VCSEL是近红外光源最佳方案
目前，可以提供800-1000nm波段的近红外光源主要有三种：红外LED、红外LD-EEL（边发射激光二极管）和VCSEL（垂直腔面发射激光器）。
VCSEL可以说是红外激光LD的一种，全名为垂直共振腔表面放射激光器，顾名思义，它采用垂直发射模式，与其他红外LD的边发射模式不同。VCSEL的垂直结构更加适合进行晶圆级制造和封测，规模量产之后的成本相比于边发射LD有优势，可靠性高，没有传统的激光器结构如暗线缺陷的失效模式。相比于LED，VCSEL的光谱质量高，中心波长温漂小，响应速度快，优势明显。
综合分析三种方案，LED虽然成本低，但是发射光角度大，必须输出更多的功率以克服损失。此外，LED不能快速调制，限制了分辨率，需要增加闪光持续时间；边发射LD也是手势识别的可选方案，但是输出功率固定，边缘发射的模式在制造工艺方面兼容性不好；VCSEL比LD-EEL的优势在于所需的驱动电压和电流小，功耗低，光源可调变频率更高（可达数GHz），与化合物半导体工艺兼容，适合大规模集成制造。尤其是VCSEL功耗低、可调频率高、垂直发射的优点，使其比LD-EEL更加适合消费电子智能终端。
VCSEL由于其制造工艺难度较大，产品的成本相对较高，随着各大厂商的重视，尤其是高速光通信的快速发展，VCSEL工艺逐步成熟。近年来VCSEL已经大规模用于高速光网络传输领域作为激光光源，目前的产品价格已经非常接近LD-EEL。
目前，全球范围内主要的VCSEL供应商包括Finsar、Lumentum、PrincetonOptronics、ⅡⅥ等公司，它们在移动端VCSEL处于前沿的研发角色。具体的生产分为IDM和代工两种方式，在代工模式下，由IQE、全新、联亚光电等公司提供三五族化合物EPI外延片，然后由宏捷科、稳懋等公司进行晶圆制造，再经过联钧、矽品、同欣（基板）等公司的封测，便变成了独立的VCSEL器件。
目前，致力于移动端小型化VCSEL方案设计的公司主要包括Finsar、Lumentum、PrincetonOptronics（已被AMS收购）、ⅡⅥ等国外光通信器件公司。国内方面光迅科技、华芯半导体具备中低端VCSEL的设计和生产能力，长春光机所在VCSEL技术研发方面有一定竞争力。但是整体而言，国内公司与海外巨头相比差距较大。
近年来，国内在VCSEL方面开始出现优秀的创业型公司，比如2016年1月创立于美国硅谷的纵慧光电，已经做出了具备高效率、高性能的VCSEL芯片产品，涵盖了850纳米和940纳米这两个波段，有望应用于3D视觉消费级市场。
根据Lumentum在17年二季度的财报说明会，其消费级VCSEL产品订单从上季度的500万美元大幅跃升至2亿美元，根据美国和台湾产业链（如BI、科技时报等）的分析，订单主要来自于苹果公司。我们判断，Lumentum将为苹果新一代iPhone8提供3D相机中的VCSEL器件，而且是主力供应商。除了Lumentum之外，II-VI公司也在苹果供应链之列，同时菲尼萨也有望加入。
目前，可以提供800-1000nm波段的近红外光源主要有三种：红外LED、红外LD-EEL（边发射激光二极管）和VCSEL（垂直腔面发射激光器）。
表:三种主流近红外光发射光源红外LED红
VCSEL可以说是红外激光LD的一种，全名为垂直共振腔表面放射激光器，顾名思义，它采用垂直发射模式，与其他红外LD的边发射模式不同。VCSEL的垂直结构更加适合进行晶圆级制造和封测，规模量产之后的成本相比于边发射LD有优势，可靠性高，没有传统的激光器结构如暗线缺陷的失效模式。相比于LED，VCSEL的光谱质量高，中心波长温漂小，响应速度快，优势明显。
综合分析三种方案，LED虽然成本低，但是发射光角度大，必须输出更多的功率以克服损失。此外，LED不能快速调制，限制了分辨率，需要增加闪光持续时间；边发射LD也是手势识别的可选方案，但是输出功率固定，边缘发射的模式在制造工艺方面兼容性不好；VCSEL比LD-EEL的优势在于所需的驱动电压和电流小，功耗低，光源可调变频率更高（可达数GHz），与化合物半导体工艺兼容，适合大规模集成制造。尤其是VCSEL功耗低、可调频率高、垂直发射的优点，使其比LD-EEL更加适合消费电子智能终端。
图：VCSEL相比于LED光谱质量高，温漂小
图：三种主流近红外光发射光源对比
VCSEL由于其制造工艺难度较大，产品的成本相对较高，随着各大厂商的重视，尤其是高速光通信的快速发展，VCSEL工艺逐步成熟。近年来VCSEL已经大规模用于高速光网络传输领域作为激光光源，目前的产品价格已经非常接近LD-EEL。
图：典型的VCSEL材料结构
参考中国报告网发布《2018-2023年中国激光器行业市场产销态势分析与发展商机分析研究报告》
VCSEL的制造依赖于MBE（分子束外延）或MOCVD（金属有机物气相沉积）工艺。在GaAs（80%左右的份额）或InP（15%左右的份额）晶圆上生长多层反射层与发射层。典型的VCSEL结构包括：激光腔（lasercavity），顶部和底部分布式布拉格反射器（DBR），电极等部分，其中激光腔的主要部分是量子阱（quantumwells）和光限制层（confinementstructure）。由于VCSEL主要采用三五族化合物半导体材料GaAs或InP（含有In、Al等掺杂），因此移动端VCSEL产业链与化合物半导体产业链结构类似。
图：VCSEL产业链结构
目前，全球范围内主要的VCSEL供应商包括Finsar、Lumentum、PrincetonOptronics、ⅡⅥ等公司，它们在移动端VCSEL处于前沿的研发角色。具体的生产分为IDM和代工两种方式，在代工模式下，由IQE、全新、联亚光电等公司提供三五族化合物EPI外延片，然后由宏捷科、稳懋等公司进行晶圆制造，再经过联钧、矽品、同欣（基板）等公司的封测，便变成了独立的VCSEL器件。
图：Finsar的VCSEL应用于手机距离传感器
图：Finsar的VCSEL应用于手势识别
目前，致力于移动端小型化VCSEL方案设计的公司主要包括Finsar、Lumentum、PrincetonOptronics（已被AMS收购）、ⅡⅥ等国外光通信器件公司。国内方面光迅科技、华芯半导体具备中低端VCSEL的设计和生产能力，长春光机所在VCSEL技术研发方面有一定竞争力。但是整体而言，国内公司与海外巨头相比差距较大。
图：光迅科技10G速率VCSEL收发合一光模块
图：长春光机所研发出795nm的VCSEL
近年来，国内在VCSEL方面开始出现优秀的创业型公司，比如2016年1月创立于美国硅谷的纵慧光电，已经做出了具备高效率、高性能的VCSEL芯片产品，涵盖了850纳米和940纳米这两个波段，有望应用于3D视觉消费级市场。
图：纵慧光电生产的应用于3D深度传感的VCSEL芯片
图：纵慧光电生产的规则VCSEL阵列
图：Lumentum针对3D视觉推出的VCSEL光源方案
资料来源：中国报告网整理，转载请注明出处（GQ）
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