KR20020039935A - 광학집적회로 소자 및 그 제조방법, 그리고 그 광학집적회로 소자를 이용하여 제조한 광통신용 송수신 장치의 모듈 - Google Patents

광학집적회로 소자 및 그 제조방법, 그리고 그 광학집적회로 소자를 이용하여 제조한 광통신용 송수신 장치의 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광학 집적 회로 소자 및 그 제조방법과, 그 광학 집적 회로 소자를 이용하여 제조한 광통신용 송수신 장치의 모듈을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은 반도체 기판과; 상기 반도체 기판의 상면에 형성된 활성층과; 상기 활성층 양측의 상기 반도체 기판의 상면에 형성된 제1 전류 차단층과; 상기 제1 전류 차단층 상면에 형성된 제2 전류 차단층과; 상기 활성층 상부 및 상기 제2 전류 차단층 상면에 형성된 볼록 요철을 포함하여 구성된 광학 집적 회로 소자를 제공한다.
또한 본 발명은 반도체 기판의 상면에 활성층과, 제1 전류 차단층을 선택적으로 성장시키는 공정과; 상기 제1 전류 차단층의 상면에 제2전류 차단층을 형성하는 공정과; 상기 활성층 상부 및 상기 제2 전류 차단층 상면에 테이퍼 상의 측면을 갖는 볼록 요철을 형성하는 공정과; 상기 볼록 요철의 측면 및 상기 제2 전류 차단층의 상면에 보호막을 형성하는 공정과; 상기 볼록 요철의 상면에 제1전극을 형성하는 공정과; 상기 반도체 기판의 하면에 제2 전극을 형성하는 공정을 포함하는 광학 집적 회로 소자의 제조방법을 제공한다.

Description

광학집적회로 소자 및 그 제조방법, 그리고 그 광학집적 회로 소자를 이용하여 제조한 광통신용 송수신 장치의 모듈{Optical integrated circuit device having protrusion, fabrication method of the same and module of optical communication transmission and receiving apparatus using the same}
본 발명은 광통신용 송수신 장치 및 그에 이용되는 광학 집적회로 소자에 관한 것으로, 특히 광통신용 송수신 장치 모듈 조립 시, 광학 집적회로 소자와 광 화이버의 위치 정렬이 용이하며, 위치 정렬 시간이 짧고, 광학 집적 회로 소자의 끝부분이 깨지는 현상을 방지할 수 있도록 한, 광학 집적회로 소자 및 그 제조방법을 제공한다. 또한 그 광학 집적 회로 소자를 이용하여 제조한 광통신용 송수신 장치의 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 전기신호를 광 신호로 또는 광 신호를 전기신호로 바꾸어 주는 광통신용 송수신 장치 모듈의 광원(레이저 다이오드 칩 및 포토 다이오드 칩과 같은 광학 집적 회로 소자)과 광 화이버를 정렬시키는 데에는 능동정렬방식(Active alignment method)과 수동정렬방식( Passive alignment method)의 두 방법이 이용된다.
능동정렬방식은 레이저 다이오드와 광 화이버를 정렬하는데 있어, 시간이 많이 소요됨으로 인하여 양산성이 떨어지며, 능동정렬을 위해 많은 부품이 소요됨으로써, 저가격화가 어려운 단점이 있다.
따라서 레이저 다이오드에 전류를 주입하지 않고, 레이저 다이오드와 광 화이버를 직접 결합시키는 방법인 수동 정렬 방식을 많이 이용하고 있다.
도1a는 종래 기술에 따른 광학집적회로 소자와 광 화이버의 수동정렬 방법을 설명하기 위한 광통신용 송수신 장치 모듈의 간단한 분해 사시도이다.
도시된 바와 같이, 광통신용 송수신 장치 모듈은, 광학 집적회로 소자 및 광 화이버등을 탑재하기 위한 탑재장치(100)와, 상기 탑재장치(100)의 일측 상부에는 형성된 V자형의 긴 그루브(101)상에 설치된 광화이버(110)와, 상기 광화이버(110)의 일측 끝에 설치된 광학 집적회로 소자(여기서는 레이저 다이오드)(120)로 구성되어 있다. 이때, 상기 레이저 다이오드 칩(120)의 발광부(light emission layer)인 활성층(121)이 상기 광화이버의 중앙에 위치하도록, 상기 레이저 다이오드 칩(120)를 상기 탑재장치(100)의 상면에 위치 정렬을 하여 부착해야 한다.
정확한 위치 정렬을 위해, 탑재 장치(100)의 상면에는 회전 조절 마크(103)및 광축 맞춤 마크(105)등이 형성되어 있고, 상기 레이저 다이오드(120)에는 위치 조절 마크(123)가 형성되어 있다. 도1a는 적외선 카메라를 이용하여 도1a에 표시된 다양한 마크들의 위치가 정렬되었는지를 확인하는 방법으로, 광 화이버 (110)와 레이저 다이오드 칩(120)의 활성층(121)을 정합(matching)시키는 방법이다.
도 1b는 종래 기술에 따른 광학 집적 회로 소자와 광 화이버의 위치 정렬방법의 또 다른 예를 설명할 수 있는 광통신용 송수신 장치 모듈의 또 다른 분해 사시도이다.
도시된 바와 같이 탑재장치(150)의 일측 상면에는 V-형 그루브(151)가 형성되어 있고, 상기 V-형 그루부(151)의 상부에는 광화이버(160)가 설치되어 있다. 또한 상기 V-형 그루부(151)의 끝에는 광학 집적 회로 소자(170)를 탑재하기 위한 오목 요철(152)이 형성되어 있다. 상기 광학 집적 회로 소자(170)의 표면에는 상기 오목 요철(152)에 대응되는 볼록 요철(171)이 형성되어 있다. 상기 광학 집적 회로 소자(170)의 볼록 요철(171)을 상기 탑재장치(150)의 오목 요철(152)에 끼워 넣음으로써 광 화이버(160)와 상기 광학 집적 회로 소자(170)의 활성층(172)을 정합(matching)시킬 수 있다.
그러나 상기와 같은 종래의 위치정렬 방법들은 다음과 같은 문제점이 있었다.
도 1a에 도시한 방법은, 광학 집적 회로 소자와 광 화이버를 정렬시키는데 있어 부품 수를 줄이는 효과는 있지만, 정밀한 분해능을 요구하는 고가의 플립 칩 본더(flip chip bonder)를 사용하여야 하기 때문에, 장비의 설치비용이 많이 든다는 단점이 있으며 또한 공정시간 면에서는 능동정렬방식보다 크게 유리하지 못하다.또한 도 1b에 도시한 방법은, 도2b에 도시한 문제점이 있다. 도2a 및 도2b는 도1b의 광학 집적회로 소자(170)을 탑재장치(150)에 탑재한 후 IIa-IIa선에 따라 절단한 종단면도이다.
즉, 도2a는 종래의 광학집적회로 소자(170)의 상면에 형성한 볼록 요철(171)의 이상적인 형상으로서, 그 측면(172a)이 수직인 프로파일을 갖도록 형성되어 있다. 도2b는 실제 제조 공정에서 제조된 광학 집적 회로 소자(170)의 볼록 요철(171)로서 그 측면(172b)이 역 테이퍼(reverse-taper) 형상을 갖는다.
일반적으로 도2a, 도2b에 도시한 바와 같이 탑재장치(150)의 오목 요철의 크기(L1)가 광학 집적 회로 소자(170)의 볼록 요철(171)의 크기(L2) 보다 크게 형성된다. 따라서, 도2a 내지 도2b에 도시한 바와 같이 상기 볼록 요철(171)을 탑재장치(150)의 오목요철(152)에 삽입한 후 상기 오목요철(152)의 일측벽(152a)(152b)과 상기 볼록 요철(171)의 일측벽(171a)(171b)이 서로 접촉하도록 상기 광학 집적 회로 소자(150)을 수평방향으로 이동시킨다.
이때, 도2a와 같이 거의 수직인 측벽 프로파일을 갖는 볼록 요철(171)의 경우, 오목 요철(152)에 삽입되는 과정에서, 볼록 요철(171)을 삽입할 때 볼록 요철(171)의 끝 부분(A)이 상기 탑재장치(150)의 상면에 부딪쳐 깨어지는 문제점이 있었다.
또한 도2b와 같이 역테이퍼상의 측벽 프로파일을 갖는 볼록 요철(171)의 경우, 볼록 요철(171)의 끝부분(B)이 탑재장치의 오목 요철(150)의 측벽에 부딪혀 깨지는 현상이 발생하여 광학 집적 회로 소자의 불량의 원인이 되는 문제가 있었다. 또한 상기 역테이퍼 상의 측벽 프로파일로 인하여 광학 화이버와 광학 집적회로 소자와의 위치 정렬의 정합성을 떨어뜨리는 원인이 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 광통신용 송수신 장치 모듈 조립시, 광학 집적회로 소자와 광 화이버의 위치 정렬이 용이하며, 위치 정렬 시간이 짧고, 광학 집적 회로 소자의 끝부분이 깨지는 현상을 방지할 수 있도록 한, 광학 집적회로 소자 및 그 제조방법을 제공한다. 또한, 그와 같은 광학 집적 회로 소자를 이용한 광통신용 송수신 장치 모듈을 제공한다.
도 1a 내지 도1b는 광통신용 송수신 장치 모듈의 분해 사시도로서, 종래 기술에 따른 광학 집적 회로 소자(레이저 다이오드 칩)와 광 화이버를 수동 정렬시키는 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 2a 및 도2b는 광학집적회로 소자(레이저 다이오드 칩)가 광 화이버에 수동 정렬되도록 탑재장치에 탑재된 모습을 나타내는 광통신 송수신 장치 모듈의 단면도들로서 종래 기술에 해당한다.
도 3은 본 발명에 따른 광학 집적 회로 소자의 단면도이다.
도4는 본 발명에 따른 광학 집적 회로 소자를 광화이버에 수동 정렬되도록 탑재장치에 탑재한 모습을 보여주는 광통신용 송수신 장치 모듈의 단면도.
도 5a 내지 도5e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학 집적 회로 소자의 제조방법을 나타내는 것으로 광학집적회로 소자의 공정순서에 따른 단면도이다.
도6a 내지 도6e 는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광학 집적 회로 소자의제조방법을 나타내는 것으로 광학집적회로 소자의 공정순서에 따른 단면도들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 탑재 장치 101 : V-형 그루브
103 : 회전 조절 마크105 : 광축 맞춤 마크
110 : 광화이버120 : 레이저 다이오드 칩
121 : 활성층123 : 위치 조절 마크
150 : 탑재장치151 : V-형 그루브
152 : 오목 요철152a, 152b : 오목 요철의 측벽
160 : 광화이버170 : 광학 집적 회로 소자
171 : 볼록 요철171a, 171b :볼록 요철의 측면
300 : 광학 집적 회로 소자301 : 베이스 기판
302 : 활성층303 : 제1 전류 차단층
304 : 제2 전류 차단층305 : 클래드층
306 : 보호막307 : 제1 전극
308 : 제2 전극400 : 탑재 장치
401 : 오목 요철부402 : 제3전극
403 : 제4전극404 : 제1 도전성 와이어
405 : 제2 도전성 와이어
410 : 지지판411 : 외부 리드
501 : 베이스 기판502 : 활성층
503 : 제1 전류 차단층504 : 제2 전류 차단층
505 : 마스크층506 : 클래드층
507 : 보호막508 : 제1 전극
509 : 제2 전극
601 : 베이스 기판602 : 활성층
603 : 제1 전류 차단층604 : 제2 전류 차단층
605 : 클래드층605a : 클래드층 패턴
606 : 포토레지스트 패턴607 : 보호막
608 : 제1 전극609 : 제2 전극
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 반도체 기판과; 상기 반도체 기판의 상면에 형성된 활성층과; 상기 활성층 양측의 상기 반도체 기판의 상면에 형성된 제1 전류 차단층과; 상기 제1 전류 차단층 상면에 형성된 제2 전류 차단층과; 상기 활성층 상부 및 상기 제2 전류 차단층 상면에 형성된 볼록 요철을 포함하여 구성된 광학 집적 회로 소자를 제공한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 볼록 요철은 그 양측면의 프로파일이 테이퍼상인 것을 특징으로 하는 광학 집적회로 소자를 제공한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 볼록 요철의 양측면의경사 각도는 반도체 기판의 상면에 수직한 면을 기준으로 10-70도인 것을 특징으로 하는 광학 집적 회로 소자를 제공한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 볼록 요철의 형상이 사다리꼴 형상인 것을 특징으로 하는 광학 집적 회로 소자를 제공한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 볼록 요철은 클래드층인 것을 특징으로 하는 광학 집적 회로 소자를 제공한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 제2 전류 차단층의 상면 및 상기 볼록 요철의 양측벽면에 형성된 보호층을 추가로 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광학 집적 회로 소자를 제공한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 볼록 요철 상면에 형성된 제1전극과; 상기 반도체 기판의 하면에 형성된 제2 전극을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 집적 회로 소자를 제공한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 보호층은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막인 것을 특징으로 하는 광학 집적 회로 소자를 제공한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 반도체 기판의 상면에 MOCVD법을 이용하여 활성층을 선택적으로 성장시키는 공정과; 상기 활성층의 양측의 상기 반도체 기판의 상면에 MOCVD법을 이용하여 제1 전류 차단층을 선택적으로 성장시키는 공정과; 상기 제1 전류 차단층의 상면에 제2 전류 차단층을 선택적으로 형성하는 공정과; 상기 활성층 상부 및 상기 제2 전류 차단층 상면에 테이퍼 상의 측면을 갖는 볼록 요철을 형성하는 공정과; 상기 볼록 요철의 측면 및 상기 제2 전류차단층의 상면에 보호막을 형성하는 공정과; 상기 볼록 요철의 상면에 제1전극을 형성하는 공정과; 상기 반도체 기판의 하면에 제2 전극을 형성하는 공정을 포함하는 광학 집적 회로 소자의 제조방법을 제공한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 볼록 요철을 형성하는 공정은, 상기 제2 전류 차단층의 상면 및 상기 활성층 상부에 MOCVD법으로 클래드층을 선택적으로 성장시키는 공정과; 상기 클래드층의 상면의 상기 활성층의 상부에 포토레지스트 패턴을 형성하는 공정과; 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 클래드층을 식각하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 집적 회로 소자의 제조방법을 제공한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 포토레지스트 패턴의 크기는 상기 활성층의 크기 보다 큰 것을 특징으로 하는 광학 집적 회로 소자의 제조방법을 제공한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 포토레지스트 패턴의 크기는 상기 활성층의 중심으로부터 각각 양측방향으로 75㎛의 길이인 것을 특징으로 하는 광학 집적 회로 소자의 제조방법을 제공한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 보호막은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막인 것을 특징으로 하는 광학 집적회로 소자의 제조방법을 제공한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 활성층 상부에 볼록 요철을 형성하는 공정은, 상기 제2 전류 차단층의 상면 일부에 마스크층을 형성하는단계와; 상기 마스크층으로 덮여 있지 않은 상기 제2 전류 차단층 상면 및 활성층 상부에 클래드층을 선택적으로 성장시키는 공정과; 상기 마스크층을 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 집적 회로 소자 제조방법을 제공한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 반도체 기판과, 상기 반도체 기판의 상면에 형성된 활성층과, 상기 활성층 양측의 상기 반도체 기판의 상면에 형성된 제1 전류 차단층과, 상기 제1 전류 차단층 상면에 형성된 제2 전류 차단층과, 상기 활성층 상부 및 상기 제2 전류 차단층 상면에 형성되어 있으며 그 측면이 테이퍼상인 볼록 요철과, 상기 볼록 요철의 측면 및 상기 제2 전류 차단층의 상면에 형성된 보호막과, 상기 볼록 요철의 상면에 형성된 제1 전극과, 상기 반도체 기판의 하면에 형성된 제2 전극을 포함하는 광학 집적 회로 소자와;상면 중앙부에 역테이퍼상의 측벽 프로파일을 갖는 오목 요철이 형성되어 있는 탑재장치와; 상기 탑재장치 내에 일부분이 매립되어 있고 다른 일부분은 상기 오목 요철의 저면에 연장 형성 되어 있는 제3전극과; 상기 탑재장치의 가장자리 부분의 상면에 형성되어 있는 제4전극을 포함하며, 상기 탑재장치의 오목 요철의 저면에 형성된 제3전극과, 상기 광학 집적 회로 사자의 제1 전극이 접하도록 구성된 것을 특징으로 하는 광통신용 송수신 장치 모듈을 제공한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 제2전극과 제4전극을 연결하는 도전성 와이어를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광통신용 송수신 장치 모듈을 제공한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 탑재장치의 상기 오목요철 내에 상기 광학 집적 회로 소자의 볼록 요철을 끼워 넣음으로써 광 화이버와 상기 광학 집적 회로 소자가 자동으로 위치 정렬되는 것을 특징으로 하는 광통신용 송수신 장치 모듈을 제공한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위하여, 상기 볼록 요철을 상기 오목 요철내에 삽입한 후, 볼록 요철 표면의 보호막과, 오목 요철의 일측벽이 서로 맞닿도록 상기 광학 집적 회로 소자를 수평방향으로 이동함으로써, 광학집적회로 소자와 광화이버의 위치를 정렬시킨 광통신용 송수신 장치 모듈을 제공한다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 광학 집적 회로 소자의 단면도이다. 본 발명에서 실시예로 도시한 광학 집적 회로 소자(300)는 광통신용 레이저 다이오드 칩이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 광학 집적 회로 소자(300)는, 베이스 기판(301)인 p형 또는 n형의 InP 기판(301)과, 상기 베이스 기판(301)의 상면 중앙부에 형성된 활성층(302)과, 상기 활성층(302)의 양측방의 상기 베이스 기판(301)의 상면에 형성된 제1 전류 차단층(303)과, 상기 제1 전류 차단층(303) 상면에 형성된 제2 전류 차단층(304)과, 상기 제2 전류 차단층(304) 및 상기 활성층(302)의 상부에 형성되어 있고, 양측의 측면 프로파일이 테이퍼 형상인 클래드층(305)과, 상기 클래드층(305)의 상면에 가장자리의 일부 및 상기 제2 전류 차단층(303)의 상면을 덮고 있는 보호막(306)과, 상기 클래드층(305)의 상면에 형성된 제1전극(307)과 상기 베이스 전극(301)의 하면에 형성된 제2 전극(308)으로 구성되어 있다.
본 발명에 따른 상기 광학 집적 회로 소자에 있어서 상기 클래드층(305)은그 양측면이 테이퍼 형상의 프로파일을 갖도록 형성되어 있으며, 상기 클래드층(305)은 광통신용 송수신 모듈 제조 시, 탑재장치에 위치 정렬을 하기 위한 위치 정렬용 마크의 기능을 한다. 상기 클래드층(305)은 또한 이하 볼록 요철이라는 명칭으로도 설명을 한다. 상기 클래드층(305) 즉 볼록 요철(305)은 테이퍼상의 측벽 프로파일을 갖는 사다리꼴 모양으로 제조되어 있다. 또한 상기 볼록 요철(305)의 측벽 프로파일은, 상기 베이스 기판(301)의 표면에 대해 수직한 방향으로부터 상기 측벽까지의 경사각도가 약 10도 ~ 70도인 것이 바람직하다.
또한 상기 볼록 요철인 클래드층(305)의 가장자리 모서리부가 보호막(306)에 덮여 있는 것을 특징으로 한다. 상기 보호막(306)의 재료는 실리콘 산화막(SiO2) 또는 실리콘 질화막(SiNx)인 것이 바람직하다.
한편 상기 도3에 따른 광학 집적 회로 소자를 이용하여 제조한 본 발명에 따른 광통신용 송수신 장치 모듈의 단면도를 도4에 나타내었다.
도4는 탑재장치(SiOB; Silicon Optical Bench)의 상면에 도3의 광학 집적 회로 소자(300)을 탑재한 모습을 나타낸다. 따라서 도3과 도4에서 도면부호가 같은 것은 같은 구성 요소를 나타낸다.
도시된 바와 같이 광통신용 송수신 모듈은 상면 중앙부에 오목 요철부(401)를 갖는 탑재장치(400)와, 상기 오목 요철부(401)에 탑재된 광학 집적 회로 소자(300)로 구성되어 있다. 상기 오목 요철부(401)의 크기(A1)는 상기 볼록 요철부의 크기(A2) 보다 약 1㎛ 정도 크게 형성되어 있다. 또한 상기 오목 요철부(401)의 측벽 프로파일은 역 테이퍼(reverse-taper)상으로 형성되어 있다.
또한 상기 탑재장치(400)에는 상기 광학 집적 회로 소자의 제1 전극(307)과 전기적으로 연결된 제3전극(402)이 매립되어 있으며, 상기 제3전극(402)는 상기 오목 요철부(401)의 상면에까지 연장형성되어 있다.
상기 광학 집적 회로 소자(300)의 제1전극(307)은 상기 오목 요철부(401)의 상면에 형성된 상기 제3전극(402)과 접촉되어 있다.
또한, 상기 탑재장치(400)의 상면 가장자리 부에는 광학 집적 회로 소자(300)의 제2전극(308)과 연결하기 위한 제4전극(403)이 형성되어 있으며, 상기 제2전극(307)과 제4전극(403)은 제1 도전성 와이어(404)에 의해 전기적으로 연결되어 있다.
또한 상기 탑재장치(400)의 하면에는 지지판(410)이 설치되어 있으며, 상기 지지판(410)의 양측 가장자리에는 역-L자형의 외부리드(411)가 설치되어 있다. 또한 상기 외부리드(411)과 상기 제4전극(403)은 제2 도전성 와이어(405)에 의해 연결되어 있다.
상기 도4에 도시된 본 발명에 따른 광통신용 송수신 모듈에 있어서, 점선으로 표시된 원(C)은 미도시된 광화이버의 위치를 나타낸다.
도4에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 광통신용 송수신 모듈은, 광학 집적 회로 소자(300)의 볼록 요철부(305)를 단순히 탑재 장치(400)의 오목 요철부(401)에 끼워 넣음으로써 광 화이버와 광학 집적 회로 소자(300)의 위치 정렬이 자동으로 이루어지는 장점이 있다. 또한 상기 볼록 요철부(305) 및 오목 요철부(401)는각각 테이퍼상의 측벽과 역 테이퍼상의 측벽을 갖기 때문에, 광학 집적 회로 소자를 탑재 장치에 끼워 넣을 때, 광학 집적 회로 소자의 가장자리부의 깨어짐이 발생하지 않는다. 또한 광학 집적 회로 소자의 볼록 요철부(305)를 덮고 있는 보호막(306)은 광학 집적 회로 소자가 상기 탑재 장치에 삽입 될 때, 상기 광학 집적 회로 소자가 물리적으로 손상이 가는 것을 방지할 뿐만 아니라, 볼록 요철부(305)가 오목 요철부(401)내에 미끄러지면서 들어가도록 하여 삽입을 원활하게 하는 역할을 한다. 또한 상기 보호막은 광학 회로 소자와 상기 탑재 장치가 전극 이외의 불필요한 다른 부분이 서로 접촉하는 것을 방지함으로써 광통신용 송수신 모듈의 전기적인 신뢰성을 높이는 역할을 한다.
또한 상기 도4의 모듈은, 상기 광학 집적 회로 소자의 볼록 요철의 측벽에 형성된 보호막(306)과 상기 오목 요??(401)의 일측 측벽(401a)이 서로 닿도록 설치됨으로써, 광화이버와 광학 집적 회로 소자의 위치 정렬이 이루어지는 것을 특징으로 한다
다음으로, 본 발명에 따른 광학 집적 회로 소자의 제조방법을 첨부된 도5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저 도5a에 도시한 바와 같이, n-InP 또는 p-InP의 반도체 기판(501)의 상면에 일반적으로 잘 알려진 MOCVD법을 이용하여, 활성층(502), 제1 전류 차단층(503), 제2 전류 차단층(504)을 선택적으로 성장시킨다.
다음으로 도5b에 도시된 바와 같이, 상기 제2 전류 차단층(504)의 상면에 전체에 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막을 형성한 다음, 상기 활성층(502)의 상부및 상기 활성층의 중심부(D)로부터 양측으로 각각 75㎛ 떨어진 부위까지의 상기 제2 전류 차단층(504) 상면의 상기 산화막 또는 실리콘 질화막을 제거하여, 상기 제2 전류 차단층(504)의 상면 일부에 마스크층(505)을 형성한다. 즉, 상기 마스크층(505)의 재료는 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막이다.
다음으로, 도5c에 도시한 바와 같이, 상기 마스크층(505)을 제외한 상기 제2 전류 차단층(504) 상면에 선택적으로 클래드층(506)을 MOCVD법으로 성장시킨다. 이때, 상기 클래드층(505)은 측면 프로파일이 테이퍼 형상을 갖도록 형성된다.
다음으로 도5d에 도시한 바와 같이 상기 마스크층(504)을 제거한 다음, 상기 클래드층(505) 및 상기 제2 전류 차단층(504)의 상면에 보호층(507)인 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막을 형성한 다음 패터닝하여, 상기 활성층(502) 상부의 상기 클래드층(505)의 상면을 부분적으로 노출시킨다.
다음으로 상기 도5e에 도시한 바와 같이 상기, 클래드층(506)의 상면에 제1전극(508)을 형성한다.
다음으로 상기 베이스 기판(501)의 하면에 제2 전극(509)을 형성함으로써 본 발명에 따른 광학 집적 회로 소자의 제조를 완료한다.
한편 본 발명에 따른 광학 집적 회로 소자는 다른 실시 예에 의해서도 제조할 수 있다. 또 다른 실시예에 대해 첨부된 도면의 도6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저 도6a에 도시한 바와 같이, n-InP 또는 p-InP의 반도체 기판(601)의 상면에 일반적으로 잘 알려진 MOCVD법을 이용하여, 활성층(602), 제1 전류차단층(603), 제2 전류 차단층(604)을 제조한다.
다음으로 도6b에 도시된 바와 같이, 상기 활성층(602) 상부 및 상기 제2 전류 차단층(604)의 상면 전체에 클래드층(605)을 형성한다.
다음으로 도6c에 도시한 바와 같이 상기 클래드층(605)의 상면에 포토레지스트 패턴(606)를 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴(606)은 상기 활성층의 상부에 형성하며, 상기 활성층의 중심으로부터 양측방향으로 각각 약 75㎛의 크기를 갖도록 형성한다.
다음으로 상기 포토레지스트 패턴(606)를 식각 마스크로 이용하여 상기 클래드층(605)을 화학적 식각법을 이용하여 도6d에 도시한 바와 같이, 클래드층 패턴(605a)을 형성한다. 상기 화학적 식각법은 등방성 식각법으로서, 일반적으로 식각 식각 공정중 언더컷 현상이 발생하여, 그로인하여 상기 클래드층 패턴(605a)의 양측면의 프로파일이 테이퍼 형상을 갖게 된다.
다음으로, 도6e에 도시한 바와 같이, 클래드층 패턴(605a)의 양측 가장자리부 및 제2 전류 차단층(604)의 상면에 보호막(607)를 형성하고, 상기 활성층(602) 상부의 상기 클래드층 패턴(605a)의 상면에 제1전극(608)을 형성하고, 상기 베이스 기판(601)의 하면에 제2전극(609)을 형성함으로써 본 발명에 따른 광학 집적 회로 소자의 제조를 완료한다.
특히 도6a 내지 도6e에 도시한 화학적 식각법을 이용하여 클래드층 패턴(605a) 즉 볼록 요철을 제조할 경우, 상기 클래드층 패턴(605a)의 크기를 원하는 크기의 ±0.5㎛ 이내에서 조절이 가능함으로써, 정확한 크기를 갖는 볼록요철(convex)을 형성할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 상기 볼록 요철 즉 클래드층 패턴(605a)의 크기에 상응하는 크기를 갖는 오목 요철(concave)부에 상기 볼록 요철을 끼워 넣음으로써 신속하게 광학 집적회로 소자와 광 화이버를 수동정렬(Automatic Passive Alignment)할 수 있다.
상기 본 발명의 실시 예에서는 레이저 다이오드칩을 예로 들어 설명하였으나, 포토 다이오드 칩에 대해서도 상기의 레이저 다이오드 칩의 제조방법과 같은 동일한 제조공정을 통하여 광 화이버와 용이하게 정렬을 시킬 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 광통신용 송수신 장치 모듈의 광학 집적 회로 소자와 광 화이버를 정렬시킴에 있어, 정렬 시에 위치 조절이 용이하도록 요철 모양이 형성된 레이저 다이오드 칩을 사용함으로써, 광학 집적 회로 소자와 광 화이버의 수동 정렬을 신속하고 간편하게 수행할 수 있는 장점이 있다.
또한, 정밀한 분해능을 요구하는 고가의 플립 칩 본더가 필요 없으며, 수 천 개의 광학 집적 회로 소자를 동시에 다이 본딩(Die Bonding)하는 것이 가능함은 물론, 상기 광학 집적 회로 소자와 광 화이버와의 정렬 시간을 획기적으로 단축함으로써, 광통신용 송수신 장치 모듈의 가격을 매우 낮출 수 있는 장점이 있다.
광학 집적 회로 소자의 볼록 요철부 모서리에 보호막을 형성함으로써 탑재 장치의 오목 요철부에 상기 집적 회로 소자를 장착 할 때, 광학 집적 회로 소자의 요철부의 깨어짐을 방지하여 제품의 불량 발생을 줄이는 효과가 있다.
또한 상기 보호막을 형성함으로써, 광학 집적 회로 소자를 광통신용 송수신 모듈에 조립할 때, 탑재 장치의 오목 요철부에 상기 광학집적회로 소자의 볼록 요철부가 부드럽게 미끄러져 안착되도록 함으로써 모듈의 조립이 간편하고 용이한 효과가 있다.
또한 화학적 식각법을 이용하여 상기 광학 집적 회로 소자의 볼록 요철을 형성함으로써, 요철의 크기를 정밀하게 제어할 수 있으므로, 광통신용 송수신 장치의 모듈 조립시, 광화이버와 광학 집적 회로 소자의 위치 정렬의 정밀도를 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (18)

  1. 반도체 기판과;
    상기 반도체 기판의 상면에 형성된 활성층과;
    상기 활성층 양측의 상기 반도체 기판의 상면에 형성된 제1 전류 차단층과;
    상기 제1 전류 차단층 상면에 형성된 제2 전류 차단층과;
    상기 활성층 상부 및 상기 제2 전류 차단층 상면에 형성된 볼록 요철을 포함하여 구성된 광학 집적 회로 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 볼록 요철은 그 양측면의 프로파일이 테이퍼상인 것을 특징으로 하는 광학 집적회로 소자.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 볼록 요철의 양측면의 경사는 반도체 기판의 상면에 대해 수직한 축을 기준으로 10-70도의 각도로 기울은 것을 특징으로 하는 광학 집적 회로 소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 볼록 요철은 사다리꼴 형상인 것을 특징으로 하는 광학 집적 회로 소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 볼록 요철은 클래드층인 것을 특징으로 하는 광학 집적 회로 소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 전류 차단층의 상면 및 상기 볼록 요철의 양측면의 상면에 형성된보호층을 추가로 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광학 집적 회로 소자.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 보호층과 보호층 사이의 상기 볼록 요철 상면에 형성된 제1전극과; 상기 반도체 기판의 하면에 형성된 제2 전극을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 집적 회로 소자.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 보호층은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막인 것을 특징으로 하는 광학 집적 회로 소자.
  9. 반도체 기판의 상면에 MOCVD법을 이용하여 활성층을 형성하는 공정과;
    상기 활성층의 양측의 상기 반도체 기판의 상면에 MOCVD법을 이용하여 제1 전류 차단층을 형성하는 공정과;
    상기 제1 전류 차단층의 상면에 제2 전류 차단층을 선택적으로 성장시키는 공정과;
    상기 활성층 상부 및 상기 제2 전류 차단층 상면 일부에 테이퍼 상의 측면을 갖는 볼록 요철을 형성하는 공정과;
    상기 볼록 요철의 측면 및 상기 제2 전류 차단층의 상면에 보호막을 형성하는 공정과;
    상기 볼록 요철의 상면에 제1전극을 형성하는 공정과;
    상기 반도체 기판의 하면에 제2 전극을 형성하는 공정을 포함하는 광학 집적 회로 소자의 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 볼록 요철을 형성하는 공정은,
    상기 제2 전류 차단층 상면 및 상기 활성충 상부에 MOCVD법으로 클래드층 선택적으로 성장시키는 공정과;
    상기 클래드층의 상면에 상기 활성층의 상부에 포토레지스트 패턴을 형성하는 공정과;
    상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 클래드층을 등방성 식각하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 집적 회로 소자의 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 포토레지스트 패턴의 크기는 상기 활성층의 크기 보다 큰 것을 특징으로 하는 광학 집적 회로 소자의 제조방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    기 포토레지스트 패턴의 크기는 상기 활성층의 중심으로부터 각각 양측방향으로 75㎛의 길이인 것을 특징으로 하는 광학 집적 회로 소자의 제조방법.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 보호막은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막인 것을 특징으로 하는 광학 집적회로 소자의 제조방법.
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 활성층 상부에 볼록 요철을 형성하는 공정은,
    상기 제2 전류 차단층의 상면 일부에 마스크층을 형성하는 단계와;
    상기 마스크층으로 덮여 있지 않은 상기 제2 전류 차단층 상면 및 활성층 상부에 선택적인 MOCVD 성장법을 이용하여 클래드층을 형성하는 공정과;
    상기 마스크층을 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 집적 회로 소자 제조방법.
  15. 반도체 기판과,
    상기 반도체 기판의 상면에 형성된 활성층과,
    상기 활성층 양측의 상기 반도체 기판의 상면에 형성된 제1 전류차단층과,
    상기 제1 전류 차단층 상면에 형성된 제2 전류 차단층과,
    상기 활성층 상부 및 상기 제2 전류 차단층 상면에 형성되어 있으며 그 측면이 테이퍼상인 볼록 요철과,
    상기 볼록 요철의 측면 및 상기 제2 전류 차단층의 상면에 형성된 보호막과,
    상기 볼록 요철의 상면에 형성된 제1 전극과,
    상기 반도체 기판의 하면에 형성된 제2 전극을 포함하는 광학 집적 회로 소자와;
    상면 중앙부에 역테이퍼상의 측벽 프로파일을 갖는 오목 요철이 형성되어 있는 탑재장치와;
    상기 탑재장치 내에 일부분이 매립되어 있고 다른 일부분은 상기 오목 요철의 저면에 연장 형성 되어 있는 제3전극과;
    상기 탑재장치의 가장자리 부분의 상면에 형성되어 있는 제4전극을 포함하며,
    상기 탑재장치의 오목 요철의 저면에 형성된 제3전극과, 상기 광학 집적 회로 사자의 제1 전극이 접하도록 구성된 것을 특징으로 하는 광통신용 송수신 장치 모듈.
  16. 제 15항에 있어서,
    제2전극과 제4전극을 연결하는 도전성 와이어를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광통신용 송수신 장치 모듈.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 탑재장치의 상기 오목 요철 내에 상기 광학 집적 회로 소자의 볼록 요철을 끼워 넣음으로써 광 화이버와 상기 광학 집적 회로 소자가 자동으로 위치 정렬되는 것을 특징으로 하는 광통신용 송수신 장치 모듈.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 탑재장치의 상기 오목 요철 내에 상기 광학 집적 회로 소자의 볼록 요철을 끼워 넣는 공정과;
    상기 광학 집적 회로 소자를 수평방향으로 이동하여 볼록 요철 측벽에 형성된 보호막과 상기 오목 요철의 일측 측벽이 서로 맞닿도록 하는 공정을 수행함으로써,
    광 화이버와 상기 광학 집적 회로 소자가 자동으로 위치 정렬되는 것을 특징으로 하는 광통신용 송수신 장치 모듈.
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