硅光是硅基光电子的简称，对应的英文翻译为silicon photonics。硅光的研究可以追溯到上个世纪80年代关于硅基波导的研究[1], [2]。虽然硅光已经变成一个常用词汇，但是人们对硅光的定义并没有达成广泛的一致。光电融合是几年的热门词汇。硅光和光电融合关系紧密，但是又存在区别。本文尝试梳理两者之间的区别和联系。

硅光定义：硅光和硅光芯片大致可以认为是同义词。比利时根特大学Bogaerts教授、Baets教授及英属哥伦比亚大学Chrostowski 教授认为硅光技术是采用CMOS工业技术实现片上大规模光学功能集成的技术[3], [4]。英特尔公司认为硅光是硅基集成电路和半导体激光器的结合。相比传统微电子，硅光可以在更长的传输具体实现更快的传输速度[5]。意大利特伦托大学大学Lorenzo Pavesi认为硅光技术也就是使用主流微电子工艺指标光器件的技术[6]。北京大学周治平教授认为，所谓硅基光电子学，就是研究和开发以光子和电子为信息载体的硅基大规模集成技术。其核心内容就是研究如何将光子器件"小型化"、“硅片化”并与纳米电子器件相集成，即利用硅或与硅兼容的其他材料，应用硅工艺，在同一硅衬底上同时制作若干微纳量级，以光子和/或电子为载体的信息功能器件，形成一个完整的具有综合功能的新型大规模集成芯片[7]。

光电融合定义：在半导体芯片范畴内，光电融合和光电融合芯片及光电融合集成可以认为是同义词。光电融合芯片是指通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、光电二极管等电子和光子有源器件和电阻器、波导等电子和光子无源元件，按照一定的回路互连，“集成”在半导体（如硅或铟磷等化合物）晶片上，封装在一个外壳内，执行特定功能的回路或系统[8]。光电全集成是一个长期演进的发展过程，Electronic-Photonic Heterogeneously-converging Integrated Circuits（EPHIC），也就是光与电异质融合中的芯片，是光电融合芯片更加精准的英文描述。EPHIC既可以指代光电全集成芯片，也可以指代光电混合集成芯片。Electronic-Photonic Integrated Circuits (EPIC)通常仅指代光电全集成芯片，且侧重于器件制备和集成而不是光电融合芯片设计。除去额外的封装寄生外，回路设计通常与具体集成方式耦合较弱。EPHIC更加适合于回路设计，也就是光电融合芯片设计。

硅光与光电融合的区别与联系：虽然不同学者对于硅光的覆盖范围及表述方面存在差异，但是均强调采用微电子工艺进行大规模光器件的制备，也就是光器件的硅化，这是硅光最核心的内容。大部分硅光研究并不一定需要和微电子器件做到单片集成。采用微电子兼容工艺完成硅光芯片制备，然后和微电子芯片做混合集成是目前的主流。国际上仅有极少的工艺厂能够实现光子器件和电子器件在同一个衬底的大规模集成。光电融合芯片中所用到的光器件并不限定是硅光器件，也可以是基于三五族材料的光器件。实际上由于硅是间接带隙难以发光，绝大部分现有方案均是采用基于三五族材料的激光器。通过异质外延的方式可以在硅基衬底生长出激光器，但是该方案的大规模商用化尚待验证。光电融合芯片中所用到的电子器件也并不限定是硅基器件，而可以是基于三五族材料的电子器件，虽然硅基电子器件是主流。光电融合芯片并不强制在同一衬底上实现，而是可以通过混合集成实现，也可以通过单片集成实现。实际上，单片集成和混合孰优孰劣目前并无定论。

总结：硅光是光电融合的重要组成部分，但是光电融合并不局限于使用硅基器件。实际上，绝大部分光电融合芯片均一定程度地使用了基于三五族材料的光器件。由于硅基衬底更加方便大规模制备，硅基光电融合是国际上重要的发展趋势。

[1] R. A. Soref and J. P. Lorenzo, “Single-crystal silicon: a new material for 1.3 and 1.6 μm integrated-optical components,” Electron Lett, vol. 21, no. 21, p. 953, 1985, doi: 10.1049/el:19850673.

[2] R. Soref and J. Larenzo, “All-silicon active and passive guided-wave components for λ = 1.3 and 1.6 µm,” IEEE J Quantum Electron, vol. 22, no. 6, pp. 873–879, Jun. 1986, doi: 10.1109/JQE.1986.1073057.

[3] W. Bogaerts and L. Chrostowski, “Silicon Photonics Circuit Design: Methods, Tools and Challenges,” Laser Photon Rev, vol. 12, no. 4, Apr. 2018, doi: 10.1002/lpor.201700237.

[4] A. Rahim, T. Spuesens, R. Baets, and W. Bogaerts, “Open-Access Silicon Photonics: Current Status and Emerging Initiatives,” Proceedings of the IEEE, vol. 106, no. 12, pp. 2313–2330, Dec. 2018, doi: 10.1109/JPROC.2018.2878686.

[5] Intel Corp., “Silicon photonics.” Accessed: Mar. 19, 2024. [Online]. Available: https://www.intel.com/content/www/us/en/architecture-and-technology/silicon-photonics/silicon-photonics-overview.html

[6] L. Pavesi, “Thirty Years in Silicon Photonics: A Personal View,” Front Phys, vol. 9, Dec. 2021, doi: 10.3389/fphy.2021.786028.

[7] 周治平, 硅基光电子学, 第二版. 北京: 科学出版社, 2021.

[8] 谭旻, “光电融合芯片：概念、挑战及进展.” Accessed: Mar. 19, 2024. [Online]. Available: https://ephic.net/2022SongshanLakePub.pdf

稿件来源：华科光电融合芯片实验室|www.ephic.net