VCSEL은 정식으로 Vertical Cavity Surface Emitting Laser라고 불리는 반도체 레이저의 일종입니다.현재 대부분의 VCSEL은 GaAs 반도체를 기반으로 하며 발광 파장은 주로 적외선 대역에 있습니다.
1977년 도쿄 공과 대학의 Ika Kenichi 교수가 처음으로 수직 공동 표면 발광 레이저의 개념을 제안했습니다.초기에 그는 공동 길이를 짧게 하여 출력이 안정적인 단일 세로 모드 반도체 레이저를 얻는 것을 주로 원했습니다.그러나 이 디자인은 짧은 단방향 이득 길이로 인해 레이저 레이징을 얻기가 어려웠기 때문에 VCSEL의 초기 연구는 연장되었습니다.2년 후, Yihe Jianyi 교수는 액상 에피택시 기술(용액에서 고체 물질을 침전시키고 기판에 증착하여 단결정 박막을 생성하는 액상 에피택시 방법)을 사용하여 77K에서 GaInAsP 시리즈 레이저의 펄스 레이징을 성공적으로 실현했습니다. ).1988년에 GaAs 시리즈 VCSEL은 실온에서 연속 작동을 달성하기 위해 유기 화학 기상 증착(OCVD) 기술로 성장되었습니다.에피텍셜 기술의 지속적인 발전으로 반사율이 높은 반도체 DBR 구조를 제조할 수 있어 VCSEL의 연구 프로세스 속도가 크게 빨라졌습니다.20세기 말에 연구 기관에서 다양한 구조를 시도한 후 산화 제한 VCSEL의 주류 상태가 거의 확정되었습니다.그런 다음 성능이 지속적으로 최적화되고 개선되는 성숙 단계로 이동했습니다.
산화 제한 상부 방출 레이저의 단면도
활성 영역은 장치의 필수 부분입니다.VCSEL 캐비티가 매우 짧기 때문에 캐비티의 활성 매체는 레이저 모드에 대해 더 많은 이득 보상을 제공해야 합니다.
먼저 레이저를 생성하려면 세 가지 조건이 동시에 충족되어야 합니다.
1) 활성 영역에서 반송파 반전 분포가 설정됩니다.
2) 적절한 공명 공동은 자극된 방사선이 여러 번 피드백되어 레이저 발진을 형성하도록 합니다.그리고
3) 전류 주입은 광학 이득을 다양한 손실의 합보다 크거나 같게 만들고 특정 전류 임계값 조건을 충족할 만큼 충분히 강합니다.
세 가지 기본 조건은 VCSEL 장치 구조의 설계 개념에 해당합니다.VCSEL의 활성 영역은 변형된 양자 우물 구조를 사용하여 내부 캐리어 반전 분포를 실현하기 위한 기반을 설정합니다.동시에 적절한 반사율을 가진 공명 공동이 방출된 광자가 일관된 진동을 형성하도록 설계되었습니다.마지막으로 충분한 주입 전류가 제공되어 광자가 장치 자체의 다양한 손실을 극복하여 지속성을 생성할 수 있습니다.
광통신업체인 Shenzhen HDV Optoelectronic Technology Co., Ltd.는 VCSEL에 대해 이렇게 설명했습니다.