激光二極管繼續(xù)光芒四射

2004年6月A版

　　激光二極管(LD)在20世紀90年代的主要市場是光纖通信的光源和數(shù)據存儲的光讀寫頭，高級的光纖寬帶光源模塊售價達1千美元，而CD盤只讀光頭售價只10美元。隨著全球光纖網絡的全面鋪開，加上網絡資訊股市炒作的推波助瀾，寬帶激光光源供不應求，激光二極管市場空前繁榮。1999年激光二極管全球銷售額只30億美元，2000年猛漲到66億美元，達到空前的最高點，但好景不長，隨著網絡股市泡沫的蒸發(fā)，激光二極管2001年的全球銷售額一落千丈，慘跌到28.5億美元，跌幅達到57%，遠遠超過全球半導體市場的24%平均負增長率。激光二極管市場2002年繼續(xù)下瀉，年銷售額再跌到24億美元，跌幅約16%，至此，激光二極管的拳頭產品不再是通信用產品，而轉為光存儲用產品。電腦用只讀DVD驅動器、DVD刻讀機和播放機市場的開拓，使激光二極管市場探底后在2003年終于止跌回升，全球銷售額增長到31億美元，增幅為18%。激光二極管業(yè)總算走出陰影，年銷售額恢復到1999年的水平，所謂“進一步退兩步”，至于重攀2000年的最高點，恐怕再要努力四年左右。

激光二極管的全球市場

　　自2000年激光二極管業(yè)在光纖通信器件的帶動下創(chuàng)造市場最高點，在全球銷售額66億美元中就有50億美元，相當占有率是75%，隨著2001和2002年激光二極管市場的連續(xù)下挫，光纖通信器件亦大幅度收縮，分別減小到17.2億和6.65億美元，占有率分別只有60%和28%。數(shù)字表明，激光通信器件不再是激光二極管市場的拳頭產品，光數(shù)字存儲器件開始走俏，激光二極管市場結構發(fā)生變化，各類DVD讀寫頭和CD讀寫頭使用的激光二極管變成主流產品，走向更大眾化的市場而擺脫困境。如果激光二極管業(yè)沒有及時調整產品市場結構，等待光纖通信市場的復蘇再次啟動激光通信器件，則業(yè)界的損失更為慘重。2002年2003年激光二極管的市場動向如表1所示，2003年的市場分類見圖1(左)。

　　根據市場分析公司Strategies Unlimited的預測，2004年全球激光二極管市場將達到34億美元，比2003年增長10%，恢復到1996至2003年期間內的年平均增長率10%的歷史水平。以下按圖1的市場分類對各類應用作一說明：

　　數(shù)字存儲——數(shù)字存儲用的激光器件從2002年開始在銷售額超過光纖通用的激光器件，而且占有率達到60%左右，這是由于DVD市場興旺帶來的機遇。具體數(shù)字是這類器件銷售額從14.2億美元以增幅31%達到18.60億美元，其中780nm波長的激光器件仍然占有最大份額，銷售額為10.5億美元，因為CD驅動器市場最普及，650nm波長的激光器銷售額為8.1億美元，這類激光器件單價較高，雖然DVD播放機價格下跌，但是PC用的DVD刻錄機驅動器銷售量猛增，使數(shù)字存儲類激光二極管保持快速增長。預測2004年影視用DVD播放機和PC用DVD刻錄機仍有很大成長空間，加上更短波長405nm藍光激光二極管開發(fā)成功，使DVD向更高密度的HD-DVD發(fā)展，405nm波長的激光器件和HD-DVD將會陸續(xù)從2005年面市。2004年780nm波長的激光器件會保持10.5億美元銷售額，而650nm波長的激光器件會達到9.5億美元，到2005年之后，650nm波長的激光器件銷售將超過780nm波長的激光器件。

　　光纖通信—光纖通信類的激光二極管在2003年的銷售額略有回升，但是占有率繼續(xù)下降，保持25%的分額，這種情況正好反映“黑”的光纖逐漸“亮”起來。全球還有40多家激光器件供應商生產光纖通信用的激光光源和放大器，激光二極管光源在2003年的銷售有所增加，作為光放大器泵源的激光二極管(波長980nm和1480nm)銷售額超過1億美元，業(yè)界還在打折扣推銷，這種情況可望在2004年得到改善。光纖通信的局域網和存儲局域網(SAN)用的激光收發(fā)器(波長850nm和1310nm)銷售主要受企業(yè)節(jié)約開支的影響，它們的銷售回溫顯然要比光纖廣域網和城際網用的激光器件回溫來得早。

　　固態(tài)激光二極管原浦(SSLP)—作為激光二極管的大功率應用，受經濟環(huán)境影響較少，2003年還有7%的增長，銷售額1.24億美元，預測2004年增長率將有14%。

　　激光印刷—激光二極管作為曝光光源已從830nm的激光陣列發(fā)展到紫外光的40mW單管，使曝光時間更快和分辨率更高，2003年銷售額是0.62億美元，占總銷售額的2%。預計2004年增長率達到7%。

　　醫(yī)療應用—這是近年發(fā)展較快的應用領域，主要作為檢查用光纖光源和可持式醫(yī)療儀，例如2003年激光脫毛器暢銷，醫(yī)用激光二極管2003年的銷售額與激光印刷情況相同。

激光二極管進入藍光

　　從20世紀80年代問世的CD光盤，一直使用波長780nm的紅光激光二極管，90年代后期出現(xiàn)容量更大和傳輸速度更高的DVD光盤，使用波長較短的650nm紅光激光二極管，21世紀10年代初波長405nm的藍光激光二極管取得批量生產的突破，高分辨率DVD開始進入數(shù)據存儲市場。HD-DVD光盤的問世，將在影視數(shù)據記錄媒體市場占有更大份額，加上在電腦數(shù)據記錄的應用，激光二極管業(yè)必然有更大的發(fā)展。

　　藍光激光二極管的波長處在390至490nm之間，應用范圍很廣泛，除數(shù)據存儲之外，包括印刷、醫(yī)療、儀器等都有使用價值，它是高分辨率DVD的最重要光電元件，但研發(fā)和生產工藝遇到的困難也比紅光激光二極管要多。首先是紅光器件的Ⅲ-Ⅴ族GaAs材料不適用，直至美國3M公司在1991年成功地用Ⅱ-Ⅵ族ZnSe材料制成藍光激光二極管，波長490nm的實驗樣品需用高電壓驅動，壽命又短，加上ZnSe晶體比較脆弱，無法轉化成批量生產的藍光器件。1995年日本日亞化學公司從GaN材料著手制成真正可用的藍光激光二極管，直至今天，日亞化學仍然擁有最多的藍光器件的專利，從此激光二極管業(yè)打開藍光器件之門，GaN材料也不斷取得新進展，主要表現(xiàn)如下：

　　霸詮饈©據存儲使用最多的藍光激光二極管是GaN器件，SHG藍光激光二極管多用在激光印刷、醫(yī)療儀器等應用領域。

　　m光盤刻錄50G的數(shù)據，只有采用藍光激光二極管作為讀寫光源(目前EVD暫用紅光)。因此，光數(shù)據存儲的應用將有更大的發(fā)展空間。

波長劃分激光二極管市場

　　波長劃分激光二極管市場是另一種統(tǒng)計方法，Strategies Unlimited提供的數(shù)據如圖1(右)所示。從圖中可見：

　　750-980nm波段占有率為44%，其中38%是AlGaAs/GaAs材料制成的輸出功率＜100mW的器件，主要用在各類CD光盤驅動器作為激光光頭。輸出功率100mW-10W和10W以上的器件各占3%，前者用作中功率固態(tài)激光器的泵浦源，后者用作大功率固態(tài)激光器的泵浦源，固態(tài)激光器的應用是很廣泛的，包括材料加工、醫(yī)學治療儀、數(shù)字印刷、激光照明光源、舞臺燈光等。700nm以下波段占有率為29%，波長650nm的以GaAs材料為基礎的紅光激光二極管是各類DVD光數(shù)據存儲的光源，波長405nm的以GaN材料為基礎的藍光激光二極管是各類HD-DVD光數(shù)據存儲的光源。在390-670nm波段輸出功率100mW以上的激光二極管還用于激光打印、固態(tài)激光器泵浦源和醫(yī)療儀器。980-1500nm波段占有率為25%，主要是AlGaInAs材料和InGaAsP材料的器件，100mW級的用于短距離光纖通信，1W級以上的用于長距離光纖通信。其中VCSEL(垂直腔表面發(fā)射激光器)由于共振腔短和側面發(fā)射的光束呈圓形對稱，容易與光纖耦合，波長1500nm以下的產品陸續(xù)面市，由于性價比較高，可在各種局域網作為1-10Gb數(shù)據傳輸光源。

　　堆疊激光二極管占有率為2%，多個激光二極管堆疊可構成大功率激光源，制作方法之一是使用帶狀結構制成多模態(tài)激光二極管，再集成單個大功率激光源，制作方法之一是多個激光二極管構成陣列，各輸出經光纖耦合形成單光束輸出，獲得10W以上的輸出功率。

結語

　　2004年是激光二極管市場的真正轉折點，重新進入另一輪增長周期，重要標志是光數(shù)據存儲興旺，藍光器件批量生產促進HD-DVD的實現(xiàn)，激光二極管市場有如它的光譜那樣繼續(xù)光茫四射?！?李儀)