JPH09132500A - 三角錐形状半導体構造とこれを用いた光学素子 - Google Patents

三角錐形状半導体構造とこれを用いた光学素子

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JPH09132500A
JPH09132500A JP29294395A JP29294395A JPH09132500A JP H09132500 A JPH09132500 A JP H09132500A JP 29294395 A JP29294395 A JP 29294395A JP 29294395 A JP29294395 A JP 29294395A JP H09132500 A JPH09132500 A JP H09132500A
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Japan
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triangular
semiconductor structure
light
crystal
optical element
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Hironobu Narui
啓修 成井
Masato Doi
正人 土居
Zabato Hendoritsuku
ザバト ヘンドリック
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Sony Corp
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H29/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one light-emitting semiconductor element covered by group H10H20/00
    • H10H29/10—Integrated devices comprising at least one light-emitting semiconductor component covered by group H10H20/00

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  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 側面の結晶面の境界における不要な結晶面の
成長を防止することにより、光を正確に分割する三角錐
形状半導体構造を提供する。 【解決手段】 ｛１１１｝Ａ結晶面または｛１１１｝Ｂ
結晶面のいずれか一方と２つの｛１１０｝結晶面とで囲
まれてなる三角錐形状半導体構造を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば光学ピック
アップ等の光学装置に用いて好適な、三角錐形状半導体
構造とこれを用いた光学素子に係わる。
【０００２】
【従来の技術】従来の光学装置、いわゆるコンパクトデ
ィスク（ＣＤ）プレーヤなどの光ディスクドライブや光
磁気ディスクドライブの光学ピックアップでは、グレー
ティングやビームスプリッタなどの各光学部品を個別に
組み立てるため装置全体の構成が複雑且つ大きくなり、
また、基板上にハイブリッドで組み立てる場合に光学的
な配置設定に際して厳しいアライメント精度を必要とし
ていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一方、例えば発光部に
光が戻るようにして、その戻り光を受光して検出するに
は、光をビームスプリッタやホログラムなどで分割する
必要がある。そのため受光部が受ける光量が減少すると
いう不都合が生じる。
【０００４】このような点を考慮して、光学部品点数の
削減および光学的な配置設定に際してのアライメントの
簡単化を可能にし、装置全体の簡素化、小型化を図る目
的で、レンズなど収束手段の共焦点位置に発光部を配置
し、この発光部のある共焦点位置近傍に受光部を形成す
るいわゆるＣＬＣ（コンフォーカル・レーザ・カプラ）
構成が考えられている。
【０００５】このＣＬＣ構成を有する光学装置の一例と
して、本出願人は先に、図１０に光学装置の概略構成図
（斜視図）を示すように、共通の半導体基板５１の上に
半導体レーザＬＤからなる発光部５２と三角錐形状半導
体構造６０からなる反射鏡Ｍおよびフォトダイオード等
の受光素子からなる受光部５３とがモノリシックに形成
された光学装置を提案した（特願平７−３７０１７号参
照）。
【０００６】三角錐形状半導体構造６０からなる反射鏡
Ｍは、収束手段の共焦点位置近傍に配置形成され、その
３つの側面がそれぞれ半導体レーザＬＤ、２つの２分割
フォトダイオードＰＤ1a，ＰＤ1bとＰＤ2a，ＰＤ2bから
なる受光素子に向かい合って形成されている。
【０００７】そして、発光部５２の半導体レーザＬＤか
らの出射光ＬF は、これに向かい合った反射鏡Ｍの側面
で反射され上方に照射される。これが図示しないが収束
手段により収束され光学ディスク等の被照射部に照射さ
れ、被照射部において反射されて戻り光ＬR を生じる。
この戻り光ＬR は収束手段により光回折限界内、すなわ
ちレーザ光の波長をλ、収束手段のレーザ側の開口数を
ＮＡとするとき直径１．２２λ／ＮＡの大きさに収束さ
れて、前述の共焦点近傍に配置された三角錐形状半導体
構造からなる反射鏡Ｍに照射される。通常のコンパクト
ディスク（ＣＤ）用の光学ピックアップの場合には、収
束手段の対物レンズのＮＡが０．０９であるので、直径
１０μｍの戻り光ＬR が照射されることになる。
【０００８】この戻り光ＬR は、反射鏡Ｍの三角錐の半
導体レーザＬＤからの光を反射する側面とは異なる他の
２つの側面により分割されて、それぞれの側面で反射さ
れて２つの２分割フォトダイオードＰＤ1a，ＰＤ1bおよ
びＰＤ2a，ＰＤ2bにおいて受光される。
【０００９】三角錐形状半導体構造６０が戻り光ＬR の
共焦点位置近傍にあり、三角錐の２つの側面の境界線で
戻り光ＬR が分割されることにより、ナイフエッジ法に
よるフォーカスサーボを行うことができる。
【００１０】上述の光学装置は、図１１に示すように、
例えば基板面を（１００）結晶面とし、三角錐形状半導
体構造６０の各側面を、それぞれ｛１１１｝Ａ結晶面６
１と｛１１１｝Ｂ結晶面６２と｛１１０｝結晶面６３と
によって形成することができる。そして、基板面と４５
°の角度をなす｛１１０｝結晶面６３が発光部の半導体
レーザＬＤに向かい合った反射面とされることにより、
基板面に対して垂直な方向に出射光ＬF を出射すること
ができる。
【００１１】しかしながら、上述の３つの結晶面を用い
て三角錐形状半導体構造を成長させた場合には、図１１
にこの三角錐形状半導体構造の上面図を示すように、
｛１１１｝Ａ結晶面６１と｛１１１｝Ｂ結晶６２面との
境界に、｛１１０｝結晶面６３ａを生じてしまう。この
｛１１０｝結晶面６３ａが現れると戻り光ＬR を分割す
る際に、一部の光がこの｛１１０｝結晶面６３ａで反射
され、所定の受光素子で受光することができず、受光素
子に到達する光量が減少してしまう。
【００１２】また、｛１１０｝結晶面６３ａで反射した
光が迷光となり、光学装置の動作に影響を及ぼすことが
ある。
【００１３】さらに、成長の時間を長くしていくと、三
角錐は次第に大きく成長するが、このとき、図１２Ａお
よび図１２Ｂにそれぞれ設定した三角錐と実際に成長す
る三角錐の上面図を示すように、この｛１１０｝結晶面
６３ａが成長するために、また｛１１１｝Ａ結晶面と
｛１１１｝Ｂ結晶面との間に、結晶面の成長速度の差が
あるために、三角錐の頂点が頂点設定位置Ｃから図の横
方向に移動してしまう。
【００１４】このため、三角錐で分割される戻り光の光
量に差異が生じて、ナイフエッジ法によるフォーカスサ
ーボの検出信号にオフセットが発生してしまう。
【００１５】この境界に生じる｛１１０｝結晶面６３ａ
をなくすには、｛１１０｝結晶面６３ａ上の成長速度を
速くすることが考えられる。しかしながら、｛１１０｝
結晶面６３と｛１１１｝Ａ結晶面との成長速度はほぼ同
じ傾向を示し、｛１１０｝結晶面６３ａ上の成長速度を
速くすれば｛１１１｝Ａ結晶面６１の成長速度も速くな
るため、結果として｛１１０｝結晶面６３ａが境界に現
れたままということになる。
【００１６】そこで、｛１１１｝Ａ結晶面６１も｛１１
０｝結晶面６３ａも完全に成長しない条件すなわち高温
成長にすると、レーザを形成した後にこの三角錐を成長
させるのでレーザに与える影響は相当大きい。高温成長
により、レーザ内で不純物拡散が起こり、レーザの信頼
性に与える影響は避けられない。また、余りにも高温成
長になると｛１１１｝Ｂ結晶面６２上の成長も始まり、
再び｛１１０｝結晶面６３ａが現れることになる。
【００１７】上述した問題の解決のために、本発明にお
いては、側面の境界における不要な結晶面の成長を防止
することにより、光を正確に分割する三角錐形状半導体
構造を提供するものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明の三角錐形状半導
体構造は、｛１１１｝Ａ結晶面または｛１１１｝Ｂ結晶
面のいずれか一方と２つの｛１１０｝結晶面とで囲まれ
てなる構成とする。
【００１９】また、本発明の光学素子は、発光素子、反
射鏡、受光素子が同一半導体基板上にモノリシックに形
成されてなる光学素子において、反射鏡が｛１１１｝Ａ
結晶面または｛１１１｝Ｂ結晶面のいずれか一方と２つ
の｛１１０｝結晶面とで囲まれてなる三角錐形状半導体
構造からなり、反射鏡により発光素子からの出射光を反
射し、発光素子からの出射光の被照射部からの戻り光を
反射鏡により反射させて、受光素子においてこれを受光
する構成とする。
【００２０】上述の本発明の構成によれば、三角錐を
｛１１１｝Ａ面または｛１１１｝Ｂ面と２つの｛１１
０｝面により形成することにより、境界部に他の結晶面
を生ずることなく三角錐を構成することができる。
【００２１】また、｛１１１｝Ａ結晶面または｛１１
１｝Ｂ結晶面のいずれか一方と２つの｛１１０｝結晶面
とで囲まれてなる三角錐形状半導体構造からなる反射鏡
により被照射部からの戻り光を反射することにより、こ
の三角錐の内の｛１１０｝結晶面による側面により戻り
光を分離して、これを用いて受光素子において受光する
ことにより、ナイフエッジ法によるフォーカスサーボ信
号の検出を行うことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】本発明の本発明の三角錐形状半導
体構造は、｛１１１｝Ａ結晶面または｛１１１｝Ｂ結晶
面のいずれか一方と２つの｛１１０｝結晶面とで囲まれ
てなるものである。
【００２３】すなわち、例えば図１Ａに三角錐形状半導
体構造の上面図を示すように、三角錐の３つの側面を、
それぞれ｛１１１｝Ａ結晶面２と２つの｛１１０｝結晶
面１により形成して三角錐形状半導体構造１１を構成す
る。
【００２４】あるいは、例えば図１Ｂに他の三角錐形状
半導体構造の上面図を示すように、三角錐の３つの側面
を、それぞれ｛１１１｝Ｂ結晶面３と２つの｛１１０｝
結晶面１により形成して三角錐形状半導体構造１２を構
成する。
【００２５】これらの面により三角錐を形成することに
より、面の境界に別の面が出にくく、頂点の位置ずれ等
の、前述の問題が生じにくくなる。
【００２６】この三角錐形状半導体構造１１または１２
を用いて、発光素子および受光素子を有する光学素子を
構成することができる。図２に本発明の光学素子の一例
の概略斜視図を示す。
【００２７】図２に示す光学素子２０は、（１００）結
晶面とのなす角度が９．７°である基板面を有する半導
体基板２１上に、半導体レーザＬＤからなる発光部２２
と、三角錐形状半導体構造からなる反射鏡Ｍと、２つの
２分割フォトダイオードＰＤ 1a，ＰＤ1bとＰＤ2a，ＰＤ
2bからなる受光素子２３がそれぞれモノリシックに形成
されてなるものである。
【００２８】反射鏡Ｍは、その三角錐形状半導体構造１
１または１２が、｛１１１｝Ａ結晶面２または｛１１
１｝Ｂ結晶面３と、２つの｛１１０｝結晶面１により３
つの側面が構成され、このうち、｛１１１｝Ａ結晶面２
または｛１１１｝Ｂ結晶面３による側面が発光部２２
に、｛１１０｝結晶面１による２つの側面がそれぞれ受
光素子２３の２つの２分割フォトダイオードＰＤ1a，Ｐ
Ｄ1bとＰＤ2a，ＰＤ2bに向けられている。
【００２９】この光学素子２０に、さらに図示しない
が、収束手段として対物レンズ、およびその他の光学部
品が配置形成されて、光学ピックアップ等の光学装置が
構成される。
【００３０】そして、発光部２２の半導体レーザＬＤか
ら出射した出射光ＬF が、反射鏡Ｍの｛１１１｝Ａ結晶
面２または｛１１１｝Ｂ結晶面３からなる側面で反射さ
れ、図の上方に向けて照射される。
【００３１】この出射光ＬF は、図示しないが収束手段
を経て被照射部により反射されて戻り光ＬR を生じる。
そして、図３に図２の光学素子における光路の概略図を
示すように、この戻り光ＬR が上方から反射鏡Ｍの三角
錐に照射される。このとき戻り光ＬR は、前述のように
収束手段の光回折限界に収束されている。そして、この
反射鏡Ｍで戻り光ＬR が反射され、｛１１０｝結晶面１
からなる２つの側面で反射された光が受光素子２３の２
分割フォトダイオードＰＤ1a，ＰＤ1bとＰＤ2a，ＰＤ2b
にそれぞれ照射される。２分割フォトダイオードは、被
照射部において、収束手段の焦点が合った状態、すなわ
ちジャストフォーカスの状態で、２分割フォトダイオー
ドにおける受光量が等しくＰＤ1a＝ＰＤ1b，ＰＤ2a＝Ｐ
Ｄ2bとなるように配置形成される。
【００３２】そして例えば、次のようにして、被照射部
例えば光学ディスクにより生じた各種信号の検出を行う
ことができる。
【００３３】ディスクのピット等によるＲＦ（高周波）
信号は、例えば全受光素子の和信号（ＰＤ1a＋ＰＤ1b＋
ＰＤ2a＋ＰＤ2b）により検出することができる。トラッ
キングサーボ信号は、２つの側面の反射光の差をとっ
て、例えば差信号｛（ＰＤ1a＋ＰＤ1b）−（ＰＤ2a＋Ｐ
Ｄ2b）｝により検出することができる。フォーカスサー
ボ信号は、２分割フォトダイオードの２つのフォトダイ
オードの受光量の差をとって、例えば｛（ＰＤ1a−ＰＤ
1b）＋（ＰＤ2a−ＰＤ2b）｝を検出信号として検出する
ことができる。
【００３４】半導体基板２１の基板面と（１００）結晶
面とのなす角度が９．７°であるので、基板面と反射鏡
Ｍの｛１１１｝Ａ結晶面２または｛１１１｝Ｂ結晶面３
からなる反射面とのなす角度が４５°となり、これによ
り出射光ＬF を基板面に垂直に出射させることができ
る。
【００３５】この光学素子２０の製造は、例えば次のよ
うにして行う。基板面を（１００）結晶面から９．７°
ずらした例えばＧａＡｓからなる半導体基板を用意す
る。
【００３６】図４に示すように、この半導体基板２１上
に図示しないが第１導電型クラッド層、活性層、第２導
電型クラッド層等を順次積層形成して、さらに第２導電
型クラッド層に電流狭窄層等により水平共振器１５を形
成して、半導体レーザＬＤを構成する半導体積層膜１６
を形成する。このとき水平共振器１５の方向を［０１
１］方向または［０１−１］方向にとる。
【００３７】次に図５に示すように、この半導体積層膜
１６にマスクを用いた例えばＲＩＥ（反応性イオンエッ
チング）法等により半導体レーザＬＤの共振器端面をそ
の水平共振器１５の方向に垂直に形成する。
【００３８】次に三角錐形状半導体構造を結晶成長させ
る。図６に示すように、エッチング後の基板２１面上に
二等辺三角形形状が残るように、ＳｉＮX あるいはＳｉ
Ｏ2 等の絶縁体によるマスク１７を形成する。
【００３９】このマスク１７を用いて、例えばメチル系
のソース材料を用いたＭＯＣＶＤ（有機金属化学的気相
成長）法により例えばＧａＡｓからなる三角錐形状の半
導体構造を結晶成長させる。このとき、共振器方向を
［０１１］方向としたときには、図１Ａに示した｛１１
１｝Ａ結晶面２と２つの｛１１０｝結晶面１からなる三
角錐形状半導体構造１１が形成され、一方共振器方向を
［０１−１］方向としたときには、図１Ｂに示した｛１
１１｝Ｂ結晶面３と２つの｛１１０｝結晶面１からなる
三角錐形状半導体構造１２が形成される。
【００４０】この他に、サブストレイトすなわち基板面
上に三角形形状の段差を形成して、この上に三角錐形状
半導体構造を形成することもできる。その場合には、前
述の製法で、図５に示したＲＩＥ法等でエッチングする
ことにより共振器端面を形成する際に、エッチングを２
段階に分けて行って三角形形状の段差を形成する。
【００４１】まず、図７に示すように、１回目のエッチ
ングにより半導体積層膜１６の一部をエッチオフして、
半導体レーザＬＤの半導体積層膜１６上面とエッチング
をした面との間に段差を形成する。
【００４２】次に図８に示すように、２回目のエッチン
グにより、１回目のエッチングで形成した段差を二等辺
三角形形状に残して、半導体積層膜１６の残りの部分に
さらにエッチングを行う。このとき、二等辺三角形形状
に残した段差は、三角柱形状の段差１８として形成され
る。
【００４３】この三角形形状の段差１８上に、前述の製
法と同様にＭＯＣＶＤ法等により、三角錐形状半導体構
造１１または１２を結晶成長させる。このようにして、
図９に示すように、三角柱形状の段差１８の上に三角錐
形状半導体構造１１または１２が形成される。
【００４４】図９に示したように、三角柱形状の段差１
８上に三角錐形状半導体構造１１または１２を形成し、
これを図２に示したような光学素子２０に適用すると、
三角柱形状の段差１８により三角錐形状半導体構造１１
または１２と、受光素子２３が形成される面、すなわち
半導体基板２１の基板面との間の高低差があることか
ら、三角錐形状半導体構造１１または１２からなる反射
鏡Ｍで反射されて基板面に照射される光のスポットが広
くなる。従って、これを２分割フォトダイオード等によ
り受光してフォーカスサーボ信号を検出する場合に、フ
ォーカスがずれたときのスポット位置の変化が大きくな
り、信号検出がしやすくなる。
【００４５】上述の例では、三角錐形状半導体構造を、
ＣＬＣ構成をなす光学素子に反射鏡として用いた例であ
ったが、発光部と受光部とがモノリシックに形成されて
いない光学装置例えば基板上にハイブリッドに形成され
た光学装置や発光部と受光部とが離れて形成された光学
装置においても、本発明の三角錐形状半導体構造を適用
して、例えばこれを反射鏡として出射光の立ち上げや戻
り光の分割に用いることができる。
【００４６】またその他、光路を３分割する光学部品と
して用いたり、その他半導体構造として適用することが
できる。
【００４７】このように三角錐形状半導体構造を半導体
レーザＬＤと別に形成する場合にも、前述の製法と同様
にして、絶縁体によるマスクに三角形形状を残してここ
に選択成長させることにより、あるいは三角柱形状の段
差を形成してこれの上に結晶成長させることにより、三
角錐形状半導体構造を形成することができる。
【００４８】本発明の三角錐形状半導体構造およびこれ
を用いた光学素子は、上述の例に限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成
が取り得る。
【００４９】
【発明の効果】上述の本発明による三角錐形状半導体構
造によれば、｛１１１｝Ａ結晶面あるいは｛１１１｝Ｂ
結晶面のいずれか一方と２つの｛１１０｝結晶面により
三角錐の側面を構成することにより、結晶面の境界に別
の結晶面を生じることがない。
【００５０】従って、本発明の三角錐形状半導体構造を
反射鏡として用いた光学素子を形成することにより、被
照射部からの戻り光を効率よく分割して、それぞれ反射
光を得ることができる。これを、それぞれ受光素子で受
光することにより、オフセットの発生を回避してナイフ
エッジ法によるフォーカスサーボ信号の検出を行うこと
ができる。
【００５１】半導体基板上に形成された三角柱形状の段
差上に三角錐形状半導体構造を形成し、これを受光素子
を有する光学素子に適用すると、三角錐形状半導体構造
と半導体基板の基板面との間の高低差があることから、
三角錐形状半導体構造の側面で反射されて基板面に照射
される光のスポットが広くなる。従って、フォーカスサ
ーボ信号を検出等が容易に行えるようになる。
【００５２】また、三角錐形状半導体構造からなる反射
鏡の反射面と半導体基板の基板面とのなす角度を４５°
とすることにより、基板面に垂直に出射光を出射するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ、Ｂ 本発明による三角錐形状半導体構造の
上面図である。
【図２】本発明の三角錐形状半導体構造を用いた光学素
子の一例の概略斜視図である。
【図３】図２の光学素子における光路の概略図である。
【図４】本発明の三角錐形状半導体構造を用いた光学素
子の一例の製造工程の一工程図である。
【図５】本発明の三角錐形状半導体構造を用いた光学素
子の一例の製造工程の一工程図である。
【図６】本発明の三角錐形状半導体構造を用いた光学素
子の一例の製造工程の一工程図である。
【図７】本発明の三角錐形状半導体構造を用いた光学素
子の一例の他の製造工程の一工程図である。
【図８】本発明の三角錐形状半導体構造を用いた光学素
子の一例の他の製造工程の一工程図である。
【図９】本発明の三角錐形状半導体構造を用いた光学素
子の一例の他の製造工程の一工程図である。
【図１０】光学装置の概略構成図（斜視図）である。
【図１１】三角錐形状半導体構造の上面図である。
【図１２】Ａ 設定した三角錐の上面図である。 Ｂ 実際に成長する三角錐の上面図である。
【符号の説明】
１、６３、６３ａ ｛１１０｝結晶面 ２、６１ ｛１１１｝Ａ結晶面 ３、６２ ｛１１１｝Ｂ結晶面 １１、１２、６０ 三角錐形状半導体構造 Ｍ 反射鏡 １５ 水平共振器 １６ 半導体積層膜 １７ マスク １８ 三角柱形状の段差 ２１、５１ 半導体基板 ２２、５２ 発光部 ＬＤ 半導体レーザ ２３、５３ 受光素子 ＰＤ（ＰＤ1a，ＰＤ1b，ＰＤ2a，ＰＤ2b） フォトダイ
オード ＬF 出射光 ＬR 戻り光

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ｛１１１｝Ａ結晶面または｛１１１｝Ｂ
    結晶面のいずれか一方と２つの｛１１０｝結晶面とで囲
    まれてなる三角錐形状半導体構造。
  2. 【請求項２】 発光素子、反射鏡、受光素子が同一半導
    体基板上にモノリシックに形成されてなる光学素子にお
    いて、 上記反射鏡が｛１１１｝Ａ結晶面または｛１１１｝Ｂ結
    晶面のいずれか一方と２つの｛１１０｝結晶面とで囲ま
    れてなる三角錐形状半導体構造からなり、 上記反射鏡により発光素子からの出射光を反射し、 上記発光素子からの出射光の被照射部からの戻り光を上
    記反射鏡により反射させて上記受光素子において受光す
    ることを特徴とする光学素子。
  3. 【請求項３】 サブストレイトに上面が三角形形状の段
    差を形成し、該三角形形状の段差上に形成されたことを
    特徴とする請求項１に記載の三角錐形状半導体構造。
  4. 【請求項４】 上記反射鏡の反射面と上記半導体基板の
    基板面とのなす角が４５°であることを特徴とする請求
    項２に記載の光学素子。
JP29294395A 1995-11-10 1995-11-10 三角錐形状半導体構造とこれを用いた光学素子 Pending JPH09132500A (ja)

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