| 索尼等开发出输出功率达到全球最高水平的绿色半导体激光器 | |
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索尼和住友电气工业(以下简称住友电工)试制出了具备“全球最高水平光输出功率”(两公司)的绿色半导体激光器。在振荡波长为530nm波段的“纯绿色”波长领域，连续振荡时可输出100mW以上的输出功率(图1)。该数值与在相同波长范围振荡的原绿色半导体激光器相比，光输出功率为“2倍以上”(两公司)。
绿色半导体激光器此前一直面向投影仪光源等推进研究开发。因为绿色半导体激光器可扩大影像的色彩表现范围、缩小投影仪的尺寸等。 在投影仪光源中，红色和蓝色半导体激光器已经推出高输出功率产品。而绿色半导体激光器只有振荡波长为520nm左右、在绿色波段中也属于短波长的产品。能直接振荡530nm波段绿色激光的半导体激光器之前的光输出功率比较小，未能实现产品化。因此，此前一直通过使红外激光通过SHG结晶*，或者利用荧光材料转换成蓝色激光的波长来获得绿色激光。 *SHG结晶=可获得入射激光2倍的频率、即一半波长激光的非线性结晶。 如果能直接实现高功率的绿色半导体激光器，无需进行波长转换的话，有助于投影仪降低成本、削减耗电量及实现小型化，为此各企业和研究机构等积极进行了研究开发。 此次开发的530nm波段绿色激光器试制品在连续振荡时的光输出功率为100mW，可用于亮度约为20lm的超小型投影仪。不仅是光输出功率，转换效率、工作温度范围、振荡阈值及寿命等也达到了实用化水平。例如，光输出功率相对于输入功率的比例(WPE)在532nm的激光振荡时为7.5%，“与SHG激光器相当”(索尼)。 阈值电压也只有4.7V。实现了实用化要求的5V以下。工作温度方面，外壳温度为80℃，可进行脉冲振荡等，与用于蓝光光盘光源的蓝紫色半导体激光器产品相当。 寿命也比较长。在55℃的外壳温度下以50mW连续振荡时，估计寿命(达到初期电流值1.3倍的时间)超过了5000小时。各种性能参数均已超过实用水平，“虽然不便透露具体时间，不过打算为量产做准备”(索尼)注1)。 注1) 今后，索尼计划量产绿色半导体激光器，住友电工计划量产用于该激光器的GaN基板。据称住友电工正在考虑是否生产该激光器。 通过改变结晶面实现 此次之所以能试制出实用水平的绿色半导体激光器，是因为利用了被称为GaN结晶的“半极性面”的结晶面(图2)。试制品在住友电工制造的GaN基板的半极性面上生成GaN类半导体结晶后制成。活性(发光)层采用InGaN。
活性层采用InGaN的普通蓝紫色和蓝色半导体激光器，以GaN结晶的极性面c面为生长面，以其法线方向(c轴)为生长轴层叠GaN类半导体。但利用c面的话，因“压电电场”的影响，很难在蓝色波段的基础上使波长增长到绿色波段。 此次利用的半极性面是指相对c面倾斜75度的面。即利用了{2021｝面。从理论上说，利用GaN结晶的半极性面能削弱压电电场的影响。虽然还有比{2021｝面更能削弱压电电场的结晶面，但从易于提高结晶品质等理由考虑，选择了{2021｝面。 其实住友电工2009年就试制出了采用该面的绿色半导体激光器，并成功实现了531nm的激光脉冲振荡。但在特性方面未能达到实用水平。之后，住友电工与拥有半导体激光器制造经验的索尼携手，对该激光器的构造、电极及结晶生长等整体制造工艺进行了改良，提高了激光器的性能。 关于量产时的课题基板，住友电工已开始样品供货口径最大扩大至2英寸的半极性GaN基板。 LED将实现5倍的光输出 通过改变GaN的结晶面，可以削弱压电电场的影响，提高效率和输出功率，因此不仅是激光器，很多企业和研究机构还开始将其应用到LED的研究开发方面。例如，韩国首尔半导体2012年7月发布的白色LED利用了被称为“无极性面”的、垂直于c面的结晶面。与原产品相比，此举将单位面积的亮度提高到了5倍以上。 | |
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标签:索尼;住友;半导体激光器