激光二極管的特長(zhǎng)在于輸出藍(lán)光或紅光，但在綠光波段激光二極管的表現(xiàn)并不盡人意。盡管可以將微型二極管泵浦的固態(tài)激光器與非線性晶體相結(jié)合，獲得綠光激光筆等裝置，但這些產(chǎn)品遠(yuǎn)比相應(yīng)的紅光產(chǎn)品的尺寸更大，并且價(jià)格昂貴。

廉價(jià)、可靠的綠光激光二極管不僅能用于制造微型激光筆，而且還能用于制造能夠集成到手機(jī)或其他小型低功耗設(shè)備中的、真正的微型激光投影儀。一些公司及大學(xué)的研究小組正熱衷于采用多種方式研究這一課題。

InGaN方法

一種產(chǎn)生綠光的方法是利用現(xiàn)有的藍(lán)光二極管技術(shù)，并將該技術(shù)發(fā)揮到極限，也即利用InGaN作為半導(dǎo)體材料。盡管業(yè)界還沒有通過該方法獲得純綠光輸出，但通過該方法制成的藍(lán)綠光激光二極管已經(jīng)具備了良好的性能。德國(guó)歐司朗公司的研究人員已經(jīng)生長(zhǎng)出幾乎沒有缺陷的富含銦的InGaN量子阱，室溫條件下，由此制成的電驅(qū)動(dòng)激光器能獲得高達(dá)70mW的脈沖輸出峰值功率。[1]

該增益引導(dǎo)激光器在商品化的c平面GaN襯底上制成，腔鏡膜層反射率分別為50%和95%。激光器輸出波長(zhǎng)為498nm，25°C時(shí)閾值電流密度為6.2kA/cm2，閾值電壓6.0V，斜率效率650mW/A。研究人員預(yù)計(jì)，閾值電流密度可進(jìn)一步減小，從而無需改變量子阱中銦的含量，就可以將輸出波長(zhǎng)移到更長(zhǎng)波段。

另一方面，日本ROHM公司的工程師們已經(jīng)制造出非極性m平面電泵InGaN多量子阱激光二極管。該激光器在499.8nm波長(zhǎng)最大輸出連續(xù)光功率為15mW。[2]該激光器有兩個(gè)版本，它們的前端鏡的反射率分別為70%和97%（后端鏡的反射率均為99%）。前端鏡反射率為70%的激光器，其輸出峰值功率為30mW，對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為492.8nm；前端鏡反射率為97%的激光器，其輸出峰值功率為15mW，對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為499.8nm。兩種激光器都是多縱模運(yùn)轉(zhuǎn)，波長(zhǎng)范圍1～2nm，近場(chǎng)光場(chǎng)分布均為單橫模。輸出波長(zhǎng)較長(zhǎng)的激光器的閾值電流密度為3.1kA/cm2，閾值電壓為5.9V，斜率效率為50mW/A。

圖：InGaN激光二極管能獲得500nm激光輸出（藍(lán)綠光）。進(jìn)一步減小閾值電流密度能獲得更長(zhǎng)的輸出波長(zhǎng)。如果輸出波長(zhǎng)能達(dá)到520nm（綠光），這些激光器將成為微型投影儀的核心部件。

前端鏡反射率為70%及97%的激光器發(fā)射波長(zhǎng)隨泵浦電功率的增加而增加，增長(zhǎng)斜率分別為4.56nm/W及4.34nm/W。ROHM公司的研究人員表示，要想獲得穩(wěn)定的輸出波長(zhǎng)，需要增加斜率效率或減小驅(qū)動(dòng)電壓。

新材料方法

盡管利用非InGaN材料制造綠光激光二極管更加不切實(shí)際，但是多年來，日本Sophia大學(xué)的研究人員一直在利用不同的II-VI族半導(dǎo)體化合物在InP襯底上制造激光二極管以及發(fā)光二極管（LED）。他們的最新成果是在InP襯底上制造（MgSe）/（BeZnTe）超晶格包層以及BeZnSeTe有源層，從而制成光泵的激光二極管。該激光器能夠輸出548nm的真正綠光。[3]

該激光二極管由波長(zhǎng)為355nm的三倍頻Nd:YAG脈沖激光在室溫下泵浦。在泵浦脈寬為5ns、重復(fù)頻率為20Hz的條件下，當(dāng)激發(fā)功率密度達(dá)到76.6kW/cm2以上時(shí)，可獲得綠光輸出。

研究人員根據(jù)76.6kW/cm2閾值激發(fā)功率密度條件下計(jì)算的閾值載流子密度數(shù)，估算電泵BeZnSeTe有源層需要的電流密度。他們的估算結(jié)果在0.22～0.73kA/cm2之間，具體取決于包層至有源層的載流子注入效率假定的不同值。研究人員認(rèn)為即使是0.73kA/cm2的閾值電流密度，也可以與商品化的紅光激光二極管相比擬，并且要小于商品化藍(lán)光激光二極管的閾值電流密度。這表明BeZnSeTe可以作為綠光激光二極管有源層的候選之一。

參考文獻(xiàn)：
1. D. Queren et al., Appl. Phys. Lett. 94, p. 081119 (2009).
2. K. Okamoto et al., Appl. Phys. Lett. 94, p. 071105 (2009).
3. I. Nomura et al., Appl. Phys. Lett. 94, p. 021104 (2009).