概念

光芯片歸屬于半導體領域，是光電子器件的核心組成部分。半導體整體可以分成分立器件和集成電路兩大類，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、探測器等。

光芯片的制備

與集成電路芯片不同，光芯片對制程要求相對不高，外延設計及制造是核心，該環(huán)節(jié)技術門檻最高。以激光器芯片為例，其決定了輸出光特性以及光電轉化效率，是否具備良好的外延設計及制造能力是光芯片制造商最重要評價標準。光芯片的性能依賴于具體的工藝設計和制備，因而這也就決定了IDM是主流，這也區(qū)別于標準化程度高。行業(yè)分工明確的集成電路芯片領域。

激光器芯片的制備流程

光芯片的應用領域光通信

光通信是光芯片最核心的應用領域之一，光通信領域的光芯片整體可分為有源和無源兩大類，并可按功能等維度進一步細分。根據(jù)有源芯片功能，可分為發(fā)射光信號的激光器芯片、接收光信號的探測器芯片、調制光信號的調制器芯片等。天源芯片方面，主要由基于平面光波導技術調控光路傳輸?shù)?PLC光分路器芯片AWG芯片、VOA芯片等構成。綜合來看，激光器芯片和探測器芯片是應用最多最為核心的兩類光芯片。

光模塊結構示意圖

激光芯片和探測器芯片

綜合來看，激光芯片和探測器芯片是應用最多、最為核心的兩類芯片。

從工作原理來看，激光器芯片核心是施加一定的激勵方式(如將電流注入芯片核心量子阱區(qū)域)，利用半導體物質在能帶間躍遷發(fā)光以激發(fā)出光子，并在光波導和有光學鍍膜的解理端面(用半導體晶體的解理面形成兩個平行反射鏡面作為反射鏡從而組成諧振腔)間進行震蕩、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。以上過程需滿足三個條件。

探測器芯片同樣種類很多，原理上基于光電效應(可分為內光電效應和外光電效應)，通信領域的探測器細分來看可歸為基于內光電效應的光生伏特探測器，根據(jù)放大與否可進一步分為非放大的 PIN(二級管探測器)和包含放大的 APD(雪崩二級管探測器)兩種。

光芯片行業(yè)壁壘

1. 工藝流程復雜技術壁高。

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

2.下游需求驅動，激光器芯片加速更新送代

光模塊速率加速提升，驅動激光器芯片更新迭代升級。以數(shù)通領域為例，流量高速增長、光模塊單位速率成本下降、交換機芯片升級擴容等多種因素均是驅動光模塊速率升級的重要因素，基本3~5年完成一次光模塊速率的升級選代。

3.客戶粘性高，先發(fā)優(yōu)勢大

通信領域激光器芯片的最下游客戶主要是運營商及云廠商，在產(chǎn)品性能滿足的前提下，對可靠性、大規(guī)模交付能力有較高要求。因而客戶粘性強，壁壘高，不輕易更換供應商。特別是電信領域的應用場景，可能涉及戶外高溫、高濕、低溫等惡劣環(huán)境，對可靠性及穩(wěn)定的要求很高。下游客戶在選取新供應商時需要經(jīng)過資質審核、產(chǎn)品驗證、小批量試用等環(huán)節(jié)，時間成本高且替換難度大。