概念

光芯片歸屬于半導(dǎo)體領(lǐng)域，是光電子器件的核心組成部分。半導(dǎo)體整體可以分成分立器件和集成電路兩大類(lèi)，數(shù)字芯片和模擬芯片等電芯片歸屬于集成電路，光芯片則是分立器件大類(lèi)下電子器件的核心組成部分。典型的光電子器件包括了激光器、探測(cè)器等。

光芯片的制備

與集成電路芯片不同，光芯片對(duì)制程要求相對(duì)不高，外延設(shè)計(jì)及制造是核心，該環(huán)節(jié)技術(shù)門(mén)檻最高。以激光器芯片為例，其決定了輸出光特性以及光電轉(zhuǎn)化效率，是否具備良好的外延設(shè)計(jì)及制造能力是光芯片制造商最重要評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。光芯片的性能依賴(lài)于具體的工藝設(shè)計(jì)和制備，因而這也就決定了IDM是主流，這也區(qū)別于標(biāo)準(zhǔn)化程度高。行業(yè)分工明確的集成電路芯片領(lǐng)域。

激光器芯片的制備流程

光芯片的應(yīng)用領(lǐng)域光通信

光通信是光芯片最核心的應(yīng)用領(lǐng)域之一，光通信領(lǐng)域的光芯片整體可分為有源和無(wú)源兩大類(lèi)，并可按功能等維度進(jìn)一步細(xì)分。根據(jù)有源芯片功能，可分為發(fā)射光信號(hào)的激光器芯片、接收光信號(hào)的探測(cè)器芯片、調(diào)制光信號(hào)的調(diào)制器芯片等。天源芯片方面，主要由基于平面光波導(dǎo)技術(shù)調(diào)控光路傳輸?shù)?PLC光分路器芯片AWG芯片、VOA芯片等構(gòu)成。綜合來(lái)看，激光器芯片和探測(cè)器芯片是應(yīng)用最多最為核心的兩類(lèi)光芯片。

光模塊結(jié)構(gòu)示意圖

激光芯片和探測(cè)器芯片

綜合來(lái)看，激光芯片和探測(cè)器芯片是應(yīng)用最多、最為核心的兩類(lèi)芯片。

從工作原理來(lái)看，激光器芯片核心是施加一定的激勵(lì)方式(如將電流注入芯片核心量子阱區(qū)域)，利用半導(dǎo)體物質(zhì)在能帶間躍遷發(fā)光以激發(fā)出光子，并在光波導(dǎo)和有光學(xué)鍍膜的解理端面(用半導(dǎo)體晶體的解理面形成兩個(gè)平行反射鏡面作為反射鏡從而組成諧振腔)間進(jìn)行震蕩、反饋。最后輻射放大形成相位和方向高度一致的光子，即發(fā)射激光。以上過(guò)程需滿足三個(gè)條件。

探測(cè)器芯片同樣種類(lèi)很多，原理上基于光電效應(yīng)(可分為內(nèi)光電效應(yīng)和外光電效應(yīng))，通信領(lǐng)域的探測(cè)器細(xì)分來(lái)看可歸為基于內(nèi)光電效應(yīng)的光生伏特探測(cè)器，根據(jù)放大與否可進(jìn)一步分為非放大的 PIN(二級(jí)管探測(cè)器)和包含放大的 APD(雪崩二級(jí)管探測(cè)器)兩種。

光芯片行業(yè)壁壘

1. 工藝流程復(fù)雜技術(shù)壁高。

工藝流程復(fù)雜，涉及諸多精密加工環(huán)節(jié)，技術(shù)壁壘高。以制造一顆25GDFB數(shù)光器芯片為例，若不涵蓋封裝測(cè)試環(huán)節(jié)，大致可分為9大部分，整個(gè)生產(chǎn)工序召過(guò)280道，每道生產(chǎn)工序包括工藝設(shè)計(jì)都將影響產(chǎn)品最終的性能和可靠性。

2.下游需求驅(qū)動(dòng)，激光器芯片加速更新送代

光模塊速率加速提升，驅(qū)動(dòng)激光器芯片更新迭代升級(jí)。以數(shù)通領(lǐng)域?yàn)槔?，流量高速增長(zhǎng)、光模塊單位速率成本下降、交換機(jī)芯片升級(jí)擴(kuò)容等多種因素均是驅(qū)動(dòng)光模塊速率升級(jí)的重要因素，基本3~5年完成一次光模塊速率的升級(jí)選代。

3.客戶(hù)粘性高，先發(fā)優(yōu)勢(shì)大

通信領(lǐng)域激光器芯片的最下游客戶(hù)主要是運(yùn)營(yíng)商及云廠商，在產(chǎn)品性能滿足的前提下，對(duì)可靠性、大規(guī)模交付能力有較高要求。因而客戶(hù)粘性強(qiáng)，壁壘高，不輕易更換供應(yīng)商。特別是電信領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景，可能涉及戶(hù)外高溫、高濕、低溫等惡劣環(huán)境，對(duì)可靠性及穩(wěn)定的要求很高。下游客戶(hù)在選取新供應(yīng)商時(shí)需要經(jīng)過(guò)資質(zhì)審核、產(chǎn)品驗(yàn)證、小批量試用等環(huán)節(jié)，時(shí)間成本高且替換難度大。