车载光学中,激光器按集成度划分主要分为分立器件与集成化器件,当前国产化在分立器件领域已取得突破,但集成度更高的高端激光器在衬底材料、芯片设计与精密封装等环节仍存在明显短板,自主可控程度与国外先进水平仍有差距。
集成度分类与国产化现状
激光器按集成程度可分为**EEL(边发射激光器)与VCSEL(垂直腔面发射激光器)**两类。EEL 为平行于衬底的侧面发射,VCSEL 则为垂直于衬底的上表面发射。从产业趋势看,VCSEL 更有可能主导未来的产业链,其制作工艺与主流半导体产业更为相近,且可通过堆叠激光器弥补功率较低的缺点。
在国产化进程中,分立器件的国产替代已取得一定进展,但集成化程度更高的产品仍面临挑战。VCSEL 的后道工序成本优势明显,据知名半导体研究机构 Yole 统计,EEL 后道工序成本至少高出 VCSEL 一倍以上,这也意味着集成化路线的工艺门槛更高,对国产供应链的精密制造能力提出了更大考验。
高端集成激光器的核心短板
衬底材料与芯片设计是当前国产化的首要瓶颈。激光器波长选择直接影响材料体系——905nm 对应消费电子产业基础,1550nm 则源于光通信领域。其中 1550nm 激光器使用**磷化铟(InP)材料,相比常见的砷化镓(GaAs)**成本显著更高,而高端集成激光器对材料纯度与晶圆质量的要求更为严苛。
精密封装与后道工艺同样构成制约。VCSEL 的优势在于工艺流程与主流半导体工艺兼容,但实现多结堆叠、形成发射阵列等集成化操作,需要高精度的封装技术与良率控制。目前华为、禾赛等厂商已布局 VCSEL 路线,但产业链上游的高端芯片制造与封装环节,国产化能力仍在爬坡阶段。
国产替代的突破路径
国产化的推进需沿材料—芯片—封装逐环突破。在材料端,提升磷化铟、砷化镓等化合物半导体的自给能力是基础;在芯片端,需要加强 VCSEL 多结堆叠等核心工艺的研发积累;在封装端,则需提升车规级精密制造的良率与一致性。此外,下一代 FMCW 测距技术转向 1550nm 波长,光通信领域的产业链基础或为高端激光器国产替代提供新的切入点。
常见问题
VCSEL 相比 EEL 的核心优势是什么?
VCSEL 的制作工艺与主流半导体产业更为相近,无需像 EEL 那样在晶圆形成后进行切割、侧面处理及镀膜。据 Yole 统计,EEL 后道工序成本至少高出 VCSEL 一倍以上,且 VCSEL 可通过堆叠激光器弥补功率不足的缺点。
905nm 与 1550nm 激光器的国产化难度有何差异?
1550nm 激光器使用磷化铟(InP)材料,成本显著高于 905nm 常用的砷化镓(GaAs),材料端的进口依赖度更高。但 1550nm 与光通信产业基础相通,FMCW 技术路线成熟后,或可借助既有产业链加速国产替代进程。
车载激光雷达中发射模块的价值占比如何?
在激光雷达物料成本(BOM)中,发射模块与接收模块各占 30%,并列价值量最高的零部件,明显高于扫描模块及其他配件。这也意味着激光器的国产化进程对整机成本与供应链安全具有重要影响。