36氪首发 | 研发高性能可量产VCSEL芯片,「睿熙科技」完成亿元级别融资

阅读  ·  发布日期 2018-08-16  ·  金人网络
随着当前光学相关的技术从二维向三维转变, VCSEL的重要性日益凸显。

2017年iPhoneX发布,深度相机走红,VCSEL这一不太被普通大众熟知的元器件开始受到关注。

VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser),全称垂直共振腔表面发射激光器,上世纪90年代技术成熟开始逐渐被应用。随着当前光学相关的技术从二维向三维转变, 以LED(发光二极管)为主的红外光源已不再适用,VCSEL的重要性日益凸显。

但长期以来,VCSEL的核心技术,如可调谐VCSEL技术、VCSEL阵列技术和电流限制技术,均被美日少数国际厂商把控,仅Broadcom(Avago)、住友电工、Finisar 和Lumentum 等公司实现了高端产品的商业化量产。国内一直未有高良率、高可靠性的量产VCSEL产品。

我们近期接触的睿熙科技,由多名在VCSEL设计、外延生长、关键制程工艺开发、销售方面超过20年经验的技术人才创办,主要做VCSEL芯片及衍生产品的研发及量产。

团队表示,目前公司已经完成适用于手机等消费电子的第三代芯片,于2018年量产,达到国际主流大厂水平,并成为舜宇光学推荐的唯一国产VCSEL芯片;同时,公司正在研发适用于数据中心及5G通讯的4×25Gbps(100Gbps) VCSEL芯片,预计2019年实现送样、量产。

全球范围内能够量产VCSEL的厂商仅Avago、住友电工、Finisar 、Lumentum 、Princeton Optronics、Heptagon、Ⅱ-Ⅵ几家,国内一直缺少高端VCSEL产品,一个重要的原因就是高技术门槛。

概括来说, VCSEL综合了半导体材料、激光物理、半导体制造工艺、高速射频电子和光学技术等学科。不仅芯片结构复杂,而且需要在使用比硅材料脆弱及本征缺陷度高的砷化镓材料的情况下,满足高性能和高可靠性要求。

从结构上来看,VCSEL芯片结构复杂,一般在有源层上下靠晶体外延生长形成几十层几十到几百纳米厚度不等的镜面、氧化层和其它结构层,再通过几十道半导体制造工序才可完成。VCSEL芯片的制备材料是砷化镓材料,与主流电芯片所使用的成熟的硅材料相比,其本征缺陷度要高2个数量级。在制备的过程中,应力及制造过程导致的晶体缺陷产生的概率也要远高于基于硅材料的普通的电芯片。在芯片工作状态,一旦晶体缺陷在高温、高电流的刺激下,破裂生长超过一定数值,或到达有源区,芯片就会失效。

优秀的VCSEL芯片设计需满足高性能和高可靠性要求,涉及有源层材料、结构应力、结构散热等与材料及结构有关的优化,亦依赖于外延生长及关键制造工艺的优化。举例来说,VCSEL芯片往往都工作在强电状态,其单位体积承受的电量密度要大幅高于使用硅的电芯片,这就意味着VCSEL要承受更多的光子和电流密度,并要能保证产品的长期工作的可靠性。

另一方面 ,全球范围内具备VCSEL芯片生产制程能力的III-V 族材料代工厂数量也不多,睿熙使用的是更高性价比、更符合消费电子使用场景的6寸芯片,具备高品质生产能力的主流厂商目前仅有两家。目前,睿熙已与两家公司达成合作。

此外,成熟VCSEL产品在可靠性工艺方面往往需多年积累和无数纠错实验,才能做到低成本、高性能、高良率,高可靠性的大批量产业化,需要从业者有工业界多年累积的丰富经验和迅速解决问题的能力。睿熙科技团队有多年VCSEL产业经验。团队表示,睿熙创始团队包括业界顶级VCSEL专家、世界500强VCSEL晶圆厂负责人,以及世界500强全球供应链技术质量部技术负责人兼首席激光专家;创始人从事VCSEL设计、外延生长、关键制程工艺开发超过20年,经验覆盖自研发制造至市场销售全链条。

市场方面,当前VCSEL主要的应用场景有两类:光通信系统和3D成像模块。团队虽然是光通信背景,但睿熙科技前期选择从消费电子产品的3D成像模块切入。团队分析,手机3D成像模块市场留给VCSEL厂商的时间窗口有限,明年行业可能会大批量出货,从这个方向切入是一个好的突破点;另外,数据通信行业产业链相对比较稳定且封闭,认证周期相对较长,需要1年至1年半。

目前公司已经完成适用于手机等消费电子的第三代芯片,于2018年量产,达到国际主流大厂水平,并成为舜宇光学推荐的唯一国产VCSEL芯片,现阶段正与手机厂商洽谈合作意向。

同时,团队也在研发适用于数据中心和5G通讯的4×25Gbps(100Gbps) VCSEL芯片,25G高速VCSEL和PD在2018年已推出高性能样品,正在做量产准备,预计2019年实现送样、量产。目前也在与海信、旭创、阿里等厂商接洽。

如上文所说,长期以来,VCSEL芯片被Broadcom(Avago)、住友电工、Finisar 和Lumentum 等美日少数国际厂商把控。在实现产品量产后,睿熙科技与这些厂商的竞争不可避免。为此,睿熙科技制定了相应的四个阶段的策略:① 性能追平;②品质管控;③保证量产能力;④ 降低成本。团队表示,依靠良率的改进,会将芯片的成本控制在非常有竞争力的价格范围内。

芯片公司的发展往往有赖于行业的市场规模。根据麦姆斯咨询统计,2015年全球VCSEL的市场规模为9.5亿美元,占红外光源总市场规模的21%,随着VCSEL成本的逐步降低以及在消费电子领域的逐渐渗透,至2022年VCSEL的市场份额将激增至45%,市场规模有望达到31.2亿美元,年复合增长率可达17.3%。 此外,物联网尤其是涉及3D感知的产品的快速发展,也有可能提供新的市场。

现阶段,睿熙科技已在美国和杭州设立全资控股子公司。公司曾于2017年9月获得舜宇V基金天使轮融资,于2018年8月获得达晨、天创PreA轮融资,两轮融资合计亿元级别,将主要用于芯片量产。

从VCSEL芯片的投资逻辑来看,除了有独立上市的可能外,近年来数据中心快速扩张,但可靠的VCSEL供应资源不多,系统商思科、华为和网络服务商Google、Facebook、Amazon 等出于降低成本的需求,也有可能成为战略投资人或者收购方。