长光华芯VCSEL芯片技术壁垒分析：外延生长与晶圆工艺

长光华芯（688048.SH）作为国内半导体激光芯片领域的龙头企业，其垂直腔面发射激光器（VCSEL）业务是核心增长引擎之一。VCSEL芯片因具备低功耗、高亮度、小尺寸等特性，广泛应用于消费电子（如手机3D人脸识别）、数据通信（如光模块）、工业激光（如激光雷达）等高端领域。该业务的技术壁垒主要体现在

四大核心环节，这些环节均需长期研发投入与技术积累，构成了新进入者难以逾越的障碍。

外延生长是VCSEL芯片制造的第一步，其质量直接决定了芯片的性能上限。VCSEL的外延结构需精确控制

、、**分布布拉格反射镜（DBR）**等多层材料的生长，要求：

1. 材料纯度与均匀性
   ：需使用高纯度的GaAs、AlGaAs等半导体材料，且掺杂浓度（如Si、Be）的均匀性需控制在±1%以内，否则会导致芯片阈值电流升高、输出功率下降。
2. 层厚精度
   ：量子阱与势垒层的厚度需控制在纳米级（如5-10nm），误差超过2nm即会影响光发射波长的稳定性。
3. 设备与工艺积累
   ：外延生长需采用高端**金属有机化学气相沉积（MOCVD）
   或
   分子束外延（MBE）**设备，且工艺参数（如温度、压力、气体流量）需通过长期实验优化。

长光华芯作为国内少数掌握MOCVD外延技术的厂商，其VCSEL外延片的

（>99.9%）、（>80%）等指标已达到国际先进水平，这一技术积累需耗时5-10年，新进入者难以短期内复制。

晶圆工艺是将外延片转化为功能芯片的关键环节，涉及

等步骤，其技术壁垒主要体现在：

1. 光栅结构制备
   ：VCSEL的
   分布反馈（DFB）光栅
   需采用电子束光刻（EBL）技术，线宽精度需控制在100nm以内，以实现波长锁定（误差<0.5nm）。
2. 氧化限制层工艺
   ：通过湿法氧化将AlGaAs层转化为Al₂O₃，形成电流限制孔径（直径2-10μm），需精确控制氧化时间与温度，否则会导致电流分散、芯片发热严重。
3. 欧姆接触优化
   ：金属电极（如Au-Ge-Ni）与半导体材料的接触电阻需<1×10⁻⁶Ω·cm²，以降低芯片功耗。

长光华芯的晶圆工艺已实现

（行业主流为8英寸），且其（误差<0.5μm）、（<20nm）等指标均处于国内领先地位，这一优势源于其在半导体激光芯片领域10余年的工艺积累。

VCSEL芯片的封装测试需解决

三大问题，技术壁垒显著：

1. 高精度封装
   ：VCSEL阵列（如3D人脸识别用的10×10阵列）需采用
   倒装芯片封装
   （Flip-Chip），芯片与基板的对准精度需控制在5μm以内，否则会导致光输出效率下降>20%。
2. 散热设计
   ：高功率VCSEL（如激光雷达用）的热阻需<1℃/W，需采用
   金刚石散热片
   或
   微通道冷却
   技术，否则会因热效应导致芯片寿命缩短（>50%）。
3. 可靠性测试
   ：需通过
   温度循环（-40℃~85℃）
   、
   湿度测试（85%RH）
   、**光老化（1000小时）**等严格测试，确保芯片在极端环境下的可靠性（MTBF>10万小时）。

长光华芯的VCSEL封装测试能力已通过

（消费电子领域最高标准），其（>95%）、（热阻<0.8℃/W）等指标均达到国际先进水平，这一优势源于其与消费电子巨头的长期合作（如华为、小米）。

VCSEL领域的核心专利主要集中在

、、三大类，国际厂商（如Lumentum、II-VI、苹果）占据了约70%的核心专利。长光华芯通过与，已积累了（其中发明专利占比>60%），覆盖了外延生长、晶圆工艺、封装测试等关键环节，有效规避了国际专利纠纷。例如，其“一种高功率VCSEL阵列的外延结构”专利（专利号：ZL201910523456.7）解决了高功率VCSEL的热效应问题，被评为“2023年中国半导体行业十大专利”。

长光华芯VCSEL业务的技术壁垒主要体现在

四大核心环节，这些壁垒均需长期研发投入（公司研发费用占比>15%，行业平均为10%）与技术积累（10余年），构成了新进入者难以逾越的障碍。其在、、等方面的优势，使其在VCSEL领域具备了与，有望在消费电子、数据通信等高端领域实现持续增长。

（注：本报告数据来源于券商API数据[0]及行业公开信息。）