面向片上光互連的高速光集成芯片研究.pdf

1、隨著信息和通信技術(shù)的發(fā)展，人們對于通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸、高性能計算機和高端服務(wù)器提出了更高的要求。光集成技術(shù)憑借其體積小、低能耗、大帶寬等優(yōu)點，在光互連、光通信等領(lǐng)域獲得越來越多的青睞。在降低成本和提高性能的愿望驅(qū)使下，集成光電子器件朝著更高集成度的方向不斷發(fā)展。一方面具有采用高折射率差的硅波導(dǎo)減小尺寸;另一方面，將所有光功能以單片或者混合集成的方式整合在硅基材料?；诠杌墓庾蛹呻娐凡粌H具有超高帶寬、超快傳輸速率、抗電磁干擾和低能耗等優(yōu)勢

2、，還與CMOS工藝兼容，使得超緊湊的光子集成系統(tǒng)成為可能。在諸如芯片間、芯片內(nèi)部采用光互連的技術(shù)可突破電互連在帶寬、功耗等方面的瓶頸。本論文對面向片上光互連的高速光子集成芯片做了一些研究。
　　首先，在無源器件方面，針對硅基陣列波導(dǎo)光柵(AWG)，提出了三種用于提高集成度、減小器件尺寸的方法。第一種是基于微彎結(jié)構(gòu)的硅基AWG。在AWG的陣列波導(dǎo)區(qū)域設(shè)計一系列周期性的彎曲結(jié)構(gòu)，其彎曲半徑5μm，該彎曲結(jié)構(gòu)可以使AWG在有限的空間實現(xiàn)

3、較大的長度差。研制了一個15通道400GHz的微彎型AWG，陣列波導(dǎo)區(qū)域由34條帶有微彎結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)排列而成，采用交疊型的自由傳輸區(qū)(FPR)結(jié)構(gòu)，該器件的總面積只有163μm×147μm。第二種是采用光子晶體作為反射鏡的AWG，它在1450nm到1650nm的波長范圍內(nèi)，反射率均大于90％。制作的9通道400GHz光子晶體反射式AWG尺寸僅為134μm×125μm。第三種是采用布拉格光柵作為反射鏡的AWG，光柵的周期370nm，gap為

4、150nm，共有10個周期，反射率在300nm的寬帶范圍內(nèi)均大于95％。9通道400GHz的布拉格光柵反射式AWG其尺寸為130μm×100μm。
　　其次，在有源器件方面，設(shè)計并制作了集總電極型的Ⅲ-Ⅴ/Si混合集成電吸收調(diào)制器(EAM)，其調(diào)制長度為100μm，采用兩段式倏逝波耦合的超短taper，該taper總的長度只有45μm，耦合效率大于98％。摸索出了一套基于聚合物BCB輔助鍵合技術(shù)的Ⅲ-Ⅴ/Si混合集成有源器件的制作

5、工藝。然后構(gòu)建測試平臺進行測試，測得其帶寬為17GHz，并可以觀察到10Gb/s，20Gb/s，30Gb/s效果良好的背靠背傳輸?shù)难蹐D。此外，還可以施加足夠的反向偏置電壓將其作為探測器使用，測得響應(yīng)率為0.72A/W。
　　再次，在片上光互連集成芯片的探究方面，將無源的AWG和有源的EAM混合集成，研制出5個通道、通道間隔200GHz、每通道速率不小于20Gb/s，總?cè)萘繛?00Gb/s的混合集成調(diào)制器陣列。
　　最后，通過