目前市面上主流的3種3D感知技術(shù)分別為雙目立體成像、結(jié)構(gòu)光以及ToF，而不論是結(jié)構(gòu)光方案還是TOF方案，都離不開(kāi)核心器件VCSEL。

2017年，iPhone X將結(jié)構(gòu)光引入到前置光學(xué)系統(tǒng)中，用于Face ID人臉識(shí)別，隨之引發(fā)了3D感知技術(shù)市場(chǎng)的熱潮。而伴隨著5G技術(shù)變革下智能手機(jī)的更新?lián)Q代需求，全球3D感知市場(chǎng)規(guī)模逐年擴(kuò)大。

據(jù)TrendForce數(shù)據(jù)，2020年3D傳感VCSEL（適用于智能手機(jī)和平板電腦等移動(dòng)設(shè)備）市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)為12.07億美元，較2019年的10.79億美元同比增長(zhǎng)12%。

分析師指出，目前3D傳感已成為手機(jī)品牌廠商旗艦機(jī)在規(guī)格競(jìng)賽中的重要指標(biāo)。3D傳感功能主要集成在后置攝像頭中，主要應(yīng)用包括測(cè)距、背景虛化、3D物體檢測(cè)、空間建模和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）。在不久的將來(lái)，3D傳感功能進(jìn)一步搭配5G，成為高端手機(jī)的標(biāo)配。預(yù)計(jì)2021年3D傳感VCSEL的市場(chǎng)規(guī)模將同比增長(zhǎng)53%，達(dá)18.42億美元。

目前市面上主流的3種3D感知技術(shù)分別為雙目立體成像、結(jié)構(gòu)光以及ToF，而不論是結(jié)構(gòu)光方案還是TOF方案，都離不開(kāi)核心器件VCSEL。

在此背景下，VCSEL成為市場(chǎng)新增量。早在1977 年,日本東京工業(yè)大學(xué)的伊賀健一提出 VCSEL 的概念，直到2017年，iPhone X 徹底讓VCSEL火起來(lái)。

當(dāng)前，VCSEL在消費(fèi)電子3D成像、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心／云計(jì)算以及自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域應(yīng)用頗多。

VCSEL被市場(chǎng)所青睞，原因之一就在于VCSEL可以提供高頻調(diào)制、更快的響應(yīng)速度、高質(zhì)量光束，同時(shí)功耗低、工藝兼容性好。

VCSEL是紅外激光LD的一種，全名為垂直共振腔表面放射激光，顧名思義，他是可以垂直發(fā)射模式，與其他紅外LD的邊發(fā)射模式不同，VCSEL的垂直結(jié)構(gòu)更加適合進(jìn)行晶圓級(jí)制造和封測(cè)，規(guī)模量產(chǎn)之后的成本相比邊發(fā)射LD有優(yōu)勢(shì)，可靠性高，相比于LED，VSCEL的光譜質(zhì)量高，響應(yīng)速度快，優(yōu)勢(shì)明顯。

此前，VCSEL由于其制造工藝不成熟，產(chǎn)品的成本相對(duì)較高，隨著各大廠商的重視，尤其是高速光通信的快速發(fā)展，VCSEL工藝逐步成熟。

縱慧芯光聯(lián)合創(chuàng)始人、首席產(chǎn)品官Ryan曾表示，3D傳感器國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求巨大，產(chǎn)業(yè)鏈逐步成熟，VCSEL國(guó)產(chǎn)芯片的量產(chǎn)需求迫切。

在具體的VCSEL產(chǎn)業(yè)鏈方面，VCSEL目前主要采用三五族化合物半導(dǎo)體材料GaAs制成，由IQE、全新、聯(lián)亞光電等公司提供三五族化合物EPI外延硅片，然后由宏捷科技、穩(wěn)懋、晶電等公司進(jìn)行晶圓制造，再經(jīng)過(guò)聯(lián)鈞、矽品等公司的封測(cè)，變成為獨(dú)立的VCSEL器件。然后由設(shè)計(jì)公司提供給綜合解決方案商，再提供給下游消費(fèi)電子廠商。

在科研領(lǐng)域，我國(guó)中科院長(zhǎng)春光機(jī)所在VCSEL科研領(lǐng)域處于世界前沿地位，2014年5月長(zhǎng)春光機(jī)所在所內(nèi)首次研制出堿金屬院子光學(xué)傳感技術(shù)專(zhuān)用的795nm和894nm VCSEL。該器件采用完全自主的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料生長(zhǎng)和芯片工藝研制而成，芯片體積僅為0.05立方毫米，器件高穩(wěn)定單模態(tài)激光輸出高于0.2毫瓦，工作電流低于1.5毫安，功耗低于3毫瓦，可作為核心光源用于芯片級(jí)原子鐘、原子磁力計(jì)、原子陀螺儀等堿金屬原子傳感器。

中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所張楊研究員團(tuán)隊(duì)于2017年10月和11月先后研制出用于高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的6英寸高速850nm VCSEL外延片，和用于3D傳感、激光雷達(dá)的6英寸940nm VCSEL激光器外延片，并出口臺(tái)灣相關(guān)芯片廠。

除科研院所以外，國(guó)內(nèi)企業(yè)也紛紛布局，縱慧芯光、長(zhǎng)光華芯、睿熙科技等，都是其中具有代表性的企業(yè)。

縱慧芯光

縱慧芯成立于2015年11月，主要研發(fā)生產(chǎn)VCSEL芯片（650nm至1000nm）、器件及模組等產(chǎn)品。目前公司在常州建設(shè)了自己的外延產(chǎn)線和封測(cè)產(chǎn)線，其中外延產(chǎn)線能實(shí)現(xiàn)500-1000片/月的產(chǎn)能，對(duì)應(yīng)于產(chǎn)出的芯片產(chǎn)能達(dá)到20kk-40kk/月。

縱慧芯光現(xiàn)已進(jìn)入華為旗艦手機(jī)VCSEL供應(yīng)鏈，華為P30系列和華為Mate 30 Pro的供應(yīng)鏈名單中均包含了縱慧芯光。今年6月又獲得了華為旗下哈勃科技的新一輪投資。

縱慧芯光此前已經(jīng)研發(fā)出多款具備高效率、高性能、高可靠性的VCSEL芯片產(chǎn)品，涵蓋了850nm和940nm這兩個(gè)在消費(fèi)電子領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用的波段。而在新產(chǎn)品方面，縱慧芯光團(tuán)隊(duì)在疫情期間也沒(méi)有停止研發(fā)，目前已經(jīng)研發(fā)出最新的Multi-Junction VCSEL產(chǎn)品。

在2019年全球ToF傳感器市場(chǎng)中，縱慧芯光的VCSEL占比達(dá)到32.6%，僅次于Osram（37%），排名全球第二。

長(zhǎng)光華芯

長(zhǎng)光華芯成立于2012年，依托中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光機(jī)所創(chuàng)辦，致力于高功率半導(dǎo)體激光器芯片、高效率VCSEL芯片、高速光通信芯片及相關(guān)光電器件和應(yīng)用系統(tǒng)的研發(fā)生產(chǎn)和銷(xiāo)售。

早在幾年前，長(zhǎng)光華芯就開(kāi)展了VCSEL激光器的研發(fā)工作，已經(jīng)攻克了材料外延生產(chǎn)的精確控制和穩(wěn)定性難題以及激光電流的氧化限制控制難題，并通過(guò)可靠性認(rèn)證。

長(zhǎng)光華芯于2017年為增加VCSEL芯片的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)開(kāi)設(shè)了6英寸晶圓的生產(chǎn)線，增加了MOCVD晶圓生長(zhǎng)爐，步進(jìn)光刻機(jī)等量產(chǎn)設(shè)備，此項(xiàng)目得到了蘇州高新區(qū)支持，與長(zhǎng)光華芯共建蘇州半導(dǎo)體激光創(chuàng)新研究院，擴(kuò)建3萬(wàn)平米廠房及超凈生產(chǎn)線，總投資超過(guò)5億人民幣，建設(shè)半導(dǎo)體激光芯片研發(fā)和生產(chǎn)平臺(tái)。建成投產(chǎn)后預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)6英寸晶圓量產(chǎn)5000個(gè)/月，折合VCSEL芯片超過(guò)25-50KK支，屆時(shí)將緩解VCSEL芯片的緊缺局面。

據(jù)其官方消息，長(zhǎng)光華芯VCSEL事業(yè)部建成了國(guó)內(nèi)首條完全自主可控的6英寸芯片產(chǎn)線，并實(shí)現(xiàn)批量試產(chǎn)，產(chǎn)品性能達(dá)到國(guó)際主流廠商水準(zhǔn)，得到客戶認(rèn)可。

睿熙科技

睿熙科技成立于2017年，在美國(guó)設(shè)有研發(fā)中心，同時(shí)在浙江余姚，杭州規(guī)劃設(shè)立加工，測(cè)試，及研發(fā)基地。公司采用fabless模式，主要做VCSEL芯片及衍生產(chǎn)品的研發(fā)及量產(chǎn)，對(duì)標(biāo)lumentum，定位高端芯片市場(chǎng)。

睿熙科技專(zhuān)注于VCSEL芯片及衍生產(chǎn)品的研發(fā)及量產(chǎn)，該公司表示目前已經(jīng)完成適用于手機(jī)等消費(fèi)電子的第三代芯片，達(dá)到國(guó)際主流大廠水平，并成為舜宇光學(xué)推薦的唯一國(guó)產(chǎn)VCSEL芯片，現(xiàn)階段正與手機(jī)廠商洽談合作意向。

現(xiàn)階段睿熙科技已擁有針對(duì)消費(fèi)電子領(lǐng)域需求的全系列VCSEL芯片的產(chǎn)品線，波長(zhǎng)包括940nm和850nm，支持結(jié)構(gòu)光、ITOF，DTOF等多種3D方案。

華芯半導(dǎo)體

華芯半導(dǎo)體成立于2015年12月，位于江蘇省泰州市姜堰區(qū)。公司主要產(chǎn)品為高亮度LED、藍(lán)綠光半導(dǎo)體激光管、垂直腔面發(fā)射光子芯片、DFB光子芯片、EML光子芯片以及高亮度半導(dǎo)體激光芯片等。

2019年6月，華芯半導(dǎo)體和中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所、北京工業(yè)大學(xué)聯(lián)合申報(bào)的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“面向短距離光互連應(yīng)用關(guān)鍵芯片、器件與模塊技術(shù)”獲國(guó)家科技部立項(xiàng)。

華芯半導(dǎo)體主要承擔(dān)高速25Gb/sVCSEL芯片的批量化制備工藝研究、器件良率、均勻性、可靠性研究，實(shí)現(xiàn)批量推廣應(yīng)用

伴隨著市場(chǎng)熱潮與相關(guān)政策推動(dòng)，國(guó)內(nèi)企業(yè)逐漸開(kāi)始進(jìn)軍VCSEL領(lǐng)域，然而，目前進(jìn)入VCSEL的初創(chuàng)公司依舊存在同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)嚴(yán)重等問(wèn)題。

由于一開(kāi)始主打市場(chǎng)為940nm VCSEL陣列器件，但短期940nm VCSEL陣列器件主要應(yīng)用的手機(jī)市場(chǎng)尚未爆發(fā)，因此銷(xiāo)售額并不大。

國(guó)內(nèi)940nm VCSEL外延工藝還需要突破重重難關(guān)。而消費(fèi)電子、光通信市場(chǎng)VCSEL需求量表現(xiàn)不及預(yù)期，國(guó)內(nèi)VCSEL市場(chǎng)面臨產(chǎn)能過(guò)剩風(fēng)險(xiǎn)。

此外，國(guó)內(nèi)VCSEL廠商同時(shí)面臨來(lái)自傳統(tǒng)LED廠商切入賽道的競(jìng)爭(zhēng)壓力。

面對(duì)這種競(jìng)爭(zhēng)局面，一方面能加快國(guó)產(chǎn)替代的步伐，但另一方面，部分企業(yè)也會(huì)因?yàn)闀r(shí)間和市場(chǎng)而被逐漸淘汰，最終留下有實(shí)力的玩家。

面對(duì)未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)壓力，全產(chǎn)業(yè)鏈整合也將是VCSEL產(chǎn)業(yè)下一個(gè)趨勢(shì)之一，在產(chǎn)業(yè)崛起同時(shí)，整合產(chǎn)業(yè)鏈經(jīng)驗(yàn)、量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)豐富的廠商，以滿足市場(chǎng)需求，也將成為國(guó)內(nèi)VCSEL廠商未來(lái)的議題。

責(zé)任編輯：YYX