일반기술

수직입사형 100% 게르마늄 온 실리콘 (Germanium on Silicon) 포토다이오드 기술

□ 기술개요지식경제부의 원천기술개발 정책지정 사업인 “실리콘기반 초고속 광인터커넥션 IC” 과제, 즉 실리콘 포토닉스 테크놀로지 (silicon Photonics technology) 연구 수행의 일환으로 연구 개발된, 수직 입사형 (Vertical illumination, 또는 Normal Incidence) 100% 게르마늄 (Germanium, Ge) on 실리콘(Silicon) 포토다이오드 (광검출 소자, Photodiode, Photodetector, PD) 기술은, 실리콘 웨이퍼 (silicon wafer) 위에 100% Germanium (Ge)을 고품위로 에피 (epi) 성장하는 기술과, 이를 기반으로 실리콘 CMOS-compatible 공정으로, 빛 신호 검출용 포토다이오드를 설계 제작하는 기술로 이루어 져 있으며, 실리콘(silicon) 기반의 장점, 즉, 초저가, 고신뢰성, Silicon COMS IC와의 compatibility과 더불어, 초고속 특성, 고응답도 (responsiivity) 특성 등의 고성능 장점을 겸비하는 신소자 기술로, 미래 활용도가 매우 높은 소자 기술이다.□ 기술이전목적수직입사형 100% Ge on Silicon 포토다이오드 (PD) 기술은 silicon 기반의 장점, 즉 초저가, 고신뢰성, Si COMS IC와의 compatibility과 더불어 초고속, 고응답도 등의 장점을 겸비하는 신소자 기반기술이다. 이러한 100% Ge on Silicon 포토다이오드 chip기술 개발의 결과를 기술이전을 통한 상용화의 시도를 통해, 산업체 매출을 증대하고, 광통신, 광인터커넥트, 차세대 컴퓨터(미래 광컴퓨터)/휴대기기, 센서, 차세대 반도체 I/O chip등 다양한 응용 분야에서 활용될 신기술의 신시장을 개척, 확대하고 선점하는데 목적이 있으며, 현재 미국의 인텔(Intel)사 등도 100% Ge(Germanium) on Silicon 포토다이오드 신기술로 상용화를 추진 중에 있으며, 현재, 전 세계적으로 아직 상용제품을 내어놓는 곳이 없다.본 ETRI의 수직 입사형 100% Ge on Silicon 포토다이오드는, 미국 인텔사의 것보다 우수한 특성을 확보하고 있으며, 특히 대량 생산 가능한 RPCVD 기반 고성능 수직입사형 100% 게르마늄-온-실리콘 (Ge-on-Si) PD 기술력은 ETRI가 세계 최고 수준임.□ 기술의 특징해당 기술은 초저가, 고성능의 실리콘 기반의 핵심 광소자/부품 기술로, silicon wafer/substrate 위에 100% Germanium 에피를 성장하고, 이를 이용해 CMOS compatible 공정으로 Vertical illlumination (Normal Incidence), PIN type의 포토다이오드 chip을 제작하는 신소자 기술로, 광통신, 광인터커넥트(optical interconnect), 미래광컴퓨터, 센서 등의 핵심 소자/부품으로 활용된다.- Silicon substrate위에 성장된 고품위 100% Ge 에피성장 신기술- RPCVD장비 기반의 대량 생산성 -Silicon CMOS compatible Device Fabrication-수직입사형 100% Ge on Si 광검출소자 수광 파장대역: 0.85μm-1.55μm 파장대역-수직입사형 100% Ge on Si 광검출소자 동작 속도: 2.5 Gbps~ 40 Gbps 이상까지 가능응답도 ~1.0 @ 2.5 Gbps, ~1.55 μm응답도 ~0.5 @ 40 Gbps, ~1.55 μm- 초저가 생산단가가 III-V 화합물반도체 광검출 소자 생산 단가의 1/10~1/100 이하- 고성능 (고속, 고응답도), 고신뢰성□ 기술이전내용RPCVD 기반의 고품위 100% Ge on Silicon 에피 성장 신기술 및 Vertical illlumination (Normal Incidence, 수직입사형), PIN type의 포토다이오드 chip 제작기술 이전을 그 내용으로 하며, 전체기술의 기술이전을 기본으로 하나, 세부기술 별로의 개별 기술이전도 가능하며, 중소기업 경우에는, ETRI fab 기반의 수직입사형 100% Ge on Silicon 포토다이오드 생산 wafer/칩 제공 형태의 (ETRI silicon fab 활용 생산) 기술이전 형식도 가능하다.전체기술 : RPCVD 기반의 고품위 100% Ge on Silicon 에피 성장기술 및 Vertical illlumination (Normal Incidence, 수직입사형), PIN type의 포토다이오드 설계, 제작기술세부기술-1 : RPCVD 기반의 고품위 100% Ge on Si 에피 성장기술세부기술-2 : 수직입사형, PIN type의 100% Ge on Silicon 포토다이오드 chip 기술세부기술-2.1 : PIN type의 100% Ge on Silicon 2.5 Gbps급 포토다이오드 기술(수광영역 : 1.31 μm, 1.55μm 파장대역)세부기술-2.2 : PIN type의 100% Ge on Silicon 40 Gbps급 포토다이오드 기술 (수광영역 : 1.31 μm, 1.55μm 파장대역)세부기술-2.3 : 0.85 μm, 0.98μm 파장대역 PIN type의 100% Ge on Silicon 포토다이오드 기술세부기술-3 : ETRI fab 기반의 수직입사형 100% Ge on Silicon 포토다이오드 생산 wafer/칩 제공 (즉, ETRI 실리콘 fab을 생산기지로 활용 가능)세부기술-3.1 : ETRI 제작의 100% Ge on Silicon 2.5 Gbps급 포토다이오드 chip 제공(수광영역 : 1.31 μm, 1.55μm 파장대역)세부기술-3.2 : ETRI 제작의 100% Ge on Silicon 40 Gbps급 포토다이오드 chip 제공(수광영역 : 1.31 μm, 1.55μm 파장대역)세부기술-3.3 : ETRI 제작의 0.85 μm, 0.98μm 파장대역 100% Ge on Silicon 포토다이오드 chip 제공□ 응용분야-초저가 고성능 광통신 부품-광인터커넥트 및 미래 광컴퓨터/휴대기기 부품-Low-cost 고속 광수신 receiver에 적용 (transciever module, chip-level 광수신기)-System-to-System, Board-to-Board, Chip-to-chip (Inter-chip), On-chip (Intra-chip)의 데이터 광 통신에 활용-InGaAs, GaAs 기반 광검출 소자(포토다이오드)를 대체-광 대역 파장영역의 수광 능력에 따른 다양한 응용 가능-센서 부품□ 기술의 시장성현재 전세계적으로 본 제품이 상용화 된 곳이 없음. 현재 미국 Intel 등이 InGaAs, GaAs PD등을 Ge PD로 대체하려고 하고 있음. 초저가이며 고성능인 신 소자의 시장 선점의 가능성이 높아 앞으로 점차적으로 해가 거듭될수록 시장 전망이 매우 밝음. 일 예로, 2011년 receiver 시장규모만도 1,247 M$로 추정됨.실리콘포토닉스 인터커넥트 기반 컴퓨터의 시장진입이 향후 5년 정도에 가능하게 되며, 이를 기반으로 하는 컴퓨터, PC, 휴대기기, 센서 등의 제품들의 시장규모가 막대함.