8/31/2025，光纖在線訊，2025年8月30日，中山大學(xué)王瑞軍副教授在“第六屆光電子集成芯片立強(qiáng)大會(huì)”的邀請(qǐng)報(bào)告中，報(bào)道了硅基光電子集成（硅光）技術(shù)重大進(jìn)展：經(jīng)廣州光電存算芯片融合創(chuàng)新中心（廣州芯創(chuàng)）與中山大學(xué)聯(lián)合攻關(guān)，國(guó)內(nèi)首次在300毫米（12英寸）直徑、220納米硅層厚度的標(biāo)準(zhǔn)硅光平臺(tái)上，成功實(shí)現(xiàn)磷化銦半導(dǎo)體激光器的異質(zhì)集成，同時(shí)也是迄今國(guó)際唯一報(bào)道的12英寸220納米標(biāo)準(zhǔn)硅光平臺(tái)的異質(zhì)集成半導(dǎo)體激光器。該成果突破了硅光芯片如何集成片上光源這一公認(rèn)的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，為我國(guó)面向人工智能算力中心提高算力、降低能耗等重大需求，研發(fā)下一代光互連、光計(jì)算等高端先進(jìn)硅光芯片掌握了核心技術(shù)。

        在人工智能爆發(fā)式增長(zhǎng)的背景下，算力基礎(chǔ)設(shè)施在互連、算力和存儲(chǔ)三大方面均面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，如何實(shí)現(xiàn)算力可持續(xù)增長(zhǎng)成為當(dāng)今最重要的科技前沿之一。光互連已經(jīng)在10米以上距離占據(jù)統(tǒng)治地位，正在向更短距離的板卡間、片間乃至片上互連滲透；光計(jì)算也展示了以高能效大幅度提高系統(tǒng)算力的潛力。因此，支撐光互連、光計(jì)算的硅基光電子集成芯片（簡(jiǎn)稱硅光芯片）具有極強(qiáng)的戰(zhàn)略意義和突出的產(chǎn)業(yè)價(jià)值，近年來得到高速發(fā)展。我國(guó)已有多條200-300毫米（8-12英寸）的硅光芯片產(chǎn)線投入運(yùn)行。

        然而硅材料不能高效發(fā)光，導(dǎo)致目前硅光芯片缺乏片上光源，而是依賴外接的磷化銦、砷化鎵半導(dǎo)體激光器光源，其尺寸、成本、能耗等方面的優(yōu)勢(shì)不能完全發(fā)揮。如何在量產(chǎn)級(jí)大尺寸硅光晶圓上實(shí)現(xiàn)磷化銦、砷化鎵等高效發(fā)光化合物半導(dǎo)體材料的異質(zhì)集成、并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)片上半導(dǎo)體激光器的異構(gòu)加工，是硅光技術(shù)向全功能單片集成發(fā)展的核心挑戰(zhàn)，成為國(guó)際光電子集成技術(shù)研發(fā)重要焦點(diǎn)。

        廣州芯創(chuàng)從2023年開始建設(shè)我國(guó)首個(gè)300毫米（12英寸）異質(zhì)異構(gòu)光電集成中試研發(fā)平臺(tái)，針對(duì)硅光技術(shù)前沿，重點(diǎn)布局支撐硅基磷化銦、砷化鎵、薄膜鈮酸鋰等材料的異質(zhì)異構(gòu)光電集成。在平臺(tái)建設(shè)同時(shí)，與中山大學(xué)光電材料與技術(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等伙伴密切合作，開展平臺(tái)賦能技術(shù)攻關(guān)。

        在硅基大晶圓上的磷化銦、砷化鎵材料異質(zhì)集成層面，研究人員提出了系列創(chuàng)新技術(shù)方案，解決了硅與這些化合物半導(dǎo)體材料間的熱膨脹系數(shù)、晶格常數(shù)、極性失配問題，實(shí)現(xiàn)了高結(jié)合強(qiáng)度的原子級(jí)平整異質(zhì)材料界面，于2024在國(guó)內(nèi)首次在300毫米（12英寸）硅光晶圓上成功實(shí)現(xiàn)磷化銦、砷化鎵材料的大規(guī)模異質(zhì)集成，良率達(dá) 90%，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)硅基磷化銦、砷化鎵半導(dǎo)體激光器的異構(gòu)集成打下了基礎(chǔ)。



        在硅基磷化銦材料異質(zhì)集成技術(shù)突破的基礎(chǔ)上，研究人員進(jìn)一步開展了硅基磷化銦激光器異構(gòu)集成技術(shù)攻關(guān)。在設(shè)計(jì)層面，提出了220納米標(biāo)準(zhǔn)硅光波導(dǎo)與磷化銦光波導(dǎo)之間的異構(gòu)耦合新方案，解決了二者之間光耦合效率問題。在加工工藝層面，創(chuàng)新磷化銦波導(dǎo)加工方案，實(shí)現(xiàn)了硅基磷化銦異質(zhì)異構(gòu)加工工藝整合，于2025年完成了載有多種構(gòu)型的硅基磷化銦激光器的第一輪、第二輪流片。首輪流片即成功測(cè)得硅基磷化銦激光器芯片室溫連續(xù)單模出光，在光纖通信損耗最低的1550納米(C)波段，硅波導(dǎo)出光功率達(dá)3毫瓦。第二輪流片進(jìn)一步提高了器件性能，1550納米波段硅波導(dǎo)出光功率提升至5毫瓦。

        研究人員通過硅基磷化銦半導(dǎo)體激光器設(shè)計(jì)、異質(zhì)材料集成和異構(gòu)器件加工完整鏈條研發(fā)，形成了硅基異質(zhì)異構(gòu)光電子集成設(shè)計(jì)和加工能力，初步實(shí)現(xiàn)了前后道設(shè)計(jì)整合和工藝流程整合，兩輪流片的批量測(cè)試數(shù)據(jù)驗(yàn)證了器件工作特性與設(shè)計(jì)變量之間的關(guān)系，取得了器件性能與結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)性統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，初步確定了最佳設(shè)計(jì)構(gòu)型，為廣州芯創(chuàng)平臺(tái)的賦能打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

        該項(xiàng)成果為我國(guó)研發(fā)下一代高端先進(jìn)硅基光芯片突破了國(guó)際公認(rèn)的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，是我國(guó)硅基光電子集成芯片領(lǐng)域重大技術(shù)突破，對(duì)提升我國(guó)光互連、光計(jì)算芯片的研發(fā)和制造能力具有重大意義。

廣州光電存算芯片融合創(chuàng)新中心簡(jiǎn)介
        廣州光電存算芯片融合創(chuàng)新中心（簡(jiǎn)稱“廣州芯創(chuàng)”）2022年12月成立于廣州市黃埔區(qū)。廣州芯創(chuàng)面向國(guó)家和產(chǎn)業(yè)發(fā)展急需，聚焦光電芯片融合技術(shù)研發(fā)，建設(shè)中試研發(fā)平臺(tái)，服務(wù)芯片產(chǎn)業(yè)。作為廣州市黃埔區(qū)重點(diǎn)建設(shè)的科技創(chuàng)新平臺(tái)，以產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新模式，提供開放式中試研發(fā)公共服務(wù)，架設(shè)科研成果產(chǎn)業(yè)化橋梁，提升粵港澳大灣區(qū)光電融合芯片科技創(chuàng)新能力，助力大灣區(qū)新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展。