통신 분야에 활용되던 수직캐비티표면광방출레이저(빅셀, VCSEL) 기술이 몇 년 전부터 아이폰의 3D 센싱 기능에 활용되면서 제조 기술이 전환점을 맞이했다는 분석이 나왔다. 아이폰을 시작으로 모바일 및 소비자용 VCSEL 시장이 빠르게 확대되면서 제조물량 증가와 신기술 적용이 요구되고 있기 때문이다. 

시장조사업체 욜디벨롭먼트는 2일 "VCSEL 제조에 사용되는 웨이퍼가 4인치에서 6인치로 전환됐고, 향후 8인치로도 전환될 가능성이 높다"고 밝혔다. 이어 "최근 VCSEL에 새롭게 다중 접합 기술이 적용되기 시작하면서 향후 시장 성장에 큰 도약점이 될 것"이라고 전망했다. 다중 접합 기술이 적용된 VCSEL은 와이어본드가 제거돼 패키지를 더 작게 만들 수 있고, 전력 효율성을 향상시킬 수 있다.

VCSEL은 발광다이오드(LED)처럼 반도체 기판 표면에 수직 방향으로 빛을 방출하는 광원이다. 전력 소모량이 적고, 노출된 측면이 없어 광량이 높다는 장점으로 2000년대 초반부터 통신 산업의 데이터전송에 활용돼 왔다. 그러다 최근 3D 센싱 기술에 활용되면서 다시 주목받고 있다. 

애플은 빛을 통해 사용자 및 물체를 인식하는 '페이스ID' 기능을 위해 2017년 아이폰X의 전면부에 VCSEL 3D 센싱 기술을 처음으로 사용했다. 기존 테이터 통신 장비에서는 850nm 기반 파장의 VCSEL을 사용했다면, 모바일 3D 센싱에서는 940nm 기반 VCSEL 어레이를 사용한다. 

모바일 3D 센싱을 기점으로 940nm 기반 VCSEL 제조는 4인치에서 6인치 갈룸비소(GaAs) 웨이퍼로 전환됐다. 단파장적외선(SWIR) VCSEL의 경우에는 기술 처리가 어려워서 인화인듐(InP)을 기반으로 2인치 또는 3인치에서 제조되고 있다. SWIR VCSEL은 주로 일반 카메라로는 촬영하기 어려운 피사체를 구별하는 탐지용 카메라 등에 사용되는 기술이다.

욜디벨롭먼트는 "실리콘은 더이상 SWIR VCSEL 영역에서 사용될 수 없다"며 "특히 고해상도인 SPAD(Single Photon Avalanche Detectors)의 VCSEL은 인듐갈륨비소(InGaAs) 재료를 기반으로 하거나 양자점(퀀텀닷)을 사용해야 한다"고 말했다. 이어서 "두 경우 모두 기술이 아직 개발 중이고 제조 수율이 낮아서 송신기와 수신기 모두 높은 부품 비용으로 책정될 것"이라고 설명했다. 

이런 이유로 스마트폰의 평균판매단가(ASP)가 1000달러(115만원) 이상인 애플만이 VCSEL 기술 변화를 감당할 수 있다는 것이 업계의 의견이다. 올해 모바일 업계에서 애플의 아이폰만 3D 센싱 모듈을 탑재할 예정이다. 향후 2년 뒤에는 안드로이드 스마트폰에도 VCSEL이 활용되면서 시장 성장을 이끌 전망이다. 현재 전세계 VCSEL 시장은 루멘텀, II VI이 80% 점유율을 차지하며 독점하고 있다.

욜디벨롭먼트는 VCSEL 시장은 2021년부터 2026년까지 연평균 13.6%로 성장해 24억달러(2조7643억원)를 기록할 것으로 전망했다. 특히 모바일 및 소비자용 부분은 2026년까지 연평균 16.4%로 성장해 17억달러(1조9580억원)로 가장 높은 시장 규모가 전망된다. 자동차용 부분은 자율주행차에 탑재되는 라이다(LiDAR)를 중심으로 2026년까지 연평균 122% 성장해 5700만달러(656억원)를 기록할 전망이다.