日企透過材料零件技術,開拓光電融合未來商機

 

刊登日期:2025/12/1
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材網編輯室
 
由於能大幅降低資料中心的耗電量,結合光學電路與電氣電路的「光電融合」技術正加速開發中。在這場光電融合的浪潮中,日本企業在材料零件領域的表現趨於活躍。全球半導體大廠紛紛加快推動光電融合先進技術「共同封裝光學(Co-Packaged Optics; CPO)」的製品化,對日本製造商而言將是一大商機。
 
日本長年以來在光電融合相關材料的技術開發上深耕,尤其是在封裝基板、光波導、積層基板用材料(Build-up)、接著劑等領域,日本企業在研發上居於全球領先地位。相對而言,在雷射光源或是將雷射光轉換為傳輸訊號的光調變器領域,則是日本與美國等海外企業激烈競爭。在各種方式的CPO提案中,目前尚未出現壓倒性的技術解方。實現CPO的核心技術在於使用矽(Si)半導體製造技術形成光學電路的「矽光子(Silicon Photonics)」。由於日本企業目前在矽半導體材料市場握有顯著市占率,因此也很可能在光電融合時代繼續以材料與零件技術展現其實力(圖一)。
 
圖一、日本有眾多零件、材料製造商參與CPO相關開發
圖一、日本有眾多零件、材料製造商參與CPO相關開發
 
以化合物半導體攻佔市場
在CPO重要零組件—光學調變器的開發方面,三菱電機與TDK因均採用了一般矽材料以外的新材料而受到關注。三菱電機投入於採用磷化銦(InP)材料之光調變器與光源整合的光學引擎開發;TDK則使用鈮酸鋰(LiNbO₃; LN)開發光學調變器。
 
相較於矽,InP與LN此類的化合物半導體具有高速運作與低功耗的優勢。由於其材料性質差異,可達更快的調變速度,且切換訊號所需的耗電量更低(表一)。雖然化合物半導體具有優勢,但過去多半仍以開發便利性高的矽材料為主。美國Intel與新創公司Coherent是矽類光學調變器的代表業者。然而,隨著資料中心對於低消耗電力的要求日趨嚴格,既有矽類光學調變器的性能與功耗已逐漸逼近極限。
 
▼表一、光學調變器的材料類別特徵比較
▼表一、光學調變器的材料類別特徵比較
 
InP實績應用於光學調變器
三菱電機長期投入於光電融合相關技術的開發,並在2025年1月的研發戰略說明會上,正式表態將開發CPO用光學引擎。今後將在光學調變器與光源等內部元件中活用本身在化合物半導體方面的技術,並以其InP材料技術,實現高速且低功耗的運行。
 
三菱電機此前已開發出搭載於光學引擎之電致吸收調變雷射二極體(Electro-absorption Modulator integrated Laser diode; EML)的集成電路(IC)晶片。EML係將雷射光源與調變器整合的元件,據三菱電機表示,其EML晶片在全球市場數量擁有過半市占。三菱電機計畫將EML晶片---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

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