KR20190053380A - 광 결합 장치 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광 결합 장치 및 그의 제조 방법을 개시한다. 그의 장치는, 제 1 순방향 테이퍼 부를 포함하는 제 1 도파로와, 상기 제 1 도파로 상에 배치되고, 상기 제 1 순방향 테이퍼 부와 반대되는 방향의 제 1 역방향 테이퍼 부를 포함하는 제 2 도파로와, 상기 제 1 및 제 2 도파로들 사이에 배치되고, 상기 제 1 순방향 테이퍼 부와 상기 제 1 역방향 테이퍼 부 사이의 거리에 대응되는 두께를 갖는 층간 도파로를 포함한다.
Description
본 발명은 광학 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광 결합 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 전송 데이터 용량의 급격한 증가로 인해 반도체 집적회로의 고집적화에 대한 요구가 폭발적으로 증가하고 있다. 이런 요구 사항을 충족시키기 위해 2차원 반도체 칩의 밀도는 점차 놀아지고 있으나, 다양한 요인들로 인하여 반도체 회로의 집적도는 지속적으로 증가하지 못하고 있는 실정이다. 이에 대한 대안으로 3차원 반도체 칩에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 마찬가지로, 광통신 분야에서도 3차원의 포토닉 집적회로(PIC)의 연구들이 점차 진행되고 있는 추세이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 최단 거리로 연결될 수 있는 광 결합 장치 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명은 광 결합 장치를 개시한다. 그의 장치는, 제 1 순방향 테이퍼 부를 포함하는 제 1 도파로; 상기 제 1 도파로 상에 배치되고, 상기 제 1 순방향 테이퍼 부와 반대되는 방향의 제 1 역방향 테이퍼 부를 포함하는 제 2 도파로; 및 상기 제 1 및 제 2 도파로들 사이에 배치되고, 상기 제 1 순방향 테이퍼 부와 상기 제 1 역방향 테이퍼 부 사이의 거리에 대응되는 두께를 갖는 층간 도파로를 포함한다.
일 예에 따르면, 상기 층간 도파로는: 상기 제 2 도파로 아래에 배치되고, 상기 제 1 순방향 테이퍼 부와 동일한 방향으로 배치된 제 2 순방향 테이퍼 부; 및 상기 제 1 도파로 상에 배치되고, 상기 제 1 역방향 테이퍼 부와 동일한 방향으로 배치된 제 2 역방향 테이퍼 부를 포함할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 층간 도파로는 상기 제 2 순방향 테이퍼 부와 제 2 역방향 테이퍼 부 사이에 연결된 층간 연결 부를 더 포함할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 층간 연결 부는 상기 제 1 순방향 테이퍼 부와 상기 제 1 역방향 테이퍼 부들 사이에 배치될 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 층간 연결 부는 상기 제 1 및 제 2 도파로들의 폭보다 넓은 폭을 가질 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 층간 도파로는 배 모양을 가질 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 제 1 도파로, 상기 층간 도파로 및 상기 제 2 도파로를 둘러싸는 클래드를 더 포함하고, 상기 층간 도파로는 상기 제 1 및 제 2 도파로들의 굴절률보다 낮고, 상기 클래드보다 높은 굴절률을 가질 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 클래드는 실리콘 산화물을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 도파로들의 각각은 실리콘 질화물을 포함할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 층간 도파로는 실리콘 산 질화물을 포함할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 제 1 역방향 테이퍼 부는 상기 제 1 순방향 테이퍼 부에 정렬될 수 있다.
일 예에 따르면, 본 발명의 일 예에 따른 광 결합 장치의 제조 방법은, 기판 상에 하부 클래드를 형성하는 단계; 상기 하부 클래드 상에 제 1 순방향 테이퍼 부를 갖는 제 1 도파로를 형성하는 단계; 상기 제 1 도파로 및 상기 하부 클래드 상에서 상기 제 1 순방향 테이퍼 부를 국부적으로 노출하는 트렌치를 갖는 층간 클래드를 형성하는 단계; 상기 트렌치 내에 층간 도파로를 형성하는 단계; 및 상기 층간 도파로의 일부와 상기 광 결합기 상에 제 2 도파로를 형성하는 단계를 포함한다.
일 예에 따르면, 상기 층간 도파로를 형성하는 단계는 실리콘 산 질화물의 화학기상증착공정및 화학적기계적연마공정을 포함할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 제 2 도파로 및 상기 층간 도파로 상에 상부 클래드 층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 광 결합 장치는, 제 1 방향을 갖는 제 1 도파로; 상기 제 1 도파로 상에 배치되고 상기 제 1 방향을 갖는 제 2 도파로; 및 상기 제 1 및 제 2 도파로들 사이에 배치되고, 상기 제 1 및 제 2 도파로들 사이의 거리에 대응되는 두께를 갖는 층간 도파로를 포함한다. 여기서, 상기 층간 도파로는: 상기 제 1 도파로 외곽의 상기 제 2 도파로 아래에 상기 제 1 방향으로 배치된 순방향 테이퍼 부; 및 상기 제 2 도파로 외곽의 상기 제 1 도파로 상에 상기 제 1 방향과 반대되는 방향으로 배치된 역방향 테이퍼 부를 포함할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 층간 도파로는 상기 순방향 테이퍼 부와 역방향 테이퍼 부 사이에 연결되고, 상기 제 1 및 제 2 도파로들의 폭보다 넓은 폭을 갖는 층간 연결 부를 더 포함할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 제 2 도파로는 상기 층간 연결 부 상에 상기 제 1 방향과 반대 방향으로 배치된 상부 테이퍼 부를 가질 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 제 1 도파로는 상기 층간 연결 부 아래에 상기 제 1 방향으로 배치된 하부 테이퍼 부를 가질 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 상부 테이퍼 부는 상기 하부 테이퍼 부 상에 정렬될 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 순방향 테이퍼 부, 상기 역방향 테이퍼 부 및 상기 층간 연결 부의 각각은: 제 1 내지 제 3 저 굴절률 층들; 및 상기 제 1 내지 제 3 저 굴절률 층들과 교번하여 배치되며, 상기 제 1 내지제 3 저 굴절률 층들의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는 제 1 및 제 2 고 굴절률 층들을 포함할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 고 굴절률 층들의 상기 굴절률은 상기 제 1 및 제 2 도파로들의 굴절률과 동일할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 제 1 고 굴절률 층은 상기 제 2 고 굴절률 층보다 얇을 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 제 1 내지 제 3 저 굴절률 층들은 실리콘 산 질화물을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 고굴절률 층은 실리콘 질화물을 포함할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 층간 도파로는 배 모양을 가질 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 광 결합 장치는 제 1 도파로의 제 1 순방향 테이퍼 부와, 제 2 도파로의 제 1 역방향 테이퍼 부 사이의 거리에 대응되는 두께를 갖는 층간 도파로를 포함할 수 있다. 상기 층간 도파로는 상기 제 1 순방향 테이퍼 부와 상기 제 1 역방향 테이퍼 부 사이를 최단거리로 연결할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 광 결합 장치를 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1의 광 결합 장치의 평면도이다.
도 3은 도 1의 I-I' 선상을 절취하여 보여주는 단면도이다.
도 4는 도 1의 광 결합 장치의 제조 방법을 보여주는 플로우 챠트이다.
도 5 내지 도 10은 도 1의 광 결합 장치의 제조 방법을 보여주는 공정 단면도들이다.
도 2는 도 1의 광 결합 장치의 평면도이다.
도 3은 도 1의 I-I' 선상을 절취하여 보여주는 단면도이다.
도 4는 도 1의 광 결합 장치의 제조 방법을 보여주는 플로우 챠트이다.
도 5 내지 도 10은 도 1의 광 결합 장치의 제조 방법을 보여주는 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 층이 다른 층 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 굴곡으로 형성된 층은 평탄하게 형성될 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 광 결합 장치(100)를 보여준다. 도 2는 도 1의 광 결합 장치(100)의 평면도이고, 도 3은 도 1의 I-I' 선상을 절취하여 보여주는 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 광 결합 장치(100)는 3차원 광 결합기일 수 있다. 일 예에 따르면, 광 결합 장치(100)는 기판(10), 클래드(20), 제 1 도파로(30), 제 2 도파로(40) 및 층간 도파로(50)를 포함할 수 있다.
상기 기판(10)은 실리콘 웨이퍼를 포함할 수 있다. 이와 달리, 상기 기판(10)은 인쇄회로기판을 포함할 수 있다.
상기 클래드(20)는 상기 기판(10) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 클래드(20)는 실리콘 산화물(SiO2)를 포함할 수 있다. 상기 제 1 도파로(30), 제 2 도파로(40) 및 상기 층간 도파로(50)는 상기 클래드(20) 내에 배치될 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 클래드(20)는 하부 클래드(22), 층간 클래드(24) 및 상부 클래드(26)를 포함할 수 있다. 상기 하부 클래드(22)는 상기 기판(10)과 상기 제 1 도파로(30) 사이에 배치될 수 있다. 상기 층간 클래드(24)는 상기 하부 클래드(22) 및 상기 제 1 도파로(30) 상에 배치될 수 있다. 상기 상부 클래드(26)는 상기 층간 클래드(24), 제 2 도파로(40) 및 층간 도파로(50) 상에 배치될 수 있다.
상기 제 1 도파로(30)는 상기 하부 클래드(22) 상에 배치될 수 있다. 상기 제 1 도파로(30)는 제 1 방향(x)으로 배치될 수 있다. 상기 제 1 도파로(30)는 상기 클래드(20)의 굴절률보다 높은 굴절률을 가질 수 있다. 상기 제 1 도파로(30)는 실리콘 질화물(SiNx)을 포함할 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 제 1 도파로(30)는 제 1 순방향 테이퍼 부(32)를 포함할 수 있다. 상기 제 1 순방향 테이퍼 부(32)는 평면적 관점에서 제 2 도파로(40)의 방향으로 테이퍼질 수 있다. 상기 제 1 순방향 테이퍼 부(32)가 상기 제 1 방향(x)으로 배치될 경우, 상기 제 1 순방향 테이퍼 부(32)의 제 2 방향(y)의 폭은 점진적으로 감소할 수 있다. 여기서, 순방향은 광(60)의 진행 방향으로 정의될 수 있다. 상기 광(60)은 상기 제 1 도파로(30), 상기 층간 도파로(50) 및 제 2 도파로(40)에 순차적으로 제공될 수 있다. 즉, 상기 순방향은 상기 제 1 방향(x)일 수 있다.
상기 제 2 도파로(40)는 상기 제 1 도파로(30) 상에 배치될 수 있다. 상기 제 2 도파로(40)는 상기 제 1 방향(x)으로 배치될 수 있다. 상기 제 2 도파로(40)는 실리콘 질화물을 포함할 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 제 2 도파로(40)는 제 1 역방향 테이퍼 부(42)를 포함할 수 있다. 상기 제 1 역방향 테이퍼 부(42)는 상기 제 1 순방향 테이퍼 부(32) 상에 정렬 및/또는 중첩될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 역방향 테이퍼 부(42)는 상기 제 1 순방향 테이퍼 부(32)의 길이와 동일한 길이를 가질 수 있다. 상기 제 1 역방향 테이퍼 부(42)가 상기 제 1 방향(x)과 반대되는 방향으로 배치될 경우, 상기 제 1 역방향 테이퍼 부(42)의 상기 제 2 방향(y) 방향의 폭은 점진적으로 감소할 수 있다. 여기서, 역방향은 상기 광(60)의 진행방향과 반대되는 방향으로 정의될 수 있다. 즉, 상기 역방향은 상기 제 1 방향(x)와 반대되는 방향일 수 있다.
상기 층간 도파로(50)는 상기 제 1 도파로(30)와 상기 제 2 도파로(40) 사이에 배치될 수 있다. 상기 층간 도파로(50)는 상기 제 1 도파로(30)와 상기 제 2 도파로(40)의 굴절률보다 낮고, 상기 클래드(20)의 굴절률보다 높은 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 층간 도파로(50)는 실리콘 산 질화물(SiON)을 포함할 수 있다. 상기 층간 도파로(50)는 배 모양(ship shape)을 가질 수 있다. 상기 층간 도파로(50)는 상기 제 1 도파로(30)를 상기 기판(10)에 수직한 방향으로 상기 제 2 도파로(40)에 연결시킬 수 있다. 따라서, 상기 제 1 도파로(30)는 상기 층간 도파로(50)에 의해 상기 제 2 도파로(40)에 최단거리로 연결될 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 층간 도파로(50)는 상기 제 1 순방향 테이퍼 부(32)와 상기 제 1 역방향 테이퍼 부(42) 사이의 거리(D1)에 대응되는 두께(T1)를 가질 수 있다. 즉, 상기 층간 도파로(50)의 상기 두께(T1)는 상기 제 1 순방향 테이퍼 부(32)와 상기 제 1 역방향 테이퍼 부(42) 사이의 상기 거리(D1)와 동일할 수 있다. 따라서, 상기 층간 도파로(50)는 상기 제 1 순방향 테이퍼 부(32)와 상기 제 1 역방향 테이퍼 부(42) 사이를 최단거리로 연결할 수 있다.
도시되지는 않았지만, 상기 제 1 도파로(30)와 교차하는 방향의 제 3 도파로(미도시) 또는 광 소자가 상기 제 2 도파로(40)의 아래에 배치될 경우, 상기 층간 도파로(50)는 상기 제 2 도파로(40)와 상기 제 3 도파로 사이의 크로스 톡 간섭 및/또는 노이즈를 방지할 수 있다. 상기 제 1 도파로(30)은 상기 제 3 도파로와 동일한 높이에 배치될 수 있다. 일반적으로, 광소자들 또는 광 도파로들은 약 1㎛이상의 거리로 이격될 경우, 그들 사이의 크로스 톡 간섭 및/또는 노이즈는 제거될 수 있다. 따라서, 층간 도파로(50)는 제 1 도파로(30)와 동일한 레벨의 제 3 도파로와 제 2 도파로(40) 사이의 수직 거리를 1㎛ 이상으로 증가시켜 상기 제 3 도파로와 제 2 도파로(40) 사이의 크로스 톡 간섭 및/또는 노이즈를 제거할 수 있다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 층간 도파로(50)는 제 2 순방향 테이퍼 부(52), 제 2 역방향 테이퍼 부(54) 및 층간 연결 부(56)를 포함할 수 있다.
상기 제 2 순방향 테이퍼 부(52)와 상기 제 2 역방향 테이퍼 부(54)는 상기 층간 연결부(56)의 양측 측벽들에 연결된 양방향 테이퍼 부들일 수 있다. 상기 제 2 순방향 테이퍼 부(52)는 상기 제 2 도파로(40) 아래에 배치될 수 있다. 상기 제 2 순방향 테이퍼 부(52)는 평면적 관점에서 상기 제 1 순방향 테이퍼 부(32)의 일부와 중첩될 수 있다. 이와 달리, 상기 제 2 순방향 테이퍼 부(52)는 순방향으로 상기 제 1 순방향 테이퍼 부(32)로부터 분리될 수 있다.
상기 제 2 역방향 테이퍼 부(54)는 제 1 도파로(30) 상에 배치될 수 있다. 상기 제 2 역방향 테이퍼 부(54)는 주로 상기 제 1 도파로(30) 상에 배치되고, 평면적 관점에서 상기 제 1 역방향 테이퍼 부(42)와 일부 중첩될 수 있다. 상기 광(60)은 상기 제 1 도파로(30)로부터 상기 제 2 역방향 테이퍼 부(54)로 전달될 수 있다. 이와 달리, 상기 제 2 역방향 테이퍼 부(54)는 역방향으로 상기 제 1 역방향 테이퍼 부(42)로부터 분리될 수 있다.
상기 층간 연결 부(56)는 상기 제 1 방향(x)으로 상기 제 2 순방향 테이퍼 부(52) 및 제 2 역방향 테이퍼 부(54) 사이에 배치될 수 있다. 상기 층간 연결 부(56)는 제 3 방향(z)으로 상기 제 1 순방향 테이퍼 부(32)와 상기 제 1 역방향 테이퍼 부(42) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 층간 연결 부(56)는 상기 제 1 순방향 테이퍼 부(32)의 길이 또는 상기 제 1 역방향 테이퍼 부(42)의 길이와 동일한 길이를 가질 수 있다. 또한, 상기 층간 연결 부(56)는 상기 제 1 도파로(30)와 상기 제 2 도파로(40)의 폭보다 넓은 폭(W1)을 가질 수 있다. 상기 광(60)이 제 1 순방향 테이퍼 부(32)에서 상기 층간 연결 부(56)로 제공되면, 상기 광(60)의 모드(미도시)는 상기 층간 연결 부(56)에서 확장될 수 있다. 또한, 상기 광(60)이 상기 층간 연결 부(56)에서 상기 제 1 역방향 테이퍼 부(42)로 제공되면, 상기 광(60)의 모드는 상기 제 1 역방향 테이퍼 부(42) 내에서 감소될 수 있다. 따라서, 상기 광(60)의 모드는 상기 층간 도파로(50)를 통해 상기 제 1 도파로(30)에서 상기 제 2 도파로(40)로 결합(coupled)될 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 광 결합 장치(100)의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 4는 도 1의 광 결합 장치(100)의 제조 방법을 보여준다.
도 4를 참조하면, 광 결합 장치(100)의 제조 방법은, 하부 클래드(22)를 형성하는 단계(S10), 제 1 도파로(30)를 형성하는 단계(S20), 층간 클래드(24)를 형성하는 단계(S30), 층간 도파로(50)를 형성하는 단계(S40), 제 2 도파로(40)를 형성하는 단계(S50), 및 상부 클래드(26)를 형성하는 단계(S60)를 포함할 수 있다.
도 5 내지 도 10은 도 1의 광 결합 장치(100)의 제조 방법을 보여주는 공정 단면도들이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 기판(10) 상에 상기 하부 클래드(22)를 형성한다(S10). 상기 하부 클래드(22)는 화학기상증착 공정 또는 급속 열처리 공정(RTP)으로 형성된 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.
도 4 및 도 6을 참조하면, 상기 하부 클래드(22) 상에 상기 제 1 도파로(30)를 형성한다(S20). 상기 제 1 도파로(30)는 실리콘 질화물 층(미도시)의 화학기상증착 공정, 포토리소그래피 공정 및 식각 공정에 의해 형성될 수 있다. 먼저, 실리콘 질화물 층은 상기 하부 클래드(22) 상에 화학기상증착방법으로 증착될 수 있다. 상기 실리콘 질화물 층의 일부 상 포토레지스트 패턴(미도시)이 형성되면, 상기 실리콘 질화물 층은 상기 포토레지스트 패턴을 따라 식각되어 상기 제 1 도파로(30)으로 형성될 수 있다. 이후, 상기 포토레지스트 패턴은 유기 용매에 의해 제거될 수 있다. 상기 제 1 도파로(30)는 상기 제 1 순방향 테이퍼 부(32)를 가질 수 있다.
도 4 및 도 7을 참조하면, 상기 하부 클래드(22) 및 상기 제 1 도파로(30) 상에 층간 클래드(24)를 형성한다(S30). 상기 층간 클래드(24)는 화학기상증착 공정으로 형성된 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 상기 층간 클래드(24)는 상기 제 1 도파로(30)의 일부, 상기 하부 클래드(22)의 일부 및 상기 제 1 순방향 테이퍼 부(32)를 노출하는 트렌치(25)를 가질 수 있다. 상기 트렌치(25)는 포토리소그래피 공정 및 식각 공정에 의해 형성될 수 있다.
도 4 및 도 8을 참조하면, 상기 층간 클래드(24)의 트렌치(25) 내에 층간 도파로(50)를 형성한다(S40). 상기 층간 도파로(50)는 실리콘 산 질화물(SiON) 층의 화학기상증착 공정과, 상기 층간 클래드(24)의 평탄화 공정에 의해 형성될 수 있다. 상기 실리콘 산 질화물 층은 상기 트렌치(25) 내의 상기 제 1 순방향 테이퍼 부(32) 및 상기 층간 클래드(24) 상에 증착될 수 있다. 상기 실리콘 산 질화물 층은 상기 트렌치(25)를 매립할 수 있다. 상기 층간 클래드(24)가 노출될 때까지 상기 실리콘 산 질화물 층은 화학적기계적연마 방법에 의해 평탄화될 수 있다. 상기 층간 도파로(50)는 상기 트렌치(25) 내에 형성될 수 있다.
도 4 및 도 9를 참조하면, 상기 층간 클래드(24)의 일부와 상기 층간 도파로(50)의 일부 상에 제 2 도파로(40)를 형성한다(S50). 상기 제 2 도파로(40)는 실리콘 질화물 층의 화학기상증착 공정, 포토리소그래피 공정 및 식각 공정에 의해 형성될 수 있다.
도 4 및 도 10을 참조하면, 상기 층간 클래드(24)와 상기 제 2 도파로(40) 상에 상부 클래드(26)를 형성한다(S60). 상부 클래드(26)는 화학기상증착 공정으로 형성된 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 예에 따른 광 결합 장치(100)를 보여준다.
도 11을 참조하면, 층간 도파로(50)의 제 2 순방향 테이퍼 부(52), 제 2 역방향 테이퍼 부(54) 및 층간 연결 부(56)의 각각은 저 굴절률 층들(70) 및 고 굴절률 층들(80)을 포함할 수 있다. 저 굴절률 층들(70)은 상기 고 굴절률 층들(80)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 저 굴절률 층들(70)이 실리콘 산 질화물일 경우, 상기 고 굴절률 층들(80)은 실리콘 질화물일 수 있다. 상기 고 굴절률 층들(80)은 상기 저 굴절률 층들(70) 사이에 배치될 수 있다. 상기 저 굴절률 층들(70)이 제 1 내지 제 3 저 굴절률 층들(72, 74, 76)을 포함할 경우, 상기 고 굴절률 층들(80)은 제 1 및 제 2 고 굴절률 층들(82, 84)을 포함할 수 있다. 상기 제 2 고 굴절률 층(84)은 상기 제 1 고 굴절률 층(82) 상에 배치될 수 있다. 상기 제 2 고 굴절률 층(84)은 상기 제 1 고 굴절률 층(82) 보다 두꺼울 수 있다. 즉, 상기 제 2 고 굴절률 층(84)은 상기 제 1 고 굴절률 층(82)의 유효 굴절률보다 높은 유효 굴절률을 가질 수 있다. 상기 광(60)은 유효 굴절률이 높은 방향으로 진행(propagate)할 수 있다. 상기 광(60)은 상기 제 1 및 제 2 고 굴절률 층들(82, 84)에 순차적으로 제공될 수 있다. 반면, 상기 광(60)은 상기 제 2 고 굴절률 층(84)에서 상기 제 1 고 굴절률 층(82)으로 전달되지 못할 수 있다.
광 결합 장치(100)의 기판(10), 클래드(20), 제 1 도파로(30) 및 제 2 도파로(40)는 도 1과 동일하게 구성될 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 예에 따른 광 결합 장치(100)를 보여준다.
도 12를 참조하면, 제 1 도파로(30)의 제 1 순방향 테이퍼 부(32)는 층간 도파로(50)의 제 2 역방향 테이퍼 부(54)와 중첩되고, 제 2 도파로(40)의 제 1 역방향 테이퍼 부(42)는 제 2 순방향 테이퍼 부(52)와 중첩될 수 있다. 광(60)은 상기 제 1 도파로(30)에서 상기 제 2 도파로(40)까지 전달될 수 있다. 이와 달리, 상기 광(60)은 상기 제 2 도파로(40)에서 상기 제 1 도파로(30)까지 전달될 수 있다.
광 결합 장치(100)의 기판(10) 및 클래드(20)는 도 1과 동일할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 예에 따른 광 결합 장치(100)를 보여준다.
도 13을 참조하면, 층간 도파로(50)의 제 2 순방향 테이퍼 부(52), 제 2 역방향 테이퍼 부(54) 및 층간 연결 부(56)의 각각은 저 굴절률 층들(70) 및 고 굴절률 층들(80)을 포함할 수 있다. 상기 저 굴절률 층들(70)은 제 1 내지 제 3 저 굴절률 층들(72, 74, 76)을 포함하고, 상기 고 굴절률 층들(80)은 제 1 내지 제 3 저 굴절률 층들(72, 74, 76) 내에 교번하여 배치되는 제 1 및 제 2 고 굴절률 층들(82, 84)을 포함할 수 있다. 상기 제 2 고 굴절률 층(84)은 상기 제 1 고 굴절률 층(82) 보다 두꺼울 수 있다.
제 1 도파로(30)의 제 1 순방향 테이퍼 부(32)는 상기 제 2 역방향 테이퍼 부(54)와 중첩될 수 있다. 제 2 도파로(40)의 제 1 역방향 테이퍼 부(42)는 상기 제 2 순방향 테이퍼 부(52)와 중첩될 수 있다. 광(60)은 상기 제 1 도파로(30)에서 상기 제 2 도파로(40)까지 전달될 수 있다.
광 결합 장치(100)의 기판(10) 및 클래드(20)는 도 1과 동일할 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 예에 따른 광 결합 장치(100)를 보여준다.
도 14를 참조하면, 층간 도파로(50)의 제 1 고 굴절률 층(82)은 제 2 고 굴절률 층(84)보다 두꺼울 수 있다. 광(60)은 제 2 도파로(40)으로부터 제 1 도파로(30)까지 진행할 수 있다.
상기 층간 도파로(50)의 저 굴절률 층들(70)은 도 11과 동일하게 구성되며, 광 결합 장치(100)의 기판(10), 클래드(20), 제 1 도파로(30), 제 2 도파로(40)는 도 12와 동일하게 구성될 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 예에 따른 광 결합 장치(100)를 보여준다.
도 15를 참조하면, 광 결합 장치(100)는 아이솔레이터일 수 있다. 일 예에 따르면, 제 1 도파로(30)는 도 1의 제 1 순방향 테이퍼 부(32) 없이 제 1 방향(x)으로 연장할 수 있다.
층간 도파로(50)의 제 2 순방향 테이퍼 부(52), 제 2 역방향 테이퍼 부(54) 및 층간 연결 부(56)의 각각은 저 굴절률 층들(70)의 제 1 내지 제 4 저 굴절률 층들(72, 74, 76, 78)과, 고 굴절률 층들(80)의 제 1 내지 제 3 고 굴절률 층들(82, 84, 86)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 내지 제 3 고 굴절률 층들(82, 84, 86)은 상기 제 1 내지 제 4 저 굴절률 층들(72, 74, 76, 78)과 교번하여 적층될 수 있다. 상기 제 1 내지 제 3 고 굴절률 층들(82, 84, 86)의 두께는 그들의 높이에 반비례할 수 있다. 광(60)은 제 2 도파로(40)를 통해 층간 도파로(50)과 상기 제 1 도파로(30)에 제공될 수 있다. 반면, 상기 광(60)이 상기 제 1 도파로(30)에 제공되면, 상기 층간 도파로(50)는 상기 광(60)을 제 2 도파로(40)으로 전달하지 못할 수 있다.
광 결합 장치(100)의 기판(10) 및 클래드(20)는 도 1과 동일할 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 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 실시 예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Claims (13)
- 제 1 순방향 테이퍼 부를 포함하는 제 1 도파로;
상기 제 1 도파로 상에 배치되고, 상기 제 1 순방향 테이퍼 부와 반대되는 방향의 제 1 역방향 테이퍼 부를 포함하는 제 2 도파로; 및
상기 제 1 및 제 2 도파로들 사이에 배치되고, 상기 제 1 순방향 테이퍼 부와 상기 제 1 역방향 테이퍼 부 사이의 거리에 대응되는 두께를 갖는 층간 도파로를 포함하는 광 결합 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 층간 도파로는:
상기 제 2 도파로 아래에 배치되고, 상기 제 1 순방향 테이퍼 부와 동일한 방향으로 배치된 제 2 순방향 테이퍼 부; 및
상기 제 1 도파로 상에 배치되고, 상기 제 1 역방향 테이퍼 부와 동일한 방향으로 배치된 제 2 역방향 테이퍼 부를 포함하는 광 결합 장치.
- 제 2 항에 있어서,
상기 층간 도파로는 상기 제 2 순방향 테이퍼 부와 제 2 역방향 테이퍼 부 사이에 연결된 층간 연결 부를 더 포함하는 광 결합 장치.
- 제 3 항에 있어서,
상기 층간 연결 부는 상기 제 1 순방향 테이퍼 부와 상기 제 1 역방향 테이퍼 부들 사이에 배치되는 광 결합 장치.
- 제 3 항에 있어서,
상기 층간 연결 부는 상기 제 1 및 제 2 도파로들의 폭보다 넓은 폭을 갖는 광 결합 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 층간 도파로는 배 모양을 갖는 광 결합 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 도파로, 상기 층간 도파로 및 상기 제 2 도파로를 둘러싸는 클래드를 더 포함하되,
상기 층간 도파로는 상기 제 1 및 제 2 도파로들의 굴절률보다 낮고, 상기 클래드보다 높은 굴절률을 갖는 광 결합 장치.
- 제 7 항에 있어서,
상기 클래드는 실리콘 산화물을 포함하되,
상기 제 1 및 제 2 도파로들의 각각은 실리콘 질화물을 포함하는 광 결합 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 층간 도파로는 실리콘 산 질화물을 포함하는 광 결합 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 역방향 테이퍼 부는 상기 제 1 순방향 테이퍼 부에 정렬되는 광 결합 장치.
- 기판 상에 하부 클래드를 형성하는 단계;
상기 하부 클래드 상에 제 1 순방향 테이퍼 부를 갖는 제 1 도파로를 형성하는 단계;
상기 제 1 도파로 및 상기 하부 클래드 상에서 상기 제 1 순방향 테이퍼 부를 국부적으로 노출하는 트렌치를 갖는 층간 클래드를 형성하는 단계;
상기 트렌치 내에 층간 도파로를 형성하는 단계; 및
상기 층간 도파로의 일부와 상기 광 결합기 상에 제 2 도파로를 형성하는 단계를 포함하는 광 결합 장치의 제조 방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 층간 도파로를 형성하는 단계는 실리콘 산 질화물의 화학기상증착공정및 화학적기계적연마공정을 포함하는 광 결합 장치의 제조 방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 제 2 도파로 및 상기 층간 도파로 상에 상부 클래드 층을 형성하는 단계를 더 포함하는 광 결합 장치의 제조 방법.
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