KR100459897B1 - Optoelectronic integrated device and optical transmitting module employing it - Google Patents

Optoelectronic integrated device and optical transmitting module employing it Download PDF

Info

Publication number
KR100459897B1
KR100459897B1 KR10-2002-0012156A KR20020012156A KR100459897B1 KR 100459897 B1 KR100459897 B1 KR 100459897B1 KR 20020012156 A KR20020012156 A KR 20020012156A KR 100459897 B1 KR100459897 B1 KR 100459897B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
silicon
substrate
optical
doped region
silicon optical
Prior art date
Application number
KR10-2002-0012156A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20030072881A (en
Inventor
이은경
최병룡
김준영
Original Assignee
삼성전자주식회사
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 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR10-2002-0012156A priority Critical patent/KR100459897B1/en
Publication of KR20030072881A publication Critical patent/KR20030072881A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100459897B1 publication Critical patent/KR100459897B1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/12Semiconductor 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 structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto
    • H01L31/125Composite devices with photosensitive elements and electroluminescent elements within one single body
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0224Electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/0248Semiconductor 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
    • H01L31/0352Semiconductor 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 their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
    • H01L31/035209Semiconductor 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 their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions comprising a quantum structures

Abstract

발광소자, 수광소자 및 반도체 전자소자 중 두 가지 이상의 반도체 소자를 저가의 실리콘 기판에 일련의 반도체 제조공정을 통해 일체로 형성한 복합소자 및 이를 채용한 광전송모듈이 개시되어 있다.Disclosed are a composite device in which two or more semiconductor devices among light emitting devices, light receiving devices, and semiconductor electronic devices are integrally formed on a low-cost silicon substrate through a series of semiconductor manufacturing processes and an optical transmission module employing the same.

개시된 복합소자는 실리콘 기판을 이용하고, 일련의 반도체 제조공정을 통해 두가지 이상의 반도체 소자가 형성되는 일체형이으로, 제조 공정이 간단하고 제조 단가가 저렴할 뿐 만 아니라, PCB와 같은 별도의 베이스가 불필요하여 저가로 단일 칩화가 가능하다. 또한, 개시된 복합소자를 송신기, 수신기 또는 송수신기로 적용하면, 저가의 광전송모듈을 실현할 수 있다.The disclosed composite device uses a silicon substrate, and is an integrated type in which two or more semiconductor devices are formed through a series of semiconductor manufacturing processes. In addition, the manufacturing process is simple and the manufacturing cost is low, and a separate base such as a PCB is unnecessary. Single chip is available at low cost. In addition, when the disclosed composite device is applied to a transmitter, a receiver, or a transceiver, an inexpensive optical transmission module can be realized.

Description

복합소자 및 이를 채용한 광전송모듈{Optoelectronic integrated device and optical transmitting module employing it}Composite device and optical transmitting module employing the same {Optoelectronic integrated device and optical transmitting module employing it}

본 발명은 광소자를 비롯한 복수 종류의 반도체 소자가 단일 칩화된 복합소자 및 이를 채용한 광전송모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a composite device in which a plurality of types of semiconductor devices including an optical device are single-chip and an optical transmission module employing the same.

일반적으로, 발광 다이오드(LED) 및 반도체 레이저 다이오드(Semiconductor laser diode)와 같은 발광소자는 직접 천이 밴드갭을 갖는 화합물반도체 기판에 형성하고, 전자소자(electronic device)는 저가격화를 고려하여 실리콘 기판에 형성한다. 이하에서는, 반도체 기판에 형성된 전자소자를 반도체 전자소자라 한다. 또한, 실리콘을 이용하면 예컨대, 가시광영역에서 충분한 감도로 광을 검출할 수 있기 때문에, 통상의 수광소자는 실리콘 기판에 형성한다.In general, light emitting devices such as light emitting diodes (LEDs) and semiconductor laser diodes are directly formed on compound semiconductor substrates having a transition bandgap, and electronic devices may be formed on a silicon substrate in consideration of low cost. Form. Hereinafter, the electronic device formed on the semiconductor substrate is referred to as a semiconductor electronic device. In addition, since silicon can detect light with sufficient sensitivity, for example, in the visible light region, an ordinary light receiving element is formed on a silicon substrate.

따라서, 발광소자, 수광소자 및 반도체 전자소자 중 두 가지 이상을 모듈화하여 복합소자를 구성하려면, 별도의 반도체 기판에 각각 형성된 발광소자, 수광소자 및 반도체 전자소자 중 두 가지 이상을 베이스가 되는 기판에 다이 본딩(die bonding)이나 와이어 본딩(wire bonding) 등의 방법으로 연결시킨다.Therefore, in order to construct a composite device by modularizing two or more of light emitting devices, light receiving devices, and semiconductor electronic devices, two or more of light emitting devices, light receiving devices, and semiconductor electronic devices, which are formed on separate semiconductor substrates, respectively, may be formed on a base substrate. The connection is performed using a method such as die bonding or wire bonding.

이와 같이 종래의 발광소자는 주로 고가인 화합물반도체를 사용하여 제조되고, 종래의 수광소자 및 반도체 전자소자는 주로 저가인 실리콘을 사용하여 제조된다.As such, the conventional light emitting device is mainly manufactured using expensive compound semiconductors, and the conventional light receiving device and the semiconductor electronic device are mainly manufactured using low cost silicon.

따라서, 발광소자, 수광소자 및 반도체 전자소자 중 두 가지 이상의 소자가 단일 칩화된 복합소자를 구성하려면, 별도로 제조된 두 가지 이상의 반도체 소자를베이스가 되는 기판에 각각 따로 부착하고, 상기 두 가지 이상의 반도체 소자와 베이스가 되는 기판 사이를 적절히 연결하거나, 두 가지 이상의 반도체 소자들 사이를 적절히 연결해주는 과정이 필요하여, 복합소자의 제조 공정이 복잡하고 고비용이 소요된다. 특히, 베이스가 되는 기판으로, 별도로 디자인된 PCB(printed circuit board)가 필요한 단점이 있다.Therefore, in order to construct a composite device in which two or more of the light emitting device, the light receiving device, and the semiconductor electronic device are united in a single chip, two or more semiconductor devices manufactured separately are separately attached to the base substrate, and the two or more semiconductors are used. Since a process of properly connecting the device and the substrate serving as the base or connecting the two or more semiconductor devices is necessary, the manufacturing process of the composite device is complicated and expensive. In particular, there is a disadvantage that a separately designed PCB (printed circuit board) is required as the base substrate.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 발광소자, 수광소자 및 반도체 전자소자 중 두 가지 이상의 반도체 소자를 저가의 실리콘 기판에 일련의 반도체 제조공정을 통해 일체로 형성하여 단일 칩화가 가능한 저가형 복합소자 및 이를 채용한 광전송모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to improve the above-described problems, and is formed by integrating two or more semiconductor devices among light emitting devices, light receiving devices, and semiconductor electronic devices on a low-cost silicon substrate through a series of semiconductor manufacturing processes. It is an object of the present invention to provide a low-cost composite device capable of forming a single chip and an optical transmission module employing the same.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 복합소자의 구성을 개략적으로 보인 도면,1 is a view schematically showing the configuration of a composite device according to a first embodiment of the present invention;

도 2는 본 발명에 따른 복합소자에 적용되는 실리콘 광소자의 구체적인 구성을 보인 단면도,2 is a cross-sectional view showing a specific configuration of a silicon optical device applied to the composite device according to the present invention;

도 3a는 도 2의 실리콘 광소자에서 도핑 영역을 비평형 확산에 의해 극도로 얕은 깊이로 형성할 때, p-n 접합 부위의 구조를 보인 도면,3A is a view showing the structure of the p-n junction when the doped region is formed to an extremely shallow depth by non-equilibrium diffusion in the silicon optical device of FIG.

도 3b는 비평형 확산에 의해 도 3a에 보여진 p-n 접합 부위에 표면의 길이 방향(longitudinal), 측 방향(lateral)으로 형성되는 양자 우물(quantum well: QW)의 에너지 밴드를 보인 도면,FIG. 3B shows energy bands of quantum wells (QWs) formed in the longitudinal and lateral directions of the surface at the p-n junction shown in FIG. 3A by non-equilibrium diffusion; FIG.

도 4는 도 2 및 도 3을 참조로 설명한 바와 같은 실리콘 광소자를 응용한 본 발명의 제1실시예에 따른 복합소자의 제1 및 제2실리콘 광소자 구조의 일 실시예를 보인 평면도,4 is a plan view showing one embodiment of the first and second silicon optical device structure of the composite device according to the first embodiment of the present invention applying the silicon optical device as described with reference to FIGS.

도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선 단면도,5 is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG. 4;

도 6은 도 2 및 도 3을 참조로 설명한 바와 같은 실리콘 광소자를 응용한 본 발명의 제1실시예에 따른 복합소자의 제1 및 제2실리콘 광소자 구조의 다른 실시예를 보인 평면도,6 is a plan view showing another embodiment of the first and second silicon optical device structure of the composite device according to the first embodiment of the present invention applying the silicon optical device as described with reference to FIGS.

도 7은 도 6의 Ⅶ-Ⅶ 선 단면도,7 is a cross-sectional view taken along line VII-VII of FIG. 6;

도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 광전송모듈을 개략적으로 보인 도면,8 is a schematic view of an optical transmission module according to a first embodiment of the present invention;

도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 복합소자의 구성을 개략적으로 보인 도면,9 is a view schematically showing the configuration of a composite device according to a second embodiment of the present invention;

도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 광전송모듈을 개략적으로 보인 구성도,10 is a schematic view showing an optical transmission module according to a second embodiment of the present invention;

도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 복합소자를 개략적으로 보인 평면도이고,11 is a plan view schematically illustrating a composite device according to a third embodiment of the present invention;

도 12는 도 11의 ⅩⅡ-ⅩⅡ선 확대 단면도,12 is an enlarged cross-sectional view taken along the line II-XIII of FIG. 11;

도 13은 도 11의 제1 및 제2실리콘 광소자 부분의 확대 평면도,FIG. 13 is an enlarged plan view of portions of the first and second silicon optical devices of FIG. 11;

도 14는 본 발명의 제3실시예에 따른 광전송모듈을 개략적으로 보인 구성도.14 is a schematic view showing an optical transmission module according to a third embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

1,30,50...복합소자 1a,1b,10,31,50a,50b...실리콘 광소자1,30,50 ... composite 1a, 1b, 10,31,50a, 50b ...

5,35...반도체 전자소자 7,56...트렌치(trench)5,35 ... semiconductor electronics 7,56 ... trench

11...기판 13...제어막11 ... substrate 13 ... control film

14...p-n 접합 부위 15...도핑영역14 ... p-n junction 15 ... doped region

17,57a,57b...제1전극 19,59a,59b...제2전극17,57a, 57b ... first electrode 19,59a, 59b ... second electrode

21,61...제1송수신기 25,65...제2송수신기21,61 ... 1st transceiver 25,65 ... 2nd transceiver

23,43,63...도파로 41...송신기23,43,63 ... Doparo 41 ... Transmitter

45...수신기45 ... receiver

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 복합소자는, n형 또는 p형의 실리콘에 기반을 둔 기판에 형성된 적어도 하나의 광소자 및 적어도 하나의 전자소자를 구비하며, 상기 광소자는, 상기 기판의 일면에 소정의 도판트에 의해 상기 기판과 반대형으로 극도로 얕게 도핑된 도핑 영역과; 상기 기판에 형성된 제1 및 제2전극;을 포함하는 것을 특징으로 한다.The composite device according to the present invention for achieving the above object comprises at least one optical device and at least one electronic device formed on a substrate based on n-type or p-type silicon, the optical device, A doped region extremely shallowly doped to the opposite side of the substrate by a predetermined dopant on one surface; And first and second electrodes formed on the substrate.

여기서, 상기 실리콘 광소자는, 발광소자로서 사용되는 제1실리콘 광소자와, 수광소자로서 사용되는 제2실리콘 광소자를 포함한다.Here, the silicon optical element includes a first silicon optical element used as a light emitting element and a second silicon optical element used as a light receiving element.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명에 따른 복합소자 및 이를 채용한 광전송모듈의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the composite device and the optical transmission module employing the same according to the present invention.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 복합소자의 구성을 개략적으로 보인 도면이다.1 is a view schematically showing the configuration of a composite device according to a first embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 복합소자(1)는, 실리콘에 기반을 둔 기판(11)에 일체로 형성된 적어도 하나의 실리콘 광소자(1a)(1b) 및 적어도 하나의 반도체 전자소자(5)를 구비한다.Referring to the drawings, the composite device 1 according to the first embodiment of the present invention, at least one silicon optical device (1a) (1b) and at least one formed integrally with the substrate 11 based on silicon A semiconductor electronic device 5 is provided.

상기 기판(11)은 실리콘(Si)을 포함하는 소정의 반도체 물질 예컨대, Si, SiC 또는 다이아몬드로 이루어진 실리콘에 기반을 둔 반도체 기판으로서, n형 또는 p형으로 도핑되어 있다.The substrate 11 is a semiconductor substrate based on a predetermined semiconductor material including silicon (Si), for example, Si, SiC, or diamond, and is doped with n-type or p-type.

본 실시예에 있어서, 상기 적어도 하나의 실리콘 광소자(1a)(1b)는 예를 들어, 발광소자로서 사용되는 제1실리콘 광소자(1a)와 수광소자로서 사용되는 제2실리콘 광소자(1b)로 이루어질 수 있다.In the present embodiment, the at least one silicon optical element 1a, 1b is, for example, a first silicon optical element 1a used as a light emitting element and a second silicon optical element 1b used as a light receiving element. It can be made of).

상기 제1 및 제2실리콘 광소자(1a)(1b)는 도 2 및 도 3을 참조로 후술하는 바와 같이, 상기 기판(11)의 일면에 상기 기판(11)과 반대형으로 극도로 얕게 도핑 형성된 도핑 영역(15)을 구비하며, 그 도핑 영역(15)의 p-n 접합 부위(14)에서 양자 구속효과에 의해 전자와 정공 쌍의 생성 및 소멸 결합이 일어나도록 되어 있다.As described below with reference to FIGS. 2 and 3, the first and second silicon optical devices 1a and 1b may be extremely shallowly doped on one surface of the substrate 11 in a manner opposite to the substrate 11. The doped region 15 is formed, and the generation and annihilation bond of the electron and the hole pair is caused by the quantum confinement effect at the pn junction region 14 of the doped region 15.

상기 적어도 하나의 반도체 전자소자(5)는 제1 및 제2실리콘 광소자(1a)(1b) 중 적어도 어느 하나를 구현하는데 적합하도록, 상기 제1 및 제2실리콘 광소자(1a)(1b)와 함께 상기 기판(11)에 일체로 형성된 단일 또는 복수의 반도체 전자소자 또는 그 복수의 반도체 전자소자로 이루어진 복합 회로를 포함한다. 본 발명에서, 상기 반도체 전자소자(5)는 특정한 소자로 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형 및 응용 예가 가능하다.The at least one semiconductor electronic device 5 is suitable for implementing at least one of the first and second silicon optical devices 1a and 1b, so that the first and second silicon optical devices 1a and 1b. And a single or a plurality of semiconductor electronic devices formed integrally with the substrate 11 or a composite circuit formed of a plurality of semiconductor electronic devices. In the present invention, the semiconductor electronic device 5 is not limited to a specific device, and various modifications and application examples are possible.

상기 반도체 전자소자(5)는 실리콘 광소자를 구동, 제어 증폭 및 변조 중 적어도 어느 한 기능을 하도록 마련될 수 있다.The semiconductor electronic device 5 may be provided to drive at least one of driving, controlling, amplifying, and modulating a silicon optical device.

예를 들어, 상기 반도체 전자소자(5)는 상기 제1실리콘 광소자(1a)를 구동하여 광이 출력되도록 하는 구동회로가 될 수도 있으며, 상기 제2실리콘 광소자(1b)에서 광검출신호가 출력되도록 하는 증폭 회로가 될 수도 있고, 상기 제1 및 제2실리콘 광소자(1a)(1b)를 모두 구현하는데 적합한 복합 회로가 될 수도 있다.For example, the semiconductor electronic device 5 may be a driving circuit driving the first silicon optical device 1a to output light, and a photodetection signal is output from the second silicon optical device 1b. It may be an amplifying circuit to make it possible, or may be a composite circuit suitable for implementing both the first and second silicon optical element (1a) (1b).

상기와 같은 본 발명의 제1실시예에 따른 복합소자(1)를 이루는 반도체 전자소자(5), 제1 및 제2실리콘 광소자(1a)(1b)는 상기 기판(11)에 일련의 반도체 제조공정을 통해 일체로 형성되며, 단일 칩화될 수 있다.The semiconductor electronic device 5 and the first and second silicon optical devices 1a and 1b constituting the composite device 1 according to the first embodiment of the present invention as described above are provided with a series of semiconductors on the substrate 11. It is formed integrally through the manufacturing process and can be single chipped.

본 발명의 제1실시예에 따른 복합소자(1)에 제1 및 제2실리콘 광소자(1a)(1b)로 적용되는 실리콘 광소자(10)의 구체적인 구성은 도 2에 개시되어 있다. 도 2에서의 기판(11)은 도 1에서와 실질적으로 동일한 것이다.A detailed configuration of the silicon optical device 10 applied to the first and second silicon optical devices 1a and 1b to the composite device 1 according to the first embodiment of the present invention is shown in FIG. 2. The substrate 11 in FIG. 2 is substantially the same as in FIG. 1.

도 2를 참조하면, 실리콘 광소자(10)는, 예컨대, n형으로 도핑된 실리콘에 기반을 둔 기판(11)의 일면에 형성된 도핑영역(15)과, 상기 도핑영역(15)에 전기적으로 연결 가능하게 상기 기판(11)에 형성된 제1 및 제2전극(17)(19)을 포함하여 구성된다. 또한, 상기 실리콘 광소자(10)는 도핑영역(15) 형성시 마스크로서 기능을 하며, 도핑영역(15)이 원하는 극도로 얕은(ultra-shallow) 두께로 형성되도록 하는 제어막(13)을 상기 기판(11)의 일면에 더 구비하는 것이 바람직하다. 이 제어막(13)은 상기 도핑영역(15)을 형성한 후에 선택적으로 제거될 수도 있다.Referring to FIG. 2, the silicon optical device 10 may be formed of, for example, a doped region 15 formed on one surface of a substrate 11 based on silicon doped with n-type, and electrically connected to the doped region 15. The first and second electrodes 17 and 19 are formed on the substrate 11 to be connectable. In addition, the silicon photo device 10 functions as a mask when the doped region 15 is formed, and the control layer 13 to form the doped region 15 to a desired ultra-shallow thickness. It is preferable to further provide on one surface of the substrate 11. The control film 13 may be selectively removed after the doping region 15 is formed.

상기 도핑영역(15)은 소정의 도판트 예컨대, 붕소(boron) 또는 인(phosphorous)을 상기 제어막(13)의 개구를 통하여 상기 기판(11) 내로 비평형 확산 공정에 의해 주입시켜 상기 기판(11)과 반대형 예컨대, p+형으로 도핑 형성된 영역이다.The doped region 15 may inject a predetermined dopant, for example, boron or phosphorous, into the substrate 11 through an opening of the control layer 13 by a non-equilibrium diffusion process. A region doped with a type opposite to 11), for example, p + type.

도핑시, 상기 도핑영역(15)의 상기 기판(11)과의 경계 부분 즉, p-n 접합 부위(14)에 양자 우물(quantum well), 양자 점(quantum dot) 및 양자 선(quantum wire) 중 적어도 어느 하나가 형성되어, 양자구속효과에 의해 높은 양자 효율로 광전 변환 효과 즉, 전자와 정공 쌍의 생성 이나 소멸 결합을 나타내도록, 상기 도핑영역(15)은 원하는 극도로 얕은 깊이로 도핑(ultra-shallow dopping) 형성된 것이 바람직하다.At the time of doping, at least one of quantum wells, quantum dots, and quantum wires is formed at the boundary portion of the doped region 15 with the substrate 11, that is, at the pn junction 14. The doped region 15 is doped to a desired extremely shallow depth so that any one is formed to exhibit the photoelectric conversion effect, ie, the generation or dissociation of electron and hole pairs, with high quantum efficiency by the quantum confinement effect. shallow dopping).

여기서, 상기 p-n 접합 부위(14)에는 주로는 양자 우물이 형성되며, 양자 점이나 양자 선이 형성될 수도 있다. 또한, 상기 p-n 접합 부위(14)에는 상기 양자 우물, 양자 점, 양자 선 중 두 가지 이상이 복합되게 형성될 수 도 있다. 이하에서는, 표현의 간략화를 위해 상기 p-n 접합 부위(14)에 양자 우물이 형성된 것으로 설명한다. 이하에서 p-n 접합 부위(14)에 양자 우물이 형성된 것으로 설명한다 해도, 이는 양자 우물, 양자 점 및 양자 선 중 적어도 어느 하나를 의미한다.In this case, a quantum well is mainly formed at the p-n junction 14, and a quantum dot or a quantum line may be formed. In addition, two or more of the quantum wells, the quantum dots, and the quantum lines may be formed in the p-n junction portion 14. In the following description, quantum wells are formed in the p-n junction 14 for the sake of simplicity. Although it will be described below that the quantum wells are formed in the p-n junction site 14, this means at least one of quantum wells, quantum dots, and quantum lines.

도 3a는 도핑 영역(15)을 비평형 확산에 의해 극도로 얕은 깊이로 형성할 때, p-n 접합 부위(14)의 구조를 보여준다. 도 3b는 비평형 확산에 의해 도 3a에 보여진 p-n 접합 부위(14)에 표면의 길이 방향(longitudinal), 측 방향(lateral)으로 형성되는 양자 우물(quantum well: QW)의 에너지 밴드를 보여준다. 도 3b에서Ec는 전도대 에너지 준위, Ev는 가전자대 에너지 준위, Ef는 페르미 에너지 준위를 나타내며, 이러한 에너지 준위에 대해서는 반도체 관련 기술 분야에서는 잘 알려져 있이므로, 자세한 설명은 생략한다.3A shows the structure of the p-n junction site 14 when the doped region 15 is formed to an extremely shallow depth by non-equilibrium diffusion. FIG. 3B shows the energy band of quantum wells (QW) formed in the longitudinal and lateral direction of the surface at the p-n junction site 14 shown in FIG. 3A by non-equilibrium diffusion. In FIG. 3B, Ec represents a conduction band energy level, Ev represents a valence band energy level, and Ef represents a Fermi energy level. Such energy levels are well known in the semiconductor related art, and thus detailed descriptions thereof will be omitted.

도 3a 및 도 3b에 보여진 바와 같이, p-n 접합 부위(14)는 다른 도핑층이 교대로 형성된 양자 우물구조를 가지는데, 우물과 barrier는 대략 2nm, 3nm 정도가 된다.As shown in FIGS. 3A and 3B, the p-n junction site 14 has a quantum well structure in which different doping layers are alternately formed, and the well and the barrier are approximately 2 nm and 3 nm.

이와 같이 p-n 접합 부위(14)에 양자 우물을 형성하는 극도로 얕은 도핑은 상기 제어막(13)의 두께 및 확산 공정 조건 등을 최적으로 제어함으로써 형성될 수 있다.As such, extremely shallow doping to form the quantum well at the p-n junction 14 may be formed by optimally controlling the thickness of the control layer 13 and the diffusion process conditions.

확산 공정 중 적정한 확산 온도 및 기판(11) 표면의 변형된 포텐셜(deformed potential)에 의해 확산 프로파일(profile)의 두께가 예컨대, 10-20 nm로 조절될 수 있으며, 이와 같이 극도로 얕은 확산 프로파일에 의해 양자 우물 시스템이 생성되게 된다. 여기서, 기판(11) 표면의 포텐셜은 초기 제어막(13)의 두께와 표면전처리에 의해 변형되고 공정이 진행됨에 따라 심화된다.Due to the proper diffusion temperature during the diffusion process and the modified potential of the surface of the substrate 11, the thickness of the diffusion profile can be controlled, for example, 10-20 nm, thus allowing for extremely shallow diffusion profiles. This creates a quantum well system. Here, the potential of the surface of the substrate 11 is deformed by the thickness of the initial control film 13 and the surface pretreatment, and deepens as the process proceeds.

상기 제어막(13)은 도핑영역(15)이 극도로 얕은 도핑 깊이로 형성되도록 하는 적정 두께를 갖는 실리콘 산화막(SiO2)인 것이 바람직하다. 이 제어막(13)은 예를 들어, 기판(11)의 일면 상에 실리콘 산화막을 형성한 다음, 확산 공정을 위한 개구 부분을 포토리소그라피 공정을 이용하여 식각해냄으로써 마스크 구조로 형성된다.The control layer 13 is preferably a silicon oxide film (SiO 2 ) having an appropriate thickness such that the doped region 15 is formed to an extremely shallow doping depth. The control film 13 is formed in a mask structure by, for example, forming a silicon oxide film on one surface of the substrate 11 and then etching the opening portion for the diffusion process using a photolithography process.

확산 기술 분야에서 알려진 바에 의하면, 실리콘 산화막의 두께가 적정두께(수천 Å)보다 두껍거나 저온이면, vacancy(빈자리)가 주로 확산에 영향을 미쳐 확산이 깊이 일어나게 되며, 실리콘 산화막의 두께가 적정 두께보다 얇거나 고온이면 Si self-interstitial(자기 틈새)이 주로 확산에 영향을 미쳐 확산이 깊이 일어나게 된다. 따라서, 실리콘 산화막을 Si self-interstitial 및 vacancy가 유사한 비율로 발생되는 적정 두께로 형성하면, Si self-interstitial과 vacancy가 서로 결합되어 도판트의 확산을 촉진하지 않게 되므로, 극도로 얕은 도핑이 가능해진다. 여기서, vacancy 및 self-interstitial과 관련한 물리적인 성질은 확산과 관련한 기술분야에서는 잘 알려져 있으므로, 보다 자세한 설명은 생략한다.It is known in the diffusion technology that if the thickness of the silicon oxide film is thicker or lower than the optimum thickness (thousands of kPa), the vacancy mainly affects the diffusion and the diffusion occurs deeply, and the thickness of the silicon oxide film is larger than the proper thickness. At thin or high temperatures, Si self-interstitial mainly affects diffusion, causing deep diffusion. Therefore, when the silicon oxide film is formed to an appropriate thickness in which Si self-interstitial and vacancy are generated at a similar rate, the Si self-interstitial and vacancy are bonded to each other and do not promote diffusion of the dopant, thereby enabling extremely shallow doping. . Here, since physical properties related to vacancy and self-interstitial are well known in the art related to diffusion, a detailed description thereof will be omitted.

여기서, 상기 기판(11)이 p형으로 도핑되면, 상기 도핑영역(15)은 n+형으로 도핑된다.Herein, when the substrate 11 is doped with p-type, the doped region 15 is doped with n + -type.

상기 제1전극(17)은 도핑영역(15)이 형성된 기판(11)의 일면에 형성되고, 상기 제2전극(19)은 상기 기판(11)의 반대면에 형성된다. 도 2는 상기 제1전극(17)을 불투명 금속 재질로 도핑영역(15)의 외측 일부분에 컨택되도록 형성한 예를 보여준다. 상기 제1전극(17)은 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 전극 재질을 사용하여 도핑영역(15)상에 전체적으로 형성될 수도 있다.The first electrode 17 is formed on one surface of the substrate 11 on which the doped region 15 is formed, and the second electrode 19 is formed on the opposite surface of the substrate 11. 2 illustrates an example in which the first electrode 17 is formed to be in contact with an outer portion of the doped region 15 by using an opaque metal material. The first electrode 17 may be entirely formed on the doped region 15 using a transparent electrode material such as indium tin oxide (ITO).

여기서, 기판(11) 저면에 제2전극(19)을 형성하는 대신에, 상기 제1 및 제2전극(17)(19)을 모두 도핑 영역(15)이 형성된 면쪽에 형성할 수도 있다.Here, instead of forming the second electrode 19 on the bottom surface of the substrate 11, both the first and second electrodes 17 and 19 may be formed on the surface on which the doped region 15 is formed.

예를 들어, 상기 실리콘 광소자(10)는 도핑 영역(15)을 포함하는 부분이 메사 구조를 이루도록 형성될 수도 있다. 이때, 상기 제1전극(17)은 도핑 영역(15)이 형성된 기판(11)의 일면에 형성되고, 상기 제2전극(19)은 메사 구조 주변의 계단부에 형성될 수 있다.For example, the silicon optical device 10 may be formed such that a portion including the doped region 15 forms a mesa structure. In this case, the first electrode 17 may be formed on one surface of the substrate 11 on which the doped region 15 is formed, and the second electrode 19 may be formed on the stepped portion around the mesa structure.

상기와 같은 실리콘 광소자(10)는 상기 도핑영역(15)의 기판(11)과의 p-n 접합 부위(14)에 전자와 정공 쌍의 생성 및 소멸 결합이 일어날 수 있는 양자 우물이 형성되어 있으므로, 발광소자 또는 수광소자로서 사용될 수 있다.In the silicon optical device 10 as described above, since a quantum well capable of generating and dissociating an electron and a hole pair may be formed at the pn junction portion 14 of the doped region 15 with the substrate 11. It can be used as a light emitting element or a light receiving element.

즉, 상기 실리콘 광소자(10)는 다음과 같이 발광소자로서 기능을 한다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2전극을 통해 DC 전압(또는 전류)이 가해지면, 캐리어들 즉, 전자와 정공은 상기 p-n 접합 부위의 양자 우물에 주입되고, 양자 우물내의 부 밴드 에너지(subband energy) 레벨을 통해 재결합(소멸 결합)된다. 이때, 이때, 캐리어들이 결합되는 상태에 따라 다양한 파장의 전장 발광(electroluminescence:EL)이 발생한다.That is, the silicon optical device 10 functions as a light emitting device as follows. For example, when a DC voltage (or current) is applied through the first and second electrodes, carriers, that is, electrons and holes, are injected into the quantum well at the pn junction, and subband energy in the quantum well is subbanded. energy is recombined through the energy level. In this case, electroluminescence (EL) of various wavelengths is generated according to a state in which carriers are combined.

또한, 상기 실리콘 광소자(10)는 다음과 같이 수광소자로서 기능을 한다. 광이 입사되어 양자 우물 구조인 p-n 접합 부위(14)에서 광자가 흡수되면, 전자와 정공은 그 p-n 접합 부위(14)에 형성된 양자 우물(31)내의 부 밴드 에너지 레벨(subband energy level)로 각각 여기된다. 따라서, 외부 회로 예컨대, 부하 저항(18)이 연결되어 있으면 조사된 광량에 비례하는 전류가 출력된다.In addition, the silicon optical element 10 functions as a light receiving element as follows. When light is incident and photons are absorbed at the pn junction site 14, which is a quantum well structure, electrons and holes are respectively subband energy levels in the quantum well 31 formed at the pn junction site 14. Here it is. Therefore, when an external circuit, for example, the load resistor 18 is connected, a current proportional to the amount of light emitted is output.

이때, 실리콘 광소자(10)에서의 흡수 또는 발광 파장은 기판(11) 표면 (실제로는, 도핑 영역(14) 표면)에 형성되는 극소 결함(micro-defect)에 기인한 극소 캐버티(micro-cavity)에 의해 정해진다. 따라서, 제작 공정에 의해 극소 캐버티의 크기를 조절하면, 원하는 흡수 및 발광 파장대역의 실리콘 광소자(10)를 얻을 수 있다.At this time, the absorption or emission wavelength in the silicon optical element 10 is a micro-cavity due to micro-defects formed on the surface of the substrate 11 (actually, the surface of the doped region 14). cavity). Therefore, by adjusting the size of the very small cavity by the fabrication process, the silicon optical element 10 of the desired absorption and emission wavelength band can be obtained.

여기서, 극소 캐버티는 도핑 영역(14) 표면에 형성된 미소 결함에 의한 변형된 포텐셜(deformed potential) 때문에 생긴다. 따라서, 변형된 포텐셜을 조절함으로써 양자 우물의 변형이 가능하며, 이에 따라 극소 캐버티가 정해진다.Here, very small cavities arise due to the deformed potential due to the micro defects formed on the surface of the doped region 14. Thus, by modifying the modified potential, modification of the quantum wells is possible, which results in very small cavities.

이상에서 설명한 바와 같이 실리콘 광소자(10)는 극도로 얕게 도핑된 도핑 영역(15)의 p-n 접합 부위(14)에서 전하분포 포텐셜의 국부적인 변화로 인하여 양자 구속 효과가 발생하며, 양자 우물내에 부밴드 에너지(subband energy) 레벨이 형성되어 있어, 높은 양자효율을 가진다.As described above, the silicon photo device 10 has a quantum confinement effect due to a local change in the charge distribution potential at the pn junction 14 of the extremely shallowly doped region 15, Subband energy level is formed, and has high quantum efficiency.

여기서, 발광소자 및 수광소자로서 기능을 하는 실리콘 광소자(10)에 대해서는 본 출원인에 의해 출원된 대한민국 특허출원 제02-1431호(발명의 명칭:실리콘 광소자 및 이를 적용한 발광디바이스장치) 및 대한민국 특허출원 제02-7707호(발명의 명칭:실리콘 수광소자)에 자세히 기재되어 있다. 따라서, 본 발명은 상기 특허출원들에 기재된 내용을 인용하는 것으로 하고, 실리콘 광소자(10)에 대한 보다 자세한 설명은 생략한다.Here, for the light emitting device and the silicon optical device 10 functioning as the light receiving device, Korean Patent Application No. 02-1431 filed by the present applicant (name of the invention: a silicon optical device and a light emitting device using the same) and Korea It is described in detail in patent application No. 02-7707 (the name of a silicon light receiving element). Therefore, the present invention is referred to the contents described in the patent applications, and a detailed description of the silicon optical device 10 will be omitted.

도 4는 도 2 및 도 3을 참조로 설명한 바와 같은 실리콘 광소자(10)를 응용한 본 발명의 제1실시예에 따른 복합소자(1)의 제1 및 제2실리콘 광소자(1a)(1b) 구조의 일 실시예를 보인 평면도이고, 도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선 단면도이다. 도 4 및 도 5는 도시의 간략화를 위해, 제어막(도 2의 13)이 제거된 상태의 제1 및 제2실리콘 광소자(1a)(1b)를 보여준다. 상기 제1 및 제2실리콘 광소자(1a)(1b)는 앞서 설명한 바와 같은 제어막(13)을 더 구비할 수도 있다.FIG. 4 shows the first and second silicon optical devices 1a (1a) of the composite device 1 according to the first embodiment of the present invention to which the silicon optical device 10 as described with reference to FIGS. 2 and 3 is applied. 1b) is a plan view showing an embodiment of the structure, Figure 5 is a cross-sectional view taken along the line V-V of FIG. 4 and 5 show the first and second silicon photo devices 1a and 1b with the control film 13 in FIG. 2 removed for the sake of simplicity. The first and second silicon optical devices 1a and 1b may further include the control layer 13 as described above.

도 4 및 도 5를 참조하면, 제1 및 제2실리콘 광소자(1a)(1b) 각각은기판(11)의 일면에 형성된 도핑영역(15)과, 이 도핑영역(15)에 전기적으로 연결되게 기판(11)의 도핑영역(15)이 형성된 면쪽에 형성된 제1전극(17)과, 기판(11)의 저면에 형성된 제2전극(19)을 구비한다. 여기서, 기판(11), 도핑영역, 제1 및 제2전극(17)(19)은 실질적으로 도 2 및 도 3에서와 동일한 것이므로, 도 2 및 도 3에서와 동일 참조 부호로 표시하고, 기판(11), 도핑영역(15), 제1 및 제2전극(17)(19)에 대한 자세한 설명은 생략한다.4 and 5, each of the first and second silicon optical devices 1a and 1b is electrically connected to the doped region 15 formed on one surface of the substrate 11 and the doped region 15. The first electrode 17 is formed on the surface of the substrate 11 and the second electrode 19 is formed on the bottom surface of the substrate 11. Here, since the substrate 11, the doped region, the first and second electrodes 17 and 19 are substantially the same as in Figs. 2 and 3, they are indicated by the same reference numerals as in Figs. (11), the detailed description of the doped region 15, the first and second electrodes 17 and 19 will be omitted.

본 발명의 제1실시예에 따른 복합소자(1)에서, 제1 및 제2전극(17)(19)은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2실리콘 광소자(1a)(1b)에 적합하게 패터닝된다. 즉, 상기 제1전극(17)은 기판(11)의 도핑영역(15)이 형성된 면쪽에 제1 및 제2실리콘 광소자(1a)(1b)의 광이 입,출사되기 위한 윈도우 외주에 형성된다. 제2전극(19)은 제1 및 제2실리콘 광소자(1a)(1b)를 서로 전기적으로 독립되게 구동 및/또는 제어할 수 있도록 기판(11) 저면에 패터닝된다.In the composite device 1 according to the first embodiment of the present invention, the first and second electrodes 17 and 19 are formed as shown in FIGS. 4 and 5, respectively. (B) is suitably patterned. That is, the first electrode 17 is formed on the outer circumference of the window for entering and exiting the light of the first and second silicon photo devices 1a and 1b on the side where the doped region 15 of the substrate 11 is formed. do. The second electrode 19 is patterned on the bottom surface of the substrate 11 so as to drive and / or control the first and second silicon photo devices 1a and 1b electrically independently of each other.

한편, 본 발명의 제1실시예에 따른 복합소자(1)는 제1실리콘 광소자(1a)와 제2실리콘 광소자(1b) 사이, 제1 및 제2실리콘 광소자(1a)(1b)와 그 주변 사이가 서로 전기적으로 독립될 수 있도록 전기적인 격벽을 더 구비하는 것이 바람직하다. 이 전기적인 격벽은 기판(11)을 소정 깊이로 식각하여 트렌치(trench:7)를 형성함으로써 실현될 수 있다. 이 트렌치(7)에는 부가적으로 절연물질을 더 적층하거나, 절연물질을 채울 수도 있다.On the other hand, the composite device 1 according to the first embodiment of the present invention is between the first silicon optical device 1a and the second silicon optical device 1b, and the first and second silicon optical devices 1a and 1b. It is preferable to further have electrical partitions so that the space between the and surroundings can be electrically independent of each other. This electrical partition can be realized by etching the substrate 11 to a predetermined depth to form a trench 7. The trench 7 may additionally be further laminated with or filled with an insulating material.

도 6은 도 2 및 도 3을 참조로 설명한 바와 같은 실리콘 광소자(10)를 응용한 본 발명의 제1실시예에 따른 복합소자(1)의 제1 및 제2실리콘 광소자(1a)(1b)구조의 다른 실시예를 보인 평면도이고, 도 7은 도 6의 Ⅶ-Ⅶ 선 단면도이다. 여기서, 도 4 및 도 5에서와 동일 참조부호는 동일 기능을 하는 동일 부재를 나타낸다. 도 6 및 도 7은, 도 4 및 도 5의 경우와 마찬가지로 도시의 간략화를 위해, 제어막(13)이 제거된 상태의 제1 및 제2실리콘 광소자(1a)(1b)를 보여준다. 여기서도, 상기 제1 및 제2실리콘 광소자(1a)(1b)는 앞서 설명한 바와 같은 제어막(13)을 더 구비할 수도 있다.FIG. 6 shows the first and second silicon optical devices 1a (1a) of the composite device 1 according to the first embodiment of the present invention to which the silicon optical device 10 as described with reference to FIGS. 2 and 3 is applied. 1b) is a plan view showing another embodiment of the structure, and FIG. 7 is a sectional view taken along line VII-VII of FIG. 4 and 5, the same reference numerals denote the same members having the same function. 6 and 7 show the first and second silicon optical elements 1a and 1b in a state where the control film 13 is removed for simplicity of illustration as in the case of FIGS. 4 and 5. Here, the first and second silicon optical devices 1a and 1b may further include the control layer 13 as described above.

도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 제1 및 제2실리콘 광소자(1a)(1b)는 그 도핑 영역(15)을 포함하는 부분이 메사 구조를 이루도록 형성될 수도 있다. 이때, 제1전극(17)은 도핑 영역(15)이 형성된 기판(11)의 일면에 형성되고, 상기 제2전극(19)은 제1 및 제2실리콘 광소자(1a)(1b)의 메사 구조 주변의 계단부에 형성될 수 있다.6 and 7, the first and second silicon optical devices 1a and 1b may be formed such that a portion including the doped region 15 forms a mesa structure. In this case, the first electrode 17 is formed on one surface of the substrate 11 on which the doped region 15 is formed, and the second electrode 19 is a mesa of the first and second silicon optical devices 1a and 1b. It may be formed in the stepped portion around the structure.

상기와 같은 본 발명의 제1실시예에 따른 복합소자(1)는 광전송모듈에서 광신호 송수신기(transceiver)로 사용될 수 있다.The composite device 1 according to the first embodiment of the present invention as described above may be used as an optical signal transceiver in an optical transmission module.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 제1실시예에 따른 복합소자(1)는 다수의 실리콘 광소자가 어레이로 배치된 구조일 수도 있다. 이때, 발광소자로서 사용되는 실리콘 광소자와 수광소자로서 사용되는 실리콘 광소자의 배치 구조는 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 발광소자로서 사용되는 실리콘 광소자와 수광소자로서 사용되는 실리콘 광소자는 교대로 위치되거나 각각이 일렬로 배치될 수 있다.The composite device 1 according to the first embodiment of the present invention as described above may have a structure in which a plurality of silicon optical devices are arranged in an array. At this time, the arrangement structure of the silicon optical element used as the light emitting element and the silicon optical element used as the light receiving element may be variously modified. For example, the silicon optical element used as the light emitting element and the silicon optical element used as the light receiving element may be alternately positioned or arranged in a line.

도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 광전송모듈을 개략적으로 보인 도면이다.8 is a view schematically showing an optical transmission module according to a first embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 광전송모듈은, 광신호를 출력하고 입력되는 광신호를 수신하도록, 서로 대응되게 배치된 제1 및 제2송수신기(transceiver:21,25)를 구비한다.Referring to FIG. 8, the optical transmission module according to the first embodiment of the present invention may include first and second transceivers 21 and 25 disposed corresponding to each other so as to output an optical signal and receive an input optical signal. It is provided.

상기 제1 및 제2송수신기(21)(25)로는 각각 앞서 설명한 바와 같은 본 발명의 제1실시예에 따른 복합소자(1)를 구비한다. 이때, 상기 제1 및 제2송수신기(21)(25)는, 그 제1송수신기(21)의 발광소자로서 사용되는 제1실리콘 광소자(1a)가 제2송수신기(25)의 수광소자로서 사용되는 제2실리콘 광소자(1b)와 대응되고, 제1송수신기(21)의 수광소자로서 사용되는 제2실리콘 광소자(1b)가 제2송수신기(25)의 발광소자로서 사용되는 제1실리콘 광소자(1a)와 대응되게 배치된다.Each of the first and second transmitters 21 and 25 includes a composite device 1 according to the first embodiment of the present invention as described above. In this case, in the first and second transmitters 21 and 25, the first silicon optical element 1a used as the light emitting element of the first transmitter 21 is used as the light receiving element of the second transmitter 25. The first silicon optical element corresponding to the second silicon optical element 1b to be used, and the second silicon optical element 1b used as the light receiving element of the first transmitter 21 is used as the light emitting element of the second transmitter 25. It is disposed to correspond to the element 1a.

한편, 본 발명의 제1실시예에 따른 광전송모듈은, 상기 제1 및 제2송수신기(21)(25) 사이에 광신호를 전송하기 위한 광도파로(23) 예컨대, 광섬유를 더 구비할 수 있다. 이때, 상기 광도파로(23)의 수는 제1 또는 제2송수신기(21)(25)의 실리콘 광소자의 개수에 대응된다.Meanwhile, the optical transmission module according to the first embodiment of the present invention may further include an optical waveguide 23, for example, an optical fiber, for transmitting an optical signal between the first and second transmitters 21 and 25. . In this case, the number of the optical waveguides 23 corresponds to the number of silicon optical elements of the first or second transmitters 21 and 25.

예를 들어, 상기 제1 및 제2송수신기(21)(25)가 각각 도 1에 도시된 본 발명의 제1실시예에 따른 복합소자(1)와 같이, 발광소자 및 수광소자로 사용되는 한쌍의 실리콘 광소자를 구비한다면, 상기 광도파로(23)는 한 쌍이 구비된다.For example, the pair of first and second transmitters 21 and 25 used as light emitting elements and light receiving elements, respectively, as the composite element 1 according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. If provided with the silicon optical element, the optical waveguide 23 is provided with a pair.

여기서, 본 발명의 제1실시예에 따른 광전송모듈은, 광도파로(23) 없이 자유 공간을 통한 광신호 송,수신에 사용할 수도 있다. 본 발명의 제1실시예 및 후술하는 다른 실시예들에 따른 광전송모듈은, 예를 들어, 회로 기판(11)과 회로기판(11) 사이의 광 인터커넥션(optical interconnection) 등에 적용될 수 있다.Here, the optical transmission module according to the first embodiment of the present invention may be used for transmitting and receiving optical signals through free space without the optical waveguide 23. The optical transmission module according to the first embodiment of the present invention and other embodiments described below may be applied to, for example, an optical interconnection between the circuit board 11 and the circuit board 11.

도 8을 참조로 설명한 본 발명의 제1실시예에 따른 광전송모듈은 양방향 광통신에 적용되는 것으로, 이러한 광전송모듈 복수개를 어레이로 구비하면, 복수 채널의 양방향 광통신을 수행할 수 있다.The optical transmission module according to the first embodiment of the present invention described with reference to FIG. 8 is applied to bidirectional optical communication. When the optical transmission module is provided in an array, bidirectional optical communication of a plurality of channels may be performed.

도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 복합소자(30)의 구성을 개략적으로 보인 도면이다. 본 발명의 제2실시예에 따른 복합소자(30)는, 수광소자 또는 발광소자로서 사용되는 단일 실리콘 광소자(31)와 적어도 하나의 반도체 전자소자(35)를 구비한다. 상기 실리콘 광소자(31)와 반도체 전자소자(35)는 전술한 본 발명의 제1실시예에 따른 복합소자(1)에서의 제1 및 제2실리콘 광소자(1a)(1b) 및 반도체 전자소자(5)와 마찬가지로, 실리콘에 기반을 둔 기판(11)에 일련의 반도체 제조 공정을 통해 일체로 형성되며, 단일 칩화될 수 있다.9 is a view schematically showing the configuration of a composite device 30 according to a second embodiment of the present invention. The composite device 30 according to the second embodiment of the present invention includes a single silicon optical device 31 and at least one semiconductor electronic device 35 used as a light receiving device or a light emitting device. The silicon photo device 31 and the semiconductor electronic device 35 may include the first and second silicon optical devices 1a and 1b and the semiconductor electronics of the composite device 1 according to the first embodiment of the present invention described above. Like the device 5, the silicon-based substrate 11 is integrally formed through a series of semiconductor manufacturing processes and can be single chipped.

상기와 같은 본 발명의 제2실시예에 따른 복합소자(30)는 예를 들어, 광전송모듈에서 광신호 송신기 또는 광신호 수신기로 사용될 수 있다.The composite device 30 according to the second embodiment of the present invention as described above may be used as, for example, an optical signal transmitter or an optical signal receiver in an optical transmission module.

여기서, 상기 실리콘 광소자(31)는 본 발명의 제1실시예에 따른 복합소자(1)에서의 제1 또는 제2실리콘 광소자(1b)와 그 구조 및 기능면에서 유사 또는 동일하고, 상기 반도체 전자소자(35)는 본 발명의 제1실시예에 따른 복합소자(1)에서의 반도체 전자소자(5)와 그 구조 및 기능면에서 유사 또는 동일하다. 따라서, 상기 실리콘 광소자(31) 및 반도체 전자소자(35)에 대해서는 본 발명의 제1실시예에 따른 복합소자(1)에 대한 설명을 참조하는 것으로 하고, 보다 자세한 설명은 생략한다.Here, the silicon optical device 31 is similar or identical in structure and function to the first or second silicon optical device 1b in the composite device 1 according to the first embodiment of the present invention. The semiconductor electronic device 35 is similar or identical in structure and function to the semiconductor electronic device 5 in the composite device 1 according to the first embodiment of the present invention. Therefore, the silicon optical device 31 and the semiconductor electronic device 35 will be described with reference to the description of the composite device 1 according to the first embodiment of the present invention, and a detailed description thereof will be omitted.

도 10은, 본 발명의 제2실시예에 따른 광전송모듈을 개략적으로 보인 구성도이다.10 is a configuration diagram schematically showing an optical transmission module according to a second embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 광전송모듈은, 광신호를 출력하는 송신기(transmitter:41)와, 상기 송신기(41)로부터 전달된 광신호를 수신하는 수신기(receiver:45)를 구비한다. 또한, 상기 송신기(41)와 수신기(45) 사이에 광신호를 전송하기 위한 광도파로(43) 예컨대, 광섬유를 더 구비할 수도 있다.Referring to FIG. 10, the optical transmission module according to the second embodiment of the present invention includes a transmitter 41 for outputting an optical signal and a receiver 45 for receiving the optical signal transmitted from the transmitter 41. ). In addition, an optical waveguide 43 for transmitting an optical signal between the transmitter 41 and the receiver 45 may be further provided with an optical fiber.

상기 송신기 및 수신기(41)(45)로는 각각 도 9를 참조로 설명한 본 발명의 제2실시예에 따른 복합소자(30)를 구비할 수 있다. 이때, 복합소자(30)가 송신기(41)로 적용되는 경우, 그 실리콘 광소자(31)는 발광소자로 사용되고, 그 반도체 전자소자(35)는 실리콘 광소자(31)의 구동 회로로서 기능을 한다. 또한, 복합소자(30)가 수신기(45)로 적용되는 경우, 그 실리콘 광소자(31)는 수광소자로 사용되고, 그 반도체 전자소자(35)는 부하 저항이 될 수 있다.As the transmitter and the receiver 41 and 45, the composite device 30 according to the second embodiment of the present invention described with reference to FIG. 9 may be provided. At this time, when the composite device 30 is applied to the transmitter 41, the silicon optical device 31 is used as a light emitting device, the semiconductor electronic device 35 functions as a driving circuit of the silicon optical device 31. do. In addition, when the composite device 30 is applied to the receiver 45, the silicon optical device 31 is used as a light receiving device, the semiconductor electronic device 35 may be a load resistance.

도 10에 도시된 바와 같은 본 발명의 제2실시예에 따른 광전송모듈은 단방향 광통신에 적용되는 것으로, 이러한 광전송모듈 복수개를 어레이로 구비하면, 복수 채널의 단방향 또는 양방향 광통신을 수행할 수도 있다.The optical transmission module according to the second embodiment of the present invention as shown in FIG. 10 is applied to unidirectional optical communication. When a plurality of such optical transmission modules are provided in an array, unidirectional or bidirectional optical communication of a plurality of channels may be performed.

도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 복합소자(50)를 개략적으로 보인 평면도이고, 도 12는 도 11의 ⅩⅡ-ⅩⅡ선 확대 단면도, 도 13은 도 11의 제1 및 제2실리콘 광소자(50a)(50b) 부분의 확대 평면도이다.FIG. 11 is a plan view schematically illustrating a composite device 50 according to a third exemplary embodiment of the present invention, FIG. 12 is an enlarged cross-sectional view taken along line II-XIII of FIG. 11, and FIG. 13 is a first and second silicon light of FIG. 11. An enlarged plan view of a portion of the elements 50a and 50b.

도 11 내지 도 13을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 복합소자(50)는 제1 및 제2실리콘 광소자(50a)(50b)를 구비한다. 또한, 본 발명의 제3실시예에 따른 복합소자(50)는 기판(11)에 상기 제1 및 제2실리콘 광소자(50a)(50b)와 일체로 형성된 적어도 하나의 반도체 전자소자(5)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 앞선 실시예에서와 동일 참조부호는 그 기능, 물질 구성 및 구조면에서 유사 또는 동일 기능을 하는 부재를 나타낸다. 상기 제1 및 제2실리콘 광소자(50a)(50b)는 도 2를 참조로 설명한 실리콘 광소자(10)와 실리적으로 동일한 물질 구성을 가진다.11 to 13, the composite device 50 according to the third embodiment of the present invention includes first and second silicon optical devices 50a and 50b. In addition, the composite device 50 according to the third embodiment of the present invention includes at least one semiconductor electronic device 5 formed integrally with the first and second silicon optical devices 50a and 50b on the substrate 11. It may further include. Here, the same reference numerals as in the foregoing embodiments denote members having similar or identical functions in terms of their function, material configuration and structure. The first and second silicon optical devices 50a and 50b have a material configuration substantially the same as that of the silicon optical device 10 described with reference to FIG. 2.

도 11 내지 도 13에 예시한 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 복합소자(50)를 이루는 부재들은 일련의 반도체 제조 공정을 통해 단일 기판(11)에 일체로 형성되며, 단일 칩화될 수 있다.As illustrated in FIGS. 11 to 13, the members constituting the composite device 50 according to the third embodiment of the present invention are integrally formed on the single substrate 11 through a series of semiconductor manufacturing processes. Can be.

본 실시예에 있어서, 상기 제1실리콘 광소자(50a) 및 제2실리콘 광소자(50b)는 각각 발광소자 및 수광소자로 사용되고, 제2실리콘 광소자(50b)는 제1실리콘 광소자(50a)의 적어도 일부를 감싸도록 형성되어 있다.In the present embodiment, the first silicon optical device 50a and the second silicon optical device 50b are used as light emitting devices and light receiving devices, respectively, and the second silicon optical device 50b is the first silicon optical device 50a. It is formed to surround at least a part of the).

도 11 내지 도 13은 상기 제2실리콘 광소자(50b)가 제1실리콘 광소자(50a)를 둘러싸는 고리형 구조로 형성된 예를 보여준다. 이때, 제1 및 제2전극(57a/57b)(59a/59b)은 제1 및 제2실리콘 광소자(50a)(50b)의 형상에 대응되게 패터닝된다. 즉, 제2실리콘 광소자(50b)를 위한 고리형 제1전극(57b)은 제1실리콘 광소자(50a)를 위한 고리형 제1전극(57a)을 둘러싸는 구조로 형성된다. 또한, 제2실리콘 광소자(50b)를 위한 고리형 제2전극(59b)은 제1실리콘 광소자(50a)를 위한 제2전극(59a)을 둘러싸는 구조로 형성된다.11 to 13 show an example in which the second silicon optical device 50b is formed in a ring-shaped structure surrounding the first silicon optical device 50a. In this case, the first and second electrodes 57a / 57b and 59a / 59b are patterned to correspond to the shapes of the first and second silicon optical devices 50a and 50b. That is, the annular first electrode 57b for the second silicon optical device 50b is formed to surround the annular first electrode 57a for the first silicon optical device 50a. In addition, the annular second electrode 59b for the second silicon optical device 50b is formed to have a structure surrounding the second electrode 59a for the first silicon optical device 50a.

상기 제1 및 제2실리콘 광소자(50a)(50b) 사이, 제2실리콘 광소자(50b)와 그 주변 사이에는 서로 전기적으로 독립될 수 있도록 전기적인 격벽이 형성된 것이 바람직하다. 이 전기적인 격벽은 앞선 실시예에서와 마찬가지로, 기판(11)을 소정 깊이로 식각하여 트렌치(trench:56)를 형성함으로써 실현될 수 있다.Preferably, electrical barriers are formed between the first and second silicon optical devices 50a and 50b and between the second silicon optical device 50b and its periphery so as to be electrically independent of each other. This electrical partition can be realized by etching the substrate 11 to a predetermined depth to form a trench 56, as in the previous embodiment.

여기서, 상기 제1 및 제2실리콘 광소자(50a)(50b) 중 적어도 하나는 그 도핑 영역이 형성된 부분이 돌출된 메사 구조로 형성되고, 그 실리콘 광소자를 위한 제2전극(59a/59b)이 메사 구조 주변의 계단부에 패터닝될 수도 있다.Here, at least one of the first and second silicon optical devices 50a and 50b is formed in a mesa structure in which a portion in which the doped region is formed is protruded, and the second electrodes 59a / 59b for the silicon optical device are formed. It may also be patterned in steps around the mesa structure.

상기한 바와 같이, 수광소자로서 사용되는 제2실리콘 광소자(50b)가 발광소자로서 사용되는 제1실리콘 광소자(50a)의 적어도 일부를 감싸도록 된 본 발명의 제3실시예에 따른 복합소자(50)는 양방향 광전송모듈에 광신호 송수신기(transceiver)로 사용될 수 있다.As described above, the second silicon optical device 50b used as the light receiving device surrounds at least a part of the first silicon optical device 50a used as the light emitting device. 50 may be used as an optical signal transceiver in a bidirectional optical transmission module.

이때, 본 발명의 제3실시예에 따른 복합소자(50)를 이용하면, 동일 경로를 통한 양방향 광통신이 가능하다.At this time, by using the composite device 50 according to the third embodiment of the present invention, bidirectional optical communication through the same path is possible.

도 14는, 본 발명의 제3실시예에 따른 광전송모듈을 개략적으로 보인 구성도이다.14 is a configuration diagram schematically showing an optical transmission module according to a third embodiment of the present invention.

도 14를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 광전송모듈은, 광신호를 출력 및 수신하는 제1 및 제2송수신기(transceiver:61,65)를 구비한다. 또한, 상기 제1 및 제2송수신기(61)(65) 사이에 광신호를 전송하기 위한 광도파로(63) 예컨대, 광섬유를 더 구비할 수 있다.Referring to FIG. 14, the optical transmission module according to the third embodiment of the present invention includes first and second transceivers 61 and 65 for outputting and receiving optical signals. In addition, an optical waveguide 63 for transmitting an optical signal between the first and second transmitters 61 and 65 may be further provided.

상기 제1 및 제2송수신기(61)(65)로는 각각 도 11 내지 도 13을 참조로 설명한 본 발명의 제3실시예에 따른 복합소자(50)를 구비할 수 있다.The first and second transmitters 61 and 65 may include a composite device 50 according to the third embodiment of the present invention described with reference to FIGS. 11 to 13, respectively.

도 14에 도시된 바와 같은 본 발명의 제3실시예에 따른 광전송모듈은 동일경로를 통한 양방향 광통신에 적용되는 것으로, 이러한 광전송모듈 복수개를 어레이로 구비하면, 각각의 광신호 송,수신이 동일 경로를 통해 이루어지는 복수 채널의 양방향 광통신을 수행할 수 있다.The optical transmission module according to the third embodiment of the present invention as shown in FIG. 14 is applied to two-way optical communication through the same path. When the optical transmission module is provided in an array, each optical signal transmission and reception are identical. It is possible to perform a bidirectional optical communication of a plurality of channels made through.

본 발명은 이상에서 도면들을 참조로 설명한 복합소자 및 이를 채용한 광전송모듈에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명에 따른 복합소자 및 이를 채용한 광전송모듈은 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 다양하게 변형될 수 있다.The present invention is not limited to the composite device described above with reference to the drawings and the optical transmission module employing the same. That is, the composite device and the optical transmission module employing the same according to the present invention may be variously modified within the scope of the technical idea of the present invention.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 복합소자에 따르면, 발광소자, 수광소자 및 반도체 전자소자 중 두 가지 이상의 반도체 소자를 저가의 실리콘 기판에 일련의 반도체 제조공정을 통해 일체로 형성할 수 있으므로, 제조 공정이 간단하고 제조 단가가 저렴할 뿐 만 아니라, PCB와 같은 별도의 베이스가 불필요하여 저가로 단일 칩화가 가능하다.According to the composite device according to the present invention as described above, two or more semiconductor devices of the light emitting device, the light receiving device and the semiconductor electronic device can be integrally formed on a low-cost silicon substrate through a series of semiconductor manufacturing process, Not only is this simple and inexpensive manufacturing, it also eliminates the need for a separate base, such as a PCB, enabling a single chip at low cost.

또한, 본 발명에 따른 복합소자를 송신기, 수신기 또는 송수신기로 적용하면, 저가의 광전송모듈을 실현할 수 있다.In addition, if the composite device according to the present invention is applied to a transmitter, a receiver, or a transceiver, a low cost optical transmission module can be realized.

Claims (5)

n형 또는 p형의 실리콘에 기반을 둔 기판에 형성된 적어도 하나의 광소자 및 적어도 하나의 전자소자를 구비하며,at least one optical device and at least one electronic device formed on a substrate based on n-type or p-type silicon, 상기 광소자는,The optical device, 상기 기판의 일면에 소정의 도판트에 의해 상기 기판과 반대형으로 양자 구속 효과에 의해 광전 변환 효과를 나타내도록 도핑된 도핑 영역과; 상기 기판에 형성된 제1 및 제2전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합소자.A doped region doped on one surface of the substrate to exhibit a photoelectric conversion effect by a quantum confinement effect in a form opposite to the substrate by a predetermined dopant; And a first electrode and a second electrode formed on the substrate. 제1항에 있어서, 상기 광소자는,The method of claim 1, wherein the optical device, 발광소자로서 사용되는 제1실리콘 광소자와,A first silicon optical element used as a light emitting element, 수광소자로서 사용되는 제2실리콘 광소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합소자.A composite device comprising a second silicon optical device used as a light receiving device. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광소자는 상기 도핑 영역 형성시 마스크로서 기능을 하며, 상기 도핑 영역이 양자 구속 효과에 의해 광전 변환 효과를 나타내는 도핑 깊이로 형성되도록 하는 제어막;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 복합소자.The optical device of claim 1, wherein the optical device functions as a mask when the doped region is formed, and a control layer is formed such that the doped region is formed at a doping depth exhibiting a photoelectric conversion effect by a quantum confinement effect. Composite device characterized in that. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2실리콘 광소자 사이에는 서로 전기적으로 독립될 수 있도록 전기적인 격벽이 형성된 것을 특징으로 하는 복합소자.The composite device of claim 2, wherein electrical barriers are formed between the first and second silicon optical devices to be electrically independent of each other. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광소자는 상기 도핑 영역을 포함하는 부분이 메사 구조를 이루고, 상기 제1전극은 상기 도핑 영역이 형성된 상기 기판의 일면에 형성되고, 상기 제2전극은 상기 메사 구조 주변의 계단부에 형성된 것을 특징으로 하는 복합소자.3. The optical device of claim 1, wherein a portion including the doped region forms a mesa structure, the first electrode is formed on one surface of the substrate on which the doped region is formed, and the second electrode is formed on the substrate. A composite device, characterized in that formed in the step portion around the mesa structure.
KR10-2002-0012156A 2002-03-07 2002-03-07 Optoelectronic integrated device and optical transmitting module employing it KR100459897B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2002-0012156A KR100459897B1 (en) 2002-03-07 2002-03-07 Optoelectronic integrated device and optical transmitting module employing it

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2002-0012156A KR100459897B1 (en) 2002-03-07 2002-03-07 Optoelectronic integrated device and optical transmitting module employing it

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20030072881A KR20030072881A (en) 2003-09-19
KR100459897B1 true KR100459897B1 (en) 2004-12-04

Family

ID=32223765

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2002-0012156A KR100459897B1 (en) 2002-03-07 2002-03-07 Optoelectronic integrated device and optical transmitting module employing it

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100459897B1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2275820A (en) * 1939-04-11 1942-03-10 Composite Rubber Products Corp Pneumatic valve
JPS59117179A (en) * 1982-05-14 1984-07-06 Kyoto Semiconductor Kk Light-emitting and receiving integrated type semiconductor device
JPS6484673A (en) * 1987-09-28 1989-03-29 Kanagawa Prefecture Manufacture of semiconductor optical detection element
US5920078A (en) * 1996-06-20 1999-07-06 Frey; Jeffrey Optoelectronic device using indirect-bandgap semiconductor material

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2275820A (en) * 1939-04-11 1942-03-10 Composite Rubber Products Corp Pneumatic valve
JPS59117179A (en) * 1982-05-14 1984-07-06 Kyoto Semiconductor Kk Light-emitting and receiving integrated type semiconductor device
JPS6484673A (en) * 1987-09-28 1989-03-29 Kanagawa Prefecture Manufacture of semiconductor optical detection element
US5920078A (en) * 1996-06-20 1999-07-06 Frey; Jeffrey Optoelectronic device using indirect-bandgap semiconductor material

Also Published As

Publication number Publication date
KR20030072881A (en) 2003-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI715902B (en) Iii-nitride multi-wavelength led for visible light communication enabled by tunnel junctions
US11728624B2 (en) Tensile strained semiconductor photon emission and detection devices and integrated photonics system
JP2985691B2 (en) Semiconductor device
KR100244048B1 (en) Optical semiconductor device and method of fabricating the same
KR101240558B1 (en) Multi-chip with optical interconnection
US4626878A (en) Semiconductor optical logical device
US5994204A (en) Silicon-glass bonded wafers
US7626207B2 (en) Integrated optocoupler with organic light emitter and inorganic photodetector
US9431577B2 (en) Wavelength specific silicon light emitting structure
CN114846630A (en) High speed and multi-contact light emitting diode for data communication
WO2014073297A1 (en) Optical interconnection device
US20140091420A1 (en) Method of monolithically integrated optoelectrics
KR100459897B1 (en) Optoelectronic integrated device and optical transmitting module employing it
US6008506A (en) SOI optical semiconductor device
JP2004501502A (en) Method of manufacturing optical transmitting / receiving device, and optical transmitting / receiving device manufactured based on the method
KR100550417B1 (en) Device for bi-directional optical communication and method of fabricating the same
JP2011009559A (en) Light-emitting device
KR102514851B1 (en) Semiconductor device package
KR20170142690A (en) Semiconductor device
Liou et al. Monolithically GaN-based Optocoupler with Chip Scaling
EP1892772A2 (en) Multi-channel photocoupling device and producing method thereof
Cong et al. A hybrid optical interconnection system in standard CMOS process
JPH065906A (en) Manufacture of monolithic photo-coupler
JPH06338628A (en) Optical coupler
JPH0669489A (en) Photoelectric integrated circuit

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: 20081106

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee