光电子与激光雷达：硅光 / VCSEL / InP 衬底配套
从 800G/1.6T 光模块到车载激光雷达，光器件的波长与结构决定衬底——我们按收发链路逐环匹配。
方案介绍
光电子器件对衬底的要求由「光在哪里走、从哪里发出」决定：硅光把波导刻在 SOI 结构层里，VCSEL 在 GaAs 衬底上外延 DBR 谐振腔，InP 激光器依赖衬底晶格匹配，激光雷达则是发射与探测两条链路的衬底组合。AI 数据中心 800G/1.6T 光模块与 CPO 的放量，让硅光衬底的结构层均匀性与表面粗糙度成为关键指标。
我们按收发链路逐环匹配衬底：波导用 SOI（220nm 做条形、3μm 做脊型），光源用 GaAs VCSEL 或 InP 激光器，探测端用高阻硅外延片，光学窗口与微透镜则用石英、BF33 玻璃——从材料到工艺一次配齐。
图 1：硅光把波导刻在 SOI 结构层里，结构层均匀性决定波导损耗
应用场景
四条光器件路线，对应四种衬底逻辑。
能力介绍
图 2：激光雷达收发链路对 SOI、GaAs、InP 与硅外延各有要求
硅光芯片
波导侧壁粗糙度直接决定散射损耗，对衬底表面质量与刻蚀工艺双重要求；CPO 共封装场景下硅光衬底与封装基板的配套见 CPO / 硅光专题页。
- VCSEL：DBR 外延对衬底 EPD 与取向偏角敏感，批量采购建议锁定同一晶棒批次；背面出光结构需减薄与 AR 镀膜，可配套减薄服务与薄膜沉积。
- 激光雷达收发模组：发射（GaAs）与探测（Si）衬底可一站配齐，研发阶段支持两种衬底混搭小批量下单。
- InP 激光器：衬底尺寸小（2–4 英寸为主）、单价高，建议按外延厂确认的 EPD 与掺杂规格下单，避免批次混用。
- 3D 感知与 dToF：SPAD/dToF 探测器基于专用硅外延，时间抖动低于 100ps FWHM，905nm 处光子探测效率 20–40%，可采用 CMOS 兼容工艺与硅外延片配套。
- 波导损耗：硅基与氮化硅波导平台可做到低至约 0.5 dB/cm 的传输损耗，支持单模与多模设计。
- 硅光平台：标准 SOI 为 220nm 硅 / 2μm BOX，波导损耗低于 1dB/cm，可集成马赫-曾德尔与环形调制器、Ge-on-Si 探测器，覆盖 O/C 波段。
- 氮化硅平台：Si₃N₄ 厚度 100–800nm，可见/红外损耗低于 0.1dB/cm，可承载 1W 以上连续光功率，适合窄线宽激光与非线性光子学。
- InP 光子学：单片集成 DFB/DBR 激光器、SOA 与高速电吸收调制器，覆盖 1.3–1.6μm，AWG 可做 40–96 通道。
- 薄膜铌酸锂（LNOI）：300–700nm LiNbO₃ 薄膜，调制带宽 100GHz 以上，Vπ·L 低于 2 V·cm，面向相干光通信。
- 光刻（图形化）：波导、调制器、光栅等亚微米图形，用于硅光/铌酸锂波导成型，详见 光刻工艺。
- 刻蚀：垂直侧壁、侧壁粗糙度低于 5nm RMS，降低散射损耗，用于脊型/条形波导，详见 刻蚀 / DRIE。
- 薄膜沉积：SiO₂ 包层、Si₃N₄ 波导与增透/反射膜，用于低损耗波导、光学窗口，详见 薄膜沉积。
- 减薄与背磨：背面出光结构减薄，控制总厚度与翘曲，用于 VCSEL 背面出光，详见 减薄 / Taiko。
- 检测与认证：椭偏测厚、表面粗糙度与光学性能表征，用于批次放行与追溯，详见 检测与认证。
参数规格
| 器件 / 应用 | 推荐衬底 | 关键参数 | 对应产品 |
|---|---|---|---|
| 硅光条形波导（单模） | SOI，结构层 220nm ± 5nm，BOX 2–3μm | 结构层厚度偏差 ≤ ±5nm；表面粗糙度 Ra < 0.2nm | SOI 晶圆 |
| 硅光脊型波导（低损耗） | SOI，结构层 3μm，BOX ≥ 1μm | 结构层 TTV ≤ 0.5μm；双面抛光 | SOI 晶圆 |
| VCSEL（850/905/940nm） | N 型 GaAs 衬底（Si 掺），2/4/6 英寸 | EPD ≤ 5000/cm²；取向偏角按外延厂要求 | GaAs / InP 衬底 |
| InP DFB / EML 激光器 | InP 衬底（S 掺 / Fe 半绝缘），2/3/4 英寸 | EPD ≤ 500/cm²（外延级）；<100> ± 0.1° | GaAs / InP 衬底 |
| 1550nm 激光雷达发射 | InP 衬底 + InGaAsP 外延 | 半绝缘或导电型按器件结构 | GaAs / InP 衬底 |
| 探测端 Si APD / SPAD | 高阻硅外延片 / SOI | 电阻率与外延结构按探测波长设计 | 硅外延片 |
| 光学窗口 / 微透镜基底 | 石英、BF33 玻璃 | 透过率按波段匹配，可镀 AR 膜 | 玻璃衬底 |
| 衬底 | 常备规格 | 备注 |
|---|---|---|
| 硅光 SOI | 220nm / 3μm 结构层，BOX 1–3μm，8 英寸 | 非常规结构层厚度可定制 |
| GaAs | 半绝缘 / Si 掺 / Zn 掺，2–6 英寸 | VCSEL 用 N 型常备 |
| InP | S 掺导电型 / Fe 半绝缘，2–4 英寸 | 外延级低 EPD 批次需预订 |
| 石英 / 玻璃 | 4 / 6 / 8 英寸，0.3–1.1mm | 可镀增透膜、反射膜 |
| 参数 | 标准规格 | 进阶规格 |
|---|---|---|
| 结构层（器件层）厚度 | 220nm ± 5nm | 220nm ± 2nm（或定制） |
| BOX 层厚度 | 2.0μm ± 5% | 2.0μm ± 2%（或 3.0μm） |
| 衬底层（handle） | 725μm Si(100) | 725μm 高阻硅（>1kΩ·cm） |
| 器件层均匀性 | < 2nm（1σ） | < 1nm（1σ） |
| BOX 均匀性 | < 1%（1σ） | < 0.5%（1σ） |
| 表面粗糙度 | < 0.2nm RMS | < 0.15nm RMS |
| 颗粒数 | < 20 @ 0.12μm | < 10 @ 0.09μm |
| 尺寸 | 200mm | 200mm、300mm |
设备与工艺装备
| 设备类别 | 典型配置 | 用途 |
|---|---|---|
| 光刻设备 | 深紫外步进光刻机，亚微米分辨率 | 波导、光栅与调制器图形化 |
| 刻蚀设备 | 电感耦合等离子体刻蚀机，低侧壁粗糙度 | 硅波导、脊型波导成型 |
| 薄膜沉积设备 | PECVD、LPCVD、磁控溅射台 | SiO₂ 包层、Si₃N₄ 波导与增透/反射膜 |
| 减薄设备 | 精密研磨机、化学机械抛光机 | 背面出光结构减薄与总厚度控制 |
| 检测设备 | 椭偏仪、原子力显微镜、光谱测试台 | 膜厚、粗糙度与光学性能表征 |
| 划片设备 | 激光隐形切割机、刀轮划片机 | 光器件分离 |
实际案例
数据中心
800G 硅光模块衬底配套
面向 100G–800G 光模块与共封装，按硅光波导结构选 220nm/3μm SOI，配套光刻与低粗糙度刻蚀。
结果：先以标准规格验证波导损耗，再用进阶均匀性批次提升良率。
激光雷达
905nm Flash 激光雷达发射阵列
905nm/940nm 发射端用 GaAs VCSEL/EEL，峰值功率 50–500W（阵列），脉冲宽度 1–10ns。
结果：可按外延厂偏角要求稳定供片。
相干探测
1550nm FMCW 激光雷达
1550nm 路线以 InP 与硅光平台实现相干探测，探测距离可延伸至 200–500m 以上并获得瞬时速度信息。
结果：衬底按收发链路分别配齐。
常见问题
硅光 SOI 的 220nm 结构层厚度偏差能控制到多少？
常规批次 ±5nm，可筛选 ±3nm 批次并随片提供椭偏实测图谱；波导损耗对厚度敏感的项目请在询价时注明均匀性要求。
VCSEL 外延要求衬底偏角 2°/6°/10°，可以按角度供片吗？
可以。GaAs 衬底按 <100> 偏 <111> 指定偏角（±0.5° 或更严）供片，下单时提供外延厂规格书即可，详见 GaAs / InP 衬底页。
做 1550nm 激光雷达，发射端衬底用 InP 还是 GaAs？
1550nm 波段主流用 InP 基激光器（人眼安全阈值高、可配光纤放大）；905nm 路线才用 GaAs VCSEL/EEL。两种路线的衬底我们均可供样，可把方案发给工程师确认具体规格。
硅光研发初期只想买几片验证，交期多久？
220nm 与 3μm 常规结构层 SOI 常备现货，工作日 16:00 前付款当天顺丰发出；定制结构层厚度一般 2–4 周。
氮化硅（Si₃N₄）波导衬底你们能提供吗？
可以。我们提供 100–800nm 的 Si₃N₄ 薄膜 / SiO₂ 包层衬底，可见与红外损耗可低于 0.1dB/cm，并配套光刻与刻蚀工艺；具体膜厚与包层结构可按器件设计定制。
薄膜铌酸锂（LNOI）衬底有哪些规格？
LNOI 常用 300–700nm 铌酸锂薄膜，衬底可提供 3 英寸/4 英寸/6 英寸，handle 可选铌酸锂或硅；调制器带宽可达 100GHz 以上。非常规膜厚与尺寸请与工程师确认。
硅光条形波导和脊型波导分别该用什么 SOI？
条形（单模）波导用 220nm 结构层 SOI、BOX 2–3μm，要求结构层厚度偏差 ≤±5nm、表面粗糙度 Ra <0.2nm；脊型（低损耗）波导用 3μm 结构层 SOI，BOX ≥1μm、双面抛光，结构层 TTV ≤0.5μm。按波导设计选型即可。
光学窗口和微透镜基底用什么衬底？
常用石英或 BF33 玻璃，常备 4/6/8 英寸、厚度 0.3–1.1mm，透过率按工作波段匹配，并可镀增透（AR）或反射膜。若需要特定波段的高透过率或低 OH 含量，也可按需选材并定制镀膜。
硅光波导的配套工艺你们能做哪些？
可提供亚微米光刻图形化、ICP 刻蚀（侧壁粗糙度低于 5nm RMS）、薄膜沉积（SiO₂ 包层、Si₃N₄ 波导与增透/反射膜）、背面出光结构减薄与背磨，以及椭偏测厚、表面粗糙度与光学性能表征等检测认证。
激光雷达探测端的 SPAD/APD 用什么衬底？
用高阻硅外延片或 SOI，电阻率与外延结构按探测波长设计；专用硅外延的 dToF/SPAD 探测器时间抖动可低于 100ps FWHM、905nm 处光子探测效率 20–40%，可用 CMOS 兼容工艺配套。发射端（GaAs/InP）与探测端衬底可一站配齐。
把光器件方案发来，衬底一站配齐
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