深剖VCSEL核心技术，产业协同“激”发无限可能
2021-12-19 21:03:45   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

近年来，从数据通信到智能手机，从智能家居到自动驾驶，VCSEL应用不断“开疆拓土”，有望成为下一波科技浪潮的主流光源。随着5G的普及，VCSEL将会开发出更多应用场景，需求量也会水涨船高。从整个VCSEL产业来看，国内企业要想在VCSEL领域实现新突破，需要进一步打通材料、设计、制造、封测等产业链环节。

为满足VCSEL及半导体光源领域从业人员的进修需求，2021年11月19日至21日，麦姆斯咨询特开设专题培训课程——《第38期“见微知著”培训课程：VCSEL技术及应用》，邀请了多位国内VCSEL头部企业技术专家和高校学者，为学员们悉心传授VCSEL核心技术与关键环节，共同把脉VCSEL未来发展趋势。

课程一：VCSEL技术及产业综述

老师：瑞识科技（深圳）有限公司 联合创始人兼副总经理 贺永祥

从光通信到光传感，VCSEL技术及产业正在快速发展。贺永祥老师拥有二十余年的半导体光芯片研发和生产经验，对VCSEL技术和市场有着深刻的认知和理解。在《VCSEL技术及产业综述》课程中，他从半导体激光器入手，详细讲解了VCSEL基本知识、核心技术、产品应用及市场趋势。针对如何利用VCSEL实现光传感系统优化，贺永祥老师指出，关键要以具体应用场景需求为出发点，将VCSEL的优势与光传感系统各部分进行闭环优化，并加强与产业链各部分的协同，致力于走出一条“芯片+封装+光学集成”全产业链发展路线。从技术到应用，瑞识科技认为掌握完全自主的芯片设计和光学整合优化等核心技术，将是国内VCSEL企业打破国外核心半导体光器件行业垄断的关键路径。

课程二：半导体激光芯片材料

老师：江苏华兴激光科技有限公司 总经理 罗帅

芯片材料是半导体产业的基石，随着技术与应用的驱动，半导体激光器正朝向发射波长更短、发射功率更大、尺寸更小、寿命更长的方向发展。在《半导体激光芯片材料》课程中，罗帅老师从半导体激光芯片材料入手，详细讲解了材料外延技术（MOCVD、MOMBE）及相关工艺设备，并结合QCL量子级联激光器、超晶格探测器、GaAs功率放大器等，对各类外延材料、技术和工艺差异做了详尽的对比分析。接着，罗帅老师分享了激光芯片设计、微纳光刻技术和材料检测技术相关知识，并结合多款产品案例，向学员展示了华兴激光在外延材料制备领域的最新进展。当下，芯片行业更新换代速度非常快，尤其在高端半导体芯片材料领域，国内厂商要继续加强产业协同，合力推动半导体芯片材料全产业链国产化的目标。

课程三：VCSEL设计

老师：浙江睿熙科技有限公司 联合创始人兼副总经理 汪辰杲

VCSEL设计领域天然就带着一堵“高墙”，它综合了半导体材料、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。由于VCSEL芯片结构复杂，可靠性失效模式多，因此对VCSEL设计提出了极高的要求。在《VCSEL设计》课程中，汪辰杲老师从VCSEL工作原理及设计理论出发，以崭新的视角为学员讲解VCSEL总体结构和核心部分的设计，针对不同的形态、出光口、波长、功率和3D传感方案，深入分析了VCSEL的设计差异，并就相关设计难点，为学员提供实战经验与解决思路。谈及国内外VCSEL产业发展趋势，汪辰杲老师以3D传感应用为例，分析了不同VCSEL产品的技术路线与产业布局。当前，3D视觉终端领域处于蓬勃发展的时期，国内各大厂商在抢抓布局的同时，要注重在产业链细分领域做精做深，进而打赢整体战。

课程四：汽车激光雷达应用的高功率VCSEL

老师：常州纵慧芯光半导体科技有限公司 联合创始人兼亚太区首席执行官 陈晓迟

随着国内汽车行业“电动化、智能化”的趋势加快，车载激光雷达已成为自动驾驶的必备装置，采用VCSEL阵列的激光雷达将自动驾驶推升至一个新的台阶，伴随此趋势，VCSEL也将迎来更高功率要求的汽车应用机遇。在《汽车激光雷达应用的高功率VCSEL》课程中，陈晓迟老师对车载激光雷达VCSEL的核心要求、技术现状及判断激光器优劣势的关键条件（光功率密度、波长、尺寸、成本）做了详细梳理，并从技术层面和发展趋势方面，对多结、可寻址VCSEL阵列开展了深度剖析。随着VCSEL技术不断迭代、成本下探且不断满足车规级要求，汽车雷达生态圈将呈现新的面貌，VCSEL在汽车应用市场必将呈现爆发式增长趋势。

课程五：VCSEL外延及芯片制造工艺

老师：苏州长光华芯光电技术股份有限公司 VCSEL事业部产品经理 刘恒

VCSEL产业链对VCSEL制备技术的依赖程度很高，其中，外延生长是VCSEL制备工艺的核心环节，其工艺水平对产品性能有着决定性的影响。在《VCSEL外延及芯片制造工艺》课程中，刘恒老师从VCSEL外延结构、生长流程、关键设备和材料、晶圆级测试、可靠性控制、外延片测试等方面讲解了VCSEL制备过程的要点和难点，并针对如何提升VCSEL性能，详述了外延生长过程中的几大关键核心技术：高准确度的厚度及组分DBR的生长、腔膜对准技术、高性能隧道结掺杂技术、高增益应力量子阱生长技术。刘恒老师指出，通过不断的制造技术攻关，将使产品性能得到大幅提升，未来，在实现VCSEL高产能、高良率的同时，成本优势也会逐渐显现出来。

课程六：VCSEL封装

老师：浙江老鹰半导体技术有限公司 首席科学家 莫庆伟

在半导体IC产业发展历程中，诞生了巨量的封装技术与形式，其中很多被借用或者启发了近一二十年的LED和VCSEL封装产业。在《VCSEL封装》课程中，莫庆伟老师为学员梳理了VCSEL封装结构和工艺，同时，结合VCSEL封装典型案例，对比了包括iPhone、Mi8、Find X、RX17 Pro、Mate 20 Pro、S10和Note 10等多款智能手机中的VCSEL封装结构，为学员详细剖析了各种封装工艺和技术差异，解析了从芯片到系统到解决方案背后的逻辑，以及从性能、成本、技术等角度综合考虑的封装方案和具体技术路线。展望未来，VCSEL封装技术的发展将取决于两大驱动力：一是系统层面功能更强大，体积更小巧；二是VCSEL芯片自我进化发展的内驱力，将催生出更多新的封装技术，驱动集成、多分区VCSEL、3D封装等形式将为具体应用带来更多可能性。

课程七：低功率、连续波VCSEL驱动电路

老师：无锡矽瑞微电子股份有限公司 副董事长 喻明凡

基于脉冲的ToF技术系统通常依赖于在非常短的时间窗口发射高能量光脉冲，与dToF所需的短脉冲激光驱动不同，iToF需要连续波激光驱动。在《低功率、连续波VCSEL驱动电路》课程中，喻明凡老师首先讲解了ToF VCSEL驱动电路设计原理及设计方法，接着以C6000-脉冲式TOF驱动器为例，从ADC性能、待机功耗、温度检测、电流上升时间、光功率、等关键性能参数方面，与市场上其它热门VCSEL驱动电路做了详细的对比分析。谈及下一代VCSEL驱动电路，喻明凡老师认为未来发展趋势和产品特点将聚焦在以下几个方面：高速接口与低速接口，大功率、高耐压，更快、更稳定的电流上升速度，集成补偿功能，集成电源管理芯片。为了解决更多复杂的应用需求，ToF驱动电路将会不断进化，而且功能会更加多样化。

课程八：VCSEL成品测试

老师：柯泰测试技术有限公司 光电产品总监 段力维

在VCSEL测试领域，各大芯片厂商、模组厂商、方案提供商、系统厂商和仪器供应商、集成商都各自遇到了不同的挑战，其中共同的问题是如何实现“速度快”、“精度高”。在《VCSEL成品测试》课程中，段力维老师首先针对LED与VCSEL测试、单点VCSEL与阵列VCSEL测试、dToF VCSEL与iToF VCSEL测试，分别进行了对比分析。同时，结合对测试工具、测试方法、实现方案的独到见解，段力维老师从VCSEL测试方法、流程的典型关键问题出发，为学员提出了具体化的解决方案。针对速度与精度的选择与平衡，段力维老师也从性价比、侧重指标等方面提供了经验之谈。通过提升选择方案、优化测试流程、开展多通道并行测试等途径，不断提升测试效率，将有效推动VCSEL测试向更快的“速度”进军。

课程九：高功率、窄脉宽VCSEL驱动电路

老师：复旦大学 高级工程师 邱剑

激光雷达是智能驾驶不可或缺的眼睛，车规级高功率脉冲VCSEL作为激光雷达的核心器件，发挥着重要作用。在《高功率、窄脉宽VCSEL驱动电路》课程中，邱剑老师结合汽车激光雷达需求，从半导体激光器的工作原理和器件特性出发，分析了驱动电路设计的要点，并给出了初步的设计方案。针对高功率、窄脉冲VCSEL驱动电路的设计理念、参数测量与验证方法，邱剑老师做了详细讲述，并指出，VCSEL短脉冲驱动将对人眼安全、系统效率、探测精度和可调制性更友好。展望未来，随着激光雷达技术日趋成熟、成本逐步下降，将为自动驾驶行业开辟广阔的发展空间。

虽然本次培训课程因为新冠疫情影响改为线上举行，但是在各位老师的悉心传授与学员的潜心学习中，本期活动依然获得大家的肯定与支持！秉承专业精神与进取精神，麦姆斯咨询将继续加强业内优质资源整合，不断为MEMS和传感器产业提供更前沿的知识、更有效的沟通、更优质的课程！