KR100351560B1 - Optical transmitter and method of fabricating the reflecting structure used therefor - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 일단은 경사지며 타단은 외부와 연결되는 긴 홈이 표면에 형성되며, 상기 홈의 내부에는 돌출부가 길이방향에 수직하게 설치되는 반사용 구조물과; 상기 돌출부의 상부에 위치하도록 상기 반사용 구조물 상에 설치되어 아랫방향으로 레이저광을 출력하되 상기 레이저광의 대부분은 상기 돌출부의 일면에서 상기 홈의 타단쪽으로 반사되어 광도파관으로 입사되고, 상기 레이저광의 나머지 소부분은 상기 돌출부의 타면에서 반사되어 상기 홈의 저면을 거쳐 상기 홈의 경사진 일단쪽으로 진행하도록 설치되는 레이저광 출력장치와; 상기 홈의 경사진 일단의 상부에 설치되어 상기 홈의 경사진 일단을 통하여 윗방향으로 반사되어 오는 레이저광을 입력받아 이를 전기적 신호로 변환하여 상기 레이저광 출력장치로 제어신호를 출력하는 모니터링용 광검출장치를 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 부가적인 광도파관의 설치공정 없이 새로운 구조를 갖는 반사용 구조물을 이용함으로써 광송신수단의 부피 증가 없이 레이저광 출력장치에서 출력되는 레이저광의 세기를 정확하게 제어할 수 있다.The present invention, one end is inclined and the other end is formed with a long groove connected to the outside on the surface, the inside of the groove is a reflection structure in which the projection is installed perpendicular to the longitudinal direction; Is installed on the reflecting structure so as to be located above the protrusion to output the laser light in the downward direction, the majority of the laser light is reflected from one surface of the protrusion to the other end of the groove is incident to the optical waveguide, the rest of the laser light A small portion of the laser beam output device reflected from the other surface of the protruding portion and installed to travel toward the inclined end of the groove through the bottom of the groove; Monitoring light installed on the inclined end of the groove to receive the laser light reflected upwards through the inclined end of the groove and converts it into an electrical signal and outputs a control signal to the laser light output device. It is characterized by including a detection device. According to the present invention, it is possible to accurately control the intensity of the laser light output from the laser light output device without increasing the volume of the optical transmission means by using the reflective structure having a new structure without the additional optical waveguide installation process.
Description
본 발명은 광송신수단 및 그에 사용되는 반사용 구조물의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 자신의 출력광이 정밀하게 제어되는 광송신수단 및 그에 사용되는 반사용 구조물의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a light transmitting means and a method of manufacturing a reflecting structure used therein, and more particularly, to a light transmitting means whose output light is precisely controlled and a method of manufacturing a reflecting structure used therein.
최근 인터넷을 통해서 전송할 데이터의 증가에 따라 전기신호에 의한 기존의 통신시스템이 광신호를 이용하여 대용량의 데이터를 주고 받을 수 있는 광통신 시스템으로 전환되고 있다. 이와 같은 광통신 시스템에서 사용되는 대표적인 광학소자로 광섬유, 광송신기, 그리고 광수신기가 있다. 광송신기의 경우, 고속화, 소형화, 저가화, 및 대량생산의 용이성 등이 상용화를 위한 중요한 요인으로 자리 잡고 있다.Recently, with the increase of data to be transmitted through the Internet, the existing communication system by an electric signal has been converted into an optical communication system that can exchange a large amount of data using an optical signal. Representative optical devices used in such optical communication systems are optical fibers, optical transmitters, and optical receivers. In the case of an optical transmitter, high speed, miniaturization, low cost, and ease of mass production have become important factors for commercialization.
캔 형(can type)의 레이저 장치를 사용하는 종래의 광송신기는 부피가 크고 고속화에 문제를 갖고 있기 때문에, 최근에는 실리콘 기판표면에 광섬유가 놓일 V-홈(V-groove)과, 칩(chip)형태의 레이저광 출력장치가 놓일 벤치(bench)를 만들므로써, 광섬유와 레이저광 출력장치를 광학적으로 결합(coupling)시키는 SiOB 모듈(Silicon optical bench module)을 갖는 광송신기가 개발되어 상용화되고 있다.Conventional optical transmitters using a can type laser device are bulky and have problems with high speed. Therefore, V-grooves and chips, in which optical fibers are placed on the surface of a silicon substrate, have recently been developed. By making a bench on which a laser light output device of the type) is placed, an optical transmitter having a SiOB module (Silicon optical bench module) for optically coupling an optical fiber and a laser light output device has been developed and commercialized.
SiOB 모듈을 이용할 경우에는 광섬유와 레이저 장치의 광학적 결합이 수동정렬(passive alignment)에 의해 정밀하게 이루어져 광 손실이 작을 뿐만 아니라 정렬비용도 감소하고, 실리콘 기판 위에 여러 가닥의 광섬유와 레이저광 출력장치 및 구동회로를 집적시킬 수 있으므로 광송신기를 소형화시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 칩(chip) 상태의 레이저광 출력장치를 사용하기 때문에 고속화에도 유리하다. 흔히 SiOB 모듈은 높은 광효율과 낮은 가격을 가지며, 고속화에 유리하도록 모서리 방출(Edge emitting)형의 레이저 장치 대신에 수직공동 표면방출 레이저 장치(Vertical cavity surface emitting laser, 이하 'VCSEL')를 사용한다.In the case of using the SiOB module, the optical coupling between the optical fiber and the laser device is precisely performed by passive alignment, so that not only the light loss is reduced, but also the alignment cost is reduced, and the multiple fiber and laser light output devices on the silicon substrate and Since the driving circuit can be integrated, the optical transmitter can be miniaturized. In addition, since the laser light output device in a chip state is used, it is also advantageous in speeding up. Often, SiOB modules have a high optical efficiency and low cost, and use a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) instead of an edge emitting laser device to favor high speed.
일반적으로 VCSEL은 외부 환경의 변화에 의해 동작특성이 영향을 받는다. 예를 들어, 외부의 온도가 상승하게 되면 VCSEL 내의 온도가 같이 상승하여 동일한 구동 전압임에도 불구하고 출력광의 세기가 감소하게 된다. 이러한 출력광 세기의 변화는 BER(Bit error ratio)에 심각한 영향을 미쳐 통신 품질의 저하를 야기시킨다. 따라서, VCSEL의 출력광 세기 변화를 감지하여 이에 대응하는 신호를 VCSEL의 구동회로에 피드 백(feed-back)시켜 VCSEL의 출력광의 세기를 일정하게 하는 피드 백 시스템(feed-back system)이 필요하다. 흔히, 피드 백 시스템은 VCSEL의 출력광의 일부를 흡수하여 이 흡수된 광세기에 따른 전기신호를 출력하는 모니터링용 광검출소자를 포함하여 구성된다.In general, the operating characteristics of the VCSEL are affected by changes in the external environment. For example, when the outside temperature rises, the temperature in the VCSEL rises together to reduce the intensity of output light despite the same driving voltage. This change in the output light intensity severely affects the bit error ratio (BER), causing a decrease in communication quality. Accordingly, there is a need for a feed-back system that detects a change in the output light intensity of the VCSEL and feeds back a signal corresponding thereto to the driving circuit of the VCSEL to make the output light intensity of the VCSEL constant. . Often, the feedback system includes a photodetector for monitoring that absorbs a portion of the output light of the VCSEL and outputs an electrical signal in accordance with the absorbed light intensity.
도 1a 및 도 1b는 종래의 광송신수단을 설명하기 위한 개략도로서, 도 1a는 평면도이고, 도 1b는 도 1a의 a-a' 선에 따른 단면도이다.1A and 1B are schematic views for explaining a conventional optical transmission means, FIG. 1A is a plan view, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line a-a 'of FIG. 1A.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 반사용 구조물(10)의 표면에는 길이가 긴 V-홈(40a)이 형성되어 있다. 여기서, V-홈(40a)은 일단은 경사진 반사면(C)을 가지며, 타단은 외부와 연결되도록 설치된다. V-홈(40a) 내에는 광섬유(20)가 설치된다. VCSEL(30)은 V-홈(40a)의 반사면(C) 상부에 설치되며, VCSEL(30)에서 아랫방향으로 출력되는 레이저광은 반사면(C)에서 반사되어 광섬유(20) 쪽으로 진행한다. 반사용 구조물(10) 상에는 금속패드(32)가 설치되어 있으며 VCSEL(30)은 범프볼(34)에 의해서 금속패드(32)와 전기적 기계적으로 연결된다. 도시하지는 않았지만 금속패드(32)는 반사용 구조물(10)에 집적 또는 결합되도록 설치된 구동회로와 전기적으로 연결되어 있다.1A and 1B, a long V-groove 40a is formed on the surface of the reflective structure 10. Here, the V-groove 40a has an inclined reflective surface C at one end thereof, and the other end thereof is installed to be connected to the outside. The optical fiber 20 is installed in the V-groove 40a. The VCSEL 30 is installed above the reflective surface C of the V-groove 40a, and the laser light output downward from the VCSEL 30 is reflected by the reflective surface C to travel toward the optical fiber 20. . The metal pad 32 is installed on the reflective structure 10, and the VCSEL 30 is electrically and mechanically connected to the metal pad 32 by a bump ball 34. Although not shown, the metal pad 32 is electrically connected to a driving circuit installed to be integrated or coupled to the reflective structure 10.
상술한 종래의 광송신수단에 의하면, 광이 출력되는 VCSEL(30)의 밑면이 반사용 구조물(10)에 고정되어 버리기 때문에 VCSEL(30)과 모니터링용 광검출장치(미도시)를 광학적으로 결합시키기가 어렵다. 따라서, VCSEL(30)과 모니터링용 광검출장치를 광학적으로 결합시키기 위해서는 광섬유(20)와 VCSEL(30) 사이에 부가적이고 복잡한 구조의 별도의 광도파관(미도시)을 설치하고, 이를 이용하여 분기한 일부의 광을 상기 모니터링용 광검출장치로 전달해야 한다.According to the conventional optical transmission means described above, since the bottom surface of the VCSEL 30 for outputting light is fixed to the reflective structure 10, the VCSEL 30 and the optical detection device for monitoring (not shown) are optically coupled. Difficult to make Therefore, in order to optically couple the VCSEL 30 and the photodetector for monitoring, a separate optical waveguide (not shown) having an additional and complicated structure is installed between the optical fiber 20 and the VCSEL 30 and branched using the same. A portion of the light must be delivered to the monitoring photodetector.
그러나, 이 경우 상기 별도의 광도파관, VCSEL(30), 광섬유(20), 및 모니터링용 광검출장치 사이의 정확한 광학적 정렬이 요구되기 때문에 문제이다. 실제로 광송신수단의 가격은 조립공정이나 정렬공정의 복잡함에 의해 대부분 결정되므로 복잡한 광학적 정렬공정은 소자의 가격을 상승시키는 요인으로 작용하게 된다.However, this is a problem because accurate optical alignment between the separate optical waveguide, the VCSEL 30, the optical fiber 20, and the monitoring photodetector is required. In fact, since the price of the optical transmission means is largely determined by the complexity of the assembly process and the alignment process, the complicated optical alignment process acts as a factor to increase the price of the device.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 광의 일부 분기를 위한 광도파관의 부가적인 설치공정 없이도 레이저광 출력장치와 모니터링용 광검출장치의광학적 결합이 정밀하게 이루어지도록 새로운 반사용 구조물을 구비함으로써 상술한 종래의 문제점을 해결할 수 있는 광송신수단을 제공하는 데 있다.Accordingly, the technical problem to be achieved by the present invention is described above by providing a new reflective structure so that the optical coupling of the laser light output device and the monitoring light detection device is precisely made without the additional installation process of the optical waveguide for the partial branching of the light. An object of the present invention is to provide an optical transmission means that can solve the problems.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 기술적 과제의 달성에 의해 제공되는 광송신수단에 사용되는 반사용 구조물의 제조방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a reflective structure used for an optical transmission means provided by the achievement of the above technical problem.
도 1a 및 도 1b는 종래의 광송신수단을 설명하기 위한 개략도로서, 도 1a는 평면도이고, 도 1b는 도 1a의 a-a' 선에 따른 단면도;1A and 1B are schematic views for explaining a conventional optical transmission means, FIG. 1A is a plan view, and FIG. 1B is a sectional view taken along the line a-a 'of FIG. 1A;
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 광송신수단을 설명하기 위한 개략도로서, 도 2a는 평면도이고, 도 2b는 도 2a의 b-b'선에 따른 단면도;2A and 2B are schematic views for explaining the optical transmitting means according to the present invention, in which Fig. 2A is a plan view and Fig. 2B is a sectional view taken along the line b-b 'of Fig. 2A;
도 3은 도 2a의 레이저광 출력장치(130) 및 모니터링용 광검출장치(150)가 금속배선(160)을 통하여 구동부 및 제어부와 각각 전기적으로 연결되는 결과물을 보여주는 평면도;3 is a plan view illustrating a result of the laser light output device 130 and the monitoring light detection device 150 of FIG. 2A being electrically connected to the driving unit and the control unit, respectively, through the metal wiring 160;
도 4는 도 2a에서의 광의 반사경로를 상세하게 설명하기 위한 개략도;FIG. 4 is a schematic view for explaining the reflection path of the light in FIG. 2A in detail; FIG.
도 5는 도 2a의 광도파관(120)이 평면 광도파로로 형성될 경우에 광도파관(120)과 레이저광 출력장치(130)의 광학적 결합을 설명하기 위한 개략도;FIG. 5 is a schematic diagram illustrating optical coupling of the optical waveguide 120 and the laser light output device 130 when the optical waveguide 120 of FIG. 2A is formed as a planar optical waveguide;
도 6a 내지 도 6c는 도 2a의 반사용 구조물(110)을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면들이다.6A through 6C are diagrams for describing a method of manufacturing the reflective structure 110 of FIG. 2A.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 광송신수단은, 일단은 경사지며 타단은 외부와 연결되는 긴 홈이 표면에 형성되며, 상기 홈의 내부에는 뾰족한 형태를 하는 돌출부가 길이방향에 수직하게 설치되는 반사용 구조물과; 상기 돌출부의 상부에 위치하도록 상기 반사용 구조물 상에 설치되어 아랫방향으로 레이저광을 출력하되 상기 레이저광의 대부분은 상기 돌출부의 일면에서 상기 홈의 타단쪽으로 반사되어 광도파관으로 입사되고, 상기 레이저광의 나머지 소부분은 상기 돌출부의 타면에서 반사되어 상기 홈의 저면을 거쳐 상기 홈의 경사진 일단쪽으로 진행하도록 설치되는 레이저광 출력장치와; 상기 홈의 경사진 일단의 상부에 설치되어 상기 홈의 경사진 일단을 통하여 윗방향으로 반사되어 오는 레이저광을 입력받아 이를 전기적 신호로 변환하여 상기 레이저광 출력장치로 제어신호를 출력하는 모니터링용 광검출장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.In the optical transmission means according to an embodiment of the present invention for achieving the above technical problem, one end is inclined and the other end is formed in the surface of the long groove connected to the outside, the inside of the groove is a protruding portion having a pointed shape in the longitudinal direction A reflection structure installed perpendicular to the; Is installed on the reflecting structure so as to be located above the protrusion to output the laser light in the downward direction, the majority of the laser light is reflected from one surface of the protrusion to the other end of the groove is incident to the optical waveguide, the rest of the laser light A small portion of the laser beam output device reflected from the other surface of the protruding portion and installed to travel toward the inclined end of the groove through the bottom of the groove; Monitoring light installed on the inclined end of the groove to receive the laser light reflected upwards through the inclined end of the groove and converts it into an electrical signal and outputs a control signal to the laser light output device. It is characterized by including a detection device.
여기서, 상기 반사용 구조물은 실리콘 또는 폴리머로 이루어질 수 있다. 그리고, 레이저광의 반사율이 커지도록 상기 홈의 경사진 일단과 돌출부의 표면에 반사막이 더 설치되는 것이 바람직하며, 상기 반사막은 금속을 코팅하거나 기타 표면처리를 함으로써 얻어질 수 있다.Here, the reflective structure may be made of silicon or polymer. In addition, it is preferable that a reflecting film is further provided on the inclined end of the groove and the surface of the protrusion so that the reflectance of the laser light is increased, and the reflecting film can be obtained by coating metal or performing other surface treatment.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 광송신수단용 반사용 구조물 제조방법은, 실리콘 웨이퍼 상에 상기 웨이퍼를 긴 직사각형 모양으로 노출시키는 식각방지막 패턴을 형성하는 단계와; 상기 식각방지막 패턴을 식각마스크로 하여 상기 웨이퍼의 노출부위를 습식식각함으로써 경사진 내벽을 가지는 1차 V-홈을 형성하는 단계와; 상기 웨이퍼 표면중에서 상기 1차 V-홈의 길이방향 끝단과 소정간격 이격된 부위가 더 노출되도록 상기 식각방지막 패턴을 패터닝하여 변형된 식각방지막 패턴을 형성하는 단계와; 상기 변형된 식각방지막 패턴을 식각마스크로 하여 상기 웨이퍼의 노출부위를 습식식각함으로써, 자신의 길이방향에 수직하게 배치되는 뾰족한 형태의 돌출부를 갖으며 내벽이 경사진 2차 V-홈을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a reflective structure for an optical transmitting means, including: forming an etch stop layer pattern exposing the wafer in a long rectangular shape on a silicon wafer; Forming a first V-groove having an inclined inner wall by wet etching an exposed portion of the wafer using the etch stop layer pattern as an etch mask; Patterning the etch stop pattern to form a modified etch stop pattern so that a portion of the first V-groove longitudinally spaced apart from the longitudinal end of the wafer surface is further exposed; Wet etching the exposed portion of the wafer using the modified etch barrier pattern as an etch mask, thereby forming a secondary V-groove having a pointed protrusion perpendicular to its longitudinal direction and having an inclined inner wall. Characterized in that it comprises a.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 광송신수단을 설명하기 위한 개략도로서, 도 2a는 평면도이고, 도 2b는 도 2a의 b-b'선에 따른 단면도이다. 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 반사용 구조물(110)은 실리콘 또는 폴리머로 이루어지며, 여기에는 레이저광 출력장치(130)를 구동시키기 위한 구동회로부 및 상기 구동회로부를 제어하는 제어부로 구성되는 전기회로(미도시)가 집적 또는 결합되어 있다.2A and 2B are schematic diagrams for explaining the optical transmission means according to the present invention. FIG. 2A is a plan view, and FIG. 2B is a sectional view taken along the line b-b 'of FIG. 2A. Referring to FIGS. 2A and 2B, the reflective structure 110 is made of silicon or polymer, and includes an electric circuit including a driving circuit unit for driving the laser light output device 130 and a control unit for controlling the driving circuit unit. Circuits (not shown) are integrated or combined.
그리고, 반사용 구조물(110)의 표면에는 길이가 긴 V-홈(140a)이 형성되어 있다. V-홈(140a)의 일단은 경사진 반사면(C)을 가지고 타단은 외부와 연결된다. V-홈(140a)의 내부에는 뾰족한 돌출부(142)가 V-홈(140a)의 길이방향과 수직하게 형성되어 있다. 따라서, 돌출부(142)는 V-홈(140a)의 경사진 일단을 바라보는 제1 경사면(A)과 V-홈(140a)의 타단을 바라보는 제2 경사면(B)을 갖는다. 광도파관(120), 예컨대 광섬유는 단부가 제2 경사면(B)을 향하도록 V-홈(140a)의 내부에 설치된다.In addition, a long V-groove 140a is formed on the surface of the reflective structure 110. One end of the V-groove 140a has an inclined reflective surface C and the other end thereof is connected to the outside. Inside the V-groove 140a, a sharp protrusion 142 is formed perpendicular to the longitudinal direction of the V-groove 140a. Accordingly, the protrusion 142 has a first inclined surface A facing the inclined end of the V-groove 140a and a second inclined surface B facing the other end of the V-groove 140a. The optical waveguide 120, for example, the optical fiber, is installed inside the V-groove 140a so that the end portion thereof faces the second inclined surface B. As shown in FIG.
레이저광 출력장치(130), 예컨대 VCSEL은 돌출부(142)의 상부에 위치하도록 반사용 구조물(110) 상에 설치되며 아랫방향으로 레이저광을 출력한다. 이 때, 출력된 레이저광의 대부분은 돌출부(142)의 제2 경사면(B)에서 반사되어 광도파관(120)쪽으로 진행하고, 나머지 소부분은 돌출부(142)의 제1 경사면(A)에서 반사되어 V-홈(140a)의 반사면(C)으로 진행하도록 레이저광 출력장치(130)를 설치해야 한다. 그리고, 레이저광의 반사율이 커지도록 V-홈(140a)의 반사면(C)과, 돌출부(142)의 제1 경사면(A) 및 제2 경사면(B)의 표면에는 반사막이 더 설치되는 것이 바람직하다.The laser light output device 130, for example, VCSEL, is installed on the reflective structure 110 to be positioned above the protrusion 142 and outputs laser light downward. At this time, most of the output laser light is reflected from the second inclined surface B of the protrusion 142 and proceeds toward the optical waveguide 120, and the remaining small portion is reflected from the first inclined surface A of the protrusion 142. The laser beam output device 130 must be installed to proceed to the reflective surface C of the V-groove 140a. In order to increase the reflectance of the laser light, it is preferable that a reflecting film is further provided on the reflecting surface C of the V-groove 140a and the surfaces of the first inclined surface A and the second inclined surface B of the protrusion 142. Do.
반사용 구조물(110) 상에는 제1 금속패드(132)가 설치되어 있으며 레이저광 출력장치(30)는 제1 범프볼(134)에 의해서 제1 금속패드(132)와 전기적 기계적으로 연결된다. 도 3에 도시된 바와 같이 제1 금속패드(132)는 반사용 구조물(110) 상에 형성된 금속배선(160)을 통하여 상기 구동회로부와 전기적으로 연결된다.The first metal pad 132 is installed on the reflective structure 110, and the laser light output device 30 is electrically and mechanically connected to the first metal pad 132 by the first bump ball 134. As shown in FIG. 3, the first metal pad 132 is electrically connected to the driving circuit unit through the metal wire 160 formed on the reflective structure 110.
V-홈(140a)의 반사면(C) 상부에는 모니터링용 광검출장치(150), 예컨대 광다이오드(photo diode)가 레이저광 출력장치(130)와 소정간격 이격되어 설치된다. 돌출부(142)의 제1 경사면(A)에서 반사된 레이저광은 V-홈(140a)의 저면을 거쳐 V-홈(140a)의 반사면(C)에서 다시 윗방향으로 반사되어 모니터링용 광검출장치(150)로 입력되게 된다.On the reflective surface C of the V-groove 140a, a monitoring photodetector 150, for example, a photodiode, is installed at a predetermined distance from the laser light output device 130. The laser light reflected from the first inclined surface A of the protrusion 142 is reflected upwardly from the reflective surface C of the V-groove 140a through the bottom surface of the V-groove 140a to detect light for monitoring. It is input to the device 150.
모니터링용 광검출장치(150)도 레이저광 출력장치(130)와 마찬가지로 제2 범프볼(154)에 의해 반사용 구조물(110) 상에 설치된 제2 금속패드(152)와 전기적 기계적으로 연결된다. 도 3에 도시된 바와 같이 제2 금속패드(152)는 반사용 구조물(110) 상에 형성된 금속배선(160)을 통하여 상기 전기회로의 제어부와 전기적으로 연결된다.Similar to the laser light output device 130, the monitoring photodetector 150 is electrically and mechanically connected to the second metal pad 152 installed on the reflective structure 110 by the second bump ball 154. As shown in FIG. 3, the second metal pad 152 is electrically connected to the control unit of the electric circuit through the metal wire 160 formed on the reflective structure 110.
레이저광을 입력받은 모니터링용 광검출장치(150)는 이를 전기적 신호로 변환하여 상기 전기회로의 제어부로 제어신호를 출력한다. 따라서, 이러한 피드 백 시스템에 의하여 레이저광 출력장치(130)에서 출력되는 레이저광의 세기가 정밀하게 제어되게 된다.The monitoring photodetector 150 receiving the laser light converts it into an electrical signal and outputs a control signal to the controller of the electrical circuit. Therefore, the intensity of the laser light output from the laser light output device 130 is precisely controlled by the feedback system.
도 4는 도 2a의 반사용 구조물(110)에 의한 광의 반사경로를 상세하게 설명하기 위한 개략도이다. 도 4를 참조하면, 레이저광 출력장치(130)의 발광영역에서 -y축 방향으로 출력된 레이저광은 퍼짐각 2θ를 가지므로 돌출부(142)의 제1 경사면(A) 및 제2 경사면(B)에서 반사되게 된다. 레이저광 출력장치(130)가 VCSEL일 경우 2θ는 일반적으로 8°∼15°의 값을 가진다.4 is a schematic diagram for describing in detail the reflection path of the light by the reflective structure 110 of FIG. Referring to FIG. 4, since the laser light output in the -y axis direction in the light emitting area of the laser light output device 130 has a spread angle 2θ, the first inclined plane A and the second inclined plane B of the protrusion 142. ) Will be reflected. When the laser light output device 130 is a VCSEL, 2θ generally has a value of 8 ° to 15 °.
도 2a 및 도 2b에서 상술한 바와 같이 레이저광의 대부분은 제2 경사면(B)에서 반사되고 나머지 소부분은 제1 경사면(A)에서 반사되도록 레이저광출력장치(130)가 설치되어 있으므로, 레이저광의 대부분은 제2 경사면(B)에서 반사되어 광도파관(120)쪽으로 진행하고, 나머지 소부분은 제1 경사면(A)에서 반사되어 V-홈(140a)의 저면을 거쳐 반사면(C)으로 진행하게 된다.As described above with reference to FIGS. 2A and 2B, since the laser light output device 130 is installed such that most of the laser light is reflected on the second inclined plane B and the remaining portion is reflected on the first inclined plane A, the laser light output device 130 is provided. Most of the light is reflected from the second inclined plane B and proceeds toward the optical waveguide 120, and the remaining small part is reflected from the first inclined plane A and passes through the bottom of the V-groove 140a to the reflective surface C. Done.
제2 경사면(B)에서 반사된 레이저광은 x축에 대하여 β의 각도로 진행하여 광도파관(120)에 도달하며, 제1 경사면(A)에서 반사된 레이저광은 x축에 대하여 γ의 각도로 진행하여 V-홈(140a)의 저면에서 다시 반사되게 된다. 여기서, 제1 경사면(A) 및 제2 경사면(B)이 x축에 대하여 α의 각도로 기울어져 있다면 β는 2α- 90°의 값을 가지며, γ는 2α+ θ- 90°보다 작거나 같은 값을 갖게 된다.The laser light reflected from the second inclined plane B travels at an angle of β with respect to the x axis to reach the optical waveguide 120, and the laser light reflected from the first inclined plane A is an angle of γ with respect to the x axis. Proceeds to be reflected back from the bottom of the V-groove (140a). Here, if the first inclined plane (A) and the second inclined plane (B) is inclined at an angle of α with respect to the x-axis, β has a value of 2α-90 °, and γ is less than or equal to 2α + θ-90 ° Will have a value.
돌출부(142)의 제1 경사면(A)에서 반사되어 V-홈(140a)의 저면을 거쳐 반사면(C)으로 진행된 레이저광은 반사면(C)에서 반사되어 x축에 대하여 δ의 각도를 가지고 윗방향으로 진행하여 모니터링용 광검출장치(150)로 입력된다. 여기서, δ는 θ+ 90°보다 크거나 같은 값을 갖는다.The laser light reflected from the first inclined surface A of the protrusion 142 and passed through the bottom of the V-groove 140a to the reflective surface C is reflected by the reflective surface C, thereby providing an angle of δ with respect to the x axis. It proceeds upward with the input to the monitoring photodetector 150. Where δ has a value greater than or equal to θ + 90 °.
레이저광 출력장치(130)와 광도파관(120) 사이에서 광이 진행하는 거리가 길어지면, 광의 퍼짐현상에 의해서 광도파관(120)의 코아(core)에 도달하는 광의 효율이 떨어져 결합 광손실이 나타나서, 광도파관(120)과 제2 경사면(B) 사이의 거리를 좁히는 것이 바람직하며, 경우에 따라서는 다이싱(Dicing)용 칼을 이용하여 제2 경사면(B)에 홈을 내어 광도파관(120)과 제2 경사면(B)이 닿는 부분을 조절함으로써 이들 사이의 거리를 줄일 수도 있다.If the distance that the light travels between the laser light output device 130 and the optical waveguide 120 is long, the efficiency of light reaching the core of the optical waveguide 120 is reduced by the light spreading phenomenon, resulting in a combined optical loss. It is preferable to narrow the distance between the optical waveguide 120 and the second inclined surface B. In some cases, a groove is formed in the second inclined surface B by using a dicing knife to cut the optical waveguide ( The distance between them may be reduced by adjusting a portion where the second inclined surface B and 120 are in contact with each other.
광도파관(120)이 광섬유가 아닌 경우, 예컨대 평면 광도파로일 경우에는 광섬유일 때와 달리 V-홈(140a) 내부에 평면 광도파로를 설치하기가 어렵기 때문에도 5에 도시된 바와 같은 구조로 광도파관(120)이 레이저광 출력장치(130)와 광학적으로 결합되도록 설치해야 한다.In the case where the optical waveguide 120 is not an optical fiber, for example, a planar optical waveguide, it is difficult to install a planar optical waveguide inside the V-groove 140a unlike the optical fiber. The optical waveguide 120 should be installed to be optically coupled with the laser light output device 130.
도 5와 도 2b의 차이점은, 광도파관(120)이 V-홈(140a) 내부가 아닌 외부에 설치되며, V-홈(140a)과 광도파관(120)이 서로 마주 봐야 하므로 반사용 구조물(110)과 광도파관(120)이 솔더 범프(11)에 의해 실리콘 구조물(110') 상에 고정 설치된다는 점이다.5 and 2b, the optical waveguide 120 is installed outside the V-groove 140a, not the inside, and the V-groove 140a and the optical waveguide 120 should face each other, so that the reflective structure ( 110 and the optical waveguide 120 are fixedly installed on the silicon structure 110 ′ by the solder bumps 11.
도 6a 내지 도 6c는 도 2a의 반사용 구조물(110)을 제조하는 방법의 일례를 설명하기 위한 도면들이다.6A to 6C are diagrams for describing an example of a method of manufacturing the reflective structure 110 of FIG. 2A.
도 6a는 1차 V-홈(140)을 형성하는 단계를 설명하기 위한 도면이다. 먼저, (100)형의 실리콘 웨이퍼(114) 상에 실리콘 질화막(SixNy)을 증착한 후에, 제1 마스크(112')를 이용하여 웨이퍼(114)가 긴 직사각형 모양으로 노출되도록 상기 실리콘 질화막을 패터닝함으로써 식각방지막 패턴(112)을 형성한다.6A is a diagram for describing a step of forming the primary V-groove 140. First, after depositing a silicon nitride film (SixNy) on the (100) type silicon wafer 114, patterning the silicon nitride film to expose the wafer 114 in a long rectangular shape using a first mask 112 '. As a result, the etch stop layer pattern 112 is formed.
다음에, 식각방지막 패턴(112)을 식각 마스크로 하여 웨이퍼(114)의 노출부위를 습식식각함으로써 내벽이 수평면과 54.74°의 각도로 경사진 1차 V-홈(140)을 형성한다. 이렇게 내벽이 경사지는 이유는 웨이퍼(114)의 (100)면과 (111)면의 식각속도가 다르기 때문이다.Next, by wet etching the exposed portion of the wafer 114 using the etch stop layer pattern 112 as an etch mask, the primary V-groove 140 inclined at an angle of 54.74 ° with the horizontal plane is formed. The reason why the inner wall is inclined is because the etching speeds of the (100) and (111) surfaces of the wafer 114 are different.
도 6b 및 도 6c는 2차 V-홈(140a)을 형성하는 단계를 설명하기 위한 도면들이다. 먼저, 웨이퍼(114) 표면중에서 1차 V-홈(140)의 길이방향 끝단과 소정간격 이격된 부위가 더 노출되도록 제2 마스크(112a')를 이용하여 식각방지막 패턴(112)을 패터닝하여 변형된 식각방지막 패턴(112a)을 형성한다. 여기서, 변형된 식각방지막 패턴(112a')에 의해서 식각방지막 패턴(112a)의 경우보다 더 노출되는 부위는 1차 V-홈(140)의 폭보다 더 넓을 수도 있고 좁을 수도 있다.6B and 6C are diagrams for describing a step of forming the secondary V-groove 140a. First, the etch stop layer pattern 112 is patterned and deformed by using the second mask 112a ′ so that a portion of the surface of the wafer 114 which is spaced apart from the longitudinal end of the primary V-groove 140 is further exposed. The etch stop layer pattern 112a is formed. Here, the portion exposed more than the case of the etch barrier pattern 112a by the modified etch barrier pattern 112a 'may be wider or narrower than the width of the primary V-groove 140.
이어서, 변형된 식각방지막 패턴(112a)을 식각마스크로 하여 웨이퍼(114)의 노출부위를 다시 습식식각함으로써 돌출부(142)를 가지는 2차 V-홈(140a)을 형성한 후에 변형된 식각방지막 패턴(112a)을 제거한다. 여기서, 돌출부(142)는 2차 V-홈(140a)의 길이방향에 수직하게 형성되며 그 양면은 수평면과 54.74°의 각도로 경사진다. 그리고, 변형된 식각방지막 패턴(112a)이 형성되지 않은 부분은 동시에 식각되어 제거되기 때문에, 돌출부(142)의 양쪽에 위치하는 부분은 홈의 깊이가 서로 다르게 된다.Subsequently, by wet etching the exposed portion of the wafer 114 again using the deformed etch barrier pattern 112a as an etch mask to form the secondary V-groove 140a having the protrusion 142 and then deformed etch barrier pattern. Remove 112a. Here, the protrusion 142 is formed perpendicular to the longitudinal direction of the secondary V-groove 140a and both sides thereof are inclined at an angle of 54.74 ° with the horizontal plane. In addition, since the portions where the deformed etch stop layer pattern 112a is not formed are simultaneously etched and removed, portions of the protrusions 142 located at both sides of the grooves have different depths.
여기서는 실리콘 웨이퍼(114)를 이용하여 도 2의 반사용 구조물(110)을 제조하는 방법만을 상술하였지만, 이 방법 이외에도 폴리머를 이용한 몰딩(molding)방법 등으로도 반사용 구조물(110)을 제조할 수 있다.Here, only the method of manufacturing the reflective structure 110 of FIG. 2 using the silicon wafer 114 has been described above, but the reflective structure 110 may also be manufactured by a molding method using a polymer in addition to this method. have.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 광송신수단 및 그에 사용되는 반사용 구조물의 제조방법에 의하면, 부가적인 광도파관의 설치공정 없이 새로운 구조를 갖는 반사용 구조물(110)을 이용함으로써 간단하게 레이저광 출력장치(130)와, 광도파관(120)과, 모니터링용 광검출기(150) 사이의 정확한 광학적 정렬을 구현할 수 있다. 이러한 반사용 구조물(110)은 실리콘 웨이퍼를 습식식각하거나 폴리머를 몰딩함으로써 저렴하고 쉽게 만들 수 있으므로 광송신수단의 구현방법이 간단하고제품의 가격이 저렴하게 된다.According to the optical transmission means according to the present invention as described above and the manufacturing method of the reflective structure used therewith, the laser light output simply by using the reflective structure 110 having a new structure without the additional optical waveguide installation process Accurate optical alignment between the device 130, the optical waveguide 120, and the monitoring photodetector 150 can be implemented. Since the reflective structure 110 can be made cheaply and easily by wet etching a silicon wafer or molding a polymer, the method of implementing the optical transmission means is simple and the price of the product is low.
또한, 본 발명에 의하면 광송신수단의 부피 증가 없이 레이저광 출력장치(130)에서 출력되는 레이저광의 세기를 정확하게 제어할 수 있다. 또한, 반사용 구조물(110)에 여러개의 모니터링용 광검출장치, 레이저광 출력장치, 및 전기회로를 집적시킬 수 있기 때문에 SiOB 모듈을 이용하는 광송신수단의 장점이 그대로 살아나 광송신수단이 소형화된다.In addition, according to the present invention, it is possible to accurately control the intensity of the laser light output from the laser light output device 130 without increasing the volume of the optical transmission means. In addition, since a plurality of monitoring photodetectors, laser light output devices, and electrical circuits can be integrated in the reflective structure 110, the advantages of the optical transmission means using the SiOB module remain intact, thereby miniaturizing the optical transmission means.
본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.The present invention is not limited to the above embodiments, and it is apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention.
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