JP2005109310A - Semiconductor laser equipment, manufacturing method of the same, and optical pickup system - Google Patents

Semiconductor laser equipment, manufacturing method of the same, and optical pickup system Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide semiconductor laser equipment where a plurality os semiconductor lasers can be precisely and densely arranged on one substrate, by preventing the emitting optical axes of respective semiconductor lasers from separating from each other in the semiconductor laser equipment, where the two or more semiconductor lasers are integrated. <P>SOLUTION: At a laminated substrate 1, consisting of silicone (100) substrates 2a to 2c laminated so as to make their surfaces respectively parallel in a state of sandwiching SiO<SB>2</SB>layers 3a and 3b, rectangular grooves 5 and 6 are formed by using anisotropic wet etching. The groove 5 and the groove 6, respectively reach the SiO<SB>2</SB>layer 3a and the SiO<SB>2</SB>layer 3b. On the bottom surfaces of the grooves 5 and 6, the semiconductor lasers 8 and 9 are placed. On their side faces, micro-mirrors which reflect laser beams emitted from the semiconductor lasers to guide over the substrat 1 are formed. In a side surface, including an area which is irradiated with the laser beams in the groove 6, the side face within the substrate 2a has the shape of a cross section, folded back at the middle. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、2つ以上の半導体レーザを集積化した半導体レーザ装置、特に異なる2つの波長の光を発する光ピックアップ装置に用いられる半導体レーザ装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor laser device in which two or more semiconductor lasers are integrated, and more particularly to a semiconductor laser device used in an optical pickup device that emits light of two different wavelengths and a method for manufacturing the same.

光ピックアップ装置に用いられる半導体レーザ装置の従来例が例えば、特許文献1に示されている。図7は従来の技術における半導体レーザ装置の断面構造図である。基板の主軸が傾いたシリコン(100)基板61に異方性ウエットエッチング技術を用いて矩形溝を形成し、溝底部に半導体レーザ62を載置している。この場合、4つの溝側面は(111)面およびこれと同指数の結晶面が露出する。シリコン結晶において(100)面と(111)面とは45°の角度をなさないため、基板61として結晶主軸が傾いた基板を用いることにより、溝側面の一つを基板表面に対して正確に45°の角度をなす面とすることが可能となる。この側面上にマイクロミラー63を設け、マイクロミラー63と半導体レーザ62の出射端面を対向させる構成とすることにより、半導体レーザの出射光を基板表面に対して90°の方向に正確に放射することが可能となる。   A conventional example of a semiconductor laser device used in an optical pickup device is disclosed in Patent Document 1, for example. FIG. 7 is a sectional view of a conventional semiconductor laser device. A rectangular groove is formed in a silicon (100) substrate 61 whose principal axis of the substrate is inclined by using an anisotropic wet etching technique, and a semiconductor laser 62 is placed on the bottom of the groove. In this case, the (111) plane and the crystal plane with the same index are exposed on the four groove side surfaces. In the silicon crystal, the (100) plane and the (111) plane do not form an angle of 45 °. Therefore, by using a substrate whose crystal principal axis is inclined as the substrate 61, one of the groove side surfaces can be accurately set with respect to the substrate surface. A surface having an angle of 45 ° can be formed. By providing a micromirror 63 on this side surface and making the micromirror 63 and the emission end face of the semiconductor laser 62 face each other, the emitted light of the semiconductor laser can be accurately emitted in a direction of 90 ° with respect to the substrate surface. Is possible.

しかし、近年、一つの光ディスクドライブでCDやDVDといった異なる種類の光ディスクの記録・再生を行うことが強く要望されてきている。この場合、光ピックアップ装置も単一の装置である必要性が高く、異なる波長の光源を集積化する技術が注目されている。   However, in recent years, there has been a strong demand for recording / reproducing different types of optical disks such as CDs and DVDs with one optical disk drive. In this case, it is highly necessary that the optical pickup device is also a single device, and a technique for integrating light sources having different wavelengths has attracted attention.

2つの半導体レーザを集積した従来例として、例えば、特許文献2に示す構成が提案されている。図8は従来の技術における集積化半導体レーザ装置の構成を示した図である。基板71には、波長の異なる2つの半導体レーザ72、73を発光点が対向するように配置され、また、半導体レーザ72、73の間には、ミラー74が設けられている。半導体レーザ72より射出された光は、ミラー面74aにより上方へ反射される。また、半導体レーザ73より射出された光は、ミラー面74bにより上方へ反射される。これにより、1つの光源を配置した場合と同程度のスペースに、2つの光源を搭載した発光デバイスが製作可能であり、また、2つの半導体レーザの出射端面を対向させることにより、光ディスク(図示せず)から見て各半導体レーザからの射出光の光軸ズレ量を小さくすることができ、見かけ上の光軸をほぼ同じとすることが可能である。さらに、この構造の発光デバイスを組み込んだ光学システムを考えた場合、出射光の光軸が同一であることにより、各種光軸構成部品の共有化、光軸補正部品の省略が可能であり、部品点数の削減、省スペース化が可能である。
特開平5−327131号公報 特開2002−123961号公報
As a conventional example in which two semiconductor lasers are integrated, for example, a configuration shown in Patent Document 2 has been proposed. FIG. 8 is a diagram showing the configuration of an integrated semiconductor laser device in the prior art. On the substrate 71, two semiconductor lasers 72 and 73 having different wavelengths are arranged so that their light emitting points face each other, and a mirror 74 is provided between the semiconductor lasers 72 and 73. The light emitted from the semiconductor laser 72 is reflected upward by the mirror surface 74a. The light emitted from the semiconductor laser 73 is reflected upward by the mirror surface 74b. This makes it possible to manufacture a light emitting device having two light sources mounted in a space similar to the case where one light source is disposed, and by making the emission end faces of the two semiconductor lasers face each other, an optical disk (not shown). 3), it is possible to reduce the optical axis shift amount of the light emitted from each semiconductor laser, and to make the apparent optical axis substantially the same. Furthermore, when considering an optical system incorporating a light emitting device of this structure, the optical axis of the emitted light is the same, so it is possible to share various optical axis components and omit optical axis correction components. The number of points can be reduced and the space can be saved.
JP-A-5-327131 JP 2002-123961 A

しかしながら、上記の集積化半導体レーザ装置には以下のような問題がある。   However, the above-described integrated semiconductor laser device has the following problems.

第1の問題点は、ミラー実装公差が出射光軸のぶれに対して直接影響を与える点である。特許文献1に開示された従来の技術では、基板とミラーとの相対位置は、基板の結晶軸方向によって一義的に決定され、非常に高精度である。しかし、上記のようなミラー実装型の場合、実装精度によって、基板表面内でのミラー位置、および、角度が変化してしまう。特に、図8で示したx、y軸方向に関して、特に、x方向でのズレと回転が、光軸のぶれに大きく影響する。ミラーが回転した場合、各光軸のy方向傾きの差は、ミラー回転角の2倍になる。また、z軸実装位置は、ミラー自体の加工精度、特に平坦性と各ミラー面のなす角もあいまって、x方向の光軸傾きを発生させてしまう。   The first problem is that the mirror mounting tolerance directly affects the shake of the outgoing optical axis. In the conventional technique disclosed in Patent Document 1, the relative position between the substrate and the mirror is uniquely determined by the crystal axis direction of the substrate, and is very accurate. However, in the case of the mirror mounting type as described above, the mirror position and angle within the substrate surface change depending on the mounting accuracy. In particular, with respect to the x- and y-axis directions shown in FIG. 8, in particular, the shift and rotation in the x-direction greatly affect the shake of the optical axis. When the mirror rotates, the difference in inclination in the y direction of each optical axis is twice the mirror rotation angle. Further, the z-axis mounting position causes the optical axis tilt in the x direction due to the processing accuracy of the mirror itself, particularly the flatness and the angle formed by each mirror surface.

第2の問題点は、2つの光源の光軸間隔を縮めるのに限度があることである。特許文献1に示した従来技術では、ミラー高さは50〜60μm程度である。これは、必要な光量、すなわちレーザの出射光強度分布より導かれる必要放射角を確保するために最低限必要な大きさである。これを外付け部品として置き換える場合、ミラー面74a、74bと底面とのなす角を45°と仮定すると、ミラー底面部のx方向寸法は100〜120μmとなる。しかし、2つの光軸間隔は、100μm程度離れても大きな問題となりうるし、一方で外付け部品の大きさを大幅に縮小することは困難である。   The second problem is that there is a limit in reducing the distance between the optical axes of the two light sources. In the prior art shown in Patent Document 1, the mirror height is about 50 to 60 μm. This is the minimum necessary size to secure the necessary light amount, that is, the necessary radiation angle derived from the intensity distribution of the emitted light of the laser. When this is replaced as an external component, assuming that the angle between the mirror surfaces 74a and 74b and the bottom surface is 45 °, the dimension in the x direction of the mirror bottom surface portion is 100 to 120 μm. However, even if the distance between the two optical axes is about 100 μm apart, it can be a big problem. On the other hand, it is difficult to greatly reduce the size of the external parts.

そこで、本発明は、2つの光源を集積化した半導体レーザ装置において、光軸間隔を近接させることのできる簡便な製造方法を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a simple manufacturing method capable of bringing the optical axis interval close to each other in a semiconductor laser device in which two light sources are integrated.

上記課題を解決するため、本発明の半導体レーザ装置は、複数の基板が前記複数の基板と基板の間に当該基板と異なる材質からなる中間層を挟んで当該基板表面をそれぞれ平行とするように積層された積層基板表面に平面視矩形形状をした複数の矩形溝が設けられ、
前記複数の矩形溝のうち少なくとも一対の隣りあう矩形溝は、その開口部の稜線がそれぞれ平行となるように配され、かつ、一方が最表面にある第1の基板内に、他方が前記最表面にある基板の直下に位置する第2の基板に到達するように形成されており、前記各矩形溝の底部には、一以上の半導体レーザが載置されており、前記矩形溝の側面は、前記矩形溝の底部に載置された半導体レーザから出射されたレーザ光が照射される領域が、前記積層基板表面に対して40°〜50°の角度をなして形成されており、前記レーザ光が照射される領域には、照射されたレーザ光を反射して前記積層基板上方に導くマイクロミラーが形成されており、前記一対の矩形溝は、各矩形溝の側面における前記レーザ光が当たる領域のそれぞれが平面視したときに対向する位置に配され、前記第2の基板に到達する他方の矩形溝における前記レーザ光が照射される領域を含む側面のうち、前記最表面にある基板内で前記側面は途中で折り返された断面形状であることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, the semiconductor laser device of the present invention is configured so that a plurality of substrates are parallel to each other with an intermediate layer made of a material different from the substrate interposed between the plurality of substrates. A plurality of rectangular grooves having a rectangular shape in plan view are provided on the surface of the laminated substrate,
Among the plurality of rectangular grooves, at least a pair of adjacent rectangular grooves are arranged such that the ridge lines of the openings are parallel to each other, and one is in the first substrate on the outermost surface and the other is in the outermost surface. It is formed so as to reach a second substrate located immediately below the substrate on the surface, and one or more semiconductor lasers are placed on the bottom of each rectangular groove, and the side surface of the rectangular groove is The region irradiated with the laser beam emitted from the semiconductor laser mounted on the bottom of the rectangular groove is formed at an angle of 40 ° to 50 ° with respect to the surface of the laminated substrate, and the laser Micro-mirrors that reflect the irradiated laser beam and guide it to the upper side of the laminated substrate are formed in the region irradiated with light, and the pair of rectangular grooves hit the laser beam on the side surface of each rectangular groove When each area is viewed in plan Among the side surfaces including the region irradiated with the laser beam in the other rectangular groove that is disposed at a position facing each other and reaches the second substrate, the side surface is folded halfway in the substrate at the outermost surface. It is characterized by having a cross-sectional shape.

前記複数の矩形溝の底部は、それぞれが深さ方向において前記基板と中間層との境界面まで到達することにより露出する中間層表面により形成されていることが好ましい。   Preferably, the bottoms of the plurality of rectangular grooves are each formed by an intermediate layer surface exposed by reaching a boundary surface between the substrate and the intermediate layer in the depth direction.

前記複数の矩形溝の底部は、それぞれが深さ方向において前記中間層と基板との境界面まで到達することにより露出する基板表面により形成されていてもよい。   The bottoms of the plurality of rectangular grooves may be formed by substrate surfaces that are exposed by reaching the boundary surface between the intermediate layer and the substrate in the depth direction.

前記中間層と前記基板は、酸性溶液、アルカリ性溶液のそれぞれに対するエッチングレートが互いに異なる材料からなることが好ましい。   The intermediate layer and the substrate are preferably made of materials having different etching rates for the acidic solution and the alkaline solution.

前記複数の基板は、面内に〈110〉方向を有するとともに当該〈110〉方向を回転軸として(100)面が5〜15°の範囲で傾けられた表面を有するシリコン(100)基板であることが好ましい。   The plurality of substrates are silicon (100) substrates having a <110> direction in a plane and a surface having a (100) plane tilted in a range of 5 to 15 degrees with the <110> direction as a rotation axis. It is preferable.

前記複数の矩形溝のうち少なくとも一つが、他の矩形溝と異なる基板まで到達していることにより、前記積層基板表面からの深さが異なる矩形溝に載置された各半導体レーザは、互いに異なる波長のレーザ光を出射する半導体レーザであることが好ましい。   Since at least one of the plurality of rectangular grooves reaches a substrate different from the other rectangular grooves, the semiconductor lasers mounted in the rectangular grooves having different depths from the surface of the laminated substrate are different from each other. A semiconductor laser that emits laser light having a wavelength is preferable.

前記積層基板は、当該基板表面上に受光素子が配置されていることが好ましい。   The laminated substrate preferably has a light receiving element disposed on the surface of the substrate.

本発明の半導体レーザの製造方法は、複数の基板間に前記基板と異なる材質の中間層を挟んで前記複数の基板表面がそれぞれ平行となるように積層された積層基板上に矩形開口部を有する第1の矩形開口パターンを形成する第1矩形開口パターン形成工程と、前記第1の矩形開口パターンをマスクとして前記積層基板の最上層にある第1の基板をその途中までエッチングする、途中止めエッチング工程と、前記第1の矩形開口パターンを除去する工程と、前記積層基板上に複数の開口部を有する第2の矩形開口パターンを形成する第2矩形開口パターン形成工程と、前記第1の矩形開口パターンをマスクとして前記積層基板の最上層にある第1の基板をその直下の第1の中間層に到達するまでエッチングする第1基板エッチング工程と、前記第1基板エッチング工程により形成された矩形溝のうち少なくとも一つを覆いかつ他の矩形溝開口部を露出する第3の矩形開口パターンを形成する第3矩形開口パターン形成工程と、前記第2の矩形開口パターンをマスクとして前記第1の中間層をその直下の第2の基板に到達するまでエッチングする第1中間層エッチング工程と、前記第2の矩形開口パターンをマスクとして前記第2の基板をその直下の第2の中間層に到達するまでエッチングする第2基板エッチング工程と、前記第1基板エッチング工程から第2基板エッチング工程を経て形成された各矩形溝の底部に一以上の半導体レーザを載置する半導体レーザ載置工程とを備えることを特徴とする。   The method of manufacturing a semiconductor laser according to the present invention has a rectangular opening on a laminated substrate that is laminated so that the surfaces of the plurality of substrates are parallel to each other with an intermediate layer made of a material different from that of the substrate interposed between the plurality of substrates. A first rectangular opening pattern forming step for forming a first rectangular opening pattern, and a halfway stop etching for etching the first substrate in the uppermost layer of the laminated substrate to the middle using the first rectangular opening pattern as a mask A step of removing the first rectangular opening pattern, a second rectangular opening pattern forming step of forming a second rectangular opening pattern having a plurality of openings on the laminated substrate, and the first rectangle A first substrate etching step of etching the first substrate in the uppermost layer of the laminated substrate using the opening pattern as a mask until reaching the first intermediate layer immediately below the first substrate; A third rectangular opening pattern forming step of forming a third rectangular opening pattern that covers at least one of the rectangular grooves formed by the one substrate etching step and exposes the other rectangular groove opening; and the second rectangle A first intermediate layer etching step in which the first intermediate layer is etched using the opening pattern as a mask until reaching the second substrate immediately below the first intermediate layer; and the second substrate is used as the mask in the second rectangular opening pattern. A second substrate etching step of etching until reaching the second intermediate layer directly below, and one or more semiconductor lasers mounted on the bottom of each rectangular groove formed through the first substrate etching step to the second substrate etching step And a semiconductor laser mounting step for mounting.

前記第1の基板および前記第2の基板は、面内に〈110〉方向を有するとともに当該〈110〉方向を回転軸として(100)面が5〜15°の範囲で傾けられた表面を有するシリコン(100)基板であり、前記途中止めエッチング工程は異方性ドライエッチングにより行われ、前記第1基板エッチング工程および第2基板エッチング工程は、アルカリ性水溶液を用いたウエットエッチにより行われることが好ましい。   The first substrate and the second substrate have a <110> direction in the plane and surfaces having a (100) plane inclined within a range of 5 to 15 ° with the <110> direction as a rotation axis. It is a silicon (100) substrate, the halfway stop etching step is preferably performed by anisotropic dry etching, and the first substrate etching step and the second substrate etching step are preferably performed by wet etching using an alkaline aqueous solution. .

前記第1中間層エッチング工程は、前記第1の中間層に対するエッチングレートが前記第1の基板および第2の基板に対するものよりも高いエッチャントを用いてエッチングされることが好ましい。   In the first intermediate layer etching step, it is preferable that etching is performed using an etchant having an etching rate with respect to the first intermediate layer higher than that with respect to the first substrate and the second substrate.

また、本発明の光ピックアップ装置は、複数の半導体レーザを備える半導体レーザ装置と、前記半導体レーザ装置から出射された光が光情報記録媒体により反射された反射光を分岐する光分岐手段と、前記光分岐手段により分岐された光を受光する受光素子とを備えた光ピックアップ装置において、前記半導体レーザ装置は、上記本発明の半導体レーザ装置が用いられていることを特徴とする。   The optical pickup device of the present invention includes a semiconductor laser device including a plurality of semiconductor lasers, a light branching unit that branches reflected light reflected by an optical information recording medium, and the light emitted from the semiconductor laser device, In the optical pickup device including a light receiving element that receives light branched by the light branching unit, the semiconductor laser device of the present invention is used as the semiconductor laser device.

前記受光素子は、前記半導体レーザ装置と同じ基板上に配されていることが好ましい。   The light receiving element is preferably arranged on the same substrate as the semiconductor laser device.

前記半導体レーザ装置は、異なる波長のレーザ光を出射する半導体レーザ装置であり、前記受光素子は、前記光分岐手段により回折された異なる波長の光を同一の受光素子により受光する位置に配されていることが好ましい。   The semiconductor laser device is a semiconductor laser device that emits laser beams of different wavelengths, and the light receiving element is arranged at a position where the same light receiving element receives light of different wavelengths diffracted by the light branching unit. Preferably it is.

以上のように本発明によれば、半導体レーザ装置、光ディスク装置などに用いることができる受発光素子において、2つの半導体レーザに対して、受光素子、レンズ、ホログラムなどの光学部品を共有可能な受発光素子、および、受発光素子搭載基板を実現できる。   As described above, according to the present invention, in a light receiving / emitting element that can be used in a semiconductor laser device, an optical disk device, etc., optical components such as a light receiving element, a lens, and a hologram can be shared by two semiconductor lasers. A light emitting element and a light receiving and emitting element mounting substrate can be realized.

以下に、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態における半導体レーザ装置の構成を示した図であり、図1(a)は平面図、図1(b)は図1(a)に示した直線A−A’における断面図である。
(First embodiment)
1A and 1B are diagrams showing the configuration of the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a straight line shown in FIG. It is sectional drawing in AA '.

積層基板1は、SiO2層3a、3bを挟んで3枚のシリコン基板2a、2b、2cが貼り合わされた構造となっており、基板1の表面側から順に基板2a、2b、2cが配置されている。このうち、少なくとも、基板2a、2bには、面内に〈110〉方向を有するとともに当該〈110〉方向を回転軸として(100)面が5〜15°の範囲で傾けられた表面を有するシリコン(100)基板を使用しており、互いにそれぞれの表面結晶方位が対向するように、すなわち、互いの基板で結晶表面方位が180°回転した状態で接着されている。基板2a、2bの厚さは各基板に形成される矩形溝深さと同一であり、この深さは矩形溝底面部に半導体レーザを実装した際の光学距離を考慮して決定する事が望ましい。 The laminated substrate 1 has a structure in which three silicon substrates 2a, 2b, and 2c are bonded to each other with the SiO 2 layers 3a and 3b interposed therebetween, and the substrates 2a, 2b, and 2c are arranged in order from the surface side of the substrate 1. ing. Among these, at least the substrates 2a and 2b have silicon having a <110> direction in the plane and a surface in which the (100) plane is inclined within a range of 5 to 15 [deg.] With the <110> direction as a rotation axis. A (100) substrate is used and bonded so that the surface crystal orientations face each other, that is, with the crystal surface orientations rotated by 180 ° on each other substrate. The thicknesses of the substrates 2a and 2b are the same as the depth of the rectangular groove formed on each substrate, and this depth is preferably determined in consideration of the optical distance when the semiconductor laser is mounted on the bottom surface of the rectangular groove.

基板2a表面には、受光素子4a、4bおよび配線(図示省略)、各種集積回路(図示省略)が通常のLSI製造技術を用いて形成されている。半導体基板2a上には、第1の矩形溝5、第2の矩形溝6が形成されており、それぞれの溝側面のうち、基板1の表面と45°の角度をなす斜面上に、マイクロミラー7a、7bが形成されている。このうち、溝6は基板2a、SiO2層3aおよび基板2bを貫通してSiO2層3bに達しており、マイクロミラー7bは、溝6のうち基板2b内に設けられた溝6bの側面に形成されている。 On the surface of the substrate 2a, light receiving elements 4a and 4b, wirings (not shown), and various integrated circuits (not shown) are formed using a normal LSI manufacturing technique. A first rectangular groove 5 and a second rectangular groove 6 are formed on the semiconductor substrate 2a, and a micromirror is formed on an inclined surface forming an angle of 45 ° with the surface of the substrate 1 among the side surfaces of each groove. 7a and 7b are formed. Of these, the groove 6 passes through the substrate 2a, the SiO 2 layer 3a and the substrate 2b and reaches the SiO 2 layer 3b, and the micromirror 7b is formed on the side surface of the groove 6b provided in the substrate 2b. Is formed.

マイクロミラー7a、7bは、基板上方から見て互いに対向しており、光ディスク(図示せず)の動径方向(以下、ラジアル方向という)と垂直に交わる方向(以下、タンジェンシャル方向という)でのマイクロミラー間の距離が可能な限り小さくなるように溝5、6は形成されている。また、溝5、6の底面には、発振波長の異なる半導体レーザ8、9がそれぞれ実装されている。   The micromirrors 7a and 7b are opposed to each other when viewed from above the substrate, and in a direction (hereinafter referred to as tangential direction) perpendicular to the radial direction (hereinafter referred to as radial direction) of an optical disk (not shown). The grooves 5 and 6 are formed so that the distance between the micromirrors is as small as possible. Further, semiconductor lasers 8 and 9 having different oscillation wavelengths are mounted on the bottom surfaces of the grooves 5 and 6, respectively.

ラジアル方向での矩形溝5、6の中心線を対称線として、基板2a上に配置された受光素子およびラジアル方向でのマイクロミラー7a、7bが配置されていることが望ましい。また、半導体レーザ8、9の各発光点も中心線上に位置するよう実装する。   It is desirable that the light receiving elements disposed on the substrate 2a and the micromirrors 7a and 7b in the radial direction are disposed with the center line of the rectangular grooves 5 and 6 in the radial direction as symmetry lines. Further, each of the light emitting points of the semiconductor lasers 8 and 9 is mounted on the center line.

半導体レーザ8、9からの射出光は、各々マイクロミラー7a、7bにより紙面に垂直に上方に反射される。各反射光は光ディスク(図示せず)により反射され、戻ってきた反射光は対応する受光素子4a、4bで受光される。   Light emitted from the semiconductor lasers 8 and 9 is reflected upward by the micromirrors 7a and 7b perpendicular to the paper surface. Each reflected light is reflected by an optical disk (not shown), and the returned reflected light is received by the corresponding light receiving elements 4a and 4b.

この半導体レーザ装置における、見かけ上のタンジェンシャル方向での発光点間距離は、矩形溝5、6の深さ、マイクロミラー7a、7b間の距離、半導体レーザ8、9底面から発光点までの高さにより決定され、マイクロミラーと半導体レーザ前端面との距離には無関係である。そのため、各半導体レーザの発光点間距離と光学距離は個別に考えることができ、半導体レーザ8、9における光学距離をある程度自由に設定することが可能である。   In this semiconductor laser device, the apparent distance between the emission points in the tangential direction is the depth of the rectangular grooves 5 and 6, the distance between the micromirrors 7 a and 7 b, and the height from the bottom of the semiconductor lasers 8 and 9 to the emission point. And is independent of the distance between the micromirror and the front end face of the semiconductor laser. Therefore, the distance between the light emitting points and the optical distance of each semiconductor laser can be considered individually, and the optical distance in the semiconductor lasers 8 and 9 can be set freely to some extent.

本実施の形態において、溝6は、溝5に近接した側面を一部半導体レーザ9が配置された方向へ折り返した、「くの字」型形状をしている。   In the present embodiment, the groove 6 has a “shape” shape in which a side surface close to the groove 5 is partially folded in a direction in which the semiconductor laser 9 is disposed.

このような形態にする利点について以下に説明する。   Advantages of such a configuration will be described below.

上記したように、シリコン基板2a、2bを異方性ウエットエッチングして形成される矩形溝の斜面、よって、溝5、6の斜面上に形成されるマイクロミラー7a、7bと基板表面との角度は、各々の基板の結晶方位により一義的に決定される。   As described above, the slopes of the rectangular grooves formed by anisotropic wet etching of the silicon substrates 2a and 2b, and thus the angles between the micromirrors 7a and 7b formed on the slopes of the grooves 5 and 6 and the substrate surface. Is uniquely determined by the crystal orientation of each substrate.

マイクロミラー角度をa°とした場合、マイクロミラーと反対側の斜面角度は、ほぼ1(110−a)°となる。ここで、基板2aの厚みをDとして、基板を貫通するまで溝形成のためのエッチングを実施した場合、溝内でマイクロミラーと反対側の斜面のタンジェンシャル方向の寸法は、D/tan(110−a)で表される。つまり、矩形溝5、6に形成されるマイクロミラー7bとマイクロミラー7aとはタンジェンシャル方向の離間距離がD/tan(110−a)の距離で決まってしまうため、半導体レーザ8、9の光軸間隔を縮められない要因となっている。   When the micromirror angle is a °, the slope angle on the side opposite to the micromirror is approximately 1 (110−a) °. Here, assuming that the thickness of the substrate 2a is D and etching for groove formation is performed until the substrate 2a penetrates the substrate, the tangential dimension of the inclined surface on the side opposite to the micromirror in the groove is D / tan (110 -A). That is, since the separation distance in the tangential direction between the micromirror 7b and the micromirror 7a formed in the rectangular grooves 5 and 6 is determined by the distance of D / tan (110-a), the light of the semiconductor lasers 8 and 9 This is a factor that the shaft spacing cannot be reduced.

そこで、本実施の形態では、図1(a)に示したとおり、マイクロミラーを設けた斜面の一部を折り返す構造にして、実効的に基板2aの厚みDを薄くすることで、タンジェンシャル方向の離間距離D/tan(110−a)が減少し、半導体レーザ8、9の光軸間隔を縮小させている。   Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 1A, a part of the inclined surface provided with the micromirror is folded back, and the thickness D of the substrate 2a is effectively reduced to thereby reduce the tangential direction. , The separation distance D / tan (110-a) is reduced, and the optical axis interval of the semiconductor lasers 8 and 9 is reduced.

このことにより、2つの異なるレーザを搭載した集積化半導体レーザ装置において、それぞれのレーザの出射光軸をより近づけられ、光学部品点数の減少およびそれに伴うコスト削減、装置の簡素化が図れる。   As a result, in an integrated semiconductor laser device equipped with two different lasers, it is possible to make the outgoing optical axes of the respective lasers closer to each other, thereby reducing the number of optical components, resulting in cost reduction, and simplification of the device.

ただし、折り返し量には以下の理由で上限がある。折り返し量が大きすぎると、1つには、基板2aにおけるマイクロミラー7aを支持する部分の厚みが減り、機械的強度が低下するため破損等のトラブルが起きやすいこと、もう1つは、マイクロミラー7bにより反射されて上方に出射される半導体レーザ9の出射光に対して「ひさし」となってしまい、必要な光量が得られないことである。後者についてさらに詳述する。   However, the folding amount has an upper limit for the following reason. If the amount of folding is too large, the thickness of the portion of the substrate 2a that supports the micromirror 7a is reduced and the mechanical strength is reduced, so that troubles such as breakage are likely to occur. The other is that the micromirror The light emitted from the semiconductor laser 9 reflected by the light 7b and emitted upward is “eave”, and a necessary light quantity cannot be obtained. The latter will be further described in detail.

図2は、本発明の第1の実施の形態における半導体レーザ装置の溝付近の断面拡大図であり、図2(a)は、ひさしのない溝の断面拡大図、図2(b)は、ひさし10が形成された溝の断面拡大図である。それぞれ半導体レーザ8、9からの射出光の様子を示している。   2 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the groove of the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2A is an enlarged cross-sectional view of the groove without eaves, and FIG. It is a cross-sectional enlarged view of the groove | channel in which the eaves 10 were formed. The states of light emitted from the semiconductor lasers 8 and 9 are shown.

図2(a)からわかるようにマイクロミラーが設けられた溝側面が単純な斜面であれば、側面自体が出射光を遮ることはない。   As can be seen from FIG. 2A, when the side surface of the groove provided with the micromirror is a simple slope, the side surface itself does not block the emitted light.

しかし、図2(b)に示すように、溝の側面が折り返されて上部がひさし10となるような場合には、折り返し量の大きさによってはマイクロミラーで反射されたレーザからの出射光の一部がひさし10にかかり、散乱されて有効利用できなくなる。   However, as shown in FIG. 2B, in the case where the side surface of the groove is folded and the upper portion becomes the eaves 10, the emitted light from the laser reflected by the micromirror depends on the amount of folding. A part of the eaves is applied to the eaves 10 and is scattered and cannot be used effectively.

折り返しの許容量はミラーで反射された後のレーザ光の放射角の大きさによって決まり、この角度自体は、半導体レーザの厚さ、マイクロミラー高さ、半導体レーザとマイクロミラー間の距離等によって規定される。   The allowable amount of folding is determined by the radiation angle of the laser beam after being reflected by the mirror, and this angle itself is determined by the thickness of the semiconductor laser, the height of the micromirror, the distance between the semiconductor laser and the micromirror, etc. Is done.

ここで、実際の使用において折り返しの許容上限量を算出してみる。まず、図2(a)の場合、半導体レーザ厚を150μm、発光点位置を底面より10μm上方、半導体レーザとマイクロミラー最上部との間の距離を85μm、マイクロミラー高さを55μmとすると、放射角21、22はそれぞれ約12°、34°となる。この結果を図3の配置にあてはめると、折り返しの許容上限量は、最大30μm程度である。   Here, an allowable upper limit amount of folding is calculated in actual use. First, in the case of FIG. 2A, when the thickness of the semiconductor laser is 150 μm, the emission point position is 10 μm above the bottom, the distance between the semiconductor laser and the top of the micromirror is 85 μm, and the height of the micromirror is 55 μm. The angles 21 and 22 are about 12 ° and 34 °, respectively. When this result is applied to the arrangement of FIG. 3, the allowable upper limit amount of folding is about 30 μm at the maximum.

図4に示すように、本実施の形態と違って斜面にひさしがない場合には、基板上方に向かう各々の半導体レーザの出射光軸間隔は、上記の値を用いて計算すると約100μmと見積もられる。   As shown in FIG. 4, unlike the present embodiment, when there is no eaves on the inclined surface, the distance between the outgoing optical axes of the respective semiconductor lasers directed above the substrate is estimated to be about 100 μm when calculated using the above values. It is.

本実施の形態によれば、折り返しを最大30μm程度までつけられるので、光軸間隔はその分縮まり約70μmにまで低下させることが可能である。   According to the present embodiment, the folding can be made up to a maximum of about 30 μm, so that the optical axis interval can be reduced by that amount and reduced to about 70 μm.

図4、図5に本実施の形態における半導体レーザ装置の製造工程フロー図を示す。   FIG. 4 and FIG. 5 show manufacturing process flow charts of the semiconductor laser device according to the present embodiment.

まず、基板2a上に開口部41aを有する第1のマスク層42を形成し(図4(a))、開口部41a直下の基板2aをエッチングして溝43を形成する(図4(b))。この際、エッチングは基板の結晶方位に影響を受けない方法、例えば異方性ドライエッチングにより行い、エッチング後、第1のマスク層42は除去する。   First, a first mask layer 42 having an opening 41a is formed on the substrate 2a (FIG. 4A), and the substrate 2a immediately below the opening 41a is etched to form a groove 43 (FIG. 4B). ). At this time, the etching is performed by a method that is not affected by the crystal orientation of the substrate, for example, anisotropic dry etching, and after the etching, the first mask layer 42 is removed.

次に、基板2a上に開口部41bと44を有する第2のマスク層45を形成し(図4(c))、開口部41bおよび44直下の基板2aをエッチングして溝5および6aを形成する(図5(d))。この際、KOH等のアルカリ性溶液を用いてシリコン基板2aを異方性ウエットエッチングすることにより、溝の側面は(111)面およびこれと同指数の面が露出することとなる。また、図4(c)の平面図に示すように、開口部41bを上から見たとき、開口部41bは溝43を囲むように設けられ、開口部44と対向する1辺と溝43の1辺とはほぼ重なり合う状態である。   Next, a second mask layer 45 having openings 41b and 44 is formed on the substrate 2a (FIG. 4C), and the substrate 2a immediately below the openings 41b and 44 is etched to form grooves 5 and 6a. (FIG. 5D). At this time, by anisotropic wet etching of the silicon substrate 2a using an alkaline solution such as KOH, the side surface of the groove is exposed to the (111) plane and the same index surface. As shown in the plan view of FIG. 4C, when the opening 41b is viewed from above, the opening 41b is provided so as to surround the groove 43. One side is in a substantially overlapping state.

この状態で上記異方性ウエットエッチングを行なうことにより、溝5に対向する溝6aの側面に折り返しが形成されることとなる。   By performing the anisotropic wet etching in this state, a fold is formed on the side surface of the groove 6 a facing the groove 5.

このことについてさらに詳述する。開口部41b直下の基板2aを異方性ウエットエッチングしていく際、既に形成されている溝43の部分は次のようにエッチングが進行する。   This will be described in further detail. When the anisotropic wet etching is performed on the substrate 2a immediately below the opening 41b, the portion of the groove 43 that has already been formed proceeds as follows.

まず、溝43の底面ではエッチングが進むにつれ底面積が小さくなって最終的には逆ピラミッド形になって終了する。ただし、開口部41b直下の全体のエッチングが進むと最終的にはその加工形状に吸収される。   First, the bottom area of the bottom surface of the groove 43 decreases as the etching progresses, and finally ends in an inverted pyramid shape. However, when the entire etching just under the opening 41b proceeds, the processed shape is finally absorbed.

一方、溝43の側面では、エッチングが進むにつれて上から見たもとの開口部41aよりも外側にエッチングが進行する。よって、溝43の側面は異方性ウエットエッチング前の底面を境界として上側の面は逆テーパ形状になり、下側の面は順テーパ形状となる。   On the other hand, on the side surface of the groove 43, the etching progresses to the outside of the original opening 41a viewed from above as the etching proceeds. Accordingly, the upper surface of the groove 43 has a reverse taper shape with the bottom surface before anisotropic wet etching as a boundary, and the lower surface has a forward taper shape.

このうち、溝5と対向する面以外では上記と同様に開口部41b直下の全体のエッチングが進むと最終的にはその加工形状に吸収されるが、溝5と対向する側面では、もともと上から見て開口部41bと溝43とがほぼ重なっているから、全体の加工形状に吸収されることなく、逆テーパ形状と順テーパ形状とが結合した面となる。   Of these, except for the surface facing the groove 5, when the entire etching just below the opening 41 b proceeds in the same manner as described above, the processed shape is finally absorbed, but the side surface facing the groove 5 is originally from above. Since the opening 41b and the groove 43 almost overlap each other as seen, the reverse tapered shape and the forward tapered shape are combined without being absorbed by the entire processed shape.

この結果、図5(d)に示すような折り返しが形成されることとなる。この際、折り返し量は、溝43のドライエッチング深さの約半分程度である。   As a result, folding as shown in FIG. 5D is formed. At this time, the folding amount is about half of the dry etching depth of the groove 43.

異方性ウエットエッチングが基板2aを貫通し、SiO2層3aに達するまで行われた後、溝5の底面をレジストマスク等(図示せず)で覆った後、溝6aの底面のSiO2層をエッチングして基板2bを露出させる(図5(e))。 After anisotropic wet etching is performed until it penetrates the substrate 2a and reaches the SiO 2 layer 3a, the bottom surface of the groove 5 is covered with a resist mask or the like (not shown), and then the SiO 2 layer on the bottom surface of the groove 6a. Is etched to expose the substrate 2b (FIG. 5E).

レジストマスクを除去した後、異方性ウエットエッチングにより基板2bをエッチングして溝6bを形成する(図5(f))。   After removing the resist mask, the substrate 2b is etched by anisotropic wet etching to form a groove 6b (FIG. 5F).

溝6bは底面がSiO2層3bに達しており、その側面は溝5や溝6aと同様に(111)面およびこれと同指数の面が露出することとなる。この場合、基板上方より見て溝5、溝6bのそれぞれ対向する側面は基板表面と正確に45°の角度をなす。これらの斜面に金薄膜を堆積後、パターニングしてマイクロミラー7a、7bを設けた後、半導体レーザ8、9をそれぞれ溝5、6bの底面に載置する。 The bottom surface of the groove 6b reaches the SiO 2 layer 3b, and the (111) plane and the surface having the same index as the groove 5 and the groove 6a are exposed on the side surface. In this case, the opposing side surfaces of the grooves 5 and 6b as viewed from above the substrate form an angle of 45 ° with the substrate surface. After depositing a gold thin film on these slopes and patterning to provide micromirrors 7a and 7b, semiconductor lasers 8 and 9 are placed on the bottom surfaces of grooves 5 and 6b, respectively.

本実施の形態によれば、SiO2層を介して複数のシリコン基板を貼り合せた基板を用いて、その積層基板の表面からそれぞれ異なる基板に到達するよう溝を設けることにより、SiO2層が異方性ウエットエッチ時のエッチストップ層となるため、エッチングによる溝底面の平坦度のばらつきを生じない。また、シリコン基板の表面平坦度が高いこと、さらにSiO2層はシリコン基板表面の熱酸化あるいは基板中への酸素イオン注入およびその後の熱処理によって形成される、非常に高い表面平坦度を保っているため、上記の効果とあわせて、溝底面は非常に高い平坦度を保つ。 According to the present embodiment, by using a substrate in which a plurality of silicon substrates are bonded via the SiO 2 layer, by providing grooves so as to reach different substrates from the surface of the laminated substrate, the SiO 2 layer is Since it becomes an etch stop layer at the time of anisotropic wet etching, variation in flatness of the groove bottom due to etching does not occur. Also, the surface flatness of the silicon substrate is high, and the SiO 2 layer is formed by thermal oxidation of the silicon substrate surface or oxygen ion implantation into the substrate and subsequent heat treatment, and maintains a very high surface flatness. For this reason, in addition to the above effects, the groove bottom keeps a very high flatness.

その底面にそれぞれ半導体レーザを載置する構成をとることにより、レーザの出射光軸のばらつきを大幅に低減でき、基板上方90°に正確にそれぞれのレーザ光を放射することが可能となる。   By adopting a configuration in which a semiconductor laser is mounted on each bottom surface, variations in the laser output optical axis can be greatly reduced, and each laser beam can be accurately emitted 90 ° above the substrate.

また、本実施の形態では、最上層の基板表面から見て異なる深さに半導体レーザを載置しているので、光ディスクまでの光路長がそれぞれ異なっている。一方、これらの光路は、半導体レーザ8、9にとって見かけ上の共振器となるので、この長さが変化すると周期的に半導体レーザのノイズ特性が悪化する。このようにノイズ特性の悪化する位置は、一般にスクープ位置と呼ばれている。その周期は、半導体レーザの実効屈折率をneff、共振器長をLとしたときに、C=2×neff×Lで表され、一般的にCはコヒーレンス長と呼ばれている。通常、光ピックアップ装置の設計においては、光ディスクと半導体レーザの出射端面とによって形成される見かけ上の共振器長(光路長)がスクープ位置のほぼ中央に来るようにしている。 In this embodiment, since the semiconductor lasers are mounted at different depths when viewed from the surface of the uppermost substrate, the optical path lengths to the optical disks are different. On the other hand, these optical paths become apparent resonators for the semiconductor lasers 8 and 9, so that when this length is changed, the noise characteristics of the semiconductor laser are periodically deteriorated. Such a position where the noise characteristic deteriorates is generally called a scoop position. Its period is the effective refractive index of the semiconductor laser n eff, when the resonator length is L, is represented by C = 2 × n eff × L , generally C is called the coherence length. Normally, in the design of an optical pickup device, the apparent resonator length (optical path length) formed by the optical disc and the emission end face of the semiconductor laser is set to be approximately at the center of the scoop position.

ここで、出射光の波長が異なる半導体レーザを複数載置する場合、一つの基板上に同じ深さの溝を形成してその底面にそれぞれ半導体レーザを載置する構成とすると、光路長が等しく固定されているため、一の半導体レーザのノイズ特性を良好に保つことができたとしても、他の半導体レーザにおいてはその特性が異なるためスクープ位置に近づくことになり、ノイズ特性が悪化する場合がある。このノイズ特性の悪化を防ぐためにそれぞれの光路長を最適化させて半導体レーザを配置しようとすると光ディスクと半導体レーザ装置間の距離を微妙に調整する必要があり、光ピックアップ装置の組立工程が複雑化する。   Here, in the case where a plurality of semiconductor lasers having different wavelengths of emitted light are mounted, the optical path lengths are equal if a groove having the same depth is formed on one substrate and the semiconductor lasers are mounted on the bottom surface thereof, respectively. Because it is fixed, even if the noise characteristics of one semiconductor laser can be kept good, other semiconductor lasers have different characteristics, so they approach the scoop position and the noise characteristics may deteriorate. is there. In order to prevent the deterioration of the noise characteristics, it is necessary to finely adjust the distance between the optical disk and the semiconductor laser device when the semiconductor laser is arranged by optimizing the respective optical path lengths, and the assembly process of the optical pickup device is complicated. To do.

しかしながら、本実施の形態に係る半導体レーザ装置によれば、図1に示すように半導体レーザ8、9と光ディスク(図示せず)との間の距離は、溝5、6の深さを最適な値に設定することによって容易に調整できる。ここで、ノイズ特性の悪化を抑制するため、矩形溝の深さが深いほうに載置される半導体レーザは、浅いほうに載置される半導体レーザよりもその出射光の波長が長いものが好ましい。   However, according to the semiconductor laser device of the present embodiment, as shown in FIG. 1, the distance between the semiconductor lasers 8 and 9 and the optical disk (not shown) is set to the optimum depth of the grooves 5 and 6. It can be easily adjusted by setting the value. Here, in order to suppress deterioration of noise characteristics, it is preferable that the semiconductor laser mounted on the deeper rectangular groove has a longer wavelength of emitted light than the semiconductor laser mounted on the shallower groove. .

この溝の深さは、積層基板1に用いる各シリコン基板2a、2bの厚みおよびSiO2層3a、3bの厚みを最適なものを選択することによって、任意かつ一定の深さに調整することができる。したがって、半導体レーザ装置においては、半導体レーザ8、9を従来よりも三次元的に精度よく載置することができる。 The depth of the groove can be adjusted to an arbitrary and constant depth by selecting optimum thicknesses of the silicon substrates 2a and 2b and SiO 2 layers 3a and 3b used in the laminated substrate 1. it can. Therefore, in the semiconductor laser device, the semiconductor lasers 8 and 9 can be mounted with higher accuracy in three dimensions than in the past.

なお、本実施の形態では、SiO2層の上面に半導体レーザを載置したが、SiO2層をエッチングしてその下方のシリコン基板表面に載置してもよい。その場合、シリコン基板がヒートシンクとなり放熱性が向上する。 In the present embodiment, although placing the semiconductor laser on the upper surface of the SiO 2 layer may be placed on the silicon substrate surface thereunder by etching the SiO 2 layer. In that case, the silicon substrate serves as a heat sink to improve heat dissipation.

また、第1のマスク層42をいったん除去した後、第2のマスク層45を形成したが、第1のマスク層を除去せずに残して、これに開口部41bおよび溝43を形成するようにしてもよい。   In addition, the first mask layer 42 is once removed and then the second mask layer 45 is formed, but the first mask layer is left without being removed, and the opening 41b and the groove 43 are formed in the second mask layer 45. It may be.

マイクロミラーの材質、製造方法はレーザ光を有効に反射できればよく、特に本実施の形態に限定されるものではない。   The material and manufacturing method of the micromirror are not particularly limited to this embodiment as long as the laser beam can be effectively reflected.

(第2の実施の形態)
図6は本発明の第2の実施の形態における光ピックアップの構成を示した模式図である。
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a schematic diagram showing the configuration of the optical pickup according to the second embodiment of the present invention.

なお、同図における半導体レーザ装置51は、本発明の第1の実施の形態に示したものと同じである。   The semiconductor laser device 51 in the figure is the same as that shown in the first embodiment of the present invention.

同図に示すように、光ピックアップ装置は、光ディスク55に記録された情報を読み取る装置であり、半導体レーザ装置51、光学素子52、コリメートレンズ53、および対物レンズ54を備える。   As shown in the figure, the optical pickup device is a device that reads information recorded on an optical disk 55, and includes a semiconductor laser device 51, an optical element 52, a collimator lens 53, and an objective lens 54.

半導体レーザ装置51は、半導体レーザ8、9から出射されたレーザ光を各マイクロミラー7a、7bによって反射し、光学素子52に向けて射出する。   The semiconductor laser device 51 reflects the laser light emitted from the semiconductor lasers 8 and 9 by the micromirrors 7 a and 7 b and emits the laser light toward the optical element 52.

光学素子52は、半導体レーザ装置51側の面に入射光を分割するための回折格子56(図示せず)が形成されており、当該回折格子が入射光を3ビームに分割した後、各ビームをコリメートレンズ53に入射させる。   In the optical element 52, a diffraction grating 56 (not shown) for dividing incident light is formed on the surface on the semiconductor laser device 51 side. After the diffraction grating divides incident light into three beams, each beam Is incident on the collimating lens 53.

コリメートレンズ53は、入射光を平行光にして対物レンズ54に入射させる。   The collimating lens 53 makes incident light enter the objective lens 54 as parallel light.

対物レンズ54は、その入射光を集束して光ディスク55に照射させる。   The objective lens 54 converges the incident light and irradiates the optical disc 55 with it.

光ディスク55には、情報がピットと呼ばれる多数の突起によって記録されており、ピットの有無によって反射光の光量が異なるが、光ディスク55によって反射されたレーザ光は同じ経路を戻り、対物レンズ54、コリメートレンズ53を経て、光学素子52の光ディスク側の面に形成されたホログラム57(図示せず)によって回折され、半導体レーザ装置51の上面に設けられた受光素子4a、4b(図示せず)に到達する。   Information is recorded on the optical disk 55 by a number of projections called pits, and the amount of reflected light varies depending on the presence or absence of pits, but the laser light reflected by the optical disk 55 returns along the same path, and the objective lens 54, collimator Through the lens 53, the light is diffracted by a hologram 57 (not shown) formed on the surface of the optical element 52 on the optical disk side and reaches the light receiving elements 4 a and 4 b (not shown) provided on the upper surface of the semiconductor laser device 51. To do.

当該受光素子4a、4bの検出値に基づき公知のトラッキングエラーやフォーカスエラーなどを検出するための演算が行われて光ディスク55に記録された情報が読み取られる。   Based on the detection values of the light receiving elements 4a and 4b, calculation for detecting a known tracking error or focus error is performed, and information recorded on the optical disc 55 is read.

本実施の形態によれば、光ディスクに対して各レーザの出射光軸を十分に近づけることができ、かつその光軸ばらつきを十分に低減できるため、異なるレーザが複数配置されていても、ほぼ同一の出射光軸を有する一つの半導体レーザ装置と見なすことができる。このことにより、対物レンズやコリメートレンズ、さらにホログラム等の光学部品が1セットで共有でき、光ピックアップの部品点数を大幅に低減できる。また、光ディスクからの反射戻り光を受光する受光素子も共有化できる。この受光素子は基板上に公知のLSI製造技術を用いて形成するため、受光素子の共有化により製造工程を大幅に短縮できる。   According to this embodiment, since the optical axis of each laser can be sufficiently close to the optical disc, and variations in the optical axis can be sufficiently reduced, even if a plurality of different lasers are arranged, they are almost the same. It can be regarded as one semiconductor laser device having a plurality of outgoing optical axes. As a result, an optical component such as an objective lens, a collimating lens, and a hologram can be shared in one set, and the number of components of the optical pickup can be greatly reduced. Further, the light receiving element that receives the reflected return light from the optical disk can be shared. Since this light receiving element is formed on the substrate using a known LSI manufacturing technique, the manufacturing process can be greatly shortened by sharing the light receiving element.

よって、本実施の形態によれば、製造コストの大幅な削減、また製造期間の短縮ができるとともに高性能・高品質の2波長光ピックアップを提供できる。   Therefore, according to the present embodiment, it is possible to significantly reduce the manufacturing cost, shorten the manufacturing period, and provide a high-performance, high-quality two-wavelength optical pickup.

本発明に係る半導体レーザ装置は、2波長光ピックアップに用いられる集積化半導体レーザ装置として特に有用である。   The semiconductor laser device according to the present invention is particularly useful as an integrated semiconductor laser device used for a two-wavelength optical pickup.

本発明の第1の実施の形態における半導体レーザ装置の構成を示した図であり、(a)は、平面図、(b)は、(a)に示した直線A−A’における断面図BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is the figure which showed the structure of the semiconductor laser apparatus in the 1st Embodiment of this invention, (a) is a top view, (b) is sectional drawing in the straight line A-A 'shown to (a). 本発明の第1の実施の形態における半導体レーザ装置の溝付近の断面拡大図であり、(a)は、ひさしのない溝の断面拡大図、(b)は、ひさしが形成された溝の断面拡大図It is a cross-sectional enlarged view of the vicinity of the groove of the semiconductor laser device in the first embodiment of the present invention, (a) is an enlarged cross-sectional view of the groove without eaves, (b) is a cross-section of the groove where the eaves are formed Enlarged view 本発明の第1の実施の形態におけるひさしを形成しない場合の半導体レーザ装置の構造説明図であり、(a)は、平面図、(b)は、(a)に示した直線B−B’における断面図2A and 2B are explanatory views of the structure of the semiconductor laser device when no eaves are formed according to the first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a plan view, and FIG. 2B is a straight line BB ′ shown in FIG. Sectional view at 本発明の第1の実施の形態における半導体レーザ装置の製造工程フロー図Manufacturing process flow chart of the semiconductor laser device in the first embodiment of the present invention 本発明の第1の実施の形態における半導体レーザ装置の製造工程フロー図Manufacturing process flow chart of the semiconductor laser device in the first embodiment of the present invention 本発明の第2の実施の形態における光ピックアップの構成を示した模式図The schematic diagram which showed the structure of the optical pick-up in the 2nd Embodiment of this invention 従来の技術における半導体レーザ装置の断面構造図Cross-sectional structure diagram of a conventional semiconductor laser device 従来の技術における集積化半導体レーザ装置の構成を示した図The figure which showed the structure of the integrated semiconductor laser apparatus in a prior art

符号の説明Explanation of symbols

1 積層基板
2a、2b、2c シリコン基板
3a、3b SiO2
4a、4b 受光素子
5 第1の矩形溝
6 第2の矩形溝
6a 基板2aに形成された第2の矩形溝
6b 基板2bに形成された第2の矩形溝
7a 溝5内に形成されたマイクロミラー
7b 溝6内に形成されたマイクロミラー
8、9 半導体レーザ
10 ひさし
41a、41b 開口部
42 第1のマスク層
43 溝
44 開口部
45 第2のマスク層
51 半導体レーザ装置
52 光学素子
53 コリメートレンズ
54 対物レンズ
55 光ディスク
56 回折格子
57 ホログラム
61 半導体基板
62 半導体レーザ
63 マイクロミラー
71 基板
72、73 半導体レーザ
74 ミラー
74a、74b ミラー面
Formed in a multilayer substrate 2a, 2b, 2c silicon substrate 3a, 3b SiO 2 layer 4a, 4b receiving element 5 first rectangular groove 6 second rectangular groove 6b substrate 2b formed on the second rectangular groove 6a substrate 2a Second rectangular groove 7a micromirror 7b formed in groove 5 micromirror 8 formed in groove 6 semiconductor laser 10 eaves 41a, 41b opening 42 first mask layer 43 groove 44 opening 45 Second mask layer 51 Semiconductor laser device 52 Optical element 53 Collimating lens 54 Objective lens 55 Optical disk 56 Diffraction grating 57 Hologram 61 Semiconductor substrate 62 Semiconductor laser 63 Micromirror 71 Substrate 72, 73 Semiconductor laser 74 Mirror 74a, 74b Mirror surface

Claims (13)

複数の基板が前記複数の基板と基板の間に当該基板と異なる材質からなる中間層を挟んで当該基板表面をそれぞれ平行とするように積層された積層基板表面に平面視矩形形状をした複数の矩形溝が設けられ、
前記複数の矩形溝のうち少なくとも一対の隣りあう矩形溝は、その開口部の稜線がそれぞれ平行となるように配され、かつ、一方が最表面にある第1の基板内に、他方が前記最表面にある基板の直下に位置する第2の基板に到達するように形成されており、
前記各矩形溝の底部には、一以上の半導体レーザが載置されており、
前記矩形溝の側面は、前記矩形溝の底部に載置された半導体レーザから出射されたレーザ光が照射される領域が、前記積層基板表面に対して40°〜50°の角度をなして形成されており、
前記レーザ光が照射される領域には、照射されたレーザ光を反射して前記積層基板上方に導くマイクロミラーが形成されており、
前記一対の矩形溝は、各矩形溝の側面における前記レーザ光が当たる領域のそれぞれが平面視したときに対向する位置に配され、
前記第2の基板に到達する他方の矩形溝における前記レーザ光が照射される領域を含む側面のうち、前記最表面にある基板内で前記側面は途中で折り返された断面形状であることを特徴とする半導体レーザ装置。
A plurality of substrates each having a rectangular shape in plan view on a surface of the laminated substrate in which a plurality of substrates are laminated so that the substrate surfaces are parallel to each other with an intermediate layer made of a material different from the substrate interposed between the plurality of substrates. A rectangular groove is provided,
Among the plurality of rectangular grooves, at least a pair of adjacent rectangular grooves are arranged such that the ridge lines of the openings are parallel to each other, and one is in the first substrate on the outermost surface and the other is in the outermost surface. It is formed so as to reach a second substrate located immediately below the substrate on the surface,
One or more semiconductor lasers are placed on the bottom of each rectangular groove,
The side surface of the rectangular groove is formed such that a region irradiated with a laser beam emitted from a semiconductor laser mounted on the bottom of the rectangular groove forms an angle of 40 ° to 50 ° with respect to the surface of the laminated substrate. Has been
In the region irradiated with the laser beam, a micromirror is formed that reflects the irradiated laser beam and guides it above the laminated substrate.
The pair of rectangular grooves are arranged at positions facing each other when viewed in a plan view on each side of the rectangular grooves where the laser beam hits.
Among the side surfaces including the region irradiated with the laser beam in the other rectangular groove reaching the second substrate, the side surface has a cross-sectional shape folded halfway in the substrate on the outermost surface. A semiconductor laser device.
前記複数の矩形溝の底部は、それぞれが深さ方向において前記基板と中間層との境界面まで到達することにより露出する中間層表面により形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ装置。 2. The bottom of each of the plurality of rectangular grooves is formed by an intermediate layer surface that is exposed by reaching the boundary surface between the substrate and the intermediate layer in the depth direction. Semiconductor laser device. 前記複数の矩形溝の底部は、それぞれが深さ方向において前記中間層と基板との境界面まで到達することにより露出する基板表面により形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ装置。 2. The semiconductor according to claim 1, wherein the bottoms of the plurality of rectangular grooves are each formed by a substrate surface that is exposed by reaching a boundary surface between the intermediate layer and the substrate in a depth direction. Laser device. 前記中間層と前記基板は、酸性溶液、アルカリ性溶液のそれぞれに対するエッチングレートが互いに異なる材料からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の半導体レーザ装置。 The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the intermediate layer and the substrate are made of materials having different etching rates with respect to each of the acidic solution and the alkaline solution. 前記複数の基板は、面内に〈110〉方向を有するとともに当該〈110〉方向を回転軸として(100)面が5〜15°の範囲で傾けられた表面を有するシリコン(100)基板であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の半導体レーザ装置。 The plurality of substrates are silicon (100) substrates having a <110> direction in a plane and a surface having a (100) plane tilted in a range of 5 to 15 degrees with the <110> direction as a rotation axis. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the semiconductor laser device is a semiconductor laser device. 前記複数の矩形溝のうち少なくとも一つが、他の矩形溝と異なる基板まで到達していることにより、前記積層基板表面からの深さが異なる矩形溝に載置された各半導体レーザは、互いに異なる波長のレーザ光を出射する半導体レーザであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の半導体レーザ装置。 Since at least one of the plurality of rectangular grooves reaches a substrate different from the other rectangular grooves, the semiconductor lasers mounted in the rectangular grooves having different depths from the surface of the laminated substrate are different from each other. 6. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the semiconductor laser device emits laser light having a wavelength. 前記積層基板は、当該基板表面上に受光素子が配置されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の半導体レーザ装置。 The semiconductor laser device according to claim 1, wherein a light receiving element is disposed on the surface of the multilayer substrate. 複数の基板間に前記基板と異なる材質の中間層を挟んで前記複数の基板表面がそれぞれ平行となるように積層された積層基板上に矩形開口部を有する第1の矩形開口パターンを形成する第1矩形開口パターン形成工程と、
前記第1の矩形開口パターンをマスクとして前記積層基板の最上層にある第1の基板をその途中までエッチングする、途中止めエッチング工程と、
前記第1の矩形開口パターンを除去する工程と、
前記積層基板上に複数の開口部を有する第2の矩形開口パターンを形成する第2矩形開口パターン形成工程と、
前記第1の矩形開口パターンをマスクとして前記積層基板の最上層にある第1の基板をその直下の第1の中間層に到達するまでエッチングする第1基板エッチング工程と、
前記第1基板エッチング工程により形成された矩形溝のうち少なくとも一つを覆いかつ他の矩形溝開口部を露出する第3の矩形開口パターンを形成する第3矩形開口パターン形成工程と、
前記第2の矩形開口パターンをマスクとして前記第1の中間層をその直下の第2の基板に到達するまでエッチングする第1中間層エッチング工程と、
前記第2の矩形開口パターンをマスクとして前記第2の基板をその直下の第2の中間層に到達するまでエッチングする第2基板エッチング工程と、
前記第1基板エッチング工程から第2基板エッチング工程を経て形成された各矩形溝の底部に一以上の半導体レーザを載置する半導体レーザ載置工程と
を備えることを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
A first rectangular opening pattern having a rectangular opening is formed on a laminated substrate that is laminated so that surfaces of the plurality of substrates are parallel to each other with an intermediate layer made of a material different from the substrate interposed between the plurality of substrates. 1 rectangular opening pattern forming step;
Etching the first substrate in the uppermost layer of the multilayer substrate to the middle using the first rectangular opening pattern as a mask,
Removing the first rectangular opening pattern;
A second rectangular opening pattern forming step of forming a second rectangular opening pattern having a plurality of openings on the laminated substrate;
A first substrate etching step of etching the first substrate in the uppermost layer of the multilayer substrate using the first rectangular opening pattern as a mask until reaching the first intermediate layer immediately below the first substrate;
A third rectangular opening pattern forming step of forming a third rectangular opening pattern that covers at least one of the rectangular grooves formed by the first substrate etching step and exposes the other rectangular groove opening;
A first intermediate layer etching step of etching the first intermediate layer until reaching the second substrate immediately below the second rectangular opening pattern as a mask;
A second substrate etching step of etching the second substrate using the second rectangular opening pattern as a mask until reaching the second intermediate layer immediately below the second substrate;
A semiconductor laser device manufacturing method comprising: a semiconductor laser mounting step of mounting one or more semiconductor lasers on the bottom of each rectangular groove formed from the first substrate etching step to the second substrate etching step. Method.
前記第1の基板および前記第2の基板は、面内に〈110〉方向を有するとともに当該〈110〉方向を回転軸として(100)面が5〜15°の範囲で傾けられた表面を有するシリコン(100)基板であり、前記途中止めエッチング工程は異方性ドライエッチングにより行われ、前記第1基板エッチング工程および第2基板エッチング工程は、アルカリ性水溶液を用いたウエットエッチにより行われる
ことを特徴とする請求項8記載の半導体レーザ装置の製造方法。
The first substrate and the second substrate have a <110> direction in the plane and surfaces having a (100) plane inclined within a range of 5 to 15 ° with the <110> direction as a rotation axis. A silicon (100) substrate, wherein the halfway stop etching step is performed by anisotropic dry etching, and the first substrate etching step and the second substrate etching step are performed by wet etching using an alkaline aqueous solution. A method for manufacturing a semiconductor laser device according to claim 8.
前記第1中間層エッチング工程は、前記第1の中間層に対するエッチングレートが前記第1の基板および第2の基板に対するものよりも高いエッチャントを用いてエッチングされることを特徴とする請求項8または9記載の半導体レーザ装置の製造方法。 9. The etching according to claim 8, wherein the first intermediate layer etching step is performed by using an etchant having an etching rate with respect to the first intermediate layer higher than that with respect to the first substrate and the second substrate. 10. A method for manufacturing a semiconductor laser device according to 9. 複数の半導体レーザを備える半導体レーザ装置と、前記半導体レーザ装置から出射された光が光情報記録媒体により反射された反射光を分岐する光分岐手段と、前記光分岐手段により分岐された光を受光する受光素子とを備えた光ピックアップ装置において、
前記半導体レーザ装置は、請求項1〜7のいずれかに記載の半導体レーザ装置が用いられていることを特徴とする光ピックアップ装置。
A semiconductor laser device comprising a plurality of semiconductor lasers; a light branching means for branching the reflected light reflected by the optical information recording medium; and a light split by the light branching means. In an optical pickup device comprising a light receiving element that
An optical pickup device using the semiconductor laser device according to claim 1 as the semiconductor laser device.
前記受光素子は、前記半導体レーザ装置と同じ基板上に配されていることを特徴とする請求項11に記載の光ピックアップ装置。 12. The optical pickup device according to claim 11, wherein the light receiving element is disposed on the same substrate as the semiconductor laser device. 前記半導体レーザ装置は、異なる波長のレーザ光を出射する半導体レーザ装置であり、前記受光素子は、前記光分岐手段により回折された異なる波長の光を同一の受光素子により受光する位置に配されていることを特徴とする請求項11または12に記載の光ピックアップ装置。 The semiconductor laser device is a semiconductor laser device that emits laser light of different wavelengths, and the light receiving element is disposed at a position where the same light receiving element receives light of different wavelengths diffracted by the light branching means. The optical pickup device according to claim 11 or 12,
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