27、III - 氮化物功率晶体管集成到铁电材料的研究

III - 氮化物功率晶体管集成到铁电材料的研究

1. 背景与潜力

下一代超高容量网络将依赖先进的封装和集成策略，以增强功能、降低成本并实现经济高效的网络架构。将铌酸锂（LiNbO₃）独特的非线性光学特性与 III - 氮化物材料的宽带隙特性相结合，为多功能电气和光学应用带来了巨大潜力。通过外延生长将 III - 氮化物与铁电材料集成，能够充分利用各自的独特性能来提升器件性能。例如，在铁电材料 LiNbO₃ 上集成 AlGaN/GaN 电子驱动器，为实现紧凑的光电子/电子芯片提供了可能，从而带来成本节约等诸多好处。

2. III - 氮化物放大器/驱动器在光调制器上的集成

当前的 LiNbO₃/LiTaO₃ 调制器需要外部离散的驱动器和放大器元件，并通过复杂连接实现阻抗匹配。虽然各种光学组件中已有一定程度的集成，但主要通过封装技术和离散元件的混合集成实现。III - 氮化物在铌酸锂（钽酸锂）调制器上的集成技术具有以下优势：
- 消除了与外部连接的阻抗匹配需求，提高了电气效率。
- 由于单片设计和高电压驱动能力，可缩小封装尺寸。
- 具有潜在的成本节约优势。
- 为组件增加功能，如板载温度补偿。

目前先进的铌酸锂光调制器已能支持 40Gb/s 的数据速率，但市场主流仍是 10Gb/s 的器件。LiNbO₃ 调制器在长距离市场占据主导，而短距离市场则有其他竞争调制器解决方案，如电吸收和聚合物产品。所提出的 III - 氮化物集成 LiNbO₃ 调制器，通过沿波导长度设置两个驱动放大器，补偿信号在共面波导中传播时的时间延迟，且仅需单信号输入。通过合理选择到第二个 AlGaN/GaN HEMTs 的信号路径长度，可实现群速度