GaAs 광전집적회로의 구현을 위해 MBE와 MOCVD system을 이용하여 수직 구조에 알맞는 광소자 및 전자소자를 개발하였으며 이 소자들의 집적화를 시도하였다. 발광소자로서는 Bcllcorc와 공동으로 MBE를 이용하여 표면 방출형 레이저 다이오드 및 array 구조의 연구가 시도 되었고 수직형 전자소자로서는 sclcctive MOCVD를 이용하여 W이 매몰된 VFET 구현하였다. VFET 위에 LED를 집적시켜 출력단의 수직 광전집적회로를 제안하고 제작하였으며 수신단 광전집적회로에서는 PIN 다이오드와 VJFET를 집적화한 광전집적회로가 현재 연구중에 있다.
지난 십년동안 정보산업의 지속적인 고속성장과 맞물려 단파장 광소자와 고출력, 고주파 전자소자의 성능에 대한 사양이 날로 높아 감에 따라 그 어느 때보다 소자 제조 공정에서 고품위 박막 성장이 중요한 위치를 차지하게 되었다. 자연스럽게 연구자들은 이러한 소자에 대한 높은 요구를 충족시키기 위해 기존 발광소재(GaN, 6H-SiC)를 근간으로 소자의 성능을 개선하려는 노력 뿐 아니라 기존 물질의 한계를 극복할 수 있는 새로운 발광소재에 대해 관심을 갖게 되었다.(중략)
실리콘이 집적회로의 개발로 인하여 반도체 재료로 보편화되어 있으나 최근에는 실리콘으로는 어려운 고속동작이나 광소자에의 응용을 위해 GaAs에 대해 관심이 점증하고 있다. GaAs는 현재로는 실리콘에 비해 완벽한 결정성장을 하지 못하고 있으나 일본과 같은 선진국에서는 기판의 대량생산을 서두르는 등 실용화에 박차를 가하고 있다. 이 글에서는 광소자와 초고속 집적회로에 대한 최근의 기술동향을 간략히 알아보았다.
전계효과 트랜지스터와 광 다이오우드 및 다층 양자우물구조 광 변조기로 구성되는 광 스위치 회로와 몇 가지 전광 송/수신기 회로(all-optical transmitter/receiver circuits)에 대하여 시변 천이 동작 특성을 SPICE를 사용 모사한 결과를 기술하였다. 본 모사 실험에서 광 변조기 소자의 수광 창의 크기는 20 $\mu\textrm{m}$$\times$ 20 $\mu\textrm{m}$으로 고려하였고 사용된 FET 소자의 게이트 폭은 100 $\mu\textrm{m}$이며 전달컨덕턴스 값은 측정된 소자 특성에서 55 mS/mm로 사용되었다. 모사 결과 광 논리소자의 고속 동작을 위해서는 소자의 크기를 줄이며 입력 광 다이오우드의 responsivity가 최대값을 가지는 바이어스점에 동작하도록 설계하고, 짧고 강한 세기의 광선을 입력 광 신호로 사용해야 함을 알 수 있었다.
고속, 대용량 정보 전송 수요가 급격하게 증가함에 따라 대량생산 및 고효율의 PLC형 집적 광소자의 연구가 증가하고 있다. 본 논문에서는 광소자와 광섬유가 수동 정렬이 가능하도록 일체형 정렬 구조를 제안하였다. 일체형 구조의 광소자는 기본적으로 1채널의 입력부의 광신호를 2채널의 출력부를 통해 분리하는 광분배기 구조이다. 본 연구에서 제안된 일체형 구조의 제작은 롤투롤 공정 기술을 이용하여 제작하고 그 특성을 평가하였다. 롤투롤 공정 기술은 광소자의 제작에 들어가는 시간을 절감하고 연속생산이 가능한 방법이다. 제작된 광소자의 광특성은 1550 nm의 광원을 이용하여 약3.9 dB의 삽입손실과 0.2 dB의 채널 균일도를 나타내었다.
지금까지 측면이 코어 가까이 연마된 잔일모드 광섬유와 평면 도파로 사이의 광결합을 이용한 소자들이 많이 연구되고 있다. 이를 이용한 소자들로는 광필터, 광변조기, 광스위치, 굴절계, 편광기 등이 있으며 최근에는 파장분할다중화(WDM)에서 인접채널간의 채널분리를 위한 소자로서 빗살필터의 연구 또한 활발히 이루어지고 있다. 이에 본 논문에서는 측면이 코어 가까이 연마된 단일모드 광섬유와 평면도파로 사이의 광결합을 이용한 빗살필터를 제작하였으며 열광학 효과를 이용하여 파장 가변 빗살 필터를 구현해 보았다. (중략)
최근 광통신의 발전은 광 통신 소자의 제작시 집적화, 소형화, 경량화 그리고 저가격화를 원하게 되었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 기판 위에 광소자를 집적하는 미세 광학 벤치 (Micro Optical Bench)에 대한 많은 연구가 진행되고 있는 중이다. MEMS(Micro Electro Mechanical System) 공정기술인 벌크(bulk) 마이크로 머시닝 기술을 이용함으로서 하나의 기판 위에 광소자들을 조립하는 미세 광학 벤치를 구현 할 수 있다. (중략)
반도체에서 소자의 크기를 작게 하고 집적도를 높임으로서 성능과 효율을 증가시키는 노력이 계속되듯이 광소자의 경우에도 고효율을 갖는 아주 작은 크기의 발광소자를 만들어서 광 정보처리에 이용하려는 노력이 진행중이다. 특히 마이크론 크기의 공진기와 이득물질간의 광결합 효율이 높으면 레이저 발진 문턱이 낮아진다는 원리를 이용한 마이크로 레이저 연구가 활발하다. 이러한 마이크로 레이저의 연구는 크게 두 가지 방향으로 진행된다. (중략)
반도체 공정에서 위상 소자를 적용하는데 있어, 그 위상항을 ITFA 방법을 적용하여 계산하였고 계산된 위상 소자에 따른 광출력 회절효율을 계산하였다. 이러한 회절 효율의 계산은 출력 평면 내에만 해당되는 것이고, 이외의 영역으로 출력이 소실되는 경우를 고려하지 않았다. 또한, 위상항의 양자화 깊이의 변화에 대하여 입력광이 위상소자를 지난 후의 광출력 효율에 대하여 계산하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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