光盘系统用半导体激光器

技术分类: 消费电子设计  | 2005-11-12
来源:电子产品世界 | 谭朝文

  红光LD应该说是近红外LD技术积累的结果,从晶体生长、结构控制到成品,红光LD都沿用了近红外LD的某些制作技术。与近红外LD相比,红光LD改用带隙较大的AlGaInP四元材料作有源层来缩短波长,并采用能精确控制横模的脊形结构,因此结构更为复杂。如果只是单纯的双异质结构,由于导带电子的异质势垒小,因此温度越高,注入电子越容易从有源层溢出到包层,这将使高温下的工作电流增大。80年代后期,近红外LD有源层引入多量子阱超晶格(MQW)结构(由数百A厚的不同组分的晶体层反复交叉积层而形成的叠层结构),从而有效减小了有源层的光吸收、降低了阈值电流。于是人们把超晶格也引入到InGaAsP 红光LD,并进一步调整超晶格的组分以使衬底的晶格常数与有源层的晶格常数发生微妙变化,这样便使有源层中形成了压缩应变的超晶格。实验证明:若产生0.5%的压缩应变,阈值电流可减少25%,而且随着阈值电流的降低,阈值电流与温度的相关特性也得到了大幅改善。另外,为了改善噪声特性,必须将原本单模的红光LD变成多模。含过饱和吸收层的AlGaAs近红外自脉动激光器就是基于这一技术开发出来的,并以其极低的噪声受到好评。自脉动激光器利用过饱和吸收层的断续光吸收机理使得出射光波断断续续,从而变成多模型,即使光盘反射光返回到LD也不会影响激光振荡,从而使噪声降低。后来人们把过饱和吸收层也引入到AlGaInP红光 LD,进而开发出了自脉动型红光LD。自脉动激光器以其良好的噪声特性必将是今后光盘用LD的发展方向。目前,近红外LD和红光LD已发展成熟,并达到商品化。  

  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。 

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