快速理解3D傳感的關(guān)鍵技術(shù)：VCSEL

因?yàn)樘O果（Apple），許多的老技術(shù)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(gè)，由于蘋果iPhone X的臉部辨識(shí)應(yīng)用，讓這項(xiàng)過去多使用在通訊領(lǐng)域的高階技術(shù)有了新的市場， 而且火紅的程度幾乎與當(dāng)初的電容式觸控相當(dāng)。
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VCSEL的結(jié)構(gòu)和功能。 （source: Philips）
由于VCSEL制造屬于半導(dǎo)體層級(jí)，且涉及光學(xué)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(dǎo)體的封裝業(yè)者。 本文則是取自飛利浦（Philips）的網(wǎng)站說明，對(duì)此技術(shù)做一次重點(diǎn)的回顧，當(dāng)然飛利浦就是一家典型具備半導(dǎo)體與光學(xué)技術(shù)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(jié)構(gòu)和功能如圖(a)所示。 VCSEL是一種半導(dǎo)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(gè)主動(dòng)層組成，厚度為奈米等級(jí)。

在這些層中，電子載體被轉(zhuǎn)換成光，在主動(dòng)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(dǎo)體鏡額外為主動(dòng)層提供電觸點(diǎn)（2）和（3） ；主動(dòng)區(qū)的尺寸由靠近主動(dòng)層的氧化層（6）的寬度來定義。

此半導(dǎo)體層的結(jié)構(gòu)和垂直光束允許在一個(gè)生成步驟中產(chǎn)生功能完整的雷射光，在這個(gè)外延生成過程之后，標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體晶圓處理步驟則定義了光發(fā)射區(qū)域，并為各個(gè)雷射二極管提供電端子。

VCSEL的垂直結(jié)構(gòu)能建立大量的雷射彼此相鄰并形成二維數(shù)組。 依據(jù)應(yīng)用的不同，這些數(shù)組中的VCSEL可以單獨(dú)通電連接（靠著個(gè)別接觸，例如用在：多信道的數(shù)據(jù)通信應(yīng)用），或者并聯(lián)通電。 在大量雷射并聯(lián)的設(shè)置中，透過厚導(dǎo)體層（5）將電流提供給各個(gè)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(gè)微型激光器在GaAs晶圓上以半導(dǎo)體流程制造所組成，單個(gè)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(gè)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(shù)提供可擴(kuò)展（scalable）的系統(tǒng)功率，因此高功率VCSEL系統(tǒng)對(duì)許多應(yīng)用來說就是一個(gè)極有吸引力的解決方案。