KR100219712B1 - 저손실 능동광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저손실 광능동소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 그 제조방법은 자외선을 투과시킬 수 있는 기판 표면에 선형폴리머로 하부클래드층을 형성하는 단계; 광도파로가 위치할 영역을 제외한 영역에 자외선이 투과되지 않는 제1금속층을 형성하는 단계; 선형코아영역 상부 및 선형코아영역 양옆으로 인접한 제1금속층 상부에 제1금속층 물질과 다른 물질로 이루어지는 제2금속층을 형성하는 단계; 도파로영역, 제1금속층 및 제2금속층 상부에 비선형폴리머를 형성하는 단계; 기판 하부에 자외선을 노광하여 비선형코아영역에만 경화된 비선형폴리머를 형성하고 경화되지 않은 비선형폴리머를 제거하는 단계; 비선형코아영역에 형성된 비선형폴리머 상부에 제3금속층을 형성하는 단계; 제2금속층을 제거하는 단계; 제1금속층 및 광도파로 상부에 선형폴리머를 도포하는 단계; 기판하부에 자외선을 노광하여 선형코아영역에만 경화된 선형폴리머를 형성하는 단계; 하부클래드층 상부에 있는 제1금속층과, 제3금속층을 제거하는 단계; 하부클래드층 및 도파로코아 영역 상부에 상부클래드층을 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 광변조효과가 일어나는 도파로영역에만 비선형 폴리머를 형성하고 나머지 영역에는 선형 폴리머를 이용하여 도파로의 도파 손실을 줄인다.

Description

저손실 능동 광소자 및 그 제조방법
본 발명은 광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 비선형 효과가 일어나는 일부 도파로 영역에만 비선형 폴리머를 삽입하여 도파로 코아를 형성하여 소자의 도파손실을 줄이는, 광학 폴리머를 이용한 저손실 광능동소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 광학 폴리머를 이용하여 광변조 소자 및 광스위치등의 광능동소자를 구성할 때, 소자에 형성되는 광도파로는 도파로의 클래드 영역과 코아 영역으로 구분이 된다. 광학 폴리머를 이용하여 광능동소자를 제작할 때, 기존의 방법에서는 비선형성의 성질을 가지는 폴리머로 소자의 도파로 코아영역을 형성하게 된다. 이 때 상기 소자에 형성되는 도파로의 모든 코아 영역은 그 재질로 비선형 유기 폴리머를 사용한다.
이렇게 할 경우, 즉 능동소자를 이루는 도파로의 코아를 비선형 폴리머를 이용하여 형성할 경우에 전체적인 소자의 손실특성에서 문제가 된다. 현재 비선형 폴리머로 이루어진 도파로의 도파 손실은 0.5 dB - 1.0 dB/cm의 특성을 나타내고 있으며, 선형 폴리머로 이루어진 도파로의 도파 손실은 0.1 dB - 0.2 dB/cm의 특성을 나타내고 있다. 따라서 동일한 길이 및 동일한 구조의 도파로 형성에서 비선형 폴리머만를 이용하여 도파로를 형성하는 경우는 선형폴리머로 형성한 경우보다 소자의 삽입 손실면에서 더 불리하다.
도 1a는 기존의 방법 즉 소자를 이루는 도파로의 코아 전체가 비선형폴리머로 형성된 방향커플러 형태(Directional Coupler Type)의 광스위치(Optical Switch)를 도시하고 있으며, 도 1b는 기존의 방법으로 형성된 마크-젠더(Mach-Zehnder) 형태의 광변조기(Optical Modulator)를 도시하고 있다. 참조번호 100은 기판, 120은 비선형폴리머로 이루어진 도파로, 130은 전극을 나타낸다. 상기 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 기존의 방법에서는 실제 비선형 효과가 일어나는 전극(130)부분을 포함한 광도파로의 코아영역 전체가, 선형 폴리머에 비하여 상대적으로 광손실이 높은 비선형 폴리머로 도파로가 이루어져 있으므로 소자의 전체 삽입 손실은 커지는 단점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 도파로의 모든 영역을 비선형 폴리머를 이용하여 형성할 때보다 도파로의 도파손실을 줄이기 위해, 광학 폴리머를 이용하여 능동 광소자를 형성할 때 광변조 효과가 일어나는 부분의 도파로 코아 영역에만 비선형 폴리머로 형성하고, 나머지 코아 영역에는 선형 폴리머를 이용하여 도파로 코아를 형성한, 저손실 광능동소자 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1a는 소자를 이루는 도파로의 코아 전체가 비선형폴리머로 형성된 방향커플러 형태(Directional Coupler Type)의 광스위치를 도시한 것이다.
도 1b는 기존의 방법으로 형성된 마크-젠더 형태의 광변조기를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른, 저손실 광능동소자의 구성을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명 설명의 편의를 위해, 본 발명의 전체 구성도의 단면선(A-A', B-B', C-C') 정의를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 기판에 하부 클래드층을 도포한 도면을 나타낸다.
도 5은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 기판에 형성된 하부 클래드층 위에 제1금속층을 형성한 도면을 나타내고 있다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 제1금속층 상부에 제2금속층을 형성한 도면을 나타낸 것이다.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 비선형 효과가 일어나는 부분에 선택적으로 비선형 유기 폴리머로 이루어지는 도파로의 코아를 형성하기 위한 공정 과정도를 도 4에 도시된 단면선 A-A' 와 C-C'을 기준으로 나타낸 것이다.
도 8a 내지 도 8f는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 비선형 효과가 일어나지 않는 부분에 선형 폴리머로 도파로 코아를 형성하기 위한 공정 과정도를 도 4에 도시된 단면선 B-B' 및 C-C'를 기준으로 나타낸 것이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 방법에 의해 형성된 방향커플러형태의 광스위치 및 마크-젠더 형태의 광변조기를 도시한 것이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 기판, 110 : 선형 폴리머로 이루어진 도파로
120 : 비선형 폴리머로 이루어진 도파로, 130 : 전극
140 : 선형 폴리머로 이루어진 도파로 코아,
150 : 비선형 폴리머로 이루어진 도파로 코아,
160 : 스핀코팅된 비선형 폴리머층,165 : 스핀코팅된 선형 폴리머층,
170 : 하부 클래드층,180 : 상부 클래드층,
190 : 제1금속층,200 : 제2금속층,210 : 제3금속층
220 : UV광
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한, 적어도 하나의 입력광을 적어도 하나의 출력광으로 내보내는 광능동 역할을 하는 광능동소자는, 기판; 상기 기판 상부에 위치하는 하부클래드층; 상기 하부클래드층 상부에 위치하며, 상기 비선형효과가 필요하지 않는 비선형코아영역과 비선형효과과 필요한 선형코아영역으로 이루어지고, 광신호를 도파하는 광도파로; 및 상기 광도파로 및 하부클래드 상부에 위치하는 상부클래드층을 포함하여 이루어짐이 바람직하다.
상기 광도파로의 비선형코아영역은 상기 선형코아영역 사이에 위치하며, 비선형폴리머로 이루어지고, 상기 광도파로의 선형코아영역은 일단은 상기 비선형코아영역과 연결되고, 타단은 광신호의 입력 또는 출력단과 연결되며, 상기 비선형폴리머보다 광도파 손실이 낮은 선형폴리머로 이루어지고, 상기 하부클래드 및 상부클래드는 상기 도파로 코아로 형성되는 선형폴리머 및 비선형폴리머보다 굴절율이 낮음을 특징으로 한다.
상기의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한, 광신호 도파시 비선형효과가 필요한 광도파로 코아부분(비선형코아영역) 및 비선형효과가 필요하지 않는 광도파로 코아부분(선형코아영역)으로 이루어지는 광도파로를 구비한 광능동소자의 제조방법은, 자외선(UV광)을 투과시킬 수 있는 기판 표면에 선형 폴리머로 하부클래드층을 형성하는 하부클래드형성단계; 상기 하부클래드층 상부의 상기 광도파로가 위치할 영역을 제외한 영역에, 자외선이 투과되지 않는 제1금속층을 형성하는 제1금속층형성단계; 상기 선형코아영역 상부 및 상기 선형코아영역 양옆으로 인접한 상기 제1금속층 상부에, 상기 제1금속층 물질과 다른 물질로 이루어지며 자외선을 투과시키지 않는 제2금속층을 형성하는 제2금속층형성단계; 상기 도파로영역, 상기 제1금속층 및 제2금속층 상부에 비선형 폴리머를 형성하는 비선형폴리머형성단계; 상기 기판 하부에 자외선을 노광하여 상기 비선형코아영역에만 경화된 비선형폴리머를 형성하고, 상기 제1금속층 및 제2금속층 상부에 형성된 경화되지 않은 비선형폴리머를 제거하는 비선형폴리머경화단계; 상기 비선형코아영역에 형성된 비선형폴리머 상부에 제3금속층을 형성하는 제3금속층형성단계; 상기 제2금속층을 제거하는 제2금속층제거단계; 상기 제1금속층 및 광도파로 상부에 선형폴리머를 도포하는 선형폴리머도포단계; 상기 기판 하부에 자외선을 노광하여 상기 선형코아영역에만 경화된 선형폴리머를 형성하는 선형폴리머경화단계; 하부클래드층 상부에 있는 제1금속층과, 제3금속층을 제거하는 금속층제거단계; 상기 하부클래드층 및 도파로코아 영역 상부에 상부클래드층을 형성하는 상부클래드형성단계를 포함함이 바람직하다.
상기 제3금속층 형성단계는, 상기 비선형폴리머형성단계에서 형성된 경화된 비선형폴리머를 포함하는 기판 상부에 포토레지스트를 도포하는 단계; 상기 경화된 비선형폴리머 상부의 포토레지스트가 씻겨져 나가도록, 자외선을 상기 기판 하부에 조사하여 상기 포토레지스트로 패턴닝하는 단계; 상기 패턴닝된 기판 상부에 진공증착방법으로 제3금속층을 증착시키는 단계; 및 상기 기판 상부의 포토레지스터를 리프트 오프하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른, 저손실 광능동소자의 구성을 도시한 것으로서, 선형 폴리머와 비선형 폴리머가 함께 도파로 코아를 구성하고 광능동소자에서 비선형 효과가 일어나는 부분에 전극과 그 부분에 비선형 폴리머로 도파로 코아가 이루어진 모습을 나타낸다. 상기 광능동소자는 기판(100)과, 상기 기판(100) 상부에 위치하는 하부클래드층(170)과, 상기 하부클래드층(170) 상부에 위치하며 상기 비선형효과가 필요하지 않는 비선형코아영역(150)과 비선형효과과 필요한 선형코아영역(140)으로 이루어지고 광신호를 도파하는 광도파로(140, 150)와, 상기 광도파로(140, 150) 및 하부클래드(170) 상부에 위치하는 상부클래드층(180)과, 상기 비선형코아영역(150) 상부에 위치한 전극을 포함하여 이루어진다. 상기 광도파로의 비선형코아영역(150)은 상기 선형코아영역(140) 사이에 위치하며 비선형폴리머로 이루어진다. 상기 광도파로의 선형코아영역(140)은 일단은 상기 비선형코아영역(150)과 연결되고 타단은 광신호가 입력되는 입력단 또는 광신호가 출력되는 출력단과 연결되며 상기 비선형폴리머보다 광도파 손실이 낮은 선형폴리머로 이루어진다. 또한 상기 하부클래드 및 상부클래드는 상기 도파로 코아로 형성되는 선형폴리머 및 비선형폴리머보다 굴절율이 낮다.
한편 본 발명에 의한 비선형 폴리머를 이용하여 광스윗치나 광모듈레이터등의 광능동 소자를 제작할 때 저손실의 광능동 소자를 제작하는 방법에서 사용하는 물질은 UV광에 의해 경화가 가능한 기능 그룹(Curable Funtional Group)을 지니며, NLO Chromophore (Epoxy, Acrylate, or Silicon-Containing Funtionaities)를 기능성 요소를 가진 폴리머 그룹이다. 본 발명에 있어서 비선형 폴리머를 이용하여 비선형 효과가 일어나는 지역에만 비선형 폴리머를 삽입하여 광능동 소자를 구성하는 제작 방법은 다음과 같다.
도 3은 본 발명 설명의 편의를 위해, 본 발명의 전체 구성도의 단면선(A-A', B-B', C-C')을 정의하고 있다. 도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 기판에 하부 클래드층을 도포한 도면을 나타낸다. 먼저 기판은 투명한 기판(100)을 이용한다. 이 기판(100)은 사용되는 폴리머를 큐어링(Curing)하게 하는 UV광(220)을 투과시킬 수 있는 기판(100)이면 가능하다. 예로는 유리(Glass)로 이루어진 슬라이드 유리(Slide Glass)를 들 수 있다. 다음으로 기판의 표면에 선형 폴리머로 하부클래드(Lower Clad)층(170)을 스핀코팅(Spin Coating) 방법으로 형성한다. 스핀코팅된 선형 폴리머로 이루어진 하부 클래드(Lower Clad)층(170)은 UV-Expose(220)로 Curing한후에 건조(Baking)공정을 통해 하부 클래드층(170)의 막질을 좋게 할 수 있다.
도 5은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 기판(100)에 형성된 하부 클래드층(170)위에 제1금속층(First Metal Layer, 190)를 형성한 도면을 나타내고 있다. 제1금속층(190)을 형성하기 위해서 먼저 이미 형성된 하부클래드(Lower Clad)층(170)위에 포토레지스트(Photoresist:이하 PR이라 함)을 스핀코팅방법으로 도포한다. 이후에 패턴(Pattern)이 그려진 포토마스크(Photomask)를 기판에 정렬하고 UV광을 조사하여 PR에 선택적으로 UV광이 조사되도록 한다. 이 공정이 끝나면 PR을 현상(Developer)용액에 담가 Develop을 하고, 건조(Baking)를 한다. 이렇게 PR 패턴이 형성된 기판에 스퍼터링(Sputtering), 전자빔(E-beam), 또는 열증발(Thermal Evaporation) 등의 진공 증착 방법으로 제1금속층(190)을 기판(100)에 증착시킨다. 증착후, PR을 리프트 오프(Lift Off)하여 제1금속층(190)를 형성하게 된다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 제1금속층(190) 상부에 제2금속층(Second Metal Layer, 200)를 형성한 도면을 나타낸다. 상기 제2금속층(200)을 형성하기 위해, 상기 제1금속층(190)을 형성하는 것과 같은 방법으로 형성한다. 즉 PR을 하부 클래드층(170)과 제1금속층(190)이 형성되어 있는 기판(100)에 도포하고, 포토마스크를 기판에 정렬한후 UV광을 조사하여 제2금속층(200)의 패턴을 위한 PR 패턴을 형성한다. 이후 금속을 진공 증착 방법에 의해 증착을 시키고, PR을 Lift Off하여 제2금속층(200)을 형성하게 된다. 이 두개의 제1금속층(190)와 제2금속층(200)는 서로 다른 물질로 이루어져야 하며, 제2금속층(200)을 식각용액으로 식각해 낼 때, 그 식각 용액에 의해서 제1금속층(190)이 침해 받지 않는 물질을 선택한다. 상기 제1금속층(190)과 제2금속층(200)은 비선형 폴리머와 선형폴리머로 이루어지는 도파로의 코아층을 형성할 때 UV광(200)에 대한 마스크(Mask)로 작용을 한다.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 비선형 효과가 일어나는 부분에 선택적으로 비선형 유기 폴리머(Non-Linear Organic Polymer)로 이루어지는 도파로의 코아(150)를 형성하기 위한 공정 과정도를 도 4에 도시된 단면선 A-A' 와 C-C'을 기준으로 나타낸 것이다.
먼저 소자내에서 비선형효과가 이루어지는 영역에 비선형 폴리머로 이루어지는 도파로 코아(150)를 형성하기 위해서 UV-Light에 의해 경화성을 지닌 비선형 유기 폴리머를 스핀코팅방법으로 기판(100)에 비선형 폴리머 층(160)을 형성한다.
도 7a에는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 Spin Coating방법으로 비선형 폴리머층(160)을 형성한 모습을 나타낸다. 이후에 도 7b와 같이 기판의 뒷면에서 UV광(220)을 노광한다. 그러면 이전 공정에서 형성된 제1금속층(190) 및 제2금속층(200)이 UV-Light(220)에 대해 마스크 역할을 하여 선택적으로 금속층이 없는 영역에 있는 비선형 폴리머만이 경화된다. 이렇게 선택적으로 경화된 부분은 비선형 폴리머로 이루어진 도파로의 코아(150)부분이 된다. 도 7b 및 도7c에 상기의 공정 내용을 도식화한 그림을 나타내었다.
도 7d 및 도 7e는 제3금속층(Third Metal Layer, 210)을 형성하는 공정을 도한 것이다. 이를 설명하면, 먼저 상기의 공정을 통해서 비선형 폴리머로 이루어진 도파로 코아(150)가 형성된 기판(100)에 PR을 스핀코팅방법으로 도포한다. 이후에 마찬가지로 별도의 마스크 정렬(Mask Align) 작업이 없이 UV Light를 기판(100)의 뒷면에서 조사한다. Develop 공정에서 UV Light에 조사된 PR 영역은 씻겨져 나가고, 나머지 부분은 그대로 남는다. 이렇게 PR로 패턴닝을 한후 진공 증착 방법으로 제3금속층(210)을 증착시킨다. 상기 제3금속층(210)을 증착후에 PR을 리프트 오프하면 처음 비선형 폴리머로 이루어진 도파로 코아(150) 영역 위에만 도 7e와 같이 제3금속층(210)이 형성이 된다. 이후에 제2금속층(200)은 식각 용액을 이용하여 식각해 버린다.
다음 공정은 선형 폴리머로 이루어지는 도파로 코아(140)영역을 먼저 형성한 비선형 폴리머로 이루어진 도파로 코아(150)영역에 연결하여 형성하는 방법이다. 도 8a 내지 도 8f는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 비선형 효과가 일어나지 않는 부분에 선형 폴리머(Linear Organic Polymer)로 도파로 코아(140)를 형성하기 위한 공정 과정도를 나타낸다. 도 8a와 같이 하부클래드층(170)과 제1금속층(190)가 형성되어 있고, 비선형 폴리머로 이루어진 도파로 코아(150)와 그 도파로 코아(150)위에 제3금속층(210)이 형성된 기판에 도 8b와 같이 선형 폴리머를 기판(100)에 스핀코팅하여 도포한다. 도포후, 도8c와 같이 기판(100)의 뒷면에서 UV광(220)을 조사하면 제1금속층(190)에 의해 UV-Light(220)를 마스킹(Masking)하는 역할이 되어서 선형도파로 코아로 형성할 지역만이 UV-Light(220)에 경화되어서 선형 폴리머로 이루어진 도파로 코아(140)가 형성된다. 이 때 UV-Light(220)의 조사량으로 경화되는 두께를 조절한다. UV-Light(220)에 경화되지 않은 나머지 선형 폴리머 부분은 적절한 Solvent를 사용하여 씻어내어 버린다. 도 8d는 상기의 공정에 의해서 선형 폴리머가 경화되어 선형 폴리머 도파로 코아(140)가 형성된 모습을 나타낸다. 이후 도 8d에서 비선형 폴리머로 이루어진 도파로 코아(150)영역 위에 있는 제3금속층(210)과 하부클래드층(170)위에 있는 제1금속층(190)을 식각 용액을 이용하여 식각해 버린다. 위의 공정들이 끝나면 상부 클래드 역할을 하는 폴리머를 상기의 기판에 스핀코팅(Spin Coating)하고 전체적으로 UV-Curing을 하여 상부클래드층(180)을 완성한다. 도 8e에는 상기의 모든 공정을 거쳐서 비선형 폴리머로 이루어진 도파로 코아(150)와 선형 폴리머로 이루어진 도파로 코아가 동시에 연결되어 이루어진 도파로를 나타낸다.
다음은 본 발명의 동작을 설명 하도록 한다. 도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 선형 폴리머와 비선형 폴리머가 함께 도파로 코아(140,150)를 구성하고, 광능동소자에서 비선형 효과가 일어나는 부분에 전극(130)과 그 부분에 비선형 폴리머로 도파로 코아(150)가 이루어진 모습을 나타낸 본 발명의 구성도를 나타낸다. 한쪽단에서 입력된 광신호는 광능동 소자내에서 직접 전극(130)을 통한 전압이나, 전기장(Electric Field)에 의해서 비선형 효과가 필요하지 않은 부분은 저손실의 광진행 손실을 가지는 선형 폴리머로 이루어진 도파로 코아(140) 지역을 지난다. 이렇게 지난 광신호는 전극(130)이 있는 부분의 비선형 폴리머로 구성된 도파로 코아(150)부분을 지나면서 직접 전극(130)을 통한 전압이나, 전기장(Electric Field)에 의해서 광의 특성이 변화되고, 이 변화된 광신호는 다시 선형 폴리머로 이루어진 도파로 코아 지역(140)을 거쳐서 출력단으로 광신호가 출력이 된다.
기존의 방법에서는 이러한 단순히 광신호의 진행만이 필요한 도파로 지역도 선형 폴리머에 비해서 도파 손실이 높은 비선형 폴리머로 도파로 코아(150)가 구성됨으로써 전체적인 소자의 도파 손실이 높아지게 되어 소자의 삽입손실이 커지게 된다.
기존의 방법과는 달리 본 발명은 비선형 효과가 일어나는 지역에만 비선형 폴리머로 이루어진 도파로 코아(150)를 구성하고, 나머지의 부분은 선형폴리머로 도파로 코아(140)를 구성함으로써 소자내에서의 도파 손실 및 전체적인 소자의 삽입손실을 낮출 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 방법에 의해 형성된 방향커플러형태(Directional Coupler Type)의 광스위치 및 마흐-젠더(Mach-Zehnder) 형태의 광변조기(Optical Modulator)를 나타내고 있다. 도 9a는 광능동 소자의 한 종류인 방향성 커플러 형태의 광스위치를 나타낸다. 입력단 1에서 입력된 광신호는 광능동 소자내에서 저손실의 광진행 손실을 가지는 선형 폴리머로 이루어진 도파로(110) 지역을 지난다. 이렇게 지난 광신호는 전극(130)이 있는 부분의 비선형 폴리머로 구성된 도파로(120) 부분을 지나면서 직접 전극(130)을 통한 전압이나, 전기장(Electric Field)에 의해서 광의 특성이 변화되고, 이 변화된 광신호는 다시 선형 폴리머로 이루어진 도파로(110) 지역을 거쳐서 출력단 3 또는 4로 광신호가 출력되어 광스윗치의 역할을 한다. 도9b는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 방법에 의해 형성된 Mach-Zehnder Type의 Optical Modulator를 나타내고 있다. 입력단 1에서 입력된 광신호는 광능동 소자내에서 저손실의 광진행 손실을 가지는 선형 폴리머로 이루어진 도파로(110) 지역을 지난다. 이렇게 지난 광신호는 전극(130)이 있는 부분의 비선형 폴리머로 구성된 도파로(120) 부분을 지나면서 직접 전극(130)을 통한 전압이나, 전기장(Electric Field)에 의해서 광의 특성이 변화되고, 이 변화된 광신호는 다시 선형 폴리머로 이루어진 도파로(110) 지역을 거쳐서 출력단 2로 광신호가 출력되며, 이렇게 출력되는 광신호는 초기 광신호의 세기를 변조할 수 있게 된다.
유기 광학 폴리머를 이용하여 광능동 소자를 구성할 때, 전극이 위치한 부분에서만이 광 비선형 효과가 발생하므로, 전극이 위치한 부분에만 비선형 폴리머를 이용하여 도파로의 코아를 형성하고, 나머지 비선형 효과가 필요하지 않은 도파로의 영역에는 비선형 유기 폴리머에 비해 상대적으로 광진행 손실이 적은 선형 유기 폴리머를 이용하여 도파로의 코아를 형성함으로써 광능동소자의 전체적인 소자 삽입손실을 줄인다.
본 발명은 비선형 폴리머를 이용하여 광도파로 소자를 제작할 때, 소자의 도파 손실을 줄이기 위해서, 광도파로의 형성시에, 비선형 효과를 발생시키는 소자의 일부 영역에만 선택적으로 비선형 폴리머 도파로를 형성하여 소자의 성능을 향상시킨다. 기존에 광학 폴리머를 이용하여 광변조 소자 및 광스윗치등의 능동 소자를 구성을 할 때, 소자에 형성되는 광도파로는 비선형성의 성질을 가지는 폴리머로 도파로를 형성하게 된다. 이 때 소자에 형성되는 도파로의 모든 영역이 비선형 폴리머로 이루어진다. 기존의 방법에서 능동 소자의 모든 도파로를 비선형 폴리머를 이용하여 형성할 경우에 전체적인 소자의 손실특성에서 문제가 된다. 현재 비선형 폴리머로 이루어진 도파로의 도파 손실은 0.5-1.0dB/cm의 특성을 나타내고 있으며, 선형 폴리머로 이루어진 도파로의 도파손실은 0.1dB-0.2dB/cm의 특성을 나타내고 있다. 따라서 동일한 길이 및 동일한 구조의 도파로 형성에서 비선형 폴리머만를 이용하여 도파로를 형성하는 경우는 선형폴리머로 형성한 경우보다 소자의 삽입손실면에서 더 불리하다.
비선형 폴리머를 이용하여 능동 광소자를 형성할 때, 본 발명과 같이 광변조 효과가 일어나는 도파로의 영역에만 비선형 폴리머를 형성하고 나머지 영역에는 선형 폴리머를 이용하여 도파로를 형성한다면 모든 도파로를 비선형 폴리머로 이용하여 도파로를 형성할 때보다 도파로의 도파 손실을 최소화시킬 수 있다.

Claims (12)

  1. 광신호 도파시 비선형효과가 필요한 광도파로 코아부분(비선형코아영역) 및 비선형효과가 필요하지 않는 광도파로 코아부분(선형코아영역)으로 이루어지는 광도파로를 구비한 광능동소자의 제조방법에 있어서,
    자외선(UV광)을 투과시킬 수 있는 기판 표면에 선형 폴리머로 하부클래드층을 형성하는 하부클래드형성단계;
    상기 하부클래드층 상부의 상기 광도파로가 위치할 영역을 제외한 영역에, 자외선이 투과되지 않는 제1금속층을 형성하는 제1금속층형성단계;
    상기 선형코아영역 상부 및 상기 선형코아영역 양옆으로 인접한 상기 제1금속층 상부에, 상기 제1금속층 물질과 다른 물질로 이루어지며 자외선을 투과시키지 않는 제2금속층을 형성하는 제2금속층형성단계;
    상기 도파로영역, 상기 제1금속층 및 제2금속층 상부에 비선형 폴리머를 형성하는 비선형폴리머형성단계;
    상기 기판 하부에 자외선을 노광하여 상기 비선형코아영역에만 경화된 비선형폴리머를 형성하고, 상기 제1금속층 및 제2금속층 상부에 형성된 경화되지 않은 비선형폴리머를 제거하는 비선형폴리머경화단계;
    상기 비선형코아영역에 형성된 비선형폴리머 상부에 제3금속층을 형성하는 제3금속층형성단계;
    상기 제2금속층을 제거하는 제2금속층제거단계;
    상기 제1금속층 및 광도파로 상부에 선형폴리머를 도포하는 선형폴리머도포단계;
    상기 기판 하부에 자외선을 노광하여 상기 선형코아영역에만 경화된 선형폴리머를 형성하는 선형폴리머경화단계;
    하부클래드층 상부에 있는 제1금속층과, 제3금속층을 제거하는 금속층제거단계;
    상기 하부클래드층 및 도파로코아 영역 상부에 상부클래드층을 형성하는 상부클래드형성단계를 포함함을 특징으로 하는, 저손실 광능동소자의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하부클래드형성단계의 하부클래드 형성은
    스핀 코팅(Spin Coating) 방법으로 형성함을 특징으로 하는 저손실 광능동소자의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 스핀코팅된 선형폴리머로 이루어진 하부클래드층 형성단계는
    자외선 노광으로 상기 하부클래드층을 큐어링(Curing)하는 단계; 및
    건조(Baking) 공정을 통해 막질을 좋게 하는 단계를 더 구비함을 특징으로 하는 저손실 광능동소자의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1금속층형성단계의 제1금속층 형성은
    상기 하부클래드층 상부에 포토레지스트를 도포하는 단계;
    소정의 패턴이 그려진 포토마스크를 상기 기판에 정렬하여 상기 포토레지스트에 선택적으로 자외선이 노광되도록 하는 단계;
    상기 포토레지스트를 현상(developer)용액에 담가 현상하고 건조하는 단계;
    상기 포토레지스트 패턴이 형성된 기판에 진공증착방법으로 제1금속층을 증착시키는 단계; 및
    상기 포토레지스터를 리프트 오프(Lift Off)하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 저손실 광능동소자의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1금속층형성단계의 제1금속층은
    상기 제2금속층이 식각되는 식각용액에 식각되는 않음을 특징으로 하는 저손실 광능동소자의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제3금속층 형성단계는
    상기 비선형폴리머형성단계에서 형성된 경화된 비선형폴리머를 포함하는 기판 상부에 포토레지스트를 도포하는 단계;
    상기 경화된 비선형폴리머 상부의 포토레지스트가 씻겨져 나가도록, 자외선을 상기 기판 하부에 조사하여 상기 포토레지스트로 패턴닝하는 단계;
    상기 패턴닝된 기판 상부에 진공증착방법으로 제3금속층을 증착시키는 단계; 및
    상기 기판 상부의 포토레지스터를 리프트 오프하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 저손실 광능동소자의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제2금속층제거단계는
    상기 제1금속층은 식각되지 않는 식각용액을 이용하여 상기 제2금속층을 식각함을 특징으로 하는 저손실 광능동소자의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 선형폴리머경화단계의 경화되는 선형폴리머두께는
    상기 자외선의 조사되는 량에 의해 조절됨을 특징으로 하는 저손실 광능동소자의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 하부클래드 및 상부클래드는
    상기 도파로 코아로 형성되는 선형폴리머 및 비선형폴리머보다 굴절율이 낮음을 특징으로 하는 저손실 광능동소자의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 비선형폴리머는
    자외선(UV광) 감응성 특성을 가지며, 비선형 광학색소를 기능성요소로 가진 물질임을 특징으로 하는 저손실 광능동소자의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 선형폴리머는
    사용하는 광의 사용파장에 대한 광투명성을 가진 선형 광학유기물질이며, 상기 비선형폴리머보다 광도파손실이 낮은 물질임을 특징으로 하는 저손실 광능동소자의 제조방법.
  12. 적어도 하나의 입력광을 적어도 하나의 출력광으로 내보내는 광능동 역할을 하는 광능동소자에 있어서,
    기판;
    상기 기판 상부에 위치하는 하부클래드층;
    상기 하부클래드층 상부에 위치하며, 상기 비선형효과가 필요하지 않는 비선형코아영역과 비선형효과과 필요한 선형코아영역으로 이루어지고, 광신호를 도파하는 광도파로; 및
    상기 광도파로 및 하부클래드 상부에 위치하는 상부클래드층을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하고,
    상기 광도파로의 비선형코아영역은
    상기 선형코아영역 사이에 위치하며, 비선형폴리머로 이루어지고,
    상기 광도파로의 선형코아영역은
    일단은 상기 비선형코아영역과 연결되고, 타단은 광신호의 입력 또는 출력단과 연결되며, 상기 비선형폴리머보다 광도파 손실이 낮은 선형폴리머로 이루어지고,
    상기 하부클래드 및 상부클래드는
    상기 도파로 코아로 형성되는 선형폴리머 및 비선형폴리머보다 굴절율이 낮은, 저손실 광능동소자.
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