KR100204567B1

KR100204567B1 - 전계 흡수형 광변조기 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100204567B1
Application number: KR1019960063172A
Authority: KR
Inventors: 이승원; 남은수; 김홍만
Original assignee: 정선종; 한국전자통신연구원
Priority date: 1996-12-09
Filing date: 1996-12-09
Publication date: 1999-06-15
Also published as: KR19980045015A

Abstract

본 발명은 새로운 기능의 전계 흡수형(electro-absorption) 광변조기 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 입출력 면에 고반사 박막을 형성하여 짧은 흡수층의 길이로 충분한 소광비를 얻을 수 있게 함으로써 소자의 정전용량(capacitance)을 최소화 하고 따라서 초고속 변조가 가능한 전계 흡수형 광변조기 및 그 제조 방법이 개시된다.

Description

전계 흡수형 광변조기 및 그 제조 방법

본 발명은 전계 흡수형(electro-absorption) 광변조기 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 입출력 면에 고반사 박막을 형성하여 짧은 흡수층의 길이로 충분한 소광비를 얻을 수 있게 함으로써 소자의 정전용량(capacitance)을 최소화 하고 따라서 초고속 변조가 가능한 전계 흡수형 광변조기 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 광통신 시스템의 전송속도와 전송거리가 증가함에 따라 광원은 변조속도와 변조광 선폭 등에서 더욱 고성능이 요구된다. 1996년 이후 장거리 국간 전송은 10Gbps 이상의 비트 레이트(bit rate)가 채용될 예정이며, 따라서 반도체 레이저의 직접변조 방식은 그 한계를 가지고 있는 것으로 판단된다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로 변조하지 않는 협선폭의 반도체레이저 광을 외부 광변조기를 사용하여 전송신호로 변조하는 방법이 보고되었다. 이러한 방법은 직접변조 반도체레이저에 비하여 변조광선폭을 크게 줄일 수 있는 장점이 있다. 특히 EDFA 광섬유 증폭기 기술의 발전에 따라 광통신의 전송거리는 신호의 감쇄 보다는 분산에 의한 신호의 왜곡에 더 지배를 받고 있으므로 광통신에서 무중계 전송거리 증가를 위해서는 초고속 외부변조기를 사용한 광원의 변조광선폭 감소가 필수적이다. 2000년대 이후 차세대 종합정보 통신망을 위해서는 정보의 전송용량은 현재의 10배에서 100배 정도로 증가할 것이 예상되며, 따라서 광섬유를 이용한 전송용량도 2.5Gbps, 10Gbps에서 40Gbps, 100Gbps 그리고 2010년에는 1000Gbps 즉 Tbps의 시대가 올 것이 예상된다. 이를 해결하기 위한 연구의 방향은 크게 두 분야로 나눌 수 있는데, 첫째는 전송광원의 파장다중화를 통하여 일정한 전송속도에서 여러 파장의 광원을 동시에 하나의 광섬유에 입사시켜 전송용량을 증가시키는 방법이며, 전송용량을 증가시키는 다른 방법으로는 전송 속도 자체를 현재의 2배 혹은 4배로 증가시키는 것이다. 특히 파장다중화 방식은 EDFA 광섬유 증폭기의 증폭 가능 파장 영역(∼35nm)의 제한 때문에 1000Gbps를 위해서는 전송 속도 자체도 10Gbps에서 20Gbps 혹은 40Gbps로의 속도 향상이 필요로 하게 된다. 이러한 초고속 광변조기의 제작을 위해서는 광변조기 흡수층의 특성향상과 함께 정전용량을 0.1∼0.2pF 정도로 극소화 하는 설계가 필요하다. 이러한 정전용량은 광변조기의 면적에 비례하므로 초고속 광변조기에서는 소자의 면적을 줄이기 위하여 변조기의 길이를 짧게하는 설계를 하게 된다. 그러나 정전용량을 줄이기 위하여 변조기의 길이를 짧게하면 광을 흡수할 거리가 짧아지므로 소광비가 감소하는 문제가 발생한다. 제1a도는 종래의 전계 흡수형 광변조기를 도시한 것이며, 제1b도는 본 발명과 비교 설명하기 위하여 이를 간단히 나타낸 도면이다. 종래의 광변조기는 도파로의 길이가 200μm∼300μm 정도이고 삽입손실을 줄이기 위하여 도파로의 양단면에 무반사 박막(4)을 증착하였다. 도면에서, 미설명부호(1)은 InGaAsP/InGaAsP 다층 양자우물 구조의 광변조기 흡수층이고, (2)는 Ti/Pt/Au를 사용한 p형 옴 금속이며, (3)은 금이 도금된 와이어 본딩(wire bonding)용 전극이고, (5)는 렌즈가 부착된 광섬유이다.

따라서, 본 발명은 짧은 흡수층의 길이로 충분한 소광비를 얻을 수 있게 하고, 소자의 정전용량(capacitance)을 최소화하여 초고속 변조가 가능한 새로운 기능의 전계 흡수형(electro-absorption) 광변조기 및 그 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전계 흡수형 광변조기는 전계 흡수형 광변조기 입출력 면에 고반사 박막을 형성하여 짧은 흡수층의 길이로 충분한 소광비를 얻을 수 있게 하여 소자의 정전용량을 최소화 하고 따라서 초고속 변조가 가능하게 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 전계 흡수형 광변조기 제조 방법은 반응성 이온빔 식각을 사용하여 광변조기 흡수층을 형성하며, 광변조기 입출력단 면에 이산화 규소(SiO₂)와 규소(Si)를 입사광의 1/4 파장 두께로 2쌍 적층하여 이루어진 고반사 박막을 형성하는 것을 특징으로 한다.

제1도는 종래의 전계 흡수형 광변조기를 나타내는 구조의 개략도.

제2도는 본 발명에 의한 다중반사를 이용하여 소광비를 향상시킨 초고속 동작 전계흡수형 광변조기의 개략도.

제3도는 본 발명에 의한 광변조기의 입출력 면에 고반사 박막을 형성하여 초고속 동작이 가능한 전계흡수형 광변조기 제작 실시예.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,7,13 : 광변조기 흡수층 2,17 : 옴 금속

3,9 : 와이어 본딩용 전극 4 : 무반사 박막

5,11 : 렌즈가 부착된 광섬유 6,15 : 고반사 박막

10 : 폴리이미드(polyimide)가 위에 형성된 와이어 본딩(wire bonding)용 전극 부분

12 : Inp 기판 14 : 반응성 이온 빔 식각으로 없어진 부분

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

제2도는 본 발명에 의한 다중반사를 이용하여 소광비를 향상시킨 초고속 동작 전계흡수형 광변조기의 개량도이고, 제3도는 본 발명에 의한 광변조기의 입출력 면에 고반사 박막(6)을 형성하여 초고속 동작이 가능한 전계흡수형 광변조기 제작 실시예이다.

본 발명은, 제2도에 도시된 바와같이, 전계 흡수형 광변조기의 입출력 면에 고반사 박막(6)을 형성하므로써, 짧은 흡수층(7)의 길이로 충분한 소광비를 얻을 수 있어 소자의 정전용량(capacitance)을 최소화하고, 따라서 초고속 변조가 가능한 전계 흡수형 광변조기의 제작을 목적으로 하고 있다. 광변조기 흡수층(7)의 길이는 10㎛∼20㎛로 반응성 이온빔(reactive ion beam etching)식각을 사용하여 형성하며, 광변조기 입출력 단면의 고반사 박막(6)은 이산화규소(SiO₂)와 규소(Si)를 입사광의 1/4파장 두께로 2쌍 적층하여 이루어진다. 이 경우 고반사 박막(6)은 80% 정도의 반사율을 보인다. 상기에서, 광변조기 흡수층(7)은 InGaAsP/InGaAsP 다층 양자우물 구조이다. 미설명부호(9)는 금이 도금된 와이어 본딩(wire bonding)용 전극이고, (10)은 폴리이미드(polyimide)가 코팅된 와이어 본딩(wire bonding)용 전극 부분이며, (11)은 렌즈가 부착된 광섬유이다.

본 발명의 전계 흡수형 광변조기의 제조 방법은 다음과 같다.

먼저, 제3a도와 같이 광변조기 흡수층(13)을 에피탁시 방법으로 InP 기판(12)에 성장한 후, 매립형 광도파로를 제작하기 위하여 반응성 이온식각과 에피탁시 재성장을 한다. 이후 제3b도와 같이 광변조기 흡수층(13)의 길이를 10㎛∼20㎛로 하기 위하여 광흡수층(13)을 반응성 이온 빔(reactive ion beam etching)으로 식각하며 {도면부호(14)가 반응성 이온 빔 식각으로 없어진 부분임}, 신호도입을 위한 와이어 본딩(wire bonding)을 할 부위에 폴리이미드(polyimide)를 코팅하고, 윗면 전극용 금속층착을 하며 후면을 갈아내고 후면에 전극용 금속을 증착한다. 이후 소자의 길이를 300㎛ 정도로 클리빙(cleaving)하여 분리하고, 제3c도와 같이 광변조기 입출력 단면의 고반사 박막(15)의 형성을 위하여 이산화 규소(SiO2)와 규소(Si)를 입사광의 1/4 파장 두께로 2쌍을 증착한다.

상기에서, 광면조기 흡수층(13)은 InGaAsP/InGaAsP 다층 양자우물 구조이다. 미설명부호(17) Ti/Pt/Au를 사용한 p형 옴 금속이다.

상술한 바와 같이 본 발명은 전계 흡수형 광변조기의 입출력 면에 고반사 박막을 형성하여 짧은 흡수층의 길이로 충분한 소광비를 얻을 수 있게 함으로써 소자의 정전용량 (capacitance)을 최소화하고, 따라서 초고속 변조가 가능한 전계 흡수형 광변조기의 제작이 가능하게 하며, 따라서 본 발명의 전계 흡수형 광변조기는 초고속 변조(200bps∼40Gbps) 광통신에 적합한 광원이 된다.

Claims

전계 흡수형 광변조기의 입출력 면에 고반사 박막을 형성하여 짧은 흡수층의 길이로 충분한 소광비를 얻을 수 있게 하여 소자의 정전용량을 최소화 하고 따라서 초고속 변조가 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 전계 흡수형 광변조기.
제1항에 있어서, 상기 흡수층의 길이는 10㎛∼20㎛인 것을 특징으로 하는 전계 흡수형 광변조기.
제1항에 있어서, 상기 고반사 박막은 이산화 규소(SiO₂)와 규소(Si)를 입사광의 1/4 파장 두께로 2쌍 적층하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전계 흡수형 광변조기.
제1항에 있어서, 상기 고반사 박막은 80% 정도의 반사율을 갖는 것을 특징으로 하는 전계 흡수형 광변조기.
전계 흡수형 광변조기 제조 방법에 있어서, 반응성 이온빔 식각을 사용하여 광변조기 흡수층을 형성하며, 광변조기 입출력단 면에 이산화 규소(SiO₂)와 규소(Si)를 입사광의 1/4 파장 두께로 2쌍 적층하여 이루어진 고반사 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 전계 흡수형 광변조기 제조방법.
제5항에 있어서, 상기 흡수층은 10㎛∼20㎛ 길이로 형성되고, 상기 고반사 박막은 80% 정도의 반사율을 갖는 것을 특징으로 하는 전계 흡수형 광변조기 제조 방법.