KR20200118313A - 광소자 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 제1 서브칩, 및 상기 제1 서브칩 상에 플립된 제2 서브칩을 포함한다. 상기 제1 서브칩은, 제1 기판, 상기 제1 기판의 제1 면 상의 제1 하부 클래드 패턴, 및 상기 제1 하부 클래드 패턴 상의 제1 코어층을 포함하고, 상기 제2 서브칩은, 제2 기판, 상기 제2 기판의 제2 면 상의 제2 하부 클래드 패턴, 및 상기 제2 하부 클래드 패턴 상의 제2 코어층을 포함하며, 상기 제1 기판의 상기 제1 면은 상기 제2 기판의 상기 제2 면을 마주보고, 상기 제1 하부 클래드 패턴은, 상기 제1 면에 평행한 제1 상면, 및 상기 제1 면에 대해 경사진 제1 측벽을 갖고, 상기 제1 코어층은, 상기 제1 상면 상의 제1 코어부 및 상기 제1 측벽 상의 제1 사이드부를 포함한다.
Description
본 발명은 광소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
광통신 기술의 발전에 따라 광분배기, 광 결합기, 광 스위치, 광 파장 분할기, 광 증폭기 등을 포함하는 광소자에 관한 기술이 연구되고 있다. 일반적으로 특정물질을 기반으로 칩 상에 광소자를 구현하기 위해서는, 기판 위에 물질을 증착한 후 이를 패터닝하는 식각 공정이 필요하다. 한편 광소자의 광손실은 증착된 물질의 광흡수, 및 광소자의 표면 거칠기에 의한 산란에 의해 주로 결정된다. 특히 표면 거칠기에 의한 산란에 의해 광손실 값이 결정된다. 광소자의 표면 거칠기는 주로 증착된 물질의 식각 공정에서 발생한다. 증착된 물질이 실리콘, 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물과 같이 반도체 공정에서 일반적으로 널리 쓰이는 물질이 아니라면, 이에 대한 식각 공정의 최적화가 이루어지지 못한 경우가 많다. 따라서, 식각 공정 후에 심각한 표면 거칠기가 발생하여, 광소자의 광특성이 매우 저하되는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 광특성이 향상된 광소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 광특성이 향상된 광소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 개념에 따른, 광소자는, 제1 서브칩, 및 상기 제1 서브칩 상에 플립된 제2 서브칩을 포함할 수 있다. 상기 제1 서브칩은, 제1 기판, 상기 제1 기판의 제1 면 상의 제1 하부 클래드 패턴, 및 상기 제1 하부 클래드 패턴 상의 제1 코어층을 포함하고, 상기 제2 서브칩은, 제2 기판, 상기 제2 기판의 제2 면 상의 제2 하부 클래드 패턴, 및 상기 제2 하부 클래드 패턴 상의 제2 코어층을 포함하며, 상기 제1 기판의 상기 제1 면은 상기 제2 기판의 상기 제2 면을 마주보고, 상기 제1 하부 클래드 패턴은, 상기 제1 면에 평행한 제1 상면, 및 상기 제1 면에 대해 경사진 제1 측벽을 갖고, 상기 제1 코어층은, 상기 제1 상면 상의 제1 코어부 및 상기 제1 측벽 상의 제1 사이드부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 개념에 따른, 광소자는, 제1 서브칩, 및 상기 제1 서브칩 상에 플립된 제2 서브칩을 포함할 수 있다. 상기 제1 서브칩은, 제1 기판, 상기 제1 기판의 제1 면 상의 제1 하부 클래드 패턴, 및 상기 제1 하부 클래드 패턴 상의 제1 코어층을 포함하고, 상기 제2 서브칩은, 제2 기판, 상기 제2 기판의 제2 면 상의 제2 하부 클래드 패턴, 및 상기 제2 하부 클래드 패턴 상의 제2 코어층을 포함하며, 상기 제1 기판의 상기 제1 면은 상기 제2 기판의 상기 제2 면을 마주보고, 상기 제1 하부 클래드 패턴의 폭은 상기 제2 기판으로 갈수록 감소하고, 상기 제2 하부 클래드 패턴의 폭은 상기 제1 기판으로 갈수록 감소하며, 상기 제1 코어층의 코어부는 상기 제2 코어층의 코어부에 인접할 수 있다.
본 발명의 또 다른 개념에 따른, 광소자는, 기판 상의 하부 클래드 패턴; 및 상기 하부 클래드 패턴 상의 코어층을 포함할 수 있다. 상기 하부 클래드 패턴은, 상기 기판의 상면에 평행한 상면, 및 상기 기판의 상기 상면에 대해 경사진 측벽을 갖고, 상기 코어층은, 상기 하부 클래드 패턴의 상기 상면 상의 코어부 및 상기 하부 클래드 패턴의 상기 측벽 상의 사이드부를 갖고, 상기 코어층은, 제1 코어층 및 제2 코어층을 포함하며, 상기 코어부의 상기 제1 코어층은 제1 두께를 갖고, 상기 사이드부의 상기 제1 코어층은, 상기 측벽에 수직한 방향으로 제2 두께를 가지며, 상기 제1 두께는 상기 제2 두께보다 클 수 있다.
본 발명에 따른 광소자는, 별도의 식각 공정 없이 증착 공정만을 이용하여 리지 구조와 유사한 코어층을 구현할 수 있다. 본 발명에 따른 광소자는 향상된 표면 거칠기를 갖는 코어층을 포함할 수 있고, 이로써 우수한 광특성을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 광소자는 다층 구조의 코어층을 용이하게 구현할 수 있다. 나아가 플립 칩 방식으로 제1 서브칩과 제2 서브칩을 결합하여, 에바네센트 결합에 의한 광결합기를 용이하게 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 광소자를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A'선에 따른 단면도이다.
도 3, 도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 광소자의 제조 방법을 설명하기 위한 것으로, 도 1의 A-A'선에 따른 단면도들이다.
도 6 및 도 7 각각은 본 발명의 실시예들에 따른 광소자를 설명하기 위한 것으로, 도 1의 A-A'선에 따른 단면도이다.
도 8, 도 9, 도 10 및 도 11 각각은 본 발명의 실시예들에 따른 광소자를 설명하기 위한 것으로, 도 1의 A-A'선에 따른 단면도이다.
도 12 및 도 13 각각은 본 발명의 실시예들에 따른 광소자를 설명하기 위한 것으로, 도 1의 A-A'선에 따른 단면도이다.
도 14 및 도 16 각각은 본 발명의 실시예들에 따른 광소자를 나타낸 사시도이다. 도 15 및 도 17은 각각 도 14 및 도 16의 A-A'선에 따른 단면도들이다.
도 18는 본 발명의 실시예들에 따른 광소자를 나타낸 사시도이다.
도 19은 도 18의 A-A'선에 따른 단면도이다.
도 20, 도 21 및 도 22 각각은 본 발명의 실시예들에 따른 광소자를 설명하기 위한 것으로, 도 18의 A-A'선에 따른 단면도이다.
도 2는 도 1의 A-A'선에 따른 단면도이다.
도 3, 도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 광소자의 제조 방법을 설명하기 위한 것으로, 도 1의 A-A'선에 따른 단면도들이다.
도 6 및 도 7 각각은 본 발명의 실시예들에 따른 광소자를 설명하기 위한 것으로, 도 1의 A-A'선에 따른 단면도이다.
도 8, 도 9, 도 10 및 도 11 각각은 본 발명의 실시예들에 따른 광소자를 설명하기 위한 것으로, 도 1의 A-A'선에 따른 단면도이다.
도 12 및 도 13 각각은 본 발명의 실시예들에 따른 광소자를 설명하기 위한 것으로, 도 1의 A-A'선에 따른 단면도이다.
도 14 및 도 16 각각은 본 발명의 실시예들에 따른 광소자를 나타낸 사시도이다. 도 15 및 도 17은 각각 도 14 및 도 16의 A-A'선에 따른 단면도들이다.
도 18는 본 발명의 실시예들에 따른 광소자를 나타낸 사시도이다.
도 19은 도 18의 A-A'선에 따른 단면도이다.
도 20, 도 21 및 도 22 각각은 본 발명의 실시예들에 따른 광소자를 설명하기 위한 것으로, 도 18의 A-A'선에 따른 단면도이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
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, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
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 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 광소자를 나타낸 사시도이다. 도 2는 도 1의 A-A'선에 따른 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 광소자는 광도파로(WVG)를 포함할 수 있다. 광도파로(WVG)는 기판(SUB), 하부 클래드 패턴(LCP) 및 코어층(COL)을 포함할 수 있다. 기판(SUB)은 실리콘 기판과 같은 반도체 기판을 포함할 수 있다.
기판(SUB) 상에 하부 클래드 패턴(LCP)이 제공될 수 있다. 하부 클래드 패턴(LCP)은 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 하부 클래드 패턴(LCP)의 제1 방향(D1) 및 제3 방향(D3)으로의 단면의 형태는, 사다리꼴 형태 또는 끝이 잘린 피라미드(truncated pyramid) 형태일 수 있다 (도 2 참조). 하부 클래드 패턴(LCP)의 상기 단면은 제2 방향(D2)에 수직할 수 있다. 하부 클래드 패턴(LCP)의 제1 방향(D1)으로의 폭은 기판(SUB)으로부터 멀어질수록 감소할 수 있다.
하부 클래드 패턴(LCP)은 제1 측벽(SW1), 제2 측벽(SW2) 및 상면(TS)을 가질 수 있다. 하부 클래드 패턴(LCP)의 상면(TS)은 기판(SUB)의 상면에 평행할 수 있다. 다시 말하면, 하부 클래드 패턴(LCP)은 평평한 상면(TS)을 가질 수 있다. 일 예로, 하부 클래드 패턴(LCP)의 바닥면은 기판(SUB)의 상면과 접할 수 있다.
하부 클래드 패턴(LCP)의 제1 측벽(SW1)과 제2 측벽(SW2)은 서로 대향할 수 있다. 제1 측벽(SW1) 및 제2 측벽(SW2)은 경사질 수 있다. 일 예로, 제1 측벽(SW1)과 기판(SUB)의 상면이 이루는 제1 각도(θ1)는 5° 내지 85°일 수 있다. 바람직하기로, 제1 각도(θ1)는 20° 내지 60°일 수 있다. 제2 측벽(SW2)과 기판(SUB)의 상면이 이루는 각도는 제1 각도(θ1)와 실질적으로 동일할 수 있다. 다시 말하면, 제1 측벽(SW1)과 제2 측벽(SW2)은 서로 실질적으로 동일하거나 유사한 경사를 가질 수 있다.
하부 클래드 패턴(LCP)의 제1 측벽(SW1), 제2 측벽(SW2) 및 상면(TS)은 상대적으로 낮은 표면 거칠기를 가질 수 있다. 일 예로, 하부 클래드 패턴(LCP)의 제1 측벽(SW1), 제2 측벽(SW2) 및 상면(TS)은 1nm 이하의 표면 거칠기를 가질 수 있다.
하부 클래드 패턴(LCP)은 절연 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하부 클래드 패턴(LCP)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화질화물을 포함할 수 있다. 바람직하기로, 하부 클래드 패턴(LCP)은 상대적으로 낮은 굴절률(~1.45)을 갖는 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.
하부 클래드 패턴(LCP) 상에 코어층(COL)이 제공될 수 있다. 코어층(COL)은 하부 클래드 패턴(LCP)의 제1 측벽(SW1), 제2 측벽(SW2) 및 상면(TS)을 덮을 수 있다. 코어층(COL)은 하부 클래드 패턴(LCP)에 의해 노출된 기판(SUB)의 상면을 덮을 수 있다.
코어층(COL)은 코어부(COP), 제1 사이드부(SP1) 및 제2 사이드부(SP2)를 포함할 수 있다. 코어부(COP)는 하부 클래드 패턴(LCP)의 상면(TS) 상에 제공될 수 있다. 제1 사이드부(SP1) 및 제2 사이드부(SP2)는 하부 클래드 패턴(LCP)의 제1 측벽(SW1) 및 제2 측벽(SW2) 상에 각각 제공될 수 있다. 코어부(COP), 제1 사이드부(SP1) 및 제2 사이드부(SP2)는 하부 클래드 패턴(LCP)을 따라 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 코어부(COP)는, 입사광이 제2 방향(D2)으로 진행하도록 가이드할 수 있다.
코어층(COL)은 기판(SUB)의 상면에 수직한 방향, 즉 제3 방향(D3)으로 균일한 증착 두께(DT2)를 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 코어부(COP)의 제3 방향(D3)으로의 증착 두께(DT2)와 제1 사이드부(SP1)의 제3 방향(D3)으로의 증착 두께(DT2)는 서로 실질적으로 동일할 수 있다.
코어부(COP)는, 하부 클래드 패턴(LCP)의 상면(TS)에 수직한 방향으로 제1 두께(T1)를 가질 수 있다. 제1 두께(T1)는 코어층(COL)의 증착 두께(DT2)와 동일할 수 있다. 제1 사이드부(SP1)는 하부 클래드 패턴(LCP)의 제1 측벽(SW1)에 수직한 방향으로 제2 두께(T2)를 가질 수 있다. 제2 사이드부(SP2)는 하부 클래드 패턴(LCP)의 제2 측벽(SW2)에 수직한 방향으로 제2 두께(T2)를 가질 수 있다. 제2 두께(T2)는 코어층(COL)의 증착 두께(DT2)와 다를 수 있다. 다시 말하면, 제2 두께(T2)는 제1 두께(T1)보다 작을 수 있다.
제1 측벽(SW1) 및 제2 측벽(SW2)과 기판(SUB)의 상면이 이루는 제1 각도(θ1)로 인해, 제2 두께(T2)는 코어층(COL)의 증착 두께(DT2)와 다를 수 있다. 구체적으로, 제2 두께(T2)와 증착 두께(DT2)는 하기 수학식 1과 같은 관계가 성립될 수 있다.
[수학식 1]
T2 = DT2 × cosθ1
또한, 제2 두께(T2)와 제1 두께(T1)는 하기 수학식 2와 같은 관계가 성립될 수 있다.
[수학식 2]
T2 = T1 × cosθ1
도 2를 다시 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 코어층(COL)은, 제1 두께(T1)의 코어부(COP)와 제1 두께(T1)보다 작은 제2 두께(T2)의 제1 및 제2 사이드부들(SP1, SP2)을 포함하는 리지 구조(ridge structure)와 유사할 수 있다.
코어층(COL)은 하부 클래드 패턴(LCP)보다 굴절률이 높은 물질을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예로, 코어층(COL)은 칼코게나이드 화합물, 예를 들어 칼코게나이드 유리(Chalcogenide glass)를 포함할 수 있다. 칼코게나이드 유리는 S, Se 및 Te로 이루어진 군에서 선택된 칼코겐 원소와 Ga, Ge, As, In, Sn, Sb 및 Bi로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소(전이후 금속(post-transition metal) 원소 또는 준금속(metalloid) 원소)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 코어층(COL)은 As-S, Ge-Se, In-Se, Sb-Se, Sb-Te, In-Sb-Se, In-Sb-Te, Ge-Sb-Se, 및 Ge-Sb-Te-Se로 이루어진 군에서 선택된 칼코게나이드 유리를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로, 코어층(COL)은 하부 클래드 패턴(LCP)보다 굴절률이 높은, 실리콘을 함유하는 절연 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하부 클래드 패턴(LCP)이 실리콘 산화물을 포함하는 경우, 코어층(COL)은 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화질화물을 포함할 수 있다.
코어층(COL) 상에 상부 클래드층이 제공될 수 있다. 상부 클래드층은 코어층(COL)을 덮을 수 있다. 다시 말하면, 코어층(COL)은 하부 클래드 패턴(LCP)과 상부 클래드층 사이에 개재될 수 있다. 일 예로, 상부 클래드층은 공기일 수 있다. 다른 예로, 상부 클래드층은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화질화물을 포함할 수 있다.
도 3, 도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 광소자의 제조 방법을 설명하기 위한 것으로, 도 1의 A-A'선에 따른 단면도들이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 기판(SUB) 상에 하부 클래드층(LCL)이 형성될 수 있다. 하부 클래드층(LCL)은 열산화막 공정(thermal oxidation), 원자층 증착(ALD), 화학 기상 증착(CVD) 또는 물리적 기상 증착(PVD) 등을 이용하여 형성될 수 있다. 하부 클래드층(LCL)은 절연 물질, 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화질화물을 포함할 수 있다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 하부 클래드층(LCL) 상에 포토레지스트 패턴(PR)이 형성될 수 있다. 포토레지스트 패턴(PR)은 제2 방향(D2)으로 연장되는 라인 형태를 가질 수 있다. 구체적으로, 포토레지스트 패턴(PR)을 형성하는 것은, 하부 클래드층(LCL) 상에 포토레지스트막을 형성하는 것, 및 상기 포토레지스트막을 노광 및 현상하는 것을 포함할 수 있다.
포토레지스트 패턴(PR)을 식각 마스크로 하부 클래드층(LCL)을 패터닝하여, 하부 클래드 패턴(LCP)이 형성될 수 있다. 하부 클래드층(LCL)을 패터닝하는 것은, 기판(SUB)의 상면의 일부가 노출될 때까지 수행될 수 있다.
상기 패터닝 공정은, 하부 클래드 패턴(LCP)이 경사진 제1 측벽(SW1) 및 제2 측벽(SW2)을 갖도록 수행될 수 있다. 다시 말하면, 상기 패터닝 공정의 식각 레시피 및 식각 조건을 조절하여, 경사진 제1 및 제2 측벽들(SW1, SW2)을 형성할 수 있다. 상기 패터닝 공정을 통해, 제1 측벽(SW1)과 기판(SUB)의 상면이 5° 내지 85°의 제1 각도(θ1)를 이룰 수 있다.
포토레지스트 패턴(PR) 아래에 하부 클래드 패턴(LCP)의 상면(TS)이 정의될 수 있다. 하부 클래드 패턴(LCP)의 상면(TS)은 포토레지스트 패턴(PR)에 의해 보호되므로, 하부 클래드 패턴(LCP)의 상면(TS)은 기판(SUB)의 상면에 평행할 수 있다.
반도체 식각 공정에 널리 이용되는 절연 물질, 예를 들어 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화질화물에 대해 상기 패터닝 공정이 수행되므로, 상대적으로 작은 표면 거칠기를 갖는 하부 클래드 패턴(LCP)을 형성하기 용이하다. 예를 들어, 하부 클래드 패턴(LCP)의 제1 측벽(SW1), 제2 측벽(SW2) 및 상면(TS)은 1nm 이하의 표면 거칠기를 갖도록 형성될 수 있다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 하부 클래드 패턴(LCP) 상에 코어층(COL)이 형성될 수 있다. 코어층(COL)을 형성하는 것은, 방향성 증착 공정(directional deposition, DID)을 이용할 수 있다. 방향성 증착 공정(DID)은, 증착 물질이 수직적으로 일정한 증착 두께를 갖도록 증착시킬 수 있다. 예를 들어, 방향성 증착 공정은 스퍼터링이나 이베포레이션과 같은 물리적 기상 증착(PVD)을 포함할 수 있다.
코어층(COL)은, 하부 클래드 패턴(LCP) 상면(TS) 상에서 제3 방향(D3)으로 제1 증착 두께(DT1)를 가질 수 있다. 코어층(COL)은, 하부 클래드 패턴(LCP) 제1 및 제2 측벽들(SW1, SW2) 상에서 제3 방향(D3)으로 제2 증착 두께(DT2)를 가질 수 있다. 코어층(COL)은, 기판(SUB)의 상면 상에서 제3 방향(D3)으로 제3 증착 두께(DT3)를 가질 수 있다. 제1 증착 두께(DT1), 제2 증착 두께(DT2) 및 제3 증착 두께(DT3)은 서로 실질적으로 동일할 수 있다. 다시 말하면, 코어층(COL)의 제3 방향(D3)으로의 증착 두께는, 증착되는 면이 평평하던 경사가 지던 상관 없이 일정할 수 있다.
코어층(COL)은 칼코게나이드 유리 또는 실리콘을 함유하는 절연 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 코어층(COL)은, S, Se 및 Te로 이루어진 군에서 선택된 칼코겐 원소와 Ga, Ge, As, In, Sn, Sb 및 Bi로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 타겟을 이용한 스퍼터링 공정을 통하여 형성될 수 있다.
후속으로, 코어층(COL) 상에 상부 클래드층이 형성될 수 있다. 일 예로, 상부 클래드층은 공기일 수 있다. 다른 예로, 상부 클래드층은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화질화물을 포함할 수 있다.
일반적으로 광도파로의 코어층을 리지 구조로 형성하기 위해서는 일반적으로 코어층의 증착 후 별도의 식각 공정을 필요로 한다. 코어층을 식각하는 동안 필연적으로 코어층의 표면 거칠기가 악화되어 광소자의 광특성이 열화될 수 있다. 반면 본 발명의 실시예들에 따르면, 코어층(COL)은 별도의 식각 공정 없이 증착 공정만을 이용하여, 앞서 도 2를 참조하여 설명한 리지 구조로 형성될 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 실시예들에 따른 코어층(COL)은 향상된 표면 거칠기를 가질 수 있고, 이로써 본 발명의 광소자는 우수한 광특성을 가질 수 있다.
도 6 및 도 7 각각은 본 발명의 실시예들에 따른 광소자를 설명하기 위한 것으로, 도 1의 A-A'선에 따른 단면도이다. 본 실시예들에서는, 앞서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 광소자와 중복되는 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 생략하고, 차이점에 대해 상세히 설명한다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 하부 클래드 패턴(LCP)의 제1 측벽(SW1)과 기판(SUB)의 상면은 제2 각도(θ2)를 이룰 수 있다. 제2 측벽(SW2)과 기판(SUB)의 상면이 이루는 각도는 제2 각도(θ2)와 실질적으로 동일할 수 있다. 제2 각도(θ2)는 앞서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 제1 각도(θ1)보다 클 수 있다. 다시 말하면, 본 실시예에 따른 제1 측벽(SW1) 및 제2 측벽(SW2)은, 앞서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 제1 측벽(SW1) 및 제2 측벽(SW2)보다 더 가파를 수 있다.
제1 및 제2 측벽들(SW1, SW2) 상의 제1 및 제2 사이드부들(SP1, SP2)의 제3 방향(D3)으로의 증착 두께(DT4)는, 앞서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 코어층(COL)의 증착 두께(DT2)와 실질적으로 동일할 수 있다.
제1 사이드부(SP1)는 하부 클래드 패턴(LCP)의 제1 측벽(SW1)에 수직한 방향으로 제3 두께(T3)를 가질 수 있다. 제2 사이드부(SP2)는 하부 클래드 패턴(LCP)의 제2 측벽(SW2)에 수직한 방향으로 제3 두께(T3)를 가질 수 있다. 한편, 제2 각도(θ2)는 제1 각도(θ1)보다 크기 때문에, 제3 두께(T3)는 앞서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 제2 두께(T2)보다 작을 수 있다 (T3 = DT4 X cosθ2).
본 실시예에 따른 코어층(COL)은, 제1 두께(T1)의 코어부(COP)와 제1 두께(T1)보다 작은 제3 두께(T3)의 제1 및 제2 사이드부들(SP1, SP2)을 포함하는 리지 구조와 유사할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 코어층(COL)은, 하부 클래드 패턴(LCP)의 제1 및 제2 측벽들(SW1, SW2)의 경사를 조절함으로써, 제1 및 제2 사이드부들(SP1, SP2)의 두께, 및 제1 방향(D1)으로의 폭을 조절할 수 있다. 다시 말하면, 하부 클래드 패턴(LCP)의 제1 및 제2 측벽들(SW1, SW2)의 경사를 조절함으로써, 다양한 형태의 리지 구조를 구현할 수 있다.
도 1 및 도 7을 참조하면, 하부 클래드 패턴(LCP)의 제1 측벽(SW1)과 기판(SUB)의 상면은 제1 각도(θ1)를 이룰 수 있다. 하부 클래드 패턴(LCP)의 제2 측벽(SW2)과 기판(SUB)의 상면은 제2 각도(θ2)를 이룰 수 있다. 제1 각도(θ1)와 제2 각도(θ2)는 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 제2 각도(θ2)가 제1 각도(θ1)보다 클 수 있다. 다시 말하면, 제2 측벽(SW2)의 경사는 제1 측벽(SW1)의 경사보다 더 가파를 수 있다.
제1 사이드부(SP1)는 하부 클래드 패턴(LCP)의 제1 측벽(SW1)에 수직한 방향으로 제2 두께(T2)를 가질 수 있다. 제2 사이드부(SP2)는 하부 클래드 패턴(LCP)의 제2 측벽(SW2)에 수직한 방향으로 제3 두께(T3)를 가질 수 있다. 제2 각도(θ2)는 제1 각도(θ1)보다 크기 때문에, 제2 사이드부(SP2)의 제3 두께(T3)는 제1 사이드부(SP1)의 제2 두께(T2)보다 작을 수 있다.
본 실시예에 따른 코어층(COL)은, 제1 두께(T1)의 코어부(COP), 제2 두께(T2)의 제1 사이드부(SP1) 및 제3 두께(T3)의 제2 사이드부(SP2)를 포함하는 리지 구조와 유사할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 코어층(COL)은, 하부 클래드 패턴(LCP)의 제1 및 제2 측벽들(SW1, SW2)의 경사를 각각 독립적으로 조절함으로써, 다양한 형태의 리지 구조를 구현할 수 있다.
도 8, 도 9, 도 10 및 도 11 각각은 본 발명의 실시예들에 따른 광소자를 설명하기 위한 것으로, 도 1의 A-A'선에 따른 단면도이다. 본 실시예들에서는, 앞서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 광소자와 중복되는 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 생략하고, 차이점에 대해 상세히 설명한다.
도 1 및 도 8을 참조하면, 코어층(COL)은 하부 클래드 패턴(LCP) 상의 제1 코어층(COL1) 및 제1 코어층(COL1) 상의 제2 코어층(COL2)을 포함할 수 있다. 다시 말하면, 코어층(COL)은 다층 구조일 수 있다.
제1 코어층(COL1)과 제2 코어층(COL2)은 굴절률이 서로 다른 물질을 포함할 수 있다. 일 실시예로, 제1 및 제2 코어층들(COL1, COL2) 중 어느 하나는 칼코게나이드 유리를 포함할 수 있고, 제1 및 제2 코어층들(COL1, COL2) 중 다른 하나는 실리콘을 함유하는 절연 물질을 포함할 수 있다. 다른 실시예로, 제1 및 제2 코어층들(COL1, COL2) 중 어느 하나는 제1 칼코게나이드 유리를 포함할 수 있고, 제1 및 제2 코어층들(COL1, COL2) 중 다른 하나는, 제1 칼코게나이드 유리와는 다른 제2 칼코게나이드 유리를 포함할 수 있다.
제1 코어층(COL1)과 제2 코어층(COL2)은, 앞서 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이, 방향성 증착 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 구체적으로, 본 실시예의 코어층(COL)을 형성하는 것은, 하부 클래드 패턴(LCP) 상에 제1 코어층(COL1)을 증착하는 것, 및 제1 코어층(COL1) 상에 제2 코어층(COL2)을 증착하는 것을 포함할 수 있다. 한편, 도시되지 않았지만, 제2 코어층(COL2) 상에 적어도 하나 이상의 코어층이 더 형성될 수 있다.
제1 사이드부(SP1)의 제1 코어층(COL1)은, 제1 측벽(SW1)에 수직한 방향으로 제4 두께(T4)를 가질 수 있다. 코어부(COP)의 제1 코어층(COL1)은, 하부 클래드 패턴(LCP)의 상면(TS)에 수직한 방향으로 제5 두께(T5)를 가질 수 있다. 제5 두께(T5)는 제4 두께(T4)보다 클 수 있다. 제1 사이드부(SP1)의 제2 코어층(COL2)은, 제1 측벽(SW1)에 수직한 방향으로 제6 두께(T6)를 가질 수 있다. 코어부(COP)의 제2 코어층(COL2)은, 상면(TS)에 수직한 방향으로 제7 두께(T7)를 가질 수 있다. 제7 두께(T7)는 제6 두께(T6)보다 클 수 있다. 제5 두께(T5)와 제7 두께(T7)는 서로 실질적으로 동일하거나 서로 다를 수 있다.
본 발명의 비교예에 따르면, 제1 코어층(COL1)과 제2 코어층(COL2)을 콘포멀하게 증착하고, 제1 및 제2 사이드부들(SP1, SP2) 상에 선택적으로 식각 공정을 수행하여, 제1 및 제2 사이드부들(SP1, SP2)의 두께를 줄일 수 있다. 이 경우, 제2 코어층(COL2)의 제6 두께(T6)는 제7 두께(T7)보다 작아지지만, 제1 코어층(COL1)의 제4 두께(T4)는 제5 두께(T5)와 실질적으로 동일하게 잔류하는 문제가 있다.
반면 본 실시예에 따르면, 제1 코어층(COL1) 및 제2 코어층(COL2) 각각은 방향성 증착 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 이로써, 별도의 식각 공정 없이도 제5 두께(T5)가 제4 두께(T4)보다 클 수 있고, 제7 두께(T7)는 제6 두께(T6)보다 클 수 있다.
본 실시예에 따른 코어층(COL)은, 별도의 식각 공정 없이 증착 공정만을 이용하여, 다층의 리지 구조를 갖도록 형성될 수 있다. 제1 및 제2 코어층들(COL1, COL2)은 별도의 식각 공정 없이 증착 공정만을 이용하여 형성되므로, 제1 및 제2 코어층들(COL1, COL2)간의 식각 특성을 고려할 필요가 없이 용이하게 구현될 수 있다.
도 1 및 도 9를 참조하면, 코어층(COL)은 하부 클래드 패턴(LCP) 상의 제1 코어층(COL1), 제1 코어층(COL1) 상의 제2 코어층(COL2) 및 제1 및 제2 코어층들(COL1, COL2) 사이의 이차원 물질층(TDL)을 포함할 수 있다. 다시 말하면, 코어층(COL)은 다층 구조일 수 있다.
일 실시예로, 제1 코어층(COL1)과 제2 코어층(COL2)은 서로 동일한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 코어층(COL1)은 제1 칼코게나이드 유리를 포함할 수 있고, 제2 코어층(COL2)은 제1 코어층(COL1)과 동일한 상기 제1 칼코게나이드 유리를 포함할 수 있다.
다른 실시예로, 제1 코어층(COL1)과 제2 코어층(COL2)은 굴절률이 서로 다른 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 코어층(COL1)은 제1 칼코게나이드 유리를 포함할 수 있고, 제2 코어층(COL2)은 제1 칼코게나이드 유리와는 다른 제2 칼코게나이드 유리를 포함할 수 있다.
이차원 물질층(TDL)은, 한 개의 이차원 층으로 이루어진 물질 또는 n개의 적층된 이차원 층들로 이루어진 물질을 포함할 수 있다. 상기 n은 2 내지 10의 정수일 수 있다. 예를 들어, 이차원 물질층(TDL)은 단일 층 구조(monolayer), 이중 층 구조(bilayer) 또는 삼중 층 구조(trilayer)를 가질 수 있다. 이차원 물질층(TDL)의 두께는, 제1 및 제2 코어층들(COL1, COL2) 각각의 두께보다 작을 수 있다.
일 예로, 이차원 물질층(TDL)은 이차원 층으로 이루어진 칼코게나이드 화합물을 포함할 수 있다. 다른 예로, 이차원 물질층(TDL)은 이차원 층으로 이루어진 탄소 화합물(예를 들어, 그래핀)을 포함할 수 있다.
제1 코어층(COL1)과 제2 코어층(COL2)은, 앞서 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이, 방향성 증착 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 이차원 물질층(TDL)은 원자층 증착(ALD) 또는 화학 기상 증착(CVD) 이용하여 콘포멀하게 형성될 수 있다. 구체적으로, 본 실시예의 코어층(COL)을 형성하는 것은, 하부 클래드 패턴(LCP) 상에 제1 코어층(COL1)을 증착하는 것, 제1 코어층(COL1) 상에 이차원 물질층(TDL)을 증착하는 것, 및 이차원 물질층(TDL) 상에 제2 코어층(COL2)을 증착하는 것을 포함할 수 있다. 한편, 도시되지 않았지만, 제2 코어층(COL2) 상에 적어도 하나 이상의 코어층이 더 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 코어층(COL)은, 별도의 식각 공정 없이 증착 공정만을 이용하여, 다층의 리지 구조를 갖도록 형성될 수 있다. 실시예에 따르면, 빛과 강한 상호 작용이 가능한 이차원 물질층(TDL)이 코어층(COL)의 중심에 위치하므로, 광소자의 광특성이 향상될 수 있다.
도 1 및 도 10을 참조하면, 코어층(COL)은 제1 코어층(COL1) 및 제2 코어층(COL2)을 포함하는 다층 구조일 수 있다. 제1 코어층(COL1)과 제2 코어층(COL2)은 굴절률이 서로 다른 물질을 포함할 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 도 8을 참조하여 설명한 것과 동일할 수 있다. 추가적으로, 제2 코어층(COL2)은 실리콘 산화물보다 굴절률이 작은 물질을 포함할 수도 있다.
제1 코어층(COL1)은, 앞서 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이, 방향성 증착 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 제2 코어층(COL2)은, 제1 코어층(COL1)과는 달리, 콘포멀한 증착 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 구체적으로, 본 실시예의 코어층(COL)을 형성하는 것은, 하부 클래드 패턴(LCP) 상에 제1 코어층(COL1)을 증착하는 것, 및 제1 코어층(COL1) 상에 제2 코어층(COL2)을 증착하는 것을 포함할 수 있다. 제1 코어층(COL1)을 증착하는 것은, 스퍼터링과 같은 물리적 기상 증착(PVD)을 이용할 수 있다. 제2 코어층(COL2)은, 원자층 증착(ALD) 또는 화학 기상 증착(CVD) 이용하여 콘포멀하게 형성될 수 있다.
제1 사이드부(SP1)의 제1 코어층(COL1)은, 제1 측벽(SW1)에 수직한 방향으로 제8 두께(T8)를 가질 수 있다. 코어부(COP)의 제1 코어층(COL1)은, 상면(TS)에 수직한 방향으로 제9 두께(T9)를 가질 수 있다. 제9 두께(T9)는 제8 두께(T8)보다 클 수 있다.
제1 사이드부(SP1)의 제2 코어층(COL2)은, 제1 측벽(SW1)에 수직한 방향으로 제10 두께(T10)를 가질 수 있다. 코어부(COP)의 제2 코어층(COL2)은, 상면(TS)에 수직한 방향으로 제11 두께(T11)를 가질 수 있다. 제11 두께(T11)는 제10 두께(T10)와 실질적으로 동일할 수 있다.
코어층(COL)의 코어부(COP)의 두께는, 제9 두께(T9)와 제11 두께(T11)의 합과 같다. 코어층(COL)의 제1 사이드부(SP1)의 두께는, 제8 두께(T8) 및 제10 두께(T10)의 합과 같다. T8 = T9 X cosθ1 및 T10 = T11의 관계가 성립하기 때문에, 코어층(COL)의 제1 사이드부(SP1)의 두께는 다음과 같다: T9 X cosθ1 + T11.
본 실시예에 따른 다층 구조의 코어층(COL)은, 방향성 증착 공정을 이용하여 형성된 적어도 하나의 코어층(예를 들어, 제1 코어층(COL1))을 포함하기 때문에, 다른 코어층들이 콘포멀하게 형성되더라도 리지 구조를 가질 수 있다.
도 1 및 도 11을 참조하면, 앞서 도 10을 참조하여 설명한 것과 유사하게, 코어층(COL)은 제1 코어층(COL1) 및 제2 코어층(COL2)을 포함하는 다층 구조일 수 있다. 제1 코어층(COL1)은 콘포멀한 증착 공정을 이용하여 형성될 수 있고, 제2 코어층(COL2)은 방향성 증착 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 즉, 제1 측벽(SW1) 상의 제1 코어층(COL1)의 두께와 상면(TS) 상의 제1 코어층(COL1)의 두께는 서로 실질적으로 동일할 수 있다. 제1 측벽(SW1) 상의 제2 코어층(COL2)의 두께는, 상면(TS) 상의 제2 코어층(COL2)의 두께보다 작을 수 있다.
본 실시예에 따른 다층 구조의 코어층(COL)은, 방향성 증착 공정을 이용하여 형성된 적어도 하나의 코어층(예를 들어, 제2 코어층(COL2))을 포함하기 때문에, 다른 코어층들이 콘포멀하게 형성되더라도 리지 구조를 가질 수 있다.
도 12 및 도 13 각각은 본 발명의 실시예들에 따른 광소자를 설명하기 위한 것으로, 도 1의 A-A'선에 따른 단면도이다. 본 실시예들에서는, 앞서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 광소자와 중복되는 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 생략하고, 차이점에 대해 상세히 설명한다.
도 1 및 도 12을 참조하면, 기판(SUB) 상에 하부 클래드층(LCL)이 제공될 수 있다. 기판(SUB)의 상면은 하부 클래드층(LCL)에 의해 덮일 수 있다. 하부 클래드층(LCL)은, 그의 상부에 하부 클래드 패턴(LCP)을 포함할 수 있다. 코어층(COL)이 하부 클래드층(LCL) 상에 제공될 수 있다.
도 1 및 도 13을 참조하면, 코어층(COL)은 하부 클래드 패턴(LCP)에 의해 노출된 기판(SUB)의 상면을 덮지 않을 수 있다. 다시 말하면, 기판(SUB)의 상면을 덮는 코어층(COL)의 일부는 제거될 수 있다.
도 14 및 도 16 각각은 본 발명의 실시예들에 따른 광소자를 나타낸 사시도이다. 도 15 및 도 17은 각각 도 14 및 도 16의 A-A'선에 따른 단면도들이다. 본 실시예에서는, 앞서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 광소자와 중복되는 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 생략하고, 차이점에 대해 상세히 설명한다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 기판(SUB)의 상부에 제1 리세스(RS1) 및 제2 리세스(RS2)가 정의될 수 있다. 제1 및 제2 리세스들(RS1, RS2)은 하부 클래드 패턴(LCP) 아래에 형성될 수 있다. 구체적으로, 제1 및 제2 리세스들(RS1, RS2)은 각각 하부 클래드 패턴(LCP)의 제1 및 제2 측벽들(SW1, SW2) 아래에 위치할 수 있다. 제1 및 제2 리세스들(RS1, RS2)은 하부 클래드 패턴(LCP)을 따라 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다.
제1 및 제2 리세스들(RS1, RS2)에 의해, 기판(SUB)의 주변 영역의 상면은, 기판(SUB)의 중심 영역의 상면보다 더 낮을 수 있다. 여기서, 기판(SUB)의 중심 영역의 상면은 하부 클래드 패턴(LCP)의 바닥면과 접할 수 있다.
제1 및 제2 리세스들(RS1, RS2) 상에 제1 및 제2 주변 코어층들(PCOL1, PCOL2)이 각각 제공될 수 있다. 제1 및 제2 주변 코어층들(PCOL1, PCOL2)은 코어층(COL)과 동일한 물질을 포함할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 기판(SUB)의 주변 영역의 상면은 기판(SUB)의 중심 영역의 상면보다 더 낮기 때문에, 제1 및 제2 주변 코어층들(PCOL1, PCOL2)은 코어층(COL)과 이격될 수 있다.
제1 및 제2 리세스들(RS1, RS2)은, 앞서 설명한 도 4의 결과물 상에 기판(SUB)의 상부를 선택적으로 습식 식각(즉, 등방성 식각)함으로써 형성될 수 있다. 이후 앞서 도 5에서 설명한 바와 같이, 기판(SUB)의 전면 상에 방향성 증착 공정을 이용하여 코어층(COL)을 형성할 수 있다. 코어층(COL)과 함께 제1 및 제2 주변 코어층들(PCOL1, PCOL2)이 제1 및 제2 리세스들(RS1, RS2) 상에 각각 형성될 수 있다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 기판(SUB)의 상부에 제1 리세스(RS1) 및 제2 리세스(RS2)가 정의될 수 있다. 제1 및 제2 리세스들(RS1, RS2)은, 앞서 설명한 도 4의 결과물 상에 기판(SUB)의 상부를 선택적으로 건식 식각(즉, 이방성 식각)함으로써 형성될 수 있다.
앞서 도 15 및 도 16의 제1 및 제2 리세스들(RS1, RS2)과 달리, 본 실시예의 제1 및 제2 리세스들(RS1, RS2)은 하부 클래드 패턴(LCP)을 식각 마스크로 하는 이방성 식각 공정으로 형성될 수 있다. 따라서 본 실시예의 제1 및 제2 리세스들(RS1, RS2)은 그의 측벽들이 기판(SUB)의 상면에 실질적으로 수직할 수 있다. 기판(SUB)의 중심 영역은 하부 클래드 패턴(LCP)과 수직적으로 중첩될 수 있다.
본 실시예들에 따른 광소자는, 코어층(COL)이 제1 및 제2 주변 코어층들(PCOL1, PCOL2)과 이격되어, 하부 클래드 패턴(LCP) 상에만 선택적으로 형성될 수 있다. 입사광을 가이드하는 코어층(COL)이 제1 및 제2 주변 코어층들(PCOL1, PCOL2)과 이격되기 때문에, 광소자의 광특성이 향상될 수 있다.
도 18는 본 발명의 실시예들에 따른 광소자를 나타낸 사시도이다. 도 19은 도 18의 A-A'선에 따른 단면도이다. 본 실시예들에서는, 앞서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 광소자와 중복되는 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 생략하고, 차이점에 대해 상세히 설명한다.
도 18 및 도 19을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 광소자는 제1 서브칩(SCH1) 및 광소자는 제1 서브칩(SCH1) 상의 제2 서브칩(SCH2)을 포함할 수 있다.
제1 서브칩(SCH1)은 링 형태의 광공진기를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 서브칩(SCH1)은 제1 기판(SUB1), 제1 기판(SUB1) 상의 제1 하부 클래드 패턴(LCP1), 및 제1 하부 클래드 패턴(LCP1) 상의 제1 코어층(COL1)을 포함할 수 있다.
평면적 관점에서, 제1 하부 클래드 패턴(LCP1)은 링 형태를 가질 수 있다. 제1 하부 클래드 패턴(LCP1)의 단면은, 사다리꼴 형태 또는 끝이 잘린 피라미드 형태를 가질 수 있다. 구체적으로, 제1 하부 클래드 패턴(LCP1)의 폭은 제2 기판(SUB2)으로 갈수록 감소할 수 있다.
제1 코어층(COL1)은 제1 하부 클래드 패턴(LCP1)의 상면(TS) 상의 코어부(COP), 제1 하부 클래드 패턴(LCP1)의 제1 측벽(SW1) 상의 제1 사이드부(SP1) 및 제1 하부 클래드 패턴(LCP1)의 제2 측벽(SW2) 상의 제2 사이드부(SP2)를 포함할 수 있다.
제2 서브칩(SCH2)은 라인 형태의 광도파로를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제2 서브칩(SCH2)은 제2 기판(SUB2), 제2 기판(SUB2) 상의 제2 하부 클래드 패턴(LCP2), 및 제2 하부 클래드 패턴(LCP2) 상의 제2 코어층(COL2)을 포함할 수 있다.
평면적 관점에서, 제2 하부 클래드 패턴(LCP2)은 제2 방향(D2)으로 연장되는 라인 형태를 가질 수 있다. 제2 하부 클래드 패턴(LCP2)의 단면은, 사다리꼴 형태 또는 끝이 잘린 피라미드 형태를 가질 수 있다. 구체적으로, 제2 하부 클래드 패턴(LCP2)의 폭은 제1 기판(SUB1)으로 갈수록 감소할 수 있다.
제2 코어층(COL2)은 제2 하부 클래드 패턴(LCP2)의 상면(TS) 상의 코어부(COP), 제2 하부 클래드 패턴(LCP2)의 제1 측벽(SW1) 상의 제1 사이드부(SP1) 및 제2 하부 클래드 패턴(LCP2)의 제2 측벽(SW2) 상의 제2 사이드부(SP2)를 포함할 수 있다.
제2 서브칩(SCH2)은 플립되어 제1 서브칩(SCH1) 상에 제공될 수 있다. 다시 말하면, 제2 서브칩(SCH2)은 플립 칩 방식으로 제1 서브칩(SCH1) 상에 실장될 수 있다. 구체적으로, 제1 기판(SUB1)은, 제1 하부 클래드 패턴(LCP1)이 형성되는 제1 면(SUR1)을 가질 수 있다. 제2 기판(SUB2)은, 제2 하부 클래드 패턴(LCP2)이 형성되는 제2 면(SUR2)을 가질 수 있다. 제2 서브칩(SCH2)이 제1 서브칩(SCH1) 상에 플립되므로, 제1 기판(SUB1)의 제1 면(SUR1)과 제2 기판(SUB2)의 제2 면(SUR2)은 서로 마주볼 수 있다. 나아가, 제1 하부 클래드 패턴(LCP1)의 상면(TS)은 제2 기판(SUB2)의 제2 면(SUR2)을 마주볼 수 있고, 제2 하부 클래드 패턴(LCP2)의 상면(TS)은 제1 기판(SUB1)의 제1 면(SUR1)을 마주볼 수 있다.
제1 서브칩(SCH1)과 제2 서브칩(SCH2) 사이에 중간 클래드층(MCL)이 개재될 수 있다. 중간 클래드층(MCL)은 제1 코어층(COL1) 및 제2 코어층(COL2)을 덮을 수 있다. 일 예로, 중간 클래드층(MCL)은 공기일 수 있다. 다른 예로, 중간 클래드층(MCL)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화질화물을 포함할 수 있다.
일 실시예로, 제1 코어층(COL1)과 제2 코어층(COL2)은 서로 동일한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 코어층(COL1)은 제1 칼코게나이드 유리를 포함할 수 있고, 제2 코어층(COL2)은 제1 코어층(COL1)과 동일한 상기 제1 칼코게나이드 유리를 포함할 수 있다.
다른 실시예로, 제1 코어층(COL1)과 제2 코어층(COL2)은 굴절률이 서로 다른 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 코어층(COL1)은 제1 칼코게나이드 유리를 포함할 수 있고, 제2 코어층(COL2)은 제1 칼코게나이드 유리와는 다른 제2 칼코게나이드 유리를 포함할 수 있다.
제1 코어층(COL1)의 코어부(COP)의 일부는 제2 코어층(COL2)의 코어부(COP)의 일부에 인접할 수 있다. 제1 코어층(COL1)의 코어부(COP)와 제2 코어층(COL2)의 코어부(COP)가 서로 인접함으로써, 이들간에 에바네센트 결합(evanescent coupling)에 의한 광결합(optical coupling)이 발생할 수 있다.
제1 코어층(COL1)의 코어부(COP)는 제1 방향(D1)으로 제1 폭(W1)을 가질 수 있고, 제2 코어층(COL2)의 코어부(COP)는 제1 방향(D1)으로 제2 폭(W2)을 가질 수 있다. 일 예로, 제1 폭(W1)과 제2 폭(W2)은 서로 실질적으로 동일할 수 있다. 다른 예로, 제1 폭(W1)과 제2 폭(W2)은 서로 다를 수 있다. 제1 코어층(COL1)의 코어부(COP)는 제2 코어층(COL2)의 코어부(COP)로부터 제1 거리(L1)만큼 오프셋될 수 있다. 제1 거리(L1)은 0 또는 그 보다 큰 값을 가질 수 있다. 본 실시예에서, 제1 거리(L1)는 제1 폭(W1) 및 제2 폭(W2) 각각보다 클 수 있다.
제1 코어층(COL1)의 코어부(COP)는 최상부면(UMS)을 가질 수 있다. 최상부면(UMS)은 제1 하부 클래드 패턴(LCP1)의 상면(TS)과 평행할 수 있다. 제2 코어층(COL2)의 코어부(COP)는 최하부면(BMS)을 가질 수 있다. 최하부면(BMS)은 제2 하부 클래드 패턴(LCP2)의 상면(TS)과 평행할 수 있다. 제1 코어층(COL1)의 최하부면(BMS)의 레벨은 제2 코어층(COL2)의 최하부면(BMS)의 레벨보다 높을 수 있다.
제1 하부 클래드 패턴(LCP1)의 제1 측벽(SW1)과 제1 기판(SUB1)의 제1 면(SUR1)은 제1 각도(θ1)를 이룰 수 있다. 제2 하부 클래드 패턴(LCP2)의 제1 측벽(SW1)과 제2 기판(SUB2)의 제2 면(SUR2)은 제1 각도(θ1)를 이룰 수 있다. 다시 말하면, 제1 하부 클래드 패턴(LCP1)의 제1 측벽(SW1)과 제2 하부 클래드 패턴(LCP2)의 제1 측벽(SW1)은 서로 실질적으로 동일한 경사를 가질 수 있다. 제1 하부 클래드 패턴(LCP1)의 제1 측벽(SW1)과 제2 하부 클래드 패턴(LCP2)의 제1 측벽(SW1)이 서로 평행하므로, 제1 코어층(COL1)의 코어부(COP)와 제2 코어층(COL2)의 코어부(COP)간의 거리가 가까워지더라도 제1 코어층(COL1)과 제2 코어층(COL2)은 서로 이격될 수 있다.
제1 코어층(COL1)의 제1 사이드부(SP1)의 일부는 제2 코어층(COL2)의 제1 사이드부(SP1)의 일부와 인접할 수 있다. 일 예로, 제1 코어층(COL1)의 제1 사이드부(SP1)는 제2 코어층(COL2)의 제1 사이드부(SP1)와 제3 방향(D3)으로 인접할 수 있다. 제1 코어층(COL1)의 제1 사이드부(SP1)의 적어도 일부는 제2 코어층(COL2)의 제1 사이드부(SP1)의 적어도 일부와 수직적으로 중첩될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 제2 서브칩(SCH2)이 제1 서브칩(SCH1) 상에 플립되어 제공되므로, 제1 하부 클래드 패턴(LCP1) 및 제1 코어층(COL1)의 단면은 사다리꼴 형태를 가질 수 있고, 제2 하부 클래드 패턴(LCP2) 및 제2 코어층(COL2)의 단면은 역 사다리꼴 형태를 가질 수 있다. 다시 말하면, 제1 코어층(COL1)과 제2 코어층(COL2)은 기하학적으로 서로 맞물리는 구조를 가질 수 있다. 이로써, 제1 코어층(COL1)과 제2 코어층(COL2)이 서로 접촉하지 않고도 제1 코어층(COL1)의 코어부(COP)와 제2 코어층(COL2)의 코어부(COP)간의 거리를 자유롭게 조절할 수 있다. 결과적으로 본 실시예에 따른 광소자는, 적절한 광결합을 위한 결합 세기(coupling efficiency)를 용이하게 제어할 수 있다. 두 코어부(COP1, COP2)의 유효굴절률(effective refractive index)이 서로 유사하도록 구성함으로써, 코어부로 도파하는 모드 간의 위상정합 조건(phase matching condition)을 만족시켜 효율적인 광결합을 할 수 있다.
도 20, 도 21 및 도 22 각각은 본 발명의 실시예들에 따른 광소자를 설명하기 위한 것으로, 도 18의 A-A'선에 따른 단면도이다. 본 실시예들에서는, 앞서 도 18 및 도 19을 참조하여 설명한 광소자와 중복되는 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 생략하고, 차이점에 대해 상세히 설명한다.
도 18 및 도 20를 참조하면, 제1 코어층(COL1)의 최상부면(UMS)의 레벨은 제2 코어층(COL2)의 최하부면(BMS)의 레벨보다 높을 수 있다. 일 예로, 최상부면(UMS)의 레벨은, 최하부면(BMS)의 레벨보다 높고 제2 하부 클래드 패턴(LCP2)의 상면(TS)의 레벨보다 낮을 수 있다. 최하부면(BMS)의 레벨은, 제1 하부 클래드 패턴(LCP1)의 상면(TS)의 레벨보다 높고 최상부면(UMS)의 레벨보다 낮을 수 있다.
도 18 및 도 21를 참조하면, 제2 코어층(COL2)의 코어부(COP)는 제1 코어층(COL1)의 코어부(COP)와 제3 방향(D3)으로 인접할 수 있다. 제1 코어층(COL1)의 코어부(COP)는 제2 코어층(COL2)의 코어부(COP)로부터 제2 거리(L2)만큼 오프셋될 수 있다. 본 실시예에서, 제2 거리(L2)는 제1 폭(W1) 및 제2 폭(W2) 각각보다 작을 수 있다. 제1 코어층(COL1)의 코어부(COP)의 적어도 일부는 제2 코어층(COL2)의 코어부(COP)의 적어도 일부와 수직적으로 중첩될 수 있다.
도 18 및 도 22을 참조하면, 제1 하부 클래드 패턴(LCP1)의 제1 측벽(SW1)과 제1 기판(SUB1)의 제1 면(SUR1)은 제1 각도(θ1)를 이룰 수 있다. 제2 하부 클래드 패턴(LCP2)의 제1 측벽(SW1)과 제2 기판(SUB2)의 제2 면(SUR2)은 제2 각도(θ2)를 이룰 수 있다. 제1 각도(θ1)와 제2 각도(θ2)는 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 제2 각도(θ2)가 제1 각도(θ1)보다 클 수 있다. 다시 말하면, 제2 하부 클래드 패턴(LCP2)의 제1 측벽(SW1)의 경사는 제1 하부 클래드 패턴(LCP1)의 제1 측벽(SW1)의 경사보다 더 가파를 수 있다.
Claims (20)
- 제1 서브칩, 및 상기 제1 서브칩 상에 플립된 제2 서브칩을 포함하되,
상기 제1 서브칩은, 제1 기판, 상기 제1 기판의 제1 면 상의 제1 하부 클래드 패턴, 및 상기 제1 하부 클래드 패턴 상의 제1 코어층을 포함하고,
상기 제2 서브칩은, 제2 기판, 상기 제2 기판의 제2 면 상의 제2 하부 클래드 패턴, 및 상기 제2 하부 클래드 패턴 상의 제2 코어층을 포함하며,
상기 제1 기판의 상기 제1 면은 상기 제2 기판의 상기 제2 면을 마주보고,
상기 제1 하부 클래드 패턴은, 상기 제1 면에 평행한 제1 상면, 및 상기 제1 면에 대해 경사진 제1 측벽을 갖고,
상기 제1 코어층은, 상기 제1 상면 상의 제1 코어부 및 상기 제1 측벽 상의 제1 사이드부를 포함하는 광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 하부 클래드 패턴은, 상기 제2 면에 평행한 제2 상면, 및 상기 제2 면에 대해 경사진 제2 측벽을 갖고,
상기 제2 코어층은, 상기 제2 상면 상의 제2 코어부 및 상기 제2 측벽 상의 제2 사이드부를 포함하며,
상기 제1 코어부는 상기 제2 코어부에 인접하는 광소자.
- 제2항에 있어서,
상기 제1 사이드부의 적어도 일부는 상기 제2 사이드부의 적어도 일부와 수직적으로 중첩되는 광소자.
- 제2항에 있어서,
상기 제1 측벽과 상기 제1 면은 제1 각도를 이루고,
상기 제2 측벽과 상기 제2 면은 제2 각도를 이루며,
상기 제1 각도와 상기 제2 각도는 서로 실질적으로 동일한 광소자.
- 제2항에 있어서,
상기 제1 측벽과 상기 제1 면은 제1 각도를 이루고,
상기 제2 측벽과 상기 제2 면은 제2 각도를 이루며,
상기 제1 각도와 상기 제2 각도는 서로 다른 광소자.
- 제2항에 있어서,
상기 제2 코어부의 최하부면의 레벨은, 상기 제1 코어부의 최상부면의 레벨보다 높은 광소자.
- 제2항에 있어서,
상기 제2 코어부의 최하부면의 레벨은, 상기 제1 상면의 레벨보다 높고 상기 제1 코어부의 최상부면의 레벨보다 낮은 광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 코어부는 제1 두께를 갖고,
상기 제1 사이드부는 상기 제1 측벽에 수직한 방향으로 제2 두께를 가지며,
상기 제1 두께는 상기 제2 두께보다 큰 광소자.
- 제8항에 있어서,
상기 제1 코어부는 상기 제1 면에 수직한 방향으로 제1 증착 두께를 갖고,
상기 제1 사이드부는 상기 제1 면에 수직한 방향으로 제2 증착 두께를 가지며,
상기 제1 증착 두께와 상기 제2 증착 두께는 서로 실질적으로 동일한 광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 코어층 및 상기 제2 코어층 중 적어도 하나는 칼코게나이드 유리를 포함하는 광소자.
- 제1 서브칩, 및 상기 제1 서브칩 상에 플립된 제2 서브칩을 포함하되,
상기 제1 서브칩은, 제1 기판, 상기 제1 기판의 제1 면 상의 제1 하부 클래드 패턴, 및 상기 제1 하부 클래드 패턴 상의 제1 코어층을 포함하고,
상기 제2 서브칩은, 제2 기판, 상기 제2 기판의 제2 면 상의 제2 하부 클래드 패턴, 및 상기 제2 하부 클래드 패턴 상의 제2 코어층을 포함하며,
상기 제1 기판의 상기 제1 면은 상기 제2 기판의 상기 제2 면을 마주보고,
상기 제1 하부 클래드 패턴의 폭은 상기 제2 기판으로 갈수록 감소하고,
상기 제2 하부 클래드 패턴의 폭은 상기 제1 기판으로 갈수록 감소하며,
상기 제1 코어층의 코어부는 상기 제2 코어층의 코어부에 인접하는 광소자.
- 제11항에 있어서,
상기 제1 코어층의 코어부와 상기 제2 코어층의 코어부간에 광결합이 발생하는 광소자.
- 제11항에 있어서,
상기 제1 코어층은, 상기 제1 하부 클래드 패턴의 상면 상의 상기 코어부 및 상기 제1 하부 클래드 패턴의 측벽 상의 사이드부를 포함하고,
상기 코어부는 제1 두께를 갖고,
상기 사이드부는 상기 제1 하부 클래드 패턴의 상기 측벽에 수직한 방향으로 제2 두께를 가지며,
상기 제1 두께는 상기 제2 두께보다 큰 광소자.
- 제13항에 있어서,
상기 코어부는 상기 제1 면에 수직한 방향으로 제1 증착 두께를 갖고,
상기 사이드부는 상기 제1 면에 수직한 방향으로 제2 증착 두께를 가지며,
상기 제1 증착 두께와 상기 제2 증착 두께는 서로 실질적으로 동일한 광소자.
- 제11항에 있어서,
상기 제1 코어층의 상기 코어부는 제1 방향으로 제1 폭을 갖고,
상기 제2 코어층의 상기 코어부는 상기 제1 방향으로 제2 폭을 갖고,
상기 제1 코어층의 상기 코어부는 상기 제2 코어층의 상기 코어부로부터 상기 제1 방향으로 제1 거리만큼 오프셋되며,
상기 제1 거리는 상기 제1 폭보다 큰 광소자.
- 제11항에 있어서,
상기 제1 코어층의 상기 코어부는 제1 방향으로 제1 폭을 갖고,
상기 제2 코어층의 상기 코어부는 상기 제1 방향으로 제2 폭을 갖고,
상기 제1 코어층의 상기 코어부는 상기 제2 코어층의 상기 코어부로부터 상기 제1 방향으로 제1 거리만큼 오프셋되며,
상기 제1 거리는 상기 제1 폭보다 작은 광소자.
- 기판 상의 하부 클래드 패턴; 및
상기 하부 클래드 패턴 상의 코어층을 포함하되,
상기 하부 클래드 패턴은, 상기 기판의 상면에 평행한 상면, 및 상기 기판의 상기 상면에 대해 경사진 측벽을 갖고,
상기 코어층은, 상기 하부 클래드 패턴의 상기 상면 상의 코어부 및 상기 하부 클래드 패턴의 상기 측벽 상의 사이드부를 갖고,
상기 코어층은, 제1 코어층 및 제2 코어층을 포함하며,
상기 코어부의 상기 제1 코어층은 제1 두께를 갖고,
상기 사이드부의 상기 제1 코어층은, 상기 측벽에 수직한 방향으로 제2 두께를 가지며,
상기 제1 두께는 상기 제2 두께보다 큰 광소자.
- 제17항에 있어서,
상기 코어부의 상기 제2 코어층은 제3 두께를 갖고,
상기 사이드부의 상기 제2 코어층은, 상기 측벽에 수직한 방향으로 제4 두께를 가지며,
상기 제3 두께는 상기 제4 두께보다 큰 광소자.
- 제17항에 있어서,
상기 코어부의 상기 제2 코어층은 제3 두께를 갖고,
상기 사이드부의 상기 제2 코어층은, 상기 측벽에 수직한 방향으로 제4 두께를 가지며,
상기 제3 두께와 상기 제4 두께는 서로 실질적으로 동일한 광소자.
- 제17항에 있어서,
상기 기판의 상부에 정의된 리세스 상의 주변 코어층을 더 포함하되,
상기 주변 코어층은 상기 코어층과 이격된 광소자.
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