KR20010053950A - 레일형 하이브리드 광전 변환 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 본 발명은 실리카계 평판 광도파 회로(Planar Light Circuit) 플랫폼을 이용한 하이브리드(Hybrid) 광전 변환 장치에 관한 것으로, 본 발명에서는 상부 클래드층(1)의 코아(2)의 일단(b)과 동일축의 실리콘 기판(4)에 V자형태의 레일 홈(11)을 형성하고, 광 소자(3)의 하단부에는 V자형의 돌출부(3-1)를 형성하므로써 광 소자(3)를 실리콘 기판(4)상의 필요한 위치 즉, 상부 클래드층(1)의 코아(2)의 일단부(b)와 접촉가능한 위치에 접합시킬 수 있으며, 레일 홈(11) 및 돌출부(3-1)는 기판(4)의 재료인 실리콘(Si) 그리고 광 소자(3)의 재료인 비화 갈륨(GaAs)과 인화 인듐(InP)의 습식 이방성 식각 특성을 이용하여 형성한다.
따라서, 본 발명에서는 고가의 정렬 장치를 사용하지 않고 광 소자를 기판상의 요구되는 위치에 정확히 고정시킬 수 있다는 효과가 있다.

Description

레일형 하이브리드 광전 변환 장치{RAIL TYPE HYBRID OPTIC/ELECTRIC CONVERTER}
본 발명은 실리카계 평판 광도파 회로(Planar Light Circuit) 플랫폼을 이용한 하이브리드(Hybrid) 광전 변환 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 능동 광 소자를 수동 소자에 간단히 정렬시킬 수 있는 레일형 하이브리드 광전 변환 장치에 관한 것이다.
광 송신 모듈을 저가격으로 생산하는 기술로서 실리카계 평판 광도파 회로 플랫폼을 이용한 하이브리드 광전 변환 장치가 사용되고 있다. 평판 광도파 회로 플랫폼을 이용하는 하이브리드 광전 변환 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 상부 클래드층(1)의 내부에 형성되는 코아(2)의 일측 끝단 위치에 맞추어 레이저 다이오드 또는 포토 다이오드 등의 능동 광 소자(3)를 하부 실리콘(4)의 테라스면(5)에 고정하는 방법으로 제작하였다. 코아(2)의 타측 끝단의 클래드층(1)에는 고정 홈(6)이 형성되며, 이 고정 홈(6)에 광 섬유(7)가 고정 설치되므로써 광 소자(3)의 광은 코아(2) 및 광 섬유(7)를 통하여 전송된다.
한편, 상술한 하이브리드 광전 변환 장치의 제작 방법은 능동 정렬 방법과 수동 정렬 방법으로 구분된다. 능동 정렬 방법은 능동 광 소자(3)에 전류를 제공하여 광 소자(3)를 동작시키면서 코아(2)를 통하여 광 섬유(7)에 제공되는 광신호의레벨을 측정하여 최대 레벨의 광신호가 제공되는 위치에 광 소자(3)를 고정시키는 방법으로, 이러한 방법은 제작 단가가 높고, 대량 생산이 불가능하다는 단점이 있다.
능동 정렬 방법의 단점을 보완하기 위하여 수동 정렬 방법이 제안되었다. 수동 정렬 방법에서는 광 소자(3)를 작동시키지 않는 상태에서 코아(2와 광 소자(3)를 정렬 시킨다. 수동 정렬 방법에서는 광 소자(3)를 작동시키지 않는 대신에 별도의 정렬 마크를 광 소자(3) 및 실리콘 기판(4)상에 형성하고, 이 정렬 마크를 관찰하면서 광 소자(3)를 위치시킨다. 여기서, 정렬 마크를 관찰하는 방법으로는 적외선을 이용하는 방법과 거울을 이용한 잔여 영상 이메징 방법이 있다.
적외선을 사용하는 방법은 도 2에 도시된 바와 같이 광 소자(3)와 실리콘 기판(4)에 정렬 마크(8)를 형성하고, 기판(4)에 적외선 광원(15)의 광을 투사하여 도시하지 않은 카메라로 광 소자(3) 및 기판(4)의 정렬 마크(8를 촬상한다. 카메라의 촬상 결과는 모니터(9)상에 디스플레이되므로 광 소자(3) 및 기판(4)의 정렬 마크(8)가 일치되도록 광 소자(3)의 위치를 조정하고, 이 정렬 마크(8)가 일치할 때에 솔더를 이용하여 기판(4)과 광 소자(3)를 접합시킨다.
잔여 영상 이메징 방법은 도 3에 도시된 바와 같이 거울(10)을 이용한다. 즉, 광 소자(3)와 기판(4)사이에 거울(10)을 위치시키고, 거울(10)에 반사되는 영상을 통하여 광 소자(3) 및 기판(4)의 정렬 마크(8)의 위치를 확인하여 이들의 위치가 일치될 때에 거울(10)을 제거하고 솔더를 이용하여 광 소자(3)와 기판(4)을 접합시킨다.
상술한 바와 같이 종래의 수동 정렬 방법은 능동 정렬 방법에 비하여 대량 생산면에서는 유리하나, 적외선 광원, 모니터, 거울 등의 장치가 필요하며 이로 인하여 장치의 설치 비용이 높다는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 고가의 정렬 장치를 사용하지 않고 광 소자를 기판상의 요구되는 위치에 정확히 고정시킬 수 있는 레일형 하이브리드 광전 변환 장치를 제공하는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 하이브리드 광전 변환 장치에 있어서, 코아가 내장되며, 코아의 제 1 단부에는 광 섬유의 장착이 가능한 고정 홈이 형성된 클래드층과; 상부 클래드층의 하부에 위치하며, 코아의 제 2 단부와 동일 축상에 레일 홈이 형성되는 기판과; 하단에 돌출부가 형성되며, 돌출부는 레일 홈에 고정이 가능하도록 구성된 광 소자를 구비한다.
도 1은 종래 하이브리드 광전 변환 장치의 개략도,
도 2는 적외선을 이용하여 종래 하이브리드 광전 변환 장치의 광 소자를 정렬시키는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 3은 거울을 이용하여 종래 하이브리드 광전 변환 장치의 광 소자를 정렬시키는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 레일형 하이브리드 광전 변환 장치의 개략도,
도 5는 본 발명에 따른 레일형 하이브리드 광전 변환 장치에서 광 소자가 기판상에 접합되는 상태를 도시한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 레일형 하이브리드 광전 변환 장치에서 실리콘 기판상에 레일 홈을 형성하는 과정을 도시한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 상부 클래드 층 2 : 코아
3 : 능동 광 소자 4 : 실리콘 기판
5 : 테라스 면 6 : 고정 홈
7 : 광 섬유 8 : 정렬 마크
9 : 모니터 10 : 거울
11 : 레일 홈 12 : 식각 마스크
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 레일형 광전 변환 장치의 사시도이다. 도시된 바와 같이 실리콘 기판(4)상에는 코아(2)가 내장된 상부 클래드층(1)이 형성되어 있고, 코아(2)가 형성되는 상부 클래드층(1)의 일단부(a)에는 고정 홈(6)이 형성되어 광 섬유(2)의 고정 설치가 가능하도록 구성되어 있다.
한편, 상부 클래드(1)층에 형성되는 코아(2)의 다른 일단부(b))와 동일축상의 실리콘 기판(4)에는 V자의 홈(11)(이하, 레일 홈이라 함)이 형성되어 있으며,광 소자(3)는 그 하단부에 V자 형의 돌출부(3-1)가 형성되어 있다. 따라서, 광 소자(3)를 실리콘 기판(4)상에 위치시키고자 하는 경우에는 도 5 a와 같이 광 소자(3)를 실리콘 기판(4)의 레일 홈(11)에 밀어넣으면 광 소자(3)의 돌출부(3-1)는 실리콘 기판(4)의 레일 홈(11)에 삽입되어 광 소자(3)와 실리콘 기판(4)은 도 5 b와 같이 마치 톱니 모양으로 결합된다. 여기서, 광 소자(3)는 코아(2)의 일단부(b)와 접합되어야 하며, 이를 위해서는 실리콘 기판(4)의 레일 홈(11)에 위치한 광 소자(3)를 코아(2)측으로 밀어넣으면 광 소자(3)는 코아(2)의 일단부(b)와 자연스럽게 접촉된다. 따라서, 광 소자(3)는 별다른 장치를 사용하지 않고도 상부 클래드층(1)내의 코아(2)의 일단부(b)와 코아(2)와 동일축상에서 상호 접촉될 수 있다.
상술한 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명에서는 실리콘 기판(4)내에는 레일 홈(11)을 그리고 광 소자(3)의 하단부에는 V자의 돌출부(3-1)를 형성하여야 한다. 이러한 레일 홈(11) 및 돌출부(3-1)는 기판(4)의 재료인 실리콘(Si) 그리고 광 소자(3)의 재료인 비화 갈륨(GaAs)과 인화 인듐(InP)의 습식 이방성 식각 특성을 이용하여 용이하게 형성할 수 있다.
습식 이방성 식각 방법은 물질의 결정 방향에 따른 식각률의 차이를 이용하여 미세한 구조를 형성하는 대표적인 가공 방법으로서 이미 1950년대부터 연구가 개시되었다. 이방성 식각의 원리는 물질이 결정 방향에 따라 서로 다른 식각률을 보이며 이것은 결정 방향에 따라 원자 밀집 정도가 다르기 때문에 발생하는 것으로서 가장 낮은 활성화 에너지를 가진 방향의 식각률이 가장 높다. 기판(2)의 재료인실리콘(Si)과 광 소자(3)의 재료인 비화 갈륨(GaAS) 및 인화 인듐(InP)은 이방성 식각 특성을 가지고 있다. 예로서 실리콘(Si)상에 V자 홈을 형성하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 6 a에 도시된 바와 같이 레일 홈(11)을 형성하고자 하는 실리콘 기판(4)의 소정 영역을 제외한 나머지 부분에 산화막이나 질화막으로 식각 마스크(12)를 형성한 다음 식각액에 침수시킨다. 이때, 레일 홈(11)이 형성되는 실리콘 기판(4)의 소정 영역은 그 결정면의 밀러 지수가 (100)이 되도록 한다. 이러한 상태에서 실리콘 기판(4)이 식각액에 침수되면 (111)의 밀러지수를 갖는 결정면의 식각률이 가장 늦기 때문에 밀러지수 (111)의 결정면만이 노출된다. 또한, 식각에 의하여 드러나는 밀러 지수(111)의 결정면이 만나는 지점에서 식각이 자동으로 정지된다. 따라서 식각액에 노출시킨 실리콘 표면이 실리콘에 평행한 레일 형태인 경우에 도 6 b와 같이 레일에 따라 V자형의 홈이 형성됨을 알 수 있다.
또한, 실리콘 기판(4)상에 레일 홈(11)을 형성하는 방법을 광 소자(3)에 적용하면 V자형의 돌출부(3-1)를 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에서는 상부 클래드층(1)의 코아(2)의 일단(b)과 동일축의 실리콘 기판(4)에 V자 형태의 레일 홈(11)을 형성하고, 광 소자(3)의 하단부에는 V자형의 돌출부(3-1)를 형성하므로써 광 소자(3)를 실리콘 기판(4)상의 필요한 위치 즉, 상부 클래드층(1)의 코아(2)의 일단부(b)와 접촉가능한 위치에 접합시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 고가의 정렬 장치를 사용하지 않고 광 소자를 기판상의 요구되는 위치에 정확히 고정시킬 수 있다는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 하이브리드 광집적 회로에 있어서,
    코아가 내장되며, 상기 코아의 제 1 단부에는 광 섬유의 장착이 가능한 고정 홈이 형성된 상부 클래드층과;
    상기 상부 클래드층의 하부에 위치하며, 상기 코아의 제 2 단부와 동일 축상에 레일 홈이 형성되는 기판과;
    하단에 돌출부가 형성되어 상기 돌출부를 상기 레일 홈에 체결할 수 있도록 구성된 광 소자를 구비하는 레일형 하이브리드 광전 변환 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘의 레일 홈은 V자 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 레일형 하이브리드 광전 변환 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 광 소자 하단부의 돌출부는 V자 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 레일형 하이브리드 광전 변환 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 실리콘 레일 홈은 이방성 식각으로 형성하는 것을 특징으로 하는
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 광 소자 하단부의 돌출부는 이방성 식각으로 형성하는 것을 특징으로 하는 레일형 하이브리드 광전 변환 장치.
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