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VCSEL激光器应用及主要厂商梳理

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VCSEL激光器应用及主要厂商梳理

发布日期:2018-12-13 作者: 点击:

跟着3D传感的爆发,VCSEL激光器从光通信范畴进入消费电子范畴。VCSEL进入苹果工业链,是以VCSEL技能为代表的半导体激光技能在消费范畴的重大突破,光器材也从工业范畴走向消费范畴。



一、VCSEL激光器简介



VCSEL,笔直共振腔表面放射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser),根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,决定着器材的阈值增益、激射波长等重要参数。VCSEL常用的原资料有砷化镓、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长处。



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VCSEL结构图



VCSEL制作流程大致为::资料外延生长→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特性等)→器材工艺(包含外延片清洗、晶片键合、刻蚀、金属膜溅射、光学镀膜等)→后段工艺(包含引线键合、划片、封装、光纤耦合等)→器材功能测验(包含I-V特性、I-P特性、发射光谱、频响特性等),最终完结从资料到器材的全过程。



二、VCSEL运用范畴



在运用范畴方面,VCSEL从诞生起就作为新一代光存储和光通信运用的核心器材,运用在光并行处理、光辨认、光互联体系、光存储等范畴。跟着工艺、资料技能改进,VCSEL器材在功耗、制作本钱、集成、散热等范畴的优势开始闪现,逐渐运用于工业加热、环境监测、医疗设备等商业级运用以及3D感知等消费级运用。



未来,跟着智能化信息世界的不断发展,VCSEL将广泛运用在消费电子3D成像、物联网、数据中心/云核算、自动驾驶等范畴。其间,VCSEL在消费电子范畴发挥越来越重要的作用,VCSEL可用来进行智能手机人脸辨认、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、三维感应的根底元器材,估计2020年,仅智能手机为VCSEL商场贡献超越20亿美元的收入。


(2)物联网:VCSEL是物联网的重要传感器材,估计2025年,全球将有数十亿设备接入物联网,全球物联网商场有望超越30万亿美元。


(3)数据中心/云核算:VCSEL用于数据中心,估计2020年,全球VCSEL数据通讯的商场规模将达到100亿美元。


(4)自动驾驶:VCSEL运用于自动驾驶中的车身通讯、传感器等,估计到2030年,激光雷达的运用数量将超越3亿枚。



三、VCSEL厂商状况



VCSEL国外厂商首要有Broadcom、Lumentum、Finisar、II-VI、Philips Photonics、ams、Osram等,国内首要有江苏华芯、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。能够看出,根本上都是来自于光通信芯片的龙头企业;也正是VCSEL有了在光通信范畴的经验,消费级运用变得水到渠成,两者产品具备很强的技能延展性。



1. Broadcom



Broadcom是VCSEL芯片的首要供给商之一。2016年2月,Avago收买了博通,成立了新博通。博通在光学数据通讯商场产品供给丰厚,包含光纤接收器、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,该公司现已出货100万件25G VCSEL器材,使其商场领导范畴扩展至光学网络商场。



2.Lumentum



Lumentum是2015年从JDSU分拆出来的公司,首要出产和出售光纤相关产品,出售给全球光纤网络及商用激光客户,公司分2个部分来运作:光通信、商用激光器。Lumentum是苹果公司的第一家VCSEL供给商,芯片代工在台湾稳懋。


2018年3月,Lumentum宣告溢价27%收买Oclaro,交易金额约18亿美元。通过收买,Lumentum将获得Oclaro的磷化铟、光电积体整合电路技能。



3.Finisar



Finisar是苹果公司的第二家VCSEL供给商。2017年12月,苹果对Finisar出资3.9亿美元,用于增加VCSEL的研制和出产。Finisar将运用这笔资金把德克萨斯州谢尔曼一家面积70万平方英尺的已封闭制作厂,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运用100%的可再生能源,估计新工厂将于2018年下半年投入运营。



4.II-VI



II-VI公司成立于1987年,业务首要分为红外光学、近红外光学、军事和资料、先进产品部四大部分。



II-VI公司重金投入2017年8月以8000万美元从Kaiam收买的6英寸VCSEL制作厂。Kaiam位于英国牛顿艾克利夫占地30万平方英尺的工厂具有10万平方英尺的洁净室,专为大规模制作GaAs、SiC以及InP化合物半导体器材而规划。



2018年3月,II-VI公司宣告8500万美元收买波长选择开关(WSS)供给商CoAdna。2018年9月,交易完结。CoAdna将并入II-VI Photonics部分此项交易将强化II-VI公司ROADMs产品笔直整合才能。



5.Philips Photonics



Philips Photonics是飞利浦全资子公司,出产760nm-948nm VCSEL传感类用的单模激光管,VCSEL技能具有20多年研制经验,是原德国Ulm Photonics公司,2006年Philips收买Ulm Photonics。760nm-948nm VCSEL单模激光器首要运用于,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、编码器以及运动操控等传感方面运用。



6.ams



ams通过收买快速转型,成为聚焦在光学传感器范畴的首要供给商。在总部奥地利的工厂担任前端晶圆制作,新加坡厂则担任光学传感器出产和封装以及VCSEL制作,测验/传感器校准作业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(首要出产VCSEL芯片)进行扩充出资,针对最新具有人脸辨认技能的高端手机所需器材进行投产,增加职工也大部分集中于此,以支持3D和光学传感范畴的迅速增长,估计在2019年完结量产。



ams在成像和光学方面连续收买了Heptagon、Princeton Optronics、CMOSIS、KeyLemon、Mazet这几家公司。其间,KeyLemon公司具备领先的3D人脸辨认知识产权库。Princeton Optronics公司能够供给VCSEL光源发射器。



7.Osram



2018年5月,Osram收买美国Vixar公司。Osram是红外LED和红外激光二极管的技能领导者,通过引入Vixar在VCSEL方面的专业技能,Osram将在该范畴具有更强的技能才能和产品组合。



Vixar公司成立于 2005 年,为生物医学、工业、办公产品、汽车和消费品职业的传感器等运用制作波长在650~1000 nm 之间的 VCSEL。



8.江苏华芯



江苏华芯成立于2015年末,是目前国内唯一一家能够自主完结VCSEL和蓝光半导体激光器芯片外延及芯片工艺制作,并完结量产的公司。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。估计到2018年末,将构成5000万颗3D传感VCSEL芯片的年产能。


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华芯半导体供给真实牢靠的国产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材最大的公司,公司牵头组建了“国家信息光电子创新中心”,短期来看能够帮助公司节省研制开销,长期来看有利于公司充分发挥工业协同优势,完善技能前瞻布局。光迅科技近年来积极开展波长为850nm/940nm VCSEL 芯片的研制,运用于光通信、3D传感等范畴。



光迅科技光芯片平台才能



四、总结



VCSEL激光器最大的运用在光通信、3D传感器,运用范畴包含消费电子、工业、医疗、5G、汽车电子、AR/VR等,全球现已呈现老牌光电子企业扩张/并购、草创企业涌现的潮流,VCSEL的商场热度、未来运用将会遭到更多的注重。


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