ㄧ、整體產業概況
矽光子(Silicon Photonics)為一項結合光學與半導體技術的前瞻性領域。近年來，隨著具備與互補式金屬氧化物半導體(CMOS)製程整合能力之矽光子技術，在資料中心等高效能應用場域中的需求顯著提升，進一步推升矽光子產業的整體發展。此外，在低功耗與成本效益的驅動下，針對資料傳輸頻寬與速度提升的市場需求日益強勁，亦進一步推動此技術的應用擴展。

有鑑於此，政府部門將矽光子視為具備發展潛力的關鍵技術，並積極投入資源，支持先進產品之研發。配合第五代行動通訊(5G)技術的持續推動，以及矽光子於短距離通訊與其他應用領域的拓展，顯示出其潛在的市場機會。

然而，如何有效將雷射光源整合至晶片、改善矽材料的發光效率，以及因元件微型化所帶來的散熱挑戰，仍為產業發展過程中亟待解決的核心技術課題。

二、關鍵技術
傳統半導體技術以電子作為訊號傳遞媒介，而矽光子(Silicon Photonics)則利用矽材料導引光子訊號，應用於光子積體電路(Photonic Integrated Circuits, PICs)中進行光的傳輸與操控。其實現方式主要是透過光刻(lithography)技術，在矽基材上進行蝕刻，以形成具備光訊號導引功能的波導結構(waveguides)。此技術採用晶體半導體晶圓作為平台，將主動與被動光子元件與電子電路整合於單一晶片上，形構出積體光路(Photonic Integrated Circuits, PICs)。其具備高整合密度、低功耗、與 CMOS 製程相容等優勢，並可透過既有晶圓製造設施進行生產，進而有助於電子與光子元件整合、實現規模經濟等核心效益。

依據光波長範圍，矽光子技術可區分為三大應用類型：

(一) 400–1500 奈米波導：具備將傳統複雜光學設備微型化並降低成本的特性，主要應用於生物標記物檢測、血糖監測、DNA 分析等醫療檢測與生物感測器(biosensors)等領域。

(二) 1310–1550 奈米波導：此波段可提供高能源效率、低成本與高頻寬的光學連接，特別適用於高速通訊、雲端運算與 5G 網路等應用情境。

(三) 900–7000 奈米波導：涵蓋中紅外光譜範圍，具備商業化潛力，廣泛應用於自駕車距離測量之光達(Light Detection and Ranging, LiDAR)技術，以及各類氣體檢測與感測系統。

三、零組件分類
矽光子零組件大致可區分為六大類別：雷射(Lasers)、調變器(Modulators)、光電偵測器(Photodetectors)、光波導(Optical Waveguides)、光互連(Optical Interconnects)及其他組件。

(一) 雷射(Lasers)
雷射的主要功能為產生與傳輸光訊號，並於傳輸過程中維持低損耗與高速率。由於特定材料具備較高的發光效率與優異的系統整合能力，目前主流雷射技術主要包括兩類：一為矽鍺(Ge-on-Si)雷射，另一為三五族矽基(III-V-based silicon)雷射，如砷化鎵(GaAs)與磷化銦(InP)雷射。

代表性案例：高塔半導體(Tower Semiconductor Ltd.)與 Quintessent 合作，宣布將砷化鎵量子點雷射整合至其晶圓等級矽光子平台(PH18DB)，應用於資料中心與電信網路所需之光收發器模組。

(二) 調變器(Modulators)
調變器主要功能為接收電子訊號，並透過調控光的強度、相位等特性，將電子訊號中的資料編碼至光子訊號中，實現電光轉換，使資料得以透過光訊號形式進行高容量、長距離的傳輸。依調控機制區分，調變器可分為吸收式與折射式兩類。

代表性案例：光波邏輯(Lightwave Logic)與鑫精源半導體(AMF)合作開發聚合物槽型調變器(polymer slot modulators)，預計作為可插拔式光收發器內部的光發射引擎組件之一。

(三) 光電偵測器(photodetectors)
光電偵測器為將光子轉換為電流或電壓的感測元件。其中，鍺(Ge)材料因對近紅外線(Near Infrared, NIR)波段具有高吸收特性，在光纖通訊、醫療檢測及夜視應用等領域展現高度商業價值。此外，以矽為基材的光電偵測器亦可提供高增益與寬頻響應，實現高速且低功耗的訊號偵測能力。該類元件廣泛應用於電信、資料中心與感測器系統之中，常見類型包括 PIN 光電偵測器與矽鍺(SiGe)雷射光電偵測器。

(四) 光波導 (Optical Waveguides)
光波導為光子積體電路的核心基礎元件，其主要功能為提供光子訊號於晶片上傳輸的路徑，涵蓋直線與彎曲軌跡，並有效引導訊號流動。此類元件具備微型化與高整合度，能緊密配置於晶片內部，於各光學元件間發揮類似光纖之作用，使整體系統得以在低損耗、低能耗條件下穩定運作。

代表性案例：高塔半導體(Tower Semiconductor)與矽光子光學陀螺儀開發商 Anello Photonics 建立策略合作關係，共同開發具低損耗特性的矽光學波導技術，以支援高精度導引與感測應用。

(五) 光互連(Optical Interconnects)
光互連係指以光子訊號取代電子訊號進行晶片內部或系統間傳輸的通訊架構，為光子積體電路中關鍵的系統層級解決方案。相較傳統電氣傳輸受限於傳導材質與電磁干擾，光互連可實現近乎光速的高速傳輸、免受電磁波干擾，並支援長距離、低損耗的資料傳遞。

代表性案例：由美國加州大學聖塔芭芭拉分校(UCSB)John Bowers 教授領導之光子研究團隊所衍生的新創企業 Quintessent，於 2024 年獲得 1,150 萬美元種子輪投資，專注推動光互連技術的商業化與產業佈局。

(六) 其他組件
除主要元件外，矽光子系統亦仰賴若干輔助性關鍵組件以支撐整體效能與系統穩定性，包括：光耦合器(Couplers)：負責光子訊號之分流與聚合，為矽光子晶片與外部光學系統連接的關鍵介面元件；光放大器(Amplifiers)：直接提升光訊號強度，補償因系統耗損或元件瑕疵所導致的衰減，確保訊號完整性；光濾波器(Filters)：進行光波長的篩選與分流，常見於波長分割多工(Wavelength Division Multiplexing, WDM)系統中，亦包含更高階的密集波長分割多工(Dense WDM, DWDM)應用，可支援更大容量的光訊號處理與精密感測功能。前述組件對矽光子系統之整體效能與擴展能力具有決定性影響，為實現高速、低功耗與高整合通訊架構不可或缺的技術環節。

四、產品類型
矽光子市場依據產品類型可區分為五大類別：收發器(Transceivers)、可變光衰減器(Variable Optical Attenuators)、光交換器(Switches)、光纖(Optical Fiber)與感測器(Sensors)。

(一) 收發器(transceivers)
收發器為矽光子系統中負責發射與接收光子訊號的關鍵元件，亦為目前產品市占率最高的類型。其支援半雙工(Half-Duplex)與全雙工(Full-Duplex)通訊模式轉換，具備優異的訊號完整性與低功耗特性，能實現高達 100 Gbps 的資料傳輸速度，並具備與 CMOS 製程兼容的成本效益。主要應用於光纖通訊系統，並已廣泛部署於資料中心與電信網路等對高傳輸效率有嚴苛需求的終端場域。代表性企業：英特爾(Intel)與思科(Cisco)為目前該領域的主要市場領導者。

(二) 可變光衰減器(Variable Optical Attenuators)
可變光衰減器主要透過PIN二極體結構控制光子訊號強度，以防止過強光源導致的訊號失真，確保系統穩定傳輸。此元件於光子通訊系統中擔任動態功率控制的核心角色。代表性企業：Mellanox 與 Coherent 為該領域的主要技術供應商。

(三) 光交換器(switches)
光交換器可實現光子訊號在光纖系統中之靈活路徑選擇與切換，是建構高效率網路架構不可或缺的組件。其廣泛應用於波長分割多工(Wavelength Division Multiplexing, WDM)系統、光傳輸網路保護與資料中心內部互連，支援多路光子訊號分配與路由。隨著資料密集型應用增加，其在高頻寬、低延遲、低功耗環境中的應用需求顯著提升。

(四) 光纖(Optical fiber)
光纖係由玻璃或塑膠材質製成，以光脈衝形式傳輸資料訊號，具有高速率、高頻寬、抗電磁干擾與長距離傳輸等多重技術優勢，相較傳統銅線更適合現代高速通訊系統使用。近年來中、日、韓等國已投入大量資源開發應用於寬頻與資料通訊之矽光子光纖技術，而亞太地區亦成為全球光纖消費增長速度最快的市場。

(五) 矽光子感測器
矽光子感測器係由矽晶片、光波導與光偵測器(Photodetectors)所構成，可用於偵測環境中溫度、壓力與特定化學物質所導致的光學性質變化。其具備高靈敏度、高精確度、體積小與抗電磁干擾等特性，可整合於多種便攜式或嵌入式裝置，廣泛應用於軍工航太、生醫檢測與智慧裝置中。代表性案例：加拿大 Axela Biosensors 開發之 dotLab MX 系統，將生物感測器晶片整合於拋棄式塑膠卡匣中，可進行蛋白質、DNA 與 RNA 等生物樣本之即時分析。

五、應用範疇
根據應用場域的不同，矽光子技術可分為以下五大應用範疇：

(一) 資料中心與高效能運算
由於 AI 與其他新興技術的發展涉及人工智慧運算、大數據分析擴展與雲端服務，使大型資料中心需在內部快速傳輸龐大資料量，進而推動高效能運算(HPC)呈現指數型成長趨勢，矽光子技術的發展可回應此一技術需求。

(二) 通訊電信
對高速資料傳輸、頻寬與長距離通訊的高度需求，提升了矽光子技術的市場關注度。全球 53.5 億網路用戶與 AI 技術的發展，為電信業帶來更多創新應用需求。矽光子技術已由傳統傳輸方式演進為支援長距離通訊的解決方案。受惠於 5G 網路與 OTT 平台的普及，亞太地區將成為矽光子在電信終端應用的主要市場。

(三) 國防與航太
各國政府持續增加對軍工與航太領域的預算投入，推動對矽光子技術的需求。例如，可應用於航空器機翼應變測量、車輛運作狀態監測以及多波長雷射的相關應用。

(四) 醫療與生命科學
矽光子技術因具備體積小、高靈敏度與低成本等優勢，已應用於晶片實驗室、生物感測器及可植入式裝置等醫療領域，進一步推動個人化醫療診斷與治療的發展。

(五) 其他
在光學測距方面，矽光子技術是自動駕駛車輛中光達(LiDAR)系統的關鍵技術之一。代表性案例如 Google，已將 3D 測繪光達整合於自駕車輛中。