KR101750742B1 - 광검출기 구조체 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 광검출기 구조체는 내부에 트렌치가 형성되고 상기 트렌치 내부에 클래딩 물질을 채운 제1 실리콘층; 상기 제1 실리콘층 및 상기 클래딩 물질의 상부에 형성된 제2 실리콘층; 및 상기 제2 실리콘층의 일측면이 식각되어 상기 제2 실리콘층의 측면에 접속되고 상기 제1 실리콘층의 상부에 직접적으로 접속하여 단결정 성장된 게르마늄층을 포함한다.

Description

광검출기 구조체{PHOTODETECTOR STRUCTURE}
본 발명은 광검출기 구조체 및 그 형성방법에 관한 것으로, 상세하게는 벌크 실리콘 기판에 직접 게르마늄을 단결정화하여 제작하는 광검출기 구조체 및 그 형성방법에 관한 것이다.
특정 파장 대역에서 동작하는 광검출기(PD: photodetector)를 제작하기 위해서, 옥사이드(oxide) 절연층 위에 증착된 단결정화된 실리콘의 상부에 게르마늄(Ge)을 결정성장시키는 방법을 사용하였다.
하지만, 이와 같은 방법에서는 결점이 많은 상태로 결정화가 이루어진다. 결점이 많은 실리콘으로부터 게르마늄(Ge)을 결정시키는 경우, 게르마늄(Ge)의 결함이 증가하기 때문에 게르마늄(Ge) 결함에 의해서 누설 전류 또는 암전류(dark current)가 증가하는 등 광검출기의 특성이 좋지 않은 문제점이 있다.
이와 같은 광검출기의 특성 개선을 위하여, SOI 기판을 사용하여 단결정 실리콘층 위에 게르마늄(Ge)을 직접 단결정 성장시키는 방법을 사용함으로써 게르마늄(Ge)의 결함을 작게 할 수 있으나, SOI 기판의 가격이 높아 제작 비용이 증가하는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 광검출기의 특성을 개선하며, 경제적으로도 효과적인 광검출기 구조체 및 그 형성방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광검출기의 구조체는 내부에 트렌치가 형성되고 상기 트렌치 내부에 클래딩 물질을 채운 제1 실리콘층; 상기 제1 실리콘층 및 상기 클래딩 물질의 상부에 형성된 제2 실리콘층; 및 상기 제2 실리콘층의 일측면이 식각되어 상기 제2 실리콘층의 측면에 접속되고 상기 제1 실리콘층의 상부에 직접적으로 접속하여 단결정 성장된 게르마늄층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 실리콘층의 식각을 통하여 상기 제1 실리콘층이 노출되고, 상기 게르마늄층이 상기 식각을 통해 노출된 제1 실리콘층 상부에 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2 실리콘층은 SPE(Solid Phase Epitaxy) 또는 LEG(Lateral Epitaxy Growth)를 통하여 결정화 성장될 수 있다.
또한, 상기 클래딩 물질은 실리콘의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 물질에 해당할 수 있다.
또한, 상기 클래딩 물질은 옥사이드를 포함할 수 있다.
또한, 상기 광검출기 구조체는 상기 게르마늄층에 연결된 전극을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 광검출기의 구조체는 본 발명의 일 실시예에 따른 광검출기의 구조체는 내부에 트렌치가 형성되고 상기 트렌치 내부에 클래딩 물질을 채운 제1 실리콘층; 상기 제1 실리콘층 및 상기 클래딩 물질의 상부에 형성된 제2 실리콘층; 및 상기 제2 실리콘층의 일측면이 식각되어 상기 제2 실리콘층의 측면에 접속되고, 상기 제1 실리콘층이 트랜치 식각되어 상기 트랜치 식각된 제1 실리콘층 내부에 형성되어 상기 제1 실리콘층의 상부에 직접적으로 접속하여 단결정 성장되는 게르마늄층을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광검출기 구조체는 내부에 트렌치가 형성되고 상기 트렌치 내부에 클래딩 물질을 채운 제1 실리콘층; 상기 클래딩 물질의 상부에 형성된 제2 실리콘층; 및 상기 제2 실리콘층의 일측면이 식각되어 상기 제2 실리콘층의 측면에 접속되고 상기 클래딩 물질이 트랜치 식각되어 상기 트랜치 식각된 클래딩 물질 내부에 형성된 게르마늄층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 실리콘층의 식각을 통하여 상기 클래딩 물질이 노출되고, 상기 식각을 통해 노출된 클래딩 물질의 트랜치 식각된 내부에, 상기 게르마늄층이 상기 제2 실리콘층의 측면과 접속하여 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광검출기의 특성을 개선하며, 경제적으로도 효과적인 광검출기 구조체 및 그 형성방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 개략적인 광통신 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 비교 예에 따른 도 1의 광검출기의 구조체를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 비교 예에 따른 도 1의 광검출기의 구조체를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 1의 광검출기의 구조체(40)를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 4의 광검출기의 구조체의 C-C' 방향의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 4의 광검출기의 구조체의 C-C' 방향의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도 4의 광검출기의 구조체의 C-C' 방향의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 5에 도시된 광검출기의 구조체의 형성방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9는 도 6에 도시된 광검출기의 구조체의 형성방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10은 도 7에 도시된 광검출기의 구조체의 형성방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유와 광도파로 간의 광 인터페이스를 설명하기 위한 도면이다.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기구성 요소들은 상기용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 개략적인 광통신 시스템을 나타내는 도면이다. 도 1을 참고하면, 상기 광통신 시스템(10)은 광수신기(100), 광송신기(200) 및 채널(150)을 포함한다.
상기 광송신기(200)는 전기 신호를 광신호로 변환하여 채널(150)을 통해 상기 광수신기(100)로 전송하고, 상기 광수신기(100)는 입력되는 광신호를 다시 전기 신호로 변환한다. 이때, 상기 광수신기(100)는 광검출기(PD, 110)를 포함하며, 상기 광검출기(110)를 이용하여 광신호를 검출하고 이를 전기 신호로 변환한다. 상기 채널(150)은 광섬유를 이용하여 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 비교 예에 따른 도 1의 광검출기의 구조체를 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참고하면, 상기 광검출기의 구조체(20)는 제1 실리콘층(210), 옥사이드층(220), 제2 실리콘층(230) 및 게르마늄층(240)을 포함하며, 도 2와 같이 차례로 증착되어 있다. 다만, 옥사이드층(220)은 여기서는 옥사이드로 한정하여 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않으며 실리콘보다 굴절률이 작은 물질이면 옥사이드가 아닌 다른 물질에 해당해도 무방하다.
상기 게르마늄층(240)은 저온 증착된 Ge층 및 고온 증착된 Ge층을 포함하지만, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 상기 게르마늄층(240)은 실리콘(Si) 및 게르마늄(Ge)의 필요 구성비로 이루어진 합금의 형태로 구성될 수도 있으며, 저온/고온 Ge층이 아닌 단일 Ge층으로 구성될 수도 있다. 또한, 상기 게르마늄층(240)은 단결정(single crystalline) 및 다결정(poly crystalline)을 포함할 수 잇다.
제2 실리콘층(230)이 광도파로(waveguide)에 해당하며, B-B' 방향으로 광(light)이 입사하여 전반사를 하며 진행하며, 상기 광이 게르마늄층(240)에 도달하는 경우 상기 게르마늄층(240)은 광(light)을 흡수한다. 도 2에는 도시하지 않았지만, 상기 게르마늄층(240)은 전극(electrode, 미도시)과 연결되어 있으며, 광(light)이 흡수되는 경우 연결된 전극으로 전기 신호로 출력된다.
이와 같은 구조에서는 옥사이드층(220) 위에 제2 실리콘층(230)을 결정화하기 때문에 결점이 많은 상태로 결정화가 이루어진다. 따라서, 결점이 많은 제2 실리콘층(230) 위에 게르마늄층(240)을 결정시키기 때문에 게르마늄층(240)의 결함이 증가할 수 있고, 이로써, 누설 전류 또는 암전류(dark current)가 증가하는 등 광검출기의 특성이 좋지 않을 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 비교 예에 따른 도 1의 광검출기의 구조체를 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참고하면, 상기 광검출기의 구조체(30)는 제1 실리콘층(310), 옥사이드층(320), 및 제2 실리콘층(330)이 적층된 SOI(Silicon on Insulator) 기판(300)과 게르마늄층(340)을 포함한다. 다만, 옥사이드층(220)은 여기서는 옥사이드로 한정하여 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 3의 광검출기 구조체(30)는 SOI 기판(300)을 사용하여 단결정 제2 실리콘층(330) 위에 게르마늄층(340)을 단결정 성장시키기 때문에 게르마늄층(340)의 결함을 도 2의 광검출기 구조체(20)에 비하여 작게 할 수 있지만, SOI 기판(300)의 비용이 비싼 문제점이 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 1의 광검출기의 구조체(40)를 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참고하면, 상기 광검출기의 구조체(40)는 제1 실리콘층(410), 옥사이드층(420), 제2 실리콘층(430) 및 게르마늄층(440)을 포함한다.
이때, 상기 제1 실리콘층(410) 및 옥사이드층(420)은 차례로 증착되어 있으며, 상기 제2 실리콘층(430)은 상기 옥사이드층(420)의 상부에 증착되어 있다. 또한, 상기 게르마늄층(440)은 도 4와 같이, 광도파로에 해당하는 상기 제2 실리콘층(430)의 측면에 단면 식각 및 재성장을 통해 이어붙이는 버트-커플링(butt-coupling) 결합으로 형성된다.
상기 제2 실리콘층(430)은 SPE(Solid Phase Epitaxy) 또는 LEG(Lateral Epitaxy Growth)를 통하여 결정화 성장될 수 있다.
옥사이드층(220)은 여기서는 옥사이드로 한정하여 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않으며 실리콘보다 굴절률이 작은 물질이면 옥사이드가 아닌 다른 물질에 해당해도 무방하다.
이하 설명될 도 5 내지 도 7은 도 4의 광검출기의 구조체(40)를 C-C' 방향으로 절단한 것을 도시한 도면으로, 본 발명의 광검출기 구조체(40)의 일시 예들에 해당한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 4의 광검출기의 구조체의 C-C' 방향의 단면도를 나타내는 도면이다. 도 5를 참고하면, 상기 광검출기(40) 구조체를 형성하기 위해 제1 실리콘층(410), 즉, 벌크 실리콘(bulk Si) 기판상에, 트랜치를 만들고 그 내부에 옥사이드(Oxide)를 채워 옥사이드층(420)을 형성한다.
이때, 상기 옥사이드층(420)은 광도파로의 하부 클래딩으로 사용된다. 여기서는 트랜치 내부에 옥사이드를 채우는 것으로 한정하여 설명하고 있으나 본 발명의 범위는 이에 한정되는 것은 아니며 실리콘보다 굴절률이 작은 물질이면 어느 것이든 좋다.
상기 옥사이드층(420) 상부에 증착(deposition) 과정을 통해 제2 실리콘층(430), 예컨대, 아몰퍼스 실리콘(a-Si: amorphous Silicon) 층이 형성된다. 상기 제2 실리콘층(430)은 광도파로의 코어층으로 사용된다.
도 5에 도시된 구조는 상기 제2 실리콘층(430)이 제1 실리콘층(410) 위에도 형성되었었으나, 게르마늄층(440)을 제1 실리콘층(410)에 직접 접촉하여 형성하기 위하여 제2 실리콘층(430)의 측면(450)이 단면 식각되고, 노출된 상기 제1 실리콘층(410)의 상부에 게르마늄층(440)이 형성된 구조에 해당할 수 있다. 상기 게르마늄층(440)이 상기 제2 실리콘층(430)의 상부가 아닌 측면에 형성되는 경우, 광 흡수율이 향상될 수 있다.
게르마늄층(440)은 상기 제1 실리콘층(410) 상부에서, 상기 제1 실리콘층(410), 즉, 벌크 실리콘 기판의 씨드(seed)를 이용하여 단결정 성장을 통해 형성될 수 있다. 이와 같은 경우, 게르마늄층(440)은 벌크 실리콘 기판에 직접 접촉되어 단결정 성장하기 때문에 게르마늄층(440)의 결함이 감소하는 효과를 가진다.
이후, 상기 광검출기의 구조체(40)는 상기 제1 실리콘층(410), 게르마늄층(440) 및 상기 제2 실리콘층 상부에 옥사이드가 채워져 상부 클래딩(미도시)이 형성되고, 전극(미도시)이 상기 게르마늄층(440)에 연결되어, 광도파로에 전반사 되어 들어오는 광을 전기 신호로 출력할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 4의 광검출기의 구조체의 C-C' 방향의 단면도를 나타내는 도면이다. 도 6을 참고하면, 상기 광검출기(40) 구조체를 형성하기 위해 제1 실리콘층(410), 즉, 벌크 실리콘(bulk Si) 기판상에, 트랜치를 만들고 그 내부에 옥사이드(Oxide)를 채워 옥사이드층(420)을 형성한다.
이때, 상기 옥사이드층(420)은 광도파로의 하부 클래딩으로 사용된다. 여기서는 트랜치 내부에 옥사이드를 채우는 것으로 한정하여 설명하고 있으나 본 발명의 범위는 이에 한정되는 것은 아니며 실리콘보다 굴절률이 작은 물질이면 어느 것이든 좋다.
상기 옥사이드층(420) 상부에 증착(deposition) 과정을 통해 제2 실리콘층(430), 예컨대, 아몰퍼스 실리콘(a-Si: amorphous Silicon) 층이 형성된다. 상기 제2 실리콘층(430)은 광도파로의 코어층으로 사용된다.
도 6에 도시된 구조는 상기 제2 실리콘층(430)이 제1 실리콘층(410) 위에도 형성되었었으나, 게르마늄층(440)을 제1 실리콘층(410)에 직접 접촉하여 형성하기 위하여 제2 실리콘층(430)의 측면(450)이 단면 식각되고, 제2 실리콘층(410)의 일부(460)가 트랜치 식각되어 노출된 상기 제1 실리콘층(410)의 상부에 게르마늄층(440)이 형성된 구조에 해당할 수 있다. 상기 게르마늄층(440)이 상기 제2 실리콘층(430)의 상부가 아닌 측면에 형성되는 경우, 광 흡수율이 향상될 수 있다.
도 6에 도시된 구조는 도 5에 도시된 구조와 비교하여, 게르마늄층(440)이 제1 실리콘층(410)에 일부 매립되어 있다는 점이 차이가 있다.
게르마늄층(440)은 상기 제1 실리콘층(410) 상부에서, 상기 제1 실리콘층(410), 즉, 벌크 실리콘 기판의 씨드(seed)를 이용하여 단결정 성장을 통해 형성될 수 있다. 이와 같은 경우, 게르마늄층(440)은 벌크 실리콘 기판에 직접 접촉되어 단결정 성장하기 때문에 게르마늄층(440)의 결함이 감소하는 효과를 가진다.
이후, 상기 광검출기의 구조체(40)는 상기 제1 실리콘층(410), 게르마늄층(440) 및 상기 제2 실리콘층 상부에 옥사이드가 채워져 상부 클래딩(미도시)이 형성되고, 전극(미도시)이 상기 게르마늄층(440)에 연결되어, 광도파로에 전반사 되어 들어오는 광을 전기 신호로 출력할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도 4의 광검출기의 구조체의 C-C' 방향의 단면도를 나타내는 도면이다. 도 7을 참고하면, 상기 광검출기(40) 구조체를 형성하기 위해 제1 실리콘층(410), 즉, 벌크 실리콘(bulk Si) 기판상에, 트랜치를 만들고 그 내부에 옥사이드(Oxide)를 채워 옥사이드층(420)을 형성한다.
이때, 상기 옥사이드층(420)은 광도파로의 하부 클래딩으로 사용된다. 여기서는 트랜치 내부에 옥사이드를 채우는 것으로 한정하여 설명하고 있으나 본 발명의 범위는 이에 한정되는 것은 아니며 실리콘보다 굴절률이 작은 물질이면 어느 것이든 좋다.
상기 옥사이드층(420) 상부에 증착(deposition) 과정을 통해 제2 실리콘층(430), 예컨대, 아몰퍼스 실리콘(a-Si: amorphous Silicon) 층이 형성된다. 상기 제2 실리콘층(430)은 광도파로의 코어층으로 사용된다.
도 7에 도시된 구조는 상기 제2 실리콘층(430)이 옥사이드층(420) 위에도 형성되었었으나, 제2 실리콘층(430)의 측면(450)이 단면 식각되고, 상기 제2 실리콘층(430)이 단면 식각된 부분의 옥사이드층(420)의 일부(460)가 트랜치 식각되어 그 내부에 게르마늄층(440)이 상기 제2 실리콘층(430)에 접속되어 매립된 구조에 해당할 수 있다. 상기 게르마늄층(440)이 상기 제2 실리콘층(430)의 상부가 아닌 측면에 형성되는 경우, 광 흡수율이 향상될 수 있다.
도 7에 도시된 구조는 도 5 및 도 6에 도시된 구조와 비교하여, 게르마늄층(440)이 옥사이드층(420)에 일부 매립되어 있다는 점이 차이가 있다.
이후, 상기 광검출기의 구조체(40)는 상기 제1 실리콘층(410), 게르마늄층(440) 및 상기 제2 실리콘층 상부에 옥사이드가 채워져 상부 클래딩(미도시)이 형성되고, 전극(미도시)이 상기 게르마늄층(440)에 연결되어, 광도파로에 전반사 되어 들어오는 광을 전기 신호로 출력할 수 있다.
도 8은 도 5에 도시된 광검출기의 구조체의 형성방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 5 및 도 8을 참고하면, 제1 실리콘층(410)에 트랜치를 형성하고, 그 내부에 옥사이드층(420)을 형성한다(S110).
다음으로, 상기 제1 실리콘층(410) 및 옥사이드층(420)의 상부에 제2 실리콘층(430)을 형성한다(S120). 이때, 상기 제2 실리콘층(430)은 증착(deposition) 과정을 통해 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 제2 실리콘층(430)의 일측면(450)을 식각하고(S130), 상기 식각에 의하여 제1 실리콘층(410)을 노출시켜 상기 제1 실리콘층(410)의 상부에 게르마늄층(440)을 형성한다(S140). 이때, 상기 식각되는 제2 실리콘층(430)의 일측면은 상기 제1 실리콘층(410)을 노출시킬 수 있는 측면에 해당할 수 있으며, 상기 게르마늄층(440)은 상기 제1 실리콘층(410)의 측면에 접속된다.
도 9는 도 6에 도시된 광검출기의 구조체의 형성방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 6 및 도 9를 참고하면, 제1 실리콘층(410)에 트랜치를 형성하고, 그 내부에 옥사이드층(420)을 형성한다(S210).
다음으로, 상기 제1 실리콘층(410) 및 옥사이드층(420)의 상부에 제2 실리콘층(430)을 형성한다(S220). 이때, 상기 제2 실리콘층(430)은 증착(deposition) 과정을 통해 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 제2 실리콘층(430)의 일측면(450)을 식각하고, 상기 식각을 통해 노출된 제1 실리콘층(410)을 트랜치 식각(460)한다(S230).
다음으로, 상기 트랜치 식각(460)된 제1 실리콘층(410)에 게르마늄층(440)을 형성한다(S240). 이때, 상기 식각되는 제2 실리콘층(430)의 일측면은 상기 제1 실리콘층(410)을 노출시킬 수 있는 측면에 해당할 수 있으며, 상기 게르마늄층(440)은 상기 제1 실리콘층(410)의 측면 및 옥사이드층(420)에 접속된다.
도 10은 도 7에 도시된 광검출기의 구조체의 형성방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 7 및 도 10을 참고하면, 제1 실리콘층(410)에 트랜치를 형성하고, 그 내부에 옥사이드층(420)을 형성한다(S310).
다음으로, 상기 옥사이드층(420)의 상부에 제2 실리콘층(430)을 형성한다(S220). 이때, 상기 제2 실리콘층(430)은 증착(deposition) 과정을 통해 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 제2 실리콘층(430)의 일측면(450)을 식각하고, 상기 식각을 통해 노출된 옥사이드층(410)을 트랜치 식각(460)한다(S330).
다음으로, 상기 트랜치 식각(460)된 옥사이드층(420)에 게르마늄층(440)을 형성한다(S240). 이때, 상기 게르마늄층(440)은 상기 제1 실리콘층(410)의 측면 및 옥사이드층(420)에 접속된다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유(610)와 광도파로(640) 간의 광 인터페이스를 설명하기 위한 도면이다. 도 11 및 도 12를 참조하면, 상기 광도파로(640)는 옥사이드층(Ox, 620) 및 실리콘층(Si, 630)을 포함한다. 상기 실리콘층(630)은 광섬유(610)에 의해 광이 들어오는 부분(650)이 요철 형태로 되어 있으며, 상기 요철의 간격 및 깊이를 조절을 통해 입력되는 광이 상기 실리콘층(630)으로 들어올 수 있고, 상기 실리콘층(630)으로 들어온 광은 실리콘층(630)의 굴절률이 옥사이드층(220)의 굴절률보다 크기 때문에 전반사 진행한다. 상기 실리콘층(630)은 코어층, 상기 옥사이드층(620)은 클래딩층에 해당하며, 도 11에는 도시되지 않았지만, 상기 실리콘층(630)의 상부도 클래딩층(예컨대, 옥사이드층)으로 덮일 수 있다.
도 11을 참고하면, 상기 광 인터페이스는 광도파로(610)에서 진행하는 광신호의 방향성을 결정하기 위하여 광신호를 전송하고자 하는 방향과 반대 방향으로 상기 광도파로(610)의 수직방향과 경사각(θ)을 두고 광섬유(610)를 위치시킨다. 예컨대, 입력되는 광(Pcw _ in)이 제1 방향(D1)으로 입사하도록 경사각(θ)을 주면, 상기 광도파로(610)에 들어온 광은 제2 방향(D2)로 진행한다. 이때, 상기 경사각(θ)은 미리 정해진 각도, 예컨대, 8도 내지 10도에 해당할 수 있으나, 반드시 이 각도 범위 내일 필요는 없다.
상술한 바와 같이 광 인터페이스에 의하면 입력된 광신호는 단방향으로 진행하므로, 도 12에 도시된 바와 같이, 광 도파로(680) 역시 단방향으로 형성될 수 있다. 광신호가 입력되는 부분(650)과 광 도파로(680) 간에는 양자를 연결하는 테이퍼(taper, 670)가 형성될 수 있다. 도 11 및 도 12에 도시된 구조의 광 인터페이스를 경사 회절형 커플러라 할 수 있다.
상기 본 발명의 내용은 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 광통신 시스템
20, 30, 40: 광검출기의 구조체
100: 광수신기
110: 광검출기
150: 채널

Claims (10)

  1. 벌크 실리콘 기판 내부에 트렌치가 형성되고 상기 트렌치 내부에 클래딩 물질을 채운 제1 실리콘층;
    상기 클래딩 물질의 상부에 형성된 제2 실리콘층; 및
    상기 제2 실리콘층의 일측면이 단면 식각되고 상기 제2 실리콘층이 단면 식각된 부분의 상기 클래딩 물질이 일부 트랜치 식각되어 상기 트랜치 식각된 클래딩 물질 내부에 형성된 게르마늄층을 포함하며,
    상기 게르마늄층의 하부면은 상기 트랜치 식각된 클래딩 물질의 상부면에 접속되고, 상기 게르마늄층의 일측면은 식각된 클래딩 물질의 측면 및 상기 제2 실리콘층의 일측면에 접속되어, 상기 클래딩 물질에 일부 매립된 구조를 가지는 광검출기 구조체.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 실리콘층은
    SPE(Solid Phase Epitaxy) 또는 LEG(Lateral Epitaxy Growth)를 통하여 결정화 성장되는 광검출기 구조체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 클래딩 물질은 옥사이드를 포함하는 광검출기 구조체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 실리콘층의 식각을 통하여 상기 클래딩 물질이 노출되고, 상기 식각을 통해 노출된 클래딩 물질의 트랜치 식각된 내부에, 상기 게르마늄층이 상기 제2 실리콘층의 측면과 접속하여 형성되는 광검출기 구조체.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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