2015年6月9日，中国科学院老科技工作者协会在半导体研究所举办了科技沙龙。半导体所退休研究员余金中就“硅基光子集成的研究现状和发展趋势”做了主旨报告。
报告提出，电子集成回路已经发展到近乎完美的程度，近年来硅基光子集成成为国内外的热点课题，并概括介绍了硅基光子集成的关键技术（外延生长、微纳加工、键合、封装）、关键器件（硅基激光器、探测器、光波导、调制器、光开关、耦合器）、同CMOS工艺的兼容性、平面和立体集成方案等的研究进展与发展趋势。
报告指出，作为光子集成的平台，Si在晶片尺寸、机械强度、成本价格、折射率差、微纳加工、同CMOS兼容等方面具有无可争辩的优势，特别是同CMOS工艺技术兼容这一要点为其胜出提供了别的材料无法比拟的优越性。因此至今普遍认为，Si是光子集成的最可选材料。然而至今没有硅激光器，它的光学非线性差、偏振敏感，这些大大限制了其集成的进展。尽管如此，近十年来硅基外延生长GeSi和Ge量子结构(包括量子岛和量子点)还是取得关键性进展，量子点尺寸已经在10nm范围内，密度高达1011cm-2。非平面衬底上，可以生长出尺寸小、分布均匀、密度高的量子点，这将为光发射提供能够在两个能级间发生激射的人造新材料。键合技术将晶格失配问题集中解决在键合的界面处，将是解决硅基激光器的有效方法。硅基光波导器件，包括光调制器和光开关阵列、AWG（陈列波导光栅）、硅基Ge探测器等都已经达到适用化的阶段。利用将InGaAsp 面发射激光器键合在已经作好波导结构的SOI晶片上，输出光直接耦合进光波导中，效率高、尺寸小，构成有影响的光源。利用MBE外延技术在SOI衬底上生长GeSi （QW）量子阱结构，在长波长范围实现探测。该结构是在SOI光波导间生长而成的，在制作探测器的同时，也实现了探测器同光波导的直接耦合。半导体研究所SOC课题组采用插指型电极成功地实现了70Gb/s的高速调制和百ps量级的高速光开关。这些结果说明，采用我们的设计和国内的CMOS工艺线，成功地制造出具有先进水平的硅基光波导器件，这证明了国内研究和加工技术的实力，也更加增添了我们的自信心和竞争力。
目前，工业界在光波导损耗、耦合器的耦合效率、调制器的调制速率等都已经达到实际应用的水平。整个产业的发展速度超出了想象，不少学者认可硅光子芯片是替代传统III-V平台的下一代方案。半导体光子集成研究中，现在到了对集成的衬底材料、微纳加工技术、工艺相容性、关键光子器件、二维和三维集成技术、功耗和性能等进行认真思考和正确选择的关键时刻，这将对今后五至十年的研究方向和工作重点产生重要的影响和推动。
报告认为，半导体光子集成的发展趋势是——传输波长的选择：光子集成则由光波导的波长来优选。因此光波导的材料、结构和特性将在光子集成中处于决定性的位置。显然，1.55和1.3微米波段具有许多优势。依据光学性能、价格成本、加工精度、工艺相容性、应用前景等因素进行综合考虑，Si和SOI更适合作为光子集成的衬底。——超高速率的要求：光子集成的速率必须超过电子集成的速率，这样才有意义。目前电子集成的速率为10-20Gb/s，并行运算的计算机整机的速率已达1015 b/s的高速率。因此对光子集成的需求是100Gb/s的超高速率。光互连的超高速率目标为：2015年和2022年总的I/O速率将分别达到82Tb/s和230 Tb/s。——低功耗的要求：信息网络中， 1015 b/s量级节点的年耗电量将超过1000亿度。为了在足够低的芯片能耗下实现高比特率，要求片外总能量~50–170fJ/b，器件能耗~10–30fJ//b，片上总能耗~10–30fJ/b，器件能量~2–6fJ/b。——集成成技术的途径：成熟的CMOS工艺提供了极好的技术基础，Si、SOI和SiGe等晶片同CMOS工艺兼容，因此应用CMOS工艺制造光子集成回路应该是最佳的选择和必由之路。
总之，硅既是微电子材料，也是光子材料。Si、SiGe、SOI和Si上键合III-V族化合物等是硅基光子学的好材料。硅基集成电路已经发展到近乎完美的程度，并为硅基光子器件的研究和发展提供了非常成熟的CMOS工艺，奠定了坚实的技术基础。CMOS和光通信为硅基光子集成的研究和发展奠定了坚实的技术基础。硅基光子集成必将具有非常美好的前景。
在随后的讨论中，与会专家与报告人进行了深入交流互动。气氛活跃，探讨深入。到会的院老科协领导对沙龙活动给予了高度评价，认为主旨报告非常精彩，内容清晰、逻辑严谨、表述生动。达到了余金中老师“门外汉听了能听懂，圈内专家听了感到有一定的专业内涵”的自定标准。并当即表示，邀请他到中科院的科普论坛讲课。
科技沙龙活动由中科院老科技工作者协会半导体学分会、民主同盟半导体所支部、半导体所离退休办公室共同承办。中科院老科协副理事长张志林、李致洁等领导到会。祝宁华副所长、夏建白院士以及一些该领域专家和企业界人士参加了沙龙。
半导体所离退休办公室
2015年6月11日