集成光电子学的现状与发展前景分析

集成光电子学的现状与分析

摘要

集成光电子学是当今光电子学领域的发展前沿之一，随着光电子器件的发展与广泛应用，光电子集成也随即发展起来。而光电子集成也是光子学发展的必由之路和高级阶段。本论文将主要介绍光电集成器件、光电集成材料以及光电集成技术的发展现状及其前景。

关键词：光电子器件、光电子集成（OEIC）技术、OEIC光发射机器件、OEIC光接收机器件、光中继器件、GaAs光电子集成技术、InP光电子集成技术、硅基光电子集成技术。

一、引言

集成光电子学是当今光电子学领域的发展前沿之一，它主要研究集成在一个平面上的光电子学器件和光电子系统的理论、技术与应用，是光子学发展的必由之路和高级阶段。集成光电子学以半导体激光器等光电子元件为核心集成起来，并以具有一定功能的体系为标志。目前，主要是研究和开发光通信、光传感、光学信息处理和光子计算机所需的多功能、稳定、可靠的光集成体系和光电子集成体系(OEIC: optical-electronic integrated circuit)；光学器件与电子器件集成在一起，则构成复合光电子集成体系。光电子集成（OEIC）技术和光子集成技术是光电子技术的基础，自从20世纪光电子集成的概念被提出以后，光电子集成技术的发展已经取得了一系列重大的突破。随着光电子集成器件的发展，其制造工艺不断向着简约化、标准化、系列化和自动化发展。集成光电子学的理论基础是光学和光电子学，涉及波动光学与信息光学、非线性光学和、半导体光电子学、晶体光学、薄膜光学、导波光学、耦合模与参量作用理论、薄膜光波导器件和体系等多方面的现代光学和光电子学内容；其工艺基础则主要是薄膜技术和微电子工艺技术。集成光电子学的应用领域非常广泛，除了光纤通信、光纤传感技术、光学信息处理、光计算机与光存储等之外，还在向其他领域，如材料科学研究、光学仪器、光谱研究等方面渗透。

二、典型的光电子器件简介[1]

1、有源器件

1)半导体发光二级管LED（lighting emitting diode）

早期的光纤通讯使用过LED作为光源。现在LED仍然广泛应用于许多领域，如大屏幕显示、交通指示灯等等。LED是基于半导体有源区材料自发辐射的光源，结构简单，制作方便，但是频谱很宽，且光束方向性差，功率小。

2)半导体激光器LD（laser diode）

发展到今天，半导体激光器已经成为光纤通信系统的必选光源。它具有很多优势：体积小，功率转换效率高，激光单色性好，调制速度高。半导体激光器波长目前已经覆盖了从360nm到几十um的范围。半导体激光器的基本结构如图1。

3)半导体光放大器SOA

SOA的结构几乎和LD相同，其本质区别在于SOA的两个端面都是完全抗反镀膜，即SOA 没有谐振腔。由于不存在光的端面反馈，所以光在器件中以行波方式通过。SOA可用于宽带放大，3dB带宽可达40—50nm。虽然掺饵光纤放大器的出现限制了SOA的应用，但是SOA 仍具有很强的优势：体积小，价格便宜，宽带放大，可用于制作光开关及列阵等。

4)半导体光调制器

半导体光调制器可分为强度调制器件和相位调制器件。由于目前光纤调制系统主要采用

强度检测方式，所以强度光调制器占有绝大多数的份额。半导体强度调制器主要有两种，利用量子限制的斯塔克的电吸收调制器件和Mach-Zehnder（M-Z）型光调制器件。

无外加偏压时，电吸收型调制器的吸收峰处于被调制光波长的短波长方向，光波吸收较少；外加反偏压时，电吸收型调制器的吸收峰向长波长方向移动，使被调制光的吸收增大。

M-Z型光调制器有两个波导臂，其中一个加有电极，当电极加上电压后，这个臂上波导的折射率会发生改变，通过该臂的光的相位会发生变化。M-Z型光调制器结构示意图如图2所示。

2、无源器件

1)半导体光耦合器

半导体光耦合器主要用于光功率分配，常用的耦合器有星型耦合器和基于多模干涉的耦合器，后者的耦合效率较高。

2)复用/解复用器件

基于半导体材料的复用/解复用器件主要有三种。一种是利用多层介质膜滤波器制作的复用/解复用器。第二种叫做曲面平面光栅，最后一种叫阵列波导光栅。

3)半导体光开关

在WDM光纤网络系统中光开关是非常关键的器件。目前有热光开关、M-Z型电光开关、基于SOA的光开关以及基于微光电机系统的光开关。

图1 半导体激光器的基本结构

图2 M-Z型光调制器结构示意图

三、光电子集成技术

目前集成光电子学的主要研究领域是是研究和开发光通信、光传感、光学信息处理和

光子计算机所需的多功能、稳定、可靠的光集成体系和光电子集成体系(OEIC: optical-electronic integrated circuit)。把激光器、调制器、探测器等有源器件集成在同一衬底上，并用光波导、隔离器、耦合器等无源器件连接起来构成的微型光学系统称为集成光路，以实现光学系统的薄膜化、微型化和集成化。如果同时与电子器件集成，则构成复合光电子集成体系。集成光电子学的理论基础是光学和光电子学，涉及波动光学与信息光学、非线性光学和、半导体光电子学、晶体光学、薄膜光学、导波光学、耦合模与参量作用理论、薄膜光波导器件和体系等多方面的现代光学和光电子学内容；其工艺基础则主要是薄膜技术和微电子工艺技术。集成光电子学的应用领域非常广泛，除了光纤通信、光纤传感技术、光学信息处理、光计算机与光存储等之外，还在向其他领域，如材料科学研究、光学仪器、光谱研究等方面渗透。

目前在光电子集成技术领域研究最多的是GaAs和InP光电子集成技术，另外，Si材料也是制作光电子集成器件的理想材料。对光电子集成器件的研究主要集中在OEIC光发射机器件、OEIC光接收机器件和光中继器件。随着光通信、光信息处理、光计算、光显示等学科的发展，人们对具有体积小、功耗低、工作速度高和高度平行性的光电子集成技术越来重视，同时，材料科学和先进制造技术的进展使它在单一结构或单片衬底上集成光学、光/电和电子元件成为可能，并构成单一功能或多功能的光电子集成电路。光电子集成电路由激光二极管(LD)、发光二极管(LED)、光电二极管(PD)、光调制器等光电子有源器件和光波导、耦合器、分离器、光栅等光无源器件以及诸如各种场效应晶体管、异质结双极晶体管(HBT)、高电子迁移率晶体管(HEMT)、驱动电路、开关、放大器、再生器和复用／解复用器等电子元件构成。

光电子集成[2]根据材料划分有GaAs光电子集成、InP光电子集成、Si光电子集成。光电子集成器件主要有OEIC光发射机器件、OEIC光接收机器件、光中继器件。OEIC的制作工艺现有的主要有分子束外延（MBE）、化学束外延（CBE）、金属有机化学汽相淀积（MOCVD）、金属有机汽相外延（MOVPE）等晶体生长技术以及一些亚微米级微加工技术。光电子器件和电子器件集成在同一衬底上通常采用两种方法。其一是分别设计二者的层结构，并用一步或重复生长的方法依次生长于衬底上，形成垂直结构。其优点是：电路简单，生产和制作工艺简单，通常将器件层堆积以提高集成度；其缺点是：设计灵活性差，不能实现高速工作，寄生电容大，不易获得好的绝缘性，平面性差，成品率底以及不适合大规模集成。其二是将两者水平排列在衬底上，形成二维水平结构。其优点是：寄生电容小，成品率高；其缺点是：加工复杂，由于光器件厚度相对电器件要厚，易形成台阶，产生细小图形较为困难。

1、不同材料的光电子集成技术

1)GaAs光电子集成

光纤光发射机OEIC是GaAs光电子集成中最代表性的器件，这类光发射机是在GaAs衬底上集成光有源器件和用作激光二极管的驱动电路。在GaAs衬底上集成一只AlGaAs异质结激光二极管（BHLD）和两只金属--半导体场效应晶体管（MESFET）。两只MESFET的作用是控制通过激光器的电流，其中一只提供维持激光器在阈值以上工作的偏流，另一只提供激光器直接调制输出的调制电流。两个电流独立受控于MESFET的栅压。

GaAs OEIc光接收机最近虽然少有提及，但就其性能而言，大大超过Si、SiGe基器件。GaAs基短波长OEIC光接收机一般采用MSM—PD与各种FET或HEMT互阻抗放大器结合的形式，这种设计可以利用MSM—PD的低本征电容和互阻抗放大器的宽动态范围特点。早在1988年，MSM／MESFET就获得了5GHz以上的带宽，1993年带宽达到11GHz。由于MODFET可对高速载流子进行有效调制并能减小寄生因素，1992年MSM—PD与MODFET结合接收机带宽超过8 GHz的带宽。1991年MSM／HEMT光接收机，也成功地实现8 GHz带宽、10 Gb/s的工作速率。

2)InP集成电路

具有和波长范围输出和接受的激光二极管和光电二极管通常是由在InP衬底上生长的窄带隙四元化合物InAlGaP和三元化合物InGaAs所构成。遗憾的是，由这些材料构成的MESFET因较低的肖特基势垒，造成高的栅泄漏电流。因此，InGaAsP/InP的OEIC不宜使用MESFET。异质结双极晶体管（HBT）是InP OEIC最理想的电子元件。HBT与MESFET不同，它具有一个叠层排列的发射极、基极和集电极组成的垂直几何形状结构。鉴于InP OEIC 光发射机和HBT结构的各层连接方式，由于跨接基极/发射极异质结产生一正向偏压，而集电极/发射极异质结经受一反向偏压。因此，当一小电流流经发射极/基极电路时，便在经基极的发射极/集电极电路中产生一个相当大的电流。HBT不仅消除在InGaAsP/InP系统中因高栅泄露电流的问题，而且它的垂直几何形状和高速性能很适合宽带FO通信器件的高密度集成。除HBT之外，其他类型的FET，如金属—绝缘体—半导体FET、高电子迁移率晶体管（HEMT）和调制掺杂FET对InP OEIC也是有价值的。

InP OEIC另一个领域是光接收机。OEIC接收机具有低寄生参数、低成本和高可靠性的优点。以前由于实现在同一芯片上同时制作高质量的光、电器件的复杂性掩盖了这些优点 , 但是最近优异的研究结果表明已经不是以前的状况了。目前人们选择O EIC的其它主要原因还在于接收机的数据传输速率和带宽大于或等于10GHz，O EIC 阵列。后者如果同作为输入的光纤阵列相结合的话 , 可以使得所有的光纤同所有的 OEIC光电探测器同时对准，这意味着同以前一个一个光纤对准的方法相比具有更有效率的组装方法 , 因而降低了封装成本。这类接收机组合光电探测器和用做放大及信号处理的电子线路。适合OECI的光电探测器有两种，一种是p一i一 n光电二极管，另一种是金属一半导体一金属(MSM)光电二极管，都具有高速工作的能力。在 In P衬底上集成的p一i一n光电二极管(PD)和异质结双极晶体管(HBT)是一种垂直集成的OEIC光接收机。它的制作程序很明确，首先在nI P 衬底上生长PD的半导体层，然后再生长HBT的半导体层。生长结束后，选择刻蚀出PD和HBT。最后，淀积接触金属层和用做隔离的聚酞亚胺膜。PD和HBT之间的电连接是通过分离的金属淀积实现的。

3)Si基光电子集成

在硅材料[3]上发展起来的集成电路对电子计算机等科技的发展起了关键的作用。利用适当的信号处理电路将激光二极管和光电探测器单片集成在GaAs基片上形成高级集成电路互联的集成光电子接自比混合或电子互联优越得多。除了结构紧凑、高可靠性外，集成光电子学提供了高速和低噪声特性，因为减少了与连接导线和焊接点相关的寄生电容和电感。但是硅集成电路受到尺寸的硅质材料中电子运动速度的限制，使它很难满足发展的要求。如果能在硅芯片上引入光电子集成技术[4]，用光波代替电子作为信息载体，可大大增强信息传输速度和处理能力。由于硅材料的发射率低，国外的研究人员提出和研究了多种硅基材料，如掺饵硅、多孔硅、纳米硅、硅基异质外延、超晶格和量子阱材料等，并取得了一些成果。例如Tsybeskov[5]等人和Hirschman[6]等人采用硅微电子工艺将双极晶体管和多孔硅发光管集成在一个硅片上。

目前，研制硅基[7]单片光电子集成回路（如图3所示）所采用的主要工艺是SOI工艺和CMOS工艺。其中，COMS工艺与超大规模集成电路相兼容，工艺成熟，适宜大规模生产，但是要实现高效的光电子器件比较困难；而SOI工艺比较容易实现高效的光电子器件，适宜用来提高单片光电子集成回路的性能，但是目前还不能实现大规模生产。目前，比较成熟的光电子器件大部分是用SOI工艺制作的。但是，将这些光电子器件集成起来还没有实现，主要是因为在这些光电器件的制作中用到的工艺不经相同。

图3 硅基单片光电子集成电路

硅基光电集成技术发展包括三个阶段[13]。早期是以重掺杂衬底上外延非掺杂高阻单晶硅层,并形成脊形光波导,但由于载流子的吸收作用，传输损耗在1~2dBPcm以上；第二阶段是移用超大规模集成电路的SOI技术，该方法大大降低了光波的传输损耗（最低达到011dB/Pcm），不过，其缺点是光波导仍然制作在硅单晶的材料上，光波导的上下限制层分别为空气和SiO2，它们的折射率与硅单晶折射率相差太大，迫使光波导数值孔径太高,由于SOI 材料制作工艺较成熟,目前继续采用。当前的第三阶段，Si1-x Ge x/Si发展迅速，可以研制性能更加符合传输损耗低，光波导截断面尺寸与光纤相连（脊高5~7um,脊宽7~10um）且光波导数值孔径很适合（约210）的集成光波导器件。由于，SiGe x/Si量子阱材料在电场作用下存在蓝移现象，从而获得较大的电光效应，在高速调制与光开关方面有良好的应用前景。

由于硅的发射率低，通过其他方法来突破硅材料的限制对硅基电子集成或硅基器件都有重要的意义。使用的方法[8]主要有使用多孔硅材料、硅纳米晶体、掺饵硅纳米晶材料等，以期获得实用高效的硅基光源。多孔硅是采用HF电解液，以硅单晶为阳极进行电化学腐蚀制备出来的、共有孔状结构的硅无序固体材料。多孔硅的发光机制是多年来一直研究的闷题，已有多个模型教提出解释多孔硅的发光现象[9]，目前已得到广泛认可的有量子限制模型(QC）以及结合量子限制模型的量子限制一发光中心模型(QCLC)[10]等。多孔硅是由许多纳米量级的硅晶粒组成的无序固体，量子限制模型认为纳米量级的晶体结构使电子和空穴被限制在一个很小的空间范围内，使得本来是间接带隙的硅晶体中电子与空穴直接复合的概率增加，从而提高了发光效率。硅纳米晶体是直径在几个纳米范围内的硅晶体颗粒，目前被广泛研究的是嵌埋于SiO2基体里面的硅纳米晶体。制备轨纳米晶体的主要方法有离子注入、溅射、等离子体激励式化学气相(PECVD)铂和脉冲激光烧蚀等，但这些方法制备出来的硅纳米晶体通常具有较宽的尺寸分布。不利于光学性质的研究和应用。尺寸可控的硅纳米晶体制备方法也被提出。例如分离硅烷，然后从气相获得硅原子。经重组后获得硅颗粒，或者在SiO2/SiO x中通过退火使极薄的SiO x层发生相分离而获得尺寸受到SiO x薄层厚度限制的硅纳米晶体颗粒，以上方法制备的硅纳米晶体其尺寸分布的半峰全宽(FWHM)均可以控制在1 nm左右。

硅基单片光电子集成回路的各部件中硅基光探测器与硅基光波导的制作技术相对比较成熟研究的主要困难在于实现高效的硅基光发射器，如何将硅基光探测器、硅基光波导、硅基光发射器有效的集成在一个个芯片上是硅基单片光电子集成回路的重点所在。

以上是光电子集成技术使用的3种类型的主要的发光材料。而且，Si、Ga、InP不经具有良好的观点特性，而且还可以制作电子电路，因而它们是很好的OEIC材料。关于OEIC 制作工艺，现有的分子束外延(MBE)、化学束外延(CBE)、金属有机化学汽相淀积(MOCVD)、金属有机汽相外延(MOVPE)等晶体生长技术和先进的亚微米级微加工技术已能满足一定要求。OEIC器件主要包括OEIC光发射机器件、OEIC光接收机器件和光中继器件。

OEIC光发射机器件[11]是由激光二极管（LD）、发光管（LED）及驱动电路构成，一般有三种集成类型：光源和驱动电路的集成；光源和探测器的集成；光源和驱动电路及探测器的集成。OEIC光发射机器件研究的重点是高速率LD和驱动电路的集成。光发射机器件对LD 的需求是：低阈值、大功率、窄线宽、模式稳定、高特征温度，并且便于集成。适合OEIC 光发射机器件的激光器有以下两种，隐埋异质结（BH）和法布里-珀罗（FP）腔条形激光器：其性能好，但阈值电流高可引起热相关问题，并且解理或腐蚀的反射镜面使制作工艺复杂化。

分布反馈（DFB）和分布布喇格反射器（DBR）激光器：有低阈值电流（Ith）和量子阱增益结构。驱动电路的作用是控制通过光源的电流和提供高速调制所需的电功率,有FET、HBT 二种。FET输入阻抗高、功耗低、结构简单，HBT有较高的增益特性和较快的响应速度。在InP长波长中，一般采用金属-绝缘体-半导体（MIS）FET和调制掺杂（MOD）FET。20世纪90年代以来，具有高互阻、高跨导、低噪声的HBT和HEMT逐步代替各种FET成为主流，使OEIC发射器件性能得到极大提高。特别是HBT消除了高栅泄漏电流，并且其垂直几何形状和高速性能非常适合高密度集成。自OEIC技术诞生以来，主要致力于光发射机器件和光接收机器件的研究，但OEIC光发射机比光接收机的进展缓慢。目前，GaAs基OEIC发射机已接近实用，InP基OEIC发射机正在研究中。波长的GaInAsP OEIC发射机3dB带宽已达，采用HEMT的OEIC光发射机调制速率达10Gb/s。

2、光电子集成器件

1)OEIC光发射机[12]

OEIC光发射机主要由LD、LED及其驱动电路组成。驱动电路通常是用各种FET和HBT 制作．其作用是控制通过光源的电流。LD一般要求低阈值，因而具有低阈值和量子增益结构的分布反馈(DFB)和分布布喇格反射器(DBR)以及量子阱LD是OEIC光发射机理想的光源，另外，低电流的垂直腔面发射激光器(VCSEL)对于高密度OEIC尤为重要。然而，OEIC光发射机进展缓慢，同OEIC光接收机的进步极不相称，为数不多的报道仅限于20世纪90年代初期，且光源多采用LD，衬底多采用GaAs和InP，虽然也有Si上集成GaAs/AlGaAs LD/MESFET 和采用LED作光源的OEIC光发射机的报道，但没有有价值的参数。

2)OEIC光接收机

OEIC光接收机器件[11]主要由探测器和电子放大电路（晶体管放大器）构成，将光信号经探测器转换成电信号并经放大器放大处理后输出。要获得高灵敏度、高量子效率的OEIC 光接收机,则要提高探测器和晶体管放大器的性能。对探测器的需求是：高速度、高灵敏度、高响应度、低噪声、小电容、易集成；对放大器的需求是：高跨导、高互阻、高电流增益截止频率和最大振荡频率。探测器：有雪崩光电二极管（APD）和PIN光电二极管（PD）两种。APD虽有倍增作用，但因频响限制，使用较少。使用最多的是低电容、低暗电流的PIN PD，但他和FET集成较为困难。为适应高速率、宽频带响应的需求，PIN有所改进。目前已制出具有高速能力的金属-半导体-金属（MSM）PD，其电容更低、工艺简单，但暗电流稍大（10nA 以上）。更有一种多模波导结构（WG）PD，不仅具有大带宽和高量子效率，而且易于和其他波导器件耦合及和光器件集成，因而倍受重视。晶体管：用作放大器的晶体管有FET、HBT、HEMT等。大多采用FET，但由于他本身的缺陷使接收机性能不高，和PIN PD集成较困难。采用改进频带型MODFET虽增加了带宽（最高达）和灵敏度（最高达）、减少了寄生，但仍难以满足大容量、高速化通信的需要。HBT具有高速、高电流驱动能力，更有高跨导和十分均匀的阈值，并可进行较高密度封装。OEIC光接收机的发展趋势是高数字速率和宽频带响应。

①短波长OEIC光接收机短波长OEIC光接收机是低带宽、短距离光通信如局域网、计算机互连以及家用光纤传输的首选接收机，具有成本低、可靠性高等优点。材料除了较为成熟的Si、GaAs外，正在积极开发SiGe这一新型材料，并已表明：它可制作更高速器件，而且同样可实现低成本、高可靠性。Si OEIC接收机的研制近年较为活跃，1998年贝尔实验室用 CMOS工艺，首次实现达1Gb/s工作速率。最高性能是1999年初德克萨斯大学实现的工作速率为1 Gb/s，灵敏度为一22. 8 dBm(622 Mb/s)、一15 dBm(900 Mb/s)、一9．3血dBm(1Gb/s)。1998年美国密执安大学首次用一步MBE制作成迄今唯一的SiGe OEIC PIN/HTB光接收机。HBT的f T^=23 GHz，f max=34 GHz，互阻增益为52．2dB·Ω，光接收机带宽460 MHz，输入噪声电流 pA·HB(1 GHz)，在0．5、1 Gb/s(850 nm波长)时灵敏度分别为一、一 dBm。

②长波长OEIC接收机各种场效应晶体管同PIN—PD、MSM—PD的结合代表了OEIC 接收机发展的一个重要阶段。早在1988年便制作出了13～1．55um InGaAs PIN/FET单片集成接收机，经改善，1992年速度达到了10 Gb/s。但由于FET本身的缺陷，以此作电子放大器的光接收机性能较差，最大带宽是MSM/MODFET的 GHz和PIN/MODFET的10GHz，10 Gb/s 速率时的最佳灵敏度是MSM/MOD—FET的 dBm和PIN/MODFET的。可见这类器件难以满足日益大容量、高速化的光通信需要。

③长波长PIN基OEIC光接收机 1991年德国Crawford Hill实验室制作了PIN/HBT OEIC接收机，首次实现5 Gb/s速率之后，1995年又相继率先实现12 Gb/s、15 Gb/s、20 Gb/s 速率。1997年日本NTT系统电子实验室首先使这类器件工作速率达到40 Gb/s，日本NTT 光电子实验室和德国Fraunhofer应用固体物理研究所早在1989年，采用接收机便实现了10 Gb/s速率和-24dBm灵敏度，1995年瑞士FederaI技术研究所又率先实现了18GHz带宽，同年，NTT光电子实验室首次引入多模WGPD，使边入射型OEIC接收机取得了重大突破。随后将这种WGPD同分布补偿性HEMT放大器结合，有实现了和52GHZ带宽。GaAs基PIN/HEMT 方面以德国Fraunhofer应用固体物理研究所的研究成果为代表，继1997年首次实现10Gb/s 速率之后，1998年又实现了带宽、40Gb/s速率，制成带宽58GHZ的毫米波OEIC光接收机。

④长波长MSM基OEIC光接收机长波长MSM基OEIC光接收机主要由MSM—PD同各类FETHEMT组成。1992年贝尔通信研究所首次报道GaAs基MSM/HEMT后，1996年德国Fraunhofer 应用固体物理研究所用 um栅长AI—GaAs/GaAs HEMT工艺制作了第一个10 Gb/s速率的OEIC 接收机，为改善PD响应度和频率特性，1997年该研究所通过引入吸收层和组分渐变的AlGaInAs四元缓冲层，并改进电路设计和减小叉指宽度、间距(分别从1 um、减至、1um)，率先实现20Gb/s速率、 GHz带宽。从事InP基MSM/HEMT光接收机研究的主要有柏林通信技术股份公司、H．赫兹研究所、伊利诺斯大学等，并于1998年H．赫兹研究所实现了MSM/HEMT 的最大带宽38 GHz。

⑤OEIC阵列接收机 OEIC阵列接收机在波分复用大容量光通信以及并行信号处理、光互连中得到广泛的应用，其发展几乎与单信道的OEIC接收机同步，但进展缓慢。

3、光中继器件

OEIC光中继器是将光发射器件、光接收器件和放大电路器件集成在一起，兼有光发射、接收和放大功能。其特点是不必将光信号检波后再放大，而是直接进行光放大。已获得在GaAs衬底上制作的PIN PD/FET/BH LD单片集成光中继器，其增益带宽乘积为178MHz。OEIC 光中继器的研究重点是的光-电-光PIN/FET-FET/LD单片集成。在Si-InP衬底上制作的PIN/FET/LD单片集成光中继器中，光接收和光放大功能由InGaAs PIN PD/FET完成，电光转换功能由FET/LD完成。目前正在研制多路OEIC光中继器，已获得28Gb/s速率和灵敏度。发展目标是将LD、PD、光开关、光复用器/解复用器及几种电子电路集成在一起，可实现OEIC 波分复用（WDM）光中继功能。

4、光电子集成技术的前景

由于OEIC的固有平行性、抗扰性和高速性等使其还有许多应用领域, 如平板显示和光存储。许多商用CD 唱机目前加进完全集成的光电读出头, 该光电读出头可以完成激光二极管、束分裂光栅、非涅尔聚焦光学、波导和光电二极管的组合功能。对OEIC来说, 最具爆炸性影响的应用将是光计算机, 下一代的光计算机将大量依赖光子开关、逻辑电路和大量平行光互连的二维和三维的集成。光电集成将继微电子技术之后再次推动人类科学技术的革命。目前光电集成的发展跟不上光电需求的发展，因此光电子器件及光电集成电路的材料研究已越来越受到重视。OEIC技术已开始进入电子工业各领域, 使电子工业出现一个大的技术革命，它的作用如同晶体管、IC 对电子工业的影响。下个世纪将是光电子技术主宰电子工业的时代, 包括通信、信息处理、显示、光计算将会出现一个崭新的面貌。

四、总结

集成光电子学集中并发展了光学和微电子学的固有技术优势，将传统的由分立器件构成的庞大的光电子系统变革为集成光电子系统。由光电子学材料、光电子器件以及光电子器件集成化这三部分内容构成的集成光电子学系统具有宽带、高速、高可靠、抗电磁干扰、体积小、重量轻等优点，可以被广泛用于光纤通信、信息处理、传感技术、自动控制、电子对抗、光子计算机等高技术领域。集成光电子学已成为现代光电子学的一个重要分支，各国从事光电子、光信息系统研究的专家、学者都意识到了集成光电子学系统的重要性。

目前，集成光电子学已初具规模，并在光通信及光信息处理方面显示出电子学无法比拟的优越性。不单是比分立光学元器件系统具有巨大优越性，作为一种信息的处理与传输系统，与微电子系统相比，集成光电子学系统也具有其固有的巨大优越性。其优点可以分为两个方面：其一是用集成光电回路代替集成电路；其二则是用光导纤维代替了电线或者同轴电缆。

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