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동향

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광통신 III-V/Si 레이저 다이오드 기술 동향

2021-06-02 org.kosen.entty.User@452fac07 이은진(kosen10)

분야

전기/전자

발행기관

한국전자통신연구원

발행일

2021.06.01

URL

http://

첨부파일

실리콘 반도체 관련 산업은 끊임없는 연구 개발을 통하여 소재 제조 기술, 소자 공정 기술 및 공정 장비 등 관련 모든 분야에서 기술의 정점에 도달하여 우리 일상을 빠르게 변화시키고 있다. 최근 스마트폰, 5G, 전기자동차, 자율주행, 인공지능 등 새로운 산업이 급부상하면서 에너지 효율 증대, 빅데이터 전송, 고속 데이터 처리 등에 대한 요구가 높아지면서 실리콘 반도체만으로는 극복할 수 없는 물질 한계에 도달하게 되었다. 이로 인하여 실리콘 물질의 한계를 극복하기 위한 이종 반도체와 융합하려는 시도가 빠르게 발전하고 있다. 특히, 실리콘 반도체로는 구현할 수 없는 광원 부분에 있어서 III-V 화합물 반도체와 이종접합연구가 빠르게 발전하고 있다. 실리콘 반도체 소자와 화합물 반도체 소자를 집적하는 방법으로 1) 실리콘 기판상에 III-V 화합물 반도체를 직접 적층하는 직접성장기법(Direct Growth Epitaxy), 2) 실리콘 기판의 특정 위치에 화합물 반도체 소자를 접합하는 소자접합(Chip Bonding)과 실리콘 기판상에 III-V 화합물 반도체 완충층을 이식 후 소자를 재성장하는 재성장기법(Regrowth Epitaxy) 등이 있다. 실리콘 포토닉스분야에서는 광원소자접합 기법을 활용한 상용제품이 출시되었고, 최근에는 재성장기법을 활용한 기술도 빠르게 발전하고 있다. 그러나 직접 성장기법의 경우에는 실리콘과 화합물 반도체의 기본물성(격자상수, 열팽창계수) 등의 차이로 인하여 집적성장을 위해서는 아직도 해결해야 할 문제가 많이 있다. 집적성장법은 광소자 산업에 있어서 고가의 소면적 화합물 반도체 기판을 저렴한 대면적 실리콘 기판으로 대체할 수 있으므로 화합물 반도체 소자 생산 단가를 획기적으로 낮출 수 있는 파급력을 가지고 있어 광통신 분야에서도 매우 중요한 연구 분야이다.

본 고에서는 실리콘 기판상에 III-V 화합물 반도체를 이용한 광통신용 레이저 광원을 구현하는 다양한 이종접합 기술에 대한 연구 동향에 대하여 알아보고자 한다.

ABSTRACT
Two main technologies of III-V/Si laser diode for optical communication, direct epitaxial growth, and wafer 
bonding were studied. Until now, the wafer bonding has been vigorously studied and seems promising for the 
ideal III-V/Si laser. However, the wafer bonding process is still complicated and has a limit of mass production. 
The development of a concise and innovative integration method for silicon photonics is urgent. In the future, 
the demand for high-speed data processing and energy saving, as well as ultra-high density integration, will 
increase. Therefore, the study for the hetero-junction, which is that the III-V compound semiconductor is 
directly grown on Si semiconductor can overcome the current limitations and may be the goal for the ideal III？V/Si laser diode. 

KEYWORDS
silicon photonics, III-V/Si laser diode, monolithic growth, InAs QD, MOCVD, wafer bonding, regrowth

* 출처 : ETRI 전자통신동향분석 제36권 제3호 통권 190호 2021년 6월호
* 자세한 내용은 첨부파일을 참고하여 주시기 바랍니다.
 

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