VCSEL, אשר נקרא Vertical Cavity Surface Emitting Laser במלואו, הוא סוג של לייזר מוליכים למחצה.נכון לעכשיו, רוב ה-VCSELs מבוססים על מוליכים למחצה GaAs, ואורך הגל של הפליטה הוא בעיקר ברצועת הגלים האינפרא אדום.
בשנת 1977, פרופסור איקה קניצ'י מאוניברסיטת טוקיו הטכנולוגית הציעה לראשונה את הרעיון של לייזר פולט פני השטח של חלל אנכי.בימים הראשונים, הוא רצה בעיקר להשיג לייזר מוליכים למחצה במצב אורך יחיד עם פלט יציב על ידי קיצור אורך החלל.עם זאת, בשל אורך הרווח החד-כיווני הקצר של עיצוב זה, היה מאתגר להשיג לייזר לייזר, ולכן המחקר המוקדם של VCSEL התארך.שנתיים לאחר מכן, פרופסור Yihe Jianyi מימש בהצלחה לייזר פולס של לייזרים מסדרת GaInAsP ב-77 K באמצעות טכנולוגיית אפיטקסיית פאזה נוזלית (השיטה של אפיטקסיית פאזה נוזלית כדי לזרז חומרים מוצקים מהתמיסה ולהפקיד אותם על המצע ליצירת שכבות דקות חד-גבישיות ).בשנת 1988, VCSELs מסדרת GaAs גודלו על ידי טכנולוגיית שקיעת אדים כימית אורגנית (OCVD) כדי להשיג פעולה רציפה בטמפרטורת החדר.עם הפיתוח המתמיד של הטכנולוגיה האפיטקסיאלית, ניתן לייצר מבני DBR מוליכים למחצה עם רפלקטיביות גבוהה, מה שמאיץ משמעותית את תהליך המחקר של VCSEL.בסוף המאה ה-20, לאחר שמוסדות מחקר ניסו מבנים שונים, סטטוס המיינסטרים של VCSEL מוגבל בחמצון היה די קבוע.לאחר מכן הוא עבר לשלב הבשלות, שבו הביצועים עברו אופטימיזציה ושופרו כל הזמן.
דיאגרמת חתך של לייזר פולט עליון מוגבל בחמצון
האזור הפעיל הוא החלק החיוני של המכשיר.מכיוון שחלל ה-VCSEL קצר מאוד, המדיום הפעיל בחלל צריך לספק יותר פיצוי רווח עבור מצב הלייזר.
קודם כל, יש לעמוד בשלושה תנאים בו זמנית כדי ליצור לייזר:
1) התפלגות היפוך הנשא באזור הפעיל נקבעה;
2) חלל תהודה מתאים מאפשר לקרינה המגורה להיות מוחזרת פעמים רבות ליצירת תנודת לייזר;ו
3) הזרקת הזרם חזקה מספיק כדי להפוך את הרווח האופטי לגדול או שווה לסכום ההפסדים השונים ולעמוד בתנאי סף זרם מסוימים.
שלושת התנאים העיקריים תואמים את תפיסת העיצוב של מבנה מכשיר ה-VCSEL.האזור הפעיל של VCSEL משתמש במבנה באר קוונטי מתוח כדי לבסס את הבסיס למימוש התפלגות היפוך הנשא הפנימי.במקביל, חלל תהודה עם רפלקטיביות מתאימה נועד לגרום לפוטונים הנפלטים ליצור תנודות קוהרנטיות.לבסוף, זרם הזרקה מספיק מסופק כדי לאפשר לפוטונים להתגבר על הפסדים שונים של המכשיר עצמו כדי ליצור
כך הסבירה Shenzhen HDV Optoelectronic Technology Co., Ltd., חברת תקשורת אופטית, את VCSEL.