1982年直徑12cm的小型光碟片（Compact Disc；CD）問世，當時一片CD可以享受74分鐘左右脈衝編碼變調幅（Pulse Code Modulation；PCM）形式的音樂（聲音資料），它與傳統類似唱片比較，小型光碟片幾乎沒有任何再生噪訊，加上強大的反覆再生性與高速存取性受到消費者高度肯定，小型光碟片（CD）因此在很短期間便滲透到一般家庭。

接著使用有機色素系材料的CD-R，與使用相變化媒體的CD-RW的加入，使得小型光碟片不再侷限在聲音保存，或是再生用媒體等狹窄範圍，小型光碟片已經變成儲存資料不可或缺的關鍵性元件，自此展開爆發性普及化的應用。

小型光碟片（CD）使用波長為780nm紅光半導體雷射，它實現650～700MB的記錄容量，不過隨著時代的進化，高資訊化社會強烈要求超高密度的紀錄媒體。光碟片的記錄密度與半導體雷射光束直徑二次方呈反比。

為了提高光碟片的記錄密度，半導體雷射系統整體不斷朝短波長方向發展，1996年問世的數位多用途光碟片（Digital Versatile Disk；DVD），使用波長為650nm紅光半導體雷射，它實現單面單層4.7GB的記錄密度。

數位多用途光碟DVD使用MPEG-2（Motion Picture Experts Group-2；動畫專家團體-2）編碼/解碼工具（Codec）方式，可以記錄數小時的影像。目前使用波長為405nm藍紫光半導體雷射實現超高記錄密度，光碟系統即將開始普及化。超高記錄密度的光碟系統分成兩種，不過兩者都使用波長為405nm藍紫光半導體雷射，直徑12cm的小型光碟CD可以實現單面單層20GB以上的超高記錄密度。

雖然類似這樣超高記錄密度本身具備強大魅力，不過目前依照傳統規格製成的DVD族群（DVD-Video、DVD-R、DVD-RW、DVD-RAM），與CD族群（CR-R、CD-RW）的應用已經相當普及，因此一般認為具備高相容性，是次世代超高記錄密度藍光光碟片（BD）基本要求。

實際上考慮到DVD與CD各記錄媒體的凹槽（Pit）深度、有機色素材料、位相變化材料的感度時，利用相同波長讀取各類型記錄媒體卻相當困難。理論上405nm的半導體雷射必需設置605nm與780nm的半導體雷射，必需先將不同波長半導體雷射封裝在一起，接著再設置於讀寫字頭內部，最後透過稜鏡等光路調整就實現上述相容性要求。

然而基於未來系統輕巧薄型化等考量，要求單晶片可以產生多波長雷射光束，目前商品化DVD/CD相容用650nm/780nm雙波長半導體雷射，可以在GaAs基板上長膜，因此大多採用相同基板上製作一體化（monolithic）雙波長半導體雷射，不過可以實現405nm波長的GaN系半導體，卻不易在GaAs基板上製作高品位結晶，換言之一體化幾乎無法同時實現波長650nm AlGaInP系半導體雷射、波長780nm AlGaAs系半導體雷射。

在個別基板上分別製作各半導體雷射，晶片化後才在相同的次組合（sub mount）進行混載的封裝方式，確實可以應用在波長405nm、650nm或是780nm雷射的微積體化，不過此時正確的發光點間隔位置的調整卻非常困難，加上貧弱的量產性始終無法突破，因此國外業者利用雷射剝離（Laser Lift Off；LLO）手法，開發高量產性晶圓形式堆疊製程技術，順利製作發光點間隔非常接近的藍光/紅光雙波長堆疊雷射。

本文首先要介紹利用雷射剝離手法製成的藍光/紅光雙波長堆疊雷射的特性，此外研究人員曾經試作Blu-ray/DVD/CD用藍光/紅光/紅外光三波長堆疊雷射，因此本文還要探討藍光/紅光/紅外光三波長堆疊雷射的未來發展動向。

藍光/紅光雙波長堆疊雷射的製作

製作藍光/紅光雙波長堆疊雷射時，研究人員曾經檢討晶圓等級的堆疊製程技術應用在紅光/紅外光雷射的可行性，主要理由是此時使用的GaAs基板，它與各雷射結構膜層的吸收頻譜並沒有很大的差異，無法將雷射剝離（LLO）手法當作基板去除技術，因此才檢討使用濕蝕刻方式進行基板部位的去除。

如圖一是整合AlGaInP系紅光半導體雷射，與AlGaAs系紅外光半導體雷射雙波長雷射的製作流程，如圖所示，具體步驟首先在GaAs(001)基板上製作AlGaAs系紅外光半導體雷射構造膜，接著製作寬3.0μm的樑狀橫條（ridge stripe），之後製作AuZn/Ti/Au歐姆電極，此時的Ti膜層在後續的貼合製程中，扮演抑制Au擴散到半導體的角色，接著在它的上方全面製作與AlGaInP系紅光半導體雷射的接著層Sn。

在此同時有別於紅光半導體雷射端製程，另外在GaAs(001)基板上製作AlGaInP系紅光半導體雷射結構膜，具體步驟如圖一(b)所示，它是在AlGaInP系紅光半導體雷射結構膜，與GaAs基板之間製作防蝕刻層（eatching stop lay），此防蝕刻層在後續的基板去除製程如圖一(d)，只會蝕刻基板部位並且使雷射結構膜存留下來，因此防蝕刻層使用Ga0.51In0.49P。

《圖一　紅光/紅外雙波長堆疊雷射的製作流程》 - BigPic:566x736

有關AlGaInP系紅光半導體雷射的加工，同樣製作寬3.0μm的樑狀橫條與AuZn/Ti/Au歐姆電極，此時Ti與AlGaInP系紅光半導體雷射的情況相同，屬於Au擴散抑制膜層。

接著將上述個別製作的兩個雷射晶圓，融接於AlGaInP系紅光半導體雷射端的Au接著層，與AlGaAs系紅外光半導體雷射的Sn接著。融接作業是在反應氣體（Forming Gas）中進行10分鐘300℃作業，雖然該黏貼製程主要目的是使兩半導體雷射的樑狀橫條平行貼近的位置調整作業，不過GaAs基板對可視光呈非透明狀，所以使用紅外光透視GaAs基板與雷射結構膜，藉此進行樑狀橫條觀察作業。

蝕刻液（Etchant）使用過水氨（氨與過氧化氫的混合液)，進行AlGaInP系紅光半導體雷射端的GaAs基板蝕刻使GaInP防蝕刻層露出，接著利用光學平版印刷技術，製作包含樑狀橫條在內寬200μm範圍的電阻圖案（resist pattern），多餘的露出範圍使用鹽酸、過水硫、BHF（HF/NH4F/H2O）蝕刻，並以該部使融著金屬完全露出，去除電阻後再使用鹽酸蝕刻GaInP防蝕刻層，使n-GaAs接觸層露出。

以上蝕刻製程主要目的是要獲得表面反應確定性，因此圖案化的AlGaInP系紅光半導體雷射端的側壁會變成圖二所示倒立鯊魚狀。

《圖二　紅光/紅外雙波長堆疊雷射端面的SEM照片》

有關AlGaInP系紅光半導體雷射端的n-GaAs接觸層的電極製作，即使未作圖案化，只要利用倒立鯊魚狀構成的自我排列（Self Aligning）特性，就可以與鄰接的融著層露出部位取得電氣性絕緣，因此製程可以大幅簡略化。

接著在AlGaAs系紅外光半導體雷射的GaAs基板背面，製作AuGe/Ni/Au歐姆電極，到目前為止上述所有製程都是以晶圓形式處理，最後再進行一次劈開與融著層露出部位的二次劈開作業，完成半導體雷射晶片的加工製程。

此外後側端面設有HR（High Reflection）鍍膜，該HR鍍膜可以使650nm與780nm兩波長的反射率變成85％左右。

紅光/紅外光雙波長堆疊型雷射特性

利用以上製程製作的紅光/紅外光雙波長堆疊型半導體雷射的結構如圖三所示，電極結構為陽極共用的3電極形式，AlGaInP系紅光半導體雷射與AlGaAs系紅外光半導體雷射彼此可以完全獨立驅動。

《圖三　紅光/紅外雙波長堆疊雷射的斷面結構》 - BigPic:566x282

圖四是紅光/紅外光雙波長堆疊型半導體雷射，順時針驅動時電流對光輸出的特性，此時AlGaInP系紅光半導體雷射端設置sub mount，從AlGaInP系紅光半導體雷射端散熱，此外半導體雷射的振盪值分別是26mA與25mA。

《圖四　紅光/紅外雙波長堆疊雷射室溫順時針驅動時的I－L特性與振盪頻譜》 - BigPic:566x458

紅光/紅外雙波長堆疊雷射同時驅動時，雖然兩發光點僅間隔3μm，不過若與傳統一體型紅光/紅外雙波長堆疊雷射的110μm間隔比較，2發光點已經實現極端接近的要求，尤其是兩發光點極端貼近可以使兩雷射光束在讀寫字頭內更接近軸心位置，光的利用效果更有利。

以上製程是將AlGaInP系紅光半導體雷射與AlGaAs系紅外光半導體雷射堆疊，製成紅光/紅外雙波長堆疊型雷射。如果將圖一的AlGaAs系紅外光半導體雷射置換成GaN系（波長為405nm藍光）半導體雷射，就可以製作藍光/紅光雙波長堆疊型半導體雷射，利用這種方法可以製作由GaN基板構成的GaN系半導體雷射。由於此時GaN的熱傳導率為130W/mk，因此AlGaInP系紅光半導體雷射與AlGaAs系紅外光半導體雷射的任何一方都可以進行良好的散熱。

藍光/紅光/紅外光三波長堆疊雷射的製作

上述藍光/紅光雙波長堆疊型半導體雷射，適用於Blu-ray/HD-DVD相容的數位多用途光超高記錄密度DVD光碟機，紅光/紅外雙波長堆疊型半導體雷射適用於一般記錄密度DVD/CD光碟機，未來勢必要求單一晶片可以支援Blu-ray/HD-DVD/DVD三種光碟機，亦即整合藍光/紅光/紅外光三波長的堆疊型半導體雷射，因此研究人員在紅光/紅外雙波長堆疊型半導體雷射上，堆疊利用GaN基板製成的GaN系藍光半導體雷射上，製成藍光/紅光/紅外光三波長半導體雷射。

圖五是試作的藍光/紅光/紅外光三波長半導體雷射的斷面結構，藍光/紅光/紅外光所有發光點在發光時，都收斂在10μm範圍內，3個發光點已經實現極端極端接近的要求，發光點極端貼近可以使兩雷射光束在讀寫字頭內更接近軸心位置，光的利用效果更有利。

《圖五　藍光/紅光/紅外三波長堆疊雷射同時驅動時的斷面結構》

結語

以上介紹藍光/紅光雙波長堆疊雷射的製作方法，Blu-ray-/DVD/CD用藍光/紅光/紅外光三波長堆疊雷射的特性，以及藍光/紅光/紅外光三波長堆疊雷射的未來發展動向。

雖然光碟機從CD進化到DVD，不過CD卻已經在音響、資料記錄以及其它用途上建立牢不可破的地位，因此具備與CD相容性成為DVD讀寫機必要條件，即使是次世代Blu-rat Disc、HD-DVD光碟機，同樣必需具備與CD、DVD的相容性。

在此同時，隨著光碟機的讀寫頭（Pick-up Head）小型化發展，各光碟機系統廠商根據本身的技術能力與市場訴求，分別採用雙波長或是三波長半導體雷射。單一晶片輸出複數相異波長的多波長雷射，則是光碟機系統廠商追求的終極目標，不過製作上必需面臨製程與加工技術的挑戰。

國外業者透過高量產性手法，順利完成BD/HD-DVD相容的藍光/紅光雙波長堆疊型半導體雷射，與DVD/CD相容的紅光/紅外光雙波長堆疊型半導體雷射的開發，接著再利用上述兩技術，試作同樣具有高量產性，而且所有發光點間隔全部收斂在10μm以內的藍光/紅光/紅外光三波長堆疊型半導體雷射，一般認為它對未來次世代光碟機的體積的縮減非常有利。