專利名稱：激光二極管元件組件及其驅(qū)動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種激光二極管元件組件及其驅(qū)動(dòng)方法。
背景技術(shù)：
近來，對(duì)于使用脈沖寬度在阿秒范圍或飛秒范圍內(nèi)的激光的前沿科學(xué)領(lǐng)域中的研究，已經(jīng)廣泛使用了超短脈沖/超高功率激光器。此外，期望由GaN基化合物半導(dǎo)體制成的發(fā)光波長為405nm的高功率/超短脈沖激光二極管元件用作有望成為藍(lán)光光盤系統(tǒng)之后的下一代光盤系統(tǒng)的體積型光盤系統(tǒng)(volumetric optical disk system)的光源,或用作在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、生物成像領(lǐng)域等所需的光源。作為超短脈沖/超高功率激光器，例如，鈦/藍(lán)寶石激光器是人們所熟知的，然而，鈦/藍(lán)寶石激光器是ー種昂貴的大型固體激光光源，這是技術(shù)傳播的主要障礙。如果通過 使用激光二極管或激光二極管元件實(shí)現(xiàn)超短脈沖/超高功率激光器，可以認(rèn)為將會(huì)獲得短脈沖/超高功率激光器的尺寸的大幅減小、價(jià)格和功耗的大幅降低，以及短脈沖/超高功率激光器的高穩(wěn)定性，從而可以在推動(dòng)超短脈沖/超高功率激光器廣泛用于這些領(lǐng)域上取得突破。另ー方面，自20世紀(jì)60年代以來，在通信領(lǐng)域中人們已經(jīng)進(jìn)行了積極的研究以嘗試縮短激光二極管元件的脈沖。作為在激光二極管元件中產(chǎn)生短脈沖的方法，增益開關(guān)方法(gain switching method),損耗開關(guān)方法(Q開關(guān)方法)以及鎖模方法為人們所熟知,在這些方法中，激光二極管元件與半導(dǎo)體放大器、非線性光學(xué)元件、光纖等結(jié)合，g在獲得更高的功率。鎖模進(jìn)一步分為主動(dòng)鎖模和被動(dòng)鎖摸。為了生成基于主動(dòng)鎖模的光脈沖，激光ニ極管元件的外部諧振器結(jié)構(gòu)利用反射鏡或透鏡構(gòu)成，并對(duì)激光二極管元件進(jìn)行射頻(RF)調(diào)制。另ー方面，在被動(dòng)鎖模中，當(dāng)使用具有多電極結(jié)構(gòu)的激光二極管元件時(shí)，允許通過簡單的DC驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生光脈沖。在激光光源中，獲得更高功率是ー個(gè)主要問題。此外，為了便于將激光二極管元件用作光源，通常期望從激光二極管元件發(fā)出的激光為單模光。這些問題不僅是激光脈沖振蕩方面的主要問題，而且也是連續(xù)波振蕩方面的主要問題。作為放大來自激光光源的光的方法，考慮半導(dǎo)體光放大器(SOA)。這里,光放大器為直接放大以光的形式的光信號(hào)而沒有將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的放大器，光放大器為不具有諧振器的激光器結(jié)構(gòu)，并通過其光増益放大入射光。然而，為了降低制造成本，極其需要ー種配置簡單的不具有諸如光放大器的光學(xué)部件的光源。

發(fā)明內(nèi)容
為了獲得基于鎖模方法的激光二極管元件驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)定性，或減小激光二極管元件的尺寸，例如，通過日本未審查專利申請(qǐng)公開第2002-164614和2006-041400號(hào)，具有外部諧振器的激光二極管元件組件是已知的。然而，這些專利文獻(xiàn)中，并未提及獲得更高功率的技木。
因此，期望提供一種能夠獲得更高功率并發(fā)出激光的激光二極管元件組件，以及驅(qū)動(dòng)該激光二極管元件組件的方法。根據(jù)本發(fā)明第一或第二實(shí)施方式，提供ー種激光二極管元件組件，包括激光二極管元件(半導(dǎo)體激光元件)；以及光反射器，其中，激光二極管元件包括(a)層壓結(jié)構(gòu)體，所述層壓結(jié)構(gòu)體通過順序?qū)訅河蒅aN基化合物半導(dǎo)體制成的第一導(dǎo)電型第一化合物半導(dǎo)體層，由GaN基化合物半導(dǎo)體制成且包括發(fā)光區(qū)域的第三化合物半導(dǎo)體層，以及由GaN基化合物半導(dǎo)體制成的第二導(dǎo)電型第二化合物半導(dǎo)體層而構(gòu)成，第ニ導(dǎo)電型與第一導(dǎo)電型不同，(b)第二電極，形成在第二化合物半導(dǎo)體層上，以及 (C)第一電極，電連接至第一化合物半導(dǎo)體層，層壓結(jié)構(gòu)體包括脊條形結(jié)構(gòu)。在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的激光二極管元件組件中，激光從脊條形結(jié)構(gòu)的第一端面發(fā)出，激光的一部分被光反射器反射返回至激光二極管元件，激光的其余部分通過光反射器向外界出射，激光被脊條形結(jié)構(gòu)的第二端面反射，脊條形結(jié)構(gòu)的最小寬度Wmin和最大寬度Wmax滿足I く Wmax/Wmin < 3. 3或6彡ffmax/ffmin彡13. 3。應(yīng)注意的是，脊條形結(jié)構(gòu)的第一端面的寬度和脊條形結(jié)構(gòu)的第二端面的寬度優(yōu)選地，但非絕對(duì)地分別為最大寬度Wmax和最小寬度Wmin。上述情況也適用于后文描述的根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)激光二極管元件組件的方法。在根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的激光二極管元件組件中，激光從脊條形結(jié)構(gòu)的第一端面發(fā)出，激光被光反射器反射返回激光二極管元件，激光的一部分從脊條形結(jié)構(gòu)的第二端面向外界出射，脊條形結(jié)構(gòu)的最小寬度Wmin和最大寬度Wmax滿足I < Wmax/Wmin < 3. 3或6 Wmax/Wmin 13. 3。應(yīng)注意的是,脊條形結(jié)構(gòu)的第一端面的寬度和脊條形結(jié)構(gòu)的第二端面的寬度優(yōu)選地，但非絕對(duì)地分別為最大寬度Wmax和最小寬度wmin。上述情況也適用于后文描述的根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)激光二極管元件組件的方法。根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式，提供了ー種激光二極管元件組件，包括激光二極管元件；以及外部諧振器，其中，激光二極管元件包括(a)層壓結(jié)構(gòu)體，所述層壓結(jié)構(gòu)體通過順序?qū)訅河蒅aN基化合物半導(dǎo)體制成的第一導(dǎo)電型第一化合物半導(dǎo)體層，由GaN基化合物半導(dǎo)體制成且包括發(fā)光區(qū)域的第三化合物半導(dǎo)體層，以及由GaN基化合物半導(dǎo)體制成的第二導(dǎo)電型第二化合物半導(dǎo)體層而構(gòu)成，第ニ導(dǎo)電型與第一導(dǎo)電型不同，(b)第二電極，形成在第二化合物半導(dǎo)體層上，以及(C)第一電極，電連接至第一化合物半導(dǎo)體層，層壓結(jié)構(gòu)體包括脊條形結(jié)構(gòu)，激光從脊條形結(jié)構(gòu)的第一端面發(fā)出，激光被外部諧振器反射返回至激光二極管元件，從脊條形結(jié)構(gòu)的第一端面或第二端面發(fā)出的激光向外界出射，脊條形結(jié)構(gòu)的最小寬度Wmin和最大寬度Wmax滿足I く Wmax/Wmin < 3. 3或6彡Wmax/U 13.3。應(yīng)注意的是，脊條形結(jié)構(gòu)的第一端面的寬度和脊條形結(jié)構(gòu)的第二端面的寬度優(yōu)選地，但非絕對(duì)地分別為最大寬度Wmax和最小寬度wmin。上述情況也適用于后文描述的根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式驅(qū)動(dòng)激光二極管元件組件的方法。根據(jù)本發(fā)明的第一或第二實(shí)施方式，提供了ー種驅(qū)動(dòng)激光二極管元件組件的方法，所述激光二極管元件組件包括激光二極管元件和光反射器，所述激光二極管元件包括(a)層壓結(jié)構(gòu)體，所述層壓結(jié)構(gòu)體通過順序?qū)訅河蒅aN基化合物半導(dǎo)體制成的第一導(dǎo)電型第一化合物半導(dǎo)體層，由GaN基化合物半導(dǎo)體制成且包括發(fā)光區(qū)域的第三化合物半導(dǎo)體層，以及由GaN基化合物半導(dǎo)體制成的第二導(dǎo)電型第二化合物半導(dǎo)體層而構(gòu)成，第ニ導(dǎo)電型與第一導(dǎo)電型不同， (b)第二電極，形成在第二化合物半導(dǎo)體層上，(C)第一電極，電連接至第一化合物半導(dǎo)體層，第三化合物半導(dǎo)體層進(jìn)一步包括飽和吸收區(qū)域(saturable absorption region,可飽和吸收區(qū)域)，第二電極由第一部分和第二部分構(gòu)成，第一部分被配置為使電流通過發(fā)光區(qū)域流至第一電極而產(chǎn)生正向偏壓狀態(tài)，第二部分被配置為向飽和吸收區(qū)域施加電場，第二電極的第一部分和第二部分被隔離槽隔開，層壓結(jié)構(gòu)體包括脊條形結(jié)構(gòu)，在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)激光二極管元件組件的方法中，在激光二極管元件組件中，激光從脊條形結(jié)構(gòu)的第一端面發(fā)出，激光的一部分被光反射器反射返回至激光二極管元件，激光的其余部分通過光反射器向外界出射，激光被脊條形結(jié)構(gòu)的第二端面反射，脊條形結(jié)構(gòu)的最小寬度Wmin和最大寬度Wmax滿足I く Wmax/Wmin < 3. 3或6彡Wmax/Wmin^ 13. 3，以及在根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)激光二極管元件組件的方法中，在激光二極管元件組件中，激光從脊條形結(jié)構(gòu)的第一端面發(fā)出，激光被光反射器反射返回至激光二極管元件，激光的一部分從脊條形結(jié)構(gòu)的第二端面向外界出射，脊條形結(jié)構(gòu)的最小寬度Wmin和最大寬度Wmax滿足I く Wmax/Wmin < 3. 3或6彡Wmax/U 13.3。根據(jù)本發(fā)明第一或第二實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)激光二極管元件組件的方法包括使電流通過第二電極的第一部分以及發(fā)光區(qū)域流至第一電極的同時(shí)，使電流通過第一電極以及飽和吸收區(qū)域流至第二電極的第二部分，從而使得執(zhí)行脈沖振蕩；使電流通過第二電極的第一部分以及發(fā)光區(qū)域流至第一電極的同時(shí)，使電流通過第二電極的第二部分以及發(fā)光區(qū)域流至第一電極，或不使電流通過第二電極的第二部分以及發(fā)光區(qū)域流至第一電極，從而使得執(zhí)行連續(xù)波振蕩。應(yīng)注意的是，“使電流流至”等同于施加電壓。上述情況也適用于下列描述。此外，在使電流通過第二電極的第一部分以及發(fā)光區(qū)域流至第一電極的同時(shí)使電流通過第二電極的第二部分以及發(fā)光區(qū)域流至第一電極的情況下，例如，第二電極的第一部分和第二部分可能會(huì)短路。上述情況也適用于下述實(shí)施方式。應(yīng)注意的是，脈沖振蕩優(yōu)選是單模脈沖振蕩，連續(xù)波振蕩優(yōu)選是單模連續(xù)波振蕩。上述情況也適用于下述實(shí)施方式。根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式，提供了ー種驅(qū)動(dòng)激光二極管元件組件的方法，所述激光二極管元件組件包括激光二極管元件和外部諧振器，所述激光二極管元件包括(a)層壓結(jié)構(gòu)體，所述層壓結(jié)構(gòu)體通過順序?qū)訅河蒅aN基化合物半導(dǎo)體制成的第一導(dǎo)電型第一化合物半導(dǎo)體層，由GaN基化合物半導(dǎo)體制成且包括發(fā)光區(qū)域的第三化合物半導(dǎo)體層，以及由GaN基化合物半導(dǎo)體制成的第二導(dǎo)電型第二化合物半導(dǎo)體層而構(gòu)成，第ニ導(dǎo)電型與第一導(dǎo)電型不同，(b)第二電極，形成在第二化合物半導(dǎo)體層上，以及(C)第一電極，電連接至第一化合物半導(dǎo)體層，第三化合物半導(dǎo)體層進(jìn)ー步包括飽和吸收區(qū)域，第二電極由第一部分和第二部分構(gòu)成，第一部分被配置為使電流通過發(fā)光區(qū)域流至第一電極而產(chǎn)生正向偏壓狀態(tài)，第二部分被配置為向飽和吸收區(qū)域施加電場，第二電極的第一部分和第二部分被隔離槽隔開，層壓結(jié)構(gòu)體包括脊條形結(jié)構(gòu)，激光從脊條形結(jié)構(gòu)的第一端面發(fā)出，激光被外部諧振器反射返回至激光二極管元件，從脊條形結(jié)構(gòu)的第一端面或第二端面發(fā)出的激光向外界出射，脊條形結(jié)構(gòu)的最小寬度Wmin和最大寬度Wmax滿足I く Wmax/Wmin < 3. 3或6彡Wmax/Wfflin^ 13.3,所述方法包括使電流通過第二電極的第一部分以及發(fā)光區(qū)域流至第一電極的同時(shí)，使電流通過第一電極以及飽和吸收區(qū)域流至第二電極的第二部分，從而使得執(zhí)行脈沖振蕩；使電流通過第二電極的第一部分以及發(fā)光區(qū)域流至第一電極的同時(shí)，使電流通過第二電極的第二部分以及發(fā)光區(qū)域流至第一電極，或不使電流通過第二電極的第二部分以及發(fā)光區(qū)域流至第一電極，從而使得執(zhí)行連續(xù)波振蕩。在根據(jù)本發(fā)明第一至第三實(shí)施方式的激光二極管元件組件和驅(qū)動(dòng)激光二極管元件組件的方法中，包括了脊條形結(jié)構(gòu)，所述脊條形結(jié)構(gòu)具有外部諧振器結(jié)構(gòu)以及所謂的喇叭狀結(jié)構(gòu)，所述喇叭狀結(jié)構(gòu)具有最小寬度Wmin和最大寬度Wmax之間的是指定關(guān)系，從而獲得了更高的功率。應(yīng)理解的是，前述一般描述和下列詳細(xì)描述是示例性的，g在對(duì)所要求的技術(shù)提供進(jìn)ー步的說明。


包括附圖以進(jìn)ー步理解本發(fā)明，附圖結(jié)合并構(gòu)成說明書的一部分。附圖與說明書一起示出了實(shí)施方式，以用來說明技術(shù)原理。圖IA和IB是實(shí)施例I的激光二極管元件組件的概圖，圖IC是實(shí)施例I或?qū)嵤├?中激光二極管元件的平面示意圖。、
圖2A和2B是實(shí)施例I或?qū)嵤├?中激光二極管元件的變形的平面示意圖。圖3是沿諧振器延伸方向截取的實(shí)施例I或?qū)嵤├?中激光二極管元件的端面示意圖(沿XZ平面截取的端面示意圖)。圖4是沿與諧振器延伸方向垂直的方向截取的實(shí)施例I或?qū)嵤├?中激光二極管元件的示意性截面圖(沿YZ平面截取的示意性截面圖)。圖5A和5B是實(shí)施例2的激光二極管元件組件的概圖。圖6A 和 6B 是分別示出了在 (Wmin, Wmax) = (I. 5 μ m, 2. 5 μ m)(實(shí)施例 1A)的情況下脈沖振蕩近場圖像和連續(xù)波振蕩近場圖像的示意圖。圖7A 至 7C 是分別示出了在(Wmin，Wmax) = (I. 5 μ m, 5. O μ m)(參考例 IB)的情況下脈沖振蕩近場圖像和連續(xù)波振蕩近場圖像，以及對(duì)比例IB中的近場圖像的示意圖。圖8A 至 8C 是分別示出了在(Wmin, Wmax) = (I. 5 μ m, 10. O μ m)(實(shí)施例 1C)的情況下脈沖振蕩近場圖像和連續(xù)波振蕩近場圖像，以及對(duì)比例IC中的近場圖像的示意圖。圖9A 至 9C 是分別示出了在(Wmin, Wmax) = (I. 5 μ m, 15. O μ m)(實(shí)施例 ID)的情況下脈沖振蕩近場圖像和連續(xù)波振蕩近場圖像，以及對(duì)比例ID中的近場圖像的示意圖。圖IOA 至 IOC 是分別示出了在(Wmin, Wmax) = (I. 5 μ m, 20. O μ m)(實(shí)施例 IE)的情況下脈沖振蕩近場圖像和連續(xù)波振蕩近場圖像，以及對(duì)比例IE中的近場圖像的示意圖。圖IlA 至 IlC 是分別示出了在(Wmin, Wmax) = (2. 5 μ m, 15. O μ m)(實(shí)施例 1F)的情況下脈沖振蕩近場圖像和連續(xù)波振蕩近場圖像，以及對(duì)比例IF中的近場圖像的示意圖。圖12是示出了實(shí)施例I的激光二極管元件組件中脊條形結(jié)構(gòu)(ridge stripestructure)的寬度和從脈沖振蕩激光二極管元件組件發(fā)出的激光的脈沖能量之間的關(guān)系的曲線圖。圖13是沿諧振器延伸方向截取的實(shí)施例I或?qū)嵤├?中激光二極管元件的端面示意圖(沿XZ平面截取的端面示意圖)。圖14是實(shí)施例I或?qū)嵤├?中激光二極管元件的變形的脊條形結(jié)構(gòu)的示意性頂視圖。圖15A和15B是用于描述制造實(shí)施例I中的激光二極管元件的方法的基板等的示意性局部截面圖。圖16A和16B是繼圖15B之后用于描述制造實(shí)施例I中的激光二極管元件的方法的基板等的示意性局部截面圖。圖17是繼圖16B之后用于描述制造實(shí)施例I中的激光二極管元件的方法的基板等的示意性局部截面圖。圖18A和18B是實(shí)施例I或?qū)嵤├?中激光二極管元件的變形的平面示意圖。
具體實(shí)施例方式將參照實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述。然而，本發(fā)明并不限于此，實(shí)施例中的各種值和材料以示例的方式給出。應(yīng)注意的是，將按下列順序進(jìn)行描述。I.根據(jù)本發(fā)明第一至第三實(shí)施方式的激光二極管元件組件及其驅(qū)動(dòng)方法，及概述2.實(shí)施例I (根據(jù)本發(fā)明第一和第三實(shí)施方式的激光二極管元件組件及其驅(qū)動(dòng)方法)
3.實(shí)施例2 (根據(jù)本發(fā)明第二和第三實(shí)施方式的激光二極管元件組件及其驅(qū)動(dòng)方法)，及其他[根據(jù)本發(fā)明第一至第三實(shí)施方式的激光二極管元件組件及其驅(qū)動(dòng)方法，及概述]在根據(jù)本發(fā)明第一至第三實(shí)施方式的激光二極管元件組件或根據(jù)本發(fā)明第一至第三實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)該激光二極管元件組件的方法中，光反射器或外部諧振器由反射鏡(在根據(jù)本發(fā)明第一和第三實(shí)施方式的激光二極管元件組件或根據(jù)本發(fā)明第一和第三實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)該激光二極管元件組件的方法中為半反射鏡，在根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的激光二極管元件組件或驅(qū)動(dòng)該激光二極管元件組件的方法中為全反射鏡)、啁啾鏡(chirpedmirror)、體布拉格光柵(VBG)或光纖布拉格光柵(FBG)構(gòu)成。在根據(jù)本發(fā)明第一至第三實(shí)施方式的包括上述優(yōu)選配置的激光二極管元件組件中，或根據(jù)本發(fā)明的第一至第三實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)激光二極管元件組件的方法中，向外界出射的激光優(yōu)選為單模光。這里，“單?！?單橫模)表示在橫模近場圖像的光強(qiáng)度分布中觀察到一個(gè)或多個(gè)光強(qiáng)度峰，光強(qiáng)度峰之一的光強(qiáng)度構(gòu)成總光強(qiáng)度的80%以上，優(yōu)選90%以上。在根據(jù)本發(fā)明第一至第三實(shí)施方式的包括上述優(yōu)選配置的激光二極管元件組件中，或根據(jù)本發(fā)明第一至第三實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)激光二極管元件組件的方法中，如上所述，脊條形結(jié)構(gòu)具有所謂的喇機(jī)狀結(jié)構(gòu)(flare structure),脊條形結(jié)構(gòu)的最小寬度Wmin優(yōu)選滿足I X 10_6m彡Wmin彡3 X 10_6m。在最小寬度Wmin小于I X 10_6m的情況下，不可能獲得具有所期望的光強(qiáng)度的激光二極管元件組件，在最小寬度Wmin超過3 X 10-6m的情況下，從激光二極管元件組件發(fā)出的激光不能變?yōu)閱文９?。?dāng)脊條形結(jié)構(gòu)的最小寬度Wmin在上述范圍內(nèi)時(shí)，可獲得單橫模激光。此外，在根據(jù)本發(fā)明第一至第三實(shí)施方式的包括上述各種優(yōu)選配置的激光二極管元件組件中，第三化合物半導(dǎo)體層可進(jìn)ー步包括飽和吸收區(qū)域，第二電極可由第一部分 和第二部分構(gòu)成，第一部分被配置為使電流通過發(fā)光區(qū)域流至第一電極而產(chǎn)生正向偏壓狀態(tài)，第二部分被配置為向飽和吸收區(qū)域施加電場，第二電極的第一部分和第二部分可以通過隔離槽隔開。應(yīng)注意的是，為方便起見，具有這種配置和結(jié)構(gòu)的激光二極管元件，或在根據(jù)本發(fā)明第一至第三實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)激光二極管元件組件的方法中的激光二極管元件可以被稱為“多電極型激光二極管元件”。在根據(jù)本發(fā)明第一至第三實(shí)施方式的激光二極管元件組件的多電極型激光二極管元件中，向外界出射的激光可以是脈沖振蕩激光。應(yīng)注意的是，在包括這樣的模式的多電極型激光二極管元件中，或在驅(qū)動(dòng)根據(jù)本發(fā)明的第一至第三實(shí)施方式的包括上述優(yōu)選配置的激光二極管元件組件的方法中，飽和吸收區(qū)域優(yōu)選設(shè)置在層壓結(jié)構(gòu)體的一部分中，該部分被設(shè)置為靠近與面向光反射器或外部諧振器的端面相對(duì)的端面(向外界出射激光的端面)，或飽和吸收區(qū)域優(yōu)選被設(shè)置為靠近層壓結(jié)構(gòu)體中與向外界出射激光的端面相對(duì)的端面?？蛇x地，在根據(jù)本發(fā)明第一至第三實(shí)施方式的包括上述優(yōu)選配置、模式和多電極型激光二極管元件的激光二極管元件組件中，向外界出射的激光可以是連續(xù)波振蕩激光。在從多電極型激光二極管元件向外界出射的激光為連續(xù)波振蕩激光的情況下，例如，第二電極的第一部分和第二部分可能短路，或者，電流不能流過第二電極的第二部分。
在根據(jù)本發(fā)明第一至第三實(shí)施方式的包括上述優(yōu)選配置和模式的激光二極管元件組件或其驅(qū)動(dòng)方法中，期望從激光二極管元件組件發(fā)射的激光的光強(qiáng)度Ewt滿足Ewt/E0彡I. 5，其中，假設(shè)Wmin = Wmax成立，則向外界出射的激光的光強(qiáng)度為も。在包括上述優(yōu)選的各種配置和模式的多電極型激光二極管元件中，期望第二電極的第一部分和第二部分之間的電阻為第二電極和第一電極之間的電阻的IX10倍以上，優(yōu)選I X IO2倍以上，更優(yōu)選I X IO3倍以上?？蛇x地，期望第二電極的第一部分和第二部分之間的電阻為I Xio2 Ω以上，優(yōu)選I XlO3 Ω以上，更優(yōu)選I XlO4 Ω以上。在這樣的多電極型激光二極管元件中，第二電極的第一部分和第二部分之間的電阻為第二電極和第一電極之間的電阻的1X10倍以上，或?yàn)?Χ102Ω以上。因此，允許可靠地抑制從第二電極的第一部分流向第二部分的漏電流。換句話說，允許增加施加至飽和 吸收區(qū)域(載流子非注入?yún)^(qū)域)的反向偏置電壓以用于脈沖振蕩。因此，可以以具有短脈沖寬度的激光的單模實(shí)現(xiàn)鎖模操作。然后僅通過隔離槽將第二電極分成第一部分和第二部分就可以實(shí)現(xiàn)第二電極的第一部分和第二部分之間的高電阻。此外，在包括上述優(yōu)選配置和模式的多電極型激光二極管元件中，第三化合物半導(dǎo)體層具有但不限于包括阱層和阻擋層的量子阱結(jié)構(gòu)，阱層的厚度在Inm至IOnm(包括兩端點(diǎn))的范圍內(nèi)，優(yōu)選在Inm至8nm(包括兩端點(diǎn))的范圍內(nèi)，阻擋層中雜質(zhì)的摻雜濃度在2X IO18CnT3至I X IO20cnT3(包括兩端點(diǎn))的范圍內(nèi)，優(yōu)選在I X IO19CnT3至I X IO20cnT3(包括兩端點(diǎn))的范圍內(nèi)。當(dāng)確定構(gòu)成第三化合物半導(dǎo)體層的阱層的厚度在Inm至IOnm(包括兩端點(diǎn))的范圍內(nèi)，且構(gòu)成第三化合物半導(dǎo)體層的阻擋層中的雜質(zhì)的摻雜濃度在2X1018cnT3至lX102°cm_3(包括兩端點(diǎn))的范圍內(nèi)時(shí)，即，當(dāng)阱層的厚度減小且第三化合物半導(dǎo)體層的載流子(carrier)增加時(shí)，允許降低壓電極化效應(yīng)，并允許獲得能夠產(chǎn)生具有少量次脈沖分量的短寬度的單模光脈沖的激光源。此外，允許利用最低可用反向偏置電壓來實(shí)現(xiàn)鎖模驅(qū)動(dòng)，并允許生成與外部信號(hào)(電信號(hào)和光信號(hào))同步的光脈沖序列。阻擋層中包括的雜質(zhì)可以為但不限于硅(Si)，且雜質(zhì)可以為氧(O)?？蛇x地，在包括上述優(yōu)選配置和模式的多電極型激光二極管元件中，期望將第二電極分成第一部分和第二部分的隔離槽的寬度為2 μ m以上且為多電極型激光二極管元件中諧振器長度(以下簡稱“諧振器長度”)的40%以下，優(yōu)選為ΙΟμπι以上且為諧振器長度的20%以下。作為實(shí)例，諧振器長度可以為O. 6_，但并不限于此。根據(jù)本發(fā)明第一至第三實(shí)施方式的包括上述各種優(yōu)選配置和模式的激光二極管元件組件及其驅(qū)動(dòng)方法中的激光二極管元件(以下統(tǒng)ー簡稱“本發(fā)明的激光二極管兀件”)可以是具有脊條型分限異質(zhì)結(jié)構(gòu)(ridge stripe type separate confinementheterostructure, SCH結(jié)構(gòu))的激光二極管元件?？蛇x地，激光二極管元件可以是具有斜脊條型分限異質(zhì)結(jié)構(gòu)的激光二極管元件。在多電極型激光二極管元件中，使DC電流通過發(fā)光區(qū)域從第二電極的第一部分流到第一電極來產(chǎn)生正向偏壓狀態(tài)，在第一電極和第二電極的第二部分之間施加電壓(反向偏置電壓)以向飽和吸收區(qū)域施加電場，從而允許執(zhí)行自脈沖操作(self-pulsation operation)和鎖模操作。在本發(fā)明的激光二極管元件中，第二電極可以由鈀(Pd)單層、鎳(Ni)單層、鉬(Pt)單層、鉬層與第二化合物半導(dǎo)體層接觸的鈀層/鉬層層壓結(jié)構(gòu)、或鈀層與第二化合物半導(dǎo)體層接觸的鈀層/鎳層層壓結(jié)構(gòu)構(gòu)成。應(yīng)注意的是，在下部金屬層由鈀制成而上部金屬層由鎳制成的情況下，期望上部金屬層的厚度為O. I μ m以上，優(yōu)選為O. 2 μ m以上。可選地，第二電極優(yōu)選由鈀(Pd)單層構(gòu)成，在這種情況下，期望該層的厚度為20nm以上，優(yōu)選為50nm以上?？蛇x地，第二電極由鈀(Pd)單層、鎳(Ni)單層、鉬(Pt)單層或包括上部金屬層和與第二化合物半導(dǎo)體層接觸的下部金屬層的層壓結(jié)構(gòu)構(gòu)成(其中，下部金屬層由選自由鈀、鎳和鉬組成的組中的ー種金屬制成，在隨后描述的步驟(D)中在第二電極中形成隔離槽的情況下，上部金屬層由蝕刻速率等于、基本等于或高于下部金屬的蝕刻速率的金屬制成)。此外，期望用于在下文所述的步驟(D)中在第二電極中形成隔離槽的蝕刻劑為王水、硝酸、硫酸、鹽酸或選自它們的兩種或多種的混合液(具體地，為硝酸和硫酸的混合液或硫酸和鹽酸的混合液)。在多電極型激光二極管元件中，第二電極的第一部分和第二部分的具體配置狀態(tài)包括以下狀態(tài)(I)設(shè)置第二電極的ー個(gè)第一部分和第二電極的ー個(gè)第二部分，第二電極的第一 部分和第二電極的第二部分之間設(shè)置有隔離槽；(2)設(shè)置第二電極的ー個(gè)第一部分和第二電極的兩個(gè)第二部分，第一部分的一端面向第二部分中的ー個(gè)，隔離槽介于其間，而第一部分的另一端面向另ー第二部分，另ー隔離槽介于其間；(3)設(shè)置第二電極的兩個(gè)第一部分和第二電極的ー個(gè)第二部分，第二部分的一端面向第一部分中的ー個(gè)，隔離槽介于其間，而第二部分的另一端面向另ー個(gè)第一部分，另ー隔離槽介于其間(即，第二電極具有第二部分被夾在第一部分的配置)。更廣泛地，配置狀態(tài)包括以下狀態(tài)(4)設(shè)置第二電極的N個(gè)第一部分和第二電極的(N-I)個(gè)第二部分，第二電極的第一部分被設(shè)置為使得第二電極的第二部分在第一部分之間；(5)設(shè)置第二電極的N個(gè)第二部分和第二電極的(N-I)個(gè)第一部分，第二電極的第二部分被設(shè)置為使得第二電極的第一部分在第二部分之間。應(yīng)注意的是，換句話說，狀態(tài)⑷和(5)是以下狀態(tài)(4/ )設(shè)置N個(gè)發(fā)光區(qū)域(載流子注入?yún)^(qū)域，増益區(qū)域)和(N-I)個(gè)飽和吸收區(qū)域(載流子非注入?yún)^(qū)域)，發(fā)光區(qū)域被設(shè)置為使得飽和吸收區(qū)域在發(fā)光區(qū)域之間；(5')設(shè)置N個(gè)飽和吸收區(qū)域(載流子非注入?yún)^(qū)域)和(N-I)個(gè)發(fā)光區(qū)域(載流子注入?yún)^(qū)域，増益區(qū)域)，飽和吸收區(qū)域被設(shè)置為使得發(fā)光區(qū)域在飽和吸收區(qū)域之間。盡管制造多電極型激光二極管元件的方法根據(jù)要制造的多電極型激光二極管元件的配置和結(jié)構(gòu)而變化，允許利用下列方法制造多電極型激光二極管元件。更具體地，允許利用包括下列步驟的方法制造電極激光二極管元件(A)在基底上形成層壓結(jié)構(gòu)體，該層壓結(jié)構(gòu)體通過順序?qū)訅河蒅aN基化合物半導(dǎo)體制成的第一導(dǎo)電型第一化合物半導(dǎo)體層、由GaN基化合物半導(dǎo)體制成且包括發(fā)光區(qū)域和飽和吸收區(qū)域的第三化合物半導(dǎo)體層、以及由GaN基化合物半導(dǎo)體制成的第二導(dǎo)電型第二化合物半導(dǎo)體層而構(gòu)成，第二導(dǎo)電型與第一導(dǎo)電型不同；(B)在第二化合物半導(dǎo)體層上形成第二電極；(C)通過利用第二電極作為蝕刻掩模蝕刻一部分或整個(gè)第二化合物半導(dǎo)體層來形成脊條形結(jié)構(gòu)；(D)形成用于在第二電極中形成隔離槽的抗蝕劑層，然后利用抗蝕劑層作為濕蝕刻掩模通過濕蝕刻法在第二電極中形成隔離槽，從而通過隔離槽將第二電極分成第一部分和第二部分。然后，當(dāng)采用這種制造方法時(shí)，具體地，當(dāng)通過利用第二電極作為蝕刻掩模蝕刻部分或整個(gè)第二化合物半導(dǎo)體，即，通過利用圖案化的第二電極作為蝕刻掩模的自對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)來形成脊條形結(jié)構(gòu)時(shí)，第二電極和脊條形結(jié)構(gòu)之間不會(huì)出現(xiàn)未對(duì)準(zhǔn)的情況。此外，隔離槽優(yōu)選通過濕蝕刻法形成在第二電極中。因此，當(dāng)采用濕蝕刻法時(shí)，與干蝕刻法不同，可以抑制第二化合物半導(dǎo)體層的光學(xué)和電氣特性的劣化。從而可以可靠地抑制發(fā)光特性劣化。應(yīng)注意的是，根據(jù)要制造的多電極型激光二極管元件的配置和結(jié)構(gòu)，在步驟(C)中，可以在厚度方向部分蝕刻第二化合物半導(dǎo)體層，或可以在厚度方向整體蝕刻第二化合物半導(dǎo)體層，或可以在厚度方向蝕刻第二化合物半導(dǎo)體層和第三化合物半導(dǎo)體層，或可以在厚度方向部分蝕刻第二化合物半導(dǎo)體層和第三化合物半導(dǎo)體層，以及進(jìn)ー步第一化合物 半導(dǎo)體層。此外，在步驟(D)中，期望滿足ERcZER1 SlX 10，優(yōu)選滿足ErcZEriSIXIO2,其中，在第二電極中形成隔離槽的情況下，第二電極的蝕刻速率和層壓結(jié)構(gòu)體的蝕刻速率分別為ERtl和ERp當(dāng)ERノER1滿足此關(guān)系時(shí)，可以使得可靠地蝕刻第二電極而不會(huì)蝕刻層壓結(jié)構(gòu)體(或只輕微地蝕刻層壓結(jié)構(gòu)體)。此外，在本發(fā)明激光二極管元件中，具體地，層壓結(jié)構(gòu)體可以由AlGaInN基化合物半導(dǎo)體制成。具體的AlGaInN基化合物半導(dǎo)體包括GaN、AlGaN, GaInN和AlGalnN。此外，這些化合物半導(dǎo)體根據(jù)需要可以包括硼(B)原子、鉈(Tl)原子、神(As)原子、磷(P)原子或銻(Sb)原子。此外，期望第三化合物半導(dǎo)體層(有源層)具有量子阱結(jié)構(gòu)。更具體地，第三化合物半導(dǎo)體層可具有單量子阱結(jié)構(gòu)(QW結(jié)構(gòu))或多量子阱結(jié)構(gòu)(MQW結(jié)構(gòu))。具有量子阱結(jié)構(gòu)的第三化合物半導(dǎo)體層(有源層)具有通過層壓一個(gè)或多個(gè)阱層和ー個(gè)或多個(gè)阻擋層而形成的結(jié)構(gòu)；然而，(形成阱層的化合物半導(dǎo)體、形成阻擋層的化合物半導(dǎo)體)的組合實(shí)例包括(InyGa(1_y)N，GaN)、(InyGa(1_y)N，InzGa(1_z)N)(其中，y > z)以及(InyGa(1_y)N，AlGaN)。此外，在本發(fā)明中的激光二極管元件中，第二化合物半導(dǎo)體層可具有P型GaN層和P型AlGaN層交替層壓的超晶格結(jié)構(gòu)，超晶格結(jié)構(gòu)的厚度可以為O. 7μπι以下。采用這種超晶格結(jié)構(gòu)時(shí)，在保持了作為涂覆層所需的高折射率的同時(shí)，可以減少激光二極管元件的串聯(lián)電阻分量，從而使激光二極管元件的操作電壓降低。應(yīng)注意的是，超晶格結(jié)構(gòu)的厚度的下限例如可以為但不限于O. 3 μ m,構(gòu)成超晶格結(jié)構(gòu)的P型GaN層的厚度可以在Inm至5nm的范圍內(nèi)，構(gòu)成超晶格結(jié)構(gòu)的P型AlGaN層的厚度可以在Inm至5nm的范圍內(nèi)，p型GaN層和P型AlGaN層的總層數(shù)可以在60層至300層的范圍內(nèi)。此外，第三化合物半導(dǎo)體層至第二電極的距離可以為I μ m以下，優(yōu)選為O. 6 μ m以下。當(dāng)以這種方式確定第三化合物半導(dǎo)體層至第二電極的距離時(shí)，允許減小具有高電阻的P型第二化合物半導(dǎo)體層的厚度以實(shí)現(xiàn)激光ニ極管元件的操作電壓的降低。應(yīng)注意的是，第三化合物半導(dǎo)體層至第二電極的距離的下限例如可以為但不限于O. 3μπι。此外，第二化合物半導(dǎo)體層摻雜有IXlO19cnT3以上的Mg ；第二化合物半導(dǎo)體層相對(duì)于來自于第三化合物半導(dǎo)體層的波長為405nm的光的吸收系數(shù)為50CHT1以上。Mg的原子濃度根據(jù)材料的物理性質(zhì)而設(shè)定，其中，在原子濃度為2X IO19CnT3時(shí)表現(xiàn)出最大空穴濃度，Mg的原子濃度為設(shè)計(jì)以達(dá)到最大空穴濃度的結(jié)果，即第二化合物半導(dǎo)體層的最小電阻率。確定第二化合物半導(dǎo)體層的吸收系數(shù)以最小化激光二極管元件的電阻，因此，來自第三化合物半導(dǎo)體層的光的吸收系數(shù)通常為50CHT1。然而，可以有意將Mg的摻雜量設(shè)為2 X IO19CnT3以上以提高吸收系數(shù)。在這種情況下，達(dá)到實(shí)際空穴濃度的Mg的摻雜量的上限例如為8X1019cm_3。此外，按距第三化合物半導(dǎo)體層的距離遞增的順序，第二化合物半導(dǎo)體層包括非摻雜化合物半導(dǎo)體層和P型化合物半導(dǎo)體層，第三化合物半導(dǎo)體層至P型化合物半導(dǎo)體層的距離可以為I. 2X IO-7HI以下。當(dāng)用這種方式確定第三化合物半導(dǎo)體層至P型化合物半導(dǎo)體層的距離時(shí)，允許抑制內(nèi)部損耗而不會(huì)降低內(nèi)部量子效率，從而允許降低激光振蕩開始時(shí)的閾值電流密度。應(yīng)注意的是，第三化合物半導(dǎo)體層至P型化合物半導(dǎo)體層的下限例如可以是但不限于5X10_8m。此外，由Si02/Si層壓結(jié)構(gòu)構(gòu)成 的層壓絕緣膜形成在脊條形結(jié)構(gòu)的兩個(gè)側(cè)面上；脊條形結(jié)構(gòu)和層壓絕緣膜之間的有效折射率的差值可以在5 X 10_3至I X 10_2的范圍內(nèi)。當(dāng)使用這種層壓絕緣膜吋，甚至在超過100毫瓦的高功率操作狀態(tài)下，仍允許保持單個(gè)基橫模(single fundamental transverse mode)。此夕卜，第二化合物半導(dǎo)體層例如可以具有通過以距離第三化合物半導(dǎo)體層的距離遞增的順序?qū)訅悍菗诫sGaInN層(P側(cè)光導(dǎo)層)、非摻雜AlGaN層(P側(cè)涂覆層)、Mg-摻雜AlGaN層(電子阻擋層)、GaN層(Mg摻雜)/AlGaN層超晶格結(jié)構(gòu)(超晶格涂覆層)以及Mg-摻雜GaN層(P側(cè)接觸層)而形成的結(jié)構(gòu)。期望形成第三化合物半導(dǎo)體層中的阱層的化合物半導(dǎo)體的帶隙為2. 4eV以上。此外，期望從第三化合物半導(dǎo)體層(有源層)發(fā)出的激光的波長在360nm至500nm的范圍內(nèi)，優(yōu)選在400nm至41 Onm的范圍內(nèi)。顯然,可對(duì)上述各種配置進(jìn)行適當(dāng)組
ム
ロ ο在本發(fā)明中的激光二極管元件中，構(gòu)成激光二極管元件的各種GaN基化合物半導(dǎo)體順序形成在基板上，除藍(lán)寶石基板之外，基板的實(shí)例還包括GaAs基板、GaN基板、SiC基板、氧化招基板、ZnS基板、ZnO基板、AlN基板、LiMgO基板、LiGaO2基板、MgAl2O4基板、InP基板、Si基板以及具有形成有基底層或緩沖層的表面(主表面)的這些基板中的ー個(gè)。在GaN基化合物半導(dǎo)體層形成在基板上的情況下，由于低的缺陷密度，所以GaN基板通常是優(yōu)選的。然而，眾所周知，GaN基板根據(jù)生長面而表現(xiàn)出極性、非極性或半極性。此外，形成構(gòu)成激光二極管元件的各種GaN基化合物半導(dǎo)體層的方法包括金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積法(M0CVD法，MOVPE法)、分子束外延法(MBE法)、鹵素促進(jìn)輸送或反應(yīng)的氫化物氣相沉積法
坐寸οMOCVD法中有機(jī)鎵源氣體的實(shí)例包括三甲基鎵(TMG)氣體和三こ基鎵(TEG)氣體，氮源氣體的實(shí)例包括氨氣和肼氣。為了形成η型導(dǎo)電型GaN基化合物半導(dǎo)體層，例如，可添加作為η型雜質(zhì)(η型摻雜物)的硅(Si)，而為了形成P型導(dǎo)電型GaN基化合物半導(dǎo)體層，例如，可添加作為P型雜質(zhì)(P型摻雜物)的鎂(Mg)。當(dāng)包含作為GaN基化合物半導(dǎo)體層的組成原子的鋁(Al)或銦(In)時(shí)，三甲基鋁(TMA)氣體可用作Al源，三甲基銦(TMI)氣體可用作In源。此外，甲娃燒(SiH4)氣體可用作Si源,環(huán)戍ニ烯鎂(cyclopentadienylmagnesium)氣體、甲基環(huán)戍ニ烯鎂或雙(環(huán)戍ニ基)鎂(methylcyclopentadienylmagnesium) (Cp2Mg)可用作Mg源。應(yīng)注意的是,除Si之外，η型雜質(zhì)(η型摻雜物)的實(shí)例還包括Ge、Se、Sn、C、Te、S、O、Pd和Po，除Mg之外，ρ型雜質(zhì)(ρ型摻雜物)的實(shí)例還包括Zn、Cd、Be、Ca、Ba、C、Hg 和 Sr。當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電型為η型導(dǎo)電型吋，期望連接至η型導(dǎo)電型第一化合物半導(dǎo)體層的第ー電極具有包括ー種或多種選自由金(Au)、銀(Ag)、鈀(Pd)、鋁(Al)、鈦(Ti)、鎢(W)、銅(Cu)、鋅(Zn)、錫(Sn)和銦(In)組成的組的金屬的單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)，這樣的多層結(jié)構(gòu)的實(shí)例可包括Ti/Au、Ti/Al和Ti/Pt/Au。第一電極電連接至第一化合物半導(dǎo)體層，第一電極電連接至第一化合物半導(dǎo)體層的狀態(tài)包括第一電極形成在第一化合物半導(dǎo)體層上的狀態(tài)，以及第一電極通過導(dǎo)電材料層或?qū)щ娀暹B接至第一化合物半導(dǎo)體層的狀態(tài)。允許通過諸如氣相沉積法或?yàn)R射法等PVD方法形成第一電極和第二電極。焊盤電極(pad electrode)可形成在第一電極或第二電極上，使第一電極或第ニ電極電連接至外部電極或電路。期望焊盤電極具有包括ー種或多種選自由Ti(鈦)、Al (鋁)、Pt (鉬)、Au(金)和Ni (鎳)組成的組中的金屬的單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)?？蛇x地，焊盤電極可具有諸如Ti/Pt/Au或Ti/Au的多層結(jié)構(gòu)。在多電極型激光二極管元件中，如上所述，對(duì)于脈沖振蕩，期望其中反向偏置電壓 施加在第一電極和第二電極的第二部分之間的配置(即，第一電極和第二部分分別為陰極和陽極的配置)。應(yīng)注意的是，施加至第二電極的第一部分的脈沖電流、與脈沖電壓同步的脈沖電流或脈沖電壓可以施加至第二電極的第二部分，或DC偏壓可施加至第二電極的第二部分。此外，當(dāng)電流通過發(fā)光區(qū)域從第二電極流到第一電極時(shí)，可以通過發(fā)光區(qū)域?qū)⑼獠侩娦盘?hào)從第二電極施加至第一電極以疊加在電流上。因此，允許激光和外部電信號(hào)同歩?？蛇x地，允許光信號(hào)從層壓結(jié)構(gòu)體的ー個(gè)端面進(jìn)入。從而允許激光和光信號(hào)同歩。此外，在第二化合物半導(dǎo)體層中，非摻雜化合物半導(dǎo)體層(例如，非摻雜GaInN層或非摻雜AlGaN層)可形成在第三化合物半導(dǎo)體層和電子阻擋層之間。此外，作為光導(dǎo)層(optical guidelayer)的非摻雜GaInN層可形成在第三化合物半導(dǎo)體層和非摻雜化合物半導(dǎo)體層之間。第ニ化合物半導(dǎo)體層的最上層可以由Mg摻雜GaN層(ρ側(cè)接觸層)占據(jù)。本發(fā)明的激光二極管元件例如適用于諸如光盤系統(tǒng)、通信領(lǐng)域、光信息領(lǐng)域、光電集成電路、非線性光學(xué)現(xiàn)象應(yīng)用領(lǐng)域、光開關(guān)、諸如激光測量領(lǐng)域的各種分析領(lǐng)域、超快光譜領(lǐng)域、多相勵(lì)磁光譜領(lǐng)域、質(zhì)量分析領(lǐng)域、利用多光子吸收的顯微光譜領(lǐng)域、化學(xué)反應(yīng)量子控制、納米三維處理領(lǐng)域、利用多光子吸收的各種處理領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域以及生物成像的領(lǐng)域。[實(shí)施例I]實(shí)施例I涉及根據(jù)本發(fā)明第一和第三實(shí)施方式的激光二極管元件組件。圖IA和圖IB示出了實(shí)施例I的激光二極管元件組件的概圖，圖1C、圖2A和圖2B示出了實(shí)施例I中激光二極管元件的平面示意圖。此外，圖3示出了沿諧振器延伸方向截取的實(shí)施例I中激光二極管元件的端面示意圖(沿XZ平面截取的端面示意圖)，圖4示出了沿與諧振器延伸方向垂直的方向截取的示意性截面圖(沿YZ平面截取的示意性截面圖)。應(yīng)注意的是，圖3是沿圖4的箭頭I-I截取的端面示意圖。圖4是沿圖3的箭頭II-II截取的示意性截面圖。下文描述的實(shí)施例I或?qū)嵤├?中的激光二極管元件組件(以下統(tǒng)稱為“實(shí)施例I等的激光二極管元件組件”)包括激光二極管元件10以及光反射器70，激光二極管元件10包括
(a)層壓結(jié)構(gòu)體，所述層壓結(jié)構(gòu)體通過順序?qū)訅河蒅aN基化合物半導(dǎo)體制成的第一導(dǎo)電型(具體地，每個(gè)實(shí)施例中為η型導(dǎo)電型)第一化合物半導(dǎo)體層30，由GaN基化合物半導(dǎo)體制成且包括發(fā)光區(qū)域(増益區(qū)域)41的第三化合物半導(dǎo)體層(有源層)40，以及由GaN基化合物半導(dǎo)體制成的第二導(dǎo)電型(具體地，每個(gè)實(shí)施例中為ρ型導(dǎo)電型)第二化合物半導(dǎo)體層50而構(gòu)成，第二導(dǎo)電型與第一導(dǎo)電型不同；(b)第二電極62，形成在第二化合物半導(dǎo)體層50上；(c)第一電極61，電連接至第一化合物半導(dǎo)體層30?？蛇x地，實(shí)施例I等的激光二極管元件組件包括激光二極管元件10以及外部諧振器70，激光二極管元件10包括(a)層壓結(jié)構(gòu)體，所述層壓結(jié)構(gòu)體通過順序?qū)訅河蒅aN基化合物半導(dǎo)體制成的第ー導(dǎo)電型第一化合物半導(dǎo)體層30，由GaN基化合物半導(dǎo)體制成且包括發(fā)光區(qū)域(増益區(qū)域)41的第三化合物半導(dǎo)體層40，以及由GaN基化合物半導(dǎo)體制成的第二導(dǎo)電型第二化合物半導(dǎo)體層50而構(gòu)成，第二導(dǎo)電型與第一導(dǎo)電型不同；(b)第二電極62，形成在第二化合物半導(dǎo)體層50上；(c)第一電極61，電連接至第一化合物半導(dǎo)體層30。具體地，實(shí)施例I等的激光二極管元件10由多電極型激光二極管元件(更具體地，二分型激光二極管元件(bisection type laser diode element))構(gòu)成,第三化合物半導(dǎo)體層(有源層)40進(jìn)ー步包括飽和吸收區(qū)域42，第二電極由第一部分62A和第二部分62B構(gòu)成，第一部分62A被配置為通過使得電流通過發(fā)光區(qū)域41流至第一電極61而產(chǎn)生正向偏壓狀態(tài)，第二部分62B被配置為向飽和吸收區(qū)域42施加電場，第二電極62的第一部分62A和第二部分62B由隔尚槽62C隔開。層壓結(jié)構(gòu)體包括脊條形結(jié)構(gòu)56。具體地，實(shí)施例I等的激光二極管元件10為具有脊條型分限異質(zhì)結(jié)構(gòu)(SCH結(jié)構(gòu))的激光二極管元件。更具體地，激光二極管元件是由用于藍(lán)光光盤系統(tǒng)開發(fā)的指數(shù)引導(dǎo)型(index guide type) AlGaInN制成的GaN基激光二極管元件。具體地，第一化合物半導(dǎo)體層30、第三化合物半導(dǎo)體層40和第二化合物半導(dǎo)體層50 由AlGaInN基化合物半導(dǎo)體制成，更具體地，在實(shí)施例I等的激光二極管元件10中，具有下表I中所示的層結(jié)構(gòu)。在這種情況下，表I中的化合物半導(dǎo)體層按距η型GaN基板21的距離遞減的順序列出。此外，形成第三化合物半導(dǎo)體層40中阱層的化合物半導(dǎo)體的帶隙為3. 06eV。實(shí)施例I等的激光二極管元件10設(shè)置在η型GaN基板21的(0001)面上，第三化合物半導(dǎo)體層40具有量子阱結(jié)構(gòu)。η型GaN基板21的(0001)面也稱作“C面”，為具有扱性的晶面。[表 I]第二化合物半導(dǎo)體層50ρ型GaN接觸層(Mg摻雜)55ρ型GaN (Mg摻雜)/AlGaN超晶格涂覆層54ρ型AlGaN電子阻擋層(Mg摻雜)53非摻雜AlGaN涂覆層52非摻雜GaInN光導(dǎo)層51第三化合物半導(dǎo)體層40
GaInN量子阱有源層(講層=Gaa92Inatl8N/阻擋層:Ga0.98In0.02N)第一化合物半導(dǎo)體層30η型GaN涂覆層32η 型 AlGaN 涂覆層 31這里，阱層(兩層)10.5nm非摻雜
阻擋層(三層)14nm非摻雜此外，ρ型GaN接觸層55的一部分和ρ型GaN/AlGaN超晶格涂覆層54的一部分通過RIE方法去除而形成脊條形結(jié)構(gòu)56。由Si02/Si制成的層壓絕緣膜57形成在脊條形結(jié)構(gòu)56的兩側(cè)。應(yīng)注意的是，SiO2層是下層，Si層是上層。在這種情況下，脊條形結(jié)構(gòu)56和層壓絕緣膜57之間的有效折射率的差值在5X 10_3至I X 10_2(包括兩端點(diǎn))的范圍內(nèi)，更具體地為7X10_3。第二電極(P側(cè)歐姆電極)62形成在對(duì)應(yīng)于脊條形結(jié)構(gòu)56的頂面的ρ型GaN接觸層55上。另ー方面，由Ti/Pt/Au制成的第一電極(η側(cè)歐姆電極)61形成在η型GaN基板21的背面。在實(shí)施例I等的激光二極管元件中，均為Mg摻雜化合物半導(dǎo)體層的ρ型AlGaN電子阻擋層53、ρ型GaN/AlGaN超晶格涂覆層54和ρ型GaN接觸層55盡量少地與從第三化合物半導(dǎo)體層40及其周圍產(chǎn)生的光密度分布重疊，從而降低了內(nèi)部損耗而不會(huì)降低內(nèi)部量子效率。結(jié)果，激光振蕩開始處的閾值電流密度降低了。更具體地，從第三化合物半導(dǎo)體層40至ρ型AlGaN電子阻擋層53的距離d為O. 10 μ m，脊條形結(jié)構(gòu)56的高度為O. 30 μ m,設(shè)置在第二電極62和第三化合物半導(dǎo)體層40之間的第二化合物半導(dǎo)體層50的厚度為O. 50 μ m，p型GaN/AlGaN超晶格涂覆層54的設(shè)置在第二電極下方62的部分的厚度為 O. 40 μ m。在實(shí)施例I等的激光二極管元件10中，第二電極62被隔離槽62C分成第一部分62A和第二部分62B，第一部分62A被配置為使DC電流通過發(fā)光區(qū)域(増益區(qū)域)41流至第ー電極61來產(chǎn)生正向偏壓狀態(tài)，第二部分62B被配置為向飽和吸收區(qū)域42施加電場(第二部分62B被配置為在脈沖振蕩下向飽和吸收區(qū)域42施加反向偏置電壓)。這里，第二電極62的第一部分62A和第二部分62B之間的電阻(可被稱為“隔離電阻”)為第二電極62和第一電極61之間的電阻的I X 10倍以上，具體為I. 5X IO3倍。第二電極62的第一部分62A和第二部分62B之間的電阻(隔離電阻)為IX IO2 Ω以上，具體為1.5Χ104Ω。圖IA的概圖中所示的實(shí)施例I的激光二極管元件組件具有聚光型外部諧振器結(jié)構(gòu)(condensing type external resonator structure)。此外，圖 IB 的概圖中所不的實(shí)施例I的激光二極管元件組件的變形具有準(zhǔn)直型外部諧振器結(jié)構(gòu)(collimating typeexternal resonator structure)。然后,夕卜部諧振器結(jié)構(gòu)由端面(另一端面57B)(高反射涂層(HR)靠近激光二極管元件的飽和吸收區(qū)域42形成)和光反射器(外部諧振器)70構(gòu)成，光脈沖從光反射器(外部諧振器)70提取?？狗瓷渫繉?AR)形成在靠近激光二極管元件的發(fā)光區(qū)域(増益區(qū)域)41的一個(gè)端面(發(fā)光端面)57A上。作為光濾波器，主要使用帶通濾波器(例如，中心波長為410nm，透光率為90%以上，帶寬為0. 8nm)，插入光濾波器以控制激光的振蕩波長。如后文所述，通過施加至發(fā)光區(qū)域的DC電流和施加至飽和吸收區(qū)域的反向偏置電壓來確定鎖摸。光脈沖序列的重復(fù)頻率f由外部諧振器長度Γ確定，并由下列公式表示。這里，C為光速，η為波導(dǎo)的折射率。f = c/(2n · )因此，在實(shí)施例I的激光二極管元件組件中，激光從脊條形結(jié)構(gòu)56的一個(gè)端面57A發(fā)出，激光的一部分被光反射器70反射而返回至激光二極管元件10，激光的其余部分通過光反射器70向外界出射。此外，激光被脊條形結(jié)構(gòu)56的另一端面57B反射?？蛇x地，激光從脊條形結(jié)構(gòu)56的一個(gè)端面57A發(fā)出，激光被外部諧振器70反射而返回至激光二極管元件10，從脊條形結(jié)構(gòu)56的一個(gè)端面57A或另一端面57B發(fā)出的激光(具體地，從實(shí)施例I中的一個(gè)端面57A發(fā)出)向外界出射。然后，脊條形結(jié)構(gòu)56的最小寬度Wmin和最大寬度Wmax 滿足 I く Wmax/Wmin < 3. 3( = 10/3)或 6 く ffmax/ffmin ^ 13. 3( = 40/3)，向外界出射的激光為單模光。 更具體地，在實(shí)施例I的激光二極管元件中，激光從靠近層壓結(jié)構(gòu)體的發(fā)光區(qū)域的端面(發(fā)光端面)57A發(fā)出。例如，抗反射涂層(AR)或反射率為O. 5%以下，優(yōu)選為O. 3%以下的低反射涂層形成在端面(發(fā)光端面)57A上。此外，反射率為85%以上，優(yōu)選為95%以上的高反射涂層(HR)形成在激光二極管元件10中的面向端面(發(fā)光端面)57A的另ー端面(光反射端面)57B上。應(yīng)注意的是，未示出抗反射涂層(AR)、低反射涂層和高反射涂層(HR)。飽和吸收區(qū)域42設(shè)置在層壓結(jié)構(gòu)體的一部分中，該部分位于靠近與激光向外界出射的端面(實(shí)施例I中的端面57A)相対的端面(實(shí)施例I中的端面57B)。作為抗反射涂層或低反射涂層，可使用包括兩種或多種選自由氧化鈦層、氧化鉭層、氧化鋯層、氧化硅層和氧化鋁層組成的組的層。在實(shí)施例I中，光反射器70或外部諧振器70由半反射鏡構(gòu)成。如上所述，期望隔離電阻為1Χ102Ω的第二電極62形成在第二化合物半導(dǎo)體層50上。在GaN基激光二極管元件的情況下，與相關(guān)技術(shù)中的GaAs基激光二極管元件不同，P型導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體的遷移率?。灰虼?，無需通過對(duì)P型導(dǎo)電型的第二化合物半導(dǎo)體層50進(jìn)行離子注入來提高電阻，形成在ρ型導(dǎo)電型的第二化合物半導(dǎo)體層50上的第二電極62通過隔離槽62C隔離，從而使得第二電極62的第一部分62Α和第二部分62Β之間的電阻為第二電極62和第一電極61之間的電阻的10倍以上,或使得第二電極62的第一部分62Α和第二部分62Β的電阻為1Χ102Ω以上。在圖IC的平面示意圖中所示的激光二極管元件10中，脊條形結(jié)構(gòu)56的端面(發(fā)光端面)57Α的寬度為最大寬度Wmax，脊條形結(jié)構(gòu)56的另一端面(光反射端面)57B的寬度為最小寬度Wmin。具有所謂的喇叭狀結(jié)構(gòu)的脊條形結(jié)構(gòu)56的寬度從一個(gè)端面57A逐漸線性減小到另一端面57B。應(yīng)注意的是，在圖1C、圖2A、圖2B、圖14、圖18A和圖18B中，以對(duì)角陰影線標(biāo)識(shí)隔離槽區(qū)域以指定隔離槽62C。在圖2A的平面示意圖中所示的激光二極管元件10中，脊條形結(jié)構(gòu)56的對(duì)應(yīng)于第ニ電極62的第一部分62A的部分的寬度在端面(發(fā)光端面)57A處為最大寬度Wmax，在面向隔離槽62C的側(cè)面處為最小寬度Wmin,即,脊條形結(jié)構(gòu)56的一部分的寬度從最大寬度Wmax逐漸線性減小到最小寬度Wmin。脊條形結(jié)構(gòu)56的對(duì)應(yīng)于第二電極62的第二部分62B的部分的寬度固定為最小寬度Wmin。在圖2B的平面示意圖中所示的激光二極管元件10中，脊條形結(jié)構(gòu)56的對(duì)應(yīng)于第ニ電極62的第一部分62A的部分的寬度在距端面(發(fā)光端面)57A的某區(qū)域中為最大寬度Wmax，而在面向隔離槽62C的側(cè)面處為最小寬度Wmin，即，脊條形結(jié)構(gòu)56的一部分的寬度從某區(qū)域(具有最大寬度Wmax)逐漸線性減小到最小寬度Wmin。脊條形結(jié)構(gòu)56的對(duì)應(yīng)于第二電極62的第二部分62B的部分的寬度固定為最小寬度Wmin。然而，第二電極62的第一部分62A和第二部分62B的平面形狀并不限于圖1C、圖2A和圖2B中所示的實(shí)施例。脊條形結(jié)構(gòu)56具有所謂的喇叭狀結(jié)構(gòu)，且脊條形結(jié)構(gòu)56的最小寬度Wmin滿足I X 10_6m < Wniin < 3X10_6m。

作為圖2A中所示的激光二極管元件，建立了其中激光二極管元件10的諧振器長度為600 μ m，第二電極62的第一部分62A、第二部分62B和隔離槽62C的長度分別為560 μ m、30 μπι,ΙΟμ m, Wmin為I. 5 μ m，Wmax被改變?yōu)橄卤?中所示的值的激光二極管元件。[表2]
'Wmax ( J^ini ) 'Wmax/'Wmin 實(shí)施例IA2.51.7
參考例IB5.03.3
實(shí)施例IC10.06.7
實(shí)施例 ID15.010.0
實(shí)施例 IE20.013.3同樣，作為圖2A中所示的激光二極管元件，建立了其中激光二極管元件10的諧振器長度為600 μ m，第二電極62的第一部分62A、第二部分62B和隔離槽62C的長度分別為560 μ m、30 μ m 和 10 μ m,ffmin 為 2· 5 μ m，Wmax 為 15. O ym(ffmax/ffmin = 6. 0)的激光二極管元件(實(shí)施例1F)。當(dāng)電流Ig通過第二電極62的第一部分62A和發(fā)光區(qū)域41流至第一電極61吋，電流通過第一電極61和飽和吸收區(qū)域42流至第二電極62的第二部分62B (具體地，在第二電極62的第二部分62B和第一電極61之間施加反向偏置電壓)，從而允許執(zhí)行單模脈沖振蕩。此外，當(dāng)電流Ig通過第二電極62的第一部分62A和發(fā)光區(qū)域41流至第一電極61吋，電流通過第二電極62的第二部分62B和發(fā)光區(qū)域41流至第一電極61 (具體地，在第二電極62的第二部分62B和第一電極61之間施加正向偏置電壓)，或電流不通過第二電極62的第二部分62B以及發(fā)光區(qū)域41流至第一電極61，從而允許執(zhí)行單模連續(xù)波振蕩。應(yīng)注意的是，施加反向偏置電壓意味著第二電極62的第二部分62B和第一電極61分別為陽極(負(fù)極)和陰極(正扱)，電位差為Vsa (參照第二電極62的第二部分62B的電位，Vsa < O)，施加正向偏置電壓意味著第二電極62的第二部分62B和第一電極61分別為陰極和陽極，電位差為Vsa(參照第一電極61的電位，Vsa > O)。如表3所示，當(dāng)電流Ig流至樣品且電壓Vsa施加至樣品時(shí)，對(duì)各個(gè)樣品的振蕩狀態(tài)和振蕩模式進(jìn)行評(píng)估。盡管在表3中示出了結(jié)果，但圖6A和圖6B中示出了(Wmin，Wmax)=(I. 5 μ m, 2. 5 μ m)的情況下的實(shí)施例IA中的近場圖像，圖7A至圖7C示出了(Wmin，Wmax)=(I. 5 μ m, 5. O μ m)的情況下參考例IB和對(duì)比例IB中的近場圖像，圖8Α至圖8C示出了(Wmin, Wmax) = (1.5μ m, 10. Oym)的情況下實(shí)施例IC和對(duì)比例IC中的近場圖像，圖9A至圖9C示出了(Wmin，Wmax) = (I. 5 μ m, 15. Oym)的情況下實(shí)施例ID和對(duì)比例ID中的近場圖像，圖IOA至圖IOC示出了 (Wmin，Wmax) = (1.5μ m, 20. Oym)的情況下實(shí)施例IE和對(duì)比例IE中的近場圖像，圖IlA至圖IlC示出了(Wmin，Wmax) = (2. 5 μ m, 15. Oym)的情況下實(shí)施例IF和對(duì)比例IF中的近場圖像。應(yīng)注意的是，對(duì)比例1B、對(duì)比例1C、對(duì)比例1D、對(duì)比例IE和對(duì)比例IF分別對(duì)應(yīng)參考例1B、實(shí)施例1C、實(shí)施例1D、實(shí)施例IE和實(shí)施例IF的去除光反射器70或外部諧振器70的激光二極管元件組件。[表3]Xmin = I. 5 μ m
權(quán)利要求
1.一種激光二極管元件組件，包括 激光二極管元件；以及 光反射器， 其中，所述激光二極管元件包括 (a)層壓結(jié)構(gòu)體，所述層壓結(jié)構(gòu)體通過順序?qū)訅河蒅aN基化合物半導(dǎo)體制成的第一導(dǎo)電型第一化合物半導(dǎo)體層，由GaN基化合物半導(dǎo)體制成且包括發(fā)光區(qū)域的第三化合物半導(dǎo)體層，以及由GaN基化合物半導(dǎo)體制成的第二導(dǎo)電型第二化合物半導(dǎo)體層而構(gòu)成，所述第二導(dǎo)電型與所述第一導(dǎo)電型不同， (b)第二電極，形成在所述第二化合物半導(dǎo)體層上，以及 (c)第一電極，電連接至所述第一化合物半導(dǎo)體層， 所述層壓結(jié)構(gòu)體包括脊條形結(jié)構(gòu)， 激光從所述脊條形結(jié)構(gòu)的第一端面發(fā)出，所述激光的一部分被所述光反射器反射返回至所述激光二極管元件，而所述激光的其余部分通過所述光反射器向外界出射， 所述激光被所述脊條形結(jié)構(gòu)的第二端面反射， 所述脊條形結(jié)構(gòu)的最小寬度Wmin和最大寬度Wmax滿足I < Wmax/Wmin < 3. 3或6彡Wmax/U 13.3。
2.一種激光二極管元件組件，包括 激光二極管元件；以及 光反射器， 其中，所述激光二極管元件包括 (a)層壓結(jié)構(gòu)體，所述層壓結(jié)構(gòu)體通過順序?qū)訅河蒅aN基化合物半導(dǎo)體制成的第一導(dǎo)電型第一化合物半導(dǎo)體層，由GaN基化合物半導(dǎo)體制成且包括發(fā)光區(qū)域的第三化合物半導(dǎo)體層，以及由GaN基化合物半導(dǎo)體制成的第二導(dǎo)電型第二化合物半導(dǎo)體層而構(gòu)成，所述第二導(dǎo)電型與所述第一導(dǎo)電型不同， (b)第二電極，形成在所述第二化合物半導(dǎo)體層上，以及 (c)第一電極，電連接至所述第一化合物半導(dǎo)體層， 所述層壓結(jié)構(gòu)體包括脊條形結(jié)構(gòu)， 激光從所述脊條形結(jié)構(gòu)的第一端面發(fā)出，且所述激光被所述光反射器反射返回至所述激光二極管元件， 所述激光的一部分從所述脊條形結(jié)構(gòu)的第二端面向外界出射，所述脊條形結(jié)構(gòu)的最小寬度 Wfflin 和最大寬度 Wfflax 滿足 I < fffflax/fffflin < 3. 3 或 6 彡 fffflax/fffflin < 13. 3。
3.一種激光二極管元件組件，包括 激光二極管元件；以及 外部諧振器， 其中，所述激光二極管元件包括 (a)層壓結(jié)構(gòu)體，所述層壓結(jié)構(gòu)體通過順序?qū)訅河蒅aN基化合物半導(dǎo)體制成的第一導(dǎo)電型第一化合物半導(dǎo)體層，由GaN基化合物半導(dǎo)體制成且包括發(fā)光區(qū)域的第三化合物半導(dǎo)體層，以及由GaN基化合物半導(dǎo)體制成的第二導(dǎo)電型第二化合物半導(dǎo)體層而構(gòu)成，所述第二導(dǎo)電型與所述第一導(dǎo)電型不同，(b)第二電極，形成在所述第二化合物半導(dǎo)體層上，以及 (c)第一電極，電連接至所述第一化合物半導(dǎo)體層， 所述層壓結(jié)構(gòu)體包括脊條形結(jié)構(gòu)， 激光從所述脊條形結(jié)構(gòu)的第一端面發(fā)出，所述激光被所述外部諧振器反射返回至所述激光二極管元件， 從所述脊條形結(jié)構(gòu)的所述第一端面或第二端面發(fā)出的激光向外界出射，以及 所述脊條形結(jié)構(gòu)的最小寬度Wmin和最大寬度Wmax滿足I < Wmax/Wmin < 3. 3或6彡Wmax/U 13.3。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光二極管元件組件，其中 所述光反射器由反射鏡、啁啾反射鏡、體布拉格光柵或光纖布拉格光柵構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項(xiàng)所述的激光二極管元件組件，其中向外界出射的所述激光為單模光。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項(xiàng)所述的激光二極管元件組件，其中滿足I X 10_6m ^ Wmin ^ 3X10_6m。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項(xiàng)所述的激光二極管元件組件，其中 所述第三化合物半導(dǎo)體層進(jìn)一步包括飽和吸收區(qū)域， 所述第二電極由第一部分和第二部分構(gòu)成，所述第一部分被配置為使電流通過所述發(fā)光區(qū)域流至第一電極來產(chǎn)生正向偏壓狀態(tài)，所述第二部分被配置為向所述飽和吸收區(qū)域施加電場， 所述第二電極的所述第一部分和所述第二部分被隔離槽隔開。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光二極管元件組件，其中 所述飽和吸收區(qū)域設(shè)置在所述層壓結(jié)構(gòu)體的一部分中，該部分被定位為靠近與激光向外界出射的端面相對(duì)的端面。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光二極管元件組件，其中 向外界發(fā)射的所述激光為脈沖振蕩激光。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的激光二極管元件組件，其中 所述飽和吸收區(qū)域設(shè)置在所述層壓結(jié)構(gòu)體的一部分中，該部分被定位為靠近與激光向外界出射的端面相對(duì)的端面。
11.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項(xiàng)所述的激光二極管元件組件，其中 向外界出射的所述激光為連續(xù)波振蕩激光。
12.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項(xiàng)所述的激光二極管元件組件，其中 從所述激光二極管元件組件發(fā)出的激光的光強(qiáng)度Etjut滿足EwtZ^ci ^ I. 5，其中，假設(shè)Wmin=Wmax成立，向外界出射的激光的光強(qiáng)度為匕。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的激光二極管元件組件，其中，所述第三化合物半導(dǎo)體層至所述第二電極的距離為Ium以下，按距所述第三化合物半導(dǎo)體層的距離遞增的順序，所述第二化合物半導(dǎo)體層包括非摻雜化合物半導(dǎo)體層和P型化合物半導(dǎo)體層，所述第三化合物半導(dǎo)體層至所述P型化合物半導(dǎo)體層的距離為I. 2X 10-7m以下。
14.一種驅(qū)動(dòng)激光二極管元件組件的方法，所述激光二極管元件組件包括激光二極管元件和光反射器，所述激光二極管元件包括(a)層壓結(jié)構(gòu)體，所述層壓結(jié)構(gòu)體通過順序?qū)訅河蒅aN基化合物半導(dǎo)體制成的第一導(dǎo)電型第一化合物半導(dǎo)體層，由GaN基化合物半導(dǎo)體制成且包括發(fā)光區(qū)域的第三化合物半導(dǎo)體層，以及由GaN基化合物半導(dǎo)體制成的第二導(dǎo)電型第二化合物半導(dǎo)體層而構(gòu)成，所述第二導(dǎo)電型與所述第一導(dǎo)電型不同， (b)第二電極，形成在所述第二化合物半導(dǎo)體層上，以及 (c)第一電極，電連接至所述第一化合物半導(dǎo)體層， 所述第三化合物半導(dǎo)體層進(jìn)一步包括飽和吸收區(qū)域， 所述第二電極由第一部分和第二部分構(gòu)成，所述第一部分被配置為使電流通過所述發(fā)光區(qū)域流至所述第一電極來產(chǎn)生正向偏壓狀態(tài)，所述第二部分被配置為向所述飽和吸收區(qū)域施加電場， 所述第二電極的所述第一部分和所述第二部分被隔離槽隔開， 所述層壓結(jié)構(gòu)體包括脊條形結(jié)構(gòu)， 激光從所述脊條形結(jié)構(gòu)的第一端面發(fā)出，所述激光的一部分被所述光反射器反射返回至所述激光二極管元件，所述激光的其余部分通過所述光反射器向外界出射， 所述激光被所述脊條形結(jié)構(gòu)的第二端面反射， 所述脊條形結(jié)構(gòu)的最小寬度Wmin和最大寬度Wmax滿足I < Wmax/Wmin < 3. 3或6彡Wmax/Wfflin^ 13.3, 所述方法包括 使電流通過所述第二電極的所述第一部分以及所述發(fā)光區(qū)域流至所述第一電極的同時(shí)，使電流通過所述第一電極以及所述飽和吸收區(qū)域流至所述第二電極的所述第二部分，從而使得執(zhí)行脈沖振蕩；以及 使電流通過所述第二電極的所述第一部分以及所述發(fā)光區(qū)域流至所述第一電極的同時(shí)，使電流通過所述第二電極的所述第二部分以及所述發(fā)光區(qū)域流至所述第一電極或不使電流通過所述第二電極的所述第二部分以及所述發(fā)光區(qū)域流至所述第一電極，從而使得執(zhí)行連續(xù)波振蕩。
15.一種驅(qū)動(dòng)激光二極管元件組件的方法，所述激光二極管元件組件包括激光二極管元件和光反射器，所述激光二極管元件包括 (a)層壓結(jié)構(gòu)體，所述層壓結(jié)構(gòu)體通過順序?qū)訅河蒅aN基化合物半導(dǎo)體制成的第一導(dǎo)電型第一化合物半導(dǎo)體層，由GaN基化合物半導(dǎo)體制成且包括發(fā)光區(qū)域的第三化合物半導(dǎo)體層，以及由GaN基化合物半導(dǎo)體制成的第二導(dǎo)電型第二化合物半導(dǎo)體層而構(gòu)成，所述第二導(dǎo)電型與所述第一導(dǎo)電型不同， (b)第二電極，形成在所述第二化合物半導(dǎo)體層上，以及 (c)第一電極，電連接至所述第一化合物半導(dǎo)體層， 所述第三化合物半導(dǎo)體層進(jìn)一步包括飽和吸收區(qū)域， 所述第二電極由第一部分和第二部分構(gòu)成，所述第一部分被配置為使電流通過所述發(fā)光區(qū)域流至所述第一電極而產(chǎn)生正向偏壓狀態(tài)，所述第二部分被配置為向所述飽和吸收區(qū)域施加電場， 所述第二電極的所述第一部分和所述第二部分被隔離槽隔開， 所述層壓結(jié)構(gòu)體包括脊條形結(jié)構(gòu)，激光從所述脊條形結(jié)構(gòu)的第一端面發(fā)出，且所述激光被所述光反射器反射返回至所述激光二極管元件， 所述激光的一部分從所述脊條形結(jié)構(gòu)的第二端面向外界出射， 所述脊條形結(jié)構(gòu)的最小寬度Wmin和最大寬度Wmax滿足I < Wmax/Wmin < 3. 3或6彡Wmax/Wfflin^ 13.3, 所述方法包括 使電流通過所述第二電極的所述第一部分以及所述發(fā)光區(qū)域流至所述第一電極的同時(shí)，使電流通過所述第一電極以及所述飽和吸收區(qū)域流至所述第二電極的所述第二部分，從而使得執(zhí)行脈沖振蕩；以及 使電流通過所述第二電極的所述第一部分以及所述發(fā)光區(qū)域流至所述第一電極的同時(shí)，使電流通過所述第二電極的所述第二部分以及所述發(fā)光區(qū)域流至所述第一電極或不使電流通過所述第二電極的所述第二部分以及所述發(fā)光區(qū)域流至所述第一電極，從而使得執(zhí)行連續(xù)波振蕩。
16.一種驅(qū)動(dòng)激光二極管元件組件的方法，所述激光二極管元件組件包括激光二極管元件和外部諧振器，所述激光二極管元件包括 (a)層壓結(jié)構(gòu)體，所述層壓結(jié)構(gòu)體通過順序?qū)訅河蒅aN基化合物半導(dǎo)體制成的第一導(dǎo)電型第一化合物半導(dǎo)體層，由GaN基化合物半導(dǎo)體制成且包括發(fā)光區(qū)域的第三化合物半導(dǎo)體層，以及由GaN基化合物半導(dǎo)體制成的第二導(dǎo)電型第二化合物半導(dǎo)體層而構(gòu)成，所述第二導(dǎo)電型與所述第一導(dǎo)電型不同， (b)第二電極，形成在所述第二化合物半導(dǎo)體層上，以及 (c)第一電極，電連接至所述第一化合物半導(dǎo)體層， 所述第三化合物半導(dǎo)體層進(jìn)一步包括飽和吸收區(qū)域， 所述第二電極由第一部分和第二部分構(gòu)成，所述第一部分被配置為使電流通過所述發(fā)光區(qū)域流至所述第一電極而產(chǎn)生正向偏壓狀態(tài)，所述第二部分被配置為向所述飽和吸收區(qū)域施加電場， 所述第二電極的所述第一部分和所述第二部分被隔離槽隔開， 所述層壓結(jié)構(gòu)體包括脊條形結(jié)構(gòu)， 激光從所述脊條形結(jié)構(gòu)的第一端面發(fā)出，所述激光被所述外部諧振器反射返回至所述激光二極管元件， 從所述脊條形結(jié)構(gòu)的所述第一端面或第二端面發(fā)出的激光向外界出射， 所述脊條形結(jié)構(gòu)的最小寬度Wmin和最大寬度Wmax滿足I < Wmax/Wmin < 3. 3或6彡Wmax/Wfflin^ 13.3, 所述方法包括 使電流通過所述第二電極的所述第一部分以及所述發(fā)光區(qū)域流至所述第一電極的同時(shí)，使電流通過所述第一電極以及所述飽和吸收區(qū)域流至所述第二電極的所述第二部分，從而使得執(zhí)行脈沖振蕩；以及 使電流通過所述第二電極的所述第一部分以及所述發(fā)光區(qū)域流至所述第一電極的同時(shí)，使電流通過所述第二電極的所述第二部分以及所述發(fā)光區(qū)域流至所述第一電極或不使電流通過所述第二電極的所述第二部分以及所述發(fā)光區(qū)域流至所述第一電極，從而使得執(zhí)行連續(xù)波振蕩。
17.根據(jù)權(quán)利要求14至16任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)激光二極管元件組件的方法，其中所述飽和吸收區(qū)域設(shè)置在所述層壓結(jié)構(gòu)體的一部分中，該部分被定位為靠近與激光向外界出射的端面相對(duì)的端面。
全文摘要
本發(fā)明涉及激光二極管元件組件及其驅(qū)動(dòng)方法。一種激光二極管元件組件包括激光二極管元件；以及光反射器，其中，激光二極管元件包括(a)層壓結(jié)構(gòu)體，所述層壓結(jié)構(gòu)體通過順序?qū)訅河蒅aN基化合物半導(dǎo)體制成的第一導(dǎo)電型第一化合物半導(dǎo)體層，由GaN基化合物半導(dǎo)體制成且包括發(fā)光區(qū)域的第三化合物半導(dǎo)體層，以及由GaN基化合物半導(dǎo)體制成的第二導(dǎo)電型第二化合物半導(dǎo)體層而構(gòu)成，第二導(dǎo)電型與第一導(dǎo)電型不同，(b)第二電極，形成在第二化合物半導(dǎo)體層上，(c)第一電極，電連接至第一化合物半導(dǎo)體層，層壓結(jié)構(gòu)體包括脊條形結(jié)構(gòu)，脊條形結(jié)構(gòu)的最小寬度Wmin和最大寬度Wmax滿足1＜Wmax/Wmin＜3.3或6≤Wmax/Wmin≤13.3。
文檔編號(hào)H01S5/065GK102684067SQ201210062338
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者倉本大, 大木智之, 幸田倫太郎, 橫山弘之, 渡邊秀輝 申請(qǐng)人:國立大學(xué)法人 東北大學(xué), 索尼公司