KR20080071505A - 양방향 광 송수신 모듈, 광 송수신 장치 및 양방향 광송수신 모듈 제조 방법 - Google Patents

양방향 광 송수신 모듈, 광 송수신 장치 및 양방향 광송수신 모듈 제조 방법 Download PDF

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Abstract

V자형 광 도파로 및 유전 다층필터를 이용하는 역다중화 장치를 포함한 저렴하고 양호한 특성의 양방향 광 송수신 모듈 등을 제공한다. 유전 다층막이 형성된 단부면의 형성과 광학 모듈들의 분할이 별도의 단계로 수행되며, 유전 다층필터가 형성된 V자형 광 도파로의 교차부에 단부면이 높은 평활도를 달성하기 위한 건식 에칭에 의해 형성된다. 또한, 광학 모듈의 절단면은 적어도 3 ㎛만큼 단부면에서 분리된 위치에 설정된다. 이를 통해, 평활 단부면이 발광 소자 분할 단계에 의해 야기된 절단면의 요철로부터 보호되고 유전 다층필터가 단부면에 형성된다.
양방향 광 송수신 모듈, V자형 광 도파로, 유전 다층막, 평활 단부면, 발광 소자 분할 단계

Description

양방향 광 송수신 모듈, 광 송수신 장치 및 양방향 광 송수신 모듈 제조 방법{BIDIRECTIONAL OPTICAL TRANSMITTING/RECEIVING MODULE, OPTICAL TRANSMITTING/RECEIVING DEVICE, AND BIDIRECTIONAL OPTICAL TRANSMITTING/RECEIVING MODULE MANUFACTURING METHOD}
본 출원은, 본 명세서에 그 전체 내용이 원용된 2007년 1월 30일 출원된 일본특허출원 제2007-020127호와 2008년 1월 10일 출원된 일본특허출원 제2008-003194호에 기초한 것으로, 상기 출원에 대한 우선권의 혜택을 주장한다.
본 발명은 양방향 광 송수신 모듈에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 고성능 역다중화 특징을 갖는 광학 송수신 장치뿐 아니라 저렴한 양방향 광 송수신 모듈과 양방향 광 송수신 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다.
양방향 통신을 동시에 수행하도록 단일 코어 광섬유를 통해 두 개의 서로 다른 파장을 갖는 광을 양방향으로 송신하는 양방향 광 송수신 모듈이 제안되어 있다. 예컨대, [일본 미심사 특허 공보 제2004-287186호(특허문헌 1)의 도1에 대응하는] 도16에 도시된 바와 같이, 양방향 광 송수신 모듈은 광 도파로 기판(101)과, 광 도파로 기판(101) 상에 V자형으로 배열된 제1 광 도파로(104) 및 제2 광 도파 로(105)와, 그 절단면이 제1 및 제2 광 도파로(104, 105)의 교차부(도6에서 우단부)에 대해 거의 수직하게 형성된 단부면(102)과, 단부면(102)에 인접한 상태로 마련된 다층 광필터(103)를 포함한다.
또한, 양방향 광 송수신 모듈은 제2 광 도파로(105)의 외측 단부면에 연결된 광섬유(107)와, 다층 광필터(103)와 대면하도록 배열된 수광부(수광 소자)(106)와, 제1 광 도파로(104)의 외측 단부면에 광학적으로 연결된 발광 소자(108)를 포함한다. 도면부호 111은 광학 수지층이다.
우선, 도16에 도시된 모듈에서 제1 파장광(A)을 보면, 발광 소자(108)에서 제1 광 도파로(104)로 출사된 제1 파장광(A)은 다층 광필터(103)에서 반사되어 제2 광 도파로(105)를 거쳐 광섬유(107)로 보내진다. 그 후, 제2 파장광(B)이 광섬유(107)를 거쳐 제2 광 도파로(105)로 입사하면, 제2 파장광(B)은 다층 광학 필터(103)를 투과하여 수광부(106)에 도달하고 수광부에서 전기 신호로 전환되어 검출된다.
상술한 방식에서, 양방향 통신은 서로 다른 파장을 갖는 두 종류의 광을 이용하여 단일 코어 광섬유에 의해 수행될 수 있다. 이 경우, 다층 광필터(103)는 파장차에 기초하여 제1 파장광(A)은 투과되지 않고 반사되며 제2 파장광(B)은 반사되지 않고 투과되도록 하는 선택적 작용[다층 광필터(103)의 역다중화 특징]을 실행한다. 다층 광필터(103)의 역다중화 특징이 이상적인 특성에서 변이되면, 불필요한 제1 파장광(A)의 송신과 같은 광의 송신 및 수신을 수행할 때 간섭(크로스토크)이 유도된다. 따라서, 역다중화 특징은 모듈의 성능을 위해 중요한 특징이다.
또한, 도17[일본 미심사 특허 공보 제2002-31748호(특허문헌 2)에 대응]에 도시된 양방향 광 송수신 모듈에서는 클래드층(203)이 광 도파로 기판(201) 상에 마련되고 V자형 광 도파로(223)가 광 도파로 기판(201)을 따라 클래드층(203)의 중심부에 배치되고 유전 다층필터(214)가 상단면에 배치된 V자형 광 도파로(233)의 교차부와 접촉되게 마련됨으로써 역다중화 유닛을 형성한다(도17의(a)). 도면부호 215는 땜납 필름이다. 도17의(a)에 개시된 역다중화 유닛은 도17의(b)에 도시된 유닛에 적층된다. 도면부호 204는 정렬 부호를 지시한다.
도17의(b)는 상술한 역다중화 유닛을 보유하는 다른 유닛(도면 우측)들을 도시한다. 이들 유닛은 양방향 광 송수신 모듈을 형성하도록 결합된다.
도17의(b)에 도시된 유닛은 다음과 같이 조립된다. 상술한 역다중화 유닛을 배치하기 위한 정렬 영역이 다중 모드 선형 광 도파로 기판(251) 상에서 인접측에 마련되고 오버 클래드층(233)이 다중 모드 선형 광 도파로 기판(251) 상에서 원거리 측에 적층되고 선형 광 도파로(221a)가 그 내부에 봉입되고 1310 ㎚ 컷오프 다층필터(214a)가 오버 클래드층(233)의 원거리측의 단부면에 제공된다. 또한, 수광 다이오드(210)와 서브-마운트(252)가 1310 ㎚ 컷-오프 다층필터(214a)와 대면하여 순서대로 적층된다.
도17의 경우, 실질적으로 도17의 선형 광 도파로 기판(251)의 전면쪽에는 선형 광 도파로 기판(251) 자체가 연장되고 V자형 광 도파로(223)와 결합될 광섬유 및 발광 소자가 그 연장된 영역에 장착된다. 즉, 이 경우, 광섬유를 고정하기 위한 V자형 홈을 포함하는 다른 유닛(도면 우측)이 결합되어 양방향 광 송수신 모듈 을 형성한다. 상술한 도16의경우와 같이, 이 경우도 파장에 따라 선택적 작용을 실행하는 유전 다층필터(214a)를 사용한다. 도면부호 207은 다이싱 홈이고 212는 리세스부이고 215a는 땜납막이고 204는 정렬 표시이다.
상술한 두 개의 종래 기술의 광 송수신 모듈의 구조가 서로 다르더라도, 그 형성 방법이 구체적으로 개시되지 않았기 때문에 그 유전 다층필터는 광 도파로 기판이 다이싱 가공되는 다이싱면 상에 직접 형성되는 것으로 추정된다. 그 경우, 다이싱면에 형성된 유전 다층필터가 다이싱 가공시 다이싱면에 생성된 요철의 영향을 방지하기 어려운 경우가 많다. 따라서, 충분한 역다중화 특징이 얻어질 수 없다.
따라서, 본 발명의 바람직한 목적은 역다중화 특징에 부가되는 양방향 광 송수신 모듈의 분할 단계에서 생성되는 절단면의 요철에 의한 영향을 방지할 수 있도록 하고 간단한 구조의 저렴한 제조방법을 이용하여 바람직한 역다중화 특징을 안정적으로 얻을 수 있도록 하는 양방향 광 송수신 모듈, 광학 송수신 장치 및 광 송수신 모듈 제조 방법을 제공하는 것이다.
상술한 바람직한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 태양에 따르는 양방향 광 송수신 모듈은 단일 코어 광섬유를 이용하여 두 파장의 광으로 동시 양방향 통신을 수행하기 위한 발광 소자와, 기판상에 형성되어 발광 소자에 결합되는 양방향 광 도파로와, 광 도파로의 접철 구조 단부면 상에 형성된 것으로 발광 소자에서 송신 광을 반사시키는 특징과 외부에서 수신된 광을 투과시키는 특징을 갖는 유전 다층필터를 포함하며, 광 도파로의 접철 구조 단부면은 기판의 단부면에 대해 내측으로 요입된 위치에 배치된다.
본 발명의 바람직한 태양에 따른 양방향 광 송수신 장치는, 양방향 광 송수신 모듈과, 외부로부터의 송신 전기 신호를 이용하여 양방향 광 송수신 모듈로 광학 신호를 입력하는 발광 소자를 구동 제어하기 위한 발광 소자 구동 제어장치와, 양방향 광 송수신 모듈로부터 수광 소자에서 수신된 광학 신호를 광전기적으로 전환함으로써 얻어지는 수신 신호를 외부로 출력하기 위한 수신 신호 출력장치를 포함하며, 양방향 광 송수신 모듈은 단일 코어 광섬유를 이용하여 두 파장의 광으로 동시 양방향 통신을 수행하기 위한 발광 소자와, 기판에 형성되어 발광 소자에 결합되는 양방향 광 도파로와, 광 도파로의 접철 구조 단부면 상에 형성된 것으로 발광 소자에서 송신된 광을 반사시키는 특징과 외부에서 수신된 광을 투과시키는 특징을 갖는 유전 다층필터를 포함하며, 광 도파로의 접철 구조 단부면은 기판의 단부면에 대해 내측으로 요입된 위치에 배치된다.
본 발명의 다른 바람직한 태양에 따르는 양방향 광 송수신 모듈 제조 방법은 기판에 양방향 광 도파로를 형성하는 단계와, 기판의 단부면에서 내측으로 요입된 위치에 광 도파로의 접철 구조의 위치에 대해 광 도파로에 수직한 단부면을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 바람직한 장점에 따르면, 평활한 단부면을 형성하는 것이 가능하다. 따라서, 단부면에 형성된 유전 다층필터는 고성능의 역다중화 특징을 갖게 된다. 따라서, 송신된 광이 수신된 광과 혼합되지 않는 고성능 양방향 광 송수신 모듈을 제공하는 것이 가능하다. 또한, 이런 모듈을 이용한 양방향 광 송수신 장치를 제공하고 이런 양방향 광 송수신 모듈을 안정적으로 제조하는 간단한 구조의 저렴한 방법을 제공하는 것이 가능하다.
이하, 도1을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도1에서, 본 바람직한 실시예에 따르는 양방향 광 송수신 모듈은 예컨대 Si 기판(1)과, 기판(1)에 장착된 단일 코어 광섬유 및 V자형 광 도파로(2)를 이용하여 두 파장을 갖는 광으로 동시 양방향 통신을 가능하는 발광 소자로서 V자형 광 도파로(2)와 결합된 반도체 레이저(4)와, V자형 광 도파로(2)의 교차부에서 단부면(12) 위에 마련되고 반도체 레이저(발광 소자)(4)로부터 송신된 광을 반사시키는 특징과 외부에서 수신된 광을 투과시키는 특징을 갖는 유전 다층막인 유전 다층필터(3)를 포함한다.
또한, 양방향 광 송수신 모듈에서 V자형 광 도파로(2)의 교차부에 위치된 단부면(12)은 에칭에 의해 형성되고 기판(1)의 다이싱 면(15)이 단부면(12)에서 단부면(12)과 동일 플랭크 상에서 외측으로 돌출된 위치에 형성된다. 단부면(12)과 다이싱 면(15)은 단차 구조(1A)의 폭만큼 서로 이동된(shifted) 위치에 마련된다.
따라서, 기판 다이싱 및 단부면 형성을 동시에 수행하는 방법과 달리, 단부 면(12)은 에칭에 의해 평활하게 형성될 수 있다. 또한, 단차 구조(1A)는 다이싱 공구가 기판을 다이싱할 때 단부면(12)과 접촉하지 않도록 형성됨으로써 다이싱 공구가 다이싱시 단부면(12)과 접촉하는 것을 방지한다. 따라서, 단부면(12)은 가공시 생성되는 요철을 효과적으로 방지할 수 있게 됨으로써 역다중화 특징에 부가되는 부정적인 효과가 방지될 수 있다. 그 결과, 고품질 유전 다층막(유전 다층필터, 3)을 형성하는 것이 가능하게 되어 바람직한 역다중화 특징이 단순한 구조의 저렴한 제조 방법으로 안정적으로 얻어질 수 있다.
이하, 양방향 광 송수신 모듈을 보다 상세히 설명한다. 도1은 서로 다른 파장(1310 ㎚, 1490 ㎚)을 갖는 두 종류의 광을 이용함으로써 단일 코어 광섬유를 이용한 양방향 통신을 수행하는 기능을 갖는 양방향 광 송수신 모듈을 개략적으로 도시한다.
도면부호 1은 Si 기판이다. Si 기판(1) 상에는 직사각형 단면을 갖는 V자형 광 도파로(2)가 형성된다. V자형 광 도파로(2)로 형성된 광 도파로(2, 2)의 교차부에는 평활 단부면(12)이 형성된다. 유전 다층필터(3)는 단부면(12)에 형성된다. 또한, 단부면(12)은 기판(1)의 단부면(15)에서 거리(L)만큼 요입(후퇴)된 위치에 배치된다.
발광 소자인 반도체 레이저(광원)(4)는 V자형 광 도파로(2)로 형성된 광 도파로(2, 2) 중 하나의 일단에 광학적으로 결합되고 광섬유(6)는 다른 광 도파로(2)의 타단에 광학적으로 결합된다. 또한, 기판(1)의 단부면(15)에 부착된 수광 소자인 광다이오드(5)가 V자형 광 도파로(2)의 교차부에 형성된 유전 다층필터(3)에 배 치된다.
V자형 광 도파로(2)는 Si 기판(1) 상에 측방향 광 전파가 억제되는 직사각형 단면을 갖는 V자형 광 도파로로 구성되는 적어도 하부 클래드층(굴절율 n1), 코어층(굴절율 n2) 및 상부 클래드층(굴절율 n3)을 순서대로 포함한다. 각 층의 굴절율 관계는 n1 < n2 및 n2 > n3로 표현될 수 있다.
유전 다층필터(3)는 서로 다른 파장을 갖는 두 종류의 광 중 하나를 반사하고 다른 하나를 투과시키는 역다중화 기능을 갖도록 V자형 광 도파로(2)의 교차부에 위치된 수직 단부면(12)에 박막 형성 기술에 의해 형성된다. 단부면(12)에 생성된 요철이 있는 경우, 그 역다중화 특징은 저하된다. 따라서, 송신광은 약한 수신광에 혼합됨으로써 양방향 광 송수신 모듈의 수신 S/N(신호-대-소음비) 특성을 저하시킨다.
따라서, 광 도파로 단부면 형성 단계와 광 송수신 모듈 분할 단계가 하나의 분할(다이싱) 단계로서 균일하게 마련되는 종래 기술과 달리 본 바람직한 실시예에서는 광 도파로 단부면 형성 단계가 광 송수신 모듈 분할 단계와 별도로 마련된다.
즉, 상술한 광 도파로들이 서로 교차하는 위치에 평활 단부면(12)이 건식 에칭에 의해 최초로 형성된다. 다음으로, 광 송수신 모듈 기판(1)은 다이싱 공구가 단부면(12)과 접촉하지 않도록 하는 방식으로 분할된다. 즉, 단부면(12)은 기판(1)의 단부면(15)에서 거리(L)만큼 요입(후퇴)된 위치에 배치된다. 구체적으로, 적어도 약 3 ㎛(이상)의 단차 구조(1A)가 기판(1)의 분할(다이싱)면인 단부면(15)과 단부면(12) 사이에 마련된다(도7 참조). 단차 구조(1A)를 포함하는 구조로 인 해 단부면(12)은 다이싱 공구가 기판(1)을 다이싱할 때 단부면(12)과 접촉함으로써 발생될 수 있는 거친 면이 되는 것이 방지될 수 있다.
다음으로, 상술한 양방향 광 송수신 모듈의 작용을 설명한다. 우선, 송신광으로서 1310 ㎚의 파장을 갖는 광의 경우, 1310 ㎚의 파장을 갖는 광은 발광 소자인 반도체 레이저(4)에서 V자형 광 도파로(2)로 형성된 광 도파로(2, 2) 중 하나 쪽으로 출사되어 유전 다층필터(3)에서 반사되고 다른 광 도파로(2)를 통해 광섬유(6)로 투과된다.
다음으로, 1490 ㎚의 파장을 갖는 광이 광섬유(6)를 거쳐 V자형 광 도파로(2)로 형성된 다른 광 도파로(2)로 입사할 때, 광은 유전 다층필터(3)을 투과하여 수광부인 광 다이오드(5)에 도달하고, 광은 광 다이오드에서 전기 신호로 전환되어 검출된다. 이 때, 1310 ㎚의 파장을 갖는 광이 유전 다층필터(3)에서 전부 반사되지 않고 투과되는 경우, 광은 원래 수광될 광인 1490 ㎚의 파장을 갖는 광과 함께 광 다이오드(5)로 입사한다. 이로 인해 간섭 소음이 생성되어 광학 모듈의 특징을 저하시킨다. 따라서, 상술한 바람직한 실시예에 특유한 구조가 고성능 역다중화 특징 및 높은 수광 품질을 유지하기 위해 이용된다.
상술한 양방향 광 송수신 모듈과 동일한 광 송수신 모듈이 다른 부분(통신 파트너)의 광 송수신 장치에 사용될 수 있다. 그러나, 이 경우, 다른 부분의 유전 다층필터는 역다중화 특징에 있어서 "반전 특성", 즉 1310 ㎚의 파장을 갖는 광을 갖는 광을 투과시키고 1490 ㎚의 파장을 갖는 광을 반사시키는 특징을 가져야 한다.
상술한 구조를 갖는 양방향 광 송수신 모듈에서, 광 송수신 모듈 분할 단계와 광 도파로의 교차부에 단부면을 형성하기 위한 단부면 형성 단계는 별도로 실행되고 단차 구조가 마련된다. 즉, V자형 광 도파로(2)의 교차부에 위치된 단부면(12)은 기판(1)의 단부면(15)을 다이싱할 때 단부면(12)에 대한 다이싱 가공의 영향을 막기 위해 기판(1)의 단부면(15)에서 리세스된다. 따라서, 단부면(12)에 형성된 유전 다층필터의 역다중화 특징은 현저히 개선될 수 있으며, 이는 양방향 광 송수신 모듈로서 뛰어난 특성을 얻을 수 있도록 한다.
(제조 방법)
이하, 도2 내지 도13을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 양방향 광 송수신 모듈의 제조 방법을 설명한다.
도2는 양방향 광 송수신 모듈 제조 방법의 각 단계를 보여주는 흐름도이다. 또한, 도3 내지 도12는 도2에 도시된 각 단계에 대응하는 개략도이다.
상술한 제조 방법은 우선, 기판(실리콘 기판: Si 기판, 1) 상에 V자형 광 도파로(2)를 형성하기 위한 도파로 형성 단계와, V자형 광 도파로(2)의 교차부에 이미 형성된 V자형 광 도파로(2)에 수직한 단부면(12)을 에칭에 의해 형성하기 위한 단부면 형성 단계와, 단부면(12)에서 외측으로 연장되고 단부면(12)과 동일 플랭크 상에 있는 위치에서 기판(1)에 대한 다이싱 가공을 수행하기 위한 다이싱 가공 단계와, 다이싱 가공 후 전송된 광 파장을 반사시키고 수신된 광 파장을 투과시키는 유전 다층막(유전 다층필터, 3)을 단부면(12) 상에 형성하기 위한 유전 다층막 형성 단계를 포함한다.
기판 다이싱과 단부면 형성을 동시에 수행하는 제조 방법과 달리 본 방법은 단부면을 에칭에 의해 형성한다. 따라서, 이렇게 형성된 단부면은 평활하게 된다. 또한, 기판 다이싱은 다이싱 공구가 단부면과 접촉하지 않도록 단차 구조를 형성한 후 수행된다. 따라서, 절단면이 요철을 갖더라도 역다중화 특징에 영향이 미치지 않게 됨으로써 고품질 유전 다층막이 형성될 수 있다. 그 결과, 바람직한 역다중화 특징을 갖는 광 송수신 모듈이 간단한 구조와 저비용으로 안정적으로 얻어질 수 있다.
이때, 본 방법은 상술한 다이싱 공정 단계에서 기판(1)이 분할되지 않을 정도로 단지 약간의 다이싱 가공이 수행되고, 유전 다층막(3)은 유전 다층막 형성 단계에서 웨이퍼 집합 가공에 의해 형성된 후 완전 분할 단계가 실행되도록 구성될 수 있다(도13 참조).
상술한 경우와 같이, 양방향 광 송수신 모듈의 제조 과정은 우선, 기판(1) 상에 V자형 광 도파로(2)를 형성하기 위한 도파로 형성 단계와, V자형 광 도파로(2)의 교차부에 이미 형성된 V자형 광 도파로(2)에 수직한 단부면(도7의 우측면, 12)을 에칭에 의해 형성하기 위한 단부면 형성 단계와, 송신된 광 파장을 반사시키고 수신된 광 파장을 투과시키는 유전 다층막(3)을 단부면(12) 상에 웨이퍼 집합 공정에 의해 형성하기 위한 유전 다층막 형성 단계와, 단부면(12)에서 외측으로 연장되고 단부면(12)과 동일 플랭크 상에 있는 위치에서 기판(1)에 대한 다이싱 가공을 수행하기 위한 다이싱 가공 단계를 포함할 수 있다.
이하, 이 방법을 보다 상세히 설명하기로 한다.
우선, V자형 광 도파로(2)가 도2의 단계 S101 내지 단계 S103까지의 과정을 통해 형성된다(V자형 광 도파로 형성 단계 A).
즉, 도3에 도시된 바와 같이, PSG(인-첨가 산화규소 유리) 및 GPSG(게르마늄/인-첨가 유리)가 하부 클래드층(7)(굴절율 n1) 및 코어층(8)(굴절율 n2)을 형성하기 위해 Si 기판(1) 상에 도포되며, 직사각형 코어 단면을 포함하는 V자형 광 도파로(2)가 형성될 위치에 레지스트 패턴(A9)이 추가로 형성된다(V자형 광 도파로 형성 단계 1: 사전 단계, 단계 S101).
그후, 마스크로서 도4에 도시된 바와 같은 레지스트 패턴(A9)을 이용하여 건식 에칭을 수행함으로써 V자형 광 도파로(2)의 코어에 패턴이 전사된다(V자형 광 도파로 형성 단계 B: 코어 형성 단계, 단계 S102).
그후, 도5에 도시된 바와 같이, PSG(인-첨가 산화규소 유리)가 상부 클래드층(10)(굴절율 n3)을 형성하기 위해 도포되고 V자형 광 도파로(2)가 그 내측에 형성된다(V자형 광 도파로 형성 단계 C: 상부 클래드층 형성 단계, 단계 S103).
그후, 도6 및 도7에 도시된 바와 같이, 반도체 레이저(4)와 광섬유(6)가 각각 V자형 광 도파로(2)에 광학적으로 결합되도록 반도체 레이저(4)와 광섬유(6)가 형성될 위치에서 상부 클래드층(10)에 수직한 단부면이 형성된다. 동시에, 수직 단부면은 유전 다층필터(3)를 형성하기 위해 V자형 광 도파로(2)의 교차부에도 형성된다(단부면 형성 단계).
즉, 도6은 에칭 마스크용으로 사용하기 위한 레지스트 패턴(B11) 형성 단계(단부면 형성 단계 A-레지스트 패턴 형성 단계, 단계 S104)를 도시한다. 또한, 도 7은 에칭 마스크로서 레지스트 패턴(B11)을 이용하여 Si 기판(1)의 상부면에 상부 클래드층(10)을 건식 에칭하는 상술한 단부면 형성 단계(단부면 형성 단계 2-에칭 단계, 단계 S105)를 도시한다. 이들 단계를 통해서 유전 다층필터(3)가 형성될 곳에 평활한 단부면(12)뿐 아니라 반도체 레이저(4)와 광섬유(6)를 V자형 광 도파로(2)에 광학적으로 결합하기 위한 단부면이 얻어진다.
다음으로, 도8에 도시된 바와 같이, 광섬유(6)가 적절한 위치에 배열될 수 있도록 레지스트 패턴(B11)이 제거되고 V자형 단면을 포함하는 홈(13)이 형성된다(V자형 광 도파로 형성 단계, 단계 S106). 도8에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 평활 단부면(12)과 Si 기판(1)의 절단면 사이에 형성된 단차 구조를 설명하기 위해 Si 기판의 절단 마진(14)이 도시되어 있다.
다음으로, 도9에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 상에 집합적으로 형성된 복수의 양방향 광 송수신 모듈들이 막대 상태에서 측방향으로 일렬로 연결되도록 V자형 광 도파로의 교차부에 대해 수직 방향("종방향"이라 함)으로 분할된다. 이때, 양방향 광 송수신 모듈들은 적어도 3 ㎛의 단차 구조에 있는 위치에서 절단면(A15)에서 분할됨으로써, 상술한 평활 단부면(12)은 다이싱에 의해 손상되지 않는다(광학 모듈 종방향 절단 단계, 단계 S107). 이런 분할 단계에서는 약 1 ㎜의 깊이에 도달해야만 한다. 따라서, 단지 건식 에칭만을 이용하는 방법은 생산성 측면에서 현실적이지 않다.
다음으로, 도10에 도시된 바와 같이, 유전 다층필터(3)가 공지된 방법인 스퍼터링에 의해 평활 단부면(12) 상에 형성된다(유전 다층막 형성 단계, 단계 S108). 일반적으로, 이 단계는 복수의 광학 모듈이 막대 상태로 측방향으로 정렬되어 실행된다. 따라서, 이 상태를 보다 명확히 설명하기 위해 도면에는 다음에 측방향으로 정렬되는 광학 모듈(16)이 도시된다.
다음으로, 도11에 도시된 바와 같이, 막대 상태의 광학 모듈들은 "측방향"으로 다이싱을 수행함으로써 각각의 조각으로 분할된다(광학 모듈 측방향 다이싱 단계, 단계 S109). 이때, 절단면(B17)이 유전 다층필터(3)와 교차하며, 유전 다층필터(3)의 칩-분리 및 박리가 유발됨으로써 수율과 신뢰성 저하를 가져올 수 있다. 따라서, 상술한 평활 단부면(12)이 절단면(B17)에서 분할되는 것이 바람직하다. 따라서, 단부면을 형성하기 위한 상술한 에칭 단계(단계 S105)에서는 측방향으로 인접한 광학 모듈들 간의 경계에서 상부 클래드층 등도 에칭하는 것이 바람직하다.
마지막으로, 도12에 도시된 바와 같이, 반도체 레이저(4)와 광 다이오드(5)와 광섬유(6)가 소정 위치에 배치됨으로써(소자 배치 단계, 단계 S110), 유전 다층필터(3)의 역다중화 특징을 이용하는 바람직한 실시예에 따르는 양방향 광 송수신 모듈을 완성한다. 반도체 레이저(4), 광 다이오드(5) 등은 적절히 전기 접속되며, 다만 반도체 레이저(4), 광 다이오드 등을 위한 전기 배선의 세부 설명은 본 발명이 지향하는 바가 아니기 때문에 생략하기로 한다.
또한, 에칭 깊이 등을 제어함으로써, 즉 평활 단부면(12)을 형성할 때 충분히 깊은 에칭을 수행하거나 도8에서 적절한 깊이에 도달할 때 단부면(12)에 평행하게 수행되는 다이싱을 중단함으로써, 도13에서와 같이 웨이퍼(18) 상태에서 유전 다층필터(3) 부분을 집합적으로 형성하는 것도 가능하다.
상술한 제조 방법의 첫 번째 효과로 광학 모듈 종방향 분할 단계와 분리된 건식 에칭 단계에 의해 고도로 평활한 단부면과 유전 다층필터를 형성하는 것이 가능하다. 따라서, 뛰어난 역다중화 특징을 갖는 양방향 광 송수신 모듈을 제공하는 것이 가능하게 된다.
또한, 다이싱을 위한 절단 마진은 광학 모듈 측방향 분할 단계에서 상술한 유전 다층필터와 접촉하지 않기 때문에, 유전 다층필터(3)의 박리와 칩-분리로 인한 신뢰성 악화가 방지될 수 있다. 이로 인해 고도로 신뢰성 있는 양방향 광 송수신 모듈을 높은 수율로 제조하는 것이 가능하게 된다.
또한, 위에서는 광학 모듈들이 막대 상태로 형성되도록 종방향으로 분할되면서 유전 다층필터(3)가 형성된다고 설명했다. 그러나, 도13의(a) 및 도13의(b)에 도시된 바와 같이, 광 도파로 형성 웨이퍼(18) 상에 유전 다층필터(3)를 집합적으로 형성하는 것도 가능하다.
이를 위해, 상술한 제조 단계에서는 광학 모듈 기판(1)이 분할되지 않은 동안 웨이퍼 상에 다층 박막을 집합적으로 형성하기 위해 다음과 같은 과정이 실행될 수 있다. 즉, 도7에 도시된 평활 단부면(12)을 형성하기 위한 에칭시, 충분히 깊은 에칭(E)이 도13의(a)에 도시된 바와 같이 광 도파로 형성 웨이퍼(18)에 단부면(12)과 단부면(15)을 형성하기 위해 수행된다. 그 후, 도13의(b)에 도시된 바와 같이, 단부면(12), 단부면(15) 및 에칭부(E) 위에 유전 다층필터(3)을 형성하기 위해 충분한 에칭이 수행된 경사진 상태에 있는 웨이퍼(18) 상에 다층막 원료 유동(19)이 도포된다. 그후, 도9에 도시된 다이싱 단계가 수행되지 않거나 단부 면(12)에 평행한 다이싱 가공이 도9에 도시된 "광학 모듈 종방향 분할 단계(단계 S107)"에서 적절한 깊이에 도달할 때 중단됨으로써, 다층 박막은 광학 모듈 기판(1)이 분할되지 않은 상태 하에서 웨이퍼 상에 집합적으로 형성된다.
이로써, 유전 다층필터는 웨이퍼에 대한 집합적 가공을 수행함으로써 형성될 수 있다. 이는 제조시 막대형 광학 모듈의 운반, 설치 등이 단순화될 수 있는 효과를 제공한다.
[양방향 광 송수신 장치(40)에 대해서]
상술한 양방향 광 송수신 모듈(30)은 실제로 도14에 도시된 양방향 광 송수신 장치(40)로서 사용된다.
양방향 광 송수신 장치(40)는 상술한 양방향 광 송수신 모듈(30)과, 외부로부터의 송신 전기 신호를 이용하여 양방향 광 송수신 모듈(30)에 마련된 발광 소자(반도체 레이저, 4)를 구동 제어하기 위한 발광 소자 구동 제어장치(41)와, 발광 소자인 광 다이오드(5)에 의해 광전기적으로 전환된 수신 신호를 외부쪽으로 출력하기 위한 수신 신호 출력장치(42)를 포함한다.
따라서, 발광 소자(반도체 레이저, 4)는 발광 소자 구동 제어장치(41)에 의해 제어되고 가동됨으로써 상술한 V자형 광 도파로(2)를 거쳐 광섬유(6)로 소정의 통신 송신광을 전달하는 것이 가능하게 되다. 한편, 광섬유(6)를 거쳐 외부에서 받은 수신 광은 V자형 광 도파로(2)를 거쳐 도입되어 유전 다층필터(3)를 거쳐 수광 소자(광 다이오드, 5)로 송신되어 전기 신호로 전환되어 외부로 송신된다. 이를 통해서 양방향 광 송신 및 수신이 달성될 수 있다.
또한, 이 양방향 광 송수신 장치(40)에서 주 구성요소는 개선된 양방향 광 송수신 모듈(30)이다. 양방향 광 송수신 모듈(30)은 평활 단부면을 갖기 때문에, 그 위에 형성된 유전 다층필터는 고성능 역다중화 특징을 갖는다. 따라서, 송신 광이 수신 광과 혼합되지 않는 고성능 양방향 광 송수신 모듈을 제공하는 것이 가능하다. 또한, 이런 모듈을 이용하여 양방향 광 송수신 모듈을 제공하고 양방향 광 송수신 장치를 안정적으로 제조하는 간단한 구조의 저렴한 방법을 제공하는 것도 가능하다.
이하, 본 발명의 다른 바람직한 실시예를 설명한다.
도1에 도시된 바와 같이, 상술한 실시예에서 V자형 광 도파로가 양방향 광 도파로(2)로 사용되고 교차부는 접철 구조로 형성된다. 그러나, 본 발명은 단지 여기에만 제한되지 않는다. 여기에서 접철 구조는 두 파장의 신호를 역다중화하는 기능을 갖는 구조를 의미한다. V자형 광 도파로(2) 대신, 도15의(a) 및 도15의(b)에 도시된 양방향 광 도파로(2)가 사용될 수도 있다. 도15의(a)에 도시된 양방향 광 도파로(2)로서 다중-모드 간섭식(MMI) 광 도파로가 사용될 수 있다. 도15의(a)에 도시된 다중-모드 간섭식 광 도파로(2)는 접철 구조의 단부면(12) 상에 필터(3)를 포함하고 접철 구조의 단부면(12)은 기판(1)의 단부면에 대해 내측으로 리세스된 위치에 배치된다. 도15의(b)에 도시된 양방향 광 도파로(2)로서 방향성 결합식(DC) 광 도파로가 사용될 수 있다. 도15의(b)에 도시된 방향성 결합식 광 도파로(2)는 접철 구조의 단부면(12) 상에 필터(3)를 포함하고 접철 구조의 단부면(12)은 기판(1)의 단부면에 대해 내측으로 리세스된 위치에 배치된다.
또한, 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르는 양방향 광 송수신 모듈은 단일 코어 광섬유를 이용하여 두 파장의 광으로 동시 양방향 통신을 수행하기 위해, 발광 소자와, 수광 소자와, 기판상에 형성된 V자형 광 도파로와, V자형 광 도파로의 교차부에서 단부면 상에 형성되며 발광 소자로부터의 광을 반사시키고 수신된 광을 투사시켜 수광 소자로 안내하는 유전 다층필터를 포함하되, 단부면은 에칭에 의해 형성되고 다이싱 공구가 다이싱 가공시 단부면과 접촉하는 것을 방지하기 위해 기판의 다이싱면과 단부면 사이에 단차 구조가 마련되고 수광 소자의 유전 다층막은 단부면 상에 형성된다.
따라서, 기판 다이싱과 단부면 형성을 동시에 수행하는 방법과 달리, 단부면은 에칭에 의해 평활하게 형성될 수 있다. 또한, 단차 구조는 다이싱 공구가 기판을 다이싱할 때 단부면과 접촉하지 않도록 형성됨으로써, 다이싱 공구가 다이싱할 때 단부면과 접촉하는 것을 방지한다. 따라서, 단부면은 가공시 생성되는 요철을 효과적으로 방지할 수 있음으로 해서, 역다중화 특징에 대한 부정적인 효과가 방지될 수 있다. 그 결과, 고품질 유전 다층막을 형성하는 것이 가능하게 되어 바람직한 역다중화 특징이 간단한 구조의 저렴한 제조 방법에 의해 안정적으로 얻어질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 양방향 광 송수신 모듈 제조 방법은 기판상에 V자형 광 도파로를 형성하는 단계와, V자형 광 도파로의 교차부에 V자형 광 도파로에 수직한 단부면을 에칭에 의해 형성하는 단부면 형성 단계와, 다이싱 공구가 단부면과 접촉하는 것을 방지하기 위해 단차 구조에 의해 분리된 위치에 기판으로부 터 다른 양방향 광 송수신 모듈에 대한 다이싱을 수행하기 위한 다이싱 단계와, 송신된 광 파장을 반사시키고 수신된 광 파장을 투과시키는 유전 다층막을 단부면에 형성하는 유전 다층막 형성 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 양방향 광 송수신 모듈 제조 방법은 기판상에 V자형 광 도파로를 형성하기 위한 도파로 형성 단계와, V자형 광 도파로의 교차부에 이미 형성된 V자형 광 도파로에 수직한 단부면을 에칭에 의해 형성하기 위한 단부면 형성 단계와, 송신된 광 파장을 반사시키고 수신된 광 파장을 투과시키는 유전 다층막을 단부면 상에 웨이퍼 집합 공정에 의해 형성하기 위한 유전 다층막 형성 단계와, 단부면에서 외측으로 연장되고 단부면과 동일 플랭크 상에 있는 위치에서 기판에 대한 다이싱 가공을 수행하기 위한 다이싱 가공 단계를 포함할 수 있다.
본 방법을 이용하면, 웨이퍼에 대한 집합적 가공을 수행함으로써 유전 다층 박막 필터가 형성될 수 있다. 이는 제조시 막대형 광 송수신 모듈의 운반, 설치 등이 단순화될 수 있는 장점을 제공한다. 본 방법은 상술한 다이싱 공정 단계에서 기판이 분할되지 않을 정도로 단지 약간의 다이싱 가공이 수행되고, 유전 다층막은 유전 다층막 형성 단계에서 웨이퍼 집합 공정에 의해 형성된 후 완전 분할 단계가 실행되도록 구성될 수 있다.
비록 위에서는 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 구체적으로 도시하고 설명했지만, 본 발명은 이들 실시예에 제한되지 않는다. 기술분야의 당업자라면 형태 및 세부 사항에 있어 다양한 변경이 특허청구범위에 의해 정해지는 본 발명의 정신과 범위에서 벗어나지 않고 이루어질 수 있음을 알 수 있을 것이다.
도1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양방향 광 송수신 모듈을 보여주는 사시도(개략도)이다.
도2는 도1에 개시된 양방향 광 송수신 모듈의 제조 과정을 보여주는 흐름도이다.
도3은 양방향 광 송수신 모듈 제조 과정을 보여주는 도2의 흐름도에서 전단계인 V자형 도파로 형성 단계 1을 설명하기 위한 도면이다.
도4는 양방향 광 송수신 모듈 제조 과정을 보여주는 도2의 흐름도에서 V자형 도파로 형성 단계 2(코어 형성 단계)를 설명하기 위한 도면이다.
도5는 양방향 광 송수신 모듈 제조 과정을 보여주는 도2의 흐름도에서 V자형 도파로 형성 단계 3(상부 클래드층 형성 단계)을 설명하기 위한 도면이다.
도6은 양방향 광 송수신 모듈 제조 과정을 보여주는 도2의 흐름도에서 단부면 형성 단계 1(레지스트 패턴 형성 단계)을 설명하기 위한 도면이다.
도7은 양방향 광 송수신 모듈 제조 과정을 보여주는 도2의 흐름도에서 단부면 형성 단계 2(에칭 단계)를 설명하기 위한 도면이다.
도8은 양방향 광 송수신 모듈 제조 과정을 보여주는 도2의 흐름도에서 V형 단면 홈 형성 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도9는 양방향 광 송수신 모듈 제조 과정을 보여주는 도2의 흐름도에서 광학 모듈 종방향 분할 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도10은 양방향 광 송수신 모듈 제조 과정을 보여주는 도2의 흐름도에서 유전 다층막 형성 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도11은 양방향 광 송수신 모듈 제조 과정을 보여주는 도2의 흐름도에서 광학 모듈 측방향 분할 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도12는 양방향 광 송수신 모듈 제조 과정을 보여주는 도2의 흐름도에서 발광 소자 등을 배치하기 위한 소자 배치 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도13은 도7과 도8에 개시된 평활 단부면 상에서 웨이퍼 상태에 있는 유전 다층막을 집합적으로 형성하는 제조 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도14는 주 구성요소로서 양방향 광 송수신 모듈을 포함하는 광 송수신 장치의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도15는 본 발명의 실시예에서 이용되는 양방향 광 도파로의 다른 예를 보여주는 평면도이다.
도16은 종래기술의 일 예를 보여주는 사시도이다.
도17은 또 다른 종래기술의 일 예를 보여주는 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: Si 기판
1A: 단차 구조
2: V자형 광 도파로
3: 유전 다층필터(유전 다층막)
4: 반도체 레이저(발광 소자)
5: 광 다이오드(수광 소자)
6: 광섬유
12: 단부면
15: 절단면
30: 양방향 광 송수신 모듈
40: 양방향 광 송수신 장치
41: 발광 소자 구동 제어장치
42: 수신 신호 출력장치

Claims (14)

  1. 단일 코어 광섬유를 이용하여 두 파장의 광으로 동시 양방향 통신을 수행하기 위한 발광 소자와,
    기판상에 형성되어 발광 소자에 결합되는 양방향 광 도파로와,
    광 도파로의 접철 구조 단부면 상에 형성된 것으로 발광 소자에서 송신된 광을 반사시키는 특징과 외부에서 수신된 광을 투과시키는 특징을 갖는 유전 다층필터를 포함하며,
    광 도파로의 접철 구조 단부면은 기판의 단부면에 대해 내측으로 요입된 위치에 배치되는 양방향 광 송수신 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 단차 구조가 광 도파로의 접철 구조 단부면과 기판의 단부면 사이에 형성되고, 따라서 상기 단차 구조 때문에 접철 구조 단부면이 기판의 단부면의 위치로부터 이동되는 양방향 광 송수신 모듈.
  3. 제2항에 있어서, 광 도파로의 접철 구조 단부면은 에칭에 의해 형성되고, 기판의 단부면은 다이싱에 의해 형성되는 양방향 광 송수신 모듈.
  4. 제2항에 있어서, 광 도파로의 접철 구조 단부면과 기판의 단부면은 에칭에 의해 형성되는 양방향 광 송수신 모듈.
  5. 제2항에 있어서, 광 도파로의 접철 구조 단부면과 기판의 단부면은 적어도 3 ㎛의 거리만큼 서로에 대해 이동되는 양방향 광 송수신 모듈.
  6. 양방향 광 송수신 모듈과,
    외부로부터의 송신 전기 신호를 이용하여 양방향 광 송수신 모듈로 광학 신호를 입력하는 발광 소자를 구동 제어하기 위한 발광 소자 구동 제어장치와,
    양방향 광 송수신 모듈로부터 수광 소자에서 수신된 광학 신호를 광전기적으로 전환함으로써 얻어지는 수신 신호를 외부로 출력하기 위한 수신 신호 출력장치를 포함하며,
    양방향 광 송수신 모듈은,
    단일 코어 광섬유를 이용하여 두 파장의 광으로 동시 양방향 통신을 수행하기 위한 발광 소자와,
    기판상에 형성되어 발광 소자에 결합되는 양방향 광 도파로와,
    광 도파로의 접철 구조 단부면 상에 형성된 것으로 발광 소자에서 송신된 광을 반사시키는 특징과 외부에서 수신된 광을 투과시키는 특징을 갖는 유전 다층필터를 포함하며,
    광 도파로의 접철 구조 단부면은 기판의 단부면에 대해 내측으로 요입된 위치에 배치되는 양방향 광 송수신 장치.
  7. 기판상에 양방향 광 도파로를 형성하는 단계와,
    기판의 단부면으로부터 내측으로 요입된 위치에서 광 도파로의 접철 구조의 위치에 대해 광 도파로에 수직한 단부면을 형성하는 단계를 포함하는 양방향 광 송수신 모듈 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 단차 구조가 광 도파로의 접철 구조 단부면과 기판의 단부면 사이에 형성되고, 따라서 상기 단차 구조 때문에 교차부에 있는 단부면이 기판의 단부면으로부터 이동된 위치에 형성되는 양방향 광 송수신 모듈 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서, 광 도파로의 접철 구조 단부면은 에칭에 의해 형성되고, 기판의 단부면은 다이싱에 의해 형성되는 양방향 광 송수신 모듈 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서, 광 도파로의 접철 구조 단부면과 기판의 단부면은 에칭에 의해 형성되는 양방향 광 송수신 모듈 제조 방법.
  11. 제7항에 있어서, 송신된 광 파장을 반사시키고 수신된 광 파장을 투과시키기 위한 유전 다층막을 광 도파로의 접철 구조 단부면 상에 형성하는 단계를 포함하는 양방향 광 송수신 모듈 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 유전 다층막은 기판이 분할되지 않는 정도로 에칭 가공 또 는 다이싱 가공을 적용함으로써 단부면 상에 형성되는 양방향 광 송수신 모듈 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 유전 다층막은 기판이 경사진 상태에서 원료 유동을 도포함으로써 형성되는 양방향 광 송수신 모듈 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 유전 다층막은 웨이퍼 상에 형성되는 양방향 광 송수신 모듈 제조 방법.
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