1982年直径12cm的小型光盘片（Compact Disc；CD）问世，当时一片CD可以享受74分钟左右脉冲编码变调幅（Pulse Code Modulation；PCM）形式的音乐（声音数据），它与传统类似唱片比较，小型光盘片几乎没有任何再生噪讯，加上强大的反复再生性与高速存取性受到消费者高度肯定，小型光盘片（CD）因此在很短期间便渗透到一般家庭。

接着使用有机色素系材料的CD-R，与使用相变化媒体的CD-RW的加入，使得小型光盘片不再局限在声音保存，或是再生用媒体等狭窄范围，小型光盘片已经变成储存数据不可或缺的关键性组件，自此展开爆发性普及化的应用。

小型光盘片（CD）使用波长为780nm红光半导体雷射，它实现650～700MB的记录容量，不过随着时代的进化，高信息化社会强烈要求超高密度的纪录媒体。光盘片的记录密度与半导体激光束直径二次方呈反比。

为了提高光盘片的记录密度，半导体雷射系统整体不断朝短波长方向发展，1996年问世的数字多用途光盘片（Digital Versatile Disk；DVD），使用波长为650nm红光半导体雷射，它实现单面单层4.7GB的记录密度。

数字多用途光盘DVD使用MPEG-2（Motion Picture Experts Group-2；动画专家团体-2）编码/译码工具（Codec）方式，可以记录数小时的影像。目前使用波长为405nm蓝紫光半导体雷射实现超高记录密度，光盘系统即将开始普及化。超高记录密度的光盘系统分成两种，不过两者都使用波长为405nm蓝紫光半导体雷射，直径12cm的小型光盘CD可以实现单面单层20GB以上的超高记录密度。

虽然类似这样超高记录密度本身具备强大魅力，不过目前依照传统规格制成的DVD族群（DVD-Video、DVD-R、DVD-RW、DVD-RAM），与CD族群（CR-R、CD-RW）的应用已经相当普及，因此一般认为具备高兼容性，是次世代超高记录密度蓝光光盘片（BD）基本要求。

实际上考虑到DVD与CD各记录媒体的凹槽（Pit）深度、有机色素材料、位相变化材料的感度时，利用相同波长读取各类型记录媒体却相当困难。理论上405nm的半导体雷射必需设置605nm与780nm的半导体雷射，必需先将不同波长半导体雷射封装在一起，接着再设置于读写字头内部，最后透过棱镜等光路调整就实现上述兼容性要求。

然而基于未来系统轻巧薄型化等考虑，要求单芯片可以产生多波长激光束，目前商品化DVD/CD兼容用650nm/780nm双波长半导体雷射，可以在GaAs基板上长膜，因此大多采用相同基板上制作一体化（monolithic）双波长半导体雷射，不过可以实现405nm波长的GaN系半导体，却不易在GaAs基板上制作高品位结晶，换言之一体化几乎无法同时实现波长650nm AlGaInP系半导体雷射、波长780nm AlGaAs系半导体雷射。

在个别基板上分别制作各半导体雷射，芯片化后才在相同的次组合（sub mount）进行混载的封装方式，确实可以应用在波长405nm、650nm或是780nm雷射的微积体化，不过此时正确的发光点间隔位置的调整却非常困难，加上贫弱的量产性始终无法突破，因此国外业者利用雷射剥离（Laser Lift Off；LLO）手法，开发高量产性晶圆形式堆栈制程技术，顺利制作发光点间隔非常接近的蓝光/红光双波长堆栈雷射。

本文首先要介绍利用雷射剥离手法制成的蓝光/红光双波长堆栈雷射的特性，此外研究人员曾经试作Blu-ray/DVD/CD用蓝光/红光/红外光三波长堆栈雷射，因此本文还要探讨蓝光/红光/红外光三波长堆栈雷射的未来发展动向。

蓝光/红光双波长堆栈雷射的制作

制作蓝光/红光双波长堆栈雷射时，研究人员曾经检讨晶圆等级的堆栈制程技术应用在红光/红外光雷射的可行性，主要理由是此时使用的GaAs基板，它与各雷射结构膜层的吸收频谱并没有很大的差异，无法将雷射剥离（LLO）手法当作基板去除技术，因此才检讨使用湿蚀刻方式进行基板部位的去除。

如图一是整合AlGaInP系红光半导体雷射，与AlGaAs系红外光半导体雷射双波长雷射的制作流程，如图所示，具体步骤首先在GaAs(001)基板上制作AlGaAs系红外光半导体雷射构造膜，接着制作宽3.0μm的梁状横条（ridge stripe），之后制作AuZn/Ti/Au奥姆电极，此时的Ti膜层在后续的贴合制程中，扮演抑制Au扩散到半导体的角色，接着在它的上方全面制作与AlGaInP系红光半导体雷射的接着层Sn。

在此同时有别于红光半导体雷射端制程，另外在GaAs(001)基板上制作AlGaInP系红光半导体雷射结构膜，具体步骤如图一(b)所示，它是在AlGaInP系红光半导体雷射结构膜，与GaAs基板之间制作防蚀刻层（eatching stop lay），此防蚀刻层在后续的基板去除制程如图一(d)，只会蚀刻基板部位并且使雷射结构膜存留下来，因此防蚀刻层使用Ga0.51In0.49P。

《图一 红光/红外双波长堆栈雷射的制作流程》 - BigPic:566x736

有关AlGaInP系红光半导体雷射的加工，同样制作宽3.0μm的梁状横条与AuZn/Ti/Au奥姆电极，此时Ti与AlGaInP系红光半导体雷射的情况相同，属于Au扩散抑制膜层。

接着将上述个别制作的两个雷射晶圆，融接于AlGaInP系红光半导体雷射端的Au接着层，与AlGaAs系红外光半导体雷射的Sn接着。融接作业是在反应气体（Forming Gas）中进行10分钟300℃作业，虽然该黏贴制程主要目的是使两半导体雷射的梁状横条平行贴近的位置调整作业，不过GaAs基板对可视光呈非透明状，所以使用红外光透视GaAs基板与雷射结构膜，藉此进行梁状横条观察作业。

蚀刻液（Etchant）使用过水氨（氨与过氧化氢的混合液)，进行AlGaInP系红光半导体雷射端的GaAs基板蚀刻使GaInP防蚀刻层露出，接着利用光学平版印刷技术，制作包含梁状横条在内宽200μm范围的电阻图案（resist pattern），多余的露出范围使用盐酸、过水硫、BHF（HF/NH4F/H2O）蚀刻，并以该部使融着金属完全露出，去除电阻后再使用盐酸蚀刻GaInP防蚀刻层，使n-GaAs接触层露出。

以上蚀刻制程主要目的是要获得表面反应确定性，因此图案化的AlGaInP系红光半导体雷射端的侧壁会变成图二所示倒立鲨鱼状。

《图二 红光/红外双波长堆栈雷射端面的SEM照片》

有关AlGaInP系红光半导体雷射端的n-GaAs接触层的电极制作，即使未作图案化，只要利用倒立鲨鱼状构成的自我排列（Self Aligning）特性，就可以与邻接的融着层露出部位取得电气性绝缘，因此制程可以大幅简略化。

接着在AlGaAs系红外光半导体雷射的GaAs基板背面，制作AuGe/Ni/Au奥姆电极，到目前为止上述所有制程都是以晶圆形式处理，最后再进行一次劈开与融着层露出部位的二次劈开作业，完成半导体雷射芯片的加工制程。

此外后侧端面设有HR（High Reflection）镀膜，该HR镀膜可以使650nm与780nm两波长的反射率变成85％左右。

红光/红外光双波长堆栈型雷射特性

利用以上制程制作的红光/红外光双波长堆栈型半导体雷射的结构如图三所示，电极结构为阳极共享的3电极形式，AlGaInP系红光半导体雷射与AlGaAs系红外光半导体雷射彼此可以完全独立驱动。

《图三 红光/红外双波长堆栈雷射的断面结构》 - BigPic:566x282

图四是红光/红外光双波长堆栈型半导体雷射，顺时针驱动时电流对光输出的特性，此时AlGaInP系红光半导体雷射端设置sub mount，从AlGaInP系红光半导体雷射端散热，此外半导体雷射的振荡值分别是26mA与25mA。

《图四 红光/红外双波长堆栈雷射室温顺时针驱动时的I－L特性与振荡频谱》 - BigPic:566x458

红光/红外双波长堆栈雷射同时驱动时，虽然两发光点仅间隔3μm，不过若与传统一体型红光/红外双波长堆栈雷射的110μm间隔比较，2发光点已经实现极端接近的要求，尤其是两发光点极端贴近可以使两激光束在读写字头内更接近轴心位置，光的利用效果更有利。

以上制程是将AlGaInP系红光半导体雷射与AlGaAs系红外光半导体雷射堆栈，制成红光/红外双波长堆栈型雷射。如果将图一的AlGaAs系红外光半导体雷射置换成GaN系（波长为405nm蓝光）半导体雷射，就可以制作蓝光/红光双波长堆栈型半导体雷射，利用这种方法可以制作由GaN基板构成的GaN系半导体雷射。由于此时GaN的热传导率为130W/mk，因此AlGaInP系红光半导体雷射与AlGaAs系红外光半导体雷射的任何一方都可以进行良好的散热。

蓝光/红光/红外光三波长堆栈雷射的制作

上述蓝光/红光双波长堆栈型半导体雷射，适用于Blu-ray/HD-DVD兼容的数字多用途光超高记录密度DVD光驱，红光/红外双波长堆栈型半导体雷射适用于一般记录密度DVD/CD光驱，未来势必要求单一芯片可以支持Blu-ray/HD-DVD/DVD三种光驱，亦即整合蓝光/红光/红外光三波长的堆栈型半导体雷射，因此研究人员在红光/红外双波长堆栈型半导体雷射上，堆栈利用GaN基板制成的GaN系蓝光半导体雷射上，制成蓝光/红光/红外光三波长半导体雷射。

图五是试作的蓝光/红光/红外光三波长半导体雷射的断面结构，蓝光/红光/红外光所有发光点在发光时，都收敛在10μm范围内，3个发光点已经实现极端极端接近的要求，发光点极端贴近可以使两激光束在读写字头内更接近轴心位置，光的利用效果更有利。

《图五 蓝光/红光/红外三波长堆栈雷射同时驱动时的断面结构》

结语

蓝光/红光/红外三波长堆栈雷射同时驱动时的断面结构

以上介绍蓝光/红光双波长堆栈雷射的制作方法，Blu-ray-/DVD/CD用蓝光/红光/红外光三波长堆栈雷射的特性，以及蓝光/红光/红外光三波长堆栈雷射的未来发展动向。

在此同时，随着光驱的读写头（Pick-up Head）小型化发展，各光驱系统厂商根据本身的技术能力与市场诉求，分别采用双波长或是三波长半导体雷射。单一芯片输出复数相异波长的多波长雷射，则是光驱系统厂商追求的终极目标，不过制作上必需面临制程与加工技术的挑战。

国外业者透过高量产性手法，顺利完成BD/HD-DVD兼容的蓝光/红光双波长堆栈型半导体雷射，与DVD/CD兼容的红光/红外光双波长堆栈型半导体雷射的开发，接着再利用上述两技术，试作同样具有高量产性，而且所有发光点间隔全部收敛在10μm以内的蓝光/红光/红外光三波长堆栈型半导体雷射，一般认为它对未来次世代光驱的体积的缩减非常有利。