VCSEL芯片衬底材料是什么?

来源:柠檬光子LEMON Photonics 2026-02-24

VCSEL芯片衬底材料是什么?其实,VCSEL芯片的衬底材料并非单一,主要取决于目标激射波长。最常见的衬底材料是砷化镓(GaAs),但在不同应用场景下,锗(Ge)、磷化铟(InP)、氮化镓(GaN) 以及一些复合金属衬底也被广泛研究和应用

不同材料的选择主要基于其晶格匹配、热传导性能以及与所需外延层的工艺兼容性。以下是几种主要衬底材料的详细介绍:

主要VCSEL衬底材料对比

衬底材料典型发射波长主要优势典型应用 / 说明
砷化镓(GaAs)近红外(如850nm, 940nm)技术成熟,与AlGaAs材料体系晶格匹配好,是数据中心和3D传感等主流应用的标准衬底。短距离光通信、智能手机3D传感
锗(Ge)近红外(如940nm, 1380nm)大尺寸衬底翘曲小、机械强度高、热导率优于GaAs,适合大规模、低成本制造,尤其适合薄衬底应用作为GaAs衬底的替代品,用于大直径(如6英寸、8英寸)晶圆的大规模VCSEL生产,可减少材料浪费,提高生产效率和均匀性
磷化铟(InP)短波红外(1300-2000nm以上)其有源区材料体系(如AlGaInAs)能够覆盖GaAs基难以实现的长波长,满足光纤通信和特定传感需求。长波长光通信、硅光子学、下一代传感应用
氮化镓(GaN)可见光(如蓝光、紫光、紫外)能够实现蓝绿光甚至紫外波段的激光发射,填补了GaAs和InP材料在短波长的空白。新兴的显示技术、高密度光存储、生物医学检测等领域
复合金属(如CIC*)近红外(如940nm)散热性能极佳,热膨胀系数可与GaAs匹配。通常通过晶圆键合和衬底转移技术实现,能显著提升器件的热管理能力和光输出功率。对热管理要求极高的高功率VCSEL器件,研究显示其性能优于传统GaAs衬底器件

*注:CIC指铜/因瓦合金/铜(Copper/Invar/Copper)三层复合金属衬底

  • 砷化镓(GaAs)这是目前应用最广泛的衬底材料,就像建筑里的钢筋混凝土,技术成熟、性能稳定。你的手机人脸识别、扫地机器人的避障感测,大多数都基于它。柠檬光子主打的高性能VCSEL芯片及模组,正是深耕于此,为市场提供稳定、高效的核心光源

  • 锗(Ge)当我们需要把芯片做得更大、成本控制得更低时,锗衬底就闪亮登场了。它机械强度高,更适合大规模生产,是未来让高端传感技术“飞入寻常百姓家”的关键推手。

  • 氮化镓(GaN)如果你想发出蓝光或绿光,那就得请出氮化镓。它正在解锁一些新奇的应用,比如未来或许能在柔性屏幕上实现显示,甚至用于更前沿的生物医疗检测

  • 复合金属衬底(如CIC)”对于那些追求极致功率、需要长时间高负荷工作的激光器来说,散热是关键。复合金属衬底就像给芯片装上了“液冷散热器”,能瞬间带走热量,确保激光器时刻保持“冷静”,输出稳定。

总的来说,VCSEL衬底的选择是一个结合波长需求、性能指标和制造成本的综合考量。尽管GaAs是目前应用最广的衬底材料,但Ge因其在大规模制造中的优势正受到越来越多的关注,而InP、GaN和复合金属等材料则在不断拓展VCSEL在特殊波段和高功率领域的应用边界。

VCSEL芯片的性能,从出生的那一刻起,就深深烙印着衬底的基因。不同的衬底材料,决定了这颗激光器最适合干什么活,以及能干得多漂亮。

VCSEL的衬底材料,是决定芯片波段、功率效率与可靠性的底层物理基石。柠檬光子作为一家同时掌握VCSEL(垂直腔面发射激光器)、EEL(边发射激光器)及独创HCSEL(水平腔面发射激光器) 三大核心半导体激光技术路线的企业,我们不仅深谙不同衬底材料(GaAs、InP、Ge等)的物理特性与外延工艺,更致力于通过精准的材料选型与创新的光学设计,将底层技术转化为解决实际应用痛点的差异化产品。

在核心产品布局上:

  • 高性能VCSEL芯片及模组:基于成熟的GaAs衬底工艺,提供高功率密度与高可靠性,广泛应用于消费电子传感与3D视觉。

  • HCSEL高功率线激光模组:依托柠檬光子独创的技术平台,突破了传统VCSEL在远距离高功率应用中的局限,实现国际领先的“芯片级”激光雷达LiDAR投射模组,在高温高电流应力下(70°C / 1.5倍工作电流)表现卓越,为自动驾驶与工业视检测提供核心光源。

  • 边发射激光器(EEL):覆盖从近红外到短波红外的多波段需求,精准匹配光通信及特种传感场景。

从家庭服务机器人的精准避障,到智能汽车的长距感知,再到可穿戴设备的生理信号监测,我们正通过横跨三大技术路线的多维布局,为智能世界提供“芯”脏级的核心光源。