JP2915345B2 - 光検出器一体型表面光レーザとこれを用いた光ピックアップ装置 - Google Patents

光検出器一体型表面光レーザとこれを用いた光ピックアップ装置

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JP2915345B2 JP10288796A JP10288796A JP2915345B2 JP 2915345 B2 JP2915345 B2 JP 2915345B2 JP 10288796 A JP10288796 A JP 10288796A JP 10288796 A JP10288796 A JP 10288796A JP 2915345 B2 JP2915345 B2 JP 2915345B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は表面光レーザ(VC
SEL;vertical cavity surface emitting laser)と
これを用いた光ピックアップ装置に係り、さらに詳細に
は単一半導体基板上に光源、モニター用光検出器及び主
光検出器が一体に積層されて形成された光検出器一体型
表面光レーザとこれを用いた光ピックアップ装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】一般に表面光レーザはエッジ発光レーザ
とは異なり積層された半導体層に対して垂直方向に光を
出射する。また、エッジ発光レーザに比べて円形光に近
いガウス形状のビームを出射するので、出射光の形状補
正のための光学系が不要である。そして、その表面光レ
ーザの大きさを小型とすることができ、単一半導体ウェ
ーハ上に複数の表面光レーザの集積が可能なので、その
装置の二次元的な配列が容易である。したがって、電子
計算機、音響映像機器、レーザプリンタ、レーザスキャ
ナ、医療装備及び通信分野などの光応用分野で広く用い
られる。
【0003】しかしながら、この表面光レーザを用いた
光源は基板に垂直に上下方向に光をを出射し、その出射
面のうち一面が基板に結合されているので、出射光を調
節するために使用されるモニター用光検出器の設置が困
難である。これを解決するために、従来は光源の駆動
時、側面に方向性がなく発散される側面自発光を受光す
るように前記光源の周りを取り囲む環状の光検出器を設
けたり、光源として用いられる表面光レーザの上面に平
板型の光検出器を設けた。
【0004】従来の表面光レーザを用いた光源及びモニ
ター用光検出器の組立体が米国特許第5,285,46
6号(FEEDBACK MECHANISM FOR VERTICAL CAVITY SURFA
CE EMITTING LASERS)に開示されている。図1を参照し
てその構造と動作を説明する。この光源及びモニター用
光検出器の組立体は半導体基板10と、該基板10上に
集積されて順方向のバイアス電圧の印加により光を発散
する光源12と、該光源12の側面に発散する自発光を
吸収する環状のモニター用光検出器14とからなる。前
記モニター用光検出器14には逆方向のバイアス電圧が
印加されたり、又は電圧が印加されない。
【0005】前記光検出器14は前記光源12から発散
される自発光を吸収した後、電気的な信号に変換して前
記光源12の電極にフィードバックすることにより光量
が制御できる。しかしながら、その側面に放出される自
発光は垂直に発散される光量に比例しないだけでなく、
垂直発散光に比べてその出射量が顕著に少なく、光検出
器14における吸収率も悪い問題がある。
【0006】従来の表面光レーザを用いた光源及びモニ
ター用光検出器の組立体の他の例を図2を参照して説明
すれば、次の通りである。この光源及びモニター用光検
出器の組立体は半導体基板20と、該基板20上に形成
された表面光レーザよりなる光源22と、該光源22の
上面に位置されて該光源22から出射される光量をモニ
タリングするモニター用光検出器24とからなる。ここ
で、前記光検出器24は前記光源22から出射される光
の一部は吸収し、残りは透過するようになっている。光
検出器24は吸収される光を検出してモニター用信号に
変換させる。この場合、モニター用として吸収される光
量はそのモニター機能を行うには充分であるが、そのモ
ニター用光検出器24を透過して光記録再生媒体(図示
せず)に入射される光量が顕著に減るという短所があ
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記の短所を
克服するために案出されたものであり、第1の目的はコ
ンパクトな構造で出射される光の利用効率を向上させる
光検出一体型表面光レーザを提供することにある。ま
た、本発明の第2目的は光源、モニター用光検出器及び
主光検出器を一体型に形成した表面光レーザを用いた光
ピックアップ装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記第1の目的を達成す
るために本発明による光検出器一体型表面光レーザは、
半導体基板と、該半導体基板上に積層されて入射される
光を吸収するための真性バッファー層と、前記真性バッ
ファー層上に積層された第1電極層とを有する光検出器
と、前記第1電極層上に積層されて入射される光の大部
分を反射させ、一部を透過させるための第1反射器と、
該第1反射器上に積層されて光を生成するための活性層
と、前記活性層上に積層されて入射される光の大部分を
反射させ、一部を透過させるための第2反射器と、該第
2反射器上に積層され前記第2反射器を通過した光が出
射される空洞を有する第2電極層とを備える光源とを含
み、前記第1電極層の上面には前記光源が位置しない少
なくとも一つの露出面が形成されており、前記露出面上
に前記第1電極層を外部の電源と連結するための端子が
更に備えられていることを特徴とする。
【0009】前記第2の目的を達成するために本発明に
よる光検出器一体型表面光レーザを用いた光ピックアッ
プ装置は、半導体基板と、該半導体基板上に順次に積層
された真性バッファー層と第1電極層とを備える第1光
検出器と、前記第1電極上に順次に積層された第1反射
器、活性層、第2反射器及び空洞を有する第2電極層を
備える光源とを含み、前記第1電極層の上面には前記光
源が位置しない少なくとも一つの露出面が形成されてお
り、前記露出面上に前記第1電極層を外部の電源と連結
するための端子が備えられる表面光レーザと、前記光源
から出射された光を集束して光記録媒体にスポットを形
成するように前記光源と光記録媒体との間に配置された
対物レンズと、前記対物レンズと前記光源との間に位置
し、前記光源側から入射される光経路に対して前記対物
レンズ側から入射される光経路を変更させる光経路変換
手段と、前記光経路変換手段を透過した光を検出する第
2光検出器とを更に含んで構成されることを特徴とす
る。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面に基づき本発
明を詳細に説明する。図3(A)及び図3(B)を参照
して本発明による光検出器一体型表面光レーザの第1実
施例を説明する。表面光レーザは半導体基板30、該基
板30上に積層された光検出器40及び光源50とから
なる。
【0011】半導体基板30は外部電源と電気的に接続
され、n型又はp型の不純物を含有するGaAsのよう
な半導体物質でドーピングされている。また、真性半導
体物質も使用されうる。前記光検出器40は前記半導体
基板30上に積層された真性半導体物質よりなる真性バ
ッファー層41及びn型又はp型の不純物を含有する第
1電極層43を含めてなる。真性バッファー層41の上
下に位置された前記半導体基板30と第1電極層43に
は逆バイアス電圧が印加され、これにより光検出器40
が作動する。すなわち、前記第1電極層43を基準電圧
とするとき、前記半導体基板30に印加される電圧は負
(−)の電圧である。このように逆バイアス電圧の印加
により作動する光検出器40は光源50の底面から出射
される光を吸収して電気的信号に変換させる。この光検
出器40は表面光レーザと同様な積層構造のものが望ま
しく、典型的な受光素子でもよい。かつ、前述したよう
な逆バイアス電圧の印加とは異なり、電圧が印加されな
い場合もある。この場合には前記光検出器40の光検出
の効率が劣る。
【0012】光検出器40はその配置によりモニター用
光検出器及び主光検出器としても用いられるが、これに
ついては後述する。前記光源50は表面光レーザよりな
り、前記第1電極層43を下部電極層として用いる。前
記光源50はレーザ光を生成する活性層53と、該活性
層53の上下面にそれぞれ位置する第1反射器51及び
第2反射器55と、前記第2反射器55上に位置する第
2電極層57とを含めてなる。
【0013】前記第1反射器51は前記第1電極層43
上に位置し、該第1電極層43と同一な不純物半導体で
ある。例えば、前記第1反射器51は不純物を含有する
Al x Ga1-x Asよりなる半導体化合物とGaAsよ
りなる化合物とを交代に積層させることにより形成され
ることができる。第1反射器51は99.6%の高反射
率を有し、前記活性層53から生成された光のうち一部
を透過させる。
【0014】前記第2反射器55は前記第1反射器51
とは異なる型の不純物半導体であり、Alx Ga1-x
s及びGaAsよりなる化合物を積層させて形成され、
前記活性層53から生成された光のうち一部を透過させ
るように略99.6%の反射率を有する。前記第2電極
層57には前記第2反射器55を透過した光が出射され
る空洞58が形成されている。該第2電極層57には前
記第1電極層43に対して正(+)の電圧が外部電源
(図示せず)から端子61を通して印加される。
【0015】一方、前記第1電極層43には外部と電気
的に接続される端子63の設置ができるように所定の露
出面70が備えられている。この露出面70を形成する
ために前記光検出器40上に積層された光源50の一部
が垂直方向に前記第1反射器51まで食刻される。この
ような食刻により前記第1電極層43の上部には前記光
源50が取り除かれた露出面70が形成され、該露出面
70に外部電源光の電気的な接続のための端子63が設
けられる。
【0016】ここで、前記第1電極層43と前記第1反
射器51の境界まで前記光源50を正確に食刻すること
はほぼ不可能であるが、このような不完全な食刻が外部
電源との電気的な接続にはあまり影響を及ぼさない。前
記光源50は印加される電源により垂直方向に所定の波
長を有する光を出射する。かつ、側面へも光が出射され
るが、この側面光は本発明においては用いられない。
【0017】前記光検出器40は前記光源50の下面か
ら出射されて第1反射器51を透過する光を受光して光
源50モニター用として用いる。前記光源50の下面に
出射されて光検出器40で検出される光量はその上面に
出射される光量に比例するので、検出される光量から前
記空洞58を通して出射される光量が得られる。したが
って、前記検出された光量から得られた信号で印加電流
の強度を調節して前記空洞58を通して出射される光量
を調節することができる。
【0018】このように単位半導体基板上に光検出器と
光源を一体に積層することにより、その構造を小型化す
ることができ、出力される光量を精密に制御しうる。本
発明による光検出器一体型表面光レーザの第2実施例を
図4(A)及び図4(B)を参照して説明すれば、次の
通りである。示したように、この表面光レーザは半導体
基板30上に光検出器40と光源50とが積層されてな
る。
【0019】前記半導体基板30、光検出器40及び光
源50は図3(A),3(B)に基づいて説明した第1
実施例と同様な半導体物質及び積層構造でなされてい
る。しかしながら、第1実施例とは異なり、前記光検出
器40の露出面80の広さは前記光源50との接触面の
広さより更に広く形成されている。この露出面80には
前記第1実施例と同様に外部電源との接続のための端子
63が設けられる。また、前記空洞58を通して出射さ
れてディスク(図示せず)の記録面から反射された光が
前記露出面80に入射されるように光学系(図示せず)
を構成し、前記露出面80の下方に光検出器の一部であ
るエラー信号検出用主光検出器49を設ける。
【0020】前記主光検出器49は前記光源50の下方
に位置するモニター用光検出器45と一体に形成されて
いる。すなわち、前記モニター用光検出器45と主光検
出器49は第1電極層43及び真性バッファー層41を
共有し、各光検出器45,49に受光された光信号から
変換された電気的な信号の干渉を抑制するため、前記真
性バッファー層41には電気的に遮断可能な遮断膜82
が形成されている。この遮断膜82により前記モニター
用光検出器45を構成する真性バッファー層41と前記
主光検出器49を構成する真性バッファー層41とに分
けられる。
【0021】前記遮断膜82は前記半導体基板30上に
真性バッファー層41を成長させた後、食刻又はイオン
注入などを通して形成される。この工程後、真性バッフ
ァー層41の上部に前述したように第1電極層43及び
光源50が形成される。前記モニター用光検出器45は
光源50の下面から受光される光を検出する。反面、前
記主光検出器49は光源50の上面から放出されて、例
えば、光ディスク(図示せず)から反射される光を検出
し、少なくとも二分割されて各分割部で受光される光量
の差に応じてエラー信号、即ち、フォーカスエラー信号
とトラッキングエラー信号を検出する。この各分割部の
境界部84も前記遮断膜82と同様に食刻又はイオン注
入などの手段で形成することができる。
【0022】したがって、光源50とモニター用光検出
器45と、主光検出器49を一体に形成することによ
り、表面光レーザをコンパクトな構造とすることができ
る。本発明による光検出器一体型表面光レーザの第3実
施例を図5(A)及び図5(B)に基づいて説明する。
図示したように、この表面光レーザは半導体基板30、
該基板30上に順次に積層されて形成された光検出器4
0及び光源50からなる。
【0023】前記半導体基板30、光検出器40及び光
源50は前述した第1,2実施例と同一な物質及び層構
造を有しており、特に第2実施例と類似な構造を有す
る。一方、本実施例では第2実施例とは異なり、前記第
1露出面90の反対側の第1電極層43の上には所定の
広さの第2露出面95が第1露出面90と同一な方法で
形成されている。この第2露出面95に端子63が設け
られる。本実施例におけるモニター用光検出器46、主
光検出器49、遮断膜82及び境界部84の構成及び作
用は第2実施例と同一である。
【0024】このように、電源接続端子63を主光検出
器49上の第1露出面90と離隔して設けることによ
り、前記端子63が前記主光検出器49に与える電気的
な影響を排除することができる。本発明による光検出器
一体型表面光レーザの第4実施例を図6(A)及び図6
(B)に基づいて説明すれば、次の通りである。
【0025】第1乃至第3実施例で前述したように、こ
の表面光レーザも半導体基板30、該基板上に順次に積
層された光検出器40及び光源50よりなる。ここで、
光検出器40は、前記光源50の下方に位置したモニタ
ー用光検出器47と、前記光源50と第1電極層43と
の接触面より広く形成された、即ち、光源50の左右側
に形成された第1,2露出面90a,90bの下方に位
置する主光検出器49a,49bとに分けられる。
【0026】前記第1,2露出面90a,90bは光源
50を前記光検出器40上に積層して形成した後、前記
光源50の両側を食刻することにより形成される。主光
検出器は前記第1,2露出面90a,90bを通して受
光される光からエラー信号を検出するように第1主光検
出器49aと第2主光検出器49bとからなる。前記主
光検出器は必要によって二つ以上備えられる場合もあ
る。
【0027】また、前記光源50の下方に位置するモニ
ター用光検出器47と前記第1及び第2主光検出器49
a,49bを外部電源と接続させるために、図6(B)
に示したように光源の前方又は後方に第3露出面95が
形成され、該第3露出面95に外部電源との接続のため
の端子63が設けられる。前記第3露出面95は前記光
源50を四角形を含む多角形又は円形に食刻することに
より形成される。
【0028】本実施例において、説明しなかった構成要
素の構成と作用は第1及び第3実施例では、次の通りで
ある。本発明による光検出器一体型表面光レーザを用い
た光ピックアップ装置の第1実施例を図7に基づいて説
明する。光ピックアップ装置は光記録媒体120に情報
を記録/再生する装置であって、示したように光源50
と光記録媒体120との光経路上に位置する回折手段1
00と、対物レンズ110及び前記光記録媒体120か
ら反射された光からエラー信号と情報信号を検出する主
光検出器130と、ベース150とを含めて構成され
る。前記光源50は図3(A)及び図3(B)により説
明したモニター用光検出器40一体型表面光レーザであ
る。
【0029】前記回折手段100は前記光源50側から
入射する光は直進透過させ、前記対物レンズ110側か
ら入射する光は主光検出器130に向かうようにするパ
ターンで形成されたホログラム素子であることが望まし
い。前記対物レンズ110は光源50から出射された光
を集束して前記光記録媒体120に光スポットが形成さ
れるようにし、前記光記録媒体120から反射される光
を透過させる。
【0030】前記光源50が位置するベース150上に
は、前記光記録媒体120から反射され、前記ホログラ
ム素子100で回折された光を検出する主光検出器13
0が位置する。この主光検出器130は少なくとも二分
割されており、各分割部で受光された光信号からフォー
カスエラー及びトラッキングエラー信号を検出する。ま
た、該主光検出器130は必要によって複数個が備えら
れ、その位置は前記ホログラム素子100で回折された
光が受光できるベース150上の位置ならよい。
【0031】また、前記モニター用光検出器一体型光源
50と、前記主光検出器130は投射窓を有するハウジ
ング140により取り囲まれ、前記投射窓を前記ホログ
ラム素子100で構成することができる。勿論、前記ホ
ログラム素子100は別途の位置に設けられることがで
き、この場合に光源50と光記録媒体120との間にグ
レーティング(図示せず)のような光学系が更に備えら
れる。
【0032】本発明による光検出器一体型表面光レーザ
を用いた光ピックアップ装置の第2実施例を図8に基づ
いて説明する。示したように、この光ピックアップ装置
は光源50及び光検出器一体型表面光レーザと、該表面
光レーザと光記録媒体120との光経路上に位置した回
折手段100と、対物レンズ110とからなる。
【0033】前記光源50は光検出器一体型よりなる表
面光レーザであり、図4(A)と図4(B)により説明
したようなモニター光検出器45及び主光検出器49と
一体に形成されている。前述したように、前記モニター
用光検出器45及び主光検出器49一体型光源50は投
射窓を有するハウジング140により取り囲まれ、前記
投射窓を前記ホログラム素子100とすることが望まし
い。
【0034】本実施例において、他の構成要素の構成と
作用は図7に基づいて説明した第1実施例の場合と同一
なので、詳細な説明は省略する。本発明による光検出器
一体型表面光レーザを用いた光ピックアップ装置の第3
実施例を図9に基づいて説明する。示したように、この
光ピックアップ装置は光源50及び光検出器一体型表面
光レーザと、該表面光レーザと光記録媒体120との光
経路上に位置した回折手段100と、対物レンズ110
とからなる。
【0035】前記光源50と光検出器の構成は図5
(A)と図5(B)により説明したモニター用光検出器
46及び主光検出器49一体型表面光レーザと同一であ
る。本実施例において、他の構成要素は図7及び図8に
示した光学系と同一なので、詳細な説明する省略する。
本発明による光検出器一体型表面光レーザを用いた光ピ
ックアップ装置の第4実施例を図10に基づいて説明す
る。図示したように、この光ピックアップ装置は光源5
0及び光検出器一体型表面光レーザと、該表面光レーザ
と光記録媒体120との光経路上に位置した回折手段1
00と、対物レンズ110とからなる。
【0036】前記光源50と光検出器の構成は図6
(A)及び図6(B)に基づいて説明したモニター用光
検出器47及び主光検出器49a,49b一体型表面光
レーザと同一である。前記回折手段100はホログラム
素子で形成されることが望ましく、少なくとも二つに分
離された主光検出器49a,49bのそれぞれに光記録
媒体120から反射された光が向かうように分割された
パターンを有している。本実施例において、他の構成要
素は図7及び図8に基づいて説明した光学系と同一なの
で、詳細な説明は省略する。
【0037】
【発明の効果】したがって、本発明による光検出器一体
型表面光レーザとこれを用いた光ピックアップ装置は、
光源から出射される光量が減少せず、効率的に制御され
るだけでなく、光検出器を一体に形成することにより、
その構造を簡単にする。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の光検出器一体型表面光レーザの一例を示
した概略斜視図である。
【図2】従来の光検出器一体型表面光レーザの他の例を
示す概略斜視図である。
【図3】(A)及び(B)はそれぞれ本発明による光検
出器一体型表面光レーザの第1実施例を示した断面図及
び平面図である。
【図4】(A)及び(B)はそれぞれ本発明による光検
出器一体型表面光レーザの第2実施例を示した断面図及
び平面図である。
【図5】(A)及び(B)はそれぞれ本発明による光検
出器一体型表面光レーザの第3実施例を示した断面図及
び平面図である。
【図6】(A)及び(B)はそれぞれ本発明による光検
出器一体型表面光レーザの第4実施例を示した断面図及
び平面図である。
【図7】本発明による光検出器一体型表面光レーザを用
いた光ピックアップ装置の第1実施例を示した断面図で
ある。
【図8】本発明による光検出器一体型表面光レーザを用
いた光ピックアップ装置の第2実施例を示した断面図で
ある。
【図9】本発明による光検出器一体型表面光レーザを用
いた光ピックアップ装置の第3実施例を示した断面図で
ある。
【図10】本発明による光検出器一体型表面光レーザを
用いた光ピックアップ装置の第4実施例を示した断面図
である。
【符号の説明】
30 半導体基板 40 光検出器 41 真性バッファー層 43 第1電極層 45,46,47 モニター用光検出器 49 エラー信号検出用主光検出器 49a,49b 第2主光検出器 50 光源 51 第1反射器 53 活性層 55 第2反射器 57 第2電極層 58 空洞 61,63 端子 70,80 露出面 82 遮断膜 84 境界部 90,90a 第1露出面 90b 第2露出面 95 第3露出面 100 回折手段(ホログラム素子) 110 対物レンズ 120 光記録媒体 130 主光検出器 140 ハウジング 150 ベース
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01S 3/18 G11B 7/12 H01L 31/12 JICSTファイル(JOIS)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板と、該半導体基板上に積層さ
    れて入射される光を吸収するための真性バッファー層
    と、前記真性バッファー層上に積層された第1電極層と
    を有する光検出器と、 前記第1電極層上に積層されて入射される光の大部分を
    反射させ、一部を透過させるための第1反射器と、該第
    1反射器上に積層されて光を生成するための活性層と、
    前記活性層上に積層されて入射される光の大部分を反射
    させ、一部を透過させるための第2反射器と、該第2反
    射器上に積層され前記第2反射器を通過した光が出射さ
    れる空洞を有する第2電極層とを備える光源とを含み、 前記第1電極層の上面には、前記光源の一側、前記光源
    の両側、又は前記光源の周りに、前記光源が位置しない
    少なくとも一つの露出面が形成されており、前記露出面
    上に前記第1電極層を外部の電源と連結するための端子
    が更に備えられており、 前記光検出器は前記光源の下方に位置して前記光源の下
    面に出射される光を検出するモニター用光検出器と、前
    記露出面の下方に位置して前記光源の上面から出射され
    る光を検出する主光検出器とからなり、 上記真性バッファー層は、該モニター用光検出器に対応
    する部分と該主光検出器に対応する部分とが遮断膜によ
    って分けられており、且つ、該主光検出器に対応する部
    分が境界部でもって複数に分割されている構成とした
    とを特徴とする光検出器一体型表面光レーザ。
  2. 【請求項2】 前記第1電極層に備えられた端子は、
    記主光検出器に対応する露出面から離隔されて位置する
    ことを特徴とする請求項に記載の光検出器一体型表面
    光レーザ。
  3. 【請求項3】 請求項1又は請求項2記載の光検出器一
    体型表面光レーザと、 前記光源から出射された光を集束して光記録媒体にスポ
    ットを形成するように前記光源と光記録媒体との間に配
    置された対物レンズと、 前記光検出器一体型表面光レーザと前記対物レンズとの
    間に配置され、前記記録媒体から反射され前記対物レン
    ズ側に入射された光の経路を前記主光検出器に 向かうよ
    うに変更させるホログラム素子とを備えた構成としたこ
    とを特徴とする光検出器一体型表面光レーザを用いた光
    ピックアップ装置。
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