專利名稱：同軸長線形結(jié)構(gòu)激光二極管制造方法及其發(fā)光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種同軸長線形激光二極管，特別是涉及一種使用于照明的特殊強(qiáng)光
的同軸長線形結(jié)構(gòu)激光二極管制造方法及其發(fā)光裝置。 固態(tài)半導(dǎo)體光源因?yàn)轶w積小效率高，并且使用方便，如今己成為光通信、工業(yè)感測 以及白光照明節(jié)能的重要產(chǎn)品。現(xiàn)有習(xí)知發(fā)光二極管所發(fā)出的光，是由電子與空穴的再 結(jié)合所產(chǎn)生的自然發(fā)光(SpontaneousEmission)。其相位、極化以及輻射方向都不一致， 為隨機(jī)產(chǎn)生的光，故稱為非相干光(Incoherent Light)，如圖1A所示，是非相干自然發(fā)光 發(fā)光二極管示意圖。相對的半導(dǎo)體激光，是利用共振腔(Cavity Resonator)將自然發(fā)光 的光波在共振腔兩端鏡面間產(chǎn)生駐波振蕩(Standing Wave0scillation)，形成受激發(fā)光 (Stimulated Emission) —再返復(fù)光放大(Optical Amplification)的激光作用(Laser Action)原理，因此可激發(fā)放射出相同相位、極化及輻射方向一致的相干光(Coherent Light)，如圖1B所示，是相干受激發(fā)光激光二極管示意圖。請參閱圖2所示，是雙異質(zhì)結(jié) 構(gòu)發(fā)光二極管所制Fabry-Perot激光示意圖，200為正供電極，201為p型AlGaAs半導(dǎo)體， 202為n型AlGaAs半導(dǎo)體，201與202構(gòu)成上下包住206活性層p型GaAs半導(dǎo)體的局限層 (Confinement Layer)或稱被覆層(CladdingLayer)，其目的是將注入的載子限制在活性層 內(nèi)，以利發(fā)光。203為n+型GaAs基板，204為p+型GaAs， 205為負(fù)供電極。由于經(jīng)激光作用 一再放大后的光方向一致，其光取出效率(Extraction Efficiency, nra)較高。若以發(fā)光 二極管常用的功率轉(zhuǎn)換效率(Wall-Plug Efficiency, nwp)表示，發(fā)光二極管的功率轉(zhuǎn)換效
率為光輸出功率與輸入功率之比。而nwp= nintxnexxnv，、是電壓效率，nv = hu/qv。 而nint內(nèi)部量子效率為光子數(shù)目與電子及空穴結(jié)合數(shù)目之比，因此nint= (kdP。pt/hu)/
(1/q)，其中h是普朗克常數(shù)，u是光子頻率，q是電荷，V是電壓，I是電流，^P。pt是發(fā)光二
極管的光輸出功率。則
il叩=ilintxilexXilv
= (ledP。pt/h u ) / (I/q) x n exx (h u /qV) 因此在一定的輸入功率IV時(shí)，要獲得較高的轉(zhuǎn)換效率n，，就必須增加內(nèi)部量子 效率以得到高的光輸出功率^P。pt以及更高的光取出效率nra。 現(xiàn)有習(xí)知固態(tài)半導(dǎo)體所發(fā)光的功率對電流的關(guān)系(即P-I特性)可參閱圖3所
示，是固態(tài)半導(dǎo)體發(fā)光功率對電流的關(guān)系特性圖。在圖中可比較自然發(fā)光區(qū)的發(fā)光二極
管與受激發(fā)光的激光二極管的特性。在特殊結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管如分布反饋型(Distributed Feedback Laser Diode， DFB)激光或法布里_珀羅(Fabry-Perot)激光中，當(dāng)順偏電流達(dá) 到啟動電流后，再注入的電流可全部轉(zhuǎn)變成激光并從半導(dǎo)體內(nèi)部發(fā)射出來。若以尚未激光 作用前自然發(fā)光區(qū)的一注入電流單位liu為假設(shè)，來比較發(fā)光輸出功率為lpu計(jì)算；則在激 光作用區(qū)2倍注入電流2iu處，可產(chǎn)生16pu輸出光能，約多出15pu功率單位?？蓮氖?2)
背景技術(shù)：
了解 I—Ith = eUB (Ne—N。) Np = (eU/ t p) Np (2) I為啟動電流后的注入電流，Ith為啟動電流，U為活性作用層的體積，B為因注入 電子產(chǎn)生受激發(fā)光而消失的機(jī)率，e為電子電荷量，Ne為直流供電注入激光二極管內(nèi)活性作 用層的載子(電子)密度，N。為最小啟動載子(電子)密度，Np為受激發(fā)光的光子密度，、 為光子平均壽命并以下式表示 t p = (n/c) ( a +L—HnR—0—1 (3) n為活性作用層折射率，c為光速，a為活性作用層材料對光波吸收率每單位長吸 收值，L為共振腔長，R為兩端面反射率。(2)式表示當(dāng)電流超過啟動電流Ith后，再注入的 電子全部轉(zhuǎn)變成受激發(fā)光，其發(fā)光功率可由圖3的受激發(fā)光區(qū)斜率表示，其與(I-IJ成正 比。 將(2)式微分得 dNp/dI = Tp/eU (4) 此式為激光二極管注入電流用來產(chǎn)生受激發(fā)光的光子密度斜率，可知受激發(fā)光光 子平均壽命Tp愈長，斜率愈大。由(3)式可知活性作用層材料吸收a愈小，共振腔長度 越長，斜率愈大，亦即可產(chǎn)生更高的光輸出。 激光二極管的發(fā)光效率有四種表示法即內(nèi)部效率(Internal Efficiency, n》、 微差量子效率(Differential Quantum Efficiency, nd)、全元件效率(Total Device Efficiency, nt)及激光效率(Laser Efficiency, n》。除激光效率^和發(fā)光二極管的 功率轉(zhuǎn)換效率n，定義相同但表示單位不同外；皆異于發(fā)光二極管的發(fā)光效率表示法。
內(nèi)部效率的定義為順偏壓所產(chǎn)生的受激發(fā)光光子數(shù)目Np對注入電子數(shù)目Ne的百 分比，即: I = (Np/Ne)xl00% (5) 微差量子效率為每單位時(shí)間產(chǎn)生的受激發(fā)光光子數(shù)目對每單位時(shí)間注入電子數(shù) 目的百分比，即: nd = (d(ldPopt/hu))/d(I/e) = (dldPopt/dI)/Eg (6) 式中，Eg為選用發(fā)光材料發(fā)光波長的最小能隙(Eg = Ec-Ev) ，ldP。pt為激光二極管 的發(fā)光功率如圖3所示，其斜率為 tan a = dldP。pt/dI = n dxEg (7) 全元件效率的定義為對外發(fā)射的光子數(shù)目對注入電子數(shù)目比，以(8)式表示
nt = (ldPopt/hu)/(I/e)
= ldP。pt/IEg = nd(i-(ith/i)) (8) 激光效率的定義為輸出光功率對輸入電功率的比，即
ni = ldP。pt/IV = ntX(Eg/V) (9) V為加在激光二極管的電壓，此激光效率和發(fā)光二極管的功率轉(zhuǎn)換效率表示法相
同。發(fā)光二極管的功率轉(zhuǎn)換效率nwp(nwp= (^P。ptxnJ/iv)，和激光二極管的激光效率 n工(ni = ldP。pt/iv)雖然皆為光輸出功率與輸入功率的比；但由其斜率來比較，激光二極管比發(fā)光二極管的斜率大輻提高許多。主要差別在于由自然漫射發(fā)光取出效率n^較低；相 比較有共振腔中的電流超過啟動電流Ith后，受激發(fā)光因再增加的電流(I-Ith)(即再注入的 載子)全部轉(zhuǎn)變成受激發(fā)光，使斜率大增。又由式(2)可知若增加U即活性層體積，亦為注 入更多電子以擴(kuò)大輸出功率目的。因此為獲得最高光能量或節(jié)能的目的，采用共振腔駐波 振蕩獲得高取出效率激光作用及再加大活性層發(fā)光體積的發(fā)光構(gòu)造為唯一選擇。但現(xiàn)今若 以最高功率轉(zhuǎn)換效率的激光做為高電光能量轉(zhuǎn)換的照明功能，其缺點(diǎn)為 —、光點(diǎn)集中無法達(dá)成大面積照亮目的，況且能量集中至被照體將產(chǎn)生破壞力，如 破壞視網(wǎng)膜或產(chǎn)生不可控的燃燒危險(xiǎn)。 二、現(xiàn)有習(xí)知激光晶粒是由傳統(tǒng)半導(dǎo)體晶圓上磊晶再切割制成，激光晶粒有效發(fā) 光的活性作用層，其體積有限；以有限自然發(fā)光的起始光能，僅能讓己達(dá)成激光放大作用的 電光能轉(zhuǎn)換，發(fā)揮有限放大的價(jià)值。又利用昂貴集成電路設(shè)備的制程和在昂貴晶圓上的平 面沉積或磊晶制程，以切成激光晶粒的方法，使制造成本提高勢必將無法大量供大眾使用。
由此可見，上述現(xiàn)有的激光二極管制造方法及其發(fā)光裝置在方法、裝置的結(jié)構(gòu)及 使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。為了解決上述存在的問題，相 關(guān)廠商莫不費(fèi)盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設(shè)計(jì)被發(fā)展完成，而一 般激光二極管制造方法及激光二極管發(fā)光裝置又沒有適切的方法及結(jié)構(gòu)能夠解決上述問 題，此顯然是相關(guān)業(yè)者急欲解決的問題。因此如何能創(chuàng)設(shè)一種新的同軸長線形結(jié)構(gòu)激光二 極管制造方法及其發(fā)光裝置，實(shí)屬當(dāng)前重要研發(fā)課題之一，亦成為當(dāng)前業(yè)界極需改進(jìn)的目 標(biāo)。 以上缺點(diǎn)若能一一解決即可實(shí)現(xiàn)高效率固態(tài)激光作為照明的目的。同時(shí)也可以解 決現(xiàn)有習(xí)知白色發(fā)光二極管的固體照明裝置，因自然發(fā)光的低外部量子效率，所產(chǎn)生內(nèi)部 熱吸收損失而引起的各種問題，徹底釜底抽薪并使半導(dǎo)體真正達(dá)到白光照明的功效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有習(xí)知電力照明裝置日夜消耗地球大量能源的缺陷，
上述先前技術(shù)所制造的現(xiàn)有習(xí)知發(fā)光二極管提供照明時(shí)，具有較低取出效率，其漫射發(fā)光
及未被取出的光子再復(fù)合等吸收損失生熱，不利于長時(shí)間照明節(jié)能的缺點(diǎn)，及改用高取出
效率的激光做照明因高成本無法大眾化，且又因輸出的高同向性激光具有無法均勻分散而
無法達(dá)到白光普照的缺點(diǎn)，而提供一種新的同軸長線形結(jié)構(gòu)激光二極管制造方法及其發(fā)
光裝置，所要解決的技術(shù)問題是使其利用己申請發(fā)明專利『申請發(fā)明專利案號095146963
號』的專利名稱『折射率分布在半徑上的同軸光導(dǎo)光纖及其同軸半導(dǎo)體光源與檢光器共
構(gòu)的同軸光導(dǎo)系統(tǒng)』中的同軸半導(dǎo)體光源的結(jié)構(gòu)原理及同軸光導(dǎo)光纖原理，再發(fā)明同軸長
線形結(jié)構(gòu)激光二極管及同軸發(fā)光光纖一起配合來解決上述問題，非常適于實(shí)用。 本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出
的一種同軸長線形結(jié)構(gòu)激光二極管，此半導(dǎo)體光源結(jié)構(gòu)，是以同軸激光二極管依軸向加長，
所制成的長線形同軸激光二極管結(jié)構(gòu)，其中形成同軸供電的軸心電極與外環(huán)導(dǎo)體，其間隔
以多層同心圓環(huán)形半導(dǎo)體層，組成軸向受激發(fā)光(Stimulated Emission)的激光放大，由沿
著軸向增長分布的同軸圓環(huán)形布拉格光柵反饋?zhàn)饔没蛴蓛啥嗣娣瓷渥饔盟_(dá)成的一種同
軸長線形激光二極管結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。 前述的同軸長線形結(jié)構(gòu)激光二極管，是以大量平行并排集合成束，制成強(qiáng)光同軸
長線形激光二極管結(jié)構(gòu)。 前述的同軸長線形結(jié)構(gòu)激光二極管，是密集在厚晶圓上以大量平行并排集合成 束，制成強(qiáng)光同軸長線形激光二極管結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的 一種同軸長線形結(jié)構(gòu)激光二極管光源制造方法，是以垂直大量同步長線形磊晶沉積法在一 刻好布拉格光柵的軸心金屬導(dǎo)體或軸心基棒(Subrod)上，沉積或磊晶一層又一層同心圓 環(huán)形半導(dǎo)體層或?qū)w層，以同步大量制成長線形同軸激光晶棒，再分段切割制成單位長度 的同軸長線形激光二極管構(gòu)造，其中同軸長線形結(jié)構(gòu)的激光二極管，是由制成一支或一支 以上長線形同軸激光晶棒，沿線分段切割所制成。 本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題另外再采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提 出的一種同軸發(fā)光光纖結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)軸殼、環(huán)核心層與外殼三部分，而主要分散光的環(huán)核心 層介于內(nèi)軸殼與外殼中間且其折射率低于內(nèi)軸殼與外殼所形成的同軸光纖結(jié)構(gòu)，其中光纖 分散導(dǎo)光的折射率分布依據(jù)是定在半徑上，光在進(jìn)入環(huán)核心層后，由較高兩相同折射率的 內(nèi)軸殼及外殼所形成的同軸分散導(dǎo)光結(jié)構(gòu)，依折射率分布安排的波傳導(dǎo)方式分散傳送的一 種同軸發(fā)光光纖結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題另外還采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提
出的一種激光照明裝置，是由可以混合成白光照明所需光波長的各激光，光學(xué)耦合分別射
入各發(fā)光光纖所組成的激光照明裝置，不同波長激光光波所進(jìn)入發(fā)光光纖的核心位置，其
折射率較外圍纖殼折射率低，引起各色波長的激光光從光纖內(nèi)分散射出，混合產(chǎn)生白光照
明作用，其中發(fā)光光纖接受激光相干幅射，激光放大作用且方向一致的強(qiáng)光，達(dá)成改變光波
原始的同方向路徑，成為均勻分散發(fā)光的一種發(fā)光或照明裝置。 本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。 前述的一種激光照明裝置，其是以互補(bǔ)成白光的二色激光照明裝置組成。 前述的一種激光照明裝置，其是以一色或一色以上激光照明裝置，裝在熒光粉披
覆的管內(nèi)所組成的白光照明裝置。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。由以上技術(shù)方案可知，本發(fā) 明的主要技術(shù)內(nèi)容如下 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種同軸長線形結(jié)構(gòu)激光二極管，同軸半導(dǎo)體光 源結(jié)構(gòu)可加長制成同軸激光晶棒，并分段切削制成同軸長線形結(jié)構(gòu)激光二極管，僅兩面切 削省料易制作且降低成本。同軸半導(dǎo)體光源是一種以正負(fù)內(nèi)外同軸等距供電的兩電極，構(gòu) 成對中間發(fā)光的環(huán)形半導(dǎo)體層同軸方式供電所形成的，包括同軸發(fā)光二極管及同軸激光二 極管。請參閱圖4所示，是同軸半導(dǎo)體激光結(jié)構(gòu)剖面示意圖，今以一通信用波長光源的同軸 半導(dǎo)體激光結(jié)構(gòu)舉例說明，其顯示的是一同軸圓環(huán)形半導(dǎo)體層同心共構(gòu)的分布反饋型異質(zhì) 接合半導(dǎo)體激光(Coaxial DFB Heterojunction Laser)結(jié)構(gòu)的局部剖面圖，此結(jié)構(gòu)為現(xiàn)有 習(xí)知平層板型結(jié)構(gòu)DFB異質(zhì)接合激光加以創(chuàng)新的同軸化型激光。此例為由晶圓基板上所制 同軸激光二極管。本同軸半導(dǎo)體激光其間各層環(huán)形半導(dǎo)體層可以同質(zhì)接合(Homojunction) 或同位型(Isotype)異質(zhì)接合(Heterojunction)或非同位型(Unisotype)異質(zhì)接合等各種半導(dǎo)體材料結(jié)構(gòu)，組合成自然發(fā)光以達(dá)到受激發(fā)光的激光作用。此些激光發(fā)光作用 如現(xiàn)有習(xí)知技術(shù)可采布拉格光柵(Bragg' s Grating)的反饋?zhàn)饔?，以作成各種分布反饋 型單模激光二極管(Distributed Feedback LaserDiode， DFB)激光或布拉格反射體型式 (Distributed Bragg ReflectorLaser Diode， DBR)激光。 本舉例的同軸半導(dǎo)體激光光源是以上述中的一種同軸分布反饋型異質(zhì)接合激光 二極管DFB代表說明。同軸分布反饋型異質(zhì)接合半導(dǎo)體激光結(jié)構(gòu)包括提供正電的導(dǎo)體軸 心電極(407)及提供負(fù)電的同軸外環(huán)供電電極(408)導(dǎo)體，與其間多層環(huán)形同心半導(dǎo)體層 共同設(shè)置在一 n型InP基板(409)上制成。(404)為圓環(huán)形活性作用層InGaAsP層、(405) 為圓環(huán)形半導(dǎo)體層如P型InGaAsP層、(406)為反射層、(403)為布拉格分布反饋層光柵。 (403)此光柵由(401) n-型圓環(huán)形InP半導(dǎo)體層及(402) n型InGaAsP圓環(huán)形半導(dǎo)體層組 成，布拉格光柵的反饋波長AB可用下式取得
AB = 2nA/m (10) n為所用半導(dǎo)體材料折射率，A為布拉格光柵的周期長，m為1或2的數(shù)值，稱為 衍射級(Order Of Diffraction,通常為1)。首先決定選用發(fā)光波長"后，在采用現(xiàn)有習(xí) 知晶圓基板的平層沉積技術(shù)制作上，亦即在決定制造布拉格光柵周期長度A厚的重復(fù)制 程耗費(fèi)不少成本。由于本面射型激光在(401)n-型圓環(huán)形InP半導(dǎo)體層制作布拉格光柵， 然后再沉積或磊晶生成互補(bǔ)的內(nèi)布拉格光柵(402)n型InGaAsP圓環(huán)形半導(dǎo)體層，而成為 布拉格分布反饋型激光DFB激光。此激光為光通信光源，其制作成本較高；雖然發(fā)光效率 高，但并不適合做為普及大眾低廉的照明光源。另一現(xiàn)有習(xí)知如圖5所示的垂直腔面射型 激光光源(Vertical Cavity Surface EmittingLaser， VCSEL)或稱為共振腔發(fā)光二極管 (Resonate Cavity Light-EmittingDiodes， RCLEDs)，圖5是垂直腔面射型激光光源VCSEL 剖面示意圖，圖中(501)為下方布拉格反射鏡、(502)為作用層、(503)為緩沖層、(505)為 上方布拉格反射鏡、(506)為環(huán)形電極。此激光的DBR分布布拉格反射體的制造，是在上下 層各自DBR反射體上以定厚度反復(fù)沉積。故使VCSEL激光的產(chǎn)出率低及增高成本，且又因 上下所做分布的布拉格反射鏡DBR光柵極細(xì)層的沉積層，其磊晶成長層(501)及(505)，因 產(chǎn)生布拉格光柵作用的入/4高折射率及入/4低折射率材料磊晶層在元件被順偏時(shí)，通過 這些極細(xì)層的電壓降，特別是異質(zhì)接面，其伴隨的能帶的不連續(xù)會妨礙電流流動。此引起的 不穩(wěn)定電流不利于功率的提升，致VCSEL激光無法做高功率的輸出；故大功率輸出激光都 制成如圖6的DFB側(cè)射型激光二極管橫截面示意圖所示的側(cè)射型激光。
以上平層沉積所生產(chǎn)的側(cè)射型激光或面射型激光，皆先由傳統(tǒng)的半導(dǎo)體晶圓片上 沉積制成后再四面切割研磨而成，即使是發(fā)明人發(fā)明的面射型同軸激光也不例外。晶圓片 (Wafer)是由極慢速成長的精純材質(zhì)晶棒(Ingot)上下左右六面切削研磨制成。如此低產(chǎn) 出率且單位高價(jià)的材料，在當(dāng)今半導(dǎo)體科技的集成電路及光電發(fā)光照明和太陽能電池造能
科技大量需求情況下，已捉襟見肘，大幅缺料。并已影響光電科技發(fā)展，間接阻礙人類追求 節(jié)能的努力。如果還須經(jīng)過上下左右六面切割研磨制程才能制得激光產(chǎn)品，將是極大的浪 費(fèi)，必須設(shè)法發(fā)明新制程加以改善。 為了保持同軸激光二極管高量子效率優(yōu)點(diǎn)，并脫離高成本晶圓沉積以防止六面切 削耗材損失。本發(fā)明再利用發(fā)明人己申請發(fā)明專利『申請發(fā)明專利案號096116961號』的 專利名稱『同軸長線形發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的固體照明裝置』中的同軸長線形半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)沉積制造同軸半導(dǎo)體光源的方法，加長軸心電極及布拉格光柵預(yù)先制作后的沉積磊晶成激光 晶棒，以上下段長最少次數(shù)及最小量切削損失而制成本發(fā)明的同軸長線形激光。此種長線 形同軸半導(dǎo)體沉積制造方法，是由一直立且真空度可控圓管形電介質(zhì)(Dielectric)內(nèi)部， 置放一已預(yù)鍍半導(dǎo)體材料(或金屬軸心導(dǎo)體其上已預(yù)先刻制成布拉格光柵周期長度A刻 痕或沉積層)的軸心導(dǎo)體線或軸心裸金屬線為陰極，與套在電介質(zhì)管外上下來回移動的一 高電壓環(huán)形線圈為陽極，構(gòu)成直流或射頻高壓等離子體激發(fā)裝置，并在由電介質(zhì)管內(nèi)外形 成同軸兩電極間以直流或射頻等離子體放電(RF Discharge Plasma)提供管內(nèi)通過的化學(xué) 反應(yīng)物放電游離的能源，而產(chǎn)生反應(yīng)離子沉積或磊晶于軸心電極表面的方法。當(dāng)環(huán)陽極在 電介質(zhì)管外的兩端移動一次，則沿著電介質(zhì)管內(nèi)部軸心陰極線表面，即完成一層通過化學(xué) 氣相材料的同心環(huán)形半導(dǎo)體層的沉積厚膜層的成長如圖7A所示，是利用等離子體在石英 管內(nèi)由軸心銅電極開始磊晶沉積示意圖。其沉積磊晶厚度可由移動速度、反應(yīng)物流量或流 速、溫度壓力或各種制程因素加以控制。重復(fù)一次一次依各層半導(dǎo)體預(yù)定材料厚度及種類 的不同沉積，而達(dá)成長線形同軸半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)內(nèi)的所有各層同心圓環(huán)形半導(dǎo)體或?qū)w層。依 序完成沉積一長串同軸長線形半導(dǎo)體激光光源基棒結(jié)構(gòu)的制造。此長串同軸長線形半導(dǎo)體 激光光源基棒結(jié)構(gòu)，簡稱激光晶棒(Laser Ingot)。然后將激光晶棒取出管外分段研磨端面 而成為可通電使用的同軸長線形激光二極管，如圖8A所示，是同軸長線形激光二極管剖面 示意圖。(801)為同軸的軸心電極、(802)為P+型InP， (801)及(802)組成布拉格光柵分 布反饋層基棒，(803)為AlxGai—xAs的P型環(huán)形局限層、(804)為GaAs當(dāng)P型活性作用層、 (805)為N型局限層的Al,Ga卜,As材料、(806)為外層外環(huán)供電電極、(807)為絕緣反射層、 (808)為保護(hù)反射層。請參閱圖8B所示，是同軸長線形激光二極管制造流程圖，(809)為沉 積前預(yù)先制作布拉格光柵基棒、(810)為沉積完成的激光晶棒、(811)為分段切割同軸長線 形激光晶棒、(812)為分別完成供電基座封裝。 此種同軸長線形半導(dǎo)體激光晶棒的制程包括沉積前預(yù)先制作布拉格光柵，或制程 中移出制作布拉格光柵后再移入管內(nèi)續(xù)繼沉積制程。因同軸激光出光口無電極阻擋，所以 唯有同軸激光才可以制成較長較多發(fā)光活性層體積的激光。又因?yàn)槿缬梢桓す饩О糁瞥?同軸長線形激光，只須切削上下兩面，切削量極低。相比較現(xiàn)有習(xí)知激光的六面切削量而 言，可大大減少消耗珍貴半導(dǎo)體材料，故可作為降低大量成本以普及化目的。因再利用發(fā)明 人己申請發(fā)明專利『申請發(fā)明專利案號096116961號』的專利名稱『同軸長線形發(fā)光二 極管結(jié)構(gòu)的固體照明裝置』中的VLSED法即垂直大量同步長線形磊晶沉積法(Vertical, Large-number, Synchronizing andLine-Shape Epitaxial Deposition)如圖7B所不，是 VLSED同軸長線形激光晶棒的磊晶沉積制程系統(tǒng)示意圖。其可以同步大量制成同軸長線形 激光晶棒，且其簡化制造可選定波長布拉格光柵程序的同軸強(qiáng)光激光制造方法，如實(shí)施例1 的說明，則更成為解決上述問題的最佳技術(shù)手段。 再者，為達(dá)到上述目的，本發(fā)明再提供了一種同軸發(fā)光光纖(CoaxialLighting Optical Fiber)，來達(dá)成同軸激光均勻發(fā)光照明目的。同軸光導(dǎo)光纖(Coaxial Light-Guide Optical Fiber)是以折射率分布在半徑所制成；異于現(xiàn)有習(xí)知以折射率分布 在直徑的光纖。構(gòu)成同軸的圓外殼和軸心部折射率相同，導(dǎo)光依據(jù)的折射率分布其中心已 從軸心移到光纖所有半徑上；光改在軸心和其同軸的圓外殼間傳導(dǎo)，而不在軸心中傳導(dǎo)，如 此因軸心折射率和外殼折射率己相同，從而使光波從傳統(tǒng)集中于光纖軸心的核心傳播的安排，移到各半徑的中間所組成的圓環(huán)形帶狀核心傳播，如圖9A、圖9B及圖9C所示。圖9A是 同軸光纖的同軸單模態(tài)階射率光纖示意圖，反應(yīng)光在同軸單模態(tài)圓環(huán)形核心中的傳播。圖 9B是同軸光纖的同軸多模態(tài)斜射率光纖示意圖，反應(yīng)光在同軸多模態(tài)斜射率光纖的圓環(huán)形 核心中自我聚焦方式的傳播。圖9C是同軸光纖的同軸多模態(tài)階射率光纖示意圖，反應(yīng)光在 同軸多模態(tài)階射率光纖的圓環(huán)形核心中的傳播方式。以上為將射入光纖內(nèi)的光波傳送至遠(yuǎn) 距離通信目的的同軸光導(dǎo)光纖。 本發(fā)明為了把強(qiáng)光激光在極短的距離均勻發(fā)射出去，以達(dá)到照明的目的，再創(chuàng)新 制成同軸發(fā)光光纖，其折射率分布和結(jié)構(gòu)請參閱圖10A、圖IOB所示，圖IOA是同軸階射率 多模態(tài)發(fā)光光纖結(jié)構(gòu)示意圖，圖IOB是同軸階射率單模態(tài)發(fā)光光纖結(jié)構(gòu)示意圖。舉圖10A 同軸階射率多模態(tài)發(fā)光光纖結(jié)構(gòu)為例說明如下(1001)為圓環(huán)核心層(A皿ular Core)，所 產(chǎn)生的折射率較低，其折射率為rv (1002)為外殼(Outer-cladding)，外殼折射率以。!12表 示。(1003)為軸殼(Axial Cladding)，或稱為內(nèi)殼(Inter-cladding)，內(nèi)殼折射率以a 表示。因內(nèi)外殼折射率相同即A二。rv (1001)圓環(huán)核心層折射率較低，可將完全匹配射 入(1001)的激光，加以引導(dǎo)出光纖外，如光纖內(nèi)的光波傳導(dǎo)圖所示。因由較低折射率圓環(huán) 核心層(1001)所包圍的內(nèi)殼(1003)，其折射率較圓環(huán)核心層高，有如傳統(tǒng)導(dǎo)光光纖結(jié)構(gòu)。 進(jìn)入軸殼全反射的光不會均勻發(fā)散射出光纖外；故在同軸發(fā)光光纖的尾端切成一反射面 (1004)，即可將內(nèi)殼傳導(dǎo)的光波射出光纖外，如圖所示。尾端反射面隨發(fā)射方向需要可研磨 成各種角度或如圓錐形狀，以利內(nèi)殼傳導(dǎo)的光散射出去。 本發(fā)明利用同軸光導(dǎo)光纖結(jié)構(gòu)中導(dǎo)光的高折射率圓環(huán)形核心，改變成折射率較低 可發(fā)散光波的圓環(huán)形核心結(jié)構(gòu)，則由同軸激光二極管圓環(huán)形活性作用層射出的激光，可完 全匹配地射入同軸發(fā)光光纖的圓環(huán)形核心中，極度符合自然定律。因圓環(huán)形核心是以降低 折射率摻雜材料如硼或氟沉積制成，其折射率 較內(nèi)殼及外殼兩折射率A及。n2低。則進(jìn) 入圓環(huán)形核心傳導(dǎo)的強(qiáng)光激光，將可全部發(fā)散射出光纖外部，達(dá)成分散激光光波并均勻射 出照明的目的。 借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明同軸長線形結(jié)構(gòu)激光二極管制造方法及其發(fā)光裝置至 少具有下列優(yōu)點(diǎn)及有益效果 1、本發(fā)明同軸發(fā)光光纖均勻分散同方向強(qiáng)光激光達(dá)成大面積照明目的。因此如 以美國照明協(xié)會CIE 1931年版所選定由紅綠藍(lán)三色同軸激光輸出的三色波長光，各自射 入三條同軸發(fā)光光纖，并經(jīng)由發(fā)散型折射率分布安排而可達(dá)到充分合成白光且均勻射出目 的。除了發(fā)散型折射率分布內(nèi)部波傳導(dǎo)安排外，亦可經(jīng)由三條同軸發(fā)光光纖的微彎排列編 結(jié)，制造出合成白光光源照明或LCD背光源結(jié)構(gòu)。 2、本發(fā)明同軸長線形激光二極管及同軸長線形半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)沉積制造同軸長線形 激光的方法，己解決體積有限的激光晶粒其有限發(fā)光量及其切削耗材提高成本的問題。同 軸長線形半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)沉積制造同軸長線形激光的方法所制的激光晶棒，其切削成同軸激光 方式已大量減少損耗材料，故可以降低大量成本。加以由可垂直同步大量制成同軸激光晶 棒，更可節(jié)省成本達(dá)到倍速沉積，充分發(fā)揮同工完成的價(jià)值。又因?yàn)槿粢a(chǎn)生強(qiáng)大受激發(fā)光 光能，必得建構(gòu)一高效率且大量產(chǎn)生自然發(fā)光光能的基礎(chǔ)二極管發(fā)光結(jié)構(gòu)。顯然本發(fā)明增 長活性作用層以增加起始自然發(fā)光光子量，讓激光放大作用的電光能轉(zhuǎn)換，發(fā)揮更大及更 有效功率輸出的價(jià)值。
因?yàn)榘l(fā)光二極管是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽艿陌雽?dǎo)體元件。因此需要電流的注入，尤 其是如何使注入電流很均勻的推動及擴(kuò)散在整個發(fā)光二極管中則極為重要，尤其是能均 勻進(jìn)入發(fā)光活性作用層。產(chǎn)生發(fā)光的電流由同軸軸心的陽極提供，并以半徑向輻射狀等 距推動(DRIFT)及擴(kuò)散至外環(huán)導(dǎo)體的安排，在同軸供電兩電極提供電壓形成電場的驅(qū)動 下，空穴和電子對在環(huán)形發(fā)光活性層中因不同的發(fā)光機(jī)制(如電子在有機(jī)半導(dǎo)體中跳躍 式(Hopping)、激發(fā)式(Exciting))產(chǎn)生自然發(fā)光(Spontaneous Emission)而四向射出發(fā) 光。因形成同軸供電的兩電極，對兩電極所提供的電子以及空穴，流至其間所夾的圓環(huán)形發(fā) 光層，走最短距離移動方向，也正好為各半徑的電場極化方向，亦即在其形成最大徑向電場 作用中，載子依最大徑向電場推動方向移動，其為最高注入電流成因。本發(fā)明加長軸心電 極為中心所制成的同心半導(dǎo)體各環(huán)層厚度一致，電子或空穴皆沿其半徑走最短路徑十分均 勻越過PN內(nèi)建電位障壁，各自推動及擴(kuò)散至外環(huán)電極及軸心電極，并在穿透過電位障壁后 在發(fā)光層中結(jié)合發(fā)光(電子或空穴在有機(jī)半導(dǎo)體中以偏極子(Polaron)形變單位跳躍式 (Hopping)移動)，故可產(chǎn)生比現(xiàn)有習(xí)知上下平層供電電場較高內(nèi)部量子效率的光。此減少 現(xiàn)有習(xí)知發(fā)光二極管無效結(jié)合的擴(kuò)散熱電流的產(chǎn)生，并可降低溫度，又解決現(xiàn)有習(xí)知照明 光源散熱不良所引起的各種問題。 綜上所述，本發(fā)明是有關(guān)于一種同軸長線形結(jié)構(gòu)激光二極管制造方法及其發(fā)光裝 置，本發(fā)明將同軸激光二極管結(jié)構(gòu)增長，制成同軸長線形激光二極管。因有較長同軸管狀活 性層及更均勻內(nèi)建電場，可擁有更多起始發(fā)光光子及更高量子效率，以產(chǎn)生更強(qiáng)受激發(fā)光 的激光放大作用。其制造方法是由先制成長線形同軸激光晶棒，再軸向等段長切割制成同 軸長線形激光二極管，可避免在晶圓上耗料的切割方式。所輸出同方向的強(qiáng)光由同軸發(fā)光 光纖均勻分散導(dǎo)出，以合成白光的照明裝置。使更強(qiáng)光、更省電、更長壽及更低廉的激光發(fā) 光方式，成為本世紀(jì)節(jié)省電能的照明光源。本發(fā)明在技術(shù)上有顯著的進(jìn)步，具有明顯的積極 效果，誠為一新穎、進(jìn)步、實(shí)用的新設(shè)計(jì)。 上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠 更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。


圖1A是非相干自然發(fā)光發(fā)光二極管示意圖。圖IB是相干受激發(fā)光激光二極管示意圖。圖2是雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管所制Fabry-Perot激光示意圖。圖3是固態(tài)半導(dǎo)體發(fā)光功率對電流的關(guān)系特性圖。圖4是同軸半導(dǎo)體激光結(jié)構(gòu)剖面示意圖。圖5是垂直腔面射型激光光源VCSEL剖面示意圖。圖6是DFB側(cè)射型激光二極管橫截面示意圖。圖7A是利用等離子體在石英管內(nèi)由軸心電極開始磊晶沉積示意圖。圖7B是VLSED同軸長線形激光晶棒的磊晶沉積制程系統(tǒng)示意圖。圖8A是同軸長線形激光二極管剖面示意圖。圖8B是同軸長線形激光二極管制造流程圖。
圖9A是同軸光纖的同軸單模態(tài)階射率光纖示意圖。 圖9B是同軸光纖的同軸多模態(tài)斜射率光纖示意圖。 圖9C是同軸光纖的同軸多模態(tài)階射率光纖示意圖。 圖10A是同軸階射率多模態(tài)發(fā)光光纖結(jié)構(gòu)示意圖。 圖10B是同軸階射率單模態(tài)發(fā)光光纖結(jié)構(gòu)示意圖。 圖11是三色發(fā)光光纖三蕊組成一束以合成白光的頂視圖。 圖12A是VGF長晶法制造軸心預(yù)刻布拉格光柵基棒示意圖。 圖12B是VGF長晶法制造預(yù)刻布拉格光柵軸心基棒示意圖。 圖13是同軸長線形激光及同軸發(fā)光光纖裝入熒光管裝置示意圖。 圖14是激光槍光源單體立體結(jié)構(gòu)裝置示意圖。
具體實(shí)施例方式
為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合 附圖及較佳實(shí)施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的同軸長線形結(jié)構(gòu)激光二極管制造方法及其發(fā)光裝 置其具體實(shí)施方式
、方法、步驟、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。 有關(guān)本發(fā)明的前述及其他技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，在以下配合參閱圖式的較佳實(shí) 施例的詳細(xì)說明中將可清楚呈現(xiàn)。通過具體實(shí)施方式
的說明，當(dāng)可對本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定目 的所采取的技術(shù)手段及功效獲得一更加深入且具體的了解，然而所附圖式僅是提供參考與 說明之用，并非用來對本發(fā)明加以限制。
實(shí)施例1 同軸長線形激光二極管制造方法 本實(shí)施例是以圖7B所示的VLSED法，即垂直大量同步長線形磊晶沉積法，利用此 VLSED法在一臺機(jī)器可同時(shí)沉積十條各1公尺長的同軸長線形雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)激光晶棒，再將 每支制成的激光晶棒分段切割，即可制成圖8A的同軸長線形激光二極管。制造過程是由裝 設(shè)在十條石英管內(nèi)各l公尺長且外徑2mm的軸心基棒(Subrod)606開始，如圖7A所示。請 參閱圖12A所示，是VGF長晶法制造軸心預(yù)刻布拉格光柵基棒示意圖，軸心基棒是由圖12A 所示垂直梯度冷卻式VGF長晶法制成。此軸心基棒垂直梯度(Vertical GradientFreeze， VGF)長晶法包含下列步驟 1、將一刻好布拉格光柵的軸心金屬導(dǎo)體棒1201根部接好InP晶種1202并固定在 坩堝1203底部。 2、在坩堝內(nèi)注入InP多晶塊材。 3、爐管1206依高低位置溫度控制曲線a逐漸升溫。 4、爐管依溫控曲線b調(diào)整，降低溫度以使1204固體-液體1205的界面緩緩向上 移動。 5、則InP原晶種固體起始長度將逐漸增長，液體區(qū)域逐漸消失，直至整支InP基棒 完全長晶為止。 6、取出InP基棒，移至VLSED的石英管內(nèi)制作同軸長線形激光晶棒。 激光晶棒制作是在InP基棒上，首先磊晶lxGai—xAs的P型環(huán)形局限層材料，再以磊
晶GaAs當(dāng)P型活性作用層，然后再磊晶N型局限層的AlxGai—xAs材料，而最后再沉積一層
11可導(dǎo)電外環(huán)供電電極，而同時(shí)完成IO支同軸長線形激光晶棒。本例VLSED-P10沉積設(shè)備如 圖7B所示，包括有一電腦控制系統(tǒng)指揮控制的各種共用氣體供應(yīng)的定溫供料槽，在此舉其 中第一支石英管當(dāng)反應(yīng)腔(Reaction Chamber)為例，其他各支石英管內(nèi)的氣體供應(yīng)方法相 同。20為液態(tài)四丁基砷化氫(TBAs)的定溫供料槽，TBAs經(jīng)定溫氣化分別流到流量控制器 16。流量控制器16接受電腦控制系統(tǒng)定量控制輸出后，與來自601三甲基鎵(TMGa)、602三 甲基鋁(TMA1) 、603氫氣(H2)，或其他必要摻雜定量控制輸出的氣體(例如要成長InGaAs 及InP時(shí)，換成三乙基鋁(TEA1)及三乙基銦(TEIn)，或采用GalnN材料制作)。所有被流 量控制系統(tǒng)定量輸出的氣相化學(xué)反應(yīng)物在混合器19內(nèi)混合，并各自從接頭進(jìn)入十支石英 管內(nèi)。為簡化實(shí)例說明，設(shè)備的框架和保溫箱沒有列出。當(dāng)所有2mm外徑的長線形且刻有布 拉格光柵又鍍上反射銀層的導(dǎo)體棒(或InP基棒)裝入石英管軸心內(nèi)。再將各石英管放入 可打開再鎖緊的兩端夾頭13及射頻(RF)環(huán)形陽極線圈607后。十個并列連動的RF功率 產(chǎn)生器ll即由電腦設(shè)定點(diǎn)同步地上下等長度和同速度開始進(jìn)行磊晶沉積制程。各石英管 內(nèi)部壓力由固定接頭14下方的感測器及壓力控制器15反饋控制。其廢氣及未沉積粒子經(jīng) 過過濾器至尾端的廢氣處理器22共同處理。負(fù)壓條件由共同幫泵21提供。射頻等離子體 放電(RF DISCHARGE PLASMA)在此當(dāng)作金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積(Metal Organic Chemical V即or D印osition， MOCVD)制程中提供化學(xué)反應(yīng)物放電游離的能源，又可稱為等離子增強(qiáng) 化學(xué)氣相淀積(Plasma Enhanced Chemical Vapor D印osition，PECVD)。其由各放入石英 管軸心內(nèi)導(dǎo)體棒606 (或InP基棒)當(dāng)陰極接地，與石英管1外來回移動的RF環(huán)形陽極線 圈607構(gòu)成射頻高壓等離子體激發(fā)裝置，如同諧振腔同時(shí)導(dǎo)入高壓電場，對各管內(nèi)流過RF 環(huán)形陽極線圈607和軸心內(nèi)導(dǎo)體棒606間的氣態(tài)反應(yīng)物提供一超過氣體的崩潰場。于是兩 電極之間產(chǎn)生高壓弧光?；」鈱⒓ぐl(fā)出大量離子及自由電子，而啟動一環(huán)狀等離子體608， 如圖7A所示。在RF環(huán)形陽極線圈607與軸心內(nèi)導(dǎo)體棒606構(gòu)成的電場中，電子往帶正電 的陽極加速，離子往帶負(fù)電的陰極加速移動。由于電子質(zhì)量小，其加速度比緩慢移動的離 子大很多。離子在石英反應(yīng)管內(nèi)移動，最后撞擊軸心電極并沉積于其上。此種撞擊如果電 極間電壓夠大，其撞擊陰極材料產(chǎn)生的二次電子將再與其上方中性原子或分子作非彈性碰 撞，產(chǎn)生更多離子。等離子體即是靠二次電子釋放及離子產(chǎn)生過程來維持。此時(shí)內(nèi)部通過 化學(xué)氣相材料已磊晶或沉積在軸心電極之上，并隨著RF功率產(chǎn)生器11帶動RF環(huán)形陽極線 圈607的移動已完成一層同心環(huán)形半導(dǎo)體層609的沉積作用。各RF環(huán)形陽極線圈607沿著 與地面垂直向并列架設(shè)的各石英管，同步同速上下移動，各石英管內(nèi)產(chǎn)生環(huán)狀等離子體608 走過所造成的沉積物，即構(gòu)成線形同軸發(fā)光二極管一層半導(dǎo)體厚膜或單晶層的成長。沉積 磊晶厚度可由移動速度、反應(yīng)物流量或流速、溫度壓力或各種制程因素加以控制。重復(fù)一次 一次依各層半導(dǎo)體預(yù)定材料厚度及種類的不同沉積，最后十支各長1公尺同軸長線形同軸 激光晶棒沉積的制程即一次完成。取出的長線形激光晶棒依所必要的段長切斷，并制成保 護(hù)及供電兩端面的同軸長線形激光二極管，如圖8A、圖8B所示。此種預(yù)刻布拉格光柵基棒 的VLSED法為達(dá)到固體長線形激光倍數(shù)量產(chǎn)的方法，將可降低成本并大量制造強(qiáng)光光源。
InP基棒中的軸心導(dǎo)體上預(yù)刻的布拉格光柵，亦可于其長晶完成取出后再蝕刻光 柵?；蛘咭钥山M合式布拉格光柵坩堝來制成InP布拉格光柵基棒，請參閱圖12B所示，是 VGF長晶法制造預(yù)刻布拉格光柵軸心基棒示意圖。
實(shí)施例2
同軸長線形激光二極管與同軸發(fā)光光纖所組合的固體白光照明 由實(shí)施列1分別制成的三支同軸長線形紅綠藍(lán)色激光二極管與三支同軸發(fā)光光
纖組合，可以合成白光固體照明裝置。請參閱圖ll所示，是三色發(fā)光光纖三蕊組成一束以
合成白光的頂視圖。1101為紅光發(fā)光光纖，1102為綠光發(fā)光光纖，1103為藍(lán)光發(fā)光光纖，
1104為三色合成白光各照射點(diǎn)。或可以一支藍(lán)光同軸長線形激光及一支黃光同軸長線形激
光分別射入二支扭絞的同軸發(fā)光光纖以組成互補(bǔ)發(fā)出白光的固體照明裝置。 實(shí)施例3 同軸長線形激光二極管及同軸發(fā)光光纖配合熒光粉組成白光的照明裝置
同軸長線形激光二極管射入同軸發(fā)光光纖的組合，裝入熒光管內(nèi)形成白光照明裝 置，請參閱圖13所示，是同軸長線形激光及同軸發(fā)光光纖裝入熒光管裝置示意圖。1301 為藍(lán)光發(fā)光光纖、1302為第二預(yù)備用發(fā)光光纖(目的作外加光色可調(diào)型結(jié)構(gòu))，1303為 黃色熒光粉內(nèi)被覆處，1304為同軸長線形激光二極管外接供電座。在同軸長線形激光 二極管組合發(fā)光光纖之外被覆熒光粉管，所合成白色照明發(fā)光的方法，如現(xiàn)有習(xí)知長管 形日光燈使用熒光粉(phosphor)產(chǎn)生白光發(fā)光技術(shù)；不同的是管內(nèi)不必充可游離氣體 及不必提供極高的游離電壓。由現(xiàn)有習(xí)知發(fā)光二極管LED加熒光粉做為固體照明組成 的方式，從最簡單的一個LED加一個熒光粉，例如藍(lán)光LED加黃色熒光粉YAG:Ce，(即化 學(xué)組成(Y卜aGda) 3 (Al卜bGab) 012材料)，當(dāng)波長465nm藍(lán)光激發(fā)YAG: Ce熒光粉后，產(chǎn)生黃 色555nm光譜的光。此黃光與LED未被吸收的藍(lán)光合成白光，這是最簡單的一種，稱為 l-PCLED(PhosphorConverted LED)。其以LED激發(fā)熒光粉方式可增由二個、三個、四個、甚 至五個以上LED去激發(fā)一種、二種、三種、甚或更多種不同色熒光粉而達(dá)到白光照明的目 的。以上的各種組合目的皆為調(diào)整最佳白光照明的特性，例如演色性CRI (Color Rendering Index,單位為Ra)、相關(guān)色溫CCT (Correlated Color Temperature，K)、發(fā)光效率(Luminous Efficacy, lm/W)等。亦有以紫光或紫外光UV的LED加熒光粉方式而達(dá)成白光照明方法。本 實(shí)施例將同軸長線形LED取代掉改采用二支同軸長線形激光二極管所產(chǎn)生例如藍(lán)光同軸 長線形激光或另一支可提高CRI的同軸長線形激光，分別射入二支同軸發(fā)光光纖，再外套 內(nèi)被覆黃光熒光粉管，以產(chǎn)生長線形白光照明裝置的方法。本發(fā)明有足夠長的長線形發(fā)光 層可產(chǎn)生較長且大的發(fā)光面積，且以同軸長線形激光結(jié)構(gòu)產(chǎn)生更高發(fā)光強(qiáng)度和發(fā)光效率， 足以取代現(xiàn)有習(xí)知日光燈。
實(shí)施例4
激光槍 將同軸長線形激光二極管集中成束狀發(fā)射結(jié)構(gòu)即成為固態(tài)高能光源，或稱為激光 槍。請參閱圖14所示，是激光槍光源單體立體結(jié)構(gòu)裝置示意圖。將此成束的長柱狀同軸長 線形激光二極管1401裝入一可散熱及保護(hù)作用的長管1402內(nèi)，并組裝在一電池和控制電 路基座1403上，即成為一激光槍單體。本激光槍單體是由36支同軸長線形激光成束狀集合 制成，各外環(huán)供電極同電位(如負(fù)電接地)容易成束制造。如以每支同軸長線形激光可發(fā) 射1瓦計(jì)算，共36瓦集中在極小面積上作功，將可產(chǎn)生極大的作用。功率集中的目的，將視 使用波長的種類而定。又可以將集中成束的長線形激光數(shù)量增多或再增長，以倍數(shù)放大功 率達(dá)到使用目的，因同軸長線形激光直徑極小，數(shù)量增加尚不易快速使整體長筒管徑變粗， 而妨礙攜帶。
若射擊目標(biāo)夠遠(yuǎn)則可由前面裝設(shè)一調(diào)焦裝置，或以機(jī)械結(jié)構(gòu)制成直線發(fā)射激光相干光的調(diào)焦控制裝置，可獲得更準(zhǔn)確的強(qiáng)光或高熱集中功效。又因同軸光源結(jié)構(gòu)才可增長制造，且長線形激光制造容易，體積小、重量又輕而攜帶便利，若前端接上同軸光導(dǎo)光纖，可作為醫(yī)療或美容儀器。其操作便利及控制精準(zhǔn)的射入點(diǎn)或面，若作為工業(yè)或探測功能，實(shí)為一項(xiàng)可提升國防戰(zhàn)斗力的最佳武器配備。茲為安全層級編列需要，在18個月后激光槍部分，請勿公開。 以上本發(fā)明各實(shí)施例闡述各種細(xì)節(jié)所引用各參考編號的元件，皆可視為相同或功
能上類似的元件，且意欲以極簡化的圖解方式來說明實(shí)例所表示的主要實(shí)施特點(diǎn)；因此，此
圖示并非意欲描繪出實(shí)際實(shí)施例的所有的特點(diǎn)，亦并非意欲描繪所繪元件的相對尺寸及數(shù)
量，故所示的圖并非按比例繪成，其是按本發(fā)明的同軸長線形激光二極管基本精神所繪成。 以上所舉例并圖示顯示本發(fā)明的同軸長線形激光二極管及所制成的照明裝置，僅
作為代表本發(fā)明同軸半導(dǎo)體光源結(jié)構(gòu)主要精神的同軸共構(gòu)的主張，以說明其他可據(jù)以等效
發(fā)揮同軸共構(gòu)的發(fā)光功能及據(jù)以應(yīng)用的各種樣態(tài)。 實(shí)例上所談，本同軸長線形激光二極管及同軸發(fā)光光纖所組成的各種白光固體
照明裝置及同軸長線形激光二極管的制造方法，不但擁有高發(fā)光效率(lm/W)、發(fā)光強(qiáng)度
(lm/lamp)及單一制程獲得高的同軸長線形激光晶棒長度，更表現(xiàn)在應(yīng)用于各種場合的照
明產(chǎn)品及較低成本量產(chǎn)性上，且可以同軸化省電結(jié)構(gòu)達(dá)到節(jié)省能源的目的。 應(yīng)可了解，上述每一元件的功能及其同軸使用發(fā)光功能、或兩個或多個元件的功
能及其同軸同步量產(chǎn)方法，皆可單獨(dú)或共同有效應(yīng)用在不同于上述類型的其它類型的同軸
共構(gòu)發(fā)光系統(tǒng)及制程系統(tǒng)中，而達(dá)到有益人類的綜合效益與價(jià)值。 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種同軸長線形結(jié)構(gòu)激光二極管，此半導(dǎo)體光源結(jié)構(gòu)，是以同軸激光二極管依軸向加長，所制成的長線形同軸激光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于形成同軸供電的軸心電極與外環(huán)導(dǎo)體，其間隔以多層同心圓環(huán)形半導(dǎo)體層，組成軸向受激發(fā)光的激光放大，由沿著軸向增長分布的同軸圓環(huán)形布拉格光柵反饋?zhàn)饔没蛴蓛啥嗣娣瓷渥饔盟_(dá)成的一種同軸長線形激光二極管結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸長線形結(jié)構(gòu)激光二極管，其特征在于是以大量平行并排 集合成束，制成的強(qiáng)光同軸長線形激光二極管結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸長線形結(jié)構(gòu)激光二極管，其特征在于是密集在厚晶圓上 以大量平行并排集合成束，制成強(qiáng)光同軸長線形激光二極管結(jié)構(gòu)。
4. 一種同軸長線形結(jié)構(gòu)激光二極管光源制造方法，是以垂直大量同步長線形磊晶沉積 法在一刻好布拉格光柵的軸心金屬導(dǎo)體或軸心基棒上，沉積或磊晶一層又一層同心圓環(huán)形 半導(dǎo)體層或?qū)w層，以同步大量制成長線形同軸激光晶棒，再分段切割制成單位長度的同 軸長線形激光二極管構(gòu)造，其特征在于同軸長線形結(jié)構(gòu)的激光二極管，是由制成一支或一 支以上長線形同軸激光晶棒，沿線分段切割所制成。
5. —種同軸發(fā)光光纖結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)軸殼、環(huán)核心層與外殼三部分，而主要分散光的環(huán)核 心層介于內(nèi)軸殼與外殼中間且其折射率低于內(nèi)軸殼與外殼所形成的同軸光纖結(jié)構(gòu)，其特征 在于光纖分散導(dǎo)光的折射率分布依據(jù)是定在半徑上，光在進(jìn)入環(huán)核心層后，由較高兩相同 折射率的內(nèi)軸殼及外殼所形成的同軸分散導(dǎo)光結(jié)構(gòu)，依折射率分布安排的波傳導(dǎo)方式分散 傳送的一種同軸發(fā)光光纖結(jié)構(gòu)。
6. —種激光照明裝置，是由可以混合成白光照明所需光波長的各激光，光學(xué)耦合分別 射入各發(fā)光光纖所組成的激光照明裝置，不同波長激光光波所進(jìn)入發(fā)光光纖的核心位置， 其折射率較外圍纖殼折射率低，引起各色波長的激光從光纖內(nèi)分散射出，混合產(chǎn)生白光照 明作用，其特征在于發(fā)光光纖接受激光相干幅射，激光放大作用且方向一致的強(qiáng)光，達(dá)成改 變光波原始的同方向路徑，成為均勻分散發(fā)光的一種發(fā)光或照明裝置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光照明裝置，其特征在于其是以互補(bǔ)成白光的二色激光照 明裝置組成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光照明裝置，其特征在于其是以一色或一色以上激光照明 裝置，裝在熒光粉披覆的管內(nèi)所組成的白光照明裝置。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種同軸長線形結(jié)構(gòu)激光二極管制造方法及其發(fā)光裝置，本發(fā)明將同軸激光二極管結(jié)構(gòu)增長，制成同軸長線形激光二極管。因有較長同軸管狀活性層及更均勻內(nèi)建電場，可擁有更多起始發(fā)光光子及更高量子效率，以產(chǎn)生更強(qiáng)受激發(fā)光的激光放大作用。其制造方法是由先制成長線形同軸激光晶棒，再軸向等段長切割制成同軸長線形激光二極管，可避免在晶圓上耗料的切割方式。所輸出同方向的強(qiáng)光由同軸發(fā)光光纖均勻分散導(dǎo)出，以合成白光的照明裝置。使更強(qiáng)光、更省電、更長壽及更低廉的激光發(fā)光方式，成為本世紀(jì)節(jié)省電能的照明光源。
文檔編號F21V8/00GK101741005SQ200810180418
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月26日
發(fā)明者楊春足 申請人:楊春足