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的最適成長溫度極具差異性更是造成磊晶成長困難的主因之一。

盡管成長氮化物DBR極具挑戰(zhàn)性，許多研究群仍致力于高反射率氮化物DBR的成長與研究。Ng等人利用分子束磊晶技術(shù)成長25對的AlN/GaN DBR，波長在467 mm時最大反射率高達(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20對無裂痕的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AlN/GAN DBR插入一組包含5對的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)的厚度對應(yīng)到四分之一的光學(xué)波長，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。量測結(jié)果顯示，20對的AlN/GaN DBR在波長399nm時反射率可達(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)成長表面無裂痕之35對Al0.34Ga0.66N/GaN DBR，其反射率可達(dá)96%。為了進(jìn)一步控制成長氮化物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DBR時的應(yīng)力，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，成長60對的Al0.2Ga0.8N/GaN DBR并無發(fā)現(xiàn)表面裂痕，波長在380nm時其反射率可達(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20對的Al0.84In0.16N/GaN DBR，其反射率在波長515 nm時可達(dá)90%與35 nm的禁止帶寬度。另外，此研究群更進(jìn)一步成長紫外光波段晶格匹配的Al0.85In0.15N/Al0.2Ga0.8N DBR，在成長此DBR結(jié)構(gòu)前，必須先成長一層幾乎沒有應(yīng)力的Al0.2Ga0.8N層以避免之后磊晶時應(yīng)力的形成，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，35對的DBR結(jié)構(gòu)在波長340 nm時其反射率可達(dá)99%與大約20nm的禁止帶寬度。

由于高反射率氮化物DBR成長的困難性，氮化鎵VCSEL所對應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計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全結(jié)構(gòu)的VCSEL，包含上下DBR與主動層材料，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)同時使用了磊晶成長與介電質(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)，同時也保留了進(jìn)一步制作成電激發(fā)VCSEL的彈性。