ECOC 2025：华为报道单片集成Ge PD在C＋L全波段实现高带宽(＞100GHz)、高响应度(＞0.96A/W)

在高速光通信与硅光子学领域，锗光电探测器因与硅衬底兼容且在近红外波段光吸收能力突出，成为实现高带宽、低延迟光互连的核心器件之一。华为技术研究团队近期在ECOC会议上发表了一篇高性能Ge PD的工作，在C+L全波段实现了突破性性能。

◆ 技术背景与需求

硅光子学依托CMOS兼容制造工艺，为分布式AI训练、云计算、长距离通信等场景提供了高带宽、低延迟的光互连解决方案。而锗光电探测器作为硅光子学的关键组件，需同时满足低暗电流、高响应度、高带宽三大核心指标，才能适配下一代高速相干系统的带宽扩展需求。

此前的技术存在明显局限：面照型光电探测器难以平衡响应度与带宽；波导型光电探测器虽在带宽上有优势，但光学限制能力不足；已有报道的高速锗探测器要么响应度低（如1550nm处仅0.12 A/W），要么暗电流过高（如-1V下达200 nA），无法同时满足多维度性能要求。

◆ 创新设计：应力层与应变工程

为突破技术瓶颈，团队采用单片集成+应力层引入的设计思路，通过应变工程实现C+L波段的高效光电探测。

① 结构设计与应变调控

如图1所示，该探测器采用“硅波导-锗吸收区-应力层”的分层结构，光通过硅波导倏逝场耦合至锗吸收区。通过在锗层顶部引入压应力层，使锗区域产生拉伸应变——这一应变可缩小锗的带隙，从而增强L波段（长波长区间）的光吸收能力，最终实现C+L全波段响应。

对有无应力层的锗探测器进行应变分布模拟（图2）显示：无应力层时，锗仅受热应变影响，纵向拉伸应变约0.2%；引入压应力层后，横向应变显著增强，纵向应变基本保持不变。这种应变分布的调控是实现宽波段高响应度的关键。

◆ 性能测试：多维度突破

通过对器件的暗电流、响应度、带宽等核心指标进行系统测试，该锗光电探测器展现出全波段优异性能。

① 暗电流与晶体质量

优化后的探测器在-2V偏压下实现17 nA的低暗电流（图4）。这一结果表明，尽管应变引入了部分缺陷，选择性生长的锗仍保持了高晶体质量——暗电流主要源于Shockley-Read-Hall复合过程，激活能约0.36 eV，仅为锗直接带隙的一半；-2V与-1V暗电流的比值约1.37，说明器件中仅存在温和的陷阱辅助隧穿效应。

② 宽波段响应度

在C+L全波段的响应度测试中（图3、图5），器件表现出色：

1550nm处响应度达1.18 A/W（25℃下），1627nm处仍保持0.96 A/W的高响应度；

通过应力层调控，L波段响应度较无应力层器件提升近3倍，且C+L波段的波长相关损耗（WDL）小于0.2 dB。

即使在85℃高温下，C波段响应度仅出现可忽略的波动，L波段温度相关损耗（TDL）也仅0.7 dB，展现出良好的温度稳定性。

③ 射频带宽与空间电荷效应

射频测试（图6）显示，器件在-2V偏压下实现100 GHz的3dB带宽，且当入射光功率从-3 dBm提升至0 dBm时，带宽几乎无衰减——这得益于对本征锗区域电场分布的优化，有效缓解了传统高速探测器的空间电荷效应（光生载流子导致电场屏蔽、带宽下降的问题）。

◆ 技术价值与行业意义

该器件是首个在全C+L电信波段实现100 GHz以上带宽的锗光电探测器（图7），其综合性能在高速相干通信系统中具有不可替代的优势：既解决了传统锗探测器“响应度与带宽难以兼顾”的痛点，又通过应变工程突破了波段限制，为下一代高灵敏度、高带宽光互连提供了关键器件支撑，有望推动分布式AI训练、云计算等场景的通信效率实现量级提升。