華芯半導(dǎo)體科技有限公司(以下簡稱:華芯半導(dǎo)體)成立于2015年12月,位于江蘇省泰州市姜堰區(qū)。公司致力于光電芯片,特別是藍(lán)綠光半導(dǎo)體激光芯片和光通訊半導(dǎo)體激光芯片(VCSEL、DFB、EML等)的研究、開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化,服務(wù)從光纖通信、激光照明、激光顯示到3D傳感等各個領(lǐng)域。華芯半導(dǎo)體是目前國內(nèi)唯一一家能夠自主完成垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)和藍(lán)光半導(dǎo)體激光器芯片外延及芯片工藝制造,并實現(xiàn)量產(chǎn)的高科技公司,據(jù)悉已從2017年11月份開始批量出貨。
華芯半導(dǎo)體堪稱國內(nèi)產(chǎn)學(xué)研合作項目的成功范例。在成功實現(xiàn)光通訊VCSEL量產(chǎn)后,公司瞄準(zhǔn)了3D傳感爆發(fā)的市場機遇,迅速切入消費類VCSEL的研發(fā)和量產(chǎn)。那么,這家由國內(nèi)人才組建的IDM企業(yè)將如何扛起VCSEL國產(chǎn)化的大旗呢?敬請傾聽麥姆斯咨詢與華芯半導(dǎo)體生產(chǎn)副總經(jīng)理兼藍(lán)光和綠光項目經(jīng)理李軍先生的深入交流。
華芯半導(dǎo)體生產(chǎn)副總經(jīng)理兼藍(lán)光和綠光項目經(jīng)理李軍
麥姆斯咨詢:首先,請您講述華芯半導(dǎo)體創(chuàng)業(yè)背景和里程碑事件吧!
李軍:華芯半導(dǎo)體成立于2015年12月。2015年之前,創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊完成了兩項化合物半導(dǎo)體芯片的產(chǎn)業(yè)化項目,積累了比較豐富的產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗,并且在化合物半導(dǎo)體材料外延技術(shù)、芯片制程和大功率芯片封裝技術(shù)上獲得了很深厚的技術(shù)沉淀。2015年創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊決定開展市場前景更加廣闊的VCSEL芯片和藍(lán)光半導(dǎo)體激光器項目,在泰州市和姜堰區(qū)地方政府以及投資人的大力支持下,于2015年12月成立華芯半導(dǎo)體科技有限公司;2016年春節(jié)后潔凈車間開始施工;2016年7月MOCVD設(shè)備到廠;2016年11月設(shè)備基本完成安裝調(diào)試;2017年1月,藍(lán)光激光器激射出光,同月VCSEL芯片制程工藝完成調(diào)試;2017年6月,全自主開發(fā)的VCSEL開始提供客戶測試;2017年11月,850nm 10G VCSEL芯片開始批量出貨;2017年11月,940nm VCSEL項目立項;2018年6月,940nm VCSEL芯片在立項后7個月后就迅速進(jìn)入批量出貨階段。由此可見,華芯半導(dǎo)體發(fā)展速度很快,一步一個腳印。
麥姆斯咨詢:請您介紹下華芯半導(dǎo)體的VCSEL研發(fā)團(tuán)隊和專利情況,如核心成員、研發(fā)人數(shù)、學(xué)術(shù)成就和產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗等。
李軍:華芯半導(dǎo)體的VCSEL產(chǎn)品研發(fā)團(tuán)隊有30多人,其中具有博士學(xué)位或中高級職稱的骨干成員超過10人,在器件結(jié)構(gòu)設(shè)計、外延生長、芯片制程、封裝測試、可靠性分析等方面都有行業(yè)內(nèi)頂尖的領(lǐng)軍人物。團(tuán)隊核心成員主要畢業(yè)于中國科學(xué)院,有多人先后承擔(dān)973、863等國家重大項目以及自然科學(xué)基金等國家級科研項目。技術(shù)團(tuán)隊在過去十多年里先后開發(fā)出高功率半導(dǎo)體激光器、高倍聚光太陽能芯片、高功率VCSEL芯片等多項產(chǎn)品和技術(shù)。在產(chǎn)業(yè)化方面,技術(shù)團(tuán)隊先后創(chuàng)辦了三家化合物半導(dǎo)體光電子器件的制造公司,并實際承擔(dān)了化合物半導(dǎo)體工廠的設(shè)計和建設(shè),具有獨立建廠的豐富產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗。目前,公司擁有相關(guān)專利15項,其中發(fā)明專利12項,實用新型專利3項。
麥姆斯咨詢:目前華芯半導(dǎo)體搭建了硬件平臺,能否詳細(xì)介紹下該平臺情況?可以生產(chǎn)哪些產(chǎn)品?量產(chǎn)規(guī)模如何?
李軍:華芯半導(dǎo)體具備完整的芯片設(shè)計、外延工藝、芯片制程、封裝測試等半導(dǎo)體激光器研發(fā)和生產(chǎn)能力。目前,華芯半導(dǎo)體現(xiàn)有MOCVD設(shè)備3臺,并且已經(jīng)追加多臺MOCVD的訂單;配套的外延片測試設(shè)備10余臺;芯片制程設(shè)備幾十臺;封裝測試設(shè)備10余臺。華芯半導(dǎo)體的設(shè)備均為國際主流的半導(dǎo)體激光器制造設(shè)備,能夠完成VCSEL芯片和藍(lán)綠光半導(dǎo)體激光器芯片研發(fā)和生產(chǎn)的全部工藝。在此平臺上,我們成功開發(fā)出10G和25G 850nm光通訊VCSEL芯片、940nm VCSEL結(jié)構(gòu)光和飛行時間(ToF)芯片、藍(lán)光半導(dǎo)體激光器芯片,部分產(chǎn)品已經(jīng)投入量產(chǎn)。目前,已建成年產(chǎn)光通訊VCSEL芯片50KK顆、3D傳感芯片30KK顆、藍(lán)綠光激光器芯片5KK顆的生產(chǎn)能力。
華芯半導(dǎo)體生產(chǎn)線
麥姆斯咨詢:華芯半導(dǎo)體是目前國內(nèi)一家能夠自主完成VCSEL芯片外延及芯片工藝制造的企業(yè),請您談?wù)勝F司在VCSEL生產(chǎn)方面遇到了哪些問題?又是如何解決的?
李軍:首先,建設(shè)一家化合物半導(dǎo)體工廠,是一項非常燒錢的項目,不投入10多個億,是不可能做出VCSEL芯片的。第二,在工廠建好之后,研發(fā)設(shè)計、工藝摸索、人員培訓(xùn),也都需要大量經(jīng)驗積累,同樣是燒錢的過程。華芯半導(dǎo)體已經(jīng)度過了這個階段,因此成為目前國內(nèi)唯一一家能夠自主完成VCSEL芯片外延及芯片工藝制造的企業(yè)。
VCSEL芯片的生產(chǎn)工序非常復(fù)雜,累計工序超過100道。在生產(chǎn)中遇到最多的問題是部分工藝的重復(fù)性和均勻性問題。無論是外延工藝,還是芯片制程工藝,都遇到過這樣的問題。VCSEL的生產(chǎn)中,上述問題解決起來尤為復(fù)雜,這是因為芯片制程工藝中的重復(fù)性或均勻性問題可能是制程工藝本身的問題,也有可能由外延工藝引起的。因此,在分析問題的時候,必須將芯片制程工藝和外延工藝結(jié)合起來,而不能獨立進(jìn)行。我們團(tuán)隊充分發(fā)揮了在技術(shù)儲備和人才配置上的優(yōu)勢,通過四個方面的工作,較好地解決了這些問題:(1)我們的核心技術(shù)人員在精通自己負(fù)責(zé)工藝的同時,都掌握1項以上的其它工藝,在出現(xiàn)問題時,能夠無障礙溝通;(2)發(fā)現(xiàn)問題以后各個部門充分溝通、相互支持,用較短的時間對問題進(jìn)行定位,并解決問題;(3)對部分設(shè)備進(jìn)行改造,以提高工藝的穩(wěn)定性和均勻性;(4)在芯片的設(shè)計中充分考慮生產(chǎn)平臺的特點,對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,提升工藝冗余度。
麥姆斯咨詢:接下來,我們重點交流VCSEL外延工藝。VCSEL全結(jié)構(gòu)有200多層薄膜,厚度為微米級,如何精準(zhǔn)控制如此多層的外延工藝是決定器件性能好壞的關(guān)鍵因素,也是VCSEL最難以攻克的技術(shù)難題。您能分享華芯半導(dǎo)體在這方面的成功經(jīng)驗嗎?
李軍:外延工藝是VCSEL芯片生產(chǎn)中的核心,外延工藝的水平對芯片的性能有決定性的影響。我們可以很自豪地說:華芯半導(dǎo)體解決了VCSEL外延片的生產(chǎn)制造問題!目前我們也是國內(nèi)唯一一家實現(xiàn)外延片自主量產(chǎn)的VCSEL供應(yīng)商!
我們能夠解決這個問題,主要的原因有兩點。其一,普通的MOCVD設(shè)備要實現(xiàn)VCSEL外延片生產(chǎn)是極其困難的,因此我們對MOCVD設(shè)備進(jìn)行了專門的改造,以適應(yīng)VCSEL外延片對外延工藝的嚴(yán)格要求。其二,在外延工藝的調(diào)試中,結(jié)構(gòu)設(shè)計、芯片制程等相關(guān)研發(fā)人員與外延工藝的研發(fā)人員密切協(xié)作,尤其芯片制程工藝為外延工藝的調(diào)試提供了大量的試驗和數(shù)據(jù)支持。華芯半導(dǎo)體VCSEL外延片的順利量產(chǎn),不僅是我們高水平外延工藝的體現(xiàn),更是整個團(tuán)隊彼此無縫對接合作的碩果。
麥姆斯咨詢:華芯半導(dǎo)體在光通訊應(yīng)用領(lǐng)域的VCSEL已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)。您能介紹下光通訊應(yīng)用領(lǐng)域的VCSEL產(chǎn)品系列、性能和主要客戶嗎?
李軍:華芯半導(dǎo)體開發(fā)的應(yīng)用于光通訊領(lǐng)域的VCSEL芯片從2017年11月開始批量出貨。目前主要有10G的多系列產(chǎn)品,包括同面或異面電極、單管或列陣等不同形式的產(chǎn)品。在性能上完全不輸進(jìn)口產(chǎn)品,也可以針對客戶的需要進(jìn)行特殊定制。
從左往右依次為:10G 850nm VCSEL芯片LIV圖、10G 850nm VCSEL芯片光譜圖、10G 850nm VCSEL芯片眼圖
麥姆斯咨詢:相比應(yīng)用于光通訊領(lǐng)域的VCSEL,應(yīng)用于3D傳感領(lǐng)域的VCSEL制造工藝相對簡單。華芯半導(dǎo)體在光通訊VCSEL的量產(chǎn)經(jīng)驗對進(jìn)入3D傳感VCSEL領(lǐng)域有哪些幫助?
李軍:光通訊VCSEL對傳輸速率、可靠性等方面的要求比較高。為達(dá)到這些要求,在生產(chǎn)制造過程中必須對材料的外延生長和芯片制程中的部分關(guān)鍵工藝進(jìn)行嚴(yán)格控制,而這些技術(shù)都是VCSEL芯片制造技術(shù)中的核心部分。因此,在做好光通訊領(lǐng)域的VCSEL后,這些技術(shù)很容易就可以直接應(yīng)用到3D傳感領(lǐng)域的VCSEL芯片制造。從結(jié)果看,我們在光通訊VCSEL的量產(chǎn)經(jīng)驗,使得我們較快地解決了應(yīng)用于3D傳感領(lǐng)域的VCSEL芯片的可靠性問題和質(zhì)量控制問題,大大加快了我們產(chǎn)品開發(fā)的周期。
麥姆斯咨詢:VCSEL已經(jīng)是3D傳感產(chǎn)業(yè)界和投資界的熱門話題,除了國際巨頭,國內(nèi)眾多初創(chuàng)企業(yè)也開始嶄露頭角,競爭異常激烈。華芯半導(dǎo)體如何看待目前的競爭態(tài)勢?請您分析下華芯半導(dǎo)體的核心競爭力!
李軍:VCSEL在消費電子中的應(yīng)用,使得其市場規(guī)模比以前增加了一個數(shù)量級,巨大的市場空間也促使國內(nèi)誕生了很多的初創(chuàng)企業(yè)。但從目前的情況看,國內(nèi)真正具備VCSEL芯片設(shè)計、外延材料生產(chǎn)、芯片制程和封裝測試的公司寥寥無幾。VCSEL芯片的核心技術(shù)在于外延生長和芯片制程,只有具備這些核心技術(shù)的公司,才能更快地響應(yīng)消費電子行業(yè)對芯片不斷升級的需求。因此,要在激烈的市場競爭中站穩(wěn)腳跟,最根本的還是要加強自己的核心技術(shù)能力建設(shè)。
華芯半導(dǎo)體是國內(nèi)目前唯一能實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計、外延生長、芯片制程和封裝測試等完整VCSEL芯片制造工藝的公司。我們的核心競爭力體現(xiàn)在兩方面:(1)可全自主開發(fā)生產(chǎn)具有競爭力的VCSEL芯片和邊發(fā)射激光器(EEL)芯片,從而能夠迅速和低成本的滿足客戶的需求;(2)我們有封裝測試產(chǎn)線,可以為客戶提供定制封裝測試方案的服務(wù),從而幫助客戶更好地用好芯片。我們有這樣一個案例,客戶在華芯半導(dǎo)體定制結(jié)構(gòu)光VCSEL芯片,從客戶提供發(fā)光孔的坐標(biāo)位置,到我們交付首批樣品、共同制定測試方案,前后僅用了不到40天的時間,并且客戶在驗證中取得了非常好的效果。這樣的響應(yīng)速度和定制服務(wù),是國外供應(yīng)商和依靠代工的國內(nèi)供應(yīng)商都無法企及的,這就是我們的核心競爭力給我們帶來的競爭優(yōu)勢。
麥姆斯咨詢:目前,華芯半導(dǎo)體已經(jīng)開發(fā)出的3D傳感VCSEL產(chǎn)品有哪些系列?性能和良率如何?量產(chǎn)計劃是怎么安排的?
李軍:目前,華芯半導(dǎo)體已經(jīng)開發(fā)出來的3D傳感VCSEL產(chǎn)品主要有940nm 1W ToF芯片和940nm 2W ToF芯片,并根據(jù)客戶的要求定制了一些VCSEL結(jié)構(gòu)光芯片。產(chǎn)品性能達(dá)到市場主流產(chǎn)品指標(biāo),能夠滿足消費電子行業(yè)對芯片的各項指標(biāo)要求。目前,我們可以為客戶定制發(fā)光孔中心最小間距僅23微米的結(jié)構(gòu)光陣列芯片,所有高功率陣列芯片的光電效率都可以穩(wěn)定在35%左右。良率方面,通過對良率的有效控制,我們的銷售價格可以控制在進(jìn)口芯片的80%左右。未來3年內(nèi),我們將通過良率的持續(xù)提升,實現(xiàn)芯片價格每年下降,為我們的客戶持續(xù)提供高質(zhì)量、低成本的VCSEL芯片。目前我們已經(jīng)批量出貨850nm光通訊芯片,3D傳感芯片目前具備月產(chǎn)2KK的能力,到今年年底將達(dá)到月產(chǎn)4KK。未來3年內(nèi),根據(jù)市場情況,我們還將繼續(xù)擴(kuò)大產(chǎn)能。
940nm 1W ToF芯片測試圖
940nm 1W ToF芯片光譜圖
麥姆斯咨詢:在3D傳感領(lǐng)域,華芯半導(dǎo)體生產(chǎn)的VCSEL可以應(yīng)用在結(jié)構(gòu)光方案和ToF(飛行時間法)方案。您能從技術(shù)角度為大家普及下兩種方案對VCSEL需求的異同嗎?
李軍:目前主流的3D傳感領(lǐng)域,無論是結(jié)構(gòu)光方案和ToF方案,采用的發(fā)光芯片都是VCSEL陣列。這些陣列芯片都是由若干個小VCSEL發(fā)光單元組成,因此在制造工藝上基本類似。兩者最大的不同在于,結(jié)構(gòu)光VCSEL芯片中,其發(fā)光孔的位置是由算法決定的,一般為隨機分布;而ToF芯片中,其發(fā)光孔一般為規(guī)則分布。因此,結(jié)構(gòu)光芯片都是客戶定制的,而ToF芯片可以采用通用規(guī)格。
華芯半導(dǎo)體940nm 2W ToF芯片
華芯半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)光芯片(因客戶定制原因,大部分區(qū)域做模糊處理)
麥姆斯咨詢:您認(rèn)為國內(nèi)3D傳感產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展是否成熟?華芯半導(dǎo)體和產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)有哪些合作?
李軍:3D傳感產(chǎn)業(yè)鏈主要由視覺方案商、VCSEL芯片、光學(xué)衍射元件(DOE)、模組封裝、終端應(yīng)用等構(gòu)成。今年,有多家國內(nèi)手機終端公司推出了集成3D傳感功能的手機,其中部分3D傳感的方案就是由國內(nèi)的視覺方案公司提供??偟膩碚f,整個產(chǎn)業(yè)正處在高速成長的階段。關(guān)鍵元器件如VCSEL芯片和DOE,國內(nèi)的相關(guān)行業(yè)發(fā)展也非常迅速,目前都能根據(jù)客戶的要求提供相應(yīng)的產(chǎn)品。華芯半導(dǎo)體作為國內(nèi)目前唯一具有VCSEL芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計、外延生產(chǎn)、芯片制程和封裝測試全生產(chǎn)線的公司,與國內(nèi)多家客戶展開了合作。在ToF芯片部分,我們一方面向多家客戶提供了標(biāo)準(zhǔn)的芯片,同時也根據(jù)客戶的要求對芯片進(jìn)行定制。在結(jié)構(gòu)光芯片部分,我們根據(jù)客戶的要求定制了多款產(chǎn)品,在實際測試中取得了非常好的效果。另外,我們?yōu)槎嗉铱蛻籼峁┝嘶蚺c多家客戶共同設(shè)計了封裝測試方案,并對芯片進(jìn)行了詳細(xì)的性能測試,為芯片的性能和應(yīng)用優(yōu)化提供一些建議。
麥姆斯咨詢:華芯半導(dǎo)體是否計劃布局應(yīng)用于汽車激光雷達(dá)的VCSEL?如果有,計劃何時推出?
李軍:汽車激光雷達(dá)上的激光發(fā)射芯片主要有兩大類,分別是VCSEL芯片和邊發(fā)射激光器(EEL)芯片,這兩種芯片我們都在布局。目前,我們正在和客戶合作,對VCSEL進(jìn)行優(yōu)化,以適應(yīng)激光雷達(dá)上的一些特殊要求,預(yù)計在今年年底會推出相應(yīng)的產(chǎn)品。同時,我們會在2019年啟動應(yīng)用于激光雷達(dá)的邊發(fā)射激光器項目,預(yù)計2020年第一季度為客戶提供邊發(fā)射激光器樣品。我們希望,在激光雷達(dá)產(chǎn)品成熟后,可以給客戶提供全方位的光源解決方案。
麥姆斯咨詢:請您談?wù)勅A芯半導(dǎo)體的企業(yè)愿景,謝謝!
李軍:華芯半導(dǎo)體科技有限公司的愿景是做一家綜合性的化合物半導(dǎo)體激光(光電)芯片制造商,滿足國內(nèi)外用戶對各類化合物半導(dǎo)體激光(光電)芯片的需求。
麥姆斯咨詢:華芯半導(dǎo)體將出席9月10日在上海舉辦的第二十四屆“微言大義”研討會:3D視覺技術(shù)及應(yīng)用,并在同期展會“2018年中國(上海)傳感器技術(shù)與應(yīng)用展覽會”E013展位進(jìn)行實物展示。屆時貴司將帶來哪些產(chǎn)品展示?將在演講中分享哪些方面的心得呢?
李軍:非常榮幸我們將參加“2018年中國(上海)傳感器技術(shù)與應(yīng)用展覽會”。展會上,我們將向觀眾展示各種VCSEL芯片,主要包括通訊類的850nm VCSEL芯片、850nm多種規(guī)格的ToF芯片、940nm多種規(guī)格的ToF芯片、940nm多種規(guī)格的結(jié)構(gòu)光芯片。我們還將展示外延片、晶圓等VCSEL半成品,同時向觀眾展示VCSEL制造的主要過程。在第二十四屆“微言大義”研討會:3D視覺技術(shù)及應(yīng)用上,我們將和各位朋友分享VCSEL芯片制造中的技術(shù),以及如何針對客戶的應(yīng)用環(huán)境對VCSEL芯片進(jìn)行優(yōu)化。