隨著信息技術的廣泛應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絡、連接千家萬戶的光纖接入網，到大規(guī)模數據中心、計算機中央處理器（CPU），都面臨著日益增長的海量數據信息傳輸和處理的壓力，隨之也孕育著巨大的商機。在傳輸介質方面，由諾貝爾獎獲得者高錕博士發(fā)明的光纖具有優(yōu)異性能，能夠應付信息傳輸容量的挑戰(zhàn)。光纖傳輸的主要問題在完成電-光/光-電轉換，各種復用/解復用以及光交換等功能的光電子器件上。傳統(tǒng)的光電子技術由于材料多樣性和工藝復雜性，在集成化和批量化生產方面受限，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的發(fā)展。20世紀末至21世紀初發(fā)展起來的硅基光電子集成技術為光電子器件的發(fā)展帶來了曙光。

硅基光電子集成技術利用成熟的微電子互補金屬氧化物半導體（CMOS）工藝設備，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，可實現低成本、批量化生產。它是國際光通信領域一項新興的熱點技術，目前商用化產品已經問世。業(yè)內人事預計其市場年均復合增長率將超過30%，將是一項顛覆性的光電子集成技術。

當然，硅基光電子技術也面臨巨大挑戰(zhàn)。硅是間接帶隙材料，無法通過受激輻射產生激光或實現光放大，需要采用異質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，需要通過載流子色散等效應實現電光調制。CMOS工藝是面向微電子技術優(yōu)化的，經過數十年的發(fā)展，已逐步趨向成熟。與其相比，硅基光電子集成技術在標準化元器件庫、仿真建模、計算機輔助設計、工藝流程優(yōu)化、封裝技術等方面，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動電路直接與光電子器件集成在一起。

除了通信應用外，以光子和電子為信息載體的硅基光電子集成技術，還可以實現片上傳感、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業(yè)生產、航天航空、生物醫(yī)療、量子通信等領域獲得新應用。

硅基光電子集成技術與器件的發(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)的信息技術和產業(yè)會造成怎樣的影響？我們應該如何抓住機遇實現快速發(fā)展？這些不僅涉及技術問題，還和政策、策略等多方面因素有關。本期專題就硅基光電子集成技術的發(fā)展現狀和趨勢、關鍵器件和實現手段、工藝技術和設計方法，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)勢單位的專家學者，凝聚了他們多年的研究成果和工作經驗，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