上述实验结果为近年来局限在光激发的氮化镓 VCSEL 的结果,一直到2008年,作者实验室首次在77 K 下成功制作出第一个电激发氮化镓VCSEL,其雷射结构为混合式DBR VCSEL 结构,如图7-8所示。下DBR 为29 对 AlN/GaN DBR,之后成长790nm的n 型氮化镓与 10对的In0.2Ga0.8N/GaN 多量子井结构,最后成长120nm 的p型氮化镓,整体共振腔厚度约5λ,其波长设计在460nm,这是为了避免表面透明导电层铟锡氧化物(ITO)对光的吸收。完成磊晶成长与ITO 之后,最后镀上8对的Ta2O5/SiO2上 DBR形成混合式 DBR VCSEL 结构。由于雷射结构中的 AIN/GaN 下 DBR为未掺杂,故为不导电材料,因此必须将元件设计成 intra cavity 结构,使n 型与p 型电极在元件同一侧,雷射发光孔径为 10μm,ITO 厚度设计为1λ使其在波长460 nm 之穿透率高达98.6%。
图 7-9(a) 为29对 AIN/GaN DBR 与8对Ta2O5/SiO2 DBR之反射频谱图,其中平坦的禁止带表示了高品质的AIN/GaN DBR 结构,其最高反射率约为 99.4%且禁止带宽度约为25 nm,而上 DBR 最高反射率约为99%。图7-9(b)为室温下利用 He-Cd雷射激发的光激发频谱,共振腔波长约为 454.3 nm 且Q值可高达2200,再次表示了高品质的晶体结构与上下DBR 的高反射率。
图 7-10 为电激发氮化镓 VCSEL 于77 K 下量测的电流、电压与输出强度关系图,元件的起始电压(turn-on voltage)约为4.1 V,相对高的电压值可能由于微小的电流孔径与intra cavity 结构所致。而电流与发光强度的关系可观察到明显的雷射现象,其雷射阈值电流约为 1.4mA,所对应的电流密度约为1.8 kA/