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

Model

光通訊光感測

TYPE

850nm /

10Gbps

850nm /

25Gbps(85。C)

940nm /

6X6 mil

940nm /ToF

32X36 mil

Application

Optical communication

Optical communication

Sensor light source

Consumer electronics

LiDAR

Consumer

electronics

Picture

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coming soon

SPEC PDF

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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。

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市場定位圖片5.png

兆勁先進雷射晶片事業部具有磊晶自主設計能力，主要產品為生產850nm、940nm 兩波長面射型雷射晶片，以及680nm...等特殊波長產品，亦可與客戶合作共同開發提供客製化結構產品服務。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），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。

  

產品市場應用

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自從2017年蘋果引爆VCSEL在手機市場的需求，到了2023年「3D感測」及「8K影像傳輸」將取代手機成為VCSEL應用的主流市場，2023年到2027年LEVER 4/LEVER 5智慧自駕車發展日益成熟後，將成為VCSEL主要的出海口。展望未來１０年，兆勁先進雷射晶片事業部將持續不斷研發，達成在全球範圍的技術領先，隨時供應市場關於VCSEL Chip的任何需求

 

展望VCSEL未來圖片9.png

 

 

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。

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。 

 


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100、200，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(圖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7~8μm或14μm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DBR、Oxide Aperture與質量等；最後，針對不同應用採取相對應的模式設計。