光盘系统用半导体激光器

3.2 InGaN紫光LD  

日本日亚化学工业公司在Ga N蓝紫光发射器件方面做出了重大贡献，在1995年春，继GaN蓝绿光LED成功之后，日亚的中村等人正式着手研究InGaN紫光LD，并于同年12月首次实现紫色激光连续振荡。终于在1996年成功地实现了室温连续振荡300小时，随后，他们又利用NEC公司碓井等人报道的横向过生长GaN（ELOG）衬底技术将紫光LD室温寿命提高到一万小时。1998年又采用美国北卡罗来拉州立大学Zheleva等人发明的无SiO2掩膜ELOG衬底技术，有效减少了蓝宝石衬底与GaN之间的错位密度，大幅降低了阈值电流、提了器件寿命，从而真正揭开了商品化器件的序幕。  

无SiO2掩膜的ELOG衬底，它首先在蓝宝石衬底上生长2～4μm的GaN，然后在其上形成条状SiO2掩膜，干蚀刻至蓝宝石衬底后除去SiO2，接着在形成的条状GaN上再次生长GaN。由于条状GaN侧面的生长速度比上面的生长速度快，因此，经过一定时间后，其侧面、上面生长的GaN将连成一体，从而形成如镜面平坦的GaN膜。蓝宝石衬底与GaN之间大的晶格常数差引起的连贯错位只在条状GaN上方延伸而不横向延伸，因此侧面生长的GaN中连贯错位非常少。如果在这一连贯错位少的区域形成激光器结构，阈值电流密度只有2～4k A/cm2，而在连贯错位多的区域制作则阈值电流密度大约要高2倍。1999年1月，日亚公司正是在这种衬底上率先实现了InGaN紫光LD的商品化。

自1998年日亚公司率先将紫光LD的寿命突破10000小时以后，日本的富士通、松下以及美国的Cree、HP、SDL、施乐、西北大学以及波斯顿大学等也加入了这种器件的研发行列，这使得紫光LD市场竞争日趋激烈。  

3.3 集成双波长LD

1997年出现了采用2光束LD的DVD/CD/CD－R光头，但当时由于技术难度大并需要新的设备投资以及DVD需求量有限等缘故，大多只停留在研制水平。然而，1999年6月8日索尼计算机公司发布了用于"Playstation2（游戏机）"的双波长半导体激光器的消息并引起轰动之后，东芝、夏普、松下、三洋、三菱、罗姆等日本厂家都纷纷做出了日程表以加快双波长LD的开发。

双波长LD是一种用单片集成或混合集成的方法将近红外LD和红光LD集成在一体的激光器组件。单片集成型是利用MOCVD技术在GaAs衬底上选择生长AlxGa1－xAs和AlxGayIn1－x－yP两种不同有源层而形成的，最后封装在标准的5.6mm直径4针管壳中。单片集成的优点是发光点间隔由光刻工艺确定，定位精确，误差范围可控制在±1μm以下。而混合集成型是把用精密组装设备做好的近红外 LD和红光LD并排放置于Si衬底的焊接剂上，然后通过热焊接等方法固定，从而形成混合组件。混合集成型器件的优点是可以自由组合不同的波长和不同的输出功率，最适合于今后制作包括400nm紫光LD在内的多波长LD。目前，索尼、东芝等公司已有单片集成型的产品报道。　

双波长LD之所以引起轰动，主要原因是它能简化光头结构、降低成本、增强DVD系统的稳定性。为了兼容CD等光盘，DVD机器的光头需要输出两种波长。因此，现在的DVD光头一般采用双LD双光头以及两个LD共用一个光学系统的双LD单光头方式。尤其是双LD双光头方式，除了每个光头需要有各自的部件外，还必须有光头切换装置，而这将使产品结构复杂化，因而机械故障较高。若采用双波长LD，则光头只需双波长LD、监视用光电二极管（PD）、调整物镜和反射镜四种部件，它不需要棱镜，更不需要光头切换装置，结构几乎与CD机用的单波长单光头一样简单，而功能却与双光头完全一样，可输出两种波长以分别读取CD和DVD两类光盘。可见，双波长LD具有无可比拟的优越性。据估计，随着技术的发展，双波长LD将很快实现商品化。

4　结束

目前的AlGaAs红外LD和AlGaInP红光LD在性能上已能满足光盘的基本应用要求，今后的发展方向是进一步提高光输出以实现刻录光盘的高速读取。而真正将GaN蓝紫光LD应用于光盘还必须解决横模控制、回光噪声等问题。随着光盘系统的高性能化，对LD的要求也将越来越苛刻，这不仅在LD结构方面，而且在散热等外围技术以及与光头一体的系统集成化技术方面也是非常重要的。