I. 제목
- 양면 천공 실리콘 광플랫폼을 사용한 12x(5~10) Gbps 광연결 모듈 개발
II. 연구개발의 목적 및 필요성
- 정보처리 기기 및 멀티미디어의 급속한 발전으로 대용량 데이터를 단시간 내에 정보 손실 없이 낮은 소비 전력으로 먼 거리 까지 신속히 처리하기 위한 기술이 요구됨. 이를 위해 데이터 수송의 밴드 폭이 넓고, 장거리 통신이 가능하며, 부피와 무게가 작을 뿐 아니라, 채널 간 crosstalk이 적고, 신호지연이 적은 광배선 (optical interconnection) 방식이 활발히 연구됨. 특히, 광플랫폼은 견고하고, 높은 광결합 효율을 가지며 대량생산이 가능할 뿐 아니라, 낮은 전송 손실 등의 장점이 있어 능동 광케이블의 핵심 부품으로 활용됨. 이에 대량생산 및 정교한 공정을 위해 웨이퍼 레벨의 반도체 공정이 가능한 실리콘 광플랫폼을 이용한 고성능 광연결 모듈 개발이 요구됨.
III. 연구개발의 내용 및 범위
- 본 연구진은 대용량 데이터 처리를 빠르고 안전하게 처리하기 위한 실리콘 광플랫폼 기반의 광연결 모듈을 개발하고자 하며, 이를 위한 핵심기술로 1) 고속동작 VCSEL 어레이 제작 기술, 2) 고속동작 RCEPD 어레이 제작 기술, 3) 양면 천공 실리콘 광플랫폼 제작 기술 및 4) VCSEL/RCEPD 구동을 위한 드라이버/TIA/LA와 이들을 실리콘 플랫폼에 집적하고 분석하는 기술 등을 개발하고자 함.
IV. 연구개발결과
- 본 연구를 통해 다음과 같은 결과를 도출함.
1. 고속동작 VCSEL 어레이는 Top DBR 및 전류주입구 크기 최적화와 금속 증착방법을 이용하여 13GHz 동작 특성 달성.
2. 고속 동작 RCEPD 어레이는 Top DBR pair 수에 따른 양자 효율 및 대역폭을 최적화시킴으로써 10GHz 동작 특성 달성.
3. 양면 천공 실리콘 광플랫폼은 VCSEL/RCEPD와 광섬유 간의 거리, 정렬 오차, 기울어짐 등에 따른 광연결 시뮬레이션 및 광결합 효율 분석을 통해 최적 구조를 설계하고, 설계한 양면 천공 구조를 실리콘 기판 상에 구현함.
4. 제작된 VCSEL 어레이와 RCEPD 어레이는 이들의 구동을 위한 드라이버/TIA/LA와 함께 초정밀 플립칩 본딩 (flip-chip bonding) 기술을 이용하여 실리콘 플랫폼 상에 집적하고, 평가보드를 이용하여 성능을 측정하고 평가함으로써 4 ch x 10 Gbps 광연결 모듈을 개발함.
V. 연구개발결과의 활용계획
- 본 연구를 통해 얻은 실리콘 광플랫폼 기술은 높은 수준의 과학기술 경쟁력을 확보하였으며, 대용량 데이터 처리가 필요한 통신 및 멀티미디어 분야에 활용하고자 함. 또한 고효율의 VCSEL과 RCEPD 소자는 가스센서, 적외선 거리 센서 등 실생활과 밀접한 관련이 있는 분야 활용하고, VCSEL 및 RCEPD의 집적화를 통해 생체 이미징 센서나 광 픽업 소자에도 활용하고자 함. 더불어 본 과제 수행에서 얻어진 광전소자와 실리콘 광플랫폼 제작 기술을 관련 연구소 및 기업체에 이전함으로써 심도있고, 폭 넓은 추가 연구 및 활용이 가능할 수 있도록 하고자함.