Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/HardWare/NEC/A19860714Elc001.shtml

Оптоэлектронные ИС 1,3-мкм диапазона

Чарлз Коэн
Редакция Electronics

Рассматриваются лазеры и фотодиоды на подложках из фосфида индия для гигабитовых линий передачи данных.

Кавасаки, Япония. Специалисты, наблюдающие за развитием современной техники и технологии, уже давно отметили достижения Японии в оптоэлектронике в рамках национальной программы, учрежденной министерством внешней торговли и промышленности. В этом проекте участвовала корпорация NEC Corp. вместе с десятком других фирм — разработчиков лазеров, фотодиодов и оптических волокон, финансировавшихся указанным министерством, однако при этом она работала и над созданием своих собственных оптоэлектронных интегральных схем, принимая на себя весь риск, связанный с новой технологией.

Теперь эта токийская корпорация вышла на передовые рубежи создания сверхбыстродействующих длинноволновых оптоэлектронных интегральных схем, работающих со скоростями 1,2 Гбит/с в 1,3-мкм диапазоне. Ранее созданные оптоэлектронные ИС работали на более коротких длинах волн, и в результате они страдали от больших потерь вследствие затухания.

То, что на волне 1,3 мкм потери, обусловленные затуханием и дисперсией, меньше, хорошо известно, но корпорация NEC вторглась в совершенно новую область, когда начала использовать фосфид индия для подложек своих оптических кристаллов вместо обычных подложек из арсенида галлия. Подложки из InP необходимы для 1,3-мкм лазеров, и корпорация NEC сумела разработать технологию изготовления интегральных биполярных транзисторов с гетеропереходами на одном и том же кристалле.

Такой подход может принести значительную выгоду. По словам Фудзио Сайто, генерального управляющего в научно-исследовательской лаборатории оптоэлектроники корпорации NEC в Кавасаки, кристаллы со светодиодами и оптическими приемниками, разработанные в этой лаборатории, в один прекрасный день займут прочное место на коротких линиях связи.

Дальше и быстрее. Новая ИС корпорации NEC позволяет передавать данные по 12-км линии связи со скоростью 1,2 Гбит/с при 7,7-дБ запасе. При скорости передачи 565 Мбит/с длину линии можно увеличить до 22 км, сохраняя 9,9-дБ запас. Это дальше и быстрее, чем обеспечивает аппаратура, созданная в результате крупномасштабного правительственного проекта, направленного на разработку оптических систем измерения и управления1{Электроника, 1986, №6, «Сообщения»}. Так, например, оптическая интегральная пара фирмы Fujitsu Ltd., работающая в диапазоне 0,85 мкм, обеспечивает передачу данных со скоростью 400 Мбит/с на дальность до 4 км, а устройства, разработанные фирмой Hitachi Ltd., годятся для передачи данных со скоростью 1 Гбит/с на расстояние до 1 км.

Сайто убежден, что рабочие характеристики новых кристаллов позволят использовать их почти в любых приложениях кроме магистральных линий дальней связи телефонных компаний. Что касается локальных сетей, абонентских линий, соединений между компьютерами и периферийными устройствами, то, по его словам, эти оптоэлектронные кристаллы обещают значительно снизить стоимость и размеры по сравнению с ныне преобладающим решением, а именно использованием дискретных оптических устройств в сочетании с гибридными возбудителями и усилительными ИС.

Теперь, как считает Сайто, когда его группа создала лабораторные образцы, фирма может разработать дополнительную технологию, необходимую для налаживания серийного производства в течение трех лет. Для магистральных линий дальней связи, где определяющим требованием является максимальная дальность, а стоимость элементов имеет меньшее значение, фирма намеревается в настоящее время придерживаться использования дискретных устройств, которые работают в 1,55-мкм диапазоне, где потери пропускания еще ниже, чем на волне 1,3 мкм 2{Электроника, 1986, №4, «Обозрение электронной техники»}.

Светоизлучающий кристалл содержит двухканальный планарный лазер со скрытой гетероструктурой (аналогичный тому, который используется в выпускаемом этой же фирмой 1,55-мкм дискретном устройстве) и 3 InGaAsP/InP биполярных гетеротранзистора на одной и той же подложке (см. верхний снимок). Биполярные транзисторы были выбраны потому, что они дают более высокое возбуждение, чем полевые транзисторы, применявшиеся в ранее выпускавшихся устройствах. Соединены они по схеме эмиттерного повторителя, за которой идет согласованная пара, и сигнал возбуждения лазера снимается с одного коллектора этой пары.


1,3-мкм передатчик (вверху) выполнен в виде интегральной схемы, содержащей полосковый лазер и биполярные транзисторы возбуждения. Интегральный приемник для него (внизу) содержит pin-диод и три полевых транзистора.

Корпорация NEC изготавливает экспериментальные ИС методом жидкофазной эпитаксии, хотя Сайто говорит, что при налаживании серийного производства можно будет использовать газофазную эпитаксию или метод химического осаждения из паров металлоорганических соединений. Сначала формируется только та часть кристалла, которая содержит лазер. Затем производится травление мезаструктуры, а остальные этапы выращивания используются для формирования лазеров и транзисторов одновременно. Кристалл имеет длину 900 и ширину 350 мкм.

Сам лазер имеет вид монолитного гребня, пересекающего кристалл по всей ширине. Повторное травление мезаструктур транзисторов, что возможно благодаря разным скоростям травления InP и InGaAsP, придает им слоистый облик, в результате чего получается нечто, напоминающее свадебный пирог. И несмотря на такой неблагоприятный рельеф, фирма успешно делает надежные межсоединения путем избирательного покрытия золотом.

Полуизолирующая подложка. Выходная мощность лазера при модуляции частотой от 500 Мбит/с до 1 Гбит/с достигает 20 мВт. Хорошая изоляция между элементами и уменьшенная емкость, обеспечиваемая полуизолирующей подложкой, позволяет работать с частотой до 2 Гбит/с в режиме без возврата к нулю.

Приемник содержит pin-диод и три малошумящих InGaAsP плоскостных полевых транзистора на кристалле размером 0,6*0,6 мм (см. нижний снимок). Pin-диод не может сравниться по усилению с более сложными в изготовлении лавинными фотодиодами, но обладает достаточно хорошей чувствительностью. Для частоты ошибок 10-9 чувствительность при скорости передачи данных 400 Мбит/с составляет —27 дБм, а при 1,2 Гбит/с становится равной — 14 дБм [No.13, р.14].

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 59, No.07 (740), 1986г - пер. с англ. М.: Мир, 1986, стр.3

Electronics Vol.59 No.13 Mart 31, 1986 A McGraw-Hill Publication

Electronics Vol.59 No.14 April 7, 1986 A McGraw-Hill Publication

Раздел: ОБОЗРЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

Тема:     Оптоэлектроника





Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:44 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/HardWare/NEC/A19860714Elc001.shtml