光子回路的異質(zhì)集成解決方案可以充分利用不同材料平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)。近日，中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員蔡艷、歐欣團(tuán)隊(duì)合作，通過(guò)“萬(wàn)能離子刀”剝離轉(zhuǎn)移技術(shù)在六英寸圖形化SiN晶圓上集成了高質(zhì)量的鈮酸鋰薄膜，并通過(guò)晶圓級(jí)工藝制備出具備高速數(shù)據(jù)傳輸能力的異質(zhì)集成薄膜鈮酸鋰電光調(diào)制器。在該異質(zhì)集成方案中，氮化硅與薄膜鈮酸鋰形成混合波導(dǎo)，鈮酸鋰薄膜無(wú)需刻蝕加工，簡(jiǎn)化了工藝流程。
研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并通過(guò)實(shí)驗(yàn)展示了一種可同時(shí)工作于O波段與C波段的、基于全流程晶圓級(jí)制造的高性能氮化硅-薄膜鈮酸鋰異質(zhì)集成馬赫曾德?tīng)栯姽庹{(diào)制器。采用萬(wàn)能離子刀技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了六英寸薄膜鈮酸鋰與圖案化六英寸 SiN 晶圓的異質(zhì)集成。為了避免進(jìn)行薄膜鈮酸鋰的刻蝕，該工作中所有器件圖案均在 SiN 層上實(shí)現(xiàn)。所制備出的器件在C波段實(shí)現(xiàn)了超過(guò)110 GHz的3-dB電光帶寬，在PAM-4傳輸模式下最高支持260 Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸。該異質(zhì)集成電光調(diào)制器在1310 nm和1550 nm處的VπL分別為2.15 V·cm與2.7 V·cm。該工作通過(guò)晶圓級(jí)制備工藝，研制了低插入損耗、高電光帶寬和高傳輸速率的異質(zhì)集成 SiN/TFLN調(diào)制器。
該工作不僅對(duì)全流程晶圓級(jí)制備硅光異質(zhì)集成薄膜鈮酸鋰電光調(diào)制器進(jìn)行了探索，而且為未來(lái)硅光平臺(tái)與薄膜鈮酸鋰進(jìn)行晶圓級(jí)異質(zhì)集成的量產(chǎn)打下了相關(guān)基礎(chǔ)。
近日，相關(guān)成果以Hybrid Silicon Nitride/Lithium Niobate Electro-Optical Modulator with Wide Optical Bandwidth and High RF Bandwidth Based on Ion-cut Wafer-level Bonding Technology為題，在線發(fā)表在Laser & Photonics Reviews上。
該研究工作得到集成電路材料全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主課題項(xiàng)目等的支持。
器件結(jié)構(gòu)與截面示意圖
四個(gè)芯片上器件在不同波長(zhǎng)下的調(diào)制效率測(cè)試結(jié)果（折線為模擬計(jì)算值）
NRZ與PAM-4數(shù)據(jù)傳輸模式下的光眼圖測(cè)試結(jié)果
