國產(chǎn)尖端芯片再下一城

睿，有智慧，看得深遠(yuǎn)；熙，光明、興旺。寧波睿熙科技有限公司名字的寓意便在于，其產(chǎn)品定位在光通訊及正在興起的人工智能視覺領(lǐng)域的核心光器件，也就是VCSEL。

2017年秋，蘋果公司發(fā)布i-PhoneX，深度相機(jī)由此走紅，VCSEL這一不太被普通大眾熟知的元器件開始受到關(guān)注。隨后，由多名在VCSEL設(shè)計(jì)、外延生長、關(guān)鍵制程工藝開發(fā)、銷售方面超過20年經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人才創(chuàng)辦的寧波睿熙科技有限公司開始走進(jìn)大眾視野。

激光雷達(dá)工作示意圖

勇破困局：唯一國產(chǎn)VCS EL芯片

VCSEL（VerticalCavity Surface Emitting Laser），全稱為垂直共振腔表面發(fā)射激光器，20世紀(jì)90年代發(fā)展成熟隨后逐漸被應(yīng)用。由于當(dāng)前光學(xué)相關(guān)的技術(shù)從二維向三維轉(zhuǎn)變，以LED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(shù)，如可調(diào)諧VCSEL技術(shù)、VCSEL陣列技術(shù)和電流限制技術(shù)，均被美日少數(shù)國際廠商把控。目前，僅Broadcom（Avago）、住友電工、Finisar和Lumentum等公司實(shí)現(xiàn)了高端產(chǎn)品的商業(yè)化量產(chǎn)。國內(nèi)一直未有高良率、高可靠性的量產(chǎn)VCSEL產(chǎn)品，其中一個重要的原因就是VCSEL過高的技術(shù)門檻。

睿熙創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)包括業(yè)界頂級VCSEL專家、世界500強(qiáng)VCSEL晶圓廠負(fù)責(zé)人，以及世界500強(qiáng)全球供應(yīng)鏈技術(shù)質(zhì)量部技術(shù)負(fù)責(zé)人兼首席激光專家。創(chuàng)始人從事VCSEL設(shè)計(jì)、外延生長、關(guān)鍵制程工藝開發(fā)超過20年，經(jīng)驗(yàn)覆蓋自研發(fā)制造至市場銷售全鏈條，其創(chuàng)業(yè)初心便是致力于VCSEL芯片及衍生產(chǎn)品的研發(fā)及量產(chǎn)。

團(tuán)隊(duì)表示，目前公司已經(jīng)完成適用于手機(jī)等消費(fèi)電子的第三代芯片，并于2018年量產(chǎn)，產(chǎn)品達(dá)到國際主流大廠水平，成為舜宇光學(xué)推薦的唯一國產(chǎn)VCSEL芯片。同時，公司正在研發(fā)適用于數(shù)據(jù)中心及5G通訊的4×25Gbps(100Gbps)VCSEL芯片，預(yù)計(jì)2019年實(shí)現(xiàn)送樣、量產(chǎn)。

芯片達(dá)人：“脆弱”材料挑戰(zhàn)升級

概括來說，VCSEL綜合了半導(dǎo)體材料、激光物理、半導(dǎo)體制造工藝、高速射頻電子和光學(xué)技術(shù)等學(xué)科。不僅芯片結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且需要在使用比硅材料脆弱及本征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(jié)構(gòu)上來看，VCSEL芯片結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般在有源層上下靠晶體外延生長形成幾十層中幾十到幾百納米厚度不等的鏡面、氧化層和其他結(jié)構(gòu)層，再通過幾十道半導(dǎo)體制造工序才可完成。VCSEL芯片的制備材料是砷化鎵材料，與主流電芯片所使用的成熟的硅材料相比，其本征缺陷度要高2個數(shù)量級。在制備的過程中，應(yīng)力及制造過程導(dǎo)致的晶體缺陷產(chǎn)生的概率也要遠(yuǎn)高于基于硅材料的普通的電芯片。在工作狀態(tài)中的芯片，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(shù)值，或到達(dá)有源區(qū)，就會失效。

因此，優(yōu)秀的VCSEL芯片設(shè)計(jì)涉及有源層材料、結(jié)構(gòu)應(yīng)力、結(jié)構(gòu)散熱等與材料及結(jié)構(gòu)有關(guān)的優(yōu)化，亦依賴于外延生長及關(guān)鍵制造工藝的優(yōu)化。比如，VCSEL芯片往往都在強(qiáng)電狀態(tài)工作，其單位體積承受的電量密度要大幅高于使用硅的電芯片，這就意味著VCSEL要承受更多的光子和電流密度，并要能保證產(chǎn)品的長期工作的可靠性。

市場大戰(zhàn)：無懼競爭完成億元級融資

如上所述，長期以來，VCSEL芯片被Broadcom（Avago）、住友電工等美日少數(shù)國際廠商把控。因此在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品量產(chǎn)后，睿熙科技無法避免與這些廠商的市場競爭。為此，公司制定了相應(yīng)的四個階段的策略：性能追平、品質(zhì)管控、保證量產(chǎn)能力、降低成本。團(tuán)隊(duì)表示，依靠良率的改進(jìn)，會將芯片的成本控制在非常有競爭力的價格范圍內(nèi)。

縱觀市場，當(dāng)前VCSEL主要的應(yīng)用場景有兩類：光通信系統(tǒng)和3D成像模塊。團(tuán)隊(duì)雖然是光通信背景，但前期選擇從消費(fèi)電子產(chǎn)品的3D成像模塊切入。團(tuán)隊(duì)分析，手機(jī)3D成像模塊市場留給VCSEL廠商的時間窗口有限，明年行業(yè)可能會大批量出貨，從這個方向切入是一個好的突破點(diǎn)；另外一方面的原因是，數(shù)據(jù)通信行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈相對比較穩(wěn)定且封閉，認(rèn)證周期相對較長，需要1年至1年半。

目前公司已經(jīng)完成適用于手機(jī)等消費(fèi)電子的第三代芯片，并于2018年量產(chǎn)。根據(jù)麥姆斯咨詢統(tǒng)計(jì)，2015年全球VCSEL的市場規(guī)模為9.5億美元，占紅外光源總市場規(guī)模的21%，隨著VCSEL成本的逐步降低以及在消費(fèi)電子領(lǐng)域的逐漸滲透，至2022年VCSEL的市場份額將激增至45%，市場規(guī)模有望達(dá)到31.2億美元，年復(fù)合增長率可達(dá)17.3%。

現(xiàn)階段，睿熙科技已在美國和杭州設(shè)立全資控股子公司。公司曾于2017年9月獲得舜宇V基金天使輪融資，于2018年8月獲得達(dá)晨、天創(chuàng)PreA輪融資，兩輪融資合計(jì)億元級別，將主要用于芯片量產(chǎn)。從VCSEL芯片的投資邏輯來看，除了有獨(dú)立上市的可能外，近年來數(shù)據(jù)中心快速擴(kuò)張，但可靠的VCSEL供應(yīng)資源不多，系統(tǒng)商思科、華為和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商 Google、Facebook、A-mazon等出于降低成本的需求，也有可能成為戰(zhàn)略投資人或者收購方。