激光二极管获得绿光输出的方法解析

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激光二极管的特长在于输出蓝光或红光，但在绿光波段激光二极管的表现并不尽人意。尽管可以将微型二极管泵浦的固态激光器与非线性晶体相结合，获得绿光激光笔等装置，但这些产品远比相应的红光产品的尺寸更大，并且价格昂贵。
廉价、可靠的绿光激光二极管不仅能用于制造微型激光笔，而且还能用于制造能够集成到手机或其他小型低功耗设备中的、真正的微型激光投影仪。一些公司及大学的研究小组正热衷于采用多种方式研究这一课题。
ingan方法
一种产生绿光的方法是利用现有的蓝光二极管技术，并将该技术发挥到极限，也即利用ingan作为半导体材料。尽管业界还没有通过该方法获得纯绿光输出，但通过该方法制成的蓝绿光激光二极管已经具备了良好的性能。德国欧司朗公司的研究人员已经生长出几乎没有缺陷的富含铟的ingan量子阱，室温条件下，由此制成的电驱动激光器能获得高达70mw的脉冲输出峰值功率。[1]
该增益引导激光器在商品化的c平面gan衬底上制成，腔镜膜层反射率分别为50%和95%。激光器输出波长为498nm，25°c时阈值电流密度为6.2ka/cm2，阈值电压6.0v，斜率效率650mw/a。研究人员预计，阈值电流密度可进一步减小，从而无需改变量子阱中铟的含量，就可以将输出波长移到更长波段。
另一方面，日本rohm公司的工程师们已经制造出非极性m平面电泵ingan多量子阱激光二极管。该激光器在499.8nm波长最大输出连续光功率为15mw。[2]该激光器有两个版本，它们的前端镜的反射率分别为70%和97%（后端镜的反射率均为99%）。前端镜反射率为70%的激光器，其输出峰值功率为30mw，对应的波长为492.8nm；前端镜反射率为97%的激光器，其输出峰值功率为15mw，对应的波长为499.8nm。两种激光器都是多纵模运转，波长范围1～2nm，近场光场分布均为单横模。输出波长较长的激光器的阈值电流密度为3.1ka/cm2，阈值电压为5.9v，斜率效率为50mw/a。
前端镜反射率为70%及97%的激光器发射波长随泵浦电功率的增加而增加，增长斜率分别为4.56nm/w及4.34nm/w。rohm公司的研究人员表示，要想获得稳定的输出波长，需要增加斜率效率或减小驱动电压。
新材料方法
尽管利用非ingan材料制造绿光激光二极管更加不切实际，但是多年来，日本sophia大学的研究人员一直在利用不同的ii-vi族半导体化合物在inp衬底上制造激光二极管以及发光二极管（led）。他们的最新成果是在inp衬底上制造（mgse）/（beznte）超晶格包层以及beznsete有源层，从而制成光泵的激光二极管。该激光器能够输出548nm的真正绿光。[3]
该激光二极管由波长为355nm的三倍频nd:yag脉冲激光在室温下泵浦。在泵浦脉宽为5ns、重复频率为20hz的条件下，当激发功率密度达到76.6kw/cm2以上时，可获得绿光输出。
研究人员根据76.6kw/cm2阈值激发功率密度条件下计算的阈值载流子密度数，估算电泵beznsete有源层需要的电流密度。他们的估算结果在0.22～0.73ka/cm2之间，具体取决于包层至有源层的载流子注入效率假定的不同值。研究人员认为即使是0.73ka/cm2的阈值电流密度，也可以与商品化的红光激光二极管相比拟，并且要小于商品化蓝光激光二极管的阈值电流密度。这表明beznsete可以作为绿光激光二极管有源层的候选之一。
参考文献：
1.d.querenetal.,appl.phys.lett.94,p.081119(2009).
2.k.okamotoetal.,appl.phys.lett.94,p.071105(2009).
3.i.nomuraetal.,appl.phys.lett.94,p.021104(2009).