KR100346780B1 - Integration polymeric arrayed waveguide grating wavelength multiplexer with photodetectors using GaAs substrate and a fabrication method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 GaAs 기판을 이용한 InGaAs 광검출기가 단일 기판 상에 집적된 구조의 폴리머 도파로열 격자 파장 분할 광소자 및 그 제작방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 GaAs 기판을 사용한 광검출기가 집적된 폴리머 도파로열 격자 파장 분할 광소자는 1xN, Nx1 또는 NxN으로 구성된 입출력 도파로와, 상기 입력 도파로를 통해 들어온 광신호를 분산시키는 입력 평판 도파로와, 상기 분산된 광신호들이 집속되는 출력 평판 도파로와, 상기 두 개의 평판도파로 사이에 정렬되어 신호를 전달하는 도파로열 격자와, 상기 출력 도파로에 집적되어 상기 출력 도파로에서 분리된 각각의 파장 신호의 광세기를 검출하는 광검출기를 구비한다. 그리고, 본 발명에서 제안된 GaAs 기판을 이용한 폴리머 도파로열 격자 파장 분할 광소자를 제작하면 InGaAs 광검출기를 폴리머 도파로열 격자 파장 분할 광소자의 출력단 도파로 부위에 집적시킬 수가 있고, 폴리머 광소자의 잔류 열응력을 Si 기판을 사용하는 경우에 비해 저감시킬 수가 있어, 편광 의존성 등의 소자의 성능이 향상된다.The present invention relates to a polymer waveguide thermal lattice wavelength division optical device having a structure in which an InGaAs photodetector using a GaAs substrate is integrated on a single substrate, and a method of fabricating the same. The polymer waveguide thermal lattice wavelength division optical device integrated with a photodetector using a GaAs substrate according to the present invention includes an input / output waveguide composed of 1 × N, N × 1, or N × N, an input plate waveguide for dispersing an optical signal introduced through the input waveguide, and the dispersion. An output plate waveguide in which the collected optical signals are focused, a waveguide thermal lattice aligned between the two plate waveguides to transmit a signal, and an optical intensity of each wavelength signal integrated in the output waveguide and separated from the output waveguide A photodetector is provided. In addition, when the polymer waveguide thermal lattice wavelength division optical device using the GaAs substrate proposed in the present invention is fabricated, an InGaAs photodetector can be integrated in the output waveguide portion of the polymer waveguide thermal lattice wavelength division optical device, and the residual thermal stress of the polymer optical device is Si. Compared with the case of using a board | substrate, it can reduce and performance of elements, such as polarization dependence, improves.

Description

갈륨비소 기판을 사용한 광검출기가 집적된 폴리머 도파로열 격자 파장 분할 광소자 및 그 제작방법{Integration polymeric arrayed waveguide grating wavelength multiplexer with photodetectors using GaAs substrate and a fabrication method}Integrated polymeric arrayed waveguide grating wavelength multiplexer with photodetectors using GaAs substrate and a fabrication method}

본 발명은 GaAs 기판을 이용한 InGaAs 광검출기가 단일 기판 상에 집적된 구조의 폴리머 도파로열 격자 파장 분할 광소자 및 그 제작방법에 관한 것이다.The present invention relates to a polymer waveguide thermal lattice wavelength division optical device having a structure in which an InGaAs photodetector using a GaAs substrate is integrated on a single substrate, and a method of fabricating the same.

도파로열 격자 파장 분할 광소자와 광검출기는 파장분할 다중화 방식(WDM: Wavelength Division multiplexing)의 광통신 시스템을 구성하기 위한 필수적인 광소자로서 시스템을 구성하기 위한 광소자의 수요가 증가함에 따라 경제적인 광통신 시스템을 위해 이들 광소자의 집적화가 절실히 요구되어 왔다.The waveguide grating wavelength division optical elements and photodetectors are essential optical elements for constructing a wavelength division multiplexing (WDM) optical communication system. In order to integrate these optical devices have been urgently required.

종래의 폴리머 도파로열 격자 파장 분할 광소자는 Si 기판 상에 제작하였기 때문에 1.55m 대역의 장파장 광검출기의 단일집적이 불가능하였고, 또한 폴리머 물질과 Si 기판의 큰 열팽창계수차로 인하여 제작된 소자에 잔류 열응력이 발생하여 소자의 성능을 저하시키는 등의 문제점이 있다.The conventional polymer waveguide thermal lattice wavelength division optical device is fabricated on a Si substrate, and thus, single integration of a long wavelength photodetector in the 1.55m band is impossible, and also due to the large thermal expansion coefficient difference between the polymer material and the Si substrate, the residual thermal stress in the fabricated device is increased. This may cause problems such as deterioration of device performance.

이러한 종류의 도파로열 격자 파장 분할 광소자로서는As a waveguide grating wavelength division optical element of this kind,

1. Y. Hida et al., IEE Electron. Lett., Vol. 30, No. 12, pp. 959-960, 1994.1. Y. Hida et al., IEE Electron. Lett., Vol. 30, no. 12, pp. 959-960, 1994.

Si 기판을 이용한 폴리머 재료를 이용하여 제작한 도파로열 격자 파장 분할 광소자;A waveguide thermal lattice wavelength division optical element fabricated using a polymer material using a Si substrate;

2. H. Okayama et al., IEEE J. Lightwave Technol., Vol. 14, No. 6, pp. 985-990, 1996.2. H. Okayama et al., IEEE J. Lightwave Technol., Vol. 14, No. 6, pp. 985-990, 1996.

리튬나이오베이트 기판에 도파로열과 도파로열 격자 중간에 전체적인 전반사 거울을 사용하여 제작한 파장 분할 광소자;A wavelength division optical device fabricated using a total reflection mirror between a waveguide column and a waveguide column grating on a lithium niobate substrate;

3. M. Zirngible et al., IEEE Photon. Technol. Lett., Vo4. 5, No. 11, pp. 1250-1253, 1992.3. M. Zirngible et al., IEEE Photon. Technol. Lett., Vo4. 5, No. 11, pp. 1250-1253, 1992.

인듐포스파이트 (InP) 기판에 도파로열 격자를 이용하여 제작한 파장 분할 광소자;A wavelength division optical device fabricated by using a waveguide grating on an indium phosphite (InP) substrate;

4. H. Takahashi et al., IEEE I. Lightwave Technol., Vol. 12, No. 6, pp. 989-995, 1994.H. Takahashi et al., IEEE I. Lightwave Technol., Vol. 12, No. 6, pp. 989-995, 1994.

실리카를 이용한 광도파로 소자에서 도파로열 격자를 이용하여 제작한 파장 분할 광소자;A wavelength division optical device fabricated using a waveguide thermal grating in an optical waveguide device using silica;

5. J.B.D. Soole et al., IEE Electronics letters, Vo 31, No. 15, pp. 1289-1291, 1995.5. J.B.D. Soole et al., IEE Electronics letters, Vo 31, No. 15, pp. 1289-1291, 1995.

인듐포스파이트 (InP) 기판에 광검출기가 집적된 도파로열 격자를 이용하여 제작한 파장 분할 광소자 등이 있다.Wavelength division optical devices fabricated using a waveguide grating in which a photodetector is integrated on an indium phosphite (InP) substrate.

본 발명의 목적은 기존의 Si 기판을 사용한 폴리머 도파로열 격자 파장 분할 광소자보다 소자의 특성이 향상되고, 다른 능동소자와의 집적이 가능한 GaAs 기판을 사용한 광검출기가 집적된 폴리머 도파로열 격자 파장 분할 광소자 및 그 제작방법을 제공하는 데에 있다.An object of the present invention is that the polymer waveguide thermal lattice wavelength division using a SiA substrate improves the characteristics of the device, and the polymer waveguide thermal lattice wavelength division integrated with a photodetector using a GaAs substrate that can be integrated with other active devices An object of the present invention is to provide an optical device and a method of manufacturing the same.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 GaAs 기판을 사용한 광검출기가 집적된 폴리머 도파로열 격자 파장 분할 광소자는 1xN, Nx1 또는 NxN으로 구성된 입출력 도파로와, 상기 입력 도파로를 통해 들어온 광신호를 분산시키는 입력 평판 도파로와, 상기 분산된 광신호들이 집속되는 출력 평판 도파로와, 상기 두 개의 평판도파로 사이에 정렬되어 신호를 전달하는 도파로열 격자와, 상기 출력 도파로에 집적되어 상기 출력 도파로에서 분리된 각각의 파장 신호의 광세기를 검출하는 광검출기를 구비한다.The polymer waveguide thermal lattice wavelength division optical element integrated with a photodetector using the GaAs substrate of the present invention for achieving the above object is an input and output waveguide composed of 1xN, Nx1 or NxN, and an input plate for dispersing the optical signal introduced through the input waveguide A waveguide, an output plate waveguide in which the scattered optical signals are focused, a waveguide column grating aligned between the two plate waveguides to transmit a signal, and each wavelength signal integrated in the output waveguide and separated from the output waveguide And a photodetector for detecting the light intensity.

또, 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 GaAs 기판을 사용한 광검출기가 집적된 폴리머 도파로열 격자 파장 분할 광소자의 제조방법은 GaAs 기판 위에, 폴리머 광도파로 하부 클래드층 및 폴리머 광도파로 코어층을 형성하여 폴리머 도파로열 파장 분할 광소자를 형성하는 제 1 공정과, GaAs 기판 위에 n-GaAs 하부 클래드층, i-InGaAs 흡수층, p-GaAs 하부 클래드층, p-InGaAs 층을 각각 증착하여 광검출기를 형성하는 제 2 공정과, 상기 광검출기를 패턴하여 광검출기 도파로 메사 패턴을 형성하는 제 3 공정과, 상기 메사 패턴 주위를 폴리이미드로 코팅하는 제 4 공정과, 상기 검출기의 상부와 하부에 금속층을 형성하는 제 5 공정과, 상기 광검출기의 표면에 SiNx 박막을 전체적으로 증착하는 제 6 공정과, 상기 폴리머 광도파로 코어층을 패턴하여 폴리머 광도파로 코어층의 패턴을 형성하는 제 7 공정과, 폴리머 광도파로 상부 클래드층을 형성하는 제 8 공정과, 상기 광검출기 부위에 증착된 폴리머 물질과 SiNx박막을 제거하는 제 9 공정과, 광파의 입출력을 위한 단면을 형성하여 광검출기가 집적된 폴리머 도파로열 격자 파장 분할 광소자를 형성하는 제 10 공정으로 이루어진다.In addition, a method for manufacturing a polymer waveguide thermal lattice wavelength division optical device in which a photodetector is integrated using a GaAs substrate of the present invention for achieving the object of the present invention is a polymer optical waveguide lower cladding layer and a polymer optical waveguide core layer on a GaAs substrate. Forming a polymer waveguide thermal wavelength split optical element, and depositing an n-GaAs lower cladding layer, an i-InGaAs absorbing layer, a p-GaAs lower cladding layer, and a p-InGaAs layer on a GaAs substrate, respectively, to form a photodetector. And a third step of forming a photodetector waveguide mesa pattern by patterning the photodetector, a fourth step of coating polyimide around the mesa pattern, and forming a metal layer on the upper and lower portions of the detector. A fifth step of depositing a SiNx thin film on the surface of the photodetector as a whole, and a polymer optical waveguide by patterning the polymer optical waveguide core layer A seventh process of forming a pattern of a core layer, an eighth process of forming an upper cladding layer of a polymer optical waveguide, a ninth process of removing a polymer material and a SiNx thin film deposited on the photodetector, and an input / output of light waves And a tenth step of forming a cross section for forming a polymer waveguide thermal lattice wavelength division optical device in which a photodetector is integrated.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광검출기가 집적된 구조의 폴리머 도파로열 격자 파장 분할 광소자를 나타내는 개략도,1 is a schematic diagram illustrating a polymer waveguide thermal lattice wavelength division optical device having a structure in which a photodetector is integrated according to an embodiment of the present invention;

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광검출기가 집적된 구조의 폴리머 도파로열 격자 파장 분할 광소자 영역을 나타내는 개요도,2 is a schematic view showing a polymer waveguide thermal lattice wavelength division optical device region having a structure in which a photodetector is integrated according to an embodiment of the present invention;

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광검출기가 집적된 구조의 폴리머 도파로열 격자 파장 분할 광소자의 제작공정을 나타내는 개략도.3 is a schematic view showing a manufacturing process of a polymer waveguide thermal lattice wavelength division optical device having a structure in which a photodetector is integrated according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 기호 설명><Description of Symbols on Main Parts of Drawing>

1 : GaAs 기판 2 : n-GaAs 하부 클래드층1: GaAs substrate 2: n - GaAs lower clad layer

3 : i-InGaAs 흡수층 4 : p-GaAs 상부 클래드층3: i-InGaAs absorption layer 4: p-GaAs upper clad layer

5 : p+ InGaAs 층 7 : p-ohmic 금속층5: p + InGaAs layer 7: p-ohmic metal layer

8 : n-ohmic 금속층 9 : 폴리머 광도파로 하부 클래드층8: n-ohmic metal layer 9: polymer optical waveguide lower clad layer

10 : 폴리머 광도파로 코어층 11 : SiNx 박막10 polymer optical waveguide core layer 11 SiNx thin film

12 : 폴리머 광도파로 상부 클래드층12: polymer optical waveguide upper cladding layer

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 관해서는 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광검출기가 집적된 구조의 폴리머 도파로열 격자 파장 분할 광소자를 나타내는 개략도이다.1 is a schematic diagram illustrating a polymer waveguide thermal lattice wavelength division optical device having an integrated photodetector according to an embodiment of the present invention.

도파로열 격자를 이용한 파장 분할을 이루게 하는 광도파로 소자와 광검출기가 집적된 구조의 광소자는 도 1에 나타낸 바와 같이, 입출력 도파로와, 두 개의 평판 도파로 및 도파로열 격자와, 출력단 광도파로에 집적된 광검출기로 구성된다.As shown in FIG. 1, an optical device having an optical waveguide device and a photodetector integrated with a waveguide grating integrated into an optical waveguide, two flat waveguides and a waveguide grating, and an output end optical waveguide, as shown in FIG. 1. It consists of a photodetector.

입출력 도파로는 1xN, Nx1 또는 NxN으로 구성된다. 입력 도파로를 통해 들어온 광신호는 입력 평판 도파로에서 퍼져나가 도파로열 격자에 여기된다. 도파로열 격자는 두 개의 평판도파로 사이에 정렬되어 신호를 전달한다. 도파로열 격자의 이웃하는 도파로들은 일정한 길이 차이를 나게 하여 입력 파장에 따른 인접한 도파로간의 위상 변위차를 일으키기 때문에 출력 평판도파로에서 집속되는 광신호의 방향에 영향을 미친다. 따라서 같은 입력단자에서 여기된 다른 파장의 신호는 파장에 따라 다른 출력단자로 전달된다. 출력단 도파로에서 분리된 각각의 파장 신호의 광세기는 집적된 광검출기에서 검출된다.The input / output waveguide is composed of 1xN, Nx1 or NxN. The optical signal entering through the input waveguide spreads out of the input plate waveguide and is excited in the waveguide grating. The waveguide grating is aligned between two planar waveguides and transmits a signal. Neighboring waveguides of the waveguide grating have a constant length difference and cause a phase shift difference between adjacent waveguides according to the input wavelength, thus affecting the direction of the optical signal focused in the output plate waveguide. Therefore, signals of different wavelengths excited at the same input terminal are transferred to different output terminals according to the wavelength. The light intensity of each wavelength signal separated in the output waveguide is detected in the integrated photodetector.

본 발명에서 제안된 GaAs 기판을 이용한 폴리머 도파로열 격자 파장 분할 광소자를 제작하면 1.55㎛대역의 장파장 InGaAs 광검출기를 폴리머 도파로열 파장 분할 광소자의 출력단 도파로 부위에 집적시킬 수가 있다.When the polymer waveguide thermal lattice wavelength division optical device using the GaAs substrate proposed in the present invention is fabricated, a long wavelength InGaAs photodetector having a band of 1.55 μm can be integrated in the output waveguide portion of the polymer waveguide thermal wavelength division optical device.

또한, GaAs 기판 위에 제작된 폴리머 광소자의 제작공정에서 발생한 잔류 열응력을 Si 기판을 사용하는 경우에 비해 저감시킬 수가 있어, 편광 의존성 등의 소자의 성능이 향상된다.In addition, the residual thermal stress generated in the manufacturing process of the polymer optical element fabricated on the GaAs substrate can be reduced as compared with the case of using the Si substrate, thereby improving the performance of devices such as polarization dependence.

여기서, GaAs 기판을 사용한 광검출기가 집적된 폴리머 도파로열 격자 파장 분할 광소자는 입력 광신호의 다중화, 역다중화의 기능을 하고, 각 입출력 도파로 사이에 상호간 신호의 연결이 규칙적으로 가능한 라우터의 기능을 갖으며, 출력된 광 파워를 광검출기를 통해 직접 검출하는 기능을 갖는다.Here, the polymer waveguide thermal lattice wavelength division optical element in which a photodetector using a GaAs substrate is integrated has a function of a router capable of multiplexing and demultiplexing input optical signals and regularly connecting signals between input and output waveguides. And it has a function of directly detecting the output optical power through the photodetector.

상술한 폴리머 도파로열 격자 파장 분할 광소자의 특성에 미치는 GaAs 기판과 폴리머 물질의 잔류 열응력의 영향은 아래의 수학식 1로 표현된다.The influence of the residual thermal stress of the GaAs substrate and the polymer material on the characteristics of the aforementioned polymer waveguide thermal lattice wavelength division optical device is expressed by Equation 1 below.

△λ: 중심파장 천이, △L: 도파로열 경로차Δλ: center wavelength transition, ΔL: waveguide path difference

m: 회절차수, B: 복굴절률m: diffraction order, B: birefringence

nTM, TE: 굴절률, K: 광탄성계수n TM, TE : refractive index, K: photoelastic coefficient

E: 영 탄성률, αsub,cladding: 열팽창계수E: Young's modulus, α sub , cladding : Coefficient of thermal expansion

본 발명에서 사용한 GaAs 기판과 종래의 Si 기판의 열팽창계수는 각각 3.5 x 10-6/C, 6.8 x 10-6/C 이고, 폴리머는 10 x 10-5/C 으로써 GaAs 기판을 사용하는 경우가 약 2배 정도 폴리머 물질과의 열팽창 계수차를 줄일 수 있어서 잔류 열응력을 낮출 수 있다.The thermal expansion coefficients of the GaAs substrate and the conventional Si substrate used in the present invention are 3.5 x 10 -6 / C and 6.8 x 10 -6 / C, respectively, and the polymer is 10 x 10 -5 / C, where a GaAs substrate is used. The thermal expansion coefficient difference with the polymeric material can be reduced by about 2 times, thereby lowering the residual thermal stress.

따라서, 상기 수학식 1에서 알 수 있듯이 TE, TM 모드의 복굴절률이 감소하여 소자의 편광 의존성이 감소하는 이점을 얻을 수 있다.Accordingly, as can be seen from Equation 1, the birefringence of the TE and TM modes is reduced, and thus the polarization dependency of the device can be reduced.

도 2(a) 및 도 2(b)는 광검출기가 집적된 구조의 도파로열 격자 파장 분할 광소자 영역을 나타낸 개요도이다.2 (a) and 2 (b) are schematic diagrams illustrating a waveguide thermal lattice wavelength division optical device region having an integrated photodetector structure.

도 2(a)는 폴리머 광소자와 InGaAs 광검출기의 단일 집적시 수평 결합영역의 단면도이고, 도 2(b)는 광검출기 소자의 단면 개략도이다.Figure 2 (a) is a cross-sectional view of the horizontal coupling region in the single integration of the polymer optical element and InGaAs photodetector, Figure 2 (b) is a schematic cross-sectional view of the photodetector element.

도 2(a)에 나타낸 바와 같이, 기본적인 폴리머 파장분할 광소자는 기판(1), 폴리머 광도파로 하부 클래드층 (9), 폴리머 광도파로 코어층 (10) 및 폴리어 광도파로 상부 클래드층(12)으로 구성된다. 폴리머 파장 분할 광소자에서 나오는 서로 다른 파장의 신호는 광검출기 소자에서 검출되는데 광검출기 소자 구조는 도 2(b)에 나타낸 바와 같이 n-GaAs 기판(1), n-GaAs 하부 클래드층(2), i-InGaAs 흡수층(3), p-GaAs 상부 클래드층(4), p+InGaAs 층(5)으로 구성된다. 도 2b에서, 광검출기의 폭(W)은 3-10㎛이고, 광검출기의 길이(L)는 10-100㎛이며, i-InGaAs 흡수층(3)의 두께는 0.2-1㎛이다.As shown in Fig. 2 (a), the basic polymer wavelength division optical device includes a substrate 1, a polymer optical waveguide lower clad layer 9, a polymer optical waveguide core layer 10 and a poly optical waveguide upper clad layer 12. It consists of. The signals of different wavelengths coming from the polymer wavelength-division optical element are detected in the photodetector element. The photodetector element structure is n-GaAs substrate (1), n - GaAs lower clad layer (2) as shown in FIG. , an i-InGaAs absorbing layer 3, a p-GaAs upper cladding layer 4, and a p + InGaAs layer 5. In FIG. 2B, the width W of the photodetector is 3-10 μm, the length L of the photodetector is 10-100 μm, and the thickness of the i-InGaAs absorption layer 3 is 0.2-1 μm.

폴리머 광도파로 코어층(10)에서 나오는 광신호는 광검출기 소자의 i-InGaAs흡수층(3)으로 수평 광결합되고, 광검출기 소자는 신호의 광세기를 검출하게 된다.The optical signal from the polymer optical waveguide core layer 10 is horizontally optically coupled to the i-InGaAs absorption layer 3 of the photodetector element, and the photodetector element detects the light intensity of the signal.

본 발명의 광검출기가 집적된 구조의 광도파로열 격자 파장 분할 광소자의 제작 공정은 도 3에 나타나 있다.The manufacturing process of the optical waveguide thermal lattice wavelength division optical device having the structure in which the photodetector of the present invention is integrated is shown in FIG. 3.

도 3(a) 내지 도 3(d)는 광검출기를 제작하기 위한 공정을 나타낸 것이다.3 (a) to 3 (d) show a process for manufacturing a photodetector.

우선, 광검출기를 제작하기 위해 반도체 박막 증착장비인 MOCVD를 이용하여 준비된 n-GaAs 기판 (1) 위에 n-GaAs 하부 클래드층(2)(증착두께: 3-7㎛), i-InGaAs 흡수층(3)(증착두께: 0.2-1㎛), p-GaAs 상부 클래드층(4)(증착두께: 0.5-1㎛), p+InGaAs 층(5)(증착두께: 0.2㎛)을 각각 성장시킨다.First, an n - GaAs lower cladding layer 2 (deposition thickness: 3-7 μm) and an i-InGaAs absorbing layer were formed on an n-GaAs substrate 1 prepared by MOCVD, which is a semiconductor thin film deposition apparatus, to fabricate a photodetector. 3) (Deposition thickness: 0.2-1 mu m), p-GaAs upper clad layer 4 (deposition thickness: 0.5-1 mu m), and p + InGaAs layer 5 (deposition thickness: 0.2 mu m), respectively.

위와 같이 MOCVD 장비를 이용하여 성장한 에피층위에 포토레지스트를 이용한 광식각기술을 이용하여 6 마이크론 폭을 갖는 광검출기의 도파로 패턴을 제작한다(도 3(b)). 이후 건식식각 장비를 이용하여 광검출기 주위의 GaAs, InGaAs 에피층을 식각해 낸다. 이후에 폴리이미드를 이용하여 광검출기 메사 패턴주위를 코팅하여, 도 3(c)에 나타낸 바와 같이 검출기 소자의 전기적 특성을 제한한다. 다음에 도 3(d)에 나타낸 바와 같이 광검출기 상부와 하부에 금속층(7,8)을 형성한다. 상하부의 p-ohmic 금속층(7) 및 n-ohmic 금속층(8)은 각각 Ti/Pt/Au(7)와 Cr/Au(8)으로 형성된다.A waveguide pattern of a photodetector having a width of 6 microns is prepared by using an optical etching technique using photoresist on the epitaxial layer grown using the MOCVD apparatus as described above (FIG. 3 (b)). After that, the GaAs and InGaAs epilayers around the photodetector are etched using dry etching equipment. Thereafter, the polyimide is coated around the photodetector mesa pattern to limit the electrical characteristics of the detector element as shown in FIG. 3 (c). Next, as shown in FIG. 3 (d), metal layers 7 and 8 are formed on the upper and lower photodetectors. The upper and lower p-ohmic metal layers 7 and n-ohmic metal layers 8 are formed of Ti / Pt / Au (7) and Cr / Au (8), respectively.

도 3(e)-2, 도 3(f)-2, 도 3(g)-2, 도 3(h)-2는 폴리머 파장 분할 광소자 제작시 광검출기 부위를 나타낸 단면도이다.3 (e) -2, 3 (f) -2, 3 (g) -2, and 3 (h) -2 are cross-sectional views showing photodetector sites when fabricating a polymer wavelength division optical device.

우선, 광검출기가 집적된 폴리머 파장 분할 광소자를 제작하기 위해, 광검출기가 제작된 GaAs 기판에 PECVD 장비를 이용하여 SiNx 박막(11)을 전체적으로 증착한다(도 3(e)-2). 다음에 광검출기가 제작된 부위를 제외한 부분의 SiNx 박막을 식각한다. 이후에 폴리머 광도파로 하부 클래드층(9)(증착두께: 3-5㎛), 폴리머 광도파로 코어층(10)(증착두께: 4-6㎛)을 스핀 코팅법으로 각각 제작한다(도 3(e)-1).First, in order to fabricate the polymer wavelength-division optical device in which the photodetector is integrated, the SiNx thin film 11 is entirely deposited on the GaAs substrate on which the photodetector is manufactured using PECVD (FIG. 3 (e) -2). Next, the SiNx thin film is etched except for the part where the photodetector is manufactured. Subsequently, the polymer optical waveguide lower clad layer 9 (deposition thickness: 3-5 mu m) and the polymer optical waveguide core layer 10 (deposition thickness: 4-6 mu m) were respectively produced by spin coating (FIG. 3 ( e) -1).

이후, 포토레지스트를 이용한 광식각기술을 이용하여 광검출기와 같은 폭을 가진 6 마이크론의 도파로 패턴을 제작한다. 도파로 패턴 주위의 폴리머를 산소가스를 이용한 플라즈마 건식식각기술을 이용하여 식각해 낸다 (도 3(f)-1). 식각후 식각마스크로 사용한 SiNx박막을 BOE 식각액을 이용하여 제거한다. 이후에 폴리머 광도파로 상부 클래드층(12)(증착두께: 4-8㎛)을 스핀 코팅하여 형성한다(도 3(g)-1)). 광검출기 부위에 증착된 폴리머 물질과 SiNx박막(11)을 BOE 식각액을 이용하여 제거한다(도 3(h)-2).Subsequently, a 6-micron waveguide pattern having the same width as a photodetector is fabricated using photolithography using photoresist. The polymer around the waveguide pattern is etched using a plasma dry etching technique using oxygen gas (FIG. 3 (f) -1). After etching, the SiNx thin film used as an etching mask is removed using a BOE etchant. Thereafter, the polymer optical waveguide upper cladding layer 12 (deposition thickness: 4-8 μm) is formed by spin coating (FIG. 3 (g) -1). The polymer material deposited on the photodetector site and the SiNx thin film 11 are removed using a BOE etchant (Fig. 3 (h) -2).

마지막으로, 광파의 입출력을 위한 단면을 형성하기 위해 단면 절개법(cleaving)이나 단면 연마법(polishing)을 이용하면 소자의 제작이 완료된다.Finally, the use of end face cleaving or end face polishing to form a cross section for input and output of light waves completes the fabrication of the device.

상술한 바와 같이, 본 발명에서 제안된 GaAs 기판을 이용한 폴리머 도파로열 격자 파장 분할 광소자를 제작하면 InGaAs 광검출기를 폴리머 도파로열 격자 파장 분할 광소자의 출력단 도파로 부위에 집적시킬 수가 있고, 폴리머 광소자의 잔류 열응력을 Si 기판을 사용하는 경우에 비해 저감시킬 수가 있어서 편광 의존성 등의소자의 성능이 향상된다. 또한 제안된 GaAs 기판을 이용한 InGaAs 광검출기가 단일 기판 상에 집적된 구조의 폴리머 도파로열 격자 파장 분할 광소자는 반도체 레이저, 변조기 등의 능동소자와의 집적이 가능하고, 고성능의 제품을 만들기에 유리하다. 이러한 집적 광소자는 파장분할 광통신 시스템의 광신호 처리 등에 응용된다.As described above, when the polymer waveguide thermal lattice wavelength division optical device using the GaAs substrate proposed in the present invention is fabricated, an InGaAs photodetector can be integrated in the output waveguide portion of the polymer waveguide thermal lattice wavelength division optical device, and the residual heat of the polymer optical device The stress can be reduced as compared with the case of using a Si substrate, and the performance of devices such as polarization dependence is improved. In addition, the polymer waveguide thermal lattice wavelength-division optical device having an InGaAs photodetector using the proposed GaAs substrate integrated on a single substrate can be integrated with active devices such as semiconductor lasers and modulators, and is advantageous for making high-performance products. . Such integrated optical devices are applied to optical signal processing in wavelength division optical communication systems.

Claims (4)

1xN, Nx1 또는 NxN로 구성된 입출력 도파로와,I / O waveguide consisting of 1xN, Nx1 or NxN, 상기 입력 도파로를 통해 들어온 광신호를 분산시키는 입력 평판 도파로와,An input plate waveguide for dispersing an optical signal introduced through the input waveguide, 상기 분산된 광신호들이 집속되는 출력 평판 도파로와,An output plate waveguide through which the distributed optical signals are focused; 상기 두 개의 평판 도파로 사이에 정렬되어 신호를 전달하는 도파로열 격자와,A waveguide column grating arranged between the two planar waveguides and transmitting a signal; 상기 출력 도파로에 집적되어 상기 출력 도파로에서 분리된 각각의 파장 신호의 광세기를 검출하는 광검출기를 구비한 것을 특징으로 하는 GaAs 기판을 사용한 광검출기가 집적된 폴리머 도파로열 격자 파장 분할 광소자.And a photodetector integrated in the output waveguide for detecting the light intensity of each wavelength signal separated from the output waveguide. GaAs 기판(1) 위에, 폴리머 광도파로 하부 클래드층(9) 및 폴리머 광도파로 코어층(10)을 형성하여 폴리머 도파로열 파장 분할 광소자를 형성하는 제 1공정과,A first step of forming the polymer optical waveguide lower wavelength cladding layer 9 and the polymer optical waveguide core layer 10 on the GaAs substrate 1 to form a polymer waveguide thermal wavelength division optical element; GaAs 기판(1) 위에 n-GaAs 하부 클래드층(2), i-InGaAs 흡수층(3), p-GaAs 상부 클래드층(4), p+InGaAs 층(5)을 각각 증착하여 광검출기를 형성하는 제 2공정과,A photodetector is formed by depositing an n-GaAs lower cladding layer 2, an i-InGaAs absorbing layer 3, a p-GaAs upper cladding layer 4, and a p + InGaAs layer 5, respectively, on the GaAs substrate 1. The second process, 상기 광검출기를 패턴하여 광검출기 도파로 메사 패턴을 형성하는 제 3공정과,A third step of patterning the photodetector to form a photodetector waveguide mesa pattern; 상기 메사 패턴 주위를 폴리이미드로 코팅하는 제 4공정과,A fourth step of coating a polyimide around the mesa pattern; 상기 검출기의 상부와 하부에 금속층(7, 8)을 형성하는 제 5공정과,A fifth process of forming metal layers 7 and 8 on the upper and lower portions of the detector, 상기 광검출기의 표면에 SiNx 박막(11)을 전체적으로 증착하는 제 6공정과,A sixth step of depositing the SiNx thin film 11 as a whole on the surface of the photodetector; 상기 폴리머 광도파로 코어층(10)을 패턴하여 폴리머 광도파로 코어층의 패턴을 형성하는 제 7공정과,A seventh step of patterning the polymer optical waveguide core layer 10 to form a pattern of the polymer optical waveguide core layer; 폴리머 광도파로 상부 클래드층(12)을 형성하는 제 8공정과,An eighth step of forming the polymer optical waveguide upper cladding layer 12, 상기 광검출기 부위에 증착된 폴리머 물질과 SiNx박막(11)을 제거하는 제 9공정과,A ninth process of removing the polymer material and the SiNx thin film 11 deposited on the photodetector; 광파의 입출력을 위한 단면을 형성하여 광검출기가 집적된 폴리머 도파로열 격자 파장 분할 광소자를 형성하는 제 10 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 GaAs 기판을 사용한 광검출기가 집적된 폴리머 도파로열 격자 파장 분할 광소자 제작방법.A polymer waveguide thermal lattice wavelength division optical device in which a photodetector is integrated using a GaAs substrate, comprising a tenth step of forming a cross-section for input and output of light waves to form a polymer waveguide thermal lattice wavelength division optical device in which a photodetector is integrated. How to make. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 제 1 공정에서, 상기 폴리머 광도파로 하부 클래드층(9)을 3-5㎛의 두께로 증착하고, 상기 폴리머 광도파로 코어층(10)을 4-6㎛의 두께로 증착하는 것을 특징으로 하는 GaAs 기판을 사용한 광검출기가 집적된 폴리머 도파로열 격자 파장 분할 광소자 제작방법.In the first process, the polymer optical waveguide lower clad layer 9 is deposited to a thickness of 3-5 μm, and the polymer optical waveguide core layer 10 is deposited to a thickness of 4-6 μm. A method for fabricating a polymer waveguide thermal lattice wavelength division optical device in which a photodetector using a substrate is integrated. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 제 2 공정에서, GaAs 기판(1) 위에 n-GaAs 하부 클래드층(2)을 3-7㎛의 두께로 증착하고, i-InGaAs 흡수층(3)을 0.2-1㎛의 두께로 증착하며, p-GaAs 상부 클래드층(4)을 0.5-1㎛의 두께로 증착하고, p+InGaAs 층(5)을 0.2㎛의 두께로 각각 증착하는 것을 특징으로 하는 GaAs 기판을 사용한 광검출가 집적된 폴리머 도파로열 격자 파장 분할 광소자 제작방법.In the second process, an n-GaAs lower clad layer 2 is deposited on the GaAs substrate 1 to a thickness of 3-7 μm, and an i-InGaAs absorber layer 3 is deposited to a thickness of 0.2-1 μm, and p Photo-detection integrated polymer waveguide column using a GaAs substrate, characterized in that the GaAs upper cladding layer 4 is deposited to a thickness of 0.5-1 탆 and the p + InGaAs layer 5 is deposited to a thickness of 0.2 탆. Method for manufacturing a grating wavelength division optical device.
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