先進雷射晶片事業

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服務項目及產品

 
-VCSEL 磊晶疊構設計
-VCSEL 680nm波長晶片
-VCSEL 850nm波長晶片
-VCSEL 940nm波長晶片

 


 

兆勁科技在2018年與VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,「垂直共振腔面射型雷射」)磊晶廠(EPI House)緊密合作多時後,決定在現有模組事業的基礎上,向上游延伸至「設計、製造VCSEL晶片」,延攬專才與技術團隊,成立「先進雷射晶片事業部」,研究、開發、設計、製造及銷售VCSEL晶片,提供從VCSEL磊晶疊構設計、到晶片專業設計及銷售服務之供應商。

 

兆勁先進雷射晶片事業部之VCSEL晶片產品主要應用於「光通訊」及「精密感測」兩大領域,預計供應第五代行動通訊系統(5th generation mobile networks,5G)產業從資料傳輸(Transceiver module,「高溫高速光通訊收發模組」)到行動裝置之距離感測器(Proximity sensor)、飛時測距(Time of Flight,ToF用於臉部辨識Face ID),兆勁先進雷射晶片事業部志在提供強力高效晶片,協助台灣乃至於全球5G產業打造前所未有、高速運行的傳輸環境,以及5G行動裝置全新應用體驗。

 

兆勁先進雷射晶片事業部之VCSEL晶片產品應用領域,也包含了「智慧駕駛(Advanced Driver Assistance Systems,ADAS)」、「智慧製造(Industry 4.0)」、「智慧物聯(AIoT)」…等領域,只要是產業客戶的相關需求,兆勁先進雷射晶片事業部門將使命必達。

 


 

相關新聞報導

 

五大應用一步到位 VCSEL成通訊/測距幕後推手

2018-01-29, 盧佳柔

 

大數據/生物感測需求攀升 VCSEL鏖戰再起 

萬物聯網的數量急遽爆增,連帶著數據資料量隨之不斷增加,加上現有太多資料需要即時存取,如何解決短時間內傳輸大量又多樣化資料,已成為現今科技產業的當務之急。而這樣的市場走向,也是VCSEL近幾年再次吸引眾人目光的關鍵要素,為了突破傳統銅纜的傳輸瓶頸,採用光纖傳輸達到更即時的傳輸勢必成為未來趨勢。

 
 
 
 
 
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台灣大學光電所教授吳肇欣表示,大數據與生物感測需求迫在眉睫,刺激光通訊與3D感測導入VCSEL速度不斷加快。
台灣大學光電所教授吳肇欣(圖2)表示,光通訊在長程應用已非常廣泛,目前更朝向短距離且大量傳輸的趨勢發展,由資料中心與時俱進逐漸滲透到電腦、晶片等級的光傳輸,可預期光傳輸訊號相關元件所需要的量將日益擴張。
除了光通訊應用之外,3D感測更是促成VCSEL市場熱度加溫的關鍵技術。無論是透過結構光、ToF或是Stereo System的方式來實現3D感測技術,可明確知道的是,大眾關注的VCSEL元件,已經慢慢從距離生活遙遠的資料中心,步步滲透進日常生活當中,而此榮景也激發人們對於VCSEL這項存在已久技術產生好奇。
VCSEL中文是垂直共振腔面射型雷射,所謂「垂直」,指的是雷射光射出的方向,與磊晶的方向垂直,相較於邊射型雷射(Edge Emitting Laser, EEL),可提供更好的特性。 
吳肇欣指出,VCSEL主要雷射的共振腔,是透過上下的布拉格鏡面(Distributed Bragg Reflector, DBR)結構產生而來,DBR結構可產生週期性折射率變化,這個週期性折射率變化可以針對特定波長,提供比較高的反射或者是穿透。早期在DBR發展過程中,曾使用介電質材料,而目前則是普遍使用半導體材料為主,但無論DBR是採用何種材料,該技術主要發光區域會被夾在上下兩個DBR反射鏡中間,因此其共振腔(Cavity)可以做得非常小。 

 


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交通大學光電系特聘教授郭浩中表示,VCSEL最大優勢在於可支援陣列的應用,為3D感測和資料中心增添效能。

交通大學光電系特聘教授郭浩中(3)強調VCSEL最大好處就是可發射出圓型光束(Circular Beam Shape)可以支援陣列應用包含光通訊及3D視覺感測的應用。於3D視覺感測技術中,可滿足100200,甚至是300個陣列,可排得非常密集,不過需注意散熱問題。雷射的功率密度(Power Density)高,因此在散熱設計上須要特別注意。 

 

郭浩中分析,基本上雷射設計需要注意發光層、DBR與氧化層的開口(Oxide Aperture)等三大要素,而台灣本身LED從檢測、封裝到製程的產業鏈完整,例如晶元光電的IR LED全球首屈一指,更有致茂、旺矽等強而有力的測試公司做後盾,在雷射技術上,應可借重過去台灣LED經驗,創造另一波成長高峰。 

  


兩大VCSEL結構類型 

 

整體而言VCSEL可透過兩種類型的結構來實現包含質子布質(Proton Implanted)與氧化局限(Oxide Confined)等技術(4)。吳肇欣談到,最早出現的VCSEL技術,是採用Proton Implanted架構,由Iga所設計出來,主要的材料為四元材料,上下是透過金屬的反射,其主動區發光位置約20μm,可說是占據相當大的空間,因此臨介電流還是太大。 

 

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兩種VCSEL架構類型剖面圖

資料來源:交通大學  

 

吳肇欣分析,臨介電流過大另一個原因在於,該技術使用金屬做為反射(Mirror),雖然金屬可以做到很好的反射率,但是金屬本身對光會有吸收現象,會造成共振腔損失(Cavity Loss)的問題,因此當時Iga所發布的VCSEL無法拿來實際應用。 

 

為了改善主動區體積的問題,Iga後續從主動區的材料結構著手,從原本的四元材料,改變成GaAs為主的材料,更進一步也變更了DBR反射材料,從金屬材料轉換成SiO2/TiO2。此舉不僅減少主動區的一些損失,更改善了溫度特性,使VCSEL能不限於在低溫中操作;此外,以金屬做為反射,雖然可以有不錯的反射率,但金屬對光的吸收太好,也造成元件操作無法繼續加大電流,故採用SiO2/TiO2不僅可有很好的反射率,同時也可將光子局限在共振腔之中。此後,產業界也不斷研發新的DBR材料,並逐漸向半導體DBR結構發展。 

 

除了解決主動區面積問題外,如何降低臨界電流亦是另一重要課題。吳肇欣談到,採用Proton Implanted結構雖然可以製造出商用產品,但其最大問題在於該結構無辦法提供Optical Confinement,因此折射率無法變化太多。不僅如此,Proton Implanted結構還需要額外考慮到機台與控制上的問題。 

 

相較之下,Oxide Confined結構可以做一個比較簡便、方便的限制。而這樣的結構優勢,也使Oxide Confined成為目前VCSEL結構採用的主流選項。 

 

郭浩中表示,1999年開始量產的VCSEL技術就是採用Oxide Confined架構,但當時仍有可靠性與怕濕的問題產生,現已可透過防水防濕的技術解決。 

 

郭浩中認為,氧化層是Oxide Confined架構中,非常重要的關鍵要素,因為氧化層孔洞的開口大小會決定光通訊速度,當開口越小,其速度就會越快,但設計當中也不能讓開口過小,因為若開口太小會有一些可靠性的問題產生。舉例來說,若想要滿足25Gbps的傳輸速率,開口就要縮小到6μm左右;另外進入製程時,也要盡量把電容弄小。此外,實作VCSEL陣列時,需要控制其氧化的孔洞每個都很均勻,通常會以7~8μm14μm大小為主。 

 

整體而言,郭浩中強調,掌握「控制」力是VCSEL設計快速達陣最好的方法。他認為,VCSEL技術不難,做好不同層級的控制是首要原則,包含控制DBROxide Aperture與質量等;最後,針對不同應用採取相對應的模式設計。