(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光部と受光部とが共通の基板上に近接配置され、上記発光部からの発光光の被照射部からの反射戻り光を上記受光部によって受光検出する光学素子と、
上記発光光を上記被照射部に収束照射し、更に該被照射部からの反射戻り光を収束させる収束手段とを有し、
上記光学素子からの出射光と、上記受光部への上記被照射部からの反射戻り光との各光軸とが同一軸とされ、
上記光学素子の上記受光部は、上記被照射部からの反射戻り光の入射角αが、０°＜α＜９０°の範囲内に配置され、
上記出射光の上記受光部の受光面の配置基準面を横切る位置での直径Φｓが、
上記収束手段からの反射戻り光の光回折限界の直径Φｄより小とされ、
上記受光部の受光面は、上記直径Φｓより外側に配置されたことを特徴とする光学装置。
【請求項２】
共通の基板上に配置形成されそれぞれ発光部と受光部とが近接配置されてなる少なくとも第１、第２および第３の３組の光学素子と、
上記第１、第２および第３の光学素子からの各発光光を、これら各発光光の被照射部に収束照射し、更に該被照射部からの反射戻り光を収束させる収束手段とを有し、
上記第１および第３の光学素子は、上記第２の光学素子を挟んでほぼ対称的に配置され、
上記各光学素子の各発光部からの発光光が互いに異なる光路をとって上記収束手段によって上記各光学素子の各発光部からの発光光を被照射部に収束照射し、更に上記収束手段によって該被照射部から反射された各戻り光を収束させ、
上記各光学素子からの各出射光と、該各光学素子の各受光部への上記被照射部からの各反射戻り光との各光軸とが同一軸とされ、
上記各受光部の受光面への上記各戻り光の入射角αが、０°＜α＜９０°とされ、
上記各光学素子の各出射光の該各光学素子の各受光部の配置基準面を横切る位置での直径Φｓが、上記収束手段からの各反射戻り光の光回折限界の直径Φｄより小とされ、
上記各受光部の各受光面は、上記各直径Φｓより外側に配置されたことを特徴とする光学装置。
【請求項３】
上記発光部は、半導体レーザよりなり、
上記受光部は、少なくとも上記半導体レーザの共振器端面に対面した反射鏡上面に設けられたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光学装置。
【請求項４】
上記反射鏡の反射面は、｛１１１｝結晶面により構成されることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の光学装置。
【請求項５】
上記半導体レーザは、半導体基板上に設けられ、該基板は｛１００｝面を主面としたことを特徴とする請求の範囲第４項に記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、発光部からの光を光記録媒体例えば光ディスク、光磁気ディスク等の被照射部に照射し、これよりの反射による戻り光を受光検出する場合に適用して好適な光学装置に関する。
背景技術
従来の光学装置、いわゆるコンパクトディスク（ＣＤ）プレーヤー等の光ディスクドライブや光磁気ディスクドライブの光ピックアップ部では、グレーティングやビームスプリッタ等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となり、また光学的な配置設定が煩雑で量産性に劣るという問題がある。
例えば光記録媒体、例えば光ディスクに対する光ピックアップ装置は、図１５にその一例の略線的拡大構成図を示すように、半導体レーザダイオード等の光源５１から出射された光は、グレーティング５２を介してビームスプリッタ５３に導入されて透過し、コリメータレンズ５４を介して対物レンズ５５により光記録媒体５６の光ディスクの記録部に集光するようになされる。図１５において一点鎖線ｃは光源５１から光記録媒体５６への光軸を示す。
そして、光記録媒体５６から反射した光は、対物レンズ５５、コリメータレンズ５４を介してビームスプリッタ５３により反射されて、光軸ｃから分離され、側方に設けられた凹レンズ５７及びシリンドリカルレンズ５８を通じてフォトダイオード（ＰＤ）等のディテクタ５９に集光されて検出される。
また他の光学装置としては、例えば図１６に反射型の光走査顕微鏡の光ピックアップ部の一例の構成を示すように、光源５１から出射した光をビームスプリッタ５３で反射させて、対物レンズ５５により試料６０の表面に集光照射する。６１は焦平面を示す。そして試料６０で反射した光を、対物レンズ５５を介してビームスプリッタ５３を透過させ、共焦点位置にディテクタを配置するか或いはピンホール６２を配してここを通過した光をその後方に配置したディテクタ５９により検出する。このとき矢印ｓで示すように、試料６０を配置するステージ（載置台）かまたは照射ビームを相対的に走査させて、試料表面の状態を検出することができる。
上述した従来のピックアップ系の光学装置では、反射光が出射位置すなわち光源に戻ることを回避して、上述したように、光源と被照射部との間にビームスプリッタを配置するとか、特開平１−３０３６３８号公開公報に開示されるようにホログラムを配置するなどの構成が採られて、被照射部に向かう光路から反射光すなわち光源への戻り光を分離する構成とされる。しかしながら、この場合、受光素子が受ける光量が小さくなる。
また、例えば特開平２−２７８７７９号公開公報に開示されているように、上述の光学ピックアップ装置を同一のＳｉ等の半導体基板上にハイブリッドに組み立てようとすると、厳しいアライメント精度が必要となる。
本発明は、上述した例えば光ピックアップ系の光学装置の構成の簡潔化をはかり、全体の小型化をはかると共に、製造の簡略化、信頼性の向上をはかり、更に受光素子への戻り光の光量すなわち受光光量の増大化をはかって、出力の向上、ひいては発光光源の低パワー化したがって消費電力の低減化をはかることができるようするものである。
発明の開示
本発明は、発光部と受光部とが共通の基板上に近接配置され、上記発光部からの発光光の被照射部からの反射戻り光を上記受光部によって受光検出する光学素子と、上記発光光を上記被照射部に集束照射し、更に該被照射部からの反射戻り光を収束させる収束手段とを有し、上記光学素子からの出射光と、上記受光部への上記被照射部からの反射戻り光との各光軸とを同一軸とし、上記光学素子の上記受光部は、上記被照射部からの反射戻り光の入射角αが、０°＜α＜９０°の範囲内に配置され、上記出射光の直径Φｓを、上記光回折限界の直径Φｄより小とし、上記受光部の受光面を、上記直径Φｓより外側に配置する。
また本発明は、共通の基板上に配置形成されそれぞれ発光部と受光部とが近接配置されてなる少なくとも第１、第２および第３の３組の光学素子と、上記第１、第２および第３の光学素子からの各発光光を、これら各発光光の被照射部に集束照射し、更に該被照射部からの反射戻り光を収束させる収束手段とを有し、上記第１および第３の光学素子を、上記第２の光学素子を挟んでほぼ対称的に配置し、上記各光学素子の各発光部からの発光光を互いに異なる光路をとって上記収束手段によって上記各光学素子の各発光部からの発光光を被照射部に収束照射し、更に上記収束手段によって該被照射部から反射された各戻り光を収束させ、上記光学素子からの出射光と、上記受光部への上記被照射部からの反射戻り光との各光軸とを同一軸とし、上記各受光部の受光面への上記各戻り光の入射角αを、０°＜α＜９０°とし、上記出射光の直径Φｓを、上記光回折限界の直径Φｄより小とし、上記受光部の受光面を、上記直径Φｓより外側に配置する。
また本発明は、上記発光部は、半導体レーザより構成され、上記受光部が、少なくとも上記半導体レーザの共振器端面に対面した反射鏡上面に設けられた構成とする。
また本発明は、上記反射鏡の反射面が、｛１１１｝結晶面により構成されることを特徴とする。
また本発明は、上記半導体レーザを、半導体基板上に設けられ、この基板は｛１００｝面を主面とする半導体基板によって構成する。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明による光学装置の光学素子の一例の概略構成図である。
図２は、本発明による光学装置の一例の概略構成図である。
図３は、本発明による光学装置の光学素子の他の一例の概略構成図である。
図４は、本発明による光学装置の光学素子の一例の概略断面図である。
図５は、本発明による光学装置の光学素子の他の例の概略断面図である。
図６は、本発明装置の光学素子の一例の斜視図である。
図７は、本発明装置の光学素子の製造方法の一例の工程図である。
Ａはその一工程図である。
Ｂはその一工程図である。
図８は、本発明装置の光学素子の一例の斜視図である。
図９は、本発明装置の光学素子の製造方法の一例の工程図である。
Ａはその一工程図である。
Ｂはその一工程図である。
Ｃはその一工程図である。
図１０は、本発明装置の光学素子の製造方法の一例の工程図である。
Ａはその一工程図である。
Ｂはその一工程図である。
Ｃはその一工程図である。
図１１は、本発明装置の一例の光路図である。
図１２は、本発明装置によるフォーカシングサーボの説明図である。
Ａ2と、Ａ1およびＡ3は、中心の光学素子に関する被照射面でのジャストフォーカス状態での、中心の光学素子とその両側の光学素子における各光学素子上での戻り光のスポットと発光部の実効的不感領域と受光部の有効受光領域との関係を模式的に示す図である。
Ｂ2と、Ｂ1およびＢ3は、中心の光学素子に関する被照射面でのアンダーフォーカス状態での、中心の光学素子とその両側の光学素子における各光学素子上での戻り光のスポットと発光部の実効的不感領域と受光部の有効受光領域との関係を模式的に示す図である。
Ｃ2と、Ｃ1およびＣ3は、中心の光学素子に関する被照射面でのオーバーフォーカス状態での、中心の光学素子とその両側の光学素子における各光学素子上での戻り光のスポットと発光部の実効的不感領域と受光部の有効受光領域との関係を模式的に示す図である。
図１３は、本発明装置のフォーカシングサーボ出力Ｐｓとフォーカス位置Ｄｆとの関係を示す図である。
図１４は、本発明の説明に供する比較例の光学素子の概略構成図である。
図１５は、従来の光学装置の一例の略線的構成図である。
図１６は、従来の光学装置の他の例の略線的構成図である。
発明を実施するための最良の形態
図面を参照して本発明を詳細に説明する。
本発明は、図１にその一例の概略構成図を示すように、発光部１と受光部４とが共通の基板９上に近接配置され、発光部１からの発光光Ｌの被照射部（図示せず）からの戻り光ＬRを受光部４によって受光検出する光学素子２１を有し、受光部４の受光面への上記戻り光の入射角αを、０°＜α＜９０°とする。
また、本発明は、図２にその一例の概略構成図を示すように、発光部１と受光部４とが共通の基板９上に近接配置され、発光部１からの発光光Ｌの被照射部２からの戻り光ＬRを受光部４によって受光検出する光学素子２１と、収束手段３とを有し、収束手段３によって光学素子２１の発光部１からの発光光Ｌを被照射部２に収束照射し、更に被照射部から反射された戻り光を収束させ、光学素子２１の受光部４は、収束手段３の被照射部２から反射された戻り光ＬRに関する共焦点近傍に配置され、受光部４の受光面への戻り光ＬRの入射角αを、０°＜α＜９０°とする。
更に本発明は、図１に示された１つの光学素子２１に代えて図３にその一例の概略構成図を示すように、少なくとも３組の光学素子２１１、２１２および２１３を配置する。すなわち、この本発明構成においては、共通の基板９上に配置形成されそれぞれ発光部１と受光部４とが近接配置されてなる第１、第２および第３の３組の光学素子２１１、２１２および２１３と、収束手段３とを有し、図３に示すように、第１および第３の光学素子２１１および２１３は、上記第２の光学素子２１２を挟んでほぼ対称的に配置する。
また、この場合各光学素子２１１、２１２および２１３の各発光部１からの発光光Ｌおよび戻り光ＬRが互いに異なる光路をとって図２で説明したと同様に収束手段３によって各光学素子２１１、２１２および２１３の各発光部１からの発光光Ｌを被照射部２に収束照射し、更に収束手段３によって被照射部２から反射された各戻り光を収束させ、各光学素子２１１、２１２および２１３の各受光部４は、収束手段３の被照射部２から反射された対応する各戻り光ＬRに関する共焦点近傍すなわち発光部との共焦点近傍に配置され、各受光部４の受光面への各戻り光ＬRの入射角αを、０°＜α＜９０°とする。
本発明による光学装置の実施例を図面を参照して詳細に説明する。
図２は、被照射部２が例えば光記録媒体、すなわち例えば記録情報が凹凸ピットとして記録されている光ディスクであって、読み出し光の照射によってピットにおける光の回折による反射光の強弱によって記録情報の再生を行う光ピックアップ装置に適用した場合の概略構成を示したものである。
この場合、発光部１と、上述した光ディスクよりなる被照射部２と、収束手段３と、受光部４とを有し、収束手段３によって発光部１からの出射光を被照射部２に収束照射し、更にこの被照射部２から反射された戻り光を収束させ、この収束手段３の被照射部２から戻り光に関する共焦点近傍に受光部４を配置する。この構成で、発光部１からの出射光が、被照射部２において反射される前および後において、その光軸を鎖線ａで示すように、互いに同軸の経路を通過して受光部４において受光される構成とする。
発光部１と受光部４とは共通の基板９上に一体に形成した光集積化した構成とする。
発光部１は、図４に示すように、水平共振器を有する半導体レンズＬＤと、反射鏡７とを有する構成とし、受光部４はフォトダイオードより構成した。半導体レーザＬＤは、水平共振器を有する構成とし、これからの出射光すなわち発光光Ｌを反射鏡７によって反射させて被照射部２の被照射面に所定の入射角をもって入射させるようにして、図１に示すように、この被照射部２で反射する戻り光ＬRの受光部４の受光面への入射角α（０°＜α＜９０°）は、発光光または戻り光が半導体レーザまたは反射鏡によりけられない角度とするのが好ましい。また、図４において、θを５４．７°とした場合、αは１９．４°となる。
そして、受光部４において受光される光は、光回折限界近傍まで収束させるものであり、受光部４はその少なくとも一部の受光面が、この光回折限界内、すなわち発光部１からの出射光の波長をλ、収束手段３の開口数をＮＡとするとき、図２に示すように、受光面の配置基準面Ｓを横切る発光部１からの出射光の光軸ａからの距離が１．２２λ／ＮＡ以内の位置に設けられるようにする。
またこの場合、図２に示すように、受光部４の受光面の配置基準面Ｓでの発光部１の出射光の直径φｓを、上記光回折限界の直径φｄより小とし、受光部１の有効受光面は、発光の直径φｓ外に位置するようにする。ここで発光部１の光源として半導体レーザを用いると、その出射光の直径φｓは、約１〜２μｍ程度とすることができる。一方、収束手段３の開口数ＮＡが例えば０．０９〜０．１、出射光の波長λが７８０ｎｍ程度とすると、回折限界すなわちφｄは１．２２λ／ＮＡ≒１０μｍ程度となる。
そして、収束手段３の一の共焦点位置に発光部１を配置する。具体的にはこの焦点位置に半導体レーザからの出射光のウエストが位置するようにする。そして収束手段３の他方の焦点に被照射部２が位置するようにする。
この構成において、発光部１からの出射光を収束手段３すなわち集光光学レンズを介してその共焦点位置に配置した被照射部２の光ディスクに照射する。このようにすると、この光ディスクに照射されてこの光ディスクから反射されたすなわち記録情報を含んで反射した戻り光は再び収束手段３によって集光され共焦点位置近傍に配置された受光部４のフォトダイオードに入射し、この戻り光が受光部４で受光検出される。すなわち電気信号に変換され、再生信号として取り出される。
このとき、受光部１のフォトダイオードの受光面を、光軸ａからの距離がφｓ／２より大で少なくともφｄ／２以内にある領域を含む位置に配置すれば、受光部２によって被照射部２すなわち光ディスクからの戻り光を出射光と確実に分離して検出することができることになる。
図２および図４において，受光部４は、反射鏡７の形成部上と半導体レーザ上とに有する構成としたが、図５に示すように、反射鏡上のみに有する構成としてもよい。また、図２に示した例では、被照射部２が例えば光ディスクである場合について説明したが、本発明を適用する光学装置は、上述の例に限られるものではなく、例えば光磁気ディスクであってこれに磁気的に記録された信号をカー効果によって読み出す光ピックアップ装置とすることもできる。この場合には、図示しないが、例えば発光部１と被照射部２との間、すなわち発光部１から被照射部２に向かう光路および被照射部２から反射されて戻る光路上に偏光子を配置し、一方受光部４上の発光部１からの出射光の光路を避けた位置に検光子を対向配置するなどの構成が採られる。
この構成によれば、被照射部２の光磁気ディスクに照射された光が記録情報に応じたカー効果によってその偏光面が回転した戻り光となるので、そのカー回転角に応じて検光手段６を通過する光量が変化する。したがって、受光部４によってこれを検出すれば、光磁気ディスク上の記録を再生できることになる。
また、収束手段３は、例えばコリメータレンズ構成とするなど種々の構成を採ることができる。
上述したように、発光部１と受光部４との位置関係は、上述したように発光部１と受光部４とを共通の基板９上に一体化してつくりつけた構造とすることによって両者を必要充分に所定の位置関係に、容易に、かつ確実に設定することができる。
次に、共通の基板９に、発光部１と受光部４とをモノリシックに一体に構成する本発明による光学素子２１の一例を図６を参照して説明する。
この場合、｛１００｝結晶面を主面とする例えばＧａＡｓ，ＩｎＰ等の化合物半導体基板９に、〔０１−１〕結晶軸方向に沿って形成された溝１０２を挟んで第１および第２のメサ１１１および１１２が形成され、溝１０２の少なくとも上記第１のメサ１１１に隣接する一側面１０２ａが逆メサ状に形成され、第１および第２のメサ１１１および１１２上にエピタキシャル半導体層１０３が形成されて第１のメサ１１１上に半導体レーザＬＤが形成され、第２のメサ１１２上に溝１０２に隣接する側縁に沿って半導体レーザＬＤの光出射端面に対向する特定の結晶面からなる反射鏡７が形成された構成とする。
そして、第１または第２のメサ１１１または１１２の少なくとも一方に受光部４例えばフォトダイオードＰＤを配置する。
第１のメサ１１１上の溝１０２に隣接する側縁に沿うエピタキシャル半導体層１０３の端面１０８ａ2は｛１１０｝結晶面よりなり、第２のメサ１１２の溝１０２に隣接する側縁に沿うエピタキシャル半導体層１０３の端面は｛１１１｝Ａ結晶面による端面１０８ｂ1と、｛１１０｝結晶面による端面１０８ｂ2とが共存する端面、あるいは｛１１１｝Ａ結晶面による端面１０８ｂ1のみによって構成する。
第１および第２のメサ１１１および１１２の高さは互いに異なるすなわち互いに異なる平面に形成して、半導体レーザＬＤの出射光が確実に反射鏡７に入射し、所定方向に反射させて向かわすように構成する。
次にこの構成による光学素子２１の製造方法の一例を図７を参照して説明する。
図７Ａに示すように、｛１００｝結晶面を主面とする第１の導電型例えばｎ型のＧａＡｓ、あるいはＩｎＰ基板等による化合物半導体基板９を用意し、その一主面に〔０１−１〕結晶軸方向に延びる溝１０２を形成し、この溝１０２を挟んでその両側に第１および第２のメサ１１１および１１２を形成する。
〔０１−１〕方向は、一般には順メサ方向といわれているが、エッチング液の選定、例えば乳酸あるいは酒石酸によるエッチング液によってその〔０１−１〕に沿う内側面１０２ａおよび１０２ｂが逆メサ状すなわち溝１０２の深さ方向に向かって両メサ１１１および１１２下に入り込む傾きを有する傾斜面として形成される。この溝１０２の形成は、このような結晶学的化学エッチングによって形成するに限られるものではなく、例えばＲＩＥ等の異方性エッチングによる斜めエッチングによって形成することができる。
この溝２の内側面１０２ａおよび１０２ｂは、｛１１１｝Ｂもしくはこれより大なる傾きをもってメサ１１１および１１２下に入り込む角度、すなわち基板１の面とのなす角θが５４．７°以下となるように選定する。
次に、図７Ｂに示すように、例えば第１のメサ１１１上に図示しないが、エッチングレジストを形成し、他方の第２のメサ１１２を平坦にエッチングしてこの第２のメサ１１２の高さを第１のメサ１１１の高さより低める。
その後、図６に示すように、基板１上に全面的に例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）によって順次半導体レーザを構成する例えばＡｌＧａＡｓによる第１導電型のｎ型の第１のクラッド層１４１と、例えばＧａＡｓによるもしくは第１のクラッド層１４１に比し低Ａｌ濃度のＡｌＧａＡｓによる活性層１４２と、第２導電型の例えばｐ型のＡｌＧａＡｓによる第２のクラッド層１４３と、受光部４としてのフォトダイオードＰＤを構成する第１導電型の第１の半導体層１５１と、第２導電型の第２の半導体層１５２とを一回の連続エピタキシーによって形成する。
このエピタキシーは、原料ガスとしてＡｓＨ3、ＴＭＧ（トリ・メチル・ガリウム）、ＴＭＡ（トリ・メチル・アルミニウム）等を用いたメチル系ＭＯＣＶＤによって形成できる。
このエピタキシーによって第１および第２のメサ１１１および１１２の、溝１０２に沿う端縁すなわち〔０１−１〕方向の端縁に沿って｛１１１｝Ａによる結晶面１０８ａ1、１０８ｂ1と、更にそのエピタキシーの進行に伴って｛１１０｝による結晶面１０８ａ2，１０８ｂ2が発生してくる。これは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体では、｛１００｝，｛１１１｝Ａ，｛１１０｝，｛１１１｝Ｂの各結晶面では、｛１００｝の成長速度が最も大で、｛１１１｝Ａ，｛１１０｝，｛１１１｝Ｂの順で成長速度が小さくなることに因る。そして、各結晶面の成長速度はエピタキシャル成長条件例えば成長温度、III族およびＶ族の原料の供給比の選定によって、設定できるものである。
このように、結晶面によってその成長速度が異なることから、各半導体層１４１、１４２，１４３，１５１および１５２をエピタキシャル成長するとき、溝１０２内においては、その内側面１０２ａおよび１０２ｂが｛１１１｝Ｂもしくはこれより大きく傾いた面によって形成されていることから、成長速度の遅い｛１１１｝Ｂのままで、あるいはエピタキシャル成長によって｛１１１｝Ｂが発生したところで、これら側面１０２ａおよび１０２ｂからのエピタキシャル成長の進行が殆ど停止され、溝１０２内では、主としてその底面からのみエピタキシャル成長が行われる。
したがって、メサ１１１および１１２上でのエピタキシーは、少なくとも溝１０２と隣接する縁部では他と分離して独立にそのエピタキシャル成長が行われることになり、その〔０１−１〕方向に沿う縁部で基板面に対して５４．７°をなし、｛１００｝に比して成長速度の遅い｛１１１｝Ａ面が発生し、各半導体層において｛１１１｝Ａによる屈曲がメサの縁部から所要の幅Ｗに渡って形成される。しかしながらこの｛１１１｝Ａに関してその成長が進行して、〔０１−１〕に沿う｛１１０｝が発生してくると、この｛１１０｝はその成長速度が極めて遅いことからこの面に関してはその成長が見掛け上停止し、これによって｛１１０｝の端面１０８ａ2および１０８ｂ2が形成される。そして、同時に上述した｛１１１｝Ａの端面１０８ａ1および１０８ｂ1を形成することができる。
このようにして、第１のメサ１１１上に少なくとも第１のクラッド層１４１、活性層１４２、第２のクラッド層１４３よりなる半導体レーザＬＤを構成し、第２のメサ１１２に｛１１１｝Ａによる基板面に対して５４．７°の傾きを有する端面１０８ｂ1による反射鏡７を構成する。更に、この第２のメサ１１２上に第１および第２の半導体層１５１および１５２による受光部４となるフォトダイオードＰＤを構成する。また、必要に応じて第１のメサ１１１上においても半導体レーザＬＤ上に形成されている第１および第２の半導体層１５１および１５２をもってフォトダイオードＰＤとすることもできる。
この構成において、図６に示すように、その溝１０２を所定の間隔すなわち半導体レーザＬＤの共振器長に応じた間隔をもって２本の溝１０２を形成すれば、第１のメサ１１１上に各溝２の逆メサ上の側面１０２ａに隣接して上述した｛１１０｝端面１０８ａ2が形成されることから、これら端面１０８ａ2間にこれら特定された結晶面｛１１０｝による端面１０８ａ2をそれぞれ両共振器端面とする共振器が構成された半導体レーザＬＤを構成できる。そして、この場合その活性層１４２とこれを挟む第１および第２のクラッド層１４１および１４３が｛１１１｝Ａに沿って幅Ｗに渡って屈曲した形状を有しその共振器端部には屈折率が小さい半導体層が存在する窓いわゆるウィンドウ構造が形成される。
このような構成による光学素子２１によれば、半導体レーザＬＤからの出射光すなわちレーザ光を反射鏡７に反射させて基板上方に斜めに向けて反射させることができるので、被照射部２例えば光記録媒体に所要の入射角をもってレーザ光の照射を行うことができ、この被照射部２から反射された戻り光ＬRを、フォトダイオードＰＤによる受光部４の受光面に所要の角αをもって入射させて受光させることができる。
尚、図１で説明した光学素子２１において、半導体レーザＬＤおよびフォトダイオードＰＤに対する電極の配置は種々の配置を採り得るが、例えば図８に示す例では、第１のメサ１１１においては、そのストライプ状共振器を構成する部分上の第１および第２の半導体層１５１および１５２を例えばストライプ状にエッチング除去してここに半導体レーザＬＤの一方の電極１６１をオーミックに被着形成し、基板９の裏面に他方の電極１６２をオーミックに被着形成する。また、メサ１１１および１１２上の第２の半導体層１５２の一部をエッチングによって除去して下層の第１の半導体層１５１を外部に露呈し、これに一方の電極１６３をオーミックに被着形成するとともに、第２の半導体層１５２上に他方の電極１６４をオーミックに被着形成する。
上述した例では、溝１０２がその両側面１０２ａおよび１０２ｂに関して逆メサ状の側面とした場合であるが、例えば半導体レーザＬＤを形成する第１のメサ１１１側の側面１０２ａのみを逆メサ状とすることもできる。この場合の一例をその製造方法の一例と共に図９を参照して説明する。
この場合においても、図９Ａに示すように、｛１００｝を主面とする例えばＧａＡｓ化合物半導体基板９を用意する。そして、その一主面側に〔０１−１〕方向にストライプ状に溝１０２を例えばＲＩＥ等の異方性ドライエッチングによって斜めに堀り込む。この場合、その一方の側面１０２ａが｛１１１｝Ｂもしくはこれに近いか基板面に対して５４．７°以下に傾斜した面となるように形成する。
図９Ｂに示すように、前述したと同様に半導体レーザＬＤを構成する第１のクラッド層１４１、活性層１４２、第２クラッド層１４３をエピタキシーする。
図９Ｃに示すように、続いて第１および第２の半導体層１５１および１５２をエピタキシーする。このようにすると、溝１０２の逆メサ状の側面１０２ａに隣接する第１のメサ状に対するエピタキシャル半導体層には、前述したように｛１１１｝Ａの端面１０８ａ1と、｛１１０｝の側面１０８ａ2とが発生するが、逆メサによらない側面１０２ｂ側では主として｛１１１｝Ａの側面１０８ｂ1のみを発生させることができる。この場合、メサ１１１および１１２の高さは同一の高さすなわちその上面を一平面に形成することができ、更に、図示しないが、斜め蒸着もしくはスパッタリングによって必要に応じて端面１０８ｂ1に対してよりその反射効率を高めるための、金属、あるいは誘導体の単層膜、多層膜の形成を行うことができると共に、更に必要に応じて端面１０８ｂ1への反射膜として金属膜等の導電膜を被着する場合には、この反射膜の斜め蒸着もしくはスパッタリング等の被着と同時にメサ１１１および１１２上への各フォトダイオード、半導体レーザ等の電極形成をも行うようにすることができる。
上述した各例では、半導体レーザが第１のクラッド層と、活性層と、第２のクラッド層とによる基本的構成とした場合であるがキャップ層を設ける構造とすることもできるなど種々の構成をとることができる。
更に、共通の基板９に、発光部１と受光部４とをモノリシックに一体に構成する本発明による光学素子２１の製法の一例を図１０を参照してを説明する。この例では、反射鏡上にのみ受光部を形成するようにした場合である。
この場合、図１０Ａに示すように、｛１００｝結晶面を主面とする例えばｎ型のＧａＡｓ，ＩｎＰ等の化合物半導体基板９上に、全面的に例えばＭＯＣＶＤによって、順次半導体レーザＬＤを構成する例えばＡｌＧａＡｓによる基板９と同導電型の例えばｎ型の第１のクラッド層１４１と、例えばＧａＡｓもしくはｎ型のクラッド層１４１に比し低Ａｌ濃度のＡｌＧａＡｓによる活性層１４２と、例えば第１のクラッド層１４１と同組成でｐ型の第２のクラッド層１４３と、例えばＧａＡｓによるキャップ層１４４とをエピタキシャル成長する。
このエピタキシャル成長は、原料ガスとして例えばＡｓＨ3，ＴＭＡ（トリ・メチル・アルミニウム），ＴＭＧ（トリ・メチル・ガリウム）を用いたメチル系ＭＯＣＶＤによって行う。
次に図１０Ｂに示すように、キャップ層１４４上の最終的に反射鏡および受光部を形成する部分に開口１４５Ｗを有する選択的エッチングおよびエピタキシーのマスクとなる絶縁層１４５をフォトリソグラフィによって形成する。そしてこの開口１４５Ｗを通じて外部に露呈するキャップ層１４４とこれの下の各第２のクラッド層１４３、活性層１４２および第１のクラッド層１４１を基板面に垂直方向にエッチング性を示すＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等の異方性エッチングによって選択的エッチングを行い半導体レーザＬＤの共振器端面となる端面１０８ａ2を形成する。そして、この共振器端面１０８ａ2に対面して、反射鏡７を形成する。この反射鏡７の形成は、絶縁層１４５を選択的エピタキシーのマスクとしてその開口１４５Ｗを通じて外部に露呈した基板９上に、例えばｎ型のＧａＡｓによる第１の半導体層１５１をＭＯＣＶＤによってエピタキシャル成長することによって自然発生する結晶面によって構成する。すなわち、共振器端面１０８ａが、｛０１−１｝結晶面とした場合、反射鏡７の面は、｛１１１｝Ｂ面により形成され、その基板面との傾斜角度は、５４．７°となる。そして、更に、図１０Ｂに示すように、続いて半導体層１５１上にｐ型のＧａＡｓによる第２の半導体層１５２を形成しｐｎ接合を形成してフォトダイオードＰＤを形成する。
その後、図１０Ｃに示すように、絶縁膜１４５を除去した後、基板９の裏面、更にキャップ層１４４上と半導体層１５２上にそれぞれ電極１６１、１６２、１６４をオーミックに被着形成する。ここに、半導体レーザの一方の電極となるキャップ層１４４への電極１６１の形成は、図示しないが共振器端面を上述したように｛０１−１｝結晶面とした場合、〔０１−１〕方向にストライプ状に形成する。
尚、上述の各光学素子の製法の例においては、ｐｎ接合の形成すなわち第２の半導体層１５２の形成をエピタキシャル成長によって形成した場合であるが、そのほか、拡散、イオン注入によって形成することもできる。
また、上述した例では半導体基板９として、｛１００｝結晶面を主面とする基板を用いた場合であるが、この基板としてその主面が｛１００｝結晶面に一致しないいわゆるオフ基板を用いることにより、反射鏡７の傾斜角したがって受光部４への戻り光の入射角αを自由に変えることが可能である。
また、上述した例では、共通の基板９に、１組の光学素子２１を構成した場合であるが、図３に示すように、共通の基板９に少なくとも３組の光学素子２１１、２１２および２１３を配置する構成とすることができる。この場合においても、共通の基板９上に配置形成される各光学素子２１１、２１２、２１３のそれぞれの発光部１と受光部４とは近接配置される。第１および第３の光学素子２１１および２１３は、図３に示すように、第２の光学素子２１２を挟んでほゞ対称的に配置される。
そして、例えば図１１に光学素子２１１、２１２および２１３からの各発光光と戻り光の光路図を模式的に示すように、第１、第２および第３の３組の光学素子２１１、２１２および２１３からの各発光光Ｌを、図１で説明したと同様に収束手段３を介して、収束させて被照射部２に垂直でない所要の傾きをもって入射させる。
また、被照射部２からの各戻り光ＬRを、同様の収束手段３によって回折限界近傍まで収束させて収束手段３の被照射部２から反射された対応する各戻り光ＬRを共焦点近傍に配置した各光学素子２１１、２１２および２１３の各受光部４に入射させる。
そして、この場合各光学素子２１１、２１２および２１３の各発光部１からの発光光Ｌおよび戻り光ＬRは各光学素子２１１、２１２および２１３間相互で互いに異なる光路をとって収束手段３によって各光学素子２１１、２１２および２１３の各発光部１からの発光光Ｌを被照射部２に収束照射し、被照射部２から反射された各戻り光を各受光部４に入射させるようにする。
このように、各光学素子２１１、２１２および２１３の発光光Ｌの被照射部２への入射を傾けることにより、各光学素子２１１、２１２および２１３における受光部４の受光面への戻り光の入射角αを、０°＜α＜９０°とする。
そして、このように例えば３組の光学素子２１１、２１２および２１３が配置された構成を採る光学装置によれば、いわゆる距離差法による距離の検出例えばフォーカシングの検出を行ってフォーカシングサーボを行うことができる。すなわち図１１を参照して明らかなように、例えば中心の光学素子２１２の被照射部２に対するフォーカス状態を、その両側の第１および第３の光学素子２１１および２１３の受光量の検出すなわちその受光部４の例えばフォトダイオードＰＤの出力の差によって検出することができる。これについて図１２を参照して説明する。
図１２において、実線円形は各光学素子上での戻り光のスポットを模式的に示し、実線図示の４角形は発光部１による実効的不感領域を模式的に示し、破線図示の４角形は受光部４の有効受光領域に輪郭を模式的に示す。今、中央の光学素子２１２からの発光光が被照射部２でジャストフォーカス状態である場合を図１２Ａ2で示し、このとき、例えばその両側の第１および第３の光学素子２１１よび２１３における戻り光の受光面積が図１２Ａ1および図１２Ａ3で示すように同じとなるように、つまり両者の受光量すなわち検出出力が同一であるように設定しておく。
このようにすると、図１２Ｂ2あるいは図１２Ｃ2に示すように、中央の素子２１２からの発光光が被照射部２でアンダーフォーカス状態あるいはオーバーフォーカス状態となると、図１２Ｂ1および図１２Ｂ3，図１２Ｃ1およびＣ3で示すように、一方の光学素子２１１と他方の光学素子２１３の各有効受光領域に対する戻り光スポットが一方が小となると他方が大となり、逆に一方で大となると他方が小となり、各光学素子２１１および２１３での受光部４からの検出出力の大きさが互いに逆関係に変化する。したがって、その各光学素子２１１および２１３での受光部４からの検出出力の差を検出することによって例えば中央の光学素子２１２に関する発光光のフォーカス状態を検知することができ、この検知された信号をもってフォーカスサーボ信号とすることができる。すなわち、図１３に示すように、両光学素子２１１および２１３からの検出出力の差によるサーボ信号出力Ｐｓと、フォーカス位置Ｄｆとの関係が得られる。
上述したように、本発明による光学素子２１によれば、共通の基板９に発光部１と受光部４とを構成することにより、両者の間隔は充分小に、例えば数μｍ程度に構成することができるので、戻り光の受光効率を高めることができるとともに、その相互の位置関係の設定も正確、確実に、量産的に構成できる。
また、その戻り光を傾けて入射させるようにしたことにより、実効的不感領域を小さくでき、更に戻り光の受光効率を高めることができる。
上述したように本発明構成では、発光部１と受光部４とを共通の基板９配置構成するようにしたことにより、両者を充分近接して配置することができるので、図１に示すように、被照射部２におけるこの被照射部２の前および後において、その光軸を鎖線ａで示すように、互いに同軸の経路を通過させ、発光部１に向かういわば最終的戻り光を直接的に受光部４で発光部とほぼ共焦点位置で受光検出することができ、少なくともこの受光部４においては、効率の良い受光を行うことができるものである。
そして、本発明では特にその光学素子２１（２１１、２１２、２１３）に関してその受光部４の受光面への戻り光ＬRの入射角αを０°＜α＜９０°つまり傾斜させたことにより、この受光部への戻り光の実効的受光領域を広げる効果を奏することができる。すなわち、今仮に、図１４に示すように、受光部４の受光面に対して戻り光ＬRが直交して入射させる場合、つまり発光部からの発光光Ｌと戻り光は同一光路軸ａであることから発光光Ｌを垂直方向に出射させる場合を考えると、発光部１の存在ないしはこれよりの出射領域もしくは所定方向に向かって出射させるに供する反射鏡等の存在によって発生する戻り光の受光に寄与できない領域、すなわち実効的不感領域が幅Ｗ1で存在する。
これに対して本発明による図１の構成によれば、戻り光の斜め入射によって、実効的不感領域の幅Ｗ2は、Ｗ1ｃｏｓαすなわちＷ2＜Ｗ1となって実効感領域の縮小をはかることができることになり、受光部４における受光面積の増加をはかることができる。
上述したように、本発明によれば、発光部１とその戻り光を検出する受光部４とを一体構成としたことにより、例えば光ディスク、光磁気ディスク等の光記録媒体に対する光学的ピックアップ装置に用いて構成の簡潔化、全体の小型化をはかると共に、製造の簡略化、信頼性の向上をはかることができる。
また、上述したように、発光部１と受光部４とを充分近接して構成できること、更にその戻り光が受光面に傾いて入射するようにしたことによって、発光部１による実効的不感領域の縮減化をはかることができるので、戻り光の受光効率をより高めることができてるので、発光光の強度の低減化をはかることができて消費電力の削減をはかることができるとか、検出出力を高めることができることからＳ／Ｎの向上をはかることができる。
更に、上述したように、複数の光学素子を設けることによって例えばフォーカシングサーボを行うことができるなど効果をもたらすことができる。
また、上述したように反射鏡の反射面を特定の結晶面によって構成することによって、この反射面を所定の角度にまた極めてすぐれた光学的平面として形成できることから効率の高い光学装置を構成できる。
【図１】
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【図３】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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