上海微系统与信息技术研究所破解硅基铌酸锂异质集成电光调制器技术

近日，我国科研团队在电子光调制器领域取得突破性进展。由中国科学院上海微系统所硅基材料与集成器件实验室的蔡艳教授、欧欣教授等带领的团队，他们研发的通讯波段硅基铌酸锂异质集成电光调制器被2024年纽约举办的国家光电子学术大会（CLEO）任命为口头汇报，展示了他们的研究成果。

硅光技术因其CMOS兼容、高集成度等特点，有望成为下一代片上互联的主流技术。电光调制器是光通信中的关键部件，该技术在过去几十年来取得显著进展。虽然如此，我们需要面对的挑战是如何制造出具有低损、高线性度及高速调制的硅基电光调制器。因此，混合集成不同材质成为了延续硅光技术持续发展的重要策略。竞品材料包括具有极低光吸收损耗和出色线形电光效应的铌酸锂（LN），被视为具备大容量信号传输能力的材料。

为了突破硅基调制器的性能上限，联合团队选择采用硅与铌酸锂晶圆级键合技来实现两类材料的异质集成。此举为提高硅上电光调制器的性能提供了有效解决方案。未来，此类高速、高线性度的铌酸锂薄膜电光调制器将会广泛应用于ChatGPT AI芯片、数据中心及无线通信芯片的前沿领域之中。通过使用名为“万能离子刀”的先进技术，该团队成功将铌酸锂薄膜与硅光芯片进行大面积、低缺陷密度的无缝集成，从而提升了电光调制的表现。

该团队首先在8英寸SoI晶圆上构建了标准180纳米硅光芯片，再通过“万能离子刀”融合的手段，将铌酸锂与SoI晶圆直接键合实现异质集成。最后利用干法刻蚀技实现了硅光芯片波导与 LN电光调制器的单片式混合集成，进而制成了通讯波段 MZI形式的硅基铌酸锂高速电光调制器。“万能离子刀”技术使铌酸锂能够与硅光芯片高效集成，呈现出出色的电光调制效果。该组图片展示了采用上海新硅聚合公司生产的具有低缺陷密度的八英寸硅基铌酸锂异质晶圆，印证了新型流程的可行性，为将来的规模化商业应用打下基础。

目前，上海新硅聚合已实现六英寸光学级硅基铌酸锂异质晶圆的量产且大批量供货，占比高达80%以上，并且正在推进8英寸晶圆的工程技术进程。