KR970009732B1 - 평면형 광검출기의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
내용없음.
Description
제1(a) 및 1(b)도는 종래의 평면형 광검출기 구조의 단면도.
제2(a) 및 2(b)도는 본 발명에 따른 구조를 나타낸 단면도.
제3도의 (a)~(h)는 본 발명에 따른 제조공정도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
27,37 : n형 인듐인(InP) 기판 28,38 : n형 인듐인 버퍼층
29,39: 도우평이 안된 인듐갈륨비소(InGaAs)광흡수층
30,40 : 도우핑이 안된 인듐인(InP) 클래드 층
31 : 인듐갈륨비소 오믹접촉층 41p : p형 인듐갈륨비소층
41n : n형 인듐갈륨비소층 32,42 : 인듐인(InP) 표면층
43 : 제1실리콘 질화막(SiNx) 33,44 : p형 영역
34,45 : 제2실리콘 질화막 35p,46p : p형 금속전극
35n46n : n형 금속전극 36,47 : 제3실리콘 질화막.
본 발명은 평면형 광검출기의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 p형 및 n형 전극을 모두 전면에 형성하는 평면형 광검출기의 제조방법에 관한 것이다.
종래기술로, 제1도의 (a)는 통상적인 평면형 광검출기 구조의 단면도를 나타낸 것이다. 그 대표적인 실시예들은 다음과 같다.
먼저, n형 인듐인(InP) 기판(11) 위에 2 내지 3μm 가량의 두께를 갖는 도우핑(dopping)이 안된 인듐갈륨비소(InGaAs)(12), 1μm 가량의 두께를 갖는 n형 인듐인(InP)(13)층을 성장시킨 후, 아연(Zn) 또는 카드늄(Cd)의 확산방법을 사용하거나 또는 베릴륨(Be)등의 이온주입(ion implantation)을 통해 (14) 영역을 p형으로 변질시켜 p+-InP층을 형성한다. 그리고 p형 금속전극(16)을 상기 p+-InP층(14) 위에 n형 금속전극(17)을 상기 기판(11) 밑에 형성하여 제1도의 (a)와 같은 평면형 광검출기를 제작한다.
그러나, 상기 종래의 통상적 평면형 광검출기 구조는 외부 회로와 광검출기와의 전기적 접촉을 위한 p형 금속전극(16)과 n형 금속전극(17)이 인듐인(InP) 반도체(14) 및 (11)과 오믹접촉(ohmic contact)을 이루고 있어 음접촉 저항(ohmic contact resistance)이 커서 소자의 면적을 줄이기 어려울 뿐만 아니라, 고속 동작에서 수신감도를 저하시키는 문제점이 있다.
따라서, 상기 종래의 통상적인 평면형 광검출기의 문제점을 해결하기 위하여 개선된 평면형 광검출기 구조가 제안되었으며(대한민국 특허 출원중 : 출원번호 93-26785호) 그 구조가 제1도의 (b)에 나타나 있다.
상기 개선된 평면형 광검출기의 실시예에 따르면, n형 인듐인(InP) 기판(18)위에 도우핑이 안된 인듐갈륨비소(InGaAs) 광흡수층(19), 도우핑이 안된 인듐인(InP) 클래드층(20), 및 500~1,000A의 얇은 두께의 인듐갈륨비소(InGaAs) 오믹접촉(ohmic contact)층(21)과 인듐인 표면층(22)을 형성한 후, 광의 흡수가 일어나는 소정의 영역에 아연(Zn) 또는 카드늄(Cd)의 확산방법을 사용하거나 또는 베릴륨(Be) 등의 이온주입(ionimplantation)을 통해 (23) 영역을 p형으로 변질시켜 p+-InP층을 형성한다. 그 후에 p형 금속전극(25)을 형성하는 소정 위치 하부의 인듐인(InP)층(22) 표면층(22)을 선택적으로 식각해내고 p형 금속전극(25)을 인듐갈륨비소(InGaAs)층(21) 위에 형성되도록 한다.
상기 제1도의 (b)와 같은 개선된 구조의 평면형 광검출기는 표면에 노출되는 pn접합부분은 에너지 밴드갭(energy bandgap)이 큰 인듐인(InP)층(22)에 형성되도록 하여 표면 누설전류를 감소시키고 p형 오믹접합은 에너지 갭이 작은 인듐갈륨비소(InGaAs)층(21) 위에 형성시킴으로써 옴접촉 저항(ohmic contact resistance)을 줄이 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
그러나, 상기 종래의 평면형 광검출기 구조는 모두 p형 전극이 칩의 전면에, n형 전극은 칩의 뒷면에 형성되어 있어 와이어 본딩에 의한 패키지만을 사용할 수 밖에 없는 문제점이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 평면형 광검출기에 있어서 p형 및 n형 금속전극을 모두 칩의 전면에 형성하므로써 플립 칩 본딩이 가능하도록 하여 광검출기의 동작특성을 향상시키고 대량생산에 유리한 평면형 광검출기의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
아울러, 상기 개선된 구조에서는 광흡수 영역에 비록 얇은 두께이기는 하지만 상기 제1(b)도에서 p형 인듐갈륨비소층(21)이 존재하고 있어 수신감도를 저하시키는 용인이 되고 있으나 본 발명에서는 추가의 공정없이 이 부분을 제거함으로써 수신감도의 향상을 꾀하고 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 첨부된 도면에 의거하여 그 상세한 설명을 한다.
먼저, 본 발명에서 제안한 p형 및 n형 금속전극(35p,35n)이 전면에 형성된 평면형 광검출기의 평면도와 A-B 방향으로 절단하였을때의 단면도가 제2도의 (a)와 (b)에 각각 나타나 있다.
상기 제2도의 (a)의 구조를 설명하면 다음과 같다.
먼저, n형 인듐인(InP) 기판(27) 위에 n형 인듐인(InP) 버퍼(buffer)층(28), 도우핑이 안된 인듐갈륨비소(InGaAs) 광흡수층(29), 도우핑이 안된 인듐인 클래드(clad)층(30), 인듐갈륨비소 오믹접촉층(31), 및 인듐인 표면층(32)이 유기금속 화학증착법(MOCVD)등의 에피택시법에 의해 성장된다. 여기에 소정의 광흡수 영역에 위치한 상기 인듐인(InP) 클래드층(30), 인듐갈륨비소 오믹접촉층(31), 및 인듐인 표면층(32)을 아연(Zn)또는 카드늄(Cd)의 확산 또는 베릴륨(Be)등의 이온주입에 의하여 p형 영역(33)으로 변질시킨다.
그리고, p형 금속전극(35p)은 광흡수창이 있는 p형 영역(33)의 p형 인듐갈륨비소 오믹접촉층(31) 위에 n형 금속전극(35n)은 n형 인듐갈륨비소 이믹접촉층(31) 위에 형성시킨 후, 광흡수창의 무반사막 및 플립 칩본딩(flip chip bonding)용 패시베이션(passivation; 표면안정화)을 위한 제3실리콘 질화막(36)을 형성한 구조를 갖고 있다.
제3도의 (a)~(h)는 본 발명의 구체적인 실시방법에 따른 제조공정의 단면도를 나타낸다.
먼저, (a)공정은, n형 인듐인(InP) 기판(37) 위에 n형 인듐인(InP) 버퍼(buffer)층(38), 도우핑이 안된 인듐갈륨비소(InGaAs) 광흡수층(39), 도우핑이 안된 인듐인(InP) 클래드층(40), 인듐갈륨비소(InGaAs) 오믹접촉층(41), 및 인듐인(InP) 표면층(42)이 각각 순차적으로 형성된 에피층을 유기금속 화학증착법(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)등의 에피택시법에 의해 성장한다.
(b)공정은, 상기 인듐인 표면층(42) 위에 플라즈마에 의한 화학증착법(PECVD : Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)등에 의해 소정의 패턴을 갖는 제1실리콘 질화막(SiNx)(43)을 증착하고, 이 제1실리콘 질화막(43)을 통상의 포토리소그라피에 의해 소정의 패턴을 형성을 갖도록 식각해내고, 상기 인듐인 클래드층(40)가지 제1불순물인 아연(Zn) 또는 카드늄(Cd)의 확산 또는 베릴륨(Be)등의 이온주입을 행하여 이부분을 p형 영역(44)으로 만든다.
(c)공정은, 상기 확산공정에서 마스크로 사용한 제1실리콘 질화막(43)을 그대로 식각 마스크로 사용하여 표면의 인듐인 표면층(42)을 선택적으로 습식식각해낸다.
이때 염산과 인산을 혼합한 용액을 사용하면 인듐갈륨비소층(41)은 식각되지 않고 인듐인 표면층(42)만을 식각해낼 수 있다.
(d)공정은, 상기 확산 및 식각을 위해서 제1마스크로 사용한 제1실리콘 질화막(43)을 불산용액에서 제거한 후, 다시 PECVD 등의 방법으로 소정의 패턴을 갖는 제2실리콘 질화막(45)을 증착하고, 이 제2실리콘 질화막을 제2마스크로 하여 광흡수차 영역과 p형 및 n형 전극형성 부분만을 식각해낸다.
(e)공정은, 다시 염산과 인산의 혼합용액에서 인듐인 표면층(42)을 선택적 습식식각하면 광흡수창의 표면에 노출된 p형 인듐갈륨비소층(41p)은 식각되지 않고, n형 금속전극 형성 영역의 표면에 있는 상기 인듐인 표면층(42)은 선택식각되어 n형 인듐갈륨비소층(41n)이 노출된다.
(f)공정은, 상기 p형 및 n형 인듐갈륨빕소층(41p,41n) 전면에 소정의 전극용 금속을 증착한 다음, 이 위에 p형 금속전극(46p) 및 n형 금속전극(46n)을 리프트-오프(lift-off) 방법으로 어닐링(annealing)하여 오믹접촉을 형성한다.
(h)공정은, 광흡수창의 무반사막 코팅(coathing) 및 플립 칩 본딩용(flip chip bonding) 패시베이션(passivation)을 위하여 제3실리콘 질화막(47)을 PECVD등의 방법으로 증착하고 플립 칩 본딩용 솔더(solder)가 형성되는 영역만을 식각해낸다.
상기 제3도의 변형예는 제2도에 나타낸 평면형 광검출기의 구조에서 칩의 전면에 배치된 n형 전극을 칩의 뒷면에 형성한 구조로서, 구체적인 실시예는 제3도에 나타낸 제조공정 순서중 (d)공정을 생략하고, (h)공정까지 끝난후 상기 n형 인듐인 기판(37)의 뒷면에 n형 급속전극을 증착할 수 있다.
이상과 같은 본 발명은 다음과 같은 효과들을 갖는다.
첫째로, p형 및 n형 전극이 모두 전면에 형성되어 있어 본딩용 와이어가 없는 플립 칩 본딩 패키지에 적용할 수 있어서 광검출기 모듈의 특성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 대량생산에 유리하다.
둘째로, 상기 제1(b)도에 나타낸 구조의 평면형 광검출기에서 p형 인듐갈륨비소층(21)을 제거함으로써 수신감도를 향상시킬 수 있다.
세째로, 상기 제1(b)도에 나타낸 구조의 평면형 광검출기에서 p형 금속전극만을 인듐갈륨비소층(21) 위에 형성하지만, 본 발명에서는 p형 및 n형 금속전극 모두를 에너지 밴드갭이 작은 인듐갈륨비소 오믹접촉층(31) 위에 형성함으로써 오믹접촉저항을 줄일 수 있어 고속동작에 유리한 특성을 갖는다.
네째로, 상기 본 발명에서 제안한 구조의 평면형 광검출기를 제조하는 공정이 주로 자기정렬기법을 사용하므로 종래의 평면형 광검출기 제조공정에 비해 추가의 포토리소그라피 마스크 없이도 쉽게 제작 가능하다.
Claims (7)
- n형 인듐인(InP) 기판(37상에 소정 두께를 갖는 인듐인 표면층(42)을 포함하는 에피층을 성장하는 공정(a)과, 소정패턴을 갖는 제1마스크를 사용하여 상기 에피층내의 일정영역에 제1불순물을 확산기켜 p형영역(44)을 형성하는 공정(b)과, 상기 제1마스크를 사용하여 상기 인듐인 표면층(42)을 선택적으로 제거하는 공정(c)과, 상기 소정의 화학증착법으로 소정패턴을 갖는 제2마스크를 사용하여 광흡수창 영역과 전극영역을 정의하고 상기 전극영역에 대응하는 인듐인 표면층(42)을 선택적으로 제거하는 공정(e)과, 상기 광흡수창 영역에는 p형 급속전극(46p)을 그리고 상기 전극영역에는 n형 급속전극(46n)을 형성하는 공정(f)과, 상기 광흡수창 영역내의 노출된 인듐갈륨비소(InGaAs)층(41p)을 선택적으로 식각하는 공정(g)과, 상기 공정(g)위에 광흡수창의 무반사막 코팅 및 플립 칩 본딩용 패시베이션을 위하여 제3실리콘 질화막(47)을 소정의 화학증착법으로 증착하고, 플립 칩 본딩용 솔더가 형성되는 영역만을 식각해내는 공정(h)을 포함하는 평면형 광검출기의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 에피층을 형성하는 공정은 상기 기판(37)상에 n형 인듐인 버퍼층(38), 도우핑이 안된 인듐갈륨비소(InGaAs) 광흡수층(39), 도우핑이 안된 인듐인 클래드층(40), 인듐갈륨비소 오믹접촉층(41) 및 인듐인 표면층(42)을 소정의 유기금속 화학증착법에 의해서 각각 순차적으로 증착하는 평면형 광검출기의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 p형 영역(44)을 형성하는 공정에 있어 상기 제1마스크는 상기 기판(37)상에 소정의 패턴을 갖는 제1실리콘 질화막(SkNx)(43)을 사용하는 평면형 광검출기의 제조방법.
- 제2항에 있어서, 상기 p형 영역(44)은 상기 클래드층(40)과 오믹접촉층(41) 및 표면층(42)에 형성된 평면형 광검출기의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1불순물은 아연(Zn)인 평면형 광검출기의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제2마스크는 소정의 패턴을 갖는 제2실리콘 질화막(45)인 평면형 광검출기의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 공정(c)후에 상기 제1마스크를 소정용액에서 제거한 후, 소정의 화학증착법으로 제2마스크를 증착하고 광흡수창 영역과 p형 및 n형의 전극형성 부분만을 식각해내는 공정(d)이 부가되고, 상기 공정(h) 후에 상기 n형 인듐인 기판(37)의 뒷면에 n형 급속전극을 증착하는 공정이 부가된 평면형 광 검출기의 제조방법.
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