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半導(dǎo)體激光器作為投影儀、顯示器等影像設(shè)備以及照明、汽車前照燈的新光源備受關(guān)注。而要想用于這些用途，輸出功率需要達到1W以上，也就是實現(xiàn)“W（瓦）級”的高功率。現(xiàn)在的藍色和綠色高功率半導(dǎo)體激光器實力如何呢？在LED及半導(dǎo)體激光器等發(fā)光元件國際會議“LEDIA’15”（太平洋橫濱國際會展中心，2015年4月22～24日）上，生產(chǎn)LED及半導(dǎo)體激光器等發(fā)光元件的知名企業(yè)日亞化學(xué)工業(yè)和德國歐司朗光電半導(dǎo)體（OSRAM Opto Semiconductors）分別介紹了各自的最新研發(fā)成果。

以振蕩波長532nm連續(xù)振蕩，光輸出功率超過0.8W

日亞化學(xué)工業(yè)介紹了采用直徑value="9" unitname="mm">9mm CAN封裝的綠色半導(dǎo)體激光器和藍色半導(dǎo)體激光器。綠色半導(dǎo)體激光器方面，日亞化學(xué)介紹了振蕩波長為520nm、525nm、532nm的3種產(chǎn)品的特性。其中，532nm品的特性非常具有沖擊性。

532nm是綠色激光器一般采用的波長。一般不是由半導(dǎo)體元件直接受激產(chǎn)生綠色激光，而是通過“SHG元件”將波長為1064nm的紅外激光轉(zhuǎn)換成532nm的激光。

利用半導(dǎo)體激光器直接發(fā)射出532nm激光是非常困難的。藍色和綠色半導(dǎo)體激光器一般是在發(fā)光的“活性層”采用InGaN的GaN類半導(dǎo)體激光器。日亞化學(xué)工業(yè)的藍色和綠色半導(dǎo)體激光器也是這樣的。

采用InGaN的激光器在將藍色光轉(zhuǎn)換成長波長的綠色光時，會提高In組成比。這在技術(shù)上很難提高光輸出功率。日亞化學(xué)工業(yè)改善了綠色半導(dǎo)體激光器的特性，采用振蕩波長532nm，在驅(qū)動電壓（Vf）4.72V、驅(qū)動電流（If）value="1.6" unitname="a">1.6A、室溫（value="25" unitname="℃">25℃）環(huán)境下連續(xù)振蕩時，實現(xiàn)了0.87W的光輸出功率。雖然光輸出功率還不到1W，但在振蕩波長為532nm的綠色半導(dǎo)體激光器中已經(jīng)很高了。

另外，此次發(fā)布的綠色半導(dǎo)體激光器采用了GaN類半導(dǎo)體激光器一般采用的GaN結(jié)晶的“c面”、也就是“極性面”。這證明即使不采用容易提高綠色半導(dǎo)體激光器輸出功率的GaN結(jié)晶的“半極性面”和“非極性面”，也可以獲得接近1W的光輸出功率?，F(xiàn)在，半極性及非極性面的GaN基板都很小，難以提高生產(chǎn)效率，因此很難降低成本。因此，日亞化學(xué)工業(yè)選擇了c面。

532nm產(chǎn)品的發(fā)光效率“WPE（插頭效率，光輸出功率除以輸入功率）”約為11.5％。閾值電流為value=".28" unitname="a">0.28A，閾值電流密度為1.55kA/cm2。

另外，532nm波長在色域標準“ITU-R BTvalue=".202" unitname="”">.2020”所規(guī)定的色域中是綠色的標準波長，因此日亞化學(xué)工業(yè)認為，轉(zhuǎn)換成532nm波長對影像設(shè)備用途至關(guān)重要。

520nm產(chǎn)品的效率達到15％以上

此外，520nm產(chǎn)品和525nm產(chǎn)品的特性如下。520nm產(chǎn)品在Vf4.56V、Ifvalue="1.6" unitname="a">1.6A、室溫（value="25" unitname="℃">25℃）環(huán)境下，光輸出功率達到1.22W。WPE為約16.7％。閾值電流為value=".2" unitname="a">0.2A，閾值電流密度為1.11kA/cm2。

525nm產(chǎn)品在Vf4.67V、Ifvalue="1.6" unitname="a">1.6A、室溫（value="25" unitname="℃">25℃）環(huán)境下，光輸出功率達到1.12W。這時的WPE為約15％。激光器的諧振腔長度（L）為value="1.2" unitname="mm">1.2mm，條帶寬度（W）為15μm。閾值電流為value=".205" unitname="a">0.205A，閾值電流密度為1.14kA/cm2。525nm產(chǎn)品已開始供應(yīng)樣品，并且已在2014年10月舉行的光技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)品展會“InterOpto value="2014" unitname="”">2014”上展出（參閱本站報道）。此次公布了詳細的性能參數(shù)。

日亞化學(xué)工業(yè)還介紹了綠色半導(dǎo)體激光器的壽命。如果將表面溫度為value="60" unitname="℃">60℃時振蕩后光輸出功率減半的時間作為壽命，那么525nm產(chǎn)品的壽命為2萬5000小時。這是根據(jù)利用驅(qū)動電流固定在value="1.6" unitname="a">1.6A的“ACC”驅(qū)動1000小時的結(jié)果推斷的。

藍色半導(dǎo)體激光器的光輸出功率達到4W

藍色半導(dǎo)體激光器方面，日亞化學(xué)工業(yè)公布了正在開發(fā)的4W（連續(xù)振蕩時）產(chǎn)品的性能參數(shù)。2013年開發(fā)的藍色半導(dǎo)體激光器的光輸出功率為3.5W，新產(chǎn)品的輸出功率提高了10％以上。

4W產(chǎn)品的振蕩波長為455nm，在Vf4.2V、Ifvalue="2.5" unitname="a">2.5A、室溫（value="25" unitname="℃">25℃）環(huán)境下，光輸出功率為4.1W。這時的WPE為約39％。激光器的諧振腔長度（L）為value="1.2" unitname="mm">1.2mm，條帶寬度（W）為35μm。閾值電流為value=".286" unitname="a">0.286A，閾值電流密度為0.68kA/cm2。

日亞化學(xué)工業(yè)還公布了藍色半導(dǎo)體激光器的壽命。如果將表面溫度為value="60" unitname="℃">60℃時振蕩后光輸出功率減半的時間作為壽命，那么藍色半導(dǎo)體激光器的壽命為2萬5000小時。

成本是LED的5倍多

歐司朗光電半導(dǎo)體展示了藍色半導(dǎo)體激光器的最新研究成果。在驅(qū)動電流為value="3" unitname="a">3A的室溫（value="25" unitname="℃">25℃）環(huán)境下，光輸出功率為約4.1W。這時的WPE為約35％。

該公司的高功率藍色半導(dǎo)體激光器產(chǎn)品有的已被汽車前照燈采用。今后，除汽車前照燈外，要想在所有照明中普遍使用，不僅要改善性能，還要降低成本。

比如，與5000lm的白色LED照明相比，花1美元成本能獲得的亮度，LED超過500lm，而藍色半導(dǎo)體激光器不到100lm。也就是說，要想獲得相同的lm值，藍色半導(dǎo)體激光器所花費的成本是LED的5倍多。