華芯半導(dǎo)體堪稱國內(nèi)產(chǎn)學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)團隊決定開展市場前景更加廣闊的VCSEL芯片和藍光半導(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)團隊和專利情況，如核心成員、研發(fā)人數(shù)、學術(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)團隊有30多人，其中具有博士學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。團隊核心成員主要畢業(yè)于中國科學院，有多人先后承擔973、863等國家重大項目以及自然科學基金等國家級科研項目。技術(shù)團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，而不能獨立進行。我們團隊充分發(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)人員在精通自己負責工藝的同時，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行定位，并解決問題；（3）對部分設(shè)備進行改造，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)備進行了專門的改造，以適應(yīng)VCSEL外延片對外延工藝的嚴格要求。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口產(chǎn)品，也可以針對客戶的需要進行特殊定制。

 

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)鍵工藝進行嚴格控制，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。