Umbrüche im VCSEL-Markt

Über 19 Prozent Wachstum pro Jahr

17. September 2022, 7:52 Uhr | Heinz Arnold
Der VCESL-Markt wird zwischen 2022 und 2027 kräftig zulegen. VCSELKs für Smartphones wachsen mit durchschnittlich 15,7 Prozent weiterhin schnell, sie werden aber von den VCELs für die Datenkommunikation noch überholt.
Der VCESL-Markt wird zwischen 2022 und 2027 kräftig zulegen. VCSELKs für Smartphones wachsen mit durchschnittlich 15,7 Prozent weiterhin schnell, sie werden aber von den VCELs für die Datenkommunikation noch überholt.
© Yole Intelligence

Der Markt für VCSELs wird bis 2027 mit jährlich durchschnittlich 19,2 Prozent auf fast 4 Mrd. Dollar wachsen. Haupttreiber ist die Datenkommunikation.

Derzeit halten noch die VCSELs für den Einsatz in Smartphones den größten Anteil am Markt. Das wird sich ändern: Die Marktforscher von Yole prognostizieren, dass VCSELs (Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers) für die Datenkommunikation im Jahr 2027 auf einen Umsatz von 2,1 Mrd. Dollar kommen und damit die Smartphone-VCSELs überholt haben werden, die dann einen Umsatz von voraussichtlich 1,7 Mrd. Dollar erreichen. Am schnellsten wachsen laut Yole die VCSELs für den Einsatz in Fahrzeugen mit einer CAGR von 96,6 Prozent – allerdings von einer sehr kleinen Basis im Jahr 2022 aus. Sie finden vor allem in LiDAR-Systemen Einsatz und werden 2027 mit 53 Mio. Dollar das drittgrößte Segment des VCSEL-Marktes ausmachen.  

In der Vergangenheit hatte der Markt für die Datenkommunikation dafür gesorgt, dass die VCSELs überhaupt hohe Stückzahlen erreichen konnten. Erst als Apple 2017 das iPhone X mit Gesichtserkennung ausgestattet und dafür VCSELs benötigt hatte, änderte sich das. Schon 2018 waren die mobilen Consumer-Geräte zum wichtigsten Absatzmarkt für VCSELs aufgestiegen und die Hersteller erzielten mit ihnen damals einen Umsatz von 440 Mio. Dollar. Andere Smartphone-Hersteller setzten nun auch auf VCSELs, viele schwenkten dann aber auf Fingerprint-Sensoren um. Apple war fast der Einzige, der weiterhin VCSELs in seine Smartphones einbaute. 

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Die Markanteile der VCSEL-Hersteller 2017 und 2021. 2021 hatte II-VI Finisar geschluckt, im Juli 2022 hatte II-VI den Kauf von Coherent abgeschlossen und firmiert jetzt unter dem Namen des übernommenen Unternehmens Coherent. 
Die Markanteile der VCSEL-Hersteller 2017 und 2021. 2021 hatte II-VI Finisar geschluckt, im Juli 2022 hatte II-VI den Kauf von Coherent abgeschlossen und firmiert jetzt unter dem Namen des übernommenen Unternehmens Coherent. 
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Seit 2107 hat sich einiges unter den VCSEL-Herstellern getan. Damals dominierte Lumentum das VCSEL-Geschäft, aber andere Hersteller hielten ebenfalls größere Marktanteile. Jetzt beherrschen ihn nur noch zwei Hersteller: Lumentum und II-VI halten zusammen in diesem Jahr 80 Prozent des Marktes. Im Juni dieses Jahres hatte II-VI die Übernahme von Laser-Spezialist Coherent abgeschlossen, das gemeinsame Unternehmen firmiert jetzt unter dem Namen Coherent und wird in drei Segmente gegliedert: Materials (bisher Compound Semiconductors), Networking (bisher Photonic Solutions) und Laser. 

Zunächst war Lumentum der einzige Hersteller, den Apple qualifiziert hatte. Die übrigen Hersteller belieferten andere Smartphone-Hersteller und fertigten teilweise VCSELs für Näherungssensoren. Im Juni 2021 gab die damalige II-VI den Kauf von Finisar für 3,2 Mrd. Dollar bekannt, der zum Juli 2022 abgeschossen wurde. 2018 hatte Lumentum die Übernahme von Oclaro für 1,8 Mrd. Dollar bekannt gegeben. Das Unternehmen war 1988 als Bookham Technology in London gegründet worden und gilt als Pionier auf dem Gebiet der Integration optischer Komponenten auf ICs. Lumentum und II-VI sind immer noch die einzigen beiden VCSEL-Hersteller, die Apple für das 3D-Sensing qualifiziert hat. 

Übergang auf 8-Zoll-Wafer und neue Wellenlänge

»Seit 2017 haben sich VCSELs für den Einsatz in Smartphones wenig weiterentwickelt. Weil die benötigten Stückzahlen aber explodierten, sind die Hersteller zwischen 2016 und 2018 von 4-Zoll- auf 6-Zoll-Wafer für ihre Fertigung umgestiegen«, sagt Pierrick Boulay, Senior Technology & Market Analyst in the Photonics and Sensing Division at Yole Intelligence.

Über die nächsten Jahre sind allerdings zwei größere Veränderungen zu erwarten. Im Mai 2022 hatte IQE die ersten 8-Zoll-Wafer für die VCSEL-Fertigung vorgestellt. Sie basieren allerdings nicht auf GaAs sondern auf Germanium. Diesen Schritt unternahm der britische Spezialist für Wafer aus Verbundhalbleitern laut Yole nicht in erster Linie, weil mit einem weiter explodierenden Bedarf an VCSELs zu rechnen sei, sondern weil es jetzt möglich werde, photonische Komponenten in CMOS-Technik zu integrieren. Dazu sind allerdings moderne Maschinen für die Halbleiterfertigung erforderlich, die zumeist für Wafer mit einem Mindestdurchmesser von 8 Zoll ausgelegt sind. Außerdem öffnet sich der Weg zu Fertigung auf 12-Zoll-Wafern.

Der zweite große Schritt besteht im Wechsel der emittierten Wellenlänge von 940 auf 1380 nm. Das ist erforderlich, um VCSELs hinter OLEDs anbringen zu können, die für 1380 nm transparent sind. »Im iPhone 14 Pro, das Apple im September vorgestellt hat, sitzt ein Näherungssensor unter dem OLED-Display. Bis die neuen VCSELs erhältlich sind, setzt Apple eine Laser-Diode und einen auf einem InP-Substrat basierenden InGaAs-Fotodetektor ein«, erklärt Pierrick Boulay. »Wie zu erwarten war, werden die neuen langwelligen VCSELs zunächst in Näherungssensoren Einsatz finden, um ihre Größe zu reduzieren, 3D-Sensing-Anwenbdungen werden später folgen.«


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