在光通信傳輸過程中，發射端將電信號轉換成光信號，調制后從激光器發出激光束通過光纖傳遞，接收端將接收到的光信號并將其轉化為電信號，經調制解調后變為信息。

在這之中，實現電信號和光信號之間相互轉換的光電芯片是光電技術產品的核心部件。

隨著數據中心建設、5G網絡深入布局，國內光模塊企業全球市場份額的提升，中國光模塊市場進一步增長。有數據表明，2022年中國光模塊市場規模有望超30億元，增速有望趕超全球。

受益于光模塊的大規模生產和應用，作為光模塊主要組成部分的光器件，其最具核心技術的部件——光通訊激光芯片的需求也水漲船高。而這關鍵的核心技術恰恰嚴重依賴海外廠家。

雖然迎來“國產替代”之大潮，但芯片廠商如何快速突破中高端產品是一個艱巨的任務。

在2021年CIOE中，憑八年的技術沉淀陜西源杰半導體科技股份有限公司(以下簡稱“源杰半導體”或“源杰”)，其第五代移動通信前傳25Gbps波分復用直調激光器斬獲 “中國光電博覽獎“金獎，一躍成為年度黑馬，受眾人矚目。

源杰半導體成立于2013年，產品涵蓋從2.5G到50G InP激光器芯片，擁有完整獨立的自主知識產權。產品的技術先進性、市場覆蓋率和性能穩定性已經位居行業前列。

目前，國內能稱得上完成了從半導體晶體生長，晶圓工藝，芯片測試與封裝全部開發完畢的企業，可謂鳳毛麟角，源杰半導體這家高科技企業躋身其中，始終專注于進行InP高速的半導體光芯片的研發、設計和生產，歷經八年艱辛實現了工業化規模生產。

據了解，源杰半導體主要產品是以DFB(分布式反饋激光器)芯片為主，相較于VCSEL面射型激光器芯片而言，DFB激光器具備更高光功率輸出，能應用于短距離到長距離的傳輸，應用面較廣。

為了探索源杰取得今天成就的奧秘，近日，維科網光通訊深度對話陜西源杰半導體首席技術官潘彥廷博士。

十二問源杰半導體，揭秘高端芯片替代歷程

潘彥廷博士鉆研光通信半導體激光器的設計開發領域20年，相關技術積累涵蓋半導體外延設計，工藝設計開發，高速芯片封測理論計算，擔任源杰半導體研發總負責人，投入光通信領域2.5G、10G、25G、50G及以上所需求的激光器產品開發。

1、從設計生產一直到流片能完成一個完整的芯片生產環節國內的企業有多少家這樣的企業?您認為源杰區別于其他企業的生產模式在哪里?

【潘博士】國內其實有幾間芯片制造企業也具備從外延、晶圓制造、芯片封測的垂直整合制造鏈，其中把控晶體外延的質量相對關鍵，面對市場高速光芯片的需求要求提高，這對芯片廠的開發與交付能力都面臨考驗，芯片企業要把這一塊做好實屬不易，能做到真正交付高端芯片的企業其實非常的少，這也是國內具備垂直整合的芯片廠正在努力的方向。

源杰于公司成立之初，意識到晶體外延與扎實的晶圓工藝開發是國內芯片廠需要努力積累的技術實力，因此前幾年均致力于基礎晶圓制造能力的打磨，從設備、人員、技術、制度等方面踏實的堆積經驗，以產品實力來達成客戶的認可。

開發與制造周期非常重要。源杰確信能自主掌控從設計、制造、測試等垂直制造鏈的IDM模式能高效的提升開發周期，生產風險自主可控，因此源杰產品的芯片開發制造任一環節，不委托外廠設計制造，芯片中的每一個結構細節、每一塊組份構成，都是來自源杰的設計細胞與汗水的匠心。

2、在帶寬提升的浪潮之下，25G以上高速速率產品對外延的要求越發高。在芯片整個開發環節里，什么工藝最為關鍵?

【潘博士】 25Gbps以上的光芯片，講究的是高速設計與外延、晶圓工藝的結合實現，晶圓的外延工藝制造更是其中關鍵，這產品須在保證可靠性的前提下，將高速的性能體現出來，這一點其實相當不易。一般高速光芯片的有源區使用的半導體易出現氧化的問題，這對光芯片長期工作的可靠性容易造成風險，源杰在晶體外延與晶圓工藝上進行特殊的設計，實現在保證可靠性的同時，芯片性能達到25Gbps以上的高速要求。

3、外延的難體現在哪里?我們賣的所有的芯片的內部的外延結構都是我們自己長的對么?

【潘博士】外延技術的確為行業里面的關鍵點，它的難主要體現在通過金屬有機化合物氣相沉積系統(MOCVD)進行精準的半導體材料精準堆疊控制，尤其在有源區中，常常要求多層堆疊的結構每層厚度在10納米以下級別，這厚度已經特別薄，要做到對這種厚度的均勻性精準控制極具高難度，也是企業在對高速的芯片做外延時最容易遇到的工藝控制上的瓶頸。只要企業攻克這關就相對能靈活地開發各類的產品。

此外，芯片廠進行外延開發是為了商用化的過程實現，這需花大量的時間對機臺的條件參數做調試。它是一個比較花時間的基本功，國內企業開發高速產品時在這塊仍在做技術的積累與基本功的打磨，短期內也形成部分芯片企業透過國外或是其他區域采購外延片的方式，再繼續于廠內進行光刻晶圓工藝，利用工藝分區制作來制造產品，這部分也考驗著多個生產制造環節的交付周期與生產風險把控。無論哪一種生產制造模式，目前國內光芯片廠發展得很快，很多企業已經漸漸能從低速的產品轉向高速的光芯片制作，源杰也致力于和國內外的高速需求一起前進，截至目前，源杰2.5G、10G、25G與50G以上全系列產品，都是在廠內完成自主外延、制造與測試，自主可控性高，高速性能提升的50G DML工業級產品也將在今年年底陸續推出。

4、目前行業上芯片的開發周期普遍是多長?相比于同行，源杰半導體的表現如何?

【潘博士】芯片的開發周期與企業原本具備的開發能力、產品規格需求等相關，同一產品的開發周期對不同企業是不同的，源杰在評估產品的需求與公司開發能力的匹配后進行評審，然后通過立項開發、多次開發樣品迭代、廠內性能與可靠性驗證、送樣客戶端驗證通過了才能算是 “可批量發貨”的產品。

整個產品從開發到客戶驗證結束，基本上能耗費一年半到兩年的時間方可實現批量發貨。這“一年半”還僅是從立項開始，就要跟客戶在性能指標上進行密切對接及對設計方案的定型，中間有任何一個環節出問題都會導致研發周期的拉長。

而在開發周期上，源杰具備一定的開發優勢。源杰的產品開發擁有從設計、制造到測試驗證的全程自主權限，開發時間相對具備一定的可支配性，設計迭代期間也容易借由數據的分析，在廠內直接排查設計或是工藝造成的影響，對比于其他企業，源杰的一個樣品開發出來能得到的迭代信息量更大，利用廠內資源將各環節的量化數據去定性設計下一輪迭代，用做對的事的原則來縮短開發過程的迭代次數。

5、目前光器件跟光模塊部署量最大的依然是100G，和中間過渡的200G光模塊， 但同時，主流的部分也已經向400G靠攏了，我們的InP芯片的發展也遵循摩爾定律嗎?

(全球知名的半導體廠商英特爾在集成電路的浪潮下，提出了著名的“摩爾定律”：價格不變時，半導體芯片中可容納的元器件數目約每兩年會翻一倍，其性能也會同比提升。)

【潘博士】高速通信網路的速率迭代確實非常快，在數據中心要實現這樣的高速迭代，直接要求光芯片與電芯片在性能上翻倍其實不容易，因此在芯片端跟不上這翻倍的需求時，利用更換調制碼型或是增加通道數等方式緩解速率上的翻倍需求。

由于更換調制碼型、增加通道數，在體積、功耗、成本、封裝復雜度對光模塊都是要求，并非是一定的長久方案，主要是借此提供一些開發時間等待光芯片與電芯片的高速性能提升，因此在這需求下，芯片端的壓力其實非常大，國內外芯片廠也是前仆后繼在性能上竭力的提升，這壓力不比硅基的摩爾定律壓力小。

6、有這么多種基底可以選擇，咱們最后為什么選擇InP?

【潘博士】 我們在光纖傳輸因為光纖材料的限制，所常用是具有低色散特性的1310nm波長，及具有低損耗特性的1550nm的波長。激光器能發射這類波長的半導體材料有限，一般常見的是銦鎵砷磷InGaAsP與鋁銦鎵砷AlInGaAs這兩類四元的三五族半導體材料最常見，要成長這類半導體材料需選擇合適晶格匹配的襯底，這部分只有磷化銦InP這襯底材料的晶格常數能相對較為適配。

因此在距離相對較短的2km、10km的高速數據中心1310nm波段，可以看到高速DML產品，中長距離40km、80km的高速EML，接入網的2.5G 1310/1490/1550nm、10G DML產品，4G LTE/5G無線產品 10G/25G DML產品、甚至到長距離1000km以上相干領域所使用激光器，都是以InP為襯底的產品，應用面非常廣。

7、咱們的產品與PIC光子集成有哪些相似之處?PIC的大規模使用對我們是否有沖擊?

【潘博士】 沒有沖擊，而是商務與技術開發的引領，PIC集成本為高速低成本的發展趨勢，源杰開發的激光器本身，也因應InP系的PIC集成與Si系PIC集成方向發展，源杰的EML產品及屬于集成下的產品，在InP系的集成發展，能逐漸拓寬賽道，評估帶入更多的集成器件。

而Si系的PIC集成，硅基材料缺的是光源。

源杰已推出的25mW/50mW/70mW大功率激光器產品即為適配硅基光子集成所開發出的產品，在光集成電路的傳輸里我們可以提供這種光源，并能與之形成協同互助的效應。

可以理解成激光器負責恒定發光，再把光耦合到硅基波導里面，利用硅基里面的無源光路進行傳輸，利用硅鍺的調制器做光的切換調制，光芯片與硅芯片雙方以此合作關系相輔相成，由于硅基制作技術成熟，利用代工，讓商業量化集成的可實現性高。

8、相比同行咱們的產品有什么特點?市場表現如何?

【潘博士】目前源杰的2.5G/10G產品，例如：2.5G 1490nm、2.5G/10G 1270nm等波段的DML，具備一定的功率上的性能優勢，在接入網受到客戶相對非常支持。25G WDM DML產品，在5G無線應用也是首批支持三大電信運營商批量出貨的產品，受到客戶的肯定。

在數通領域的25G與50G PAM4 DML產品也廣泛國內外客戶的批量采購，這對國內外廠商使用高速激光器產品提供了除了美日光芯片供應商的另一個選擇。

9、目前在研發這些之中有沒有遇到對行業來講也都是比較難的瓶頸?又如何攻克?

【潘博士】為了提供高速通信領域的激光器，對DML高速性能的要求上，或是對EML這一類的集成產品已經是行業中致力開發的重點。

如何在保證可靠性的前提下，實現商用化高速率的性能開發是非常不易的，攻克之路必須依賴扎實的工藝技術積累與設計開發經驗迭代，而開發時間有限，必須精準投入開發。源杰已在此開發的路上，并預計于明年第一季陸續推出更高速的50Gbps DML和EML產品供客戶體驗。

10、限制產能的條件有哪些?

【潘博士】在國內開發這些高速產品比較大問題是高速產品的開發需要時間，其次是場地資源的限制。

源杰產能擴張的計劃，預計于于2022年中，會在新址創新港建設好新廠房。在研發與生產線上的資源會有明顯的增加，此次擴廠對于開發與生產更高速或是集成度更高的產品具有極高意義。

未來國內的光芯片能力提升后，會出現來自國內外對光芯片的需求，各類的高速光芯片、集成芯片等生產制造如果只有能力送樣，無能力生產，會形成光芯片廠的一大瓶頸，源杰相信自身的芯片實力能將高質量的產品形象植入客戶心中，并借由擴張產能，以持續穩定供貨的交付能力贏得長期合作的信賴。

11、陜西的光通訊產業鏈的市場前景如何?源杰會不會考慮開辟第二事業線?

【潘博士】光通訊的市場種類很多，相應地各市場種類衍生的激光器也出現多樣化。

目前，源杰處于產能有限的束縛之下，對于產品的生產投入正謹慎進行，未來在產能上有了擴充，這些需求的空間會往光通信市場未來更高端的需求開發，這也是國內光芯片廠與國外同時努力的方向，因此高速、高性價比的芯片會持續在光通訊市場形成需求的，如何穩定良率與提高性能，是一直要持續的目標。

第二事業線的想法對于所有有能力發展的光芯片廠是一定會出現的思考，源杰在光通信激光器領域上的技術積累，其實有利于水平或垂直延伸，但是擴到每一塊都屬新的商業賽道，必須警慎選擇路標，凡是有機會的領域，源杰都會思考在資源允許下提前布局，而目前的短期規劃仍是專心的做好激光器，在前進的路上，也會有新的商業機會碰撞，源杰會視匹配度而拓展合適的商業版圖。

12、在會不會考慮在深圳擴產芯片?

【潘博士】建廠會考慮當地的產業鏈上是否有合適的配套與產業價值，當評估后大于原來的生產基地價值，才會考量他地設廠，畢竟場地分散也具備不同的資源成本付出。

對于源杰來講，我們前期在陜西打下了基礎，目前在陜西內進行產品之類的調運更容易實現資源分配，其次是人員的成本和地的成本也因異地而造成成本的提升。在光通訊目前的商業環境考量下，這形成源杰本次的擴廠先選擇在陜西內建廠。

目前光芯片廠商主要集中在武漢光谷，越往南密集度越下降，難以形成規模效應，配套措施和人員成本是兩大制約因素。建廠從投入到產出開始盈利需要幾年的周期，如果持續幾年的高支出，基本上新廠也不易支撐下來。

上游全覆蓋，深扎穩打硅光時代

過去的二十年里，以太網技術已經被廣泛用在了企業園區，家庭產業園及安防監控等領域，未來更大帶寬，更低時延的以太網相關技術還將進一步滲透到大數據、云計算、物聯網、數據中心等場景，面對新的應用，以太網的速率也在不斷增長，從最初的10M，100M到最近標準化的400G，接口速率已經翻了4萬倍，這是個光通信產業鏈大可作為的時代。

通過與源杰半導體首席技術官潘彥廷博士的深入交流，了解到源杰半導體的整個產品線的維度也枝繁葉茂，除了傳統的DFB激光器芯片以外，已經擴展出另外兩條新的路線——EML和大功率硅光技術這兩條路線。

借助對工藝設備八年來的積累，在技術上，源杰半導體做到“有源區晶體外延/晶圓工藝/及芯片測試”等上游全覆蓋，完成“有源區外延工藝-光柵工藝-二次外延工藝-晶圓工藝-自動化芯片測試-芯片高頻測試及可靠性測試”的技術垂直整合。

源杰的產品線已經實現光通信激光器芯片低中高速產品2.5G、10 G、25G及以上DFB及EML激光器的 全系產品鋪設， 在短中長波產品上涵蓋 1270～1570nm全波段DFB/EML激光器。

通過大量研發資金的投入，源杰對設備生產出產品工藝的各種參數進行新摸索，加速新產品能力，憑借獨立自主的創新體系和大可作為的知識產權和生產設備，將產品落地與無線前傳、數據中心、及光纖入戶上。

公司引入先進的生產設備，實現多系列多品種高速激光芯片的分產線化生產、 擴大產線產能，同時提升產品質量穩定性、優化產品良率;此外，通過深化研發工作，開發新產品、新工藝，保持公司在光通信芯片行業先進的技術水平及較高的產品良率，并促進國內半導體產業的穩步提升。

“國產替代”之大浪潮下，誰在裸泳不重要，未來，源杰半導體繼續在硅光時代深扎穩打，深耕芯片領域。

(關鍵字：半導體)