KR20180137829A - 식각정지층을 포함하는 하이브리드 광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

식각정지층을 포함하는 하이브리드 광소자 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

식각정지층을 포함하는 하이브리드 광소자 및 그 제조방법이 개시된다. 개시된 하이브리드 광소자는 웨이브가이드가 표면에 형성된 실리콘 기판, 상기 웨이브가이드 상의 표면에서 상기 웨이브가이드의 길이방향에서 제1영역의 양측에 형성된 전방 식각정지층 및 후방 식각정지층, 상기 실리콘 기판 상에서 상기 전방 식각정지층 및 상기 후방 식각정지층 사이의 영역에 형성되어 광을 생성하는 Ⅲ/Ⅴ족 발광부를 포함한다.

Description

식각정지층을 포함하는 하이브리드 광소자 및 그 제조방법{Hybrid photon device having etch stop layer and method of fabricating the same}
식각정지층을 포함하는 하이브리드 광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
하이브리드 광소자는 실리콘 기판 상에 III/V족 화합물 반도체를 본딩한 광소자를 포함한다. 이러한 하이브리드 광소자를 제조하기 위해서 복수의 III/V족 물질층으로 이루어진 III/V족 웨이퍼를 실리콘 웨이퍼에 본딩하고 상기 복수의 III/V족 물질층들을 선택적으로 식각하여 광소자를 제조할 수 있다.
상기 광소자를 제조하기 위해, 상기 복수의 III/V족 물질층들을 습식 식각을 하는 경우, 상기 복수의 III/V족 물질층들의 식각 공정에서, 언더컷 현상 등으로 정밀한 모양의 광소자를 얻기가 어렵다.
상기 광소자를 제조하기 위해, 상기 복수의 III/V족 물질층들을 건식 식각을 하는 경우, 일반적으로 플라즈마를 사용하는데, 상기 복수의 III/V족 물질층들을 순차적으로 목표로 하는 모양으로 식각시, 상기 실리콘 웨이퍼도 함께 식각될 수 있다. 이러한 실리콘 웨이퍼 표면 상태는 제조하는 광소자의 특성에 큰 영향을 미치기 때문에 종래의 건식 식각 방법으로 상기 복수의 III/V족 물질층들을 패터닝하기가 어렵다.
상기 건식 식각을 사용하는 경우 상기 복수의 III/V족 물질층들의 최하층의 일부를 상기 실리콘 웨이퍼 상에 남겨둘 수 있으나, 잔존하는 상기 최하층은 제조되는 광소자의 성능을 감소시킬 수 있다.
웨이브가이드 상에 식각정지층이 형성된 하이브리드 광소자 및 그 제조방법을 제공한다.
실시예에 따른 하이브리드 광소자는:
웨이브가이드가 표면에 형성된 실리콘 기판;
상기 웨이브가이드 상의 표면에서 상기 웨이브가이드의 길이방향에서 제1영역의 양측에 형성된 전방 식각정지층 및 후방 식각정지층; 및
상기 실리콘 기판 상에서 상기 전방 식각정지층 및 상기 후방 식각정지층 사이의 영역에 형성되어 광을 생성하는 Ⅲ/Ⅴ족 발광부;를 포함한다.
상기 전방 식각정지층 및 상기 후방 식각정지층은 실리콘 옥사이드로 이루어질 수 있다.
상기 전방 식각정지층 및 상기 후방 식각정지층은 각각 5nm ~ 100nm 두께를 가질 수 있다.
상기 전방 식각정지층 및 상기 후방 식각정지층의 상면은 상기 웨이브가이드의 상면 이하의 수직 높이를 가질 수 있다.
상기 Ⅲ/Ⅴ족 발광부는: 상기 실리콘 기판 상에 순차적으로 적층된 제1형 반도체층, 하부 빛가둠층, 양자우물층, 상부 빛가둠층, 및 제2형 반도체층을 포함하며, 상기 제1형 반도체층은 상기 하부 빛가둠층에 의해 노출된 측면 영역을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 하이브리드 광소자는 상기 웨이브가이드에서 상기 전방 식각정지층 및 상기 후방 식각정지층 사이에 형성된 전방 미러영역과 후방 미러영역을 더 포함할 수 있다.
상기 전방 미러영역과 상기 후방 미러영역은 상기 웨이브가이드의 폭방향과 나란한 방향으로 반복된 그레이팅 패턴을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 하이브리드 광소자는 상기 제2형 반도체층 상의 제1전극; 및 상기 제1형 반도체층 상의 상기 측면 영역에 형성된 제2전극;을 더 포함할 수 있다.
실시예에 따른 하이브리드 광소자는 상기 웨이브가이드가 서로 나란한 제1 웨이브가이드와 제2 웨이브가이드를 포함하며,
상기 Ⅲ/Ⅴ족 발광부는 상기 제1 웨이브가이드와 상기 제2 웨이브가이드 중 적어도 하나의 웨이브가이드 상에 형성되며,
상기 제1 웨이브가이드와 상기 제2 웨이브가이드 사이에 형성된 제1 링 공진기 및 제2 링 공진기를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 링 공진기 상면에 형성된 식각정지층을 더 포함할 수 있다.
실시예에 따른 하이브리드 광소자의 제조방법은:
실리콘 기판의 상면에 패시베이션층을 증착하는 단계;
상기 패시베이션층을 패터닝하여 상기 실리콘 기판의 제1영역을 덮는 패시베이션층을 형성하는 단계;
상기 실리콘 기판을 열산화하여 상기 제1영역에 노출된 상기 실리콘 기판에 식각정지층을 형성하는 단계;
상기 패시베이션층을 제거하는 단계;
상기 실리콘 기판을 패터닝하여 웨이브가이드를 형성하는 단계;
상기 실리콘 기판 상으로 복수의 III/V족 물질층으로 이루어진 III/V족 반도체 기판을 본딩하는 단계; 및
상기 복수의 III/V족 물질층을 순차적으로 패터닝하여 III/V족 발광부를 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 식각정지층은 상기 웨이브가이드의 표면에서 상기 제1영역의 양측에 형성된 전방 식각정지층과 후방 식각정지층을 포함하며, 상기 전방 식각정지층 및 상기 후방 식각정지층 사이에 상기 III/V족 발광부가 형성된다.
상기 식각정지층의 형성단계는 상기 식각정지층의 표면을 식각하여 상기 상부 실리콘층의 상부면의 높이 이하인 식각정지층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 패시베이션 제거단계는 상기 상부 실리콘층의 표면을 화학적 기계적 연마를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 웨이브가이드 형성단계는 상기 웨이브가이드에서 상기 웨이브가이드의 폭방향으로 그레이팅 패턴을 형성하여 전방 미러영역과 후방 미러영역을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 웨이브가이드 형성단계는 서로 나란한 제1 웨이브가이드와 제2 웨이브가이드와, 상기 제1 웨이브가이드와 상기 제2 웨이브가이드 사이에 형성된 제1 링 공진기 및 제2 링 공진기를 형성하는 단계를 포함하며,
상기 Ⅲ/Ⅴ족 발광부 형성단계는 상기 제1 웨이브가이드와 상기 제2 웨이브가이드 중 적어도 하나의 웨이브가이드 상에 상기 Ⅲ/Ⅴ족 발광부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따른 하이브리드 광소자의 제조방법은 상기 링 공진기 상면에 식각정지층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따른 하이브리드 광소자는 웨이브가이드 표면에 식각정지층을 포함하므로, 하이브리드 광소자에서 방출된 광이 상기 웨이브가이드를 통과시, 광 손실이 감소된다.
실시예의 하이브리드 레이저 다이오드 소자의 제조방법에 따르면, 실리콘 기판 상에 본딩되는 III/V족 반도체 기판의 식각시 실리콘 기판 상에 미리 식각정지층을 형성함으로써 상기 식각 공정중 웨이브 가이드의 표면을 보호할 수 있으며, 이에 따라 제조되는 하이브리드 레이저 다이오드의 성능 저하를 감소시킬 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 하이브리드 광소자의 구조를 개략적으로 보여주는 사시도다.
도 2는 도 1의 A-A 선단면도다.
도 3은 도 1의 B-B 선단면도다.
도 4는 도 1의 C-C 선단면도다.
도 5는 다른 실시예에 따른 하이브리드 레이저 다이오드를 보여주는 단면도다.
도 6은 실시예에 따른 튜너블 하이브리드 레이저 다이오드의 구조를 개략적으로 보여주는 평면도다.
도 7은 도 6의 D-D 선단면도다.
도 8a 내지 도 8f는 실시예에 따른 하이브리드 레이저 다이오드의 제조방법을 설명하는 단면도다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다. 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 하이브리드 광소자(100)의 구조를 개략적으로 보여주는 사시도다. 도 2는 도 1의 A-A 선단면도다. 도 3은 도 1의 B-B 선단면도다. 도 4는 도 1의 C-C 선단면도다.
도 1 내지 도 4를 함께 참조하면, 하이브리드 광소자(100)는 실리콘 기판(110)과 III/V족 물질들이 복층으로 이루어진 III/V족 반도체 기판을 본딩한 후, 상기 III/V족 물질들을 순차적으로 식각하여 제조할 수 있다. 식각된 III/V족 반도체 기판은 III/V족 반도체층으로 칭할 수도 있다.
실리콘 기판(110)은 하부 실리콘층(112), 매립 산화물층(114) 및 상부 실리콘층(116)을 포함할 수 있다. 실리콘 기판(110)은 SOI (silicon on insulator) 기판일 수 있다. 상부 실리콘층(116)은 중앙으로 직선적으로 형성된 웨이브가이드(120)를 포함할 수 있다. 웨이브가이드(120)는 도 2에서처럼 바닥부(121)와 바닥부(121)로부터 돌출된 돌출부(122)를 포함하는 리브(rib) 구조일 수 있다. 실시예는 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 웨이브가이드(120)는 돌출부 만을 포함하며, 그 양측의 매립 산화물층이 상기 돌출부에 의해 노출된 리지 형상일 수 있다.
상부 실리콘층(116)에서 웨이브가이드(120) 양측에는 웨이브가이드(120)를 따라서 웨이브가이드(120)의 양측을 노출시키는 홈부(124)가 형성될 수 있다. 홈부(124)에는 공기 또는 실리콘 보다 굴절률이 낮은 저굴절률 물질, 예컨대, 실리콘 옥사이드, 실리콘 나이트라이드, 실리콘 옥시나이트라이드 등으로 채워질 수 있다.
웨이브가이드(120) 상에서 웨이브가이드(120)의 길이방향으로 제1영역(도 4의 A1)을 제외한 영역에는 식각정지층(130)이 형성될 수 있다. 식각정지층(130)은 제1영역(A1)의 양측에 형성된 전방 식각정지층(131)과 후방 식각정지층(132)을 포함할 수 있다. 식각정지층(130)은 웨이브가이드(120) 상에서 뿐만 아니라, 도 1에서 보듯이, 상부 실리콘층(116)에서 발광부 영역에 노출되는 영역에도 형성될 수 있다.
식각정지층(130)은 실리콘 옥사이드로 형성될 수 있다. 식각정지층(130)은 대략 5nm ~ 100nm 두께로 형성될 수 있다. 식각정지층(130)이 5nm 보다 낮으면, 식각정지층(130)의 형성과정에서 식각정지층(130)이 식각되어 식각정지층(130)의 기능을 잃을 수 있다. 식각정지층(130)이 100nm 보다 두꺼우면, 웨이브가이드(120) 상에서 실리콘과 굴절률이 다른 물질로 형성된 단차부를 형성하므로 광의 반사를 조장하며 이에 따라 웨이브가이드(120)에서의 광 전달 효과가 감소할 수 있다.
식각정지층(130)의 상면은 웨이브가이드(120)의 상면과 평행하거나 조금 낮을 수 있다. 이러한 식각정지층(130)의 높이는 발광 영역의 상부 실리콘층(116)과 상기 III/V족 반도체 기판을 용이하게 본딩할 수 있게 한다.
상부 실리콘층(116) 상에서 전방 식각정지층(131) 및 후방 식각정지층(132) 사이의 영역에 제1형 반도체층(151)이 배치된다. 제1형 반도체층(151)은 n-INP로 이루어질 수 있다. 제1형 반도체층(151)은 웨이브가이브 양측의 홈부(124)를 덮도록 형성될 수 있다. 제1형 반도체층(151)은 평면도에서 볼 때, 전방 식각정지층(131) 및 후방 식각정지층(132)의 일부와 겹치게 형성될 수 있다.
제1형 반도체층(151) 상에는 하부 빛가둠층(lower separate confinement heterostructure layer)(161), 발광층(162), 상부 빛가둠층(upper separate confinement heterostructure layer)(163) 및 제2형 반도체층(170)이 순차적으로 형성될 수 있다. 하부 빛가둠층(161), 발광층(162) 및 상부 빛가둠층(163)은 발광부(160)를 구성한다. 제1형 반도체층(151), 발광부(160) 및 제2형 반도체층(170)은 광이 전달되는 방향으로 돌출된 테이퍼 형상을 가질 수 있다.
하부 빛가둠층(161) 및 상부 빛가둠층(163)은 GaAs, GaP, AlGaAs, InGaP, 또는 InGaAlP로 형성될 수 있다. 하부 빛가둠층(161)은 제1형 반도체층(151)의 양측을 노출시키도록 형성될 수 있다. 하부 빛가둠층(161) 및 상부 빛가둠층(163)은 서로 다른 물질로 형성될 수도 있다.
발광층(162)은 예컨대 AlGaInP와 같은 III/V족 물질로 이루어진 다중양자우물일 수 있다. 제2형 반도체층(170)은 p-INP로 이루어질 수 있다.
제1형 반도체층(151)에서 하부 빛가둠층(161)에 노출된 영역에는 제1전극(181)이 형성될 수 있다. 제2형 반도체층(170) 상에는 제2전극(182)이 형성될 수 있다. 제1전극(181)은 n형전극일 수 있으며, 제2전극(182)은 p형전극일 수 있다. 제1전극(181) 및 제2전극(182)은 금속, 예컨대 Au, Pt, Cu, Al 등으로 형성될 수 있다. 제1전극(181) 및 제2전극(182)에 전압을 인가하면 발광층(162)으로부터 광이 생성된다.
도 1 내지 도 4의 구조는 하이브리드 광 증폭기일 수 있다.
실시예에 따른 하이브리드 광소자(100)는 실리콘 기판(110) 및 III/V족 반도체 기판을 본딩한 후, 상기 III/V족 반도체 기판의 식각시 웨이브가이드(120)를 보호하는 식각정지층(130)을 포함하므로, 하이브리드 광소자에서 방출된 광이 웨이브가이드(120)를 통과시, 광 손실이 감소될 수 있다.
도 5는 다른 실시예에 따른 하이브리드 레이저 다이오드(200)를 보여주는 단면도다. 도 5는 도 1에서 B-B선을 따른 단면도일 수 있다. 도 1 내지 도 4의 구성요소와 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
전술한 하이브리드 광소자(100)와 비교하여, 도 5의 하이브리드 레이저 다이오드(200)는 웨이브가이드(220)에서 발광 영역의 양측에 각각 전방 미러영역(221)과 후방 미러영역(222)을 더 포함한다. 웨이브가이드(220) 상에서 전방 미러영역(221)과 후방 미러영역(222)은 전방 식각정지층(131)과 후방 식각정지층(132) 사이에 형성될 수 있다.
전방 미러영역(221)과 후방 미러영역(222)은 발광층(162)에서 생성된 광을 반사시켜서 웨이브가이드(220) 내에서 상기 광을 공진시키며, 소정의 공진 조건을 만족하는 광을 출사하는 역할을 한다. 전방 미러영역(221)과 후방 미러영역(222)은 그레이팅 패턴을 포함할 수 있다. 상기 그레이팅 패턴은 웨이브가이드(220)의 길이방향과 직교하는 방향을 따라 반복되어 형성된 홈들(230)을 포함할 수 있다. 상기 그레이팅 패턴의 형상이나 반복 주기, 상기 홈들(230)을 채운 물질에 따라 반사율이 조절될 수 있다.
전방 미러영역(221) 보다 후방 미러영역(222)의 반사율이 높게 형성된다. 예컨대, 전방 미러영역(221)은 약 10~30%의 반사율을 가지며, 후방 미러영역(222)은 대략 90% 이상의 반사율을 가지도록 형성될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 따른 하이브리드 레이저 다이오드(200)는 웨이브가이드(220)의 양측에 식각정지층(130)이 형성되어 실리콘 기판(110)에 본딩된 후 식각되는 III/V족 반도체 기판의 최하층인 제1형 반도체층(151)의 식각시 웨이브가이드(220)의 상부면이 손상되지 않으며, 따라서, 웨이브가이드(220)에서의 광 손실이 감소된다.
도 6은 실시예에 따른 튜너블 하이브리드 레이저 다이오드(300)의 구조를 개략적으로 보여주는 평면도다. 도 7은 도 6의 D-D 선단면도다. 전술한 하이브리드 광소자(100)와 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 6 및 도 7을 함께 참조하면, 실리콘 기판(110)의 상부 실리콘층(116)에는 서로 나란한 제1 웨이브가이드(321) 및 제2 웨이브가이드(322)가 형성된다. 제1 웨이브가이드(321) 상에는 제1 하이브리드 광소자(351)가 형성될 수 있다. 제2 웨이브가이드(322) 상에는 제2 하이브리드 광소자(352)가 형성될 수 있다. 제1 하이브리드 광소자(351) 및 제2 하이브리드 광소자(352)는 전술한 하이브리드 광소자(100)와 실질적으로 동일할 수 있다. 제2 하이브리드 광소자(352)는 생략될 수 있다.
제1 웨이브가이드(321) 및 제2 웨이브가이드(322) 사이에 제1 링 공진기(311) 및 제2 링 공진기(312)가 배치될 수 있다. 상부 실리콘층(116) 상에서 제1 하이브리드 광소자(351) 및 제2 하이브리드 광소자(352)에 노출된 영역에는 식각정지층(330)이 형성될 수 있다. 링 공진기(311, 312) 상의 식각정지층(330)은 실리콘 기판(110) 상에 본딩되는 III/V족 반도체 기판의 식각과정에서 링 웨이브가이드(321, 322) 및 공진기(311, 312)의 표면을 보호할 수 있다.
각 링 공진기(311, 312)는 링을 포함하며, 상기 링 외주에는 상기 링을 감싸는 히팅 요소(320)가 배치될 수 있다. 히팅 요소(320)는 불순물이 고농도로 도핑되며, 그 양단에 전압을 인가하면 열을 발생하며, 이에 따라 링 공진기(311, 312)로 입력된 광에 열을 가해서 상기 광의 파장을 변경할 수 있다. 히팅 요소(320)는 대략 1018 ~ 1019 /cm3 농도로 불순물이 도핑된 영역일 수 있다.
제1 웨이브가이드(321)로 입력된 광은 제1 하이브리드 광소자(351)에서 증폭되어 출력된 후, 제1 링 공진기(311)로 전이된다. 전이된 광은 제1 링 공진기(311)를 순환한 뒤, 제2 웨이브가이드(322)로 입력된다. 이어서, 제2 웨이브가이드(322)로 입력된 광은 제2 하이브리드 광소자(352)에서 증폭된 뒤, 제2 웨이브가이드(322)로 출력된다. 이어서, 제2 링 공진기(312)에 전이되어서 다시 제1 웨이브가이드(321)로 전이된다. 이 과정에서 히팅 요소(320)에 입력된 전압에 따라서 해당 링 공진기를 통과하는 광의 파장은 조절된다. 상기 과정을 반복하며, 원하는 파장을 가진 광이 생성되면 제1 웨이브가이드(321) 또는 제2 웨이브가이드(322)를 통해서 외부로 방출된다.
도 8a 내지 도 8f는 실시예에 따른 하이브리드 레이저 다이오드의 제조방법을 설명하는 단면도다. 도 8a 내지 도 8f는 도 1의 C-C 선을 기준으로 한 단면도다.
도 8a를 참조하면, 실리콘 기판(410)을 준비한다. 실리콘 기판(410)은 SOI 기판일 수 있다. 실리콘 기판(410)은 하부 실리콘층(412) 상에 순차적으로 형성된 매립 산화물층(414) 및 상부 실리콘층(416)을 포함할 수 있다.
상부 실리콘층(416)의 표면에 패시베이션층(418)을 증착한다. 패시베이션층(418)은 수십 나노미터 두께로 형성될 수 있다. 패시베이션층(418)은 실리콘 옥사이드와 선택적으로 식각될 수 있는 실리콘 나이트라이드로 형성될 수 있다.
이어서, 패시베이션층(418)을 패터닝하여 상부 실리콘층(416)에서 식각정지층이 형성되는 영역(A2)을 노출시킨다.
도 8b를 참조하면, 실리콘 기판(410)을 열산화시킨다. 대략 300℃에서 실리콘 기판(410)을 가열하면, 패시베이션층(418)이 도포되지 않은 영역(A2)의 상부 실리콘층(416) 표면이 산화되어서 실리콘 산화물층(430)이 형성된다. 열산화 조건을 조절하면, 이 실리콘 산화물층(430)은 대략 10nm ~ 200nm 두께로 형성될 수 있다.
도 8c를 참조하면, 실리콘 산화물층(430)을 습식 식각하여 실리콘 산화물층(430)의 두께를 감소시킨다. 예컨대, 실리콘 산화물층(430)의 상부면이 상부 실리콘층(416)의 상부면과 동일하게 또는 상부 실리콘층(416)의 상부면 보다 낮게 만든다. 이 식각 공정은 이후에 III/V족 반도체 기판을 상부 실리콘층(416) 상에 본딩시 발광 영역에서 상부 실리콘층(416)과 III/V족 반도체 기판의 본딩이 잘 되게 하기 위한 것이다. 이 식각공정에 의해 형성된 결과물은 전방 식각정지층(431)과 후방 식각정지층(432)이다. 전방 식각정지층(431)과 후방 식각정지층(432)은 대략 5nm ~ 100nm 두께를 가질 수 있다.
도 8d를 참조하면, 패시베이션층(418)을 제거한다. 이어서, 상부 실리콘층(416)의 표면을 화학적 기계적 연마(chemical-mechanical polishing) 공정으로 더 처리하여 식각정지층(431, 432)의 두께를 조절할 수도 있다.
도 8e를 참조하면, 상부 실리콘층(416)을 패터닝하여 웨이브가이드(420)를 형성한다. 웨이브가이드(420)는 리브 형상을 가지거나 리지 형상을 가질 수 있다.
전방 식각정지층(431)과 후방 식각정지층(432) 사이에서 웨이브가이드(420)의 길이방향에 직교하는 방향으로 길게 형성된 그레이팅 패턴을 형성하여 전방 미러영역(421)과 후방 미러영역(422)을 형성할 수 있다. 상기 그레이팅 패턴은 상기 웨이브가이드(420)의 표면에 형성된 복수의 홈일 수 있다. 하이브리드 광학 증폭기를 제조하는 경우에는 전방 미러영역(421)과 후방 미러영역(422)의 형성과정을 생략할 수 있다.
이어서, 실리콘 기판(410)과 복층의 III/V족 물질을 포함하는 III/V족 반도체 기판을 다이렉트 본딩으로 결합한다. 상기 다이렉트 본딩은 대략 300℃에서 소정의 압력을 가하여 수행된다.
도 8f를 참조하면, 상기 III/V족 반도체 기판을 순차적으로 패터닝하여 레이저 발광부를 형성한다. 상기 레이저 발광부는 제1형 반도체층(451), 발광부(460) 및 제2형 반도체층(470)을 포함한다. 상기 레이저 발광부는 III/V족 발광부라고 칭할 수도 있다.
이어서, 제1전극(도 2의 181) 및 제2전극(482)을 더 형성하면 하이브리드 레이저 다이오드가 완성된다.
도 6의 튜너블 하이브리드 레이저 다이오드의 제조방법은 도 8a 내지 도 8f의 제조방법으로부터 알 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
실시예의 하이브리드 레이저 다이오드 소자의 제조방법에 따르면, 실리콘 기판 상에 본딩되는 III/V족 반도체 기판의 식각시 실리콘 기판 상에 미리 식각정지층을 형성함으로써 상기 식각 공정중 웨이브 가이드의 표면을 보호할 수 있으며, 이에 따라 제조되는 하이브리드 레이저 다이오드의 성능 저하를 감소시킬 수 있다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 설명된 실시예들은 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 사상의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100: 하이브리드 광소자 110: 실리콘 기판
120: 웨이브가이드 130: 식각정지층
131: 전방 식각정지층 132: 후방 식각정지층
151: 제1형 반도체층 160: 발광부
170: 제2형 반도체층 181: 제1전극
182: 제2전극

Claims (17)

  1. 웨이브가이드가 표면에 형성된 실리콘 기판;
    상기 웨이브가이드 상의 표면에서, 상기 웨이브가이드의 길이방향에서 제1영역의 양측에 형성된 전방 식각정지층 및 후방 식각정지층; 및
    상기 실리콘 기판 상에서 상기 전방 식각정지층 및 상기 후방 식각정지층 사이의 영역에 형성되어 광을 생성하는 Ⅲ/Ⅴ족 발광부;를 포함하는 하이브리드 광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전방 식각정지층 및 상기 후방 식각정지층은 실리콘 옥사이드로 이루어진 하이브리드 광소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전방 식각정지층 및 상기 후방 식각정지층은 5nm ~ 100nm 두께를 가진 하이브리드 광소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전방 식각정지층 및 상기 후방 식각정지층의 상면은 상기 웨이브가이드의 상면 이하의 수직 높이를 가진 실리콘 옥사이드로 이루어진 하이브리드 광소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 Ⅲ/Ⅴ족 발광부는:
    상기 실리콘 기판 상에 순차적으로 적층된 제1형 반도체층, 하부 빛가둠층, 양자우물층, 상부 빛가둠층, 및 제2형 반도체층을 포함하며, 상기 제1형 반도체층은 상기 하부 빛가둠층에 의해 노출된 측면 영역을 포함하는 하이브리드 광소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 웨이브가이드에서 상기 전방 식각정지층 및 상기 후방 식각정지층 사이에 형성된 전방(front) 미러영역과 후방(rear) 미러영역;을 포함하는 하이브리드 광소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전방 미러영역과 상기 후방 미러영역은 상기 웨이브가이드의 폭방향과 나란한 방향으로 반복된 그레이팅 패턴을 포함하는 하이브리드 광소자.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제2형 반도체층 상의 제1전극; 및
    상기 제1형 반도체층 상의 상기 측면 영역에 형성된 제2전극;을 더 포함하는 하이브리드 광소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 웨이브가이드는 서로 나란한 제1 웨이브가이드와 제2 웨이브가이드를 포함하며,
    상기 Ⅲ/Ⅴ족 발광부는 상기 제1 웨이브가이드와 상기 제2 웨이브가이드 중 적어도 하나의 웨이브가이드 상에 형성되며,
    상기 제1 웨이브가이드와 상기 제2 웨이브가이드 사이에 형성된 제1 링 공진기 및 제2 링 공진기를 더 포함하는 하이브리드 광소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 링 공진기 상면에 형성된 식각정지층을 더 포함하는 하이브리드 광소자.
  11. 실리콘 기판의 상면에 패시베이션층을 증착하는 단계;
    상기 패시베이션층을 패터닝하여 상기 실리콘 기판의 제1영역을 덮는 패시베이션층을 형성하는 단계;
    상기 실리콘 기판을 열산화하여 상기 제1영역에 노출된 상기 실리콘 기판에 식각정지층을 형성하는 단계;
    상기 패시베이션층을 제거하는 단계;
    상기 실리콘 기판을 패터닝하여 웨이브가이드를 형성하는 단계;
    상기 실리콘 기판 상으로 복수의 III/V족 물질층으로 이루어진 III/V족 반도체 기판을 본딩하는 단계; 및
    상기 복수의 III/V족 물질층을 순차적으로 패터닝하여 III/V족 발광부를 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 식각정지층은 상기 웨이브가이드의 표면에서 상기 제1영역의 양측에 형성된 전방 식각정지층과 후방 식각정지층을 포함하며, 상기 전방 식각정지층 및 상기 후방 식각정지층 사이에 상기 III/V족 발광부가 형성된 하이브리드 광소자의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 식각정지층은 5nm ~ 100nm 두께를 가진 하이브리드 광소자의 제조방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 식각정지층의 형성단계는 상기 식각정지층의 표면을 식각하여 상기 상부 실리콘층의 상부면의 높이 이하인 식각정지층을 형성하는 단계를 더 포함하는 하이브리드 광소자의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 패시베이션 제거단계는 상기 상부 실리콘층의 표면을 화학적 기계적 연마를 수행하는 단계를 더 포함하는 하이브리드 광소자의 제조방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 웨이브가이드 형성단계는 상기 웨이브가이드에서 상기 웨이브가이드의 폭방향으로 그레이팅 패턴을 형성하여 전방 미러영역과 후방 미러영역을 형성하는 단계를 더 포함하는 하이브리드 광소자의 제조방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 웨이브가이드 형성단계는 서로 나란한 제1 웨이브가이드와 제2 웨이브가이드와, 상기 제1 웨이브가이드와 상기 제2 웨이브가이드 사이에 형성된 제1 링 공진기 및 제2 링 공진기를 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 Ⅲ/Ⅴ족 발광부 형성단계는 상기 제1 웨이브가이드와 상기 제2 웨이브가이드 중 적어도 하나의 웨이브가이드 상에 상기 Ⅲ/Ⅴ족 발광부를 형성하는 단계를 더 포함하는 하이브리드 광소자의 제조방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 링 공진기 상면에 식각정지층을 형성하는 단계를 더 포함하는 하이브리드 광소자의 제조방법.
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