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(jié)大會》會上,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(dǎo)和脊波導(dǎo)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(fù)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(diào)激光器的設(shè)計瓶頸在于載子密度不均進而引發(fā)光電信號高速調(diào)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(diào)激光器,在25℃帶寬達到31GHz,利用降低寄生電容的BCB的設(shè)計。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。
潘彥廷博士針對大于50Gbit/s高速直調(diào)激光器趨勢總結(jié)為以下幾個問題:
1. 有效腔長是否要越做越短?
2. 脊波導(dǎo)設(shè)計是否已經(jīng)達到速率上的極限?
3. 導(dǎo)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(shè)計,對商用可靠性是否會出現(xiàn)設(shè)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(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)是相對風(fēng)險低的設(shè)計,工藝簡單但是不會裸露有源區(qū),避免了有源區(qū)材質(zhì)暴露的風(fēng)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(shù)來應(yīng)對5G無線應(yīng)用與大數(shù)據(jù)中心的需求,這方面國內(nèi)的芯片廠已起步追趕。因應(yīng)5G無線應(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(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,專注于開發(fā)光通信激光器,源杰主張產(chǎn)品以可靠性為主進行優(yōu)化設(shè)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(shè)計與制造,開發(fā)周期短,多批量可靠性驗證保證。
2. 國內(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立開發(fā)編程的公司。
3. 除了脊波導(dǎo)與掩埋型波導(dǎo)雙技術(shù)實力。
4. 具備高速芯片產(chǎn)品設(shè)計實力,例如:降低寄生效應(yīng)設(shè)計等經(jīng)驗。
總的來說,目前市面上國產(chǎn)激光器首要需以高可靠性作為第一目標(biāo),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(chǎn)高速激光芯片。