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iPhoneX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。

由于VCSEL制造屬于半導體層級，且涉及光學與電子，因此臺灣切入的業者多以光電業者居多，例如LED制造商，或者光導體的封裝業者。本文則是取自飛利浦（Philips）的網站說明，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者。

 VCSEL就是「垂直共振腔面射型雷射（VerticalCavitySurfaceEmittingLaser）」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，其發射垂直于表面的光（1）。發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射區域，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組。依據應用的不同，這些數組中的VCSEL可以單獨通電連接（靠著個別接觸，例如用在：多信道的數據通信應用），或者并聯通電。在大量雷射并聯的設置中，透過厚導體層（5）將電流提供給各個激光器，以向數組提供低電阻電端子。

 VCSEL數組是由數千個微型激光器在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，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。