OFCNFOEC2009觀察（3）：硅光子集成的最新進(jìn)展

        2005年英特爾宣布成功研發(fā)出硅光子技術(shù)時(shí)，該成果被視為IT產(chǎn)業(yè)重要的一項(xiàng)發(fā)展。然而正是在當(dāng)年，英特爾宣布出售其光電網(wǎng)絡(luò)組件事業(yè)，并進(jìn)行一系列改組。《華爾街日報(bào)》當(dāng)時(shí)對此的評價(jià)是：這不代表英特爾過去在光電、網(wǎng)絡(luò)通訊方面近百億美元的投資沒有重大成果，相反，英特爾在硅光子技術(shù)的研究一直處于業(yè)界領(lǐng)先位置，并且碩果累累。

　　英特爾在OFC2008上宣布研制出硅鍺（Si-Ge)）光電探測器，采用計(jì)算機(jī)芯片領(lǐng)域常用的大規(guī)模集成電路CMOS的制造技術(shù)和工藝，該產(chǎn)品可以將光信號轉(zhuǎn)變成電信號，性能可以與當(dāng)今市場上主流的40G光電探測器相媲美。目前應(yīng)用到光網(wǎng)絡(luò)里的絕大多數(shù)光電探測器都是基于GsAs和InP等化合物半導(dǎo)體材料，這些材料相對硅材料而言數(shù)量少，價(jià)格高，硅基探測器的問世對通信設(shè)備商而言可以充分利用硅芯片的優(yōu)勢，生產(chǎn)出更富效率和更低成本的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備來。

　　英特爾的新型高帶寬光電探測器對1550nm光信號具有極其出色的靈敏度，該產(chǎn)品可以說是業(yè)內(nèi)在25年內(nèi)研制商用Si-Ge技術(shù)的重大研制成果，解決了Ge層和Si層之間暗電流（dark current）這一困擾業(yè)界多年的技術(shù)難題。暗電流在英特爾的新型探測器中幾乎可以忽略不計(jì)，僅僅有幾百個(gè)毫微安，相當(dāng)與十億分之一安培。

　　英特爾在硅光子技術(shù)最新成果是在2008年12月，當(dāng)時(shí)英特爾在最新一期自然雜志上發(fā)表的文章宣稱，公司已經(jīng)使用硅材料創(chuàng)造了雪崩光電二極管（APD）的性能世界紀(jì)錄，頻率高達(dá)340GHz。

　　實(shí)際上，英特爾自2005年以來陸續(xù)發(fā)布了硅基激光器，硅基調(diào)制器和硅基探測器等許多硅光子核心元件，英特爾硅光子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室主管馬里奧•潘尼西亞說，目前這項(xiàng)研究工作已經(jīng)接近尾聲，剩下來要解決的難題是如何集成封裝。英特爾公布的硅光子技術(shù)商業(yè)化時(shí)間表是2010年前。

　　除了英特爾，Luxtera則是另外一家致力于發(fā)展硅光子技術(shù)的領(lǐng)先廠商，該公司在2005年就推出采用CMOS工藝的硅高速調(diào)制器，在2007年3月，Luxtera宣布在業(yè)界首次推出基于標(biāo)準(zhǔn)SOI-CMOS工藝，通過摻雜純鍺元素，制成長波長集成光探測器。這一技術(shù)突破大大領(lǐng)先于市場，將為單片集成光器件的發(fā)展帶來新的突破。不過在此之后Luxtera在這方面的研究就很少有報(bào)道了，有消息指出Luxtera可能迫于生存壓力轉(zhuǎn)行做其他產(chǎn)品，在今年的 OFC/NFOEC 2009上Luxtera發(fā)布了世界上最大的有源光纜，或許是一個(gè)說明。

　　而在OFC/NFOEC 2009展會上，業(yè)界新秀——NANO科技公司的研發(fā)工程師王曉欣博士在技術(shù)會議上口頭報(bào)告了公司最新研制的新型的高性能10 Gb/s鍺/硅雪崩光電探測器（Ge/Si APD），該報(bào)告在大會的＂光電器件簡要介紹＂中被列為熱門話題之一。

 　　NANO科技是繼英特爾﹑Luxtera之后第三家具有此項(xiàng)技術(shù)的公司，其核心技術(shù)已經(jīng)申請專利保護(hù)。目前NANO科技的10 Gb/s鍺/硅雪崩光電探測器性能可與傳統(tǒng)的III-V族雪崩光電探測器產(chǎn)品相比，部分性能甚至優(yōu)越于III-V族的同類產(chǎn)品，如帶寬-增益積高（> 200 Gb）﹑擊穿電壓低(27 V)﹑擊穿電壓溫度系數(shù)低(<0.014 V/°C)﹑過剩噪聲因子低。值得重視的是NANO科技的Ge/Si APD是在８英寸CMOS線上生產(chǎn)的，整個(gè)生產(chǎn)工藝與標(biāo)準(zhǔn)CMOS制程完全兼容，易于以后與TIA等后續(xù)電路實(shí)現(xiàn)單片集成。

　　通過器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和生產(chǎn)工藝的完善，NANO科技的10 Gb/s 鍺/硅雪崩光電探測器性能有很大的改善余地。據(jù)悉，NANO科技計(jì)劃近期將新型的10 Gb/s鍺/硅雪崩光電探測器產(chǎn)品推向市場。

　　從本屆OFC/NFOEC 2009展會我們注意到英特爾﹑Luxtera并沒有展示與硅光子集成相關(guān)的最新成果，不過有理由相信，相關(guān)的研制工作仍在積極進(jìn)行，或許英特爾正在忙于后期的集成封裝工藝的研制，這是難點(diǎn)也是重點(diǎn)，我們希望在2010年的OFC/NFOEC 能看到最新的研制成果，也希望這種技術(shù)早日進(jìn)入正式商用。