KR100593304B1 - Method of fabrication optoelectronic integrated circuit chip - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광전집적 수신회로 칩의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선택적 결정 성장법을 이용하여 도파로형 광검출기의 광흡수층 두께를 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 컬렉터층 두께보다 두껍게 성장함과 아울러 반절연 InP 기판 상부에 도파로형 광검출기와 이종접합 바이폴라 트랜지스터를 단일 칩으로 집적화함으로써, 광전변환 효율이 높고 초고속 특성을 갖는 도파로형 광검출기를 간단하게 구현할 수 있도록 한 광전집적 수신회로 칩의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a photonic integrated receiver circuit chip, and more particularly, by using a selective crystal growth method, the light absorption layer thickness of the waveguide type photodetector grows thicker than the thickness of the collector layer of the heterojunction bipolar transistor and is semi-insulated. A method for fabricating a photo-integrated receiver circuit chip in which a waveguide photodetector and a heterojunction bipolar transistor are integrated into a single chip on an InP substrate to simplify the implementation of a waveguide photodetector having high photoelectric conversion efficiency and high speed characteristics. will be.
광통신 시스템, 광전집적 수신회로, 도파로형 광검출기, 이종접합 바이폴라 트랜지스터, 절연층 패턴Optical Communication System, Photonic Integrated Receiver, Waveguide Photodetector, Heterojunction Bipolar Transistor, Insulation Layer Pattern
Description
도 1은 일반적인 PiN 구조의 평면형 장파장 광검출기 및 n+InP/p+InGaAs/n-InGaAs/n+InGaAs 이종접합 바이폴라 트랜지스터가 집적된 광수신 칩을 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view illustrating a light receiving chip incorporating a planar long-wavelength photodetector having a general PiN structure and n + InP / p + InGaAs / n-InGaAs / n + InGaAs heterojunction bipolar transistors.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광전집적 수신회로 칩을 나타낸 단면도.2 is a cross-sectional view showing a photonic integrated receiver circuit chip according to an embodiment of the present invention.
도 3a 내지 도 3j는 본 발명의 일 실시예에 따른 광전집적 수신회로 칩의 제조방법을 설명하기 위한 단면도.3A to 3J are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a photonic integrated circuit chip according to an embodiment of the present invention.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 ****** Explanation of symbols on main parts of drawing ***
100 : 반절연 InP 기판, 210 : n+InGaAs 서브콜렉터층,100: semi-insulated InP substrate, 210: n + InGaAs sub-collector layer,
210a : n+InGaAs층, 210b : n+InGaAs 서브콜렉터,210a: n + InGaAs layer, 210b: n + InGaAs subcollector,
215 : n-InP층, 220a : n-InGaAs 광흡수층,215: n-InP layer, 220a: n-InGaAs light absorption layer,
220b : n-InGaAs 콜렉터층, 230 : p+InGaAs 베이스층,220b: n-InGaAs collector layer, 230: p + InGaAs base layer,
230a : p+InGaAs 오믹층, 230b : p+InGaAs 베이스,230a: p + InGaAs ohmic layer, 230b: p + InGaAs base,
240 : n+InP 에미터층, 240' : n+InP 에미터,240: n + InP emitter layer, 240 ': n + InP emitter layer,
250 : n+InGaAs 오믹층, 260 : 에미터 전극,250: n + InGaAs ohmic layer, 260: emitter electrode,
270 : 베이스 전극, 280 : 콜렉터 전극,270: base electrode, 280: collector electrode,
290 : p-전극, 300 : n-전극,290: p-electrode, 300: n-electrode,
350,350' : 절연층 패턴, 400 : 폴리머층,350,350 ': insulation layer pattern, 400: polymer layer,
500 : 금 도금막, A : 도파로형 광검출기,500: gold plated film, A: waveguide photodetector,
B : 이종접합 바이폴라 트랜지스터B: Heterojunction Bipolar Transistor
본 발명은 광전집적 수신회로 칩의 제조방법에 관한 것으로, 특히 선택적 결정 성장법을 이용하여 도파로형 광검출기의 광흡수층 두께를 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 컬렉터층 두께보다 두껍게 성장함과 아울러 반절연 InP 기판 상부에 도파로형 광검출기와 이종접합 바이폴라 트랜지스터를 단일 칩으로 집적화함으로써, 광전변환 효율이 높고 초고속 특성을 갖는 도파로형 광검출기를 간단하게 구현할 수 있도록 한 광전집적 수신회로 칩의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a photonic integrated circuit chip. In particular, the optical absorption layer thickness of a waveguide type photodetector is grown thicker than the thickness of the collector layer of a heterojunction bipolar transistor by using a selective crystal growth method. An integrated waveguide photodetector and heterojunction bipolar transistor are integrated into a single chip, and the present invention relates to a method for fabricating a photonic integrated receiver circuit chip which enables a simple implementation of a waveguide photodetector having high photoelectric conversion efficiency and ultrafast characteristics.
일반적으로, 광통신 시스템에서 주로 사용하고 있는 기존의 광수신 칩은 도 1에 도시한 바와 같이, 통상의 PiN 구조의 p+InGaAs/n-InGaAs/n+InGaAs 장파장 광검출기(A)와 n+InP/p+InGaAs/n-InGaAs/n+InGaAs 구조의 이종접합 바이폴라 트랜지스터(B)가 반절연 InP 기판(10) 상부에 단일 집적된 구조를 가지고 있다.In general, conventional optical reception chips mainly used in optical communication systems are p + InGaAs / n-InGaAs / n + InGaAs long-wavelength photodetectors (A) and n + InP having a conventional PiN structure. A heterojunction bipolar transistor (B) having a / p + InGaAs / n-InGaAs / n + InGaAs structure has a single integrated structure on the
즉, 장파장 광검출기(A)는 반절연 InP 기판(10) 상에 순차적으로 적층된 n+InGaAs층(21a), n-InGaAs 광흡수층(22a) 및 p+InGaAs 오믹층(23a)과, p+InGaAs 오믹층(23a) 상부에 형성된 p-전극(29) 및 n+InGaAs층(21a) 상부의 소정 영역에 형 성된 n-전극(30)으로 이루어진다.That is, the long wavelength photodetector A includes an n +
또한, 이종접합 바이폴라 트랜지스터(B)는 n+InGaAs 서브콜렉터(21b), n-InGaAs 콜렉터층(22b), p+InGaAs 베이스(23b), n+InP 에미터(24) 및 n+InGaAs 오믹층(25)이 적층되어 있고, n-InGaAs 콜렉터층(22b) 및 p+InGaAs 베이스(23b)는 n+InGaAs 서브콜렉터(21b) 상부의 소정 영역에 형성되어 있으며, n+InP 에미터(24) 및 n+InGaAs 오믹층(25)은 p+InGaAs 베이스(23b) 상부의 소정 영역에 형성되어 있다. 그리고, n+InGaAs 오믹층(25)의 상부에 에미터 전극(26)이 형성되어 있고, p+InGaAs 베이스(23b) 상부의 소정 영역에 베이스 전극(27)이 형성되어 있으며, n+InGaAs 서브콜렉터(21b) 상부의 소정 영역에 콜렉터 전극(28)이 형성되어 있다.In addition, the heterojunction bipolar transistor B includes an n +
상기와 같이 형성된 장파장 광검출기(A)와 이종접합 바이폴라 트랜지스터(B)의 표면에는 보호 및 전기적 절연을 위해 폴리머층(40)이 형성되며, 폴리머층(40)에는 각 전극이 노출되도록 홀이 형성되고, 광검출기(A)의 p-전극(29)과 이종접합 바이폴라 트랜지스터(B)의 베이스 전극(27)은 에어 브리지 금속라인을 통해 연결된다.The
상기와 같이 구성되는 단순한 PiN 구조의 p+InGaAs/n-InGaAs/n+InGaAs 장파장 광검출기 결정 구조는 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 베이스와 서브콜렉터의 결정층이 동일층으로 형성됨으로써, 광검출기를 위한 별도의 결정 성장이 필요 없어서 지금까지 많이 이용되어 왔다.The p + InGaAs / n-InGaAs / n + InGaAs long-wavelength photodetector crystal structure of the simple PiN structure configured as described above is formed by forming the same crystal layer of the base and the subcollector of the heterojunction bipolar transistor, thereby providing a separate layer for the photodetector. Since crystal growth is not necessary, it has been used a lot until now.
한편, 현재의 대용량 초고속 광통신 시스템에서는 광검출기를 사용하여 광신호를 전기 신호로 변환한 후 변환된 신호를 증폭하고 있다. 이에 따라, 수신단에 광신호의 검출 및 증폭을 위한 복잡한 구조의 수신기가 필요하기 때문에 제조 비용이 높아 경제적이고 우수한 광수신기를 제작하기 어려운 단점이 있다.On the other hand, in the current high-capacity ultrafast optical communication system, the optical signal is converted into an electrical signal using a photodetector and then amplified. Accordingly, since a receiver having a complicated structure for detecting and amplifying an optical signal is required at the receiving end, it is difficult to manufacture an economical and excellent optical receiver due to high manufacturing cost.
따라서, 경제적인 초고속 장거리 대용량 광통신 시스템 구축을 위해서는 선택적 결정 성장법을 이용하여 광흡수층을 두껍게 형성함으로써 높은 광전 변환 효율을 갖는 동시에 초고속 특성을 갖는 도파로형 광검출기와 변환된 전기 신호를 고이득 증폭하는 이종접합 바이폴라 트랜지스터를 반절연 InP 기판위에 단일 칩으로 집적화하여 제작공정을 단순화시킬 수 있는 경제적인 광수신기의 제작이 필수적이다.Therefore, in order to construct an economical ultrafast long-distance large-capacity optical communication system, the optical absorption layer is formed thickly by using a selective crystal growth method, which has a high photoelectric conversion efficiency and a high-gain waveguide type photodetector having high-speed characteristics and high-gain amplified transformed electrical signal. Integrating heterojunction bipolar transistors onto a single chip on a semi-insulated InP substrate is essential to fabricate an economical optical receiver that can simplify the fabrication process.
또한, 이러한 종래의 구조에서 발생하는 또 하나의 문제점은 빛을 흡수하는 층이 표면 입사형으로 이루어지기 때문에 광섬유를 결합하여 모듈을 만들 경우, 광섬유의 단면이 넓어져 집적화된 칩의 면적 전체를 덮음으로써 모듈화에 큰 어려움을 가져오게 되는 주요인이 되고 있다.In addition, another problem that occurs in the conventional structure is that the light absorbing layer is made of the surface incident type, when the optical fiber is combined to make a module, the cross section of the optical fiber is widened to cover the entire area of the integrated chip As a result, it has become a major cause of great difficulty in modularization.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 선택적 결정 성장법을 이용하여 도파로형 광검출기의 광흡수층 두께를 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 컬렉터층 두께보다 두껍게 성장함으로써, 광전 변환 효율을 높이고, 광섬유와의 정렬을 용이하게 할 수 있도록 한 광전집적 수신회로 칩의 제조방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to grow a photoabsorption layer thicker than that of a heterojunction bipolar transistor using a selective crystal growth method, thereby increasing photoelectric conversion. The present invention provides a method for manufacturing a photo-integrated receiver circuit chip that can increase efficiency and facilitate alignment with an optical fiber.
본 발명의 다른 목적은 반절연 InP 기판 위에 선택적 결정 성장법을 이용하여 광전 변환 효율이 높은 두꺼운 광흡수층을 갖는 초고속 도파로형 광검출기와 이 종접합 바이폴라 트랜지스터를 단일 칩으로 집적화함으로써, 도파로형 광검출기에 의해 빛을 전기 신호로 변환시켜주고 변환된 전기신호를 반절연 InP 기판 상부에 도파로형 광검출기와 함께 단일 칩 집적화된 n+InP/p+InGaAs/n-InGaAs/n+InGaAs 이종접합 바이폴라 트랜지스터에 의해 증폭시켜 수신 감도 및 검출 속도를 향상시킬 수 있도록 한 광전집적 수신회로 칩의 제조방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to use a selective crystal growth method on a semi-insulated InP substrate to integrate a high speed waveguide photodetector having a thick photoabsorption layer with high photoelectric conversion efficiency and a heterojunction bipolar transistor in a single chip. N + InP / p + InGaAs / n-InGaAs / n + InGaAs heterojunction bipolar transistors that convert light into an electrical signal by means of a single chip integrated with a waveguide photodetector on top of a semi-insulated InP substrate. The present invention provides a method of manufacturing a photo-integrated receiver circuit chip that can be amplified by the optical amplifier to improve reception sensitivity and detection speed.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면은, (a) 광검출기 영역 및 트랜지스터 영역의 기판 상에 서브콜렉터층 및 제1 반도체층을 형성하는 단계; (b) 상기 광검출기 영역 및 상기 트랜지스터 영역의 상기 제1 반도체층 상에 서로 다른 간격의 절연층 패턴을 형성하는 단계; (c) 상기 광검출기 영역의 상기 절연층 패턴 사이에 제2 반도체층으로 광흡수층을 형성하고, 상기 트랜지스터 영역의 상기 절연층 패턴 사이에 상기 광흡수층보다 얇은 상기 제2 반도체층으로 콜렉터층을 형성하는 단계; (d) 상기 절연층 패턴을 제거하는 단계; 및 (e) 상기 광검출기 영역에는 상기 서브콜렉터층, 상기 광흡수층 및 베이스층으로 구성된 광검출기를 형성하고, 상기 트랜지스터 영역에는 상기 서브콜렉터층, 상기 콜렉터층, 상기 베이스층 및 에미터층으로 이루어진 트랜지스터를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 광전집적 수신회로 칩의 제조방법을 제공하는 것이다.In order to achieve the above object, an aspect of the present invention, (a) forming a sub-collector layer and a first semiconductor layer on the substrate of the photodetector region and the transistor region; (b) forming insulating layer patterns at different intervals on the photodetector region and the first semiconductor layer of the transistor region; (c) forming a light absorbing layer as a second semiconductor layer between the insulating layer patterns in the photodetector region, and forming a collector layer as the second semiconductor layer thinner than the light absorbing layer between the insulating layer patterns in the transistor region. Doing; (d) removing the insulating layer pattern; And (e) a photodetector comprising the subcollector layer, the light absorbing layer, and the base layer in the photodetector region, and a transistor comprising the subcollector layer, the collector layer, the base layer, and the emitter layer in the transistor region. It provides a method for manufacturing a photonic integrated receiving circuit chip comprising the step of forming a.
여기서, 상기 제2 반도체층은 n-InGaAs층으로 이루어지며, 금속 유기 화학 기상 증착법(MOCVD)으로 형성함이 바람직하다.Here, the second semiconductor layer is made of an n-InGaAs layer, preferably formed by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD).
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한 다. 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. This embodiment is not intended to limit the scope of the invention, but is presented by way of example only.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광전집적 수신회로 칩을 나타낸 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a photoelectric integrated circuit chip according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 반절연 InP 기판(100)의 상부에 도파로형 광검출기(A)와 이종접합 바이폴라 트랜지스터(B)가 단일 집적된 구조로 형성된다.Referring to FIG. 2, the waveguide photodetector A and the heterojunction bipolar transistor B are formed on the
여기서, 도파로형 광검출기(A)는 반절연 InP 기판(100) 상부의 소정 영역에 순차적으로 적층된 n+InGaAs층(210a), n-InP층(215a), n-InGaAs 광흡수층(220a) 및 p+InGaAs 오믹층(230a)으로 이루어진다. n-InGaAs 광흡수층(220a) 및 p+InGaAs 오믹층(230a)은 선택적 희생층인 n-InP층(215a) 상부의 소정 영역에 형성된다. p+InGaAs 오믹층(230a) 상부의 소정 영역에는 p-전극(290)이 형성되며, n+InGaAs층(210a) 상부의 소정 영역에는 n-전극(300)이 형성된다.Here, the waveguide type photodetector (A) is n +
상기 이종접합 바이폴라 트랜지스터(B)는 순차적으로 적층된 n+InGaAs 서브콜렉터(210b), n-InP층(215b), n-InGaAs 콜렉터층(220b), p+InGaAs 베이스(230b), n+InP 에미터(240') 및 n+InGaAs 오믹층(250)으로 이루어진다. n-InGaAs 콜렉터층(220b) 및 p+InGaAs 베이스(230b)는 선택적 희생층인 n-InP층(215b) 상에 형성되며, n+InP 에미터(240') 및 n+InGaAs 오믹층(250)은 p+InGaAs 베이스(230b) 상부의 소정 영역에 형성된다.The heterojunction bipolar transistor B includes n +
또한, n+InGaAs 오믹층(250)의 상부에 에미터 전극(260)이 형성되고, p+InGaAs 베이스(230b) 상부의 소정 영역에 베이스 전극(270)이 형성되며, n+InGaAs 서브콜렉터(210b) 상부의 소정 영역에 콜렉터 전극(280)이 형성된다.In addition, the
한편, 전체 구조 상부에 도파로형 광검출기(A)와 이종접합 바이폴라 트랜지스터(B)의 표면 보호 및 전기적 절연을 위해 폴리머층(400)이 형성되며, 폴리머층(400)에는 각 전극이 노출되도록 홀이 형성된다. 상기 홀의 내부에 금 도금막(500)으로 이루어지는 에어 브리지 금속라인을 통해 광검출기(A)의 p-전극(290)과 이종접합 바이폴라 트랜지스터(B)의 베이스 전극(270)이 서로 연결된다.Meanwhile, the
상기 도파로형 광검출기(A)의 n-InGaAs 광흡수층(220a) 두께는 이종접합 바이폴라 트랜지스터(B)의 n-InGaAs 콜렉터층(220b) 두께보다 두껍게 형성됨으로써, 도파로형 광검출기 단면에 흡수되는 빛의 결합량이 증가하여 광전 변환 효율이 커지게 된다.The thickness of the n-InGaAs
도 3a 내지 도 3j는 본 발명의 일 실시예에 따른 광전집적 수신회로 칩의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.3A to 3J are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a photonic integrated circuit chip according to an embodiment of the present invention.
도 3a를 참조하면, 반절연 InP 기판(100)의 상부에 n+InGaAs 서브콜렉터층(210) 및 선택적 희생층인 n-InP층(215)을 순차적으로 형성한 후, n-InP층(215)의 상부에 소정의 간격으로 이격된 절연층 패턴(350)(350')을 형성한다. 이때, 도파로형 광검출기(A) 영역의 절연층 패턴(350)(350')은 예컨대, Si3Nx 물질로 금속 유기 화학 기상 증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD)을 이용하여 약 600℃ 정도에서 성장시킨다.Referring to FIG. 3A, after the n + InGaAs
도 3b를 참조하면, 절연층 패턴(350)(350')사이의 n-InP층(215)과 절연층 패턴(350') 일측의 n-InP층(215) 상부면에 선택적 결정 성장법 예컨대, 금속 유기 화 학 기상 증착법(MOCVD)을 이용하여 n-InGaAs층을 성장시킴으로써, 도파로형 광검출기(A) 영역에는 n-InGaAs 광흡수층(220a)이 형성되는 동시에 이종접합 바이폴라 트랜지스터(B) 영역에는 상대적으로 얇은 n-InGaAs 콜렉터층(220b)이 형성된다. 즉, 도파로형 광검출기(A) 영역의 절연층 패턴(350)(350')사이의 간격을 이종접합 바이폴라 트랜지스터(B) 영역보다 좁게 형성함으로써, 도파로형 광검출기(A) 영역의 절연층 패턴(350)(350')사이에서 형성되는 n-InGaAs 광흡수층(220a)의 두께는 이종접합 바이폴라 트랜지스터(B) 영역의 n-InGaAs 콜렉터층(220b)보다 두껍게 형성된다.Referring to FIG. 3B, a selective crystal growth method may be performed on the n-
한편, 상기 절연층 패턴(350)(350')사이의 간격과 상기 절연층 패턴(350)(350')의 두께 및 폭에 따라 광전 변환 효율이 최적화된 도파로형 광검출기(A)를 제작할 수 있다. 이때, 절연층 패턴(350)(350')의 폭이 넓어지면 절연층 패턴(350)(350')에서 성장면으로 옮겨가는 원소가 많아짐으로써, 두께가 두껍게 되고 그 결과 광전 변환 효율은 향상된다.Meanwhile, the waveguide type photodetector A with optimized photoelectric conversion efficiency may be manufactured according to the interval between the insulating
예컨대, 절연층 패턴(350)(350')의 간격 및 폭은 각각 약 20㎛ 및 100㎛ 정도로 성장시킴으로써, 절연층 패턴(350)(350') 사이에서 성장되는 n-InGaAs 광흡수층(220a)의 두께(예컨대, 약 10000Å 정도)는 그 이외의 부분에 성장되는 n-InGaAs 콜렉터층(220b)의 두께(예컨대, 약 5000Å 정도)보다 약 2배정도 두껍게 성장되어 한번의 금속 유기 화학 기상 증착법(MOCVD)을 이용하여 광 흡수효율이 우수하고 향상된 증폭특성을 동시에 만족하는 광전집적 수신회로의 제작이 가능해진다.For example, the gaps and widths of the insulating
도 3c를 참조하면, 상기 절연층 패턴(350)(350')을 제거한 후, 그 결과물의 상부에 p+InGaAs 베이스층(230), n+InP 에미터층(240) 및 오믹특성을 우수하게 만 들기 위한 n+InGaAs 오믹층(250)을 순차적으로 형성하여 도파로형 광검출기(A)의 n-InGaAs 광흡수층(220a)이 동일 웨이퍼 즉, 반절연 InP 기판(100)의 평면상에서 이종접합 바이폴라 트랜지스터(B)의 n-InGaAs 콜렉터층(220b)보다 두껍게 형성된 단일 칩 광전집적 수신회로의 결정구조를 완성하게 된다.Referring to FIG. 3C, after removing the insulating
한편, 본 발명의 n+InGaAs 오믹층(250)은 n+InP 에미터층(240)의 상부에 형성하였지만, 이에 국한하지 않으며, n+InP 에미터층(240)의 상부에 n+InGaAs 오믹층(250)을 형성하지 않을 수도 있다.Meanwhile, the n + InGaAs
상기와 같이 광전 변환 효율이 우수한 단일 칩 광전집적 수신회로의 제작을 위한 결정구조의 성장이 끝나면, 절연층과 통상적인 포토 리소그라피(Photolithography) 공정을 이용하여 이종접합 바이폴라 트랜지스터(B) 부분을 우선 제작한다.After the growth of the crystal structure for fabrication of a single-chip photoelectric integrated reception circuit having excellent photoelectric conversion efficiency as described above, the heterojunction bipolar transistor (B) part is first manufactured by using an insulating layer and a conventional photolithography process. do.
도 3d를 참조하면, 먼저, 광검출기(A) 영역 및 이종접합 바이폴라 트랜지스터(B) 영역을 확정한다. 그리고, 도파로형 광검출기(A) 및 이종접합 바이폴라 트랜지스터(B)를 격리시키기 위해 절연막 형성 및 포토 리소그라피 공정을 이용하여 상기 절연막을 식각한 후, 반응성 이온 기상 식각법을 이용하여 n+InGaAs 오믹층(250)부터 반절연 InP 기판(100)의 소정 두께까지 n+InGaAs 오믹층(250), n+InP 에미터층(240), p+InGaAs 베이스층(230), n-InP층(215) 및 n+InGaAs 서브콜렉터층(210)을 순차적으로 제거하여 반절연 InP 기판(100)을 노출시킨다.Referring to FIG. 3D, first, the photodetector (A) region and the heterojunction bipolar transistor (B) region are determined. In order to isolate the waveguide photodetector (A) and the heterojunction bipolar transistor (B), the insulating film is etched by using an insulating film formation and photolithography process, and then an n + InGaAs ohmic layer using a reactive ion vapor phase etching method. N + InGaAs
도 3e를 참조하면, 도파로형 광검출기(A) 영역을 폐쇄시키고 이종접합 바이폴라 트랜지스터(B) 영역을 노출시키는 에칭 마스크를 절연막으로 형성한 후, n+InGaAs 오믹층(250) 및 n+InP 에미터층(240)을 선택적으로 식각하여 메사형의 n+InP 에미터(240')를 형성하고, n+InGaAs 오믹층(250)의 상부에 에미터 전극(260)을 형성한다.Referring to FIG. 3E, after forming an etching mask that closes the waveguide-type photodetector (A) region and exposes the heterojunction bipolar transistor (B) region, an n + InGaAs
한편, 본 발명의 에미터 전극(260)은 n+InGaAs 오믹층(250)의 상부에 형성하였지만, 이에 국한하지 않고, n+InGaAs 오믹층(250)이 형성되지 않는 상태에서 n+InP 에미터층(240)에 직접 형성할 수도 있다.Meanwhile, although the
도 3f를 참조하면, 포토 리소그라피 공정을 이용하여 p+InGaAs 베이스(230b)의 표면을 노출시킨 후, 증착 및 리프트 오프(lift off) 공정을 이용하여 Ti/Pt/Au 구조의 베이스 전극(270)을 형성한다.Referring to FIG. 3F, after exposing the surface of the p +
도 3g를 참조하면, 포토 리소그라피 공정을 이용하여 상기 베이스 전극(27) 외측부의 p+InGaAs 베이스(230b), n-InGaAs 콜렉터층(220b) 및 n-InP층(215b)을 제거하고, 상기 n+InGaAs 서브콜렉터(210b)의 상부를 노출시킨 후, 상기 노출된 n+InGaAs 서브콜렉터(210b)의 상부에 증착 및 리프트 오프 공정을 이용하여 Ti/Pt/Au 구조의 콜렉터 전극(280)을 형성함으로써, 이종접합 바이폴라 트랜지스터(B)를 완성하게 된다.Referring to FIG. 3G, the p +
여기서, 상기 에미터 전극(260), 베이스 전극(270) 및 콜렉터 전극(280)들은 한번의 공정으로 동시에 형성될 수도 있다.The
도 3h를 참조하면, 도파로형 광검출기(A)를 제작하기 위해서 이종접합 바이폴라 트랜지스터(B) 영역을 폐쇄하고, 도파로형 광검출기(A) 영역을 노출시키는 에칭 마스크를 절연막으로 형성한 후, 도파로형 광검출기(A) 영역의 n+InGaAs 오믹층 (250), n+InP 에미터층(240)의 일부를 에칭하여 표면을 평탄화시킨다.Referring to FIG. 3H, in order to fabricate the waveguide photodetector A, the heterojunction bipolar transistor B region is closed, and an etching mask for exposing the waveguide photodetector A region is formed of an insulating film, and then the waveguide The n + InGaAs
도 3i를 참조하면, 포토 리소그라피 공정 및 식각 공정으로 도파로형 광검출기(A) 영역의 n+InP 에미터층(240), p+InGaAs 오믹층(230a), n-InGaAs 광흡수층(220a), n-InP층(215a) 및 n+InGaAs층(210a)의 소정 영역을 제거하여 n+InGaAs층(210a)을 노출시킴으로써, 광검출기(A) 영역의 소정 부분이 도파로 구조가 형성된다.Referring to FIG. 3I, the n +
이후, p+InGaAs 오믹층(230a) 상부의 소정 영역에 증착 및 리프트 오프 공정을 이용하여 Ti/Pt/Au 구조의 p-전극(290)을 형성한다. 또한, 상기 노출된 n+InGaAs층(210a) 상부의 소정 영역에 증착 및 리프트 오프 공정을 이용하여 Ti/Pt/Au 구조의 n-전극(300)을 형성한 후, 열처리 공정을 실시하여 도파로형 광검출기(A)를 완성한다. 한편, 본 발명의 p-전극(290)은 p+InGaAs 오믹층(230a)의 상부에 형성하였지만, 이에 국한하지 않고, p+InGaAs 오믹층(230a)을 형성하지 않은 상태에서 n-InGaAs 광흡수층(220a)의 상부에 직접 형성할 수도 있다.Thereafter, a p /
도 3j를 참조하면, 도파로형 광검출기(A)와 이종접합 바이폴라 트랜지스터(B)의 표면 보호 및 전기적 절연을 위하여 전체 상부면에 폴리머층(400)을 형성하고, 각 전극이 노출되도록 폴리머층(400)에 홀을 형성한다. 상기 홀의 내부에 금 도금막(500)을 형성하므로써 광검출기(A)의 p-전극(290)과 이종접합 바이폴라 트랜지스터(B)의 베이스 전극(270)을 연결하는 에어 브리지 금속라인이 형성된다. 이에 의해 도파로형 광검출기(A) 및 n+InP/p+InGaAs/n-InGaAs/n-InP/n+InGaAs 이종접합 바이폴라 트랜지스터(B)가 집적된 광전집적 수신회로 칩이 완성된다.Referring to FIG. 3J, the
상기와 같이 절연층 패턴(350)(350')을 이용한 선택적 결정 성장법(MOCVD)에 의해 n-InGaAs 광흡수층(220a)을 n-InGaAs 콜렉터층(220b)보다 두껍게 형성함으로써, n-InGaAs 광흡수층(220a)의 단면에 흡수되는 빛의 결합량이 증가하여 광전 변환 효율이 커지게 된다.By forming the n-InGaAs
즉, 이종접합 바이폴라 트랜지스터(B)의 특성을 최적화시키는 동시에 도파로형 광검출기(A)는 두꺼운 n-InGaAs 광흡수층(220a)으로 인해 광전 변환 효율 특성이 향상된다.In other words, while optimizing the characteristics of the heterojunction bipolar transistor B, the waveguide type photodetector A has improved photoelectric conversion efficiency due to the thick n-InGaAs
따라서, 도파로형 광검출기(A)의 n-InGaAs 광흡수층(220a) 설계시 절연층 패턴(350)(350')의 폭을 최적화 함으로써, 광전 변환 효율이 최적화된 도파로형 광검출기(A)를 제작할 수 있게 된다.Therefore, when the n-InGaAs
전술한 본 발명에 따른 광전집적 수신회로 칩의 제조방법에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.Although a preferred embodiment of a method for manufacturing a photonic integrated receiver circuit chip according to the present invention has been described above, the present invention is not limited thereto, but the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings are various. It is possible to carry out modifications and this also belongs to the present invention.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 광전집적 수신회로 칩의 제조방법에 따르면, 선택적 결정 성장법을 이용하여 도파로형 광검출기의 흡수층 두께를 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 컬렉터층 두께보다 두껍게 성장함으로써, 광전 변환 효율을 높이고, 광섬유와의 정렬을 용이하게 할 수 있는 이점이 있다.According to the manufacturing method of the photonic integrated receiver circuit chip of the present invention as described above, by using a selective crystal growth method, the absorption layer thickness of the waveguide type photodetector grows thicker than the thickness of the collector layer of the heterojunction bipolar transistor, thereby improving photoelectric conversion efficiency. There is an advantage that can increase the, and facilitate the alignment with the optical fiber.
또한, 본 발명에 따른 광검출기의 구조를 도파로형으로 제작함으로써, 광섬 유가 측면에서 정렬되기 때문에 광섬유와 광검출기의 정렬이 매우 쉽게 되는 이점이 있다.In addition, by manufacturing the structure of the photodetector according to the present invention in the waveguide type, there is an advantage that the alignment of the optical fiber and the photodetector is very easy because the optical fiber oil is aligned in terms of.
또한, 본 발명에 따른 도파로형 광검출기 및 이종접합 바이폴라 트랜지스터를 단일 칩으로 집적화 함으로써, 수직 방향으로 독립적인 최적화된 광검출기 및 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 구조를 동시에 성장할 수 있어 여러 번의 결정 성장이 필요한 다른 소자의 단일 칩 제작 공정에 비해서 단순화를 이룰 수 있는 이점이 있다.In addition, by integrating the waveguide photodetector and the heterojunction bipolar transistor according to the present invention into a single chip, the structures of the optimized photodetector and the heterojunction bipolar transistor, which are independent in the vertical direction, can be simultaneously grown, thereby requiring other crystal growth. This has the advantage of simplicity over a single chip fabrication process of the device.
Claims (8)
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