1970년대에 이르러 GaAs를 광소자와 전자소자로 한 기판상에서 이용하기 위한 연구가 시작되었다. GaAs는 직접천이 구조와 큰 전자이동도를 가지고 있어서 수십 GHz 에 이르는 전자소자와 빛을 내는 광소자로 쓰일 수 있다. 이것을 동시에 한기판상에 이용한 것을 광전집적회로 (OEIC) 라 한다. OEIC 의 제조에는 집적화의 대상이 되는 광소자와 전자소자의 구조상의 차이 및 공정상의 차이를 극복해야 하는 문제가 따른다. 이러한 노력으로 반도체 레이저와 MESFET, HBT 등의 집적화가 이루어지고 있다.
본 논문에서는 이에 대한 새로운 방법의 제안으로 W격자구조를 반도체 속에 포함하는 반도체-금속-반도체 (SMS) 구조를 시도하였다. 완전한 금속박막을 이용한 SMS 구조는 금속베이스트랜지스터에서 그 용례를 찾을 수 있다. 이와는 달리 격자 금속을 포함한 SMS 구조는 Permeable base transistor (PBT) 에서 용례를 찾을 수 있다. 그간의 SMS 구조는 PBT 에의 이용에 그쳤으나 본 논문에서는 이것을 새로운 광전소자에의 이용을 시도하였다.
SMS 구조의 구현을 위하여 선택적 LPE 방법을 이용하였다. 선택적 LPE 란 성장 기판상의 특정 부위에만 에피택시를 행하는 방법으로 기판의 가려진 부분으로부터 증가된 As 으로 인해 보통의 LPE 중에는 발견되지 않는 표면 성장기구 (surface kinetics limited mechanism) 에 의한 성장이 이루어진다. 이외에도 증가된 As 이 GaAs 성장의 수직 성장및 수평 성장을 증가시킨다. 가려진 부분이 증가하면 수평 성장도 증가하게 되어 이것이 GaAs 위에 형성된 W 격자위로의 GaAs 성장을 가능하게한다. 성장된 기판의 단면 사진으로부터 W 격자 구조위로의 성장을 확인하였다.
형성된 SMS 구조를 소자에 사용하기 위하여 LPE 과정중의 W/GaAs 접합의 열화특성을 조사하였다. 사용한 방법으로는 X-ray 회절 분석, Auger 분석, SEM 등과 Schottky 다이오드 변수의 측정이었다. 800°C 에서 6시간 열처리 후 W-GaAs 의 상호 확산이 심하였다. 23nm 두께의 W 이 열처리후 4배 정도의 깊이까지 상호확산이 일어남을 확인하였다. 이같은 변화에도 Schottky 다이오드의 변수는 η =1.16$ 에서 1.23 으로 $Φ_B=0.65eV$ 에서 0.53eV 로 변하였으며 다이오드 특성을 유지하였다.
이같이 구현된 SMS 구조로 embedded MSM 구조의 수광 소자를 제안하였다. 제안된 수광 소자는 전극을 활성층 아래에 포함하므로 양자효율의 개선이 기대된다. 제안된 수광소자는 기존의 MSM 소자와는 달리 활성층 아래에 전극을 포함한다. 기존 MSM 소자는 전극이 표면에 노출되어서 수광 면적의 이용도가 낮으나 제안된 수광 소자는 면적의 이용도를 높일 수 있다. 소자 simulation 을 통하여 기존의 MSM 소자와 같은 조건의 소자에서는 FB 조건및 전자가 포화속도로 전극간을 이동할 수 있음을 보였다. 제작된 MSM 수광 소자는 불순물 농도가 $5×10^{16}cm^{-3}$ 이었다. 이소자는 낮은 항복 전압및 큰 암전류로 FB 조건 이상에서 동작하지 못하였다. 제작된 수광 소자의 수광 특성을 λ=780nm 인 AlGaAs 레이저 다이오드로 측정하였다. 개선된 수광 특성을 위해서는 낮은 불순물 농도와 활성층의 두께 조절이 요구되어진다.
SMS 구조의 이용으로 반도체 레이저와 트랜지스터를 기초로한 OEIC를 제안하였다. 이것은W 격자구조를 게이트로 이용하로 JFET 보다는 제조공정의 제어가 유리하며 전류 구동능력을 크게할 수 있다. 또한 전자 소자와 광 소자의 간격이 에피택시 조건에 의해 주어지므로 광-전자 소자간의 결합이 용이하리라 기대된다. OEIC 의 제작을 위해 VFET 를 설계제작하였다. 제작된 트랜지스터는 격자의 주기가 3μm 로 normally on 인 FET 로 동작하였다. PBT 로의 동작을 위해서는 격자의 주기, 불순물의 농도가 줄어 들어야한다. 또한 고온 공정중의 W 의 확산을 피하기 위해서는 MOCVD 등의 저온 공정이 요구되어진다.
1970년대에 이르러 GaAs 를 광소자와 전자소자로 한 기판상에서 이용하기 위한 연구가 시작되었다. GaAs 는 직접천이 구조와 큰 전자이동도를 가지고 있어서 수십 GHz 에 이르는 전자소자와 빛을 내는 광소자로 쓰일 수 있다. 이것을 동시에 한기판상에 이용한 것을 광전집적회로 (OEIC) 라 한다. OEIC 의 제조에는 집적화의 대상이 되는 광소자와 전자소자의 구조상의 차이및 공정상의 차이를 극복해야 하는 문제가 따른다. 이러한 노력으로 반도체 레이저와 MESFET, HBT 등의 집적화가 이루어지고 있다.
본 논문에서는 이에 대한 새로운 방법의 제안으로 W격자구조를 반도체속에 포함하는 반도체-금속-반도체 (SMS) 구조를 시도하였다. 완전한 금속박막을 이용한 SMS 구조는 금속베이스트랜지스터에서 그 용례를 찾을 수 있다. 이와는 달리 격자 금속을 포함한 SMS 구조는 Permeable base transistor (PBT) 에서 용례를 찾을 수 있다. 그간의 SMS 구조는 PBT 에의 이용에 그쳤으나 본 논문에서는 이것을 새로운 광전소자에의 이용을 시도하였다.
SMS 구조의 구현을 위하여 선택적 LPE 방법을 이용하였다. 선택적 LPE 란 성장 기판상의 특정 부위에만 에피택시를 행하는 방법으로 기판의 가려진 부분으로부터 증가된 As 으로 인해 보통의 LPE 중에는 발견되지 않는 표면 성장기구 (surface kinetics limited mechanism) 에 의한 성장이 이루어진다. 이외에도 증가된 As 이 GaAs 성장의 수직 성장및 수평 성장을 증가시킨다. 가려진 부분이 증가하면 수평 성장도 증가하게 되어 이것이 GaAs 위에 형성된 W 격자위로의 GaAs 성장을 가능하게한다. 성장된 기판의 단면 사진으로부터 W 격자 구조위로의 성장을 확인하였다.
형성된 SMS 구조를 소자에 사용하기 위하여 LPE 과정중의 W/GaAs 접합의 열화특성을 조사하였다. 사용한 방법으로는 X-ray 회절 분석, Auger 분석, SEM 등과 Schottky 다이오드 변수의 측정이었다. 800$^\circ$C 에서 6시간 열처리 후 W-GaAs 의 상호 확산이 심하였다. 23nm 두께의 W 이 열처리후 4배 정도의 깊이까지 상호확산이 일어남을 확인하였다. 이같은 변화에도 Schottky 다이오드의 변수는 $\eta=1.16$ 에서 1.23 으로 $\phi_B=0.65eV$ 에서 0.53eV 로 변하였으며 다이오드 특성을 유지하였다.
이같이 구현된 SMS 구조로 embedded MSM 구조의 수광 소자를 제안하였다. 제안된 수광 소자는 전극을 활성층 아래에 포함하므로 양자효율의 개선이 기대된다. 제안된 수광소자는 기존의 MSM 소자와는 달리 활성층 아래에 전극을 포함한다. 기존 MSM 소자는 전극이 표면에 노출되어서 수광 면적의 이용도가 낮으나 제안된 수광 소자는 면적의 이용도를 높일 수 있다. 소자 simulation 을 통하여 기존의 MSM 소자와 같은 조건의 소자에서는 FB 조건및 전자가 포화속도로 전극간을 이동할 수 있음을 보였다. 제작된 MSM 수광 소자는 불순물 농도가 $5\times10^{16}cm^{-3}$ 이었다. 이소자는 낮은 항복 전압및 큰 암전류로 FB 조건 이상에서 동작하지 못하였다. 제작된 수광 소자의 수광 특성을 $\lambda=780nm$ 인 AlGaAs 레이저 다이오드로 측정하였다. 개선된 수광 특성을 위해서는 낮은 불순물 농도와 활성층의 두께 조절이 요구되어진다.
SMS 구조의 이용으로 반도체 레이저와 트랜지스터를 기초로한 OEIC를 제안하였다. 이것은W 격자구조를 게이트로 이용하로 JFET 보다는 제조공정의 제어가 유리하며 전류 구동능력을 크게할 수 있다. 또한 전자 소자와 광 소자의 간격이 에피택시 조건에 의해 주어지므로 광-전자 소자간의 결합이 용이하리라 기대된다. OEIC 의 제작을 위해 VFET 를 설계제작하였다. 제작된 트랜지스터는 격자의 주기가 3$\mu$m 로 normally on 인 FET 로 동작하였다. PBT 로의 동작을 위해서는 격자의 주기, 불순물의 농도가 줄어 들어야한다. 또한 고온 공정중의 W 의 확산을 피하기 위해서는 MOCVD 등의 저온 공정이 요구되어진다.
