專利名稱：使用垂直腔面發射激光二極管的光檢拾器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種激光盤播放機的光檢拾器，更具體地涉及一種將垂直腔面發射激光二極管用作光源以代替常用的邊發射激光二極管的光檢拾器，從而能改善光學系統的性能和提高生產率。
圖1是一種常用全息光檢拾器中光學系統裝置的剖面圖。這里將介始它的構造。
在襯底6上安裝了一個用作光源的邊發射激光二極管4和一個用于檢測反射光束的光檢測器5。一個全息元件3把由激光二極管4所偏振的光束加以衍射，同時物鏡2將來自激光二極管的光束加以聚焦，從而能讀取盤1上光道的信息。
圖2是全息元件3和裝有邊發射激光二極管4和光檢測器5的襯底6的放大剖面圖。
參照圖2，圖中由座7支持的全息元件3和裝有由罩8保護的邊發射激光二極管4和光檢測器5的襯底6是安裝在同一光軸上的(對準后使全息元件和光源位于同一光軸上)。
如上所述所構造的激光盤播放機的光檢拾器的工作原理如下。由光源4所產生的激光束通過全息元件3進入物鏡2。進入物鏡2的光束被聚焦到盤的光道上。
進入光道的光束根據光道上所錄信息被反射回來，并進入全息元件3。帶有信息的反射光束輸入到全息元件3，并被衍射至光檢測器5。光檢測器5將盤上所錄信息的信號、和衍射光束的聚焦和探測誤差信號加以檢測。
然而，當邊發射激光二極管組合在半導體芯片上時，難于將發射光軸和光盤1對準。此外，光檢測器5需要單獨對準。因此，在大量生產時產量受到很大限制。
另外，邊發射激光二極管發射出具有廣闊像散特性的橢圓光束，因此向由光檢測器5所檢測到的探測誤差傳遞了不正確的信息。其結果是，難于完成正確探測。還有，在通過光學系統時損失了很多光。因此，到達盤面的光量減少了很多，也就是說，效率降低了。
為克服上述問題，本發明的一個目的是提供一種光學檢拾器，其中發射出像散性小的圓形光束，以減少光損失，同時光源和光檢測器制做在同一個芯片上，因而將對準光學系統光軸的配置和裝配過程合并為一個過程，使裝配變得容易了。
為達到以上目的，提供了根據本發明的全息光檢拾器，后者包括一片芯片、一個光檢測器和一個全息元件，該芯片包括一個用作光源的垂直腔面發射激光二極管，該激光二極管具有按順序疊積的在襯底上的下反射層、下隔離層、激活層、上隔離層和上反射層；該光檢測器用于檢測從盤上光道反射回來的光束，并具有和襯底的垂直腔面發射激光二極管相同的疊積層；該全息元件用于將具有對應于盤上光道所錄信息的信息反射光束加以衍射；以及一個物鏡，用于將由垂直腔面發射激光二極管產生而后由全息元件衍射的光束加以聚焦，以便讀取盤上光道所錄信息。
在參照附圖對一個最佳實施例進行詳細描述后，本發明的上述目的和優點將更為明顯，附圖中有圖1是常用全息光檢拾器的光學系統配置的剖面圖；圖2是在襯底上安裝的全息元件，邊發射激光二極管和光檢測元件這一部分的放大的剖面圖；圖3是全息元件檢拾器的光學系統配置的剖面圖，該光檢拾器使用的元件中，根據本發明，垂直腔面發射激光二極管和檢測器制造在一起；圖4是用于比較從邊發射激光二極管射出光束和從垂直腔面發射激光二極管射出的光束的特性的圖；圖5是用于顯示制造在同一個元件上的垂直腔面發射激光二極管和檢測器的相同結構的原理圖；圖6是垂直腔面發射激光二極管(光檢測器)的垂直剖面圖；圖7是用于顯示垂直腔面發射激光二極管的垂直晶體生長結構的圖；以及圖8用于顯示垂直腔面發射激光二極管中心區域的駐波強度分布。
下面將敘述根據本發明將垂直腔面發射激光二極管用作光源的光檢拾器。
圖3是全息光檢拾器的光學系統配置的剖面圖，該光檢拾器使用的元件中，根據本發明，垂直腔面發射激光二極管和檢測器制造在一起。這里，全息光檢拾器的結構如下。
用作光源的垂直腔面發射激光二極管11和用于檢測反射光束的光檢測器10在一塊襯底上形成，并結合在一起制成一塊芯片9。垂直腔面發射激光二極管11和光檢測器10具有相同結構。全息元件3將作為光源的垂直腔面發射激光二極管11所產生光束加以衍射，同時物鏡2將全息元件3所衍射的光束加以聚焦，以便讀取盤1光道上所錄信息。
激光盤播放器的使用上述垂直腔面發射激光二極管11的光檢拾器的工作原理如下。首先，由作為光源的垂直腔面發射二極管11所產生的具有很小像散性的激光束通過全息元件3進入物鏡2。進入物鏡2的光束聚焦后射向盤1的光道。
進入盤1光道的光束根據光道上所錄信息被反射回來，并通過物鏡2進入全息元件3。帶有信息的輸入到全息元件3的反射光束被衍射到光檢測器10。光檢測器10從衍射來的光束中檢測到盤上所錄信息并轉換成電氣形式。在這個檢測操作中，由垂直腔面發射激光二極管11所產生的具有很小像散性的單態光束對于探測誤差的檢測是有利的。激光盤播放器的光檢拾器的工作原理如下。
首先，由垂直腔面發射激光二極管11的光源所產生的激光束通過全息元件3進入物鏡2。來自垂直腔面發射激光二極管11的光源的光束的截面差不多是圓形的，比由常用邊發射激光二極管產生的橢圓形光束的像散性要小得多，因而在振蕩時減少了散射，因此有一個優點是光學系統中光損失是低的，同時進入物鏡的光束聚焦到盤的光道上。
進入光道的光束根據光道上所錄信息(例如凹點)被反射回來并通過物鏡2進入全息元件3，接著加以衍射。也即，帶有信息的反射光束通過全息元件3加以衍射并進入光檢測器10。光檢測器10從衍射光束中檢測到盤上信號和聚焦及探測誤差，從而達到預定目的。
上述光檢拾器的工作原理的最突出的性能是光源11和光檢測器10可制造成一個芯片，并具有相同的垂直腔面發射激光二極管結構。其結果是，二個元件可在一次批量生產中制造出來，以及光軸對準過程可在裝配時一次完成，因而具有提高生產率和降低成本的優點。
當將反向偏置電壓加到垂直腔面發射激光二極管上時，作為光源的這種二極管具有增長吸收效用，同時當使用多重反射鏡產生激光時具有加強吸收效用，因而能克服由大約100埃的薄吸收層所造成的吸收效率的降低。此外，由于激光二極管和光檢測器具有相同結構，并在一塊襯底上制造成一塊芯片，該激光二極管可用作光檢測器。
此外，如圖4所示，由垂直腔面發射激光二極管11產生的光束顯示出比由邊發射激光二極管4所發射光束好得多的特性，圖4是用于比較由常用邊發射激光二極管和由垂直腔面發射激光二極管輸出的光束特性的圖。換言之，由于由垂直腔面發射激光二極管產生的光束具有差不多是圓形的截面，因而具有比由常用邊發射激光二極管產生的橢圓形光束小得多的像散性，因此光學系統中的光損失率是低的。
下面將參照圖5—8介紹垂直腔面發射激光二極管的構造和特性。
圖5是一個用于顯示制造成一個芯片的垂直腔面發射激光二極管和光檢測器的相同結構的原理圖。垂直腔面發射激光二極管和光檢測器每個都蝕刻成相同的疊層結構并互相隔開。因此，兩個元件都是既可用作垂直腔面發射激光二極管或光檢測器。
圖6是垂直腔面發射激光二極管或光檢測器的垂直剖面圖。使用垂直腔方法的各種面發射激光二極管目前正在研制之中。另外，按照制造方法，激光二極管也分為簡單分子束外延(MBE)型面發射激光二極管和復雜面發射激光二極管。
簡單MBE型面發射激光二極管(在上側和下側有激光反射鏡和激光激活區)是由MBE(或MOCVD)完成的。MBE晶體生長過程以后接著是諸如腐蝕或質子注入那樣的簡單過程以及固定電極。還有，產生的MBE型面發射激光二極管還有一個優點是結構上堅固。
在復雜型面發射激光二極管的情況下，激光反射鏡是晶體生長完成后通過額外的真空淀積制成的，它由SiO2/TiO2、Au和Ag組成，但不包括GaAs/AlGaAs。在這種情況下，晶體生長以后的過程都比較復雜，同時堅固性不夠，然而，有一個優點即可以減少激光二極管本身的電阻。
實際上認為簡單MBE型中的激光基本振蕩電流比復雜型好些，而復雜型中的激光基本振蕩電壓是極好的。圖6所示面發射激光二極管是MBE型，其結構如下。
在n+型襯底12的上平面上按順序疊積著將n－GaAs層和n－AlAs層輪流疊積而成的下反射層13、n－AlxGa1-xAs的下隔離層14、i－InYGa1-yAs的激活層15、p－AlxGa1-xAs的上隔離層16以及將p－AlAs層和p－GaAs層輪流疊積而成的上反射層17。
如上面所介紹的，MBE型面發射激光二極管用MBE方法制造，并如一般激光二極管的情況一樣，分為兩層反射層和一層激活層。激活層15是用于產生光束的部分，該層的總厚度是400埃，具有四個GaAs量子阱，每個量子阱的厚度是100埃，并可從激活層發射波長為8500埃的激光束。還有，這些量子阱放置在Fabry－Perot共振器中心的最大光波幅的位置，從而有效地支持激光振蕩模式。這四個量子阱可得到的最大激光增益大約是0.01。在上側和下側13和17處的反射層的反射率應該大于99％。還有在下側處的反射層13是一個摻硅鏡及在上側處的反射層17是一個摻鈹鏡(p—型)。在摻鈹鏡的例子中，上半部分具有較大摻雜密度。此外，在上側和下側14和16的隔離層的總光學厚度在決定激光振蕩波長時起著重要作用。
圖7顯示了垂直腔面發射激光二極管的垂直晶體生長結構，及圖8顯示了垂直腔面發散激光二極管中心區域處的駐波強度分布。
如上所描述，根據本發明的全息光檢拾器提供垂直腔面發射激光二極管結構，用作光源和光檢測器。其結果是，兩個元件可在一個批量生產過程中制成，及光軸對準過程可在裝配時一次完成，從而得到提高生產率和減低成本的優點。還有，由用作光源的垂直腔面發射激光二極管所產生光束表現出比由邊發射激光二極管所產生光束更好的性能。由垂直腔面發射激光二極管所產生的圓形光束的像散性比由邊發射激光二極管所產生的橢圓形光束小得多，因而在光學系統中具有低的光學損失率。
權利要求
1.一種全息光檢拾器，它包括一塊包括垂直腔面發射激光二極管和光檢測器的芯片，所述激光二極管用作光源，并具有按順序疊積而成的在襯底上的下反射層、下隔離層、激活層、上隔離層、和上反射層，所述光檢測器用于檢測自盤上光道反射回來的光束，并在所述襯底上具有和所述垂直腔面發射激光二極管相同的疊層；一個用于將具有對應于錄在盤光道上信息的信息的反射光束加以衍射的全息元件；以及一塊用于將由所述垂直腔面發射激光二極管所產生并隨后由所述全息元件所衍射的光束加以聚焦，以便于讀取錄在盤光道上信息的物鏡。
2.權利要求1的全息光檢拾器，其中將一個反向偏置電壓施加到所述垂直腔面發射激光二極管結構，就可使激光二極管用作光檢測器。
3.權利要求1的全息光檢拾器，其中在上側和下側的所述反射層由具有多層結構的多重反射層組成。
全文摘要
提供了一種光檢拾器，它利用垂直腔面發射激光二極管作為光源，以代替常用邊發射激光二極管，因而改進光學系統的性能和生產率。該全息光檢拾器將用作光源和用作光檢測器的垂直腔面發射激光二極管結合制造成單一的芯片。因此，兩個元件可在一個批量生產過程中制成，同時光軸對準過程可在裝配時一次完成，從而提高了生產率和降低了成本。當用作光源時，由垂直腔面發射激光二極管產生的光束具有比由邊發射激光二極管所產生光束更好的性能。
文檔編號H01S5/026GK1115466SQ9510248
公開日1996年1月24日 申請日期1995年3月15日 優先權日1994年5月31日
發明者鄭教龐, 文鐘國, 李裕信 申請人:三星電子株式會社