對于此問題的探索，來源于Vcsel的供應(yīng)商選型，我們目前的VCSEL廠家選型，都特別的依賴大廠，對于國產(chǎn)，自信心不足。為了解惑，增強自信心，需要從Vcsel的結(jié)構(gòu)和可靠性這2個角度去學(xué)習(xí)，目前了解尚淺，還需要持續(xù)學(xué)習(xí)！

一、Vcsel的結(jié)構(gòu)

1)基本結(jié)構(gòu)

下圖是VCSEL的基本結(jié)構(gòu)，上下面分別是P面電極和N面電極，位于n-substrate上的是VCSEL的核心部分，這個核心部分結(jié)構(gòu)類似于一個三明治。

位于三明治中間層的叫做量子阱（quantum well）層，量子阱層也叫做有源層，激光就是從這一層中生成的，因此雖然很薄（幾十nm）,卻是VCSEL結(jié)構(gòu)中最重要的部分。三明治的上下面包片在VCSEL中對應(yīng)部分叫做DBR,分別是P-DBR和N-DBR，單個DBR部分是由幾十層兩類折射率不同的材料依次間隔構(gòu)成的，而且這2個DBR是不同的,具體區(qū)別是摻雜不一樣。

基于上面的VCSEL基本結(jié)構(gòu)，其在工作時電流（紅色箭頭）和光場（藍(lán)色箭頭） 在內(nèi)部是均勻分布的，所以此類結(jié)構(gòu)的VCSEL的閾值和電光效率都很差，不具備商業(yè)化價值。

從原理上，產(chǎn)生激光的過程一定是伴隨著非線性效應(yīng)的，光強越大，非線性效應(yīng)就越強，因此最好是能夠?qū)㈦娏骱凸鈭龆技s束在很小的范圍內(nèi)，如下圖所示，這樣能夠有效降低VCSEL的閾值電流、提高電光轉(zhuǎn)換效率、提高3dB調(diào)制帶寬，這就需要優(yōu)化VCSEL的內(nèi)部構(gòu)造。

2)基于Mesa（臺面）的結(jié)構(gòu)

既然要限制電流和光場，那么類型A就是最容易想到的結(jié)構(gòu)，相比于最基本的結(jié)構(gòu)，電流和光場只能在 蝕刻出來的臺面（Mesa）中流動，這樣就提升了電流和光場密度。

類型B：是在類型A的基礎(chǔ)上的優(yōu)化，使用離子注入技術(shù)，一般是注入H+離子，使一部分的P-DBR失去電活性，將電流更加集中到VCSEL器件的中心區(qū)域，第一款商業(yè)化的VCSEL激光器使用的就是這類結(jié)構(gòu)。

類型C：離子注入的電失活區(qū)域可以限制電流通過，但無法限制光場，電失活區(qū)域還會增加光損耗（散射和吸收），于是人們就設(shè)計出類型C，這類結(jié)構(gòu)中使用到了氧化工藝，這些氧化區(qū)域不僅可以限制電流，也可以限制光場，因此類型C的性能比類型B更加優(yōu)秀，目前主流的VCSEL結(jié)構(gòu)中都使用到了氧化工藝。

此結(jié)構(gòu)的缺點：Mesa結(jié)構(gòu)中量子阱和P-DBR的核心部分是暴露于外面的，比較容易受到水汽、機械損傷的影響，這些因素組合在一起會影響VCSEL的可靠性。從結(jié)構(gòu)上看，Mesa邊緣離量子阱比較近，邊緣的損傷或者位錯缺陷容易快速生長至量子阱區(qū)域，導(dǎo) 致器件失效。

3)平坦化結(jié)構(gòu)

類型D：不存在Mesa結(jié)構(gòu)，使用離子注入技術(shù)來限制電流，但顯而易見 的是，和類型B一樣，類型D是無法限制光場的。

類型E：使用蝕刻工藝，在VCSEL兩側(cè)各設(shè)計出適當(dāng)寬度的溝槽（Trench），然后再進(jìn)行選擇氧化工 藝，最后在Trench中填充有機物或者金屬，做平坦化處理。這個類型其實是存在Mesa結(jié)構(gòu)的，只是Mesa被 保護(hù)了起來，這樣在器件的生產(chǎn)、貼片以及市場工作過程中，Mesa結(jié)構(gòu)都不會直接暴露在空氣中，也不會受到清洗液、吸嘴等外力的影響。

二、Vcsel的可靠性

無論是Mesa結(jié)構(gòu)還是平坦化結(jié)構(gòu)，量子阱的位置對可靠性是有影響的。下圖中VCSEL A類型的量子阱位于Mesa結(jié)構(gòu)下方，d類位錯缺陷就會從Mesa邊緣生長進(jìn)入量子阱中導(dǎo)致器件失效，而VCSEL B類型的量子阱位于Mesa結(jié)構(gòu)中，d類位錯缺陷不會造成器件失效。

對于平坦化結(jié)構(gòu)是類似的，取決于Trench蝕刻深度或者是離子注入深度是否包含量子阱層。

不過，需要指出的是，Mesa和Trench蝕刻深度控制是很重要的，最好是剛好到達(dá)量子阱層。如果蝕刻深度不足，則會造成以上提到的問題，但如果蝕刻深度過深，則會導(dǎo)致N-DBR中A1在氧化工藝或者器件工作時被氧化?？傊琈esa和Trench蝕刻深度控制要剛剛好，精度控制在±0.2um以內(nèi)。