蓝紫色半导体激光器的发展.doc

蓝紫色（405nm）半导体激光器的发展摘 要：蓝紫色（405nm）激光器在 07 年以后发展迅速，功率不断提高，价格不断下降，现今已有功率为 420mW 的蓝紫色激光器大功率蓝紫色半导体激光器技术和传统 PS 版在 CTP 版系统中的应用有着非常光明的前景关键词：蓝紫色半导体激光器，下一代 DVD，高感度 PS 版材热敏 CTP，紫激光 CPT 和 UV—CTP 都是源于红外线激光半导体和蓝紫色激光半导体激光器的发展，其中紫激光 CTP 和 UV-CTP 使用的都是 405nm 的蓝紫色激光半导体激光器，只是功率不一样而已我们现在特别关注蓝紫色激光半导体激光器（以下简称激光器）的发展，因为它的发展已经使无处理的紫激光 CTP 的版材面世，结束了原来认为无处理版材只有热敏唯一一种的论断，同时也使得普通PS 版可以成为 CTP 版材使用，即 UV-CTP 的出现和发展一、蓝紫激光器的起源1、90 年代中期，蓝紫色激光器出现蓝紫色激光器的发展源于 1996 年日本 Nichia 公司研制出 400-410nm 的氮化镓晶体蓝紫色半导体激光器，目的是为进一步提高 DVD光盘的存储容量由于其波长较短，聚光点更小，同样大小的 DVD光盘容量是普通 CD 盘的 40 倍以上，6-7 倍于普通家用 DVD 盘，但应用于 DVD 上的激光器功率很小。

随着激光器功率的不断扩大，1999 年使用寿命超过 3000 小时的蓝紫色激光器面世2000 年 5 月 CTP 制版系统开始采用蓝紫色激光器，最初只有5W，只能针对银盐 CTP 版曝光2001 年，当制版机采用 15mW 激光器时，已能对高感度聚光版曝光，但制版速度较慢2002 年 30mW蓝紫色激光器出现，并应用于 CTP 制版系统，这时已经能快速制版2、日本几大公司竞相生产蓝紫色激光器，加速了产量的扩大和功率的提高为了满足下一代光盘系统的需求，2005 年日本制版商竞相生产蓝紫色激光产品蓝紫色激光器供货商 Nichia 公司将为 HD-DVD 和蓝光光盘这两种竞争格式供应激光半导体激光器，而一些系统公司计划自己生产这种关键组件——SONY 将针对蓝光光盘系统，NEC、三洋、东芝和夏普则针对 HD-DVDNichia 是第一家为下一代光盘系统量产 405nm 蓝紫激光半导体激光器的厂商，并同时供应产业用的激光器和用于蓝光与 HD-DVD 系统原型的激光器Nichia 提供两种类型的 405nm 激光器：针对刻录应用的高功率产品，它在脉冲工作状态下的输出功率为 120 毫瓦；针对播放应用的低功率产品，它在连续工作状态下的输出功率为 20 毫瓦。

(a) 蓝紫色半导体激光器支持双层光盘的 6 倍速存储，寿命是10000 小时(b) 主要技术规格大功率产品（用于录放） 小功率产品（播放专用）峰值震荡波长 标准 406nm脉冲震荡时：最大 210mW(驱动电流160mA)没有光输出功率（环境温度 25C连续震荡时：最大 105mW(驱动电流110mA)最大 20mW支持的存储 双层光盘最高 6 倍速 没有阀值电流 标准 40mA 标准 25mA工作电压 5.4V(输出功率 105mW) 4.8V(输出功率 10mW)寿命 10000 小时（环境温度 75°C,脉冲输出功率 210Mw）10000 小时（环境温度 25°C,连续输出功率10mw水平方向标准：9标准 9.5光速的扩展角度垂直方向标准：19 标准 20作为推动蓝光光盘发展的主导者，SONY 的计划提供关键组件，包括用于蓝光光盘播放器的刻录机的光学读取头这种读取头采用了于Nichia 联合开发的输出功率为 120mW 的 405nm 波长的激光器三洋的原型激光半导体激光器具有 120mW 的输出功率作为光盘系统制造商，三洋支付 HD-DVD 格式，但该公司也是读取头的主要供应商，它已经开发了针对蓝光和 HD-DVD 格式的读取头原型。

NEC 公司的激光器在连续工作时的最高输出功率达 300Mw,NEC 是利用化学蚀刻法代替了传统的干蚀刻制程光波导，这实现了适合量产的高质量激光器结构东芝的高功率激光器使用了氮化镓晶圆，在连续工作状态时的输出功率为 200mW东芝表示，在氮化镓晶圆上开发的磊晶层几乎没有缺陷，这导致了更低的废品率，因而可以显著降低激光器的成本二、蓝紫色激光器现今和将来的发展————蓝紫色激光器将一统天下1、每年出货量将达 1 亿台2007 年，基于蓝光关盘和 HD-DVD 标准和下一代 DVD 市场终于启动了预计到 2010 年左右，支持下一代 DVD 的 PC、音/视频设备以及游戏机等，全球出货量有可能达到每年 1 亿台以上继 CD-ROM和 DVD 之后，下一代 DVD 将成为光盘的主角上述趋势为蓝紫色激光器市场带来了活力，主要生产商—日本 Nichia 化学工业公司在2008 年的生产规模将增加到月产量 400 万台，大约是 2006 年的 8倍其它生产商也全部提出了增加生产量的计划而且，瞄准快速增长的蓝紫色激光器市场，正等待进入时机的半导体生产商也将陆续把产品投放市场2、HDTV 环境成为推动力量与现有的 DVD 相比，下一代 DVD 的魅力在于存储容量很大，蓝光光盘标准高出 5 倍多，HD-DVD 标准高出 3 倍多。

迄今，设备制造商已经把支持下一代 DVD 的产品投入市场但是，消费者难以体会到大容量的优点，而且由于产品价格昂贵，出货量没有增长现在，由于让消费者确实体会到下一代 DVD 优点的环境已经形成，因此，这种状态正在迅速发生变化例如，支持蓝光光盘标准的节目光盘在 2007 年将达到 3000 种夏普公司表示，原来支持传统DVD 的产品就是从节目光盘达到 3000 种开始普及的，因此，在 2007年下一代 DVD 再现了当年那种情况电视的进行也使得下一代 DVD易于向消费者展示其优点现在的液晶电视或者等离子电视都支持HDTV它们可以将下一代 DVD 保存的数据量很大的高质量图像完美地显示出来关于 PC，预测认为，利用 DVD 或者 HDD 存储图像的摄像机普及将会加快支持下一代 DVD 的步伐在用 PC 保存和编辑所拍摄的视频数据时，需要增大摄像机的光盘容量对于 PC 制造厂商来说，支持下一代 DVD 还可以提高产品的附加值，获得抑制价格下跌的效果3、在 2013 年将超过现有 DVD在游戏机领域，下一代 DVD 的浪潮抢先一步汹涌而来2006 年秋季，SONY 计算机娱乐公司已开始上市具有蓝光光盘播放器功能的PS3.接着，支持下一代 DVD 的设备市场规模将由于 PC 和音/视频设备而有望扩大。

日本某主要 PC 公司的产品策划负责人预测说：“展望 2010 年到2012 年，下一代 DVD 产品可能成为 PC 的标准配置 ”日本市场调研公司表示，面向 PC 等下一代 DVD 在 2006 年全球出货量大约是 25 万台，2007 年是 200 万台，在 2010 年，播放机和录放机的总出货量将达 1 亿台，到 2012 年时，仅录放机就将 1 亿台PC 厂商也持同样观点如果这样发展势头继续下去，出货量将赶上现有 DVD 录放机，下一代 DVD 将成为光盘产品的主角在音/视频设备领域，支持下一代 DVD 设别的市场规模，同期内的出货量可能达到 6000 万台以上4、价格竞争早已开始 下一代 DVD 在 2010 年到 2012 年将成为光盘标准目前，下一代DVD 在价格、性能及出货量等方面都还存在很大的差距但是，下一代 DVD 的主要部件—激光器的生产厂商正致力于解决这些问题，并且已经找到了突破点下一代 DVD 的目标价格是 40 美元，当年 CD-ROM 或 DVD 录放机在年出货量超过 1 亿台时的价格就是 40 美元左右下一代 DVD 录放机的价格在 2006 年是 390 美元，将近目标价格的 10 倍。

为了降低价格需要从最昂贵的部件入手激光头在下一代 DVD 的制造成本中大约占 50%，其中最昂贵的是蓝紫色半导体激光器，大约占到激光头成本的 30%关于蓝紫色半导体激光器的价位，在 2007 年初，录放机中的大功率激光器大约是 5000 日元（约合人民币 315 元） ，播放机中的小功率激光器大约是 3000 日元（约合人民币 189 元） 要将其作为标准配置，大功率激光器的目标价位大致是 500-600 日元（约合 31-37 元人民币）.当年 DVD 录放机的年出货量超过 1 亿台时，红色半导体激光器就是在这个价位上激光器生产厂商正在增加生产能力，将会出现规模生产效应而且，由于制造技术的改进，又有新的生产厂商引入市场，蓝紫色半导体激光器的价格将会快速下降激光器生产商现在有 5 家，在2008 年时将增加 2-3 家，可以满足每年需求量 1 亿台的生产设备很快就准备就绪目前，3000-4000 日元（约合人民币 189-251 元）的大功率激光器已经问世小功率激光器似乎有供大于求的苗头，价格跌破 1000 日元（约合人民币 63 元）的产品也已经大量上市5、2009 年支持 12 倍速关于性能，设备制造厂商 08 年已达到支持双层光盘以最高 8 倍速写入，到 2009 年设备制造商的目标是支持下一代 DVD 的极限存储速速---12 倍速。

由于激光器成产厂商之间的竞争日益激烈，激光器的功率得到了很大提高例如,可以支持双层关盘实现 6 倍速、输出功率为 210mW级的蓝紫色半导体激光器，夏普公司在 2007 年 5 月开始大批量生产并能确保产品的元件寿命达到 10000 小时，样品价格定在 5 万日元，三洋公司也在 2007 内对同样类型产品投入大批量生产支持 8 倍速的 240mW 级产品，SONY 公司在 2007 年内开始大批量生产另外，还有几个厂商计划在 2009 年大批量投产支持 12 倍速的 300mW 级产品6、下一代 DVD 在其它方面应用面向下一代 DVD 的蓝紫色半导体激光器的生产技术不断提高，不仅可以大量提供低成本的激光器，而且，氮化镓衬底的产量也因此得到增加，从而在降低成本和增大直径方面取得了进展，这也将影响到其他产品如果能采购到便宜的激光器，现在正在积极开发的利用半导体激光器作为光源的小型投影机就有可能实现如果氮化镓衬底的价格下降，可能会应用到氮化镓晶体管中松下电器产业公司的白光LED 所使用的蓝光 LED 芯片就采用了氮化镓衬底由于其热传导率高，而且晶体缺陷密度同采用蓝色石衬底的传统产品相比低 2 个数量级。

光的总辐射通量提高到 1.5 倍以上由于现在容易采够到氮化镓衬底，因此能实现这种白光 LED面对蓝紫色半导体激光器及LED 价格降低的趋势，如果氮化镓衬底在降低陈本和增大直径方面取得进展，预计芯片面积会增大，甚至可用于比激光器或 LED 大 10倍以上的晶体管7、Nichia 化学公司公布“全球最高水平”蓝紫色激光器和蓝色（445nm）激光器的基本技术Nichia 化学工业 07 年 11 月发布了脉冲震荡时输出功率为420mW 的蓝紫色半导体激光器，以及连续震荡时输出功率为 1W 的蓝色半导体激光器该公司称两款产品的输出功率均为“全球最高水平” 输出功率为 420mW 的蓝紫色半导体激光器，可应用于蓝光光盘HD-DVD 等新一代光盘的 2 层 12 倍速或 4 层 6 倍速的高速读写目前市场上流通的产品，其输出功率最大不过 200mW 左右，因此420mW 的输出功率接近其 2 倍输出功率为 1W 的蓝色激光器主要面向使用激光光源的投影仪，输出功率提高至原来的 2 倍Nichia 化学工业公布了这些高功率激光器的背景以及采用的技术A、输出功率 420mW 的产品的量产时间为 09 年关。