VCSEL激光器应⽤及主要⼚商梳理tomgro
随着3D传感的爆发，VCSEL激光器从光通信领域进⼊消费电⼦领域。VCSEL进⼊苹果产业链，是以VCSEL技术为代表的半导体激光技术在消费领域的重⼤突破，光器件也从⼯业领域⾛向消费领域。 ⼀、VCSEL激光器简介
VCSEL，垂直共振腔表⾯放射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)，基本结构是由上下两个DBR（Distributed Bragg Reflector）反射镜和有源区这三部分组成。上下两个DBR反射镜与有源区构成谐振腔。有源区由⼏个量⼦阱组成，作为VCSEL的核⼼部分，决定着器件的阈值增益、激射波长等重要参数。VCSEL常⽤的原材料有砷化镓、磷化铟或氮化镓等发光化合物半导体，具有体积⼩、圆形输出光斑、单纵模输出、阈值电流⼩、价格低廉、易集成为⼤⾯积阵列等优点。
VCSEL结构图
VCSEL制造流程⼤致为：：材料外延⽣长→外延结构的表征（X射线衍射、反射谱、光致荧光谱、电化学C-V特性
虚拟现实系统
等）→器件⼯艺（包括外延⽚清洗、晶⽚键合、刻蚀、⾦属膜溅射、光学镀膜等）→后段⼯艺（包括引线键合、划⽚、封装、光纤耦合等）→器件性能测试（包括I-V特性、I-P特性、发射光谱、频响特性等），最终完成从材料到器件的全过程。 ⼆、VCSEL应⽤领域
在应⽤领域⽅⾯，VCSEL从诞⽣起就作为新⼀代光存储和光通信应⽤的核⼼器件，应⽤在光并⾏处理、光识别、光互联系统、光存储等领域。随着⼯艺、材料技术改进，VCSEL器件在功耗、制造成本、集成、散热等领域的优势开始显现，逐渐应⽤于⼯业加热、环境监测、医疗设备等商业级应⽤以及3D感知等消费级应⽤。
未来，随着智能化信息世界的不断发展，VCSEL将⼴泛应⽤在消费电⼦3D成像、物联⽹、数据中⼼/云计算、⾃动驾驶等领域。其中，VCSEL在消费电⼦领域发挥越来越重要的作⽤，VCSEL可⽤来进⾏智能⼿机⼈脸识别、⽆⼈机避障、VR/AR、扫地机器⼈、家⽤摄像头等。
（1）消费电⼦3D成像：VCSEL是消费电⼦视觉成像、三维感应的基础元器件，预计2020年，仅智能⼿机为VCSEL市场贡献超过20亿美元的收⼊。
（2）物联⽹：VCSEL是物联⽹的重要传感器件，预计2025年，全球将有数⼗亿设备接⼊物联⽹，全球物联⽹市场有望超过30万亿美元。
（3）数据中⼼/云计算：VCSEL⽤于数据中⼼，预计2020年，全球VCSEL数据通讯的市场规模将达到100亿美元。
（4）⾃动驾驶：VCSEL应⽤于⾃动驾驶中的车⾝通讯、传感器等，预计到2030年，激光雷达的使⽤数量将超过3亿枚。
三、VCSEL⼚商情况
VCSEL国外⼚商主要有Broadcom、Lumentum、Finisar、II-VI、Philips Photonics、ams、Osram等，国内主要有江苏华芯、武汉光迅科技，其他还有⼭东太平洋、深圳源国、国星光电、华⼯科技、三安光电、乾照光电、华灿光电以及睿熙科技等公司。可以看出，基本上都是来⾃于光通信芯⽚的龙头企业；也正是VCSEL有了在光通信领域的经验，消费级应⽤变得顺理成章，两者产品具备很强的技术延展性。
紫花针茅1. Broadcom四氢呋喃除水
Broadcom是VCSEL芯⽚的主要供应商之⼀。2016年2⽉，Avago收购了博通，成⽴了新博通。博通在光学数据通讯市场产品供应丰富，包括光纤接收器、嵌⼊式光学模组以及⾃适应光缆等。博通凭借近期VCSEL出货量的升级，该公司已经出货100万件25G VCSEL器件，使其市场领导领域扩展⾄光学⽹络市场。
2.Lumentum
Lumentum是2015年从JDSU分拆出来的公司，主要⽣产和销售光纤相关产品，销售给全球光纤⽹络及商⽤激光客户，公司分2个部门来运作：光通信、商⽤激光器。Lumentum是苹果公司的第⼀家VCSEL供应商，芯⽚代⼯在台湾稳懋。
2018年3⽉，Lumentum宣布溢价27%收购Oclaro，交易⾦额约18亿美元。通过收购，Lumentum将获得Oclaro的磷化铟、光电积体整合电路技术。
3.Finisar
Finisar是苹果公司的第⼆家VCSEL供应商。2017年12⽉，苹果对Finisar投资3.9亿美元，⽤于增加VCSEL的研发和⽣产。Finisar将使⽤这笔资⾦把德克萨斯州谢尔曼⼀家⾯积70万平⽅英尺的已关闭制
造⼚，改造成开发VCSEL芯⽚的⼯⼚，未来将⽤于苹果产品。所有的苹果订单的加⼯将使⽤100%的可再⽣能源，预计新⼯⼚将于2018年下半年投⼊运营。
4.II-VI
II-VI公司成⽴于1987年，业务主要分为红外光学、近红外光学、军事和材料、先进产品部四⼤部门。
II-VI公司重⾦投⼊2017年8⽉以8000万美元从Kaiam收购的6英⼨VCSEL制造⼚。Kaiam位于英国⽜顿艾克利夫占地30万平⽅英尺的⼯⼚拥有10万平⽅英尺的洁净室，专为⼤规模制造GaAs、SiC以及InP化合物半导体器件⽽设计。
2018年3⽉，II-VI公司宣布8500万美元收购波长选择开关(WSS)供应商CoAdna。2018年9⽉，交易完成。CoAdna将并⼊II-VI Photonics部门此项交易将强化II-VI公司ROADMs产品垂直整合能⼒。
5.Philips Photonics
Philips Photonics是飞利浦全资⼦公司，⽣产760nm-948nm VCSEL传感类⽤的单模激光管，VCSEL技术具有20多年研发经验，是原德国Ulm Photonics公司，2006年Philips收购Ulm Photonics。760nm-948nm VCSEL单模激光器主要应⽤于，激光吸收光谱TDLAS测量氧⽓和⽔分⼦、红外傅⾥叶变换光谱、原⼦钟、⼲涉仪、编码器以及运动控制等传感⽅⾯应⽤。
6.ams
ams通过收购快速转型，成为聚焦在光学传感器领域的主要供应商。在总部奥地利的⼯⼚负责前端晶圆制造，新加坡⼚则负责光学传感器⽣产和封装以及VCSEL制造，测试/传感器校准⼯作则在奥地利和菲律宾的⼚内进⾏。2017年，ams 对其位于新加坡的6吋晶圆⼚(2000 wspm)产能（主要⽣产VCSEL芯⽚）进⾏扩充投资，针对最新具有⼈脸识别技术的⾼端⼿机所需器件进⾏投产，增加员⼯也⼤部分集中于此，以⽀持3D和光学传感领域的迅速增长，预计在2019年实现量产。
ams在成像和光学⽅⾯陆续收购了Heptagon、Princeton Optronics、CMOSIS、KeyLemon、Mazet这⼏家公司。其中，KeyLemon公司具备领先的3D⼈脸识别知识产权库。Princeton Optronics公司可以提供VCSEL光源发射器。
7.Osram
2018年5⽉，Osram收购美国Vixar公司。Osram是红外LED和红外激光⼆极管的技术领导者，通过引⼊Vixar在VCSEL ⽅⾯的专业技术，Osram将在该领域拥有更强的技术能⼒和产品组合。
Vixar公司成⽴于 2005 年，为⽣物医学、⼯业、办公产品、汽车和消费品⾏业的传感器等应⽤制造波长在650~1000 nm
之间的 VCSEL。
8.江苏华芯
江苏华芯成⽴于2015年底，是⽬前国内唯⼀⼀家能够⾃主完成VCSEL和蓝光半导体激光器芯⽚外延及芯⽚⼯艺制造，并实现量产的公司。2017年11⽉，10G VCSEL芯⽚量产并批量出货。2018年3⽉，940nm 100mW VCSEL产品定型。
⽬前年产能为5000万颗单管光通讯VCSEL芯⽚、2500万颗VCSEL⾯列阵芯⽚、500万颗蓝光芯⽚。预计到2018年底，将形成5000万颗3D传感VCSEL芯⽚的年产能。
华芯半导体提供真正可靠的国产VCSEL芯⽚
9.武汉光迅科技
武汉光迅科技是国内光通信光模块器件最⼤的公司，公司牵头组建了“国家信息光电⼦创新中⼼”，短期来看可以帮助公司节约研发⽀出，长期来看有利于公司充分发挥产业协同优势，完善技术前瞻布局。光迅科技近年来积极开展波长为850nm/940nm VCSEL 芯⽚的研发，应⽤于光通信、3D传感等领域。
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四、总结
VCSEL激光器最⼤的应⽤在光通信、3D传感器，应⽤领域包括消费电⼦、⼯业、医疗、5G、汽车电⼦、AR/VR等，全球已经出现⽼牌光电⼦企业扩张/并购、初创企业涌现的潮流，VCSEL的市场热度、未来应⽤将会受到更多的重视。
今天是《半导体⾏业观察》为您分享的第1721期内容，欢迎关注。
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