導(dǎo)讀

隨著信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用和各種通信手段的不斷發(fā)展，從遍布全球的光纖骨干網(wǎng)絡(luò)、連接千家萬戶的光纖接入網(wǎng)，到大規(guī)模數(shù)據(jù)中心、計(jì)算機(jī)中央處理器（CPU），都面臨著日益增長的海量數(shù)據(jù)信息傳輸和處理的壓力，隨之也孕育著巨大的商機(jī)。在傳輸介質(zhì)方面，由諾貝爾獎(jiǎng)獲得者高錕博士發(fā)明的光纖具有優(yōu)異性能，能夠應(yīng)付信息傳輸容量的挑戰(zhàn)。光纖傳輸?shù)闹饕獑栴}在完成電-光/光-電轉(zhuǎn)換，各種復(fù)用/解復(fù)用以及光交換等功能的光電子器件上。傳統(tǒng)的光電子技術(shù)由于材料多樣性和工藝復(fù)雜性，在集成化和批量化生產(chǎn)方面受限，存在成本高、體積大、功耗大等問題，在一定程度上制約了光傳輸特別是光互連技術(shù)的發(fā)展。20世紀(jì)末至21世紀(jì)初發(fā)展起來的硅基光電子集成技術(shù)為光電子器件的發(fā)展帶來了曙光。

硅基光電子集成技術(shù)利用成熟的微電子互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）工藝設(shè)備，在絕緣體上硅（SOI）上制造用于光通信、光互連和光信號處理的光電子器件和芯片，可實(shí)現(xiàn)低成本、批量化生產(chǎn)。它是國際光通信領(lǐng)域一項(xiàng)新興的熱點(diǎn)技術(shù)，目前商用化產(chǎn)品已經(jīng)問世。業(yè)內(nèi)人事預(yù)計(jì)其市場年均復(fù)合增長率將超過30%，將是一項(xiàng)顛覆性的光電子集成技術(shù)。

當(dāng)然，硅基光電子技術(shù)也面臨巨大挑戰(zhàn)。硅是間接帶隙材料，無法通過受激輻射產(chǎn)生激光或?qū)崿F(xiàn)光放大，需要采用異質(zhì)生長或鍵合的方法制作基于III-V族材料的激光器。另外，硅材料沒有線性電光效應(yīng)，需要通過載流子色散等效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電光調(diào)制。CMOS工藝是面向微電子技術(shù)優(yōu)化的，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，已逐步趨向成熟。與其相比，硅基光電子集成技術(shù)在標(biāo)準(zhǔn)化元器件庫、仿真建模、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、工藝流程優(yōu)化、封裝技術(shù)等方面，還有很多工作需要開展。再有，雖然硅基光電子集成工藝與CMOS兼容，但從成本等方面考慮，目前主要采用180 nm工藝，因此無法在同一工藝上將高速驅(qū)動(dòng)電路直接與光電子器件集成在一起。

除了通信應(yīng)用外，以光子和電子為信息載體的硅基光電子集成技術(shù)，還可以實(shí)現(xiàn)片上傳感、微波光子信號處理、量子信息處理等，有望在日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、航天航空、生物醫(yī)療、量子通信等領(lǐng)域獲得新應(yīng)用。

硅基光電子集成技術(shù)與器件的發(fā)展前景究竟如何？所面臨的問題與挑戰(zhàn)究竟怎樣解決？它的發(fā)展對傳統(tǒng)的信息技術(shù)和產(chǎn)業(yè)會(huì)造成怎樣的影響？我們應(yīng)該如何抓住機(jī)遇實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展？這些不僅涉及技術(shù)問題，還和政策、策略等多方面因素有關(guān)。本期專題就硅基光電子集成技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢、關(guān)鍵器件和實(shí)現(xiàn)手段、工藝技術(shù)和設(shè)計(jì)方法，開展專題討論。本期專題論文來自高校、中科院、中電集團(tuán)以及中興通訊等中國硅基光電子研究優(yōu)勢單位的專家學(xué)者，凝聚了他們多年的研究成果和工作經(jīng)驗(yàn)，希望能給讀者提供有益的啟示和參考。在此，對各位作者的大力支持表示衷心感謝。

陳建平 張佩華

2017年8月31日endprint