半导体激光器是用半导体材料作为工作介质的激光器。在各类激光器中，半导体激光器拥有最佳的能量转化效率（直接应用的高功率半导体激光元器件的电光转换效率最高可达到60-70%），可以作为光纤激光器、固体激光器等多种光泵浦激光器的核心泵浦源使用，并推动光纤激光及固体激光技术的迅速发展。

一、半导体激光器分类

半导体激光器又称为激光二极管，是采用半导体材料作为工作介质而产生受激发射的一类激光器。常用材料有砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟（InP）、硫化锌（ZnS）。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦激励三种形式。

根据激光介质和工作原理的不同，半导体激光器可以分为以下几类：

1.激光二极管

激光二极管的工作原理是，在PN结中注入电流，电子与空穴在结区域内复合，释放出激光光子。由于PN结的结区域非常小，因此可以产生非常密集的激光束。激光二极管的波长通常在800nm至980nm之间，适合于光纤通信等应用。

2.垂直腔面发射激光器(VCSEL)

垂直腔面发射激光器(VCSEL)是一种在半导体芯片上制造的激光器。它的激光输出垂直于芯片表面，可以实现高效耦合到光纤或其他光学元件中，因此在光通信、光存储、光打印等领域有广泛应用。

3.边界发射激光器(EEL)

边界发射激光器(EEL)是一种在PN结的边界上发射激光的半导体激光器。它的结构类似于激光二极管，但是在PN结的一侧增加了一层反射镜，使激光在PN结边界上振荡，EEL的优点是输出功率高，波长可调，结构简单等。

4.量子阱激光器

量子阱激光器是一种利用量子阱结构的电子束纯效应产生激光的半导体激光器。量子阱激光器且有波长可调，输出功率高，照声低等优点，适用于光纤通信，医疗和光谱分析等领域。

5.垂直外延激光器

垂直外延激光器(VLEC)是一种采用外延生长技术制造的半导体激光器。VIEC的结构复杂，制造工艺难度较大，但是具有波长范围宽，输出功率高等优点，适用于高速光通信，光存储和光打印等领域。

VSCEL VS EEL

根据激光投影的方向，半导体激光器可以分为两类型：边发射激光器（EEL）和垂直腔面发射激光器（VCSEL）。

EEL有两种主要类型：FP激光器和DFB激光器。在FP激光器中，激光二极管是激光器，其反射镜只是激光芯片末端的平面裂开表面。FP激光器主要用于低数据速率短距离传输；传输距离一般在20km以内，速率一般在1.25G以内。DFB激光二极管是在腔内具有光栅结构的激光器，其在整个腔中产生多次反射。它们主要用于高数据速率的长距离传输。

VCSEL与EEL相比，VCSEL激光垂直于顶面射出，与激光由边缘射出的边发射型激光器（EEL）有所不同。因此相较于边射型激光器，VCSEL激光器具有低阈值电流、稳定单波长工作、可高频调制、容易二维集成、没有腔面阈值损伤等优点，提供更好的激光束质量，更高的耦合效率和空腔反射率。此外，VCSEL能够以二维阵列进行，使单个芯片可以包含数百个单独的光源，以增加最大输出功率和提升长远的可靠性，EEL只能在简单的一维阵列中进行。

1）垂直腔面发射激光器(VCSEL)

VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)是一种主要以砷化镓半导体材料为基础研制的垂直表面出光的新型激光器，基本结构是由上下两个DBR（Distributed Bragg Reflector）反射镜和有源区这三部分组成。VCSEL具有体积小、圆形输出光斑、单纵模输出、阈值电流小、价格低廉、易集成为大面积阵列等优点。

在应用领域方面，VCSEL从诞生起就作为新一代光存储和光通信应用的核心器件，应用在光并行处理、光识别、光互联系统、光存储等领域。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，逐渐应用于包括消费电子、工业、医疗、5G、汽车电子、AR/VR等领域。

VCSEL芯片的封装方式比较多样。常见的VCSEL芯片封装包括：金属TR组件封装、塑料TR组件封装以及陶瓷TD组件封装等。其中，TR组件指VCSEL激光器芯片与信号转换接口板（或器件）分开进行封装，可以实现对光纤的直连；TD组件指采用有引脚的陶瓷基板封装，可以直接和PCB板焊接。

2）边发射激光器（EEL）

EEL激光器是一种速度快、高效能、低能耗和小型化的固态激光器。EEL激光器的原理是利用电子注入来实现放电反转。EEL激光器有法布里珀罗(FP)、分布式布拉格反射器(DBRs)、分布式反馈(DFB)和广域激光二极管(BALDs)等产品类型。

在应用领域上，边发射激光器传统应用领域包括数据通信、光通信、3D打印、材料加工、显示与照明等，新兴应用场景包括激光雷达、人脸/手势识别、医疗等。作为探测光源，边缘发射激光器具有高可靠性、小型化、发光功率密度高等优势，在光通信、激光雷达、医疗等领域应用前景广阔。但同时，边缘发射激光器也存在一定不足，如工艺复杂繁琐、难保障一致性、成本高等，未来边缘发射激光器仍需在技术、工艺、性能等方面持续优化。

由于边发射激光器的出光在半导体激光芯片的侧面边缘，因此难以在很小的尺寸里对芯片做封装，封装形式包括TO、蝶形、C型(C-mount)、D型(D-mount)等。目前大多数有封装的边发射激光器采用的是to-can封装、蝶形封装的形式。

二、激光器产业链

激光器行业产业链上游包括芯片、泵浦管、耦合器等零部件生产环节；中游为激光器生产供应环节，主要包括气体激光器、光纤激光器和半导体激光器、固体激光器与染料（液体）激光器；下游广泛应用于机械、冶金、电子、汽车、航空、军工等领域。）

Vcsel

VCSEL国外厂商主要有Lumentum、Finisar（被II-VI收购）、II-VI（改名Coherent）、Broadcom、Trumpf、ams等。国内主要有三江苏华兴、武汉光迅科技、深圳源国、度亘激光、华工正源等公司。VCSEL企业基本都来自于光通信芯片的龙头企业；也正是VCSEL有了在光通信领域的经验，消费级应用也更快渗透，两者产品具备很强的技术延展性。

EEL

EEL市场是高度分散的。大多数EEL制造商都是垂直整合的，即在内部进行外延、前端线尾(FEOL)处理、包括与激光二极管组件的图样相关所有制程步骤，以及后端线尾(BEOL)制程，包括互连和封装。边发射激光器供应商有艾迈斯欧司朗、Coherent、Lumentum、Cisco、长光华芯、厦门亨光芯睿等企业，下游主要应用企业包括光学通讯、显示照明、医疗、传感、和材料加工四大领域。