1、项目基本情况
垂直腔面发射激光芯片(VCSEL)是一种垂直于衬底面射出激光的半导体激光器，以砷化镓半导体材料为基础研制。作为新一代半导体激光技术，VCSEL具备成像清晰、照射距离远、功耗低等技术特性，可广泛应用于光通信、光互连、光存储领域，并逐步拓展至手机、消费电子等领域。
公司立足于高端 LED 产品制造商的定位，积极研究 LED 行业最新技术发展趋势，持续推动前沿科技应用与产业化，计划通过实施本募投项目实现红外VCSEL 芯片的技术升级和国产化突破。本项目产品为红外 VCSEL 芯片，具有光谱带宽窄、方向性好、转换效率高的技术特点，是国家重点支持发展的量大面广的高端通用光电器件。本项目的实施对推动新型移动终端、自动驾驶及无人驾驶、虚拟现实、高速智能化光互联等拥有巨大市场前景的颠覆性新兴业态有着重要的作用。
本项目总投资额为 70,004.36 万元，拟投入募投资金 66,604.36 万元。本项目实施完毕后，预计将帮助公司实现年均利润总额 12,467 万元。项目整体内部收益率为 20.97%。
2、项目建设的背景
(1) 光芯片是国家光电产业技术水平的集中体现，对产业安全具有重要的 战略意义
光电子技术是电子信息技术的重要分支，而光电子器件是光电子技术的基础和核心，直接拉动形成数千亿美元规模的光电子产业。传输和感知是光芯片两大功能。随着大数据、云计算、5G、物联网以及人工智能技术的快速发展，带来无数应用光传感的新兴场景，也促进全球数据流量按照年均 25%以上的复合增长率增长。作为感知、传输层面的核心技术和载体之一，光电子器件、光芯片的发展水平直接决定了应用系统的功能、性能。不同领域对于光电技术的应用要求， 最终都反映为对于光芯片的技术要求。以光通信为例，一般接入网、城域网、骨干网传输距离通常在 10km、100km 和 500km 左右，不同场景下的应用要求沿着通信设备、光模块、光器件向上传导并最终反映成为对于光芯片性能的要求;并且随着传输速率和传输距离的提升，对光芯片的性能要求显著提升。
光芯片是光电子产业价值链的高端环节，在光器件、光模块中成本占比最高， 并且越高端的产品光芯片的成本占比越高。在低端产品中，光芯片成本一般占比约 30%，而高端产品中占比可达 70%，光芯片是光电子技术附加值最高的领域。高端光芯片、器件与配套集成电路作为光电子产业的瓶颈，已造成较高的产业安全风险，其战略重要性与核心技术发展与突破的紧迫性不言而喻。
(2) 国内半导体激光器产业长期发展滞后，VCSEL 芯片市场由外资掌控
中国半导体激光产业长期发展滞后，与日本、美国等先进国家相比有较大差距。由于中国半导体激光产业创新能力较弱，产品性能受外延生长技术、腔面钝化技术以及器件制作水平的限制，国产半导体激光器光束质量不佳、同质化竞争激烈，功率、寿命方面较国外先进水平有较大差距，高功率、长寿命半导体激光器主要依赖于进口。当前全球高端光芯片市场主要由美国、 日本厂商主导，而国内厂商基本处于研发或小批量生产阶段，高端光芯片能力比美日发达国家落后1-2 代以上，且随时可能面对半导体激光器国际巨头的专利陷阱。
目前，致力于消费级应用的 VCSEL 芯片公司全球只有 Finsar、Lumentum、Princeton Optronics 等少数几家。中国 VCSEL 芯片企业主要提供工业级中低端光互联产品，尚未拥有消费级 VCSEL 的量产能力。
(3) 宏观政策高度支持 VCSEL 技术及相关应用场景的发展
半导体激光器、高端光芯片行业一直是国家重点支持发展的重要科技行业。在国务院、发改委、工信部已经出台的各项政策、规划中，VCSEL 芯片、光互联、3D 感应器、虚拟现实、汽车激光雷达的开发和产业化均被列入发展重点，得到国家产业政策的大力扶持。
2016 年 8 月，国务院发布《“十三五”国家科技创新规划》，提出重点发展光电子器件，研发高可靠长寿命激光器核心功能部件、国产先进激光器以及高端激光制造工艺装备。
2016 年 10 月，工信部发布《产业技术创新能力发展规划(2016-2020 年)》， 提出重点发展光学光电子中的半导体激光器用芯片，采用激光、超高清、裸眼
3D、高动态范围显示(HDR)和三维声等新技术的新型视听设备。2016 年 11 月，国务院发布《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》，提出加强数据中心等设施建设，提升光网络通信元器件支撑能力。2016 年 12 月，工信部发布《信息通信行业发展规划(2016-2020 年)》，提出以数据中心为核心构建支撑互联网业务发展的新型网络，提升数据中心节点层级，增加数据中心所在区域的光缆连通度。
2017 年 4 月，工信部发布《汽车产业中长期发展规划》，提出重点支持传感器等核心技术研发及产业化，到 2020 年汽车 DA(驾驶辅助)、PA(部分自动驾驶)、CA(有条件自动驾驶)系统新车装配率超过 50%，网联式驾驶辅助系统装配率达到 10%。
2018 年 1 月，工信部发布《中国光电子器件产业技术发展路线图(2018-2022 年)》，提出重点发展 25Gb/s 及以上速率 VCSEL 芯片及器件，2020 年实现市场占有率达到 10 - 20%，2022 年实现市场占有率达到 30 - 40%;到 2020 年，有 1-2 家中国民族品牌的移动智能终端用微型光传感器进入全球前五名，红外 3D 深度感测光传感器国产化率达到 40%以上;到 2022 年，中国民族品牌的移动智能终端用微型光传感器，能满足全球主流移动智能终端产品的技术要求，红外 3D 深度感测光传感器国产化率达到 60%以上;激光传感器成为实现无人驾驶的关键， 因此要以无人驾驶应用需求为指引，开展多传感器图像融合技术的研究。
3、项目建设的必要性
(1) 全球 VCSEL 行业高速发展
随着工艺技术的改进，VCSEL 器件凭借其功耗、制造成本、集成、散热等方面的优势，逐渐由最初的光通信领域的工业化应用向消费级商业应用领域扩展，VCSEL 市场迎来新一轮的快速增长。根据 Zion Market 数据，2015 年全球VCSEL 市场规模为 9.55 亿美元，至 2022 年预计将增长至 31.24 亿美元，2016 年至 2022 年期间的复合年增长率可达 17.30%。
我国是全球规模最大的消费电子和汽车市场，也是全球汽车、消费电子制造中心，对 VCSEL 存在巨大需求。从 VCSEL 目前主要的应用场景或潜在应用场景来看，智能手机 3D 感应器、汽车雷达、虚拟现实、光通信等领域均存在较大的市场需求。
智能手机 3D 感应器方面，苹果率先将 VCSEL 应用于 iPhone 产品中可能引起众多厂商效仿。2017 年，苹果公司发布的 iPhone X 首次集成前置 3D 感应器， 配合面容 ID 系统准确进行人脸识别，完成手机解锁、电子支付等应用，更好地提高安全性。其 3D 感应器有两块 VCSEL 芯片，分别发射低功率和高功率红外激光，对用户面部进行识别。3D 摄像头能够获取更多的特征信息，采集眼角距、鼻尖点、鼻翼点、太阳穴间距离、耳眼间距离等深度特征信息，这些参数一般不会因为整容、换发型而发生较大变化，因而能够在用户特征发行变化时继续保持极高的识别准确率。iPhone 带来的示范效应将极大刺激 VCSEL 智能手机应用市场出现爆发式增长。根据拓璞产业研究院数据，2018 年全球智能手机 3D 识别渗透率将从 2017 年的 2.1%上升至 13.1%，苹果仍将是 3D 识别器件的主要采购方。预计 2018 年全球搭载 3D 识别模组的智能手机生产总量将达 1.97 亿部，3D 识别模组市场产值约为 51.2 亿美元，至 2020 年产值将达 108.5 亿美元，复合增长率将达到 45.6%。
汽车雷达方面，以汽车雷达系统为中心的 ADAS 市场正在高速成长。现阶段汽车产业发展的主要方向是自动驾驶或者高度自动驾驶。自动驾驶包含许多汽车辅助技术，其中 ADAS 在中短期内市场爆发的可能性较高。根据 IHS 数据，
2016 年全球汽车电子的市场规模为 1,160 亿美元，预计 2022 年将达到 1,602 亿美元，年均复合增速为 5.51%。其中增速最高的是 ADAS 板块，2016 年市场规模为 70.88 亿美元，2022 年预计将达到 214.47 亿美元，复合增速达 20.27%。目前汽车激光雷达中激光准直系统的发射源主要采用 VCSEL。随着激光与图像传感技术相结合产生新的激光雷达产品，VCSEL 在激光雷达应用场景中的地位得到了巩固，并有望在成本下降的过程中快速被市场接受。
在 VR/AR 方面，VCSEL 需求将伴随 VR/AR 产品的普及而持续增长。根据Greenlight Insights 数据，2017 年全球 VR 市场规模为 46 亿美元，到 2022 年，市场规模将达 482 亿美元。VR 硬件主要包括 VR 一体机、VR 头戴设备、VR 眼镜等，主机头戴设备占比最大，是其中主要驱动因素。VCSEL 芯片实现的 3D 识别、动作捕捉等功能是现实世界数据化的窗口，通过 3D 识别、动作捕捉可实现用户的虚拟触觉、眼球追踪等 VR/AR 体验，集成在一体机中构成沉浸式体验。随着沉浸式技术的普及和改善，VR/AR 市场将迎来跨越式的高速发展。
在光纤通信领域，VCSEL 市场规模基本保持稳定。根据 Light Counting 数据，2016 年在光通信领域有超过三千万片 VCSEL 芯片用于光传输，包括 40GbE、100GbE 高速光通信模块。VCSEL 的低成本和低功耗优势明显，而且其高速传输特性被不断改善，VCSEL 的市场份额仍将显著增长。由于社交网络、视频、游戏内容等业务带来网络流量的增加，对数据中心通信带宽提出了越来越高的要求。现阶段，全球企业数字化转型不断崛起，通过云托管和提供的视频、企业应用和其他内容也在不断增长，服务供应商、互联网内容提供商和企业增加投资以连接不断扩大的数据中心设施，预计全球数据中心光互连市场未来将持续增长。
因此，本项目开发的红外 VCSEL 芯片依靠智能手机 3D 感应器、汽车雷达、虚拟现实、光通信等市场的扩张而将持续高速增长。VCSEL 能够实现成像清晰、照射距离远、功耗低的特性，对推动新型移动终端、自动驾驶及无人驾驶、沉浸式虚拟现实、高速智能化光互联等新兴业态有着重要的作用，符合市场对高性价比 VCSEL 芯片的要求。
(2) 助力公司前瞻布局 VCSEL 技术，增强与国际巨头公司竞争实力
VCSEL 产业链包含设计、外延片生产、晶圆代工和封测四个环节，其中设计和外延片生产具备较高的技术门槛。VCSEL 的设计者主要为 Lumentum、
Finisar、Philips Photonics 和 AMS 等欧美公司，外延片生产主要由英国 IQE、台湾全新光电和日本Sumika 提供。国内涉足VCSEL 研发的公司与国际主要VCSEL 芯片设计公司还存在着较大的差距。目前，国内公司主要专注于工业级 VCSEL 芯片的研发与生产，但仅有少数公司实现了量产能力，且产品规则与国际一线产品还有一定距离。
由于 VCSEL 器件的设计、生长、工艺以及封装都需要长期技术积累，学习曲线比较陡峭，同时研制过程所需设备投入比较昂贵，呈现出技术与资金密集的特点，因此先发企业将会具备明显的优势。我国的 VCSEL 产业还处于起步阶段， 本次募投项目有助于公司提前切入 VCSEL 市场，占据先发优势，增强与国际巨头公司竞争的实力。
(3) VCSEL 与 MEMS 技术相结合，是实现下一代光通信和智能感知的有效途径
可调谐VCSEL 是一种利用MEMS 技术制造的新型可调谐激光器，在VCSEL 外延片上制作 MEMS 反射镜或 MEMS 光栅，实现外腔激光器的波长调谐。当在上反射镜施加电压时，由于静电引力作用，上反射镜向衬底方向移动改变谐振腔腔长，实现波长选择。
在光互联领域，可调谐 VCSEL 是实现更高速光互联和智能化网络的有效途径。可调谐 VCSEL 多用于光互联激光器的备份，可增强光通信网络的可靠性和灵活性。在下一代光通信网络中，可调谐 VCSEL 集成电路是光通信系统的关键器件，可减少使用激光器的数量、降低系统成本，增强通信设备智能化的同时缩小了体积。可调谐 VCSEL 的应用相当广泛，包括备份/库存、保护倒换、动态波长供给、可重构光网络等。光通信网络中节点众多，使用可调谐激光器能够极大的降低系统成本。
在光传感领域，可调谐 VCSEL 可用于激光雷达、气体检测、光谱分析等。基于差分吸收原理，可调谐 VCSEL 作为光源探测待测气体的浓度。根据气体的高精度吸收谱，利用本征信号和吸收后的回波信号混频的信息进行气体浓度计算，调节激光器使其输出波长到待测气体吸收谱线的波峰波谷位置。经调制的激光射入待测气体后，探测器接收带有气体吸收信息光信号，将其转换为电信号， 进行采集和处理，最终计算出待测气体浓度。
除光互联和光传感之外，可调谐 VCSEL 还可用于光学数据存储、非线性光学转换、无源器件波长插损的测量、相干光学瞬态过程等方面，应用场景广泛。本募投项目的实施有助于提高公司 VCSEL 相关技术实力，更好的与 MEMS 相关业务结合，持续精进技术实力、保持行业领先地位。
4、项目建设的可行性
(1)布局 VCSEL 前沿市场符合公司战略发展方向
公司作为全球领先的 LED 芯片制造商，在做大做强主业的同时积极研究相关行业发展方向，进一步延伸产业链，面向高端光电器件积极布局。本项目开展的 VCSEL 芯片业务同属于化合物半导体，外延工艺与 LED 生产工艺兼容，是可见光 LED、红外 LED 业务的延伸。
本项目的建设能进一步提高公司 VCSEL 芯片产品线的技术积累，实现VCSEL 芯片的量产，有助于确立公司在半导体激光器领域的行业地位，为客户提供更丰富的产品和解决方案。本项目符合公司专注于高端光电器件、做大做强产业链的长期战略布局。
(2) 公司具备良好的技术基础保障本募投项目顺利实施
公司拥有一支具有国际水平的技术研发团队，核心成员由多位具有资深化合物半导体专业背景和丰富产业经验的归国博士、台湾专家及资深业内人士组成， 具有国际领先水平的基础技术研究和产品开发、应用能力。公司已通过并购
MEMSIC 切入 MEMS 传感器领域，MEMS 领域相关设计、技术储备可以为VCSEL 芯片研发所用。
VCSEL 与 LED 同属于化合物半导体，外延工艺与 LED 生产工艺兼容，是公司可见光 LED、红外 LED 业务的延伸。 VCSEL 与红黄光 LED 的材料体系相同，同属 GaAs 基化合物半导体，两者外延工艺和芯片工艺也十分接近。公司拥有先进的 GaAs 基化合物半导体外延生长和芯片加工技术和生产设施，所生产的
GaAs 基 LED 覆盖了黄绿光、黄光、橙光、红光、长波红光和红外等主流产品， 尤其是红外 LED 系列的波段与 VCSEL 基本相同，其外延波长调整、DBR 结构、外延结构整合等器件设计技术，对于 VCSEL 外延技术开发具有良好借鉴作用。公司所掌握的 GaAs 基 LED 芯片工艺包括正装、反极性、同侧电极、倒装芯片等，其中欧姆接触材料和工艺、DBR 湿氧化工艺、外延层干法/湿法蚀刻工艺、芯片保护结构制作等技术，也会对 VCSEL 产品的开发起到重要作用。此外，公司在 GaAs 基 VCSEL 的技术开发也取得了一定的工作基础，初步形成了湿法氧化均匀性控制、刻蚀面钝化层保护、牺牲层平坦化、精确耦合等离子体刻蚀、金属电极镀膜等 VCSEL 核心工艺技术，为下一步开发高性能的 VCSEL 芯片打下基础。综上所述，公司具备实施本项目的坚实技术基础。
5、项目建设内容、主要产品
(1) 项目建设内容
本项目建设内容为红外 VCSEL 芯片的开发和量产。VCSEL 芯片开发的内容主要包括数学建模仿真、器件结构设计、外延工艺开发、芯片工艺开发、应用开发;量产的内容主要包括建设 VCSEL 厂房及生产线，进行 VCSEL 外延片和芯片的生产销售。
本项目主要采用自主建设的方式，建设期为三年，计划分三年进行投入。
(2) 项目主要产品
本项目产品为低中高功率、中心波长为 850nm 和 940nm 的 VCSEL 芯片。波长 850nm VCSEL 芯片商用化相对成熟，波长 940nm VCSEL 芯片是在 850nm
VCSEL 基础上的技术升级，均采用 GaAs 基材料外延GaAs/AlGaAs 量子阱制作。中低功率芯片或组合主要用于 3D 识别、动作识别、光互联等场景，主要面向智能手机、VR/AR、光通信模块等市场，满足移动设备对器件小型化、低功耗、低成本的要求。中高功率芯片或组合主要用于红外变焦照明、机器视觉等场景，主要面向视频监控、车载激光雷达、光通信模块等应用领域，对器件的综合性能、可靠性要求较高。
6、项目投资计划
本项目计划总投资 70,004.36 万元。工程费用为 61,140.36 万元，占总投资的87.3%，其中建筑工程 1,000.00 万元、生产设备购置及安装 55,540.08 万元、公共工程 4,564.28 万元;工程化试制费用 2,000.00 万元，占总投资的 2.9%;基本预备费 600.00 万元，涨价预备费 800.00 万元，铺底流动资金为 5,500.00 万元，共占总投资的 9.9%。
7、项目备案事项
截至本预案出具日，本项目的可行性研究报告已编制完毕，相关立项备案已经完成。
8、项目效益评价
本项目全部达产后预计年均利润总额 12,467 万元，内部收益率等主要指标如下：
序号 | 经济评价指标 | 所得税后 |
1 | 内部收益率（%） | 20.97% |
2 | 净现值（万元）ic＝12% | 23,312 |
3 | 投资回收期（年） | 6.22 |
由此可见，本项目经济效益良好且具有一定的抗风险能力，因此，该项目具有经济可行性。
