打通「晶元＋封裝＋光學集成」，瑞識科技發布全系列高性能VCSEL產品

摘要：瑞識科技（RAYSEES）重磅發布了全系列高性能VCSEL產品，有望大幅提升VCSEL技術的易用性，加速VCSEL在多種應用領域的滲入。瑞識科技目前已打通「晶元 封裝 光學集成」的全鏈條，掌握完全自主的晶元設計和光學整合優化等關鍵技術，擁有國內外技術發明專利幾十項。

摘要：瑞識科技（RAYSEES）重磅發布了全系列高性能VCSEL產品，有望大幅提升VCSEL技術的易用性，加速VCSEL在多種應用領域的滲入。瑞識科技目前已打通「晶元 封裝光學集成」的全鏈條，掌握完全自主的晶元設計和光學整合優化等關鍵技術，擁有國內外技術發明專利幾十項。

2017年，iPhone X的亮相讓提供人臉解鎖的3D感測技術成為行業熱門，也讓3D感測模塊中的核心半導體激光器VCSEL屢被業界提及。而就在近日，有行業專家在關於2020年新款iPhone的產品趨勢預測中再次表示，預期2020年下半年iPhone的3款新機都將配備前置3D攝像頭，當中2款新機會配備後置ToF攝像頭，同時配備前後VCSEL。

該位專家同時還預測稱，包括iPhone在內，配備前後VCSEL的手機出貨量，將在2020年顯著增長450%~500%，數量將增至7500萬到8000萬台。

另據集邦諮詢LED研究中心（LEDinside）最新紅外感測市場報告指出，在2019年智能手機整體出貨預估衰退的情況下，手機品牌廠商針對下半年旗艦機祭出規格競賽，3D感測模組成為其中一項重要配備，並將VCSEL作為其在未來機型中的官方標配。受此趨勢帶動，預估2019年手機3D感測中的VCSEL市場產值有望增長至11.39億美元。

隨著VCSEL技術的成熟，以其作為核心元件的光學感測技術進入了行業級應用，同時已在激光印表機、光學滑鼠、汽車激光雷達（LiDAR）、輔助駕駛、氣體感測器、活體檢測、虹膜識別、 AR/VR 、機器人視覺、醫療美容等領域得以初探，涉及行業上下游紛紛受益。有投資機構預測，VCSEL市場有望從2017年的3.3億美元增至2023年的35億美元，年複合增長率48%。

實際上，儘管VCSEL的商業機會被各界一致看好，但國內能量產VCSEL的廠商非常鮮有。該技術瓶頸較高，對晶元設計能力需求很高，同時受限於高昂成本、專利壁壘等因素，導致國內VCSEL發展速度遠不及預期。部分國內晶元設計廠家雖有涉足，但技術實力相對落後，良品率和可靠性不足，因而難以擺脫對國外成熟供應商的依賴。另外，在更多實際的應用中，客戶需要的是簡單易用、光電熱整體優化好的光源方案（封裝好的光晶元，並裝配好光學透鏡），而不是單獨的VCSEL光晶元。目前能提供完整光源方案的公司極少，很大程度上限制了VCSEL技術在應用端的滲透速度。

據麥姆斯諮詢報道，近日，專註於半導體光學領域的瑞識科技，重磅發布了自主研發的全系列高性能VCSEL產品，有望大幅提升VCSEL技術的易用性，加速VCSEL在多種應用領域的滲入。瑞識科技已打通「晶元 封裝 光學集成」的全鏈條，掌握完全自主的晶元設計和光學整合優化等關鍵技術，擁有國內外技術發明專利幾十項。2018年底，瑞識科技曾首次發布」高芯佔比「的VCSEL ToF模組，同時依託團隊獨創「1.5次光學集成技術」，開發了專門針對3D感測應用的FRay系列LED泛光源產品。

據了解，瑞識此次發布的VCSEL光源模組產品主要分為兩大系列，配備擴散片（Diffuser）元件封裝的TRay系列產品和VCSEL晶元直接封裝的VRay系列產品 （圖1）。產品的光功率覆蓋了從5mW到5W，波長規格除了850nm和940nm，同時還配置了808nm和795nm兩種規格供客戶選用。產品尺寸均與目前業內通用尺寸引腳兼容（pin to pin），產品適用性強。同時，產品的發光角度也有多種規格，可以滿足大部分客戶應用場景的需求。

圖1：瑞識科技VCSEL產品矩陣

除了規格齊全，瑞識VCSEL光源模組產品在性能和可靠性方面均處於行業領先水平。據瑞識科技產品負責人透露，瑞識科技量產的VCSEL晶元的光電轉換效率（PCE）已超過45%，封裝後的光源產品光電轉換效率超過40%。在產品可靠性方面，瑞識科技充分考慮了熱穩定性和結構穩定性，採用高導熱率的氮化鋁陶瓷基板，並在封裝工藝上針對VCSEL高熱密度特徵進行了優化，能保證晶元熱量高效率導出，提升產品的長期工作可靠性。同時，由於瑞識產品採用的基板均為一體式支架，支架和底部陶瓷基板一體成型，結構穩定，杜絕了支架和底部陶瓷基板剝離的風險。

圖2：瑞識科技VCSEL產品實物圖：TRay（左）、VRay Lens（中）、VRay?Flat（右）

值得一提的是，瑞識科技此次發布的系列VCSEL光源產品中所採用的核心元器件 - VCSEL晶元，是由該團隊自主研發生產、擁有完全知識產權、性能達到業界領先水平的產品。瑞識科技已經成功開發全系列VCSEL晶元產品。產品系列涵蓋了不同波長，包括850nm、940nm，光功率從幾毫瓦到數瓦（見圖3），應用場景從3D結構光到接近感測、紅外泛光源以及3D ToF感測。

圖3：瑞識科技VCSEL晶元產品系列實物圖

據瑞識科技晶元產品負責人賀永祥博士介紹，為滿足應用端對晶元性能的要求，瑞識科技團隊經過數輪對材料設計及加工工藝的優化，包括外延材料中的分布布拉格反射層的摻雜以及鄰近量子阱有源區的精細結構設計的優化，開發出光電轉換效率（PCE）高達52%、業界頂尖水平的VCSEL外延材料。基於頂尖性能的外延材料，瑞識科技VCSEL晶元系列產品性能全面達到業界領先水平。以可用於3D ToF的3W規則陣列VCSEL晶元為例，光電轉換效率（PCE）可高達45%，在6英寸晶圓上性能分布均勻，幾乎所有晶元都有40%或以上的轉換效率，並且在25℃到50℃溫度範圍內，關鍵光電性能相當穩定。瑞識科技在追求VCSEL晶元優異性能的同時，可靠性的優化也始終融入在外延材料的設計和製造工藝的設計之中。在已完成的VCSEL晶元加速老化和高溫高濕等可靠性測試中未見明顯劣化，等效壽命在正常使用條件下大於10年。

圖4：瑞識科技VCSEL晶元6英寸晶圓量產PCE分布圖（左圖）和產品光電曲線（右圖）

瑞識科技團隊具有豐富的VCSEL晶元量產供應鏈整合經驗，目前已完成從外延生長到晶圓製造，晶元性能測試，以及可靠性驗證等具有業界一流能力的本土供應鏈的整合，從而能夠提供晶元量產產能，品質管控以及量產良率的有力保證。同時，為了保證瑞識VCSEL光源模組的量產品質，瑞識科技在成立之初就自建了晶元封裝產線並已通過ISO9001質量體系認證，配置了專業的VCSEL光源的量產檢測設備，實現了對產品量產品質和供應鏈管理的自主掌控。

為更好服務客戶不同場景的各種應用需求，加速VCSEL技術的應用，瑞識科技建立了完整且反應快捷的定製化服務機制，客戶可以根據需求定製光源產品的尺寸、波長，封裝形式、發光角度和光功率。在Diffuser定製方面，瑞識科技與VIAVI公司合作，共同為客戶提供定製化的服務。VIAVI全球市場及銷售副總裁Sinclair Vass先生表示: 「我們非常願意跟瑞識科技一起，在Diffuser應用領域做更多的嘗試，通過VIAVI專業的Diffuser的設計和瑞識科技行業領先的VCSEL技術，實現更多富有挑戰的應用方式。」

「我們致力於打破國外製造商在核心半導體光器件行業壟斷的競爭格局，為中國行業創新發展貢獻力量。」瑞識科技CEO汪洋博士在採訪中表示，「光學 人工智慧」是第四次工業革命的核心，光學感測器是人工智慧數據的主要來源，我們正在進入消費光子的時代。作為消費光子領域的創新者和推動者，瑞識科技秉承工匠精神，追求極致工藝和產品可靠性，努力讓先進光學技術走進我們每個人的生活當中。以 「晶元 封裝 光學集成」三大核心技術，瑞識科技將為客戶提供真正好用、便宜、可量產的半導體光源產品和光學解決方案。

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