JPH06103597A

JPH06103597A - 集積化光ピックアップ

Info

Publication number: JPH06103597A
Application number: JP4246643A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Ota; 好紀太田
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1992-09-16
Filing date: 1992-09-16
Publication date: 1994-04-15

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、従来の光集積ピックアップに不可欠
であったボイスコイルなどからなる機械的駆動機構を不
要にできることを主要な目的とする。【構成】第１の基板(31)と、この第１の基板(31)上に設
けられ、中央部付近に開口部(32a) を有した第２の基板
(32)と、この第２の基板(32)の開口部（32a)内又は上方
に設けられ、ＬＤ(34)、導波路、ＦＧＣ(35)、ＢＳ(36)
及びＰＤを具備する光集積ピックアップを有する第３の
基板(33)と、前記第２の基板(32)と第３の基板(33)とを
接続する複数の連結部（49₁〜49₂）と、前記第２の基
板(32)上でかつ該第２の基板(32)の開口部(32a) 付近に
形成され、第１の櫛歯型電極（42₁，42₂）を有する静
電リニアモータと、この静電リニアモータの櫛歯型電極
（42₁，42₂）と前記第３の基板(33)とを電気的に接続
する導体部（40₁，40₂）とを具備することを特徴とす
る集積化光ピックアップ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、集積化光ピックアップ
の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、微小光学の進歩により各光学素子
の微細化が進められ、光学システム自身の小型軽量化が
図られ、その応用範囲が拡大している。微小光学の流れ
の中で薄膜光導波路（以下、導波路と呼ぶ）を用いた光
集積回路の研究、開発が精力的に行われている。例え
ば、シリコン基板上に導波路と回路格子を集積し光ピッ
クアップに応用した例が報告されている（電子情報通信
学会技術報告、ＯＱＥ８５−７２、ｐ３９−４６、１９
８５）。また強誘電体基板に表面弾性波を発生させ、表
面弾性波の周波数を掃引することで光偏向するデバイス
の報告もある（電子情報通信学会技術研究報告、ＯＱＥ
８７−１２０、Ｐ７７−８４、１９８７）。図１は、上
記シリコン基板上に導波路と回折格子、ビームスプリッ
タ、受光用ホトダイオードを集積化した光集積ピックア
ップの概念図を示す。

【０００３】図中の１は、シリコン基板を示す。この基
板１上には、導波損失を避けるための厚い（例えば厚み
１．７μｍ）バッファ層２，スラブ導波路３が形成され
ている。前記スラブ導波路３上には、集光グレーティン
グカップラ４、ビームスプリッタ５、ホトダイオードア
レイ６₁，６₂，６₃，６₄が形成されている。なお、
図中の７は光ディスク、８はこの光ディスク７上に形成
されたピット、９はレーザダイオードである。次に、上
記光集積ピックアップの動作原理を簡単に説明する。

【０００４】まず、レーザダイオード９から端面結合で
スラブ導波路３に入射した光10は広がりながら集光グレ
ーティングカップラ４に到達し、この集光グレーティン
グカップラ４より垂直方向に出射し光ディスク７上に集
光する。光ディスク上のピット８で反射した戻り光は、
再び集光グレーティングカップラ４に入射し、ビームス
プリッタ５で２分割されて４つのホトダイオードアレイ
６₁〜６₄に入射して光電変換され、それぞれのホトダ
イオードアレイ６₁〜６₄から光電流として検出され
る。光ディスク７のピット８から得られる光信号出力
（ピット存在の有無を検出）は、４つのホトダイオード
アレイ６₁〜６₄の光電流の総和として再生信号11より
得られる。フォーカス誤差信号12は、フーコー法を用い
て、外側ホトダイオードアレイ６₁とホトダイオードア
レイ６₄の和信号と内側ホトダイオードアレイ６₂とホ
トダイオードアレイ６₃の和信号との差信号として得ら
れる。トラッキング誤差信号13は、プッシュプル法を用
いて、右側ホトダイオードアレイ６₁と６₂の和信号と
左側ホトダイオードアレイ６₃と６₄の和信号との差信
号13として得られる。このように４つのホトダイオード
アレイ６₁〜６₄から得られる電気信号を演算すること
により、再生信号11、フォーカス誤差信号12、トラッキ
ング誤差信号13を得ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図１の光集
積ピックアップは、ガラス等を研磨して得られる従来の
バルク部品を小型化し、これを集積化して製作される光
集積ピックアップに比べて、大幅な小型軽量化が達成で
きる。しかしながら、光集積ピックアップからの信号と
してフォーカス誤差信号12とトラッキング誤差信号13は
得られるものの、光集積ピックアップ自身には機械的可
動機構がないので、これらの信号をフィードバックして
フォーカス追従とトラッキング追従を行うには、別途設
けたボイスコイルによる機械機構が必要になる。つま
り、光集積ピックアップに機械的可動要素のないこと
が、この光集積ピックアップの欠点となっている。

【０００６】本発明はこうした事情を考慮してなされた
もので、フォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号を
基に電気的フィードバック系を形成し、これにより光デ
ィスクに対して半径方向，上下方向に移動可能となり、
従来必要とした機械的駆動機構を不要にできる集積化光
ピックアップを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１の基板
と、この第１の基板上に設けられ、中央部付近に開口部
を有した第２の基板と、この第２の基板の開口部内又は
上方に設けられ、半導体レーザ、導波路、集光グレーテ
ィングカップラ、ビームスプリッタ及びホトダイオード
を具備する光集積ピックアップを有する第３の基板と、
前記第２の基板と第３の基板とを接続する複数の連結部
と、前記第２の基板上でかつ該第２の基板の開口部付近
に形成され、可動電極を有する静電リニアモータと、こ
の静電リニアモータの可動電極と前記第３の基板とを電
気的に接続する導体部とを具備することを特徴とする集
積化光ピックアップである。

【０００８】図２（Ａ），（Ｂ）は、本発明による集積
化光ピックアップの概念図の斜視図を示す（但し、図２
（Ａ）は光ピックアップの斜視図、図２（Ｂ）は図２
（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図）。

【０００９】図中の21は、導電性を有する第１の基板で
ある。この第１の基板21上には、第１の絶縁膜（図示せ
ず）を介して中央部付近に開口部22ａを有する第２の基
板22が設けられている。前記第２の基板22の開口部22ａ
には、第３の基板23が第２の基板22と略同一の高さとな
るように配置されている。ここで、第３の基板23は、図
１に示したレーザダイオード、導波路、集光グレーティ
ングカップラ、ビームスプリッタ、ホトダイオードなど
からなる光集積ピックアップを有する基板である。な
お、前記第１の基板21，第３の基板23に相互に電圧を印
加することで、第３の基板23を静電引力で下方に変位さ
せることができる。

【００１０】前記第２の基板22と第３の基板23とは、Ｌ
字型連結部24₁，24₂，24₃，24₄によって接続されて
いる。ここで、これら連結部の形状をＬ字型にするの
は、フォーカス誤差補正の為の第３の基板23の上下動に
対して各連結部が破損しないようにするためである。

【００１１】前記第２の基板22上には、静電リニアモー
タを構成する可動電極25₁，25₂、固定電極26₁，26₂
が形成されている。前記可動電極25₁，25₂と第３基板
23とは、導体部27₁，27₂により接続されている。ここ
で、前記可動電極25₁と固定電極26₁からなる第１静電
リニアモータと可動電極25₂と固定電極26₂からなる第
２静電リニアモータを同期して駆動することにより、第
３の基板23を水平方向（図２の矢印Ｙ方向）に変位させ
ることができる。

【００１２】

【作用】こうした構成の集積化光ピックアップにおい
て、図２の第３の基板23からのフォーカス誤差信号とト
ラッキング誤差信号を基に、第１・第２静電リニアモー
タと第１の基板21（例えば第３の基板23は接地）に電圧
を印加することにより、光集積ピックアップの集光グレ
ーティングカップラからの出射光の焦点位置をディスク
のピットに正確に位置合わせすることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１４】図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）を参照する。
ここで、図３（Ａ）は本発明に係る集積化光ピックアッ
プの平面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のａ−ａ線に沿う
断面図、図３（Ｃ）は図３（Ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面
図である。

【００１５】図中の30は、高濃度シリコンからなる第１
の基板である。この基板30の導電型はｎ型，ｐ型のいず
れでもよい。この第１の基板30上には、第１の絶縁膜31
を介して略中央部に開口部32ａを有する第２の基板32が
設けられている。前記第２の基板32の開口部32ａの上方
には、第３の基板33が浮遊状態で配置されている。ここ
で、第３の基板33は、レーザダイオード（ＬＤ）34、導
波路、集光グレーティングカップラ（ＦＧＣ）35、ビー
ムスプリッタ（ＢＳ）36、ホトダイオード（ＰＤ）アレ
イ37₁，37₂，37₃，37₄などからなる光集積ピックア
ップを有する基板である。

【００１６】前記ＬＤ34はＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系半
導体レーザであり、上部からｎ型オーミックコンタクト
電極（例えばＡｕ／Ｇｅ／Ｎｉ）、ｎ型キャップ層、ｎ
型クラッド層、回折格子を有するｎ型ブロック層、活性
層、ｐ型クラッド層、ｐ型バッファ層、ｐ型基板、ｐ型
オーミックコンタクト電極（例えばＡｕ／Ｚｎ／Ａｕ）
で構成される。なお、38は前記ＬＤ34からの出射され導
波路を伝播する導波光を示す。また、39₁，39₂はＦＧ
Ｃ35より光ディスク（図示せず）に集光し、その反射光
がＦＧＣ35により再度導波路に入射しＢＳ36により２分
割され、ＰＤアレイ37₁〜37₄に入射する光を示す。

【００１７】前記第２の基板32の上方の（ｃ−ｃ線）方
向には、薄い第１のｐ⁺⁺単結晶シリコン層（導体部）40
₁，40₂が浮遊状態に形成されている。これら導体部40
₁，40₂には、夫々開口部41₁，41₂が形成されてい
る。これらの開口部は、後記静電リニアモータを第２の
基板から浮遊させるためのリリースエッチの時に、リリ
ースのためのエッチング液が導体部40₁，40₂の裏面に
良く回り込むようにするためのものである。

【００１８】前記第２の基板32の上方の（ｃ−ｃ線）方
向でかつ前記導体部40₁，40₂の外側には、可動電極と
しての厚い第２のｐ⁺⁺単結晶シリコン層（第１の櫛歯型
電極）42₁，42₂が浮遊状態に形成されている。これら
の第１の櫛歯型電極42₁，42₂は夫々図中の上側，下側
が夫々櫛歯形状で、可動するようになっている。前記第
１の櫛歯型電極42₁，42₂の一端は夫々前記導体部4
0₁，40₂に接続し、他端は後記第３のｐ⁺⁺単結晶シリ
コン層に夫々接続されている。前記第２の基板32の上の
（ｃ−ｃ線）方向でかつ前記第１の櫛歯型電極42₁，42
₂の外側には、第２の絶縁膜43を介して厚い第３のｐ⁺⁺
単結晶シリコン層（第２の櫛歯型電極）44₁，44₂が形
成されている。

【００１９】これらの第２の櫛歯型電極44₁，44₂は、
前記第１の櫛歯型電極42₁，42₂と対向する側が夫々櫛
歯形状になっている。ここで、前記第１の櫛歯型電極42
₁及び第２の櫛歯型電極44₁から水平方向に変位する第
１静電リニアモータが構成され、前記第１の櫛歯型電極
42₂及び第２の櫛歯型電極44₂から水平方向に変位する
第２静電リニアモータが構成されている。なお、図中の
45₁，45₂は、夫々第２の櫛歯型電極44₁，44₂からの
コンタクト電極を示す。

【００２０】前記第２の基板32の開口部32ａ付近には、
第２の絶縁膜43を介してｐ⁺⁺単結晶シリコンからなる半
導体層46₁，46₂，46₃，46₄，46₅，46₆が夫々形成
されている。これら半導体層46₁〜46₆のうち、半導体
層46₁，46₃，46₄，46₆上には、金属製電極（コンタ
クトパッド）47が第３の絶縁膜43´を介して形成されて
いる。また、前記半導体層46₂，46₅上にはコンタクト
パッド47が直接接続されている。

【００２１】前記第３の基板33と第２の基板32の半導体
層46₁，46₃，46₄，46₆とは、浮遊状態の薄いｐ⁺⁺単
結晶シリコンからなる連結部48₁，48₂，48₃，48₄に
より接続されている。また、前記第３の基板33と第２の
基板32の半導体層46₂，46₅とは、浮遊状態の薄いｐ⁺⁺
単結晶シリコンからなる接続部49₁，49₂により電気的
に接続されている。

【００２２】前記連結部48₁，48₂，48₃，48₄上に
は、一端が前記コンタクトパッド47と電気的に接続し、
他端が前記ＰＤ37₄，37₁，，37₃，37₂に電気的に接
続する配線50₁，50₂，50₃，50₄が形成されている。
なお、図中の51は、薄いｐ⁺⁺単結晶シリコンからなる半
導体層上の絶縁膜上に形成されて、ＬＤ34とボンディン
グワイヤを用いて電気的接続をとるためのコンタクトパ
ッドである。また、図中の52は、第２の基板32から電気
的コンタクトをとるための電極部である。

【００２３】次に、上記構成の集積化光ピックアップの
製造方法を図４（Ａ）〜（Ｅ）及びこれらの図４に対応
した図５（Ａ）〜（Ｅ）を参照して説明する。ここで、
図４は図３のｃ−ｃ線に沿う断面図、図５は図３のｄ−
ｄ線に沿う断面図である。また、図３と同部材は同符号
を付して説明を省略する。

【００２４】(1) まず、第２の基板32上に、第２の絶縁
膜43を介してｐ型不純物濃度１×１０¹⁵cm^-3程度で厚さ
数１０μｍ〜１００μｍ程度の第３の基板となる基材61
を張り付ける。ここで、光集積ピックアップとなる領域
61ａ以外を高濃度ｐ型層61ｂ，61ｃとする（図４
（Ａ），図５（Ａ）参照）。なお、図中の62は第２の基
板32の裏面及び基材61の表面に夫々形成された厚さ１．
７μｍ程度の熱酸化膜で、基材61の表面の熱酸化膜62は
導波路のバッファ層となる。

【００２５】(2) 次に、光集積ピックアップとなる領域
61ａ上にバッファ層を介して導波路63を形成する。つづ
いて、前記領域61ａの導波路63上に、ＦＧＣ35、ＢＳ36
及びＰＤアレイを形成する。この後、金属材料をマスク
として用いて前記基材61を選択的に加工し、薄い導体部
40₁，40₂、薄いｐ⁺⁺単結晶シリコンからなる接続部49
₁，49₂、半導体層46₁〜46₆、薄いｐ⁺⁺単結晶シリコ
ンからなる連結部48₁，48₂，48₃，48₄、及び凹部64
を形成する。次いで、前記高濃度ｐ型層61ｂ，61ｃにエ
ッチング開口部65₁，65₂を形成する。ひきつづき、前
記凹部64にＬＤ34をダイボンディングする。この際、前
記ＬＤ34は、前記凹部64にＬＤ34の活性層と導波路63の
光軸が一致するようにダイボンディングする。更に、前
記高濃度ｐ型層61ｂ，61ｃの領域にコンタクトパッド47
を形成した後、第２の基板32の裏面の熱酸化膜62を選択
的にエッチングする（図４（Ｂ），図５（Ｂ）参照）。
なお、図中の62ａは第２の基板32の裏面の熱酸化膜62の
開口、42₁，42₂は第１の櫛歯型電極、44₁，44₂は第
２の櫛歯型電極である。

【００２６】(3) 次に、前記基材61の表面側を金属ある
いは石英に接着剤などで張り付けて保護した後、第２の
基板32の裏面から異方性エッチングにより第２の基板32
に開口部32ａを開ける（図４（Ｃ），図５（Ｃ）参
照）。この際、第２の基板32の異方性エッチングは、該
基板32の表面側の第２の絶縁膜43で自動的に止まる。

【００２７】(4) 次に、前記接着剤を除去した後、前記
光集積ピックアップとなる領域61ａを含む最表面を保護
する。つづいて、ＨＦ系エッチング液で前記第２の絶縁
膜43を除去し、第２の基板32及び第１の櫛歯型電極4
2₁，42₂を浮遊状態にする（図４（Ｄ），図５（Ｄ）
参照）。

【００２８】(5) 次に、前記第２の基板32の裏面側に、
第１の絶縁膜31を介して第１の基板30を接着する（図４
（Ｅ），図５（Ｅ）参照）。なお、図中の66は、第１の
基板30から電気的にコンタクトをとるための金属製電極
である。

【００２９】上記実施例に係る集積化光ピックアップ
は、第１の基板30と、この第１の基板30上に第１の絶縁
膜31を介して形成され、中央部付近に開口部32ａを有す
る第２の基板32と、この第２の基板32の開口部32ａの上
方に形成され、ＬＤ34，導波路63、ＦＧＣ35，ＢＳ36及
びＰＤアレイ37₁〜37₄からなる光集積ピックアップを
有する第３の基板33と、前記第２の基板32と第３の基板
33とを接続する薄いｐ⁺⁺単結晶シリコンからなる複数の
連結部48₁〜48₄と、前記第２の基板32の上方でかつ前
記第２の基板32の開口部32ａ付近に対向して形成され、
第１の櫛歯型電極42₁，42₂，第２の櫛歯型電極44₁，
44₂からなる第１・第２静電リニアモータと、これら静
電リニアモータの第１の櫛歯型電極42₁，42₂と前記第
３の基板33とを電気的に接続する導体部40₁，40₂とか
ら構成されている。

【００３０】従って、上記実施例によれば、機械的可動
機構を付加することができ、光集積ピックアップから得
られるフォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号を基
に電気的フィードバック系を形成し、これにより光ディ
スクに対して半径方向、上下方向に移動可能となり、従
来の光集積ピックアップに不可欠であったボイスコイル
などから成る機械的駆動機構を不要にできる。

【００３１】なお、本発明に係る集積化光ピックアップ
の製造方法は、上記実施例のような方法に限らず、図６
（Ａ）〜（Ｅ）に示す方法でもよい。以下、この方法に
ついて説明する。なお、図４、図５と同部材は同符号を
付して説明を省略する。

【００３２】(1) まず、第２の基板32上に第２の絶縁膜
43を介して厚さ数μｍのｐ⁺⁺型の多結晶シリコン層71を
形成した後、この多結晶シリコン層71の上面及び基板32
の下面に熱酸化膜62を形成する（図６（Ａ）参照）。

【００３３】(2) 次に、フォトリソグラフィーにより熱
酸化膜62と多結晶シリコン層71を、多結晶シリコン層71
が光集積ピックアップを形成する領域では厚み数１００
ｎｍ〜１μｍ程度まで残り、その他の領域では第２の絶
縁膜43の表面に達するまでエッチング除去し、第１の櫛
歯型電極72₁，72₂、第２の櫛歯型電極73₁，73₂を夫
々形成する（図６（Ｂ）参照）。ここで、電極72₁，73
₁により第１静電リニアモータが構成され、電極72₂，
73₂により第２静電リニアモータが構成される。なお、
前記第１の櫛歯型電極72₁，72₂は図３の電極42₁，42
₂に対応し、前記第２の櫛歯型電極73₁，73₂は図３の
電極44₁，44₂に対応する。

【００３４】(3) 次に、薄くエッチングした前記多結晶
シリコン層71の中央部上に、ＬＤ，導波路、ＦＧＣ，Ｂ
Ｓ及びＰＤアレイを予め形成した第３の基板33を接合す
る。つづいて、図示しない配線を第３の基板33上等に形
成した後、第３の基板33の表面側を保護し、第２の基板
32の裏面の熱酸化膜62をフォトリソグラフィーにより選
択的にエッチングする（図６（Ｃ）参照）。

【００３５】(4) 次に、選択的にエッチングした熱酸化
膜62をマスクとして前記第２の基板32の裏面に開口部32
ａを形成する（図６（Ｄ）参照）。この際、第２の基板
32の異方性エッチングは、該基板32の表面側の第２の絶
縁膜43で自動的に止まる。

【００３６】(5) 次に、第２の基板32、薄い多結晶シリ
コン層71、櫛歯型電極72₁，72₂，73₁，73₂を保護し
た後、前記第２の絶縁膜43をＨＦ系溶液でエッチング
し、多結晶シリコン層71及び第１の櫛歯型電極72₁，72
₂を浮遊状態にする。つづいて、前記第２の基板32の裏
面側に、第１の絶縁膜31を介して第１の基板30を接着す
る（図６（Ｅ）参照）。

【００３７】

【発明の効果】以上詳述した如く本発明によれば、光導
波路を用いた光集積ピックアップにマイクロマシン技術
に応用することで機械的可動機構を付加することがで
き、光集積ピックアップから得られるフォーカス誤差信
号とトラッキング誤差信号を基に電気的フィードバック
系を形成し、これにより光ディスクに対して半径方向、
上下方向に移動可能となり、従来の光集積ピックアップ
に不可欠であったボイスコイルなどからなる機械的駆動
機構を不要にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の光集積ピックアップの説明図。

【図２】本発明に係る集積化光ピックアップの説明図で
あり、図２（Ａ）はその光ピックアップの概念図、図２
（Ｂ）は図２（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図。

【図３】本発明の一実施例に係る集積化光ピックアップ
の説明図であり、図３（Ａ）はその光ピックアップの平
面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のａ−ａ線に沿う断面
図、図３（Ｃ）は図３（Ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図。

【図４】図３の集積化光ピックアップの製造方法を工程
順に示す断面図であり、各図は図３のｃ−ｃ線に沿う断
面図。

【図５】図３の集積化光ピックアップの製造方法を工程
順に示す断面図であり、各図は図３のｄ−ｄ線に沿う断
面図。

【図６】本発明の他の実施例に係る集積化光ピックアッ
プの製造方法を工程順に示す断面図。

【符号の説明】

21，30…第１の基板、 22，32…第２の基
板、23，33…第３の基板、 24₁〜24₄，
48₁〜48₄…連結部、25₁，25₂…可動電極、
26₁，26₂…固定電極、27₁，27₂，40₁，40₂…
導体部、 32ａ，41₁，41₂…開口部、34…レーザダイ
オード、 35…集光グレーテイングカップ
ラ、36…ビームスプリッタ、 37₁〜37₄…
ホトダイオードアレイ、42₁，42₂，72₁，72₂…第１
の櫛歯型電極、44₁，44₂，73₁，73₂…第２の櫛歯型
電極、45₁，45₂…コンタクト電極、 46₁〜46₆
…半導体層、47…金属製電極 4
9₁，49₂…接続部、50₁〜50₄…配線、
51…コンタクトパッド、61…基材、
63…導波路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の基板と、この第１の基板上に設け
られ、中央部付近に開口部を有した第２の基板と、この
第２の基板の開口部内又は上方に設けられ、半導体レー
ザ、導波路、集光グレーティングカップラ、ビームスプ
リッタ及びホトダイオードを具備する光集積ピックアッ
プを有する第３の基板と、前記第２の基板と第３の基板
とを接続する複数の連結部と、前記第２の基板上でかつ
該第２の基板の開口部付近に形成され、可動電極を有す
る静電リニアモータと、この静電リニアモータの可動電
極と前記第３の基板とを電気的に接続する導体部とを具
備することを特徴とする集積化光ピックアップ。