原標題：深度剖析國內主流VCSEL廠商在雷射雷達上的應用布局
據 Yole 報告，預計到 2023 年 VCSEL 整體市場規模將增長至 35 億美元，複合年增長率高達 48%，VCSEL 出貨量將從 2017 年的 6.52 億顆增長至 2023 年的 33 億多顆。伴隨著 AI 技術逐步成熟，智能硬體的發展趨勢滲透到光電產業的許多方面，3D TOF VCSEL 的智能攝像頭模組嶄露頭角。
隨著 5G 技術逐步推行，光通信晶片及 TO 封裝二極體市場需求巨大。同時雷射雷達(LiDAR)是智能駕駛不可或缺的眼睛，車規級高功率脈衝 VCSEL 是雷射雷達的核心器件。除了消費類 3D 傳感，VCSEL 在光通信和自動駕駛領域的 LiDAR(雷射雷達)方面也極具應用前景。
圖源：基業常青經濟研究院
01、什麼是 VCSEL？
VCSEL 全稱(Vertical-cavity Surface-emitting Laser)，是垂直腔面發射雷射器，最初用於光通信領域，比如光模塊中，後來開始應用於消費電子領域的 3D 感測方面，比如人臉識別，2017 年蘋果將其用在 iPhone 人臉識別模組，VCSEL 也開始受到消費電子領域的大規模關注。
圖源：瑞識科技 -VCSEL 是智能化信息世界的核心元器件
目前來看國外在 VCSEL 晶片方面還是較為領先，近些年國內多家廠商發展迅速，並且開始逐漸小批量或者批量生產，多家 VCSEL 晶片也得到了資本的較多關注，比如新亮智能、縱慧芯光、睿熙科技等。
雷射器是用來發射雷射的裝置，而半導體雷射器則是以半導體材料為工作物質發射雷射的器件，根據雷射晶片的結構，半導體雷射器可分為邊發射雷射器(EEL)和垂直腔面發射雷射器(VCSEL)。華芯半導體呂工介紹到相較於傳統的半導體雷射器，VCSEL 有以下諸多優點：1)有源層體積極小，從而可以獲得極低的工作閾值，如材料工藝發展可期待極低閾值甚至無閾值發光器件；2)波長和閾值對溫度變化相對不太敏感(當然 VCSEL 本身也屬於半導體雷射器的一種，也就逃脫不了溫度對其影響的宿命，其波長相對於溫度變化的溫漂係數大約為 0.06 nm/，相比於 F-P 雷射器的 0.3 nm/來說已經小很多了。)；3)腔長量級與波長相近，甚至更小(半波長量級)，故縱模間隔較大，可實現單縱模出射；4)可得到較大的馳豫振蕩頻率，從而實現較高的調製頻率；5)出射圓形光斑，易於與光纖耦合；6)封裝簡易，且可以形成二維雷射陣列；7)預期工作壽命達 10 萬小時及以上。
02、VCSEL 晶片的製作流程
VCSEL 的製造，不易
VCSEL 結構一般由上、下布拉格反射鏡(DBR)和中間有源區三部分組成，其典型的外延結構如圖 1 所示從下到上依次是襯底、N 型接觸層、N 型 DBR、量子阱有源區、P 型 DBR、P 型接觸層。
圖 1 氧化限制頂發射雷射器剖面示意圖
其中有源區為器件最重要的組成部分，由於 VCSEL 腔長極短，需要腔內有源介質對激射模式提供較大的增益補償。
圖源：合一粒子
材料外延生長(晶圓)-->外延結構的表徵(X 射線衍射、反射譜、PL 譜、電化學 C-V 特性等) -->晶片工藝製作(包括外延片開片清洗、SiNx 生長、多次光刻、ICP 刻蝕、氧化、金屬電極、剝離、減薄等) -->後段工藝(包括劃片解個、I-V 特性、I-P 特性、光譜等) -->最終完成從材料到晶片的全過程。
VCSEL 晶片的工藝分解
MOCVD，為金屬有機物化學氣相外延。通過外延工藝，按設計出的外延結構將材料生長出來，形成符合要求的晶圓。
圖源：合一粒子
雷射器就是利用半導體中的電子光躍遷引起光子受激發射而產生光振蕩器和光放大器的總稱，其產生雷射同樣要滿足以下三個基本條件：
1)建立有源區內載流子的反轉分布；
2)合適的諧振腔使受激輻射在其中得到多次反饋形成雷射振蕩；
3)提供足夠強的電流注入使得光增益大於或者等於各種損耗之和，滿足一定的電流閾值條件。
三個基本條件對應著 VCSEL 器件結構的設計理念。VCSEL 的有源區使用應變量子阱結構，建立起實現內部載流子反轉分布的基礎，同時設計合適的反射率的諧振腔使輻射出的光子形成相干振蕩，最後提供足夠強的注入電流使得光子能夠克服器件自身的各種損耗形成激射。
實際製造過程中使用金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)設備生長外延材料、生長外延結構過程中，以 4 寸半絕緣砷化鎵作為外延襯底層，三甲基甲(TMGa)、三甲基鋁(TMAl)、三甲基銦(TMIn)作為Ⅲ族源，砷烷(AsH3)作為Ⅴ族源，矽烷(SiH4)作為 N 型摻雜源，四溴化碳(CBr4)作為 P 型摻雜源。
外延生長過程中需要精確控制各層材料的生長溫度、氣體流量、時間等條件，使得生長的外延層結構和組分滿足設計要求。外延生長結束後，經過一系列外延材料測試設備如光致螢光譜測試儀(PL)、X 射線衍射儀(XRD)、原子力顯微鏡(AFM)、擴散濃度測試儀(ECV)等進行測試，外延片如果滿足測試要求，那麼就得到了合格的 VCSEL 外延片。
然後利用斷點監控電感耦合等離子體刻蝕技術和精確溼法氧化控制技術等技術，最後得到高速雙臺面同面電極結構 VCSEL 陣列晶片。隨後再進行晶片解理、測試、分選、抽樣老化及可靠性測試
03、國內主流 VCSEL 晶片廠商進展如何？
長期以來，VCSEL 晶片被 Broadcom(Avago)、住友電工、Finisar 和 Lumentum 、ams 等國外少數國際廠商把控。但近幾年隨著 3D 感知技術及市場發展，多家國內 VCSEL 晶片廠商開始迅速成長，並開始小規模並規模量產，包括新亮智能、縱慧芯光、睿熙科技、檸檬光子、瑞識科技、華芯半導體、長光華芯等。
1。 新亮智能
新亮光子成立於 2006 年，是新亮智能集團旗下的全資子公司，專業從事 VCSEL 晶片及其它光晶片的研發製造和銷售，公司致力於人工智慧和物聯網領域，為消費類電子，工業應用，車載 / 航空、光通信等領域提供核心的 VCSEL 晶片等光子器件。
2020 年 9 月，新亮光子發布了多結(Multijunction)VCSEL 晶片，單孔光功率高達 30mW；斜率效率(SE)2.2W/A；能夠在 -40 至+105°工作；發光面積更小，易於準直。
3D TOF VCSEL 的智能攝像頭模組嶄露頭角
圖源：新亮光子
新亮光子提供 3D TOF VCSEL 滿足攝像頭模組生產商迫切需求 3D 或者單點測距的適配光源。
波長包括 850nm 和 940nm，標準產品有功率 2W 和 4W，出光角度有 60°x45°，72°x58°，90°x70°，120°x85°，120°x90°；新亮光子 VCSEL 的特點是工作溫度範圍寬，可靠性高，調製頻率高，都可以達到 100MHz 或者以上；同時封裝 PD 和 VCSEL 一起，既可以檢測 diffuser 是否脫落，也可以作為控制 VCSEL 光功率恆定輸出的反饋信號。
圖源：新亮光子 Multijunction VCSEL 有助於車載雷射雷達、人臉識別、機器視覺產品的更小型化。今年早些時候，新亮光子還推出了高性能、高可靠性的 940nm VCSEL 系列產品。
新亮光子擁有國際同步的 6 吋 VCSEL 晶片量產線，打造了以 VCSEL 為核心的光子晶片及 COB 模組的 IDM 模式，是全球較為知名的 VCSEL 產品及方案供應商。
高功率脈衝 VCSEL 是雷射雷達的核心器件
圖源：新亮光子
新亮光子推出了高轉換效率和高可靠性的 808nm，850nm，940nm VCSEL 系列產品：連續功率有 1W，2-3W，4-5W；光發散角度小至 20°、光電轉換效率高達 48%。溫度高達 90時，PCE 仍然高達 31%。
圖源：新亮光子相較於邊發射雷射(EEL)，VCSEL 具有低臨界電流的潛力、發光光束具有圓形對稱特性與調製頻率高等優勢。除了功耗低，體積小，易於集成外，該系列晶片還具有響應快的優點。
應用於雷射雷達 LiDAR，主要為車載使用，探測距離較遠，一般在 100m-200m 之間，脈衝功率在 200W-300W 左右。
圖源：新亮光子新亮光子採用 IDM 模式，大大縮短了產品研發和生產周期，降低元氣件採購種類，減少生產成本，因此產品和方案備受客戶的青睞。除了上述 CIOE 熱門需求產品，新亮光子提供 808nm，850nm，940nm 各種功率規格的準連續(QCW)，連續以及高峰值脈衝功率的單顆和陣列 VCSEL 光源。
2。 縱慧芯光
縱慧芯光成立於 2015 年，可提供高功率和高速 VCSEL(垂直腔面發射雷射器)解決方案，設計和製造 VCSEL(650nm 至 1000nm)，應用於高速光通信、生物醫學、工業、汽車和消費類產品中的光學傳感中。
圖源：縱慧芯光面向消費類應用已推出的 VCSEL 產品公司聯合創始人兼亞太區 CEO 陳曉遲談到，消費電子領域是公司主攻的市場之一，包括手機、掃地機器人、人臉支付、智能門鎖等應用場景。在 2019 年全球 ToF 傳感器市場中，縱慧芯光的 VCSEL 雷射器佔比達到 32.6%，位列全球第二。今天的縱慧已成為國內多家手機品牌高端機 VCSEL 的主要供應商，比如華為 Mate30 Pro 前置和後置 ToF 供應商。縱慧芯光從 2019 年下半年開始聚焦汽車雷射雷達領域。
縱慧芯光消費類 VCESL 產品的可靠性水平和量產保障能力體現在兩方面：
(1)世界級的產品可靠性。縱慧芯光的 2W、940 nm 單結 VCSEL 產品，在 75下 PCE 為 40%，105時超過 30%，PCE 在較寬溫度範圍(-40 ~ 105)表現優秀。
其中，這顆產品的加速老化測試結果超過 2600 小時，等效於全天 24 小時工作的條件下持續發光 24 年(也等效於每天 8 小時工作，壽命達 72 年)，這已遠遠超出客戶對壽命的要求，足以滿足車規級要求。
圖源：縱慧芯光單結 2W VCSEL 的可靠性表現非常優秀
(2)以量產為目標。陳曉遲博士表示，「有了令人滿意的可靠性性能之後，我們關注的是如何大規模地生產這顆晶片，即晶片的可量產性。縱慧芯光雖然是一家初創公司，但一直秉承『以量產為目標』的理念，從項目立項開始，就嚴格按照新產品導入流程，保障每一階段的穩健輸出，最終達到可量產的目標。」
陳曉遲博士展示了縱慧芯光在過去一段時間積累的 2000 片 6 英寸外延晶圓波長的分布圖，可以看出波長的波動範圍控制在± 5 nm 內。此外，縱慧芯光在外延代工廠擁有每月超 1500 片的產能，在常州建有自有外延產線，外延產能每月超過 1000 片。
縱慧芯光的最新 2000 片 6 英寸外延晶圓波長分布圖
據悉，縱慧芯光已經提前布局了下一代 VCSEL 產品：多結 VCSEL，並可實現分區點亮。相比單結 VCSEL，多結 VCSEL 將多個 PN 偏置結在垂直方向上串聯，能輸出更高的峰值功率，並提供更佳的信噪比，所需驅動電流更小，有助於降低整個系統的功耗。在相同光功率需求下可減小晶片尺寸，因此相比單結 VCSEL 優勢明顯，從而成為未來汽車雷射雷達光源的最佳選擇。
縱慧芯光為汽車雷射雷達開發的第一代多結 VCSEL 的性能表現，各項指標均可滿足汽車雷射雷達的要求：
(1)LIV 性能：在相同的電流下，三結 VCSEL 可以實現 8.2 W 的光功率輸出，單結 VCSEL 只有 3 W，同時三結 VCSEL 在室溫下 PCE 高達 53.7%，達到全球領先水平。
(2)短脈衝下的溫度穩定性：工作在 85時輸出光功率相比 25相差小於 10%，充分證明了三結 VCSEL 的溫度穩定性非常好，可滿足長距離雷射雷達高溫環境下的工作要求。
(3)遠場發散角：隨著驅動電流的增加，多結 VCSEL 發散角度變化較小，形狀從「甜甜圈」形狀慢慢變成單峰形狀。
(4)可靠性：1000 小時加速老化測試結果表明無任何衰減，等效於產品壽命超過 15 年。
(5)車規認證：縱慧芯光 VCSEL 產品已通過 AEC-Q102 車規級認證，能夠滿足車規要求。
圖源：縱慧芯光 LIV 特性對比：單結 VCSEL vs。 三結 VCSEL
目前，縱慧芯光主要為汽車雷射雷達提供兩種 VCSEL 光源解決方案：(1)多顆 VCSEL 集成封裝在一起，從而提高最終的輸出功率；(2)分區點亮 VCSEL 方案，包括 850 nm 波段和 940 nm 波段、單結和多結技術。
3。 華芯半導體
華芯半導體科技有限公司位於泰州市姜堰區現代科技產業園，投資已超 5 億元，佔地面積 90 餘畝，建築面積 50000 平米。
公司主要產品為高亮度 LED、藍綠光半導體雷射管、垂直腔面發射(VCSEL)光子晶片、DFB 光子晶片、EML 光子晶片以及高亮度半導體雷射晶片等。產品主要應用於雷射顯示、雷射照明、雷射電視、光纖通訊、數據中心、雲計算、超算等領域。
圖源：華芯半導體商用 25G VCSEL 雷射器製造流程
華芯半導體近期接受媒體採訪的時候表示，公司 2017 年 3 月宣布其自主開發的 25G VCSEL 晶片已通過客戶測試，一時間引起全行業高度關注。
圖源：華芯半導體官網
到目前為止，華芯半導體已經為業界提供了包括 850nm 6G/10G/25G VCSEL 外延片和晶片， 940nm 5mW~4W VCSEL 晶片及外延片，藍光外延片和晶片等系列解決方案，完全滿足數據通信、3D 感測及測距、雷射雷達等應用的要求。
4。 睿熙科技
睿熙科技成立於 2017 年，專注於 VCSEL 晶片及衍生產品的研發及量產，2020 年 9 月，公司完成 2 億元人民幣 A+輪融資，將主要用於下一階段晶片的量產以及流片研發投入。據官網介紹，公司 VCSEL 晶片可以滿足消費電子領域每月 10kk+供貨能力。公司對標 lumentum，定位高端晶片市場，目前產品覆蓋消費電子、數據通信以及車載三大領域，產品線如今覆蓋各類場景應用：
除了消費電子領域，睿熙科技也在積極拓展數據通信領域和車載領域，據介紹，在數據通信領域，25G 數通產品現階段已經進入量產階段，在車載領域，產品能量轉換效率可達 35%+，功率在 1000W。
圖源：睿熙科技睿熙科技車載領域與全球最大車載鏡頭供應商深度合作，已完成用於車載雷射雷達 VCSEL 晶片的定製開發。晶片峰值輸出功率數百瓦，發光點約千個，支持逐行按序點亮。現階段正在開發二代產品。
相對集成電路設計，一方面光晶片對工藝依賴程度高，同時上遊代工標準化程度低，VCSEL 的多層外延結構使得其對外延要求很高，工藝上 know-how 非常多，而光刻環節相對標準化。初創公司在戰略制定方面常常在 Fabless 以及介於 Fabless 和 IDM 之間(部分環節代工+部分自建產線)選擇，需要權衡公司資金、技術、經驗等方面的儲備，比如縱慧芯光的「fab-lite」除了電路 IC 設計還自建核心外延產線。
5。 檸檬光子
檸檬光子成立於 2018 年，主攻高性能半導體雷射晶片及其模組和光引擎，包括 VCSEL 垂直腔面發射雷射器 、EEL 邊發射雷射器等產品，可應用於 3D 傳感、AR/VR、機器人、雷射雷達、消費電子、智能製造、物聯網、數據中心等領域。
2020 年 4 月，檸檬光子推出了領先業界的高性能大功率 808 nm 和 850 nm VCSEL 晶片系列產品。據介紹，該系列產品具有高效率、高可靠性和優異的高溫性能等特點，可應用於三維傳感、雷射雷達、泵浦、安防、醫療等紅外照明等領域。
檸檬光子推出的 808 nm 和 850 nm VCSEL 晶片具有如下特點：
種類範圍廣：輸出功率從幾毫瓦，幾百毫瓦，通用的 1W、2W，到高功率 4-10W(連續輸出)或更高(脈衝輸出) ；
在連續輸出(CW)模式下取得領先業界的電光轉換效率，PCE~48%(1 W 晶片)，PCE~46% (8W 晶片)；
圖 1 功率和效率曲線
高溫下保持良好的性能，即使在熱沉溫度 120°C 的情況下，850 nmVCSEL 晶片的電光轉換效率也超過 25%；
圖 2PCE vs 溫度曲線
除了提供不同功率選擇的標準化 VCSEL 雷射晶片產品，檸檬光子也能根據客戶的需求，提供晶片及相應模組的定製設計服務，例如客戶可定製發散角在 20 至 30 度之間的常規 VCSEL，以及檸檬光子正在為客戶定製開發面向 dToF 應用的高能量密度 VCSEL。
檸檬光子該系列 VCSEL 產品適於大規模量產，完全採用 6 英寸外延及流片，有極為精減的加工流程，並已在多家國內外成熟的 6 英寸晶片代工廠得到驗證。同時，該產品具有優異的可靠性，已通過 50°C 熱沉溫度下 2000h 以上連續出光的加速老化壽命測試。
6。 威科賽樂
威科賽樂微電子股份有限公司成立於 2018 年 1 月，是由廣東先導集團與重慶萬林投資公司共同出資打造，致力於半導體材料、晶圓、雷射器晶片的研發、製造及銷售，一期投資 13 億元，總佔地面積 75 畝。
據官網介紹，公司專注創新，通過資源整合、技術革新，實現了年產 250 萬片砷化鎵、磷化銦等襯底材料與年產高端雷射器晶片 20 億顆的生產能力，投產後將徹底改變國內應用於智慧型手機、無人駕駛等領域的 3D 感測和雷射雷達晶片嚴重依賴進口的困局。
圖源：威科賽樂
2020 年 5 月，由威科賽樂公司生產的首顆擁有自主智慧財產權的 3D 感測 VCSEL 晶片在萬州下線。目前公司晶片生產線已進入工藝優化階段，預計下半年進行小批量投產。該晶片的下線，意味著威科賽樂從此成功擠入了全球為數不多可以自主研發製造 3D 感測 VCSEL 晶片的企業陣營。
7。 瑞識科技
瑞識科技是一家源自矽谷的高科技公司，由美國海歸博士團隊創建。公司致力於半導體光學領域，為人工智慧、身份識別、3D 視覺、輔助駕駛、安防監控、特種照明、智慧物流、健康監測等行業客戶提供行業領先的光源產品和具有競爭力的光學解決方案。
圖 3 瑞識 SRay 工作原理
瑞識科技核心技術包括光晶片設計，光學透鏡集成，器件級集成封裝，數理建模，光電系統整合優化等。公司的 VCSEL 外延及晶片設計已經完成數百片 6 寸晶圓的量產驗證。
公司產品涵蓋不同波長包括 850nm，940nm，光功率從幾毫瓦到數瓦的完整系列，可供 3D 結構光，接近傳感、紅外泛光源以及 3D TOF 感應等不同場景中的應用。
瑞識 SRay 通過整合了瑞識科技自主設計製造的 VCSEL 晶片以及準直透鏡(Collimator)和衍射光學器件(DOE)，在使用時主動投射出由 2~3 萬個肉眼不可見、滿足 class 1 雷射人眼安全標準的光點組成的紅外雷射散斑，在被測物無任何感覺情況下，實現快速無感的表面深度信息解析，可廣泛適用於近距離人臉識別、手勢識別、活體檢測等智能應用場景。
早先推出的專為 3D ToF 研發的發射光源——TRay VCSEL + Diffuser 產品系列，緊湊尺寸，兼具高精度、高可靠性、高光電轉換率和低功耗產品優勢，全面適用於 ToF 現有技術路線中的 iToF 和 dToF 方案，工作距離最遠可達 10m。
圖：瑞識 TRay ToF 光源系列產品實拍圖
瑞識 TRay 系列，通用視場角(FOV)有 60°*45° /72°*55°/90°*70° /110°*90° /20°*120° 等多種可選。作為 ToF 需求客戶的理想發射光源選擇，TRay 系列有以下六大產品優勢：
8。 長光華芯
長光華芯主要致力於高功率半導體雷射器晶片、高效率半導體雷射雷達 3D 傳感晶片、高速光通信半導體雷射晶片及相關光電器件和應用系統的研發生產和銷售。產品廣泛應用於工業雷射器泵浦、雷射先進位造裝備、生物醫學及美容、高速光通信、機器視覺與傳感等。
目前，長光華芯的 VCSEL 已經推出距離傳感器、結構光(SL)、飛行時間(ToF)三大類產品，標準產品的波長包含 808 nm、850 nm、940 nm。這些產品可廣泛應用於距離傳感、人臉識別、手機 3D 傳感、機器人、汽車雷射雷達、光通訊、原子鐘、安防照明等領域。
圖源：長光華芯官網
VCSEL- 5W TOF，VCSEL 均勻列陣晶片具有高功率、高效率、高可靠性等特點，並滿足客戶的定製化需求。適用於適用於飛行時間(TOF)3D 傳感方案，廣泛應用於人臉識別、無人駕駛、智能安防、AR/VR 等領域。
除了上述企業，已經量產 VCSEL 晶片的廠商還有光迅科技、海特高新、仟目雷射，此前就有報導稱，光迅科技的 25G VCSEL 晶片已通過部分客戶驗證，逐步進入量產階段，今年 6 月份表示，光迅科技表示，公司 25G VCSEL 晶片的良率在逐步提高，生產和研發過程自主可控。
9。 博升光電
博升光電成立於 2018 年 12 月，由世界著名科學家和企業家創辦，是技術領先的光電半導體科技企業， 致力於為消費電子、智能物聯網、輔助 / 自動駕駛、光通信、雲計算等企業，提供下一代高性能 VCSEL 光晶片解決方案。公司目前產品主要包括：應用於消費電子、智能物聯網 3D 傳感的 940nm 結構光 /iToF/dToF VCSEL 晶片，應用於輔助 / 自動駕駛的 940nm 雷射雷達 VCSEL 晶片，應用於光通信、雲計算的 850nm10Gbps/20Gbps/25Gbps/50Gbps VCSEL 晶片。
博升光電擁有豐富的 VCSEL 光晶片技術積累和儲備、以及下一代核心專利技術—高對比度光柵(HCG)。HCG 從底層結構上對現有 DBR 結構的 VCSEL 帶來革命性的改進，通過單層 HCG 光柵替換現有 100 多層的 DBR 反射鏡，大幅簡化了 VCSEL 外延結構，縮短了外延生長時間，提高了生產效率。
dToF 是 3D 傳感產業最受關注的技術方向之一。博升光電很早就對 dToF 技術進行了研究，公司成立不久就已經開始設計 dToF VCSEL 晶片，目前已有支持 dToF 的分區點亮的 VCSEL 產品實物送樣。在國內，博升光電是業界很早具備實物產品送樣能力的公司。目前支持 dToF 的 VCSEL 已經有分區點亮、多 PN 結等不同種類的晶片產品，並且正在和合作夥伴進行定製化開發以提升系統性能。
博升光電同樣關注雷射雷達市場。車用 VCSEL 不僅用於車外的雷射雷達，也有車內應用，比如 DMS(疲勞駕駛預警系統)，根據不同場景應用，VCSEL 晶片的性能指標有很多不同。博升光電的核心競爭力在於晶片的高功率、窄光束的特質，而且樂於與下遊客戶密切合作做定製化開發。
10。 海威華芯
海特高新子公司海威華芯開發了砷化鎵 IPD、PPA15、VCSEL、氮化鎵 NPA25 等製程產品，在基站射頻氮化鎵、充電矽基氮化鎵、3D 感知 VCSEL 砷化鎵等核心產品進入小批量量產階段。
海特高新今年 3 月份表示，公司 VCSEL 晶片廣泛應用於人臉識別、測距、雷射雷達、3D 感知等諸多領域，在消費電子領域有廣闊的應用， 2017 年 11 月成立於武漢的仟目雷射，主要產品為 VCSEL、DFB、窄線寬雷射器、工業大功率雷射器等多種類型，在消費電子、自動駕駛、光纖通信以及工業切割等領域均有廣泛應用。
公司 2019 年 12 年就成功量產了 6 寸晶圓 25G VCSEL 晶片，應用於數據中心、消費電子中。可以預見，未來在 3D 傳感、5G 通信等多領域的需求推動下，及各廠商的研發投入及經驗積累下，國內 VCSEL 晶片將會取得長足發展。
11。 乾照光電
乾照光電於 2018 年 11 月宣布擬出資 15.97 億元建設 VCSEL、高端 LED 晶片等半導體研發生產項目，由公司全資子公司廈門乾照半導體科技有限公司負責承辦。
據了解，由於紅黃光 LED 和 VCSEL 同屬 GaAs 材料體系，憑藉在砷化鎵光電器件領域的多年積累，乾照光電 2017 年開始對 VCSEL 展開密集調研，次年正式投入 15.97 億用於投建 VCSEL、高端 LED 晶片等高端半導體項目，由全資子公司乾照半導體承辦，並成立合資子公司——乾照雷射。在戰略投資 VCSEL 項目時，乾照光電充分信賴和依靠自身的技術團隊，選擇「企業孵化+科研院所合作」的產學研相結合的模式，將乾照光電的量產經驗與科研院所的理論底蘊相結合。
截止目前，乾照已建成包括 3D 感測 VCSEL 外延生長、晶片流片、點測分選和可靠性驗證等完整一站式 VCSEL 產線。
(1)針對結構光客戶，目前乾照已配合數家結構光客戶進行隨機列陣定製，並已為部分客戶小批量供貨。得益於完整和高效的 VCSEL 產線，乾照雷射產品迭代迅速，供貨有保障：常規的 VCSEL 隨機陣列，定製周期較短，包括方案評估、光刻圖形定製、晶片研發和生產等環節。已通過驗證的客戶，重複訂單，從下單到出貨不到 3 周。
(2)針對 TOF 方案客戶，目前公司內部已開發的產品波長覆蓋 940nm 和 850nm，功率覆蓋單孔的 5mW 到高功率的 8W 均勻列陣。批量出貨產品的光電轉換效率可達 40~45%。
乾照光電均勻列陣產品
2019 年，乾照光電在高端化合物半導體領域通過投資、孵化、內部研發等多種方式並舉，積極拓展雷射晶片、VCSEL 晶片、光通訊晶片等半導體產業機會。現 VCSEL 晶片產品已經實現小批量出貨，有望搶佔 3D 感測的先機。此前乾照光電透露，公司目前的 VCSEL 晶片產品主要是根據客戶需求，按訂單生產，正在小批量出貨。
乾照光電可提供一站式的 VCSEL 測試和可靠性驗證，包括加速老化、 冷熱衝擊、可焊性實驗、恆溫恆溼實驗、靜電實驗等。在一輪輪的產品出樣和迭代周期中，對於 VCSEL，乾照光電已具備量產的幾大必需能力：響應及時、迭代迅速、製程穩定、可靠性保障、大規模出貨。
在紅黃光 LED 外延片及晶片領域，乾照光電現有 MOCVD 共 42 個腔；在藍綠光 LED 外延片及晶片領域，公司擁有 MOCVD 共 155 個腔(折 K465I 機型)。目前均已導入 4 寸片生產工藝，產能在原有基礎上有所提升，且外延片良率均不低於 98%。
12。 三安集成電路
三安集成電路有限公司成立於 2014 年，是隸屬於上市公司三安光電的全資子公司。在光學通信和光子學領域，三安集成提供定製單片機和陣列、DFB 雷射器、光電二極體、雪崩光電二極體(APDs)、監控光電二極體(MPDs)等高速光學產品的晶圓製造。能力包括大功率可見和紅外 VCSELs，用於 3D 傳感的邊緣發射雷射器，雷射雷達和一些消費應用。
三安集成今年宣布推出針對應用於數據中心 AOC、光模塊基於其 GaAs 技術平臺的高速 25G VCSEL 晶片組及陣列系列，可以結合三安集成的 25G 850nm PD 晶片，為客戶提供全套的低功耗、極具成本效益的 25G 收發組合晶片。
面向光通訊領域，三安集成供應 10G-25G 850nm PD 晶片，1310/1550nm MPD、SPD、PD、APD 晶片，2.5G/10G/25G DFB 彩光晶片，10G/25G 850nm VCSEL 晶片等各類光晶片產品。其中，25G 850nm/1310nm PD 已實現大批量量產，25G 850nm VCSEL 和 25G 1310nm/CWDM DFB 也已經可以小批量量產。下一步產品規劃，例如 25G PAM4、56G 850nm 短距產品正在持續推進。
三安集成的優勢是作為平臺型晶片供應商，不同於光器件公司內部直屬的光晶片部門，可以更全面地掌握行業需求走向和細分要求，更不會局限於某個特定方向，因此容易把握自身產品的演進迭代。同時，還可以不自我設限地面向市場各類需求開放平臺，以品質吸引客戶，同時發揮大批量製造和交付能力滿足客戶要求，規模效應攤薄成本並為後續產品迭代積累經驗和資源。
13。 光迅科技
光迅科技成立於 2001 年，不過它的前身可以追溯到 1976 年，其前身是中國光通信的鼻祖—武漢郵電部固體器件研究所，公司是光通信領域具備光晶片、器件及模塊一體化能力龍頭。
光迅科技 25G VCSEL 晶片
公司採用雙線戰略：法國 Almae 公司研發 25G EML 晶片，國內團隊研發 25G DFB 晶片，目前公司的 25G PD 探測器已經釋放量產；25G IPD 正在內部驗證改進；雷射器晶片方面，25G VCSEL 晶片進展快一些，在客戶上已經做了批量送樣驗證；25G EML 晶片去年已經給國內國際客戶送樣，進度有快有慢，內部在解決量產的成品率問題，預計今年年底有階段性的成果；25G 商業級的 DFB 晶片已經在客戶送樣；從公司 25G 多種型號的光晶片進展來看，公司目前正在全力進行 25G 多種型號晶片的研發、測試、送樣驗證和量產準備工作。
根據公開資料顯示，法國 Almae 主要從事通信用 InP 基高速雷射器研發和生產，其產品速率涵蓋 10G 和 25G。隨後 Almae 接手了原 III-V 實驗室剝離的設備和超過 2000 平米的潔淨室，用於進行通信相關產品產能的擴充。此外，2014 年公司通過定增募投光電子晶片產業化項目，在武漢本部建設 10G DML/APD、25G VCSEL 和 40G PIN 等光晶片產能。憑藉兩次收購外延和定增內生，公司已具備高端無源光晶片和高端有源光晶片的生產能力，為公司面向高端高速模塊的產能提升和成本優化打下了堅實的基礎。
光迅科技在技術發展戰略中，聚焦高速光模塊的生產以及光電晶片的自主研發，研發投入長期處於國內同行企業中領先，承擔國家光電子晶片和器件國產化替代的戰略任務；2017 年 1 月光迅科技牽頭成立光谷信息光電子創新中心，其目標旨在於解決 25G 速率以及以下光電子晶片技術，2020 年實現國內廠家在核心光電子晶片和器件的市場佔有率不低於 30%的目標，到 2025 年實現核心光電子晶片和器件自主可控。
14。 太平洋(聊城)光電科技
太平洋(聊城)光電科技有限公司成立於 2016 年，是一家光通訊元器件製造商，主要產品有光模塊、VCSEL 晶片及 AOC 光纜等，應用於大數據、雲計算中心伺服器間數據交互。目前已具備年產 1800 萬對 VCSEL 面射型雷射發射器晶片的能力，產品目前主要應用於大數據、雲計算中心伺服器間數據交互、4G、5G 網絡。
光通信晶片方面，公司產品包括 5G、10G、25G VCSEL 晶片；3D 傳感方面，公司產品包括 850nm 及 940nm，2mW-2W 的 VCSEL 晶片。
25G 面射型雷射器晶片示意圖
太平洋(聊城)光電模塊負責人楊文卿告訴記者，在雲計算以及數據中心的產品應用上，已完成 10G、25G、40G、100G 等低中高速率光收發模塊的研發並投入市場。
15。 源國科技
深圳源國光子通信有限公司成立於 2017 年，主要從事 10G、25G 乃至 56G 的 VCSEL 晶片開發和生產。旗下擁有「VCSEL 晶片」、適用於光纖連接的「MPO 模塊」，廣泛應用於大型數據中心、超級計算機內的連接。
據公開信息，公司已開始批量生產 850nm 和 940nm VCSEL 晶片，應用於消費電子領域。
VCSEL 晶片方面，25G 產品經過去年送樣及檢測，已開始了批量出貨，截止目前，VCSEL 晶片出貨量最大的還是以 10G 產品為主，同時在傳感及手機領域，源國科技 VCSEL 產品也開始了客戶送樣階段，期待未來能在更多領域得到拓展。
長波 VCSEL，仍有瓶頸
華芯半導體呂工介紹到通過對光纖損耗原因進行分析，人們發現光纖材料中的水汽(OH-)對光纖損耗影響很大。研究人員對生產光纖的工藝進行了改進，降低了水汽吸收的影響，而後發現光纖有三個低損耗窗口，分別是短波長 0.85 μm、長波長 1.31 μm 和 1.55 μm。
當前 850 nm 波段的 VCSEL 商用已經非常成熟，長波波段具有低色散和低損耗的特點，因此具有重要的應用。但在長波長範圍內，垂直腔面發射雷射器的研究進展較為緩慢，主要有以下原因：
1)很難將具有高反射率、低電阻、低熱阻的 DBR 與能在長波長範圍提供高增益的有源層集成在一起；
2)長波長波段，P 型材料的電阻較大，造成發熱嚴重，因此整體器件的電阻幾乎全部來自於 P 型 DBR。因此長波長 VCSEL，合理的 P-DBR 設計對於減小器件的串聯電阻，降低製作難度，延長器件使用壽命至關重要[1]。
未來趨勢，可期
呂工說到隨著 VCSEL 在消費電子、智慧型手機的應用成熟，越來越多的客戶根據應用端需求對 VCSEL 提出了更高的要求，如更高的可靠性、更低的成本、更高的功率密度。上述需求在遠距離 3D 傳感應用中的呼聲更為強烈，比如智慧型手機後置 3D 攝像頭和汽車雷射雷達。業界對此有較為統一的認知——VCESL 從單結向多結髮展。
未來 VCSEL 雷射器的發展根據其應用領域，將有以下趨勢：
針對光通信用的 VCSEL 雷射器：
1) 更高調製帶寬和傳輸速率；
2) 更低的功耗；
3) 更高的傳輸通道密度和多電平調製技術；
4) 更寬的工作溫度範圍；
5) 覆蓋波段範圍更廣。
針對感測類應用的 VCSEL 雷射器：
1) 高的光電轉換效率(PCE)；
2) 更高的點陣密度；
3) 高能量、低時延；
4) 覆蓋波段範圍更廣；
5) 更寬的工作溫度範圍。
（文章來源：與非網）
(責任編輯：DF527)