(57)【要約】【課題】  振動に強く、ホログラム記憶装置に用いるに適した波長可変光源を提供する。【解決手段】  基板２上に複数の単波長の光を出射する発光部３を設けてなる波長可変光源１であって、発光部３は出射する波長毎に設けられる複数の面発光素子４、４をそれぞれ基板２上に近接配置してなる。特に、発光部３の各面発光素子４、４から発光された各波長の光はその光が照射される照射体の略同位置に向かってそれぞれ出射する。【選択図】  図１
2005150472.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に複数の単波長の光を出射する発光部を設けてなる波長可変光源であって、
上記発光部は出射する波長毎に設けられる複数の面発光素子をそれぞれ上記基板上に近接配置してなることを特徴とする波長可変光源。
【請求項２】
上記発光部の各面発光素子から発光された各波長の光はその光が照射される照射体の略同位置に向かってそれぞれ出射することを特徴とする請求項１記載の波長可変光源。
【請求項３】
上記照射体はホログラムが波長多重記録された記録媒体であり、上記各面発光素子は上記ホログラムの再生に必要な各参照光波長の光を発生することを特徴とする請求項２記載の波長可変光源。
【請求項４】
上記面発光素子は光を発生させる活性層をクラッド層で挟みこみ、一方のクラッド層は２次元の屈折率周期構造を備えた領域を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の波長可変光源。
【請求項５】
上記発光部の各面発光素子はそれぞれ異なる周期の上記屈折率周期構造を有することを特徴とする請求項４記載の波長可変光源。
【請求項６】
上記面発光素子は基板上において円形状に近接配置することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の波長可変光源。
【請求項７】
上記面発光素子は基板上において直線状に近接配置することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の波長可変光源。
【請求項８】
基板上に複数の単波長の光を出射する発光部を設けてなる波長可変光源の製造方法であって、
上記基板上に出射する波長の数の副下部クラッド層を近接して形成し、各副下部クラッド層の上面にフォトリソグラフィ法によりそれぞれ異なる２次元周期のレジストパターンを形成した上でエッチング加工を施して、各副下部クラッド層の上面にそれぞれ異なる２次元周期構造が形成された下部材を形成し、
光を発生する活性層を主下部クラッド層と上部クラッド層で挟み込んでなる上部材の下面を上記下部材の上面にそれぞれ融着することで、それぞれ異なる２次元周期構造を下部クラッド層に有した複数の面発光素子を備えた上記発光部を形成することを特徴とする波長可変光源の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はホログラム記憶装置に用いる波長可変光源及びその製造方法に関し、特に面発光レーザを光源として用いる波長可変光源及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からコンピュータ等に用いられる記憶装置としては、磁気や光によって情報を記録媒体に対して２次元的に書込み、読込みを行うものが広く用いられている。磁気を用いた記憶装置としては、ハードディスクなどが知られており、光を用いた記憶装置としては、ＣＤやＤＶＤなどが知られている。これら記憶装置は、大容量化の要求に応えるため、これまでに記録密度に関して著しい進歩を果たしてきたものである。そして、さらなる大容量化のための手段として、ホログラムの原理を用いた記憶装置の開発が進められている。
【０００３】
ホログラム記憶装置は、記録媒体上にページ単位でホログラムとして記録された情報を読み込んで再生するものである。記録媒体上には、符号化されたページ単位の情報が屈折率変化等のパターンとして書き込まれている。このパターンは、記録装置において物体光と参照光の干渉により形成されたホログラムであり、情報を記録媒体から読み込むには、参照光のみを記録媒体に入射させ、ホログラムのパターンで回折させてＣＣＤやＣＭＯＳ等の光電変換素子によって受光することにより、書き込まれた情報を再生することができる。
【０００４】
ホログラム記憶装置の大きな特徴の一つは、記録媒体に対し情報を空間的に多重記録させておくことができ、大きな記憶密度を得ることができることである。空間多重の方法としては、記録の際に参照光の入射角度を変化させることによる角度多重と、記録の際に参照光の波長を変化させることによる波長多重とが知られている。このうち、波長多重によって情報が多重記録された記録媒体から情報を再生するには、参照光の光源として複数の波長の光を発振することができる波長可変光源が必要である。
【０００５】
従来から知られている波長可変光源には、外部共振器型レーザやＤＢＲ型波長可変レーザ等がある。外部共振器型レーザでは、半導体レーザと外部反射鏡を用いて外部共振器を形成し、外部反射鏡を駆動し角度を変化させることによって発振器長を変化させ、発振波長を変化させる。このような外部共振器型レーザは、例えば特許文献１に記載されている。一方ＤＢＲ型波長可変レーザでは、３電極の分布ブラッグ反射型（Distributed Bragg reflector、略してＤＢＲと呼ぶ）レーザのＤＢＲ領域へ電流注入し、プラズマ効果による屈折率（ブラッグ波長）変化を利用して、波長をチューニングする。このようなＤＢＲ型波長可変レーザは、例えば特許文献２に記載されている。
【特許文献１】特開２００３−６９１４６号公報
【特許文献２】特開平８−２３６８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の波長可変光源をホログラム記憶装置に用いるには、以下に述べる問題点を有していた。
外部共振器型レーザは、上述のように外部反射鏡を高精度で駆動する必要があるので、装置が高価になりやすく、また振動が加わった場合には発振波長が不安定になる。さらに、波長の切替にある程度の時間が必要であって、切替速度をそれほど速くすることができない。特に、ＲＯＭ（Read Only Memory）として用いられるホログラム記憶装置は、様々な場面で使用されることが想定されるため、振動に弱い外部共振器型レーザを用いることは困難である。
【０００７】
また、ＤＢＲ型波長可変レーザは、波長可変範囲が狭いために、ホログラムの波長多重に必要な範囲を有しておらず、これもホログラム記憶装置に用いることは困難である。このように従来知られている波長可変光源は、ホログラム記憶装置を広く一般に用いるためには適さないものである。
【０００８】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、振動に強くて切替速度が速く、ホログラム記憶装置に用いるに適した波長可変光源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】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明に係る波長可変光源は、基板上に複数の単波長の光を出射する発光部を設けてなる波長可変光源であって、
上記発光部は出射する波長毎に設けられる複数の面発光素子をそれぞれ上記基板上に近接配置してなることを特徴として構成されている。
【００１０】
また、本発明に係る波長可変光源は、上記発光部の各面発光素子から発光された各波長の光はその光が照射される照射体の略同位置に向かってそれぞれ出射することを特徴として構成されている。
【００１１】
さらに、本発明に係る波長可変光源は、上記照射体はホログラムが波長多重記録された記録媒体であり、上記各面発光素子は上記ホログラムの再生に必要な各参照光波長の光を発生することを特徴として構成されている。
【００１２】
さらにまた、本発明に係る波長可変光源は、上記面発光素子は光を発生させる活性層をクラッド層で挟みこみ、一方のクラッド層は２次元の屈折率周期構造を備えた領域を有することを特徴として構成されている。
【００１３】
そして、本発明に係る波長可変光源は、上記発光部の各面発光素子はそれぞれ異なる周期の上記屈折率周期構造を有することを特徴として構成されている。
【００１４】
また、本発明に係る波長可変光源は、上記面発光素子は基板上において円形状に近接配置することを特徴として構成されている。
【００１５】
さらに、本発明に係る波長可変光源は、上記面発光素子は基板上において直線状に近接配置することを特徴として構成されている。
【００１６】
そして、本発明に係る波長可変光源の製造方法は、基板上に複数の単波長の光を出射する発光部を設けてなる波長可変光源の製造方法であって、
上記基板上に出射する波長の数の副下部クラッド層を近接して形成し、各副下部クラッド層の上面にフォトリソグラフィ法によりそれぞれ異なる２次元周期のレジストパターンを形成した上でエッチング加工を施して、各副下部クラッド層の上面にそれぞれ異なる２次元周期構造が形成された下部材を形成し、
光を発生する活性層を主下部クラッド層と上部クラッド層で挟み込んでなる上部材の下面を上記下部材の上面にそれぞれ融着することで、それぞれ異なる２次元周期構造を下部クラッド層に有した複数の面発光素子を備えた上記発光部を形成することを特徴として構成されている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る波長可変光源によれば、各面発光素子からそれぞれ異なる波長の光が発光され、可動部を有しないので、振動に強く切替速度の速い波長可変光源を得ることができる。また、各面発光素子の波長は自由に選択できるので、波長可変範囲の広い光源とすることができる。さらに、各面発光素子は基板上で近接配置されるので、位置依存性の影響をほとんど受けることがなく、単一の波長可変光源として扱うことができる。これらにより、ホログラム記憶装置に適した波長可変光源とすることができる。
【００１８】
また、本発明に係る波長可変光源によれば、面発光素子は活性層をクラッド層で挟み込んでなるいわゆる面発光レーザであることから、基板上に同時に全ての面発光素子を作り込むことができるので、製作が容易となる。また、一方のクラッド層に２次元の屈折率周期構造を備えていることにより、活性層の厚さを各面発光素子毎に変えることなく、周期構造の周期をフォトリソグラフィ法により変えるだけで波長の異なる面発光素子を形成できるので、さらに製作が容易となる。
【００１９】
さらに、本発明に係る波長可変光源によれば、面発光素子は基板上において円形状に近接配置することにより、出射した光がレンズを通してもほとんど位置依存性なく照射されるようにすることができる。面発光素子を基板上において直線状に近接配置した場合には、製造を容易にすることができる。
【００２０】
そして、本発明に係る波長可変光源の製造方法によれば、基板上に複数の副下部クラッド層を形成し、その上面にそれぞれ異なる２次元周期構造を形成し、そこに上部材を融着することで、クラッド層に２次元周期構造を有した面発光素子とすることで、基板上にそれぞれ発生する波長の異なる複数の面発光素子を同時に製作できる。しかも２次元周期構造は、フォトリソグラフィ法及びエッチング加工により形成することができるので、それらを容易に製作することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の実施形態について、図面に沿って詳細に説明する。本実施形態における波長可変光源は、読み取り専用のホログラム記憶装置に用いられる。ホログラム記憶装置に用いる記録媒体には、物体光と参照光の干渉によってホログラムが形成され、またはあらかじめホログラムが形成された記録媒体を複製することによってホログラムが形成されている。記録媒体に記録された情報を読み取るには、ホログラムを形成するのに用いた参照光と同じ光を記録媒体に入射させることにより、その光は回折して元の像が再生される。これをＣＣＤやＣＭＯＳ等の受光装置によって受光することで、情報が読み取られる。
【００２２】
ここで、ホログラムの形成に際しては、波長を変化させることによる空間多重がなされている。すなわち、記録媒体にはホログラムを形成する際に参照光の波長を変化させることで同じ位置に複数の情報を書き込んである。これらの情報を読み込むためには、書き込みに用いた参照光の波長の光を、書き込み時と同角度で記録媒体に入射することによって、それぞれ多重されたホログラムを再生することになる。したがって、本実施形態における波長可変光源は、このホログラムを再生するのに必要な複数の波長を発生させるものである。
【００２３】
図１は、本実施形態における波長可変光源の斜視図である。この図に示すように、本実施形態における波長可変光源１は、複数の面発光素子たる面発光レーザ４をそれぞれ近接配置してなる発光部３を基板２上に設けてアレイ状としてなるものである。これら複数の面発光レーザ４は、それぞれ異なる単波長の光を発振するものである。図１では、面発光レーザ４を基板２上に４つ配置しており、このうち面発光レーザ４ａは波長λ1の光を、面発光レーザ４ｂは波長λ2の光を、面発光レーザ４ｃは波長λ3の光を、面発光レーザ４ｄは波長λ4の光を、それぞれ発振する。これらの波長は、記録媒体１１に波長多重によって記録されたホログラム１１ａを再生するために必要な波長である。
【００２４】
図２は、本実施形態における光学系の模式図である。波長可変光源１から出射された光は発散光であるので、コリメートレンズ１０によって平行光とされる。なお、コリメートレンズ１０は、各面発光レーザ４にそれぞれ対応するレンズをアレイ状に形成し、波長可変光源１と一体的に形成してもよい。平行光とされた光は、照射体たる記録媒体１１に入射し、入射位置に記録されたホログラム１１ａによって回折されて元の像を再生し、受光装置１２に入射する。ホログラム１１ａが書き込み時に参照光の波長λ1で形成されたとすると、波長可変光源１の発光部３では、面発光レーザ４ａを発光させる。
【００２５】
このように、記録媒体１１からホログラム１１ａを再生するには、発光部３の複数の面発光レーザ４のうち、そのホログラム１１ａに対応した波長の面発光レーザ４から光を発振する。１つのホログラム１１ａが再生されたら、他の面発光レーザ４から光を発振することにより、別の波長の光が記録媒体１１に入射される。これによれば、同じ位置であっても多重された他のホログラムが再生される。すなわち、発光部３の各面発光レーザ４を切り替えていくことで、波長多重によって記録されたそれぞれのホログラムを再生することができる。波長の切替は、電流を注入する面発光レーザ４を変えることで行うことができるので、従来の波長可変レーザに比べて、非常に高速に波長を変化させることができる。図１の場合には、発光部３が４つの面発光レーザ４からなっているので、波長による多重数が４の記録媒体１１について、再生をすることができる。
【００２６】
また、本実施形態の波長可変光源１をホログラム記憶装置の参照光光源として用いるためには、それぞれの面発光レーザ４から発振された光が、それぞれ記録媒体１１の略同位置に略同角度で入射することが必要である。入射位置が大きく異なると、所定のホログラムに参照光を照射することができないので、ホログラムを再生することはできない。また、入射角度が異なると、ホログラムにおけるブラッグ回折条件を満足しないことになるので、この場合にもホログラムを再生することができない。
【００２７】
したがって、波長可変光源１の発光部３における各面発光レーザ４は、できるだけ近接配置させて、基板２上の位置による依存性を少なくすることが必要である。面発光レーザ４は数十μｍ角程度の大きさに形成することが可能であるので、それらを基板２上で近接配置し、波長可変光源１から記録媒体１１までの距離を大きく取れば、位置の依存性による影響はほとんどなくすことができる。すなわち、本実施形態の波長可変光源１は、単一の光源として扱うことができる。
【００２８】
図３には、波長可変光源１の第２形態の斜視図を示す。この図では、面発光レーザ４を縦横それぞれ４列ずつ設けており、全部で１６個の面発光レーザ４を近接配置して発光部３を構成している。上述の第１形態における波長可変光源１と同様に、各面発光レーザ４はそれぞれ異なる波長の光を発振する。このように、面発光レーザ４の数を増やすことによって、より多重数の大きな記録媒体１１であっても、ホログラムの再生を行うことができる。
【００２９】
図４には、波長可変光源の第３形態の斜視図を示す。この図では、各面発光レーザ４を基板２上のある一点から全て等距離になるように配置している。すなわち、各面発光レーザ４を円形状に配置している。このような配置とすることにより、各面発光レーザ４から発振された光が、コリメートレンズ１０に対する位置依存性を有しなくなるので、面発光レーザ４の位置による依存性をより少なくすることができる。ただし、面発光レーザ４の基板２上における配置については、これらには限られず、記録媒体１１上で位置依存性が生じないように配置してあればよく、直線状や三角形状、それ以外の多角形状等に配置することができる。直線状に配置する場合には、製造を容易にすることができる。
【００３０】
次に面発光レーザ４の構造について説明する。図５は本実施形態における面発光レーザの模式図である。本実施形態における面発光レーザ４は、光を発生する活性層２５を下部クラッド層２１、２４と上部クラッド層２６によって挟み込み、下部クラッド層２１、２４は２次元的な屈折率周期構造を備えた周期構造部２２を有してなるものである。周期構造部２２は、図５に示すように円柱状の穴を発生する波長の周期で三角格子状に配置することによって、屈折率変化の周期構造を構成したものであって、いわゆるフォトニック結晶と呼ばれる構造を有している。フォトニック結晶では、周期的な屈折率分布によって光波がブラッグ反射を受け、光に対するバンドギャップが形成されるために、光を２次元に閉じこめることができる。なお、穴の配置は正方格子状であってもよい。このフォトニック結晶からなる周期構造部２２が光の共振器として機能し、さらにブラッグ回折によって光が基板２の垂直方向に回折されるために、光が面発光レーザ４の上面に配置された上電極２７周囲の発光面２８から発振されることになる。
【００３１】
ここで、活性層２５としては、ＳＣＨ（分離閉じこめヘテロ構造）−ＭＱＷ（多重量子井戸構造）が用いられる。また、下部クラッド層２１、２４には、ｎ型ＩｎＰが、上部クラッド層２６には、ｐ型ＩｎＰが用いられる。周期構造部２２は、面発光レーザ４で発振したい光の波長の間隔で穴が配置されており、この間隔をそれぞれの面発光レーザ４で変えることによって、各面発光レーザ４から発振される光の波長を変化させることができる。例えば、下部クラッド層２１、２４の屈折率が３であり、面発光レーザ４に６５０ｎｍの光を発振させたい場合には、穴の間隔を０．２１７μｍとすることで、所望の波長の光を発振させることができる。なお、本実施形態では、クラッド層に１つの周期構造部２２を形成するようにしたが、これに限らずクラッド層が複数層を積層してなり、それら複数層のうち１つまたは２つ以上の層に周期構造部を持たせる構造としてもよい。
【００３２】
次に、面発光レーザ４の製造方法について説明する。図６には面発光レーザ４の製造工程を示している。まず図６（ａ）に示すように、基板２上にｎ型ＩｎＰ半導体をＣＶＤ法等によって形成することで、副下部クラッド層２１を形成する。次に図６（ｂ）に示すように、副下部クラッド層２１の上面にフォトリソグラフィ法により、周期構造部２２における穴の部分を残してレジスト３０のパターンを形成する。その状態で塩素系のガスなどのエッチングガスによってドライエッチングを行う。これにより、レジスト３０によって保護されていない部分は浸食されて除去され、レジスト３０のパターンの形状に応じた周期構造部２２が形成される。その後、レジスト３０は除去しておく。
【００３３】
上面に周期構造部２２を形成した副下部クラッド層２１を下部材２０として、図６（ｃ）に示すように、その上面にはさらに上部材２３を設ける。上部材２３は、ｎ型ＩｎＰ半導体からなる主下部クラッド層２１と、ＳＣＨ−ＭＱＷ構造からなる活性層２５と、ｐ型ＩｎＰ半導体からなる上部クラッド層２６を積層したものであって、この上部材２３をウエハ融着法により下部材２０と一体化する。ウエハ融着法は、下部材２０及び上部材２３に対して前処理を行った上で加熱し、界面における物質輸送現象によって２つの部材を融着させるものである。
【００３４】
これらの工程によって周期構造部２２を有する下部材２０と上部材２３を一体化することで、図６（ｄ）に示すような構造を形成することができる。さらに、上部クラッド層２６の上面には上電極２７を形成し、基板２には下電極（図示しない）を形成して、面発光レーザ４は完成する。すなわち、基板２上に副下部クラッド層２１を形成し、副下部クラッド層２１の上面にフォトリソグラフィ法により２次元周期のレジストパターンを形成した上でエッチングを施して、副下部クラッド層２１の上面に２次元周期構造が形成された下部材２０を形成し、光を発生する活性層２５を主下部クラッド層２４と上部クラッド層２６で挟み込んでなる上部材２３の下面を下部材２０の上面に融着することで、周期構造部２２を下部クラッド層２１に有した面発光レーザ４を形成する。
【００３５】
次に、面発光レーザ４を複数形成してなる発光部３の製造方法について説明する。図７には発光部３の製造工程を示している。まず図７（ａ）に示すように、基板２上に発振したい光の波長の数だけ、ｎ型ＩｎＰ半導体からなる副下部クラッド層２１、２１を近接して形成する。次に図７（ｂ）に示すように、各副下部クラッド層２１、２１の上面に、フォトリソグラフィ法によりそれぞれ異なる周期の周期構造部２２、２２となるようにレジスト３０のパターンを形成する。このパターンは、上述したようにそれぞれ発振したい光の波長の間隔で三角格子状または正方格子状に配置することで、所定の波長の光を発振する面発光レーザ４とすることができる。次に塩素系のガスなどのエッチングガスによってドライエッチングを行う。これにより、レジスト３０によって保護されていない部分は浸食されて除去され、それぞれの副下部クラッド層２１、２１の上面にレジスト３０のパターンの形状に応じた周期構造部２２、２２が形成される。その後、レジスト３０は除去しておく。
【００３６】
周期構造部２２、２２が形成された各下部材２０、２０には、図７（ｃ）に示すようにさらに上部材２３、２３を設けて、それぞれウエハ融着法により一体化させる。これによって、図７（ｄ）に示すように、それぞれの面発光レーザ４、４に異なる周期構造部２２、２２を形成した発光部３とすることができ、各面発光レーザ４、４からはそれぞれ異なる周期の光を発振することができる。
【００３７】
以上のように本実施形態では、基板２上に複数の面発光レーザ４を一つのプロセスの中で一度に形成することができるので製造が容易である。特に、従来の面発光レーザにおいて波長を変化させるには、共振器長を変えるために一つの基板上で異なる膜厚の層を成膜する必要があり、その製造は困難であった。それに対して本実施形態では、基板２上に成膜するクラッド層の膜厚を全て同じに形成し、各面発光レーザ４、４から発振する光の波長は、フォトリソグラフィ法及びエッチングによって形成する周期構造部２２、２２の周期の違いにより自在に設定することができるので、発光部３の製造を容易に行うことができる。
【００３８】
これまで、本発明の実施形態について説明したが、本発明の適用はこの実施形態に限られるものではなく、その技術的範囲において様々に適用されうるものである。例えば、本実施形態の波長可変光源は、読み取り専用のホログラム記憶装置に用いられるものであるが、出射される光を分岐させ、一方の光を物体光として用いることにより、ホログラムの書き込み及び読み取りの両方可能なホログラム記憶装置に用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本実施形態における波長可変光源の斜視図である。
【図２】本実施形態における光学系の模式図である。
【図３】波長可変光源の第２形態の斜視図である。
【図４】波長可変光源の第３形態の斜視図である。
【図５】本実施形態における面発光レーザの模式図である。
【図６】本実施形態における面発光レーザの製造工程を示した図である。
【図７】本実施形態における発光部の製造工程を示した図である。
【符号の説明】
【００４０】
１    波長可変光源
２    基板
３    発光部
４    面発光レーザ
１０    コリメートレンズ
１１    記録媒体
１１ａ  ホログラム
１２    受光装置
２０    下部材
２１    副下部クラッド層
２２    周期構造部
２３    上部材
２４    主下部クラッド層
２５    活性層
２６    上部クラッド層
２７    上電極
２８    発光面
３０    レジスト
【図１】
2005150472.tif 000003
【図２】
2005150472.tif 000004
【図３】
2005150472.tif 000005
【図４】
2005150472.tif 000006
【図５】
2005150472.tif 000007
【図６】
2005150472.tif 000008
【図７】
2005150472.tif 000009