利用光互連可以有效地實現寬帶、高速和低功耗的數據通信，所以硅光電子集成電路與 CMOS 器件的集成具有較大的市場需求。可在硅片上集成的光學元件包括光波導、光探測器、發光二極管 （LED）、Mach-Zehnder 調制器 （ MZM）和激光器（Laser） 等。光學收/發IC包括光源、調制器（含控制回路）、光探測器和收/發電路。硅光電子集成電路的制造必須基于高技術水平的 CMOS 工藝，具有深亞微米特征與精度，并能實現量產。各種光學元件對工藝的不同技術要求簡述如下。

（1）波導管（ Wave-Guides）：光信號要在低損耗的波導管中傳導。光信號的分路和路由必須經過波導帶通濾波器，光信號傳輸到光纖也要經過光與芯片之間的耦合作用來實現，特別是亞微米硅波導管對光信號偏振 （Polarization）有極靈敏的影響，因此要求硅波導管必須具有精準的 CD、層厚度和光學質量（如光信號不被過多地吸收，避免粗糙表面上的散射等）。由于受工藝的影響，必須對工作波長進行調節或用電路進行主動補償，所以需要將硅光子集成電路與CMOS電路集成在單個芯片上（或進行混合 3D 集成），從而形成高性能的硅光電子集成電路。

（2）光探測器、調制器和激光器 （Photo-Detectors， Signal Modulators andLaser）：可以通過光電二極管將光信號轉換成電信號。利用嵌入式二極管（在Si襯底上選擇性外延生長 Ge）或電容器可以修正硅波導中的載流子密度，從而產生相位或振幅調制，使電信號耦合到光載波中。激光器光源可以用III-V族工藝集成在單片IC上，進而外貼（Bonding）或片外耦合在CMOS 集成電路芯片上。目前，寬帶隙的氮化鎵（GaN））已被廣泛應用于制作藍光 LED。

如圖 6-12 所示，將硅光子器件集成在標準的 CMOS/SOI 上，只需要增加兩道工序模塊：溝糟刻蝕模塊，以形成光學器件（如波導、耦合器等）；選擇性 Ge 外延生長，以在硅片上集成光電探測器。在這個硅光 子/CMOS 工藝平合上可以形成各種硅光電子結構模塊，如波導管、光學I/0、相位/振幅調制器和光探測器。光學I/0（如光柵耦合器）在標準單模光纖中應具有非常小的耦合損耗。

光電子器件也可集成在已有異質集成的 CMOS/SOI工藝平合上，如將Ge/SiGe/III-V族化合物集成在 CMOS SOI 單晶片上，如因 6-13 所示。具有應變結構的 SiGe 可以增強等離子體的色散效應，降低空穴的等效質量，因此可以提高光調制器的效率。鍺基的光子器件 （納米線波導）已展示出在中紅外線上的應用。另外，在高質量的光子絕緣層上，III-V（III-V-OI） 晶片上可以直接用圓片接合技術形成光電子器件，如 InGaAsP 納米線（包括光學開關和光探測器），目前在硅片上外延生長III-V族化合物的工藝已展現出III-V-OI圓片的可制造性。