KR20150012525A - 광학 장치 및 그의 제조방법 - Google Patents
광학 장치 및 그의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20150012525A KR20150012525A KR1020130088124A KR20130088124A KR20150012525A KR 20150012525 A KR20150012525 A KR 20150012525A KR 1020130088124 A KR1020130088124 A KR 1020130088124A KR 20130088124 A KR20130088124 A KR 20130088124A KR 20150012525 A KR20150012525 A KR 20150012525A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- laser
- waveguide
- substrate
- clad layer
- optical waveguide
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 100
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 11
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 52
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 37
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 10
- 235000014443 Pyrus communis Nutrition 0.000 claims description 5
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 7
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000010329 laser etching Methods 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/12004—Combinations of two or more optical elements
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
- G02B6/1228—Tapered waveguides, e.g. integrated spot-size transformers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/0206—Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
- H01S5/0215—Bonding to the substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
- H01S5/0262—Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/14—External cavity lasers
- H01S5/141—External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B2006/12035—Materials
- G02B2006/12078—Gallium arsenide or alloys (GaAs, GaAlAs, GaAsP, GaInAs)
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B2006/12083—Constructional arrangements
- G02B2006/12121—Laser
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B2006/12133—Functions
- G02B2006/12161—Distributed feedback [DFB]
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B2006/12166—Manufacturing methods
- G02B2006/12176—Etching
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/0206—Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
- H01S5/021—Silicon based substrates
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
- H01S5/125—Distributed Bragg reflector [DBR] lasers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
본 발명은 광학 장치 및 그의 제조방법을 개시한다. 그의 장치는 기판의 일측 상의 제 1 광 도파로와, 상기 제 1 광 도파로에서 분리되어 상기 기판의 타측 상에 배치된 레이저와, 상기 레이저 및 상기 제 1 광 도파로 사이의 제 1 접합 도파로를 포함한다. 상기 레이저는 배 모양을 갖고, 상기 기판 상에 단일 집적(monolithic integrated)될 수 있다.
Description
본 발명은 광학 장치 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 단일 모드 분산형 피드백 레이저에 관한 것이다.
고효율 저비용 광 집적회로는 레이저 광원의 집적화가 필수적으로 요구되고 있다. 실리콘 또는 실리카와 같은 간접 밴드 갭 (indirect bandgap) 물질은 광 집적 회로로 널리 사용되고 있다. 간접 밴드 갭 물질은 광 생성 효율이 낮아 광원으로 사용될 수 없는 난점을 가지고 있다. 직접 밴드 갭 물질(direct bandgap)은 광 생성 효율이 높기 때문에 레이저 광원으로 주로 사용되고 있다.
직접 밴드 갭 물질의 레이저 광원 칩은 실리콘 집적 회로에 플립 칩 본딩 방법으로 형성될 수 있다. 일반적으로 플립 칩 본딩 방법은 레이저 광원 칩과 실리콘 집적 회로의 도파로 사이에 약 1㎛ 미만의 정밀한 정렬 오차를 요구하고 있다. 플립 칩 본딩 장치는 정렬 오차를 줄이기 위한 상당한 정렬 시간이 소요되고 있기 때문에 생산성이 떨어지는 단점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 생산성을 향상시킬 수 있는 광학 장치 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 과제는 광 연결 효율을 구현할 수 있는 광학 장치 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 광학 장치를 개시한다. 광학 장치는, 기판의 일측 상의 제 1 광 도파로; 상기 제 1 광 도파로에서 분리되어 상기 기판의 타측 상에 배치된 레이저; 및 상기 레이저와 상기 제 1 광 도파로 사이의 제 1 접합 도파로를 포함한다. 여기서, 상기 레이저는 상기 기판 상에 단일 집적(monolithically integrated)될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 레이저는 배 모양을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 예에 따르면, 상기 배 모양의 상기 레이저는, 임의의 선폭을 갖는 레이저 중심 도파로; 및 상기 레이저 도파로의 양측에 각각 연결되고, 상기 레이저 도파로에서 멀어지는 방향으로 테이퍼진 제 1 레이저 에지 도파로 및 제 2 레이저 에지 도파로를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 제 1 광 도파로와, 상기 제 1 레이저 에지 도파로 및 상기 제 2 레이저 에지 도파로 중 어느 하나와, 상기 제 1 광 도파로는 가까워지는 방향으로 각각 테이퍼질 수 있다.
본 발명의 다른 예에 따르면, 상기 레이저는 상기 레이저 중심 도파로의 선폭에 비례하는 파장의 레이저 광을 발진할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 레이저는 분산형 피드백(DFB) 레이저를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 예에 따르면, 상기 레이저는, 하부 클래드 층; 상기 하부 클래드 층 상의 활성 층; 및 상기 활성 층 상의 상부 클래드 층을 포함할 수 있다. 상기 하부 클래드 층, 상기 활성 층, 상기 상부 도파로 층은 3-5족 반도체를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 레이저는, 상기 하부 클래드 층 상의 제 1 전극; 및 상기 상부 클래드 층 상의 제 2 전극을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 예에 따르면, 상기 제 1 접합 도파로는 상기 하부 클래드 층, 상기 활성 층, 상기 상부 클래드 층, 및 상기 제 2 전극을 덮을 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 레이저는 상기 하부 클래드 층과 상기 상부 클래드 층 중 어느 하나에 형성된 제 1 브래그 회절 격자들을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 예에 따르면, 상기 제 1 광 도파로에 대향되는 상기 레이저의 타측 기판 상에 분리된 제 2 광 도파로; 및 상기 제 2 광 도파로와 상기 레이저 사이의 제 2 접합 도파로를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 제 1 접합 도파로 및 상기 제 2 접합 도파로 중 적어도 하나에 형성된 제 2 브래그 회절 격자들을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 예에 따르면, 상기 레이저는 상기 제 2 브래그 회절 격자들 사이의 거리에 비례하는 파장의 레이저 광을 발진할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 제 1 광 도파로 및 상기 제 2 광 도파로 중 적어도 하나에 형성된 제 3 브래그 회절 격자들을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 예에 따르면, 상기 레이저와 상기 기판 사이, 또는 상기 광 도파로와 상기 기판 사이의 버퍼 층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 광학 장치의 제조방법은 제 1 기판의 일측 상에 광 도파로를 형성하는 단계; 상기 광 도파로에서 이격되는 상기 제 1 기판의 타측 상에 레이저를 형성하는 단계; 및 상기 레이저와 상기 광 도파로 사이의 상기 제 1 기판 상에 접합 도파로를 형성하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 레이저는 웨이퍼 접합(bonding)에 의해 단일 집적(monolithically)으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 웨이퍼는, 제 2 기판; 상기 제 2 기판 상의 상부 클래드 층; 상기 상부 클래드 층 상의 활성 층; 및 상기 활성 층 상의 하부 클래드 층을 포함할 수 있다. 상기 하부 클래드 층은 상기 제 1 기판의 타측 상에 접합될 수 있다.
본 발명의 다른 예에 따르면, 상기 레이저 형성 단계는, 상기 상부 클래드 층, 상기 활성 층, 및 상기 하부 클래드 층을 배 모양으로 패터닝하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 하부 클래드 층 아래의 상기 제 1 기판의 전면에 버퍼 층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따른 광학 장치는 제 1 광 도파로, 제 1 접합 도파로, 및 레이저를 포함한다. 제 1 광 도파로 및 레이저는 접합 도파로 내에서 이격되고, 근접되는 방향으로 테이퍼질 수 있다. 테이퍼진 제 1 광 도파로와 레이저는 광 손실이 최소화될 수 있다. 제 1 광 도파로와 레이저는 장시간의 미세 정렬 조건을 요구하지 않는다. 또한, 웨이퍼 본딩 공정을 통해 실리콘 기판 상에 3-5족 반도체의 직접 밴드갭을 갖는 레이저를 단일 집적으로 형성할 수 있다. 웨이퍼 본딩 공정은 종래의 플립 칩 기술보다 높은 광 연결 효율을 구현할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예들에 따른 광학 장치 및 그의 제조방법은 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 광학 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 레이저를 나타내는 단면도이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 광학 장치 내에서 레이저 광의 도파 모드를 각각 나타내는 도면들이다.
도 4는 도 1의 제 1 레이저 에지 도파로와, 제 1 광 도파로의 테이퍼진 길이 변화에 따른 광 손실을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 광학 장치를 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 광학 장치를 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제 1 응용 예에 따른 광학 장치 어레이를 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제 2 응용 예에 따른 광학 장치를 나타내는 사시도이다.
도 9a 내지 도 9f는 본 발명의 광학 장치의 제조방법을 순차적으로 나타내는 공정 단면도들이다.
도 2는 도 1의 레이저를 나타내는 단면도이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 광학 장치 내에서 레이저 광의 도파 모드를 각각 나타내는 도면들이다.
도 4는 도 1의 제 1 레이저 에지 도파로와, 제 1 광 도파로의 테이퍼진 길이 변화에 따른 광 손실을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 광학 장치를 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 광학 장치를 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제 1 응용 예에 따른 광학 장치 어레이를 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제 2 응용 예에 따른 광학 장치를 나타내는 사시도이다.
도 9a 내지 도 9f는 본 발명의 광학 장치의 제조방법을 순차적으로 나타내는 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 실시 예에 따른 광학 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 2는 도 1의 레이저(30)를 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 광학 장치는 제 1 기판(10), 버퍼 층(12) 제 1 광 도파로(20)와, 레이저(30)와, 제 1 접합(coupled) 도파로(40)를 포함할 수 있다. 제 1 기판(10)은 결정 실리콘을 포함할 수 있다. 버퍼 층(12)은 제 1 기판(10)의 전면 상에 배치될 수 있다. 버퍼 층(12)은 실리콘 산화막을 포함할 수 있다.
제 1 광 도파로(20)는 제 1 기판(10)의 일측 상에 배치될 수 있다. 제 1 광 도파로(20)는 실리콘 광 도파로를 포함할 수 있다. 제 1 광 도파로(20)는 제 1 접합 도파로(40) 내에서 테이퍼질 수 있다.
제 1 접합 도파로(40)는 제 1 광 도파로(20)와 레이저(30) 사이의 제 1 기판(10) 상에 배치될 수 있다. 제 1 접합 도파로(40)는 실리콘산질화막(SiON)을 포함할 수 있다.
레이저(30)는 제 1 광 도파로(20)에 대향되는 제 1 접합 도파로(40)의 타측 제 1 기판(10) 상에 배치될 수 있다. 레이저(30)는 배 모양(ship shape)을 가질 수 있다. 배 모양의 레이저(30)는 레이저 중심 도파로(31), 제 1 레이저 에지 도파로(32), 및 제 2 레이저 에지 도파로(33)로 구분될 수 있다. 제 1 레이저 에지 도파로(32) 및 제 2 레이저 에지 도파로(33)는 레이저 중심 도파로(31)의 양측 멀어지는 방향으로 테이퍼질 수 있다.
레이저(30)는 제 1 기판(10) 상에 단일 집적된(monolithic integratedc)3-5족 반도체 층을 포함할 수 있다. 레이저(30)는 하부 클래드 층(34), 활성 층(36), 상부 클래드 층(38), 제 1 브래그 회절 격자들(37), 제 1 전극(35), 및 제 2 전극(39)을 포함할 수 있다. 하부 클래드 층(34)은 제 1 도전성 불순물로 도핑된 InP, AlGaAs, InGaP의 3-5족 반도체 층을 포함할 수 있다. 상부 클래드 층(38)은 제 2 도전성 불순물로 도핑된 InP, AlGaAs, InGaP의 3-5족 반도체 층을 포함할 수 있다. 활성 층(36)은 다중양자우물 구조(multiple quantum well structure)의 InGaAsP, InGaAlAs, AlGaAs, GaAs, InGaAs의 3-5족 반도체 층을 포함할 수 있다. 제 1 전극(35)은 하부 클레드 층(34) 상에 배치된다. 제 2 전극(39)은 상부 클래드 층(38) 상에 배치된다. 제 1 브래그 회절 격자들(37)은 하부 클래드 층(34) 또는 상부 클래드 층(38) 내에 배치될 수 있다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 광학 장치 내에서 레이저 광의 도파 모드를 각각 나타내는 도면들이다.
도 3a 내지 도 3e를 참조하면, 레이저 중심 도파로(31) 내에서는 제 1 도파 모드(52)가 계산될 수 있다. 제 1 도파 모드(52)는 기판에 평행한 장축의 타원 모양을 가질 수 있다. 제 1 레이저 에지 도파로(32) 및 제 1 접합 도파로(40) 내에서 제 2 도파 모드(54)가 계산될 수 있다. 제 2 도파 모드(54)는 원 모양을 가질 수 있다. 제 1 접합 도파로(40) 내에서 제 3 도파 모드(56)가 계산될 수 있다. 제 1 광 도파로(20)와 제 1 접합 도파로(40) 내에서 제 4 도파 모드(58)가 계산될 수 있다. 제 3 도파 모드(56)와 제 4 도파 모드(58)는 사각형 모양을 가질 수 있다. 제 1 광 도파로(20) 내에서의 제 5 도파 모드(60)가 계산될 수 있다. 제 5 도파 모드(60)는 점 모양을 가질 수 있다.
도 4는 도 1의 제 1 레이저 에지 도파로(32)와, 제 1 광 도파로(20)의 테이퍼진 길이 변화에 따른 광 손실을 나타내는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 제 1 레이저 에지 도파로(32)와, 제 1 광 도파로(20)는 약 150㎛ 이상의 테이퍼진 길이를 가질 때, 약 0.5dB 이하의 광 손실을 가질 수 있다. 제 1 접합 도파로(40) 내에서 일정 길이 이상으로 테이퍼진 제 1 광 도파로(20)와 레이저(30)는 광 손실이 최소화될 수 있다. 테이퍼진 제 1 광 도파로(20)와 레이저(30)는 장시간의 미세 정렬 시간을 요하지 않는다.
따라서, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 광학 장치는 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 광학 장치를 나타내는 사시도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 광학 장치는 제 1 광 도파로(20) 및 제 1 접합 도파로(40)에 대향되는 레이저(30)의 타측에 배치된 제 2 광 도파로(22) 및 제 2 접합 도파로(42)를 포함할 수 있다. 제 1 접합 도파로(40)와 제 2 접합 도파로(42)에는 제 2 브래그 회절 격자들(80)이 형성되어 있다. 제 2 브래그 회절 격자들(80)은 핀 홀들 또는 고분자(polymer)를 포함할 수 있다. 레이저(30)는 제 2 브래그 회절 격자들(80) 간의 거리에 대응되는 파장의 레이저 광을 발진할 수 있다. 제 2 실시 예는 제 1 실시 예에서 제 2 광 도파로(22) 및 제 2 접합 도파로(42)와, 상기 제 2 접합 도파로(42) 및 제 1 접합 도파로(40) 내의 제 2 브래그 회절 격자들(80)가 추가된 것이다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 광학 장치를 나타내는 사시도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 광학 장치는 제 1 광 도파로(20)와 제 2 광 도파로(22)에 형성된 제 3 브래그 회절 격자들(90)을 포함할 수 있다. 제 3 브래그 회절 격자들(90)은 제 1 접합 도파로(40) 및 제 2 접합 도파로(42) 바깥의 제 1 광 도파로(20) 및 제 2 광 도파로(22)에 형성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 1 응용 예에 따른 광학 장치 어레이를 나타내는 사시도이다.
도 7을 참조하면, 제 1 실시 예에 따른 광학 장치의 레이저들(30)은 어레이 형태로 배치될 수 있다. 어레이 형태의 레이저들(30)은 레이저 중심 도파로(312)의 선폭(W1, W2, W3, W4…WN)에 대응되는 제 1 내지 제 N 파장(λ1, λ2, λ3, λ4…λN)의 레이저 광을 발진할 수 있다. 예를 들어, 레이저 광의 파장은 레이저 중심 도파로(31) 선폭에 비례하여 증가될 수 있다
도 8은 본 발명의 제 2 응용 예에 따른 광학 장치를 나타내는 사시도이다.
도 8을 참조하면, 제 2 실시 예에 따른 광학 장치의 레이저들(30)은 제 2 브래그 회절 격자들(80)의 제 1 내지 제 N주기(Λ1, Λ2, Λ3, Λ4…ΛN)에 대응되는 제 1 내지 제 N 파장(λ1, λ2, λ3, λ4…λN)의 레이저 광을 발진할 수 있다. 레이저 광의 파장은 제 2 브래그 회절 격자들(80)의 주기 또는 간격에 비례하여 증가될 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제 1 내지 제 3 실시 예 및 제 1 및 제 2 응용 예에 따른 광학 장치의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 9a 내지 도 9f는 본 발명의 광학 장치의 제조방법을 순차적으로 나타내는 공정 단면도들이다.
도 9a를 참조하면, 제 1 기판(10) 상에 버퍼 층(12)을 형성하고, 상기 버퍼 층(12)의 일 측 상에 제 1 광 도파로(20)를 형성한다.
도 9b를 참조하면, 버퍼 층(12)의 타측 상에 웨이퍼(110)를 접합(bonding)한다. 웨이퍼(110) 접합 방법은 제 1 기판(10)과 다른 종류의 3-5족 반도체를 상기 제 1 기판(10) 상에 접합하는 방법이다. 제 1 기판(10)은 결정 실리콘을 포함할 수 있다. 웨이퍼(110)는 하부 클래드 층(34), 활성 층(36), 상부 클래드 층(38), 및 제 2 기판(100)를 포함할 수 있다. 하부 클래드 층(34), 활성 층(36), 및 상부 클래드 층(38)은 3-5족 반도체를 포함할 수 있다. 제 2 기판(100)은 InP, 또는 GaAs의 2-5족 반도체를 포함할 수 있다. 본 발명은 이에 한정되지 않고 다양하게 실시 변경될 수 있다. 이와 달리, 제 2 기판(100)은 진성 반도체의 결정 실리콘을 포함할 수 있다. 하부 클래드 층(34)은 압착 방법에 의해 버퍼 층(12) 상에 접합될 수 있다. 웨이퍼(110) 본딩 공정은 웨이퍼 본딩 공정은 종래의 플립 칩 기술보다 높은 광 연결 효율을 구현할 수 있다.
도 9c를 참조하면, 제 2 기판(100)을 제거한다. 제 2 기판(100)는 레이저 식각 방법에 의해 제거될 수 있다. 하부 클래드 층(34), 활성 층(36), 및 상부 클래드 층(38)은 버퍼 층(12) 상에 잔존할 있다.
도 1 및 도 9d를 참조하면, 상부 클래드 층(38), 활성 층(36) 및 하부 클래드 층(34)을 패터닝한다. 상부 클래드 층(38), 활성 층(36) 및 하부 클래드 층(34)은 포토리소그래피 공정 및 식각 공정에 의해 배 모양으로 패터닝될 수 있다.
도 9e를 참조하면, 하부 클래드 층(34) 및 상부 클래드 층(38) 상에 제 1 전극(35)과 제 2 전극(39)을 각각 형성한다. 제 1 전극(35) 및 제 2 전극(39)은 금속 증착 공정, 포토리소그래피 공정, 및 식각 공정으로 형성될 수 있다. 제 1 전극(35) 및 제 2 전극(39)은 인쇄 방법으로 형성될 수 있다. 레이저(30)는 제 1 기판(10)의 타측 상에 단일 집적(monolithically)으로 제조될 수 있다.
도 9f를 참조하면, 제 1 광 도파로(20)와 레이저(30) 사이에 제 1 접합 도파로(40)를 형성한다. 제 1 접합 도파로(40)는 레이저(30)의 상부 클래드 층(38), 활성 층(36), 하부 클래드 층(34) 및 제 2 전극(39)을 덮을 수 있다. 제 1 접합 도파로(40)는 화학기상증착방법으로 형성된 실리콘 산질화막을 포함할 수 있다. 제 1 접합 도파로(40)는 미세한 정렬 공정 없이 제 1 광 도파로(20)와 레이저(30)의 광 전달 효율을 극대화시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 광학 장치 제조방법은 생산성을 향상시킬 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: 제 1 기판 12: 버퍼 층
20: 제 1 광 도파로 22: 제 2 광 도파로
30: 레이저 31: 레이저 중심 도파로
32: 제 1 레이저 에지 도파로 33: 제 2 레이저 에지 도파로
34: 하부 클래드 층 35: 제 1 전극
36: 활성 층 37: 제 1 브래그 회절 격자들
38: 상부 클래드 층 39: 제 2 전극
40: 제 1 접속 도파로 42: 제 2 접속 도파로
52: 제 1 도파 모드 54: 제 2 도파 모드
56: 제 3 도파 모드 58: 제 4 도파모드
60: 제 5 도파 모드 80: 제 2 브래그 회절 격자들
90: 제 3 브래그 회절 격자들 100: 제 2 기판
110: 웨이퍼
20: 제 1 광 도파로 22: 제 2 광 도파로
30: 레이저 31: 레이저 중심 도파로
32: 제 1 레이저 에지 도파로 33: 제 2 레이저 에지 도파로
34: 하부 클래드 층 35: 제 1 전극
36: 활성 층 37: 제 1 브래그 회절 격자들
38: 상부 클래드 층 39: 제 2 전극
40: 제 1 접속 도파로 42: 제 2 접속 도파로
52: 제 1 도파 모드 54: 제 2 도파 모드
56: 제 3 도파 모드 58: 제 4 도파모드
60: 제 5 도파 모드 80: 제 2 브래그 회절 격자들
90: 제 3 브래그 회절 격자들 100: 제 2 기판
110: 웨이퍼
Claims (19)
- 기판의 일측 상의 제 1 광 도파로;
상기 제 1 광 도파로에서 분리되어 상기 기판의 타측 상에 배치된 레이저; 및
상기 레이저와 상기 제 1 광 도파로 사이의 제 1 접합 도파로를 포함하되,
상기 레이저는 상기 기판 상에 단일 집적된(monolithic integrated) 광학 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 레이저는 배 모양을 갖는 광학 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 배 모양의 상기 레이저는,
임의의 선폭을 갖는 레이저 중심 도파로; 및
상기 레이저 도파로의 양측에 각각 연결되고, 상기 레이저 도파로에서 멀어지는 방향으로 테이퍼진 제 1 레이저 에지 도파로 및 제 2 레이저 에지 도파로를 포함하는 광학 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 광 도파로와, 상기 제 1 레이저 에지 도파로 및 상기 제 2 레이저 에지 도파로 중 어느 하나와, 상기 제 1 광 도파로는 가까워지는 방향으로 각각 테이퍼진 광학 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 레이저는 상기 레이저 중심 도파로의 선폭에 비례하는 파장의 레이저 광을 발진하는 광학 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 레이저는 분산형 피드백(DFB) 레이저를 포함하는 광학 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 레이저는,
하부 클래드 층;
상기 하부 클래드 층 상의 활성 층; 및
상기 활성 층 상의 상부 클래드 층을 포함하되,
상기 하부 클래드 층, 상기 활성 층, 상기 상부 도파로 층은 3-5족 반도체를 포함하는 광학 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 레이저는,
상기 하부 클래드 층 상의 제 1 전극; 및
상기 상부 클래드 층 상의 제 2 전극을 더 포함하는 광학 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 1 접합 도파로는 상기 하부 클래드 층, 상기 활성 층, 상기 상부 클래드 층, 및 상기 제 2 전극을 덮는 광학 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 레이저는 상기 하부 클래드 층과 상기 상부 클래드 층 중 어느 하나에 형성된 제 1 브래그 회절 격자들을 더 포함하는 광학 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 광 도파로에 대향되는 상기 레이저의 타측 기판 상에 분리된 제 2 광 도파로; 및
상기 제 2 광 도파로와 상기 레이저 사이의 제 2 접합 도파로를 더 포함하는 광학 장치. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 접합 도파로 및 상기 제 2 접합 도파로 중 적어도 하나에 형성된 제 2 브래그 회절 격자들을 포함하는 광학 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 레이저는 상기 제 2 브래그 회절 격자들 사이의 거리에 비례하는 파장의 레이저 광을 발진하는 광학 장치. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 광 도파로 및 상기 제 2 광 도파로 중 적어도 하나에 형성된 제 3 브래그 회절 격자들을 더 포함하는 광학 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 레이저와 상기 기판 사이, 또는 상기 광 도파로와 상기 기판 사이의 버퍼 층을 더 포함하는 광학 장치. - 제 1 기판의 일측 상에 광 도파로를 형성하는 단계;
상기 광 도파로에서 이격되는 상기 제 1 기판의 타측 상에 레이저를 형성하는 단계; 및
상기 레이저와 상기 광 도파로 사이의 상기 제 1 기판 상에 접합 도파로를 형성하는 단계를 포함하되,
상기 레이저는 웨이퍼 접합(bonding)에 의해 단일 집적(monolithically)으로 형성된 광학 장치의 제조방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 웨이퍼는,
제 2 기판;
상기 제 2 기판 상의 상부 클래드 층;
상기 상부 클래드 층 상의 활성 층; 및
상기 활성 층 상의 하부 클래드 층을 포함하되,
상기 하부 클래드 층은 상기 제 1 기판의 타측 상에 접합되는 광학 장치의 제조방법. - 제 17 항에 있어서,
상기 레이저 형성 단계는, 상기 상부 클래드 층, 상기 활성 층, 및 상기 하부 클래드 층을 배 모양으로 패터닝하는 단계를 포함하는 광학 장치의 제조방법. - 제 17 항에 있어서,
상기 하부 클래드 층 아래의 상기 제 1 기판의 전면에 버퍼 층을 형성하는 단계를 더 포함하는 광학 장치의 제조방법.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130088124A KR20150012525A (ko) | 2013-07-25 | 2013-07-25 | 광학 장치 및 그의 제조방법 |
| US14/157,426 US20150030282A1 (en) | 2013-07-25 | 2014-01-16 | Optical device and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130088124A KR20150012525A (ko) | 2013-07-25 | 2013-07-25 | 광학 장치 및 그의 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150012525A true KR20150012525A (ko) | 2015-02-04 |
Family
ID=52390609
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020130088124A KR20150012525A (ko) | 2013-07-25 | 2013-07-25 | 광학 장치 및 그의 제조방법 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20150030282A1 (ko) |
| KR (1) | KR20150012525A (ko) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3091379B1 (en) * | 2015-05-05 | 2020-12-02 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Optical coupling scheme |
| EP3340403B1 (en) * | 2016-12-23 | 2023-06-28 | IMEC vzw | Improvements in or relating to laser devices |
| FR3061961B1 (fr) * | 2017-01-19 | 2019-04-19 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Dispositif photonique comportant un laser optiquement connecte a un guide d'onde silicium et procede de fabrication d'un tel dispositif photonique |
| US10718898B1 (en) * | 2019-01-23 | 2020-07-21 | Nexus Photonics Llc | Integrated active devices with improved optical coupling to dielectric waveguides |
| US11418008B2 (en) * | 2019-03-20 | 2022-08-16 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Laser device |
| FR3102888B1 (fr) * | 2019-11-06 | 2023-04-14 | Commissariat Energie Atomique | Procédé de fabrication d'un dispositif photonique intégré |
| WO2024095457A1 (ja) * | 2022-11-04 | 2024-05-10 | 日本電信電話株式会社 | 光デバイス |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7343061B2 (en) * | 2005-11-15 | 2008-03-11 | The Trustees Of Princeton University | Integrated photonic amplifier and detector |
| US8213751B1 (en) * | 2008-11-26 | 2012-07-03 | Optonet Inc. | Electronic-integration compatible photonic integrated circuit and method for fabricating electronic-integration compatible photonic integrated circuit |
| KR101797624B1 (ko) * | 2011-06-02 | 2017-12-13 | 한국전자통신연구원 | 수퍼루미네센트 다이오드 및 그의 제조방법과, 그를 구비한 파장가변 외부공진레이저 |
| JP5888883B2 (ja) * | 2011-06-15 | 2016-03-22 | 日本オクラロ株式会社 | スポットサイズ変換器、半導体光素子、及びそれらの製造方法 |
-
2013
- 2013-07-25 KR KR1020130088124A patent/KR20150012525A/ko not_active Application Discontinuation
-
2014
- 2014-01-16 US US14/157,426 patent/US20150030282A1/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20150030282A1 (en) | 2015-01-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR20150012525A (ko) | 광학 장치 및 그의 제조방법 | |
| KR101325334B1 (ko) | 좁은 표면 파형 격자 | |
| EP2544319B1 (en) | Laser source for photonic integrated devices | |
| US8472494B2 (en) | Semiconductor laser silicon waveguide substrate, and integrated device | |
| US6162655A (en) | Method of fabricating an expanded beam optical waveguide device | |
| US20100284019A1 (en) | Semiconductor integrated optical device and method of making the same | |
| JPH0750443A (ja) | 半導体光集積素子及びその製造方法 | |
| KR20130112548A (ko) | 모드 크기 변환기 및 그의 제조방법 | |
| US20190310496A1 (en) | Optoelectronic device and array thereof | |
| KR100737348B1 (ko) | 전계흡수형 광 변조기 및 그 제조방법 | |
| US10151877B2 (en) | Optical circuit module, optical transceiver using the same, and semiconductor photonic device | |
| US11002909B2 (en) | Optical integrated device and optical transmitter module | |
| JP2007250740A (ja) | 光集積素子及び光モジュール | |
| JP4857702B2 (ja) | 集積型光半導体装置の製造方法 | |
| JP2005051039A (ja) | 導波路型受光素子 | |
| JP2002243964A (ja) | 半導体光集積素子およびその製造方法 | |
| JP2013165201A (ja) | 半導体光素子、半導体光モジュール、およびその製造方法 | |
| JP2006091880A (ja) | アクティブ構造体に接続する低寄生容量の突合せ接合型パッシブ導波路装置及び方法 | |
| US5787105A (en) | Integrated semiconductor laser apparatus | |
| JPH0961652A (ja) | 半導体光導波路およびその作製方法 | |
| JPH0837341A (ja) | 半導体光集積素子およびその製造方法 | |
| JPH11103126A (ja) | 半導体光素子及びその製造方法 | |
| JP4967700B2 (ja) | 光半導体素子 | |
| WO2018037450A1 (ja) | 光デバイス及び光デバイスの製造方法 | |
| JP6513412B2 (ja) | 半導体光集積素子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |