專利地圖及專題文章：「矽光子晶片」專利地圖解析

2026 年 08 月 13 日

Rex Wang 2026-08-13

【2026最新】矽光子晶片專利地圖解析：全球技術趨勢、競賽者佈局與半導體智權卡位戰

一、「矽光子晶片」簡介

矽光子晶片係指以矽基材料作為主要平台，並利用與CMOS半導體製程相容之技術，將光波導、調變器、光偵測器、耦合器及相關電子電路整合於同一晶片或同一封裝平台上的光電整合元件。其核心概念是以「光」取代或輔助傳統電子訊號進行高速資料傳輸，藉由光波導在晶片內導引光訊號，再透過調變器將電訊號轉換為光訊號，或透過光偵測器將光訊號轉回電訊號。

相較於傳統銅線電互連，矽光子晶片具備高頻寬、低功耗、小型化及可大規模製造等優勢，因此被視為資料中心、高效能運算、人工智慧伺服器、光通訊模組及未來晶片間高速互連的重要技術方向。矽光子技術通常包含電子積體電路（EIC）與光子積體電路（PIC）之協同設計，其中EIC負責驅動、控制與訊號處理，PIC則負責光訊號產生、調變、傳輸、耦合及接收。隨著AI運算與資料中心頻寬需求快速提升，矽光子晶片可降低高速傳輸時的能耗與延遲，並有助於推動共封裝光學、晶片級光互連及異質整合封裝等新一代半導體應用。[註1]

圖1：矽光子晶片之基本架構示意圖[註2]

二、「矽光子晶片」的專利現況概述

近年矽光子晶片之專利活動呈現快速升溫趨勢，主要原因在於資料中心、高效能運算、人工智慧運算、雲端服務與高速光通訊等應用對頻寬密度、低延遲與低功耗傳輸之需求持續擴大。矽光子技術可將光波導、調變器、光偵測器、耦合器、光源介面與電子控制電路整合於晶片或封裝平台中，使其成為次世代光電整合與晶片間互連的重要技術基礎。外部專利市場資料亦顯示，矽光子與光子積體電路相關專利自2010年代中期以後呈現持續加速，專利布局涵蓋PIC/SiPh平台、主動元件、光耦合、光收發器、光I/O互連、封裝測試、光子運算及光子感測等多項技術分支，反映該領域已由單一光通訊元件發展為跨越半導體製程、封裝、系統架構與資料傳輸應用之完整技術生態系。[註3]

從專利現況觀察，矽光子晶片已逐漸形成由國際半導體大廠、晶圓代工廠、光通訊設備商、研究機構與新興運算公司共同投入的競爭格局。此類專利通常聚焦於三大方向：第一為核心光子元件，例如光波導、調變器、光偵測器、雷射光源耦合與濾波器；第二為半導體製程與異質整合，例如將EIC與PIC進行晶圓級或封裝級整合；第三為系統應用，例如資料中心光收發模組、晶片間光互連、共封裝光學及AI運算平台。由於矽光子可改善傳統銅線互連在高速傳輸下的功耗、散熱與頻寬限制，因此其專利布局不僅具有技術防禦意義，也反映企業對未來高頻寬運算架構與光電整合供應鏈主導權的爭奪。[註4]

圖2：矽光子晶片現況與應用趨勢示意圖[註5]

三、矽光子晶片專利申請數量與成長趨勢

由底下圖3及表可知，矽光子晶片相關專利數量於2015年至2026年間呈現明顯上升趨勢，顯示該技術領域之研發活動與專利布局持續升溫。2015年至2018年間，專利數量大致維持在25件至34件之間，屬於相對平穩之萌芽與累積階段；自2019年起，專利數量逐步增加，至2021年達78件，代表相關技術開始受到產業與研究機構更多關注。雖然2022年專利數量小幅回落至75件，但自2023年起成長幅度明顯擴大，2023年增至125件，2024年達160件，2025年更提升至242件，2026年則達254件，反映矽光子晶片在高速資料傳輸、資料中心、人工智慧運算及半導體異質整合等應用需求推動下，已成為各主要申請人積極布局之關鍵技術領域。整體而言，圖3顯示矽光子晶片專利活動已由早期探索逐漸進入快速擴張階段，未來相關核心元件、製程整合、封裝技術與系統應用之專利競爭預期將更加激烈。

圖3：矽光子晶片專利數量成長趨勢圖（2015–2026）

公開/公告年	專利數量	公開/公告年	專利數量
2026	254	2020	69
2025	242	2019	50
2024	160	2018	34
2023	125	2017	34
2022	75	2016	25
2021	78	2015	33

四、矽光子晶片專利主要申請人

由圖4可知，矽光子晶片相關專利之主要申請人分布仍呈現高度集中之態勢，其中以「台灣積體電路製造股份有限公司」之專利數量最高，達125件，明顯領先其他申請人，顯示其在矽光子晶片、半導體製程整合、封裝及系統應用等方面具有積極且完整的專利布局。第二位為「美商英特爾股份有限公司」，專利數量為47件，反映國際半導體大廠對矽光子與高速資料傳輸技術之重視；第三位為「中國科學院半導體研究所」，專利數量為29件，顯示研究機構在光電元件、光源整合及基礎矽光子技術上亦具有重要布局。

其後，「美商爾雅實驗室公司」與「美商萊特美特股份有限公司」各為20件，「大陸商上海曦智科技有限公司」為15件，「銓心半導體異質整合股份有限公司」為12件，「群創光電股份有限公司」及「美商元平台技術有限公司」各為11件，新增之「美商格芯集成電路科技有限公司」則為10件。整體而言，顯示目前矽光子晶片專利競爭由台積電等大型半導體企業居於領先地位，並同時吸引國際晶片公司、研究機構、光電廠商及新興運算公司投入，形成由龍頭企業主導、次級申請人多元布局的競爭結構。

圖4：矽光子晶片專利主要申請人統計圖

五、矽光子晶片創新專利解析

1. TW202628640A「半導體裝置及其製造方法」

台灣積體電路製造股份有限公司的第TW202628640A號專利係揭示：提供了一種半導體裝置。半導體裝置包括透過基底與電性主動區熱耦合的矽光子區，電性主動區包括第一電晶體。第一電晶體的源/汲極區與包括第一材料的熱接觸件耦合。第一電晶體的源/汲極區與包括與第一材料不同的第二材料的電接觸件耦合。半導體裝置包括耦合到電接觸件的第一裝置端子。半導體裝置包括耦合到熱接觸件的第二裝置端子。

TW202628640A號專利

2. TW202627559A號「封裝結構及其操作方法」

台灣積體電路製造股份有限公司的第TW202621532A號專利係揭示：一種方法，其包括形成光子引擎。光子引擎的形成包括：接收包括多個光柵耦合器的光子晶片，以及將多個微透鏡貼附到光子晶片。多個光柵耦合器和多個微透鏡被配置為以一對一對應關係進行光學互耦合。光纖組裝單元被貼附到光子引擎。光纖組裝單元包括光纖以及雷射合併單元，且雷射合併單元被配置以光學互耦合多個微透鏡和光纖。

TW202621532A號專利

3. TW202603422A號「具有邊緣側互連的半導體封裝及半導體封裝組合件以及其形成方法」

台灣積體電路製造股份有限公司的第TW202603422A號專利係揭示:提供將光纖陣列單元附接到光子積體電路晶粒的方法以及光纖到晶粒附接裝置。光纖陣列單元(FAU)可以透過以下方式附接至光子積體電路(PIC)晶粒：將FAU的端面設置在PIC晶粒的表面上，該PIC晶粒的表面包含或鄰近PIC晶粒的波導的端面；提供點膠設備，其包括第一凝膠供應線、真空線和第二凝膠供應線，點膠設備被配置為使供應流的一部分以終端輸出流速流向分配尖端；將凝膠分配在FAU的端面和PIC晶粒的表面之間的介面的外圍周圍和上方；以及固化圍繞介面的外圍的凝膠的分配部分，以將FAU附接至PIC晶粒。

TW202603422A號專利

4. TW202601196A號「光子引擎模組及其形成方法」

台灣積體電路製造股份有限公司的第TW202601196A號專利係揭示:光子引擎模組可包括背板、附接到背板的光纖陣列單元、附接到鄰近光纖陣列單元的背板的光子引擎晶粒；以及附接到背板並連接到光子引擎晶粒的插座。形成光子引擎模組的方法可包括將光纖陣列單元附接到背板、將光子引擎晶粒附接到鄰近光纖陣列單元的背板、以及將背板附接到插座，使得光纖陣列單元和光子引擎晶粒位於背板與插座之間。

TW202601196A號

5. TW202501059A號「用於混合光學晶片對晶片耦合的技術」

美商英特爾股份有限公司的第TW202501059A號專利係揭示：用於混合光學晶片對晶片耦合的技術被揭露。在示例性實施例中，來自光子積體電路(photonic integrated circuit, PIC)晶粒中的波導的光使用微鏡來準直並且被引導向玻璃基板。玻璃基板中的另一個微鏡將光聚焦到玻璃基板的體層中界定的波導中。在示例性實施例中，使用超快雷射將波導直接寫入體層。玻璃基板還具有在體基板上方的層中折射率差異較大的波導，例如氧化矽包覆中的氮化矽波導。直寫波導(directly-written waveguide)可以漸逝地耦合至氮化矽波導。然後氮化矽波導可用於整個玻璃基板的二維選路。光在傳輸到另一個PIC晶粒之前可以耦合回直寫波導。

TW202501059A號專利

6. TW202441232A號「嵌入式光子積體電路」

美商英特爾股份有限公司的第TW202441232A號專利係揭示：一種用於一多晶片封裝之基材包括至少一個光子積體電路(PIC)中介層，其係安裝在一第一主表面之一空腔中。各PIC中介層係組態成電連接與，或光學地耦合至，複數積體電路裝置。該基材進一步包括至少一個光學耦合器，其被光學地耦合至該PIC中介層。

TW202441232A號專利

7. TW202613629A號「對於光子積體晶片的光纖附接方法」

美商爾雅實驗室公司的第TW202613629A號專利揭示: 光纖設置在光子積體晶片 (PIC) 的光纖附接區域的V型槽內。結構黏著劑設置在PIC的光纖附接區域內的光纖的第一部分上方，而不設置在PIC的光纖附接區域內的光纖的第二部分上方。光學折射率匹配黏著劑設置在PIC的光纖附接區域內的光纖的第二部分上方。在結構黏著劑以及光學折射率匹配黏著劑固化之後，在其上設置緩衝結構。移除緩衝結構。光纖、結構黏著劑以及光學折射率匹配黏著劑在PIC的頂表面上方具有共同垂直高度，此共同垂直高度小於覆晶附接結構在PIC的頂表面上方的垂直高度。

TW202613629A號專利

8. TW202618365A號「使用半導體條帶之重構晶圓級裝置」

美商萊特美特股份有限公司的TW202618365A號專利係揭示:本文中描述使用一基於重構之製造方法實現電子積體電路(EIC)與光子積體電路(PIC)之晶圓級異質整合之製造技術及封裝。藉由組裝已知良好晶粒(KGD)之「條帶」來形成晶圓級光子裝置。此等條帶包含已自一晶圓單粒化之相鄰倍縮光罩之陣列。一條帶可包含自一晶圓單粒化之一單一列(或行)倍縮光罩或彼此相鄰之多列(或行)，從而實現二維組裝及增加之覆蓋範圍。晶圓重構涉及將KGD之一或多個條帶轉移且接合至一目標基板。一KGD係並非一排除區帶之部分之一倍縮光罩，且已經驗證以正常工作。因此，一重構晶圓包含已經驗證為功能完全正常之條帶。

TW202618365A號專利

9. CN116231447A號「基於光子晶體面發射半導體雷射器的集成光源及矽光晶片」

中國科學院半導體研究所的第CN116231447A號專利係揭示：種基於光子晶體面發射半導體雷射器的集成光源及矽光晶片，涉及矽基光子學技術領域，包括：雷射器陣列結構，包括陣列排布的光子晶體面發射半導體雷射器；光子晶體面發射半導體雷射器包括：多層結構的外延層和光子晶體，多層結構的外延層位於多層結構的外延層內或者貫穿部分多層結構的外延層，其中，光子晶體用於對多層結構的外延層內產生的光場的分佈和傳輸進行調控，以產生不同波長的鐳射。該集成光源及矽光晶片解決了現有的混合集成光源的方式存在耦合對準容差小、工藝複雜、不能大陣列、大規模集成、耦合效率低等問題。

CN116231447A號專利

10. TWI896053B號「半導體結構及其製造方法」

大陸商上海曦智科技有限公司的第TWI896053B號專利係揭示：一種半導體結構及其製造方法。本發明的半導體結構包括：光子晶圓，其上設置有至少兩個光子積體電路晶片，相鄰的光子積體電路晶片彼此光學連接；多個類比電晶片，所述多個類比電晶片之間通過光子積體電路晶片實現光通信；多個數位電晶片，所述多個數位電晶片之間經由類比電晶片和光子積體電路晶片進行通信。本發明的多個數位電晶片之間能夠經由光子積體電路晶片實現光互連，所述光互連具有頻寬大、延遲低、功耗低、集成密度高、抗電磁干擾等優點。並且，所述光互連對距離不敏感，可以在更遠的距離上傳輸更多的資料，使電腦架構的設計更加靈活。

TWI896053B號專利

六、結論與建議

綜合前述專利數量成長趨勢、主要申請人分布、IPC技術領域及具代表性創新專利內容可知，矽光子晶片已由早期之光通訊元件技術，逐步發展成為結合半導體製程、光子積體電路、先進封裝、光纖耦合、晶片間互連與系統級應用之關鍵整合技術。從專利數量觀察，近年公開／公告件數明顯增加，顯示產業界與研究機構已將矽光子視為支撐資料中心、人工智慧運算、高效能運算及高速光通訊的重要技術路線。外部專利情報亦指出，矽光子與光子積體電路相關專利自2010年代中期後呈現持續加速，且專利布局已涵蓋PIC/SiPh平台、主動元件、光耦合、光收發器、光I/O互連、封裝測試、光子運算與光子感測等多項技術分支，反映此領域已進入高度競爭與快速擴張階段。[註7]

就主要申請人而言，台灣積體電路製造股份有限公司、美商英特爾股份有限公司、中國科學院半導體研究所及其他國際光電、半導體與新興運算公司均已積極投入相關專利布局，其中台積電於本資料集中之專利數量居於領先地位，顯示晶圓代工與半導體製程整合能力已成為矽光子競爭之核心優勢。從創新專利內容觀察，近期技術重點不僅限於單一光波導或光偵測元件，而是逐步轉向光子引擎模組、光纖陣列單元附接、光子積體電路晶粒封裝、晶片對晶片光耦合、重構晶圓級裝置及光互連系統等整合型解決方案。此一趨勢代表未來競爭重點將由元件性能提升，進一步延伸至封裝良率、耦合效率、熱管理、低功耗傳輸、量產相容性及系統架構整合能力。

因此，建議相關企業在進行矽光子晶片研發與專利布局時，應優先掌握三項方向：第一，針對光耦合、光波導、調變器、光偵測器、雷射光源整合及光纖附接等核心元件與關鍵製程建立基礎專利組合，以提高技術進入門檻；第二，針對共封裝光學、光子引擎、晶片間光互連、EIC/PIC異質整合及晶圓級／封裝級量產技術進行延伸布局，以因應資料中心與AI運算對高頻寬、低延遲及低功耗互連之需求；第三，於產品開發初期即同步執行專利檢索、侵權風險比對與自由實施分析，特別應注意台積電、英特爾、思科、華為、GlobalFoundries、OpenLight Photonics、Marvell等主要參與者於光I/O、封裝測試、主動元件與光互連架構上之既有權利範圍。[註8]

整體而言，矽光子晶片之專利競爭已不再只是單點元件技術之競爭，而是涵蓋材料平台、半導體製程、光電轉換、光纖耦合、先進封裝、系統架構與應用場景之整體生態系競爭。未來若企業欲切入此領域，除應持續追蹤核心申請人之最新專利公開外，亦應建立橫跨研發、製程、封裝、產品與法務之專利管理機制，透過專利地圖、競爭對手監控、技術白地分析及迴避設計策略，及早掌握可布局之技術空間，降低侵權風險，並提升後續投資、合作、授權或產品商業化之談判優勢。

若有企業先進或創業家欲對本專題或創新議題或相關專利內容想要進一步瞭解者，或對某產業技術進行FTO、專利地圖分析、專利檢索、專利申請及各專利舉發及迴避設計分析，敬請隨時歡迎電洽：中銓國際專利商標事務所熱線：04-23823629，將派專人提供服務。

關鍵字：矽光子晶片、矽光子、光子積體電路、PIC、電子積體電路、EIC、光波導、光調變器、光偵測器、光纖耦合、光子引擎、光互連、共封裝光學、異質整合、半導體封裝、晶圓級封裝、高速資料傳輸、資料中心、人工智慧運算、低功耗互連、專利地圖、專利布局、主要申請人、IPC技術領域、自由實施分析、迴避設計。

資料來源：

[註1]：一篇搞懂矽光子光模組：六大介面、核心元件與產業實例全收錄，以及第3章：硅光子学基础与器件

[註2]：本圖Ａ為依矽光子晶片常見架構自行繪製之示意圖；概念參考矽光子技術對光波導、調變器、光偵測器、電子電路與光纖耦合等核心元件之說明。

[註3]：KnowMade，Si Photonics & Photonic IC Patent Landscape Dashboard 2026，說明矽光子與光子積體電路專利活動自2010年代中期後加速，並涵蓋平台、主動元件、光耦合、光收發器、光I/O互連、封裝測試、光子運算及光子感測等技術分支。

[註4]：Grand View Research，Silicon Photonics Market Size, Growth Report, 2026–2033，指出矽光子市場受資料中心、電信、高速資料傳輸、低功耗與矽基電子系統整合需求帶動成長。

[圖5]：本圖為依矽光子晶片應用趨勢之概念示意圖。

[註6]：本文表1、表2及表3內的數據資料使用全球專利檢索系統(GPSS)內的資料，網址：https://tiponet.tipo.gov.tw/gpss2/gpsskmc/gpssbkm

[註7]：KnowMade，Si Photonics & Photonic IC Interactive Patent Landscape Dashboard 2026，指出矽光子與光子積體電路專利公開自2010年代中期後持續加速，並涵蓋PIC/SiPh平台、主動元件、光耦合、光收發器、光I/O互連、封裝測試、光子運算及光子感測等技術領域。

[註8]：PatSnap，Silicon Photonics Patent Landscape 2026，揭示矽光子專利領域已形成由Intel、TSMC、Huawei、Cisco、Infinera、OpenLight Photonics、Marvell及GlobalFoundries等主要參與者共同競爭之格局。