vcsel芯片是什么？一文详解VCSEL芯片

VCSEL全称Vertical-cavity Surface-emitting Laser，是垂直腔面发射激光器，最初用于光通信领域，比如光模块中，后来开始应用于消费电子领域的3D感测方面，比如人脸识别，2017年苹果将其用在iPhone人脸识别模组，VCSEL也开始受到消费电子领域的大规模关注。 目前来看国外在VCSEL芯片方面还是较为领先，近些年国内多家厂商发展迅速，并且开始逐渐小批量或者批量生产，多家VCSEL芯片也得到了资本的较多关注，比如纵慧芯光、睿熙科技等。

vcsel芯片是什么？什么是VCSEL？

VCSEL本质上是一种半导体激光器，激光器是用来发射激光的装置，而半导体激光器则是以半导体材料为工作物质发射激光的器件，根据激光芯片的结构，半导体激光器可分为边发射激光器（EEL）和垂直腔面发射激光器（VCSEL）。

VCSEL有多方面的优点，比如：一是其出射光斑是圆形的，如上图左侧，而EEL的出射光斑是椭圆形的，VCSEL的圆形光斑更易于与光纤耦合，耦合效率比EEL的大很多；二是VCSEL的发光方向是垂直的，而EEL是从侧面出光，VCSEL垂直出光更适合用来做成二维阵列形式；三是VCSEL阈值电流很小，可以在1~2mA之间的低电流下工作，能耗低。 VCSEL多方面的优点，比如出光适合做成二维阵列形式，功耗低等使得其在手机、智能门锁、扫地机器人等消费电子市场非常被看好，也因此在3D视觉逐渐发展的过程中，火了一把，纵慧芯光联合创始人兼亚太区CEO陈晓迟近日谈到，“在消费电子领域，VCSEL芯片起量以后，市场大概规模将百亿元人民币。” 国内VCSEL芯片厂商进展如何？

但近几年随着3D感知技术及市场发展，多家VCSEL芯片厂商开始迅速成长，并开始小规模并规模量产，包括纵慧芯光、睿熙科技、柠檬光子、新亮光子、瑞识科技、华芯半导体、长光华芯等。 纵慧芯光 纵慧芯光成立于2015年，可提供高功率和高速VCSEL（垂直腔面发射激光器）解决方案，设计和制造VCSEL（650nm至1000nm），应用于高速光通信、生物医学、工业、汽车和消费类产品中的光学传感中。 公司联合创始人兼亚太区CEO陈晓迟在近日SENSOR CHINA 2020论坛上谈到，消费电子领域是公司主攻的市场之一，包括手机、扫地机器人、人脸支付、智能门锁等应用场景。 纵慧芯光除了已经进入华为旗舰级供应链，目前在全球范围内拥有大大小小的客户大概有150家。在面对美国对华为制裁的问题方面，陈晓迟表示，“我们会在合法合规的情况下给华为供货，并且也会积极拓展新客户，让客户多元化。” 陈晓迟谈到，在手机方面，公司已经与安卓阵营中多家厂商进行配合，在非手机领域，比如刷脸支付、智能门锁领域也在积极探索，事实上，公司今年已经有100kk级别的出货量。

另外，纵慧芯光从去年开始积极布局汽车领域，汽车电子领域真正起量可能还需要三年或者五年时间，但是这个市场起量之后，预计也会有百亿元人民币的市场规模。 睿熙科技 睿熙科技成立于2017年，专注于VCSEL芯片及衍生产品的研发及量产，2020年9月，公司完成2亿元人民币A+轮融资，将主要用于下一阶段芯片的量产以及流片研发投入。据官网介绍，公司VCSEL芯片可以满足消费电子领域每月10kk+供货能力。 除了消费电子领域，睿熙科技也在积极拓展数据通信领域和车载领域，据介绍，在数据通信领域，25G数通产品现阶段已经进入量产阶段，在车载领域，产品能量转换效率可达35%+，功率在1000W，已于全球最大车载镜头供应商合作。 柠檬光子 柠檬光子成立于2018年，主攻高性能半导体激光芯片及其模组和光引擎，包括VCSEL垂直腔面发射激光器 、EEL边发射激光器等产品，可应用于3D传感、AR/VR、机器人、激光雷达、消费电子、智能制造、物联网、数据中心等领域。 2020年4月，柠檬光子推出了领先业界的高性能大功率808 nm和850 nm VCSEL芯片系列产品。据介绍，该系列产品具有高效率、高可靠性和优异的高温性能等特点，可应用于三维传感、激光雷达、泵浦、安防、医疗等红外照明等领域。 柠檬光子该系列VCSEL产品适于大规模量产，完全采用6英寸外延及流片，有极为精减的加工流程，并已在多家国内外成熟的6英寸芯片代工厂得到验证。同时，该产品具有优异的可靠性，已通过50°C热沉温度下2000h以上连续出光的加速老化寿命测试。

新亮光子 新亮光子成立于2006年，是新亮智能集团旗下的全资子公司，专业从事VCSEL芯片及其它光芯片的研发制造和销售，公司致力于人工智能和物联网领域，为消费类电子，工业应用，车载/航空、光通信等领域提供核心的VCSEL芯片等光子器件。 2020年9月，新亮光子发布了多结（Multijunction）VCSEL芯片，单孔光功率高达30mW；斜率效率（SE）2.2W/A；能够在-40至+105°工作；发光面积更小，易于准直。Multijunction VCSEL有助于车载激光雷达、人脸识别、机器视觉产品的更小型化。 今年早些时候，新亮光子还推出了高性能、高可靠性的940nm VCSEL系列产品。新亮光子拥有国际同步的6吋VCSEL芯片量产线，打造了以VCSEL为核心的光子芯片及COB模组的IDM模式，是全球较为知名的VCSEL产品及方案供应商。 瑞识科技 瑞识科技是一家源自硅谷的高科技公司，由美国海归博士团队创建。公司致力于半导体光学领域，为人工智能、身份识别、3D视觉、辅助驾驶、安防监控、特种照明、智慧物流、健康监测等行业客户提供行业领先的光源产品和具有竞争力的光学解决方案。 瑞识科技核心技术包括光芯片设计，光学透镜集成，器件级集成封装，数理建模，光电系统整合优化等。公司的VCSEL外延及芯片设计已经完成数百片6寸晶圆的量产验证。公司产品涵盖不同波长包括850nm，940nm，光功率从几毫瓦到数瓦的完整系列，可供3D结构光，接近传感、红外泛光源以及3D TOF感应等不同场景中的应用。

瑞识科技今年8月份推出的业内首款发散角在10-15°的超窄光单孔VCSEL芯片，具备更小发散角，为解决接近传感模块内部信号串扰问题，创新提供芯片级解决方案，目前已开始送样。 威科赛乐 威科赛乐微电子股份有限公司成立于2018年1月，是由广东先导集团与重庆万林投资公司共同出资打造，致力于半导体材料、晶圆、激光器芯片的研发、制造及销售，一期投资13亿元，总占地面积75亩。 据官网介绍，公司专注创新，通过资源整合、技术革新，实现了年产250万片砷化镓、磷化铟等衬底材料与年产高端激光器芯片20亿颗的生产能力，投产后将彻底改变国内应用于智能手机、无人驾驶等领域的3D感测和激光雷达芯片严重依赖进口的困局。 2020年5月，由威科赛乐公司生产的首颗拥有自主知识产权的3D感测VCSEL芯片在万州下线。目前公司芯片生产线已进入工艺优化阶段，预计下半年进行小批量投产。 华芯半导体 华芯半导体科技有限公司位于泰州市姜堰区现代科技产业园，投资已超5亿元，占地面积90余亩，建筑面积50000平米。

公司主要产品为高亮度LED、蓝绿光半导体激光管、垂直腔面发射（VCSEL）光子芯片、DFB光子芯片、EML光子芯片以及高亮度半导体激光芯片等。产品主要应用于激光显示、激光照明、激光电视、光纤通讯、数据中心、云计算、超算等领域。 华芯半导体近期接受媒体采访的时候表示，公司2017年3月宣布其自主开发的25G VCSEL芯片已通过客户测试，一时间引起全行业高度关注。到目前为止，华芯半导体已经为业界提供了包括850nm 6G/10G/25G VCSEL外延片和芯片， 940nm 5mW~4W VCSEL芯片及外延片，蓝光外延片和芯片等系列解决方案，完全满足数据通信、3D感测及测距、激光雷达等应用的要求。 长光华芯 长光华芯主要致力于高功率半导体激光器芯片、高效率半导体激光雷达3D传感芯片、高速光通信半导体激光芯片及相关光电器件和应用系统的研发生产和销售。产品广泛应用于工业激光器泵浦、激光先进制造装备、生物医学及美容、高速光通信、机器视觉与传感等。 目前，长光华芯的VCSEL已经推出距离传感器、结构光（SL）、飞行时间（ToF）三大类产品，标准产品的波长包含808 nm、850 nm、940 nm。这些产品可广泛应用于距离传感、人脸识别、手机3D传感、机器人、汽车激光雷达、光通讯、原子钟、安防照明等领域。 除了上述企业，已经量产VCSEL芯片的厂商还有光迅科技、海特高新、仟目激光，此前就有报道称，光迅科技的25G VCSEL芯片已通过部分客户验证，逐步进入量产阶段，今年6月份表示，光迅科技表示，公司25G VCSEL芯片的良率在逐步提高，生产和研发过程自主可控。

海特高新子公司海威华芯开发了砷化镓IPD、PPA15、VCSEL、氮化镓NPA25等制程产品，在基站射频氮化镓、充电硅基氮化镓、3D感知VCSEL砷化镓等核心产品进入小批量量产阶段。海特高新今年3月份表示，公司VCSEL芯片广泛应用于人脸识别、测距、激光雷达、3D感知等诸多领域，在消费电子领域有广阔的应用， 2017年11月成立于武汉的仟目激光，主要产品为VCSEL、DFB、窄线宽激光器、工业大功率激光器等多种类型，在消费电子、自动驾驶、光纤通信以及工业切割等领域均有广泛应用。公司2019年12年就成功量产了6寸晶圆25G VCSEL芯片，应用于数据中心、消费电子中。 可以预见，未来在3D传感、5G通信等多领域的需求推动下，及各厂商的研发投入及经验积累下，国内VCSEL芯片将会取得长足发展。
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