浅谈VCSEL芯片在汽车市场的需求和挑战

半导体激光器是激光雷达的激光发射系统的核心器件，半导体激光芯片包括 EEL 和 VCSEL 两类。根据谐振腔制造工艺的不同半导体激光芯片被分为边发射激光芯片（EEL：Edge Emitting Lasers）和面发射激光芯片（VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）。 ‍结构示意图（a）：VCSEL；（b）：EEL‍ 与 EEL 相比 VCSEL 具备效率高、光束质量好、精度高、功耗低、小型化、高可靠、调制速率快、可大量生产、制造成本低等优势，可使激光雷达有效降低成本、提升性能。激光雷达发射端或将逐渐采用平面化的激光器器件。VCSEL 芯片未来有望受益于下游激光雷达需求增加、在激光雷达发射端逐渐取代 EEL 而实现放量。 VCSEL与EEL&LED优势对比 图源飞芯电子 本篇为大家简单介绍一下VCSEL芯片在汽车市场的需求和挑战以及国内VCSEL生产企业，如有不足欢迎加群讨论。 1、车规级要求 VCSEL在车载领域的很多场景是消费级领域的延伸，比如智能座舱感知是从手机的人脸和手势识别进行迭代，车外激光雷达是从消费级扫地机器人避障、测距进行三维迭代，而鉴于汽车产品的强安全属性，在车规级要求方面对VCSEL芯片供应商提出更高性能、更高可靠性的要求。 2、极致成本控制 制造业的核心，在于前期做加法，以性能冗余提供超值客户体验，后期做减法，减熵降本提升社会资源利用效率。 3、陪伴客户成长的持续迭代能力 在车载领域，伴随智能电动汽车(SBEV)的浪潮，无论在智能座舱、智能驾驶还是车载光网络方面均处于新场景不断涌入，需要持续创新投入的局面。 官网：http://www.everbrightphotonics.com/ 长光华芯专注于研发和生产半导体激光芯片，核心技术覆盖半导体激光行业最核心的领域，攻克了一直饱受桎梏的外延生长、腔面处理、封装和光纤耦合等技术难题，建成了完全自主可控的从芯片设计、MOCVD（外延）、FAB晶圆流片、解理/镀膜、封装、测试、光学耦合、直接半导体激光器等完整的工艺平台和量产线，是全球少数几家具备6吋线外延、晶圆制造等关键制程生产能力的IDM半导体激光器企业，有力推动了我国超高功率激光技术及其应用的快速发展。 长光华芯高效率激光雷达与3D传感芯片产品也已通过IATF16949质量管理体系认证及车规级AEC-Q102认证，可以批量供货。 激光雷达与3D传感芯片 图源官网 官网：https://www.rayseasc.com/ 睿熙的VCSEL芯片团队在全球首批VCSEL专家带领下，对于VCSEL全产业链的材料、设备、设计、外延、制程、封测、可靠性每个环节均有全面的能力，并且保持全球最早量产化100G 四通道VCSEL光芯片、全球最早量产化车规级全固态激光雷达VCSEL光芯片的记录。睿熙在激光雷达领域也已凭借领先的外延设计能力完成了高功率密度的混合固态、1D可寻址、2D可寻址VCSEL产品布局。 目前，国内头部的激光雷达企业中已有7家与睿熙建立合作。首款搭载新一代高功率VCSEL芯片的产品将在2024年问世，睿熙VCSEL芯片也将作为第一颗国产激光雷达的心脏(VCSEL半导体激光器)进入终端产品。与此同时，即将采用新一代多结技术的VCSEL芯片也将以智能座舱DMS/OMS模组产品形态，在2023年的第四季度小批量服务下游客户。 官网：https://www.raysees.com.cn/ 在汽车领域，瑞识自成立以来便持续投入研发相关产品。2022年，瑞识相继通过AEC-Q102车规认证和IATF16949国际汽车质量管理体系认证。2023年初，瑞识VCSEL产品上车比亚迪，助力其仰望系列汽车实现夜间智能驾驶。同时公司已跟国内外车用激光雷达公司紧密合作下一代VCSEL激光雷达项目。瑞识车规级VCSEL芯片产品已通过车规级认证并进入新能源汽车头部客户供应链。 2023年4月瑞识科技获得近亿元B1轮融资。本轮融资将用于加速产品量产落地，全面布局车用市场、智能传感和医疗健康市场。 瑞识拥有国际领先的光芯片设计、光学集成封装、算法研发、光电系统整合优化等核心技术，并打通“芯片+光学+应用”的全产业链条，推出自主研发的全系列高性能VCSEL芯片和光学集成产品，申请国内外技术发明专利超150项，服务全球超过100家客户。 瑞识科技车规级VCSEL芯片 图源官网 2023年2月，镭神智能与瑞识科技达成了友好的战略合作关系，双方本着互利互信、合作共赢的原则，在VCSEL激光雷达领域展开了深度垂直产业链合作。 官网：http://www.abax-sensing.com/ 飞芯电子成立于2016年，是一家从事全固态激光雷达及其核心芯片研发设计的高科技企业。公司专注于提供全固态激光雷达及其核心芯片产品的研发与设计，致力于成为世界一流的光学3D传感器供应商。公司产品主要应用于汽车智能驾驶、消费电子、工业和安防等3D视觉领域。 AX20系列产品为飞芯与Ⅲ-Ⅴ族工艺厂深度合作定制开发的低寄生高效率VCSEL芯片，可在宽温及多种工作模式下实现稳定的高性能激光输出。针对不同的应用需求，可提供从小功率至大功率的VCSEL产品库。 图片来源EEChina 2023年7月，飞芯电子携全固态抗干扰激光雷达、ITOF接收阵列芯片、工业单点测距仪、测风雷达等多款芯片及相关系统产品亮相上海慕尼黑光博会。飞芯电子为人们带来一系列“高精尖”的芯片及相关系统产品，包括接收端超薄TOF模组、AX3230（车规级长距抗干扰固态激光雷达接收芯片）、AX2010（VCSEL芯片）、AX1010（DRIVER芯片）、iToF传感器芯片AX3010和AX3020/AX3021、高隐蔽性激光测距仪、中远距激光雷达模组、工业单点测距仪、测风雷达等。 飞芯电子芯片产品 图片来源EEChina 官网：https://www.vertilite.com/ 纵慧芯光成立于2015年，是一家创新型创业公司，致力于研发销售高功率、高速垂直腔面发射激光器(VCSEL)和模块解决方案。在汽车电子市场端，纵慧芯光是业内第一家完成VCSEL芯片车规认证的企业，并且于2021年实现了前装驾驶员监控系统（DMS）应用VCSEL芯片的量产。纵慧芯光先后获得华为、小米、比亚迪、大疆创新、禾赛科技、速腾聚创等多领域领导厂商总额达数亿元的投资，已经从一点“芯光”茁壮成长为国产VCSEL头部供应商，纵慧芯光当前交付芯片量已超过9000万颗。 CAS850150MW VCSEL芯片 图源官网 在Yole发布的2022年全球前10家头部激光雷达（LiDAR）公司中，其中有6家在和纵慧芯光定制开发汽车激光雷达用VCSEL芯片，并有两家开始了量产交付。纵慧芯光也成为亚洲首家、全球前二实现汽车前装激光雷达用VCSEL芯片批量交付的公司。截至目前，纵慧芯光在汽车电子市场已经有4款VCSEL产品完成开发认证，并在持续批量交付中。 官网：http://www.lemonphotonics.com/ 多结VCSEL激光器阵列，是柠檬光子用于优化激光雷达和3D传感应用的下一代解决方案之一。它的体积极小，功率密度高，905nm 120W多结VCSEL非常适合短程至远距离的LiDAR解决方案。 多结多分区VCSEL-柠檬光子 图源官微 柠檬光子成立于2018年，是一家专注于提供一站式高端半导体VCSEL、HCSEL、EEL激光芯片及光源解决方案的高科技企业。通过激光芯片、光学设计与应用模组三大核心技术闭环，为市场提供超高性能的激光芯片及激光引擎产品。 官网：http://zjeagles.com/ 经过为期数月的严苛测试及专业机构的严格审查，老鹰半导体研发的一款激光雷达VCSEL芯片于2023年4月通过AEC-Q102车规认证，标志着老鹰半导体在要求极为苛刻的汽车零部件领域取得了必要的准入资质，更标志着老鹰半导体在服务汽车自动驾驶方面迈向了突破性的一步。 浙江老鹰半导体技术有限公司是一家从事新型半导体材料设计、研发及封装加工的国家高新技术企业。公司致力于高速光通信VCSEL芯片、高功率密度激光雷达VCSEL芯片、高效率3D感测VCSEL芯片以及新型LED封装产品的研发、生产和销售，全面赋能数据中心光互连、汽车自动驾驶与智能座舱、消费电子及工业应用的传感与智慧照明等领域，为行业客户提供领先的光解决方案。 官网：https://www.accelink.com/ 武汉光迅科技股份有限公司是全球领先的光电器件及模块厂商，专门从事光电芯片、器件、模块及子系统产品研发、生产、销售及技术服务。 除了1550 MOPA外，光迅科技还为1550nm波长激光雷达方案提供全系列光器件产品解决方案，包括车规级1550种子激光器、PD、APD、CIR、Reflector、CPL、Combiner等发送、接收光器件;以及车规级1550 DFB Chip、1550 Gainchip、1550 APD Chip、PLC Chip等芯片产品。 光迅科技（002281.SZ）7月21日在投资者互动平台表示， 公司可提供车载激光雷达相关光学器件。 官网：https://www.toptranscorp.com/cn/index.aspx 作为一家从事III-V族半导体激光器芯片设计、制造和销售的企业，长瑞光电的产品目前主要应用于高速光通信、车载激光雷达及消费电子领域。 近年来随着激光雷达（LiDAR）技术的发展，VCSEL阵列光源因其低制造成本、小温漂系数、易于二维集成的优势越来越受到激光雷达应用市场的关注。为此，长瑞光电也开拓了更为丰富的VCSEL芯片产品线，加大了在车载激光雷达VCSEL上的投入。企业已最新研发推出应用于车载主激光雷达的905nm VCSEL阵列芯片以及1D可寻址VCSEL芯片。 10. 新亮智能 目前已经多款940nm 10mW~6W VCSEL激光芯片用于客户的单点激光雷达和3D摄像机的SiP中，其中一款进入了SiP的头部客户，围绕智能家居类测距侧向和物联网（IoT）、消费产品定位和位置感知应用。通过结合算法，其位置和距离测量的精度得到巨大的性能提升。 940nm VCSEL 芯片 图源官微 新亮光子为行业提供芯片级可寻址的VCSEL激光器，也可以提供VCSEL芯片加上驱动的一体化可寻址地址封装VCSEL产品。新亮VCSEL拥有完善的车规认证，包括质量体系IATF16949，产品级的AEC-Q102，和50g加速度的碰撞认证。 官网：http://www.cs-micro.com/ 2020年威科赛乐3D传感核心芯片——VCSEL正式下线。VCSEL芯片可广泛应用于3D传感与成像、3D人脸识别、无人驾驶汽车、光通信、增强现实（AR）/虚拟现实（VR）等众多领域。 官网：https://www.sanan-e.com/ 三安光电股份有限公司成立于2000年11月，主要从事全色系超高亮度LED外延片、芯片、Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料、微波通讯集成电路与功率器件、光通讯元器件等的研发、生产与销售。 在VCSEL芯片领域，三安光电提供全波长全速率的VCSEL芯片及阵列、DFB激光器、雪崩光电二极管(APDs)、光电二极管、监控光电二极管(MPDs)等高速光学产品的晶圆制造。 2023年7月5日，三安光电(600703.SH)在互动平台表示，公司光技术业务主要应用于接入网、数据通信、电信传输、智能AI、消费类(光感测、医美、功率等)领域以及车载激光雷达芯片市场，可提供PD、DFB、VCSEL芯片等产品给下游封装厂。公司800G光模块应用的光收发芯片正在研发中。 官网：https://www.qianmulaser.com.cn/ 仟目激光产品主要包括850nm单颗及阵列VCSEL芯片、3Ds VCSEL芯片、激光雷达芯片，以及向下延伸的器件类产品，主要应用在数据通信、消费电子、自动驾驶、光纤通信以及工业切割等方向，服务于3D感知、数据通信、光互连和光电传感等不同领域。 仟目激光的两款激光雷达VCSEL芯片 资料来源官网 2023年7月20日消息，仟目激光完成近亿元B轮融资，本轮融资由善达资本领投，老股东海南至华跟投，募集资金将主要用于产品线扩充、IDM产线建设和产品市场推广等。 官网：http://www.sinosemic.com/ 华芯半导体科技有限公司坐落于泰州市姜堰高新区，主要产品为高亮度LED、蓝绿光半导体激光管、垂直腔面发射(VCSEL)光子芯片、DFB光子芯片、EML光子芯片以及高亮度半导体激光芯片等。 传感用VCSEL芯片 图源官网 据天眼查显示，2023年5月19日，华芯半导体完成A轮融资，投资方为格力金投、中芯聚源、国虹投资、惠友投资、泰州盛鑫产业基金、广发信德、凯石投资、珠海高新投、博创科技和深创投。 华芯半导体已经成功开发出10G和25G 850nm光通讯VCSEL芯片、940nm VCSEL结构光和飞行时间（ToF）芯片、蓝光半导体激光器芯片，部分产品已经投入量产。目前，已建成年产光通讯VCSEL芯片50KK颗、3D传感芯片30KK颗、蓝绿光激光器芯片5KK颗的生产能力。 汽车激光雷达上的激光发射芯片主要有两大类，分别是VCSEL芯片和边发射激光器（EEL）芯片，这两种芯片公司都有布局。 官网：http://waferchina.com/ 西安唐晶量子科技有限公司专注于采用金属有机化学气相沉积设备(MOCVD)进行以砷化镓(GaAs)和磷化铟(InP)为衬底的Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体外延片研发与生产，提供专业的外延生长定制服务。 唐晶量子在VCSEL领域的产品有高速率砷化镓VCSEL、高功率砷化镓 VCSEL和其它类型砷化镓 VCSEL，其中有两款高功率砷化镓 VCSEL应用于激光雷达，产品波长分别为905nm和940nm。 官网：https://www.changelight.com.cn/ 厦门乾照光电股份有限公司（股票代码：300102）成立于2006年，主要从事全色系超高亮度LED外延片、芯片、高性能砷化镓空间太阳电池外延片、Mini-LED/Micro-LED以及VCSEL等化合物半导体器件的研发、生产与销售，产品性能指标居国际先进水平。 850nm 150mW VCSEL 图源官网 乾照光电于 2022年报中表示，公司在激光芯片领域实现VCSEL 持续稳定出货，测距产品通过知名品牌方案商认证，进入智能家居市场，用于自动驾驶的激光雷达多结 VCSEL 在持续开发和迭代中。 — — end — — 包括但不仅限于以上企业，如有遗漏欢迎大家加群指正交流。 ‍ 识别二维码通过公众号菜单栏加群 请加微信了解详情报名： 会议报名： 邓小姐：15817337805（微信同号） ab010@aibang.com 演讲或赞助： Vander：15800874409（微信同号） auto@aibang.com 报名方式二： 扫描上方二维码即可在线报名 阅读原文，即可报名激光雷达产业链论坛 活动推荐二：第五届车载抬头显示HUD技术论坛（8月16日 上海）