硅基高速光接收机集成芯片基础研究

基本信息
批准号:61435013
项目类别:重点项目
资助金额:370.00
负责人:成步文
学科分类:
依托单位:中国科学院半导体研究所
批准年份:2014
结题年份:2019
起止时间:2015-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:安俊明,袁海庆,张家顺,李建光,罗丽萍,刘智,何超,温娟娟,王亮亮
关键词:
光电探测器光接收机刻蚀衍射光栅阵列波导光栅片上光互连
结项摘要

Integrated photonic receiver with high speed, high density and low power consumption is crucial for on-chip optical interconnect. Compact low-loss MUX/DEMUX and Ge photodetector with high speed, high efficiency and low dark current will be studied and monolithically integrated to realize integrated photonic receiver chip and module. Design and fabrication of Ge photodetector on Si will be performed to achieve small size, high speed and high quantum efficiency simultaneously. The mechanism of dark current of Ge photodetector will be focused and methods of reducing the dark current will be obtained. The transfer performance and the mode conversion between the different waveguides in AWG and EDG will also be studied. Design and fabrication of EDG with photonic crystal will be done and the the insert loss and cross talk will be studied. The project will also study the key integration technologies, such as compatibility, to demonstrate 1Terabit/s photonic receiver with 40-channel DEMUX and 40 high-speed Ge photodiodes. A demo module will also be formed by packaging the photonic receiver chip with TIA circuit.

针对片上光互连对光接收集成芯片高带宽、高密度、低功耗的要求,开展高速高响应低暗电流的硅基Ge光电探测器和低损耗紧凑型波分复用/解复用器研究,并实现解复用器与光电探测器集成,制备出面向片上光互连的高速光接收集成芯片和模块。课题将研究硅基Ge探测器光电高效耦合,在减小器件尺寸、提高速度的同时,保持高量子效率;研究硅基Ge光电探测器暗电流特性,揭示硅基Ge光电探测器的暗电流形成机理,掌握抑制暗电流的方法;研究模场在AWG及EDG复杂波导结构中的传输特性,分析不同结构波导间模场转换对AWG和EDG损耗和串扰的影响;设计制备具有光子晶体反射镜结构的EDG,阐明EDG中光子晶体反射镜降低损耗、减小串扰的物理机制;研究高速光电探测器和波分复用/解复用器单片集成的兼容性等关键技术,研制出具有1Tbit/s光信号接收能力的高速光接收集成芯片;实现光接收芯片与TIA电路的高速封装,研制出演示集成模块。

项目摘要

针对片上光互连对光接收集成芯片高带宽、高密度、低功耗的要求,开展了高速高响应低暗电流的硅基Ge光电探测器和低损耗波分复用/解复用器研究,并研制出了AWG与光电探测器集成的光接收机芯片。课题研究了硅基Ge探测器光电高效耦合,在减小器件尺寸、提高速度的同时,保持高量子效率;研究了硅基Ge光电探测器暗电流特性,揭示了硅基Ge光电探测器的暗电流形成机理,掌握了抑制暗电流的方法。通过综合采用选区外延生长、原位循环退火、硅原子层复合钝化层等技术,将硅基锗光电探测器的暗电流降低了一个数量级,暗电流密度低达4-5mA/cm2。通过集成补偿电感的方法,将硅基锗光电探测器的带宽提高到75GHz。研究了模场在AWG及EDG复杂波导结构中的传输特性,分析了不同结构波导间模场转换对AWG和EDG损耗和串扰的影响;设计制备出了低损耗低串扰的AWG器件,25通道AWG的插损为3.91dB,串扰为-16.5dB。研究了高速光电探测器和波分复用/解复用器单片集成关键技术,研制出25通道的AWG与硅波导光电探测器集成的光接收机芯片,每通道实现了50Gb/s的光信号接收,芯片总接收容量达到1.25Tb/s。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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