陜西源杰潘彥廷博士《高速光通信激光芯片進(jìn)展》

  ICCSZ訊(編輯：Anton)在訊石《2020年訊石“創(chuàng)芯時(shí)代”邳州論壇暨年度總結(jié)大會(huì)》會(huì)上，陜西源杰半導(dǎo)體技術(shù)有限公司研發(fā)副總潘彥廷博士發(fā)表《高速光通信激光芯片進(jìn)展》主題報(bào)告。報(bào)告圍繞高速激光器的發(fā)展進(jìn)程以及掩埋型波導(dǎo)和脊波導(dǎo)的差異進(jìn)行分析。

      現(xiàn)全球的IP通訊量增長(zhǎng)迅速，從2017年到2022年高速通信量的復(fù)合增長(zhǎng)率(GAGR)為26%。在移動(dòng)數(shù)據(jù)上，智能手機(jī)的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)超電視和電腦，未來(lái)5G存在非常大的數(shù)據(jù)需求，流量激增下需要高速光通信模塊搭載高速激光芯片來(lái)傳輸海量的數(shù)據(jù)。

  潘彥廷博士表示，直調(diào)激光器的設(shè)計(jì)瓶頸在于載子密度不均進(jìn)而引發(fā)光電信號(hào)高速調(diào)制上的問(wèn)題，因此在信號(hào)傳輸過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)過(guò)沖、抖動(dòng)、延遲、啁啾等等的情況。在國(guó)際研討會(huì)論文的高速光芯片發(fā)表歷程，2012年NTT首次提出了50Gbit/s直調(diào)激光器,在25℃帶寬達(dá)到31GHz，利用降低寄生電容的BCB的設(shè)計(jì)。同年Fujitsu也發(fā)表25GHz帶寬，50Gbit/s直調(diào)激光器在50℃下操作，接著2014年Oclaro發(fā)表了50Gbs 直調(diào)激光器賦予其在25~85℃更寬溫條件下使用。2015年Finisar發(fā)表高帶寬40GHz激光器，操作在50℃下可達(dá)50Gbit/s。 2019年Oclaro更推出的106Gbps激光器，溫度可操作在80℃，以上的高速產(chǎn)品基本特性表現(xiàn)已經(jīng)非常優(yōu)異，下一步需要考量的是商用化后的可靠性議題。

  潘彥廷博士針對(duì)大于50Gbit/s高速直調(diào)激光器趨勢(shì)總結(jié)為以下幾個(gè)問(wèn)題：

  1. 有效腔長(zhǎng)是否要越做越短?

  2. 脊波導(dǎo)設(shè)計(jì)是否已經(jīng)達(dá)到速率上的極限?

  3. 導(dǎo)入有機(jī)材料BCB或polyimide的必要性?

  4. 50Gbit/s高速下激光器有源區(qū)的極限設(shè)計(jì)，對(duì)商用可靠性是否會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)瓶頸?

  目前高速激光器所用到的材料主要有兩種，InGaAsP(銦鎵砷磷)和AlInGaAs(砷化鋁銦鎵)。高速材料首選是AlInGaAs, 主要是因?yàn)榇瞬牧显诟邷叵掠休^好的性能。而為了進(jìn)一步提升特性，學(xué)術(shù)研發(fā)上掩埋型波導(dǎo)的提出，能再次提升調(diào)制速率，而AlInGaAs的掩埋型波導(dǎo)對(duì)商用可靠性挑戰(zhàn)較高。至于商業(yè)上廣用的脊波導(dǎo)是相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)低的設(shè)計(jì)，工藝簡(jiǎn)單但是不會(huì)裸露有源區(qū)，避免了有源區(qū)材質(zhì)暴露的風(fēng)險(xiǎn)，可靠性相對(duì)有保障。

  國(guó)外企業(yè)很早就開(kāi)始布局25Gbit/s高速激光器，積累了深厚的技術(shù)來(lái)應(yīng)對(duì)5G無(wú)線應(yīng)用與大數(shù)據(jù)中心的需求，這方面國(guó)內(nèi)的芯片廠已起步追趕。因應(yīng)5G無(wú)線應(yīng)用的需求，源杰也推出了相應(yīng)25Gbit/s產(chǎn)品，包括5G無(wú)線所需求6波工業(yè)級(jí)的25G CWDM、12波的25G LWDM和25G MWDM等全系列方案、甚至推出中傳應(yīng)用的更高速50G PAM4 DFB 激光器。

  潘彥廷博士介紹了陜西源杰半導(dǎo)體公司的概況。陜西源杰半導(dǎo)體技術(shù)有限公司成立于2013年，專(zhuān)注于開(kāi)發(fā)光通信激光器，源杰主張產(chǎn)品以可靠性為主進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。公司制造能力從外延到晶圓工藝到芯片測(cè)試做到了垂直整合全覆蓋。源杰的優(yōu)勢(shì)在于：

  1. 獨(dú)立自主外延到芯片端的設(shè)計(jì)與制造，開(kāi)發(fā)周期短，多批量可靠性驗(yàn)證保證。

  2. 國(guó)內(nèi)少數(shù)具備電子束技術(shù)設(shè)備的公司，少數(shù)具備商用仿真軟件與自有獨(dú)立開(kāi)發(fā)編程的公司。

  3. 除了脊波導(dǎo)與掩埋型波導(dǎo)雙技術(shù)實(shí)力。

  4. 具備高速芯片產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)力，例如：降低寄生效應(yīng)設(shè)計(jì)等經(jīng)驗(yàn)。

  總的來(lái)說(shuō)，目前市面上國(guó)產(chǎn)激光器首要需以高可靠性作為第一目標(biāo)，未來(lái)希望加大研發(fā)、投資力度，在可靠的前提下提供更高帶寬、高比特率的國(guó)產(chǎn)高速激光芯片。