导读
消费电子方面的VCSEL应用主要集中在3D传感识别、距离感应等领域。通信方面，预计近三年应用于国内数据中心的VCSEL市场空间将达十亿量级，不容忽视。总体而言，消费行业未来爆发可期，但短期落地较难；通信行业稳步向上，有机会国产替代。
01 VCSEL介绍
1、基本概念
VCSEL全称为Vertical-CavitySurface Emitting Laser，是半导体激光器，更具体地说是带有单片激光谐振器的激光二极管，其中发射的光沿垂直于芯片表面的方向离开器件。谐振器（腔）由两个半导体布拉格镜实现。VCSEL是一种以砷化镓GaAs为主要材料的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体激光光源。具有体积小，价格低，效率高，使用寿命长，功耗低等优势，可用于电子信息、激光打印、激光笔、光通信、激光电视、小型激光投影仪、电子信息、集成光学等领域，是最实用最重要的一类激光器。
简单来说，光在上下两层反射镜中反射，上层为99%反射率，下层为99.9%反射率，通过多层反射镜的不断反射、折射和共振，形成激光震荡，在满足阀值条件后，激光才能输出。反射镜层数越多，单一芯片输出的能量越高。
2、半导体激光原理
半导体激光器工作原理是激励方式，利用半导体物质（即利用电子）在能带间跃迁发光，用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、反馈，产生光的辐射放大，输出激光。
半导体激光器发射激光必须具备三个基本条件：（1）要产生足够的粒子数反转分布，即高能态粒子数足够的大于处于低能态的粒子数；（2）有一个合适的谐振腔能够起到反馈作用，使受激辐射光子增生，从而产生激光震荡；（3）要满足一定的阀值条件，以使光子增益等于或大于光子的损耗。
3、红外光源中VCSEL与LED、EEL的对比红外光源是以产生红外辐射为主要用途的非照明用电光源。红外辐射是波长大于红色光波长的一定范围的电磁辐射，波长为0.78～1000μm，分为三个波段：近红外、中红外、远红外。在近红外光源方面，主要有红外发光二极管（IR LED）、边缘发射激光器（EEL，Edge-emittingLaser）、垂直腔面发射激光器（VCSEL）三种代表器件。起初，它们是为了光通信应用而生，如今已经广泛用于数据通信/电信、消费电子（如智能手机和平板电脑）、汽车和工业等众多领域，实现了更多的高价值功能。
几种发射光源的比较：
4、VCSEL的重要特性
（1）结构特性
VCSEL、LED发光方向与芯片平面垂直，而EEL发光方向与芯片平面水平。正是由于这种结构，与EEL相比，VCSEL的一个重要的实用优势是可以在生长后即切割晶片之前直接对其进行测试和表征。这样就可以及早发现质量问题并立即做出反应。此外，可以将VCSEL晶圆与光学元件（例如准直透镜）阵列组合在一起，然后将该复合晶圆切成小块，而不是为每个VCSEL单独安装光学元件。这允许激光产品的廉价批量生产，可以有效降低制造成本。
（2）光束质量
VCSEL仅在相当小的模式区域下才能具有较高的光束质量，因此在输出功率方面受到限制。对于较大的模态区域，无法避免激发高阶横向模态。这是由于只有几微米的极小的谐振器长度，以及难以均匀地泵送带有环形电极的较大有源区的结果。但是，即使与某些波长可调性结合使用，短谐振器也可以轻松实现单频工作。此外，VCSEL可以进行高频调制，使其可用于光纤通信。除了低功率VCSEL的高光束质量外，与边缘发射激光二极管相比，低光束发散和对称光束轮廓也是一个重要方面。这样就可以使用简单的透镜轻松校准输出光束，而透镜不必具有很高的数值孔径。由于VCSEL具备良好的光束质量（精度）和较快的调制速度（响应速度），理论上来说，VCSEL是光通信领域的绝佳选择。但因其单体功率低，因此只能应用在短距离（几百米）的通信上。
（3）集成性由于其结构特点，VCSEL具备很好的集成性，可以将多个VCSEL组成阵列进行大功率输出。VCSEL阵列可以产生更高的功率。包含数千个发射器（间距为几十微米）的二维VCSEL阵列可以发射数十或数百瓦的连续波，从而与二极管竞争。原则上，可以通过增加发射器的数量来简单地按比例放大输出功率（“功率缩放”），但是这样通常会大大降低光束质量。但是，也有一些方法可以协调阵列中所有VCSEL的发射（例如使之相干），尽管功率转换效率有所降低，但结果是光束质量更好，辐射率也相应提高。
由于其功耗低、精度高、光束质量好等技术特性，VCSEL是3D传感器、近距离通信的最佳光源。
02 行业发展情况
1、行业发展历程
1977年日本东京工业大学的伊贺健一提出VCSEL概念起，VCSEL得到了长足的发展。直至到1988年之前，室温下的等幅波控制未曾被报告。VCSEL这名词是在1987年时，被杜撰于美国光学协会（Optical Society of America）出版物上。在2017年之前，VSCEL有一定的发展，但不算红火，例如上世纪90年代的气体监测传感器、本世纪初的激光打印机、激光鼠标、近些年推出的手机用于息屏的距离传感器等的应用。即便是在通信领域，由于早期的数据量不大，以及主干路通信的缺乏，VCSEL这类主要应用在数据中心等短距离通信的产品也未受到足够的重视。直至2017年9月苹果将VCSEL用于iPhone X的FACE ID中，以及新一代信息技术的建设使得数据中心的负载越来越大，VCSEL迎来了消费电子（3D传感）、通信行业（短距离通信）的快速发展。未来在汽车行业（疲劳监测、手势操作、激光雷达）也会快速兴起。
2、下游主要应用的技术发展
（1）3D传感技术方案VCSEL是3D传感技术的最理想光源。3D传感技术主要用于手机面部解锁、AR、体感游戏、宝马车中的手势操作、无线耳机、扫地机、工业检测、激光雷达等领域，应用范围相当广泛。
3D传感技术方案主要有三种：
A．立体摄影（stereoscopic Vision）该技术方案没有使用任何主动光源，是由自然光反射，主要用于三维建模、测绘，AR等领域。缺点是需要两组镜头，且需要两组镜头保持一定的距离。两组镜头在空间上很难做小，成本较高，识别精度不足，容易受环境光影响。因此，在手机、门锁等小空间、成本敏感、应用环境复杂的领域，基本没有应用机会。目前在用的消费类产品主要是用于作为扫地机器人激光导航模组的补充。B．结构光编码图形扫描（Structured Light Pattern）使用提前设计好的特殊图案，例如离散光斑、条纹光（光栅）、二维图码等编码结构光，将图案投射到3D物体表面，再使用另一个相机观察物体表面成像畸变情况，通过算法得到物体的轮廓。
目前该技术主要用于手机解锁和人脸支付。优点是不依赖自然光，受低照度环境影响小。相比双目方案，结构光的3D传感模组可以做的更小，因此在手机等设备上有了应用可能。但缺点是VCSEL放置屏幕下方会导致灼屏问题，点阵投射器与接收传感器仍需保持一定的距离，因此无法避免手机屏幕的刘海缺口问题。此外，结构光对算法的要求很高，在强光下会受到一定的识别干扰，以及只能对有形状变化的特征点进行识别。并且，在识别距离达到一定范围时，结构光的光栅中间存在较大空间，因此长距离的识别精度较差。结构光方案一般只用于1m左右距离的3D识别。目前应用规模最大的是iPhone X的Face ID，iPhone采用的是通过VCSEL打出3万个离散光斑，利用结构光的方案实现3D识别。
C．飞行时间测距（ToF，Time of Flight）ToF的原理是通过给目标连续发送光脉冲，通过传感器接收从物体反射回来的光，根据光脉冲的飞行时间来得到目标物距离。
根据反射光的调制不同，ToF分为直接dToF（direct-ToF）和间接iToF（indirect-ToF）。iToF由于功耗大、发热高等缺陷，基本被手机厂商抛弃。苹果在2020年发布的iPad Pro应用了dToF方案在其后置AR摄像头上。但在新零售的人脸识别支付领域，iToF功耗大的问题就不敏感，仍存在较大的应用市场。
（2）光通信原理与技术由于具备良好的光学特性和调制速度，VCSEL同样是短距离光通信的最理想光源。由于其结构导致的功率限制，VCSEL在光通信行业被限制在短距离通信领域，集中在200米范围内，例如数据中心等场景。光通信是由将电信号转换成光信号的“发送机”、将光信号转换成电信号的“接收机”，以及传输光的回路“光纤”构成。“发送机”主要用途是将二进制电信号“0”、“1”的组合信息转换为光的振幅、波形、振动方向等组合信息，进行光信号数据传输。光芯片在实现光通信的过程中起着至关重要的作用，是组成光收发模块的基础元件。光通信器件按其在信息流中工能分类，可分为光信号产生、光信号调制、光信号传输、光信号处理、光信号探测五大类。光收发模块起着光电转换的作用，在信息流中对应着光信号的产生、调制与探测；光纤光缆负责光信号的传输；由光分路器和光放大器进行光信号的处理。光芯片是组成光模块的基础元件，而光模块是光通信系统的核心组件，可实现光通信的接收、发射中电信号和光信号的相互转换。因此，在光通信系统中，光芯片占据着技术与价值的制高点，光芯片性能直接决定着整个系统的性能。光通信芯片种类、功能多样，一般可分为光有源芯片和光无源芯片两大类，是光有源器件和光无源器件的核心。其中，光有源芯片是技术核心所在。现在成熟方案通信速度为每波长传输10Gbps、40Gbps。随着通信技术的发展，目前正在发展的通信速度会达到每波长传输100Gbps。主要采用的方法是，偏振复用法(Polarization multiplexing)：光在振动的同时向前进。振动的方向叫做“偏波”，分成垂直振动前进的光（垂直偏波）和水平振动前进的光（水平偏波）两种。偏波中包含的信息不会互相干扰，可传输大量信息。比如说，1条车道上同时行驶着2辆货车，这2辆货车在传输信息时不会发生碰撞。从无线通讯方面来看，6G/10G光模块是4G基站和4G传输设备中的核心部件；随着5G通信的到来，对高端光模块的需求将会大幅增加，100G及以上光模块将成为主流。
3、行业发展政策
2019年5月15日，美国总统特朗普签署行政命令，要求美国进入“紧急状态”，美国企业不得使用对国家安全构成风险的企业所生产的电信设备。此前，美国已经禁止华为手机进入美国市场，并跨国抓捕华为高管孟晚舟；本次实体清单事件意味着美国对华为从“限售”（不让华为手机和通信设备在美国销售）升级到“限购”（限制华为从美国公司购买芯片、元器件和技术服务）。VCSEL属于华为限购范围。由此也加速了VCSEL国产化的需求。工信部2018年发布《中国光电子器件产业技术发展路线图(2018-2022)》，指出光电子器件是光电子产业的基础和核心，也是信息产业的重要组成领域，光电子器件技术的发展拉动了数千亿美元规模的光电子产业升级。《路线图》梳理国内外光电子器件产业、技术发展现状，分析产业发展特点，并聚焦于信息光电子领域的光通信器件、通信光纤光缆、特种光纤、光传感器件四大门类2019年，监管部门从防范风险的角度为人脸支付划定创新底线。由包括蚂蚁金服在内的27家机构共同组成的人脸识别技术国家标准工作组正式成立，将主要聚焦个人数据管理规范、技术规范、接口规范等方面，制定人脸识别领域技术标准体系。此前，央行印发的《金融科技发展规划(2019-2021年)》，提出探索人脸识别线下支付安全应用，由持牌金融机构构建以人脸特征为路由标识的转接清算模式，这也为人脸支付顶层设计打开了通道。近年来，不少地方在规范行车安全方面积极引入技术手段。例如，江苏省就在全国率先推广应用车辆主动安全智能防控系统，实现对“两客一危”车辆不安全状态、驾驶人员不安全行为的实时预警和主动干预。
03 行业发展空间
1、VCSEL芯片整体市场
总体关键词：消费行业未来爆发可期，但短期落地较难；通信行业稳步向上，有机会国产替代。在上述三种红外光源中，VCSEL最为“年轻”却具有极大的发展潜力。自1977年日本东京工业大学的伊贺健一提出VCSEL概念起，VCSEL以较低的功耗和有竞争力的价格等优势被应用于短距离光通信领域。2017年，苹果（Apple）公司发布了十周年纪念版的手机：iPhoneX，前置摄像头系统实现了基于散斑结构光的3D人脸识别（Face ID）功能。而安卓（Android）手机阵营的迅速跟进，不仅布局前置3D人脸识别，还大力发展后置3DToF摄像头，促使VCSEL市场呈现爆炸式增长势头。预计2020年，VCSEL市场规模约为10亿美元，到2025年将超过30亿美元，复合年增长率高达20+%。这种蓬勃发展的趋势吸引资本方对VCSEL产业链各个层面进行投资，包括芯片设计和制造公司、设备和材料供应商、外延和代工厂、系统集成和OEM厂商等。YOLE研究机构的调研报告显示，以目前技术发展进度来看，仅考虑芯片市场，2017年全球VCSEL市场空间为3.3亿美金，其中，消费行业贡献1.65亿美金，通信行业贡献0.8亿美金，工业市场贡献0.86亿美金。受iPhone Face ID等消费电子发展的影响，预计到2023年全球VCSEL（仅芯片）市场将发生十倍的增长，合计为35亿美金，其中消费行业贡献31亿美金。值得注意的是，汽车领域将出现0.46亿美金的市场。整体年复合增长率达到48%。如果考虑模组等产品的应用，该行业将达到数千亿人民币级别的市场。应用范围主要包括光通信、3D传感、面部识别、车载激光雷达等。
2、消费电子产业市场
消费电子产业的VCSEL应用主要集中在3D传感识别、距离感应等领域。具体表现有几个方面：手机中的打电话时屏幕息屏、人脸识别解锁、AR景深镜头，线下门店的人脸识别支付（包括医院医保的支付终端），智能门锁、门禁等。消费电子行业是一个既重视技术创新，又对成本非常敏感的行业。因此，3D传感在消费电子产业的应用快慢主要取决于3D传感技术方案成熟度，以及技术方案的相关成本。（1）手机领域2017年苹果推出带有人脸识别技术（Face ID）的iPhone X，VCSEL3D传感技术开始被广泛关注。各手机厂商受苹果技术革新影响，陆续开始跟进人脸识别技术。但从各大手机跟进情况来看，除苹果外，其他知名手机厂商对人脸识别技术只是短期尝试，长期并未跟进。究其原因，主要有几个方面：一、VCSEL若放置屏下，其能量辐射会导致灼屏，因此导致刘海屏的问题，与国产高端机全面屏的定位不符；二、作为解锁、支付方案，人脸识别并非唯一的解决方案，屏下指纹识别是一个强有力的替代技术；三、人脸识别需要VCSEL光源、接收模块、识别算法等组成模组，从成本来看，人脸识别解决方案的成本接近20美金/台手机（ToF方案更高），大幅高于指纹识别，对于大量集中在1000-3000元价位的国产手机基本无用武之地。因此，现在基于结构光3D传感解决方案的基本只剩下iPhone这类高价格机型了。人脸识别有上述弊端，为何iPhone仍然坚持该技术，甚至为此保留了丑陋的刘海屏？主要是手机行业目前已经迅速跨入PC化，进入存量博弈的阶段。苹果的现在的策略从“销量驱动”变成了“ARUP值驱动”，即通过兜售更多的服务和iPhone的附加设备尽可能最大程度上榨取现有iPhone用户的价值。因此，AR、3D传感技术的拓展成为了苹果之后持续获得用户收益的重要渠道布局。2017年，苹果在WWDC 2017大会上推出ARKit（ARKit是用于AR增强现实开发的工具，支持两部设备分享同样的虚拟物品，让AR体验更有趣），开始探索AR领域的商业应用。2018年6月5日，苹果公司在WWDC 2018全球开发者大会上，升级ARKit增强现实开发套件，推出ARKit 2.0。苹果在2020年发布iPadPro，应用了dToF方案在其后置AR摄像头上。2020年8月22日，谷歌在Android Developers网站发布文章，呼吁Android开发者为转型至5G时代做好准备，文章中提及了5G将来带的四大体验上的增强。其中主要包括更好的利用5G网速、增强现实应用、更高效的阅读和流媒体等。国际数据公司（IDC）全球手机市场跟踪报告数据显示，2019年全球手机出货量为13.71亿台，其中，代表着高价位机型的苹果2019年出货量为1.91亿台，占全球市场份额13.9%。如果AR镜头技术在手机上普及，预计包括苹果及其他品牌手机的高端机型将会跟进，总量可能达到全球市场份额的20%。以此为基础计算，每年销售台数估计为2.74亿台，以AR解决方案每台200元计算，该市场达到500亿以上。
该市场空间较大，但实现的进度取决于苹果AR应用层面的落地进度。
（2）人脸识别领域相比于指纹识别、语音识别、虹膜识别等技术，人脸识别在刷脸支付领域有着先天的优势。指纹识别容易被复制，安全性不高。语音识别稳定性较差，受环境影响程度高。虹膜识别技术不成熟，在黑暗环境中准确率较低。而3D人脸识别技术属于非接触式，具有难以被复制、识别精度高、稳定性高等多方面优势，因此，是应用于新零售支付、医保支付、门禁安保等领域的最佳解决方案。iiMedia Research(艾媒咨询)数据显示，2018年中国刷脸支付用户达0.61亿人，在支付平台积极推动刷脸支付发展的情况下，2019年刷脸支付用户有望增至1.18亿人，并保持高速增长，预计2022年突破7.6亿人，届时将取代扫码支付成为主要支付方式。艾媒咨询分析师认为，随着以支付宝为代表的典型平台加大刷脸支付产品落地应用的投入力度，能更好满足用户对便捷度要求的刷脸支付方式得以快速推广，覆盖用户不断扩大。
2019年3月，微信推出刷脸支付工具“青蛙”。2019年4月，支付宝推出“蜻蜓2.0”，提出30亿元补贴支持商家转型新零售，未来支付宝的补贴力度将“不设上限”。2019年6月，拉卡拉宣布布局刷脸支付。银联在2019年底联合商业银行等多家金融机构发布“刷脸付”，已经被北京、上海、四川等六部委选定的金融科技应用试点省市纳入试点项目范围。智慧支付“国家队”已正式入场。
艾媒咨询分析师认为，从2017年至2019年，刷脸支付设备的推出加速了刷脸支付的商业化运用，2019年有望成为刷脸支付元年。未来，刷脸支付设备研发商有望继续优化设备性能，刷脸支付商业化规模有望进一步加大，成为普及化的支付方式，与无人零售等新零售解决方案配套，给城市生活带来便利。考虑到移动支付的场景众多，例如零售商超、自动售货机、医院就诊付款、公共业务收费等，设备需求量甚巨，市场空间巨大，由此带来的VCSEL需求量难以估计。
但2020年受疫情戴口罩的影响，刷脸支付的应用不及预期。
3、通信产业市场根据IDC数据，2018年中国数据圈（每年被创建、采集、复制的数据）总量达7.6ZB，占全球数据圈的23.4%；预计到2025年将增至48.6ZB占全球数据圈的27.8%。Synergy Research Group 的数据显示，截至2018年末中国的大型数据中心不足35个，仅占全球的8%，为美国的五分之一。目前国内数据中心的使用方主要是三大电信运营商，BAT等互联网巨头的数据中心建设与美国FLAG相比有较大差距。
根据中国信通院的数据，截至2018年全国数据中心共保有机柜数量为210万个，近三年的年化复合增速约为25%，预计在未来几年复合增速有望超过30%，每年新增接近60万个机柜。随着数据机房大型化和云计算的发展普及，根据Cisco的数据，至2020年数据中心总流量的86%都将是“东西流量”，即是数据中心内部或数据中心之间的流量。“东西流量”为主的结构促使了现代大型数据中心采用两级脊叶式结构，因为该结构有利于服务器之间交换数据。与传统三级结构不同，脊叶式结构使用大量短距光纤连接，因此光芯片VCSEL的需求大幅上升。预计近三年应用于国内数据中心的VCSEL市场空间将达十亿量级，不容忽视；具体规模取决于脊叶式结构和100G模块（4*25G）的渗透率。
4、汽车产业市场
（1）疲劳预警DMS特斯拉和福特近日相继发布新功能，驾驶室摄像头（DMS）。DMS是驾驶员监控系统，主要实现对驾驶员的身份识别、驾驶员疲劳监测，以及驾驶员危险行为的监测。初级的DMS产品属性介于车联网与ADAS（高级驾驶辅助系统）之间，具备快速上车能力（预警即可），同时又能很好提升驾驶的安全性。目前，国内自主及合资品牌的一部分新车型开始导入基于视觉的DMS功能方案，不过市场仍处于早期阶段。在智能网联汽车大力发展的背景下，DMS也成为目前ADAS系统重要功能之一，甚至是标配。DMS分为主动式DMS和被动式DMS。DMS系统的工作原理为基于驾驶员生理图像反应，利用驾驶员的面部特征、眼部信号、头部运动性等推断驾驶员的疲劳状态，并进行报警提示和采取相应措施，对驾乘者给予主动智能的安全保障。相关数据显示，国内市场（乘用车）在售车型/款的疲劳提醒功能配置比仅为15.16%，其中超过90%的功能方案为基于传统的非视觉传感器。根据高工智能汽车研究院发布的《2019-2022年度乘用车前装驾驶员疲劳预警市场报告》，2019年国内自主和合资品牌搭载DMS（疲劳预警）新车上险量为280.68万辆，占全部新车上险量的13.66%。其中，搭载视觉（基于摄像头）方案的DMS功能新车上险量为5190辆，占搭载DMS总量的0.18%。从产业层面看，特斯拉启用DMS产品功能倒逼，预计乘用车厂商DMS量产进度有望进一步加速。根据佐思汽研数据，DMS出货量2020年第一季度同比增长已超300%。从政策层面，欧洲自2022年起商用车强制前装DMS，此举有望倒逼中国相关强制政策加速出台。研究机构表示，看好DMS成为车联网行业前装标配，更能撬动潜在存量商用车尤其是重卡市场。根据锐明技术招股说明书，出租车车联网单价约为2000元，考虑产品构成主要为DMS和计价器，保守估计DMS产品单价约为1500元。考虑汽车销量和存量重卡规模，DMS年化稳态市场空间广阔。目前，在中国市场就有数款自主品牌乘用车搭载了DMS系统。车型包括长城VV6、奔腾T99、奇瑞星途、吉利星越、小鹏G3等，主要以顶配及次顶配为主。
（2）ADAS驾驶辅助
汽车ADAS和自动驾驶有望成为VCSEL市场增长的下一轮驱动力。例如，2020年苹果公司发布的新款iPad Pro搭载了基于直接飞行时间法（dToF）技术的激光雷达（LiDAR），其可寻址VCSEL由Lumentum提供，整个VCSEL采用共负极设计，正极有四个区域，驱动信号可以分别控制正极四个区域中的一个；美国数字激光雷达企业Ouster选择VCSEL作为发射端光源，SPAD（单光子雪崩光电二极管）作为接收端探测器，从而实现了性能、成本、可靠性三方面的突破。
在政策、互联网跨界竞争、消费者内在需求等因素驱动下，ADAS渗透率将快速提升。ADAS市场空间巨大，预计到2023年国内ADAS市场规模将达到1200亿元。其中前装市场规模约为950亿元，后装市场约为250亿元。目前国内ADAS市场规模约为182亿元，未来5年复合增长率超过37%。
04 行业竞争格局与竞争地位
1、竞争格局
（1）国外行业巨头A．FinisarFinisar成立于1988年，是全球最大的光通信器件产品制造商，公司具有完善的产品线覆盖数通和电信市场。公司的主要产品包括：光模块、光放大器、激光器、光电探测器、无源光器件、ROADM、WSS（wavelengthselective switches，波长选择开关）以及其他高速光器件。逐步进入3D感测市场。此外公司具备垂直一体化生产能力，具备从光芯片到光模块的设计生产能力，因此产品的成本优势较为明显。2008年通过与Optium的合并，公司超过JDSU成为了世界第一大光器件提供商。2018年11月，II-VI提出以32亿美元收购Finisar，此提案2019年9月20日获得了中国国家市场监督总局的反垄断许可，公司9月25日，从纳斯达克退市。公司目前在马来西亚Ipoh的工厂主要生产光学子系统，中国无锡工厂主要生产光模块。中国上海的工厂主要生产光无源器件包括ROADM，澳大利亚滑铁卢的工厂主要生产WSS，美国宾夕法尼亚州霍舍姆的工厂主要生产CATV和电信产品，美国德克萨斯艾伦的工厂生产VCSEL，美国加州费里蒙特的工厂生产长波长FP和DFB激光器。公司是光模块行业龙头，长期位居全球第一，垂直化商业模式提升效率。公司自2008年起一直为光器件行业（包含无源、有源器件）龙头。截至2017年全球市场份额占比为14.4%。Finisar是苹果的重点供应商。Finisar自己生产外延和芯片。其主要市场在欧洲和及北美。
B．Lumentum
Lumentum积极探索VCSEL在3D感测的应用，产品结构改善带来利润提升。Lumentum拆分自JDSU的商业光学产品业务，2015年8月在纳斯达克交易所上市。回溯其历史，原公司JDSU是Uniphase和JDS Fitel合并而成。其中Uniphase公司成立于1979年，并于1992年上市。Uniphase最早是商业激光器的供应商，之后开始进入光传输领域。而JDS Fitel成立于1981年。最早供应光纤网络产品，1999年JDS Fitel和Uniphase合并，两家在技术、产品、客户群体方面都实现了互补。合并后的JDSU又先后收购Agility（2005年），Picolight（2007年），完善了自身在城域网以及长距传输和数据中心企业网的能力。JDSU也具备了全方位的产品生产能力。2015年JDSU拆分为Viavi Solution（网络和服务支持以及光学安全与性能部分）和Lumentum（光通信和光学业务部分）。Lumentum是苹果最大的供应商，是行业内技术最为成熟的公司。最初是苹果的独家供应商，但最近两年由于Finisar、AMS等公司的冲击，苹果的市场份额下降到80%左右，仍然是VCSEL苹果供应链的霸主。公司技术实力强，市场份额高，但主要市场在欧洲和北美。C．AMS
AMS 2016年收购了来自德国的光学传感系统公司MAZeT，2017年1月收购了高性能光学封装和微型光学器件厂商Heptagon，同年7月收购了VCSEL领先供应商Princeton Optronics公司100%股权。借助上述一系列收购，AMS快速切入了3D光传感市场，其主要市场在欧洲，国内与小米也有业务合作。在扫地机器人及人脸识别市场，在国内占有一定的份额。
（2）国内参与者分析国内公司与国外巨头相比，市场经验和品牌力仍然存在较大差距。国内参与者主要包括光迅科技、纵慧芯光、睿熙科技、瑞识科技、博升光电、仟目科技等。
2、竞争地位
华为、中兴已经成为光通信系统设备领域的领导者；中国光纤厂商也占据着光纤光缆领域前十强的半壁江山；但在处于技术和价值链上游的底层光器件及光芯片领域，光芯片核心技术及光器件高端工艺/技术等仍掌握在外国公司手中，未来实现核心光芯片自产自供，摆脱对国外厂商依赖，是国内光通信行业真正做大做强的关键。总体来看，我国通信产业链各环节在全球的竞争力呈现金字塔结构。具体表现为，下游以华为、中兴通讯为代表的通信设备商在市场份额和竞争实力上占据较强优势，而产业链中游的光模块环节和上游的光通信芯片环节则相对较弱。我国高端光通信芯片进口依赖严重，从全球光芯片行业竞争格局来看，以高速率为主要特征的高端光芯片的生产主要集中在新博通、三菱、住友、Oclaro等美国和日本企业中。与之相比，我国高端光芯片自给率不足，相关光芯片需求极度依赖进口。据中国电子元件行业协会发布的《中国光电子器件产业技术发展路线图（2018-2022年）》显示，国内企业目前只掌握了10Gb/s速率及以下的激光器、探测器、调制器芯片，以及PLC/AWG芯片的制造工艺以及配套IC的设计、封测能力，整体水平与国际标杆企业还有较大差距，尤其是高端芯片能力比美日发达国家落后1-2代以上。而且，中国光电子芯片流片加工也严重依赖美国、新加坡、加拿大等国。在路由器、基站、传输系统、接入网等光网络核心建设成本中，光器件成本占比高达60-80%，而光器件成本高企的核心原因在于高端芯片还不能完全国产化，需要依赖进口，因此高端光通信芯片应该成为中国光通信产业需要攻克的关键点。大型数据机房建设主流使用VCSEL是850nm25G短距产品，目前被国外通信巨头垄断。光通信的特点是长时间全天候工作，故信号调制稳定性是重中之重，因此送样进入下游光模块厂的测试优化的验证周期长达半年至一年。芯片研发完成到验证通过之间有较高的验证壁垒，很多企业甚至不知道为什么稳定性不达标，无从下手进行改进，因此稳定性获得厂商认证是打开市场的关键。目前国内在试产或送样25G 光通信VCSEL的厂家有光迅科技、三安光电、纵慧芯光、睿熙光电、太平洋光电等。数据机房需求已经相当明确，国内厂家需要供给达到要求通过验证才可批量出货。其中，电信企业的稳定性验证需连续测试达4000个小时，VCSEL企业为此耗费的时间可能在半年至1年左右。
手机及其他行业的3D传感设备，对于VCSEL的技术要求远低于通信领域。但3D传感设备中的VCSEL设计需根据下游应用的特定情况进行特殊设计，因此，3D传感VCSEL的核心价值不在于技术稳定性验证层面，而是与下游应用商的协同开发和定制化能力。
05 产业链
用于通信行业的VCSEL应用，其难点在于芯片工作的耐久性和稳定性上。因此，芯片设计上会相对标准化，难度集中在生产工艺和生产制造环节。VCSEL的生产主要包括外延生长、外延检测、湿法腐蚀、镀膜、封测等核心步骤。
用于消费电子传感VCSEL的应用领域与设计相关，需要多光型、多波长、多功率的产品设计能力。具体而言，功率取决于反射镜的层数；外延生长正是沉积制造反射镜的工艺，层数越多，对外延生长工艺的要求越高。为了减少光在反射中的能量损失，每层反射镜的厚度要求精确控制在发射波长的四分之一，约200-300纳米。
此外，生产中的一项重要环节即为外延生长。从结构上来讲，一颗VSCEL器件的外延生长一般要达到300层，在工艺层面上包括中间质量在内的每一层都需要做得很均匀，对比EEL仅30-40层的难度，VCSEL外延生长的难度与其根本不在同一个数量级。为了保证每个外延层的质量，外延生长工艺过程需要在精准的细化到每层外延层厚度的基础上，于数十倍常规LED工作电流密度条件下充分调制掺杂分布和组分的均匀性，令其生长出高质量低缺陷密度的晶体，才能获得高性能、长寿命的VCSEL外延片。外延设备MOCVD（有机金属气相沉积仪）的定制、生产工艺的调试均需要深厚的经验积累。MOCVD约为2000万人民币一台，其购买也需要较长的预定周期，安装、调试也需要很长时间。虽然VCSEL应用前景巨大，但真正能做到量产高质量6英寸VSCEL外延片的厂商全球范围内也是屈指可数。目前全球该领域真正能够大规模量产6英寸VSCEL外延片的只有美国IntelliEPI、美国EpiWorks、日本住友化学以及英国IQE这几家厂商，而且他们占据着整个产业界绝大多数的VSCEL外延设备及核心技术资源。苹果VSCEL外延片独家供应商英国IQE，2017年中旬仅IQE一家就占据了全球VSCEL外延片市场份额的60%，近期相关媒体透露该公司在VCSEL晶圆市场已占有约80%的份额，且产线仍在继续扩张。不过，今年以来，国内以全新光电、晶元光电以及华芯半导体为代表的越来越多本土企业都相继踏上了6英寸VSCEL外延片的量产征程，除此之外还有诸如长光华芯、睿熙科技以及唐晶量子等众多创业公司也开始投入该领域，国内940nmVSCEL外延产线的布局正全面加速。尽管本土厂商推进940nmVSCEL外延片国产化的气势如虹，但由于外延工艺技术实力不足，目前国内绝大多数厂商的940nmVSCEL产品的外延工艺基本上都是外包给国外大厂来做。因此，要真正实现消费级VSCEL外延片的“国产自主”，大规模打入全球智能手机供应链，国内企业还需要突破外延工艺上的重重难关，其中首道难题就是外延片的均匀性生长技术。目前国产化产品的良率较低。
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