硅基光電異質(zhì)集成是光電集成芯片的未來(lái)

21?世紀(jì)是大數(shù)據(jù)、云計(jì)算時(shí)代。半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，微電子技術(shù)大致遵循著“摩爾定律”快速發(fā)展，人們對(duì)信息傳輸和處理的要求越來(lái)越高。隨著信息技術(shù)的不斷拓寬和深入，芯片的制成工藝已減小到?10 nm?以下，但由此帶來(lái)的串?dāng)_、發(fā)熱和高功耗問(wèn)題成為微電子技術(shù)難以解決的瓶頸。后摩爾時(shí)代的微電子芯片制程技術(shù)路線可分為繼續(xù)優(yōu)化互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）工藝的“延續(xù)摩爾”（more Moore）路線、利用先進(jìn)封裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)封裝的“擴(kuò)展摩爾”（more than Moore）路線和通過(guò)新材料新器件實(shí)現(xiàn)的“超越摩爾”（beyond CMOS）路線。相比于“延續(xù)摩爾”路線對(duì)于半導(dǎo)體先進(jìn)設(shè)備的依賴和巨大投入，通過(guò)光電異質(zhì)集成技術(shù)實(shí)現(xiàn)芯片間及芯片內(nèi)光互聯(lián)可有效解決微電子芯片目前金屬互聯(lián)的帶寬、功耗和延時(shí)等問(wèn)題，是對(duì)現(xiàn)有微電子芯片的重要拓展。同時(shí)，通過(guò)光電異質(zhì)集成多種材料也可制作新一代信息器件（如光量子集成芯片），是信息產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展摩爾和超越摩爾技術(shù)路線的重要領(lǐng)域。

硅基光電子集成技術(shù)（簡(jiǎn)稱“硅光技術(shù)”），通過(guò)傳統(tǒng)微電子?CMOS?工藝實(shí)現(xiàn)光電子器件和微電子器件的單片集成，是研究和開(kāi)發(fā)以光子和電子為信息載體的硅基大規(guī)模集成技術(shù)。圖?1?為硅基光電子集成芯片的概念圖，該芯片由光源、調(diào)制器、光波導(dǎo)、探測(cè)器及電路芯片構(gòu)成，由激光器產(chǎn)生光信號(hào)并通過(guò)調(diào)制器和探測(cè)器實(shí)現(xiàn)高速電信號(hào)與光信號(hào)的收發(fā)。目前，硅光技術(shù)主要采用基于?SOI（絕緣襯底上硅）襯底的制造平臺(tái)，已能實(shí)現(xiàn)探測(cè)器與調(diào)制器的單片集成。然而硅基光電子集成芯片的性能受限于硅材料本身的光電性能，仍存在無(wú)法高密度集成光源、集成低損耗高速光電調(diào)制器等問(wèn)題。因此，利用不同種材料發(fā)揮其各自光電特性優(yōu)勢(shì)的硅基光電異質(zhì)集成技術(shù)近年來(lái)發(fā)展迅速。硅基光電異質(zhì)集成技術(shù)不僅擁有硅材料可大規(guī)模?CMOS?制造的特點(diǎn)，同時(shí)充分發(fā)揮不同材料的優(yōu)異光電特性，可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)硅光技術(shù)無(wú)法媲美的器件指標(biāo)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)真正意義上的硅基光電子單片集成系統(tǒng)。本文將對(duì)該領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀做簡(jiǎn)要介紹，同時(shí)對(duì)未來(lái)該方向的發(fā)展進(jìn)行展望。 

硅基光電異質(zhì)集成技術(shù)路線及發(fā)展

硅基光電異質(zhì)集成技術(shù)路線

相較于微電子領(lǐng)域集成電路的飛速發(fā)展，光電子領(lǐng)域的集成化道路顯得阻礙重重。自從?Soref20世紀(jì)80年代末期最早提出硅光技術(shù)以來(lái)，雖然無(wú)論在器件性能、集成度還是應(yīng)用方面都有了眾多突破性進(jìn)展，但至今仍有很多主流光模塊廠商依然采用光電器件分立封裝的形式，主要原因是受限于硅材料本身的光電性質(zhì)。例如，硅材料間接帶隙的能帶結(jié)構(gòu)使得它無(wú)法實(shí)現(xiàn)高效率的片上光源，線性光電效應(yīng)（Pockels?效應(yīng)）限制了調(diào)制器的速度。圖?2?列舉了目前各種材料體系所對(duì)應(yīng)的優(yōu)勢(shì)光電器件，如?Ⅲ-Ⅴ族材料制作的激光器光源、單光子源、調(diào)制器，Ge（鍺）材料制作的探測(cè)器，LiNbO3（鈮酸鋰）材料調(diào)制器，磁光材料?YIG（釔鐵石榴石）光隔離器，二維材料調(diào)制器，SiN（氮化硅）材料制作的寬譜低損耗光波導(dǎo)等。其中，對(duì)于光通信應(yīng)用，Ⅲ-Ⅴ族材料制作的光源、LiNbO3?制作的調(diào)制器和?YIG?材料制作的隔離器相比于硅基器件具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。因此，實(shí)現(xiàn)真正意義上大規(guī)模光電集成芯片的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，需要依托硅材料與不同種類光電材料的異質(zhì)集成，以充分發(fā)揮各種材料的優(yōu)異特性。

通過(guò)多年研發(fā)努力，目前硅光領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)了多種光電器件的硅基集成，如各種硅基無(wú)源器件（波導(dǎo)、合分波器）、鍺硅探測(cè)器、硅調(diào)制器，在一定程度上可以滿足目前?400 Gbps?以下速率光模塊的應(yīng)用。但是，光源技術(shù)仍是硅光芯片無(wú)法攻克的技術(shù)難題，必須采用異質(zhì)集成。因此，本文以光源為例展開(kāi)對(duì)異質(zhì)集成各技術(shù)路線的討論。圖?3?展示了目前硅基光電異質(zhì)集成領(lǐng)域的多種技術(shù)路線，從左到右的技術(shù)方案集成度由低到高，技術(shù)成熟度由高到低。①片間混合集成技術(shù)。其與目前產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用最廣泛的透鏡耦合最為接近，但本質(zhì)上還屬于微封裝技術(shù)，在多個(gè)光源耦合的應(yīng)用中需要耗費(fèi)大量時(shí)間在精密耦合對(duì)準(zhǔn)工藝上，同時(shí)無(wú)法進(jìn)行大規(guī)模光源的集成；目前有部分光模塊公司采取該方案制作硅光產(chǎn)品。②片上倒裝焊技術(shù)。通過(guò)將制備好的激光器芯片進(jìn)行倒裝焊集成到硅光芯片上，解決了可以集成光源的問(wèn)題。但硅光芯片需要刻蝕開(kāi)槽精確控制激光器耦合高度，同時(shí)仍需要解決高精度耦合問(wèn)題，因此產(chǎn)業(yè)中該方案也沒(méi)有得到應(yīng)用。③片上鍵合異質(zhì)集成技術(shù)。最早由美國(guó)加州大學(xué)圣芭芭拉分校?John Bowers?課題組提出，通過(guò)鍵合?Ⅲ-Ⅴ族外延材料到已加工好的硅光晶圓上然后通過(guò)后工藝制作?Ⅲ-Ⅴ族有源器件。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)?Ⅲ-Ⅴ族材料與硅光芯片的大規(guī)模集成，但開(kāi)發(fā)難度大，產(chǎn)品良率難以控制；目前只有美國(guó)?Intel?公司實(shí)現(xiàn)了該技術(shù)路線的量產(chǎn)。④片上直接生長(zhǎng)異質(zhì)集成技術(shù)。通過(guò)在已制作好的硅光晶圓上開(kāi)槽，利用選區(qū)外延的方法生長(zhǎng)Ⅲ-Ⅴ族材料，隨后通過(guò)Ⅲ-Ⅴ族工藝制造光源。該種方法類似鍵合異質(zhì)集成的流片過(guò)程，但不需要復(fù)雜的芯片到晶圓鍵合（die to wafer bonding）工藝，是最接近于?CMOS?集成工藝的異質(zhì)集成技術(shù)。該技術(shù)雖然適合晶圓級(jí)大規(guī)模量產(chǎn)工藝，但對(duì)硅基?Ⅲ-Ⅴ族外延技術(shù)有著很高的材料生長(zhǎng)要求，需要解決一系列諸如硅基異質(zhì)材料外延、片上光源耦合及片上光源老化等難題；目前該技術(shù)仍處于學(xué)術(shù)研究階段。

國(guó)際研發(fā)現(xiàn)狀

近?10?年來(lái)，硅基光電子集成的關(guān)鍵材料和器件研究引起了科學(xué)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注，僅美國(guó)?Intel?公司對(duì)硅基光電子的研發(fā)投入就高達(dá)數(shù)十億美元。美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）設(shè)立“用于通用微尺度光學(xué)系統(tǒng)的激光器”（LUMOS）項(xiàng)目，投入?1?900?萬(wàn)美元進(jìn)行硅基異質(zhì)材料集成光源的研究。日本能源與工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織投入?22.5?億日元用于硅基高亮度、高效率激光器的開(kāi)發(fā)。歐盟“地平線?2020”投入?262?萬(wàn)歐元用于異質(zhì)硅基光源的開(kāi)發(fā)。在政府的一系列支持推動(dòng)下，光電異質(zhì)集成技術(shù)飛速發(fā)展，在學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域取得了一系列技術(shù)突破。

學(xué)術(shù)研究方面。通過(guò)鍵合異質(zhì)集成技術(shù)，以美國(guó)加州大學(xué)和比利時(shí)根特大學(xué)為代表的研究機(jī)構(gòu)利用異質(zhì)集成量子阱材料開(kāi)發(fā)了硅基激光器；美國(guó)哈佛大學(xué)通過(guò)?LiNbO3?硅基鍵合實(shí)現(xiàn)高速調(diào)制器；美國(guó)惠普公司通過(guò)量子點(diǎn)材料鍵合實(shí)現(xiàn)了硅基激光器、微環(huán)調(diào)制器、探測(cè)器；美國(guó)加州大學(xué)和丹麥科技大學(xué)通過(guò)鍵合?AlGaAs?材料實(shí)現(xiàn)光頻梳；瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）、美國(guó)加州理工大學(xué)聯(lián)合加州大學(xué)通過(guò)?SiN?平臺(tái)開(kāi)發(fā)了各種光頻梳器件；日本?NTT?公司通過(guò)鍵合?InP?材料到?SiC?襯底，并利用后期生長(zhǎng)異質(zhì)集成的薄膜激光器實(shí)現(xiàn)了直調(diào)帶寬?108 GHz?世界紀(jì)錄的激光器。直接生長(zhǎng)異質(zhì)集成的研究近年來(lái)主要有英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院、美國(guó)加州大學(xué)等利用硅基直接外延量子點(diǎn)技術(shù)開(kāi)發(fā)的一系列硅基光源，如硅基量子點(diǎn)微環(huán)激光器、鎖模激光器、DFB?激光器、可調(diào)激光器等。

產(chǎn)業(yè)方面。美國(guó)?Luxtera?公司、英國(guó)?Rockley Photonics?公司、美國(guó)?Skorpio?公司分別采用片間混合集成、片上倒裝焊混合集成和片上異質(zhì)集成技術(shù)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的展示。美國(guó)?Intel?公司于?2016?年利用片上鍵合異質(zhì)集成技術(shù)已開(kāi)發(fā)出?100 Gbps 4?通道硅光模塊，至?2021?年已實(shí)現(xiàn)?500?萬(wàn)顆以上模塊的銷售，是目前世界上利用異質(zhì)集成技術(shù)實(shí)現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)的唯一一家公司。同時(shí)，對(duì)于直接生長(zhǎng)異質(zhì)集成技術(shù)，美國(guó)?Intel?公司也正在布局硅基量子點(diǎn)激光器技術(shù)。除此之外，各大半導(dǎo)體代工廠如美國(guó)格芯（Global Foundries）、瑞士意法半導(dǎo)體、以色列?Tower Jazz，以及我國(guó)臺(tái)積電等公司均有硅光產(chǎn)線，其中格芯公司展示了使用片上倒裝焊的混合集成方案，Tower Jazz?公司通過(guò)與直接生長(zhǎng)量子點(diǎn)激光器的美國(guó)?Quintessent?公司合作，計(jì)劃采用直接生長(zhǎng)異質(zhì)集成方案進(jìn)行硅光工藝開(kāi)發(fā)。

我國(guó)研發(fā)進(jìn)展

近年來(lái)，在“863?計(jì)劃”“973?計(jì)劃”和國(guó)家自然科學(xué)基金等支持下，我國(guó)也加大了硅基異質(zhì)集成方向的研究力度，在硅基關(guān)鍵光電子集成器件等方面取得了一系列重要成果，調(diào)制、探測(cè)、復(fù)用與解復(fù)用等分立器件已經(jīng)研制成功，異質(zhì)集成襯底、光源、高速光電調(diào)制器等方向取得了一系列重要進(jìn)展。

學(xué)術(shù)研究方面。片上直接生長(zhǎng)技術(shù)路線。中國(guó)科學(xué)院物理研究所通過(guò)硅圖形化襯底上的同質(zhì)加異質(zhì)外延生長(zhǎng)有效解決了硅上異質(zhì)外延生長(zhǎng)Ⅲ-Ⅴ族材料的難題，實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量的硅基片上光源。片上鍵合異質(zhì)集成技術(shù)路線。中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)研究所通過(guò)離子注入剝離技術(shù)研發(fā)出多種材料硅基異質(zhì)集成襯底，包括?SiCOI、LNOI、Ⅲ-ⅤOI，為多種材料硅基光電異質(zhì)集成提供了材料平臺(tái)；北京大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所等單位通過(guò)導(dǎo)電透明電極方案開(kāi)發(fā)出?mW?量級(jí)硅基激光器。片間混合集成技術(shù)路線。上海交通大學(xué)、清華大學(xué)、國(guó)家光電子創(chuàng)新中心開(kāi)發(fā)出窄線寬可調(diào)激光器。新型材料硅基光電異質(zhì)集成領(lǐng)域。中山大學(xué)、華中科技大學(xué)、浙江大學(xué)等單位通過(guò)利用硅基薄膜鈮酸鋰開(kāi)發(fā)出一系列高性能光電調(diào)制器、偏振控制器等器件；北京大學(xué)、浙江大學(xué)、南京大學(xué)等單位利用稀土元素?fù)诫s的方法進(jìn)行硅基發(fā)光的嘗試；中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所、廈門(mén)大學(xué)利用硅基異質(zhì)生長(zhǎng)鍺硅材料進(jìn)行了光源器件的嘗試；浙江大學(xué)在硅基硫系化合物、二維材料集成光電領(lǐng)域取得了一系列器件成果，將硅基光電器件延伸到中紅外波段。

產(chǎn)業(yè)方面。國(guó)內(nèi)光模塊公司大多還采用傳統(tǒng)的透鏡封裝方案，目前尚未有公司在量產(chǎn)產(chǎn)品上使用異質(zhì)集成解決方案。相比國(guó)外各大公司、代工廠的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，我國(guó)在硅基異質(zhì)集成方面產(chǎn)業(yè)發(fā)展較為緩慢，尚未形成一定規(guī)模的公司基于異質(zhì)集成技術(shù)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品并批量出貨。異質(zhì)集成材料。濟(jì)南晶正公司制造的硅基?LiNbO3?材料一枝獨(dú)秀，是目前國(guó)內(nèi)外幾乎所有薄膜?LiNbO3?調(diào)制器的材料供應(yīng)商。異質(zhì)集成材料器件。有一批從學(xué)校和科研院所孵化的創(chuàng)業(yè)公司浮現(xiàn)，如制作薄膜?LiNbO3?調(diào)制器的江蘇鈮奧光電公司、生產(chǎn)硅基異質(zhì)外延材料和光源的東莞思異半導(dǎo)體公司等。異質(zhì)集成模塊。蘇州易銳光電公司通過(guò)片間混合集成方式實(shí)現(xiàn)了密波?10?通道?100 Gbps?模塊的小批量出貨；青島海信寬帶公司利用鍵合集成技術(shù)做出過(guò)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)嘗試，但目前尚無(wú)產(chǎn)品問(wèn)世。

硅光芯片制成平臺(tái)。近年來(lái)，我國(guó)國(guó)家層面也加大了投入，逐漸與國(guó)外先進(jìn)的硅光科研平臺(tái)，如比利時(shí)微電子研究中心（IMEC）、新加坡科學(xué)技術(shù)研究院微電子所（IME）等工藝線接軌。重慶聯(lián)合微電子中心、中國(guó)科學(xué)院微電子研究所、上海微技術(shù)工業(yè)研究院等單位已建成了各具特色的硅光工藝線；同時(shí)，中國(guó)科學(xué)院微電子研究所、重慶聯(lián)合微電子中心還開(kāi)發(fā)了用于設(shè)計(jì)的光電仿真軟件，從軟件設(shè)計(jì)端為未來(lái)做好布局。但是，相比國(guó)外，我國(guó)目前國(guó)內(nèi)光模塊廠商仍通過(guò)海外代工廠進(jìn)行硅光芯片的流片。在異質(zhì)集成方面，重慶聯(lián)合微電子中心已對(duì)外開(kāi)放?SiN?流片；而對(duì)于光源的異質(zhì)集成方案，目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)廠家開(kāi)放服務(wù)。 

硅基光電異質(zhì)集成技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和思考

多種光電材料與硅基異質(zhì)集成

硅基光電異質(zhì)集成從材料上正在從Ⅲ-Ⅴ族材料與硅的異質(zhì)集成逐漸發(fā)展為多種材料與硅的異質(zhì)集成，如：SiN、LiNbO3?等材料也逐漸成為硅基異質(zhì)集成的主要材料。為了充分利用不同材料的光電特性，甚至出現(xiàn)了多種材料同時(shí)異質(zhì)集成在硅基襯底上的光電芯片，如：InP?量子阱材料與?SiN?和?SOI?間的多種材料異質(zhì)集成所制造的超窄線寬硅基激光器，以及利用該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的異質(zhì)集成硅基光孤子頻梳。隨著鍵合技術(shù)平臺(tái)的逐漸成熟，利用不同材料優(yōu)勢(shì)通過(guò)多種材料與硅基進(jìn)行異質(zhì)集成將成為未來(lái)發(fā)展的主流方向。

硅基光電異質(zhì)集成技術(shù)路線向更高集成度發(fā)展

在異質(zhì)集成技術(shù)路線上，硅基光電異質(zhì)集成正從片間、片上混合集成走向片上鍵合異質(zhì)集成和直接生長(zhǎng)異質(zhì)集成。表?1?從集成密度、生產(chǎn)效率和技術(shù)成熟度?3?個(gè)方面分析了上述?4?種異質(zhì)集成技術(shù)的優(yōu)劣。片間混合集成。局限于兩顆芯片間的混合集成，無(wú)法實(shí)現(xiàn)晶圓級(jí)生產(chǎn)，集成度和生產(chǎn)效率均受到了限制。片上倒裝焊混合集成。可以實(shí)現(xiàn)晶圓級(jí)集成工藝，但需要對(duì)用于異質(zhì)集成的激光器和硅光晶圓器件進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，如在硅光晶圓上制作用于高度對(duì)準(zhǔn)的特殊結(jié)構(gòu)和波導(dǎo)耦合結(jié)構(gòu)、激光器的平坦化工藝用于倒裝等，這些特殊工藝均會(huì)對(duì)最終產(chǎn)品良率產(chǎn)生影響，是該技術(shù)路線發(fā)展的難點(diǎn)。另外，片間和片上倒裝焊混合集成技術(shù)路線均依賴于高精度封裝設(shè)備，其對(duì)于設(shè)備機(jī)械對(duì)準(zhǔn)精度要求達(dá)到?0.5 μm?量級(jí)，這導(dǎo)致該技術(shù)路線在高精密封裝對(duì)準(zhǔn)環(huán)節(jié)的耗時(shí)增加，具有較低的生產(chǎn)效率。目前，光電異質(zhì)集成的商業(yè)化應(yīng)用仍停留在片間、片上混合集成方案。片上異質(zhì)集成方案具有高集成度、高生產(chǎn)效率的優(yōu)勢(shì)，是未來(lái)光電異質(zhì)集成的發(fā)展方向。然而，無(wú)論是鍵合異質(zhì)集成還是直接外延生長(zhǎng)異質(zhì)集成，均需要實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)?CMOS?工藝線與異質(zhì)材料工藝線的有機(jī)結(jié)合。片上鍵合異質(zhì)集成。目前，只有美國(guó)?Intel?公司通過(guò)使用其原有的?CMOS?產(chǎn)線和Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了片上鍵合異質(zhì)集成技術(shù)路線的產(chǎn)品化。雖然目前只有該公司利用該技術(shù)路線實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，但已有多家公司（如美國(guó)惠普、美國(guó)?Skorpios?等公司）布局該方案，有望成為短期內(nèi)高密度、多種材料異質(zhì)集成的主流技術(shù)路線。片上直接外延異質(zhì)集成。極具發(fā)展?jié)摿Γ裟芡黄飘愘|(zhì)集成光耦合難題和異質(zhì)選區(qū)外延生長(zhǎng)難題，其將成為最接近傳統(tǒng)?CMOS?工藝的異質(zhì)集成技術(shù)路線，是未來(lái)硅基光電異質(zhì)集成技術(shù)理想的解決方案。但仍需要科研探索進(jìn)一步提高其技術(shù)成熟度，因而其是硅基光電異質(zhì)集成需要加大研究投入的重點(diǎn)方向。

硅基異質(zhì)集成技術(shù)逐步從研發(fā)走向應(yīng)用

隨著片間光互聯(lián)和共封裝技術(shù)（co-package）等技術(shù)節(jié)點(diǎn)的到來(lái)，在后?800 Gbps?時(shí)代硅基光電異質(zhì)集成技術(shù)將成為光電子集成領(lǐng)域的重要技術(shù)路線。未來(lái)大帶寬、低功耗、集成化的數(shù)據(jù)互聯(lián)需求使得現(xiàn)有模塊化解決方案無(wú)法支撐，因此將促使光芯片向集成化發(fā)展，進(jìn)而推動(dòng)硅基光電異質(zhì)集成芯片的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。從應(yīng)用發(fā)展上，隨著多種材料體系與硅基襯底的異質(zhì)集成，應(yīng)用也從傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信、電信光互聯(lián)向多個(gè)領(lǐng)域拓展。例如，生物傳感、激光雷達(dá)、光計(jì)算、光量子等方向均出現(xiàn)了基于硅基異質(zhì)集成技術(shù)的解決方案。

目前，國(guó)內(nèi)從事硅基光電異質(zhì)集成技術(shù)的企業(yè)還比較少，主要原因是技術(shù)門(mén)檻很高，傳統(tǒng)光通信企業(yè)普遍對(duì)這一新興技術(shù)路線持觀望態(tài)度。另外，該技術(shù)的商業(yè)化投入大，需要設(shè)計(jì)建設(shè)兼容異質(zhì)材料與傳統(tǒng)硅基?CMOS?晶圓線，需要極高的資金投入和極大的市場(chǎng)需求作為支撐。現(xiàn)有的光通訊市場(chǎng)需求很難支撐起一條商用?12?寸硅光產(chǎn)線與化合物半導(dǎo)體進(jìn)行硅基光電異質(zhì)集成，因此我國(guó)乃至世界很少有公司進(jìn)行該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。美國(guó)?Intel?公司利用其自身的傳統(tǒng)?CMOS?產(chǎn)線降低生產(chǎn)成本，通過(guò)多年的技術(shù)開(kāi)發(fā)，是目前唯一一家利用硅基光電異質(zhì)集成技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心?100 Gbps?光模塊大批量出貨的公司；其開(kāi)發(fā)該技術(shù)的真正目的是為擴(kuò)展摩爾和超越摩爾技術(shù)路線進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備，以實(shí)現(xiàn)其處理器的片上光互聯(lián)，達(dá)到未來(lái)光電集成芯片的技術(shù)引領(lǐng)。美國(guó)蘋(píng)果公司預(yù)計(jì)在其下一代智能手表中采用硅光異質(zhì)集成技術(shù)，有望為硅光異質(zhì)集成拓展到消費(fèi)電子市場(chǎng)。鑒于國(guó)際硅基光電異質(zhì)集成技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化態(tài)勢(shì)，我國(guó)也迫切需要在該領(lǐng)域加速?gòu)难邪l(fā)走向應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化。

總之，從可以預(yù)見(jiàn)的光通信應(yīng)用到消費(fèi)類傳感應(yīng)用及未來(lái)的光計(jì)算、光量子應(yīng)用來(lái)看，硅基光電異質(zhì)集成技術(shù)的市場(chǎng)需求才剛剛起步，未來(lái)有著廣闊的發(fā)展空間。然而，目前國(guó)內(nèi)在硅光產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域只有深圳華為、武漢光迅和南京希烽光電等少數(shù)公司在積極研究，暫時(shí)還未啟動(dòng)硅基光電異質(zhì)集成的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。雖然我國(guó)在硅基異質(zhì)集成的某些細(xì)分領(lǐng)域處于國(guó)際先進(jìn)水平，但在硅基光電異質(zhì)集成的產(chǎn)業(yè)化方面還比較薄弱，建議建設(shè)硅基光電異質(zhì)集成研究中心，利用國(guó)家投入的多條硅光研發(fā)產(chǎn)線與硅基光電異質(zhì)集成中心及各領(lǐng)域有特色的科研院所共同合作，積極探索硅基光電異質(zhì)集成的?CMOS?兼容半導(dǎo)體加工模式，加快產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

應(yīng)該說(shuō)相比于微電子產(chǎn)業(yè)，我國(guó)在光電子領(lǐng)域的某些技術(shù)儲(chǔ)備已達(dá)到世界先進(jìn)水平，是一個(gè)可以“并跑”甚至“領(lǐng)跑”的芯片領(lǐng)域，機(jī)遇十分難得。硅基光電異質(zhì)集成技術(shù)作為未來(lái)光電子發(fā)展的重要技術(shù)需要國(guó)家的大力支持，以及該領(lǐng)域的產(chǎn)、學(xué)、研三者的緊密結(jié)合，以推動(dòng)我國(guó)在未來(lái)集成光電子領(lǐng)域占據(jù)世界領(lǐng)先地位。

（作者：王子昊、王霆、張建軍，中國(guó)科學(xué)院物理研究所、松山湖材料實(shí)驗(yàn)室； 《中國(guó)科學(xué)院院刊》供稿）

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