指纹识别的算法 对3D和vcesl产业做一个超详细的科普(8)

2、1996-1999：该阶段主要是650~850nm短波段的大范围应用发展。业界主要采用减少谐振腔长度的方法来降低阈值电流，并通过开发AlAs氧化技术来提升DBR反射镜的反射率，具有高反射率、高热传导率和良好的导电特性的AlAs/GaAs在这一阶段被应用于VCSEL，实现在850nm下超过80%的反射率，同时阈值电流降低至mA级别。1997年起VCSEL在单通道短距离光学互连市场占据了绝对的主导地位，此外也在650~670nm波段被应用于基于塑料光纤的数据通信系统（因为塑料光纤在650nm处有最小吸收）；

3、2000-2005：这一阶段主要是1300nm\1500nm长波段的应用发展，主要解决波长变长带来的散热、电流限制、反射镜制作等问题。首先氧化物限制工艺被引入，这一技术能够极大地提升光电转换效率（50%以上）和光束稳定度，使其能够稳定地耦合进单模和多模光纤，同时氧化物限制方案能够继续降低阈值电流至几百μA，为解决此后VCSEL阵列严重过热问题打下基础。同时直接键合工艺在长波段VCSEL制作中得到广泛应用，因为长波长材料GaInAsP/InP与DBR两种材料折射率相差小，反射性能差，因此直接键合GaAs基DBR与InP有源区来制作长波段VCSEL成为热点，长波段VCSEL是大容量光通信系统和光互连的关键器件；

4、2005-2016：这一阶段VCSEL器件开始逐渐由光通信领域延伸至工业级应用及消费电子领域，发展趋势为阵列化和小型化。这一阶段核心工艺主要为基于MEMS技术的可调谐VCSEL技术、VCSEL阵列技术以及电流限制技术。阵列技术使得VCSEL器件向高功率、高速率发展，得以用于加热、探测等工业级应用领域。电流限制技术（离子注入、掩埋隧道结等）将电流限制在较小区域内，是VCSEL微型化的关键工艺。此外金属键合技术的引入改善了VCSEL的散热问题，使得它能够更好地应用于体感设备、智能手机等消费电子领域。

应用领域方面，VCSEL主要由光通信领域应用向商业级应用如工业加热、环境监测、医疗以及消费电子应用如3D sensing发展。850nm波段VCSEL商用化程度最为成熟，是短距离光纤数据传输系统的重要器件；此后开发出的长波段产品主要用于长距离光纤通信、光并行处理以及光识别系统；此后随着工艺、材料技术改进，VCSEL器件在功耗、制造成本、集成、散热等领域的优势开始显现，逐渐应用于工业加热、环境监测、医疗设备等商业级应用以及3D感知等消费级应用。

随着技术发展VCSEL在集成方面的优势也开始显现：1）占用面积小.一个器件大小为几到几十μm，与条形激光器的300μm相比更小；2）从周围的各个方向都可以存取，而条形激光器只限于两侧，且其大小受谐振腔的长度限制；3）能够实现表面封装（与边缘发射器的TO-can封装相比大大减少厚度）；4）可构成二维阵列。集成方面的优势使得VCSEL器件既可以通过模块化组装成为高功率阵列作为加热激光光源使用，又能够凭借小型化优势应用于各类消费电子产品。

制造工艺来看，一个完整的VCSEL从材料到器件要经过材料生长、外延结构表征、器件制作、性能测试等工艺，主要流程为：：材料外延生长à外延结构的表征（X射线衍射、反射谱、光致荧光谱、电化学C-V特性等）à器件工艺（包括外延片清洗、晶片键合、刻蚀、金属膜溅射、光学镀膜等）à后段工艺（包括引线键合、划片、封装、光纤耦合等）à器件性能测试（包括I-V特性、I-P特性、发射光谱、频响特性等）。由于VCSEL的主要工艺外延生长（通常采用MOCVD\MOVPE）与LED制作工艺相容，加上可以在器件工艺或封装完成前通过芯片检测进行产品筛选，提高了成品率，因而近年来成本迅速降低。

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