全半導(dǎo)體布拉格反射鏡簡介
對(duì)于近紅外波段的VCSEL，使用的基本都是全半導(dǎo)體DBR反射鏡，如表所示。基于AlGaAs材料的DBR應(yīng)用的最為廣泛，在波段650～690 nm，近紅外的850～980 nm段，長波1.33～1.55 ptm段都有應(yīng)用。在650～690 nm段，采用的是A1As／A1xGa-xAs基DBR，為了避免光吸收，需x＞0．4。對(duì)于780 nm的VCSEL，鋁的組分要減少為x＝0.25；同理，對(duì)應(yīng)于850 nm的x＝0.15，980 nm的VCSEL選用的是GaAs／A1As或GaAs／A1。q6Ga0.04As基DBR。
理想的VCSEL需要擁有最大的反射率和良好的散熱性。與絕緣材料的DBR相比，全半導(dǎo)體DBR的折射率差要小許多，因此要達(dá)到99％的反射率，需要更多的DBR周期結(jié)構(gòu)，并且還會(huì)在反射過程的相位變換中導(dǎo)致較高的色散。理想的全半導(dǎo)體DBR在垂直方向應(yīng)該有著非常小的串聯(lián)電阻，頂部發(fā)射VCSEL的環(huán)形電極還應(yīng)有非常高的橫向電導(dǎo)率。但是因?yàn)闃?gòu)成DBR的兩種材料的價(jià)帶不連續(xù)，造成了P型DBR的高串聯(lián)電阻，發(fā)熱十分嚴(yán)重。
在過去的幾年中，人們?cè)谘芯咳绾谓档蚔CSEL的工作電流方面有了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，其基本原理都是通過改變DBR的異質(zhì)界面的摻雜分布來改善價(jià)帶的不連續(xù)性。早期的嘗試是采用一種超晶格結(jié)構(gòu)使異質(zhì)界面按線性漸變分布：在A1As／GaAs的異質(zhì)界面處進(jìn)行突變型重?fù)诫s，然后在界面朝向有源區(qū)一側(cè)進(jìn)行突變摻雜，增加帶隙寬度。在已經(jīng)報(bào)道的各種異質(zhì)界面結(jié)構(gòu)中，以臺(tái)階式和調(diào)制摻雜式最為典型。另一個(gè)研究方向是采用線性梯度和兩個(gè)δ摻雜層來實(shí)現(xiàn)能帶的彎曲，提高隧穿幾率，同時(shí)降低載流子重?fù)诫s引起的吸收。最近正在研發(fā)的一種結(jié)構(gòu)是將線性漸變的P型DBR和臺(tái)階型結(jié)構(gòu)的N型DBR復(fù)合在一起。還有一種降低串聯(lián)電阻的方法就是利用拋物線型漸變和突變摻雜方法，使界面的能帶在不連續(xù)處趨于平緩。與臺(tái)階型相比，雙拋物線型異質(zhì)界面結(jié)構(gòu)（漸變層由兩個(gè)反向的拋物線漸變結(jié)構(gòu)串聯(lián)起來）明顯降低了價(jià)帶上的尖峰，兩種結(jié)構(gòu)的價(jià)帶如所示。
圖 臺(tái)階型及拋物線型DBR價(jià)帶示意圖
然而，用拋物線漸變方法來實(shí)現(xiàn)不同帶隙材料之間價(jià)帶的平滑過渡，原有的DBR層必須考慮到這段漸變結(jié)構(gòu)所帶來的影響，這時(shí)候己經(jīng)不再是完整的1／4波長厚度，反射率明顯降低。采用單拋物線漸變結(jié)構(gòu)，只是使帶隙寬度較大的材料的價(jià)帶平滑過渡，這種結(jié)構(gòu)也叫做單拋物線型結(jié)構(gòu)，用來區(qū)別前面所提到的雙拋物線型結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)在于減小了漸變區(qū)域的厚度，提高了反射率。
