(1) Tích hợp quang điện nguyên khối
Trong những năm gần đây, các thiết bị quang tử dựa trên silicon đã phát triển nhanh chóng, chẳng hạn như công tắc quang, bộ điều biến, bộ lọc vòng vi mô, v.v. Công nghệ thiết kế và sản xuất các thiết bị đơn vị dựa trên công nghệ silicon đã tương đối hoàn thiện. Bằng cách thiết kế hợp lý và tích hợp hữu cơ các thiết bị quang tử này với các quy trình CMOS truyền thống, các thiết bị quang tử silicon có thể được chế tạo trên nền tảng quy trình CMOS truyền thống cùng một lúc, do đó hình thành nên một hệ thống quang điện tử tích hợp nguyên khối với một số chức năng nhất định. Tuy nhiên, công nghệ tích hợp quang điện tử hiện tại vẫn cần giải quyết công nghệ khắc dưới micron, khả năng tương thích quy trình giữa các thiết bị quang tử và thiết bị điện tử, cách ly nhiệt và điện, tích hợp các nguồn sáng, tổn thất truyền quang và hiệu suất ghép nối, và logic quang học một loạt các vấn đề như thiết bị. Chip tích hợp quang điện tử nguyên khối đầu tiên trên thế giới dựa trên quy trình sản xuất CMOS tiêu chuẩn, đánh dấu sự phát triển trong tương lai của chip tích hợp quang điện tử với kích thước nhỏ hơn, mức tiêu thụ điện năng và chi phí thấp hơn.
(2) Tích hợp quang điện tử lai
Tích hợp quang điện tử lai là giải pháp tích hợp quang điện tử được nghiên cứu nhiều nhất trong và ngoài nước. Đối với tích hợp hệ thống, đặc biệt là đối với laser lõi, InP và các vật liệu III-V khác là lựa chọn công nghệ tốt hơn, nhưng nhược điểm là chi phí cao, do đó phải kết hợp với nhiều công nghệ silicon để giảm chi phí trong khi vẫn đảm bảo hiệu suất. Về phương pháp thực hiện kỹ thuật cụ thể, hãy lấy một công ty ở Hoa Kỳ làm ví dụ, kết hợp các chip chủ động như laser, máy dò và xử lý CMOS dưới dạng các chipset chức năng khác nhau với silicon thông thường thông qua kết nối quang và kết nối điện trên bảng bộ điều hợp quang thụ động. Ưu điểm của việc này là mỗi chipset có thể được sản xuất độc lập, quy trình tương đối đơn giản và việc triển khai dễ dàng, nhưng mức độ tích hợp tương đối thấp. Các trường đại học và viện nghiên cứu tham gia nghiên cứu tích hợp quang điện tử đã đưa ra các giải pháp công nghệ tích hợp quang điện tử dựa trên các quy trình tích hợp ba chiều như kết nối TSV, tức là lớp tích hợp quang tử dựa trên SOI và lớp mạch CMOS thực hiện tích hợp cấp hệ thống thông qua công nghệ TSV. Về mặt thiết kế và cấu trúc, quy trình sản xuất, hai bên có tương thích với nhau không, đảm bảo tổn thất chèn thấp của kết nối điện, kết nối quang và ghép quang. Đây là chìa khóa để đạt được tích hợp quang điện tử lai và là hướng phát triển chính của tích hợp quang điện tử trong tương lai.
