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、激光先進制造裝備、生物醫(yī)學(xué)美容、高速光通信、機器視覺與傳感、國防建設(shè)等。公司于2011年組建團隊，引進MOCVD、光刻機等設(shè)備，2012年正式成立公司，搭建完成一條包括芯片設(shè)計、MOCVD（外延）、光刻、解理/鍍膜、封裝、測試老化、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，已經(jīng)獲得了市場的廣泛信任和認可。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、芯片設(shè)計等的關(guān)鍵技術(shù)和工藝的持續(xù)改進，經(jīng)過不同生產(chǎn)時段不同批次的芯片驗證，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到30W水平，目前銷售交付的商用芯片功率達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、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)

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1 激光芯片PN結(jié)結(jié)構(gòu)

長光華芯采用世界頂尖的氣相外延爐（MOCVD）進行外延片的生產(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片機或6" 8片機，月產(chǎn)能達上千片；采取原位過程監(jiān)測，對量產(chǎn)過程進行嚴格把控。

圖2 原位過程監(jiān)測

腔面特殊處理技術(shù)

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。

圖3 腔面特殊處理

外延結(jié)構(gòu)設(shè)計

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。

圖4 半導(dǎo)體激光器波導(dǎo)結(jié)構(gòu)圖

通過外延結(jié)構(gòu)、腔面保護、芯片設(shè)計等的關(guān)鍵技術(shù)、工藝的持續(xù)改進，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)體激光芯片壽命曲線

當(dāng)前長光華芯累計交付芯片已達400萬片，其中絕大部分在嚴苛的工業(yè)環(huán)境下使用，經(jīng)過多年市場的檢驗，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現(xiàn)國產(chǎn)化。