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(jù)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(wǎng)絡的全面鋪開，加上網(wǎng)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(wǎng)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(chǎn)品不再是通信用產(chǎn)品，而轉(zhuǎn)為光存儲用產(chǎn)品。電腦用只讀DVD驅(qū)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(chǎn)品，光數(shù)字存儲器件開始走俏，激光二極管市場結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(diào)整產(chǎn)品市場結(jié)構(gòu)，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(jù)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(nèi)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(qū)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(qū)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(chǎn)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(wǎng)和存儲局域網(wǎng)(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(wǎng)和城際網(wǎng)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(jīng)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(lǐng)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(chǎn)的突破，高分辨率DVD開始進入數(shù)據(jù)存儲市場。HD-DVD光盤的問世，將在影視數(shù)據(jù)記錄媒體市場占有更大份額，加上在電腦數(shù)據(jù)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(jù)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(chǎn)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(qū)動，壽命又短，加上ZnSe晶體比較脆弱，無法轉(zhuǎn)化成批量生產(chǎn)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(jù)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(lǐng)域。

　　m光盤刻錄50G的數(shù)據(jù)，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(jù)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(jù)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(qū)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(jù)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(jù)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(cè)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(chǎn)品陸續(xù)面市，由于性價比較高，可在各種局域網(wǎng)作為1-10Gb數(shù)據(jù)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(gòu)成大功率激光源，制作方法之一是使用帶狀結(jié)構(gòu)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(gòu)成陣列，各輸出經(jīng)光纖耦合形成單光束輸出，獲得10W以上的輸出功率。

結(jié)語

　　2004年是激光二極管市場的真正轉(zhuǎn)折點，重新進入另一輪增長周期，重要標志是光數(shù)據(jù)存儲興旺，藍光器件批量生產(chǎn)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)