《前沿 | 国内首条氮化镓半导体激光器芯片量产线正式投产》

  • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
  • 编译者: husisi
  • 发布时间:2023-04-17
  • 近日,飓芯科技的氮化镓(GaN)半导体激光器芯片量产线投产发布会在柳州市莲花山庄1号厅举行,柳州市长张壮出席发布会并宣布产线正式投产。中国科学院院士、北京大学教授甘子钊,中国工程院院士、清华大学教授罗毅,广西飓芯科技董事长、北京大学教授胡晓东,副市长汤振国,广西飓芯科技总经理宗华博士,市政府秘书长刘伯臣共同见证。

    氮化镓半导体激光器目前覆盖近紫外(375 nm)至绿光(532 nm)的波长范围,广泛应用于激光曝光、激光显示、激光焊接、激光照明、激光指示、激光传感等重要领域。

    由于技术门槛较高,只有国际极少数顶尖企业掌握该芯片的生产制造技术。为解决氮化镓激光器芯片“卡脖子”问题, 2020年9月,飓芯科技正式签约入驻北部生态新区智能电网产业园。

    经过两年多的不懈努力,飓芯科技建成了国内首条氮化镓半导体激光器芯片量产线,产线包含8大工艺站点,拥有全球领先的半导体量产设备100余台,涵盖衬底、外延,工艺与封测等各生产环节。

    来自北京大学的研发团队经过逾20年的刻苦攻关,在数十项国家级和省部级科研项目的大力支持下,攻克了氮化镓半导体激光器相关的主要科学和技术问题,建立了芯片制备技术中的8大核心工艺,打破国外企业长期的技术垄断,有力实现“弯道超车”。

    飓芯科技氮化镓半导体激光器芯片产线的投产,将极大地促进飓芯科技发展成为国内第三代半导体行业细分领域的龙头企业,带动上下游形成完整的第三代半导体产业链,辐射全国,服务全球。此外,飓芯科技在实现技术革新、推动产业链重塑的同时,也致力于建设氮化镓半导体技术人才高地,不断凝聚半导体高端人才,持续培育半导体中坚力量,这将为柳州市持续吸引高素质科技人才起到良好的示范效应。

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    • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者:husisi
    • 发布时间:2020-11-25
    • III族氮化物半导体是继第一代Si、Ge元素半导体和第二代GaAs、InP化合物半导体之后的第三代半导体,通常又被称为宽禁带半导体。其为直接带隙材料,禁带宽度在0.7 eV (InN)至6.2 eV (AlN)之间连续可调,发光波长覆盖了近红外、可见光到深紫外等波段;其还具有发光效率高、热导率大、化学稳定性好等优点,可用于制作半导体激光器。基于III族氮化物的半导体激光器在激光显示、激光照明、激光通信、材料加工和激光医疗等领域具有重要的应用(图1),因此得到了国内外产业界知名企业和全球顶尖科研机构的广泛关注。 图1. GaN基激光器的应用场景。 自1996年日本日亚公司研制了国际首支GaN基激光器以来,GaN基激光器性能得到了巨大提升,单颗芯片连续输出功率已超过7瓦,然而其电光转换效率仍然较低(<50%),远小于GaAs基激光器的电光转换效率(≈80%)。究其主要原因是GaN基激光器的串联电阻较大、热阻较高,导致工作电压和工作结温较高,最终严重影响了器件性能和可靠性。 针对上述问题,中国科学院苏州纳米所孙钱团队从半导体掺杂和载流子输运理论出发,有效利用III族氮化物材料中施主激活效率比受主高、电子迁移率比空穴大的特点,提出了一种新型GaN基激光器结构:翻转脊形波导激光器(图2),该结构的关键是将脊形波导从高电阻率的p侧转移到低电阻率的n侧,可大幅降低器件的串联电阻和热阻,显著降低工作电压和结温,从而有效提升器件性能和可靠性。另外,翻转脊形波导激光器还可与硅基CMOS实现更好的兼容。相关结构申请了国家发明专利并已授权(ZL 201710022586.5);还通过PCT(PCT/CN2017/116518)进入了美国、日本、德国,其中美国专利已授权(US 10840419)。 图2. (a) GaN基常规脊形波导激光器和(b)翻转脊形波导激光器结构示意图。 基于上述研究背景,中国科学院苏州纳米所孙钱研究团队在前期研究基础上,(1)设计了基于非对称波导的翻转脊形波导激光器结构,有效降低了内部光损耗;(2)研究了硅基GaN翻转脊形波导激光器中的应力调控与缺陷控制技术,生长了高质量的激光器材料(Optics Express 2019, 27, 25943; Optics Express 2020, 28, 12201; Journal of Physics D: Applied Physics 2019, 52, 425102),如图3所示;(3)开发了室温低比接触电阻率的氮面n-GaN非合金欧姆接触技术(Solid State Electronics 2020, 171, 107863);(4)联合Nano-X开发了基于干法刻蚀的激光器腔面制备技术(图3)。 图3. 硅基GaN翻转脊形波导激光器的(a)扫描透射电子显微镜(STEM)图,(b)有源区的STEM图,(c)激光器腔面的扫描电子显微镜(SEM)图。 基于上述工作,孙钱团队实现了硅基GaN翻转脊形波导激光器的室温电注入连续激射(图4)。在阈值电流(350 mA)处,翻转脊形波导激光器的微分电阻和工作电压分别为1.2 ?和4.15 V,比常规结构激光器低48%和1.41 V;翻转脊形波导激光器的工作结温和热阻分别为48.5 oC和18.2 K/W,比常规结构激光器低25 oC和8 K/W。仿真结果表明采用更高热导率的焊料和热沉,翻转脊形波导激光器的工作结温和热阻可进一步降低至34.7 oC和8.7 K/W。综上,GaN基翻转脊形波导激光器在串联电阻和热阻方面优势巨大,可大幅提升III族氮化物半导体激光器的电光转换效率等器件性能和可靠性。 图4. 硅基GaN翻转脊形波导激光器(脊形尺寸:10×800 μm2)的(a)不同注入电流下的电致发光光谱,(b)电致发光光谱峰值波长与半高宽随注入电流的变化曲线,(c) 0.8倍和(d) 1.2倍阈值电流下的远场光斑,(e)输出功率-电流曲线。 该研究成果以InGaN-based lasers with an inverted ridge waveguide heterogeneously integrated on Si(100)为题发表在ACS Photonics 2020, 7, 2636 (网址链接https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsphotonics.0c01061),并被半导体行业权威杂志Semiconductor Today报道(网址链接http://www.semiconductor-today.com/news_items/2020/oct/sinano-151020.shtml)。论文第一作者是中国科学院苏州纳米所博士研究生周瑞和副研究员冯美鑫,通讯作者为孙钱研究员。该工作得到了国家重点研发计划课题、国家自然科学基金面上项目、中国科学院先导专项课题和中国科学院前沿科学重点研究项目等资助。
  • 《长光华芯完成1.5亿C轮融资 研发量产高功率半导体激光器芯片》

    • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者:husisi
    • 发布时间:2020-06-28
    • 据投资界6月24日消息,苏州长光华芯光电技术有限公司(以下简称“长光华芯”)宣布完成1.5亿人民币C轮融资的工商变更,标志着2019年7月启动的C轮融资顺利完成。本轮融资由华泰证券旗下伊犁苏新投资基金领投,国投(宁波)科技成果转化创业投资基金、南京道丰投资跟投,含苏州芯诚、苏州芯同两个长光华芯员工股权激励平台,总融资额1.5亿元。 截至目前,长光华芯至今已完成四轮超3亿元融资。企查查显示,长光华芯2012年获得奥普光电天使轮融资;2016年获得东湖创投等A轮融资;2018年顺利完成1.5亿元B轮融资。 长光华芯官网显示,公司成立于2012年,主要致力于高功率半导体激光器芯片、高效率半导体激光雷达3D传感芯片、高速光通信半导体激光芯片及相关光电器件和应用系统的研发生产和销售,已建成从芯片设计、MOCVD(外延)、光刻、解理/镀膜、封装测试、光纤耦合等完整的工艺平台和量产线,是全球少数几家研发和量产高功率半导体激光器芯片的公司。产品广泛应用于工业激光器泵浦、激光先进制造装备、生物医学及美容、高速光通信、机器视觉与传感等领域。 其中,公司高亮度单管芯片和光纤耦合输出模块、高功率巴条和叠阵等产品,在功率、亮度、光电转换效率、寿命等方面屡次突破,获多项专利,与全球先进水平同步。