长光华芯：如何下好半导体激光器国产化这盘大棋？
2021-09-23 06:40:02 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
作为半导体激光器行业的未来中坚力量，长光华芯对半导体激光器及相关产业有怎样的理解？未来半导体激光器产业的发力点会出现在哪些应用？我国的产业链现状如何？麦姆斯咨询采访了长光华芯副总经理、激光系统事业部总经理吴真林先生。
微访谈：长光华芯副总经理吴真林
访谈背景：苏州长光华芯光电技术股份有限公司（以下简称：“长光华芯”）聚焦半导体激光行业，专注于半导体激光芯片、器件及模块等激光行业核心元器件的研发、制造及销售，紧跟下游市场发展趋势，不断创新生产工艺，布局产品线，已形成由半导体激光芯片、器件、模块及直接半导体激光器构成的四大类、多系列产品矩阵，为半导体激光行业的垂直产业链公司，主要产品包括高功率单管系列产品、高功率巴条系列产品、高效率垂直腔面发射激光器（VCSEL）系列产品及光通信芯片系列产品等。
2021年上半年，长光华芯正式披露了科创板IPO招股说明书，并于9月16日顺利过会。作为半导体激光器行业的未来中坚力量，长光华芯对半导体激光器及相关产业有怎样的理解？未来半导体激光器产业的发力点会出现在哪些应用？我国的产业链现状如何？麦姆斯咨询采访了长光华芯副总经理、激光系统事业部总经理吴真林先生。
长光华芯副总经理、激光系统事业部总经理吴真林
麦姆斯咨询：去年8月，我们曾完成过一期微访谈（相关链接：《长光华芯：借激光芯片深厚积累，造全球一流VCSEL“芯”事业》），非常感谢您再次接受麦姆斯咨询的采访。时隔一年，长光华芯有哪些可喜的进展与大家分享？
吴真林：这一年以来，长光华芯在激光器产品和应用方面都获得了一定突破：
（1）长光华芯具备了消费级3D传感VCSEL的规模化量产能力。一直以来，我们对产品的生产工艺制程保持高标准、严要求。我们用于智能手机摄像头3D传感的VCSEL产品已经通过了可靠性、效率、良率、寿命等多方面严苛的验证，并在工艺制程和质量体系管控等方面拉通了产品线，实现了稳定量产。
（2）长光华芯的多结、分区VCSEL产品在效率、功率、稳定性等性能上实现突破，多结940 nm VCSEL阵列电光转换效率达到了52%。
（3）长光华芯应用于车载激光雷达的高功率、多结、高能量密度的VCSEL产品，以及应用于激光雷达的多结、多通道EEL（边缘发射激光器）产品均已实现与国外领先水平对标，目前正在进行客户验证。
（4）在高速光通讯VCSEL产品方面，长光华芯在持续开展相关产品技术开发。
（5）长光华芯积极开展技术研发，开拓VCSEL应用领域。目前已拓展消费类3D传感、汽车类激光雷达、高速光通讯、安防照明、机器视觉、医美领域，为客户提供产品配套。
（6）长光华芯的EEL芯片已经实现单管30W商用化，处于业界领先水平。
（7）长光华芯实现了976nm、320W~540W功率的光纤激光器泵浦源模块在客户处的批量化配套，976nm、620W功率的泵浦源也已在小批量供应阶段，引领光纤激光976nm波段激光泵浦的发展。应用于固体激光器端泵的808nm和878nm的泵浦源已为市场主流客户批量出货，市场反馈良好。
（8）除GaAs（砷化镓）材料体系的量产线已经稳定量产高功率EEL芯片和VCSEL芯片之外，长光华芯已建成InP（磷化铟）材料体系和相关工艺平台，基于该平台生产的光通讯EML（电吸收调制激光器）和APD（雪崩光电二极管）等产品已通过客户验证。
（9）长光华芯在直接半导体激光器方面已建成高功率平台，例如6000W直接半导体激光器，目前该产品已推动多家客户试用。
（10）长光华芯与苏州市共建的半导体激光创新研究院，其工艺制造平台已完成装修并启动设备调试，部分工序可投入正常使用。全面投入使用之后，产能将得到大幅提升，成为全球重要的高功率半导体激光芯片生产基地，能够充分满足国内外客户需求。
麦姆斯咨询：大家对长光华芯申请科创板IPO的进展非常关注。请介绍目前的进展，以及贵司上市成功后的项目（产品）规划。
吴真林：目前，长光华芯科创板IPO已于9月16日顺利过会。后续，长光华芯将严格按照募投计划，继续秉持公司“一平台，一支点，横向扩展，纵向延伸”的发展战略，依托现有的高功率半导体激光器芯片核心技术优势和苏州半导体激光创新研究院，横向拓展以VCSEL为代表的3D传感和激光雷达芯片、光通讯芯片领域，纵向延伸提供更高性价比的泵浦源模块和直接半导体激光器产品服务终端用户。
麦姆斯咨询：自成立以来，长光华芯“专一”于半导体激光器行业，产品覆盖半导体激光芯片、器件及模块。贵司在业务的横向扩展和纵向扩展两方面完成了哪些动作？
吴真林：长光华芯成功构建了GaAs和InP两大材料体系技术和工艺平台，具备EEL和VCSEL两大工艺制造及产品体系，构建了3吋和6吋晶圆产品线，是全球少数几家具备6吋线外延、晶圆制造等关键制程生产能力的企业。我们会发挥两大材料体系的垂直产业链研发和制造平台优势，密切关注半导体产业发展风向，积极布局新的事业方向。
在横向扩展布局方面，长光华芯建立了全制程6吋VCSEL产线，正式进入消费电子应用的VCSEL芯片领域。在2020年进一步引进产业战略资本实现更精准的客户需求牵引，正式进入高速光通讯芯片领域。基于公司成熟的高功率半导体激光芯片研发和工艺量产平台，以及战略客户的大力牵引，VCSEL芯片和光通讯芯片完成高标准生产线的建设和严苛的质量体系导入，部分产品进入批量生产阶段，为公司未来在3D传感、激光雷达、光通信市场的开拓打下坚实基础。
基于此，我们在产品研发和客户开发等方面取得了一定进展，在3D传感VCSEL芯片方面已完成行业主流前沿方向技术、产品、应用和客户的开拓储备；在激光雷达发射端芯片方面，高功率、高能量密度VCSEL的芯片开发进展顺利，多结、多通道EEL芯片推动客户验证；在光通信方面，实现更高速率产品定制开发。高能量激光方面，实现了长波长激光器芯片（如1710nm）的开发，纵向延伸方面实现了高功率高效率泵浦模块、高功率直接半导体激光器的研发。
长光华芯定位以半导体IDM工厂为核心竞争力的开放性创新平台，苏州半导体激光创新研究院将继续发挥优势，吸纳更多业内精英，发挥平台的孵化和辐射作用。特别是MOCVD（金属有机物化学气相沉积）和FAB晶圆制造优势，以开放的平台服务和助力于行业伙伴，共同在光芯片的应用推广方面把市场做起来，把成本降下去，努力为行业做出更大、有情怀的贡献！
麦姆斯咨询：长光华芯是国内掌握了VCSEL全产业链（从设计、外延、芯片制造到封测）的稀缺厂商。请谈谈你们主要突破了VCSEL外延、芯片制造、封装和测试环节中哪些技术瓶颈。
吴真林：长光华芯致力于高性能VCSEL芯片的设计、研发、生产及销售，先后攻克器件设计、外延生长、芯片制造等多项技术，实现了6吋VCSEL产线的高良率生产。
在器件设计方面，我们先后攻克了增益光场与载流子耦合分布技术、低损耗器件掺杂设计技术、高质量应变量子阱及多结应力补偿技术，提升了器件增益，降低了器件损耗。
在外延技术方面，突破了高性能VCSEL外延生长的核心关键技术：高准确度的厚度及组分DBR的生长、腔膜对准技术、高性能隧道结掺杂技术、高增益应力量子阱生长技术。通过技术攻关，产品性能得到大幅提升。同时导入了行业内最新一代的先进外延设备。
在芯片制造方面，攻克了应力平衡技术、低损伤Mesa刻蚀技术、低应力湿法氧化工艺以及高良率薄片等多项工艺。同时量产管控质量体系严格按照业界一流标准建设，实现高产能、高良率的生产制造，在提升性能的同时把成本优势发挥出来。
长光华芯已建成半导体激光器完整的工艺平台和量产线
麦姆斯咨询：VCSEL器件所用衬底如GaAs（砷化镓）、InP（磷化铟）等，属于III-V族化合物的半导体材料，是目前国内大力发展的半导体基础产业。请评价当前VCSEL所用III-V族化合物衬底的国产自主能力，并展望未来需求。
吴真林：在产业配套及协调合作方面，长光华芯致力于VCSEL芯片生产、封装和测试的全产业链国产化。在上游化合物衬底方面，与国内厂商建立合作关系，并努力帮助他们提升材料性价比，GaAs衬底国内厂商技术能力迅速提升，已经大大缩小了与国外厂商的差距，实现了国产化替代。不仅在材料方面，还有设备方面推进国产化和自动化，比如引入国产激光切割机、分选机、测试机、老化机台等。我们本来就是以“中国激光芯，光耀美好生活”为企业使命，不仅努力实现芯片的国产化，也非常重视供应链的国产化，未来在推进产业链的全国产化方面我们会一直不遗余力。
麦姆斯咨询：今年上半年，受安卓智能手机3D摄像头渗透率低的影响，面向3D传感应用的VCSEL出货量低于预期。对此，您有何看法？
吴真林：一方面，受疫情影响，对刷脸应用产生较大冲击，导致下游客户项目暂停或延后；也因为疫情原因，人们出行减少，对手机3D刷脸等应用需求略有降温。但从长期来看，随着信息化和生活模式的变化，不仅在刷脸支付，还有智能门锁、智能闸机、AR/VR（增强现实和虚拟现实）等很多应用于替代密码指纹身份信息录入和人工智能的场景，我坚信未来3D传感应用定将生机无限。
另一方面，国产高端手机头部企业受中美贸易冲击，今年的出货量低于预期，而国内多家知名品牌公司的中高端手机对3D传感功能的配套意愿暂时不强烈，其主要原因是成本问题。但我相信不管是VCSEL芯片，还有齐套器件（如光学元件、探测器和封装）都会加快国产化、低成本的渗透。不仅因为这几年国内供应链能力已经提高且成熟至具备批量供货的能力，还因为终端用户一直都在持续投入研发和做评估导入准备。3D传感成为标配功能只是时间问题，我相信在2022年热度就会开始回归！
在VCSEL成本方面，我们有天然的优势，我们从外延、晶圆制造到测试封装，率先全部实现了国产化。在长光华芯建成FAB晶圆产线之前，绝大部分VCSEL品牌公司都采用FAB流片外包代工的方式，不仅交付周期很长而且成本相对较高，而随着我们长光华芯新厂房新线的建设完成，我们将会给行业带来全新的价格、更快速的交付和技术支持！
最后，市场上新技术迭代较快，国内外有高端手机终端公司在多结、分区寻址等应用上有新的创意，在3D传感方面国内很多公司一直都在布局未来的技术、产品和应用，所以这种应用是一直存在的，并且应用场景还在不断扩大。随着新技术应用的开发推广，后续应用场景会更加丰富，长光华芯坚定看好3D传感技术在消费类电子领域应用绝对会是将来主要发展趋势！
麦姆斯咨询：如果要实现屏下3D摄像头，在VCSEL层面需要做哪些革新？
吴真林：首先屏下摄像头最主要需解决光源穿透手机屏的技术革新，所以需要在VCSEL的外延方面针对新的波长选用新的材料，同时在VCSEL的加工工艺方面采用新的结构。长光华芯在进行特殊波段VCSEL的研制计划，主要目标场景就是屏下3D检测，在外延和器件设计、材料和工艺上为下一步的工艺改革已经做了一些准备。
产品选择不同波长，除发射端外，还要考虑接收端的配套性，因此屏下3D摄像头要实现商业化，接收端的匹配性和技术成熟度也需要配套。
按照目前长光华芯的研发进展，发射端的芯片问题已不是瓶颈，我们已与国内多家做屏下摄像头方案公司做技术交流及合作，这项技术也是值得我们关注的应用方向。
麦姆斯咨询：面向数据通信领域，你们布局了哪些VCSEL产品？客户进展如何？
吴真林：数据通信是VCSEL很重要也是目前发展最普及的一个市场。针对这一应用，长光华芯在25G及更高带宽的高速光通信VCSEL产品会按募投规划进行技术开发和工程化工艺开发，目前正在准备阶段，同时我们有战略客户的重要牵引，这一领域将是长光华芯未来的重要市场。
麦姆斯咨询：展望未来五年，您最看好VCSEL的哪些应用市场？
吴真林：相比EEL，VCSEL具有单纵模、低温漂系数、易于二维集成等特性，同时在稳定性和批量制造方面也具备不可比拟的优势，波长范围和产品形态也是非常丰富，未来在激光雷达、医疗医美、安防照明、距离传感和测试等领域具有广泛应用。
展望未来，数据通信和消费级激光雷达、传感应用市场空间十分广阔，未来几年在工业、物联网、信息化、人工智能方面将成为主赛道。在高速光通信领域，向更高速率、更高性能方向发展一定是VCSEL重要开拓方向之一；在3D传感方面，如智能门锁、手机、屏下指纹、刷脸支付等方面的应用空间很大；激光雷达方面，如汽车激光雷达、商用机器人、工业机器人、无人机距离探测、空间遥感等，VCSEL将在这些领域发挥不可替代的作用，特别是随着其性能、功率、可靠性、成本方面的优势进一步凸显，在这些应用市场将替代传统EEL市场。除了上述应用，VCSEL还在医美、照明、安防、接近传感、工业视觉等方面有很多应用，值得我们开发和拓展，需要我们行业内上下游企业一起努力，去开发和拓展更广阔的应用场景，一起把新贵应用平民化、普及化，为我们的生活增光添彩！
麦姆斯咨询：汽车VCSEL业务是长光华芯业务蓝图中的重要板块，汽车的车内外应用也被认为是VCSEL市场的下一个引爆点。请谈谈对汽车VCSEL市场的看法和预测，并请分享贵司在该业务板块的核心竞争力。
吴真林：汽车激光雷达应用分为车内和车外。DMS（驾驶员监控系统）和OMS（乘客监控系统方案）已经较成熟，主要看各车厂在应用配套方面的选择，各大整车厂以及车内方案公司可以进一步开拓VCSEL应用优势，实现规模化配套，这将是未来车辆管理特别是隐私管理和安全管理方面不可或缺的重要手段。在欧洲，已经开始要求2022年在汽车出厂时必须配备DMS系统，国内多家汽车厂也已经在配套导入。
车外应用主要是距离探测、自动泊车、自动变道等ADAS功能。这些应用离不开激光雷达、传统摄像头、毫米波雷达，这几种产品各自发挥优势，成为智能驾驶未来几年发展不可或缺的重要部件。激光雷达在目标轮廓测量、角度测量、光照稳定性、通用障碍物检出等方面都具有极佳的能力，随着全球自动驾驶升级，激光雷达前装市场有望提前全面铺开。
长光华芯从2020年开始对接汽车方面的客户，并在技术要求方面对标一线公司，为客户开发符合要求的产品，已实现了部分客户的产品级配套意向。这是我们未来发展非常重要的一个核心领域，也是我们将继续投入资源去建立核心竞争力的板块。
麦姆斯咨询：多结、可寻址VCSEL技术是当前VCSEL主流技术路线。长光华芯为该技术做了哪些技术储备和产能准备？目前进展如何？
吴真林：在多结VCSEL方面我们进行了外延结构优化，长光华芯可以基于用户需求，对多结VCSEL器件在阈值、效率、最佳工作点等各方面优化，自主地进行设计调节。
长光华芯为客户定制的5结VCSEL芯片性能展示
可寻址是指利用分区电极实现VCSEL在同一个芯粒上分区地点亮，从而在接收端产生有序列的光信号。在这方面，长光华芯还处于储备阶段，公司目前规划了分区电极、共面电极，为可寻址VCSEL做研发储备。
多结、可寻址生产工艺技术与单结基本一致，下一步也会结合客户对可寻址VCSEL的具体要求和产品研发进度去优化、完善量产线。
麦姆斯咨询：长光华芯于2018年成立VCSEL事业部，并建立VCSEL芯片6吋生产线。时至今日，贵司的VCSEL产品已经在哪些应用领域取得明显进展？未来计划拓展到哪些应用领域？
吴真林：长光华芯目前在机器视觉、智能门锁、刷脸支付、手机3D传感、医疗脱毛等方面实现客户验证并有产品级配套的意向，部分应用已经形成收入。在更高速率的光通信方面正在做技术开发，正在进行激光雷达高功率VCSEL产品研发，已具备相当技术积累，为后续量产做准备，同时，已经在做车规级IATF16949质量体系导入工作。除上述领域，未来我们还将紧跟应用市场脉博，发挥FAB制造工厂等优势，不仅为行业提供高性能低成本的量产VCSEL产品，还为行业的技术开发提供优质的研发服务。
长光华芯在VCSEL方面已经有三年多的投入和布局，我们会把VCSEL产品作为公司战略级别产品持续投入，并在市场拓展方面结合市场节奏，以客户为中心，发挥公司在外延、晶圆制造以及后端的封测优势。在MOCVD和FAB工艺代工方面，我们也愿意开放平台服务于国内伙伴，与国内更多的同行企业共同发展，一起拓展VCSEL应用。
长光华芯与苏州高新区共建的半导体激光创新研究院将于今年完成产线导入，届时我们的产能将大幅提升。长光华芯希望以完整的工艺和制造平台、自主的产品服务于更多的行业内和客户企业，愿意与3D传感和激光雷达应用的行业伙伴一起降成本、提性能，共同打开VCSEL的广阔应用空间！
麦姆斯咨询：您参加了『第三十一届“微言大义”研讨会：3D视觉技术及应用』，并受邀担任了9月17日『激光雷达和3D摄像头核“芯”器件』主题会议的主持人。请谈谈您参加这场研讨会的感受吧！
吴真林：麦姆斯咨询是行业内最专业的MEMS和传感器领域的咨询服务机构，其主办的“微言大义”研讨会已成功举办多届，作为参加过多次会议的与会者，我认为该论坛已然成为全球3D视觉产业链从业人员必选打卡的高端和权威性行业聚会，正在为3D视觉产业链的协同健康发展和交流合作贡献不可取代的整合力量。我衷心预祝今后的会议一切顺利，越办越好！
吴真林先生在『第三十一届“微言大义”研讨会：3D视觉技术及应用』的主持风采
延伸阅读：
《传感应用的VCSEL技术及市场-2021版》