硅光子終極目標(biāo)單片集成 中國尚無工藝平臺

　　在日前舉辦的“光纖通信50年高峰論壇”上，一篇由浙江大學(xué)信息與電子工程學(xué)院副教授余輝、浙江大學(xué)信息與電子工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師楊建義合著的文章得到披露。文章表示，當(dāng)前短距離光互聯(lián)主要采用VCSEL技術(shù)，隨著傳輸距離超過1公里，以及傳輸速率超過100Gb/s并逐漸進(jìn)入Tb/s的范圍，基于單模光纖的硅光子技術(shù)在成本、功耗以及帶寬上逐漸顯示出了明顯的優(yōu)勢。通過波分復(fù)用，硅光子技術(shù)可將光互聯(lián)的帶寬提升到空前的水平。

　　正因?yàn)槿绱?，世界各國包括學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的許多機(jī)構(gòu)均對硅光互聯(lián)技術(shù)展開了廣泛的研究。不少公司已經(jīng)或者正在推出相關(guān)產(chǎn)品。目前研究的重點(diǎn)已經(jīng)從單個(gè)硅光器件功能的實(shí)現(xiàn)和性能的提高，轉(zhuǎn)移到硅光工藝平臺(platform)的建設(shè)，以及高速收發(fā)模塊(transceiver)的開發(fā)。

　　文章指出，利用CMOS標(biāo)準(zhǔn)工藝線在SOI襯底上制作硅基集成光路，目前手段和技術(shù)均已經(jīng)十分成熟。除激光器暫時(shí)還無法以CMOS兼容的方式進(jìn)行單片集成，基于硅波導(dǎo)的其他器件，包括無源波導(dǎo)、波分復(fù)用器件、調(diào)制器、探測器的性能均已經(jīng)十分成熟。但是，集成光路與集成電路在襯底材料、特征尺寸、具體制造工藝等方面均存在較大的差異，因此目前光路與電路的集成常常通過混合集成的方式進(jìn)行。即光芯片與電芯片在各自的平臺上進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)與制造，再通過wire-bonding或flip-chip bonding的方式組裝。

　　混合集成的優(yōu)勢是靈活度高，前期工藝成本低，工藝升級方便，并且鍵合技術(shù)的進(jìn)步也在使得其成本和寄生效應(yīng)不斷降低。但混合集成的弊端在于光芯片與電芯片之間的鍵合會(huì)引起寄生效應(yīng)，以及昂貴的后期封裝成本。同時(shí)，由于整體性能測試只能在光芯片與電芯片各自解理并最終組裝之后才能進(jìn)行，大大增加了測試成本。光路與電路的單片集成方案則可解決以上問題，毫無疑問，光路與電路的高性能低成本單片集成一直代表著硅基光子學(xué)發(fā)展的終極目標(biāo)。

　　目前利用硅光技術(shù)進(jìn)行光收發(fā)模塊開發(fā)的公司已有十幾家，相關(guān)產(chǎn)品在主要技術(shù)指標(biāo)上已經(jīng)日趨成熟，目前考慮更多是如何降低成本以提高產(chǎn)品競爭力，滿足市場需求。文章在介紹相關(guān)硅光子產(chǎn)品時(shí)，并沒有提到一家中國公司，可見國內(nèi)在硅光子領(lǐng)域的大大落后。

　　中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所副所長、博士生導(dǎo)師祝寧華也在論壇上表示，盡管中國在光子集成領(lǐng)域已經(jīng)取得了一些成果，但在光電子器件制造裝備研發(fā)投入分散，沒有建立硅基和InP基光電子體系化研發(fā)平臺，芯片流片加工基本都在新加坡、加拿大、荷蘭、中國臺灣、德國等地進(jìn)行。

　　祝寧華指出，光電子器件的核心技術(shù)與制備工藝密切相關(guān)，在外流片導(dǎo)致973和863核心技術(shù)大量流失，我國在高端信息光電子芯片裝備研發(fā)方面缺乏持續(xù)系統(tǒng)的投入，導(dǎo)致與國外差距進(jìn)一步加大。