InGaAsP 기반의 O-band 대역의 25Gbps 동작 전계흡수형 레이저 다이오드(EML) 칩의 설계, 제작 및 특성 분석 기술
○ 기술이전의 목적
- 데이터센터 네트워크, 가입자망, 모바일 프론트홀 등에서의 광트랜시버 수요가 급격히 증가하고 있으며 대부분 25Gbps 통신을 기반으로 발전하고 있음
- 국내 광소자 기술은 10Gbps 이하 광원 기술만 상용화가 진행되고 있으며 25Gbps 이상의 하이앤드 광소자의 경우 전량 수입에 의존하고 있음
- 하이앤드 광소자는 기술적 난이도로 상용 업체가 제한적이어서 국내 광트랜시버 업체의 경우 수급에 어려움을 겪고 있어 기 개발된 연구소의 25Gbps EML 기술을 업체에 이전하여 국산화를 통한 글로벌 시장 개척 및 국내 광트랜시버 업체 경쟁력 확보에 기여함
○ 기술이전의 필요성
- 최근 일본의 소재, 부품에 대한 수출규제를 계기로 핵심 부품의 국산화 필요성이 제기되고 있으며 특히 5G 프론트홀에 사용되는 25G EML의 경우 전량 일본에서 수입되고 있어 기술이전을 통해 단기간 내에 상용 칩 생산 기술 확보를 지원하고자 함
- O-band 대역의 25G EML은 5G 프론트홀 뿐 아니라 데이터센터 네트워크에도 대량 수요가 발생하고 있어 25G EML 칩 기술이전을 통해 국내업체의 글로벌 시장 진출 지원
- 25G EML 기술이전을 통해 국내 하이앤드 칩 상용화 기반이 마련되면 향후 연구소의 레이저 다이오드 선행 기술 개발과 기술 이전을 통한 상용화 선순환 구도 확립
- O-band 25Gbps 전계흡수형 레이저 다이오드(EML) 기술의 특징과 장점은 아래와 같음
- 전계흡수형 레이저 다이오드 기술은 직접변조형 레이저 다이오드 기술 대비 변조 속도 및 변조 파형이 우수하여 향후 변조속도 증대나 장거리 전송에 유리함
- EML은 빛을 생성하는 DFB 영역과 빛을 변조하는 EAM영역이 분리되어 있으며 본 기술에서는 Butt-joint 기술을 이용하여 에피 및 구조 설계에서 각 영역의 독자적인 특성 최적화가 가능함
- DFB 영역은 매립형 BH 구도로 설계되어 낮은 문턱전류와 우수한 방열 특성을 가지며 EAM 영역은 Deep ridge 구조로 낮은 capacitance 확보가 가능하여 고속 동작에 유리함
- E-beam을 이용한 회절격자 공정 기술 확보로 다채널 어레이 소자 제작이 가능하며 출력 향상 및 단일 모드 수율 향상 구조 도입이 가능함
- 개발된 25G EML은 단일칩 패키징에 유리한 Lump 전극 구조 및 어레이 칩 패키징에 유리한 진행파 전극 구조 기술을 모두 확보하고 있어 응용 분야 따른 대응이 가능함
- 개발된 EML은 PLC 광소자 또는 광섬유와의 효율적 광결합을 위해 모드 크기 변환기가 집적되어 있어 패키징시 정렬 정밀도 완화는 물론 높은 광결합 효율을 확보함
- 모니터 PD의 단일 집적으로 패키징 난이도 및 비용 절감 가능
- 고속 변조를 위한 RF 전극 설계 및 BCB 공정 기술 확보를 통해 향후 다양한 고속 동작 소자에 응용 가능함
가. 기술이전의 내용
A. 기술명 : O-band 대역 25Gbps 전계흡수형 레이저 다이오드(EML) 기술
- 아래와 같은 특성을 갖는 O-band 대역 25Gbps NRZ 변조를 위한 전계흡수형 레이저 다이오드(EML) 칩의 설계, 제작 및 특성 분석의 기술 이전
- 파장 대역 O-band (1295 ~ 1310nm)
- 출력광 세기 > 0dBm
- E-O 변조 대역폭 > 22 GHz
- 신호 동적소광비 > 8dB
- SMSR > 35dB 이상
나. 기술이전의 범위
A. 기술명 : O-band 대역 25Gbps 전계흡수형 레이저 다이오드(EML) 기술
- 25Gbps EML 에피 설계 기술
- 25Gbps EML 구조 설계 기술
- 25Gbps EML 공정 기술
- 25Gbps EML 측정 및 분석 기술
- 특허 통상 실시권 제공 및 기술 문서 제공
- 25Gbps EML 칩 설계 및 제작 관련 교육
○ 적용분야
- 대면적 데이터센터 내부 네트워크에서의 고속 신호 전달
- 분산형 데이터센터간 고속 신호 전달
- 5G 이동통신을 위한 BBU와 RRH간의 프론트홀 통신
- 100G-PON 등 차세대 가입자망 통신
○ 기대효과
- 현재 하이앤드 광소자의 경우 전량 수입에 의존하고 있으며 특히 일본에서의 수입 의존도가 매우 높아 국산화를 통한 수입대체
- 하이앤드 광소자 국산화를 통한 글로벌 시장 진출
- 국내 광트랜시버 업체의 하이앤드 칩 수급 안정성 확보 및 이를 활용하는 국내 시스템 업체의 경쟁력 확보
- 5G 전국망 조기 포설 지원을 통한 5G 인프라 보급의 글로벌 선도 및 4차 산업혁명을 견인할 수 있는 새로운 서비스 도입의 기반 확보