快速理解3D傳感的關鍵技術：VCSEL

因為蘋果（Apple），許多的老技術開始找到自己的第二春，垂直共振腔面射型雷射（VCSEL）是最新的一個，由于蘋果iPhone X的臉部辨識應用，讓這項過去多使用在通訊領域的高階技術有了新的市場， 而且火紅的程度幾乎與當初的電容式觸控相當。
?

VCSEL的結構和功能。 （source: Philips）
由于VCSEL制造屬于半導體層級，且涉及光學與電子，因此***切入的業(yè)者多以光電業(yè)者居多，例如LED制造商，或者光導體的封裝業(yè)者。 本文則是取自飛利浦（Philips）的網(wǎng)站說明，對此技術做一次重點的回顧，當然飛利浦就是一家典型具備半導體與光學技術的業(yè)者。

VCSEL就是「垂直共振腔面射型雷射（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）」的縮寫，其結構和功能如圖(a)所示。 VCSEL是一種半導體雷射二極管，其發(fā)射垂直于表面的光（1）。 發(fā)光器由多個主動層組成，厚度為奈米等級。

在這些層中，電子載體被轉換成光，在主動層之上和之下，多層交替折射率形成共振鏡（4）；短的雷射腔需要反射鏡的高反射率才能獲得足夠的增益，摻雜的半導體鏡額外為主動層提供電觸點（2）和（3） ；主動區(qū)的尺寸由靠近主動層的氧化層（6）的寬度來定義。

此半導體層的結構和垂直光束允許在一個生成步驟中產(chǎn)生功能完整的雷射光，在這個外延生成過程之后，標準的半導體晶圓處理步驟則定義了光發(fā)射區(qū)域，并為各個雷射二極管提供電端子。

VCSEL的垂直結構能建立大量的雷射彼此相鄰并形成二維數(shù)組。 依據(jù)應用的不同，這些數(shù)組中的VCSEL可以單獨通電連接（靠著個別接觸，例如用在：多信道的數(shù)據(jù)通信應用），或者并聯(lián)通電。 在大量雷射并聯(lián)的設置中，透過厚導體層（5）將電流提供給各個激光器，以向數(shù)組提供低電阻電端子。

VCSEL數(shù)組是由數(shù)千個微型激光器在GaAs晶圓上以半導體流程制造所組成，單個雷射光器之間的典型間距在40微米的范圍內(nèi)，其波長在800nm和1100nm之間，最常用的是808nm，850nm和980nm，每個線寬為幾納米。

相較于紅外線LED，VCSEL具有非常窄的線寬和非常正向發(fā)射的特性。 其芯片從晶圓中切割并安裝到載體上，而其使用的組裝程序則是LED產(chǎn)業(yè)眾所周知的步驟。

此外，VCSEL的亮度范圍在傳統(tǒng)雷射和燈或LED之間，且該技術提供可擴展（scalable）的系統(tǒng)功率，因此高功率VCSEL系統(tǒng)對許多應用來說就是一個極有吸引力的解決方案。