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长光华芯 | 用“芯”,推动VCSEL产业蓬勃发展

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【摘要】:
下一个十年,3D传感结合5G,人类生活进入“AI+AR”黄金时代,而无论是汽车激光雷达还是智能消费3D视觉终端,VCSEL必将成为下一波科技主流的必需光源。

下一个十年,3D传感结合5G,人类生活进入“AI+AR”黄金时代,而无论是汽车激光雷达还是智能消费3D视觉终端,VCSEL必将成为下一波科技主流的必需光源。

 

VCSEL,3D传感&激光雷达核心器件

2017年,随着iPhone X的发布,3D人脸识别技术惊艳世人,也让VCSEL从原本的工业应用市场转向商业与消费类市场,表现出巨大的发展潜力。

 

近几年,数据通信和激光雷达、传感应用兴起,为VCSEL带来了第二波重大机遇。未来,将在工业、物联网、信息化、人工智能等方面大放异彩。在3D传感方面,如智能门锁、手机、屏下指纹、刷脸支付等方面的应用空间广阔;在激光雷达方面,有汽车激光雷达、商用机器人、工业机器人、无人机距离探测、空间遥感等领域的应用,此外在医美、照明、安防、接近传感、工业视觉等方面,VCSEL都发挥了不可替代的作用。

 

作为3D传感和激光雷达系统的核心器件,VCSEL产业前景广阔,未来无限可能。

 

什么是3D成像和激光雷达测距?

3D立体成像是一种超级智能眼睛,能够记录立体信息并在图像中显示的照相机,能够记录的额外增量信息包括:物体纵向尺寸、纵向位置以及纵向移动轨迹等等。

 

基于VCSEL的3D成像超越了传统立体视觉方案,主要包括结构光和飞行时间(ToF)方案及其混合应用。

 

iPhone X用的是以散斑结构光为基础原理的3D结构光(structure light 简称SL),通过投射已知的光点图案,将捕捉到的光点图像失真转化为被摄物体的3D信息。它所发射的衍射光斑在一定距离外能量密度会降低,不适用远距离的深度信息采集。

 

飞行时间(Time of Flight,简称 ToF),又叫做激光雷达(LiDAR)测距,依赖测量激光脉冲到物体之间的往返时间或相位差来构建场景或物体的3D图像,它发射的光线是均匀的面光源,在长距离下也不会产生大量的衰减,工作距离远超 3D 结构光。

 

图片来源自网络

 

结构光和ToF方案都需要在宽泛的工作条件下(包括峰值光功率和脉冲参数等)利用VCSEL照射目标场景

 

什么是VCSEL?它为什么这么牛?

VCSEL(Vertical-cavtiy surface-emitting laser),即垂直腔面发射激光器,其激光垂直于顶面射出,与激光由边缘射出的边射型激光(EEL)有所不同。

 

相比于EEL,VCSEL具有多个明显优势:

  • 发光垂直衬底方向;
  • 易于二维集成构建激光阵列;
  • 圆形光斑易于实现与光纤的有效耦合;
  • 可以实现高速调制,能够应用于长距离、高速率的光纤通信系统;
  • 有源区尺寸极小,可实现高封装密度和低阈值电流;
  • 激光波长的温度依赖性很低;
  • 晶圆级制造工艺;
  • 适合大规模生产制造。

 

长光华芯,领先的VCSEL研发和制造商

 

长光华芯致力于高性能VCSEL芯片的设计、研发、生产及销售,先后攻克器件设计、外延生长、芯片制造等多项技术。实现了6吋VCSEL产线的高良率生产。

 

VCSEL技术难点

 

在器件设计方面,我们先后攻克了增益光场与载流子耦合分布技术、低损耗器件掺杂设计技术、高质量应变量子阱及多结应力补偿技术,提升了器件增益,降低了器件损耗。

 

在外延技术方面,突破了高性能VCSEL外延生长的核心关键技术:高准确度的厚度及组分DBR的生长、腔膜对准技术、高性能隧道结掺杂技术、高增益应力量子阱生长技术。通过技术攻关,产品性能得到大幅提升。同时导入了行业内最新一代的先进外延设备。

 

在芯片制造方面,攻克了应力平衡技术、低损伤Mesa刻蚀技术、低应力湿法氧化工艺以及高良率薄片等多项工艺。同时量产管控质量体系严格按照业界一流标准建设,实现高产能、高良率的生产制造,在提升性能的同时把成本优势发挥出来。

 

VCSEL关键制造工艺

 

长光华芯是国内首家具备VCSEL芯片量产化制造能力的IDM公司,一以贯之对产品生产工艺制程保持高标准、严要求,用于智能手机摄像头3D传感的VCSEL产品已经通过了可靠性、效率、良率、寿命等多方面严苛的验证,实现消费级3D传感VCSEL的规模化量产。

 

长光华芯VCSEL产品

长光华芯拥有结构光VCSEL芯片、飞行时间VCSEL芯片以及距离传感器VCSEL芯片三类,标准产品波长包含808 nm、850 nm、940 nm。

 

3D传感VCSEL芯片方面已完成行业主流前沿方向技术、产品、应用和客户的开拓储备。

 

3D感测用VCSEL芯片

 

多结VCSEL方面,我们进行了外延结构优化,长光华芯可以基于用户需求,对多结VCSEL器件在阈值、效率、最佳工作点等各方面优化,自主地进行设计调节。

 

多结VCSEL芯片

 

在激光雷达发射端芯片方面,我们专注于高功率、高能量密度VCSEL的芯片开发

 

激光雷达用VCSEL芯片

 

当前,国内市场对VCSEL的关注度持续攀升,在各行各业的应用渗透越来越强,市场细分更加明显,资本推手愈发强劲、全国产化势不可挡。长光华芯始终以实现VCSEL芯片设计、生产、封装和测试的全产业链国产化为己任,致力于为行业发展提供更优质的VCSEL产品。

 

未来,我们会把VCSEL产品作为公司战略级别产品持续投入,以市场为导向,以客户为中心,充分发挥IDM公司优势,与众多合作伙伴一起,为VCSEL应用开拓更大的发展空间。

 

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