隨著(zhù)產(chǎn)品良率的提升和成本的控制，越來(lái)越多的應用光源選擇VCSEL。VCSEL更是物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、無(wú)人駕駛、手勢識別等領(lǐng)域的核心技術(shù)。VCSEL也將成為穩定性和低功耗應用的首選技術(shù)。
12月26日，由手機報在線(xiàn)舉辦的以“VCSEL發(fā)力，大勢所趨”為主題的全球首屆VCSEL應用大會(huì )在深圳成功舉辦。德國Aixtron（愛(ài)思強）中國區工藝總監方子文博士發(fā)表了《紅外VCSEL的外延大規模量產(chǎn)解決方案》的主題演講。
德國Aixtron中國區工藝總監方子文
外延的門(mén)檻在于設備，尤其是MOCVD設備。作為MOCVD兩大巨頭之一，AIXTRON(愛(ài)思強)從1983年開(kāi)始做MOCVD設備，已有超過(guò)30年的歷史，在GaAs/InP材料體系的MOCVD領(lǐng)域有著(zhù)絕對領(lǐng)先的技術(shù)及市場(chǎng)占有率。
針對紅外VCSEL應用，方子文介紹了MOCVD外延方面的市場(chǎng)應用。自從去年蘋(píng)果發(fā)布iphoneX應用了VCSEL之后，今年安卓陣營(yíng)的產(chǎn)品也全部配備了VCSEL，就可以看出VCSEL的市場(chǎng)發(fā)展空間之大，他表示，VCSEL市場(chǎng)在2023年會(huì )達到180億美金的規模。當然，這個(gè)市場(chǎng)主要還是由消費級器件來(lái)驅動(dòng)。
除了消費級器件外，VCSEL在汽車(chē)工業(yè)也有廣闊的應用前景。方子文舉例說(shuō)：“在今年的9月份，已有廠(chǎng)商發(fā)布針對汽車(chē)自動(dòng)駕駛的大功率VCSEL產(chǎn)品，就是用VCSEL外延技術(shù)，其芯片大小到達了5×5毫米，可以精準感測250米的距離。這為未來(lái)汽車(chē)自動(dòng)駕駛鋪平了道路。”
針對VCSEL器件的大規模商業(yè)化量產(chǎn)，方子文強調，消費級市場(chǎng)對產(chǎn)品最大的挑戰是高良率及低成本：“大家知道現在VCSEL器件的整體良率并不高。外延能夠控制的良率，到最后都會(huì )變成現金，良率越高，生產(chǎn)成本就會(huì )越低。”
在外延技術(shù)方面，與傳統砷化鎵LED器件相比，VCSEL器件對MOCVD機臺的要求更高，主要表現在苛刻的DBR均勻性以及MOCVD機臺對顆粒/缺陷的控制能力。
DBR均勻性決定了器件本身的波長(cháng)良率，量產(chǎn)型的6英寸VCSEL外延片需能保證1nm左右的波長(cháng)均勻性，來(lái)穩定控制產(chǎn)品波長(cháng)。傳統LED芯片尺寸相對較小，而VCSEL芯片的尺寸較大，基本都在毫米級別。因此一片6英寸砷化鎵襯底只能生產(chǎn)約一萬(wàn)個(gè)芯片，任何的表面缺陷或者顆粒會(huì )直接導致這個(gè)區域的芯片報廢。方子文說(shuō)：“我們認為一個(gè)高良率的VCSEL生產(chǎn)需將6英寸的顆粒/缺陷控制在100顆以?xún)龋拍鼙ＷC高達99%以上的表面良率。”
在方子文看來(lái)，對于外延設備的要求，第一就是外延材料的均勻性非常好，第二就是表面顆粒數非常低。在保證高良率的基礎上，MOCVD機臺還需要有效的控制物料成本，為此，方子文重點(diǎn)介紹了一款AIX2800G4-TM設備。
圖片AIX2800G4-TM設備
AIX2800G4-TM，使用AIXTRON行星式反應腔，配備自動(dòng)化傳盤(pán)功能。單腔可以同時(shí)生產(chǎn)8片6英寸VCSEL外延片。AIXTRON行星式反應腔提供了多片機的高產(chǎn)能，同時(shí)保證了單片機的均勻性/工藝穩定性。同一腔體內的每一片外延片都可以獨立調整自己的沉積溫度，每片襯底有一致的工藝溫度，保證片與片之間的溫度均勻。
“這是通過(guò)AIXTRON特有的行星式反應機理來(lái)實(shí)現的，每個(gè)襯底的托盤(pán)背后，都有通氣導氣槽，使小盤(pán)能夠懸浮在空中。通過(guò)控制氣體的流量，我們可以精準的控制每個(gè)小盤(pán)的溫度，結合自動(dòng)控制軟件，8片小盤(pán)的溫度差異性可以控制在0.3度以?xún)取＞珳实臏囟瓤刂茷楦吡悸实牟ㄩL(cháng)控制奠定了基礎。此外，通過(guò)機械手的自動(dòng)高溫傳盤(pán)，機臺可以保障最低的顆粒。方子文展示了最新6英寸外延結果為0.7nm的DBR均勻性及41個(gè)表面顆粒，這完全能滿(mǎn)足VCSEL大規模生產(chǎn)的良率要求。”方子文說(shuō)。
另外，為確保最高的物料使用率，愛(ài)思強采用全石墨的腔體設計。其表示，如果是6寸的外延生產(chǎn)，基本可以達到30%的物料效率，與競爭對手相比可以節省一倍以上的物料。核算下來(lái)，一臺這樣的設備，單單是物料的節省，一年就可以節省一百萬(wàn)人民幣以上。
整體來(lái)說(shuō)，隨著(zhù)VCSEL市場(chǎng)的擴大，其外延生產(chǎn)會(huì )逐漸從歐美轉到中國，對于新進(jìn)入國際市場(chǎng)的VCSEL廠(chǎng)商，必須穩定的控制產(chǎn)品良率及成本，才能在國際舞臺占到一席之地。愛(ài)思強已經(jīng)準備好與頂尖的國內外延廠(chǎng)商合作，推動(dòng)VCSEL器件國產(chǎn)化的進(jìn)程。
01月07日 18:14
