KR102675112B1 - 실리콘 포토닉스 기반 광변조기 - Google Patents

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Abstract

실리콘 포토닉스 기반 광변조기가 개시된다. 실리콘 포토닉스 기반 광변조기는 그라운드로 동작하는 제1 RF 메탈 전극들; 상기 제1 RF 메탈 전극들 사이에 배치되어 광도파로를 따라 전송되는 광신호를 광변조하는 위상 천이기들; 상기 위상 천이 기들 사이에 배치되어 일단을 통해 상기 광변조기의 외부에 위치한 구동 드라이버로부터 수신되는 RF 전기신호를 상기 위상 천이기들 각각에 제공하는 제2 RF 메탈 전극들; 상기 제2 RF 메탈 전극들의 타단과 연결되는 종단 저항들; 상기 광변조기 및 구동 드라이버에 바이어스 전압을 인가하기 위하여 상기 종단 저항과 공급 전원(Vcc) 사이에 배치되는 인덕티브 라인(Inductive Line); 및 상기 인덕티브 라인으로 인한 상기 실리콘 포토닉스 기반 광변조기의 RF 주파수 응답 특성 열화를 방지하기 위하여 상기 종단 저항과 공급 전원 사이에 배치되는 실리콘 커패시터를 포함할 수 있다.

Description

실리콘 포토닉스 기반 광변조기{SILICON-PHOTONICS-BASED OPTICAL MODULATOR}
본 발명은 실리콘 포토닉스 기반 광변조기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 광변조기를 구성하는 메탈 전극에 바이어스 전압을 공급하면서도 RF 주파수 응답 특성을 저해하지 않는 구조에 관한 것이다.
실리콘 포토닉스(Silicon Photonics) 기술은 상용 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 반도체 공정을 통해서 포토닉스 소자를 하나의 칩으로 집적화하는 기술이다. 이러한 실리콘 포토닉스 기술은 광통신 소자의 대량 생산을 통한 저가화, 2차원 또는 3차원 집적을 통한 소형화, 소자 반복 배치를 통한 대용량화를 가능하게 한다. 특히, 실리콘 포토닉스 기반 광변조기는 최근 기하급수적으로 증가하는 데이터 센터 트래픽과 텔레콤 트래픽을 대처하기 위한 핵심 기능 소자로 고려되고 있다.
일례로, 실리콘 포토닉스 기반 광변조기는 RF 전기신호를 공급하는 구동 드라이버와 연결되는 제1 RF 메탈 전극 연결부와 DC 공급 전압이 공급되는 제2 RF 메탈 전극 연결부를 포함할 수 있다. 구동 드라이버의 출력은 광변조기의 제1 RF 메탈 전극 연결부의 입력 에지로 입력되어 RF 메탈 전극들을 전파하면서 실리콘 광도파로들을 통해 전송되는 광신호를 변조할 수 있다.
이때, RF 메탈 전극들의 종단 에지 부근에 위치한 제2 RF 메탈 전극 연결부는 종단저항(RL)이 각각 연결될 수 있다. 그리고, 이러한 종단 저항들은 DC 공급 전원(Vcc)과 연결될 수 있는데, 이를 통해 실리콘 포토닉스 기반 광변조기의 구동 드라이버를 동작 시킬 수 있다.
뿐만 아니라, RF 메탈 전극들의 임의의 위치에 배치된 제3 RF 메탈 전극 연결부는 DC 공급 전원이 종단저항(RL) 없이 직접적으로 연결될 수 있는데, 이를 통해 실리콘 기반 광변조기의 위상 천이기에 원하는 바이어스 전압을 인가할 수 있다.
이러한 DC 공급 전원은 실리콘 포토닉스 기반 광변조기와 구동 드라이버가 동작하는데 필수적이지만 RF 설계된 RF 메탈 전극들에 연결되기 때문에 광변조기의 전체 RF 주파수 응답 특성을 저해하는 심각한 문제점을 갖는다.
본 발명은 실리콘 포토닉스 기반 광변조기를 구성하는 종단 저항 또는 RF 메탈 전극(종단저항 없이 직접 연결 경우)과 상기 광변조기의 외부에 위치한 공급 전원 사이에 실리콘 커패시터를 배치함으로써 RF 메탈 전극에 바이어스 전압을 공급하면서도 광변조기의 전체 RF 주파수 응답 특성을 저해하지 않는 구조를 제시한다.
본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 포토닉스 기반 광변조기는 그라운드로 동작하는 제1 RF 메탈 전극들; 상기 제1 RF 메탈 전극들 사이에 배치되어 광도파로를 따라 전송되는 광신호를 광변조하는 위상 천이기들; 상기 위상 천이 기들 사이에 배치되어 일단을 통해 상기 광변조기의 외부에 위치한 구동 드라이버로부터 수신되는 RF 전기신호를 상기 위상 천이기들 각각에 제공하는 제2 RF 메탈 전극들; 상기 제2 RF 메탈 전극들의 타단과 연결되는 종단 저항들; 상기 광변조기 및 구동 드라이버에 바이어스 전압을 인가하기 위하여 상기 종단 저항과 공급 전원(Vcc) 사이에 배치되는 인덕티브 라인(Inductive Line); 및 상기 인덕티브 라인으로 인한 상기 실리콘 포토닉스 기반 광변조기의 RF 주파수 응답 특성 열화를 방지하기 위하여 상기 종단 저항과 공급 전원 사이에 병렬로 배치되는 실리콘 커패시터를 포함할 수 있다. 이때, 실리콘 커패시터는 그라운드와 연결될 수 있다.
상기 실리콘 커패시터는 상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 형성된 트렌치 영역에 배치되고, 상기 트렌치 영역의 크기는 상기 실리콘 커패시터의 크기에 기초하여 결정될 수 있다.
상기 트렌치 영역은 상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 형성된 RF 메탈 전극들의 높이와 상기 실리콘 커패시터의 패드 높이가 일치하도록 깊이가 결정될 수 있다.
상기 실리콘 커패시터는 별도로 제작되어 와이어본딩(Wire Bonding) 또는 범프본딩(Bump Bonding)을 통해 상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 연결될 수 있다.
상기 실리콘 커패시터는 별도의 서브마운트 기판에 배치된 후 상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 연결될 수 있다.
상기 실리콘 커패시터는 실리콘 포토닉스 기반 광변조기와 동일한 CMOS 반도체 공정을 통해 하나의 칩에 집적될 수 있다.
상기 제1 RF 메탈 전극들이 그라운드로 동작하지 않고, 상기 위상 천이기들 각각에 별도의 바이어스 전압을 인가하는 경우, 상기 제1 RF 메탈 전극들의 일단과 바이어스 전원들(Vb1, Vb2) 사이에 배치되는 추가 인덕티브 라인들; 및 상기 추가 인덕티브 라인들로 인한 상기 실리콘 포토닉스 기반 광변조기의 RF 주파수 응답 특성 열화를 방지하기 위하여 상기 제1 RF 메탈 전극들과 바이어스 전원들 사이에 배치되는 실리콘 커패시터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 포토닉스 기반 광변조기는 상기 광변조기의 외부에 위치한 구동 드라이버로부터 RF 전기 신호를 수신하는 RF 메탈 전극들; 상기 RF 메탈 전극들 사이에 배치되어 광도파로를 따라 전송되는 광신호를 광변조하는 위상 천이기들; 상기 위상 천이기들 사이에 배치되어 일단을 통해 상기 광변조기의 외부에 위치한 바이어스 전원(Vbias)으로부터 제1 바이어스 전압을 공급 받는 바이어스 메탈 전극; 상기 RF 메탈 전극들의 타단과 연결되는 종단 저항들; 상기 광변조기 및 구동 드라이버에 제2 바이어스 전압을 인가하기 위하여 상기 종단 저항과 공급 전원(Vcc) 사이에 배치되는 인덕티브 라인(Inductive Line); 및 상기 인덕티브 라인으로 인한 상기 실리콘 포토닉스 기반 광변조기의 RF 주파수 응답 특성 열화를 방지하기 위하여 상기 종단 저항과 공급 전원 사이에 배치되는 실리콘 커패시터를 포함할 수 있다.
상기 실리콘 커패시터는 상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 형성된 트렌치 영역에 배치되고, 상기 트렌치 영역의 크기는 상기 실리콘 커패시터의 크기에 기초하여 결정될 수 있다.
상기 트렌치 영역은 상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 형성된 메탈 전극들의 높이와 상기 실리콘 커패시터의 패드 높이가 일치하도록 깊이가 결정될 수 있다.
상기 실리콘 커패시터는 별도로 제작되어 와이어본딩(Wire Bonding) 또는 범프본딩(Bump Bonding)을 통해 상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 연결될 수 있다.
상기 실리콘 커패시터는 별도의 서브마운트 기판에 배치된 후 상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 연결될 수 있다.
상기 실리콘 커패시터는 실리콘 포토닉스 기반 광변조기와 동일한 CMOS 반도체 공정을 통해 하나의 칩에 집적될 수 있다.
상기 위상 천이기들은 상기 바이어스 메탈 전극을 통해 서로 직렬로 연결되어 직렬 푸시풀(Series-Push-Pull) 구조로 동작할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 포토닉스 기반 광변조기는 상기 광변조기의 외부에 위치한 구동 드라이버로부터 RF 전기 신호를 수신하는 RF 메탈 전극들; 상기 RF 메탈 전극들 사이에 배치되어 광도파로를 따라 전송되는 광신호를 광변조하는 위상 천이기들; 상기 위상 천이기들 사이에 배치되어 일단을 통해 상기 광변조기의 외부에 위치한 바이어스 전원(Vbias)으로부터 바이어스 전압을 공급 받는 바이어스 메탈 전극; 상기 RF 메탈 전극들의 타단을 서로 연결하는 종단 저항; 및 상기 구동 드라이버로부터 수신되는 RF 전기신호를 AC 커플링하기 위하여 상기 RF 메탈 전극들의 전단에 배치되는 실리콘 커패시터를 포함할 수 있다.
상기 실리콘 커패시터는 상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 형성된 트렌치 영역에 배치되고, 상기 트렌치 영역의 크기는 상기 실리콘 커패시터의 크기에 기초하여 결정될 수 있다.
상기 트렌치 영역은 상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 형성된 메탈 전극들의 높이와 상기 실리콘 커패시터의 패드 높이가 일치하도록 깊이가 결정될 수 있다.
상기 실리콘 커패시터는 별도로 제작되어 와이어본딩(Wire Bonding) 또는 범프본딩(Bump Bonding)을 통해 상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 연결될 수 있다.
상기 실리콘 커패시터는 별도의 서브마운트 기판에 배치된 후 상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 연결될 수 있다.
상기 실리콘 커패시터는 실리콘 포토닉스 기반 광변조기와 동일한 CMOS 반도체 공정을 통해 하나의 칩에 집적될 수 있다.
상기 위상 천이기들은 상기 바이어스 메탈 전극을 통해 서로 직렬로 연결되어 직렬 푸시풀(Series-Push-Pull) 구조로 동작할 수 있다.
본 발명은 실리콘 포토닉스 기반 광변조기를 구성하는 종단 저항 또는 RF 메탈 전극(종단저항 없이 직접 연결 경우)과 상기 광변조기의 외부에 위치한 공급 전원 사이에 실리콘 커패시터를 배치함으로써 RF 메탈 전극에 바이어스 전압을 공급하면서도 광변조기의 전체 RF 주파수 응답 특성을 저해하지 않을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 실리콘 포토닉스 기반 광변조기를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 포토닉스 기반 광변조기의 산란계수를 시뮬레이션한 결과를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 포토닉스 기반 광변조기에 소형 커패시터가 배치되는 구조의 일례를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 실리콘 포토닉스 기반 광변조기를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 실리콘 포토닉스 기반 광변조기를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 실리콘 포토닉스 기반 광변조기를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 실리콘 포토닉스 기반 광변조기를 나타낸 도면이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)는 광도파로(101)로 입력된 광신호가 광분배기(102)를 통해 서로 다른 광도파로(103, 104)로 분리될 수 있다. 이때, 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)는 광도파로(103, 104)를 따라 위상 천이기1(106)과 위상 천이기2(107)가 배치될 수 있는데, 위상 천이기1(106)과 위상 천이기2(107)는 병렬로 연결된 복수 개의 PN 다이오드로 구성될 수 있다.
그리고, 위상 천이기1(106)을 사이에 두고 그라운드로 동작하는 RF 메탈 전극(108)과 구동 드라이버(200)로부터 수신되는 RF 전기신호를 위상 천이기1(106)에 제공하는 RF 메탈 전극(109)이 배치될 수 있고, 위상 천이기2(107)을 사이에 두고 그라운드로 동작하는 RF 메탈 전극(110)과 구동 드라이버(200)로부터 수신되는 RF 전기신호를 위상 천이기2(107)에 제공하는 RF 메탈 전극(111)이 배치될 수 있다.
구동 드라이버(200)의 출력 중 "Signal" RF 전기신호와 "Inverse Signal" RF 전기신호가 각각 RF 메탈 전극(109) 및 RF 메탈 전극(111)의 좌측 에지 부근에 입력될 수 있다. 이때, RF 메탈 전극(109, 111)을 전파하는 RF 전기신호와 광도파로(103, 104)를 전파하는 광신호의 전파속도를 일치시킬 수 있으며, 이는 진행파 광변조기(Traveling Wave Modulator) 기술로 알려져 있다.
RF 메탈 전극(109)과 RF 메탈 전극(111)의 우측 에지 부근에는 각각 종단저항(112)과 종단저항(113)이 연결될 수 있으며, 광도파로(103, 104)를 따라 전파되는 각각의 광신호는 위상천이기1(106)과 위상천이기2(107)에 의해서 변조된 후 광결합기(105)를 통해 광결합될 수 있다.
실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100) 및 광변조기(100)의 외부에 위치한 구동 드라이버(200)의 동작을 위해 종단저항(112, 113)의 후단에 DC 전압을 제공하기 위한 공급 전원()(130)이 연결될 수 있다. 이때, RF 메탈 전극(108, 109, 110, 111)은 RF 설계가 되어있지만 종단저항(112, 113)과 공급 전원(130)사이에 배치되는 인덕티브 라인(Inductive Line)(114)은 RF 설계가 어려울 수 있다.
인덕티브 라인(114)은 ①실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)가 구현된 광변조기 칩 상에 형성되어 있는 금속선, ②광변조기 칩과 외부 PCB(Printed Circuit Board) 사이의 금속 인터페이스(예를 들어, 와이어본드(Wirebond), 솔더 범프(Solder Bump) 등), 그리고 ③외부 PCB 상에서 형성되어 있는 금속선 등을 포함할 수 있다. 여기서 외부 PCB는 하나의 예시일 뿐 같은 역할을 하는 별도의 서브마운트 기판이나 반도체 칩 등이 될 수 있다.
인덕티브 라인(114)이 갖는 인덕턴스로 인해서 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)가 갖는 RF 주파수 응답 특성이 열화되는데, 통상적으로 이용되는 와이어본드 금속선의 경우, 0.5-1.0 nH/mm의 인덕턴스를 갖는 것으로 알려져 있다.
본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위해서 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)의 종단저항(112 또는 113)과 공급 전원(130) 사이에 소형 커패시터(115)가 배치될 수 있다. 이때, 소형 커패시터는 ①실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)가 구현된 광변조기 칩 상에 구현되거나, ②광변조기 칩과 별도로 제작되어 와이어본드 또는 솔더 범프를 통해 연결되거나, ③캐패시터를 포함하고 있는 별도의 서브마운트 기판 반도체 칩과 연결될 수 있다.
이러한 구조를 통해 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)와 공급 전원(130) 사이에 인덕티브 라인(114)이 존재하더라도, 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)의 RF 주파수 특성을 저해하지 않으면서 광변조기(100) 및 구동 드라이버(200)의 동작에 필요한 DC 형태의 공급 전압을 제공할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 포토닉스 기반 광변조기의 산란계수를 시뮬레이션한 결과를 나타낸 도면이다.
도 2의 (a)는 인덕티브 라인(114)의 인덕턴스 값에 따라서 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)의 S11 시뮬레이션 결과이고, 도 2의 (b)는 인덕티브 라인(114)의 인덕턴스 값에 따라서 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)의 S21 시뮬레이션 결과이다. 도 2를 참고하면, 인덕티브 라인(114)의 인덕턴스 값이 0nH에서 0.5nH, 1nH로 인덕턴스가 증가할수록 RF 전기신호 반사 특성이 열화되는 것을 알 수 있다.
통상적으로 S11< -10dB 이하의 값을 가져야 한다. 또한 인덕턱스가 증가할 수록 RF 전기신호의 감쇄 특성이 열화되는데 30GHz 주파수(m1으로 표시된 부분)에서 0nH의 경우 -6.2dB의 손실 값을 갖지만 0.5nH의 경우 -8.3dB, 1nH의 경우 -12.1dB의 손실로 급격히 증가함을 확인할 수 있다. 즉, 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)에 인덕티브 라인(114)을 통해 공급 전원(130)을 연결함에 따라서 전체 주파수 특성이 열화되는 심각한 문제를 갖게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)의 종단저항(112 또는 113)과 공급 전원(130) 사이에 소형 커패시터(115)가 배치될 수 있다. 도 2의 (a) 및 (b)를 참고하면, 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)가 소형 커패시터(115)를 포함하는 경우(bold-line), 인덕티브 라인이 없는 경우인 0nH (narrow-line)와 동일한 S11, S21 주파수 응답 특성을 가지는 것을 확인할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 실리콘 포토닉스 기반 광변조기를 나타낸 도면이다.
도 3을 참고하면, 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)의 종단저항(112, 113)과 공급 전원(130) 사이에 소형 커패시터(115)가 연결되는 구조뿐만 아니라, 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)의 동작에 요구되는 또 다른 바이어스 전압이 RF 메탈 전극(108, 110)과 인가되는 구조를 가질 수 있다.
실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)는 최적의 변조 성능을 위해서 위상천이기1(106)과 위상천이기2(107)에 특정 바이어스 전압을 인가하여 조절해주어야 한다. 도 3과 같이 RF 메탈 전극(108)과 RF 메탈 전극(110)에 바이어스 전원()(131)과 바이어스 전원()(132)이 각각 연결되어 RF 메탈 전극(108 또는 110)에 DC 전압을 인가할 수 있다.
위상 천이기1(106)의 PN 다이오드 양단에 걸리는 전압은 으로 나타낼 수 있고, 위상 천이기2(107)의 PN 다이오드 양단에 걸리는 전압은 으로 나타낼 수 있다. 여기서 은 광변조기(100)의 종단저항 값을 나타내고, 과 는 각각 바이어스 전원(131) 및 바이어스 전원(132)의 출력 전압 값을 나타내며, 과 는 광변조기(100)를 구성하는 RF 메탈 전극(108) 및 RF 메탈 전극(110)을 흐르는 DC 전류 값을 나타낸다.
통상적으로는 위상 천이기1(106)과 위상 천이기2(107)는 역전압이 걸리기 때문에 관계를 만족할 수 있다. 참고로 도 1과 같이 RF 메탈 전극(108)과 RF 메탈 전극(110)이 그라운드(GND)와 연결되어 있으면 위상 천이기1(106) 및 위상 천이기2(107)에는 DC 전압이 인가될 수 있다.
실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)의 RF 메탈 전극(108)과 RF 메탈 전극(110)은 인덕티브 라인(116) 및 인덕티브 라인(118)을 통해 각각 바이어스 전원(131) 및 바이어스 전원(132)과 연결될 수 있다. 이때, 인턱티브 라인(116, 118)은 금속선이기 때문에 도 1와 같이 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)의 RF 주파수 응답 특성을 저해할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 RF 메탈 전극(108)과 바이어스 전원(131) 사이에 소형 커패시터(117)를 삽입하고, RF 메탈 전극(110)과 바이어스 전원(132) 사이에 소형 커패시터(119)를 삽입함으로써 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)의 RF 주파수 응답 특성 열화를 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 실리콘 포토닉스 기반 광변조기에 소형 커패시터가 배치되는 구조의 일례를 나타낸 도면이다.
본 발명에서 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)와 연결되는 소형 커패시터는 도 4와 같이 별도의 제작된 실리콘 커패시터(117 또는 119)가 될 수 있다. 여기서 실리콘 커패시터(117 또는 119)의 수는 2개로 제한하는 것은 아니며 단수 또는 하나 이상의 복수개가 될 수 있다. 실리콘 커패시터(117 또는 119)는 크기가 매우 작으면서도 큰 커패시턴스를 가질 수 있다. 본 발명에서는 실리콘 커패시터(117 또는 119)를 하나의 실시예로 기술하고 있으며 콤팩트한 크기이면서 실리콘 포토닉스 칩에 구현 또는 연결 가능한 다양한 종류의 소형 커패시터를 이용할 수 있다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)는 트렌치 공정을 통해 실리콘 커패시터(117 또는 119)의 길이 x 폭 x 높이와 일치하도록 광변조기(100)를 구성하는 기판 상에 실리콘 커패시터 실장부(120 또는 121)가 형성됨으로써 Chip-to-Chip 패키징 난이도를 줄일 수 있다.
한편, 본 발명은 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)와 공급 전원(130) 사이의 인덕턴스의 영향을 없애는 기술이기 때문에 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)와 실리콘 커패시터(117 또는 119) 사이의 전기적 연결선의 길이를 최소화해야 한다.
이를 위해, 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)를 구성하는 RF 메탈 전극(108, 110)의 패드 및 그라운드(GND) 패드의 높이를 실리콘 커패시터(117 또는 119)의 패드 높이와 일치하도록 함으로써 연결을 위해 추가되는 전기적 연결선의 길이를 최소화할 수 있다.
이러한 실리콘 커패시터(117 또는 119)는 상기 설명과 같이 별도로 제작되어 연결되는 구조를 가질 수도 있고 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)와 실리콘 커패시터(117 또는 119)가 CMOS 반도체 공정을 통해 한 번에 제작될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 실리콘 포토닉스 기반 광변조기를 나타낸 도면이다.
도 5를 참고하면, 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)는 위상 천이기1(106)과 위상 천이기2(107)가 서로 직렬 연결된 직렬 푸시풀(Series-Push-Pull) 구조로 동작 될 수 있다. 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)로 구동 드라이버(200)로부터 RF 전기신호가 입력되고 광변조기(100) 및 구동 드라이버(200)의 동작을 위해서 종단저항(112 또는 113)의 후단에 공급 전원(130)이 연결된다.
이때, 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)와 공급 전원(130) 사이에 금속선 형태의 인덕티브 라인(114)이 존재하더라도, 본 발명에서 제안하는 소형 커패시터(115)가 연결되어 있기 때문에 광변조기(100)의 RF 주파수 응답 특성을 저해하지 않으면서 광변조기(100) 및 구동 드라이버(200)의 동작에 필요한 DC 전압을 공급할 수 있다.
이때, 직렬 푸시풀 구조로 동작하는 광변조기(100)는 바이어스 전원(VBIAS)(142)과 연결된 인덕티브 라인(141)을 통해 바이어스 메탈 전극(140)으로 DC 전압이 인가될 수 있다. 여기서, 바이어스 메탈 전극(140)은 RF 메탈 전극(108 또는 110)과 독립적이기 때문에 "Inductive" 하거나 "Resistive" 하더라도 광변조기(100)의 전체 RF 주파수 응답 특성에 영향을 주지 않을 수 있다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 실리콘 포토닉스 기반 광변조기를 나타낸 도면이다.
도 6을 참고하면, 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)는 AC 커플링된 RF 전기 신호를 입력 받기 위한 소형 커패시터(122 또는 123)가 RF 메탈 전극(108 또는 110)의 입력단에 각각 배치될 수 있다.
상기의 도 1 내지 도 5의 실시예에서는 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)의 종단저항(112, 113)과 공급 전원(130)의 인덕턴스 금속선의 영향을 없애기 위함으로 소형 커패시터(115)를 그라운드와 연결하였다.
그러나 도 6의 실시예에서는 RF 메탈 전극(108 또는 110)의 입력단을 AC 커플링하기 위하여 소형 커피시터(122 또는 123)가 RF 메탈 전극(108 또는 110)의 입력단에 각각 배치될 수 있다.
구동 드라이버(200)와 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100) 사이는 매우 짧은 RF 인터페이스가 요구되기 때문에 본 발명에서 제안하는 소형 커패시터(122 또는 123)를 이용함으로써 RF 손실은 최소화 하면서 AC 커플링이 가능할 수 있다.
실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)가 도 6과 같이 직렬 푸시풀 구조로 동작하는 경우, 광변조기(100)는 바이어스 전원(VBIAS)(142)과 연결된 인덕티브 라인(141)을 통해 바이어스 메탈 전극(140)으로 DC 전압이 인가될 수 있다. 여기서, 바이어스 메탈 전극(140)은 RF 메탈 전극(108 또는 110)과 독립적이기 때문에 "Inductive" 하거나 "Resistive" 하더라도 광변조기(100)의 전체 RF 주파수 응답 특성에 영향을 주지 않을 수 있다.
한편, 도 6에서 제공하는 실리콘 포토닉스 기반 광변조기(100)는 RF 메탈 전극(108 및 110)이 종단저항(112)을 통해 서로 연결될 수 있으며, 이를 통해 광변조기(100)의 특성 임피던스와 임피던스 매칭이 수행될 수 있다.
이와 같은 도 6의 일시예는 다른 일시예들과는 달리, 종단에 DC 전원이 공급되지 않는 구조이므로 해당 구조에 이용되는 드라이버는 광변조기단에서 DC 전원의 공급이 없이도 동작할 수 있는 종류일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성되어 마그네틱 저장매체, 광학적 판독매체, 디지털 저장매체 등 다양한 기록 매체로도 구현될 수 있다.
본 명세서에 설명된 각종 기술들의 구현들은 디지털 전자 회로조직으로, 또는 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어로, 또는 그들의 조합들로 구현될 수 있다. 구현들은 데이터 처리 장치, 예를 들어 프로그램가능 프로세서, 컴퓨터, 또는 다수의 컴퓨터들의 동작에 의한 처리를 위해, 또는 이 동작을 제어하기 위해, 컴퓨터 프로그램 제품, 즉 정보 캐리어, 예를 들어 기계 판독가능 저장 장치(컴퓨터 판독가능 매체) 또는 전파 신호에서 유형적으로 구체화된 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수 있다. 상술한 컴퓨터 프로그램(들)과 같은 컴퓨터 프로그램은 컴파일된 또는 인터프리트된 언어들을 포함하는 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 기록될 수 있고, 독립형 프로그램으로서 또는 모듈, 구성요소, 서브루틴, 또는 컴퓨팅 환경에서의 사용에 적절한 다른 유닛으로서 포함하는 임의의 형태로 전개될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 사이트에서 하나의 컴퓨터 또는 다수의 컴퓨터들 상에서 처리되도록 또는 다수의 사이트들에 걸쳐 분배되고 통신 네트워크에 의해 상호 연결되도록 전개될 수 있다.
컴퓨터 프로그램의 처리에 적절한 프로세서들은 예로서, 범용 및 특수 목적 마이크로프로세서들 둘 다, 및 임의의 종류의 디지털 컴퓨터의 임의의 하나 이상의 프로세서들을 포함한다. 일반적으로, 프로세서는 판독 전용 메모리 또는 랜덤 액세스 메모리 또는 둘 다로부터 명령어들 및 데이터를 수신할 것이다. 컴퓨터의 요소들은 명령어들을 실행하는 적어도 하나의 프로세서 및 명령어들 및 데이터를 저장하는 하나 이상의 메모리 장치들을 포함할 수 있다. 일반적으로, 컴퓨터는 데이터를 저장하는 하나 이상의 대량 저장 장치들, 예를 들어 자기, 자기-광 디스크들, 또는 광 디스크들을 포함할 수 있거나, 이것들로부터 데이터를 수신하거나 이것들에 데이터를 송신하거나 또는 양쪽으로 되도록 결합될 수도 있다. 컴퓨터 프로그램 명령어들 및 데이터를 구체화하는데 적절한 정보 캐리어들은 예로서 반도체 메모리 장치들, 예를 들어, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory), DVD(Digital Video Disk)와 같은 광 기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media), 롬(ROM, Read Only Memory), 램(RAM, Random Access Memory), 플래시 메모리, EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM) 등을 포함한다. 프로세서 및 메모리는 특수 목적 논리 회로조직에 의해 보충되거나, 이에 포함될 수 있다.
또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용매체일 수 있고, 컴퓨터 저장매체 및 전송매체를 모두 포함할 수 있다.
본 명세서는 다수의 특정한 구현물의 세부사항들을 포함하지만, 이들은 어떠한 발명이나 청구 가능한 것의 범위에 대해서도 제한적인 것으로서 이해되어서는 안되며, 오히려 특정한 발명의 특정한 실시형태에 특유할 수 있는 특징들에 대한 설명으로서 이해되어야 한다. 개별적인 실시형태의 문맥에서 본 명세서에 기술된 특정한 특징들은 단일 실시형태에서 조합하여 구현될 수도 있다. 반대로, 단일 실시형태의 문맥에서 기술한 다양한 특징들 역시 개별적으로 혹은 어떠한 적절한 하위 조합으로도 복수의 실시형태에서 구현 가능하다. 나아가, 특징들이 특정한 조합으로 동작하고 초기에 그와 같이 청구된 바와 같이 묘사될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우에 그 조합으로부터 배제될 수 있으며, 그 청구된 조합은 하위 조합이나 하위 조합의 변형물로 변경될 수 있다.
마찬가지로, 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 또한, 상술한 실시형태의 다양한 장치 컴포넌트의 분리는 그러한 분리를 모든 실시형태에서 요구하는 것으로 이해되어서는 안되며, 설명한 프로그램 컴포넌트와 장치들은 일반적으로 단일의 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다중 소프트웨어 제품에 패키징 될 수 있다는 점을 이해하여야 한다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100 : 실리콘 포토닉스 기반 광변조기
101, 103, 104 : 광도파로
102 : 광분배기
105 : 광결합기
106 : 위상 천이기1
107 : 위상 천이기2
108, 109, 110, 111 : RF 메탈 전극
112, 113 : 종단 저항
114 : 인덕티브 라인
115 : 소형 커패시터
130 : 공급 전원
200 : 구동 드라이버

Claims (19)

  1. 실리콘 포토닉스 기반 광변조기에 있어서,
    그라운드로 동작하는 제1 RF 메탈 전극들;
    상기 제1 RF 메탈 전극들 사이에 배치되어 광도파로를 따라 전송되는 광신호를 광변조하는 위상 천이기들;
    상기 위상 천이기들 사이에 배치되어 일단을 통해 상기 광변조기의 외부에 위치한 구동 드라이버로부터 수신되는 RF 전기신호를 상기 위상 천이기들 각각에 제공하는 제2 RF 메탈 전극들;
    상기 제2 RF 메탈 전극들의 타단과 연결되는 종단 저항들;
    상기 광변조기 및 구동 드라이버에 바이어스 전압을 인가하기 위하여 상기 종단 저항과 공급 전원(Vcc) 사이에 배치되는 인덕티브 라인(Inductive Line); 및
    상기 인덕티브 라인으로 인한 상기 실리콘 포토닉스 기반 광변조기의 RF 주파수 응답 특성 열화를 방지하기 위하여 상기 종단 저항과 공급 전원 사이에 배치되는 실리콘 커패시터
    를 포함하고,
    상기 실리콘 커패시터는,
    상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 형성된 트렌치 영역에 배치되고,
    상기 트렌치 영역의 크기는,
    상기 실리콘 커패시터의 크기에 기초하여 결정되는 광변조기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 트렌치 영역은,
    상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 형성된 RF 메탈 전극들의 높이와 상기 실리콘 커패시터의 패드 높이가 일치하도록 깊이가 결정되는 광변조기.
  4. 실리콘 포토닉스 기반 광변조기에 있어서,
    그라운드로 동작하는 제1 RF 메탈 전극들;
    상기 제1 RF 메탈 전극들 사이에 배치되어 광도파로를 따라 전송되는 광신호를 광변조하는 위상 천이기들;
    상기 위상 천이기들 사이에 배치되어 일단을 통해 상기 광변조기의 외부에 위치한 구동 드라이버로부터 수신되는 RF 전기신호를 상기 위상 천이기들 각각에 제공하는 제2 RF 메탈 전극들;
    상기 제2 RF 메탈 전극들의 타단과 연결되는 종단 저항들;
    상기 광변조기 및 구동 드라이버에 바이어스 전압을 인가하기 위하여 상기 종단 저항과 공급 전원(Vcc) 사이에 배치되는 인덕티브 라인(Inductive Line); 및
    상기 인덕티브 라인으로 인한 상기 실리콘 포토닉스 기반 광변조기의 RF 주파수 응답 특성 열화를 방지하기 위하여 상기 종단 저항과 공급 전원 사이에 배치되는 실리콘 커패시터
    를 포함하고,
    상기 실리콘 커패시터는,
    별도로 제작되어 와이어본딩(Wire Bonding) 또는 범프본딩(Bump Bonding)을 통해 상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 연결되는 광변조기.
  5. 실리콘 포토닉스 기반 광변조기에 있어서,
    그라운드로 동작하는 제1 RF 메탈 전극들;
    상기 제1 RF 메탈 전극들 사이에 배치되어 광도파로를 따라 전송되는 광신호를 광변조하는 위상 천이기들;
    상기 위상 천이기들 사이에 배치되어 일단을 통해 상기 광변조기의 외부에 위치한 구동 드라이버로부터 수신되는 RF 전기신호를 상기 위상 천이기들 각각에 제공하는 제2 RF 메탈 전극들;
    상기 제2 RF 메탈 전극들의 타단과 연결되는 종단 저항들;
    상기 광변조기 및 구동 드라이버에 바이어스 전압을 인가하기 위하여 상기 종단 저항과 공급 전원(Vcc) 사이에 배치되는 인덕티브 라인(Inductive Line); 및
    상기 인덕티브 라인으로 인한 상기 실리콘 포토닉스 기반 광변조기의 RF 주파수 응답 특성 열화를 방지하기 위하여 상기 종단 저항과 공급 전원 사이에 배치되는 실리콘 커패시터
    를 포함하고,
    상기 실리콘 커패시터는,
    별도의 서브마운트 기판에 배치된 후 상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 연결되는 광변조기.
  6. 실리콘 포토닉스 기반 광변조기에 있어서,
    그라운드로 동작하는 제1 RF 메탈 전극들;
    상기 제1 RF 메탈 전극들 사이에 배치되어 광도파로를 따라 전송되는 광신호를 광변조하는 위상 천이기들;
    상기 위상 천이기들 사이에 배치되어 일단을 통해 상기 광변조기의 외부에 위치한 구동 드라이버로부터 수신되는 RF 전기신호를 상기 위상 천이기들 각각에 제공하는 제2 RF 메탈 전극들;
    상기 제2 RF 메탈 전극들의 타단과 연결되는 종단 저항들;
    상기 광변조기 및 구동 드라이버에 바이어스 전압을 인가하기 위하여 상기 종단 저항과 공급 전원(Vcc) 사이에 배치되는 인덕티브 라인(Inductive Line); 및
    상기 인덕티브 라인으로 인한 상기 실리콘 포토닉스 기반 광변조기의 RF 주파수 응답 특성 열화를 방지하기 위하여 상기 종단 저항과 공급 전원 사이에 배치되는 실리콘 커패시터
    를 포함하고,
    상기 실리콘 커패시터는,
    실리콘 포토닉스 기반 광변조기와 동일한 CMOS 반도체 공정을 통해 하나의 칩에 집적되는 광변조기.
  7. 실리콘 포토닉스 기반 광변조기에 있어서,
    그라운드로 동작하는 제1 RF 메탈 전극들;
    상기 제1 RF 메탈 전극들 사이에 배치되어 광도파로를 따라 전송되는 광신호를 광변조하는 위상 천이기들;
    상기 위상 천이기들 사이에 배치되어 일단을 통해 상기 광변조기의 외부에 위치한 구동 드라이버로부터 수신되는 RF 전기신호를 상기 위상 천이기들 각각에 제공하는 제2 RF 메탈 전극들;
    상기 제2 RF 메탈 전극들의 타단과 연결되는 종단 저항들;
    상기 광변조기 및 구동 드라이버에 바이어스 전압을 인가하기 위하여 상기 종단 저항과 공급 전원(Vcc) 사이에 배치되는 인덕티브 라인(Inductive Line);
    상기 인덕티브 라인으로 인한 상기 실리콘 포토닉스 기반 광변조기의 RF 주파수 응답 특성 열화를 방지하기 위하여 상기 종단 저항과 공급 전원 사이에 배치되는 실리콘 커패시터;
    상기 제1 RF 메탈 전극들이 그라운드로 동작하지 않고, 상기 위상 천이기들 각각에 별도의 바이어스 전압을 인가하는 경우, 상기 제1 RF 메탈 전극들의 일단과 바이어스 전원들(Vb1, Vb2) 사이에 배치되는 추가 인덕티브 라인들; 및
    상기 추가 인덕티브 라인들로 인한 상기 실리콘 포토닉스 기반 광변조기의 RF 주파수 응답 특성 열화를 방지하기 위하여 상기 제1 RF 메탈 전극들과 바이어스 전원들 사이에 배치되는 실리콘 커패시터
    를 포함하는 광변조기.
  8. 실리콘 포토닉스 기반 광변조기에 있어서,
    상기 광변조기의 외부에 위치한 구동 드라이버로부터 RF 전기 신호를 수신하는 RF 메탈 전극들;
    상기 RF 메탈 전극들 사이에 배치되어 광도파로를 따라 전송되는 광신호를 광변조하는 위상 천이기들;
    상기 위상 천이기들 사이에 배치되어 일단을 통해 상기 광변조기의 외부에 위치한 바이어스 전원(Vbias)으로부터 제1 바이어스 전압을 공급 받는 바이어스 메탈 전극;
    상기 RF 메탈 전극들의 타단과 연결되는 종단 저항들;
    상기 광변조기 및 구동 드라이버에 제2 바이어스 전압을 인가하기 위하여 상기 종단 저항과 공급 전원(Vcc) 사이에 배치되는 인덕티브 라인(Inductive Line); 및
    상기 인덕티브 라인으로 인한 상기 실리콘 포토닉스 기반 광변조기의 RF 주파수 응답 특성 열화를 방지하기 위하여 상기 종단 저항과 공급 전원 사이에 배치되는 실리콘 커패시터
    를 포함하는 광변조기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 실리콘 커패시터는,
    상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 형성된 트렌치 영역에 배치되고,
    상기 트렌치 영역의 크기는,
    상기 실리콘 커패시터의 크기에 기초하여 결정되는 광변조기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 트렌치 영역은,
    상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 형성된 메탈 전극들의 높이와 상기 실리콘 커패시터의 패드 높이가 일치하도록 깊이가 결정되는 광변조기.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 실리콘 커패시터는,
    별도로 제작되어 와이어본딩(Wire Bonding) 또는 범프본딩(Bump Bonding)을 통해 상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 연결되는 광변조기.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 실리콘 커패시터는,
    별도의 서브마운트 기판에 배치된 후 상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 연결되는 광변조기.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 위상 천이기들은,
    상기 바이어스 메탈 전극을 통해 서로 직렬로 연결되어 직렬 푸시풀(Series-Push-Pull) 구조로 동작하는 광변조기.
  14. 실리콘 포토닉스 기반 광변조기에 있어서,
    상기 광변조기의 외부에 위치한 구동 드라이버로부터 RF 전기 신호를 수신하는 RF 메탈 전극들;
    상기 RF 메탈 전극들 사이에 배치되어 광도파로를 따라 전송되는 광신호를 광변조하는 위상 천이기들;
    상기 위상 천이기들 사이에 배치되어 일단을 통해 상기 광변조기의 외부에 위치한 바이어스 전원(Vbias)으로부터 바이어스 전압을 공급 받는 바이어스 메탈 전극;
    상기 RF 메탈 전극들의 타단을 서로 연결하는 종단 저항; 및
    상기 구동 드라이버로부터 수신되는 RF 전기신호를 AC 커플링하기 위하여 상기 RF 메탈 전극들의 전단에 배치되는 실리콘 커패시터
    를 포함하는 광변조기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 실리콘 커패시터는,
    상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 형성된 트렌치 영역에 배치되고,
    상기 트렌치 영역의 크기는,
    상기 실리콘 커패시터의 크기에 기초하여 결정되는 광변조기.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 트렌치 영역은,
    상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 형성된 메탈 전극들의 높이와 상기 실리콘 커패시터의 패드 높이가 일치하도록 깊이가 결정되는 광변조기.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 실리콘 커패시터는,
    별도로 제작되어 와이어본딩(Wire Bonding) 또는 범프본딩(Bump Bonding)을 통해 상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 연결되는 광변조기.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 실리콘 커패시터는,
    별도의 서브마운트 기판에 배치된 후 상기 광변조기를 구성하는 기판 상에 연결되는 광변조기.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 위상 천이기들은,
    상기 바이어스 메탈 전극을 통해 서로 직렬로 연결되어 직렬 푸시풀(Series-Push-Pull) 구조로 동작하는 광변조기.
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