KR20130112548A - 모드 크기 변환기 및 그의 제조방법 - Google Patents

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한영탁
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Abstract

본 발명은 모드 크기 변환기 및 그의 제조방법을 개시한다. 그의 제조방법은, 기판 상에 하부 클래드 층, 코어 층 및 제 1 상부 클래드 층을 적층하는 단계와, 상기 기판 상의 일측의 상기 제 1 상부 클래드 층 및 상기 코어 층을 제 1 방향으로 테이퍼지게 형성하는 단계와, 상기 제 1 상부 클래드 층 및 상기 하부 클래드 층 상에 도파로 층을 형성하는 단계와, 상기 기판 상의 일측의 상기 도파로 층이 테이퍼진 상기 코어 층보다 확장되고, 상기 기판 상의 타측에서 상기 코어와 상기 도파로 층이 동일한 폭을 갖도록 상기 도파로 층, 상기 제 1 상부 클래드 층, 상기 코어 층, 및 상기 하부 클래드 층을 식각하는 단계를 포함한다.

Description

모드 크기 변환기 및 그의 제조방법{spot size converter and manufacturing method of the same}
본 발명은 광학 장치 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 광학 장치의 단일 집적이 용이한 모드 크기 변환기 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
최근 반도체 광 소자는 고속 동작, 제작의 간편성, 단일집적성을 높이기 위해 리지 도파로 (ridge waveguide: RWG) 기반에서 설계 및 제작되고 있다. 예를 들어, 레이저 다이오드 혹은 광증폭기와 같은 활성소자 (active device)들은 활성영역 (active region)은 식각하지 않고, 상부 클래드층만을 식각하는 형태의 얕은 리지 도파로 (shallow RWG) 구조로 제작되고, 광 도파로, 변조기, 위상제어기와 같은 수동소자 (passive device)들은 활성영역 아래까지 식각된 깊은 리지 도파로 (deep RWG) 구조로 제작될 수 있다. 상술한 두 리지 도파로 구조는 깊은 리지 도파로의 폭 조절을 통해 쉽게 단일집적 (monolithic integration)될 수 있다.
일반적으로 얕은 리지 도파로로 형성되는 반도체 광 소자의 도파 모드는 타원 혹은 갓 모양을 가질 수 있다. 상술한 도파모드는 종방향과 횡방향 far-field pattern (FFP)의 반치 폭(full-width at half maximum: FWHM)이 다르기 때문에 일반적인 광섬유 또는 다른 광 소자와 결합시 광결합 손실이 증가되는 문제가 있다. 또한, 일반적인 깊은 리지 도파로로 형성되는 반도체 광소자의 FFP의 반치폭은 광섬유 또는 실리카 도파로로 구현된 광 소자의 반치폭에 비해 크기 때문에 두 구조간 결합 시에 광 결합 손실이 증가되는 문제가 있다.
따라서 리지 도파로형 반도체 광소자의 FFP의 반치폭을 변화시켜 광섬유, 실리카 도파로, 폴리머 도파로와 같은 소자와의 광 결합 효율을 높이는 일환으로 제안된 반도체 광 소자는 얕은 리지 도파로형 레이저 다이오드의 코어 층과, 상기 코어 층 아래에 별도로 구현된 도파로로 모드 변환 및 이동을 통해 모드 크기 변환을 구현할 수 있다. 그러나, 얕은 리지 도파로의 폭이 줄어 들더라도 도파 모드의 유효 굴절율 (effective refractive index)의 변화가 크지 않기 때문에 모드 변환이 원활하게 구현되지 못한 단점이 있었다. 이를 극복하기 위해 리지 도파로의 폭과 활성층 위에 형성된 클래드 층의 두께를 단계별로 줄여 활성층의 유효 굴절율을 낮추거나, 리지 도파로 근처에 또 다른 형태의 리지 도파로를 배치하여 모드 변환을 구현하였다. 그러나, 클래드층의 두께를 단계별로 줄이는 방법과 복수개의 리지 도파로들은 구현하는 방법은 제작 방법이 복잡하기 때문에 생산성이 떨어질 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 단순한 구조의 모드 크기 변환기 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 과제는 생산성을 극대화할 수 있는 모드 크기 변환기 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 모드 크기 변환기의 제조방법은 기판 상에 하부 클래드 층, 코어 층 및 제 1 상부 클래드 층을 적층하는 단계; 상기 기판 상의 일측의 상기 제 1 상부 클래드 층 및 상기 코어 층을 제 1 방향으로 테이퍼지게 형성하는 단계; 상기 제 1 상부 클래드 층 및 상기 하부 클래드 층 상에 도파로 층을 형성하는 단계; 및 상기 기판 상의 일측의 상기 도파로 층이 테이퍼진 상기 코어 층보다 확장되고, 상기 기판 상의 타측에서 상기 코어 층과 상기 도파로 층이 동일한 폭을 갖도록 상기 도파로 층, 상기 제 1 상부 클래드 층, 상기 코어 층, 및 상기 하부 클래드 층을 식각하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 도파로 층은 상기 기판 상의 일측에서 상기 제 1 방향에 대향되는 제 2 방향으로 테이퍼질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 코어 층 및 상기 제 1 상부 클래드 층을 형성한 후에 상기 하부 클래드 층 상에 상기 제 1 상부 클래드 층과 동일한 물질의 버퍼 층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 버퍼 층과 상기 제 1 상부 클래드 층 상에 에치 스톱 층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 도파로 층 상에 제 2 상부 클래드 층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 도파로 층, 상기 제 1 상부 클래드 층, 상기 코어 층, 및 상기 하부 클래드 층의 측벽에 평탄 층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 모드 크기 변환기는, 기판; 상기 기판 상의 일측에서 제 1 방향으로 테이퍼지고 타측에서 일정한 폭으로 연장되는 코어 층을 갖는 제 1 도파로; 및 상기 기판 상의 일측의 상기 도파로 층을 덮고, 상기 제 1 방향과 반대되는 제 2 방향으로 테이퍼지면서 연장되고, 상기 기판 상의 타측에서 상기 코어 층과 동일한 폭의 도파로 층을 갖는 제 2 도파로를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 도파로는 상기 코어 층 위 아래의 하부 클래드 층과, 제 1 상부 클래드 층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 기판 상의 일측에서 상기 제 1 상부 클래드 층 및 상기 코어 층의 측벽과, 상기 하부 클래드 층 상에 형성된 버퍼 층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 버퍼 층 및 상기 제 1 상부 클래드 층 상에 배치된 에치 스톱 층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제 2 도파로는 상기 도파로 층 상에 형성된 제 2 상부 클래드 층을 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 과제 해결 수단에 따르면, 코어 층은 기판 상의 일측에서 제 1 방향으로 테이퍼질 수 있다. 도파로 층은 기판 상의 일측의 코어 층 상에 제 2 방향으로 테이퍼지고, 상기 기판 상의 타측에서 코어 층과 동일한 폭으로 연장될 수 있다. 코어 층과 도파로 층은 기판 상의 일측에서 깊은 리지 구조를 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 모드 크기 변환기는 종래의 모드 이동 혹은 결합을 통해 모드변환이 이루어지는 구조와 달리 동일 코어 층에서 모드변환이 이루어지기 때문에 제작 소자의 높은 수율이 기대되며, 이로 인해 생산성을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 모드 크기 변환기를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 평면도이다.
도 3a는 코어 층에서 도파로 층까지 광 전송 방법으로 계산된 FFP를 나타내는 도면이다.
도 3b는 코어 층에 제공된 입력광의 FFP를 나타내는 도면이다.
도 3c는 도파로 층으로 출력광의 FFP를 나타내는 도면이다.
도 4는 오정렬된 코어 층과 도파로 층을 나타내는 평면도이다.
도 5는 정렬 허용 오차 거리(D)에 따른 출력광의 효율을 나타내는 그래프들이다.
도 6은 본 발명의 응용예에 따른 모드 크기 변환기를 나타내는 평면도이다.
도 7a 내지 도 10a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 모드 크기 변환기의 제조방법을 나타내는 평면도들이다.
도 7b 내지 도 10b와, 도 7c 내지 도 10c는 도 7a 내지 도 10a의 I-I' 및 II-II' 각각의 선상을 절취하여 나타낸 단면도들이다.
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 모드 크기 변환기를 나타내는 사시도이다.
도 12a 내지 도 14a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 모드 크기 변환기의 제조방법을 나타내는 평면도들이다.
도 12b 내지 도 14b와, 도 12c 내지 도 14c는 도 12a 내지 도 14a의 I-I' 및 II-II' 각각의 선상을 절취하여 나타낸 공정 단면도들이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 바람직한 실시예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다. 이에 더하여, 본 명세서에서, 어떤 막이 다른 막 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 모드 크기 변환기(100)를 나타내는 사시도이다. 도 2는 도 1의 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 모드 크기 변환기(100)는 제 1 방향으로 테이퍼진 코어 층(30)과, 기판(10) 상의 일측에서 상기 코어 층(30)을 덮고 상기 제 1 방향과 반대되는 제 2 방향으로 테이퍼진 도파로 층(50)을 포함할 수 있다. 코어 층(30)과, 도파로 층(50)은 기판(10)의 타측에서 동일한 폭으로 연장될 수 있다. 코어 층(30) 및 도파로 층(50)은 깊은 리지 도파로(deep ridge waveguide)의 단순한 구조를 가질 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 모드 크기 변환기(100)는 코어 층(30) 내에서 모드변환이 이루어지는 단순한 구조를 갖기 때문에 생산성을 극대화할 수 있다.
기판(10)은 InP, 또는 GaAs를 포함할 수 있다. 제 1 도파로(31)는 기판(10)에 동일한 폭으로 평행하게 연장될 수 있다. 제 1 도파로(31)는 코어 층(30)과 상기 코어 층(30)의 아래 위에 형성된 하부 클래드 층(20) 및 제 1 상부 클래드 층(40)을 포함할 수 있다. 하부 클래드 층(20)은 InP, AlGaAs, InGaP를 포함할 수 있다. 코어 층(30)은 하부 클래드 층(20)보다 굴절률이 높은 InGaAsP, InGaAlAs, AlGaAs, GaAs, InGaAs을 포함할 수 있다. 제 1 상부 클래드 층(40)은 InP, AlGaAs, InGaP를 포함할 수 있다.
제 2 도파로(51)는 제 1 도파로(31)을 덮을 수 있다. 제 2 도파로(51)은 제 2 상부 클래드층(50) 및 제 3 상부 클래딩 층(61)을 포함할 수 있다. 제 2 상부 클래드층 (50)은 기판(10)의 일측에서 코어 층(30)및 하부 클래드 층(20)의 상부를 덮고 측벽을 둘러쌀 수 있다. 제 2 상부 클래드층 (50)은 InP, AlGaAs, InGaP를 포함할 수 있다. 제 3 상부 클래드 층(60)은 제 2 상부 클래드층 (50)과 동일하거나 낮은 굴절률의 물질을 포함할 수 있고, 레이저로 동작시에는 InGaAs,GaAs를 포함할 수도 있다.
평탄 층(70)은 제 2 도파로(51) 및 제 1 도파로(31)의 측벽을 둘러쌀 수 있다. 평탄 층(70)은 폴리 이미드 또는 BCB(Benzocyclobutene)와 같은 고분자(polymer)를 포함할 수 있다.
모드 변환 영역(101)은 제 1 도파로(31)과 제 2 도파로(51)가 테이퍼진 영역이다. 모드 변환 영역(101)의 측벽은 평탄 층(70)에 의해 매립될 수 있다. 제 2 도파로(51)은 모드 변환 영역(101)의 바깥에서 일직선으로 연장될 수 있다. 이때, 평탄 층(70)은 제 1 및 제 2 도파로(31, 51)의 깊은 리지 도파로 영역(102)과, 얕은 리지 도파로 영역(103)을 정의할 수 있다. 깊은 리지 도파로 영역(102)은 제 1 및 제 2 도파로(31, 51)의 측벽이 평탄 층(70)으로 모드 변환 영역(101)은 제 1 도파로(31)과 제 2 도파로(31)가 테이퍼진 영역이다. 매립될 수 있다. 얕은 리지 도파로 영역(103)은 제 1 도파로(31) 상에 평탄 층(70)이 배치되고, 제 2 도파로(51)의 측벽이 평탄 층(70)에 의해 매립될 수 있다. 얕은 리지 도파로 영역(103)의 제 1 도파로(31)는 평탄 층(70)을 지지할 수 있다. 깊은 리지 도파로 영역(102)과, 얕은 리지 도파로 영역(103)의 경계는 제 1 및 제 2 도파로(31, 51)에 대하여 약 7° 내지 20°로 기울어질 수 있다.
한편, 광은 코어 층(30)의 폭과 깊은 리지 폭에 따라 모드 크기 변환이 이루어질 수 있다. 모드 크기의 반치 폭(FWHM)은 기판(10) 상의 일측에서 코어 층(30)과 도파로 층(50)의 크기 변화에 따라 가변될 수 있다
예를 들어, 코어 층(30)은 약 1.3um 동작 파장의 출력 광에 대해 약 0.32um정도의 두께를 가질 수 있다. 코어 층(30)과 도파로 층(50)은 기판(10) 상의 일측에서 각각 약 0.5㎛와 10㎛ 정도의 폭들을 갖고, 상기 기판(10) 상의 타측에서 각각 약 3㎛정도의 폭들을 가질 수 있다. 이때, 코어 층(30)과 도파로 층(50)은 약 120㎛ 내지 약 250㎛ 정도의 길이 이내에서 서로 반대방향으로 테이퍼질 수 있다.
도 3a는 코어 층(30)에서 도파로 층(50)까지 광 전파 방법(Beam propagation method: BPM)으로 계산된 FFP를 나타내는 도면이다. 도 3b는 코어 층(30)에 제공된 입력광의 FFP를 나타내는 도면이다. 도 3c는 도파로 층(50)으로 출력광의 FFP를 나타내는 도면이다.
도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 모드 크기 변환기(100)는 입력 광에 대해 줄어든 반치폭(FWHM)을 갖는 FFP의 출력광을 획득할 수 있다. 예를 들어, 입력광의 FFP는 약 27.3도 × 39.1도 정도의 반치폭을 가질 수 있다. 출력광은 입력광 보다 줄어든 12.1도 ×15도 반치폭의 FFP를 가질 수 있다. 여기서, 도 3a의 가로축은 코어 층(30) 및 도파로 층(50)의 폭을 나타내고, 도 3a의 세로 축은 코어 층(30) 및 도파로 층(50)의 길이를 나타낸다. 도 3b 및 도 3 c의 가로 축과 세로 축은 코어 층(30) 및 도파로 층(50)에서의 수평 방향 각과 수직 방향 각을 나타낸다. 코어 층(30)과 도파로 층(50)은 종래의 딥 리지 구조에서의 30도보다 월등히 우수한 FFP의 출력광을 제공할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 모드 크기 변환기(100)는 광결합 손실을 최소화할 수 있다.
도 4는 불일치된 코어 층(30)과 도파로 층(50)을 나타내는 평면도이다. 도 5는 최소 폭이 약 0.1um와 0.2um인 상기 코어 층(30)에서의 정렬 허용 오차 거리(D)에 따른 출력광의 효율을 나타내는 그래프들이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 코어 층(30)과 도파로 층(50)은 불일치(mismatch)되더라도 높은 효율의 출력 광을 제공할 수 있다. 예를 들어, 코어 층(30)과 도파로 층(50)은 약 ±1㎛ 정도의 정렬 허용 오차 거리(D) 내에서 약 88% 정도의 출력광을 제공할 수 있다. 도 5의 가로 축은 정렬 허용 오차 거리(D)를 나타내고, 세로 축은 정렬 오차 거리(D)가 0인 최고 효율을 기준으로 일반화된(normalized) 출력광의 효율을 나타낸다. 정렬 오차 거리(D)는 코어 층(30)의 제 1 중심선(32)과 도파로 층(50)의 제 2 중심선(52) 사이의 거리로 정의될 수 있다. 코어 층(30)과 도파로 층(50)은 불일치(mismatch)되더라도 높은 효율의 출력 광을 제공할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 모드 크기 변환기(100)는 생산성을 극대화할 수 있다.
도 6은 본 발명의 응용예에 따른 모드 크기 변환기(100)를 나타내는 평면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 응용예에 따른 모드 크기 변환기(100)는 기울어진(tilted) 코어 층(30) 및 도파로 층(50)을 가질 수 있다. 도파로 층(50)은 기판(도 1의 10)의 일 측에서 노출될 수 있다. 평탄 층(70)은 기판(10)의 타측에서 코어 층(30) 및 도파로 층(50)의 측벽을 둘러쌀 수 있다. 코어 층(30)과 도파로 층(50)은 기판(10)의 일측에서 서로 반대 방향으로 테이퍼질 수 있다. 코어 층(30)과 도파로 층(50)은 기판(10)의 타측에서 구부러질 수 있다.
따라서, 본 발명의 응용예에 따른 모드 크기 변환기(100)는 단순한 구조를 갖기 때문에 생산성을 극대화할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제 1 실시예 및 응용예에 따른 모드 크기 변환기(100)의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 7a 내지 도 10a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 모드 크기 변환기(100)의 제조방법을 나타내는 평면도들이다. 도 7b 내지 도 10b와, 도 9c 내지 도 10c는 도 7a 내지 도 10a의 I-I' 및 II-II' 각각의 선상을 절취하여 나타낸 단면도들이다.
도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 기판(10) 상에 하부 클래드 층(20), 코어 층(30) 및 제 1 상부 클래드 층(40)을 형성한다. 하부 클래드 층(20), 코어 층(30) 및 제 1 상부 클래드 층(40)은 금속-유기 화학증착법 (MOCVD: metal-organic chemical vapor deposition) 또는 분자빔증착 (MBE: Molecular beam epitaxy)과 같은 방법에 의해 형성된 InP, InGa(Al)As(P), InP 혹은 AlGaAs, (In)GaAs, AlGaAs 를 포함할 수 있고, 클래드층에 p형 혹은 n형 도핑을 할 수 있다.
도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 제 1 상부 클래드 층(40), 코어 층(30)을 기판(10)의 일측에서 테이퍼지게 패터닝한다. 제 1 상부 클래드 층(40) 및 코어 층(30)은 포토리소그래피 공정 및 식각 공정에 의해 패터닝될 수 있다. 포토리소그래피 공정으로부터 제 1 상부 클래드 층(40) 상에 포토레지스트 패턴(미도시)이 형성될 수 있다. 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용한 식각 공정에 의해 제 1 상부 클래드 층(40) 및 코어 층(30)이 패터닝될 수 있다. 이때, 코어 층(30) 아래의 하부 클래드 층(20)의 일부가 식각 공정에 의해 제거될 수 있다.
제 1 상부 클래드 층(40) 및 코어 층(30)은 기판(10) 일측에서 약 0.5㎛이하의 폭으로 잔존될 수 있다. 하부 클래드 층(20), 코어 층(30), 및 제 1 상부 클래드 층(40)은 제 1 도파로(31)가 될 수 있다.
도 9a 내지 도 9c를 참조하면, 하부 클래드 층(20) 및 제 1 상부 클래드 층(40) 상에 도파로 층(50) 및 제 2 상부 클래드 층(60)을 형성한다. 도파로 층(50) 및 은 금속-유기 화학증착법 (MOCVD: metal - organic chemical vapor deposition) 또는 분자빔증착 (MBE: Molecular beam epitaxy)과 같은 방법에 의해 형성된 InGaAsP와 (p-)InP를 각각 포함할 수 있다. 도파로 층(50) 은 약 30㎛정도의 두께를 갖고, 및 제 2 상부 클래드 층(60)은 약1.9㎛정도의 두께를 가질 수 있다.
도 10a 내지 도 10c를 참조하면, 기판(10)의 일측에서 도파로 층(50)이 코어 층(30)보다 넓고, 타측에서 상기 도파로 층(50)과 코어 층(30)이 동일한 폭을 갖도록 제 2 상부 클래드 층(60)에서 하부 클래드 층(20)까지 식각한다. 제 2 상부 클래드 층(60) 내지 하부 클래드 층(20)는 포토리소그래피 공정 및 식각 공정에 의해 패터닝될 수 있다. 하부 클래드 층(20)의 식각 공정 시에 기판(10)의 상부 표면까지 제거될 수 있다. 여기서, 제 2 도파로(51)의 코어 층(30)은 성장 공정 및 식각 공정에 의해 패터닝되고, 도파로 층(50)은 코어 층(30) 상에서의 재성장 및 식각 공정에 의해 패터닝될 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 모드 크기 변환기(100)의 제조방법은 생산성을 극대화할 수 있다. 제 2 상부 클래드 층(60) 및 도파로 층(50)은 수동 제 2 도파로(51)이 될 수 있다. 제 1 도파로(31)와 수동 제 2 도파로(51)은 기판(10)의 일측에서 딥 리지 도파로 구조를 가질 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 평탄 층(70)은 제 1 도파로(31) 및 제 2 도파로(51)의 측벽에 평탄 층(70)을 형성한다. 평탄 층(70)은 열처리로 형성된 고분자를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 코어 층(30)과 도파로 층(50)은 각각의 성장 공정과 식각 공정에 의해 용이하게 형성될 수 있다.
결국, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 모드 크기 변환기(100)의 제조방법은 생산성을 극대화할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 모드 크기 변환기(100)를 나타내는 사시도이다. 도 12a 내지 도 14a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 모드 크기 변환기(100)의 제조방법을 나타내는 평면도들이다. 도 12b 내지 도 14b와, 도 12c 내지 도 14c는 도 12a 내지 도 14a의 I-I' 및 II-II' 각각의 선상을 절취하여 나타낸 공정 단면도들이다.
도 11 및 도 14c를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시에에 따른 모드 크기 변환기(100)는 기판(10) 상의 일측의 버퍼 층(80)과, 상기 버퍼 층(80) 및 도파로 층(50) 사이에 형성된 에치 스톱 층(82)을 포함할 수 있다. 버퍼 층(80)은 하부 클래드 층(20)과 에치 스톱 층(82)사이에 배치될 수 있다. 에치 스톱 층(82)은 제 1 상부 클래드 층(40)과 도파로 층(50) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 에치 스톱 층(82)은 버퍼 층(80)과 도파로 층(50) 사이에 배치될 수 있다. 코어 층(30)은 버퍼 층(80) 및 에치 스톱 층(82)에 의해 도파로 층(50)으로부터 분리될 수 있다. 때문에, 에치 스톱 층(82)은 얕은 리지형(shallow ridge type) 도파로 층(50)을 만들 수 있다. 버퍼 층(80) 및 에치 스톱 층(80)은 기판(10)의 일측에서 타측까지 단순한 도파로 층(50)을 평탄하게 연장 시킬 수 있다. 코어 층(30) 및 도파로 층(50)은 버퍼 층(80) 및 에치 스톱 층(80)에 의해 단순한 적층 구조를 가질 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 모드 크기 변환기(100)는 생산성을 극대화할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 모드 크기 변환기(100)의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 7a 내지 도 8c를 참조하면, 기판(10) 상에 하부 클래드 층(20), 코어 층(30) 및 제 1 상부 클래드 층(40)을 형성하고, 상기 기판(10)의 일측에서 테이퍼지게 패터닝한다.
도 12a 내지 도 12c를 참조하면, 하부 클래드 층(20), 코어 층(30) 및 제 1 상부 클래드 층(40)의 측벽에 버퍼 층(80)을 형성한다. 버퍼 층(80)은 InP를 포함할 수 있다. 버퍼 층(80)은 제 1 상부 클래드 층(40)과 동일한 레벨로 평탄화될 수 있다.
도 13a 내지 도 13c를 참조하면, 제 1 상부 클래드 층(40) 및 버퍼 층(80) 상에 에치 스톱 층(82), 도파로 층(50), 및 제 2 상부 클래드 층(60)을 형성한다. 에치 스톱 층(82)은 금속-유기 화학증착법 (MOCVD: metal - organic chemical vapor deposition) 또는 분자빔증착 (MBE: Molecular beam epitaxy)과 같은 방법에 의해 형성된InGaAsP을 포함할 수 있다.
도 14a 내지 도 14c를 참조하면, 기판(10)의 일측에서 도파로 층(50)이 코어 층(30)보다 넓고, 타측에서 상기 도파로 층(50)과 코어 층(30)이 동일한 폭을 갖도록 제 2 상부 클래드 층(60)에서 하부 클래드 층(20)까지 식각한다. 제 2 상부 클래드 층(60) 내지 하부 클래드 층(20)는 포토리소그래피 공정 및 식각 공정으로 패터닝될 수 있다. 하부 클래드 층(20)의 식각 시에 기판(10)의 상부 표면까지 제거될 수 있다.
도 11을 재 참조하여, 기판(10) 상에 평탄 층(70)을 형성한다. 평탄 층(70)은 제 1 도파로(31)의 코어 층(30) 및 제 2 도파로(51)의 도파로 층(50)의 측벽을 매울 수 있다. 코어 층(30)과 도파로 층(50)은 각각의 성장 공정, 포토리소그래피 공정 및 식각 공정에 의해 용이하게 형성될 수 있다.
결국, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 모드 크기 변환기(100)의 제조방법은 생산성을 극대화할 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 기판 20: 하부 클래드 층
30: 코어 층 40: 제 1 상부 클래드 층
50: 도파로 층 60: 제 2 상부 클래드 층
70: 평탄 층 80: 버퍼 층

Claims (11)

  1. 기판 상에 하부 클래드 층, 코어 층 및 제 1 상부 클래드 층을 적층하는 단계;
    상기 기판 상의 일측의 상기 제 1 상부 클래드 층 및 상기 코어 층을 제 1 방향으로 테이퍼지게 형성하는 단계;
    상기 제 1 상부 클래드 층 및 상기 하부 클래드 층 상에 도파로 층을 형성하는 단계; 및
    상기 기판 상의 일측의 상기 도파로 층이 테이퍼진 상기 코어 층보다 확장되고, 상기 기판 상의 타측에서 상기 코어와 상기 도파로 층이 동일한 폭을 갖도록 상기 도파로 층, 상기 제 1 상부 클래드 층, 상기 코어 층, 및 상기 하부 클래드 층을 식각하는 단계를 포함하는 모드 크기 변환기의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도파로 층은 상기 기판 상의 일측에서 상기 제 1 방향에 대향되는 제 2 방향으로 테이퍼진 모드 크기 변환기의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 코어 층 및 상기 제 1 상부 클래드 층의 형성 후에 상기 하부 클래드 층 상에 상기 제 1 상부 클래드 층과 동일한 물질의 버퍼 층을 형성하는 단계를 더 포함하는 모드 크기 변환기의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 버퍼 층과 상기 제 1 상부 클래드 층 상에 에치 스톱 층을 형성하는 단계를 더 포함하는 모드 크기 변환기의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 도파로 층 상에 제 2 상부 클래드 층을 형성하는 단계를 더 포함하는 모드 크기 변환기의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 도파로 층, 상기 제 1 상부 클래드 층, 상기 코어 층, 및 상기 하부 클래드 층의 측벽에 평탄 층을 형성하는 단계를 더 포함하는 모드 크기 변환기의 제조방법.
  7. 기판;
    상기 기판 상의 일측에서 제 1 방향으로 테이퍼지고 타측에서 일정한 폭으로 연장되는 코어 층을 갖는 제 1 도파로; 및
    상기 기판 상의 일측의 상기 제 1 도파로를 덮고, 상기 제 1 방향과 반대되는 제 2 방향으로 테이퍼지면서 연장되고, 상기 기판 상의 타측에서 상기 코어 층과 동일한 폭의 도파로 층을 갖는 제 2 도파로를 포함하는 모드 크기 변환기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 도파로는 상기 코어 층 위 아래의 하부 클래드 층과, 제 1 상부 클래드 층을 더 포함하는 모드 크기 변환기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 기판 상의 일측에서 상기 제 1 상부 클래드 층 및 상기 코어 층의 측벽과, 상기 하부 클래드 층 상에 형성된 버퍼 층을 더 포함하는 모드 크기 변환기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 버퍼 층 및 상기 제 1 상부 클래드 층 상에 배치된 에치 스톱 층을 더 포함하는 모드 크기 변환기.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 수동 도파로는 상기 도파로 층 상에 형성된 제 2 상부 클래드 층을 더 포함하는 모드 크기 변환기.
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