打印本文 
關閉窗口 進入新世紀，半導體技術的進步使得成熟的數字技術滲透入所有電子產品領域。影像的數字化及其資料的壓縮技術也有長足的進步，其演算方法(algorithm)的標準化也有所進展。媒體內容(media contents)的數字融合(digital fusion)，即多媒體化的應用愈來愈寬。更大容量的儲存裝置已經成為業界積極開發的首要產品。在目前的技術面、產業面、社會面而言，大家習以為常的音樂CD的數據版—光碟機(CD-ROM)被采用做為常規儲存媒體，確立其做為電腦的標準裝置的地位，做為多媒體時代的個人電腦儲存裝置，首先名稱能浮上臺面的是CD-ROM，目前又有更大容量的以及能夠重復讀寫的CD-RW和DVD刻錄裝置將逐漸取代CD-ROM而作為電腦的標準配置。但在這些裝置的小型化及降低成本方面，成為其關鍵的光學讀取頭零件已經成為一個很大的課題。
目前市面上有關存儲裝置的的專用術語一個比一個多，但DVD的標準還是一個，那就是DVD激光頭技術。不同的激光頭技術直接決定DVD的性能和價格，也最終決定了碟片清晰度和讀盤效果。
隨著技術革新，并且在半導體激光晶片(設備)持續普及于780nm域半導體激光設備的最新技術趨勢中，本文將以此為基礎，闡述適用于DVD格式的650nm域半導體激光設備的應用趨勢。
在當前的DVD刻錄市場，目前主要有DVD-RAM、DVD-RW和DVD+RW等幾種不相容的可讀寫DVD標準。爲了能夠形成一個統一的標準，各大廠商們就達成了采用統一的藍色激光DVD標準的協定。CD、VCD采用波長爲780nm的紅外激光，DVD采用波長爲635nm～650nm的紅色激光。而藍色激光DVD標準卻采用的是波長爲405nm的藍激光，其激光光束聚焦后的焦點直徑可成比例地縮小，使得光碟中資訊坑的長度縮短、間距縮小，從而提高記錄密度。
目前，光學讀取裝置專用半導體激光設備(激光元件)的市場需求，則以下列二大項目為代表：
(一)用于記錄型之用的高功率設備化。
(二)用于播放型之用的低雜波、低耗電化。
高功率設備
有鑒于光學讀取裝置市場的話題─CD-RW驅動裝置的成長，而轉換成大型記錄方式，而將這種方式與半導體激光元件的高輸出化直接連結在一起，尤其是日新月異的CD-RW驅動裝置的倍速競爭下，更加速了市場的拓展。此外，除了CD格式的記錄型之外，就連DVD記錄型也正式迎向市場的變化，因而讓高輸出化的設備需求正式邁入高度需求的階段。
半導體激光元件所采取的構造是，用禁制域較大的半導體所形成的包層，夾住擁有相當于發光波長之禁制域半導體所構成之活性層的雙異性(double hetero)構造，以便于在半導體基板上成長為積層構造。再藉由這種雙異性構造，形成出電位(potential)墻，讓注入的載體能有效鎖入活性層，以提升發光效率與進行激光振湯。
記錄型光學讀取裝置
記錄型光學讀取裝置所專用半導體激光所要求的特性，以及對光輸出具備高度可靠性的事項則列舉如下：
(一)需對光輸出具備充分的可靠性，簡言之，就是要提高COD等級。
(二)所需的光輸出不發生曲折。
(三)為了提升與透鏡之間的優良結合效率，FFP（Far Field Patern：發光遠視野影像）則屬低縱橫比(aspect ratio)。
(四)縮小光碟點的低像散現象。
低耗電設備
雖然在光學讀取裝置市場，已進入CD-RW等轉移成記錄型的市場，不過CD-ROM、CD Audio等播放型光學讀取市場，則屬于穩定的市場。因此今后的Audio專用光學讀取裝置，預估將會陷入緩慢成長的階段。
播放型光學讀取裝置
播放型光學讀取專用半導體激光元件所要求的特性如下：
(一)屬于能承受開放型封裝體的高耐濕性晶片。
(二)在播放輸出上，屬于低雜波。
(三)屬于低動作電力、高溫動作。
近年來，由于播放型激光封裝體，從傳統的高氣密型封裝體轉移成開放型封裝體，因此高耐濕性晶片已成為必備要件。半導體激光晶片，一般都是用氧化鋁或氧化矽等電介體膜，鈍化光射出面的晶片端面。這種鈍化膜會阻絕外氣與晶片端面，并隨著激光發光以防止端面氧化，且具有確保長期可靠性的功能。但是這種電介體膜，會因存在于膜中的懸掛鏈(dangling bond)，而出現會與水份產生反應而變質的問題。
低雜波化與低耗電性
以光學讀取裝置來說，從光碟反射回來的光，會返回半導體激光晶片的發光點，因此用半導體激光晶片內部諧振器與讀取裝置的光程（從激光到光碟，再返回激光的來回路程）所構成的外界諧振器會構成出復合諧振器，而產生巨大的雜波。這些雜波對策，則被要求在半導體激光端內實施。但是，半導體激光的返回光雜波對策，會引起擴大驅動電流與驅動溫度特性惡化的問題。
(a)低雜波型
為了將光鎖入形成波導體的線條中，而在電流區塊層上采用了光吸收媒介元件。在780nm半導體激光上，則將GaAs視為電流區塊層，它可讓線條外能接受電流區塊層的強烈光吸收，而讓光難以滲入線條外，并可阻絕不必要的自然發光成份。反之，藉由電流區塊層與活性層之間的適當距離，則可發揮出讓光滲入線條外的作用。只要采用極精密膜厚的控制手法，就可同時成立出關系呈現背道而馳現象的作用。如此一來就可實現-130dB/Hz以下的相對雜音強度，進而形成出符合低雜波要求的光學讀取裝置構造。
(b)低驅動電力型
在光鎖入形成波導體線條內的電流區塊層上，所采用的曲折率媒介低于包層的元件。雖然基本構造同于高功率設備的構造，然而與高功率設備不同的是，抑制滲入包層內的光量，將光波導于活性層附近。如此一來，與使用GaAs電流區塊層的上述低雜波型相較之下，則可實現約35％的低耗電效能，同時也讓雜波特性符合實用領域。
這二種基本構造，皆可藉由高功率設備所解說的厚膜活性層，以執行穩定的高溫動作。
拓展DVD格式專用650nm域半導體激光
以上已針對CD格式讀取專用780nm域半導體激光設備技術進行說明。780nm域半導體激光是以AlGaAs為結晶材料，但采用InGaAlP材料則可實現DVD格式專用650nm域半導體激光。以下將說明材料的不同，會引起哪些問題與解決辦法。
650nm域半導體激光與780nm域半導體激光相比之下，具有的“溫度特性不佳、難以執行高溫動作”的課題。
正如前述內容所示，半導體激光是用禁制域較大的半導體所形成的包層，夾住擁有相當于發光波長之禁制域半導體所構成之活性層的雙異性構造，而形成電位墻，再讓注入的載體能有效鎖入活性層。
InGaAlp材料與AlGaAs材料相比之下，由于這種電位墻較小，因此當隨著溫度上升而增加了振湯所需的載體數時，注入的載體就會超過電位墻而發生溢位，因而容易發生停止振湯的問題。
以650nm域半導體激光來說，在解決上述問題必須先西改變晶片構造。換言之，可以直接運用780nm域半導體激光所介紹的各種技術。目前，正基于這些基本技術，著手進行高功率設備化與低耗電設備化。
結語：自從80年代后半期開始到90年代初期擴大了CD專用Audio市場后，90年代后半期便隨著PC周邊市場的急速發展，而讓半導體激光元件也進入多樣化的發展。今后，半導體激光的開發競爭，勢必會隨著正式邁入DVD記錄型市場、DVD高密度化，而進行白熱化的階段。
在1972年的LD所開始的技術base的延長線上的光學讀取裝置，但以完全革新的技術為基礎的光學儲存裝置的開發，即利用近接場光學或利用SIL者等末來型的光學儲存裝置也于對光學讀取裝置的研究之中，已開始受到矚目。此等光學儲存裝置或許可創造出劃時代的另一個世界。或許必須放棄光學儲存裝置的特徵—可換性，又或許與其他的儲存裝置進行融合，若是這樣的話，反而會對冠以“光”字一事感到猶豫也說不定。
| 原文參考資料：ROHM株式會社光學設備生產總部論文 |
打印本文 關閉窗口