KR0155507B1 - 광통신용 집적광학형 발광모듈 제작법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광결합 효율을 높이기 위하여 집적광학형 광도파로를 적용한 광통신용 집적광학형 발광모듈 제작법에 관한 것으로 반도체 발광 소자에 외부 광통신 시스템과의 접속을 위한 광섬유(pigtail fiber)를 부착한 형태로 패키징하여 제작되는 발광모듈의 패키징에 있어서 가장 어렵고 비용이 많이 드는 부분은 발광 소자와 부착 광섬유 사이의 광결합의 공정이다.

본 발명은 기존 발광모듈 제작시 발생하는 발광 소자와 단일 모드 광섬유 사이의 정렬오차에 의한 영향을 배제하면서 동시에 광출력-입력 면적 차이를 작게 함으로써 광결합 효율을 높이기 위한 광통신용 집적광학형 발광모듈 제작법으로서 발광 소자에 광섬유를 부착하여 발광 모듈로 제작함에 있어 여러개의 역 깔때기형 코어가 배치된 집적 광학형 광도파로를 발광 소자와 단일 모드 광섬유 사이에 삽입하여 이루어짐을 특징으로 하는 것이다.

Description

광통신용 집적광학형 발광모듈 제작법(Method of manufacturing a luminous module for optical communication)

제1도는 본 발명이 적용된 집적광학형 발광 모듈 구조도로서,

(a)는 평면도이고,

(b)는 측면도임.

제2도는 본 발명에 의한 집적광학형 광도파로의 상세도로서,

(a)는 평면도이고,

(b)는 측면도임.

제3도는 종래의 발광모듈 구조도로서,

(a)는 평면도이고,

(b)는 측면도임.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 발광소자 2 : 광섬유

3 : Si 기판 4 : V형 홈

5 : 패키지 6 : 솔더 범퍼

10 : 집적광학형 광도파로 11 : 클래드

12 : 코어 13 : 차단홈

14 : 역 깔때기형 코어

본 발명은 광결합 효율을 높이기 위하여 집적광학형 광도파로를 적용한 광통신용 집적광학형 발광모듈 제작법에 관한 것이다.

광통신용 발광 모듈은 반도체 발광 소자에 외부 광통신 시스템과의 접속을 위한 광섬유(pigtail fiber)를 부착한 형태로 패키징한 것을 의미한다.

발광모듈의 패키징에 있어서 가장 어렵고 비용이 많이 드는 부분은 발광 소자와 부착 광섬유 사이의 광결합의 공정이다.

즉 상기 광결합공정은 발광 소자의 광출력 면적이 수 평방 um이고, 광섬유의 광입력 면적이 수십 평방 um에 불과하여 양자를 공간적으로 정렬시키는 것은 매우 힘들뿐만 아니라 정렬된 위치로부터 광섬유를 변위없이 고정시키는 것은 더욱 더 힘들기 때문이다.

제3도는 기존의 발광모듈 제작법을 보여주고 있다.

먼저 Si 기판(3)에 비등방성 에칭으로 V형 홈(4)을 형성한 후 광섬유(2)를 상기 V형 홈(4)에 끼운다.

발광소자(1)는 V형 홈(4)의 축(즉 광섬유 축)과 발광축이 일치되도록 사전에 Si 기판(3)상에 형성시킨 솔더 범퍼(solder bumper)(6)를 이용하여 접착시킴으로서 발광소자(1)와 광섬유(2) 사이의 광정렬이 이루어 지도록 하는 방식이다.

그러나 상기와 같은 기존 제작법은 V형 홈(4)축과 발광소자(1)의 접착용 솔더 범퍼(6) 사이의 정렬오차 및 발광소자(1)가 솔더 범퍼(6)를 이용하여 Si 기판(3) 상에 접착 고정될 때 변위에 의한 정렬 오차등이 필연적으로 발생하게 된다.

따라서 발광소자(1)와 광섬유(2) 사이의 광결합 효율이 나빠지게 될뿐만 아니라 완벽한 정렬이 이루어 졌다 하더라도 앞에서 언급한 양자 사이의 광출력-입력 면적 차이(mode field mismatch)로 인해 10% 이상의 광결합 효율은 근본적으로 불가능한 단점이 있었다.

이와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출된 본 발명에서는 상기의 기존 발광모듈 제작시 발생하는 발광 소자와 단일 모드 광섬유 사이의 정렬오차에 의한 영향을 배제하면서 동시에 광출력-입력 면적 차이를 작게 함으로써 광결합 효율을 높이기 위한 광통신용 집적광학형 발광모듈 제작법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 발광 소자에 단일 모드 광섬유를 부착하여 발광 모듈로 제작함에 있어 여러개의 역 깔때기형 코어가 중첩된 집적광학형 광도파로를 발광 소자와 광섬유 사이에 삽입하여 이루어짐을 특징으로 한다.

또한 상기의 방법을 구현하기 위하여 두 개의 역 깔때기형 코어가 교차하는 부분에 광 모드의 급속한 확장을 방지하기 위한 차단홈을 형성한 것을 특징으로 한다.

또한 상기의 방법을 구현하기 위하여 발광 소자쪽으로 여러개의 역깔때기형 코어의 입사면(발광 소자쪽)으로 구성된 단면에 대해 발광 소자의 광출력을 동일 파면으로 광결합을 시키기 위해 가운데 역 깔때기형 코어를 중심으로 곡률을 주거나 단면 굴절률 분포를 연속적으로 변화시키는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면에 의거하여 본 발명을 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명이 적용된 집적광학형 발광 모듈 구조도로서, (a)는 평면도이고, (b)는 측면도이다.

기존의 발광 모듈의 발광 소자와 단일 모드 광섬유 사이에 집적광학형 광도파로(10)를 삽입한 형태로 구성된 것이다.

제2도는 상기 집적광학형 광도파로(10)의 상세 도면으로 단면 구조로는 일반 광도파로와 동일하게 굴절률이 높은 코어(core)(12)가 굴절률이 낮은 클래드(clad)(11)에 싸여 있는 형태이다.

(a)도는 평면도로서 위에서 내려다 본 코어의 형태는, 빗금친 부분과 같으며, 이는 다시 3개의 역 깔때기가 중첩된 형태이고, 점선으로 표시된 부분은 개별 역 깔때기 코어를 표시한다. 이러한 코어는 발광 소자쪽에서 광섬유쪽으로 갈수록 폭이 넓어지는 역 깔때기 형태의 코어(14)가 광섬유쪽면을 중심으로 여러각도로 배치되어 있는 구조이다. 여기서는, 3개의 역 깔때기 코어만 도시되어 있지만, 3∼7개를 중첩한 형태로 배치할 수 있다.

집적광학형 광도파로(10)의 원리는 다음과 같다.

먼저 하나의 역 깔때기형 코어(14)는 발광소자(1)쪽의 좁은 면의 폭이 1∼2㎛로서 발광소자(1)의 발광면의 폭과 같고 광섬유(2)쪽의 넓은 면의 폭이 8∼10㎛로서 광섬유 코어의 폭과 같음으로써 광모드 확대기(optical mode expander) 기능을 수행하여 발광소자(1)와 광섬유(2) 사이의 광결합 효율을 높이는 역할을 담당한다.

또한 여러개의 역 깔때기형 코어(14)를 제2도와 같이 발광 소자쪽에 일정한 간격(이때 간격은 발광 소자에서 나온 광 모드가 2개의 역 깔때기 입사면 사이에 있을 때 각 깔때기에 동일 파면(wavefront) 위상으로 결합되도록 정해짐)으로 배치함으로써 발광소자(1)가 역 깔때기형 코어(14)의 입사면이 분포되어 있는 임의의 위치에 고정되어도 발광소자(1)로 부터 나온 빛이 근접한 깔때기를 거쳐 광섬유(2)로 결합되므로 발광소자(1) 고정시 기존의 방법보다 수십배 정도의 정렬오차가 허용된다.

집적광학형 광도파로(10)를 적용한 본 발명의 실시예는 다음과 같다.

Si 기판(3)에 화학 증착의 방법으로 광도파로의 클래드층(11) 및 코어층(12)을 형성한 후 사진 전사/식각 방법으로 코어의 평면 구조를 제2도와 같이 성형하는 공정을 수행한다.

상기의 공정 후 다시 화학증착으로 클래드층(11)을 Si 기판(3) 전면에 걸쳐 덮은 후 사진 전사/식각 방법으로 광도파로(10) 이외의 부분을 제거함으로써 Si 기판(3)이 노출되도록 한다.V형 홈(4)은 비등방성 식각의 방법으로 형성하고 발광소자(1)가 놓일 부분에 솔더 범퍼(6)를 형성한다.

상기 V형 홈(4)에 광섬유(2)를 삽입 고정하고 솔더 범퍼(6)를 이용하여 발광소자(1)를 접착, 고정시킴으로써 발광 모듈을 완성한다.

여기서 본 발명은 발광 소자의 정렬오차를 매우 크게 허용하는 장점이 있으므로 미세한 패턴으로 제작되는 솔더 범퍼 대신에 발광 소자와 Si기판의 전면 전극을 이용한 단순 접착(soldering)도 가능하다.

이와 같이 광모드 확대기능을 가지는 역 깔때기형 코어 다수개를 중첩한 집적광학형 광도파로를 적용한 본 발명은 기존 발광 모듈제작시 발생하는 발광 소자와 광섬유 사이의 정렬오차에 의한 영향을 배제하면서 동시에 발광 소자와 광섬유 사이의 광출력-입력면적차이(mode field mismatch)를 작게 하는 효과를 가진다. 따라서 집적광학형 광도파로를 적용한 본 발명에서는 광결합 효율이 증가하고, 발광 소자와 단일 모드 광섬유간의 정렬이 용이하며, 고성능, 저가격 발광 모듈의 제작이 가능하다.

Claims (3)

1. 발광 소자에 단일 모드 광섬유를 부착하여 제작하는 발광 모듈의 제작방법에 있어서, 발광 모듈을 구성하는 발광소자(1)와 상기 단일 모드 광섬유(2)의 사이에 입력면의 폭이 1∼2㎛이고, 출력면의 폭이 8∼10㎛인 3∼7개의 역 깔때기형 코어(14)가 중첩된 집적광학형 광도파로(10)를 삽입하여 제작함을 특징으로 하는 광통신용 집적광학형 발광모듈 제작법.
2. 제1항에 있어서, 집적광학형 광도파로(10)의 제작시 상기 역 깔때기형 코어(14)가 교차하는 부분에 광모드의 급속한 확장을 방지하기 위한 차단홈(13)을 형성하는 것을 특징으로 하는 광통신용 집적광학형 발광모듈 제작법.
3. 제1항에 있어서, 집적광학형 광도파로(10)의 제작시 발광소자(1)쪽에 상기 역 깔때기형 코어(14)의 입사면으로 구성된 단면에 발광 소자의 출력광을 동일 파면으로 광결합시키기 위해 가운데 역 깔때기형 코어를 중심으로 곡률을 주거나 또는 단면 굴절률 분포를 연속적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 광통신용 집적광학형 발광모듈 제작법.