VCSEL,垂直共振腔表面放射激光(Vertical Cavity Surface Emitting Laser, VCSEL),简称面射型激光。以砷化镓半导体材料为基础研制,有别于LED(发光二极管)和LD(Laser Diode,激光二极管)等其他光源,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优点,广泛应用与光通信、光互连、光存储等领域。
VCSEL的关键工艺过程大致是,外延:利用MOCVD(有机气相外延沉积)与MBE(分子束外延)技术;光刻:决定芯片图形与尺寸,ICP-RIE(电感耦合反应离子刻蚀)技术刻蚀出发光平台(Mesa);氧化:让谐振腔定义出最佳的VCSEL光电特性;钝化:绝缘工艺让暴露的半导体材料不受空气与水汽影响可靠度;研磨与切割:变成一颗颗芯片,再进行测试与出货给封装厂,结构上跟红黄LED芯片类似,是上下电极垂直结构。
确实如你所说,VCSEL在被苹果iPhone X运用到了3D传感之后,业内对于VCSEL的布局也多了起来,主要大家都意识到未来生产很多需要传感器的设施与设备时,配备VCSEL绝对会是最好的选择。因为在垂直于衬底的方向上可并行排列着多个激光器,所以非常适合应用在并行光传输以及并行光互连等领域,VCSEL可以用来在光纤网络中高速传输数据其相比传统电缆系统可以以更快的速度传输更大的数据量。速度达到每秒40G,是这一领域美国目前的最高速度纪录。由于其体积很小,这种VCSEL装置还拥有很高的能源效率,相比传统的电线要节能100倍。但与此同时其传输数据的精确性也非常高。
VCSEL在光通信领域的应用前景十分可观,而现在iPhone X将该技术运用到到了3D传感的方面。单就以3D感应市场来说,每年全世界消费10多亿部智能手机,如果每部手机嵌入2-3颗VCSEL激光器件,就是二三十亿颗的市场规模。
那么关于大陆的布局情况,我给大家列举一些:
江苏华芯:于 2017 年 3 月 2 日宣布,其自主开发的30G VCSEL 芯片已通过客户测试,并实现规模量产。
光讯技术: 中国唯一能将VCSEL芯片技术吃透,具备从芯片到器件、模块、子系统全系列产品尖端整合能力的公司。
三安光电、华工科技、乾照光电以及华灿光电都是有潜力的大陆厂家。
相比大陆地区的尚在起步阶段,台湾地区在这方面的发展已经非常成熟。
上游方面,全新、联亚光电与光环科技都有丰富的外延与芯片技术,稳懋更是专注芯片制造的砷化镓芯片代工厂,另外一家砷化镓六寸晶圆厂宏捷科也是国外VCSEL公司Princeton Optronics的代工厂家。中游的封装方面,台湾也是实力雄厚,目前联钧、华信、华星、光环、矽品与同欣都是有实力可以达到世界大厂要求的封装技术。
国外方面,我给大家列举几家目前做的比较好的企业:
Princeton Optronics :
该公司成立于 1993 年,一直致力于高效率、低功耗 VCSEL 器件及模块尖端技术的研发,是一家主要从事 VCSEL 以及基于 VCSEL 的光学组件和模块的私营公司。
Vixar:
该公司成立于 2005 年,在VCSEL 技术研发与制造方面战绩颇丰,为生物医学、工业、办公产品、汽车和消费品行业的传感器等应用制造波长在650~1000 nm 之间的 VCSEL。
Ⅱ-Ⅵ:
该公司成立于 1987 年,近30年来,他们提供突破性的光学技术和领先的产品,为电讯设备及服务商、光学显示、安全系统、医疗器械、环保设备、航空及防御体系提供光学组件、模块及子系统。主要应用在数据通信、感应应用等领域。
Philips Photonics :
该公司成立于 1891 年,是应用于数据通信、消费和工业的 VCSEL 技术、设计和制造的全球领先制造商。公司拥有非常全面的产品组合,从用于数据通信的高速 VCSEL 到用于安全、监控和夜视应用的红外照明模块,从用于感测应用的单模 VCSEL到用于精确测量速度和距离的智能激光多普勒传感器。还有为工业加热和光抽运应用提供红外辐射模块。
我认为,未来VCSEL传感器与数据传输仍然是VCSEL的最大应用。由于VCSEL相比LED有更优越的性能,如果利用VCSEL激光传感器,可以做出更低功耗更精确距离检测的传感器。我个人也比较看好VCSEL技术未来的发展,希望我们国内的企业能把握这次机会。