KR20140025265A - 저전압 고이득 고속 광 검출기 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광 검출기 및 그의 제조방법을 개시한다. 그의 검출기는 기판과, 상기 기판 상의 제 1 콘택 층과, 상기 제 1 콘택 층 상의 증폭 층과, 상기 증폭 층 상의 제 2 콘택 층과, 상기 제 2 콘택 층 상의 광 흡수 층을 포함한다. 여기서, 상기 증폭 층, 제 2 콘택 층, 및 상기 광 흡수 층은 게르마늄을 포함할 수 있다.

Description

저전압 고이득 고속 광 검출기 및 그의 제조방법{low-voltage high-gain high-speed germanium photo detector}
본 발명은 광 검출기에 관한 것으로, 상세하게는 게르마늄을 이용한 저전압 고이득 고속 검출기에 관한 것이다.
근래에 들어 실리콘 포토닉스의 연구가 활발히 전개되고 있다. 실리콘포토닉스 테크놀로지는 초고속 대용량 광통신 시스템, 및 영상처리 (image processing) 시스템에 필수적으로 사용되고 있다. 광통신 시스템은 전기적 통신보다 전송 효율이 높고, 고속 처리가 가능하다. 광통신 시스템은 크게 광 송신기와 광 수신기를 포함할 수 있다. 광 송신기는 광원과 광 변조기까지 포함할 수 있다. 광 수신기는 광 송신기로부터 제공되는 광 신호를 따라서, 광통신 시스템의 성능은 광 수신기의 처리 속도에 의해 거의 결정될 수 있다. 나아가, 광 수신기는 재료적인 측면에서 그의 특성이 좌우될 수 있다.
광 수신기의 재료로는 주로 III-V 화합물반도체가 주로 사용되었다. III-V 화합물반도체는 광 수신기의 생산 단가의 경쟁력 약화를 초래할 수 있다. 최근 III-V 화합물반도체는 실리콘으로 대체되고 있는 실정이다. 실리콘은 III-V 화합물반도체에 비해 상대적으로 저렴하여 상용성이 매우 높다. 또한, 실리콘은 진성 반도체로서 박막트랜지스터 및 메모리와 같은 부분에 응용성이 높다.
그럼에도 불구하고, 실리콘 기반의 아발란치 광 검출기는 높은 이득, 감도를 얻기 위해 매우 높은 동작전압 (아발란치 전압)이 요구되고 있다. 때문에, 광 검출기의 재료적인 측면에서 실리콘을 대체할 수 있는 물질들이 많이 연구 개발되고 있다. 그 중에서, 게르마늄은 진성 반도체 이면서도 광 통신 분야에서 폭넓은 연구 개발이 미진한 상태이다.
본 발명의 목적은 게르마늄 기반의 광 검출기 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 저전압, 고이득, 및 고속의 광 검출기 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 광 검출기는, 기판; 상기 기판 상의 제 1 콘택 층; 상기 제 1 콘택 층 상의 증폭 층; 상기 증폭 층 상의 제 2 콘택 층; 및 상기 제 2 콘택 층 상의 광 흡수 층을 포함한다. 여기서, 상기 증폭 층, 제 2 콘택 층, 및 상기 광 흡수 층은 모두 게르마늄을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 광 흡수 층은 진성 게르마늄을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 증폭 층은 진성 게르마늄을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제 1 콘택 층은 제 1 불순물로 도핑될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 제 2 콘택 층은 상기 제 1 불순물과 반대되는 도전성을 갖는 제 2 불순물로 도핑될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 광 흡수 층 상에 배치되고, 상기 제 1 불순물로 도핑된 제 3 콘택 층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 제 1 콘택 층과 상기 제 3 콘택 층은 실리콘을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 증폭 층, 상기 제 2 콘택 층, 상기 광 흡수 층, 및 상기 제 3 콘택 층으로부터 이격되고, 상기 제 1 콘택 층 상에 배치되는 제 1 전극; 및 상기 제 3 콘택 층 상에 배치된 제 2 전극을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 광 흡수 층은 게르마늄과 실리콘의 초 격자를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 기판과 상기 제 1 콘택 층 사이의 층간 절연 층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 광 흡수 층은 게르마늄과 실리콘의 초격자를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 증폭 층과 상기 광 흡수 층은 게르마늄과 실리콘의 초 격자를 각각 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 광 흡수 층은 제 1 하프 초 격자 층 및 제 1 하프 진성 층을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제 1 하프 초 격자 층은 게르마늄과 실리콘의 초 격자를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 증폭 층은 제 2 하프 초 격자 층 및 제 2 하프 진성 층을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 광 흡수 층은 양자 점 또는 양자 선을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 광 검출기의 제조방법은, 기판 상에 제 1 콘택 층을 형성하는 단계; 상기 제 1 콘택 층 상에 증폭 층을 형성하는 단계; 상기 증폭 층 상에 제 2 콘택 층을 형성하는 단계; 및 상기 제 2 콘택 층 상에 광 흡수 층을 형성하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 증폭 층, 상기 제 2 콘택 층 및 상기 제 2 콘택 층은 모두 게르마늄을 포함하고, 하나의 챔버 또는 클러스터 내에서 인시츄로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제 1 콘택 층은 제 1 불순물로 도핑된 실리콘으로 형성될 수 있다. 상기 광 흡수 층 상에 제 3 콘택 층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 제 3 콘택 층은 상기 제 1 불순물로 도핑된 실리콘으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 광 검출기는 기판, 제 1 콘택 층, 증폭 층, 제 2 콘택 층, 광 흡수 층, 및 제 3 콘택 층을 포함할 수 있다. 증폭 층, 제 2 콘택 층, 및 광 흡수 층은 모두 게르마늄을 포함할 수 있다. 게르마늄 기반의 광 검출기는 약 15V 내지 약 16V 정도의 전압에서 아발란치 현상을 가질 수 있다. 일반적인 실리콘 기반의 광 검출기는 상용 전압인 100V 이상에서 아발란치 현상이 일어날 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 광 검출기는 저전압에서 동작될 수 있다.
또한, 게르마늄의 증폭 층은 일반적인 실리콘 증폭 층보다 낮은 바이어스 전에서 급격하게 증가되는 3dB 밴드 폭을 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 광 검출기는 고이득 및 고속으로 동작될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 광 검출기를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 단면도이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 광 검출기의 전류-전압 특성 나타낸 그래프이다.
도 4는 동작 전압과 응답 주파수(frequency response. vs. operational voltage)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제 1 응용 예에 따른 광 검출기를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 2 응용 예에 따른 광 검출기를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 3 응용 예에 따른 광 검출기를 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 광 검출기를 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제 4 응용 예에 따른 광 검출기를 나타내는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 광 검출기를 나타내는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제 5 응용 예에 따른 광 검출기를 나타내는 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제 6 응용 예에 따른 광 검출기를 나타내는 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 광 검출기를 나타내는 단면도이다.
도 14는 본 발명의 제 7 응용 예에 따른 광 검출기를 나타내는 단면도이다.
도 15는 본 발명의 제 8 응용 예에 따른 광 검출기를 나타내는 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
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)"으로 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 광 검출기를 나타내는 평면도이다. 도 2는 도 1의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 광 검출기는 기판(10), 제 1 콘택 층(12), 제 1 전극(14), 증폭 층(20), 제 2 콘택 층(22), 광 흡수 층(30), 제 3 콘택 층(32), 및 제 2 전극(34)을 포함할 수 있다.
기판(10)은 실리콘을 포함할 수 있다. 제 1 콘택 층(12)은 제 1 불순물로 도핑된 실리콘을 포함할 수 있다. 제 1 불순물은 인(phosphorous), 아세닉(As), 또는 안티몬(Sb)과 같은 도너일 수 있다. 제 1 콘택 층(12) 상에 증폭 층(20)과 제 1 전극(14)이 배치될 수 있다.
제 1 전극(14)은 증폭 층(20)을 둘러쌀 수 있다. 제 1 전극(14)은 링 모양을 가질 수 있다. 제 1 전극(14)은 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 또는 구리(Cu)와 같은 금속을 포함할 수 있다.
증폭 층(20)은 진성 게르마늄을 포함할 수 있다. 증폭 층(20)은 아발란치 이득 (avalanche) 구조 층으로서, 상기 광 흡수 층(30)에서의 전기적 신호를 증폭시킬 수 있다. 증폭 층(20) 상에 제 2 콘택 층(22)이 배치될 수 있다.
제 2 콘택 층(22)은 제 1 불순물과 반대되는 제 2 불순물로 도핑될 수 있다. 제 2 불순물은 보론(boron), 갈륨(Ga)과 같은 억셉터일 수 있다. 제 2 콘택 층(22)은 게르마늄을 포함할 수 있다. 제 2 콘택 층(22)은 접지될 수 있다. 제 2 콘택 층(22) 상에 광 흡수 층(30)이 배치될 수 있다. 제 2 콘택 층(22)은 광 흡수 층(30)의 둘레에 링 모양으로 노출될 수 있다. 제 2 콘택 층(22)은 메사타입으로 제작될 경우, 플로팅 가드 링(floating guard ring)으로 형성될 수 있다.
광 흡수 층(30)은 제 3 콘택 층(32)에 투과된 광을 흡수하여 전기적인 신호를 생성할 수 있다. 광 흡수 층(30)은 진성 게르마늄 (intrinsic germanium)을 포함할 수 있다. 광 흡수 층(30) 상에 제 3 콘택 층(32)이 배치될 수 있다. 제 3 콘택 층(32)은 제 1 불순물로 도핑된 실리콘 또는 게르마늄을 포함할 수 있다. 제 3 콘택 층(32)은 광 흡수 층(30)을 덮을 수 있다. 증폭 층(20) 내지 광 흡수 층(30)은 모두 게르마늄을 포함할 수 있다. 또한, 증폭 층(20) 내지 광 흡수 층(30)은 게르마늄을 소스로 사용하는 화학기상증착방법에 의해 하나의 챔버(미도시) 또는 클러스터(cluster) 내에서 인시튜(in-situ)로 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 광 검출기의 제조방법은 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 3은 도 1 및 도 2의 광 검출기의 전류-전압 특성 나타낸 그래프로서, 본 발명의 제 1 실시예 에 따른 광 검출기는 약 15~16V 정도의 저전압에서 아발란치 현상을 가질 수 있다. 일반적인 실리콘 기반의 광 검출기는 상용 전압인 100V 이상에서 아발란치 현상이 일어날 수 있다. 따라서, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 광 검출기는 저전압으로 동작될 수 있다. 여기서, 가로 축은 전압의 크기를 나타내고, 세로 축은 전류의 크기를 나타낸다. 광 흡수 층(30)과 증폭 층(20)은 각각 약 ~10000?의 두께를 가질 수 있다.
도 4는 동작 전압과 응답 주파수(frequency response. vs. operational voltage)의 관계를 나타내는 그래프로서, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 광 검출기는 약 -15V이하의 바이어스 전압에서 급격하게 증가되는 3dB 밴드 폭(bandwidth)을 가질 수 있다. 일반적인 실리콘 기반의 광 검출기는 -20V이하의 바이어스 전압에서도 3dB 밴드 폭(bandwidth)이 증가되지 않을 수 있다. 게르마늄의 증폭 층(20)은 고속 특성 및 고이득 특성을 모두 가질 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 광 검출기는 고이득 및 고속으로 동작될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 1 응용 예에 따른 광 검출기를 나타내는 단면도이다.
도 1 및 5를 참조하면, 본 발명의 제 1 응용 예에 따른 광 검출기의 증폭 층(20)은 실리콘 및 게르마늄의 초 격자(superlattice)를 포함할 수 있다. 제 1 응용 예는 제 1 실시 예의 증폭 층(20)의 진성 게르마늄이 실리콘 및 게르마늄의 초 격자(superlattice)로 대체된 것이다. 초 격자는 복수개의 물질 층들이 교번하여 쌓여진 구조이다. 여기서, 물질 층들은 실리콘과 게르마늄이 서로 다른 혼합비를 갖는 것들일 수 있다. 예를 들어, 제 1 물질 층(24)은 Si1 - xGex(0≤x≤0.5)을 포함하고, 제 2 물질 층(26)은 Si1 - yGey(0≤y≤0.5)을 포함할 수 있다. 제 1 물질 층(24) 및 제 2 물질 층(26)은 화학기상증착방법과 같은 에피택시얼로 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 2 응용 예에 따른 광 검출기를 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 제 2 응용 예에 따른 광 검출기는 기판(10)과 제 1 콘택 층(12) 사이의 층간 절연 층(16)을 포함할 수 있다. 제 2 응용 예는 제 1 실시 예의 기판(10)과 제 1 콘택 층(12) 사이의 층간 절연 층(16)을 더 포함한 것이다. 층간 절연 층(16)은 실리콘 산화막을 포함할 수 있다. 기판(10), 층간 절연 층(16), 제 1 콘택 층(12)은 SOI(Silicon On Insulation) 기판일 수 있다. SOI 기판은 상용되는 제품으로서, 벌크 실리콘으로부터 독립된 개별 소자들(미도시)을 층간 절연 층(16) 상에 형성할 수 있다는 장점을 가질 수 있다. 제 1 콘택 층(12) 및 증폭 층(20)은 벌크 실리콘의 기판(10)으로부터의 불순물 오염 또는 기계적 손상이 방지(free)될 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 2 응용 예에 따른 광 검출기는 생산성 및 생산 수율을 향상시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 3 응용 예에 따른 광 검출기를 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 제 3 응용 예에 따른 광 검출기는 초 격자의 증폭 층(20)과, 층간 절연 층(16)을 포함할 수 있다. 초 격자는 제 1 물질 층(24) 및 제 2 물질 층(26)을 포함할 수 있다. 제 1 물질 층(24)과 제 2 물질 층(26)은 서로 다른 혼합 비의 게르마늄과 실리콘을 포함할 수 있다. 층간 절연 층(16)은 실리콘 산화막을 포함할 수 있다. 기판(10), 층간 절연 층(16), 및 제 1 콘택 층(12)은 SOI 기판이 될 수 있다.
제 3 응용 예는 제 1 실시 예의 증폭 층(20)의 진성 게르마늄이 초 격자로 대체되고, 상기 제 1 실시 예의 기판(10)과 제 1 콘택 층(12) 사이의 층간 절연 층(16)을 더 포함한 것이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 광 검출기를 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 광 검출기는, 제 3 물질 층(31)과, 제 4 물질 층(33)을 갖는 초 격자의 광 흡수 층(30)을 포함할 수 있다. 제 2 실시 예는 제 1 실시 예의 광 흡수 층(30)의 진성 게르마늄이 초 격자로 대체된 것이다. 초 격자의 제 3 물질 층(31)과 제 4 물질 층(33) 각각은 서로 다른 혼합 비의 게르마늄과 실리콘을 포함할 수 있다. 예컨대, 제 3 물질 층(31)은 Si1 - xGex(0≤x≤0.5)을 포함할 수 있다. 제 4 물질 층(33)은 Si1 - yGey(0≤y≤0.5)을 포함할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제 4 응용 예에 따른 광 검출기를 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 제 4 응용 예에 따른 광 검출기는
제 4 응용 예는 제 2 실시 예의 증폭 층(20)의 진성 게르마늄이 초 격자로 대체된 것이다. 증폭 층(20)과, 광 흡수 층(30)은 모두 초 격자로 이루어질 수 있다. 증폭 층(20)의 초 격자는 제 1 물질 층(24)과 제 2 물질 층(26)을 포함할 수 있다. 광 흡수 층(30)의 초 격자는 제 3 물질 층(31)과 제 4 물질 층(33)을 포함할 수 있다. 제 1 물질 층(24)과 제 3 물질 층(31)은 동일한 혼합비의 게르마늄 및 실리콘을 포함할 수 있다. 본 발명은 이에 한정되지 않을 수 있다. 제 1 물질 층(24)과 제 3 물질 층(31)의 게르마늄 및 실리콘을 서로 다른 혼합비를 가져도 무방하다. 마찬가지로, 제 2 물질 층(26)과 제 4 물질 층(33)은 동일한 혼합비의 게르마늄 실리콘을 포함할 수 있다.
도 10은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 광 검출기를 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 광 검출기는 제 1 하프 초 격자 층(36)과 제 1 하프 진성 층(38)을 갖는 광 흡수 층(30)을 포함할 수 있다. 제 3 실시 예는 제 1 실시 예의 광 흡수 층(30)이 제 1 하프 초 격자 층(36)과 제 1 하프 진성 층(38)으로 구분된 것이다. 제 1 하프 초 격자 층(36)은 실리콘과 게르마늄의 초 격자이다. 제 1 하프 초 격자 층(36)은 제 3 물질 층(31)과 제 4 물질 층(33)을 포함할 수 있다. 제 3 물질 층(31)은 Si1 - xGex(0≤x≤0.5)을 포함할 수 있다. 제 4 물질 층(33)은 Si1 -yGey(0≤y≤0.5)을 포함할 수 있다. 제 1 하프 진성 층(38)은 진성 게르마늄을 포함할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제 5 응용 예에 따른 광 검출기를 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 제 5 응용 예에 따른 광 검출기는 게르마늄과 실리콘의 초 격자로 이루어진 증폭 층(20)을 포함할 수 있다. 제 5 응용 예는 제 3 실시 예의 증폭 층(20)의 진성 게르마늄이 초 격자로 대체된 것이다. 증폭 층(20)의 초 격자는 제 1 물질 층(24) 및 제 2 물질 층(26)을 포함할 수 있다. 제 1 물질 층(24)은 Si1 -xGex(0≤x≤0.5)을 포함하고, 제 2 물질 층(26)은 Si1 - yGey(0≤y≤0.5)을 포함할 수 있다.
광 흡수 층(30)은 제 1 하프 초 격자 층(36)과 제 1 하프 진성 층(38)을 가질 수 있다. 제 1 하프 초 격자 층(36)은 제 3 물질 층(31)과 제 4 물질 층(33)을 포함할 수 있다. 제 3 물질 층(31)은 Si1 - xGex(0≤x≤0.5)을 포함할 수 있다. 제 4 물질 층(33)은 Si1 -yGey(0≤y≤0.5)을 포함할 수 있다. 제 1 하프 진성 층(38)은 진성 게르마늄을 포함할 수 있다. 제 1 물질 층(24)과 제 3 물질 층(31)은 서로 동일한 혼합비의 게르마늄 및 실리콘을 포함할 수 있다. 본 발명은 이에 한정되지 않을 수 있다. 제 2 물질 층(26)과 제 4 물질 층(33)은 서로 동일한 혼합비의 게르마늄 및 실리콘을 포함할 수 있다.
도 12는 본 발명의 제 6 응용 예에 따른 광 검출기를 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 제 6 응용 예에 따른 광 검출기는 제 2 하프 초 격자 층(42) 및 제 2 하프 진성 층(44)을 갖는 증폭 층(20)을 포함할 수 있다. 제 6 응용 예는 제 3 실시 예의 증폭 층(20)의 진성 게르마늄이 제 2 하프 초 격자 층(42) 및 제 2 하프 진성 층(44)으로 구분된 것이다. 제 2 하프 초 격자 층(42)은 제 1 물질 층(24)과 제 2 물질 층(26)을 포함할 수 있다. 제 1 물질 층(24)은 Si1 - xGex(0≤x≤0.5)을 포함하고, 제 2 물질 층(26)은 Si1 - yGey(0≤y≤0.5)을 포함할 수 있다. 제 2 하프 진성 층(44)은 진성 게르마늄을 포함할 수 있다.
광 흡수 층(30)과 증폭 층(20)은 동일한 구조를 가질 수 있다. 광 흡수 층(30)은 제 1 하프 초 격자 층(36)과 제 1 하프 진성 층(38)을 포함하고, 증폭 층(20)은 제 2 하프 초 격자 층(42) 및 제 2 하프 진성 층(44)을 포함할 수 있다. 제 1 하프 초 격자 층(36)은 제 3 물질 층(31)과 제 4 물질 층(33)을 포함할 수 있다. 제 2 하프 초 격자 층(42)은 제 1 물질 층(24) 및 제 2 물질 층(26)을 포함할 수 있다. 제 1 물질 층(24) 및 제 3 물질 층(31)은 서로 동일한 혼합비의 게르마늄 및 실리콘을 포함할 수 있다. 제 2 물질 층(26)과 제 4 물질 층(33)은 서로 동일한 혼합비의 게르마늄 및 실리콘을 포함할 수 있다.
도 13은 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 광 검출기를 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 13을 참조하면, 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 광 검출기는 양자 점(35) 또는 양자선을 갖는 광 흡수 층(30)을 포함할 수 있다. 제 4 실시 예는 제 1 실시 예의 광 흡수 층(30)의 진성 게르마늄이 양자 점(35) 또는 양자 선으로 대체된 것이다. 양자 점(35)은 게르마늄을 포함할 수 있다. 양자 점(35)은 이중장법 양자우물(quantum well) 구조에서 수직형 양자 점 어레이 구조로 배치될 수 있다. 마찬가지로, 양자 선은 광 흡수 층(30) 내에서 어레이 구조로 배치될 수 있다. 증폭 층(20)은 진성 게르마늄을 포함할 수 있다.
도 14는 본 발명의 제 7 응용 예에 따른 광 검출기를 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 14를 참조하면, 제 7 응용 예에 따른 광 검출기는 초 격자의 증폭 층(20)을 포함할 수 있다. 제 7 응용 예는 제 4 실시 예의 증폭 층(20)의 진성 게르마늄이 초 격자로 대체된 것이다. 증폭 층(20)의 초 격자는 제 1 물질 층(24) 및 제 2 물질 층(26)을 포함할 수 있다. 제 1 물질 층(24)은 Si1 - xGex(0≤x≤0.5)을 포함하고, 제 2 물질 층(26)은 Si1 - yGey(0≤y≤0.5)을 포함할 수 있다.
도 15는 본 발명의 제 8 응용 예에 따른 광 검출기를 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 15를 참조하면, 제 8 응용 예에 따른 광 검출기는 제 2 하프 초 격자 층(42) 및 제 2 하프 진성 층(44)을 포함할 수 있다. 제 8 응용 예는 제 4 실시 예의 증폭 층(20)의 진성 게르마늄이 제 2 하프 초 격자 층(42)과 제 2 하프 진성 게르마늄 층으로 대체된 것이다. 제 2 하프 초 격자 층(42)은 제 1 물질 층(24)과 제 2 물질 층(26)을 포함할 수 있다. 제 1 물질 층(24)은 Si1 - xGex(0≤x≤0.5)을 포함하고, 제 2 물질 층(26)은 Si1-yGey(0≤y≤0.5)을 포함할 수 있다. 제 2 하프 진성 층(44)은 진성 게르마늄을 포함할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 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 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 기판 12: 제 1 콘택 층
14: 제 1 전극 16: 층간 절연 층
20: 증폭 층 22: 제 2 콘택 층
24: 제 1 물질 층 26: 제 2 물질 층
30: 광 흡수 층 31: 제 3 물질 층
32: 제 3 콘택 층 33: 제 4 물질 층
34: 제 2 전극 35: 양자 점
36: 제 1 하프 격자 층 38: 제 1 하프 진성 층
42: 제 2 하프 격자 층 44: 제 2 하프 진성 층

Claims (20)

  1. 기판;
    상기 기판 상의 제 1 콘택 층;
    상기 제 1 콘택 층 상의 증폭 층;
    상기 증폭 층 상의 제 2 콘택 층; 및
    상기 제 2 콘택 층 상의 광 흡수 층을 포함하되,
    상기 증폭 층, 제 2 콘택 층, 및 상기 광 흡수 층은 게르마늄을 포함하는 광 검출기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 흡수 층은 진성 게르마늄을 포함하는 광 검출기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 증폭 층은 진성 게르마늄을 포함하는 광 검출기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 콘택 층은 제 1 불순물로 도핑된 광 검출기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 콘택 층은 상기 제 1 불순물과 반대되는 도전성을 갖는 제 2 불순물로 도핑된 광 검출기.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 광 흡수 층 상에 배치되고, 상기 제 1 불순물로 도핑된 제 3 콘택 층을 더 포함하는 광 검출기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 콘택 층과 상기 제 3 콘택 층은 실리콘을 포함하는 광 검출기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 증폭 층, 상기 제 2 콘택 층, 상기 광 흡수 층, 및 상기 제 3 콘택 층으로부터 이격되고, 상기 제 1 콘택 층 상에 배치되는 제 1 전극; 및
    상기 제 3 콘택 층 상에 배치된 제 2 전극을 더 포함하는 광 검출기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 흡수 층은 게르마늄과 실리콘의 초 격자를 포함하는 광 검출기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판과 상기 제 1 콘택 층 사이의 층간 절연 층을 더 포함하는 광 검출기.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 흡수 층은 게르마늄과 실리콘의 초격자를 포함하는 광 검출기.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 증폭 층과 상기 광 흡수 층은 게르마늄과 실리콘의 초 격자를 각각 포함하는 광 검출기.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 흡수 층은 제 1 하프 초 격자 층 및 제 1 하프 진성 층을 포함하는 광 검출기.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 하프 초 격자 층은 게르마늄과 실리콘의 초 격자를 포함하는 광 검출기.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 증폭 층은 제 2 하프 초 격자 층 및 제 2 하프 진성 층을 포함하는 광 검출기.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 흡수 층은 양자 점 또는 양자 선을 더 포함하는 광 검출기.
  17. 기판 상에 제 1 콘택 층을 형성하는 단계;
    상기 제 1 콘택 층 상에 증폭 층을 형성하는 단계;
    상기 증폭 층 상에 제 2 콘택 층을 형성하는 단계; 및
    상기 제 2 콘택 층 상에 광 흡수 층을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 증폭 층, 상기 제 2 콘택 층 및 상기 제 2 콘택 층은 모두 게르마늄을 포함하고, 하나의 챔버 또는 클러스터 내에서 인시츄로 형성되는 광 검출기의 제조방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 콘택 층은 제 1 불순물로 도핑된 실리콘으로 형성되는 광 검출기의 제조방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 광 흡수 층 상에 제 3 콘택 층을 형성하는 단계를 더 포함하는 광 검출기의 제조방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 3 콘택 층은 상기 제 1 불순물로 도핑된 실리콘으로 형성되는 광 검출기의 제조방법.
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