隨著后摩爾時代的到來，信息通信技術的發展不再能僅僅依靠減小晶體管的尺寸來實現，因此，光電集成芯片開始受到越來越多的關注。通過在芯片上巧妙設計和集成半導體光電子器件和電子器件，光電集成回路(optoelectronic integrated circuits，OEICs)有望實現高速穩定的信號感知、處理和通信等功能，并兼具器件集成度高、單位器件制作成本低、能耗低等優點。

自1964年Stewart E. Miller首次提出集成光學的概念以來，伴隨著半導體工業的快速發展，集成光電子學經歷了半個多世紀的快速發展。目前，許多材料（例如，硅及其化合物、鍺、砷化鎵、磷化銦、鈮酸鋰）已被廣泛探索用于開發光電集成回路。與傳統集成電路（IC）不同，由于硅基材料能帶結構的局限性，在單一材料平臺上很難實現光的產生、傳導、調制、探測等多種功能。因此，異質半導體材料集成被認為是推動光電集成回路發展的有效方法。

二維半導體材料在推動異質集成光電子器件領域展現出巨大潛力。與體材料相比，二維材料具有電子態密度低、與平面器件加工兼容性好、對異質集成的材料晶格匹配要求不高等優點。自2004年石墨烯被首次發現以來，人們已經發現或合成了包括過渡金屬硫化合物、黑磷、Xenes等在內的數百種二維材料，材料展現出了半導體、半金屬和絕緣體等一系列有趣的光電特性。

直到2011年，工作帶寬為1 GHz的硅基波導集成的電光調制器被首次報道。其中，波導器件中的傳播光通過平面內倏逝場耦合與表面覆蓋的二維材料相互作用，能夠在不改變石墨烯的能帶結構的條件下，增強石墨烯對光的吸收，克服了二維材料的光與物質相互作用較弱的局限性。目前，各類二維材料異質集成的光電子波導器件已經被廣泛研究，如圖1所示。

圖1二維材料集成光電子芯片示意圖。通過結合二維材料與波導器件，有望實現激光器、電光調制器、光電探測器等光電器件的單片集成。

本文綜述了二維材料集成光電子的發展歷史、現狀和趨勢。首先，討論了光子響應覆蓋紅外波段的二維材料的光電特性，包括：石墨烯、黑磷、二碲化鉬、二硒化鉑、二硒化鈀等；其次，介紹了二維材料集成光電子的制作方法；然后，分析了波導集成的二維材料器件中光與物質的相互作用；接著，從片上集成的激光器、電光調制器、光電探測器三部分系統的進行綜述；最后對本文進行總結和展望。通過閱讀本文，讀者可以了解到二維材料集成光電子領域的基本知識、前沿技術和研究進展。

審核編輯：劉清