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日亚化学公布“全球最高水平”蓝紫色激光器和蓝色激光器的基本技术

2007-12-20 09:40
flinay
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   日亚化学工业07年11月发布了脉冲振荡时输出功率为420mW的蓝紫色半导体激光器、以及连续振荡时输出功率为1W的蓝色半导体激光器(参阅相关报道1,2)。该公司称两款产品的输出功率均为“全球最高水平”。输出功率为420mW的蓝紫色半导体激光器,可应用于蓝光光盘和HD DVD等新一代光盘的2层12倍速或4层6倍速的高速读写。目前市场上流通的产品,其输出功率最大不过200mW,因此420mW的输出功率接近其2倍。输出功率为1W的蓝色激光器主要面向使用激光光源的投影仪,输出功率提高至原来的两倍。日亚化学工业公布了这些高功率激光器的背景以及采用的技术。

输出功率420mW的产品的量产时间为09年

  关于输出功率为420mW的蓝紫色半导体激光器的产品化情况,日亚化学工业表示技术开发已经完成。寿命可确保在5000个小时以上,电气特性等产品性能已达到实用水平。该公司计划于08年1月开始量产供货250mW产品,1年后量产供货320mW产品,09年开始量产此次发布的420mW产品。虽然离量产时间尚早,但该公司希望通过快速公布420mW产品开发完成这一消息,促进激光头厂商和设备厂商在高速读写技术方面的开发。不过,为了量产420mW产品,还必须提高制造技术来降低制造成本,同时进一步提高成品率。

  据日亚化学工业介绍,在输出功率为250mW的产品亮相之前,新一代光盘装置的开发一直受“蓝紫色半导体激光器的‘功率限制 ’”(日亚化学工业 第二部门LD技术本部LD开发部 部长代理长浜慎一)。虽然厂商希望提高读写速度,但由于半导体激光器输出功率的制约,无法加快高速读写设备的开发速度。

  通过将蓝紫色半导体激光器的输出功率大幅提高至420mW,今后将不会产生之前的“功率限制”问题。虽说2层12倍速或4层6倍速等高速读写的标准尚未具体决定。不过该公司强调,只要输出功率达到420mW,蓝紫色半导体激光器便可完全支持高速化。

  此次发布的420mW产品的阈值电流为30mA,可通过300mA的电流获得420mW的输出功率。在实际生产时,将根据设备的使用要求调节激光特性,比如稍微提高发光效率等。不过,即使加入这些变更,也不会过多地偏离此次公布的性能指标值。

提高输出功率的关键是COD的减小和长达1mm左右的共振器

  420mW产品为了提高输出功率,实施了两大改进。一是减小了激光器芯片端面的灾变性光学损伤(COD:catastrophic optical damage)。芯片端面是射出激光的部分,激光的输出功率越高端面越容易劣化。日亚化学工业没有透露具体的技术情况,不过“在不增加成本的范围内,导入了可减小COD的技术”(该公司董事、第二部门LD技术本部本部长兼氮化物半导体研究所所长向井孝志)。

  另一改进是延长了振荡激光器的共振器。具体数值没有公开,但“红色半导体激光器的高功率产品,其共振器长度延长到了2mm左右。蓝紫色半导体激光器的共振器没有那么长,仅为红色半导体激光器的一半左右”(日亚化学工业的向井孝志),因此估计为1mm左右。

  延长共振器也就是加大芯片尺寸。由于能够从1片晶圆上获得的芯片数量减少,而且容易受结晶缺陷的影响,因此有可能降低成品率。也就是说,芯片的制造成本将会提高。为了解决这个课题,日亚化学工业减小了芯片宽度(与共振器的延伸方向相对应,垂直方向的芯片尺寸),以尽可能地避免增大芯片面积。另外,该公司计划通过提高制造技术来提高成品率。

输出功率为1W的产品将从08年9月开始量产

  面向显示器用途的输出功率为1W的蓝色半导体激光器,其样品供货时间为08年3月,并预定在9月开始量产。主要面向使用红色、蓝色和绿色激光提高色彩再现性的投影仪的光源。

  提高输出功率,一般会相应出现激光器芯片的工作温度上升、激光器芯片严重劣化等问题。此次,日亚化学工业将输出功率提高至原来的2倍,随之而来的工作温度上升问题,通过封装来解决;关于芯片的劣化问题,通过改良芯片解决。通过这些改进,输出功率减半之前的寿命在用于显示器用途时,可达到3万个小时以上。

  封装由原产品使用的直径为5.6mm的CAN封装,变更为直径为9mm的相同封装。这样一来,封装的热阻可由原来的15K/W降至9K/W。通过降低热阻,可轻松地将芯片热量释放到封装外部、尽可能地降低工作时芯片温度的上升。日亚化学工业表示,直径为9mm的CAN封装不是特殊产品,估计封装成本不会增加。原因是采用了过去在CD中使用的红外线半导体激光器。

  为了防止芯片劣化,此次加大了共振器长度、降低了激光发射口的光密度。这样一来,便可最大限度地减小COD的影响。激光的光束直径(Beam Diameter)为1μm×15μm。虽然输出功率的提高幅度和芯片尺寸都大于输出功率为0.5W的产品,但均控制在1.5倍以内。

有可能实现阵列化,不过……

  如果使用此次的1W产品,例如将其用于投射100英寸影像的投影仪时,需要多个1W产品。根据设备的不同,所需1W产品的个数也不尽相同,有时需要1个,有时需要3~4个。因为有时需要多个1W产品,因此今后有可能会考虑在单芯片上设置多个共振器。

  不过,如果采用阵列芯片(Array Chip),芯片尺寸就会变大,因此有可能产生芯片成本上升、长期可靠性下降等问题。另外,由于需要的个数因设备而不同,因此阵列芯片容易成为定制品、量产个数会减少,这样一来芯片成本就会增加。因此,对阵列芯片的投产问题,该公司表示将慎重考虑。

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