上海交大AEMD平台成功研制30Gbps硅基微环电光调制器

来源：上海交通大学

硅基光电子器件因其工艺与传统CMOS工艺兼容，可实现低成本的光电子器件大规模集成，而成为光通讯学术界、产业界普遍关注的研究热点。其中，电光调制器是硅基集成光电子器件中的关键器件之一。基于谐振腔结构的电光调制器因在集成面积及功耗方面具有相对优势而备受关注。   

近日，上海交通大学先进电子材料与器件（AEMD）平台立足于国内自主研发、基于AEMD平台设备和加工条件，研制成功了高速硅基微环电光调制器，最高调制速率达30Gbps。该调制器采用了220nm硅基脊形波导的微环谐振腔，加工工艺涉及电子束直写光刻、离子注入（由协作单位支持）、等离子增强化学气相沉积、反应离子刻蚀以及多靶磁控溅射等多步微纳加工工艺技术。并通过在微环波导上嵌入PN结，实现了载流子耗尽型高速微环电光调制器。  

图1 微环电光调制器 a)光学显微图 b)SEM图

图2 微环调制器在不同直流偏压下的透射谱

图1为加工制备所得的微环调制器显微镜照片和SEM照片，微环的直径为20μm。图2为调制器木透射谱，自由光谱范围FSR=9.7nm，在1558.404 nm谐振点的附近的谐振峰消光比达16.5dB，3dB带宽为0.1289nm，Q值约为12000。给调制器外加-1V、-2.5V的外加反向偏压，基于自由载流子等离子体效应，谐振峰分别红移了0.018nm和0.080nm。 

图3 硅基微环电光调制器不同速率下的眼图

当调制器在1558.482nm工作波长下，外加-2.5V~0.5V的3VPP高速伪随机（PRBS）驱动电压信号时（伪随机码的码长：27-1），用示波器测得不同速率的调制眼图如图3所示，可以看到电光调制器在30 Gbps的二进制信号调制下，眼图仍然具有一定的张开度。通过计算可以得到，该器件的交流功耗在100 fJ/bit左右，低于目前常见的pJ/bit的水平。

此次硅基微环电光调制器流片的成功，使上海交通大学AEMD平台已具有实现谐振型电光调制器芯片加工的能力，后续将逐步向业界提供相应加工服务，并为我国在低功耗、超紧凑电光调制器的研究提供有力支撑。  

作者：沈赟

供稿单位：电子信息与电气工程学院