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KR20050075556A - 반도체 광소자와 그를 이용한 반도체 광패키지 - Google Patents

반도체 광소자와 그를 이용한 반도체 광패키지 Download PDF

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KR20050075556A
KR20050075556A KR1020040003063A KR20040003063A KR20050075556A KR 20050075556 A KR20050075556 A KR 20050075556A KR 1020040003063 A KR1020040003063 A KR 1020040003063A KR 20040003063 A KR20040003063 A KR 20040003063A KR 20050075556 A KR20050075556 A KR 20050075556A
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Abstract

본 발명에 따른 반도체 기판과, 전계 흡수형 광변조기와, 하나 이상의 광소자들이 상기 반도체 기판 상에 모놀리식 집적된 반도체 광소자는 상기 반도체 기판 상에 상기 전계 흡수형 광변조기 및 상기 광소자들의 주변을 둘러싸는 절연층과, 상기 절연층 상에 상호 이격되게 형성된 하나 이상의 금속 패드들과, 상기 금속 패드들과 상기 전계 흡수형 광변조기를 전기적으로 연결시키고, 동시에 인덕턴스 변화를 조절하기 위해서 상기 절연층 상에 형성된 금속선들과, 상기 금속 패드들 및 상기 금속선 하부의 상기 절연층 내에 형성됨으로써 상기 금속선과 상기 금속 패드에 생성된 기생 캐패시턴스를 최소화시키기 위한 유전체 층을 포함한다.

Description

반도체 광소자와 그를 이용한 반도체 광패키지{SEMICONDUCTOR OPTICAL DEVICE AND SEMICONDUCTOR OPTICAL PACKAGE USING THE SAME}
본 발명은 반도체 광소자에 관한 것으로, 특히 반도체 기판 상에 집적된 다수의 광소자들이 와이어 본딩에 의해 전기적으로 연결된 반도체 광소자에 관한 것이다.
전계 흡수 광변조 레이저(Electro-absorption Modulation Laser)는 반도체 기판 상에 기설정된 파장의 광을 발진시키기 위한 레이저와, 상기 레이저에서 발진된 상기 광을 변조시키기 위한 전계 흡수 광변조기가 반도체 제조 공정에 의해서 모놀리식 집적된 반도체 광소자의 일종이다.
상기 전계 흡수 광변조 레이저와 상기 전계 흡수 광변조 레이저를 구동시키기 위한 구동 회로들을 와이어 본딩에 의해 연결하는 반도체 광패키지 구조는 1998년 9월 18일 파라얀탈(Parayanthal et al) 등에 의해서 미국 특허 출원된 "ASYMMETRIC INDUCTIVE PEAKING FOR OPTOELECTRONIC DEVICE"(US 6,057,954) 등에 자세하게 게시되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전계 흡수 광변조 레이저를 포함하는 반도체 광패키지의 구성을 나타내기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래의 반도체 광패키지는 반도체 광소자(110)와, 그 상면에 상기 반도체 광소자(110) 등이 안착된 서브마운트(101)와, 상기 서브마운트(101)의 일측에 위치되며 상기 반도체 광원(미도시)을 구동시키기 위한 구동 회로(106)와, 신호 라인(103)과, 저항부(104)와, 제1 내지 제3 와이어들(120, 130, 140)을 포함한다.
상기 반도체 광소자(110)는 반도체 기판(113)과, 상기 반도체 기판(113) 상에 모놀리식 집적된 반도체 광원(미도시)과, 광변조기(미도시) 등을 포함하며, 상기 반도체 광원으로는 분포 궤환 반도체 레이저 등을 사용할 수 있다.
상기 반도체 광원은 그 상면에 제1 상부 전극(112)이 부착되며, 상기 제1 상부 전극(112)은 상기 구동 회로(106)와 제1 와이어(140)에 의해 전기적으로 연결된다.
상기 광변조기는 상기 반도체 광원에서 생성된 광의 출력을 변조시키기 위한 전계 흡수 광변조기 등을 사용할 수 있으며, 상기 신호 라인(103) 및 상기 저항부(104)와 전기적으로 연결되는 제2 상부 전극(111)을 포함한다. 상기 반도체 광소자(110)와 상기 서브마운트(101)의 사이에는 공동 전극(102)이 형성됨으로써 상기 반도체 광원과 상기 광변조기 각각에 공동의 접지를 제공한다.
상기 광변조기는 상기 반도체 광원에서 생성된 광을 전기적 신호로 변조시키기 위한 전계 흡수 변조기 등을 사용할 수 있다. 상기 전계 흡수 변조기에서 변조된 광의 밴드위드(Bandwidth) 특성은 전계 흡수 변조기의 캐패시턴스(Capacitance)와, 저항, 인덕턴스(Inductance)에 따라서 크게 변화된다. 상기 전계 흡수 변조기의 캐패시턴스(< 0.4㎊)와, 저항이 무시할 수 있을 정도로 적은 경우에 한해서 상기 반도체 광패키지에서 출력되는 광의 밴드위드의 특성은 크게 변화되지 않는다.
그러나, 전계 흡수 변조 레이저를 포함하는 반도체 광패키지의 생산 과정에서 각 제품마다 동일한 캐패시턴스와 저항 값을 얻을 수 없다. 이에 따라서, 전계 흡수 변조 레이저와 구동 회로들을 연결하기 위한 최적의 와이어 길이는 각 제품의 캐패시턴스와 저항 등에 따라서 다르다.
상술한 문제를 해결하기 위해서 종래의 반도체 패키지는 상기 전계 흡수 변조기의 제1 상부 전극과 상기 서브마운트 상의 신호 전극을 연결하는 제1 와이어의 길이(~ 0.3㎜: ~ 0.5nH)를 최소로 유지하고, 상기 제1 상부 전극과 상기 서브마운트 상의 매칭 저항을 연결하는 제2 와이어의 길이(1 ~ 2㎜)를 상대적으로 길게 설정한다. 즉, 상기 전계 흡수 변조기에 인위적인 피킹(Peaking) 현상을 인위적으로 유도함으로써 상기 반도체 광패키지는 광의 전송 특성 및 손실을 최소화시킬 수 있다.
결과적으로, 종래의 반도체 광패키지는 제1 상부 전극과 서브마운트 상의 매칭 저항을 연결하는 와이어의 길이를 길게 함으로써 변조된 광의 전송 특성을 향상시킨다.
도 2는 도 1에 도시된 반도체 광패키지를 구성하는 반도체 광소자(110)의 전계 흡수형 광변조기와 와이어 본딩에 의해 연결된 제2 와이어(130)의 인덕턴스를 설명하기 위한 등가 회로를 나타내고, 도 3 내지 도 6은 도 2에 도시된 등가 회로의 인덕턴스 변화에 따른 출력 광의 밴드위드 변화를 나타내기 위한 그래프이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 광패키지의 등가 회로에 도시된 L1은 제1 와이어(120)를 나타내고, L2는 제2 와이어(130)를, Cmod 및 Rs 각각은 상기 전계 흡수형 광변조기의 캐패시턴스 값과 시리즈 저항을 나타낸다. 또한, RL은 저항부의 저항을 나타내고, Vs 및 R1 각각은 전기적 신호 발생기(도 1에 도시되지 않음)의 고주파 전압 공급원과 저항을 나타낸다. 상기 전기적 신호 발생기는 상기 광변조기에 전기 신호를 인가한다.
상기 전계 흡수형 광변조기에서 변조된 광은 상기 전계 흡수형 광변조의 캐패시턴스 및 저항과, 상기 전계 흡수형 광변조기에 와이어 본딩 등에 의해 연결된 제1 및 제2 와이어들(120, 130)의 길이 및 도전 특성에 따라서 전송 및 밴드위드 특성이 변화된다. 상기 전계 흡수형 광변조기는 캐패시턴스의 값(<0.4㎊) 및 저항 값이 작다면 상기 제2 와이어(130)의 길이 변화에 따른 밴드위트 특성이 변화되지 않지만, 실제 제품 생산에 있어서 상기 전계 흡수형 광변조기 각각은 제작 조건에 따라서 캐패시턴스나 저항 값 등이 미세하게 변화된다. 보다 최적화된 일예로서, 상기 전계 흡수형 광변조기의 제1 상부 전극(111)과 상기 신호 라인(103)을 연결하기 위한 상기 제1 와이어(120)의 길이를 0.3㎜(인덕턴스 : 0.5nH 이하) 이하로 설정하고, 상기 제2 와이어(130)의 길이를 상기 제1 와이어(120)의 길이에 비해 상대적으로 긴 1 ~ 2㎜의 길이로 설정한다. 즉, 상기 전계 흡수형 광변조기에 인위적인 피킹(Peaking)을 형성함으로써 변조된 광신호의 전송 특성을 향상시킴과 동시에 발생 가능한 리턴 로스(Return Loss)도 최소화시킨다. 상술한 피킹 현상은 전송된 광의 주파수 또는 아이패턴 특성이 특정 상한 영역을 벗어나는 현상을 의미하며, 상술한 피킹 현상은 상기 제2 와이어(130)의 본딩시 그 길이를 과도아하게 길게 형성할 경우에 발생된다.
도 3을 참조하면, 상기 전계 흡수형 광변조기의 캐패시턴스 값이 0.7㎊이고, 저항 값이 10Ω일 경우에, 상기 전계 흡수형 광변조기에서 변조된 광신호의 밴드위드 특성을 나타낸다. 도 4를 참조하면, 상기 전계 흡수형 광변조기의 캐패시턴스 값이 0.4㎊이고, 저항 값이 10Ω일 경우에, 상기 전계 흡수형 광변조기에서 변조된 광신호의 밴드위트 특성을 나타낸다. 도 5를 참조하면, 상기 전계 흡수형 광변조기의 캐패시턴스 값이 0.7㎊이고, 저항 값이 15Ω일 경우에, 상기 전계 흡수형 광변조기에서 변조된 광신호의 밴드위트 특성을 나타낸다. 도 6을 참조하면, 상기 전계 흡수형 광변조기의 캐패시턴스 값이 0.4㎊이고, 저항 값이 15Ω일 경우에, 상기 전계 흡수형 광변조기에서 변조된 광신호의 밴드위드 특성을 나타낸다.
그러나, 제2 와이어의 길이 증가는 서브마운트의 크기를 증가시키며, 그로 인해서 반도체 광패키지의 크기가 커지는 문제가 있다. 더욱이, 실제 제품 생산에 있어서 상기 전계 흡수형 광변조기 각각은 제작 조건에 따라서 캐패시턴스나 저항 값 등이 미세하게 변화되며, 이를 각 제품의 특성에 맞도록 제2 와이어의 길이를 조절하는 것은 용이하지 않다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 소형화된 반도체 광패키지의 구성에 적용 가능한 동시에, 전송 특성이 우수한 광을 생성할 수 있는 반도체 광소자를 제공함에 있다.
본 발명에 따른 반도체 기판과, 전계 흡수형 광변조기와, 하나 이상의 광소자들이 상기 반도체 기판 상에 모놀리식 집적된 반도체 광소자는,
상기 반도체 기판 상에 상기 전계 흡수형 광변조기 및 상기 광소자들의 주변을 둘러싸는 절연층과;
상기 절연층 상에 상호 이격되게 형성된 하나 이상의 금속 패드들과;
상기 금속 패드들과 상기 전계 흡수형 광변조기를 전기적으로 연결시키고, 상기 전계 흡수형 광변조기의 인덕턴스 변화를 조절하기 위해서 상기 절연층 상에 형성된 금속선들과;
상기 금속 패드들 및 상기 금속선 하부의 상기 절연층 내에 형성됨으로써 상기 금속선과 상기 금속 패드에 생성된 기생 캐패시턴스를 최소화시키기 위한 유전체 층을 포함한다.
이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능이나 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 광소자의 구성을 나타내기 위한 단면도이고, 도 8a 내지 8c는 도 7에 도시된 반도체 광소자의 구성을 나타내기 위한 평면도이다. 도 7과 도 8a 내지 8c를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 광소자는 반도체 기판(201)과, 상기 반도체 기판(201) 상에 모놀리식 집적된 전계 흡수형 광변조기(미도시)와, 하나 이상의 광소자들(미도시)과, 하나 이상의 금속 패드들(222)과, 금속선들(221)과, 기생 캐패시턴스를 최소화시키기 위한 유전체 층(203)을 포함한다.
상기 광소자들과, 전계 흡수형 광변조기 등의 기능을 수행하기 위한 도파로들(210)이 상기 반도체 기판(201) 상에 메사 구조를 갖도록 선택 영역 성장법(SAG) 또는 버트 조인트(Butt-joint) 등의 방법으로 성장되며, 상기 광소자들 및 전계 흡수형 광변조기의 주변에는 절연층(202) 등이 성장된다.
상술한 광소자들로는 반도체 레이저 또는 반도체 광증폭기 등과 같은 기설정된 파장의 광을 생성하기 위한 광원들 또는 상기 광원들에서 생성된 광의 세기를 모니터링 하기 위한 도파로형 광검출기 등이 그 필요에 따라서 모놀리식 집적될 수 있다. 또한, 상기 광소자들은 그 상면에 구동 전류를 인가하기 위한 제2 상부 전극(211b)이 형성된다.
상기 전계 흡수형 광변조기는 그 상면에 전기적 신호와 구동 전압을 인가하기 위해서 형성된 제1 상부 전극(211a)을 포함하며, 상술한 광원 등의 광소자에서 생성된 광의 흡수도를 인가되는 전압에 따라서 변화시킴으로써 상기 광을 변조시키기 위한 소자이다.
상기 전계 흡수형 광변조기(Electro-absorption Modulator)에서 변조된 광신호의 전송시 밴드위드(Bandwidth) 특성은 상기 전계 흡수형 광변조기 자체의 캐패시턴스 및 저항과, 상기 전계 흡수형 광변조기에 와이어 본딩 등에 의해 연결될 와이어의 길이 및 도전 특성에 의한 인덕턴스 값에 따라서 변화된다.
종래 반도체 광소자의 밴드위드 특성은 인덕턴스 값에 따라서 변하며, 상술한 인덕턴스는 상기 반도체 광소자에 연결되는 와이어의 길이에 따라서 조절 가능하다. 그러나, 이는 반도체 광소자 및 이를 포함해서 구성된 반도체 광패키지 전체의 부피를 증가시키고, 각 제품별 또는 로트(LOT)별로 전계 흡수형 광변조기의 캐패시턴스 및 저항이 상이함에도 불구하고 와이어 길이를 일률적으로 적용함으로써 제품의 주파수 특성 및 아이패턴의 특성을 저하시키는 문제가 있다. 반면에, 본 발명은 전계 흡수형 광변조기의 캐패시턴스 및 저항이 상이한 경우 최적의 전송 특성을 갖을 수 있도록 와이어의 길이를 짧게 형성하고, 각 로트(LOT) 별로 적절한 인덕턴스를 선택적으로 확보하기 위한 상기 금속 패드들과 상기 금속선 등을 제공한다.
도8a를 참조하면, 상기 금속 패드(222)는 상기 금속선(221)에 의해서 상기 제2 상부 전극(211a)에 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 금속 패드(222)는 도8c에 도시된 바와 같은 형태로 상기 금속선(221)에 의해 상기 제2 상부 전극(211a)에 전기적으로 연결된다. 도8b를 참조하면, 상기 금속 패드들(222)은 상기 절연층(202) 상에 상호 이격되게 형성되며, 상기 금속선들(221)은 상기 금속 패드들(222)과 상기 전계 흡수형 광변조기의 제2 상부 전극(211a)을 전기적으로 연결시키고, 상기 전계 흡수형 광변조기의 인덕턴스 변화를 조절하기 위해서 상기 절연층(202) 상에 형성된다.
상기 유전체 층(203)은 상기 금속 패드들(222) 및 상기 금속선(221) 하부의 상기 절연층(202) 내에 형성됨으로써 상기 금속선(221) 또는 금속 패드(222) 내에 생성된 기생 캐패시턴스를 최소화시킨다. 상기 유전체 층(203)으로는 상기 금속선의 캐패시턴스를 0.1㎊ 미만으로 유지시키기 위한 BCB(Benzocyclobutene), 실리콘 질화물, 실리콘 산화물 등을 포함한다. 상기 금속선(221)과 금속 패드(222)의 위치 및 구조는 다양하게 배치 가능하다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 광패키지의 구성을 나타내기 위한 평면도이다. 도 9를 참조하며, 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 광패키지는 반도체 광소자(410)와, 서브마운트(401)와, 공동 전극(402)과, 신호 라인(403)과, 저항부(404)와, 제1 와이어(420)와, 제2 와이어(430)와, 구동 회로(406) 및 제3 와이어(440)를 포함한다.
상기 반도체 광소자(410)는 반도체 기판(415)과, 상기 반도체 기판(415) 상에 집적된 전계 흡수형 광변조기(미도시) 및 하나 이상의 광소자들(미도시)과, 상기 전계 흡수형 광변조기에 구동 전압을 인가하기 위한 제1 상부 전극(411)과, 상기 광소자들에 구동 전류를 인가하기 위한 제2 상부 전극(414)과, 일정한 인덕턴스를 제공하기 위한 금속선들(412) 및 금속 패드들(413a, 413b)을 포함한다.
도 10은 도 9에 도시된 반도체 광소자(410)의 전계 흡수형 광변조기와 와이어 본딩에 의해서 연결된 제2 와이어(430)의 인덕턴스를 설명하기 위한 등가 회로이다. 도 11을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 광패키지의 등가 회로에 도시된 L1 은 제1 와이어(420)를 나타내고, L2는 제2 와이어(430)를 나타낸다. Lind 및 Cind는 반도체 광소자(410) 상에 형성된 금속선(412)과 금속 패드들(413a, 413b)에 의한 인덕턴스와 캐패시턴스를 나타내고, Cmod 및 Rs 각각은 상기 전계 흡수형 광변조기의 캐패시턴스 값과 시리즈 저항을 나타낸다. 또한, RL은 저항부의 저항을 나타내며, VS와 R1은 전기적 신호 발생기(도 4에 도시되지 않음)의 구성을 나타내며 상기 RL은 60±5Ω의 값을 갖는다. 상기 전기적 신호 발생기는 상기 반도체 광소자의 외부에서 상기 전계 흡수형 광변조기에 전기 신호를 인가한다.
도 11은 도 2와 도 10에 도시된 등가 회로들의 S11 과 S21의 리턴 로스의 특성을 비교해서 설명하기 위한 그래프이다. 도 11-(a)는 도 2에 도시된 등가 회로에서 L2 = 1.5nH인 와이어를 적용했을 경우의 S11(Return Loss)과, S21(Bandwidth 특성)을 나타낸다. 반면, 도 11-(b)는 도 11에 도시된 본 발명의 등가 회로에서 Lind=1.3nH, Cind=0.1㎊, L2=0.5nH 인 와이어를 적용했을 경우의 S11과 S21의 특성을 나타낸다.
결과적으로, 종래의 반도체 광패키지는 상기 전계 흡수형 광변조기의 캐패시턴스 값과 저항 값이 클수록 밴드위드 특성이 저하되며, 이 경우에 L1에 비해서 L2의 길이를 상대적으로 길게 설정함으로써 항상 10G 이상의 일정한 밴드위드 특성을 얻게됨을 알 수 있다. 그러나, L2가 과도하게 길어질 경우에 상기 전계 흡수형 광변조기는 넓은 밴드위드의 광신호를 생성할 수 있지만, 피킹이 심해지고 이로 인한 광신호의 아이 패턴(eye pattern)의 찌그러짐이 발생할 수 있다. 반면에, 본 발명에 따른 반도체 광패키지는 L2의 길이를 종래 기술에 따른 반도체 광패키지의 L2 보다 짧게 설정하면서도 안정적인 S11과 S21의 광 전송 특성을 얻게 됨을 알 수 있다.
즉, 본 발명은 상기 전계 흡수형 광변조기의 인덕턴스를 조절하기 위해서 일정 값 이상의 인덕터의 기능을 수행할 수 있는 금속 패드 및 선을 상기 반도체 광소자 상에 형성시켜서, 실제 반도체 광패키지 구성에 있어서는 제2 와이어(430)의 길이를 짧게 형성할 수 있도록 한다. 더욱이, 상기 금속 패드들(413a, 413b)은 상기 금속선(412)의 사이사이에 이격되도록 다수개 설치함으로써 상기 전계 흡수형 광변조기의 캐패시턴스와 저항에 따라서 최적화된 인덕턴스를 제공할 수 있다.
상기 금속선(412)과 금속 패드들(413a, 413b)은 상기 절연층(미도시) 상에 형성되며, 상기 금속선 및 패드들(412, 413a 및 413b)이 형성된 상기 절연층 상에는 BCB, 실리콘 질화물, 실리콘 산화물 등으로 도핑된 유전체 층(미도시)을 형성함으로써 상기 금속선(412)과, 금속 패드들(413a, 413b)의 기생 캐패시턴스(Parasitic capacitance) 값을 0.1㎊ 이하로 최소화시킬 수 있다.
종래의 반도체 광소자는 L1이 0.5nH, L2가 1~3nH 일 경우에 10G의 전송 속도 및 항상 일정한 밴드위드 특성을 갖는 반면에, 본 발명에 따른 상기 반도체 광소자(410)는 L2가 1nH이하이더라도 10G 이상의 전송 속도와, 안정적인 주파수 특성 및 아이패턴 특성을 갖는 광을 변조할 수 있다.
상기 서브마운트(Submount; 401)는 그 상면에 상기 반도체 광소자(410)와, 상기 저항부(404)와, 상기 구동 회로(405)와, 상기 신호 라인(403) 등이 안착되며, 상기 반도체 광소자(410)와 상기 서브마운트(401) 사이에는 상기 공동 전극(402)이 형성된다. 상기 공동 전극(402)은 상기 반도체 광소자(410)에 접지를 제공한다.
상기 신호 라인(403)은 상기 서브마운트(401) 상의 상기 공동 전극(402)이 형성되지 않은 일부에 위치되며, 상기 전계 흡수형 광변조기에 전기 신호를 인가하며, 상기 제1 와이어(420)에 의해서 상기 전계 흡수형 광변조기의 제1 상부 전극(411)과 전기적으로 연결된다.
상기 저항부(404)는 상기 서브마운트(401) 상에 상기 공동 전극(402)과 연결되고, 상부 전극(405)이 제2 와이어(430)에 의해서 상기 금속 패드들(413a, 413b)과 전기적으로 연결된다. 즉, 상기 저항부(404)는 상기 전계 흡수형 광변조기의 제1 상부 전극(411)과 상기 공동 전극(402)의 사이를 전기적으로 연결시킴으로써 상기 신호 라인(403)과 상기 전계 흡수형 광변조기 사이의 임피던스 값을 매칭시킨다. 즉, 상기 제2 와이어(430)는 상기 전계 흡수형 광변조기의 캐패시턴스와 저항 특성 변화에 따라서, 상기 금속 패드들(413a, 413b) 중에서 특정 위치의 금속 패드와 상기 저항부(404)의 상부 전극(405)을 연결시키거나, 상기 제2 상부 전극(411)과 상기 저항부(404)의 상부 전극(405)을 직접 연결한다. 또한, 상기 상부 전극(405)을 길게 설정함으로써 와이어 본딩시 연결 위치에 따라서도 인덕턴스를 조절할 수 있고, 상기 제2 상부 전극(411)과 상기 금속 패드들(413a, 413b) 중에서 특정 위치의 금속 패드를 와이어로 연결함에 따라서도 인덕턴스를 조절할 수 있다.
상기 구동 회로(406)는 상기 서브마운트(401) 상에 형성되며, 상기 광소자에 구동 전류를 인가하며, 상기 제3 와이어(440)에 의해서 상기 광소자들의 제2 상부 전극(414)과 전기적으로 연결된다.
본 발명에 따른 반도체 광소자는 메사 구조의 광소자를 생성함과 동시에, 절연체 상에 상기 광소자에 연결되는 복수의 금속 패드들 및 금속선을 형성함으로써 상기 반도체 광소자가 다른 광소자 또는 구동회로 등에 와이어 본딩에 의해서 연결될 경우에 최적의 광 전송 특성을 갖도록 선택적으로 인덕턴스를 구성할 수 있는 이점이 있다. 또한, 상술한 와이어의 길이를 보다 짧게 적용함으로써 보다 소형화된 반도체 광패키지에도 적용할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 반도체 광패키지의 구성을 나타내기 위한 평면도,
도 2는 도 1에 도시된 반도체 광패키지를 구성하는 반도체 광소자의 전계 흡수형 광변조기와 와이어 본딩에 의해 연결된 제2 와이어의 인덕턴스를 설명하기 위한 등가 회로,
도 3 내지 도 6는 도 2에 도시된 등가 회로의 조건 중 인덕턴스 변화에 따른 출력 광의 밴드위드 변화를 나타내기 위한 그래프,
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 광소자의 구성을 나타내기 위한 단면도,
도 8a 내지 8c는 도 7에 도시된 반도체 광소자의 구성을 나타내기 위한 평면도,
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 광패키지의 구성을 나타내기 위한 평면도,
도 10은 도 9에 도시된 반도체 광패키지를 구성하는 반도체 광소자의 전계 흡수형 광변조기와 와이어 본딩에 의해 연결된 제2 와이어의 인덕턴스를 나타내기 위한 등가 회로,
도 11는 도 2와 도 10에 도시된 등가 회로들의 S11 과 S21의 리턴 로스의 특성을 비교해서 설명하기 위한 그래프.

Claims (8)

  1. 반도체 기판과, 전계 흡수형 광변조기와, 하나 이상의 광소자들이 상기 반도체 기판 상에 모놀리식 집적된 반도체 광소자에 있어서,
    상기 반도체 기판 상에 상기 전계 흡수형 광변조기 및 상기 광소자들의 주변을 둘러싸는 절연층과;
    상기 절연층 상에 상호 이격되게 형성된 하나 이상의 금속 패드들과;
    상기 금속 패드들과 상기 전계 흡수형 광변조기를 전기적으로 연결시키고, 상기 전계 흡수형 광변조기의 인덕턴스 변화를 조절하기 위해서 상기 절연층 상에 형성된 금속선들과;
    상기 금속 패드들 및 상기 금속선 하부의 상기 절연층 내에 형성됨으로써 상기 금속선과 상기 금속 패드에 생성된 기생 캐패시턴스를 최소화시키기 위한 유전체 층을 포함함을 특징으로 하는 반도체 광소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 유전체 층은 상기 금속선의 캐패시턴스를 0.1㎊ 미만으로 유지시키기 위한 BCB를 포함함을 특징으로 하는 금속선들을 갖는 반도체 광소자.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 유전체 층은 상기 금속선의 캐패시턴스를 0.1㎊ 미만으로 유지시키기 위한 실리콘 질화물을 포함함을 특징으로 하는 금속선들을 갖는 반도체 광소자.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 유전체 층은 상기 금속선의 캐패시턴스를 0.1㎊ 미만으로 유지시키기 위한 실리콘 산화물을 포함함을 특징으로 하는 금속선들을 갖는 반도체 광소자.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 절연 층 상에 형성된 상기 금속 선 및 금속 패드의 수를 조절함으로써 상기 반도체 광소자에 가해지는 인덕턴스를 0.5 ~ 3nH 미만으로 조절함을 특징으로 하는 금속선들을 갖는 반도체 광소자.
  6. 반도체 광패키지에 있어서,
    반도체 기판과, 상기 반도체 기판 상에 집적된 전계 흡수형 광변조기 및 하나 이상의 광소자들과, 상기 전계 흡수형 광변조기에 구동 전압을 인가하기 위한 제1 상부 전극과, 상기 광소자들에 구동 전류를 인가하기 위한 제2 상부 전극과, 일정한 인덕턴스를 제공하기 위한 상기 금속선들 및 금속 패드들을 포함하는 반도체 광소자와;
    상기 반도체 광소자가 안착되는 서브마운트와;
    상기 서브마운트와 상기 반도체 광소자의 사이에 형성됨으로써 상기 반도체 광소자에 접지를 제공하기 위한 공동 전극과;
    상기 서브마운트 상의 상기 공동 전극이 형성되지 않은 일부에 위치되며, 상기 전계 흡수형 광변조기에 전기 신호를 인가하기 위한 신호 라인과;
    상기 서브마운트 상에 상기 공동 전극과 연결됨으로써 상기 신호 라인과 상기 전계 흡수형 광변조기 사이의 임피던스 값을 매칭시키기 위한 저항부와;
    상기 신호 라인과 상기 제1 상부 전극을 연결하기 위한 제1 와이어와;
    상기 금속 패드들과 상기 저항부를 연결함으로써 상기 전계 흡수형 광변조기에 인가되는 임피던스를 조절하기 위한 제2 와이어를 포함함을 특징으로 하는 반도체 광패키지.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 상부 전극과 상기 금속선에 연결된 금속패드와 상기 저항부를 연결함에 있어서, 선택적으로 와이어 본딩함을 특징으로 하는 반도체 광패키지.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 저항부의 상부 전극을 길게 설정함으로써 와이어 본딩시 연결되는 금속 패드의 위치에 따라서 인덕턴스를 조절함을 특징으로 하는 반도체 광패키지.
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