KR20020023032A - 광통신용 레이저 다이오드 칩 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 광통신용 레이저 다이오드 칩의 제조방법은, 일반적인 광통신용 레이저 다이오드 칩의 제조방법에 있어서, (a) 기판(n-InP) 위에 3차 MOCVD( Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 성장이 끝난 단계(활성층, 제 1 전류차단층(P-InP), 제 2 전류차단층(n-InP), 클래드층(p-InP) 및 캡층(InGaAs)이 형성된 상태)에서, 그 위에 박막을 형성하고, 포토 리소그라피(photolithography) 공정을 통하여 요철 형성을 위한 마스크를 형성하는 단계; 및 (b) 화학적 식각 방법을 이용하여 활성층의 윗면에, 광 화이버와의 정합을 위한 수동정렬을 용이하게 하기 위하여, 요철 모양의 요철 형성층을 형성하는 단계를 포함한다.

또한 단계 (b) 이후에, 단계 (b)에서 형성된 요철 모양의 층을 보호하기 위한 보호층을 형성시키는 단계를 더 구비하며, 요철 모양의 층을 보호하기 위한 보호층으로 SiO₂또는 SiNx 박막이 증착되어 형성된다

이와 같은 본 발명에 의하면, 광통신용 송수신 모듈의 레이저 다이오드 칩과 광 화이버를 정렬시킴에 있어, 정렬 시에 위치 조절이 용이하도록 요철 모양이 형성된 레이저 다이오드 칩을 사용함으로써, 레이저 다이오드 칩과 광 화이버의 수동 정렬을 신속하고 간편하게 수행할 수 있는 장점이 있다.

Description

광통신용 레이저 다이오드 칩 및 그 제조방법{Laser diode chip for optical telecommunication and manufacturing method thereof}

본 발명은 광통신용 레이저 다이오드 칩(Laser Diode chip)에 관한 것으로서, 특히 광통신용 송수신 모듈의 레이저 다이오드 칩과 광 화이버(Optical Fiber)를 정렬시킴에 있어, 정렬 시에 위치 조절이 용이하도록 요철 모양이 형성된 레이저 다이오드 칩을 사용함으로써, 레이저 다이오드 칩과 광 화이버의 수동 정렬을 신속하고 간편하게 수행할 수 있는 광통신용 레이저 다이오드 칩 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전기신호를 광신호로 또는 광신호를 전기신호로 바꾸어 주는 광통신용 송수신 모듈의 광원(레이저 다이오드 칩 및 포토 다이오드 칩)과 광 화이버를 정렬시키는 데에는 능동정렬방식(Active alignment method)과 수동정렬방식( Passive alignment method)의 두 방법이 이용된다.

여기서 레이저 다이오드 칩의 정렬을 예를 들어 설명하면, 상기 능동정렬방식은 레이저 다이오드가 탑재된 티오 캔(TO CAN)으로부터 나온 빛이 광 화이버에 최대한 들어갈 수 있도록 티오 캔과 광 화이버를 정렬할 때, 레이저 다이오드에 전류를 주입하고, 티오 캔으로부터 나온 빛이 광 화이버를 통해 광 검출기에 검출되게 한다. 이때, 가장 빛의 강도가 강한 지점에서 레이저 용접을 통해 레이저 다이오드를 고정시켜 정렬시키는 방법이다.

이러한 능동정렬방식은 레이저 다이오드와 광 화이버를 정렬하는데 있어, 시간이 많이 소요됨으로 인하여 양산성이 떨어지며, 능동정렬을 위해 많은 부품이 소요됨으로써, 저가격화가 어려운 단점이 있다.

한편, 수동정렬방식은 레이저 다이오드에 전류를 주입하지 않고, 레이저 다이오드와 광 화이버를 직접 결합시켜 도 1과 같이 정렬하는 방법이다. 도 1은 종래기술에 따른 광통신용 송수신 모듈에 있어서, 종래의 레이저 다이오드 칩과 광 화이버를 수동 정렬시키는 예를 나타낸 사시도이다.

도 1을 참조하면, 수동정렬방식은 레이저 다이오드 칩(106)의 탑재장치( SiOB:Silicon Optical Bench)(102)에 회전 조절 마크(103), 위치 조절 마크(104) 및 광축 맞춤선(105)과 같은 마커(marker)를 집어 넣고(마커를 집어 넣는 방식은 도 1에 나타낸 방식 이외에도 여러 가지 방식이 있으나, 다 같은 개념으로 작용), 적외선 카메라를 통해 위치를 확인한 후 본딩(bonding) 처리를 통하여, 광 화이버 (101)와 레이저 다이오드 칩(106)의 활성층(107)을 정합(matching)시키는 방법이다.

그러나, 이러한 수동정렬방식은 정밀한 분해능을 요구하는 고가의 플립 칩 본더(flip chip bonder)를 사용하여야 하기 때문에, 레이저 다이오드 칩(106)과 광 화이버(101)를 정렬시키는데 있어 부품수를 줄이는 효과는 있지만, 공정시간 면에서는 능동정렬방식보다 크게 유리하지 못하며, 장비의 설치 비용도 많이 발생되는 단점이 있다.

이와 같이, 광 화이버와 레이저 다이오드 칩을 정합시키기 위한 방법들이 모두 긴 공정시간과 고가격화라는 단점을 내포하고 있는 이유는 레이저 다이오드 칩의 사이즈(size)를 1㎛ 이내로 제어하기가 곤란하기 때문이다.

종래에는 레이저 다이오드 칩을 약 300㎛ ×300㎛ 로 자르기 위해 스크라이빙(scribing) 및 브레이킹(breaking)을 하고 있으나, 이러한 방법으로는 원하는 정도의 사이즈를 제어하기가 곤란하다는 문제점이 있다(사이즈 제어도:300 ±10㎛).

본 발명은 상기와 같은 여건을 감안하여 창출된 것으로서, 광통신용 송수신 모듈의 레이저 다이오드 칩과 광 화이버를 정렬시킴에 있어, 정렬 시에 위치 조절이 용이하도록 요철 모양이 형성된 레이저 다이오드 칩을 사용함으로써, 레이저 다이오드 칩과 광 화이버의 수동 정렬을 신속하고 간편하게 수행할 수 있는 광통신용 레이저 다이오드 칩 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래기술에 따른 광통신용 송수신 모듈에 있어서, 종래의 레이저 다이오드 칩과 광 화이버를 수동 정렬시키는 예를 나타낸 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 광통신용 레이저 다이오드 칩의 제조방법에 따라 형성된 레이저 다이오드 칩의 단면을 나타낸 도면.

도 3은 본 발명에 따른 광통신용 레이저 다이오드 칩을 탑재장치에 수동정렬방법을 통하여 부착시키는 과정을 나타낸 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 광통신용 레이저 다이오드 칩이 수동정렬방법을 통하여 탑재장치에 부착된 상태의 단면을 나타낸 도면.

도 5는 본 발명에 따른 광통신용 레이저 다이오드 칩에 보호층이 형성된 경우의 단면을 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

101, 230... 광 화이버 102, 210... 탑재장치

103... 회전 조절 마크 104... 위치 조절 마크

105... 광축 맞춤선 106, 200... 레이저 다이오드 칩

107, 204... 활성층 201... 기판

202... 제 1 전류차단층 203... 제 2 전류차단층

205... 클래드층 206... 캡층

207... 마스크 211... 탑재장치 경사면

220... 접착제

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광통신용 레이저 다이오드 칩의 제조방법은, 일반적인 광통신용 레이저 다이오드 칩의 제조방법에 있어서,

(a) 기판(n-InP) 위에 3차 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 성장이 끝난 단계(활성층, 제 1 전류차단층 (P-InP), 제 2 전류차단층(n-InP), 클래드층(p-InP) 및 캡층(InGaAs)이 형성된 상태)에서, 그 위에 박막을 형성하고, 포토 리소그라피(photolithography) 공정을 통하여 요철 형성을 위한 마스크를 형성하는 단계; 및

(b) 화학적 식각 방법을 이용하여 활성층의 윗면에, 광 화이버와의 정합을 위한 수동정렬을 용이하게 위하여, 요철 모양의 층을 형성하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 상기 단계 (a)에서 상기 활성층의 윗면에 형성되는 박막은, SiO₂의 증착을 통하여 형성되는 점에 그 특징이 있다.

또한, 상기 단계 (a)에서 상기 활성층의 윗면에 형성되는 박막은, SiNx의 증착을 통하여 형성되는 점에 그 특징이 있다.

또한, 상기 단계 (a)에서 상기 활성층의 윗면에 형성되는 박막은 <110> 방향으로 증착되어 형성되는 점에 그 특징이 있다.

또한 상기 단계 (b) 이후에,

상기 단계 (b)에서 형성된 요철 모양의 층을 보호하기 위한 보호층을 형성시키는 단계를 더 구비하며, 상기 요철 모양의 층을 보호하기 위한 보호층으로 SiO₂또는 SiNx 박막이 증착되어 형성되는 점에 그 특징이 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 광통신용 송수신 모듈의 레이저 다이오드 칩과 광 화이버를 정렬시킴에 있어, 정렬 시에 위치 조절이 용이하도록 요철 모양이 형성된 레이저 다이오드 칩을 사용함으로써, 레이저 다이오드 칩과 광 화이버의 수동 정렬을 신속하고 간편하게 수행할 수 있는 장점이 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 광통신용 레이저 다이오드 칩의 제조방법에 따라 형성된 레이저 다이오드 칩의 단면을 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 광통신용 레이저 다이오드 칩의 제조방법은, 일반적인 광통신용 레이저 다이오드 칩의 제조방법에 있어서, 기판(n-InP) (201) 위에 3차 MOCVD 성장이 끝난 단계(활성층(204), 제 1 전류차단층(P-InP)(202 ), 제 2 전류차단층(n-InP)(203), 클래드층(p-InP)(205) 및 캡층(InGaAs)(206)이 형성된 상태)에서, 그 위에 Si₃N₄또는 SiO₂박막을 <110> 방향으로 증착하고, 포토리소그라피(photolithography) 공정을 이용하여 요철 형성을 위한 에칭용 Si₃N₄또는 SiO₂마스크(207)를 형성한다.

그리고, 황산, 과산화수소 및 증류수가 혼합된 용액을 이용하여 상기 레이저 다이오드 칩(200) 위에 반도체 요철 형성층을 형성한다.

그러면, 이와 같이 제조된 레이저 다이오드 칩을 수동정렬방법을 통하여 광 화이버와 정렬시키는 과정을 도 3 및 도 4를 이용하여 설명해 보기로 한다. 도 3은 본 발명에 따른 광통신용 레이저 다이오드 칩을 탑재장치에 수동정렬방법을 통하여 부착시키는 과정을 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 광통신용 레이저 다이오드 칩이 수동정렬방법을 통하여 탑재장치에 부착된 상태의 단면을 나타낸 도면이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 광통신용 레이저 다이오드 칩(200)이 부착되는 탑재장치(SiOB)(210)는 상기 레이저 다이오드 칩(200)에 형성된 요철 형성층보다 약 1㎛ 정도 더 큰 요철을 갖는 탑재장치 경사면(Silicon V-Groove)(211)을 구비한다.

이에 따라, 도 3에서 보는 바와 같이, 상기 레이저 다이오드 칩(200)을 단순히 탑재장치(SiOB)(210) 위에 올려 놓는 것만으로도 상기 레이저 다이오드 칩( 200)의 중심부인 활성층(204)과 광 화이버(230)의 축이 정렬되게 된다.

여기서, 도 4는 본 발명에 따른 광통신용 레이저 다이오드 칩(200)이 수동정렬방법을 통하여 탑재장치(SiOB)(210)에 부착된 상태의 단면을 나타낸 도면이기 때문에, 실제로는 광 화이버(230)는 도면에서는 보이지 않아야 되지만, 상기 광 화이버(230)의 축이 상기 활성층(204)과 정렬되는 것을 보여주기 위하여 도 4에 점선으로 나타내었다.

한편, 상기 레이저 다이오드 칩(200)을 상기 탑재장치 경사면(211) 부위에 올려 놓고, 약간의 힘을 주어 상기 레이저 다이오드 칩(200)이 제자리를 찾을 수 있도록 하는 과정에서, 상기 레이저 다이오드 칩(200)이 요철 끝 부분이 깨지는 현상과 미끄러지듯이 내려 가서 자리를 잡도록 하기 위한 효과, 그리고 상기 레이저 다이오드 칩(200)과 탑재장치(SiOB)(210)가 전기적으로 불필요한 부분이 닿지 않도록 하기 위해, 상기 레이저 다이오드 칩(200)의 요철 형성층 양 끝단에 SiO₂또는 SiNx 박막으로 보호층을 증착하여 형성한다.

그리고 도 5는, 이와 같은 제조공정을 통하여 형성된 하나의 예로서, 본 발명에 따른 광통신용 레이저 다이오드 칩에 보호층이 형성된 경우의 단면을 나타낸 도면이다.

한편, 상기 레이저 다이오드 칩(200)의 활성층(204)과 광 화이버(230)의 중심축과의 정렬도는 상기 레이저 다이오드 칩(200)의 요철 부위 및 상기 탑재장치 (SiOB)(210) 요철 부위의 사이즈 조절에 의존된다.

이때, 본 발명에 따른 선택성장에 의해 형성된 상기 레이저 다이오드 칩( 200)의 요철의 크기는 ±0.5㎛ 이내에서 조절이 가능함으로써, 정확한 크기를 갖는 볼록한 요철(convex)을 형성하여, 동일한 크기의 오목한 요철(concave)을 갖는 탑재장치(SiOB)(210)의 경사면(211) 위에 올려 놓음으로써, 자동으로 수동정렬( Automatic Passive Alignment)이 가능하게 된다.

이에 따라 제조공정 상에서, 수 천 개의 레이저 다이오드 칩(200)을 동시에 다이 본딩(Die Bonding)하는 것이 가능함은 물론, 레이저 다이오드 칩(200)과 광 화이버(230)와의 정렬 시간을 획기적으로 단축할 수 있다. 그리고, 도면 부호 220은 접착제를 나타낸다.

한편 광통신용 송수신 모듈에 있어, 포토 다이오드 칩에 대해서도 상기의 레이저 다이오드 칩의 제조방법과 같은 동일한 제조공정을 통하여 광 화이버와 용이하게 정렬을 시킬 수 있다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 광통신용 레이저 다이오드 칩 및 그 제조방법에 의하면, 광통신용 송수신 모듈의 레이저 다이오드 칩과 광 화이버를 정렬시킴에 있어, 정렬 시에 위치 조절이 용이하도록 요철 모양이 형성된 레이저 다이오드 칩을 사용함으로써, 레이저 다이오드 칩과 광 화이버의 수동 정렬을 신속하고 간편하게 수행할 수 있는 장점이 있다.

Claims (7)

1. 일반적인 광통신용 레이저 다이오드 칩의 제조방법에 있어서,

   (a) 기판(n-InP) 위에 3차 MOCVD 성장이 끝난 단계에서, 그 위에 박막을 형성하고, 포토 리소그라피(photolithography) 공정을 통하여 요철 형성을 위한 마스크를 형성하는 단계; 및

   (b) 화학적 식각 방법을 이용하여 활성층의 윗면에, 광 화이버와의 정합을 위한 수동정렬을 용이하게 하기 위하여, 요철 모양의 층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 칩의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 단계 (a)에서 상기 활성층의 윗면에 형성되는 박막은, SiO₂의 증착을 통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 칩의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 단계 (a)에서 상기 활성층의 윗면에 형성되는 박막은, SiNx의 증착을 통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 칩의 제조방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 단계 (a)에서 상기 활성층의 윗면에 형성되는 박막은 <110> 방향으로 증착되어 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 칩의 제조방법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 단계 (b) 이후에,

   상기 단계 (b)에서 형성된 요철 모양의 층을 보호하기 위한 보호층을 형성시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 칩의 제조방법.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 요철 모양의 층을 보호하기 위한 보호층으로 SiO₂박막이 증착되어 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 칩의 제조방법.
7. 제 1항 또는 제 5항의 제조방법에 의하여 제조된 레이저 다이오드 칩.