日本京瓷與東北大學電氣通信研究所開發出在矽光子電路上直接整合光學隔離器(Optical Isolator)的技術,利用雷射光實現局部熱處理的「雷射退火(Laser Annealing)」為全球首例。光學隔離器可抑制光電路中的反射光進入雷射光源,避免通訊品質下降。尤其在將半導體晶片與光學元件整合於同一封裝、以降低功耗及訊號損耗的共封裝光學(CPO)中,光學隔離器直接整合於矽光子電路是關鍵技術之一。
一般光學隔離器使用磁光石榴石材料,須在約600℃以上進行熱處理使其結晶化,但高溫可能損傷晶片上的電極與配線。研究團隊因此採用雷射退火,僅對沉積磁光石榴石約700 μm區域照射近紅外雷射,使局部材料加熱並結晶化,避免整個晶片進行高溫熱處理造成的元件損傷。研究團隊製作原型元件並確認其可在矽光子電路上正常運作。在通訊波長範圍內,順向與逆向傳播的光強度測試顯示,隔離度達13.6 dB,可將回返光降低至約1/20。此外,也確認雷射照射區域的磁光石榴石能在矽波導上良好結晶化。
今後研究團隊將持續改善低損耗、高效率及量產製程,以提升此技術應用於CPO等高速光通訊的實用性。