1) “Intra-DC 통신을 위한 1.6Tbps 광트랜시버용 광소자 부품 기술 개발 (실행과제번호: 24HH6610, 25HH9110)” 사업으로 개발된 연구 결과물인 “InP 기반 200Gbps 관검출기 소자 기술“을 수요업체에 이전하고자 함
2) 기술이전 내용은 후면 InP 렌즈 집적 InGaAs 광검출기 칩의 전면부에 존재하는 광검출기 소자의 설계 / 제작 / 평가 기술임
- 현재 AI 데이터센터용으로 사용되는 고성능 광트랜시버 모듈 부품의 전송용량은 400Gbps가 주류임
- 그러나, 몇몇 최첨단 광트랜시버 모듈 양산 업체들은 전송용량이 4채널 PAM4 변조방식 기준으로 800Gbps 그리고 8채널 PAM4 변조방식 기준으로 1.6Tbps인 제품들을 출시하고 있음
- 이러한 PAM4 변조방식 광트랜시버 모듈 부품이 4채널 800Gbps 및 8채널 1.6Tbps의 전송용량을 확보하기 위해서는 광트랜시버 모듈 제작시 사용되는 광검출기 소자가 PAM4 변조방식에서 200Gbps의 속도로 동작할 수 있어야 함
- 이 경우, 광검출기 소자에 요구되는 3dB O/E(Optical/Electrical) 대역폭(Bandwidth)은 Nyquist 주파수인 50GHz보다 큰 것이 바람직함
- InP 기판 상에 존재하는 InGaAs 물질을 신호 광의 흡수층으로 사용하는 광검출기 소자는 이러한 광트랜시버 모듈의 광수신단 부품 제작시 반드시 사용되어야 하는 핵심 소자임
- 광검출기 소자의 수광구조는 광흡수층의 측면에서 신호 광이 입사되는 측면 입사형과 광흡수층의 표면을 향해 신호 광이 입사되는 표면 입사형으로 구분됨
- 표면 입사형의 경우, 신호 광수신을 용이하게 하기 위해, 아래 그림 1과 그림 2에서와 같이 광검출기 소자 칩의 후면에 InP 재질의 볼록 렌즈를 형성하는 경우가 있음
1) InP 기반 200Gbps 광검출기 소자의 후면에는 광섬유와의 광결합 효율을 증가시키기 위하여 InP 렌즈가 집적되어 있으며 광검출기 칩의 전면부에는 광반응도를 극대화하기 위하여 이중흡수 구조를 적용하였음
2) 광검출기 소자가 PAM4 변조방식에서 200Gbps의 속도로 동작하할 수 있도록 광검출기 소자의 3dB O/E 대역폭을 65GHz 이상으로 증가시켰음
- 광검출기의 3dB 대역폭을 극대화시키기 위하여 GSG 전극의 정전용량을 최소화시키고, inductive peaking에 의한 LC 공진을 이용하였음
3) 광검출기의 암전류는 30nA 이하의 안정적인 값을 확보하였고, capacitance는 200Gbps PAM4 동작할 수 있는 60fF 이하의 값을 확보하였음
가. 기술이전의 내용
- 후면 InP 렌즈 집적형 광검출기 소자의 설계/제작/평가 기술
- 기술이전할 광검출기 소자의 특성
.. 메사 직경 : ≤10 μm
.. 3dB O/E 대역폭 : ≥65 GHz
.. 응답도(Responsivity) : ≥0.7 A/W @1300nm
.. 암전류(Dark Current) : ≤30 nA @-2.5V
.. 정전용량(Capacitance) : ≤60 fF @-2.5V
나. 기술이전의 범위
- 출원 특허에 대한 5년 간 통상실시권 제공
- 기술문서 제공
- 광검출기 소자 설계/제작/평가 관련 기술 교육 진행
1. 광검출기 소자 제작에 필요한 에피층 구조 설계 기술
2. 광검출기 소자 제작에 필요한 포토마스크 설계 기술
3. 광검출기 소자 제작을 위한 화합물 반도체 공정 기술
4. 제작된 광검출기 소자에 대한 정적 및 고주파 특성 평가 기술
- ETRI에서 개발한 “후면 InP 렌즈 집적형 광검출기 소자” 칩은 그림 6에서와 같이 AI 데이터센터용으로 사용될 수 있는 고성능 광트랜시버 모듈 제작시 광수신단 구성 부품으로 사용됨
- 기술이전 기대효과로 국내 광통신용 InGaAs 광검출기 소자 칩 제작 업체의 경쟁력 강화와 국내 광트랜시버 모듈 제작 업체의 하이앤드급 광검출기 소자 칩의 수급 안정성 확보할 수 있음