TWI261398B - A laser apparatus - Google Patents
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1261398 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 種 本發明係有關於一種雷射裝置，其特別有關於 使用光繞射元件(DOE)於該雷射裝置上。 【先前技術】 傳統之面射型雷射，其共振腔方向平行於長晶軸方 白由於面射型雷射的發光方向是由正面而非側面，所 以雷射光點會比較圓、發散角比較小且容易對準， 節省3午多封裴成本。然而，在CD或DVD之讀取頭裝 置中。往往需要三個雷射光點，其中一個光點讀取光碟 片上的資料，剩下二個光點用以尋執作用。若使用傳統 之面射型雷射，則需要三個以上的面射型雷射晶片用以 發出不同波長之雷射光，來讀取CD *DVD之光碟資 料如此-纟，便增加製造成本與電路裝置複雜化。 需要為了降低成本與電路裝置簡單化的考量。有 而奸供—種新的雷射裝置以克服先前技術的缺點有 【發明内容】
鑑於知技術H 置’可分散雷射光點，以應用於仏種田射衣 裝置。 用於或DVD之讀取頭 本發明之一目的在於提供— 元件配置於雷射晶片上，用以八種田射i置’將先繞射 77散為複數束不同方向與
FE008-P433-TW 5 1261398 角度之雷射光以達到能量均勻分佈。 為達上述目的，本發明提供一種雷射裝置，其包含 一作為雷射裝置本體之雷射晶片；一光繞射元件，其中 該光繞射元件係包含複數階光繞射單元晶格；以及該光 繞射元件係配置於該雷射晶片之雷射光出射端。 根據本發明之特徵，其中該光繞射元件之組成材料 係為GaP ;厚度不大於5um。該光繞射單元晶格之數目 係具有2的整數倍階數，且繞射角度不大於90度。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更 明顯易懂，下文特舉數個較佳實施例，並配合所附圖 式，作詳細說明如下。 【實施方式】 雖然本發明可表現為不同形式之實施例，但附圖所 示者及於下文中說明者係為本發明可之較佳實施例，並 請了解本文所揭示者係考量為本發明之一範例，且並非 意圖用以將本發明限制於圖示及/或所描述之特定實施 例中。 請參照第1圖，該圖所示為本發明所揭示之雷射裝 置200。該雷射裝置200係包含一雷射晶片100係作為 該雷射裝置200之本體；一光繞射元件210，係配置於 該雷射晶片1〇〇之雷射光出射端14〇;以及該光繞射元 件210係包含複數階光繞射單元晶格220。 更配合第2圖’為第1圖中之面射型雷射晶片
6 FE008-P433-TW 1261398 100 ◦其包含一基板160 ; — N型布拉格反射鏡i2〇， 係位於該基板160之上；一 P型布拉格反射鏡_ 量子井結構150,係位於該N型布拉格反射鏡12〇與該 P型布拉格反射鏡110之間；一雷射光出射端14〇，係 位於該P型布拉格反射鏡110之上；一對歐姆接觸電極 130，位於該雷射光出射端140之兩端。 該面射型雷射晶片100之基板160係選自於由下歹,j 群組中之材料所構成：監寶石、碳化石夕、氧化辞、玻璃、 氮化鎵與氮化銘。本發明所揭示之較佳實施例係選擇石申 化鎵(GaAs)做為基板160。 该雷射晶片100之量子井結構150之材料係為 〇如.443111〇 557?與（八10.5〇&〇.5)〇.5111〇.5?，但不限於前述各元 素之？辰度比例。該雷射晶片100之量子井結構15〇之厚 度分別介於5.0nm〜10nm，量子井150之個數不大於 5。本發明所揭不之面射型雷射晶片1 〇〇係使用碟化銘 鎵銦(AlGalnP)之磊晶薄膜，其可與GaAs基板擁有相同 的晶格常數，使蟲晶薄膜不會感受到應力，因此較不容 易產生晶體缺陷。 該布拉格反射鏡110與120為P型與N型之三五 族元素所構成之任何一種化合物。在N型布拉格反射 鏡120與p型布拉格反射鏡ho之高濃度載子摻雜層 中’其摻雜元素係選自鋅、石炭、鈹和錤所組成的族群中 之一種元素，以及傳導元素係選自鋅、鈹和鎂組成的族 群中之一種元素。
7 FE008-P433-TW 1261398 本發明所揭示之較佳實施例係選用A1〇5lnuP做 為P型布拉格反射鏡110以作為低折射率層的材"料。選 用（Al0.2Ga0.8)0.5In0.5P做為N型布拉格反射鏡係12〇之 高折射率層120的材料，其折射率分別介於3〜3.6之 間。其中，該N型布拉格反射鏡12〇與p型布拉格反 射鏡110之每一層厚度約為雷射光在各半導體層^波 長的四分之一（λ/4)，其值分別介於4〇nm〜5〇nm ^間。 其3中’N_type約3〇對，摻雜濃度介於2χ1〇24 γ〜3χ1〇24 之間；約20對，摻雜濃度介於2χ1024 m 3χ 1〇 m之間。该布拉格反射鏡no、i2〇之反射 率介於99.1%〜99.8%之間。需注意的是，該雷射晶片 1〇〇之發光波長不大於67〇nm且該雷射晶片1〇〇之歐姆 接觸電極係為Au與Zn所組成之一種合金13〇。 ^在CD或DVD的讀取頭裝置中，需要三個雷射光 點二其中一個光點讀取碟片上的資料，剩下二個光點用 以尋f作用。為使單一的雷射光點變成三個雷射光點， •，該讀取頭裝置中係採用光繞射元件 210。將使該雷射 曰曰片100所輸出的單一光束雷射光，經光繞射元件21〇 轉換成三束不同方向、可控制角度及能量分佈的雷射 光。其中該光繞射元件210係配置於該雷射晶片1〇〇 之雷射光出射端140 該光繞射元件210之基本原理係以相位調制的方 式’利用純量繞射理論或向量繞射理論；經過計算後得 到表面輪靡之變化。全像術(Holography)發明後，更進
8 FE008-P433-TW 1261398 一步的將繞射光學的概念與原理應用在微光學元件 上；如分光器與微小透鏡組(Lens lets)。光繞射元件的 基本設計流程係首先計算出特定波前的干涉圖形，即為 電月自全像片（c〇mputer_generated hologram，CGH)。再 由數位繪圖機輸出計算模擬後的干涉圖形，最後微縮影 到底片。藉由表面輪廓之變化調制入射面光場的相位， 控制出射面光場的相位，得到預定出射光空間能量的分 布。 请參照第3圖，該圖所示為配置於該雷射晶片1⑽ 上之光繞射元件210。配合第2圖以說明其使用方法。 其中λΐ係表示為該雷射晶片1〇〇之出射光線。經光繞 射元件210後將光線散射為三個不同方向，但能量均勻 性與波長均相同之雷射光束。其中一道光束240用以讀 取光碟片上之資料，剩下二道光束230用以尋軌作用。 该光繞射元件210之設計法則大致分為四種架構：第一 種是光程差法(optical path method);第二種是純量波繞 射理論（scalar diffraction theory);第三種是嚴格執合波 傳理論(rigorous coupled wave theory);第四種是等效介 質理論(effective medium theory)。目前的光繞射元件多 採用純量波繞射法設計。純量波繞射法係以光的波動現 象為基礎來描述光的繞射現象。又稱為傅氏光學 (fourier optics)。光的波動說認為波前(wavefront)上的每 一點都可以視為一個次級的（secondary)球面波源，即所 有新波源的波包會組成新的波前。該光繞射元件之工作
9 FE008-P433-TW 1261398 原理係為介質的折射率η與光繞射元件膜厚之關係 程式。根據入射光之波長與基板之折射率來設計經光轉 射兀件後光線之前進方向。其繞射效率與該光繞射元 210上之光繞射單元晶格220之數目有關，一妒今 越多階的光繞射單元晶格220可得到更高之效率。需注 意的是，為了设計上的方便，其中該光繞射元件2忉 上之光繞射單元晶格220之數目係具有2的整數倍階 數，且該光繞射元件210係為週期性結構。該複數個^ • 繞射元件210之母膜厚度不大於l〇um，且其繞射角度 不大於90度。在發明中，該複數個光繞射元件之繞= 效率不大於98%。 ^ 請參考第4圖，其顯示為光繞射元件21〇之設計流 程。首先計算出射光之繞射效率與繞射角度，經程式= 析以決定光繞射單元晶格220之結構、厚度與週期。本 發明所揭示之光繞射元件21〇之光繞射單元晶袼 220，其較佳實施例係為步階式週期性結構、母膜厚度 約為5um以下與8階週期以下。 、又 配合第3圖以說明光繞射元件21〇製程上， 的製造方法大至上有三種：全像紀錄、光罩微影(黃光 微影）製程和直接紀錄。本發明較佳實施例係採用但不 =於為光罩微影(黃输影）製^在透明之基板，如石 英，玻璃基板、錮錫氧化物厚膜(IT〇)或透明光阻，以 傳統光罩微影(黃光微影)製程製作。為了製作不同深度 之光繞射單兀晶格220，可採用多次黃光微影與蝕刻製
10 FE008-P433-TW 1261398 t’由於★阻在灰階光罩不同顏色 :度=不同曝光深度，因此可達到不喊度之光繞射 :=曰8^0°該光阻係採用但不限於仏正光阻系列 與SU-8負光阻系列’其他厚膜光阻亦可實施。 :方面’在光繞射凡件210白勺製程上，微機電製 =山:、Γ導體製程技術或準分子雷射製程等方式可製 作出奈米尺度之光繞射元件元件。由於微機電製程 (MEMS)技術的快速發展與元件微小化的需求，光繞 射=件210的光繞射單兀晶格22G製程亦可使用類微微 枝迅之LIGA製程’亦即是先於石夕基版利用上半導體製 程做出類似光繞射單元晶格22G之母模。再披覆一層透 明的聚石夕氧烧類高分子聚合物pDMS或其相似物，待 烘烤過锋脫模即可得到厚度約為5um左右之光繞射元 件210，在母膜的背面重複上述之製程步驟，即可製作 互補式結構的光繞射元件21〇。該光繞射元件21〇之光 繞射單元晶格220係具有2的整數倍階數，其較佳實施 例係為4階。该複數個光繞射元件21 〇之平坦面最後 係配置於透明基板之表面。需注意的是，本發明所揭示 之該光繞射元件210之較佺實施例，其該光繞射元件 21〇之母膜係由分子束磊晶（MBE)技術成長。 另一個DOE製程的實施例係配合第2圖說明如 下。本發明係採用分子束磊晶（MBE)技術，用以成長本 發明所揭示之光繞射元件210之母膜。該分子束磊晶技 術係以真空蒸鍍的方式進行磊晶，蒸發的分子以極高的
11 FE008-P433-TW !261398 熱速率，直線前進到磊晶基板 式’控制蒸發分子束，獲得超陡介面:門阻隔的方 :⑽高能量電子繞射振盈現象
了工猫日日層成長厚度的能力， X 達到單原子層，因此可以餘且制精確度，可以 1⑽心)結構。因此，在#工/成長超晶格（super 二°亥光繞射兀件210係為P型與N型之 元素所構成之任何—種化合物。本發明所揭示之 ^ 、丸射兀件210組成材料之較佳實施例係為本 ’二明所揭示之較佳實施例，其光繞射元件21〇之母膜係 550。(：〜650°C之製程溫度下成長。. I'綵上所述，本發明揭示之雷射裝置包含光繞射元件 °咳光繞射元件210係具有使單一雷射光點分散為 方^雷射光點之特點，以及具有將光線散射為三個不同 故^，隹能量均勻性與波長均相同之雷射光束之優點。 可應用於CD或DVD之讀取頭裝置。 以雖然本發明已以前述較佳實施例揭示，然其並非用 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之 稽神$ 〇 釋和範圍内，當可作各種之更動與修改。如上述的解 都γ以作各型式的修正與變化，而不會破壞此發明 自勺、丄 1神。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範 圍所界定者為準。
12 FE008-P433-TW 1261398 【圖式簡單說明】 為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能 更明顯，下文特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖 示，作詳細說明如下： 第1圖顯示為本發明所揭示之雷射裝置； 第2圖顯示為第1圖中之雷射晶片元件100 第3圖顯示為配置於該雷射晶片上之光繞射元件； 以及 第4圖顯示為光繞射元件之設計流程。 【主要元件符號說明】 100面射型雷射晶片 110 P型布拉格反射鏡 120 N型布拉格反射鏡 130歐姆接觸電極 140雷射光出射端 150量子井 160基板 200雷射裝置 210光繞射元件 220光繞射單元晶格 230用以尋執作用之雷射光束 240用以讀取光碟資料之雷射光束
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Claims (1)
1261398 十、申請專利範圍： 1. 一種雷射裝置，其包含： 一雷射晶片，其係一面射型雷射元件；及 一光繞射元件，係配置於該雷射晶片之一雷射光出 射端，其中該光繞射元件包含複數階光繞射單元晶 格。 2. 如專利申請範圍第1項之雷射裝置，其中該雷射晶 片包含： 一基板； 一 N型布拉格反射鏡，係位於該基板之上； 一P型布拉格反射鏡； 一量子井結構，係位於該N型布拉格反射鏡與該P 型布拉格反射鏡之間； 一雷射光出射端，係位於該P型布拉格反射鏡之 上；及 一對歐姆接觸電極，位於該雷射光出射端之兩端。 3. 如專利申請範圍第2項之雷射裝置，其中形成該雷 射晶片之基板係選自於由下列群組中之材料所構 成··藍寶石、碳化矽、氧化鋅、玻璃、氮化鎵與氮 化鋁。 4.如專利申請範圍第2項之雷射裝置，其中該布拉格 14 FE008-P433-TW 1261398 反射鏡係為p型與N型之三五族元素所構成之任何 一種化合物。 5·如專利申請範圍第1項之雷射裝置，其中該雷射晶 片之發光波長不大於670nm。 6·如專利申請範圍第2項之雷射裝置，其中該歐姆接 觸電極係為Au/Zn之合金。 7·如專利申請範圍第2項之雷射裝置，其中該量子井 結構係為 GaG.443In().557P 以及(AlwGauVjnuP 交錯 形成。 8.如專利申請範圍第7項之雷射裝置，其中該量子井 名。構之厚度係介於5.〇nm〜l〇nm。 9·如專利申請範圍第11項之雷射裝置，其中該量子井 個數不大於5 〇 10. 如專利申請範圍第11項之雷射裝置，其中該雷射晶 片之低折射率層與高折射率層之材料分別為 A^no.sP 與（Al0.2Ga〇.8)〇.5In0.5P 9 11. 如專利中請範圍第2項之雷射裝置，其中該布拉格 FE008-P433-TW 15 1261398 反射鏡之低折射率層與高折射率層之折射率分別介 於3〜3.6之間。 12. 如專利申請範圍第11項之雷射裝置，其中該布拉格 反射鏡之厚度介於40nm〜50nm之間。 13. 如專利申請範圍第1項之雷射裝置，其中該光繞射 元件係為P型與N型之三五族元素所構成之任何一 種化合物。 14. 如專利·申請範圍第15項之雷射裝置，其中該光繞射 元件之組成材料係為GaP。 15. 如專利申請範圍第1項之雷射裝置，其中該光繞射 元件之厚度不大於5um。 16. 如專利申請範圍第1項之之雷射裝置，其中該光繞 射單元晶格之數目係具有2的整數倍階數。 17. 如專利申請範圍第1項之之雷射裝置，其中該光繞 射元件係用於分散為複數束不同方向與角度之雷射 光以達到能量均勻分佈。 18. 如專利申請範圍第1項之之雷射裝置，其中該光繞 16 FE008-P433-TW 1261398 射元件之繞射角度不大於90度。 19. 如專利申請範圍第1項之之雷射裝置，其中形成該 光繞射元件之基板係為玻璃基板、銦錫氧化物厚膜 與透明光阻中之一種材料。 20. 如專利申請範圍第1項之之雷射裝置，其中該光繞 射元件以微機電製程所製作。
17 FE008-P433-TW
Priority Applications (1)
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| TW94136219A TWI261398B (en) | 2005-10-17 | 2005-10-17 | A laser apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
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| TW94136219A TWI261398B (en) | 2005-10-17 | 2005-10-17 | A laser apparatus |
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Family
ID=37876185
Family Applications (1)
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| TW94136219A TWI261398B (en) | 2005-10-17 | 2005-10-17 | A laser apparatus |
Country Status (1)
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Families Citing this family (1)
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2005
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