JPH0497207A

JPH0497207A - 光検出装置

Info

Publication number: JPH0497207A
Application number: JP2211870A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Hiroe; 昭彦廣江
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1990-08-10
Filing date: 1990-08-10
Publication date: 1992-03-30

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】艮先分界本発明は、光検出装置に関し、より詳細には。

光磁気ディスクドライブ、光磁気カード、光磁気テープ
等の光磁気情報記録再生装置の光集積型ピックアップに
関する。

丈氷艮朱第５図は、光集積デバイスを用いた従来の光ピツクアッ
プを示す図で、図中、３１はＳｉ基板、３２はバッファ
層、３３は光導波路、３４は半導体レーザ、３５はグレ
ーティング、３６は集光グレーティングカプラ（ＦＧＣ
）、３７は光ディスク（光情報記録媒体）、３８は光検
出器（ＰＤ）である。

Ｓｉ基板３１のバッファ層３２上に導波路層３３が積層
しである。半導体レーザ３４はＳｉ基板３１の端面に結
合され、導波路層３３にレーザ光が導波される。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
ングカプラ３６で回折され、空気中を伝播し、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プラ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、２つの光束
に分割され、光検出器３８−１〜３８で受光される。こ
の光検出器群３８からの信号は図示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。このとき、ＦＯ＝（Ｓ３１１−□＋８３１１−４）　　（Ｓ３８−
２＋　８３８−３）ＴＲ：（Ｓ３Ｉｌ−、＋５３．−４
）　　（Ｓ３８−１”５３１１−２）Ｓ＝　５３ｓ−ｉ
　＋　Ｓ３８−２　＋　８３８−３　＋３□８−４であ
られされる。なお、Ｓ　３Ｂ−Ｌは光検出器３８の出力
信号を示し＋　８３．．２〜５３８−４も同様である。

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、ＦＯ＜Ｏとなり、近
づいた時にはＦＯ〉Ｏとなる。

第５図の光集積ピックアップでは、光検出器３８−１と
３８−２の間及び３８−３と３８−４の間は、光検出器
としての機能のない不感部となっている。

通常この間隔は、５〜１０μｍ程度であり、検出器間の
クロストーク等の関係で、余り小さくすることは出来な
い。フォーカス誤差信号検出においては、合焦時に光検
出器３８−１と３８−２の間及び３８−３と３８−４の
間にそれぞれ光束が集光する。

したがって集光ビーム径が上記光検出器の間隔よりも小
さい場合には、合焦点前後でフォーカスがずれた時Ｆ○
の値はＯでありフォーカス誤差信号が得られない。この
現像を″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て、光検出器の間隔とほぼ同程度
とすれば、″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
は少ないことになる。従来例で、充分なフォーカス誤差
信号を得るには、グレーティング３５と、光検出器３８
の距離を大きくするか、光検出器３８−、と３８−２及
び３８−３と３８□４の間隔を狭くする必要がある。前
者の方法は、光ピツ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。又、後者
の方法は先に述べた様に、制約があり、むやみに間隔を
狭めることは出来ない。また、この光ピツクアップは光
の利用効率が悪い為、信号のレベルが低く、信号増巾回
路への負担が大きくなることは避けられない。

目　　　　　的本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、
１つの光検出器に従来の光検出器の機能を持たせ、更に
、もう１つの光検出器に信号の増倍効果を持たせたもの
で、本質的に検出器間のギャップが問題とならない為、
全体の光学系の設計の自由度が上がるのみでなく、クロ
ストークの問題も完全に解消され、プロセスの負担や、
後段に付加される信号増巾回路の負担が軽減されるよう
な光検出装置を提供することを目的としてなされたもの
である。

碧−−」又本発明は、上記目的を達成するために、レーザ光源から
出射された光を、光情報記録媒体に照射し、該光情報記
録媒体からの反射光を基板の上部に形成された光導波路
に導き、該導波光を光検出器により検出することによっ
て前記光情報記録媒体に記録された情報の読み取りを行
なう光検出装置において、前記光導波路の一部に形成さ
れる第１の凹部と、該第１の四部の下部に位置されて設
けられ、前記導波光の光軸方向の長さに関して光軸方向
に対して不均一な長さを有するように変化させて形成さ
れる第１の光検出器と、前記先導波路の一部に形成され
、前記第１の凹部に対して入射光の光路方向の後方に設
けられる第２の凹部と、該第２の凹部の下部に位置され
て設けられ、前記第１の光検出器で吸収されなかった光
を吸収するように該第１の光検出器に対して入射光の光
路方向に関して後方に設けられる第２の光検出器とから
成り、該第２の光検出器が雪崩増倍効果を利用している
ことを特徴としたものである。以下、本発明の実施例に
基づいて説明する。

第１図（ａ）（ｂ）は、本発明による光検出装置の一実
施例を説明するための構成図で、図（ａ）は平面図、図
（ｂ）は図（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。図中、１は
導波路基板、２は第１の光検出器、３は第２の光検出器
、４は入射光の光軸方向、５は導波路層、６はバッファ
層、７はｎ型層、８はＰ型層、９はＰ−（π）層、１０
はＰ＋基板、１１．１２はＰ＋層、１３はＰ＋層である
。

導波路基板１には、導波路層５やバッファ層６などが形
成されている。第１の光検出器２はｐｉｎ構造を有し、
また第２の光検出器３はし）わゆるアバランシェダイオ
ード（ａｖａｌａｎｃｈｅ　ｄｉｏｄｅ）である。該第
２の光検出器であるアバランシェダイオード３は、ｎ型
層７とＰ型層８とＰ”（π）層９とＰ＋基板１ｏとｎ十
層１１とから成り、ｎ型層７をガードリングしている。

第１の光検出器であるｐｉｎ型フォトダイオード２は、
ｐ−（π）層９とＰ＋基板１ｏとｎ土層１２とから成り
、第２の光検出器と同様にＰ十層１３をチャネルストッ
パーとして構成している。

第１図の構成では、光検出器２が入射光４の光軸方向に
関して不均一な長さを有しているため。

入射光の入射位置によって吸収される光量が変化し、結
果的に光検出器２の出力が変わることになる。従って、
入射光の入射位置をフォーカスのずれに対応させるとす
ると、この出力がそのままフォーカスのずれとなる。そ
こで、この形状の光検出器を第５図に示した光検出器の
ベア３８−□。

３８−２及び３８．−、．３１．の代わりに用いること
によって、合計４個の光検出器を２つの光検出器に置き
かえることが出来る。このことは、単に、光検出器の個
数を減らすだけではなく、２つの光検出器を隣接して作
りこむことによる問題点、即ち、クロストーク及び不感
帯の発生（２つは相反する要素であるが）を同時に解決
することになる。

しかしながら、この様な形状とすると、合焦的に一部の
光が後方へ吸収されずに放射されることになり、いわゆ
るシグナルとして利用出来る光量が減ってしまい、Ｓ／
Ｎ比の低下を招くという問題点が残る。これは、光検出
器２の後方に、アバランシェ増倍（なだれ増倍：　ａｖ
ａｌａｎｃｈｅ　ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ）効果
を持った光検出器３を位置させることによって解決出来
る。アバランシェ増倍効果を利用すると、入射光量と出
力の関係の線型性は崩れるものの、微弱な信号光を増巾
して大きな信号を取り出すことが出来るので、この場合
の様に入射光の一部が失なわれても、充分な大きな出力
を得ることが可能であり、とても有利である。尚、光検
出器２．３の間のギャップは特に小さくする必要はなし
）。

次に、第１の光検出器の形状の設計例を第２図に基づい
て説明する。

第２図において光検出器は、斜線で示した様にｙ＝Ｑと
ｙ　＝　ｆ　（ｘ）で囲まれた領域に形成されているも
のとする。又、入射光束は巾Ｄ、強度工。

を持ち、ｘ＝ｘ、〜Ｘ＝Ｘｏ＋Ｄの位置に入射するとす
ると、光吸収量は次式で表わされる。

（但し、αは導波された光が検出器の部分で薄くなった
バッファ層を介してシリコンに吸収される度合いを表わ
す吸収係数。尚、この吸収係数はエネルギに対するもの
とする。）今、光検出器の出力が吸収エネルギーに対して線型であ
るとすると、上記の吸収量は、検出器の出力と一次の関
係になる。入射光の位置（Ｘ、）に対し、検出器の出力
を一次の関係にする為には、ｆ（ｘ）　＝　Ｃ−１ｏｇ
（ｋｘ）　　（ｋ、Ｃは定数）　（２）α と置けば良く、この時（１）式はとなる。Ｃを適当に選ぶことによって、量を殆どＯから
１．００％近く迄変化させることが出来る。光軸のふれ
巾の最大値（線型な出力を必要とする範囲）をｔとして
この範囲に対応させるとするととなる。

例えば、ａ＝６　Ｘ　１０−３μｍ−１，ｔ　＝５０　μｍ、Ｄ
＝　１０　μｍとしてＣを３／α（＝５００μｍ）に選
ぶと、ｋ　＝　０．３１８　μｍ−”と計算され、この
時、ｘ、＝（３，１４，５３，１４）（μｍ）の範囲で
８７％〜８％迄吸収量を変化させることが出来る。又、
この数字をもとに、センサー形状を計算すると、第３図
の様になる。第３図中、斜線部がセンサー部分である。

もちろん、センサーの形状は、例えば、第４図の様に入
射光の光路に沿ったセンサー長が長い部分を延長するこ
とも出来、この部分は通常のデフォーカスでは殆ど使わ
れないが、特に悪影響はなく、むしろ、何かの原因で大
きくフォーカスがずれた時に、センサーの範囲を越える
ことがない様にこの形状にする方が望ましい。又、この
延長された部分に、コンタクト用の部分を作ることも出
来る。

又、出力のリニアリティーを余り必要としない場合は１
曲線の部分を直線を用いたり、マスク設計やプロセス上
、折れ線で近似的な形状を作ったり、種々のバリエーシ
ョンを作ることが可能であるのは言う迄もない。

効　　　果以上の説明から明らかなように１本発明によると、入射
光の光軸方向に、均一でない長さを持った光検出器と、
この光検出器の光の入射側から見て後方に位置する雪崩
増倍作用を持つ光検出器とを、一対にして使用すること
により、クロストーク、不感帯の発生、Ｓ／Ｎ比の低下
といった問題を解決することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による光検出装置の一実施例を説明す
るための構成図、第２図乃至第４図は第１の光検出器の
形状の設計例を示す図、第５図は、光集積デバイスを用
いた従来の光ピツクアップを示す図である。１・・・導波路基板、２・・・第１の光検出器、３・・
・第２の光検出器、４・・・入射光の光軸方向、５・・
・導波路層、６・・・バッファ層、７・・・ｎ型層、８
・・・Ｐ型層、９・・・Ｐ−（π）層、１０・・・Ｐ子
基板、１１．１２・・・ｎ十層、１３・・・Ｐ中層。第１図特許呂願人株式会社リコ（ばか１名）第２図

Claims

【特許請求の範囲】

１、レーザ光源から出射された光を、光情報記録媒体に
照射し、該光情報記録媒体からの反射光を基板の上部に
形成された光導波路に導き、該導波光を光検出器により
検出することによって前記光情報記録媒体に記録された
情報の読み取りを行なう光検出装置において、前記光導
波路の一部に形成される第１の凹部と、該第１の凹部の
下部に位置されて設けられ、前記導波光の光軸方向の長
さに関して光軸方向に対して不均一な長さを有するよう
に変化させて形成される第１の光検出器と、前記光導波
路の一部に形成され、前記第１の凹部に対して入射光の
光路方向の後方に設けられる第２の凹部と、該第２の凹
部の下部に位置されて設けられ、前記第１の光検出器で
吸収されなかった光を吸収するように該第１の光検出器
に対して入射光の光路方向に関して後方に設けられる第
２の光検出器とから成り、該第２の光検出器が雪崩増倍
効果を利用していることを特徴とする光検出装置。