激光器芯片应用于半导体激光器中，实现电信号 向光信号的转换，将电信号蕴含的信息通过激光输出；探测器芯片则在探测器中不可或 缺，实现光信号向电信号的转换。
激光的发出有赖于泵浦源、增益介质、谐振腔三大部件。激光的输出需要外界提供 能量，泵浦源（又称激励源）即负责向增益介质中的粒子提供能量，常见的泵浦方式有 电泵浦、光学泵浦、核能泵浦等；增益介质用来提供向高能级跃迁的粒子，常用材料有 氖气、有机染料、红宝石、半导体、光纤等；谐振腔指使光波在其中来回反射从而提供 光能反馈的空腔，其作用是使腔内的光子具有一致的频率、相位和运行方向，使激光具 有良好的方向和相干性，同时还能放大受激辐射的强度。 激光器芯片将电激励作为泵浦源，以半导体材料为增益介质，通过谐振腔选模放大， 进而输出激光，完成光电转换。
按照谐振腔制造工艺差异，激光器光芯片可分为边发射激光器芯片（EEL）与面发 射激光器芯片（VCSEL）两类。EEL 在芯片两侧镀光学膜形成谐振腔，光子经谐振腔选 模放大后，将沿平行于衬底表面的方向形成激光；VCSEL 在芯片上下两面镀光学膜形 成谐振腔，由于谐振腔与衬底垂直，光子经选模放大后将垂直于芯片表面形成激光。EEL 与 VCSEL 各具优势，EEL 的输出功率、电光转化效率更高，而 VCSEL 具有阈值电流 低、单波长工作稳定、可高效调制、易二维集成、无腔面阈值损伤、制造成本低等优点。
EEL 进一步分为 FP/DFB/EML 三类，应用场景相异。FP、DFB 为独立器件，通过 控制电流的有无来调制信息输出激光，故被称为直接调制激光器芯片（DML）。在 DML 中，FP 激光器诞生较早，主要用于低速率短距离传输；DFB 在 FP 激光器的基础上发展 而来，采用光栅滤光器件实现单纵模输出，主要用于高速中长距离传输。DML 通过调 制注入电流来实现信号调制，然而注入电流的大小会改变激光器有源区的折射率，造成 波长漂移（啁啾）从而产生色散，限制了传输距离；同时，DML 带宽有限，调制电流大 时激光器容易饱和，难以实现较高的消光比。 电吸收调制激光器芯片（EML）较好地缓解了啁啾色散问题，它由 EAM 电吸收调制器与 DFB 激光器集成而来，信号传输质量高，易实现高速率长距离的传输，不过价 格与能耗相对较高。
三五族化合物泛指由元素周期表的三族与五族元素构成的合金化合物，种类丰富， 如砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）、砷化铟镓（InGaAs），根据所含元素种类数又可分为 二元化合物如 InP，三元化合物如 1−，四元及更高化合物等。硅是目前工业中 最主要的半导体材料，广泛用于集成电路，但在光电器件领域，三五族化合物却因具有 更好的光学特性而更为重要。 三五族化合物具有直接带隙，进而电子在高低能级间跃迁时效率更高，进而使芯片 输出激光的效率更高。带隙是电子从低能级（价带）跃迁高能级（导带）所需吸收的最 小能量，对应的是价带顶部与能带底部的能量差距。直接带隙是指在能量-波矢图中，元素电子的价带底与导带顶对应的波矢相同，反之，若二者波矢有异，则称为间接带隙。
对于直接带隙结构，电子在价带与导带间的跃迁只需满足能量守恒；对于间接带隙 结构，由于价带顶与导带底的波矢不同，需在水平方向施加动量方可使电子完成跃迁， 也即：电子跃迁过程涉及声子的吸收与发射——一方面，由低向高能级的跃迁必须要有 声子参与，这导致跃迁发生的概率降低，间接带隙结构发生电子跃迁的概率约为直接间 隙结构的 1/1000；另一方面，跃迁释放的大部分能量会转换为声子而非光子。此二因素 决定了直接间隙结构中电子在高低能级间的跃迁效率更高。 如前所述，对于激光器芯片而言，输出激光的关键在于“半导体中的电子吸收能量， 由低能级向高能级跃迁—电子由不稳定的高能级回落至低能级，在这一过程中以光子形 式释放能量”，可见，电子跃迁的效率是激光输出效率的本源，故直接带隙结构的半导 体更适用于制作激光器芯片。三五族化合物大都为直接间隙半导体材料，如 GaAs、GaN、 InP 等，少部分三五族化合物如 GaP 及 Ge、Si 则属于间接带隙结构，这是 GaAs、InP 等三五族化合物在激光器芯片制备中应用普遍的基础。
三五族化合物可形成三元及以上化合物作为外延材料，通过调整各组分元素的比例, 可获得期望的激光输出波长，满足多样化的场景需求。激光器芯片输出的激光源于从导 带层回落至价带层时释放的光子，故激光的波长主要由释放光子的波长决定，而光子的 波长与光子的频率进而光子的能量成反比，故输出激光的波长将主要由“电子由导带底 回落至价带顶释放的能量大小”决定，即半导体材料的带隙。对于 Si、Ge 而言，除电 子跃迁效率较低外，它们为单一材料，带隙固定，故只能发出单一波长的光；对三五族 化合物而言，单个化合物的带隙同样固定，但它们可按照不同比例进行混合，形成不同 的三元及以上化合物，由此可得多种带隙。需指出，光芯片的衬底通常还是二元化合物， 三元及以上化合物一般作为从衬底上生长出的外延材料。
三五族化合物中，InP 与 GaAs 两类材料在激光器光芯片衬底中居于主流。GaAs 是目前研究得最成熟、生产量最大的化合物半导体材料，具有电子迁移率高、禁带宽度 大等优点，适合于制造高频、高速的器件与电路；InP 则具有高电光转换效率与高电子 迁移率、抗辐射等品质，二者各具优势。前述 VCSEL 面发射激光器芯片主要以 GaAs 材 料为衬底，而 FP、DFB、EML 三类边发射激光器芯片主要以 InP 材料为衬底。
