進(jìn)入新世紀(jì)，半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步使得成熟的數(shù)字技術(shù)滲透入所有電子產(chǎn)品領(lǐng)域。影像的數(shù)字化及其資料的壓縮技術(shù)也有長足的進(jìn)步，其演算方法(algorithm)的標(biāo)準(zhǔn)化也有所進(jìn)展。媒體內(nèi)容(media contents)的數(shù)字融合(digital fusion)，即多媒體化的應(yīng)用愈來愈寬。更大容量的儲存裝置已經(jīng)成為業(yè)界積極開發(fā)的首要產(chǎn)品。在目前的技術(shù)面、產(chǎn)業(yè)面、社會面而言，大家習(xí)以為常的音樂CD的數(shù)據(jù)版—光碟機(jī)(CD-ROM)被采用做為常規(guī)儲存媒體，確立其做為電腦的標(biāo)準(zhǔn)裝置的地位，做為多媒體時(shí)代的個(gè)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(fù)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(biāo)準(zhǔn)配置。但在這些裝置的小型化及降低成本方面，成為其關(guān)鍵的光學(xué)讀取頭零件已經(jīng)成為一個(gè)很大的課題。
目前市面上有關(guān)存儲裝置的的專用術(shù)語一個(gè)比一個(gè)多，但DVD的標(biāo)準(zhǔn)還是一個(gè)，那就是DVD激光頭技術(shù)。不同的激光頭技術(shù)直接決定DVD的性能和價(jià)格，也最終決定了碟片清晰度和讀盤效果。
隨著技術(shù)革新，并且在半導(dǎo)體激光晶片(設(shè)備)持續(xù)普及于780nm域半導(dǎo)體激光設(shè)備的最新技術(shù)趨勢中，本文將以此為基礎(chǔ)，闡述適用于DVD格式的650nm域半導(dǎo)體激光設(shè)備的應(yīng)用趨勢。
在當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)。爲(wèi)了能夠形成一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各大廠商們就達(dá)成了采用統(tǒng)一的藍(lán)色激光DVD標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)定。CD、VCD采用波長爲(wèi)780nm的紅外激光，DVD采用波長爲(wèi)635nm～650nm的紅色激光。而藍(lán)色激光DVD標(biāo)準(zhǔn)卻采用的是波長爲(wèi)405nm的藍(lán)激光，其激光光束聚焦后的焦點(diǎn)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(xué)讀取裝置專用半導(dǎo)體激光設(shè)備(激光元件)的市場需求，則以下列二大項(xiàng)目為代表：
(一)用于記錄型之用的高功率設(shè)備化。
(二)用于播放型之用的低雜波、低耗電化。
高功率設(shè)備
有鑒于光學(xué)讀取裝置市場的話題─CD-RW驅(qū)動(dòng)裝置的成長，而轉(zhuǎn)換成大型記錄方式，而將這種方式與半導(dǎo)體激光元件的高輸出化直接連結(jié)在一起，尤其是日新月異的CD-RW驅(qū)動(dòng)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(shè)備需求正式邁入高度需求的階段。
半導(dǎo)體激光元件所采取的構(gòu)造是，用禁制域較大的半導(dǎo)體所形成的包層，夾住擁有相當(dāng)于發(fā)光波長之禁制域半導(dǎo)體所構(gòu)成之活性層的雙異性(double hetero)構(gòu)造，以便于在半導(dǎo)體基板上成長為積層構(gòu)造。再藉由這種雙異性構(gòu)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(fā)光效率與進(jìn)行激光振湯。
記錄型光學(xué)讀取裝置
記錄型光學(xué)讀取裝置所專用半導(dǎo)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(xiàng)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(fā)生曲折。
(三)為了提升與透鏡之間的優(yōu)良結(jié)合效率，F(xiàn)FP（Far Field Patern：發(fā)光遠(yuǎn)視野影像）則屬低縱橫比(aspect ratio)。
(四)縮小光碟點(diǎn)的低像散現(xiàn)象。
低耗電設(shè)備
雖然在光學(xué)讀取裝置市場，已進(jìn)入CD-RW等轉(zhuǎn)移成記錄型的市場，不過CD-ROM、CD Audio等播放型光學(xué)讀取市場，則屬于穩(wěn)定的市場。因此今后的Audio專用光學(xué)讀取裝置，預(yù)估將會陷入緩慢成長的階段。
播放型光學(xué)讀取裝置
播放型光學(xué)讀取專用半導(dǎo)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(dòng)作電力、高溫動(dòng)作。
近年來，由于播放型激光封裝體，從傳統(tǒng)的高氣密型封裝體轉(zhuǎn)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(dǎo)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(fā)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(xiàn)會與水份產(chǎn)生反應(yīng)而變質(zhì)的問題。
低雜波化與低耗電性
以光學(xué)讀取裝置來說，從光碟反射回來的光，會返回半導(dǎo)體激光晶片的發(fā)光點(diǎn)，因此用半導(dǎo)體激光晶片內(nèi)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(gòu)成的外界諧振器會構(gòu)成出復(fù)合諧振器，而產(chǎn)生巨大的雜波。這些雜波對策，則被要求在半導(dǎo)體激光端內(nèi)實(shí)施。但是，半導(dǎo)體激光的返回光雜波對策，會引起擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)電流與驅(qū)動(dòng)溫度特性惡化的問題。
(a)低雜波型
為了將光鎖入形成波導(dǎo)體的線條中，而在電流區(qū)塊層上采用了光吸收媒介元件。在780nm半導(dǎo)體激光上，則將GaAs視為電流區(qū)塊層，它可讓線條外能接受電流區(qū)塊層的強(qiáng)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(fā)光成份。反之，藉由電流區(qū)塊層與活性層之間的適當(dāng)距離，則可發(fā)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(shí)成立出關(guān)系呈現(xiàn)背道而馳現(xiàn)象的作用。如此一來就可實(shí)現(xiàn)-130dB/Hz以下的相對雜音強(qiáng)度，進(jìn)而形成出符合低雜波要求的光學(xué)讀取裝置構(gòu)造。
(b)低驅(qū)動(dòng)電力型
在光鎖入形成波導(dǎo)體線條內(nèi)的電流區(qū)塊層上，所采用的曲折率媒介低于包層的元件。雖然基本構(gòu)造同于高功率設(shè)備的構(gòu)造，然而與高功率設(shè)備不同的是，抑制滲入包層內(nèi)的光量，將光波導(dǎo)于活性層附近。如此一來，與使用GaAs電流區(qū)塊層的上述低雜波型相較之下，則可實(shí)現(xiàn)約35％的低耗電效能，同時(shí)也讓雜波特性符合實(shí)用領(lǐng)域。
這二種基本構(gòu)造，皆可藉由高功率設(shè)備所解說的厚膜活性層，以執(zhí)行穩(wěn)定的高溫動(dòng)作。
拓展DVD格式專用650nm域半導(dǎo)體激光
以上已針對CD格式讀取專用780nm域半導(dǎo)體激光設(shè)備技術(shù)進(jìn)行說明。780nm域半導(dǎo)體激光是以AlGaAs為結(jié)晶材料，但采用InGaAlP材料則可實(shí)現(xiàn)DVD格式專用650nm域半導(dǎo)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(dǎo)體激光與780nm域半導(dǎo)體激光相比之下，具有的“溫度特性不佳、難以執(zhí)行高溫動(dòng)作”的課題。
正如前述內(nèi)容所示，半導(dǎo)體激光是用禁制域較大的半導(dǎo)體所形成的包層，夾住擁有相當(dāng)于發(fā)光波長之禁制域半導(dǎo)體所構(gòu)成之活性層的雙異性構(gòu)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(dāng)隨著溫度上升而增加了振湯所需的載體數(shù)時(shí)，注入的載體就會超過電位墻而發(fā)生溢位，因而容易發(fā)生停止振湯的問題。
以650nm域半導(dǎo)體激光來說，在解決上述問題必須先西改變晶片構(gòu)造。換言之，可以直接運(yùn)用780nm域半導(dǎo)體激光所介紹的各種技術(shù)。目前，正基于這些基本技術(shù)，著手進(jìn)行高功率設(shè)備化與低耗電設(shè)備化。
結(jié)語：自從80年代后半期開始到90年代初期擴(kuò)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(fā)展，而讓半導(dǎo)體激光元件也進(jìn)入多樣化的發(fā)展。今后，半導(dǎo)體激光的開發(fā)競爭，勢必會隨著正式邁入DVD記錄型市場、DVD高密度化，而進(jìn)行白熱化的階段。
在1972年的LD所開始的技術(shù)base的延長線上的光學(xué)讀取裝置，但以完全革新的技術(shù)為基礎(chǔ)的光學(xué)儲存裝置的開發(fā)，即利用近接場光學(xué)或利用SIL者等末來型的光學(xué)儲存裝置也于對光學(xué)讀取裝置的研究之中，已開始受到矚目。此等光學(xué)儲存裝置或許可創(chuàng)造出劃時(shí)代的另一個(gè)世界。或許必須放棄光學(xué)儲存裝置的特徵—可換性，又或許與其他的儲存裝置進(jìn)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。
