OEIC与IC的重要区别在于，，OEIC除控制不同元件之间电子流动的功能外，还必须控制光子的流动。通常把使用半导体材料来控制光子流动的OEIC归入光子集成，把使用介质材料来控制光子流动的OEIC归入光学集成。OEIC的成功在很大程度上取决于所用材料和工艺，目前研究最多的材料是GaAs和InP。这些材料不仅具有良好的电光特性，既可用于制作光电器件，又可用于制作高速电子电路。此外，Si材料也是想望的材料，这种材料唯一的缺点是它不是理想的光电材料，很难用它制作光有源器件。目前，使用先进的工艺手段，如分子束外延(MBE)、金属有机化学气相淀积(MOCVD)和聚焦离子束微加工已能满足制作OEIC的要求。本文讨论涉及有关OEIC材料及工艺的若干问题，并讨论OEIC的潜在应用前景。
最有代表性的GaAs OEIC是光纤(FO)光发射机OEIC，这类光发射机是在GaAs衬底上集成光有源器件(如激光二极管或发光二极管)和用做激光二极管的驱动电路。在GaAs衬底上集成一只ALGaAs隐埋异质结激光二极管(BHLD)和两只金属-半导体场效应晶体管(MESFET)。两只MESFET的作用是控制通过激光器的电流，其中一只提供维持激光器在阀值以上工作的偏流，另一只提供激光器直接调制输出的调制电流。两个电流独立受控于MESFET的栅压。这种OEIC设计是非平面的，这种结构的OEIC限制通过光刻可得到的最小特征尺寸，使电子线路的速度首先。因此这种OEIC光发射机的频响限制在几个GHz以下。想要获得高速工作的OEIC光发射，应采用平面型结构，这时应该将生长激光器位置的沟道通过刻蚀工艺将其降至到衬底里面，使最终生长的激光器层的最上层高度大体与MESFET顶层高度一致。迄今为止，实现高速工作的GaAs OEIC的工艺已成熟，并能满足CD-ROM和第一代FO发射机的要求。
具有1.3μm和1.55μm波长范围输出和接收的激光二极管和光电二极管通常是由在InP衬底上生长的窄带隙思远化合物In-GaAsP和三元化合物InGaAs所构成。遗憾的是，由这些材料构成的MESFET因较低的肖特基势垒，造成高的栅泄漏电流。因此In-GaAs/InP的OEIC不宜使用MESFET。异质结双极晶体管(HBT)是InP OEIC最理想的电子元件。HBT与MESFET不同，它具有由一个叠层排列的发射极、基极和集成电极组成的垂直几何形状结构。鉴于InP OEIC光发射极构形和HBT结构的各层连接方式，由于跨接基极/发射极异质结产生一正向偏压，而集电极/发射极异质结经受一反向偏压。因此，当一小电流流经发射极/基极电路时，便在经基极的发射极/集电极电路中产生一相当大的电流。由于激光器与OEIC中的HBT的集电极相连接，因此通过调节HBT的发射极/基极电路的电流便可调节通过激光器的电流。
HBT不仅消除在InGaAsP/InP系统中因高栅泄漏电流的问题，而且它的垂直几何形状和高速性能很适合宽带FO通信器件的高密度集成。除HBT之外，其他类型的FET，如金属-绝缘体-半导体FET(MIS-FET)、高电子迁移率晶体管(HEMT)和调制掺杂FET(MODFET)对InP OEIC也是有价值的。
尽管隐埋异质结构和法布里一拍罗(F-P)腔条形激光器具有很好的性能特性,但是解理的或腐蚀的反射镜面不仅使制造工艺复杂化,而且高的阐值电流还可能引起热相关的问题。一种较好的解决办法是使用分布反馈(DFB)和分布Bragg反射器(DBR)激光二极管,这类LD具有低的闭值电流和量子阱增益结构。此外,对高密度OEIC来说,低电流的垂直腔表面发射LD(VCSEL)是最理想的选择,在光计机互连网络中有巨大的应用市场。nIpOEIC另一个领域是光接收机。这类接收机组合光电探测器和用做放大及信号处理的电子线路。适合OECI的光电探测器有
两种,一种是p一i一n光电二极管,另一种是金属一半导体一金属(MSM)光电二极管,都具有高速工作的能力。在nIP衬底上集成的p一i一n光电二极管(PD)和异质结双极晶体管(HBT)是一种垂直集成的OEIC光接收机。它的制作程序很明确,首先在nIP衬底上生长PD的半导体层,然后再生长HBT的半导体层。生长结束后,选择刻蚀出PD和HBT。最后,淀积接触金属层和用做隔离的聚酞亚胺膜。PD和HBT之间的电连接是通过分离的金属淀积实现的。OECI光接收机也可采用水平集成构形,为解决各集成元件厚度的差异可采用预先腐蚀出沟或阱,而后在沟或阱上生长PD的半导体层,或者使用离子注入或扩散技术,使较厚的器件层沉没到预先的生长层中。然而,最直接的解决办法是使用平面光电二极管。遗憾的是MSMPD不能工作于窄带隙的nIGaAs/nIP系统。
Si OECI一直是人们想望的OEIC,它的内容包括在Si衬底上制作出诸如Si的光波导、调制器、光开关、光发射器和光探测器,并构成具有功能作用的OEIC。1.3、1.6拜m波段的SIOEIC最引人注目。一旦这个设想获得成功,不仅可以解决大规模IC和OEIC之间存在的工艺兼容性问题,而且还解决它们之间的互连性,这对未来的高速信息处理、光计算和FO通信无疑有着极大的吸引力。但是要实现全Si的OECI,并非是件容易的事,问题的关键在于Si不是理想的光电材料,它不能呈现出线性的电光效应,很难用它制作出光的有源器件。
众所周知,Si是一种间接带隙材料,它阻止导带的电子与价带的空穴有效辐射复合,室温下电学注入1醉、105个载流子只能产生一个光子,即使在77K下也只能提高4倍的效率。已进行的研究表明,要克服低效率的限制,可以通过K守恒选择法则,强制性地给出带一带间的转换,这就是首先必须确定出Si中引入的杂质中心,以产生有效的亚带隙光发射。较有成效的研究是在Si中引入激活的光学转换杂质,且这种光学转换杂质的浓度必须相当的高。其中一种方法是使用等价的m族杂质来形成辐射的络合物,这种方法为红外波长Si发射器件开辟了一条道路。今后的工作是要提高其发光效率和辐射工作的温度。
