激光二極管組件和半導體光學放大器組件的制作方法

專利名稱：激光二極管組件和半導體光學放大器組件的制作方法
技術領域：
本發明涉及激光二極管組件和半導體光學放大器組件。
背景技術：
現今，超短脈沖超高功率激光積極地用于利用具有阿秒或飛秒的脈沖時間的激光束的尖端科學領域的研究。從說明皮秒或飛秒中的超高速現象的科學興趣來積極地研究超短波脈沖激光，此外，積極地研究超短波脈沖激光的諸如使用高峰值功率的微細制造或雙光子成像的實際應用。包括發射波長帶為405nm的基于GaN的化合物半導體的高功率超短脈沖激光二極管器件期望作為藍光光盤系統之后的下一代光盤系統所預期的容積光盤系統(volumtric optical disk)的光源、醫療領域或生物成像領域中所需的光源、或覆蓋整個可見光范圍的相干光源。例如，鈦/藍寶石激光器被稱為超短脈沖超高功率激光器。然而，鈦/藍寶石激光器是昂貴的較大的固態激光光源，這是阻礙激光器技術傳播的主要因素。如果超短脈沖超高功率激光器可以由激光二極管或激光二極管器件來實現，那么可以實現尺寸小型化、低價格化、低功率消耗和高穩定性，這在促進以上領域中的激光器技術的普及是可能的突破。激光二極管組件具有在405nm帶中的高峰值功率皮秒脈沖光源的全部半導體結構，該激光二極管組件通常具有MOPA (主控振蕩器和功率放大器)結構。具體地，該組件由生成皮秒脈沖的激光二極管和放大所生成的皮秒脈沖的半導體光學放大器(SOA)構成。這里，光學放大器直接放大光信號，而無需將光信號轉換為電信號，該光學放大器具有沒有諧振器的激光器結構，因此通過放大器的光學增益放大入射光。生成具有MOPA結構的皮秒脈沖的脈沖光源具體地包括具有外部諧振器的鎖模激光二極管組件。該鎖模激光二極管組件可以通過例如配置在激光二極管器件的光軸上的多電極鎖模激光二極管器件和外部諧振器實現。多電極鎖模激光二極管器件的一個端面上通常具有高反射涂層，因此也用作與外部諧振器相對的反射鏡。此外，配置諸如衍射光柵或包括介電多層膜的帶通濾波器的波長選擇元件，使得其可以選擇振蕩波長。當衍射光柵用作波長選擇元件時，外部諧振器由衍射光柵構成，一次衍射光返回至激光二極管器件，從而可以選擇振蕩波長。這種裝置被稱為利特羅(Littrow)裝置或利特曼(Littman)裝置，并用于連續振蕩可調諧激光器(例如，見日本未審查專利申請公開 NO. 200H84716，Heim等人的 Electronics Letters (電子快報)，第 33 卷，第 16 號，第 1387 頁(1997 年)，Struckmeier 等的 Optics Letters (光學快報)，第 M 卷，第 22 號，第 1573 頁(1999年))。當帶通濾波器用作波長選擇元件時，帶通濾波器配置在激光二極管器件和外部諧振器之間以提供波長選擇性(例如，見日本未審查專利申請公開No. 2002-164614)。

發明內容
在鎖模激光二極管器件或激光二極管放大器中，當生成光脈沖或放大光脈沖時， 活性介質中的載流子數在次皮秒至皮秒的極短時間內變化。由于載流子數的這種短暫變化引起確定正在生成和放大的光波長的載流子能量分布變化，所以該短暫變化可以是光脈沖持續時間內的波長變化的原因。此外，載流子數目的變化對應于活性介質折射率的變化。被稱為自相位調制的這些現象導致光輸出譜的長波長移動(波長移動至更長的波長側)。在鎖模激光二極管器件或激光二極管放大器中，由于光脈沖的生成或放大過程包括這種復雜的過程，很難生成或放大在光脈沖的持續時間內波長恒定和相位均勻的光脈沖。從鎖模激光二極管器件或激光放大器發射的光脈沖通常具有包含由于自相位調制引起的脈沖持續時間內光強度波動的分量，因此，例如，光脈沖不適當地用于諸如包括高峰值功率的雙光子吸收的非線性光學現象。期望提供可以消除在鎖模激光二極管器件或半導體光學放大器發射的脈沖激光束的持續時間內消除光強度波動的激光二極管組件和半導體光學放大器組件，其中光輸出譜通過自相位調制示出長波長移動。根據本發明實施方式的激光二極管組件包括鎖模激光二極管器件，其中光輸出譜通過自相位調制示出長波長移動，外部諧振器和波長選擇元件。由波長選擇元件提取從鎖模激光二極管器件穿過外部諧振器發射的脈沖激光束的長波分量，并輸出至外部。根據本發明實施方式的半導體光學放大器組件包括半導體光學放大器，其中光輸出譜通過自相位調制示出長波長移動，以及波長選擇元件。由波長選擇元件提取從半導體光學放大器輸出的脈沖激光束的長波分量，并輸出至外部。在根據本發明實施方式的激光二極管組件中，當生成和放大光脈沖時，活性介質中的載流子數目在次皮秒至皮秒的極短時間內變化。載流子數目的這種短暫變化改變了確定正在生成和放大的光的波長的載流子的能量分布，引起在光脈沖持續時間內的波長變化。因此，激光束包括大量不期望的波長分量。具體地，從鎖模激光二極管器件或半導體光學放大器發射的激光束處于噪聲狀態。這種由載流子數目的變化引起的現象包括自相位調制。在鎖模激光二極管器件中，光輸出譜通過自相位調制示出長波長移動。在根據本發明實施方式的半導體光學放大器組件中，半導體光學放大器的光輸出譜通過自相位調制示出長波長移動。已經通過實驗了解到這種長波長移動分量形成相干脈沖。在鎖模激光二極管器件的情況中，從激光二極管器件通過外部諧振器輸出脈沖激光束的長波分量，或在半導體光學放大器的情況中，由波長選擇元件提取從放大器輸出的脈沖激光束的長波分量，并輸出至外部。這使得可以在輸出激光束的持續時間內消除光強度波動，并且因此具有期望波長的激光束輸出至外部。此外，可以縮短脈沖持續時間，可以提高激光束的相干，可以壓縮激光束，同時保持較高產出量，并可以實現較高的峰值功率。通常，長波分量與短波分量較相比較具有噪聲或更純凈。以上的結果提供了最適用于各技術領域的激光束。應當理解，前述的一般描述和下面的詳細描述是示例性的，并旨在提供所保護的技術的進一步說明。


包括附圖以提供對本發明的進一步理解，附圖包括在該說明書中并構成該說明書的一部分。附圖與說明書一起示出實施方式并用于說明本技術的原理。圖IA和圖IB分別是實施例1的激光二極管組件和其變形例的概念圖。圖2A至圖2C是示出了實施例1的半導體光學放大器組件的光輸出譜的示圖。
圖3是實施例1中鎖模激光二極管器件沿諧振器的延伸方向的示意性端面圖。圖4是實施例1中鎖模激光二極管器件沿垂直于諧振器的延伸方向的示意性截面圖。圖5A和圖5B分別是實施例2的激光二極管組件及其變形例的概念圖。圖6A和圖6B是實施例2的激光二極管組件的其他變形例的概念圖。圖7是包括半導體光學放大器的實施例4的半導體光學放大器組件的概念圖。圖8是沿著包括半導體光學放大器的軸(X方向)的假想垂直平面OCZ平面)切割的實施例4的半導體光學放大器的示意性截面圖。圖9是沿著與半導體光學放大器的軸垂直的假想垂直平面( 平面)切割的實施例4的半導體光學放大器的示意性截面圖。圖10是實施例4的半導體光學放大器的示意性透視圖。圖11是實施例4的半導體光學放大器的脊條狀結構的示意性平面圖。圖12Α和圖12Β是分別示出了從實施例4的半導體光學放大器和從比較例4Α的半導體光學放大器輸出的激光束的近場圖像的照片。圖13Α至圖13C是示出了實施例4的半導體光學放大器組件的光輸出譜的示圖。圖14是包括半導體光學放大器的實施例5的半導體光學放大器組件的概念圖。圖15是沿著包括半導體光學放大器的軸(X方向)的假想垂直平面OCZ平面)切割的實施例5的半導體光學放大器的示意性截面圖。圖16是沿著與半導體光學放大器的軸垂直的假想垂直平面( 平面)切割的實施例5的半導體光學放大器的示意性截面圖。圖17是實施例5的半導體光學放大器的示意性透視圖。圖18是實施例5的半導體光學放大器的脊條狀結構的示意性平面圖。圖19是示意性地示出了在預定義的電壓值施加至半導體光學放大器同時來自激光光源的激光束輸入至半導體光學放大器時當XYZ載物臺在Y方向移動時流過實施例5的半導體光學放大器的電流變化的曲線圖。圖20是實施例5的半導體光學放大器的變形例的概念圖。圖21Α和圖21Β分別是實施例6和實施例7的半導體光學放大器的示意性透視圖。圖22是圖21Α中所示的實施例6的半導體光學放大器的脊條狀結構的示意性平面圖。圖23Α和圖2 分別是實施例6的半導體光學放大器的變形例的示意性透視圖。圖M是圖23A中所示的實施例6的半導體光學放大器的變形例的脊條狀結構的示意性平面圖。圖25是實施例1中的鎖模激光二極管器件的變形例沿著諧振器的延伸方向的示意性端面圖。圖沈是實施例1中的鎖模激光二極管器件的另一變形例沿著諧振器的延伸方向的示意性端面圖。圖27是實施例1的鎖模激光二極管器件的又一變形例的脊條狀結構從上部觀察時的概念圖。圖28A和28B是用于說明實施例1中的鎖模激光二極管的制造方法的基板和其他層的示意性局部截面圖。圖29A和29B是繼續圖28B用于說明實施例1中的鎖模激光二極管的制造方法的基板和其他層的示意性局部截面圖。圖30是繼續圖29B用于說明實施例1中的鎖模激光二極管的制造方法的基板和其他層的示意性局部端面圖。圖3IA和3IB是衍射光柵的示意性局部截面圖。
具體實施例方式盡管參考下文中的附圖根據實施例說明了本發明，但是本發明并不限于這些實施例，并且實施例中的各數值或材料僅作為實施例示出。以下面的順序進行說明。1.根據本發明實施方式的激光二極管組件和半導體光學放大器組件的總體說明2.實施例1 (根據本發明實施方式的激光二極管組件)3.實施例2 (實施例1的變形例)4.實施例3 (實施例1的另一變形例)5.實施例4 (根據本發明第一實施方式的半導體光學放大器組件)6.實施例5 (實施例4的變形例)7.實施例6(根據本發明的第二實施方式和第三實施方式的半導體光學放大器組件)8.實施例7 (實施例6的變形例)，以及其他[根據本發明實施方式的激光二極管組件和半導體光學放大器組件的總體說明]在根據本發明實施方式的激光二極管組件中，從鎖模激光二極管器件穿過外部諧振器發射的脈沖激光束的光輸出譜包含多個峰值，并且由波長選擇元件提取多個峰值中的一個峰值，并輸出至外部。在包括上述優選結構的激光二極管組件中，外部諧振器由衍射光柵構成，或由部分透射鏡(半透射鏡)。在包括每個優選結構的激光二極管組件中，波長選擇元件由帶通濾波器、或衍射光柵和用于選擇從衍射光柵輸出的一次以上的衍射光束的光闌構成。例如，光闌由具有多個段的透射型液晶顯示器構成。帶通濾波器通過例如交替層壓具有低介電常數的介電薄膜和具有高介電常數的介電薄膜來實現。此外，改變脈沖激光束到帶通濾波器的入射角，使得可以選擇從帶通濾波器輸出的激光束的波長。此外，在包括多個優選結構中的每個優選結構的激光二極管組件中，第二波長選擇元件可以設置在鎖模激光二極管器件和外部諧振器之間。在這種情況中，第二波長選擇元件的波長選擇光譜寬度比波長選擇元件的波長選擇光譜寬度更寬。以這種方式，設置了第二波長選擇元件，使得在外部諧振器輸出的激光譜中只提取通過自相位調制引起的長波長移動分量，并且因此可以有利地生成相干脈沖。在根據本發明實施方式的半導體光學放大器組件中，從半導體光學放大器輸出的脈沖激光束的光輸出譜包括多個峰值，并且由波長選擇元件提取多個峰值中的一個峰值， 并輸出至外部。在包括優選結構的半導體光學放大器中，波長選擇元件由帶通濾波器、或衍射光柵和用于選擇從衍射光柵中輸出的一次以上的衍射光束的光闌構成。例如，光闌由具有多個段的透射型液晶顯示器構成。包括多個所述優選結構中的每個的激光二極管組件可以與包括多個所述優選結構中的每個的半導體光學放大器組件適當地組合。在激光二極管組件中，鎖模激光二極管器件的光輸出譜通過自相位調制示出長波長移動。在半導體光學放大器組件中，半導體光學放大器的光輸出譜通過自相位調制示出長波長移動。這里，可通過評估連續振蕩的鎖模激光二極管器件的光輸出譜，或通過將從接收脈沖激光束的半導體光學放大器輸出的激光束的光輸出譜與輸入光脈沖的光譜進行比較來檢查長波長移動的程度。當長波長移動之后的光譜包絡線降低至移動之后的波長峰值的半值時，由包絡線的半值給出的光譜寬度可以設定為將要輸出至外部的波長。當光譜的包絡線沒有降低至峰值的半值并且連續位不同的峰值時，在對應于包絡線最小值的波長和對應于包絡線半值的波長之間的光譜分量、或在對應于包絡線最小值的波長和對應于包絡線的另一最小值的波長之間的光譜分量可以設定為輸出至外部的波長。在激光二極管組件中，當外部諧振器由在從鎖模激光二極管器件發射的脈沖激光束之間的衍射光柵構成，衍射光柵將一次以上的衍射光束返回至鎖模激光二極管，并將零次的衍射光束輸出至波長選擇元件。這里，在鎖模激光二極管器件和衍射光柵之間設置成像器件，用于在衍射光柵上進行來自鎖模激光二極管器件的光束輸出端面的圖像的成像。 盡管成像器件由透鏡構成，這不是限制性的，可以使用其他器件，例如凹透鏡或凹透鏡和透鏡的組合。在這種情況中，從鎖模激光二極管器件的光束輸出端面輸出并輸入至(碰撞) 衍射光柵的激光束不是平行光束。因此，即使機械振動等應用于外部諧振器，只要會聚的光束不偏離成像透鏡的光闌，則在諧振器上形成的圖像位置和光束輸出端面均幾乎不會改變。這使得抑制鎖模操作的穩定性的降低。在這種情況中，當鎖模激光二極管器件的光束輸出端面上的激光束的橫向長度表示為L1，從鎖模激光二極管器件的光束輸出端面輸出并在衍射光柵上形成的圖像的橫向長度表示為L2時，則優選地滿足以下1*10 ( L2A1 ( 1*102，理想地20彡L2A1彡50。包括在輸入至(碰撞)衍射光柵的激光光束中的衍射光柵的晶格圖案的數目包括，例如，1200至3600 (包含1200和3600)，期望2400至3600 (包含2400和3600)。可選地，透鏡配置在鎖模激光二極管器件和衍射光柵之間，用于使從鎖模激光二極管器件發射的激光束成為平行光束。在包括優選結構的所述激光二極管組件(下文中，這些通常可稱為“根據本發明實施方式的激光二極管組件”)中，鎖模激光二極管器件包括雙截面激光二極管器件，雙截面激光二極管器件包括順次層壓第一化合物半導體層、第三化合物半導體層(活性層)和第二化合物半導體層的層壓結構，該第一化合物半導體層包括具有第一導電型的基于GaN 的化合物半導體，第三化合物半導體層(活性層)構成包括基于GaN的化合物半導體的光發射區域和可飽和吸收區域，以及第二化合物半導體層包括具有不同于第一導電型的第二導電型的基于GaN的化合物半導體。在第二化合物半導體層上形成的條狀第二電極；以及電連接至第一化合物半導體層的第一電極，其中第二電極由分離槽分離為第一部分和第二部分，第一部分經由光發射區域將直流電流施加至第一電極以產生正向偏壓狀態，第二部分用于將電場施加至可飽和吸收區域。第二電極的第一部分和第二部分之間的電阻值是第二電極和第一電極之間的電阻值的1*10倍以上，優選為1*102倍以上，更優選為1*103倍以上。為了方便起見該鎖模激光二極管器件稱為“第一結構的鎖模激光二極管器件”。可選地，第二電極的第一部分和第二部分之間的電阻值是Ι*102Ω以上，優選為Ι*ΙΟ3Ω以上，更優選為Ι*104Ω以上。為了方便起見該鎖模激光二極管器件稱為“鎖模激光二極管器件的第二結構”。在第一結構或第二結構的鎖模激光二極管器件中，從第二電極的第一部分經由光發射區域向第一電極施加直流電流以產生正向偏壓狀態，以及電壓施加在第一電極和第二電極的第二部分之間，從而將電場施加至可飽和吸收區域以鎖模操作。在第一結構或第二結構的鎖模激光二極管器件中，第二電極的第一部分和第二部分之間的電阻值是第二電極和第一電極之間的電阻值的10倍以上，或為1*102Ω以上。這可以可靠地抑制從第二電極的第一部分到第二部分的泄露電流。具體地，可以增加施加至可飽和吸收區域的反向偏壓Vsa，使得可以實現具有短的激光束的單模鎖模操作。可以僅僅通過由分離槽將第二電極分離成第一部分和第二部分來實現第二電極的第一部分和第二部分之間的這種高電阻值。在第一結構或第二結構的鎖模激光二極管器件中，第三化合物半導體層不受限制地具有阱層和阻擋層的量子勢阱結構，其中阱層的厚度為Inm以上IOnm以下，優選地為Inm 以上8nm以下，阻擋層的雜質摻雜濃度不受限制地為2*1018cm_3以上l*102°cm_3以下，優選地為l*1019cm_3以上l*102°cm_3以下。為了方便起見，該鎖模激光二極管器件可稱為“鎖模
激光二極管的第三結構”。以這種方式，構成第三化合物半導體層的阱層厚度被確定為Inm以上IOnm以下， 以及構成第三化合物半導體層的阻擋層的雜質摻雜濃度被確定為2*1018cm_3以上l*102°cm_3 以下。即，減少了阱層的厚度，增加了第三化合物半導體層中的載流子數目，這使得降低了壓電極化的影響，導致激光光源可以生成具有短持續時間和少量次脈沖分量的單峰光脈沖。此外，這使得能夠在低的反向偏壓下鎖模驅動，使得可以生成與外部信號(電信號或光信號)同步的光脈沖列。盡管摻雜阻擋層的雜質是硅(Si)，這不是限制性的，該雜質可以是氧(0)。鎖模激光二極管器件可以是具有脊條狀分離限制異質結構(SCH)的激光二極管器件。可選地，該鎖模激光二極管器件可以形成為具有斜脊條狀分離限制異質結構的激光
二極管器件。在第一結構或第二結構的鎖模激光二極管器件中，第二電極的寬度期望為0. 5μπι 以上50 μ m以下，優選地為Ιμπι以上5 μ m以下，脊結構的高度為0. Ιμπι以上10 μ m以下， 優選地為0. 2 μ m以上1 μ m以下，用于將第二電極分離成第一部分和第二部分的分離槽的寬度為Iym以上鎖模激光二極管器件的諧振器長度(下文中，簡單地被稱為“諧振器長度”)的50%以下，優選為10 μ m以上諧振器長度的10%以下。盡管諧振器長度包括例如 0. 6mm，但這不是限制性的。盡管脊狀結構的寬度包括例如2 μ m以下，脊狀結構的下限值包括例如0.8 μ m，但這不是限制性的。從脊狀部分的兩側面的外側的區域中的第二化合物半導體層的頂面至第三化合物半導體層(活性層)的距離(D)優選為1.0*10-7m(0. Ιμπι)以上。以這種方式確定距離(D)，使得可以可靠地在第三化合物半導體層的兩側面(Y方向)
8上形成可飽和吸收區域。可以基于閾值電流增加、溫度特性或長期驅動時電流增加率的劣化等來確定距離(D)的上限。在下面的描述中，諧振器長度方向假定為X方向，層壓結構的厚度方向假定為Z方向。在包括以上優選結構的第一結構或第二結構的鎖模激光二極管器件中，第二電極包括鈀(Pd)單層、鎳(Ni)單層和鉬(Pt)單層、鈀層和鉬層的層壓結構(鈀層與第二化合物半導體層接觸)、或鈀層和鎳層的層壓結構(鈀層與第二化合物半導體層接觸)。當下層金屬層包括鈀，上層金屬層包括鎳時，上層金屬層的厚度期望0. 1 μ m以上，并且優選為 0.2μπι以上。可選地，第二電極優選地由鈀(Pd)單層構成。在這種情況中，電極的厚度期望為20nm以上，優選為50nm以上。可選地，第二電極優選地由鈀(Pb)單層、鎳(Ni)單層和鉬(Pt)單層、或下層金屬層和上層金屬層的層壓結構(下層金屬層與第二化合物半導體層接觸)(其中，下層金屬層包括選自由鈀、鎳、和鉬組成的組中的一種金屬，上層金屬層包括當在稍后稍后描述的步驟(D)中在第二電極中形成分離槽時，其蝕刻速度等于、或約等于、或大于下層金屬層的蝕刻速度的金屬)。當在步驟(D)中分離槽在第二電極中形成時， 王水、硝酸、硫酸、鹽酸、或這些酸中的兩種或多種的混合溶液(具體地，硝酸和硫酸的混合溶液、或硫酸和鹽酸的混合溶液)期望用作蝕刻劑。第二電極的寬度期望為0.5μπι以上 50 μ m以下，優選為Ιμ 以上5μπ 以下。在包括多個所述優選結構中的每個的第一結構或第二結構的鎖模激光二極管器件中，可飽和吸收區域的長度比光發射區域的長度更短。可選地，第二電極的長度(第一部分和第二部分的總長度)比第三化合物半導體層(活性層)的長度更短。第二電極的第一部分和第二部分的配置狀態具體地包括(1)其中設置第二電極的一個第一部分和其一個第二部分，并且隔著分離槽配置第一部分和第二部分的狀態，(2)其中設置第二電極的一個第一部分和其兩個第二部分，第一部分的一端與隔著一個分離槽的一個第二部分相對，第一部分的另一端與隔著另一分離槽的另一第二部分相對的狀態，(3)設置第二電極的兩個第一部分和其一個第二部分，第二部分的一端與隔著一個分離槽的一個第一部分相對，第二部分的另一端與隔著另一分離槽的另一第一部分相對 (第二部分夾在兩個第一部分中間的第二電極的結構)的狀態。從廣義上來說，配置的狀態包括(4)其中以隔著每個第二部分配置第一部分的方式設置第二電極的N個第一部分和第二電極的(N-I)個第二部分的狀態，以及(5)其中設置第二電極的N個第二部分和其(N-I)個第一部分，并隔著每個第一部分配置第二部分的狀態。換句話說，狀態(4)和( 對應于)其中設置N個光發射區域(載流子注入區域和增益區域)和(N-I)個可飽和吸收區域(非載流子注入區域)，并且隔著每個可飽和吸收區域配置光發射區域的狀態，以及(5')其中設置N個可飽和吸收區域(非載流子注入區域)和(N-I)個光發射區域(載流子注入區域和增益區域)，并且分別隔著每個光發射區域配置可飽和吸收區域的狀態。使用(3)、(5)和(5')的結構中的每個結構，使得不可能地損壞鎖模激光二極管器件的光束輸出端面。例如通過下面的方法制造鎖模激光二極管器件。具體地，通過包括下面步驟的方法制造鎖模激光二極管器件(A)在基板上順次層壓包括具有第一導電型的基于GaN的化合物半導體的第一化合物半導體層、構成光發射區域和包括基于GaN的化合物半導體的可飽和吸收區域的第三化合物半導體層以及包括具有不同于第一導電型的第二導電型的基于GaN的化合物半導體的第二化合物半導體層，從而形成層壓結構，然后，(B)在第二化合物半導體層上形成條狀第二電極，然后，(C)使用第二電極作為蝕刻掩膜對第二化合物半導體層的至少一部分進行蝕刻， 使得形成脊條狀結構，并且然后(D)形成用于在第二電極中形成的分離槽的抗蝕層，并且然后使用抗蝕層作為濕蝕刻掩膜通過濕蝕刻在第二電極中形成分離槽，因而通過分離槽將第二電極分離成第一部分和第二部分。使用這種制造方法，S卩，使用條狀第二電極作為蝕刻掩膜對第二化合物半導體層的至少一部分進行蝕刻，使得形成脊條狀結構，即，利用圖案化的第二電極作為蝕刻掩膜以自動對準的方式形成脊條狀結構，因此，第二電極難以與脊條狀結構對準。此外，通過濕蝕刻在第二電極上形成分離槽。以這種方式，使用濕蝕刻而不是干蝕刻，使得可以抑制第二化合物半導體層的電特性或光學特性的劣化。因此，可靠地防止發射特性的劣化。在步驟(C)中，在厚度方向上部分地或完全地蝕刻第二化合物半導體層，或是在厚度方向上蝕刻第二化合物半導體層或第三化合物半導體層，或是在厚度方向上蝕刻第二化合物半導體層、第三化合物半導體層和第一化合物半導體層的一部分。在第二電極上形成分離槽的步驟⑶中，當第二電極的蝕刻速度表示為ERtl，層壓結構的蝕刻速度表示為EIi1時，期望滿足ERcZEIi1彡1*10，優選為ERcZER1彡1*102。ERcZER1 滿足這種關系，使得可精確地蝕刻第二電極而不蝕刻層壓結構(或輕微蝕刻層壓結構)。在根據本發明實施方式的半導體光學放大器組件中，半導體光學放大器包括(a)以如下方式形成的層壓結構，其中順次層壓包括具有第一導電型的基于GaN 的化合物半導體的第一化合物半導體層、具有包括基于GaN的化合物半導體的光放大區域 (載流子注入和增益區域)的第三化合物半導體層以及包括具有不同于第一導電型的第二導電型的基于GaN的化合物半導體的第二化合物半導體，(b)在第二化合物半導體層上形成的第二電極，以及(c)電連接至第一化合物半導體層的第一電極，其中層壓結構具有脊條狀結構，并且當脊條狀結構的寬度表示為光束輸出端面上的w。ut，脊條狀結構的寬度表示為光束輸入端面上的Win，滿足w。ut > win。在具有該結構的半導體光學放大器中，沿著半導體光學放大器的軸從光束輸出端面在層壓結構的某區域上方期望設置非載流子注入區域。為了方便起見，這種根據本發明實施方式的半導體光學放大器組件被稱為“根據本發明第一實施方式的半導體光學放大
典”
'ΠΒ' ο可選地，在具有該結構的半導體光學放大器中，第二電極的寬度期望比脊條狀結構的寬度更窄。為了方便起見，這種根據本發明實施方式的半導體光學放大器組件被稱為“根據本發明的第二實施方式的半導體光學放大器組件”。可選地，在具有該結構的半導體光學放大器中，當脊條狀結構的最大寬度表示為 Wmax，期望滿足Wmax > w。ut。為了方便起見，這種根據本發明實施方式的半導體光學放大器組件被稱為“根據本發明第三實施方式的半導體光學放大器組件”。在根據本發明的第一實施方式至第三實施方式中的每個的半導體光學放大器組件中，當脊條狀結構的寬度表示為光束輸出端面上的W。ut，脊條狀結構的寬度表示為光束輸入端面上的Win時，滿足w。ut > win。具體地，光導寬度從滿足單模條件的光輸入側上的狹窄寬度的光導擴大至具有光輸出側上的寬闊寬度的光導。因此，根據光導的寬度可以擴大模長，使得實現半導體光學放大器高的光輸出功率，并且光學放大激光束同時保持單橫向模式。此外，在根據本發明第一實施方式的半導體光學放大器中，沿著半導體光學放大器的軸從光束輸出端面在層壓結構的某區域上方設置非載流子注入區域。因此，可以擴大從光束輸出端面輸出的激光束的寬度，使得可以增加光輸出功率，并提高可靠性。在根據本發明第二實施方式的半導體光學放大器組件中，第二電極的寬度比脊條狀結構的寬度更窄。在本發明第三實施方式中，當脊條狀結構的最大寬度表示為Wmax時，滿足Wmax > Wouto 這提供了穩定的橫向模式放大的光，防止從半導體光學放大器組件輸出的激光束變得不穩定。在根據本發明第一實施方式的半導體光學放大器組件中，1_是54!11以上。W。ut 的上限值不受限制地包括例如4*102 μ m。在包括該結構的半導體光學放大器組件中，Win為丄乂口！！！至？^“！！^包括！乂“！！！和？.。“!!!)。這些優選的結構也可以應用于根據本發明第二實施方式和第三實施方式的半導體光學放大器組件。在根據本發明的第二實施方式的半導體光學放大器組件中，第二電極的寬度與脊條狀結構的寬度的比值期望為0. 2至0. 9 (包括0. 2和0. 9)，優選為0. 6至0. 9 (包括0. 6 和0. 9)。這里，第二電極和脊條狀結構中的每個的寬度指當沿著與半導體光學放大器的軸垂直的某一假想平面切割半導體光學放大器時所獲得的兩個中的每個的寬度。在根據本發明的第三實施方式的半導體光學放大器組件中，期望滿足0.2 <W。ut/ Wmax 彡 0. 9，優選滿足 0. 5 彡 ffout/ffmax 彡 0. 9。此外，在根據包括以上優選結構的本發明的第二實施方式和第三實施方式的半導體光學放大器組件中，以與根據本發明第一實施方式的半導體光學放大器組件相同的方式，沿著半導體光學放大器的軸從光束輸出端面在層壓結構的某區域上方設置非載流子注入區域。此外，在根據本發明第一實施方式至第三實施方式的半導體光學放大器組件的每個中，沿著半導體光學放大器的軸從光束輸出端面在層壓結構的某區域上方也設置非載流子注入區域。在根據包括以上優選結構的本發明的第一實施方式至第三實施方式的半導體光學放大器組件中，非載流子注入區域不具有第二電極，或第二電極由通過分離槽彼此分離的第一部分和第二部分構成，并且在非載流子區域設置第二電極的第二部分。在后者的情況中，期望將等于或低于內置電壓的電壓施加至第二電極的第二部分。具體地，期望施加 1.2398/λ以下的電壓。這里，λ表示入射至半導體光學放大器的激光束波長，“1.2398” 是常量。例如，當輸入波長為0.4μπι的激光束時，期望3.0995V以下的電壓。施加至第二電極的第二部分的電壓下限值不受限制地包括例如-20V。當電壓施加至第二電極的第一部分用于半導體光學放大器的原始功能的光放大時，電壓施加至第二電極的第二部分以允許監控光強度或用于位置調整的測量。此外，這使得能夠控制近場圖像。在根據包括以上優選結構的本發明的第一實施方式至第三實施方式的半導體光學放大器組件中，半導體光學放大器的軸和脊條狀結構的軸可以預定角度互相交叉。這里， 預定角度θ包括例如0.1 < θ <10度。脊條狀結構的軸對應于將光束輸出端面上脊條狀結構的兩端之間的中點連接至光束輸入端面上脊條狀結構的兩端之間的中點的直線。在根據包括以上優選結構的本發明的第一實施方式至第三實施方式的半導體光學放大器組件中，在光線輸入端面和光線輸出端面中的每個上形成低反射涂層，涂層包括選自由氧化鈦層、氧化鉭層、氧化鋯層、二氧化硅層和氧化鋁層組成的組中的兩層或更多層的層壓結構。在根據包括以上優選結構的本發明第一實施方式至第三實施方式的半導體光學放大器組件中，從半導體光學放大器輸出的激光束的光強度密度在每Icm2的構成光束輸出端面的第三化合物半導體層上不受限制地為60kW以上，優選為600kW以上。在根據包括以上優選結構的本發明的第一實施方式至第三實施方式的半導體光學放大器組件中，光束輸出端面上的脊條狀結構的寬度與從半導體光學放大器輸出的激光束的寬度的比值為1. 1至10 (包括1. 1和10)，優選為1. 1至5 (包括1. 1和5)。在根據包括以上優選結構的本發明的第一實施方式至第三實施方式的半導體光學放大器組件中(下文中，這些通常稱為“根據本發明實施方式的半導體光學放大器組件等”)，半導體光學放大器不受限制地由透射型半導體光學放大器構成。在根據本發明實施方式的半導體光學放大器組件等中，當脊條狀結構的寬度是光束輸出端面上的1_，脊條狀結構的寬度是光束輸入端面上的化11時，滿足1_>1^。這里， 脊條狀結構的每個端由一段構成(根據本發明第一實施方式和第二個實施方式的半導體光學放大器組件)，或由兩段或多段構成(根據本發明的第一實施方式至第三個實施方式的半導體光學放大器組件)。在前者情況中，例如，脊條狀結構的寬度從光束輸入端面至光束輸出端面以漸縮的方式逐漸單調地增加。在后者情況中，在根據本發明的第一實施方式和第二實施方式的半導體光學放大器組件中，例如，脊條狀結構的寬度最初是恒定的，并且然后從光束輸入端面到光束輸出端面以漸縮的方式逐漸單調地增加。在后者情況中，在根據本發明第二實施方式的半導體光學放大器組件中，例如，脊條狀結構的寬度最初從光束輸入端面到光束輸出端面以漸縮的方式逐漸單調地增加，并且當寬度到達最大寬度時，然后寬度變窄。在根據本發明第一個實施方式的半導體光學放大器組件或根據本發明第二個實施方式和第三個實施方式的每個半導體光學放大器組件的優選結構中，當沿著半導體光學放大器的軸從光束輸出端面在層壓結構的某區域上方設置非載流子注入區域時，沿著半導體光學放大器的軸的非載流子注入區域Ln。的寬度(非載流子注入區域的寬度)包括例如 0. IymM 100μ (0· Ιμπ^ΡΙΟΟμπι)。可選地，在根據本發明的第一實施方式的半導體光學放大器組件的優選結構中， 或在根據本發明第二實施方式和第三實施方式的每個半導體光學放大器組件的優選結構中，當第二電極由通過分離槽彼此分離的第一部分和第二部分構成，非載流子注入區域具有第二電極的第二部分，當第一部分的長度表示為Lai^1，第二部分的長度表示為Laii^2時， 滿足0. 001彡L-"/!^彡0. 01，優選地滿足0. 0025彡L-"/!^彡0. 01。半導體光學放大器的第二電極的第一部分和第二部分之間的電阻值期望為1*102Ω以上，優選為1*103Ω 以上，以及更優選為1*104Ω以上。可選地，第二電極的第一部分和第二部分之間的電阻值期望為第一電極和第二電極之間的電阻值的1*10倍以上，優選為1*102倍以上，更優選為 1*103倍以上。可選地，用于將第二電極分離成第一部分和第二部分的分離槽的寬度期望為 1 μ m以上半導體光學放大器的長度的50%以下，優選為10 μ m以上半導體光學放大器的長度的10%以下。可選地，分離槽的寬度包括例如3 μ m至20 μ m(3 μ m和20 μ m)，第二電極的第二部分的長度包括例如包括3 μ m至100 μ m(3 μ m至100 μ m)。在根據本發明實施方式的半導體光學放大器組件等中，激光光源由具有根據本發明實施方式的每個激光二極管組件構成。可選地，激光光源以由鎖模激光二極管器件發射的激光束輸入至半導體光學放大器的方式由鎖模激光二極管器件構成。在這種情況中，激光光源基于鎖模操作發射脈沖激光束。然而，激光光源并不限于該結構，可以使用包括增益轉換型和損耗轉換型⑴轉換類型)或諸如鈦-藍寶石激光器的激光光源的各種類型/形式的眾所周知的脈沖振蕩激光光源。根據本發明實施方式的半導體光學放大器組件直接放大光信號，而無需將信號轉換為電信號，并具有盡可能地消除諧振器影響和用半導體光學放大器的光學增益放大入射光的激光結構。具體地，根據本發明實施方式的半導體光學放大器組件的半導體光學放大器等可以具有與根據本發明實施方式的半導體光學放大器組件的鎖模激光二極管器件基本相同的結構或構造，或可以具有與之不同的結構或構造。具有包括上述的每個優選結構的第一結構或第二結構的鎖模激光二極管器件，或是具有與包括上述的第一結構或第二結構的鎖模激光二極管器件基本相同的結構或構造的根據本發明實施方式的半導體光學放大器組件的半導體光學放大器在下文中可通常稱為“根據本發明實施方式的鎖模激光二極管器件”或簡稱為“鎖模激光二極管器件”。在根據本發明實施方式的鎖模激光二極管器件等中，層壓結構具體地由基于 AlGaInN的化合物半導體構成。更具體地，基于AWaInN的化合物半導體包括GaN、AlGaN, GaInN和AlfeJnN。此外，化合物半導體可以根據需要包含硼⑶原子、鉈(Tl)原子、砷(As) 原子、磷(P)原子或銻(Sb)原子。此外，構成光發射區域或光放大區域(增益區域)和可飽和吸收區域的第三化合物半導體層(活性層)具有量子阱結構。具體地，半導體層具有單量子阱結構(QW結構)或多量子阱結構(MQW結構)。具有量子阱結構的第三化合物半導體層(活性層)具有一個或多個阱層和一個或多個阻擋層的層壓結構，其中構成阱層的化合物半導體和構成阻擋層的化合物半導體的組合包括例如hyGa(1_y)N和GaN、hyGaa_y)N和 InzGa(1_z)N(其中 y > ζ)以及 hyGa(1_y)N 和 AlGaN。此外，根據本發明實施方式的鎖模激光二極管器件等具有以下結構，其中第二化合物半導體層具有包括交替層壓的P型GaN層和P型AKiaN層的超晶格結構，其中超晶格結構的厚度是0.7μπι以下。鎖模激光二極管器件具有這種包括超晶格結構的結構，因而可以減少鎖模激光二極管器件的一系列電阻元件，同時保持熔覆層所必須的高的折射率， 導致鎖模激光二極管器件較低的工作電壓。超晶格的厚度的下限值不受限制地包括例如 0. 3 μ m，構成超晶格結構的ρ型GaN層的厚度包括例如Inm至5nm (包括Inm到5nm)，構成超晶格結構的P型AWaN層的厚度包括例如Inm至5nm(包括Inm到5nm)，p型GaN層和ρ型AWaN層的總層數包括例如包括60至300 (包括60至300)。從第三化合物半導體層到第二化合物半導體層的距離是1 μ m以下，優選為0. 6 μ m以下。以這種方式確定從第三化合物半導體層到第二電極的距離，使得可減少具有高電阻的P型第二化合物半導體層的厚度，導致減少鎖模激光二極管器件的工作電壓。從第三化合物半導體層到第二電極的距離的下限值不受限制地包括例如0. 3 μ m。此外，使用l*1019cnT3以上的Mg摻雜第二化合物半導體層，第二化合物半導體層對從第三化合物半導體層發射的波長為405nm的光的吸收系數是50CHT1以上。Mg的原子濃度基于材料特性半導體層在Mg原子濃度值為2*1019cm_3具有最大空穴濃度，并提供作為設計用于實現最大空穴濃度、或第二化合物半導體層的最小電阻率的結果。從盡可能地降低鎖模激光二極管器件的電阻的觀點來確定第二化合物半導體層的吸收系數，因此，第二化合物半導體層的光吸收系數通常是50CHT1。然而，Mg的摻雜量可以有意地設定為2*1019cm_3以上的濃度以提高吸收系數。在這種情況中，為了獲取實際空穴濃度的Mg的摻雜量的上限是例如8*1019cm_3。第二化合物半導體層具有未摻雜的化合物半導體層和來自第三化合物半導體層側的P型化合物半導體層，從第三化合物半導體層到P型化合物半導體層的距離是1. 2*10_7m以下。以這種方式確定從第三化合物半導體層到P型化合物半導體層的距離，因而內部損耗可以抑制在某范圍內，而不會引起內部量子效率降低，使得可以減少激光器振蕩開始處的閾值電流密度。從第三化合物半導體層到P 型化合物半導體層的距離的下限值不受限制地包括例如5*10_8m。包括Si02/Si層壓結構的層壓絕緣膜在脊狀部分的兩側面上形成，脊狀部分和層壓絕緣膜之間的有效折射率的差是 5*10_3到1*10_2 (包括5*10_3和1*10_2)。使用這種層壓絕緣膜，因此盡管執行IOOmW以上的高輸出操作，也可以保持單一基本橫向模式。在第二化合物半導體層中，例如，從第三化合物半導體層側層壓非摻雜的GaInN層(ρ側導光層)、非摻雜的AWaN層(ρ側熔覆層)、Mg 摻雜的AlGaN層(電子阻擋層)、(Mg摻雜的)GaN層/AWaN層的超晶格結構(超晶格熔覆層)和Mg摻雜的GaN層(ρ側接觸層)。在第三化合物半導體層中，構成阱層的化合物半導體的能帶隙期望為2. ^V以上。從第三化合物半導體層(活性層)發射的激光束的波長期望為360nm至500nm(包括360nm和500nm)，優選地同時包括400nm到410nm。不必說，所述的各種結構可以適當地進行組合。在根據本發明實施方式的鎖模激光二極管器件等中，構成鎖模激光二極管器件的各種基于GaN的化合物半導體層順次在基板上形成，其中除了藍寶石基板之外，基板可以包括GaAs基板、GaN基板、SiC基板、氧化鋁基板、ZnS基板、ZnO基板、AlN基板、LiMgO基板、LiGaA基板、MgAl2O4基板、InP基板、和Si基板，每種基板可以具有形成在基板的表面 (主表面)的底層或緩沖層。當基于GaN的化合物半導體層主要在基板上形成時，雖然由于其較低的缺陷密度優選地使用GaN基板，已知GaN基板在極性、非極性和半極性之間的特性中改變，這取決于生長面。構成鎖模激光二極管器件的各種基于GaN的化合物半導體層的形成方法可以包括有機金屬化學氣相沉積法(M0CVD或M0VPE)、分子束外延(MBE)和氫化物氣相沉積法，其中鹵素有助于輸送或反應。MOCVD中的有機鎵源氣體可以包括三甲基鎵(TMG)氣體和三乙基鎵(TEG)氣體， 氮源氣體包括氨氣和聯氨氣體。為了形成具有η型導電型的基于GaN的化合物半導體層， 例如，摻雜硅(Si)作為η型雜質(η型摻雜物)，并且為了形成具有ρ型導電型的基于GaN 的化合物半導體層，例如，摻雜鎂(Mg)作為ρ型雜質(P型摻雜物)。當包含鋁(Al)或銦
14(In)作為基于GaN的化合物半導體層的組成原子時，三甲基鋁(TMA)氣體用作Al源，三甲基銦(TMI)用作h源。此外，單硅烷氣體(SiH4氣體)用作Si源，環戊二烯基鎂氣體、甲基環戊二烯基鎂或雙環戊二烯基(Cp2Mg)用作Mg源。除了包括Si之外，η型雜質(η型摻雜物)可以包括Ge、Se、Sn、C、Te、S、0、Pd和Po，以及除了包括Mg之外，ρ型雜質(ρ型摻雜物)可以包括 Si、Cd、Be、Ca、Ba、C、Hg 和 Sr。當第一導電型是η型時，電連接至具有η型導電型的第一化合物半導體層的第一電極具有包含選自由金(Au)、銀(Ag)、鈀(Pd)、鋁(Al)、鈦(Ti)、鎢(W)、銅(Cu)、鋅(Zn)、 錫(Sn)和銦(In)組成的組中的一種或多種金屬(例如，包括Ti/Au、Ti/Al、Ti/Pt/Au)的單層或多層結構。第一電極電連接至第一化合物半導體層，第一化合物半導體層包括第一電極在第一化合物半導體層上形成的結構，以及第一電極連接至第一化合物半導體層(其間有導電材料層和導電基板)的結構可以通過例如真空蒸發法或濺射法的PVD方法沉積第一電極或第二電極。焊盤電極可設置在第一電極或第二電極上用于電連接外部電極或電路。焊盤電極期望具有包含選自由鈦(Ti)、鋁(Al)、鉬(Pt)、金(Au)、和鎳(Ni)組成的組中一種或多種金屬的單層或多層結構。可選地，焊盤電極可以在多層結構中形成，例如，Ti/Pt/Au或Ti/ Au的多層結構。如先前所描述的，期望構造第一結構或第二結構的鎖模激光二極管器件，使得反向偏壓施加在第一電極和第二電極之間，即，配置使得第一電極是陰極，第二部分是陽極。 與施加至第二電極的第一部分的脈沖電流或脈沖電壓同步，脈沖電流或脈沖電壓可以施加至第二電極的第二部分，或可以施加DC偏壓。可選地，電流經由光發射區域從第二電極施加至第一電極，外部電信號經由光發射區域從第二電極疊加至第一電極。這使得激光束能夠與外部電信號同步。可選地，光信號從層壓結構的一個端面輸入。這也使得激光束能夠與外部電信號同步。在根據本發明的實施方式的鎖模激光二極管器件中，非摻雜的化合物半導體層(例如，非摻雜的feilnN層或非摻雜的AKiaN層)可以在第三化合物半導體層和電子阻擋層之間的第二化合物半導體層中形成。此外，作為導光層的非摻雜的feInN層可以在第三化合物半導體層和非摻雜的化合物半導體層之間形成。可以設置Mg摻雜的GaN 層(P側接觸層)作為第二化合物半導體層的頂層。如上所述，鎖模激光二極管器件的所述結構甚至可以充分地用于根據本發明實施方式的半導體光學放大器組件的半導體光學放大器中，這取決于放大器的結構。此外，通過與上述的鎖模激光二極管器件的制造方法相同的方法甚至可以不受限制地制造根據本發明實施方式的半導體光學放大器組件的半導體光學放大器，這取決于放大器的結構。根據本發明的實施方式的半導體光學放大器組件的激光二極管組件可以應用于各種領域，例如，光盤系統、通信、光信息、光電集成電路、非線性光學現象的應用、光學開關、激光測量或各種分析、超高速光譜學、多光子激發光譜學、質譜學、利用多光子吸收的顯微光譜學、量子控制的化學反應、納米-3D處理、利用多光子吸收的各種處理、醫療服務和生物成像。[實施例1]實施例1涉及根據本發明實施方式的激光二極管組件。圖IA示出了實施例1的激光二極管組件的概念圖。圖3示出了實施例1中的鎖模激光二極管器件的沿著諧振器的延伸方向的示意性端面圖(沿著)(Z平面切割的示意性端面圖)，圖4示出了實施例1中的鎖模激光二極管器件的沿著與諧振器的延伸方向垂直的方向的示意性截面圖(沿著^平面切割的示意性截面圖)。圖3是沿著圖4中的箭頭I-I的示意性端面圖，圖4是沿著圖3 中的箭頭II-II的示意性截面圖。實施例1的激光二極管組件包括鎖模激光二極管器件10，其中光輸出譜通過自相位調制示出長波位移，外部諧振器80和波長選擇元件82。由波長選擇元件82提取從鎖模激光二極管器件10穿過外部諧振器80發射的脈沖激光束的長波分量，并輸出至外部。在實施例1的激光二極管組件中，外部諧振器80由衍射光柵81構成。衍射光柵 81將從鎖模激光二極管器件10發射的激光束中的一次以上的衍射光束(每個實施例中的一次衍射光束)返回至鎖模激光二極管器件10，并輸出零次的衍射光束至波長選擇元件 82。衍射光柵81構成外部諧振器，并用作輸出耦合器。波長選擇元件82由帶通濾波器構成。具有正的功率的透鏡71配置在鎖模激光二極管器件10和衍射光柵81之間，用于使來自激光二極管器件10的激光束成為平行光束。從衍射光柵81輸出的零次的衍射光束是由反射鏡72反射，然后由準直鏡73準直為平行光束，并然后提供作為通過波長選擇元件82 輸出的激光。實施例1中或稍后描述的實施例2至實施例3中具有發射波長頻帶為405nm的鎖模激光二極管器件10、或根據要求稍后描述的本發明的實施方式的半導體光學放大器組件的激光光源100(下文中，這些通常被稱為“實施例1等中的鎖模激光二極管器件10”)由第一結構或第二結構的鎖模激光二極管器件構成，并包括雙截面激光二極管器件。雙截面激光二極管器件包括層壓結構，其中順次層壓包括具有第一導電型(具體地，在每個實施例中的η型導電型)的基于GaN的化合物半導體的第一化合物半導體層30、構成光發射區域(增益區域)41和包括基于GaN的化合物半導體的可飽和吸收區域42的第三化合物半導體層(活性層)40、以及具有包括與第一導電型不同的第二導電型(具體地，在每個實施例中的P型導電型)的基于GaN的化合物半導體的第二化合物半導體層50 ；在第二化合物半導體層50上形成的條狀第二電極62 ；以及電連接至第一化合物半導體層30的第一電極 61。具體地，實施例1等中的鎖模激光二極管器件10具有脊條狀分離限制異質結構 (SCH)。更具體地，鎖模激光二極管器件10是為藍光光盤系統開發的索引導向型(index guide type)包括AlfeInN的基于GaN的激光二極管器件，并具有脊狀結構(脊條狀結構)。 具體地，第一化合物半導體層30、第三化合物半導體層40和第二化合物半導體層50均包括基于MGaInN的化合物半導體。更具體地，在實施例1或稍后描述的實施例2中，這些層具有如下面的表1所示的層結構。在表1中，在下方列出的化合物半導體層對應于更接近η 型GaN基板21的層。在第三化合物半導體層40中，構成阱層的化合物半導體的能帶隙是 3.06eV。實施例1等中的鎖模激光二極管器件10設置在η型GaN基板21的(0001)平面上，第三化合物半導體層40具有量子阱層。被稱為“C平面”的η型GaN基板21的(0001) 面是具有極性的晶面。表1第二化合物半導體層50(Mg摻雜的)P型GaN接觸層55
(Mg摻雜的)ρ型GaN/AWaN超晶格熔覆層M(Mg摻雜的)p型AlGaN電子阻擋層53非摻雜的AWaN熔覆層52非摻雜的feJnN導光層51第三化合物半導體層40( 量子阱活性層(阱層=Ga0.92In0.08N/阻擋層:Ga0.98In0.02N)第一化合物半導體層30N型GaN熔覆層32N 型 MGaN 熔覆層 31其中阱層(兩層)10. 5nm,非摻雜的阻擋層(三層)14nm，非摻雜的通過RIE方法移除P型GaN接觸層55的一部分和ρ型GaN/AWaN超晶格熔覆層 54的一部分，從而形成脊狀結構(脊狀部分56)。包括Si02/Si的層壓絕緣膜57形成在脊狀部分56的兩側面上。SiO2層是下層，Si層是上層。在脊狀部分56和層壓絕緣膜57之間的有效折射率的差是5*10_3至1*10_2(包括5*10_3和1*10_2)，具體為7*10_3。第二電極(ρ 側歐姆電極)62在對應于脊狀部分56的頂面的ρ型GaN接觸層55上形成。包括Ti/Pt/Au 的第一電極(η側歐姆電極)61在η型GaN基板21的背面形成。在實施例1等中的鎖模激光二極管器件10中，盡可能地防止作為Mg摻雜的化合物半導體層的P型AWaN電子阻擋層53、ρ型GaN/AWaN超晶格熔覆層M和ρ型GaN接觸層在從第三化合物半導體層40及其相鄰化合物半導體層中生成的光密度分布上重疊， 從而將內部損耗抑制在某范圍內，而沒有降低內部量子效率。這降低了激光振蕩開始處的閾值電流密度。具體地，從第三化合物半導體層40至ρ型AKiaN阻擋層53的距離d是
0.10 μ m，脊狀部分(脊狀結構)的高度是0.30 μ m，位于第二電極62和第三化合物半導體層40之間的第二化合物半導體層50的厚度是0. 50 μ m,位于第二電極62以下的ρ型GaN/ AlGaN超晶格熔覆層M的一部分的厚度是0. 40 μ m。在實施例1等中的鎖模激光二極管器件10中，通過分離槽62C將第二電極62分離成第一部分62A和第二部分62B，第一部分62A用于通過將直流電流經由光發射區域(增益區域)41施加至第一電極61以生成正向偏壓狀態，第二部分62B用于將電場施加至可飽和吸收區域42 (第二部分62B用于將反向偏壓Vsa施加至可飽和吸收區域42)。第二電極的第一部分62A和第二部分62B之間的電阻值(下文中，該值可以被稱為“分離電阻值”) 是第二電極62和第一電極61之間的電阻值的1*10倍以上，具體為1. 5*103倍。第二電極 62的第一部分62A和第二部分62B之間的電阻值(分離電阻值)是1*102Ω以上，具體為
1.5*104Ω。在實施例1的激光二極管組件中，衍射光柵81包括全息型衍射光柵，并以3600/mm 的速度在光柵上形成槽。如圖31A中所示，假定波長為λ的光以角度α入射反射型衍射光柵，并以角度β 衍射。這里，角度α或β是從法線至衍射光柵的角度，且逆時針方向假定為正向。因此，光柵方程如下。N是每毫米衍射光柵的槽的數目(衍射光柵周期的倒數)，m是衍射次數(m =0，士 1，士2. · · ·)。sin(a )+sin(3) = Ν*πι*λ(A)當入射光和m次衍射光關于槽的斜面為鏡面反射的關系時，大部分能量集中在m 次衍射光中。這里，當被稱為閃耀角的槽的傾斜角表示為ΘΒ時，給出以下等式θ Β = (α + β )/2。在該狀態中，當被稱為閃耀波長的光的波長表示為λΒ時，給出以下等式λΒ = {2/(N*m)}sin( θ B)*cos(a - θ Β)。如圖31Β所示，當在入射光的方向返回的正一次衍射光的波長表示為λ工時，給出 α = β = β Β，并且最終給出以下等式A1 = (2/N)sin(eB) (B)。這種配置被稱為利特羅(Littrow)配置。防反射(AR)涂層或低反射的涂層在實施例1等中的鎖模激光二極管器件10的與透鏡71相對的光束輸出端面上形成。高反射涂層(HR)在鎖模激光二極管器件10的與光束輸出端面相對的端面上形成。可飽和吸收區域42設置在鎖模激光二極管器件10的與光束輸出端面相對的端面上。防反射涂層(低反射涂層)可以包括選自由氧化鈦層、氧化鉭層、氧化鋯層、二氧化硅層和氧化鋁層組成的組中的兩層或更多層的層壓結構。實施例1等中的鎖模激光二極管器件10的脈沖重復頻率假定為1GHz。與鎖模激光二極管器件10的光束輸出端面相對的端面和外部諧振器之間的距離(X')是150nm。光脈沖列的重復頻率f是由外部諧振器長度X'確定的，并由以下表達式來表示。在表達式中，c表示光速，η表示波導的折射率f = c/(2n*X')從鎖模激光二極管器件10發射的激光束具有某一波長范圍。具體地，當鎖模激光二極管器件10生成激光束時，自相位調制發生，似的于光輸出譜示出長波長移動。在光束的持續時間內該生成的激光束的波長是變化的，相位不相等。此外，激光束含有大量不期望的波長分量。具體地，從鎖模激光二極管器件10發射的激光束處于噪聲狀態。在實施例1 中，由波長選擇元件82提取從鎖模激光二極管器件10穿過外部諧振器80發射的這種脈沖激光束的長波長分量，并輸出至外部。因此，在輸出激光束的持續時間內，可以消除輸出至外部的激光束的光強度波動，并且輸出至外部的激光束具有期望的波長。此外，可以縮短脈沖持續時間，并可以提高激光束的相干性。此外，可以壓縮激光束而同時保持高的產出量， 從而導致高峰值功率。鎖模激光二極管器件10的諧振器長度是600 μ m,第二電極62的第一部分62A、第二部分62B和分離槽62C的各自長度為550 μ m、30 μ m和20 μ m。在具有該鎖模激光二極管器件10的實施例1的激光二極管組件中，當IOOmA的電流施加至第二電極62的第一部分 62A，17. 5V(-17. 5V)的反向偏壓施加至第二電極62的第一部分62A時，工作溫度為25°C時的平均功率是5. 9mW。圖2A至圖2C示出了實施例1的半導體光學放大器的光輸出譜。圖2A是示出了的當連續振蕩鎖模激光二極管器件10時獲得的激光束的光輸出譜的示圖，圖2B是示出了當脈沖振蕩鎖模激光二極管器件10時獲得的激光束的光輸出譜的示圖，圖2C示出了由包括帶通濾波器的波長選擇元件82提取從鎖模激光二極管器件10發射的脈沖激光束的長波側的主峰值之后的激光束的光輸出譜。在下面的表2中示出了圖2A至圖2C中所示出的各自狀態的各種說明。在表2中，“電流1”指施加至第二電極62的第一部分62A的電流(mA)， “反向偏壓”指施加至第二電極62的第一部分62A的反向偏壓(V)，正值對應于從第二電極 62的第一部分62A至第一電極61所施加的電壓值，負值對應于從第一電極61至第二電極 62的第一部分62A所施加的電壓值。表權利要求
1.一種激光二極管組件，包括鎖模激光二極管器件，其中光輸出譜通過自相位調制示出長波長移動；外部諧振器；和波長選擇元件，其中，從所述鎖模激光二極管器件穿過所述外部諧振器發射的脈沖激光束的長波分量被所述波長選擇元件提取，并輸出至外部。
2.根據權利要求1所述的激光二極管組件，其中，從所述鎖模激光二極管器件穿過所述諧振器發射的脈沖激光束的光輸出譜包含多個峰值，由所述波長選擇元件提取所述多個峰值中的一個峰值，并輸出至外部。
3.根據權利要求1所述的激光二極管組件，其中，所述外部諧振器由衍射光柵構成。
4.根據權利要求1所述的激光二極管組件，其中，所述外部諧振器由部分透射鏡構成。
5.根據權利要求1所述的激光二極管組件，其中，所述波長選擇元件由帶通濾波器構成。
6.根據權利要求1所述的激光二極管組件，其中，所述波長選擇元件由衍射光柵和用于選擇從所述衍射光柵輸出的一次以上的衍射光束的光闌構成。
7.根據權利要求1所述的激光二極管組件，其中，一第二波長選擇元件設置在所述鎖模激光二極管器件和所述外部諧振器之間。
8.根據權利要求7所述的激光二極管組件，其中，所述第二波長選擇元件的波長選擇光譜寬度比所述波長選擇元件的波長選擇光譜寬度更寬。
9.一種半導體光學放大器組件，包括半導體光學放大器，其中光輸出譜通過自相位調制示出長波長移動；以及波長選擇元件，其中，從所述半導體光學放大器輸出的脈沖激光束的長波分量杯所述波長選擇元件提取，并輸出至外部。
10.根據權利要求9所述的半導體光學放大器組件，其中，從所述半導體光學放大器組件輸出的脈沖激光束的光輸出譜包含多個峰值，由所述波長選擇元件提取所述多個峰值中的一個峰值，并輸出至外部。
11.根據權利要求9所述的半導體光學放大器組件，其中，所述波長選擇元件由帶通濾波器構成。
12.根據權利要求9所述的半導體光學放大器組件，其中，所述波長選擇元件由衍射光柵和用于選擇從所述衍射光柵輸出的一次以上的衍射光束的光闌構成。
13.根據權利要求9所述的半導體光學放大器組件，其中，所述半導體光學放大器具有脊條狀分離限制異質結構。
全文摘要
本發明公開了激光二極管組件和半導體光學放大器組件。該激光二極管組件包括鎖模激光二極管器件，其中光輸出譜通過自相位調制示出長波位移，外部諧振器和波長選擇元件。由該波長選擇元件提取從該鎖模激光二極管器件穿過該外部諧振器發射的脈沖激光束的長波分量，并輸出至外部。
文檔編號H01S5/065GK102570298SQ20111031908
公開日2012年7月11日 申請日期2011年10月19日 優先權日2010年10月26日
發明者倉本大, 橫山弘之, 河野俊介 申請人:國立大學法人東北大學, 索尼公司