PIC 的概念最早由貝爾實(shí)驗(yàn)室的Miller S E 在1969年提出，受制于固有技術(shù)問題，PIC 商品化的進(jìn)程十分緩慢。概念提出25 年后，才出現(xiàn)了只集成無源器件的小規(guī)模PIC 產(chǎn)品。35 年后，大規(guī)模PIC 才取得重要突破，代表性產(chǎn)品即Infinera 的100 Gbit/s 光發(fā)射和接收芯片。近幾年，隨著技術(shù)的逐漸積累以及產(chǎn)業(yè)需求的旺盛，PIC 產(chǎn)業(yè)才進(jìn)入較快發(fā)展時(shí)期。目前，中小規(guī)模PIC 已經(jīng)成熟并取得廣泛商用，常見的產(chǎn)品主要有無源PIC，如光分路器、AWG、光開關(guān)陣列、VOA 陣列等以及有源PIC， 如激光器與電吸收調(diào)制器集成產(chǎn)品（EML）、激光器與馬赫—曾德爾調(diào)制器集成產(chǎn)品、激光器陣列和探測器陣列等，F(xiàn)inisar、JDSU、NeoPhotonics 等業(yè)界主流的光器件廠商均有成熟產(chǎn)品。Infinera 是大規(guī)模PIC 技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的引領(lǐng)者，其第三代產(chǎn)品已達(dá)到500 Gbit/s 的速率， 可實(shí)現(xiàn)超過600 個(gè)元器件的單片集成，下一代產(chǎn)品將瞄準(zhǔn)1 Tbit/s。

1.3光子集成的制備工藝

在制作工藝方面， 鈮酸鋰和玻璃波導(dǎo)主要基于擴(kuò)散、離子交換或質(zhì)子交換工藝。硅材料和Ⅲ-V 族化合物半導(dǎo)體主要基于半導(dǎo)體制造工藝。硅材料的制備技術(shù)主要包括：熱氧化和等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）工藝。Ⅲ-V 族化合物半導(dǎo)體材料制備技術(shù)主要包括： 傳統(tǒng)的氣相外延（VPE）、液相外延（LPE）、分子束外延（MBE）和金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）工藝，其中，MOCVD 由于生產(chǎn)設(shè)備相對簡單、造價(jià)低、可按任意比例控制合成材料、適合規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)勢，得到學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)界的廣泛認(rèn)同。

二、硅基光子集成

硅基光子集成按材料和制造工藝可分為單片集成和混合集成兩類. 單片集成是目前比較常見的一類硅基光子集成, 指在同一硅晶圓上利用半導(dǎo)體制造工藝技術(shù), 使多個(gè)相同或不同功能的硅基光子器件在整體上構(gòu)成陣列化、模塊化的單個(gè)芯片, 以此實(shí)現(xiàn)基于硅光子單元的一種或多種光學(xué)信息處理功能, 即同一芯片上光子器件的平面集成.混合集成主要所要實(shí)現(xiàn)的功能目標(biāo)與單片硅基光子集成基本相似, 但所用材料通常為多個(gè)孤立的半導(dǎo)體襯底, 且往往包含不同體系的材料, 如III-V族半導(dǎo)體材料、鐵電體材料、有機(jī)聚合物、液晶等,將這些具有不同功能不同材料的芯片用焊接或鍵合技術(shù)在物理上組成一個(gè)整體而實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的功能。

2.1單片集成

單片集成里通常會(huì)用到硅上鍺材料，例如鍺—硅調(diào)制器和鍺光探測器。同時(shí)鍺基晶體管對于今后的硅基光電集成也是十分有益的。此外也有人提出利用硅基上鍺應(yīng)變來改變鍺的帶隙結(jié)構(gòu), 使其成為直接帶隙材料而能夠發(fā)光]�？梢姴徽撌窃诂F(xiàn)在的探測器, 還是今后的硅基光電集成或IV 族材料發(fā)光上, 硅上長鍺是其重要基礎(chǔ)工藝，由于兩者之間存在4%的晶格失配， 鍺生長過程中會(huì)在晶格內(nèi)生缺陷而形成非輻射復(fù)合中心， 進(jìn)而降低器件性能。 于是有人用低溫下兩步生長鍺的方法來生長鍺， 其中低溫鍺作為緩沖層以減少缺陷。在2013 年GFP 會(huì)議上，有很多研究機(jī)構(gòu)報(bào)道了其利用相關(guān)的硅基上鍺外延工藝制作了硅上鍺器件, 如NTT 公司 生長鍺探測器的方法是先用超高真空氣相沉積, 然后900°C 下退火而成, 其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2 所示。

2.2混合集成

 隨著硅基光子集成的逐步發(fā)展以及人們對硅基光子集成的需求不斷提升， 單純的單片硅基光子集成已經(jīng)不能夠滿足人們的需求。 混合集成是將具有不同功能、不同材料的芯片，如Ⅲ-V 族激光器、調(diào)制器、探測器，通過焊接或鍵合技術(shù)在物理上與硅材料組成一個(gè)整體�；旌瞎杌�光子集成以其實(shí)現(xiàn)途徑簡便靈活及器件間的制作相互獨(dú)立的優(yōu)點(diǎn)而在硅基光子集成中占據(jù)一席之地。 同時(shí)它也極大地拓寬了硅基光子集成的發(fā)展空間， 使硅基光子集成系統(tǒng)在技術(shù)進(jìn)步方面獲得了新動(dòng)力。 特別是在硅基發(fā)射模塊中， 由于間接帶隙的硅難以發(fā)光， 因此在發(fā)光模塊中通常會(huì)與III-V 族或其他材料混合集成。