수직 공진기면 발광 레이저(VCSEL) 동향(2021년 7월 조사) (일본어판)

본 조사 리포트는 정기간행물 Yano E-Plus 2021년 8월호에 게재된 내용입니다.

수직 공진형 표면 발광 레이저(VCSEL)의 동향

~높은 기술을 인정받고 있었지만 많은 사람들이 예상하지 못했던

　스마트폰 얼굴인식시스템에 채택되어 한번에 히트~

​

1. 수직 공진형 표면 발광 레이저(VCSEL)란

2. VCSEL의 발전 경위

3. VCSEL의 특징과 유망 애플리케이션

3-1. 통신

3-2. 센싱

(1) 제스처 인식

(2) 얼굴인증

(3) 기타 센싱 용도

3-3. 이미징

3-4. 하이파워 응용

3-5. 자동차용 전자기기

3-6. 의료애플리케이션

4. VCSEL의 시장규모 예측

그림·표 1. VCSEL의 세계 시장규모 추이와 예측(금액: 2019~2024년 예측)]

그림·표2. VCSEL 수요 분야별 세계 시장규모 추이와 예측(금액: 2019~2024년 예측)]

그림·표3. VCSEL의 세계 시장 기업 점유율(금액: 2019년)

그림·표4. VCSEL 센싱분야의 세계 시장의 기업 점유율(금액: 2019년)

그림·표5. VCSEL 통신분야의 세계 시장의 기업 점유율(금액: 2019년)

5. VCSEL 및 면발광 레이저 관련 기술에 관한 기업·연구기관의 대응 동향

5-1. 주식회사 실버코재팬

(1) TCAD

(2) 면발광형 반도체 레이저용 시뮬레이션 모듈 「VCSEL™」

그림1. 일반적인 VCSEL 디바이스의 단면도 (좌)상부 DBR층, 하부 DBR층, 활성층을 나타낸 전체 단면도 (우)활성층 부분을 확대한 단면도로 6층의 다중양자우물이 포함되어 있다

그림2. (좌)주종/가로모드에서의 광강도 (우)양자우물 부분을 확대한 단면도로 우물에서의 방사 재결합률을 나타내고 있다

그림3. (좌)인가전압의 함수로서의 출력 광강도 (우)최대 온도 대 디바이스 전류

그림4. (좌)발광 시 VCSEL 내부의 격자온도 콘터 그림 (우)일반적인 VCSEL의 주요한 4개 가로모드에서의 광강도 분포

5-2. 국립대학법인 도쿄공업대학

(1) VCSEL의 특징

그림5. 2차원 어레이 면발광 레이저

(2) VCSEL의 구조

그림6. 단면 출사 레이저(좌)와 면발광 레이저(우)의 구조

그림7. 초기 VCSEL의 역치 전류 추이

그림8. 단면 출사 레이저와 면발광 레이저의 반사율 차이

그림9. VCSEL의 단면 구조 (상)전류 협착이 없는 경우, (하)전류 협착이 있는 경우

5-3. 국립대학법인 도쿄대학

(1) 유전체 나노 멤브레인을 이용한 진공 자외 파장 변환

그림10. 코히런트 VUV 발생 실험 모식도

그림11. 유전체 나노 멤브레인에서 발생하는 VUV-THG의 여기 강도 의존성

(2) 유전체 포토닉 결정을 이용한 원편광 진공 자외 코힐런트 광 발생

그림12. 개발한 VUV 코히런트 원편광 발생법의 개념도

그림13. 제작한 포토닉 결정 나노 멤브레인의 모식도와 SEM 상, 스케일 바의 길이는 1μm

그림14. 포토닉 결정 나노 멤브레인에 원편광 펨토초 레이저를 입사했을 경우에 생기는 VUV THG 스펙트럼 (a)우회전 원편광 입사, (b)좌회전 원편광 입사

5-4. 학교법인 메이조대학

(1) 양자 껍질 (MQS)의 콘셉트

그림15. (좌)MQS 구조의 모식도 (우)실제로 제작한 MQS의 SEM 상

그림16. MQS의 발광 디바이스 응용

그림17. 본 연구에서 개발한 MQS(3D)와 일반적인 MQW(2D)의 모드 이득

(2) GaN 나노와이어의 성장

그림18. 전형적인 GaN 나노 와이어의 SEM 상

(3) MQS 및 p형 껍질의 성장과 MQS의 발광 특성

그림19. 양자 껍질의 면발광 디바이스 전개 (좌)양자 껍질 VCSEL, (우)양자 껍질 포토닉 결정 레이저

5-5. 주식회사 리코

(1) 고속 레이저 프린터용 VCSEL 개발

그림20. VCSEL 프린터에 대한 응용 (좌)VCSEL과 사용부분, (우)VCSEL을 탑재한 고속 프린터

그림21. 리코 VCSEL 단소자의 단면구조

그림22. 리코 VCSEL의 특징: 고출력까지 단봉성으로 좁은 빔 방사각을 실현

그림23. 리코 VCSEL의 특징: 한 방향으로 제어된 편광 특성 실현

(2) 신규 응용을 위한 파장범위 확대와 고출력화 대응

그림24. 다파장 VCSEL 어레이

그림25. 다파장 VCSEL 어레이를 이용한 3차원 계측시스템에 대한 응용

그림26. 고출력 VCSEL 어레이의 TOF 조명 모듈에 대한 응용

5-6. 주식회사 롬

(1) 롬의 반도체 레이저에 대한 대응

그림27. 3D 거리측정을 하는 레이저 광원의 종류와 특징

그림28. 롬의 반도체 레이저 개발 전략

(2) 구동방식의 추이와 제품의 목적

그림29. 3DTOF 발광 디바이스 구동방식 비교

그림30. VCSEL 모듈 기술①: 구동방식의 추이와 제품의 목적

(3) VCSEL의 구조와 기술의 포인트

그림31. FPLD와 VCSEL의 도파경로 차이

(4) 1 패키지화에 의한 고출력화

그림32. VCSEL 모듈 기술②: 1패키지화에 의한 고출력화

(5) 향후 전개

6. VCSEL의 장래 전망