CN102315587A - 半导体光放大器的对准方法以及光输出装置器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体光放大器对准方法和一种用于进行该半导体光放大器的对准方法的光输出器件，其中，所述半导体光放大器对来自激光源的激光进行光学放大并输出所光学放大的激光。该对准方法包括以下步骤：通过在使来自所述激光源的所述激光进入所述半导体光放大器的同时向所述半导体光放大器施加给定值的电压(电流)，调整所述半导体光放大器与进入所述半导体光放大器的所述激光的相对位置，使得所述半导体光放大器中的电流(电压)成为最大值。根据本发明，能够在不依靠外部监测器件的情况下实现入射激光与半导体光放大器的光波导之间的耦合效率的优化。

Description

半导体光放大器的对准方法以及光输出装置器件
相关申请的交叉参考
本申请包含与2010年6月30日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP 2010-149344的公开内容相关的主题，在这里将该在先申请的全部内容以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及半导体光放大器的对准方法和光输出装置器件。
背景技术
如今，在使用脉冲时间(pulse time)为原秒(attosecond)或飞秒(femtosecond)时间量级的激光器的高级科学领域研究中，超短脉冲和超高功率激光器得到积极应用。另外，由GaN化合物半导体构成且发射光波长为405nm波段的高功率和超短脉冲激光二极管器件有望成为容积光盘系统(volumetric optical disc system，其是有望作为取代蓝光光盘系统(blu-ray optical disc system)的下一代光盘系统)的光源，或成为医疗领域和生物成像领域等所需的光源。
例如，钛/蓝宝石激光器是众所周知的超短脉冲和超高功率脉冲激光器。钛/蓝宝石激光器较为昂贵，且其是尺寸较大大的固体激光源，这是制约该技术推广的主要因素。如果通过使用激光二极管或激光二极管器件来实现超短脉冲和超高功率脉冲激光器，则能够显著地实现小型化、降低成本和获得高稳定性，由此超短脉冲和超高功率脉冲激光器有望在这些领域中的广泛应用中获得突破性进展。
与此同时，在通信系统领域中，自从二十世纪六十年代以来一直积极研究激光二极管器件的短脉动(short pulsation)。众所周知的激光二极管器件中的产生短脉冲的方法包括增益开关方法(gain switchingmethod)、损耗开关方法(loss switching method)(Q开关方法(Q switchingmethod))和锁模方法(mode locking method)。在这些方法中，通过将激光二极管器件与半导体放大器、非线性光学器件和光纤等组合来实现高输出。锁模方法可进一步分类为主动锁模方法和被动锁模方法。为了基于主动锁模方法产生光脉冲，通过使用反射镜或透镜来构成外共振腔、并进一步在激光二极管器件中加入射频(RF)调制。同时，在被动锁模方法中，通过使用具有多电极结构的激光二极管器件进行简单的直流驱动，由此能够产生光脉冲。
在激光源中，获得高功率是一项重大挑战。作为用于放大来自激光源的光的构件，半导体光放大器(Semiconductor Optical Amplifier，SOA)得到了广泛检验。光放大器是一种在不将光信号转换成电信号的情况下直接对处于光状态的光信号进行放大的放大器。光放大器的激光器结构不具有共振腔，光放大器根据放大器的光增益来放大入射光。半导体光放大器输出的光基于入射激光与半导体光放大器的光波导之间的耦合效率发生较大变化。因此，为了在半导体光放大器中获得高的光放大率，入射激光与半导体光放大器之间的对准相当重要。另外，监测耦合效率也是一项重大挑战。
为了应对上述挑战，例如，在日本未审查专利申请No.2003-133651所披露的技术中，对未基于入射激光与半导体光放大器的光波导之间的耦合而输出的光进行监测。另外，例如，在日本未审查专利申请No.2010-014896所披露的技术中，对半导体光放大器输出的光进行监测。然而，在上述技术中，由于对光输出进行监测，所以在入射激光与半导体光放大器之间进行对准的情况下，不能排除用于监测光输出的光路的未对准或变化等所产生的影响。另外，在光输出的监测发生变化的情况下，不能确定这类变化是由入射激光与半导体光放大器之间的未对准引起的，还是由用于监测光输出的光路的变化引起的。
发明内容
因此，在本发明中，期望提供一种半导体光放大器对准方法，使用该方法，能够在不依靠外部监测器件的情况下实现入射激光与半导体光放大器的光波导之间的耦合效率的优化，以及一种用于进行该半导体光放大器的对准方法的光输出器件。
本发明第一实施方式提供一种半导体光放大器的对准方法，所述半导体光放大器对来自激光源的激光进行光学放大并输出所光学放大的激光，该对准方法包括以下步骤：通过在使来自所述激光源的所述激光进入所述半导体光放大器的同时使给定值的电流流入所述半导体光放大器，调整所述半导体光放大器与进入所述半导体光放大器的所述激光的相对位置，使得施加到所述半导体光放大器的电压成为最大值。
本发明第二实施方式提供一种半导体光放大器的对准方法，所述半导体光放大器对来自激光源的激光进行光学放大并输出所光学放大激光，所述对准方法包括以下步骤：通过在使来自所述激光源的所述激光进入所述半导体光放大器的同时向所述半导体光放大器施加给定值的电压，调整所述半导体光放大器与进入所述半导体光放大器的所述激光的相对位置，使得所述半导体光放大器中流过的电流成为最大值。
本发明的第一实施方式和第二实施方式提供一种光输出器件，所述光输出器件包括：激光源；半导体光放大器，其对来自激光源的激光进行光放大并输出放大光；对准器件，其调整半导体光放大器与进入半导体光放大器的激光的相对位置；以及半导体光放大器控制设备，其控制半导体光放大器的操作。
在本发明第一实施方式的所述光输出器件中，在使来自所述激光源的所述激光进入所述半导体光放大器的同时，使给定值的电流流入所述半导体光放大器，通过所述半导体光放大器控制设备监测施加到所述半导体光放大器的电压，及通过所述对准器件调整所述半导体光放大器与进入所述半导体光放大器的所述激光的所述相对位置，使得施加到所述半导体光放大器的所述电压成为最大值。
在本发明第二实施方式的所述光输出器件中，在使来自所述激光源的所述激光进入所述半导体光放大器的同时，向所述半导体光放大器施加给定值的电压，通过所述半导体光放大器控制设备监测所述半导体光放大器中流过的电流，及通过所述对准器件调整所述半导体光放大器与进入所述半导体光放大器的所述激光的所述相对位置，使得所述半导体光放大器中流过的所述电流成为最大值。
在本发明的第一实施方式或第二实施方式的所述半导体光放大器对准方法和本发明的第一实施方式或第二实施方式的所述光输出器件中，测量施加到半导体光放大器的电压以及半导体光放大器中流动的电流，以便调整半导体光放大器与进入半导体光放大器的激光的相对位置。因而，能够在不依靠外部监测器件的情况下进行用于位置调整的测量。因此，能够精确地调整半导体光放大器与进入半导体光放大器的激光的相对位置。
下文的说明将更全面地呈现出本发明的其它目的、特征和优点。
附图说明
图1是第一实施例的光输出器件的概念图。
图2是第一实施例的半导体光放大器沿虚拟垂直平面(YZ平面，包括半导体光放大器的轴线(Z方向))的示意剖面图。
图3是第一实施例的半导体光放大器沿虚拟垂直平面(XY平面，与半导体光放大器的轴线(Z方向)垂直)的示意剖面图。
图4A是表示在电流从第一实施例的半导体光放大器中的第二电极流入第一电极的情况下，光输出和第二电极与第一电极之间所施加电压的曲线图，图4B是表示在电流从第一实施例的半导体光放大器中的第二电极流入第一电极的情况下，光输出的曲线图。
图5是表示在激光从激光源进入第一实施例的半导体光放大器且XYZ平台在X方向上移动的同时，使给定值的电流流入半导体光放大器的情况下，施加到半导体光放大器的电压的变化的示意曲线图。
图6A和图6B分别是表示在激光(光输出：2毫瓦)从激光源进入第一实施例的半导体光放大器的状态下，在电流从第二电极流入第一电极的情况下，光输出和电压ΔV之间的关系的曲线图。
图7A是第二实施例的光输出器件的概念图，图7B、图7C、和图7D分别是反射式半导体光放大器、共振式半导体光放大器和单片式半导体光放大器的概念图。
图8是第五实施例的半导体光放大器的沿虚拟垂直平面(YZ平面，包括半导体光放大器的轴线(Z方向))的示意剖面图。
图9A和图9B分别是表示采用斜光波导结构的半导体光放大器和其第二电极结构在光输出端面侧采用喇叭管形(flare type)的半导体光放大器的俯视图。
图10是第一实施例的锁模激光二极管器件在共振腔延伸方向上的示意侧视图。
图11A和11B分别是表示通过使用第一实施例的锁模激光二极管器件和第六实施例的锁模激光二极管器件构成外共振腔而进行锁模驱动的系统的图。
图12A和12B分别是表示通过使用第六实施例的锁模激光二极管器件构成外共振腔而进行锁模驱动的系统的图，图12C是表示通过使用第七实施例的锁模激光二极管器件来进行锁模驱动的系统的图。
图13是表示第八实施例的锁模激光二极管器件中的脊部的俯视图。
图14A和14B分别表示通过使用第九实施例和第十实施例中的锁模激光二极管器件来进行锁模驱动的系统的图。
图15是第一实施例中的锁模激光二极管器件的一个变形例在共振腔延伸方向上的示意侧视图。
图16是第一实施例中的锁模激光二极管器件的另一变形例在共振腔延伸方向上的示意侧视图。
图17是表示用于评估第一实施例中的锁模激光二极管器件的自脉动操作的测量系统的示意图。
图18A和18B分别是表示第一实施例和第一参考示例的注入电流与光输出之间的关系(L-I特性)在不同反向偏置电压下的测量结果的曲线图。
图19A和19B分别是表示通过使用超高速扫描照相机测量第一实施例和第一参考示例中所产生的光脉冲而所获得的结果的曲线图。
图20是表示对通过使用四端子法测量在第一实施例的锁模激光二极管器件的第二电极的第一部分与第二部分之间的电阻值而所获得的结果的曲线图。
图21A和21B分别是表示第九实施例和第九参考示例中的RF频谱的测量结果的曲线图。
图22A和22B是用于说明第一实施例的锁模激光二极管器件的制造方法的基板等的部分剖面图。
图23A和23B是用于说明图22B之后的第一实施例的锁模激光二极管器件的制造方法的基板等的部分剖面图。
图24是用于说明图23B之后的第一实施例的锁模激光二极管器件的制造方法的基板等的部分侧视图。
具体实施方式
下面将参照附图并基于实施例来说明本发明。然而，本发明不限于这些实施例，且实施例中的各种数值和材料均为示例说明。将以如下顺序进行说明。
1.本发明第一实施方式和第二实施方式的半导体光放大器的对准方法，本发明第一实施方式和第二实施方式的光输出器件，以及整体说明。
2.第一实施例(本发明第一实施方式的半导体光放大器的对准方法和本发明第一实施方式的光输出器件)
3.第二实施例(第一实施例的变形例)
4.第三实施例(本发明第二实施方式的半导体光放大器对准方法和本发明第二实施方式的光输出器件)
5.第四实施例(第三实施例的变形例)
6.第五实施例(第三实施例的另一变形例)
7.第六实施例(第一实施例中的锁模激光二极管器件的变形例)
8.第七实施例(第一实施例中的锁模激光二极管器件的另一变形例)
9.第八实施例(第一实施例中的锁模激光二极管器件的另一变形例)
10.第九实施例(第一实施例中的锁模激光二极管器件的另一变形例)
11.第十实施例(第一实施例中的锁模激光二极管器件的另一变形例)以及其他
1.本发明第一实施方式和第二实施方式的半导体光放大器的对准方法，本发明第一实施方式和第二实施方式的光输出器件，以及整体说明
在本发明第一实施方式的光输出器件中，半导体光放大控制设备中的电压监测器的分辨率为1毫伏以下，优选地，为0.1毫伏以下。另外，在本发明第二实施方式的光输出器件中，半导体光放大控制设备中的电流监测器的分辨率为100微安以下，优选地，为10微安以下。
在本发明第一实施方式的光输出器件或本发明第一实施方式的半导体光放大器的对准方法中(在下文中，有时统称为“本发明的第一实施方式”)，在测量半导体光放大器输出的激光的光输出，且光从期望值发生变化的情况下，在使来自激光源的激光进入半导体光放大器的同时，使给定值的电流流入半导体光放大器，由此可以重新调整半导体光放大器与进入半导体光放大器的激光的相对位置，使得施加到(添加到)半导体光放大器的电压成为最大值。在这种优选形式中，在半导体光放大器和进入半导体光放大器的激光在重新调整之后的相对位置与半导体光放大器和进入半导体光放大器的激光在重新调整之前的相对位置相同的情况下，可对半导体光放大器输出的激光所通过的光路进行调整。通过采用这种形式，在光输出的监测器发生变化的情况下，能够轻易确定出这类变化是否是由半导体光放大器与进入半导体光放大器的激光的相对位置的变化(即，入射激光与半导体光放大器的光波导之间的耦合效率的变化)引起的。另外，在本发明的第一实施方式中，半导体光放大器可包括：通过顺序层叠第一化合物半导体层、第三化合物半导体层和第二化合物半导体层而形成的层压结构，其中，第一化合物半导体层具有第一导电类型，并是由GaN化合物半导体构成，第三化合物半导体层具有由GaN化合物半导体构成的光放大区(载流子注入区和增益区)，第二化合物半导体层具有不同于第一导电类型的第二导电类型，并是由GaN化合物半导体构成；形成在第二化合物半导体层上的第二电极；以及电连接到第一化合物半导体层的第一电极。
在本发明第二实施方式的光输出器件或本发明第二实施方式的半导体光放大器对准方法中(在下文中，有时统称为“本发明的第二实施方式”)，在对半导体光放大器输出的激光的光输出进行监测，且光输出从期望值发生变化的情况下，在使来自激光源的激光进入半导体光放大器的同时，将给定值的电压施加到半导体光放大器，由此可以重新调整半导体光放大器与进入半导体光放大器的激光的相对位置，使得半导体光放大器中的电流成为最大值。在这种优选形式中，在半导体光放大器和进入半导体光放大器的激光在重新调整之后的相对位置与半导体光放大器和进入半导体光放大器的激光在重新调整之前的相对位置相同的情况下，可以对半导体光放大器输出的激光所通过的光路进行调整。通过采用这种形式，当光输出的监测器发生变化时，能够轻易确定出这类变化是否是由半导体光放大器与进入半导体光放大器的激光的相对位置的变化(即，入射激光与半导体光放大器的光波导之间的耦合效率的变化)所引起的。另外，在本发明第二实施方式中，半导体光放大器可包括：通过顺序层叠第一化合物半导体层、第三化合物半导体层和第二化合物半导体层而形成的层压结构，其中，第一化合物半导体层具有第一导电类型，并是由GaN化合物半导体构成，所述第三化合物半导体层具有由GaN化合物半导体构成的光放大区(载流子注入区和增益区)，第二化合物半导体层具有不同于第一导电类型的第二导电类型，并是由GaN化合物半导体构成；形成在第二化合物半导体层上的第二电极；以及电连接到第一化合物半导体层的第一电极。另外，在这种形式中，第二电极可由第一部分和第二部分构成，其中，所述第二部分设置在半导体光放大器的光输出端面侧，并通过隔离沟槽与所述第一部分分开。就抑制半导体光放大器的光输出端面的劣化而言，优选地，第二部分位于半导体光放大器的光输出端面侧。另外，在这种结构中，如果第一部分的长度为LAmp1，而第二部分的长度为LAmp2，则期望满足0.001≤LAmp2/LAmp1≤0.01，优选地，期望满足0.0025≤LAmp2/LAmp1≤0.0075。施加到第二电极的第二部分的电压为-20伏～4伏之间的任意值，优选地，为-15伏～0伏之间的任意值。通过向第二电极的第一部分施加电压(通过使电流流入第二电极的第一部分)来进行半导体光放大器的作为固有功能的光放大功能，通过向第二电极的第二部分施加电压来进行用于位置调整的测量。期望半导体光放大器中的第二电极的第一部分与第二部分之间的电阻值为1×102Ω以上，优选地，为1×103Ω以上，更优选地，为1×104Ω以上。另外，期望第二电极的第一部分与第二部分之间的电阻值为第二电极与第一电极之间的电阻值的1×10倍以上，优选地，为1×102倍以上，更优选地，为1×103倍以上。另外，期望用于将第二电极分隔成第一部分和第二部分的隔离沟槽的宽度为1μm以上，并为半导体光放大器长度的50％以下，优选地，为10μm以上，并为半导体光放大器长度的10％以下。
在本发明第一实施方式或本发明第二实施方式中，通过调整半导体光放大器与进入半导体光放大器的激光的相对位置，激光半导体光放大器发出的激光的光输出可成为最大值。
另外，在本发明第一实施方式或本发明第二实施方式中，半导体光放大器可以由透射式半导体光放大器(transmissive semiconductor opticalamplifier)构成，但不限于此。例如，半导体光放大器可以由反射式半导体光放大器(reflective semiconductor optical amplifier)、共振式半导体光放大器(resonant semiconductor optical amplifier)或单片式半导体光放大器(monolithic semiconductor optical amplifier)构成。
此外，在本发明第一实施方式或本发明第二实施方式中，激光源可以由锁模激光二极管器件构成，锁模激光二极管器件输出的脉冲激光进入半导体光放大器。在这种情况下，激光源可基于锁模操作输出脉冲激光。但激光源不限于此。还能够使用已知的连续振荡型激光源，已知的如增益开关激光源和损耗开关激光源(Q开关激光源)等各种类型的脉冲振荡激光源，以及如钛宝石激光器(titanium sapphire laser)等激光源。本发明中的半导体光放大器是在不将光信号转换成电信号的情况下直接对处于光状态的光信号进行放大的放大器。本发明中的半导体光放大器具有尽可能地排除共振腔效应(resonator effect)的激光器结构，并根据半导体光放大器的光增益来放大入射光。即，本发明中的半导体光放大器可基本上与本发明中的用于构成激光源的激光二极管器件具有相同的构成和结构，也可与本发明中的用于构成激光源的激光二极管器件具有不同的构成和结构。
在本发明第一实施方式的半导体光放大器的对准方法中，如果在来自激光源的激光不进入半导体光放大器的同时使给定值的电流I0流入半导体光放大器的情况下，施加到(添加到)半导体光放大器的电压为V1，以及如果在来自激光源的激光进入到半导体光放大器的同时使给定值的电流I0流入半导体光放大器的情况下，施加到(添加到)半导体光放大器的电压为V2，则可对半导体光放大器与进入半导体光放大器的激光的相对位置进行调整，使得ΔV＝(V2-V1)的值成为最大值。
另外，在本发明第二实施方式的半导体光放大器的对准方法中，如果在来自激光源的激光不进入半导体光放大器的同时向半导体光放大器施加给定值的电压V0的情况下，流经半导体光放大器的电流为I1，以及如果在来自激光源的激光进入半导体光放大器的同时向半导体光放大器施加给定值的电压V0的情况下，流经半导体光放大器的电流为I2，则可对半导体光放大器与进入半导体光放大器的激光的相对位置进行调整，使得ΔI＝(I2-I1)的值成为最大值。
在本发明第一实施方式的光输出器件中，如果在来自激光源的激光不进入半导体光放大器的同时使给定值的电流I0流入半导体光放大器的情况下，施加到(添加到)半导体光放大器的电压为V1，以及如果在来自激光源的激光进入到半导体光放大器的同时使给定值的电流I0流入半导体光放大器的情况下，施加到(添加到)半导体光放大器的电压为V2，则可通过对准器件对半导体光放大器与进入半导体光放大器的激光的相对位置进行调整，使得ΔV＝(V2-V1)的值成为最大值。
另外，在本发明第二实施方式的光输出器件中，如果在来自激光源的激光不进入半导体光放大器的同时向半导体光放大器施加给定值的电压V0的情况下，流经半导体光放大器的电流为I1，以及如果在来自激光源的激光进入半导体光放大器的同时向半导体光放大器施加给定值的电压V0的情况下，流经半导体光放大器的电流为I2，则可通过对准器件对半导体光放大器与进入半导体光放大器的激光的相对位置进行调整，使得ΔI＝(I2-I1)的值成为最大值。
可以以0毫安＜ΔI≤20毫安为例说明本发明第一实施方式中的给定值的电流。可以以0伏＜ΔV≤5伏为例说明本发明第二实施方式中的给定值的电压。半导体光放大器与进入半导体光放大器的激光的相对位置的调整方法的具体示例包括：将半导体光放大器例如放置在XYZ平台上，并移动XYZ平台的方法；以及将构成(进入半导体光放大器的)激光所通过的光路的部件(例如，反射镜)放置在例如XYZ平台上，并移动XYZ平台的方法。半导体光放大器输出的激光所通过的光路的具体调整示例包括：将构成(半导体光放大器输出的)激光所通过的光路的部件(例如，反射镜)放置在例如XYZ平台上，并移动XYZ平台的方法。可基于使用光电二极管的方法，或者基于对光电二极管中流过的电流量进行修正并将其转换成光功率的方法，来测量半导体光放大器输出的激光的光输出。可以以0毫瓦＜P0≤1瓦为例说明光输出的期望值P0。半导体光放大器控制设备的具体结构包括已知的直流电源、电压测量设备和电流测量设备的组合以及直流电流电压源。
在本发明第一实施方式或本发明第二实施方式中的激光源(在下文中，有时统一简称为“本发明”)是由上述锁模激光二极管器件构成的情况下，锁模激光二极管器件(下文中，称作“本发明的锁模激光二极管器件”)可包括：通过顺序层叠第一化合物半导体层、第三化合物半导体层和第二化合物半导体层而形成的层压结构，其中，第一化合物半导体层具有第一导电类型，并是由GaN化合物半导体构成，第三化合物半导体层具有由GaN化合物半导体构成的光放大区(载流子注入区和增益区)，第二化合物半导体层具有不同于第一导电类型的第二导电类型，并是由GaN化合物半导体构成；形成在所述第二化合物半导体层上的第二电极；以及电连接到所述第一化合物半导体层的第一电极。层压结构可形成在具有极性的化合物半导体基板上。第三化合物半导体层可具有包括阱层和势垒层的量子阱结构。另外，虽然不限于此，但阱层的厚度为1nm～10nm(包括两端点)，优选地，为1nm～8nm。势垒层的掺杂浓度为2×1018cm-3～1×1020cm-3，优选地，为1×1019cm-31×1020cm-3。
在驱动本发明中的锁模激光二极管器件时，可使电流通过层压结构从第二电极流入第一电极，从而在发光区中产生光脉冲。另外，在本发明中的锁模激光二极管器件中，可使电流通过层压结构从第二电极流入第一电极，从而在发光区中产生光脉冲。
为了使激光二极管器件能够进行自脉动操作(self-pulsationoperation)，激光二极管器件应设有发光区和饱和吸收区。根据发光区和饱和吸收区的布置结构，激光二极管器件通常分类为SAL(饱和吸收层：saturable absorber layer)型或WI(弱指数型)型激光二极管器件和包括对分型(bisection type)激光二极管器件的多电极型激光二极管器件，其中，在SAL型或WI型激光二极管器件中，在垂直方向上布置发光区和饱和吸收区，在对分型(bisection type)激光二极管器件中，在共振腔方向上将发光区和饱和吸收区布置成一条直线。在锁模方法中，已经证实立方晶体(主要为GaAs)激光二极管器件能够产生时间宽度为0.6皮秒(psec)的光脉冲(参见“Appl.Phys.Lett.39(1981)525，”H.Yokoya毫安，et al)。另外，S.Gee等人在2001年首次报道了在六方晶体(主要为GaN)激光二极管器件中使用锁模方法来产生光脉冲(参见“Appl.Phys.Lett.79(2001)1951，”S.Gee and J.E.Bowers)。然而，根据文献“Appl.Phys.Lett.79(2001)1951”可知，光脉冲的时间宽度为30皮秒，其依旧较长。另外，在通过使用具有极性的基板来制造多电极激光二极管器件的情况下，具体地，例如，在将多电极GaN激光二极管器件设置在GaN基板的{0001}平面(C平面)上的情况下，由于压电极化(piezoelectric polarization)或固有极化(intrinsic polarization)所导致的内部电场电场引起了量子限制斯塔克效应(quantum confinementStark effect，QCSE)，所以有时难以对饱和吸收进行电控制。也就是说，这说明了有时需要增加流入第一电极以用于获得自脉动操作和锁模操作的直流电流值，以及需要增加施加到饱和吸收区的反向偏置电压值，伴随着主脉冲产生了次脉冲成分，或者难以在外部信号与光脉冲之间获得同步。
在本发明的锁模激光二极管器件中，优选地，用于构成第三化合物半导体层的阱层的厚度界定为1nm～10nm，用于构成第三化合物半导体层的势垒层的掺杂浓度界定为2×1018cm-31×1020cm-3。即，减小阱层的厚度，并增加第三化合物半导体层的载流子。于是，能够降低压电极化的影响，从而能够获得如下激光源，即，该激光源能够产生具有较短时间宽度和小的次脉冲成分的单峰光脉冲。另外，通过降低反向偏置电压，能够获得锁模驱动，从而能够产生与外部信号(电信号和光信号)同步的光脉冲序列。因此，例如，本发明的锁模激光二极管器件可应用为在容积光盘系统中产生光脉冲的振荡器。
在本发明的锁模激光二极管器件中，第三化合物半导体层还可包括饱和吸收区，第二电极可通过隔离沟槽分隔为第一部分和第二部分，其中，第一部分用于通过使电流通过发光区流入第一电极来获得正向偏置状态，第二部分用于向饱和吸收区施加电场。可通过使电流通过发光区从第二电极的第一部分流入第一电极来获得正向偏置状态，可在第一电极与第二电极的第二部分之间施加电压，由此向饱和吸收区施加电场。
期望在第一电极与第二部分之间施加反向偏置电压(即，第一电极为阴极，第二部分为阳极)。可将与施加到第二电极的第一部分的脉冲电流或脉冲电压同步的脉冲电流或脉冲电压施加到第二电极的第二部分，或者可将直流偏置施加到第二电极的第二部分。
另外，在本发明中的锁模激光二极管器件中，期望第二电极的第一部分与第二部分之间的电阻值为1×102Ω以上，优选为1×103Ω以上，更优选为1×104Ω以上。另外，期望第二电极的第一部分与第二部分之间的电阻值为第二电极与第一电极之间的电阻值的1×10倍以上，优选为1×102倍以上，更优选为1×103倍以上。
在半导体光放大器中，在第二电极的第一部分与第二部分之间的电阻值为1×102Ω以上，或第二电极的第一部分与第二部分之间的电阻值为第二电极与第一电极之间的电阻值的10倍以上的情况下，能够切实地抑制漏电流从第二电极的第二部分流入第一部分。即，能够增加注入到发光区(载流子注入区，增益区)的电流。同时，也能够增加施加到饱和吸收区(载流子非注入区)的反向偏置Vsa。于是，能够获得具有高峰值功率的光脉冲的单模自脉动操作。此外，仅通过隔离沟槽将第二电极分隔为第一部分和第二部分，就能够在第二电极的第一部分与第二部分之间获得这种高电阻值。即，更容易实现锁模所进行光脉冲的产生。
另外，在本发明中的锁模激光二极管器件中，期望用于将第二电极分隔成第一部分和第二部分的隔离沟槽的宽度为1μm以上，并为共振腔长度的50％以下，优选为10μm以上，并为共振腔长度的10％以下。虽然共振腔的长度示例为0.3mm，但是该值不限于此。在下文中，将共振腔方向视为Z方向，将层压结构的厚度方向视为Y方向。另外，饱和吸收区的长度可小于发光区的长度。另外，第二电极的长度(第一部分和第二部分的总长度)可小于第三化合物半导体层的长度。第二电极的第一部分和第二部分的布置结构的示例包括如下结构：
结构(1)：第二电极设置有两个第一部分和一个第二部分，第二部分的一端隔着隔离沟槽与第一部分中的一个相对，第二部分的另一端隔着隔离沟槽与第一部分中的另一个相对(即，第二电极具有第二部分夹在第一部分之间的结构)；
结构(2)：第二电极设置有一个的第一部分和一个的第二部分，第二电极的第一部分和第二电极的第二部分隔着隔离沟槽设置；以及
结构(3)：第二电极设置有一个第一部分和两个第二部分，第一部分的一端隔着沟里沟槽与第二部分中的一个相对，第一部分的另一端隔着隔离沟槽与第二部分中的另一个相对。具体地，期望结构(1)和(2)。另外，更一般性地，第二电极的第一部分和第二部分的布置结构的示例还包括：
结构(4)：第二电极设置有N个第一部分和(N-1)个第二部分，第二电极的第二部分夹在第二电极的第一部分之间；以及
结构(5)：第二电极设置有N个第二部分和(N-1)个第一部分，第二电极的第一部分夹在第二电极的第二部分之间。
换言之，也以如下方式说明结构4和结构5：
结构(4′)：设置有N个发光区[载流子注入区和增益区]和(N-1)个饱和吸收区[载流子非注入区]，饱和吸收区夹在发光区之间；以及
结构(5′)：设置有N个饱和吸收区[载流子非注入区]和(N-1)个发光区[载流子注入区和增益区]，发光区夹在饱和吸收区之间。
通过采用结构(1)、(5)和(5′)，几乎对锁模激光二极管器件的光输出端面不产生损害。
另外，在本发明的锁模激光二极管器件的驱动方法中，能够使电流通过发光区从第二电极流入第一电极，并且能够使来自第二电极的外部电信号通过发光区叠加到第一电极上。因此，光脉冲能够与外部电信号同步。而且，光信号可从层压结构的一个端面进入。由此，光脉冲能够与光信号同步。
另外，在本发明的半导体光放大器或本发明的锁模激光二极管器件中，势垒层的掺杂杂质可以是硅(Si)。但掺杂杂质不限于此。可以采用氧(O)作为其它掺杂杂质。
另外，本发明的半导体光放大器或本发明的锁模激光二极管器件可具有脊条型(ridge stripe type)分限异质结构(separate confinementheterostructure，SCH structure)。另外，本发明的半导体光放大器或本发明的锁模激光二极管器件具有斜脊条型(oblique ridge stripe type)分限异质结构。期望脊结构的高度为0.1μm～10μm，优选为0.2μm～1μm。然而，它的值不限于此。另外，虽然脊结构的宽度示例为2μm以下的范围，且脊结构的宽度的下限值示例为0.8μm，但它们的值不限于此。第二化合物半导体层的位于脊部的两侧面外侧的部分的顶表面与第三化合物半导体层之间的距离D优选为1.0×10-7m(0.1μm)以上。通过以上述方式界定距离D，能够在第三化合物半导体层的两侧(X方向)形成饱和吸收区。可基于长时间驱动等情况下的阈值电流的增加、温度特性、电流增加比率的劣化来确定距离D的上限。
例如，能够通过下述方法制造本发明的锁模激光二极管器件。即，例如，能够通过包括如下各个步骤的下述制造方法来制造本发明的锁模激光二极管器件：
步骤(A)：通过顺序层叠第一化合物半导体层、第三化合物半导体层和第二化合物半导体层来形成层压结构，其中，第一化合物半导体层具有第一导电类型，并是由GaN化合物半导体构成，第三化合物半导体层具有由GaN化合物半导体构成的光放大区(载流子注入区和增益区)，第二化合物半导体层具有不同于第一导电类型的第二导电类型，并是由GaN化合物半导体构成；
步骤(B)：在第二化合物半导体层上形成条形的第二电极；
步骤(C)：通过使用第二电极作为蚀刻掩模，蚀刻第二化合物半导体层的至少一部分，由此形成脊结构；以及
步骤(D)：形成用于在第二电极上形成隔离沟槽的抗蚀剂层，随后，使用抗蚀剂层作为湿法蚀刻掩模，通过湿法蚀刻方法在第二电极上形成隔离沟槽，通过隔离沟槽将第二电极分隔成第一部分和第二部分。
通过采用上述制造方法来形成脊结构，即，使用条形的第二电极作为蚀刻掩模，通过蚀刻第二化合物半导体层的至少一部分来形成脊结构。也就是说，使用图案化的第二电极作为蚀刻掩模，通过自对准方法来形成脊结构。因此，在第二电极和脊结构之间不存在任何接头未对准(joint misalignment)。另外，通过湿法蚀刻方法在第二电极上形成隔离沟槽。与干法蚀刻方法不同的是，通过采用上述湿法蚀刻方法，能够抑制第二化合物半导体层的光学和电学特性的劣化。因此，能够切实地防止光发射特性的劣化。
在步骤(C)中，可在厚度方向上蚀刻部分第二化合物半导体层、可在沿厚度方向上蚀刻全部第二化合物半导体层、可在厚度方向上蚀刻第二化合物半导体层和第三化合物半导体层、或者可在厚度方向上蚀刻部分第二化合物半导体层、第三化合物半导体层和第一化合物半导体层。
另外，在上述步骤D中，在第二电极上形成隔离沟槽时，如果第二电极的蚀刻速率为Er0，层压结构的蚀刻速率为Er1，则期望满足关系式Er0/Er1≥1×10，优选地满足关系式Er0/Er1≥1×102。在Er0/Er1满足上述关系的情况下，能够在层压结构不受到蚀刻的情况下安全地蚀刻第二电极(或者，即使层压结构受到蚀刻，但蚀刻部分为小)。
能够通过与上述本发明的锁模激光二极管器件的制造方法相似的制造方法切实地制造本发明中的半导体光放大器。然而，其制造方法不限于此。
在本发明的半导体光放大器或本发明的锁模激光二极管器件中，第二电极可由钯(Pd)单层、镍(Ni)单层、铂(Pt)单层、或钯层和铂层形成的层压结构(其中，钯层与第二化合物半导体层接触)、或钯层和镍层形成的层压结构(其中，钯层与第二化合物半导体层接触)构成。在下金属层是由钯构成且上金属层是由镍构成的情况下，期望上金属层的厚度为0.1μm以上，优选为0.2μm以上。另外，优选地，第二电极是由钯(Pd)单层构成。在这种情况下，期望第一电极的厚度为20nm以上，优选为50nm以上。另外，优选地，第二电极是由钯(Pd)单层、镍(Ni)单层、铂(Pt)单层、或下金属层和上金属层形成的层压结构(其中，下金属层与第二化合物半导体层接触)构成(然而，下金属层是由选自钯、镍和铂中的一种金属构成；上金属层是由如下金属构成，即，该金属在上述步骤D中形成第二电极的隔离沟槽时的蚀刻速率等于、相似于或大于下金属层的蚀刻速率)。另外，期望上述步骤D中在第二电极中形成隔离沟槽时所使用的蚀刻液为王水、硝酸、硫酸、盐酸、或上述酸中的至少两种所构成的混合液(具体地，由硝酸和硫酸构成的混合液，或由硫酸和盐酸构成的混合液)。期望第二电极的宽度为0.5μm～50μm，优选为1μm～5μm。
在本发明的半导体光放大器或本发明的锁模激光二极管器件中，具体地，层压结构可由AlGaInN化合物半导体构成。AlGaInN化合物半导体的具体示例包括GaN、AlGaN、GaInN和AlGaInN。另外，根据需要，这种化合物半导体可包括硼(B)原子、铊(Tl)原子、砷(As)原子、磷(P)原子、或锑(Sb)原子。另外，用于形成光放大区或发光区(增益区)和饱和吸收区的第三化合物半导体层(在某些情况下，第三化合物半导体层称为“有源层”)具有量子阱结构。具体地，第三化合物半导体层可以具有量子阱结构[quantum well structure，QW structure]，或多量子阱结构[multiquantum well structure，MQW structure]。具有量子阱结构的第三化合物半导体层具有如下结构，即，在该结构中，层叠有至少一个阱层和至少一个势垒层。能够以(InyGa(1-y)N，GaN)、(InyGa(1-y)N，InzGa(1-z)N)(y＞z)和(InyGa(1-y)N，AlGaN)来示例说明构成阱层的化合物半导体以及构成势垒层的化合物半导体的组合。
另外，在本发明的半导体光放大器或本发明的锁模激光二极管器件中，第二化合物半导体层可具有交替层叠有p型GaN层和p型AlGaN层的超晶格结构(superlattice structure)。超晶格结构的厚度可为0.7μm以下。通过采用这种超晶格结构，在保持披覆层所需的高折射率的同时，能够减小激光二极管器件的串联电阻成分，从而实现了激光二极管器件的低操作电压。尽管没有限制超晶格的厚度的下限值，但其下限值例如为0.3μm。用于构成超晶格结构的p型GaN层的厚度可示例为1nm～5nm。用于构成超晶格结构的p型AlGaN层的厚度可示例为1nm～5nm。p型GaN层和p型AlGaN层的总层数可示例为60～300。另外，第三化合物半导体层与第二电极之间的距离可为1μm以下，优选为0.6μm以下。通过界定上述第三化合物半导体层与第二电极之间的距离，能够减小具有高电阻的p型第二化合物半导体层的厚度，从而能够减小激光二极管器件的操作电压。尽管没有限制第三化合物半导体层与第二电极之间距离的下限值，但例如，第三化合物半导体层与第二电极之间距离的下限值为0.3μm。另外，第二化合物半导体层可掺杂有1×1019cm-3量级的Mg。第二化合物半导体层对来自第三化合物半导体层的波长为405nm光的吸收系数可至少为50cm-1。Mg的原子浓度是由在2×1019cm-3时表现出最大电子空穴浓度的材料特征来确定，其是最大电子空穴浓度的设计结果，即，第二化合物半导体层的电阻系数变成最小值。通过尽可能地减小激光二极管器件的电阻来界定第三化合物半导体层的吸收系数。于是，一般而言，第三化合物半导体层的光吸收系数变成50cm-1。但是，可以有意地将Mg掺杂量设定为2×1019 cm-3浓度以上，以增加吸收系数。在这种情况下，用于获得实际电子空穴浓度的Mg掺杂量的上限值例如为8×1019cm-3。另外，第二化合物半导体层在第三化合物半导体层侧可依次具有非掺杂化合物半导体层和p型化合物半导体层。第三化合物半导体层与p型化合物半导体层之间的距离可以为1.2×10-7m以下。通过以上述方式界定第三化合物半导体层与p型化合物半导体层之间的距离，能够在不降低内部量子效率的范围内抑制内部损耗。因此，能够减小激光振荡开始时的阈值电流Ith。虽然没有限制第三化合物半导体层与p型化合物半导体层之间的距离的下限值，但该下限值例如为5×10-8m。另外，在脊部的两个侧面上，可形成由SiO2/Si层压结构构成的层压绝缘层。脊部的有效折射率与层压绝缘层的有效折射率之间的差异可为5×10-31×10-2。通过使用这种层压绝缘层，即使在超过100毫瓦的高输出操作的情况下，仍能够维持单基侧向模式(singlefundamental lateral mode)。另外，第二化合物半导体层可以具有如下结构，即，在该结构中，从第三化合物半导体层侧开始依次层叠非掺杂GaInN层(p侧光波导层)、非掺杂AlGaN层(p侧披覆层)、Mg掺杂AlGaN层(电子势垒层)、由GaN层(Mg掺杂)/AlGaN层构成的超晶格结构(超晶格披覆层)和Mg掺杂GaN层(p侧接触层)。期望用于构成第三化合物半导体层中的阱层的化合物半导体的带隙为2.4eV以上。另外，期望第三化合物半导体层输出的激光的波长为360nm～500nm，优选为400nm～410nm。显然，也可对上述各种结构进行适当的组合。
如上所述，在第二化合物半导体层中，可在第三化合物半导体层与电子势垒层之间形成非掺杂化合物半导体层(例如，非掺杂GaInN层或非掺杂AlGaN层)。另外，可在第三化合物半导体层与非掺杂化合物半导体层之间形成作为光波导层的非掺杂GaInN层。第二化合物半导体层的最上层可具有被Mg掺杂GaN层(p侧接触层)占用的结构。
用于构成本发明的半导体光放大器或本发明的锁模激光二极管器件的各种GaN化合物半导体可依次形成在基板上。除了蓝宝石基板外，基板的示例还包括GaAs基板、GaN基板、SiC基板，氧化铝基板、ZnS基板、ZnO基板、AlN基板、LiMgO基板、LiGaO2基板、MgAl2O4基板、InP基板、Si基板和通过在上述基板的表面(正面)上形成基础层和缓冲层而形成的层压体。大体上，在基板上形成GaN化合物半导体层的情况下，由于GaN基板具有小的缺陷密度(defect density)，所以GaN基板是优选的。但是，众所周知，根据生长平面，GaN基板的特性在极性、无极性和半极性之间变化。另外，用于构成本发明的半导体光放大器或本发明的锁模激光二极管器件的各种GaN化合物半导体层的形成方法的示例包括有机金属化学气相沉积法(MOCVD方法和MOVP方法)、分子束外延方法(MBE方法)和氢化物气相生长法(在该方法中，卤素用于传输或反应等)。
MOCVD方法中的有机镓源气体的示例包括三甲基镓(TMG)气体和三乙基镓(TEG)气体。氮源气体的示例包括氨气体和肼气体(hydrazinegas)。在形成具有n型导电类型的GaN化合物半导体层时，例如，可添加作为n型杂质(n型掺杂剂)的硅(Si)。在形成具有p型导电类型的GaN化合物半导体层时，例如，可添加作为p型杂质(p型掺杂剂)的镁(Mg)。另外，在GaN化合物半导体层含有作为成分原子的铝(Al)或铟(In)的情况下，三甲基铝(T毫安)气体可用作Al源，三甲基铟(TMI)气体可用作In源。另外，甲硅烷气体(SiH4气体)可用作Si源，环戊二烯镁(cyclopentadienyl magnesium)气体、甲基环戊二烯镁(methylciclopentadienyl magnesium)、或双环戊二烯镁(bisciclopentadienyl magnesium，Cp2Mg)可用作Mg源。除了Si外，n型杂质(n型掺杂剂)的示例还包括Ge、Se、Sn、C、Te、S、O、Pd和Po。除了Mg外，p型杂质(p型掺杂剂)的示例还包括Zn、Cd、Be、Ca、Ba、C、Hg和Sr。
如果第一导电类型是n型，则期望电连接到具有n型导电类型的第一化合物半导体层的第一电极具有包含金(Au)、银(Ag)、钯(Pd)、Al(铝)、Ti(钛)、钨(W)、Cu(铜)、Zn(锌)、锡(Sn)和铟(In)中至少一种金属的单层结构或多层结构，例如，可示例为Ti/Au、Ti/Al和Ti/Pt/Au。第一电极电连接到第一化合物半导体层。第一电极可形成在第一化合物半导体层上，第一电极可隔着导电材料层或导电基板连接到第一化合物半导体层。能够通过使用例如真空蒸发法和溅射法等PVD方法形成第一电极和第二电极。
可在第一电极和第二电极上设置焊盘电极，以获得与外部电极或电路的电连接。期望焊盘电极具有包含Ti(钛)、铝(Al)、Pt(铂)、Au(金)和Ni(镍)中至少一种金属的单层结构或多层结构。除此之外，焊盘电极可以具有示例为Ti/Pt/Au多层结构和Ti/Au多层结构的多层结构。
本发明的锁模激光二极管器件还可包括外反射镜。即，本发明的锁模激光二极管器件可以是外共振腔型锁模激光二极管器件。另外，本发明中的锁模激光二极管器件可以是单片锁模激光二极管器件。外共振腔型锁模激光二极管器件可以是聚光型(light condensing type)锁模激光二极管器件或准直型(collimation type)锁模激光二极管器件。在外共振腔型锁模激光二极管器件中，层压结构的光脉冲输出端面上的光反射率优选为0.5％以下。该光反射率值明显小于现有激光二极管器件中的层压结构的光脉冲输出端面上的光反射率(通常为5％～10％)。在外共振腔锁模激光二极管器件中，期望外共振腔的长度值(Z′，单位：mm)满足关系式0＜Z′＜1500，优选地满足关系式30≤Z′≤150。
本发明适用于各种领域，例如光盘系统、通信领域、光信息领域、光电子集成电路、应用非线性光学现象的领域、光开关、激光测量领域及各种分析领域、超快光谱学领域、多光子激励光谱学领域、质量分析领域、使用多光子吸收的显微光谱学领域、化学反应的量子控制、纳米三维处理领域、使用多光子吸收的各种处理领域、医学领域和生物成像领域。
2.第一实施例
第一实施例涉及本发明第一实施方式的半导体光放大器的对准方法和本发明第一实施方式的光输出器件。图1表示第一实施例的光输出器件的概念图(包括半导体光放大器的概念图)。图2表示第一实施例的半导体光放大器沿虚拟垂直平面(YZ平面，包括半导体光放大器的轴线(Z方向)，即，半导体光放大器的轴线为光波导延伸的方向，为方便起见，称为“Z方向”)的示意剖面图。图3表示半导体光放大器沿虚拟垂直平面(XY平面，其与半导体光放大器的轴线正交)的示意剖面图。图2是沿图3中的线I-I的示意剖面图。图3是沿图2中的线II-II的示意剖面图。
另外，图10表示沿用于构成激光源的锁模激光二极管器件的共振腔的延伸方向的示意侧视图(锁模激光二极管器件沿YZ平面的示意侧视图)。除附图标记外，沿与共振腔延伸方向正交的方向的示意剖面图(沿XY平面剖开锁模激光二极管器件时的示意剖面图)与图3相同。即，图3中的附图标记200s对应于沿与共振腔延伸方向正交的方向的示意剖面图的附图标记100s。图10是与沿图3中的线I-I的侧视图相似的示意侧视图。另外，图11A示意性表示通过第一实施例的锁模激光二极管器件所形成的外共振腔进行锁模驱动的系统。
第一实施例的光输出器件包括：激光源100；半导体光放大器200，其对来自激光源100的激光进行光放大并输出放大的光；对准器件300，其调整半导体光放大器200与进入半导体光放大器200的激光的相对位置；以及半导体光放大器控制设备400，其控制半导体光放大器200的操作。
如图1所示，半导体光放大器200是由透射式半导体光放大器构成。在半导体光放大器200的光进入端面201和与光进入端面201相对的光输出端面203上形成低反射涂层(AR)202和204。低反射涂层是由如下层压结构形成，即，该层压结构是由选自氧化钛层、氧化钽层、氧化锆层、氧化硅层和氧化铝层中的至少两种类型的层形成。从光进入端面201侧进入的激光在半导体光放大器200内被光学放大，并从与光进入端面201侧相对的光输出端面203输出。基本上仅在一个方向上引导激光。另外，在第一实施例中，激光源100是由锁模激光二极管器件构成。从锁模激光器件输出的脉冲激光进入半导体光放大器200。激光源100基于锁模操作输出脉冲激光。下文将给出锁模激光二极管器件的详细说明。除了第二电极的构成和结构外，第一实施例的半导体光放大器200基本具有与第一实施例中的用于构成激光源100的锁模激光二极管器件110的构成和结构相同的构成和结构。
在图1所示的第一实施例的光输出器件中，激光源100是由锁模激光二极管器件110、透镜11、滤光器12、外反射镜13和透镜14构成。从激光源100输出的激光通过光学隔离器15和反射镜16进入反射镜20。经反射镜20反射的激光通过半波片(λ/2波片)21和透镜22，并进入半导体光放大器200。半波片(λ/2波片)21布置成防止从半导体光放大器200返回的光返回到激光源100。激光在半导体光放大器200中被光学放大，并通过透镜30输出到外部。反射镜20、半波片21和透镜22放置在对准器件300上。具体地，对准器件300是由XYZ平台构成。下述半导体光放大器200中的层压结构的厚度方向是Y方向，半导体光放大器200的轴线方向是Z方向，反射镜20和透镜21通过对准器件300在X方向、Y方向和Z方向上移动。
半导体光放大器200包括：通过顺序层叠第一化合物半导体层230、第三化合物半导体层(有源层)240和第二化合物半导体层250而形成的层压结构，其中，第一化合物半导体层230具有第一导电类型(在第一实施例中，具体为n型导电类型)，并是由GaN化合物半导体构成，第三化合物半导体层240具有由GaN化合物半导体构成的光放大区(载流子注入区和增益区)241，第二化合物半导体层250具有不同于第一导电类型的第二导电类型(在第一实施例中，具体为p型导电类型)，并是由GaN化合物半导体构成；形成在第二化合物半导体层250上的第二电极262；以及电连接到第一化合物半导体层230的第一电极261。
同时，用于构成激光源100且发射波长为405nm波段的锁模激光二极管器件110包括：通过顺序层叠第一化合物半导体层130、第三化合物半导体层(有源层)140和第二化合物半导体层150而形成的层压结构，其中，第一化合物半导体层130具有第一导电类型(在第一实施例中，具体为n型导电类型)，并是由GaN化合物半导体构成，第三化合物半导体层140具有由GaN化合物半导体构成的发光区(增益区)141，第二化合物半导体层150具有不同于第一导电类型的第二导电类型(在第一实施例中，具体为p型导电类型)，并是由GaN化合物半导体构成；形成在第二化合物半导体层150上的第二电极162；以及电连接到第一化合物半导体层130的第一电极161。
在具有极性的化合物半导体基板121和221上形成层压结构。第三化合物半导体层140和240具有包括阱层和势垒层的量子阱结构。阱层的厚度为1nm～10nm。势垒层中的杂质(具体为硅(Si))的掺杂浓度为2×1018cm-3～1×1020cm-3。
具体地，第一实施例的锁模激光二极管器件110和半导体光放大器200具有脊条型(ridge stripe type)分限异质结构(separate confinementheterostructure，SCH structure)。更具体地，第一实施例的锁模激光二极管器件110和半导体光放大器200具有由折射率波导型(index guidetype)AlGaInN构成的GaN激光二极管结构，以及具有直线形脊条形结构(ridge stripe structure)。此外，锁模激光二极管器件110和半导体光放大器200设置在n型GaN基板121和221的(0001)平面上。第三化合物半导体层140和240具有量子阱结构。n型GaN基板121和221的(0001)平面也称作“C平面”，其是具有极性的晶面。具体地，第一化合物半导体层130和230、第三化合物半导体层140和240和第二化合物半导体层150和250是由AlGaInN化合物半导体构成。更具体地，第一化合物半导体层130和230、第三化合物半导体层140和240和第二化合物半导体层150和250具有如下表1所示的层结构。在表1中，所列项目按照从距离n型GaN基板121和221最远的层到距离n型GaN基板121和221最近的层的顺序列出。第三化合物半导体层140和240中的用于构成阱层的化合物半导体的能带隙为3.06eV。
表1
第二化合物半导体层150和250
p型GaN接触层(Mg掺杂)155和255
p型GaN(Mg掺杂)/AlGaN超晶格披覆层154和254
p型AlGaN电子势垒层(Mg掺杂)153和253
非掺杂AlGaN披覆层152和252
非掺杂GaInN光波导层151和251
第三化合物半导体层140和240
GaInN量子势阱有源层
(阱层：Ga0.92In0.08N/势垒层：Ga0.98In0.02N)
第一化合物半导体层130和230
n型GaN披覆层132和232
n型AlGaN披覆层131和231
其中
阱层(两层)：8nm[非掺杂]
势垒层(三层)：10nm[掺杂浓度(Si)：2×1018cm-3]
另外，通过使用RIE方法去除部分p型GaN接触层155和255和部分p型GaN/AlGaN超晶格披覆层154和254，从而形成脊结构(脊部156和256)。在脊部156和256的两侧上，形成由SiO2/Si构成的层压绝缘膜157和257。SiO2层为下层，Si层为上层。脊部156和256的有效折射率与层压绝缘膜157和257的有效折射率之间的差异为5×1-31×10-2，并具体为7×10-3。在与脊部156和256的顶面相对应的p型GaN接触层155和255上，形成第二电极(p侧欧姆电极)162和262。同时，在n型GaN基板121和221的背面上，形成由Ti/Pt/Au构成的第一电极(n侧欧姆电极)161和261。具体地，层压绝缘膜157和257具有SiO2/Si层压结构，脊结构的宽度为1.5μm。
在第一实施例的锁模激光二极管器件110中，p型AlGaN电子势垒层153、p型GaN/AlGaN超晶格披覆层154和p型GaN接触层155是Mg掺杂化合物半导体层，上述层设置成彼此在第三化合物半导体层140及其周围区域所产生的光强度分布中尽量不重叠。由此，在不降低内部量子效率的范围内抑制了内部损耗。由此，减小了激光振荡开始时的阈值电流Ith。另外，发现，通过增加第三化合物半导体层140与p型AlGaN电子势垒层153之间的距离d的值，减小了内部损耗αi。还发现，当距离d的值为某个值以上时，空穴注入到阱层的效率降低，于是，降低了第三化合物半导体层140中的电子空穴再结合率，降低了内部量子效率ηi。因此，第三化合物半导体层140与p型AlGaN电子势垒层153之间的距离d设定为0.10μm，脊部(脊结构)的高度设定为0.30μm，位于第二电极162与第三化合物半导体层140之间的第二化合物半导体层150的厚度设定为0.50μm，位于第二电极162下方的p型GaN/AlGaN超晶格披覆层154的厚度设定为0.40μm。“电子势垒层153与第三化合物半导体层140之间的距离d”是指电子势垒层153的面对第三化合物半导体层140的区域(界面)与第三化合物半导体层140的面对电子势垒层153的区域(界面)之间的距离。半导体光放大器200的构成和结构与锁模激光二极管器件110的上述构成和上述结构相似。
在第一实施例中，第二电极162和262是由厚度为0.1μm的Pd单层形成。另外，在第一实施例中，用于将构成锁模激光二极管器件的第二电极162分隔成第一部分162A和第二部分162B的隔离沟槽162C的宽度为1μm以上，且为共振腔长度的50％以下。另外，饱和吸收区142的长度小于发光区141的长度。另外，第二电极162的长度(第一部分和第二部分的总长度)小于第三化合物半导体层140的长度。具体地，共振腔长度Z″设定成0.60mm，第二电极162的第一部分162A的长度设定成0.52mm，第二部分162B的长度设定成0.06mm，隔离沟槽162C的宽度(在共振腔长度方向上的长度)设定成0.02mm。在半导体光放大器200中，在第二电极262上未设置隔离沟槽。
具有超晶格结构(其交替层叠有p型GaN层和p型AlGaN层)的p型GaN/AlGaN超晶格披覆层154和254的厚度为0.7μm以下，具体地为0.4μm。用于构成超晶格结构的p型GaN层的厚度为2.5nm。用于构成超晶格结构的p型AlGaN层的厚度为2.5nm。p型GaN层和p型AlGaN层的总层数为160。另外，第三化合物半导体层140和240与第二电极162和262的距离为1μm以下，具体地为0.5μm。另外，用于构成第二化合物半导体层150和250的p型AlGaN电子势垒层153和253、p型GaN/AlGaN超晶格披覆层154和254以及p型GaN接触层155和255掺杂有1×1019cm-3以上量级的Mg(具体地为2×1019cm-3量级)。第二化合物半导体层150和250对405nm波长的光的吸收系数至少为50cm-1，具体地为65cm-1。另外，第二化合物半导体层150和250在第三化合物半导体层侧设置有非掺杂化合物半导体层(非掺杂的GaInN光波导层151和251以及非掺杂的AlGaN披覆层152和252)和p型化合物半导体层。第三化合物半导体层140与p型化合物半导体层(具体为p型AlGaN电子势垒层153和253)之间的距离d为1.2×10-7m以下，具体为100nm。
在第一实施例的半导体光放大器的对准方法或光输出器件中，当来自激光源100的激光进入半导体光放大器200的同时，使给定值的电流(直流电流和正向偏置电流)I0流过半导体光放大器200。调整半导体光放大器200与进入半导体光放大器200的激光的相对位置，使得施加到(添加到)半导体光放大器200的电压成为最大值。
具体地，半导体光放大器控制设备400是由已知的直流电源、电压测量设备和电流测量设备的组合构成。另外，半导体光放大控制设备400中的电压测量设备的分辨率为1毫伏以下，更具体地，为0.1毫伏以下。另外，半导体光放大器控制设备400中的电流测量设备的分辨率为100微安以下，更具体地，为10微安以下。
图4A和图4B表示半导体光放大器200的基本特性。图4A和图4B示出了在使电流I0从第二电极262流入第一电极261时的光输出(由图4A中的曲线“B”表示)。图4A还示出了在使电流I0从第二电极262流入第一电极261时第二电极262与第一电极261之间所施加的电压V0(由图4A中的“A”表示)。横轴表示从第二电极262流入第一电极261的电流I0的值(单位：毫安)，纵轴表示第二电极262与第一电极261之间所施加的电压V(单位：伏)以及光输出(单位：毫瓦)。图4A表示来自激光源100的激光未进入半导体光放大器200时的状态的曲线图。图4B表示来自激光源100的激光进入半导体光放大器200时的状态的图(光输出：2毫瓦)。从图4A和图4B中看到，在300毫安的电流I0从第二电极262流入第一电极261时的状态下，在来自激光源100的激光未0进入半导体光放大器200时，半导体光放大器200的光输出为2.6毫瓦，而在来自激光源100的激光进入半导体光放大器200时，半导体光放大器200的光输出为8.5毫瓦，这表明入射到半导体光放大器200的激光被半导体光放大器200放大了约3倍。在半导体光放大器200中，没有形成激光振荡。另外，从图4B看到，当从第二电极262流入第一电极261的电流I0增加时，入射到半导体光放大器200的激光被半导体光放大器200显著放大。
图5示意性表示在来自激光源100的激光进入半导体光放大器200并在X方向上移动XYZ平台的同时，使给定值的电流I0流入半导体光放大器200的情况下，施加到(添加到)半导体光放大器200的电压ΔV的变化。随着XYZ平台在X方向上移动，施加到半导体光放大器200的电压ΔV单调递增，直至ΔV超过最大值后开始单调递减。如果在来自激光源100的激光未进入半导体光放大器200的同时，使给定值的电流I0流入半导体光放大器200的情况下，施加到半导体光放大器200的电压为V1，以及如果在来自激光源100的激光进入半导体光放大器200的同时，使给定值的电流I0流入半导体光放大器200的情况下，施加到半导体光放大器200的电压为V2时，则ΔV表示为ΔV＝(V2-V1)。ΔV的值为1毫伏以下，通常为0.1毫伏以下。另外，ΔV/V1的值为1％以下。半导体光放大器200在此时发射的激光的光输出的变化与电压ΔV的变化具有完全相同的表现。因此，调整半导体光放大器200与进入半导体光放大器200的激光的相对位置，使得施加到(添加到)半导体光放大器200的电压ΔV成为最大值。因此，半导体光放大器200输出的激光的光输出能够成为最大值。
另外，在第一实施例的半导体光放大器200中，在来自激光源100的激光进入半导体光放大器200的同时，使给定值的电流I0流入半导体光放大器200，通过半导体光放大器控制设备400监测施加到半导体光放大器200的电压。使用对准器件300对半导体光放大器200与进入半导体光放大器200的激光的相对位置进行调整，使得施加到半导体光放大器200的电压成为最大值。具体地，使用对准器件300对半导体光放大器200与进入半导体光放大器200的激光的相对位置进行调整，使得ΔV＝(V2-V1)的值成为最大值。
另外，图6A和图6B表示在来自激光源100的激光进入半导体光放大器200的状态下(光输出：2毫瓦)，在使电流I0从第二电极262流入第一电极261时，光输出与电压ΔV之间的关系。在图6A所示的示例中，第二电极的每单位面积上的电流I0为3千安/cm2。在图6B所示的示例中，第二电极的每单位面积上的电流I0为6千安/cm2。随着电流I0值的增加，光放大率提高，电压ΔV的值增加。
在第一实施例的半导体光放大器200中，如图5所示，在来自激光源100的激光进入半导体光放大器200并XYZ平台在X方向上移动的同时，使给定值的电流I0流入半导体光放大器200的情况下，施加到(添加到)半导体光放大器200的电压增加。在移动XYZ平台的情况下，半导体光放大器200的光输出增加。在产生这种现象的情况下，光放大区(载流子注入区和增益区)241中的载流子数量减少。因此，施加到(添加到)半导体光放大器200的电压增加，以补偿载流子数量的这种减少。第一实施例中的半导体光放大器的对准方法和光输出器件基于上述现象进行。可由操作者移动对准器件(XYZ平台)300。此外，对准器件(XYZ平台)300还能够基于电压测量结果在半导体光放大器控制设备400的指示下自动移动。
在第一实施例的半导体光放大器的对准方法和第一实施例的光输出器件中，测量施加到半导体光放大器200的电压，以便调整半导体光放大器200与进入半导体光放大器200的激光的相对位置。因此，能够在不依靠外部监测设备的情况下进行用于位置调整的测量。因此，能够精确调整半导体光放大器200与进入半导体光放大器200的激光的相对位置。
在第一实施例的锁模激光二极管器件110中，第三化合物半导体层140包括饱和吸收区142。另外，第二电极162通过隔离沟槽162C分隔成第一部分162A和第二部分162B，其中，第一部分162A用于通过使电流通过发光区141流入第一电极161而获得正向偏置状态，第二部分162B用于向饱和吸收区142施加电场。可通过使电流通过发光区141从第二电极162的第一部分162A流入第一电极161来获得正向偏置状态，可在第一电极161和第二电极162的第二部分162B之间施加电压，由此向饱和吸收区142施加电场。此外，在第一实施例的锁模激光二极管器件110中，使电流通过整个层压结构从第二电极162流入第一电极161，由此在发光区141中产生光脉冲。
具体地，在第一实施例的锁模激光二极管器件110中，如上所述，第二电极162通过隔离沟槽162C分隔成第一部分162A和第二部分162B，第一部分162A用于通过使直流电流(正向偏置电流Igain)通过发光区(增益区)141流入第一电极161而获得正向偏置状态，第二部分162B用于向饱和吸收区142施加电场(即，第二部分162B用于向饱和吸收区142施加反向偏置Vsa)。第二电极162的第一部分162A与第二部分162B之间的电阻值(也称为“分离电阻值”)是第二电极162与第一电极161之间的电阻值的1×10倍以上，并具体是第二电极162与第一电极161之间的电阻值的1.5×103倍。另外，第二电极162的第一部分162A与第二部分162B之间的电阻值(分离电阻值)为1×102Ω以上，并具体为1.5×104Ω以上。
另外，在第一实施例的锁模激光二极管器件110中，具有1×102Ω以上的分离电阻值的第二电极162应形成在第二化合物半导体层150上。在GaN激光二极管器件的情况下，具有p型导电类型的化合物半导体中的迁移率稍微不同于现有的GaAs激光二极管器件中的迁移率。因此，不需要通过进行离子注入等将具有p型导电类型的第二化合物半导体层150设定成高电阻，而仅通过在第二电极162上形成隔离沟槽162C而将第二电极162分离，使得第二电极162的第一部分162A与第二部分162B之间的电阻值为第二电极162与第一电极161之间的电阻值的10倍以上，或者第二电极162的第一部分162A与第二部分162B之间的电阻值为1×102Ω以上。
下面将参考图22A、图22B、图23A、图23B和图24说明第一实施例的锁模激光二极管器件的制造方法。图22A、图22B、图23A和图23B是基板等沿XY平面的部分示意剖面图。图24是基板等沿YZ平面的部分示意侧视图。
第二电极162需要具有如下特性：
(1)具有在蚀刻第二化合物半导体层150时用作蚀刻掩模的功能；
(2)能够在不使第二化合物半导体层150的光学特性和电学特性劣化的情况下对第二电极162进行湿法蚀刻；
(3)在第二电极162形成在第二化合物半导体层150上时的接触电阻率值为10-2Ω·cm2以下；
(4)在层压结构的情况下，构成下金属层的材料具有较大的功函数(work function)，与第二化合物半导体层150具有低的接触电阻率值，并能够对其进行湿法蚀刻；以及
(5)在层压结构的情况下，构成上金属层的材料在形成脊结构时具有抗蚀刻能力(例如，在RIE方法中使用的Cl2气)，并能够对其进行湿法蚀刻。
步骤-100
首先，基于已知的MOCVD方法，在基板上，具体地，在n型GaN基板121的(0001)平面上形成层压结构，通过顺序层叠第一化合物半导体层130、第三化合物半导体层(有源层)140和第二化合物半导体层150而形成该层压结构，其中，第一化合物半导体层130具有第一导电类型(n型导电类型)，并是由GaN化合物半导体构成，第三化合物半导体层140具有由GaN化合物半导体构成的光放大区(增益区)141和饱和吸收区142，第二化合物半导体层150具有不同于第一导电类型的第二导电类型(p型导电类型)，并是由GaN化合物半导体构成(参考图22A)。
步骤-110
随后，在第二化合物半导体层150上形成条形第二电极162。具体地，在基于真空蒸发法在第二化合物半导体层150的整个表面的上方形成Pd层163之后(参见图22B)，基于光刻工艺(photolithographytechnology)在Pd层163上形成条形的蚀刻抗蚀剂层。在通过使用王水去除未覆盖有蚀刻抗蚀剂层的Pd层163之后，去除蚀刻抗蚀剂层。由此，能够获得图23A所示的结构。能够基于界面剥离方法(1iftoff method)在第二化合物半导体层150上形成条形第二电极162。
步骤-120
接下来，使用第二电极162作为蚀刻掩模，至少蚀刻部分第二化合物半导体层150(在第一实施例中，蚀刻部分第二化合物半导体层150)。具体地，基于使用Cl2气的RIE方法，使用第二电极162作为蚀刻掩模，蚀刻部分第二化合物半导体层150。因此，能够获得图23B中所示的结构。如上所述，将图案化成条形的第二电极162用作蚀刻掩模，通过自对准方法形成脊结构。因此，在第二电极162与脊结构之间没有产生未对准(misalignment)。
步骤-130
此后，形成抗蚀剂层164(参考图24)，抗蚀剂层164用于在第二电极162上形成隔离沟槽。附图标记165表示设置在用于形成隔离沟槽的抗蚀剂层164上的孔隙。接下来，使用抗蚀剂层164作为湿法蚀刻掩模，通过湿法蚀刻方法在第二电极162上形成隔离沟槽162C，由此通过隔离沟槽162C将第二电极162分隔成第一部分162A和第二部分162B。具体地，使用王水作为蚀刻液，整体地浸入到王水中大约10秒，由此在第二电极162上形成隔离沟槽162C。此后，去除抗蚀剂层164。所以，能够获得图10中所示的结构。如上所述，与干法蚀刻方法不同的是，通过采用湿法蚀刻方法，没有使第二化合物半导体层150的光学特性和电学特性劣化。因此，能够切实地防止锁模激光二极管的发光特性的劣化。如果采用干法蚀刻方法，则存在以下可能：第二化合物半导体层150的内部损耗αi可能增加，阈值电压增加，光输出降低。在这种情况下，如果第二电极162的蚀刻速率为ER0，层压体的蚀刻速率为ER1，则如下关系式成立：
ER0/ER1≈1×102
如上所述，由于在第二电极162与第二化合物半导体层150之间存在高的蚀刻选择比率，所以能够在不蚀刻层压结构的情况下切实地蚀刻第二电极162(或者，即使层压结构受到蚀刻，但蚀刻量也很小)。
步骤-140
此后，形成n侧电极161，剖开基板，并进行封装。因此，能够制造锁模激光二极管器件110。
一般而言，通过使用构成半导体层的材料的电阻率值ρ(Ω·m)、半导体层的长度X0(m)、半导体层的截面积S(m2)、载流子密度n(cm-3)、电荷量e(C)和迁移率μ(m2/V sec)以下述方式表示半导体层的电阻R(Ω)。
R＝(ρ·X0)/S＝X0/(n·e·μ·S)
由于p型GaN半导体的迁移率比p型GaAs半导体小两位数以上，所以容易增加电阻值。因此，结果表明，基于上述方程，具有小截面积(宽为1.5μm、高为0.35μm)的脊结构的激光二极管器件的电阻值成为高电阻。
图20表示通过四端子法测量第一实施例制造的锁模激光二极管器件110的第一部分162A与第二电极162的第二部分162B之间的电阻值而获得的结果。在隔离沟槽162C的宽度为20μm的情况下，第二电极162的第一部分162A与第二部分162B之间的电阻值为15kΩ。
在第一实施例制造的锁模激光二极管器件110中，可通过使电流通过发光区141从第二电极162的第一部分162A流入第一电极161来获得正向偏置状态，可通过在第一电极161和第二电极162的第二部分162B之间施加反向偏置Vsa向饱和吸收区142施加电场，由此进行锁模驱动。
另外，第二电极162的第一部分162A与第二部分162B之间的电阻值为第二电极162与第一电极161之间的电阻值为10倍以上，或为1×102Ω以上。因此，能够切实地抑制漏电流从第二电极162的第一部分162A流入第二电极162的第二部分162B。因此，发光区141能够处于正向偏置状态，饱和吸收区142能够处于反向偏置状态，从而能够切实地进行单模自脉动操作和锁模操作。
另外，除第二电极的结构不同外，可通过与锁模激光二极管器件110相同的制造方法来制造半导体光放大器200。故省略其详细说明。
为了进一步加深对第一实施例中的锁模激光二极管器件理解，制造了第一参考示例的锁模激光二极管器件。下表2说明了第一参考示例的锁模激光二极管器件中的表1中所示的层结构中的第三化合物半导体层140的结构。
表2
Figure BSA00000531024500331
在第一实施例中，阱层的厚度为8nm，势垒层掺杂有Si，Si的掺杂浓度为2×1018cm-3，使得第三化合物半导体层中的QCSE效应发生变化。同时，在第一参考示例中，阱层的厚度为10.5nm，势垒层未掺杂有杂质。
图17表示用于评估第一实施例的锁模激光二极管器件110的自脉动操作的测量系统。在测量时，向饱和吸收区142施加直流恒定电压Vsa，并使低直流电流(电压Vgain)流入发光区(增益区)141。即，负直流恒定电压Vsa施加到第二电极162的第二部分162B，并使低直流电流从第二电极162的第一部分162A流入第一电极161。通过使用透镜使锁模激光二极管器件110输出的激光进入准直状态，并通过光学隔离器传输激光。此后，通过使用透镜将光耦合到单模光纤(single mode fiber)，通过使用光电探测器(photodetector)、电频谱分析仪(electric spectrumanalyzer)、光频谱分析仪(light spectrum analyzer)和超高速扫描照相机(streak camera)来评估单模光纤输出的光。
聚光型外共振腔是由第一实施例和第一参考示例的锁模激光二极管器件形成，并进行锁模驱动(参考图11A)，在图11A所示的聚光型外共振腔中，外共振腔是由锁模激光二极管器件的一个端面(位于饱和吸收区侧，并形成有高反射涂层(HR))和外反射镜13构成，从而从外反射镜13抽取光脉冲。在锁模激光二极管器件的位于发光区(增益区)侧的端面(光输出端面)上形成低反射涂层(AR)。在多数情况下，将带通滤波器(bandpass filter)用作滤光器12，将滤光器12插入以用于控制激光振荡波长。如下述公式所示，光脉冲序列的重复频率f是由外共振腔长度Z′确定，其中，c表示光速，n表示波导的折射率。
f＝c/(2n·Z′)
通过施加到发光区141的直流电流和施加到饱和吸收区142的反向偏置Vsa来确定锁模。图18A和图18B分别表示第一实施例和第一参考示例的注入电流与光输出之间的关系(L-I特性)在不同反向偏置电压下的测量结果。在图18A和图18B中，附有参考符号“A”的测量结果是反向偏置Vsa＝0V时的情况，附有参考符号“B”的测量结果是反向偏置Vsa＝-3V时的情况，附有参考符号“C”的测量结果是反向偏置Vsa＝-6V时的情况，附有参考符号“D”的测量结果为反向偏置Vsa＝-9V的情况。在图18A中，反向偏置Vsa＝0V的情况时的测量结果几乎与反向偏置Vsa＝-3V的情况时的测量结果重叠。
图18A与图18B之间的对比证明，在第一参考示例中，随着反向偏置Vsa的增加，激光振荡开始时的阈值电流Ith逐渐增加，与第一实施例相比，反向偏置Vsa在较低值处出现变化。这表明，在第一实施例的第三化合物半导体层140中，饱和吸收效应更多地受到反向偏置Vsa的电控制。
图19A和19B表示使用超高速扫描照相机对第一实施例和第一参考示例中产生的光脉冲进行测量而获得的结果。在第一参考示例中获得的图19B中，在主脉冲之前和之后产生了次脉冲成分。同时，在第一实施例中获得的图19A中，抑制了次脉冲成分的产生。这是由于通过第三化合物半导体层140的结构减缓了QCSE效应，所以上述结果可全部是由于增加的饱和吸收效应引起的。
通过表3示例说明图11A中所示的第一实施例的锁模激光二极管器件的驱动条件等。Ith表示阈值电流。
表3
锁模驱动条件：
0＜1gain/Ith≤5
-20≤Vsa(V)≤0
高反射涂层(HR)：
85≤反射率RHR(％)＜100
低反射涂层(AR)：
0＜反射率RAR(％)≤0.5
光纤：
85≤透射比TBPF(％)＜100
0＜谱带半宽度τBPF(nm)≤2.0
400＜峰值波长λBPF(nm)＜450
外反射镜：
0＜反射率ROC(％)＜100
外共振腔长度Z′
0＜Z′(mm)＜1500
更具体地，在第一实施例中，采用如下条件作为示例：
Igain：120毫安
Ith：45毫安
反向偏置电压Vsa：-11(V)
反射率RHR：95％
反射率RAR：0.3％
透射比TBPF：90％
谱带半宽度τBPF：1nm
峰值波长λBPF：410nm
反射率ROC：20％
外共振腔长度Z′：150mm
同时，在第一参考示例中，除了下述条件外，采用与第一实施例相同的条件：
Igain：95毫安
Ith：50毫安
反向偏置电压Vsa：-12.5(V)
反射率ROC：50％
3.第二实施例
第二实施例为第一实施例的变形。在第二实施例中，如图7A的概念图所示，通过使用分束器32抽取半导体光放大器200输出激光的部分光输出，所抽取的光输出通过透镜33进入光电二极管34。由此，对半导体光放大器200输出的激光的光输出进行测量。在光输出从期望值发生变化的情况下，再次进行第一实施例的半导体光放大器的对准方法。即，在使来自激光源100的激光进入半导体光放大器200的同时，使给定值的电流流入半导体光放大器200，由此调整半导体光放大器200与进入半导体光放大器200的激光的相对位置，使得施加到(添加到)半导体光放大器200的电压成为最大值。在半导体光放大器200和进入半导体光放大器200的激光在重新调整后的相对位置与半导体光放大器200和进入半导体光放大器200的激光在重新调整之前的相对位置相同的情况下，对半导体光放大器200输出的激光所通过的光路进行调整。可通过将反射镜31放置在XYZ平台35上来进行这种调整。可通过操作者移动XYZ平台35。另外，XYZ平台35能够基于电压和光电二极管34的测量结果在半导体光放大器控制设备400的指示下自动移动。在图7A中，光输出器件中的位于半导体光放大器200之前的元件与第一实施例的光输出器件的元件相同。因此，图7A未示出光输出器件的上述元件。
除上述内容外，第二实施例的半导体光放大器的对准方法和光输出器件与第一实施例的半导体光放大器的对准方法和光输出器件相似。因此省略其详细说明。根据第二实施例，在光输出的监测发生变化的情况下，能够轻易地确定这类变化是否是由半导体光放大器200与进入半导体光放大器200的激光的相对位置的变化(即，入射激光与半导体光放大器的光波导之间的耦合效率的变化)引起的。
4.第三实施例
第三实施例涉及本发明第二实施方式的半导体光放大器的对准方法和本发明第二实施方式的光输出器件。第三实施例的光输出器件和半导体光放大器的构成和结构与图1所示的光输出器件和第一实施例的半导体光放大器相同，故省略详细说明。
在第三实施例的半导体光放大器或光输出器件的对准方法中，在来自激光源100的激光进入半导体光放大器200的同时，向半导体光放大器200施加给定值的电压。对半导体光放大器200与进入半导体光放大器200的激光的相对位置进行调整，使得半导体光放大器200中的电流成为最大值。另外，在第三实施例的光输出器件中，在来自激光源100的激光进入半导体光放大器200的同时，向半导体光放大器200施加给定值的电压，通过半导体光放大器控制设备400监测半导体光放大器200中流动的电流。通过对准器件300调整半导体光放大器200与进入半导体光放大器200的激光的相对位置，使得半导体光放大器200中的电流成为最大值。
更具体地，在第三实施例的半导体光放大器200的对准方法中，如果在不使来自激光源100的激光进入半导体光放大器200的同时向半导体光放大器200施加给定值的电压V0的情况下，流经半导体光放大器200的电流为I1，以及如果在使来自激光源100的激光进入半导体光放大器200的同时向半导体光放大器200施加给定值的电压V0的情况下，流经半导体光放大器200的电流为I2，则对半导体光放大器200与进入半导体光放大器200的激光的相对位置进行调整，使得ΔI＝(I2-I1)的值成为最大值。
另外，在第三实施例的光输出器件中，如果在不使来自激光源100的激光进入半导体光放大器200的同时向半导体光放大器200施加给定值的电压V0的情况下，流经半导体光放大器200的电流为I1，以及如果使来自激光源100的激光进入半导体光放大器200的同时向半导体光放大器200施加给定值的电压V0的情况下，流经半导体光放大器200的电流为I2，则通过对准器件对半导体光放大器200与进入半导体光放大器200的激光的相对位置进行调整，使得ΔI＝(I2-I1)的值成为最大值。
在来自激光源100的激光进入到半导体光放大器200并使XYZ平台在X方向上移动的同时向半导体光放大器200施加给定值的电压情况下，半导体光放大器200中流动的电流的变化ΔI基本与图5所示的变化相似。即，伴随XYZ平台在X方向上移动，半导体光放大器200中流动的电流变化ΔI单调递增，直至ΔI超过最大值后开始单调递减。此时，半导体光放大器200输出的激光的光输出的变化与电流的变化具有完全相同的表现。因此，对半导体光放大器200与进入半导体光放大器200的激光的相对位置进行调整，使得半导体光放大器200中流动的电流成为最大值，由此，能够使得半导体光放大器200输出的激光的光输出成为最大值。
5.第四实施例
第四实施例是第三实施例的变形。第四实施例的光输出器件具有与图7A的概念示意图中所示的第二实施例的光输出器件相同的构成和结构。与第二实施例中相同，在第四实施例中，通过使用分束器32抽取半导体光放大器200输出的激光的部分光输出，所抽取的部分光输出通过透镜33进入光电二极管34。由此，测量半导体光放大器200输出的激光的光输出。在光输出从期望值发生变化的情况下，再次进行第三实施例的半导体光放大器的对准方法。即，在来自激光源100的激光进入半导体光放大器200的同时，向半导体光放大器200施加给定值的电压，由此重新调整半导体光放大器200与进入半导体光放大器200的激光的相对位置，使得半导体光放大器200中流动的电流成为最大值。如果半导体光放大器200和进入半导体光放大器200的激光在重新调整后的相对位置与半导体光放大器200和进入半导体光放大器200的激光在重新调整之前的相对位置相同，则调整半导体光放大器200输出的激光所通过的光路。与第二实施例相同，例如，可将反射镜31放置在XYZ平台35上来进行这种调整。XYZ平台35可由操作员移动。另外，XYZ平台35能够基于电流和光电二极管34的测量结果在半导体光放大器控制设备400的指示下自动移动。
除上述内容外，第四实施例的半导体光放大器的对准方法和光输出器件可与第三实施例的半导体光放大器的对准方法和光输出器件相似，因此省略其详细说明。根据第四实施例，在光输出的监测发生变化的情况下，能够轻易地确定这类变化是否是由半导体光放大器200与进入半导体光放大器200的激光的相对位置变化(即，入射激光与半导体光放大器的光波导之间的耦合效率的变化)引起的。
6.第五实施例
第五实施例是第三实施例和第四实施例的变形。在第五实施例中，如图8表示半导体光放大器沿虚拟垂直平面(YZ平面，包含半导体光放大器的轴线(Z方向))的示意剖面图，与第三实施例不同的是，第二电极262是由第一部分262A和第二部分262B构成，其中，第二部分262B设置在半导体光放大器200的光输出端面203侧，并通过隔离沟槽262C与第一部分262A分开。如果第一部分262A的长度为LAmp1，且第二部分262B的长度为LAmp2，则满足如下关系：LAmp1为1.98mm，LAmp2为0.01mm，0.001≤LAmp2/LAmp1≤0.01。另外，隔离沟槽262C的长度为0.01mm。第二部分262B位于半导体光放大器200的光输出端面侧。施加到第二电极262的第二部分262B的电压为-20伏～4伏中的任一值，例如为1伏。在第五实施例中，第二电极262分隔为上述两个部分，由此能够抑制半导体光放大器200的光输出端面203的劣化。通过向第二电极262的第一部分262A施加电压来进行半导体光放大器200的作为固有功能的光放大功能，通过向第二电极262的第二部分262B施加电压来进行用于位置调整的测量。因此，进行第二电极262的第二部分262B中流动的电流的电流变化ΔI的测量。
除上述内容外，第五实施例的光输出器件和半导体光放大器的构成和结构可与第三实施例或第四实施例的光输出器件和半导体光放大器的构成和结构相似。因此省略详细其说明。
7.第六实施例
第六实施例是第一实施例中的锁模激光二极管器件的变形。图11B、图12A和图12B表示通过第六实施例的锁模激光二极管器件构成外共振腔的示例。
在图11B所示的准直型外共振腔中，外共振腔是由锁模激光二极管器件的一个端面(位于饱和吸收区侧并形成有高反射涂层(HR))与外反射镜构成，从而通过外反射镜抽取光脉冲。在锁模激光二极管器件的位于发光区(增益区)侧的端面(光输出端面)上形成低反射涂层(AR)。图11B中所示的第六实施例的锁模激光二极管器件的驱动条件等与上述表3中所列的驱动条件等相似。
同时，在图12A和图12B中所示的外共振腔中，外共振腔是由锁模激光二极管器件的一个端面(其位于饱和吸收区侧并形成由反射涂层(R))与外反射镜构成，从而通过饱和吸收区142抽取光脉冲。在锁模激光二极管器件的位于发光区(增益区)侧的端面(光输出端面)上形成低反射涂层(AR)。图12A中所示的示例为聚光型外共振腔，图12B中所示的示例为准直型外共振腔。图12A和图12B中所示的第六实施例的锁模激光二极管器件的驱动条件等可以与上述表3中所列的驱动条件等相似。然而，反射涂层(R)可以是如下表4所示的反射涂层。
表4
反射涂层(R)
0＜反射率RR(％)＜100
具体地，反射率RR设定为20％。第六实施例中的锁模激光二极管器件的其它构成和结构与第一实施例中所述的锁模激光二极管器件的构成和结构相同，故省略其详细说明。
8.第七实施例
第七实施例也是第一实施例中的锁模激光二极管器件的变形。在第七实施例中，如图12C所示，锁模激光二极管器件为单片型锁模激光二极管器件。第七实施例的锁模激光二极管器件的驱动条件等与上述表3中所列的驱动条件等相似。第七实施例中的锁模激光二极管器件的其它构成和结构可与第一实施例中所述的锁模激光二极管器件的构成和结构相似，故省略其详细说明。
9.第八实施例
第八实施例也是第一实施例中的锁模激光二极管器件的变形。第八实施例的锁模激光二极管器件是具有如下结构的激光二极管器件，即，该结构是包含斜光波导的脊条型分限异质结构。图13表示第八实施例的锁模激光二极管器件中的脊部156A的示意俯视图。第八实施例的锁模激光二极管器件的结构是通过组合两个直线形脊部而形成。例如，期望这两个脊部的夹角θ的值满足0＜θ≤10(度)，优选地满足0＜θ≤6(度)。通过采用斜脊条型，设有低反射膜的端面的反射率能够接近理想值0％。因此，能够防止光脉冲在激光二极管器件中反复环绕，能够抑制次光脉冲伴随主光脉冲产生。第八实施例的斜脊条型锁模激光二极管器件适用于第一实施例、第六实施例和第七实施例。第八实施例中的锁模激光二极管器件的其它构成和结构与第一实施例中所述的锁模激光二极管器件的构成和结构相似，故省略其详细说明。
10.第九实施例
第九实施例也是第一实施例中的锁模激光二极管器件的变形。在第九实施例中，电流通过发光区141从第二电极162流入第一电极161a，从而外部电信号(RMS抖动Δsignal)通过发光区141从第二电极162叠加在第一电极161上。图14A示意性表示通过使用第九实施例的锁模激光二极管器件进行锁模驱动的系统。通过已知的外部电信号发生器将外部电信号发送到第二电极162。由此，光脉冲能够与外部电信号同步。即，能够将RMS定时抖动ΔtMILD限制为如下关系：Δsignal≤ΔtMILD。
图14A中所示的第九实施例的锁模激光二极管器件的驱动条件等可与上述表3中所列的驱动条件等相似。期望外部电信号的电压最大值Vpp(单位：伏)满足0＜Vp≤10，优选地满足0＜Vpp≤3。另外，期望外部电信号的频率fsignal以及光脉冲列的重复频率fMILD满足0.99≤fsignal/fMILD≤1.01。
更具体地，在第九实施例中，采用如下条件作为示例：
Igain：120毫安
Ith：45毫安
反向偏置电压Vsa：-11(V)
反射率RHR：95％
反射率RAR：0.3％
透射比TBPF：90％
谱带半宽度τBPF：1nm
峰值波长λBPF：410nm
反射率ROC：20％
外共振腔长度Z′：150mm
Vpp：2.8V
fsignal：1GHz
fMILD：1GHz
Δsignal：1皮秒
ΔtMILD：1.5皮秒
同时，在第九参考示例中，在不使外部电信号通过发光区141从第二电极162叠加在第一电极161上的情况下，电流通过发光区141从第二电极162流入第一电极161。测量RF频谱。图21A和图21B表示第九实施例和第九参考示例的测量结果。在第九参考示例中，除了下述条件外，使用与第九实施例相同的条件：
反射率ROC：50％
图21A和图21B表示第九实施例中的RF频谱的底部成分的面积的减小大于第九参考示例的减小。该事实表明，与第九参考示例相比，第九实施例的驱动方法中的相位噪声和定时抖动(timing jitter)较小。
第九实施例中的锁模激光二极管器件的其它构成和结构与第一实施例、第六实施例、第七实施例和第八实施例中所述的锁模激光二极管器件的构成和结构相似，故省略其详细说明。
11.第十实施例
第十实施例也是第一实施例的锁模激光二极管器件的变形。在第十实施例中，光信号从层压结构的一个端面进入。图14B示意性表示通过使用第十实施例的锁模激光二极管器件进行锁模驱动的系统。光信号(RMS抖动：Δopto)从激光二极管器件所构成的光信号发生器中输出，并通过透镜、外反射镜、滤光器和透镜进入层压结构的一个端面。由此，光脉冲能够与光信号同步。即，能够将RMS定时抖动ΔtMILD抑制为如下关系。
Δopto≤ΔtMILD。
第十实施例的锁模激光二极管器件的其它构成和结构与第一实施例、第六实施例、第七实施例和第八实施例所述的锁模激光二极管器件的构成和结构相似，故省略其详细说明。
上文基于优选实施例说明了本发明。然而，本发明不限于上述实施例。在上述实施例中说明的半导体光放大器、光输出器件、激光源和激光二极管器件的构成和结构仅为示例，可以进行适当的变化。另外，在实施例中，虽然示出了各种数值，但这些各种数值仅为示例，因此，必然地，例如，如果所使用的半导体光放大器、光输出器件和激光二极管器件的规格发生变化，则数值也将发生变化。例如，第二电极162可具有包括下金属层和上金属层的层压结构，其中，下金属层是由厚度为20nm的钯(Pd)构成，上金属层是由厚度为200nm的镍(Ni)构成。在使用王水进行湿法蚀刻时，镍的蚀刻速率约为钯的蚀刻速率的1.25倍。
在实施例中，半导体光放大器是由透射式半导体光放大器构成。然而，半导体光放大器不限于此。如图7B、图7C和图7D的概念图中所示，半导体光放大器可以由反射式半导体光放大器、共振式半导体光放大器、或单片式半导体光放大器构成。在反射式半导体光放大器中，如图7B所示，在半导体光放大器200的一个端面(光进入和输出端面)205上形成低反射涂层(AR)206，在另一相对端面207上形成高反射涂层(HR)208。从端面205进入的激光在半导体光放大器200中被光学放大、被相对侧的端面207反射、再次通过半导体光放大器200内部、被光学放大、并从端面205输出。通过适当的光学元件(例如，分束器和半反射镜)隔离半导体光放大器200输出的激光和进入半导体光放大器200的激光。通过对具有相同器件长度的反射式半导体光放大器和透射式半导体光放大器进行比较可知，反射式半导体光放大器的放大路径是透射式半导体光放大器的放大路径的两倍，因此反射式半导体光放大器能够获得更高的放大效果。然而，反射式半导体光放大器需要用于隔离输入激光和输出激光的光学元件。在共振式半导体光放大器中，如图7C所示，在两端面上均设有具有适当反射率的涂层，激光在共振式半导体光放大器内共振并得到放大。如果涂层的反射率极高，则形成激光共振。因此，需要调整反射率以使共振式半导体光放大器成为光放大器。如图7D所示，单片式半导体光放大器是由激光二极管器件和半导体光放大器构成的集成体。另外，如图9A和图9B所示，能够在光进入端面侧和/或光输出端面侧采用斜光波导结构，以便以降低半导体光放大器的端面的反射率，或者第二电极能够在光输出端面采用喇叭管形(flaretype)结构，以便提高增益。
在实施例中，锁模激光二极管器件110设置在作为n型GaN基板121的极性平面的C平面(即，{0001}平面)上。或者，锁模激光二极管器件110可设置在作为{11-20}平面的A平面、作为{1-100}平面的M平面、如{1-102}平面等非极性平面、包含{11-24}平面和{11-22}平面的{11-2n}平面、或者如{10-11}平面和{10-12}平面等半极性平面上。虽然由此在锁模激光二极管器件110的第三化合物半导体层中产生压电极化和固有极化，但在第三化合物半导体层的厚度方向上不产生压电极化，而在与第三化合物半导体层的厚度方向近似正交的方向上产生压电极化。因此，能够防止由压电极化和固有极化所导致的不利影响。{11-2n}平面是指相对C平面大约呈40度的非极性平面。在锁模激光二极管器件110设置在非极性平面或半极性平面上的情况下，能够取消阱层的厚度限制(1nm～10nm)和势垒层的杂质掺杂浓度的限制(2×1018cm-3～1×1020cm-3)。
发光区141和饱和吸收区142的数量不限于一个。图15表示锁模激光二极管器件的示意侧视图，其中，该锁模激光二极管器件的第二电极设置有一个第一部分162A和两个第一部分162B1和162B2。在该锁模激光二极管器件中，第一部分162A的一端隔着隔离沟槽162C1与第二部分162B1相对，第一部分162A的另一端隔着另一个隔离沟槽162C2与第二部分162B2相对。另外，一个发光区141夹在饱和吸收区1421和1422之间。另外，图16表示锁模激光二极管器件的示意端视图，其中，锁模激光二极管器件的第二电极设置有两个第一部分162A1和162A2和一个第二部分162B。在该锁模激光二极管器件中，第二部分162B的一端隔着隔离沟槽162C1与第一部分162A1相对，第二部分162B的另一端隔着隔离沟槽162C2与第一部分162A2相对。另外，一个饱和吸收区142夹在发光区1411和1412之间。
本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其它因素，可以在本发明所附的权利要求或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合及改变。

Claims (22)

1.一种半导体光放大器的对准方法，所述半导体光放大器对来自激光源的激光进行光学放大并输出所光学放大的激光，该对准方法包括以下步骤：
通过在使来自所述激光源的所述激光进入所述半导体光放大器的同时使给定值的电流流入所述半导体光放大器，来调整所述半导体光放大器与进入所述半导体光放大器的所述激光的相对位置，使得施加到所述半导体光放大器的电压成为最大值。
2.根据权利要求1所述的半导体光放大器的对准方法，其中，在测量所述半导体光放大器输出的所述激光的光输出，且所述光输出从期望值发生变化的情况下，通过在使来自所述激光源的所述激光进入所述半导体光放大器的同时使所述给定值的电流流入所述半导体光放大器，来重新调整所述半导体光放大器与进入所述半导体光放大器的所述激光的所述相对位置，使得施加到所述半导体光放大器的所述电压成为最大值。
3.根据权利要求2所述的半导体光放大器的对准方法，其中，在所述半导体光放大器和进入所述半导体光放大器的所述激光在所述重新调整之后的所述相对位置与所述半导体光放大器和进入所述半导体光放大器的所述激光在所述重新调整之前的所述相对位置相同的情况下，调整所述半导体光放大器输出的所述激光所穿过的光路。
4.根据权利要求1所述的半导体光放大器的对准方法，其中，所述半导体光放大器包括：
层压结构，在所述层压结构中，顺序层叠有第一化合物半导体层、第三化合物半导体层和第二化合物半导体层，所述第一化合物半导体层具有第一导电类型，并是由GaN化合物半导体构成，所述第三化合物半导体层具有由GaN化合物半导体构成的光放大区，所述第二化合物半导体层具有不同于所述第一导电类型的第二导电类型，并是由GaN化合物半导体构成；
第二电极，其形成在所述第二化合物半导体层上；以及
第一电极，其电连接到所述第一化合物半导体层。
5.根据权利要求1所述的半导体光放大器的对准方法，其中，通过调整所述半导体光放大器与进入所述半导体光放大器的所述激光的所述相对位置，使所述半导体光放大器输出的所述激光的上述光输出成为所述最大值。
6.根据权利要求1所述的半导体光放大器的对准方法，其中，所述半导体光放大器是由透射式半导体光放大器构成。
7.根据权利要求1所述的半导体光放大器的对准方法，其中，所述激光源是由锁模激光二极管器件构成，所述锁模激光二极管器件输出的脉冲激光进入所述半导体光放大器。
8.根据权利要求7所述的半导体光放大器的对准方法，其中，所述激光源基于锁模操作输出所述脉冲激光。
9.一种半导体光放大器的对准方法，所述半导体光放大器对来自激光源的激光进行光学放大并输出所光学放大激光，所述对准方法包括以下步骤：
通过在使来自所述激光源的所述激光进入所述半导体光放大器的同时向所述半导体光放大器施加给定值的电压，来调整所述半导体光放大器与进入所述半导体光放大器的所述激光的相对位置，使得所述半导体光放大器中流过的电流成为最大值。
10.根据权利要求9所述的半导体光放大器的对准方法，其中，在测量所述半导体光放大器输出的所述激光的光输出，且所述光输出从期望值发生变化的情况下，通过在使来自所述激光源的所述激光进入所述半导体光放大器的同时向所述半导体光放大器施加所述给定值的电压，重新调整所述半导体光放大器与进入所述半导体光放大器的所述激光的所述相对位置，使得所述半导体光放大器中流过的所述电流成为最大值。
11.根据权利要求10所述的半导体光放大器的对准方法，其中，在所述半导体光放大器和进入所述半导体光放大器的所述激光在所述重新调整之后的所述相对位置与所述半导体光放大器和进入所述半导体光放大器的所述激光在所述重新调整之前的所述相对位置相同的情况下，调整所述半导体光放大器输出的所述激光所穿过的光路。
12.根据权利要求9所述的半导体光放大器的对准方法，其中，所述半导体光放大器包括：
层压结构，在所述层压结构中，顺序层叠有第一化合物半导体层、第三化合物半导体层和第二化合物半导体层，所述第一化合物半导体层具有第一导电类型，并是由GaN化合物半导体构成，所述第三化合物半导体层具有由GaN化合物半导体构成的光放大区，所述第二化合物半导体层具有不同于所述第一导电类型的第二导电类型，并是由GaN化合物半导体构成；
第二电极，其形成在所述第二化合物半导体层上；以及
第一电极，其电连接到所述第一化合物半导体层，及
其中，所述第二电极是由第一部分和第二部分构成，所述第二部分设置在所述半导体光放大器的光输出端面侧，并通过隔离沟槽与所述第一部分分开。
13.根据权利要求12所述的半导体光放大器的对准方法，其中，如果所述第一部分的长度为LAmp1，及所述第二部分的长度为LAmp2，则满足0.001≤LAmp2/LAmp1≤0.01。
14.根据权利要求12所述的半导体光放大器的对准方法，其中，施加到所述第二电极的所述第二部分的电压是-20伏～4伏中的任意值。
15.根据权利要求9所述的半导体光放大器的对准方法，其中，通过调整所述半导体光放大器与进入所述半导体光放大器的所述激光的所述相对位置，使所述半导体光放大器输出的所述激光的上述光输出成为所述最大值。
16.根据权利要求9所述的半导体光放大器的对准方法，其中，所述半导体光放大器是由透射式半导体光放大器构成。
17.根据权利要求9所述的半导体光放大器的对准方法，其中，所述激光源是由锁模激光二极管器件构成，所述锁模激光二极管器件输出的脉冲激光进入所述半导体光放大器。
18.根据权利要求17所述的半导体光放大器的对准方法，其中，所述激光源基于锁模操作输出所述脉冲激光。
19.一种光输出器件，包括：
激光源；
半导体光放大器，其对来自激光源的激光进行光学放大，并输出所光学放大的激光；
对准器件，其调整所述半导体光放大器与进入所述半导体光放大器的所述激光的相对位置；以及
半导体光放大器控制设备，其控制所述半导体光放大器的操作，
其中，在使来自所述激光源的所述激光进入所述半导体光放大器的同时，使给定值的电流流入所述半导体光放大器，通过所述半导体光放大器控制设备监测施加到所述半导体光放大器的电压，及
通过所述对准器件调整所述半导体光放大器与进入所述半导体光放大器的所述激光的所述相对位置，使得施加到所述半导体光放大器的所述电压成为最大值。
20.根据权利要求19所述的光输出器件，其中，所述半导体光放大器控制设备中的电压监测器的分辨率为1毫伏以下。
21.一种光输出器件，其包括：
激光源；
半导体光放大器，其对来自激光源的激光进行光学放大，并输出所光学放大的激光；
对准器件，其调整所述半导体光放大器与进入所述半导体光放大器的所述激光的相对位置；以及
半导体光放大器控制设备，其控制所述半导体光放大器的操作，
其中，在使来自所述激光源的所述激光进入所述半导体光放大器的同时，向所述半导体光放大器施加给定值的电压，通过所述半导体光放大器控制设备监测所述半导体光放大器中流过的电流，及
通过所述对准器件调整所述半导体光放大器与进入所述半导体光放大器的所述激光的所述相对位置，使得所述半导体光放大器中流过的所述电流成为最大值。
22.根据权利要求21所述的光输出器件，其中，所述半导体光放大器控制设备中的电流监测器的分辨率为100微安以下。
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