VCSEL晶圓，全稱為垂直腔面發(fā)射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)，是一種基于半導(dǎo)體技術(shù)的激光器件。由于其高精度、小尺寸、低功耗和高可靠性等特點(diǎn)，VCSEL在多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，包括3D攝像機(jī)、測(cè)距、激光雷達(dá)、3D感知等。
 

　　原理：VCSEL的核心是一個(gè)激光諧振腔，它由上下兩組分布式布拉格反射器(P-DBR和N-DBR)組成。DBR是由多層折射率高低交替變換的化合物堆疊形成的。在兩組DBR中間的是VCSEL的激光有源區(qū)，它由多個(gè)量子阱(MQW)構(gòu)成。這些MQW在施加電流的作用下，電子和空穴結(jié)合并釋放能量，從而產(chǎn)生一束可見光或紅外光的激光束。發(fā)出的光垂直于有源區(qū)射出并被DBR反射，當(dāng)被反射回來的光再次通過有源區(qū)時(shí)，會(huì)激勵(lì)MQW發(fā)出更多的光，產(chǎn)生光放大。最終，光在兩組DBR間形成共振放大，并產(chǎn)生顏色一致，且能量聚集在軸線傳播的激光。
 

　　制造：VCSEL的制造過程中，關(guān)鍵的一步是通過選擇離子注入或氧化某些外延層來形成絕緣層，以限制電流流入有源層區(qū)域。例如，在基于GaAs襯底的VCSEL的情況下，AlGaAs層被部分氧化以在孔徑周圍形成非導(dǎo)電區(qū)域。這種限制電流流動(dòng)的方法能夠降低閾值電流，以產(chǎn)生激光發(fā)射，并控制光束寬度。此外，電感耦合等離子體(ICP)用于刻蝕形成VCSEL中的垂直或錐形臺(tái)面結(jié)構(gòu)，這是大批量生產(chǎn)VCSEL的關(guān)鍵晶圓制造工藝。
 

　　應(yīng)用：隨著技術(shù)的進(jìn)步，VCSEL的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。例如，在人臉識(shí)別領(lǐng)域，蘋果公司在其iPhone 8和iPhone X中采用了VCSEL技術(shù)實(shí)現(xiàn)了FaceID功能。此外，VCSEL還廣泛應(yīng)用于測(cè)距、激光雷達(dá)、3D感知、3D傳感器、智能駕駛、視頻監(jiān)控、機(jī)器視覺、激光醫(yī)療和軍事運(yùn)用等領(lǐng)域。通過將VCSEL晶圓封裝為VCSEL激光二極管，可以實(shí)現(xiàn)更高的效率、更低的功耗、更小的晶片尺寸和更簡(jiǎn)單的操作。
 

　　綜上所述，VCSEL晶圓以其的原理、精細(xì)的制造工藝和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，成為了光電子產(chǎn)業(yè)中重要的一部分。隨著科技的不斷發(fā)展，我們有理由相信，VCSEL將在未來發(fā)揮更大的作用，推動(dòng)光通信、光電子等領(lǐng)域的持續(xù)創(chuàng)新與發(fā)展。