In the 1550 nm wavelength, which is mainly used wavelength for optical communication, the energy band gap of silicon is 1.1 eV, so that silicon is not proper to detect the light of this wavelength. Nevertheless, research on photodetectors using silicon in silicon photonics has been actively conducted through various approaches. In this thesis, we suggested that an optical silicon waveguide with a high doping PN junction on an SOI wafer can be used as a photodetector. Also, we proposed a junction field effect transistor (JFET) with the same mask with optical components. We suggested a possibility of JFET to be used as transimpedance amplifier of silicon photodetector. Silicon-based photodetector and junction field effect transistor will be used as key devices for monolithic integration of silicon photonics.
광 통신에 주로 쓰이는 1550 나노미터 파장대의 경우에 실리콘의 에너지 밴드 갭이 매우 커서 실리콘 포토닉스에서 실리콘은 광 검출기로 쓸 수 없다는 단점이 있다.그럼에도 불구하고 실리콘을 이용한 광 검출기에 관한 연구는 다양한 접근을 통해 활발히 이루어지고 있다. 본 학위 논문은 절연체 위의 실리콘 웨이퍼 상에서 높은 도핑의 금속학적 접합이 이루어진 광 도파로가 광 검출기로 쓰일 수 있음을 이론적으로 실험적으로 보였다. 또한, 별도의 추가적 공정 단계 없이도 실리콘 포토닉스 상에서 기존에 사용하던 고농도 도핑을 통해 제작 가능한 접합 전계효과의 트랜지스터를 이론적으로 제안하였다. 이를 확장하여 추후 실리콘 광 검출기의 트랜스임피던스 증폭기로 사용될 가능성을 제시하였다. 실리콘 기반의 광 검출기와 접합 전계효과 트랜지스터는 실리콘 포토닉스의 모놀리식 통합에 있어 핵심 소자로 사용될 것이다.
