[发明专利]全硅基材料光收发模块

说明书

技术领域

本发明涉及光互连技术领域，尤其是一种全硅基材料光收发模块。

背景技术

光互连被认为是解决电互连速度慢，功耗高，串扰严重等问题的最有潜力的替代方案，同时在光纤通信与中远距离互连中也有重要的应用。光互连与常规的金属互连相比，具有卓越的潜在优势，这些优势是基于光与电固有的物理特性差别。光信号和电信号都是电磁波，不同之处在于它们的振荡频率f，对光波和电波来说其频率分别约为10¹⁴≤f_光≤10¹⁵和f_电≤10¹¹Hz。典型的光频率至少比信号带宽大3个数量级。这意味着调制光波对信号带宽有着巨大的处理能力。大的光频率具有产生短脉冲的能力，短脉冲对消除时钟歪斜具有至关重要的作用。同时，光本身也是良好的电压隔离器，对降低器件功耗也有重要意义。目前的光互连模块基本上都应用于中远距离互连及板-板通信，采用垂直腔面发射激光器(VCSEL)和光电探测器构成。然而，随着集成电路之间及集成电路内部对互连需求的增长，上述方案的缺点也十分明显，主要在于VCSEL在集成电路内部的高温环境下的热稳定性极差，同时所使用的材料也与硅集成电路的材料不兼容，不能采用微电子工艺批量生产，成本居高不下。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提出一种全硅基材料光收发模块，具有与微电子工艺兼容，可以批量生产，制造成本低，工作稳定等优点，尤其适合于集成电路间及集成电路内部的光互连。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种全硅基材料光收发模块，该模块包括光发射部分1和光接收部分2，其中：

光发射部分1包括：

光调制器101；

通过第一光波导104连接于光调制器101的第一光耦合器102；

通过第二光波导105连接于光调制器101的第二光耦合器103；

以及

连接于光调制器101的光调制器匹配网络106；

光接收部分2包括：

第三光耦合器202；

光电探测器201；以及

光电探测器匹配网络204；

第三光耦合器202、光电探测器201和光电探测器匹配网络204依次连接，且第三光耦合器202通过第三光波导203连接于光电探测器201；

其中，在光发射部分1，第一光耦合器102将外界光信号耦合进入第一光波导104，第一光波导104与光调制器101输入端相连，电信息通过光调制器匹配网络106加载至光调制器101，光调制器101将电信息转化为光信息，并通过第二光波导105进行传输，第二光波导105中的光信息经过第二光耦合器103耦合入光纤进行传输；在光接收部分2，第三光耦合器202将光纤中的光信息耦合入第三光波导203，第三光波导203与光电探测器201相连，转换后的电信号通过光电探测器匹配网络204输出。

上述方案中，所述硅基材料是绝缘体上的硅SOI材料，或者是体硅材料，或者是硅衬底上的化合物半导体材料。

上述方案中，所述光调制器101是电光调制器，或者是热光调制器，或者是微机械调制器，用于完成电信息与光信息的转换，在电信息的作用下对经由光波导输入的光进行调制，从而将电信息转化为光信息，并在光调制器101的输出端通过光波导进行传输。

上述方案中，所述第一光耦合器102、第二光耦合器103或第三光耦合器202是光栅耦合器，或者是锥形耦合器，或者是微镜耦合器，用于将光纤中的光高效耦合进入光波导中进行传输。

上述方案中，所述第一光波导104、第二光波导105或第三光波导203是硅衬底上的半导体材料光波导，或者是硅光波导，或者是聚合物光波导。

上述方案中，所述光调制器匹配网络106用于作为光调制器101与电学驱动信号的接口，完成光调制器101与外界电传输网络的阻抗匹配及输入信号整形。

上述方案中，所述光电探测器201是硅探测器，或者是化合物半导体探测器，用于将光信息重新转换为电信息，通过光电探测器匹配网络204输出。

(三)有益效果

本发明全硅基材料光收发模块，在硅平台上充分发挥微电子工艺技术成熟、可以批量生产，制造成本低，工作稳定等优点，在硅基平台上，采用CMOS集成工艺，一次性制备光耦合器、光调制器、光波导、光调制器与光电探测器匹配网络、光探测器等元件，集成度高，适合于集成电路间及集成电路内部的光互连。

附图说明