국내 연구진과 중소기업이 힘을 모아 초당 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 30km이상 데이터 전송이 가능한 전계흡수변조형 광원소자 상용화에 성공했다고 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.

향후 기업의 양산공정에서 신속한 사업화 고려와 초기 신뢰성 확보에 유리하게 변경한 전략이 주효했다.

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 이종진 광패키징연구실장은“연구진의 선행연구 성과가 기술 상용화로 이어진 우수한 사례라 의미가 크다 생각한다. 사업화 과정에서도 지속적인 협력을 통해 세계 최고의 제품이 되도록 지원하겠다”고 밝혔다.

ETRI 한영탁 기술이전 책임자도“공정 변수에 매우 민감한 화합물 광반도체의 경우 안정적인 파운드리 운영이 관건이다. 연구진의 파운드리가 세계 최고의 성과물을 창출할 수 있도록 노력하겠다”고 말했다.

㈜엘디스의 조호성 대표는 "그간의 정부의 소·부·장 산업 육성정책이 조금씩 결실을 보고 있다. EML과 같은 고부가가치 광원에 대한 국산화 성공을 계기로 국내 화합물 광반도체 전문 기업체가 대외 기술격차를 해소하고, 국산 광원소자로 해외시장에 진출하는 등 좀 더 많은 성과를 낼 수 있도록 정부출연연구원과 정부의 지속적인 지원이 필요하다”고 설명했다.

본 성과는 과학기술정보통신부‘데이터센터 통신용량 증대를 위한 저전력 On-Board 집적 400Gbps 광송수신 엔진 기술’과제와‘데이터센터 내부 네트워크용 800Gbps 광트랜시버 개발’과제를 통해 이루어졌다.