CN107728265A - 光发射元件、光发射元件阵列和光传导装置 - Google Patents

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早川纯一朗
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Abstract

本发明涉及一种光发射元件、光发射元件阵列和光传导装置，该光发射元件包括半导体堆叠结构，半导体堆叠结构包括：光发射部分；以及光接收部分，其接收从光发射部分通过半导体层沿横向传播的光，其中，光发射部分和光接收部分共享量子层。该光发射元件还包括光反射层，光反射层覆盖光接收部分中的量子层的侧表面的1/3以上。

Description

光发射元件、光发射元件阵列和光传导装置
技术领域
本发明涉及光发射元件、光发射元件阵列和光传导装置。
背景技术
JP-A-2006-140189披露了包括垂直腔面发射激光器的光发射元件，以及检测从垂直腔面发射激光器发射的激光束的一部分的光接收元件，其中，垂直腔面发射激光器具有形成在基板上方的第一反射镜、形成在第一反射镜上方的有源层以及形成在有源层上方的第二反射镜，并且光接收元件具有形成在第二反射镜上方的光吸收层、形成在光吸收层上方的第一含杂质层、形成在光吸收层中的第二含杂质层、形成在第一含杂质层上方的第一电极以及形成在第二含杂质层上方的第二电极。
发明内容
本发明的目的在于提供这样的集成有光接收元件的光发射元件：其包括具有光发射部分和光接收部分的半导体堆叠结构，光接收部分接收从所述光发射部分通过半导体层沿横向传播的光，其中，光发射部分和光接收部分共享量子层，使得与未在光接收部分侧对量子层的侧表面应用遮光措施的情况相比，进一步提高了监测电流的S/N比。本发明的目的在于还提供光发射元件阵列和光传导装置。
根据本发明的第一方面，光发射元件包括：
半导体堆叠结构，其包括：
光发射部分；以及
光接收部分，其接收从所述光发射部分通过半导体层沿横向传播的光，其中，所述光发射部分和所述光接收部分共享量子层；以及
光反射层，其覆盖所述光接收部分中的量子层的侧表面的1/3以上。
根据本发明的第二方面，在第一方面所述的光发射元件中，所述光反射层是金属层。
根据本发明的第三方面，在第二方面所述的光发射元件中，所述金属层是电极布线。
根据本发明的第四方面，在第一方面至第三方面中任一方面所述的光发射元件中，所述光反射层覆盖量子层的侧表面的3/4以上。
根据本发明的第五方面，在第一方面至第四方面中任一方面所述的光发射元件中，所述光反射层还覆盖所述光接收部分的光接收表面。
根据本发明的第六方面，光传导装置包括：
第一方面至第五方面中任一方面所述的光发射元件；以及
施加单元，其向所述光发射元件施加驱动信号。
根据本发明的第七方面，光发射元件阵列包括多个第一方面至第五方面中任一方面所述光发射元件。
根据本发明的第八方面，光发射元件包括：
半导体堆叠结构，其包括：
光发射部分；以及
光接收部分，其接收从所述光发射部分通过半导体层沿横向传播的光，其中，所述光发射部分和所述光接收部分共享量子层；以及
介电体多层膜，其设置在所述光接收部分的侧表面上。
根据本发明的第九方面，光发射元件包括：
半导体堆叠结构，其包括：
光发射部分；以及
光接收部分，其接收从所述光发射部分通过半导体层沿横向传播的光，其中，所述光发射部分和所述光接收部分共享量子层；
第一电极布线，其形成在所述光发射部分的侧表面上；以及
第二电极布线，其形成在所述光接收部分的侧表面上，并且具有比所述第一电极布线更宽的宽度。
根据本发明的第十方面，光发射元件包括：
半导体堆叠结构，包括：
光发射部分；以及
光接收部分，其接收从所述光发射部分通过半导体层沿横向传播的光，其中，所述光发射部分和所述光接收部分共享量子层；以及
遮光层，其通过吸收来自外部的光来遮挡所述光，所述遮光层设置在所述光接收部分中的量子层的侧表面的至少一部分上，并且所述遮光层具有1μm以上的厚度。
根据本发明的第十一方面，在第十方面所述的光发射元件中，所述遮光层覆盖所述光接收部分中的量子层的侧表面的3/4以上。
根据本发明的第十二方面，在第十方面或第十一方面所述的光发射元件中，所述遮光层还覆盖所述光接收部分的光接收表面。
根据本发明的第十三方面，光发射元件包括：
半导体堆叠结构，其包括：
光发射部分；以及
光接收部分，其接收从所述光发射部分通过半导体层沿横向传播的光，其中，所述光发射部分和所述光接收部分共享量子层；以及
遮光层，其通过吸收来自外部的光来遮挡所述光，并且所述遮光层从所述光接收部分中的量子层的侧表面的至少一部分到所述光接收部分的上表面的整个区域连续地设置。
根据本发明的第十四方面，光发射元件包括：
半导体堆叠结构，所述半导体堆叠结构具有：光发射部分；以及光接收部分，其接收从所述光发射部分通过半导体层沿横向传播的光，其中，所述光发射部分和所述光接收部分共享量子层；以及
不透明树脂层，其设置在所述光接收部分中的量子层的侧表面的至少一部分上。
本发明的第一方面、第六方面至第十方面、第十三方面和第十四方面提供了这样的效果：与未将遮光解决方案应用到光接收部分中的量子层的侧表面的情况相比，进一步提高了监测电流的S/N比。
本发明的第二方面提供了这样的效果：与光反射层形成为除金属层以外的层的情况相比，容易形成具有高反射率的光反射层。
本发明的第三方面提供了这样的效果：在电极布线加工的同时形成金属层。
本发明的第四方面和第十一方面提供了这样的效果：与光反射层或遮光层覆盖比量子层的侧表面的3/4小的部分的情况相比，进一步提高了监测电流的S/N比。
本发明的第五方面和第十二方面提供了这样的效果：与光反射层或遮光层不覆盖光接收部分的光接收表面的情况相比，更加可靠地获得遮光效果。
附图说明
将基于下列附图详细地描述本发明的各示例性实施例，其中：
图1A和图1B是示出根据第一示例性实施例的光发射元件的示例性构造的剖视图和俯视平面图；
图2A和图2B是用于说明根据第一示例性实施例的光发射元件的光发射部分和光接收部分的构造的视图；
图3A和图3B是用于说明根据示例性实施例的光发射元件的运行的视图；
图4A和图4B是示出根据第二示例性实施例的光发射元件的示例性构造的剖视图和俯视平面图；
图5是示出根据第三示例性实施例的光传导装置的示例性构造的剖视图；并且
图6A和图6B是示出根据比较例的光发射元件的构造的剖视图和俯视平面图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本发明的各示例性实施例。根据本示例性实施例的光发射元件是集成有监测光电二极管(在下文中，称为“监测PD”)以接收来自光发射部分的光输出的一部分的监测PD一体式光发射元件。
[第一示例性实施例]
将参考图1A和图1B对根据本示例性实施例的光发射元件10的示例性构造进行描述。在本示例性实施例中，以将根据本发明的光发射元件应用于VCSEL(垂直腔面发射激光器)的方面为示例进行描述。图1A是根据本示例性实施例的光发射元件10的剖视图，并且图1B是光发射元件10的俯视平面图。图1A所示的剖视图是沿图1B所示的俯视平面图中的线A-A'截取的剖视图。
如图1A所示，光发射元件10包括均形成在半绝缘GaAs(砷化镓)基板12上的n型GaAs接触层14、下部DBR(分布布拉格反射器)16、有源区域24、氧化物限制层32以及上部DBR26。
如图1B所示，光发射元件10具有两个台面部(柱状结构)，即，均具有大致矩形形状的台面部M1和台面部M2，并且在台面部M1和台面部M2彼此连接的部分处具有结合部分40。根据本示例性实施例的结合部分40设置在因台面部M1和台面部M2彼此连接而形成的半导体层的狭窄部分处。台面部M1和台面部M2中的每一个包括共同形成在接触层14上的下部DBR 16、有源区域24、氧化物限制层32以及上部DBR 26。
另外，形成在上部DBR 26中的电流阻挡区域60布置在台面部M1与台面部M2之间，即，布置在结合部分40中。根据本示例性实施例的电流阻挡区域60是这样的高电阻区域：其通过例如注入H+(质子)离子而从台面部M1和M2的上表面形成到氧化物限制层32(即，未到达有源区域24的深度)。电流阻挡区域60使台面部M1和台面部M2彼此电分离。如下所述，在根据本示例性实施例的光发射元件10中，台面部M1构成光发射部分(VCSEL)，并且台面部M2构成接收来自光发射部分的光输出的光接收部分(监测PD(光电二极管))。在下文中，由台面部M1和台面部M2构成的整个结构被称为台面部M。
此外，电流阻挡区域60用于通过使光发射部分和光接收部分至少部分地电分离来提高光输出的检测精度(提高S/N(信噪)比)。应注意，电流阻挡区域60不是必不可少的。即，根据检测精度的可接受程度，可以不使用电流阻挡区域60。
如图1A所示，作为无机绝缘膜的层间绝缘膜34沉积在包括台面部M的半导体层的周围。层间绝缘膜34从台面部M的侧表面延伸到基板12的表面，并且布置在p侧电极片42-1和n侧电极片44-1的下方。根据本示例性实施例的层间绝缘膜34由例如氮化硅膜(SiN膜)形成。层间绝缘膜34的材料不限于氮化硅膜，还可以是例如氧化硅膜(SiO2膜)、氮氧化硅膜(SiON膜)等。
如图1A所示，p侧电极布线36设置为跨过层间绝缘膜34的开口。接触层(未示出)设置在上部DBR 26的最上层从而与p侧电极布线36连接，并且p侧电极布线36的一端侧通过接触层与上部DBR26连接，使得在p侧电极布线36与上部DBR 26之间形成欧姆接触。如图1A和图1B所示，在本示例性实施例中，光接收部分(台面部M2)的侧表面和光接收表面(其上设置有将在后文中描述的发射表面保护层38的表面(上表面))被p侧电极布线36覆盖。p侧电极布线36的另一端侧从台面部M的侧表面延伸至基板12的表面，并且构成p侧电极片42-1。p侧电极布线36通过例如沉积Ti(钛)/Au(金)的堆叠膜而形成。在下文中，将p侧电极片42-1和p侧电极片42-2(见图1B)统称为“p侧电极片42”。在光发射元件10中，p侧电极构成阳极电极。
类似地，n侧电极布线30设置为跨过层间绝缘膜34的开口。n侧电极布线30的一端侧与接触层14连接，使得在n侧电极布线30与接触层14之间形成欧姆接触。同时，n侧电极布线30的另一端侧延伸至基板12的表面，并且形成如图1A所示的n侧电极片44-1。n侧电极布线30通过例如沉积AuGe/Ni/Au的堆叠膜而形成。在下文中，将n侧电极片44-1和n侧电极片44-2(见图1B)统称为“n侧电极片44”。在光发射元件10中，n侧电极构成阴极电极。
如上文所述，例如，将半绝缘GaAs基板用作根据本示例性实施例的基板12。半绝缘GaAs基板指的是未掺杂有杂质的GaAs基板。半绝缘GaAs基板具有非常高的电阻率，并且半绝缘GaAs基板的层电阻值为约数百万欧姆(MΩ)。
形成在基板12上的接触层14由例如掺杂有Si的GaAs层形成。接触层14的一端连接至n型下部DBR 16，并且接触层14的另一端连接至n侧电极布线30。即，接触层14置于下部DBR 16与n侧电极布线30之间，并且用于向包括台面部M的半导体层提供恒定的电位。接触层14还可以用作提高基板的表面在热清洗之后的结晶度的缓冲层。
假设光发射元件10的振荡波长为λ并且介质(半导体层)的折射率为n，则形成在接触层14上的n型下部DBR 16是通过重复并交替地堆叠均具有0.25λ/n的膜厚的两个半导体层而构成的多层反射镜。这两个半导体层具有不同的折射率。具体地说，通过重复并交替地堆叠由Al0.90Ga0.1As制成的n型低折射率层和由Al0.15Ga0.85As制成的n型高折射率层而构成下部DBR 16。在根据本示例性实施例的光发射元件10中，振荡波长λ例如为850nm。
根据本示例性实施例的有源区域24可以包括例如下部间隔层、量子阱有源层以及上部间隔层(未示出)。根据本示例性实施例的量子阱有源层可以包括例如由Al0.3Ga0.7As制成的四个势垒层以及由GaAs制成并且设置在势垒层之间的三个量子阱层。另外，通过分别被布置在量子阱有源层与下部DBR 16之间以及量子阱有源层与上部DBR 26之间，下部间隔层和上部间隔层还用于调节谐振器的长度，并且用作限制载流子的包覆层。在光发射元件10中，由于台面部M1构成VCSEL，因此台面部M1中的有源区域24构成光发射层，并且台面部M2构成监测PD，台面部M2中的有源区域24实质用作光吸收层。
设置在有源区域24上的p型氧化物限制层32是电流限制层，并且包括非氧化区域32a和氧化区域32b。从p侧电极片42-1流向n侧电极片44-2的电流由非氧化区域32a进行节流。图1B所示的边界18表示非氧化区域32a与氧化区域32b之间的边界。如图1B所示，由边界18限定的根据本示例性实施例的非氧化区域32a在结合部分40中具有狭窄(收缩)形状。
形成在氧化物限制层32上的上部DBR 26是通过重复并交替地堆叠均具有0.25λ/n的膜厚的两个半导体层而构成的多层反射镜。这两个半导体层具有不同的折射率。具体地说，上部DBR 26通过重复并交替地堆叠Al0.90Ga0.1As的p型低折射率层和Al0.15Ga0.85As的p型高折射率层而构成。
上部DBR 26上设置有发射表面保护层38以保护光发射表面。发射表面保护层38例如通过沉积氮化硅膜而形成。
顺便提及，光发射元件(VCSEL)沿垂直于基板的方向进行激光输出，并且易于通过2维集成构造为阵列，因此将光发射元件(VCSEL)用作电子照相系统的写入光源或光通信的光源。
VCSEL包括设置在半导体基板(基板12)上的一对分布布拉格反射器(下部DBR 16和上部DBR 26)以及设置在该对分布布拉格反射器之间的有源区域(包括有源层、下部间隔层和上部间隔层的有源区域24)。光发射器件构造为使得通过设置在分布布拉格反射器的相反两侧处的电极(p侧电极布线36和n侧电极布线30)将电流施加到有源层，并且在垂直于基板表面的方向上发生激光振荡，使得从元件的上部(发射表面保护层38的表面侧)发射振荡光。
同时，在某些情况下需要使半导体激光器(不限于VCSEL)稳定化，使得光输出不随着温度的改变或电源的改变而发生变化。作为用于稳定化的方法，存在自动功率控制(APC)方法。APC方法指的是这样的方法：使用监测PD等检测半导体激光器的光输出，作为监测电流；通过将所检测到的监测电流与基准值进行比较而获得差值；以及通过使用该差值来转换驱动电流，以对半导体激光器的光输出执行负反馈控制。
由于半导体激光器和监测PD由不同的半导体材料制成，因此在许多情况下难以实现单片集成。在这种情况下，将监测PD设置在半导体激光器的外部。因此，如果半导体激光器和监测PD能够以单片方式彼此集成在一起，则可以减少部件的数量。此外，由于噪声等几乎影响不到半导体激光器和监测PD，因此就稳定运行而言单片集成也是理想的。
作为现有技术中以单片方式集成监测PD的VCSEL，已知这样的VCSEL：其具有形成在光发射表面上的监测PD，并且监测从光发射表面发出的光输出。现有技术中的VCSEL的监测PD由介电体DBR上的Si(硅)形成。
然而，在现有技术中的VCSEL中，监测PD需要通过使用不同于主体的材料的材料形成在发射表面上，结果，使VCSEL的结构和制造过程复杂化。由于存在从VCSEL出射并且被监测PD吸收而没有被光接收的出射光，因此VCSEL的光发射效率劣化。
因此，根据本示例性实施例的VCSEL采用这样的构造：VCSEL和监测PD形成在同一基板上，并且VCSEL和监测PD沿平行于基板的方向(即，与光发射部分的振荡方向交叉的方向(在下文中，在某些情况下被称为“横向”))通过与VCSEL或监测PD相同的半导体层而彼此结合。即，根据本示例性实施例的光发射元件10的监测PD接收沿横向从VCSEL传播的漏出光(传播光)。通过采用前述结构，以简单结构防止了VCSEL的光发射效率的劣化，结果，实现了有效的APC控制。
这里，在具有前述构造的根据本示例性实施例的VCSEL中，从监测PD的侧表面或上表面(光接收表面)穿入监测PD的半导体层(特别是有源区域)的光在监测VCSEL的光输出或执行APC控制时变成大的噪声源。即，光导致监测PD处的监测电流的S/N比劣化。为了在监测光输出或执行APC控制时提高S/N比，重要的是防止监测PD接收除沿横向从VCSEL传播的漏出光以外的光。
即，在具有光发射部分和光接收部分(其接收从光发射部分通过半导体层沿横向传播的光)且光发射部分和光接收部分共享量子层的半导体堆叠结构中，当光接收部分的侧表面或上表面被来自外部的光照射时，在某些情况下对原本要检测的穿过半导体层传播的光的检测精度可能劣化。具体地说，在排列有多个光发射元件的光发射元件阵列中，光接收部分的侧表面容易被从另一相邻光发射元件发射的光照射，并且需要防止这种情况。因此，根据本示例性实施例的VCSEL(光发射元件)设置有遮光单元以便遮挡从外部投射到光接收部分的侧表面的光。
接下来，将对根据本示例性实施例的光发射元件10的构造进行更详细的描述。在许多情况下，从减小电流阈值角度以及从横模(transverse mode)中的可控制性的角度考虑，VCSEL设置有通过使包括Al等成分的半导体层氧化而形成的氧化物限制层(氧化物限制层32)，并且将元件蚀刻成台面(mesa)形状并进行氧化处理以便使包括Al的半导体层氧化。然后，通过蚀刻处理而露出的具有台面形状的侧表面或半导体的蚀刻表面通常被涂覆诸如氮化硅膜或氧化硅膜等绝缘材料。
在光发射元件10中，通过对台面部M进行氧化处理而形成非氧化区域32a和氧化区域32b。图1B所示的边界18是非氧化区域32a与氧化区域32b之间的边界。即，由边界18限定的非氧化区域32a形成为从台面部M1到台面部M2。
由于氧化区域32b被氧化从而具有高电阻，因此氧化区域32b用作非导电区域，并且将从p侧电极片42-1导入的电流限制在非氧化区域32a中。另外，在半导体被氧化时，半导体的折射率通常减小。因此，非氧化区域32a的折射率变为比氧化区域32b的折射率大。因此，从光发射部分发射的光被限制在由具有低折射率的氧化区域32b包围的非氧化区域32a中。即，通过氧化物限制层将光和电流限制在非氧化区域32a中。
在光发射元件10中，由于非氧化区域32a形成为从由台面部M1构成的光发射部分到由台面部M2构成的光接收部分，因此由光发射部分生成的激光振荡光的一部分沿横向(与基板12平行的方向)传播，到达光接收部分(监测PD)，然后被转换为电流。
如上文所述，在根据本示例性实施例的光发射元件10中，通过由台面部M1构成的光发射部分与由台面部M2构成的光接收部分彼此光结合而构成耦合谐振器，从光发射部分漏出的光传播到结合部分40，并被连接至光接收部分的检测器检测为监测电流。即，根据本示例性实施例的光发射元件10，实现了具有紧凑和简单的设备结构的高效的集成有监测PD的光发射元件。
将参考图2A和图2B对根据本示例性实施例的耦合谐振器进行更详细地描述。如上文所述，在光发射元件10中，光发射部分50(VCSEL)由台面部M1形成，并且光接收部分(监测PD)52由台面部M2形成。在光发射部分50中，用于VCSEL的电源(未示出)的正极连接至p侧电极片42-1，并且该电源的负极连接至n侧电极片44-2(正向偏压)。当将驱动电流施加到p侧电极片42-1与n侧电极片44-2之间时，如图2A所示，由下部DBR 16和上部DBR 26形成的谐振器生成振荡光Lv。振荡光Lv的一部分作为出射光Lo从发射表面保护层38发射。
如图2A所示，振荡光Lv的一部分作为传播光Lm(监测光、漏出光)沿横向传播。传播光Lm在被由下部DBR 16和上部DBR 26形成的谐振器完全反射的同时从光发射部分50向光接收部分52传播。因此，降低了传播光Lm的群速度，使得传播光Lm变为所谓的慢光。同时，在光接收部分52中，监测PD的电源(未示出)的正极连接至n侧电极片44-1，并且监测PD的电源的负极连接至p侧电极片42-2(反向偏压)。
当将由传播光Lm生成的光接收电流施加在n侧电极片44-1与p侧电极片42-2之间时，监测来自光发射部分50的光输出。在这种情况下，光接收部分52的光吸收层还用作构成光发射部分的有源区域24。因此，构成光接收部分52的光吸收层不需要具有足够的膜厚。然而，由于根据本示例性实施例的监测光是如上文所述的慢光，因此即使在光吸收层较薄的情况下也容易生成载流子并且获得足够的光电流。在根据本示例性实施例的VCSEL中，光发射部分的有源区域(包括量子阱层和量子点层)和光接收部分的光吸收层被共用，结果，在某些情况下有源区域和光吸收层都可被称为“量子层”。
接下来，将对根据本示例性实施例的结合部分40的运行进行更详细的描述。如图2B所示，非氧化区域32a和氧化区域32b在结合部分40中收缩。因此，如图2B所示，非氧化区域32a的宽度从光发射部分50到光接收部分52被设定为“宽”、“窄”和“宽”。
同时，氧化区域32b的面积与非氧化区域32a的面积的比被设定为“小”、“大”和“小”。这里，如上文所述，非氧化区域32a的折射率大于氧化区域32b的折射率。如现有技术中已知的，随着在光波导周围具有低折射率的材料的比例增加，从传播通过光波导的光感测到的折射率(等效折射率或有效折射率)减小。因此，结合部分40中非氧化区域32a的等效折射率低于两侧的光发射部分50和光接收部分52的非氧化区域32a的等效折射率。即，非氧化区域32a的等效折射率从光发射部分50至光接收部分52被设定为“高”、“低”和“高”。用于本示例性实施例的等效折射率指的是通过使用沿垂直于基板的方向堆叠并且具有不同折射率的半导体层的有效折射率(将多层半导体层的折射率作为单层的折射率)由等效折射率方法获得的折射率。
由于光发射元件10具有前述构造的等效折射率分布，因此从光发射部分50(VCSEL)发射的光被有效地限制在非氧化区域32a中，并且从光发射部分50漏出的光(慢光)被光接收部分52接收。在非氧化区域32a的等效折射率从光发射部分50到光接收部分52被设定为“高”、“高”和“高”(即，非氧化区域32a的等效折射率被设定为大致恒定)的情况下，难以将光限制在光发射部分50中。同时，在非氧化区域32a的等效折射率从光发射部分50至光接收部分52被设定为“高”、“低”和“低”的情况下，光可以被限制在光发射部分50中。然而，漏出光的量减小了，并且例如难以检测监测电流，并且S/N比变差。
另外，在本示例性实施例中，已经以通过使结合部分40中的非氧化区域32a的宽度变窄而将等效折射率设定为“高”、“低”和“高”的方面为示例进行了描述。应注意，本发明不限于此。例如，等效折射率可以通过在结合部分40的位置(在光发射部分50与光接收部分52之间)处设置凹槽而被设定为“高”、“低”和“高”。可以组合减少宽度的构造和设置凹槽的构造。在这种情况下，可以用折射率低于凹槽周围的半导体层的折射率的材料(例如，空气)填充凹槽。
接下来，将参考图3A和图3B对光发射元件10的运行进行描述。图3A是示出在根据本示例性实施例的光发射元件10中流动的电流的视图，并且为了直观地理解电流的流动，图3A示意性地示出了电极。即，如图3A所示，p侧电极片42-1和n侧电极片44-2连接至光发射部分50，并且n侧电极片44-1和p侧电极片42-2连接至光接收部分52。图3B是示出在出于比较的目的而示出的现有技术中的典型光发射元件(VCSEL)200中流动的电流的视图。
如图3B所示，现有技术中的光发射元件200包括形成在GaAs基板102上的下部DBR104、有源区域106、上部DBR 108和p侧电极布线110。光发射元件200具有作为光发射元件10的n侧电极片44的替代的背面电极118。当将驱动电流Iv施加在具有前述构造的光发射元件200的p侧电极布线110与背面电极118之间时，生成振荡光Lv，并且振荡光Lv的一部分作为出射光Lo出射到外部。在光发射元件200中，通常通过监测PD监测出射光Lo的一部分，并且不可能以任何形式避免出射光Lo的该部分的损失。
相反，在根据本示例性实施例的光发射元件10中，当用于光发射部分50的电源的正极连接至p侧电极片42-1，用于光发射部分50的电源的负极连接至n侧电极片44-2，并且施加驱动电流Iv时，通过由下部DBR 16和上部DBR 26构成的谐振器生成振荡光Lv，并且振荡光Lv的一部分作为出射光Lo输出到外部。同时，当用于光接收部分52的电源的正极连接至n侧电极片44-1，并且用于光接收部分52的电源的负极连接至p侧电极片42-2时，传播光Lm被转换为监测电流Im。监测电流Im通过电流电压转换被转换为电压，并且成为APC控制的反馈信号。即，对来自根据本示例性实施例的光发射元件10的光输出的监测使用这样的特性：传播光Lm的量与来自光发射部分50(VCSEL)的出射光Lo的量成比例。
这里，在光发射元件10中，如上文所述地直接监测作为振荡光Lv的一部分的传播光Lm，从而有效地监测来自光发射部分50的出射光Lo，但理想的是防止干扰光影响光接收部分52以便进一步改善该特性。即，可以设置一个单元以防止下述干扰光的影响：其从光接收部分52的台面部M2的侧表面或上表面穿透并且在通过光接收部分监测光输出或在执行APC控制时成为噪声源。如上文所述，光发射元件10的台面部M的侧表面由层间绝缘膜34覆盖，但就去除由监测PD接收的光中的噪声而言，不能太过期望层间绝缘膜34。通常，用于层间绝缘膜34的介电材料的折射率低于构成光发射元件10的半导体层的折射率，并且层间绝缘膜34的膜厚度也为数百纳米(nm)数量级，结果，通过沉积绝缘膜可以减小表面处的反射率，并且可以用于促进光穿透半导体。
接下来，将参考图1A和图1B以及图6A和图6B对根据本示例性实施例的光发射元件10的运行进行描述。为了处理前述状况，图1A和图1B所示的根据本示例性实施例的光发射元件10设置有遮光层以防止干扰光的影响。图6A和图6B是出于与光发射元件10进行比较的目的而示出的不具有遮光层的光发射元件100的视图。如图1A和图1B所示，在光发射元件10中，p侧电极布线36形成为覆盖台面部M2的侧表面和上表面(光接收表面)。更具体地说，台面部M2侧的p侧电极布线36形成为覆盖台面部M2的整个上表面以及从台面部M2的上表面到有源区域24的下侧的整个侧表面的连续金属层。p侧电极布线36形成在台面部M2的侧表面上并将层间绝缘膜34夹置在p侧电极布线36与台面部M2的侧表面之间，并且p侧电极布线36形成在台面部M2的上表面上并将发射表面保护层38夹置在p侧电极布线36与台面部M2的上表面之间。p侧电极布线(通常为金属层)用作反射干扰光的光反射层，并且构成根据本示例性实施例的遮光层。同时，台面部M1侧的p侧电极布线36在台面部M1的上表面的一部分中设置为V形形状，并且形成为从台面部M1的上表面到p侧电极片42-1具有恒定的宽度的布线。换言之，通过将台面部M2侧的p侧电极布线36形成为具有比台面部M1侧的p侧电极布线36宽的宽度，与台面部M2侧的p侧电极布线36与台面部M1侧的p侧电极布线36具有相同宽度的情况相比，台面部M2侧的p侧电极布线36用作有效的光反射层。本示例性实施例中提到的“光反射层”指的是这样的层：通过添加该层，将表面上的反射率调节为比在光发射元件10的半导体层露出状态下的表面上的反射率高。
这里，由于接收传播光Lm的有源区域24(量子层)特别容易受干扰光影响，因此有必要用光发射元件10中的光反射层覆盖有源区域24的至少一部分。如上文所述，不总是需要用光反射层覆盖从台面部M2的上表面到有源区域24的下侧的整个侧表面，但是考虑到光接收部分52的光接收灵敏度、干扰光的程度、金属层布局的限制等，可以在最小必要等级(限度)内覆盖有源区域24的一部分。在这方面，作为实例，可以覆盖台面部M2中的有源区域24的侧表面的至少1/3。在覆盖台面部M2中的有源区域24的3/4以上的情况下，进一步有效地展现出根据本示例性实施例的效果。相反，在不具有根据本示例性实施例的遮光层的图6A和图6B所示的光发射元件100中，由具有窄宽度的p侧电极布线36覆盖台面部M2侧的有源区域24的一部分。然而，所覆盖区域为有源区域24的整个侧表面的1/10以下，并且与覆盖有源区域24的至少1/3的构造相比，光接收部分52中的监测电流的S/N比劣化。
在根据本示例性实施例的光发射元件10中，已经以光反射层与电极布线被共用的方面为示例进行了描述。应注意，本发明不限于此。作为选择，可以用专门用于遮光层的金属层覆盖台面部M2的侧表面和上表面(光接收表面)。
在根据本示例性实施例的光发射元件10中，已经以遮光层设置在台面部M2的侧表面和上表面(光接收表面)上的方面为示例进行了描述。应注意，本发明不限于此。作为选择，考虑到光接收部分52的光接收灵敏度、干扰光的程度、遮光层布局的限制等，遮光层可以仅设置在台面部M2的侧表面上。在遮光层设置在上表面上的情况下，遮光层不一定设置在整个上表面上。考虑到光接收部分52的光接收灵敏度、干扰光的程度、金属层布局的限制等，遮光层可以布置在上表面的一部分上。遮光层还可以设置在光发射部分50的台面部M1的侧表面上。通过将遮光层也设置在光发射部分50的台面部M1的侧表面上，还防止了从光发射部分50直接漏出的漏出光的影响。
<第一示例性实施例的第一变型例>
在示例性实施例中，光发射部分50(台面部M1)的侧表面上的p侧电极布线36的布线宽度与光接收部分52的侧表面上的p侧电极布线36(遮光层)的布线宽度之间的关系不受特定限制，但在本示例性实施例中，考虑到光发射部分50与光接收部分52之间的功能和特性的差异，这两个布线宽度彼此不同。即，在本示例性实施例中，光接收部分52(台面部M2)的侧表面上的p侧电极布线36(遮光层)的布线宽度大于光发射部分50(台面部M1)的侧表面上的p侧电极布线36的布线宽度。这是因为光接收部分52(台面部M2)的侧表面上的p侧电极布线36用作电流路径和遮光层两者，但光发射部分50(台面部M1)的侧表面上的p侧电极布线36仅用作电流路径。因此，由光发射部分50与光接收部分52之间的功能和特性的差异确定了适当的布线宽度，并且也有效地使用了布线材料。
<第一示例性实施例的第二变型例>
在前述示例性实施例中，已经以将金属层用作遮光层的方面为示例进行了描述。应注意，本发明不限于此。作为选择，可以使用由其它材料制成的遮光层。在本示例性实施例中，将介电体多层膜(未示出)用作遮光层。
介电体多层膜指的是通过以多层结构交替地堆叠具有高折射率的介电体薄膜和具有低折射率的介电体薄膜而形成的堆叠体。介电体多层膜是获得各种光学性质的光学薄膜。在本示例性实施例中，介电体多层膜构造为反射镜，并且反射镜反射干扰光，从而防止干扰光对光接收部分52的影响。
例如，通过以多层结构方式对作为具有高折射率的材料的TiO2(氧化钛膜)和作为具有低折射率的材料的氧化硅膜(SiO2膜)进行堆叠而形成根据本示例性实施例的介电体多层膜。根据本示例性实施例的介电体多层膜可以形成在光接收部分52(台面部M2)的侧表面和上表面两者上，或仅形成在光接收部分52(台面部M2)的侧表面上。在介电体多层膜形成在台面部M2的侧表面上的情况下，介电体多层膜可以形成在层间绝缘膜34上，或可以直接形成在台面部M2的侧表面上。在介电体多层膜形成在台面部M2的上表面上的情况下，介电体多层膜可以形成在发射表面保护层38上，或可以直接形成在上表面(上部DBR 26)上。介电体多层膜的膜厚例如为1μm。
根据本示例性实施例的介电体多层膜可以形成为覆盖台面部M2中的有源区域24的侧表面的至少一部分，但与示例性实施例的金属层一样，介电体多层膜可以构造为覆盖台面部M2中的有源区域24的至少1/3。在覆盖台面部M2中的有源区域24的3/4以上的情况下，进一步有效地展现出根据本示例性实施例的效果。介电体多层膜还可以设置在光发射部分50的台面部M1的侧表面上。通过将介电体多层膜也设置在光发射部分50的台面部M1的侧表面上，防止了从光发射部分50直接漏出的漏出光的影响。
<第一示例性实施例的第三变型例>
在前述实施例中的每一个中，已经以通过反射来遮挡光的方面为示例进行了描述。应注意，本发明不限于此。作为选择，可以通过吸收来遮挡光。因此，在本示例性实施例中，光接收部分52(台面部M2)的侧表面或上表面上设置有光吸收层(未示出)。在根据本示例性实施例的光吸收层形成在台面部M2的侧表面上的情况下，光吸收层可以形成在层间绝缘膜34上，或可以直接形成在台面部M2的侧表面上。在介电体多层膜形成在台面部M2的上表面上的情况下，介电体多层膜可以形成在发射表面保护层38上，或可以直接形成在上表面(上部DBR 26)上。
根据本示例性实施例的光吸收层可以形成为覆盖台面部M2中的有源区域24的侧表面的至少一部分。与根据示例性实施例的光反射层一样，光吸收层可以构造为覆盖台面部M2中的有源区域24的至少1/3。在覆盖台面部M2中的有源区域24的3/4以上的情况下，进一步有效地展现出根据本示例性实施例的效果。根据本示例性实施例的光吸收层可以形成为不透明的树脂层。光吸收层的厚度例如可以是1μm以上。顺便提及，诸如层间绝缘膜34等绝缘膜的膜厚通常小于1μm，并且使用诸如氮化硅膜(SiN膜)或氮氧化硅膜(SiON膜)等不透明材料。光吸收层还可以设置在光发射部分50的台面部M1的侧表面上。通过将光吸收层设置在光发射部分50的台面部M1的侧表面上，防止了从光发射部分50直接漏出的漏出光的影响。
[第二示例性实施例]
将参考图4A和图4B对根据本示例性实施例的光发射元件10a进行描述。光发射元件10a具有在根据前述示例性实施例中的每一个的光发射元件中改变光接收部分52(台面部M2)中的p侧电极布线的形状的构造。
在光发射元件10中，在图1A和图1B中以箭头P1表示的n侧电极片42-2的引线布线具有恒定的宽度。相反，在光发射元件10a中，以图4A和图4B中箭头P2表示的n侧电极片42-2的引线布线的宽度较小(窄)。通过如上文所述使引线布线变窄，光发射元件10a的芯片尺寸变得更小。在前述示例性实施例中，已经以n侧电极片42-2的引线布线较窄的方面为示例进行了描述。应注意，本发明不限于此。还可以使另一电极片的引线布线变窄。
[第三示例性实施例]
将参考图5对根据本示例性实施例的光传导装置进行描述。图5是示出根据本示例性实施例的光传导装置400的示例性构造的剖视图。光传导装置400包括安装有具有光发射元件10的电子部件410的金属管座420。管座420被中空的盖件430覆盖，并且球透镜440固定在盖件430的中央。筒状壳体450附接于管座420，并且光纤470穿过插芯460固定于壳体450的端部分。在电子部件410中，光发射元件10由驱动单元(未示出)操作，并且发射出射光Lo。从电子部件410发射的出射光Lo被球透镜440会聚，并且所会聚的光入射在光纤470上以进行传导。除了球透镜以外还可以使用诸如双凸透镜和平凸透镜等其它透镜。
在前述示例性实施例中的每一个中，已经以将遮光层设置在上部DBR 26(其包括量子层)的侧表面上的方面为示例进行了描述。应注意，本发明不限于此。遮光层也可以设置为覆盖下部DBR 16。
另外，在前述示例性实施例中的每一个中，已经以单个光发射元件为示例进行了描述。应注意，本发明不限于此。作为选择，还可以采用具有形成在单个基板上的多个根据示例性实施例中的每一个的光发射元件的光发射元件阵列。根据该通过使用根据示例性实施例中的每一个的光发射元件而形成的光发射元件阵列，防止了来自另一光发射元件的光发射部分的出射光作为漏出光进入某一光发射元件的光接收部分。
在前述示例性实施例中，已经以使用半绝缘GaAs基板的GaAs基光发射元件为示例进行了描述。应注意，本发明不限于此。作为选择，可以使用GaN(氮化镓)基板或InP(磷化铟)基板。
此外，在前述各示例性实施例中，已经以将n型接触层形成在基板上的方面为示例进行了描述。应注意，本发明不限于此。作为选择，可以将p型接触层形成在基板上。在这种情况下，可以将n型和p型颠倒过来阅读前述描述。
为了解释和说明起见，已经提供了对于本发明的各示例性实施例的前述说明。其本意并不是穷举或将本发明限制为所公开的确切形式。显然，对于本技术领域的技术人员可以进行多种修改和变型。实施例的选取和说明是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用，从而使所属领域的其他技术人员能够理解本发明适用于各种实施例，并且具有各种变型的本发明适合于所设想的特定用途。其目的在于用所附权利要求书及其等同内容来限定本发明的范围。

Claims (14)

1.一种光发射元件，包括：
半导体堆叠结构，其包括：
光发射部分；以及
光接收部分，其接收从所述光发射部分通过半导体层沿横向传播的光，其中，所述光发射部分和所述光接收部分共享量子层；以及
光反射层，其覆盖所述光接收部分中的所述量子层的侧表面的1/3以上。
2.根据权利要求1所述的光发射元件，其中，所述光反射层是金属层。
3.根据权利要求2所述的光发射元件，其中，所述金属层是电极布线。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光发射元件，其中，所述光反射层覆盖所述量子层的所述侧表面的3/4以上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光发射元件，其中，所述光反射层还覆盖所述光接收部分的光接收表面。
6.一种光传导装置，包括：
根据权利要求1至5中任一项所述的光发射元件；以及
施加单元，其向所述光发射元件施加驱动信号。
7.一种光发射元件阵列，包括：
多个根据权利要求1至5中任一项所述的光发射元件。
8.一种光发射元件，包括：
半导体堆叠结构，其包括：
光发射部分；以及
光接收部分，其接收从所述光发射部分通过半导体层沿横向传播的光，其中，所述光发射部分和所述光接收部分共享量子层；以及
介电体多层膜，其设置在所述光接收部分的侧表面上。
9.一种光发射元件，包括：
半导体堆叠结构，其包括：
光发射部分；以及
光接收部分，其接收从所述光发射部分通过半导体层沿横向传播的光，其中，所述光发射部分和所述光接收部分共享量子层；
第一电极布线，其形成在所述光发射部分的侧表面上；以及
第二电极布线，其形成在所述光接收部分的侧表面上，并且具有比所述第一电极布线更宽的宽度。
10.一种光发射元件，包括：
半导体堆叠结构，其包括：
光发射部分；以及
光接收部分，其接收从所述光发射部分通过半导体层沿横向传播的光，其中，所述光发射部分和所述光接收部分共享量子层；以及
遮光层，其通过吸收来自外部的光来遮挡所述光，所述遮光层设置在所述光接收部分中的所述量子层的侧表面的至少一部分上，并且所述遮光层具有1μm以上的厚度。
11.根据权利要求10所述的光发射元件，其中，所述遮光层覆盖所述量子层的所述侧表面的3/4以上。
12.根据权利要求10或11所述的光发射元件，其中，所述遮光层还覆盖所述光接收部分的光接收表面。
13.一种光发射元件，包括：
半导体堆叠结构，其包括：
光发射部分；以及
光接收部分，其接收从所述光发射部分通过半导体层沿横向传播的光，其中，所述光发射部分和所述光接收部分共享量子层；以及
遮光层，其通过吸收来自外部的光来遮挡所述光，并且所述遮光层从所述光接收部分中的所述量子层的侧表面的至少一部分到所述光接收部分的上表面的整个区域连续地设置。
14.一种光发射元件，包括：
半导体堆叠结构，所述半导体堆叠结构具有：光发射部分；以及光接收部分，其接收从所述光发射部分通过半导体层沿横向传播的光，其中，所述光发射部分和所述光接收部分共享量子层；以及
不透明树脂层，其设置在所述光接收部分中的所述量子层的侧表面的至少一部分上。
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