JPH03207032A - 光検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光ディスク用ビックアップ等に用いられる光
検出器に関する。

［従来の技術］ 第７図は従来の光集積型ビックアップの構成を示す斜視
図である。

同図において、Ｓｉ基板３１、バッファ層３２上に導波
路層３３が積層され、半導体レーザ３４がＳｉ基板３ｌ
の端面に結合されている。半導体レーザ３４は導波路Ｎ
３３にレーザ光を出射し５導波路層３３に導波された光
は、グレーティング３５を透過し、集光グレーティング
カブラ３６で回折され空気中を伝搬し、光情報記録媒体
３７に達する。光情報記録媒体３７で反射された光は、
集光グレーティングカブラ３６に再び入射し、導波光と
なり、グレーティング３５で回折されて２つの光束に分
割され、受光部で集光される。光検出器を構成する受光
部群３８からの信号は図のような演算により、再生信号
Ｓ、フォーカス誤差信号Ｆｏ、トラック誤差信号Ｔｒと
して取り出す。

この時、 ？Ｏ−（Ｓｓａ−＋＋Ｓｓａ−４）（Ｓｓｓ＋−ｚ＋ｓ
３ｓ−ｓ）Ｔｒ＝　　（Ｓｓｇ−ｓ＋ｓｉａ−４）　　
　（Ｓｓａ−＋＋　Ｓｓａ−２）Ｓ　　　”　Ｓ　ｓａ
−＋＋　Ｓ　ｓｓ−ｚ＋　Ｓ　３ａ−ｓ＋　Ｓ　ｓａ−
ａ｛但し、３　３Ｍ−１は受光部３８−１の出力信号を
ホす。３３■２〜３　３８−４の場合も同じ。｝で表わ
される。

フォーカス誤差信号ＦＯでは、光情報記録媒体３７がピ
ックアップから遠ざかった時には、Ｆ　ｏ　＜　Ｏとな
り、近づいたときには、Ｆｏ＞Ｏとなる． ［発明が解決しようとする課題］ 第７図の光集積ピックアップでは、受光部３８１と３８
−２の間、及び受光部３８−３と３８−４との間は、受
光部としての機能のない不感部となる。すなわち受光部
３８−３と３８−４の間隔があまり近づきすぎると、い
わゆるクロストークが発生するからである。例えば、受
光部３８１に入射した光により発生した受光部３８−１
の光電流が、隣接する光の照射されていない受光部３８
−２でも、ある割合で検出されるという現象を起こす。

このクロストークを避けるために、通常，受光部３８−
１と３８−２及び受光部３８３と３８−４との間隔は１
０μｍ程度必要あり、ゼロとすることはできない。

フォーカス誤差信号検出においては，合焦時に、受光部
３８−１と３８−２の間及び受光部３８−３と３８−４
の間の位置にそれぞれ光束が集光する。従って、集光ビ
ーム径が上記受光部の間隔よりも小さい場合には、合焦
点前後でフォーカスがずれても光束が上記受光部の間隔
範囲内にあり、受光部には光が受光されずＦＯの値はゼ
ロのままであり、フォーカス誤差信号が得られない。こ
の現象を『フォーカス誤差信号の感度がない』という。

集光ビーム径を大きくし、受光部の間隔とほぼ同程度と
すれば、ｒ感度がない』という状態はなくなる。

しかし、合焦時からずれた時のフォーカス誤差信号の変
化量は、集光ビーム径が受光部の間隔とほぼ同程度では
、少なすぎる。

そこで従来例では，十分なフォーカス誤差信号感度を得
るには、フォーカス変動に伴う光束自体の移動量を大き
くするためにグレーティング３５と受光部３８の距離を
大きくするか、僅かな光束の変動を感度よくとらえるた
めに受光部３８−１と３８−２、及び受光部３８−３と
３８−４の間隔を狭くする必要がある。前者の方法は、
光ピックアップを大きくすることになり、光集積化して
小型化したメリットがなくなる．後者の方法は、さきに
述べたように、受光部の間隔はクロストークを防ぐ点か
ら、現状ではｌ０４Ｌｍ程度が限界である． 本発明の目的は、受光部の間隔をクロストークの発生を
押えつつ更に狭くでき、受光部の感度向上を図ることの
できる光検出器を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的達成のために、本発明の光検出器は、受光部を
複数個備え、少なくとも２つの受光部にまたがるように
光束を入射させ、前記受光部からの光信号を取り出す構
成の光検出器において、隣接する受光部間に基板の厚み
方向にトレンチを形成したことを特徴とする． ［作　　用］ 上記本発明では隣接する受光部間に基板の厚み方向にト
レンチが形成されているので、１つの受光部に入射した
光によって発生した正孔．電子が他の受光部に影響を及
ぼす度合いがきわめて少なくなる。

［実　施　例］ 以下、本発明の実施例を説明する． 第ｌ図（ａ）は本発明の第１実施例の平面図、第１図（
ｂ）はそのＡ−Ａ’断面図である．この光検出器は、ｎ
゛型Ｓｉ基板７の表面に真性半導体（ｉ）に近い低濃度
、高抵抗のｎ一型Ｓｉ層６が設けられ、その表面にＰ９
型Ｓｉ層２ａ．２ｂが受光部として形成され、その周囲
には、横方向からの拡紋電流を押えるためのｎ１型Ｓｉ
層９がチャンネルストッパとして形成され、全体として
Ｐｉｎ型受光部構造となっている。受光部２ａ．２ｂの
間３には、ｎ一型Ｓｉ層６を深さ方向にエッチングした
トレンチ４が形成されており、この上からＳ　ｉ　Ｏ　
ｔ層５が形成され、更に、その上から導波路層１が形成
されている。

Ｓｉｆｔ層５は受光＄２ａ．２ｂ上では導波光１１が受
光部２ａ，２ｂ内にしみ込むことができる程度の厚さで
あり、それ以外の部分では、導波光１１がチャンネルス
トツパ層９及びｎ一型Ｓｉ層６にしみ込まない程度の厚
さになっている。受光部２ａ．２ｂ表面では、ＳｉＯｚ
層５に開けられたコントクトホール２０を介して、電極
ＩＯが設けられ５また基板裏面にも、電極８が形成され
ている。このｚｌｓ．ｔｏ間に逆バイアス電圧を印加す
ると、ｎ１型Ｓｉ層２ａ．２ｂとｎ一型Ｓｉ層６界面の
ＰＮ接合部からｎ一型Ｓｉ層６内へ空乏層が広がり、Ｎ
％　８　．　　１　０間に印加された逆バイアス電圧は
、ほとんどこの空乏層にかかる。

受光部２ｂに入射した導波光１ｌｂは受光部２ｂを通っ
て、吸収されながら電子一正孔ベアを発生する。空乏層
で発生した電子一正孔ペアは電界により、正孔は受光部
Ｐ″型Ｓｉ層２ｂヘトリフトし、電子はｎ１型Ｓｉ層７
ヘドリフトし、外部回路へｔＡとして取り出される。も
し、第１図のようなトレンチ４がなければ、空乏層以外
のｎ一型Ｓｉｉ６で発生した電子一正孔ベアの正孔はｎ
一型Ｓｉ層６内を拡敗するが、一部は受光部２ａの０９
型Ｓｉ層とｎ一型Ｓｉｌｌｉ６に作られる空乏層にむか
っても拡散してしまう．これは、受光部２ｂに入射した
光による光電流が、受光部２ａで検出されることになり
、クロストークの原因となる。

そこで、本実施例に示すように、受光部２ａ，２ｂ間の
ｎ一型Ｓｉ層６にトレンチ４を形成すると、上記のｎ一
型Ｓｉ層６内を拡散する正孔１２ｂはトレンチ４によっ
て、拡散がさえぎられ、受光部２ａの形成する空乏層の
到達が押えられる。

従来は、受光部２ａ，２ｂの間隔３を１０μｍ程度広げ
ることにより、この拡欣する正孔１２ｂの拡敗を途中で
減衰させていた。しかし、近年のＶＬＳ　ＩＲ造技術を
用いることにより、トレンチの幅をＩＪＬｍ程度に形成
できるので、本実施例により、受光部２ａ．２ｂの間隔
３を従来の１０μｍ程度からｌμｍ程度まで、狭めるこ
とができる。

トレンチ構造の形成には、トライエッチング技術、また
はＳｉ基仮をＫＯＨ，エチレンジアミン、ヒドラジン等
のアルカリ水溶液で異方性ウェットエッチングする技術
により達成される。

なお、上記実施例で、Ｐｉｎ型受光部としたが、Ｐ−ｎ
型の受光部でも同様に適用できる。

（実施例２） 本発明の第２実施例を第２図に示す。第１の実施例と同
様にＰ９型Ｓｉ層２ａ，２ｂの間３にトレンチ４が形成
されでいる。トレンチ４の底部及び側壁部には高濃度の
ｎ型ドーバントが拡散されて、チャンネルストツバｌ３
を形成している。そして、この上からＳ　ｉＯ　２層５
が形成され、このＳｉＯ−層５はトレンチ内部を埋めて
いる。更に、その上から，導波路層１が形成されている
。

本構造はトレンチ４の底部及び側壁部にチャネルストツ
パ１３が形成されでいる以外は、第ｔの実弛例と同様の
構造である。

受光部２ｂに入射した導波光１ｌｂは受光部２ｂを通っ
て吸収されながら、電子一正孔ベアを発生する。空乏層
が発生した電子一正孔ペアは電界により、正孔は受光部
Ｐ９型Ｓｉ！２ｂヘドリフトし、電子はｎ９型Ｓｉ層７
ヘドリフトし、外部回路へＺｇとして取り出される．空
乏層以外のｎ一型Ｓｉ層６で発生した電子一正孔ペアの
正孔はｎ一型Ｓｉ層６内を拡散し、一部は受光部２ａに
向かう（１２ｂで示す）。この時、受光部２ａ２ｂの間
３に形成されたトレンチ４の側壁、または底部に形成さ
れているチャンネルストツパ（ｎ９型Ｓｉ層）１３に達
した正孔１２ｂはこのチャンネルストツパｌ３内で電子
と再結合して消減する。従って、受光部２ａには達せず
、クロストークの発生が押えられる。

本実施例でも、トレンチ開口は近年のＶＬＳ　１製造技
術により、ＩＬＬｍ程度まで、狭めることができる。ま
た、トレンチ内側壁及び底部へのｎ型ドーバント拡散に
よるチャンネルストッパの形成も、液体ソース、ガスソ
ース等による拡散を行なうことにより可能である。

（実施例３） 本発明を光集積ビックアップに適用した実施例の平面図
を第３図に示す。

第３図において、Ｓｉ基板バッファ層上に導波路層２１
が形成されている。受光部２２ａと２２ｂ及び２２ｃと
２２ｄの開には、各々トレンチ２３ａ，２３ｂが形成さ
れ、受光部２２ａと２２ｂ及び２２ｃと２２ｄの間隔は
１μｍ程度の狭められる。半導体レーザ２７は導波路層
２１の端面に結合され、導波路層２１内をレーザ光が導
波する。導彼した光は、グレーティングｌ５を透過し、
集光グレーティングカブラｌ６で回折され、空気中に出
射し、光情報記録媒体（図示せず）に集光される。光情
報記録媒体で反射された光は、再び５集光グレーティン
グカブラ１６に入射し、導波光となり、グレーティング
１５で回折され、２つの光束に分割される。分割された
光束の一方は、受光部２２ａ．２２ｂで受光され、もう
一方の光束は受光部２２ｃ，２２ｄで受光される。

合焦時には、受光部２２ａと２２ｂの間、及び２２ｃと
２２ｄの間に光束が集光することになるが、受光部２２
ａと２２ｂ及び２２ｃと２２ｄは各々トレンチ２３ａと
２２ｂで分離され、しかも分離間隔がｌμｍ程度と狭く
なっているので、受光部に集光する光束径は数μｍ程度
まで絞っても感度よく、フォーカス誤差信号を得ること
ができる６従って、集光光束径を従来よりも絞ることが
できるので、集光グレーティングカブラｌ６及びグレー
ティングｌ５から受光部２２ａ〜２２ｄまでの光路長を
従来より短くすることができるので、より小型な光集積
ビックアップを構成することができる。

（実施例４） 本発明をバルク型ビックアップに通用した実施例を第４
図および第５図に示す。第４図において、半導体レーザ
４０から出射した光は、カップリングレンズ４１で平行
光に変換され、偏光ビームスブリッタ４２、ｌ／４波長
板４３を通って、プリズム４４で光路を変え、対物レン
ス４５で集光されて光情報記録媒体上に形成されたトラ
ック５０上のビット５ｌに集光される６ その反射光は再び、対物レンズ４５を通り、プリズム４
４で光路を変え、１／４波長板４３を通って、その偏光
方向が半導体レーザ４０出射時と９０゜変換され、偏光
ビームスブリッタ４３で反射されて、集光レンズ４６に
入る。集光レンズ４６で集光された光はナイフエッジプ
リズム４７で一部光をけられて、フォーカシング用受光
部４９に入射する。一方、ナイフエッジプリズム４７で
けられた光は反射し、トラッキング用受光部４８に入射
する。

第５図（ａｌ　，　（ｂ）にフォーカシング用、トラッ
キング用の２分割受光部の構造を示す。先の２つの実施
例と同様に受光部２ａと２ｂの間３にトレンチ４が形成
され、受光部２ａ，２ｂの間隔３をｌμｍ程度に狭めて
、受光部２ａと２ｂに分離している。トレンチ４の側壁
及び底部には、（実施例２）と同様に、チャンネルスト
ツパが形成されてもよい。ただし、Ｓ　ｒ　Ｏ　２層５
は使用する半導体レーザ波長に合わせて、反射防止膜と
なる厚さを選んで、一様に形成される。

先の２つの実施例と同様に、受光部に形成されたトレン
チ４またはトレンチ側壁及び底部に形成されたチャンネ
ルストツパが、クロストークの原因にとなるキャリア（
正孔）の拡散を押える。

受光部２ａ，２ｂの間隔３は１μｍ程度に狭く形成でき
るので、集光レンズ４６でしぼられる光ビーム径を約μ
ｍ程度と、従来よりも狭く絞っても感度よく、フォーカ
ス及びトラッキングの誤差信号を検出することができる
。従って、集光レンズ４６かも受光部４８．４９までの
光路長を従来より短くすることができのでバルク型光ピ
ックアップ全体の大きさを従来より、小型、軽量にする
ことができ、ひいては、光ビックアップのアクセスをよ
り高速にすることができる。

（実施例５） 前記実施例においては、対向する２つの受光部２ａと２
ｂの間にトレンチ４が形成された場合を示したが、本発
明は２以上の受光部を配置した構成でも同様に適用でき
る．第６図はその一例を示した光検出器の平面図である
。４つの受光部２ａ２ｂ．２ｃ．２ｄを図のように配置
し、それらの間３にそれぞれトレンチ４−１．４−２．
４−３．４−４を形成したものである。なお、本実施例
の光検出器は、フォーカス制御において非点収差法を採
用した光ビックアップの光検出器に用いられる。光束は
紙面表面から裏面に向かって照射され、所定の演算を行
なうことにより、フォーカス誤差信号を得ることができ
る。

［発明の効果〕 以上、説明したように、本発明によれば、複数の受光部
を有する光検出器において、隣接する受光部間にトレン
チを形成することにより、クロストークの発生を押えつ
つ、隣接する受光部の間隔を狭めることができるので、
複数の受光部上を動く光束の変動検出の感度を向上させ
ることができる。

また、従来、クロストーク上または構造上、受光できな
かった光を有効に受光できるようになり、光検出器の感
度、用途を広げることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌ　．　（ｂ）はそれぞれ本発明に係る光検
出器の第１実施例の平面図，Ａ−Ａ’断面図、第２図（
ａｌ　．　（ｂ）はそれぞれ本発明に係る光検出器の第
２実施例の平面図、Ａ−Ａ″断面図、第３図は本発明に
係る光検出器の第３実施例の平面図、第４図及び第５図
（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明に係る光検出器の第４
実施例の斜視図，平面図及び断面図、第６図は本発明に
係る光検出器の第５実施例の平面図、第７図は従来の光
検出器を説明するための斜視図である。 ３・・・受光部の間隔．　４．２３ａ，２３ｂ，　４−
１〜４−４・・・トレンチ。 形Ｉ 圀 （ａ） （ρ） め Ｚ 幻 （汽） ｒｆ＞ βδ 幻 クｌ も４口 柘６ 日 Ｉｎ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 受光部を複数個備え、少なくとも２つの受光部にまたが
   るように光束を入射させ、前記受光部からの光信号を取
   り出す構成の光検出器において、隣接する受光部間に基
   板の厚み方向にトレンチを形成したことを特徴とする光
   検出器。