(57)【要約】【課題】レーザ光の反射に使用する金属薄膜が多結晶構造体の場合、ランダム成長した結晶粒の配向の影響を受けてレーザ光が乱反射することから、反射膜を介したレーザ光は反射率が低下する問題がある。【解決手段】非晶質状態の金属薄膜をレーザ光の反射膜に構成することにより、レーザ光の乱反射を抑制することが可能であり、反射膜を介しても反射率が低下することなく、安定した強度のレーザ反射光を得ることができる。また、基板上に形成される金属薄膜は非晶質であることから、金属薄膜形成時における金属源からの飛散方向の影響を受けることがないため、任意の角度に設置された基板上に均質な反射膜を容易に形成することが可能となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の光学反射膜形成面に形成されて入射レーザ光を反射する光学反射膜が非晶質状態の金属薄膜で形成されているレーザ用光学反射膜。
【請求項２】
前記非晶質状態の金属薄膜は、Ａｕ，Ｐｔ，Ａｌ，Ａｇ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ｒｈの群から選ばれた少なくとも１種の材料で構成されている請求項１に記載のレーザ用光学反射膜。
【請求項３】
前記光学反射面は、前記基板の主面方向に対して任意角度の傾斜面をなしている請求項１または請求項２に記載のレーザ用光学反射膜。
【請求項４】
基板を常温よりも低い温度に保持する工程と、前記常温よりも低い温度に保持された前記基板の光学反射膜形成面に金属薄膜を非晶質の状態で形成する工程とを含むレーザ用光学反射膜の製造方法。
【請求項５】
前記金属薄膜の形成工程では、スパッタ法、真空蒸着法またはめっき法のうちの少なくとも１つの手段を用いる請求項４に記載のレーザ用光学反射膜の製造方法。
【請求項６】
基板を真空容器内に保持する工程と、前記真空容器内の金属源から金属粒子を断熱膨張の状態で飛散させて前記基板の光学反射膜形成面に金属薄膜を非晶質の状態で形成する工程とを含むレーザ用光学反射膜の製造方法。
【請求項７】
前記金属薄膜の形成工程では、金属源からの金属粒子の飛散方法に対して前記基板の前記光学反射膜形成面を任意角度に傾斜させる請求項４から請求項６までのいずれかに記載のレーザ用光学反射膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ヘッド装置（光ピックアップ）などに用いられるレーザ用の光学反射膜およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、光ヘッド装置は、対象とする光ディスクに対してレーザ光を出射するための半導体レーザ装置と、光ディスクで反射されて戻ってきたレーザ光を受光するための受光素子部（光ピックアップ）と、受光したレーザ光に基づいて受光素子で生成された電気信号を処理するための信号処理回路などから構成されている。半導体レーザ装置から出射されたレーザ光が近傍のミラー部で反射され装置外へと出射される。
【０００３】
近年では、装置の小型化および各光学素子のアライメント調整の簡略化などを図るために、半導体レーザ装置、受光素子部、信号処理回路が１つの半導体基板に搭載されたものが開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このように半導体レーザ装置と受光素子とが一体となった光ヘッド装置では、半導体レーザ装置から放出されるレーザ光をミラー部表面に形成された光学反射膜で反射して光ディスクに照射し、さらに光学レンズを介して光ディスクからの返り光を受光素子部にて受ける構成となっている。
【特許文献１】特開昭６４−２７２８８号公報（第２−３頁、第１−２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の光ヘッド装置では、ミラー部表面に形成されている光学反射膜は金属薄膜の多結晶構造体であり、ランダムな配向性を示す。そのため、結晶粒の配向面や粒界の影響を受けて反射光が乱反射し、光学反射膜を介したレーザ光は反射率の減衰によって光の強度が低下する。
【０００６】
近年、小型な記録機器に対応したモノリシック２波長の高出力レーザを搭載した光ヘッド装置が多用されている。この場合、特に、同一チップより放出され光学反射膜で反射される赤色と赤外色のレーザ光は、光ヘッド装置（光ピックアップ）のデバイス品質を左右する重要な項目となっている。光学反射膜の結晶粒の配向が影響すれば、赤、赤外光のそれぞれの反射強度が低下するといった問題がある。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決しようとなされたものであって、反射レーザ光についての光強度減衰を抑制した高品位なレーザ用光学反射膜およびそのレーザ用光学反射膜を再現性良く、容易に形成できる光学反射膜の製造方法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】
【０００８】
本発明によるレーザ用光学反射膜は、基板の光学反射膜形成面に形成されて入射レーザ光を反射する光学反射膜が非晶質状態の金属薄膜で形成されたものである。金属薄膜の非晶質状態は結晶配向性の均質化をもたらし、従来の多結晶の金属薄膜の場合に見られたレーザ光の乱反射を抑制する。すなわち、反射レーザ光についての光強度減衰を抑制した高品位なレーザ用光学反射膜が実現される。
【０００９】
上記において、前記非晶質状態の金属薄膜は、Ａｕ，Ｐｔ，Ａｌ，Ａｇ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ｒｈの群から選ばれた少なくとも１種の材料で構成されているという態様がある。この材料を採用することにより、反射レーザ光についての光強度減衰を抑制した高品位なレーザ用光学反射膜の反射効率を向上させることができる。
【００１０】
また、上記において、前記光学反射面は、前記基板の主面方向に対して任意角度の傾斜面をなしているという態様がある。
【００１１】
金属薄膜が多結晶状態で形成された従来技術の場合には、基板面に依存して結晶の配向性が変化し、レーザ光の反射率が入射角度に応じて変動してしまう。これに対して本発明では、光学反射膜を形成する金属薄膜は非晶質状態となっているので、入射角度のいかんにかかわらず、レーザ光を同じ強度で反射することが可能となり、反射レーザ光についての光強度減衰を抑制した高品位なレーザ用光学反射膜が実現される。
【００１２】
次に、本発明の第１のレーザ用光学反射膜の製造方法は、基板を常温よりも低い温度に保持する工程と、前記常温よりも低い温度に保持された前記基板の光学反射膜形成面に金属薄膜を非晶質の状態で形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００１３】
これによれば、基板を常温よりも低い温度に保持して、結晶化温度よりも低い温度で金属薄膜を形成することにより、金属薄膜を非晶質状態で形成することができる。非晶質状態は結晶配向性の均質化をもたらし、乱反射を抑制し、反射レーザ光の減衰を抑制する。したがって、反射レーザ光についての光強度減衰を抑制した高品位なレーザ用光学反射膜を形成することができる。
【００１４】
なお、金属薄膜の形成方法としては、スパッタ法、真空蒸着法またはめっき法のうちの少なくとも１つの手段を用いることが好ましい。この形成方法を採用することにより、光強度減衰を抑制した高品位なレーザ用光学反射膜を再現性良く、容易に形成することができる。
【００１５】
また、本発明の第２のレーザ用光学反射膜の製造方法は、基板を真空容器内に保持する工程と、前記真空容器内の金属源から金属粒子を断熱膨張の状態で飛散させて前記基板の光学反射膜形成面に金属薄膜を非晶質の状態で形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００１６】
これによれば、真空容器内で金属源からの金属粒子を断熱膨張状態で飛散させるので、飛散する金属粒子の温度を低温化することができ、その低温化した金属粒子で基板上に金属薄膜を形成することになる。したがって、基板自体を冷却しなくても、結晶化温度よりも低い温度で金属薄膜を形成することになり、金属薄膜を非晶質状態で形成することができる。非晶質状態は結晶配向性の均質化をもたらし、乱反射を抑制し、反射レーザ光の減衰を抑制する。したがって、反射レーザ光についての光強度減衰を抑制した高品位なレーザ用光学反射膜を形成することができる。
【００１７】
また、前述した金属薄膜の形成工程では、金属源からの金属粒子の飛散方法に対して前記基板の前記光学反射膜形成面を任意角度に傾斜させるという態様がある。
【００１８】
金属薄膜を多結晶状態で形成する従来技術の場合には、基板面に依存して結晶の配向性が変化し、レーザ光の反射率が入射角度に応じて変動してしまう。これに対して本発明では、結晶化温度よりも低い温度で金属粒子から基板上に形成した金属薄膜は非晶質状態となる。この非晶質状態の金属薄膜形成は、基板の設置角度の変化には無関係である。すなわち、基板の設置角度のいかんを問わず、また基板面に依存することなしに、金属薄膜を非晶質状態で形成することが可能となる。その結果として、入射角度のいかんにかかわらず、レーザ光を同じ強度で反射する金属薄膜を均質に形成することができる。したがって、反射レーザ光についての光強度減衰を抑制した高品位なレーザ用光学反射膜を再現性良く、容易に形成することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のレーザ用光学反射膜によれば、光学反射面が非晶質状態の金属薄膜で形成されているので、多結晶構造ゆえに生じていたレーザ光の乱反射を抑制し、反射レーザ光についての光強度減衰を抑制した高品位なレーザ用光学反射膜を実現することができる。
【００２０】
また、本発明のレーザ用光学反射膜の製造方法によれば、結晶化温度よりも低い温度で金属薄膜を形成することにより、金属薄膜を非晶質状態で形成することができ、反射レーザ光についての光強度減衰を抑制した高品位なレーザ用光学反射膜を再現性良く製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明にかかわる光ヘッド装置におけるレーザ用光学反射膜の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
図１は本発明の実施の形態にかかわるレーザ用光学反射膜Ｍを備えた光ヘッド装置Ｈを示す斜視図、図２は図１におけるレーザ出射部とミラー部の様子を示す断面図である。光ヘッド装置Ｈに搭載された半導体レーザ装置Ｌは、光ディスク（不図示）に対してレーザ光を出射するレーザ出射部（半導体レーザ素子）１と、レーザ出射部１からのレーザ光を反射する光学反射膜を有するミラー部２とを備えている。光ヘッド装置Ｈは、さらに、光ディスクで反射されて戻ってきたレーザ光を受光するための受光素子部３、外部回路と接続するための主表面の周縁領域に配置された複数のボンディングパッド部４などを有している。図示はしていないが、装置の内部には、遮光部、信号処理回路部も形成されている。レーザ出射部１、ミラー部２、受光素子部３およびボンディングパッド部４は同一の半導体基板（Ｓｉ基板）５に形成されている。
【００２３】
光ヘッド装置Ｈは全体がほぼ直方体状をしており、一方の主表面に複数の凹部が設けられている。その中で中央部分に設けられた最も大きな凹部の底面にはレーザ出射部１が装着されている。そして、レーザ出射部１が装着された凹部は、その深さ方向の下側部分における側壁面が凹部の平らな底面（装置表面と平行）に対して４５°の傾斜角を有するミラー部２となっている。ミラー部２にはレーザ用光学反射膜Ｍが形成されている。レーザ出射部１とミラー部２とで半導体レーザ装置Ｌが構成されている。なお、レーザ出射部１は、ヒートシンクと密着層を介して半導体基板５にはんだ付けされている。
【００２４】
ミラー部２における斜めの光学反射膜形成面は、その表面がＡｕとＴｉからなる多層膜のレーザ光に対するレーザ用光学反射膜Ｍで覆われている。すなわち、レーザ出射部１からシリコン基板表面と略平行方向に出射されたレーザ光（出射光）は、ミラー部２の最表面に形成されているＡｕ層およびＴｉ層からなるレーザ用光学反射膜Ｍで反射され、上方に向け出射される。
【００２５】
また、光ヘッド装置Ｈの両側周辺領域には、少し間隙をあけて合計６箇所に受光素子部３が配置されている。レーザ出射部１を中心に左右両側３箇所ずつの受光素子部３は、光ディスクで反射されて戻ってきたレーザ光を受光し、内部の信号処理回路部は受光したレーザ光の光量差等からフォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号などの種々の信号を生成出力する。
【００２６】
なお、光ヘッド装置Ｈの表面は、ボンディングパッド部４を除いて、レーザ用光学反射膜Ｍを構成するＡｕ層とその下のＴｉ層で覆われており、装置の内部にレーザ光の影響が及ばないようになっている。これは、装置を腐食から保護する機能も果たす。
【００２７】
（レーザ用光学反射膜が有する優位性）
レーザ出射部１からのレーザ光を反射するミラー部２におけるレーザ用光学反射膜Ｍの形態が本実施の形態の最も特徴的な部分である。以下、この部分の優位性について図４を用いて説明する。
【００２８】
レーザ用光学反射膜ＭはＡｕ層１７、Ｔｉ層１６からなる多層膜により構成されている。従来では、それぞれの膜は多結晶の構造体を示し、その配向性は基板の光学反射膜形成面に対してランダムな配向性を示す。レーザ出射部１からのレーザ光は、光学反射膜の配向の影響を受けて乱反射され、反射強度が減衰する。
【００２９】
これに対して、本実施の形態におけるレーザ用光学反射膜Ｍでは、Ａｕ層１７、Ｔｉ層１６がそれぞれ多結晶構造体ではなく、非晶質な構造体からなる。光学反射膜に非晶質な構造体を採用することにより、レーザ光の乱反射がなく、ミラー部表面に形成されている光学反射膜を介して反射される光強度の減衰が小さくなり、高品位な光学反射膜を再現性良く、容易に形成することが可能となる。
【００３０】
（レーザ用光学反射膜の製造方法１）
次に、レーザ用光学反射膜Ｍの製造方法１について、図３〜図４の工程断面図を用いて説明する。
【００３１】
先ず、図３（ａ）に示すように、半導体基板５を用意する。この半導体基板５は、シリコンのｐ型層１０上にｎ型エピタキシャル層１１、ＳｉＯ2 膜１２、ＳｉＮ膜１３およびＢＰＳＧ膜１４が順に積層された構成となっている。ＢＰＳＧは、シリコン酸化膜にボロン（Ｂ）とリン（Ｐ）を添加したガラスである。この半導体基板５に対して、ＢＨＦ（ＨＦ：ＮＨ４ＯＨ＝１：５）のエッチングによってＳｉＯ2 膜１２を露出させ、次いでＳｉＯ2 膜１２の一部を開口する。これにより、凹部５ａが形成される。そして、ＳｉＯ2 膜１２をマスクとして、ＫＯＨ（水酸化カリウム）を用いたＳｉ異方性エッチングによって、側壁面の一部に凹部５ａの平らな底面（これは装置表面と平行）に対して傾斜角θ＝４５°の斜面を形成する。この斜面がミラー部２における光学反射膜形成面５ｂを形成する。
【００３２】
なお、ｐ型層１０には、９．７°のオフアングルを有する（１００）面方位基板を用いている。この場合における（１１１）面が基板表面と４５°の傾斜角を有する側壁として加工される。また、Ｓｉ異方性エッチングには、２０ｗｔ％のＫＯＨ水溶液を用い、ｐ型層１０に対するエッチング深さを約４０μｍで規定した。
【００３３】
次に、図３（ｂ）に示すように、凹部５ａの内壁面を含めた基板５の表面全体に、蒸着法によりＳｉＮ膜１５を形成する。
【００３４】
次に、図４に示すように、ＳｉＮ膜１５の上に、スパッタ法を用いてレーザ用光学反射膜Ｍを形成するＴｉ層１６およびＡｕ層１７を順に積層する。Ｔｉ層１６およびＡｕ層１７は、光ヘッド装置Ｈのほぼ全面を被覆する状態で形成され、遮光部となる。なお、Ｔｉ層１６の厚みは０．２μｍであり、Ａｕ層１７の厚みは０．４μｍである。
【００３５】
このＴｉ層１６、Ａｕ層１７の形成は、次のように実施した。基板ホルダーを液体窒素で冷却して低温状態に保持した。その低温状体に保持した基板ホルダー上に半導体基板５を設置して、光学反射膜形成面５ｂにＴｉ層１６およびＡｕ層を常温よりも低温状態で形成した。これにより、Ｔｉ層１６、Ａｕ層１７はともに非晶質な構造体として形成された。
【００３６】
常温、および低温で形成したときのＡｕ／Ｔｉ積層膜に対してＸ線回折測定を行った。その結果、常温形成されたＡｕ／Ｔｉ積層膜のＸ線回折パターンからは、ランダムな配向性を示す多結晶構造体からなることを示唆する回折パターンが観測された。これに対し、低温形成されたＡｕ／Ｔｉ積層膜のＸ線回折パターンからは、非晶質な構造体からなることを示唆するハローな回折パターンが観測された。低温形成されたＡｕ／Ｔｉ積層膜が非晶質となる理由については、Ａｕ／Ｔｉ膜形成時の基板温度が、Ａｕ，Ｔｉそれぞれの結晶化温度よりも低くなるためであると考えられる。つまり、結晶化を起こさせない状態で金属薄膜を形成するのである。
【００３７】
以上のように、この製造方法１によれば、常温よりも低い温度に保持された基板上で金属薄膜を形成することにより、金属薄膜を非晶質状態で形成することが可能となり、反射レーザ光についての光強度減衰を抑制した高品位なレーザ用光学反射膜を再現性良く、容易に形成することができる。
【００３８】
なお、金属薄膜を形成するときの基板の保持温度については、金属薄膜の結晶化温度を超えるものでないことを条件に、具体的な温度値は特に限定されるものではない。
【００３９】
また、例えばスパッタ法においては、成膜ガスとしてＡｒの不活性ガスの他に、窒素ガスや酸素ガスといった不純物ガスを添加すれば結晶化の活性化エネルギーが下がり、基準とする結晶化温度はさらに高いものでもよく、より安定して金属薄膜を非晶質状態で形成することが可能となる。
【００４０】
また、各工程において用いる材料についても、上記に限定されるものではない。例えば、Ａｕ層１７の代わりに、Ｐｔ，Ａｌ，Ａｇ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ｒｈなどを用いてもよく、レーザ光を所望通りに反射する金属薄膜であれば、上記材料に限定されるものではない。
【００４１】
また、各工程において用いる方法についても、上記に限定されるものではない。例えば、Ｔｉ層１６およびＡｕ層１７の形成には、スパッタ法以外の真空蒸着法、めっき法を用いるなどしてもよく、金属薄膜を再現性良く形成できる方法であれば上記方法に限定されるものではない。
【００４２】
（レーザ用光学反射膜の製造方法２）
次に、上記レーザ用光学反射膜Ｍの製造方法２について説明する。本製造方法では、図３に示すθ＝４５°の傾斜面に代えて、３０°や１５°の傾斜を持つミラー部表面に光学反射膜を形成しているものとする。それぞれの傾斜角を有するミラー部表面に形成された光学反射膜を介して反射されたレーザ光は、赤外光に対して９８％の反射率を示し、いずれも同じ反射率であった。すなわち、ミラー部表面に形成された光学反射膜が非晶質であるがゆえに結晶粒に起因する光の乱反射がないことから、光学反射膜を形成する基板の傾斜角に依存することなく、一定の反射率を有する光学反射膜を形成することが可能となる。したがって、任意の角度をもって設置されている基板上においても、基板面に依存することなく金属薄膜を非晶質状態で形成することが可能となり、任意の角度で入射してきたレーザ光を同じ強度で反射することが可能な金属薄膜を均質に形成することができる。
【００４３】
以上のように、この製造方法２によれば、基板の設置角度のいかんを問わず、基板面に依存することなしに金属薄膜を非晶質状態で形成することができるので、入射角度のいかんにかかわらず、レーザ光を同じ強度で反射することが可能となる。したがって、反射レーザ光についての光強度減衰を抑制した高品位なレーザ用光学反射膜を再現性良く、容易に形成することが可能となる。
【００４４】
また、基板上に形成される金属薄膜は非晶質であることから、金属薄膜形成時における金属源からの飛散方向の影響を受けることがないため、基板の設置角度のいかんを問わず、基板上に均質な反射膜を容易に形成することが可能となる。
【００４５】
（レーザ用光学反射膜の製造方法３）
次に、レーザ用光学反射膜Ｍの製造方法３について説明する。本製造方法では、真空容器内半導体基板を保持させ、その基板上に金属薄膜を非晶質状態で形成する手段として、真空容器内で蒸着源のるつぼの上方にオリフィスを設け、金属源からの金属粒子をオリフィスを通じて飛散させ、基板上に金属薄膜を形成した。この方法を用いて形成された金属薄膜は、非晶質な構造を示した。これは、断熱膨張の原理に基づいてオリフィスから噴出した蒸着源が過冷却状態となり、クラスターを形成しながら基板上に付着することにより、非晶質な構造を示す金属薄膜が形成されたものと考えられる。
【００４６】
これらの形成方法を採用することにより、高品質な非晶質状態の金属薄膜を容易に形成することが可能となり、反射レーザ光についての光強度減衰を抑制した高品位なレーザ用光学反射膜を再現性良く、容易に形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明のレーザ用光学反射膜およびその製造方法は、光ヘッド装置に用いられる半導体レーザ装置に対して有用であり、さらには、レーザ素子とミラー部表面との組み合わせを有するレーザ用光学反射膜に対して有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態におけるレーザ用光学反射膜を備えた光ヘッド装置を示す斜視図
【図２】図１におけるレーザ出射部とミラー部の様子を示す断面図
【図３】本発明の実施の形態におけるレーザ用光学反射膜の製造方法の工程断面図（その１）
【図４】本発明の実施の形態におけるレーザ用光学反射膜の製造方法の工程断面図（その２）
【符号の説明】
【００４９】
Ｈ  光ヘッド装置
Ｌ  半導体レーザ装置
Ｍ  レーザ用光学反射膜
１  レーザ出射部
２  ミラー部
３  受光素子部
４  ボンディングパッド部
５  半導体基板
５ａ  凹部
５ｂ  光学反射膜形成面（斜面）
１０  ｐ型層
１１  ｎ型エピタキシャル層
１２  シリコン熱酸化膜
１３，１５  ＳｉＮ膜
１４  ＢＰＳＧ膜
１６  Ｔｉ層
１７  Ａｕ層
【図１】
2007305767.tif 000003
【図２】
2007305767.tif 000004
【図３】
2007305767.tif 000005
【図４】
2007305767.tif 000006