索尼和住友電氣工業(yè)（以下簡稱住友電工）試制出了具備“全球最高水平光輸出功率”（兩公司）的綠色半導體激光器。在振蕩波長為530nm波段的“純綠色” 波長領域，連續(xù)振蕩時可輸出100mW以上的輸出功率（圖1）。該數(shù)值與在相同波長范圍振蕩的原綠色半導體激光器相比，光輸出功率為“2倍以上”（兩公司）。

索尼和住友電工試制的綠色半導體激光器

圖1：以532nm的振蕩波長實現(xiàn)100mW的輸出功率

索尼和住友電工試制出了與其他公司的原產品相比可實現(xiàn)2倍以上光輸出的綠色半導體激光器。例如，在532nm的振蕩波長下，輸出功率超過了 100mW（a）。該波長的光輸出功率所占的比例相對于輸入功率高達7.5％（b）。閾值電壓只有4.7V也是一大特點（c）。（圖由本刊根據(jù)索尼的資料制作）

綠色半導體激光器此前一直面向投影儀光源等推進研究開發(fā)。因為綠色半導體激光器可擴大影像的色彩表現(xiàn)范圍、縮小投影儀的尺寸等。

在投影儀光源中，紅色和藍色半導體激光器已經推出高輸出功率產品。而綠色半導體激光器只有振蕩波長為520nm左右、在綠色波段中也屬于短波長的產品。能直接振蕩530nm波段綠色激光的半導體激光器之前的光輸出功率比較小，未能實現(xiàn)產品化。因此，此前一直通過使紅外激光通過SHG結晶*，或者利用熒光材料轉換成藍色激光的波長來獲得綠色激光。

*SHG結晶＝可獲得入射激光2倍的頻率、即一半波長激光的非線性結晶。

如果能直接實現(xiàn)高功率的綠色半導體激光器，無需進行波長轉換的話，有助于投影儀降低成本、削減耗電量及實現(xiàn)小型化，為此各企業(yè)和研究機構等積極進行了研究開發(fā)。

此次開發(fā)的530nm波段綠色激光器試制品在連續(xù)振蕩時的光輸出功率為100mW，可用于亮度約為20lm的超小型投影儀。不僅是光輸出功率，轉換效率、工作溫度范圍、振蕩閾值及壽命等也達到了實用化水平。例如，光輸出功率相對于輸入功率的比例（WPE）在532nm的激光振蕩時為7.5％，“與 SHG激光器相當”（索尼）。

閾值電壓也只有4.7V。實現(xiàn)了實用化要求的5V以下。工作溫度方面，外殼溫度為80℃，可進行脈沖振蕩等，與用于藍光光盤光源的藍紫色半導體激光器產品相當。

壽命也比較長。在55℃的外殼溫度下以50mW連續(xù)振蕩時，估計壽命（達到初期電流值1.3倍的時間）超過了5000小時。各種性能參數(shù)均已超過實用水平，“雖然不便透露具體時間，不過打算為量產做準備”（索尼）注1）。

注1） 今后，索尼計劃量產綠色半導體激光器，住友電工計劃量產用于該激光器的GaN基板。據(jù)稱住友電工正在考慮是否生產該激光器。

通過改變結晶面實現(xiàn)

此次之所以能試制出實用水平的綠色半導體激光器，是因為利用了被稱為GaN結晶的“半極性面”的結晶面（圖2）。試制品在住友電工制造的GaN基板的半極性面上生成GaN類半導體結晶后制成。活性（發(fā)光）層采用InGaN。

圖2：利用半極性面

普通的InGaN類半導體激光器利用GaN結晶的c面。而索尼等試制的激光器利用相對于c面傾斜75度的半極性面。即｛2021｝的面方位（a）。利用可削弱GaN結晶中的電場影響的半極性面提高了效率（b）（圖由本刊根據(jù)索尼的資料制作）

活性層采用InGaN的普通藍紫色和藍色半導體激光器，以GaN結晶的極性面c面為生長面，以其法線方向（c軸）為生長軸層疊GaN類半導體。但利用c面的話，因“壓電電場”的影響，很難在藍色波段的基礎上使波長增長到綠色波段。

此次利用的半極性面是指相對c面傾斜75度的面。即利用了｛2021｝面。從理論上說，利用GaN結晶的半極性面能削弱壓電電場的影響。雖然還有比｛2021｝面更能削弱壓電電場的結晶面，但從易于提高結晶品質等理由考慮，選擇了｛2021｝面。

其實住友電工2009年就試制出了采用該面的綠色半導體激光器，并成功實現(xiàn)了531nm的激光脈沖振蕩。但在特性方面未能達到實用水平。之后，住友電工與擁有半導體激光器制造經驗的索尼攜手，對該激光器的構造、電極及結晶生長等整體制造工藝進行了改良，提高了激光器的性能。

關于量產時的課題基板，住友電工已開始樣品供貨口徑最大擴大至2英寸的半極性GaN基板。

LED將實現(xiàn)5倍的光輸出

通過改變GaN的結晶面，可以削弱壓電電場的影響，提高效率和輸出功率，因此不僅是激光器，很多企業(yè)和研究機構還開始將其應用到LED的研究開發(fā)方面。例如，韓國首爾半導體2012年7月發(fā)布的白色LED利用了被稱為“無極性面”的、垂直于c面的結晶面。與原產品相比，此舉將單位面積的亮度提高到了 5倍以上。