JP2001264541A

JP2001264541A - ホログラム素子およびその製造方法、並びにそのホログラム素子を用いた半導体レーザ装置

Info

Publication number: JP2001264541A
Application number: JP2000079179A
Authority: JP
Inventors: Katsushige Masui; 克栄増井
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-03-21
Filing date: 2000-03-21
Publication date: 2001-09-26

Abstract

(57)【要約】【課題】回折格子またはホログラムの溝の断面形状を
理想的な形状からずらすことなく、表面での光反射を低
減させるコーティング膜を設ける。【解決手段】透明基板７上にコーティング膜２０を形
成した後で、エッチングまたは２Ｐ法により溝２０３を
形成する。溝２０３の側面２０２や角部２０１に不要な
コーティング膜２０が形成されないため、散乱光が生じ
て光の利用効率が低下したり、半導体レーザ装置におい
て信号対雑音比が低下することはない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面での光反射を
低減したホログラム素子およびその製造方法並びにその
ホログラム素子を用いた半導体レーザ装置に関する。特
に、光ディスクシステムに使用され、半導体レーザ素子
から出射したレーザ光を透過させると共に、光学系によ
って光ディスクに集光され、光ディスクで反射して戻っ
てきた信号光を信号検出用フォトダイオードの方向に偏
向させる機能を有するホログラム素子およびその製造方
法並びにそのホログラム素子を用いた半導体レーザ装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４に、従来のホログラム素子を搭載し
た半導体レーザ装置１００の構成を示す。

【０００３】この半導体レーザ装置１００において、半
導体レーザ素子１から出射したレーザ光Ａはキャップ５
のキャップガラス６を透過し、透明基板７の表面に回折
格子７ｂおよびホログラム７ａを形成したホログラム素
子を透過して、レンズ（図示せず）によって光ディスク
（図示せず）の情報記録面に集光される。光ディスクの
情報記録面で反射されたレーザ光には、その光ディスク
に記録された情報が重畳されており、この反射されたレ
ーザ光を、ホログラム７ａで信号検出用フォトダイオー
ド２の方向に偏向して集光する。そして、信号検出用フ
ォトダイオード２の出力から上記光ディスクに記録され
た情報を読み取る。なお、この図４において、３はサブ
マウント、４は放熱ブロック、８はリードピン、９はワ
イヤ、１０はステムである。

【０００４】上記回折格子７ｂおよびホログラム７ａ
は、いずれも、透明基板７の表面に互いに平行な複数の
溝を形成したものである。

【０００５】回折格子７ｂは、直線状に伸びる溝が形成
されており、レーザ光を０次光および±１次光の計３つ
の光に分ける機能を有する。より高次の回折光は使用さ
れないので、集光レンズに入射しないように光学系を構
成してある。

【０００６】溝の断面形状は矩形であるのが好ましい。
これは、高次回折光として２次の回折光が発生しないた
めに、光量損失が少なく、光の利用効率が向上するから
である。

【０００７】ホログラム７ａも、レーザ光を０次光およ
び±１次光の計３つの光に分ける機能を有するが、半導
体レーザ素子１から出射したレーザ光については、真っ
直ぐ透過する０次光のみを使用する。よって、±１次光
の回折光は信号検出に使用されないので、集光レンズに
入射しないように光学系を構成してある。一方、光ディ
スクで反射されたレーザ光については、ホログラム７ａ
で発生する±１次の回折光のうちの一方の光のみを使用
し、残りの光および０次光は使用しない。例えば、図４
では＋１次光Ｂのみを使用する場合について示してい
る。＋１次回折光Ｂは半導体レーザ素子１からの出射光
Ａの光軸に対して傾斜した方向に回折されると共に、信
号検出用フォトダイオード２の所定の位置に集光される
特性も有している。このため、ホログラム７ａは、回折
格子７ｂのように単純な直線状に伸びる溝ではなく、曲
線状の溝を形成する。しかし、それらの曲線状の溝が交
差しないで互いに平行に伸びていることは、回折格子７
ｂの場合と同様である。

【０００８】すなわち、回折格子はホログラムの特殊な
形態と考えることができる。ここでは、少なくとも１つ
の回折格子またはホログラムを有する基板をホログラム
素子と称する。この基板は、透明基板であってもよく、
反射性を有する基板であってもよい。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、半導
体レーザ素子から出射したレーザ光は、ホログラム素子
を少なくとも２回透過する。このとき、異なる媒質の境
界面では反射が起こるので、通常はホログラム素子の表
面に無反射コーティング膜を形成する。その理由は、回
折以外の光量損失要因をできるだけ低減する必要がある
ためである。

【００１０】図５に、通常の蒸着法を用いて回折格子ま
たはホログラムに対して無反射コーティング膜を形成す
る方法を示す。

【００１１】まず、真空装置内に、基板７を蒸着源５０
に対して十分離れた位置にセットする。これにより、蒸
着材料Ｃは、実質的に互いに平行に基板７に入射する。
一度に多数の基板に対して蒸着を行う場合には、通常、
プラネタリと称される蒸着源を中心軸上に配置し、下方
に開いた円錐形のホルダーの側壁に基板を並べて配置す
る（特開平７−２１８７１１号公報の図２および図４参
照）。この場合、溝の凸部が蒸着材料に対して影を作ら
ないように、溝の伸びる方向が蒸着源に対して垂直にな
るように配置する。

【００１２】このようにして蒸着を行った場合、平坦面
に対しては平坦なコーティング膜が形成されるが、回折
格子またはホログラムのように、断面が凹凸を有する面
の場合には、図５に示すように、溝５０３の角部５０１
が丸くなったり、溝５０３を覆うようにコーティング膜
が形成されたり、溝５０３の側面５０２にもコーティン
グ膜が形成されて不均一な厚さになったりする。その結
果、溝５０３の断面形状が理想的な形状からずれてしま
い、不要な散乱光や２次の回折光が発生するという問題
があった。但し、回折光の強度は、次数の２上に比例し
て減少するので、より高次の回折光については発生して
も問題は生じない。

【００１３】散乱光は進行方向が不定であるため、パッ
ケージの内壁で反射されて迷光となって信号検出用フォ
トダイオードに入射したり、回折効率が低下したりす
る。

【００１４】本発明はこのような従来技術の課題を解決
するためになされたものであり、回折格子またはホログ
ラムの溝の断面形状を理想的な形状からずらすことな
く、表面での光反射を低減させるコーティング膜を設け
ることができるホログラム素子およびその製造方法並び
にそのホログラム素子を用いた半導体レーザ装置を提供
することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明のホログラム素子
は、基板の表面に複数の並列する溝を設けてなり、該表
面での光反射を低減させるコーティング膜を備えたホロ
グラム素子において、該溝は、該コーティング膜が設け
られていない側面を有しており、そのことにより上記目
的が達成される。

【００１６】前記基板は、ガラスまたはプラスチック材
料からなっていてもよい。

【００１７】本発明のホログラム素子の製造方法は、前
記基板上にコーティング膜を形成した後で、エッチング
を行って前記溝を形成しており、そのことにより上記目
的が達成される。

【００１８】本発明のホログラム素子の製造方法は、前
記基板上にコーティング膜を形成した後で、２Ｐ法によ
り前記溝を形成しており、そのことにより上記目的が達
成される。

【００１９】本発明のホログラム素子の製造方法は、前
記基板上にコーティング膜を形成し、該コーティング膜
上にガラス膜を蒸着した後で、エッチングを行って前記
溝を形成しており、そのことにより上記目的が達成され
る。

【００２０】前記溝の底面が、前記コーティング膜表面
からλ／４ｎ（但し、ｎは前記ガラス膜の屈折率）の厚
さの位置になるように、エッチングを行うのが好まし
い。

【００２１】本発明の半導体レーザ装置は、本発明のホ
ログラム素子が、半導体レーザ素子を収納しているパッ
ケージに一体的に搭載されており、そのことにより上記
目的が達成される。

【００２２】以下に、本発明の作用について説明する。

【００２３】本発明にあっては、基板の表面に回折格子
またはホログラムを形成する際に、基板上にコーティン
グ膜を形成した後で、イオンミリング法やＲＩＥ（Ｒｉ
ａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）法等によりエ
ッチングを行って溝を形成する。これにより、後述する
実施形態１に示すように、溝の側面や溝の角部に不要な
コーティング膜が形成されず、溝の断面形状が理想的な
形状からずれないため、散乱光や２次の回折光が生じて
光の利用効率が低下したり、半導体レーザ装置において
信号対雑音比が低下することがない。

【００２４】または、基板の表面に回折格子またはホロ
グラムを形成する際に、基板上にコーティング膜を形成
した後で、２Ｐ法により溝を形成する。これにより、後
述する実施形態２に示すように、溝の側面や溝の角部に
不要なコーティング膜が形成されず、溝の断面形状が理
想的な形状からずれないため、散乱光や２次の回折光が
生じて光の利用効率が低下したり、半導体レーザ装置に
おいて信号対雑音比が低下することがない。なお、２Ｐ
法とは、ＰｈｏｔｏＰｏｌｙｍｅｒ（光硬化性樹脂）
を用いた加工法のことで、ＣＤの作製等に用いられる。

【００２５】または、基板の表面に回折格子またはホロ
グラムを形成する際に、基板上にコーティング膜を形成
し、そのコーティング膜上にガラス膜を蒸着した後で、
イオンミリング法やＲＩＥ法等によりエッチングを行っ
て溝を形成する。これにより、後述する実施形態３に示
すように、溝の側面や溝の角部に不要なコーティング膜
が形成されず、溝の断面形状が理想的な形状からずれな
いため、散乱光が生じて光の利用効率が低下したり、半
導体レーザ装置において信号対雑音比が低下することが
ない。また、回折格子またはホログラムを形成する層が
ガラスからなるので、高温や高湿等の環境条件に強いホ
ログラム素子が得られる。さらに、コーティング膜をエ
ッチングストップ層として利用することができるので、
溝の深さを制御するのが容易となる。

【００２６】このとき、溝の底部がコーティング膜表面
からλ／４ｎ（但し、ｎはガラス膜の屈折率）の厚さの
位置になるようにエッチングを行うことにより、溝底部
での反射を防止することができる。この場合、凸部表面
での反射は残るが、コーティング膜が無い場合に比べて
略１／２の反射率とすることができる。

【００２７】基板として、ガラスまたはプラスチック材
料を用いることにより、光の損失が少なく、光学的異方
性が少ない。また、加工が容易でホログラム素子を大量
に製造することが可能である。

【００２８】なお本明細書において、少なくとも１つの
回折格子またはホログラムを有する基板をホログラム素
子と称する。この基板は透明基板であってもよく、反射
性を有する基板であってもよい。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態につい
て説明する。

【００３０】（実施形態１）図１（ｃ）に実施形態１の
ホログラム素子の断面形状を示す。

【００３１】このホログラム素子は、透明基板７上に無
反射コーティング膜２０が設けられ、その表面に透明基
板７まで達するように溝２０３が設けられている。

【００３２】このホログラム素子の製造工程について、
図１を参照しながら説明する。ここでは、透明基板７と
してガラス基板を用いた場合を示す。

【００３３】図１（ａ）に示すように、通常の真空蒸着
技術により、透明基板７上に無反射コーティング膜２０
を形成する。このとき、基板７は平坦であるので、無反
射コーティング膜２０も均一に形成される。ここで、無
反射とは、基板と空気との界面での反射が殆ど無いとい
う意味であり、良く知られているように、ｄ１×ｎ１＝
ｍ×λ／４の関係を満たすような膜厚にすれば良い。な
お、上記式において、λはレーザ光の波長、ｎ１は蒸着
材料の屈折率、ｄ１はコーティング膜の厚さ、ｍは正の
奇数である。本実施形態では、フッ化マグネシウム（Ｍ
ｇＦ_x）（ｎ＝１．２８（λ＝６４２ｎｍ））を用いて
膜厚１２５ｎｍのコーティング膜２０を形成した。この
ときの反射率は１つの面当たり１％以下となった。

【００３４】次に、図１（ｂ）に示すように、無反射コ
ーティング膜２０の上にホトレジスト２１を塗布して通
常のホトリソグラフィー法により回折格子またはホログ
ラムのパターンを形成する。

【００３５】このホトレジスト２１をマスクとして、通
常のイオンミリング法によりエッチングを行って、図１
（ｃ）に示すような溝２０３を形成する。このとき、使
用する波長および必要な回折効率に応じて溝の深さを調
整し、例えば２００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲で変えてい
る。本実施形態では、深さ３００ｎｍの溝２０３を形成
した。

【００３６】その後、ホトレジストを除去することによ
り、回折格子またはホログラムを有する本実施形態のホ
ログラム素子を作製する。

【００３７】本実施形態では、溝２０３の底面２０４に
は無反射コーティング膜２０が形成されないが、溝２０
３の角部２０１の形状は尖っており、溝２０３の側面２
０２に不要な膜が形成されない。このため、ホログラム
または回折格子において、溝の断面形状が理想的な形状
からずれることによる散乱が生じず、光の利用効率が低
下することはない。また、信号検出用フォトダイオード
に散乱光が入射して迷光となることが無いので、信号対
雑音比がかえって向上するという効果が得られる。

【００３８】なお、溝を形成する際に、ホログラムでは
溝が曲がっているので、従来の方法では、場所によって
蒸着材料の付着状態が異なるという不具合が生じるが、
本発明ではいずれの実施形態でもそのような問題は生じ
ない。

【００３９】（実施形態２）図２（ｄ）に実施形態２の
ホログラム素子の断面形状を示す。

【００４０】このホログラム素子は、透明基板７上に無
反射コーティング膜２０が設けられ、その表面にＵＶ樹
脂３０からなる溝３０３が設けられている。

【００４１】このホログラム素子の製造工程について、
図２を参照しながら説明する。

【００４２】図２（ａ）に示すように、実施形態１と同
様に、通常の真空蒸着技術により平坦な透明基板７上に
無反射コーティング膜２０を形成する。

【００４３】次に、通常の２Ｐ法により回折格子または
ホログラムを形成する。まず、図２（ｂ）に示すよう
に、無反射コーティング膜２０の上にＵＶ樹脂３０を塗
布し、図２（ｃ）に示すように、回折格子またはホログ
ラムのパターンを有するガラス型３１で押圧する。そし
て、押圧した状態で透明基板７側から基板７を通してＵ
Ｖ光Ｄを照射し、またはガラス型３１側からガラス型３
１を通してＵＶ光を照射することにより、ＵＶ樹脂３０
を硬化させて、ＵＶ樹脂３０に図２（ｃ）に示すような
溝３０３を形成する。なお、この図２（ｃ）において、
３２はガラス型ホルダー（金属製）である。

【００４４】その後、ガラス型３１を除去することによ
り、回折格子またはホログラムを有する本実施形態のホ
ログラム素子を作製する。なお、ガラス型３１を外すと
きに、ＵＶ樹脂３０がコーティング膜２０から剥がれな
いように、ガラス型３１表面に離型剤を塗布しておくの
が好ましい。

【００４５】本実施形態では、溝３０３の底面３０４に
のみ無反射コーティング膜２０が形成されており、溝３
０３の角部３０２および溝３０３の側面３０１に不要な
膜が形成されない。このため、実施形態１と同様に、ホ
ログラムまたは回折格子において、溝の断面形状が理想
的な形状からずれることによる散乱が生じず、光の利用
効率が低下することはない。また、信号検出用フォトダ
イオードに散乱光が入射して迷光となることが無いの
で、信号対雑音比が向上するという効果も得られる。

【００４６】さらに、本実施形態では、回折格子または
ホログラムの溝が２Ｐ法により形成されるので、ホログ
ラム素子を大量生産することが容易になる。また、エッ
チング（特にイオンミリング）により溝を形成してから
反射を低減するためのコーティング膜を蒸着する従来の
方法ではコーティング膜と基板との密着性を高めるため
に基板の温度を１００℃〜３００℃に加熱して蒸着する
必要があり、基板に樹脂を使用する場合に樹脂材料が限
定され、２Ｐ法とのなじみの良さも含めると適切な樹脂
材料が殆どなかった。本実施形態では、先にコーティン
グ膜を形成してから溝を形成するので、そのような制限
は無い。

【００４７】（実施形態３）図３（ｄ）に実施形態３の
ホログラム素子の断面形状を示す。

【００４８】このホログラム素子は、透明基板７上に無
反射コーティング膜２０およびガラス膜４０が設けら
れ、その表面に溝４０３が設けられている。

【００４９】このホログラム素子の製造工程について、
図３を参照しながら説明する。

【００５０】図３（ａ）に示すように、実施形態１と同
様に、通常の真空蒸着技術により平坦な透明基板７上に
無反射コーティング膜２０を形成する。

【００５１】次に、図３（ｂ）に示すように、ガラス材
料を蒸着してガラス膜４０を形成する。本実施形態で
は、石英ガラス（ｎ＝１．４５７（λ＝６４２ｎｍ））
を用いて膜厚ｈ＝４１３ｎｍのガラス膜４０を形成し
た。

【００５２】続いて、図３（ｃ）に示すように、ガラス
膜４０の上にホトレジスト２１を塗布して通常のホトリ
ソグラフィー法により回折格子またはホログラムのパタ
ーンを形成する。

【００５３】このホトレジスト２１をマスクとして、通
常のＲＩＥ法によりエッチングを行って、図３（ｄ）に
示すような溝４０３を形成する。このとき、溝４０３の
底部がコーティング膜２０の表面からλ／４ｎ（但し、
ｎはガラス膜の屈折率）の厚さｄの位置になるように、
エッチングを行う。本実施形態では、厚さｄ＝１１３ｎ
ｍとした。

【００５４】その後、ホトレジストを除去することによ
り、回折格子またはホログラムを有する本実施形態のホ
ログラム素子を作製する。

【００５５】本実施形態では、溝４０３の側面４０１、
角部４０２および底面４０４に無反射コーティング膜２
０が形成されていない。このため、実施形態１と同様
に、ホログラムまたは回折格子において、溝の断面形状
が理想的な形状からずれることによる散乱が生じず、光
の利用効率が低下することはない。また、信号検出用フ
ォトダイオードに散乱光が入射して迷光となることが無
いので、信号対雑音比が向上するという効果も得られ
る。

【００５６】本実施形態では、回折格子またはホログラ
ムの溝４０３がガラス膜４０に形成されているので、高
温や高湿といった条件に強いホログラム素子が得られ
る。さらに、無反射コーティング膜２０をエッチングス
トップ層として利用することができるので、溝の深さを
制御するのが容易である。

【００５７】なお、上記実施形態１〜実施形態３では、
透明基板の表面に回折格子またはホログラムの溝を設け
たが、一方の面に回折格子を設けて、他方の面にホログ
ラムを設けたホログラム素子にも本発明は適用可能であ
る。

【００５８】上記実施形態１〜実施形態３では、ガラス
基板を用いた例について説明したが、本発明はプラスチ
ック基板を用いた場合についても適用可能である。プラ
スチック材料としては、安価で光学特性が良いというこ
とから、アクリルを用いるのが好ましい。但し、アクリ
ルは熱に弱いので、反射を低減するためのコーティング
膜を行うときに、基板温度を８０℃以下となるように蒸
着するのが好ましい。コーティング膜としては、ＺｒＯ
_xやＴｉＯ_x等がプラスチック基板との密着性が良いので
好ましい。しかし、これらの材料は屈折率が高いので、
その上に、さらにＳｉＯ_x（ｎ＝１．４５）をλ／４ｎ
となるように蒸着することができる。

【００５９】本発明の半導体レーザ装置では、このよう
に構成された本発明のホログラム素子を用いることによ
り、図４に示した構成において、信号検出用フォトダイ
オード２に回折格子またはホログラムで散乱された光が
入射されず、光ディスクの情報をエラーが少ない状態で
読み取ることができる。

【００６０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
回折格子またはホログラムにおいて、溝の側面や溝の角
部に不要なコーティング膜が形成されず、溝の断面形状
が理想的な形状からずれない。よって、散乱光が生じて
光の利用効率が低下したり、半導体レーザ装置において
信号対雑音比が低下することがなく、光の利用効率が高
く、信頼性に優れた光ディスクシステムを実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｃ）は実施形態１のホログラム素子
の製造工程を説明するための断面図である。

【図２】（ａ）〜（ｄ）は実施形態２のホログラム素子
の製造工程を説明するための断面図である。

【図３】（ａ）〜（ｄ）は実施形態３のホログラム素子
の製造工程を説明するための断面図である。

【図４】従来の半導体レーザ装置の構成を示す斜視図で
ある。

【図５】従来のホログラム素子の製造工程を説明するた
めの断面図である。

【符号の説明】

１００半導体レーザ装置１半導体レーザ素子２信号検出用フォトダイオード３サブマウント４放熱ブロック５キャップ６キャップガラス７透明基板７ｂ回折格子７ａホログラム８リードピン９ワイヤ１０ステム２０無反射コーティング膜２１ホトレジスト３０ＵＶ樹脂３１ガラス型３２ガラス型ホルダー４０ガラス膜５０蒸着源２０３、３０３、４０３、５０３、溝２０１、３０２、４０２、５０１溝の角部２０２、３０１、４０１、５０２溝の側面２０４、３０４、４０４溝の底面Ａレーザ光Ｂ＋１次光Ｃ蒸着材料ＤＵＶ光

フロントページの続きＦターム(参考） 2H049 CA05 CA20 CA28 2K008 AA08 EE01 FF12 FF13 FF14 GG05 HH01 5D119 AA20 AA38 BA01 JA03 JA13 JA22 JA46 JA64 JA65 NA05 5F073 AB21 AB25 AB27 BA05 FA02 FA30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の表面に複数の並列する溝を設けて
なり、該表面での光反射を低減させるコーティング膜を
備えたホログラム素子において、該溝は、該コーティング膜が設けられていない側面を有
するホログラム素子。
【請求項２】前記基板は、ガラスまたはプラスチック
材料からなるホログラム素子。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載のホログ
ラム素子を製造する方法であって、前記基板上にコーティング膜を形成した後で、エッチン
グを行って前記溝を形成するホログラム素子の製造方
法。
【請求項４】請求項１または請求項２に記載のホログ
ラム素子を製造する方法であって、前記基板上にコーティング膜を形成し、２Ｐ法により前
記溝を形成するホログラム素子の製造方法。
【請求項５】請求項１または請求項２に記載のホログ
ラム素子を製造する方法であって、前記基板上にコーティング膜を形成し、該コーティング
膜上にガラス膜を蒸着した後で、エッチングを行って前
記溝を形成するホログラム素子の製造方法。
【請求項６】前記溝の底面が、前記コーティング膜表
面からλ／４ｎ（但し、ｎは前記ガラス膜の屈折率）の
厚さの位置になるように、エッチングを行う請求項５に
記載のホログラム素子の製造方法。
【請求項７】請求項１または請求項２に記載のホログ
ラム素子が、半導体レーザ素子を収納しているパッケー
ジに一体的に搭載されている半導体レーザ装置。