12/23/2025，来自德国莱布尼茨创新微电子研究所（IHP）及柏林工业大学的研究团队在《Nature Communications》发表题为《Monolithic electro-optic platform on silicon with bandwidth of 100GHz and beyond》的研究成果，展示了一种完全兼容CMOS工艺的单片硅基电光平台，在同一晶圆上集成超高速GeSi电吸收调制器与GeSi鳍式光电探测器，实现超过100GHz的电光调制带宽和预计超过200GHz的光电探测潜力，为下一代超高速光通信与光电互连奠定了关键器件基础。
随着数据中心、高性能计算以及未来无线通信系统对带宽和能效的需求持续攀升，传统硅基载流子耗尽型调制器在调制效率与工作带宽上的物理瓶颈日益凸显。
尽管薄膜铌酸锂或III–V异质集成方案在性能上表现突出，但其制造复杂度和CMOS兼容性仍限制了大规模应用。针对这一挑战，研究团队提出以锗硅（GeSi）材料体系为核心的全单片解决方案，重新定义了硅光子平台在超宽带电光性能上的可能性。
该平台的核心创新在于首次在200mm硅基BiCMOS试产线上，单片集成基于Franz–Keldysh效应的GeSi电吸收调制器与超高速GeSi鳍式光电探测器。研究团队提出并实现了一种全新的硅δ层掺杂外延工艺，在锗外延生长过程中引入16层硅δ掺杂层，通过后续退火实现约1%硅含量的均匀GeSi合金，从而将调制工作波段从传统L波段有效推向C波段。
同时，采用局部减薄硅波导、优化掺杂分布及器件几何结构，在不牺牲高速性能的前提下，实现了调制效率、插入损耗与器件带宽之间的平衡。
实验结果表明，长度为20µm和40µm的GeSi电吸收调制器在C波段实现了分别超过110GHz和约100GHz的3dB电光带宽，并在1575nm波长下完成最高160Gbit/s的非归零（NRZ）数据传输，眼图清晰打开，误码率低于前向纠错阈值。
在光电探测方面，共集成的GeSi鳍式光电探测器在常规测试带宽上均超过110GHz，窄鳍结构器件的实际带宽潜力预计可超过200GHz。进一步的片上收发链路实验证明，在无需复杂数字信号处理的情况下，该平台即可实现120Gbit/s与140Gbit/s的稳定光电传输，充分验证了其系统级可用性。
该研究首次在完全CMOS兼容的硅光子平台上实现了超高速电光调制与探测能力的协同突破，显著缩小了硅基方案与异质集成平台在性能上的差距。
研究团队指出，该GeSi平台具备良好的可扩展性，有望支持超过200GBaud的符号速率，并为超宽带光信号生成、光电频率合成及未来高速片上互连提供通用器件基础。
文章整理来源：Luceda
