KR102672313B1 - 전자파 간섭 제거 기능을 갖는 수광 소자 - Google Patents

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Abstract

전자파 간섭 제거 기능을 갖는 수광 소자가 개시된다. 다양한 실시예에 따른 수광 소자는 수광 부위에 입사하는 광자 및 고주파 전자파의 진행 방향을 따라 연장되어 수광 부위 둘레를 둘러싸는 도파관 형태의 구조물과, 상기 도파관 형태의 구조물을 고정하는 절연층을 포함할 수 있다.

Description

전자파 간섭 제거 기능을 갖는 수광 소자{LIGHT-RECEIVING DEVICE HAVING ELECTROMAGNETIC INTERFERENCE REMOVAL FUNCTION}
본 발명의 다양한 실시예들은 전자파 간섭 제거 기능을 갖는 수광 소자에 관한 것이다.
수광 소자(light-receiving device)는 광 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 소자로 광 검출기(혹은 광센서)와 태양 전지로 구분된다. 수광 소자 중에 P-N 접합 혹은 금속과 반도체의 접촉면에 빛을 입사하면 기전력이 발생하고, 이것을 이용한 검출기를 광기전력형 수광 소자라고 한다. N형 실리콘 웨이퍼 위에 확산법으로 얇은 p형층을 형성한 p-n 접합 포토 다이오드는 대표적인 광기전력 수광 소자다.
P-N 접합 다이오드보다 응답성이 높은 소자로는 pin 포토 다이오드가 있다. pin 포토 다이오드는 p 층과 n층 사이에 진성(intrinsic) 반도체를 삽입함으로써 공핍층을 넓혀 보다 높은 응답속도를 얻을 수 있다. pin 포토 다이오드는 광통신, 조도 센서, 컬러 센서, 근접 센서 등에 활용된다.
위에서 설명한 배경기술은 발명자가 본원의 개시 내용을 도출하는 과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
레이저 스캐너는 발광 소자, 수광 소자, 및 반사 거울을 이용하여 스캔 대상 물체에 반사되어 돌아오는 레이저의 변화를 통해 일정 범위 내에 위치하는 물체를 검출하는 장치이다. 레이저 스캐너는 승강장에 구비된 스크린 도어와 열차 출입문 사이에 승객 및 소지품의 유무를 검출하는 스크린도어 장애물 감지 시스템에도 사용되고 있다.
수광 소자는 사용 환경에서 발광 소자에서 직접 방출된 빛 혹은 물체에 반사된 빛뿐만 아니라 고주파 전자파에도 노출되며, 기존의 수광 소자는 고주파 전자파로 인한 오동작 발생이 가능하다. 이동통신 전자파는 5G 서비스가 상용화되면서 기존의 등방성 전자파 특성 대신 특정한 방향으로 전자파를 방사하는 지향성의 특징을 갖는다. 지향성 전자파는 등방성 전자파에 비해 특정한 방향으로 집중되므로 단위 면적당 전력밀도가 높다. 수광 소자는 이러한 높은 전력 밀도를 가지는 고주파 전자파에 노출되면 오동작을 하게 되고, 이로 인해 해당 수광 소자가 사용된 스크린 도어가 설치된 대중 교통 안전 시설에 대한 시스템 안정도 및 신뢰도를 저하시키게 된다.
철도 혹은 지하철 승강장은 열차를 이용하고자 하는 많은 승객이 모이는 곳으로, 승객의 부주의나 고의로 인한 안전사고가 빈번히 발생하므로 레이저 스캐너 내 수광 소자의 오동작 가능성을 줄일 필요성이 있다. 이에, 고주파 전자파에 노출된 수광 소자의 오동작을 방지하여 수광 소자가 사용된 안전 시설의 안정성 및 신뢰도를 향상시키는 기술이 요구될 수 있다.
다양한 실시예들은 수광 소자의 빛의 입사면에서 높은 전력 밀도의 지향성 고주파 전자파를 제거하거나 수집하는 구조 및 해당 구조와 연결되어 접지와 연결되는 경로를 제공함으로써 수광 소자의 고주파 전자파에 의한 간섭 및 오동작을 방지하는 기술을 제공할 수 있다.
다만, 기술적 과제는 상술한 기술적 과제들로 한정되는 것은 아니며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 수광 소자는 수광 부위에 입사하는 광자 및 고주파 전자파의 진행 방향을 따라 연장되어 수광 부위 둘레를 둘러싸는 도파관 형태의 구조물과, 상기 도파관 형태의 구조물을 고정하는 절연층을 포함할 수 있다.
상기 도파관 형태의 구조물은 원형 도파관 형태와, 구형 도파관 형태 중 어느 하나인 것일 수 있다.
상기 구형 도파관 형태는 격자 구조로 형성되는 것일 수 있다.
상기 절연층은 상기 상기 수광 소자의 p형 반도체 상에 형성된 제1 절연층; 및 상기 제1 절연층 상에 형성된 제2 절연층을 포함하고, 상기 도파관 형태의 구조물은 상기 제2 절연층의 상부에서 상기 제2 절연층의 경사를 따라 연장된 것이고, 상기 수광 소자의 애노드 전극인 것일 수 있다.
상기 절연층은 상기 상기 수광 소자의 p형 반도체 상에 형성된 제1 절연층과, 상기 제1 절연층 상에 형성된 제2 절연층을 포함하고, 상기 도파관 형태의 구조물은 상기 제2 절연층 상에 형성되어 상기 진행 방향을 따라 상기 수광 소자의 빛의 입사면 위로 돌출된 것일 수 있다.
상기 도파관 형태의 구조물은 상기 수광 소자의 외부 연결 단자와 연결된 반대편이 개방된 다이폴 안테나 구조로 변형된 것일 수 있다.
상기 p형 반도체는 캐소드 전극, n형 반도체, 진성층이 순서대로 적층된 구조에서 상기 진성층 상부에 형성되고, 상기 p형 반도체의 상층에는 상기 제1 절연층 및 상기 반사 방지막이 형성되는 것일 수 있다.
다양한 실시예에 따른 광 수신기는 광 소자와, 복수의 다이오드를 포함하고, 상기 수광 소자는 수광 부위에 입사하는 광자 및 고주파 전자파의 진행 방향을 따라 연장되어 수광 부위 둘레를 둘러싸는 도파관 형태의 구조물과 상기 도파관 형태의 구조물을 고정하는 절연층을 포함할 수 있다.
상기 도파관 형태의 구조물은 원형 도파관 형태와, 구형 도파관 형태 중 어느 하나인 것일 수 있다.
상기 구형 도파관 형태는 격자 구조로 형성되는 것일 수 있다.
상기 절연층은 상기 수광 소자의 p형 반도체 상에 형성된 제1 절연층; 및 상기 제1 절연층 상에 형성된 제2 절연층을 포함하고, 상기 도파관 형태의 구조물은 상기 제2 절연층의 상부에서 상기 제2 절연층의 경사를 따라 연장된 것이고, 상기 수광 소자의 애노드 전극인 것일 수 있다.
상기 절연층은 상기 수광 소자의 p형 반도체 상에 형성된 제1 절연층과, 상기 제1 절연층 상에 형성된 제2 절연층을 포함하고, 상기 도파관 형태의 구조물은 상기 제2 절연층 상에 형성되어 상기 진행 방향을 따라 상기 수광 소자의 빛의 입사면 위로 돌출된 것일 수 있다.,
상기 도파관 형태의 구조물은 상기 수광 소자의 외부 연결 단자와 연결된 반대편이 개방된 다이폴 안테나 구조로 변형된 것일 수 있다.
상기 p형 반도체는 캐소드 전극, n형 반도체, 진성층이 순서대로 적층된 구조에서 상기 진성층 상부에 형성되고, 상기 p형 반도체의 상층에는 상기 제1 절연층 및 상기 반사 방지막이 형성되는 것일 수 있다.
도 1은 원 형태의 전극을 포함하는 pin 수광 소자의 단면도 및 패키지 연결 구성도이다.
도 2는 사각 형태의 전극을 포함하는 pin 수광 소자의 단면도 및 패키지 연결 구성도이다.
도 3a은 다양한 실시예에 따른 도파관 형태의 차단 구조물을 포함하는 수광 소자의 단면도 및 패키지 연결 구성도이다.
도 3b는 다양한 실시예에 따른 차단 구조물을 격자 형태로 도시한 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 다양한 실시예에 따른 원형 도파관 형태의 차단 구조물 및 구형 도파관 형태의 차단 구조물의 단면을 도시한 도면이다.
도 5는 다양한 실시예에 따른 원형 도파관 형태의 전자파 취득 구조물을 포함하는 수광 소자의 단면도 및 패키지 연결 구성도이다.
도 6a은 다양한 실시예에 따른 구형 도파관 형태의 전자파 취득 구조물을 포함하는 수광 소자의 단면도 및 패키지 연결 구성도이다.
도 6b는 다양한 실시예에 따른 구형 도파관 형태의 고주파 취득 구조물을 포함하는 수광 소자의 단면도 및 패키지 연결 구성도의 다른 예이다.
도 7은 다양한 실시예에 따른 도파관 형태의 구조물을 포함하는 수광 소자를 이용한 광 수신기의 도면이다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 구현될 수 있다. 따라서, 실제 구현되는 형태는 개시된 특정 실시예로만 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 실시예들로 설명한 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", "A 또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C", "A, B 및 C 중 적어도 하나", 및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 원 형태의 전극을 포함하는 pin 수광 소자의 단면도 및 패키지 연결 구성도이다.
도 1을 참조하면, pin 수광 소자(100)는 원 형태의 전극인 애노드 전극(104)를 포함하는 포토 다이오드이다. pin 수광 소자(100)는 가장 간단한 구조의 수광 소자인 p-n 접합 다이오드와는 달리, p형 반도체(101)과 n형 반도체(103) 사이에 진성층(102)이 배치되고, p형 반도체(101) 상의 반사 방지막(106)이 형성된 포토 다이오드이다. pin 수광 소자(100)는 반사 방지막(106)의 수광 부위를 통하여 빛을 포함한 전자파(130)를 흡수할 수 있다. pin 수광 소자(100)는 역바이어스를 인가했을 때 넓은 공핍층을 형성하고, 광자의 흡수 효율 및 응답도가 개선된 구조의 소자이다. 도 1에서는 pin 수광 소자(100)의 단면도인 것으로 설명하고 있지만, 이에 반드시 한정되는 것은 아니며, 광자로부터 전기를 얻는 모든 수광 소자(예: pn 포토 다이오드, 쇼트키 다이오드, 광트랜지스터, 어발런치 포토 다이오드(avalanche photo diode, APD) 등)는 도 1에 도시된 단면의 구조를 포함할 수 있다.
pin 수광 소자(100)는 외부 연결을 위하여 패키지(400)에 연결될 수 있다. pin 수광 소자(100)의 캐소드(cathode) 전극(105)은 전도성 접합재를 이용하여 패키지(400)의 금속 전극(403)에 부착되어 연결될 수 있다. pin 수광 소자(100)의 애노드(anode) 전극(104)은 와이어 본딩(404)을 통해 패키지의 금속 전극(402)과 연결될 수 있다. 애노드(anode) 전극(104)은 p형 반도체(101)에 연결된 것으로서 금속 전극(402) 측의 절연층(107) 상에 가로로 연장된 것일 수 있다. 애노드 전극(104)은 원 형태의 폐경로를 형성할 수 있다.
패키지(400)는 외부와 연결되는 두 개의 단자, pin 수광 소자(100)를 실장하기 위한 기판(401)과, 전기적 신호 전달을 위한 두 개의 금속 전극(402, 403)을 가질 수 있다.
도 2는 사각 형태의 전극을 포함하는 pin 수광 소자의 단면도 및 패키지 연결 구성도이다.
도 2를 참조하면, pin 수광 소자(200)는 사각 형태의 전극인 애노드 전극(204)를 포함하는 포토 다이오드이다. 애노드(anode) 전극(204)은 p형 반도체(101)에 연결된 것으로서 금속 전극(402) 측의 절연층(107) 상에 가로로 연장된 것일 수 있다. 애노드 전극(104)은 사각 형태의 폐경로를 형성할 수 있다. 도 2에서는 pin 수광 소자(200)의 단면도인 것으로 설명하고 있지만, 이에 반드시 한정되는 것은 아니며, 광자로부터 전기를 얻는 모든 수광 소자(예: pn 포토 다이오드, 쇼트키 다이오드, 광트랜지스터, 어발런치 포토 다이오드(avalanche photo diode, APD) 등)는 해당 단면의 구조를 포함할 수 있다.
도 3a은 다양한 실시예에 따른 도파관 형태의 차단 구조물을 포함하는 수광 소자의 단면도 및 패키지 연결 구성도이다.
도 3a를 참조하여 다양한 실시예에 따르면, 수광 소자(300)은 수광 부위에 입사하는 광자 및 고주파 전자파의 진행 방향을 따라 연장되어 수광 부위 둘레를 둘러싸는 도파관 형태의 구조물(예: 차단 구조물(304))을 포함할 수 있다. 절연층은 수광 소자의 p형 반도체(101) 상에 형성된 제1 절연층(107)과 제1 절연층(107) 상에 형성된 제2 절연층(308)을 포함할 수 있다. p형 반도체(101)는 캐소드 전극(105), n형 반도체(103), 진성층(102)이 순서대로 적층된 구조에서 진성층(102) 상부에 형성되고, p형 반도체(101)의 상층에는 제1 절연층(107) 및 반사 방지막(106)이 형성되는 것일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 차단 구조물(304)은 제2 절연층(308)의 상부에서 제2 절연층(308)의 경사를 따라 연장된 것이며, 수광 소자(300)의 애노드 전극일 수 있다. 도3a의 차단 구조물(304)은 세로축 단면 상에서 경사면을 가지는 도파관 형태로 표현되었으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 차단 구조물(304)은 다양한 반도체 공정 기법을 통해 수광 부위로 입사하는 광자 및 고주파 전자파의 진행 방향을 따라 수광 부위에 대하여 수직으로 연장된 것일 수도 있다. 수광 부위로 입사하는 광자 및 고주파 전자파의 진행 방향으로 연장된 도파관 형태의 구조물(예: 차단 구조물(304))을 형성하기 위해 하나 이상의 절연체 층과 금속 배선을 이용할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 도파관은 마이크로파 및 밀리미터파에서 사용되며 차단 주파수를 가지는 전송 선로이고, 차단 구조물(304)은 도파관 형태에 따른 차단 주파수에 기초하여 빛의 입사면으로 입력되는 전자파 중 차단 주파수 이하에서는 전자파를 차단할 수 있다. 차단 구조물(304)은 도 4에서 후술한 바와 같이 수광 소자(300)의 가로축 단면(예: 빛의 입사면) 상에서 다양한 형태일 수 있다. 예를 들어, 차단 구조물(304)은 빛의 입사면 상에서 원형 도파관(circular waveguide)의 단면인 원 형태의 전극이거나, 또는 구형 도파관(rectangular waveguide)의 단면인 사각 형태의 전극일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 수광 소자(300)는 차단 구조물(304)에 기초하여 높은 전력 밀도를 가지는 고주파 전자파로 인한 간섭을 제거하여 수광 소자(500)의 오작동을 방지하면서도 수광 소자(500)의 성능 저하를 일으키지 않을 수 있다. 차단 구조물(304)은 반도체 공정을 통하여 일괄적으로 제작될 수 있을 뿐만 아니라, 기존 수광 소자의 패키지를 그대로 활용할 수 있다. 차단 구조물(304)은 광자로부터 전기를 얻는 모든 수광 소자(예: pn 포토 다이오드, 쇼트키 다이오드, 광트랜지스터, 어발런치 포토 다이오드(avalanche photo diode, APD) 등)에 적용 가능할 수 있다.
도 3b는 다양한 실시예에 따른 차단 구조물을 격자 형태로 도시한 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3b를 참조하면, 다양한 실시예에 따르면, 차단 구조물(304)이 구형 도파관 형태인 경우에는 차단 구조물(304)의 차단 주파수는 가로축 혹은 세로축 단면을 변형함으로써 조절될 수 있다. 예를 들어, 차단 구조물(304)은 가로축 단면이 분할된 구조를 가짐으로써 차단 주파수가 높아질 수 있다. 차단 구조물(304)은 가로 축 단면이 격자 구조일 수 있다. 차단 구조물(304)의 차단 주파수는 밀리미터파를 이용한 새로운 서비스가 출현하거나, 가로축 면적이 분할되지 않은 구조에 따른 차단 주파수에 근접하는 신호가 간섭원으로 사용될 경우에는, 가로축 단면이 분할된 구조를 통하여 높아질 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 가로축 단면이 분할된 구조는 도 6a에서 후술하는 취득 구조물(620)에도 적용될 수 있다. 취득 구조물(620)은 마찬가지로 보다 높은 차단 주파수가 필요할 경우에는 가로축 단면이 분할된 구조(예: 격자 구조)로 형성할 수 있다. 이 때 구체적인 격자 간격은 도 4에서 후술한 [수학식 2]에 따라 계산할 수 있다.
도 4는 다양한 실시예에 따른 원형 도파관 형태의 차단 구조물 및 구형 도파관 형태의 차단 구조물의 단면을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하여 다양한 실시예에 따른 원형 도파관 형태의 애노드 전극(311) 및 구형 도파관 형태의 애노드 전극(312)의 차단 주파수 각각은 TE01 모드에 대해 [수학식1]과 [수학식2]로 정의된다.
여기서, a는 원형 도파관 형태의 단면인 원의 반지름의 길이이고, x는 구형 도파관 형태의 단면인 직사각형의 한 변의 길이이다. [수학식 2]에서 직사각형의 한 변의 길이(예: x)와 차단 주파수는 반비례 관계에 있으며, x가 직사각형의 긴 변의 길이인 경우에 가장 낮은 차단 주파수를 가질 수 있다. 도파관 형태의 애노드 전극(예: 도 3의 차단 구조물(304))은 차단 주파수 이상의 파장을 갖는 전자파를 차단할 수 있다. 예를 들어, 차단 구조물(304)이 원형 도파관 형태의 애노드 전극이고 산업계에서 사용되는 금속캔 형상의 패키지 면적에 대응하도록 a는 1.5mm인 경우에는, 차단 주파수인 약 58.6 GHz 보다 낮은 주파수의 전자파는 차단되므로, 높은 전력 밀도를 가지는 지향성 고주파 신호는 수광 소자의 동작에 영향을 주지 않을 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 수광 소자(예: 도 3의 수광 소자(300))는 빛의 입사면으로 광자와 높은 전력 밀도의 고주파 전자파를 동시에 입력 받는 경우에는 도파관 형태의 차단 구조물(304)에 의하여 고주파 전자파를 차단하고 광자만을 수광 소자(300)의 수광 부위를 통하여 공핍층으로 인가받음으로써 광자에 비례하는 출력 전류를 생성할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 도파관 형태의 차단 구조물(304)은 수광 소자(300)의 p형 반도체(101)과 연결되어 있으나, via 공정 혹은 외부 연결을 위한 패키지의 기판을 통하여 n형 반도체(103)와 연결된 캐소드 전극(105)과 연결될 수도 있다.
도 5는 다양한 실시예에 따른 원형 도파관 형태의 전자파 취득 구조물을 포함하는 수광 소자의 단면도 및 패키지 연결 구성도이다.
도 5를 참조하면, 다양한 실시예에 따르면, 수광 소자(500)는 수광 부위에 입사하는 광자 및 고주파 전자파의 진행 방향을 따라 연장되어 수광 부위 둘레를 둘러싸는 도파관 형태의 구조물(예: 취득 구조물(520))을 포함할 수 있다. 절연층은 수광 소자의 p형 반도체(101) 상에 형성된 제1 절연층(107)과 제1 절연층(107) 상에 형성된 제2 절연층(608)을 포함할 수 있다. p형 반도체(101)는 캐소드 전극(105), n형 반도체(103), 진성층(102)이 순서대로 적층된 구조에서 진성층(102) 상부에 형성되고, p형 반도체(101)의 상층에는 제1 절연층(107) 및 반사 방지막(106)이 형성되는 것일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 취득 구조물(520)은 반도체 공정을 수행하여 제2 절연층(608) 상에 형성되어 광자 및 고주파 전자파의 진행 방향을 따라 수광 소자(600)의 빛의 입사면 위로 돌출된 것일 수 있다. 예를 들어, 취득 구조물(620)은 하나 이상의 절연층에 via 공정을 통해 형성되거나 하나 이상의 절연층에 패턴을 형성하는 과정을 통해 절연층(608) 위에 형성된 것일 수 있다. 수광 소자(500)는 빛(230a)이 입사하여 진행하는 방향과 동일한 방향으로 연장된 원형 도파관 형태를 가지고, [수학식 1]에 따른 차단주파수 특성을 가지는 것일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 수광 소자(500)는 차단 주파수 특성에 기초하여 고주파 전자파를 취득하는 취득 구조물(520)을 포함함으로써, 광자와 고주파 전자파의 경로를 분리하고 수광 부위에 도달하는 고주파 전자파를 효과적으로 제거할 수 있다. 수광 소자(500)는 광자 및 고주파 전자파에 노출된 경우, 광자는 수광 소자(500)의 수광 부위에 도달하는 경로와, 고주파 전자파는 취득 구조물(520)을 통하여 연결 단자(122)로 접지되는 경로로 2가지의 경로를 분리할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 수광 소자(500)는 취득 구조물(520)에 기초하여 높은 전력 밀도를 가지는 고주파 전자파로 인한 간섭을 제거하여 수광 소자(500)의 오작동을 방지하면서도 수광 소자(500)의 성능 저하를 일으키지 않을 수 있다. 취득 구조물(520)은 반도체 공정을 통하여 일괄적으로 제작될 수 있을 뿐만 아니라, 기존 수광 소자의 패키지를 그대로 활용할 수 있다. 취득 구조물(520)은 광자로부터 전기를 얻는 모든 수광 소자(예: pn 포토 다이오드, 쇼트키 다이오드, 광트랜지스터, 어발런치 포토 다이오드(avalanche photo diode, APD) 등)에 적용 가능할 수 있다. 이러한 특징은 도 6a 및 도 6b의 취득 구조물(620, 621)에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 6a은 다양한 실시예에 따른 구형 도파관 형태의 전자파 취득 구조물을 포함하는 수광 소자의 단면도 및 패키지 연결 구성도이다.
도 6a를 참조하면, 다양한 실시예에 따르면, 수광 소자(600)는 반사 방지막(106)의 수광 부위에 입사하는 광자 및 고주파 전자파의 진행 방향을 따라 연장되어 수광 부위 둘레를 둘러싸는 도파관 형태의 구조물(예: 취득 구조물(620))과 취득 구조물(620)을 고정하는 절연층(107, 608)을 포함할 수 있다. 절연층은 수광 소자의 p형 반도체(101) 상에 형성된 제1 절연층(107)과 제1 절연층(107) 상에 형성된 제2 절연층(608)을 포함할 수 있다. p형 반도체(101)는 캐소드 전극(105), n형 반도체(103), 진성층(102)이 순서대로 적층된 구조에서 진성층(102) 상부에 형성되고, p형 반도체(101)의 상층에는 제1 절연층(107) 및 반사 방지막(106)이 형성되는 것일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 취득 구조물(620)은 반도체 공정을 수행하여 제2 절연층(608) 상에 형성되어 광자 및 고주파 전자파의 진행 방향을 따라 수광 소자(600)의 빛의 입사면 위로 돌출된 것일 수 있다. 예를 들어, 취득 구조물(620)은 하나 이상의 절연층에 via 공정을 통해 형성되거나 하나 이상의 절연층에 패턴을 형성하는 과정을 통해 절연층(608) 위에 형성된 것일 수 있다. 수광 소자(600)는 빛(230b)이 입사하여 진행하는 방향과 동일한 방향으로 연장된 구형 도파관 형태를 가지고, [수학식 2]에 따른 차단주파수 특성을 가지는 것일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 수광 소자(600)는 차단 주파수 특성에 기초하여 고주파 전자파를 취득하는 취득 구조물(620)을 포함함으로써, 광자와 고주파 전자파의 경로를 분리하고 수광 부위에 도달하는 고주파 전자파를 효과적으로 제거할 수 있다. 수광 소자(600)는 광자 및 고주파 전자파에 노출된 경우, 광자는 수광 소자(600)의 수광 부위에 도달하는 경로와, 고주파 전자파는 취득 구조물(620)을 통하여 연결 단자(222)로 접지되는 경로로 2가지의 경로를 분리할 수 있다.
도 6b는 다양한 실시예에 따른 구형 도파관 형태의 고주파 취득 구조물을 포함하는 수광 소자의 단면도 및 패키지 연결 구성도의 다른 예이다.
도 6b를 참조하면, 다양한 실시예에 따르면, 수광 소자(610)는 도파관 형태의 구조물(예: 취득 구조물(621))을 포함할 수 있다. 취득 구조물(620)은 수광 소자(610)의 외부 연결 단자(222)와 연결된 반대편이 개방되어 다이폴 안테나 구조로 변형된 것일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 밀리미터 대역을 이용하는 서비스에 의한 전자파 간섭을 제거하기 위해 취득 구조물(620)은 통신 서비스 대역에서 공진하는 다이폴 안테나 구조를 구현함으로써 수광 부위로 입력되는 고주파 전자파를 제거 혹은 전력 밀도를 낮출 수 있고, 이에 따라 수광 소자의 오동작을 예방할 수 있다. 이 때, 취득 구조물(620)의 금속 두께는 도파관 형상과 달리 일반적인 반도체 공정의 금속 두께 정도로 얇게 구현하는 것도 가능하다.
도 7은 다양한 실시예에 따른 도파관 형태의 구조물을 포함하는 수광 소자를 이용한 광 수신기의 도면이다.
도 7을 참조하면, 다양한 실시예에 따르면, 광 수신기는 수광 소자(700) 및 복수의 다이오드를 포함할 수 있다. 수광 소자(700)는 도 3a 내지 도 6b를 통하여 설명한 수광 소자(300, 500, 600, 610) 중 어느 하나일 수 있다. 광 수신기는 도파관 형태의 차단 구조물(예: 도 3a의 차단 구조물(304))에 기초하여 고주파 전자파를 차단하거나, 도파관 형태의 취득 구조물(도 5, 6a, 6b의 취득 구조물(520, 620, 621))에 기초하여 유기한 고주파 전자파를 접지로 연결할 수 있다. 광 수신기는 다이오드 전류 혹은 전압 관측을 통하여 간섭 신호 유무를 판별할 수 있다.
위에서 설명한 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 또는 복수의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (14)

  1. 수광 부위에 입사하는 광자 및 고주파 전자파의 진행 방향을 따라 연장되어 수광 부위 둘레를 둘러싸는 도파관 형태의 구조물; 및
    상기 도파관 형태의 구조물을 고정하는 절연층
    을 포함하는, 수광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도파관 형태의 구조물은,
    원형 도파관 형태; 및
    구형 도파관 형태
    중 어느 하나인 것인, 수광 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 구형 도파관 형태는,
    격자 구조로 형성되는 것인, 수광 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절연층은,
    상기 수광 소자의 p형 반도체 상에 형성된 제1 절연층; 및
    상기 제1 절연층 상에 형성된 제2 절연층을 포함하고,
    상기 도파관 형태의 구조물은,
    상기 제2 절연층의 상부에서 상기 제2 절연층의 경사를 따라 연장된 것이고,
    상기 수광 소자의 애노드 전극인 것인, 수광 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 절연층은,
    상기 수광 소자의 p형 반도체 상에 형성된 제1 절연층; 및
    상기 제1 절연층 상에 형성된 제2 절연층을 포함하고,
    상기 도파관 형태의 구조물은,
    상기 제2 절연층 상에 형성되어 상기 진행 방향을 따라 상기 수광 소자의 빛의 입사면 위로 돌출된 것인, 수광 소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 도파관 형태의 구조물은,
    상기 수광 소자의 외부 연결 단자와 연결된 반대편이 개방된 다이폴 안테나 구조로 변형된 것인, 수광 소자.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 p형 반도체는,
    캐소드 전극, n형 반도체, 진성층이 순서대로 적층된 구조에서 상기 진성층 상부에 형성되고, 상기 p형 반도체의 상층에는 상기 제1 절연층 및 반사 방지막이 형성되는 것인, 수광 소자.
  8. 수광 소자; 및
    복수의 다이오드
    를 포함하고,
    상기 수광 소자는,
    수광 부위에 입사하는 광자 및 고주파 전자파의 진행 방향을 따라 연장되어 수광 부위 둘레를 둘러싸는 도파관 형태의 구조물; 및
    상기 도파관 형태의 구조물을 고정하는 절연층
    을 포함하는, 광 수신기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 도파관 형태의 구조물은,
    원형 도파관 형태; 및
    구형 도파관 형태
    중 어느 하나인 것인, 광 수신기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 구형 도파관 형태는,
    격자 구조로 형성되는 것인, 광 수신기.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 절연층은,
    상기 수광 소자의 p형 반도체 상에 형성된 제1 절연층; 및
    상기 제1 절연층 상에 형성된 제2 절연층을 포함하고,
    상기 도파관 형태의 구조물은,
    상기 제2 절연층의 상부에서 상기 제2 절연층의 경사를 따라 연장된 것이고,
    상기 수광 소자의 애노드 전극인 것인, 광 수신기.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 절연층은,
    상기 수광 소자의 p형 반도체 상에 형성된 제1 절연층; 및
    상기 제1 절연층 상에 형성된 제2 절연층을 포함하고,
    상기 도파관 형태의 구조물은,
    상기 제2 절연층 상에 형성되어 상기 진행 방향을 따라 상기 수광 소자의 빛의 입사면 위로 돌출된 것인, 광 수신기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 도파관 형태의 구조물은,
    상기 수광 소자의 외부 연결 단자와 연결된 반대편이 개방된 다이폴 안테나 구조로 변형된 것인, 광 수신기.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 p형 반도체는,
    캐소드 전극, n형 반도체, 진성층이 순서대로 적층된 구조에서 상기 진성층 상부에 형성되고, 상기 p형 반도체의 상층에는 상기 제1 절연층 및 반사 방지막이 형성되는 것인, 광 수신기.
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