KR20200076215A - 광 전자 소자 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따르면, 벌크 실리콘 기판 상에서, 벌크 실리콘 기판 상면에 평행한 제1 방향을 따라 서로 이격되도록 배치되는 제1 및 제2 광 도파로 부분, 및 벌크 실리콘 기판 상에서, 일측이 제1 광 도파로 부분과 접하고 타측이 제2 광 도파로 부분과 접하도록 제1 및 제2 광 도파로 부분 사이에 개재되는 액티브 부분을 포함하되, 제1 및 제2 광 도파로 부분과 액티브 부분은, GeSi를 포함하는, 광 전자 소자가 개시된다.

Description

광 전자 소자 및 이의 제조 방법{OPTOELECTRONIC DEVICE AND METHOD FOR FABRICATING THEREOF}
본 발명의 기술적 사상은 광 전자 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, GeSi/Si 기반의 수동 광 소자와 능동 광 소자가 집적된 광 전자 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 실리콘(Si) 기반의 전계흡수 변조기 등이 광 전자 소자로 널리 이용되어 왔다. 그러나, Si 기반의 전계흡수 변조기 등은 Si의 간접 밴드갭(indirect band gap) 특성으로 인해 광 변조 성능 등이 저하되는 문제가 있어, 이를 해결하기 위해 직접 밴드갭과 간접 밴드갭(indirect band gap) 사이의 차이를 줄일 수 있는 게르마늄실리콘(GeSi) 기반의 광 전자 소자의 활용이 증가하는 추세이다.
GeSi 기반의 광 전자 소자의 경우, 간접 밴드갭 특성으로 인해 필연적으로 광 손실이 발생하기 때문에 비교적 짧은 활성 영역을 가져야 하고, 또 상대적으로 높은 굴절률을 갖고 싱글 모드 디멘션이 작기 때문에 활성 영역과 광 도파로 부분(waveguide)의 결합 시 광 손실을 최소화하여야 한다.
한편, Si 기반의 광 전자 소자 제조 시에는 주로 SOI(Silicon On Insulator) 기판이 사용되고 있다. SOI 기판 내부의 매립 산화물(Buried Oxide)이 상부의 소자들에 대해 하부 클래딩의 역할을 해줄 수 있어, 광 손실을 줄일 수 있고 벌크 실리콘 기판 대비 공정이 간소화된다는 장점이 있기 때문이다.
하지만, SOI 기판은 벌크 실리콘 기판에 비해 약 10배 가격이 높아 제조 단가의 상승이 야기되며, 대부분 벌크 실리콘 기판 위에 형성되는 보통의 집적전자회로칩과 함께 공통으로 집적되어 제작이 어렵다는 문제가 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 광 전자 소자 및 이의 제조 방법이 이루고자 하는 기술적 과제는, 광 손실을 최소화하며, 간소화된 공정으로 제조 비용을 절감시킬 수 있는 광 전자 소자 및 이의 제조 방법을 구현하는데 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 광 전자 소자 및 이의 제조 방법이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따르면, 광 전자 소자는, 벌크 실리콘 기판 상에서, 상기 벌크 실리콘 기판 상면에 평행한 제1 방향을 따라 서로 이격되도록 배치되는 제1 및 제2 광 도파로 부분; 및 상기 벌크 실리콘 기판 상에서, 일측이 상기 제1 광 도파로 부분과 접하고 타측이 상기 제2 광 도파로 부분과 접하도록 상기 제1 및 제2 광 도파로 부분 사이에 개재되는 액티브(active) 부분;을 포함하되, 상기 제1 및 제2 광 도파로 부분과 상기 액티브 부분은, GeSi를 포함한다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 광 도파로 부분 중 적어도 하나와 상기 액티브 부분은, 서로 다른 조성비의 GeSi를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 광 도파로 부분 중 적어도 하나의 Si 함량은, 상기 액티브 부분의 Si 함량보다 클 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 광 전자 소자는, 상기 액티브 부분의 일측과 상기 제1 광 도파로 부분 사이, 및 상기 액티브 부분의 타측과 상기 제2 광 도파로 부분 사이에 개재되는 버퍼층;을 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 광 도파로 부분 중 적어도 하나와 상기 액티브 부분은, 서로 동일한 조성비의 GeSi를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 액티브 부분의 상기 제1 방향으로의 길이는, 5 내지 300μm일 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 광 도파로 부분 중 적어도 하나의 상기 제1 방향과 수직을 이루는 단면은, 상기 액티브 부분의 상기 제1 방향과 수직을 이루는 단면과 대칭일 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 광 도파로 부분 중 적어도 하나와 상기 액티브 부분 각각의 상기 제1 방향에 수직한 단면은, 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로의 폭이 상기 벌크 실리콘 기판 상면에 수직한 제3 방향을 따라 일정할 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 광 도파로 부분 중 적어도 하나와 상기 액티브 부분 각각의 상기 제1 방향에 수직한 단면은, 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로의 폭이 상기 벌크 실리콘 기판 상면에 수직한 제3 방향을 따라 달라질 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 광 전자 소자는, 상기 액티브 부분의 상면과 접하고, 상기 액티브 부분으로 바이어스 전압을 인가하거나 상기 액티브 부분을 통과하는 광을 검출하기 위한 제1 전극과 연결되는 제1 전극 패드;를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 광 전자 소자는, 상기 벌크 실리콘 기판에 형성되되, 상기 액티브 부분의 하면과 접하고, 상기 액티브 부분으로 바이어스 전압을 인가하거나 상기 액티브 부분을 통과하는 광을 검출하기 위한 제2 전극과 연결되는 제2 전극 패드;를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 광 전자 소자는, 각각이, 상기 액티브 부분의 일 측면으로부터 상기 벌크 실리콘 기판으로 연장되며, 상기 액티브 부분으로 바이어스 전압을 인가하거나 상기 액티브 부분을 통과하는 광을 검출하기 위한 제1 및 제2 전극 중 어느 하나의 전극과 연결되는 제1 및 제2 전극 패드;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 양태에 따르면, 광 전자 소자의 제조 방법은, 벌크 실리콘 기판 상에, 상기 벌크 실리콘 기판의 상면에 평행한 일방향을 따라 연장되고 제1 반도체 화합물을 포함하는 구조체를 형성하는 단계; 상기 벌크 실리콘 기판의 상면 및 상기 구조체를 덮는 절연층을 형성하는 단계; 상기 벌크 실리콘 기판의 상면의 일부와 상기 구조체의 내측벽이 노출되도록 상기 절연층 및 상기 구조체의 일부를 제거하여, 제1 및 제2 광 도파로 부분을 정의하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 광 도파로 부분 사이에서 노출되는 상기 벌크 실리콘 기판의 상면과 상기 구조체의 내측벽을 덮고 제2 반도체 화합물을 포함하는 액티브 부분을 형성하는 단계;를 포함한다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 광 도파로 부분을 정의하는 단계 후 상기 액티브 부분을 형성하는 단계 전에, 상기 구조체의 내측벽 상에 버퍼층을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있고, 상기 액티브 부분을 형성하는 단계는, 상기 벌크 실리콘 기판의 상면과 상기 버퍼층의 적어도 일부를 덮도록 상기 액티브 부분을 형성할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 광 전자 소자 및 이의 제조 방법에 의하면, 원가가 저렴한 벌크 실리콘 기판 상에 GeSi를 포함하며 실질적으로 동일한 단면 형상을 갖는 입력 광 도파로 부분, 액티브 부분 및 출력 광 도파로 부분이 연속 배열되는 구조를 가짐으로써, 소자 자체 특성으로 인한 광 손실은 물론 커플링에 따른 광 손실을 최소화할 수 있고, 간소화된 공정으로 제조 가능하여 제조 비용을 낮출 수 있다.
또한, 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 광 전자 소자 및 이의 제조 방법에 의하면, 입력 광 도파로 부분, 액티브 부분 및 출력 광 도파로 부분이 벌크 실리콘 기판 상에 직접적으로 형성됨에 따라, SOI기판이 아닌 벌크 실리콘 기판에 형성된 CMOS 등 Si 기반의 다른 소자들과의 집적이 용이한 효과가 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 광 전자 소자 및 이의 제조 방법이 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 광 전자 소자의 요부(要部)를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2a는 도 1의 광 전자 소자를 I-I'선을 따라 절개한 단면도이고, 도 2b는 도 1의 광 전자 소자를 각각 II-II'선, III-III'선을 따라 절개한 단면도이다.
도 3은 도 1의 광 전자 소자의 수직 단면의 변형예들을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 GeSi의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a는 도 1의 광 도파로 부분 및 액티브 부분에 대한 모드 프로파일을 설명하기 위한 도면이고, 도 5b는 도 1의 광 전자 소자에 대해 실시한 전자기파 시뮬레이션 결과이다.
도 6은 도 1의 광 전자 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따른 광 전자 소자의 단면들을 나타낸 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 광 전자 소자의 전극 구현 형태를 설명하기 위한 사시도들이다.
도 9는 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 실시예에 따른 광 전자 소자의 요부를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 10a는 도 9의 광 전자 소자를 I-I'선을 따라 절개한 단면도이고, 도 10b는 도 9의 광 전자 소자를 각각 II-II'선, III-III'선을 따라 절개한 단면도이다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 예시적인 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것으로, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역, 층들, 부위 및/또는 구성 요소들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들, 부위 및/또는 구성 요소들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역, 부위, 또는 구성 요소를 다른 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소는 본 발명의 기술적 사상의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소를 지칭할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 기술 용어와 과학 용어를 포함하여 본 발명의 개념이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 지닌다. 또한, 통상적으로 사용되는, 사전에 정의된 바와 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니 될 것이다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들면, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 수행될 수도 있다.
첨부한 도면에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들은 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면, 제조 과정에서 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
여기에서 사용된 '및/또는' 용어는 언급된 부재들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
이하에서는 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 광 전자 소자의 요부(要部)를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2a는 도 1의 광 전자 소자를 I-I'선을 따라 절개한 단면도이고, 도 2b는 도 1의 광 전자 소자를 각각 II-II'선, III-III'선을 따라 절개한 단면도이다. 도 1 내지 도 2b에서는 설명의 편의를 위해 전극 패드, 전극 등의 도시는 생략하고, 광 전자 소자(100)의 요부로서 상기 전극 패드, 상기 전극 등과 연결되어 도파로 일체형 광 변조기(또는 광 검출기)로 동작하는 구조체(120)를 중심으로 도시하였다.
도 1을 참조하면, 광 전자 소자(100)는 기판(110) 및 구조체(120)를 포함할 수 있다.
기판(110)은, 벌크 실리콘 기판일 수 있다. 실시예에 따라서, 기판(110)은 제1 도전형 도펀트, 예컨대 p형 도펀트가 도핑된 벌크 실리콘 기판일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 기판(110)은 제2 도전형 도펀트, 예컨대 n형 도펀트가 도핑된 벌크 실리콘 기판일 수도 있다.
기판(110) 상에는 기판(110) 상면에 평행한 제1 방향(X 방향)을 따라 연장되는 구조체(120)가 형성되어 있다.
구조체(120)는 광이 입력되는 입력 광 도파로 부분(121), 입력 광 도파로 부분(121)으로부터 전달되는 광을 변조시키거나 검출하기 위한 액티브 부분(123), 및 액티브 부분(123)으로부터 전달되는 광을 출력하는 출력 광 도파로 부분(125)을 포함할 수 있다.
상세하게는, 구조체(120)는, 상기 제1 방향을 따라 서로 이격되어 배치되는 입력 광 도파로 부분(121)과 출력 광 도파로 부분(125) 사이에 액티브 부분(123)이 개재되되, 액티브 부분(123)의 일측면이 입력 광 도파로 부분(121)의 일측면과 접하고 액티브 부분(123)의 타측면이 출력 광 도파로 부분(125)의 일측면과 접하도록 배치되어 상기 제1 방향을 따라 연장되는 메사(mesa) 형상으로 구성될 수 있다.
구조체(120)의 입력 광 도파로 부분(121), 액티브 부분(123) 및 출력 광 도파로 부분(125)은 기판(110) 보다 큰 굴절률을 가질 수 있으며, 이를 통해 광 전자 소자(100)를 통과하는 광 모드가 구조체(120)를 따라 구속(confine)될 수 있다.
한편, 구조체(120)는, 선택적으로, 입력 광 도파로 부분(121)과 액티브 부분(123) 사이, 액티브 부분(123)과 출력 광 도파로 부분(125) 사이에 개재되는 버퍼층(127)을 더 포함할 수 있다.
버퍼층(127)은, 박막 형태로 입력 광 도파로 부분(121)과 액티브 부분(123) 사이, 액티브 부분(123)과 출력 광 도파로 부분(125) 사이에 개재되어, 각 부분들 사이의 유효 광 굴절률 차이를 완화시켜줄 수 있고, 액티브 부분(120)의 성장 시 결함을 줄여줄 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해 구조체(120)가 버퍼층(127)을 포함하는 경우를 예로 들어 설명함을 알려둔다.
도 2a 및 도 2b를 더 참조하여 구조체(120)의 형상에 대해 더 상세히 설명한다.
먼저, 도 2a를 참조하면 입력 광 도파로 부분(121)은 상기 제1 방향으로 제1 길이(L1)를 가질 수 있고, 액티브 부분(123)은 상기 제1 방향으로 제2 길이(L2)를 가질 수 있고, 출력 광 도파로 부분(125)은 상기 제1 방향으로 제3 길이(L3)를 가질 수 있다. 그리고, 입력 광 도파로 부분(121)과 액티브 부분(123) 사이, 액티브 부분(123)과 출력 광 도파로 부분(125) 사이의 버퍼층(127)들은 각각 상기 제1 방향으로 제4 길이(L4), 제5 길이(L5)를 가질 수 있다.
제1 내지 제3 길이(L1 내지 L3)는, 광 전자 소자(100)의 설계 요구 사항에 따라 결정될 수 있다. 다만, 제2 길이(L2)는 액티브 부분(123)의 광 변조, 광 검출 기능 구현을 위해 대략 5 내지 300μm 이내 일 수 있으며, 제1 및 제3 길이(L1, L3)는 광 전자 소자(100)의 설계 요구 사항에 따라 제한없이 자유로운 값을 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 및 제3 길이(L1, L3)는 서로 실질적으로 동일하되, 제2 길이(L2)와는 다를 수 있다. 구체적으로, 제1 및 제3 길이(L1, L3)는 서로 실질적으로 동일하되 제2 길이(L2) 보다 클 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 내지 제3 길이(L1 내지 L3)는 서로간에 실질적으로 동일할 수도 있다. 또한, 제1 및 제3 길이(L1, L3)는 서로 상이할 수도 있다.
제4 및 제5 길이(L4, L5) 또한 광 전자 소자(100)의 설계 요구 사항에 따라 결정될 수 있다. 다만, 제4 및 제5 길이(L4, L5)는 제1 내지 제3 길이(L1 내지 L3)에 비해 상대적으로 작은 값을 갖되, 유효 광 굴절률 차이의 완화, 결함 발생 방지를 위해 대략 0 내지 1μm 이내의 값을 가질 수 있다. 한편, 제4 및 제5 길이(L4, L5)는 서로 실질적으로 동일할 수 있다.
입력 광 도파로 부분(121), 액티브 부분(123), 출력 광 도파로 부분(125) 및 버퍼층(127)은 각각 실질적으로 동일한 제3 방향(Z 방향)으로의 길이, 즉 두께(t)를 가질 수 있다. 이를 통해, 입력 광 도파로 부분(121), 액티브 부분(123), 출력 광 도파로 부분(125) 및 버퍼층(127) 각각의 상면은 기판(110)의 상면을 기준으로 동일한 높이에 위치할 수 있고, 서로 동일 평면(coplanar)을 이룰 수 있다.
도 2b를 더 참조하면, 입력 광 도파로 부분(121)은 제2 방향(Y 방향)으로의 길이, 즉 제1 폭(W1)을 가질 수 있고, 액티브 부분(123)은 상기 제2 방향으로의 길이, 즉 제2 폭(W2)을 가질 수 있다. 한편, 도 2b에 도시되지는 않았으나, 출력 광 도파로 부분(125)은 입력 광 도파로 부분(121) 및/또는 액티브 부분(123)과 실질적으로 동일한 폭을 가질 수 있다. 또한, 버퍼층(127)도 입력 광 도파로 부분(121) 및/또는 액티브 부분(123)과 실질적으로 동일한 폭을 가질 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, 입력 광 도파로 부분(121)과 액티브 부분(123)을 중심으로 설명한다.
제1 폭(W1)과 제2 폭(W2) 각각은 실질적으로 동일할 수 있고, 상기 제2 방향을 따라 일정할 수 있다. 이에 따라, 동일한 두께(t)를 갖는 입력 광 도파로 부분(121)과 액티브 부분(123) 각각의 상기 제1 방향에 수직한 수직 단면들은 서로 동일한 메사 형상을 가질 수 있다. 즉, 입력 광 도파로 부분(121)과 액티브 부분(123)는 서로 대칭적인 수직 단면 형상을 가질 수 있다.
도 1의 광 전자 소자(100)의 수직 단면의 변형예들을 설명하기 위한 도 3을 더 참조하여 설명한다. 도 3에서는 설명의 편의를 위해 입력 광 도파로 부분(121)의 상기 제1 방향에 수직한 단면의 변형 형상들만을 도시하였으나, 액티브 부분(123) 및 출력 광 도파로 부분(125) 각각의 상기 제1 방향에 수직한 단면들 또한 입력 광 도파로 부분(121)의 상기 제1 방향에 수직한 단면들과 실질적으로 동일한 변형 형상들을 가질 수 있다.
도 3을 더 참조하면, 도 1 내지 도 2b에서와 달리 입력 광 도파로 부분(121)은 상기 제1 방향에 수직한 단면의 폭이 상기 제3 방향을 따라 달라지는 형상을 가질 수 있다.
예를 들면, 입력 광 도파로 부분(121)의 상기 제1 방향에 수직한 단면은 도 3의 (a)에서와 같이 하부로부터 상부로 갈수록 폭이 연속적으로 넓어지는 테이퍼(tapered) 형상을 갖거나, 도 3의 (b)에서와 같이 하부로부터 상부로 갈수록 폭이 연속적으로 좁아지는 테이퍼 형상을 가질 수 있다.
다른 예를 들면, 입력 광 도파로 부분(121)의 상기 제1 방향에 수직한 단면은 도 3의 (c)에서와 같이 하부로부터 상부로 갈수록 폭이 단속적으로 넓어지는 리버스-립(reverse rib) 형상을 갖거나, 도 3의 (d)에서와 같이 하부로부터 상부로 갈수록 폭이 단속적으로 좁아지는 립(rib) 형상을 가질 수 있다.
이와 같이, 입력 광 도파로 부분(121), 액티브 부분(123), 및 출력 광 도파로 부분(125)이 상부와 하부의 폭이 달라지는 수직 단면 형상을 갖는 경우, 광 모드 프로파일의 극히 일부만이 각각의 측벽 경계면을 방해하여 광 손실이 저감될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 구조체(120)의 입력 광 도파로 부분(121), 액티브 부분(123), 및 출력 광 도파로 부분(125)은 서로 동일한 반도체 화합물, 예컨대 GexSiy로 이루어질 수 있다.
다만, 입력 광 도파로 부분(121), 액티브 부분(123), 및 출력 광 도파로 부분(125) 중 적어도 둘에 포함된 반도체 화합물은 서로 다른 조성비를 가질 수 있다.
예를 들면, 입력 광 도파로 부분(121) 및 출력 광 도파로 부분(125)은 Ge1 -xSix를 포함할 수 있고, 액티브 부분(123)은 Ge1 - ySiy를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 x는 y보다 크거나 같을 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 x는 약 0,01보다 크거나 같되 약 1보다 작을 수 있고, 상기 y는 약 0보다 크되 0.01보다 작거나 같을 수 있다.
한편, 버퍼층(127)은, 예컨대, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물 등 다양한 절연 물질 중 어느 하나, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
GeSi의 특성을 설명하기 위한 도 4를 더 참조하여 설명한다.
도 4를 더 참조하면, Ge는 보통 0.66eV의 밴드갭 에너지와 1870nm의 밴드갭 파장을 갖는 반면, Ge에 소량의 Si이 첨가된 GeSi는 Si의 첨가량이 증가할수록 밴드갭 에너지는 증가하고 이에 대응하여 밴드갭 파장은 감소된다.
이와 같이, Ge에 첨가되는 Si의 첨가량을 조절하게 되면, 높은 광 흡수율을 보이는 영역에서는 GeSi를 광 검출기로 사용할 수 있게 되고, 광흡수율이 빠르게 변화하는 흡수 에지(absorption edge) 영역에서는 GeSi를 전계흡수 변조기로 사용할 수 있게 된다. 또한, 광 흡수율이 낮은 영역에서는 GeSi를 수동 소자인 광 도파로 부분으로 사용할 수 있게 된다.
이러한 GeSi의 특성에 근거하여, 구조체(120)를 수동 소자인 광 도파로 부분들과 및 능동 소자인 액티브 부분이 일체화된 구조로 구현할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 광 전자 소자(100)는, 서로 동일한 수직 단면 형상을 갖고 서로 동일한 반도체 화합물로 이루어지며 연접하도록 배치되거나 그 사이에 버퍼층(127)이 개재되는 입력 광 도파로 부분(121), 액티브 부분(123), 및 출력 광 도파로 부분(125)을 포함한다.
광 전자 소자(100)가 입력 광 도파로 부분(121), 액티브 부분(123), 및 출력 광 도파로 부분(125)이 연접하도록 배치되는 구조를 갖는 경우, 서로 다른 물질로 이루어지고 서로 다른 수직 단면 형상을 갖는 광 도파로 부분과 광 변조기(또는 광 검출기)가 커플링되는 기존의 광 전자 소자들 대비 광 손실률이 크게 감소될 수 있다.
또한, 광 전자 소자(100)가 입력 광 도파로 부분(121), 액티브 부분(123), 및 출력 광 도파로 부분(125) 사이에 버퍼층(127)이 개재되는 구조를 갖는 경우, 입력 광 도파로 부분(121), 액티브 부분(123), 및 출력 광 도파로 부분(125) 사이의 반도체 화합물을 이루는 물질들의 조성비 차이로 인한 유효 광 굴절률 차이가 완화될 수 있고, 또 액티브 부분(123)의 결함이 저감될 수 있어, 광 손실률의 감소는 물론 광 전자 소자(100)의 추가적인 성능 개선도 가능하게 된다.
또한, 광 전자 소자(100)는 SOI 기판을 이용하지 않고 벌크 실리콘 기판을 이용함에 따라, 기존의 SOI 기판을 적용한 광 전자 소자들 대비 제조 비용을 크게 줄일 수 있다. 더욱이, CMOS 등과 같은 Si 기반의 다른 소자들과의 집적이 용이하여, 다양한 광 소자들이 집적된 IC, 칩 구현을 용이하게 해준다.
도 5a는 도 1의 광 도파로 부분 및 액티브 부분에 대한 모드 프로파일을 설명하기 위한 도면이고, 도 5b는 도 1의 광 전자 소자에 대해 실시한 전자기파 시뮬레이션 결과이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 입력 광 도파로 부분(121) 및 액티브 부분(123) 각각을 통과하는 광은 입력 광 도파로 부분(121) 및 액티브 부분(123)을 이루는 GeSi와 기판(110)을 이루는 Si의 굴절률 차이로 인해 입력 광 도파로 부분(121) 및 액티브 부분(123)에 구속(confine)되며, 실질적으로 동일한 비대칭 형상의 광 모드 프로파일을 갖는 것을 확인할 수 있다.
이를 통해, SOI 기판이 아닌 벌크 실리콘 기판 상에서도 하부의 클래딩 물질 없이 효과적으로 GeSi 기반의 수동/능동 광 소자의 구현이 가능하며, 수동 소자인 입력 광 도파로 부분(121)과 능동 소자인 액티브 부분(123) 사이에서 광 손실이 최소화될 수 있다.
도 6은 도 1의 광 전자 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따른 광 전자 소자의 단면들을 나타낸 도면이다. 도 6에 도시된 단면도들은 도 1의 I-I'선, II-II'선, III-III'선을 따라 광 전자 소자(100)를 절개한 단면도이며, 도 6을 설명함에 있어서 도 1 내지 도 2b를 함께 참조하되, 증복되는 내용에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
먼저, 기판(110) 상에 제1 반도체 화합물, 예컨대, Ge1 - xSix를 포함하는 예비층(120p)을 형성한다(도 6의 (a)).
예를 들면, 예비층(120p)은, 화학적 기상 증착 방법 (Chemical Vapor Deposition, CVD) 공정을 통해 형성할 수 있다.
예비층(120p)의 일부를 제거하여, 제1 방향으로 연장되는 구조체(120)를 형성한다(도 6의 (b)).
예를 들면, 예비층(120p)의 상면에 마스크층을 형성한 후 패터닝하고, 패터닝된 상기 마스크층을 식각 마스크로 이용하여 예비층(120p)의 일부를 식각하고 잔존하는 상기 마스크층을 제거함으로써, 상기 제1 방향으로 연장되는 구조체(120)를 형성할 수 있다.
구조체(120) 양 측에서 노출되는 기판(110)의 상면 및 구조체(120)를 덮도록 절연층(IL)을 형성하고, 기판(110)의 상면의 일부와 구조체(120)의 내측벽이 노출되도록 구조체(120) 및 절연층(IL)의 일부를 제거하여 입력 광 도파로 부분(121) 및 출력 광 도파로 부분(125)을 정의한다(도 6의 (c)).
예를 들면, CVD(Chemical Vapor Deposition) 또는 ALD(Atomic Layer Deposition) 공정 등을 이용하여 기판(110)을 덮는 절연층(IL)을 형성할 수 있다. 이어서, 절연층(IL) 상면에 마스크층을 형성한 후 패터닝하고, 패터닝된 마스크층을 식각 마스크로 이용하여 절연층(IL) 및 구조체(120)의 일부를 식각함으로써 기판(110)의 상면의 일부와 구조체(120)의 내측벽을 노출시키는 개구(OR)를 형성할 수 있다. 이를 통해, 개구(OR)에 의해 단속되는 구조체(120)의 양 단부들이 각각 입력 광 도파로 부분(121) 및 출력 광 도파로 부분(125)으로 정의될 수 있다. 이때, 개구(OR)의 제2 방향으로의 폭은 입력 및 출력 광 도파로 부분(121, 125)의 상기 제2 방향으로의 폭과 실질적으로 동일할 수 있다.
개구(OR)에서 노출되는 구조체(120)의 내측벽을 덮되 기판(110)의 상면을 노출시키도록 버퍼층(127)을 형성한다(도 6의 (d)).
예를 들면, CVD, ALD 공정 등을 이용하여 기판(110), 절연층(IL) 및 개구(OR)의 내측면을 덮는 예비 버퍼층을 형성할 수 있다. 이어서, 이방성 식각 공정 등을 이용하여 개구(OR)에서 노출되는 구조체(120)의 내측벽 상, 즉, 개구(OR)에서 노출되는 입력 광 도파로 부분(121)의 측벽과 출력 광 도파로 부분(125)의 측벽 상의 예비 버퍼층을 제외한 다른 부분들을 제거하여, 버퍼층(127)을 형성할 수 있다.
개구(OR)에서 노출되는 기판(110)의 상면의 일부와 버퍼층(127)의 적어도 일부를 덮도록 제2 반도체 화합물, 예컨대, Ge1 - ySiy를 포함하는 액티브 부분(123)을 형성한다(도 6의 (e)).
예를 들면, 선택적 에피택셜 성장 (Selective Epitaxial Growth, SEG) 공정을 이용하여 개구(OR)에서 노출되는 기판(110)의 상면의 일부로부터 개구(OR)가 채워지도록 상기 제2 반도체 화합물을 성장시켜 기판(110)의 상면의 일부와 버퍼층(127)의 적어도 일부를 덮는 액티브 부분(123)을 형성할 수 있다.
이때, 개구(OR)에서 입력 광 도파로 부분(121) 및 출력 광 도파로 부분(125)이 버퍼층(127)에 의해 덮여 노출되지 않음에 따라, 상기 제2 반도체 화합물이 입력 광 도파로 부분(121)과 출력 광 도파로 부분(125)을 씨드로 하여 성장되지 않게 되고, 이로 인해, 결정 결함이 최소화된 고품질의 액티브 부분(123)을 얻을 수 있게 된다.
한편, 실시예에 따라서, 버퍼층(127)을 형성하는 단계(도 6의 (d))는 생략될 수 있다. 버퍼층(127)이 생략되는 경우, 액티브 부분(123)은 개구(OR)에서 노출되는 기판(110)의 상면의 일부와 구조체(120)의 내측벽을 덮도록 제2 반도체 화합물을 성장시켜 형성하게 된다.
기판(110)의 상면의 일부, 입력 광 도파로 부분(121), 및 출력 광 도파로 부분(125)의 상부/측벽에 잔존하는 절연층(140)을 제거하고, 구조체(120)의 상면을 평탄화한다(도 6의 (f)).
예를 들면, 식각 공정을 이용하여 잔존하는 절연층(140)을 제거할 수 있고, 화학적, 기계적 평탄화 공정을 이용하여 구조체(120)의 상면을 평탄화함으로써 구조체(120)의 입력 광 도파로 부분(121), 액티브 부분(123), 출력 광 도파로 부분(126), 버퍼층(127)이 실질적으로 동일한 두께를 가질 수 있도록 한다.
한편, 실시예에 따라서, 절연층(140)이 잔존된 상태로 전극 패드, 전극 등을 형성하기 위한 후속 공정을 수행하기 위해, 절연층(140)의 제거 및 구조체(120)의 평탄화 단계는 생략될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 광 전자 소자의 제조 방법에 의하면, 간소화된 공정을 통해서 벌크 실리콘 기판으로 구성된 기판(110) 상에 GeSi로 이루어지며 실질적으로 동일한 단면을 갖는 입력 광 도파로 부분(121), 액티브 부분(123) 및 출력 광 도파로 부분(125)이 연속 배열되는 광 전자 소자(100)를 제조할 수 있어, 제조 비용을 크게 줄일 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 광 전자 소자의 전극 구현 형태를 설명하기 위한 사시도들이다. 도 7 및 도 8을 설명함에 있어서, 도 1에서와 동일 또는 대응되는 참조 부호는 실질적으로 동일한 구성을 의미하므로, 이하에서는 중복되는 설명은 생략하고 차이점 위주로 설명한다. 한편, 도 7 및 도 8에서는 설명의 편의를 위해 기판(110) 및 기판(110) 상에 위치하는 구성들을 매립하는 상부 절연층의 도시를 생략하였다. 상기 상부 절연층은, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물 등 다양한 절연 물질 중 어느 하나, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으며, 이하에서는 설명의 편의를 위해 상부 절연층에 대한 자세한 설명은 생략한다.
먼저, 도 7을 참조하면, 광 전자 소자(100')는 구조체(120)의 액티브 부분(123) 양단에 수직으로 바이어스 전압을 인가하거나, 구조체(120)의 액티브 부분(123)을 통과하는 광을 검출하기 위한, 제1 및 제2 전극 패드(731, 733)와 제1 및 제2 전극(741, 743)을 더 포함할 수 있다.
제1 전극 패드(731)는 구조체(120)의 액티브 부분(123) 상면을 덮되 제2 방향(Y 방향)을 따라 연장되어 일 단부가 액티브 부분(123)의 일 측벽으로부터 돌출되는 구조를 가질 수 있다.
제1 전극 패드(731)는 상기 제1 도전형 도펀트 또는 상기 제2 도전형 도펀트로 도핑된 다결정 실리콘 물질 등으로 이루어질 수 있으며, 앞서 예시한 물질들이 순차 적층된 다중층 구조를 가질 수도 있다.
제2 전극 패드(733)는 기판(110) 내에서 상면의 일부는 액티브 부분(123)의 하면과 접하되, 제2 방향(Y 방향)을 따라 연장되어 상면의 다른 일부는 노출되는 구조를 가질 수 있다.
제2 전극 패드(733)는, 상기 제1 도전형 도펀트 또는 상기 제2 도전형 도펀트로 도핑되되, 제1 전극 패드(731)와 반대되는 도전형의 도펀트로 도핑된 영역일 수 있다.
제1 전극(741)은 액티브 부분(123)의 일 측벽으로부터 돌출된 제1 전극 패드(731)의 일 단부 상에 배치될 수 있고, 제2 전극(743)은 노출된 제2 전극 패드(733)의 상면의 다른 일부 상에 배치될 수 있다.
제1 및 제2 전극(741, 743)은 금, 구리, 백금, 몰리브덴, 팔라듐 등의 금속 물질로 형성될 수 있다.
한편, 구현예에 따라서, 제2 전극 패드(733)는 생략될 수 있다. 예를 들면, 기판(110)이 상기 제1 도전형 도펀트 또는 상기 제2 도전형 도펀트로 고농도 도핑된 경우에는, 제2 전극 패드(733)는 생략될 수 있다. 이 경우, 제2 전극(743)은 기판(110)의 상면 상에 직접 배치될 수 있다.
다음으로, 도 8을 참조하면, 광 전자 소자(100'')는 구조체(120)의 액티브 부분(123) 양단에 수평으로 바이어스 전압을 인가하거나, 구조체(120)의 액티브 부분(123)을 통과하는 광을 검출하기 위한, 제1 및 제2 전극 패드(831, 833)와 제1 및 제2 전극(841, 843)을 더 포함할 수 있다.
제1 전극 패드(831)는, 구조체(120)의 액티브 부분(123)의 일 측면으로부터 기판(110)의 일 면으로 연장되며, 상기 제1 도전형 도펀트 또는 상기 제2 도전형 도펀트로 도핑된 영역일 수 있다.
제2 전극 패드(833)는, 구조체(120)의 액티브 부분(123)의 다른 측면으로부터 기판(110)의 다른 면으로 연장되며, 상기 제1 도전형 도펀트 또는 상기 제2 도전형 도펀트로 도핑되되 제1 전극 패드(831)와 반대되는 도전형의 도펀트로 도핑된 영역일 수 있다.
제1 및 제2 전극(841, 843)은 각각 대응되는 기판(110) 상의 제1 전극 패드(831) 및 제2 전극 패드(833) 상에 배치될 수 있고, 금, 구리, 백금 등의 금속 물질로 형성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 실시예에 따른 광 전자 소자의 요부를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 10a는 도 9의 광 전자 소자를 I-I'선을 따라 절개한 단면도이고, 도 10b는 도 9의 광 전자 소자를 각각 II-II'선, III-III'선을 따라 절개한 단면도이다. 도 9에 도시된 광 전자 소자(200)는 도 1에 도시된 광 전자 소자(100)의 변형 실시예로, 도 1에서와 동일 또는 대응되는 참조 부호는 실질적으로 동일한 구성을 의미하므로, 이하에서는 중복되는 설명은 생략하고 차이점 위주로 설명한다.
도 9를 참조하면, 광 전자 소자(200)는 기판(210) 및 구조체(220)를 포함할 수 있다.
기판(210)은 벌크 실리콘 기판일 수 있다.
기판(210) 상에는 기판(210) 상면에 평행한 제1 방향(X 방향)을 따라 연장되는 구조체(220)가 형성되어 있다.
구조체(220)는 광이 입력되는 입력 광 도파로 부분(221), 입력 광 도파로 부분(221)으로부터 전달되는 광을 변조시키거나 검출하기 위한 액티브 부분(223), 및 액티브 부분(223)으로부터 전달되는 광을 출력하는 출력 광 도파로 부분(225)을 포함할 수 있다.
상세하게는, 구조체(220)는, 상기 제1 방향을 따라 서로 이격되어 배치되는 입력 광 도파로 부분(221)과 출력 광 도파로 부분(225) 사이에 액티브 부분(223)이 개재되되, 액티브 부분(223)의 일측면이 입력 광 도파로 부분(221)의 일측면과 접하고 액티브 부분(223)의 타측면이 출력 광 도파로 부분(225)의 일측면과 접하도록 배치되어 상기 제1 방향을 따라 연장되는 메사 형상으로 구성될 수 있다.
구조체(220)의 입력 광 도파로 부분(221), 액티브 부분(223) 및 출력 광 도파로 부분(225)은 기판(210) 보다 큰 굴절률을 가질 수 있으며, 이를 통해 광 전자 소자(200)를 통과하는 광 모드가 구조체(220)를 따라 구속(confine)될 수 있다.
도 10a 및 도 10b를 더 참조하여 구조체(220)의 형상에 대해 더 상세히 설명한다.
먼저, 도 10a를 참조하면 입력 광 도파로 부분(221)은 상기 제1 방향으로 제6 길이(L6)를 가질 수 있고, 액티브 부분(223)은 상기 제1 방향으로 제7 길이(L7)를 가질 수 있고, 출력 광 도파로 부분(225)은 상기 제1 방향으로 제8 길이(L8)를 가질 수 있다.
제6 내지 제8 길이(L6 내지 L8)는, 광 전자 소자(200)의 설계 요구 사항에 따라 결정될 수 있다. 다만, 제7 길이(L7)는 액티브 부분(223)의 광 변조, 광 검출 기능 구현을 위해 대략 5 내지 300μm 이내일 수 있으며, 제6 및 제8 길이(L6, L8)는 광 전자 소자(200)의 설계 요구 사항에 따라 제한없이 자유로운 값을 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 제6 및 제8 길이(L6, L8)는 서로 실질적으로 동일하되, 제7 길이(L7)와는 다를 수 있다. 구체적으로, 제6 및 제8 길이(L6, L8)는 서로 실질적으로 동일하되 제7 길이(L7) 보다 작을 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제6 내지 제8 길이(L6 내지 L8)는 서로간에 실질적으로 동일할 수도 있다. 또한, 제6 및 제8 길이(L6, L8)는 서로 상이할 수도 있다.
입력 광 도파로 부분(221), 액티브 부분(223), 및 출력 광 도파로 부분(225)은 각각 실질적으로 동일한 두께(t)를 가질 수 있다.
도 10b를 더 참조하면, 입력 광 도파로 부분(221)은 제2 방향(Y 방향)으로의 길이, 즉 제3 폭(W3)을 가질 수 있고, 액티브 부분(223)은 상기 제2 방향으로의 길이, 즉 제4 폭(W4)을 가질 수 있다. 한편, 도 10b에 도시되지는 않았으나, 출력 광 도파로 부분(225)은 입력 광 도파로 부분(221) 및/또는 액티브 부분(223)과 실질적으로 동일한 폭을 가질 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, 입력 광 도파로 부분(221)과 액티브 부분(223)을 중심으로 설명한다.
제3 폭(W3)과 제4 폭(W4) 각각은 실질적으로 동일할 수 있고, 상기 제2 방향을 따라 일정할 수 있다. 이에 따라, 동일한 두께(t)를 갖는 입력 광 도파로 부분(221)과 액티브 부분(223) 각각의 상기 제1 방향에 수직한 수직 단면들은 서로 동일한 메사형상을 가질 수 있다. 즉, 입력 광 도파로 부분(221)과 액티브 부분(223)은 서로 대칭적인 수직 단면 형상을 가질 수 있다.
한편, 입력 광 도파로 부분(221), 액티브 부분(223), 출력 광 도파로 부분(225)은 각각 상기 제1 방향에 수직한 단면들은 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이 테이퍼 형상, 리버스 립 형상, 립 형상 중 어느 하나를 가질 수 있음은 물론이다.
다시 도 9를 참조하면, 구조체(220)는 반도체 화합물, 예컨대 GeSi로 이루어질 수 있다. 즉, 입력 광 도파로 부분(121), 액티브 부분(123), 및 출력 광 도파로 부분(125)은 서로 동일한 반도체 화합물을 포함할 수 있다.
구조체(220)는, 도 1을 참조하여 설명한 구조체(120)와 달리, 입력 광 도파로 부분(221), 액티브 부분(223), 및 출력 광 도파로 부분(225) 각각에 포함된 반도체 화합물이 서로 동일한 조성비를 가질 수 있다.
예를 들면, 입력 광 도파로 부분(221), 액티브 부분(223), 및 출력 광 도파로 부분(225)은, 각각 Ge1 - zSiz를 포함할 수 있고, 상기 z는 약 0보다 크거나 같고 0.2 보다 작거나 같을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 광 전자 소자(200)는, 서로 동일한 수직 단면 형상을 갖고 서로 동일한 조성비의 반도체 화합물로 이루어지며 연접하도록 배치된 입력 광 도파로 부분(221), 액티브 부분(223), 및 출력 광 도파로 부분(225)을 포함한다.
광 전자 소자(200)는 입력 광 도파로 부분(221), 액티브 부분(223), 및 출력 광 도파로 부분(225)이 동일한 조성비의 반도체 화합물로 이루어짐에 따라, 도 6에서와 같이 액티브 부분을 별도로 형성하기 위한 공정이 필요치 않아, 제조 공정이 크게 간소화될 수 있고, 접합면 간의 불일치 문제를 방지할 수 있다. 이에 따라, 입력 광 도파로 부분(221), 액티브 부분(223), 및 출력 광 도파로 부분(225)의 접합면 불일치로 인한 공차 등이 없어 광 손실률 저감 효과가 극대화될 수 있고 또 제조 비용 절감도 극대화할 수 있다.
광 전자 소자(200)는 도 1 등을 참조하여 설명한 광 전자 소자(100)와 같이 벌크 실리콘 기판을 이용함에 따라, CMOS 등과 같은 Si 기반의 다른 소자들과의 집적이 용이함은 물론이다.
한편, 도시하지는 않았으나, 광 전자 소자(200) 또한 도 7 및 도 8에 도시된 실시예들과 같이 수직, 수평형 전극 구조를 가질 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 100', 100'', 200: 광 전자 소자
110, 210: 기판
120, 220: 구조체
121. 221: 입력 광 도파로 부분
123, 223: 액티브 부분
125, 225: 출력 광 도파로 부분

Claims (14)

  1. 벌크 실리콘 기판 상에서, 상기 벌크 실리콘 기판 상면에 평행한 제1 방향을 따라 서로 이격되도록 배치되는 제1 및 제2 광 도파로 부분; 및
    상기 벌크 실리콘 기판 상에서, 일측이 상기 제1 광 도파로 부분과 접하고 타측이 상기 제2 광 도파로 부분과 접하도록 상기 제1 및 제2 광 도파로 부분 사이에 개재되는 액티브(active) 부분;을 포함하되,
    상기 제1 및 제2 광 도파로 부분과 상기 액티브 부분은, GeSi를 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 전자 소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 광 도파로 부분 중 적어도 하나와 상기 액티브 부분은, 서로 다른 조성비의 GeSi를 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 전자 소자.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 광 도파로 부분 중 적어도 하나의 Si 함량은, 상기 액티브 부분의 Si 함량보다 큰 것을 특징으로 하는, 광 전자 소자.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 액티브 부분의 일측과 상기 제1 광 도파로 부분 사이, 및 상기 액티브 부분의 타측과 상기 제2 광 도파로 부분 사이에 개재되는 버퍼층;을 더 포함하는, 광 전자 소자.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 광 도파로 부분 중 적어도 하나와 상기 액티브 부분은, 서로 동일한 조성비의 GeSi를 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 전자 소자.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 액티브 부분의 상기 제1 방향으로의 길이는, 5 내지 300μm 인 것을 특징으로 하는, 광 전자 소자.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 광 도파로 부분 중 적어도 하나의 상기 제1 방향과 수직을 이루는 단면은, 상기 액티브 부분의 상기 제1 방향과 수직을 이루는 단면과 대칭인 것을 특징으로 하는 광 전자 소자.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 광 도파로 부분 중 적어도 하나와 상기 액티브 부분 각각의 상기 제1 방향에 수직한 단면은, 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로의 폭이 상기 벌크 실리콘 기판 상면에 수직한 제3 방향을 따라 일정한 것을 특징으로 하는, 광 전자 소자.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 광 도파로 부분 중 적어도 하나와 상기 액티브 부분 각각의 상기 제1 방향에 수직한 단면은, 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로의 폭이 상기 벌크 실리콘 기판 상면에 수직한 제3 방향을 따라 달라지는 것을 특징으로 하는, 광 전자 소자.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 액티브 부분의 상면과 접하고, 상기 액티브 부분으로 바이어스 전압을 인가하거나 상기 액티브 부분을 통과하는 광을 검출하기 위한 제1 전극과 연결되는 제1 전극 패드;를 더 포함하는, 광 전자 소자.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 벌크 실리콘 기판에 형성되되, 상기 액티브 부분의 하면과 접하고, 상기 액티브 부분으로 바이어스 전압을 인가하거나 상기 액티브 부분을 통과하는 광을 검출하기 위한 제2 전극과 연결되는 제2 전극 패드;를 더 포함하는, 광 전자 소자.
  12. 제1 항에 있어서,
    각각이, 상기 액티브 부분의 일 측면으로부터 상기 벌크 실리콘 기판으로 연장되며, 상기 액티브 부분으로 바이어스 전압을 인가하거나 상기 액티브 부분을 통과하는 광을 검출하기 위한 제1 및 제2 전극 중 어느 하나의 전극과 연결되는 제1 및 제2 전극 패드;를 더 포함하는, 광 전자 소자.
  13. 벌크 실리콘 기판 상에, 상기 벌크 실리콘 기판의 상면에 평행한 일방향을 따라 연장되고 제1 반도체 화합물을 포함하는 구조체를 형성하는 단계;
    상기 벌크 실리콘 기판의 상면 및 상기 구조체를 덮는 절연층을 형성하는 단계;
    상기 벌크 실리콘 기판의 상면의 일부와 상기 구조체의 내측벽이 노출되도록 상기 절연층 및 상기 구조체의 일부를 제거하여, 제1 및 제2 광 도파로 부분을 정의하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 광 도파로 부분 사이에서 노출되는 상기 벌크 실리콘 기판의 상면과 상기 구조체의 내측벽을 덮고 제2 반도체 화합물을 포함하는 액티브 부분을 형성하는 단계;
    를 포함하는, 광 전자 소자의 제조 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 광 도파로 부분을 정의하는 단계 후 상기 액티브 부분을 형성하는 단계 전에,
    상기 구조체의 내측벽 상에 버퍼층을 형성하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 액티브 부분을 형성하는 단계는,
    상기 벌크 실리콘 기판의 상면과 상기 버퍼층의 적어도 일부를 덮도록 상기 액티브 부분을 형성하는 것을 특징으로 하는, 광 전자 소자의 제조 방법.
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