赵玲娟：光子集成是光子技术的发展趋势

10月15日-16日，中国科学院半导体研究所、仪器信息网联合主办首届“半导体材料与器件研究与应用”网络会议(i Conference on Research and Application of Semiconductor Materials and Devices, iCSMD 2020)，22位业内知名的国内外专家学者聚焦半导体材料与器件的产业热点方向，进行为期两日的学术交流。会议期间，中国科学院半导体研究所研究员赵玲娟研究员做了题为《InP基光子集成材料与器件及标准代工平台》的报告。

电子和光子有很多不同，最典型的特征是电子由电场控制，电电相互作用强，可以存储，而光子是波导控制，光光相互作用弱，难存储，因此在集成方式大不相同。相比于电子集成，光子集成不仅需要改变材料和结构，还需要改变电子和光子相互作用，因此光子集成面临着两大挑战：一是高效的光电转换有源器件；二是低损耗的无源连接波导。而光子集成技术一般是通过半导体材料、微纳加工技术将不同功能的光子器件集成在单个衬底上，器件之间通过光波导连接，构成单片集成电路-片上光子系统。目前来讲，集成技术平台有硅基光子集成和InP基光子集成。赵玲娟认为，光子集成是光电紧密结合的产物，其终极目标是电子集成和光子集成融合实现片上系统。

赵玲娟在报告中谈到，硅基光子和InP基光子集成技术各有不同的特点。硅基光子集成集成度高、规模大、生态成熟、有大企业支持，但缺乏有效发光和放大，且探测、调制带宽低于InP。而InP基光子集成功能全、器件性能优异，但集成难度大、生态不完善。此外，InP基光子集成有源无源耦合损耗低、能效高，而硅基光子集成需要外激光器，耦合损耗大、能效低，只能通过混合封装及异质外延解决。

目前微电子集成主要以代工模式为主，在光子集成方面，硅光也是以代工（Fabless）为主，少数垂直整合制造（IDM）。硅光集成的部件包含有源器件，如激光器、调制器、探测器、放大器等，因此需要设计者与Foundry更紧密的融合。InP光子集成则呈现IDM和Fabless共存的局面，Fabless的主要代表是欧盟InP标准化代工平台JePPIX，而IDM的代表为Lumentum和Infinera。

在应用领域方面，光子集成芯片不仅仅用于光通讯，在生物医疗、传感、激光雷达、光收发器等也有很好的应用，在5G、数据中心、光接入网中的应用也越来越多。在市场趋势方面，硅基光子集成芯片发展迅速，InP分立器件维持市场主导，InP集成器件增长潜力巨大。

赵玲娟在报告中还详细介绍了光子集成技术研究组的发展方向、核心技术和应用领域，代表性光子集成芯片有多波长光发射芯片、多波长锁模激光器和新型光发射芯片。

报告中总结到：光子集成是光子技术的发展趋势；InP基和硅基光子集成将在不同的领域发挥不同的作用；标准化光子集成技术平台是光子集成的发展方式；光子集成芯片的产业化主要是IDM或者与标准化平台紧密结合的方式。