硅光子终极目标单片集成：中国尚无工艺平台

2016-07-11 08:48

　　在日前举办的“光纤通信50年高峰论坛”上，一篇由浙江大学信息与电子工程学院副教授余辉、浙江大学信息与电子工程学院教授、博士生导师杨建义合着的文章得到披露。文章表示，当前短距离光互联主要采用VCSEL技术，随着传输距离超过1公里，以及传输速率超过100Gb/s并逐渐进入Tb/s的范围，基于单模光纤的硅光子技术在成本、功耗以及带宽上逐渐显示出了明显的优势。通过波分复用，硅光子技术可将光互联的带宽提升到空前的水平。

　　正因为如此，世界各国包括学术界和企业界的许多机构均对硅光互联技术展开了广泛的研究。不少公司已经或者正在推出相关产品。目前研究的重点已经从单个硅光器件功能的实现和性能的提高，转移到硅光工艺平台（platform）的建设，以及高速收发模块（transceiver）的开发。

　　文章指出，利用CMOS标准工艺线在SOI衬底上制作硅基集成光路，目前手段和技术均已经十分成熟。除激光器暂时还无法以CMOS兼容的方式进行单片集成，基于硅波导的其他器件，包括无源波导、波分复用器件、调制器、探测器的性能均已经十分成熟。但是，集成光路与集成电路在衬底材料、特征尺寸、具体制造工艺等方面均存在较大的差异，因此目前光路与电路的集成常常通过混合集成的方式进行。即光芯片与电芯片在各自的平台上进行独立设计与制造，再通过wire-bonding或flip-chip bonding的方式组装。

　　混合集成的优势是灵活度高，前期工艺成本低，工艺升级方便，并且键合技术的进步也在使得其成本和寄生效应不断降低。但混合集成的弊端在于光芯片与电芯片之间的键合会引起寄生效应，以及昂贵的后期封装成本。同时，由于整体性能测试只能在光芯片与电芯片各自解理并最终组装之后才能进行，大大增加了测试成本。光路与电路的单片集成方案则可解决以上问题，毫无疑问，光路与电路的高性能低成本单片集成一直代表着硅基光子学发展的终极目标。

　　目前利用硅光技术进行光收发模块开发的公司已有十几家，相关产品在主要技术指标上已经日趋成熟，目前考虑更多是如何降低成本以提高产品竞争力，满足市场需求。文章在介绍相关硅光子产品时，并没有提到一家中国公司，可见国内在硅光子领域的大大落后。

　　中国科学院半导体研究所副所长、博士生导师祝宁华也在论坛上表示，尽管中国在光子集成领域已经取得了一些成果，但在光电子器件制造装备研发投入分散，没有建立硅基和InP基光电子体系化研发平台，芯片流片加工基本都在新加坡、加拿大、荷兰、中国台湾、德国等地进行。

　　祝宁华指出，光电子器件的核心技术与制备工艺密切相关，在外流片导致973和863核心技术大量流失，我国在高端信息光电子芯片装备研发方面缺乏持续系统的投入，导致与国外差距进一步加大。