VCSEL行業(yè)研究報(bào)告消費(fèi)電子傳感和短距光通信的首選光源20191024基業(yè)常青.doc

VCSEL行業(yè)研究報(bào)告消費(fèi)電子傳感和短距光通信的首選光源20191024基業(yè)常青 深耕產(chǎn)業(yè)研究助力資本增值VCSEL行業(yè)研究報(bào)告消費(fèi)電子傳感和短距光通信的首選光源2019年10月本報(bào)告版權(quán)歸基業(yè)常青經(jīng)濟(jì)研究院所有，未經(jīng)書面許可任何機(jī)構(gòu)和個(gè)人不得以任何形式翻版、復(fù)制、刊登，公司保留追究法律責(zé)任的權(quán)利。 譚瀟剛博士研究總監(jiān)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)本碩博，無機(jī)化學(xué)專業(yè)，曾發(fā)表多篇高檔次SCI論文；知名券商研究所、投行背景，兼?zhèn)淅砉?、金融?fù)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(xì)化工等領(lǐng)域。 電8033Email:tanxiaogangjiyechangqing.牛耀鼎清華大學(xué)工學(xué)學(xué)士，精密儀器專業(yè)光學(xué)工程方向；香港科技大學(xué)管理學(xué)碩士。 廖智昊浙江大學(xué)理學(xué)學(xué)士；康奈爾大學(xué)材料系工學(xué)碩士，半導(dǎo)體方向。 VCSEL行業(yè)投資邏輯（1/2）?VCSEL具有調(diào)制響應(yīng)快、光束質(zhì)量好、效率高、可集成等優(yōu)點(diǎn)，由于其單個(gè)芯片輸出功率較低，一般應(yīng)用于短距場景，是消費(fèi)電子傳感和短距光通信的首選光源。 ?VCSEL是短距消費(fèi)電子3D傳感器最適光源，其功率隨技術(shù)發(fā)展逐步提高，下游應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。 VCSEL市場具有結(jié)構(gòu)性特征，短期支撐與長期想象空間并存。 ?當(dāng)下的消費(fèi)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(jī)3D傳感的應(yīng)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(diǎn)是安全性有所提升，但由于手機(jī)支付場景是有人值守場景，對安全性的需求不如門鎖、閘機(jī)等場景高。 攝影輔助目前僅能用于少數(shù)虛化輔助、背景替換等應(yīng)用。 ?目前使用面部識別的手機(jī)均為4000元以上級別，使用后攝ToF的手機(jī)只有極少數(shù)主打攝影的超高端機(jī)型。 因?yàn)槟壳暗膽?yīng)用均為“癢點(diǎn)需求”，且囿于成本限制，中低端機(jī)型沒有搭載的意愿和預(yù)算，因此3D傳感難以向下滲透。 ?在4000元以上級別機(jī)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(qiáng)勢沖擊。 國產(chǎn)新機(jī)型多數(shù)使用的是屏下指紋方案。 隨著LCD屏下指紋的量產(chǎn)，屏下指紋方案甚至能搶先向下滲透。 01本報(bào)告版權(quán)歸基業(yè)常青經(jīng)濟(jì)研究院所有，未經(jīng)書面許可任何機(jī)構(gòu)和個(gè)人不得以任何形式翻版、復(fù)制、刊登，公司保留追究法律責(zé)任的權(quán)利。 VCSEL行業(yè)投資邏輯（2/2）?VCSEL是短距光通信市場唯一光源。 國內(nèi)數(shù)據(jù)流量占全球26.8%，但大型數(shù)據(jù)機(jī)房數(shù)量僅占全球8%，兩者的不匹配正促進(jìn)數(shù)據(jù)機(jī)房的加速建設(shè)，催生十億級VCSEL新需求。 ?大型數(shù)據(jù)機(jī)房中，內(nèi)部流量增多，因此內(nèi)部架構(gòu)將從原來的三級式架構(gòu)改為兩級“葉脊式”架構(gòu)。 該架構(gòu)通過大量短距葉脊間通信實(shí)現(xiàn)，拉動短距光源VCSEL需求。 ?流量爆炸時(shí)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(jià)格雙低；25G VCSEL的技術(shù)稀缺性可以保證毛利空間，帶動價(jià)格上漲。 ?投資策略?消費(fèi)電子傳感用VCSEL關(guān)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(chǎn)能被英國公司IQE把控，且用于優(yōu)先供應(yīng)蘋果3D傳感模組。 因此要關(guān)注能夠掌握外延生產(chǎn)工藝、最好擁有自建產(chǎn)線的企業(yè)。 ?光通信用VCSEL關(guān)注穩(wěn)定性和下游認(rèn)證，光通信光源的壽命要求至少在4000小時(shí)以上，因此穩(wěn)定性驗(yàn)證尤為重要。 穩(wěn)定性驗(yàn)證周期在半年到一年之間，企業(yè)宣稱量產(chǎn)與通過下游測試之間仍有較大鴻溝。 因此要關(guān)注能夠率先通過下游驗(yàn)證的企業(yè)。 譚瀟剛博士研究總監(jiān)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)本碩博，無機(jī)化學(xué)專業(yè)，曾發(fā)表多篇高檔次SCI論文；知名券商研究所、投行背景，兼?zhèn)淅砉?、金融?fù)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(xì)化工等領(lǐng)域。 電8033Email:tanxiaogangjiyechangqing.牛耀鼎清華大學(xué)工學(xué)學(xué)士，精密儀器專業(yè)光學(xué)工程方向；香港科技大學(xué)管理學(xué)碩士。 廖智昊浙江大學(xué)理學(xué)學(xué)士；康奈爾大學(xué)材料系工學(xué)碩士，半導(dǎo)體方向。 目錄CONTENTS 一、VCSEL高頻高效可集成半導(dǎo)體光源，是消費(fèi)電子傳感和短距光通信的首選 二、消費(fèi)電子傳感3D傳感器最適光源，短期需求難落地，長期發(fā)展看AR 三、光通信國內(nèi)數(shù)據(jù)中心需求隨5G爆發(fā)，葉脊結(jié)構(gòu)、25G模塊帶來VCSEL增量需求 四、消費(fèi)電子傳感用VCSEL關(guān)注外延片工藝，光通信用VCSEL關(guān)注穩(wěn)定性及下游認(rèn)證 五、風(fēng)險(xiǎn)提示目錄CONTENTS 一、VCSEL高頻高效可集成半導(dǎo)體光源，是消費(fèi)電子傳感和短距光通信的首選 二、消費(fèi)電子傳感3D傳感器最適光源，短期需求難落地，長期發(fā)展看AR 三、光通信國內(nèi)數(shù)據(jù)中心需求隨5G爆發(fā)，葉脊結(jié)構(gòu)、25G模塊帶來VCSEL增量需求 四、消費(fèi)電子傳感用VCSEL關(guān)注外延片工藝，光通信用VCSEL關(guān)注穩(wěn)定性及下游認(rèn)證 五、風(fēng)險(xiǎn)提示本報(bào)告版權(quán)歸基業(yè)常青經(jīng)濟(jì)研究院所有，未經(jīng)書面許可任何機(jī)構(gòu)和個(gè)人不得以任何形式翻版、復(fù)制、刊登，公司保留追究法律責(zé)任的權(quán)利。 VCSEL應(yīng)用于消費(fèi)電子傳感和光通信，還將應(yīng)用于激光雷達(dá)（汽車/工業(yè)）?VCSEL，即Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser垂直腔面發(fā)射激光器，是一種半導(dǎo)體光源。 和其他半導(dǎo)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(yīng)用于短距數(shù)據(jù)通信（光芯片），之后應(yīng)用于一些對小體積低功率光源有需求的消費(fèi)電子，如鼠標(biāo)、激光打印機(jī)等。 ?xx年起，VCSEL在傳感器中得到應(yīng)用，替代LED應(yīng)用于手機(jī)接近傳感器、掃地機(jī)器人等短距測距場景。 ?xx年，VCSEL被成功應(yīng)用于iPhone人臉識別模組，開始大規(guī)模受到關(guān)注；同時(shí)由于功率提升，在激光雷達(dá)、安防照明等中長距領(lǐng)域也逐步開始得到應(yīng)用。 Yole，基業(yè)常青04本報(bào)告版權(quán)歸基業(yè)常青經(jīng)濟(jì)研究院所有，未經(jīng)書面許可任何機(jī)構(gòu)和個(gè)人不得以任何形式翻版、復(fù)制、刊登，公司保留追究法律責(zé)任的權(quán)利。 ?VCSEL與其他半導(dǎo)體光源相比是通信、傳感光源的最優(yōu)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(fā)射激光器）響應(yīng)快、易集成；?VCSEL最適用于集成性、精度、響應(yīng)要求較高的場景。 同時(shí)，這種特性也賦予VCSEL可集成性，可以成陣列大功率發(fā)光（如下圖）。 Vixar，基業(yè)常青VCSEL應(yīng)用于消費(fèi)電子傳感和光通信，還將應(yīng)用于激光雷達(dá)（汽車/工業(yè)）如下圖所示，VCSEL/LED發(fā)光方向與芯片平面垂直，而EEL發(fā)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(guī)方式封裝、降低制造成本。 05本報(bào)告版權(quán)歸基業(yè)常青經(jīng)濟(jì)研究院所有，未經(jīng)書面許可任何機(jī)構(gòu)和個(gè)人不得以任何形式翻版、復(fù)制、刊登，公司保留追究法律責(zé)任的權(quán)利。 VCSEL主要應(yīng)用是光通信和消費(fèi)電子傳感，未來將應(yīng)用于激光雷達(dá)（汽車/工業(yè)）特點(diǎn)VCSEL EELLED備注單個(gè)功率低高不適用（過于發(fā)散）不適用于傳遞光能場景，如激光切割、焊接發(fā)光效率33%-50%約5%20%-33%散熱問題小、功耗低，適用于消費(fèi)電子等高集成場景光束質(zhì)量最佳，集中性好一般，非對稱最差，光斑發(fā)散無需額外透鏡校正，適用于消費(fèi)電子等高集成場景可調(diào)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(wěn)定性0.06nm/C0.25nm/C0.25nm/C光譜寬度1nm1-2nm20-30nmFinisar，基業(yè)常青?VCSEL與其他半導(dǎo)體光源相比是通信、傳感光源的最優(yōu)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(yīng)用，如中長距離通信、激光切割焊接等。 VCSEL主要應(yīng)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(bǔ)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(yīng)用于中長距場景，如激光雷達(dá)、安防攝像頭照明等。 06本報(bào)告版權(quán)歸基業(yè)常青經(jīng)濟(jì)研究院所有，未經(jīng)書面許可任何機(jī)構(gòu)和個(gè)人不得以任何形式翻版、復(fù)制、刊登，公司保留追究法律責(zé)任的權(quán)利。 消費(fèi)電子傳感用VCSEL重在功率，光通信用VCSEL重在穩(wěn)定性和客戶驗(yàn)證?不同應(yīng)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(zhàn)。 ?隨技術(shù)發(fā)展VCSEL功率不斷提高，下游應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴(kuò)展，具有結(jié)構(gòu)性特征，長期想象空間與短期落地需求并存。 ?光通信領(lǐng)域的應(yīng)用雖然對功率需求低，但是對調(diào)制信號穩(wěn)定性要求高，客戶驗(yàn)證周期較長。 Yole，F(xiàn)inisar，基業(yè)常青應(yīng)用范圍需求功率反射鏡個(gè)數(shù)封裝大?。ㄆ椒胶撩祝┕馔ㄐ?、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(yīng)、激光醫(yī)療200-1000毫瓦30-2000.4-1.3激光雷達(dá)、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(gè)數(shù)越多，單個(gè)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(fā)射波長的四分之一，約200-300納米。 07本報(bào)告版權(quán)歸基業(yè)常青經(jīng)濟(jì)研究院所有，未經(jīng)書面許可任何機(jī)構(gòu)和個(gè)人不得以任何形式翻版、復(fù)制、刊登，公司保留追究法律責(zé)任的權(quán)利。 風(fēng)險(xiǎn)提示?技術(shù)進(jìn)步不及預(yù)期風(fēng)險(xiǎn)國內(nèi)技術(shù)積累缺乏，研發(fā)與工藝人才稀缺，尚需大量技術(shù)突破與工藝改進(jìn)，才能與進(jìn)口產(chǎn)品的性能和穩(wěn)定性相抗衡。 ?下游應(yīng)用增速與VCSEL滲透率不及預(yù)期風(fēng)險(xiǎn)由于宏觀經(jīng)濟(jì)放緩、政策變動導(dǎo)致消費(fèi)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(yù)期。 ?客戶認(rèn)可及替換國產(chǎn)產(chǎn)品不及預(yù)期風(fēng)險(xiǎn)如果VCSEL需求量不及預(yù)期，則囿于市場規(guī)模與轉(zhuǎn)換成本，國內(nèi)下游客戶未必會大量使用國產(chǎn)VCSEL替代進(jìn)口產(chǎn)品。 20目錄CONTENTS 一、VCSEL高頻高效可集成半導(dǎo)體光源，是消費(fèi)電子傳感和短距光通信的首選 二、消費(fèi)電子傳感3D傳感器最適光源，短期需求難落地，長期發(fā)展看AR 三、光通信國內(nèi)數(shù)據(jù)中心需求隨5G爆發(fā)，葉脊結(jié)構(gòu)、25G模塊帶來VCSEL增量需求 四、消費(fèi)電子傳感用VCSEL關(guān)注外延片工藝，光通信用VCSEL關(guān)注穩(wěn)定性及下游認(rèn)證 五、風(fēng)險(xiǎn)提示本報(bào)告版權(quán)歸基業(yè)常青經(jīng)濟(jì)研究院所有，未經(jīng)書面許可任何機(jī)構(gòu)和個(gè)人不得以任何形式翻版、復(fù)制、刊登，公司保留追究法律責(zé)任的權(quán)利。 提示想要閱讀以上報(bào)告余下四章全文嗎？關(guān)注基業(yè)常青經(jīng)濟(jì)研究院公眾號，