專利名稱：激光二極管、光盤裝置與光學(xué)拾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光二極管、光盤裝置以及光學(xué)拾波器，且更具體地涉 及例如適合用作低噪聲光源的激光二極管，以及涉及分別使用該激光二 極管作為光源的光盤裝置與光學(xué)拾波器。
背景技術(shù)：
激光二極管被用作光盤裝置的光源，所述光盤裝置從諸如 CD(Compact Disk)以及DVD(Digital Versatile Disk)的光盤讀取信息。在所 述激光二極管中，由光盤反射回激光二極管的光，即所謂的反饋光干擾 激光二極管的振蕩狀態(tài)，從而引起噪聲。作為一種減少由反饋光引起的 噪聲的現(xiàn)有技術(shù)，進行自脈動工作的激光二極管是有效的。所述激光二 極管的原理是減少激光的相干性以避免由反饋光對激光二極管造成的干 擾。
作為用于自脈動工作的激光二極管，例如，從2004-186678號日本未 審查專利申請公報以及V. Z. Tronciu et al., Opt. Commun. 235 (2004)
409-414中已知一種二電極激光二極管。圖9A與9B圖示了相關(guān)技術(shù)中的二 電極激光二極管的構(gòu)造的例子。這里，圖9A圖示了平面圖，且圖9B圖示 了沿圖9A的X-X線的剖面圖。
如圖9A與9B中所示，二電極激光二極管包括在矩形激光器芯片IOO 的彼此相向的一對平行端面100a與100b之間沿諧振器長度方向的整個長 度延伸的激光器條(波導(dǎo))101。激光器條101在其整個長度內(nèi)寬度一致。激 光器芯片100包括在導(dǎo)電的半導(dǎo)體基板102上形成激光器結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層 103。半導(dǎo)體層103包括活性層以及n側(cè)披覆層、p側(cè)披覆層等(未圖示)。靠
5近激光器條101的端面100a的一側(cè)的部分為增益區(qū)104，而靠近端面100b 的一側(cè)的部分為可飽和吸收區(qū)105。形成的增益區(qū)104的長度大于可飽和 吸收區(qū)105的長度。電極106與107分別布置于增益區(qū)104與可飽和吸收區(qū) 105上。電極106與107之間的區(qū)域是電流非注入?yún)^(qū)(電極分離區(qū))108。電極 109布置于激光器芯片100的背面、即半導(dǎo)體基板102的背面上。
在具有上述構(gòu)造的二電極激光二極管中，當(dāng)在分別布置于增益區(qū)104 的上部與下部中的電極106與109之間施加正向偏壓以注入直流電流時， 就進行激光振蕩。而且，當(dāng)在分別布置于可飽和吸收區(qū)105的上部與下部 中的電極107與109之間施加反向偏壓時，就進行自脈動工作。

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，在光盤裝置中，期望減少激光的相干性。然而，根據(jù)本 發(fā)明的發(fā)明人的研究，在相關(guān)技術(shù)中的上述二電極激光二極管中，即使 進行自脈動工作，激光的相干性仍未充分減少。從而，可以利用的激光 的功率區(qū)域或光盤的設(shè)計受到限制，因此實際中難以將相關(guān)技術(shù)中的上 述二電極激光二極管應(yīng)用于光盤裝置的光源。
需要提供一種能夠進行自脈動工作、而且能夠充分地減少激光的相 干性并穩(wěn)定地獲取低噪聲激光的激光二極管。
還需要提供一種使用上述激光二極管作為光源的光盤裝置以及光學(xué) 拾波器。
根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，提供了一種激光二極管，其包括激光 器芯片，該激光器芯片包括在彼此相向的第一端面與第二端面之間沿諧 振器長度方向延伸的至少一個激光器條，其中，激光器條沿諧振器長度 方向包括增益區(qū)以及可飽和吸收區(qū)，且可飽和吸收區(qū)中的激光器條的寬 度大于增益區(qū)中的激光器條的寬度。
根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，提供了一種光盤裝置，其包括作為光 源的激光二極管，其中，該激光二極管包括激光器芯片，該激光器芯片 包括在彼此相向的第一端面與第二端面之間沿諧振器長度方向延伸的至 少一個激光器條，所述激光器條沿諧振器長度方向包括增益區(qū)與可飽和
6吸收區(qū)，且可飽和吸收區(qū)中的激光器條的寬度大于增益區(qū)中的激光器條 的寬度。
根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，提供了一種光學(xué)拾波器，其包括作為 光源的激光二極管，其中，該激光二極管包括激光器芯片，該激光器芯 片包括在彼此相向的第一端面與第二端面之間沿諧振器長度方向延伸的 至少一個激光器條，所述激光器條沿諧振器長度方向包括增益區(qū)與可飽 和吸收區(qū)，且可飽和吸收區(qū)中的激光器條的寬度大于增益區(qū)中的激光器 條的寬度。
在根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的激光二極管、光盤裝置以及光學(xué)拾波 器中，通常可飽和吸收區(qū)的長度小于增益區(qū)的長度，但不排除其它情況。
作為一個典型的例子，增益區(qū)布置于靠近第一端面的一側(cè)，且可飽 和吸收區(qū)布置于靠近第二端面的一側(cè)。作為另一典型的例子，可飽和吸 收區(qū)布置于靠近第一端面的一側(cè)以及靠近第二端面的一側(cè)，而增益區(qū)布 置于可飽和吸收區(qū)之間。作為另一例子，增益區(qū)布置于靠近第一端面的 一側(cè)以及靠近第二端面的一側(cè)，而可飽和吸收區(qū)布置于增益區(qū)之間。增 益區(qū)與可飽和吸收區(qū)通常隔著電流非注入?yún)^(qū)彼此相鄰地布置。
增益區(qū)與可飽和吸收區(qū)可以彼此獨立地工作，為此，電極分別布置 于增益區(qū)與可飽和吸收區(qū)上，從而彼此分開。在激光二極管工作期間， 通常，對增益區(qū)施加正向偏壓以將直流電流注入到增益區(qū)，且必要時， 包括直流電流在內(nèi)，也可以將交流電流或高頻電流注入增益區(qū)。對可飽 和吸收區(qū)施加反向偏壓或零偏壓。
在激光器條形狀為脊?fàn)畹那闆r中，即在激光器條是脊?fàn)顥l(脊?fàn)畈▽?dǎo)) 的情況中，必要時，增益區(qū)中的激光器條的橫向折射率階差厶n可以不同 于可飽和吸收區(qū)中的橫向折射率階差A(yù)n。例如，增益區(qū)中的橫向折射率 階差A(yù)n大于可飽和吸收區(qū)中的橫向折射率階差厶n。這里，激光器條的橫 向折射率階差是指激光器條部分的折射率與激光器條兩側(cè)部分的折射率 之間的差異。欲使增益區(qū)與可飽和吸收區(qū)中具有不同的橫向折射率階差 An，例如可以使增益區(qū)與可飽和吸收區(qū)中的脊具有不同高度，并使形成 于增益區(qū)中的脊的兩側(cè)的介電膜(絕緣膜)、光吸收膜、半導(dǎo)體膜等的材料不同于形成在可飽和吸收區(qū)中的脊的兩側(cè)的介電膜(絕緣膜)、光吸收膜、 半導(dǎo)體膜等的材料。
激光器芯片在第一端面與第二端面之間可以具有僅僅一個激光器條 或多個激光器條，并根據(jù)激光二極管的用途等適當(dāng)確定激光器條的數(shù)目。
激光器芯片包括形成激光器結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層(例如，n側(cè)披覆層、活 性層、p側(cè)披覆層、接觸層等)。形成激光器結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層的材料不作 具體限定，并根據(jù)從激光二極管提取的光的波長恰當(dāng)?shù)剡x擇。更具體地， 可以使用諸如GaN基半導(dǎo)體、GaAs基半導(dǎo)體或GalnP基半導(dǎo)體的III-V族 的化合物半導(dǎo)體或諸如ZnSe的II-VI族的化合物半導(dǎo)體。
根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的光盤裝置包括僅用于播放(讀取)的光盤 裝置、僅用于記錄(寫入)的光盤裝置以及用于再現(xiàn)和記錄的光盤裝置，且 可以使用任何再現(xiàn)和/或記錄模式。根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的光盤裝置 包括再現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)和/或記錄光學(xué)系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的光學(xué) 拾波器適用于所述光盤裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，提供了一種激光二極管，其包括激光 器芯片，該激光器芯片包括在彼此相向的第一端面與第二端面之間沿諧 振器長度方向延伸的至少一個脊?fàn)畹募す馄鳁l，其中激光器條沿諧振器 長度方向包括增益區(qū)與可飽和吸收區(qū)，且增益區(qū)中的橫向折射率階差大 于可飽和吸收區(qū)中的橫向折射率階差。
根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，提供了一種光盤裝置，其包括作為光 源的激光二極管，其中激光二極管包括在彼此相向的第一端面與第二端 面之間沿諧振器長度方向延伸的至少一個脊?fàn)畹募す馄鳁l，所述激光器 條沿諧振器長度方向包括增益區(qū)與可飽和吸收區(qū)，且增益區(qū)中的橫向折 射率階差大于可飽和吸收區(qū)中的橫向折射率階差。
根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，提供了一種光學(xué)拾波器，其包括作為
光源的激光二極管，其中激光二極管包括在彼此相向的第一端面與第二 端面之間沿諧振器長度方向延伸的至少一個脊?fàn)畹募す馄鳁l，所述激光 器條沿諧振器長度方向包括增益區(qū)與可飽和吸收區(qū)，且增益區(qū)中的橫向 折射率階差大于可飽和吸收區(qū)中的橫向折射率階差。在根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的激光二極管、光盤裝置與光學(xué)拾波器 中，為使增益區(qū)的橫向折射率階差大于在可飽和吸收區(qū)中的橫向折射率 階差，例如可以使增益區(qū)中的脊與可飽和吸收區(qū)中的脊具有不同的高度， 并使形成于增益區(qū)中的脊的兩側(cè)的介電膜(絕緣膜)、光吸收膜、半導(dǎo)體膜 等的材料不同于形成在可飽和吸收區(qū)的脊的兩側(cè)的介電膜(絕緣膜)、光吸 收膜、半導(dǎo)體膜等的材料。通常但不排除其它情況，可飽和吸收區(qū)的長 度小于增益區(qū)的長度。
作為一個典型的例子，增益區(qū)布置于靠近第一端面的一側(cè)，且可飽 和吸收區(qū)布置于靠近第二端面的一側(cè)。作為另一典型的例子，增益區(qū)布 置于靠近第一端面以及第二端面的每一側(cè)，且可飽和吸收區(qū)布置于增益 區(qū)之間。作為另一例子，可飽和吸收區(qū)布置于靠近第一端面與第二端面 的每一側(cè)，且增益區(qū)布置于可飽和吸收區(qū)之間。增益區(qū)與可飽和吸收區(qū) 通常隔著電流非注入?yún)^(qū)彼此相鄰地布置。
增益區(qū)與可飽和吸收區(qū)彼此獨立地工作，為此，在增益區(qū)與可飽和 吸收區(qū)上分別包括電極，從而使電極彼此分開。在激光二極管工作期間， 通常，對增益區(qū)施加正向偏壓以將直流電流注入到增益區(qū)，且必要時， 包括直流電流在內(nèi)，也可將交流電流或高頻電流注入增益區(qū)中。對可飽 和吸收區(qū)施加反向偏壓或零偏壓。
激光器芯片在第一端面與第二端面之間可以具有僅僅一個激光器條 或多個激光器條，并根據(jù)激光二極管的用途等適當(dāng)?shù)卮_定激光器條的數(shù) 目。
除非與本發(fā)明的實質(zhì)相違背，除了上面描述以外的對根據(jù)本發(fā)明的 第一實施例的激光二極管、光盤裝置以及光學(xué)拾波器的描述可以應(yīng)用于 根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的激光二極管、光盤裝置以及光學(xué)拾波器。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的激光二極管、光盤裝置與 光學(xué)拾波器與根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的激光二極管、光盤裝置與光學(xué) 拾波器中，激光器條沿諧振器的長度方向包括增益區(qū)與可飽和吸收區(qū)， 從而可以進行自脈動工作。而且，當(dāng)可飽和吸收區(qū)中的激光器條的寬度 大于增益區(qū)中的激光器條的寬度時，或當(dāng)增益區(qū)中的橫向折射率階差大于可飽和吸收區(qū)中的橫向折射率階差時，在自脈動工作期間，增益區(qū)中的光密度高于可飽和吸收區(qū)中的光密度。在具有高光密度的區(qū)域中，強烈產(chǎn)生作為三階非線性光學(xué)效應(yīng)的自相位調(diào)制效應(yīng)。從而，增加了自脈動工作期間的縱模光譜的加寬，以減少相干時間，從而充分地減少激光的相干性。
根據(jù)本發(fā)明的第一與第二實施例，可以實現(xiàn)能夠進行自脈動工作、而且能夠充分地減少激光的相干性且穩(wěn)定地獲取低噪聲激光的激光二極管。而且，當(dāng)所述優(yōu)良的激光二極管用作光學(xué)拾波器的光源時，可以實現(xiàn)高性能的光盤裝置。
以下描述將更加充分地體現(xiàn)本發(fā)明的其它的與進一步的目的、特征與優(yōu)點。


圖1A與1B是表示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的二電極激光二極管的平面圖與剖面圖。
圖2是沿圖1A的Y-Y線的二電極激光二極管的剖面圖。
圖3是表示光密度隨著條的寬度變化的圖。
圖4A與4B是表示根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的三電極激光二極管的平面圖與剖面圖。
圖5A與5B是表示根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的三電極激光二極管的平面圖與剖面圖。
圖6A與6B是表示根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的二電極激光二極管的平面圖與剖面圖。
圖7A與7B是表示根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的二電極激光二極管的剖面圖。
圖8A與8B是表示根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的二電極激光二極管的剖面圖。圖9A與9B是表示相關(guān)技術(shù)中的二電極激光二極管的平面圖與剖面圖。
具體實施例方式
以下將參照附圖詳細描述優(yōu)選實施例。
首先，以下將描述根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的二電極激光二極管。
圖1A與1B圖示了二電極激光二極管，且圖1A是平面圖，圖1B是沿圖1A的X-X(激光器條的中心線)線的剖面圖。
如圖1A與1B中所示，二電極激光二極管包括在矩形激光器芯片10的彼此相向的一對平行端面10a與10b之間沿諧振器長度方向的整個長度延伸的激光器條ll。激光器芯片10包括在導(dǎo)電半導(dǎo)體基板12上形成激光器結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層13。半導(dǎo)體層13包括活性層以及n側(cè)披覆層、p側(cè)披覆層等(未圖示)?？拷す馄鳁lll的端面10a的一側(cè)的部分是增益區(qū)14，而靠近激光器條ll的端面10b的一側(cè)的部分是可飽和吸收區(qū)15。電極16與17分別布置于增益區(qū)14與可飽和吸收區(qū)15上。電極16與17之間的區(qū)域是電流非注入?yún)^(qū)(電極分離區(qū))18。電極19布置于激光器芯片10的背面、即半導(dǎo)體基板12的背面上。
在沿著從激光器芯片10的端面10a到端面10b的方向上，激光器條ll的寬度從端面10a上的寬度W,線性地增加到端面10b上的寬度W"W^Wi)。因此在這種情況下，可飽和吸收區(qū)15中的激光器條11的寬度大于增益區(qū)14中的激光器條11的寬度。而且，增益區(qū)14的長度大于可飽和吸收區(qū)15的長度。
關(guān)于端面10a與10b的反射率，形成已知的端面覆蓋膜(未圖示)，以使得端面10a的反射率低于端面10b的反射率。
例如，二電極激光二極管的各部分的尺寸如下，但所述尺寸不具體限定于此。
增益區(qū)14的長度(電極16的長度)500pm可飽和吸收區(qū)15的長度(電極17的長度)2(Him
ii電流非注入?yún)^(qū)18(電極16與17之間的空間)的長度5pm端面10a上的激光器條ll的寬度Wp 1.4pm端面10b上的激光器條ll的寬度W2: 3pm
形成激光器結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層13的材料不作具體限定，并根據(jù)從二電極激光二極管提取出的激光的中心波長適當(dāng)?shù)剡x擇。更具體地，所述材料的例子包括GaN基半導(dǎo)體、GaAs基半導(dǎo)體、GalnP基半導(dǎo)體、ZnSe基半導(dǎo)體等。而且，激光器結(jié)構(gòu)不作具體限定，并可以使用各種現(xiàn)有激光器結(jié)構(gòu)中的任何一種。
以下描述與激光器芯片10的諧振器長度方向垂直的截面構(gòu)造的例子。這里，以下描述半導(dǎo)體層13由GaN基半導(dǎo)體制成的情況，即二電極激光二極管為GaN基激光二極管的情況。圖2是沿圖lA的Y-Y線的剖面圖，即增益區(qū)14的剖面圖的例子?？娠柡臀諈^(qū)15的截面構(gòu)造與增益區(qū)14的構(gòu)造相同。
如圖2所示，在本例子中，通過在作為半導(dǎo)體基板12的n型GaN基板20上依次層疊n型AlGaN披覆層13a、 n型GaN層13b、例如不摻雜GaLxInxN(阱層)/GaLylnyN(阻擋層，x〉y)多量子阱結(jié)構(gòu)活性層13c、 p型AlGaN電子阻擋層13d、 p型GaN層13e、 p型GaN/AlGaN超晶格披覆層13f與p型GaN接觸層13g而形成半導(dǎo)體層13。脊部形成于p型GaN/AlGaN超點陣披覆層13f的上部與p型GaN接觸層13g處，且激光器條ll為脊?fàn)顥l。
例如，包括Si02膜與布置于Si02膜上的Si膜的絕緣膜21形成于激光器條ll的側(cè)面以及該激光器條ll的兩側(cè)部分的p型GaN/AlGaN超晶格披覆層13f上。p側(cè)電極22形成于激光器條ll上，從而與p型GaN接觸層13g電氣連接。例如，p側(cè)電極22由Pd制成，但不限于此。
焊盤電極23形成于p側(cè)電極22與絕緣膜21上方，從而與p側(cè)電極22電氣連接。例如可以使用具有Ti/Pt/Au結(jié)構(gòu)的電極作為焊盤電極23，且Ti膜、Pt膜與Au膜的厚度例如但不限于分別是15nm、 50nm與300nm。另一方面，作為電極19的n側(cè)電極24形成于n型GaN基板20的背面上，從而與n型GaN基板20電氣連接。例如，可以使用具有Ti/Pt/Au結(jié)構(gòu)的電極作為n側(cè)電極24,且Ti膜、Pt膜與Au膜的厚度例如但不限于分別是15nm、50nm與300nm。作為形成激光器結(jié)構(gòu)的GaN基半導(dǎo)體層的厚度的例子，n型AlGaN披覆層13a的厚度為1200nm， n型GaN層13b的厚度為12nm，活性層13c的阱層的厚度為3.5nm(阱的數(shù)目為3)，活性層13c的阻擋層的厚度為7nm， p型AlGaN電子阻擋層13d的厚度為10nm， p型GaN層13e的厚度為12.3nm，且p型GaN/AlGaN超晶格披覆層13f的厚度為400nm。而且，n型AlGaN披覆層13a的Al組成例如為0.05， p型AlGaN電子阻擋層13d的Al組成例如為0.2，且p型GaN/AlGaN超晶格披覆層13f的AlGaN層的Al組成例如為0.08。
圖3圖示了在GaN基激光二極管中激光器條中的光密度在工作期間隨著激光器條的寬度(條寬度)變化的例子。橫向折射率階差A(yù)n(橫向的折射率分布圖中的折射率的差異)為6x10—3。從圖3明顯可以看出，條寬度越小，光密度增加得就越多。因此，明顯地，在寬度小于可飽和吸收區(qū)15的寬度的增益區(qū)14中，光密度高于可飽和吸收區(qū)15中的光密度。
接下來，以下參照作為二電極激光二極管的例子的具有如圖2所示的結(jié)構(gòu)的GaN基激光二極管，描述二電極激光二極管的制造方法。
首先，例如通過金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)方法，依次在n型GaN基板20上外延生長n型AlGaN披覆層13a、 n型GaN層13b、活性層13c、p型AlGaN電子阻擋層13d、 p型GaN層13e、 p型GaN/AlGaN超晶格披覆層13f以及p型GaN接觸層13g以形成所述結(jié)構(gòu)。
接下來，例如，在p型GaN接觸層13g的整個表面上形成諸如Si02膜的絕緣膜(未圖示)，且隨后通過蝕刻將絕緣膜圖形化為預(yù)定形狀。接下來，被圖形化的絕緣膜用作蝕刻掩模，并通過例如反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)等干刻法對該結(jié)構(gòu)進行蝕刻，直到到達p型GaN/AlGaN超晶格披覆層13f的厚度方向的深度中部，以形成脊。
接下來，例如，在整個表面上依次形成Si02膜與Si膜，同時保留作為蝕刻掩模的絕緣膜，并隨后有選擇地蝕刻并除去這些膜的激光器條ll上方的部分。從而，絕緣膜21形成于脊的側(cè)面以及脊的兩側(cè)部分的p型GaN/AlGaN超晶格披覆層13f上。
接下來，例如，作為用于形成p側(cè)電極22的材料，例如通過舉離(liftoff)方法使與脊的上表面具有相同平面形狀的Pd膜形成于脊上。接
13下來，通過離子銑方法蝕刻并除去Pd膜的預(yù)定部分，以形成電流非注入
區(qū)18，并形成增益區(qū)14與可飽和吸收區(qū)15上的p側(cè)電極22。
接下來，通過光刻形成延伸到電流非注入?yún)^(qū)18與電流非注入?yún)^(qū)18的延伸部分的條狀的抗蝕圖(未圖示)，并隨后例如通過真空沉積方法在整個表面上形成用于形成焊盤電極23的膜。隨后，將抗蝕圖與形成于抗蝕圖上的膜一起除去。從而，在p側(cè)電極22上形成焊盤電極23。接下來，必要時，從n型GaN基板20的背面進行研磨以將n型GaN基板20的厚度減少到預(yù)定厚度。然后，n側(cè)電極24形成于n型GaN基板20的背面上。
接下來，通過切割等把如上所述那樣形成激光器結(jié)構(gòu)的n型GaN基板20加工成條狀，以形成端面10a與10b，并通過已知的技術(shù)在端面10a與10b上形成端面覆蓋膜，并隨后將條分割成芯片。從而，形成激光器芯片IO，并制造出想得到的二電極GaN基激光二極管。
接下來，以下描述二電極激光二極管的工作原理。
在增益區(qū)14中，在電極16與19之間施加正向偏壓以注入直流電流，此外，施加高頻電壓以注入高頻電流(在進行高頻疊加的情況中)。在可飽和吸收區(qū)15中，在電極17與19之間施加反向偏壓或零電壓。于是，二電極激光二極管進行自脈動工作。
這里，增益區(qū)14中的激光器條11的寬度小于可飽和吸收區(qū)15中的激光器條ll的寬度，從而增益區(qū)14中的光密度高于可飽和吸收區(qū)15中的光密度。從而，在增益區(qū)14中，強烈地產(chǎn)生自相位調(diào)制效應(yīng)。因此，在該二電極激光二極管中，與相關(guān)技術(shù)中的二電極激光二極管相比，即使使用相等的光輸出，仍能進一步增加自脈動工作期間的縱模光譜的加寬。因此，減少了激光的相干時間，從而大幅減少了激光的相干性，且更有效地避免了從光盤讀取信息時反饋光噪聲的發(fā)生。
如上所述，在第一實施例中，可以實現(xiàn)能夠進行自脈動工作并能夠充分地減少激光的相干性且穩(wěn)定地獲取低噪聲激光的二電極激光二極管。因此，由于大幅地放寬了可以利用的激光功率區(qū)域或光盤的設(shè)計的限制，故該二電極激光二極管適合用作光盤裝置的光源。激光二極管所必須的相干性減少的量取決于光盤裝置的光程長度、光學(xué)系統(tǒng)等。然而，由于激光二極管被用于更多種類的光盤裝置中，故大量地減少相干性是所期望的。
接下來，以下描述根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的三電極激光二極管。
圖4A與4B圖示了三電極激光二極管，且圖4A是平面圖，而圖4B是沿圖4A的X-X線(激光器條的中心線)的剖面圖。
如圖4A與4B中所示，三電極激光二極管包括在矩形激光器芯片10的彼此相向的一對平行端面10a與10b之間沿諧振器長度方向的整個長度延伸的激光器條ll。激光器芯片10包括在導(dǎo)電的半導(dǎo)體基板12上形成激光器結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層13。半導(dǎo)體層13包括活性層以及n側(cè)披覆層、p側(cè)披覆層等(未圖示)。激光器條ll的靠近端面10a的一側(cè)的部分以及靠近端面10b的一側(cè)的部分分別是可飽和吸收區(qū)15a與15b，且可飽和吸收區(qū)15a與15b之間的部分為增益區(qū)14。電極16、 17a與17b分別布置于增益區(qū)14以及可飽和吸收區(qū)15a與15b上。電極16與17a之間的區(qū)域是電流非注入?yún)^(qū)18a，且電極16與17b之間的區(qū)域是電流非注入?yún)^(qū)18b。電極19布置于激光器芯片10的背面、即半導(dǎo)體基板12的背面上。
增益區(qū)14中的激光器條11的寬度在增益區(qū)14的長度內(nèi)是一致的，即其寬度為W3。在每個可飽和吸收區(qū)15a與15b中，激光器條ll在從每個端面10a與10b到距每個端面10a與10b的距離為I^的點的部分中具有一致的寬度W"W一W3)，但是在每個可飽和吸收區(qū)15a與15b中，在從距每個端面10a與10b的距離為Li的點到距每個端面10a與10b的距離為L2的點的部分中，激光器條11的寬度從W4線性地減少到W3。換言之，這里，可飽和吸收區(qū)15a與15b中的激光器條ll的寬度大于增益區(qū)14中的激光器條ll的寬度。而且，增益區(qū)14的長度大于每個可飽和吸收區(qū)15a與15b的長度。
除了上述構(gòu)造以外，三電極激光二極管的構(gòu)造與根據(jù)第一實施例的二電極激光二極管的構(gòu)造相同。
而且，三電極激光二極管的制造方法與根據(jù)第一實施例的二電極激光二極管的制造方法相同。
接下來，以下描述三電極激光二極管的工作原理。
15在增益區(qū)14中，在電極16與19之間施加正向偏壓以施加直流電流， 此外，必要時，施加高頻電壓以注入高頻電流(在進行高頻疊加的情況中)。 在可飽和吸收區(qū)15a與15b中，在電極17a與19之間以及電極17b與19之間
施加反向偏壓或零電壓。于是，三電極激光二極管進行自脈動工作。
這里，增益區(qū)14中的激光器條ll的寬度小于每個可飽和吸收區(qū)15a與 15b中的激光器條ll的寬度，從而增益區(qū)14中的光密度高于可飽和吸收區(qū) 15a與15b中的光密度。從而，在增益區(qū)14中，強烈地產(chǎn)生自相位調(diào)制效 應(yīng)。因此，在三電極激光二極管中，與在根據(jù)第一實施例的二電極激光 二極管的情況中一樣，增加了自脈動工作期間的縱模光譜的加寬。因此， 減少了激光的相干時間，從而大幅減少了激光的相干性，且有效地避免 了從光盤讀取信息時反饋光噪聲的發(fā)生。
按照第二實施例，可以得到與在第一實施例相同的優(yōu)點。
接下來，以下描述根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的三電極激光二極管。
圖5A與5B圖示了三電極激光二極管，且圖5A是平面圖而圖5B是沿圖 5A的X-X線(激光器條的中心線)的剖面圖。
如圖5A與5B中所示，三電極激光二極管包括在矩形激光器芯片10的 彼此相向的一對平行端面10a與10b之間沿諧振器長度方向的整個長度延 伸的激光器條ll。激光器芯片10包括在導(dǎo)電半導(dǎo)體基板12上形成激光器 結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層13。半導(dǎo)體層13包括活性層以及n側(cè)披覆層、p側(cè)披覆層 等(未圖示)。激光器條ll的靠近端面10a的一側(cè)的部分以及靠近端面10b 的一側(cè)的部分分別是增益區(qū)14a與14b，且增益區(qū)14a與14b之間的部分是 可飽和吸收區(qū)15。電極16a、 16b與17分別布置于增益區(qū)14a與14b以及可 飽和吸收區(qū)15上。電極16a與17之間的區(qū)域是電流非注入?yún)^(qū)18a，且電極 16b與17之間的區(qū)域是電流非注入?yún)^(qū)18b。電極19布置于激光器芯片10的 背面、即半導(dǎo)體基板12的背面上。
每個增益區(qū)14a與14b中的激光器條ll在貫穿每個增益區(qū)14a與14b的 長度內(nèi)具有一致的寬度W3。可飽和吸收區(qū)15中的激光器條ll在距端面10a 的距離為L2的點與距端面10b的距離為L2的點之間的部分中具有一致的 寬度W4(W^W3)，但在從距每個端面10a與10b距離為L2的點到距每個端面10a與10b距離為Li的點的部分中，可飽和吸收區(qū)15中的激光器條11的 寬度從W4線性地減少到W3。換言之，這里，可飽和吸收區(qū)15中的激光器 條ll的寬度大于每個增益區(qū)14a與14b中的激光器條ll的寬度。而且，每 個增益區(qū)14a與14b的長度大于可飽和吸收區(qū)15的長度。
除了上述構(gòu)造以外，三電極激光二極管的構(gòu)造與根據(jù)第一實施例的 二電極激光二極管的構(gòu)造相同。
而且，三電極激光二極管的制造方法與根據(jù)第一實施例的二電極激 光二極管的制造方法相同。
接下來，以下描述三電極激光二極管的工作原理。
在增益區(qū)14a與14b中，在電極16A與19之間以及電極16b與19之間施 加正向偏壓以施加直流電流，此外，必要時，施加高頻電壓以注入高頻 電流(在進行高頻疊加的情況中)。在可飽和吸收區(qū)15中，在電極17與19 之間施加反向偏壓或零電壓。于是，三電極激光二極管進行自脈動工作。
這里，每個增益區(qū)14a與14b中的激光器條ll的寬度小于可飽和吸收 區(qū)15中的激光器條11的寬度，從而增益區(qū)14a與14b中的光密度高于可飽 和吸收區(qū)15中的光密度。從而，在增益區(qū)14a與14b中，強烈地產(chǎn)生自相 位調(diào)制效應(yīng)。因此，在三電極激光二極管中，與在根據(jù)第一實施例的二 電極激光二極管的情況中一樣，增加了自脈動工作期間的縱模光譜的加 寬。因此，減少了激光的相干時間，從而大幅地減少了激光的相干性， 且有效地避免了從光盤讀取信息時反饋光噪聲的發(fā)生。
在第三實施例中，可以得到與第一實施例中相同的優(yōu)點。
接下來，以下描述根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的二電極激光二極管。
圖6A、 6B、 7A與7B圖示了二電極激光二極管。圖6A是平面圖，且 圖6B、 7A與7B分別是沿圖6A的X-X線(激光器條的中心線)、Y-Y線與Z-Z 線的剖面圖。
如圖6A、 6B、 7A與7B中所示，二電極激光二極管包括在矩形激光器 芯片10的彼此相向的一對平行端面10a與10b之間沿諧振器長度方向的整 個長度延伸的激光器條ll。這里，激光器條ll具有脊?fàn)?。換言之，激光
17器條ll是脊?fàn)顥l。必要時，在脊的兩側(cè)的部分上布置有半導(dǎo)體層或例如 Si02膜的絕緣膜。
激光器芯片10包括在導(dǎo)電的半導(dǎo)體基板12上形成激光器結(jié)構(gòu)的半導(dǎo) 體層13，且脊形成于半導(dǎo)體層13的最上部中。在圖6B中，脊兩側(cè)的部分 中的半導(dǎo)體層13的頂面以虛線表示。半導(dǎo)體層13包括活性層AL以及n側(cè) 披覆層、p側(cè)披覆層等(未圖示)。
靠近激光器條ll的端面10a的一側(cè)的部分是增益區(qū)14，靠近激光器條 11的端面10b的一側(cè)的部分是可飽和吸收區(qū)15。電極16與17分別布置于增 益區(qū)14與可飽和吸收區(qū)15上。電極16與17之間的區(qū)域是電流非注入?yún)^(qū)18。 電極19布置于激光器芯片10的背面、即半導(dǎo)體基板12的背面上。
激光器條ll在貫穿其長度內(nèi)具有一致的寬度。因此，增益區(qū)14中的 激光器條11的寬度等于可飽和吸收區(qū)15中的激光器條11的寬度。
在此情況下，增益區(qū)14中的激光器條11的脊的高度不同于可飽和吸 收區(qū)15中的激光器條11的脊的高度，且增益區(qū)14中的脊的高度大于可飽 和吸收區(qū)15中的激光器條11的脊的高度。換言之，在激光器條ll兩側(cè)的 部分中作為半導(dǎo)體層13的頂面與活性層AL的頂面之間的距離，增益區(qū)14 中的距離D"j、于可飽和吸收區(qū)15中的距離D2。
例如，在二電極激光二極管是GaN基激光二極管的情況中，如圖8A 與8B中所示，在脊的側(cè)面以及該脊兩側(cè)部分的半導(dǎo)體層13上形成有例如 Si02膜以及由Si膜形成的絕緣膜21 。
除了上述構(gòu)造以外，該二電極激光二極管的構(gòu)造與根據(jù)第一實施例 的二電極激光二極管的相同。
而且，該二電極激光二極管的制造方法與根據(jù)第一實施例的二電極 激光二極管的制造方法相同。
接下來，以下描述該二電極激光二極管的工作原理。
在增益區(qū)14中，在電極16與19之間施加正向偏壓以施加直流電流， 此外，必要時，施加高頻電壓以注入高頻電流(在進行高頻疊加的情況中)?？娠柡臀諈^(qū)15中，在電極17與19之間施加反向偏壓或零電壓。于是， 二電極激光二極管進行自脈動工作。
這里，作為激光器條11兩側(cè)的部分中的半導(dǎo)體層13的頂面與活性層 AL的頂面之間的距離，如上所述，增益區(qū)14中的距離Di小于可飽和吸收 區(qū)15中的距離D2。從而，增益區(qū)14中的橫向折射率階差A(yù)n大于可飽和吸 收區(qū)15中的橫向折射率階差A(yù)n。因此，增益區(qū)14中的光封閉比可飽和吸 收區(qū)15中的光封閉強。因此，增益區(qū)14中的光密度高于可飽和吸收區(qū)15 中的光密度，從而，在增益區(qū)14中強烈地產(chǎn)生自相位調(diào)制效應(yīng)。因此， 在二電極激光二極管中，如在根據(jù)第一實施例的二電極激光二極管的情 況中一樣，增加了自脈動工作期間的縱模光譜的加寬。因此，減少了激 光的相干時間，從而大幅地減少了激光的相干性，且有效地避免了從光 盤讀取信息時反饋光噪聲的發(fā)生。
在第四實施例中，可以得到與第一實施例中相同的優(yōu)點。
接下來，以下描述根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的二電極激光二極管。
第五實施例是第一實施例與第四實施例的結(jié)合。
更具體地，在根據(jù)第一實施例的二電極激光二極管中，與在根據(jù)第 四實施例的二電極激光二極管的情況中一樣，增益區(qū)14中的距離D^、于 可飽和吸收區(qū)15中的距離D2，從而形成根據(jù)第五實施例的二電極激光二 極管。于是，增益區(qū)14中的光密度變得更高，并更強烈地產(chǎn)生自相位調(diào) 制效應(yīng)。
在第五實施例中，可以得到與第一實施例中相同的優(yōu)點。
接下來，以下描述根據(jù)第六實施例的三電極激光二極管。
第六實施例是第二實施例與第四實施例的結(jié)合。更具體地，在根據(jù) 第二實施例的三電極激光二極管中，與在根據(jù)第四實施例的二電極激光 二極管的情況中一樣，增益區(qū)14中的距離D"j、于可飽和吸收區(qū)15a與15b 中的距離D2，從而形成根據(jù)第六實施例的三電極激光二極管，于是，增 益區(qū)14中的光密度變得更高，并更強烈地產(chǎn)生自相位調(diào)制效應(yīng)。
在第六實施例中，可以得到與第一實施例中相同的優(yōu)點。接下來，以下描述根據(jù)本發(fā)明的第七實施例的三電極激光二極管。
第七實施例是第三實施例與第四實施例的結(jié)合。更具體地，在根據(jù) 第三實施例的三電極激光二極管中，與在根據(jù)第四實施例的二電極激光
二極管的情況中一樣，增益區(qū)14a與14b中的每一個的距離D"j、于可飽和 吸收區(qū)15中的距離D2，從而形成根據(jù)第七實施例的三電極激光二極管。 于是，增益區(qū)14a與14b中的光密度變得更高，并更強烈地產(chǎn)生自相位調(diào) 制效應(yīng)。
在第七實施例中，可以得到與第一實施例中相同的優(yōu)點。
盡管具體參照上述實施例描述了本發(fā)明，然而本發(fā)明不局限于此， 而是可以有各種變化。
例如，在實施例中所述的值、構(gòu)造、形狀、基板、處理等僅為舉例， 且可以使用任何其它值、構(gòu)造、形狀、基板、處理等。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，只要在所附權(quán)利要求書及其等同物的 范圍內(nèi)，可以根據(jù)設(shè)計需要與其它因素出現(xiàn)各種變化、組合、次組合以 及替代。
權(quán)利要求
1.一種激光二極管，其包括激光器芯片，其包括在彼此相向的第一端面與第二端面之間沿諧振器長度方向延伸的至少一個激光器條，其中，所述激光器條沿所述諧振器長度方向包括增益區(qū)與可飽和吸收區(qū)，并且所述可飽和吸收區(qū)中的所述激光器條的寬度大于所述增益區(qū)中的所述激光器條的寬度。
2. 如權(quán)利要求1所述的激光二極管，其中，所述可飽和吸收區(qū)的長度小于所述增益區(qū)的長度。
3. 如權(quán)利要求2所述的激光二極管，其中，所述增益區(qū)布置于靠近所述第一端面的一側(cè)，且所述可飽和 吸收區(qū)布置于靠近所述第二端面的一側(cè)。
4. 如權(quán)利要求2所述的激光二極管，其中，所述可飽和吸收區(qū)布置于靠近所述第一端面的一側(cè)以及靠近 所述第二端面的一側(cè)，且所述增益區(qū)布置于所述可飽和吸收區(qū)之間。
5. 如權(quán)利要求2所述的激光二極管，其中，所述增益區(qū)布置于靠近所述第一端面的一側(cè)以及靠近所述第 二端面的一側(cè)，且所述可飽和吸收區(qū)布置于所述增益區(qū)之間。
6. 如權(quán)利要求1所述的激光二極管，其中，所述增益區(qū)與所述可飽和吸收區(qū)可以彼此獨立地工作。
7. 如權(quán)利要求6所述的激光二極管，其中，電極分別布置于所述增益區(qū)與所述可飽和吸收區(qū)上，從而彼 此分開。
8. 如權(quán)利要求l所述的激光二極管，其中，所述激光器條為脊?fàn)睿宜鲈鲆鎱^(qū)中的所述激光器條的橫 向折射率階差與所述可飽和吸收區(qū)中的不同。
9. 一種光盤裝置，其包括 作為光源的激光二極管，其中，所述激光二極管包括激光器芯片，所述激光器芯片包括在彼 此相向的第一端面與第二端面之間沿諧振器長度方向延伸的至少一個激 光器條，所述激光器條沿所述諧振器長度方向包括增益區(qū)與可飽和吸收區(qū)，并且所述可飽和吸收區(qū)中的所述激光器條的寬度大于所述增益區(qū)中的所 述激光器條的寬度。
10. —種光學(xué)拾波器，其包括 作為光源的激光二極管，其中，所述激光二極管包括激光器芯片，所述激光器芯片包括在彼 此相向的第一端面與第二端面之間沿諧振器長度方向延伸的至少一個激 光器條，所述激光器條沿所述諧振器長度方向包括增益區(qū)與可飽和吸收區(qū)，并且所述可飽和吸收區(qū)中的所述激光器條的寬度大于所述增益區(qū)中的所 述激光器條的寬度。
11. 一種激光二極管，其包括-激光器芯片，其包括在彼此相向的第一端面與第二端面之間沿諧振 器長度方向延伸的至少一個脊?fàn)畹募す馄鳁l，其中，所述激光器條沿所述諧振器長度方向包括增益區(qū)與可飽和吸 收區(qū)，并且所述增益區(qū)中的橫向折射率階差大于所述可飽和吸收區(qū)中的橫向折 射率階差。
12. —種光盤裝置，其包括 作為光源的激光二極管，其中，所述激光二極管包括在彼此相向的第一端面與第二端面之間 沿諧振器長度方向延伸的至少一個脊?fàn)畹募す馄鳁l，所述激光器條沿所述諧振器長度方向包括增益區(qū)與可飽和吸收區(qū)，并且所述增益區(qū)中的橫向折射率階差大于所述可飽和吸收區(qū)中的橫向折 射率階差。
13. —種光學(xué)拾波器，其包括 作為光源的激光二極管，其中，所述激光二極管包括在彼此相向的第一端面與第二端面之間 沿諧振器長度方向延伸的至少一個脊?fàn)畹募す馄鳁l，所述激光器條沿所述諧振器長度方向包括增益區(qū)與可飽和吸收區(qū)，并且所述增益區(qū)中的橫向折射率階差大于所述可飽和吸收區(qū)中的橫向折 射率階差。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種能夠進行自脈動工作，并能夠充分地減少激光的相干性并穩(wěn)定地獲取低噪聲激光的激光二極管。該激光二極管包括在彼此相向的第一端面與第二端面之間沿諧振器長度方向延伸的包括至少一個激光器條的激光器芯片，其中所述激光器條沿諧振器長度方向包括增益區(qū)與可飽和吸收區(qū)，且可飽和吸收區(qū)中的激光器條的寬度大于增益區(qū)中的激光器條的寬度。
文檔編號H01S5/32GK101635434SQ200910159940
公開日2010年1月27日 申請日期2009年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月23日
發(fā)明者倉本大, 太田誠, 橫山弘之, 池田昌夫 申請人:索尼株式會社;國立大學(xué)法人東北大學(xué)