高速数据传输能力异质集成薄膜铌酸锂电光调制器研究取得进展

光子回路的异质集成解决方案可以充分利用不同材料平台的优势。近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员蔡艳、欧欣团队合作，通过“万能离子刀”剥离转移技术在六英寸图形化SiN晶圆上集成了高质量的铌酸锂薄膜，并通过晶圆级工艺制备出具备高速数据传输能力的异质集成薄膜铌酸锂电光调制器。在该异质集成方案中，氮化硅与薄膜铌酸锂形成混合波导，铌酸锂薄膜无需刻蚀加工，简化了工艺流程。

研究团队设计并通过实验展示了一种可同时工作于O波段与C波段的、基于全流程晶圆级制造的高性能氮化硅-薄膜铌酸锂异质集成马赫曾德尔电光调制器。采用万能离子刀技术，实现了六英寸薄膜铌酸锂与图案化六英寸 SiN 晶圆的异质集成。为了避免进行薄膜铌酸锂的刻蚀，该工作中所有器件图案均在 SiN 层上实现。所制备出的器件在C波段实现了超过110 GHz的3-dB电光带宽，在PAM-4传输模式下最高支持260 Gbit/s的数据传输。该异质集成电光调制器在1310 nm和1550 nm处的VπL分别为2.15 V·cm与2.7 V·cm。该工作通过晶圆级制备工艺，研制了低插入损耗、高电光带宽和高传输速率的异质集成 SiN/TFLN调制器。

该工作不仅对全流程晶圆级制备硅光异质集成薄膜铌酸锂电光调制器进行了探索，而且为未来硅光平台与薄膜铌酸锂进行晶圆级异质集成的量产打下了相关基础。

近日，相关成果以Hybrid Silicon Nitride/Lithium Niobate Electro-Optical Modulator with Wide Optical Bandwidth and High RF Bandwidth Based on Ion-cut Wafer-level Bonding Technology为题，在线发表在Laser & Photonics Reviews上。

该研究工作得到集成电路材料全国重点实验室自主课题项目等的支持。

论文链接

器件结构与截面示意图

四个芯片上器件在不同波长下的调制效率测试结果（折线为模拟计算值）

NRZ与PAM-4数据传输模式下的光眼图测试结果