藍光雷射（Blue laser）

藍光雷射（Blue laser）
台中縣縣立中港高級中學物理科王尊信老師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

所謂藍光雷射泛指發出藍色可見光的雷射，常見的藍光雷射發光波長應界在360到480奈米。目前市面上最常見的藍光雷射是由中村修二(Nakamura)在日亞化學(Nichia)公司研發出來的氮化銦鎵雷射。

常見的藍光雷射結構，由n到p可以分成以下幾層:

• 基板(substrate):大部分是由藍寶石(sapphire)所組成，藍寶石是目前晶格常數(lattice constant)最接近氮化鎵(GaN)的基本材料，但是它有以下兩個缺點:第本不便宜、第二絕緣體。但是目前沒有更好的基板可以取代藍寶石，以後有可 能會用矽基板取代，氮是矽的晶格常數與氮化鎵相差過大，會造成巨大的應力(strain)而可能造成斷裂，所以目前仍在積極研究中。
• N蓋層(cap layer)或緩衝層(buffer layer):此為利用低溫成長的非晶矽氮化鎵，藉以緩衝藍寶石與氮化鎵巨大的晶格不匹配，因此又可稱為成核層(nucleation layer)。因為它是低溫成長，所以大部分是非晶系(amorphous)。
• N電極層(contact layer):因為藍寶石為絕緣體，因此必須作成脊狀結構，故N電極需做在側面，方法為整塊晶體成長完畢後，再用乾性蝕刻將側邊上層的幾層去掉，並做上電極。
• 井障層(barrier layers):因為量子井結構是由能帶間隙不同的兩種材料所組成，能帶間隙小者為井層，能帶間隙大者就當成井障層。做成量子井結構的好處是提升電子與電 洞在空間中的重疊率(overlap)，因為電子與電洞在空間中的重疊率提升了，就容易產生受激輻射，提升雷射的效率，降低臨界電流(threshold current)。
• 井層(well layers):量子井結構中能帶間隙較小者被當成井層，是主要決定發光波長的一層，井層的井寬，也將決定發光的波長位移與效率。在多量子井結構中，井層不只是一層，可以提供更多受激輻射的機會。
• 電子阻礙層(electron blocking layer):相較於磷化物與砷化物，氮化鎵或氮化銦鎵的能帶間隙較大，因此電子容易溢出活性區而到達p極，進而與p極的多數載子電洞複合，但是這樣的複合無法貢獻產生雷射，反而會形成熱，影響雷射性能。
• P蓋層:與N蓋層共同形成波導(waveguide)結構。
• P電極層:為整晶體的最上方。

《各種光碟規格的雷射波長與 NA 值》

參考資料:
1. http://en.wikipedia.org/wiki/Blue_laser