在人工智能大模型爆发和全球算力需求呈指数级增长的今天，传统硅基芯片正面临“摩尔定律”的物理瓶颈。在“电”的传输速率和功耗渐显疲态之时，“光”以其超高速率、超大带宽和极低功耗的物理特性，正成为新一代算力网络的基石。而这颗跳动在数据中心、智能汽车与5G通信网络深处的“心脏”，正是光芯片。
如果说纵观“光芯片产业链全景”，上游的化合物半导体材料是物理基石，下游的AI、算力网络是应用汪洋，那么中游的光芯片制造，无疑是整条产业链的“价值核心”与技术高地。与传统硅基芯片的标准化CMOS工艺不同，光芯片的加工制造依赖于砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）等特殊的衬底材料，其外延生长、光刻刻蚀以及高精度封测过程，充满了极高的技术壁垒。
为了加强产业链上下游交流，艾邦建立有光通信产业链交流群，包括AI服务器，通讯设备，光芯片，光模块，光器件，零部件，光学元件，封装设备，材料，光模块连接器，高速铜缆，光纤等；欢迎大家识别下方二维码申请加入！
光芯片是以InP、GaAs、硅等半导体材料为衬底，通过微纳加工工艺制备，以光子为信息载体，完成光电信号转换、调制、传输与处理的核心器件。按功能可分为有源光芯片与无源光芯片两大类。
● 有源光芯片：负责实现光电转换，是高速光模块的核心
激光器芯片：
VCSEL（GaAs 系列）：短距高速、3D 感知、数据中心短距互联
FP（InP 系列）：中低速场景 DFB（InP 系列）：25G/50G 主流方案
EML（InP 系列）：800G/1.6T 超高速核心，行业刚需
探测器芯片（InP 系列）：
APD：高灵敏、长距传输
PIN：中短距通用场景
调制器芯片（InP/LiNbO₃系列）：光信号高速调制，超高速通信核心部件
● 无源光芯片：光路调控枢纽
无光电转换功能，基于 Si/SiO2 体系，核心品类包括 PLC、波分复用、光纤耦合器、光开关等，负责光信号的分配、耦合与切换，是光通信网络的基础支撑。
衬底材料直接决定光芯片上限，当前形成四条主流路线：
1、 磷化铟（InP）
高端主流，电子迁移率高、发光效率优，适配25G+高速长距场景，是800G/1.6T光模块、相干光模块核心方案，全球高端InP基芯片被海外垄断。
2、 砷化镓（GaAs）
中低端主力，成本低于InP，适配10G及以下场景、VCSEL芯片，国内企业已实现规模化自主。
3、 硅光（Silicon Photonics）
下一代核心路线，依托CMOS工艺，成本降30%+、功耗降50%，800G及以上光模块、CPO共封装核心方案，2026年渗透率预计突破50%。
4、 薄膜铌酸锂（TFLN）
新兴高端路线，调制速率达100Gbps+，低损耗、高稳定，是3.2T+超高速光模块、下一代CPO核心技术，国内已实现技术突破，处于量产验证阶段。
光芯片的加工制造流程因材料和技术路线不同而有所差异，以下是常见光芯片（如硅基光芯片、磷化铟基光芯片）的典型加工制造流程：
硅基光芯片：采用绝缘衬底上的硅（SOI）晶圆，由硅衬底、埋氧层（二氧化硅）和顶层硅层组成。通过提纯、拉晶、切割、抛光等工序制备高纯度硅晶圆，确保表面平整度和晶格完整性。
磷化铟（InP）基光芯片：以磷化铟晶体为衬底，通过垂直梯度冻结法（VGF）或垂直舟式法（VB）等生长技术制备磷化铟晶锭，再切割、抛光成晶圆，需控制晶圆厚度、翘曲和位错密度。
磷化铟薄膜衬底，来源：精葳光学
我国在InP和GaAs衬底方面已基本具备进口替代的能力，根据Yole，国产厂商北京通美在2020年已成为全球InP衬底第二大供应商，市占率高达35%，仅次于住友电工；在2019年全球GaAs衬底市场中占据13%的市场份额，位居行业第三。
在衬底上通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）或分子束外延（MBE）技术，生长具有特定光电性能的外延层。例如，在磷化铟衬底上生长铟镓砷磷（InGaAsP）等合金层，形成量子阱结构，以定义光芯片的发光波长、增益特性等关键参数。
-
按照外延生长材料的类型，外延可分为同质外延和异质外延。同质外延是指外延层与衬底材料相同的外延工艺，例如在Si衬底上外延Si，在GaAs衬底上外延GaAs等。这种外延方式能够充分利用衬底的特性，生长出与衬底晶格匹配良好的外延层，减少晶格缺陷，提高外延层的质量。异质外延则是外延层与衬底材料不同的外延工艺，如Si上外延SiGe，GaAs上外延GaAlAs等。异质外延为实现不同材料之间的优势互补提供了可能，通过合理选择外延层和衬底材料，可以获得具有特殊性能的半导体结构，满足不同器件的需求。
-
按照工艺划分，外延可分为气相外延（VPE）、液相外延（LPE）、固相外延（SPE）和分子束外延（MBE）等。不同的外延工艺具有各自的特点和适用范围，在半导体制造中发挥着不同的作用。
-
按照电阻率高低划分，外延可分为正向外延和反向外延。正向外延是在低阻衬底上外延高阻层（重衬底上外延生长轻掺杂层），而反向外延则是在高阻衬底上外延低阻层（轻掺杂衬底上外延生长重掺杂层）。这种分类方式主要是根据外延层和衬底的电阻率差异来进行的，不同的电阻率分布会对器件的性能产生重要影响。
-
按照压力划分，可分为常压外延（100kPa）和低压（减压）外延（5 - 20kPa）。压力对外延生长过程中的气体传输、化学反应以及薄膜质量等方面都有着显著的影响，选择合适的压力条件能够优化外延工艺，提高外延层的质量和均匀性。
-
按照温度划分，可分为反应温度在1000℃以上的高温外延和1000℃以下的低温外延。温度是外延生长过程中的一个关键参数，它直接影响着化学反应速率、原子扩散速率以及外延层的晶体结构和质量。不同的外延工艺和材料对温度的要求各不相同，需要根据具体情况进行精确控制。
外延生长需精确控制温度、压力、气体流量等参数，确保外延层厚度、成分和掺杂均匀性，这是光芯片制造中技术壁垒最高的环节。
光刻：利用光刻技术将芯片设计图案转移到外延片上，定义光波导、光栅、电极等结构。
光刻
刻蚀：通过干法刻蚀或湿法刻蚀，去除多余材料，形成所需的三维结构，如波导通道、光栅齿等。
薄膜沉积与金属化：沉积绝缘层、导电层等薄膜，并通过金属化工艺形成电极和互连结构，实现芯片的电学功能。
平坦化：采用化学机械抛光（CMP）等技术，使晶圆表面平整，便于后续工艺操作。
减薄：对晶圆进行背面研磨或化学机械抛光，降低厚度，便于后续切割和封装。
解理：将晶圆切割成单个芯片，形成可独立使用的光芯片裸片。
在芯片端面沉积抗反射膜或高反射膜，优化光信号的发射和接收效率，减少光损耗。
电学测试：检测芯片的电气性能，如电流-电压特性、阈值电流、斜率效率等。
光学测试：通过光谱分析、光功率测量、调制响应测试等，评估芯片的光学性能，筛选出合格芯片。
芯片贴装：将芯片固定在封装基板或外壳上，通过焊料、胶粘剂等方式实现机械和电气连接。
光耦合：采用主动对准或被动对准技术，将芯片与透镜、光纤等光学元件精确耦合，确保光信号的高效传输。
密封与保护：对封装体进行气密性密封，防止湿气、灰尘等污染物进入，保护芯片性能。
对封装后的光芯片进行高温老化、温度循环、振动测试等可靠性测试，验证芯片在长期运行条件下的性能和稳定性，确保符合应用要求。
不同类型的光芯片（如硅光芯片、VCSEL芯片等）在具体工艺细节上可能有所差异，但整体流程均围绕衬底制备、外延生长、晶圆制造、封装测试等核心环节展开。
为了加强产业链上下游交流，艾邦建立有光通信产业链交流群，包括AI服务器，通讯设备，光芯片，光模块，光器件，零部件，光学元件，封装设备，材料，光模块连接器，高速铜缆，光纤等；欢迎大家识别下方二维码申请加入！
视频资讯：
推荐活动：2026年第三届 AI算力服务器液冷技术产业发展论坛
微信扫描下方的二维码阅读本文