36氪首發| 研發高性能可量產VCSEL芯片，「睿熙科技」完成億元級別融資

隨著當前光學相關的技術從二維向三維轉變， VCSEL的重要性日益凸顯。

2017年iPhoneX發布，深度相機走紅，VCSEL這一不太被普通大眾熟知的元器件開始受到關注。

VCSEL（Vertical Cavity Surface Emitting Laser），全稱垂直共振腔表面發射激光器，上世紀90年代技術成熟開始逐漸被應用。隨著當前光學相關的技術從二維向三維轉變， 以LED（發光二極管）為主的紅外光源已不再適用，VCSEL的重要性日益凸顯。

但長期以來，VCSEL的核心技術，如可調諧VCSEL技術、VCSEL陣列技術和電流限制技術，均被美日少數國際廠商把控，僅Broadcom（Avago）、住友電工、Finisar 和Lumentum 等公司實現了高端產品的商業化量產。國內一直未有高良率、高可靠性的量產VCSEL產品。

我們近期接觸的睿熙科技，由多名在VCSEL設計、外延生長、關鍵製程工藝開發、銷售方面超過20年經驗的技術人才創辦，主要做VCSEL芯片及衍生產品的研發及量產。

團隊表示，目前公司已經完成適用於手機等消費電子的第三代芯片，於2018年量產，達到國際主流大廠水平，並成為舜宇光學推薦的唯一國產VCSEL芯片；同時，公司正在研發適用於數據中心及5G通訊的4×25Gbps(100Gbps) VCSEL芯片，預計2019年實現送樣、量產。

全球範圍內能夠量產VCSEL的廠商僅Avago、住友電工、Finisar 、Lumentum 、Princeton Optronics、Heptagon、Ⅱ-Ⅵ幾家，國內一直缺少高端VCSEL產品，一個重要的原因就是高技術門檻。

概括來說， VCSEL綜合了半導體材料、激光物理、半導體製造工藝、高速射頻電子和光學技術等學科。不僅芯片結構複雜，而且需要在使用比矽材料脆弱及本徵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。

從結構上來看，VCSEL芯片結構複雜，一般在有源層上下靠晶體外延生長形成幾十層幾十到幾百納米厚度不等的鏡面、氧化層和其它結構層，再通過幾十道半導體製造工序才可完成。VCSEL芯片的製備材料是砷化鎵材料，與主流電芯片所使用的成熟的矽材料相比，其本徵缺陷度要高2個數量級。在製備的過程中，應力及製造過程導致的晶體缺陷產生的概率也要遠高於基於矽材料的普通的電芯片。在芯片工作狀態，一旦晶體缺陷在高溫、高電流的刺激下，破裂生長超過一定數值，或到達有源區，芯片就會失效。

優秀的VCSEL芯片設計需滿足高性能和高可靠性要求，涉及有源層材料、結構應力、結構散熱等與材料及結構有關的優化，亦依賴於外延生長及關鍵製造工藝的優化。舉例來說，VCSEL芯片往往都工作在強電狀態，其單位體積承受的電量密度要大幅高於使用矽的電芯片，這就意味著VCSEL要承受更多的光子和電流密度，並要能保證產品的長期工作的可靠性。

另一方面，全球範圍內具備VCSEL芯片生產製程能力的III-V 族材料代工廠數量也不多，睿熙使用的是更高性價比、更符合消費電子使用場景的6寸芯片，具備高品質生產能力的主流廠商目前僅有兩家。目前，睿熙已與兩家公司達成合作。

此外，成熟VCSEL產品在可靠性工藝方面往往需多年積累和無數糾錯實驗，才能做到低成本、高性能、高良率，高可靠性的大批量產業化，需要從業者有工業界多年累積的豐富經驗和迅速解決問題的能力。睿熙科技團隊有多年VCSEL產業經驗。團隊表示，睿熙創始團隊包括業界頂級VCSEL專家、世界500強VCSEL晶圓廠負責人，以及世界500強全球供應鏈技術質量部技術負責人兼首席激光專家；創始人從事VCSEL設計、外延生長、關鍵製程工藝開發超過20年，經驗覆蓋自研發製造至市場銷售全鏈條。

市場方面，當前VCSEL主要的應用場景有兩類：光通信系統和3D成像模塊。團隊雖然是光通信背景，但睿熙科技前期選擇從消費電子產品的3D成像模塊切入。團隊分析，手機3D成像模塊市場留給VCSEL廠商的時間窗口有限，明年行業可能會大批量出貨，從這個方向切入是一個好的突破點；另外，數據通信行業產業鏈相對比較穩定且封閉，認證週期相對較長，需要1年至1年半。

目前公司已經完成適用於手機等消費電子的第三代芯片，於2018年量產，達到國際主流大廠水平，並成為舜宇光學推薦的唯一國產VCSEL芯片，現階段正與手機廠商洽談合作意向。

同時，團隊也在研發適用於數據中心和5G通訊的4×25Gbps(100Gbps) VCSEL芯片，25G高速VCSEL和PD在2018年已推出高性能樣品，正在做量產準備，預計2019年實現送樣、量產。目前也在與海信、旭創、阿里等廠商接洽。

如上文所說，長期以來，VCSEL芯片被Broadcom（Avago）、住友電工、Finisar 和Lumentum 等美日少數國際廠商把控。在實現產品量產後，睿熙科技與這些廠商的競爭不可避免。為此，睿熙科技制定了相應的四個階段的策略：① 性能追平；②品質管控；③保證量產能力；④ 降低成本。團隊表示，依靠良率的改進，會將芯片的成本控制在非常有競爭力的價格範圍內。

芯片公司的發展往往有賴於行業的市場規模。根據麥姆斯諮詢統計，2015年全球VCSEL的市場規模為9.5億美元，佔紅外光源總市場規模的21%，隨著VCSEL成本的逐步降低以及在消費電子領域的逐漸滲透，至2022年VCSEL的市場份額將激增至45%，市場規模有望達到31.2億美元，年復合增長率可達17.3%。此外，物聯網尤其是涉及3D感知的產品的快速發展，也有可能提供新的市場。

現階段，睿熙科技已在美國和杭州設立全資控股子公司。公司曾於2017年9月獲得舜宇V基金天使輪融資，於2018年8月獲得達晨、天創PreA輪融資，兩輪融資合計億元級別，將主要用於芯片量產。

從VCSEL芯片的投資邏輯來看，除了有獨立上市的可能外，近年來數據中心快速擴張，但可靠的VCSEL供應資源不多，系統商思科、華為和網絡服務商Google、Facebook、Amazon 等出於降低成本的需求，也有可能成為戰略投資人或者收購方。

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