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中国芯丨被IPHONE X带火的VCSEL芯片

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【摘要】:
2017年苹果公司iPhoneX的推出,掀起了3D传感热潮。作为3D传感技术核心组件的VCSEL激光芯片迎来井喷式增涨,预计到2019年智能手机应用的VCSEL出货量将达到2.4亿支。

 

苏州电视台对长光华芯VCSEL芯片的报道
 
    2017年苹果公司iPhone X的推出,掀起了3D传感热潮。作为3D传感技术核心组件的VCSEL激光芯片迎来井喷式增涨,预计到2019年智能手机应用的VCSEL出货量将达到2.4亿支。
 

图1 搭载3D传感VCSEL芯片的iPhone X
 
   VCSEL,是一种垂直表面出光的新型激光器,由上下高反DBR(分布布拉格反射镜)和中间的有源层组成,通过电(或光)泵浦,使激光器增益材料提供增益达到阈值,发射激光。具有体积小、能耗低、波长稳定和光束质量高等优点。
   与边发射半导体激光器相比,VCSEL具有诸多工业生产优势:便于制备高达上万芯片的2D阵列,不仅可以提高输出功率,更为设计复杂阵列排布提供可能;在晶圆制备过程中进行在线监测,大大提高激光器量产的成品率,降低制造成本。
 

 

图2 VCSEL的外延与芯片结构示意图
 
   根据市场研究机构预测,2015年VCSEL市场规模为9.546亿美元,至2022年预计将增长至31.241亿美元,2016~2022年期间的复合年增长率可达17.3%。

图3 2014-2022全球VCSEL市场空间预测(来源:莫尼塔研究)
 
   目前,致力于移动端设计和制造的VCSEL芯片生产公司全球只有少数几家,以美国企业为主,国内尚无一家拥有VCSEL芯片量产能力的企业。长光华芯早在几年前就开展了VCSEL激光器的研发工作,已经攻克了材料外延生产的精确控制和稳定性难题以及激光电流的氧化限制控制难题,并通过可靠性认证。
 

图4 芯片外延生长
 
   为应对消费和工业市场爆发增长的需求,缓解我国VCSEL激光器芯片的紧缺问题,长光华芯于2017年加紧研发项目和量产产线布局,先后引进行业资深专家,组建专业研发团队,为增加VCSEL芯片的市场优势开设了6”晶圆的生产线,增加了MOCVD晶圆生长炉,步进光刻机等量产设备,目前芯片已通过小批量试产和可靠性认证,已有客户正在验证。
 

    此项目得到了苏州高新区政府的大力支持,与长光华芯共建苏州半导体激光创新研究院,扩建3万平米厂房及超净生产线,总投资超过5亿人民币,建设国内一流半导体激光芯片研发和生产平台。建成投产后预计实现6“ wafer量产5000个/月,折合VCSEL芯片超过25-50KK支,届时将大大缓解VCSEL芯片的紧缺局面。
 

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