VCSEL行业研究报告：消费电子传感和短距光通信的首选光源

1、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8033Email: 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

2、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

3、，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

4、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

5、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8033Email: 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。本报告版权归基业常青

6、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。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

7、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）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，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。VCSE

8、L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04VCSEL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VC

9、SEL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）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。VCSEL与其他半导体光源相比是通信、传感光源的最优选择05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，

10、如激光切割、焊接发光效率33 -50约520 -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景可调制速度最快快慢适用于通信场景，由于功率限制，仅适用于短距波长-温度稳定性0.06nm/C0.25nm/C0.25nm/C光谱宽度1nm1-2nm20-30nm资料来源：Finisar，基业常青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的短板在于制造成本高、单体

11、功率低，因此限制了它在高功率场景的应用，如中长距离通 信、激光切割焊接等。VCSEL主要应用场景是短距传递信号和照明。VCSEL的可集成性可一定程度弥补上述短板。随着目前VCSEL的集成度增加带来的总功率提升， 已逐渐开始应用于中长距场景，如激光雷达、安防摄像头照明等。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）06消费电子传感用VCSEL重在功率，光通信用VCSEL重在稳定性和客户验证不同应用对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镜（见右图），对工艺提出挑战。随技术发展VCSEL功率不断提高，下游应用领域逐渐扩展，具 有结构性

12、特征，长期想象空间与短期落地需求并存。光通信领域的应用虽然对功率需求低，但是对调制信号稳定性 要求高，客户验证周期较长。资料来源：Yole，Finisar，基业常青应用范围需求功率反射镜个数封装大小（平方毫米）光通信、接近传感器3-40毫瓦1-80.02-0.06手势识别、激光对焦10-350毫瓦3-600.06-0.43D感应、激光医疗200-1000毫瓦30-2000.4-1.3激光雷达、激光切割（潜在）5-40瓦100-5000+10-40上图中绿灰相间的即为反射镜， 光在其中反射，集聚能量。因此反射 镜个数越多，单个VCSEL提供的能量越 高。为了减少光在反射中的能量损失，每层反射镜的

13、厚度要求精确控制在发 射波长的四分之一，约200-300纳米。07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。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。技术进步不及预期风险：国内技术积累缺乏，研发与工艺人才稀缺，尚需大量技术突破与工艺改进，才 能与进口产品的性能和稳定性相抗衡。下游应用增速与VCSEL渗透率不及预期风险：由于宏观经济放缓、政策变动导致消费电子、光通信市 场放缓，由于成本降低缓慢等因素，VCSEL在下游市场渗透可能不及预期。客户认可及替换国产产品不及预期风险：如果VCSEL需求量不及预期，则囿于市场规模与转换成本，国 内下游客户未必会大量使用国产VCSEL替代进口产品。20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VCSE