VCSEL行业研究报告：消费电子传感和短距光通信的首选光源

深耕产业研究 助力资本增值VCSEL行业研究报告：消费电子传感和短距光通信的首选光源2019年10月本报告版权归基业常青经济研究院所有，未经书面许可任何机构和个人不得以任何形式翻版、复制、刊登，公司保留追究法律责任的权利。谭潇刚博士研究总监中国科学技术大学本硕博，无机化学专业，曾发表多篇高档次SCI论文；知名券商研究所、投行背景，兼备理工、金融复合背景和跨一、二级市场研究视角；深度研究新能源、新材料、精细化工等领域。电话：0755-83068383-8033Email: tanxiaogang@jiyechangqing.cn牛耀鼎清华大学工学学士，精密仪器专业光学工程方向；香港科技大学管理学硕士。廖智昊浙江大学理学学士；康奈尔大学材料系工学硕士，半导体方向。VCSEL行业投资逻辑（1/2）VCSEL具有调制响应快、光束质量好、效率高、可集成等优点，由于其单个芯片输出功率较低，一般应用于短距场景，是消费电子传感和短距光通信的首选光源。VCSEL是短距消费电子3D传感器最适光源，其功率随技术发展逐步提高，下游应用领域不断扩展。VCSEL市场具有结构性特征，短期支撑与长期想象空间并存。➢当下的消费电子的3D传感（面部识别和后摄ToF）并非刚需，渗透能力有限。➢手机3D传感的应用在于解锁、支付（前摄）和摄影辅助（后摄）。前摄与指纹竞争，特点是安全性有所提升，但由于手机支付场景是有人值守场景，对安全性的需求不如门锁、闸机等场景高。摄影辅助目前仅能用于少数虚化辅助、背景替换等应用。➢目前使用面部识别的手机均为4000元以上级别，使用后摄ToF的手机只有极少数主打摄影的超高端机型。因为目前的应用均为“痒点需求”，且囿于成本限制，中低端机型没有搭载的意愿和预算，因此3D传感难以向下渗透。➢在4000元以上级别机型中，由于面部识别模组是“刘海屏”的成因，3D传感模组受到屏下指纹识别模组的强势冲击。国产新机型多数使用的是屏下指纹方案。随着LCD屏下指纹的量产，屏下指纹方案甚至能抢先向下渗透。01本报告版权归基业常青经济研究院所有，未经书面许可任何机构和个人不得以任何形式翻版、复制、刊登，公司保留追究法律责任的权利。VCSEL行业投资逻辑（2/2） VCSEL是短距光通信市场唯一光源。国内数据流量占全球26.8%，但大型数据机房数量仅占全球8%，两者的不匹配正促进数据机房的加速建设，催生十亿级VCSEL新需求。➢大型数据机房中，内部流量增多，因此内部架构将从原来的三级式架构改为两级“叶脊式”架构。该架构通过大量短距叶脊间通信实现，拉动短距光源VCSEL需求。➢流量爆炸时代，25G/100G光模块必将取代10G/40G模块，带来存量更换的升级需求。10G VCSEL芯片已成红海市场，壁垒、价格双低；25G VCSEL的技术稀缺性可以保证毛利空间，带动价格上涨。投资策略：➢消费电子传感用VCSEL关注外延片工艺，外延片是VCSEL芯片制造的上游，也是整体工艺的瓶颈。目前全球超过90%的外销产能被英国公司IQE把控，且用于优先供应苹果3D传感模组。因此要关注能够掌握外延生产工艺、最好拥有自建产线的企业。➢光通信用VCSEL关注稳定性和下游认证，光通信光源的寿命要求至少在4000小时以上，因此稳定性验证尤为重要。稳定性验证周期在半年到一年之间，企业宣称量产与通过下游测试之间仍有较大鸿沟。因此要关注能够率先通过下游验证的企业。谭潇刚博士研究总监中国科学技术大学本硕博，无机化学专业，曾发表多篇高档次SCI论文；知名券商研究所、投行背景，兼备理工、金融复合背景和跨一、二级市场研究视角；深度研究新能源、新材料、精细化工等领域。电话：0755-83068383-8033Email: tanxiaogang@jiyechangqing.cn牛耀鼎清华大学工学学士，精密仪器专业光学工程方向；香港科技大学管理学硕士。廖智昊浙江大学理学学士；康奈尔大学材料系工学硕士，半导体方向。目录CONTENTS一、VCSEL：高频高效可集成半导体光源，是消费电子传感和短距光通信的首选二、消费电子传感：3D传感器最适光源，短期需求难落地，长期发展看AR三、光通信：国内数据中心需求随5G爆发，叶脊结构、25G模块带来VCSEL增量需求四、消费电子传感用VCSEL关注外延片工艺，光通信用VCSEL关注稳定性及下游认证五、风险提示目录CONTENTS一、VCSEL：高频高效可集成半导体光源，是消费电子传感和短距光通信的首选二、消费电子传感：3D传感器最适光源，短期需求难落地，长期发展看AR三、光通信：国内数据中心需求随5G爆发，叶脊结构、25G模块带来VCSEL增量需求四、消费电子传感用VCSEL关注外延片工艺，光通信用VCSEL关注稳定性及下游认证五、风险提示本报告版权归基业常青经济研究院所有，未经书面许可任何机构和个人不得以任何形式翻版、复制、刊登，公司保留追究法律责任的权利。VCSEL应用于消费电子传感和光通信，还将应用于激光雷达（汽车/工业）❑ VCSEL，即Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser垂直腔面发射激光器，是一种半导体光源。和其他半导体光源一样，VCSEL体积小、可简易封装，适用于各种对体积有要求的场景。❑ VCSEL起源于1979年，最初应用于短距数据通信（光芯片），之后应用于一些对小体积低功率光源有需求的消费电子，如鼠标、激光打印机等。❑ 2014年起，VCSEL在传感器中得到应用，替代LED应用于手机接近传感器、扫地机器人等短距测距场景。❑ 2017年，VCSEL被成功应用于iPhone 人脸识别模组，开始大规模受到关注；同时由于功率提升，在激光雷达、安防照明等中长距领域也逐步开始得到应用。资料来源：Yole，基业常青04本报告版权归基业常青经济研究院所有，未经书面许可任何机构和个人不得以任何形式翻版、复制、刊登，公司保留追究法律责任的权利。❑ VCSEL与其他半导体光源相比是通信、传感光源的最优选择➢ VCSEL的特性：•比LED（光电二极管）精度高、能效高（功耗低）；•比EEL（边发射激光器）响应快、易集成；•VCSEL最适用于集成性、精度、响应要求较高的场景。同时，这种特性也赋予VCSEL可集成性，可以成阵列大功率发光（如下图）。资料来源：Vixar，基业常青VCSEL应用于消费电子传感和光通信，还将应用于激光雷达（汽车/工业）如下图所示，VCSEL/LED发光方向与芯片平面垂直，而EEL发光方向与芯片平面垂直。这种出光方向使VCSEL在制造出来后可以在晶圆上无需切割直接检测、使用常规方式封装、降低制造成本。05本报告版权归基业常青经济研究院所有，未经书面许可任何机构和个人不得以任何形式翻版、复制、刊登，公司保留追究法律责任的权利。VCSEL主要应用是光通信和消费电子传感，未来将应用于激光雷达（汽车/工业）特点VCSELEELLED备注单个功率低高不适用（过于发散）不适用于传递光能场景，如激光切割、焊接发光效率33%-50%约5%20%-33%散热问题小、功耗低，适用于消费电子等高集成场景光束质量最佳，集中性好一般，非对称最差，光斑发散无需额外透镜校正，适用于消费电子等高集成场