CN102570298B - 激光二极管组件和半导体光学放大器组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了激光二极管组件和半导体光学放大器组件。该激光二极管组件包括：锁模激光二极管器件，其中光输出谱通过自相位调制示出长波位移，外部谐振器和波长选择元件。由该波长选择元件提取从该锁模激光二极管器件穿过该外部谐振器发射的脉冲激光束的长波分量，并输出至外部。

Description

激光二极管组件和半导体光学放大器组件
技术领域
本发明涉及激光二极管组件和半导体光学放大器组件。
背景技术
现今，超短脉冲超高功率激光积极地用于利用具有阿秒或飞秒的脉冲时间的激光束的尖端科学领域的研究。从说明皮秒或飞秒中的超高速现象的科学兴趣来积极地研究超短波脉冲激光，此外，积极地研究超短波脉冲激光的诸如使用高峰值功率的微细制造或双光子成像的实际应用。包括发射波长带为405nm的基于GaN的化合物半导体的高功率超短脉冲激光二极管器件期望作为蓝光光盘系统之后的下一代光盘系统所预期的容积光盘系统(volumtric optical disk)的光源、医疗领域或生物成像领域中所需的光源、或覆盖整个可见光范围的相干光源。
例如，钛/蓝宝石激光器被称为超短脉冲超高功率激光器。然而，钛/蓝宝石激光器是昂贵的较大的固态激光光源，这是阻碍激光器技术传播的主要因素。如果超短脉冲超高功率激光器可以由激光二极管或激光二极管器件来实现，那么可以实现尺寸小型化、低价格化、低功率消耗和高稳定性，这在促进以上领域中的激光器技术的普及是可能的突破。
激光二极管组件具有在405nm带中的高峰值功率皮秒脉冲光源的全部半导体结构，该激光二极管组件通常具有MOPA(主控振荡器和功率放大器)结构。具体地，该组件由生成皮秒脉冲的激光二极管和放大所生成的皮秒脉冲的半导体光学放大器(SOA)构成。这里，光学放大器直接放大光信号，而无需将光信号转换为电信号，该光学放大器具有没有谐振器的激光器结构，因此通过放大器的光学增益放大入射光。生成具有MOPA结构的皮秒脉冲的脉冲光源具体地包括具有外部谐振器的锁模激光二极管组件。
该锁模激光二极管组件可以通过例如配置在激光二极管器件的光轴上的多电极锁模激光二极管器件和外部谐振器实现。多电极锁模激光二极管器件的一个端面上通常具有高反射涂层，因此也用作与外部谐振器相对的反射镜。此外，配置诸如衍射光栅或包括介电多层膜的带通滤波器的波长选择元件，使得其可以选择振荡波长。
当衍射光栅用作波长选择元件时，外部谐振器由衍射光栅构成，一次衍射光返回至激光二极管器件，从而可以选择振荡波长。这种装置被称为利特罗(Littrow)装置或利特曼(Littman)装置，并用于连续振荡可调谐激光器(例如，见日本未审查专利申请公开NO.2001-284716，Heim等人的Electronics Letters(电子快报)，第33卷，第16号，第1387页(1997年)，Struckmeier等的Optics Letters(光学快报)，第24卷，第22号，第1573页(1999年))。当带通滤波器用作波长选择元件时，带通滤波器配置在激光二极管器件和外部谐振器之间以提供波长选择性(例如，见日本未审查专利申请公开No.2002-164614)。
发明内容
在锁模激光二极管器件或激光二极管放大器中，当生成光脉冲或放大光脉冲时，活性介质中的载流子数在次皮秒至皮秒的极短时间内变化。由于载流子数的这种短暂变化引起确定正在生成和放大的光波长的载流子能量分布变化，所以该短暂变化可以是光脉冲持续时间内的波长变化的原因。此外，载流子数目的变化对应于活性介质折射率的变化。被称为自相位调制的这些现象导致光输出谱的长波长移动(波长移动至更长的波长侧)。在锁模激光二极管器件或激光二极管放大器中，由于光脉冲的生成或放大过程包括这种复杂的过程，很难生成或放大在光脉冲的持续时间内波长恒定和相位均匀的光脉冲。
从锁模激光二极管器件或激光放大器发射的光脉冲通常具有包含由于自相位调制引起的脉冲持续时间内光强度波动的分量，因此，例如，光脉冲不适当地用于诸如包括高峰值功率的双光子吸收的非线性光学现象。
期望提供可以消除在锁模激光二极管器件或半导体光学放大器发射的脉冲激光束的持续时间内消除光强度波动的激光二极管组件和半导体光学放大器组件，其中光输出谱通过自相位调制示出长波长移动。
根据本发明实施方式的激光二极管组件包括锁模激光二极管器件，其中光输出谱通过自相位调制示出长波长移动，外部谐振器和波长选择元件。由波长选择元件提取从锁模激光二极管器件穿过外部谐振器发射的脉冲激光束的长波分量，并输出至外部。
根据本发明实施方式的半导体光学放大器组件包括半导体光学放大器，其中光输出谱通过自相位调制示出长波长移动，以及波长选择元件。由波长选择元件提取从半导体光学放大器输出的脉冲激光束的长波分量，并输出至外部。
在根据本发明实施方式的激光二极管组件中，当生成和放大光脉冲时，活性介质中的载流子数目在次皮秒至皮秒的极短时间内变化。载流子数目的这种短暂变化改变了确定正在生成和放大的光的波长的载流子的能量分布，引起在光脉冲持续时间内的波长变化。因此，激光束包括大量不期望的波长分量。具体地，从锁模激光二极管器件或半导体光学放大器发射的激光束处于噪声状态。这种由载流子数目的变化引起的现象包括自相位调制。在锁模激光二极管器件中，光输出谱通过自相位调制示出长波长移动。在根据本发明实施方式的半导体光学放大器组件中，半导体光学放大器的光输出谱通过自相位调制示出长波长移动。已经通过实验了解到这种长波长移动分量形成相干脉冲。在锁模激光二极管器件的情况中，从激光二极管器件通过外部谐振器输出脉冲激光束的长波分量，或在半导体光学放大器的情况中，由波长选择元件提取从放大器输出的脉冲激光束的长波分量，并输出至外部。这使得可以在输出激光束的持续时间内消除光强度波动，并且因此具有期望波长的激光束输出至外部。此外，可以缩短脉冲持续时间，可以提高激光束的相干，可以压缩激光束，同时保持较高产出量，并可以实现较高的峰值功率。通常，长波分量与短波分量较相比较具有噪声或更纯净。以上的结果提供了最适用于各技术领域的激光束。
应当理解，前述的一般描述和下面的详细描述是示例性的，并旨在提供所保护的技术的进一步说明。
附图说明
包括附图以提供对本发明的进一步理解，附图包括在该说明书中并构成该说明书的一部分。附图与说明书一起示出实施方式并用于说明本技术的原理。
图1A和图1B分别是实施例1的激光二极管组件和其变形例的概念图。
图2A至图2C是示出了实施例1的半导体光学放大器组件的光输出谱的示图。
图3是实施例1中锁模激光二极管器件沿谐振器的延伸方向的示意性端面图。
图4是实施例1中锁模激光二极管器件沿垂直于谐振器的延伸方向的示意性截面图。
图5A和图5B分别是实施例2的激光二极管组件及其变形例的概念图。
图6A和图6B是实施例2的激光二极管组件的其他变形例的概念图。
图7是包括半导体光学放大器的实施例4的半导体光学放大器组件的概念图。
图8是沿着包括半导体光学放大器的轴(X方向)的假想垂直平面(XZ平面)切割的实施例4的半导体光学放大器的示意性截面图。
图9是沿着与半导体光学放大器的轴垂直的假想垂直平面(YZ平面)切割的实施例4的半导体光学放大器的示意性截面图。
图10是实施例4的半导体光学放大器的示意性透视图。
图11是实施例4的半导体光学放大器的脊条状结构的示意性平面图。
图12A和图12B是分别示出了从实施例4的半导体光学放大器和从比较例4A的半导体光学放大器输出的激光束的近场图像的照片。
图13A至图13C是示出了实施例4的半导体光学放大器组件的光输出谱的示图。
图14是包括半导体光学放大器的实施例5的半导体光学放大器组件的概念图。
图15是沿着包括半导体光学放大器的轴(X方向)的假想垂直平面(XZ平面)切割的实施例5的半导体光学放大器的示意性截面图。
图16是沿着与半导体光学放大器的轴垂直的假想垂直平面(YZ平面)切割的实施例5的半导体光学放大器的示意性截面图。
图17是实施例5的半导体光学放大器的示意性透视图。
图18是实施例5的半导体光学放大器的脊条状结构的示意性平面图。
图19是示意性地示出了在预定义的电压值施加至半导体光学放大器同时来自激光光源的激光束输入至半导体光学放大器时当XYZ载物台在Y方向移动时流过实施例5的半导体光学放大器的电流变化的曲线图。
图20是实施例5的半导体光学放大器的变形例的概念图。
图21A和图21B分别是实施例6和实施例7的半导体光学放大器的示意性透视图。
图22是图21A中所示的实施例6的半导体光学放大器的脊条状结构的示意性平面图。
图23A和图23B分别是实施例6的半导体光学放大器的变形例的示意性透视图。
图24是图23A中所示的实施例6的半导体光学放大器的变形例的脊条状结构的示意性平面图。
图25是实施例1中的锁模激光二极管器件的变形例沿着谐振器的延伸方向的示意性端面图。
图26是实施例1中的锁模激光二极管器件的另一变形例沿着谐振器的延伸方向的示意性端面图。
图27是实施例1的锁模激光二极管器件的又一变形例的脊条状结构从上部观察时的概念图。
图28A和28B是用于说明实施例1中的锁模激光二极管的制造方法的基板和其他层的示意性局部截面图。
图29A和29B是继续图28B用于说明实施例1中的锁模激光二极管的制造方法的基板和其他层的示意性局部截面图。
图30是继续图29B用于说明实施例1中的锁模激光二极管的制造方法的基板和其他层的示意性局部端面图。
图31A和31B是衍射光栅的示意性局部截面图。
具体实施方式
尽管参考下文中的附图根据实施例说明了本发明，但是本发明并不限于这些实施例，并且实施例中的各数值或材料仅作为实施例示出。以下面的顺序进行说明。
1.根据本发明实施方式的激光二极管组件和半导体光学放大器组件的总体说明
2.实施例1(根据本发明实施方式的激光二极管组件)
3.实施例2(实施例1的变形例)
4.实施例3(实施例1的另一变形例)
5.实施例4(根据本发明第一实施方式的半导体光学放大器组件)
6.实施例5(实施例4的变形例)
7.实施例6(根据本发明的第二实施方式和第三实施方式的半导体光学放大器组件)
8.实施例7(实施例6的变形例)，以及其他
[根据本发明实施方式的激光二极管组件和半导体光学放大器组件的总体说明]
在根据本发明实施方式的激光二极管组件中，从锁模激光二极管器件穿过外部谐振器发射的脉冲激光束的光输出谱包含多个峰值，并且由波长选择元件提取多个峰值中的一个峰值，并输出至外部。
在包括上述优选结构的激光二极管组件中，外部谐振器由衍射光栅构成，或由部分透射镜(半透射镜)。
在包括每个优选结构的激光二极管组件中，波长选择元件由带通滤波器、或衍射光栅和用于选择从衍射光栅输出的一次以上的衍射光束的光阑构成。例如，光阑由具有多个段的透射型液晶显示器构成。带通滤波器通过例如交替层压具有低介电常数的介电薄膜和具有高介电常数的介电薄膜来实现。此外，改变脉冲激光束到带通滤波器的入射角，使得可以选择从带通滤波器输出的激光束的波长。
此外，在包括多个优选结构中的每个优选结构的激光二极管组件中，第二波长选择元件可以设置在锁模激光二极管器件和外部谐振器之间。在这种情况中，第二波长选择元件的波长选择光谱宽度比波长选择元件的波长选择光谱宽度更宽。以这种方式，设置了第二波长选择元件，使得在外部谐振器输出的激光谱中只提取通过自相位调制引起的长波长移动分量，并且因此可以有利地生成相干脉冲。
在根据本发明实施方式的半导体光学放大器组件中，从半导体光学放大器输出的脉冲激光束的光输出谱包括多个峰值，并且由波长选择元件提取多个峰值中的一个峰值，并输出至外部。
在包括优选结构的半导体光学放大器中，波长选择元件由带通滤波器、或衍射光栅和用于选择从衍射光栅中输出的一次以上的衍射光束的光阑构成。例如，光阑由具有多个段的透射型液晶显示器构成。
包括多个所述优选结构中的每个的激光二极管组件可以与包括多个所述优选结构中的每个的半导体光学放大器组件适当地组合。
在激光二极管组件中，锁模激光二极管器件的光输出谱通过自相位调制示出长波长移动。在半导体光学放大器组件中，半导体光学放大器的光输出谱通过自相位调制示出长波长移动。这里，可通过评估连续振荡的锁模激光二极管器件的光输出谱，或通过将从接收脉冲激光束的半导体光学放大器输出的激光束的光输出谱与输入光脉冲的光谱进行比较来检查长波长移动的程度。当长波长移动之后的光谱包络线降低至移动之后的波长峰值的半值时，由包络线的半值给出的光谱宽度可以设定为将要输出至外部的波长。当光谱的包络线没有降低至峰值的半值并且连续位不同的峰值时，在对应于包络线最小值的波长和对应于包络线半值的波长之间的光谱分量、或在对应于包络线最小值的波长和对应于包络线的另一最小值的波长之间的光谱分量可以设定为输出至外部的波长。
在激光二极管组件中，当外部谐振器由在从锁模激光二极管器件发射的脉冲激光束之间的衍射光栅构成，衍射光栅将一次以上的衍射光束返回至锁模激光二极管，并将零次的衍射光束输出至波长选择元件。这里，在锁模激光二极管器件和衍射光栅之间设置成像器件，用于在衍射光栅上进行来自锁模激光二极管器件的光束输出端面的图像的成像。尽管成像器件由透镜构成，这不是限制性的，可以使用其他器件，例如凹透镜或凹透镜和透镜的组合。在这种情况中，从锁模激光二极管器件的光束输出端面输出并输入至(碰撞)衍射光栅的激光束不是平行光束。因此，即使机械振动等应用于外部谐振器，只要会聚的光束不偏离成像透镜的光阑，则在谐振器上形成的图像位置和光束输出端面均几乎不会改变。这使得抑制锁模操作的稳定性的降低。在这种情况中，当锁模激光二极管器件的光束输出端面上的激光束的横向长度表示为L1，从锁模激光二极管器件的光束输出端面输出并在衍射光栅上形成的图像的横向长度表示为L2时，则优选地满足以下：
1*10≤L2/L1≤1*102，
理想地20≤L2/L1≤50。
包括在输入至(碰撞)衍射光栅的激光光束中的衍射光栅的晶格图案的数目包括，例如，1200至3600(包含1200和3600)，期望2400至3600(包含2400和3600)。可选地，透镜配置在锁模激光二极管器件和衍射光栅之间，用于使从锁模激光二极管器件发射的激光束成为平行光束。
在包括优选结构的所述激光二极管组件(下文中，这些通常可称为“根据本发明实施方式的激光二极管组件”)中，锁模激光二极管器件包括双截面激光二极管器件，双截面激光二极管器件包括：顺次层压第一化合物半导体层、第三化合物半导体层(活性层)和第二化合物半导体层的层压结构，该第一化合物半导体层包括具有第一导电型的基于GaN的化合物半导体，第三化合物半导体层(活性层)构成包括基于GaN的化合物半导体的光发射区域和可饱和吸收区域，以及第二化合物半导体层包括具有不同于第一导电型的第二导电型的基于GaN的化合物半导体。在第二化合物半导体层上形成的条状第二电极；以及电连接至第一化合物半导体层的第一电极，其中第二电极由分离槽分离为第一部分和第二部分，第一部分经由光发射区域将直流电流施加至第一电极以产生正向偏压状态，第二部分用于将电场施加至可饱和吸收区域。
第二电极的第一部分和第二部分之间的电阻值是第二电极和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。为了方便起见该锁模激光二极管器件称为“第一结构的锁模激光二极管器件”。可选地，第二电极的第一部分和第二部分之间的电阻值是1*102Ω以上，优选为1*103Ω以上，更优选为1*104Ω以上。为了方便起见该锁模激光二极管器件称为“锁模激光二极管器件的第二结构”。
在第一结构或第二结构的锁模激光二极管器件中，从第二电极的第一部分经由光发射区域向第一电极施加直流电流以产生正向偏压状态，以及电压施加在第一电极和第二电极的第二部分之间，从而将电场施加至可饱和吸收区域以锁模操作。
在第一结构或第二结构的锁模激光二极管器件中，第二电极的第一部分和第二部分之间的电阻值是第二电极和第一电极之间的电阻值的10倍以上，或为1*102Ω以上。这可以可靠地抑制从第二电极的第一部分到第二部分的泄露电流。具体地，可以增加施加至可饱和吸收区域的反向偏压Vsa，使得可以实现具有短的激光束的单模锁模操作。可以仅仅通过由分离槽将第二电极分离成第一部分和第二部分来实现第二电极的第一部分和第二部分之间的这种高电阻值。
在第一结构或第二结构的锁模激光二极管器件中，第三化合物半导体层不受限制地具有阱层和阻挡层的量子势阱结构，其中阱层的厚度为1nm以上10nm以下，优选地为1nm以上8nm以下，阻挡层的杂质掺杂浓度不受限制地为2*1018cm-3以上1*1020cm-3以下，优选地为1*1019cm-3以上1*1020cm-3以下。为了方便起见，该锁模激光二极管器件可称为“锁模激光二极管的第三结构”。
以这种方式，构成第三化合物半导体层的阱层厚度被确定为1nm以上10nm以下，以及构成第三化合物半导体层的阻挡层的杂质掺杂浓度被确定为2*1018cm-3以上1*1020cm-3以下。即，减少了阱层的厚度，增加了第三化合物半导体层中的载流子数目，这使得降低了压电极化的影响，导致激光光源可以生成具有短持续时间和少量次脉冲分量的单峰光脉冲。此外，这使得能够在低的反向偏压下锁模驱动，使得可以生成与外部信号(电信号或光信号)同步的光脉冲列。尽管掺杂阻挡层的杂质是硅(Si)，这不是限制性的，该杂质可以是氧(O)。
锁模激光二极管器件可以是具有脊条状分离限制异质结构(SCH)的激光二极管器件。可选地，该锁模激光二极管器件可以形成为具有斜脊条状分离限制异质结构的激光二极管器件。
在第一结构或第二结构的锁模激光二极管器件中，第二电极的宽度期望为0.5μm以上50μm以下，优选地为1μm以上5μm以下，脊结构的高度为0.1μm以上10μm以下，优选地为0.2μm以上1μm以下，用于将第二电极分离成第一部分和第二部分的分离槽的宽度为1μm以上锁模激光二极管器件的谐振器长度(下文中，简单地被称为“谐振器长度”)的50％以下，优选为10μm以上谐振器长度的10％以下。尽管谐振器长度包括例如0.6mm，但这不是限制性的。尽管脊状结构的宽度包括例如2μm以下，脊状结构的下限值包括例如0.8μm，但这不是限制性的。从脊状部分的两侧面的外侧的区域中的第二化合物半导体层的顶面至第三化合物半导体层(活性层)的距离(D)优选为1.0*10-7m(0.1μm)以上。以这种方式确定距离(D)，使得可以可靠地在第三化合物半导体层的两侧面(Y方向)上形成可饱和吸收区域。可以基于阈值电流增加、温度特性或长期驱动时电流增加率的劣化等来确定距离(D)的上限。在下面的描述中，谐振器长度方向假定为X方向，层压结构的厚度方向假定为Z方向。
在包括以上优选结构的第一结构或第二结构的锁模激光二极管器件中，第二电极包括钯(Pd)单层、镍(Ni)单层和铂(Pt)单层、钯层和铂层的层压结构(钯层与第二化合物半导体层接触)、或钯层和镍层的层压结构(钯层与第二化合物半导体层接触)。当下层金属层包括钯，上层金属层包括镍时，上层金属层的厚度期望0.1μm以上，并且优选为0.2μm以上。可选地，第二电极优选地由钯(Pd)单层构成。在这种情况中，电极的厚度期望为20nm以上，优选为50nm以上。可选地，第二电极优选地由钯(Pb)单层、镍(Ni)单层和铂(Pt)单层、或下层金属层和上层金属层的层压结构(下层金属层与第二化合物半导体层接触)(其中，下层金属层包括选自由钯、镍、和铂组成的组中的一种金属，上层金属层包括当在稍后稍后描述的步骤(D)中在第二电极中形成分离槽时，其蚀刻速度等于、或约等于、或大于下层金属层的蚀刻速度的金属)。当在步骤(D)中分离槽在第二电极中形成时，王水、硝酸、硫酸、盐酸、或这些酸中的两种或多种的混合溶液(具体地，硝酸和硫酸的混合溶液、或硫酸和盐酸的混合溶液)期望用作蚀刻剂。第二电极的宽度期望为0.5μm以上50μm以下，优选为1μm以上5μm以下。
在包括多个所述优选结构中的每个的第一结构或第二结构的锁模激光二极管器件中，可饱和吸收区域的长度比光发射区域的长度更短。可选地，第二电极的长度(第一部分和第二部分的总长度)比第三化合物半导体层(活性层)的长度更短。第二电极的第一部分和第二部分的配置状态具体地包括：
(1)其中设置第二电极的一个第一部分和其一个第二部分，并且隔着分离槽配置第一部分和第二部分的状态，
(2)其中设置第二电极的一个第一部分和其两个第二部分，第一部分的一端与隔着一个分离槽的一个第二部分相对，第一部分的另一端与隔着另一分离槽的另一第二部分相对的状态，
(3)设置第二电极的两个第一部分和其一个第二部分，第二部分的一端与隔着一个分离槽的一个第一部分相对，第二部分的另一端与隔着另一分离槽的另一第一部分相对(第二部分夹在两个第一部分中间的第二电极的结构)的状态。
从广义上来说，配置的状态包括：
(4)其中以隔着每个第二部分配置第一部分的方式设置第二电极的N个第一部分和第二电极的(N-1)个第二部分的状态，以及
(5)其中设置第二电极的N个第二部分和其(N-1)个第一部分，并隔着每个第一部分配置第二部分的状态。换句话说，状态(4)和(5)对应于(4′)其中设置N个光发射区域(载流子注入区域和增益区域)和(N-1)个可饱和吸收区域(非载流子注入区域)，并且隔着每个可饱和吸收区域配置光发射区域的状态，以及
(5′)其中设置N个可饱和吸收区域(非载流子注入区域)和(N-1)个光发射区域(载流子注入区域和增益区域)，并且分别隔着每个光发射区域配置可饱和吸收区域的状态。
使用(3)、(5)和(5′)的结构中的每个结构，使得不可能地损坏锁模激光二极管器件的光束输出端面。
例如通过下面的方法制造锁模激光二极管器件。具体地，通过包括下面步骤的方法制造锁模激光二极管器件：
(A)在基板上顺次层压包括具有第一导电型的基于GaN的化合物半导体的第一化合物半导体层、构成光发射区域和包括基于GaN的化合物半导体的可饱和吸收区域的第三化合物半导体层以及包括具有不同于第一导电型的第二导电型的基于GaN的化合物半导体的第二化合物半导体层，从而形成层压结构，然后，
(B)在第二化合物半导体层上形成条状第二电极，然后，
(C)使用第二电极作为蚀刻掩膜对第二化合物半导体层的至少一部分进行蚀刻，使得形成脊条状结构，并且然后
(D)形成用于在第二电极中形成的分离槽的抗蚀层，并且然后使用抗蚀层作为湿蚀刻掩膜通过湿蚀刻在第二电极中形成分离槽，因而通过分离槽将第二电极分离成第一部分和第二部分。
使用这种制造方法，即，使用条状第二电极作为蚀刻掩膜对第二化合物半导体层的至少一部分进行蚀刻，使得形成脊条状结构，即，利用图案化的第二电极作为蚀刻掩膜以自动对准的方式形成脊条状结构，因此，第二电极难以与脊条状结构对准。此外，通过湿蚀刻在第二电极上形成分离槽。以这种方式，使用湿蚀刻而不是干蚀刻，使得可以抑制第二化合物半导体层的电特性或光学特性的劣化。因此，可靠地防止发射特性的劣化。
在步骤(C)中，在厚度方向上部分地或完全地蚀刻第二化合物半导体层，或是在厚度方向上蚀刻第二化合物半导体层或第三化合物半导体层，或是在厚度方向上蚀刻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的一部分。
在第二电极上形成分离槽的步骤(D)中，当第二电极的蚀刻速度表示为ER0，层压结构的蚀刻速度表示为ER1时，期望满足ER0/ER1≥1*10，优选为ER0/ER1≥1*102。ER0/ER1满足这种关系，使得可精确地蚀刻第二电极而不蚀刻层压结构(或轻微蚀刻层压结构)。
在根据本发明实施方式的半导体光学放大器组件中，半导体光学放大器包括：
(a)以如下方式形成的层压结构，其中顺次层压包括具有第一导电型的基于GaN的化合物半导体的第一化合物半导体层、具有包括基于GaN的化合物半导体的光放大区域(载流子注入和增益区域)的第三化合物半导体层以及包括具有不同于第一导电型的第二导电型的基于GaN的化合物半导体的第二化合物半导体，
(b)在第二化合物半导体层上形成的第二电极，以及
(c)电连接至第一化合物半导体层的第一电极，
其中层压结构具有脊条状结构，并且当脊条状结构的宽度表示为光束输出端面上的Wout，脊条状结构的宽度表示为光束输入端面上的Win，满足Wout＞Win。
在具有该结构的半导体光学放大器中，沿着半导体光学放大器的轴从光束输出端面在层压结构的某区域上方期望设置非载流子注入区域。为了方便起见，这种根据本发明实施方式的半导体光学放大器组件被称为“根据本发明第一实施方式的半导体光学放大器”。
可选地，在具有该结构的半导体光学放大器中，第二电极的宽度期望比脊条状结构的宽度更窄。为了方便起见，这种根据本发明实施方式的半导体光学放大器组件被称为“根据本发明的第二实施方式的半导体光学放大器组件”。
可选地，在具有该结构的半导体光学放大器中，当脊条状结构的最大宽度表示为Wmax，期望满足Wmax＞Wout。为了方便起见，这种根据本发明实施方式的半导体光学放大器组件被称为“根据本发明第三实施方式的半导体光学放大器组件”。
在根据本发明的第一实施方式至第三实施方式中的每个的半导体光学放大器组件中，当脊条状结构的宽度表示为光束输出端面上的Wout，脊条状结构的宽度表示为光束输入端面上的Win时，满足Wout＞Win。具体地，光导宽度从满足单模条件的光输入侧上的狭窄宽度的光导扩大至具有光输出侧上的宽阔宽度的光导。因此，根据光导的宽度可以扩大模长，使得实现半导体光学放大器高的光输出功率，并且光学放大激光束同时保持单横向模式。
此外，在根据本发明第一实施方式的半导体光学放大器中，沿着半导体光学放大器的轴从光束输出端面在层压结构的某区域上方设置非载流子注入区域。因此，可以扩大从光束输出端面输出的激光束的宽度，使得可以增加光输出功率，并提高可靠性。在根据本发明第二实施方式的半导体光学放大器组件中，第二电极的宽度比脊条状结构的宽度更窄。在本发明第三实施方式中，当脊条状结构的最大宽度表示为Wmax时，满足Wmax＞Wout。这提供了稳定的横向模式放大的光，防止从半导体光学放大器组件输出的激光束变得不稳定。
在根据本发明第一实施方式的半导体光学放大器组件中，Wout是5μm以上。Wout的上限值不受限制地包括例如4*102μm。在包括该结构的半导体光学放大器组件中，Win为1.4μm至2.0μm(包括1.4μm和2.0μm)。这些优选的结构也可以应用于根据本发明第二实施方式和第三实施方式的半导体光学放大器组件。
在根据本发明的第二实施方式的半导体光学放大器组件中，第二电极的宽度与脊条状结构的宽度的比值期望为0.2至0.9(包括0.2和0.9)，优选为0.6至0.9(包括0.6和0.9)。这里，第二电极和脊条状结构中的每个的宽度指当沿着与半导体光学放大器的轴垂直的某一假想平面切割半导体光学放大器时所获得的两个中的每个的宽度。
在根据本发明的第三实施方式的半导体光学放大器组件中，期望满足0.2≤Wout/Wmax≤0.9，优选满足0.5≤Wout/Wmax≤0.9。
此外，在根据包括以上优选结构的本发明的第二实施方式和第三实施方式的半导体光学放大器组件中，以与根据本发明第一实施方式的半导体光学放大器组件相同的方式，沿着半导体光学放大器的轴从光束输出端面在层压结构的某区域上方设置非载流子注入区域。此外，在根据本发明第一实施方式至第三实施方式的半导体光学放大器组件的每个中，沿着半导体光学放大器的轴从光束输出端面在层压结构的某区域上方也设置非载流子注入区域。
在根据包括以上优选结构的本发明的第一实施方式至第三实施方式的半导体光学放大器组件中，非载流子注入区域不具有第二电极，或第二电极由通过分离槽彼此分离的第一部分和第二部分构成，并且在非载流子区域设置第二电极的第二部分。在后者的情况中，期望将等于或低于内置电压的电压施加至第二电极的第二部分。具体地，期望施加1.2398/λ以下的电压。这里，λ表示入射至半导体光学放大器的激光束波长，“1.2398”是常量。例如，当输入波长为0.4μm的激光束时，期望3.0995V以下的电压。施加至第二电极的第二部分的电压下限值不受限制地包括例如-20V。当电压施加至第二电极的第一部分用于半导体光学放大器的原始功能的光放大时，电压施加至第二电极的第二部分以允许监控光强度或用于位置调整的测量。此外，这使得能够控制近场图像。
在根据包括以上优选结构的本发明的第一实施方式至第三实施方式的半导体光学放大器组件中，半导体光学放大器的轴和脊条状结构的轴可以预定角度互相交叉。这里，预定角度θ包括例如0.1≤θ≤10度。脊条状结构的轴对应于将光束输出端面上脊条状结构的两端之间的中点连接至光束输入端面上脊条状结构的两端之间的中点的直线。
在根据包括以上优选结构的本发明的第一实施方式至第三实施方式的半导体光学放大器组件中，在光线输入端面和光线输出端面中的每个上形成低反射涂层，涂层包括选自由氧化钛层、氧化钽层、氧化锆层、二氧化硅层和氧化铝层组成的组中的两层或更多层的层压结构。
在根据包括以上优选结构的本发明第一实施方式至第三实施方式的半导体光学放大器组件中，从半导体光学放大器输出的激光束的光强度密度在每1cm2的构成光束输出端面的第三化合物半导体层上不受限制地为60kW以上，优选为600kW以上。
在根据包括以上优选结构的本发明的第一实施方式至第三实施方式的半导体光学放大器组件中，光束输出端面上的脊条状结构的宽度与从半导体光学放大器输出的激光束的宽度的比值为1.1至10(包括1.1和10)，优选为1.1至5(包括1.1和5)。
在根据包括以上优选结构的本发明的第一实施方式至第三实施方式的半导体光学放大器组件中(下文中，这些通常称为“根据本发明实施方式的半导体光学放大器组件等”)，半导体光学放大器不受限制地由透射型半导体光学放大器构成。
在根据本发明实施方式的半导体光学放大器组件等中，当脊条状结构的宽度是光束输出端面上的Wout，脊条状结构的宽度是光束输入端面上的Win时，满足Wout＞Win。这里，脊条状结构的每个端由一段构成(根据本发明第一实施方式和第二个实施方式的半导体光学放大器组件)，或由两段或多段构成(根据本发明的第一实施方式至第三个实施方式的半导体光学放大器组件)。在前者情况中，例如，脊条状结构的宽度从光束输入端面至光束输出端面以渐缩的方式逐渐单调地增加。在后者情况中，在根据本发明的第一实施方式和第二实施方式的半导体光学放大器组件中，例如，脊条状结构的宽度最初是恒定的，并且然后从光束输入端面到光束输出端面以渐缩的方式逐渐单调地增加。在后者情况中，在根据本发明第二实施方式的半导体光学放大器组件中，例如，脊条状结构的宽度最初从光束输入端面到光束输出端面以渐缩的方式逐渐单调地增加，并且当宽度到达最大宽度时，然后宽度变窄。
在根据本发明第一个实施方式的半导体光学放大器组件或根据本发明第二个实施方式和第三个实施方式的每个半导体光学放大器组件的优选结构中，当沿着半导体光学放大器的轴从光束输出端面在层压结构的某区域上方设置非载流子注入区域时，沿着半导体光学放大器的轴的非载流子注入区域LNC的宽度(非载流子注入区域的宽度)包括例如0.1μm至100μm(0.1μm和100μm)。
可选地，在根据本发明的第一实施方式的半导体光学放大器组件的优选结构中，或在根据本发明第二实施方式和第三实施方式的每个半导体光学放大器组件的优选结构中，当第二电极由通过分离槽彼此分离的第一部分和第二部分构成，非载流子注入区域具有第二电极的第二部分，当第一部分的长度表示为LAmp-1，第二部分的长度表示为LAmp-2时，满足0.001≤LAmp-2/LAmp-1≤0.01，优选地满足0.0025≤LAmp-2/LAmp-1≤0.01。半导体光学放大器的第二电极的第一部分和第二部分之间的电阻值期望为1*102Ω以上，优选为1*103Ω以上，以及更优选为1*104Ω以上。可选地，第二电极的第一部分和第二部分之间的电阻值期望为第一电极和第二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。可选地，用于将第二电极分离成第一部分和第二部分的分离槽的宽度期望为1μm以上半导体光学放大器的长度的50％以下，优选为10μm以上半导体光学放大器的长度的10％以下。可选地，分离槽的宽度包括例如3μm至20μm(3μm和20μm)，第二电极的第二部分的长度包括例如包括3μm至100μm(3μm至100μm)。
在根据本发明实施方式的半导体光学放大器组件等中，激光光源由具有根据本发明实施方式的每个激光二极管组件构成。可选地，激光光源以由锁模激光二极管器件发射的激光束输入至半导体光学放大器的方式由锁模激光二极管器件构成。在这种情况中，激光光源基于锁模操作发射脉冲激光束。然而，激光光源并不限于该结构，可以使用包括增益转换型和损耗转换型(Q转换类型)或诸如钛-蓝宝石激光器的激光光源的各种类型/形式的众所周知的脉冲振荡激光光源。根据本发明实施方式的半导体光学放大器组件直接放大光信号，而无需将信号转换为电信号，并具有尽可能地消除谐振器影响和用半导体光学放大器的光学增益放大入射光的激光结构。具体地，根据本发明实施方式的半导体光学放大器组件的半导体光学放大器等可以具有与根据本发明实施方式的半导体光学放大器组件的锁模激光二极管器件基本相同的结构或构造，或可以具有与之不同的结构或构造。
具有包括上述的每个优选结构的第一结构或第二结构的锁模激光二极管器件，或是具有与包括上述的第一结构或第二结构的锁模激光二极管器件基本相同的结构或构造的根据本发明实施方式的半导体光学放大器组件的半导体光学放大器在下文中可通常称为“根据本发明实施方式的锁模激光二极管器件”或简称为“锁模激光二极管器件”。
在根据本发明实施方式的锁模激光二极管器件等中，层压结构具体地由基于AlGaInN的化合物半导体构成。更具体地，基于AlGaInN的化合物半导体包括GaN、AlGaN、GaInN和AlGaInN。此外，化合物半导体可以根据需要包含硼(B)原子、铊(Tl)原子、砷(As)原子、磷(P)原子或锑(Sb)原子。此外，构成光发射区域或光放大区域(增益区域)和可饱和吸收区域的第三化合物半导体层(活性层)具有量子阱结构。具体地，半导体层具有单量子阱结构(QW结构)或多量子阱结构(MQW结构)。具有量子阱结构的第三化合物半导体层(活性层)具有一个或多个阱层和一个或多个阻挡层的层压结构，其中构成阱层的化合物半导体和构成阻挡层的化合物半导体的组合包括例如InyGa(1-y)N和GaN、InyGa(1-y)N和InzGa(1-z)N(其中y＞z)以及InyGa(1-y)N和AlGaN。
此外，根据本发明实施方式的锁模激光二极管器件等具有以下结构，其中第二化合物半导体层具有包括交替层压的p型GaN层和p型AlGaN层的超晶格结构，其中超晶格结构的厚度是0.7μm以下。锁模激光二极管器件具有这种包括超晶格结构的结构，因而可以减少锁模激光二极管器件的一系列电阻元件，同时保持熔覆层所必须的高的折射率，导致锁模激光二极管器件较低的工作电压。超晶格的厚度的下限值不受限制地包括例如0.3μm，构成超晶格结构的p型GaN层的厚度包括例如1nm至5nm(包括1nm到5nm)，构成超晶格结构的p型AlGaN层的厚度包括例如1nm至5nm(包括1nm到5nm)，p型GaN层和p型AlGaN层的总层数包括例如包括60至300(包括60至300)。从第三化合物半导体层到第二化合物半导体层的距离是1μm以下，优选为0.6μm以下。以这种方式确定从第三化合物半导体层到第二电极的距离，使得可减少具有高电阻的p型第二化合物半导体层的厚度，导致减少锁模激光二极管器件的工作电压。从第三化合物半导体层到第二电极的距离的下限值不受限制地包括例如0.3μm。此外，使用1*1019cm-3以上的Mg掺杂第二化合物半导体层，第二化合物半导体层对从第三化合物半导体层发射的波长为405nm的光的吸收系数是50cm-1以上。Mg的原子浓度基于材料特性：半导体层在Mg原子浓度值为2*1019cm-3具有最大空穴浓度，并提供作为设计用于实现最大空穴浓度、或第二化合物半导体层的最小电阻率的结果。从尽可能地降低锁模激光二极管器件的电阻的观点来确定第二化合物半导体层的吸收系数，因此，第二化合物半导体层的光吸收系数通常是50cm-1。然而，Mg的掺杂量可以有意地设定为2*1019cm-3以上的浓度以提高吸收系数。在这种情况中，为了获取实际空穴浓度的Mg的掺杂量的上限是例如8*1019cm-3。第二化合物半导体层具有未掺杂的化合物半导体层和来自第三化合物半导体层侧的p型化合物半导体层，从第三化合物半导体层到p型化合物半导体层的距离是1.2*10-7m以下。以这种方式确定从第三化合物半导体层到p型化合物半导体层的距离，因而内部损耗可以抑制在某范围内，而不会引起内部量子效率降低，使得可以减少激光器振荡开始处的阈值电流密度。从第三化合物半导体层到p型化合物半导体层的距离的下限值不受限制地包括例如5*10-8m。包括SiO2/Si层压结构的层压绝缘膜在脊状部分的两侧面上形成，脊状部分和层压绝缘膜之间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)。使用这种层压绝缘膜，因此尽管执行100mW以上的高输出操作，也可以保持单一基本横向模式。在第二化合物半导体层中，例如，从第三化合物半导体层侧层压非掺杂的GaInN层(p侧导光层)、非掺杂的AlGaN层(p侧熔覆层)、Mg掺杂的AlGaN层(电子阻挡层)、(Mg掺杂的)GaN层/AlGaN层的超晶格结构(超晶格熔覆层)和Mg掺杂的GaN层(p侧接触层)。在第三化合物半导体层中，构成阱层的化合物半导体的能带隙期望为2.4eV以上。从第三化合物半导体层(活性层)发射的激光束的波长期望为360nm至500nm(包括360nm和500nm)，优选地同时包括400nm到410nm。不必说，所述的各种结构可以适当地进行组合。
在根据本发明实施方式的锁模激光二极管器件等中，构成锁模激光二极管器件的各种基于GaN的化合物半导体层顺次在基板上形成，其中除了蓝宝石基板之外，基板可以包括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、和Si基板，每种基板可以具有形成在基板的表面(主表面)的底层或缓冲层。当基于GaN的化合物半导体层主要在基板上形成时，虽然由于其较低的缺陷密度优选地使用GaN基板，已知GaN基板在极性、非极性和半极性之间的特性中改变，这取决于生长面。构成锁模激光二极管器件的各种基于GaN的化合物半导体层的形成方法可以包括有机金属化学气相沉积法(MOCVD或MOVPE)、分子束外延(MBE)和氢化物气相沉积法，其中卤素有助于输送或反应。
MOCVD中的有机镓源气体可以包括三甲基镓(TMG)气体和三乙基镓(TEG)气体，氮源气体包括氨气和联氨气体。为了形成具有n型导电型的基于GaN的化合物半导体层，例如，掺杂硅(Si)作为n型杂质(n型掺杂物)，并且为了形成具有p型导电型的基于GaN的化合物半导体层，例如，掺杂镁(Mg)作为p型杂质(p型掺杂物)。当包含铝(Al)或铟(In)作为基于GaN的化合物半导体层的组成原子时，三甲基铝(TMA)气体用作Al源，三甲基铟(TMI)用作In源。此外，单硅烷气体(SiH4气体)用作Si源，环戊二烯基镁气体、甲基环戊二烯基镁或双环戊二烯基(Cp2Mg)用作Mg源。除了包括Si之外，n型杂质(n型掺杂物)可以包括Ge、Se、Sn、C、Te、S、O、Pd和Po，以及除了包括Mg之外，p型杂质(p型掺杂物)可以包括Zn、Cd、Be、Ca、Ba、C、Hg和Sr。
当第一导电型是n型时，电连接至具有n型导电型的第一化合物半导体层的第一电极具有包含选自由金(Au)、银(Ag)、钯(Pd)、铝(Al)、钛(Ti)、钨(W)、铜(Cu)、锌(Zn)、锡(Sn)和铟(In)组成的组中的一种或多种金属(例如，包括Ti/Au、Ti/Al、Ti/Pt/Au)的单层或多层结构。第一电极电连接至第一化合物半导体层，第一化合物半导体层包括第一电极在第一化合物半导体层上形成的结构，以及第一电极连接至第一化合物半导体层(其间有导电材料层和导电基板)的结构：可以通过例如真空蒸发法或溅射法的PVD方法沉积第一电极或第二电极。
焊盘电极可设置在第一电极或第二电极上用于电连接外部电极或电路。焊盘电极期望具有包含选自由钛(Ti)、铝(Al)、铂(Pt)、金(Au)、和镍(Ni)组成的组中一种或多种金属的单层或多层结构。可选地，焊盘电极可以在多层结构中形成，例如，Ti/Pt/Au或Ti/Au的多层结构。
如先前所描述的，期望构造第一结构或第二结构的锁模激光二极管器件，使得反向偏压施加在第一电极和第二电极之间，即，配置使得第一电极是阴极，第二部分是阳极。与施加至第二电极的第一部分的脉冲电流或脉冲电压同步，脉冲电流或脉冲电压可以施加至第二电极的第二部分，或可以施加DC偏压。可选地，电流经由光发射区域从第二电极施加至第一电极，外部电信号经由光发射区域从第二电极叠加至第一电极。这使得激光束能够与外部电信号同步。可选地，光信号从层压结构的一个端面输入。这也使得激光束能够与外部电信号同步。在根据本发明的实施方式的锁模激光二极管器件中，非掺杂的化合物半导体层(例如，非掺杂的GaInN层或非掺杂的AlGaN层)可以在第三化合物半导体层和电子阻挡层之间的第二化合物半导体层中形成。此外，作为导光层的非掺杂的GaInN层可以在第三化合物半导体层和非掺杂的化合物半导体层之间形成。可以设置Mg掺杂的GaN层(p侧接触层)作为第二化合物半导体层的顶层。
如上所述，锁模激光二极管器件的所述结构甚至可以充分地用于根据本发明实施方式的半导体光学放大器组件的半导体光学放大器中，这取决于放大器的结构。此外，通过与上述的锁模激光二极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据本发明实施方式的半导体光学放大器组件的半导体光学放大器，这取决于放大器的结构。
根据本发明的实施方式的半导体光学放大器组件的激光二极管组件可以应用于各种领域，例如，光盘系统、通信、光信息、光电集成电路、非线性光学现象的应用、光学开关、激光测量或各种分析、超高速光谱学、多光子激发光谱学、质谱学、利用多光子吸收的显微光谱学、量子控制的化学反应、纳米-3D处理、利用多光子吸收的各种处理、医疗服务和生物成像。
[实施例1]
实施例1涉及根据本发明实施方式的激光二极管组件。图1A示出了实施例1的激光二极管组件的概念图。图3示出了实施例1中的锁模激光二极管器件的沿着谐振器的延伸方向的示意性端面图(沿着XZ平面切割的示意性端面图)，图4示出了实施例1中的锁模激光二极管器件的沿着与谐振器的延伸方向垂直的方向的示意性截面图(沿着YZ平面切割的示意性截面图)。图3是沿着图4中的箭头I-I的示意性端面图，图4是沿着图3中的箭头II-II的示意性截面图。
实施例1的激光二极管组件包括锁模激光二极管器件10，其中光输出谱通过自相位调制示出长波位移，外部谐振器80和波长选择元件82。由波长选择元件82提取从锁模激光二极管器件10穿过外部谐振器80发射的脉冲激光束的长波分量，并输出至外部。
在实施例1的激光二极管组件中，外部谐振器80由衍射光栅81构成。衍射光栅81将从锁模激光二极管器件10发射的激光束中的一次以上的衍射光束(每个实施例中的一次衍射光束)返回至锁模激光二极管器件10，并输出零次的衍射光束至波长选择元件82。衍射光栅81构成外部谐振器，并用作输出耦合器。波长选择元件82由带通滤波器构成。具有正的功率的透镜71配置在锁模激光二极管器件10和衍射光栅81之间，用于使来自激光二极管器件10的激光束成为平行光束。从衍射光栅81输出的零次的衍射光束是由反射镜72反射，然后由准直镜73准直为平行光束，并然后提供作为通过波长选择元件82输出的激光。
实施例1中或稍后描述的实施例2至实施例3中具有发射波长频带为405nm的锁模激光二极管器件10、或根据要求稍后描述的本发明的实施方式的半导体光学放大器组件的激光光源100(下文中，这些通常被称为“实施例1等中的锁模激光二极管器件10”)由第一结构或第二结构的锁模激光二极管器件构成，并包括双截面激光二极管器件。双截面激光二极管器件包括层压结构，其中顺次层压包括具有第一导电型(具体地，在每个实施例中的n型导电型)的基于GaN的化合物半导体的第一化合物半导体层30、构成光发射区域(增益区域)41和包括基于GaN的化合物半导体的可饱和吸收区域42的第三化合物半导体层(活性层)40、以及具有包括与第一导电型不同的第二导电型(具体地，在每个实施例中的p型导电型)的基于GaN的化合物半导体的第二化合物半导体层50；在第二化合物半导体层50上形成的条状第二电极62；以及电连接至第一化合物半导体层30的第一电极61。
具体地，实施例1等中的锁模激光二极管器件10具有脊条状分离限制异质结构(SCH)。更具体地，锁模激光二极管器件10是为蓝光光盘系统开发的索引导向型(indexguide type)包括AlGaInN的基于GaN的激光二极管器件，并具有脊状结构(脊条状结构)。具体地，第一化合物半导体层30、第三化合物半导体层40和第二化合物半导体层50均包括基于AlGaInN的化合物半导体。更具体地，在实施例1或稍后描述的实施例2中，这些层具有如下面的表1所示的层结构。在表1中，在下方列出的化合物半导体层对应于更接近n型GaN基板21的层。在第三化合物半导体层40中，构成阱层的化合物半导体的能带隙是3.06eV。实施例1等中的锁模激光二极管器件10设置在n型GaN基板21的(0001)平面上，第三化合物半导体层40具有量子阱层。被称为“C平面”的n型GaN基板21的(0001)面是具有极性的晶面。
表1
第二化合物半导体层50
(Mg掺杂的)p型GaN接触层55
(Mg掺杂的)p型GaN/AlGaN超晶格熔覆层54
(Mg掺杂的)p型AlGaN电子阻挡层53
非掺杂的AlGaN熔覆层52
非掺杂的GaInN导光层51
第三化合物半导体层40
GaIn量子阱活性层
(阱层：Ga0.92In0.08N/阻挡层：Ga0.98In0.02N)
第一化合物半导体层30
N型GaN熔覆层32
N型AlGaN熔覆层31
其中
阱层(两层)10.5nm，非掺杂的
阻挡层(三层)14nm，非掺杂的
通过RIE方法移除P型GaN接触层55的一部分和p型GaN/AlGaN超晶格熔覆层54的一部分，从而形成脊状结构(脊状部分56)。包括SiO2/Si的层压绝缘膜57形成在脊状部分56的两侧面上。SiO2层是下层，Si层是上层。在脊状部分56和层压绝缘膜57之间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)，具体为7*10-3。第二电极(p侧欧姆电极)62在对应于脊状部分56的顶面的p型GaN接触层55上形成。包括Ti/Pt/Au的第一电极(n侧欧姆电极)61在n型GaN基板21的背面形成。
在实施例1等中的锁模激光二极管器件10中，尽可能地防止作为Mg掺杂的化合物半导体层的p型AlGaN电子阻挡层53、p型GaN/AlGaN超晶格熔覆层54和p型GaN接触层在从第三化合物半导体层40及其相邻化合物半导体层中生成的光密度分布上重叠，从而将内部损耗抑制在某范围内，而没有降低内部量子效率。这降低了激光振荡开始处的阈值电流密度。具体地，从第三化合物半导体层40至p型AlGaN阻挡层53的距离d是0.10μm，脊状部分(脊状结构)的高度是0.30μm，位于第二电极62和第三化合物半导体层40之间的第二化合物半导体层50的厚度是0.50μm，位于第二电极62以下的p型GaN/AlGaN超晶格熔覆层54的一部分的厚度是0.40μm。
在实施例1等中的锁模激光二极管器件10中，通过分离槽62C将第二电极62分离成第一部分62A和第二部分62B，第一部分62A用于通过将直流电流经由光发射区域(增益区域)41施加至第一电极61以生成正向偏压状态，第二部分62B用于将电场施加至可饱和吸收区域42(第二部分62B用于将反向偏压Vsa施加至可饱和吸收区域42)。第二电极的第一部分62A和第二部分62B之间的电阻值(下文中，该值可以被称为“分离电阻值”)是第二电极62和第一电极61之间的电阻值的1*10倍以上，具体为1.5*103倍。第二电极62的第一部分62A和第二部分62B之间的电阻值(分离电阻值)是1*102Ω以上，具体为1.5*104Ω。
在实施例1的激光二极管组件中，衍射光栅81包括全息型衍射光栅，并以3600/mm的速度在光栅上形成槽。
如图31A中所示，假定波长为λ的光以角度α入射反射型衍射光栅，并以角度β衍射。这里，角度α或β是从法线至衍射光栅的角度，且逆时针方向假定为正向。因此，光栅方程如下。N是每毫米衍射光栅的槽的数目(衍射光栅周期的倒数)，m是衍射次数(m＝0，±1，±2....)。
sin(α)+sin(β)＝N*m*λ (A)
当入射光和m次衍射光关于槽的斜面为镜面反射的关系时，大部分能量集中在m次衍射光中。这里，当被称为闪耀角的槽的倾斜角表示为θB时，给出以下等式：
θB＝(α+β)/2。
在该状态中，当被称为闪耀波长的光的波长表示为λB时，给出以下等式：
λB＝{2/(N*m)}sin(θB)*cos(α-θB)。
如图31B所示，当在入射光的方向返回的正一次衍射光的波长表示为λ1时，给出α＝β＝βB，并且最终给出以下等式：
λ1＝(2/N)sin(θB) (B)。
这种配置被称为利特罗(Littrow)配置。
防反射(AR)涂层或低反射的涂层在实施例1等中的锁模激光二极管器件10的与透镜71相对的光束输出端面上形成。高反射涂层(HR)在锁模激光二极管器件10的与光束输出端面相对的端面上形成。可饱和吸收区域42设置在锁模激光二极管器件10的与光束输出端面相对的端面上。防反射涂层(低反射涂层)可以包括选自由氧化钛层、氧化钽层、氧化锆层、二氧化硅层和氧化铝层组成的组中的两层或更多层的层压结构。
实施例1等中的锁模激光二极管器件10的脉冲重复频率假定为1GHz。与锁模激光二极管器件10的光束输出端面相对的端面和外部谐振器之间的距离(X′)是150nm。光脉冲列的重复频率f是由外部谐振器长度X′确定的，并由以下表达式来表示。在表达式中，c表示光速，n表示波导的折射率：
f＝c/(2n*X′)
从锁模激光二极管器件10发射的激光束具有某一波长范围。具体地，当锁模激光二极管器件10生成激光束时，自相位调制发生，似的于光输出谱示出长波长移动。在光束的持续时间内该生成的激光束的波长是变化的，相位不相等。此外，激光束含有大量不期望的波长分量。具体地，从锁模激光二极管器件10发射的激光束处于噪声状态。在实施例1中，由波长选择元件82提取从锁模激光二极管器件10穿过外部谐振器80发射的这种脉冲激光束的长波长分量，并输出至外部。因此，在输出激光束的持续时间内，可以消除输出至外部的激光束的光强度波动，并且输出至外部的激光束具有期望的波长。此外，可以缩短脉冲持续时间，并可以提高激光束的相干性。此外，可以压缩激光束而同时保持高的产出量，从而导致高峰值功率。
锁模激光二极管器件10的谐振器长度是600μm，第二电极62的第一部分62A、第二部分62B和分离槽62C的各自长度为550μm、30μm和20μm。在具有该锁模激光二极管器件10的实施例1的激光二极管组件中，当100mA的电流施加至第二电极62的第一部分62A，17.5V(-17.5V)的反向偏压施加至第二电极62的第一部分62A时，工作温度为25℃时的平均功率是5.9mW。
图2A至图2C示出了实施例1的半导体光学放大器的光输出谱。图2A是示出了的当连续振荡锁模激光二极管器件10时获得的激光束的光输出谱的示图，图2B是示出了当脉冲振荡锁模激光二极管器件10时获得的激光束的光输出谱的示图，图2C示出了由包括带通滤波器的波长选择元件82提取从锁模激光二极管器件10发射的脉冲激光束的长波侧的主峰值之后的激光束的光输出谱。在下面的表2中示出了图2A至图2C中所示出的各自状态的各种说明。在表2中，“电流1”指施加至第二电极62的第一部分62A的电流(mA)，“反向偏压”指施加至第二电极62的第一部分62A的反向偏压(V)，正值对应于从第二电极62的第一部分62A至第一电极61所施加的电压值，负值对应于从第一电极61至第二电极62的第一部分62A所施加的电压值。
表2
图2A 图2B 图2C
电流1 120mA 120mA 120mA
反向偏压 +4V -18V -18V
平均功率 45.6mW 16.16mW 7.8mW
峰值波长 02.24nm 402.87nm 402.87nm
Δλ 0.34nm
脉冲宽度 1.68ps 1.31ps
峰值功率 9.6W 5.95W
以这种方式，当锁模激光二极管器件10从连续振荡状态变为脉冲振荡状态时，激光束的峰值波长将移动0.63nm至长波长侧。当脉冲振荡锁模激光二极管器件10时，激光束的脉冲宽度(见图2B)是1.68皮秒。另一方面，在由波长选择元件82提取从锁模激光二极管器件10发射的脉冲激光束的长波长侧上的主峰值之后的激光束脉冲宽度(见图2C)是1.31皮秒，示出了由于波长选择元件82提取光谱导致生成的激光束的持续时间变短。即，提供了相干的且具有短的脉冲持续时间的激光输出功率。本文使用的波长选择元件82的传输光谱宽度是Δλ＝0.40nm。通过波长选择元件82之后的光的实际光谱宽度是Δλ＝0.34nm。
在由波长选择元件82提取从锁模激光二极管器件10发射的脉冲激光束的长波长侧上的主峰值之后，激光束的平均功率是7.8mW。从锁模激光二极管器件10发射的脉冲激光束的平均功率是16.16mW。各种平均功率表示为表征激光束特性的5.95W和9.6W的峰值功率。以这种方式，在实施例1的激光二极管组件中，使用波长选择元件82使得峰值功率减少小于平均功率减少，这有助于生成相干激光束。
当从锁模激光二极管器件10穿过外部谐振器发射的脉冲激光束的光输出谱含有多个峰值时，波长选择元件82可以提取多个峰值中的一个峰值，并输出至外部。例如，当脉冲激光束的光输出谱主要包括多个峰值402.4nm和402.87nm时，可以由波长选择元件82提取作为多个峰值中的一个峰值的峰值402.87nm，并输出至外部。
如图1B的概念图所示，在衍射光栅81上对来自锁模激光二极管器件10的光束输出端面的图像进行成像的成像器件74可以配置在锁模激光二极管器件10和衍射光栅81之间。成像器件74由具有正的功率的透镜构成，并且具体地由例如具有焦距为4.5mm的非球面凸透镜构成。当锁模激光二极管器件10的光束输出端面上的激光束的横向长度表示为L1，从锁模激光二极管器件10的光束输出端面输出并在衍射光栅81上形成的图像的横向长度表示为L2时，给出L1＝1.6μm和L2＝53μm，满足20≤L2/L1≤50。以这种方式，防止从锁模激光二极管器件10的光束输出端面输出并输入至衍射光栅81的激光束形成平行光束，使得可以抑制不稳定的锁模操作。
如上所述，具有1*102Ω以上的分离电阻值的第二电极62期望在第二化合物半导体层50上形成。在基于GaN的激光二极管器件的情况中，由于具有p型导电型的化合物半导体的迁移率较小，与以前基于GaAs的激光二极管器件不同，由分离槽62C分离在第二化合物半导体层50上形成的第二电极62，而不会通过离子注入增加具有p型导电型的第二化合物半导体层50的电阻，因此第二电极62的第一部分62A和第二部分62B之间的电阻值可以是第二电极62和第一电极61之间的电阻值的10倍以上，或可以是1*102Ω以上。
要求第二电极62具有以下特性：
(1)电极具有蚀刻第二化合物半导体层50的蚀刻掩膜的功能；
(2)在不引起第二化合物半导体层50的电学特性或光学特性的劣化的情况下可以湿蚀刻电极；
(3)当电极沉积在第二化合物半导体层50上时，电极显示10-2Ω*cm2以下的比接触电阻值；
(4)当电极由层压结构构成时，构成下层金属层的材料具有大的功函数和比第二化合物半导体层50的相对较低的比接触电阻值，并可以进行湿蚀刻；以及
(5)当电极由层压结构构成时，构成上层金属层的材料在形成脊状结构的情况中具有蚀刻电阻(例如，在RIE中使用的Cl2气体的电阻)，并可以进行湿蚀刻。
在实施例1等的锁模激光二极管器件10中，第二电极62由具有厚度为0.1μm的Pd单层构成。
具有超晶格结构的P型GaN/AlGaN超晶格熔覆层54的厚度是0.7μm以下，具体为0.4μm，其中交替层压p型GaN层和p型AlGaN层，构成超晶格结构的p型GaN层的厚度是2.5nm，构成超晶格结构的p型AlGaN层的厚度是2.5nm，p型GaN层和p型AlGaN层的总层数是160。此外，从第三化合物半导体层40至第二电极62的距离是1μm以下，具体为0.5μm。共同构成第二化合物半导体层50的P型AlGaN电子阻挡层53、P型GaN/AlGaN超晶格熔覆层54和P型GaN接触层55掺杂有1*1019cm-3以上的Mg(具体地，2*1019cm-3)，使得第二化合物半导体层50对具有405nm波长的光的吸收系数是50cm-1以上，具体为65cm-1。尽管从三化合物半导体层40侧，第二化合物半导体层50具有非掺杂的化合物半导体层(非掺杂的GaInN导光层51和非掺杂的AlGaN熔覆层52)和p型化合物半导体层，但从第三化合物半导体层40至p型化合物半导体层(具体地，p型AlGaN电子阻挡层53)的距离(d)是1.2*10-7m以下，具体为100nm。
下面将参考图28A和图28B、图29A和图29B以及图30描述实施例1等中的锁模激光二极管器件的制造方法。图28A和28B以及图29A和29B是沿着YZ平面切割的基板和其他层的示意性部分截面图，图30是沿着XZ平面切割的基板和其他层的示意性部分端面图。
[步骤-100]
首先，以如下方式形成层压结构，即，通过公知的MOCVD方法在基板上顺次层压包括具有第一导电型(n型导电型)的基于GaN的化合物半导体的第一化合物半导体层30、构成光发射区域(增益区域)41和包括基于GaN的化合物半导体的可饱和吸收区域42的第三化合物半导体层(活性层)40、和包括具有不同于第一导电型的第二导电型(p型导电型)的基于GaN的化合物半导体的第二化合物半导体层50，具体地，在n型GaN基板21的(0001)面上(见图28A)。
[步骤-110]
然后，在第二化合物半导体层50上形成条状第二电极62。具体地，通过真空沉积法将Pd层63沉积在整个表面上(见图28B)，然后条状防蚀层通过光刻技术技术在Pd层63上形成。然后，利用王水移除没有覆盖防蚀层的区域中的Pd层63，并且然后移除防蚀层。以这种方式，可以提供图29A中所示的结构。条状第二电极62可以通过喷射法在第二化合物半导体层50上形成。
[步骤-120]
然后，将第二电极62用作蚀刻掩膜对第二化合物半导体层50的至少一部分进行蚀刻(具体地，对第二化合物半导体层50的一部分进行蚀刻)，从而形成脊状结构。具体地，通过利用Cl2气体的RIE法，将第二电极62用作蚀刻掩膜来对第二化合物半导体层50的一部分进行蚀刻。以这种方式，提供图29B中所示的结构。以这种方式，将带状图案的第二电极用作蚀刻掩膜以自对准方式形成脊状结构，这防止第二电极62和脊状结构之间未对准。
[步骤-130]
然后，形成抗蚀层64，用于在第二电极62中形成分离槽(见图30)。标号65表示在抗蚀层64设置的用于形成分离槽的光阑。然后，将抗蚀层64用作湿蚀刻掩膜通过湿蚀刻法在第二电极62中形成分离槽62C，因此分离槽62C将第二电极62分离成第一部分62A和第二部分62B。具体地，王水用作蚀刻剂，整个结构浸入王水大约10秒钟，使得在第二电极62上形成分离槽62C。然后，移除抗蚀层64。以这种方式，可以获得图3和图4中所示的结构。以这种方式，使用湿蚀刻代替干蚀刻，可以防止第二化合物半导体层50的光学特性和电学特性的劣化。当使用干蚀刻时，可以增加第二化合物半导体层50的内部损耗αi，导致可能增加阈值电压或降低光输出功率。当第二电极62的蚀刻速度表示为ER0时，层压结构的蚀刻速度表示为ER1时，确定以下表达式：
ER0/ER1≈1*102
第二电极62和第二化合物半导体层50之间的这种高蚀刻选择性使得可以可靠地对第二电极62进行蚀刻，而不会蚀刻层压结构(或轻微蚀刻层压结构)。期望满足ER0/ER1≥1*10，优选满足ER0/ER1≥1*102。
第二电极可以由包括厚度为20nm的钯(Pd)的下层金属层和厚度为200nm的镍(Ni)的上层金属层的层压结构构成。在利用王水进行湿蚀刻中，镍的蚀刻速度约为钯的蚀刻速度的1.25倍。
[步骤-140]
然后，进行n侧电极的形成、基板的分裂以及包装，从而制造锁模激光二极管器件10。
通常，利用构成半导体层的材料的比电阻值ρ(Ω·m)、半导体层的长度X0(m)、半导体层的截面S(m2)、载流子密度n(cm-3)、电荷量e(C)、和迁移率μ(m2/Vsec)将半导体层的电阻R(Ω)表示为如下：
R＝(ρ·X0)/S
＝X0/(n·e·μ·S)
由于p型基于GaN的半导体的迁移率比p型基于GaAs的半导体的迁移率小两个以上数量级，所以基于GaN的半导体的电阻值趋向于增加。根据以上表达式，具有宽度为1.5μm和高度为0.35μm的横截面较小的脊状结构的激光二极管器件具有较大的电阻值。
通过四端子法测量所制造的锁模激光二极管器件10的第二电极62的第一部分62A和第二部分62B之间的电阻值。因此，当分离槽62C的宽度是20μm时，第二电极62的第一部分62A和第二部分62B之间的电阻值是15kΩ。此外，在制造的锁模激光二极管器件10中，直流电流经由光发射区域41从第二电极62的第一部分62A施加至第一电极61以产生正向偏压状态，反向偏压Vsa施加在第一电极61和第二电极62的第二部分62B之间以将电场施加至可饱和吸收区域42，使得能够进行自脉动操作。具体地，第二电极62的第一部分62A和第二部分62B之间的电阻值是第二电极62和第一电极61之间的电阻值的10倍以上，或为或为1*102Ω以上。因此，能够可靠地抑制从第二电极62的第一部分62A到第二部分62B的泄露电流。因此，尽管光发射区域41处于正向偏压状态，但可饱和吸收区域42能够可靠地进入反向偏压状态，导致确定的自脉动操作。
[实施例2]
实施例2是实施例1的变形例。在实施例1中，外部谐振器由衍射光栅81构成。在实施例2中，外部谐振器90由部分透射镜(反射率为20％)构成。图5A示出了实施例2的激光二极管组件的概念图。在实施例2中，外部谐振器90由用作输出耦合器的部分透射镜构成。由包括带通滤波器的波长选择元件92提取从锁模激光二极管器件10穿过外部谐振器90发射的脉冲激光束的长波分量，并输出至外部，如实施例1所示。
除此之外，实施例2的激光二极管组件的结构或构造基本与实施例1的激光二极管组件相同，因此省略其详细描述。
如图5B中所示，第二波长选择元件93可以设置在锁模激光二极管器件10和外部谐振器90之间，图5B示出了实施例2的激光二极管组件的变形例的概念图。在该种情况中，第二波长选择元件93的波长选择光谱宽度比波长选择元件92的波长选择光谱宽度更宽。具体地，例如，波长选择元件92的波长选择光谱宽度是Δλ＝0.80nm，第二波长选择元件93的波长选择光谱宽度是Δλ＝0.40nm。
可选地，如图6A和图6B中所示，波长选择元件可以由衍射光栅94和用于选择从衍射光栅输出的一次以上的衍射光束(实施例2中的一次衍射光束)的光阑96而不是带通滤波器构成。光阑96由例如具有大量段的液晶显示器97构成。透镜95配置在衍射光栅94和光阑96之间。
从锁模激光二极管器件10发射的激光束具有某一波长范围。这使得由衍射光栅94衍射的一次衍射光束在很多位置与光阑96碰撞，如图6A所示。具体地，由于在之前所述的表达式(A)中存在多个角度α，也存在多个角度β。图6A和图6B由于透镜95忽略了光路的会聚或发散。此外，也省略示出从衍射光栅94输出的零次衍射光束。如图6B中所示，由具有大量段的透射型液晶显示器97的期望段96传输激光束，因此只有具有从锁模激光二极管器件10发射的期望波长的激光束最终输出至外部。以这种方式，选择光阑96的段，使得能够进行波长选择。
实施例1中所述的衍射光栅可以用作与第二波长选择元件93组合的外部谐振器，或用作与衍射光栅94和光阑96组合的外部谐振器。
[实施例3]
实施例3是实施例1中所述的锁模激光二极管器件的变形例，并涉及第三结构的锁模激光二极管器件。在实施例1中，锁模激光二极管器件10已经设置在作为具有极性的晶面的(0001)平面或n型GaN基板21的C平面。当使用这种基板时，由于活性层40中的压电极化和自发极化所引起的内部电场导致的QCSE效果(量子局限史托克效果)难以对可饱和吸收区域进行电控制。具体地，已经发现，必须增加施加至第一电极直流电流值和施加至可饱和吸收区域的反向偏压值，从而实现自脉动操作和锁模操作，次脉动分量可以与主脉冲一起生成，或者外部信号难以与光脉冲同步。
此外，已经发现，优选地最优化构成活性层40的阱层的厚度和构成活性层40的阻挡层的杂质掺杂浓度，从而防止产生这种现象。
具体地，期望构成GaInN量子阱活性层的阱层的厚度是1nm以上10.0nm以下，优选为1nm以上8nm以下。以这种方式降低了阱层的厚度，因此可以降低压电极化和自发极化的影响。此外，阻挡层的杂质掺杂浓度期望为2*1018cm-3以上1*1020cm-3以下。杂质可以包括硅(Si)或氧(O)。以这种方式调节阻挡层的杂质掺杂浓度，因而可以增加活性层中的载流子数，导致减少压电极化和自发极化的影响。
在实施例3中，由表3所示的层结构中的包括三层阻挡层(Ga0.98In0.02N)和两层阱层(Ga0.92In0.08N)的GaInN量子阱活性层构成的活性层40的构成如下。在根据参考例3的锁模激光二极管器件中，表3所示的层结构中的活性层40的构造如下。具体地，以与实施例1中相同的方式来构造活性层40。
表
实施例3 参考实施例3
阱层 8nm 10.5nm
阻挡层 12nm 14nm
阱层的杂质掺杂浓度 非掺杂的 非掺杂的
阻挡层Si的杂质掺杂浓度 2*1018cm-3 非掺杂的
在实施例3中，阱层的厚度是8nm，阻挡层掺杂有2*1018cm-3的Si，从而在活性层中降低QCSE效果。在参考例3中，阱层的厚度是10.5nm，阻挡层不掺杂杂质。
如同实施例1，通过施加至光发射区域的直流电流和施加至可饱和吸收区域的反向偏压Vsa来确定锁模。对于实施例3和参考例3均测量注入电流和光输出功率之间的反向偏压依赖关系(L-I特性)。因此，在参考实施例3中，当反向偏压Vsa增加时，激光振荡开始处的阈值电流逐渐增加，并且在与实施例3相比较低的反向偏压Vsa处发生改变。这表明在实施例3的活性层中由反向偏压Vsa进一步电控可饱和吸收的效果。然而，即使在参考例3中，在反向偏压施加至可饱和吸收区域的状态中，确定单模(单一基本横向模式)自脉动操作和单模锁模操作，因此不必说，参考例3也包括在本发明中。此外，实施例3中所述的锁模激光二极管器件适用于实施例2和实施例4至实施例7中的每个锁模激光二极管器件。
[实施例4]
实施例4涉及根据本发明实施方式的半导体光学放大器组件，具体地涉及根据本发明的第一实施方式的半导体光学放大器组件。图7示出了包括半导体光学放大器的实施例4的半导体光学放大器组件的概念图，图8示出了沿着包括半导体光学放大器的轴的假想垂直平面(XZ平面)(光导向的延伸方向，X方向)切割的半导体光学放大器的示意性截面图，图9示出了沿着与半导体光学放大器的轴垂直的假想垂直平面(YZ平面)切割的半导体光学放大器的示意性截面图。图8是沿着图9中的箭头I-I的示意性截面图，图9是沿着图8中的箭头II-II的示意性截面图。图10示出了半导体光学放大器的示意性透视图，图11示出了脊条状结构的示意性平面图。
实施例4的半导体光学放大器组件包括半导体光学放大器200，其中光输出谱通过自相位调制示出长波长移动，以及波长选择元件210。此外，由波长选择元件210提取从半导体光学放大器200输出的脉冲激光束的长波分量，并输出至外部。
如图7所示，半导体光学放大器200由透射型半导体光学放大器构成。低反射涂层(AR)202和204分别在半导体光学放大器200的光束输入端面201和与光束输入端面201相对的光束输出端面203上形成。低反射涂层202和204中的每个均具有一层氧化钛层和一层氧化铝层的层压结构。从光束输入端面201侧输入的激光束在半导体光学放大器200中放大，并从相对侧的光束输出端面203输出。基本单向导向激光束。在实施例4中，激光光源100包括实施例1至实施例3中所述的锁模激光二极管器件10和外部谐振器80或90的组合，由锁模激光二极管器件10发射的激光束(具体地，从外部谐振器80或90输出的激光束)入射至半导体光学放大器200。
在图7中所示的实施例4的半导体光学放大器组件中，激光光源100由锁模激光二极管器件10、透镜71、外部谐振器90(或外部谐振器80)和透镜101构成。由激光光源100发射的激光束通过光频分离器102和反射镜103入射至反射镜104。由反射镜104反射的激光束通过半波长片(λ/2波长板)105和透镜106入射至半导体光学放大器200。配置光频分离器102和半波长板105以防止来自半导体光学放大器200的返回光束导向至激光光源100。在半导体光学放大器200中光学放大的脉冲激光束通过透镜211和波长选择元件210输出至外部。波长选择元件210由与实施例1相同的带通滤波器构成。然而，这是非限制性的，波长选择元件可以由衍射光栅94和选择从衍射光栅94输出的一次以上的衍射光束(具体为一次衍射光束)的光阑96构成，如实施例2的变形例中所述。
半导体光学放大器200包括：以如下方式形成的层压结构，其中顺次层压包括具有第一导电型(具体地，实施例4中的n型导电型)的基于GaN的化合物半导体的第一化合物半导体层230、具有包括基于GaN的化合物半导体241的光放大区域(载流子注入区域和增益区域)的第三化合物半导体层(活性层)240、和包括具有不同于第一导电型的第二导电型(具体地，实施例4中的p型导电型)的基于GaN的化合物半导体的第二化合物半导体层250；在第二化合物半导体层250上形成的第二电极262；以及电连接至第一化合物半导体层230的第一电极261。具体地，除了第二电极的结构或构造之外，实施例4中的半导体光学放大器200具有与实施例1中的锁模激光二极管器件10基本相同的结构或构造。
在实施例4的半导体光学放大器200中，层压结构具有脊条状结构，当在光束输出端面203上的脊条状结构的宽度表示为Wout，在光束输入端面201上的脊条状结构的宽度表示为Win时，满足Wout＞Win。具体地，给出以下表达式：
Wout＝15μm
Win＝1.4μm。
沿着半导体光学放大器200的轴AX1从光束输出端面203在层压结构的某区域上方设置非载流子注入区域205。当沿着半导体光学放大器200的轴AX1的非载流子注入区域205的长度(非载流子注入区域205的宽度)表示为LNC时，给出以下表达式：
LNC＝5μm。
第二电极没有设置在非载流子注入区域205中。半导体光学放大器的总长度是2.0mm。沿着半导体光学放大器200的轴从光束输入端面201在层压结构的某区域上方也设置了非载流子注入区域。
更具体，实施例4中的半导体光学放大器200具有脊条状分离限制异质结构(SCH)。此外，元件200具有与索引导向型包括AlGaInN的基于GaN的激光二极管结构相同的结构。脊条状结构的宽度从光束输入端面201到光束输出端面203以渐缩的形状逐渐单调地增加。半导体光学放大器200的轴AX1以预定义的角度与脊条状结构的轴AX2相交，具体地θ的角度＝5.0度。在图11中由虚线示出轴AX1和AX2。
层压结构在化合物半导体基板221上形成。具体地，在n型GaN基板221的(0001)平面上设置半导体光学放大器200。可被称为“C平面”的n型GaN基板221的(0001)平面是具有极性的晶面。第一化合物半导体层230、第三化合物半导体层240和第二化合物半导体层250中的每层均具体地包括基于AlGaInN的化合物半导体，更具体地具有下面的表4中所示的层结构。在表4中，在下方列出的化合物半导体层对应于更接近n型GaN基板221的层。在第三化合物半导体层240中，构成阱层的化合物半导体的能带隙是3.06eV。第三化合物半导体层240具有量子阱结构，该量子阱结构具有阱层和阻挡层，其中阻挡层的杂质(具体地，硅Si)掺杂浓度是2*1017cm-3以上1*1020cm-3以下。
表4
第二化合物半导体层250
(Mg掺杂的)p型GaN接触层257
(Mg掺杂的)p型AlGaN熔覆层255
(Mg掺杂的)p型GaN层254
(Mg掺杂的)p型AlGaN电子阻挡层253
第三化合物半导体层240
GaInN量子阱活性层
(阱层：Ga0.92In0.08N/阻挡层：Ga0.98In0.02N)
第一化合物半导体层230
N型GaN层232
N型AlGaN熔覆层231
其中，
阱层(两层)：10nm(非掺杂的)
阻挡层(三层)：12nm(掺杂浓度(Si)：2*1018cm-3)
通过RIE方法移除p型GaN接触层257的一部分和p型AlGaN熔覆层255的一部分，从而形成脊条状结构(脊状部分258)。包括SiO2/Si的层压绝缘膜259形成在脊状部分258的两侧面上。SiO2层是下层，Si层是上层。脊状部分258和层压绝缘膜259之间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)，具体为7*10-3。第二电极(p侧欧姆电极)262在对应于脊状部分258的顶面的p型GaN接触层257到p型AlGaN熔覆层255的顶面的一部分的区域上形成。包括Ti/Pt/Au的第一电极(n侧面欧姆电极)261在n型GaN基板221的背面形成。在实施例4中，第二电极262由具有厚度为0.1μm的单Pd层构成。
p型AlGaN熔覆层255的厚度是400nm，p型GaN层254的厚度是100nm，p型AlGaN电子阻挡层253的厚度是20nm，p型GaN接触层257的厚度是100nm。此外，1*1019cm-3以上(具体地2*1019cm-3)的Mg掺在至构成第二化合物半导体层250的p型AlGaN电子阻挡层253、p型GaN层254、p型AlGaN熔覆层255和p型GaN接触层257。N型AlGaN熔覆层231的厚度是2.5μm，n型GaN层的厚度是200nm。当夹在n型AlGaN熔覆层231和第三化合物半导体层240之间的n型化合物半导体层的厚度(n型GaN层232的厚度)表示为t1，夹在p型AlGaN熔覆层255和第三化合物半导体层240之间的p型化合物半导体层的厚度(p型GaN层254和p型AlGaN电子阻挡层253的总厚度)表示为t2时，确定
t1＝200nm，并且t2＝120nm，
满足0.1≤t2/t1＜1。
在实施例4中，具有波长为405nm(光输出功率：15mW)的单模连续振荡激光束实验性地输入至半导体光学放大器200。然后，600mA的直流电流从第二电极262施加至第一电极261。直流电流的值对应于构成光束输入端面201的第三化合物半导体层为1cm2时的3.7*103A/cm2。这里，从半导体光学放大器200输出的激光束的近场图像在图12A中示出。如同比较例4A制造除了没有设置非载流子注入区域205之外具有与实施例4相同结构或构造的半导体光学放大器。图12B示出了当600mA的直流电流从第二电极施加至第一电极时，从比较例4A的半导体光学放大器中输出的激光束的近场图像。如图12B中所示，在比较例4A的半导体光学放大器中，近场图像的宽度比Wout(15μm)更窄，且1/e2宽度是5μm(3.1μm的半值宽)。这种现象是基于氮化物半导体的半导体光学放大器特有的。这种窄的近场图像不利地影响放大的光输出功率的饱和度或可靠性。从比较例4A的半导体光学放大器中输出的激光束的光强密度是47mW。如图12A中所示，在实施例4的半导体光学放大器200中，扩大模式场，近场图像的宽度较大，且1/e2宽度是11.5μm(5.8μm的半值宽)。从实施例4中的半导体光学放大器200中输出的激光束的光强密度是122mW，示出了放大的光输出功率也高于比较例4A的半导体光学放大器的放大的光输出功率。这表明通过设置非载流子注入区域205可以明显地增加放大的光输出功率。光束输出端面上的脊条状结构的宽度与从半导体光学放大器输出的激光束的宽度之间的比值是1.3。从半导体光学放大器输出的激光束的宽度是指近场图像的1/e2宽度，即，对应于1/e2峰值强度的近场图像的宽度。
通过设置非载流子注入区域205扩大输出激光束的近场图像的宽度的原因假设如下。具体地，当入射激光束的光强度较低时，在YZ平面上的层压结构中的载流子分布为具有一个峰值的V型图案。然而，当输入激光束的光强度变高时，在半导体光学放大器的层压结构中，难以注入载流子或追随光束扩散，导致产生具有两个峰值(山/谷/山的光强度图案)的V型图案。众所周知，当化合物半导体层中的载流子数减少时，化合物半导体的相对折射率则变高。因此，从半导体光学放大器的光束输出端面发射的激光束变得难以在宽度方向传播，使得与Wout相比近场图像的宽度变窄。此外，从半导体光学放大器输出的激光束的区域的面积在光束输出端面中较小，使得难以实现半导体光学放大器的高输出。
在实施例4的半导体光学放大器中，设置难以促进光放大的非载流子注入区域205。即使入射激光束的光强度变得较高，这也可以抑制载流子分布所引起的相对折射率增加的现象。因此，从半导体光学放大器的光束输出端面输出的激光束容易在宽度方向传播。此外，由从半导体光学放大器输出的激光束占据区域的面积在光束输出端面中较大，使得可以实现半导体光学放大器的高输出。
由于从实施例1至实施例3中所述的锁模激光二极管器件10中发射的激光束具有某一波长范围，所以从半导体光学放大器200中输出的激光束也具有某一波长范围。具体地，当半导体光学放大器200执行光放大时，发生自相位调制，使得光输出谱示出长波长移动。在光束持续时间内，这种输出激光束的波长是变化的，相位不相等。此外，激光束包含大量不期望的波长分量。具体地，从半导体光学放大器中输出的激光束处于噪声状态。在实施例4中，由波长选择元件210提取从半导体光学放大器200输出的这种脉冲激光束的长波长分量，并输出至外部。因此，可以在输出激光束的持续时间内消除输出至外部的激光束的光强度波动，并且输出至外部的激光束具有期望的波长。此外，可以缩短脉冲持续时间，并可提高激光束的相干。此外，可以压缩激光束同时保持高的输出量，导致产生高的峰值功率。
图13A至图13C示出了实施例4的半导体光学放大器的光输出谱。图13A是示出了在激光束输入至半导体光学放大器200并然后从放大器200中输出的情况中连续振荡实施例4中的锁模激光二极管器件10时获取的激光束的光输出谱的示图，图13B是示出了在激光束输入至半导体光学放大器200并然后从放大器200中输出的情况中脉冲振荡锁模激光二极管器件10时获取的激光束的光输出谱的示图，图13C是示出了在激光束输入半导体光学放大器200并然后从放大器200中输出，再输入至波长选择元件210并从波长选择元件210中输出的情况中脉冲振荡锁模激光二极管器件10时获取的激光束的光输出谱的示图。这里，由波长选择元件210从通过自相位调制移动至长波长侧的光谱提取最高强度的峰值分量。图2A至图2C中所示的各个状态中的各种说明在下面的表5中示出。在表5中，“电流2”是指施加至第二电极262的电流(mA)。
表5
图13A 图13B 图13C
电流2 1050mA 1050mA
平均功率 241mW 90mW
峰值波长 402.75nm 403.10nm 403.10nm
Δλ 0.32nm
脉冲宽度 1.20ps 1.00ps
峰值功率 200W 90W
以这种方式，当锁模激光二极管器件10从连续振荡状态改变为脉冲振荡状态时，激光束的峰值波长移动0.35nm至长波长侧。当脉冲振荡锁模激光二极管器件10时，激光束的脉冲宽度(见图13B)是1.20皮秒。另一方面，在由波长选择元件210提取从锁模激光二极管器件10中发射的脉冲激光束的长波长侧上的主峰值之后的激光束脉冲宽度(见图13C)是1.00皮秒，示出了由于波长选择元件210提取光谱导致生成的激光束的持续时间变短。即，提供了相干的且具有短的脉冲持续时间的激光输出功率。本文使用的波长选择元件210的传输谱宽度是Δλ＝0.40nm。通过波长选择元件210之后的光的实际光谱宽度是Δλ＝0.32nm。
在由波长选择元件210提取从锁模激光二极管器件10发射的脉冲激光束的长波长侧上的主峰值之后，激光束的平均功率是90mW。从半导体光学放大器200输出的脉冲激光束的平均功率是241mW。各种平均功率表示为表征激光束特性的90W或200W的峰值功率。在实施例4的激光二极管组件中，使用波长选择元件210使得峰值功率减少小于平均功率减少，这有助于生成相干激光束。波长选择元件210的传播光谱宽度值并不限于该值，通过适当地选择对应于由于自相位调制产生的光谱传播的值来获得最优脉冲持续时间。
当从半导体光学放大器200输出的脉冲激光束的光输出谱包含多个峰值时，由波长选择元件210可以提取多个峰值中的一个峰值，并输出至外部。例如，当脉冲激光束的光输出谱主要包含多个峰值403.17nm、403.34nm和403.81nm时，可以由波长选择元件210提取作为多个峰值中的一个峰值的峰值403.81nm，并输出至外部。
[实施例5]
实施例5是实施例4的变形例。图14示出了包括半导体光学放大器的实施例5的半导体光学放大器组件的概念图，图15示出了沿着包括半导体光学放大器的轴(X方向)的假想垂直平面(XZ平面)切割的半导体光学放大器的示意性截面图，图16示出了沿着与半导体光学放大器的轴垂直的假想垂直平面(YZ平面)切割的半导体光学放大器的示意性截面图。图15是沿着图16中箭头I-I的示意性截面图，图16是沿着图15中箭头II-II的示意性截面图。图17示出了半导体光学放大器的示意性透视图，图18示出了脊条状结构的示意性平面图。
构成激光光源的锁模激光二极管器件的结构或构造与实施例1至实施例3中所述的锁模激光二极管器件的结构或构造相同。具体地，在实施例5中，由锁模激光二极管器件发射的激光光束入射至半导体光学放大器200。
在实施例5中，第二电极由通过分离槽262C彼此分离的第一部分262A和第二部分262B构成，第二电极的第二部分262B设置在非载流子注入区域205中。等于或低于内置电压的电压，具体为0V，施加至第二电极的第二部分262B。当电压施加至第二电极的第一部分262A，用于作为半导体光学放大器200的原始功能的光放大，电压施加至第二电极的第二部分262B以使得进行位置调整的测量。
在实施例5中，当第一部分262A的长度表示为LAmp-1，第二部分262B的长度表示为LAmp-2时，确定
LAmp-1＝1.97mm，和LAmp-2＝0.01mm，
满足0.001≤LAmp-2/LAmp-1≤0.01。分离槽的宽度是0.02mm。
在实施例5中，与施加至第二电极的第一部分的电压相比较，施加至第二电极的第二部分的电压较低。这导致形成包括第二部分的非载流子注入区域，因此即使输入激光束的光强度变得更高，也可以抑制化合物半导体层的相对折射率增加的现象。因此，从半导体光学放大器的光束输出端面输出的激光束容易在宽度方向上传播。此外，由从半导体光学放大器输出的激光束占据的区域的面积在光束输出端面中较大，使得可以实现半导体光学放大器的高输出量。
实施例5的半导体光学放大器组件还包括对准器300和半导体光学放大器控制器400，对准器300调整半导体光学放大器对于输入至半导体光学放大器200的激光束的相对位置，半导体光学放大器控制器400控制半导体光学放大器的操作。半导体光学放大器控制器400具体地由公知的DC电源、公知的电压表和公知的电流计的组合构成。半导体光学放大器控制器400的电压监控器的辨析率为1mV以下，更具体为0.1mV以下。此外，半导体光学放大器控制器400的电流监控器的辨析率是100μA以下，更具体为10μA以下。
图14中所示的实施例5的半导体光学放大器组件具有与实施例4中所述的半导体光学放大器组件相同的结构。反射镜104、半波长板105和透镜106安装在对准器300上。对准器300具体地由XYZ载物台构成。当下面的半导体光学放大器200的层压结构的厚度方向是Z方向，半导体光学放大器200的轴方向是X方向时，由对准器300分别在X、Y和Z方向移动反射镜104和透镜106。
在实施例5中，当来自激光光源100的激光束输入至半导体光学放大器200时，预定义的电压值(等于或小于内置电压)施加至半导体光学放大器200的第二部分262B。此外，调整半导体光学放大器200对于输入至半导体光学放大器200的激光束的相对位置，使得流过半导体光学放大器200的电流最大。
具体地，在实施例5中，当预定义的电压值V0施加至半导体光学放大器200，而来自激光光源100的激光束没有输入至半导体光学放大器200时，流过半导体光学放大器200的第二部分262B的电流表示为I1，以及当预定义的电压值V0施加至半导体光学放大器200，而来自激光光源100的激光束输入至半导体光学放大器200时，流过半导体光学放大器200的第二部分262B的电流表示为I2，调整半导体光学放大器200对于输入至半导体光学放大器200的激光束的相对位置，使得ΔI＝(I2-I1)的值最大。
图19示意性地示出当预定义的电压值施加至半导体光学放大器200并且来自激光光源100的激光束输入至半导体光学放大器200时，在Y方向上移动XYZ载物台时流过半导体光学放大器200的电流变化ΔI。流过半导体光学放大器200的电流变化随着在Y方向上移动XYZ载物台而单调增加，并且当电流到达最大值时，电流然后单调下降。这里，从半导体光学放大器200中输出的激光束的光输出功率的变化示出了与电流变化相同的变化。因此，调整半导体光学放大器200对于输入至半导体光学放大器200的激光束的相对位置，使得流过半导体光学放大器200的电流最大，因此从半导体光学放大器200发射的激光束的光输出功率也最大。
在实施例5的半导体光学放大器200中，当预定义的电压值V0施加至半导体光学放大器200，来自激光光源100的激光束输入至半导体光学放大器200，并且在Y方向移动XYZ载物台时，如图19中所示，施加至半导体光学放大器200的电压增加。即，来自半导体光学放大器200的光输出功率随着XYZ载物台的移动而增加，当这种现象发生时，由于光放大区域(载流子注入区域和增益区域)241中的载流子数目减少，所以流过半导体光学放大器200的电流增加以补偿载流子数目的减少。在实施例5中，基于这种现象提供了半导体光学放大器的对准方法和半导体光学放大器组件。可以由操作者移动对准器(XYZ载物台)300，或可以基于电压的测量结果根据半导体光学放大器控制器400的指示自动地移动对准器300。
在实施例5中，由于测量施加至半导体光学放大器200的电流以调整半导体光学放大器200对于输入至半导体光学放大器200的激光束的相对位置，可以进行位置调整的测量，而不需依赖外部监控器件。因此，可以精确地调整半导体光学放大器200对于输入至半导体光学放大器200的激光束的相对位置。
监控流过半导体光学放大器200的第二部分262B的电流I1和I2，因此可以监控半导体光学放大器200和锁模激光二极管器件10中的每个的操作状态。
可以通过与实施例1中所述的锁模激光二极管器件10相同的制造方法制造半导体光学放大器200，因此，省略该方法的详细描述。
如图20的概念图所示，利用光束分离器213提取从半导体光学放大器200输出的激光束的一部分光输出功率，并且通过透镜214输入至光电二极管215中，从而可以测量从半导体光学放大器200输出的激光束的光输出功率。当光输出功率偏离期望值时，再次执行实施例5中的半导体光学放大器的对准方法。具体地，当预定义的电压值V0施加至半导体光学放大器200，同时来自激光光源100的激光束输入至半导体光学放大器200时，重新调整半导体光学放大器200对于输入至半导体光学放大器200的激光束的相对位置，使得流过半导体光学放大器200的电流最大。当该重新调整的结果所获取的半导体光学放大器200对于输入至半导体光学放大器200的激光束的相对位置与重新调整之前半导体光学放大器200对于输入至半导体光学放大器200的激光束的相对位置相同时，则调整从半导体光学放大器200输出的激光束所穿过的光路。例如，通过将反光镜212安装在XYZ载物台216上可以执行这种调整。可以通过操作者移动XYZ载物台216，或可基于电压的测量结果和光电二极管215的测量结果根据半导体光学放大器控制器400的指示自动地移动XYZ载物台216。在图20中，由于在半导体光学放大器200的上游侧的半导体光学放大器组件的部件与实施例5中的半导体光学放大器200的上游侧的半导体光学放大器组件的部件相同，所以省略半导体光学放大器组件的这些部件的描述。使用该方法，使得在监控光输出功率中某些变化出现时，可以容易地确定这种变化是否由于半导体光学放大器200对于输入至半导体光学放大器200的激光束的相对位置发生改变(入射激光束和半导体光学放大器的光导之间的耦合效率的改变)。
[实施例6]
实施例6是实施例4的变形例，涉及根据本发明第二实施方式和第三实施方式的半导体光学放大器组件。图21A和图22分别示出了根据实施例6的本发明第二实施方式的半导体光学放大器组件的示意性透视图和组件的脊条状结构的示意性平面图，其中第二电极262的宽度比脊条状结构的宽度窄。这里，第二电极的宽度与脊条状结构的宽度的比值满足0.2至0.9(包括0.2和0.9)。可选地，图23A和图24分别示出了根据实施例6的本发明的第三实施方式的半导体光学放大器组件的示意性透视图和组件的脊条状结构的示意性平面图，其中当脊条状结构的最大宽度表示为Wmax时，满足Wmax＞Wout。这里，满足
0.2≤Wout/Wmax≤0.9。
尽管在图24中省略了第二电极262的说明，但是如同在实施例4中，在从对应于脊状部分的顶面的p型GaN接触层到p型AlGaN熔覆层的顶面的部分的区域上形成第二电极262。
除了没有设置非载流子注入区域之外，实施例6中的半导体光学放大器的结构或构造与实施例4中所述的半导体光学放大器的结构或构造相同，因此省略其详细描述。
如图12B中所示，当近场图像的宽度比Wout窄时，光场不稳定，这取决于驱动条件或光输出功率条件(诸如光密度、载流子的扩散长度和器件温度)。在实施例6中，可以使用上面所述的每个结构或构造来降低模式的不稳定性。
[实施例7]
实施例7是实施例6的变形例。图21B示出了图21A和图22中所示的半导体光学放大器的变形例的示意性透视图，图23B示出了图23A和图24中所示的半导体光学放大器的变形例的示意性透视图。如图中所示，在实施例7中，与图6不同，沿着半导体光学放大器的轴从光束输出端面在层压结构的某区域上方设置非载流子区域。除此之外，实施例7的半导体光学放大器的结构或构造与实施例6中所述的半导体光学放大器的结构或构造相同，因此省略其详细描述。即使在实施例7中，如同在实施例5中，也可通过分离槽将第二电极分离成第一部分和第二部分。
尽管在上文中已经通过优选的实施例描述了本发明，但是本发明并不限于这些实施例。实施例中所述的激光二极管组件、半导体光学放大器组件、锁模激光二极管器件和半导体光学放大器的结构或构造仅作为实施例示出，并可以适当地变更或改变。尽管实施例中已经示出各种值，但是这些值仅作为实施例示出。例如，不必说，如果改变要使用的激光二极管器件或半导体光学放大器的说明，则结构或构造也发生改变。
光发射区域41或可饱和吸收区域42的数目不限于一个。图25示出了具有第二电极的一个部分62A与第二电极上的两个第二部分62B1和62B2的锁模激光二极管器件的示意性端面图。在锁模激光二极管器件中，第一部分62A的一端与隔着一个分离槽62C1的一个第二部分62B1相对，第一部分62A的另一端与隔着一个分离槽62C2的另一第二部分62B2相对。此外，一个光发射区域41介于两个可饱和吸收区域421和422之间。图26示出了具有第二电极的两个第一部分62A1和62A2与和第二电极的一个第二部分62B的锁模激光二极管器件的示意性端面图。在锁模激光二极管器件中，第二部分62B的一端与隔着一个分离槽62C1的一个第一部分62A1相对，第二部分62B的另一端与隔着另一分离槽62C2的另一第一部分62A2相对。此外，一个可饱和的吸收区域41介于两个光发射区域411和412之间。
锁模激光二极管器件可以是具有倾斜波导的分离限制异质结构的倾斜脊条状型的激光二极管器件。图27示出了锁模激光二极管器件的脊状部分56′从上部观察时的概念图。该锁模激光二极管器件具有包括两个互相组合的线性脊状部分的结构，其中，两个脊部分的交叉角θ的值期望在例如0＜θ≤10(度)，优选为0＜θ≤6(度)的范围内。使用倾斜脊条状，使得具有防反射涂层的端面的反射率接近0％的理想值。因此，可以防止激光束在激光二极管内循环，可以有利地抑制包括在主激光束内的次激光束的生成。
虽然已经在作为实施例中的n型GaN基板21的极性平面的C平面或{0001}平面上设置了锁模激光二极管器件10，但可以在诸如A平面、{11-20}平面、M平面、{1-100}平面、或{1-102}平面的非极性平面，或是作为替代在诸如包括{11-24}平面和{11-22}平面的{11-2n}平面、{10-11}平面、或{10-12}平面的半极性平面上设置锁模激光二极管器件10。因此，即使在锁模激光二极管器件10的第三化合物半导体层中发生压电极化和自发极化，但是在第三化合物半导体层的厚度方向和在与第三化合物半导体层的厚度方向基本垂直的方向上几乎不会发生压电极化，这可以消除由于压电极化或自发极化产生的不利影响。{11-2n}平面指与C平面大约成40度的非极性平面。此外，当在非极性平面或半极性平面上设置锁模激光二极管器件10时，可以消除实施例3中所述的阱层的厚度限制(1nm以上10nm以下)和阻挡层的杂质掺杂浓度的限制(2*1018cm-3以上1*1020cm-3以下)。
此外，实施例5的变形例可以包括以下结构，其中预定义的电流值施加至半导体光学放大器，同时来自激光光源的激光束输入至半导体光学放大器，调整半导体光学放大器对于输入至半导体光学放大器的激光束的相对位置，使得施加至半导体光学放大器的电压最大。在这种情况中，测量从半导体光学放大器输出的激光束的光输出功率，当光输出功率偏离期望值时，预定义的电流值施加至半导体光学放大器，同时来自激光光源的激光束输入至半导体光学放大器，可以重新调整半导体光学放大器关于输入至半导体光学放大器的激光束的相对位置，使得施加至半导体光学放大器的电压最大。此外，当这种重新调整获得的半导体光学放大器对于输入至半导体光学放大器的激光束的相对位置与重新调整之前半导体光学放大器对于输入至半导体光学放大器的激光束的相对位置相同时，可以调整从半导体光学放大器输出的激光束穿过的光路。具体地，变形例可以包括以下结构，其中当预定义的电流值I0施加至半导体光学放大器，同时来自激光光源的激光束没有输入至半导体光学放大器时，施加至半导体光学放大器的电压表示为V1，以及当预定义的电流值I0施加至半导体光学放大器，同时来自激光光源的激光束输入至半导体光学放大器时，施加至半导体光学放大器的电压表示为V2，调整半导体光学放大器对于输入至半导体光学放大器的激光束的相对位置，使得ΔV＝(V2-V1)的值最大。预定义的电流值包括例如0＜ΔI≤20mA。
可选地，实施例5的变形例可以包括以下结构，其中，预定义的电压值施加至半导体光学放大器，同时来自激光光源的激光束输入至半导体光学放大器时，调整半导体光学放大器对于输入至半导体光学放大器的激光束的相对位置，使得施加至半导体光学放大器的电流最大。在该情况中，测量从半导体光学放大器输出的激光束的光输出功率，当光输出功率偏离期望值时，预定义的电压值施加至半导体光学放大器，同时来自激光光源的激光束输入至半导体光学放大器，可以重新调整半导体光学放大器对于输入至半导体光学放大器的激光束的相对位置，使得施加至半导体光学放大器的电流最大。此外，当这种重新调整的结果所获得的半导体光学放大器对于输入至半导体光学放大器的激光束的相对位置与重新调整之前半导体光学放大器对于输入至半导体光学放大器的激光束的相对位置相同时，则可以调整从半导体光学放大器输出的激光束穿过的光路。具体地，变形例可以包括以下结构，其中当预定义的电压V0施加至半导体光学放大器，同时来自激光光源的激光束没有输入至半导体光学放大器时，施加至半导体光学放大器的电流表示为I1，以及当预定义的电压值V0施加至半导体光学放大器，同时来自激光光源的激光束输入至半导体光学放大器时，施加至半导体光学放大器的电流表示为I2，调整半导体光学放大器对于输入至半导体光学放大器的激光束的相对位置，使得ΔI＝(I2-I1)的值最大。预定义的电压值包括例如0≤ΔV≤5V。
本发明包含涉及2010年10月26日提交于日本专利局的日本优先权专利申请JP2010-239457中所公开的主题，其整个内容以参考方式包括进本发明。
本领域的技术人员应当理解，取决于设计需求和其他因素，当所做出的操作在相关权利要求或其等价物的范畴内时，可以做出各种变形例、组合、再组合和变化。

Claims (13)

1.一种激光二极管组件，包括：
锁模激光二极管器件，其中光输出谱通过自相位调制示出长波长移动；
外部谐振器；和
波长选择元件，
其中，从所述锁模激光二极管器件穿过所述外部谐振器发射的脉冲激光束的长波分量被所述波长选择元件提取，并输出至外部。
2.根据权利要求1所述的激光二极管组件，其中，从所述锁模激光二极管器件穿过所述谐振器发射的脉冲激光束的光输出谱包含多个峰值，由所述波长选择元件提取所述多个峰值中的一个峰值，并输出至外部。
3.根据权利要求1所述的激光二极管组件，其中，所述外部谐振器由衍射光栅构成。
4.根据权利要求1所述的激光二极管组件，其中，所述外部谐振器由部分透射镜构成。
5.根据权利要求1所述的激光二极管组件，其中，所述波长选择元件由带通滤波器构成。
6.根据权利要求1所述的激光二极管组件，其中，所述波长选择元件由衍射光栅和用于选择从所述衍射光栅输出的一次以上的衍射光束的光阑构成。
7.根据权利要求1所述的激光二极管组件，其中，一第二波长选择元件设置在所述锁模激光二极管器件和所述外部谐振器之间。
8.根据权利要求7所述的激光二极管组件，其中，所述第二波长选择元件的波长选择光谱宽度比所述波长选择元件的波长选择光谱宽度更宽。
9.一种半导体光学放大器组件，包括：
半导体光学放大器，其中光输出谱通过自相位调制示出长波长移动；以及
波长选择元件，
其中，从所述半导体光学放大器输出的脉冲激光束的长波分量被所述波长选择元件提取，并输出至外部。
10.根据权利要求9所述的半导体光学放大器组件，其中，从所述半导体光学放大器组件输出的脉冲激光束的光输出谱包含多个峰值，由所述波长选择元件提取所述多个峰值中的一个峰值，并输出至外部。
11.根据权利要求9所述的半导体光学放大器组件，其中，所述波长选择元件由带通滤波器构成。
12.根据权利要求9所述的半导体光学放大器组件，其中，所述波长选择元件由衍射光栅和用于选择从所述衍射光栅输出的一次以上的衍射光束的光阑构成。
13.根据权利要求9所述的半导体光学放大器组件，其中，所述半导体光学放大器具有脊条状分离限制异质结构。
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