硅光时代临近 芯片技术持续提升

　　硅光技术持续发展，技术上不断取得突破

　　从发展历程看，硅光集成技术将遵循由光子集成→光电集成的发展过程，待技术成熟后指向芯片内部光互联。目前，通信领域的硅光模块属于光子集成范畴，从制造工艺看可分为两类：单片集成与混合集成。

　　单片集成主要利用传统的CMOS工艺，在硅晶圆上集成多个光器件。不过，硅的发光效率较低，无法作为光源，成为单片集成的瓶颈。一个折中的方法是：无源光器件在硅衬底上阵列化，光源采用III-V族半导体，混合集成技术应运而生。混合集成需要将III-V族半导体激光器键合在硅衬底上。键合技术包括利用DSV-BCB紫外胶键合，以及运用低温氧分子等离子键合等。

　　在硅光集成领域，Intel是耕耘最早、技术最为完善的厂商。其中，2004年至2010年是Intel的技术突破期，2010年至2016年是商用准备期。大量的研发费用投入为2016年的硅光模块商用奠定了坚实的基础。对于Intel而言，未来计算机芯片的内部光互联是其长远目标，在通信领域的硅光模块商用可谓初次试水。即便如此，Intel的硅光模块对于传统三五族半导体光模块依旧形成了不小的冲击。

　　目前，已量产的硅光模块，基于硅衬底的混合集成是主要方式。主要器件包括：在硅衬底表面集成激光器(III-V族半导体，以InP为主)、调制器(铌酸锂LiNbO3，具有优异的电光效应)、光探测器(Si中掺Ge)、硅波导(Si对于1.31μm/1.55μm通信波段透明)、波分复用及解复用器、耦合器等。

　　硅光子技术取得了高速发展，技术持续突破。不过，硅光子技术仍面临以下两大问题：

　　1、芯片良率低，成本优势不明显：目前，传统三五族半导体芯片的良率在90%以上，而硅光芯片需要将III-V族半导体键合在硅基衬底上。由于硅光集成的工艺尚未成熟，在激光耦合等步骤上的良率较低，导致硅光模块成本难以进一步提升。

　　2、硅波导与光纤的耦合效率低，性能优势不明显。硅基光波导的尺寸在0.4—0.5μm量级，远小于单模光纤尺寸(纤芯直径约8μm—10μm)。尺寸上的差别将导致模场的失配，需要利用硅基波导光栅进行耦合，在耦合过程中将产生损耗。