日前，國內(nèi)的LED供應商干照光電發(fā)表公告，稱公司擬出資16億人民幣建設(shè)VCSEL、高端LED芯片等半導體研發(fā)生產(chǎn)項目。公告中指出，2017 年，以 VCSEL 激光器為核心元器件的 3D Sensing 攝像頭在 iPhone 十周年機型的應用，將帶動相關(guān)細分市場十倍以上級別的爆發(fā)。iPhone X 臉部辨識啟動3D 感測應用后，非蘋陣營可望跟進，目前安卓手機陣營中沒有應用國產(chǎn)化的 VCSEL芯片。VCSEL 外延片芯片的關(guān)鍵技術(shù)主要為國際少數(shù)幾家大公司所壟斷，也是我國激光芯片產(chǎn)業(yè)中較為薄弱的環(huán)節(jié)。

按照這個表述，干照光電的目標和其他近來大力投入到VCSEL的國產(chǎn)廠商一樣，打算在即將爆發(fā)的VCSEL市場中分一杯羹，但這個市場真的那么美好嗎？

因iPhone X火起來的產(chǎn)業(yè)

VCSEL全名為垂直共振腔表面放射激光(Vertical Cavity Surface Emitting Laser, VCSEL)，簡稱面射型激光，這是由日本科學技術(shù)員的 H. Soda 與 K. Iga 等人在上世紀七十年代末提出的概念。與傳統(tǒng)的邊發(fā)射激光器不同，VCSEL的激光出射方向垂直于襯底表面,可獲得圓形光斑。因為其諧振腔長與波長接近,動態(tài)單模性比較好,具備發(fā)光效率高、功耗極低、光束質(zhì)量好，易于光纖耦合、可調(diào)變頻率就達數(shù)GHz、超窄的線寬、極高的光束質(zhì)量、高偏振比和造價便宜等優(yōu)勢。

VCSEL的結(jié)構(gòu)圖，圖左為頂發(fā)射結(jié)構(gòu)，圖右為底發(fā)射結(jié)構(gòu)

自概念被提出以后，這個技術(shù)一直在緩慢發(fā)展成熟，并被逐漸推向光通信、光互連、光存儲、激光顯示和照明等領(lǐng)域，但因為這些市場的大眾關(guān)注度并沒有那么高，VCSEL在過去的幾十年里也一直默默無聞，直到蘋果在其iPhone X中采用了Face ID方案后，VCSEL在過去兩年就變得人盡皆知。

蘋果iPhone X中用到的3D成像技術(shù)

如上圖所示，蘋果使用泛光照明器、接近感測器、環(huán)境光感測器和點陣投射器構(gòu)成了iPhone X的3D成像模組，當中的泛光照射器、接近感測器和點陣投射器都用到了VCSEL。因為蘋果的龐大出貨量，還有他們的設(shè)計對安卓陣營的影響力，就迅速推動VCSEL走向了風口浪尖，市場也對這個產(chǎn)品的未來有了無限期望。

市調(diào)機構(gòu)Yole指出，在未來五年，VCSEL將持續(xù)維持爆炸式的成長，其商業(yè)機會將成長10倍以上，2017年至2023年年均復合增長率(CAGR)將達31% ，而市場規(guī)模預計從2017年的6.52億顆攀升至2023年的33億顆。

干照光電發(fā)布的公告中也表示，隨著全球范圍內(nèi)相關(guān) VCSEL 供應商的產(chǎn)能不斷增長，全球 VCSEL 市場的復合年增長率（CAGR）可達 17.3%，市場規(guī)模到 2022 年或?qū)⒃鲩L至 200 億人民幣。

龐大的市場容量就吸引了眾多國產(chǎn)廠商加入其中。

國產(chǎn)廠商快速涌進

面對這個大市場，除了干照之外，更早之前也有了一大波國產(chǎn)廠商涌入這個市場。首先，和干照光電一樣同樣位于廈門的三安光電也是其中的一個玩家。

去年年底，該公司被投資者問到是否有投入到VCSEL研發(fā)的時候，他們給出的答案是：“公司正布局光通訊發(fā)射端與接收端芯片的研發(fā)和生產(chǎn)，并在海外成立子公司從事光通訊的研發(fā)、生產(chǎn)及銷售，以應對光通訊在消費電子和通訊領(lǐng)域滲透帶來的廣闊市場需求”，而在早前某個展會上，半導體行業(yè)觀察記者就此事問到三安光電相關(guān)負責人，他們也給出了肯定的答案，這就坐實了他們投入VCSEL，市場甚至傳言他們已經(jīng)進入到送樣階段。

2015年成立于泰州的華芯半導體今年早些時候在接受麥姆斯咨詢采訪的時候則表示，華芯半導體是目前國內(nèi)唯一一家能夠自主完成垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）和藍光半導體激光器芯片外延及芯片工藝制造，并實現(xiàn)量產(chǎn)的高科技公司。按照他們的說法，公司已經(jīng)從2017年11月份開始批量出貨。

同樣成立于2015年，起源于斯坦福大學的縱慧芯光，也是國產(chǎn)VCSEL市場的另一個重要角色。該公司聯(lián)合創(chuàng)始人陳曉遲今年八月在出席一個論壇的時候講到，縱慧芯光在2015年底成立并完成A輪融資。到2018年年初的時候，他們完成了B輪的融資，并在常州建立了他們的6寸的外延產(chǎn)線，按照他們的說法，這條產(chǎn)線建設(shè)完成后，將成為國內(nèi)第一條6寸工藝的核心光電器件外延生產(chǎn)線。

按照陳曉遲的說法，縱慧芯光在2018年初進入了品牌手機廠商的供應鏈，今年年末將開始批量的出貨。按照他的預計，縱慧芯光今年年底會推出下一代的產(chǎn)品，光電轉(zhuǎn)換效率達到45%以上，且今年會完成外延產(chǎn)線的建設(shè)，而他們的目標是在2019年實現(xiàn)億級的銷售目標。

另外，獲得了億元融資的睿熙科技也聲稱在VCSEL方面有領(lǐng)先的優(yōu)勢。

據(jù)該公司官網(wǎng)介紹，寧波睿熙科技有限公司是全球技術(shù)領(lǐng)先的 VCSEL 供應商，核心成員擁有20年在世界一流VCSEL公司領(lǐng)導產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)制造的經(jīng)驗， 涵蓋外延生長、工藝制程、芯片設(shè)計與模擬、倒片封裝、封裝、高頻測試與設(shè)計、大數(shù)據(jù)分析、失效分析等所有VCSEL設(shè)計、制造管理領(lǐng)域。

按照他們的說法，目前睿熙科技已經(jīng)完成適用于手機等消費電子的第三代芯片，于2018年量產(chǎn)，達到國際主流大廠水平，并成為舜宇光學推薦的唯一國產(chǎn)VCSEL芯片，現(xiàn)階段正與手機廠商洽談合作意向。

以上只是筆者看到的一些廠商，其他是否還有更多沉在水面下的廠商，那就不得而知?？梢钥隙ǖ氖?，國內(nèi)廠商對這個市場虎視眈眈。

如何突破包圍圈？

和其他很多芯片一樣，VCSEL同樣是一個幾乎被歐美日三個地區(qū)的廠商壟斷的領(lǐng)域。

以蘋果為例，他們在iPhone X上采用了Lumentum的VCSEL，后來市場傳出蘋果投資了Finisar，扶植另一家供應商，另外II-V和ams也是都是VCSEL領(lǐng)域的不可忽略的角色。其他如博通、住友電工，也都在VCSEL市場擁有不少的領(lǐng)先份額。

他們拿下了全球大部分的VCSEL供應，這主要與VCSEL的制造工藝本身和他們自身在這上面的多年積累有關(guān)。我們看現(xiàn)在那些VCSEL做得好的供應商，基本上都有自己的工廠，或者代工廠在相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)上有悠久的歷史，也就是說對制造有很高的需求。而從VCSEL的整個供應鏈上看，也的確如此。

例如在磊晶方面，英國的IQE就以高達五成的市占位居第一位，來自***的全新則以20%的份額緊隨其后；日本的Sumika則是目前全球少數(shù)可量產(chǎn)六吋磊晶的廠商，全球市占17％。對于國內(nèi)的VCSEL廠來說，在這關(guān)鍵的方面，如何保證這個方面的來源，是他們能夠進一步發(fā)展的關(guān)鍵。

至于技術(shù)方面，睿熙科技首席執(zhí)行官James Liu在接受麥姆斯咨詢采訪的時候也提到VCSEL制造的挑戰(zhàn)，現(xiàn)摘錄如下：

VCSEL綜合了半導體材料、激光物理、半導體制造工藝、高速射頻電子和光學技術(shù)等學科。不僅芯片結(jié)構(gòu)復雜，而且需要在使用比硅材料脆弱及本征缺陷度高兩個數(shù)量級的砷化鎵材料的情況下，滿足高性能和高可靠性要求。在VCSEL制備的過程中，應力及制造過程導致的晶體缺陷產(chǎn)生概率也遠高于硅基光電芯片。并且，VCSEL芯片在工作狀態(tài)時，其單位體積承受的電流密度要大幅高于硅基光電芯片，這就意味著VCSEL要承受更大的光強和電流。舉例來說，如果VCSEL設(shè)計或工藝不夠“完美”，導致了局部晶體缺陷，常規(guī)的出貨測試很難探測出來；但在芯片工作過程中，晶體缺陷在高溫、高電流及強光子的刺激下會加速生長，一段時間以后，一旦破裂生長超過一定數(shù)值，或到達有源區(qū)，芯片就會失效。

同硅基電芯片相比，VCSEL芯片更接近材料科學的范疇，優(yōu)秀的芯片設(shè)計需滿足高性能指標，但最大的挑戰(zhàn)來自于高可靠性的要求。這涉及有源層材料、結(jié)構(gòu)應力、結(jié)構(gòu)散熱等與材料及結(jié)構(gòu)有關(guān)的優(yōu)化，亦依賴于外延生長及關(guān)鍵制造工藝的優(yōu)化。成熟VCSEL產(chǎn)品在可靠性工藝方面需多年積累和無數(shù)糾錯實驗。符合低成本、高性能、高良率、高可靠性的大批量產(chǎn)業(yè)化，需要從業(yè)者有深厚的學術(shù)理論基礎(chǔ)，更依賴于工業(yè)界多年累積的豐富經(jīng)驗和迅速解決問題的能力。

由此可見，國產(chǎn)廠商想打破歐美日廠商的壟斷，需要多管齊下。

不應只盯住手機

無論是國外還是國內(nèi)的廠商來說，押寶VCSEL，主要看的是手機市場對其的需求，但這真的是一個將要爆發(fā)的大市場么？雖然蘋果產(chǎn)業(yè)鏈分析師在日前表達了對VCSEL的信心，他認為蘋果將會繼續(xù)采用這種方案。但在某些分析師看來，應用在手機里面的VCSEL前景不妙。

上個月，有分析機構(gòu)指出，蘋果對于明年的人臉識別技術(shù)傾向于使用RF UWB ToF技術(shù)，而不是VCSEL ToF，這則消息引發(fā)了整個VCSEL產(chǎn)業(yè)鏈股票大跌。況且，現(xiàn)在安卓手機上還沒大批量用上3D成像技術(shù)，萬一蘋果真的轉(zhuǎn)向了RF UWB ToF技術(shù)，并取得了不錯的效果。對于手機廠商來說，如果新方案實現(xiàn)難度遠低于VCSEL的方案，也許他們都轉(zhuǎn)向了這里也并不出奇。

正如前面所說，VCSEL最初是在通信這些領(lǐng)域發(fā)揮功用的，而現(xiàn)在大家對于VCSLE方案應用于汽車也非常有信心，甚至連HDD、醫(yī)療也都是VCSEL關(guān)注的領(lǐng)域。對于國內(nèi)這些VCSEL廠來說，如果能提前做好多手準備，提早布局，這也許才是最明智的。