由于光纤通信技术的飞速发展和庞大的通信市场需求，把光学和电学功能集成在同一个衬底上的器件极受欢迎。随着Si和InP、GaAs Ⅲ-Ⅴ族材料技术和器件制作工艺技术的发展，使制作各种复杂功能的高性能半导光电子集成器件和组件成为可能，相继出现了发射模块、接收模块和收发模块等光电子集成电路（OEIC）。把光学部件、光电子元件和电子电路，如LED或半导体二极管激光器、光电二极管探测器、电子集成电路、光调制器、隔离器乃至波分复用滤波器等集成在同一个衬底上，可获得小型或微型化的高可靠性多功能组件，还可以实现低成本的大批量生产，这是发展OEIC技术的主要驱动力。2000年的OEIC全球市场为3.6亿美元，2001年为6.8美元，几乎翻了一番，预计到2005年将达到26亿美元。


市场竞争激烈


OEIC的发展已经历了20年，实现了较低性能的发光二极管（LED）光电子集成电路产品，而使用激光二极管（LD）的OEIC产品的批量生产量并不令人满意。

光通信近距离网络终端大量地涌向家庭和小型业务部门，为OEIC的发展提供了机遇。全世界主要研制发展和生产的公司、厂商和机构投建OEIC生产线，如Alcatel、Agere、Nortel、NEC、Agilent 和Tyco等。该市场主要集中于把光发射器件、探测器、电路和光波导集成在一个单独衬底上的两种高性能OEIC，即传输数据速率为155Mbps和更高速率的OEIC。

目前的OEIC制作有两种途径：混合式集成和单片式集成，前者把原来已做好的分立器件或相关部件组装在一个支撑衬底上，其衬底上通常都要装入光波导；后者是在一个单独的半导体衬底（如硅或GaAs等）上直接进行光学元件和电学元件的集成。单片式集成OEIC是实现高性能、高可靠性和低成本生产的最佳途径，在获得市场竞争优势方面十分有利。


功能日益增多的OEIC

目前销售和使用的大多数OEIC结构和功能都较简单。由于这种简单OEIC的用量大和产量高，因而市场都希望获得更加复杂的OEIC。其发展过程就是从简单到复杂和从少元件到更多元件的集成，如图1所示。

随着OEIC技术的发展和应用市场的需求，OEIC的集成早已不是像当初那样仅有探测器或发射有源器件、跨阻放大器和电子电路和简单模块，已成为集探测器、跨阻放大器、后放大器、解调器和电子电路在一起的高度集成组件，是一种在混合式集成OEIC中又并入了光集成电路（OIC）的组件，其中包括了多个无源光学元件和有源器件（如激光二极管或光电探测器），即部分是单片式集成，而整体上又是混合式集成。例如，这种OIC把波长稳定器加电光调制器和多波段激光二极管光发射阵列加合并器集成起来用于密集型波分复用（DWDM）。特别是在近十年来出现的一种更大型的OIC，是采用融熔光纤耦合把为数众多的无源和有源器件集成起来，例如无源光增强封闭块和有源光纤放大器封闭块，如图2所示。这种大型OIC的集成显然对工艺的要求十分严格，同时在可靠性和质量上要求有很高的保证，以便获得令人满意的成品率，进而实现批量生产。工艺成熟和严格的质量管理，是实现高密度封装和降低组件封装成本的关键。


巨大的应用市场潜力


由于未来10~15年间，中短距离的都市局域网络和连接网络的急速增加，大量需要这种小型廉价的OEIC。另外，军用和宇航这些特殊应用领域也非常适合于这种高密度、小型化和稳定可靠的OEIC，其市场前景极好。

迅速发展的中短距离局域网络

随着全球光纤通信远距离主干线的日趋完善，在未来10年间将主要转向中短距离的局域网络，特别是都市网络，据预测，未来十年间的全球网络的扩展将增加20~30倍，这需要建设大量的中心控制局，进出转换接点和用户设备。然而由于插入空间非常拥挤，增加空间又非常昂贵，面临着大量用户的巨大压力，只有大量扩容而又不增加开关、传输端头和其它设备，采用极少量而又快速工作的元器件才能实现，OEIC是合适的候选方案。

发射机、接收机和收发机的关键元器件是光发射和接收二极管。这种中短距离的局域网（LAN）和进出网络要求的器件都必须是低成本的，这样方能实现发射、接收、电子电路和其他无源元件集成的廉价发射机、接收机和收发机。对于私人网络，对性能的要求并不是十分严格，但对成本的要求都是非常严格的，设备制造厂商最好还是购买完整的发射、接收和收发机组件，以便降低成本。

在下一个十年间，预计分立器件混合集成的OEIC仍将占很大的比例，在中短距离的通信中主要是OC-48和OC-192，而最高到1.244Gbps的OC-24在价格上仍难以与上述产品竞争。

通信应用是OEIC的主流市场

前些年，OEIC的主要应用市场是通信设备和通信用户连接。如前所述，下一个10年间，由于光纤通信网络的重点转向城域网，光纤网络与数千万个家庭，适中性能和价格的收、发和收发机用量无疑将大幅度上升。因而通信产业将转向短距离、中等数据速率和适度价格的线路，这种趋势将使通信设备应用的OEIC消费量在2000年间占全球的90%，即2.7亿美元。由于中短距离网络通信设备的需求量迅速增长，这个趋势将带动OEIC市场的总销售量快速增长。

当然，这种快速增长的市场发展使大幅度降低市场产品价格成为一种关键性的因素，这必须要有相当大的量的配合，而一些生产和开发商家正着眼于这一问题，建设模块组件自动化生产线。封装的OEIC出厂成本要包括所需各工序成本的25%~75%，通常性能要求越高，封装成本也越高，封装成本的绝大部分为人工劳动成本。因而实现自动化封装就可以大幅度降低劳动成本。自动化生产线每年可生产数十万块OEIC，价值500万~1500万美元，这取决于所生产的元件的复杂性和精度。由于自动化组装成本对于高数据速率（如2.5~10Gbps）的高阶OEIC和适当数据速率（155和622Mbps）的OEIC之间并没有太大的差别，因而这种自动化封装生产也适用于Gbps级的廉价OEIC。

军用和宇航青睐OEIC

军事和宇航应用属于特殊应用范围。其应用系统要受到体积、重量、可靠性的严格限制，通常要求要有经受得起强烈的冲击、振动、辐射和其它环境极端条件影响的能力。在这种情况下，只要性能好，就是价格高些也是可以接受的。OEIC是符合这一系列条件的合适候选者。因而，军事和宇航将是OEIC的重要用户。80年代中后期，各大开发商主要投资都对准发展高数据速率的OEIC发射机和接收机，提高其性能，特别是日本，主要集中于1.0~2.5Gbps的元器件上。最初的努力是想通过单片集成实现内部元件间更短的距离，从而获得明显优于普通混合式集成器件的性能。但是，从事分立集成的开发厂商却把OEIC的性能从2.5Gbps提高到10Gbps，并进而提高到40 Gbps。目前10Gbps的OEIC已进入商品市场，而40 Gbps的OEIC也已投入使用。

但是，155和622Mbps的收发机是集成的首选。预计，到2010年时，由于光纤网进入家庭、市场和其它领域的应用，全球这种收发机的销售量将达到4500万件。


结语


全世界OEIC的发展已经历了近二十个年头，已从当初结构简单的低性能向复杂集成的高性能发展，2.5~10Gbps的OEIC已商品化，40 Gbps已投入使用。低中档的OEIC主要用于目前和未来的中距离都市网络通信，高档高性能的高价OEIC对军事和宇航等特殊应用领域极具吸引吸引力。预计到2005年时全球OEIC的应用销售市场将达到26亿美元，市场将保持强劲的增长势头。