Y9T33 再论“硅光集成”
硅光集成成为光模块近几年来的热门词汇。光模块的目的是光电信号的转换，而硅是一种材料，且并不是一个唯一可选的材料体系，那么为什么硅光会成为热门，就很有意思。
硅原本是做电路的好材料，（合集2022下第353-355页，第一个硅基集成电路。）这个技术在第一根光纤之前，在第一个激光器发明之前，就已经有了的技术。
后来，通信的发展1970s后转向光纤通信为主要技术路线，当时的光学波导材料集中在“玻璃”领域，部分研究的石英。
石英和玻璃都是二氧化硅，晶体分布的二氧化硅叫石英，“准”晶体分布的二氧化硅叫玻璃，“准”晶体分布，是宏观固态，但微观是液态的原子分布状态。
第一个集成光学，也是70年代末提出的，用PLC的玻璃波导制作集成光学，（2022合集上第436-438页）。但是玻璃做波导可以，各种无源光学可以制作，也能做一点低速的调制器。
早期光模块中的各种光学器件
激光器，单模通信波段用InP, 多模波段可选GaAs，在各自应用范围，几乎具有不可替代性。
探测器，主要是InGaAs/InP
外调制器，主要是铌酸锂材料。电吸收调制器可以选择InP。
无源波导，可以用玻璃、硅基氧化硅PLC、硅基氮氧化硅等材料。
从1990s，硅作为光学集成的一个初步概念开始了学术探讨，硅可以做波导，虽然没有玻璃那么透明，但至少能用。 硅上结合锗，可能用作探测器，硅用热光作用，也能调制，硅和锗结合，似乎也可以改变能带，希望能实现发光。
2005年左右，相干通信具备从科研转向产业化的条件，市场有需求，对于光学集成也有了需求和产业化基础。
硅基氧化硅，可以集成各种无源波导，用在相干模块接收端的混频器倒是一个不错的选择，2010年前后的混频器采用这种方案的就很多家。
但硅基氧化硅的PLC，很难集成有源器件。比如激光器、探测器和调制器
铌酸锂可以把相干通信的IQ调制器（包含4个MZ调制结构）做成一个单芯片，但是铌酸锂只适合调制器，不适合其他功能单元。
InP作为一个集成光学平台，性能是最佳的。既可以做激光器、又可以做探测器，且是可选技术路线中性能最好的。还可以勉强做波导，InP作为波导而言，损耗很大，不如硅基氧化硅PLC，但至少能做。InP做调制器，光学带宽不如铌酸锂，可但是InP是半导体调制器，体积很小，是铌酸锂的三分之一，做小之后的射频性能（电学性能）很好，能达到光信号与电信号的最佳适配，反而能适用于高速相干光模块。
InP，很好的激光器材料、探测器材料、比较好的探测器材料，以及凑合着可用的波导材料，总算能把集成平台搭建起来了。
InP的最大弱点是，它的晶圆是化合物晶圆，常用的是小片，2吋、3吋、4吋..，3吋晶圆上大约能做200个IQ调制器，单位成本很高。并且化合物半导体，制作的这些个器件的各自故障率还都挺高，计算了良率，多功能单元集成后，单位成本更高了。
所以，InP的现状是，虽然能集成IQ调制器、可调谐激光器、混频器和探测器，但是产业界并不选择全集成，而是选择一部分集成，比如混频器和探测器一起，还是分成两到三个功能芯片来做后期组装。
硅也是一个可选的集成平台
硅可以做波导，透明度不是太好，且温度吸收很大，凑合能用。导致各种损耗非常大。
硅可以结合锗可以做探测器，暗电流和响应度这些性能比不上InP材料，但也算凑合能用。
硅早期用热光原理做调制器，速率不高，后来用了等离子色散效应，也就是借助半导体材料掺杂后的载流子浓度间接产生调制效果，能实现相对高的调制速率，硅的调制器比InP和铌酸锂的尺寸都小一些，虽然硅的光学调制带宽是最差的，可由于能做小，射频带宽相对较好，综合起来看，硅高速调制器能满足目前主流应用的带宽需求。
硅做激光器，具有天然的劣势，需要借助InP基的增益材料来提供光源。借助的材料，可以是分立元件，也可以wafer键合在硅片上，也可以芯片贴装在硅片上，还可以选择性外延生长在硅片上。
硅光集成，在无源波导的性能上，不如氧化硅波导，氮化硅波导，氮氧化硅波导，在有源器件上，不如铌酸锂，不如InP，这是性能劣势。
硅光有俩好处，一个好处是晶圆很大，8吋、12吋的硅片在集成电路的工艺体系很成熟，在集成光学工艺路线上也在逐步成熟，具有未来降成本的潜力。另一个好处是，硅光可以结合其他材料。
硅做无源器件不好，波导损耗大、温漂系数大，那就借助其他材料，比如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅，可以做SSC光斑扩大，降低耦合损耗，可以制作MUX/DeMux，降低温漂系数。
硅做激光器，是劣势，但目前有技术条件可实现硅基三五族的异质集成。产业界也将光模块的激光器独立，比如CPO的ELSFP激光器光源单独成模块，光模块内不需要激光器，只保留调制器即可。这两个技术的实现，对于硅作为光模块的光学集成平台，是很有利的。
硅做调制器，现在也有了硅基薄膜铌酸锂做调制器等等。
有了这些条件，硅光集成在产业的权衡下，在特定领域特定需求时，成为性价比的最优选择。但在另一些领域，硅光就不是最佳选择，（合集2022下第472-477页，硅光并不适合PON的需求）
