실리콘 포토닉스를 위한 VCSEL과 실리콘 기판의 집적 연구

Abstract

본 논문에서는 반데르발스힘 (Van der Waals forces)을 이용한 유체 기반 자가 정렬 (Fluidic Self Assembly: FSA) 방법을 활용하여 III-V 광원인 VCSEL과 실리콘 몰드의 집적 방법에 대해 연구하였다. 최근 스마트폰, 전기자동차, 자율 주행, 인공지능 등의 산업들이 급부상하면서 고효율, 고속 데이터 처리에 대한 수요가 높아지고 있고 이에 따라 실리콘 포토닉스와 같은 기술이 주목받고 있다. 하지만 실리콘의 경우 indirect bandgap 물질로 빛을 내는 광원으로는 적합하지 않다. 따라서 실리콘의 한계를 극복하기 위해 III-V 화합물이 필요하게 되며 III-V 화합물과 실리콘의 효과적인 집적 방법에 대한 연구가 필요한 상황이다. 기존의 방식으로는 격자 상수 불일치, 열팽창 계수의 불일치, 낮은 집적도 등 여러 단점이 존재하고 있다. 따라서 본 연구에서는 높은 정확도와 속도, 한 방향으로 정렬이 가능한 집적 방법인 유체 기반 자가 정렬 방법을 활용하였다. 유체 기반 자가 정렬 공정을 사용하기 위해 III-V 광원인 VCSEL을 기판으로부터 분리하여 칩으로 제작하는 과정을 앞서 수행하였으며, 이 과정에서 기 판을 분리하기 위한 식각 용액이 전극 물질과 에피에 영향을 주는 것을 확인하였고 이를 해결하기 위해 적절한 패시베이션 물질을 탐구하여 연구에 적용시켰다. 이후 후속 공정을 통해 평탄화와 금속 배선 공정을 진행하여 하나의 소자로 구현하였다. 공정을 통해 제작된 소자는 기판 분리 후 실리콘 몰드 안에서의 동작을 확인했으며 최종적으로 특성 평가를 진행하였다.