在氮化鎵發(fā)光二極體的發(fā)展過程中已受到許多的阻礙，其中包含缺少晶格匹配的基板、p型氮化鎵鎂的低活化率、電子電洞移動(dòng)率差異大、與quantum-confined Stark effect（QCSE）現(xiàn)象等。而藍(lán)光VCSEL除了必須考量到上述的困難之外，DBR的制作對(duì)于藍(lán)光VCSEL而言更是一大挑戰(zhàn)，一般而言以氮化鎵為材料系統(tǒng)的DBR可以分成三種，包含AlN/GaN、AlGaN/AlGaN與AlInN/GaN三種組合。AlN/GaN DBR可以提供最大的折射率差異與禁止帶寬度（stopband width），然而AIN與GaN之晶格常數(shù)差異高達(dá)2.4%，因此成長(zhǎng)這種材料系統(tǒng)容易遇到應(yīng)力的累積進(jìn)而在晶片表面產(chǎn)生裂痕（crack），這樣的裂痕通常會(huì)伴隨著晶體缺陷的出現(xiàn)，并導(dǎo)致DBR反射率的降低。為了避免應(yīng)力的累積效應(yīng)，AlGaN/AlGaN材料系統(tǒng)成了第二種選擇，主要是利用調(diào)整鋁與鎵的含量來減少晶格不匹配的程度，然而隨之而來的問題是折射率差異的下降導(dǎo)致DBR對(duì)數(shù)的增加。第三種是使用AlInN/GaN材料系統(tǒng)，并且調(diào)整銦含量使AlInN可晶格匹配于GaN，然而成長(zhǎng)高品質(zhì)的AlInN薄膜并不容易，主要是因?yàn)楦吆康你熑菀仔纬上喾蛛x的現(xiàn)象以及薄膜中銦含量的不均勻分布，而InN與AlN的最適成長(zhǎng)溫度極具差異性更是造成磊晶成長(zhǎng)困難的主因之一。

盡管成長(zhǎng)氮化物DBR極具挑戰(zhàn)性，許多研究群仍致力于高反射率氮化物DBR的成長(zhǎng)與研究。Ng等人利用分子束磊晶技術(shù)成長(zhǎng)25對(duì)的AlN/GaN DBR，波長(zhǎng)在467 mm時(shí)最大反射率高達(dá)99%，禁止帶寬度為45 nm，然而由于AlN造成的伸張應(yīng)力，部分DBR表面具有網(wǎng)狀的裂痕 。交通大學(xué)Huang等人利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)成長(zhǎng)20對(duì)無(wú)裂痕的AlN/GaN DBR，為了克服應(yīng)力累積的問題，在DBR結(jié)構(gòu)中每5對(duì)AlN/GAN DBR插入一組包含5對(duì)的AlN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)（superlattice）以釋放所累積的應(yīng)力，整組超晶格結(jié)構(gòu)的厚度對(duì)應(yīng)到四分之一的光學(xué)波長(zhǎng)，圖7-1為此DBR結(jié)構(gòu)側(cè)向之穿透式電子顯微鏡圖，其中顏色較淺的薄膜為AlN。量測(cè)結(jié)果顯示，20對(duì)的AlN/GaN DBR在波長(zhǎng)399nm時(shí)反射率可達(dá)97%以上。

而在AlGaN/GaN DBR材料系統(tǒng)中，Someya與Arakawa利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)成長(zhǎng)表面無(wú)裂痕之35對(duì)Al0.34Ga0.66N/GaN DBR，其反射率可達(dá)96%。為了進(jìn)一步控制成長(zhǎng)氮化物DBR所累積的應(yīng)力，Waldrip等人提出在AlGaN/GaN DBR中插入AlN層來轉(zhuǎn)換成長(zhǎng)DBR時(shí)的應(yīng)力，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，成長(zhǎng)60對(duì)的Al0.2Ga0.8N/GaN DBR并無(wú)發(fā)現(xiàn)表面裂痕，波長(zhǎng)在380nm時(shí)其反射率可達(dá)99%。

至于晶格匹配的AlInN/GaN DBR結(jié)構(gòu)首先由Carlin與Ilegems所提出，他們利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)成長(zhǎng)20對(duì)的Al0.84In0.16N/GaN DBR，其反射率在波長(zhǎng)515 nm時(shí)可達(dá)90%與35 nm的禁止帶寬度。另外，此研究群更進(jìn)一步成長(zhǎng)紫外光波段晶格匹配的Al0.85In0.15N/Al0.2Ga0.8N DBR，在成長(zhǎng)此DBR結(jié)構(gòu)前，必須先成長(zhǎng)一層幾乎沒有應(yīng)力的Al0.2Ga0.8N層以避免之后磊晶時(shí)應(yīng)力的形成，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，35對(duì)的DBR結(jié)構(gòu)在波長(zhǎng)340 nm時(shí)其反射率可達(dá)99%與大約20nm的禁止帶寬度。

由于高反射率氮化物DBR成長(zhǎng)的困難性，氮化鎵VCSEL所對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要可分為三種類型，如圖7-2所示。第一種類型為磊晶成長(zhǎng)全結(jié)構(gòu)的VCSEL，包含上下DBR與主動(dòng)層材料，完整磊晶結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是易于控制雷射共振腔的厚度，然而就氮化物材料系統(tǒng)而言，即使有部分研究群能夠?qū)崿F(xiàn)這樣的磊晶結(jié)構(gòu)，其應(yīng)力的考量、良好的晶體品質(zhì)與高反射DBR的制作過程卻是十分困難的。第二種氮化物VCSEL結(jié)構(gòu)是將上下DBR利用介電質(zhì)氧化物所取代，這樣的DBR可以提供相當(dāng)高的反射率和共振腔Q值，亦可有效增加DBR的禁止帶寬度，然而此種VCSEL結(jié)構(gòu)其缺點(diǎn)在于難以準(zhǔn)確地控制共振腔的厚度，并且需要雷射剝離（laser lift-off, LLO）技術(shù)和相對(duì)復(fù)雜的制程過程。除此之外，共振腔中氮化鎵必須保持一定厚度以上以避免雷射剝離制程時(shí)量子井結(jié)構(gòu)受到破壞，較厚的共振腔可能引起閾值電流的增加與微共振腔效應(yīng)約降低。第三種氮化鎵VCSEL結(jié)構(gòu)同時(shí)使用了磊晶成長(zhǎng)與介電質(zhì)材料的DBR系統(tǒng)，因此可中和上述兩種類型的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)。

此種混合式DBR VCSEL結(jié)構(gòu)通常使用磊晶的方式成長(zhǎng)下DBR與共振腔，如此可以有效控制共振腔的厚度，而上DBR再利用沉積介電質(zhì)DBR的技術(shù)完成垂直共振腔的結(jié)構(gòu)，同時(shí)也保留了進(jìn)一步制作成電激發(fā)VCSEL的彈性。