作為激光器/探測器等光電子器件的核心組成部分,光芯片是現代光通信系統的核心。現代光通信系統是以光信號為信息載體,以光纖作為傳輸介質,通過電光轉換,以光信號進行傳輸信息的系統。從傳輸信號的過程來看,首先發射端通過激光器內的光芯片進行電光轉換,將電信號轉換為光信號,經過光纖傳輸至接收端,接收端通過探測器內的光芯片進行光電轉換,將光信號轉換為電信號。其中,核心的光電轉換功能由激光器和探測器內的光芯片(激光器芯片/探測器芯片)來實現,光芯片直接決定了信息的傳輸速度和可靠性。
從芯片制備角度,光芯片制備的工藝流程與集成電路芯片有一定相似性但側重點不同,光芯片最核心的是外延環節。光芯片的制備流程同樣包含了外延、光刻、刻蝕、芯片封測等環節。但就側重點而言,光刻是集成電路芯片最重要的工藝環節,其直接決定了芯片的制程以及性能水平。與集成電路芯片不同,光芯片對制程要求相對不高,外延設計及制造是核心,該環節技術門檻最高。以激光器芯片為例,其決定了輸出光特性以及光電轉化效率。目前使用的激光器芯片多采用多量子阱結構,多量子阱結構實際上是由厚度在納米尺度的不同薄層材料構成的重復單元,通過對多量子阱精細結構的調節可以使激光器工作在不同的波長之下,進而滿足不同的應用需求。是否具備良好的外延設計及制造能力是光芯片制造商最重要評價標準,同時對于研發人員的經驗積累要求高。
光芯片核心在外延環節,在工藝層面標準化程度相對低,其性能依賴于具體的工藝設計&制備,因而這也就決定了 IDM 模式是主流,這區別于標準化程度高、行業分工明確的集成電路芯片領域。考慮到光芯片的核心環節在外延層的設計與制備,要求設計與晶圓制造環節相互反饋與驗證以不斷優化產品性能實現高性能指標,因而 IDM 模式為主流:1)有助于快速改良芯片設計并優化制造工藝,大大縮短產品研發及量產交付周期;2)更利于保證生產過程中工藝的穩定和可靠,從而更好地控制產品良率;3)還助于保護結構設計與工藝制程的知識產權。并且從自主可控的角度,IDM 模式也能夠擺脫對海外進口的依賴,真正解決“卡脖子”問題。