激光芯片（Laser Diode Chip）是以半導體材料為增益介質的激光器，依靠半導體能帶間的躍遷發光，通常以天然解理面為諧振腔。激光芯片具有波長覆蓋面廣、體積小、結構穩定、泵浦方式多樣、成品率高、可靠性好、易高速調制等優勢，常用于激光芯片的半導體材料包括砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）和氮化鎵（GaN）等。
激光芯片作為關鍵零部件，具有萬億級市場空間，能廣泛應用于電信與數據中心基礎設施、消費電子、汽車電子、工業制造、衛星通訊、光子計算、 VR等多個領域。
華辰芯光半導體科技有限公司（簡稱“華辰芯光”），是普華資本天使輪所投的在中國半導體激光芯片行業的一顆冉冉升起的新星，采用IDM模式解決我國“卡脖子”芯片問題，并力爭在不長的時間內，將公司建成亞洲最大的包括設計、材料生長、芯片制造、模組制造等能力的高端半導體激光產品中心，徹底解決嚴重影響我國通信、國防、高端制造等領域“卡脖子”的激光芯片問題。
成為“亞洲第一”的底氣源自哪里？將從華辰芯光聯合創始人、CTO魏明博士的創業歷程中加以揭曉。
魏明 博士 華辰芯光 聯合創始人 CTO
個人簡介：浙江大學竺可楨學院，信息學院光電系本科，美國中弗羅里達大學光學院博士，發表過20多篇國際學術論文及專利并在多個國際會議上發表邀請演講。
曾任美國Lumentum工程及生產總監，領導產品與全工藝開發，生產制造，成本和產線優化，生產計劃，供應鏈，工業工程等工作；帶領Lumentum芯片廠完成了多種類半導體激光器的工藝開發和穩定量產，產品覆蓋工業激光器，傳感，電信，數據通信，雷達等核心產品。
01 PH HUI 源于創業的初心： 國內高端光芯片不再受海外壟斷 創立華辰芯光，您是源于怎樣的背景和初心？ 魏明：2013年畢業后，我加入了全球半導體激光器芯片和器件公司的領軍企業-Lumentum（前身叫JDSU）。Lumentum是全球最知名的光通信、三維傳感、高功率激光等領域光芯片、光器件及光子系統制造商，其總部和光芯片FAB工廠在美國硅谷，它還在加拿大、中國、英國、日本、泰國等地設有產品研發及制造中心。Lumentum是我國華為、中興、烽火等著名電信設備制造商及眾多知名高功率激光產品制造商的核心光芯片和光模組供應商，其產品特點以高可靠性聞名全球。我就職于這家巨頭在硅谷的Fab廠，Lumentum在全球的產品中的激光芯片和探測芯片都是由硅谷這個Fab生產。其中僅是激光產品就有200多類，而每一個光芯片對應的光組件/模塊產品更是不計其數。 我有幸從一位主任工程師一步步成長為高級工藝經理、工藝技術總監，產品線也由負責單一產品線到負責FAB全產線產品，包括高功率激光、光通信激光、3D傳感激光等光芯片以及各種光探測器、PLC 、調制鈮酸鋰等產品。此外，我還主導完成了砷化鎵晶圓和磷化銦晶圓尺寸的升級和重大技術改造，并主導完成國際首條也是唯一的一條4寸+砷化鎵與磷化銦混合生產線的建設。可以說我經歷了整個商用雷達激光器的發展，從最早全球最早商用量產的激光雷達Xbox Kinect中的核心部件激光器芯片的制造，到參與開發了人們熟知的蘋果手機人臉識別中的激光器芯片。 2019年，我離開Lumentum，在硅谷成立了自己的光芯片技術咨詢顧問公司，為全球客戶提供泛半導體FAB建設、工藝開發和管理的技術服務咨詢工作。期間在與國內客戶接觸過程中，我發現國內很多從事光芯片產品開發的初創企業，大都采用海外代工的模式（fabless），產品同質化競爭嚴重。此外，我還看到國內一些自建Fab的企業，因缺乏FAB建廠及工藝開發等實際經驗的技術專家，無法在高端光芯片的工藝制程、產能、和成本等方面取得實質性突破，嚴重制約著我國高端制造業的進一步提升。 為了更大的發揮自己的價值，更為了使國內高端光芯片不再受海外壟斷，我萌生了回國創建一家面向電信產品市場、高速數據通信、激光雷達等高端光芯片領域，并且有自己特色核心工藝的光芯片公司。 2021年年末，我果斷地選擇了回國創業，與幾位志同道合的前同事創立了華辰芯光，為國內高端客戶開發和制造激光芯片和產品解決方案。 02 PH HUI 源于獨有的制造技術： 前瞻性采用IDM研制模式 光芯片的應用領域有哪些？ 魏明：半導體激光器，又稱激光二極管，是用半導體材料（主要是砷化鎵與磷化銦體系材料）作為工作物質的激光器，還具有體積小、重量輕、壽命長、能耗低等優點，主要應用在電信與數據中心基礎設施、消費電子、汽車電子、工業制造、衛星通訊、光子計算、AR/VR等多個領域。 在消費電子方面，激光器最大規模的應用主要是在三維傳感。三維傳感通過投射特殊波段的主動式光源、計算光線發射和反射時間差等方式，從而獲取物體的深度信息，實現了物體實時三維信息的采集。例如2017年，蘋果手機人臉識別中的激光器芯片讓三維傳感用激光器正式開啟了規模化應用，隨后消費電子與個人身份驗證出現在各種應用場合。 光通信是半導體激光器的應用最為廣泛的一大領域。光通信下游主要市場分為電信市場和數通市場。電信市場是光通信最先發力的市場，主要包括 5G 通信、光纖接入、骨干網等，通信網絡建設推動光通信市場需求; 數通市場是光通信增速最快的市場，主要包括云計算、大數據、大模型等，數據流量與數據交匯量的增長推動市場需求。
光芯片行業的的難點在于芯片的生產制造，華辰是掌握了哪些獨有的技術嗎？ 魏明：光芯片對制造技術的要求要遠遠大于對設計的要求，并且定制化要求較多。國際知名的頭部企業，都建設有自己完善且強大的產品開發和芯片制造能力，要想徹底解決我國光芯片領域“卡脖子”問題，我們必須建設一個能力強大的FAB工廠。 我和團隊創業一開始就定下采用IDM（集成了芯片設計、芯片制造和模組封裝三大功能）的模式研制光芯片。
做光芯片用IDM模式優勢明顯： 1. 成本低 。主要表現在我們團隊有多個工藝專家，工藝良率高，尺寸大，而且產能同時應用在GaAs和InP，廠房空間和能源消耗等最優化； 2. 迭代速度快。相比較代工我們一輪流片平均是代工的1/3，如果是優先級高的流片速度會再快一倍以上；這有助于快速推出新產品，以及推出成本更低的同類產品； 3. 產品性能優。供貨持續穩定，自主可控； 4. 建立技術壁壘。工藝壁壘是一個持續建立的過程，有了Fab，每一個新工藝的開發都會為成為公司壁壘的一塊磚。 當然，建立一個全流程Fab并不是一件容易的事。工藝制造是一個極其復雜的過程，需要涉及到設備，工藝，廠務，安全，工業工程，生產，計劃，供應鏈，培訓等一系列功能，各個部分需要有經驗的專家，還要需要多個部門的高效的協調和配合，其中僅是芯片制造工藝，就包括上百道工藝段的工藝制造支持，工藝開發，工藝整合，產品工程等能力。我們憑借自己獨特的技術、踏實的做事風格、和誠信的口碑，吸引了全球范圍內最優秀的芯片專家作為合伙人，其中就包括高速光芯片設計專家、高功率產品設計專家、外延生長專家、窄線寬芯片工藝專家、工藝整合專家，以及供應鏈開發專家，封測專家等，每一位都曾畢業于國際名校且在行業中有十年或者二十年以上的經驗。我們技術團隊憑借多年的經驗，從廠房設計，施工，設備導入，工藝驗證等環節，用不到一年的時間就在江蘇無錫市建設了一座4英寸和6英寸兼容的全流程的涵蓋芯片設計、外延生長、晶圓制造、芯片測試、和可靠性分析及驗證的的全鏈條激光芯片能力芯片工廠。 制造工藝是芯片產業的核心和基礎。目前我們團隊已經有多項專有核心技術。 其中在電信級應用方面，我們已經開發并量產了解決高亮度壽命的激光芯片腔面鈍化核心工藝-WXP技術。這項技術運用量子阱摻雜原理，將激光腔面的能帶帶寬發光區域變大，折射率變小，在形成波導區的同時還能將發光區的能帶變寬從而降低腔面吸收，大大提升激光芯片的損傷閾值極限。采用WXP工藝處理的高功率激光芯片，可是將芯片使用壽命從現在的1萬小時左右提升到10萬小時以上，是電信產品泵浦激光芯片的核心制造工藝。 03 PH HUI 源于技術的落地： 數款明星產品將打破壟斷 目前，華辰有哪些明星產品已經量產和應用？未來又做了哪些布局？ 魏明：成立兩年以來，我和團隊結合國內市場和資深優勢，在工業加工、數據通信、電信、激光雷達等市場，研發了數款有明顯競爭優勢的明星產品。 在數據通信領域：我們開發出了面向人工智能大模型應用場景的單波100G VCSEL PAM4芯片。隨著人工智能的火爆，英偉達 AI 系統的新設計需要更多光學器件，未來兩年英偉達網絡的部署可能需要近千萬個400G SR4和800G SR8 光模塊，所配套的芯片主要是100G PAM4 VCSEL產品，目前國內廠家主要以100G、200G中低速率的光模塊居多，所用的光芯片大多為速率較低的10G或25G光芯片。800G光模塊所用芯片被海外企業壟斷。我們經過數輪產品迭代，推出了性能可與海外頭部友商相媲美的單波100G PAM4 VCSEL產品，并且開始向國內光模塊廠商進行現場測試。同時我們也開始布局研發面向未來人工智能應用場景的新一代單波200G VCSEL芯片。 在電信領域：隨著近年來數據存儲(Datacom)和光通信（Telecom）市場的飛速發展，對980nm單模半導體泵浦激光器產生了巨大的需求。尤其是對于長距離、大容量傳輸的陸地及海洋骨干光網絡系統應用，對980nm單模半導體泵浦激光器提出了更高的可靠性要求。其中，海底光纖傳輸在我們的互聯世界中發揮著至關重要的作用，超過 99% 的互聯網流量至少經過一次海底傳輸。任何維修的主要成本和挑戰都要求有足夠的冗余來實現極高的可靠性，僅是每次出船維護動輒就是數百萬美元，所以使用在海底的光放大器一般要求使用壽命25年以上。而目前中國電信領域所用的高端光芯片，國產替代產品仍處于起步階段。 我們依靠自己獨有的高可靠性的WXP技術，目前正在開發應用于電信領域中繼放大產品的單模980nm/1480nm激光芯片和模塊產品，預計2024年第三季度該系列產品將推向市場。該產品一旦實現自出量產，將使我國在光纖通訊的傳輸領域實現上下游產業鏈的完整性，打破國外壟斷，同時還能提升我國高端芯片研發與產業化能力，確保我國在5G/6G通信、數據存儲等核心領域立于不敗地位。 在工業加工領域：我們依靠自己的核心設計和關鍵工藝，開發出了多款高功率激光器芯片。受益WXP工藝技術，高功率系列產品都具有高可靠性高亮度的特性，還因為獨特的工藝將芯片成本大大降低。此外，通過各種結構設計技術，實現了高量子效率、低電阻和低熱阻、低腔內損耗和高可靠性，小發散角高亮度，極高的光功率密度導致的腔面光學災變損傷（COMD）以及極高的電流密度導致的材料光學災變損傷（COBD）。這種高功率激光芯片是高端光纖激光器最核心的零部件，需求量巨大，主要用于激光光纖通訊、工業造船、汽車制造、激光雕刻、激光打標、激光切割、金屬非金屬鉆孔/切割/焊接、醫療器械儀器設備等。 在激光雷達領域：目前激光雷達廠商主要使用波長為9xxnm、1550nm的激光發射器，1550nm的方案光線因為不易損傷人眼，擁有更遠的探測距離和更高的檢測靈敏度而被認為是激光雷達200米以上的遠距離方案。經過了消費類三維傳感的火爆，國內在9xx波長的雷達布局已經比較成熟，而作為激光遠距離雷達的波長為1550nm受制于缺少1550nm半導體激光器芯片的原因，國產激光雷達企業鮮有涉足，國外頭部激光雷達公司Aurora、Aeva、Luminar等已經開發使用1550nm激光產品，并且他們的產品都已經實現了中遠距離激光雷達的小型化以及成本的大幅改善，并有望在車載大范圍應用。 我們目前已經推出了面向衛星通信、汽車無人駕駛等ToF1550nm激光雷達產品用的高可靠的泵浦激光芯片，突破了海外壟斷。此外，我們也在布局未來終極車載固態雷達方案-FMCW激光雷達光源芯片，研發一款高集成的可調窄線寬可調諧激光器，為車載雷達大規模使用做準備。可調窄線寬可調諧激光器的波長是通過將激勵電流導向諧振腔的不同部位來改變的。目前我們的1550nm窄線寬可調激光片是由兩個布拉格光柵、一個增益模塊和一個對波長作細調的位相模塊集成于一體的整合發射器芯片，所有這些部件均集成在一個InP芯片上。一旦該產品進入量產階段，可以大幅降低我國FMCW激光雷達的制造成本，為我國激光雷產品領先世界做好供應鏈的一環。 華辰的未來發展愿景是？ 魏明：我們團隊也在不斷為未來布局開發新產品，包括硅光產品等一系列高端光芯片產品，更高速遠距離的通信芯片等，來滿足日益增長的光器件需求，力爭在不遠的將來超越海外龍頭，先成為亞洲領先。 造芯路上任重道遠，我始終堅信只有一批對芯片熱愛、踏實肯干、長久堅持的隊伍才能做一個長青的企業，而人才是根本，我希望能集中我國最優秀的、志同道合的人才加入我們，同時和國內優秀企業形成合力，做好光電行業生態，為中國的光電芯片事業做出重大貢獻。
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