專訪長瑞光電：50G PAM4 VCSEL實現(xiàn)量產(chǎn)并批量出貨 助力超高速光互聯(lián)發(fā)展

  ICC訊 近日，訊石光通訊網(wǎng)拜訪國產(chǎn)VCSEL光芯片領(lǐng)軍企業(yè)——蘇州長瑞光電有限公司(簡稱長瑞光電)，了解公司最近一年以來的發(fā)展動態(tài)。長瑞光電專注于三五族化合物半導體激光器芯片的研發(fā)、制造和銷售，公司自主建設(shè)了從晶圓到流片工序的生產(chǎn)線，擁有完整的光學性能以及可靠性測試能力，產(chǎn)品在高速光通信、消費類電子領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)商用，同時還向醫(yī)美和激光雷達等領(lǐng)域延伸。

  長瑞光電VCSEL研發(fā)副總經(jīng)理向宇博士對訊石表示，2020年公司實現(xiàn)從產(chǎn)品研發(fā)階段向商用的轉(zhuǎn)變，研發(fā)投入超過4000萬元，2021年初已建成并投入使用了全新車間，并繼續(xù)保持高強度的研發(fā)投入。公司總面積達1萬平方米，其中包括了5000平方米的先進生產(chǎn)車間，核心設(shè)備經(jīng)過調(diào)試和驗證已投入全天24小時生產(chǎn)運作，公司打造了2條4英寸砷化鎵生產(chǎn)線，設(shè)計日產(chǎn)量可達15萬顆以上。公司高度重視產(chǎn)品性能和質(zhì)量檢測，配備了專業(yè)研發(fā)實驗室、失效分析實驗室，用于工程分析和失效分析，此外還建成完善的芯片可靠性驗證車間，嚴把出貨產(chǎn)品的質(zhì)量關(guān)。

  半導體芯片的研發(fā)和生產(chǎn)分為IDM(Integrated Design and Manufacture)垂直整合制造和Fabless純設(shè)計模式，基于化合物半導體材料的光芯片廠商采用IDM模式并不容易。向宇認為光芯片IDM模式可以提高產(chǎn)品質(zhì)量把控和定制研發(fā)效率，特別是實現(xiàn)光芯片外延片的自主生產(chǎn)。外延(Epi-wafer)材料是半導體激光器制備工藝的核心前道工序，外延片的質(zhì)量決定了光芯片工作性能的優(yōu)劣和使用壽命的長短。長瑞光電已充分掌握了外延生產(chǎn)工藝，可以在把控前道工序質(zhì)量的基礎(chǔ)上進行光芯片后道工序生產(chǎn)，這樣更容易發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品缺陷和找出問題所在。同時，對于客戶提出的定制化需求，長瑞光電自有的外延生長、工藝流片、性能檢測和老化分析能力可以更快響應(yīng)客戶項目提出的差異化芯片需求。在光模塊客戶企業(yè)的支持下，公司高速VCSEL產(chǎn)品在可靠性測試、性能驗證和市場反饋方面，相比于同類企業(yè)具有更高的反饋效率，有助于加速產(chǎn)品迭代升級。

  基于IDM垂直整合制造，長瑞光電滿負荷月產(chǎn)能可達數(shù)百片，公司于2021年實現(xiàn)了自研外延25G NRZ VCSEL(垂直腔面發(fā)射激光器)光芯片的量產(chǎn)。根據(jù)訊石咨詢《2021通信光芯片及其應(yīng)用市場發(fā)展調(diào)查報告》，25G及以上速率VCSEL產(chǎn)品有80%市場份額被博通、II-VI、SONY等國外公司占據(jù)，長瑞光電是該細分市場的國產(chǎn)主要代表之一。向宇表示，長瑞光電一開始就定位于高端VCSEL光芯片研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，隨著研發(fā)能力的逐步成熟，IDM垂直整合制造的優(yōu)勢為下一階段發(fā)展奠定了夯實的基礎(chǔ)，公司在持續(xù)推出更高速率VCSEL產(chǎn)品的同時，還將利用自身優(yōu)勢開發(fā)其他應(yīng)用的VCSEL芯片產(chǎn)品。

圖1：長瑞光電50G PAM4 VCSEL芯片產(chǎn)品

  對半導體材料上的高投入研發(fā)讓長瑞光電產(chǎn)品換代順其自然，在25G NRZ VCSEL實現(xiàn)商用后，公司于今年上半年起，全面推出了50G PAM4 VCSEL產(chǎn)品，瞄準數(shù)據(jù)中心正在增長的200G/400G光模塊需求。對于50G PAM4 VCSEL市場發(fā)展預(yù)期，長瑞光電研發(fā)高級工程師、PAM4項目負責人高逸群表示公司有信心在該細分領(lǐng)域與國外產(chǎn)品進行同臺競爭，一方面50G VCSEL已經(jīng)批量完成所有的廠內(nèi)測試，并通過多家光模塊客戶驗證，獲得了批量訂單；另一方面，公司也對即將到來的市場需求和訂單交付做足了生產(chǎn)備料和出貨驗證的準備。長瑞光電緊跟市場需求的腳步，從產(chǎn)品性能和可靠性到客戶服務(wù)，完全可媲美國外同類企業(yè)。

圖2：搭載長瑞光電50G PAM4 VCSEL的400G SR8光模塊眼圖測試結(jié)果

圖3：長瑞光電50G PAM4 VCSEL產(chǎn)品10000小時可靠性

圖4：長瑞光電50G PAM4 VCSEL產(chǎn)品累計失效分布圖

  高逸群還表示，在未來的產(chǎn)品路線圖分為高速率和高功率兩大方向，除了目前可量產(chǎn)的850nm 50G PAM4 VCSEL外，公司即將推出針對400G SR4.2光模塊應(yīng)用的910nm 50G PAM4 VCSEL，此外，車載激光雷達VCSEL、醫(yī)美以及傳感類的VCSEL也在公司的研發(fā)產(chǎn)品名錄中。公司還計劃于今年下半年正式啟動100G PAM4產(chǎn)品的研發(fā)。

  VCSEL激光器是數(shù)據(jù)中心短距離傳輸光模塊的主流選擇，數(shù)據(jù)中心是光通訊模塊器件和光電芯片的主要市場。據(jù)訊石咨詢預(yù)測，全球數(shù)據(jù)通信(主要指數(shù)據(jù)中心)光模塊市場規(guī)模將從2020年41.5億美元增長至2025年80億美元，年復(fù)合增長率為14%，其中中國市場將從2020年8.5億美元增長至19.5億美元。全球頭部互聯(lián)網(wǎng)公司200G/400G光模塊需求釋放，800G光模塊也處在市場起量的前夕，在數(shù)據(jù)中心短距傳輸?shù)某咚俟饽K需要的正是50G/100G VCSEL激光器芯片。滿足互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心超高速傳輸需求正是長瑞光電VCSEL產(chǎn)品的價值所在，相信在新一代高速光通訊應(yīng)用上，長瑞光電高速VCSEL將為客戶超高速光互連的發(fā)展創(chuàng)造更多的價值。

長瑞光電VCSEL研發(fā)副總經(jīng)理向宇博士（右二）和PAM4項目負責人高逸群（右一）接受采訪