“增长差距”： 尽管交换机 ASIC 的带宽呈指数级增长（到 2022 年将达到 51.2T），但光收发器的发展却相对滞后。传统的可插拔模块受限于尺寸、密度、功耗和散热等方面的限制，因此，将光引擎直接集成到交换机 ASIC 附近的共封装光器件（CPO）成为必然的发展方向。
研究目标： 本论文提出并演示了一种高密度集成的 16 通道 1060nm 底部发射单模 VCSEL 阵列，该阵列具有横向耦合腔 (TCC)，以支持高速（400 Gbps 及以上）、高密度（ $2.5\text{ Tbps/mm}^2$ ）、低功耗和长距离 CPO 模块。
波长选择： 选择 1060nm（InGaAs/GaAs 材料）而不是 850nm，是因为 GaAs 衬底在 1060nm 时是透明的（可以实现底部发射倒装芯片设计），而且 1060nm 比 850nm 具有更低的衰减和色散，从而可以实现更远距离的传输。
横向耦合腔和金属孔径 (MA) VCSEL： 利用横向耦合腔，即使氧化物孔径较大也能实现单模运转，避免了超小氧化物孔径带来的高电阻和热阻，同时通过光子-光子共振 (PPR) 增强调制带宽。
表面浮雕： 在顶面上引入圆形凹槽（表面浮雕结构），以控制横向模式，增加横向耦合功率，并确保 16 通道阵列的单模均匀性。
寄生效应降低： 采用聚酰亚胺（ $\epsilon_r = 3.4$ ）平面化和相同高度的共面焊盘设计，以最大限度地减少焊盘和台面寄生电容，从而提高调制带宽。
多芯光纤 (MCF) 集成： 采用 40µm 间距的六边形布局设计，以匹配 19 芯单模 MCF（支持 16 个活动通道和 3 个备份通道），从而大幅提高空间传输密度。
内部及晶圆级工艺： 开发了内部实验室制造工艺（使用 3 英寸/6 英寸晶圆）和与代工厂兼容的晶圆级工艺。关键步骤包括 MOCVD 外延生长、光刻、湿法/干法刻蚀（ICP）、AlAs 层湿法氧化、聚酰亚胺钝化、金属电极沉积和介质 DBR（Ta）。 2 O 5 /SiO 2 ）溅射。
工艺优化： 通过内部氧化来控制孔径尺寸，利用精确的湿法刻蚀来形成表面浮雕和 n 型接触，并在较厚的聚酰亚胺层上重新制作电极焊盘以减少寄生效应，从而解决了代工厂特有的挑战。
静态特性： 通过专用的顶部发射和底部发射测试系统进行测量。16 通道 VCSEL 阵列在工作电流范围内表现出稳定的单模工作特性，边模抑制比（SMSR）超过 30 dB。
高速调制与耦合： 该阵列实现了适用于 25 Gbps NRZ 的高速调制特性（并可扩展至 50 Gbps/100 Gbps PAM-4）。通过倒装芯片键合与多芯光纤 (MCF) 的直接光耦合，展现了其在高密度、低损耗 CPO 链路方面的巨大潜力。
