光集成技術是未來光器件的主流發展方向，近年來一直是業內關注和研究的焦點。當前，各種新的光集成技術層出不窮，各有所長，大有百花齊放的勢頭，但在未來的發展中，究竟何種技術會成為真正的熱點、將獨佔鰲頭主導光子集成領域?國內光集成研究現狀又究竟如何?帶著這些疑問，我們特地採訪了國內光集成研究領域的著名專家——浙江大學信息學院微電子與光電子學研究所博士生導師王明華教授，希望能對這個幾乎神秘的高新技術領域窺視一二。
我們日常了解的光集成技術無外乎PLC、大規模光子集成電路(代表公司Infinera)、矽光子集成、InP單片集成等技術，但這些對於大多數讀者(尤其是業外人士)來說都是既籠統又模糊的名詞。王明華教授根據所使用的材料將光集成技術進行了簡單明了的歸類，包括基於化合物半導體的光集成技術，基於鈮酸鋰(linbo3)電解質材料的光集成技術，基於SiO2絕緣體技術的PLC技術，矽基集成光學技術，基於聚合物材料的技術，以及基於光學玻璃的光集成技術，共計六大類，下面是王教授對這幾類技術的簡要說明：
(一)基於化合物半導體的光集成技術，如GaAs、InP技術。這類技術適合製造高速調製器、光開關，速度很快，但造價較高。此外，化合半導體也是製造各種光器件的基本材料，隨著薄膜生長技術的飛快發展，將光子器件與光波導器件及高速電子器件單片式集成在一起己成為可能;
(二)基於鈮酸鋰材料的光集成技術，這類材料特別適合研製高速光調製器、光開關等，技術成熟，且市場份額較大;
(三)基於SiO2絕緣體技術的PLC技術，包括採用石英襯底和矽來製作波分復用器、光分路器、熱光器件等多種較大規模的集成化光波導器件。這種技術主要採用PECVD和幹法刻蝕及髙溫退火工藝，該種技術目前己相當成熟，國內也己開展這方面的基礎研究及器件研發，例如武漢光迅公司就進口了PECVD設備，用來製作AWG和光分路器;
(四)矽基集成光波導技術，也就是SOI材料，SOI材料是新型矽基集成電路材料的簡稱，又稱絕緣矽。這種技術採用的結構與電子學的集成電路類似，只是在矽晶體層的厚度上有所區別。作為國家973計劃矽基發光及光子器件研究的子課題，已經啟動了基於SOI材料的微、納集成光波導及器件的研究項目。
國外在矽基光子集成方面的研究進展迅速，如去年IBM就宣布開發出10G 納米光波導的MZ電光調製器，一直在矽光子領域頗有造詣的Intel也發布了30Gbps矽光調製器技術。國際上每年都召開專門的矽基集成光學學術會議進行專題研討和交流。
目前，我們國家在矽基光子集成領域的研究進度尚落後於發達國家，其主要困難在於缺乏先進的微細加工設備，無法製造出高質量的光波導，而並非缺乏新的研究思路。例如中科院半導體所，充分利用已有的設備條件在矽基集成光學研究方面就取得了很好的成績;
(五)基於聚合物材料的光集成技術。高質量厚膜SiO2波導材料的生長比較困難，所需要的設備複雜，一次性資金投入較大，產業化風險也較高。然而，聚合物材料所具備的某些優良特性能使Polymer光波導及集成光學器件具有工藝簡單、折射率調整容易、透明性好以及偏振不靈敏等優點，因此，其在光集成及光子器件領域同樣佔有一席之地且有著很好的發展前景。目前在日本、美國、韓國等一些發達國家都在積極開展聚合物集成光器件的研究工作，並已取得許多重要進展，一些主要性能指標正逐漸達到無機AWG的水平，聚合物集成光功分器在日本甚至已經產業化。但是，因為聚合物器件起步較晚，目前尚沒有完全達到系統化、商業化、實用化的程度。聚合物材料也同樣適合做高速調製器、光開關，但是存在穩定性差，壽命低的缺點，而且髙水準、髙質量的聚合物材料還比較貴。國內在這方面研究不足，特別是對多種聚合物材料的研發與發達國家相比差距還比較大。
(六)基於光學玻璃的光集成技術。這類材料集成光波導器件的優點是成本低，工藝簡單，可靠性高，傳輸損耗小，且與光纖對接匹配度高。這種技術不僅可以用於製造光分路器，還可以應用到其他領域。王明華教授的課題組正在利用這種技術進行集成光功分器的產業化研發，並同時開展傳感器及微光學器件的研發。
「綜合來說，這些技術每一個都有每一個的特點和優勢，都有各自不同的應用市場，比方說基於玻璃和聚合物的光集成技術可製作低成本光器件，化合物半導體和鈮酸鋰材料可以製作高速調製器、光開關。」王明華教授表示，「而矽基的光子集成技術，我認為這是未來發展的方向。目前來看，光與電要有機結合起來必須依靠這種技術。我們目前所見到的微電子技術和光電子技術有所不同，比方說雙方的器件結構和工藝不一樣，微電子是矽基平面工藝，光電子器件，無論是發光器件還是光波導器件，是一種立體結構，因而工藝是立體工藝，目前使用的材料也不一樣，發光和探測工作機理也不一樣。只有用矽材料才能將各種光器件與集成光學器件乃至將微電子和光電子統一起來。不過這條路還很漫長，需要解決很多技術難關，但這並無妨礙它成為未來主導技術。」
「不過不同的技術，不同的材料都有各自不同的應用，未來的世界仍將是百花齊放的。」王明華教授補充道。
國內PLC研究尚處於起步階段 產業化是瓶頸
在談到國內PLC研究現狀時，王明華教授表示國內這方面的研究實質尚處於相對落後的狀態，儘管囯內學者早已知曉PLC技術的重要性。目前國內正在製作的PLC器件主要是光分路器和AWG，但是，到目前為止，國內企業都是進口晶片進行封裝，例如深圳富創、上海博創、武漢光迅等，其進口的晶片大都來自韓國和日本、美國等國。在研發方面，武漢光迅進展較好，進口了PEVCD等關鍵設備，成功製作了AWG和光功分器，其中AWG因為產值高，有利於成本回收，是光迅的主要目標。
實際上，在光波導研究方面國內已有近30年的歷史，中科院半導體所和信息產業部13所，長春光機、物理所、上海交大、清華大學、北京理工、西光所及上光所等都進行了大量卓有成效的研究。浙大也從1980年前後開始光波導與集成光學器件研究，先後承擔了十餘項國家自然科學基金項目，早期的有863項目及浙江省科技廳重大項目，近期正在執行國家自然科學基金的重點項目，開展化合物半導體材料髙速光開關研究。王明華教授的課題組近年來與南方通信集團合作研發的基於離子交換光波導的分路器已接近實用化。「目前關鍵技術已經突破，但是產業化技術還不過關。」王明華教授說。「目前國外在研究生產玻璃波導方面已經非常成熟了，法國的Teem以及以色列的Colorchip在這方面做得最好，並且已經推出了商用化產品。
王教授還指出;「任何一種技術都有它的優缺點，更何況五花八門的集成光學技術。玻璃基集成光波導器件比較適合國內企業與學校合作進行聯合研發。我們希望通過跟企業合作來為國內企業提供波導晶片。目前國內還沒有廠商能做光分路器晶片，我們是很看好這種技術的。」
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申明：感謝原創作者（半導體行業資訊）的辛勤付出。