垂直腔面發射激光器

垂直腔面發射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，簡稱VCSEL，又譯垂直共振腔面射型激光）是一種半導體激光器，就像名字所說的，其激光垂直于頂面射出。VCSEL光源可調變頻率就達數Giga(十的九次方) Hz，傳輸速率自然也有Giga bps等級。另外VCSEL所需的驅動電壓和電流很小，使得壽命有千萬小時以上，為其他光源的100倍以上。所以說，VCSEL給3D傳感技術的實現提供了關鍵技術。由于VCSEL是光從垂直于半導體襯底表面方向出射的一種半導體激光器，具有模式好、低閘值電流、穩定性好、壽命長、調制速率高、集成高、發散角小、耦合效率高、價格便宜等很多優點。因為在垂直于襯底的方向上可并行排列著多個激光器，所以非常適合應用在并行光傳輸以及并行光互連等領域，其相比傳統電纜系統可以以更快的速度傳輸更大的數據量。速度達到每秒40G。基本結構是一個“三明治”結構，由上下兩個DBR反射鏡和有源區這三部分組成。上下兩個DBR反射鏡與有源區構成諧振腔。

有源區由幾個量子阱組成，作為VCSEL的核心部分，決定著器件的閾值增益、激射波長等重要參數。高反射率的DBR由多層介質薄膜組組成，實現對光的反饋。為得到較小的閾值電流，DBR反射鏡的反射率一般在99.5%以上。

VCSEL的主要制造被分成兩個主要的部分，一部分是實現“三明治”結構的MOCVD屬有機物化學氣相沉積技術，即外延生長過程；一部分是實現后端各種結構和需求的晶圓工藝，包括形成圖形化掩膜、光刻，電極蒸發沉積及剝離，濕法臺面蝕刻，側向濕法氧化，BCB填充等。

未來VCSEL的其它應用

傳感器與數據傳輸是VCSEL的最大應用，VCSEL相比LED有更優越的性能，這里以我們身邊常用的手機為例。目前智能手機里的接近傳感器，當你接電話臉貼屏幕時，屏幕燈會熄滅，并自動鎖屏，防止臉部誤操作，當你臉離開時，屏幕燈會自動開啟，自動解鎖。智能手機中大量使用LED式接近傳感器，在手機接近面頰時關閉屏幕以免誤操作。如果我們利用VCSEL激光傳感器，可以做出更低功耗更精確距離檢測的手機接近傳感器。同理，未來很多需要傳感器的設施與設備，VCSEL絕對會是最好的選擇。