[发明专利]垂直腔表面发射激光器件及采用这种器件的光拾取装置

说明书

本发明涉及垂直腔表面发射激光(VCSEL)器件和采用这种器件的光拾取装置，更具体地是涉及其中的光源和光电探测器是集成在一个半导体衬底上的VCSEL器件及采用这种器件的光拾取装置。

与边缘发射(edge emitting)激光的工作方式不同，VCSEL是发射垂直于半导体堆积层的上表面的光。因为VCSEL发射的是高斯光束，即几乎是圆形的光束，不需要从光学上校正所发射的光束的形状，此外，VCSEL可以做得小到能使这种器件的二维阵列可以集成在半导体衬底上，从而可以广泛应用于计算机工业，音/像设备，激光打印机和扫描仪，医疗设备及通信领域。

可是，这种VCSEL垂直发射光发射所要求的固有结构－其中有一个发射表面是与衬底结合在一起－妨碍了控制光发射的监控光电探测器的安装。这里，监控光电探测器可以用环绕光源周边安装的环形光电探测器充当，它在光源被驱动时接收横向发射的自发射光，也可以用安装在光源自身顶部的平面光电探测器来充当监控光电探测器。

如图1所示，在美国专利5，285，466中公开的一个传统的带有监控光电探测器的VCSEL包括一个半导体衬底10，一个集成在衬底10上的正向偏置时发光的光源12，和一个接收从光源12的侧面横向发射自发射光的环形监控光电探测器14。这里，这个光电探测器－它可以反向偏置或不加电压－接收来自光源的自发射光并且把接收到的光变成电信号，然后这个电信号被反馈到光源的一个电极，用来控制发光量。但是，这样横向发射的自发射光不与垂直发射的光成比例，因而精确控制光源是困难的，并且其光强相对来说较低，不利于正确探测。

因此，如图2，另一种集成有监控光电探测器的传统型VCSEL被提了出来，其中光源22是形成在半导体衬底20之上，并且监控光电探测器24是直接形成在光源22的顶部。这种情况下，光电探测器24接收从光源发出的光的一部分，用于探测并转换成一个监控信号，并且允许其余的光通过。尽管所接收的光对完成监控功能来说是足够的，但通过监控光电探测器24发射出去的可用光部分将有很大减少。

为了解决上述问题，本发明的第一个目的是提供一个具有把光源和光电探测器集成在一起的紧凑结构的VCSEL器件，它提高了发射光的使用效率。

本发明的第二个目的是提供一个采用上述VCSEL器件的光拾取装置，在这种装置中，光源、监控光电探测器和主光电探测器是集成在一起的。

为了实现第一个目的，这里提供了一个垂直腔表面发射激光器，它包括：一个半导体衬底；一个具有形成在半导体衬底上的用于接收入射光的本征缓冲层和形成在本征缓冲层上的第一电极层的光电探测器；和一个光源，它具有一个形成在第一电极层上的用于反射大部分入射光并传输剩余部分光的第一分布布喇格反射(DBR)堆，在第一DBR堆上形成有一个用于产生光发射的激发层，在激发层上形成有用于反射大部分入射光并且传输剩余部分光的第二DBR堆，并且在第二DBR堆上形成有第二电极层，这个电极层上有一个腔体，通过它把穿过第二DBR堆的光发射出去，其中第一电极层上有一块外露表面，这个表面上没有形成光源而是有一个联接第一电极层与外部电源的引线。

为了实现第二目的，所提供的光拾取装置，包括：一个垂直腔表面发射激光器件，它含有一个半导体衬底、一个具有依次叠加在所述的半导体衬底上的本征缓冲层和第一电极层的光电探测器、和一个具有依次叠加在第一电极层上的第一布喇格所射堆、激发层和一个形成有一个腔体的第二布喇格所射堆的光源，其特征在于，第一电极层具有一个其上面没有形成光源的外露表面，并且一个用于连接第一电极层与外部电源的引线是形成在所述的外露表面上；一个置于所述的光源和光记录介质之间的物镜，用于聚焦从光源发出的光在光记录介质上形成一个光点；一个位于光源和物镜之间的衍射器件，用于根据从光源入射的光束的光路改变从物镜入射的光束的光路；和一个用于探测通过所述的衍射器件的光的主光电探测器。

上述本发明的目的和优点通过以附图作参考对所最佳的实施例进行详细的描述会变得更清楚，其中：

图1表示一例传统VCSEL的概要透视图；

图2是另一例传统VCSEL的概要透视图；

图3A和3B分别是本发明的第一实施例的VCSEL器件的截面图和平面图；

图4A和4B分别是本发明的第二实施例的VCSEL器件的截面图和平面图；

图5A和5B分别是本发明的第三实施例的VCSEL器件的截面图和平面图；

图6A和6B分别是本发明的第四实施例的VCSEL器件的截面图和平面图；