硅光時代臨近 芯片技術(shù)持續(xù)提升

　　硅光技術(shù)持續(xù)發(fā)展，技術(shù)上不斷取得突破

　　從發(fā)展歷程看，硅光集成技術(shù)將遵循由光子集成→光電集成的發(fā)展過程，待技術(shù)成熟后指向芯片內(nèi)部光互聯(lián)。目前，通信領(lǐng)域的硅光模塊屬于光子集成范疇，從制造工藝看可分為兩類：單片集成與混合集成。

　　單片集成主要利用傳統(tǒng)的CMOS工藝，在硅晶圓上集成多個光器件。不過，硅的發(fā)光效率較低，無法作為光源，成為單片集成的瓶頸。一個折中的方法是：無源光器件在硅襯底上陣列化，光源采用III-V族半導(dǎo)體，混合集成技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。混合集成需要將III-V族半導(dǎo)體激光器鍵合在硅襯底上。鍵合技術(shù)包括利用DSV-BCB紫外膠鍵合，以及運(yùn)用低溫氧分子等離子鍵合等。

　　在硅光集成領(lǐng)域，Intel是耕耘最早、技術(shù)最為完善的廠商。其中，2004年至2010年是Intel的技術(shù)突破期，2010年至2016年是商用準(zhǔn)備期。大量的研發(fā)費(fèi)用投入為2016年的硅光模塊商用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。對于Intel而言，未來計(jì)算機(jī)芯片的內(nèi)部光互聯(lián)是其長遠(yuǎn)目標(biāo)，在通信領(lǐng)域的硅光模塊商用可謂初次試水。即便如此，Intel的硅光模塊對于傳統(tǒng)三五族半導(dǎo)體光模塊依舊形成了不小的沖擊。

　　目前，已量產(chǎn)的硅光模塊，基于硅襯底的混合集成是主要方式。主要器件包括：在硅襯底表面集成激光器(III-V族半導(dǎo)體，以InP為主)、調(diào)制器(鈮酸鋰LiNbO3，具有優(yōu)異的電光效應(yīng))、光探測器(Si中摻Ge)、硅波導(dǎo)(Si對于1.31μm/1.55μm通信波段透明)、波分復(fù)用及解復(fù)用器、耦合器等。

　　硅光子技術(shù)取得了高速發(fā)展，技術(shù)持續(xù)突破。不過，硅光子技術(shù)仍面臨以下兩大問題：

　　1、芯片良率低，成本優(yōu)勢不明顯：目前，傳統(tǒng)三五族半導(dǎo)體芯片的良率在90%以上，而硅光芯片需要將III-V族半導(dǎo)體鍵合在硅基襯底上。由于硅光集成的工藝尚未成熟，在激光耦合等步驟上的良率較低，導(dǎo)致硅光模塊成本難以進(jìn)一步提升。

　　2、硅波導(dǎo)與光纖的耦合效率低，性能優(yōu)勢不明顯。硅基光波導(dǎo)的尺寸在0.4—0.5μm量級，遠(yuǎn)小于單模光纖尺寸(纖芯直徑約8μm—10μm)。尺寸上的差別將導(dǎo)致模場的失配，需要利用硅基波導(dǎo)光柵進(jìn)行耦合，在耦合過程中將產(chǎn)生損耗。