发布于：2018/9/28 11:48:49 | 2313 次阅读
“美国、英国的VCSEL外延片对中国施行出口管制，仅仅有小批量研发用，或者20W以下、民用已定义好芯片及切割的产品可以对中国出口。”一位国内3D感测产业链人士对集微网记者透露。这对于正受到资本市场青睐、如雨后春笋般冒出的VCSEL初创公司无疑是一记重击。
2017年，苹果发布基于VCSEL技术的iPhone X，采用三颗不同的VCSEL裸晶用以实现Face ID和近距离感测，驱使2017年的VCSEL市场呈现爆炸式增长，整体营收达到3亿3千万美元。一时间，VCSEL产业链成为当红炸子鸡，而2018年安卓阵营的跟进，更让这一产业呼声达到点。
目前，范围内主要的设计者包括Finsar、Lumentum、Princeton Optronics、Heptagon、ⅡⅥ等公司，它们在移动端VCSEL处于前沿的研发角色。由IQE、全新、联亚光电等公司提供三五族化合物EPI外延硅片，然后由宏捷科（Princeton Optronics合作方）、稳懋（Heptagon 合作方）等公司进行晶圆制造，再经过联钧、硅品等公司的封测，便变成了独立的VCSEL 器件。然后由设计公司提供给意法半导体、德州仪器、英飞凌等综合解决方案商，再提供给下游消费电子厂商。
VCSEL的制造依赖于MBE（分子束外延）或MOCVD（金属有机物气相沉积）工艺，在GaAs（80%左右的份额）或InP（15%左右的份额）晶圆上生长多层反射层与发射层。移动端VCSEL产业链与化合物半导体产业链结构类似。
国内VCSEL初创企业蓬勃发展，老牌厂商进展缓慢
市场研究机构的数据显示，VCSEL芯片市场将从2015年的55亿元人民币，增长至2020年的147亿元，年复合增长率达21.9%。其中，用于3D传感的芯片约10亿颗每年，增速超过100%。芯片性能提升及集成方式迭代，确保了上下游合作伙伴占领3000余亿元人民币的光电器件市场。
然而，在中国年出货约5亿部手机中，激光传感芯片尚无法国产，包括近距离传感器、激光对焦、2D红外照明、3D传感等应用。加上外延片禁运、无量产制备工艺，VCSEL芯片仅在中国智能手机领域的空白市场约为100亿人民币。
强大的市场驱动下，以及受到国家大力扶持半导体产业发展政策浪潮的影响，大量资本涌入到这个行业中来，各种宣传自主芯片的VCSEL初创企业如雨后春笋一般冒出，老牌光通讯厂商也在加紧相关产品研发。
例如，成立于2015年的纵慧芯光在当年完成A轮3000万元人民币融资，今年初完成B轮融资，并建立在常州的6寸外延产线。目前，该公司已与多家国内外客户合作，打造属于客户特有的VCSEL芯片，让客户的3D视觉解决方案具备特有性和竞争性。在主流的3D视觉解决方案中，纵慧芯光均已参与多家客户的方案定制开发，并已经成功进入某些品牌安卓手机供应链。
今年7月长光华芯完成1.5亿元B轮融资，本轮融资的投资方包括国投创业、中科院创投和苏州橙芯创投。长光华芯的本轮融资将主要围绕公司主营业务战略建设如下项目：高功率半导体激光芯片和模块产能提升5-10倍；VCSEL激光雷达芯片研发及量产；直接半导体激光器量产及应用。
目前，长光华芯主要提供的是850～940nm波段的VCSEL产品，其中针对ToF和结构光的方案都有，主要指标如光电转换效率，长光华芯VCSEL芯片的光电转换效率已达42％。同时，在产品良率上，长光华芯依托完整工艺平台基础，不断快速改进，确保性能和良率的持续提升。目前VCSEL的3英寸批量生产线已建成，并与多家客户接洽，接到客户的定制指标需求，部分定制产品已进入到送样阶段，公司在2018年第三季度还会有6寸线投入使用。
8月睿熙科技获得达晨、天创PreA轮融资。公司曾于2017年9月获得舜宇V基金天使轮融资，两轮融资合计亿元人民币级别，将主要用于VCSEL芯片量产。
睿熙科技成立于2017年，由一批留学美国并在世界500强企业有着多年丰富经验的和博士共同创立，在美国设有研发中心，同时在浙江余姚，杭州规划设立加工，测试，及研发基地，专注于VCSEL芯片及衍生产品的研发及量产。该公司表示目前已经完成适用于手机等消费电子的第三代芯片，达到国际主流大厂水平，并成为舜宇光学推荐的国产VCSEL芯片，现阶段正与手机厂商洽谈合作意向。同时，公司正在研发适用于数据中心及5G通讯的4×25Gbps(100Gbps) VCSEL芯片，预计2019年实现送样、量产，目前正与海信、旭创、阿里等厂商接洽。
8月底，中国首条6寸VCSEL芯片产线落户广东中山火炬区逸仙微电子产业园，深亮智能技术（中山）有限公司宣称即将量产紧缺的VCSEL芯片，打破中国手机3D感测光源被国外企业的垄断。
此外，华芯半导体也宣称是目前国内一家能够自主完成VCSEL和蓝光半导体激光器芯片外延及芯片工艺制造，并实现量产的高科技公司。2017年中旬，华芯半导体全自主开发的VCSEL开始提供客户测试；同年年底，850nm 10G VCSEL芯片开始批量出货，并且进行940nm VCSEL项目立项。今年，940nm VCSEL芯片已经进入批量出货阶段。
在老牌光通讯厂商及研究机构中，现有的VCSEL器件厂家包括武汉光迅，江苏华芯，山东太平洋，深圳源国等也都在积极准备。相比之下，光通讯领域中，国内光通讯器件厂商光迅科技已有VCSEL商业化产品推出，但是在消费电子领域，尚无一家拥有VCSEL芯片量产能力的企业。
VCSEL外延片受英美出口管制，中国产业链还有哪些挑战？
综合来看，国内部分宣传可以做国产芯的企业往往只具有芯片设计的能力，而最的外延和流片环节都是外包给其他厂商。长光华芯常务副总经理兼CTO王俊博士在接受MEMS采访时指出，这样的模式很不利于芯片的工艺改进，从芯片设计到完成后性能反馈周期过长。国外的半导体激光器公司如Lumentum、II－VI等，都拥有完整的芯片生产工艺平台，能够高效地对工艺流程进行控制，缩短芯片研发和改良周期。
“在中国光通信产业金字塔结构中，位于金字塔顶端的芯片及外延技术，国内技术薄弱、高端芯片和外延片基本空白、无量产2.5G以上VCSEL，而国际上25G早已量产，被博通、Finisar、Lumentum等少数国际厂商垄断。而产业链产能则基本被苹果所垄断。”产业链人士对集微网表示，“在VCSEL更为上游的外延片部分，主要供应商为英美两国厂商，而两国早已针对中国制定了出口管制条例，仅仅有小批量研发用，或者20W以下、民用已定义好芯片及切割的产品可以对中国出口。这不仅仅针对军用，民用市场也如此。”
作为VCSEL器件基石的外延片受到限制，芯片设计端无疑也将受到重大影响。
王俊表示，半导体激光芯片产业是一个高端人才密集型、高技术密集型、资本密集型的一个领域，需要长期的坚持和投入，要充分认识到我们与国际公司的差距，一步步踏实地提升产品性能。进入到这个领域的企业，需要长期的技术积累和完整的工艺平台支撑，才能够长久的发展壮大。
纵慧芯光的联合创始人和总经理陈晓迟博士对集微网记者表示，目前国内VCSEL芯片企业基本都是聚焦在设计端，尚无制造能力，在出口管制限制下，更是只能通过外协生产的方式外包给其他厂商。另一方面，VCSEL外延片也具有极高的技术壁垒，综合了半导体材料、激光物理、半导体制造工艺、高速射频电子和光学技术等学科,需要擅长光电器件及化合物半导体等知识的复合型人才，就算是在LED外延领域工作了十年的工程师转到VCSEL外延来，也是做不了的。
目前VCSEL应用主要有通信行业和消费电子行业，数据通信行业的VCSEL常采用3英寸或4英寸晶圆制造工艺，但是消费电子行业则需要6英寸晶圆制造工艺，才能实现降低成本的目的，以及更大的VCSEL阵列。不论是传统的3英寸或4英寸，还是目前渐成主流的6英寸VCSEL晶圆制造工艺，维持高的制造良率都是对业者的挑战，其中6英寸VCSEL晶圆制造工艺挑战更大，其关键工艺需要多年的积累。陈晓迟指出，良率的高低从某些方面来说也依赖于客户对产品性能要求的高低，客户对性能要求高，良率也相对会低一些。
此外，成熟VCSEL产品在可靠性工艺方面需多年积累和无数纠错实验。符合低成本、高性能、高良率、高可靠性的大批量产业化，需要从业者有深厚的学术理论基础，更依赖于工业界多年累积的丰富经验和迅速解决问题的能力。在这些方面，国内VCSEL的产业仍需相当长的时间来培育。
据纵慧芯光表示，该公司消费应用VCSEL效率已实现超过40%，达到业界水准；规则阵列，随机阵列芯片满足市场各种3D感知需求；灵活的封装方式为客户提供一站式服务。高频率VCSEL芯片则已完成小规模产品试生产，器件功率、调制速率、发光光谱线等达到市场要求，是中国个拥有自主知识产权的量产25Gbit/s VCSEL。
陈晓迟透露，现阶段纵慧芯光的VCSEL芯片产品在国内设计，在海外代工，供应链是业内厂商。现在已经是完全量产状态，能够给客户批量供应高性能、高可靠性的产品。为了突破在外延片方面的限制，公司已在常州规划了自己的6英寸外延产线，整条生产线预计在2018年底可以投入使用。目前产品已打入国内前四的智能手机品牌供应链中，有2家在今年年底将陆续发布使用纵慧芯光VCSEL产品的智能手机。
值得注意的是，最近外资报告指出，目前光学ToF技术还不成熟，在功率和安全性出现混乱，传感器设计困难，也缺乏测试设备，可靠度不够，可能会延迟到2019年之后。加上微波ToF使用低成本的方法，采用RF信号而不是光学途径，有更好的机会在2019年启用，预计有7成以上机率获得采用成为替代解决方案，将改变光学ToF供应链，因此预测未来3D感测技术将采用ToF而不需用到VCSEL。
对此，陈晓迟表示，他与3D感测供应链厂商讨论过这一观点，皆认为VCSEL目前及未来仍是3D感测的，因此对此市场前景大家都一致看好。以苹果为例来看，它目前在VCSEL产业链上进行了非常多的投资和布局，也是对技术前景非常有信心的一个表现。另外，目前3D感测仅仅是前置摄像头的应用，还处于识别的初期应用阶段，未来更多的应用在后置摄像头，包括VR/AR等更多应用场景。此外，下一阶段苹果还会将3D感测应用到iPad甚至Mac中，市场机会将会进一步扩大。
因此，VCSEL并不仅仅有资本市场看到的鲜花着锦一般的市场机遇，对国内厂商来说，厂商在技术上的管控更是卡住他们发展的一道难以逾越的关口。如何从设计、制造、人才等多方入手培育整个产业生态，应该值得深思。（校对/叨叨）
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