VCSEL工艺简介
vcsel芯片
vcsel芯片VCSEL芯片（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser）又称垂直腔面射出激光器芯片，是一种具有独特结构和性能的半导体激光器。
与传统的边射激光器相比，VCSEL芯片具有许多优势，例如低功耗、高效能、远场模式、高速调制等，因此在许多应用领域得到广泛应用。
VCSEL芯片的基本结构是由多个半导体材料构成的层状结构。
在VCSEL芯片的正面和背面各有一对高反射膜，形成垂直腔结构。
激光光子在垂直方向上被反射回芯片内，而在水平方向上透过高反射膜射出。
这种结构使得VCSEL的发光相对较为均匀，且光束质量较高。
一、VCSEL芯片的特点1. 高效能：VCSEL芯片的光电转换效率高，发光效率可以超过50%，相较于传统的边射激光器更为高效。
2. 低功耗：VCSEL芯片的工作电流较低，传输功率较小，可以在过程中降低能源消耗。
3. 高速调制：VCSEL芯片具有快速的调制速度和高速的响应时间，适合用于高速通信和数据传输。
4. 调制带宽宽广：VCSEL芯片能够在多个纳秒的时间范围内实现高速调制，适用于各种光纤通信和数据传输。
5. 易于集成：VCSEL芯片可以与其他传感器、光学元件等集成在一起，形成多功能的光电子器件。
6. 高温稳定性：相较于传统边射激光器，VCSEL芯片具有更好的热稳定性，可以在更宽的温度范围内工作。
二、VCSEL芯片的应用领域1. 光纤通信：VCSEL芯片在光纤通信领域得到广泛应用，特别是在光纤通信模块中用作光源。
其高效能、低功耗和高速调制的特点使其成为光纤通信模块的首选光源。
2. 数据中心：VCSEL芯片在数据中心的高速网络和光纤通信系统中用作数据传输的光源，可以实现大容量、高速率的数据传输。
3. 手机前置摄像头：VCSEL芯片被广泛应用于手机前置摄像头的ToF（Time of Flight）深度感应模块中，用于实现人脸识别、AR（增强现实）和其他3D传感功能。
VCSEL工艺简介
VCSEL基本简介-基本构成
1977 年，日本东京工业大学的伊贺健一(KenichiIga)提出 VCSEL 的概念，其光学谐振腔与半导体芯片的衬底垂直，能够 实现芯片表面的激光发射。典型的 VCSEL 为顶发射结构。结 构示意图如下图 所示
VCSEL的结构示意图 （顶部布拉格反射器（P-DBR）、谐振腔和底部N-DBR）
沉积SiO2
P-ring contact
P-DBR active n-DBR
GaAs substrate 侧向选择氧化制备工艺流程图
第十二页，共14页。
外延材料制备
光刻、刻蚀、开窗
P-ring contact
P-DBR
active n-DBR
GaAs substrate 侧向选择氧化制备工艺流程图
结构示意图如下图所示vcsel的结构示意图顶部布拉格反射器pdbr谐振腔和底部ndbrvcsel的制作总工艺过程工艺过程总流程图侧向选择氧化制备工艺流程图vcsel的制作总工艺过程工艺制备图侧向选择氧化制备工艺流程图外延材料制备mocvd侧向选择氧化制备工艺流程图ndbrgaassubstrateactivpdbrpringcontactvcsel的制作芯片工艺与关键设备芯片流片芯片流片过程外延材料制备沉积sio侧向选择氧化制备工艺流程图ndbrgaassubstratepringcontact沉积sio外延材料制备光刻腐蚀做sio侧向选择氧化制备工艺流程图ndbrgaassubstratepdbrpringcontact外延材料制备台面腐蚀侧向选择氧化制备工艺流程图ndbrgaassubstrateactivpdbrpringcontact外延材料制备侧向选择氧化制备工艺流程图ndbrgaassubstrateactivpdbrpringcontact外延材料制备局部氧化侧向选择氧化制备工艺流程图ndbrgaassubstrateactivpdbrpringcontact外延材料制备沉积sio侧向选择氧化制备工艺流程图ndbrgaassubstrateactivpdbrpringcontact外延材料制备光刻刻蚀开窗侧向选择氧化制备工艺流程图ndbrgaassubstrateactivpdbrpringcontact外延材料制备光刻电极出光孔侧向选择氧化制备工艺流程图ndbrgaassubstrateactivpdbrpringcontact电极
新型半导体激光器——VCSEL详解
新型半导体激光器——VCSEL详解VCSEL(Vertical-cavity surface-emitting laser)，即垂直腔面发射激光器，是集高输出功率和高转换效率和高质量光束等优点于一身，相比于LED 和边发射激光器EEL，在精确度、小型化、低功耗、可靠性等角度全方面占优。
随着VCSEL 芯片技术的成熟，以其作为核心元件的3D Sensing 走入应用，在活体检测，虹膜识别， AR/VR 技术以及机器人识别和机器人避险、自动驾驶辅助等领域得到发展。
近期，3D Sensing 的主要应用以手机为主，iPhone X 首次搭载3D 结构光模组，引领3D Sensing 消费市场。
目前，全球3D Sensing 供应链趋于完善，VCSEL 设计厂商Lumentum、II-VI 、Finisar、AMS，VCSEL 外延片供应商IQE、全新光电以及台湾晶圆代工厂稳懋、晶电等均纷纷布局3D Sensing 领域。
据预测，未来几年3D Sensing 市场规模将呈几何式增长，到2020 年3D Sensing 市场规模可达到108.49 亿美元2023 年3D 传感的市场空间达到180 亿美元，2018 年-2023 年复合增速达到44%。
其中，3D Sensing 在智能手机市场上的渗透率不断提高，3D Sensing 渗透率有望从2017 年的2.1%提高至2020 年的28.6%。
一、VCSEL 基本结构与工作原理VCSEL 器件有两种基本结构，一种是顶发射结构：采用MOCVD 技术在n 型GaAs 衬底上生长而成，以DBR 作为激光腔镜，量子阱有源区夹在n-DBR 和p-DBR 之间。
由于量子阱厚度小，单程增益小，因此反射镜的反射率较高，一般全返腔镜反射率>99.9%，输出腔镜反射率通过理论计算设定最佳的耦合输出率（一般也大于99%），然后在衬底和p-DBR 外表面制作金属接触层。
vcsel工艺技术
vcsel工艺技术垂直共振腔面发射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Laser，简称VCSEL），是一种垂直射出的面发射激光器器件。
VCSEL具有体现出良好的光束质量、高功率效率、低阈值电流、低制冷、易制造等优势，因此在通信、激光雷达、生物医学、光电子计算等领域得到了广泛的应用。
VCSEL的制造工艺技术是VCSEL技术的重要组成部分。
VCSEL的制造工艺技术主要包括光学分离工艺、电子分离工艺和封装工艺等。
其中，光学分离工艺主要是通过应用半导体加工技术将激光腔和光输出引导层等元件制备在同一材料上，以实现光的垂直输出。
电子分离工艺则是通过应用半导体器件加工技术，将激光腔和电流注入部分分离开来，以实现电流的注入和激光的产生。
封装工艺则是将制备好的VCSEL芯片封装到适当的封装器件中，以方便使用和保护器件。
在VCSEL的制造工艺技术中，光学分离工艺是一项关键技术。
该工艺主要包括金属化、光刻、腔激光电子分离等过程。
金属化是在芯片表面附上金属电极的过程，用于实现电流的注入。
光刻是利用光刻胶和掩模制作出光的输出孔和电流注入的区域。
而腔激光电子分离是通过化学腐蚀和离子刻蚀等技术，将光腔与电流注入区域分离开来，以避免电流泄露影响光的输出。
电子分离工艺是VCSEL制造过程中的另一个重要环节。
该工艺主要包括外延生长、扩散障、沉积金属等过程。
外延生长是将具有特殊杂质分布的半导体薄膜在晶片表面沉积生长的过程，以构成VCSEL的激光腔和电流注入区域。
扩散障是通过控制杂质浓度和控制生长温度等方式，在外延层中形成P型和N型离子扩散层，以形成电流注入区域。
沉积金属是将金属层蒸镀到电流注入区域上作为电流注入电极，用于实现电流的注入。
封装工艺是VCSEL制造的最后一道工序，封装工艺主要包括胶水封装、芯片倒装、焊接器件等过程。
胶水封装是将VCSEL芯片和驱动电路芯片粘结在一起，并用胶水填充芯片周围的空隙，以保护芯片。
vcsel的封装工艺
vcsel的封装工艺VCSEL是垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser）的简称，是一种新型的激光器封装工艺。
VCSEL的封装工艺在光通信、光传感、3D感测等领域得到广泛应用。
本文将从VCSEL的封装工艺的定义、封装过程、封装工艺的发展等方面进行探讨。
一、VCSEL封装工艺的定义VCSEL的封装工艺是将VCSEL芯片封装到封装基座中，以保护芯片并便于连接和使用。
封装工艺的好坏直接影响到VCSEL的性能和可靠性。
目前常见的VCSEL封装工艺有TO封装、CAN封装、C-Mount封装等。
二、VCSEL封装过程VCSEL封装的一般过程包括芯片选取、背面处理、金属化、球栅键合、焊接、环氧封装等步骤。
首先，从生产中选取优质的VCSEL芯片，然后对芯片进行背面处理，以提高散热效果。
接下来，在芯片的金属化过程中，通过蒸镀金属来形成电极，以便与外部电路连接。
然后，通过球栅键合技术将芯片与基座连接起来。
最后，利用焊接技术将电极与外部引线连接，并使用环氧树脂进行封装，以保护芯片。
三、VCSEL封装工艺的发展随着VCSEL技术的不断发展，其封装工艺也在不断改进和创新。
早期的VCSEL封装工艺主要采用TO封装，这种封装方式简单易行，但散热效果较差。
随着技术的进步，CAN封装和C-Mount封装逐渐兴起。
CAN封装在VCSEL芯片的背面加入散热底座，提高了散热效果，适用于高功率VCSEL的封装。
C-Mount封装则采用薄膜底座和焊接技术，具有更好的热导性能和可靠性，适用于高速通信领域。
四、VCSEL封装工艺的优势VCSEL封装工艺具有以下优势：首先，VCSEL芯片尺寸小，可以进行高密度封装，提高集成度。
其次，VCSEL封装工艺成本低，生产效率高。
此外，VCSEL封装工艺还具有良好的热导性能和可靠性，能够适应高功率、高速等特殊工作环境。
总结：本文对VCSEL的封装工艺进行了介绍，从定义、封装过程、发展趋势等方面进行了探讨。
vcsel工艺制程
vcsel工艺制程在今天的微电子行业，光通信系统已经成为数据传输的重要组成部分。
在光通信领域中，有一种名为VCSEL（垂直腔面发射激光器）的半导体激光器被广泛应用于光通信、光互连、光存储和光计算等领域。
下面，我将为您介绍VCSEL工艺制程的关键步骤。
1. 衬底制备：VCSEL的制造需要高质量的衬底，通常采用GaAs（砷化镓）或InP（磷化铟）作为衬底材料。
首先需要将衬底进行化学清洗和预处理，以确保其表面干净、平整、无污染。
2. 外延生长：接下来，在衬底表面生长所需的外延层，如GaAs EPI（电介质外延）或InP EPI（电介质外延）。
外延层的质量对VCSEL的性能至关重要。
外延生长过程需要精确控制温度、气氛、pH值等参数，以获得理想的半导体材料特性。
3. 光刻工艺：在外延层生长完成后，需要进行光刻工艺以形成所需的图形结构。
光刻技术有许多种，包括干法刻蚀、湿法刻蚀和光致抗蚀剂光刻等。
根据不同的应用需求，可以选择不同的光刻技术以实现高精度的结构制作。
4. 离子注入：在光刻过程中形成的图形结构中，需要注入所需的掺杂元素以改变半导体材料的导电性能。
常用的掺杂元素有铝（Al）、镓（Ga）和砷（As）等。
离子注入过程需要严格控制注入深度、能量和速度等参数，以确保半导体材料的电学性能稳定。
5. 氧化/减薄：在离子注入完成后，需要进行氧化和减薄处理，以暴露出外延层下方的基底材料。
这一过程有助于提高器件的可靠性和降低寄生电容。
6. 金属淀积：为了实现VCSEL器件中的电学连接，需要在外延层上淀积一层金属电极。
常用的金属材料包括铝（Al）、金（Au）和银（Ag）等。
金属淀积过程需要控制淀积速率、淀积温度和淀积厚度等参数，以获得理想的金属结构和表面形貌。
7. 后端工艺：在VCSEL器件制造的后端工艺中，还需要进行切割、检验、清洗、封装和测试等步骤。
这些步骤有助于确保VCSEL器件的性能可靠、稳定和一致。
通过以上关键步骤，我们可以制造出具有高光功率、高亮度和低功耗等优点的VCSEL器件。
什么是VCSELVCSEL的结构与原理介绍
什么是VCSELVCSEL的结构与原理介绍VCSEL即垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser），是一种半导体激光器的种类。
与传统的激光二极管（LD）相比，VCSEL有许多优点，包括较高的功率效率、较小的发热量、较低的工作电流和较简单的制造工艺等。
VCSEL的独特结构和工作原理赋予了它广泛的应用前景，特别是在光通信领域。
VCSEL的结构主要由五个组成部分构成：上反射镜（top mirror）、激活区（active region）、下反射镜（bottom mirror）、透明载流子注入区（transparent carrier injection region）和透明载流子反射层（transparent carrier reflector）。
在这些部分中，最为重要的是激活区和反射镜。
激活区是VCSEL的工作部分，它由多个半导体量子阱（quantum well）构成。
激活区的厚度通常控制在几个纳米到十几个纳米之间。
当电流通过激活区时，电子和空穴会发生复合释放出光子，产生激光。
激活区的电流密度和注入载流子的浓度决定了VCSEL的输出功率和效率。
两个反射镜使得VCSEL能够实现垂直发射，这是与传统激光二极管的重要区别。
上反射镜和下反射镜由多个和λ/4厚度交替的介质层组成，其中λ是激光的波长。
通过选择合适的介质和层次结构，可以实现高反射率，将大部分光束反射回激活区，产生干涉增强效应，从而增强激光放大。
VCSEL的工作原理基于费曼轻子波束的合成相干超远场发射原理。
当电流通过激活区时，激光由激光腔垂直发射并形成两束相干光束。
由于VCSEL的量子阱和介质层具有光增益，激光会在腔内进行多次反射和放大，从而形成模态。
这些模态在垂直方向上是相干的，在水平方向上呈现高斑度。
由于VCSEL的垂直发射结构，VCSEL能够实现单模发射，产生高斑度、方向性好的激光束，射程远，耦合效率高。
vcsel芯片氧化工艺
vcsel芯片氧化工艺VCSEL是一种垂直腔面发射激光器，能够以高速发射光线，非常适合用于光通讯和激光雷达。
而VCSEL芯片氧化工艺是VCSEL生产的重要工艺之一，能够提高芯片的性能和稳定性。
VCSEL芯片氧化工艺主要包括以下步骤：第一步，清洗。
在制造VCSEL芯片之前，需要清洗硅基片。
这是为了去除硅基片表面的油脂、灰尘等杂质，确保VCSEL芯片的精度和品质。
清洗常常采用浸泡在所谓的“立清水”中，即热水中加入一定浓度的氢氧化钾，以去除硅基片表面的氧化层和杂质。
第二步，氧化。
在VCSEL芯片制造过程中，氧化是一步不可缺少的工艺。
在氧化的过程中，通过向芯片表面喷洒氧化氢气体，使得芯片表面的硅形成二氧化硅氧化层。
二氧化硅氧化层除了可以防止光零散并增强反射，而且还能隔离VCSEL芯片与载流子电极。
面式涂覆以及小孔蚀刻等方式可以制备出典型像常显微镜相中的Oxide-Confimed-VCSEL,而使用掩模裂解法可以制备出典型的Top-Emitting-VCSEL。
第三步，光刻。
光刻是VCSEL芯片中至关重要的一步，主要用于芯片的制作。
光刻是一种光学方法，可以用于刻划薄膜光刻胶。
在光刻之前，需要先在光刻胶表面涂上硅氧化层。
然后，使用掩模将图形转移到VCSEL芯片上，最后通过紫外线曝光进行光刻。
光刻能够将芯片表面的硅氧化层部分去除，形成腔和反射镜等微细结构。
第四步，腔制备。
VCSEL芯片的腔要求非常精密，需要采用一系列复杂的技术进行制备。
在制备VCSEL芯片的腔部分时，可以选择金属有机化学气相沉积、分子束外延等方法，为腔部分和外延区分别增长特定厚度和折射率。
另外，腔中的抛晶也是非常重要的一步。
通过控制抛晶过程中微晶尺寸和分布，可以使腔中光子的自发辐射减弱，从而更好保证激光的功率和质量。
随着VCSEL技术的不断发展，VCSEL芯片氧化工艺也不断被改进和优化。
通过提高氧化层的质量和稳定性，加强光刻的精度和可重复性，优化腔部分的结构和性能，能够制造出更加高效、耐用的VCSEL 芯片，推动VCSEL技术在光通讯、激光雷达等领域的应用。
vcsel生产工艺流程
vcsel生产工艺流程VCSEL（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）是一种垂直腔面发射激光器，具有许多广泛的应用领域，如光通信、光电子设备和生物医学领域等。
为了生产高质量的VCSEL器件，需要遵循一系列的生产工艺流程。
以下是VCSEL生产工艺流程的描述：1. 衬底准备：选取适当材料的衬底，并进行表面处理以去除杂质和提高平整度。
这可以通过化学清洗、机械抛光等方法来实现。
2. 衬底生长：在经过准备的衬底上，采用化学气相沉积（CVD）或分子束外延（MBE）等技术，进行半导体层的生长。
此过程中，通过控制材料的化学成分、结构等参数，形成具有特定性能的多层结构，包括激活层。
3. 层间电极和光阻的定义：使用光刻技术，将金属电极和光刻胶（光阻）图案定义在相应的层之间。
电极用于引入电流，而光阻用于保护和定义激光发射区域。
4. 注蓝工艺：通过将注入区域暴露在精确的氯化铁（FeCl3）溶液中，去除光阻以及未覆盖区域的材料，形成激光发射区域。
这一步骤可以实现激光发射的选择性。
5. 金属蒸发和电镀工艺：在光阻已被去除且激光发射区域已定义后，使用金属蒸发或电镀技术在电极上沉积一层金属，以提供电流传输和反射。
6. 封装和测试：将该芯片连接到电路板或其他封装器件上，并进行测试和性能验证。
测试包括功率输出、波长、波束质量等参数的测量。
总结：VCSEL生产工艺流程包括衬底准备、衬底生长、层间电极和光阻的定义、注蓝工艺、金属蒸发和电镀工艺、封装和测试等步骤。
通过这一系列工艺步骤，可以生产出高质量、高性能的VCSEL器件，满足不同领域的需求。
VCSEL激光器技术科普!
什么是VCSEL激光器？V C SE L激光器全名为垂直共振腔表面放射激光器（V e rt ic a l C a vit y Su rf ac e E mit t in g La se r,V CS E L），简称面射型激光器。
它以砷化镓半导体材料为基础研制，是一种半导体激光器。
其激光垂直于顶面射出，与激光由边缘射出的边射型激光有所不同。
因此相较于边射型激光器，V C SE L激光器具有低阈值电流、稳定单波长工作、可高频调制、容易二维集成、没有腔面阈值损伤等优点，在半导体激光器中占有很重要的地位。
边发射激光器和面发射激光器V C S E LVCSEL 芯片基本结构V C SE L 的结构示意图如下图所示。
它是在由高、低折射率介质材料交替生长成的分布布喇格反射器（D B R）之间连续生长单个或多个量子阱有源区所构成。
典型的量子阱数目为3~5个，它们被置于驻波场的最大处附近，以便获得最大的受激辐射效率而进入振荡场。
在底部还镀有金属层以加强下面D B R 的光反馈作用，激光束从顶部透明窗口输出。
实际上，要完成低阈值电流工作，和一般的条型半导体激光器一样，必须使用很强的电流收敛结构，同时进行光约束和截流子约束。
由上图可见，V C SE L 的半导体多层模反射镜D B R 是由GaA s/A lA s 构成的，经蚀刻使之成为a ir-p o st（台面）结构。
在高温水蒸汽中将A lA s 层氧化，变为有绝缘性的A l xO y 层，其折射率也大大降低，因而成为把光、载流子限制在垂直方向的结构。
对V CS E L 的设计集中在高反射率、低损耗的D B R 和有源区在腔内的位置。
VCSEL的结构与关键工艺介绍V C SE L有几个关键工艺，这几个关键工艺决定了器件的特性与可靠性。
銦镓砷In GaA s井（we ll）铝镓砷AlG a A s垒（b arr ie r）的多量子阱（M QW）发光层是最合适的，跟LE D用I n来调变波长一样，3D传感技术使用的940纳米波长V C S E L的銦In组分大约是20%，当銦In组分是零的时候，外延工艺比较简单，所以最成熟的V C SE L激光器是850纳米波长，普遍使用于光通信的末端主动元件。
vcsel温度和波长温漂系数
vcsel温度和波长温漂系数
VCSEL（垂直腔面发射激光器）是一种半导体激光器，其工作温度和波长温漂系数是两个重要的参数。
1. VCSel 温度特性：
VCSEL的工作温度对其性能有显著影响。
通常情况下，VCSEL的输出功率、效率和频率响应随着温度的变化而改变。
当温度升高时，VCSEL的输出功率可能会下降，效率可能会减小，并且频率响应可能会发生偏移。
这是因为在高温下，电子与空穴的复合速度增加，引起载流子非辐射复合增加，从而降低了光发射效率。
此外，温度还会影响VCSEL的热稳定性和寿命。
2. 波长温漂系数：
波长温漂系数是指VCSEL输出光的波长随温度变化的相对变化率。
它用于描述VCSEL在温度变化下产生的波长偏移程度。
波长温漂系数通常以纳米/摄氏度（nm/°C）为单位。
例如，如果一个VCSEL的波长温漂系数为0.1 nm/°C，那么在每摄氏度的温度变化下，其输出波长将偏移0.1纳米。
波长温漂系数对于某些应用非常重要，特别是在需要精确控制光学系统中。
高波长温漂系数的VCSEL可能需要更复杂的温度补偿技术来保持其输出波长的稳定性。
需要注意的是，VCSEL的温度和波长温漂系数是由其设计和制造过程决定的，并且可以根据特定应用需求进行优化。
因此，不同类型和品牌的VCSEL可能具有不同的温度特性和波长温漂系数。
1。
vcsel生产工艺
vcsel生产工艺
VCSEL（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser）是一种垂直腔面发射激光器，它具有发射光垂直于芯片表面的特点。
VCSEL的生产工艺通常包括以下步骤：
1. 波长选择：根据应用需求选择合适的激光波长。
2. 表面处理：对衬底进行必要的化学处理、清洗和去除不良表面缺陷，以确保高质量的生长表面。
3. 外延生长：通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）或分子束外延等技术，在衬底上生长多层半导体材料，包括反射镜和活性层。
4. 腔镜制备：使用光刻技术和物理气相沉积等工艺，在外延片上制备上下两个反射镜，并确保其垂直与表面。
5. 激光加工：使用激光刻蚀、蚀刻或离子刻蚀等技术，对上述结构进行二维或三维雕刻，形成VCSEL。
6. 金属化和封装：通过金属化工艺，在VCSEL芯片上涂覆金属层，以便连接电极。
然后将芯片封装在适当的包装材料中，以提供保护和电气连接。
7. 测试：对VCSEL进行严格的测试，包括波长、功率、电流-电压特性以及温度特性等。
以上是VCSEL的一般生产工艺流程，实际工艺可能因不同供应商或设备而有所差异。
vcsel和led发光原理
VCSEL（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser）和LED（Light-Emitting Diode）都是常见的光电器件，用于发射光信号。
它们的发光原理有所不同。
1. VCSEL（垂直腔面发射激光器）：VCSEL 是一种半导体激光器，采用垂直结构设计。
它由多个半导体材料层构成，其中心腔层被夹在两个反射镜之间。
当电流通过 VCSEL 时，电子和空穴被注入到中心腔层，产生载流子复合并释放能量。
这个过程称为电子与空穴的复合再辐射。
由于腔层被设计为垂直结构，光束可以垂直地从 VCSEL 的表面发射出来。
VCSEL 通常以单频或多模式发射光线。
2. LED（发光二极管）：LED 是一种半导体器件，当电流通过正向偏置的二极管时，LED 发射可见光。
LED的发光原理基于电子与空穴的复合效应。
当电流流过正向偏置的 PN 结时，电子从 N区域跃迁到P 区域，与空穴发生复合，释放出能量。
这个能量以光子的形式发射出来，产生可见光。
总结起来，VCSEL 是一种激光器，利用电子与空穴的复合再辐射产生的光放大和共振效应，从垂直方向发射出激光光束。
而 LED 是一种发光二极管，利用电子与空穴的复合释放能量，产生可见光。
两者在光源应用中有所不同，VCSEL 更适用于高速通信、光传感和光雷达等领域，而 LED 常用于照明、指示灯和显示屏等应用。
针对VCSEL和LED的发光原理，我来更加详细地解释一下。
1. VCSELVCSEL是一种垂直腔面发射激光器。
它的结构是由多个不同材料构成的多层结构。
中心腔层被夹在两个反射镜之间。
这些反射镜由多个半波长厚度的高折射率的材料层（通常是两种互相接壤的半导体材料）组成，使得光线可以在这些层之间反弹多次，形成共振腔。
当电流通过VCSEL时，电子和空穴被注入到中心腔层，产生载流子复合并释放能量。
这个过程称为电子与空穴的复合再辐射。
由于腔层被设计为垂直结构，光束可以垂直地从VCSEL的表面发射出来。
vcsel激光器工作原理
vcsel激光器工作原理VCSEL（可变外延结构激光器）是一种新型的激光器，与氦氖激光器相比，它具有更小的尺寸、较高的功率、较低的功耗以及更低的成本。
据估计，它可能会在未来几年里不断改善，从而成为众多工业界、医疗界和科学界的最爱。
VCSEL的名字源于它的ATMEMC（可变外延结构激光器）结构，该结构采用激光量子点（LQD）来实现激光发射。
VCSEL是一种半导体激光器，它由金属（通常是铜或铱）与半导体（如硅）构成。
它以金属极（堆叠层）和金属电极（用于加在堆叠层）为基础，并以六角形和八角形激光量子点（LQD）为中心。
金属极将电流封装到LQD中，而LQD又分布在堆叠层中，使得堆叠层下的金属电极与堆叠层上的金属极和LQD（半导体）之间形成了一个非常紧凑的结构。
LQD被电流释放出来时，它会发出低功率的可见光和近红外光，这就是VC激光器的发射原理。
这种激光器的输出功率可以有效地控制，使用者可以根据自己的需要调节功率以获得最大的精度或最低的功耗。
由于激光器内部可变外延结构（ATMEMC），它可以产生大功率、固定频率（小偏差）、宽带发射波形，因此VC激光器常用于激光打印、激光雕刻、激光焊接以及激光投影等应用。
此外，VC激光器还可以用于光学传感器应用，比如非接触式光速测量仪。
它利用激光器明确每个光学路径上的物体位置，从而改变光学路径的时间。
VC激光器的小尺寸和低功耗对这种应用尤为重要。
最后，VC激光器还可以用于光纤通信设备。
这种激光器可以用来收发光信号，从而实现高速数据传输。
VC激光器可以很容易地把数据信号转换为光信号，并使用多模光纤将信号传输到远程地点。
这可以大大降低传输数据的成本，同时节省电力和实现高速传输。
总之，VC激光器因具有小尺寸、较高功率、较低功耗和更低的成本而受到越来越多的关注，并可能在工业、医疗和科学等各个领域取得发展。
VC激光器的原理是通过电流释放LQD以及改变ATMEMC结构，使得它可以产生高功率、固定频率、宽带发射波形，因此VC激光器常用于激光打印、激光雕刻、激光焊接以及激光投影等应用中。
vcsel技术产业和市场趋势
vcsel技术产业和市场趋势VCSEL（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）垂直腔面发射激光器是一种基于半导体材料制备的光源，具有独特的结构和性能优势，广泛应用于通信、光电子、生物医学和传感等领域。
本文将探讨VCSEL技术的产业发展和市场趋势。
一、VCSEL技术的产业发展1. 技术原理和特点VCSEL是一种特殊的半导体激光器，和传统的边缘发射激光器相比，具有以下特点：（1）发射光垂直输出：VCSEL的光输出垂直于芯片表面，使其易于集成到光子集成电路等复杂系统中；（2）低能耗和热阻抗：VCSEL的结构和材料选择使其具有较低的能耗和热阻抗，有利于芯片的高功率和高速度运行；（3）易于制造和测试：VCSEL的制造工艺相对简单，可以实现批量生产和高质量的检测。
2. 技术发展历程VCSEL技术自20世纪80年代初开始研究，经过多年的发展，取得了显著的突破。
关键技术进展包括材料的优化、制备工艺的改进和集成封装技术的创新等。
随着技术的不断成熟，VCSEL在通信、光电子、生物医学和传感等领域得到广泛应用。
3. 产业链分析VCSEL技术的产业链主要包括芯片制造、封装和模组系统集成等环节。
（1）芯片制造：VCSEL芯片的制造涉及到半导体材料选择、外延生长、加工、工艺优化等过程。
当前主导该领域的企业主要有美国的Finisar、瑞士的II-VI、日本的松下等。
（2）封装：VCSEL芯片的封装是将其与其他器件或模块连接在一起的过程，以满足不同应用场景的需求。
能够提供高品质封装的企业有日本的Furukawa Electric、台湾的Lite-On等。
（3）模组系统集成：VCSEL芯片的模组化和系统集成是实现具体应用的关键一步，涉及到光纤、连接器、驱动电路等多方面技术。
在这个领域，美国的Lumentum、Acacia Communications等企业具有较强的实力。
二、VCSEL技术市场趋势1. 通信市场VCSEL技术在光纤通信和无线通信领域的应用日益广泛。
VCSEL激光器知识简介
生产工艺
VCSEL最重要的生产工艺：外延生长
什么是外延生长？ 在单晶衬底（基片）上生长一层有一定要求的，与衬底晶向相同的单晶层， 犹如原来的晶体向外延伸了一段，故称外延生长。
外延生长最重要的两种方法： MOCVD: Metal-organic Chemical Vapor Deposition
金属有机化合物化学气相沉淀 化学过程 MBE: Molecular Beam Epitaxy 分子束外延 物理过程
化学反应
生长速率缓慢 0.1um/h ~2um/h 生长速率比较高，适合大规模生产
真空度高
真空度低
危险低
易燃易爆有毒气体
400~800度
500~1200度
固体（加热蒸发产生分子流）
气体
Thanks
VCSEL激光主要参数 有哪些？ ---边模抑制比
❖ 边模抑制比越大越好，越大说明发射的能量越集中在我们想要的波长上。
VCSEL激光主要参数 有哪些？ ---波长λ
影响波长的因素有 ❖ 选择的材料（因为不同的材料有不同的禁带宽度，而禁带宽度决定了发射波长） ❖ 温度（因为温度会影响材料的禁带宽度） ❖ 量子阱的生长厚度（量子级别下适用）
❸正向电流密度达到或者超过阀值，即增益至少等于损耗 损耗来自于：传输过程中的损耗 + VCSEL发射出来的损耗
VCSEL如何实现激光第一个条件：粒子数反转？
❖ 目前比较成熟的VCSEL是通过量子阱的结构来实现粒子数反转。 ❖ 量子阱一般由两种材料组成：比如GaAs和AlGaAs, 交替叠加在一起而成。
的音译，是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词头一个字母 组成的缩写词。意思是“通过受激发射光扩大”。激光的英文全名已经完全表达了制造激光的主要过 程。1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称“激光”
VCSEL产品介绍20180808
VCSEL激光器简介1、VCSEL的定义VCSEL（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，垂直腔表面发射激光器）是一种垂直于衬底面射出激光的半导体激光器。
基本结构是一个“三明治”结构，由上下两个DBR反射镜和有源区这三部分组成。
上下两个DBR反射镜与有源区构成谐振腔。
有源区由几个量子阱组成，作为VCSEL的核心部分，决定着器件的阈值增益、激射波长等重要参数。
高反射率的DBR由多层介质薄膜组组成，实现对光的反馈。
为得到较小的阈值电流，DBR反射镜的反射率一般在99.5%以上。
2、VCSEL的发光原理VCSEL常用的原材料有砷化镓、磷化铟或氮化镓等发光化合物半导体。
【衬底方面，不同材料衬底厚底不同，但总体厚度约100-150um,在制作时保留300-600um厚，方便机器手抓取。
外延方面，共200多层，总厚度才8-10um（包括谐振腔），外延片不能太厚，主要原因是MOCVD烤炉的时间效率（10um需要烤10小时）及偏差（越高越容易走形）考虑。
】。
发光原理方面，VCSEL与其它半导体激光发光原理一样，首先要实现是能量激发，通过外加能量激发半导体的电子由价带跃迁到导带，当电子由导带返回价带时，将能量以光能的型式释放出来。
然后依靠上下两个DBR反射镜和增益物质组成的谐振腔实现共振放大，谐振腔使激发出来的光在上下两个DBR反射镜之间反射（谐振腔长200nm，来回几千次后，总路径可长达4mm），不停地通过发光区吸收光能，使受激光多次能量反馈而形成激光。
3、VCSEL的优点VCSEL兼具低制造成本、优异性能和易集成三大优点！经过在电信、数据通信等领域多年发展，目前VCSEL已经具备耦合效率高、功耗低、传输速率快、制造成本低等优良特点。
与LED和FP激光器【法布里-珀罗激光器（FP laser）】、DFB激光器【分布反馈式激光器（DFB laser）】相比，具有体积小、圆形输出光斑、单纵模输出、阈值电流小、价格低廉、易集成为大面积阵列等优点，广泛应用于光通信、光互连、光存储等领域。
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VCSEL的结构示意图
（顶部布拉格反射器（P-DBR）、谐振腔和底部N-DBR）
VCSEL的制作总工艺过程
工艺过程总流程图
侧向选择氧化制备工艺流程图
VCSEL的制作总工艺过程
工艺制备图
侧向选择氧化制备工艺流程图
边发射激光器（a）
面发射激光器(b)Biblioteka VCSEL基本简介-基本构成
1977 年，日本东京工业大学的伊贺健一(KenichiIga)提出 VCSEL 的概念，其光学谐振腔与半导体芯片的衬底垂直，能够实现芯 片表面的激光发射。典型的 VCSEL 为顶发射结构。结构示意图 如下图 所示
GaAs substrate
侧向选择氧化制备工艺流程图
外延材料制备
去掩膜
P-ring contact P-DBR active n-DBR
GaAs substrate
侧向选择氧化制备工艺流程图
外延材料制备
局部氧化
P-ring contact P-DBR active n-DBR
GaAs substrate
侧向选择氧化制备工艺流程图
外延材料制备
沉积SiO2
P-ring contact P-DBR active n-DBR
GaAs substrate
侧向选择氧化制备工艺流程图
外延材料制备
光刻、刻蚀、开窗
P-ring contact P-DBR active n-DBR
n-DBR
GaAs substrate
侧向选择氧化制备工艺流程图
外延材料制备
光刻+腐蚀 做SiO2掩膜
P-ring contact P-DBR
n-DBR
GaAs substrate
侧向选择氧化制备工艺流程图
外延材料制备
台面腐蚀
P-ring contact P-DBR active n-DBR
GaAs substrate
侧向选择氧化制备工艺流程图
外延材料制备
光刻、电极、出光孔
P-ring contact P-DBR active n-DBR
GaAs substrate
侧向选择氧化制备工艺流程图
外延材料制备
MOCVD
P-ring contact
P-DBR active
n-DBR
GaAs substrate
侧向选择氧化制备工艺流程图
VCSEL的制作芯片工艺与关键设备
芯片流片
芯片流片过程
外延材料制备
沉积SiO2
沉积SiO2 P-ring contact
垂直腔面发射激光器（VCSEL ） 制作工艺简介
Beijing Asia Science&Technology
VCSEL基本简介
垂直腔表面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,即 VCSEL) 区别于边发射激光器沿平行于衬底表面、垂直于解理面 的方向出射，而是面发射激光器其出光方向垂直于衬底表面， 如下图：