본 논문에서는 InGaAs APD와 GaAs MESFET를 이용하여 광 수신 전치증폭기의 설계와 제작에 대하여 논의 하였다. 3단 전달 임피던스형 광 수신 전치 증폭기에 대하여 분석하였으며 마이크로스트립을 이용하여 실현 시켰다. 실현된 광수 신전치 증폭기의 성능을 컴퓨터 시뮬레이션에 의하여 예측할 수 있었으며 이론값을 실험한 결과와 비교하였다. 설계 제작한 혼합 마이크로파 집적회로 형태의 광 수신 전치 증폭기는 대역폭이 380MHz이었으며 565Mb/s, $BER10^9$에서 수신기의 감도는 -40.6dBm을 보였다.
This paper presents the reliability of planar InP/InGaAs avalanche photodiodes (APD's) with recess etching, which is very crucial for the commercial 10-Gb/s optical receiver application. A versatile design for the planar InP/InGaAs APD's and bias-temperature tests to evaluate long-term reliability at temperature from 200 to $250^{\circ}C$. The reliability is examined by accelerated life tests by monitoring dark current and breakdown voltage. The lifetime of the APD's is estimated by a degradation activation energy. Based on the test results, it is concluded that the planar InP/InGaAs APD's with recess etching shows the sufficient reliability for practical 10-Gb/s optical receivers.
Floating guard ring(FGR) 구조를 갖는 avalanche photodiode(APD)는 제작이 매우 간단하고 제작된 소자의 신뢰성이 뛰어나기 때문에 고감도 특성의 고속동작 수광소자로 적합하다. 본 연구논문에서는 FGR APD의 구조설계, 제작공정 및 특성 측정 결과에 대해 논의하였다. FRG-APD는 이중확산 방법으로 제작하였으며 FGR이 가드링으로서 동작함을 2차원 이득특성 측정으로부터 확인할 수 있었다. 제작된 APD는 35GHz의 이득-대역폭 곱을 나타내었으며 2.5Gbps NRZ(Non-return-to-zero) 광신호에 대한 수신감도는 비트오율이 $10^{-9}$일 때 -31.9dBm이었다.
본 논문에서는 3차원 영상을 위한 LADAR(LAser Detection And Ranging)용 광검출기 모듈을 설계-제작하고 그 특성을 측정한 결과를 보고한다. 광검출기 모듈은 광파이버 어레이와 접속될 수 있도록 200 um 직경을 갖는 InGaAs APD(Avalanche Photodiode)로 설계-제작하였으며, 선형모드 동작 특성을 만족하도록 TIA(Trans-impedance Amplifier)를 설계-제작하였다. 광검출기 모듈을 구성하는 핵심부품들은 12개의 lead pin을 갖는 TO8 상에 집적되었으며, 집적에 필요한 APD 서브마운트 및 TIA 회로 등을 자체적으로 설계-제작하여 사용하였다. 제작한 광검출기 모듈은 450 ps의 rising time과 780 MHz의 대역폭 특성을 보였으며, 0.8 mV 이하의 잡음 특성과, 150 nW의 MDS(Minimum Detectable Signal) 신호 크기에 대해 15 이상의 신호대 잡음비(SNR)를 보임으로써 설계한 모든 특성을 만족하였는데, 이는 저자들이 아는 한 200 um 직경의 대면적 InGaAs APD를 이용한 광수신기에서 가장 우수한 특성을 나타낸 것이다.
본 논문은 초고속 광통신용 검출기로 사용되고 있는 InP/InGaAs Avalanche Photodiode (APD)에 대한 연구로서 구조 변화에 따른 APD의 특성에 대해 연구하였다. 채택된 APB의 기본 구조는 Separated Absorption, Grading, Charge and Multiplication (SAGCM)구조로 u-InP 의 두께 3.5$\mu\textrm{m}$에~2.9$\mu\textrm{m}$ 만큼 Zn diffusion 하였으며, u-InGaAs 의 흡수층 두께는 0.8$\mu\textrm{m}$ 로 하였다. charge sheet 층의 도핑 농도는 ~ 3.5 $\times$ 10/sup 12//cm/sup 2/ 이고, 전극 구조는 back side illumination type이다. (중략)
10Gbps급 이상의 광통신에 적합한 성능을 가지는 InAlAs/InGaAs 다중양자우물 구조(MQW) 애벌런치 광다이오드(APD)를 제작하였다. 본 논문에서는 MBE로 성장된 에피구조에서 높은 농도로 도핑된 field butter layer의 Be dopant의 다중양자우물 구조로의 indiffusion이 소자의 암전류 특성과 이득 특성에 이치는 영향을 분석하였다. Be의 indiffusion은 작은 양으로도 소자의 특성에 큰 영향을 끼칠 수 있음이 보여졌으며 spacer layer를 삽입함으로써 높은 대역폭을 유지하면서 낮은 암전류 특성을 나타내는 소자를 제작함으로써 space layer의 삽입이 indiffusion의 영향을 효과적으로 막을 수 있음을 보였다.
애벌란치형 광검출기(Avalanche Photodiode; APD)는 내부 이득을 갖고 있어 수신감도가 좋고 고속 동작이 가능하여 광통신에 있어서 매우 중요한 소자이다. 초기에는 공정의 용이성 등으로 인해 Ge을 소재로 하는 APD가 많이 사용되었으나 1.55 $\mu\textrm{m}$ 파장에서 광흡수 특성이 좋지 않고 전자와 정공의 이온화 계수비가 거의 같아 GB Product이 낮으므로 점차 이들 특성이 우수한 InP/InGaAs APD가 사용되었다. InGaAs는 밴드갭은 Ge보다 크지만 직접천이형 밴드구조를 갖기 때문에 1.67 $\mu\textrm{m}$까지 광흡수 특성이 좋고 소수캐리어의 이동도가 높아 고속동작에 유리하다. (중략)
We calculated the correlation between the doping concentration of the charge layer and the multiplication layer for separate absorption, grading, charge, and multiplication InGaAs/InAlAs avalanche photodiodes (APDs). For this purpose, a predictable program was developed according to the concentration and thickness of the charge layer and the multiplication layer. We also optimized the design, fabrication, and characteristics of an APD for 20 Gbps application. The punch-through voltage and breakdown voltage of the fabricated device were 10 V and 33 V, respectively, and it was confirmed that these almost matched the designed values. The 3-dB bandwidth of the APD was 10.4 GHz, and the bit rate was approximately 20.8 Gbps.
광통신의 전송용량을 증가시키는 방법의 한가지로 전송속도의 증대에 관한 연구개발이 국내외에서 진행되어 왔다. 전송속도가 증가하여 Gb/s 급 이상이 되면 수신단 전치증폭기의 잡음이 급격히 증가하게 되어 수신감도가 떨어지게 되는데 이는 곧 중계기의 간격 감소로 인한 경제성의 저하를 의미한다. 이러한 수신단의 수신감도 저하를 극복하는 방법의 하나로 내부 이득을 갖는 APD(Avalanche Photodiode)를 수광소자로 사용하고자 하는 연구가 진행되어 왔다. 본 고에서는 InGaAs를 흡수층으로 하는 광통신용 APD의 구조, 동작특성 및 최근 연구동향을 소개하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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