JPS62275332A

JPS62275332A - 光ヘツド

Info

Publication number: JPS62275332A
Application number: JP61117583A
Authority: JP
Inventors: Yuji Uenishi; 祐司上西; Tomoyuki Toshima; 戸島　知之; Hiroo Ukita; 宏生浮田; Yoshinori Isomura; 磯村　嘉伯
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1986-05-23
Filing date: 1986-05-23
Publication date: 1987-11-30

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】３、発明の詳細な説明〈産業上の利用分計〉本発明は半導体レーザを使用し、光ディスクなどの光記
録媒体に対して非接触で情報の記録または記録情報を再
生する光ヘッドの改良に係り、半導体レーザから放射さ
れたレーザ光がレーザ光出力端画の口径による回折現象
による広が咋を縮少させ、光記録媒体面からの反射回折
光の信号受光感度を向上させうる光ヘッドを提供しよう
とするものである。

く技術的背景〉この種の光ヘッドとして、たとえば本発明の特許出願人
により先に特願昭５９−１８６４０６号において提案さ
れたものがある。特願昭５９−１８６４０６号において
提案された光ヘッドは、第１０図に示すように同一の半
導体基板１上に、液相又は気相成長法により下クラッド
層２、活性層３、上クラッド層４を順次積層し、得られ
た半導体ウェハの中央部以外の両側に半導体ウェハ上面
から活性層３底面よりわずかに深い位置まで絶縁溝５を
あけて絶縁溝の両側の半導体ウェハを、それぞれ光検出
部８Ｂ、８Ｃとし、中央部分の半導体ウェハを半導体レ
ーザ部８Ａとする一体的に集積形成した光ヘッド３０Ａ
を作り、さらに半導体レーザ部８Ａの上面に上部電極９
３．を、光検出部８Ｂ、８Ｃ上面にはそれぞれ光検出用
電極９ａ、９ｂを設け、半導体基板１に対してこれら電
場と反対側に共通電場１）を設けたものである。

この光ヘッド３０Ａを光デイスク装置に用するときは、
第１）図に示すように、光ディスク４０の半径方向へ高
速移動できるアーム３１上のジンバルバネ（ｇｉ＋ｍｂ
ａｌ）　　３２に取りつけられた浮上スライダー３３に
セットして使用される。すなわち光ディスク４０の回転
によって生ずる光ディスク４０と光ディスク３０Ａ間の
空気流の圧力変化によって光デイスク４０上の一定位置
に近接浮上し、半導体レーザ部８Ａから放射されるレー
ザ光２１は、光デイスク４０上のトラック案内溝（非図
示）で反射回折され、光検出部８Ｂ、８Ｃの受光面３ａ
、３ｂで受光し、両者の差信号からトラキング誤差信号
を、また和信号からデータ信号を得るものである。

〈発明が解決しようとする問題点〉ところが、上述した構造の光ヘッド３０Ａの半導体レー
ザ部のレーザ光出射部の口径は厚さが０．１μｍ１幅が
１μｍで微小のため、放射されたレーザ光２１は回折現
象のため広がり、光デイスク４０面から反射回折される
レーザ光の広がりはさらに大きくなるため、光検出部８
Ｂ、８Ｃの受光面の光強度は微弱になり、信号受光感度
は著しく低下する欠点があった。このような欠点を除去
するためには、光ヘッドを光デイスク面に対してできる
限り近接浮上させることが望ましいが、浮上量が小さく
なるにしたがって、光検出部８Ｂ、８Ｃにおける光デイ
スク４０面からの反射回折レーザ光２２　ａ、　２２　
ｂの受光位置をレーザ光の放射口に近づける必要を生じ
半導体レーザ部８Ａおよび光検出部８Ｂ、８Ｃ間の距＠
ｄを近づけなければならくなる。このため、絶ＩＩｔ溝
５の溝幅を１μｍ以上にしなければならず、その加工に
超微細加工技術が必要になるなど製造上の困難さもあっ
た。

さらに、また浮上量を小さくすると、ヘッドクラッシュ
の確率が高くなり、光デイスク装置の信頼性を大幅に低
下させることにつながる不具合もあった。

本発明は、半導体レーザを使用した従来の光ヘッドにお
けるこのような欠点を除くためになされたものであって
、半導体レーザから放射されるレーザ光の広がりをでき
るだけ縮少させ、光記録媒体面からの反射回折レーザ光
の広がりを小さくし、光検出部で受光する光強度を大に
し、４８号受光感度のすぐれた光ヘッドを提供しようと
するものである。

また、本発明は光ヘッドの浮上量が大であっても、光記
録媒体面からの反射回折レーザ光を高信号感度で検出で
きる光ヘッドを提供しようとするものである。

また、本発明は記録、再生時にヘッドクラッシュを生・
しるおそれのない光ヘッドを提供しようとするものであ
る。

また、本発明は容易に製作できる構造をもつ光ヘッドを
提供しよとするものである。

く問題点を解決するための手段〉上述の目的を達成するため、本発明者らは種々研究を重
ねた結果、光集積回路において提案されている導波路形
マイクロレンズを用いろと、光ヘッドの半導体レーザ部
から光記録媒体面に放射したレーザ光スポットを縮少で
き、しかもその反射回折光を効率よく光検出部受光面に
受光できることを知った。導波路形マイクロレンズにつ
いては、たとえば米国物理学協会発行の学術雑誌「応用
光学（英文題名：人ｐｐｌｉｅｄ　Ｏｐｔ、１ｃｓ）誌
」第１３巻（１９７４年）第３９１頁においてり、Ｐ、
　Ｂｏｉｖｉｎ氏によって報告された論文「光フアイバ
結合器に対する薄膜レーザ（英文題名：　Ｔｈｉｎ−Ｆ
ｉｌｍ　Ｌａ５ｅｒ−ｔｏ　−Ｆｉｂｅｒ　Ｃｏｕｐｌ
ｅｒ）　Ｊ中において、無収差コリメート型のモードイ
ンデックスレンズ（ｍｏｄｅ　１ｎｄｅｘｌｅｎｓｅ）
はレンズ曲線が放物線形状になっており球面収差をもた
ない旨述べている。

また、米国光学協会発行の学術雑誌「米国光学協会ジャ
ーナル（英文題名：　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＯｐｔｉｃ
ａｌ　５ｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　Ａｓ＋ｅｒｉｅａ）　Ｊ
第６７巻（１９７７年）　第１００４頁ｔ（８イＴ、ｌ
ｆ、　Ｈ。

５ｏｕｔｈ＊ｅ　ｌ　Ｉ氏によって報告された論文「均
質先導波路レンズの解析（英文題名：　ＩｎｈｏｗｌＩ
ｏｇｅｎｅｏｕｓＯｐｔｉｃａｌ　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ
　Ｌｅｎｓｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ）　Ｊにおいて、ルネ
ブルグレンズ（Ｌｕｎｅｂｕｒｇ　Ｉｅｎｇｅ）も、球
面収差がなく、シかもレンズ層の形状も、ｍ界でなめら
かに変化しているので導波光モードに散乱や変換が生じ
ない旨の説明をしている。

本発明は、このような先行技術の知見に基づいて、光ヘ
ッドの半導体レーザ部のレーザ光放射路側先端に導波路
形マイクロレンズを設けることによって放射レーザ光の
広がりを縮少し、光記録媒体面からの反射回折光が高強
度で、かつ効率よ（光検出部受光面できるようにしたも
のである。

すなわち、本発明にかかる光ヘッドは、半導体基板上に
半導体レーザ部と、半導体レーザ部の少なくとも一方の
側に絶縁溝を介して半導体レーザ部と一体的に集積形成
した光検出部とからなる光ヘッドにおいて、半導体レー
ザ部のレーザ光出射路側先端に半導体レーザ部のレーザ
光出射路の口径よりも大口径の導波路形マイクロレンズ
を配設したことを特徴とするものである。

本発明の光ヘッドは半導体レーザ部の両側に、絶縁溝を
介してそれぞれに光検出部を設けた構成のものでも、ま
たは半導体レーザ部の片側にのみ絶縁溝を介して光検出
部を設けた構成のものであってもよい。

本ｍ　ＯＪＩの光ヘッドにおいては、導路形マイクロレ
ンズとして、ステップインデックス形のモードインデッ
クスレンズを用いてもよい。

また、本発明の光ヘッドにおいては、導波路形マイクロ
レンズとしてルネブルグレンズを用いると球面収差がな
（、かつレンズ層の形状も境界でなめらかに変化してい
るので、先導波モードに散乱のない集光を行わせること
ができる。

また、本発明の光ヘッドの導波路形マイクロレンズとし
て、無収差コリメート形モードインデックスレンズを用
いると、レンズ曲面が放物線形状になっているので、球
面収差を生じない光集束を行うことができる。

さらに、本発明の光ヘッドは導波路形マイクロレンズと
してブラッグ型（Ｂｒａｇｇ）型のグレーティングレン
ズを用いると、半導体レーザ部の出力端面への反射回折
光の帰還を防止し、かつ光検出部への集光性能を高める
ことができる。

く作　　　用〉以上のように、本発明に光ヘッドは半導体レーザ部のレ
ーザ光出射路側先端に、レーザ光出入射路の口径よりも
大口径の導波路形マイクロレンズを配設しているから、
半導体レーザ部から放射されたレーザ光の広がりは縮少
し、光記録媒体面上のビームスポットを小さくしぼるこ
とができる。

したがって光記録媒体面からの反射回折の広がりも小さ
く、かつ導波路形マイクロレンズを通して光検出部に集
光されるので、高強度、かつ効率よく集光できるので信
号感度を極めて高くすることができる。

く実　施　例〉つぎに本発明の代表的な実施例について説明する。

実施例−１ ■構成第１図は本発明の光ヘッドの第１の実施例の概略構成を
示す斜視図である。この光ヘッド３０Ｂはステップ形Ｇ
ａ　Ａｓ基板１ａの高台上に下クラッドＮ２　　（ｎ−
Ｇａ　ＡｌＡｓ層）、活性Ｒ３（ｎ　−Ｇａ　Ａｊ　Ａ
ｓ　Ｊ！ｌ）およびクラッド槽４　　（Ｐ−ＧａＡＪＡ
ｓｒｆＪ）を順次積層され、絶縁溝５で分離された半導
体レーザ部８Ａ。

光検出部８Ｂ、８Ｃｅ有し、半導体レーザ部８Ａの上面
にストライプ（Ｓｔｒ自ｐｅ）電極９ａ。

光検出部８Ｂ、８Ｃ上面全面に電極９ｂ、　９ｃを設け
、さらにステップ形Ｇａ　Ａｓ基板１ｍの低台上にバッ
ファｆ・１２（Ｓｉｎ２層）導波層１３（Ｓｉ−Ｎ又は
Ｓ五〇２層）および導波層１３よりも高屈折率の誘電体
材料からなるルネブルグレンズ１Ｇを設けた構成のもの
である。

０作製法光ヘッド３０Ｂは、予め用意された平板状のＧａ　Ａｓ
基板１ａの上面に、気相成長法（又は液相成長法）によ
り、ｎ　　Ｇａ　ｋｌ　Ａｓ／ＩＬ２、― Ｐ　−Ｇａ　ＡＩ　Ａｓ層３、Ｐ　−Ｇａ　Ａｊ　Ａｘ
層４を順次積層した後、形成された半導体ウェハの中央
部上面にストライプ電極を、また両側の半導体ウニへ上
面に光検出用電極９ｂ、９ｃを設ける。

その後、さらに中央の半導体ウェハの両側上面から活性
層３　（Ｐ−Ｇａ　Ａｊ　Ａｓ　、ｎ　３　）の下部を
わずかに越える深さに絶縁溝５を形成しくただし、絶縁
？Ｗ５の深さはなるべく深い方がよい。）、半導体レー
ザ部８Ａ、光検出部８Ｂおよび８Ｃを形成した。

そして得られた半導体レーザ部８Ａ、光検出部８Ｂ、８
Ｃ上面に、第２図（、）に示すようにＡＺレジスト膜１
４コーテングにより半導体レーサ部８Ａ、光検出部８Ｂ
、８ＣＱｖ、。

キング１ＧａＡｓ基板１ａのマスキングされていない側
の上面を、ドライエツチング法により上述したマスキン
グ側の絶縁溝５よりも深いレベルまでエツチングする。

その後、このエツチングした側のＧａ　Ａｓ基板１ｆｉ
上面にＣＶＤ法（化学気相成長法）によりバッファ層１
２　（８１０２Ｎ）、導波層１３（Ｓｉ−Ｎ）を、上述
したマスキング側の活性層３の上部と同じ高さまで形成
させる。

その後、導波Ｗ１）３の上面に導波層１３よりも高屈折
率の誘電体物質としてレンズ層１５（ＳｉＮ）を積層さ
せたｔ＆（第２図（ｂｌ）、ドライエツチング法により
、第２図ｔｅｌのこと（エツチングし、半導体レーザ部
８Ａのレーザ出力端口径よりも大きな口径を有し、周囲
が円形、表面が半円状のルネブルグレンズ１６を形成さ
せた。

その後、ＡＺレジスト膜１４を除去し、さらにＧａ　Ａ
ｓ基板１ａの下面側に共通電極１）を設けた。

得られたルネブルグレンズ１６は、第４図に示ように、
中心対称の屈折率部分をもつレンズであって、二つの同
心円の一方の円周上の点像を他方の円周上の点に収差な
く結像できる特性をもっているから、第３図に示すよう
に、光記録媒体４０面に一方の焦点を、また半導体レー
ザ部のレーザ出力、端面に他方の焦点をおくような焦点
距離を有するように形成しておけば、無収差で光記録媒
体４ｏ上面にビームスポットを作ったり、その反射回折
光を光検出部８Ｂ、８Ｃ上に集光させることができる。

実施例−２第５図は本発明の第２の実施例の光ヘッド３０Ｂの構成
を示す平面図である。

この光ヘッド３０Ｇは半導体レーザ部８Ａのレーザ出射
路先端に設けた導波路形マイクロレンズを無収差コリメ
ートレンズ１７で構成した以外は実施例−１と同様の構
造および方法で作製した。

この無収差コリメートレンズ７のレンズ表面は放物線状
のレンズ面を有し、第６図に示すようにレンズ１７に入
射した平行光を無収差で結像できる性能をもっている。

実施例−３本発明の第３の実施例の光ヘッド３０Ｄは第７図に示す
ごとき構成のものであった。

この光ヘッド３０Ｄは半導体レーザ部８Ａのレーザ先出
入射路先端に設けた導波路形マイクロレンズとしてステ
ップ形モードインデックスレンズ１８を用いた以外は実
施例−１と同様の積層構成および作製方法により作製さ
れた。

このステップ形モードインデックスレンズ１８は通常の
凸レンズ同様−面は平面で、他面は凸面（又は両凸）の
球面で形成されたもので、入射したレーザ光を一点（た
とえば光記録媒体４０面）に集束させることができる。

したがって、レンズ１８の一方の焦点をレーザ出力端面
に、他方の焦点を所定の光記録媒体面に位置するように
形成することにより、光検出部８Ｂ、８Ｃ上に効率よう
反射回折光を受光することができろ。

実施例−４本発明の第４の実施例の光ヘッド３０Ｅは第８図に示す
ごとく、半導体レーザ部８Ａのレーザ光出射路先嗜に、
光検出部８Ｂ、８Ｃおよび半導体レーザ部８Ａの幅とほ
ぼ同一の大いたの口径のブラッグ型グレーティングレン
ズ１９を配置し、その焦点が光記録媒体面およびレーザ
出力端面に位置するように配設したものである。

この光ヘッド３０Ｅは、導波路形マイクロレンズとして
ブラッグ型グレーティングレンズ１９を用いた以外は、
実施例−１と同機の積層構成および作製方法によって作
製した。

このブラック型グレーティングレンズ１９は、第９図に
示すように、各グレーティングレンズの格子線が「０点
」を焦点とする放物線群を形成するように配列したもの
であって、入射光の進行方向（Ｘ方向）に進む導波平面
波がこのレンズ１９に入射するとブラッグ回折カオこり
、「０点」に収束する。ブラック型グレーテインヅレン
ズは、レンズの厚さＬを適当に選ぶことにより、理論上
１００％の回折効率を得ることができる。

以上の実施例においては、導波路形マイクロレンズとし
てルネブルグレンズ、無収差コリメーティングレンズ、
ステップ形モードインデックスレンズ、ブラッグ型グレ
ーティングレンズについて例示したが、これに限らず、
たとえばフレネルゾーンレンズなども使用することがで
きる。

また、光ヘッドを構成する材料としてＧａ　Ａｓ　。

Ｇａ　Ａｊ　Ａｓなどを例示したが、これらに限らず他
の半導体材料を使用することができる。

以上のようにして得られた光ヘッド３０Ｂ。

３０Ｇ、３０Ｄ、３０Ｅは光記録媒体、たとえば光ディ
スクへの記録または記録再生に使用する場合は、第１）
図に示うような装置に使用するに当り、ジンバルバネ３
２に設けた浮上スライダー３３に、光検出部８Ｂ、８Ｃ
が光デイスク４０上のトラックの方向と直交するように
取り付けて使用する。

光ヘッドのレーザ光出射路側先端に、以上の導波路形マ
イクロレンズを用いろと放射されたレーザ光は、ガウシ
アンビームで、焦点距離上にビームウェストがある場合
、反対側の焦点距離上にビームウェス！・が形成される
という性質があるので、ちょうど記録媒体面上にビーム
ウェストが形成されるとになり、理論的には、スポット
径が最小になり、光の強度も最大となる。一方、反射回
折光は、レンズにより集光されるので光検出器に帰還す
る光強度も強く、信号受光効率が改善され、かつレンズ
通過後は、放射レーザ光と平行な線をたどるので半導体
レーザ部と光検出部間の距ｆｉｄも十分広くとれるから
、絶縁溝５の加工も簡便になつ。また、焦点距離ｆを数
十μｍ〜数百μｍとすることにより、ヘッドの浮上量を
大きくとれるのでヘッドフラッシュの問題がな（なり信
頼性が大幅に改善されろ。

〈発明の効果〉以上の説明から明らかなように、本発明にかかる光ヘッ
ドは、半導体レーザ部のレーザ光出射路先端に導波路形
マイクロレンズを一体的に集積形成され、しかもその導
波路形マイクロレンズの口径を、レーザ光出射路の口径
よりも大きな口径に形成しであるから、放射されたレー
ザ光の光記録媒体面に形成されるスポット径は橿めて小
さく、かつ反射回折光は再び前記導波形マイクロレンズ
を通るので、光検出部受光面に効率的に高い光強度で集
光できるので、信号感度が極めて高くなる。

さらに、本発明の光ヘッドは、所定の半導体基板上、一
連の工程により一体的にａｍ形成できるので製造も極め
て簡単にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる第１の実施例の光ヘッドの概略
構成を示す斜視図、第２図（ａｌないし第２図（ｃｌば
第１図の光ヘッドの作製要領を示す工程図、第３図は第
１図の光ヘッドの平面図、第４図は第１図の光ヘッドに
用いるルネブルグレンズの先般束状態を示す説明図、第
５図は本発明の第２の実施例の光ヘッドの概略構成を示
す平面図、第６図は第５図の光ヘッドに用いろ無収波コ
リメート形モードインデックレンズの先般束状態を示す
説明図、第７図は本発明の第３の実施例の光ヘッドの概
略構成を示す平面図、第８図は本発明の第４の実施例の
光ヘッドの概略構成を示す平面図、第９図は第８図の光
ヘッドに用いるグラツク型グレーライングレンズの先般
束状態を示す説明図、第１０図は従来の光ヘッドの概略
構成を示す斜視図、第１）図は光ヘッドを取りっけ状態
を示す光デイスク装置の要部斜視図である。図　　面　　中、１・・半導体基板、１　ａ−＝　Ｇａ　Ａｓ基板、２・・・下クラッド層、３・・活性層、４・・・上クラッド層、８Ａ・・・半導体レーザ、８Ｂ、８Ｃ・・・光検出部、１６・・・ルネブルグレンズ、１７・・・無収差ユリメートレンズ、１８・・・ステップ形モードインデックスレンズ、１９
・・・ブラッグ型グレーティングレンズ、３０Ａ・・・
従来の光ヘッド、３０Ｂ、３０Ｇ、３０Ｄ、３０Ｅ・・本発明の光ヘッド
、４０　光ディスク（光記録媒体）。特　　許　　出　　願　　人日本電信電話株式会社代　　　　理　　　　人

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体基板上に半導体レーザ部と、半導体レーザ
部の少なくとも一方の側に絶縁溝を介して半導体レーザ
部と一体的に集積形成した光検出部とからなる光ヘッド
において、半導体レーザ部のレーザ光出射路側先端に半
導体レーザ部のレーザ光出射路の口径よりも大口径の導
波路形マイクロレンズを配設したことを特徴とする光ヘ
ッド。
（２）導波路形マイクロレンズとして、ステップインデ
ックス形のモードインデックスレンズを用いたことを特
徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の光ヘッド。
（３）導波路形マイクロレンズとして、ルネブルグレン
ズを用いたことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
記載の光ヘッド。
（４）導波路形マイクロレンズとして、無収差コリメー
ト形モードインデックスレンズを用いることを特徴とす
る特許請求の範囲第（１）項記載の光ヘッド。
（５）導波路形マイクロレンズとして、ブラック型グレ
ーティングレンズを用いることを特徴とする特許請求の
範囲第（１）項記載の光ヘッド。