KR20110023442A - 도파로 광 검출기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 동작속도를 증가시키고 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있는 도파로 광 검출기를 개시한다. 그 검출기는, 제 1 방향으로 연장된 도파로층; 상기 도파로층 상에 형성된 흡수층; 상기 흡수층 상에 형성된 제 1 전극; 상기 도파로층 상에 형성되고, 상기 제 1 전극과 상기 흡수층으로부터 상기 제 1 방향에 교차하는 제 2 방향으로 이격되는 제 2 전극; 및 상기 흡수층과 상기 제 2 전극을 전기적으로 연결하는 적어도 하나의 브리지를 구비한다.
Description
본 발명은 도파로 광 검출기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도파로를 따라 진행되는 입사광을 검출하는 도파로 광 검출기에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다. [과제관리번호: 2006-S-004-04, 과제명: 실리콘 기반 초고속 광인터커넥션 IC]
도파로 광 검출기는 기판에 비해 상대적으로 높은 굴절률을 갖는 도파로를 따라 진행되는 입사광이 도파로 보다 높은 굴절률의 흡수층을 만나게 되면 evanescent 결합이나 radiation 모드 등과 같은 광 커플링 현상에 의해 흡수층으로 결합되고, 흡수층에 결합된 광은 광전 (electro-optic) 변환을 통해 전류로 검출되는 되는 소자이다. 이러한 도파로 광 검출기는 III-V 화합물 반도체를 주로 이용한 집적 광소자 및 이들의 집적회로에서 널리 사용 되어 왔으나, 최근에는 SOI (silicon-on-insulator) 기판 상에 상부 실리콘 보다 굴절률이 더 큰 게르마늄(Ge) 소재를 흡수층으로 사용한 도파로 광 검출기도 개발되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는 소자의 동작 속도가 증대 또는 극대화 될 수 있는 도파로 광 검출기를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는 흡수층 하부의 도파로층과 제 2 전극 하부의 도파로층사이를 연결하는 도핑층의 전기적인 특성을 증대 또는 극대화할 수 있는 도파로 광 검출기를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는 단위 공정 횟수의 증가를 억제하고, 흡수층을 형성하는 공정 단가를 감소시켜 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있는 도파로 광 검출기를 제공하는 데 있다.
상기 일 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 브리지 구조를 갖는 도파로 광 검출기를 제공한다. 이 검출기는 제 1 방향으로 연장된 도파로층; 상기 도파로층 상에 형성된 흡수층; 상기 흡수층 상에 형성된 제 1 전극; 상기 도파로층 상에 형성되고, 상기 제 1 전극과 상기 흡수층으로부터 상기 제 1 방향에 교차하는 제 2 방향으로 이격되는 제 2 전극; 및 상기 흡수층과 상기 제 2 전극을 전기적으로 연결하는 적어도 하나의 브리지를 구비한다.
일 실시예에 따르면, 상기 브리지는 상기 흡수층과 상기 제 2 전극 사이의 상기 도파로층이 소정 깊이로 제거되는 복수개의 트렌치들 사이에 잔존하는 상기 도파로층을 포함한다. 여기서, 상기 복수개의 트렌치들은 상기 흡수층 주변 둘레를 따라 일정 간격을 갖고 형성되며, 상기 복수개의 트렌치들의 돌출부로 잔존하는 상 기 도파로층이 상기 브리지가 된다. 또한, 상기 흡수층과 상기 제 2 전극은 상기 복수개의 트렌치에 의해 분리 형성되어 있을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 브리지는 상기 도파로층의 상부표면이 도전성 불순물에 의해 도핑된 제 2 도핑층을 포함한다. 이 경우, 상기 제 2 도핑층은 상기 흡수층과 상기 제 2 전극을 전기적으로 연결할 수 있다. 또한, 상기 브리지는 상기 제 2 도핑층 하부에서 광 검출 영역의 외부로 광의 손실을 발생시키는 상기 도파로층을 포함한다. 따라서, 상기 브리지는 도전성을 높이고, 광 손실을 야기시키는 혼재(混在)구간이다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 2 도핑층은 상기 흡수층의 하부와 상기 제 2 전극의 하부의 상기 도파로층의 상부 표면으로 연장되어 있다. 상기 제 2 도핑층은 상기 흡수층과 상기 제 2 전극의 하부에서 각각 오믹 콘택되어 있다. 따라서, 상기 제 2 도핑층은 상기 흡수층의 하부에서 상기 브리지를 거쳐 상기 제 2 전극의 하부까지 일라인으로 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 흡수층과 상기 제 1 전극 사이에 형성된 제 1 도핑층을 더 포함한다. 상기 제 1 도핑층은 상기 흡수층과 상기 제 1 전극을 오믹 콘택시키고 있다. 따라서, 상기 흡수층의 상부에는 제 1 도핑층이 오믹 콘택되어 있고, 상기 흡수층의 하부에는 제 2 도핑층이 오믹 콘택되어 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 도핑층과 상기 제 2 도핑층은 서로 반대되는 도전타입의 도전성 불순물로 도핑되어 있다. 상기 흡수층을 중심으로 양측에 전기적으로 연결되는 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극을 통해 이동되는 다수 전하 의 흐름방향이 서로 다르기 때문이다. 즉, 상기 제 2 도전층, 상기 흡수층, 제 1 도전층의 적층구조는 PN, NP, PIN, 또는 NIP 결합을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 복수개의 트렌치들 내에 매립되는 보호층을 더 포함한다. 굴절률이 높은 실리콘으로 이루어지는 흡수층 하부의 도파로층 주변에 형성된 트렌치 내부에서 매립된 실리콘 산화막의 보호층을 이용하여 상기 흡수층으로 입사광을 집중시킬 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 2 전극은 상기 제 1 전극 및 상기 흡수층 하부의 상기 도파로를 중심에 두고 서로 대칭적으로 상기 브리지 양측 말단의 상기 도파로층 상에 형성되어 있다. 이는 흡수층 및 제 1 전극을 중심에 두고 양측으로 제 2 전극이 형성된 것을 의미한다.
일 실시예에 따르면, 상기 흡수층은 게르마늄을 포함한다. 상기 흡수층은 실리콘으로 이루어지는 도파로층 보다 굴절율이 높은 게르마늄으로 이루어져 있기 때문에 입사광을 쉽게 흡수할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 도파로층은 상기 트렌치와 동일한 높이의 단층을 갖는다. 상기 도파로층은 입사광을 진행시키는 방향으로 형성되는 단층이 트렌치와 함께 만들어짐에 따라 별도의 단위 공정이 추가되지 않을 수 있다.
본 발명의 실시예적 구성에 따르면, 흡수층의 하부에서 제 2 전극의 하부까지 전기적으로 연결되는 브리지를 이용하여 소자의 동작 속도를 증대 또는 극대화할 수 있는 효과가 있다.
브리지의 제 2 도핑층이 흡수층의 하부에서 제 2 전극의 하부까지 일라인으로 평탄하게 연결됨에 따라 상기 제 2 도핑층의 신뢰성을 증대 또는 극대화할 수 있는 효과가 있다.
입사광이 진행되는 도파로층을 패터닝하는 과정에서 브리지를 만드는 트렌치를 형성함에 따라 단위 공정의 추가 없이도 상기 브리지를 만들 수 있기 때문에 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 도파로층 상에 형성되는 흡수층을 패터닝으로 처리하여 획득함으로서 종래에 비해 흡수층을 형성하는 공정 단가를 감소시킬 수 있기 때문에 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있는 효과가 있다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 층이 다른 층 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 또한, 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어가 다양한 영역, 층들 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 층들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 층을 다른 영역 또는 층과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시예에의 제 1 층으로 언급된 막질이 다른 실시예에서는 제 2 층으로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도파로 광 검출기를 나타내는 사시도이고, 도 2a 및 도 2b는 도 1의 I-I', 및 Ⅱ-Ⅱ' 선상을 절취하여 나타낸 단면도들이다.
도 1 내지 도 2b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 도파로 광 검출기는 입사광이 전달되는 일 방향의 도파로층(20)의 상부에 적층된 흡수층(30) 및 제 1 전극(40)과, 상기 흡수층(30)의 주변에서 일정 거리 이상 이격하는 상기 제 2 전극(50)과, 상기 제 2 전극(50) 및 상기 흡수층(30)을 전기적으로 연결시키는 복수개의 브리지(60)를 포함한다.
브리지(60)는 상기 제 2 전극(50)과 상기 흡수층(30)사이에서 도파로층(20)이 소정 깊이로 제거된 복수개의 트렌치들(70)에 의해 정의될 수 있다. 따라서, 브리지(60)는 복수개의 트렌치들(70) 사이의 돌출부를 지칭할 수 있다. 예컨대, 복수개의 트렌치들(70)사이의 상부 돌출부에는 도전성 불순물로 도핑된 제 2 도핑층(22)이 있고, 상기 복수개의 트렌치들(70)사이의 하부 돌출부에는 실리콘 재질의 도파로층(20)이 있을 수 있다. 따라서, 브리지(60)는 제 2 도핑층(22)과 도파로층(20)이 함께 존재하는 혼재(混在)구간이 될 수 있다.
제 2 도핑층(22)은 흡수층(30)과 제 2 전극(50)을 전기적으로 연결시킬 수 있다. 따라서, 흡수층(30)의 하부에서 제 2 전극(50)의 하부까지 브리지(60)를 통해 일라인으로 연결됨에 따라 소자의 동작 속도를 증대시킬 수 있다.
반면, 흡수층(30) 하부에서 제 2 전극(50) 하부까지 존재하는 도파로층(20)은 흡수층(30) 하부의 도파로층(20)을 따라 진행되는 입사광을 분산시킴에 따라 광 손실을 발생시킬 수 있다. 브리지(60)의 개수 및 크기가 증가될 경우 전기적인 특성은 우수할 수 있으나, 광 손실을 증가시키는 부정적인 결과를 가져올 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 도파로 광 검출기는 브리지(60)의 개수, 크기, 모양, 방향, 길이가 변화됨에 따라 다양하게 설계될 수 있다.
한편, 도파로층(20)에 입사되는 입사광은 굴절률이 증가되는 방향으로 쉽게 전달 될 수 있다. 도파로층(20)은 결정 실리콘 또는 폴리 실리콘으로 이루어지며, 실리콘 기판(12)에 형성된 매몰층(14) 상에 형성될 수 있다. 매몰층(14)은 도파로층(20)에 비해 굴절률이 낮은 실리콘 산화막으로 이루어진 절연막이 될 수 있다. 흡수층(30)은 결정 실리콘에 비해 굴절률이 높은 게르마늄(Ge)으로 이루어질 수 있다. 도파로층(20)은 매몰층(14)의 입사광 손실을 줄이고, 흡수층(30)으로 다량의 입사광을 전달시킬 수 있다. 매몰층(14)은 실리콘 기판(12)과 결합되어 SOI 기판(10)으로 명명될 수 있다.
도파로층(20)과 흡수층(30)사이에 제 2 도핑층(22)이 형성됨에 따라 오믹 콘택(Ohmic contact)될 수 있다. 흡수층(30) 하부의 도파로층(20)은 트렌치(70)에 의해 상기 입사광을 상기 흡수층(30)의 길이 방향으로 진행시키므로 립(rib) 타입으로 형성될 수 있다.
상기 복수개의 트렌치들(70) 및 브리지(60) 양측 말단의 도파로층(20) 상에 제 2 전극(50)이 형성되어 있을 수 있다. 도 2a에서 도시된 점선은 트렌치들(70)을 나타내고 있다. 제 2 전극(50)은 알루미늄과 같은 도전성 금속으로 이루어질 수 있다. 흡수층(30) 하부의 도파로층(20)과 제 2 전극(50) 하부의 도파로층(20)은 브리지(60)에 의해 연결될 수 있다. 상술한 바와 같이, 브리지(60)는 흡수층(30)에서 제 2 전극(50)까지 복수개의 트렌치들(70)사이의 상부 돌출부를 따라 연결되는 제 2 도핑층(22)과, 상기 복수개의 트렌치들(70)사이의 하부 돌출부를 따라 연결되는 도파로층(20)을 포함할 수 있다.
제 2 도핑층(22)은 제 2 전극(50) 및 흡수층(30) 하부에서 각각 오믹 콘택되어 있다. 즉, 브리지(60)는 흡수층(30) 하부에서 제 2 전극(50) 하부까지 제 2 도핑층(22)을 수평방향으로 연결시킬 수 있다.
흡수층(30)은 하부의 도파로층(20) 및 제 2 도핑층(22)으로부터 전달되는 입사광을 흡수하여 전하를 발생시킬 수 있다. 흡수층(30)의 상부에는 제 1 도핑층(32)과 제 1 전극(40)이 적층되어 있을 수 있다. 제 1 도핑층(32)은 흡수층(30)의 상부에서 오믹 콘택되어 있다. 제 1 도핑층(32)은 제 2 도핑층(22)에 도핑된 도전성 불순물과 반대되는 도전타입의 도전성 불순물로 도핑되어 있다. 예컨대, 제 1 도핑층(32)이 n-타입 도전성 불순물로 도핑되어 있으면, 제 2 도핑층(22)은 p-타입 도전성 불순물로 도핑되어 있을 수 있다. 그 반대의 경우도 무방하다. 이는 흡수층(30)을 중심으로 양측에 전기적으로 연결되는 제 1 전극(40) 및 상기 제 2 전극(50)을 통해 이동되는 전하(carrier)의 흐름방향이 서로 다르기 때문이다. 즉, 상기 제 2 도핑층(22), 상기 흡수층(30), 제 1 도핑층(32)의 적층 구조는 PN, NP, PIN, 또는 NIP 결합을 가질 수 있다.
제 1 전극(40)은 알루미늄과 같은 도전성 금속으로 이루어질 수 있다. 따라서, 흡수층(30)의 상부는 제 1 도핑층(32)과 제 1 전극(40)이 전기적으로 연결되어 있고, 상기 흡수층(30)의 하부는 브리지(60)를 통해 제 2 도핑층(22) 및 제 2 전극(50)이 전기적으로 연결되어 있을 수 있다. 제 1 전극(40)과 제 2 전극(50)에 소정의 바이어스 전압이 인가되며, 입사광이 전달되어 흡수층(30)에서 전하가 발생되면 상기 바이어스 전압이 변화됨에 따라 입사광의 유무에 의한 전기적인 신호가 생성될 수 있다.
실리콘 산화막과 같은 보호층(passivation layer, 80) 이 제 1 전극(40) 및 제 2 전극(50)을 노출시키면서 기판 상부의 전면을 커버링하고 있다. 보호층(80)은 제 1 전극(40)과 제 2 전극(50)을 절연시키고, 도파로층(20)과 흡수층(30)의 측벽을 통해 누설되는 입사광의 손실을 줄일 수 있기 때문에 전기적 특성과 광학적 특성을 높일 수 있다. 또한, 보호층(80)은 흡수층(30) 하부의 도파로층(20)을 통해 진행되는 입사광이 트렌치(70) 내부로 분산되는 것을 방지할 수 있다. 나아가, 보호층(80)은 트렌치(70) 내부를 매립함으로서 흡수층(30) 하부의 도파로층(20) 주변으로 분산되는 입사광을 줄이고, 상기 흡수층(30)으로 상기 입사광을 집중시킬 수 도 있다
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 도파로 광 검출기는 흡수층(30)과 제 2 전극(50) 사이에 브리지(60)를 형성하여 동작속도를 증가시킬 수 있다. 상기 브리지(60)를 정의하는 복수개의 트렌치들(70)은 흡수층(30) 하부에서 제 2 전극(50) 하부까지 연결되는 도파로층(20)을 분리시킴에 따라 상기 도파로층(20)으로 분산되는 입사광의 손실이 줄어들게 할 수 있다. 또한, 트렌치(70) 내부에 보호층(80)을 매립하여 입사광의 수신 감도(resolution)를 증가시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도파로 광 검출기의 실제 형상을 보여주기 위한 것으로서, 제 1 전극(40)과 제 2 전극(50) 사이의 브리지(60)와 트렌치(70)가 각각 50%정도의 비율로 형성되어 있다. 도시되지는 않았지만, 제 1 전극(40) 하부의 흡수층(30)은 광 검출 영역으로서, 8mm(폭) X 50mm(길이)의 넓이를 갖고, 0.8mm 정도의 두께를 가질 수 있다. 브리지(60)와 트렌치(70)의 혼재 비율이 50%정도의 일 실시예에 따른 도파로 광 검출기는 다음과 같은 전기적인 실험 결과를 보여주고 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도파로 광 검출기로부터 얻어진 전압-전류 특성을 나타내는 그래프로서, 역바이어스 전압 1 볼트(V) 에서 소자의 암 전류 (dark current, A)는 92 nA로서 매우 낮게 나타나고 있다. 여기서, 역바이어스 전압은 흡수층(30)의 상하부에서 각각 n 타입 및 p 타입으로 도핑된 제 1 도전층과 제 2 도전층에 대해 역방향의 전압이 인가되는 것을 의미할 수 있다. 광 통신 대역인 파장 1.55 mm의 입사광에 대해 0.4 mA정도의 매우 높은 광전류(photocurrent, B)가 균일하게 획득될 수 있다. 도파로층(20)으로 입사광을 공급시키는 광 파이버(fiber)와 상기 도파로층(20)의 맞대 이음 (butt coupling) 구조에서 나오는 결합손실을 고려하면 본 발명의 일 실시예에 따른 도파로 검출기에서 가능한 광전류는 더욱 높게 획득될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수-밴드폭 특성을 나타내는 그래프로서, 광 검출기 동작속도의 기준이 되는 3-dB 밴드폭(C)은 47GHz까지 나타남을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 도파로 광 검출기는 40GHz 대역 아래의 3-dB 밴드폭을 갖는 종래의 소자에 비해 동작 속도가 크게 향상되고 있음을 보여주고 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 도파로 광 검출기의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 6 내지 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도파로 광 검출기의 제조방법을 설명하기 위해 나타낸 공정 단면도들이다.
도 6과 같이, 실리콘 기판(12)과 매몰층(14)으로 이루어진 SOI 기판(10) 상에 도파로층(20) 및 제 2 도핑층(22)을 형성한다. 일 실시예에 따르면, 도파로층(20)은 결정 실리콘 또는 폴리 실리콘을 포함할 수 있다. 제 2 도핑층(22)은 도파로층(20) 상부 표면이 n타입 도전성 불순물로 도핑되어 형성될 수 있다. 전기적인 특성을 높이기 위해 제 2 도핑층(22)을 형성하기 전에 도파로층(20) 전체를 상기 제 2 도핑층(22)과 서로 다른 타입의 도전성 불순물로 얇게 도핑할 수도 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제 2 도핑층(22) 상에 흡수층(30) 및 제 1 도핑 층(32)을 순차적으로 형성한다. 일 실시예에 따르면, 흡수층(30)은 게르마늄(Ge)으로 이루어지며, 에피택셜 성장 방법으로 형성될 수 있다. 본 발명의 일실시 예에 따르면, 흡수층(30)을 일반적인 에피택셜 성장 방법으로 형성함에 따라 종래의 SEG 방법에 비해 공정단가를 현격하게 줄일 수 있다. 제 1 도핑층(32)은 흡수층(30) 상부 표면에 도전성 불순물을 인시츄(in-situ) 도핑됨에 따라 형성될 수 있다. 또한, 제 1 도핑층(32)은 흡수층(30) 상부 표면에서 도전성 불순물이 도핑된 폴리 실리콘층으로 이루어질 수도 있다.
도 8과 같이, 제 1 도핑층(32) 및 흡수층(30)을 패터닝 한다. 일 실시예에 따르면, 제 1 도핑층(32) 및 흡수층(30)은 단면에 교차하는(예를 들면, 직교하는) 제 1 방향으로 연장되도록 형성될 수 있으며, 상기 제 1 도핑층(32) 및 상기 흡수층(30)의 패터닝 시에 상기 제 2 도핑층(22)의 상부 표면이 과식각되어 일정 부분의 단차를 유도할 수도 있다. 왜냐하면, 후속의 트렌치(70) 및 브리지(60)를 형성하는 과정에서 흡수층(30)의 하부의 도파로층(20)을 상기 트렌치(70)의 바닥으로부터 충분한 거리만큼 부양되게 함으로서 립 타입의 광 검출기의 특징을 더 향상시킬 수 있기 때문이다.
도 9a 및 도 9b와 같이, 상기 흡수층(30) 주변에 인접하는 상기 제 2 도핑층(22) 및 상기 도파로층(20)을 소정 깊이로 제거하여 복수개의 트렌치들(70)를 형성한다. 일 실시예에 따르면, 복수개의 트렌치들(70)사이마다 잔존하는 제 2 도핑층(22) 및 도파로층(20)은 브리지(60)로서 흡수층(30) 하부의 상기 제 2 도핑층(22) 및 상기 도파로층(20)까지 일라인으로 연결될 수 있다. 이때, 입사광을 진 행시키기 위해 도파로층(20)은 상기 제 1 방향으로 연장되도록 패터닝될 수 있다. 즉, 입사광을 진행시키는 방향으로 도파로층(20)의 단층을 만들면서 트렌치(70)를 형성함에 따라 별도의 단위 공정이 추가되지 않기 때문에 생산성을 극대화할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 도파로 광 검출기의 제조방법은 흡수층(30) 주변에서 복수개의 트렌치들(70)를 형성함에 의해 상기 복수개의 트렌치들(70) 사이마다 잔존하는 제 2 도핑층(22)과 도파로층(20)으로 이루어진 브리지(60)를 만들 수 있다.
도 10a 및 도 10b와 같이, SOI 기판(10)의 전면에 보호층(80)을 형성하고, 브리지(60)를 제외한 제 2 도핑층(22)과, 제 1 도핑층(32)이 노출되도록 상기 보호층(80)을 패터닝한다. 보호층(80)은 실리콘 산화막으로 이루어진 절연막이다. 보호층(80)은 흡수층(30)의 측부를 커버링함으로서 입사광의 누설을 줄이고, 트렌치(70) 내부에까지도 매립됨에 따라 트렌치(70) 주변의 입사광을 상기 흡수층(30)으로 유도할 수 있다.
도 11a 및 도 11b와 같이, 보호층(80)에 의해 노출되는 제 1 도핑층(32)와 제 2 도핑층(22) 상에 제 1 전극(40)과 제 2 전극(50)을 형성한다. 제 1 전극(40)과 제 2 전극(50)은 알루미늄과 같은 도전성이 우수한 금속층으로 이루어진다. 제 1 전극(40) 및 제 2 전극(50)은 SOI 기판(10)의 전면에 금속층이 형성된 이후, 보호층(80) 상의 상기 금속층이 제거됨으로서 제 1 도핑층(32)과 제 2 도핑층(22) 상에 각각 형성될 수 있다.
도시되지는 않았지만, 본 발명의 다른 실시예는 흡수층(30) 및 제 1 도핑층(32)이 형성되기 전에 트렌치(70) 및 브리지(60)가 선행되어 형성될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 도파로층(20) 및 제 2 도핑층(22)을 적층한 이후, 상기 제 2 도핑층(22) 및 상기 도파로층(20)의 일부분을 소정 깊이까지 제거하여 복수개의 트렌치들(70) 및 브리지(60)를 형성할 수 있다. 다음, 상기 브리지(60)의 일측 상의 상기 제 2 도핑층(22)에 상기 흡수층(30) 및 상기 제 1 도핑층(32)을 형성할 수 있다. 그 다음, 상기 제 1 도핑층(32)의 상부에 제 1 전극(40)을 형성하고, 상기 흡수층(30)에 대향되는 상기 브리지(60) 타측의 상기 제 2 도핑층(22) 상에 제 2 전극(50)을 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예는 트렌치(70)와 브리지(60)를 먼저 형성한 후에 상기 브리지(60)의 일측에 흡수층(30) 및 제 1 도핑층(32)과 제 1 전극(40)을 형성하고, 상기 브리지(60)의 타측에 제 2 전극(50)을 형성할 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예들에 따른 도파로 광 검출기는 상술한 것처럼 소자의 동작속도를 증가시킬 뿐만 아니라 광 수신감도를 극대화할 수 있다. 이 분야에 종사하는 통상의 지식을 가진 자라면, 상술한 본 발명의 기술적 사상에 기초하여 용이하게 이러한 변형된 실시예를 구현할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도파로 광 검출기를 나타내는 사시도.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 I-I', 및 Ⅱ-Ⅱ' 선상을 절취하여 나타낸 단면도들.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도파로 광 검출기의 실제 형상을 보여주기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도파로 광 검출기로부터 얻어진 전압-전류 특성을 나타내는 그래프.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도파로 광 검출기로부터 얻어진 주파수-밴드폭 특성을 나타내는 그래프.
도 6 내지 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도파로 광 검출기의 제조방법을 설명하기 위해 나타낸 공정 단면도들.
Claims (10)
- 제 1 방향으로 연장된 도파로층;상기 도파로층 상에 형성된 흡수층;상기 흡수층 상에 형성된 제 1 전극;상기 도파로층 상에 형성되고, 상기 제 1 전극과 상기 흡수층으로부터 상기 제 1 방향에 교차하는 제 2 방향으로 이격되는 제 2 전극; 및상기 흡수층과 상기 제 2 전극을 전기적으로 연결하는 적어도 하나의 브리지를 구비하는 도파로 광 검출기.
- 제 1 항에 있어서,상기 브리지는 상기 흡수층과 상기 제 2 전극 사이의 상기 도파로층이 소정 깊이로 제거되는 복수개의 트렌치들 사이에 잔존하는 상기 도파로층을 포함하는 도파로 광 검출기.
- 제 2 항에 있어서,상기 브리지는 상기 도파로층의 상부표면이 도전성 불순물에 의해 도핑된 제 2 도핑층을 포함하는 도파로 광 검출기.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 2 도핑층은 상기 흡수층의 하부와 상기 제 2 전극의 하부의 상기 도파로층의 상부 표면으로 연장된 것을 특징으로 하는 도파로 광 검출기.
- 제 4 항에 있어서,상기 흡수층과 상기 제 1 전극 사이에 형성된 제 1 도핑층을 더 포함하는 도파로 광 검출기.
- 제 5 항에 있어서,상기 제 1 도핑층과 상기 제 2 도핑층은 서로 반대되는 도전타입의 도전성 불순물로 도핑된 것을 특징으로 하는 도파로 광 검출기.
- 제 2 항에 있어서,상기 복수개의 트렌치들 내에 매립되는 보호층을 더 포함하는 도파로 광 검출기.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 전극은 상기 제 1 전극 및 상기 흡수층 하부의 상기 도파로를 중심에 두고 서로 대칭적으로 상기 브리지 양측 말단의 상기 도파로층 상에 형성된 것을 특징으로 하는 도파로 광 검출기.
- 제 1 항에 있어서,상기 흡수층은 게르마늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 도파로 광 검출기.
- 제 1 항에 있어서,상기 도파로층은 상기 트렌치와 동일한 높이의 단층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 도파로 광 검출기.
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