JP2000215503A

JP2000215503A - 光集積装置

Info

Publication number: JP2000215503A
Application number: JP11018416A
Authority: JP
Inventors: Masataka Izawa; 正隆伊澤
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 1999-01-27
Filing date: 1999-01-27
Publication date: 2000-08-04

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体基板の製造工程により集積化を図り、
装置全体を小型化できると共に、光量の有効利用効率を
向上させることができるだけでなく、既存の資源を有効
に活用すると共に製造が容易であり、製造コストを低減
することのできる光ピックアップ装置用の光集積装置を
提供すること。【解決手段】半導体基板２０上に、アルミ遮光層２
３、バッファ層２６、光導波路２７、及びグレーティン
グ２８を半導体製造工程により積層形成し、更に、アル
ミ遮光層２３が設けられた領域に相当する光導波路２７
の上層には、グレーティング２８と同一工程により、光
導波路２７よりも屈折率の高い伝搬損失低減膜２９を所
定の層厚で形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＤ（Compact Di
sc）、ＬＶＤ（Laser Vision Disc）、ＤＶＤ等の記録
媒体に記録された情報を光学的に再生し、または記録媒
体に情報を光学的に記録する光ピックアップ装置に用い
られる光集積装置の技術分野に属するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、上述のような光ピックアップ装置
としては、特開平４−８９６３４号公報に開示されてい
るように、半導体基板上に発光手段として半導体レーザ
を備えると共に、この半導体基板内に、位相膜層、偏光
膜層、回折格子、光導波路、及び第１の受光部を積層形
成し、更に光導波路の端部に第２の受光部を設けたもの
がある。

【０００３】この光ピックアップ装置においては、半導
体レーザから位相膜層に対して所定の俯角でレーザ光が
照射されると、レーザ光はこの位相膜層を透過し偏光膜
層の表面で反射して光ディスクの情報面に集光投射され
る。そして、光ディスクの情報面で回折・反射したレー
ザ光は位相膜層及び偏光膜層を透過し、回折格子に入射
する。大部分の反射レーザ光は、この回折格子を透過し
て基板下方へ向かう透過光となり、残りは光導波路によ
って伝搬される導波光となる。透過光は、第１の受光部
に受光され、この第１の受光部によりトラッキングエラ
ー信号、ＲＦ信号等が生成される。また、導波光は、光
導波路の端部に形成された第２の受光部に受光され、こ
の第２の受光部によりフォーカスカラー信号が生成され
る。

【０００４】この光ピックアップ装置によれば、各構成
手段を半導体基板の製造工程により集積するので、装置
全体を小型化できると共に、光量の有効利用効率を向上
させることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の光ピックアップ装置においては、光導波路の下層
に、受光部のためのアルミニウム配線層、あるいは受光
部から所定の信号を生成するためのアンプ部を遮光する
ためのアルミニウム遮光層が設けられており、光導波路
によって伝搬される導波光が、前記アルミニウム配線層
またはアルミニウム遮光層の吸収により、電磁界分布が
光導波路内で非対象となり、伝搬損失が増大するという
問題があった。

【０００６】そこで、本発明は、このような問題を解決
し、半導体基板の製造工程により集積化を図り、装置全
体を小型化できると共に、光量の有効利用効率を向上さ
せることができるだけでなく、光導波路による伝搬損失
を低減できる光ピックアップ装置用の光集積装置を提供
することを課題としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の光集積
装置は、前記課題を解決するために、発光手段から発光
出射された光を記録情報が記録された光情報記録担体に
対して照射すると共に、前記光情報記録担体で反射され
た反射光を受光する光ピックアップ装置に用いられ半導
体基板上に積層形成された光集積装置であって、導波光
を伝搬する光導波路と、前記光導波路上に積層され、前
記反射光を前記光導波路に伝搬させる導波光と前記光導
波路を透過させる透過光とに入力結合する結合器を前記
光導波路と共に形成する光波結合手段と、前記結合器を
形成する領域外の前記光導波路上に積層され前記光導波
路と異なる屈折率を有する伝搬損失低減膜とを備えたこ
とを特徴とする。

【０００８】請求項１に記載の光集積装置によれば、発
光手段から発光出射され光情報記録担体に対して照射さ
れた光は、光情報記録担体で反射され、その反射光は光
集積装置の光波結合手段に入射する。光波結合手段は、
光導波路と共に結合器を形成しており、入射した反射光
を、光導波路に伝搬させる導波光と、光導波路を透過さ
せる透過光とに入力結合する。透過光は、光導波路を透
過して受光手段により受光される。また、導波光は光導
波路によって伝搬されるが、前記結合器を形成する領域
外の光導波路上には、光導波路と異なる屈折率を有する
伝搬損失低減膜が積層形成されているので、導波光の振
幅分布は、伝搬損失低減膜側に片寄る傾向を有する。従
って、光導波路の下層部側にアルミニウム製の遮光膜や
配線層が存在し、導波光がアルミニウムの吸収により振
幅分布にアルミニウム製の遮光膜や配線層側への片寄り
が生じる傾向にあっても、全体としては、これらの二つ
の片寄り傾向の間でバランスが取られることになり、何
れの側にも片寄ることのないガウシアン分布が維持され
ることになる。その結果、光導波路伝搬中における導波
光の伝搬損失は低減し、光量の有効利用効率が向上する
こととなる。

【０００９】請求項２に記載の光集積装置は、前記課題
を解決するために、請求項１に記載の光集積装置におい
て、前記伝搬損失低減膜は、前記光導波路の屈折率より
も高い屈折率を有することを特徴とする。

【００１０】請求項２に記載の光集積装置によれば、光
導波路内を伝搬する導波光の振幅分布は、屈折率の高い
媒体側へ片寄る傾向にあり、光導波路上に積層され光導
波路の屈折率よりも高い屈折率を有する伝搬損失低減膜
側に片寄る傾向を示す。従って、光導波路の下層部側に
アルミニウム製の遮光膜や配線層が存在し、導波光がア
ルミニウムの吸収により振幅分布にアルミニウム製の遮
光膜や配線層側への片寄りが生じる傾向にあっても、全
体としてはこれらの二つの片寄り傾向の間でバランスが
取られることになり、何れの側にも片寄ることのないガ
ウシアン分布が維持されることになる。その結果、光導
波路伝搬中における導波光の伝搬損失は低減し、光量の
有効利用効率が向上することとなる。

【００１１】請求項３に記載の光集積装置は、前記課題
を解決するために、請求項１に記載の光集積装置におい
て、前記光導波路は、バッファ層上に積層されており、
前記伝搬損失低減膜は、前記導波路の屈折率よりも低
く、前記バッファ層と等しい屈折率を有することを特徴
とする。

【００１２】請求項３に記載の光集積装置によれば、伝
搬損失低減膜とバッファ層の屈折率が等しいために、伝
搬損失低減膜とバッファ層に挟まれる光導波路について
は、屈折率の関係が光導波路に対して対称となり、導波
光の振幅分布の層厚方向に対する振動は抑えられ、下層
部にアルミニウム製の遮光層または配線層が存在する場
合でも、アルミニウムによる吸収の影響を受け難くな
る。その結果、導波光の振幅分布は、伝搬損失低減膜側
とバッファ層側の何れの側にも片寄ることのないガウシ
アン分布の形状が維持され、光導波路伝搬中における導
波光の伝搬損失は低減し、光量の有効利用効率が向上す
ることとなる。

【００１３】請求項４に記載の光集積装置は、前記課題
を解決するために、請求項１乃至請求項３の何れか一項
に記載の光集積装置において、前記光波結合手段の高さ
は、入力結合効率を飽和させる高さであって、且つ、所
定の損失低減能を得る前記伝搬損失低減膜の膜厚に相当
する高さに設定されていることを特徴とする。

【００１４】請求項４に記載の光集積装置によれば、光
波結合手段の高さは、入力結合効率を飽和させる高さを
備えつつ、伝搬損失低減膜が所定の損失低減能を示し得
る膜厚に相当する高さを備えている。従って、光波結合
手段と伝搬損失低減膜は同一工程で作製でき、光集積装
置の製造コストが低減される。また、以上のような光波
結合手段と伝搬損失低減膜を同一工程で作製することに
より、入力結合効率が飽和すると共に、伝搬損失低減膜
による伝搬損失が低減され、光量の有効利用効率が向上
する。

【００１５】請求項５に記載の光集積装置は、前記課題
を解決するために、請求項１乃至請求項４の何れか一項
に記載の光集積装置において、前記反射光はＴＭモード
のレーザ光であることを特徴する。

【００１６】請求項５に記載の光集積装置によれば、光
情報記録担体からの反射光はＴＭモードのレーザ光なの
で、光導波路における伝搬損失を受け易いが、上述した
ように伝搬損失低減膜によって伝搬損失が低減されるの
で、光量の有効利用効率が向上する。

【００１７】請求項６に記載の光集積装置は、前記課題
を解決するために、請求項１乃至請求項５の何れか一項
に記載の光集積装置において、前記光導波路の下層に
は、アルミニウムからなる配線層または遮光層が形成さ
れており、前記伝搬損失低減膜は、前記配線層または遮
光層上の位置に設けられることを特徴とする。

【００１８】請求項６に記載の光集積装置によれば、光
導波路を伝搬する導波光は、光導波路の下層のアルミニ
ウムからなる配線層または遮光層の吸収の影響を受ける
が、光導波路上には、これらの配線層または遮光層上の
位置に伝搬損失低減膜が設けられているので、前記影響
を抑える。その結果、導波光の振幅分布は、伝搬損失低
減膜側と配線層または遮光層側の何れの側にも片寄るこ
とのないガウシアン分布の形状が維持され、光導波路伝
搬中における導波光の伝搬損失は低減し、光量の有効利
用効率が向上することとなる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
について、添付図面を参照して説明する。

【００２０】［第１の実施形態］本発明の第１の実施形
態を図１乃至図１２に基づいて説明する。まず、本実施
形態における光ピックアップ装置の概要について説明す
る。

【００２１】（光ピックアップ装置の概要）図１は、本
発明の一実施形態における光ピックアップ装置１の概略
構成を示す斜視図である。図１において、光ピックアッ
プ装置１は、発光手段としての半導体レーザ１２を備え
た半導体レーザ部２と、半導体基板２０上に積層形成さ
れた光集積装置３とから構成される。半導体基板２０と
サブマウント１１はマウントベース１０上にボンディン
グされており、半導体レーザ１２は、前記光集積装置３
の上面に対して所定の角度でレーザ光を発光出射するよ
うに設定されている。

【００２２】光集積装置３は、図１に示すＸ−Ｘ’線に
おける断面図である図２に示すように、第１の受光部２
１及び第２の受光部２２が形成されたシリコン（Ｓｉ）
製の半導体基板２０上に、アルミ遮光膜２３と、前記ア
ルミ遮光膜２３によって生じた段差を平坦化するために
設けられたＳＯＧ（Spin On Glass）層２４と、前記Ｓ
ＯＧ層２４上に設けられたＳｉＯ₂バッファ層２５と、
前記ＳｉＯ₂バッファ層２５上に設けられレーザ光を透
過させると共に導波光として伝搬させる光導波路２７
と、前記光導波路２７上に形成されレーザ光を透過光と
導波光とに分離する光波結合手段としてのグレーティン
グ２８と、前記光導波路２７上に設けられた伝搬損失低
減膜２９とが、積層形成されて構成されている。

【００２３】グレーティング２８は、本実施形態では、
一例としてＴｉＯ₂で形成し、長さＬを１．０ｍｍ、厚
さを０．０５μｍとした。また、本実施形態では、この
グレーティング２８と光導波路２７とによりグレーティ
ングカップラを構成している。グレーティングカップラ
は半導体レーザ１２から照射されたＴＥモードのレーザ
光を、光集積装置３の外部に反射させると共に、光ディ
スクで反射された後にＴＭモードのレーザ光として照射
される戻り光の大部分を下方へ透過させ、且つ一部を導
波光として光導波路２７によって伝搬させる。このよう
に本実施形態におけるグレーティングカップラは、光デ
ィスクからの戻り光を光導波路２７に入力結合させる構
成であるため、グレーティング周期は使用するレーザ光
の波長と同程度あるいはそれ以下に設定されている。ま
た、本実施形態におけるグレーティング２８は、図１に
示すように光導波路２７による導波光の伝搬方向に沿っ
た中心線Ｏを境にして左右に２分割されており、グレー
ティング２８のパターンは左右で異なるように設定され
ている。グレーティング２８のパターンは左右いずれも
曲線で、グレーティングの周期が場所によって異なる、
いわゆるチャーピングされた状態になっている。

【００２４】光導波路２７は、一例として厚さ０．６５
μｍのコーニング７０５９からなり、屈折率は１．５３
である。光導波路２７の上層側は、上述したグレーティ
ング２８及び後述する伝搬損失低減膜２９が設けられた
領域を除いて、空気層と接しており、グレーティング２
８及び伝搬損失低減膜２９についても空気層と接してい
る。また、光導波路２７の下層側には、屈折率１．４
３、厚さ０．４０μｍのＳＯＧ層２４と、屈折率１．４
７、厚さ０．７０μｍのＳｉＯ₂層２５とからなるバッ
ファ層２６が設けられている。このように、光導波路２
７は、屈折率が周囲の層よりも高くなるように設定さ
れ、更に所定の厚さに形成されることにより、所定の導
波条件を満たしており、グレーティング２８によって入
力結合される導波光を導波モードで伝搬させる。また、
第２の受光部２２とアルミ遮光膜２３の境界位置周辺
は、図２に示すようにバッファ層２６がアルミ遮光層２
３側から第２の受光部２２側に下がる傾斜を有してお
り、第２の受光部２２の上部のバッファ層２６は他の部
分よりも薄く形成されている。このような構成により、
第２の受光部２２の上部においては、基板との位相整合
により、光導波路２７は放射モードとなり、導波光を放
射する。

【００２５】なお、アルミ遮光層２３は、図３に示すよ
うに、半導体基板２０上に設けられた熱酸化膜２３ａ上
に形成されており、更にアルミ遮光層２３上には保護膜
２３ｂが形成されている。

【００２６】また、光導波路２７の上層であって、アル
ミ遮光層２３が設けられた領域に対応する領域には、図
２及び図３に示すように、長さＷ１が２．０ｍｍ、膜厚
が０．０５μｍ、屈折率が２．００のＴｉＯ₂からなる
伝搬損失低減膜２９が設けられている。光導波路２７の
伝搬経路上にこのような伝搬損失低減膜２９を設けるこ
とにより、図３に示すようにガウシアン分布を有して光
導波路２７に入射される導波光は、光導波路２７中にお
いてもこの分布状態が保たれ良好に伝搬される。

【００２７】ＴＭモードのレーザ光の光導波路２７内に
おける電磁界の振幅分布の一例を図５に示す。図５は、
伝搬損失低減膜２９の長さＷ１を２．０ｍｍ、膜厚を
０．０５μｍ、屈折率を２．００とし、光導波路２７の
屈折率を１．５３とした時の、光導波路２７の伝搬損失
低減膜２９が設けられた領域の伝搬長さに対する電磁界
の振幅分布を示す図である。ここで、光導波路２７の伝
搬長さは、図２に示す伝搬損失低減膜２９が設けられた
グレーティング２８側の端部ａを原点として、反対側の
端部ｂまでの伝搬長さを示している。なお、図５におい
ては、半導体基板２０上の層の厚さを、図２に示すアル
ミ遮光層２３と半導体基板２０の境界位置ｃをゼロとし
て正の値で表しており、例えば２．５μｍの層厚は光導
波路２７の中央部までの層厚となっている。また、半導
体基板２０側の位置は負の値で表している。

【００２８】図５から判るように、前記伝搬損失低減膜
２９の端部ａの位置（０．０ｍｍ）において約１．００
であった電磁界の振幅が、前記端部ｂ側に進むに従って
徐々に低下し、２．０ｍｍの位置では約０．２５にまで
減少するが、振幅の分布状態はガウシンアン分布の状態
を保っている。本実施形態においては、長さＷ１（ｂ−
ａ）を２．０ｍｍに設定しているので、導波光がこの長
さＷ１の領域を伝搬し終えるまでの間において、電磁界
の振幅分布状態がガウシンアン分布の状態に保たれるこ
とが判る。

【００２９】次に、第１の受光部２１は、ＲＦ信号及び
トラッキングエラー信号生成用の４分割された受光部で
あり、グレーティング２８の直下位置または直下位置か
らややずれた近傍位置に設けられている。

【００３０】また、第２の受光部２２は、フォーカスエ
ラー信号生成用の２分割された受光部であり、グレーテ
ィング２８から離れた位置に設けられ、十分な光路長が
確保されている。

【００３１】（従来の光集積装置との比較）次に、本実
施形態の光集積装置と従来の光集積装置とを比較して説
明する。図４に従来の光集積装置の構成を示す。従来の
光集積装置は、図４に示すように、光導波路２７上に伝
搬損失低減膜２９が設けられていない。従って、電磁界
の振幅分布がガウシアン分布の状態で入射した導波光
は、伝搬が進むにつれてアルミ遮光膜２３の吸収の影響
を受けてしまい、光導波路２７内の電磁界の振幅分布に
は片寄りが生じ、伝搬損失が生じる。

【００３２】これに対し、本実施形態の光集積装置は、
光導波路２７上に光導波路２７よりも屈折率の高い伝搬
損失低減膜２９を設けることにより、電磁界の振幅分布
が伝搬損失低減膜２９側に片寄る傾向にあり、この傾向
とアルミ遮光膜２３側の吸収による影響とのバランスが
とられて、結果として光導波路２７内の電磁界の振幅分
布は入射当初と同じガウシンアン分布を保つことができ
る。従って、導波光の伝搬損失を防止して光の有効利用
効率を高める良好な伝送を行うことができる。

【００３３】（光集積装置の製造方法）次に、以上のよ
うな本実施形態における光集積装置３の製造方法につい
て説明する。本実施形態においては、まず、図２に示す
ように半導体基板２０とアルミ遮光膜２３からなり、第
１の受光部２１と第２の受光部２２の受光面が半導体基
板２０の同一平面に形成されたフォトディテクタ４を製
造する。あるいはフォトディテクタ４の代わりにＯＥＩ
Ｃ（Opto-Electronic-Integrated Circuit(アンプ付き
フォトディテクタ) ）を用いても良い。このようなフォ
トディテクタ４またはＯＥＩＣは、一般にＣＤ（Compac
t Disc）、ＬＶＤ（Laser Vision Disc）、ＤＶＤ等の
再生装置において用いられているものと同様な構成を有
しているため、パターン変更を行うだけで製造すること
ができ、プロセス変更等は不要である。従って、既存の
装置を使用して製造することが可能である。

【００３４】次に、上述のようなフォトディテクタ４ま
たはＯＥＩＣには、アルミ配線やアルミ遮光膜２３が設
けられ、これらが第１の受光部２１及び第２の受光部２
２の受光面に対して段差を形成しているため、この段差
の埋め込みのために図２に示すようにバッファ層（絶縁
膜）２６を塗布（成膜）する。このバッファ層２６は、
一例としてＳＯＧ層２４とスパッタによるＳｉＯ₂層２
５の多層構造とする。ＳＯＧ層２４によって前記段差を
緩和し、ＳｉＯ₂層２５によって第１の受光部２１と光
導波路２７との距離を調整する。この調整は第１の受光
部２１と光導波路２７との距離の最適化により行われ
る。これは、バッファ層厚により、グレーティングカッ
プラの入力結合効率が変化するためである。

【００３５】次に、第２の受光部２２の上部のバッファ
層２６を、取り除き、非常に緩やかな傾斜を持つ形状に
加工する。加工方法は、ウェットエッチングなどを用い
れば良い。このような傾斜を形成することにより、第２
の受光部２２と光導波路２７の距離を第１の受光部２１
と光導波路２７の距離よりも短くすることができ、光導
波路２７を伝搬する導波光のモードを導波モードから放
射モードに変更させて第２の受光部２２に対して良好に
伝搬光を漏洩させることができる。なお、傾斜による伝
搬ロスを少なくするためには、傾斜の角度はできるだけ
揺るかな方が望ましい。

【００３６】次に、以上のようなバッファ層２６の上に
光導波路２７を成膜し、更に光導波路２７の上には光学
素子の機能を持たせたグレーティング２８を設けて、光
導波路２７と共にグレーティングカップラを形成する。
また、同時に伝搬損失低減膜２９を形成する。グレーテ
ィング２８の位置は第１の受光部２１の真上もしくは伝
搬方向とは逆方向にずらした位置とし、伝搬損失低減膜
２９の位置はアルミ遮光層２３が形成された領域に対応
する領域とする。グレーティングカップラは、導波光に
比べて透過光の光量を多くする構成の方が製造し易く、
本実施形態においてもこのような構成になっている。従
って、導波光に比べて十分な光量の透過光を効率良く受
光できる位置に受光部を置くことにより、信号再生に重
要なＲＦ信号を良好に生成することができる。また、同
様にトラッキングエラー信号についても良好に生成する
ことができる。また、グレーティング２８は、光導波路
２７上にＴｉＯ₂を成膜した後、図６に示すようにエッ
チングにより形成する。これは、本実施形態において
は、グレーティング２８と伝搬損失低減膜２９とが同一
層として同一工程で形成されるためである。また、この
ため、グレーティング２８の高さは、入力結合効率を飽
和させる高さと、伝搬損失低減膜２９により確実に伝送
の損失を防止可能な伝搬損失低減膜２９の膜厚との双方
を考慮した高さとする。図９及び図１０にグレーティン
グ２８の高さ（深さ）と入力結合効率との関係を示す。

【００３７】図９及び図１０においては、横軸がグレー
ティング２８の高さ（深さ）（μｍ）を、縦軸は入力結
合効率に相当する放射損失係数（１／ｍ）を示してい
る。また、図９はグレーティング層をＳｉＯ₂で形成し
た場合、図１０はグレーティング層をＴｉＯ₂で形成し
た場合の図である。

【００３８】一般的に、放射損失係数αと入力結合効率
ηの関係は、グレーティングの長さ（結合長）をＬとし
た場合、 η＝１−ｅｘｐ（−２・α・Ｌ）となる。本実施形態における設計は、グレーティングの
長さＬを１．０ｍｍで統一しているので、図９から判る
ように、ＳｉＯ₂で形成したグレーティングの場合は、
深さ０．１μｍ以上、また図１０から判るように、Ｔｉ
Ｏ₂で形成したグレーティングの場合は、深さ０．０５
μｍ以上で、十分に入力結合効率が飽和していると考え
られる。

【００３９】従って、グレーティング２８の高さを、十
分に入力結合が飽和していると考えられる具体的な値に
決定するための要因を、後述する伝搬損失低減膜２９の
膜厚に依存させることにより、高効率で伝搬損失の少な
い構成が可能になる。なお、伝搬損失低減膜２９の膜厚
については、後述する実施例と共に詳細に説明する。

【００４０】これに対し、従来の光集積装置において
は、伝搬損失低減膜２９を有していないため、図７に示
すように、マスクスパッタ法を用いたリフトオフを行う
ことによりグレーティング２８を形成している。この時
のグレーティング２８の高さは、作り易さから、入力結
合効率を飽和させることのできる最低の高さとしてい
た。

【００４１】以上のように、本実施形態における光集積
装置は、一般的なフォトディテクタまたはＯＥＩＣを用
いることができるので、容易に製造することができ、ま
た、従来の製造装置を用いることができるので、製造コ
ストを低減することができる。（光ピックアップ装置１の動作）次に、以上のような本
実施形態の光ピックアップ装置１の動作について図１、
図２、及び図８を用いて説明する。なお、図８は本実施
形態の光ピックアップ装置を用いたディスクを含めた光
学系の全体構成図である。

【００４２】まず、半導体レーザ１２から放射されたレ
ーザ光は、所定の角度で光集積装置３のグレーティング
２８に向けて出射される。レーザ光はグレーティング２
８によってＴＥモードのレーザ光のみが反射され、反射
ミラー５に向けて照射される。そして、このＴＥモード
のレーザ光は反射ミラー５によって反射され、コリメー
ターレンズ６によって平行光化され、対物レンズ７に入
射し、対物レンズ７よって光ディスク８の情報記録面に
集光させられる。

【００４３】次に、光ディスク８の情報記録面において
反射された戻り光は、逆の経路を辿って再びグレーティ
ング２８に入射する。戻り光はＴＭモードになってお
り、グレーティング２８と光導波路２７とから構成され
るグレーティングカップラは、このＴＭモードの戻り光
を第１の受光部２１側の透過光と第２の受光部２２側の
導波光とに分離する。大部分は透過光となり、グレーテ
ィング２８の直下位置または直下位置の近傍に設けられ
ている第１の受光部２１によって受光される。本実施形
態では、第１の受光部２１は４分割の受光部であり、こ
の第１の受光部２１の出力に基づいてＲＦ信号が生成さ
れる。また、この第１の受光部２１の出力から位相差法
もしくはプッシュプル法によりトラッキングエラー信号
が生成される。

【００４４】一方、導波光は、光導波路２７によって第
２の受光部２２側に伝搬されることになるが、アルミ遮
光層２３が設けられた領域に対応する光導波路２７上の
領域には伝搬損失低減膜２９が設けられているため、導
波光がアルミ遮光層２３の吸収の影響を受ける傾向と、
電磁界の振幅分布が屈折率の高い伝搬損失低減膜２９側
に片寄ろうとする傾向とのバランスがとられ、結果とし
て導波光は初期のガウシアン分布の状態を維持しながら
伝送される。

【００４５】次に、第２の受光部２２上のバッファ層２
６は上述したような傾斜により他の部分よりも薄くなっ
ているため、光導波路２７によって導波モードで伝搬さ
れてきた導波光は、第２の受光部２２上で放射モードと
なり、第２の受光部２２に放射される。この時、この放
射光は、グレーティングカップラの集光効果によって、
第２の受光部２２の２分割された左右の受光部に向けて
集光される。本実施形態では、グレーティングカップラ
の集光効果を左右の受光部に対して異なる焦点距離で集
光するように構成したので、光ディスク８の偏心等によ
り、光ディスク８上のレーザ光の焦点位置が変動し、受
光部に対する焦点位置がずれると、左右の受光部でビー
ムスポットの面積が変わる。この面積の変動による受光
部の出力変化を図示しないアンプを用いて演算処理し、
フォーカスエラー信号を生成する。このように本実施形
態においては、信頼性のあるビームサイズ法（フーコー
法）を用いてフォーカスエラー信号を生成することがで
きる。また、本実施形態においては、光導波路２７にお
ける導波光の伝搬モードを放射モードに変えて第２の受
光部２２で検知する構成なので、第２の受光部２２にお
ける受光量は第２の受光部２２の大きさ（結合長）また
はバッファ層２６の厚さにより調整可能である。

【００４６】なお、図示はしていないが、本実施形態の
光ピックアップ装置には、半導体レーザのモニター用受
光部が設けられており、このモニター用受光部において
得られた信号に基づいて半導体レーザのパワーをモニタ
ーすることができ、随時パワーの調節を行っている。例
えば、モニター用受光部への光の入射は、チップ後ろか
らの光を反射ミラーにて反射させる等により行えば良
い。

【００４７】（実施例１）次に、伝搬損失低減膜２９の
膜厚としてどのような膜厚が最適であるかを検討した実
施例１について説明する。この実施例においては、伝搬
損失低減膜２９の屈折率を２．００とし、光導波路２７
の屈折率である１．５３よりも高く設定した。また、伝
搬損失低減膜２９が設けられた領域の光導波路２７にお
ける伝送長さＷ１は２．０ｍｍとした。なお、この実施
例においても光導波路２７における伝送長さは、図２に
示す端部ａ位置を原点として、反対側の端部ｂまでの長
さを言う。また、光導波路２７及びグレーティング２８
並びに伝搬損失低減膜２９上には何も設けず、空気層の
みが存在する構成とした。また、実施例１においては、
伝搬損失低減膜２９の膜厚を、０μｍ、０．０５μｍ、
０．１μｍ、０．２μｍ、０．３μｍ、０．４μｍ、及
び０．５μｍと様々に変化させ、図２に示す端部ｂ位置
における電磁界の振幅分布を計算した。実施例１の結果
を図１１及び図１２に示す。なお、図１１及び図１２に
おいて、横軸の層の厚さとは、図５の場合と同様に、ア
ルミ遮光層２３と半導体基板２０との境界位置ｃを原点
として、光導波路２７側に測定した層の厚さを言う。ま
た、図１１（Ｂ）〜図１１（Ｄ）及び図１２において
は、理解を容易にするために、伝搬損失低減膜２９を設
けなかった場合の分布を点線で示し、伝搬損失低減膜２
９を設けた場合の分布を実線で示す。

【００４８】図１１（Ａ）は、伝搬損失低減膜２９の膜
厚を、０μｍとした場合、つまり、伝搬損失低減膜２９
を設けなかった場合である。この場合には、図１１
（Ａ）に示すように、光導波路２７内の振幅分布のピー
クは、光導波路２７の中央部にはなく、バッファ層２６
側に片寄っているのが確認できる。これは、導波光が、
アルミ遮光層２３の吸収の影響を受けたためであると思
われる。このように、伝搬損失低減膜２９を設けなかっ
た場合には、伝搬損失を防止できないことが確認され
た。

【００４９】図１１（Ｂ）は、伝搬損失低減膜２９の膜
厚を、０．０５μｍとした場合である。図１１（Ｂ）か
ら判るように、この場合には、振幅分布のピークが光導
波路２７の中央部位置にあり、ガウシンアン分布を維持
している。従って、この場合には、伝搬損失を良好に防
止できることが確認された。

【００５０】図１１（Ｃ）は、伝搬損失低減膜２９の膜
厚を、０．１μｍとした場合である。図１１（Ｃ）から
判るように、この場合には、振幅分布のピークはバッフ
ァ層２６側には片寄っておらず、アルミ遮光膜２３の吸
収による影響が防止されていることが確認できる。しか
し、振幅分布のピークは、光導波路２７の中央部よりも
伝搬損失低減膜２９側に片寄っており、ガウシンアン分
布の状態が若干崩れている。但し、ピーク値自体は図１
１（Ｂ）と同程度であり、この場合には、伝搬損失を実
用上問題ない程度に抑えることができる。

【００５１】図１１（Ｄ）は、伝搬損失低減膜２９の膜
厚を、０．２μｍとした場合である。図１１（Ｄ）から
判るように、この場合にも、振幅分布のピークはバッフ
ァ層２６側には片寄っておらず、アルミ遮光膜２３の吸
収による影響が防止されていることが確認できる。しか
し、振幅分布のピークは、光導波路２７の外部にあり、
伝搬損失低減膜２９側に大きく片寄っていることが確認
できる。従って、この場合には、伝搬損失を生じる。

【００５２】図１２（Ａ）は、伝搬損失低減膜２９の膜
厚を、０．３μｍとした場合である。図１２（Ａ）から
判るように、この場合には、振幅分布のピークは２つ現
れており、一方は光導波路２７の外部の伝搬損失低減膜
２９側に、他方は光導波路２７の中央部に位置してい
る。しかし、光導波路２７の中央部に位置するピーク
は、そのピーク値自体が図１１（Ｂ）の場合に比べて減
少しており、若干の伝搬損失を生じることになる。

【００５３】図１２（Ｂ）は、伝搬損失低減膜２９の膜
厚を、０．４μｍとした場合である。図１２（Ｂ）から
判るように、この場合には、光導波路２７と伝搬損失低
減膜２９の境界に位置に非常に大きなピークが現れてい
る。振幅分布の片寄りは伝搬損失低減膜２９側に非常に
大きいので、伝搬損失も大きい。

【００５４】図１２（Ｃ）は、伝搬損失低減膜２９の膜
厚を、０．５μｍとした場合である。図１２（Ｃ）から
判るように、この場合には、振幅分布のピークは２つ現
れており、一方は光導波路２７の外部の伝搬損失低減膜
２９側に、他方は光導波路２７の中央部に位置してい
る。しかし、光導波路２７内部の振幅のピークは、図１
２（Ａ）の場合に比べると伝搬損失低減膜２９を有して
いない従来装置と同程度に減少しており、伝搬損失を生
じることが判る。

【００５５】以上の実施結果から、本実施形態の条件の
場合には、伝搬損失低減膜２９の膜厚を、０．０５μｍ
とすることが最適であることが判る。また、この層厚
は、入力結合効率の飽和領域に十分入っている厚さであ
る。

【００５６】［第２の実施形態］次に、本発明の第２の
実施形態を図１３及び図１４に基づいて説明する。な
お、第１の実施形態との共通箇所についての重複した説
明は省略する。

【００５７】第１の実施形態においては、伝搬損失低減
膜２９の屈折率を、光導波路２７の屈折率よりも高くし
た場合について説明したが、本発明はこのような構成に
限定されるものではない。本実施形態は、伝搬損失低減
膜２９の屈折率を、光導波路２７の屈折率よりも低く
し、バッファ層２６の屈折率と等しくなるように設定し
た。他の構成要素の条件は第１の実施形態と同様であ
る。

【００５８】（実施例２）次に、伝搬損失低減膜２９の
膜厚としてどのような膜厚が最適であるかを検討した実
施例２について説明する。この実施例においては、伝搬
損失低減膜２９の屈折率をバッファ層２６の屈折率と等
しい１．４７とし、光導波路２７の屈折率である１．５
３よりも低く設定した。また、伝搬損失低減膜２９が設
けられた領域の光導波路２７における伝送長さＷ１は
２．０ｍｍとした。なお、この実施例においても光導波
路２７における伝送長さは、図２に示す端部ａ位置を原
点として、反対側の端部ｂまでの長さを言う。また、光
導波路２７及びグレーティング２８並びに伝搬損失低減
膜２９上には何も設けず、空気層のみが存在する構成と
した。また、実施例２においては、伝搬損失低減膜２９
の膜厚を、０．１μｍ、０．２μｍ、０．３μｍ、０．
４μｍ、及び０．５μｍと様々に変化させ、図２に示す
端部ｂ位置における電磁界の振幅分布を計算した。実施
例２の結果を図１３及び図１４に示す。なお、図１３及
び図１４において、横軸の層の厚さとは、第１の実施形
態の場合と同様に、アルミ遮光層２３と半導体基板２０
との境界位置ｃを原点として、光導波路２７側に測定し
た層の厚さを言う。また、図１３（Ｂ）〜図１３（Ｄ）
及び図１４においては、理解を容易にするために、伝搬
損失低減膜２９を設けなかった場合の分布を点線で示
し、伝搬損失低減膜２９を設けた場合の分布を実線で示
す。

【００５９】図１３（Ａ）〜図１４から判るように、伝
搬損失低減膜２９の膜厚を、０．１μｍ〜０．５μｍと
した何れの場合にも、光導波路２７内の振幅分布のピー
クは、光導波路２７の中央部に位置しており、またピー
ク値自体も従来より高くなっている。

【００６０】このように、伝搬損失低減膜２９は、光導
波路２７よりも低い屈折率であっても、所定の層厚を有
していれば、電磁界の振幅分布の安定化という効果は、
何れの場合でも得られることが判る。

【００６１】従来のように伝搬損失低減膜２９がなく、
空気−光導波路−バッファ層という構成で導波光を光導
波路２７に閉じ込める場合には、屈折率の関係が光導波
路に対して非対称であるため、導波光の電磁界の振幅分
布が光導波路の厚さ方向に対して振動し易い。その結
果、光導波路によって伝搬される導波光は、光導波路の
下層に位置するアルミ遮光層の影響を受け易くなってし
まう。

【００６２】これに対し、本実施形態の場合には、バッ
ファ層２６と屈折率の等しい伝搬損失低減膜２９を設け
たので、屈折率の関係が光導波路に対して対称となり、
光導波路の厚さ方向に対して導波光の振幅分布の振動を
抑えることができる。その結果、光導波路２７の下層に
位置するアルミ遮光層２３からの影響を受け難くなり、
上述のように電磁界の振幅分布の安定化が図られたもの
と考えられる。

【００６３】上述の計算の結果では、伝搬損失低減膜２
９の膜厚を、０．３μｍ以上にした場合には、光導波路
２７内の振幅分布の形状及びピーク値に変化が見られず
伝搬損失低減能が飽和してしまうことが判明した。

【００６４】また、本実施形態のように、伝搬損失低減
膜２９の屈折率をバッファ層２６の屈折率と等しい１．
４７とした場合には、グレーティング２８の屈折率も
１．４７と低くなってしまうため、入力結合効率が低下
する傾向にある。従って、本実施形態においては、入力
結合効率を向上させるために、グレーティング２８の高
さを第１の実施形態の場合よりも高く設定することが望
ましい。

【００６５】但し、グレーティング２８は低い程作製が
容易であるから、以上の事項を勘案すると、本実施形態
の場合には、伝搬損失低減膜２９の膜厚を、０．３μｍ
とすることが最適であることが判る。

【００６６】なお、第１の実施形態及び第２の実施形態
において、第１の受光部２１が設けられた領域に対応す
る領域には、グレーティング２８が設けられているた
め、この位置に伝搬損失低減膜２９を設けられないのは
勿論であるが、第２の受光部２２が設けられた領域に対
応する領域においても、放射モードに影響を及ぼすた
め、伝搬損失低減膜２９設けることはできない。

【００６７】また、上述した各実施形態においては、導
波光としてＴＭモードのレーザ光を用いる場合について
説明したが、ＴＥモードのレーザ光を用いることもでき
る。但し、ＴＥモードのレーザ光は伝搬損失があまり生
じない性質を有しているので、導波光としてＴＭモード
のレーザ光を用いる場合に本発明を適用すれば、光の利
用効率を向上させることができる。

【００６８】以上、実施形態に基づき本発明を説明した
が、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではな
く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形
が可能であることは容易に推察できるものである。

【００６９】

【発明の効果】請求項１に記載の光集積装置によれば、
導波光を伝搬する光導波路と、前記光導波路上に積層さ
れ、前記反射光を前記光導波路に伝搬させる導波光と前
記光導波路を透過させる透過光とに入力結合する結合器
を前記光導波路と共に形成する光波結合手段と、前記結
合器を形成する領域外の前記光導波路上に積層され前記
光導波路と異なる屈折率を有する伝搬損失低減膜とを備
えたので、導波光の振幅分布として、光導波路内で片寄
ることのないガウシアン分布を維持させることができ、
光導波路伝搬中における導波光の伝搬損失を低減させて
光量の有効利用効率を向上させることができる。

【００７０】請求項２に記載の光集積装置によれば、伝
搬損失低減膜は、光導波路の屈折率よりも高い屈折率を
有するので、光導波路の下層部側にアルミニウム製の遮
光膜や配線層が存在する場合でも、光導波路を伝搬する
導波光の振幅分布がアルミニウム製の遮光膜や配線層側
へ片寄ることを防止することができ、光導波路伝搬中に
おける導波光の伝搬損失を低減させて光量の有効利用効
率を向上させることができる。

【００７１】請求項３に記載の光集積装置によれば、伝
搬損失低減膜が、光導波路の屈折率よりも低く、バッフ
ァ層と等しい屈折率を有するので、光導波路の下層部に
アルミニウム製の遮光層または配線層が存在する場合で
も、光導波路を伝搬する導波光の振幅分布の片寄りを防
止して、光導波路伝搬中における導波光の伝搬損失を低
減させ、光量の有効利用効率を向上させることができ
る。

【００７２】請求項４に記載の光集積装置によれば、光
波結合手段の高さは、入力結合効率を飽和させる高さで
あって、且つ、所定の損失低減能を得る伝搬損失低減膜
の膜厚に相当する高さに設定されているので、光波結合
手段と伝搬損失低減膜を同一工程で作製でき、光集積装
置の製造コストを低減させることができる。また、以上
のような光波結合手段と伝搬損失低減膜を同一工程で作
製することにより、入力結合効率が飽和すると共に、伝
搬損失低減膜による伝搬損失が低減され、光量の有効利
用効率を向上させることができる。

【００７３】請求項５に記載の光集積装置によれば、前
記反射光はＴＭモードのレーザ光なので光導波路におけ
る伝搬損失を受け易いが、上述したように伝搬損失低減
膜によって伝搬損失が低減され、光量の有効利用効率を
向上させることができる。

【００７４】請求項６に記載の光集積装置によれば、光
導波路の下層に、アルミニウムからなる配線層または遮
光層を形成し、伝搬損失低減膜を、前記配線層または遮
光層上の位置に設けたので、導波光の振幅分布を、伝搬
損失低減膜側と配線層または遮光層側の何れの側にも片
寄ることのないガウシアン分布の形状に維持することが
でき、光導波路伝搬中における導波光の伝搬損失を低減
させて光量の有効利用効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態における光ピックアッ
プ装置の概略構成を示す斜視図である。

【図２】図１のＸ−Ｘ’線における光集積装置の断面を
示す断面図である。

【図３】図２の光集積装置における伝搬損失防止膜を設
けた部分の拡大断面図である。

【図４】本発明と比較される従来例における図２に対応
する部分の断面図である。

【図５】図２に示す長さＷ１の伝搬損失防止膜を設けた
領域の光導波路中における、ＴＭモードのレーザ光の伝
搬長さに対する電磁界分布の強度変化の一例を示す図で
ある。

【図６】図２の光集積装置におけるグレーティングの作
製方法を説明するための図である。

【図７】本発明と比較される従来例におけるグレーティ
ングの作製方法を説明するための図である。

【図８】第１の実施形態の光ピックアップ装置を用いた
ディスクを含めた光学系の全体構成図である。

【図９】第１の実施形態の光集積装置において、グレー
ティングをＳｉＯ２で形成した場合のグレーティング深
さと入力結合効率の関係を示す図である。

【図１０】第１の実施形態の光集積装置において、グレ
ーティングをＴｉＯ２で形成した場合のグレーティング
深さと入力結合効率の関係を示す図である。

【図１１】第１の実施形態の実施例１において、クラッ
ド層を空気層とし、光集積装置の伝搬損失低減膜の膜厚
を変化させた場合の、図２に示す端部ｂ位置における電
磁界の振幅分布の測定結果を示す図であり、（Ａ）は膜
厚を０μｍ、（Ｂ）は膜厚を０．０５μｍ、（Ｃ）は膜
厚を０．１μｍ、（Ｄ）は膜厚を０．２μｍとした場合
のそれぞれの結果を示す図である。

【図１２】第１の実施形態の実施例１において、クラッ
ド層を空気層とし、光集積装置の伝搬損失低減膜の膜厚
を変化させた場合の、図２に示す端部ｂ位置における電
磁界の振幅分布の測定結果を示す図であり、（Ａ）は膜
厚を０．３μｍ、（Ｂ）は膜厚を０．４μｍ、（Ｃ）は
膜厚を０．５μｍとした場合のそれぞれの結果を示す図
である。

【図１３】第２の実施形態の実施例２において、光集積
装置の伝搬損失低減膜の膜厚を変化させた場合の、図２
に示す端部ｂ位置における電磁界の振幅分布の測定結果
を示す図であり、（Ａ）は膜厚を０．１μｍ、（Ｂ）は
膜厚を０．２μｍ、（Ｃ）は膜厚を０．３μｍ、（Ｄ）
は膜厚を０．４μｍとした場合のそれぞれの結果を示す
図である。

【図１４】第２の実施形態の実施例２において、光集積
装置の伝搬損失低減膜の膜厚を変化させた場合の、図２
に示す端部ｂ位置における電磁界の振幅分布の測定結果
を示す図であり、膜厚を０．５μｍとした場合の結果を
示す図である。

【符号の説明】

１光ピックアップ装置２半導体レーザ部３光集積装置４フォトディテクタ８光ディスク１２半導体レーザ２０半導体基板２１第１の受光部２２第２の受光部２３アルミ遮光層２６バッファ層２７光導波路２８グレーティング２９伝搬損失低減膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H037 AA04 BA02 BA11 BA25 CA33 CA34 2H047 KA04 KB06 KB08 LA03 LA11 MA01 MA07 PA02 PA04 PA24 PA30 QA02 RA04 TA05 TA22 TA31 TA43 TA44 5D119 AA40 AA43 CA10 FA05 FA17 JA36 JB03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光手段から発光出射された光を記録情
報が記録された光情報記録担体に対して照射すると共
に、前記光情報記録担体で反射された反射光を受光する
光ピックアップ装置に用いられ、半導体基板上に積層形
成された光集積装置であって、導波光を伝搬する光導波路と、前記光導波路上に積層され、前記反射光を前記光導波路
に伝搬させる導波光と前記光導波路を透過させる透過光
とに入力結合する結合器を前記光導波路と共に形成する
光波結合手段と、前記結合器を形成する領域外の前記光導波路上に積層さ
れ前記光導波路と異なる屈折率を有する伝搬損失低減膜
と、を備えたことを特徴とする光集積装置。
【請求項２】前記伝搬損失低減膜は、前記光導波路の
屈折率よりも高い屈折率を有することを特徴とする請求
項１に記載の光集積装置。
【請求項３】前記光導波路は、バッファ層上に積層さ
れており、前記伝搬損失低減膜は、前記導波路の屈折率
よりも低く、前記バッファ層と等しい屈折率を有するこ
とを特徴とする請求項１に記載の光集積装置。
【請求項４】前記光波結合手段の高さは、入力結合効
率を飽和させる高さであって、且つ、所定の損失低減能
を得る前記伝搬損失低減膜の膜厚に相当する高さに設定
されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何
れか一項に記載の光集積装置。
【請求項５】前記反射光はＴＭモードのレーザ光であ
ることを特徴する請求項１乃至請求項４の何れか一項に
記載の光集積装置。
【請求項６】前記光導波路の下層には、アルミニウム
からなる配線層または遮光層が形成されており、前記伝
搬損失低減膜は、前記配線層または遮光層上の位置に設
けられることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れ
か一項に記載の光集積装置。