利用光互連可以有效地實(shí)現(xiàn)寬帶、高速和低功耗的數(shù)據(jù)通信，所以硅光電子集成電路與 CMOS 器件的集成具有較大的市場需求。可在硅片上集成的光學(xué)元件包括光波導(dǎo)、光探測(cè)器、發(fā)光二極管 （LED）、Mach-Zehnder 調(diào)制器 （ MZM）和激光器（Laser） 等。光學(xué)收/發(fā)IC包括光源、調(diào)制器（含控制回路）、光探測(cè)器和收/發(fā)電路。硅光電子集成電路的制造必須基于高技術(shù)水平的 CMOS 工藝，具有深亞微米特征與精度，并能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。各種光學(xué)元件對(duì)工藝的不同技術(shù)要求簡述如下。

（1）波導(dǎo)管（ Wave-Guides）：光信號(hào)要在低損耗的波導(dǎo)管中傳導(dǎo)。光信號(hào)的分路和路由必須經(jīng)過波導(dǎo)帶通濾波器，光信號(hào)傳輸?shù)焦饫w也要經(jīng)過光與芯片之間的耦合作用來實(shí)現(xiàn)，特別是亞微米硅波導(dǎo)管對(duì)光信號(hào)偏振 （Polarization）有極靈敏的影響，因此要求硅波導(dǎo)管必須具有精準(zhǔn)的 CD、層厚度和光學(xué)質(zhì)量（如光信號(hào)不被過多地吸收，避免粗糙表面上的散射等）。由于受工藝的影響，必須對(duì)工作波長進(jìn)行調(diào)節(jié)或用電路進(jìn)行主動(dòng)補(bǔ)償，所以需要將硅光子集成電路與CMOS電路集成在單個(gè)芯片上（或進(jìn)行混合 3D 集成），從而形成高性能的硅光電子集成電路。

（2）光探測(cè)器、調(diào)制器和激光器 （Photo-Detectors， Signal Modulators andLaser）：可以通過光電二極管將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。利用嵌入式二極管（在Si襯底上選擇性外延生長 Ge）或電容器可以修正硅波導(dǎo)中的載流子密度，從而產(chǎn)生相位或振幅調(diào)制，使電信號(hào)耦合到光載波中。激光器光源可以用III-V族工藝集成在單片IC上，進(jìn)而外貼（Bonding）或片外耦合在CMOS 集成電路芯片上。目前，寬帶隙的氮化鎵（GaN））已被廣泛應(yīng)用于制作藍(lán)光 LED。

如圖 6-12 所示，將硅光子器件集成在標(biāo)準(zhǔn)的 CMOS/SOI 上，只需要增加兩道工序模塊：溝糟刻蝕模塊，以形成光學(xué)器件（如波導(dǎo)、耦合器等）；選擇性 Ge 外延生長，以在硅片上集成光電探測(cè)器。在這個(gè)硅光 子/CMOS 工藝平合上可以形成各種硅光電子結(jié)構(gòu)模塊，如波導(dǎo)管、光學(xué)I/0、相位/振幅調(diào)制器和光探測(cè)器。光學(xué)I/0（如光柵耦合器）在標(biāo)準(zhǔn)單模光纖中應(yīng)具有非常小的耦合損耗。

光電子器件也可集成在已有異質(zhì)集成的 CMOS/SOI工藝平合上，如將Ge/SiGe/III-V族化合物集成在 CMOS SOI 單晶片上，如因 6-13 所示。具有應(yīng)變結(jié)構(gòu)的 SiGe 可以增強(qiáng)等離子體的色散效應(yīng)，降低空穴的等效質(zhì)量，因此可以提高光調(diào)制器的效率。鍺基的光子器件 （納米線波導(dǎo)）已展示出在中紅外線上的應(yīng)用。另外，在高質(zhì)量的光子絕緣層上，III-V（III-V-OI） 晶片上可以直接用圓片接合技術(shù)形成光電子器件，如 InGaAsP 納米線（包括光學(xué)開關(guān)和光探測(cè)器），目前在硅片上外延生長III-V族化合物的工藝已展現(xiàn)出III-V-OI圓片的可制造性。