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日亚和欧司朗展示高功率半导体激光器的实力 |
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| http://cn.newmaker.com
4/30/2015 10:10:00 AM
日经BP社
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半导体激光器作为投影仪、显示器等影像设备以及照明、汽车前照灯的新光源备受关注。而要想用于这些用途，输出功率需要达到1W以上，也就是实现“W（瓦）级”的高功率。现在的蓝色和绿色高功率半导体激光器实力如何呢？在LED及半导体激光器等发光元件国际会议“LEDIA’15”（太平洋横滨国际会展中心，2015年4月22～24日）上，生产LED及半导体激光器等发光元件的知名企业日亚化学工业和德国欧司朗光电半导体（OSRAM Opto Semiconductors）分别介绍了各自的最新研发成果。
以振荡波长532nm连续振荡，光输出功率超过0.8W
日亚化学工业介绍了采用直径9mm CAN封装的绿色半导体激光器和蓝色半导体激光器。绿色半导体激光器方面，日亚化学介绍了振荡波长为520nm、525nm、532nm的3种产品的特性。其中，532nm品的特性非常具有冲击性。
532nm是绿色激光器一般采用的波长。一般不是由半导体元件直接受激产生绿色激光，而是通过“SHG元件”将波长为1064nm的红外激光转换成532nm的激光。
利用半导体激光器直接发射出532nm激光是非常困难的。蓝色和绿色半导体激光器一般是在发光的“活性层”采用InGaN的GaN类半导体激光器。日亚化学工业的蓝色和绿色半导体激光器也是这样的。
采用InGaN的激光器在将蓝色光转换成长波长的绿色光时，会提高In组成比。这在技术上很难提高光输出功率。日亚化学工业改善了绿色半导体激光器的特性，采用振荡波长532nm，在驱动电压（Vf）4.72V、驱动电流（If）1.6A、室温（25℃）环境下连续振荡时，实现了0.87W的光输出功率。虽然光输出功率还不到1W，但在振荡波长为532nm的绿色半导体激光器中已经很高了。
另外，此次发布的绿色半导体激光器采用了GaN类半导体激光器一般采用的GaN结晶的“c面”、也就是“极性面”。这证明即使不采用容易提高绿色半导体激光器输出功率的GaN结晶的“半极性面”和“非极性面”，也可以获得接近1W的光输出功率。现在，半极性及非极性面的GaN基板都很小，难以提高生产效率，因此很难降低成本。因此，日亚化学工业选择了c面。
532nm产品的发光效率“WPE（插头效率，光输出功率除以输入功率）”约为11.5％。阈值电流为0.28A，阈值电流密度为1.55kA/cm2。
另外，532nm波长在色域标准“ITU-R BT.2020”所规定的色域中是绿色的标准波长，因此日亚化学工业认为，转换成532nm波长对影像设备用途至关重要。
520nm产品的效率达到15％以上
此外，520nm产品和525nm产品的特性如下。520nm产品在Vf4.56V、If1.6A、室温（25℃）环境下，光输出功率达到1.22W。WPE为约16.7％。阈值电流为0.2A，阈值电流密度为1.11kA/cm2。
525nm产品在Vf4.67V、If1.6A、室温（25℃）环境下，光输出功率达到1.12W。这时的WPE为约15％。激光器的谐振腔长度（L）为1.2mm，条带宽度（W）为15μm。阈值电流为0.205A，阈值电流密度为1.14kA/cm2。525nm产品已开始供应样品，并且已在2014年10月举行的光技术和相关产品展会“InterOpto 2014”上展出（参阅本站报道）。此次公布了详细的性能参数。
日亚化学工业还介绍了绿色半导体激光器的寿命。如果将表面温度为60℃时振荡后光输出功率减半的时间作为寿命，那么525nm产品的寿命为2万5000小时。这是根据利用驱动电流固定在1.6A的“ACC”驱动1000小时的结果推断的。
蓝色半导体激光器的光输出功率达到4W
蓝色半导体激光器方面，日亚化学工业公布了正在开发的4W（连续振荡时）产品的性能参数。2013年开发的蓝色半导体激光器的光输出功率为3.5W，新产品的输出功率提高了10％以上。
4W产品的振荡波长为455nm，在Vf4.2V、If2.5A、室温（25℃）环境下，光输出功率为4.1W。这时的WPE为约39％。激光器的谐振腔长度（L）为1.2mm，条带宽度（W）为35μm。阈值电流为0.286A，阈值电流密度为0.68kA/cm2。
日亚化学工业还公布了蓝色半导体激光器的寿命。如果将表面温度为60℃时振荡后光输出功率减半的时间作为寿命，那么蓝色半导体激光器的寿命为2万5000小时。
成本是LED的5倍多
欧司朗光电半导体展示了蓝色半导体激光器的最新研究成果。在驱动电流为3A的室温（25℃）环境下，光输出功率为约4.1W。这时的WPE为约35％。
该公司的高功率蓝色半导体激光器产品有的已被汽车前照灯采用。今后，除汽车前照灯外，要想在所有照明中普遍使用，不仅要改善性能，还要降低成本。
比如，与5000lm的白色LED照明相比，花1美元成本能获得的亮度，LED超过500lm，而蓝色半导体激光器不到100lm。也就是说，要想获得相同的lm值，蓝色半导体激光器所花费的成本是LED的5倍多。（记者：根津 祯）
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