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IQE加速VCSEL市场蓬勃发展
材料来源：化合物半导体
继与Lumentum达成多年供应协议后，IQE已准备好承接更多外延片供应交易。
今年6月下旬，英国外延片供应商IQE与加州激光开发商Lumentum签署了一项多年协议，为3D传感、汽车激光雷达和光网络应用提供外延片。该协议是在两家公司多年发展的基础上进行的——IQE支持了Lumentum大规模VCSEL阵列的量产——并确保Lumentum将拥有安全的晶圆供应和未来产品的开发资源。
在OEM要求越来越多的光子系统而非组件且光子集成正在推动整个行业垂直整合的时候，IQE首席技术官Rodney Pelzel认为，最新的合作伙伴关系将确保产品被更快地推向市场。“我们能够比垂直整合的竞争对手更快地将产品推向市场，”他说，“这有点违反直觉，但根据我们的观察，如果你能将你的核心能力与适当的协议联系起来，并且你有一个良好的工作关系......你将拥有专门的能力，你可以缩短你的上市时间。”
IQE现在打算与其他合作伙伴签订更长期的晶圆供应协议，再加上Lumentum的交易，这对英国的制造业来说只能是个好消息。近年来，该公司一直在其位于南威尔士的纽波特晶圆厂安装MOCVD反应器，用于生产6英寸GaAs晶圆。该厂目前至少有十个完全合格的反应器，未来还会增加更多。
IQE首席技术官Rodney Pelzel。
“纽波特是我们的卓越中心，也是VCSEL制造的首选地，但我们也可以在马萨诸塞州和台湾地区开展这项工作，”Pelzel强调说，“我们的首要任务是首先充分利用纽波特。”
据Pelzel说，6英寸GaAs的产量在纽波特可以很容易地提高，而且反应器也可以升级到8英寸晶圆尺寸。反应器内的配置也可以调整以处理四英寸的磷化铟衬底。“我们可以生产8英寸GaAs外延片，但当然这些都需要送到拥有8英寸设备的晶圆厂——这就是我所说的速率限制因素。”他说。
VCSEL未来
那么现在IQE和Lumentum在做什么呢？这两个合作伙伴目前正在为大批量3D传感智能手机市场制造6英寸GaAs外延片和VCSEL，但也对汽车激光雷达应用寄予厚望，这将为供应链上下游企业带来巨大的增长机会。在这里，VCSEL可以更广泛地用于驾驶员监控和信息娱乐系统，并最终在自动驾驶汽车的高级驾驶辅助系统中得到应用。
这些应用将需要更长波长的VCSEL，而IQE正在为这些器件开发外延片。该公司近二十年来一直在研究稀氮化物材料，向基于GaAs的材料中添加少量氮，以将器件波长拉伸至1500nm。近红外和可见光波长的光电探测器、边发射激光器和VCSEL已在直径达150毫米的晶圆上进行了演示，主要目标市场是智能手机传感器和激光雷达。
“没有人找到正确使用MOCVD或有效地[沉积稀释氮化物层]的方法——迄今为止，唯一可靠的材料来自MBE。”Pelzel解释道。
大批量市场也需要更大的晶圆尺寸。为此，IQE也一直在忙于开发其IQGeVCSEL 150技术，用于锗基6英寸VCSEL。使用锗来管理应变对于生长高质量、更平坦的外延片至关重要，正如Pelzel所说：“[在更大的晶圆尺寸下]这变得非常重要。”
至关重要的是，该技术还通过该公司的Ge-on-silicon模板为VCSEL在高达300mm的硅衬底上的生长提供了途径。作为更大晶圆计划的一部分，IQE于2021年底与晶圆制造商Global Foundries合作，今年早些时候，该公司宣布推出世界上第一个在锗上制造的商用200毫米VCSEL晶圆。
“一旦你在200毫米平台上，你就可以与目前不在化合物半导体行业的参与者进行交流......你开始使用诸如Global Foundries等大型硅代工厂的能力，”Pelzel说，“[更大的晶圆尺寸]也使你能够利用最先进的制造设备。”
Pelzel不会评论IQE是否正在与Lumentum合作开发稀氮化物和锗技术，但正如他所说：“我们的战略合作伙伴是试验台的主要候选者......而这些[技术]将成为我们提供给所有客户的工具箱的一部分。”
展望未来，Pelzel确信IQE的长波长发射技术将继续高速发展，向越来越大直径的晶圆过渡也将如此。“但我们也有整合考量，”他说，“我们开发的VCSEL层堆栈需求看起来有点不同，以便客户能够以不同的方式将其与CMOS集成。”
他还预计GaN材料系统将成为IQE射频和光子器件活动的“关键焦点”。例如，该公司最近与Porotech合作，对基于GaN的microLED进行规模化和商业化。“功率电子器件将占据GaN领域很大份额，但在我看来，microLED将成为8英寸化合物半导体的最大拉动力，”他说，“那么这将启用其他一切。”
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