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博升光电:照亮3D世界的VCSEL新光源
2020-07-18 10:54:04   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

博升光电是技术全球领先的光电半导体科技公司,致力于为客户提供下一代高性能VCSEL光芯片解决方案。公司创始人常瑞华院士是VCSEL光芯片领域的开创者之一,她为VCSEL的物理、设计、材料和应用做出了许多开创性的贡献,并使得VCSEL确立了在3D传感应用、多模光纤应用等。

微访谈:博升光电总经理沈志强博士

采访背景:随着5G的发展与普及,3D成像和传感技术将迎来新一轮高速成长,撬动增强现实和虚拟现实(AR/VR)、智能家居、智慧安防、智慧金融等多个领域发展,加速万物互联、智慧互联时代的到来。垂直腔面发射激光器(VCSEL)芯片作为3D成像和传感系统核心器件,处于5G产业金字塔尖。近年来,中国已涌现出多家VCSEL初创企业。

深圳博升光电科技有限公司(以下简称:“博升光电”)是技术全球领先的光电半导体科技公司,由全球著名科学家和企业家创办,致力于为客户提供下一代高性能VCSEL光芯片解决方案。博升光电总经理沈志强博士自1999年开始投入GaAs,InP相关材料系列的外延开发及研究,650um、1.3um LD、850nm VCSEL等产品的开发研究及投入量产,于中国大陆建设过三座外延芯片厂,并管理过近百台MOCVD外延芯片生产。沈总于2016年开始在台湾交通大学进行VCSEL研究,并跟随他的一位导师常院士进行下一代高性能HCG VCSEL的研究开发。

博升光电总经理沈志强博士

博升光电总经理沈志强博士

博升光电具备VCSEL芯片设计、外延、氧化等核心工艺环节能力,并已实现VCSEL量产。麦姆斯咨询了解到,博升光电掌握的高对比度光栅(High Contrast Grating,HCG)垂直腔面发射激光器(VCSEL)是对VCSEL结构的独特创新,这项具有革命性的专利技术将为VCSEL产业带来哪些惊喜?麦姆斯咨询邀请了博升光电参加『第二十九届“微言大义”研讨会:激光雷达技术与应用』,并提前与博升光电总经理沈志强博士进行了深入交流。

麦姆斯咨询:请问是什么原因促使创办博升光电呢?

沈志强:一直以来我做的是VCSEL芯片研究,2016年在台湾交通大学攻读博士,开始跟随常院士做HCG VCSEL相关研究。

VCSEL是1977年由日本东京工业大学伊贺健一教授提出,但一开始并不被学术界和产业界看好。常院士于1989年开始研究VCSEL激光器,一开始就提出平面VCSEL制程的方案并完成了一系列2D阵列的实验和多模光纤传输的验证。上世纪九十年代末,互联网兴起,数据传输规模越来越大,光纤在数据中心和超级计算机内开始大量替代铜线,VCSEL在光通信领域得到了大规模应用。2017年苹果(Apple)公司发布iPhone X,把VCSEL激光芯片做成矩阵形式实现手机3D传感功能,更大幅度地打开了巨大的消费电子市场。常院士做了30年的VCSEL研究,看到VCSEL的发展是非常激动的。早在1998年,常院士在加州大学伯克利分校就做出了940nm VCSEL,自己生长外延层,做了模组,也搭建了3D传感系统,当时探测距离达到5米,这是全球第一家研究基于VCSEL的3D传感系统的研究机构,可以说奠定了VCSEL在3D传感应用的基础。

鉴于现在使用的VCSEL还是20年前的结构,我跟随常院士后来完成的很多研发成果和技术创新能大幅提高性能并降低成本。我们要把最近研发成果拿出来,变成每个人手中用的产品。出于此心,创办了博升光电,博升光电的目标是“推广下一代高性能VCSEL技术,引领光电芯片产业发展”。

麦姆斯咨询:请您介绍下博升光电及团队情况,谢谢!

沈志强:博升光电是一家年轻的公司,成立于2018年12月。但我们的团队都是“老兵”了,负责研发和生产的核心团队在半导体行业摸爬滚打了至少十年。研发部门是来自于全球最富有成果的VCSEL实验室之一的博士后及博士,也有来自业界知名企业核心团队的资深研发人员,他们在外延生长和芯片设计方面都非常有经验,实际操刀很多年。我本身在台湾从事半导体芯片生产二十多年,也在大陆建设并管理过三座外延芯片加工厂,管理近百台MOCVD(金属有机物化学气相沉积)这样的核心工艺设备,我带领的核心团队现在负责博升光电的生产管理工作。我们要求从研发、生产、质量管理到商务各个环节都力争快和美,我们也在不断地邀请卓越人士加入。

麦姆斯咨询:VCSEL在消费电子、金融/人脸支付、安防、汽车、5G通信领域均有非常好的发展前景。博升光电重点关注哪些应用?为此做了怎样的战略布局?

沈志强:我们非常看好VCSEL在消费电子和AIoT(人工智能物联网)市场的应用。一直以来,电子成像世界都是二维的,我认为未来都会是三维的,也就是说只要需要眼睛的地方,未来都需要有3D系统,也就都需要有VCSEL。VCSEL是一种底层传感技术,支持整个生态系统。另一方面,新冠肺炎疫情的爆发引发了光通信市场的快速增长,我们也非常看好VCSEL在通信领域的进一步渗透。

目前,博升光电产品路线图围绕两个主要市场——3D传感市场和光通信市场,已经布局了丰富的产品。在3D传感市场里面,我们既有为结构光和iToF 3D视觉解决方案提供的传统DBR(分布式布拉格光栅)技术芯片,也有最新方向的VCSEL产品,包括dToF、分区点亮、多PN结等产品。多PN结VCSEL的瞬时功率很高,我们主要是用在汽车、安防和后置摄像头等长距离的应用场景。还有就是我们独有的高性能HCG芯片,现在正在流片。我们关注的另一个市场是通信市场。我们现在已经成功流片并推出了25G VCSEL芯片,并且正在做200G和400G产品。基于团队过去做了多年的通信类VCSEL设计经验,博升已经具备面向3D传感和光通信的多系列产品。未来我们会继续在dToF和HCG产品上开拓研发。

麦姆斯咨询:据我们了解,博升光电DBR技术的VCSEL已经通过了多家头部模组厂、手机客户的测试,电光转换效率、发散角度、均匀性、可靠性等核心性能指标已达到量产要求。博升光电为VCSEL量产做了哪些方面的保障?

沈志强:我们只用了很短的时间就完成了DBR VCSEL产品从设计到量产的全过程。这主要是基于我们过去这么多年的经验积累,有较完善的器件模型和半导体理论。而且我们的芯片在工作条件下的均匀性和高温性能表现都很优异,发散角也做得非常小。

我们的DBR技术VCSEL产品目前已经给很多代表性客户送样,并且在下游应用领域开始量产导入。为了保证产品质量,我们每一颗芯片都经过详细的测试,并建立了严格的质量管控体系,确保我们每一颗产品都满足质量要求。

麦姆斯咨询:2020年苹果发布的新款iPad Pro采用了基于直接飞行时间(dToF)技术的激光雷达扫描仪。麦姆斯咨询注意到博升光电很早就推出了用于dToF的VCSEL,可以谈谈这款产品的规划和进展情况吗?

沈志强:dToF是今年3D传感产业最受关注的技术方向。我们在很早就对dToF技术进行了研究,去年公司成立不久就已经开始设计dToF VCSEL芯片,在今年4月份就已经有支持dToF的分区点亮的VCSEL产品实物送样了。在国内,我们算是业界非常早具备实物产品送样能力的公司。我们目前支持dToF的VCSEL已经有分区点亮、多PN结等不同种类的芯片产品,并且正在和合作伙伴进行定制化开发以提升系统性能。

麦姆斯咨询:汽车激光雷达对激光光源有何特殊要求?博升光电提供的汽车激光雷达光源有哪些核心竞争力?

沈志强:激光雷达也是我们十分关注的市场。车用VCSEL不仅用于车外的激光雷达,也有车内应用,比如DMS(疲劳驾驶预警系统),根据不同场景应用,VCSEL芯片的性能指标有颇多不同,不能一语毕之。我们的核心竞争力在于我们芯片的高功率、窄光束的特质,而且我们乐于与下游客户密切合作做定制化开发。

麦姆斯咨询:大家对博升光电的HCG VCSEL技术非常感兴趣,请详细谈谈HCG VCSEL创新之处,以及与DBR-VCSEL的差别。此外,您认为这项技术会对VCSEL产业带来哪些革新?

沈志强:HCG-VCSEL是我们重点推进的新一代VCSEL产品。因为HCG结构可以大幅简化外延结构,由原来的200多层减少到100多层,因此VCSEL外延片的生长时间可以缩短40%,并且可以提升点阵密度,减少芯片尺寸,从而降低芯片成本。HCG VCSEL芯片发出的光接近圆柱形光束,具有极好的线偏振性,发散角可以做到DBR VCSEL的一半。这些性能有助于提高VCSEL在阳光下的信噪比,提升光学系统收光效率,增加探测距离。上述几点优势都是目前3D产业面临的主要挑战,所以HCG技术有希望解决这些挑战,给3D传感产业带来革命性的进步。

HCG VCSEL

DBR VCSEL

未来,博升光电将陆续推出基于HCG技术的结构光、iToF、DToF、分区、多PN结的VCSEL芯片。另外HCG技术也可以用于光通信的850nm VCSEL,具有减少噪声、增长传输距离等优点。

麦姆斯咨询:目前贵司的HCG VCSEL处于什么阶段?预计什么时候可以实现量产?

沈志强:博升光电成立后,我们开始加速HCG技术的量产突破。今年年初,公司已经成功完成了几百点阵列的流片,目前正在用量产化的设备和工艺来做批量化HCG VCSEL产品。这些HCG VCSEL对目前系统方案的设计是完全兼容的,方便下游客户直接使用。我们预计今年下半年第一批量产的HCG VCSEL芯片就可以送样,并具备量产能力;下一步就是按照客户要求制定规格,进行批量化产品的定制。

麦姆斯咨询:当前国内也开始有一些企业在做VCSEL,您如何看待当前行业的竞争?什么样的企业可以胜出?博升光电做了哪些准备?

沈志强:这两年开始有越来越多的企业开始进入到VCSEL市场,我觉得这是非常好的现象,说明大家都看好这个市场,而不是越做人越少。从产业发展角度,我认为VCSEL在消费电子领域的应用才刚刚开始。这里面有两层含义:一是市场渗透刚刚开始,我们看到还有很多手机型号还没有开始使用VCSEL,还有智能门锁、智能安防等新市场刚刚开始采用VCSEL方案,所以潜在市场很大,不是存量竞争,广阔天地大有作为。另一层含义是技术也是刚刚起步,还在不断迭代,所以我们看到dTof等新方案不断推出来,未来还会有不断的技术演进和优化。

所以,当前的竞争格局,不是一个静态的零和竞争,而是动态的增量竞争。在现有产品上有先行者和后行者的区分,但在新技术方案上大家处于同一条起跑线,这就是我们这些创业企业的机会。也就是说创业企业必须保持持续创新能力,不断推出更好满足客户需求的新产品,永远维持在技术领先的第一梯队,而不是跟别人去做红海竞争,这一点非常关键。博升光电非常重视持续的技术创新能力,做客户想要的差异化产品。我们认为只有通过针对具体场景的定制化,才能最好地满足客户需求,也才能最好地优化系统成本。刚才讲我们这么多年的技术积累可以帮助我们不断保持创新能力,同时我们也在不断成长优化,找不足补短板,快速发展迭代。

麦姆斯咨询:请畅谈博升光电未来五年的发展目标及规划!

沈志强:博升光电从创立之初就希望为全球带来最好的VCSEL芯片产品,用新技术推动产业发展。未来的三到五年,我们将主要加速推进HCG VCSEL芯片的量产和产业化应用,在智能手机、移动支付、AIoT和数据中心等领域加速推广。我们希望在未来三到五年内,HCG VCSEL产品可以在诸多领域得到普及化的应用,成为广泛使用的VCSEL新光源!

延伸阅读:

《激光二极管和直接二极管激光器-2019版》

《激光雷达(LiDAR)技术及市场趋势-2019版》

《汽车激光雷达专利全景分析-2018版》

《激光雷达技术及核心元器件-2019版》   

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