ICCSZ讯 高容量、高速率、高智能是光纤通信技术的开展趋势。跟着全球经济一体化进程的全面加快，全社会对音视频、数据、多媒体及电子商务等事务的需求急剧增加，建造具有高容量、高速率、高智能的全光通信网络已成为必定。20世纪是微电子的世纪，其开展遵从闻名的“摩尔定律”;21世纪是光电子的世纪，其开展也将遵从“光摩尔定律”，即光纤通信的传输带宽均匀每9~12个月增加一倍，用户数每3~6个月翻一番。要完结高容量数据的高速传输与交流，对以密集型波分复用为根底的全光网络器材提出了新的要求。光纤通信器材的开展也将发生很大改变，从本来的分立元器材向阵列器材开展，从体块型器材向波导型器材开展，从离散器材向集成化开展。

　　1969年，贝尔实验室的Miller S. E.初次提出了“集成光学”的概念，宣告了光纤通信工业进入集成器材的年代。选用集成电路技术(Integrated Circuit)制作波导芯片的光路，将惯例分立光学元件的各种功用集成到同一光学衬底外表，完结惯例由多个分立光学元件所构成的巨大光学体系的光信息处理才干，完结光波信号出产与勘探、光功率分配、光开关、光滤波等功用。跟着光纤通信技术的快速开展，该技术也得到了快速开展，逐步形成了本身特征。且大多数功用结构均在同一光学衬底上，首要结构是光波导通道，因而称该技术为平面光波导技术(Planar Lightwave Circuit)。

　　平面光波导技术是在集成电路技术的根底上开展起来的，有其共同的当地。集成电路的根本元件是电阻、电容、电感和晶体管(二极管、三极管)，集成电路技术是在硅衬底上通过薄膜堆积、分散、外延、光刻、刻蚀、退火等工艺制作这些根本的元件，而且用导线互联。平面光波导的根本元件是激光器、光波导和勘探器，所用衬底资料各异、如InP、GaAs、SiO2、LiNbO3等，资料各异工艺也不尽相同。集成电路技术对所成薄膜的厚度、折射率和剩余应力要求不甚严厉，但关于平面光波导技术而言，厚度、折射率和剩余应力则要求精密操控，不然不能完结光波信号的发生、操控、传输与勘探。

　　现在平面光波导技术首要是针对6英寸衬底，国内出产厂家有河南仕佳光子、上海鸿辉、杭州晶诚、湖南新中合。国外厂家有韩国的PPI、Fi-Ra、Wooriro、Neon，美国的NeoPhotonics、Enablence，日本的NTT、AiDi等。8英寸衬底现在只要韩国Way optics可提供。下面以SiO2平面光波导器材为例，阐明平面光波导技术的工艺流程，如图1所示。

　　(1)堆积下包层。依据衬底资料的不同，堆积下包层的办法也不相同。挑选Si作为衬底，则可用氧化的办法制作下包层(直接氧化Si衬底外表)，折射率一般操控在1.，厚度10～15m，低剩余应力。批量化制作相对较简单，但折射率难以操控。

　　挑选高纯熔融石英玻璃作为衬底，则可用PECVD(等离子体增强化学气相堆积法)来堆积，典型工艺气体为SiH4、N2O。薄膜堆积完结之后，然后进行高温退火。折射率一般操控在1.，厚度10～15m，低剩余应力。工艺形式可所以一腔多片或者是多腔多片，设备可选用Novellus C1、SPTS Delta fxP/c2L等。

　　(2)堆积光波导芯层。堆积办法首要有两种，FHD(火焰水解法)和PECVD。FHD是日本NTT创造。典型工艺气体为SiCl4、GeCl4、H2和O2。PECVD的典型工艺其他为SiH4、GeH4、N2O。薄膜堆积完结之后，然后进行He和O2气氛中高温退火。依据平面光波导器材的规划要求，操控芯层折射率与下包层折射率差为0.3%、0.45%、0.75%、1.5%等，均匀性小于0.0005;厚度3～8m，均匀性小于0.3m。工艺形式可所以一腔多片或者是多腔多片，设备可选用Novellus C1、SPTS Delta fxP/c2L等。

　　(3)掩膜。单选用光刻胶作为掩膜层，在刻蚀芯层光波导的时分，光刻胶也被刻蚀了。如此则要求厚的光刻胶，厚光刻胶成膜、均匀性等难操控，一般选用复合掩膜的办法。可选用金属掩膜，如Cr或Al，也可选用晶体掩膜，如Si3N4等。金属掩膜可选用PVD(物理气相堆积)溅射的办法堆积。晶体掩膜可选用LPCVD(低气压化学气相堆积)法进行。

　　(4)光刻。光刻是把规划好的地图转移到芯层光波导上。包含涂胶、前烘、曝光、坚膜、显影、后烘等。工厂批量化过程中，只需两台设备即可完结，一台Track完结除曝光以外的工艺，一台光刻机完结曝光工艺。Track可选用日本TEL、沈阳芯源KS-L150，功率高，操控可控。光刻机可选用步进扫描式或触摸式，触摸式如SUSS MA-150，出产功率略低，需求常常清洗光刻版。步进扫描式出产功率高，设备价格也高，可选用Nikon的NSR系列或上海微电子配备的200系列。

　　(5)刻蚀。刻蚀金属或晶体掩膜和光波导芯层，残留光刻胶、掩膜可选用湿法化学腐蚀除掉。为了确保掩膜精度，一般选用RIE(反应离子刻蚀法)刻蚀掩膜层，速率慢、刻蚀精度高。选用ICP(感应耦合等离子刻蚀)刻蚀光波导芯层，速率快，方向性好，要求光波导侧壁刻蚀粗糙度小于200nm，不然过大的侧边粗糙度将会引起大的传输损耗。刻蚀机台可选用单机多腔室组合，如SPTS fxP/c2L渠道、AMAT CENTURA渠道等。

　　(6)堆积上包层。刻蚀完结后，通过清洗，然后可进行上包层堆积。可选用FHD法和PECVD法。PECVD法典型工艺气体为SiH4、N2O，需求进行屡次堆积屡次退火，不能一次完结，不然过厚的薄膜在退火中易分出晶体或在外表发生龟裂，虽然可在包层中掺杂少数的B2O3和P2O5来进步SiO2的热膨胀系数，一起下降SiO2的软化温度，但仍然难操控其间的剩余应力。屡次堆积、屡次退火工艺难操控。选用FHD法，优化退火工艺，可一次性成膜一次性退火完结。

　　平面光波导器材是选用平面光波导技术制作而成的器材，分为无源器材、有源器材以及有源/无源混合集成器材。

　　无源平面光波导器材，望文生义，无需能(电)源的器材便是无源器材，仅作为光波信号的传输、分波/合波滤波等功用。首要有平面光波导分路器、阵列波导光栅(AWG)、光滤波器等。现在平面光波导分路器在国内外商场十分火爆，依据2016年4月5日商场及技术咨询公司ElectroniCast陈述，2015年全球平面光波导分路器商场总额到达6.96亿美元，同比增加到达14%。我国现在现已成为平面光波导分路器商场的主导者，占商场总额的35%以上。2012年之前，国内的光分路器器材全都是从韩国和日本进口，国内仅能做封装，大部分赢利都被韩、日、欧美拿走。通过多年的潜心研究与开发，2015年之后，河南仕佳光子一跃成为全球最大的光分路器芯片供货商，月产6英寸晶圆可达3000片。现在国内环绕平面光波导分路器专门从事封装制作的企业不下100家。

　　AWG是WDM(波分复用/解复用)体系的要害器材，其规划与制作较平面光波导器材难，现在国内还没有规模化量产，还处于量产攻关阶段。现在选用串联的AWG滤波结构可获得信道距离到达10GHz(波长距离0.08nm)，信道数超越1000。商用的AWG一般为100GHz(波长距离0.8nm)。

　　有源平面光波导器材，是指需求能(电)源才干作业的光波导器材，可作为光波信号的生成、调控、扩大与勘探等。以Ⅲ-Ⅴ半导体化学物资料来制作。首要半导体激光器(LD)、光勘探器(PD)、光波导扩大器(OSA)、可调光衰减器等，可单片，也可集成，Infinera是此类器材技术及工业的领导者。图2为集成型的无源平面光波导器材，其制作工艺杂乱，需求用到MOCVD(金属气相堆积法)。这类产品欧美日较兴旺，国内只能出产10G以下产品，高端产品悉数依靠进口。

　　无源/有源混合集成平面光波导器材。无源器材和有源器材的资料各异，其制作工艺不尽相同，近来呈现了以SiO2或Si做好光波导回路，然后将PD、LD以倒装或贴装的办法混合在一起，如图3所示。

　　用于光波导器材的资料品种十分多，二氧化硅和玻璃、Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体(GaAs和InP)、铌酸锂和钽酸锂、有机聚合物、硅和锗半导体，因而器材的品种也许多。光波导器材能否像集成电路工业相同，只选用硅这一种资料呢?因为作为激光器的介质要求是直接带隙才干激射，而硅是直接带隙。因而自光纤通信技术开展伊始，其器材的开展一直不能像集成电路的开展相同，可完结大规模、超大规模的集成，而只能是几个、几十个、几种功用的集成，能做到上百、上千的个数或功用的集成反常困难。

　　硅基集成电路现已开展到近乎完美的程度，CMOS工艺现已可谓完美。能否把光子器材与CMOS工艺相结合，使得光子器材资料一致，完结大规模集成?Intel和IBM早在本世纪初就开端要点开展硅芯片光学信号发生和处理技术，先后突破了硅基光子调制与勘探技术。2007年7月，Intel研究人员完结了硅激光调制器带宽为40Gbps，2008年5月选用8路硅调制器完结了200Gbps。2015年5月，完结了在10~40Gbps的带宽内具有安稳的增益，且增益带宽积确保在300GHz以上的硅基光勘探器。

　　硅基激光器是弱项。2006年9月，Intel公司和UCSB(加州大学圣芭芭拉分校)联合发布了世界上首个选用规范CMOS工艺制作的混合硅激光器，7年之后，该团队展现了速度达1000Gbps的混合硅基激光器。到现在为止，拉曼散射是在硅资料中发生激光的仅有可行的办法，2004年，初次验证了受激拉曼散射效应的硅基激光器，然后2005年，接连拉曼散射激光器也得到了验证。假如硅基激光器技术得到了全面的处理，硅基扩大器也将得到全面处理，到时即可完结全面硅基CMOS技术，光纤通信技术将会得到前面的开展，如图4所示。

　　平面光波导技术及其器材是全面提高信息技术的要害技术与中心器材，是衡量一个国家技术水平缓才干的要害。(文/陈波，余朝晃，彭彦斌：湖南新中合光电科技股份有限公司;向桂花，曲星;国网湖南省电力公司湘西供电分公司)