布拉格反射镜结构设计

进一步考量到 DBR 的设计时，虽然界面平整的异质结构可以提供较大而明显的折射率差异以达到较高的 DBR反射率，然而这样的设计同时也将造成界面处产生明显的能隙差异，进而阻碍电流在半导体 DBR中的传导，这将容易导致 VCSEL 的串联电阻增加。此外，由于p型半导体的电洞具有较大的有效质量（effective mass），因此在p型半导体的DBR 更加需要考虑串联电阻的问题。虽然 DBR的串联电阻可以借由增加掺杂浓度来降低，但是较高的掺杂浓度亦会导致垂直共振的雷射光在DBR中传递时光被吸收，造成雷射的阈值电流增加。因此，在DBR 的界面处利用化合物含量的渐变方式或是使用能隙差异较小的材料都能有效降低串联电阻的产生。另一方面，在DBR光学驻波（standing wave）的节点处提高掺杂浓度亦是一种可以同时降低串联电阻与减少光学吸收的有效方法。

图3-7表示典型的量子井VCSEL 结构导电带能量变化与光学共振光强度的关系图，图中深灰色的部分代表光学共振光节点处增加掺杂浓度的位置。虽然在 VCSEL 的制作上考虑这些设计的技巧是相当复杂的过程，尤其在磊晶的过程中，晶体成长速度必须要控制得很好，分子束磊晶（MBE）系统能够达到非常好的晶体厚度控制能力，但是分子束磊晶系统的特性不适合成长成分渐变的化合物材料，为了达到降低介面能带不连续的情况，分子束磊晶系统采用周期渐变的超晶格（superlattice）的方式同样可以达到降低串联电阻的效果。

另一方面，金属有机化学气相沉积系统（MOCVD）则可以轻易的达成成长成分渐变的化合物材料，为了达到好的晶体厚度控制能力，通常要在反应器中加装光学即时监控系统，关于以上这两种磊晶系统，我们会在后面的章节中再作详细的讨论。值得一提的是，一个高串联电阻的VCSEL 在连续操作时将会产生大量的热，在这样的情况下，将造成主动层中量子井的增益频谱往长波长移动，并且快于共振腔模态的随着热而红移的速度。这两项频谱上的不匹配将导致雷射输出功率特性的下降，此项特性将在下面的章节中作更详细的讨论。