CN1181648A - 光发射装置 - Google Patents
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Abstract
一种光发射装置,包括表面发射激光器和监控光探测器,其中该表面发射激光器包括衬底、第一反射层、有源层和第二反射层、第一和第二电极,该激光器在叠层方向上发光;探测表面发射激光器的发射光量的监控光探测器包括第一半导体材料层、一吸收层和第二半导体材料层、第三电极;以及一形成在吸收层底部且截取一部分入射光的控制层。
Description
本发明涉及一种光发射装置，特别涉及一种采用了具有改善的发光特性的表面发射激光器(SEL)的光发射装置。
一般来讲，包括端边发射激光器和SEL的半导体激光器被广泛用于小型光发射装置。半导体激光器所发射的光量必须保持恒定，为此采用一监控光探测器。
由于SEL是沿半导体的多个叠层的方向发射激光的，所以多个SEL可以集成在一个衬底上。另外，因为SEL的光束形状近似圆形且发光强度呈高斯分布，所以不需额外的光学器件来对发光的形状进行较正，因此，SEL作为光发射装置被广泛用于各技术领域，如计算机、音频/视频设备、激光打印机、激光扫描仪、医学仪器、通信系统等。
然而，由于SEL的一个发光表面是与衬底的顶面相结合的，所以设置一监控光探测器就不容易。
因而，对于制作一体的光探测器和SEL的研究已经在积极地进行。
如图1所示，一传统的光发射装置由沿其叠层的方向发光的一SEL 20和设置在SEL 20的顶部的监控光探测器50所组成，其中，光探测器和SEL形成一个整体。
SEL 20包括衬底1；有源层23，其形成在衬底1上并发光；第一和第二反射层22和27，其由分别位于有源层23的顶面和底面的分层的半导体化合物组成，且使从有源层23发射的光进行谐振；一高阻部分25，其通过在除了有源层23的中心部分23a外的地方注入离子或质子束形成；一窗口29，用于在监控光探测器50的顶部传送激光；以及第一和第二电极10和30，其分别形成在衬底1的底面和第二反射层27的顶面。
当第一和第二电极10和30被加上正向偏压时，一电流就流过由高阻部分25所围的有源层23的中心部分23a，且由电子和带正电的空穴复合而产生光。在所产生的光当中，只有完全符合第一和第二反射层22和27谐振条件的波长的光才保留，且通过在保留的光中具有相同相位和波长的光的受激发射来使光放大。由受激发射所产生的激光束穿过第一和第二反射层22和27射向SEL 20的顶面和底面。
SEL 20不仅发射受激发射的光，还发射自发发射的光，其中，自发发射的光是具有多个波长和相位的混合光且具有不同于受激发射光的特性。
监控光探测器50包括一对不同类型掺杂的半导体材料层51和58、位于这二个掺杂的半导体层51和58之间的本征半导体层57、以及用于输出由监控光探测器50探测到的信号的第三电极70。监控光探测器吸收一部分从SEL 20的顶面发射的光并输出与所吸收的光量成正比的信号。
在具有上述结构的传统的光发射装置的操作中，在监控光探测器50中吸收一部分从SEL 20的顶面所发射的光，且剩余的光透过窗口29发射出去。这里，通过根据在监控光探测器50中所接受的光量来探测SEL 20的光发射量，由此将光发射装置的发射光控制为恒定。
然而，监控光探测器50所检测的光包括自发发射光和受激发射光。于是，当这种自发发射光的检测信号影响到监控光探测器50的检测信号时，对SEL 20的发射光量的精确控制就很困难。
本发明的目的就是提供一种通过阻挡大部分射向监控光探测器的自发发射光来精确控制表面发射激光器的发光量的光发射装置。
为实现上述目的，本发明的光发射装置包括一表面发射激光器(SEL)，其在叠层的方向发光；以及一叠加在SEL上的监控光探测器，其通过接收SEL发射的一些光来检测所发射的光量。
SEL包括一衬底、一形成在衬底上面并产生光的有源层、分别形成在有源层底面和顶面上且通过反射来使所产生的光进行谐振的第一和第二反射层、以及形成在衬底的底面上和第二反射层上面的一部分上的第一和第二电极。
为了接收和探测SEL发射的一些光的光量，监控光探测器要包括第一半导体材料层、一吸收层、相继叠加在第二反射层上的第二半导体材料层、以及形成在第二半导体材料层上并发射检测信号的第三电极。
根据本发明的实施例，截取SEL一部分入射光的控制层形成在吸收层的底部。
控制层包括形成在中心部位以便透射SEL的一些入射光的一透射区域，以及形成在所留区域上并用于阻挡入射光的截取区域。
大部分的SEL的受激发射光穿过透射区，且大部分SEL的自发发射光被截取区域阻挡。
图1是表示一传统光发射装置的示意性截面图。
图2是表示根据本发明的实施例的一光发射装置的示意性截面图。
如图2所示，根据本发明的光发射装置包括在各叠层的方向产生和发射光的表面发射激光器(SEL)120以及形成在SEL 120上并通过接收一部分SEL的发射光来检测所发射的光量的一监控光探测器150。
SEL 120包括衬底100、第一反射层122、有源层123、第二反射层127(第一反射层、有源层和第二反射层相继形成并叠放在衬底100上)、以及分别形成在衬底100的底面上和第二反射层127上面的一部分上的第一和第二电极110和130。
衬底100需要通过对半导体材料(如钾化镓GaAs)惨入n型或P型杂质来形成或由不掺杂的本征半导体材料来产生。
第一和第二反射层122和127是具有不同掺杂类型的半导体层。例如，反射层122和127是通过分别分层设置二种具有不同折射率的半导体化合物(AlxGa1-xAs和GaAs，或者AlxGa1-xAs和AlyGa1-yAs(x≠y))来形成。反射层122和127由于在第一和第二电极110和130加正向偏压而使SEL 120产生电子和带正电的空穴，且二反射层通过反射而使SEL 120所产生的光谐振。
反射层122和127反射大部分入射光并具有高反射率，以便发射特定波长的光。这里，反射层122和127的反射率由半导体化合物叠层对的数量来决定。最好是第一反射层122的反射率高于第二层127的反射率。
有源层123是通过在单个或多个量子井结构中，或在一超晶格结构中叠加本征半导体材料来形成。在有源层123中，通过第一电极110和第二电极130提供的正向偏压使二个反射层122和127的电子和带正电的空穴复合从而产生要发射的光。此时，最好是进一步包括一通过在有源层123的中心部分123a以外的区域内注入离子或质子而形成的高阻部分125，以便所产生的电流能被引导到有源层123的中心部分123a。
如上所述而形成的SEL 120通过由第一和第二电极110和130所提供的正向偏压来发射受激发射光到顶部和底部表面。此时，SEL120以辐射方式也发射自发发射光。
监控光探测器150包括由相继叠加在第二反射层127上而形成的第一半导体材料层151、形成在第一半导体材料层151的顶面上并控制入射光的透射区域的控制层152、一吸收层157、相继形成在控制层152的上表面上的第二半导体材料层158、以及输出监控光探测器150的探测信号的第三电极170。
第一和第二半导体材料层151和158用不同类型的杂质掺杂，且吸收层157是没有掺杂的本征半导体。
另外，在第二半导体材料层158上除了窗口129外的区域上形成第三电极170。于是，从SEL 120发射的光通过窗口129发射出。
控制层152包括形成在中心部位用于透射SEL 120的发射光的透射区域155，以及形成在控制层152的其它区域上用于阻挡入射光的截取区域153。控制层152的形成是通过叠加诸如AlAs的半导体材料层且之后氧化截取区153而形成AlAs氧化层。
从SEL 120的上表面发射的光穿过透射区域155；一部分光在监控光探测器150的吸收层157中被吸收；且剩下的光在透过监控光探测器150后从窗口129发射出去。另外，从SEL 120的上表面发射并入射到截取区域153上的光被截取。
这里，由于透射区域155位于有源层123的中心部分123a，所以从SEL120的上表面发射的大部分受激发射的光都射向透射区域155。同时，大部分从SEL 120的上表面发射的自发发射光入射到截取区域153并被其截取。
尽管SEL 120的一部分自发发射光穿过了透射区155且被监控探测器150所探测，但它并不影向SEL 120的发射光量的控制，因为那点自发发射光量相对于受激发射光可以忽略。
因而，由于监控光探测器150的探测信号正比于穿过窗口129的受激发射光量，所以穿过窗口129的发射光量的变化就可以由监控光探测器150中所探测的光量来检测到。另外，穿过窗口129的SEL 120的发射光量的控制可以通过由所探测光量的信号反馈而控制提供给SEL 120的电流来实现。
因此，根据本发明的光发射装置，通过采用具有控制层152的监控光探测器150，其中控制层截取大部分SEL 120上表面所发射的自发发射光，从而能监控正比于发射自窗口129的光量的受激发射光。
另外，通过使SEL 120和监控光探测器150制成一体而可以使结构简单化。
Claims (6)
1.一种光发射装置，包括：
一表面发射激光器，包括：一衬底；在所述衬底上表面且产生光的有源层；分别形成在所述有源层的上下表面上并靠反射来使所述光谐振的第一和第二反射层；分别形成在所述衬底下表面上和所述第二反射层的上表面的一部分上的第一和第二电极；以及
一监控光探测器，包括：相继叠加在所述第二反射层上用于探测一部分所述表面发射激光器的发射光量的第一半导体材料层、吸收层和第二半导体材料层；以及形成在所述第二半导体材料层上并输出探测信号的第三电极，其特征在于进一步包括一控制层，所述控制层形成在所述吸收层的下表面上并截取一部分所述表面发射激光器的入射光。
2.如权利要求1所述的光发射装置，其中所述控制层包括：一透射区域，形成在其中心部位以便透射一部分表面发射激光器的入射光；以及一截取区域，形成在所剩的其它区域上以便阻挡入射光。
3.如权利要求2所述的光发射装置，其中，所述透射区域包括能透射入射光的半导体材料，且所述截取区域由氧化所述半导体材料的来形成。
4.如权利要求3所述的光发射装置，其中，所述透射区域包括AlAs且所述截取区域包括AlAs氧化物。
5.如权利要求1所述的光发射装置，其中，所述监控光探测器的所述第一半导体材料层和第二半导体材料层用不同类型的杂质进行掺杂，且所述吸收层包括本征半导体材料。
6.如权利要求1所述的光发射装置，进一步包括一高阻部分，其形成在有源层的除其中心部分以外的区域上，且导引着由所述第一和第二电极所产生的电子和带正电空穴流。
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