KR20010045328A - 선택 영역 성장법을 이용한 2중 코아 스폿 사이즈 변환기및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광통신 분야에서 중요 부품으로 사용되는 광 송수신 소자로서 사용되는 2중 코아 스폿 사이즈 변환기 및 그 제조 방법을 기재한다. 본 발명에 따른 2중 코아를 갖는 스폿 사이즈 변환기는 약 0.3㎛ 두께의 스페이서를 사이에 두고 하부 수동 광도파로 및 상부 수동 광도파로와 능동 광도파로로 구성되는 2중 코아 구조를 갖되, 상부 수동 광도파로를 SAG 패턴을 이용한 선택영역 성장으로 능동 광도파로와 동시에 성장시킴으로써 능동 광도파로 쪽에서 광 방출면 쪽으로 갈수록 그 두께가 얇아지는 부 테이퍼 구조를 가지는 동시에 그 조성도 조금씩 달라지는 구조를 갖는다.

Description

선택 영역 성장법을 이용한 2중 코아 스폿 사이즈 변환기 및 그 제조 방법{Double core spot size converter using selective area growth and fabricating method thereof}
본 발명은 광통신 분야에서 중요 부품으로 사용되는 광 송수신 소자로서의 스폿 사이즈 변환기에 관한 것으로, 상세하게는 광섬유에 인가되는 광빔의 스폿 사이즈 변환을 위한 2중 코아를 선택영역 성장법을 이용하여 제작하는 선택 영역 성장법을 이용한 2중 코아 스폿 사이즈 변환기 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 광통신 분야에서 스폿 사이즈 변환기는 광신호 발생원인 광소자와 광 신호 전달 매체인 광섬유 내에서 광빔의 사이즈가 갖도록 하기 위하여 광 소자로부터 방출되는 광빔의 스폿 사이즈를 광소자 내에서의 빔 사이즈와 일치하도록 변환하여 광섬유에 인가되도록 하는데 사용된다. 이러한 스폿 사이즈 변환기는 대표적으로 레이저 다이오드(laser diode)나 반도체 광증폭기(semiconductor optical amplifier), 변조기(modulator), 광 검출기(photodetector), 파장 변환기(wavelength converter)에 주로 적용되고 있다.
광통신 시대를 앞당기기 위해서는 광통신 부품의 가격 인하가 필연적으로 요청되고 있으며, 이러한 요청에 부응하는 노력의 일환으로 광 송수신 부품의 가격을 낮추기 위해서는 렌즈(lens)를 사용하지 않는 패키지(package) 형태의 광소자 생산이 요구된다. 렌즈(Lens)를 사용하지 않고 좋은 광 결합 효율을 얻는 고성능의 광부품을 제작하기 위해서는 소자와 광섬유 내에서의 빔 사이즈(beam size)가 비슷해야 한다. 그러나 빔 사이즈는 광섬유(fiber) 내에서 약 9㎛로 매우 큰 반면에 반도체 광 소자 내에서는 약 1㎛ 정도로서 매우 차이가 심하여 광 결합 효율이 아주 좋지 않다. 이를 해결하기 위해 소자의 끝에 모드 사이즈(mode size)를 키울 수 있는 스폿 사이즈 변환기(spot size converter; SSC)를 결합시키는 방법을 사용하여 렌즈를 사용하지 않고서도 좋은 광 결합 효율을 구현하여야 낮은 가격의 광 부품의 생산이 가능하다.
도 1은 기존의 2중 코아 스폿 사이즈 변환기(double core SSC)의 구조를 보여주는 부분 절개 사시도이다. 도시된 바와 같이, 활성 광도파로(active waveguide)(10)를 수평(lateral) 방향이나 수직(vertical) 방향으로 부 테이퍼(negative taper)를 주고, 수동 광도파로(passive waveguide)(20)는 정 테이퍼(positive taper)를 줌으로써, 활성 광도파로(active waveguide)(10) 쪽에 구속되어 있는 모드(mode)를 열의 드나듦이 없이(adiabatic; 단열의) 수동 광도파로(passive waveguide)(20)로 넘어 가게 만들어 소자의 빔 사이즈(beam size)를 수동 광도파로(passive waveguide) 만을 이용하여 조절하는 방법이다.
즉, 기존의 방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 활성 광도파로(10)에서의 제한(confine)을 줄이기 위해 수평(lateral) 방향으로의 에칭을 통해 부 테이퍼(negative taper)를 주는 방법을 사용하고 있다. 이 방법을 구현하기 위해서는 수평(lateral) 방향으로의 에칭이 필수적이며 SSC 영역에서는 수동 광도파로(passive waveguide)(20) 만이 존재해야 하기 때문에 정확한 에칭 속도(etching rate)의 조절이 요구된다. 즉, 기존의 SSC를 제작하기 위해서는 광도파로(waveguide)를 습식(wet) 또는 건식(dry) 에칭법을 사용하여 광 구속 계수(optical confinement factor)를 작게 함으로서 빔 사이즈(beam size)를 키우는 방법을 사용하고 있다.
종래의 SSC 제작 방법을 살펴보면 아래 표 1에 기재된 바와 같이 크게 4 가지 분류로 나눌 수 있다. 각각의 방법에 대해 장단점을 표 1에 정리하였다. 표 1에서 알 수 있듯이 SAG법을 제외하고는 정확한 에칭(etching)에 의해 0.2㎛ 이하로의 광도파로(waveguide) 폭의 조절이 필수적으로 요구된다. 반면에 SAG법은 보다 좁은 빔 발산(beam divergence)각을 얻기 위해서는 활성층(active) 쪽의 결정성을 희생해야 하며, 원형 빔(circular beam)을 얻기 위해서는 정확한 광도파로(waveguide)의 설계와 공정 확보가 요구된다. Butt-joint법에서는 SSC 영역과 활성(active) 영역에서 모드(mode)가 부드럽게 천이되는 결정 성장 조건의 확보가 매우 힘들어 많은 연구와 시간이 요구된다. 2중 코아(Double core) 구조의 경우, 활성 광도파로(active waveguide)를 수평 또는 수직 방향으로 줄임으로서 모드 사이즈(mode size)를 크게 하여 아래쪽에 있는 수동 광도파로(passive waveguide)로 결합시켜 빔 발산각(beam divergence angle)을 조절하는 방법이다. 활성 광도파로(Active waveguide)와 무관하게 수동 광도파로(passive waveguide)의 굴절율(refractive index), 두께, 폭을 조절할 수 있으므로 빔 사이즈(beam size) 조절이 매우 용이하다. 그러나 이 방법을 사용하기 위해서는 매우 안정된 에칭 폭과 깊이의 조절이 요구되어 건식 에칭(dry etching) 공정의 확보가 필수적이다. 그러나 건식 에칭(dry etching) 공정을 적용할 경우에 테이퍼(taper)된 영역에서 부드러운(smooth한) 윤곽(profile)을 얻는 게 매우 힘들어 이에 대한 깊은 연구가 요구되고 있다. 한편 에칭법을 통해 광도파로(waveguide) 폭을 조절하는 방법을 사용하여 빔 사이즈를 조절할 경우에는 매립 헤테로구조(buried heterostructure) 제작을 위해 재성장(regrowth)시 폭이 매우 좁은 도파로(waveguide) 끝이 고온에서 매스 트랜스포트(mass transport) 현상에 의해 무너져 빔(beam) 형태를 찌그러뜨리는 현상이 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창안한 것으로, 광소자로부터 방출되는 빔의 비점수차를 줄이고 원거리 발산각(far field angle)을 줄여 광소자와 광섬유 간의 광결합 효율을 향상시키는 2중 코어 스폿 사이즈 변환기 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 기존의 2중 코아 스폿 사이즈 변환기(double core SSC)의 구조를 보여주는 부분 절개 사시도,
도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명에 따른 2중 코아 스폿 사이즈 변환기(double core SSC)의 구조를 보여주는 도면으로,
도 2a는 스폿 사이즈 변환기(double core SSC)를 길이 방향으로 절개한 단면들 보여주는 수직 단면도이고,
도 2b는 스폿 사이즈 변환기(double core SSC)의 부분 절개 사시도이며,
도 3a 내지 도 3d는 각각 도 2a 및 도 2b의 2중 코아 스폿 사이즈 변환기(double core SSC)의 제조 방법을 공정 단계별로 보여주는 수직 단면도들 및 부분 절개 사시도,
도 4는 도 2a 및 도 2b의 2중 코아 스폿 사이즈 변환기(double core SSC)의 모드 천이를 모식적으로 보여주는 그래프,
도 5는 본 발명의 실시예의 부분 절개 사시도,
도 6a 내지 도 6d는 도 5의 실시예에서 수동 광도파로의 페이싯에서의 폭을 각각 1㎛, 2㎛, 3㎛ 및 4㎛로 형성하였을 경우의 수평 방향의 FFP을 나타내는 그래프이고,
그리고 도 7은 도 5의 실시예에서의 수직 방향의 FFP를 나타내는 그래프이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1. 하부 크래드층 2. 하부 수동 광도파로
3. 상부 수동 광도파로 4. 능동 광도파로
5. 제1전류차단층 6. 제2전류차단층
7. 전극 8. 스페이서층
9. 상부 크래드층
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 2중 코어 스폿 사이즈 변환기는, 하부 크래드층; 상기 하부 크래드층 상에 소정의 폭과 두께로 형성되어 방출 빔의 패턴을 결정하는 하부 수동 광도파로; 상기 하부 수동 광도파로 상에 소정의 두께로 형성된 스페이서층; 상기 스페이서층 상에 소정의 두께로 형성된 능동 광도파로; 스폿 사이즈 변환을 위하여 상기 스페이서층 상에 상기 능동 광도파로와 연이어 부 테이퍼 모양으로 형성된 상부 수동 광도파로; 및 상기 능동 광도파로 및 상부 수동 광도파로 상에 형성된 상부 크래드층;을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 하부 수동 광도파로의 폭은 0.3㎛ 이상으로 형성되고 두께는 1㎛ 이하로 형성되며, 상기 스페이서층의 두께는 3㎛ 이하로 형성되며, 상기 상부 수동 광도파로 두께의 테이퍼 구조는 두께의 증가율이 1.5 이상이며, 상기 상부 수동 광도파로는 모드가 상기 하부 수동 광도파로로 천이되도록 광 방출면 쪽으로 상기 하부 수동 광도파로의 끝단 보다 앞서 단절되도록 형성되며, 상기 하부 크래드층은 n-InP로 형성되고, 상기 하부 수동 광도파로는 InGaAsP로 형성되며, 상기 스페이서층은 InP로 형성되며, 상기 능동 광도파로 및 상부 수동 광도파로는 InGaAsP로 형성되며, 상기 상부 크래드층은 p-InP로 형성되며, 상기 광 도파로들의 양쪽 측면에는 절연을 위하여 p-InP로 형성된 제1전류차단층과 n-InP로 형성된 제2전류차단층이 더 구비된 것이 바람직하다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 2중 코어 스폿 사이즈 변환기의 제조 방법은, (가) 기판 역할을 하는 하부 크래드층 상에 하부 수동 광도파로 및 스페이서층을 순차로 성장시키는 단계; (나) 상기 스페이서층 상에 선택 성장용 패턴을 형성한 후, 선택 영역 성장을 통해 테이퍼 구조의 스폿 사이즈 변환 영역인 상부 수동 광도파로와 활성 영역인 능동 광도파로를 함께 성장시키는 단계; (다) 상기 상부 수동 광도파로에 에칭 공정을 이용하여 상기 테이퍼 구조 외곽의 얇아진 부분을 일부 제거하여 상기 상부 수동 광도파로를 완성하는 단계; (라) 상기 상부 수동 광도파로 및 능동 광도파로를 포함하는 광도파로의 측면 아래의 크래드층을 부분적으로 식각한 다음 그 자리에 재성장을 실시하여 제1 및 제2전류차단층을 성장시켜 절연구조를 형성하는 단계; 및 (마) 상기 상부 수동 광도파로, 능동 광도파로, 제1전류차단층 및 제2전류차단층의 노출부 위에 상부 크래드층을 성장시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 (가) 단계에서 상기 하부 수동 광도파로는 1㎛ 이하의 두께로 성장시키고, 상기 스페이서층은 3㎛ 이하의 두께로 성장시키며, 상기 (나) 단계에서 상기 상부 수동 광도파로는 선택영역성장법으로 두께의 증가율이 1.5 이상이 되도록 성장시키며, 상기 (다) 단계에서 상기 상부 수동 광도파로는 모드가 상기 하부 수동 광도파로로 천이되도록 광 방출면 쪽으로 상기 하부 수동 광도파로의 끝단 보다 앞서 단절되도록 식각하며, 상기 (라) 단계에서 하부 수동 광도파로의 폭은 0.3㎛ 이상으로 형성하며, 상기 하부 크래드층은 n-InP로 형성하고, 상기 하부 수동 광도파로는 InGaAsP로 형성하며, 상기 스페이서층은 InP로 형성하며, 상기 능동 광도파로 및 상부 수동 광도파로는 InGaAsP로 형성하며, 상기 상부 크래드층은 p-InP로 형성하며, 상기 제1전류차단층은 p-InP로 형성하며, 상기 제2전류차단층은 n-InP로 형성하는 것이 바람직하다.
이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 2중 코어 스폿 사이즈 변환기 및 그 제조 방법을 상세하게 설명한다.
본 발명은 에칭(etching)법 대신 선택 영역 성장(selective area growth; SAG)법을 사용하여 활성(active) 소자 내의 모드 사이즈(mode size) 조절을 통해 모드(mode)를 수동 도파로(passive waveguide)에 이동함으로써, 빔 발산각(beam divergence angle)을 조절하는 방법을 사용한다. 즉, 본 발명에서는 SAG법을 사용하여 활성 광도파로(active waveguide)에서의 모드(mode)의 구속(confine)을 줄여주는 SSC 영역을 만들어 아래쪽의 수동 광도파로(passive waveguide)로 모드(mode)를 전환시키는 방법을 사용함으로써, 매우 까다로운 에칭 공정을 도입하지 않아도 양질의 2중 코아 스폿 사이즈 변환기(double core SSC)를 얻을 수 있다.
이와 같이, SAG법을 이용한 SSC의 구현은 광 부품 생산시 공정을 단순화시켜 제품의 가격을 낮출 수 있으므로 현재 추진 중에 있는 광통신 체계의 구축에 매우 유익할 것으로 판단된다.
도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명에 따른 2중 코아 스폿 사이즈 변환기(double core SSC)의 개략적 구조를 보여주는 광도파로 방향으로 절개된 수직 단면도 및 부분 절개 사시도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 2중 코아 스폿 사이즈 변환기는 하부 수동 광도파로(2) 및 상부 수동 광도파로(3)와 활성 광도파로(4)의 2중 코아가 스페이서(8)를 사이에 두고 형성되어 스폿 사이즈를 변환하게 된다. 하부 수동 광도파로는 광이 방출되는 페이싯(facet)쪽으로 갈수록 두께가 얇아지는 구조를 가지며 그 조성도 두께에 따라 조그씩 달라진다. 또한, 수동 도파로(3)에서 광 방출 페이싯 쪽의 폭은 능동 광도파로(4)의 폭과 동일하거나 넓게 구성된다. 하부 수동 광도파로(2)는 1μm 이하의 두께와 0.3μm 이상의 폭을 갖도록 형성된다. 그리고 스페이서(8)는 3μm 이하의 두께로 형성된다.
이러한 구조에서 능동 광도파로(4) 영역에 있는 모드를 수동 광도파로(2)로 천이시키는 과정에서 여분의 에칭 공정 없이 SAG를 통해 두께가 점차 감소하고 굴절율(refractive index)이 감소하여 동일한 광도파로 폭에 대해서도 모드 사이즈(mode size)가 커지게 된다. 이를 이용하면 단열적(adiabatic)으로 능동 광도파로(active waveguide)(4)에서 SAG에 의해 형성된 상부 수동 광도파로(passive waveguide)(SSC)(3)로의 모드를 천이시킬 수 있다. 아래층에 또 다른 수동 광도파로(passive waveguide)(2)를 SAG전에 성장시켜 위의 SSC 영역(3)에 의해 커진 모드들은 하부 수동 광도파로(passive waveguide)(2)로 천이가 이루어진다. 이때 SAG에 의한 SSC영역(3)을 모드가 충분히 아래쪽의 수동 광도파로(passive waveguide)(2) 영역으로 천이된 영역에서 제거를 해주면 모드 전체가 아래쪽의 수동 광도파로(2)에 구속된다. 아래쪽의 수동 광도파로(passive waveguide)(2)의 폭과 두께 및 굴절율(refractive index)을 조절함으로써 빔 모양(beam profile)을 원하는 데로 조절할 수 있다.
여기서, 부재번호 1, 3, 5, 6 및 7은 각각 하부 크래드층, 상부 수동 광도파로(스폿 사이즈 변환 영역), 제1전류차단층, 제2전류차단층 및 전극을 나타낸다. 여기서, 제1전류차단층(5) 및 제2전류차단층(6)은 서로 반대 극성의 물질로 도핑되어 전기적 절연층을 구성한다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따른 2중 코아 스폿 사이즈 변환기를 제조 하는 방법을 공정 단계별로 보여주는 도면들로서, 도 3a 내지 도 3c는 각 공정 단계를 보여주는 수직 단면도들이고 도 3d 부분 절개 사시도이다. 이를 참조하여 제조 방법을 공정 단계별로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 기판 역할을 하는 하부 크래드층(1) 상에 수동 광도파로(passive waveguide)(2)와 InP 스페이서(spacer)층(8)을 성장시킨다.
다음에, 스페이서층(8) 상에 유전체 마스크(dielectric mask)를 형성하여 선택 성장용 패턴(SAG pattern)을 형성한 후, 선택 영역 성장(SAG)을 통해 도 3b에 도시된 바와 같이 스폿 사이즈 변환 영역 즉 수동 광도파로(3')와 활성 영역(4)로 구성된 상부 광도파로(waveguide)(3', 4)를 성장시킨다. 하부 수동 광도파로(Passive waveguide)(2)가 스페이서(8)를 통하여 아래에 존재하는 선택 성장용 패턴(SAG pattern) 위에 선택 영역 성장(SAG)을 실시한 결과, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상부 수동 광도파로(passive waveguide)(3')는 수직(vertical) 방향으로는 부 테이퍼(negative taper)가 존재하도록 형성되나 능동 광도파로(4)는 변동이 없는 구조(structure)를 제작할 수 있다.
다음에, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상부 수동 광도파로(3')에서 간단한 에칭 공정을 통해 SAG 외곽의 얇아진 부분을 일부 제거하여 상부 수동 광도파로(SSC 영역)(3)를 형성한다.
다음에, 도 3d에 도시된 바와 같이, 상부 수동 광도파로(3) 및 능동 광도파로(4)를 포함하는 광도파로의 측면 크래드층을 식각한 다음 그 자리에 재성장(regrowth)을 통하여 역전층들(5,6)을 성장시켜 절연구조를 형성하고, 그 위에 상부 크래드층(9)을 성장시켜 매립 헤테로스트럭쳐(buried heterostructure)를 제작한다.
이상과 같은 방법으로 제작된 2중 코아 스폿 사이즈 변환기는 다음과 같이 동작한다.
도 2에 도시된 바와 같은 구조의 능동 광도파로(active waveguide)(4)에서 수동 광도파로(passive waveguide)(2)로 mode가 진행할 때 모드(mode)의 분포 변화를 도 4에 도시하였다. A 영역에서는 모드(mode)의 95% 이상이 능동 광도파로(active waveuide)(4)에 구속(confine)되어 있음을 알 수 있으며, 능동 광도파로(active waveguide)(4)에서의 원하는 소자의 작동은(amplification, modulator, absorption) 수동 광도파로(2,3)의 영향을 받지 않음을 알 수 있다. 또한, B 영역에서는 점차적으로 능동 광도파로(active waveguide)(4) 영역이 끝나고 SAG에 의한 수동 광도파로(3) 영역으로의 모드의 천이가 이루어지고 있다. C 영역에서는 위쪽의 수동 광도파로(passive waveguide)(3) 영역으로부터 아래쪽의 수동 광도파로(passive waveguide)(2)로의 천이가 이루어지고 있으며 위쪽의 수동 광도파로(3)가 사라지기 전에 50% 이상의 모드의 천이가 일어난다. 이러한 모드 천이(mode transition)는 위쪽의 수동 광도파로(3)에서 아래쪽의 수동 광도파로(2)로의 단열적(adiabatic) 천이(transition)가 가능하도록 해준다. 도 2a의 D 영역에서는 아래쪽의 수동 광도파로(passive waveguide)(2)에만 구속(confine)되어 있는 모드를 얻을 수 있다. 위의 모드 천이(mode transition)는 상용 프로그램(program)인 BPM 방법을 통하여 천이(transition)영역(B,C)에서 단열적(adiabatic) 모드 천이(mode trainsition)가 이루어지는 것이 확인되었다. 또한 시뮬레이션(simulation)을 통해 스페이서(spacer) 두께와 굴절율(refractive index)에 대한 최적의 조건을 확보하였다.
〈실시예〉
실시예는, 도 5에 도시된 바와 같이, 기판 역할을 하는 n-InP 하부 크래드층(1) 상에 InGaAsP 하부 수동 광도파로(2), InGaAsP 스페이서(8)가 순차로 적층되고, InGaAsP 스페이서(8) 위에 InGaAsP 상부 수동 광도파로(3)와 InGaAsP능동 광도파로(4)가 공동 방향으로 연속적으로 형성되며, 그 위에 p-InP 상부 크래드층(9) 및 전극(7)이 형성된다. 그리고 스페이서(8)를 포함하여 상하부 광도파로(2,3,4)의 양측면은 식각되어 p-InP 제1전류차단층(5) 및 n-InP 제2전류차단층(6)이 형성되어 중앙의 광도파로 구조를 매립하게 된다. 능동 광도파로(active waveguide)(4)로부터 0.3㎛ 두께의 InP 스페이서층(spacer layer)(3)를 사이에 두고 1.1㎛ 파장대를 갖는 InGaAsP로 형성된 수동 광도파로(passive waveguide)가 0.15㎛ 두께로 형성된 구조에서 얻은 빔의 원거리 패턴(far-field pattern)이 도 6a 내지 도 6d 및 도 7에 도시되어 있다. 도 6a 내지 도 6d은 상부 수동 광도파로(3)의 광방출면 쪽의 폭에 따른 방출 빔의 수평 방향의 원거리 패턴(far-field pattern; FFP)을 각각 나타내고, 도 7은 수직 방향의 FFP를 나타낸다. 즉, 도 6a는 상부 수동 광도파로(3)의 광방출면 쪽의 폭이 능동 광도파로(4)의 폭과 같은 1㎛로 형성하였을 경우의 FFP이고, 도 6b는 상부 수동 광도파로(3)의 광방출면 쪽의 폭을 2㎛로 형성하였을 경우의 FFP이며, 도 6c 및 도 6d는 각각 상부 수동 광도파로(3)의 광방출면 쪽의 폭을 각각 3㎛ 및 4㎛로 형성하였을 경우의 FFP이다. 그리고 도 7에 도시된 수직 방향의 FFP는 수동 광도파로(3)의 두께와 굴절율에 의해 조절되므로 광방출면쪽의 폭과는 상관없이 하나로 나타난다. 이들 도면들의 FFP그래프로부터 그 반치폭(Full Width Half Maximum; FWHM) 및 빔의 발산각을 알 수 있다.
즉, 도 6a 및 도 7을 참조할 때, 상부 수동 광도파로(3)의 광방출면 쪽의 폭을 능동 광도파로(4)의 폭과 같은 1㎛로 형성하였을 경우에, 수평방향과 수직방향에 대해서 11°×12°의 FFP의 FWHM을 얻을 수 있음을 알 수 있다. 일반적으로 SAG법만을 사용하였을 때 8°×15°의 매우 비대칭(asymmetry)한 FFP를 얻음에 반해 본 발명의 방법을 사용하였을 때 거의 원형광의 FFP를 얻을 수 있었다. 즉, 비점 수차가 거의 없는 출력 빔을 얻을 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 2중 코아를 갖는 스폿 사이즈 변환기는 약 0.3㎛ 두께의 스페이서를 사이에 두고 하부 수동 광도파로 및 상부 수동 광도파로와 능동 광도파로로 구성되는 2중 코아 구조를 갖되, 상부 수동 광도파로를 SAG 패턴을 이용한 선택영역 성장으로 능동 광도파로와 동시에 성장시킴으로써 능동 광도파로 쪽에서 광 방출면 쪽으로 갈수록 그 두께가 얇아지는 부 테이퍼 구조를 가지는 동시에 그 조성도 조금씩 달라지는 구조를 갖는다. 이러한 구조는 종래의 에칭법에 의한 2중 코아(double core) 구조와 다른 것으로, SAG를 이용한 방법이 2중 코아(double core) SSC를 구현함에 있어서 훨씬 좋은 성능의 스폿 사이즈 변환기를 얻는데 유리하다. SAG 조건만 확보되면 간단한 에칭 공정을 통해서도 빔 발산각(beam divergence angle)이 매우 작은 2중 코아(double core) SSC를 매우 높은 수율로 구현할 수 있다.

Claims (14)

  1. 하부 크래드층;
    상기 하부 크래드층 상에 소정의 폭과 두께로 형성되어 방출 빔의 패턴을 결정하는 하부 수동 광도파로;
    상기 하부 수동 광도파로 상에 소정의 두께로 형성된 스페이서층;
    상기 스페이서층 상에 소정의 두께로 형성된 능동 광도파로;
    스폿 사이즈 변환을 위하여 상기 스페이서층 상에 상기 능동 광도파로와 연이어 부 테이퍼 모양으로 형성된 상부 수동 광도파로; 및
    상기 능동 광도파로 및 상부 수동 광도파로 상에 형성된 상부 크래드층;을
    구비한 것을 특징으로 하는 2중 코아 스폿 사이즈 변환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하부 수동 광도파로의 폭은 0.3㎛ 이상으로 형성된 것을 특징으로 하는 2중 코아 스폿 사이즈 변환기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하부 수동 광도파로의 두께는 1㎛ 이하로 형성된 것을 특징으로 하는 2중 코아 스폿 사이즈 변환기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서층의 두께는 3㎛ 이하로 형성된 것을 특징으로 하는 2중 코아 스폿 사이즈 변환기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상부 수동 광도파로 두께의 테이퍼 구조는 두께의 증가율이 1.5 이상인 것을 특징으로 하는 2중 코아 스폿 사이즈 변환기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 상부 수동 광도파로는 모드가 상기 하부 수동 광도파로로 천이되도록 광 방출면 쪽으로 상기 하부 수동 광도파로의 끝단 보다 앞서 단절되도록 형성된 것을 특징으로 하는 2중 코아 스폿 사이즈 변환기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 하부 크래드층은 n-InP로 형성되고, 상기 하부 수동 광도파로는 InGaAsP로 형성되며, 상기 스페이서층은 InP로 형성되며, 상기 능동 광도파로 및 상부 수동 광도파로는 InGaAsP로 형성되며, 상기 상부 크래드층은 p-InP로 형성되며, 상기 광 도파로들의 양쪽 측면에는 절연을 위하여 p-InP로 형성된 제1전류차단층과 n-InP로 형성된 제2전류차단층이 더 구비된 것을 특징으로 하는 2중 코아 스폿 사이즈 변환기.
  8. (가) 기판 역할을 하는 하부 크래드층 상에 하부 수동 광도파로 및 스페이서층을 순차로 성장시키는 단계;
    (나) 상기 스페이서층 상에 선택 성장용 패턴을 형성한 후, 선택 영역 성장을 통해 테이퍼 구조의 스폿 사이즈 변환 영역인 상부 수동 광도파로와 활성 영역인 능동 광도파로를 함께 성장시키는 단계;
    (다) 상기 상부 수동 광도파로에 에칭 공정을 이용하여 상기 테이퍼 구조 외곽의 얇아진 부분을 일부 제거하여 상기 상부 수동 광도파로를 완성하는 단계;
    (라) 상기 상부 수동 광도파로 및 능동 광도파로를 포함하는 광도파로의 측면 아래의 크래드층을 부분적으로 식각한 다음 그 자리에 재성장을 실시하여 제1 및 제2전류차단층을 성장시켜 절연구조를 형성하는 단계; 및
    (마) 상기 상부 수동 광도파로, 능동 광도파로, 제1전류차단층 및 제2전류차단층의 노출부 위에 상부 크래드층을 성장시키는 단계;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 2중 코아 스폿 사이즈 변환기의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 (가) 단계에서 상기 하부 수동 광도파로는 1㎛ 이하의 두께로 성장시키는 것을 특징으로 하는 2중 코아 스폿 사이즈 변환기의 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 (가) 단계에서 상기 스페이서층은 3㎛ 이하의 두께로 성장시키는 것을 특징으로 하는 2중 코아 스폿 사이즈 변환기의 제조 방법.
  11. 제8항에 있hh어서,
    상기 (나) 단계에서 상기 상부 수동 광도파로는 선택영역성장법으로 두께의 증가율이 1.5 이상이 되도록 성장시키는 것을 특징으로 하는 2중 코아 스폿 사이즈 변환기의 제조 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 (다) 단계에서 상기 상부 수동 광도파로는 모드가 상기 하부 수동 광도파로로 천이되도록 광 방출면 쪽으로 상기 하부 수동 광도파로의 끝단 보다 앞서 단절되도록 식각하는 것을 특징으로 하는 2중 코아 스폿 사이즈 변환기의 제조 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 (라) 단계에서 하부 수동 광도파로의 폭은 0.3㎛ 이상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 2중 코아 스폿 사이즈 변환기의 제조 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 하부 크래드층은 n-InP로 형성하고, 상기 하부 수동 광도파로는 InGaAsP로 형성하며, 상기 스페이서층은 InP로 형성하며, 상기 능동 광도파로 및 상부 수동 광도파로는 InGaAsP로 형성하며, 상기 상부 크래드층은 p-InP로 형성하며, 상기 제1전류차단층은 p-InP로 형성하며, 상기 제2전류차단층은 n-InP로 형성하는 것을 특징으로 하는 2중 코아 스폿 사이즈 변환기의 제조 방법.
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