KR101063963B1 - 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈 및 그 제조방법 - Google Patents

평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈은 기판과, 하부 클래드층과 코어층과 상부 클래드층의 적층구조로 이루어져 상기 기판의 상측에 배치되는 광회로가 형성된 평판형 광도파로 소자;와, 수광용 개구영역이 형성되어 상기 평판형 광도파로 소자의 상측에 직접 적층되는 전기회로와, 상기 전기회로의 수광용 개구영역에 고정되는 포토 다이오드를 포함하는 능동소자; 및, 상기 평판형 광도파로 소자의 광출력측에 배치되는 지지기판과, 상기 지지기판에 설치되어 광회로의 출력단으로부터 출력되는 광신호를 전달받는 광섬유와, 상기 지지기판에 설치되어 광회로의 출력단으로부터 출력되는 광신호를 상기 능동소자의 포토 다이오드를 향해 반사시키는 반사면을 갖는 출력 광섬유 어레이;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈 및 그 제조방법{OPTICAL POWER MONITORING MODULE FOR PLANAR LIGHTWAVE CIRCUIT(PLC) AND PRODUCTION METHOD THEREOF}
본 발명은 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 평판형 광도파로 소자의 공정라인상에서 평판형 광도파로 소자의 상측에 능동소자를 직접 형성함으로써 공정을 단순화시키는 것은 물론, 우수한 광도파 특성을 제공할 수 있는 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다.
광통신 분야에서 다양한 파장의 광신호를 다중화(합파)하거나 다중화된 광신호를 개별 파장의 광신호들로 분리(역다중)하기 위한 대표적인 평판형 광도파로 소자(PLC:Planar Lightwave Circuit)로써, 배열 도파로 격자(AWG:Arrayed Waveguide Grating) 소자가 있다.
일반적으로 평판형 광도파로 소자(이하 'PLC 소자'라 한다)인 배열 도파로 격자 소자(이하 'AWG 소자'라 한다)는 단일의 입력광도파로를 통해 입력되는 합파된 다수 파장의 광신호들을 다수의 출력광도파로로 출력시키는 역다중화 기능을 하거나 또는 다수의 입력광도파로에서 입력되는 각각의 서로 다른 다수개의 파장 신호들을 단일의 출력광도파로로 출력시키는 다중화 기능을 수행한다.
이와 같이 광신호를 조절하는 소자를 수동소자라고 하고 이는 주로 실리콘 기판 위에 굴절율이 다른 실리카 매질을 이용하여 제작된다. AWG소자는 기판 상에 클래드(Clad)층과 코어(Core)층을 적층한 다음, 리소그라피(lithography) 공정 및 건식 식각 공정을 통하여 코어층을 식각하여 다양한 형태로 패터닝된 코어를 따라서 광신호를 진행하는 광경로를 형성하고 상기 패터닝된 코어가 형성된 기판 상에 다시 클래드층을 형성하는 과정을 거쳐 제작함이 일반적이다.
한편, 이와 같은 AWG, 다 포트 광가변감쇄기(VOA:Variable Optical Attenuator), 광세기 분할기 등과 같은 PLC소자를 집적하여 광신호를 처리하는 광서브시스템(Optical Sub System)을 형성할 때, 복수의 입력포트 또는 복수의 출력포트를 가지는 PLC 소자들의 각 입력포트 또는 각 출력포트로부터 입출사되는 광신호 파워를 모니터링해서 일정하게 조절시켜 주는 것이 바람직하다.
이때, 각 입출력 포트의 광신호를 모니터하기 위해 다수개인 입력포트 또는 출력포트에 연결되는 입출력광도파로에 탭커플러를 설치하고, 상기 탭커플러를 이용하여 만들어진 다른 광도파로에 광신호를 분기시키고, 분기되는 광신호의 파워를 능동 소자인 포토 다이오드에 의하여 모니터할 필요가 있다.
이 경우 사용되는 포토 다이오드는 대표적인 능동소자로서 광신호를 전기신호로 바꿔주는 역할을 수행한다. 또 다른 능동소자로는 전기신호를 광신호로 바꿔주는 레이저 다이오드 등이 있다. 이러한 소자는 광전효과나 전광효과를 이용하여 광통신에서 주로 사용되는 1310/1550nm 파장의 광신호를 취급하기 위하여 InP 기판 위에 조성비를 달리한 InGaAs 물질을 적층하여 p-n 접합층을 형성하여 광신호를 전기신호로 바꾸거나, 전기신호를 광신호로 바꾸어줄 수 있는 능동소자를 제작한다.
이러한 능동소자를 수동소자에 결합시켜 사용하기 위해서는, 이들이 각각 서로 다른 매질로 구성되기 때문에 한 기판 위에서 동일한 공정으로 수동소자와 능동소자를 동시에 제작할 수 없고, 각각의 공정을 통해서 완성된 각 소자를 정렬하고 부착해야 한다. 이와 같이 다른 매질로 집적된 능동소자를 수동소자 위에 결합시키는 것을 하이브리드 집적이라고 한다.
종래의 하이브리드 집적 기술에서는 PLC 소자를 구성하는 평면 광도파로를 끊는 좁고 기울어진 홈을 만들고 반사필터를 삽입하여 평면 광도파로를 진행하는 광신호를 평면 광도파로의 코어 밖으로 반사시켜 포토 다이오드 수광 영역에 입사시키는 방법을 개시하고 있다. 이 경우에는, 능동소자를 수동소자에 부착시키기 위해 수동소자의 기판에 실리콘 플랫폼을 형성하고, 평면 광도파로와 능동소자의 능동 영역을 정밀하게 정렬하고, 플립칩 본딩(Flip Chip Bonding)하여 실장해야만 한다.
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따라 구성된 PLC 소자(40)와 능동소자인 포토 다이오드 소자(50)의 결합 구조를 도시한 것이다.
먼저, 실질적으로 현장에서 사용할 수 있는 PLC 소자 모듈은 입사포트인 광커넥터가 부착되어 있는 입력 광섬유어레이와 출사포트인 광커넥터가 부착되어 있는 출력 광섬유어레이, 이들 사이에 매개하여 광신호를 조절(분파, 합파, 광세기 조정 등)하는 PLC 소자로 구성된다. 아울러, 평면 광도파로를 진행하는 광신호를 전기신호로 바꾸기 위해서는 능동소자인 포토 다이오드와 이를 연결하는 전기회로가 더 구성되어야 한다. 이 때, 포토 다이오드는 수광된 광 세기에 비례하는 전기신호인 전류 또는 전압을 출력하는 소자이다.
이 경우, 종래에는 먼저 출력광도파로의 끝단에 평면 광도파로의 코어(12)를 끊는 깊이 방향으로 비스듬한 각도를 갖는 홈(trench, 35)을 파고, 그 안에 일정한 반사율을 갖는 반사거울(11)을 삽입하여, 상기 평면 광도파로의 코어(12)를 진행하는 광신호를 일정한 각도로 반사시켜 반사광(17)을 반사된 빛의 경로 끝에 놓인 포토 다이오드의 수광영역(51)에 수광시키는 구조를 갖는다. 이때, 일정 반사율을 갖는 반사거울(11)의 반사율을 조절하여 일부 또는 전체 빛을 포토 다이오드(50)로 수광시킬 수 있다. 그리고, 상기 출력광도파로의 끝단 부분에 형성된 홈(35)은 매우 깨끗한 절단면을 가져서 빛의 산란을 막아야 하고, 상기 홈(35)의 폭은 삽입되는 반사거울(11)과 거의 일치되도록 좁게 만들어, 얇은 반사거울(11)이 비뚤어짐 없이 정확하게 놓이게 할 수 있어 반사되는 각도를 일정하게 유지할 수 있도록 하여야 한다. 또한, 반사거울(11)의 투과율을 조절하고 두께를 수십 마이크로미터보다 작게 만들어 반사거울(11) 뒤에 연속된 광도파로로 손실 없이 광신호를 전달할 수 있어야 한다.
또한, 홈(35)을 형성할 때 홈(35)의 각도가 정확하게 일치해야 반사된 광신호가 포토 다이오드의 수광영역(51)에서 벗어나지 않게 된다.
하지만, 종래기술에 따른 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈은 광경로상에 형성되는 홈에 필터가 배치되는 것이므로, 평판형 광도파로 소자의 제조공정과 능동소자의 제조공정을 개별적으로 진행하여야 하고, 평판형 광도파로 소자의 위에 직접 집적화를 한다고 해도, 홈이나 필터를 피해 집적화 해야 하므로, 전기회로를 별도로 구현해서 개별적으로 집적화할 수 밖에 없기 때문에, 벌크한 공정이 어려워 양산화 측면에서 상당히 불리하며, 홈 구현 공정과 필터에 대한 제작 원가가 증가하고, 정밀한 정렬이 어렵기 때문에 재현성과 실리콘/실리카 재료와는 다른 이종 물질에 의한 신뢰성 측면에서 불리하다.
특히, 상기 홈과 필터를 사용한 방법은 수동소자 공정과 능동소자 공정이 완전히 칩 상태로 구현되는 단계 이전의 공정에서 서로 적용되기 어렵고, 평판형 광도파로 소자위에 능동소자를 직접 집적화를 한다고 하더라도 홈이나 필터를 피해 집적화해야 하므로, 전기회로를 별도로 구현해서 개별적으로 집적화할 수 밖에 없기 때문에, 벌크한 공정이 어려워 양산화 측면에서 상당히 불리하며, 홈 구현 공정과 필터에 대한 제작 원가가 증가하고, 정밀한 정렬이 어렵기 때문에 재현성과 실리콘/실리카 재료와는 다른 이종 물질의 삽입에 의한 신뢰성 측면에서 불리한 문제점이 있다.
또한, 포토 다이오드를 집적화하는 플립 칩 공정이 고온의 온도를 필요로 하기 때문에, 고분자 소재의 필터일 경우 열에 의한 변형이 우려되고, 열에 무의존한 필터가 적용되는 경우에도 접착재료의 변형에 의해 정렬상태가 흐트러질 우려가 있는 등, 벌크한 공정처럼 장시간 열에 노출시킬 수가 없기 때문에, 수동소자와 능동소자의 공정이 혼용되기는 어렵고, 각각의 공정을 통해서 완성된 각 칩 형태의 수동소자와 능동소자들을 정렬하고 부착해야 하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 평판형 광도파로 소재의 광경로 상에 종래와 같은 홈이나, 필터와 같은 다른 매질이 존재하지 않으므로, 평판형 광도파로 소자의 상측에 능동소자를 직접 형성하는 것이 가능한 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈을 제공함에 있다.
또한, 평판형 광도파로 소자의 상측에 능동소자가 직접 형성되면서 반사면과 포토 다이오드 사이의 광경로를 최소화시킬 수 있으며, 광경로의 단축에 따라 수광감도가 높아지므로 저가의 포토 다이오드를 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 성능의 신뢰성과 재현성을 향상시킬 수 있는 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈을 제공함에 있다.
또한, 누출광의 반사로 인한 인접한 포토 다이오드간의 광간섭을 방지할 수 있는 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 동일한 제조공정상에서 평판형 광도파로 소자의 상측에 능동소자를 직접 형성함에 따라 제조공정을 단순화하는 것과 동시에 양산화가 가능한 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈 제조방법을 제공함에 있다.
삭제
상기 목적은, 본 발명에 따라, 기판과, 하부 클래드층과 코어층과 상부 클래드층의 적층구조로 이루어져 상기 기판의 상측에 배치되는 광회로가 형성된 평판형 광도파로 소자;와, 수광용 개구영역이 형성되어 상기 평판형 광도파로 소자의 상측에 직접 적층되는 전기회로와, 상기 전기회로의 수광용 개구영역에 고정되는 포토 다이오드를 포함하는 능동소자; 및, 상기 평판형 광도파로 소자의 광출력측에 배치되는 지지기판과, 상기 지지기판에 설치되어 광회로의 출력단으로부터 출력되는 광신호를 전달받는 광섬유와, 상기 지지기판에 설치되어 광회로의 출력단으로부터 출력되는 광신호를 상기 능동소자의 포토 다이오드를 향해 반사시키는 반사면을 갖는 출력 광섬유 어레이;를 포함하는 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈에 의해 달성된다.
여기서, 상기 상부 클래드층은 출력 광섬유 어레이의 반사면과 포토 다이오드의 사이에 대응되는 영역에 배치되는 제1홈과, 출력 광섬유 어레이의 반사면과 포토 다이오드의 사이에 대응되는 영역의 양측에 배치되는 제2홈 중 어느 하나를 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1홈은 내부에 굴절률 정합 레진이 삽입되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 평판형 광도파로 소자와 출력 광섬유 어레이의 하부에 배치되는 보강기판을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 평판형 광도파로 소자는 광회로의 상측에 배치되는 커버글라스를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 커버글라스는 출력 광섬유 어레이의 반사면과 포토 다이오드의 사이에 대응되는 영역에 배치되는 제3홈과, 출력 광섬유 어레이의 반사면과 포토 다이오드의 사이에 대응되는 영역의 양측에 배치되는 제4홈 중 어느 하나를 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제3홈과 제4홈은 커버글라스의 두께보다 얕은 깊이를 가지며, 커버글라스의 저면부에 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제3홈은 내부에 굴절률 정합 레진이 삽입되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 커버글라스는 복수의 출력 광섬유 어레이의 반사면과 포토 다이오드의 사이에 대응되는 위치들을 가로지르는 장홈의 형태의 제3홈을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제3홈은 내부에 굴절률 정합 레진이 삽입되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전기회로는 하부에 평판형 광도파로 소자와의 사이에 배치되는 완충박막을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 출력 광섬유 어레이는 지지기판에 다수개의 V형 홈을 형성하고, 상기 다수개의 V형 홈에 광섬유와 금속선을 선택적으로 배치한 상태에서, 지지기판의 상측에 덮개를 고정하여 광섬유와 금속선이 지지기판에 고정되도록 한 다음, 상기 평판형 광도파로 소자의 광출력측 단부와 출력 광섬유 어레이의 광입력측 단부를 각각 경사면으로 연마하여 상기 금속선의 단면에 반사면을 형성하고, 상기 평판형 광도파로 소자의 경사면과 출력 광섬유 어레이의 경사면을 접합하는 것이 바람직하다.
삭제
본 발명의 또 다른 목적은, 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈의 제조방법에 있어서, 사진식각공정을 통해 기판상에 하부 클래드층과 코어층과 상부 클래드층으로 적층 구성되는 광회로를 형성하는 평판형 광도파로 소자 형성단계;와, 상기 평판형 광도파로 소자 형성단계와 동일 공정상에서 상기 광회로의 상측에 리프트 오프 방식으로 전기회로를 형성한 다음, 상기 전기회로의 상측에 플립 칩 본딩 방식으로 포토 다이오드를 고정하여 상기 평판형 광도파로 소자의 상측에 직접 능동 소자를 형성하는 단계; 및, 상기 능동소자가 형성된 평판형 광도파로 소자의 출력측 단부를 경사면으로 가공하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈의 제조방법에 의해 달성된다.
여기서, 상기 평판형 광도파로 소자는 광회로의 상측에 커버글라스를 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 지지기판에 형성된 V형 홈에 광섬유와 금속선을 선택적으로 배치하고, 덮개를 이용해 광섬유와 금속선을 지지기판에 고정한 다음, 지지기판의 광입력측 단부를 경사면으로 가공하여 경사면에 위치하는 금속선의 단면부분에 반사면을 형성하는 출력 광섬유 어레이 형성단계;와, 상기 광회로의 출력단과 상기 광섬유와 반사면의 광입력측 단부를 정렬한 다음, 상기 평판형 광도파로 소자의 광출력측 경사면과 상기 출력 광섬유 어레이의 광입력측 경사면을 접합하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
삭제
삭제
본 발명에 따르면, 평판형 광도파로 소재의 광경로 상에 종래와 같은 홈이나, 필터와 같은 다른 매질이 존재하지 않으므로, 평판형 광도파로 소자의 상측에 능동소자를 직접 형성하는 것이 가능한 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈이 제공된다.
또한, 평판형 광도파로 소자의 상측에 능동소자가 직접 형성되면서 반사면과 포토 다이오드 사이의 광경로를 최소화시킬 수 있으며, 광경로의 단축에 따라 수광감도가 높아지므로 저가의 포토 다이오드를 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 성능의 신뢰성과 재현성을 향상시킬 수 있는 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈이 제공된다.
또한, 누출광의 반사로 인한 인접한 포토 다이오드간의 광간섭을 방지할 수 있는 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈이 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 동일한 제조공정상에서 평판형 광도파로 소자의 상측에 능동소자를 직접 형성함에 따라 제조공정을 단순화하는 것과 동시에 양산화가 가능한 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈 제조방법이 제공된다.
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도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따라 구성된 PLC 소자와 능동소자인 포토 다이오드 소자의 결합 구조를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈의 개략 구성을 나타내는 정면도,
도 3은 본 발명 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈의 평면도,
도 4는 도 2의 "A"부분의 확대단면도,
도 5는 본 발명 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈의 전기회로의 평면도,
도 6은 본 발명 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈의 광회로의 평면도,
도 7은 본 발명 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈의 출력 광섬유 어레이의 분해사시도,
도 9는 본 발명의 제1실시예의 변형실시예에 따른 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈의 평면도,
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈의 단면도,
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈의 평면도,
도 12는 본 발명의 제2실시예의 변형실시예에 따른 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈의 평면도이고,
도 13은 제2실시예의 다양한 변형실시예들을 나타낸 단면도이다.
설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈에 대하여 상세하게 설명한다.
첨부도면 중 도 2는 본 발명 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈의 개략 구성을 나타내는 정면도이고, 도 3은 본 발명 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈의 평면도이고, 도 4는 도 2의 "A"부분의 확대단면도이고, 도 5는 본 발명 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈의 전기회로의 평면도이고, 도 6은 본 발명 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈의 광회로의 평면도이고, 도 7은 본 발명 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈의 출력 광섬유 어레이의 분해사시도이다.
상기 도면에서 도시하는 바와 같은 본 발명 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈은 크게 평판형 광도파로 소자(110)와, 상기 평판형 광도파로 소자(110)의 상측에 직접 형성되는 능동소자(120)와, 상기 평판형 광도파로 소자(110)의 광 출력측 단부에 배치되는 출력 광섬유 어레이(130)를 포함하여 구성된다.
상기 평판형 광도파로 소자(110)는 기판(111)과, 하부 클래드층(112a)과 코어층(112b)과 상부 클래드층(112c)의 적층구조로 이루어져 상기 기판(111)의 상측에 배치되는 광회로(112)를 포함하여 구성되며, 상기 기판(111)의 적어도 광출력측 단부는 가공 연마에 의해 경사면(111a)으로 형성된다. 여기서, 상기 평판형 광도파로 소자(110)는 인접 포토 다이오드(122)와의 사이에 광간섭이 발생하는 것을 방지하기 위해 상기 상부 클래드층(112c)의 출력 광섬유 어레이(130)의 반사면(134a)과 포토 다이오드(122)의 사이에 대응되는 영역에 배치되는 제1홈(113)을 형성하고, 상기 제1홈(113)의 내부에 굴절률 정합 레진(R)을 삽입한다.
상기 능동소자(120)는 상기 평판형 광도파로 소자(110) 형성단계와 동일 공정라인상에서 상기 상부 클래드층(112c)의 상측면에 리프트 오프 공정에 의해 직접 적층되는 것으로서, 수광용 개구영역이 형성되는 금(Au) 재질의 전기회로(121)와, 상기 전기회로(121)의 크랙을 방지하기 위해 전기회로(121)의 저면부에 스트레스 완충작용을 하는 납(Pb), 티타늄(Ti)등의 완충박막(미도시)과, 상기 전기회로(121)의 수광용 개구영역에 고정되는 포토 다이오드(122)를 포함하여 구성된다.
상기 출력 광섬유 어레이(130)는 상기 평판형 광도파로 소자(110)의 광출력측 단부에 고정되어 광회로(112)의 출력측 단부로 출력되는 광신호를 광섬유(133)로 전달받거나, 반사면(134a)으로 포토 다이오드(122)를 향해 반사시키는 것으로서, 상측면에 다수의 V형 홈(132)이 등간격으로 이격배치되어 상기 평판형 광도파로 소자(110)의 광출력측에 배치되는 지지기판(131)과, 상기 지지기판(131)의 V형 홈(132)에 선택적으로 설치되는 광섬유(133)와 금속선(134), 상기 지지기판(131)의 상측에 고정되어 V형 홈(132)에 삽입된 광섬유(133)와 금속선(134)을 고정하는 덮개(135)와, 상기 지지기판(131)의 광입력측 단부에 연마에 의해 가공 형성되는 경사면(131a)과, 상기 경사면(131a)의 형성과정에서 금속선(134)의 광입력측 단부에 형성되어 광회로(112)의 출력단으로부터 출력되는 광신호를 상기 능동소자(120)의 포토 다이오드(122)를 향해 반사시키는 반사면(134a)을 포함하여 구성된다. (도 7참조)
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한편, 상기 평판형 광도파로 소자(110)와 출력 광섬유 어레이(130)의 접합신뢰성을 향상시키기 위해 평판형 광도파로 소자(110)의 기판(111)과 출력 광섬유 어레이(130)의 지지기판(131)의 하부에 보강기판(140)을 배치하여 강성을 증대시키는 것이 가능하다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈의 작용을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 평판형 광도파로 소자(110)의 광입력측에 입력 광섬유 어레이가 고정되고, 평판형 광도파로 소자(110)의 광출력측에 출력 광섬유 어레이(130)가 고정된다.
상기 입력 광섬유 어레이로부터 제공되는 광신호는 도 4과 같이 기판(111)상에 형성되어 하부 클래드층(112a)과 상부 클래드층(112c)의 사이에 위치한 코어층(112b)의 입력단으로 입력되고, 광손실 없이 양측으로 분기되어 하나는 상기 광회로(112)의 코어층(112b) 출력단에 연결되는 출력 광섬유 어레이(130)의 광섬유(133)로 전달되고, 다른 하나는 출력 광섬유 어레이(130)의 반사면(134a)에 의해 반사되어 상부 클래드층(112c)의 상측에 배치된 포토 다이오드(122)로 전달된다.
상기 포토 다이오드(122)로 전달되는 광신호는 전기신호로 변환되어 포토 다이오드(122)의 하부에 위치한 전기회로(121)를 통해 전기회로(121)에 접속되는 별도의 제어회로로 전달된다.
여기서, 상기 출력 광섬유 어레이(130)의 반사면(134a)은 지지기판(131)의 V형 홈(132)에 삽입된 금속선(134)이 출력 광섬유 어레이(130)의 입력단 경사면(131a)의 형성과정에서 연마되어 반사면(134a)으로 이루어지게 된다.
상기와 같이 능동소자의 포토 다이오드(122)가 광회로(112)의 상측에 직접 형성되는 구성에 의해 광경로가 짧아지므로 수광감도가 높아 저가의 포토 다이오드(122)를 사용할 수 있으며, 인접 포토 다이오드(122)와의 광 간섭이 발생하는 것을 방지할 수 있으므로 신뢰성과 재현성이 우수하다.
특히, 종래와 같이 광경로를 이루는 코어층(112b)에 홈과 같은 어떠한 변형이나 가공을 하지 않는데다가, 필터 등과 같은 이종 물질을 추가로 사용하지 않으므로, 광회로(112)의 상측에 능동소자(120)를 직접 형성하는 것이 가능하게 된다.
또한, 광회로(112)가 반사면(134a)에 의해 반사되어 포토 다이오드(122)로 전달되는 과정에서 상기 클래드층에 형성된 제1홈(113)에 채워진 굴절률이 정합된 레진(R)을 투과하므로, 인접 포토 다이오드(122)로 광간섭이 발생하는 것이 방지되며, 반사면(134a)에 의해 반사된 광신호가 포토 다이오드(122)로 전달되는 과정에서 광신호의 손실이 최소화된다.
상기와 같은 본 발명의 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈의 제조방법을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 평판형 광도파로 소자(110)와 능동소자(120)의 제조방법을 살펴보면, 포토리소그래피(photolithography) 공정을 이용하여 기판(111)의 상측에 하부 클래드층(112a)과 코어층(112b)과 상부 클래드층(112c)을 형성하고, 이 과정에서 코어층(112b)이 입력단과 출력단을 연결하는 광회로(112)라인을 형성하도록 한다.
또한, 상기 코어층(112b)의 출력단과 포토 다이오드(122)가 설치될 위치의 사이영역에 대응되는 상부 클래드층(112c)에 제1홈(113)을 관통 형성하고, 여기에 굴절률 정합 레진(R)을 채운 다음, 연마 또는 플라즈마 식각 등의 방법으로 전기회로(121)가 형성될 상부 클래드층(112c)의 상측면을 평탄화시킨다. 본 실시예에서는 상기 코어층(112b)의 출력단이 0.127mm의 간격으로 배치되는 것으로 예를 들어 설명한다.
이어서, 상기 상부 클래드층(112c)의 상측에 포토 다이오드(122)가 설치될 수광용 개구영역(121a)을 갖는 전기회로(121)를 리프트 오프(Lift-off) 방식으로 형성하고, 상기 전기회로(121)의 수광용 개구영역(121a)에 플립 칩 본딩 (Flip Chip Bonding)방식으로 포토 다이오드(122)를 고정한다.
상기 전기회로(121)는 금(Au)재질로 이루어지는데, 상기 금(Au)재질의 전기회로(121)의 크랙을 피하기 위해 전기회로(121)의 하부에 스트레스의 완충을 위한 납(Pb)이나 티타늄(Ti)등의 재질로 이루어지는 완충박막을 얇게 증착할 수 있다.
한편, 상기 포토 다이오드(122)는 각각의 수광용 개구영역(121a)에 모노 포토 다이오드(122)를 개별적으로 설치하거나, 전기회로(121)에 형성된 수광용 개구영역(121a)의 수와 피치에 따라 미리 조립된 포토 다이오드(122) 모듈을 설치하는 것이 가능하다.
평탄형 광도파로 소자의 상측에 능동소자(120)의 형성이 완료되면, 입력측 단부와 출력측 단부를 가공, 연마하여 입력단과 출력단에 각각 경사면(111a,131a)을 형성한다.
능동소자(120)가 형성된 평탄형 광도파로 소자의 출력측 단부에 배치되는 출력 광섬유 어레이(130)의 제조방법을 살펴보면 다음과 같다.
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상기와 같이 조립된 출력 광섬유 어레이(130)는 광신호 입력측 단부를 가공, 연마하여 경사면(131a)을 형성하는데, 이러한 경사면(131a)의 형성과정에서 금속선(134)의 연마되는 단면이 반사면(134a)을 이루게 된다.
상기 출력 광섬유 어레이(130)는 입력측 단부에 형성된 경사면(131a)을 평판형 광도파로 소자(110)의 출력측 단부에 형성된 경사면(111a)에 면접하도록 배치하고, 광회로(112)의 출력단이 광섬유(133)의 입력단과 반사면(134a)에 각각 일치되도록 정렬하고, 기판(111)의 경사면(111a)과 지지기판(131)의 경사면(131a)을 각각 접합한다.
상기 출력 광섬유 어레이(130)와 평판형 광도파로 소자(110)가 조립된 상태에서는, 광회로(112) 출력단으로부터 제공되는 광신호는 광섬유(133)와 반사면(134a)으로 각각 제공되며, 반사면(134a)으로 제공되는 광신호는 포토 다이오드(122)를 향해 반사되어 전기신호로 변환된다.
다음으로 본 발명의 제1실시예의 변형실시예에 대하여 설명한다.
첨부도면 중 도 9는 본 발명의 제1실시예의 변형실시예에 따른 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈의 평면도이다.
도 9에서 도시하는 바와 같이, 본 발명의 제1실시예의 변형실시예에 따른 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈은 상기 실시예의 제1홈(113)을 형성하지 않고, 상기 상부 클래드층(112c)은 출력 광섬유 어레이(130)의 반사면(134a)과 포토 다이오드(122)의 사이에 대응되는 영역의 양측에 배치되는 제2홈(114)을 형성하는 구성하여 인접 포토 다이오드(122)와의 광간섭을 방지하는 점에서 상술한 실시예와 차이를 갖는다.
이때, 상기 제2홈(114)은 비어있는 상태로 형성되므로, 내부에 굴절률이 낮은 공기층이 형성되면서 공기와 상부 클래드층(112c)의 굴절률의 차이에 의해 인접 포토 다이오드(122)에 광간섭이 발생하는 것을 방지하게 된다.
다음으로 본 발명의 제2실시예에 따른 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈에 대하여 설명한다.
첨부도면 중 도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈의 단면도이고, 도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈의 평면도이다.
상기 도면에서 도시하는 바와 같은 본 발명의 제2실시예에 따른 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈은 평판형 광도파로 소자(110)의 상부 클래드층(112c) 상측에 커버글라스(115)를 추가로 형성하고, 상기 커버글라스(115)의 상측에 능동소자(120)를 형성하는 점에서 상술한 실시예와 차이를 갖는다.
즉, 광회로(112)의 상측에 커버글라스(115)를 배치하는 경우에는, 커버글라스(115)의 두께만큼 광 손실이 유발되어 포토 다이오드(122)의 수광 감도는 떨어지지만, 광회로(112)의 상부 클래드층(112c)의 평탄도나 거칠기, 파티클에 의해 금속 패터닝 방법으로 형성되는 전기회로(121)가 단선될 가능성이 있지만, 평탄도와 표면상태에 문제가 없는 커버글라스(115)에 전기회로(121)를 형성하여 정밀하고 신뢰성있는 전기회로(121)의 형성이 가능하고, 포토 다이오드(122)의 플립 칩 본딩의 정확성과 효율성을 향상시킬 수 있으며, 쉽고 용이한 공정진행이 가능하게 된다.
또한, 종래에 비하여 추가되는 공정이 없이 커버글라스(115)의 상측에 전기회로(121)를 그대로 증착하는 것이므로, 일반적인 평판형 광도파로 소자(110) 제조공정의 신뢰성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
아울러, 상기와 같이 커버글라스(115)의 상측에 능동소자를 형성하는 경우에는, 커버글라스(115)의 상측에 전기회로(121)와 포토 다이오드(122)를 고정한 상태에서, 상기 커버글라스(115)를 광회로(112)의 상측에 배치하는 것도 가능하며, 이 경우 상기 광회로(112)가 형성된 기판(111)과 커버글라스(115)에 각각 정렬마크 또는 룰러(Ruler) 패턴을 형성하는 것이 바람직할 것이다.
한편, 상기와 같은 제2실시예에서도, 인접 포토 다이오드(122)와의 사이에 광간섭이 발생하는 것을 방지하기 위해 상기 커버글라스(115)는 출력 광섬유 어레이(130)의 반사면(134a)과 포토 다이오드(122)의 사이에 대응되는 영역에 배치되는 제3홈(116)을 형성하고, 상기 제3홈(116)의 내부에 굴절률 정합 레진(R)을 삽입하는 것이 바람직하다.
특히, 상기 제3홈(116)은 커버글라스(115)의 저면에 홈의 형태로 가공하여 형성함으로써 전기회로(121)와 포토 다이오드(122)가 형성되는 커버글라스(115)의 상측면의 평탄도가 유지되도록 할 수 있다.
상기와 같이 형성되는 제3홈(116)을 통해 광신호가 전달되는 과정 및 효과는 상술한 제1실시예와 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 본 실시예에서는 상기 제3홈(116)이 포토 다이오드(122)가 설치되는 위치와 반사면(134a)의 사이에 각각 홈의 형태로 형성되는 것으로 설명하였으나, 커버글라스(115)에 두꺼운 홈을 각각 형성하는 과정이 불리한 측면이 있으므로, 가공의 편의를 위해 상기 제3홈(116)을 쏘잉(Sawing)공정에 의해 상기 커버글라스(115)의 저면부에서 복수의 출력 광섬유 어레이(130)의 반사면(134a)과 포토 다이오드(122)의 사이에 대응되는 위치들을 가로지르는 소정의 깊이를 갖는 장홈의 형태로 가공하여 형성하는 것도 가능하며, 이 경우에도 제3홈(116)의 내부에 굴절률 정합 레진(R)을 삽입하는 것이 바람직하다.
첨부도면 중 도 12는 본 발명의 제2실시예의 변형실시예에 따른 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈의 평면도이다.
본 발명의 제2실시예의 변형실시예에 따른 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈은 상기 제2실시예의 제3홈(116)을 형성하지 않고, 상기 커버글라스(115)의 출력 광섬유 어레이(130)의 반사면(134a)과 포토 다이오드(122)의 사이에 대응되는 영역의 양측에 제4홈(117)을 형성함으로써, 인접 포토 다이오드(122)와의 광간섭을 방지하는 점에서 상술한 실시예와 차이를 갖는다.
이때, 상기 제4홈(117)은 비어있는 상태로 형성되므로, 내부에 굴절률이 낮은 공기층이 형성되면서 공기와 커버글라스(115)의 굴절률의 차이에 의해 인접 포토 다이오드(122)에 광간섭이 발생하는 것을 방지한다.
첨부도면 중 도 13은 제2실시예의 다양한 변형실시예들을 나타내는 것으로서, 제1홈(113)은 상부 클래드층(112c)의 광전달영역에 형성되는 것이고, 제2홈(114)은 상부 클래드층(112c)의 광전달영역 양측에 형성되는 것이고, 제3홈(116)은 커버글라스(115)의 광전달영역에 형성되는 것이고, 제4홈(117)은 커버글라스(115)의 광전달영역의 양측에 형성되는 것이다.
도 13에서 도시하는 바와 같이, (a)는 광회로(112)의 상부 클래드층(112c)에 제1홈(113)을 형성하고, 커버글라스(115)에 제3홈(116)을 형성한 다음, 제1홈(113)과 제3홈(116)에 각각 굴절률 정합 레진(R)을 채운 것이고, (b)는 광회로(112)의 상부 클래드층(112c)에 제1홈(113)을 형성하고, 제1홈(113)에 굴절률 정합 레진(R)을 채운 다음, 커버글라스(115)에 제4홈(117)을 형성한 것이고, (c)는 광회로(112)의 상부 클래드층(112c)에 제2홈(114)을 형성하고, 커버글라스(115)에 제3홈(116)을 형성한 다음, 제3홈(116)에 굴절률 정합 레진(R)층을 채운 것이고, (d)는 광회로(112)의 상부 클래드층(112c)에 제2홈(114)을 형성하고, 커버글라스(115)에 제4홈(117)을 형성한 것이다.
즉, 상기한 바와 같이, 반사면(134a)과 포토 다이오드(122)의 사이에 위치하는 상부 클래드층(112c)과 커버글라스(115)에 제1홈(113) 내지 제4홈(117)을 선택적으로 형성하고, 광전달영역에 위치하는 제1홈(113)과 제3홈(116)에는 굴절률 정합 레진(R)층을 채움으로써 광신호의 전달과정에서 인접 포토 다이오드(122)에 광간섭을 발생하는 것을 방지하는 것과 동시에, 광손실을 최소화할 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
110:평판형 광도파로 소자, 111:기판, 111a:경사면, 112:광회로,
112a:하부 클래드층, 112b:코어층, 112c:상부 클래드층, 113:제1홈,
114:제2홈, 115:커버글라스, 116:제3홈, 117:제4홈, R:레진,
120:능동소자, 121:전기회로, 121a:수광용 개구영역, 122:포토 다이오드,
130:출력 광섬유 어레이, 131:지지기판, 131a:경사면, 132:V형 홈,
133:광섬유, 134:금속선, 134a:반사면, 135:덮개, 140:보강기판,

Claims (18)

  1. 기판과, 하부 클래드층과 코어층과 상부 클래드층의 적층구조로 이루어져 상기 기판의 상측에 배치되는 광회로가 형성된 평판형 광도파로 소자;
    금속박막층으로 이루어지며 수광용 개구영역이 형성되도록 상기 평판형 광도파로 소자의 상부 클래드층 상측에 리프트 오프(lift-off) 방식으로 직접 적층 형성되는 전기회로와, 상기 전기회로의 수광용 개구영역에 플립 칩 본딩(Flip Chip Bonding) 방식으로 고정되는 포토 다이오드를 포함하는 능동소자; 및,
    상기 평판형 광도파로 소자의 광출력측에 배치되는 지지기판과, 상기 지지기판에 설치되어 광회로의 출력단으로부터 출력되는 광신호를 전달받는 광섬유와, 상기 지지기판에 설치되어 광회로의 출력단으로부터 출력되는 광신호를 상기 능동소자의 포토 다이오드를 향해 반사시키는 반사면을 갖는 출력 광섬유 어레이;를 포함하는 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 상부 클래드층은 출력 광섬유 어레이의 반사면과 포토 다이오드의 사이에 대응되는 영역에 배치되는 제1홈과, 출력 광섬유 어레이의 반사면과 포토 다이오드의 사이에 대응되는 영역의 양측에 배치되는 제2홈 중 어느 하나를 형성하는 것을 특징으로 하는 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1홈은 내부에 굴절률 정합 레진이 삽입되는 것을 특징으로 하는 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 평판형 광도파로 소자와 출력 광섬유 어레이의 하부에 배치되는 보강기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈
  5. 기판과, 하부 클래드층과 코어층과 상부 클래드층의 적층구조로 이루어져 상기 기판의 상측에 배치되는 광회로와, 상기 광회로의 상측에 배치되는 커버글라스가 형성된 평판형 광도파로 소자;
    금속박막층으로 이루어지며 수광용 개구영역이 형성되도록 상기 평판형 광도파로 소자의 커버글라스 상측에 리프트 오프(lift-off) 방식으로 직접 적층되는 전기회로와, 상기 전기회로의 수광용 개구영역에 플립 칩 본딩(Flip Chip Bonding) 방식으로 고정되는 포토 다이오드를 포함하는 능동소자; 및,
    상기 평판형 광도파로 소자의 광출력측에 배치되는 지지기판과, 상기 지지기판에 설치되어 광회로의 출력단으로부터 출력되는 광신호를 전달받는 광섬유와, 상기 지지기판에 설치되어 광회로의 출력단으로부터 출력되는 광신호를 상기 능동소자의 포토 다이오드를 향해 반사시키는 반사면을 갖는 출력 광섬유 어레이;를 포함하는 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 커버글라스는 출력 광섬유 어레이의 반사면과 포토 다이오드의 사이에 대응되는 영역에 배치되는 제3홈과, 출력 광섬유 어레이의 반사면과 포토 다이오드의 사이에 대응되는 영역의 양측에 배치되는 제4홈 중 어느 하나를 형성하는 것을 특징으로 하는 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제3홈과 제4홈은 커버글라스의 두께보다 얕은 깊이를 가지며, 커버글라스의 저면부에 형성되는 것을 특징으로 하는 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈.
  8. 삭제
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 커버글라스는 복수의 출력 광섬유 어레이의 반사면과 포토 다이오드의 사이에 대응되는 위치들을 가로지르는 장홈의 형태의 제3홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈.
  10. 제 7항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 제3홈은 내부에 굴절률 정합 레진이 삽입되는 것을 특징으로 하는 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈.
  11. 제 1항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 전기회로는 하부에 평판형 광도파로 소자와의 사이에 배치되는 완충박막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈.
  12. 제 1항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 출력 광섬유 어레이는 지지기판에 다수개의 V형 홈을 형성하고, 상기 다수개의 V형 홈에 광섬유와 금속선을 선택적으로 배치한 상태에서, 지지기판의 상측에 덮개를 고정하여 광섬유와 금속선이 지지기판에 고정되도록 한 다음,
    상기 평판형 광도파로 소자의 광출력측 단부와 출력 광섬유 어레이의 광입력측 단부를 각각 경사면으로 연마하여 상기 금속선의 단면에 반사면을 형성하고,
    상기 평판형 광도파로 소자의 경사면과 출력 광섬유 어레이의 경사면을 접합하는 것을 특징으로 하는 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈.
  13. 삭제
  14. 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈의 제조방법에 있어서,
    사진식각공정을 통해 기판상에 하부 클래드층과 코어층과 상부 클래드층으로 적층 구성되는 광회로를 형성하는 평판형 광도파로 소자 형성단계;
    상기 평판형 광도파로 소자 형성단계와 동일 공정상에서 금속박막층으로 이루어지며 수광용 개구영역을 갖는 전기회로를 상기 상부 클래드층의 상측에 리프트 오프(lift-off) 방식으로 형성한 다음, 상기 전기회로의 상측에 플립 칩 본딩(Flip Chip Bonding) 방식으로 포토 다이오드를 고정하여 상기 평판형 광도파로 소자의 상측에 능동 소자를 형성하는 단계; 및,
    상기 능동소자가 형성된 평판형 광도파로 소자의 출력측 단부를 경사면으로 가공하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈의 제조방법.
  15. 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈의 제조방법에 있어서,
    사진식각공정을 통해 기판상에 하부 클래드층과 코어층과 상부 클래드층으로 적층 구성되는 광회로를 형성하고, 상기 광회로의 상측에 커버글라스를 형성하는 평판형 광도파로 소자 형성단계;
    금속박막층으로 이루어지며 수광용 개구영역을 갖는 전기회로를 상기 커버글라스의 상측에 리프트 오프(lift-off) 방식으로 형성한 다음, 상기 전기회로의 상측에 플립 칩 본딩(Flip Chip Bonding) 방식으로 포토 다이오드를 고정하여 상기 평판형 광도파로 소자의 상측에 능동 소자를 형성하는 단계; 및,
    상기 능동소자가 형성된 평판형 광도파로 소자의 출력측 단부를 경사면으로 가공하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈의 제조방법.
  16. 제 14항 또는 제 15항에 있어서,
    지지기판에 형성된 V형 홈에 광섬유와 금속선을 선택적으로 배치하고, 덮개를 이용해 광섬유와 금속선을 지지기판에 고정한 다음, 지지기판의 광입력측 단부를 경사면으로 가공하여 경사면에 위치하는 금속선의 단면부분에 반사면을 형성하는 출력 광섬유 어레이 형성단계;와,
    상기 광회로의 출력단과 상기 광섬유와 반사면의 광입력측 단부를 정렬한 다음, 상기 평판형 광도파로 소자의 광출력측 경사면과 상기 출력 광섬유 어레이의 광입력측 경사면을 접합하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평판형 광도파로 소자용 광 파워 측정 모듈의 제조방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
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