垂直腔面发射激光器（VCSEL）的应用

垂直腔面发射激光器

垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，简称VCSEL，又译垂直共振腔面射型激光）是一种半导体激光器，就像名字所说的，其激光垂直于顶面射出。VCSEL光源可调变频率就达数Giga(十的九次方) Hz，传输速率自然也有Giga bps等级。另外VCSEL所需的驱动电压和电流很小，使得寿命有千万小时以上，为其他光源的100倍以上。所以说，VCSEL给3D传感技术的实现提供了关键技术。由于VCSEL是光从垂直于半导体衬底表面方向出射的一种半导体激光器，具有模式好、低闸值电流、稳定性好、寿命长、调制速率高、集成高、发散角小、耦合效率高、价格便宜等很多优点。因为在垂直于衬底的方向上可并行排列着多个激光器，所以非常适合应用在并行光传输以及并行光互连等领域，其相比传统电缆系统可以以更快的速度传输更大的数据量。速度达到每秒40G。基本结构是一个“三明治”结构，由上下两个DBR反射镜和有源区这三部分组成。上下两个DBR反射镜与有源区构成谐振腔。

有源区由几个量子阱组成，作为VCSEL的核心部分，决定着器件的阈值增益、激射波长等重要参数。高反射率的DBR由多层介质薄膜组组成，实现对光的反馈。为得到较小的阈值电流，DBR反射镜的反射率一般在99.5%以上。

VCSEL的主要制造被分成两个主要的部分，一部分是实现“三明治”结构的MOCVD属有机物化学气相沉积技术，即外延生长过程；一部分是实现后端各种结构和需求的晶圆工艺，包括形成图形化掩膜、光刻，电极蒸发沉积及剥离，湿法台面蚀刻，侧向湿法氧化，BCB填充等。

未来VCSEL的其它应用

传感器与数据传输是VCSEL的最大应用，VCSEL相比LED有更优越的性能，这里以我们身边常用的手机为例。目前智能手机里的接近传感器，当你接电话脸贴屏幕时，屏幕灯会熄灭，并自动锁屏，防止脸部误操作，当你脸离开时，屏幕灯会自动开启，自动解锁。智能手机中大量使用LED式接近传感器，在手机接近面颊时关闭屏幕以免误操作。如果我们利用VCSEL激光传感器，可以做出更低功耗更精确距离检测的手机接近传感器。同理，未来很多需要传感器的设施与设备，VCSEL绝对会是最好的选择。