| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2017년 가을 (11/15 ~ 11/17, 경주 현대호텔) |
| 권호 | 23권 2호 |
| 발표분야 | 1. 고속 데이터 처리를 위한 광학 재료 및 소자(Optical Materials & Devices for High-Speed Data Management) |
| 제목 | III-V/Si hybrid MOS형 고효율 광변조기 |
| 초록 | Si photonics는 차세대 광집적소자(photonic integrated circuits; PICs)를 구현하는데 핵심적인 기술로 각광을 받고 있다 [1,2]. Si photonics는 Si과 SiO2의 큰 굴절률 차이를 이용하기 위한 Silicon-on-insulator (SOI) 기판을 이용하여 제작되는데, 도파로와 같은 passive device에 대해서는 이미 낮은 손실로 compact한 device를 만들 수 있는 기술이 제안되어 왔다 [2]. 하지만, 기존의 광소자에서 쓰이는 III-V 반도체에 비교하여 현저히 낮은 Si의 광특성때문에, laser, modulator 등의 active device는 그 성능이 낮아 실용화의 문제점으로 지적되어 왔다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, III-V 반도체를 Si photonics platform에 집적할 수 있는 기술이 개발되어 왔다 [3,4]. 그 중에서도 III-V 반도체와 SOI를 이용한 hybrid integration이 활발하게 연구되어, 특히 III-V laser를 Si waveguide 위에 집적한 Si hybrid laser는 이미 상용화 전 단계까지 기술 개발이 진행되었다 [5, 6]. 본 그룹은, 이와 같은 hybrid integration 기술을 이용하여, 새로운 형태의 III-V/Si hybrid MOS optical modulator를 제안하였다 [7,8,9]. 이 기술은, III-V 반도체와 SOI 기판을 Al2O3와 같은 high-k 절연막을 이용하여 wafer bonding하여 만들어진 MOS (metal-oxide-semiconductor) capacitor에 모이는 전하를 이용하여 빛의 굴절률을 조절하는 기술이다. III-V 반도체는 전하에 의한 굴절률 변화를 최대로 할 수 있도록 조성을 최적화한 InGaAsP를 이용하며, 이 InGaAsP에 모인 전자를 이용함으로써 굴절률의 변화를 최대화 시키면서도 흡수율의 변화는 최소화할 수 있음을 실험적으로 증명하였다 [9]. 이러한 기술을 이용하여, optical modulator의 광변조효율을 개선하면서도 optical modulator에서 발생하는 손실을 최소화 할 수 있음을 보였다. 이러한 기술을 이용하면, 기존의 Si optical modulator나 organic hybrid optical modulator 등과 비교하여도 성능과 공정상의 문제점을 극복할 수 있는 기술로 주목받고 있다 [10]. References [1] R. Soref, “The Past, Present, and Future of Silicon Photonics,” IEEE. J. Sel. Top. Quantum Electron. 12, 1678 (2006). [2] D. Thomson, A. Zilkie, J. E. Bowers, T. Komljenovic, G. T. Reed, L. Vivien, D. Marris-Morini, E. Cassan, L. Virot, J.-M. Fédéli, J.-M. Hartmann, J. H. Schmid, D.-X. Xu, F. Boeuf, P. O’Brien, G. Z. Mashanovich and M. Nedeljkovic. “Roadmap on silicon photonics,” J. Opt. 18, 073003 (2016). [3] D. Liang and J. E. Bowers, "Photonic integration: Si or InP substrates?" Electronics Letters 45, 578 (2009). [4] M. Takenaka, Y. Kim, J. Han, J. Kang, Y. Ikku, Y. Cheng, J. Park, M. Yoshida, S. Takashima and S. Takagi, “Heterogeneous CMOS Photonics Based on SiGe/Ge and III–V Semiconductors Integrated on Si Platform,” IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics 23, 1 (2017). [5] D. Liang and John E. Bowers. "Recent progress in lasers on silicon," Nature photonics 4, 511 (2010). [6] Intel® Silicon Photonics, accessed September 11, 2017. https://www.intel.com/content/www/us/en/architecture-and-technology/silicon-photonics/silicon-photonics-overview.html [7] J.-H. Han, S. Takagi, and M. Takenaka “High-Efficiency O-Band Mach-Zehnder Modulator based on InGaAsP/Si Hybrid MOS Capacitor,” The Optical Fiber Communication Conference and Exhibition (OFC’17), W3E.2, Los Angeles, 22 May 2017. [8] J.-H. Han, M. Takenaka, and S. Takagi, “Extremely high modulation efficiency III-V/Si hybrid MOS optical modulator fabricated by direct wafer bonding,” The International Electron Devices Meeting (IEDM’16), 25.5, San Francisco, 7 Dec 2016. [9] J.-H. Han, F Boeuf, J Fujikata, S Takahashi, S Takagi and M Takenaka, “Efficient low-loss InGaAsP/Si hybrid MOS optical modulator,” Nature Photonics 11, 486 (2017). [10] Jeremy Witzens, “Silicon photonics: Modulators make efficiency leap,” Nature Photonics 11, 459 (2017). |
| 저자 | 한재훈 |
| 소속 | KIST |
| 키워드 | Si photonics; III-V/Si hybrid MOS optical modulator |
