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企業(yè)新聞

他們立志做成亞洲最大的高端半導(dǎo)體激光芯片公司

激光制造網(wǎng) 來源:普華資本2024-01-30 我要評(píng)論(0 )   

激光芯片(Laser Diode Chip)是以半導(dǎo)體材料為增益介質(zhì)的激光器,依靠半導(dǎo)體能帶間的躍遷發(fā)光,通常以天然解理面為諧振腔。激光芯片具有波長(zhǎng)覆蓋面廣、體積小、結(jié)構(gòu)穩(wěn)...

激光芯片(Laser Diode Chip)是以半導(dǎo)體材料為增益介質(zhì)的激光器,依靠半導(dǎo)體能帶間的躍遷發(fā)光,通常以天然解理面為諧振腔。激光芯片具有波長(zhǎng)覆蓋面廣、體積小、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、泵浦方式多樣、成品率高、可靠性好、易高速調(diào)制等優(yōu)勢(shì),常用于激光芯片的半導(dǎo)體材料包括砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)和氮化鎵(GaN)等。


激光芯片作為關(guān)鍵零部件,具有萬億級(jí)市場(chǎng)空間,能廣泛應(yīng)用于電信與數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施、消費(fèi)電子、汽車電子、工業(yè)制造、衛(wèi)星通訊、光子計(jì)算、 VR等多個(gè)領(lǐng)域。


華辰芯光半導(dǎo)體科技有限公司(簡(jiǎn)稱“華辰芯光”),是普華資本天使輪所投的在中國(guó)半導(dǎo)體激光芯片行業(yè)的一顆冉冉升起的新星,采用IDM模式解決我國(guó)“卡脖子”芯片問題,并力爭(zhēng)在不長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi),將公司建成亞洲最大的包括設(shè)計(jì)、材料生長(zhǎng)、芯片制造、模組制造等能力的高端半導(dǎo)體激光產(chǎn)品中心,徹底解決嚴(yán)重影響我國(guó)通信、國(guó)防、高端制造等領(lǐng)域“卡脖子”的激光芯片問題。


成為“亞洲第一”的底氣源自哪里?將從華辰芯光聯(lián)合創(chuàng)始人、CTO魏明博士的創(chuàng)業(yè)歷程中加以揭曉。

魏明 博士 華辰芯光 聯(lián)合創(chuàng)始人 CTO


個(gè)人簡(jiǎn)介:浙江大學(xué)竺可楨學(xué)院,信息學(xué)院光電系本科,美國(guó)中弗羅里達(dá)大學(xué)光學(xué)院博士,發(fā)表過20多篇國(guó)際學(xué)術(shù)論文及專利并在多個(gè)國(guó)際會(huì)議上發(fā)表邀請(qǐng)演講。


曾任美國(guó)Lumentum工程及生產(chǎn)總監(jiān),領(lǐng)導(dǎo)產(chǎn)品與全工藝開發(fā),生產(chǎn)制造,成本和產(chǎn)線優(yōu)化,生產(chǎn)計(jì)劃,供應(yīng)鏈,工業(yè)工程等工作;帶領(lǐng)Lumentum芯片廠完成了多種類半導(dǎo)體激光器的工藝開發(fā)和穩(wěn)定量產(chǎn),產(chǎn)品覆蓋工業(yè)激光器,傳感,電信,數(shù)據(jù)通信,雷達(dá)等核心產(chǎn)品。


01

PH HUI

源于創(chuàng)業(yè)的初心:

國(guó)內(nèi)高端光芯片不再受海外壟斷

創(chuàng)立華辰芯光,您是源于怎樣的背景和初心?

魏明:2013年畢業(yè)后,我加入了全球半導(dǎo)體激光器芯片和器件公司的領(lǐng)軍企業(yè)-Lumentum(前身叫JDSU)。Lumentum是全球最知名的光通信、三維傳感、高功率激光等領(lǐng)域光芯片、光器件及光子系統(tǒng)制造商,其總部和光芯片F(xiàn)AB工廠在美國(guó)硅谷,它還在加拿大、中國(guó)、英國(guó)、日本、泰國(guó)等地設(shè)有產(chǎn)品研發(fā)及制造中心。Lumentum是我國(guó)華為、中興、烽火等著名電信設(shè)備制造商及眾多知名高功率激光產(chǎn)品制造商的核心光芯片和光模組供應(yīng)商,其產(chǎn)品特點(diǎn)以高可靠性聞名全球。我就職于這家巨頭在硅谷的Fab廠,Lumentum在全球的產(chǎn)品中的激光芯片和探測(cè)芯片都是由硅谷這個(gè)Fab生產(chǎn)。其中僅是激光產(chǎn)品就有200多類,而每一個(gè)光芯片對(duì)應(yīng)的光組件/模塊產(chǎn)品更是不計(jì)其數(shù)。


我有幸從一位主任工程師一步步成長(zhǎng)為高級(jí)工藝經(jīng)理、工藝技術(shù)總監(jiān),產(chǎn)品線也由負(fù)責(zé)單一產(chǎn)品線到負(fù)責(zé)FAB全產(chǎn)線產(chǎn)品,包括高功率激光、光通信激光、3D傳感激光等光芯片以及各種光探測(cè)器、PLC 、調(diào)制鈮酸鋰等產(chǎn)品。此外,我還主導(dǎo)完成了砷化鎵晶圓和磷化銦晶圓尺寸的升級(jí)和重大技術(shù)改造,并主導(dǎo)完成國(guó)際首條也是唯一的一條4寸+砷化鎵與磷化銦混合生產(chǎn)線的建設(shè)??梢哉f我經(jīng)歷了整個(gè)商用雷達(dá)激光器的發(fā)展,從最早全球最早商用量產(chǎn)的激光雷達(dá)Xbox Kinect中的核心部件激光器芯片的制造,到參與開發(fā)了人們熟知的蘋果手機(jī)人臉識(shí)別中的激光器芯片。


2019年,我離開Lumentum,在硅谷成立了自己的光芯片技術(shù)咨詢顧問公司,為全球客戶提供泛半導(dǎo)體FAB建設(shè)、工藝開發(fā)和管理的技術(shù)服務(wù)咨詢工作。期間在與國(guó)內(nèi)客戶接觸過程中,我發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)很多從事光芯片產(chǎn)品開發(fā)的初創(chuàng)企業(yè),大都采用海外代工的模式(fabless),產(chǎn)品同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)嚴(yán)重。此外,我還看到國(guó)內(nèi)一些自建Fab的企業(yè),因缺乏FAB建廠及工藝開發(fā)等實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)專家,無法在高端光芯片的工藝制程、產(chǎn)能、和成本等方面取得實(shí)質(zhì)性突破,嚴(yán)重制約著我國(guó)高端制造業(yè)的進(jìn)一步提升。


為了更大的發(fā)揮自己的價(jià)值,更為了使國(guó)內(nèi)高端光芯片不再受海外壟斷,我萌生了回國(guó)創(chuàng)建一家面向電信產(chǎn)品市場(chǎng)、高速數(shù)據(jù)通信、激光雷達(dá)等高端光芯片領(lǐng)域,并且有自己特色核心工藝的光芯片公司。


2021年年末,我果斷地選擇了回國(guó)創(chuàng)業(yè),與幾位志同道合的前同事創(chuàng)立了華辰芯光,為國(guó)內(nèi)高端客戶開發(fā)和制造激光芯片和產(chǎn)品解決方案。


02

PH HUI

源于獨(dú)有的制造技術(shù):

前瞻性采用IDM研制模式

光芯片的應(yīng)用領(lǐng)域有哪些?

魏明:半導(dǎo)體激光器,又稱激光二極管,是用半導(dǎo)體材料(主要是砷化鎵與磷化銦體系材料)作為工作物質(zhì)的激光器,還具有體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、能耗低等優(yōu)點(diǎn),主要應(yīng)用在電信與數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施、消費(fèi)電子、汽車電子、工業(yè)制造、衛(wèi)星通訊、光子計(jì)算、AR/VR等多個(gè)領(lǐng)域。


在消費(fèi)電子方面,激光器最大規(guī)模的應(yīng)用主要是在三維傳感。三維傳感通過投射特殊波段的主動(dòng)式光源、計(jì)算光線發(fā)射和反射時(shí)間差等方式,從而獲取物體的深度信息,實(shí)現(xiàn)了物體實(shí)時(shí)三維信息的采集。例如2017年,蘋果手機(jī)人臉識(shí)別中的激光器芯片讓三維傳感用激光器正式開啟了規(guī)模化應(yīng)用,隨后消費(fèi)電子與個(gè)人身份驗(yàn)證出現(xiàn)在各種應(yīng)用場(chǎng)合。


光通信是半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用最為廣泛的一大領(lǐng)域。光通信下游主要市場(chǎng)分為電信市場(chǎng)和數(shù)通市場(chǎng)。電信市場(chǎng)是光通信最先發(fā)力的市場(chǎng),主要包括 5G 通信、光纖接入、骨干網(wǎng)等,通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)推動(dòng)光通信市場(chǎng)需求; 數(shù)通市場(chǎng)是光通信增速最快的市場(chǎng),主要包括云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、大模型等,數(shù)據(jù)流量與數(shù)據(jù)交匯量的增長(zhǎng)推動(dòng)市場(chǎng)需求。


光芯片行業(yè)的的難點(diǎn)在于芯片的生產(chǎn)制造,華辰是掌握了哪些獨(dú)有的技術(shù)嗎?

魏明:光芯片對(duì)制造技術(shù)的要求要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)設(shè)計(jì)的要求,并且定制化要求較多。國(guó)際知名的頭部企業(yè),都建設(shè)有自己完善且強(qiáng)大的產(chǎn)品開發(fā)和芯片制造能力,要想徹底解決我國(guó)光芯片領(lǐng)域“卡脖子”問題,我們必須建設(shè)一個(gè)能力強(qiáng)大的FAB工廠。


我和團(tuán)隊(duì)創(chuàng)業(yè)一開始就定下采用IDM(集成了芯片設(shè)計(jì)、芯片制造和模組封裝三大功能)的模式研制光芯片。



做光芯片用IDM模式優(yōu)勢(shì)明顯:


1. 成本低 。主要表現(xiàn)在我們團(tuán)隊(duì)有多個(gè)工藝專家,工藝良率高,尺寸大,而且產(chǎn)能同時(shí)應(yīng)用在GaAs和InP,廠房空間和能源消耗等最優(yōu)化;


2. 迭代速度快。相比較代工我們一輪流片平均是代工的1/3,如果是優(yōu)先級(jí)高的流片速度會(huì)再快一倍以上;這有助于快速推出新產(chǎn)品,以及推出成本更低的同類產(chǎn)品;


3. 產(chǎn)品性能優(yōu)。供貨持續(xù)穩(wěn)定,自主可控;


4. 建立技術(shù)壁壘。工藝壁壘是一個(gè)持續(xù)建立的過程,有了Fab,每一個(gè)新工藝的開發(fā)都會(huì)為成為公司壁壘的一塊磚。


當(dāng)然,建立一個(gè)全流程Fab并不是一件容易的事。工藝制造是一個(gè)極其復(fù)雜的過程,需要涉及到設(shè)備,工藝,廠務(wù),安全,工業(yè)工程,生產(chǎn),計(jì)劃,供應(yīng)鏈,培訓(xùn)等一系列功能,各個(gè)部分需要有經(jīng)驗(yàn)的專家,還要需要多個(gè)部門的高效的協(xié)調(diào)和配合,其中僅是芯片制造工藝,就包括上百道工藝段的工藝制造支持,工藝開發(fā),工藝整合,產(chǎn)品工程等能力。我們憑借自己獨(dú)特的技術(shù)、踏實(shí)的做事風(fēng)格、和誠(chéng)信的口碑,吸引了全球范圍內(nèi)最優(yōu)秀的芯片專家作為合伙人,其中就包括高速光芯片設(shè)計(jì)專家、高功率產(chǎn)品設(shè)計(jì)專家、外延生長(zhǎng)專家、窄線寬芯片工藝專家、工藝整合專家,以及供應(yīng)鏈開發(fā)專家,封測(cè)專家等,每一位都曾畢業(yè)于國(guó)際名校且在行業(yè)中有十年或者二十年以上的經(jīng)驗(yàn)。我們技術(shù)團(tuán)隊(duì)?wèi){借多年的經(jīng)驗(yàn),從廠房設(shè)計(jì),施工,設(shè)備導(dǎo)入,工藝驗(yàn)證等環(huán)節(jié),用不到一年的時(shí)間就在江蘇無錫市建設(shè)了一座4英寸和6英寸兼容的全流程的涵蓋芯片設(shè)計(jì)、外延生長(zhǎng)、晶圓制造、芯片測(cè)試、和可靠性分析及驗(yàn)證的的全鏈條激光芯片能力芯片工廠。


制造工藝是芯片產(chǎn)業(yè)的核心和基礎(chǔ)。目前我們團(tuán)隊(duì)已經(jīng)有多項(xiàng)專有核心技術(shù)。


其中在電信級(jí)應(yīng)用方面,我們已經(jīng)開發(fā)并量產(chǎn)了解決高亮度壽命的激光芯片腔面鈍化核心工藝-WXP技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用量子阱摻雜原理,將激光腔面的能帶帶寬發(fā)光區(qū)域變大,折射率變小,在形成波導(dǎo)區(qū)的同時(shí)還能將發(fā)光區(qū)的能帶變寬從而降低腔面吸收,大大提升激光芯片的損傷閾值極限。采用WXP工藝處理的高功率激光芯片,可是將芯片使用壽命從現(xiàn)在的1萬小時(shí)左右提升到10萬小時(shí)以上,是電信產(chǎn)品泵浦激光芯片的核心制造工藝。


03

PH HUI

源于技術(shù)的落地:

數(shù)款明星產(chǎn)品將打破壟斷

目前,華辰有哪些明星產(chǎn)品已經(jīng)量產(chǎn)和應(yīng)用?未來又做了哪些布局?

魏明:成立兩年以來,我和團(tuán)隊(duì)結(jié)合國(guó)內(nèi)市場(chǎng)和資深優(yōu)勢(shì),在工業(yè)加工、數(shù)據(jù)通信、電信、激光雷達(dá)等市場(chǎng),研發(fā)了數(shù)款有明顯競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的明星產(chǎn)品。


在數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域:我們開發(fā)出了面向人工智能大模型應(yīng)用場(chǎng)景的單波100G VCSEL PAM4芯片。隨著人工智能的火爆,英偉達(dá) AI 系統(tǒng)的新設(shè)計(jì)需要更多光學(xué)器件,未來兩年英偉達(dá)網(wǎng)絡(luò)的部署可能需要近千萬個(gè)400G SR4和800G SR8 光模塊,所配套的芯片主要是100G PAM4 VCSEL產(chǎn)品,目前國(guó)內(nèi)廠家主要以100G、200G中低速率的光模塊居多,所用的光芯片大多為速率較低的10G或25G光芯片。800G光模塊所用芯片被海外企業(yè)壟斷。我們經(jīng)過數(shù)輪產(chǎn)品迭代,推出了性能可與海外頭部友商相媲美的單波100G PAM4 VCSEL產(chǎn)品,并且開始向國(guó)內(nèi)光模塊廠商進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。同時(shí)我們也開始布局研發(fā)面向未來人工智能應(yīng)用場(chǎng)景的新一代單波200G VCSEL芯片。


在電信領(lǐng)域:隨著近年來數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(Datacom)和光通信(Telecom)市場(chǎng)的飛速發(fā)展,對(duì)980nm單模半導(dǎo)體泵浦激光器產(chǎn)生了巨大的需求。尤其是對(duì)于長(zhǎng)距離、大容量傳輸?shù)年懙丶昂Q蠊歉晒饩W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用,對(duì)980nm單模半導(dǎo)體泵浦激光器提出了更高的可靠性要求。其中,海底光纖傳輸在我們的互聯(lián)世界中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,超過 99% 的互聯(lián)網(wǎng)流量至少經(jīng)過一次海底傳輸。任何維修的主要成本和挑戰(zhàn)都要求有足夠的冗余來實(shí)現(xiàn)極高的可靠性,僅是每次出船維護(hù)動(dòng)輒就是數(shù)百萬美元,所以使用在海底的光放大器一般要求使用壽命25年以上。而目前中國(guó)電信領(lǐng)域所用的高端光芯片,國(guó)產(chǎn)替代產(chǎn)品仍處于起步階段。


我們依靠自己獨(dú)有的高可靠性的WXP技術(shù),目前正在開發(fā)應(yīng)用于電信領(lǐng)域中繼放大產(chǎn)品的單模980nm/1480nm激光芯片和模塊產(chǎn)品,預(yù)計(jì)2024年第三季度該系列產(chǎn)品將推向市場(chǎng)。該產(chǎn)品一旦實(shí)現(xiàn)自出量產(chǎn),將使我國(guó)在光纖通訊的傳輸領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)上下游產(chǎn)業(yè)鏈的完整性,打破國(guó)外壟斷,同時(shí)還能提升我國(guó)高端芯片研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化能力,確保我國(guó)在5G/6G通信、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等核心領(lǐng)域立于不敗地位。



在工業(yè)加工領(lǐng)域:我們依靠自己的核心設(shè)計(jì)和關(guān)鍵工藝,開發(fā)出了多款高功率激光器芯片。受益WXP工藝技術(shù),高功率系列產(chǎn)品都具有高可靠性高亮度的特性,還因?yàn)楠?dú)特的工藝將芯片成本大大降低。此外,通過各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了高量子效率、低電阻和低熱阻、低腔內(nèi)損耗和高可靠性,小發(fā)散角高亮度,極高的光功率密度導(dǎo)致的腔面光學(xué)災(zāi)變損傷(COMD)以及極高的電流密度導(dǎo)致的材料光學(xué)災(zāi)變損傷(COBD)。這種高功率激光芯片是高端光纖激光器最核心的零部件,需求量巨大,主要用于激光光纖通訊、工業(yè)造船、汽車制造、激光雕刻、激光打標(biāo)、激光切割、金屬非金屬鉆孔/切割/焊接、醫(yī)療器械儀器設(shè)備等。


在激光雷達(dá)領(lǐng)域:目前激光雷達(dá)廠商主要使用波長(zhǎng)為9xxnm、1550nm的激光發(fā)射器,1550nm的方案光線因?yàn)椴灰讚p傷人眼,擁有更遠(yuǎn)的探測(cè)距離和更高的檢測(cè)靈敏度而被認(rèn)為是激光雷達(dá)200米以上的遠(yuǎn)距離方案。經(jīng)過了消費(fèi)類三維傳感的火爆,國(guó)內(nèi)在9xx波長(zhǎng)的雷達(dá)布局已經(jīng)比較成熟,而作為激光遠(yuǎn)距離雷達(dá)的波長(zhǎng)為1550nm受制于缺少1550nm半導(dǎo)體激光器芯片的原因,國(guó)產(chǎn)激光雷達(dá)企業(yè)鮮有涉足,國(guó)外頭部激光雷達(dá)公司Aurora、Aeva、Luminar等已經(jīng)開發(fā)使用1550nm激光產(chǎn)品,并且他們的產(chǎn)品都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了中遠(yuǎn)距離激光雷達(dá)的小型化以及成本的大幅改善,并有望在車載大范圍應(yīng)用。


我們目前已經(jīng)推出了面向衛(wèi)星通信、汽車無人駕駛等ToF1550nm激光雷達(dá)產(chǎn)品用的高可靠的泵浦激光芯片,突破了海外壟斷。此外,我們也在布局未來終極車載固態(tài)雷達(dá)方案-FMCW激光雷達(dá)光源芯片,研發(fā)一款高集成的可調(diào)窄線寬可調(diào)諧激光器,為車載雷達(dá)大規(guī)模使用做準(zhǔn)備??烧{(diào)窄線寬可調(diào)諧激光器的波長(zhǎng)是通過將激勵(lì)電流導(dǎo)向諧振腔的不同部位來改變的。目前我們的1550nm窄線寬可調(diào)激光片是由兩個(gè)布拉格光柵、一個(gè)增益模塊和一個(gè)對(duì)波長(zhǎng)作細(xì)調(diào)的位相模塊集成于一體的整合發(fā)射器芯片,所有這些部件均集成在一個(gè)InP芯片上。一旦該產(chǎn)品進(jìn)入量產(chǎn)階段,可以大幅降低我國(guó)FMCW激光雷達(dá)的制造成本,為我國(guó)激光雷產(chǎn)品領(lǐng)先世界做好供應(yīng)鏈的一環(huán)。


華辰的未來發(fā)展愿景是?

魏明:我們團(tuán)隊(duì)也在不斷為未來布局開發(fā)新產(chǎn)品,包括硅光產(chǎn)品等一系列高端光芯片產(chǎn)品,更高速遠(yuǎn)距離的通信芯片等,來滿足日益增長(zhǎng)的光器件需求,力爭(zhēng)在不遠(yuǎn)的將來超越海外龍頭,先成為亞洲領(lǐng)先。


造芯路上任重道遠(yuǎn),我始終堅(jiān)信只有一批對(duì)芯片熱愛、踏實(shí)肯干、長(zhǎng)久堅(jiān)持的隊(duì)伍才能做一個(gè)長(zhǎng)青的企業(yè),而人才是根本,我希望能集中我國(guó)最優(yōu)秀的、志同道合的人才加入我們,同時(shí)和國(guó)內(nèi)優(yōu)秀企業(yè)形成合力,做好光電行業(yè)生態(tài),為中國(guó)的光電芯片事業(yè)做出重大貢獻(xiàn)。


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激光應(yīng)用激光切割焊接清洗
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