VCSEL简述
VCSEL全称为垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser），是半导体激光器的一种，当前以砷化镓半导体为基础材料的VCSEL居多，发射波长主要为近红外波段。
顾名思义，VCSEL是一种垂直于衬底面射出激光的激光器，有区别于传统的边发射半导体激光器，如F-P激光器(法布里-珀罗激光器)、DFB（分布式反馈激光器）。其可以在衬底上多个方向上排列多个激光器，从而形成并行光源或者面阵光源，是光纤通信或者光感测领域的主要光源之一。
相较于传统的半导体激光器，VCSEL有以下诸多优点：
1）有源层体积极小，从而可以获得极低的工作阈值，如材料工艺发展可期待极低阈值甚至无阈值发光器件；
2）波长和阈值对温度变化相对不太敏感（当然VCSEL本身也属于半导体激光器的一种，也就逃脱不了温度对其影响的宿命，其波长相对于温度变化的温漂系数大约为0.06 nm/℃，相比于F-P激光器的0.3 nm/℃来说已经小很多了。）；
3）腔长量级与波长相近，甚至更小（半波长量级），故纵模间隔较大，可实现单纵模出射；
4）可得到较大的驰豫振荡频率，从而实现较高的调制频率；
5）出射圆形光斑，易于与光纤耦合；
6）封装简易，且可以形成二维激光阵列；
7）预期工作寿命达10万小时及以上。
VCSEL结构一般由上、下布拉格反射镜(DBR)和中间有源区三部分组成，其典型的外延结构如图1所示从下到上依次是衬底、N型接触层、N型DBR、量子阱有源区、P型DBR、P型接触层。示意图如图1所示。
图1 氧化限制顶发射激光器剖面示意图
其中有源区为器件最重要的组成部分，由于VCSEL腔长极短，需要腔内有源介质对激射模式提供较大的增益补偿。
对于电流注入型VCSEL多采用多量子阱结构提高材料的微分增益。DBR反射镜一般由折射率不同且厚度为光波长的四分之一的两种材料交替生长而成，为了减小光学损耗，N型DBR的反射率接近100%，可作为谐振腔的全反射镜，而P型DBR反射率相对较低，可作为谐振腔的出射镜。其中P型DBR中有一层或多层高铝组分AlGaAs层作为氧化限制层（图1中为双氧化层结构）。
VCSEL是半导体激光器的一种，其工作原理与其他半导体激光器本质上是相同的，只是在结构设计上有些许区别，比如在激光出射面上有别于边发射半导体激光器。
激光器就是利用半导体中的电子光跃迁引起光子受激发射而产生光振荡器和光放大器的总称，其产生激光同样要满足以下三个基本条件：
1）建立有源区内载流子的反转分布；
2）合适的谐振腔使受激辐射在其中得到多次反馈形成激光振荡；
3）提供足够强的电流注入使得光增益大于或者等于各种损耗之和，满足一定的电流阈值条件。
三个基本条件对应着VCSEL器件结构的设计理念。VCSEL的有源区使用应变量子阱结构，建立起实现内部载流子反转分布的基础，同时设计合适的反射率的谐振腔使辐射出的光子形成相干振荡，最后提供足够强的注入电流使得光子能够克服器件自身的各种损耗形成激射。
