突破传统：九峰山实验室成功实现硅基芯片内激光光源

湖北九峰山实验室实现硅基芯片内激光光源的成功点亮

日前，湖北九峰山实验室成功在硅基芯片内部集成了激光光源，这是该技术在国内的首次成功应用。这一成就标志着实验室在硅光子集成领域又取得了重大进展。

此次突破采用了九峰山实验室自主研发的异质集成技术，经过复杂的工艺流程，成功在8寸SOI晶圆中集成了磷化铟激光器。该技术被业内称为“芯片出光”，通过使用传输性能更优的光信号来替代电信号，有望解决当前芯片间电信号传输已接近物理极限的问题。这一创新对数据中心、算力中心、CPU/GPU芯片及AI芯片等领域的推动作用将是深远的。

01 十年追梦：激光光源的实现

基于硅基光电子集成的片上光互连，被认为是在后摩尔时代突破集成电路技术发展所面临的功耗、带宽和延时等瓶颈的理想方案。然而，当前业界在开发硅光全集成平台时，面临的最大挑战之一便是高效能发光的硅基光源的集成。此项技术仍然是我国光电子领域的一个重要空白。

九峰山实验室的硅光工艺团队与合作伙伴紧密合作，成功实现了在8寸硅光晶圆上异质键合III-V族激光器材料的外延晶粒，随后进行了与CMOS兼容的片上器件制备工艺。这一过程解决了III-V材料的结构设计、生长及其与晶圆的键合良率低等一系列难题。经过近十年的努力，实验室终于实现了“芯片出光”。

九峰山实验室8寸硅基片上光源芯片晶圆

九峰山实验室8寸硅基片上光源芯片晶圆

与传统的外置光源和微组装光源相比，九峰山实验室的片上光源技术有效克服了传统硅光芯片在耦合效率、对准精度和调节时间等方面的不足，同时突破了高成本、大尺寸和难以大规模集成的生产瓶颈。

02 芯片光互联：迈向高速数据传输

随着人工智能大模型、自动驾驶、远程医疗和低延迟远程通讯等技术的发展，未来对算力的需求持续增加。由于在单个芯片上增加晶体管密度的难度加大，业界正在探索将多个芯粒封装在同一基板上，以提升晶体管的数量。在单个封装中，芯粒数量的增加将促进它们之间的互连，进而延长数据传输距离，这使得传统电互连技术亟需升级。

相较于电信号，光信号在速度、损耗和延迟等方面具有明显优势，因此芯片间的光互联技术被视为推动下一代信息技术革命的关键所在。随着人们对信息传输和处理需求的不断提高，传统微电子技术在功耗、发热和串扰等方面面临越来越多的挑战。而通过光电异质集成技术，可以实现芯片间及芯片内的光互连，结合CMOS技术的超大规模逻辑和光子技术的超高速率与超低功耗，极大地提高了集成度并降低了成本。

芯片间光互联示意图

光电异质集成技术有望有效解决微电子芯片当前的技术瓶颈，也是信息产业实现超越摩尔技术路线的重要方向。