VCSEL, hay còn được gọi đầy đủ là Laser phát ra bề mặt khoang dọc, là một loại laser bán dẫn. Hiện nay, hầu hết các VCSEL đều dựa trên chất bán dẫn GaAs và bước sóng phát xạ chủ yếu ở dải sóng hồng ngoại.
Năm 1977, Giáo sư Ika Kenichi của Đại học Công nghệ Tokyo lần đầu tiên đề xuất khái niệm laser phát xạ bề mặt có khoang thẳng đứng. Trong những ngày đầu, ông chủ yếu muốn có được một tia laser bán dẫn chế độ dọc duy nhất với đầu ra ổn định bằng cách rút ngắn chiều dài hộp cộng hưởng. Tuy nhiên, do độ khuếch đại một chiều ngắn của thiết kế này nên việc thu được tia laze là một thách thức, do đó nghiên cứu ban đầu về VCSEL đã bị kéo dài. Hai năm sau, Giáo sư Yihe Jianyi đã thực hiện thành công việc phát laser dòng GaInAsP ở nhiệt độ 77 K bằng công nghệ epit Wax pha lỏng (phương pháp epit Wax pha lỏng để kết tủa các chất rắn khỏi dung dịch và lắng đọng chúng trên đế để tạo ra các lớp mỏng đơn tinh thể ). Năm 1988, VCSEL dòng GaAs được phát triển bằng công nghệ lắng đọng hơi hóa học hữu cơ (OCVD) để đạt được hoạt động liên tục ở nhiệt độ phòng. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ epiticular, các cấu trúc DBR bán dẫn có độ phản xạ cao có thể được chế tạo, giúp tăng tốc đáng kể quá trình nghiên cứu của VCSEL. Vào cuối thế kỷ 20, sau khi các tổ chức nghiên cứu thử nghiệm các cấu trúc khác nhau, tình trạng chủ đạo của VCSEL hạn chế oxy hóa đã được thiết lập khá nhiều. Sau đó nó chuyển sang giai đoạn trưởng thành, nơi hiệu suất không ngừng được tối ưu hóa và cải thiện.
Sơ đồ mặt cắt của tia laser phát ra phía trên bị giới hạn quá trình oxy hóa
Vùng hoạt động là phần thiết yếu của thiết bị. Do khoang VCSEL rất ngắn nên môi trường hoạt động trong khoang cần cung cấp nhiều bù khuếch đại hơn cho chế độ phát laser.
Trước hết, ba điều kiện phải được đáp ứng đồng thời để tạo ra tia laser:
1) phân bố đảo ngược sóng mang trong vùng hoạt động được thiết lập;
2) khoang cộng hưởng thích hợp cho phép bức xạ kích thích được phản hồi nhiều lần để tạo thành dao động laser; Và
3) dòng điện đưa vào đủ mạnh để làm cho độ lợi quang lớn hơn hoặc bằng tổng các tổn hao khác nhau và đáp ứng các điều kiện ngưỡng dòng điện nhất định.
Ba điều kiện chính tương ứng với khái niệm thiết kế cấu trúc thiết bị VCSEL. Vùng hoạt động của VCSEL sử dụng cấu trúc giếng lượng tử căng thẳng để thiết lập cơ sở cho việc hiện thực hóa phân phối đảo ngược sóng mang bên trong. Đồng thời, một khoang cộng hưởng có độ phản xạ thích hợp được thiết kế để làm cho các photon phát ra tạo thành dao động kết hợp. Cuối cùng, dòng điện phun đủ được cung cấp để cho phép các photon khắc phục các tổn thất khác nhau của chính thiết bị nhằm tạo ra dòng điện bền lâu.
Đây là cách VCSEL giải thích về Công ty TNHH Công nghệ Quang điện tử HDV Thâm Quyến.