長光華芯致力于高功率半導(dǎo)體激光器芯片、高效率半導(dǎo)體激光雷達(dá)芯片、高速光通信半導(dǎo)體激光芯及相關(guān)器件和應(yīng)用系統(tǒng)的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于：工業(yè)激光器泵浦、激光先進(jìn)制造裝備、生物醫(yī)學(xué)美容、高速光通信、機(jī)器視覺與傳感、國防建設(shè)等。公司于2011年組建團(tuán)隊(duì)，引進(jìn)MOCVD、光刻機(jī)等設(shè)備，2012年正式成立公司，搭建完成一條包括芯片設(shè)計(jì)、MOCVD（外延）、光刻、解理／鍍膜、封裝、測試?yán)匣?、光纖耦合、直接半導(dǎo)體激光系統(tǒng)等完整的科研工藝平臺和量產(chǎn)線，是全球少數(shù)幾家具有商用高功率半導(dǎo)體激光器芯片研發(fā)和量產(chǎn)交付能力的公司之一。
做為長光華芯的拳頭產(chǎn)品之一，9XXnm 15W單管芯片經(jīng)過多年工業(yè)市場的檢驗(yàn)，已經(jīng)獲得了市場的廣泛信任和認(rèn)可。在保證芯片穩(wěn)定量產(chǎn)交付的過程，長光華芯沒有停下探索腳步，通過外延結(jié)構(gòu)、腔面保護(hù)、芯片設(shè)計(jì)等的關(guān)鍵技術(shù)和工藝的持續(xù)改進(jìn)，經(jīng)過不同生產(chǎn)時段不同批次的芯片驗(yàn)證，長光華芯自主開發(fā)的高功率高亮度半導(dǎo)體激光器芯片性能已達(dá)到30W水平，目前銷售交付的商用芯片功率達(dá)20W。
在探索創(chuàng)新更高功率水平半導(dǎo)體激光芯片的過程中，長光華芯攻克了一直飽受桎梏的外延生長技術(shù)、外延結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、腔面鈍化技術(shù)等方面的多個技術(shù)難題：
外延生長技術(shù)
圖1 激光芯片PN結(jié)結(jié)構(gòu)
半導(dǎo)體材料的外延生長是半導(dǎo)體激光芯片制備的最源頭。外延生長是指在半導(dǎo)體襯底材料表面生長組分厚度摻雜精確控制的單晶多層二維層狀結(jié)構(gòu)，組成激光器芯片的PN結(jié)結(jié)構(gòu)的生長過程。材料成分、結(jié)構(gòu)厚度和缺陷濃度控制直接決定了激光器芯片的波長、效率乃至可靠性等方面性能。
圖2 原位過程監(jiān)測
長光華芯采用世界頂尖的氣相外延爐（MOCVD）進(jìn)行外延片的生產(chǎn)。外延材料包括了砷化鎵，磷化銦，以及銦（鋁）鎵砷（磷）四元材料體系。生長波長覆蓋了從可見光630nm到紅外2100nm范圍。針對大規(guī)模量產(chǎn)需求，我司采用多晶片反應(yīng)器，如3＂ 12片機(jī)或6＂ 8片機(jī)，月產(chǎn)能達(dá)上千片；采取原位過程監(jiān)測，對量產(chǎn)過程進(jìn)行嚴(yán)格把控。
外延結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖3 半導(dǎo)體激光器波導(dǎo)結(jié)構(gòu)圖
外延結(jié)構(gòu)影響了半導(dǎo)體激光芯片的光束質(zhì)量、閾值電流與工作電流電壓等光電特性。在外延結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，長光華芯采用非對稱超大光腔波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，降低激光腔內(nèi)部光損耗，增大光斑尺寸，提高內(nèi)量子效率，從而提高芯片的輸出功率、亮度與電光效率。
腔面特殊處理技術(shù)
圖4 腔面特殊處理
半導(dǎo)體激光芯片的光能量是經(jīng)由一個芯片解理端面（前腔面，尺寸僅為微米平方量級的窗口）向外輻射輸出，在高功率輸出條件下腔面的光子吸收導(dǎo)致溫升已足以融化腔面，最終導(dǎo)致激光芯片失效，這是限制激光器功率與可靠性提高的核心技術(shù)瓶頸。通過腔面特殊處理，可以大大減低腔面的光子吸收水平，從而提高芯片的功率與可靠性。在腔面膜處理方面長光華芯全自主建設(shè)的腔面鈍化處理設(shè)備和自主開發(fā)的工藝技術(shù)，采用真空解理鈍化與無吸收窗口結(jié)構(gòu)，有效降低腔面表面復(fù)合效應(yīng)和腔面溫度，提高芯片腔面災(zāi)變（COMD）水平。
通過外延結(jié)構(gòu)、腔面保護(hù)、芯片設(shè)計(jì)等的關(guān)鍵技術(shù)、工藝的持續(xù)改進(jìn)，長光華芯自主開發(fā)的高功率高亮度半導(dǎo)體激光器芯片性能在室溫工作條件下達(dá)到30W輸出水平。
圖5 9XXnm 半導(dǎo)體激光芯片功率VS電流輸出曲線
在這個技術(shù)基礎(chǔ)上，目前長光華芯銷售交付的商用芯片功率達(dá)20W，已經(jīng)向工業(yè)市場批量供應(yīng)。該芯片已經(jīng)通過了10000h嚴(yán)苛的高溫、高電流加速老化壽命評估。根據(jù)芯片在高溫高電流的加速壽命測試表現(xiàn)推測，芯片在室溫工作條件下，在20W額定功率水平的平均壽命時間超過30000h。
圖6 9XXnm 20W半導(dǎo)體激光芯片24A壽命曲線
當(dāng)前長光華芯累計(jì)交付芯片已達(dá)400萬片，其中絕大部分在嚴(yán)苛的工業(yè)環(huán)境下使用，經(jīng)過多年市場的檢驗(yàn)，高功率、高性能、高可靠性、商用化的半導(dǎo)體激光芯片已基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。
做為長光華芯的拳頭產(chǎn)品之一，9XXnm 15W單管芯片經(jīng)過多年工業(yè)市場的檢驗(yàn)，已經(jīng)獲得了市場的廣泛信任和認(rèn)可。在保證芯片穩(wěn)定量產(chǎn)交付的過程，長光華芯沒有停下探索腳步，通過外延結(jié)構(gòu)、腔面保護(hù)、芯片設(shè)計(jì)等的關(guān)鍵技術(shù)和工藝的持續(xù)改進(jìn)，經(jīng)過不同生產(chǎn)時段不同批次的芯片驗(yàn)證，長光華芯自主開發(fā)的高功率高亮度半導(dǎo)體激光器芯片性能已達(dá)到30W水平，目前銷售交付的商用芯片功率達(dá)20W。
在探索創(chuàng)新更高功率水平半導(dǎo)體激光芯片的過程中，長光華芯攻克了一直飽受桎梏的外延生長技術(shù)、外延結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、腔面鈍化技術(shù)等方面的多個技術(shù)難題：
外延生長技術(shù)
圖1 激光芯片PN結(jié)結(jié)構(gòu)
半導(dǎo)體材料的外延生長是半導(dǎo)體激光芯片制備的最源頭。外延生長是指在半導(dǎo)體襯底材料表面生長組分厚度摻雜精確控制的單晶多層二維層狀結(jié)構(gòu)，組成激光器芯片的PN結(jié)結(jié)構(gòu)的生長過程。材料成分、結(jié)構(gòu)厚度和缺陷濃度控制直接決定了激光器芯片的波長、效率乃至可靠性等方面性能。
圖2 原位過程監(jiān)測
長光華芯采用世界頂尖的氣相外延爐（MOCVD）進(jìn)行外延片的生產(chǎn)。外延材料包括了砷化鎵，磷化銦，以及銦（鋁）鎵砷（磷）四元材料體系。生長波長覆蓋了從可見光630nm到紅外2100nm范圍。針對大規(guī)模量產(chǎn)需求，我司采用多晶片反應(yīng)器，如3＂ 12片機(jī)或6＂ 8片機(jī)，月產(chǎn)能達(dá)上千片；采取原位過程監(jiān)測，對量產(chǎn)過程進(jìn)行嚴(yán)格把控。
外延結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖3 半導(dǎo)體激光器波導(dǎo)結(jié)構(gòu)圖
外延結(jié)構(gòu)影響了半導(dǎo)體激光芯片的光束質(zhì)量、閾值電流與工作電流電壓等光電特性。在外延結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，長光華芯采用非對稱超大光腔波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，降低激光腔內(nèi)部光損耗，增大光斑尺寸，提高內(nèi)量子效率，從而提高芯片的輸出功率、亮度與電光效率。
腔面特殊處理技術(shù)
圖4 腔面特殊處理
半導(dǎo)體激光芯片的光能量是經(jīng)由一個芯片解理端面（前腔面，尺寸僅為微米平方量級的窗口）向外輻射輸出，在高功率輸出條件下腔面的光子吸收導(dǎo)致溫升已足以融化腔面，最終導(dǎo)致激光芯片失效，這是限制激光器功率與可靠性提高的核心技術(shù)瓶頸。通過腔面特殊處理，可以大大減低腔面的光子吸收水平，從而提高芯片的功率與可靠性。在腔面膜處理方面長光華芯全自主建設(shè)的腔面鈍化處理設(shè)備和自主開發(fā)的工藝技術(shù)，采用真空解理鈍化與無吸收窗口結(jié)構(gòu)，有效降低腔面表面復(fù)合效應(yīng)和腔面溫度，提高芯片腔面災(zāi)變（COMD）水平。
通過外延結(jié)構(gòu)、腔面保護(hù)、芯片設(shè)計(jì)等的關(guān)鍵技術(shù)、工藝的持續(xù)改進(jìn)，長光華芯自主開發(fā)的高功率高亮度半導(dǎo)體激光器芯片性能在室溫工作條件下達(dá)到30W輸出水平。
圖5 9XXnm 半導(dǎo)體激光芯片功率VS電流輸出曲線
在這個技術(shù)基礎(chǔ)上，目前長光華芯銷售交付的商用芯片功率達(dá)20W，已經(jīng)向工業(yè)市場批量供應(yīng)。該芯片已經(jīng)通過了10000h嚴(yán)苛的高溫、高電流加速老化壽命評估。根據(jù)芯片在高溫高電流的加速壽命測試表現(xiàn)推測，芯片在室溫工作條件下，在20W額定功率水平的平均壽命時間超過30000h。
圖6 9XXnm 20W半導(dǎo)體激光芯片24A壽命曲線
當(dāng)前長光華芯累計(jì)交付芯片已達(dá)400萬片，其中絕大部分在嚴(yán)苛的工業(yè)環(huán)境下使用，經(jīng)過多年市場的檢驗(yàn)，高功率、高性能、高可靠性、商用化的半導(dǎo)體激光芯片已基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。
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