KR102377319B1 - 광 검출 소자 - Google Patents
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Abstract
제 1 영역 및 제 2 영역을 갖는 반도체 기판, 상기 반도체 기판의 상기 제 1 영역 상에 배치되는 제 1 광 도파로, 및 상기 제 1 영역의 상기 제 1 광 도파로 상에 배치되는 광 검출부를 포함하는 광 검출 소자를 제공하되, 상기 제 1 광 도파로의 일부는 상기 제 1 영역으로부터 상기 제 2 영역으로 연장되고, 상기 광 검출부는 상기 제 1 광 도파로 상에 배치되고 n-형의 도전형을 갖는 제 1 반도체층, 상기 제 1 반도체층의 일부를 덮는 제 2 반도체층, 및 상기 제 2 반도체층 상에 배치되고 p-형의 도전형을 갖는 제 3 반도체층을 포함하고, 상기 제 2 반도체층은 진성(intrinsic)의 제 1 흡수층, 및 제 1 흡수층 상에 배치되는 p-형의 제 2 흡수층을 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 광 검출 소자에 관한 것으로, 상세하게는 반도체 기반의 광 검출 소자에 관한 것이다.
광 검출기(photodetector)는 광의 세기(light intensity)를 검출하여 전기 신호를 발생하는 장치이다. 광학 접속에서 레이저를 고속 변조시켜 데이터를 전송하며, 이를 위해 광을 전기적 신호로 변환하는 광 검출기의 고속 동작이 뒷받침되어야 한다.
광 검출기는 반도체로 제작하는 경우가 많으며, 그 용도에 따라 다른 반도체 물질을 사용한다. 반도체를 사용하여 광 검출기를 제작할 때, 광 흡수층은 광을 흡수하여 전자와 정공을 발생시킨다. 상기 발생된 전자와 정공 각각이 전극으로 이동하여 전기적 신호가 검출될 수 있다.
인듐인(InP) 기반의 광 검출기는 고속 동작이 가능하며 집적화에 유리하여 널리 사용되고 있다. 수직형 광 검출기, 아발란치(avalanche) 광 검출기는 광 흡수율에서 유리하지만 고속 동작에 한계가 있으며, 유니-트레블링 캐리어(uni-travelling carrier, UTC) 광 검출기는 고속 동작에 유리하지만 수평형 광 검출기로 제작이 어려워 집적화에 어려움이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 수평형 광 검출 소자를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 고속 동작이 가능한 광 검출 소자를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 광 흡수율이 높은 광 검출 소자를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 기술적 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 광 검출 소자는 제 1 영역 및 제 2 영역을 갖는 반도체 기판, 상기 반도체 기판의 상기 제 1 영역 상에 배치되는 제 1 광 도파로, 및 상기 제 1 영역의 상기 제 1 광 도파로 상에 배치되는 광 검출부를 포함할 수 있다. 상기 제 1 광 도파로의 일부는 상기 제 1 영역으로부터 상기 제 2 영역으로 연장될 수 있다. 상기 광 검출부는 상기 제 1 광 도파로 상에 배치되고 n-형의 도전형을 갖는 제 1 반도체층, 상기 제 1 반도체층의 일부를 덮는 제 2 반도체층, 및 상기 제 2 반도체층 상에 배치되고 p-형의 도전형을 갖는 제 3 반도체층을 포함할 수 있다. 상기 제 2 반도체층은 진성(intrinsic)의 제 1 흡수층, 및 제 1 흡수층 상에 배치되는 p-형의 제 2 흡수층을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 광 도파로 및 상기 광 검출부 사이에 배치되는 제 2 광 도파로를 더 포함할 수 있다. 상기 제 2 광 도파로의 일부는 상기 반도체 기판의 상기 제 2 영역의 상기 제 1 광 도파로 상으로 연장될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 2 영역 상의 상기 제 2 광 도파로의 일부는, 상기 제 1 영역으로부터 멀어질수록 그의 폭이 감소할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 2 광 도파로의 굴절률은 상기 제 1 광 도파로의 굴절률보다 클 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 2 광 도파로는 제 2 영역 상에서 그의 하부의 폭이 그의 상부의 폭보다 클 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 2 광 도파로는 제 2 영역 상에서 상기 광 검출부로부터 멀어질수록 그의 두께가 감소할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 광 검출부는 상기 제 1 반도체층과 상기 제 2 반도체층 사이에 배치되는 컬렉션층을 더 포함할 수 있다. 상기 컬렉션층은 진성(intrinsic)일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 컬렉션층은 상기 홀은 상기 제 2 반도체층의 일 측에 배치되고, 상기 제 1 반도체층을 노출시키는 홀을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 광 검출부는 상기 제 2 반도체층 및 상기 제 3 반도체층 사이에 배치되는 클래드층을 더 포함할 수 있다. 상기 클래드층은 p-형의 도전형을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 흡수층 및 상기 제 2 흡수층은 0 마이크로미터 초과 1 마이크로미터 이하의 두께를 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 흡수층 및 상기 제 2 흡수층은 인듐갈륨비소(InGaAs) 또는 인듐갈륨비소인(InGaAsP)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 반도체층은 인듐갈륨비소인(InGaAsP)을 포함할 수 있다. 상기 제 3 반도체층은 인듐인(InP), 인듐갈륨비소(InGaAs) 또는 인듐갈륨비소인(InGaAsP)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 광 도파로는 인듐갈륨비소인(InGaAsP)층 및 인듐인(InP)층이 교번하여 적층되는 복층 구조일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 광 검출 소자는 테이퍼진 제 2 광 도파로를 포함할 수 있다. 테이퍼진 제 2 광 도파로는 제 1 광 도파로를 통해 입사되는 광이 광 검출부로 흡수되는 효율을 높일 수 있다. 이에 따라, 제 2 반도체층의 광 흡수 효율이 높을 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 광 검출 소자는 광 검출부는 흡수층의 일부가 p-형의 도전형으로 도핑된 p-i-n형 광 검출기로, 기판에 수평으로 연장되는 광 도파로 상에 적층되는 구조를 가질 수 있으며, 이에 따라 광 검출 소자를 포함하는 광 소자 집적에 유리할 수 있다. 더하여, 제 2 흡수층이 p-형의 도전형으로 도핑되며, 소수 캐리어인 전자가 제 2 흡수층의 전기 전도에 기여할 수 있다. 따라서, 제 2 흡수층은 전기 전도의 속도가 매우 빨라 고속 동작에 유리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 광 검출 소자를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ’선을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ’선을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 광 검출 소자를 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 광 검출 소자를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ’선을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ’선을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 광 검출 소자를 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 광 검출 소자를 설명하기 위한 사시도이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 당해 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 개념이 어떤 적합한 환경에서 수행될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 ‘포함한다(comprises) 및/또는 ‘포함하는(comprising)’은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 어떤 막(또는 층)이 다른 막(또는 층) 또는 기판상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막(또는 층) 또는 기판상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막(또는 층)이 개재될 수도 있다.
본 명세서의 다양한 실시 예들에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어가 다양한 영역, 막들(또는 층들) 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 막(또는 층)을 다른 영역 또는 막(또는 층)과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에의 제 1 막질로 언급된 막질이 다른 실시 예에서는 제2막질로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다
본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 개념에 따른 광 검출 소자를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 광 검출 소자를 설명하기 위한 사시도이다. 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ’선을 따라 자른 단면도이다. 도 3은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ’선을 따라 자른 단면도이다.
도 1을 참조하여, 반도체 기판(100)이 제공될 수 있다. 반도체 기판(100)은 제 1 영역(R1) 및 제 2 영역(R2)을 가질 수 있다. 여기서, 제 1 영역(R1)은 광 검출부(300)가 형성되는 영역이며, 제 2 영역(R2)은 광이 외부로부터 광 검출부(300)로 전송되는 영역으로 정의될 수 있다. 반도체 기판(100)은 인듐인(InP)을 포함할 수 있다.
반도체 기판(100) 상에 제 1 광 도파로(210)가 배치될 수 있다. 제 1 광 도파로(210)는 반도체 기판(100)의 제 1 영역(R1) 상에 배치되는 제 1 부분(210a) 및 반도체 기판(100)의 제 2 영역(R2) 상에 배치되는 제 2 부분(210b)을 가질 수 있다. 제 1 광 도파로(210)의 제 1 부분(210a)은 반도체 기판(100)의 제 1 영역(R1)을 덮을 수 있다. 제 1 광 도파로(210)의 제 2 부분(210b)은 반도체 기판(100)의 제 1 영역(R1)으로부터 제 2 영역(R2) 상으로 연장되는 선형일 수 있다. 제 1 광 도파로(210)는 1 내지 9 마이크로미터의 두께를 가질 수 있다. 제 1 광 도파로(210)의 굴절률은 반도체 기판(100)의 굴절률과 같거나 클 수 있다. 예를 들어, 제 1 광 도파로(210)는 인듐갈륨비소인(InGaAsP) 또는 인듐인(InP)을 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 제 1 광 도파로(210)는 복층 구조를 가질 수도 있다. 예를 들어, 제 1 광 도파로(210)는 교번하여 적층되는 인듐갈륨비소인(InGaAsP)층 및 인듐인(InP)층을 포함할 수 있다. 제 1 광 도파로(210)는 광이 지나는 경로를 제공할 수 있다.
제 1 광 도파로(210) 상에 제 2 광 도파로(220)가 배치될 수 있다. 제 2 광 도파로(220)는 반도체 기판(100)의 제 1 영역(R1) 상에 배치되어, 제 1 광 도파로(210)의 제 1 부분(210a)을 덮을 수 있다. 이때, 제 2 광 도파로(220)의 일부는 반도체 기판(100)의 제 2 영역(R2)으로 돌출될 수 있다. 예를 들어, 제 2 광 도파로(220)의 일부는 제 1 광 도파로(210)의 제 2 부분(210b) 상으로 연장될 수 있다. 제 2 광 도파로(220)의 일부는 반도체 기판(100)의 제 2 영역(R2) 상에서 2 마이크로미터 내지 9마이크로미터의 폭을 가질 수 있다. 제 2 광 도파로(220)는 1 마이크로미터 내지 3 마이크로미터의 두께를 가질 수 있다. 제 2 광 도파로(220)의 굴절률은 제 1 광 도파로(210)의 굴절률과 같거나 클 수 있다. 예를 들어, 제 2 광 도파로(220)는 인듐갈륨비소인(InGaAsP)을 포함할 수 있다. 제 2 광 도파로(220)는 제 1 광 도파로(210)를 통해 입사되는 광이 광 검출부(300)로 흡수되는 효율을 높일 수 있다. 상세하게는, 반도체 기판(100)의 제 2 영역(R2) 상에 배치되는 제 2 광 도파로(220)의 일부는 테이퍼(taper)진 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 광 도파로(210)의 제 2 부분(210b) 상에 배치되는 제 2 광 도파로(220)의 일부는 평면적 관점에서 반도체 기판(100)의 제 1 영역(R1)으로부터 멀어질수록 그의 폭이 감소할 수 있다. 제 2 광 도파로(220)의 테이퍼진 형상은 제 1 광 도파로(210)로부터의 흡수되는 광의 손실을 줄일 수 있다.
제 2 광 도파로(220) 상에 광 검출부(300)가 배치될 수 있다. 광 검출부(300)는 반도체 기판(100)의 제 1 영역(R1) 상에 배치될 수 있다. 광 검출부(300)는 흡수층의 일부가 p-형의 도전형으로 도핑된 p-i-n형 광 검출기일 수 있다. 광 검출부(300)는 순차적으로 적층되는 제 1 반도체층(310), 컬렉션층(320), 제 2 반도체층(330), 클래드층(340), 제 3 반도체층(350)을 포함할 수 있다. 광 검출부(300)는 제 1 광 도파로(210)로부터 전달된 광을 흡수하여 전기 신호로 변환할 수 있다. 이하, 광 검출부(300)를 보다 상세히 설명한다.
제 2 광 도파로(220) 상에 제 1 반도체층(310)이 배치될 수 있다. 제 1 반도체층(310)은 반도체 기판(100)의 제 1 영역(R1) 상에 배치될 수 있다. 제 1 반도체층(310)은 50 나노미터 내지 2000 나노미터의 두께를 가질 수 있다. 제 1 반도체층(310)은 n-형의 도전형을 가질 수 있다. 제 1 반도체층(310)은 인듐갈륨비소인(InGaAsP)을 포함할 수 있다. 제 1 광 도파로(210)로부터 흡수된 광은 제 1 반도체층(310)에 의해서 제 2 반도체층(330)으로 커플링될 수 있다.
제 1 반도체층(310) 상에 컬렉션층(320)이 배치될 수 있다. 컬렉션층(320)은 그를 관통하는 홀(H)을 가질 수 있다. 컬렉션층(320)의 홀(H)은 제 1 반도체층(310)의 상면을 노출시킬 수 있다. 컬렉션층(320)은 도전형을 갖지 않는 진성(intrinsic)일 수 있다. 예를 들어, 컬렉션층(320)은 진성 반도체(intrinsic semiconductor)를 포함할 수 있다. 컬렉션층(320)은 도핑되지 않은 인듐갈륨비소인(InGaAsP)을 포함할 수 있다. 컬렉션층(320)은 제 2 반도체층(330)에서 생성된 전하를 수집하여 제 1 반도체층(310)으로 전달할 수 있다.
컬렉션층(320)의 홀(H) 내에 제 1 콘택(362)이 배치될 수 있다. 제 1 콘택(362)은 제 1 반도체층(310)과 접할 수 있다. 제 1 콘택(362)은 제 1 반도체층(310)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제 1 콘택(362)은 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 콘택(362)은 티타늄(Ti), 백금(Pt), 게르마늄(Ge), 니켈(Ni) 또는 금(Au)을 포함할 수 있다.
컬렉션층(320) 상에 제 2 반도체층(330)이 배치될 수 있다. 제 2 반도체층(330)은 컬렉션층(320)의 일부를 덮을 수 있다. 이때, 제 2 반도체층(330)은 컬렉션층(320)의 홀(H)과 이격될 수 있다. 제 2 반도체층(330)은 제 1 흡수층(332) 및 제 2 흡수층(334)을 포함할 수 있다.
제 1 흡수층(332)은 컬렉션층(320) 상에 배치될 수 있다. 제 1 흡수층(332)은 0 마이크로미터 초과 및 1 마이크로미터 이하의 두께를 가질 수 있다. 제 1 흡수층(332)은 도전형을 갖지 않는 진성(intrinsic)일 수 있다. 예를 들어, 제 1 흡수층(332)은 진성 반도체를 포함할 수 있다. 제 1 흡수층(332)은 도핑되지 않은 인듐갈륨비소(InGaAs) 또는 인듐갈륨비소인(InGaAsP)을 포함할 수 있다. 제 1 흡수층(332)은 제 1 반도체층(310)으로부터 전달된 광을 흡수하여, 전하를 생성할 수 있다.
제 2 흡수층(334)은 제 1 흡수층(332) 상에 배치될 수 있다. 제 2 흡수층(334)은 0 마이크로미터 초과 및 1 마이크로미터 이하의 두께를 가질 수 있다. 제 2 흡수층(334)은 p-형의 도전형을 가질 수 있다. 제 2 흡수층(334)은 인듐갈륨비소(InGaAs) 또는 인듐갈륨비소인(InGaAsP)을 포함할 수 있다. 제 2 흡수층(334)은 제 1 반도체층(310)으로부터 전달된 광을 흡수하여, 전하를 생성할 수 있다.
제 2 반도체층(330) 상에 클래드층(340)이 배치될 수 있다. 클래드층(340)은 p-형의 도전형을 가질 수 있다. 클래드층(340)은 인듐인(InP) 또는 인듐갈륨비소인(InGaAsP)을 포함할 수 있다. 클래드층(340)은 제 2 반도체층(330)에서 형성된 정공을 수집하여 제 3 반도체층(350)으로 전달할 수 있다. 제 1 반도체층(310)으로부터 전달된 광은 클래드층(340)에 의해 제 2 반도체층(330) 내에 갇힐 수 있다. 예를 들어, 클래드층(340)의 굴절률은 제 2 반도체층(330)의 굴절률과 같거나 작을 수 있다.
클래드층(340) 상에 제 3 반도체층(350)이 배치될 수 있다. 제 3 반도체층(350)은 50 나노미터 내지 2000 나노미터의 두께를 가질 수 있다. 제 3 반도체층(350)은 p-형의 도전형을 가질 수 있다. 제 3 반도체층(350)은 인듐갈륨비소(InGaAs) 인듐갈륨비소인(InGaAsP) 또는 인듐인(InP)을 포함할 수 있다.
제 3 반도체층(350) 상에 제 2 콘택(364)이 배치될 수 있다. 제 2 콘택(364)은 제 3 반도체층(350)의 일부를 덮을 수 있다. 제 2 콘택(364)은 제 3 반도체층(350)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제 2 콘택(364)은 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 2 콘택(364)은 티타늄(Ti), 백금(Pt), 게르마늄(Ge), 니켈(Ni) 또는 금(Au)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 광 검출 소자는 테이퍼진 제 2 광 도파로(220)를 포함할 수 있다. 테이퍼진 제 2 광 도파로(220)는 제 1 광 도파로(210)를 통해 입사되는 광이 광 검출부(300)로 흡수되는 효율을 높일 수 있다. 이에 따라, 제 2 반도체층(330)의 광 흡수 효율이 높을 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 광 검출 소자는 광 검출부(300)는 흡수층의 일부가 p-형의 도전형으로 도핑된 p-i-n형 광 검출기일 수 있다. p-i-n형 광 검출기는 기판에 수평으로 연장되는 광 도파로 상에 적층되는 구조를 가질 수 있으며, 이에 따라 광 검출 소자를 포함하는 광 소자 집적에 유리할 수 있다. 더하여, 제 2 흡수층(334)이 p-형의 도전형으로 도핑될 수 있다. 이에 따라, 제 2 흡수층(334)은 정공이 다수 캐리어이고, 전자가 전기 전도에 기여하는 소수 캐리어일 수 있다. 제 2 흡수층(334)은 전자만이 전기 전도에 기여하므로, 전자 및 정공이 모두 사용되는 기존의 p-i-n 다이오드에 비해 전기 전도의 속도가 매우 빠를 수 있다. 제 1 반도체층(310) 및 제 3 반도체층(350)에 역 바이어스 전압이 인가되는 경우, 전자는 더 가속될 수도 있다. 즉, 본 발명의 실시예들에 따른 광 검출 소자는 고속 동작에 유리하다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 제 2 광 도파로(220)는 다양한 형상을 가질 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 광 검출 소자를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4를 참조하여, 제 2 광 도파로(220)는 그의 하부(222) 및 그의 상부(224)가 단차질 수 있다. 상세하게는, 반도체 기판(100)의 제 2 영역(R2) 상에서, 제 2 광 도파로(220)의 하부(222)는 제 2 광 도파로(220)의 상부(224)로부터 반도체 기판(100)의 제 1 영역(R1)과 멀어지는 방향으로 돌출될 수 있다. 반도체 기판(100)의 제 2 영역(R2) 상에서, 제 2 광 도파로(220)의 하부(222) 및 상부(224) 각각은 평면적으로 반도체 기판(100)의 제 1 영역(R1)으로부터 멀어질수록 그의 폭이 감소할 수 있다. 이때. 제 2 광 도파로(220)의 하부(222)의 폭은 상부(224)의 폭보다 클 수 있다. 반도체 기판(100)의 제 2 영역(R2) 상에서, 제 2 광 도파로(220)는 0 마이크로미터 초과 및 9마이크로미터 이하의 폭을 가질 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 광 검출 소자를 설명하기 위한 사시도이다.
도 5를 참조하여, 제 2 광 도파로(220)는 광 검출부(300)로부터 멀어질수록 그의 두께가 감소할 수 있다. 상세하게는, 반도체 기판(100)의 제 2 영역(R2) 상에서, 제 2 광 도파로(220)의 상면(S1)은 경사질 수 있다. 예를 들어, 반도체 기판(100)의 제 1 영역(R1)으로부터 멀어질수록, 제 2 광 도파로(220)의 상면(S1)이 낮아질 수 있다. 제 2 광 도파로(220)는 1 마이크로미터 초과 및 3 마이크로미터 이하의 두께를 가질 수 있다. 반도체 기판(100)의 제 2 영역(R2) 상에서, 제 2 광 도파로(220)의 폭은 일정할 수 있다. 예를 들어, 반도체 기판(100)의 제 2 영역(R2) 상에서, 제 2 광 도파로(220)의 폭은 제 1 광 도파로(210)의 제 2 부분(210b)의 폭과 동일할 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제 2 광 도파로(220)는 반도체 기판(100)의 제 2 영역(R2) 상에서 반도체 기판(100)의 제 1 영역(R1)으로부터 멀어질수록 그의 폭이 감소할 수도 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 반도체 기판 210: 제 1 광 도파로
220: 제 2 광 도파로 300: 광 검출부
310: 제 1 반도체층 320: 컬렉션층
330: 제 2 반도체층 340: 클래드층
350: 제 3 반도체층
R1: 제 1 영역 R2: 제 2 영역
220: 제 2 광 도파로 300: 광 검출부
310: 제 1 반도체층 320: 컬렉션층
330: 제 2 반도체층 340: 클래드층
350: 제 3 반도체층
R1: 제 1 영역 R2: 제 2 영역
Claims (14)
- 제 1 영역 및 제 2 영역을 갖는 반도체 기판;
상기 반도체 기판의 상기 제 1 영역 상에 배치되는 제 1 광 도파로, 상기 제 1 광 도파로의 일부는 상기 제 1 영역으로부터 상기 제 2 영역으로 연장되고; 및
상기 제 1 영역의 상기 제 1 광 도파로 상에 배치되는 광 검출부를 포함하되,
상기 광 검출부는:
상기 제 1 광 도파로 상에 배치되고, n-형의 도전형을 갖는 제 1 반도체층;
상기 제 1 반도체층의 일부를 덮는 제 2 반도체층;
상기 제 2 반도체층 상에 배치되고, p-형의 도전형을 갖는 클래드층; 및
상기 클래드층 상에 배치되고, p-형의 도전형을 갖는 제 3 반도체층을 포함하고,
상기 제 2 반도체층은 진성(intrinsic)의 제 1 흡수층 및 제 1 흡수층 상에 배치되는 p-형의 제 2 흡수층을 포함하고,
상기 제 2 흡수층은 상기 제 1 반도체층으로부터 전달된 광을 흡수하여 전하를 생성하고, 및
상기 클래드층은 상기 제 2 반도체층에서 형성된 정공을 수집하여 상기 제 3 반도체층으로 전달하는 광 검출 소자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 광 도파로 및 상기 광 검출부 사이에 배치되는 제 2 광 도파로를 더 포함하되,
상기 제 2 광 도파로의 일부는 상기 반도체 기판의 상기 제 2 영역의 상기 제 1 광 도파로 상으로 연장되는 광 검출 소자. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 영역 상의 상기 제 2 광 도파로의 일부는, 상기 제 1 영역으로부터 멀어질수록 그의 폭이 감소하는 광 검출 소자. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 2 광 도파로의 굴절률은 상기 제 1 광 도파로의 굴절률보다 큰 광 검출 소자. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 2 광 도파로는 제 2 영역 상에서 그의 하부의 폭이 그의 상부의 폭보다 큰 광 검출 소자. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 광 도파로는 제 2 영역 상에서 상기 광 검출부로부터 멀어질수록 그의 두께가 감소하는 광 검출 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 광 검출부는:
상기 제 1 반도체층과 상기 제 2 반도체층 사이에 배치되는 컬렉션층을 더 포함하되,
상기 컬렉션층은 진성(intrinsic)인 광 검출 소자. - 제 7 항에 있어서,
상기 컬렉션층은 상기 제 1 반도체층을 노출시키는 홀을 갖고,
상기 홀은 상기 제 2 반도체층의 일 측에 배치되는 광 검출 소자. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 흡수층 및 상기 제 2 흡수층은 0 마이크로미터 초과 1 마이크로미터 이하의 두께를 갖는 광 검출 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 흡수층 및 상기 제 2 흡수층은 인듐갈륨비소(InGaAs) 또는 인듐갈륨비소인(InGaAsP)을 포함하는 광 검출 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 반도체층은 인듐갈륨비소인(InGaAsP)을 포함하고, 및
상기 제 3 반도체층은 인듐인(InP), 인듐갈륨비소(InGaAs) 또는 인듐갈륨비소인(InGaAsP)을 포함하는 광 검출 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 광 도파로는,
인듐갈륨비소인(InGaAsP)층 및 인듐인(InP)층이 교번하여 적층되는 복층 구조인 광 검출 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 클래드층의 굴절률은 상기 제 2 반도체층의 굴절률보다 작은 광 검출 소자.
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