KR100464552B1 - 광민감성을 이용한 평판형 도파로 광소자 제작방법 - Google Patents

광민감성을 이용한 평판형 도파로 광소자 제작방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광도파로 소재의 광민감성을 높이고 자외선 레이저광을 이용하여 평판형 광소자를 제작하는 기술에 관한 것이다.
본 발명은 광분배기, 광결합기, WDM 광소자, 광스위치 등 평판형 광도파로 수동소자 및 광증폭기와 같은 능동소자를 제작하는데 있어 종래의 도파로 제작방법인 증착 및 식각 공정을 대폭 줄일 수 있고, 공정중의 이물질 인입과 결정상 형성되는 등의 문제점을 해결할 수 있으며 상부 클래드층을 열처리한 후 도파로 형성에 따른 코어 영역의 확산 및 코어의 굴절률 변화 등의 문제점을 해결할 수 있다.
결과적으로, 광도파로 제작 공정수를 줄이고 재현성을 향상시켜 광도파로의 전송효율과 특성을 효과적으로 개선할 수 있다.

Description

광민감성을 이용한 평판형 도파로 광소자 제작방법{MANUFACTURING METHOD OF PLANAR WAVEGUIDE DEVICES BY USE OF UV LASER BEAM ON PHOTONIC FILMS WITH ENHANCED PHOTOSENSITIVITY}
본 발명은 광민감성을 이용한 평판형 도파로 광소자 제작방법에 관한 것으로, 광도파로 소재의 광민감성을 높이고 자외선 레이저광을 이용하여 평판형 광소자를 제작하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로 광통신소자의 기본 구조를 광도파로(optical waveguide)라 하며, 기판위에 제조된 광도파로를 평판형(planar) 광도파로라고 한다.
광도파로(이하, 도파로라 한다)는 코어(core)층에 형성되며, 코어층을 형성하기 위한 방법으로서 스퍼터증착, 화염가수분해증착, 졸-겔적층, 폴리머적층 등의 제조공정과 코어형상을 제작하기 위한 노광 및 건식 또는 습식 식각에 의해 완성하는 반도체 채널제작 공정 또는 이온교환법에 의한 채널제작 공정 등이 알려져 있다.
습식 및 건식 식각 공정은 코어 표면이 거칠어 광전송의 손실을 발생시키고 상부 클래드(clad)층의 열처리시 코어층과 상부 클래드층 사이의 계면에서 기공이나 결정상을 형성하는 단점이 있다.
이온결합법은 박막위에 도파로 패턴(pattern)을 스퍼터로 증착하는 과정과 부수되는 여러 공정의 불편함과 이물질의 인입, 이온의 확산에 따른 도파로 각부위의 굴절률을 정밀 제어하는데 어려움이 있다. 이에 따라 파장 분할기 등의 미세 패턴을 응용하는 소자의 제작 및 다른 광능동소자를 함께 실장하여 집적화 하는 것이 실제적으로 곤란하다.
또한, 졸-겔(sol-gel)에 의한 방법은 실리카 또는 실리콘 기판위에 여러 알콕사이드물질과 금속을 합성하여 침적에 의한 코팅방법을 이용하므로 제조공정상 5㎛ 이상의 두꺼운 막을 형성하는데 어려움이 있고, 막에 존재하는 유기물을 제거하기 위한 별도의 공정이 필요할 뿐만 아니라 잔존하는 유기물로 인하여 다른 공법에 비하여 광손실이 크다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 도파로층의 제작공정을 간소화시키고 제작공정상의 이물질 인입과 결정상의 형성을 저감시켜 광전송 효율 및 특성을 개선하기 위하여 증가된 도파재질의 광민감성을 활용하고 시준된 자외선레이저광을 사용하여 수동형 및 능동형 평판도파로 광소자 제작방법을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 평판형 광소자의 제작 공정도,
도 2는 본 발명에 따른 평판형 광증폭기의 제작 공정도,
도 3은 본 발명에 따른 수소처리 후의 공정 상세도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100 : 기판 200 : 하부 클래드층
300 : 코어층 301 : 광도파로
500 : 상부 클래드층 600 : 포토마스크
이를 위하여 본 발명은 광민감성을 이용한 평판형 광소자 제작방법에 있어서, 실리콘 혹은 실리카 기판, 알루미나 기판 상면에 에어로졸 화염가수분해증착(AFD)이나 화염가수분해증착(FHD) 등 기존 박막제조공법으로 하부 클래드층을 형성시키는 하부 클래드층 형성공정과, 하부 클래드층 상면에 AFD 또는 FHD 방법으로 수 ㏖% 이상의 게르마늄(Ge)이 첨가된 다성분계 산화물박막을 쌓아 코어층을 형성시키는 코어층 형성공정과, 코어층 상면에 AFD, FHD, 스퍼터증착, 졸-겔(sol-gel)적층, 폴리머적층으로 상부 클래드층을 형성시키는 상부 클래드층 형성공정과, 코어층의 자외선에 대한 광민감성을 증가시키기 위한 수소처리공정과, 상부 클래드층 상면에 도파로 포토마스크를 활용하여 UV 파장대역의 레이저광을 조사하여 광도파로를 형성하는 광도파로 형성공정으로 구성된다.
증폭기 제작 공정에 있어서는 희토류원소를 첨가시키는 코어 제작공정과 광도파로 형성과정 후에 이득평탄화 브라그격자 형성공정이 추가된다.
WDM 필터 제작 공정에 있어서는 광도파로 형성과정 후에 파장분할을 위한 브라그격자 형성공정이 추가된다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 광민감성을 이용한 평판형 도파로 광소자 제작방법의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 광민감성을 이용한 광소자 제작공정을 도시한 공정도이다.
도시한 바와 같이, 실리콘 또는 실리카 기판, 혹은 알루미나 기판(100) 상면에 에어로졸 화염가수분해증착(Aerosol Flame Deposition ; AFD)이나 화염가수분해증착(Flame Hydrolysis Deposition ; FHD) 방법으로 하부 클래드(clad)층(200)을 제작한다.
하부 클래드층(200)의 제작 공정이 완료되면, 하부 클래드층(200) 상면에 에어로졸 화염가수증착(AFD)이나 화염가수분해증착(FHD) 방법으로 수 ㏖% 이상의 게르마늄(Ge)이 첨가된 다성분계 산화물박막을 쌓아 코어층(300)을 제작한다.
코어층(300)의 제작 공정이 완료되면, 코어층(300) 상면에 에어로졸 화염가수분해증착(AFD)이나 스퍼터증착, 화염가수분해증착(FHD), 졸-겔(sol-gel)적층, 폴리머적층 등으로 상부 클래드층(500)을 제작한다.
상부 클래드층(500)의 제작 공정이 완료되면, 게르마늄(Ge)과 자외선 사이의 광민감성을 증가시키기 위해 기 증착된 박막을 고온 고압의 수소처리과정을 거친다.
수소처리 공정이 완료되면, 수소 처리된 상부 클래드층(500) 상면에 포토마스크(600)를 위치시킨 다음 UV 레이저광을 조사하여 광도파로(301)를 형성시킨다.
도 2는 본 발명에 따른 광민감성을 이용한 평판형 광증폭기의 제작공정을 도시한 공정도이다.
실리콘 혹은 실리카 기판, 알루미나 기판(100) 상면에 에어로졸 화염가수분해증착(AFD)이나 화염가수분해증착(FHD)으로 하부 클래드층(200)을 제작한다.
하부 클래드층(200) 제작 공정이 완료되면, 하부 클래드층(200) 상면에 에어로졸 화염가수증착(AFD)이나 화염가수분해증착(FHD) 방법으로 게르마늄(Ge)과 희토류원소(Er, Nb, Pr, Yb 등)가 첨가된 다성분계 산화물박막을 쌓아 코어층(400)을 제작한다.
코어층(400) 제작 공정이 완료되면, 코어층(400) 상면에 에어로졸 화염가수분해증착(AFD)이나 스퍼터증착, 화염가수분해증착, 졸-겔(sol-gel)적층, 폴리머적층으로 상부 클래드층(500)을 제작한다.
상부 클래드층(500)의 제작 공정이 완료되면, 게르마늄(Ge)과 자외선 사이의 광민감성을 증가시키기 위해 기 증착된 박막을 고온 고압의 수소처리과정을 거친다.
수소처리공정이 완료되면, 수소처리된 상부 클래드층(500) 상면에 포토마스크(600)를 위치시킨 다음 UV 레이저광을 조사하여 광도파로(301)를 형성시킨다.
그리고 도 3은 광소자나 광증폭기의 제작방법 상에서 광도파로의 형성이 완료된 이후의 공정을 도시한 것으로, 광도파로(301,401)의 제작 공정이 완료되면, 증폭기의 이득율 평탄화(gain flattening), WDM 필터의 파장분할 기능을 위하여 위상 마스크(Phase Mask)를 상부 클래드층(500)에 위치시키고 동일한 UV 레이저광을이용하여 코어에 브라그격자(Bragg Grating)를 형성시킨다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 게르마늄과 희토류원소가 첨가된 광도파로를 제작하는데 있어 종래의 도파로 제작방법인 화염가수분해증착방법이나 에어로졸 화염가수분해증착방법, 이온교환법, 졸-겔법 등에 필요한 식각공정에 따른 이물질 인입과 결정상이 형성되는 등의 문제점을 해결할 수 있으며, 상부 클래드층을 열처리한 후 도파로 형성에 따른 코어 영역의 확산 및 코어의 굴절률 변화 등의 문제점을 해결할 수 있고, 마스크패턴을 형성시키기 위한 스퍼터공정 등을 제거할 수 있다.
이에 따라, 광도파로 제작 공정을 대폭 간소화하고 부수적인 문제점을 갖는 공정을 제거하여 재현성이 향상되므로 전반적인 광전송 효율 및 특성을 매우 효과적으로 개선할 수 있다.

Claims (3)

  1. 평판형 도파로 광소자 제작방법에 있어서,
    실리콘 혹은 실리카 기판, 알루미나 기판 상면에 에어로졸 화염가수분해증착(AFD)으로 하부 클래드층을 형성시키는 하부 클래드층 형성공정과,
    상기 하부 클래드층 상면에 에어로졸 화염가수분해증착(AFD)으로 수 mol% 이상의 게르마늄(Ge) 또는 게르마늄과 희토류원소(Er, Yb, Nb 등)가 첨가된 다성분계 산화물박막의 코어층을 형성시키는 코어층 형성공정과,
    상기 코어층 상면에 에어로졸 화염가수분해증착(AFD)으로 상부 클래드층을 형성시키는 상부 클래드층 형성공정과,
    상기 코어층의 게르마늄(Ge)과 UV선 간의 광민감성을 증가시키기 위해 증착 박막을 온도와 압력에 따라 수소처리하는 수소처리공정과,
    수소 처리된 상기 상부 클래드층 상면에 포토마스크와 시준된 UV선을 조사하여 광도파로를 형성하는 광도파로 형성공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 광민감성을 이용한 평판형 도파로 광소자 제작방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광도파로 형성공정과 여기에 활용된 UV레이저 장치를 이용하고 상기 포토마스크를 위상마스크로 대체하여 이득화평탄화를 구현한 평판형 광증폭기 제작공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광민감성을 이용한 평판형 도파로 광소자 제작방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 광도파로 형성공정과 여기에 활용된 UV 레이저 장치를 이용하고 상기 포토마스크를 위상마스크로 대체하여 파장분할기능을 구현한 WDM 필터 제작공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광민감성을 이용한 평판형 도파로 광소자 제작방법.
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