垂直共振器面発光レーザー（VCSEL）
VCSEL（垂直共振器面発光レーザー）とは何ですか？
VCSELは、ここ数年で研究室レベルのデバイスから産業用量産デバイスへと進化を遂げました。垂直共振器面発光レーザーダイオード（VCSEL）は、半導体ベースのレーザーダイオードで、上面から垂直方向に光または光ビームを放射します。このタイプのレーザーの優れた特性と特徴は、最終的に、側面から光を放射するエッジ発光レーザーや、側面と上面から光を放射する発光ダイオード（LED）を凌駕する性能を実現しました。
垂直共振器面発光レーザー（VCSEL）は、上面に対して垂直方向にレーザービームを放射する面発光半導体光源です。個々のVCSELエミッター（または「アパーチャー」）は非常に小さく、通常は直径約10ミクロンですが、多くの場合、2次元アレイ状にグループ化され、全体としてはるかに高い出力レベルを生成します。
VCSEL の特性評価に使用される主要なパラメータは 10 個あります。
(1) 波長
(2) 出力
(3) スペクトル幅
(4) ビーム発散角
(5) 発光面積
(6) エミッタピッチ
(7) 温度による波長ドリフト
(8) E/O変換効率
(9) 立ち上がり時間/立ち下がり時間
(10) 動作電流および電圧範囲
VCSEL テクノロジの重要な利点としては、波長の安定性、波長の均一性とスペクトル幅、波長温度に対する感度、高温動作、単位面積あたりの電力増加、ビーム品質の向上、高い信頼性、スケーラビリティ、低コストなどが挙げられます。
垂直共振器面発光レーザー (VCSEL) は、さまざまな用途に使用されてきました。
（1）LiDARシステム
（2）3Dスキャナ
（3）近接センサ
（4）通信
（5）レーザープリンタ
VCSELのこれらの特性により、VCSELは幅広い用途に最適な部品または技術となっています。VCSELの最も一般的な用途としては、ガスセンシング、生物センシング、コンピューティング、スマートビークル、スマートフォン、光通信などが挙げられます。
VCSEL構造
典型的な垂直共振器型面発光レーザー（VCSEL）は複数の層で構成されています。最上層はp型コンタクト層です。その次の層、つまり第2層は、反射率99%の高反射ミラーです。第3層は、光ビームを円形ビームに変換する活性領域です。
レーザー共振器はVCSELの第4層、つまり中心層にあります。アクティブゲインゾーンでレーザー発振が起こります。中心層の下には、光を制限するための酸化物層があります。外層は分布ブラッグ反射器（nドープ）で、最下層は高反射率の反射鏡です。
VCSELでは、活性層は2枚の高反射ミラーに挟まれており、これらのミラーは、高屈折率半導体と低屈折率半導体を交互に積層した、厚さ1/4波長の多数の層で構成されています。これらのミラーの反射率は通常99.4～99.9%です。そのため、光は層に対して垂直に振動し、上部から出射されます。
垂直共振器面発光レーザーの種類
VCSEL には、構造に基づいて主に 3 つのタイプがあります。
1. 電流を閉じ込めるために陽子を注入したトップエミッション構造
2. 光モードと電流を閉じ込めるための選択酸化トップ発光構造、および
3. 底面発光型の選択酸化構造を実装。
