JPH0375609A - 導波路型光検出素子及びその製造方法 - 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、光集積ピックアップや光スペクトラムアナラ
イザ等を構成するに最適な導波路型光検出素子及びその
製造方法に関する。

〔従来の技術〕

光を導波路中に閉じ込めて導波させ、導波光を導波光学
系により屈折または回折させて集光させる導波路型光検
出素子が提案されている。このような導波路型光検出素
子は、その使用により光学系を小型化、軽量化できるの
で、例えば、「″光ディスクピックアップの光集積回路
化″電子通信学会、光量子エレクトロニクス研究会、信
学技報。

○ＱＥ８５−７２．　Ｐ２Ｏ−４６（１９８５）Ｊ等に
見られるように、光デイスク用の光集積ピックアップ等
への応用が期待されている。

ところで、上記光集積ピックアップにおいては、シリコ
ン（Ｓ、ｔ）基板の表面に形成された熱酸化膜のバッフ
ァ層に導波路層を積層してスラブ型の先導波路とし、光
ビーム照射手段により入射し、光ディスクによって反射
された光を集光グレーティングカプラ等の導波光学系に
より、上記光導波路中へ導くと共に上記基板に形成され
たフォトダイオード等の複数の光検出器の受光面近傍へ
収束させて記録情報信号やトラッキング、フオーカシン
グのサーボ信号を得るようになっている。

また、上記導波光学系としては、上記集光グレーティン
グカプラの代わりに、プリズムカプラあるいは通常のグ
レーティングカプラと、導波路レンズ（モードインデッ
クスレンズ、ルネブルクレンズ、ジオデシックレンズ、
グレーティングレンズ等）との組合せを用いる方法が知
られている。

しかしながら、導波光学系として上記導波路レンズを用
いる場合、以下のような種々の問題が生じる。

例えば、上記導波路レンズの内、モードインデックスレ
ンズ、ルネブルクレンズは、その作製過程で必要とされ
る屈折率制御に極めて高精度を要求されるが、高精度の
屈折率制御は現在の技術では難しく、量産性の面からし
て現段階では実用化が困難である。また、ジオデシック
レンズは導波路に窪みをつけて導波路レンズとするもの
であり、窪み形状が非球面であるところから、その加工
が難しく製作工程として、精密切削とこれに続く研磨工
程を必要とするところからやはり量産が難しく、コスト
の低減化も困難である。

グレーティングレンズは作製は比較的容易であり、且つ
低コストで実現可能であるが、そのレンズ作用が光波長
に依存しており、光波長が変化すると焦点距離が変化し
てしまう。しかるに導波路光学素子に用いる光源として
普通に用いられる半導体レーザーには、周知のごとく温
度変化による波長シフトの性質があり、従って、グレー
ティングレンズを用いる場合には、半導体レーザーに対
して極めて高精度の温度制御を行うか、あるいは波長シ
フ１−のないＤＦＢ半導体レーザーを使用する必要があ
り、これが装置の大型化や高コスト化を招来してしまう
という問題がある。

そこで、上述の問題を解消するため、基板上に設けられ
た導波層と、この導波層中を導波される導波光を集光す
るための導波光学系とを有し、上記導波光学系が上記導
波層の端面として形成された導波路反射光学系であるこ
とを特徴とする導波路型光検出素子が本発明らによって
提案されている（特願平１−１０３６０号）、この導波
路型光検出素子は、低コストで容易に実現でき、しかも
普通の半導体レーザーを光源として用いることができる
等、導波路型光検出素子として極めて有用なものである
。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記導波路反射光学系を採用することにより
導波光学系に関する問題は解決し得るが、導波路型光検
出素子の実用化を困難にしている問題として、光検出器
間に受光不能部が存在し、検出感度の低下や、検出エラ
ーの原因となるという問題がある。

すなわち、前述の光集積ピックアップ等においては、複
数個の光検出器の形成上、それらの光検出器間の境界部
分には、数μｍ以上の光検出不能部が生じるのが不可避
であり、このため、光デイスク用の光ピツクアップとし
て用いた場合には、特にフォーカス誤差信号の感度が低
下あるいは不感となるという問題が生じ、実用化の妨げ
となっている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、導波
光学系に関する問題と、上述の光検出器間の不感部の発
生の問題とを同時に解決し得る導波路型光検出素子、及
びその製造方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明による導波路型光検出
素子においては、導波路と、上記導波路の導波層の端面
として形成された導波路反射光学系と、上記導波路巾着
しくは導波路に近接して設けられた複数の光検出器と、
隣接する光検出器間に対応して上記導波路に形成された
微小反射部とを有することを特徴とする。

また、上記導波路型光検出素子の製造方法としては、上
記導波路反射光学系と上記微小反射部とを、同一の工程
により同時に形成することを特徴とする。

〔作　　　用〕

本発明による導波路型光検出素子においては、導波光学
系が上述の如く導波層の端面として形成された導波路反
射光学系であり、導波層を導波される導波光はこの導波
路反射光学系により反射され一点に集束する。

このように、導波光は屈折によらず反射により集束する
ので、光波長が変化しても導波路反射光学系の機能は何
ら変化しない。また、導波路反射光学系は導波層の端面
として形成されるので、その作製も容易である。

また、本発明による導波路型光検出素子においては、複
数の光検出器の隣接する光検出器間に対応して上記導波
路に形成された微小反射部を有する構成のため、上記微
小反射部が光検出器間の光検出不能部に到る導波光を光
検出器の受光面に向けて反射するように作用し、実効的
に光検出不能部を無くすように作用する。

尚、上記構成の導波路型光検出素子においては、導波路
反射光学系を形成するための製造工程と、微小反射部を
形成するための製造工程とを別々に実施すると、類似の
工程の繰り返しによる工程数の増加（及びそれに伴いコ
ストの増加）や、それらの工程、例えば、フォトリソグ
ラフィーなどの方法を用いる場合、工程間のマスク位置
合わせが必要となり、合わせ誤差による検出系の精度低
下やバラツキの増大を生じるという問題があるが、本発
明による導波路型光検出素子の製造方法では、上記導波
路反射光学系と上記微小反射部とを、同一の工程により
同時に形成するため、工程数の低減、精度の向上、量産
時のバラツキの低減を図ることが可能となる。

〔実　施　例〕

以下、本発明を図面を参照して詳細に説明する。

先ず、本発明による導波路型光検出素子の製造方法に関
し簡単に説明する。

本発明による導波路型光検出素子の導波路反射光学系の
構造及び製造方法は、先の先願（特願平１−１０３６０
号）において種々述べられている通りであり、例えば、
フォトリソグラフィーの手法が用いられる。この場合、
基本的には、マスク形状に従って、エツチングあるいは
拡散等の工程を経て導波路反射光学系が導波層の端面と
して形成される。

一方、隣接する光検出器間に形成される微小な反射部は
、上述の導波路反射光学系と同一の断面構造で実現する
ことができる。これはすなわち、導波路反射光学系と微
小反射部とは、同一の製造工程で同時に形成することが
できることを意味する。

より具体的に述べれば、これは単に、導波路反射光学系
を形成するためのパターンを有するフォトマスクに、微
小反射部４ａｂのパターンを加えておくだけでよいこと
になる。

ところで、導波路反射光学系と微小反射部との２種類の
反射部の平面形状は、互いに独立に任意に定めることが
できるので、先の先願に述べられている。全反射を用い
るものと通常の反射を用いるものの、任意の組合せが可
能である。

このとき、金属反射層の積層などを行う場合、両者の断
面形状（すなわち、金属反射層の有無）を異ならせる必
要が生じることもあるが、この場合も、金属反射層の平
面形状形成用のマスクパターンを両者の要求に応じたも
のとすればよいので、全体としての工程数の増加はない
。

以下、具体的な実施例に即し説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す導波路型光検出素子の
要部を概略的に示す平面構成図であって、全反射を利用
した導波路反射光学系１００と、光検出器２ａ、　２ｂ
及び２ｃ、　２ｄの間の不感部分３ａｂ、　３ｃｄに対
応する位置の導波路１に微小反射部４ａｂ及び４ｃｄを
形成した例である。

この第１図に示す構成の導波路型光検出素子においては
、図中右方より入射した光りは、導波路ｌの放物線状の
端面１００により反射、集光され、光束りが平行光のと
き、微小反射部４ａｂ及び４ｃｄの頂点に焦点を結ぶよ
うになっている。ここで、微小反射部４ａｂ及び４ｃｄ
は、光検出器２ａ、　２ｂ及び２ｃ。

２ｄの間の不感部分３ａｂ、　３ｃｄを見かけ上ｚｐ　
Ｏ”にするように機能する。

上記導波路反射光学系１００と微小反射部４ａｂ　。

４ｃｄは、何れも導波路工の少なくとも導波層の厚さを
マスクパターンに従ってエツチングすることで形成され
る。このとき、それらのパターンを同−のフォトマスク
に形成しておきさえすればよい。

次に、第２図は通常の反射を用いた導波路反射光学系の
例であり、さらにそれは、放物面状の導波層端面１０１
と金属反射層１１０とから戊っている例である。このと
き、微小反射部４ａｂ　、　４ｃｄには同様の金属反射
層を設けてもよいし、設けなくともよい。これは、金属
反射層１１０を成形するフォトマスクに微小反射部４ａ
ｂ　、　４ｃｄの金属層パターンを形成するか否かで任
意に選択できる。

次に、第３図は微小反射部４の形状と、光検出器２ａ、
　２ｂとの関係を示したものである。

ここで、微小反射部４は２つの反射面を持ち、これら反
射面の平面形状は、第３図（Ａ、、）のように直線状で
もよいし、曲線または曲線近似の直線群であってもよい
が、入射光りに対し、入射角が、常に全反射を用いる場
合には全反射角以上、通常の反射を用いる場合には４５
°以上となっていればよい。

また、第３図（Ｂ）は、上記２つの反射面のなす頂点が
、光検出器２ａ、　２ｂの前縁を結ぶ線上付近になるよ
うにした例である。

また、この例では、微小反射部４と光検出器２ａ。

２ｂとの位置合わせ誤差を吸収できるように、夫々重な
り範囲を持つように微小反射部４の形状にマージンを取
っている。尚、位置合わせ誤差により頂点位置は若干変
動するが、不感部の見かけ上の除去と、入射光量の有効
的利用のための機能は失われない。

以上、フォトリソグラフィーを用い、集光素子系をなす
導波路反射光学系の焦点近傍に微小反射部を形成した構
成の光ピンクアップを例に挙げて説明したが、本発明は
これに限らず、他の加工方法、他の導波路反射光学系の
構成及び微小反射部との位置関係、光スペクトラムアナ
ライザ等の他のデバイスなど、導波路型光検出素子全般
に適用できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、導波路反射光学
系と、複数の光検出器の間の不感部に対応した微小反射
部とを備えた新規な導波路型光検出素子を提供すること
ができる。

また、本発明によれば、導波路反射光学系と、複数の光
検出器の間の不感部に対応した微小反射部とを、同一の
製造工程により同時に形成するため、個々の工程を別々
に行う場合に比べ、工程数が短縮でき、スループットと
コストの低減を図ることができる。

また、同時に加工を行うことは、相互の位置合わせを不
要にするため、導波路型光検出器の性能向上、すなわち
、検出精度の向上と、量産時における個々の検出精度差
や検出中心の偏移等のバラツキの減少が期待できる。

尚、フォトリソグラフィーの場合、一般に、マスク毎の
位置合わせ精度は、フォトマスクの寸法・位置精度に比
べ１桁以上悪い。

従って、導波路反射光学系と微小反射部分のように、そ
れらの位置関係に非常に高い精度を要するものにとって
は、別々のマスクによって別々に形成する場合に比べ一
枚のフォトマスクによって形成することは、それらの相
対的な位置精度が上述のように向上することになり、更
に、作業毎のバラツキを生じる要因も無くなるのである
。

これは、フォトリソグラフィーに限らず、他の機械的な
加工方法、あるいは機械的なマスク方法の場合にも同様
のことが言えるわけである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す導波路型光検出素子の
要部を概略的に示す平面構成図、第２図は本発明の別の
実施例を示す導波路型光検出素子の要部を概略的に示す
平面構成図、第３図は微小反射部の形状と光検出器との
関係を説明するための図である。 １・・・・導波路、２ａ、　２ｂ、　２ｃ、　２ｄ・・
・・光検出器、３．３ａｂ、３ｃｄ・・・・光検出不感
部分、４　、４ａｂ、４ｃｄ・・・・導波路反射光学系
、１００．１０１・・・・導波路反射光学系、Ｌ・・・
・入射光。 第 ３ 図 （４） 一一γ−−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、導波路と、上記導波路の導波層の端面として形成さ
   れた導波路反射光学系と、上記導波路中若しくは導波路
   に近接して設けられた複数の光検出器と、隣接する光検
   出器間に対応して上記導波路に形成された微小反射部と
   を有する導波路型光検出素子。 ２、請求項１記載の導波路型光検出素子の製造方法であ
   って、 導波路反射光学系と微小反射部とを、同一の工程により
   同時に形成することを特徴とする導波路型光検出素子の
   製造方法。