重庆万国：硅光器件对SOI硅片的需求分析

9月21日，2026国际RF-SOI论坛在上海成功举行。会议期间，重庆万国半导体科技有限公司（以下简称“重庆万国”）硅光事业部总监朱继光应邀发表题为《硅光器件对SOI硅片的需求分析》的主题演讲，围绕硅光SOI晶圆的关键参数、顶硅厚度选择、BOX厚度与衬底电阻率对器件性能的影响，以及硅光代工平台的发展趋势，进行了系统分享。

图 | 重庆万国硅光事业部总监朱继光发表演讲

硅光SOI晶圆顶硅厚度选择：220nm仍是主流，270nm具备平衡优势

朱继光指出，硅光SOI晶圆主要由顶硅、BOX氧化层和衬底硅三部分构成，三者对光器件的影响各不相同。顶硅用于形成波导与器件，其厚度变化直接影响器件体积与性能；BOX层对顶硅中的模场形成约束，并影响垂直方向散热；衬底硅则对高频器件影响显著，高阻硅能明显降低衬底寄生传导与串扰。

在顶硅厚度的对比分析中，朱继光重点讨论了220nm、270nm与380nm三种规格。随着顶硅厚度增加，单模波导宽度下降，侧壁粗糙度对波导损耗的影响上升，光栅散射增强、方向性显著提升，有利于提高光栅耦合效率，但层间耦合器结构需要更小的tip尺寸才能完成高效耦合。

图 | 顶层硅厚度对单模波导宽度的影响

仿真数据显示，顶硅厚度增加会使硅波导对CD波动更加敏感，∂neff/∂w显著增加，MRR及其他谐振器件的谐振峰对CD变化更加敏感，偏移量随之增大。其中，270nm顶硅附近存在TE/TM有效折射率接近的设计点，为偏振不敏感器件提供了更好的相位匹配条件。 在Si与SiN的层间耦合方面，220nm厚度顶硅在Transition尖端90nm时即可实现0.1dB以下耦合损耗，而380nm厚度顶硅与SiN之间的Transition tip需降低至60nm或增加浅刻蚀过渡阶梯。朱继光强调，实际Transition形貌与刻蚀要求需结合器件结构、工艺角与材料折射率综合设计。

硅光SOI晶圆BOX厚度选择：2μm与3μm各有适用场景

针对BOX厚度的选择，朱继光表示，光栅中心波长损耗受顶硅厚度和BOX厚度影响不明显，但光栅1dB带宽方面，220nm顶硅优于270nm顶硅；相同顶硅厚度下，BOX厚度增加则带宽减小。

从平台选择来看，2μm BOX更成熟、更利于散热，是大多数硅光代工平台的主流选择，高约束strip/ring/MZI通常已足够抑制衬底泄漏，热路径短，适合高功率PD/Modulator周边散热，但EC、SiN大模场区需单独验证泄漏模，必要时增加undercut/trench结构。

3μm BOX则在大模场端面耦合效率方面更具优势，对SiN扩模、低约束EC及大模场结构具有更大的衬底泄漏裕量，是高性能EC平台的重要候选方案。不过，3 μm BOX的衬底散热能力相对较弱，有利于降低加热器功耗，但热串扰与热时间常数仍需协同优化。

图 | 硅光SOI晶圆BOX厚度选择

在SiN EC性能方面，朱继光介绍，SiN集成EC将“光纤接口”交给低折射率SiN和3μm厚度BOX，可显著放宽光纤对准，本结构仿真能够实现约1dB以内耦合损耗。当前硅光模块量产的主流选择是3μm BOX加倒梯形SiN结构，通过增加SiN层数能够实现0.3dB以下的耦合损耗。

硅光SOI晶圆高阻衬底，可显著改善高速RF性能

衬底电阻率对器件性能的影响是本次演讲的另一重点。朱继光指出，行波电极射频损耗与衬底电阻率强相关，高阻衬底的损耗显著降低；仅增加BOX厚度，行波电极损耗会略微降低。仿真数据显示，在40GHz下，1000Ω·cm高阻衬底配合2μm BOX的行波电极射频损耗为0.47dB/mm，而10Ω·cm低阻衬底配合2μm BOX的损耗则高达1.26dB/mm。

图 | 衬底电阻率对器件性能的影响

在MZI调制器性能方面，高阻衬底可提升调制器带宽约10%；仅增加BOX厚度，调制器带宽略微增加。朱继光表示，高速行波器件优先选择1000Ω·cm高阻衬底；无源、GC、EC等器件不需要根据衬底更换工艺平台，更换衬底后器件改动较小。

全球硅光代工平台格局与重庆万国布局

基于以上技术铺垫，朱继光梳理了当前全球主要硅光代工平台的顶硅厚度与BOX厚度选择。

220nm顶硅厚度是大部分硅光平台的主流选择，器件生态及工艺成熟度最高；采用2-3μm BOX可覆盖主流应用，若进一步引入SiN波导，可提升EC模式转换、耦合工艺窗口与功率承受能力，适合规模量产平台。

270nm顶硅则具有很强的平衡点，在光学约束、GC性能与工艺鲁棒性之间具有较好折中；优化GC仿真可实现约1dB级耦合损耗；其CD敏感度高于220nm约46%，但显著低于380nm，是兼顾性能与工艺窗口的候选平台。

作为国内重要的硅光代工力量，重庆万国半导体科技有限公司在论坛上介绍了其硅光工艺平台路线图。公司以市场需求为导向，为客户提供稳定的量产代工服务，并通过多种合作模式满足不同客户需求，支持从定制化工艺开发到规模量产。根据规划，重庆万国将在2026年至2028年分阶段推进180nm硅光集成光模块发端PDK、100G量产、单波200G PDK、SiN工艺平台、高速PD光模块收端、65nm硅光集成光互连、TFLN 400G调制等关键节点，并逐步开放试用与量产。

图 | 重庆万国平台技术路线图

朱继光总结认为，硅光器件对SOI硅片的需求正从单一规格向多元化、场景化演进。顶硅厚度、BOX厚度与衬底电阻率的选择，需综合考虑光学性能、工艺窗口、散热与高频特性，才能实现性能与成本的最佳平衡。重庆万国将持续深耕硅光工艺平台，与产业链伙伴协同推进硅光技术的规模化量产。