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索尼开发出全球最高输出功率红色半导体激光器 |
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| http://cn.newmaker.com
10/12/2008 1:20:00 PM
日经BP社
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 索尼开发出了发光波长635nm、光输出功率7.2W、“在该波长范围内为全球最高输出功率”（该公司）的红色半导体激光器。面向投影仪光源，设想与现有光源Hg（水银）灯组合使用。日前，笔者就此次试制品的开发目的、特点以及实现该产品所采用的技术等，采访了参与红色半导体激光器开发的、该公司核心元件开发本部Advanced Light Technology部超级激光器课高级激光器工程师兼主任技师今西大介。
——投影仪组合使用红色半导体激光器及水银灯光源这一概念，是索尼于2006年前后提出的。当时，红色半导体激光器的发光波长为643nm。此次为何选择了635nm波长？
今西原因是我们希望通过将波长缩短至635nm，使人们看到更为鲜亮的红色。人眼的视觉灵敏度以绿色（550nm左右）为峰值，越靠近长波长一侧，灵敏度就越低。也就是说，由于人们感到发暗，所以这次缩短了发光波长。
不过，此前的643nm与此次的635nm相比，波长643nm更接近红色的原色，红色更鲜艳。05年举办的“爱知万博会”上索尼展出的使用RGB激光光源的投影仪，就采用了发光波长645nm的红色半导体激光器。不过，由于波长越长视觉灵敏度越低，因此人们所看到的红色偏暗，要想看到鲜亮的红色，则需要更大的输出功率。
对此，波长缩短至635nm时，视觉灵敏度是643nm时的1.6倍。由于红色也足够接近原色，因此能够感觉到红色更鲜艳。由于投影仪大多在明亮的房间使用。这种情况下，发暗的红色无法令人满意。635nm可以说是获得鲜艳红色和充分亮度所需的恰当发光波长。
——此前为什么不使用发光波长635nm的高输出功率红色半导体激光器？
今西其实投影仪业界人士均一直热切期待635nm红色半导体激光器投入使用。不过现实情况是由于发热量大、发光不稳定，需要为红色半导体激光器降温，所以未能投入使用。此次开发的红色半导体激光器能够在+25℃下得到7.2W的输出功率。
——开发过程中下了哪些功夫？
今西大致有两点。在使红色半导体激光器元件形成激光器结构的外延生长层、以及使激光器元件散热的散热器上下了功夫。
具体来说，外延生长层方面在AlInP构成的包覆层上下了工夫。此前使用的AlInP结晶缺陷较多，受此影响出现了红色光被吸收的问题。详细技术不便公开，不过是通过在基于MOCVD装置的结晶生长方法上下工夫减少了结晶缺陷，从而得到了高质量的AlInP层。另外，包括活性层在内的激光器各层的面内平坦性较高，也有助于提高输出功率。这一过程中，利用了我公司07年发布的发光波长642nm、输出功率20W的红色半导体激光器所采用的技术。
此外，减小p型包覆层电阻、减少电子的载流子溢出也有助于光输出功率的提高。此前由于p型包覆层的电阻较高，无法向活性层注入充分的正孔。此次则是从n型包覆层注入了大量电子，剩余的电子（不能在活性层上与正孔进行再结合的电子，也就是说不会导致发光的电子）蜂拥至p型包覆层，在该层与正孔进行非发光结合。由于是非发光结合，不会产生热量。
虽然增加p型包覆层中的p型杂质镁（Mg）的掺杂量可以降低电阻，但是Mg掺杂的越多结晶缺陷也就越多。此次则通过使用可抑制结晶缺陷的外延生长方法，在不增加结晶缺陷的前提下增加了Mg的掺杂量。
——在散热器上下了怎样的工夫？
今西改进了在散热器上安装激光器元件的方法。将短条状激光器元件安装至散热器时，由于激光器元件和散热器的热膨张系数不同，此前激光器元件较长方向的端部出现了浮起般的状态。与激光器元件的中心部位相比，激光器元件的端部翘曲了10μm。由于激光器元件和散热器之间加有焊锡，10μm的翘曲就会使热阻变大。要提高激光器元件的散热性，就必须抑制翘曲、缩短激光器元件与散热器的距离。
因此，此次采用了称为“两步安装”的技术。第一步，在SiC上放置特殊焊锡，其上设置粘贴于卡盘（Collet）上的激光器元件。由于粘贴有激光器元件的卡盘表面较为平坦，激光器元件便可在不产生较为严重翘曲的情况下安装至SiC。经测量，翘曲仅0.87μm。第二步，使用铜（Cu）与第一步的安装结果相接合。
两步安装法想起来容易，不过实际实施起来较为困难。通过改进包括焊锡在内的安装条件，终于实现了安装。实际上，爱知万博会上展出的投影仪光源也采用了两步安装，不过与当时相比目前的技术更为先进。
——除改善效率、提高散热性之外，还在提高输出功率方面下了工夫吗？
今西在激光器元件上呈阵列状排列了25个发射器，提高了输出功率。通过采用多个发射器提高输出功率的方法与原来相同。激光器元件所发光的出射面为线状而非点状，不过可利用光学透镜轻松修正为点状。
——请谈一下今后的目标。
今西希望能够在更高的温度下使用。首先力争在+35℃下工作。细节不便公开，不过相信通过制作散热进一步减少的激光器元件、以及在安装方面下工夫，能够实现+35℃下的工作。然而，投影仪设备设计人员的要求更高，有的甚至说“需要实现在+50℃下工作”。如何实现高温工作将是今后的课题。（记者：大久保 聪）
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