近年來，垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）由于其較低的閾值電流和垂直襯底表面出光的特性受到研究人員的廣泛關(guān)注。

　　垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）在閾值電流、使用壽命、大陣列集成等方面具有突出的優(yōu)勢。

　　其中長波長的面垂直發(fā)射激光器在光通信、原子鐘、醫(yī)學檢測及氣體檢測等方面具有獨特的應(yīng)用優(yōu)勢，所以對于長波長垂直腔面發(fā)射激光器的研究意義重大。

　　垂直腔面發(fā)射激光器的結(jié)構(gòu)和原理

　　從上到下結(jié)構(gòu)上分別為P型電極、P型布拉格反射鏡（P-DBR）、有源增益區(qū)、N型布拉格反射鏡（N-DBR）、N型電極、襯底。

　　相比于邊發(fā)射半導體激光器，VCSEL的出光方向垂直于襯底表面，法布里珀羅諧振腔較短，為了達到出光條件，VCSEL中的DBR反射鏡需要更高的反射效率（>99%）。

　　DBR反射鏡的性能直接影響到VCSEL器件的閾值電流、輸出功率等主要參數(shù)，現(xiàn)階段主要由AlGaAs/GaAs材料逐層生長制成，每一層材料的光學厚度為中心波長的1/4。氧化限制孔夾在DBR反射鏡與有源區(qū)之間，用于電場與光場限制。

　　在靠近VCSEL器件有源區(qū)的上方和下方采用高Al組分的AlGaAs材料，放入高溫潮濕環(huán)境下，利用濕法氧化工藝能夠形成均勻致密的氧化層。

　　有源區(qū)夾在P-DBR與N-DBR之間，VCSEL器件工作時會在有源區(qū)形成駐波，使得光子能量放大最后形成激射。為了形成駐波，有源區(qū)的光學厚度應(yīng)為半波長的的整數(shù)倍。

　　有源區(qū)量子阱的材料一般選用InGaAs/GaAsP材料體系，因為InGaAs一般會處于壓應(yīng)變狀態(tài)，GaAsP可以提供應(yīng)變補償，解決了傳統(tǒng)材料應(yīng)變隨激射波長的增加而增大的現(xiàn)象，還可以提供較高的增益。

　　VCSEL由于垂直于襯底表面出光的特性相比于傳統(tǒng)的邊發(fā)射半導體激光器擁有很多獨特的優(yōu)勢。

　　一般邊發(fā)射半導體激光器中的DBR反射鏡反射效率只需達到60%即可形成激射，而VCSEL器件中的DBR反射鏡反射率則需要達到99%以上。

　　雖然增加了制成工藝的難度，但由于更高的反射率，VCSEL的閾值電流更低，較大降低了器件的功率和腔內(nèi)損傷，提升了器件的使用壽命；并且由于VCSEL的出光方向，更適合二維陣列集成；結(jié)合MEMS工藝可以實現(xiàn)波長的調(diào)制功能，使得單一器件能夠得到更多的應(yīng)用；除此之外，VCSEL同時具有易與光纖耦合，光電轉(zhuǎn)換效率高，能夠與大規(guī)模集成電路耦合等獨特優(yōu)勢。