KR102253397B1 - method for manufacturing optical switch and structure of the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광 스위치의 제조방법을 개시한다. 그의 방법은 기판 상에 하부 클래드 층을 형성하는 단계와, 상기 하부 클래드 층 상에 제 1 및 제 2 도파로들을 형성하는 단계와, 상기 제 1 및 제 2 도파로들 사이의 제 1 및 제 2 열전 레그들을 갖는 열전 소자를 형성하는 단계와, 상기 제 1 및 제 2 도파로들, 상기 열전 소자 그리고 상기 하부 클래드 층의 일부 상에 상부 클래드 층을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 제 1 및 제 2 도파로들을 형성하는 단계는, 상기 하부 클래드 층 상에 실리콘 층을 형성하는 단계와 상기 실리콘 층을 식각하여 상기 제 1 및 제 2 도파로들과, 상기 제 1 및 제 2 열전 레그들의 예비 열전 레그들을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The present invention discloses a method of manufacturing an optical switch. Its method includes forming a lower clad layer on a substrate, forming first and second waveguides on the lower clad layer, and first and second thermoelectric legs between the first and second waveguides. And forming an upper clad layer on the first and second waveguides, the thermoelectric element, and a portion of the lower clad layer. The forming of the first and second waveguides may include forming a silicon layer on the lower clad layer, etching the silicon layer to provide the first and second waveguides, and the first and second thermoelectric legs. It may include forming preliminary thermoelectric legs of the.
Description
본 발명은 광 스위치의 제조방법 및 그의 구조에 관한 것으로, 상세하게는 광을 효율적으로 변조 및/또는 스위칭할 수 있는 광 스위치의 제조방법 및 그의 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing an optical switch and a structure thereof, and more particularly, to a method of manufacturing an optical switch capable of efficiently modulating and/or switching light and a structure thereof.
일반적으로, 광 스위치는 광 경로를 변경하는 장치이다. 예를 들어, 광 스위치는 기계식의 광 스위치와, 도파로형의 광 스위치를 포함할 수 있다. In general, an optical switch is a device that changes the optical path. For example, the optical switch may include a mechanical optical switch and a waveguide optical switch.
기계식의 광 스위치는 광학 소자를 기계적으로 이동시키는 스위치일 수 있다. 기계식의 광 스위치는 내부 광 손실 및 누설 광 감쇠량이 적고, 제작이 용이하여 상용화에 유리할 수 있다. 기계식의 광 스위치는 주로 1XN 형태의 스위치를 포함할 수 었다.The mechanical optical switch may be a switch that mechanically moves an optical element. The mechanical optical switch can be advantageous for commercialization because it has a small amount of internal light loss and leakage light attenuation, and is easy to manufacture. The mechanical optical switch could mainly include a 1XN type switch.
반면, 도파로형 광 스위치는 NXN 형태의 스위치를 포함할 수 있다. 도파로형 광 스위치는 광학 결정의 자기-광학 효과, 전기-광학 효과, 또는 열 광학 효과(Thermo-optic effect)에 의해 구동될 수 있다. 이중, 열 광학 효과(Thermo-optic effect)는 온도에 따라 물질의 굴절률이 변화하는 현상일 수 있다. 예를 들어, 도파로형 광 스위치는 마하-젠더 간섭계(Mach-Zehnder interferometer: MZI) 방식의 도파로들을 포함할 수 있다. 마하-젠더 간섭계 방식의 도파로들은 히터 전극의 가열에 광을 변조 및/또는 스위칭할 수 있다. 히터 전극은 주로 도파로들 상에 배치될 수 있다. 하지만, 히터 전극은 도파로들과, 상기 도파로 주변의 클래드를 불 균일하게 가열할 수 있는 단점이 있다. On the other hand, the waveguide type optical switch may include an NXN type switch. The waveguide type optical switch may be driven by a magneto-optical effect, an electro-optic effect, or a thermo-optic effect of an optical crystal. Among them, the thermo-optic effect may be a phenomenon in which the refractive index of a material changes according to temperature. For example, the waveguide type optical switch may include waveguides of a Mach-Zehnder interferometer (MZI) method. The Mach-Zender interferometric waveguides can modulate and/or switch light upon heating of the heater electrode. The heater electrode can mainly be disposed on the waveguides. However, the heater electrode has a disadvantage in that it can heat the waveguides and the clad around the waveguide unevenly.
본 발명이 이루고자 하는 과제는 열전 소자의 예비 열전 레그들을 제 1 및 제 2 도파로들과 동시에 패터닝할 수 있는 광 스위치의 제조방법 및 그의 구조을 제공하는 데 있다. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing an optical switch capable of simultaneously patterning preliminary thermoelectric legs of a thermoelectric element with first and second waveguides and a structure thereof.
본 발명은 열 광학 광 스위치의 제조방법을 개시한다. 그의 제조방법은, 기판 상에 하부 클래드 층을 형성하는 단계; 상기 하부 클래드 층 상에 제 1 및 제 2 도파로들을 형성하는 단계; 상기 제 1 및 제 2 도파로들 사이의 제 1 및 제 2 열전 레그들을 갖는 열전 소자를 형성하는 단계; 및 상기 제 1 및 제 2 도파로들, 상기 열전 소자 그리고 상기 하부 클래드 층의 일부 상에 상부 클래드 층을 형성하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 제 1 및 제 2 도파로들을 형성하는 단계는: 상기 하부 클래드 층 상에 실리콘 층을 형성하는 단계; 및 상기 실리콘 층을 식각하여 상기 제 1 및 제 2 도파로들과, 상기 제 1 및 제 2 열전 레그들의 예비 열전 레그들을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The present invention discloses a method of manufacturing a thermo-optical optical switch. The manufacturing method includes the steps of forming a lower clad layer on a substrate; Forming first and second waveguides on the lower clad layer; Forming a thermoelectric element having first and second thermoelectric legs between the first and second waveguides; And forming an upper clad layer on the first and second waveguides, the thermoelectric element, and a portion of the lower clad layer. Here, the forming of the first and second waveguides may include: forming a silicon layer on the lower clad layer; And forming preliminary thermoelectric legs of the first and second waveguides and the first and second thermoelectric legs by etching the silicon layer.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 열전 소자를 형성하는 단계는: 상기 예비 열전 레그들의 제 1 부분들 내에 제 1 불순물을 주입하여 제 1 열전 레그를 형성하는 단계; 상기 예비 열전 레그들의 제 2 부분들 내에 상기 제 1 불순물과 다른 제 2 불순물을 주입하여 제 2 열전 레그들을 형성하는 단계; 및 상기 제 1 및 제 2 열전 레그들을 직렬로 연결하는 제 1 및 제 2 전극들을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. According to an example of the present invention, the forming of the thermoelectric element may include: forming a first thermoelectric leg by implanting a first impurity into first portions of the preliminary thermoelectric legs; Forming second thermoelectric legs by implanting second impurities different from the first impurities into second portions of the preliminary thermoelectric legs; And forming first and second electrodes connecting the first and second thermoelectric legs in series.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 제 1 전극들은 상기 제 1 도파로와 상기 제 1 및 제 2 열전 레그들 사이에 형성되고, 상기 제 2 전극들은 상기 제 2 도파로와 상기 제 1 및 제 2 열전 레그들 사이에 형성될 수 있다. According to an example of the present invention, the first electrodes are formed between the first waveguide and the first and second thermoelectric legs, and the second electrodes are formed between the second waveguide and the first and second thermoelectric legs. It can be formed between.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 상부 클래드 층은 상기 제 1 및 제 2 도파로들과 상기 제 1 및 제 2 전극들 사이에 형성될 수 있다. According to an example of the present invention, the upper cladding layer may be formed between the first and second waveguides and the first and second electrodes.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 도파로들은 제 1 방향으로 형성되고, 상기 열전 레그들 은 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 형성될 수 있다. According to an example of the present invention, the first and second waveguides may be formed in a first direction, and the thermoelectric legs may be formed in a second direction crossing the first direction.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 도파로들은: 광 결합 영역들; 및 상기 광 결합 영역들 사이의 위상 시프팅 영역을 포함할 수 있다. 상기 열전 소자는 상기 위상 시프팅 영역 내에 형성될 수 있다.According to an example of the present invention, the first and second waveguides include: light coupling regions; And a phase shifting region between the light coupling regions. The thermoelectric element may be formed in the phase shifting region.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 하부 클래드 층 및 상기 상부 클래드 층은 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. According to an example of the present invention, the lower clad layer and the upper clad layer may include silicon oxide.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 실리콘 층은 화학기상증착방법 및 레이저결정화방법으로 형성된 결정 실리콘을 포함할 수 있다. According to an example of the present invention, the silicon layer may include crystalline silicon formed by a chemical vapor deposition method and a laser crystallization method.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 실리콘 층은 단결정 실리콘, 폴리 실리콘, 아몰퍼스 실리콘, 실리콘 질화물, 또는 실리콘 산질화물을 포함할 수 있다.According to an example of the present invention, the silicon layer may include single crystal silicon, polysilicon, amorphous silicon, silicon nitride, or silicon oxynitride.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 실리콘 층이 상기 단결정 실리콘을 포함할 경우, 상기 기판, 상기 하부 클래드 층 및 상기 실리콘 층은 실리콘 온 인슐레이터 기판일 수 있다.According to an example of the present invention, when the silicon layer includes the single crystal silicon, the substrate, the lower clad layer, and the silicon layer may be a silicon on insulator substrate.
본 발명의 일 예에 따른 광 스위치는, 기판 상의 하부 클래드 층; 상기 하부 클래드 층 상의 제 1 및 제 2 도파로들; 상기 제 1 및 제 2 도파로들 사이의 열전 소자; 및 상기 하부 클래드 층의 일부, 상기 열전 소자 그리고 상기 제 1 및 제 2 도파로들 상의 상부 클래드 층을 포함한다. 여기서, 상기 열전 소자는 상기 제 1 및 제 2 도파로들의 높이와 동일한 높이를 가질 수 있다. An optical switch according to an embodiment of the present invention includes a lower clad layer on a substrate; First and second waveguides on the lower clad layer; A thermoelectric element between the first and second waveguides; And a part of the lower clad layer, the thermoelectric element, and an upper clad layer on the first and second waveguides. Here, the thermoelectric element may have the same height as the first and second waveguides.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 열전 소자는: 제 1 열전 레그; 상기 제 1 열전 레그와 평행한 제 2 열전 레그; 상기 제 1 및 제 2 열전 레그들을 직렬로 연결하고, 상기 제 1 및 제 2 열전 레그들과 상기 제 1 도파로 사이의 제 1 전극; 및 상기 제 1 및 제 2 열전 레그들을 직렬로 연결하고, 상기 제 1 및 제 2 열전 레그들과 상기 제 2 도파로 사이에 배치되는 제 2 전극을 포함할 수 있다. According to an example of the present invention, the thermoelectric element may include: a first thermoelectric leg; A second thermoelectric leg parallel to the first thermoelectric leg; A first electrode connecting the first and second thermoelectric legs in series and between the first and second thermoelectric legs and the first waveguide; And a second electrode connecting the first and second thermoelectric legs in series and disposed between the first and second thermoelectric legs and the second waveguide.
일 예에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 도파로들은: 광 결합 영역들; 및 상기 광 결합 영역들 사이의 위상 시프팅 영역을 포함할 수 있다. 상기 열전 소자는 상기 위상 시프팅 영역 내에 배치될 수 있다.According to an example, the first and second waveguides may include: light coupling regions; And a phase shifting region between the light coupling regions. The thermoelectric element may be disposed in the phase shifting area.
상술한 바와 같이, 본 발명의 개념에 따른 광 스위치의 제조방법은 하부 클래드 층 상에 제 1 및 제 2 도파로들을 형성하는 단계와 상기 제 1 및 제 2 도파로들 사이에 열전 소자를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 도파로들을 형성하는 단계는 상기 실리콘 층을 형성하는 단계와 상기 실리콘 층을 식각하여 상기 제 1 및 제 2 도파로들과, 상기 제 1 및 제 2 도파로들 사이의 상기 열전 소자의 예비 열전 레그들을 동시에 패터닝하는 단계를 포함할 수 있다. As described above, the method of manufacturing an optical switch according to the concept of the present invention includes forming first and second waveguides on a lower clad layer and forming a thermoelectric element between the first and second waveguides. Can include. The forming of the first and second waveguides includes forming the silicon layer, etching the silicon layer, and the thermoelectric element between the first and second waveguides and the first and second waveguides. It may include the step of simultaneously patterning the preliminary thermoelectric legs.
도 1은 본 발명의 개념에 따른 광 스위치의 일 예를 보여주는 평면도이다.
도 2는 도 1의 I-I'선상을 절취하여 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 1의 광 스위치의 제조방법을 보여주는 플로우 챠트이다.
도 4 내지 도 8은 도 2의 공정 단면도들이다.
도 9 내지 도 11은 도 1의 공정 평면도들이다.
도 12는 도 3의 제 1 및 제 2 도파로들을 형성하는 단계의 일 예를 보여주는 플로우 챠트이다.
도 13은 도 3의 열전 소자를 형성하는 단계의 일 예를 보여주는 플로우 챠트이다.1 is a plan view showing an example of an optical switch according to the concept of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II′ of FIG. 1.
3 is a flowchart showing a method of manufacturing the optical switch of FIG. 1.
4 to 8 are cross-sectional views of the process of FIG. 2.
9 to 11 are plan views of the process of FIG. 1.
12 is a flowchart illustrating an example of forming the first and second waveguides of FIG. 3.
13 is a flowchart illustrating an example of a step of forming the thermoelectric element of FIG. 3.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당 업자에게 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.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Advantages and features of the present invention, and a method of achieving them will become apparent with reference to embodiments described later in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in different forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content may be thorough and complete and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art, and the present invention is only defined by the scope of the claims. The same reference numerals refer to the same constituent elements throughout the entire specification.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 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 장치는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 명세서에서 솔더, 블록들, 분말들, 스페이서, 및 자기장은 반도체 분야에서 주로 사용되는 의미로 이해될 수 있을 것이다. 바람직한 실시 예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다.The terms used in this specification are for describing exemplary embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, the singular form also includes the plural form unless specifically stated in the phrase. Comprises and/or comprising as used in the specification excludes the presence or addition of one or more other components, steps, actions and/or elements to the mentioned components, steps, actions and/or devices. I never do that. In addition, in the specification, solder, blocks, powders, spacers, and magnetic fields may be understood as meanings mainly used in the semiconductor field. Since it is according to a preferred embodiment, reference numerals presented in the order of description are not necessarily limited to the order.
도 1은 본 발명의 개념에 따른 광 스위치(400)의 일 예를 보여준다. 도 2는 도 1의 I-I'선상을 절취하여 나타낸 단면도이다.1 shows an example of an
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 광 스위치(400)는 마흐-젠더 간섭계 형의 열 광학 광 스위치(optical switch based on thermo-optic effect)일 수 있다. 이와 달리, 광 스위치(400)는 광 도파로 스위치(optical waveguide switch)일 수 있다. 일 예에 따르면, 광 스위치(400)는 기판(10), 하부 클래드 층(20), 제 1 도파로(100), 제 2 도파로(200), 열전 소자(300) 및 상부 클래드 층(30)을 포함할 수 있다. 상기 기판(10)은 글래스 및/또는 인쇄회로기판을 포함할 수 있다. 상기 하부 클래드 층(20)은 상기 기판(10) 상에 배치될 수 있다. 상기 하부 클래드 층(20)은 실리콘 산화물 층을 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2, the
상기 제 1 도파로(100), 상기 제 2 도파로(200), 및 상기 열전 소자(300)는 상기 하부 클래드 층(20) 상에 배치될 수 있다. 상기 제 1 도파로(100), 상기 제 2 도파로(200), 및 상기 열전 소자(300)는 실리콘 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 도파로(100), 상기 제 2 도파로(200), 및 상기 열전 소자(300)는 단결정 실리콘, 폴리 실리콘, 아몰퍼스 실리콘, 실리콘 질화물, 또는 실리콘 산질화물을 포함할 수 있다. 상기 제 1 도파로(100)와 상기 제 2 도파로(200)는 광(18)을 제 1 방향(1)으로 전송할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 도파로들(100, 200)은 광 결합 영역들(12)과 위상 시프팅 영역(14)을 가질 수 있다.The
상기 광 결합 영역들(12)은 상기 제 1 및 제 2 도파로들(100, 200) 내의 광(18)을 교환(exchange) 및/또는 스위치(switch)하는 영역일 수 있다. 상기 광 결합 영역들(12) 내의 상기 제 1 및 제 2 도파로들(100, 200) 사이의 거리는 상기 위상 시프팅 영역(14) 내의 상기 제 1 및 제 2 도파로들(100, 200) 사이의 거리보다 작을 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 도파로들(100, 200) 각각의 폭은 상기 광 결합 영역들(12) 내에서보다 상기 위상 시프팅 영역(14) 내에서 증가할 수 있다.The
상기 위상 시프팅 영역(14)은 상기 광 결합 영역들(12) 사이에 배치될 수 있다. 상기 위상 시프팅 영역(14)은 상기 광(18)의 위상을 변조하는 영역일 수 있다. 상기 광 결합 영역들(12) 내의 상기 제 1 및 제 2 도파로들(100, 200)은 상기 변조된 위상을 갖는 상기 광(18)을 스위칭할 수 있다. 상기 광(18)의 진행 방향에 따라, 상기 위상 시프팅 영역(14) 전단의 상기 광 결합 영역들(12) 중 하나는 상기 광(18)의 입력 부로 사용되고, 상기 위상 시프팅 영역(14) 후단의 상기 광 결합 영역들(12) 중 나머지 하나는 상기 광(18)의 출력 부로 사용될 수 있다. The
상기 열전 소자(300)는 상기 위상 시프팅 영역(14) 내의 상기 제 1 및 제 2 도파로들(100, 200) 사이에 배치될 수 있다. 상기 열전 소자(300)는 상기 제 1 및 제 2 도파로들(100, 200)의 높이와 동일한 높이를 가질 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 열전 소자(300)는 열전 레그들(310) 및 전극들(320)을 포함할 수 있다. 상기 열전 레그들(310)은 제 2 방향(2)으로 연장할 수 있다. 상기 열전 레그들(310)은 제 1 열전 레그들(312)과 제 2 열전 레그들(314)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 열전 레그들(312)은 p형 반도체 패턴을 포함할 수 있다. 상기 제 2 열전 레그들(314)은 n형 반도체 패턴을 포함할 수 있다. 전극들(320)은 상기 열전 레그들(310)을 직렬로 연결할 수 있다. 전극들(320)은 제 1 전극들(322)과 제 2 전극들(324)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 전극들(322)은 상기 제 1 도파로(100)와 상기 열전 레그들(310) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제 2 전극들(324)은 상기 제 2 도파로(200)와 상기 열전 레그들(310) 사이에 배치될 수 있다. The
상기 상부 클래드 층(30)은 상기 하부 클래드 층(20)의 일부, 상기 제 1 도파로(100), 상기 제 2 도파로(200) 및 상기 열전 소자(300) 상에 배치될 수 있다. 상기 상부 클래드 층(30)은 실리콘 산화물 층을 포함할 수 있다. The upper clad
한편, 상기 열전 소자(300)는 상기 위상 시프팅 영역(14) 내의 상기 제 1 및 제 2 도파로들(100, 200)을 가열 및/또는 냉각하여 상기 제 1 및 제 2 도파로들(100, 200)의 굴절률을 변화시킬 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 도파로들(100, 200)의 굴절률은 온도에 비례하여 증가할 수 있다. 상기 광(18)의 위상은 상기 위상 시프팅 영역(14) 내의 상기 제 1 및 제 2 도파로들(100, 200)의 굴절률에 따라 변화할 수 있다. Meanwhile, the
상기 열전 소자(300)가 상기 제 1 도파로(100)를 가열 및/또는 냉각하여 상기 제 1 도파로(100) 내의 상기 광(18)의 위상을 약 π(반파장)만큼 변조하면, 상기 광(18)은 상기 위상 시프팅 영역(14) 후단의 상기 광 결합 영역(12)에서 상기 제 2 도파로(200)로 제공될 수 있다. 상기 제 1 도파로(100) 내의 광의 위상이 변하지 않거나 약 2π(파장)만큼 변조되면, 상기 광(18)은 상기 제 2 도파로(200)로의 스위칭 없이 상기 제 1 도파로(100)를 따라 출력될 수 있다. 상기 열전 소자(300)는 상기 제 2 도파로(200)를 가열 및/냉각하여 상기 제 2 도파로(200)로 전달되는 상기 광(18)을 제 1 도파로(100)로 스위칭시킬 수 있다. 본 발명은 이에 한정되지 않고 다양하게 실시될 수 있다. When the
일반적인 열-광학 스위치는 히터를 사용하여 복수개의 위상 시프터들 중 어느 하나만을 선택적으로 가열함으로써 광을 스위칭할 수 있다. 반면, 본 발명의 광 스위치(400)는 상기 열전 소자(300)를 사용하여 상기 위상 시프팅 영역(14) 내의 제 1 도파로(100)를 가열하고, 제 2 도파로(200)을 냉각하여 상기 광(18)의 스위칭 효율을 일반적인 열-광학 스위치보다 2배로 향상시킬 수 있다. A typical thermo-optical switch may switch light by selectively heating only one of a plurality of phase shifters using a heater. On the other hand, the
이와 같이 구성된 광 스위치(400)의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.A method of manufacturing the
도 3은 도 1의 광 스위치(400)의 제조방법을 보여주는 플로우 챠트이다. 도 4 내지 도 8은 도 2의 공정 단면도들이고, 도 9 내지 도 11은 도 1의 공정 평면도들이다.3 is a flowchart showing a method of manufacturing the
도 3을 참조하면, 광 스위치(400)의 제조방법은 상기 하부 클래드 층(20)을 형성하는 단계(S10), 상기 제 1 및 제 2 도파로들(100, 200)을 형성하는 단계(S20), 상기 열전 소자(300)를 형성하는 단계(S30), 상기 상부 클래드 층(30)을 형성하는 단계(S40)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the manufacturing method of the
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 기판(10) 상에 상기 하부 클래드 층(20)을 형성한다(S10). 상기 하부 클래드 층(20)은 물리기상증착방법, 화학기상증착방법, 또는 졸겔 방법에 의해 형성된 실리콘 산화물 층을 포함할 수 있다. 3 and 4, the lower
도 12는 도 3의 제 1 및 제 2 도파로들(100, 200)을 형성하는 단계(S20)의 일 예를 보여준다.12 shows an example of a step S20 of forming the first and
도 5, 도 6 및 도 12를 참조하면, 상기 하부 클래드 층(20) 상에 상기 제 1 및 도파로들(100, 200)을 형성한다(S20). 일 예에 따르면, 상기 제 1 및 도파로들(100, 200)을 형성하는 단계(S20)는 실리콘 층(302)을 형성하는 단계(S22)와, 상기 제 1 및 제 2 도파로들(100, 200) 그리고 예비 열전 레그들(310a)을 패터닝하는 단계(S24)를 포함할 수 있다. 5, 6, and 12, the first and
도 5 및 도 12를 참조하면, 상기 하부 클래드 층(20) 상에 상기 실리콘 층(302)을 형성한다(S22). 상기 실리콘 층(302)은 화학기상증착방법 및 레이저 결정화방법에 의해 형성된 결정 실리콘을 포함할 수 있다. 상기 실리콘 층(302) 이 결정 실리콘을 포함할 경우, 상기 기판(10), 상기 하부 클래드 층(20) 및 상기 실리콘 층(302)은 실리콘 온 인슐레이터(SOI) 기판일 수 있다. 이와 달리, 실리콘 층(302)은 화학기상증착방법 및/또는 물리기상증착방법으로 형성된 폴리실리콘, 아몰퍼스 실리콘, 실리콘 질화물, 또는 실리콘 산질화물을 포함할 수 있다. 5 and 12, the
도 6, 도 9 및 도 12를 참조하면, 상기 실리콘 층(302)을 패터닝하여 상기 제 1 및 제 2 도파로들(100, 200) 그리고 상기 예비 열전 레그들(310a)을 형성한다(S24). 상기 실리콘 층(302)은 포토리소그래피 방법으로 형성된 포토마스크 패턴을 따라 식각될 수 있다. 상기 예비 열전 레그들(310a)은 상기 제 1 및 제 2 도파로들(100, 200) 사이에 형성될 수 있다. 상기 예비 열전 레그들(310a)은 상기 제 1 및 제 2 도파로들(100, 200)의 위상 시프팅 영역(14) 내에 형성될 수 있다. 6, 9, and 12, the first and
도 13은 도 3의 열전 소자(300)를 형성하는 단계(S30)의 일 예를 보여준다.13 shows an example of a step S30 of forming the
도 13을 참조하면, 상기 예비 열전 레그들(310a)을 이용하여 상기 열전 소자(300)를 형성한다(S30). 일 예에 따르면, 상기 열전 소자(300)를 형성하는 단계(S30)는 제 1 열전 레그들(312)을 형성하는 단계(S32), 제 2 열전 레그들(314)을 형성하는 단계(S34) 그리고 제 1 및 제 2 전극들(322, 324)을 형성하는 단계(S36)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 13, the
도 7, 도 10 및 도 13을 참조하면, 상기 예비 열전 레그들(310a)의 일부에 제 1 불순물을 이온주입하여 제 1 열전 레그들(312)을 형성한다(S32). 상기 제 1 불순물은 p형 도전성 불순물(ex, 보론(B), 인듐(In), 또는 갈륨(Ga)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 열전 레그들(312)는 p형으로 도핑된 실리콘 층을 포함할 수 있다. 7, 10, and 13, first
도 11 및 도 13을 참조하면, 상기 예비 열전 레그들(310a)의 나머지 일부에 제 2 불순물을 이온주입하여 제 2 열전 레그들(314)을 형성한다(S34). 상기 제 2 불순물은 상기 제 1 불순물과 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 불순물은 n형 도전성 불순물(ex) 인(P), 또는 비소(As)를 포함할 수 있다. 11 and 13, second
도 1 및 도 13을 참조하면, 상기 제 1 및 제 2 열전 레그들(312, 314)을 직렬로 연결하는 제 1 및 제 2 전극들(322, 324)을 형성한다(S36). 상기 제 1 및 제 2 전극들(322, 324)은 금속 증착 공정, 포토리소그래피 공정 및 금속 식각 공정에 의해 형성될 수 있다. 1 and 13, first and
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 하부 클래드 층(20)의 일부, 상기 제 1 및 제 2 도파로들(100, 200) 및 상기 열전 소자(300) 상에 상부 클래드 층(30)을 형성한다(S40). 상기 상부 클래드 층(30)은 상기 열전 소자(300)와 상기 제 1 도파로(100) 사이에 형성될 수 있다. 또한, 상기 상부 클래드 층(30)은 상기 열전 소자(300)와 상기 제 2 도파로(200) 사이에 형성될 수 있다. 상기 상부 클래드 층(30)은 화학기상증착방법 또는 졸겔방법으로 형성된 실리콘 산화물 층을 포함할 수 있다.2 and 3, an upper clad
위에서 설명한 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 예들이다. 본 발명에는 위에서 설명한 실시 예들뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경하거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들도 포함될 것이다. 또한, 본 발명에는 위에서 설명한 실시 예들을 이용하여 앞으로 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다.The contents described above are specific examples for carrying out the present invention. In the present invention, not only the above-described embodiments, but also embodiments that can be simply changed or easily changed are included. In addition, techniques that can be easily modified and implemented in the future using the above-described embodiments will be included in the present invention.
Claims (13)
상기 하부 클래드 층 상에 제 1 및 제 2 도파로들을 형성하는 단계;
상기 제 1 및 제 2 도파로들 사이의 제 1 및 제 2 열전 레그들을 갖는 열전 소자를 형성하는 단계; 및
상기 제 1 및 제 2 도파로들, 상기 열전 소자 그리고 상기 하부 클래드 층의 일부 상에 상부 클래드 층을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 제 1 및 제 2 도파로들을 형성하는 단계는:
상기 하부 클래드 층 상에 실리콘 층을 형성하는 단계; 및
상기 실리콘 층을 패터닝하여 상기 제 1 및 제 2 도파로들과, 상기 제 1 및 제 2 열전 레그들의 예비 열전 레그들을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 열전 소자를 형성하는 단계는:
상기 예비 열전 레그들의 제 1 부분들 내에 제 1 불순물을 주입하여 상기 제 1 열전 레그를 형성하는 단계;
상기 예비 열전 레그들의 제 2 부분들 내에 상기 제 1 불순물과 다른 제 2 불순물을 주입하여 상기 제 2 열전 레그들을 형성하는 단계; 및
상기 제 1 및 제 2 열전 레그들을 직렬로 연결하는 제 1 및 제 2 전극들을 형성하는 단계를 포함하는 광 스위치의 제조방법.
Forming a lower clad layer on the substrate;
Forming first and second waveguides on the lower clad layer;
Forming a thermoelectric element having first and second thermoelectric legs between the first and second waveguides; And
Forming an upper clad layer on the first and second waveguides, the thermoelectric element, and a portion of the lower clad layer,
Forming the first and second waveguides comprises:
Forming a silicon layer on the lower clad layer; And
Patterning the silicon layer to form preliminary thermoelectric legs of the first and second waveguides and the first and second thermoelectric legs,
The step of forming the thermoelectric element is:
Forming the first thermoelectric leg by implanting a first impurity into first portions of the preliminary thermoelectric legs;
Forming the second thermoelectric legs by implanting a second impurity different from the first impurity into second portions of the preliminary thermoelectric legs; And
And forming first and second electrodes connecting the first and second thermoelectric legs in series.
상기 제 1 전극들은 상기 제 1 도파로와 상기 제 1 및 제 2 열전 레그들 사이에 형성되되,
상기 제 2 전극들은 상기 제 2 도파로와 상기 제 1 및 제 2 열전 레그들 사이에 형성되는 광 스위치의 제조방법.
The method of claim 1,
The first electrodes are formed between the first waveguide and the first and second thermoelectric legs,
The second electrodes are formed between the second waveguide and the first and second thermoelectric legs.
상기 상부 클래드 층은 상기 제 1 및 제 2 도파로들과 상기 제 1 및 제 2 전극들 사이에 형성되는 광 스위치의 제조방법.
The method of claim 1,
The upper cladding layer is a method of manufacturing an optical switch formed between the first and second waveguides and the first and second electrodes.
상기 제 1 및 제 2 도파로들은 제 1 방향으로 형성되되,
상기 열전 레그들은 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 형성되는 광 스위치의 제조방법.
The method of claim 1,
The first and second waveguides are formed in a first direction,
The thermoelectric legs are formed in a second direction crossing the first direction.
상기 제 1 및 제 2 도파로들은:
광 결합 영역들; 및
상기 광 결합 영역들 사이의 위상 시프팅 영역을 포함하되,
상기 열전 소자는 상기 위상 시프팅 영역 내에 형성되는 광 스위치의 제조방법.
The method of claim 1,
The first and second waveguides are:
Light coupling regions; And
Including a phase shifting region between the light coupling regions,
The thermoelectric element is a method of manufacturing an optical switch formed in the phase shifting region.
상기 하부 클래드 층 및 상기 상부 클래드 층은 실리콘 산화물을 포함하는 광 스위치의 제조방법.
The method of claim 1,
The method of manufacturing an optical switch wherein the lower clad layer and the upper clad layer contain silicon oxide.
상기 실리콘 층은 화학기상증착방법 및 레이저결정화방법으로 형성된 결정 실리콘을 포함하는 광 스위치의 제조방법.
The method of claim 1,
The silicon layer is a method of manufacturing an optical switch comprising crystalline silicon formed by a chemical vapor deposition method and a laser crystallization method.
상기 실리콘 층은 단결정 실리콘, 폴리 실리콘, 아몰퍼스 실리콘, 실리콘 질화물, 또는 실리콘 산질화물을 포함하는 광 스위치의 제조방법.
The method of claim 1,
The silicon layer is a method of manufacturing an optical switch comprising single crystal silicon, polysilicon, amorphous silicon, silicon nitride, or silicon oxynitride.
상기 실리콘 층이 상기 단결정 실리콘을 포함할 경우, 상기 기판, 상기 하부 클래드 층 및 상기 실리콘 층은 실리콘 온 인슐레이터 기판인 광 스위치의 제조방법.
The method of claim 9,
When the silicon layer includes the single crystal silicon, the substrate, the lower clad layer, and the silicon layer are a silicon on insulator substrate.
상기 하부 클래드 층 상의 제 1 및 제 2 도파로들;
상기 제 1 및 제 2 도파로들 사이의 열전 소자; 및
상기 하부 클래드 층의 일부, 상기 열전 소자 그리고 상기 제 1 및 제 2 도파로들 상의 상부 클래드 층을 포함하되,
상기 열전 소자는 상기 제 1 및 제 2 도파로들의 높이와 동일한 높이를 갖고,
상기 열전 소자는:
제 1 열전 레그;
상기 제 1 열전 레그와 평행한 제 2 열전 레그;
상기 제 1 및 제 2 열전 레그들을 직렬로 연결하고, 상기 제 1 및 제 2 열전 레그들과 상기 제 1 도파로 사이의 제 1 전극; 및
상기 제 1 및 제 2 열전 레그들을 직렬로 연결하고, 상기 제 1 및 제 2 열전 레그들과 상기 제 2 도파로 사이에 배치되는 제 2 전극을 포함하는 광 스위치.
A lower clad layer on the substrate;
First and second waveguides on the lower clad layer;
A thermoelectric element between the first and second waveguides; And
A portion of the lower clad layer, the thermoelectric element, and an upper clad layer on the first and second waveguides,
The thermoelectric element has a height equal to the height of the first and second waveguides,
The thermoelectric element is:
First thermoelectric leg;
A second thermoelectric leg parallel to the first thermoelectric leg;
A first electrode connecting the first and second thermoelectric legs in series and between the first and second thermoelectric legs and the first waveguide; And
An optical switch comprising a second electrode connecting the first and second thermoelectric legs in series and disposed between the first and second thermoelectric legs and the second waveguide.
상기 제 1 및 제 2 도파로들은:
광 결합 영역들; 및
상기 광 결합 영역들 사이의 위상 시프팅 영역을 포함하되,
상기 열전 소자는 상기 위상 시프팅 영역 내에 배치되는 광 스위치.
The method of claim 11,
The first and second waveguides are:
Light coupling regions; And
Including a phase shifting region between the light coupling regions,
The thermoelectric element is an optical switch disposed in the phase shifting area.
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