陜西源杰潘彥廷博士《高速光通信激光芯片進展》

  ICCSZ訊(編輯：Anton)在訊石《2020年訊石“創(chuàng)芯時代”邳州論壇暨年度總結大會》會上，陜西源杰半導體技術有限公司研發(fā)副總潘彥廷博士發(fā)表《高速光通信激光芯片進展》主題報告。報告圍繞高速激光器的發(fā)展進程以及掩埋型波導和脊波導的差異進行分析。

      現(xiàn)全球的IP通訊量增長迅速，從2017年到2022年高速通信量的復合增長率(GAGR)為26%。在移動數(shù)據(jù)上，智能手機的數(shù)據(jù)量遠超電視和電腦，未來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傳輸海量的數(shù)據(jù)。

  潘彥廷博士表示，直調激光器的設計瓶頸在于載子密度不均進而引發(fā)光電信號高速調制上的問題，因此在信號傳輸過程中會出現(xiàn)過沖、抖動、延遲、啁啾等等的情況。在國際研討會論文的高速光芯片發(fā)表歷程，2012年NTT首次提出了50Gbit/s直調激光器,在25℃帶寬達到31GHz，利用降低寄生電容的BCB的設計。同年Fujitsu也發(fā)表25GHz帶寬，50Gbit/s直調激光器在50℃下操作，接著2014年Oclaro發(fā)表了50Gbs 直調激光器賦予其在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℃，以上的高速產品基本特性表現(xiàn)已經非常優(yōu)異，下一步需要考量的是商用化后的可靠性議題。

  潘彥廷博士針對大于50Gbit/s高速直調激光器趨勢總結為以下幾個問題：

  1. 有效腔長是否要越做越短?

  2. 脊波導設計是否已經達到速率上的極限?

  3. 導入有機材料BCB或polyimide的必要性?

  4. 50Gbit/s高速下激光器有源區(qū)的極限設計，對商用可靠性是否會出現(xiàn)設計瓶頸?

  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, 主要是因為此材料在高溫下有較好的性能。而為了進一步提升特性，學術研發(fā)上掩埋型波導的提出，能再次提升調制速率，而AlInGaAs的掩埋型波導對商用可靠性挑戰(zhàn)較高。至于商業(yè)上廣用的脊波導是相對風險低的設計，工藝簡單但是不會裸露有源區(qū)，避免了有源區(qū)材質暴露的風險，可靠性相對有保障。

  國外企業(yè)很早就開始布局25Gbit/s高速激光器，積累了深厚的技術來應對5G無線應用與大數(shù)據(jù)中心的需求，這方面國內的芯片廠已起步追趕。因應5G無線應用的需求，源杰也推出了相應25Gbit/s產品，包括5G無線所需求6波工業(yè)級的25G CWDM、12波的25G LWDM和25G MWDM等全系列方案、甚至推出中傳應用的更高速50G PAM4 DFB 激光器。

  潘彥廷博士介紹了陜西源杰半導體公司的概況。陜西源杰半導體技術有限公司成立于2013年，專注于開發(fā)光通信激光器，源杰主張產品以可靠性為主進行優(yōu)化設計開發(fā)。公司制造能力從外延到晶圓工藝到芯片測試做到了垂直整合全覆蓋。源杰的優(yōu)勢在于：

  1. 獨立自主外延到芯片端的設計與制造，開發(fā)周期短，多批量可靠性驗證保證。

  2. 國內少數(shù)具備電子束技術設備的公司，少數(shù)具備商用仿真軟件與自有獨立開發(fā)編程的公司。

  3. 除了脊波導與掩埋型波導雙技術實力。

  4. 具備高速芯片產品設計實力，例如：降低寄生效應設計等經驗。

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