VCSEL可以使用傳統(tǒng)的低成本LED封裝來降低成本，現(xiàn)有應(yīng)用中亦可使用VCSEL取代LED。VCSEL的波長(zhǎng)非常穩(wěn)定，對(duì)溫度變化的敏感度較低，可在更大的溫度范圍內(nèi)工作。為增進(jìn)大家對(duì)VCSEL的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)VCSEL、VCSEL的結(jié)構(gòu)予以介紹。如果你對(duì)VCSEL具有興趣，不妨和小編一起來繼續(xù)往下閱讀哦。

一、什么是VCSEL

VCSEL?（垂直腔面發(fā)射激光器）是一種半導(dǎo)體激光器，其激光垂直于芯片表面發(fā)射，而非傳統(tǒng)激光器的邊緣發(fā)射。VCSEL結(jié)構(gòu)緊湊、功耗低、響應(yīng)速度快，且易于集成成陣列，廣泛應(yīng)用于短距離光通信（如數(shù)據(jù)中心）、3D傳感（如手機(jī)人臉識(shí)別）、激光雷達(dá)（LiDAR）及工業(yè)測(cè)溫等領(lǐng)域。其核心優(yōu)勢(shì)在于高效率和低成本，尤其在多通道并行傳輸中表現(xiàn)突出，是高速光互聯(lián)和智能傳感的關(guān)鍵組件。

用一句話類比：像微型“垂直探照燈”，能在微小空間內(nèi)高效發(fā)射激光，支撐智能設(shè)備的“眼睛”和“神經(jīng)”。

二、VCSEL的結(jié)構(gòu)是什么樣的

一個(gè)激光諧振器是由兩面分散式布拉格反射器(DBR)平行于一個(gè)芯片主動(dòng)反應(yīng)區(qū)表面，此反應(yīng)區(qū)是由一到數(shù)個(gè)量子井所構(gòu)成，使激光光帶存在于其中。一個(gè)平面的DBR是由幾層不同高低折射率的透鏡所組成。每層透鏡的厚度為四分之一的激光波長(zhǎng)，并給予超過99%的反射強(qiáng)度。為了平衡在VCSEL中增益區(qū)域的短軸長(zhǎng)，高反射率的透鏡是必要的。

在一般的VCSEL中，較高和較低的兩個(gè)透鏡分別鍍上了p型材料和n型材料，形成一個(gè)接面二極管。在較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)中，p型和n型區(qū)域可能會(huì)埋在透鏡中，使較復(fù)雜的半導(dǎo)體在反應(yīng)區(qū)上加工做電路的連接，并除去在DBR結(jié)構(gòu)中電子能量的耗損。

VCSEL的實(shí)驗(yàn)室使用新的材料系統(tǒng)做研究，反應(yīng)區(qū)可能會(huì)因短波長(zhǎng)的外光源（通常是其他激光）而被泵。這使得VCSEL可以在不考慮達(dá)到良好的電路品質(zhì)的額外問題下被論證；然而這樣的裝置對(duì)大多數(shù)的應(yīng)用不是實(shí)際的。

波長(zhǎng)從650nm到1300nm的典型VCSEL是以砷化鎵] ( GaAs )和[ [鋁鎵砷化物] ]（AlxGa(1-x)As）構(gòu)成的DBR所組成的鎵砷芯片為基底。GaAs/AlGaAs系統(tǒng)由于材料的晶格常數(shù)在組成有變動(dòng)時(shí)，不會(huì)有非常強(qiáng)烈的改變，且允許多個(gè)晶格配對(duì)復(fù)生層成長(zhǎng)于砷化鎵的底層，所以非常適合用來制造VCSEL。然而，當(dāng)Al分子增加時(shí)，鋁鎵砷化物的折射率就會(huì)變強(qiáng)，與其他系統(tǒng)比較起來，要組成一個(gè)有效的布拉格鏡，所用的層數(shù)就會(huì)達(dá)到最少。

此外，在鋁較集中的部分，一種氧化物會(huì)形成AlGaAs，而這種氧化物可以被用來限制VCSEL中的電流，達(dá)到低閘值電流的目的。

近來有兩種主要的方法來限制VCSEL中的電流，依照其特性分成兩種：離子內(nèi)嵌VCSEL和氧化型VCSEL。

在90年代前期，電子通訊公司較傾向于使用離子內(nèi)嵌VCSEL。通常使用氫離子H+植入VCSEL結(jié)構(gòu)中，除了共振腔以外的任何地方，用以破壞共振腔周圍的晶格結(jié)構(gòu)，使電流被限制。90年代中期，這些公司們紛紛進(jìn)而使用氧化型VCSEL的技術(shù)。氧化型VCSEL是利用VCSEL共振腔周圍材料的氧化反應(yīng)來限制電流，而在VCSEL結(jié)構(gòu)內(nèi)部含鋁較多的金屬層會(huì)被氧化。氧化型激光也常使用離子內(nèi)嵌的技術(shù)。因此在氧化型VCSEL中，電流的路徑就會(huì)被離子內(nèi)嵌共振腔與氧化共振腔所限制。

由于氧化層的張力與其他的缺陷，始得共振腔出現(xiàn)“popping off”，因此最初使用氧化型VCSEL時(shí)遭遇到了許多困難。然而，經(jīng)過了多次的測(cè)試，證明了VCSEL的realibilty是很完整的。在Hewlett Packard的氧化型VCSEL研究中指出，“壓力會(huì)造成氧化型VCSEL的活化能與wearout生命周期相似于內(nèi)嵌式VCSEL所發(fā)出的輸出能量大小?！?

當(dāng)工業(yè)界要從研究和開發(fā)轉(zhuǎn)至氧化型VCSEL的生產(chǎn)模式時(shí)，也產(chǎn)生了生產(chǎn)上的困難。氧化層的氧化率與鋁的含量有非常大的關(guān)系。只要鋁的含量有些微的變化，就會(huì)改變其氧化率而導(dǎo)致共振腔的規(guī)格會(huì)過大或過小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。

波長(zhǎng)從1300nm至2000nm的長(zhǎng)波長(zhǎng)裝置，至少已經(jīng)證實(shí)其活化區(qū)是由磷化銦所構(gòu)成。有更長(zhǎng)波長(zhǎng)的VCSEL是有實(shí)驗(yàn)根據(jù)的且通常為光學(xué)泵。1310nm的VCSEL在硅基光纖的最小波長(zhǎng)限度中是較為理想的。

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