专利名称：使用垂直腔面发射激光二极管的光检拾器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种激光盘播放机的光检拾器，更具体地涉及一种将垂直腔面发射激光二极管用作光源以代替常用的边发射激光二极管的光检拾器，从而能改善光学系统的性能和提高生产率。
图1是一种常用全息光检拾器中光学系统装置的剖面图。这里将介始它的构造。
在衬底6上安装了一个用作光源的边发射激光二极管4和一个用于检测反射光束的光检测器5。一个全息元件3把由激光二极管4所偏振的光束加以衍射，同时物镜2将来自激光二极管的光束加以聚焦，从而能读取盘1上光道的信息。
图2是全息元件3和装有边发射激光二极管4和光检测器5的衬底6的放大剖面图。
参照图2，图中由座7支持的全息元件3和装有由罩8保护的边发射激光二极管4和光检测器5的衬底6是安装在同一光轴上的(对准后使全息元件和光源位于同一光轴上)。
如上所述所构造的激光盘播放机的光检拾器的工作原理如下。由光源4所产生的激光束通过全息元件3进入物镜2。进入物镜2的光束被聚焦到盘的光道上。
进入光道的光束根据光道上所录信息被反射回来，并进入全息元件3。带有信息的反射光束输入到全息元件3，并被衍射至光检测器5。光检测器5将盘上所录信息的信号、和衍射光束的聚焦和探测误差信号加以检测。
然而，当边发射激光二极管组合在半导体芯片上时，难于将发射光轴和光盘1对准。此外，光检测器5需要单独对准。因此，在大量生产时产量受到很大限制。
另外，边发射激光二极管发射出具有广阔像散特性的椭圆光束，因此向由光检测器5所检测到的探测误差传递了不正确的信息。其结果是，难于完成正确探测。还有，在通过光学系统时损失了很多光。因此，到达盘面的光量减少了很多，也就是说，效率降低了。
为克服上述问题，本发明的一个目的是提供一种光学检拾器，其中发射出像散性小的圆形光束，以减少光损失，同时光源和光检测器制做在同一个芯片上，因而将对准光学系统光轴的配置和装配过程合并为一个过程，使装配变得容易了。
为达到以上目的，提供了根据本发明的全息光检拾器，后者包括一片芯片、一个光检测器和一个全息元件，该芯片包括一个用作光源的垂直腔面发射激光二极管，该激光二极管具有按顺序叠积的在衬底上的下反射层、下隔离层、激活层、上隔离层和上反射层；该光检测器用于检测从盘上光道反射回来的光束，并具有和衬底的垂直腔面发射激光二极管相同的叠积层；该全息元件用于将具有对应于盘上光道所录信息的信息反射光束加以衍射；以及一个物镜，用于将由垂直腔面发射激光二极管产生而后由全息元件衍射的光束加以聚焦，以便读取盘上光道所录信息。
在参照附图对一个最佳实施例进行详细描述后，本发明的上述目的和优点将更为明显，附图中有图1是常用全息光检拾器的光学系统配置的剖面图；图2是在衬底上安装的全息元件，边发射激光二极管和光检测元件这一部分的放大的剖面图；图3是全息元件检拾器的光学系统配置的剖面图，该光检拾器使用的元件中，根据本发明，垂直腔面发射激光二极管和检测器制造在一起；图4是用于比较从边发射激光二极管射出光束和从垂直腔面发射激光二极管射出的光束的特性的图；图5是用于显示制造在同一个元件上的垂直腔面发射激光二极管和检测器的相同结构的原理图；图6是垂直腔面发射激光二极管(光检测器)的垂直剖面图；图7是用于显示垂直腔面发射激光二极管的垂直晶体生长结构的图；以及图8用于显示垂直腔面发射激光二极管中心区域的驻波强度分布。
下面将叙述根据本发明将垂直腔面发射激光二极管用作光源的光检拾器。
图3是全息光检拾器的光学系统配置的剖面图，该光检拾器使用的元件中，根据本发明，垂直腔面发射激光二极管和检测器制造在一起。这里，全息光检拾器的结构如下。
用作光源的垂直腔面发射激光二极管11和用于检测反射光束的光检测器10在一块衬底上形成，并结合在一起制成一块芯片9。垂直腔面发射激光二极管11和光检测器10具有相同结构。全息元件3将作为光源的垂直腔面发射激光二极管11所产生光束加以衍射，同时物镜2将全息元件3所衍射的光束加以聚焦，以便读取盘1光道上所录信息。
激光盘播放器的使用上述垂直腔面发射激光二极管11的光检拾器的工作原理如下。首先，由作为光源的垂直腔面发射二极管11所产生的具有很小像散性的激光束通过全息元件3进入物镜2。进入物镜2的光束聚焦后射向盘1的光道。
进入盘1光道的光束根据光道上所录信息被反射回来，并通过物镜2进入全息元件3。带有信息的输入到全息元件3的反射光束被衍射到光检测器10。光检测器10从衍射来的光束中检测到盘上所录信息并转换成电气形式。在这个检测操作中，由垂直腔面发射激光二极管11所产生的具有很小像散性的单态光束对于探测误差的检测是有利的。激光盘播放器的光检拾器的工作原理如下。
首先，由垂直腔面发射激光二极管11的光源所产生的激光束通过全息元件3进入物镜2。来自垂直腔面发射激光二极管11的光源的光束的截面差不多是圆形的，比由常用边发射激光二极管产生的椭圆形光束的像散性要小得多，因而在振荡时减少了散射，因此有一个优点是光学系统中光损失是低的，同时进入物镜的光束聚焦到盘的光道上。
进入光道的光束根据光道上所录信息(例如凹点)被反射回来并通过物镜2进入全息元件3，接着加以衍射。也即，带有信息的反射光束通过全息元件3加以衍射并进入光检测器10。光检测器10从衍射光束中检测到盘上信号和聚焦及探测误差，从而达到预定目的。
上述光检拾器的工作原理的最突出的性能是光源11和光检测器10可制造成一个芯片，并具有相同的垂直腔面发射激光二极管结构。其结果是，二个元件可在一次批量生产中制造出来，以及光轴对准过程可在装配时一次完成，因而具有提高生产率和降低成本的优点。
当将反向偏置电压加到垂直腔面发射激光二极管上时，作为光源的这种二极管具有增长吸收效用，同时当使用多重反射镜产生激光时具有加强吸收效用，因而能克服由大约100埃的薄吸收层所造成的吸收效率的降低。此外，由于激光二极管和光检测器具有相同结构，并在一块衬底上制造成一块芯片，该激光二极管可用作光检测器。
此外，如图4所示，由垂直腔面发射激光二极管11产生的光束显示出比由边发射激光二极管4所发射光束好得多的特性，图4是用于比较由常用边发射激光二极管和由垂直腔面发射激光二极管输出的光束特性的图。换言之，由于由垂直腔面发射激光二极管产生的光束具有差不多是圆形的截面，因而具有比由常用边发射激光二极管产生的椭圆形光束小得多的像散性，因此光学系统中的光损失率是低的。
下面将参照图5—8介绍垂直腔面发射激光二极管的构造和特性。
图5是一个用于显示制造成一个芯片的垂直腔面发射激光二极管和光检测器的相同结构的原理图。垂直腔面发射激光二极管和光检测器每个都蚀刻成相同的叠层结构并互相隔开。因此，两个元件都是既可用作垂直腔面发射激光二极管或光检测器。
图6是垂直腔面发射激光二极管或光检测器的垂直剖面图。使用垂直腔方法的各种面发射激光二极管目前正在研制之中。另外，按照制造方法，激光二极管也分为简单分子束外延(MBE)型面发射激光二极管和复杂面发射激光二极管。
简单MBE型面发射激光二极管(在上侧和下侧有激光反射镜和激光激活区)是由MBE(或MOCVD)完成的。MBE晶体生长过程以后接着是诸如腐蚀或质子注入那样的简单过程以及固定电极。还有，产生的MBE型面发射激光二极管还有一个优点是结构上坚固。
在复杂型面发射激光二极管的情况下，激光反射镜是晶体生长完成后通过额外的真空淀积制成的，它由SiO2/TiO2、Au和Ag组成，但不包括GaAs/AlGaAs。在这种情况下，晶体生长以后的过程都比较复杂，同时坚固性不够，然而，有一个优点即可以减少激光二极管本身的电阻。
实际上认为简单MBE型中的激光基本振荡电流比复杂型好些，而复杂型中的激光基本振荡电压是极好的。图6所示面发射激光二极管是MBE型，其结构如下。
在n+型衬底12的上平面上按顺序叠积着将n－GaAs层和n－AlAs层轮流叠积而成的下反射层13、n－AlxGa1-xAs的下隔离层14、i－InYGa1-yAs的激活层15、p－AlxGa1-xAs的上隔离层16以及将p－AlAs层和p－GaAs层轮流叠积而成的上反射层17。
如上面所介绍的，MBE型面发射激光二极管用MBE方法制造，并如一般激光二极管的情况一样，分为两层反射层和一层激活层。激活层15是用于产生光束的部分，该层的总厚度是400埃，具有四个GaAs量子阱，每个量子阱的厚度是100埃，并可从激活层发射波长为8500埃的激光束。还有，这些量子阱放置在Fabry－Perot共振器中心的最大光波幅的位置，从而有效地支持激光振荡模式。这四个量子阱可得到的最大激光增益大约是0.01。在上侧和下侧13和17处的反射层的反射率应该大于99％。还有在下侧处的反射层13是一个掺硅镜及在上侧处的反射层17是一个掺铍镜(p—型)。在掺铍镜的例子中，上半部分具有较大掺杂密度。此外，在上侧和下侧14和16的隔离层的总光学厚度在决定激光振荡波长时起着重要作用。
图7显示了垂直腔面发射激光二极管的垂直晶体生长结构，及图8显示了垂直腔面发散激光二极管中心区域处的驻波强度分布。
如上所描述，根据本发明的全息光检拾器提供垂直腔面发射激光二极管结构，用作光源和光检测器。其结果是，两个元件可在一个批量生产过程中制成，及光轴对准过程可在装配时一次完成，从而得到提高生产率和减低成本的优点。还有，由用作光源的垂直腔面发射激光二极管所产生光束表现出比由边发射激光二极管所产生光束更好的性能。由垂直腔面发射激光二极管所产生的圆形光束的像散性比由边发射激光二极管所产生的椭圆形光束小得多，因而在光学系统中具有低的光学损失率。
权利要求
1.一种全息光检拾器，它包括一块包括垂直腔面发射激光二极管和光检测器的芯片，所述激光二极管用作光源，并具有按顺序叠积而成的在衬底上的下反射层、下隔离层、激活层、上隔离层、和上反射层，所述光检测器用于检测自盘上光道反射回来的光束，并在所述衬底上具有和所述垂直腔面发射激光二极管相同的叠层；一个用于将具有对应于录在盘光道上信息的信息的反射光束加以衍射的全息元件；以及一块用于将由所述垂直腔面发射激光二极管所产生并随后由所述全息元件所衍射的光束加以聚焦，以便于读取录在盘光道上信息的物镜。
2.权利要求1的全息光检拾器，其中将一个反向偏置电压施加到所述垂直腔面发射激光二极管结构，就可使激光二极管用作光检测器。
3.权利要求1的全息光检拾器，其中在上侧和下侧的所述反射层由具有多层结构的多重反射层组成。
全文摘要
提供了一种光检拾器，它利用垂直腔面发射激光二极管作为光源，以代替常用边发射激光二极管，因而改进光学系统的性能和生产率。该全息光检拾器将用作光源和用作光检测器的垂直腔面发射激光二极管结合制造成单一的芯片。因此，两个元件可在一个批量生产过程中制成，同时光轴对准过程可在装配时一次完成，从而提高了生产率和降低了成本。当用作光源时，由垂直腔面发射激光二极管产生的光束具有比由边发射激光二极管所产生光束更好的性能。
文档编号H01S5/026GK1115466SQ9510248
公开日1996年1月24日 申请日期1995年3月15日 优先权日1994年5月31日
发明者郑教庞, 文钟国, 李裕信 申请人:三星电子株式会社