KR970004495B1 - 반도체 광스위치 제조방법 - Google Patents
반도체 광스위치 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
요약 없음
Description
제1a도 및 제1b도는 종래의 내부전반사형 반도체 광스위치의 평면도 및 단면도.
제2a도 및 제2b도는 본 발명의 내부전반사형 반도체 광스위치 구조의 평면도 및 단면도.
제3도는 본 발명의 실시예에 따른 광스위치의 제작 공정 단계별 반사영역의 단면도.
제4도는 본 발명의 변형예에 따른 내부전반사형 반도체 광스위치 구조의 단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1 : n+-InP기판2 : n-InGaAsP 광도파로층
2' : p--InGaAsP 광도파로층3 : n-InP클래드(clad)층
4 : p-InP블로킹(blocking)층5 : n-InP캡(cap)층
6 : n--InGaAsP캡(cap)층7 : p형 전극
8 : n형 전극9 : 아연(Zn)
10 : 제1광입력포트11 : 제2광입력포트
12 : 제1광출력포트13 : 제2광출력포트
본 발명은 전류주입에 의한 광도파로의 굴절율의 변화를 이용한 내부전반사형 광스위치의 제조방법에 관한 것이다. 내부 전반사형 반도체 광스위치의 동작원리는 전류가 주입되면 광도파로층의 굴절율이 변하게 되는(감소하게 되는) 효과를 이용하는 것으로, 광도파로층의 소정영역으로 전류가 주입되면 전류가 주입된 영역과 주입되지 않은 영역사이에 굴절율의 차가 생기게 되고 이 굴절율 차에 의해 도파로를 따라 진행하던 빛이 스넬(Snell)의 법칙에 따라 전류주입 경계면에서 전반사를 일으키므로써 광진행 경로가 바뀌게 되어 스위칭이 일어나게 된다.
즉 전반사를 일으키는 굴절율 차를 얻기 위하여 일정량 이상의 전류주입이 요구되는데 이때 필요한 전력은 P=IV=I2R로서 R에 의하여 전력손질이 비례하게 된다.
지금까지 발명된 내부전반사형 반도체 광스위치중에서 가장 대표적인 구조가 제1도에 있다.
제1a도는 평면도이며, 제1b도는 제1a도에서 A 와 A' 방햐으로 절단하였을 때의 단면도이다.
n형 InP기판(1)위에 InP기판과 격자 정합을 이루는 n형 InGaAsP광도파로층(2), n형 InP클래드층(3) 및 InP기판과 격자 정합을 이루는 n형 InGaAsP캡층(6)을 에피택시(epitaxy)법에 의해 순차적으로 성장시킨 후, (9)번영역에 아연(Zn)을 확산시켜 이 부분을 p형으로 만든다.
그리고 InGaAsP캡층(6) 및 InP클래드층(3)을 식각하여 마루(ridge)형태의 광도파로 구조를 형성한 후 전류주입을 위한 전극(7)번 및 (8)번을 반도체와 저항성 접촉을 이루는 금속을 증착하여 형성한다.
이와같이 제작된 광스위치에 입력포트(10)을 통하여 입사된 빛은 마루형태의 광도파로층(2)을 따라 진행하게 된다.
이때, 신호전류 주입을 위한 전극(7)과 (8) 사이에 신호 전류를 주입하지 않으면 광도파로층(2)에 아무런 굴절율의 변화가 없으므로 빛은 광도파로층(2)의 교차점을 직진 통과하여 제2출력포트(13)를 통하여 나오게 된다.
그러나 (7) 와 (8)번 전극사이에 순방향 전압을 걸어 전류가 흐르도록 하면 주입된 반송자(carrier)들이 모여 있는 p형의 클래드영역(3) 아래부분의 광도파로층(2)만 굴절율이 감소하게 되고, 이 굴절율 감소량이 스넬의 범칙에 따라 다음식을 만족하게 되면 이 부분에서 빛의 전반사가 일어나 빛은 제1출력포트(12)로 나가게 된다.
△n≥n(1-cosθ)
여기에서, n은 광도파로층의 굴절율이고, △n은 전류주입에 의한 광도파로층의 굴절율변화량이며, θ는 진행하는 빛의 굴절율 변화영역(p형전극(7)의 아래부분)에 대한 반사 각도이다.
제1도에서 보듯이 기존의 광스위치의 경우에는 도파로 부분안에서 Zn확산이 이루어져야 하고, 또한 Zn확산 부분안에서 p-전극(7)이 형성되어짐으로써 제작상에서 도파로폭과 옴접촉면적을 줄이는데 제한이 주어지게 된다.
본 발명의 목적은 도파로폭의 설계를 자유롭게 할 수 있는 반도체 광스위치의 제조방법을 제공하는 것이다.
이제부터 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 대해 상세히 설명하겠다.
제2a도는 본 발명에 따른 광스위치 소자의 평면도이고, 제2b도는 제2a도의 A-A'방향으로 절단한 단면도이다.
이와같은 구조를 갖는 광스위치 소자의 구체적 실시에는 다음과 같으며, 각 공정단계별 반사면 부분의 단면도가 제3도에 나타내었다.
n형 InP기판(1)위에 n형 InGaAsP 광도파로층(2)과, n형 InP 클래드층(3), 전류차단을 위한 p형 InP블로킹 층(4) 및, n형 InP캡층(5)을 MOCVD 또는 LPE에 의한 에피택시(epitaxy)법으로 순차적으로 성장시키다(제3도(a)).
그리고 반사면을 이루는 부분의 n형 InP캡층(5)을 홈(groove) 모양으로 식각한 후에(제3도(b)) 전면에 Zn확산을 시킨다(제3도(c)).
반사면을 이루는 부분에 p형 전극(7)을 증착하고(제3도(d)) 상기 광도파로층(2)위의 각층을 습식 또는 건식식각법에 의해 식각해낸 후에 n형 전극(8)을 증착한다(제3도(e)).
이와같이 제작된 광스위치는 제3도(e)에서 보듯이 전극면의 폭이 Zn확산부분 보다 넓게되어 p형 접촉저항을 줄일 수 있게 된다.
Zn확산부분 옆의 p형 전극(7)아래는 p/n/p/n 접합이 형성되어 전류가 차단되어져 반사면에만 효과적인 전류주입이 이루어지고 접촉면적을 극대화시키게 되는 것이다.
제4도는 본 발명의 변형된 예로서 도파로의 p형의 InGaAsP일 경우이다.
이 경우에는 제2도의 경우와 달리 전류차단층인 p-InP가 따로 삽입되지 않는 구조로 접촉저항의 극대화가 가능한 구조이다.
이상에서 설명된 바와같이 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
-p옴 저항접촉면적을 극대화시켜 접촉저항을 최소화 시킨다.
-종래 구조의 경우에 전극 증착시의 리쏘그라피 정렬이 약 1㎛ 이내로 요구되나 본 발명의 경우에는 이러한 제한 요수가 사라진다.
-종래의 경우에는 도파로 부분안에 반사면을 이루는 확산 영역이 들어가야하고 또한 확산영역안에 적극부분이 들어 가야하는 등의 제한요건으로 도파로 폭의 제한이 있게 된다.
그러나 본 발명의 구조에서는 확산이 전면에 걸쳐서 이루어지고 전극이 반사면을 이루는 지점의 도파로 전면에 형성됨으로 제작상의 제한요소를 제거시켜 도파로 폭의 설계를 자유롭게 할 수 있다.
-상기한 효과들에 의해 광스위치 제작조건을 완화시켜 모듈의 제작비용을 절감할 수 있다.
Claims (3)
- 반도체 광스위치를 제조하는 방법에 있어서, n형 InP기판(1)위에 에피택시법으로 n형 광도파로층(2)과, n형 InP클래드층(3) 및, n형 InP캡층(5)을 순차로 성장시키는 단계와, 반사면을 이루는 부분의 상기 캡층(5)을 홈모양으로 식각한 후에 전면 Zn을 확산시키는 단계와, 상기 반사면을 이루는 부분에 p형 전극(7)을 증착하고 상기 광도파로층(2)위의 각층을 식각한 후 n형 전극(8)을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 광스위치 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 클래드층(3)의 형성이 완료된 후 전류차단을 위한 p형 InP블로킹층(4)을 추가로 성장시키고 상기 캡층(5)을 성장시키는 것을 특징으로 하는 반도체 광스위치 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광도파로층(2)은 도핑되지 않는 InGaAsP나 p형의 InGaAsP로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 광스위치 제조방법.
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