25Gbps·30km 전송가능한 광원소자 상용화 ETRI, ㈜엘디스와 25Gbps 전계흡수변조형 광원소자 국산화 국내 연구진과 중소기업이 힘을 모아 초 당 250억 개 비트(bit)를 광섬유 케이블을 통해 장거리 전송이 가능한 광원소자를 국내 최초로 상용화하는데 성공했다. 한국전자통신연구원(ETRI)은 광통신 전문기업인 ㈜엘디스와 함께 25Gbps 속도로 30km 이상 데이터 전송이 가능한 전계흡수변조형 광원소자 상용화에 성공했다고 2일 밝혔다. 이로써 데이터 트래픽 폭증에 대응하고 5G 이동통신 네트워크 수요에 대응할 수 있는 기술 기반을 다졌다. 그동안 5G 이동통신 등 대용량 통신서비스를 수용하기 위해서는 전류인가방식으로 광원을 직접 변조하여 온·오프해 왔다. 하지만, 이 방식은 광원소자의 전류 충·방전 시간 지연과 이에 따른 변조속도 감소와 신호품질 저하라는 한계가 있었다. ETRI는 이러한 문제점을 해결하고자 전계흡수변조형 광원소자를 개발해 냈다. 이 방식은 일정한 세기로 빛을 방출하는 광원소자의 출력단에 전압인가에 따라 순간적으로 빛을 흡수해 광출력 세기를 조절한다. 이를 통해 연구진은 광원소자의 출력단에 온·오프 신호를 만들 수 있는 전계흡수 변조기(EAM)가 집적된 형태로 제작했다. 기존 직접변조 방식의 문제점이던 변조속도 감소와 신호품질 저하 문제의 해결이 가능해졌다. 전계흡수변조형 광원소자는 현재, 전 세계적으로 소수 기업만 시장공급이 가능해 본 기술개발로 향후 해외수입 의존에서 탈피할 수 있게 되었다. 연구진은 이번 연구결과가 그간 ETRI의 연구개발용 파운드리에서 선도적으로 축적해온 화합물 반도체 기술과 국내 화합물 광반도체 전문 기업체의 양산 기술을 성공적으로 융합한 사례라고 평가했다. 기존 고온에서 광출력세기 및 변조속도 등 광원소자의 성능 면에서는 유리하나 신뢰성이 떨어졌던 In-Al-Ga-As(인듐-알루미늄-갈륨-비소) 화합물 조성을 In-Ga-As-P(인듐-갈륨-비소-인) 조성으로 바꿨다. 조성 변경의 이유에 대해 묻는 본보의 서면 질문에 ETRI 관계자는 “기존 In-Al-Ga-As 조성은 광출력, 고속 동작 등의 특성이 우수한 반면 Al 성분의 산화 문제로 신뢰성이 취약해 지는 문제점이 있었다”라고 했다. 이에 따라 “Al 성분이 포함되지 않은 In-Ga-As-P 성분으로 대체함으로써 신뢰성을 개선하고 성능은 기존 In-Al-Ga-As 조성에 준하는 특성이 보장될 수 있도록 EML 칩 설계 및 공정을 개선했다”라고 부연했다. 현재까지 ㈜엘디스 양산공정에서 제작된 전계흡수변조형 광원소자는 상온뿐만 아니라 55℃ 고온에서도 25Gbps 전송이 가능하다. 아울러, 데이터센터 내부 네트워크에 적용할 수 있는 100Gbps급 변조속도도 확보했다. 글로벌 경쟁제품과 동등한 수준이다. ㈜엘디스는 우선 25Gbps급 제품에 대한 양산 수율을 높여 국내·외 5G 시장에 공급하고, 내년 상반기 목표로 100Gbps급 제품을 출시한다는 목표이다. 향후, ETRI와 ㈜엘디스는 전계흡수변조형 광원소자의 성능 향상과 다각화를 통해 제품경쟁력 강화에도 지속적으로 협력할 계획이다. 반도체 공정 이후 특성 및 신뢰성 등 평가기술과 광모듈 적용을 통한 성능 최적화 등에도 노력할 계획이다. ETRI 한영탁 기술이전 책임자는 공정 변수에 매우 민감한 화합물 광반도체의 경우 안정적인 파운드리 운영이 관건이라고 했다. 이에 대한 본보의 부연 설명 요청에 ETRI는 “화합물 광반도체 파운드리는 공정장비, 소모재료, 작업자 및 작업환경(온도, 습도) 변화 등에 매우 민감해 공정 조건을 설정하고 유지하는 과정이 매우 까다롭다. 때문에 항상 재현성있는 공정 결과를 도출하기 위해서는 파운드리 내 장비, 환경, 작업자 상태 등 모든 조건이 초기 상태와 최종 상태가 동일하도록 안정적으로 유지해야 한다”라고 답했다.

25Gbps·30km 전송가능한 광원소자 상용화

ETRI, ㈜엘디스와 25Gbps 전계흡수변조형 광원소자 국산화

기사입력 2023-03-03 08:06:45

[산업일보]
국내 연구진과 중소기업이 힘을 모아 초 당 250억 개 비트(bit)를 광섬유 케이블을 통해 장거리 전송이 가능한 광원소자를 국내 최초로 상용화하는데 성공했다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 광통신 전문기업인 ㈜엘디스와 함께 25Gbps 속도로 30km 이상 데이터 전송이 가능한 전계흡수변조형 광원소자 상용화에 성공했다고 2일 밝혔다.

이로써 데이터 트래픽 폭증에 대응하고 5G 이동통신 네트워크 수요에 대응할 수 있는 기술 기반을 다졌다.

그동안 5G 이동통신 등 대용량 통신서비스를 수용하기 위해서는 전류인가방식으로 광원을 직접 변조하여 온·오프해 왔다. 하지만, 이 방식은 광원소자의 전류 충·방전 시간 지연과 이에 따른 변조속도 감소와 신호품질 저하라는 한계가 있었다.

ETRI 연구진이 공정을 마친 전계흡수변조형 광원소자 및 광모듈의 공정 결과를 분석하고 있다.

ETRI는 이러한 문제점을 해결하고자 전계흡수변조형 광원소자를 개발해 냈다. 이 방식은 일정한 세기로 빛을 방출하는 광원소자의 출력단에 전압인가에 따라 순간적으로 빛을 흡수해 광출력 세기를 조절한다.

이를 통해 연구진은 광원소자의 출력단에 온·오프 신호를 만들 수 있는 전계흡수 변조기(EAM)가 집적된 형태로 제작했다. 기존 직접변조 방식의 문제점이던 변조속도 감소와 신호품질 저하 문제의 해결이 가능해졌다.

전계흡수변조형 광원소자는 현재, 전 세계적으로 소수 기업만 시장공급이 가능해 본 기술개발로 향후 해외수입 의존에서 탈피할 수 있게 되었다.

연구진은 이번 연구결과가 그간 ETRI의 연구개발용 파운드리에서 선도적으로 축적해온 화합물 반도체 기술과 국내 화합물 광반도체 전문 기업체의 양산 기술을 성공적으로 융합한 사례라고 평가했다.

기존 고온에서 광출력세기 및 변조속도 등 광원소자의 성능 면에서는 유리하나 신뢰성이 떨어졌던 In-Al-Ga-As(인듐-알루미늄-갈륨-비소) 화합물 조성을 In-Ga-As-P(인듐-갈륨-비소-인) 조성으로 바꿨다.

조성 변경의 이유에 대해 묻는 본보의 서면 질문에 ETRI 관계자는 “기존 In-Al-Ga-As 조성은 광출력, 고속 동작 등의 특성이 우수한 반면 Al 성분의 산화 문제로 신뢰성이 취약해 지는 문제점이 있었다”라고 했다.

이에 따라 “Al 성분이 포함되지 않은 In-Ga-As-P 성분으로 대체함으로써 신뢰성을 개선하고 성능은 기존 In-Al-Ga-As 조성에 준하는 특성이 보장될 수 있도록 EML 칩 설계 및 공정을 개선했다”라고 부연했다.

현재까지 ㈜엘디스 양산공정에서 제작된 전계흡수변조형 광원소자는 상온뿐만 아니라 55℃ 고온에서도 25Gbps 전송이 가능하다. 아울러, 데이터센터 내부 네트워크에 적용할 수 있는 100Gbps급 변조속도도 확보했다. 글로벌 경쟁제품과 동등한 수준이다.

㈜엘디스는 우선 25Gbps급 제품에 대한 양산 수율을 높여 국내·외 5G 시장에 공급하고, 내년 상반기 목표로 100Gbps급 제품을 출시한다는 목표이다.

향후, ETRI와 ㈜엘디스는 전계흡수변조형 광원소자의 성능 향상과 다각화를 통해 제품경쟁력 강화에도 지속적으로 협력할 계획이다. 반도체 공정 이후 특성 및 신뢰성 등 평가기술과 광모듈 적용을 통한 성능 최적화 등에도 노력할 계획이다.

ETRI 한영탁 기술이전 책임자는 공정 변수에 매우 민감한 화합물 광반도체의 경우 안정적인 파운드리 운영이 관건이라고 했다.

이에 대한 본보의 부연 설명 요청에 ETRI는 “화합물 광반도체 파운드리는 공정장비, 소모재료, 작업자 및 작업환경(온도, 습도) 변화 등에 매우 민감해 공정 조건을 설정하고 유지하는 과정이 매우 까다롭다. 때문에 항상 재현성있는 공정 결과를 도출하기 위해서는 파운드리 내 장비, 환경, 작업자 상태 등 모든 조건이 초기 상태와 최종 상태가 동일하도록 안정적으로 유지해야 한다”라고 답했다.