消费级设备为主的940 nm VCSEL芯片外延技术及市场

垂直腔面发射激光器

01

垂直腔面发射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL）自1977年诞生以来，就一直备受关注。 相比于其他类型激光器，VCSEL具有体积小、圆形输出光斑、可单纵模输出、阈值电流小、价格低廉、易集成为大面积阵列等优点。

在1996年VCSEL首次应用到光通信后，更是得到了迅猛的发展。尤其在短距离光通信领域850 nm VCSEL成为了理想的光源之一。而在2017年，随着带有3D人脸识别功能的最新一代苹果手机的发布，VCSEL真正进入公众视野 。其中实现3D人脸识别的光源为940 nm VCSEL，至此，VCSEL的波长研发重点，由以光通信为主的850 nm慢慢转向以应用于消费级设备为主的940 nm，人们发现在更多的应用场景下VCSEL也有极其优越的表现，例如在AR、VR、汽车智能辅助驾驶和人工智能机器人。

虽然目前940 nm VCSEL的应用前景巨大，但是2017年以前制造VCSEL的关键技术还基本掌握在国外公司手中，尤其在外延技术方面，国内很多的科研院所和企业都是通过高昂的价格从国外公司购买外延片，这样无形中就增加了产业化的难度。

华芯半导体科技有限公司与北京工业大学激光工程研究院合作在2017年开发出基于完全自主开发外延生长技术的VCSEL产品并投入量产。在完全自主研制940 nm VCSEL的过程中，发现VCSEL结构的合理设计，通过金属有机化合物气相外延（MOCVD）技术对材料进行精准生长以及复杂的芯片工艺是能否成功研制出VCSEL的关键。特别是材料的外延生长，一颗完整的VCSEL芯片就包括大约200层外延层，最薄外延层仅为几纳米，精准控制每层外延层的厚度、调制掺杂分布和组分均匀性的同时生长获得高质量低缺陷密度晶体，使之能够长期稳定工作在数十倍常规LED工作电流密度条件下是获得高性能、长寿命产品级VCSEL的关键。

垂直腔面发射激光器的外延生长

02

下图为940 nm VCSEL的外延结构示意图 ，主要的构成部分为上下分布式布拉格反射镜（DBR）和谐振腔。激射过程为，首先在有源区部分将电子空穴对转化为光子，之后在谐振腔中不断放大，最后在DBR反射率较低的一面激射出激光。而这其中最为重要的是位于谐振腔中将电子空穴对转化为光子的有源区。目前，常规获得940nm波段输出的VCSEL是采用InGaAs/AlGaAs量子阱体系，而华芯采用了更为先进的InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱体系作为有源区材料，在获得高增益、低阈值电流密度的同时降低了量子阱内系统应力，提高了器件可靠性。

VCSEL结构示意图

940 nm 4寸VCSEL外延片F-PDIPmapping

对于VCSEL来说，另外一个重要的部分为DBR。只有上下DBR的反射率足够大，才可以使得有源区所产生光子能够在谐振腔内不断振荡放大。940 nm VCSEL的DBR是由两种不同Al组分的AlxGa1-xAs材料组成的高反射率膜系，而获得低串联电阻DBR是获得高光电转换效率VCSEL的关键所在。目前，用于3D感测的940 nmVCSEL要求芯片的光电转换效率35%以上，为此，华芯采用调制掺杂结合Delta掺杂的方式有效抑制DBR中异质结界面带阶压降，最终实现高质量VCSEL的全结构生长。

垂直腔面发射激光器的芯片工艺

03

VCSEL的外延完成之后要经过复杂的芯片工艺来制得940 nm VCSEL芯片， 其工艺过程包括多次清洗、光刻、干法刻蚀、金属化工艺以及一次湿法氧化工艺。在VCSEL台面刻蚀过程中引入了拥有断点监控功能的刻蚀设备来保证刻蚀的精确程度。由于需要多次的台面刻蚀工艺，外延片不同位置的台面刻蚀深度直接影响到芯片器件的性能参数，因此保证外延片的刻蚀均匀性至关重要。在金属电极工艺中，N面电极金属膜和P面电极金属膜的制作主要有两种方式：电子束蒸发镀膜和磁控溅射镀膜。N面金属电极成分为AuGeNi合金，P面金属电极使用的是TiPtAu，然后通过不同温度和时间在氮气氛围下的快速退火形成良好的欧姆接触。

湿法氧化工艺是VCSEL芯片制造中最关键的工艺，外延结构中高铝组分氧化层通过湿法氧化工艺后变成低折射率、高绝缘性的Al2O3形成有效的光场和电场限制。氧化孔径的大小和形状影响着VCSEL器件的很多性能参数，如VCSEL的阈值电流大小、光功率大小、串联电阻大小等。湿法氧化工艺时，通过控制氮气气体流量、腔室内加热温度来控制氧化速率，保证氧化速率的稳定性，从而达到用时间精准控制氧化孔径大小的目的，同时还使用红外光源的CCD用于实时观察氧化情况，保证氧化工艺的成功率。

VCSEL芯片制程示意图

VCSEL产品的国产化

04

940nm VCSEL的发展标志着VCSEL从传统的光通讯领域应用扩展到消费电子领域。仅以手机为例，2017年全球手机的出货量超过14亿部，如果IPHONEX引领基于3D sensor应用成为标配，1部智能手机上将至少装备2颗瓦级VCSEL芯片，VCSEL芯片的市场规模从十亿级人民币扩展到百亿级人民币。据专业机构YOLE预测2018年至2022年，随着其应用领域进一步扩展到VR/AR和汽车雷达市场，全球VCSEL模组市场将以37.7%的年增长率（YoY）快速增长并达到90亿美元。

作为940 nmVCSEL芯片核心设备MOCVD的全球仅有的2个供应商，美国的Veeco和德国Axtrion公司一致预测，2022年全球将有250台左右量产型机台专门生长VCSEL所需外延片，达到当前全球LED市场所需MOCVD机台数的1/6左右。而至截稿时间为止全球范围内用于940 nmVCSEL生长的量产型MOCVD机台数全球范围内小于20台，国内更是屈指可数。

VCSEL市场规模的爆发增长，使得各个VCSEL制造厂家迅速将VCSEL开发重点从850 nm转移到940 nm，积极扩大产能，以弥补当前产能的严重不足。在此背景下，国内的VCSEL芯片制造行业将朝着VCSEL基础材料生长研发和高质量国产化的方向不断发展以应对市场需求，以华芯半导体科技公司为例在原有光通讯用850 nmVCSEL芯片外延技术的基础上上成功实现了手机用940 nmVCSEL高功率TOF和结构光芯片的国产化，其性能可与国外顶尖公司产品相媲美。同时国内多家公司也积极在此领域布局，如光讯科技等老牌光通讯企业已完成高性能样品供手机厂商评估，如纵慧光电、全垒光电等新兴公司也在积极订购MOCVD加入到VCSEL国产化队伍中。

我们有理由相信，国内企业940 nmVCSEL芯片产业化基础与我国手机生产第一大国的优势资源相结合，国产VCSEL芯片必将继LED芯片之后，再一次成为全球光电芯片的决定性力量。

华芯940 nm单发光区VCSEL 芯片性能曲线（左）3D感测用结构光阵列VCSEL芯片（右）

华芯940 nm单发光区VCSEL 芯片性能曲线（左）3D感测用结构光阵列VCSEL芯片（右）

昨夜今晨：华为将推出5W超低功耗5G基站 三星Exynos 2400芯片发布

2023年10月7日 驱动中国昨夜今晨

三星发布Exynos 2400芯片 支持光追和卫星通信

三星昨日发布Exynos 2400芯片，其配备基于AMD最新RDNA3架构的Xclipse 940 GPU，支持改进的游戏和光线追踪性能，并且提供强悍的AI性能，可以在本地实现文本生成图片。性能方面，该芯片的CPU比Exynos 2200提升70%，AI处理能力提升14.7倍。值得一提的是，其兼容NB-IoT（窄带物联网）和NTN（非地面网络技术），可以为智能手机提供卫星通信。

华为将推出5W超低功耗5G基站

华为官宣第十四届全球移动宽带论坛将于10 月 10 日-11日在迪拜阿联酋举办，华为将在该论坛推出5W超低功率的5G基站，号称业界独家 0 Bit 0 Watt，支持 99% 深度睡眠、按需唤醒、毫秒级关断。

孟晚舟卸任轮值董事长 胡厚崑接任

华为官网发布轮值董事长的当值公告，2023年10月1日～2024年3月31日期间由胡厚崑先生当值轮值董事长。轮值董事长在当值期间是公司最高领袖，主持公司董事会及董事会常务委员会。

余承东称界新M7起死回生 首销已超过5万台

华为常务董事、终端BG CEO、智能汽车解决方案董事长余承东在朋友圈谈及了问界新M7的销量情况。他表示，10月6日问界新M7大定达到了7000台，昨天3500台，两天超过1万台。9月12日新M7发布至今，首销已超过5万台大定。“起死回生，真不容易！”余承东说道。

小米汽车将开发增程版本

36氪独家消息称，小米汽车已确定开发增程式电动车，“已经规划了相关的增程产品，也在寻找增程车的产品突破点”。消息人士透露，小米汽车目前有多代平台在研发推进，一代平台将于明年上市，二代平台计划于2025年推出，而从时间进度看，增程车的推出节点可能在二代平台之后。

传三星将上调NAND出货价格约10%

韩媒报道称，三星内部认为目前NAND Flash供应价格过低，公司计划今年四季度起，调涨NAND Flash产品的合约价格，涨幅在10%以上，预计最快本月新合约便将采用新价格。

传OpenAI已物色收购AI芯片开发公司 以解决芯片供应短缺问题

消息人士透露，OpenAI正在探索制造自研人工智能芯片，以解决其所依赖的昂贵AI芯片短缺的问题，目前已开始评估潜在的收购目标。伯恩斯坦分析师斯泰西•拉斯贡分析显示，如果ChatGPT的搜索量增长到谷歌搜索量的十分之一，每年将需要大约价值481亿美元的GPU以及价值约160亿美元的芯片来维持运行。

台积电今年1-9月份营收下降6.2%

台积电10月6日公布，2023年9月营收约为1804.3亿元新台币，环比下降4.4%，同比下降13.4%；2023年1-9月营收约为15362.1亿元新台币，同比下降6.2%。

库克抛售51.1万股苹果股票 兑现约4100万美元

美国证券交易委员会的文件显示，苹果首席执行官库克出售了51.1万股股票，税后价值约4100万美元，这是他两年来规模最大的一次出售。

库克发文缅怀乔布斯病逝12周年

美国当地时间10 月 5 日，苹果现任首席执行官蒂姆・库克在推特平台发布推文，怀念史蒂夫・乔布斯去世12周年。他在推文中写道：“缅怀一位用于挑战传统的先驱者、一位改变世界的远见者、一位人生中的导师和一位我的挚友。我们想念你，史蒂夫”。

微软计划下周完成对动视暴雪的收购

微软计划下周敲定以687亿美元收购动视暴雪的交易。一位熟悉微软收购计划的消息人士告诉The Verge网站，该公司将把10月13日（周五）作为收购《使命召唤》制作商动视暴雪的最后一天，并在这一天向全世界宣布长达20个月的收购进程已经结束。

特斯拉部分车型在美降价

据特斯拉美国官网显示，该公司在美国降低部分车辆价格，将Model 3在美国的价格从40,240美元降至38,990美元。将Model Y长续航版在美国的价格从50,490美元降至48,490美元。

相关问答

940nm透过率最好的材料?

1.较高。2.这是因为940nm波长处于红外光谱范围,而人眼对红外光的感知能力较弱,所以在940nm波长下,物体对光的吸收较少,透光率相对较高。3.的高度使其在红...

940nm透光率?

940nm是红外光谱中的一种波长,透光率是指材料对该波长的光线透过程度。透光率取决于材料的特性和结构。对于大多数常见材料,如玻璃、塑料和金属,它们对940nm的...

三菱触摸屏软件GTDesigner3是不是不支持F940的触摸屏?GTDesigner2支持?

三菱触摸屏软件GTDesigner3不支持F940的触摸屏.三菱触摸屏软件GTDesigner2支持F940的触摸屏.USB转接的COM线,品牌和质量参差不齐。有好多即使能通讯,也不...

智能摄像头小兴看看mini今年又升级了，在功能上有什么变化?

打开手机,家中状况犹如就在眼前。针对以往摄像头在弱光或者黑夜环境下,拍摄模糊噪点多的普遍痛点,小兴看看mini升级版专门采用更先进的红外灯芯,940纳米增强...

帮个忙哪位大神！谁能回答：昆明经开区红外监控厂家，红外监...

[回答]红外线穿透PC表面颜色一般是黑色的,屏蔽可见光干扰,穿透率可达93%,它是近红外波段穿透塑料,所以主要波长有808nm,850nm,905nm,940nm,1064nm,也有不...

三菱F940WGOT-TWD-E供应三菱触摸屏好用吗

[回答]产品品牌:欧姆龙产品名称:扩展底板产品型号:CS1W-BI10210槽,可以安装10个模块。只能用于CS系列PLC的模块。两个扩展装置系列,长度多达50米,适用于长...

怎样学习plc通讯?

如上图(c)所示。其中A端和B端都可以一边发送数据,一边接收数据。4.串行通信接口标准(1)RS-232C串行接口标准。RS-232C是1969年由美国电子工业协会公布的串...

硅光电池对入射光的波长有何要求-其恩酱的回答-懂得

硅光电池对入射光的波长接受如下:硅片接受的光谱是320-1100nm,峰值波长是850或者是940,硅片掺杂工艺不同。材料不同,峰值不同,还有750的。硅光电池...

日本的10式坦克应用了哪些先进技术?

兔哥回答:也许是对日本制造业的迷信,还是日本的电子产品曾经充持我国的各大商场,日本的摩托车风迷全球,因此使我们甚至跑到日本去买我们生产的马筒盖;仿佛日...

求宏基ms2361具体配置-ZOL问答

显卡芯片:NVIDIAGeForce9300MGS操作系统:Linux光驱类型:DVD刻录机支持DV...蓝牙:支持有线网卡:1000Mbps以太网卡基本参数上市时间:2009年0...