KR20230165154A - 역메사 리지 구조를 가지는 광소자 및 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 역메사 리지 구조를 가지는 광소자는 역메사 리지(ridge)의 일측 측면에 구비된 BCB의 물질 상부에 전기 패드가 형성되며, 반도체 리지(Ridge)와 BCB는 공간을 두고 이격된다.

Description

역메사 리지 구조를 가지는 광소자 및 제조 방법{OPTICLA ELEMENT AND MANUFACTURING METHOD HAVING A REVERSE MESA RIDGE}
본 발명은 광소자의 상층부에 히터가 장치되는 역메사 리지 구조를 가지는 광소자에 관한 발명이다.
현재 광통신에는 역메사 Ridge 구조의 반도체 레이저 광소자가 단독 또는 직접 된 형태로 제작되고 있다. 역메사 Ridge 구조의 반도체 레이저는 DFB-LD 형태 또는 DBR-LD 형태로 제작되며, 단독 또는 변조기와 집적 형태로 제작되고 있다.
특히 최근에 제작되는 역메사 Ridge 구조 광소자는 고속 동작을 위하여 전기 pad를 반도체 표면에서 이격하여 제작함으로써, capacitance를 줄이고, 결과적으로 광소자의 RC(resistance - capacitance) time을 줄여 고속 동작을 이루려는 시도가 되고 있다.
또한 최근에 역메사 Ridge 구조의 반도체 광원 상부에 히터를 장착하여, 파장 가변 또는 파장 안정화 용도로 사용되고 있다. 그러나 Ridge 광소자 구조의 구체적인 제작 방법에 대해서는 충분한 고려가 되지 않고 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 히터가 장착된 역메사 리지(ridge) 구조 광소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 1를 참조하면, 역메사 리지(ridge) 구조 광소자(100)은 기판(110), 제 1 클래딩층(120), MQW 활성층(130), 스페이서층(140), BCB(Benzocyclobutene) 층(150), 제 2 클래딩층(160), 제 1 전극(170), 절연막(180), 히터(190)을 포함할 수 있다.
도 1과 같이, 역메사 구조에 BCB를 적용 할 경우 BCB와 InP의 반도체 물질의 열팽창 계수가 달라, 저온에서 BCB가 도포되고, 고온에서 BCB가 curing 되고, 다시 상온으로 온도가 환원되는 과정에서 BCB와 InP 계통의 반도체 물질과의 열팽창 계수가 달라 역메사 ridge의 반도체 구조에 응력이 발생하여 반도체의 신뢰성이 떨어지는 문제가 발생한다. 이에, BCB가 열팽창 계수 차이에 의해 InP의 역메사 ridge 구조에 응력을 가하여 반도체의 신뢰성을 저하시키키는 문제가 있다.
도 2를 참조하면, 히터에서 발생한 열이 BCB 층을 통하여 전달(200)됨으로써, 히터에서 발생한 열이 MQW의 반도체 활성 영역의 온도를 효과적으로 제어하지 못하고, 열의 손실이 발생하는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 역메사 리지 구조를 가지는 광소자는 역메사 리지(ridge)의 일측 측면에 구비된 BCB의 물질 상부에 전기 패드가 형성되며, 반도체 리지(Ridge)와 BCB 층 사이에는 공간을 두고 이격되도록 하여, BCB와 InP 계통의 반도체 물질과의 열팽창 계수가 달라 역메사 ridge의 반도체 구조에 응력이 발생하여 반도체의 신뢰성이 떨어지는 문제가 발생하지 않도록 예방할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 역메사 리지 구조를 가지는 광소자는 역메사 리지(ridge)의 일측 측면에 구비된 BCB의 물질 상부에 전기 패드가 형성되며, 반도체 리지(Ridge)와 BCB는 공간을 두고 이격된다.
본 발명은 히터에서 발생하는 열이 반도체 MQS 활성 영역으로 집중되어 에너지 효율성이 증가하며, 역메사 ridge 구조 제작에서 BCB 가 Ridge와의 접촉을 최소화하므로 반도체에 가해지는 응력을 효과적으로 제거하여 반도체의 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 히터가 장착된 역메사 리지(ridge) 구조 광소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 역메사 리지 구조를 가지는 광소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3에서 'A 기준' 단면을 도시한 도면이다.
도 5는 도 3에서 'B 기준' 단면을 도시한 도면이다.
도 6은 도 3에서 'C 기준' 단면을 도시한 도면이다.
도 7 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 역메사 리지 구조를 가지는 광소자를 제작하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 대하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 역메사 리지 구조를 가지는 광소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 역메사 리지 구조를 가지는 광소자(300)은 광원 전극(310), 웨이브 가이드(320) 및 히터(330)를 포함할 수 있다.
광원 전극(310)은 웨이브 가이드(320)의 일측에 연결되어 형성될 수 있다. 예를 들면, 광원 전극(310)은 웨이브 가이드(320)의 중간에 연결될 수 있으나, 연결되는 위치는 다양하게 변경될 수 있다.
히터(330)는 웨이브 가이드(320)의 양쪽 끝에 연결되어 형성될 수 있다. 예를 들면, 히터(330)는 2개일 수 있으며, 웨이브 가이드(320)의 일단에 1개의 히터가 연결되고, 웨이브 가이드(320)의 타단에 1개의 히터가 연결될 수 있다.
도 4는 도 3에서 'A 기준' 단면을 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 'A 기준'으로 역메사 리지 구조를 가지는 광소자(300)는 기판(400), 제 1 클래딩층(410), MQW 활성층(420), 스페이서층(430), 제 2 클래딩층(440), 광원 전극(450), 제 1 절연막(460), 제 1 BCB 층(470), 제 2 절연막(480), 히터(330)를 포함할 수 있다.
제 1 클래딩층(410)은 기판(400)의 상부에 형성될 수 있다.
MQW 활성층(420)은 제 1 클래딩층(410)의 상부에 형성될 수 있다.
스페이서층(430)은 MQW 활성층(420)의 상부에 형성될 수 있다.
제 2 클래딩층(440)은 스페이서층(430)의 일측의 상부에 형성될 수 있다.
제 2 클래딩층(440)은 아래쪽 폭이 위쪽 폭 보다 작은 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 제 2 클래딩층(440)은 역메사(reverse mesa) 구조를 가질 수 있다.
광원 전극(450)은 광원 영역의 제 2 클래딩층(440)의 상부에 형성될 수 있다. 광원 전극(450)은 P 전극으로, 전극에 있는 전자들이 제 2 클래딩층(440)을 통해 스페이서층(430) 및 MQW 활성층(420)으로 이동하게 된다.
제 1 절연막(460)은 광원 전극(450) 및 히터(330)의 사이에 형성될 수 있다. 절연막(460)은 광원 전극(450) 및 히터(330) 사이를 절연시킬 수 있다.
제 1 BCB 층(470)은 스페이서층(430)의 타측의 상부에 형성되고, 상기 제 2 클래딩층(440)과의 사이에는 공간(space)을 갖도록 이격되어 형성될 수 있다. 여기서, BCB 층(470)은 폴리이미드(polyimide)층으로 대체될 수도 있다.
제 2 절연막(480)은 제 1 BCB 층(470)의 상부에 형성될 수 있다.
히터(330)은 상기 제 1 절연막(460)의 상부로부터 상기 제 2 절연막(4820)의 상부까지 연결되는 구조로 형성될 수 있다.
도 5는 도 3에서 'B 기준' 단면을 도시한 도면이다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 'B 기준'으로 역메사 리지 구조를 가지는 광소자(300)는 도 3 및 도 4를 참조하면, 'A 기준'으로 역메사 리지 구조를 가지는 광소자(300)는 기판(400), 제 1 클래딩층(410), MQW 활성층(420), 스페이서층(430), 제 2 클래딩층(440), 광원 전극(450), 제 1 절연막(460) 및 히터(330)를 포함할 수 있다.
제 1 클래딩층(410)은 기판(400)의 상부에 형성될 수 있다.
MQW 활성층(420)은 제 1 클래딩층(410)의 상부에 형성될 수 있다.
스페이서층(430)은 MQW 활성층(420)의 상부에 형성될 수 있다.
제 2 클래딩층(440)은 스페이서층(430)의 상부에 형성될 수 있다.
제 2 클래딩층(440)은 아래쪽 폭이 위쪽 폭 보다 작은 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 제 2 클래딩층(440)은 역메사(reverse mesa) 구조를 가질 수 있다.
광원 전극(450)은 광원 영역의 제 2 클래딩층(440)의 상부에 형성될 수 있다. 광원 전극(450)은 P 전극으로, 전극에 있는 전자들이 제 2 클래딩층(440)을 통해 스페이서층(430) 및 MQW 활성층(420)으로 이동하게 된다.
제 1 절연막(460)은 광원 전극(450) 및 히터(330)의 사이에 형성될 수 있다. 절연막(460)은 광원 전극(450) 및 히터(330) 사이를 절연시킬 수 있다.
히터(330)은 상기 제 1 절연막(460)의 상부에 형성될 수 있다.
도 6은 도 3에서 'C 기준' 단면을 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 'C 기준'으로 역메사 리지 구조를 가지는 광소자(300)는 기판(400), 제 1 클래딩층(410), MQW 활성층(420), 스페이서층(430), 제 2 클래딩층(440), 광원 전극(450), 제 1 절연막(460), 제 2 절연막(480), 히터(330)를 포함할 수 있다.
제 1 클래딩층(410)은 기판(400)의 상부에 형성될 수 있다.
MQW 활성층(420)은 제 1 클래딩층(410)의 상부에 형성될 수 있다.
스페이서층(430)은 MQW 활성층(420)의 상부에 형성될 수 있다.
제 2 클래딩층(440)은 스페이서층(430)의 일측의 상부에 형성될 수 있다.
제 2 클래딩층(440)은 아래쪽 폭이 위쪽 폭 보다 작은 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 제 2 클래딩층(440)은 역메사(reverse mesa) 구조를 가질 수 있다.
제 2 BCB 층(480)은 스페이서층(430)의 타측의 상부에 형성되고, 상기 제 2 클래딩층(440)과의 사이에는 공간(space)을 갖도록 이격되어 형성될 수 있다.
광원 전극(450)은 제 2 클래딩층(440)의 상부로부터 제 2 BCB 층(480)의 상부까지 연셜되는 구조로 형성 될 수 있다.
제 1 절연막(460)은 광원 전극(450)의 일측의 상부에 형성될 수 있다.
히터(330)는 상기 제 1 절연막(460)에 형성될 수 있다.
위와 같이, 제 1 BCB층(470) 및 제 2 클래딩층(440) 사이에 공간을 형성하고, 제 2 BCB 층(480) 및 제 2 클래딩층(440) 사이에 공간을 형성함으로써, 공간이 매워진 경우에 반복적인 온도 변화에 따라 발생하는 응력의 변화에 따른 반도체의 신뢰성 저하 문제 및 히터에서 발생한 열이 활성 영역으로 집중되지 못하는 문제를 해결할 수 있다.
도 7 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 역메사 리지 구조를 가지는 광소자를 제작하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 제 1 클래딩층(510)이 기판(500)의 상부에 형성된다.
MQW 활성층(520)이 제 1 클래딩층(510)의 상부에 형성된다.
스페이서층(530)이 MQW 활성층(520)의 상부에 형성된다.
제 2 클래딩층(550)은 스페이서층(530)의 일측의 상부에 형성될 수 있다.
제 2 클래딩층(550)은 아래쪽 폭이 위쪽 폭 보다 작은 형태를 가질 수 있다.
BCB 층(540)은 스페이서층(530)의 상부에서 제 2 클래딩층(550)의 양쪽에 도포되어 형성될 수 있다.
도 8을 참조하면, 제 2 클래딩층(550)의 양쪽에 형성된 BCB 층(540)을 제거한다.
도 9를 참조하면, BCB 층(540)이 제거된 부분에 포토레지스터(PR; photo resist)를 도포한다.
도 10을 참조하면, BCB 층(540) 및 포토레지스터(PR)의 상부에 제 2 클래딩층(550)의 상부로부터 제 2 BCB층(도 10기준 좌측)의 상부를 연결하는 구조를 갖도록 광원 전극(570)을 생성한다.
광원 전극(570)의 상부로부터 제 1 BCB 층(도 10 기준 오른쪽)의 상부를 연결하는 구조를 갖도록 절연막(580)을 형성한다.
히터를 절연막(580)의 상부에 형성한다.
도 11을 참조하면, 도 10에 따른 제작이 완료된 후 포토레지스터(PR)을 제거하여 air bridge 구조(1100)가 생성한다. 다시 말해, 제 2 클래딩층과 BCB 층사이에 공간을 형성할 수 있다.
도 12를 참조하면, 절연막(580) 중에 air bridge 부분에 형성된 절연막 (1110)를 제거한다.
본 발명에서 BCB 와 PR을 언급하였지만, 이러한 물질은 유사한 특성을 가지는 다른 물질들로 대체 될 수 있다.
또한 본 발명은 꼭 이러한 제작 공정의 순서를 따를 필요가 없으며, air bridge 구조를 갖는 다양한 제작 방법을 적용할 수 있다.
설명된 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (2)

  1. 광소자의 전극 상부에 히터가 구비된 역메사 리지 구조를 가지는 광소자에 있어서,
    역메사 리지(ridge)의 일측 측면에 구비된 BCB의 물질 상부에 전기 패드가 형성되며, 반도체 리지(Ridge)와 BCB는 공간을 두고 이격되는 것을 특징으로하는 역메사 리지 구조를 가지는 광소자.
  2. 상기 반도체와 접촉하는 부분의 일부분의 영역에서 BCB를 제거하고, BCB가 제거된 영역에 PR을 도포한 후, PR과 BCB를 이용하여 반도체의 광소자의 전극과 히터 전극의 연결 부위를 제작 한 후, PR을 제거하여 역메사 Ridge 구조와 전기적 pad가 제작되는 BCB가 공간을 두고 이격하는 형태로 제작되는 것을 특징으로 하는 역메사 리지 구조를 가지는 광소자의 제조방법.
KR1020230068604A 2022-05-26 2023-05-26 역메사 리지 구조를 가지는 광소자 및 제조 방법 KR20230165154A (ko)

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