日前，国内的LED供应商乾照光电发表公报，称公司拟出资16亿人民币建设VCSEL、高端LED芯片等半导体研产生产项目。公报中指出，2017 年，以 VCSEL 激光器为核心元器件的 3D Sensing 摄像头在 iPhone 十周年机型的应用，将带动相关细分市场十倍以上级别的突发。iPhone X 脸部辨识启动3D 感测应用后，非苹阵营可望跟进，目前安卓手机阵营中没有应用国产化的 VCSEL芯片。VCSEL 外延片芯片的关键技术要紧为国际少数几家大公司所垄断，也是我国激光芯片产业中较为薄弱的环节。

比照這個表述，乾照光電的目標和其他近來大力投入到VCSEL的國産廠商一樣，打算在即將爆發的VCSEL市場中分一杯羹，但這個市場确实那麽美好嗎？

因iPhone X火起来的产业

VCSEL全名为铅直共振腔外表放射激光(Vertical Cavity Surface Emitting Laser, VCSEL)，简称面射型激光，这是由日本科学技术员的 H. Soda 与 K. Iga 等人在上世纪七十年代末提出的概念。与传统的边开枪激光器不同，VCSEL的激光出射方向铅直于衬底外表,可获得圆形光斑。因为其谐振腔长与波长靠近,动态单模性比较好,具备发光功效高、功耗极低、光束质量好，易于光纤耦合、可调变频率就达数GHz、超窄的线宽、极高的光束质量、高偏振比和造价便宜等优势。

VCSEL的結構圖，圖左爲頂發射結構，圖右爲底發射結構

自概念被提出以后，那个技术一直在缓慢发展成熟，并被逐步推向光通信、光互连、光存储、激光显示和照明等土地，但因为这些市场的大众注目度并没有那么高，VCSEL在过去的几十年里也一直默默无闻，直到苹果在其iPhone X中采用了Face ID方案后，VCSEL在过去两年就变得人尽皆知。

苹果iPhone X中用到的3D成像技术

如上图所示，苹果使用泛光照明器、靠近感测器、环境光感测器和点阵投射器组成了iPhone X的3D成像模组，居中的泛光照射器、靠近感测器和点阵投射器都用到了VCSEL。因为苹果的庞大出货量，还有他们的设计对安卓阵营的妨碍力，就敏捷推动VCSEL走向了风口浪尖，市场也对那个产品的未来有了无限期望。

市调机构Yole指出，在未来五年，VCSEL将持续坚持爆炸式的成长，其商业机会将成长10倍以上，2017年至2023年年均复合增长率(CAGR)将达31% ，而市场规模预计从2025-04-29亿颗攀升至2023年的33亿颗。

乾照光电发布的公报中也表达，随着全球范围内相关 VCSEL 供应商的产能不断增长，全球 VCSEL 市场的复合年增长率（CAGR）可达 17.3%，市场规模到 2022 年或将增长至 200 亿人民币。

龐大的市場容量就吸引了衆多國産廠商进入其中。

國産廠商快速湧進

面對這個大市場，除了乾照之外，更早之前也有了一大波國産廠商湧入這個市場。第一，和乾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研發的時候，他們給出的答案是：“公司正布局光通訊發射端與接收端芯片的研發和生産，並在海外成立子公司從事光通訊的研發、生産及銷售，以應對光通訊在消費電子和通訊領域滲透帶來的廣闊市場需求”，而在早前某個展會上，半導體行業觀察記者就此事問到三安光電相關負責人，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同意麥姆斯咨詢采訪的時候則表达，華芯半導體是目前國內唯一一家能夠自主完成铅直腔面發射激光器（VCSEL）和藍光半導體激光器芯片外延及芯片工藝制造，並實現量産的高科技公司。比照他們的說法，公司已經從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，也是國産VCSEL市場的另一個重要角色。該公司聯合創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年底成立並完成A輪融資。到2018年年初的時候，他們完成了B輪的融資，並在常州建立了他們的6寸的外延産線，比照他們的說法，這條産線建設完成後，將成爲國內第一條6寸工藝的核心光電器件外延生産線。

比照陳曉遲的說法，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。比照他的預計，縱慧芯光今年年底會推出下一代的中文产品，光電轉換功效達到45%以上，且今年會完成外延産線的建設，而他們的目標是在2019年實現億級的銷售目標。

另外，獲得了億元融資的睿熙科技也聲稱在VCSEL方面有領先的優勢。

据该公司官网介绍，宁波睿熙科技有限公司是全球技术领先的 VCSEL 供应商，核心成员拥有20年在世界一流VCSEL公司领导产品设计和生产制造的经验， 涵盖外延生长、工艺制程、芯片设计与模拟、倒片封装、封装、高频测试与设计、大数据分析、失效分析等所有VCSEL设计、制造管理土地。

比照他們的說法，目前睿熙科技已經完成適用于手機等消費電子的第三代芯片，于2018年量産，達到國際主流大廠水平，並成爲舜宇光學推薦的唯一國産VCSEL芯片，現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，其他是否還有更多沈在水面下的廠商，那就不得而知。可以肯定的是，國內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的廠商壟斷的領域。

以苹果为例，他们在iPhone X上采用了Lumentum的VCSEL，后来市场传出苹果投资了Finisar，扶植另一家供应商，另外II-V和ams也是基本上VCSEL土地的不可疏忽的角色。其他如博通、住友电工，也都在VCSEL市场拥有很多的领先份额。

他們拿下了全球大部分的VCSEL供應，這要紧與VCSEL的制造工藝自己和他們自身在這上面的多年積累有關。我們看現在那些VCSEL做得好的供應商，基本上都有自己的工廠，或者代工廠在相關中文产品生産上有悠久的曆史，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，來自台灣的全新則以20%的份額緊隨其後；日本的Sumika則是目前全球少數可量産六吋磊晶的廠商，全球市占17％。對于國內的VCSEL廠來說，在這關鍵的方面，如何保證這個方面的來源，是他們能夠進一步發展的關鍵。

至于技术方面，睿熙科技第一履行官James Liu在同意麦姆斯咨询采访的时候也提到VCSEL制造的挑战，现摘录如下：

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等學科。不僅芯片結構複雜，同时需要在使用比矽材料脆弱及本征缺陷度高兩個數量級的砷化镓材料的情況下，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産生概率也遠高于矽基光電芯片。並且，VCSEL芯片在工作狀態時，其單位體積承担的電流密度要大幅高于矽基光電芯片，這就意味著VCSEL要承担更大的光強和電流。舉例來說，如果VCSEL設計或工藝不夠“完美”，導致了局部晶體缺陷，常規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，一段時間以後，一旦破裂生長超過一定數值，或到達有源區，芯片就會失效。

同矽基電芯片相比，VCSEL芯片更靠近材料科學的範疇，優秀的芯片設計需滿足高性能指標，但最大的挑戰來自于高可靠性的要求。這涉及有源層材料、結構應力、結構散熱等與材料及結構有關的優化，亦依賴于外延生長及關鍵制造工藝的優化。成熟VCSEL中文产品在可靠性工藝方面需多年積累和無數糾錯實驗。适合低成本、高性能、高良率、高可靠性的大批量産業化，需要從業者有深厚的學術理論基礎，更依賴于工業界多年累積的豐富經驗和敏捷解決問題的能力。

由此可見，國産廠商想突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的廠商來說，押寶VCSEL，要紧看的是手機市場對其的需求，但這确实是一個將要爆發的大市場麽？雖然蘋果産業鏈分析師在日前表達了對VCSEL的信念，他認爲蘋果將會繼續采用這種方案。但在某些分析師看來，應用在手機裏面的VCSEL前景不妙。

上个月，有分析机构指出，苹果关于明年的人脸识别技术倾向于使用RF UWB ToF技术，而不是VCSEL ToF，这则消息引发了整个VCSEL产业链股票大跌。况且，现在安卓手机上还没大批量用上3D成像技术，万一苹果确实转向了RF UWB ToF技术，并取得了不错的结果。关于手机厂商来说，如果新方案实现难度远低于VCSEL的方案，也许他们都转向了这个地方也并不出奇。

正如前面所說，VCSEL最初是在通信這些領域發揮作用的，而現在大伙儿對于VCSLE方案應用于汽車也非常有信念，甚至連HDD、醫療也基本上VCSEL關注的領域。對于國內這些VCSEL廠來說，如果能提早做好多手准備，提早布局，這也許才是最明智的。