光盤系統(tǒng)用半導(dǎo)體激光器

作者：信息產(chǎn)業(yè)部電子第44所 譚朝文 來源：《國外電子元器件》 摘要：半導(dǎo)體激光器（ld）作為讀取光盤信息的光源，是cd、dvd播放機/rom等光系統(tǒng)的重要器件，它的性能往往決定系統(tǒng)的整體性能。文中敘述了光盤用ld的發(fā)展歷程及特點，并著重介紹了近紅外、紅光、紫光ld及雙波長ld的開發(fā)現(xiàn)狀。 關(guān)鍵詞：ld cd dvd 光盤系統(tǒng) 1 光盤系統(tǒng)用ld的發(fā)展歷程 光盤讀出用的半導(dǎo)體激光器起源于1970年出現(xiàn)的室溫連續(xù)振蕩780nm波長近紅外algaas雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)（dh）ld[1]，繼這種沒有限制振蕩區(qū)域的全面電極器件之后，為們還開發(fā)出了將電流和增益分布限制在條形區(qū)從而使振蕩模穩(wěn)定的增益波導(dǎo)型器件[2]，70年代后期又出現(xiàn)了在結(jié)的平行方向上有折射率分布的折射率波導(dǎo)結(jié)構(gòu)[3]，這便是現(xiàn)在光盤系統(tǒng)用ld的基本結(jié)構(gòu)。1982年日本先鋒公司用夏普公司制造的這種近紅外ld代替氣體激光管，并將其安裝在cd播放機上，從此ld作為光盤讀出光源的時代正式到來了。隨著光盤的高密度化，ld也向短波長方向發(fā)展。1985年，以kobayashi小組為首的多個研究機構(gòu)采用algainp材料成功地實現(xiàn)了670nm紅光ld的室溫連續(xù)振蕩，1992年hiroyama等人又開發(fā)出了630nm紅光ld，這種紅光ld就是現(xiàn)在用于dvd的光源。而中村等人研制的400nm紫光inganld更是舉世矚目。這種400nm紫光ingan激光器將最有可能成為下一代高密度光盤用光源。為了簡化dvd光頭結(jié)構(gòu)并增強速機的穩(wěn)定性，1999年，索尼、東芝等公司又推出了集成有兩個ld的雙波長ld激光器。這樣，從1972年飛利浦公司采用兩張30cm直徑丙烯片背向貼合而成的記錄模擬信號的光盤雛形發(fā)展到1982年10月和1996年11月上市的cd、dvd數(shù)字光盤，光源也相應(yīng)地從633nm的he-ne氣體激光器演變成780nm近紅外、650nm紅光甚至更短波長的半導(dǎo)體激光器或集成化器件。 2 ld用于光盤系統(tǒng)應(yīng)具備的特性 在用ld讀取光盤信息時，該ld應(yīng)具備以下特性。 2.1 振蕩波長 若用d表示激光束光斑直徑、λ表示振蕩波長、na表示物鏡的數(shù)值孔徑，則d正比λ/na，即λ越小或na越大，斑點越小，光盤存儲密度越高。從cd到dvd，波長從780nm縮短為650nm，na從0.45增大到0.6，光斑直徑從2.1μm減小到1.3μm，存儲容量從640mb提高到了4.7gb/單面。如果使用400nm紫光ld，則光盤容量可高達(dá)15gb/單面?？梢?，波長越短，光盤存儲密度越高。 2.2 電-光輸出 電-光輸出特性包括光輸出、閾值電流、工作電流等。如果用于光盤回放，則光輸出至少要達(dá)到2～8mw，如果用于光盤寫入，則光輸出必須在30mw以上。而閾值電流和工作電流則越低越好。 2.3 振蕩模式 振蕩模應(yīng)選用基本橫模，并應(yīng)將電流注入?yún)^(qū)控制為數(shù)μm以形成適當(dāng)?shù)墓庀拗平Y(jié)構(gòu)。 2.4 噪聲 要減小光盤反射光返回到激光器產(chǎn)生的回光噪聲，就必須使激光振蕩模多?；? 2.5 可靠性 在用于一般光盤系統(tǒng)時，ld的工作溫度應(yīng)在60℃以上，而且于計算機光盤裝置則要求在70℃以上。在60℃或70℃的溫度條件下，還要求ld的平均壽命必須達(dá)到5000～10000h以上。其中波長主要取決于材料，其余特性往往是通過精確的結(jié)構(gòu)控制來獲得，因此激光器的晶體生長通常采用有利于控制外延層的金屬有機化學(xué)汽相淀積（mocvd）或分子束外延（mbe）技術(shù)來完成。 3 光盤系統(tǒng)用半導(dǎo)體激光器 3.1 algaas ld與algainp ld algaas近紅外ld與algainp紅光ld兩種器件的基本晶體層結(jié)構(gòu)如圖1所示。近紅外ld結(jié)構(gòu)一般用2次外延生長完成，通過精確控制各層的厚度和載流子濃度，即可獲得cd光盤所必需的各種特性。目前這種器件主要致力于30mw以上的高輸出研究，以滿足cd-r-rw光盤刻錄系統(tǒng)。要提高光輸出，就必須避免激光射出端的端面損傷