JPH0783158B2 - 光学装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 以下の順序に従って本発明を説明する。

A.産業上の利用分野 B.発明の概要 C.背景技術［第７図、第８図］ D.発明が解決しようとする問題点 E.問題点を解決するための手段 F.作用 G.実施例［第１図乃至第６図］ H.発明の効果 （A.産業上の利用分野） 本発明は光学装置、特に発光素子からの光をプリズムに
よって外部に反射し、外部からの戻り光をプリズムによ
って受光素子に導くようにした光学装置に関する。

（B.発明の概要） 本発明は，発光素子からの光をプリズムによって外部に
反射し、外部からの戻り光をプリズムによって受光素子
に導くようにした光学装置において、 製造の簡単化、高精度化、小型化、低コスト化を図るた
め、 プリズム、その表面又は裏面に形成される受光素子及び
発光素子を一体に形成するようにしたものである。

（C.背景技術）［第７図、第８図］ コンパクトディスプレイヤー、レーザーディスクプレイ
ヤー等に信号読取用として用いられる光学ヘッドは従来
においては回折格子により３本のビーム（１本の主ビー
ムと２本の副ビーム）をつくり、３ビーム法によりトラ
ッキングを行い、そして、シリンドリカルレンズを用い
た非点収差法によりフォーカシングを行うタイプのもの
が多く用いられていた。

しかしながら、このような従来の光学ヘッドは発光素子
（レーザダイオード）、回折格子、ビームスプリッタ、
対物レンズ、シリンドリカルレンズ、受光素子等非常に
多くの部品からなり、使用する部品全体の価格が高くな
るだけでなく、上記各光学部品を所定の位置関係になる
ように組立て、非常に高い精度で調整しなければならな
いので、光学部品の組立、調整のコストも非常に高くな
った。そして、光学ヘッドの構成光学部品の多いことは
必然的に光学ヘッドの小型化を制約し、延いてはコンパ
クトディスプレイヤー、ビデオディスプレイヤーの小型
化を阻んだ。

そこで、本願出願人会社においては、第７図、第８図に
示すような光学装置を用いた光学ヘッドを開発し、それ
に関する各種の提案を特願昭61−38576、特願昭61−126
318、特願昭61−38575等により行った。

図面において、ａは光学装置で、レーザダイオードｂを
錫半田等によってSi基板ｃに固定すると共に該Si基板ｃ
に光検出器ｄ、ｅ、ｆ、ｇを形成し、ガラスからなる断
面台形のプリズムｈを接着剤によって光検出器ｄ、ｅ、
ｆ上に固定したものである。

上記プリズムｈはレーザダイオードｂに対向している傾
斜面ｉと、Si基板ｃに対接している面ｊのうちの光検出
器ｆの近傍以外の部分とが半透明反射面となっており、
その面ｊと対向する内面ｋは内面反射面となっている。

光検出器ｄ、ｅは、第８図に示すように、それぞれ一定
の方向に並べられた３個の光検出部d1〜d3、e1〜e3を有
し、これらの光検出部d1〜d3、e1〜e3は演算増幅器ｌ〜
ｎに接続されている。

光検出器ｆは４個の光検出部を有し、トランキング検出
に用いられる。また、光検出器ｇはレーザダイオードｂ
の自動出力制御をするためのモニターとして用いられ
る。

このような光学装置では、レーザダイオードｂから射出
されたレーザビームｏの一部が傾斜面ｉで反射され、図
示しない光学装置封入キャップの対物レンズを透過して
コンパクトディスク等の光学記録媒体に照射され、そこ
で反射される。反射されたレーザビームは上記対物レン
ズを透過してプリズムｈの傾斜面ｉに戻り、傾斜面ｉに
戻ったビームの一部が傾斜面ｉを透過して面ｊに入射す
る。ところが、面ｊのうちで光検出器ｄの近傍は半透明
反射面であるのでビームｏの一部は面ｊを透過して光検
出器ｄに入射し、残りのビームｏは面ｊにて反射され
る。

面ｊによって反射されたビームｏは、面ｋによって反射
されて、再度面ｊに入射する。そして、面ｊへ入射した
ビームｏの一部が光検出器ｅへ入射し、残部はこの面ｊ
及び面ｋによって反射されて光検出器ｆへ入射する。

そしてこの光学装置ａでは、光学記録媒体がビームｏの
収束点に位置している場合にこの収束点の共役点が面ｋ
上に位置する様に、プリズムｈの大きさ等が設定されて
いる。従って第８図に示すように、検出器ｄ、ｅ上にお
けるビームｏのスポットＰは、光学記録媒体がビームｏ
の収束点に位置している場合は互いに等しい大きさを有
しており、光学記録媒体がビームｏの収束点からずれる
ことによって一方が大きくなると他方が小さくなる。

この結果、演算増幅器ｌ、ｍ、ｎからは、フォーカスエ
ラー量に対応した信号が得られる。従って、演算増幅器
ｎから得られる信号をフォーカス誤差信号としてフォー
カスサーボ系を駆動すればフォーカシングができる。

しかして、このような光学装置を用いれば非常に小型で
部品数が少なく、比較的組立が容易な光学ヘッドを提供
することができる。従って、第７図に示す構造の光学装
置はコンパクトディスクプレイヤー等の低価格化、小型
化に貢献することが期待できる。

（D.発明が解決しようとする問題点） ところで、上記プリズムｈは現在の技術ではガラスを研
摩して加工しなければならず、プリズムの小型化、低コ
スト化を図ることが難しく、そのため光学装置ａをより
小型化することがプリズムｈによって制約され、また、
光学装置ａの製造コスト全体に占めるプリズムｈの製造
コストの割合が大きくなり、光学装置ａのより一層の小
型化、低価格化が阻まれる。

そこで、本発明は光学装置の高精度化、小型化、製造の
簡単化、低コスト化を図ることを目的とする。

（E.問題点を解決するための手段） 本発明光学装置は上記問題点を解決するため、発光素子
からの光をプリズムによって外部に反射し、外部からの
戻り光をプリズムによって受光素子に導くようにした光
学装置において、プリズム、その表面又は裏面に形成さ
れる受光素子及び発光素子を結晶体を材料として一体に
形成してなることを特徴とするものである。

（F.作用） 本発明光学装置によれば、プリズムを発光素子及び受光
素子と一体にしたので半導体デバイスの製造技術を駆使
してつくることができ、従って、ガラスを研摩して一つ
の独立した部品としてのプリズムをつくる必要がなく、
高精度で小型につくることができ、しかも大量生産が可
能になる。そして、プリズム、発光素子、受光素子の間
の位置は半導体デバイス製造に用いられるリソグラフィ
技術によって高精度に位置決めすることができ、組立、
そして組立後の調整なるものを必要としない。従って、
光学装置そしてそれを用いた光ピックアップの小型化、
高精度化、低コストを図ることができる。

（G.実施例）［第１図乃至第６図］ 以下、本発明光学装置を図示実施例に従って詳細に説明
する。

第１図は本発明光学装置の第１の実施例を示す断面図で
ある。図面において、１はｎ型のAlxGa₁−xAsからなる
結晶基板であり、そのｘは例えば0.3である。Al_0.3Ga
_0.7Asの結晶はビデオディスクプレイヤー等の信号の読
み取りに使用される780nmの波長のレーザービームに対
しては透明であり、プリズムとして充分に機能し得るの
で本光学装置の結晶基板１として用いるのである。２は
その表面、３はその裏面である。

４は結晶基板１の表面２の中間部に異方性エッチングに
より形成された断面形状がＶ字状の溝であり、５はその
溝４の一方の傾斜面、６は該傾斜面５の向い側の他方の
傾斜面であり、上記傾斜面５の傾斜角度αは例えば60゜
程度である。傾斜面５、６を有するＶ字状の溝４は結晶
基板の結晶面に対するエッチングレートの差を利用した
異方性エッチングにより形成することができる。結晶基
板１のＶ字状の溝４から第１図における左側の部分がプ
リズム７を成している。

結晶基板１のプリズム７の表面２にはその面を完全内面
反射面とするための反射膜８が形成されている。そし
て、プリズム７の裏面３にはフォーカスサーボ用のフォ
トダイオード９、10及びトラッキングサーボ用のフォト
ダイオード11が形成されている。これ等フォトダイオー
ド９、10、11は結晶基板１の裏面３にGaAsあるいはAlAs
等からなる化合物半導体層12をエピタキシャル成長によ
り何層か形成し、その後その半導体層12に対して選択的
エッチングをすることによって形成されたものである。

結晶基板１の溝４から第１図における右側の部分は発光
素子形成部13とされ、該部13は表面がRIE等によりエッ
チングされてその表面14の高さがプリスム７の表面２の
高さよりも適宜低くされており、その表面14上にレーザ
ダイオード15が形成されている。このレーザダイオード
15の形成はGaAs、AlGaの選択的エピタキシャル成長によ
って、あるいは全面的エピタキシャル成長とエピタキシ
ャル成長層に対する選択的エッチングによって行うこと
ができる。

尚、AlGaAsとGaAs、AlAsとは格子定数が略一致するため
AlGaAsからなる透明基板１の表面14あるいは裏面３上に
GaAs、AlAs等の化合物半導体層を形成してフォトダイオ
ードやレーザダイオードを形成することは充分に可能で
ある。

尚、16はレーザダイオード15の活性層である。

第２図（Ａ）乃至（Ｄ）は上記光学装置の製造方法の一
例を工程順に示す断面図であり、同図に従って製造方法
の説明をする。

（Ａ）ウエハ状の結晶基板１の裏面３にGaAs等からなる
化合物半導体層12を何層かエピタキシャル成長により形
成し、次に、結晶基板１の表面２に金属等からなる反射
膜８を蒸着等により形成し、それをフォトエッチングに
より除去する。このように反射膜８を選択的に除去した
後、結晶基板１の表面２上にレジスト膜17を形成し、こ
れを所定形状にパターンニングしてエッチング用窓部18
を形成する。そして、該窓部18を通して結晶基板１の表
面を異方性エッチングすることにより傾斜面５、６を有
するＶ字状の溝４を形成する。

（Ｂ）次いで、改めて結晶基板１表面にレジスト膜を形
成し、該レジスト膜19で受光素子形成部とする部分13以
外のところをマスクするようにパターニングする。そし
て、その状態でRIE等によりエッチングし、受光素子形
成部13の表面14の高さをプリズム７の表面２の高さより
も低くする。第２図（Ｂ）はそのエッチングの終了後の
状態を示す。

（Ｃ）その後、結晶基板１の裏面３に形成された化合物
半導体層12に対する選択的エッチングによりフォトダイ
オード９、10、11を形成する。第２図（Ｃ）はその選択
的エッチングの終了後の状態を示す。

（Ｄ）その後、第２図（Ｄ）に示すように表面14の高さ
を低くされた発光素子形成部13のその表面14上にレーザ
ダイオード15を形成する。このレーザダイオード15の形
成はGaAs等からなる何層かの化合物半導体層の選択的エ
ピタキシャル成長によって、あるいは全面的エピタキシ
ャル成長及びその成長によって形成された層に対する選
択的エッチングによって形成することができる。その
後、ダイシングを行って各光学装置を互いに分離する。

このように、第１図に示すような光学装置によれば、プ
リズム７、フォトダイオード９、10、11、レーザダイオ
ード15全体を１つの半導体デバイスとして半導体デバイ
ス製造技術を駆使して製造することができる。従って、
光学装置を非常に小型化でき、加工精度を非常に高くす
ることができ、大量生産による低コスト化を図ることが
できる。しかも、プリズム７、フォトダイオード９、1
0、11、レーザダイオード15相互間をフォトリソグラフ
ィの持つ高い精度で位置決めすることができ、位置決め
を組立作業によって行うという必要性がない。従って、
低コスト化を図りつつ光学装置の特性の向上を図ること
ができる。

第３図及び第４図は本発明光学装置の各別の変形例を示
すものであり、第３図に示した光学装置は結晶基板１の
裏面３にレーザダイオード15の出力をモニターしてその
出力をコントロールするためのモニター用フォトダイオ
ード20を設けたものである。該フォトダイオード20は発
光素子形成部13の反プリズム側に位置されている。尚、
このフォトダイオード20はフォトダイオード９、10、11
と同時に形成したものである。

第４図に示した光学装置は、レーザダイオード15の後側
にレーザダイオード15と同じ工程で同時に形成されるモ
ニター用フォトダイオード21を設けたものであり、第３
図に示した光学装置とは結晶基板１の表側にモニター用
フォトダイオードを設けたという点で異なるに過ぎな
い。

第５図は本発明光学装置の第２の実施例を示すものであ
る。

この光学装置は、フォトダイオード９、10をプリズム７
の表面２側に配置し、反射膜８をプリズム７の裏面３側
に配置したものである。そして、サーボ用フォトダイオ
ード９、10はレーザダイオード15及びモニター用フォト
ダイオード21と同時に形成される。尚、この光学装置に
はトラッキングサーボ用フォトダイオード11がないが、
該フォトダイオード11を設けるようにしても良いことは
いうまでもない。

第６図は第５図に示した光学装置の変形例を示す断面図
である。この光学装置はｎ−AlGaAsからなる電極取出し
及び光吸収用の化合物半導体層22を形成したものであ
る。

第５図に示した光学装置はプリズム７の裏面３に反射膜
８に略全面的に形成されているが、レーザダイオード15
からの光が直接的に（即ち、外部の光学式記録媒体に入
射しそこで反射されて戻り光となるのではなく）サーボ
用フォトダイオード９、10等に迷光として入射するのを
防止するうえで反射する領域を特定領域に限り、それ以
外の領域においては光を逆に吸収するようにすることが
好ましい。そこで、第６図に示す本光学装置において
は、プリズム７の裏面３において反射膜８を選択的に形
成するようにし、且つ結晶基板１の裏面の反射膜８が形
成されていない部分にGaAsからなる化合物半導体層22を
形成し、その半導体層22を光吸収と電極の取出しに利用
するようにしたものである。尚、23は半導体層22表面に
形成されたｎ型の金属層（AuGe/Ni/Au）である。

このような光学装置をつくる方法として次の方法が考え
られる。

この光学装置は透明なｎ−AlGaAsではなく光吸収及び電
極取出し用のGaAsを基板とし、該基板上にｎ−AlGaAsを
エピタキシャル成長しこれによって形成された透明な結
晶層に対して異方性エッチングを駆使してＶ字状の溝
４、そして高さの低い発光素子形成面を形成する。その
後、エピタキシャル成長とそれによって生じた成長層に
対する選択的エッチングによりレーザダイオード15、モ
ニター用フォトダイオード21を同時に形成する。また、
サーボ用のフォトダイオード９、10も同様にして形成す
る。尚、フォトダイオード９、10とレーザダイオード1
5、フォトダイオード21とを同時に形成するようにして
も良い。そして、フォトダイオード９、10、レーザダイ
オード15、フォトダイオード21の表面にＰ型の例えばTi
PtAuからなる金属層を形成する。

その後、GaAs基板を裏面からラッピングする等して薄い
ｎ−GaAs層22が残るようにする。そして、該ｎ−GaAs層
22上にｎ型の金属層（AuGe/Ni/Au）23を形成する。そし
て、反射膜８を形成すべき部分の金属層23、半導体層22
をフォトエッチングにより除去し、反射膜（例えばAlあ
るいはAu/Ti）８を形成し、その後、ダイシングしてエ
ピタキシャル成長により形成されたｎ−AlGaAs層を結晶
基板１とする第６図に示すような光学装置を得ることが
できる。

尚、25はアパーチャー用の化合物半導体層であり、フォ
トダイオード９、10と同時に形成したものである。

このように本発明は種々の態様で実施することができ、
多くのバリエーションが考えられ得る。

（H.発明の効果） 以上に述べたように、本発明光学装置は、透明な結晶基
板の表面の中間部に断面形状がＶ字状の溝が形成され、
上記結晶基板の溝の一方の側が表面又は裏面に一又は複
数の受光素子を形成されたプリズムを成し、上記結晶基
板の溝の他方の側の表面が一方の側の表面よりも高さを
低くされ、上記溝の他方の側の高さを低くされた表面に
上記プリズムに向う光を発生する発光素子が一体に形成
されてなることを特徴とする。

従って、本発明光学装置によれば、プリズムを透明な結
晶材料を用いて発光素子、受光素子と一体に形成するよ
うにしたので半導体デバイスの製造技術を駆使してつく
ることができ、従って、ガラスを研摩して１つの独立し
た部分としてのプリズムをつくる必要がなく、高精度で
小型につくることができ、しかも大量生産が可能にな
る。そして、プリズム、発光素子、受光素子の間の位置
は半導体デバイス製造に用いられるリソグラフィ技術に
よって高精度に位置決めすることができ、組立、調整を
必要としない。従って、光学装置そしてそれを用いた光
ピックアップの小型化、高精度化、低コストを図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明光学装置の一つの実施例を説
明するためのもので、第１図は光学装置を示す断面図、
第２図（Ａ）乃至（Ｄ）は第１図に示した光学装置の製
造方法を工程順に示す断面図、第３図及び第４図は第１
図に示した光学装置の各別の変形例を示す断面図、第５
図は本発明光学装置の第２の実施例を示す断面図、第６
図は第５図に示した光学装置の変形例を示す断面図、第
７図、第８図は背景技術を説明するためのもので、第７
図は断面図、第８図は回路図である。 符号の説明 １……結晶基板、 ２……結晶基板の表面、 ３……結晶基板の裏面、 ４……Ｖ字状の溝、７……プリズム、 ９〜11……受光素子、 15……発光素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明な結晶基板の表面の中間部に断面形状
   がＶ字状の溝が形成され、 上記結晶基板の溝の一方の側が表面又は裏面に一又は複
   数の受光素子を形成されてプリズムを成し、 上記結晶基板の溝の他方の側の表面が一方の側の表面よ
   りも高さを低くされ、 上記溝の他方の側の高さを低くされた表面に上記プリズ
   ムに向う光を発生する発光素子が一体に形成されてなる ことを特徴とする光学装置