[发明专利]基于铌酸锂-硅晶圆的单片集成光模数转换系统及制备方法

说明书

一种基于铌酸锂‑硅晶圆的单片集成光模数转换系统及制备方法，利用一种新型晶圆(铌酸锂‑硅晶圆)，实现了包括电光调制器阵列、可调延时线阵列、电子电路等在内的电光多器件单片集成光模数转换系统。使得多种器件在同一个芯片上制作出来，保证了系统的性能优势及其稳定性。此外，本发明提出了一种CMOS兼容的系统制备方式，使得基于铌酸锂‑硅晶圆的单片集成光模数转换系统可以在多数芯片制造厂商的平台上实现。

技术领域

本发明涉及光电子集成技术领域，特别是一种基于铌酸锂-硅晶圆的单片集成光子模数转换系统及制备方法。

技术背景

模数转换器广泛应用于电子信息系统中，是将现实中的模拟信号转化为计算机可以处理的数字信号的必要桥梁。光模数转换器是一种借助光子高速宽带优势的新型模数转换技术，可以有效提升模数转换器的接收带宽。虽然光模数转换器的有效位数、接收带宽等性能指标已经收到了广泛的研究，但是实现光模数转换系统却是一个极具挑战性的难题。其主要原因在于光模数转换系统所使用的光电单元器件数量大并且需要大量可调器件。现有实现的光模数转换系统样机均存在体积大，功耗高，控制难等问题。为了解决这些难题，光电子集成技术提供了一条有效的途径。将大量的光电子器件集成在芯片上，可以极大程度地降低光模数转换系统的功耗与体积，并且芯片的高稳定性可以降低控制难度。

然而，现有的绝大多数光电子集成技术很难将多种器件集成在单个芯片上，芯片间的光电信号低损耗传输成为了最大的瓶颈问题。即是单个单元器件的性能达到了较高水平，若无法与其他单元器件有效互连，系统的整体性能仍然无法提升。因此，单片系统级集成成为未来光电系统，包括光模数转换系统的发展趋势。虽然现有的技术已经提出了光电单片集成的通信收发系统，但是利用硅基补偿金属氧化物半导体(CMOS)工艺实现的调制器的消光比、速率等性能都只能满足通信数字信号传输的要求。无法在模数转换领域发挥作用。因此，需要一种新型的单片系统集成技术来实现包括高性能电光调制器在内的光电子器件，从而构成单片光模数转换系统。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种基于铌酸锂-硅晶圆的单片集成光模数转换系统及制备方法。本发明利用一种新型晶圆(铌酸锂-硅晶圆)，实现了包括电光调制器阵列、光子无源器件阵列、光电探测器阵列、电子电路、电子驱动电路等在内的单片集成光模数转换系统。该单片集成系统包含了除光源以外的所有光模数转换器所需的光电单元器件，可以避免多个芯片之间的光电耦合，在单个芯片内完成模拟信号输入，数字信号输出的整个流程。并且，本发明所述的单片集成光模数转换系统具有硅基CMOS工艺兼容性，可以在多数芯片制造厂商的平台上实现，因此降低了系统实现的难度与成本。

本发明的技术方案如下。