VCSEL که به طور کامل لیزر ساطع کننده سطح حفره عمودی نامیده می شود، نوعی لیزر نیمه هادی است. در حال حاضر، اکثر VCSEL ها بر پایه نیمه هادی های GaAs هستند و طول موج انتشار عمدتاً در باند موج مادون قرمز است.
در سال 1977، پروفسور ایکا کنیچی از دانشگاه صنعتی توکیو برای اولین بار مفهوم لیزر ساطع کننده سطحی با حفره عمودی را ارائه کرد. در روزهای اولیه، او عمدتاً می خواست با کوتاه کردن طول حفره، یک لیزر نیمه هادی تک حالت طولی با خروجی پایدار به دست آورد. با این حال، به دلیل کوتاه بودن طول یکطرفه این طرح، بدست آوردن لیزر لیزری چالش برانگیز بود، بنابراین تحقیقات اولیه VCSEL طولانی شد. دو سال بعد، پروفسور Yihe Jianyi با موفقیت لیزر پالسی لیزرهای سری GaInAsP را در 77 کلوین با استفاده از فناوری اپیتاکسی فاز مایع (روش اپیتاکسی فاز مایع برای رسوب دادن مواد جامد از محلول و رسوب آنها بر روی بستر برای تولید لایه‌های نازک تک کریستالی انجام داد. ). در سال 1988، VCSEL های سری GaAs با فناوری رسوب بخار شیمیایی آلی (OCVD) برای دستیابی به عملکرد مداوم در دمای اتاق رشد کردند. با توسعه مداوم فناوری همپایی، ساختارهای نیمه هادی DBR با بازتاب پذیری بالا را می توان ساخت که به طور قابل توجهی روند تحقیقات VCSEL را سرعت می بخشد. در پایان قرن بیستم، پس از اینکه مؤسسات تحقیقاتی ساختارهای مختلف را امتحان کردند، وضعیت اصلی VCSEL با اکسیداسیون محدود تقریباً تعیین شد. سپس به مرحله بلوغ رفت، جایی که عملکرد دائماً بهینه و بهبود می‌یابد.
نمودار مقطعی لیزر با تابش محدود اکسیداسیون
منطقه فعال بخش اساسی دستگاه است. از آنجایی که حفره VCSEL بسیار کوتاه است، محیط فعال در حفره نیاز به جبران بهره بیشتری برای حالت لیزر دارد.
اول از همه، سه شرط باید به طور همزمان برای تولید لیزر رعایت شود:
1) توزیع وارونگی حامل در منطقه فعال برقرار است.
2) یک حفره تشدید مناسب اجازه می دهد تا تابش تحریک شده بارها به عقب برگشت داده شود تا یک نوسان لیزری تشکیل شود. و
3) تزریق جریان به اندازه ای قوی است که بهره نوری را بیشتر یا مساوی با مجموع تلفات مختلف کند و شرایط آستانه جریان خاصی را برآورده کند.
سه شرط اولیه با مفهوم طراحی ساختار دستگاه VCSEL مطابقت دارد. ناحیه فعال VCSEL از یک ساختار چاه کوانتومی تحت فشار برای ایجاد مبنایی برای تحقق توزیع وارونگی حامل داخلی استفاده می کند. در عین حال، یک حفره تشدید با بازتاب مناسب طراحی شده است تا فوتون های ساطع شده را به شکل نوسانات منسجم در آورد. در نهایت، جریان تزریق کافی برای فوتون ها فراهم می شود تا بر تلفات مختلف خود دستگاه غلبه کنند و پایداری ایجاد کنند.
اینگونه است که شرکت فناوری اپتوالکترونیک شنژن HDV، یک شرکت ارتباطات نوری، VCSEL را توضیح داد.