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光電元件期末報告 －雷射二極體－ 學生： 49123014 49123037 宋俊德 陳冠宇 目錄 雷射二極體的歷史 雷射二極體的原理及構造 雷射的特色 雷射二極體的優缺點 雷射二極體的種類與應用 未來展望 歷史 雷射是由英文字 LASER的音譯而來。而 LASER這 個字是取自 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 字串的頭一 個字母拼湊而來。人類進入雷射科技領域約在 1960 年。隨後兩三年，半導體雷射的研發也在實 驗室完成。當時雷射的用途並非像今日這麼寬廣。 直到近壹貳拾年，配合光纖通信及光碟工業的發 展，半導體雷射辦演著非常重要的角色。半導體 雷射的魅力無法可檔。現在是進展神速，不斷的 創新。 雷射二極體原理及構造 雷射二極體構造 發光二極體pn 接面二極體在順向偏壓時，n 型區中的電 子與p 型區中的電洞到達空乏區附近復合，並釋放出約與 半導體帶溝Eg 相同之能量，若大部分的能量是光子的形 式，此二極體可當作一有效的光源，稱做發光二極體 (light-emitting diode，LED) 雷射二極體(laser diode)是某些發光效率特別好的二極 體加上光學的共振腔形成，體積比傳統的固態雷射或氣體 雷射小很多 . 發光半導體材料的能隙都是直接能隙。雷射二極體所 用的接面大多由不同的半導體(即不同的Eg)組成，稱 做異質接面(heterojunction)，使用異質結構之目的， 在於能獲得不同的能隙及折射率。比相同材料組成之 同質接面(homojunction)較能夠限制電子和電洞在同 一空間，有較高之復合機率。 雷射的特色 雷射光與自然光或其他光源產生的光相較，其主要特色 有： (1)雷射光為單色光，其頻率寬度很窄。 (2)雷射光線為平行光線，其指向性很高，經過長距 離後，仍能維持細小光束而不散開。 (3)雷射光之集光性佳，能量密度較高。 (4)雷射光為一正弦波形之振盪性光波，其頻率及相 位皆整齊，與自然光的雜亂有別。 (5)雷射光的相干涉性高，不論在時間及空間的相干 性表現皆良好。 (6)雷射光之能量可在短時間（脈波間隔10-12 秒 內）內集中。 雷射二極體的優點 雷射二極體(laser diode ) 。由於半導體雷射比 傳統型雷射具有很多優點，比如說輕薄短小、耐 震、耗電少、反應快、耐衝撞、壽命長、效率高、 方向性佳及輸出功率高等特性，適合供作長距離、 大容量之通信用光源及存取高密度記錄媒體，已 大量應用於光通訊與光儲存產業上，因此LD 之未 來發展頗被看好。 藍光雷射二極體 雷射二極體的種類非常 的多樣。不同的波長、 不同的輸出功率、不同 的構造、不同的製造商， 可說是五花八門。新波 長的產品、更大功率的 產品、新構造的產品不 停的出現。市場價格的 差異很大。早期紅光雷 射筆，現在台幣百元出 頭就可買到。最新問世 藍光雷射筆，卻要台幣 上萬元。 半導體雷射的主要應用 雷射二極體可應用的範圍非常寬廣。依波 長及應用大致分為短波長與長波長雷射兩 大類。 波長 (nm)及製作材料 短波長雷射泛指發光 波長由390nm至950nm 之雷射，主要使用於 光碟機、掃描器、雷 射印表機、條碼機及 指示器等光資訊及顯 示應用 長波長雷射則是泛指 發光波長由980nm至 1550nm之雷射，此波 段的雷射二極體主要 以AlGaInAs和InGaAsP 材料系列所製成，主 要用於光纖通訊。 資料來源：工研院經 資中心 垂直面射型雷射(VCSEL) 目前商品化的VCSEL以AlGaAs/GaAs的850nm 波長為主，以15μm的開口孔徑而言，臨界電流小 於3mA，在10mA操作電流下，輸出功率約為2mW， 操作電壓為1.85 volt左右。此外780nm、650nm、 1.3μm及1.5μm的VCSEL均在實驗室有不錯的研發 結果；尤其Hitachi 公司於1998年4月發表，以 GaInNAs/GaAs製作完成的1.3μmVCSEL，可在室溫 以CW操作發雷射光，為廉價的1.3μm VCSEL 找到 希望，未來的它對850nm VCSEL在短距離通訊市場 之影響值得注意。 高功率雷射二極體 高功率雷射二極體的製作方法有二，其 一是使用寬約500μm的條狀結構製成多模 態雷射晶粒，或者當功率高於4W時，使用 數個條狀(multi-stripe)結構組成的雷射 陣列(array)，再配合極佳的冷卻系統而成； 其二則使用多個雷射，經各別光纖耦合後， 再集束作成次系統使用。 未來展望 LD 具有輕、薄、短、小、高壽命、耐震及方向性佳， 輸出功率高等特性， 適合應用於光通訊與光儲存（ 如長 距離、大容量之通信用光源及存取高密度記錄媒體）產業， 因此LD 之發展極被看好。雖然L D 產業屬高技術層次、 高投資金額、產品差異性大、產品替代性低、市場具寡占 性、進入障礙高之產業， 所幸我國已建立完整LED 業， 且為全球MOVCD 機台密度最高之地區，已擁有豐富之LED 生產經驗與技術，將有利於國內業者切入LD 產業。 Thank You for Your Attention