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繼數據通信之后，VCSEL企業終于發現“殺手級”應用，市場爆發在即

自1977年日本東京工業大學的伊賀健一（Kenichi Iga）提出VCSEL概念開始，VCSEL各個方面的研究到現在均獲得了長足的進步。VCSEL從誕生之日起就作為數據通信（Datacoms）應用的核心器件。與邊發射激光器（EEL）相比，VCSEL優勢在于較低的功耗和有競爭力的價格，尤其適合短距離數據通信。在數據中心建設的推動下，在本世紀初期VCSEL市場和產量隨著互聯網的普及而蓬勃發展，然后穩步增長。雖然VCSEL也尋覓到一些新應用，如激光打印機和光學鼠標，但是都無法提供強勁的增長驅動力。

 

VCSEL及其封裝形式

直到2014年，VCSEL才開始進入大批量消費類市場——智能手機，實現接近感測和自動對焦功能，這預示著VCSEL成功的開端。2017年，蘋果（Apple）公司發布了十周年紀念版的產品：iPhone X，集成了基于VCSEL技術的3D傳感功能。iPhone X智能手機采用了三種不同的VCSEL芯片（用于Face ID的3D攝像頭、接近傳感器），進而促使VCSEL市場呈現爆炸式增長勢頭——2017年VCSEL整體市場規模達到3．3億美元。

 

2017年和2023年VCSEL市場預測

據麥姆斯咨詢介紹，良好的iPhone X銷量引發其它安卓（Android）智能手機品牌廠商對3D傳感功能的強烈興趣。在iPhone X發布不到一年的時間里，競爭對手們也開始采用類似的策略，集成各種3D傳感技術和人臉識別功能，可見VCSEL“殺手級”應用獲得市場認可！小米和OPPO的速度是最快的，2018年第二季度分別推出了小米8探索版和OPPO Find X兩款集成3D傳感技術的智能手機。其它Android智能手機廠商，如華為、vivo和三星，預計2019年將會把VCSEL用于旗艦機。在此背景下，2017年啟動的新一輪VCSEL市場增長浪潮將持續至未來五年，相關商業機會有可能增加十倍以上。與此同時，VCSEL還有希望進入其它一些批量應用領域，如汽車激光雷達（LiDAR）和氣體傳感器等。

上述趨勢使得VCSEL領域涌入大量投資行為，如老牌企業新建工廠，初創企業層出不窮，投資和并購持續火熱……

VCSEL因應用而異，6英寸晶圓制造工藝面臨挑戰

不同應用對VCSEL產品的性能和規格要求各異，主要體現在尺寸、輸出功率和激光腔（laser cavity）等方面。對于數據通信和接近傳感應用，VCSEL芯片或陣列的表面積可小于0．1mm?；對于激光雷達應用，其表面積可超過70mm?。VCSEL表面積隨著所需輸出功率的增加而增大，激光腔和制造工藝的復雜性也在提升。

 

VCSEL產品規格 vs． 應用需求

當前，VCSEL從數據通信時代向3D傳感時代的轉變，可能會對相關制造產業產生強烈的影響。數據通信行業的VCSEL常采用3英寸或4英寸晶圓制造工藝，但是消費電子行業則需要6英寸晶圓制造工藝，才能實現降低成本的目的，以及更大的VCSEL陣列。這種演變對制造良率有直接影響，目前6英寸制造工藝的良率仍然偏低。這主要與外延片制造有關：與3英寸或4英寸晶圓外延相比，6英寸晶圓外延均勻性是目前的主要挑戰。通常，外延層厚度的1％差異將導致10nm的波長偏差，并且外延良率會影響整體VCSEL制造良率。現在，外延是VCSEL產業亟需解決的關鍵工藝，金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）和相關計量設備是投資核心！

備注：【MOCVD優缺點】相較于其它化學氣相沉積技術，MOCVD技術有許多優點：（1）制造過程中所需要的反應物，皆以氣態的方式進入反應腔體，透過高精準度的注入噴頭（Injector）可準確控制所需成長的薄膜組成、濃度、厚度；（2）通過高溫化學反應，能快速成長薄膜；（3）使用不同的前驅物原料，即可具有不同制程的靈活性。而此項技術的缺點則為：（1）前驅物原料昂貴，提高生產成本；（2）所使用之前驅物原料多為具有易燃性或毒性，使用時須注意安全防護，使用后的副產物也須妥善處理，避免造成危害及環境污染。

無法淡定，一波又一波的投資和并購已經開始……

預計VCSEL出貨量將從2017年的6．52億顆增長至2023年的33億多顆，2017～2023年的復合年增長率高達31％。這種蓬勃發展的趨勢吸引資本方對VCSEL產業各個層面進行投資，包括芯片設計和制造公司、設備和材料供應商、外延和代工廠、系統集成和OEM廠商等。例如MOCVD設備供應商：愛思強（Aixtron）、維易科（Veeco）和大陽日酸（Taiyo Nippon Sanso），因此深受其益！

因此，我們認為VCSEL產業將出現強勁增長和投資，其中包括幾家新進入者，當然他們大部分來自LED產業。自2016年以來，麥姆斯咨詢也報道了一些并購行為，例如：艾邁斯半導體（ams）收購普林斯頓光學（Princeton Optronics）、歐司朗（Osram）收購Vixar。同時，企業對制造設施的擴張或供應鏈的增強也在進行中。

 

VCSEL產業生態系統

一旦VCSEL市場達到頂峰，更多的產業鏈整合將會發生，以支持不同的企業策略：

－ 垂直整合：從系統到模塊，從模塊到器件；

－ 應用多樣化：從數據通信到傳感；

－ 產品多樣化：從LED或EEL到VCSEL。