垂直腔面發(fā)射激光器

垂直腔面發(fā)射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，簡(jiǎn)稱VCSEL，又譯垂直共振腔面射型激光）是一種半導(dǎo)體激光器，就像名字所說(shuō)的，其激光垂直于頂面射出。VCSEL光源可調(diào)變頻率就達(dá)數(shù)Giga(十的九次方) Hz，傳輸速率自然也有Giga bps等級(jí)。另外VCSEL所需的驅(qū)動(dòng)電壓和電流很小，使得壽命有千萬(wàn)小時(shí)以上，為其他光源的100倍以上。所以說(shuō)，VCSEL給3D傳感技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供了關(guān)鍵技術(shù)。由于VCSEL是光從垂直于半導(dǎo)體襯底表面方向出射的一種半導(dǎo)體激光器，具有模式好、低閘值電流、穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)、調(diào)制速率高、集成高、發(fā)散角小、耦合效率高、價(jià)格便宜等很多優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)樵诖怪庇谝r底的方向上可并行排列著多個(gè)激光器，所以非常適合應(yīng)用在并行光傳輸以及并行光互連等領(lǐng)域，其相比傳統(tǒng)電纜系統(tǒng)可以以更快的速度傳輸更大的數(shù)據(jù)量。速度達(dá)到每秒40G。基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)“三明治”結(jié)構(gòu)，由上下兩個(gè)DBR反射鏡和有源區(qū)這三部分組成。上下兩個(gè)DBR反射鏡與有源區(qū)構(gòu)成諧振腔。

有源區(qū)由幾個(gè)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(zhǎng)等重要參數(shù)。高反射率的DBR由多層介質(zhì)薄膜組組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(gè)主要的部分，一部分是實(shí)現(xiàn)“三明治”結(jié)構(gòu)的MOCVD屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積技術(shù)，即外延生長(zhǎng)過(guò)程；一部分是實(shí)現(xiàn)后端各種結(jié)構(gòu)和需求的晶圓工藝，包括形成圖形化掩膜、光刻，電極蒸發(fā)沉積及剝離，濕法臺(tái)面蝕刻，側(cè)向濕法氧化，BCB填充等。

未來(lái)VCSEL的其它應(yīng)用

傳感器與數(shù)據(jù)傳輸是VCSEL的最大應(yīng)用，VCSEL相比LED有更優(yōu)越的性能，這里以我們身邊常用的手機(jī)為例。目前智能手機(jī)里的接近傳感器，當(dāng)你接電話臉貼屏幕時(shí)，屏幕燈會(huì)熄滅，并自動(dòng)鎖屏，防止臉部誤操作，當(dāng)你臉離開(kāi)時(shí)，屏幕燈會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟，自動(dòng)解鎖。智能手機(jī)中大量使用LED式接近傳感器，在手機(jī)接近面頰時(shí)關(guān)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(cè)的手機(jī)接近傳感器。同理，未來(lái)很多需要傳感器的設(shè)施與設(shè)備，VCSEL絕對(duì)會(huì)是最好的選擇。