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%。在移動數據上，智能手機的數據量遠超電視和電腦，未來5G存在非常大的數據需求，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據。

  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無線應用與大數據中心的需求，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. 國內少數具備電子束技術設備的公司，少數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。