KR20010053423A - 집적 광 감쇠기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 빛전도층의 톱니가 형성된 집적 광장치을 기술하고 있다. 이는 장치로부터 나오는 배경 빛을 흩어주어 신호대 잡음비를 개선하게 된다.

Description

집적 광 감쇠기{integrated optical device providing attenuation}

집적 광장치는 실리콘 웨이퍼(wafer)의 상부표면 위에 형성된 실리콘 도파관을 포함 할 수 있다. 도 1은 그러한 구조, 즉 실리콘 층(12)위에 립(rib) 도파관(10)이 형성된 구조를 도시하고 있다. 상기 실리콘 층(12)은 실리콘 웨이퍼(16) 내의 실리카(silica)층(14)위로 적층 성장된 실리콘-온-인슐레이터 (Silicon-on-Insulator)이다. 전체 도파관은 보호를 위하여 실리카(silica)층(18)으로 코팅된다. 그 결과, 빛은 도파관(10) 내에서 전달되는 것이다.

광에너지의 실제 분포는 사실상 구역(20) 내에 있다. 이 구역은 곧은 도파관 립(10)의 내에서 연장되나, 근본적으로 SOI 층(12) 내부에 있고, 사실상 도파관 립(10)의 양쪽 측면으로 약간 연장된다.

약간의 표유빛은 반드시 도파관에서 사라질 것이다. 이는 일반적으로 SOI층(12) 내에서 전파되는 것인데, 이때 내부의 반사에 의하여 보유된다. 결국 이는 칩에 있는 광다이오드 수신기로 반사되는 것으로 따라서, 누화 신호는 증가되고, 누화 신호는 증가되고, 전체적으로 장치의 신호대 잡음 비율은 감소된다. 이러한 장치의 성능은 따라서 표유빛을 제거함으로써 향상될 수 있다.

SOI층 내부에 위치상 불순물을 첨가한 구역을 제공하는 것은 알려져 있다. 이것은 표유빛의 흡수 구역으로 작용하는데, 그 후 열처럼 흩어진다.

본 발명은 광회로에 사용되는 집적 실리콘 도파관과 같은 집적 광장치에 관한 것이다.

도 1은 SOI 도파관 구조의 사시도,

도 2는 본 발명의 제 1 실시예의 사시도,

도 3은 도 2의 실시예의 평면도,

도 4는 도 3에서 Ⅳ-Ⅳ 수직단면도,

도 5는 본 발명의 제 2 실시예의 평면도,

도 6은 본 발명의 제 3 실시예의 평면도,

도 7과 도 8은 본 발명의 작용을 설명하는 도면이다.

본 발명은 모서리를 따라 적어도 하나 이상의 톱니가 형성된 빛전도층을 포함하는 집적 광 요소를 제공하기 위한 것이다.

이런 톱니들은 내부 빛을 최소화된 수직 반사를 포함한 반사를 위한 대체 각을 제공할 것이다. 톱니들은 또한 표유빛의 다수 반사를 발생하고 그 중 어느정도는 손실된다. 이러한 효과는 장치의 활동 영역으로 회귀되는 표유빛의 비율을 감소시킬 것이다.

빛전도층의 모서리를 따라 형성되는 그러한 톱니는 복수로 형성되는 것이 명확이 바람직하다. 상기 층은 대다수의 산재된 빛이 적당하게 위치된 더 적은 톱니들에 의하여 잡아줄 수 있도록 디자인될 수 있을 것이다. 그러나 실질적으로 상기 층의 모든 모서리에 톱니가 형성되는 것이 바람직하다. 상기 톱니들은 실질적으로 균일하게 형성될 수 있다. 그러나, 예컨대 각을 다양하게 하는 것처럼 특히 톱니들을 균일하지 않게 배열하는 것이 더 바람직할 수 있다.

톱니의 수렴면에 따라 범위가 정해지는 각이 감소됨에 따라 인입선이 톱니 내에서 잡힐 가능성은 증가된다. 이렇게 잡힌 빛은 다중 반사가 일어나는 동안 약간의 감쇠가 일어난다. 따라서, 이 각(이하에서는 α)은 최소화되는 것이 바람직하다. 바람직한 최대각은 빛 전달층의 재질의 내부 반사 임계각(이하에서는 θ_c)의 두배이다. α각이 이 각 이하일때, 톱니의 내부에서 반사되는 광선은 연속된 반사의 입사각이 감소되는 끝점까지 전달된다. 결국, 입사각은 거의 완전한 굴절이 발생되어 전도층으로부터의 광선을 커플링 하기에 충분히 감소된다.

빛전도층의 통상의 재질은 주로 실리콘-온-인슐레이터(silicon-on-insulator)로 나타나는 실리콘이다. 대표적인 절연체는 실리카(silica)다. 실리카의 굴절율은 대략 3.5이고, 약 17°의 임계각을 준다. (실리카의 어떤 보호층의 효과는 무시)

이하에서는 첨부된 도면을 참조한 실시예를 통하여 본 발명을 설명하고자 한다.

도 1은 이미 기술되었으므로, 더이상의 설명은 생략한다.

도 2,3 그리고 4는 본 발명의 제 1 실시예를 도시하고 있다. 실리콘 웨이퍼(wafer)(16)는 실리카 절연층(14)을 포함하고 있고, 그 상단에는 에피택시얼(epitaxial) 실리콘 전도층(12)이 있다. 더욱 명확하게, 실리카 보호층(18)은 설명되지 않았다. 실리콘 전도층(12)의 모서리에는 다수의 톱니(22)가 제공된다. 이는 적절한 차폐의 방법으로 상부 실리콘 층을 직접 에칭하여 형성 될 수 있다.

도 3은 α로 표시된 톱니의 수렴면의 각을 보여준다.

도 5는 α가 매우 작은 제 2 실시예를 나타낸 것이다. 이러한 실시예의 장점은 이하의 설명에서 명확해 질 것이다.

도 6은 톱니가 곡선화되었으나 그 대략의 직선의 각이 α범위내에 있는 제 3 실시예를 도시한 것이다. 이런 배열은 약간 덜 효율적일 것 같지만 가공이 쉬울 수 있다.

도 7은 본 발명의 작용을 고려한 원리를 도시한 것이다. 이는 하나의 톱니(22)와 들어온 분산된 광선(24)을 고려한 것으로 무작위 법칙에 의한 각에 도달하는 것이다. 이는 톱니(22)의 모서리 하나와 입사각θ을 만들것이고, 광선은 톱니의 모서리에서 내부 반사 될것이다. 그 후 θ-α,즉 그 원래의 입사각보다 아주 작은 각에서 반대 모서리와 만날 것이다. 도 7에 도시된 경우에 있어서, 입사각 θ-α는 임계각보다 작고, 따라서 상당한 부분의 광선은 굴절에 의해 벗어날 것이다. 그러므로, 전도층 내부를 이동하는 빛의 반사된 부분의 힘은 상당히 감소된다.

어떤 입사각은 양쪽면에서 전체 내부 반사가 일어나고 여전히 전도층 내로 반사되어 돌아온다. 그러나, 이는 특히 칩의 모서리가 수직이 아니거나 톱니가 모두 도 3, 5, 그리고 6에 도시된 것 처럼 대체로 평행하게 정렬되지 않을 때, 대체로 칩의 더 많은 모서리에서 반사되어 나가기 쉽다.

도 8은 감소된 α각의 장점을 나타내고 있다. 들어온 광선(24)은 여전히 톱니(22)의 첫번째 모서리에서 내부 반사된다. 보다 비스듬한 각으로 첫번째 모서리 에 충돌되면서 θ는 따라서 커지고, α는 작아지며, θ-α는 임계각 이상이 된다. 그러나, 이러한 상태의 형태는 다음의 연속된 반사가 광선(24)이 여전히 톱니(22)의 끝점을 향하도록 한다는 것을 의미한다. 반사가 계속됨에 따라, θ-nα는 결국 임계각보다 작아진다. 게다가 다수의 반사는 꾸준이 더 쉽게 소멸한다. 대부분의 광선은 결국 톱니 밖으로 연결되나 몇몇 손실된 반사를 경험할 것이고, 따라서 양 경우 빛은 전도층 안쪽에서 머물게 될 것이며. 장치로 방출되는 것은 아주 많이 감쇠될 것이다.

따라서, 본 발명을 통해, 표유광선은 각 칩 모서리가 만나는 지점에서 다수의 반사가 일어날 것이다. 그러한 반사, (특히) 굴절 과정은 감쇠 효과와 높은 감쇠합의 결과를 형성할 것이다.

Claims (10)

1. 모서리를 따라서 적어도 하나 이상의 톱니가 형성되어 빛이 다수의 내부 반사와 그 감쇠를 일으키는 빛 전도층을 포함하여 구성되는 직접 광 요소.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 빛 전도층의 모서리을 따라서 복수의 그러한 톱니가 형성되는 직접 광 요소.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 층의 실질적으로 모든 모서리에 톱니가 형성되는 포함한 직접 광 요소.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 톱니는 실질적으로 일정하게 형성되는 직접 광 요소.
5. 제 2 항 내지 4 항에 있어서, 상기 톱니는 일정하지 않게 배열되는 직접 광 요소.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 톱니는 다양한 각을 갖도록 배열되는 직접 광 요소.
7. 상기 항들중 어느 한 항에 있어서, 상기 톱니의 수렴면에 의해 범위가 정해지는 각(α)은 빛 전도층 물질의 내부 반사의 임계각의 두배보다 작은 직접 광 요소.
8. 상기 항들중 어느 한 항에 있어서, 상기 빛 전도층은 실리콘인 직접 광 요소.
9. 제 8 항에 있어서, 실리콘-온-인슐레이터(silicon-on-insulator)장치인 직접 광 요소.
10. 실질적으로 도 2내지 도 8을 참조하여 기술되는 어떤 일 실시예와 같은 직접 광 요소.