KR100472382B1 - 평면도파로형광회로모듈및그제조방법 - Google Patents

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Abstract

평면도파로형 광회로 모듈 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명의 평면도파로형 광회로 모듈은, 반도체 집적회로로 이루어져 빛을 검출하거나 방출하는 기능을 수행하는 광전자기기부와, 상기 광전자기기부로부터 방출된 빛을 타 장치로 전달하거나 타 장치로부터 방출된 빛을 상기 광전자기기부로 전달하는 광도파로부를 구비하는 평면도파로형 광회로 모듈에 있어서, 화합물 반도체로 이루어지고 돌출부를 구비하는 기판과, 상기 기판의 돌출부를 제외한 위치에 형성되어 상기 광도파로부의 코아층이 상기 돌출부에 인접하는 광도파로부, 및 상기 기판의 돌출부 표면상에 활성층이 상기 광도파로의 코아층과 정렬되는 광전자기기부를 포함하며, 상기 기판상에 상기 광도파로부와 상기 광전자기기부가 모노리틱 집적공정에 의하여 집적되어, 상기 광전자기기부와 상기 광도파로부가 형성단계에서 정밀한 집적공정에 의하여 정확히 정렬이 되기 때문에 정렬이 정확하지 않을 때 발생하는 빛의 도파중 손실이 적으며, 제조시 정렬을 위한 별도의 조립공정이 필요하지 않다.

Description

평면도파로형 광회로 모듈 및 그 제조방법{Planar light-wave circuit module and manufacturing method therefor}
본 발명은 평면도파로형 광회로(PLC: Planar Lightwave Circuit, 이하 PLC라 칭함) 모듈 및 그 제조방법에 관한 것으로 특히 광전자기기와 광도파로를 모노리틱 집적공정으로 집적시킨 평면도파로형 광회로 모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다.
평면도파로형 광회로는 광파장분할기나 광커플러(optical coupler)등의 다양한 광기기 분야에서 응용되고 있는데, 최근에는 광감지기(optical detector)나 레이저다이오드(laser diode)등의 광전자디바이스(optoelectric device)나 광수신기와 같은 광전자 집적회로(OEIC; OptoElectric Intergrated Circuit)를 집적하여 포함시킴으로써, 하나의 기판상에서 광 및 전기적 처리기능을 동시에 수행할 수 있는 광 모듈(optical module)의 형태로도 적용되고 있다.
도 1에는 종래의 하이브리드 집적기술을 이용하여 형성된 광 모듈의 구성도를 도시하였다. 도 1을 참조하면, 종래의 하이브리드 집적기술을 이용하여 형성된 광 모듈은 기판(100)상에 실리카(Silica; SiO2)를 적층시켜 형성된 실리카 도파로(102)로 구성된 PLC 플랫폼(104, platform)과, 광전자기기(106)을 각각 제작한 다음, 땜납(108, solder)에 의해 본딩시킴으로써 이루어져 있다. 광전자기기(106)는 디바이스가 제작된 면(107)이 기판(100)을 향하도록 부착되는 플립칩본딩(flip-chip bonding)방법에 의하여 부착시킨다. 기판(100)은 광전자기기(106)를 부착시 실리카도파로(102)의 코아(103, core)와의 정렬(align)을 용이하게 하기 위하여 테라스(terrace) 형태의 돌출부(101)를 갖도록 제작되어 있으며 광전자기기(106)과 기판(100)의 사이에는 절연을 위하여 실리카 막(112)을 형성시킨다. 광전자기기(106)는 플립칩 본딩시 땜납(108)에 접속되고 땜납(108)은 전극(110)에 연결됨으로써 전자적으로 접속된다.
하지만, 상기와 같은 종래의 하이브리드 집적기술을 이용하여 형성된 광 모듈은 광전자기기(106)와 PLC 플랫폼(104)을 별도로 제작하여 조립하여야 하기 때문에 작업 공수가 증가하여 생산성이 낮고, 실리카 도파로(102)의 코아와 광전자기기(106)를 정밀하게 정렬시켜야만 모듈의 성능을 확보할 수 있기 때문에 제조시 높은 정밀도와 많은 시간이 요구된다는 단점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 실리카 도파로와 광전자기기를 정밀하게 정렬시키는 까다로운 작업이 없이도 제조가 가능한 평면도파로형 광회로 모듈 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 평면도파로형 광회로 모듈은,
반도체 집적회로로 이루어져 빛을 검출하거나 방출하는 기능을 수행하는 광전자기기부와, 상기 광전자기기부로부터 방출된 빛을 타 장치로 전달하거나 타 장치로부터 방출된 빛을 상기 광전자기기부로 전달하는 광도파로부를 구비하는 평면도파로형 광회로 모듈에 있어서, 화합물 반도체로 이루어지고 돌출부를 구비하는 기판; 상기 기판의 돌출부를 제외한 위치에 형성되어 상기 광도파로부의 코아층이 상기 돌출부에 인접하는 광도파로부; 및 상기 기판의 돌출부 표면상에 활성층이 상기 광도파로의 코아층과 정렬되는 광전자기기부를 포함하며, 상기 기판상에 상기 광도파로부와 상기 광전자기기부가 모노리틱 집적공정에 의하여 집적되는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는 상기 돌출부 및 상기 광전자기기부의 측면에 절연성 재료를 증착시킴으로써 형성된 절연층; 및 상기 절연층 및 상기 광전자기기부의 일부를 덮도록 전도성 재료를 증착시켜 형성된 연결전극을 더 포함한다.
또한, 상기 광도파로부는 상기 기판의 상기 돌출부를 제외한 상기 광도파로부를 형성시키고자 하는 부분상에 실리카(SiO2)를 증착시켜 그 박막의 표면이 돌출부의 표면에 인접하는 제 1 클래딩층; 상기 제 1 클래딩층 상에 상기 제 1 클래딩층보다 굴절률이 높은 재료를 증착시켜 형성된 제 1 코아층; 및 상기 제 1 코아층 상에 실리카(SiO2)를 증착시켜 형성된 제 2 클래딩층을 포함하여 이루어지는 실리카 광도파로인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 1 코아층은 게르마늄(Ge)이 도핑된 실리카(SiO2)를 증착시켜 형성된 것이 바람직하다.
상기 다른과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 평면도파로형 광회로 모듈의 제조방법은, 반도체 집적회로로 이루어져 빛을 검출하거나 방출하는 기능을 수행하는 광전자기기부와, 상기 광전자기기부로부터 방출된 빛을 타 장치로 전달하거나 타 장치로부터 방출된 빛을 상기 광전자기기부로 전달하는 광도파로부를 포함하는 평면도파로형 광회로 모듈의 제조방법에 있어서, 기판상에 돌출부를 형성하는 단계; 및 코아층이 상기 돌출부에 인접하도록 상기 기판의 돌출부를 제외한 위치에 상기 광도파로부를, 상기 기판의 돌출부 표면상에는 상기 코아층과 일치하도록 상기 광전자기기부를 각각 모노리틱 집적공정에 의하여 형성시키는 단계를 포함하여 상기 광전자기기부와 상기 광도파로부의 코아를 정렬시키는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는 상기 돌출부 및 상기 광전자기기부의 측면에 절연성 재료를 증착시킴으로써 절연층을 형성시키는 단계; 및 상기 절연층 및 상기 광전자기기부의 일부를 덮도록 전도성 재료를 증착시켜 연결전극을 형성시키는 단계를 더 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 광도파로부를 형성시키는 단계는, 상기 기판 전체에 실리카(SiO2)를 상기 돌출부가 아닌 부분에 증착되는 막의 두께가 상기 돌출부의 상부 표면에 인접할 때까지 증착시킨 다음 상기 광도파로를 형성시키고자 하는 부분을 제외한 나머지 부분을 식각 처리함으로써 상기 실리카 박막의 표면이 돌출부의 상부 표면에 인접하는 제 1 클래딩층을 형성하는 단계; 상기 제 1 클래딩층 상에 상기 제 1 클래딩층보다 굴절률이 높은 재료를 증착시킴으로써 제 1 코아층을 형성하는 단계; 및 상기 제 1 코아층 상에 실리카를 증착시킴으로써 제 2 클래딩층을 형성시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 평면도파로형 광회로 모듈의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
도 2에는 본 발명의 실시예에 의한 평면도파로형 광회로 모듈의 구조를 나타낸 단면도를 도시하였다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 평면도파로형 광회로 모듈은, 인듐포스파이드(InP; Indium Phosphide)나 갈륨아세나이드(GaAs; Gallium Arsenide)와 같은 화합물 반도체로 이루어지고 돌출부(201)를 구비하는 기판(200)과, 기판(200) 전체에 화염가수분해증착(flame hydrosysis deposition)과 같은 증착방법에 의하여 실리카(SiO2,)를 돌출부(201)가 아닌 부분에 증착되는 막의 두께가 돌출부(201)의 상부 표면에 인접할 때까지 증착시킨 다음 광도파로를 형성시키고자 하는 부분을 제외한 나머지 부분을 식각 처리함으로써 상기 실리카 박막의 표면이 돌출부의 상부 표면에 인접하는 제 1 클래딩층(202)과, 제 1 클래딩층(202)상에 게르마늄(Ge)이 도핑된 실리카(SiO2)를 증착시켜 박막을 증착시켜 형성된 제 1 코아층(204)과, 제 1 코아층(204)상에 실리카(SiO2)를 증착시켜 형성된 제 2 클래딩층(206)과, 기판(200)의 돌출부(201)상에 n 도핑된 갈륨비소(GaAs)나 인화인듐(InP)과 같은 반도체 재료를 증착하여 형성된 n-클래딩층인 제 3 클래딩층(210)과, 제 3 클래딩층(210)상에 갈륨알루미늄아세나이드(GaAlAs)나 갈륨인듐아세나이드포스파이드(GaInAsP)와 같은 반도체 재료를 제 1 코아층(204)의 중앙부분에 일치하도록 증착시켜 형성된 활성층(212, active layer)과, 활성층(212)상에 p 도핑된 갈륨아세나이드(GaAs)나 인듐포스파이드(InP)과 같은 반도체 재료를 증착하여 형성된 p-클래딩층인 제 4 클래딩층(214)과, 돌출부(201), 제 3 클래딩층(210), 제 4 클래딩층(214)의 측면 및 제 4 클래딩층(214)의 모서리부분상에 폴리이미드(polyimide)나 질화규소(SiNx)와 같은 절연성 재료를 증착시킴에 의해 형성된 절연층(218), 및 절연층(218)과 절연층(218) 및 제 4 클래딩층(214)의 모서리부분을 덮도록 전도성의 재료를 증착시켜 형성된 연결전극(220)을 구비하여 이루어진다. 상기 증착방법으로서는 분자빔 에피텍시(MBE: Molecular Beam Epitaxy)나 금속유기 화학기상증착(MO-CVD: Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)과 같은 증착기법이 사용될 수 있다.
상기 평면도파로형 광회로 모듈에 있어서, 제 1 클래딩층(202), 제 1 코아층(204), 및 제 2 클래딩층(206)은 광도파로부(208)를 형성하고, n-클래딩층인 제 3 클래딩층(210), 활성층(212), 및 p-클래딩층인 제 4 클래딩층(214)은 p-n 접합(junction)을 이루어 소정의 바이어스 전압을 인가하면 반도체레이져 다이오드로 동작하는 광전자기기부(216)를 형성한다. 또한 광전자기기부(216)는 역으로 바이어스를 인가하면 광검출기로서 작용한다. 본 실시예에서는 광전자기기부(216)가 반도체레이져를 이루고 있는 경우를 가정하여 동작을 설명하기로 한다. 광전자기기부(216)에 연결전극(220)을 통하여 소정의 바이어스 전압이 인가되어 발광이 시작되면 발생된 빛은 활성층(212)에서 광도파로부(208)의 제 1 코아층(204)으로 입력된다. 게르마늄(Ge)이 도핑된 실리카(SiO2)로 형성된 제 1 코아층(204)은 실리카(SiO2)로 형성된 제 1 클래딩층(202) 및 제 2 클래딩층(206)보다 굴절률이 높기 때문에 제 1 코아층(204)에 수직에 가깝게 입사된 빛은 외부로 발산하지 않고 제 1 코아층(204)내에 속박되어 전파된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 평면도파로형 광회로 모듈은, 광전자기기부와 광도파로부가 형성단계에서 정밀한 집적공정에 의하여 정확히 정렬이 되기 때문에 정렬이 정확하지 않을 때 발생하는 빛의 도파중 손실이 적으며, 제조시 정렬을 위한 별도의 조립공정이 필요하지 않다.
도 1은 종래의 하이브리드 집적기술을 이용하여 형성된 광 모듈의 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 평면도파로형 광회로 모듈의 구조를 도시한 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
200...기판, 201...돌출부,
202...제 1 클래딩층, 204...제 1 코아층,
206...제 2 클래딩층, 208...광도파로부,
210...제 3 클래딩층, 212...활성층,
214...제 4 클래딩층, 216...광전자기기부,
218...절연층, 220...연결전극.

Claims (5)

  1. 반도체 집적회로로 이루어져 빛을 검출하거나 방출하는 기능을 수행하는 광전자기기부와, 상기 광전자기기부로부터 방출된 빛을 타 장치로 전달하거나 타 장치로부터 방출된 빛을 상기 광전자기기부로 전달하는 광도파로부를 구비하는 평면도파로형 광회로 모듈에 있어서,
    화합물 반도체로 이루어지고 돌출부를 구비하는 기판;
    상기 기판의 돌출부를 제외한 위치에 형성되어 상기 광도파로부의 코아층이 상기 돌출부에 인접하는 상기 광도파로부;
    상기 기판의 돌출부 표면상에 활성층이 상기 광도파로의 코아층과 정렬되는 상기 광전자기기부;
    상기 돌출부 및 상기 광전자기기부의 측면에 절연성 재료를 증착시켜 형성된 절연층; 및
    상기 절연층 및 상기 광전자기기부의 일부를 덮도록 전도성 재료를 증착시켜 형성된 연결전극을 포함하며,
    상기 기판상에 상기 광도파로부와 상기 광전자기기부가 모노리틱 집적공정에 의하여 집적되는 것을 특징으로 하는 평면도파로형 광회로 모듈.
  2. 반도체 집적회로로 이루어져 빛을 검출하거나 방출하는 기능을 수행하는 광전자기기부와, 상기 광전자기기부로부터 방출된 빛을 타 장치로 전달하거나 타 장치로부터 방출된 빛을 상기 광전자기기부로 전달하는 광도파로부를 구비하는 평면도파로형 광회로 모듈에 있어서,
    화합물 반도체로 이루어지고 돌출부를 구비하는 기판;
    상기 기판의 돌출부를 제외한 위치에 형성되어 상기 광도파로부의 코아층이 상기 돌출부에 인접하는 상기 광도파로부; 및
    상기 기판의 돌출부 표면상에 활성층이 상기 광도파로의 코아층과 정렬되는 상기 광전자기기부;를 포함하며,
    상기 광도파로부는,
    상기 기판의 상기 돌출부를 제외한 상기 광도파로부를 형성시키고자 하는 부분상에 실리카를 증착시켜 그 박막의 표면이 돌출부의 표면에 인접하는 제 1 클래딩층;
    상기 제 1 클래딩층 상에 상기 제 1 클래딩층보다 굴절률이 높은 재료를 증착시켜 형성된 제 1 코아층; 및
    상기 제 1 코아층 상에 실리카를 증착시켜 형성된 제 2 클래딩층을 포함하는 것을 특징으로 하는 평면도파로형 광회로 모듈.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제 1 코아층은 게르마늄(Ge)이 도핑된 실리카(SiO2)를 증착시켜 형성된 것을 특징으로 하는 평면도파로형 광회로 모듈.
  4. 반도체 집적회로로 이루어져 빛을 검출하거나 방출하는 기능을 수행하는 광전자기기부와, 상기 광전자기기부로부터 방출된 빛을 타 장치로 전달하거나 타 장치로부터 방출된 빛을 상기 광전자기기부로 전달하는 광도파로부를 포함하는 평면도파로형 광회로 모듈의 제조방법에 있어서,
    기판상에 돌출부를 형성하는 단계;
    코아층이 상기 돌출부에 인접하도록 상기 기판의 돌출부를 제외한 위치에 상기 광도파로부를, 상기 기판의 돌출부 표면상에는 상기 코아층과 일치하도록 상기 광전자기기부를 각각 모노리틱 집적공정에 의하여 형성시켜, 상기 광전자기기부와 상기 광도파로부의 코아를 정렬시키는 단계;
    상기 돌출부 및 상기 광전자기기부의 측면에 절연성 재료를 증착시켜 절연층을 형성시키는 단계; 및
    상기 절연층 및 상기 광전자기기부의 일부를 덮도록 전도성 재료를 증착시켜 연결전극을 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 평면도파로형 광회로 모듈의 제조방법.
  5. 반도체 집적회로로 이루어져 빛을 검출하거나 방출하는 기능을 수행하는 광전자기기부와, 상기 광전자기기부로부터 방출된 빛을 타 장치로 전달하거나 타 장치로부터 방출된 빛을 상기 광전자기기부로 전달하는 광도파로부를 포함하는 평면도파로형 광회로 모듈의 제조방법에 있어서,
    기판상에 돌출부를 형성하는 단계; 및
    코아층이 상기 돌출부에 인접하도록 상기 기판의 돌출부를 제외한 위치에 상기 광도파로부를, 상기 기판의 돌출부 표면상에는 상기 코아층과 일치하도록 상기 광전자기기부를 각각 모노리틱 집적공정에 의하여 형성시켜, 상기 광전자기기부와 상기 광도파로부의 코아를 정렬시키는 단계;를 포함하며,
    상기 광도파로부를 형성시키는 단계는,
    상기 기판 전체에 실리카를 상기 돌출부가 아닌 부분에 증착되는 막의 두께가 상기 돌출부의 상부 표면에 인접할 때까지 증착시킨 다음 상기 광도파로를 형성시키고자 하는 부분을 제외한 나머지 부분을 식각 처리하여 상기 실리카 박막의 표면이 돌출부의 상부 표면에 인접하는 제 1 클래딩층을 형성하는 단계;
    상기 제 1 클래딩층 상에 상기 제 1 클래딩층보다 굴절률이 높은 재료를 증착시켜 제 1 코아층을 형성하는 단계; 및
    상기 제 1 코아층 상에 실리카를 증착시켜 제 2 클래딩층을 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 평면도파로형 광회로 모듈의 제조방법.
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