光电集成材料（optoelectronic integrated material），光子元件一般包括光源、光调制器、
光探测器、光波导、光双稳等，电子元件包括三极管、二极管、电阻、电容等。如果各种光子、电子元件都制在同一
衬底上，则这种衬底材料称为单片光电集成材料，如果各种光子、电子元件分别制在不同衬底上，然后拼接在一起，则衬底材料称为混合光电集成材料。
常用的光电集成材料是砷化镓、磷化铟和复合衬底材料。砷化镓属立方晶系，有直接跃迁型能带结构，呈现负阻效应，其电子迁移率比硅高约8倍，本征电阻率比硅大3个数量级，不仅可制作光子元件，也可制作电子元件。在同一砷化镓衬底上，已能集成激光器、光探测 器和光波导；6个
分布反馈激光器；激光器与耿氏振荡器或金属半导体
场效应晶体管；4×4砷化镓开关阵列等。磷化铟也是直接带隙半导体材料，300K时，其带隙宽度为 1.35电子伏特(eV)。适于制做光纤通信用的光电集成器件。在同一磷化铟衬底上，已能集成5个DFB激光列阵；10个
DFB激光器波分复用系统；各种激光器与驱动器、光探测器与前置放大器等光电子器件。
把各种光子和电子元件集成在同一衬底上，除了要解决元件结构和工艺技术的兼容性外，还要选择满足两种元件性能要求的材料。为了使不同材料互补，按要求进行优化组合，又发展出一种复合衬底材料，即利用异质外延技术，在一种衬底材料上外延另一种衬底材料薄膜，如在硅片上异质外延砷化镓单晶薄膜，在衬底的硅面制作电子元件，在砷化镓薄膜上制作光子元件。其优点是可以把硅的
大规模集成电路技术与砷化镓的光子元件技术结合，改善导热性能，降低成本，提高集成度。除在硅面上异质外延砷化镓外，还可在砷化镓晶片上异质外延磷化铟单晶薄膜。利用复合衬底材料，已制出一批光、电子元件，以及光电集成的光发射机和光接收机。