CFCF2023华芯半导体尧舜：面向多应用场景的宽温区长寿命高速VCSEL芯片

6/25/2023，光纤在线讯，“就芯片制造来说，可靠性是1，其余的参数都是后面的0。”近日，由光纤在线主办的CFCF2023光连接大会上，华芯半导体科技有限公司研发总监尧舜在发表演讲时，如是说到。说出了光芯片制造中可靠性的重要性，尧博士本次演讲的重点是“多应用场景的宽温区长寿命高速Vcsel芯片”。


华芯半导体研发总监尧舜

        尧总介绍，当前高速VCSEL芯片逐渐向商温、工温、车规、特殊应用等应用领域拓展，传输距离也从100m向300m过渡，而对可靠性的要求也在不断增加：商温通讯要求VCSEL芯片适应环温0-70℃，数通芯片最高结温约105 ℃；工温通讯要求VCSEL芯片适应环温-40-85℃，数通芯片最高结温约120 ℃；车规通讯要求VCSEL芯片适应环温-40-125℃，数通芯片最高结温约160 ℃；车规传感要求VCSEL芯片适应环温-40-125℃，传感芯片最高结温约125 ℃；特殊应用领域要求VCSEL芯片能适应环温-55 – 自定义范围，芯片最高结温是根据需求自定义上线。

        而VCSEL芯片从上一代的14Gb/s以下到当前的25G NRZ&56G PAM4，以及下一代56G、112G PAM4，随着速率的不断提升，可靠性难度、高频性能也在不断增加，面向112G PAM4 及以上速率的VCSEL芯片，则需要全新的外延设计和芯片工艺，其中InGaAs更大应变量子阱。

        目前，国内核心的光通信芯片及器件仍然严重依赖于进口，高端25G及以上光通信用Vcsel芯片国产化率小于5%，“大而不强”的问题突出。美国对国内出口限制名单对我国信息技术产业发展敲响警钟，发展自主核心芯片，突破卡脖子关键核心技术刻不容缓。

      会上尧总告诉大家，华芯拥有先进的外延设备、特殊的外延结构、独家的模拟软件、严格的质量控制、统一的开发流程和完备的技术团队，是国内唯一的Vcsel公司，具备了无代工，纯自产外延；产品性能及可靠性达标；适合25G、56G及以上光通；实现自主量产化。

        在VCSEL外延材料及工艺方面，通过精确控制量子阱组分和生长条件，建立器件性能和可靠性之间的平衡，在保证可靠性前提下， 实现器件性能；通过氧化层的控制以及波长的选择性生长，对带宽、ESD、可靠性、高低温性能的工艺边界有准确的掌握。华芯半导体6G NRZ-56G PAM4 VCSEL性能达标； VCSEL的可靠性远超电信级VCSEL验证标准。

       在VCSEL芯片工艺方面，华芯半导体进行严格的工艺控制，全程实施MES、SPC管控，保证良好的均匀性，一致性；优化氧化工艺，提高产品的均匀性和良率；通过薄膜应力管控和Thermal Budget优化，提高产品的可靠性；针对性优化非气密应用，满足非气密应用要求。

       在可靠性测试方面，经过累计加速老化测试和多批次极限测试，华芯的VCSEL芯片良率高，抗湿热能力稳定，比肩国际先进水平。

        尧总表示，华芯半导体商温数通高速VCSEL实际发货运行统计：2022年25G系列累计305万通道，今年5月25G系列已发货150万通道。截止到2023年5月底，华芯保持0客诉，大于450亿 线网运行器件小时数，是通过头部客户认证并真正大批量出货25G及以上速率 VCSEL的IDM国产芯片制造企业。

       在市场反馈方面，客户测试工温条件25G VCSEL芯片，性能优异，具有较大余量；多个客户测试量产10G VCSEL芯片超宽温区Margin>15%，最高结温>150度，满足特殊使用场景需求；传输OM3 300米光纤后，多个客户测试三温满足使用需求。

       目前，华芯半导体正在开发 112G PAM4 VCSEL芯片，光感类VCSEL也在持续开发，等待市场爆发。尧总告诉大家，华芯半导体的愿景是以砷化镓材料体系的VCSEL芯片为基础，打造一个国际领先的化合物半导体芯片工艺平台。在该平台上，可以一站式生产各种材料体系的化合物半导体芯片。