垂直腔面發射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，簡稱VCSEL，又譯垂直共振腔面射型雷射）是一種半導體，其激光垂直于頂面射出，與一般用切開的獨立芯片制成，激光由邊緣射出的邊射型激光有所不同。
VCSEL是很有發展前景的新型光電器件，也是光通信中革命性的光發射器件。顧名思義，邊發射激光器是沿平行于襯底表面、垂直于解理面的方向出射，而面發射激光器其出光方向垂直于襯底表面，如下圖：
邊發射激光器（a）與面發射激光器(b)示意圖
它優于邊發射激光器的表現在于：易于實現二維平面和光電集成；圓形光束易于實現與光纖的有效耦合；可以實現高速調制，能夠應用于長距離、高速率的光纖通信系統；有源區尺寸極小，可實現高封裝密度和低閾值電流；芯片生長后無須解理，封裝后即可進行在片實驗；在很寬的溫度和電流范圍內都以單縱模工作；價格低。
VCSEL的優異性能已引起廣泛關注，成為國際上研究的熱點。這十多年來，VCSEL在結構、材料、波長和應用領域都得到飛速發展，部分產品已進入市場。
VCSEL 基本結構
VCSEL 的結構示意圖如下圖所示。它是在由高、低折射率介質材料交替生長成的分布布喇格反射器（DBR）之間連續生長單個或多個量子阱有源區所構成。典型的量子阱數目為 3~5 個，它們被置于駐波場的處附近，以便獲得的受激輻射效率而進入振蕩場。在底部還鍍有金屬層以加強下面 DBR 的光反饋作用，激光束從頂部透明窗口輸出。
實際上，要完成低閾值電流工作，和一般的條型半導體激光器一樣，必須使用很強的電流收斂結構，同時進行光約束和截流子約束。由上圖可見， VCSEL 的半導體多層模反射鏡 DBR 是由 GaAs/AlAs 構成的，經蝕刻使之成為 air-post（臺面）結構。在高溫水蒸汽中將 AlAs 層氧化，變為有絕緣性的 AlxOy 層，其折射率也大大降低，因而成為把光、載流子限制在垂直方向的結構。對 VCSEL 的設計集中在高反射率、低損耗的 DBR 和有源區在腔內的位置。
VCSEL激光器的特點
由于VCSEL與邊發射激光器有著不同的結構，這就決定了兩者之間有不同的特點和性能，下表中列出了兩種激光器的基本參數。
從表中我們可以看出，VCSEL有源區的體積小、腔短，這就決定了它容易實現單縱模、低閾值(亞毫安級)電流工作，但是為了得到足夠高的增益，其腔鏡的反射率必須達到99%。VCSEL具有較高的弛豫振蕩頻率，從而在高速數據傳輸以及光通信中，預計將有著廣泛的應用。VCSEL出光方向與襯底表面垂直，可以實現很好的橫向光場限制，進行整片測試，得到圓形光束，易與制作二維陣列，外延晶片可以在整個工藝完成前，節約了生產成本。
VCSEL的優點主要有:
l.出射光束為圓形，發散角小，很容易與光纖及其他光學元件耦合且效率高。
2.可以實現高速調制，能夠應用于長距離、高速率的光纖通信系統。
3.有源區體積小，容易實現單縱模、低閾值的工作。
4.電光轉換效率可大于50%，可期待得到較長的器件壽命。 5.容易實現二維陣列，應用于平行光學邏輯處理系統，實現高速、大容量數據處理，并可應用于高功率器件。
6.器件在封裝前就可以對芯片進行檢測，進行產品篩選，極大降低了產品的成本。
7.可以應用到層疊式光集成電路上，可采用微機械等技術。
