中國光芯片行業(yè)發(fā)展現狀分析報告2023

• 黃文玉 2023年4月24日 來源：互聯網 683 40
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光芯片是光模塊中完成光電信號轉換的直接芯片，按應用情況，分為激光器芯片和探測器芯片。

一、光芯片的概念

光芯片是光模塊中完成光電信號轉換的直接芯片，按應用情況，分為激光器芯片和探測器芯片。激光器芯片發(fā)光基于激光的受激輻射原理，按發(fā)光類型，分為面發(fā)射與邊發(fā)射：面發(fā)射類型主要為VCSEL(垂直腔面發(fā)射激光器)，適用于短距多模場景;邊發(fā)射類型主要為FP(法布里-珀羅激光器)、DFB(分布式反饋激光器)以及EML(電吸收調制激光器)。

FP適用于10G以下中短距場景，DFB及EML適用于中長距高速率場景。EML通過在DFB的基礎上增加電吸收片(EAM)作為外調制器，目前是實現50G及以上單通道速率的主要光源。

研究人員將磷化銦的發(fā)光屬性和硅的光路由能力整合到單一混合芯片中。當給磷化銦施加電壓的時候，光進入硅片的波導，產生持續(xù)的激光束，這種激光束可驅動其他的硅光子器件。這種基于硅片的激光技術可使光子學更廣泛地應用于計算機中，因為采用大規(guī)模硅基制造技術能夠大幅度降低成本。 英特爾認為，盡管該技術離商品化仍有很長距離，但相信未來數十個、甚至數百個混合硅激光器會和其它硅光子學部件一起，被集成到單一硅基芯片上去。這是開始低成本大批量生產高集成度硅光子芯片的標志。

二、光芯片行業(yè)市場發(fā)展現狀分析

光芯片還可以按照材料體系及制造工藝的不同，分為InP、GaAs、硅基和薄膜鈮酸鋰四類，其中InP襯底主要包括直接調制DFB/電吸收調制EML芯片、探測器PIN/APD芯片、放大器芯片、調制器芯片等，GaAs襯底包括高功率激光芯片、VCSEL芯片等，硅基襯底包括PLC、AWG、調制器、光開關芯片等，LiNbO3包括調制器芯片等。

隨著集成電路的不斷發(fā)展，傳統的電子集成電路在帶寬與能耗等方面逐漸接近極限。隨著電子電路集成度的不斷提高，金屬導線變得越來越細，導線之間的間距不斷縮小，這一方面使得導線的電阻和其歐姆損耗不斷增大，使得系統能耗不斷增加;另一方面會造成金屬導線間的電容增大，引起導線之間的串擾加大，進而影響芯片的高頻性能。

光芯片是全球半導體行業(yè)的一個重要細分賽道，涵蓋工業(yè)用高功率激光芯片、通信用高速率激光芯片、手機人臉識別用VCSEL等成熟應用，以及車用激光雷達和硅光芯片等未來有望實現爆發(fā)性增長的新領域。據統計，2021年全球光電子器件(含CCD、CIS、LED、光子探測器、光耦合器、激光芯片等)市場規(guī)模達414億美元，預計2025年市場規(guī)模有望達561億美元，2021-2025年CAGR為9%。

電子集成芯片采用電流信號來作為信息的載體，而光子芯片則采用頻率更高的光波來作為信息載體。相比于電子集成電路或電互聯技術，光子集成電路與光互連展現出了更低的傳輸損耗 、更寬的傳輸帶寬、更小的時間延遲、以及更強的抗電磁干擾能力。 此外，光互連還可以通過使用多種復用方式(例如波分復用WDM、模分互用MDM等)來提高傳輸媒質內的通信容量。 因此，建立在集成光路基礎上的片上光互連被認為是一種極具潛力的技術用以克服電子傳輸所帶來的瓶頸問題。

根據中研普華產業(yè)研究院發(fā)布的《2022-2027年中國光芯片行業(yè)發(fā)展現狀及趨勢預測報告》顯示：

國內目前參與廠商較散，產品體系豐富度、成熟度低，廠商對于探測芯片方案的選擇較為分明，以光迅科技、光森電子、三安光電為首的公司選擇傳統成熟的PIN-PD、APD領域，產品較多運用于光通信產業(yè)鏈中;以芯視界、靈明光子、阜時科技為首的一眾創(chuàng)企較多選擇布局未來方向的SPAD/SiPM。

外延是半導體工藝當中的一種。在bipolar工藝中，硅片最底層是P型襯底硅(有的加點埋層);然后在襯底上生長一層單晶硅，這層單晶硅稱為外延層;再后來在外延層上注入基區(qū)、發(fā)射區(qū)等等。最后基本形成縱向NPN管結構：外延層在其中是集電區(qū)，外延上面有基區(qū)和發(fā)射區(qū)。外延片就是在襯底上做好外延層的硅片。因有些廠只做外延之后的工藝生產，所以他們買別人做好外延工藝的外延片來接著做后續(xù)工藝。

根據國內第三方工商注冊服務機構--"企查查"查詢結果顯示，截止2021年12月底，國內"存續(xù)"和"在業(yè)"的企業(yè)中業(yè)務包含"光芯片或者外延片"，并通過查找范圍"品牌/產品"，篩選之后企業(yè)有19996家，同比2020年年底的11698家增長8298家。從光芯片外延片行業(yè)人員規(guī)模企業(yè)發(fā)布的人才需求來看，研發(fā)和銷售是企業(yè)人員需求量最大的兩個部分，對研發(fā)崗位的需求高達55%，其后是銷售客戶支持類崗位，占18%。

2019年中國光芯片外延片市場規(guī)模為112億元，2020年受新冠疫情影響，中國光芯片外延片市場規(guī)模有所下降，但隨著相關領域投資建設規(guī)模的擴大，中國光芯片外延片市場需求將持續(xù)增長，2021年光芯片外延片行業(yè)市場規(guī)模達到125億元，同比增長17.92%。

在旺盛需求的推動下，國內嚴格的疫情防控措施為國內外光芯片外延片工廠提供復工生產、調升稼動率彌補庫存的可能，因此產能擴張帶來的剛需以及提前搶單共同推動了中國大陸地區(qū)光芯片外延片工業(yè)產值的增長，2021年光芯片外延片行業(yè)工業(yè)總產值達到118億元，同比增長16.83%。中國光芯片外延片產業(yè)結構逐步由小而全的綜合制造模式逐步走向設計、制造、封裝測試三業(yè)并舉，各自相對獨立發(fā)展的格局。

三、光芯片行業(yè)市場未來展望

高速數據處理和傳輸構成了現代計算系統的兩大支柱，而光子芯片將信息和傳輸和計算提供一個重要的連接平臺，可以大幅降低信息連接所需的成本、復雜性和功率損耗。隨著硅基光電子學和半導體加工技術的不斷發(fā)展，光子和電子混合集成的光電子芯片還可以進一步的提升器件性能并降低成本，以滿足不斷增長的高帶寬互連的需要。

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