TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft ein optisches Bauteil zum Aufstrahlen von Licht von
einer Licht emittierenden Einheit auf ein beleuchtetes Medium wie eine
optische Platte, eine magnetooptische Platte oder dergleichen und zum
Erfassen von zurückkehrendem Licht, das durch das beleuchtete Medium
reflektiert wurde.
HINTERGRUNDBILDENDE TECHNIK
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Herkömmliche optische Bauteile, z. B. optische Aufnehmer in
Kompaktplattenspielern (CD-Spielern) oder optischen Plattenlaufwerken oder
magnetooptischen Plattenlaufwerken sind in ihrem Gesamtaufbau komplex, benötigen
komplizierte Einstellungen des optischen Layouts und können nicht einfach in
Massen hergestellt werden, da optische Komponenten einschließlich Gittern,
Strahlteilern usw. individuell zusammengebaut werden.
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Z. B. verfügt ein optischer Aufnehmer zur Verwendung mit einem optischen
Aufzeichnungsträger wie einer optischen Platte, wie er z. B. in der Fig. 15
der beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, über eine Lichtquelle 51 wie
eine Halbleiterlaserdiode oder dergleichen zum Emittieren eines
Lichtstrahls. Der von der Lichtquelle 51 emittierte Lichtstrahl wird durch ein
Gitter 52 in einen Strahlteiler 53 eingeführt und durchläuft diesen. Der
Lichtstrahl durchläuft eine Kollimatorlinse 54 und wird durch ein Objektiv
55 auf ein bespieltes Gebiet eines optischen Aufzeichnungsträgers 56 wie
einer optischen Platte fokussiert. In der Fig. 15 repräsentiert die
strichpunktierte Linie "c" die optische Achse von der Lichtquelle 51 zum
optischen Aufzeichnungsträger 56.
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Der durch den optischen Aufzeichnungsträger 56 reflektierte Lichtstrahl
durchläuft das Objektiv 55 und die Kollimatorlinse 54 und wird durch den
Strahlteiler 53 von der optischen Achse "c" weg reflektiert, um durch eine
konkave Linse 57 und eine Zylinderlinse 58 zu laufen, die den Lichtstrahl
auf einen Detektor 59 wie eine Fotodiode (PD) oder dergleichen fokussiert.
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Ein anderes optisches Bauteil, das als Teil des optischen Aufnehmers eines
reflektiven optischen Rastermikroskops in Fig. 16 der beigefügten
Zeichnungen dargestellt ist, verfügt über eine Lichtquelle 51, die einen durch
einen Strahlteiler 53 reflektierten Lichtstrahl emittiert. Der reflektierte
Lichtstrahl wird durch ein Objektiv 55 über eine Brennebene 61 auf die
Oberfläche einer Probe 60 reflektiert. Der durch die Probe 60 reflektierte
Lichtstrahl durchläuft das Objektiv 55 und den Strahlteiler 53 und wird
entweder durch einen in einem Konfokalpunkt positionierten Detektor erfasst
oder durchläuft ein feines Loch 62 und wird dann durch einen hinter dem
feinen Loch 62 angeordneten Detektor 59 erfasst. Die Bedingungen an der
Oberfläche der Probe 60 können erfasst werden, wenn ein die Probe 60
tragender Tisch oder der Beleuchtungslichtstrahl relativ durchgerastert wird,
wie es durch den Pfeil "s" dargestellt ist.
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Bei den obigen herkömmlichen optischen Bauteilen, die als optische
Aufnehmer wirken, ist, um zu verhindern, dass der reflektierte Lichtstrahl an die
Position zurückkehrt, von der er emittiert wurde, d. h. zur Lichtquelle, der
Strahlteiler zwischen der Lichtquelle und dem beleuchteten Medium
angeordnet, oder es ist ein Hologramm angebracht, wie es in der Japanischen
Patentoffenlegungsveröffentlichung JP-A- 1-303638 offenbart ist, um den
reflektierten Lichtstrahl, d. h. den zur Lichtquelle zurückkehrenden
Lichtstrahl, vom optischen Pfad zum beleuchteten Medium hin zu trennen. Durch
diese Anordnung wird jedoch die Intensität des durch das Licht erfassende
Bauteil erfassten Lichts verringert.
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Wenn eines der obigen optischen Bauteile als Hybridstruktur auf einem
Halbleitersubstrat wie einem solchen aus Si oder dergleichen zusammengebaut
wird, wie es in der Japanischen Patentoffenlegungsveröffentlichung JP-A-2-
278779 angegeben ist, ist ein strenger Genauigkeitsgrad bei der Ausrichtung
erforderlich.
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EP-A-0 555 097 beschreibt eine optische Informationswiedergabevorrichtung
mit einer Licht emittierenden und empfangenden Einheit mit einem
Halbleiterlaser-Bauteil, das auf einem Substrat angeordnet ist, um Licht zu
erzeugen, und einem Fotodetektor, der integral auf demselben Substrat in naher
Beziehung zum Halbleiterlaser-Bauteil ausgebildet ist, um ein der
Intensität von auf ihm fallendem Licht entsprechendes Signals auszugeben.
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In JP-A-62 058432 ist ein Bauteil offenbart, bei dem ein Reflektor, der den
optischen Pfad
des von einem Halbleiterlaser emittierten Lichts so ändert,
dass es auf einen optischen Aufzeichnungsträger gestrahlt wird, und einen
Fotodetektor integriert, der das reflektierte Licht vom optischen
Aufzeichnungsträger empfängt, um Information auf ein und demselben Substrat zu
erfassen.
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EP-A-0 565 052 beschreibt eine Vorrichtung mit optischem Aufnehmerkopf, die
zum Aufzeichnen und Abspielen oder Löschen optischer Information auf und
von einem optischen Speicherträger zu verwenden ist. Die Kopfvorrichtung
verfügt über eine Halbleiterlaserquelle, einen Reflektor, ein
reflektierendes holografisches optisches Element und einen Fotodetektor. Das
holografische optische Element und der Fotodetektor sind auf demselben
Halbleitersubstrat ausgebildet.
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Gemäß dem Dokument EP-A-0 640 962, das den Stand der Technik gemäß Art.
54(3) EPÜ bildet, ist ein optisches Element mit einem Lichtemissionsbereich
zum Emittieren von Licht und einem Lichterfassungsbereich zum Erfassen von
zurückkehrendem Licht von einem mit dem vom Lichtemissionsbereich
emittierten Licht bestrahlten Träger vorhanden, wobei der Lichtemissionsbereich und
der Lichterfassungsbereich nahe beieinander auf einem gemeinsamen Substrat
angeordnet sind.
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Die Erfindung erfolgte zum Vereinfachen des Aufbaus und zum Verringern der
Gesamtgröße eines optischen Bauteils wie z. B. eines optischen Aufnehmers,
um den Herstellprozess für das optische Bauteil zu vereinfachen, die
Zuverlässigkeit des optischen Bauteils zu erhöhen und die Intensität von zu
einem Lichterfassungsbauteil zurückkehrendem Licht, d. h. die Intensität von
erfasstem Licht, zu erhöhen, so dass das optische Bauteil ein stärkeres
Ausgangssignal erzeugt, wobei eine Lichtquelle mit dem Erfordernis geringer
Leistung vorliegt und wobei weniger elektrische Energie verbraucht wird.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der Erfindung weist ein optisches Bauteil mindestens ein erstes, ein
zweites und ein drittes optisches Element auf, die auf einem gemeinsamen
Substrat angeordnet sind und jeweils einen Lichtemissionsbereich und einen
Lichterfassungsbereich aufweisen, wobei das erste und das dritte optische
Element im Wesentlichen symmetrisch auf jeweils einer Seite des zweiten
optischen Elements angeordnet sind, sowie eine Konvergenzeinrichtung zum
Konvergieren und Aufstrahlen von durch die Lichtemissionsbereiche des
ers
ten, zweiten und dritten optischen Elements emittierten Lichts, das über
verschiedene optische Wege läuft, auf ein beleuchtetes Medium, und zum
Konvergieren von zurückkehrendem Licht vom beleuchteten Medium, wobei der
jeweilige Lichterfassungsbereich des ersten, zweiten und dritten optischen
Elements in der Nähe eines Konfokalpunkts der Konvergenzeinrichtung in
Bezug auf das durch das beleuchtete Medium reflektierte zurückkehrende
Licht angeordnet ist, wobei die Anordnung dergestalt ist, dass das
zurückkehrende Licht unter einem Einfallswinkel a im Bereich von 0º < α < 90º auf
eine Lichterfassungsfläche jedes der Lichterfassungsbereiche gestrahlt
wird.
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Der Lichterfassungsbereich ist über einem Reflexionsspiegel angeordnet, der
mindestens einer Stirnfläche des Resonators eines Halbleiterslasers
gegenüberstehend angeordnet ist.
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Der Reflexionsspiegel ist ein solcher mit einer {111}-Kristallfläche.
Der Halbleiterlaser ist auf einem Halbleitersubstrat mit einer Hauptfläche
in Form einer {100}-Fläche angeordnet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNONGEN
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Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels eines bei der
Erfindung zu verwendenden optischen Elements;
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Fig. 2 ist eine schematische Ansicht des Aufbaus eines optischen Bauteils;
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Fig. 3 ist eine schematische Ansicht eines optischen Elements eines
erfindungsgemäßen optischen Bauteils;
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Fig. 4 ist eine schematische Schnittansicht eines Beispiels eines optischen
Elements, das bei einem erfindungsgemäßen optischen Bauteil verwendbar ist;
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Fig. 5 ist eine schematische Schnittansicht eines anderen Beispiels eines
optischen Elements, das bei einem erfindungsgemäßen optischen Bauteil
verwendbar ist;
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Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht eines anderen Beispiels eines
optischen Elements, das bei der Erfindung verwendbar ist;
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Fig. 7A ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines Schritts eines
Herstellprozesses für ein Beispiel eines optischen Elements, das bei der
Erfindung verwendbar ist;
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Fig. 7B ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines anderen Schritts eines
Herstellprozesses für ein Beispiel eines optischen Elements, das bei der
Erfindung verwendbar ist;
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Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels eines optischen
Elements, das bei der Erfindung verwendbar ist;
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Fig. 9A ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines Schritts eines
Herstellprozesses für ein Beispiel eines optischen Elements, das bei der
Erfindung verwendbar ist;
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Fig. 9B ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines anderen Schritts eines
Herstellprozesses für ein Beispiel eines optischen Elements, das bei der
Erfindung verwendbar ist;
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Fig. 9C ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines anderen Schritts noch
eines anderen Herstellprozesses für ein Beispiel eines optischen Elements,
das bei der Erfindung verwendbar ist;
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Fig. 10A ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines Schritts eines
Herstellprozesses für ein Beispiel eines optischen Elements, das bei der
Erfindung verwendbar ist;
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Fig. 10B ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines anderen Schritts eines
Herstellprozesses für ein Beispiel eines optischen Elements, das bei der
Erfindung verwendbar ist;
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Fig. 10C ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines anderen Schritts noch
eines anderen Herstellprozesses für ein Beispiel eines optischen Elements,
das bei der Erfindung verwendbar ist;
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Fig. 11 ist eine Ansicht, die optische Wege in einem erfindungsgemäßen
optischen Bauteil zeigt;
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Fig. 12A1-12A3, 12B1-12B3 sowie 12C1-12C3 sind Diagramme zum
Veran
schaulichen eines Fokussier-Regelungsprozesses, wie er durch ein
erfindungsgemäßes optisches Bauteil ausgeführt wird, wobei Fig. 12A2 und die
Fig. 12A1 und 12A3 schematisch die Beziehung zwischen den Flecken
zurückkehrenden Lichts, den effektiven Intensitätszonen von
Lichtemissionsbereichen und den effektiven Lichterfassungszonen von Lichterfassungsbereichen
eines zentralen optischen Bauteils und zweier optischer Bauteile zeigen,
die jeweils auf einer Seite des mittleren optischen Bauteils angeordnet
sind, wenn Licht auf eine beleuchtete Fläche in Bezug auf das mittlere
optische Bauteil fokussiert wird, Fig. 12B2 und die Fig. 12B1 und 12B3
schematisch die Beziehung zwischen den Flecken zurückkehrenden Lichts, den
effektiven Intensitätszonen von Lichtemissionsbereichen und den effektiven
Lichterfassungszonen von Lichterfassungsbereichen eines mittleren optischen
Bauteils und zweier optischer Bauteile, die jeweils auf einer Seite des
mittleren optischen Bauteils angeordnet sind, für den Fall zeigen, dass
Licht auf eine beleuchtete Fläche in Bezug auf das mittlere optische
Bauteil unterfokussiert wird, und Fig. 12C2 und die Fig. 12C1 und 12C3
schematisch die Beziehung zwischen den Flecken zurückkehrenden Lichts, den
effektiven Intensitätszonen von Lichtemissionsbereichen und den effektiven
Lichterfassungszonen von Lichterfassungsbereichen eines mittleren optischen
Bauteils und zweier optischer Bauteile, die jeweils auf einer Seite des
mittleren optischen Bauteils angeordnet sind, für den Fall zeigen, dass
Licht auf eine beleuchtete Fläche in Bezug auf das mittlere optische
Bauteil überfokussiert wird;
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Fig. 13 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem
Fokussier-Regelungsausgangssignal Ps und einer Fokussierposition Df bei einem
erfindungsgemäßen optischen Bauteil zeigt;
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Fig. 14 ist eine schematische Ansicht eines optischen Vergleichsbauteils,
das bei der Erläuterung der Erfindung verwendet wird;
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Fig. 15 ist eine schematische Ansicht eines herkömmlichen optischen
Bauteils und
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Fig. 16 ist eine schematische Ansicht eines anderen herkömmlichen optischen
Bauteils.
BESTE ART ZUM AUSFUHREN DER ERFINDUNG
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Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Einzelnen
beschrieben.
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Gemäß der Erfindung verfügt, wie es schematisch in Fig. 1 dargestellt ist,
ein optisches Bauteil über ein optisches Element 21 mit einem
Lichtemissionsbereich 1 und Lichterfassungsbereichen 4, die dicht beieinander auf
einem gemeinsamen Substrat 9 angeordnet sind, wobei die
Lichterfassungsbereiche 4 dazu dienen, zurückkehrendes Licht LR von einem beleuchteten
Medium (nicht dargestellt) zu erfassen, das mit vom Lichtemissionsbereich 1
emittiertem Licht L beleuchtet wird. Das zurückkehrende Licht LR wird mit
einem Einfallswinkel α im Bereich von 0º < α < 90º auf die
Lichterfassungsflächen der Lichterfassungsbereiche 4 gestrahlt.
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Wie es schematisch in Fig. 2 dargestellt ist, verfügt ein anderes
erfindungsgemäßes optisches Bauteil über ein optisches Element 21 mit einem
Lichtemissionsbereich 1 und Lichterfassungsbereichen 4, die dicht
beieinander auf einem gemeinsamen Substrat 9 angeordnet sind, wobei die
Lichterfassungsbereiche 4 dazu dienen, zurückkehrendes Licht LR von einem bestrahlten
Medium 2 zu erfassen, das mit vom Lichtemissionsbereich 1 emittiertem Licht
L beleuchtet wird, und eine Konvergenzeinrichtung 3 zum Konvergieren des
vom Lichtemissionsbereich 1 emittierten Lichts L auf das beleuchtete Medium
2 und auch zum Konvergieren des durch das beleuchtete Medium 2
reflektierten zurückkehrenden Lichts. Die Lichterfassungsbereiche 4 sind in der Nähe
eines Konfokalpunkts der Konvergenzeinrichtung 3 in Bezug auf das am
beleuchteten Medium 2 reflektierte zurückkehrende Licht LR angeordnet. Das
zurückkehrende Licht LR wird unter einem Einfallswinkel α im Bereich von 0º
< a < 90º auf die Lichterfassungsflächen der Lichterfassungsbereiche 4
gestrahlt.
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Noch ein anderes erfindungsgemäßes optisches Bauteil, das schematisch in
Fig. 3 dargestellt ist, beinhaltet mindestens drei optische Elemente 211,
212, 213 anstelle des einzelnen in Fig. 1 dargestellten optischen Elements
21. Genauer gesagt, verfügt das optische Bauteil über ein erstes, ein
zweites und ein drittes optisches Element 211, 212, 213, die auf einem
gemeinsamen Substrat 9 angeordnet sind und jeweils über einen
Lichtemissionsbereich 1 und Lichterfassungsbereiche 4 verfügen, die dicht beieinander
angeordnet sind, und eine Konvergenzeinrichtung 3. Wie es in Fig. 3 dargestellt
ist, sind das erste und dritte optische Element 211, 213 im Wesentlichen
symmetrisch auf jeweils einer Seite des zweiten optischen Elements 212
angeordnet.
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Von den Lichtemissionsbereichen 1 der optischen Elemente 211, 212, 213
emittiertes Licht L sowie zurückkehrendes Licht LR laufen entlang
verschiedenen optischen Wegen. Das emittierte Licht 11 von den
Lichtemissionsbereichen 1 der optischen Elemente 211, 212, 213 wird durch die
Konvergenzeinrichtung 3 auf dieselbe Weise, wie sie unter Bezugnahme auf die Fig. 2
beschrieben wurde, konvergiert und auf das beleuchtete Medium 2 gestrahlt,
und das durch das beleuchtete Medium 2 reflektierte zurückkehrende Licht
wird durch die Konvergenzeinrichtung 3 konvergiert. Die
Lichterfassungsbereiche der optischen Elemente 211, 212, 213 sind in der Nähe eines
Konfokalpunkts der Konvergenzeinrichtung 3 in Bezug auf das durch das bestrahlte
Medium 2 reflektierte zurückkehrende Licht LR angeordnet, d. h. in der Nähe
eines Konfokalpunkts hinsichtlich der Lichtemissionsbereiche 1. Das
zurückkehrende Licht LR wird unter einem Einfallswinkel a im Bereich 0º < α < 90º
auf die Lichterfassungsflächen der Lichterfassungsbereiche 4 gestrahlt.
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Nun werden Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer optischer Bauteile unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen im Einzelnen beschrieben.
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Fig. 2 zeigt schematisch die Anordnung eines optischen Aufnehmers, bei dem
das beleuchtete Medium 2 ein optisches Aufzeichnungsmedium ist, z. B. eine
optische Platte mit als Pits aufgezeichneter Information. Der optische
Aufnehmer spielt die aufgezeichnete Information auf Grundlage der
Intensität von an der optischen Platte reflektiertem Licht ab, die durch die
Beugung von Licht hervorgerufen wird, zu der es durch die Pits kommt, wenn
Leselicht auf die optische Platte gestrahlt wird.
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Der optische Aufnehmer beinhaltet einen Lichtemissionsbereich 1, ein
beleuchtetes Medium 2 in Form einer optischen Platte, eine
Konvergenzeinrichtung 3 und Lichterfassungsbereiche 4. Vom Lichtemissionsbereich 1
emittiertes Licht wird durch die Konvergenzeinrichtung 3 auf das beleuchtete Medium
2 konvergiert und gestrahlt, und durch das beleuchtete Medium 2
reflektiertes zurückkehrendes Licht wird durch die Konvergenzeinrichtung 3
konvergiert. Die Lichterfassungseinrichtungen 4 sind in der Nähe eines
Konfokalpunkts der Konvergenzeinrichtung 3 in Bezug auf das vom beleuchteten Medium
2 zurückkehrende Licht angeordnet. Bevor und nachdem das vom
Lichtemissionsbereich 1 emittierte Licht durch das beleuchtete Medium 2 reflektiert
wird bzw. wurde, läuft das Licht entlang einem optischen Weg mit derselben
optischen Achse, wie sie durch die Strichlinie "a" gekennzeichnet ist, und
es wird durch die Lichterfassungsbereiche 4 erfasst.
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Der Lichtemissionsbereich 1 und die Lichterfassungsbereiche 4 sind
einstückig auf einem gemeinsamen Substrat 9 mit optisch integrierter Anordnung
ausgebildet.
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Wie es in Fig. 4 dargestellt ist, verfügt der Lichtemissionsbereich 1 über
einen Halbleiterlaser LD mit einem horizontalen Resonator und einem
Reflexionsspiegel 7, und jeder der Lichterfassungsbereiche 4 verfügt über eine
Fotodiode. Der Halbleiterlaser LD, der über einen horizontalen Resonator
verfügt, emittiert Licht L, das vom Reflexionsspiegel 7 reflektiert wird
und unter einem vorgegebenen Einfallswinkel auf die beleuchtete Fläche des
beleuchteten Mediums 2 gestrahlt wird. Wie es in Fig. 1 dargestellt ist,
sollte der Einfallswinkel α (0º < α < 90º), unter dem das durch das
beleuchtete Medium 2 reflektierte zurückkehrende Licht LR auf die
Lichterfassungsflächen der Lichterfassungsbereiche 4 gestrahlt wird, vorzugsweise
dergestalt sein, dass das emittierte Licht oder das zurückkehrende Licht
durch den Halbleiterlaser oder den Reflexionsspiegel nicht abgeschattet
wird. In Fig. 4 gilt α = 19,4º bei Θ = 54,7º.
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Das durch die Lichterfassungsbereiche 4 erfasste Licht wird bis nahe zur
Lichtbeugungsgrenze konvergiert. Zumindest ein Teil der
Lichterfassungsflächen der Lichterfassungsbereiche 4 ist innerhalb der Lichtbeugungsgrenze
positioniert, d. h., dass, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, der Abstand
derselben von der optischen Achse "a" des vom Lichtemissionsbereich 1
emittierten Lichts quer zu Positionsbezugsebenen S der Lichterfassungsflächen
dem Wert 1,22λ/NA oder weniger entspricht, wobei λ die Wellenlänge des vom
Lichtemissionsbereich emittierten Lichts ist und NA die numerische Apertur
der Konvergenzeinrichtung 3 ist.
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Wie es in Fig. 2 dargestellt ist, verfügt das vom Lichtemissionsbereich 1
emittierte Licht in den Positionsbezugsebenen 5 der Lichterfassungsflächen
der Lichterfassungsbereiche 4 über einen Durchmesser Φs, der kleiner als
der Durchmesser Φd des Lichts an der Lichtbeugungsgrenze ist, und die
effektiven Lichterfassungsflächen der Lichterfassungsbereiche 4 sind
außerhalb des Durchmessers Φs positioniert. Wenn als Lichtquelle im
Lichtemissionsbereich 1 ein Halbleiterlaser verwendet wird, liegt der Durchmesser Φs
des emittierten Lichts im Bereich von ungefähr 1 bis 2 um. Wenn die
numerische Apertur NA der Konvergenzeinrichtung 3 z. B. im Bereich von 0,09 bis
0,1 liegt und die Wellenlänge λ des emittierten Lichts ungefähr 780 nm
beträgt, hat die Lichtbeugungsgrenze, d. h. der Durchmesser Φd den Wert
1, 22λ/NA = 10 um.
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Der Lichtemissionsbereich 1 ist in einem Konfokalpunkt der
Konvergenzeinrichtung 3 positioniert. Genauer gesagt, ist die Taille des vom
Halbleiterlaser emittierten Lichts im Konfokalpunkt positioniert. Das beleuchtete
Medium 2 ist im anderen Konfokalpunkt der Konvergenzeinrichtung 3
positioniert.
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Das vom Lichtemissionsbereich 1 emittierte Licht wird durch die
Konvergenzeinrichtung 3, d. h. eine optische Kondensorlinse, auf die optische Platte
des beleuchteten Mediums 2 gestrahlt, das in ihrem Konfokalpunkt
positioniert ist. Das von der optischen Platte reflektierte Licht, d. h. das
zurückkehrende Licht, das die aufgezeichnete Information enthält, wird durch die
Konvergenzeinrichtung 3 konvergiert und auf die Fotodioden der
Lichterfassungsbereiche 4 gestrahlt, die in der Nähe des Konfokalpunkts angeordnet
sind. Die Lichterfassungsbereiche 4 erfassen das zurückkehrende Licht,
d. h., sie setzen das zurückkehrende Licht in ein elektrisches Signal um,
das als Abspielsignal aufgenommen wird.
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Wenn die Lichterfassungsflächen der Fotodioden der Lichterfassungsbereiche
4 um einen Abstand, der größer als Φs/2 ist, jedoch gleich groß wie oder
kleiner als Φd/2 ist, von der optischen Achse "a" beabstandet sind, können
die Lichterfassungsbereiche 4 zurückkehrendes Licht vom beleuchteten Medium
2, d. h. der optischen Platte, zuverlässig getrennt vom emittierten Licht
erfassen.
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Während die Lichterfassungsbereiche 4 in den Fig. 2 und 4 jeweils über dem
Reflexionsspiegel 7 und dem Halbleiterlaser 2 positioniert sind, muss nur
ein Lichterfassungsbereich 4 über dem Reflexionsspiegel 7 positioniert
sein, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. In Fig. 2 ist das beleuchtete
Medium 2 als optische Platte angegeben. Jedoch besteht für das
erfindungsgemäße optische Bauteil keine Beschränkung auf die obige Anordnung, sondern
es kann einen optischen Aufnehmer zum Lesen eines magnetisch auf einer
magnetooptischen Platte aufgezeichneten Signals auf Grundlage des
Kerreffekts aufweisen. Bei einer derartigen modifizierten Anordnung ist, was
jedoch nicht dargestellt ist, zwischen dem Lichtemissionsbereich 1 und dem
beleuchteten Medium 2, d. h. im optischen Weg des emittierten Lichts vom
Lichtemissionsbereich 1 zum beleuchteten Medium 2 sowie im optischen Weg
des zurückkehrenden Lichts vom beleuchteten Medium 2 ein Polarisator
angeordnet, und an einer Position über den Lichterfassungsbereichen 4 außerhalb
des optischen Wegs des emittierten Lichts vom Lichtemissionsbereich 1 ist
dem Polarisator gegenüberstehend ein Analysator angeordnet.
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Bei der modifizierten Anordnung wird auf die magnetooptische Platte des
beleuchteten Mediums 2 gestrahltes Licht durch diese als zurückkehrendes
Licht reflektiert, dessen Polarisationsebene durch den Kerreffekt abhängig
von der aufgezeichneten Information gedreht ist. Die Intensität des durch
die Analysatoreinrichtung laufenden Lichts variiert abhängig vom
Kerr-Rotationswinkel. Wenn die Variation der Lichtintensität von den
Lichterfassungsbereichen 4 erfasst wird, wird die auf der magnetooptischen Platte
aufgezeichnete Information wiedergegeben.
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Die Konvergenzeinrichtung 3 kann eine Kollimatorlinse oder beliebige
verschiedene andere Komponenten aufweisen.
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Wie oben beschrieben, können, da der Lichtemissionsbereich 1 und die
Lichterfassungsbereiche 4 integral auf dem gemeinsamen Substrat 9 angeordnet
sind, dieselben leicht und zuverlässig mit erforderlicher und ausreichend
vorbestimmter Positionsbeziehung zueinander positioniert werden.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 6 ein erfindungsgemäßes
optisches Element 21 beschrieben, bei dem ein Lichtemissionsbereich 1 und
Lichterfassungsbereiche 4 integral auf einem gemeinsamen Substrat 9 mit
monolithischer Struktur angeordnet sind.
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Auf einem Verbindungshalbleitersubstrat 9 wie einem solchen aus GaAs, InP
oder dergleichen mit einer {100}-Kristallfläche als Hauptfläche werden eine
erste und eine zweite Mesastruktur 111, 112 ausgebildet, und zwar jeweils
eine auf jeder Seite eines Grabens 102, der entlang einer
(01-1]-Kristallachse im Verbindungshalbleitersubstrat 9 ausgebildet ist. Zumindest eine
Seite 102a des Grabens 102, angrenzend an die erste Mesastruktur 111, ist
mit invertierter Mesakonfiguration geformt, und auf der ersten und der
zweiten Mesastruktur 111, 112 ist eine epitaktische Halbleiterschicht 103
ausgebildet, was zu einem Halbleiterlaser LD auf der ersten Mesastruktur
111 führt. Auf der zweiten Mesastruktur 112 ist entlang einer dem Graben
102 benachbarten Seitenkante ein aus einer bestimmten Kristallfläche
bestehender Reflexionsspiegel 7 so ausgebildet, dass er einer Lichtemissions-
Stirnfläche des Halbleiterlaser LD gegenüber steht.
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Ein Lichterfassungsbereich 4, z. B. eine Fotodiode PD, ist auf der ersten
und/oder zweiten Mesastruktur 111, 112 angeordnet.
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Die epitaktische Halbleiterschicht 103 auf der ersten Mesastruktur 111
verfügt über eine Stirnfläche 108a2, die sich entlang einem Seitenrand
derselben angrenzend an den Graben 102 erstreckt und aus einer
{110}-Kristallfläche besteht. Die epitaktische Halbleiterschicht 103 auf der zweiten
Mesastruktur 112 verfügt über eine Stirnfläche, die sich entlang einem
Seitenrand derselben benachbart zum Graben 102 erstreckt und entweder eine
aus einer {111}A-Kristallfläche bestehende Stirnfläche 108b1 und eine aus
einer {110}-Kristallfläche bestehende Stirnfläche 108b2 oder nur eine aus
einer {111}A-Kristallfläche bestehende Stirnfläche 108b1 aufweist.
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Die erste und die zweite Mesastruktur 111, 112 weisen jeweils voneinander
verschiedene Höhen auf, d. h. ebene Oberflächen, die voneinander verschieden
sind, damit das vom Halbleiterlaser LD emittierte Licht zuverlässig auf den
Reflexionsspiegel 7 gestrahlt und von diesem in einer vorgegebenen Richtung
reflektiert werden kann.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 7A und 7B ein
Herstellprozess für das optische Element 21 beschrieben.
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Wie es in Fig. 7A dargestellt ist, wird ein Verbindungshalbleitersubstrat 9
aus GaAs oder InP mit einer Hauptfläche aus einer {100}-Kristallfläche und
von erstem Leitungstyp, wie z. B. dem "n"-Typ, hergestellt, und in der
Hauptfläche wird in der Richtung einer [01-1]-Kristallachse ein Graben 102
ausgebildet. Eine erste und eine zweite Mesastruktur 111, 112 werden auf
jeweils einer Seite des Grabens 102 hergestellt.
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Die Richtung [01-1] wird allgemein als Mesa-Vorwärtsrichtung bezeichnet.
Innenflächen 102a, 102b entlang der Richtung [01-1] werden als schräge.
Flächen so ausgebildet, dass sie so geneigt sind, dass sie fortschreitend
mit invertierter Mesakonfiguration unter den Mesastrukturen 111, 112
liegen, d. h. in der Tiefenrichtung des Grabens 102, was durch Auswählen einer
Ätzlösung, z. B. einer Ätzlösung aus Milchsäure oder Weinsäure, erfolgt. Für
den Prozess des Ausbildens des Grabens 102 besteht keine Beschränkung auf
einen derartigen kristallografischen chemischen Ätzprozess. Vielmehr kann
der Graben 102 durch einen anisotropen Schrägätzprozess wie RIE oder
dergleichen ausgebildet werden.
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Die Innenseiten 102a, 102b des Grabens 102 sind so geneigt, dass sie mit
einer Neigung entsprechend der einer {111}B-Fläche oder größer, d. h. mit
einem Winkel Θ von 54,7º oder weniger zwischen den Innenseiten 102a, 102b
und der Oberfläche des Substrats 9 unter den Mesastrukturen 111, 112
liegen.
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Dann wird, wie es in Fig. 7B dargestellt ist, ein Ätzresist (nicht
dargestellt) z. B. auf der ersten Mesastruktur 111 abgeschieden, und die andere,
zweite Mesastruktur 112 wird ebenso geätzt, dass die zweite Mesastruktur
112 niedriger als die erste Mesastruktur 111 ist.
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Danach werden, wie es in Fig. 6 dargestellt ist, in einem sequenziellen
Epitaxieprozess auf der gesamten Oberfläche des Substrats 9 z. B. durch
MOCVD (metallorganische chemische Dampfniederschlagung) Halbleiterlaser-
Schichten ausgebildet, z. B. eine erste Mantelschicht 141 vom ersten
Leitungstyp oder "n"-Typ aus z. B. AlGaAs, eine aktive Schicht 142 aus GaAs
oder AlGaAs mit geringerer Al-Konzentration als in der ersten Mantelschicht
141, eine zweite Mantelschicht 143 aus AlGaAs von zweitem Leitungstyp oder
vom "p"-Typ, eine erste Halbleiterschicht 151 vom ersten Leitungstyp, die
eine Fotodiode PD als Lichterfassungsbereich 4 bildet, und eine zweite
Halbleiterschicht 152 vom zweiten Leitungstyp.
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Diese Epitaxieschichten können durch einen Methyl-MOCVD-Prozess hergestellt
werden, der als Materialgase AsH3, TMG (Trimethylgallium), TMA
(Trimethylaluminium) usw. verwendet.
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Beim obigen Epitaxieprozess werden auf der ersten und zweiten Mesastruktur
111, 112 entlang den Rändern entlang dem Graben 102, d. h. in der [01-1 J-
Richtung, Kristallflächen 108a1, 108b1 in Form einer {111}A-Fläche und dann
Kristallflächen 108a2, 108b2 in Form einer {110}-Fläche erzeugt. Dies, da
in einem III-V-Verbindungshalbleiter die Wachstumsrate einer {100}-Fläche
unter den Flächen {100}, {111}A, {100} und {111}B am größten ist und die
Wachstumsraten von Flächen {111}A, {110} und {111}B in der genannten
Reihenfolge fortlaufend kleiner sind. Die Wachstumsraten der Kristallflächen
können durch Auswählen der Epitaxiezüchtungsbedingungen z. B. der
Züchtungstemperaturen und dem Verhältnis, mit dem die Materialien aus der Gruppe III
und der Gruppe V zugeführt werden, eingestellt werden.
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Wie oben beschrieben, sind die Wachstumsraten der Kristallflächen
voneinander verschieden. Daher hört, wenn die Halbleiterschichten 141, 142, 143,
151 epitaktisch gezüchtet werden, da die Innenflächen 102a, 102b des
Grabens 102 als Flächen erzeugt wurden, die im Graben 102 mit einem
Neigungs
winkel entsprechend
dem der {111}B-Fläche, oder größer als derselbe,
geneigt sind, das Epitaxiewachstum an den Innenflächen 102a, 102b beinahe auf
und wird hauptsächlich nur ausgehend vom Boden des Grabens 102 ausgeführt,
während die {111}B-Fläche mit niedriger Wachstumsrate an den Innenseiten
102a, 102b verbleibt, oder wenn diese {111}B-Fläche durch Epitaxiewachstum
erzeugt wird.
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Demgemäß werden die Schichten auf den Mesastrukturen 111, 112 epitaktisch
unabhängig voneinander zumindest auf den Rändern angrenzend an den Graben
102 gezüchtet. Die {111}A-Fläche, die unter einem Winkel von 54,7º zur
Substratfläche geneigt ist und eine Wachstumsrate unter der einer {100}-
Fläche aufweist, wird auf jedem der Ränder entlang der [01-1]-Richtung
erzeugt, und jede der Halbleiterschichten ist durch die {111}A-Fläche über
eine vorgegebene Breite W ausgehend vom Rand der Mesastruktur gebogen. Wenn
die {110}-Fläche entlang der [01-1]-Richtung erzeugt wird, während die
{111}A-Fläche wächst, tritt kein scheinbares Wachstum der {110}-Fläche auf,
da die Wachstumsrate dieser {110}-Fläche sehr niedrig ist. Daher werden die
Stirnflächen 108a2, 10%2 ausgebildet, die jeweils aus einer {110}-Fläche
bestehen, und gleichzeitig werden die Stirnflächen 108a1, 108b1
ausgebildet, die jeweils aus einer {111}A-Fläche bestehen.
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Auf diese Weise wird auf der ersten Mesastruktur 111 der Halbleiterlaser LD
ausgebildet, der aus zumindest der ersten Mantelschicht 141, der aktiven
Schicht 152 und der zweiten Mantelschicht 143 besteht, und auf der zweiten
Mesastruktur 112 wird der Reflexionsspiegel 7 angeordnet, der aus der
Stirnfläche 108b1 der {111}A-Fläche besteht, die unter 54,7º zur
Substratfläche geneigt ist. Ferner wird auf der zweiten Mesastruktur 112 die
Fotodiode PD ausgebildet, die aus der ersten und zweiten Halbleiterschicht 151,
152 besteht und als Lichterfassungsbereich 4 dient. Falls erforderlich,
können die erste und zweite Halbleiterschicht 151, 152 auf dem
Halbleiterlaser LD der ersten Mesastruktur 111 als Fotodiode PD dienen.
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Wenn zwei Gräben 102 mit einem vorbestimmten Beabstandungsintervall, d. h.
einem Intervall, das der Resonatorlänge des Halbleiterlasers LD entspricht,
ausgebildet werden, wie es in Fig. 6 dargestellt ist, verfügt der
Halbleiterlaser LD, da Stirnflächen 108a2 der {110}-Fläche auf der ersten
Mesastruktur 111 jeweils angrenzend an die zweiten Flächen 102a der
invertierten Mesastruktur der Gräben 102 ausgebildet sind, über einen Resonator, der
zwischen den Stirnflächen 108a2 ausgebildet ist und Stirnflächen aufweist,
die aus jeweils einer der Stirnflächen 108a2 bestehen. Der so aufgebaute
Halbleiterlaser LD verfügt über Fensterstruktur, bei der die aktive Schicht
142 und die erste und die zweite Mantelschicht 141, 143, die auf jeweils
einer Seite der aktiven Schicht 142 angeordnet sind, eine Form aufweisen,
die über die Breite W entlang der {111}A-Fläche gebogen ist, und an den
Enden des Resonators sind Halbleiterschichten mit kleinen Brechungsindizes
vorhanden.
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Das optische Element 21 mit der obigen Struktur kann vom Halbleiterlaser LD
emittiertes Licht, d. h. einen Laserstrahl, am Reflexionsspiegel 7 schräg
über dem Substrat reflektieren. Demgemäß kann das optische Element 21 den
Laserstrahl mit einem gewünschten Einfallswinkel auf das beleuchtete Medium
2, z. B. einen optischen Aufzeichnungsträger, strahlen. Das optische Element
21 erlaubt es auch, am beleuchteten Medium 2 reflektiertes Licht LR
zurückzuführen und auf die Lichterfassungsflächen der Lichterfassungsbereiche 4
in Form der Fotodioden PD und einem gewünschten Winkel a zu strahlen und zu
erfassen.
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Beim in Fig. 1 dargestellten optischen Element 21 können Elektroden des
Halbleiterlasers LD und der Fotodioden PD mit beliebigen verschiedenen
Layouts angeordnet sein. Bei einem in Fig. 8 dargestellten
Ausführungsbeispiel sind die erste und die zweite Halbleiterschicht 151, 512 auf der
ersten Mesastruktur 111 über einem Teil, der einen Streifenresonator
bildet, mit einem Streifenmuster abgeätzt, und eine Elektrode 161 des
Halbleiterlasers LD ist in Ohm schem Kontakt mit dem weggeätzten Bereich
angeordnet, wohingegen eine andere Elektrode 162 in Ohmflschem Kontakt mit der
Rückseite des Substrats 9 angeordnet ist. Teile der zweiten
Halbleiterschicht 152 auf den Mesastrukturen 111, 112 sind weggeätzt, wodurch die
untere, erste Halbleiterschicht 151 freigelegt ist, und Elektroden 163 sind
in Ohmflschem Kontakt mit der freigelegten ersten Halbleiterschicht 151
angeordnet, wohingegen andere Elektroden 164 in Ohmflschem Kontakt mit der
zweiten Halbleiterschicht 152 angeordnet sind.
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Beim obigen Ausführungsbeispiel weist der Graben 102 an den Seitenflächen
102a, 102b invertierte Mesakonfiguration auf. Jedoch kann nur die
Seitenfläche 102a der ersten Mesastruktur 111, auf der der Halbleiterlaser LD
ausgebildet ist, mit invertierter Mesakonfiguration ausgebildet sein. Eine
derartige alternative Anordnung wird, gemeinsam mit einem Herstellprozess
für dieselbe, nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 9A bis 9C
beschrieben.
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Wie es in Fig. 9A dargestellt ist, wird ein Verbindungshalbleitersubstrat 9
aus GaAs mit einer Hauptfläche in Form einer {100}-Kristallfläche
bereitgestellt, und in der Hauptfläche wird in der Richtung einer
[01-1]-Kristallachse durch anisotropes Trockenätzen wie RIE oder dergleichen ein
streifenförmiger Graben 102 ausgebildet. Dabei ist eine Seitenfläche 102a des
Grabens 102 als Fläche in Form einer {111}B-Fläche oder nahezu als {111}B-
Fläche ausgebildet, oder als Fläche, die unter 54,7º oder weniger zur
Substratfläche geneigt ist.
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Wie es in Fig. 9B dargestellt ist, werden dann eine erste Mantelschicht
141, eine aktive Schicht 142 und eine zweite Mantelschicht 143 eines
Halbleiterlasers LD epitaktisch aufgewachsen.
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Wie es in Fig. 9C dargestellt ist, werden dann eine erste und eine zweite
Halbleiterschicht 151, 152 epitaktisch aufgewachsen. Eine aus einer {111}A-
Fläche bestehende Stirnfläche 108a1 und eine aus einer {110}A-Fläche
bestehende Stirnfläche 108a2 werden auf der epitaktischen Halbleiterschicht auf
einer ersten Mesastruktur angrenzend an eine Seitenfläche 102a mit
invertierter Mesastruktur des Grabens 102 hergestellt, und auf einer
Seitenfläche 102b des Grabens 102 wird nur hauptsächlich eine Stirnfläche 108b1 in
Form einer {111}A-Fläche hergestellt. Mesastrukturen 111, 112 können mit
derselben Höhe hergestellt werden, d. h., dass ihre Oberseiten miteinander
fluchten. Obwohl es nicht dargestellt ist, kann auf der Stirnfläche 108b1
durch Schrägaufdampfen oder Sputtern eine metallische oder dielektrische
Einzelschicht oder Mehrfachschicht hergestellt werden, um deren
Reflexionswirkungsgrad zu erhöhen, und wenn ein leitender Film wie ein Metallfilm
oder dergleichen als Reflexionsfilm auf der Stirnfläche 108b1 abgeschieden
wird, können Elektroden der Fotodioden und des Halbleiterlasers
gleichzeitig mit der Herstellung des Reflexionsfilms durch Schrägaufdampfen oder
Sputtern auf den Mesastrukturen 111, 112 hergestellt werden.
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Bei jedem der obigen Ausführungsbeispiele ist der Halbleiterlaser von einer
Grundstruktur aus einer ersten Mantelschicht, einer aktiven Schicht und
einer zweiten Mantelschicht. Jedoch kann der Halbleiterlaser von beliebigen
verschiedenen Strukturen sein, z. B. kann er eine Deckschicht aufweisen.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 10A bis 100 ein
Herstellprozess für ein erfindungsgemäßes optisches Element 21 beschrieben, bei dem
ein Lichtemissionsbereich 1 und ein Lichterfassungsbereich 4 integral auf
einem gemeinsamen Substrat 9 mit monolithischer Struktur angeordnet sind.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Lichtemissionsbereich nur auf einem
Reflexionsspiegel ausgebildet.
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Wie es in Fig. 10A dargestellt ist, werden auf der gesamten Fläche eines
Verbindungshalbleitersubstrats 9 wie aus GaAs, InP oder dergleichen mit
einer {110}-Kristallfläche als Hauptfläche durch z. B. MOCVD-Schichten eines
Halbleiterlasers LD epitaktisch aufgewachsen, z. B. eine erste Mantelschicht
141 vom Leitungstyp des Substrats 9, z. B. vom "n"-Typ aus z. B. AIGAAs, eine
aktive Schicht 142 aus GaAs oder AlGaAs mit geringerer Al-Konzentration als
der der ersten Mantelschicht 141, eine zweite Mantelschicht 143 vom "p"-Typ
mit derselben Zusammensetzung wie der der ersten Mantelschicht 141 sowie
eine Deckschicht 144 aus z. B. GaAs.
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Diese Epitaxieschichten können durch einen Methyl-MOCVD-Prozess hergestellt
werden, der Materialgase aus z. B. AsH3, TMG (Trimethylgallium), TMA
(Trimethylaluminium) verwendet.
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Dann wird, wie es in Fig. 10B dargestellt ist, eine Isolierschicht 145 zur
Verwendung als Maske bei selektivem Ätzen und einem Epitaxievorgang, die
über eine Öffnung 145 W verfügt, durch Fotolithografie auf einem Teil der
Deckschicht 144 hergestellt, wo schließlich ein Reflexionsspiegel und ein
Lichtemissionsbereich ausgebildet sind. Die Deckschicht 144, die durch die
Öffnung 145 W freigelegt ist, die zweite Mantelschicht 143, die aktive
Schicht 142 und die erste Mantelschicht 141 unter der Deckschicht 144
werden dann durch anisotropes Ätzen wie RIE (reaktives Ionenätzen), das
Ätzvermögen rechtwinklig zur Substratfläche zeigt, selektiv geätzt, um dadurch
eine als Stirnfläche des Resonators des Halbleiterlasers LD dienende
Stirnfläche 108a2 auszubilden. Dann wird der Resonator-Stirnfläche 108a2
gegenüberstehend ein Reflexionsspiegel 7 ausgebildet. Der Reflexionsspiegel 7
besteht aus einer von selbst durch epitaktisches Wachstum einer ersten
Halbleiterschicht 151 vom "n"-Typ aus z. B. GaAs durch MOCVD auf dem
Substrat 9 erzeugten Kristallfläche, wobei das Substrat durch die Öffnung 145 W
der als selektive Epitaxiemaske verwendeten Isolierschicht 145 freigelegt
ist. Genauer gesagt, besteht, wenn die Resonator-Stirnfläche 108a&sub2; durch
eine (01-1}-Kristallfläche gebildet ist, der Reflexionsspiegel 7 aus einer
(111}B-Fläche, die unter 54,7º zur Substratfläche geneigt ist. Dann wird,
wie es in Fig. 10B dargestellt ist, eine zweite Halbleiterschicht 152 vom
"p"-Typ aus GaAs auf der Halbleiterschicht 151 hergestellt, wodurch ein als
Fotodiode PD dienender pn-Übergang gebildet ist.
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Danach wird, wie es in Fig. 10C dargestellt ist, die Isolierschicht 145
entfernt, und Elektroden 161, 162, 164 werden in Ohmflschem Kontakt mit der
Deckschicht 144, der Rückseite des Substrats 9 bzw. der Halbleiterschicht
152 abgeschieden. Wenn die Resonator-Stirnfläche durch eine
{01-1}-Kristallfläche gebildet ist, wie oben beschrieben, wird die Elektrode 161 auf
der Deckschicht 144, die als eine Elektrode des Halbleiterlasers dient, als
Streifen in der Richtung [01-1] ausgebildet.
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Beim obigen Herstellprozess für ein optisches Element wird der pn-Übergang,
d. h. die zweite Halbleiterschicht 152, durch Epitaxiewachstum hergestellt.
Jedoch kann die zweite Halbleiterschicht 152 durch Diffusion oder
Ionenimplantation ausgebildet werden.
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Bei den obigen Ausführungsbeispielen ist ein Substrat verwendet, dessen
Hauptfläche durch eine {100}-Kristallfläche gebildet ist. Wenn jedoch ein
Substrat verwendet wird, dessen Hauptfläche keine {100}-Kristallfläche ist,
ist es möglich, den Winkel frei zu variieren, unter dem der
Reflexionswinkel 7 geneigt ist, d. h. den Neigungswinkel α, unter dem zurückkehrendes
Licht auf den Lichterfassungsbereich 4 strahlt.
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Bei den obigen Ausführungsbeispielen ist ein optisches Element 21 auf einem
gemeinsamen Substrat 9 ausgebildet. Jedoch können mindestens drei optische
Elemente 211, 212, 213 auf einem gemeinsamen Substrat 9 ausgebildet sein,
wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Bei einer derartigen Anordnung sind ein
Lichtemissionsbereich 1 und Lichterfassungsbereiche 4 jedes der optischen
Elemente 211, 212, 213 auf dem gemeinsamen Substrat 9 dicht beieinander
angeordnet. Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, sind das erste und das dritte
optische Element 211, 212 im Wesentlichen symmetrisch auf jeweils einer
Seite des zweiten optischen Elements 212 angeordnet.
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Fig. 11 zeigt schematisch optische Wege von Licht, das von den optischen
Elementen 211, 212, 213 emittiert wird und zu diesen zurückkehrt. Wie es in
Fig. 11 dargestellt ist, wird vom ersten, zweiten und dritten optischen
Element 211, 212, 213 emittiertes Licht durch eine Konvergenzeinrichtung 3
konvergiert und schräg, statt rechtwinklig, auf ein beleuchtetes Medium 2
gestrahlt, was auf dieselbe Weise erfolgt, wie sie oben unter Bezugnahme
auf die Fig. 1 beschrieben ist.
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Am beleuchteten Medium 2 reflektiertes zurückkehrendes Licht LR wird durch
die Konvergenzeinrichtung 3 bis nahe an die Beugungsgrenze konvergiert und
auf die Lichterfassungsbereiche 4 der optischen Elemente 211, 212, 213
gestrahlt, die in der Nähe eines Konfokalpunkts der Konvergenzeinrichtung 3
positioniert sind.
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Das von den jeweiligen Lichtemissionsbereichen 1 der optischen Elemente
211, 212, 213 emittierte Licht sowie das zurückkehrende Licht LR laufen
entlang verschiedenen optischen Wegen zwischen den optischen Elementen 211,
212, 213. Das emittierte Licht L wird durch die Konvergenzeinrichtung 3
konvergiert und auf das beleuchtete Medium 2 gestrahlt, und das durch das
beleuchtete Medium 2 reflektierte zurückkehrende Licht LR wird durch die
Konvergenzeinrichtung 3 konvergiert und auf die Lichterfassungsbereiche 4
der optischen Elemente 211, 212, 213 gestrahlt.
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Das von den optischen Elementen 211, 212, 213 emittierte Licht L wird
schräg auf das beleuchtete Medium 2 gestrahlt, so dass das zurückkehrende
Licht LR unter einem Einfallswinkel α im Bereich 0º < α < 90º auf die
Lichterfassungsflächen der Lichterfassungsbereiche 4 der optischen Elemente
211, 212, 213 gestrahlt wird.
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Ein optisches Bauteil, das drei so angeordnete optische Elemente 211, 212,
213 verwendet, kann einen Bereich auf Grundlage einer
Differenzbereichserfassung erfassen, z. B. für Fokuserfassung zur Fokussierregelung. Genauer
gesagt, wird, wie es in Fig. 11 dargestellt ist, ein Fokussierzustand des
mittleren optischen Elements 212 in Bezug auf das beleuchtete Medium 2 auf
Grundlage der Differenz zwischen erfassten Intensitäten von Licht bestimmt,
das durch das erste und dritte optische Element 211, 213 erfasst wird, d. h.
durch die Differenz zwischen Ausgangssignalen der Fotodioden PD der
Lichterfassungsbereiche 4 des ersten und dritten optischen Elementes 211, 213.
Ein derartiger Fokuserfassungsprozess wird unten unter Bezugnahme auf die
Fig. 12A&sub1;-12A&sub3;, 12B&sub1;-12B&sub3; und 12C&sub1;-12C&sub3; beschrieben.
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In jeder der Fig. 12A&sub1;-12A&sub3;, 12B&sub1;-12B3 und 12C&sub1;-12C&sub3; repräsentiert ein
Kreis mit durchgezogener Linie einen Fleck des zurückkehrenden Lichts, das
auf ein optisches Element gestrahlt wird, das Quadrat mit durchgezogener
Linie repräsentiert eine effektive Intensitätszone eines
Lichtemissionsbereichs 1, und ein Quadrat mit gestrichelter Linie repräsentiert eine
effektive Lichterfassungszone eines Lichterfassungsbereichs 4. In der Fig. 12A&sub2;
wird das vom mittleren optischen Element 212 emittierte Licht auf das
beleuchtete Medium 2 fokussiert. Das erste und das dritte optische Element
211, 213 sind so angeordnet, dass dann, wenn das vom mittleren optischen
Element 212 emittierte Licht auf das beleuchtete Medium 2 fokussiert wird,
die Flächen auf dem ersten und dritten optischen Element 211, 213, die
zurückkehrendes Licht erfassen, einander gleich sind, wie es in den Fig.
12A&sub1;, 12A&sub3; dargestellt ist, d. h., dass die Intensitäten des vom ersten und
dritten optischen Elements 211, 213 erfassten Lichts, d. h. die erfassten
Ausgangssignale derselben, einander gleich sind.
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Wenn das vom mittleren optischen Element 212 emittierte Licht auf dem
beleuchteten Medium 2 unter- oder überfokussiert ist, wie es in Fig. 12B&sub2;
oder 12C&sub2; dargestellt ist, ist, da der Fleck des zurückkehrenden Lichts in
der effektiven Lichterfassungszone eines der optischen Elemente 211, 213
kleiner ist, der Fleck des zurückkehrenden Lichts auf der effektiven
Lichterfassungszone des anderen der optischen Elemente 211, 213 größer und
umgekehrt. Daher variieren die Pegel der erfassten Ausgangssignale der
Lichterfassungsbereiche der optischen Elemente 211, 213 mit zueinander
umgekehrter Beziehung. Wenn die Differenz zwischen den erfassten
Ausgangssignalen der Lichterfassungsbereiche der optischen Elemente 211, 213
bestimmt wird, kann demgemäß der Fokussierzustand des emittierten Lichts auf
dem mittleren optischen Element 212 erfasst werden, und die erfassten
Ausgangssignale können als Fokussierregelungssignal verwendet werden. Wie es
in Fig. 13 dargestellt ist, steht ein Regelungsausgangssignal Ps auf
Grundlage der Differenz zwischen den erfassten Ausgangssignalen der optischen
Elemente 211, 213 in Beziehung mit einer Fokussierposition Df.
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Beim erfindungsgemäßen optischen Element 21 sind, wie oben beschrieben, der
Lichtemissionsbereich 1 und der Lichterfassungsbereich 4 auf dem
gemeinsamen Substrat 9 angeordnet, wobei der Abstand zwischen ihnen ausreichend
klein ist, z. B. einige um beträgt. Daher kann der Lichterfassungsbereich 4
zurückkehrendes Licht mit erhöhtem Wirkungsgrad erfassen. Die
Relativpositionsbeziehung zwischen dem Lichtemissionsbereich 1 und dem
Lichterfassungsbereich 4 kann genau und zuverlässig auf Massenherstellungsbasis
eingestellt werden.
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Da das zurückkehrende Licht schräg auf den Lichterfassungsbereich 4
gestrahlt wird, kann die effektiv unempfindliche Zone desselben klein sein,
für höheren Wirkungsgrad, mit dem das zurückkehrende Licht erfasst wird.
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Insoweit der Lichtemissionsbereich 1 und der Lichterfassungsbereich 4 auf
dem gemeinsamen Substrat 9 angeordnet sind, können sie sehr dicht
beieinander positioniert sein. Demgemäß läuft, wie es in Fig. 2 dargestellt ist,
das Licht entlang koaxialen optischen Wegen entlang derselben optischen
Achse, die durch die Strichlinie "a" gekennzeichnet ist, vor und nach dem
Aufstrahlen des Lichts auf das beleuchtete Medium 2, und das schließlich
zurückkehrende Licht, das zum Lichtemissionsbereich 1 läuft, wird durch die
Lichterfassungsbereiche 2 mit im Wesentlichen demselben Konfokalpunkt wie
dem des Lichtemissionsbereichs 1 unmittelbar erfasst, was es ermöglicht,
dass die Lichterfassungsbereiche 2 Licht mit hohem Wirkungsgrad erfassen.
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Gemäß der Erfindung wird, im optischen Element 21 (211, 212, 213), das
zurückkehrende Licht LR mit einem Einfallswinkel α im Bereich 0º < α < 90º
auf die Lichterfassungsflächen der Lichterfassungsbereiche 4 gestrahlt.
Diese Anordnung erhöht die effektive Lichterfassungszone der
Lichterfassungsbereiche zum Erfassen des zurückkehrenden Lichts. Wenn das
zurückkehrende Licht LR rechtwinklig auf die Lichterfassungsflächen der
Lichterfassungsbereiche 4 gestrahlt würde, wie es in Fig. 14 dargestellt ist, d. h.,
wenn das Licht L vom Lichtemissionsbereich 1 rechtwinklig entlang derselben
optischen Achse "a" wie das zurückkehrende Licht emittiert würde, würde
eine effektiv unempfindliche Zone mit einer Breite W&sub1; erzeugt werden, wo
das zurückkehrende Licht nicht erfasst werden könnte, da der
Lichtemissionsbereich 1 oder eine Fläche vorhanden wäre, von der das Licht emittiert
würde, oder da ein Reflexionsspiegel vorhanden wäre, der dazu verwendet
würde, das Licht in einer vorgegebenen Richtung zu emittieren.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Anordnung weist jedoch,
da das zurückkehrende Licht schräg aufgestrahlt wird, eine effektiv
unempfindliche Zone eine als W&sub1;cosα wiedergegebene Breite W&sub2;, d. h. W&sub2; < W&sub1; auf,
ist also verkleinert. Im Ergebnis ist die Lichterfassungsfläche der
Lichterfassungsbereiche 4 erhöht.
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Gemäß der Erfindung sind, wie oben beschrieben, der Lichtemissionsbereich 1
und der Lichterfassungsbereich 4 zum Erfassen von zurückkehrendem Licht
integral miteinander kombiniert. Wenn das erfindungsgemäße optische Element
in einen optischen Aufnehmer zur Verwendung mit einem optischen
Aufzeichnungsträger wie einer optischen Platte, einer magnetooptischen Platte oder
dergleichen eingebaut wird, kann die Anordnung des optischen Aufnehmers
vereinfacht werden, seine Gesamtgröße kann verringert werden und er kann
durch einen vereinfachten Prozess hergestellt werden und erhöhte
Zuverlässigkeit aufweisen.
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Der Wirkungsgrad, mit dem zurückkehrendes Licht erfasst wird, ist insoweit
erhöht, als die effektive unempfindliche, durch den Lichtemissionsbereich 1
erzeugte Zone verkleinert ist, da der Lichtemissionsbereich 1 und der
Lichterfassungsbereich 4 dicht beieinander angeordnet sind und das
zurückkehrende Licht schräg auf den Lichterfassungsbereich 4 gestrahlt wird. Daher
kann die Intensität des emittierten Lichts gesenkt werden, was zu
verringerten Leistungserfordernissen führt, und der Pegel eines erfassten
Ausgangssignals kann für ein erhöhtes S/R-Verhältnis erhöht werden.
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Die Verwendung mehrerer optischer Elemente, wie oben beschrieben, ist zum
Erzielen einer Fokusregelung wirkungsvoll.
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Wenn die Reflexionsfläche des Reflexionsspiegels aus einer bestimmten
Kristallfläche besteht, ist das optische Bauteil mit hohem Wirkungsgrad
versehen, da die Reflexionsfläche als hervorragende optische Fläche ausgebildet
werden kann, die unter einem gewünschten Winkel positioniert ist.
LISTE VON BEZUGSZARLEN UND TEILEN
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1 Lichtemissionsbereich
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7 2 beleuchtetes Medium
-
3 Konvergenzeinrichtung
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4 Lichterfassungsbereich
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7 Reflexionsspiegel
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9 Substrat
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51 Lichtquelle
-
52 Gitter
-
53 Strahlteiler
-
54 Kollimatorlinse
-
55 Objektiv
-
56 optischer Aufzeichnungsträger
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57 konkave Linse
-
58 Zylinderlinse
-
59 Detektor
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21, 211, 212, 213 optisches Element
-
102 Graben
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103 epitaktische Halbleiterschicht
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111 erste Mesastruktur
-
112 zweite Mesastruktur
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141 erste Mantelschicht
-
142 aktive Schicht
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143 zweite Mantelschicht
-
144 Deckschicht
-
145 Isolierschicht
-
145 W Öffnung
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151 erste Halbleiterschicht
-
152 zweite Halbleiterschicht
-
161, 162, 163, 164 Elektrode
-
PD Fotodiode
-
LD Halbleiterlaser