掩埋隧道结面发射激光器结构示意图

在垂直腔面发射激光器p面一侧经二次外延生长一个隧道结，由于隧道结可以使材料的导电类型发生反转，所以普通垂直腔面发射激光器p面各p型层被替换为高迁移率低电阻的n型层，导致掩埋隧道结垂直腔面发射激光器内部产热量减小；使激光器的两边电极都是低接触电阻的n型接触，而且n掺杂的p面具有更小的光学损耗。长波长的磷化铟或锑化镓系材料不能通过氧化过程获得横向电流限制和光限制，掩埋隧道结的引入提供了有效的横向电流限制和一定的横向波导作用。

这种长波长的掩埋隧道结垂直腔面发射激光器在长距离高速光通信系统，短距离局域通信网络，微量的甲烷、氰化氢、水、氯化氢、一氧化二氮、一氧化碳、二氧化碳等有毒有害气体探测等领域具有巨大的应用价值。

1997年伊利诺伊斯大学的J.J.维纳（J.J.Wiener）等首次报道了使用掩埋隧道结的980nm垂直腔面发射激光器。2000年德国肖特基研究所首次报道了在InP材料系上外延生长了低结电阻的掩埋隧道结，为长波长VCSEL激光器的发展开辟了一个全新的技术路径。2007年他们第一次报道了激射波长为2.36μm的InP基隧道结垂直腔面发射激光器，在0℃获得1.47mW的最大出射功率，最高工作温度能到45℃，阈值电流12.8mA。2015年他们把InP基隧道结垂直腔面发射激光器的工作波长延伸到了2.5μm，在-18℃时实现了峰值输出功率400μW，激光器阈值电流3.2mA。2008年德国肖特基研究所的研究人员首次在锑化物垂直腔面发射激光器结构里面引入一个掩埋隧道结作为电流限制作用，使用介质层分布布拉格反射镜作为顶部高反镜，第一次实现了室温下电泵浦单模连续工作的锑化物基垂直腔面发射激光器，其中心波长2.25μm，阈值电流只有1.7mA。2016年他们使用掩埋隧道结技术、不掺杂的分布布拉格反射镜、内腔接触技术第一次获得了出射波长3μm的电泵浦GaSb基掩埋隧道结垂直腔面发射激光器，连续工作温度可达到5℃，脉冲工作时温度达到50℃，边模抑制比超过30dB。同样，在2017年又报道了采用8个量子阱结构作为有源区的出射波长4μm的电泵浦GaSb基掩埋隧道结垂直腔面发射激光器，器件在-7℃下连续工作，脉冲工作温度达到了45℃，单模输出功率0.18mW，边模抑制比大于20dB。