번의 아연 확산으로 접합 가장자리와 플로팅 가아드 링을 만들기 위해 확산전 u-InP층의 일부분을 식각하여 약간 들어가 있는 형태로 만든다.
그리고, 도면3(b)에 도시한 바와 같이, 한 번의 아연 확산을 통하여 한 번 확산에 의한 확산 모양(32)처럼 u-InP증폭층(14)과 접해 있는 부분의 접합 가장자리(Junction Edge)와 플로팅 가아드 링 모두를 종래에 두 번 확산에 의한 확산 모양(21)과 같은 모양으로 형성을 한다.
또한, 도면 3(c)에서 도시된 바와 같이, 확산이 끝난 후 확산된 부분의 위쪽 부분의 일부는 p-전극(33)을 형성하고 나머지 부분은 절연체 박막(31)으로 덮는다. 한편, 접합전하 용량을 줄이기 위하여 광이 입사되는 부분을 p형 전극(33)쪽으로부터 입사되지 않고 n형 전극(34)쪽으로 입사되도록 빛이 입사되는 부분을 무반사 코팅(35)하고 나머지 부분은 n-전극(34)을 형성시키는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 한 번의 아연 확산으로 인한 애벌런치 포토 다이오드의 제작 순서도인 도면 도5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, n-InP 기판(10)위에 u-InGaAs 흡수층(11), InGaAsP 그레이딩(grading)층(12), n-Inp 필드버퍼(Field buffer)층(13), u-InP 증폭층(14)으로 구성되는 SAMAPD 구조를 갖는 박막 성장을 하고, 성장된 기판 위에 절연체 박막(31)을 증착한다(단계 S50).
도면 3(a)와 같이, 첫번째 사진석판술 공정으로 절연체 막(31)의 일부분을 원 모양으로 제거하여 노출된 u-InP층(14)만 식각으로 식각부분(30)을 만든다(단계 S51).
다음에, 두번째 사진석판술 공정으로 첫번째 사진석판술 공정에서 제거된 면적 보다 좀더 넓게 원모양으로 절연체 박막(31)을 제거하고 그 바깥쪽에 플로팅 가이드 링을 형성하기 위해 링 형태로 절연체 박막(31)을 제거한다(단계 S52).
그리고, 도면3(b)에서 보이듯이 한 번의 아연 확산을 실시하여 한번 확산에 의한 확산모양(32)과 같도록 확산을 시행한다(단계 S53).
다음 단계로, 도면 3(c)에서 보이듯이 한 번의 아연 확산이 끝난 후 그 위에 절연체 박막(31)을 증착하며, 세번째 사진석판술공정을 통하여 한번 확산에 의한 확산모양(32)의 면적보다 작게 원 모양으로 절연체 박막(31)을 제거한 후 그 위에 p형 전극(33)을 형성한다(단계 S54).
또한, 윗면의 공정이 다 끝나면 아래면을 총 두께가 0.1mm 정도가 되도록 연마하고 그 면을 폴리싱하여 거울면이 되도록 한다(단계 S55).
폴리싱된 면에 절연체 박막(31)으로 무반사 코팅(35)을 하고, 사진석판술 공정으로 위쪽의 한 번 아연 확산에 의한 확산모양(32)의 면적과 일치하는 부분만 절연체 박막(31)을 남겨 놓은 다음 나머지 부분에는 n형 전극(34)을 형성한다(단계 S56).
위의 단계에서 공정이 끝난 웨이퍼를 각각의 애벌런치 포토 다이오드의 크기로 절단하여 애벌런치 포토 다이오드를 제작한다(단계 S57).
한편, 도4는 본 발명에 의해 제작된 애벌런치 포토 다이오드의 모양과 절단면을 도시한 것으로, n-InP기판(40), u-InGaAs 흡수층(41), InGaAsp 그레이딩층(42), n-InP필드 버퍼층(43), u-InP증폭층(44), 절연체막(45), p형전극(46), 무반사코팅(47), n형전극(48)과 한 번의 아연 확산에 의한 확산모양(49)을 나타낸다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 단 한 번의 아연 확산을 통하여 u-InP증폭층과 접해 있는 부분의 접합 가장자리와 플로팅 가아드 링을 만들어서 제조 공정이 줄어들며, 비용이 절감되는 애벌런치 다이오드를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시예는 상술한 것으로 한정하지 않고, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진 자라면 자명한 범위 내에서 본 발명을 여러가지로 수정 및 변경하여 실시할 수 있을 것이며, 이와같은 수정 및 변경은 본 발명의 기술적 범주에 해당함을 밝혀 둔다.
이상과 같이, 본 발명은 접합계면과 플로팅 가아드 링을 한 번의 아연 확산으로 만들 수 있어 애벌런치 포토 다이오드를 제작하는 공정의 단계가 줄어들고 따라서, 제작 비용과 제작 시간을 절감시키는 효과가 있다.
Claims (5)
- n-InP 기판위에 절연체 박막을 증착하는 단계와;첫번째 사진석판술 공정으로 절연체 박막의 일부분을 식각하여 식각부분을 제작하는 단계와;두번째 사진석판술 공정으로 상기 첫번째 사진석판술 공정으로 제거된 면적보다 넓게 상기 절연체 박막을 제거하고 플로팅 가아드 링을 형성하기 위해 상기 절연체 박막을 제거하는 단계;두번째 사진석판술 공정으로 제거된 절연체박막의 제거부분에 한 번의 아연확산을 실시하는 단계;세번째 사진석판술 공정으로 절연체 박막을 제거하는 단계와;상기 n-InP 기판의 아랫면을 폴리싱하여 거울면으로 연마하는 단계와;상기 절연체 박막에 무반사 코팅하고 n형전극을 형성하는 단계와;공정이 끝난 웨이퍼를 애벌런치 포토 다이오드의 크기로 절단하여 다이오드로 제작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 애벌런치 포토 다이오드 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 첫번째 사진석판술 공정으로 식각부분을 제작하는 것은,상기 절연체 박막의 일부분을 소정의 모양으로 제거하여 노출된 u-InP기층만 식각하는 것을 특징으로 하는 애벌런치 포토 다이오드 제조 방법.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,상기 세번째 사진석판술 공정으로 절연체 박막을 제거하는 것은,상기 절연체 박막을 증착한 위치에 소정의 모양으로 상기 절연체 박막을 제거한 후 p형 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 애벌런치 포토 다이오드 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 아랫면을 폴리싱하여 거울면으로 연마하는 것은,윗면의 공정을 마치면 상기 아랫면의 총 두께를 소정의 길이만큼 연마하는 것을 특징으로 하는 애벌런치 포토 다이오드 제조 방법.
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| KR20160053178A (ko) | 2014-10-31 | 2016-05-13 | (재)한국나노기술원 | 변형된 도핑 흡수층을 이용한 애벌랜치 포토다이오드 |
| KR20160053179A (ko) | 2014-10-31 | 2016-05-13 | (재)한국나노기술원 | 변형된 도핑 및 조성 흡수층을 이용한 애벌랜치 포토다이오드 |
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