KR20150071056A - Vertical type TO-CAN packaged laser diode module having silicon optical bench and method for fabricating the same - Google Patents

Vertical type TO-CAN packaged laser diode module having silicon optical bench and method for fabricating the same Download PDF

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KR20150071056A KR1020130157063A KR20130157063A KR20150071056A KR 20150071056 A KR20150071056 A KR 20150071056A KR 1020130157063 A KR1020130157063 A KR 1020130157063A KR 20130157063 A KR20130157063 A KR 20130157063A KR 20150071056 A KR20150071056 A KR 20150071056A
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Abstract

According to the present invention, a TO-CAN package laser diode module (3) is installed so that light, horizontally emitted from the front surface of a laser diode (350), is emitted to the outside through an emission window (370) by being reflected to a horizontal surface by a side wall of an etching groove (333), and light, horizontally emitted from the rear surface of the laser diode (350), is inputted into a light detection receiving element (340) by being reflected to the horizontal surface by the side wall of the etching groove (333). The side wall (331) of the etching groove (333) should be inclined by 45° against the horizontal surface and in this case, when a silicon light bench (330) is formed of (100) type silicon pieces, the etching groove (333) should be formed by etching silicon with tetramethylammonium hydroxide (TMAH) liquid.

Description

실리콘 광벤치를 갖는 수직형 TO 캔 패키지 레이저다이오드 모듈 및 그 제조방법{Vertical type TO-CAN packaged laser diode module having silicon optical bench and method for fabricating the same}Technical Field [0001] The present invention relates to a vertical TO can package laser diode module having a silicon optical bench and a manufacturing method thereof.

본 발명은 수직형 TO 캔 패키지 레이저다이오드 모듈 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 45˚ 경사진 식각반사면을 갖는 실리콘 광벤치를 구비하여 레이저다이오드에서 수평방향으로 출사되는 광이 상기 식각반사면에서 반사되어 수평면에 대해서 수직하게 위로 출사되도록 하는 수직형 TO 캔 패키지 레이저다이오드 모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a vertical TO-can package laser diode module and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a vertical TO can packaged laser diode module and a method of manufacturing the same, in which a silicon optical bench having an etching reflective surface inclined at 45.degree. To be vertically projected to a horizontal plane, and to a method of manufacturing the same.

도 1은 종래의 TO 캔 패키지 레이저다이오드 모듈(Transistor Outline-can Packaged laser diode module, 1)을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a view for explaining a conventional TO can package laser diode module (Transistor Outline-can Packaged Laser Diode Module 1).

도 1을 참조하면, 종래의 TO 캔 패키지 레이저다이오드 모듈(1)은 스템(11) 위에 캡(12)이 저항 용접되어 캔(10)을 이루고, 캔(10)의 내부에 레이저다이오드(laser diode, LD, 50)와 광검출 수광소자(photo-detector, PD, 40)가 설치되는 구조를 취한다. Referring to FIG. 1, a conventional TO-can package laser diode module 1 includes a can 10 having a cap 12 on its stem 11 by resistance welding to form a can 10, a laser diode (LD) 50, and a photo-detector (PD)

레이저다이오드(50)는 서브마운트(31)에 유텍틱 본딩(eutectic bonding) 또는 에폭시 본딩(epoxy bonding)되어 전면은 위를 향하고 후면은 밑을 향하도록 스템(11)의 돌출부(13) 측면에 장착된다. 광검출 수광소자(40)는 서브마운트(32)에 유텍틱 본딩 또는 에폭시 본딩되어 레이저다이오드(50)의 후면쪽에 위치하도록 스템(11)의 윗면에 장착된다. The laser diode 50 is eutectic or epoxy bonded to the submount 31 to be mounted on the side of the protrusion 13 of the stem 11 with the front surface facing upward and the rear surface facing downward. do. The photodetecting and receiving element 40 is mounted on the upper surface of the stem 11 so as to be positioned on the rear side of the laser diode 50 by eutectic bonding or epoxy bonding to the submount 32.

캡(12)에는 렌즈 또는 평면유리로 이루어지는 출사창(70)이 설치되고, 스템(11)에는 아래쪽으로 전극핀(20)이 형성된다. The cap 12 is provided with an exit window 70 made of a lens or a flat glass and the stem 11 has an electrode pin 20 formed downward.

레이저다이오드(50)의 전면에서 출사되는 광은 출사창(70)을 통하여 캔(10)의 외부로 빠져나가고, 이 때 광검출 수광소자(40)는 레이저다이오드(50)의 후면에서 출사되는 광을 수광받아 레이저다이오드(50)의 출사 상태를 감시한다. The light emitted from the front surface of the laser diode 50 passes through the emission window 70 to the outside of the can 10. At this time, the light detection and reception element 40 receives the light emitted from the rear surface of the laser diode 50 And monitors the emission state of the laser diode 50. [0050]

레이저다이오드(50)의 동작특성은 온도에 민감하게 반응한다. 일반적으로, 레이저다이오드(50)의 동작온도가 상승하면 전자-정공의 에너지에 따른 분포확률을 결정하는 페르미-뒤락 함수(Fermi-Dirac function)가 넓은 에너지대에 분포하게 되어 단위 에너지대에서의 전자/정공 밀도함수의 차의 함수로 주어지는 레이저 이득이 줄어들고, 또한 핫 캐리어 오버플로우(hot carrier overflow)가 증가하여 오제 재결합(Auger non-radiative recombination)이 증가하게 된다. The operating characteristics of the laser diode 50 are sensitive to temperature. Generally, when the operating temperature of the laser diode 50 rises, the Fermi-Dirac function, which determines the distribution probability of the electron-hole energy, is distributed in a wide energy band, / The laser gain given as a function of the difference in hole density function is reduced, and the hot carrier overflow is increased to increase the Auger non-radiative recombination.

이러한 현상은 레이저다이오드(50)에서 광으로 변환되지 못한 캐리어들이 발열현상을 일으켜 내부이득을 줄이고, 내부손실을 크게 하며, 또한 전자의 주입효율을 떨어뜨리게 되어, 레이저다이오드(50)의 전류-출력 광파워의 특성을 저하시키는 요인으로 작용한다. This phenomenon is caused by the fact that the carriers which can not be converted into light by the laser diode 50 cause a heat phenomenon to reduce the internal gain, increase the internal loss, and decrease the injection efficiency of the electrons, Which causes a deterioration in the characteristics of the optical power.

따라서 레이저다이오드(50)의 동작온도 상승을 막기 위하여 펠티어 효과를 이용하는 열전소자(thermo-electric cooler, TEC)의 설치가 자주 요구된다. 고밀도 파장분할 통신(DWDM, Dense Wavelength Division Multiplexing)에 사용되는 DFB-LD(Distributed Feedback Laser Diode)와 같은 단일파장 레이저다이오드의 경우에도 온도에 따른 파장의 불안정성을 없애고 파장의 정밀 제어가 가능하도록 열전소자의 설치가 요구된다. 뿐만 아니라 저항, 콘덴서, 혹은 서미스터 등과 같은 전기소자의 설치 요구도 높아지고 있다.Therefore, it is frequently required to install a thermo-electric cooler (TEC) using a Peltier effect in order to prevent an increase in the operating temperature of the laser diode 50. In the case of a single-wavelength laser diode such as DFB-LD (Distributed Feedback Laser Diode) used in DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), it is possible to eliminate the instability of the wavelength depending on the temperature, Is required. In addition, there is a growing demand for electrical devices such as resistors, capacitors, and thermistors.

그러나 상술한 종래의 TO 캔 패키지 다이오드 모듈(1)의 경우, 캔(10) 내에 레이저다이오드(50)와 타 전기소자를 함께 설치하기가 구조적 측면에서 매우 어렵고, 레이저다이오드(50)의 발광 중심점을 유지하면서 열전소자를 배치하는 것도 구조적으로 한계가 있다. 설사 열전소자를 배치하더라도 열전소자가 효능을 제대로 발휘하기 위해서는 방열 구조가 좋아야 하는데, 방열구조를 형성하는 스템(11)과의 열 경로가 길어져서 온도제어 범위가 한정되고 온도의 흔들림이 발생하는 등 많은 문제가 발생한다.However, in the above-described conventional TO can package diode module 1, it is very difficult from the structural point of view to mount the laser diode 50 and other electric elements together in the can 10, and the center of light emission of the laser diode 50 It is structurally limited to arrange the thermoelectric elements while maintaining the same. Even if the thermoelectric elements are arranged, the thermoelectric elements must have a good heat dissipation structure in order to exhibit their effects effectively. The heat path with the stem 11 forming the heat dissipation structure becomes long, so that the temperature control range is limited, Many problems arise.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 도 2와 같은 TO 캔 패키지 반사형 레이저다이오드 모듈(2)이 제안되었다.To solve such a problem, a TO can package reflective type laser diode module 2 as shown in Fig. 2 has been proposed.

도 2를 참조하면, 종래의 TO 캔 패키지 반사형 레이저다이오드 모듈(2)은 스템(111)의 위에 캡(112)이 저항 용접되어 캔(110)을 이루고, 캔(110)의 내부에 레이저다이오드(LD, 150)와 광검출 수광소자(PD, 140)가 설치되는 구조를 취한다. Referring to FIG. 2, a conventional TO can package reflective type laser diode module 2 includes a can 110 having a cap 112 formed by resistance welding on a stem 111, a can 110, (LD) 150 and an optical detecting and receiving element (PD) 140 are provided.

레이저다이오드(150)는 서브마운트(131)에 유텍틱 본딩 또는 에폭시 본딩되어 전면과 후면이 옆을 향하도록 스템(111)의 윗면에 장착되고, 45°반사경(180)은 레이저다이오드(150)와 동일평면 상에 위치하도록 서브마운트(131)에 본딩되어 레이저다이오드(150)의 전면쪽에 설치된다. 레이저다이오드(150)가 본딩되는 서브마운트(131)에는 전기소자가 함께 본딩 설치된다.The laser diode 150 is mounted on the upper surface of the stem 111 such that the front surface and the rear surface of the laser diode 150 are eutectic or epoxy bonded to the submount 131. The 45 ° reflector 180 is connected to the laser diode 150 And is mounted on the front surface of the laser diode 150 by being bonded to the submount 131 so as to be located on the same plane. The submount 131 to which the laser diode 150 is bonded is bonded together with an electric element.

광검출 수광소자(140)는 레이저다이오드(150)의 후면쪽에 별도로 설치되는 서브마운트(132)의 측벽에 유텍틱 본딩 또는 에폭시 본딩되어 수직하게 설치된다. 캡(112)에는 렌즈 또는 평면유리로 이루어지는 출사창(170)이 설치되고, 스템(111)에는 아래쪽으로 전극핀(120)이 설치된다.The photodetecting and receiving element 140 is mounted vertically on the sidewall of the submount 132 separately provided on the rear surface of the laser diode 150 by eutectic bonding or epoxy bonding. The cap 112 is provided with an exit window 170 made of a lens or a flat glass and the stem 111 is provided with an electrode pin 120 downward.

레이저다이오드(150)의 전면에서 출사되는 광은 45°반사경(180)에 의해 위로 반사되어 수평면에 대해서 수직한 방향으로 진행하여 출사창(170)을 통하여 캔(110)의 외부로 빠져나가고, 이 때 광검출 수광소자(140)는 레이저다이오드(150)의 후면에서 출사되는 광을 수광받아 레이저다이오드(150)의 출사 상태를 감시한다.The light emitted from the front surface of the laser diode 150 is reflected upward by the 45 ° reflector 180 and travels in a direction perpendicular to the horizontal plane and escapes to the outside of the can 110 through the exit window 170, The light detecting and receiving element 140 receives the light emitted from the rear surface of the laser diode 150 and monitors the emitting state of the laser diode 150.

도 3은 도 2의 TO 캔 패키지 반사형 레이저다이오드 모듈(2)에서 레이저다이오드(150)의 동작온도를 제어하기 위하여 레이저다이오드(150)가 본딩되는 서브마운트(131)의 아래쪽에 열전소자(190)가 더 설치되는 경우를 나타낸 것이다. FIG. 3 is a schematic view illustrating a configuration of a thermoelectric element 190 (FIG. 3) disposed below a submount 131 to which a laser diode 150 is bonded, in order to control the operating temperature of the laser diode 150 in the TO can package reflective type laser diode module 2 of FIG. ) Is further installed.

종래의 TO 캔 패키지 반사형 레이저다이오드 모듈(2)은 전기소자가 설치되더라도 안정된 구조를 확보할 수 있기는 하지만, 45°반사경(180)의 설치위치를 제어함에 있어 정밀도가 확보되어야 하고, 광검출 수광소자(140)가 별도로 수직으로 세워져야 하는 등 조립이 복잡하고 양산화에 문제점이 있다. 그리고 레이저다이오드(150), 광검출 수광소자(140), 및 그 외 전기소자를 장착하기 위한 본딩 스텝이 너무 많다는 문제점이 있다.Although the conventional TO can package reflective type laser diode module 2 can secure a stable structure even if an electric device is installed, precision should be secured in controlling the installation position of the 45 ° reflector 180, The light receiving element 140 needs to be vertically erected separately, which complicates assembly and has a problem in mass production. Also, there is a problem that there are too many bonding steps for mounting the laser diode 150, the photodetecting and receiving element 140, and other electric elements.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 반사경의 역할을 하는 실리콘 광벤치에 레이저다이오드와 광검출수광소자를 함께 설치함으로써 레이저다이오드와 광검출 수광소자를 따로 조립해야 하는 종래의 조립단계를 대폭 줄여서 양산성이 뛰어나도록 하고, 레이저다이오드에 대해 독립적으로 설치되는 반사경의 위치를 정밀하게 제어해야하는 부담을 감소시키며, 실리콘 광벤치가 반사경과 서브마운트의 역할을 동시에 하기 때문에 구성 부품수가 감소되어 생산단가를 낮출 수 있는 수직형 TO 캔 패키지 레이저다이오드 모듈 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
Therefore, a problem to be solved by the present invention is to provide a silicon optical bench, which serves as a reflector, together with a laser diode and an optical detecting and receiving element to greatly reduce the conventional assembling step of assembling the laser diode and the optical detecting and receiving element separately, It reduces the burden of precisely controlling the position of the reflector which is installed independently for the laser diode. Because the silicon optical bench acts as both the reflector and the submount, it reduces the number of components and reduces the production cost. Type TO can package laser diode module and a method of manufacturing the same.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 수직형 TO 캔 패키지 레이저다이오드 모듈은, According to an aspect of the present invention, there is provided a vertical TO can package laser diode module,

아래로 갈수록 폭이 좁아지도록 측벽이 경사지는 오목한 식각홈이 윗면에 형성된 상태로 스템 상에 설치되는 실리콘 광벤치;A silicon optical bench mounted on the stem with a concave etching groove formed on an upper surface of the silicon substrate so that a side wall of the silicon substrate is inclined downwardly in a downward direction;

상기 식각홈의 기저면에 부착 설치되는 레이저다이오드;A laser diode attached to a bottom surface of the etch groove;

상기 식각홈의 입구 어깨부에 부착 설치되는 광검출 수광소자;A photodetecting and receiving element attached to the entrance shoulder of the etched groove;

상기 스템을 덮도록 설치되는 캡;A cap installed to cover the stem;

상기 레이저다이오드의 상부 위치하도록 설치되는 출사창;을 포함하며, And an emission window installed above the laser diode,

상기 레이저다이오드의 전면에서 수평방향으로 출사되는 광은 상기 식각홈의 측벽에 의해 수평면에 대해서 수직한 위쪽 방향으로 반사되어 상기 출사창을 통하여 외부로 출사되고, 상기 레이저다이오드의 후면에서 수평방향으로 출사되는 광은 상기 식각홈의 측벽에 의해 수평면에 대해서 수직한 위쪽 방향으로 반사되어 상기 광검출 수광소자로 입력되는 것을 특징으로 한다. The light emitted in the horizontal direction from the front surface of the laser diode is reflected upward in a direction perpendicular to the horizontal plane by the sidewalls of the etching groove and is emitted to the outside through the exit window, Is reflected by the side wall of the etching groove in an upward direction perpendicular to the horizontal plane, and is input to the photodetecting and receiving element.

상기 광검출 수광소자는 상기 식각홈의 입구 안쪽으로 돌출되어 들어오도록 설치되는 것이 바람직하다. The photodetecting and receiving element is preferably installed so as to protrude into the entrance of the etch groove.

상기 식각홈의 측벽은 수평면에 대해서 45˚로 경사지는 것이 바람직하다. It is preferable that the side walls of the etching grooves are inclined at 45 degrees with respect to the horizontal plane.

상기 실리콘 광벤치가 (100)타입 실리콘 조각으로 이루어지는 경우에 상기 식각홈은 TMAH(tetramethylammonium hydroxide) 계열의 용액에 의하여 습식식각되어 이루어지는 것이 바람직하다. When the silicon optical bench is made of (100) type silicon pieces, it is preferable that the etching groove is wet-etched by a solution of TMAH (tetramethylammonium hydroxide) series.

상기 실리콘 광벤치는 레이저다이오드가 설치되는 레이저다이오드 광벤치와, 광검출 수광소자가 설치되는 수광소자 광벤치로 분리되어 서로 독립적으로 설치될 수 있다. The silicon optical bench may be installed separately from a laser diode optical bench on which a laser diode is mounted and a light receiving device optical bench on which an optical detecting and receiving device is mounted.

상기 스템과 상기 실리콘 광벤치 사이에 열전소자가 더 설치되는 것이 바람직하다.And a thermoelectric element is further provided between the stem and the silicon optical bench.

본 발명에 의하면, 실리콘 광벤치에 레이저다이오드와 광검출 수광소자가 동시에 조립될 수 있으므로 조립단계를 대폭 감소시킬 수 있고, 실리콘 광벤치에 45˚도 반사측벽이 형성되어 있으므로 실리콘 광벤치와 스템의 조립 정밀도만 확보되면 종래와 같이 반사경의 위치 등을 정밀하게 제어해야 하는 번거로움이 덜어진다. 그리고 서브마운트를 따로 사용하지 않고 가격이 저렴한 실리콘 광벤치가 서브마운트와 반사경의 역할을 동시에 하기 때문에 구성 부품수가 감소되어 생산단가가 절감된다.
According to the present invention, since the laser diode and the photodetecting and receiving element can be assembled at the same time on the silicon optical bench, the assembling step can be greatly reduced and the silicon optical bench is formed with the reflecting sidewall of 45 degrees. When the assembling precision is secured, it is not necessary to precisely control the position and the like of the reflector as in the prior art. And since the sub-mount and the inexpensive silicon optical bench serve both as a submount and reflector, the number of components is reduced and the production cost is reduced.

도 1은 종래의 TO 캔 패키지 레이저다이오드 모듈(1)을 설명하기 위한 도면;
도 2 및 도 3은 종래의 TO 캔 패키지 반사형 레이저다이오드 모듈(2)을 설명하기 위한 도면들;
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 수직형 TO 캔 패키지 레이저다이오드 모듈(3)을 설명하기 위한 도면;
도 5는 KOH 계열의 용액으로 습식식각하여 실리콘 광벤치(330)를 얻는 경우의 단점을 설명하기 위한 도면;
도 6은 도 4의 구성에 열전소자(390)가 더 설치되는 경우를 나타낸 도면;
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 수직형 TO 캔 패키지 레이저다이오드 모듈(3)을 설명하기 위한 도면;
도 8은 도 7의 구성에 열전소자(390)가 더 설치되는 경우를 나타낸 도면이다.
1 is a view for explaining a conventional TO can package laser diode module 1;
FIGS. 2 and 3 are views for explaining a conventional TO can package reflective laser diode module 2;
4 is a view for explaining a vertical TO-can package laser diode module 3 according to the first embodiment of the present invention;
5 is a view for explaining a disadvantage in the case of obtaining a silicon optical bench 330 by wet etching with a KOH-based solution;
6 is a view showing a case where a thermoelectric element 390 is additionally provided in the configuration of FIG. 4;
7 is a view for explaining a vertical TO-can package laser diode module 3 according to a second embodiment of the present invention;
8 is a view showing a case where a thermoelectric element 390 is additionally provided in the configuration of FIG.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예에 한정되는 것으로 해석돼서는 안 된다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following embodiments are provided to understand the contents of the present invention, and those skilled in the art will be able to make many modifications within the technical scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be construed as being limited to these embodiments.

[실시예 1][Example 1]

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 수직형 TO 캔 패키지 레이저다이오드 모듈(3)을 설명하기 위한 도면이다. 4 is a view for explaining the vertical TO-can package laser diode module 3 according to the first embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 수직형 TO 캔 패키지 레이저다이오드 모듈(3)은 스템(311)의 위에 캡(312)이 저항 용접되어 캔(310)을 이루고, 스템(311)의 윗면에는 실리콘 광벤치(330)가 유텍틱 본딩 또는 에폭시 본딩되어 탑재되며, 레이저다이오드(350)와 광검출 수광소자(340)가 실리콘 광벤치(330)에 유텍틱 본딩 또는 에폭시 본딩되어 탑재되는 구조를 취한다. 캡(311)에는 렌즈 또는 평면유리로 이루어지는 출사창(370)이 설치되고, 스템(311)에는 아래쪽으로 전극핀(320)이 설치된다. 4, a vertical TO-can package laser diode module 3 according to the present invention includes a can 310 on which a cap 312 is resistance-welded to form a can 310, and on a top surface of the stem 311, The structure in which the silicon optical bench 330 is mounted by eutectic bonding or epoxy bonding and the laser diode 350 and the photodetecting and receiving element 340 are mounted on the silicon optical bench 330 by the eutectic bonding or the epoxy bonding do. The cap 311 is provided with an exit window 370 formed of a lens or a flat glass and the stem 311 is provided with an electrode pin 320 downward.

레이저다이오드(350)와 광검출 수광소자(340) 이외의 기타 전기소자는 실리콘 광벤치(330)에 설치되기 보다는 스템(311) 상에 설치되는 것이 바람직하다.It is preferable that other electric elements other than the laser diode 350 and the light detecting and receiving element 340 are installed on the stem 311 rather than the silicon optical bench 330. [

실리콘 광벤치(330)는 아랫면과 윗면이 평행한 판 형상을 하며, 윗면에는 위로 올라갈수록 폭이 점점 넓어지도록 측벽이 경사지는 오목한 형태의 식각홈(333)이 형성된다. 식각홈(333)의 기저면(332)은 실리콘 광벤치(330)의 아랫면과 평행을 이루는 것이 바람직하다. The silicon optical bench 330 has a plate shape in which the lower surface and the upper surface are parallel to each other. On the upper surface of the silicon optical bench 330, a concave-shaped etch groove 333 whose side walls are inclined is formed. The bottom surface 332 of the etch groove 333 is preferably parallel to the bottom surface of the silicon optical bench 330.

식각홈(333)은 레이저다이오드(350)가 들어갈 수 있는 있는 정도의 크기이면 된다. 식각홈(333)은 경사진 반사측벽(331)을 갖는데, 레이저다이오드(350)는 전면과 후면이 이러한 반사측벽(331) 중에 앞측벽(331a)과 뒷측벽(331b)을 각각 바라보도록 식각홈(333)의 기저면(332)에 유텍틱 본딩 또는 에폭시 본딩되어 탑재된다. The etch groove 333 may be of a size such that the laser diode 350 can be inserted therein. The etch groove 333 has a sloping reflective sidewall 331. The laser diode 350 has a front surface and a rear surface formed on the reflective sidewall 331 to face the front sidewall 331a and the rear sidewall 331b, Bonded to the base surface 332 of the base 333 by epoxy bonding or epoxy bonding.

광검출 수광소자(340)는 레이저다이오드(350)의 후면 쪽에 위치하도록 설치되는데, 구체적으로 식각홈(333)의 입구 안으로 약간 돌출되어 들어오도록 식각홈(333)의 입구 어깨부에 설치된다. The photodetecting and receiving element 340 is installed on the rear side of the laser diode 350. The photodetecting and receiving element 340 is installed on the entrance shoulder of the etching groove 333 so as to protrude slightly into the entrance of the etching groove 333.

레이저다이오드(350)의 전면에서 출사되는 광은 식각홈(333)의 앞측벽(331a)에서 반사되어 수평면에 대해서 수직한 방향으로 위로 진행하여 출사창(370)을 통해 외부로 빠져나가고, 레이저다이오드(350)의 후면에서 출사되는 광은 식각홈(333)의 뒷측벽(331b)에서 반사되어 수평면에 대해서 수직한 방향으로 위로 진행하여 광검출 수광소자(140)로 입력된다. 광검출 수광소자(140)는 식각홈(333)의 입구안으로 약간 돌출되어 들어오도록 식각홈(333)의 입구 어깨부에 설치되기 때문에 이러한 입력이 가능하다. The light emitted from the front surface of the laser diode 350 is reflected by the front side wall 331a of the etching groove 333 and travels upward in a direction perpendicular to the horizontal plane to escape to the outside through the emission window 370, Light emitted from the rear surface of the substrate 350 is reflected by the rear side wall 331b of the etching groove 333 and travels upward in a direction perpendicular to the horizontal surface to be input to the photodetecting and receiving element 140. [ Since the light detecting and receiving element 140 is installed at the entrance shoulder of the etching groove 333 so as to protrude slightly into the entrance of the etching groove 333, such input is possible.

반사측벽(331)은 수평면에서 대해서 45˚경사지는 것이 바람직하다. 실리콘 광벤치(330)를 형성함에 있어서, (100)타입의 실리콘 웨이퍼 조각을 사용하는 경우에는 식각용액으로서 TMAH(tetramethylammonium hydroxide) 계열의 용액을 사용하여야 반사측벽(331)이 수평면에 대해서 45˚로 경사지게 되어 바람직하다. 만약, KOH 계열의 용액으로 습식식각하면 반사측벽(331)이 수평면에 대해 54.7˚로 경사지게 식각되므로 바람직하지 않다.It is preferable that the reflective sidewall 331 is inclined at an angle of 45 DEG with respect to the horizontal plane. In the case of using a silicon wafer piece of (100) type in forming the silicon optical bench 330, a solution of TMAH (tetramethylammonium hydroxide) as the etching solution must be used so that the reflection sidewall 331 is 45 degrees Which is preferable. If the wet etching is performed with the KOH series solution, the reflective sidewall 331 is etched at a slope of 54.7 DEG with respect to the horizontal plane.

이렇게 본 발명은 실리콘 조각에 습식식각 방법으로 식각홈(333)을 형성하는 것을 특징으로 하는데, 그 이유는 실리콘 조각을 가공하는 별도의 조치를 취하지 않더라도 단지 선택 부분을 습식식각하는 자체만으로 레이저다이오드(350)를 탑재하기 위한 평평한 기저면(332)과 45˚ 경사진 반사측벽(331)을 동시에 얻을 수 있기 때문이다. 물론, 광검출 수광소자(340)를 탑재하기 위한 식각홈(333)의 어깨부는 본래부터 실리콘 웨이퍼 조각의 표면이었기 때문에 기저면(332)과 같이 평평한 수평면을 이루고 있으므로 광검출 수광소자(340)의 설치를 위한 부분에 별도의 특별한 가공조치가 없어도 광검출 수광소자(340)가 재기능을 충분히 발휘할 수 있는 잇점도 있다. The present invention is characterized in that an etching groove 333 is formed on a silicon piece by a wet etching method because the etching of the silicon piece can be carried out only by wet etching of the selected portion, 350 can be obtained at the same time as the flat bottom surface 332 and the reflection side wall 331 inclined by 45 °. The shoulder portion of the etching groove 333 for mounting the photodetecting and receiving element 340 inherently has a flat horizontal surface like the base surface 332 because it is the surface of the silicon wafer piece. There is an advantage that the photodetecting and receiving element 340 can sufficiently exhibit its re-function even if there is no special special processing in the portion for the light receiving element 340. [

도 5는 KOH 계열의 용액으로 습식식각하여 실리콘 광벤치(330)를 얻는 경우의 단점을 설명하기 위한 도면이다. 5 is a view for explaining a disadvantage in the case of obtaining a silicon optical bench 330 by wet etching with a KOH series solution.

도 5를 참조하면, (100)타입의 실리콘 웨이퍼 조작을 KOH 계열의 용액으로 습식식각하면 반사측벽(331)이 수평면에 대하여 54.7˚로 경사지게 식각된다. 그러면 레이저다이오드(350)의 전면에서 출사되는 광이 식각홈(333)의 앞측벽(331a)에 의해서 위로 반사될 때 광경로가 수직축에 대해 19.4˚ 만큼 벗어나게 되고, 이에 레이저다이오드(350)의 전면에서 출사되는 광이 출사창(370)의 범위를 벗어나게 되어 제대로 외부로 빠져나가지 못하는 문제가 발생한다. Referring to FIG. 5, when the (100) type silicon wafer operation is wet etched with a KOH series solution, the reflective sidewall 331 is etched at an angle of 54.7 degrees with respect to the horizontal plane. When the light emitted from the front surface of the laser diode 350 is reflected upward by the front side wall 331a of the etching groove 333, the optical path is deviated by 19.4 degrees with respect to the vertical axis, The light emitted from the light emitting window 370 is out of the range of the emission window 370, and the light can not escape to the outside properly.

그러나 도 4에서와 같이 TMAH 계열의 용액으로 식각하게 되면 반사측벽(331)이 45˚로 경사지게 되므로 레이저다이오드(350)에서 수평방향으로 출사되는 광이 수평면에 대해서 수직하게 위로 반사되어 출사율이 좋아지게 된다. 4, since the reflective sidewall 331 is inclined at 45 degrees by etching with the solution of the TMAH series, the light emitted in the horizontal direction by the laser diode 350 is reflected vertically to the horizontal plane, .

도 6은 도 4의 구성에 열전소자(390)가 더 설치되는 경우를 나타낸 것이다. 도 6을 참조하면, 열전소자(390)가 실리콘 광벤치(330)와 스템(311) 사이에 개재되어 설치되며, 이러한 열전소자(390)는 레이저다이오드(350)의 동작온도를 제어하는데 유용하게 활용된다. 6 shows a case where a thermoelectric element 390 is additionally provided in the configuration of FIG. 6, a thermoelectric element 390 is interposed between the silicon optical bench 330 and the stem 311. This thermoelectric element 390 is useful for controlling the operating temperature of the laser diode 350 .

[제2실시예][Second Embodiment]

도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 수직형 TO 캔 패키지 레이저다이오드 모듈(3)을 설명하기 위한 도면으로서, 도 4의 실리콘 광벤치(330)가 레이저다이오드 광벤치(430)와 수광소자 광벤치(530)로 구분되어 개별적으로 설치되는 경우를 설명하기 위한 것이다. 7 is a view for explaining a vertical TO can package laser diode module 3 according to the second embodiment of the present invention, in which the silicon optical bench 330 of FIG. 4 includes a laser diode optical bench 430 and a light receiving element And the optical bench 530 are separately installed.

도 4에서와 같은 실리콘 광벤치(330)를 먼저 형성한 후에, 레이저다이오드(350)가 탑재되는 부분과 광검출 수광소자(340)가 탑재되는 부분으로 나뉘도록 이를 절단하여 레이저다이오드 광벤치(430)와 수광소자 광벤치(530)를 형성하는 것이 바람직하다. The silicon optical bench 330 is first formed as shown in FIG. 4 and then cut so as to be divided into a portion where the laser diode 350 is mounted and a portion where the light detecting and receiving element 340 is mounted, And the light receiving element optical bench 530 are preferably formed.

물론, 이렇게 실리콘 광벤치(330)를 하나의 덩어리로 만들었다가 절단하는 방식으로 레이저다이오드 광벤치(430)와 수광소자 광벤치(530)를 제조하는 방법 말고도, 애초부터 레이저다이오드 광벤치(430)와 수광소자 광벤치(530)를 따로 습식식각 과정을 통해서 제조할 수도 있다. Of course, in addition to the method of manufacturing the laser diode optical bench 430 and the light receiving device optical bench 530 in such a manner that the silicon optical bench 330 is made into a single lump and cut, the laser diode optical bench 430, And the photodetector optical bench 530 may be separately manufactured through a wet etching process.

식각홈(333)의 앞측벽(331a)은 레이저다이오드 광벤치(430)에 위치하고 뒷측벽(331b)은 수광소자 광벤치(530)에 위치하게 된다. 레이저다이오드 광벤치(430)와 수광소자 광벤치(530)를 이렇게 따로 설치하면 광출력 감시레벨을 더욱 자유자재로 조절할 수 있게 된다. The front side wall 331a of the etching groove 333 is located in the laser diode optical bench 430 and the rear side wall 331b is located in the light receiving element optical bench 530. [ When the laser diode optical bench 430 and the light-receiving element optical bench 530 are installed separately as described above, the optical output monitoring level can be adjusted more freely.

도 8은 도 7의 구성에 열전소자(390)가 더 설치되는 경우를 나타낸 것이다. 도 8을 참조하면, 열전소자(390)는 실리콘 광벤치(330)와 스템(311) 사이에 개재되어 설치되며, 따라서 레이저다이오드 광벤치(430)와 수광소자 광벤치(530)는 모두 열전소자(390) 상에 위치한다.
8 shows a case where a thermoelectric element 390 is additionally provided in the configuration of FIG. 8, the thermoelectric element 390 is interposed between the silicon optical bench 330 and the stem 311, so that the laser diode optical bench 430 and the light-receiving element optical bench 530 are both mounted on the thermoelectric element Gt; 390 < / RTI >

[제조방법][Manufacturing method]

도 9는 본 발명에 따른 수직형 TO 캔 패키지 레이저다이오드 모듈(3)을 제조하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 9 is a flowchart for explaining a method of manufacturing the vertical TO-can package laser diode module 3 according to the present invention.

먼저, 실리콘 광벤치(330)를 제조한다. 실리콘 광벤치(330)는 (100)타입의 실리콘 웨이퍼 조각의 표면을 TMAH 계열의 용액으로 습식식각하여 식각홈(333)의 저면(332)은 평평하고, 반사측벽(331)은 수평면에 대해서 45˚로 경사지도록 한다(S10).First, a silicon optical bench 330 is manufactured. The silicon optical bench 330 is formed by wet etching the surface of a (100) type silicon wafer piece with a solution of TMAH series so that the bottom surface 332 of the etching groove 333 is flat and the reflective side wall 331 is 45 (Step S10).

실리콘 광벤치(330)는 도 4에서와 같이 하나의 덩어리로 설치될 수도 있지만, 도 7에서와 같이 하나의 덩어리가 절단되어 레이저다이오드 광벤치(430)와 수광소자 광벤치(530)로 분리되어 개별적으로 설치될 수도 있다. The silicon optical bench 330 may be installed in one lump as shown in FIG. 4, but one lump is cut as shown in FIG. 7 to be separated into the laser diode optical bench 430 and the light receiving device optical bench 530 They may be installed separately.

습식식각 후에는 반사측벽(331)이 반사기능을 제대로 수행할 수 있도록 하기 위하여 반사측벽(331)에 반사층(미도시)을 코팅시키는 과정이 추가될 수 있다. After the wet etching, a process of coating a reflective layer (not shown) on the reflective sidewall 331 may be added so that the reflective sidewall 331 can perform a reflective function properly.

다음에, 레이저다이오드(350)와 광검출 수광소자(340)를 실리콘 광벤치(330)에 유텍틱 본딩 또는 에폭시 본딩시킨다. 이 때 레이저다이오드(350)는 식각홈(333)의 저면(332)에 위치하고, 광검출 수광소자(340)는 식각홈(333)의 입구 안으로 약간 돌출되어 들어오도록 식각홈(333)의 뒷측벽(331b)이 있는 입구 어깨부에 설치한다(S20). Next, the laser diode 350 and the photodetecting and receiving element 340 are bonded or epoxy-bonded to the silicon optical bench 330. The laser diode 350 is located on the bottom surface 332 of the etching groove 333 and the photodetecting and receiving element 340 is protruded into the entrance of the etching groove 333, (Step S20).

이어서, 스템(311)의 윗면에 열전소자(390)를 유텍틱 본딩 또는 에폭시 본딩시킨다(S30).Next, the thermoelectric element 390 is subjected to a tentative bonding or an epoxy bonding to the upper surface of the stem 311 (S30).

그리고 열전소자(390) 위에 실리콘 광벤치(330)를 유텍틱 본딩 또는 에폭시 본딩시킨다(S40). 도 7에서와 같이 실리콘 광벤치(330)과 레이저다이오드 광벤치(430)와 수광소자 광벤치(530)로 개별적으로 설치되는 경우에는 이들 모두가 열전소자(390) 위에 설치된다. Then, the silicon optical bench 330 is bonded or epoxy-bonded on the thermoelectric element 390 (S40). When these are separately installed in the silicon optical bench 330, the laser diode optical bench 430 and the light receiving element optical bench 530 as shown in FIG. 7, all of them are installed on the thermoelectric element 390.

마지막으로, 캡(312)을 스템(311)에 저항 용접시켜 접합시킴으로서 캔(310)을 완성한다. Finally, the can 310 is completed by resistance welding the cap 312 to the stem 311.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 실리콘 광벤치(330)에 레이저다이오드(350)와 광검출 수광소자(340)가 동시에 조립될 수 있으므로 조립단계를 대폭 감소시킬 수 있고, 실리콘 광벤치(330)에 45˚도 반사측벽(331)이 형성되어 있으므로 실리콘 광벤치(330)와 스템(311)의 조립 정밀도만 확보되면 종래와 같이 반사경(180)의 위치 등을 정밀하게 제어해야 하는 번거로움이 덜어진다. 그리고 서브마운트(31, 32, 131, 132)를 따로 사용하지 않고 가격이 저렴한 실리콘 광벤치(330)가 서브마운트와 반사경의 역할을 동시에 하기 때문에 구성 부품수가 감소되어 생산단가가 절감된다.
As described above, according to the present invention, since the laser diode 350 and the photodetecting and receiving element 340 can be simultaneously assembled to the silicon optical bench 330, the assembling step can be greatly reduced, The reflecting sidewall 331 is formed at 45 degrees on the silicon optical bench 330 and the stem 311. When the assembly precision of the silicon optical bench 330 and the stem 311 is secured, Loses. In addition, since the sub-mounts 31, 32, 131 and 132 are not used separately and the inexpensive silicon optical bench 330 serves both as a submount and a reflector, the number of constituent parts is reduced and the production cost is reduced.

1, 2, 3: 레이저다이오드 모듈
10, 110, 310: 캔
11, 111, 311: 스템
12, 112, 312: 캡
13: 돌출부
20, 120, 320: 전극핀
31, 32, 131, 132: 서브마운트
40, 140, 340: 광검출 수광소자
50, 150, 350: 레이저다이오드
70, 170, 370: 출사창
190, 390: 열전소자
330: 실리콘 광벤치
331: 반사측벽
331a: 앞측벽
331b: 뒷측벽
332: 기저면
333: 식각홈
430: 레이저다이오드 광벤치
530: 수광소자 광벤치1, 2, 3: Laser Diode Module
10, 110, 310: cans
11, 111, 311: Stem
12, 112, 312: cap
13:
20, 120, 320:
31, 32, 131, 132: Submount
40, 140, 340: optical detecting and receiving element
50, 150, 350: laser diode
70, 170, 370: Outgoing window
190, 390: thermoelectric element
330: Silicon optical bench
331: reflective sidewall
331a: front side wall
331b:
332:
333: etching groove
430: laser diode optical bench
530: Light receiving device optical bench

Claims (6)

아래로 갈수록 폭이 좁아지도록 측벽이 경사지는 오목한 식각홈이 윗면에 형성된 상태로 스템 상에 설치되는 실리콘 광벤치;
상기 식각홈의 기저면에 부착 설치되는 레이저다이오드;
상기 식각홈의 입구 어깨부에 부착 설치되는 광검출 수광소자;
상기 스템을 덮도록 설치되는 캡;
상기 레이저다이오드의 상부 위치하도록 설치되는 출사창;을 포함하며,
상기 레이저다이오드의 전면에서 수평방향으로 출사되는 광은 상기 식각홈의 측벽에 의해 수평면에 대해서 수직한 위쪽 방향으로 반사되어 상기 출사창을 통하여 외부로 출사되고, 상기 레이저다이오드의 후면에서 수평방향으로 출사되는 광은 상기 식각홈의 측벽에 의해 수평면에 대해서 수직한 위쪽 방향으로 반사되어 상기 광검출 수광소자로 입력되는 것을 특징으로 하는 TO 캔 패키지 레이저다이오드 모듈. A silicon optical bench mounted on the stem with a concave etching groove formed on an upper surface of the silicon substrate so that a side wall of the silicon substrate is inclined downwardly in a downward direction;
A laser diode attached to a bottom surface of the etch groove;
A photodetecting and receiving element attached to the entrance shoulder of the etched groove;
A cap installed to cover the stem;
And an emission window installed above the laser diode,
The light emitted in the horizontal direction from the front surface of the laser diode is reflected upward in a direction perpendicular to the horizontal plane by the sidewalls of the etching groove and is emitted to the outside through the exit window, Is reflected in an upward direction perpendicular to the horizontal plane by the side wall of the etched groove, and is input to the light detecting and receiving element. 제1항에 있어서, 상기 광검출 수광소자가 상기 식각홈의 입구 안쪽으로 돌출되어 들어오도록 설치되는 것을 특징으로 하는 TO 캔 패키지 레이저다이오드 모듈. The TO can package laser diode module according to claim 1, wherein the photodetecting and receiving element is installed so as to protrude into an inlet of the etching groove. 제1항에 있어서, 상기 식각홈의 측벽이 수평면에 대해서 45˚로 경사지는 것을 특징으로 하는 TO 캔 패키지 레이저다이오드 모듈. The TO can package laser diode module according to claim 1, wherein the sidewalls of the etched grooves are inclined at 45 degrees with respect to a horizontal plane. 제3항에 있어서, 상기 실리콘 광벤치가 (100)타입 실리콘 조각으로 이루어지고, 상기 식각홈은 TMAH(tetramethylammonium hydroxide) 계열의 용액에 의하여 습식식각되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 TO 캔 패키지 레이저다이오드 모듈. The TO can package laser diode module according to claim 3, wherein the silicon optical bench is made of a (100) type silicon piece, and the etch groove is wet etched by a solution of TMAH (tetramethylammonium hydroxide) series. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 광벤치가 레이저다이오드가 설치되는 레이저다이오드 광벤치와, 광검출 수광소자가 설치되는 수광소자 광벤치로 분리되어 서로 독립적으로 설치되는 것을 특징으로 하는 TO 캔 패키지 레이저다이오드 모듈. 2. The TO can package laser diode as set forth in claim 1, wherein said silicon optical bench is separated from a laser diode optical bench provided with a laser diode and a light receiving device optical bench provided with an optical detecting and receiving element, module. 제1항에 있어서, 상기 스템과 상기 실리콘 광벤치 사이에 열전소자가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 TO 캔 패키지 레이저다이오드 모듈. The TO can package laser diode module according to claim 1, further comprising a thermoelectric element between the stem and the silicon optical bench.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20220089097A (en) 2020-12-21 2022-06-28 한국전자기술연구원 Laser package module

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