JP3209654B2 - エンコーダ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザの可干渉
性を利用し、位置決めまたは変位センサならびにマイク
ロマシンに使用するエンコーダに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体レーザの可干渉性を利用し
たエンコーダは、発明者らが発表した論文「改善された
集積形マイクロエンコーダの作製（Fabrication of Adv
ancedintegrated Optical Micro-encoder）」（アイ・
イー・イー・イー主催国際会議：マイクロ・エレクトロ
・メカニカル・システムス、（Proc. of I. E. E. E.：
Micro Electro Mechanical Systems）大磯・日本（１９
９４年））に記載されている（図１６）だけであり、半
導体レーザ、光導波路、マイクロレンズおよびレンズ後
方端面に設けた９０度位相シフト膜とから構成されてい
た。この種のエンコーダの設計変更、作製、評価を繰り
返し行ってみると、マイクロレンズがなくても光導波路
の最適設計により、レンズと同等の効果を光導波路にも
たせることが可能であること、すなわち、水平および垂
直方向のビームを平行にしようとするレンズの作用を、
光導波路にもたせることができるということが判った。
レンズの作製は厚さ１０数ミクロンと厚い上に、垂直方
向のビームも制御する必要があるために、屈折率を厚み
方向に変化させることが必要であった。また、マイクロ
レンズの後方端面半分にポリイミド導波路とは異なる屈
折率膜を、光路差が波長の９０度位相分付くように堆積
したが、この方法はわざわざ堆積を行うという工程が増
すばかりでなく、後方端面に付着させた膜の厚さを制御
すること、および選択的に後方端面の半分に付着させる
ことが技術的に容易でなく、マイクロレンズが必要な場
合にはそれでも有効であるが、本発明のように導波路の
導入によってマイクロレンズが不必要になった場合は、
そのレンズの有効性が大幅に減少する。このように、前
記論文ではマイクロレンズの後方端面半分に屈折率が高
い膜を形成させて実現しているが、工程数が増大する上
に、非常に注意深いレンズ堆積を必要とすることもあ
り、歩留まりの低下を引き起こす原因になっていた。一
方、歩留まりの向上もさることながら、さらに小さくし
て１基板において作製できるエンコーダチップの数を増
すこと、すなわち集積度を高めることによりコスト低減
をはかる要求や、小型化の限界を克服することが望まれ
ている。

【０００３】また、エンコーダに対する要求は使用する
立場によってさまざまであり、使用する半導体レーザも
種々のものを用いたいという要求があるため、半導体レ
ーザをモノリシックで作製する技術がなくても使用でき
る方法も強く望まれている。従来の方法では、半導体レ
ーザおよびホトダイオードなどの光素子をモノリシーク
しているために、レーザ光を出射する端面、すなわちエ
ッチドミラーをドライエッチングで作製する必要があ
る。しかし、種々の半導体レーザに対して良好なエッチ
ドミラーを形成できるドライエッチング技術が、必ずし
も確立しているわけではないため、その使用する半導体
レーザの種類は限定されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、マイクロレ
ンズを新たに設けなくても光導波路自身にレンズ機能を
もたせるとともに、マイクロレンズの後方端面の半分に
従来設けていた９０度位相シフト膜の作製工程を省略
し、集積度を上げてさらに小型にし、種々の半導体レー
ザにも使用できるエンコーダを得ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記問題点を解決して目
的を達成するために、半導体レーザと、該半導体レーザ
の両端面から出射した光ビームを導く膜状の光導波路
と、前記光ビームによる回折光の干渉位置に配置したホ
トダイオードとを同一基板上に形成したエンコーダにお
いて、前記光導波路の半導体レーザと反対側の端面の半
分に、光導波路の長手方向に対し光路長差が光の波長の
（４分の１＋整数）倍になる段差を設ける。

【０００６】また、光導波路の途中に凸面鏡と凹面鏡と
を有することによって目的が達成される。

【０００７】

【作用】本発明においては、光ビームの半分を９０度位
相シフトさせるために、位相シフタ形成工程を追加せず
に光導波路先端に段差を設けて９０度位相シフトをもた
せることができる。また、レンズがないため、工程数の
減少が可能であり、レンズを透過する際の光の減衰が少
ないために、レンズと光導波路との接続損失も少なく、
これらのことからエンコーダのＳ／Ｎを大幅に向上でき
る。さらに、半導体レーザの種類の制約を取り除くと同
時に、エッチドミラー形成技術を不要にする方法も可能
にすることができ、さらに小型なエンコーダの実現が可
能になった。

【０００８】

【実施例】つぎに本発明の実施例および本発明に関連す
る参考例を図面とともに説明する。図１は本発明による
エンコーダの第１実施例を示す図で、（ａ）は斜視図、
（ｂ）は平面図、図２は前記実施例の製造工程を示す図
で、（ａ）は半導体レーザとホトダイオードを示す図、
（ｂ）および（ｃ）は（ａ）の拡大図におけるＡ−Ａ′
およびＢ−Ｂ′の各断面をそれぞれ示す図、図３は光導
波路の下部クラッド層の形成を示す図で、（ａ）は前記
Ａ−Ａ′断面、（ｂ）は前記Ｂ−Ｂ′断面をそれぞれ示
す図、図４はコア形成工程を示し、（ａ）および（ｂ）
は前記Ａ−Ａ′およびＢ−Ｂ′断面を示す図、図５は半
導体素子端面の処理を示し、（ａ）および（ｂ）は前記
Ａ−Ａ′、Ｂ−Ｂ′断面を示す図、図６は上部クラッド
層の形成を示し、（ａ）および（ｂ）は前記Ａ−Ａ′、
Ｂ−Ｂ′断面を示す図、図７は光導波路の形成工程を示
し、（ａ）および（ｂ）は前記Ａ−Ａ′およびＢ−Ｂ′
断面を示す図、図８は光出射部から出射するレーザ光の
状態を説明する図、図９は光導波路における段差を説明
する図、図１０は本発明に関連する第１参考例を示す図
で、（ａ）は平面図、（ｂ）および（ｃ）は光導波路に
沿う断面Ｂ−Ｂ′および前記導波路と直交する方向の断
面Ｃ−Ｃ′を示す図、（ｄ）および（ｅ）は光導波路端
部における前記Ｂ−Ｂ′およびＣ−Ｃ′の断面を示す
図、（ｆ）は凸状先端のＣ−Ｃ′断面図、図１１は本発
明の第２実施例を示す図、図１２は本発明に関連する第
２参考例を示す図、図１３は本発明に関連する第３参考
例におけるそれぞれ工程を（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示
す図、図１４は本発明に関連する第４参考例を示す図
で、（ａ）はあらかじめ形成する溝を示す図、（ｂ）は
前記溝のＣ−Ｃ断面図、（ｃ）は下部クラッド層の堆積
を示す図、（ｄ）は前記下部クラッド層の上部を研磨し
た状態を示す図、（ｅ）は上部クラッド層を形成した状
態を示す図、（ｆ）は光導波路の形成を示す図、（ｇ）
は電極を形成した状態を示す図、（ｈ）は半導体レーザ
およびホトダイオードをボンディングした状態をそれぞ
れ示す図、図１５は本発明に関連する第５参考例を示す
図である。

【０００９】第１実施例 本発明の第１実施例を図１に示す。（ａ）は斜視図であ
り（ｂ）は平面図である。モノリシック形成した半導体
レーザ１およびホトダイオード２と光導波路３とにより
構成されている。本発明の光結合装置をエンコーダとし
て実現するためには、まず、酸二無水物６ＦＤＡと有機
ジアミンＴＦＤＢの共重合により得られた６ＦＤＡ／Ｔ
ＦＤＢと、同様にして得られたＰＭＤＡ／ＴＦＤＢの混
合比を変えた２種類のふっ素化ポリイミド（両者の屈折
率は１．５３３と１．５４１の屈折率差Δｎ＝０．００
８）の重合体を作製しておく。１個の半導体レーザと２
つのホトダイオード２を作製した。これらのモノリシッ
クに作製した半導体レーザと２つのホトダイオードとは
もちろん同じ構造であり（図２（ａ））、最終工程の基
板裏面にオーミックコンタクト電極を形成したのち、半
導体レーザの場合は図２（ｂ）に示す電極１５から電流
を流し、オーミックコンタクト１２を通じて表面から裏
面オーミック電極１８へと半導体レーザ１に電流を注入
することになる。ホトダイオードの場合は、スケールか
ら回折した２つの回折光の干渉光を受光すると、ホトダ
イオードの電極から電流が流れる。半導体レーザのエッ
チドミラー（出射端面）１４は活性層１１より下５．５
μｍ、上２．５μｍの計８μｍの深さを有するように、
純塩素の反応性ガスを用いてエッチングにより形成し
た。つぎに、光導波路３の下部クラッド層３１を形成す
るため、屈折率１．５３３のふっ素化ポリイミドを塗布
したのちベークをして、脱水反応をおこさせた（図３
（ｂ））。この厚さは半導体レーザ端面近傍を除いて
は、目標４μｍに対して３．９μｍであった。引き続い
て、コア層３２を形成するために、クラッド層３１とは
異なる屈折率１．５４１のふっ素化ポリイミド材を図４
に示すように塗布・焼結した。この場合、屈折率差Δｎ
が０．００８と小さく制御できることを考慮して、シン
グルモードを得るコアの厚さが３．５μｍであるため、
このときのコアの厚み目標を３μｍとしたが、実際も目
標通り３．０μｍであった。この後、光を導波するため
の伝搬路を、酸素プラズマにさらされた部分がＳｉＯ_２
に変化する感光性レジストであるＳＰＰ（Ｓilicone-ba
ced positive photoresist）レジスト４を用いてホトリ
ソグラフしたのち、酸素ガス雰囲気中で半導体光素子の
端面近傍に発生する斜面部分３３を、図５（ｂ）に示す
ように取り除いた。その時のエッチング深さは多少オー
バぎみで４μｍであった。コア端面と半導体光素子端面
１４との間に１０μｍの隙間（ギャップ）３５を形成し
た。この反応性エッチングにおいて、下部クラッド層３
１は半導体光素子上に残された状態になっている。した
がって、本実施例のようにコアをオーバエッチングして
も半導体レーザ端面がふっ素化ポリイミドで覆われてい
るため、エッチングの際のイオン衝撃を半導体端面が受
けることはないから、半導体レーザの特性劣化を生じな
い。また、コア層３２の中心はエッチングの底面から
５．４μｍで、活性層１１の高さ５．５μｍとのずれは
０．１μｍしかなく、コアが３μｍと厚いために、半導
体レーザから出射したビームは十分にコア内へ伝達して
いく。その後、再びクラッド層材を下層クラッド形成と
同様の手順で塗布・焼結して上層クラッド層３４を作製
すると同時に、半導体光素子とコアとの間にあるギャッ
プ３５を図６（ｂ）に示すように埋めた。ふっ素化ポリ
イミドの粘度が高いために平坦化にも有効で、塗布しベ
ーク後に、半導体レーザ端面付近のギャップ部段差は大
幅に減少した。この３層構造のふっ素化ポリイミドを、
その前に作製した半導体レーザ１と光軸が合致した光導
波路３とするために、ＳＰＰレジスト４を用いたホトリ
ソグラフ技術と酸素プラズマによる反応性イオンエッチ
ング加工で、９０度位相シフタ以外は対称であるパタン
により、図７に示すような光導波路３を形成した。この
光導波路加工において、従来の全反射ミラー８０を形成
する以外に、図１（ｂ）に示すように、導波路３の先端
を凸状のレンズ形状８３とし、導波路３の中心付近にお
いて光の進行方向に設ける段差３６の加工を同時に行っ
た。前記凸状レンズ８３の形状は次式で表わす２次曲線
のパタン形状にした。 Ｙ＝ｃｘ^２/[１＋√（１−ｃ^２・ｍ・ｘ^２）] ただし、座標はレンズ形状先端を原点にしてＸ、Ｙ軸を
図１（ｂ）に示すようにした。また、その段差は光路長
差がその光軸を境に、光の波長の（４分の１＋整数）倍
になるようにした。導波路先端に設ける段差ｄは、大気
中の波長をλとすればｄ（ｎ−１）＝｛（１／４）＋整
数ｍ｝・λの関係から求められる。本実施例ではｍ＝１
を選んでｄ＝１．９４μｍ（ｎ＝１．５４）の段差にす
ることにした。このようにレンズ形状のエッチングや段
差導波路作製では、従来の導波路エッチングにおけるマ
スクパタンが異なるだけで、従来の導波路作製工程での
９０度位相シフト膜やレンズと同じ機能が同時に実現で
き、従来の９０度位相シフトやレンズの形成工程は全く
不要になった。さらに、３層のポリイミド層をエッチン
グすると同時に、電極パッド１５の上にあるポリイミド
層も図７（ａ）のように窓開けする。酸素プラズマでエ
ッチングするとＡｕなどはエッチレートが小さいために
ストッパとして機能し、窓開けされた電極パッド１５が
容易に形成される。裏面を薄片化研磨して厚さ約１００
μｍにし、裏面オーミック電極１８を図８に示すように
形成後、銅ヘッダにボンディングされたＳｉのヒートシ
ンクに、このエンコーダチップをＡｕＳｎはんだで加熱
ボンディングした。ヒートシンクにボンディングした状
態でレーザ部に電流を流すと、光出射部１４から出射す
るレーザ光５は、図８（ｂ）に示すようにクラッド層３
１および３４の一部を通過してコア３２に入射し、途中
で全反射ミラー８０で反射され、２次曲線で表わされる
レンズ形状にエッチングされた導波路先端でコリメート
され、図１（ｂ）に示したような平行光線５１が得られ
た。エンコーダ本体と離しておいたスケール６（図１
（ａ））に入射させる。９０度位相シフタ以外は左右対
称に形成されているため、導波路３からは２つの平行光
線で出射される。一方の導波路３の半分に段差３６を設
けて９０度位相差を形成しているため、前記スケール６
で１次回折した光が２つのホトダイオードで干渉して検
出される場合に、両者のホトダイオードで検出されるス
ケールの１ピッチ移動に対して、２つの周期を有する正
弦波信号ＩＡ、ＩＢの位相が図９に示すように９０度異
なることから、スケールとエンコーダの相対変位だけで
なく方向も検出される。実際、段差が９０度ちょうどの
位相が得られなくても（そのときの９０度からの誤差を
δとして図９に示す）、２つのホトダイオードで得られ
る信号の差と和をとることによって、９０度きっかりの
位相差が得られることを、理論的にも実験でも確認し
た。本実施例では、サブミリオーダのエンコーダチップ
が、単に半導体レーザ作製のプレーナ技術とふっ素化ポ
リイミド導波路作製技術だけで、２インチ基板において
歩留まり６０％で約１２３０個が同時に形成できた。

【００１０】第１参考例 本発明に関連する第１参考例を図１０に示し、（ａ）は
完成図、（ｂ）および（ｄ）は光導波路に沿うＢ−Ｂ′
断面、（ｃ）、（ｅ）、（ｆ）は光導波路に直交するＣ
−Ｃ′断面につき、それぞれの工程における状態を示す
図である。本参考例の光結合装置であるエンコーダを実
現するためには、第１実施例と同様にして光導波路３の
コア３２までを作製した。その後、光を導波するための
伝搬路をＳＰＰレジスト４を用いてホトリソグラフした
のち、酸素ガス雰囲気中で直状の半導体光素子の端面近
傍に発生する斜めの部分の他に、導波路の光軸から半分
の一部を、（ｂ）および（ｃ）に示すように反応性エッ
チングで除去し、第１実施例と同じコア端面と半導体光
素子端面との間に１０μｍの隙間（ギャップ）３５を形
成すると同時にコアをエッチング除去するとともに、穴
７１を形成する。その後、再度クラッド層材３４を下部
クラッド層３１形成と同様の手順で塗布・焼結して上部
クラッド層３４を作製すると同時に、半導体光素子とコ
アとの間にあるギャップ３５およびコアが除去された穴
７１を（ｄ）および（ｅ）のように埋めることにより、
９０度位相シフタ７２を形成した。ふっ素化ポリイミド
の粘度が高いことから、この上部クラッド層３４と同じ
材質で埋められ、段差は僅か０．２μｍでほぼ平坦化さ
れた。この３層構造のふっ素化ポリイミドを、先に作製
した半導体レーザと光軸が合致した光導波路とするため
に、ＳＰＰを用いたホトリソグラフ技術と酸素プラズマ
による反応性イオンエッチング加工で、第１実施例と同
じように先端を凸状のレンズ形状８３にした光導波路３
を形成した（図１０（ａ））。

【００１１】同時に、全反射ミラーも第１実施例と同様
にレンズ形状のエッチングや導波路作製により備えら
れ、従来の９０度位相シフトやレンズ形成工程は全く不
要になった。また、エンコーダとしての特性は第１実施
例と同様に得られた。

【００１２】第１参考例では直状の半導体レーザと２つ
の全反射鏡を有する各光導波路からなるエンコーダにつ
いて記載したが、この参考例の導波路に形成した９０度
位相シフタはＶ型半導体レーザと１つの全反射鏡を有す
るエンコーダについても、同様なことが実現できる。

【００１３】第２実施例 本発明の第２実施例を図１１に示す。第１実施例に示し
た光導波路作製工程において、ドライエッチングを行う
際に、第１参考例におけるふっ素化ポリイミド導波路
の、全反射８１を内側に凸状を形成した鏡面８４とし、
全反射８２を凹面鏡８５とした。このようにすることに
より導波路の長さが短く、しかも広い平行なビームが導
波路端面から出射され、導波路端面部分を凸状にしなく
ても平行なビームが得られた。より強力な光を導波路端
面から出射させるために、凸面鏡のエッチング面にＡｌ
やＡｕをコートして反射率を高くしておくとよい。この
方法により、直状の半導体レーザを用いたエンコーダ
で、最も小さいエンコーダを実現することができた。

【００１４】第２参考例 本発明に関連する第２参考例を図１２に示す。第１実施
例における導波路作製のドライエッチング工程で、全反
射鏡８０の部分を内側に凸面鏡８４を形成することによ
りビームを拡げ、光導波路先端を外側に向けて凸状８３
とすることにより平行ビームにすることができた。片方
の光導波路先端には段差３６を第１実施例と同様に形成
した。

【００１５】第３参考例 本発明に関連する第３参考例を図１３に示し、（ａ）〜
（ｃ）にそれぞれの工程を示す。半導体基板ではなく、
ヒートシンクとして機能するＳｉに厚さ約１μｍの熱酸
化膜６を形成した基板上に、半導体レーザおよび２分割
ホトダイオードをボンディングするための電極パタン１
０を（ａ）のように形成した。電極としては、下地との
密着性を高めるために、Ｃｒを数十〜数百オングストロ
ームつけたのちＡｕを堆積した。第１実施例と同様に、
ふっ素化ポリイミドのクラッド、コア、クラッドの３層
を形成したのち、ＳＰＰをマスクにして酸素プラズマで
ドライエッチングして光導波路３を（ｂ）のように作製
した。コアの中心高さが半導体レーザおよびホトダイオ
ードの活性層の中心部の高さにほぼ一致するように、下
部クラッド層の厚さとコア層の厚さを決定した。具体的
にいうと、下部クラッド層の厚さを５μｍ、コア層の厚
さを４μｍにした。半導体レーザおよびホトダイオード
などの半導体光素子の活性層深さを表面から４．５μｍ
にして、表面の電極厚さを０．５μｍ、ＡｕＳｎはんだ
膜を厚さ２μｍＥＢ蒸着により堆積した。光導波路３の
先端は凸面のレンズ形状８３に形成し、先端において平
行光線にした。片方の光導波路の先端にはさらに９０度
の位相差を形成するために段差３６を設け、光導波路３
の途中には反射鏡８１および８２に２個所設けた。その
後、直状の半導体レーザチップ３０１および導波路形の
２分割ホトダイオードチップ３０２を、（ｃ）に示すよ
うに数μｍ精度でボンディングした。はんだ膜を形成し
た半導体レーザおよびホトダイオードチップのチップの
大きさの精度を決定する劈開精度は１０μｍの精度しか
得られないので、光導波路間のギャップは２０〜３０μ
ｍ程余裕をみて作製した。活性層の高さ位置精度はチッ
プの結晶成長の膜厚精度で決まる、活性層の深さ、電極
およびはんだ厚さにより左右され、いずれもサブμｍ精
度範囲の制御が可能なため、ジャンクションダウン（表
面を下にして）で置き加熱するだけで、問題なくボンデ
ィングできる。基板と平行な方向は数μｍ精度でボンデ
ィングすればよいので問題はない。この構造および方法
だと、半導体レーザおよびホトダイオードのボンディン
グ工程は第１実施例と比べて増えるものの、既にベース
にヒートシンクが使用されているために、エンコーダを
さらにヒートシンクにボンディングする必要がない。ま
た、半導体レーザおよびホトダイオードの活性層が露出
している面をエッチングで形成する必要がなく、通常の
劈開を行えばよいので、エッチング技術がない場合でも
信頼性が高く長寿命のエンコーダを得ることができる。
もちろん、本来の目的である種々の半導体レーザの実装
の要求を実現することができた。

【００１６】第４参考例 本発明に関連する第４参考例を図１４に示す。図１４
（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１００の導波路を形成し
ようとする個所に、水酸化カリウムなどのエッチャント
により約２０μｍの深さの溝９１を（ｂ）のように形成
しておき、この上にＳｉＣｌ_４を主成分としてＧｅＣｌ
_４、ＴｉＣｌ_４などのドーパントを加えた原料を、酸水
素炎で燃焼すなわち火炎加水分解反応して得られる微粒
子を焼結する方法や、ＥＢ蒸着により石英系下部クラッ
ド層１１０を（ｃ）のように堆積し、（ｄ）のように研
削および研磨して平坦にしておく。この上に、後で活性
層の位置とコア層の高さを合わせる目的で、下部クラッ
ド層と同組成のガラス膜１１０′を堆積する。その上に
コア層１１１、上部クラッド層１１２を（ｅ）に示すよ
うに形成した。第３参考例と同様に導波路形状のパタン
のマスクで、ＣＦ系反応性ガスのドライエッチングによ
り光導波路を（ｇ）に示すように形成した。その後、熱
酸化しＳｉＯ_２絶縁膜９を形成したのち、第３参考例と
同様にして電極１０を形成し、劈開ずみのチップの半導
体レーザ３０１およびホトダイオード３０２を（ｈ）に
示すようにボンディングした。この構造は基本的に第３
参考例と同じで、光導波路の材料がポリイミドから石英
系に変っただけである。石英系はＳｉ基板と同時に研削
が可能であるため溝部への充填ができ、その充填深さの
分だけ下部クラッド層の厚さを厚くできるために、コア
を伝達する光がにじんで下部クラッド層の下地基板（本
参考例ではＳｉ基板）へ漏れることがなく、光導波路の
損失を小さくできた。また、半導体レーザの基板として
はＧａＡｓ基板を使用したが、ＩｎＰなどの高波長用の
基板でも同様であり、本参考例は半導体レーザの基板の
種類を限定するものではない。

【００１７】第５参考例 本発明に関連する第５参考例を図１５に示す。本参考例
は基本的に変位を測定するだけで、方向の検出は不可能
な構造であり、第１実施例と比べてみると本参考例では
ホトダイオードが２つ以上があるが、ホトダイオードは
１つで十分である。また、両光導波路３の先端とも段差
等を形成する必要がない。もちろん、この場合はホトダ
イオード２１は１つでしかも中央部に存在しているため
に、ホトダイオード２１で得られる信号の強度は非常に
大きい。このホトダイオードの信号は、光導波路先端を
凸状８３にして、伝搬ビームの広がりを小さくすればす
る程Ｓ／Ｎが大きくなる。

【００１８】

【発明の効果】上記のように本発明によるエンコーダ
は、半導体レーザと、該半導体レーザの両端面から出射
した光ビームを導く膜状の光導波路と、前記光ビームに
よる回折光の干渉位置に配置したホトダイオードとを同
一基板上に形成したエンコーダにおいて、前記光導波路
の半導体レーザと反対側の端面の半分に、光導波路の長
手方向に対し光路長差が光の波長の（４分の１＋整数）
倍になる段差を設けたことにより、半導体レーザおよび
ホトダイオードの光素子と光導波路との一体化だけによ
って、方向検出可能な超小型のエンコーダが実現でき
る。また、ヒートシンクにもなるＳｉ、ＡｌＮ基板をベ
ースにすることにより、エンコーダのヒートシンク実装
工程が減少する。さらに、凸面凹面鏡をもつ光導波路に
より、小型化が可能で、１基板から作製できるエンコー
ダチップの数を増大しコストの低減ができる。また、光
導波路を作製したのちに半導体光素子をボンディングす
ることができるので、種々の半導体レーザが使用でき、
エッチドミラーの形成技術を不要にすることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるエンコーダの第１実施例を示す図
で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。

【図２】前記実施例の製造工程を示す図で、（ａ）は半
導体レーザとホトダイオードを示す図、（ｂ）および
（ｃ）は前記（ａ）の拡大図におけるＡ−Ａ′およびＢ
−Ｂ′の各断面をそれぞれ示す図である。

【図３】光導波路の下部クラッド層の形成を示す図で、
（ａ）は前記Ａ−Ａ′断面、（ｂ）は前記Ｂ−Ｂ′断面
をそれぞれ示す図である。

【図４】コア形成工程を示し、（ａ）および（ｂ）は前
記Ａ−Ａ′およびＢ−Ｂ′断面を示す図である。

【図５】半導体素子端面の処理を示し、（ａ）および
（ｂ）は前記Ａ−Ａ′およびＢ−Ｂ′断面を示す図であ
る。

【図６】上部クラッド層の形成を示し、（ａ）および
（ｂ）は前記Ａ−Ａ′およびＢ−Ｂ′断面を示す図であ
る。

【図７】光導波路の形成工程を示し、（ａ）および
（ｂ）は前記Ａ−Ａ′およびＢ−Ｂ′断面を示す図であ
る。

【図８】光射出部から出射するレーザ光の状態を説明
し、（ａ）および（ｂ）は前記Ａ−Ａ′およびＢ−Ｂ′
断面を示す図である。

【図９】光導波路における段差を説明する図である。

【図１０】本発明に関連する第１参考例を示す図で、
（ａ）は平面図、（ｂ）および（ｃ）は光導波路に沿う
断面Ｂ−Ｂ′および前記導波路と直交する方向の断面Ｃ
−Ｃ′を示す図、（ｄ）および（ｅ）は光導波路端部に
おける前記Ｂ−Ｂ′およびＣ−Ｃ′の断面を示す図、
（ｆ）は光導波路の凸状先端を示すＣ−Ｃ′断面図であ
る。

【図１１】本発明の第２実施例を示す図である。

【図１２】本発明に関連する第２参考例を示す図であ
る。

【図１３】本発明に関連する第３参考例におけるそれぞ
れの工程を（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す図である。

【図１４】本発明に関連する第４参考例を示す図で、
（ａ）はあらかじめ形成する溝の平面図、（ｂ）は前記
溝のＣ−Ｃ断面図、（ｃ）は下部クラッド層の堆積を示
す図、（ｄ）は上部を研磨した状態を示す図、（ｅ）は
上部クラッド層を形成した状態を示す図、（ｆ）は光導
波路の形成を示す図、（ｇ）は電極を形成した状態を示
す図、（ｈ）は半導体レーザおよびホトダイオードをボ
ンディングした状態を示す図である。

【図１５】本発明に関連する第５参考例を示す図であ
る。

【図１６】従来のマイクロエンコーダを示す斜視図でぁ
る。

【符号の説明】

１、３０１ 半導体レーザ ２、２１、３０２ ホトダイオード ３ 光導波路 １１ 活性層 ３６ 段差 ８３ 凸状端面 ８４ 凸面鏡 ８５ 凹面鏡

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 31/12 Ｇ０２Ｂ 6/12 Ｂ (56)参考文献 特開 平６−194189（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−291523（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01D 5/26 - 5/38 G01B 11/00 - 11/30

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体レーザと、該半導体レーザの両端面
   から出射した光ビームを導く膜状の光導波路と、前記光
   ビームによる回折光の干渉位置に配置したホトダイオー
   ドとを同一基板上に形成したエンコーダにおいて、前記
   光導波路の半導体レーザと反対側の端面の半分に、光導
   波路の長手方向に対し光路長差が光の波長の（４分の１
   ＋整数）倍になる段差を設けたことを特徴とするエンコ
   ーダ。
2. 【請求項２】前記光導波路は、該光導波路の途中に凸面
   鏡と凹面鏡とを有することを特徴とする請求項１記載の
   エンコーダ。