硅光時代臨近 芯片技術持續提升

　　硅光技術持續發展，技術上不斷取得突破

　　從發展歷程看，硅光集成技術將遵循由光子集成→光電集成的發展過程，待技術成熟后指向芯片內部光互聯。目前，通信領域的硅光模塊屬于光子集成范疇，從制造工藝看可分為兩類：單片集成與混合集成。

　　單片集成主要利用傳統的CMOS工藝，在硅晶圓上集成多個光器件。不過，硅的發光效率較低，無法作為光源，成為單片集成的瓶頸。一個折中的方法是：無源光器件在硅襯底上陣列化，光源采用III-V族半導體，混合集成技術應運而生。混合集成需要將III-V族半導體激光器鍵合在硅襯底上。鍵合技術包括利用DSV-BCB紫外膠鍵合，以及運用低溫氧分子等離子鍵合等。

　　在硅光集成領域，Intel是耕耘最早、技術最為完善的廠商。其中，2004年至2010年是Intel的技術突破期，2010年至2016年是商用準備期。大量的研發費用投入為2016年的硅光模塊商用奠定了堅實的基礎。對于Intel而言，未來計算機芯片的內部光互聯是其長遠目標，在通信領域的硅光模塊商用可謂初次試水。即便如此，Intel的硅光模塊對于傳統三五族半導體光模塊依舊形成了不小的沖擊。

　　目前，已量產的硅光模塊，基于硅襯底的混合集成是主要方式。主要器件包括：在硅襯底表面集成激光器(III-V族半導體，以InP為主)、調制器(鈮酸鋰LiNbO3，具有優異的電光效應)、光探測器(Si中摻Ge)、硅波導(Si對于1.31μm/1.55μm通信波段透明)、波分復用及解復用器、耦合器等。

　　硅光子技術取得了高速發展，技術持續突破。不過，硅光子技術仍面臨以下兩大問題：

　　1、芯片良率低，成本優勢不明顯：目前，傳統三五族半導體芯片的良率在90%以上，而硅光芯片需要將III-V族半導體鍵合在硅基襯底上。由于硅光集成的工藝尚未成熟，在激光耦合等步驟上的良率較低，導致硅光模塊成本難以進一步提升。

　　2、硅波導與光纖的耦合效率低，性能優勢不明顯。硅基光波導的尺寸在0.4—0.5μm量級，遠小于單模光纖尺寸(纖芯直徑約8μm—10μm)。尺寸上的差別將導致模場的失配，需要利用硅基波導光柵進行耦合，在耦合過程中將產生損耗。