拓展消费电子应用，乾照光电3D传感VCSEL已具备大规模量产能力
2019-12-09 19:44:05   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

微访谈：扬州乾照光电副总经理兼乾照激光核心技术负责人马祥柱

厦门乾照光电股份有限公司（以下简称“乾照光电”）是国内LED芯片上市企业，公司主营半导体光电产品的研发、生产和销售，包括全色系LED及砷化镓（GaAs）空间太阳能电池外延片和芯片，公司是国内红黄光LED领域的龙头企业，产业化基地分布在厦门、扬州、南昌。

凭借在GaAs光电器件领域的多年积累，目前乾照光电已建成包括3D传感垂直腔面发射激光器（VCSEL）外延生长、芯片流片、点测分选和可靠性验证等完整一站式VCSEL产线。目前用于3D传感的VCSEL产品已开始面向3D结构光、ToF和距离传感器等客户小批量出货。据悉，乾照光电已具备大规模量产和出货VCSEL的能力。

在此背景下，麦姆斯咨询于近日采访了乾照光电的全资子公司——扬州乾照光电有限公司副总经理兼乾照激光核心技术负责人马祥柱，具体了解这家LED企业的激光芯片拓展之路。

麦姆斯咨询：您好！作为国内领先的LED上市企业，是什么驱动乾照光电将产品线从LED拓展到VCSEL？

马祥柱：乾照光电是国内红黄光LED龙头企业，在GaAs光电器件领域有着多年经验，红黄光LED和VCSEL同属GaAs材料体系，因此公司研发和量产VCSEL有技术和产线优势。乾照光电2017年对VCSEL展开了密集调研，获悉VCSEL在已经兴起的3D传感领域有着非常广泛的应用。次年，公司正式投入15.97亿元用于投建VCSEL、高端LED芯片等高端半导体项目，由全资子公司乾照半导体承办，并成立合资子公司——乾照激光。

麦姆斯咨询：目前国内的VCSEL创业团队大多有着欧美技术背景，乾照光电VCSEL的技术团队构成如何？

马祥柱：在战略投资VCSEL项目时，乾照光电充分信赖和依靠自身的技术团队，同时乾照光电也是一个开放的平台，我们最终选择的模式是“企业孵化+科研院所合作”的产学研相结合模式，将乾照光电的量产经验与科研院所的理论底蕴相结合。

麦姆斯咨询：作为国内知名的LED上市企业，乾照光电借助已有的产线优势，搭建完成国内自主且完整的VCSEL产线，目前的产线组成和量产情况如何？以及未来的产能规划？

马祥柱：目前主要是根据客户需求，按订单生产，正在小批量出货。同时，乾照光电已具备大规模量产和出货的能力：（1）公司用于GaAs的外延炉有数十台，包括大型的6英寸外延炉，产量有足够的保证，在GaAs外延方面，团队有十余年的量产经验；（2）芯片流片线在研发样品和小批量出货的过程中，得到了充分磨合，良率稳步提升；（3）乾照光电可提供一站式的VCSEL测试和可靠性验证，包括加速老化、冷热冲击、可焊性实验、恒温恒湿实验、静电实验等。在一轮轮的产品出样和迭代周期中，对于VCSEL，乾照光电已具备量产的几大必需能力：响应及时、迭代迅速、工艺稳定、可靠性保障、大规模出货。

图1 乾照光电VCSEL产线设备

麦姆斯咨询：目前乾照光电正在出货的VCSEL产品和应用主要有哪些？性能和良率如何？

马祥柱：目前，乾照光电针对3D传感的结构光和ToF方案，以及距离传感器，都已有了相应成熟的批量产品。

（1）针对结构光客户，乾照光电已配合数家客户进行随机列阵定制，并已为部分客户小批量供货。得益于完整和高效的VCSEL产线，乾照激光产品迭代迅速，供货有保障：常规的VCSEL随机列阵，定制周期较短，包括方案评估、光刻图形定制、芯片研发和生产等环节。已通过验证的客户，重复订单，从下单到出货不到3周。

（2）针对ToF方案客户，公司内部已开发的产品波长覆盖940nm和850nm，功率覆盖单孔的5mW到高功率的8W均匀列阵。批量出货产品的光电转换效率可达40%~45%。

图2 乾照光电均匀列阵产品

（3）如果客户有其他规格芯片需求（如尺寸、功率、波长等），我司也乐于提供定制化服务。

麦姆斯咨询：结构光和ToF这两种3D传感方案对VCSEL列阵的要求有何异同？

马祥柱：结构光和ToF方案的客户都会关注VCSEL的波长、效率和可靠性等方面的表现。但结构光方案对于VCSEL的远场发散角和近场光斑均匀性都有更高的要求，同时某些方案中的图形定制对最小发光孔的间距有特殊要求。而ToF方案在远距离方案应用更多，这类方案客户更加注重VCSEL的光功率和芯片工作的响应速度。

麦姆斯咨询：当前国内外厂商都在推动VCSEL产品的迭代更新，乾照光电在这方面有哪些规划？

马祥柱：目前，乾照光电正在开发下一代产品：倒装VCSEL芯片。相对于正装，倒装VCSEL预计可以大幅提高性能，公司已开始进行倒装VCSEL产品的技术储备，保守估计，2020年下半年，有望完成倒装VCSEL芯片的可靠性测试并实现批量供应。

麦姆斯咨询：VCSEL在车载激光雷达领域也有着非常广阔的应用前景，请问贵司有哪些布局？

马祥柱：首先在产品上，乾照光电目前可提供的VCSEL产品最高功率规格是8W，可应用于近距离的车载雷达，未来在完成倒装工艺基础上，公司会进一步开发20~30W乃至更高功率的VCSEL产品，从而为激光雷达的方案公司提供区别于边射激光器方案的新选择。其次，目前公司已通过车规级产线资质审核，获得了IATF16949认证，有利于激光雷达客户的车规审核。

麦姆斯咨询：制造更高功率VCSEL产品的主要挑战有哪些？乾照光电是否已有在研的技术方案？

马祥柱：高功率VCSEL研发的难点主要在于发光孔增多的情况下，如何处理热效应的问题。对此乾照光电在外延方向上优化外延量子阱，提高内量子效率，以及优化外延材料的热阻，改善器件散热特性；在芯片方向通过优化芯片设计结构，提高光电效率。同时为了进一步提高产品的散热特性，乾照光电目前已布局研发VCSEL倒装工艺，从而改善产品高温特性。

麦姆斯咨询：近年国内VCSEL初创公司迅速成长，已逐步打入国内主流智能手机制造商供应链，乾照光电如何看待国内外当前的竞争环境？在友商羽翼渐丰的态势下，如何保证自己的竞争优势？

马祥柱：目前国内的VCSEL厂商主要以无晶圆厂（Fabless）模式为主，乾照光电凭借自主完整的VCSEL产线和优秀的研发工程团队，能够实现快速的产品迭代和高效的VCSEL定制流程。同时乾照光电与Fabless模式的友商并不是相互竞争的关系，有很多合作的领域和机会。乾照光电的重点在于打造和不断完善国内这条自主和完整的VCSEL产线，未来的主要方向也在于提升厂内产能、良率和迭代周期。

麦姆斯咨询：这两年ToF方案，越来越受到大家的关注，预计明年苹果也会推出自己的ToF方案，并且该ToF方案会不同于现有大众熟悉的方案，贵司在VCSEL上有相应的准备吗？

马祥柱：乾照光电当前已收到部分客户对下一代ToF方案的需求，并于2019年Q4正式立项。此项目具有较大的挑战性，相对于市场当前的ToF有所不同，未来在3D传感和消费电子领域，可能发生质的飞跃和改变。在2020年的工作中，公司会重点集中研发力量和工程力量，去满足客户需求。目前还处于保密阶段。

麦姆斯咨询：乾照光电已拥有完整的VCSEL产线，未来的定位是趋向于提供现成的VCSEL芯片，还是同时提供代工服务？

马祥柱：从技术上来说，国际一流厂商Lumentum、Finisar、ams等，有非常多的地方值得我们学习；从未来发展来看，受贸易战等因素的影响，国产替代也将是大势所趋。国内激光产业的发展，我们需要向欧美前辈学习，也需要共同进步。

激光产业，未来前景广阔，市场巨大。而乾照光电搭建的是一个开放式的平台，不仅可以为相关终端、方案商、模组商、封装商等提供现成或定制的VCSEL产品，也愿意为Fabless模式的厂商提供不同系列激光产品的代工服务，包括外延生长和流片代工，助力国内激光产业的蓬勃发展。同时，我们也欢迎业界同仁前来指导和交流。

乾照光电VCSEL业务联系方式：
电话：0514-80585888-9000
邮箱：qzvcsel@changelight.com.cn

延伸阅读：

《VCSEL市场与技术趋势-2019版》

《边缘发射激光器（EEL）市场和技术趋势-2019版》

《3D成像和传感-2018版》

《苹果iPhone X的ToF接近传感器和泛光照明器》

《苹果iPhone X红外点阵投影器》