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磊晶龙头 IQE 积极投入 VCSEL 元件,结构复杂度仍具挑战

2024-12-26 212


VCSEL(垂直腔面发射激光器)磊晶龙头大厂 IQE,公布 2019 上半年营收为 6,672 万英镑,相较 2018 年同期 7,340 万英镑衰退 9.1%。

分析 2019 上半年 IQE 营收衰退原因,主要由于 2019 年终端产品手机出货量下滑、中美贸易战及地域政治紧张如英国脱欧、日韩贸易争端等因素所致,使上半年 IQE 无线通讯(3,015 万英镑)及 CMOS(109 万英镑)领域营收双双下滑,但光通讯营收(3,548 万英镑)却依然强劲,较同期成长 18.0%;由此可见,VCSEL 元件于终端市场应用(如手机、车用领域)需求,未来仍旧持续看好。

VCSEL 元件获利性高于 LED 元件,目前磊晶市场已形成百家争鸣局面

VCSEL 元件发展态势,从 2018 年苹果发表的 iPhone X 系列开始,直到今日话题性仍然不断;主要由于近期手机终端产品之 3D 感测人脸辨识功能及车用光达(LiDAR)应用等需求,使相关技术及元件需求的讨论程度仍旧不减。

若回到技术层面,可发现由于 VCSEL 元件结构相当复杂,材料特性、磊晶层数之要求必须相当高,且需有高难度的磊晶技术才可顺利生产;但由于营收考量,VCSEL 元件获利性仍较一般红外光元件发光二极管(LED)高出许多,使各家磊晶厂商如 IQE、全新等、LED 厂如晶电、Lumentum 等无不相继投入或转型至 VCSEL 元件开发,以期取得较高营收表现,目前整体市场已形成百家争鸣局面。

由于两侧反射层构造复杂,VCSEL 元件结构需考量于材料设计及磊晶品质

由于 VCSEL 元件的运行原理与市售 LED 元件十分相似,主要皆透过 N 型半导体(本体或经参杂后所得较多带电子之半导体材料)与 P 型半导体(本体或经参杂后所得较多带电洞的半导体材料)相互接合后,形成 PN 接面(PN Junction)再通电元件,随后经过一连串物理变化,最终生成光源。

进一步探讨 VCSEL 与 LED 元件两者间的结构差异,LED 元件单纯透过 N 型及 P 型半导体结构接合即可,而 VCSEL 元件除了相同使用两者接合,还需再利用两侧分散式布拉格反射器(Distributed Bragg Reflector,DBR)等构造,使其生成之光源再经由数次反射后,提高整体光源能量,最后光源应用于其他终端产品如手机、汽车等领域。

因此 VCSEL 元件结构除了 N 型及 P 型半导体,还需透过磊晶成长方式将两侧 DBR 堆叠(层数高达 50~100 层)其中,形成光线之反射区域,使生成的光源能量得以强化;相形之下,VCSEL 元件结构比 LED 元件更复杂,材料设计较困难,且磊晶品质(厚度、平整性与均匀度)要求极高,由整体结构示意图可略知一二。

▲ GaAs 基板 VCSEL 元件结构示意图。(Source:拓墣产业研究院整理,2019.10)

(首图来源:IQE)

2019-10-22 19:23:00

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