垂直腔面发射激光器，是近年来发展如火如荼的新一代半导体激光器。所谓“垂直腔面发射”，就是指激光出射方向垂直于解理面或衬底表面，与它对应的另一种发射方式叫做“边缘发射”。传统半导体激光器都采用边缘发射的方式，即激光出射方向平行于衬底表面，这种激光器叫做边缘发射激光器（EEL）。和EEL相比，VCSEL具有光束质量好，单模输出，调制带宽高，寿命长，易于集成和测试等优势，所以已经广泛应用在光通信，光显示，光传感等领域。
为了更直观具体的理解什么叫做“垂直发射”，需要先清楚VCSEL的组成结构，这里介绍氧化限制型VCSEL：
VCSEL的基本结构从上到下包括：P型欧姆接触电极，P型掺杂的DBR，氧化限制层，多量子阱有源区，N型掺杂DBR，衬底和N型欧姆接触电极。这里搜罗了一张VCSEL结构的剖面图[1]，VCSEL的有源区夹在两侧DBR反射镜中间，共同形成了法布里珀罗谐振腔，光学反馈由两侧的DBR提供，通常下DBR的反射率接近100%，而上DBR的反射率相对低一些。工作时，电流通过两侧电极在有源区上方的氧化层注入，会在有源区形成受激辐射实现激光输出。激光的输出方向垂直于有源区表面，穿过限制层表面，从低反射率的DBR反射镜射出。
对于半导体激光器，为了将电子注入到有源区，通常将有源区放在PN结中，电子通过N层注入到有源区，空穴通过P层注入到有源区。为了获得高的激射效率，有源区一般不掺杂。但是半导体芯片在生长过程中存在背景杂质，有源区并不是理想的本征半导体。注入的载流子和杂质结合，载流子的寿命就会减小，导致激光器的激射效率降低，但同时会提高激光器的调制速率，所以有时也会有意对有源区进行掺杂，在保证性能的前提下提高调制速率。
另外我们从前面DBR的介绍可以看出，VCSEL的有效腔长为有源区的厚度加两侧DBR的穿透深度，而VCSEL的有源区较薄，通常谐振腔总体长度为几个微米，而EEL采用边缘发射的方式，腔长一般在几百微米。所以VCSEL具有较短的腔长，纵模间的间隔比较大，单纵模特性更好。另外VCSEL的有源区的体积也更小（0.07立方微米，而EEL一般60立方微米），所以VCSEL的阈值电流也更低。但减小有源区的体积缩小了谐振腔，会导致损耗增大，就会造成振荡所需的电子密度增大，就必须提高谐振腔的反射率，所以VCSEL需要制备反射率很高的DBR。但是光输出最大存在最佳反射率，也不是说反射率越高越好。如何减小光损耗，制备高反射率的反射镜也一直是一个技术上的难点。
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