VCSEL行業研究報告消費電子傳感和短距光通信的首選光源20191024基業常青 深耕產業研究助力資本增值VCSEL行業研究報告消費電子傳感和短距光通信的首選光源2019年10月本報告版權歸基業常青經濟研究院所有，未經書面許可任何機構和個人不得以任何形式翻版、復制、刊登，公司保留追究法律責任的權利。 譚瀟剛博士研究總監中國科學技術大學本碩博，無機化學專業，曾發表多篇高檔次SCI論文；知名券商研究所、投行背景，兼備理工、金融復合背景和跨 一、二級市場研究視角；深度研究新能源、新材料、精細化工等領域。 電8033Email:tanxiaogangjiyechangqing.牛耀鼎清華大學工學學士，精密儀器專業光學工程方向；香港科技大學管理學碩士。 廖智昊浙江大學理學學士；康奈爾大學材料系工學碩士，半導體方向。 VCSEL行業投資邏輯（1/2）?VCSEL具有調制響應快、光束質量好、效率高、可集成等優點，由于其單個芯片輸出功率較低，一般應用于短距場景，是消費電子傳感和短距光通信的首選光源。 ?VCSEL是短距消費電子3D傳感器最適光源，其功率隨技術發展逐步提高，下游應用領域不斷擴展。 VCSEL市場具有結構性特征，短期支撐與長期想象空間并存。 ?當下的消費電子的3D傳感（面部識別和后攝ToF）并非剛需，滲透能力有限。 ?手機3D傳感的應用在于解鎖、支付（前攝）和攝影輔助（后攝）。 前攝與指紋競爭，特點是安全性有所提升，但由于手機支付場景是有人值守場景，對安全性的需求不如門鎖、閘機等場景高。 攝影輔助目前僅能用于少數虛化輔助、背景替換等應用。 ?目前使用面部識別的手機均為4000元以上級別，使用后攝ToF的手機只有極少數主打攝影的超高端機型。 因為目前的應用均為“癢點需求”，且囿于成本限制，中低端機型沒有搭載的意愿和預算，因此3D傳感難以向下滲透。 ?在4000元以上級別機型中，由于面部識別模組是“劉海屏”的成因，3D傳感模組受到屏下指紋識別模組的強勢沖擊。 國產新機型多數使用的是屏下指紋方案。 隨著LCD屏下指紋的量產，屏下指紋方案甚至能搶先向下滲透。 01本報告版權歸基業常青經濟研究院所有，未經書面許可任何機構和個人不得以任何形式翻版、復制、刊登，公司保留追究法律責任的權利。 VCSEL行業投資邏輯（2/2）?VCSEL是短距光通信市場唯一光源。 國內數據流量占全球26.8%，但大型數據機房數量僅占全球8%，兩者的不匹配正促進數據機房的加速建設，催生十億級VCSEL新需求。 ?大型數據機房中，內部流量增多，因此內部架構將從原來的三級式架構改為兩級“葉脊式”架構。 該架構通過大量短距葉脊間通信實現，拉動短距光源VCSEL需求。 ?流量爆炸時代，25G/100G光模塊必將取代10G/40G模塊，帶來存量更換的升級需求。 10G VCSEL芯片已成紅海市場，壁壘、價格雙低；25G VCSEL的技術稀缺性可以保證毛利空間，帶動價格上漲。 ?投資策略?消費電子傳感用VCSEL關注外延片工藝，外延片是VCSEL芯片制造的上游，也是整體工藝的瓶頸。 目前全球超過90%的外銷產能被英國公司IQE把控，且用于優先供應蘋果3D傳感模組。 因此要關注能夠掌握外延生產工藝、最好擁有自建產線的企業。 ?光通信用VCSEL關注穩定性和下游認證，光通信光源的壽命要求至少在4000小時以上，因此穩定性驗證尤為重要。 穩定性驗證周期在半年到一年之間，企業宣稱量產與通過下游測試之間仍有較大鴻溝。 因此要關注能夠率先通過下游驗證的企業。 譚瀟剛博士研究總監中國科學技術大學本碩博，無機化學專業，曾發表多篇高檔次SCI論文；知名券商研究所、投行背景，兼備理工、金融復合背景和跨 一、二級市場研究視角；深度研究新能源、新材料、精細化工等領域。 電8033Email:tanxiaogangjiyechangqing.牛耀鼎清華大學工學學士，精密儀器專業光學工程方向；香港科技大學管理學碩士。 廖智昊浙江大學理學學士；康奈爾大學材料系工學碩士，半導體方向。 目錄CONTENTS 一、VCSEL高頻高效可集成半導體光源，是消費電子傳感和短距光通信的首選 二、消費電子傳感3D傳感器最適光源，短期需求難落地，長期發展看AR 三、光通信國內數據中心需求隨5G爆發，葉脊結構、25G模塊帶來VCSEL增量需求 四、消費電子傳感用VCSEL關注外延片工藝，光通信用VCSEL關注穩定性及下游認證 五、風險提示目錄CONTENTS 一、VCSEL高頻高效可集成半導體光源，是消費電子傳感和短距光通信的首選 二、消費電子傳感3D傳感器最適光源，短期需求難落地，長期發展看AR 三、光通信國內數據中心需求隨5G爆發，葉脊結構、25G模塊帶來VCSEL增量需求 四、消費電子傳感用VCSEL關注外延片工藝，光通信用VCSEL關注穩定性及下游認證 五、風險提示本報告版權歸基業常青經濟研究院所有，未經書面許可任何機構和個人不得以任何形式翻版、復制、刊登，公司保留追究法律責任的權利。 VCSEL應用于消費電子傳感和光通信，還將應用于激光雷達（汽車/工業）?VCSEL，即Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser垂直腔面發射激光器，是一種半導體光源。 和其他半導體光源一樣，VCSEL體積小、可簡易封裝，適用于各種對體積有要求的場景。 ?VCSEL起源于1979年，最初應用于短距數據通信（光芯片），之后應用于一些對小體積低功率光源有需求的消費電子，如鼠標、激光打印機等。 ?xx年起，VCSEL在傳感器中得到應用，替代LED應用于手機接近傳感器、掃地機器人等短距測距場景。 ?xx年，VCSEL被成功應用于iPhone人臉識別模組，開始大規模受到關注；同時由于功率提升，在激光雷達、安防照明等中長距領域也逐步開始得到應用。 Yole，基業常青04本報告版權歸基業常青經濟研究院所有，未經書面許可任何機構和個人不得以任何形式翻版、復制、刊登，公司保留追究法律責任的權利。 ?VCSEL與其他半導體光源相比是通信、傳感光源的最優選擇?VCSEL的特性?比LED（光電二極管）精度高、能效高（功耗低）；?比EEL（邊發射激光器）響應快、易集成；?VCSEL最適用于集成性、精度、響應要求較高的場景。 同時，這種特性也賦予VCSEL可集成性，可以成陣列大功率發光（如下圖）。 Vixar，基業常青VCSEL應用于消費電子傳感和光通信，還將應用于激光雷達（汽車/工業）如下圖所示，VCSEL/LED發光方向與芯片平面垂直，而EEL發光方向與芯片平面垂直。 這種出光方向使VCSEL在制造出來后可以在晶圓上無需切割直接檢測、使用常規方式封裝、降低制造成本。 05本報告版權歸基業常青經濟研究院所有，未經書面許可任何機構和個人不得以任何形式翻版、復制、刊登，公司保留追究法律責任的權利。 VCSEL主要應用是光通信和消費電子傳感，未來將應用于激光雷達（汽車/工業）特點VCSEL EELLED備注單個功率低高不適用（過于發散）不適用于傳遞光能場景，如激光切割、焊接發光效率33%-50%約5%20%-33%散熱問題小、功耗低，適用于消費電子等高集成場景光束質量最佳，集中性好一般，非對稱最差，光斑發散無需額外透鏡校正，適用于消費電子等高集成場景可調制速度最快快慢適用于通信場景，由于功率限制，僅適用于短距波長-溫度穩定性0.06nm/C0.25nm/C0.25nm/C光譜寬度1nm1-2nm20-30nmFinisar，基業常青?VCSEL與其他半導體光源相比是通信、傳感光源的最優選擇?VCSEL的短板在于制造成本高、單體功率低，因此限制了它在高功率場景的應用，如中長距離通信、激光切割焊接等。 VCSEL主要應用場景是短距傳遞信號和照明。 ?VCSEL的可集成性可一定程度彌補上述短板。 隨著目前VCSEL的集成度增加帶來的總功率提升，已逐漸開始應用于中長距場景，如激光雷達、安防攝像頭照明等。 06本報告版權歸基業常青經濟研究院所有，未經書面許可任何機構和個人不得以任何形式翻版、復制、刊登，公司保留追究法律責任的權利。 消費電子傳感用VCSEL重在功率，光通信用VCSEL重在穩定性和客戶驗證?不同應用對VCSEL的性能要求不同，其中最重要的是功率。 ?更高的功率需要更多的反射鏡（見右圖），對工藝提出挑戰。 ?隨技術發展VCSEL功率不斷提高，下游應用領域逐漸擴展，具有結構性特征，長期想象空間與短期落地需求并存。 ?光通信領域的應用雖然對功率需求低，但是對調制信號穩定性要求高，客戶驗證周期較長。 Yole，Finisar，基業常青應用范圍需求功率反射鏡個數封裝大小（平方毫米）光通信、接近傳感器3-40毫瓦1-80.02-0.06手勢識別、激光對焦10-350毫瓦3-600.06-0.43D感應、激光醫療200-1000毫瓦30-2000.4-1.3激光雷達、激光切割（潛在）5-40瓦100-5000+10-40上圖中綠灰相間的即為反射鏡，光在其中反射，集聚能量。 因此反射鏡個數越多，單個VCSEL提供的能量越高。 為了減少光在反射中的能量損失，每層反射鏡的厚度要求精確控制在發射波長的四分之一，約200-300納米。 07本報告版權歸基業常青經濟研究院所有，未經書面許可任何機構和個人不得以任何形式翻版、復制、刊登，公司保留追究法律責任的權利。 風險提示?技術進步不及預期風險國內技術積累缺乏，研發與工藝人才稀缺，尚需大量技術突破與工藝改進，才能與進口產品的性能和穩定性相抗衡。 ?下游應用增速與VCSEL滲透率不及預期風險由于宏觀經濟放緩、政策變動導致消費電子、光通信市場放緩，由于成本降低緩慢等因素，VCSEL在下游市場滲透可能不及預期。 ?客戶認可及替換國產產品不及預期風險如果VCSEL需求量不及預期，則囿于市場規模與轉換成本，國內下游客戶未必會大量使用國產VCSEL替代進口產品。 20目錄CONTENTS 一、VCSEL高頻高效可集成半導體光源，是消費電子傳感和短距光通信的首選 二、消費電子傳感3D傳感器最適光源，短期需求難落地，長期發展看AR 三、光通信國內數據中心需求隨5G爆發，葉脊結構、25G模塊帶來VCSEL增量需求 四、消費電子傳感用VCSEL關注外延片工藝，光通信用VCSEL關注穩定性及下游認證 五、風險提示本報告版權歸基業常青經濟研究院所有，未經書面許可任何機構和個人不得以任何形式翻版、復制、刊登，公司保留追究法律責任的權利。 提示想要閱讀以上報告余下四章全文嗎？關注基業常青經濟研究院公眾號，