下一代激光雷达光源新秀VCSEL

近期造车新势力厂商发布的新款车型都加入了新的功能，那就是基于激光雷达（LiDAR）的自动驾驶方案。激光雷达是一种很早就被大众所了解的实现自动驾驶的传感器解决方案之一，我们在近期终于看到了量产落地。尽管目前自动驾驶的技术路线依然众说纷纭，百家争鸣，但是激光雷达越来越被方案厂商和主机厂商所选择。

传统的激光雷达有机械式激光雷达方案、MEMS激光雷达方等。传统机械式激光雷达方案的光源和接收探测器采用器件物料堆叠的方式，对成本和组装维护等来讲都面临着不小的挑战。MEMS激光雷达在小型化和量产方面现在也逐步开始落地，但是MEMS激光雷达在后端软件算法处理和MEMS微镜的可靠性方面也面临着一些问题。激光雷达要实现大批量量产，对可靠性和成本的要求非常高，业内激光雷达方案厂商为了解决上述两个问题，开始把目光移向新兴的基于垂直腔面发射激光器（VCSEL）光源的激光雷达方案。

自从2017年苹果将VCSEL应用在前置结构光方案实现人脸识别功能之后，VCSEL开始在消费电子领域得到广泛的关注和应用。2020年，苹果在新款iPad Pro和iPhone 12 Pro上先后采用后置激光雷达方案，依然采用了VCSEL作为核心的激光光源。

iPhone X前置结构光方案实现人脸识别

iPhone 12 Pro系列的后置激光雷达方案

经过在消费电子领域大批量使用，VCSEL开始被汽车电子应用关注，相关厂商开始研究直接替代传统边缘激光发射器（EEL）的可行性。VCSEL用于汽车应用，需要在可靠性和光功率密度方面都达到车规级激光雷达的要求。

在可靠性方面，VCSEL由于其结构具备比EEL更大的天然优势。麦姆斯咨询了解到，国内常州纵慧芯光半导体科技有限公司（以下简称：纵慧芯光）已经于2020年完成AEC-Q102第三方车规认证，也是目前国内唯一一家通过该认证的厂商。

纵慧芯光于2020年8月通过AEC-Q102认证

据了解，纵慧芯光送AEC-Q102认证的VCSEL产品直接采用裸芯片方式，并没有经过密封封装，由此可看出纵慧芯光的VCSEL器件在可靠性方面具备强足的实力。

在光功率密度方面，VCSEL可以凭借增大阵列发光点个数来增加光功率。但是在激光雷达应用中，通过增加面积的方式增加光功率，对系统带来的收益并不大，只有更高的光功率密度才能让激光的探测距离更远。2020年，各大VCSEL厂商纷纷发布多结VCSEL技术方案。所谓多结VCSEL技术就是通过增多发光量子层部分来提升单位电流下的光功率，从而提高器件的光功率密度。

多结VCSEL结构示意图

VCSEL的多结结构相对于传统单结结构，最大的变化是在外延结构的调整。麦姆斯咨询了解到，纵慧芯光于2018年在常州自建外延产线，带来的直接效益则是纵慧芯光在产品研发迭代速度方面远快于采用无晶圆厂（Fabless）模式的VCSEL厂商。

通常情况下，VCSEL外延设备完成一轮外延生长只需要6个小时左右，而如果采用代工的方式开发新的结构，至少需要提前一个季度预定窗口期。在当前半导体产能吃紧的情况下，传统Fabless厂商的研发迭代速度会受到巨大的影响。我们了解到，纵慧芯光的多结VCSEL产品性能已处于世界第一梯队：光功率密度达到了5000W/mm²，已经接近于传统EEL产品。纵慧芯光已经开发出808nm、850nm、905nm、940nm等各个波长的VCSEL产品系列，并且各系列产品都已具备多结技术储备。目前，纵慧芯光已经获得了IATF 16949体系符合性认证，为汽车激光雷达市场的爆发做好了充分的准备。

麦姆斯咨询相信，经过VCSEL厂商的努力，能够将激光雷达的成本大大降低，价格做到平民化，让激光雷达技术实现真正的大批量量产，保护驾驶员和乘客生命安全。

编辑：jq