JP3558553B2 - 光集積装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、ＬＶＤ（Ｌａｓｅｒ Ｖｉｓｉｏｎ Ｄｉｓｃ）、ＤＶＤ等の記録媒体に記録された情報を光学的に再生し、または記録媒体に情報を光学的に記録する光ピックアップ装置に用いられる光集積装置、及びその製造方法の技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上述のような光ピックアップ装置としては、特開平４−８９６３４号公報に開示されているように、半導体基板上に発光手段として半導体レーザを備えると共に、この半導体基板内に、位相膜層、偏光膜層、回折格子、光導波路、及び第１の受光部を積層形成し、更に光導波路の端部に第２の受光部を設けたものがある。
【０００３】
この光ピックアップ装置においては、半導体レーザから位相膜層に対して所定の俯角でレーザ光が照射されると、レーザ光はこの位相膜層を透過し偏光膜層の表面で反射して光ディスクの情報面に集光投射される。そして、光ディスクの情報面で回折・反射したレーザ光は位相膜層及び偏光膜層を透過し、回折格子に入射する。大部分の反射レーザ光は、この回折格子を透過して基板下方へ向かう透過光となり、残りは光導波路によって伝搬される導波光となる。透過光は、第１の受光部に受光され、この第１の受光部によりトラッキングエラー信号、ＲＦ信号等が生成される。また、導波光は、光導波路の端部に形成された第２の受光部に受光され、この第２の受光部によりフォーカスカラー信号が生成される。
【０００４】
この光ピックアップ装置によれば、各構成手段を半導体基板の製造工程により集積するので、装置全体を小型化できると共に、光量の有効利用効率を向上させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の光ピックアップ装置においては、フォーカスエラー信号を生成するための第２の受光部が、ＲＦ信号等を生成するため第１の受光部及び光導波路と垂直に設けられた特殊な位置関係を有しているため、汎用的な受光デバイスを用いることができないという問題があった。
【０００６】
その結果、この光ピックアップ装置を製造するには、受光部自体を新たに製作する必要があるだけでなく、上述のような特殊な位置関係のためにその製造工程も比較的複雑なものであるため、光ピックアップ装置の製造コストが上昇してしまうという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、このような問題を解決し、半導体基板の製造工程による集積化、装置全体の小型化、光量の有効利用効率の向上、既存の製造装置の有効活用、製造の容易化、及び製造コストの低減を可能とする光ピックアップ装置用の光集積装置を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の光集積装置は、前記課題を解決するために、発光手段から発光出射された光を記録情報が記録された光情報記録担体に対して照射すると共に、前記光情報記録担体で反射された反射光を受光する光ピックアップ装置に用いられる光集積装置であって、前記反射光から少なくとも導波光を生成する光波結合手段と、前記導波光を伝搬させる光導波路と、前記光導波路からの光を受光する受光手段とを備え、前記光導波路は、前記受光手段における受光光の生成領域が、クラッド層を介して３層以上の層から形成されており、前記光導波路及び前記クラッド層の層厚は、最上位層及び最下位層における前記光導波路の層厚よりも小さいことを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の光集積装置によれば、発光手段から発光出射され光情報記録担体に対して照射された光は、光情報記録担体で反射され、その反射光は光集積装置の光波結合手段に入射される。光波結合手段は、前記反射光から少なくとも導波光を生成し、当該導波光は光導波路によって伝搬する。そして、クラッド層を介して多層に形成された光導波路の領域に、当該導波光が達すると、光波のパワーが隣接する光導波路を往復する現象が生じる。このような往復現象により、導波光は最下層の光導波路にまで達し、当該最下層の光導波路を伝搬する導波光は、位相整合により半導体基板側へ放射光として放射され、受光手段に受光される。このように、光情報記録担体からの反射光は、光波結合手段、光導波路、及び受光手段へ至る光路を辿ることになるが、前記光波結合手段及び前記光導波路は、半導体基板上に積層形成されているので、半導体製造工程において容易に製造されるものであり、製造コストを低減させる。また、光導波路が、最上層、最下層、及び中間層の３層以上の層から形成される場合には、前記光導波路及び前記クラッド層の層厚は、最上位層及び最下位層における前記光導波路の層厚よりも小さい。その結果、上述したような隣接する光導波路間の光波のパワーの往復が、確実且つ効率良く行われ、光導波路内を伝搬する光が前記受光光として出力される効率が向上することになる。
【００１０】
請求項２記載の光集積装置は、前記課題を解決するために、請求項１記載の光集積装置において、前記光導波路の各層は屈折率が全て等しく、当該各層に挟まれる前記クラッド層が多層に形成される場合には、前記クラッド層の各層も屈折率が全て等しいことを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の光集積装置によれば、多層に形成された光導波路の各層は屈折率が全て等しい。また、光導波路が３層以上の多層に形成される場合には、クラッド層も多層に形成されることになるが、この場合にもクラッド層の各層は屈折率が全て等しい。その結果、上述したような隣接する光導波路間の光波のパワーの往復が、確実且つ効率良く行われ、光導波路内を伝搬する光が前記受光光として出力される効率が向上することになる。
【００１２】
請求項３記載の光集積装置は、前記課題を解決するために、請求項１または２に記載の光集積装置において、前記光波結合手段と、前記光導波路と、前記受光手段とが、半導体基板上に積層形成され、前記受光手段は、前記光導波路からの位相整合による半導体基板側への放射光を受光する手段であることを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の光集積装置によれば、前記光波結合手段により生成された導波光は、前記光導波路により伝搬され、前記光導波路の多層領域を経て前記受光手段に至るが、前記受光手段は、半導体基板に積層形成されており、前記光導波路からの位相整合による半導体基板側への放射光を受光する。従って、前記光波結合手段、前記光導波路、及び前記受光手段は半導体基板上に通常の積層あるいは成膜といった半導体製造工程により製造可能であり、容易に製造できる。
【００１４】
請求項４記載の光集積装置は、前記課題を解決するために、請求項３に記載の光集積装置において、最下位層の前記光導波路と前記受光手段とが接することを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の光集積装置は、前記課題を解決するために、請求項１ないし４のいずれか一に記載の光集積装置において、前記光集積装置の最上位層に往路復路分離手段が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項６記載の光集積装置は、前記課題を解決するために、請求項３記載の光集積装置において、前記光導波路が多層に形成され前記受光手段が設けられた領域には、最上層の光導波路の上層に、遮光膜が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項６記載の光集積装置によれば、前記受光手段の上方の最上層の光導波路の上層に、遮光膜が形成されているので、前記光波結合手段に入射する前の光が、多層に形成された光導波路を介することなく直接に前記受光手段に入射することがない。その結果、前記受光手段からの出力信号にノイズ成分が重畳されることがなく、安定した制御が行われることになる。
【００１８】
請求項７記載の光集積装置は、前記課題を解決するために、請求項１ないし６のいずれか一に記載の光集積装置において、前記受光手段は、前記記録情報を読み取るための手段であると共に、前記光情報記録担体に対する照射光の面内位置情報を読み取るための手段であることを特徴とする。
【００１９】
請求項７記載の光集積装置によれば、前記多層の光導波路を経て放射光が前記受光手段に受光されると、その受光の結果として得られる出力に基づいて、前記記録情報が読み取られると共に、前記光情報記録担体に対する照射光の面内位置情報が読み取られる。従って、光導波路によって伝搬され十分な光路長を確保することのできる導波光により、前記情報を読み取るための信号が生成されるので、前記光情報記録担体に対する照射光の焦点位置の微妙な変化が、受光手段において大きな光学的変化として捉えられ、前記情報を読み取るための信号が良好に生成されることになる。
【００２０】
請求項８記載の光集積装置は、請求項１ないし６のいずれか一に記載の光集積装置において、前記受光手段は、前記光情報記録担体に対する照射光の焦点位置情報を読み取るための手段であることを特徴とする。
【００２１】
請求項８記載の光集積装置によれば、前記多層の光導波路を経て放射光が前記受光手段に受光されると、その受光の結果として得られる出力に基づいて、前記光情報記録担体に対する照射光の焦点位置情報が読み取られる。従って、光導波路によって伝搬され十分な光路長を確保することのできる導波光により、前記光情報記録担体に対する照射光の焦点位置情報を読み取るための信号が生成されるので、前記光情報記録担体に対する照射光の焦点位置の微妙な変化が、第２の受光手段において大きな光学的変化として捉えられ、前記焦点位置情報を読み取るための信号が良好に生成されることになる。
【００２２】
請求項９記載の光集積装置の製造方法は、前記課題を解決するために、発光手段から発光出射された光を記録情報が記録された光情報記録担体に対して照射すると共に、前記光情報記録担体で反射された反射光の受光用の光ピックアップ装置に用いられる光集積装置を製造する製造方法であって、半導体基板を熱処理することにより部分的な非処理領域を除いて半導体基板表面を熱酸化膜として形成する工程と、前記熱酸化膜形成後の半導体基板上に、前記非処理領域を除いて保護膜を積層する工程と、前記非処理領域に光導波路とクラッド層とを交互に積層して成る光導波積層部を形成する工程と、前記熱酸化膜及び前記保護膜の形成領域と前記光導波積層部が形成された前記非処理領域とを含めた領域に最上層の光導波路を形成する工程とを備えたことを特徴とする。
【００２３】
請求項９記載の光集積装置の製造方法によれば、まず、半導体基板を熱処理することにより、部分的な非処理領域を除いて半導体基板表面が熱酸化膜として形成される。次に、前記熱酸化膜形成後の半導体基板上に、前記非処理領域を除いて保護膜が積層される。前記非処理領域は、熱酸化膜及び保護膜の形成後にエッチングを行う方法、あるいは非処理領域を予めマスキングした状態で熱酸化膜及び保護膜を形成し、その後にレジストを剥離する方法の何れでも良い。次に、前記非処理領域に光導波路とクラッド層とを交互に積層することにより、光導波積層部が形成され、更に当該光導波積層部が形成された前記非処理領域と、前記熱酸化膜及び前記保護膜の形成領域とを含む領域の上層位置には、最上層の光導波路が形成される。従って、前記非処理領域においては、光導波路が多層に形成されることになり、各光導波路は互いに接近して配置されることになる。その結果、隣接する光導波路間を光波のパワーが往復する現象が起こり、光導波路内を伝搬する光は、上層の光導波路から下層の光導波路へとシフトする。そして、最下層の光導波路から光が放射される。ここで、当該最下層の光導波路は、前記非処理領域に形成されたものであるから、当該最下層の光導波路の直下に受光手段を設ける場合には、当該最下層の光導波路と受光手段の間に障害物が存在しない状態となる。その結果、上述のように放射された光は効率良く受光手段にて受光されることになる。以上のように、本発明によれば、光導波路を伝搬する光を効率良く受光手段にて受光可能な光集積装置を容易に製造することができる。
【００２４】
請求項１０記載の光集積装置の製造方法は、前記課題を解決するために、請求項９に記載の光集積装置の製造方法において、前記光導波積層部を形成する工程は、光導波路とクラッド層とを交互に複数回に亘って積層することにより、光導波路とクラッド層とのそれぞれを多層に形成する工程であることを特徴とする。
【００２５】
請求項１０記載の光集積装置の製造方法によれば、前記非処理領域に前記光導波積層部を形成する際には、光導波路とクラッド層とを交互に複数回に亘って積層する。そして、これらのクラッド層及び光導波路の上層として、最上層の光導波路を形成する。従って、前記非処理領域においては、最上層の光導波路を含めて光導波路がクラッド層を介して多層に形成されることになり、各層において所定の導波条件を満たすと共に、接近する光導波路間を光波のパワーが往復する現象を効率良く実現することができる。本発明によれば、このような光集積装置を容易に製造することができる。
【００２６】
請求項１１記載の光集積装置の製造方法は、前記課題を解決するために、請求項９または１０記載の光集積装置の製造方法において、前記非処理領域を除いて半導体基板表面を熱酸化膜として形成する工程、及び前記非処理領域を除いて保護膜を積層する工程は、前記熱処理及び前記積層を行った後に、前記非処理領域として形成すべき領域をエッチングする工程であることを特徴とする。
【００２７】
請求項１１記載の光集積装置の製造方法によれば、前記非処理領域を形成する際には、まず、半導体基板を熱処理することにより半導体基板表面を熱酸化膜として形成し、次に、前記熱酸化膜上に前記保護膜を積層する。そして、前記非処理領域として形成すべき領域における前記熱酸化膜及び前記保護膜をまとめてエッチングすることにより、前記非処理領域が形成される。従って、多層の光導波路の形成領域としての前記非処理領域を容易に形成することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照して説明する。まず、本実施形態における光ピックアップ装置の概要について説明する。
【００２９】
（光ピックアップ装置の概要）
図１は、本発明の一実施形態における光ピックアップ装置１の概略構成を示す斜視図である。図１において、光ピックアップ装置１は、発光手段としての半導体レーザ１２を備えた半導体レーザ部２と、半導体基板２０上に積層形成された光集積装置３とから構成されている。半導体基板２０とサブマウント１１はマウントベース１０上にボンディングされており、半導体レーザ１２は、前記光集積装置３の上面に対して所定の角度でレーザ光を発光出射するように設定されている。
【００３０】
光集積装置３は、図１に示すＸ−Ｘ’線における断面図である図２に示すように、第１の受光部２１及び第２の受光部２２が形成された半導体基板２０ａを熱処理することにより半導体基板２０ａの表面が熱酸化膜２３として形成された半導体基板２０上に、アルミ遮光膜２４と、保護膜２５と、段差を平坦化するために設けられたクラッド層としてのＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）層２６と、前記ＳＯＧ層２６上に設けられレーザ光を透過させると共に導波光として伝搬させる光導波路２７と、前記光導波路２７上に形成されレーザ光を透過光と導波光とに分離する光波結合手段としてのグレーティング２９と、前記グレーティング２９上に設けられたＳＯＧ層２８と、前記ＳＯＧ層２８上に設けられた往路復路分離膜３０とが、積層形成されて構成されている。また、第２の受光部２２の上層位置においては、光導波路が多層に形成されている。具体的には、最下層の光導波路３１と、中間層の光導波路３２と、最上層の前記光導波路２７とが、前記ＳＯＧ層２６を介して３層に形成されている。
【００３１】
以上のような光集積装置３における最上層である往路復路分離膜３０は、誘電体等の多層膜で形成され、一例として、前記半導体レーザ１から出射されるＴＭモードのレーザ光を反射させると共に、１／４波長板を通った光ディスクからのＴＥモードの戻り光を透過させるように構成されている。
【００３２】
グレーティング２９は、厚さ０．１０μｍのＴｉＯ２からなり、光導波路２７と共にグレーティングカップラを構成している。グレーティングカップラは往路復路分離膜３０を透過したＴＥモードのレーザ光の大部分を下方へ透過させると共に、一部を導波光として光導波路２７によって伝搬させる。このように本実施形態におけるグレーティングカップラは、光ディスクからの戻り光を光導波路２７に入力結合させる構成であるため、グレーティング周期は使用するレーザ光の波長と同程度あるいはそれ以下に設定されている。また、本実施形態におけるグレーティング２９は、図１に示すように光導波路２７による導波光の伝搬方向に沿った中心線Ｏを境にして左右に２分割されており、グレーティング２９のパターンは左右で異なるように設定されている。グレーティング２９のパターンは左右いずれも曲線で、グレーティングの周期が場所によって異なる、いわゆるチャーピングされた状態になっている。
【００３３】
第１の受光部２１は、ＲＦ信号及びトラッキングエラー信号生成用の４分割された受光部であり、グレーティング２９の直下位置、もしくは直下位置からややずれた位置に設けられている。
【００３４】
第２の受光部２２は、フォーカスエラー信号生成用の２分割された受光部であり、グレーティング２９から離れた位置に設けられ、十分な光路長が確保されている。
【００３５】
次に、３層の光導波路のうち、最上層の光導波路２７は、ＳｉＯ２からなり、当該光導波路２７の上層にはＳＯＧ層２８が設けられ、当該光導波路２７の下層にはＳＯＧ層２６が設けられる。これらの層においては、屈折率は、
（光導波路２７の屈折率）＞（ＳＯＧ層２８の屈折率）
（光導波路２７の屈折率）＞（ＳＯＧ層２６の屈折率）
（ＳＯＧ層２８の屈折率）＝（ＳＯＧ層２６の屈折率）
という関係を満たしている。また、膜厚は、
（光導波路２７の膜厚）＞（ＳＯＧ層２６の膜厚）
という関係を満たしている。
【００３６】
このように、光導波路２７は、屈折率が周囲の層よりも高くなるように設定され、更に所定の厚さに形成されることにより、所定の導波条件を満たしており、グレーティング２９によって入力結合される導波光を導波モードで伝搬させる。
【００３７】
また、以上のような最上層の光導波路２７の下層側には、前記ＳＯＧ層２６を介して中間層の光導波路３２が、更に当該中間層の光導波路３２の下層側には、ＳＯＧ層２６を介して最下層の光導波路３１が設けられている。更に、最下層の光導波路３１の下層には第２の受光部２２が形成されている。
【００３８】
中間層の光導波路３２及び最下層の光導波路３１の周囲の屈折率は、
（光導波路３２の屈折率）＞（光導波路３２の上下層のＳＯＧ層２６の屈折率）
（光導波路３１の屈折率）＞（ＳＯＧ層２６の屈折率）
という関係を満たしている。また、膜厚は、
（光導波路３１の膜厚）＞（ＳＯＧ層２６の膜厚）
という関係を満たしている。
【００３９】
このように、中間層の光導波路３２及び最下層の光導波路３１においても、屈折率は周囲の層よりも高くなるように設定され、更に所定の厚さに形成されることにより、所定の導波条件を満たしており、導波光を導波モードで伝搬させる。
【００４０】
また、最上層の光導波路２７から、最下層の光導波路３１までにおける各層の関係に着目すると、まず膜厚は、
（光導波路２７の膜厚）＞（光導波路２７の下層のＳＯＧ層２６の膜厚）
（光導波路２７の膜厚）＞（光導波路３２の膜厚）
（光導波路２７の膜厚）＞（光導波路３２の下層のＳＯＧ層２６の膜厚）
という関係を満たし、更に、
（光導波路３１の膜厚）＞（光導波路２７の下層のＳＯＧ層２６の膜厚）
（光導波路３１の膜厚）＞（光導波路３２の膜厚）
（光導波路３１の膜厚）＞（光導波路３２の下層のＳＯＧ層２６の膜厚）
という関係を満たしている。次に、屈折率に関しては、
（光導波路２７の屈折率）＝（光導波路３２の屈折率）＝（光導波路３１の屈折率）
という関係を満たし、また、
（光導波路２７の下層のＳＯＧ層２６の屈折率）＝（光導波路３２の下層のＳＯＧ層２６の屈折率）
という関係を満たしている。
【００４１】
一般的に、図３（Ａ）に示すように、２つの光導波路が十分離れて存在している場合は、各々独立なので、導波光は各々の界分布と伝搬定数をもって各々の光導波路を伝搬する。
【００４２】
しかしながら、図３（Ｂ）に示すように、それぞれの光導波路が接近している場合には、各光導波路を含む系全体が一つの光導波路として機能することになり、各光導波路間を光波のパワーが往復する現象が起きる。
【００４３】
本実施形態は、このような現象を光ピックアップ用の光集積装置に適用するために、ＳＯＧ層２６を介して光導波路を多層とする光導波積層部を形成し、各層の相互間に以上のような関係を持たせたため、３つの光導波路を含む系全体が一つの光導波路として機能することになり、隣接する２本の光導波路間を光波のパワーが往復する。
【００４４】
つまり、最上層の光導波路２７を伝搬する光波のパワーは、中間層の光導波路３２にシフトし、中間層の光導波路３２内を伝搬する。更に、中間層の光導波路３２内を伝搬する光波のパワーは、再び最上層の光導波路２７にシフトし、最上層の光導波路２７内を伝搬する。以下、このような往復を繰り返す。また、中間層の光導波路３２内を伝搬する光波のパワーは、最下層の光導波路３１にもシフトし、最下層の光導波路３１内を伝搬する。更に、最下層の光導波路３１内を伝搬する光波のパワーは、再び中間層の光導波路３２にシフトし、中間層の光導波路３２内を伝搬する。以下、このような往復を繰り返す。
【００４５】
以上のように、接近して設けられた多層の光導波路間において、光波の往復が繰り返されると、次々に下層側の光導波路へとシフトすることになり、全ての光導波路内において導波光の伝搬が行われることになる。そして、最下層の光導波路３１は、基板との位相整合により、放射モードとなり、導波光を放射する。
【００４６】
特に、本実施形態においては、上述したような膜厚の関係を有し、中間層の光導波路の膜厚を、最上層と最下層の光導波路の膜厚よりも薄く構成すると共に、全ての光導波路の屈折率を等しくし、全てのＳＯＧ層２６の屈折率を等しくしたので、効率良く導波光を第２の受光部２２に放射させることができる。
【００４７】
第２の受光部２２の上層位置における光導波路内でのＴＥモードのレーザ光の状態をシミュレーションした結果を図４乃至図６に示す。
【００４８】
図４は、横軸を光導波路における伝搬距離とし、縦軸を膜厚として、光導波路内の光の振幅変化の計算結果を示す図である。
【００４９】
図４における伝搬距離は、図２に示すように、端部ａ（０．００ｍｍ）から反対側の端部ｂ（０．６０ｍｍ）までの長さＷの領域における伝搬距離を示している。また、縦軸を膜厚としたのは、前記長さＷの領域における各層の位置を表すためであり、０．０μｍ以下の部分が第２の受光部２２が形成された半導体基板２０の位置を表し、０．０μｍから約３．０μｍまでの部分が最下層の光導波路３１、ＳＯＧ層２６、中間層の光導波路３２、ＳＯＧ層２６、及び最上層の光導波路２７の位置を表している。
【００５０】
また、図４においては、光の振幅を明るさで示しており、伝搬距離０．００ｍｍの位置における最上層の光導波路２７内での光の振幅を１．０００として強度の基準に設定している。
【００５１】
図４から判るように、伝搬距離が約０，１５ｍｍに至るまでの領域においては、最上層の光導波路２７、中間層の光導波路３２、及び最下層の光導波路３１のそれぞれにおける光の明るさは、約０．６００〜１．０００であり、多層の光導波路間における光波のパワーのシフト現象が生じている。また、各光導波路内においては、伝搬距離が増大する程、光の振幅が低下しており、伝搬距離０．００ｍｍの位置における最上層の光導波路２７内にて１．０００であった光の振幅は、伝搬距離０．６０ｍｍの位置における最下層の光導波路３２内にて、約０．１００まで低下している。これは、光が各導波路をシフトしながら伝搬する過程において、第２の受光部２２へ放射が生じたためである。導波モードから放射モードへの変換効率として考えれば、１．０００で表される振幅が、約０．１００で表される振幅にまで低下したのであるから、約９０％の効率であるということができる。
【００５２】
次に、図５は、横軸を伝搬距離とし、縦軸を導波モードから放射モードへの変換効率として、図４の計算結果に基づく伝搬距離と変換効率の関係を示した図である。図５から判るように、変換効率は、伝搬距離の増加に伴って上昇し、６００．０μｍの位置においては約９０％に達している。
【００５３】
次に、図６は、図５の計算結果を、３次元グラフとして表現したものであり、光の強度を波形の振幅で表している。また、図６においては、第２の受光部２２の表面と最下層の光導波路３１の境界位置を膜厚ゼロの位置としており、最下層の光導波路３１から最上層の光導波路２７までの位置を正の値で表し、半導体基板２０側の位置を負の値で表している。
【００５４】
図６から判るように、端部ａの位置（０．００ｍｍ）において最上層の光導波路２７内で１．０であった振幅は、前記端部ｂ側に進むに従って徐々に低下し、端部ｂの位置（０．６０ｍｍ）の位置において最下層の光導波路３２内では、約０．１程度まで低下している。
【００５５】
以上のようの、本実施形態の構成によれば、約９０％の効率で、導波モードから放射モードへ変換できることが確認された。
【００５６】
次に、各光導波路の膜厚及び屈折率、並びにＳＯＧ層２６の膜厚及び屈折率と、導波モードから放射モードへの変換効率との関係の解析結果について図７及び図８を用いて説明する。
【００５７】
この解析にあたっては、図７に示すように、最上層の光導波路２７の膜厚Ｄｗ１、中間層の光導波路の膜厚Ｄｗ２、最下層の光導波路の膜厚Ｄｗ３、光導波路２７と光導波路３２に挟まれるＳＯＧ層２６の層厚Ｄｃ１、及び光導波路３２と光導波路３１に挟まれるＳＯＧ層２６の層厚Ｄｃ２を様々に変化させて、図４乃至図６を用いて説明したようなシミュレーションを行った。また、同様に、最上層の光導波路２７の屈折率Ｎｗ１、中間層の光導波路の屈折率Ｎｗ２、最下層の光導波路の屈折率Ｎｗ３、光導波路２７と光導波路３２に挟まれるＳＯＧ層２６の屈折率Ｎｃ１、及び光導波路３２と光導波路３１に挟まれるＳＯＧ層２６の屈折率Ｎｃ２を様々に変化させて、図４乃至図６を用いて説明したようなシミュレーションを行った。解析の結果、
Ｄｗ１＞Ｄｃ１，Ｄｗ１＞Ｄｗ２，Ｄｗ１＞Ｄｃ２
であり、且つ、
Ｄｗ３＞Ｄｃ１，Ｄｗ３＞Ｄｗ２，Ｄｗ３＞Ｄｃ２
の関係を満たす時に、最も位相整合の効率が高くなることが判った。
【００５８】
また、屈折率に関しては、
Ｎｗ１＝Ｎｗ２＝Ｎｗ３
であり、且つ、
Ｎｃ１＝Ｎｃ２＝Ｎｃ３
の関係を満たすことが前記の高い効率を達成するために必要であり、屈折率がこれらのような関係を満たさない場合には、膜厚が前記のような関係を満たす場合でも、著しく効率が低下することが判った。
【００５９】
また、光導波路及びＳＯＧ層の数を増加させて、同様な解析を行ったところ、これらの数に拘わらず、上述の膜厚と屈折率の関係を満たせば位相整合の効率を向上させることができることが判った。つまり、図８に示すように、光導波路をｎ層設け、ＳＯＧ層をｎ−１層設けた場合には、膜厚について、
Ｄｗ１＞Ｄｃ１，Ｄｗ１＞Ｄｗ２，…，Ｄｗ１＞Ｄｃ（ｎ−１）
であり、且つ、
Ｄｗｎ＞Ｄｃ１，Ｄｗｎ＞Ｄｗ２，…，Ｄｗｎ＞Ｄｃ（ｎ−１）
の関係を満たし、更に屈折率に関し、
Ｎｗ１＝Ｎｗ２＝…＝Ｎｗｎ
であり、且つ、
Ｎｃ１＝Ｎｃ２＝…＝Ｎｃ（ｎ−１）
の関係を満たす場合に、位相整合の効率を向上させることができる。
【００６０】
なお、本実施形態においては、ＴＥモードのレーザ光を導波光として伝搬するように構成しており、図４乃至図６に示した結果及び前記解析の結果は、ＴＥモードのレーザ光を用いて求めたものであるが、ＴＭモードのレーザ光を導波光として伝搬させる構成においても同様なことが言える。
【００６１】
（光集積装置の製造方法）
次に、以上のような本実施形態における光集積装置２の製造方法について説明する。
本実施形態においては、まず、熱処理により半導体基板２０ａの表面をＳｉＯ２の熱酸化膜２３として形成した半導体基板２０に、アルミ遮光膜２４及びＳｉＯ２の保護膜２５を積層し、第１の受光部２１と第２の受光部２２の受光面が半導体基板２０の同一平面に形成されたフォトディテクタを製造する。あるいはフォトディテクタの代わりにＯＥＩＣ（Ｏｐｔｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ−Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ（アンプ付きフォトディテクタ） ）を用いても良い。このようなフォトディテクタまたはＯＥＩＣは、一般にＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、ＬＶＤ（Ｌａｓｅｒ Ｖｉｓｉｏｎ Ｄｉｓｃ）、ＤＶＤ等の再生装置において用いられているものと同様な構成を有しているため、パターン変更を行うだけで製造することができ、プロセス変更等は不要である。従って、既存の装置を使用して製造することが可能である。
【００６２】
次に、図９に示すように、第２の受光部２２上の領域以外の領域をマスキングして、第２の受光部２２上の熱酸化膜２３及び保護膜２５をエッチングにより取り除く。この処理を行うことにより、最下層の光導波路３１と第２の受光部２２との間の障害物を取り除き、最下層の光導波路３１から放射される光を効率良く第２の受光部２２にて受光させることができる。
【００６３】
次に、第２の受光部２２上の領域以外の領域を再びマスキングして、図１０に示すようにＳｉＯ２からなる最下層の光導波路３１の埋め込みをスパッタ等により行う。この時、最下層の光導波路３１の膜厚は、他の光導波路の膜厚よりも厚くなるように調節する。
【００６４】
次に、上述のようなフォトディテクタまたはＯＥＩＣには、アルミ配線やアルミ遮光膜２４が設けられ、これらが最下層の光導波路３１に対して段差を形成しているため、この段差の埋め込みのために図１１に示すようにＳＯＧ層２６をスピンコートにより塗布（成膜）する。このＳＯＧ層２６によって前記段差を緩和し、最下層の光導波路３１と中間層の光導波路３２との距離を調整する。
【００６５】
次に、最下層の光導波路３１の形成領域以外の領域を再びマスキングして、図１２に示すようにＳｉＯ２からなる中間層の光導波路３２の埋め込みをスパッタ等により行う。この時、中間層の光導波路３２の膜厚は、他の光導波路の膜厚よりも薄くなるように調節する。
【００６６】
次に、中間層の光導波路３２に対しての段差の埋め込みのために図１３に示すようにＳＯＧ層２６をスピンコートにより塗布（成膜）する。このＳＯＧ層２６によって前記段差を緩和し、中間層の光導波路３２と最上層の光導波路２７との距離を調整する。
【００６７】
次に、図１４に示すように、前記ＳＯＧ層２６上にＳｉＯ２からなる最上層の光導波路２７をスパッタ等により成膜する。この時、光導波路２７の膜厚は、中間層の光導波路３１よりは厚く、且つ最下層の光導波路３１よりは薄く形成する。
【００６８】
次に、図１５に示すように、最上層の光導波路２７の上に光学素子の機能を持たせたグレーティングカップラをエッチングまたはリフトオフにより形成する。グレーティング２９の位置は第１の受光部２１の真上もしくはやや伝搬方向とは逆方向にずらした位置とする。グレーティングカップラは、導波光に比べて透過光の光量を多くする構成の方が製造し易く、本実施形態においてもこのような構成になっている。従って、導波光に比べて十分な光量の透過光を効率良く受光できる位置に受光部を置くことにより、信号再生に重要なＲＦ信号を良好に生成することができる。また、同様にトラッキングエラー信号についても良好に生成することができる。
【００６９】
次に、グレーティング２９を形成した後は、再びＳＯＧ層２８で埋め込む。この際、埋め込みグレーティングによる入力結合を効果的に出すため、屈折率の構成は、
ＳＯＧ層２８≦＜光導波路２７＜グレーティング２９
とすることが望ましい。
【００７０】
ＳＯＧ層２８による埋め込みが終了した後は、表面研磨を行い、良好な面精度を持つ面を作り、最後に往路復路分離膜３０を蒸着する。
【００７１】
各層の材質をまとめると次のようになる。
【００７２】
往路復路分離膜３０ ：誘電体多層膜
ＳＯＧ層２８ ： ＳＯＧ
グレーティング２９ ： ＳｉＯ２
最上層の光導波路２７ ： ＳｉＯ２
ＳＯＧ層２６ ： ＳＯＧ
中間層の光導波路３２ ： ＳｉＯ２
ＳＯＧ層２６ ： ＳＯＧ
最下層の光導波路３１ ： ＳｉＯ２
以上のように、本実施形態における光集積装置は、一般的なフォトディテクタまたはＯＥＩＣを用いることができ、且つ、通常の積層または成膜工程を用いることができるので、容易に製造することができ、また、従来の製造装置を用いることができるので、製造コストを低減することができる。
（光ピックアップ装置１の動作）
次に、以上のような本実施形態の光ピックアップ装置１の動作について図１６乃至図１８を用いて説明する。なお、図１６は本実施形態の光ピックアップ装置を用いたディスクを含めた光学系の全体構成図、図１７は図２と同様な断面図、図１８は光集積装置３を図１６における上方から見た場合のグレーティングと第２の受光部２２との位置関係及びレーザ光の集光状態を示す図である。
【００７３】
まず、半導体レーザ１２から放射されたレーザ光は、所定の角度で光集積装置３のグレーティング２９に向けて出射される。光集積装置３の最上層には往路復路分離膜３０が設けられているため、レーザ光は往路復路分離膜３０の偏光ビームスプリッター効果もしくはハーフミラー効果によってＴＭモードのレーザ光のみが反射され、図１６に示すように反射ミラー５に向けて照射される。そして、このＴＭモードのレーザ光は反射ミラー５によって反射され、コリメーターレンズ６によって平行光化され、図示しない１／４波長板を介して対物レンズ７に入射し、対物レンズ７よって光ディスク８の情報記録面に集光させられる。
【００７４】
次に、光ディスク８の情報記録面において反射された戻り光は、逆の経路を辿って再び往路復路分離膜３０に入射する。戻り光はＴＥモードになっているので、誘電体多層膜からなる往路復路分離膜３０を用いた場合には、往路復路分離膜３０はこのＴＥモードのレーザ光を透過させる。透過したレーザ光は、グレーティング２９に照射され、グレーティング２９と光導波路２７とから構成されるグレーティングカップラによって、図１７に矢印Ａで示す透過光と矢印Ｂで示す導波光とに分けられる。大部分は透過光となり、グレーティング２９の直下位置または直下位置近傍に設けられている第１の受光部２１によって受光される。本実施形態では、第１の受光部２１は４分割の受光部であり、この第１の受光部２１の出力に基づいてＲＦ信号が生成される。また、この第１の受光部２１の出力から位相差法もしくはプッシュプル法によりトラッキングエラー信号が生成される。
【００７５】
一方、第２の受光部２２の上層位置においては、光導波路２７，３２，３１がＳＯＧ層２６を介して３層に形成され、互いに接近して配置されているため、矢印Ｃで示す最上層の光導波路２７を伝搬する導波光は中間層の光導波路３２にシフトし、最上層の光導波路２７と中間層の光導波路３２の間を光波のパワーが往復することになる。その結果、矢印Ｄで示すように中間層の光導波路３２においても導波光の伝搬が行われる。更に、矢印Ｄで示す中間層の光導波路３２を伝搬する導波光は最下層の光導波路３１にもシフトし、中間層の光導波路３２と最下層の光導波路３１の間を光波のパワーが往復することになる。その結果、矢印Ｅで示すように最下層の光導波路３１においても導波光の伝搬が行われる。そして、最下層の光導波路３１において伝搬する導波光は、位相整合により矢印Ｆで示すように第２の受光部２２に放射される。この時、この放射光は、グレーティングカップラの集光効果によって、図１８に示すように第２の受光部２２の受光部Ａ及び受光部Ｂに向けて集光される。本実施形態では、上述したように、グレーティング２９のパターンを左右で異なるように構成し、具体的には、図１８（Ｂ）（ｉ）に示すように左右のグレーティング２９に対して対称にレーザ光が入射した場合でも、一方が焦点距離ｆ１で焦点位置が受光部Ａの前方になり、他方が焦点距離ｆ２で焦点位置が受光部Ｂの後方になるように設定されている。従って、対物レンズの上下動により、光ディスク８上のレーザ光の焦点位置が変動し、図１８（Ａ）（ｉ）または図１８（Ｃ）（ｉ）に点線で示すようにレーザ光がずれると、図１８（Ａ）（ｉｉ）または図１８（Ｃ）（ｉｉ）に示すように受光部Ａと受光部Ｂとでビームスポットの面積が変わる。この面積の変動による受光部の出力変化を図１８（Ｃ）（ｉｉ）に示すようにアンプ４０〜４２を用いた演算処理により算出し、フォーカスエラー信号を生成する。このように本実施形態においては、信頼性のあるビームサイズ法（フーコー法）を用いてフォーカスエラー信号を生成することができる。また、本実施形態においては、光導波路２７における導波光の伝搬モードを放射モードに変えて第２の受光部２２で検知する構成なので、第２の受光部２２における受光量は第２の受光部２２の大きさ（結合長）またはＳＯＧ層２６及び３層の光導波路の厚さにより調整可能である。
【００７６】
なお、図示はしていないが、本実施形態の光ピックアップ装置には、半導体レーザのモニター用受光部が設けられており、このモニター用受光部において得られた信号に基づいて半導体レーザのパワーをモニターすることができ、随時パワーの調節を行っている。例えば、モニター用受光部への光の入射は、チップ後ろからの光を反射ミラーにて反射させる等により行えば良い。
【００７７】
以上説明したように、本実施形態においては、グレーティングカプラを用いて光ディスク８からの戻り光を透過光と導波光とに分け、４分割の受光部である第１の受光部２１を光量の多い透過光が照射されるグレーティング２９の直下位置または直下位置近傍に配置するので、第１の受光部２１において十分な光量が得られ、良好にＲＦ信号及びトラッキングエラー信号を生成することができる。特に、特開昭６３−６１４３０号公報に開示されているように、導波路伝搬光を使用してＲＦ信号を生成する従来例に比べると、非常に多くの光量を得ることができ、極めて良好にＲＦ信号を生成することができる。
【００７８】
また、フォーカスエラー信号生成用の第２の受光部２２の上層位置においては、ＳＯＧ層２６を介して光導波路を３層に形成し、各光導波路の間隔を接近させることにより、光導波路の導波モードを効率良く放射モードに変え、グレーティング２９からの第２の受光部２２までの光路長を十分に確保してビームサイズ法を用いてフォーカスエラー信号を生成するようにしたので、光ディスク８上におけるレーザ光の焦点位置の変動を、第２の受光部２２上における放射光の面積の増減として大きく反映させることができ、従来に比べてＳ／Ｎ比を良くすることができる。また、放射光の放射パワーについても、グレーティング２９の下方のＳＯＧ層２６を最適化することにより、光導波路２７の入射結合効率を高くすると共に、上述のような多層構造により第２の受光部２２上のＳＯＧ層２６の厚さを薄くして放射パワーを増大させているので、第２の受光部２２において必要十分な光量を得ることができる。
【００７９】
また、フォーカスエラー信号生成用の第２の受光部２２に対しては、上述のように放射モードによる光を用いるので、第２の受光部２２の受光面は、光導波路による導波光の光軸に対して水平に構成することができ、ＲＦ信号を生成する第１の受光部２１と、フォーカスエラー信号を生成する第２の受光部２２とを、半導体基板２０の同一平面上に設けることができる。その結果、受光部と、光導波路及びグレーティング等を同一基板上にＩＣプロセスによって容易に積層することができ、光集積装置自体を小型化することができる。
【００８０】
特に、上述のような受光部は、一般的なフォトディテクタまたはＯＥＩＣと同様な構成であるため、プロセス変更を行うことなく、パターン変更のみでフォトディテクタまたはＯＥＩＣの製造、更には光集積装置の製造を行うことができ、製造コストを著しく低減することができる。
【００８１】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を図１９に基づいて説明する。なお、第１の実施形態との共通箇所には同一符号を付して説明を省略する。
【００８２】
本実施形態は、図１９に示すように、第２の受光部２２の形成領域に相当する最上層の光導波路２７の上層に、アルミニウム製の遮光膜３３を設けたところが第１の実施形態と異なる。
【００８３】
図１６に示す対物レンズ７が光ディスク８に対して上下動することにより、グレーティング２９に対する光の照射範囲が変動し、光導波路を介さずに直接に第２の受光部２２に光が入射する場合がある。その結果、フォーカスエラー信号にノイズ成分が生じ、Ｓ／Ｎ比が悪化して、フォーカスサーボを乱すことがある。
【００８４】
そこで、本実施形態においては、最上層の光導波路２７の上層であって、中間層の光導波路３２、最下層の光導波路３１、及び第２の受光部２２が形成された領域に相当する位置に、アルミニウム製の遮光膜３３を設けた。この遮光膜３３により、上述のように光導波路を介さずに入射する光を確実に防止することができ、第２の受光部２２には光導波路からの光のみを入射させることができる。
【００８５】
その結果、フォーカスエラー信号にはノイズ成分が生じることがなくＳ／Ｎ比が改善されるので、安定したフォーカスサーボを行うことができる。
【００８６】
なお、遮光膜３３には、アルミニウム以外にも遮光可能な材質を適宜選択して用いることができる。
【００８７】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を図２０及び図２１に基づいて説明する。なお、第１の実施形態との共通箇所には同一符号を付して説明を省略する。
【００８８】
本実施形態は、第１の実施形態で用いた往路復路分離膜３０の代わりに、図２０に示すように、グレーティング４０，４１と光導波路４２からなるグレーティングカプラを往路復路分離手段として用いたところが第１の実施形態と異なる。また、光導波路４２とＳＯＧ層２８との間には、光導波路４２とグレーティング２９の距離を調節するためのＳｉＯ２層３４が設けられている。
【００８９】
第２の光波結合手段としてのグレーティング４０は、半導体レーザ１２からの発散光を、第２の光導波路としての光導波路４２に結合させるものであり、一例としてＴＭモードのレーザ光を光導波路４２に結合させる。パターンはチャーピングした曲線のパターンとなる。
【００９０】
第３の光波結合手段としてのグレーティング４１は、光導波路４２を伝搬してきた発散光を外部に所定の角度で放射させるもので、一例としてＴＭモードのレーザ光を放射させる。また、グレーティング４１は、外部からの入射光を透過させる。一例としてＴＥモードのレーザ光を透過させる。
【００９１】
以上のような構成において、半導体レーザ１２からレーザ光がグレーティング４０に対して照射されると、ＴＭモードのレーザ光がグレーティング４０によって光導波路４２に結合され、光導波路４２内を図２０に示す矢印Ｇ方向に伝搬される。
【００９２】
そして、このように伝搬されるＴＭモードのレーザ光は、グレーティング４１によって、外部に放射され、図１６に示すように反射ミラー５、コリメータレンズ６、及び対物レンズ７を介して光ディスク８の情報記録面に集光される。なお、往路復路分離手段としてグレーティングカップラを用いた場合にも、第１の実施形態と同様に、１／４波長板は必要である。
【００９３】
一方、光ディスク８からの戻り光は、逆の経路を辿ってグレーティング４１に入射する。この戻り光は、ＴＥモードのレーザ光であり、グレーティング４１はこのＴＥモードのレーザ光を透過させる。透過したレーザ光は、第１の実施形態と同様に、グレーティング２９によって、透過光と導波光とに分離され、第１の実施形態と同様に第１の受光部２１及び第２の受光部２２において受光される。
【００９４】
なお、グレーティングカップラの出力結合は、一般に光量分布を生じるので、図２１に示すように、グレーティング４１の高さを変化させることにより、前記光量分布を補正してガウス分布に近づけることができる。このような形状は、グレーティングカップラの放射損失係数と伝搬距離から決定することができ、その作製はマスクスパッタ法を用いたリフトオフにて可能となる。
【００９５】
以上のように、誘電体等の多層膜からなる往路復路分離膜の代わりに、グレーティングカップラからなる往路復路分離手段を用いる場合でも、第１の実施形態と同様に、十分な光量のＲＦ信号及びトラッキングエラー信号生成用の受光、並びにＳ／Ｎ比の良いフォーカスエラー信号生成用の受光を行うことができる。
【００９６】
なお、上述した各実施形態においては、最上層の光導波路は、水平方向に真っ直ぐに延びた形状としたが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。例えば、第２の受光部２２の上層に位置するＳＯＧ層２６を、図２２に示すように、熱酸化膜２３と保護膜２５が形成されていない長さＷの非処理領域の手前における長さＷ０の領域にて傾斜を持つ形状に加工し、最上層の光導波路２７をこの傾斜に合わせて屈曲させた場合にも本発明は適用可能である。例えば、図２２に示すように、最上層の光導波路２７を、中間層の光導波路３２の位置まで屈曲させることにより、中間層の光導波路３２を省略することも可能である。
【００９７】
また、上述した実施形態においては、第２の受光部２２をフォーカスエラー信号の生成用の受光部としたが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。例えば、第２の受光部２２をＲＦ信号用あるいはトラッキングエラー信号生成用としても良い。更には、上述した実施形態においては、最下層の光導波路の下面と第２の受光部２２の上面が接触するように構成したが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、最下層の光導波路の端面と第２の受光部２２の表面を接触させるように構成しても良い。
【００９８】
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。
【００９９】
【発明の効果】
請求項１に記載の光集積装置によれば、受光手段における受光光の生成領域において、光導波路が多層に形成されているので、前記光波結合手段及び前記光導波路を半導体基板上に積層形成した構成においても、光波のパワーが隣接する光導波路を往復する現象を起こすことができ、光情報記録担体からの反射光を、光波結合手段及び光導波路を経て受光手段に受光させることができる。従って、このような光集積装置を、半導体製造工程において容易に製造することができ、製造コストを低減させることができる。また、前記光導波路が３層以上の層から形成され、前記光導波路及び前記クラッド層の層厚は、最上位層及び最下位層における前記光導波路の層厚よりも小さいので、隣接する光導波路間の光波のパワーの往復現象を、確実且つ効率良く実現することができ、光導波路内を伝搬する光が前記受光光として出力される効率を向上させることができる。
【０１００】
請求項２記載の光集積装置によれば、前記光導波路の各層は屈折率は全て等しく、当該各層に挟まれる前記クラッド層が多層に形成される場合には、前記クラッド層の各層も屈折率が全て等しいので、隣接する光導波路間の光波のパワーの往復現象を、確実且つ効率良く実現することができ、光導波路内を伝搬する光が前記受光光として出力される効率を向上させることができる。
【０１０２】
請求項３記載の光集積装置によれば、前記光波結合手段と、前記光導波路と、前記受光手段とを、半導体基板上に積層形成し、前記受光手段は、前記光導波路からの位相整合による半導体基板側への放射光を受光する手段なので、前記光波結合手段、前記光導波路、及び前記受光手段を半導体基板上に通常の積層あるいは成膜といった半導体製造工程により製造可能であり、容易に製造できる。
【０１０３】
請求項６記載の光集積装置によれば、前記光導波路が多層に形成され前記受光手段が設けられた領域には、最上層の光導波路の上層に、遮光膜を形成したので、前記光波結合手段に入射する前の光が、多層に形成された光導波路を介することなく直接に前記受光手段に入射することを確実に防止することができ、前記受光手段からの出力信号にノイズ成分が重畳されること防止して、安定した制御を行うことができる。
【０１０４】
請求項７記載の光集積装置によれば、前記受光手段が、前記記録情報を読み取るための手段であると共に、前記光情報記録担体に対する照射光の面内位置情報を読み取るための手段なので、光導波路によって伝搬され十分な光路長を確保することのできる導波光により、前記情報を読み取るための信号を生成することができ、前記情報を読み取るための信号を良好に生成することができる。
【０１０５】
請求項８記載の光集積装置によれば、前記受光手段が、前記光情報記録担体に対する照射光の焦点位置情報を読み取るための手段なので、光導波路によって伝搬され十分な光路長を確保することのできる導波光により、前記光情報記録担体に対する照射光の焦点位置情報を読み取るための信号を生成することができ、前記焦点位置情報を読み取るための信号を良好に生成することができる。
【０１０６】
請求項９記載の光集積装置の製造方法によれば、発光手段から発光出射された光を記録情報が記録された光情報記録担体に対して照射すると共に、前記光情報記録担体で反射された反射光の受光用の光ピックアップ装置に用いられる光集積装置を製造する製造方法において、半導体基板を熱処理することにより部分的な非処理領域を除いて半導体基板表面を熱酸化膜として形成する工程と、前記熱酸化膜形成後の半導体基板上に、前記非処理領域を除いて保護膜を積層する工程と、 前記非処理領域に光導波路とクラッド層とを交互に積層して成る光導波積層部を形成する工程と、前記熱酸化膜及び前記保護膜の形成領域と前記光導波積層部が形成された前記非処理領域とを含めた領域に最上層の光導波路を形成する工程と、を備えたので、光導波路を伝搬する光を効率良く受光手段にて受光可能な光集積装置を容易に製造することができる。
【０１０７】
請求項１０記載の光集積装置の製造方法によれば、前記光導波積層部を形成する工程として、光導波路とクラッド層とを交互に複数回に亘って積層することにより、光導波路とクラッド層とのそれぞれを多層に形成する工程を用いたので、所定の導波条件を満たすと共に、接近する光導波路間を光波のパワーが往復する現象を効率良く実現可能な光集積回路を容易に製造することができる。
【０１０８】
請求項１１記載の光集積装置の製造方法によれば、前記非処理領域を除いて半導体基板表面を熱酸化膜として形成する工程、及び前記非処理領域を除いて保護膜を積層する工程として、前記熱処理及び前記積層を行った後に、前記非処理領域として形成すべき領域をエッチングする工程を備えたので、多層の光導波路の形成領域としての前記非処理領域を容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における光ピックアップ装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ’線における断面を示す断面図である。
【図３】（Ａ）は２つの光導波路が十分に離れている場合の導波光の状態を説明する図、（Ｂ）は２つの光導波路が接近している場合の導波光の状態を説明する図である。
【図４】図１の光ピックアップ装置における第２の受光部上の光導波路内での伝搬距離に対する光の強度変化を示す図である。
【図５】図１の光ピックアップ装置における第２の受光部上の光導波路内での伝搬距離に対する導波モードから放射モードへの変換効率の変化を示す図である。
【図６】図１の光ピックアップ装置における第２の受光部上の光導波路内での伝搬距離に対する光の強度の振幅変化を示す図である。
【図７】図１の光ピックアップ装置における第２の受光部上の光導波路及びＳＯＧ層の膜厚と屈折率の関係の説明に用いる図である。
【図８】第２の受光部上の光導波路をｎ層に構成した場合の膜厚と屈折率の関係の説明に用いる図である。
【図９】図１に示す光集積装置の製造工程を説明する図である（その１）。
【図１０】図１に示す光集積装置の製造工程を説明する図である（その２）。
【図１１】図１に示す光集積装置の製造工程を説明する図である（その３）。
【図１２】図１に示す光集積装置の製造工程を説明する図である（その４）。
【図１３】図１に示す光集積装置の製造工程を説明する図である（その５）。
【図１４】図１に示す光集積装置の製造工程を説明する図である（その６）。
【図１５】図１に示す光集積装置の製造工程を説明する図である（その７）。
【図１６】第１の実施形態の光ピックアップ装置を用いたディスクを含めた光学系の全体構成図である。
【図１７】第１の実施形態における光ピックアップ装置の動作を説明するための断面図である。
【図１８】図１６に示す光ピックアップ装置における光集積装置を図１６における上方から見た場合のグレーティングと第２の受光部２２との位置関係及びレーザ光の集光状態を示す図である。
【図１９】第２の実施形態における光集積装置の概略構成を示す断面図である。
【図２０】第３の実施形態における光集積装置の概略構成を示す断面図である。
【図２１】図１９の光集積装置におけるグレーティングの変形例を示す断面図である。
【図２２】本発明の光集積装置における最上層の光導波路の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 光ピックアップ装置
２ 半導体レーザ部
３ 光集積装置
８ 光ディスク
１２ 半導体レーザ
２０ 半導体基板
２１ 第１の受光部
２２ 第２の受光部
２３ 酸化膜
２４ アルミ遮光層
２５ 保護膜
２６ ＳＯＧ層
２７ 最上層の光導波路
２８ ＳＯＧ層
２９ グレーティング
３０ 往路復路分離膜
３１ 最下層の光導波路
３２ 中間層の光導波路
３３ 遮光膜
３４ ＳＯＧ層
４０，４１ グレーティング
４２ 光導波路
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、ＬＶＤ（Ｌａｓｅｒ Ｖｉｓｉｏｎ Ｄｉｓｃ）、ＤＶＤ等の記録媒体に記録された情報を光学的に再生し、または記録媒体に情報を光学的に記録する光ピックアップ装置に用いられる光集積装置、及びその製造方法の技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上述のような光ピックアップ装置としては、特開平４−８９６３４号公報に開示されているように、半導体基板上に発光手段として半導体レーザを備えると共に、この半導体基板内に、位相膜層、偏光膜層、回折格子、光導波路、及び第１の受光部を積層形成し、更に光導波路の端部に第２の受光部を設けたものがある。
【０００３】
この光ピックアップ装置においては、半導体レーザから位相膜層に対して所定の俯角でレーザ光が照射されると、レーザ光はこの位相膜層を透過し偏光膜層の表面で反射して光ディスクの情報面に集光投射される。そして、光ディスクの情報面で回折・反射したレーザ光は位相膜層及び偏光膜層を透過し、回折格子に入射する。大部分の反射レーザ光は、この回折格子を透過して基板下方へ向かう透過光となり、残りは光導波路によって伝搬される導波光となる。透過光は、第１の受光部に受光され、この第１の受光部によりトラッキングエラー信号、ＲＦ信号等が生成される。また、導波光は、光導波路の端部に形成された第２の受光部に受光され、この第２の受光部によりフォーカスカラー信号が生成される。
【０００４】
この光ピックアップ装置によれば、各構成手段を半導体基板の製造工程により集積するので、装置全体を小型化できると共に、光量の有効利用効率を向上させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の光ピックアップ装置においては、フォーカスエラー信号を生成するための第２の受光部が、ＲＦ信号等を生成するため第１の受光部及び光導波路と垂直に設けられた特殊な位置関係を有しているため、汎用的な受光デバイスを用いることができないという問題があった。
【０００６】
その結果、この光ピックアップ装置を製造するには、受光部自体を新たに製作する必要があるだけでなく、上述のような特殊な位置関係のためにその製造工程も比較的複雑なものであるため、光ピックアップ装置の製造コストが上昇してしまうという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、このような問題を解決し、半導体基板の製造工程による集積化、装置全体の小型化、光量の有効利用効率の向上、既存の製造装置の有効活用、製造の容易化、及び製造コストの低減を可能とする光ピックアップ装置用の光集積装置を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の光集積装置は、前記課題を解決するために、発光手段から発光出射された光を記録情報が記録された光情報記録担体に対して照射すると共に、前記光情報記録担体で反射された反射光を受光する光ピックアップ装置に用いられる光集積装置であって、前記反射光から少なくとも導波光を生成する光波結合手段と、前記導波光を伝搬させる光導波路と、前記光導波路からの光を受光する受光手段とを備え、前記光導波路は、前記受光手段における受光光の生成領域が、クラッド層を介して３層以上の層から形成されており、前記光導波路及び前記クラッド層の層厚は、最上位層及び最下位層における前記光導波路の層厚よりも小さいことを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の光集積装置によれば、発光手段から発光出射され光情報記録担体に対して照射された光は、光情報記録担体で反射され、その反射光は光集積装置の光波結合手段に入射される。光波結合手段は、前記反射光から少なくとも導波光を生成し、当該導波光は光導波路によって伝搬する。そして、クラッド層を介して多層に形成された光導波路の領域に、当該導波光が達すると、光波のパワーが隣接する光導波路を往復する現象が生じる。このような往復現象により、導波光は最下層の光導波路にまで達し、当該最下層の光導波路を伝搬する導波光は、位相整合により半導体基板側へ放射光として放射され、受光手段に受光される。このように、光情報記録担体からの反射光は、光波結合手段、光導波路、及び受光手段へ至る光路を辿ることになるが、前記光波結合手段及び前記光導波路は、半導体基板上に積層形成されているので、半導体製造工程において容易に製造されるものであり、製造コストを低減させる。また、光導波路が、最上層、最下層、及び中間層の３層以上の層から形成される場合には、前記光導波路及び前記クラッド層の層厚は、最上位層及び最下位層における前記光導波路の層厚よりも小さい。その結果、上述したような隣接する光導波路間の光波のパワーの往復が、確実且つ効率良く行われ、光導波路内を伝搬する光が前記受光光として出力される効率が向上することになる。
【００１０】
請求項２記載の光集積装置は、前記課題を解決するために、請求項１記載の光集積装置において、前記光導波路の各層は屈折率が全て等しく、当該各層に挟まれる前記クラッド層が多層に形成される場合には、前記クラッド層の各層も屈折率が全て等しいことを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の光集積装置によれば、多層に形成された光導波路の各層は屈折率が全て等しい。また、光導波路が３層以上の多層に形成される場合には、クラッド層も多層に形成されることになるが、この場合にもクラッド層の各層は屈折率が全て等しい。その結果、上述したような隣接する光導波路間の光波のパワーの往復が、確実且つ効率良く行われ、光導波路内を伝搬する光が前記受光光として出力される効率が向上することになる。
【００１２】
請求項３記載の光集積装置は、前記課題を解決するために、請求項１または２に記載の光集積装置において、前記光波結合手段と、前記光導波路と、前記受光手段とが、半導体基板上に積層形成され、前記受光手段は、前記光導波路からの位相整合による半導体基板側への放射光を受光する手段であることを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の光集積装置によれば、前記光波結合手段により生成された導波光は、前記光導波路により伝搬され、前記光導波路の多層領域を経て前記受光手段に至るが、前記受光手段は、半導体基板に積層形成されており、前記光導波路からの位相整合による半導体基板側への放射光を受光する。従って、前記光波結合手段、前記光導波路、及び前記受光手段は半導体基板上に通常の積層あるいは成膜といった半導体製造工程により製造可能であり、容易に製造できる。
【００１４】
請求項４記載の光集積装置は、前記課題を解決するために、請求項３に記載の光集積装置において、最下位層の前記光導波路と前記受光手段とが接することを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の光集積装置は、前記課題を解決するために、請求項１ないし４のいずれか一に記載の光集積装置において、前記光集積装置の最上位層に往路復路分離手段が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項６記載の光集積装置は、前記課題を解決するために、請求項３記載の光集積装置において、前記光導波路が多層に形成され前記受光手段が設けられた領域には、最上層の光導波路の上層に、遮光膜が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項６記載の光集積装置によれば、前記受光手段の上方の最上層の光導波路の上層に、遮光膜が形成されているので、前記光波結合手段に入射する前の光が、多層に形成された光導波路を介することなく直接に前記受光手段に入射することがない。その結果、前記受光手段からの出力信号にノイズ成分が重畳されることがなく、安定した制御が行われることになる。
【００１８】
請求項７記載の光集積装置は、前記課題を解決するために、請求項１ないし６のいずれか一に記載の光集積装置において、前記受光手段は、前記記録情報を読み取るための手段であると共に、前記光情報記録担体に対する照射光の面内位置情報を読み取るための手段であることを特徴とする。
【００１９】
請求項７記載の光集積装置によれば、前記多層の光導波路を経て放射光が前記受光手段に受光されると、その受光の結果として得られる出力に基づいて、前記記録情報が読み取られると共に、前記光情報記録担体に対する照射光の面内位置情報が読み取られる。従って、光導波路によって伝搬され十分な光路長を確保することのできる導波光により、前記情報を読み取るための信号が生成されるので、前記光情報記録担体に対する照射光の焦点位置の微妙な変化が、受光手段において大きな光学的変化として捉えられ、前記情報を読み取るための信号が良好に生成されることになる。
【００２０】
請求項８記載の光集積装置は、請求項１ないし６のいずれか一に記載の光集積装置において、前記受光手段は、前記光情報記録担体に対する照射光の焦点位置情報を読み取るための手段であることを特徴とする。
【００２１】
請求項８記載の光集積装置によれば、前記多層の光導波路を経て放射光が前記受光手段に受光されると、その受光の結果として得られる出力に基づいて、前記光情報記録担体に対する照射光の焦点位置情報が読み取られる。従って、光導波路によって伝搬され十分な光路長を確保することのできる導波光により、前記光情報記録担体に対する照射光の焦点位置情報を読み取るための信号が生成されるので、前記光情報記録担体に対する照射光の焦点位置の微妙な変化が、第２の受光手段において大きな光学的変化として捉えられ、前記焦点位置情報を読み取るための信号が良好に生成されることになる。
【００２２】
請求項９記載の光集積装置の製造方法は、前記課題を解決するために、発光手段から発光出射された光を記録情報が記録された光情報記録担体に対して照射すると共に、前記光情報記録担体で反射された反射光の受光用の光ピックアップ装置に用いられる光集積装置を製造する製造方法であって、半導体基板を熱処理することにより部分的な非処理領域を除いて半導体基板表面を熱酸化膜として形成する工程と、前記熱酸化膜形成後の半導体基板上に、前記非処理領域を除いて保護膜を積層する工程と、前記非処理領域に光導波路とクラッド層とを交互に積層して成る光導波積層部を形成する工程と、前記熱酸化膜及び前記保護膜の形成領域と前記光導波積層部が形成された前記非処理領域とを含めた領域に最上層の光導波路を形成する工程とを備えたことを特徴とする。
【００２３】
請求項９記載の光集積装置の製造方法によれば、まず、半導体基板を熱処理することにより、部分的な非処理領域を除いて半導体基板表面が熱酸化膜として形成される。次に、前記熱酸化膜形成後の半導体基板上に、前記非処理領域を除いて保護膜が積層される。前記非処理領域は、熱酸化膜及び保護膜の形成後にエッチングを行う方法、あるいは非処理領域を予めマスキングした状態で熱酸化膜及び保護膜を形成し、その後にレジストを剥離する方法の何れでも良い。次に、前記非処理領域に光導波路とクラッド層とを交互に積層することにより、光導波積層部が形成され、更に当該光導波積層部が形成された前記非処理領域と、前記熱酸化膜及び前記保護膜の形成領域とを含む領域の上層位置には、最上層の光導波路が形成される。従って、前記非処理領域においては、光導波路が多層に形成されることになり、各光導波路は互いに接近して配置されることになる。その結果、隣接する光導波路間を光波のパワーが往復する現象が起こり、光導波路内を伝搬する光は、上層の光導波路から下層の光導波路へとシフトする。そして、最下層の光導波路から光が放射される。ここで、当該最下層の光導波路は、前記非処理領域に形成されたものであるから、当該最下層の光導波路の直下に受光手段を設ける場合には、当該最下層の光導波路と受光手段の間に障害物が存在しない状態となる。その結果、上述のように放射された光は効率良く受光手段にて受光されることになる。以上のように、本発明によれば、光導波路を伝搬する光を効率良く受光手段にて受光可能な光集積装置を容易に製造することができる。
【００２４】
請求項１０記載の光集積装置の製造方法は、前記課題を解決するために、請求項９に記載の光集積装置の製造方法において、前記光導波積層部を形成する工程は、光導波路とクラッド層とを交互に複数回に亘って積層することにより、光導波路とクラッド層とのそれぞれを多層に形成する工程であることを特徴とする。
【００２５】
請求項１０記載の光集積装置の製造方法によれば、前記非処理領域に前記光導波積層部を形成する際には、光導波路とクラッド層とを交互に複数回に亘って積層する。そして、これらのクラッド層及び光導波路の上層として、最上層の光導波路を形成する。従って、前記非処理領域においては、最上層の光導波路を含めて光導波路がクラッド層を介して多層に形成されることになり、各層において所定の導波条件を満たすと共に、接近する光導波路間を光波のパワーが往復する現象を効率良く実現することができる。本発明によれば、このような光集積装置を容易に製造することができる。
【００２６】
請求項１１記載の光集積装置の製造方法は、前記課題を解決するために、請求項９または１０記載の光集積装置の製造方法において、前記非処理領域を除いて半導体基板表面を熱酸化膜として形成する工程、及び前記非処理領域を除いて保護膜を積層する工程は、前記熱処理及び前記積層を行った後に、前記非処理領域として形成すべき領域をエッチングする工程であることを特徴とする。
【００２７】
請求項１１記載の光集積装置の製造方法によれば、前記非処理領域を形成する際には、まず、半導体基板を熱処理することにより半導体基板表面を熱酸化膜として形成し、次に、前記熱酸化膜上に前記保護膜を積層する。そして、前記非処理領域として形成すべき領域における前記熱酸化膜及び前記保護膜をまとめてエッチングすることにより、前記非処理領域が形成される。従って、多層の光導波路の形成領域としての前記非処理領域を容易に形成することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照して説明する。まず、本実施形態における光ピックアップ装置の概要について説明する。
【００２９】
（光ピックアップ装置の概要）
図１は、本発明の一実施形態における光ピックアップ装置１の概略構成を示す斜視図である。図１において、光ピックアップ装置１は、発光手段としての半導体レーザ１２を備えた半導体レーザ部２と、半導体基板２０上に積層形成された光集積装置３とから構成されている。半導体基板２０とサブマウント１１はマウントベース１０上にボンディングされており、半導体レーザ１２は、前記光集積装置３の上面に対して所定の角度でレーザ光を発光出射するように設定されている。
【００３０】
光集積装置３は、図１に示すＸ−Ｘ’線における断面図である図２に示すように、第１の受光部２１及び第２の受光部２２が形成された半導体基板２０ａを熱処理することにより半導体基板２０ａの表面が熱酸化膜２３として形成された半導体基板２０上に、アルミ遮光膜２４と、保護膜２５と、段差を平坦化するために設けられたクラッド層としてのＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）層２６と、前記ＳＯＧ層２６上に設けられレーザ光を透過させると共に導波光として伝搬させる光導波路２７と、前記光導波路２７上に形成されレーザ光を透過光と導波光とに分離する光波結合手段としてのグレーティング２９と、前記グレーティング２９上に設けられたＳＯＧ層２８と、前記ＳＯＧ層２８上に設けられた往路復路分離膜３０とが、積層形成されて構成されている。また、第２の受光部２２の上層位置においては、光導波路が多層に形成されている。具体的には、最下層の光導波路３１と、中間層の光導波路３２と、最上層の前記光導波路２７とが、前記ＳＯＧ層２６を介して３層に形成されている。
【００３１】
以上のような光集積装置３における最上層である往路復路分離膜３０は、誘電体等の多層膜で形成され、一例として、前記半導体レーザ１から出射されるＴＭモードのレーザ光を反射させると共に、１／４波長板を通った光ディスクからのＴＥモードの戻り光を透過させるように構成されている。
【００３２】
グレーティング２９は、厚さ０．１０μｍのＴｉＯ２からなり、光導波路２７と共にグレーティングカップラを構成している。グレーティングカップラは往路復路分離膜３０を透過したＴＥモードのレーザ光の大部分を下方へ透過させると共に、一部を導波光として光導波路２７によって伝搬させる。このように本実施形態におけるグレーティングカップラは、光ディスクからの戻り光を光導波路２７に入力結合させる構成であるため、グレーティング周期は使用するレーザ光の波長と同程度あるいはそれ以下に設定されている。また、本実施形態におけるグレーティング２９は、図１に示すように光導波路２７による導波光の伝搬方向に沿った中心線Ｏを境にして左右に２分割されており、グレーティング２９のパターンは左右で異なるように設定されている。グレーティング２９のパターンは左右いずれも曲線で、グレーティングの周期が場所によって異なる、いわゆるチャーピングされた状態になっている。
【００３３】
第１の受光部２１は、ＲＦ信号及びトラッキングエラー信号生成用の４分割された受光部であり、グレーティング２９の直下位置、もしくは直下位置からややずれた位置に設けられている。
【００３４】
第２の受光部２２は、フォーカスエラー信号生成用の２分割された受光部であり、グレーティング２９から離れた位置に設けられ、十分な光路長が確保されている。
【００３５】
次に、３層の光導波路のうち、最上層の光導波路２７は、ＳｉＯ２からなり、当該光導波路２７の上層にはＳＯＧ層２８が設けられ、当該光導波路２７の下層にはＳＯＧ層２６が設けられる。これらの層においては、屈折率は、
（光導波路２７の屈折率）＞（ＳＯＧ層２８の屈折率）
（光導波路２７の屈折率）＞（ＳＯＧ層２６の屈折率）
（ＳＯＧ層２８の屈折率）＝（ＳＯＧ層２６の屈折率）
という関係を満たしている。また、膜厚は、
（光導波路２７の膜厚）＞（ＳＯＧ層２６の膜厚）
という関係を満たしている。
【００３６】
このように、光導波路２７は、屈折率が周囲の層よりも高くなるように設定され、更に所定の厚さに形成されることにより、所定の導波条件を満たしており、グレーティング２９によって入力結合される導波光を導波モードで伝搬させる。
【００３７】
また、以上のような最上層の光導波路２７の下層側には、前記ＳＯＧ層２６を介して中間層の光導波路３２が、更に当該中間層の光導波路３２の下層側には、ＳＯＧ層２６を介して最下層の光導波路３１が設けられている。更に、最下層の光導波路３１の下層には第２の受光部２２が形成されている。
【００３８】
中間層の光導波路３２及び最下層の光導波路３１の周囲の屈折率は、
（光導波路３２の屈折率）＞（光導波路３２の上下層のＳＯＧ層２６の屈折率）
（光導波路３１の屈折率）＞（ＳＯＧ層２６の屈折率）
という関係を満たしている。また、膜厚は、
（光導波路３１の膜厚）＞（ＳＯＧ層２６の膜厚）
という関係を満たしている。
【００３９】
このように、中間層の光導波路３２及び最下層の光導波路３１においても、屈折率は周囲の層よりも高くなるように設定され、更に所定の厚さに形成されることにより、所定の導波条件を満たしており、導波光を導波モードで伝搬させる。
【００４０】
また、最上層の光導波路２７から、最下層の光導波路３１までにおける各層の関係に着目すると、まず膜厚は、
（光導波路２７の膜厚）＞（光導波路２７の下層のＳＯＧ層２６の膜厚）
（光導波路２７の膜厚）＞（光導波路３２の膜厚）
（光導波路２７の膜厚）＞（光導波路３２の下層のＳＯＧ層２６の膜厚）
という関係を満たし、更に、
（光導波路３１の膜厚）＞（光導波路２７の下層のＳＯＧ層２６の膜厚）
（光導波路３１の膜厚）＞（光導波路３２の膜厚）
（光導波路３１の膜厚）＞（光導波路３２の下層のＳＯＧ層２６の膜厚）
という関係を満たしている。次に、屈折率に関しては、
（光導波路２７の屈折率）＝（光導波路３２の屈折率）＝（光導波路３１の屈折率）
という関係を満たし、また、
（光導波路２７の下層のＳＯＧ層２６の屈折率）＝（光導波路３２の下層のＳＯＧ層２６の屈折率）
という関係を満たしている。
【００４１】
一般的に、図３（Ａ）に示すように、２つの光導波路が十分離れて存在している場合は、各々独立なので、導波光は各々の界分布と伝搬定数をもって各々の光導波路を伝搬する。
【００４２】
しかしながら、図３（Ｂ）に示すように、それぞれの光導波路が接近している場合には、各光導波路を含む系全体が一つの光導波路として機能することになり、各光導波路間を光波のパワーが往復する現象が起きる。
【００４３】
本実施形態は、このような現象を光ピックアップ用の光集積装置に適用するために、ＳＯＧ層２６を介して光導波路を多層とする光導波積層部を形成し、各層の相互間に以上のような関係を持たせたため、３つの光導波路を含む系全体が一つの光導波路として機能することになり、隣接する２本の光導波路間を光波のパワーが往復する。
【００４４】
つまり、最上層の光導波路２７を伝搬する光波のパワーは、中間層の光導波路３２にシフトし、中間層の光導波路３２内を伝搬する。更に、中間層の光導波路３２内を伝搬する光波のパワーは、再び最上層の光導波路２７にシフトし、最上層の光導波路２７内を伝搬する。以下、このような往復を繰り返す。また、中間層の光導波路３２内を伝搬する光波のパワーは、最下層の光導波路３１にもシフトし、最下層の光導波路３１内を伝搬する。更に、最下層の光導波路３１内を伝搬する光波のパワーは、再び中間層の光導波路３２にシフトし、中間層の光導波路３２内を伝搬する。以下、このような往復を繰り返す。
【００４５】
以上のように、接近して設けられた多層の光導波路間において、光波の往復が繰り返されると、次々に下層側の光導波路へとシフトすることになり、全ての光導波路内において導波光の伝搬が行われることになる。そして、最下層の光導波路３１は、基板との位相整合により、放射モードとなり、導波光を放射する。
【００４６】
特に、本実施形態においては、上述したような膜厚の関係を有し、中間層の光導波路の膜厚を、最上層と最下層の光導波路の膜厚よりも薄く構成すると共に、全ての光導波路の屈折率を等しくし、全てのＳＯＧ層２６の屈折率を等しくしたので、効率良く導波光を第２の受光部２２に放射させることができる。
【００４７】
第２の受光部２２の上層位置における光導波路内でのＴＥモードのレーザ光の状態をシミュレーションした結果を図４乃至図６に示す。
【００４８】
図４は、横軸を光導波路における伝搬距離とし、縦軸を膜厚として、光導波路内の光の振幅変化の計算結果を示す図である。
【００４９】
図４における伝搬距離は、図２に示すように、端部ａ（０．００ｍｍ）から反対側の端部ｂ（０．６０ｍｍ）までの長さＷの領域における伝搬距離を示している。また、縦軸を膜厚としたのは、前記長さＷの領域における各層の位置を表すためであり、０．０μｍ以下の部分が第２の受光部２２が形成された半導体基板２０の位置を表し、０．０μｍから約３．０μｍまでの部分が最下層の光導波路３１、ＳＯＧ層２６、中間層の光導波路３２、ＳＯＧ層２６、及び最上層の光導波路２７の位置を表している。
【００５０】
また、図４においては、光の振幅を明るさで示しており、伝搬距離０．００ｍｍの位置における最上層の光導波路２７内での光の振幅を１．０００として強度の基準に設定している。
【００５１】
図４から判るように、伝搬距離が約０，１５ｍｍに至るまでの領域においては、最上層の光導波路２７、中間層の光導波路３２、及び最下層の光導波路３１のそれぞれにおける光の明るさは、約０．６００〜１．０００であり、多層の光導波路間における光波のパワーのシフト現象が生じている。また、各光導波路内においては、伝搬距離が増大する程、光の振幅が低下しており、伝搬距離０．００ｍｍの位置における最上層の光導波路２７内にて１．０００であった光の振幅は、伝搬距離０．６０ｍｍの位置における最下層の光導波路３２内にて、約０．１００まで低下している。これは、光が各導波路をシフトしながら伝搬する過程において、第２の受光部２２へ放射が生じたためである。導波モードから放射モードへの変換効率として考えれば、１．０００で表される振幅が、約０．１００で表される振幅にまで低下したのであるから、約９０％の効率であるということができる。
【００５２】
次に、図５は、横軸を伝搬距離とし、縦軸を導波モードから放射モードへの変換効率として、図４の計算結果に基づく伝搬距離と変換効率の関係を示した図である。図５から判るように、変換効率は、伝搬距離の増加に伴って上昇し、６００．０μｍの位置においては約９０％に達している。
【００５３】
次に、図６は、図５の計算結果を、３次元グラフとして表現したものであり、光の強度を波形の振幅で表している。また、図６においては、第２の受光部２２の表面と最下層の光導波路３１の境界位置を膜厚ゼロの位置としており、最下層の光導波路３１から最上層の光導波路２７までの位置を正の値で表し、半導体基板２０側の位置を負の値で表している。
【００５４】
図６から判るように、端部ａの位置（０．００ｍｍ）において最上層の光導波路２７内で１．０であった振幅は、前記端部ｂ側に進むに従って徐々に低下し、端部ｂの位置（０．６０ｍｍ）の位置において最下層の光導波路３２内では、約０．１程度まで低下している。
【００５５】
以上のようの、本実施形態の構成によれば、約９０％の効率で、導波モードから放射モードへ変換できることが確認された。
【００５６】
次に、各光導波路の膜厚及び屈折率、並びにＳＯＧ層２６の膜厚及び屈折率と、導波モードから放射モードへの変換効率との関係の解析結果について図７及び図８を用いて説明する。
【００５７】
この解析にあたっては、図７に示すように、最上層の光導波路２７の膜厚Ｄｗ１、中間層の光導波路の膜厚Ｄｗ２、最下層の光導波路の膜厚Ｄｗ３、光導波路２７と光導波路３２に挟まれるＳＯＧ層２６の層厚Ｄｃ１、及び光導波路３２と光導波路３１に挟まれるＳＯＧ層２６の層厚Ｄｃ２を様々に変化させて、図４乃至図６を用いて説明したようなシミュレーションを行った。また、同様に、最上層の光導波路２７の屈折率Ｎｗ１、中間層の光導波路の屈折率Ｎｗ２、最下層の光導波路の屈折率Ｎｗ３、光導波路２７と光導波路３２に挟まれるＳＯＧ層２６の屈折率Ｎｃ１、及び光導波路３２と光導波路３１に挟まれるＳＯＧ層２６の屈折率Ｎｃ２を様々に変化させて、図４乃至図６を用いて説明したようなシミュレーションを行った。解析の結果、
Ｄｗ１＞Ｄｃ１，Ｄｗ１＞Ｄｗ２，Ｄｗ１＞Ｄｃ２
であり、且つ、
Ｄｗ３＞Ｄｃ１，Ｄｗ３＞Ｄｗ２，Ｄｗ３＞Ｄｃ２
の関係を満たす時に、最も位相整合の効率が高くなることが判った。
【００５８】
また、屈折率に関しては、
Ｎｗ１＝Ｎｗ２＝Ｎｗ３
であり、且つ、
Ｎｃ１＝Ｎｃ２＝Ｎｃ３
の関係を満たすことが前記の高い効率を達成するために必要であり、屈折率がこれらのような関係を満たさない場合には、膜厚が前記のような関係を満たす場合でも、著しく効率が低下することが判った。
【００５９】
また、光導波路及びＳＯＧ層の数を増加させて、同様な解析を行ったところ、これらの数に拘わらず、上述の膜厚と屈折率の関係を満たせば位相整合の効率を向上させることができることが判った。つまり、図８に示すように、光導波路をｎ層設け、ＳＯＧ層をｎ−１層設けた場合には、膜厚について、
Ｄｗ１＞Ｄｃ１，Ｄｗ１＞Ｄｗ２，…，Ｄｗ１＞Ｄｃ（ｎ−１）
であり、且つ、
Ｄｗｎ＞Ｄｃ１，Ｄｗｎ＞Ｄｗ２，…，Ｄｗｎ＞Ｄｃ（ｎ−１）
の関係を満たし、更に屈折率に関し、
Ｎｗ１＝Ｎｗ２＝…＝Ｎｗｎ
であり、且つ、
Ｎｃ１＝Ｎｃ２＝…＝Ｎｃ（ｎ−１）
の関係を満たす場合に、位相整合の効率を向上させることができる。
【００６０】
なお、本実施形態においては、ＴＥモードのレーザ光を導波光として伝搬するように構成しており、図４乃至図６に示した結果及び前記解析の結果は、ＴＥモードのレーザ光を用いて求めたものであるが、ＴＭモードのレーザ光を導波光として伝搬させる構成においても同様なことが言える。
【００６１】
（光集積装置の製造方法）
次に、以上のような本実施形態における光集積装置２の製造方法について説明する。
本実施形態においては、まず、熱処理により半導体基板２０ａの表面をＳｉＯ２の熱酸化膜２３として形成した半導体基板２０に、アルミ遮光膜２４及びＳｉＯ２の保護膜２５を積層し、第１の受光部２１と第２の受光部２２の受光面が半導体基板２０の同一平面に形成されたフォトディテクタを製造する。あるいはフォトディテクタの代わりにＯＥＩＣ（Ｏｐｔｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ−Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ（アンプ付きフォトディテクタ） ）を用いても良い。このようなフォトディテクタまたはＯＥＩＣは、一般にＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、ＬＶＤ（Ｌａｓｅｒ Ｖｉｓｉｏｎ Ｄｉｓｃ）、ＤＶＤ等の再生装置において用いられているものと同様な構成を有しているため、パターン変更を行うだけで製造することができ、プロセス変更等は不要である。従って、既存の装置を使用して製造することが可能である。
【００６２】
次に、図９に示すように、第２の受光部２２上の領域以外の領域をマスキングして、第２の受光部２２上の熱酸化膜２３及び保護膜２５をエッチングにより取り除く。この処理を行うことにより、最下層の光導波路３１と第２の受光部２２との間の障害物を取り除き、最下層の光導波路３１から放射される光を効率良く第２の受光部２２にて受光させることができる。
【００６３】
次に、第２の受光部２２上の領域以外の領域を再びマスキングして、図１０に示すようにＳｉＯ２からなる最下層の光導波路３１の埋め込みをスパッタ等により行う。この時、最下層の光導波路３１の膜厚は、他の光導波路の膜厚よりも厚くなるように調節する。
【００６４】
次に、上述のようなフォトディテクタまたはＯＥＩＣには、アルミ配線やアルミ遮光膜２４が設けられ、これらが最下層の光導波路３１に対して段差を形成しているため、この段差の埋め込みのために図１１に示すようにＳＯＧ層２６をスピンコートにより塗布（成膜）する。このＳＯＧ層２６によって前記段差を緩和し、最下層の光導波路３１と中間層の光導波路３２との距離を調整する。
【００６５】
次に、最下層の光導波路３１の形成領域以外の領域を再びマスキングして、図１２に示すようにＳｉＯ２からなる中間層の光導波路３２の埋め込みをスパッタ等により行う。この時、中間層の光導波路３２の膜厚は、他の光導波路の膜厚よりも薄くなるように調節する。
【００６６】
次に、中間層の光導波路３２に対しての段差の埋め込みのために図１３に示すようにＳＯＧ層２６をスピンコートにより塗布（成膜）する。このＳＯＧ層２６によって前記段差を緩和し、中間層の光導波路３２と最上層の光導波路２７との距離を調整する。
【００６７】
次に、図１４に示すように、前記ＳＯＧ層２６上にＳｉＯ２からなる最上層の光導波路２７をスパッタ等により成膜する。この時、光導波路２７の膜厚は、中間層の光導波路３１よりは厚く、且つ最下層の光導波路３１よりは薄く形成する。
【００６８】
次に、図１５に示すように、最上層の光導波路２７の上に光学素子の機能を持たせたグレーティングカップラをエッチングまたはリフトオフにより形成する。グレーティング２９の位置は第１の受光部２１の真上もしくはやや伝搬方向とは逆方向にずらした位置とする。グレーティングカップラは、導波光に比べて透過光の光量を多くする構成の方が製造し易く、本実施形態においてもこのような構成になっている。従って、導波光に比べて十分な光量の透過光を効率良く受光できる位置に受光部を置くことにより、信号再生に重要なＲＦ信号を良好に生成することができる。また、同様にトラッキングエラー信号についても良好に生成することができる。
【００６９】
次に、グレーティング２９を形成した後は、再びＳＯＧ層２８で埋め込む。この際、埋め込みグレーティングによる入力結合を効果的に出すため、屈折率の構成は、
ＳＯＧ層２８≦＜光導波路２７＜グレーティング２９
とすることが望ましい。
【００７０】
ＳＯＧ層２８による埋め込みが終了した後は、表面研磨を行い、良好な面精度を持つ面を作り、最後に往路復路分離膜３０を蒸着する。
【００７１】
各層の材質をまとめると次のようになる。
【００７２】
往路復路分離膜３０ ：誘電体多層膜
ＳＯＧ層２８ ： ＳＯＧ
グレーティング２９ ： ＳｉＯ２
最上層の光導波路２７ ： ＳｉＯ２
ＳＯＧ層２６ ： ＳＯＧ
中間層の光導波路３２ ： ＳｉＯ２
ＳＯＧ層２６ ： ＳＯＧ
最下層の光導波路３１ ： ＳｉＯ２
以上のように、本実施形態における光集積装置は、一般的なフォトディテクタまたはＯＥＩＣを用いることができ、且つ、通常の積層または成膜工程を用いることができるので、容易に製造することができ、また、従来の製造装置を用いることができるので、製造コストを低減することができる。
（光ピックアップ装置１の動作）
次に、以上のような本実施形態の光ピックアップ装置１の動作について図１６乃至図１８を用いて説明する。なお、図１６は本実施形態の光ピックアップ装置を用いたディスクを含めた光学系の全体構成図、図１７は図２と同様な断面図、図１８は光集積装置３を図１６における上方から見た場合のグレーティングと第２の受光部２２との位置関係及びレーザ光の集光状態を示す図である。
【００７３】
まず、半導体レーザ１２から放射されたレーザ光は、所定の角度で光集積装置３のグレーティング２９に向けて出射される。光集積装置３の最上層には往路復路分離膜３０が設けられているため、レーザ光は往路復路分離膜３０の偏光ビームスプリッター効果もしくはハーフミラー効果によってＴＭモードのレーザ光のみが反射され、図１６に示すように反射ミラー５に向けて照射される。そして、このＴＭモードのレーザ光は反射ミラー５によって反射され、コリメーターレンズ６によって平行光化され、図示しない１／４波長板を介して対物レンズ７に入射し、対物レンズ７よって光ディスク８の情報記録面に集光させられる。
【００７４】
次に、光ディスク８の情報記録面において反射された戻り光は、逆の経路を辿って再び往路復路分離膜３０に入射する。戻り光はＴＥモードになっているので、誘電体多層膜からなる往路復路分離膜３０を用いた場合には、往路復路分離膜３０はこのＴＥモードのレーザ光を透過させる。透過したレーザ光は、グレーティング２９に照射され、グレーティング２９と光導波路２７とから構成されるグレーティングカップラによって、図１７に矢印Ａで示す透過光と矢印Ｂで示す導波光とに分けられる。大部分は透過光となり、グレーティング２９の直下位置または直下位置近傍に設けられている第１の受光部２１によって受光される。本実施形態では、第１の受光部２１は４分割の受光部であり、この第１の受光部２１の出力に基づいてＲＦ信号が生成される。また、この第１の受光部２１の出力から位相差法もしくはプッシュプル法によりトラッキングエラー信号が生成される。
【００７５】
一方、第２の受光部２２の上層位置においては、光導波路２７，３２，３１がＳＯＧ層２６を介して３層に形成され、互いに接近して配置されているため、矢印Ｃで示す最上層の光導波路２７を伝搬する導波光は中間層の光導波路３２にシフトし、最上層の光導波路２７と中間層の光導波路３２の間を光波のパワーが往復することになる。その結果、矢印Ｄで示すように中間層の光導波路３２においても導波光の伝搬が行われる。更に、矢印Ｄで示す中間層の光導波路３２を伝搬する導波光は最下層の光導波路３１にもシフトし、中間層の光導波路３２と最下層の光導波路３１の間を光波のパワーが往復することになる。その結果、矢印Ｅで示すように最下層の光導波路３１においても導波光の伝搬が行われる。そして、最下層の光導波路３１において伝搬する導波光は、位相整合により矢印Ｆで示すように第２の受光部２２に放射される。この時、この放射光は、グレーティングカップラの集光効果によって、図１８に示すように第２の受光部２２の受光部Ａ及び受光部Ｂに向けて集光される。本実施形態では、上述したように、グレーティング２９のパターンを左右で異なるように構成し、具体的には、図１８（Ｂ）（ｉ）に示すように左右のグレーティング２９に対して対称にレーザ光が入射した場合でも、一方が焦点距離ｆ１で焦点位置が受光部Ａの前方になり、他方が焦点距離ｆ２で焦点位置が受光部Ｂの後方になるように設定されている。従って、対物レンズの上下動により、光ディスク８上のレーザ光の焦点位置が変動し、図１８（Ａ）（ｉ）または図１８（Ｃ）（ｉ）に点線で示すようにレーザ光がずれると、図１８（Ａ）（ｉｉ）または図１８（Ｃ）（ｉｉ）に示すように受光部Ａと受光部Ｂとでビームスポットの面積が変わる。この面積の変動による受光部の出力変化を図１８（Ｃ）（ｉｉ）に示すようにアンプ４０〜４２を用いた演算処理により算出し、フォーカスエラー信号を生成する。このように本実施形態においては、信頼性のあるビームサイズ法（フーコー法）を用いてフォーカスエラー信号を生成することができる。また、本実施形態においては、光導波路２７における導波光の伝搬モードを放射モードに変えて第２の受光部２２で検知する構成なので、第２の受光部２２における受光量は第２の受光部２２の大きさ（結合長）またはＳＯＧ層２６及び３層の光導波路の厚さにより調整可能である。
【００７６】
なお、図示はしていないが、本実施形態の光ピックアップ装置には、半導体レーザのモニター用受光部が設けられており、このモニター用受光部において得られた信号に基づいて半導体レーザのパワーをモニターすることができ、随時パワーの調節を行っている。例えば、モニター用受光部への光の入射は、チップ後ろからの光を反射ミラーにて反射させる等により行えば良い。
【００７７】
以上説明したように、本実施形態においては、グレーティングカプラを用いて光ディスク８からの戻り光を透過光と導波光とに分け、４分割の受光部である第１の受光部２１を光量の多い透過光が照射されるグレーティング２９の直下位置または直下位置近傍に配置するので、第１の受光部２１において十分な光量が得られ、良好にＲＦ信号及びトラッキングエラー信号を生成することができる。特に、特開昭６３−６１４３０号公報に開示されているように、導波路伝搬光を使用してＲＦ信号を生成する従来例に比べると、非常に多くの光量を得ることができ、極めて良好にＲＦ信号を生成することができる。
【００７８】
また、フォーカスエラー信号生成用の第２の受光部２２の上層位置においては、ＳＯＧ層２６を介して光導波路を３層に形成し、各光導波路の間隔を接近させることにより、光導波路の導波モードを効率良く放射モードに変え、グレーティング２９からの第２の受光部２２までの光路長を十分に確保してビームサイズ法を用いてフォーカスエラー信号を生成するようにしたので、光ディスク８上におけるレーザ光の焦点位置の変動を、第２の受光部２２上における放射光の面積の増減として大きく反映させることができ、従来に比べてＳ／Ｎ比を良くすることができる。また、放射光の放射パワーについても、グレーティング２９の下方のＳＯＧ層２６を最適化することにより、光導波路２７の入射結合効率を高くすると共に、上述のような多層構造により第２の受光部２２上のＳＯＧ層２６の厚さを薄くして放射パワーを増大させているので、第２の受光部２２において必要十分な光量を得ることができる。
【００７９】
また、フォーカスエラー信号生成用の第２の受光部２２に対しては、上述のように放射モードによる光を用いるので、第２の受光部２２の受光面は、光導波路による導波光の光軸に対して水平に構成することができ、ＲＦ信号を生成する第１の受光部２１と、フォーカスエラー信号を生成する第２の受光部２２とを、半導体基板２０の同一平面上に設けることができる。その結果、受光部と、光導波路及びグレーティング等を同一基板上にＩＣプロセスによって容易に積層することができ、光集積装置自体を小型化することができる。
【００８０】
特に、上述のような受光部は、一般的なフォトディテクタまたはＯＥＩＣと同様な構成であるため、プロセス変更を行うことなく、パターン変更のみでフォトディテクタまたはＯＥＩＣの製造、更には光集積装置の製造を行うことができ、製造コストを著しく低減することができる。
【００８１】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を図１９に基づいて説明する。なお、第１の実施形態との共通箇所には同一符号を付して説明を省略する。
【００８２】
本実施形態は、図１９に示すように、第２の受光部２２の形成領域に相当する最上層の光導波路２７の上層に、アルミニウム製の遮光膜３３を設けたところが第１の実施形態と異なる。
【００８３】
図１６に示す対物レンズ７が光ディスク８に対して上下動することにより、グレーティング２９に対する光の照射範囲が変動し、光導波路を介さずに直接に第２の受光部２２に光が入射する場合がある。その結果、フォーカスエラー信号にノイズ成分が生じ、Ｓ／Ｎ比が悪化して、フォーカスサーボを乱すことがある。
【００８４】
そこで、本実施形態においては、最上層の光導波路２７の上層であって、中間層の光導波路３２、最下層の光導波路３１、及び第２の受光部２２が形成された領域に相当する位置に、アルミニウム製の遮光膜３３を設けた。この遮光膜３３により、上述のように光導波路を介さずに入射する光を確実に防止することができ、第２の受光部２２には光導波路からの光のみを入射させることができる。
【００８５】
その結果、フォーカスエラー信号にはノイズ成分が生じることがなくＳ／Ｎ比が改善されるので、安定したフォーカスサーボを行うことができる。
【００８６】
なお、遮光膜３３には、アルミニウム以外にも遮光可能な材質を適宜選択して用いることができる。
【００８７】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を図２０及び図２１に基づいて説明する。なお、第１の実施形態との共通箇所には同一符号を付して説明を省略する。
【００８８】
本実施形態は、第１の実施形態で用いた往路復路分離膜３０の代わりに、図２０に示すように、グレーティング４０，４１と光導波路４２からなるグレーティングカプラを往路復路分離手段として用いたところが第１の実施形態と異なる。また、光導波路４２とＳＯＧ層２８との間には、光導波路４２とグレーティング２９の距離を調節するためのＳｉＯ２層３４が設けられている。
【００８９】
第２の光波結合手段としてのグレーティング４０は、半導体レーザ１２からの発散光を、第２の光導波路としての光導波路４２に結合させるものであり、一例としてＴＭモードのレーザ光を光導波路４２に結合させる。パターンはチャーピングした曲線のパターンとなる。
【００９０】
第３の光波結合手段としてのグレーティング４１は、光導波路４２を伝搬してきた発散光を外部に所定の角度で放射させるもので、一例としてＴＭモードのレーザ光を放射させる。また、グレーティング４１は、外部からの入射光を透過させる。一例としてＴＥモードのレーザ光を透過させる。
【００９１】
以上のような構成において、半導体レーザ１２からレーザ光がグレーティング４０に対して照射されると、ＴＭモードのレーザ光がグレーティング４０によって光導波路４２に結合され、光導波路４２内を図２０に示す矢印Ｇ方向に伝搬される。
【００９２】
そして、このように伝搬されるＴＭモードのレーザ光は、グレーティング４１によって、外部に放射され、図１６に示すように反射ミラー５、コリメータレンズ６、及び対物レンズ７を介して光ディスク８の情報記録面に集光される。なお、往路復路分離手段としてグレーティングカップラを用いた場合にも、第１の実施形態と同様に、１／４波長板は必要である。
【００９３】
一方、光ディスク８からの戻り光は、逆の経路を辿ってグレーティング４１に入射する。この戻り光は、ＴＥモードのレーザ光であり、グレーティング４１はこのＴＥモードのレーザ光を透過させる。透過したレーザ光は、第１の実施形態と同様に、グレーティング２９によって、透過光と導波光とに分離され、第１の実施形態と同様に第１の受光部２１及び第２の受光部２２において受光される。
【００９４】
なお、グレーティングカップラの出力結合は、一般に光量分布を生じるので、図２１に示すように、グレーティング４１の高さを変化させることにより、前記光量分布を補正してガウス分布に近づけることができる。このような形状は、グレーティングカップラの放射損失係数と伝搬距離から決定することができ、その作製はマスクスパッタ法を用いたリフトオフにて可能となる。
【００９５】
以上のように、誘電体等の多層膜からなる往路復路分離膜の代わりに、グレーティングカップラからなる往路復路分離手段を用いる場合でも、第１の実施形態と同様に、十分な光量のＲＦ信号及びトラッキングエラー信号生成用の受光、並びにＳ／Ｎ比の良いフォーカスエラー信号生成用の受光を行うことができる。
【００９６】
なお、上述した各実施形態においては、最上層の光導波路は、水平方向に真っ直ぐに延びた形状としたが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。例えば、第２の受光部２２の上層に位置するＳＯＧ層２６を、図２２に示すように、熱酸化膜２３と保護膜２５が形成されていない長さＷの非処理領域の手前における長さＷ０の領域にて傾斜を持つ形状に加工し、最上層の光導波路２７をこの傾斜に合わせて屈曲させた場合にも本発明は適用可能である。例えば、図２２に示すように、最上層の光導波路２７を、中間層の光導波路３２の位置まで屈曲させることにより、中間層の光導波路３２を省略することも可能である。
【００９７】
また、上述した実施形態においては、第２の受光部２２をフォーカスエラー信号の生成用の受光部としたが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。例えば、第２の受光部２２をＲＦ信号用あるいはトラッキングエラー信号生成用としても良い。更には、上述した実施形態においては、最下層の光導波路の下面と第２の受光部２２の上面が接触するように構成したが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、最下層の光導波路の端面と第２の受光部２２の表面を接触させるように構成しても良い。
【００９８】
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。
【００９９】
【発明の効果】
請求項１に記載の光集積装置によれば、受光手段における受光光の生成領域において、光導波路が多層に形成されているので、前記光波結合手段及び前記光導波路を半導体基板上に積層形成した構成においても、光波のパワーが隣接する光導波路を往復する現象を起こすことができ、光情報記録担体からの反射光を、光波結合手段及び光導波路を経て受光手段に受光させることができる。従って、このような光集積装置を、半導体製造工程において容易に製造することができ、製造コストを低減させることができる。また、前記光導波路が３層以上の層から形成され、前記光導波路及び前記クラッド層の層厚は、最上位層及び最下位層における前記光導波路の層厚よりも小さいので、隣接する光導波路間の光波のパワーの往復現象を、確実且つ効率良く実現することができ、光導波路内を伝搬する光が前記受光光として出力される効率を向上させることができる。
【０１００】
請求項２記載の光集積装置によれば、前記光導波路の各層は屈折率は全て等しく、当該各層に挟まれる前記クラッド層が多層に形成される場合には、前記クラッド層の各層も屈折率が全て等しいので、隣接する光導波路間の光波のパワーの往復現象を、確実且つ効率良く実現することができ、光導波路内を伝搬する光が前記受光光として出力される効率を向上させることができる。
【０１０２】
請求項３記載の光集積装置によれば、前記光波結合手段と、前記光導波路と、前記受光手段とを、半導体基板上に積層形成し、前記受光手段は、前記光導波路からの位相整合による半導体基板側への放射光を受光する手段なので、前記光波結合手段、前記光導波路、及び前記受光手段を半導体基板上に通常の積層あるいは成膜といった半導体製造工程により製造可能であり、容易に製造できる。
【０１０３】
請求項６記載の光集積装置によれば、前記光導波路が多層に形成され前記受光手段が設けられた領域には、最上層の光導波路の上層に、遮光膜を形成したので、前記光波結合手段に入射する前の光が、多層に形成された光導波路を介することなく直接に前記受光手段に入射することを確実に防止することができ、前記受光手段からの出力信号にノイズ成分が重畳されること防止して、安定した制御を行うことができる。
【０１０４】
請求項７記載の光集積装置によれば、前記受光手段が、前記記録情報を読み取るための手段であると共に、前記光情報記録担体に対する照射光の面内位置情報を読み取るための手段なので、光導波路によって伝搬され十分な光路長を確保することのできる導波光により、前記情報を読み取るための信号を生成することができ、前記情報を読み取るための信号を良好に生成することができる。
【０１０５】
請求項８記載の光集積装置によれば、前記受光手段が、前記光情報記録担体に対する照射光の焦点位置情報を読み取るための手段なので、光導波路によって伝搬され十分な光路長を確保することのできる導波光により、前記光情報記録担体に対する照射光の焦点位置情報を読み取るための信号を生成することができ、前記焦点位置情報を読み取るための信号を良好に生成することができる。
【０１０６】
請求項９記載の光集積装置の製造方法によれば、発光手段から発光出射された光を記録情報が記録された光情報記録担体に対して照射すると共に、前記光情報記録担体で反射された反射光の受光用の光ピックアップ装置に用いられる光集積装置を製造する製造方法において、半導体基板を熱処理することにより部分的な非処理領域を除いて半導体基板表面を熱酸化膜として形成する工程と、前記熱酸化膜形成後の半導体基板上に、前記非処理領域を除いて保護膜を積層する工程と、 前記非処理領域に光導波路とクラッド層とを交互に積層して成る光導波積層部を形成する工程と、前記熱酸化膜及び前記保護膜の形成領域と前記光導波積層部が形成された前記非処理領域とを含めた領域に最上層の光導波路を形成する工程と、を備えたので、光導波路を伝搬する光を効率良く受光手段にて受光可能な光集積装置を容易に製造することができる。
【０１０７】
請求項１０記載の光集積装置の製造方法によれば、前記光導波積層部を形成する工程として、光導波路とクラッド層とを交互に複数回に亘って積層することにより、光導波路とクラッド層とのそれぞれを多層に形成する工程を用いたので、所定の導波条件を満たすと共に、接近する光導波路間を光波のパワーが往復する現象を効率良く実現可能な光集積回路を容易に製造することができる。
【０１０８】
請求項１１記載の光集積装置の製造方法によれば、前記非処理領域を除いて半導体基板表面を熱酸化膜として形成する工程、及び前記非処理領域を除いて保護膜を積層する工程として、前記熱処理及び前記積層を行った後に、前記非処理領域として形成すべき領域をエッチングする工程を備えたので、多層の光導波路の形成領域としての前記非処理領域を容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における光ピックアップ装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ’線における断面を示す断面図である。
【図３】（Ａ）は２つの光導波路が十分に離れている場合の導波光の状態を説明する図、（Ｂ）は２つの光導波路が接近している場合の導波光の状態を説明する図である。
【図４】図１の光ピックアップ装置における第２の受光部上の光導波路内での伝搬距離に対する光の強度変化を示す図である。
【図５】図１の光ピックアップ装置における第２の受光部上の光導波路内での伝搬距離に対する導波モードから放射モードへの変換効率の変化を示す図である。
【図６】図１の光ピックアップ装置における第２の受光部上の光導波路内での伝搬距離に対する光の強度の振幅変化を示す図である。
【図７】図１の光ピックアップ装置における第２の受光部上の光導波路及びＳＯＧ層の膜厚と屈折率の関係の説明に用いる図である。
【図８】第２の受光部上の光導波路をｎ層に構成した場合の膜厚と屈折率の関係の説明に用いる図である。
【図９】図１に示す光集積装置の製造工程を説明する図である（その１）。
【図１０】図１に示す光集積装置の製造工程を説明する図である（その２）。
【図１１】図１に示す光集積装置の製造工程を説明する図である（その３）。
【図１２】図１に示す光集積装置の製造工程を説明する図である（その４）。
【図１３】図１に示す光集積装置の製造工程を説明する図である（その５）。
【図１４】図１に示す光集積装置の製造工程を説明する図である（その６）。
【図１５】図１に示す光集積装置の製造工程を説明する図である（その７）。
【図１６】第１の実施形態の光ピックアップ装置を用いたディスクを含めた光学系の全体構成図である。
【図１７】第１の実施形態における光ピックアップ装置の動作を説明するための断面図である。
【図１８】図１６に示す光ピックアップ装置における光集積装置を図１６における上方から見た場合のグレーティングと第２の受光部２２との位置関係及びレーザ光の集光状態を示す図である。
【図１９】第２の実施形態における光集積装置の概略構成を示す断面図である。
【図２０】第３の実施形態における光集積装置の概略構成を示す断面図である。
【図２１】図１９の光集積装置におけるグレーティングの変形例を示す断面図である。
【図２２】本発明の光集積装置における最上層の光導波路の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 光ピックアップ装置
２ 半導体レーザ部
３ 光集積装置
８ 光ディスク
１２ 半導体レーザ
２０ 半導体基板
２１ 第１の受光部
２２ 第２の受光部
２３ 酸化膜
２４ アルミ遮光層
２５ 保護膜
２６ ＳＯＧ層
２７ 最上層の光導波路
２８ ＳＯＧ層
２９ グレーティング
３０ 往路復路分離膜
３１ 最下層の光導波路
３２ 中間層の光導波路
３３ 遮光膜
３４ ＳＯＧ層
４０，４１ グレーティング
４２ 光導波路
Claims (11)
- 発光手段から発光出射された光を記録情報が記録された光情報記録担体に対して照射すると共に、前記光情報記録担体で反射された反射光を受光する光ピックアップ装置に用いられる光集積装置であって、
前記反射光から少なくとも導波光を生成する光波結合手段と、前記導波光を伝搬させる光導波路と、前記光導波路からの光を受光する受光手段とを備え、
前記光導波路は、前記受光手段における受光光の生成領域が、クラッド層を介して３層以上の層から形成されており、
前記光導波路及び前記クラッド層の層厚は、最上位層及び最下位層における前記光導波路の層厚よりも小さいことを特徴とする光集積装置。 - 前記光導波路の各層は屈折率が全て等しく、当該各層に挟まれる前記クラッド層が多層に形成される場合には、前記クラッド層の各層も屈折率が全て等しいことを特徴とする請求項１記載の光集積装置。
- 前記光波結合手段と、前記光導波路と、前記受光手段とが、半導体基板上に積層形成され、前記受光手段は、前記光導波路からの位相整合による半導体基板側への放射光を受光する手段であることを特徴とする請求項１または２に記載の光集積装置。
- 最下位層の前記光導波路と前記受光手段とが接することを特徴とする請求項３に記載の光集積装置。
- 前記光集積装置の最上位層に往路復路分離手段が形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一に記載の光集積装置。
- 前記光導波路が多層に形成され前記受光手段が設けられた領域には、最上層の光導波路の上層に、遮光膜が形成されていることを特徴とする請求項３記載の光集積装置。
- 前記受光手段は、前記記録情報を読み取るための手段であると共に、前記光情報記録担体に対する照射光の面内位置情報を読み取るための手段であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一に記載の光集積装置。
- 前記受光手段は、前記光情報記録担体に対する照射光の焦点位置情報を読み取るための手段であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一に記載の光集積装置。
- 発光手段から発光出射された光を記録情報が記録された光情報記録担体に対して照射すると共に、前記光情報記録担体で反射された反射光の受光用の光ピックアップ装置に用いられる光集積装置を製造する製造方法であって、半導体基板を熱処理することにより部分的な非処理領域を除いて半導体基板表面を熱酸化膜として形成する工程と、前記熱酸化膜形成後の半導体基板上に、前記非処理領域を除いて保護膜を積層する工程と、前記非処理領域に光導波路とクラッド層とを交互に積層して成る光導波積層部を形成する工程と、前記熱酸化膜及び前記保護膜の形成領域と前記光導波積層部が形成された前記非処理領域とを含めた領域に最上層の光導波路を形成する工程と、を備えたことを特徴とする光集積装置の製造方法。
- 前記光導波積層部を形成する工程は、光導波路とクラッド層とを交互に複数回に亘って積層することにより、光導波路とクラッド層とのそれぞれを多層に形成する工程であることを特徴とする請求項９に記載の光集積装置の製造方法。
- 前記非処理領域を除いて半導体基板表面を熱酸化膜として形成する工程、及び前記非処理領域を除いて保護膜を積層する工程は、前記熱処理及び前記積層を行った後に、前記非処理領域として形成すべき領域をエッチングする工程であることを特徴とする請求項９または１０記載の光集積装置の製造方法。
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