華芯半導體堪稱國內產學研合作項目的成功範例。在成功實現光通訊VCSEL量產後，公司瞄準了3D傳感爆發的市場機遇，迅速切入消費類VCSEL的研發和量產。那麽，這家由國內人才組建的IDM企業將如何扛起VCSEL國產化的大旗呢？敬請傾聽麥姆斯谘詢與華芯半導體生產副總經理兼藍光和綠光項目經理李軍先生的深入交流。

華芯半導體生產副總經理兼藍光和綠光項目經理李軍

麥姆斯谘詢：首先，請您講述華芯半導體創業背景和裏程碑事件吧！

李軍：華芯半導體成立於2015年12月。2015年之前，創業團隊完成了兩項化合物半導體芯片的產業化項目，積累了比較豐富的產業化經驗，並且在化合物半導體材料外延技術、芯片製程和大功率芯片封裝技術上獲得了很深厚的技術沉澱。2015年創業團隊決定開展市場前景更加廣闊的VCSEL芯片和藍光半導體激光器項目，在泰州市和薑堰區地方政府以及投資人的大力支持下，於2015年12月成立華芯半導體科技有限公司；2016年春節後潔淨車間開始施工；2016年7月MOCVD設備到廠；2016年11月設備基本完成安裝調試；2017年1月，藍光激光器激射出光，同月VCSEL芯片製程工藝完成調試；2017年6月，全自主開發的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芯片在立項後7個月後就迅速進入批量出貨階段。由此可見，華芯半導體發展速度很快，一步一個腳印。

麥姆斯谘詢：請您介紹下華芯半導體的VCSEL研發團隊和專利情況，如核心成員、研發人數、學術成就和產業經驗等。

李軍：華芯半導體的VCSEL產品研發團隊有30多人，其中具有博士學位或中高級職稱的骨幹成員超過10人，在器件結構設計、外延生長、芯片製程、封裝測試、可靠性分析等方麵都有行業內頂尖的領軍人物。團隊核心成員主要畢業於中國科學院，有多人先後承擔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。技術團隊在過去十多年裏先後開發出高功率半導體激光器、高倍聚光太陽能芯片、高功率VCSEL芯片等多項產品和技術。在產業化方麵，技術團隊先後創辦了三家化合物半導體光電子器件的製造公司，並實際承擔了化合物半導體工廠的設計和建設，具有獨立建廠的豐富產業化經驗。目前，公司擁有相關專利15項，其中發明專利12項，實用新型專利3項。

麥姆斯谘詢：目前華芯半導體搭建了硬件平台，能否詳細介紹下該平台情況？可以生產哪些產品？量產規模如何？

李軍：華芯半導體具備完整的芯片設計、外延工藝、芯片製程、封裝測試等半導體激光器研發和生產能力。目前，華芯半導體現有MOCVD設備3台，並且已經追加多台MOCVD的訂單；配套的外延片測試設備10餘台；芯片製程設備幾十台；封裝測試設備10餘台。華芯半導體的設備均為國際主流的半導體激光器製造設備，能夠完成VCSEL芯片和藍綠光半導體激光器芯片研發和生產的全部工藝。在此平台上，我們成功開發出10G和25G 850nm光通訊VCSEL芯片、940nm VCSEL結構光和飛行時間（ToF）芯片、藍光半導體激光器芯片，部分產品已經投入量產。目前，已建成年產光通訊VCSEL芯片50KK顆、3D傳感芯片30KK顆、藍綠光激光器芯片5KK顆的生產能力。

 

華芯半導體生產線

麥姆斯谘詢：華芯半導體是目前國內一家能夠自主完成VCSEL芯片外延及芯片工藝製造的企業，請您談談貴司在VCSEL生產方麵遇到了哪些問題？又是如何解決的？

李軍：首先，建設一家化合物半導體工廠，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，在工廠建好之後，研發設計、工藝摸索、人員培訓，也都需要大量經驗積累，同樣是燒錢的過程。華芯半導體已經度過了這個階段，因此成為目前國內唯一一家能夠自主完成VCSEL芯片外延及芯片工藝製造的企業。

VCSEL芯片的生產工序非常複雜，累計工序超過100道。在生產中遇到最多的問題是部分工藝的重複性和均勻性問題。無論是外延工藝，還是芯片製程工藝，都遇到過這樣的問題。VCSEL的生產中，上述問題解決起來尤為複雜，這是因為芯片製程工藝中的重複性或均勻性問題可能是製程工藝本身的問題，也有可能由外延工藝引起的。因此，在分析問題的時候，必須將芯片製程工藝和外延工藝結合起來，而不能獨立進行。我們團隊充分發揮了在技術儲備和人才配置上的優勢，通過四個方麵的工作，較好地解決了這些問題：（1）我們的核心技術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，在出現問題時，能夠無障礙溝通；（2）發現問題以後各個部門充分溝通、相互支持，用較短的時間對問題進行定位，並解決問題；（3）對部分設備進行改造，以提高工藝的穩定性和均勻性；（4）在芯片的設計中充分考慮生產平台的特點，對結構進行優化，提升工藝冗餘度。

麥姆斯谘詢：接下來，我們重點交流VCSEL外延工藝。VCSEL全結構有200多層薄膜，厚度為微米級，如何精準控製如此多層的外延工藝是決定器件性能好壞的關鍵因素，也是VCSEL最難以攻克的技術難題。您能分享華芯半導體在這方麵的成功經驗嗎？

李軍：外延工藝是VCSEL芯片生產中的核心，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：華芯半導體解決了VCSEL外延片的生產製造問題！目前我們也是國內唯一一家實現外延片自主量產的VCSEL供應商！

我們能夠解決這個問題，主要的原因有兩點。其一，普通的MOCVD設備要實現VCSEL外延片生產是極其困難的，因此我們對MOCVD設備進行了專門的改造，以適應VCSEL外延片對外延工藝的嚴格要求。其二，在外延工藝的調試中，結構設計、芯片製程等相關研發人員與外延工藝的研發人員密切協作，尤其芯片製程工藝為外延工藝的調試提供了大量的試驗和數據支持。華芯半導體VCSEL外延片的順利量產，不僅是我們高水平外延工藝的體現，更是整個團隊彼此無縫對接合作的碩果。

麥姆斯谘詢：華芯半導體在光通訊應用領域的VCSEL已經實現量產。您能介紹下光通訊應用領域的VCSEL產品係列、性能和主要客戶嗎？

李軍：華芯半導體開發的應用於光通訊領域的VCSEL芯片從2017年11月開始批量出貨。目前主要有10G的多係列產品，包括同麵或異麵電極、單管或列陣等不同形式的產品。在性能上完全不輸進口產品，也可以針對客戶的需要進行特殊定製。

 

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

麥姆斯谘詢：相比應用於光通訊領域的VCSEL，應用於3D傳感領域的VCSEL製造工藝相對簡單。華芯半導體在光通訊VCSEL的量產經驗對進入3D傳感VCSEL領域有哪些幫助？

李軍：光通訊VCSEL對傳輸速率、可靠性等方麵的要求比較高。為達到這些要求，在生產製造過程中必須對材料的外延生長和芯片製程中的部分關鍵工藝進行嚴格控製，而這些技術都是VCSEL芯片製造技術中的核心部分。因此，在做好光通訊領域的VCSEL後，這些技術很容易就可以直接應用到3D傳感領域的VCSEL芯片製造。從結果看，我們在光通訊VCSEL的量產經驗，使得我們較快地解決了應用於3D傳感領域的VCSEL芯片的可靠性問題和質量控製問題，大大加快了我們產品開發的周期。