KR20020019083A - 반도체 장치 제조 방법 - Google Patents

Abstract

반도체 장치 제조 방법은 화학적 빔 에피택시(chemical beam epitaxy)에 의해 지원 표면 상에 적어도 하나의 테이퍼된 에피택셜층을 성장시키는 단계를 포함하며, 테이퍼의 면은 상기 지원 표면으로 경사져 있다.

Description

반도체 장치 제조 방법{Method of fabricating a semiconductor device}

수직으로 테이퍼되고(tapered) 플레어된(flared) 반도체 광학 도파관들을 생성하기 위해 현재 사용되는 방법들은 Quantum Electronics, Volume 3, 11월 6일, pp 1308-1320에서 Moerman에 의해 Selected Topics의 IEEE Journal에 기재되어 있으며 3개의 주요 표제 하에 다음과 같이 분류되어 있다.

에칭 및 재-성장 기술들:

이들 기술에서, 웨이퍼의 에피택셜 성장은 도파관의 코어층 증착 후 중지된다. 그런 다음, 상기 웨이퍼는 웨이퍼 성장 장치로부터 이동되고 상기 코어층은 필요한 테이퍼 프로파일을 생성하도록 에칭된다. 상기 웨이퍼는 그런 다음 상기 성장 장치에 다시 위치되고 상기 에칭된 코어층 위에 상부 안내층이 성장된다. 이들 기술들은 다음과 같은 단점을 갖는다. 첫째, 전체적인 프로세싱이 복잡하고 시간이 오래 걸린다. 둘째, 상기 성장 장치로부터 부분적으로 성장한 웨이퍼를 이동시키는것과 상기 도파관 코어층을 에칭하는 것은 상기 도파관으로 오염 물질을 유도하여, 광학 손실들(optical losses)을 증가시키고 수율을 감소시킨다. 셋째, 이들 방법들은 매우 낮은 재생가능성(reproducibility)을 갖는다. 딥-에칭(dip-etching)으로 공지된 바와 같은 그러한 한 가지 방법에서, 웨이퍼의 전체 표면을 프로세스하는 것은 불가능하다.

불순물-유도 혼란:

이것은 상기 코어층이 일정한 두께를 갖는 도파관으로 시작하는 수직적으로 테이퍼된 도파관들을 생성하기 위한 기술이다. 이 기술은 초기의 일정한 도파관이 다중의 양자-웰 영역(multiple quantum-well region)으로 이루어지는 코어층을 가져야만 한다는 제한을 받는다. 아연은 상기 상부 안내층을 통해 상기 도파관으로 확산되며, 측면 위치(lateral position), 즉 에피택셜 층들의 평면에서의 위치에 따라 변화하는 깊이까지 상기 코어층을 관통한다. 아연이 확산되는 곳에서, 상기 코어층의 굴절률이 상기 안내층들의 굴절률로 감소되어, 상기 도파관의 수직 테이퍼링을 생성한다. 이 기술은 낮은 재생가능성을 가지며, 그 결과적인 도파관들은 아연 확산이 발생하는 영역들에서 현저한 광학 손실을 갖는다. 그것은 또한 사용될 수 있는 물질 시스템들의 관점에서도 제한된다.

에피택셜 기술들:

상기 도파관의 테이퍼된 코어층 및 상부 안내층이 단일 단계에서 성장될 수 있는 몇몇 기술들이 존재한다. 예를 들어, 분자 빔 에피택시(MBE)에 의한 코어층의 성장 동안 기판 및 하위 안내층으로 이루어지는 웨이퍼의 평면에서 생기는 온도 기울기(temperature gradient)는 그 층의 두께를 제어하는데 사용될 수 있다. 이 기술에서, 상기 온도 기울기에 걸치는 3원 4기의 화합물(ternary and quaternary compounds)의 구성적 균일성(compositional uniformity)을 제어하는 것은 매우 어려우며 낮은 융점을 가지거나 높은 성장 온도를 필요로 하는 물질들은 좁은 범위의 적절한 성장 온도들을 가져야 한다. 이것은 사용될 수 있는 온도 기울기에 제한을 가한다.

다른 에피택셜 기술이 "릿지상의 성장(growth-on-a-ridge)"으로 공지되어 있다. 표준 에칭 방법들에 의해 기판 및 낮은 안내층을 포함하는 웨이퍼 상에 폭이 변화하는 릿지가 생성될 수 있다. 금속-유기 증기-위상 에피택시(MOVPE)의 표면 확산 속성들로 인해, 남아 있는 도파관 층들의 성장 속도는 상기 릿지의 폭이 감소함에 따라 증가하여 테이퍼된 도파관이 생성된다. 이 기술은 상기 코어층 및 상부 안내층의 에피택셜 성장이 발생할 수 있기 전에, 복잡하고 시간이 오래 걸리는 웨이퍼 프로세스 단계를 포함한다.

또 다른 에피택셜 기술은 절연 마스크를 사용하는 섀도우-마스크 MOVPE 성장이다. 이 기술에서, 패턴된 절연 마스크가 웨이퍼 상에 증착된다. MOVPE 에피택셜 성장 동안, 상기 섀도우 마스크의 윈도우를 통해 증착이 발생한다. 상기 섀도우 마스크 아래에 증착된 상기 층의 측면 두께는 상기 윈도우의 측면 치수들과 상기 마스크 및 상기 기판간의 거리와 리액터 압력을 변화시킴으로써 제어될 수 있다. 이 기술은 상기 절연 마스크를 성장시키는 추가의 성장 단계 및 그것을 제거하는 추가의 프로세스 단계를 포함한다. 또한 상당한 지연을 포함하는 상기 마스크를 패턴하기 위한 프로세스 단계들을 포함하여 표면에 오염 물질이 남겨질 수도 있다. 기계적 섀도우 마스크가 절연 마스크 대신에 사용될 수도 있지만, MOVPE 성장에서 반응 가스들의 동일하지 않은 확산 길이들로 인해 테이퍼 층 내에 구성적 비균일성이 불가피하게 생길 수 있다. 이것은 그 층내의 광의 안내에 악영향을 미치는 상기 테이퍼된 층 내에서 굴절률 비균일성의 결과로 된다. 또한, 마스크 투입 및 제거 동안 분위기(atmosphere)에 대한 웨이퍼의 노출은 웨이퍼 오염의 결과로 된다. 다른 단점은 마스크 그 자체 위에 대한 물질의 증착이 마스크 클리닝 또는 교체 작업을 요한다는 것이다.

광-전자 시스템들은 광섬유들 및 레이저들, 증폭기들, 변조기들, 검출기들 및 스위치들과 같은 광-전자 장치들을 포함한다. 광섬유들에 의해 지원되는 광학 모드들의 크기 및 형상은 광-전자 반도체 장치들 내의 크기 및 형상과는 현저히 상이하며 이로 인해 그러한 장치들 및 섬유들 사이에 광 방사가 결합될 때 모드 부정합(modal mismatch) 및 높은 광학 손실(high optical loss)의 결과가 생긴다.

그러한 광학 손실들을 줄이는 한 가지 기술은 상기 광-전자 반도체 장치 및 상기 광섬유 사이에 설치한 마이크로렌즈들을 사용하는 것이다. 상기 마이크로렌즈들은 상기 광-전자 반도체 장치 또는 광섬유에 의한 광학 모드 출력의 크기를 변화시키지만 모드의 형상을 변화시키지 않는다. 다른 기술은 상기 광-전자 반도체 장치 및 상기 광섬유 사이에 설치한 광학 모드-변환 도파관(optical mode-converting waveguide)을 사용하는 것이다. 이들 기술 모두는 매우 높은 얼라인먼트 허용공차(high alignment tolerances)를 요구하며 그 결과 성분들의 얼라인먼트는 광-전자 시스템의 전체 비용의 가장 중요한 부분을 나타낼 수 있다.

결합 손실들(coupling losses)을 줄이는 제 3 기술은 상기 장치의 액티브 부분과 출력 면(output facet) 사이에서 2차원 테이퍼된 두께 프로파일을 갖는 출력 도파관들을 구비하는 광-전자 반도체 장치들을 사용하는 것이다. 출력 도파관의 상기 테이퍼링(tapering)에 따라, 광학-전자 반도체 장치의 액티브 부분으로부터 상대적으로 작고(0.l5 내지 2.0) 때때로 높은 비대칭 광학 모드를 광섬유에 의해 지원되는 원형의 대칭 광학 모드에 대해 밀접하게 매칭되게 할 수 있다.

광학-전자 반도체 장치의 상기 출력 도파관의 측면 테이퍼링, 즉 기판 표면에 대한 평면 평행의 테이퍼링은 포토리소그래피 및 화학적 에칭과 같은 종래의 반도체 프로세싱 기술을 이용해서 달성될 수 있다. 성장하는 에피택셜 층의 평면에 수직인 평면에서 도파관의 코어층을 테이퍼링하는 것은 보다 어려우며 웨이퍼 성장 동안 상기 코어층의 두께를 제어하는 단계를 포함한다.

도 1 내지 도 4는 2차원으로 테이퍼되는 코어층을 갖는 반도체 광학 도파관을 생성하기 위한 본 발명에 따른 프로세스에서의 주요 단계들을 도시한다.

도 5는 도파관을 생성하는 동안 사용된 기계적 장치의 수직 단면을 도시한다.

도 6은 상기 프로세서에서 사용된 섀도우 마스크의 수직 단면을 도시한다.

도 7은 상기 섀도우 마스크의 평면도를 도시한다.

도 8은 본 발명의 프로세스에 의해 생성될 수도 있고 2차원으로 테이퍼되는코어층을 갖는 광-전자 반도체 변조기의 구조를 도시한다.

본 발명의 목적은 반도체 광학 슬랩-도파관(semiconductor optical slab-waveguide)를 제조하는 대안의 프로세스를 제공하는 것이다.

본 발명은 지원 표면 상에 적어도 하나의 테이퍼된 에피택셜층을 성장시키는 단계를 포함하며, 적어도 하나의 테이퍼된 에피택셜층은 화학적 빔 에피택시에 의해 상기 지원 표면으로 경사진 평면에서 테이퍼로 성장되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법을 제공한다.

본 발명은 도파관이 제조되는 기판의 평면에 수직인 평면에서 연속적으로 테이퍼되는 코어층과 일체화되는 도파관의 제조를 가능하게 한다. MOVPE에 의해 성장된 테이퍼된 도파관들에서, 코어의 얇은 부분에 대해 테이퍼되기 전에 상기 코어층의 두께가 먼저 증가한다. 이것은 안내 속성들 및 도파관의 광학 손실에 악영향을 미치며 본 발명의 프로세스에서는 회피된다. 게다가, MOVPE 성장에 의해 생성된 도파관들의 테이퍼된 영역들에 제공되는 구성적 비동질성은 CBE 성장에서 가스 위상 반응들(gas phase reactoins)의 부재로 인해 회피된다. 본 발명의 방법은 도파관의 안내 속성들에 영향을 주거나 그 광학 손실을 증가시킬 수 있는 에피택셜 성장 동안 두께 및 굴절률의 제어되지 않는 변화들을 회피할 수 있게 한다.

본 발명은 또한 적어도 하나의 테이퍼된 에피택셜층이, 기계적 섀도우 마스크 및 단일 에피택셜 성장 단계를 이용해서 상기 지원 표면에 수직인 평면에서 테이퍼로 성장되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법을 제공한다.

상기 테이퍼된 층이 에피택셜 성장에 의해 전체적으로 생성될 때, 상기 프로세스는 비교적 간단하고 신속하며, 산업적 규모에서 생산비용이 비교적 저렴하다. 상기 방법은 층의 프로세스와 관련된 오염을 회피하여 그것을 지원하는 표면에 수직인 평면에서 테이퍼된 층을 얻는다. 에피택셜 성장 동안 섀도우 마스크 위에 다결정 성장이 존재하지 않기 때문에, 상기 프로세스에서 사용된 섀도우 마스크는 프로세스 동안 그 한정이 유지되며 다른 성장이 진행되는 동안 클리닝 없이 재사용될 수 있다. 이것은 섀도우 마스크 상에서 중요한 다결정 성장이 행해져서 바람직하지 않은 섀도우 효과를 야기하는 MBE에 의한 성장과는 대조적이다.

본 발명은 또한 적어도 하나의 테이퍼된 에피택셜층이, 적어도 하나의 테이퍼되지 않은 에피택셜층과 동일한 성장 단계에서 성장되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법을 제공한다.

상기 방법은 그러한 장치들이 생성될 수 있는 속도 상의 개선 및 그러한 장치들의 수율 및 질의 개선을 제공한다.

알루미늄 갈륨 비소(AlGaAs) 및 갈륨 비소(GaAs)의 도파관들을 제조하기 위해 상기 프로세스가 사용될 때, 트리에틸 갈륨(TEGa) 또는 트리이소프로필 갈륨(TIPGa)를 갈륨 소스로서, 알란(alane)의 에틸디메틸라민 부가물을 알루미늄 소스로서, 또한 열적으로 크랙된 아신(thermal-cracked arsine)을 비소 소스로서 양호하게 사용한다. 성장 결정에서 불순물들을 감소시키고 그래서 그 결과적인 장치의 광학 특성들을 개선하기 위해, 상기 성장은 500 내지 600℃의 범위의 온도에서 양호하게 행해진다.

인듐 인화물(InP) 및 인듐 갈륨 비소 인화물(InGaAsP)에 기초한 도파관들의 경우에, 상기 프로세스는 트리에틸 인듐(TMIn), 트리메틸 갈륨(TMGa), 아신 및 인화물을 각각 인듐, 갈륨, 비소 및 인의 소스들로서 양호하게 사용한다.

본 발명을 완전하게 이해하기 위해, 이제 발명의 실시예들을 첨부된 도면들을 참조해서 예를 들어 설명한다.

도 1을 참조하면, 갈륨 비소(GaAs) 기판 웨이퍼(10)를 통하는 수직 단면의 일부가 도시되어 있다. 기판(10)은 반도체 장치 제조에 관한 당 분야의 기술인들에게 잘 알려진 표준 공정에 따라 에피택셜 성장을 위해 준비된다. 상기 기판(10)은 몰리브덴 홀더(molybdenum holder)(도시되지 않음)에 장착된다. 장착된 기판(10)은 화학적 빔 에피택시(CBE) 장치(도시되지 않음)에 적재된 후 초고 진공(ultra-high vacuum)(UHV) 하에서 저장된다. 그런 다음 UHV 상태 하에서 CBE 장치의 성장실(growth chamber)에 적재되고 비소 과도압력(arsenic overpressure) 하에서 근사적으로 650℃에서 가열되고 안정한 표면을 유지하며 거칠게 되는 것을 방지하면서 상기 표면 위의 산화물 퇴적물들(oxide deposits)을 제거한다. 이 때 기판(10)의 온도는 400 내지 700℃ 범위, 통상적으로는 540℃의 성장 온도로 설정되어, 양호한 소스들을 사용하는 CBE 성장 동안 불순물들의 의도되지 않은 혼합을 감소시킨다. 도 2를 참조하면, 기판(10)의 표면 위에 규칙적으로 CBE에 의해 다음의 층들이 다음의 순서로 연속적으로 증착된다.

0.5 ㎛의 GaAs 층(11),

0.05 ± 0.005의 알루미늄 몰 분율(aluminum mole fraction)을 갖는 3.5 ㎛

의 AlGaAs 층(12),

0.3 ± 0.03의 알루미늄 몰 분율을 갖는 0.4 ㎛의 AlGaAs 층(13), 및

1.8 ㎛의 GaAs 층(14).

층들(11 내지 14)의 CBE 성장 동안, CBE 리액터 압력은 10^-3Torr 이하로 유지되어 기상 반응들(gas phase reactions)이 회피되고 기판(10)은 분 당 60 선회로 회전된다. 층(11)은 상기 기판(10)으로부터 도파관층들을 분리하는 버퍼층이다. 층들(12 및 13)은 완성된 도파관(finished waveguide)에서 하부 안내층들(lower guiding layers)을 형성한다. 층(14)의 두께는 상기 완성된 도파관에서 테이퍼된 코어층(tapered core layer)의 얇은 영역의 두께와 동일하다. 기판(10) 및 층들(11 내지 14)은 부분적으로 성장된 웨이퍼(28)를 구성한다. 층(14)의 증착에 뒤이어서, 아신 플럭스(arsine flux)가 스위치 오프되고 웨이퍼(28)의 온도는 그 상부 표면이 거칠어지는 것을 방지하기 위해 200℃로 낮아진다.

도 3을 참조하면, 23으로 도시된 일련의 개구들을 갖는, 실리콘 이산화물로 코팅된 실리콘 섀도우 마스크(22)(이것의 단부가 도시되어 있다)는 몰리브덴 캐리어(도시되지 않음)에서 탄탈 스페이서(20)와 단단하게 접촉하여 장착된다. 상기 섀도우 마스크(22) 및 스페이서(20)는 UHV 상태 하에서 CBE 장치의 성장실에 적재되고 제 위치에서 죄어진다. 상기 스페이서(20)는 층(14)의 노출된 표면으로부터 상기 섀도우 마스크(22)를 100㎛의 거리만큼 분리시킨다. 상기 아신 플럭스가 스위치 온되고 웨이퍼(28)의 온도가 성장 온도로 회귀되며, 이 온도는 상기 섀도우 마스크(22)로부터 열 손실을 줄인 결과 웨이퍼(28)의 표면 온도에서의 증가를 위해 정정된 원래의 성장 온도(540℃)이다. 그런 다음 CBE 성장이 재시작된다. CBE 장치의 환경 조건들은, CBE 성장이 화학적으로 적절한 표면(즉, 층 (14)) 상에서 일어나고 부적절한 표면(즉, 마스크(22)의 표면) 상에서는 일어나지 않도록 되어야 하는 것이다. 4 ㎛의 GaAs 층(16)은 상기 섀도우 마스크(22)의 개구들을 통해 층(14) 위에 성장된다. 상기 마스크(22)의 개구들의 가장자리들에 가까이 있는 29로 도시된 영역들에서, 상기 완성된 층(16)이 영역(29)에서 두께 프로파일(thickness profile)을 가지도록 성장 속도가 감소되며, 상기 영역(29)은 근사적으로 1000 ㎛의 측면 거리(lateral distance)에 걸쳐 0 에서 4 ㎛로 부드럽게 테이퍼된다. 층들(14 및 16)은 15로 도시된 테이퍼된 영역들을 갖는 동질의 코어층(homogeneous core layer)을 형성한다. 15로 도시된 테이퍼들의 프로파일은 에피택셜 성장 동안 화학적 빔들이 웨어퍼(28)에 도착하는 각도에 의해 좌우된다. 테이퍼들(15)의 길이는 스페이서(20)의 두께와 상기 화학적 빔들이 웨이퍼(28)에 도착하는 각도를 변화시킴으로써 제어될 수도 있다. 이것은 MOVPE에 의한 섀도우 마스크 성장과는 대조적인데, MOVPE에서는, 테이퍼 프로파일이 섀도우 마스크의 개구들의 기하학 및 기상 반응들에 의해 좌우되어 테이퍼들의 길이가 소정의 온도에서 표면 상의 분자들의 확산 길이에 의해 제한될 수 있다.

층(16)의 성장은 CBE 장치의 성장실에 대해 Ⅲ족을 포함하는 종류의 플럭스(flux)를 스위칭 오프시킴으로써 종료된다. 웨이퍼(30)의 온도는 200℃로 감소되고 상기 CBE 장치에 대한 아신 공급(arsine supply)은 스위치 오프된다. 상기 스페이서(20) 및 섀도우 마스크(22)는 UHV 상태 하에서 제거된다. 그런 다음 상기 아신 플럭스는 스위치 온되고 웨이퍼(30)의 온도는 근사적으로 540℃로 복귀된다. 이 때 CBE 성장이 재시작된다. 도 4를 참조하면, 0.2 ± 0.02의 알루미늄 몰 분율(aluminum mole fraction)을 갖는 1.2 ㎛의 AlGaAs 층(24)이 상부 안내층을 형성하는 층(18)의 상부 표면 상에 증착된다. 상기 상부 안내층(24) 위에 0.1 ㎛의 캡핑층(capping layer)(26)이 불규칙하게 증착된다. 그런 다음 에피택셜 성장이 완료되고 완성된 층(31)은 상기 CBE 장치로부터 이동된다.

그런 다음, 상기 도파관의 측면 테이퍼링(lateral tapering), 즉 기판(10)의 평면에 평행한 평면에서의 테이퍼링이 포토리소그래픽 및 반응-이온 에칭에 의해 실시되어 측면으로 테이퍼된 릿지 도파관(laterally tapered ridge waveguide)이 생성된다. 상기 섀도우 마스크(22)를 통해 증착된 최소 길이 테이퍼 얼라인먼트 특징을 이용하여 정확한 포토리소그래피가 달성될 수 있다. 완료된 장치는 코어 영역과 일체화되는 패시브 릿지 도파관이며 상기 코어 영역은 2차원으로 테이퍼되며 그 안에 안내된 광학 모드의 크기를 변환시킨다.

상기 CBE 장치는 회전가능하고 가열된 기판 어셈블리를 갖는 스테인리스 강철 성장실, 가스 유입 분기관(gas inlet manifold), 기판들 및 섀도우 마스크들의 저장을 위한 스테인리스 강철 저장실, 기판들 및 섀도우 마스크들의 로딩 및 언로딩을 위한 스테인리스 강철 로드락실(loadlock chamber) 및 실들 사이에 기판들과 섀도우 마스크들을 전달하는 전달기구를 포함한다. 상기 CBE 장치는 또한 상기 장치의 실들 내에서 UHV 상태를 유지하기 위해 진공 펌프들을 포함한다. 에피택셜 성장 동안, Ⅲ족 및 Ⅴ족 화학적 빔들이 45°에서 상기 기판의 표면에 충돌한다.

도 5를 참조하면, 에피택셜 성장 동안 CBE 장치 내에서 기판(10), 스페이서(20) 및 섀도우 마스크(22)를 유지하기 위해 사용되는 기계적 장치(50)의 수직 부분이 도시되어 있다. 기판(10)은 몰리브덴 캐리어(52) 상에 장착되어 2개의탄탈 스프링(54)에 의해 적당한 위치에 고정된다. 기판(10)은 상기 캐리어(52)의 편평한 표면(56)에 대항해서 확고하게 위치하는 주요 평면을 구비한다. 상기 캐리어(52)는 60으로 도시된 3개의 핀에 의해 히터 어셈블리(58)에 부착되어 있다. 스페이서(20) 및 섀도우 마스크(22)는 몰리브덴 홀더(62)내에 장착되며, 상기 홀더는 64로 도시된 3개의 핀에 의해 기판(10) 위의 장치(50)에 장착되어 있으며, 상기 스페이서(20)는 그 가장자리 주변이 기판(10)과 접촉한다. 3개의 스프링(68)을 갖는 클램핑 링(66)이 3개의 핀 위의 섀도우 마스크(20) 위에 장착되어 있어서 상기 스페이서(20)와 기판(10)간의 접촉을 확실하게 한다. 상기 장치(50)는 기판(10)과 섀도우 마스크(22) 사이에서 회전 에러가 최소로 되게 하고 정합(registration)이 정확하게 되도록 한다.

도 6을 참조하면, 상기 섀도우 마스크(22)의 수직 부분이 도시되어 있다. 마스크(22)는 450 ㎛의 두께 및 75 ㎜의 직경을 갖는 실리콘 웨이퍼로 제조된다. 포토리소그래피 및 화학적 에칭의 표준 공정에 의해, 실리콘 웨이퍼의〈111〉면들이 에칭되어, 90으로 도시된 경사면들을 갖는 23으로 도시된 일련의 개구들이 생성되며, 상기 경사면들은 실리콘 웨이퍼의 평면에 대해 54.7°로 경사져 있다. 남아 있는 실리콘(92)은 열적 산화물 막(thermal oxide film)으로 코팅된다. CBE 성장의 화학적 속성 때문에, 층(16)의 에피택셜 성장 동안 섀도우 마스크(2) 상에 다결정 성장(polycrystalline growth)은 존재하지 않는다. 이것은, CBE 성장에서 넓은 온도 범위에 걸쳐 섀도우 마스크(22)의 산화물 표면(91) 상에서 금속함유 알킬(metal-containing alkyls)의 분해가 일어나지 않기 때문이다. 도 7은 상기 섀도우 마스크(22)의 평면도를 도시하며 개구들(23) 및 기판(10)의 위치도 나타내고 있다. 상기 섀도우 마스크(22)는 스프링들(54) 및 편평한 표면(56)의 관입을 위한 개구들(40)을 포함한다. 상기 마스크(22)는 또한 상기 마스크가 상기 몰리브덴 캐리어(62)에 부착될 수 있도록 하는 구멍들(41)을 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 상기 프로세스는, 상기 안내층들이 인듐 갈륨 비소 인화물(InGaAsP)로 이루어지고 상기 테이퍼된 코어층이 인듐 인화물(InP)로 이루어지는 테이퍼된 도파관을 제조하는데 이용될 수 있다. 그러한 도파관은 약 1.3 내지 1.5 ㎛의 도파관들을 갖는 광학 모드들을 안내하고 재형성하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 프로세스는, 1 및 8 ㎛ 사이의 도파관들을 갖는 방사(radiation)와 함께 사용하기 위해 인듐 비소(InAs), 갈륨 안티몬(GaSb) 또는 인듐 안티몬(InSb)으로 이루어지는 코어층들을 갖는 수직적으로 테이퍼된 도파관들을 제조하는데 이용될 수 있다.

본 발명의 상기 프로세스는 단일의 에피택셜 성장 단계에서 적어도 하나의 테이퍼층과 일체화되는 다른 반도체 장치들을 제조하는데도 사용될 수 있다. 도 8은 상기 프로세스에 의해 제조될 수 있는 광-전자 반도체 변조기(100)의 구조를 도시한다. 상기 변조기(100)는 다음과 같이 제조된다. 위에서 언급한 바와 같이, CBE 장치에 n형 GaAs 기판 웨이퍼(110)를 준비하고 장착해서 로드한다. 그런 다음, 다음의 에피택셜 층들을 다음의 순서로 CBE에 의해 상기 웨이퍼(110) 상에 연속적으로 증착한다.

10¹⁸cm^-3의 도핑 농도를 갖는 0.5 ㎛의 n형 GaAs 층(112),

0.05 ± 0.005의 알루미늄 몰 분율(aluminum mole fraction) 및 10¹⁸cm^-3의

도핑 농도를 갖는 3.5 ㎛의 n형 AlGaAs 층(114),

0.3 ± 0.03의 알루미늄 몰 분율 및 10¹⁸cm^-3의 도핑 농도를 갖는 0.3 ㎛의

n형 AlGaAs 층(116),

0.3 ± 0.03의 알루미늄 몰 분율 및 10¹⁷cm^-3의 도핑 농도를 갖는 0.1 ㎛의

n형 AlGaAs 층(118),

층(120)의 두께가 근사적으로 1000 ㎛의 측면 거리에 걸쳐 1.8 ㎛ 에서

5.8 ㎛ 까지 증가하는 테이퍼 영역(126)을 구비하며 위에서 언급한 바와

같이 스페이서 및 섀도우 마스크를 사용해서 형성되는 도핑되지 않은 GaAs

층(120),

0.2 ± 0.02의 알루미늄 몰 분율을 갖는 1.2 ㎛의 도핑되지 않은 AlGaAs

층(122), 및

도핑되지 않은 GaAs의 0.1 ㎛의 캡핑층(124).

본 발명은 반도체 광학 슬랩-도파관의 제조에 적용가능하다.

Claims (6)

1. 지원 표면 상에 적어도 하나의 테이퍼된 에피택셜층을 성장시키는 단계를 포함하는 반도체 장치 제조 방법에 있어서,

   적어도 하나의 테이퍼된 에피택셜층은 화학적 빔 에피택시에 의해 상기 지원 표면으로 경사진 평면에서 테이퍼로 성장되는 것을 특징으로 하는, 반도체 장치 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 테이퍼된 에피택셜층은 기계적 섀도우 마스크 및 단일 에피택셜 성장 단계를 이용해서 상기 지원 표면에 수직인 평면에서 테이퍼로 성장되는 것을 특징으로 하는, 반도체 장치 제조 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 테이퍼된 에피택셜층은 적어도 하나의 테이퍼되지 않은 에피택셜층과 동일한 성장 단계에서 성장되는 것을 특징으로 하는, 반도체 장치 제조 방법.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 기계적 섀도우 마스크는 에칭된 개구들및 산화물 막 코팅을 갖는 실리콘 웨이퍼를 포함하며 상기 산화물 막 코팅 위에서는 화학적 빔 에피택셜에 의한 성장에서 사용된 온도들에서 증착이 일어나지 않는 것을 특징으로 하는, 반도체 장치 제조 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반도체 장치는 방사가 안내되는 장치인 것을 특징으로 하는, 반도체 장치 제조 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 반도체 장치는 광학 도파관(optical waveguide)인 것을 특징으로 하는, 반도체 장치 제조 방법.