VCSEL（垂直腔面发射激光器）具有高调制速率、低阈值电流、圆形光斑易与光纤耦合、高温稳定、易于集成等优势，VCSEL集合了众多优点, 相应的外延质量比发光二极管的要求更高,层数比激光二极管更多, 使得VCSEL的外延生长和表征比较困难。
难在哪里呢？
最大的难点就在于如何保证VSCEL外延片每层结构保持均匀生长。
从结构上来讲，一颗VSCEL器件的外延生长一般要达到300层，每层的厚度和掺杂浓度水平必须精确控制，厚度的变化不能超过1％，任何细微偏差都有可能影响VCSEL性能。
因为有源层非常薄，VCSEL腔中的光学净增益非常小，所以需要高反射率，通常超过99.5％的DBR反射镜，才能确保激光器的有效运行。为了获得如此高的反射率，DBR中的每个重复层厚度应完全相同，即四分之一波长厚度，才能保证相长干涉。
其次，VCSEL是通过在垂直方向上形成一个光学腔室来实现发射激光的，即单纵模λ腔，谐振腔共振峰通常间隔较大，腔室的光学长度需要符合特定的共振条件，以便在腔室中形成光学共振，因此共振波长位置必须落在有源区MQW的光学增益范围之内。
如果厚度发生偏差会怎么样呢？
我们拿850nm GaAs VCSEL来举个例子，下图是不同的厚度变化下的VCSEL光谱图案。
图1
这是理想生长结构的反射谱。FP谐振腔的共振峰凹陷很深，位于反射带的中心850 nm。
图2
图2顶部DBR波长比底部DBR波长长1％，共振峰移向更长的波长，凹陷减小，并且在高反射率的长波长端出现了波动。
图3
图3顶部DBR波长比底部DBR波长短1％，共振峰移向更长的波长，凹陷减小，在高反射率的短波长端出现波动。
图4
图4比目标波长（850nm）长1％的有源腔结构，共振峰移向更长的波长，凹陷深度减小。
图5
图5比目标波长（850nm）短1％的有源腔结构，中心共振峰朝向较短波长移动，凹陷深度也减小。
总之，VSCEL最薄的外延层仅为几纳米，而几百层结构中，每层都要充分考量其表面的均匀性、掺杂分布的规律性及组分的正确性，对外延设备结构件以及设备腔体内的很多传感器组件都有非常高的精度要求。
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