昨天有个问题

目前咱们LD的外延是同质多还是异质多呀？如果能简单说一下理由的话最好。

好，简单把这个梳理一下

LD，就是半导体激光器二极管，异质要看哪个是哪个层面的异质。先看结论，再做分析。第一，激光器PN结，从同质结到异质结，这是一个异质路线，目前光模块中激光器几乎是100%为“异质”第二，激光器波导结构，从同质限制到异质限制，这也是一个异质路线，目前光模块中约五五分，场景不同，选择不同。第三，激光器的光栅，从异质掩埋到表面光栅，这也是一个异质路线，DFB/DBR等类型激光器绝大部分选择异质掩埋型，少数科研选择表面光栅，FP等类型则无需光栅，也就谈不上多少之分了。第四，激光器的衬底，从同质衬底到异质衬底，这也是异质路线，传统激光器厂家选择同质衬底，硅光集成厂家又分为两类，一部分选择独立激光器芯片+独立的硅光其他功能，另一部分如Intel等厂选择异质集成激光器。进入主题
第一，激光器PN结，从同质结到异质结

很早的时候，我们用半导体做激光器，是同一种材质，在P型和N型半导体结合处，由于存在载流子聚集，把载流子的动能（也就是电流）转为光能辐射出来。

只不过，同质结的压力在于电光效率极低，需要在液氮的超低温下工作一小会儿，只能验证原理，根本无法产业化。

后来有了异质PN结，用两种材料来做，对载流子有很好的“控制”作用，电光效率很高。

既然有了异质结，很快就实现了双异质结，就是现在的“汉堡包”结构，中间是我们俗称的有源层、增益层、活性层等等。

这个有源层也从之前的大块型，到超薄型的量子阱，再到多层量子阱，一步步走到现如今的常见“多量子肼” 双“异质”PN结的时代。

异质结的电光效率很高，主要是拦截动能用来辐射光能，这是从半导体到光学的整个发光历程，由于效率提高，废热变小，可以实现从超低温到普通室温（20-40℃）工作，后来又可以实现略高温的（70-95℃）的工作。

异质结有个巨大的隐患，就是两种不同的材料的结合面，由于两种材料晶格常数不一致、热膨胀系数不一致、热导率不一致，存在可靠性风险。

由于两种材料晶格常数不一致、热膨胀系数不一致、热导率不一致，存在可靠性风险。

由于两种材料晶格常数不一致、热膨胀系数不一致、热导率不一致，存在可靠性风险。

这几种不同层面的异质所存在的可靠性风险，基本都源于这几项，有些能解决，有些解决不了。

在双异质结，部分解决了晶格常数一致性的问题。从而实现了长期工作的可能性。在70年代，从研究到产业的跨越，这个贡献是里程碑式的。

InP材料体系采用InGaAsP或者AlGaInAs不同元素配比，调整到与InP适配的参数，其次量子阱采用张应力与压应力的交错叠加分布，来降低芯片的内部应力，提高可靠性。而GaAs体系则不行，需要控制异质层的“厚度”，不要太厚，也能勉强实现产品化。

第一层小结

第一种异质的产业分布状态100%都是异质结构，但是有些厂家有能力做，也就是有MOCVD（或MBE）外延能力的厂家。比如华为海思、海信光子，源杰等等。另外一种厂家，放弃这个层面，选择从联亚等厂购买外延片，

第二，激光器波导结构，从同质限制到异质限制

早期看横向结构，不管单模还是多模，至少先做出来是吧。所以横向结构的条形是没有限制的。

后来在光纤传输中，单模比多模传的远，传的信息量大，就需要控制单模，也就是单横模，脊型限制属于同质限制。原因是用上方的脊型来限制下方的波导，也能限制住，但属于隔山打牛，红色的波导两侧都是“同质”材料啊

业内还有一种是真正的单模限制，把有源层切断，用异质材料填充

BH结构的好处十分明显，各项性能参数都能提高，坏处也很明显，就是两种材料晶格常数不一致、热膨胀系数不一致、热导率不一致，存在可靠性风险。还有一个难处，就是做BH需要反复回炉外延，这种可靠性风险就被叠buffer了。
第一类场景，是100%需要异质结，做得了的就做，做不了的就去别家买。第二类场景这是各有各的选择思路。比如性价比权衡，同质波导限制的RWG，性能不好，但是好做便宜可靠性略高。异质限制的BH性能很好，但工艺复杂，可靠性风险大。比如艺高人胆大的产业选择现象，虽复杂的BH，也有厂家依然做的很好。虽简单的RWG，依然有厂家做不好。还有就是巧妇赞为无米之炊的尴尬，有些厂家不具备外延能力，是从别家买回来的外延片，那么他就没办法在自己工厂制作BH，那是需要反复回炉外延的。没有外延炉，干不了。
第三，激光器的光栅，从异质掩埋到表面光栅这是和激光器类型相关的，FP激光器无需制作光栅，就不存在同质还是异质的选项。
咱常见的DFB，光栅是异质掩埋的，因为需要两种不同折射率材料来做光栅。

产业绝大部分选择异质掩埋光栅，有些在上方有些在下方，在下方难做，但性能略高。原因是反复后期的高温制作会破坏下方光栅的形貌。

有一部分学术型的教授们，提出表面光栅，这是能做高对比度的设计，也就是用超低折射率的“空气”来替代其中一种材料，形成高低折射率的强对比。

第三小结，部分激光器类型需要光栅，绝大部分产业界选择异质掩埋型光栅，无非是上光栅还是下光栅。

如何观察产业? 有些公司做得了DFB，有些公司只能提供FP，这就是区别。和第一类一样，基本不存在异质还是同质的选择，只有做得了就做，做不了就放弃。

第四，激光器的衬底，从同质衬底到异质衬底，

传统半导体激光器，是在InP衬底上制作InP体系的激光器，在GaAs衬底上制作GaAs体系的激光器。衬底是“同质”

近十来年，有异质衬底，昨天写的异质生长，以前写过无数的Intel、UCSB、IMEC、HP、Juniper、NTT这些个硅光集成路线中集成了“激光器”的厂家们。

均属于异质衬底，硅光的衬底+InP的功能区。

第四小结，这个产业的分布属于二八型，少部分是异质衬底，大部分是同质传统方案。
异质衬底，可以用来做硅光集成的“大”集成方案，因为硅不发光，解决不了光源的问题，如果能把InP的功能区，GaAs的功能区，来做光源，属于大集成方案。
难处是异质材料晶格常数不一致、热膨胀系数不一致、热导率不一致，存在可靠性风险，这些困境，产业界正在逐步的解决过程中。
既有较大量的发货数量，也有较长时间的产业部署，还有技术问题的不断解决。

在激光器原理解析中，有第一二三层的分析，下一期安排在2022年12月24号，在《用于光模块硅光集成技术与市场》行业报告中，有第四个层级的具体分析。以上可详询我同事，18140517646