2017年iPhone X發(fā)布，深度相機走紅，搭載了3D傳感技術(shù)的攝像頭，通過測量景深信息，把傳統(tǒng)二維攝像能力提升至三維，并由此將手機功能衍生向人臉解鎖、面部識別等模塊，迅速引爆市場。

一些不太被熟知的元器件也逐漸走入大眾視野，VCSEL就是其一。

就在iPhone X發(fā)布的同一年，一批留學美國并在世界500強企業(yè)有著多年工作經(jīng)驗的博士、專家們在余姚相聚，以VCSEL的研發(fā)設(shè)計為主營方向，創(chuàng)辦了寧波睿熙科技有限公司。

幾乎與他們創(chuàng)業(yè)的腳步同步，2017年8月，睿熙科技就獲得舜宇V基金天使輪融資，次年8月獲得達晨、天創(chuàng)Pre-A輪融資，如此飛速的融資速度，足見這個小小元器件的無限前景。

三大應(yīng)用領(lǐng)域

資本簇擁，VCSEL究竟帶來了哪些“黑科技”呢？

睿熙科技的創(chuàng)始人之一汪辰杲博士告訴記者，VCSEL（Vertical Cavity Surface Emitting Laser，垂直腔表面發(fā)射激光器）是指從垂直于襯底面射出激光的一種新型結(jié)構(gòu)的半導體激光器，以砷化鎵半導體材料為基礎(chǔ)研制。VCSEL從某種層面上，既可以理解為半導體芯片，也可以歸類為光電元器件。VCSEL的主要材料是三五族半導體砷化鎵，其制造工藝及產(chǎn)品形態(tài)同集成電路芯片很相似，但從器件原理及功能角度來看，其本質(zhì)是一個半導體激光器，運作原理就是通過電流驅(qū)動后，在芯片的表面垂直方向發(fā)射出激光。

如應(yīng)用到手機前置的3D人臉識別功能，是通過VCSEL投射出散斑紅外光點，這些光點會因為每個人五官、臉型的區(qū)別而產(chǎn)生形變，這些形變經(jīng)過紅外攝像機拍攝后經(jīng)過算法計算，從而實現(xiàn)了因人“立體識別”的功能。在手機后置應(yīng)用中，VCSEL發(fā)出的激光經(jīng)過勻光片后均勻地投射到物體表面，根據(jù)物體反射光線返回的時間就能計算出與物體的距離。通過這個技術(shù)可以構(gòu)建環(huán)境的3D模型，從而為虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實等應(yīng)用的實現(xiàn)提供了技術(shù)的平臺。

當然，VCSEL的應(yīng)用空間不僅僅局限于手機。汪辰杲表示：“業(yè)界已經(jīng)公認，我們進入了從2D向3D轉(zhuǎn)變的視覺革命。之前很多2D視覺應(yīng)用，根據(jù)不同應(yīng)用場景和不同客戶需求逐漸向3D視覺方向發(fā)展。”

除了大家最熟悉的智能手機，線下人臉支付、掃地機器人、智能門鎖等這類日漸火熱的電器中也少不了VCSEL的影子。例如在掃地機器人應(yīng)用中，這個在外觀上其貌不揚的元器件，就成為了機器人的“眼睛”，幫助掃地機器人精準避障、規(guī)劃掃地路徑。

另外，隨著互聯(lián)網(wǎng)、云計算、5G等的快速發(fā)展，VCSEL在光通信領(lǐng)域的應(yīng)用出現(xiàn)了很大規(guī)模的增長，進一步帶動VCSEL產(chǎn)業(yè)成熟。比如，數(shù)據(jù)中心中高性能計算機每天都要處理海量的數(shù)據(jù)，以傳統(tǒng)的電信號傳播方式已經(jīng)不能滿足其使用需求，一般都使用光纖替代。這就涉及到需要把計算機的電信號轉(zhuǎn)化為光信號、再把光信號轉(zhuǎn)化為電信號的環(huán)節(jié)，VCSEL就在其中起到了“光電轉(zhuǎn)換器”的作用。

據(jù)汪辰杲介紹，目前，業(yè)內(nèi)人士最期待的另一市場應(yīng)用領(lǐng)域是將VCSEL拓展進入汽車應(yīng)用，如自動駕駛、無人駕駛的激光雷達、駕駛員監(jiān)測系統(tǒng)（DMS）等等。

“VCSEL在未來4～5年會出現(xiàn)大規(guī)模的出貨量增長。總體來講，VCSEL市場‘蛋糕’會越來越大。”汪辰杲對此頗有信心。

成長空間廣闊

毫無疑問，從當前的發(fā)展來看，未來VCSEL大有可為。根據(jù)麥姆斯咨詢統(tǒng)計，2015年全球VCSEL的市場規(guī)模為9.5億美元，占紅外光源總市場規(guī)模的21%，隨著VCSEL成本的逐步降低以及在消費電子領(lǐng)域的逐漸滲透，至2022年VCSEL的市場份額將激增至45%，市場規(guī)模有望達到31.2億美元，年復(fù)合增長率可達17.3%。此外，物聯(lián)網(wǎng)尤其是涉及3D感知的產(chǎn)品的快速發(fā)展，也有可能提供新的市場。

但是，擺在眼前的問題是，長期以來，VCSEL的核心技術(shù)仍被美日少數(shù)國際廠商把控，睿熙科技又是如何從中找到突破點，打造自己的“護城河”的呢？

對此，汪辰杲調(diào)侃道：“從某種程度來講，我們這個團隊本身就是‘護城河’。”

成熟VCSEL產(chǎn)品在可靠性工藝方面往往需多年積累和無數(shù)糾錯實驗，才能做到低成本、高性能、高良率，高可靠性的大批量產(chǎn)業(yè)化，需要從業(yè)者有工業(yè)界多年累積的豐富經(jīng)驗和迅速解決問題的能力。而睿熙創(chuàng)始團隊就包括業(yè)界頂級VCSEL專家、世界500強VCSEL晶圓廠負責人，以及世界500強全球供應(yīng)鏈技術(shù)質(zhì)量部技術(shù)負責人兼首席激光專家；創(chuàng)始人從事VCSEL設(shè)計、外延生長、關(guān)鍵制程工藝開發(fā)超過20年，經(jīng)驗覆蓋自設(shè)計研發(fā)制造至市場銷售全鏈條。這也是他們這支“明星團隊”一創(chuàng)業(yè)就獲得資本護駕的原因之一。

另外，VCSEL設(shè)計研發(fā)領(lǐng)域天然就帶著一堵高墻，它綜合了半導體材料、激光物理、半導體制造工藝、高速射頻電子和光學技術(shù)等學科。不僅芯片結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且需要在使用比硅材料脆弱及本征缺陷度高的砷化鎵材料的情況下，滿足高性能和高可靠性要求。

在汪辰杲看來，設(shè)計一款VCSEL，10％～20％的設(shè)計難度來自性能優(yōu)化，包括高速性能、熱性能、電光性能，而更多的設(shè)計難點在于解決可靠性問題。“VCSEL的可靠性失效模式非常多，包括外延生長過程中的缺陷、芯片制程中的缺陷、機械損傷、氧化層相關(guān)的可靠性問題，還有應(yīng)力和電流導致的缺陷。要解決這么多失效模式，對VCSEL的設(shè)計提出了非常高的要求和難度。”

不過，睿熙科技團隊對這些挑戰(zhàn)并不畏懼。回顧睿熙科技不到三年的成長史，公司成立次月，第一代應(yīng)用于3D結(jié)構(gòu)光VCSEL芯片下線，性能國內(nèi)領(lǐng)先；同年12月第二代結(jié)構(gòu)光VCSEL芯片推出；2018年3月，第三代結(jié)構(gòu)光VCSEL和ToF（飛行時間）VCSEL芯片推出，PCE（功率轉(zhuǎn)換效率）、發(fā)光點均勻性、量產(chǎn)穩(wěn)定性均有很大的提升；2018年4月，自建可靠性實驗室和設(shè)備開始運行，開始積累可靠性數(shù)據(jù)，具備高性能VCSEL芯片量產(chǎn)能力；同月推出大功率2W/3W ToF VCSEL芯片；2019年3月，推出單點大功率小尺寸結(jié)構(gòu)光VCSEL芯片；2019年5月，應(yīng)用于數(shù)據(jù)通信最新一代應(yīng)用的的25G VCSEL芯片出樣，同月高性能大功率2W/3W ToF VCSEL規(guī)模量產(chǎn)；2020年二季度第一代應(yīng)用于車載激光雷達的350W首樣芯片推出……據(jù)透露，今年下半年，睿熙還會有幾個重要產(chǎn)品線陸續(xù)開始量產(chǎn)，屆時會帶領(lǐng)公司產(chǎn)值實現(xiàn)大幅飛躍。

“從整個VCSEL產(chǎn)業(yè)來看，供應(yīng)鏈還是比較緊俏的，因此留給國內(nèi)VCSEL公司很大的成長空間和市場空間。我們目前的核心競爭力還是在VCSEL的設(shè)計端，美國高通設(shè)計的芯片推動了全球移動科技的進程，我們的目標就是做中國光電行業(yè)的‘高通’。”汪辰杲展望道。