JPH09312439A - Optical element and manufacture thereof - Google Patents

Optical element and manufacture thereof

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JPH09312439A
JPH09312439A JP15166096A JP15166096A JPH09312439A JP H09312439 A JPH09312439 A JP H09312439A JP 15166096 A JP15166096 A JP 15166096A JP 15166096 A JP15166096 A JP 15166096A JP H09312439 A JPH09312439 A JP H09312439A
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JP
Japan
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substrate
laser
region
plane
optical element
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Application number
JP15166096A
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Japanese (ja)
Inventor
Hironobu Narui
啓修 成井
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical element with a 111} plane mirror surface and a small dead band region and a manufacturing methodthereof. SOLUTION: A base material forming an optical element according to this invention is provided with a semiconductor laser structure on a GaAs substrate 12 having a 100} as a major surface moreover with a projected laser stripe 11 orthogonal in the [011] direction. An insulating film 21 is formed followed by patterning so as to remove the insulating film from the part excepting for a resonator region. Next, directional etching is performed having the insulating film as a mask so as to etch up to the prescribed surface 23 so as to form a projection part 24 in the same shape with the laser stripe on the prescribed surface. A mirror part 28 is formed by crystal growth on the prescribed surface. In this formation process, 111} B faces 30, 32 are grown from the upper surface, the side surface and the prescribed surface of the projection part simultaneously. Along with this growth, lateral growth begins also from the horizontal surface 6 (a diagonally shaded part in the figure) 34 of the horizontal surface between the 111} B face and the 111} B face 34, and a region of the 111} B face is extended so as to fully function as a laser light boot-up part.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、発光素子、反射
鏡、受光素子等をモノシリックに構成した、所謂Confoc
al Laser Coupler型(コンフォーカル・レーザ・カプラ
型、以下、簡単にCLC型と言う)光学素子及びその作
製方法に関し、更に詳細には、軽量・小型化され、光学
的アライメントの容易なCLC型光学素子、例えば光デ
ィスクの読み取り、書き込み等に使用される光ピックア
ップに最適な光学素子及びその作製方法に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a so-called Confoc in which a light emitting element, a reflecting mirror, a light receiving element and the like are monolithically constructed.
The present invention relates to an al Laser Coupler type (confocal laser coupler type, hereinafter simply referred to as CLC type) optical element and a method of manufacturing the same, more specifically, a CLC type optical that is lightweight, downsized, and easy in optical alignment. The present invention relates to an element, for example, an optical element most suitable for an optical pickup used for reading and writing of an optical disk, and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】光ディスクの読み取り、書き込みを行う
従来の光ピックアップでは、半導体レーザ、フォトダイ
オード、ビームスプリッタ等の光学部品が個別に基板上
にハイブリッド構造で構成されていた。これでは、光ピ
ックアップを構成する光学部品の部品数が多くなると共
に構造が複雑になり、かつ、厳密な光学的アライメント
精度を必要とするために、基板上に光学部品をハイブリ
ッド構造で組み立てる際に高度の製作技術を必要とし、
生産性の向上が難しかった。
2. Description of the Related Art In a conventional optical pickup for reading and writing an optical disk, optical components such as a semiconductor laser, a photodiode and a beam splitter are individually formed on a substrate in a hybrid structure. This increases the number of optical components that make up the optical pickup, complicates the structure, and requires strict optical alignment accuracy.Therefore, when assembling optical components on a substrate with a hybrid structure, Requires advanced manufacturing techniques,
It was difficult to improve productivity.

【0003】そこで、本出願人は、光ピックアップを構
成する光学部品の部品点数を削減すると共に全体構成を
簡素化し、小型化し、しかも光学部品の光学的な配置に
伴う光学的アライメントを簡単化するために、レンズ等
からなる光収束手段の共焦点位置に発光部を配置し、共
焦点位置の近傍に受光部を形成した、いわゆるCLC型
光ピックアップを提案した。このCLC型光ピックアッ
プの一例として光学装置70を図5に示す。光学装置7
0は、半導体レーザからなる発光部72と、三角錐構造
の半導体層からなるレーザ光立ち上げ部74、フォトダ
イオードからなる受光部76とを共通の半導体基板78
の上にモノリシック構造で集積させている。
Therefore, the applicant of the present invention reduces the number of optical components constituting the optical pickup, simplifies the overall structure, reduces the size, and simplifies the optical alignment accompanying the optical arrangement of the optical components. Therefore, a so-called CLC type optical pickup has been proposed in which a light emitting portion is arranged at a confocal position of a light converging means including a lens and a light receiving portion is formed in the vicinity of the confocal position. An optical device 70 is shown in FIG. 5 as an example of this CLC type optical pickup. Optical device 7
Reference numeral 0 denotes a common semiconductor substrate 78 that includes a light emitting portion 72 formed of a semiconductor laser, a laser light rising portion 74 formed of a semiconductor layer having a triangular pyramid structure, and a light receiving portion 76 formed of a photodiode.
It has a monolithic structure on top of it.

【0004】レーザ光立ち上げ部74は、立ち上げミラ
ー面74aと2個の反射面74b、cを有し、収束手段
の共焦点位置近傍に配置形成され、立ち上げミラー面7
4aが発光部72に面し、他の2個の反射面74b、c
が2分割フォトダイオードPD1a,PD1bとPD2a,P
2bからなる受光部76に向かい合って形成されてい
る。発光部74から出射されたレーザ光LF は、図6に
示すように、立ち上げミラー面74aで反射され上方に
向かい、光収束手段(図示せず)により収束された後
に、光ディスク等の被照射体に照射される。光は、被照
射体において反射され、戻り光LR として光収束手段に
より収束されて、共焦点近傍に配置されたレーザ光立ち
上げ部74に照射される。戻り光LR は、2つの反射面
74b、cによりそれぞれ分割され、反射されて、受光
部76を構成する2つの2分割フォトダイオードP
1a,PD1bおよびPD2a,PD2bにおいて受光され
る。
The laser beam rising portion 74 has a rising mirror surface 74a and two reflecting surfaces 74b and 74c, and is formed near the confocal position of the converging means.
4a faces the light emitting portion 72, and the other two reflecting surfaces 74b, c
Is a two-divided photodiode PD 1a , PD 1b and PD 2a , P
It is formed so as to face the light receiving portion 76 made of D 2b . As shown in FIG. 6, the laser light L F emitted from the light emitting portion 74 is reflected by the rising mirror surface 74 a and goes upward, and after being converged by the light converging means (not shown), the laser light L F is irradiated onto the optical disk or the like. The illuminator is irradiated. The light is reflected by the object to be irradiated, is converged by the light converging means as the return light L R , and is irradiated onto the laser light rising portion 74 arranged near the confocal point. The return light L R is divided by the two reflecting surfaces 74 b and c, respectively, and reflected to form two light receiving portions 76.
The light is received by D 1a , PD 1b and PD 2a , PD 2b .

【0005】ここで、図5に示すCLC型光ピックアッ
プの従来の形成方法について説明する。先ず、図7
(a)に示すように、Ga As 基板42、下部クラッド
層44、活性層46及び上部クラッド層48等の化合物
半導体積層構造からなるレーザ共振器領域にマスクパタ
ーン形成膜として絶縁膜50を成膜する。次いで、方向
性エッチングを施して基板42の所定面52までエッチ
ングすると共にレーザ共振器端面54を共振器の方向に
垂直に形成する。エッチングは、第1段階のエッチング
及び第2段階のエッチングの2段階エッチングを施す。
先ず、第1段階のエッチングでは、基板42の基板面5
6までエッチングする。次いで、マスクパターンを形成
して、第2段階のエッチングを基板面56から所定面5
2まで行い、共振器の方向に延びる二等辺三角形の角柱
状の段差58を形成する。次に、図7(b)に示すよう
に、MOCVD法等により化合物半導体層を選択成長さ
せて、段差58上に三角錐状のレーザ光立ち上げ部74
を形成している。図7(c)は、図7(b)の側面断面
図であって、共振器端面54とレーザ光立ち上げ部74
の共振器側傾斜面、すなわち立ち上げミラー面80との
間W3 は不感帯領域となる。
Now, a conventional method for forming the CLC type optical pickup shown in FIG. 5 will be described. First, FIG.
As shown in (a), an insulating film 50 is formed as a mask pattern forming film in a laser resonator region having a compound semiconductor laminated structure such as a GaAs substrate 42, a lower clad layer 44, an active layer 46 and an upper clad layer 48. To do. Next, directional etching is performed to etch the substrate 42 to a predetermined surface 52, and a laser resonator end face 54 is formed perpendicularly to the resonator direction. As the etching, two-stage etching including first-stage etching and second-stage etching is performed.
First, in the first-stage etching, the substrate surface 5 of the substrate 42 is
Etch to 6. Next, a mask pattern is formed and a second step of etching is performed from the substrate surface 56 to the predetermined surface 5.
Step 2 is performed to form an isosceles triangular prismatic step 58 extending in the direction of the resonator. Next, as shown in FIG. 7B, a compound semiconductor layer is selectively grown by the MOCVD method or the like, and the triangular pyramid-shaped laser light rising portion 74 is formed on the step 58.
Is formed. FIG. 7C is a side cross-sectional view of FIG. 7B and shows the resonator end face 54 and the laser light rising portion 74.
W 3 between the resonator-side inclined surface of, and the rising mirror surface 80 is a dead zone area.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、CLC型光
ピックアップ等の光学素子では、不感帯領域が広くなれ
ば広くなるなるほど、受光部に入射する戻り光の光量が
減少するので、不感帯領域は狭いほど良い。
By the way, in an optical element such as a CLC type optical pickup, the wider the dead zone region is, the smaller the light amount of the return light incident on the light receiving portion is. Therefore, the narrower the dead zone region is. good.

【0007】ここで、図8を参照しつつ、CLC型光ピ
ックアップの戻り光LR と不感帯領域との関係について
説明する。出射レーザ光LF を上に向け反射する立ち上
げミラー面80は、反射効率を高めるために被覆した皮
膜層の性質のために、戻り光LR に対しては不感帯領域
となる。一方、回折限界により広がった戻り光LR の照
射面積は、光収束手段の開口数等により一定値に規定さ
れるので、受光部に入射する戻り光LR の光量は、不感
帯領域が広くなれば広くなるほど、減少し、感度を始め
とする光ピックアップ性能が低下する。そこで、図9
(a)に示すように、レーザ光立ち上げ部74の戻り光
R の反射面82の面積を広くするために三角錐74を
大きくすると、結果的に三角錐と共振器端面との距離W
が長くなり、不感帯領域が広くなる。逆に、図9(b)
に示すように、段差58の高さを高くして、三角錐74
を小さくして、距離Wを短縮しようとすると、戻り光を
分割する反射面82の面積が小さくなり、受光部に入射
する戻り光LR の光量が減少する。
Now, the relationship between the return light L R of the CLC type optical pickup and the dead zone region will be described with reference to FIG. The rising mirror surface 80, which reflects the emitted laser light L F upward, becomes a dead zone region for the return light L R due to the nature of the coating layer coated to enhance the reflection efficiency. On the other hand, the irradiation area of the return light L R expanded due to the diffraction limit is regulated to a constant value by the numerical aperture of the light converging means, so that the light quantity of the return light L R incident on the light receiving portion becomes wider in the dead zone region. As the width gets wider, the amount decreases, and the optical pickup performance including sensitivity decreases. Therefore, FIG.
As shown in (a), when the triangular pyramid 74 is made large in order to widen the area of the reflection surface 82 of the return light L R of the laser light rising portion 74, as a result, the distance W between the triangular pyramid and the resonator end surface is increased.
Becomes longer and the dead zone becomes wider. Conversely, FIG. 9 (b)
As shown in FIG.
If it is attempted to reduce the distance W by shortening, the area of the reflection surface 82 that divides the return light becomes smaller, and the amount of the return light L R incident on the light receiving unit decreases.

【0008】ところで、{111}A面や{110}面
を立ち上げミラー面とすることは、図10(a)に示す
ように、これらの面上にも結晶が成長するため、活性層
端面と立ち上げミラー面の間隔Wが狭まり、戻り光に対
する不感帯領域が狭くなるという利点があるが、{11
1}A面や{110}面は、面の平坦性、結晶の面内均
一性、及び結晶の緻密性の点で立ち上げミラー面として
好ましくない。そこで、光ピックアップの性能を向上さ
せるためには、面の平坦性、結晶の面内均一性、緻密性
に優れた{111}B面を立ち上げミラー面として使用
することが必要である。しかし、{111}B面を立ち
上げミラー面とする場合、上述の三角錐形成工程で{1
11}B面上に結晶を成長させることが難いために、図
10(b)に示すように、活性層端面と立ち上げミラー
面の間隔Wが広くなり、不感帯領域が拡大する言う問題
があった。尚、{111}B面とは、Ga As 結晶基板
の{111}面の表層にAs 原子が配列されている面を
言い、{111}A面とはGa 原子が配列されている面
を言う。
By the way, when the {111} A plane or the {110} plane is made to be a rising mirror plane, as shown in FIG. 10 (a), crystals grow on these planes, so that the active layer end face is formed. However, there is an advantage that the interval W between the rising mirror surfaces is narrowed and the dead zone for the returning light is narrowed.
The 1} A plane and the {110} plane are not preferable as the rising mirror surface in terms of the flatness of the plane, the in-plane uniformity of the crystal, and the denseness of the crystal. Therefore, in order to improve the performance of the optical pickup, it is necessary to use the {111} B plane, which has excellent surface flatness, in-plane uniformity of crystals, and compactness, as a rising mirror surface. However, when the {111} B surface is used as the rising mirror surface, {1} is formed in the above-mentioned triangular pyramid forming step.
Since it is difficult to grow a crystal on the 11} B plane, there is a problem that the interval W between the end surface of the active layer and the rising mirror surface is widened and the dead zone region is expanded, as shown in FIG. 10B. It was The {111} B plane is the plane in which As atoms are arranged on the surface layer of the {111} plane of the GaAs crystal substrate, and the {111} A plane is the plane in which Ga atoms are arranged. .

【0009】そこで、本発明の目的は、{111}面を
立ち上げミラー面とし、しかも不感帯領域の小さい光学
素子を提供することである。
Therefore, an object of the present invention is to provide an optical element having a {111} plane as a rising mirror surface and having a small dead zone region.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明者は、{100}
面を主面とする基板を用い、レーザ光立ち上げ部を形成
する基板領域の面に凸部を延在させ、その面に化合物半
導体層を選択成長させ、{111}B面の横方向の成長
を起こさせることにより、上記課題を解決することに着
目し、本発明を完成するに到った。上記目的を達成する
ために、本発明に係る光学素子は、主面とする{10
0}面に対して平行な面又は15°以下の角度で傾斜し
ている基板面を備えるGa As 基板と、化合物半導体層
の積層構造からなる半導体レーザ部と、半導体レーザ部
の端面近傍に配置され、半導体レーザ部の端面から出射
されたレーザ光を基板面に対して上方垂直に反射させる
立ち上げミラー面を有するレーザ光立ち上げ部と、レー
ザ光立ち上げ部に関して半導体レーザ部と反対側に配置
された受光部とを基板面上にそれぞれ備えていることを
特徴としている。基板面の{100}面に対する傾斜角
度は、好適には、9.7°である。また、本発明のレー
ザ構造は、Ga As 系、AlGa As系の化合物半導体
の積層構造で形成されている。
Means for Solving the Problems The present inventors have found that {100}
Using the substrate whose main surface is the main surface, the convex portion is extended to the surface of the substrate region where the laser beam rising portion is formed, and the compound semiconductor layer is selectively grown on the surface, and the compound semiconductor layer is formed in the lateral direction of the {111} B plane. The present invention has been completed, focusing on solving the above-mentioned problems by causing growth. In order to achieve the above object, an optical element according to the present invention has a main surface {10.
And a semiconductor laser section having a laminated structure of compound semiconductor layers and a GaAs substrate having a plane parallel to the 0} plane or inclined at an angle of 15 ° or less, and arranged near the end face of the semiconductor laser section. The laser light rising portion having a rising mirror surface that reflects the laser light emitted from the end surface of the semiconductor laser portion vertically upward with respect to the substrate surface, and the laser light rising portion on the side opposite to the semiconductor laser portion. It is characterized in that it is provided with a light receiving portion arranged on the substrate surface. The inclination angle of the substrate surface with respect to the {100} plane is preferably 9.7 °. Further, the laser structure of the present invention is formed by a laminated structure of GaAs-based and AlGaAs-based compound semiconductors.

【0011】本発明に係る光学素子を作製する方法は、
主面とする{100}面に対して平行な面又は15°以
下の角度で傾斜している基板面を備えるGa As 基板上
に、化合物半導体層をレーザ構造に積層してなる第1領
域と、レーザ構造の活性層より低い位置に基板面に平行
に形成された面上にレーザ構造の共振器方向に延びる凸
部を有する第2領域とを備え、第1領域の第2領域側端
面が第2領域の面に対して直交するように形成された基
体の第2領域の面に、選択成長法により化合物半導体層
を成長させ、第1領域の第2領域側端面から出射される
レーザ光を基板面に対して上方垂直に反射させる立ち上
げミラー面を有する立ち上げミラー部を形成することを
特徴としている。
The method for producing the optical element according to the present invention is
A first region formed by laminating a compound semiconductor layer in a laser structure on a GaAs substrate having a plane parallel to the {100} plane which is the main plane or a substrate plane inclined at an angle of 15 ° or less; A second region having a convex portion extending in the cavity direction of the laser structure on a surface formed parallel to the substrate surface at a position lower than the active layer of the laser structure, wherein the end surface of the first region on the second region side is A laser beam emitted from the end face of the first region on the side of the second region by growing a compound semiconductor layer on the face of the second region of the substrate formed so as to be orthogonal to the face of the second region by the selective growth method. It is characterized in that a rising mirror portion having a rising mirror surface that reflects the light vertically upward with respect to the substrate surface is formed.

【0012】また、別の作製方法は、主面とする{10
0}面に対して平行な面又は15°以下の角度で傾斜し
ている基板面を備えるGa As 基板上に化合物半導体層
を積層してなる半導体レーザ構造と、半導体レーザ構造
の上面に[011]方向に直交する方向に凸状のレーザ
ストライプを有する基体の上面にマスクパターン形成膜
を成膜し、次いでパターニングして半導体レーザの共振
器領域にマスクパターン膜を形成する工程と、マスクパ
ターン膜をマスクにして、方向性エッチングを基板面に
直交する方向に施して基板の所定面までエッチングし、
共振器領域の端面を所定面に垂直に形成すると共に所定
面にレーザストライプと同じ形状の凸部を形成する工程
と、凸部を有する所定面上に化合物半導体層を選択成長
法により結晶成長させ、共振器領域の端面から出射され
るレーザ光を基板面に対して上方垂直に反射させる立ち
上げミラー面を有するレーザ光立ち上げ部を形成する工
程とを有することを特徴としている。本発明方法で使用
する選択成長法は、その方法に限定はなく、例えばMO
CVD法等を使用できる。また、方向性エッチングに
は、反応性イオンエッチング法(RIE)、ECRプラ
ズマエッチング法等を使用する。所定面とは、レーザ光
立ち上げ部を成長させる形成面である。
Another manufacturing method is to use the main surface {10.
A semiconductor laser structure formed by stacking a compound semiconductor layer on a GaAs substrate having a plane parallel to the 0} plane or a substrate plane inclined at an angle of 15 ° or less, and [011] on the upper surface of the semiconductor laser structure. ] A step of forming a mask pattern forming film on the upper surface of a substrate having a convex laser stripe in a direction orthogonal to the direction, and then patterning to form a mask pattern film in the cavity region of the semiconductor laser; Using as a mask, directional etching is performed in a direction orthogonal to the substrate surface to etch to a predetermined surface of the substrate,
A step of forming an end face of the resonator region perpendicular to a predetermined surface and forming a convex portion having the same shape as the laser stripe on the predetermined surface, and crystal growth of a compound semiconductor layer on the predetermined surface having the convex portion by a selective growth method. And a step of forming a laser beam rising portion having a rising mirror surface for reflecting the laser light emitted from the end face of the resonator region in a direction vertically upward with respect to the substrate surface. The selective growth method used in the method of the present invention is not limited to that method.
A CVD method or the like can be used. Further, reactive ion etching (RIE), ECR plasma etching or the like is used for the directional etching. The predetermined surface is a surface on which the laser light rising portion is grown.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下に、実施例を挙げ、添付図面
を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説
明する。実施例1 本実施例は、本発明に係る光学素子の実施例であって、
図1は本実施例の光学素子の模式的斜視図である。本実
施例の光学素子10は、図1に示すように、主面とする
{100}面に対して9.7°の角度で傾斜している基
板面を備えるGa As 基板12と、基板12上にそれぞ
れ形成された、半導体レーザ部20と、半導体レーザ部
20の端面26近傍に配置され、延在する凸部27を有
するレーザ光立ち上げ部28と、レーザ光立ち上げ部2
8に関して半導体レーザ部20と反対側に配置された受
光部22とを備えている。半導体レーザ部20は、化合
物半導体層からなる下部クラッド層14、活性層16、
上部クラッド層18等の積層構造から構成されている。
図1中、30はレーザ光立ち上げ部28の凸部27の
{111}B面、32は凸部27の下部の{111}B
面、及び34は{111}B面30と{111}B面3
2との間の横方向の面(図面の中の斜線部分)であって
ラテラル成長面である。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. Example 1 This example is an example of the optical element according to the present invention.
FIG. 1 is a schematic perspective view of an optical element of this example. As shown in FIG. 1, the optical element 10 of the present embodiment includes a GaAs substrate 12 having a substrate surface inclined at an angle of 9.7 ° with respect to the {100} plane which is the main surface, and the substrate 12. The laser light rising portion 28 and the laser light rising portion 2 which are respectively formed on the semiconductor laser portion 20 and the laser light rising portion 28 which is arranged in the vicinity of the end face 26 of the semiconductor laser portion 20 and has the extending convex portion 27.
8 includes a semiconductor laser section 20 and a light receiving section 22 arranged on the opposite side. The semiconductor laser section 20 includes a lower clad layer 14 made of a compound semiconductor layer, an active layer 16,
The upper clad layer 18 and the like have a laminated structure.
In FIG. 1, 30 is the {111} B surface of the convex portion 27 of the laser beam rising portion 28, and 32 is the {111} B surface of the lower portion of the convex portion 27.
Planes and 34 are {111} B plane 30 and {111} B plane 3
It is a surface in the lateral direction between 2 and (a hatched portion in the drawing) and is a lateral growth surface.

【0014】本実施例では、実施例2で説明するよう
に、レーザ光立ち上げ部28及び受光部22を成長させ
る際、{111}B面30と{111}B面32との間
の横方向の面(図面の中の斜線部分)34でもラテラル
成長が始まり、{111}B面の領域が広がるために、
十分にレーザ光立ち上げミラー面として機能する。よっ
て、光学素子10は、CLC型光ピックアップの主要部
として好適に使用できる。
In this embodiment, as described in the second embodiment, when the laser light rising portion 28 and the light receiving portion 22 are grown, the lateral distance between the {111} B surface 30 and the {111} B surface 32 is increased. Since lateral growth also starts in the plane (hatched portion in the drawing) 34 in the direction, and the region of the {111} B plane expands,
It fully functions as a laser light rising mirror surface. Therefore, the optical element 10 can be suitably used as a main part of a CLC type optical pickup.

【0015】実施例2 本実施例は、本発明方法を実施例1の光学素子10の形
成に適用した例である。光学素子10を形成するための
基材は、図2(a)に示すように、主面とする{10
0}面に対して9.7°の角度で傾斜している基板面を
備えるGa As 基板12であって、基板12上に下部ク
ラッド層14、活性層16、上部クラッド層18及びキ
ャップ層(図示せず)からなる積層構造を備え、かつ
[011]方向に延びる凸状のレーザストライプ11を
有する化合物半導体の積層構造である。
Example 2 This example is an example in which the method of the present invention is applied to the formation of the optical element 10 of Example 1. The base material for forming the optical element 10 is, as shown in FIG.
A GaAs substrate 12 having a substrate surface inclined at an angle of 9.7 ° with respect to a 0} plane, on which a lower clad layer 14, an active layer 16, an upper clad layer 18, and a cap layer ( (Not shown), and a laminated structure of a compound semiconductor having a convex laser stripe 11 extending in the [011] direction.

【0016】先ず、基板面にマスクパターン形成用膜と
して絶縁膜21を成膜し、パターニングしてレーザ構造
の共振器領域以外の領域から絶縁膜21を除去する。次
に、図2(b)に示すように、絶縁膜21をマスクにし
て、反応性イオンエッチング法による方向性エッチング
を基板面に直交する方向に施して基板12の所定面、即
ちレーザ光立ち上げ部形成面23までエッチングする。
これにより、共振器領域の端面26は垂直に形成される
と共に所定面23にはレーザストライプ11と同じ形状
の凸部24が形成される。続いて、端面26に保護膜と
して絶縁膜を成膜する。次いで、凸部24を有する所定
面23上にMOCVD法等により化合物半導体層を選択
成長させ、図1に示すレーザ光立ち上げ部28及び受光
部22を形成する。レーザ光立ち上げ部28の形成過程
で、凸部24の上面、側面及び所定面23から同時に
{111}B面30、32が成長する。この成長と共に
凸部24の{111}B面30と凸部24の下部の{1
11}B面32との間の横方向の面(図面の中の斜線部
分)34からもラテラル成長が始まり、{111}B面
の領域が広がり、十分にレーザ光立ち上げミラー28と
して機能する{111}B面が形成される。
First, an insulating film 21 is formed as a mask pattern forming film on the substrate surface and is patterned to remove the insulating film 21 from the region other than the cavity region of the laser structure. Next, as shown in FIG. 2B, using the insulating film 21 as a mask, directional etching by a reactive ion etching method is performed in a direction orthogonal to the substrate surface to expose a predetermined surface of the substrate 12, that is, laser light. Etching is performed up to the raised portion forming surface 23.
As a result, the end face 26 of the resonator region is formed vertically, and the protrusion 24 having the same shape as the laser stripe 11 is formed on the predetermined face 23. Then, an insulating film is formed on the end surface 26 as a protective film. Next, a compound semiconductor layer is selectively grown on the predetermined surface 23 having the convex portion 24 by the MOCVD method or the like to form the laser light rising portion 28 and the light receiving portion 22 shown in FIG. During the process of forming the laser beam rising portion 28, the {111} B surfaces 30 and 32 grow simultaneously from the upper surface and the side surface of the convex portion 24 and the predetermined surface 23. With this growth, the {111} B surface 30 of the convex portion 24 and the {1}
Lateral growth also starts from the lateral surface (hatched portion in the drawing) 34 between the 11} B surface 32 and the area of the {111} B surface expands, and functions sufficiently as the laser beam rising mirror 28. The {111} B plane is formed.

【0017】以上の工程により、図3(図1の側面断面
図)に示すように、レーザ光立ち上げ部28は、不感帯
領域の幅W1 が短くなって、{111}A面や{11
0}面を立ち上げミラーとして使った形状と同じ形状に
なり、戻り光に対する不感帯領域を小さくした、図1に
示す光学素子10を得ることができる。
Through the above steps, as shown in FIG. 3 (side sectional view of FIG. 1), in the laser light rising portion 28, the width W 1 of the dead zone region is shortened, and the {111} A plane or the {11} A plane is formed.
It is possible to obtain the optical element 10 shown in FIG. 1, which has the same shape as that of the 0} plane used as the rising mirror and has a small dead zone region for the returning light.

【0018】実施例3 本実施例は、三角錐を有するCLC型光学素子の形成に
本発明方法を適用した例である。先ず、図7を参照して
説明した従来例と同様にして、Ga As 基板42、下部
クラッド層44、活性層46及び上部クラッド層48等
の化合物半導体積層構造からなるレーザ共振器領域にマ
スクパターン形成膜として絶縁膜50を成膜する。次い
で、方向性エッチングを施して基板42の所定面52ま
でエッチングすると共に共振器端面54を共振器方向に
対して垂直に形成する。エッチングは、第1段階のエッ
チングと、第2段階のエッチングからなる2段階エッチ
ングを施す。先ず、第1段階のエッチングでは、基板4
2の基板面56までエッチングし、次いで、マスクパタ
ーンを使って、第2段階のエッチングを基板面56から
所定面52まで行い、共振器の方向に延びる二等辺三角
形の角柱状の段差58を形成する。ここまでは、図7に
示す従来の方法と同じである。次いで、図4(a)に示
すように、マスクパターンを使うか、元々の半導体レー
ザの凹凸を利用して、段差58上に共振器方向に延在す
る凸部60を形成する。
Example 3 This example is an example in which the method of the present invention is applied to the formation of a CLC type optical element having a triangular pyramid. First, in the same manner as the conventional example described with reference to FIG. 7, a mask pattern is formed in the laser resonator region having a compound semiconductor laminated structure such as the GaAs substrate 42, the lower clad layer 44, the active layer 46 and the upper clad layer 48. The insulating film 50 is formed as a forming film. Next, directional etching is performed to etch the substrate to a predetermined surface 52 and a resonator end face 54 is formed perpendicular to the resonator direction. As the etching, two-step etching including first-step etching and second-step etching is performed. First, in the first-stage etching, the substrate 4
Etching is performed up to the second substrate surface 56, and then a second step etching is performed from the substrate surface 56 to a predetermined surface 52 using a mask pattern to form an isosceles triangular prismatic step 58 extending in the direction of the resonator. To do. Up to this point, the method is the same as the conventional method shown in FIG. Next, as shown in FIG. 4A, a convex portion 60 extending in the cavity direction is formed on the step 58 by using a mask pattern or the original concave and convex of the semiconductor laser.

【0019】続いて、MOCVD法等により化合物半導
体層を選択成長させて、三角錐62を段差58上に形成
する。これにより、図4(c)に示すように、実施例2
と同様に、三角錐62の{111}B面64が横方向に
広がり、{111}A面や{110}面と等価な形状と
なる。本実施例では、三角錐62の大きさは従来の三角
錐と同じ大きさ(図7(c)参照)を維持しつつ、活性
層と反射面の距離W2 は短くなって、不感帯領域が減少
する。
Subsequently, a compound semiconductor layer is selectively grown by MOCVD or the like to form a triangular pyramid 62 on the step 58. As a result, as shown in FIG.
Similarly, the {111} B plane 64 of the triangular pyramid 62 expands in the lateral direction and has a shape equivalent to the {111} A plane or the {110} plane. In the present embodiment, the size of the triangular pyramid 62 is kept the same as that of the conventional triangular pyramid (see FIG. 7C), while the distance W 2 between the active layer and the reflecting surface is shortened and the dead zone region is Decrease.

【0020】実施例1〜3では、レーザに凸構造を持つ
例を示したが、凸構造の無いプレナーなレーザ構造にお
いても、所定面23、又は52に凸部を形成することに
より、実施例1〜3と同様に{111}面を立ち上げミ
ラー面とし、しかも不感帯領域の小さい光学素子を実現
することができる。
In Examples 1 to 3, the laser has a convex structure. However, even in a planar laser structure having no convex structure, a convex portion is formed on the predetermined surface 23 or 52 to form a laser. Similar to 1 to 3, it is possible to realize an optical element having a {111} surface as a raised mirror surface and having a small dead zone region.

【0021】[0021]

【発明の効果】本発明によれば、レーザ光立ち上げ部の
形成面に凸部を設けることにより、結晶成長し難い{1
11}B面を立ち上げミラーとして用いても、{11
1}A面、又は{110}面を立ち上げミラー面として
用いた場合と同様に、レーザ構造の活性層端面と立ち上
げミラー面の距離を短くすることができ、戻り光の不感
帯領域を狭くすることが可能となる。本発明方法を使用
することにより、立ち上げミラー面として好ましい性
質、例えば面平坦性、面内均一性等を有する{111}
B面を立ち上げミラー面として備えた光学素子、特に光
ピックアップとして性能の高い光学素子を形成すること
ができる。
According to the present invention, by providing a convex portion on the surface where the laser beam rising portion is formed, crystal growth is difficult {1
Even if the 11th surface B is used as a rising mirror, {11
As in the case where the 1} A plane or the {110} plane is used as the rising mirror surface, the distance between the end face of the active layer of the laser structure and the rising mirror surface can be shortened, and the dead band region of the returning light can be narrowed. It becomes possible to do. By using the method of the present invention, {111} which has preferable properties as a rising mirror surface, such as surface flatness and in-plane uniformity.
It is possible to form an optical element having the B-side as a rising mirror surface, particularly an optical element having high performance as an optical pickup.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る光学素子の実施例1の模式的斜視
図である。
FIG. 1 is a schematic perspective view of Example 1 of an optical element according to the present invention.

【図2】図2(a)及び(b)は、それぞれ、実施例1
の光学素子を作製する工程毎の基板斜視図である。
FIG. 2A and FIG. 2B are respectively the first embodiment.
FIG. 6 is a perspective view of a substrate for each step of manufacturing the optical element of FIG.

【図3】本発明方法の効果を説明する図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the effect of the method of the present invention.

【図4】図4(a)、(b)及び(c)は、それぞれ、
本発明方法の別の例を説明するための工程毎の基板斜視
図及び断面図である。
FIG. 4A, FIG. 4B and FIG.
It is a board perspective view and a sectional view for every process for explaining another example of the method of the present invention.

【図5】光ピックアップの構成を説明する概念的斜視図
である。
FIG. 5 is a conceptual perspective view illustrating a configuration of an optical pickup.

【図6】光ピックアップの機能を説明する模式図であ
る。
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating the function of an optical pickup.

【図7】図4(a)、(b)及び(c)は、それぞれ、
従来の方法で光ピックアップを形成する際の各工程毎の
基板斜視図及び断面図である。
7 (a), (b) and (c) are respectively,
9A and 9B are a perspective view and a cross-sectional view of a substrate for each step when forming an optical pickup by a conventional method.

【図8】不感帯領域を説明する模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a dead zone region.

【図9】図9(a)及び(b)は、それぞれ、レーザ光
立ち上げ部の大きさと不感帯領域との関係を説明する模
式図である。
9A and 9B are schematic diagrams for explaining the relationship between the size of the laser beam rising portion and the dead zone region, respectively.

【図10】図10(a)及び(b)は、それぞれ、{1
11}A面及び{110}面と、{111}B面との結
晶成長の相異を説明する模式図である。
FIG. 10 (a) and FIG. 10 (b) show {1
It is a schematic diagram explaining the difference of the crystal growth of the {111} B plane and the 11} A plane and the {110} plane.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 本発明に係る光学素子の実施例、12……Ga A
s 基板、14……下部クラッド層、16……活性層、1
8……上部クラッド層、20……半導体レーザ部、21
……絶縁膜、22……受光部、23……所定面、24…
…凸部、26……端面、27……凸部、28……レーザ
光立ち上げ部、30……レーザ光立ち上げ部の凸部の
{111}B面、32……レーザ光立ち上げ部の凸部の
下部の{111}B面、34……{111}B面30と
{111}B面32との間の横方向の面、42……基
板、44……下部クラッド層、46……活性層、48…
…上部クラッド層、50……絶縁膜、52……基板の所
定面、54……共振器端面、56……基板面、58……
二等辺三角形の角柱状の段差、60……凸部、62……
三角錐、64……{111}B面。
10 Examples of optical elements according to the present invention, 12 ... Ga A
s substrate, 14 ... lower clad layer, 16 ... active layer, 1
8: upper clad layer, 20: semiconductor laser section, 21
...... Insulating film, 22 ...... Light receiving part, 23 ...... Predetermined surface, 24 ...
... Convex portion, 26 ... End face, 27 ... Convex portion, 28 ... Laser light rising portion, 30 ... {111} B surface of convex portion of laser light rising portion, 32 ... Laser light rising portion {111} B plane, 34 ... a lateral plane between the {111} B plane 30 and the {111} B plane 32, 42 ... Substrate, 44 ... Lower clad layer, 46 ...... Active layer, 48 ...
... upper clad layer, 50 ... insulating film, 52 ... predetermined surface of substrate, 54 ... resonator end surface, 56 ... substrate surface, 58 ...
Steps in the shape of isosceles triangular prisms, 60 ... convex portions, 62 ...
Triangular pyramid, 64 ... {111} B plane.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 主面とする{100}面に対して平行な
面又は15°以下の角度で傾斜している基板面を備える
Ga As 基板と、 化合物半導体層の積層構造からなる半導体レーザ部と、 半導体レーザ部の端面近傍に配置され、半導体レーザ部
の端面から出射されたレーザ光を基板面に対して上方垂
直に反射させる立ち上げミラー面を有するレーザ光立ち
上げ部と、 レーザ光立ち上げ部に関して半導体レーザ部と反対側に
配置された受光部とを基板面上にそれぞれ備えているこ
とを特徴とする光学素子。
1. A semiconductor laser section having a laminated structure of a GaAs substrate having a plane parallel to a {100} plane as a main surface or a substrate plane inclined at an angle of 15 ° or less, and a compound semiconductor layer. A laser beam rising portion having a rising mirror surface which is arranged near the end surface of the semiconductor laser portion and reflects the laser light emitted from the end surface of the semiconductor laser portion vertically upward to the substrate surface. An optical element comprising a semiconductor laser section and a light receiving section arranged on the opposite side of the raising section on the substrate surface.
【請求項2】 主面とする{100}面に対して平行な
面又は15°以下の角度で傾斜している基板面を備える
Ga As 基板上に、化合物半導体層をレーザ構造に積層
してなる第1領域と、レーザ構造の活性層より低い位置
に基板面に平行に形成された面上にレーザ構造の共振器
方向に延びる凸部を有する第2領域とを備え、第1領域
の第2領域側端面が第2領域の面に対して直交するよう
に形成された基体の第2領域の面に、 選択成長法により化合物半導体層を成長させ、第1領域
の第2領域側端面から出射されるレーザ光を基板面に対
して上方垂直に反射させる立ち上げミラー面を有する立
ち上げミラー部を形成することを特徴とする光学素子の
作製方法。
2. A compound semiconductor layer is laminated in a laser structure on a GaAs substrate having a plane parallel to a {100} plane which is a main plane or a substrate plane inclined at an angle of 15 ° or less. And a second region having a convex portion extending in the cavity direction of the laser structure on a surface formed parallel to the substrate surface at a position lower than the active layer of the laser structure. A compound semiconductor layer is grown by a selective growth method on the surface of the second region of the substrate formed so that the end face on the second region side is orthogonal to the surface of the second region. A method for manufacturing an optical element, comprising forming a rising mirror portion having a rising mirror surface for reflecting emitted laser light vertically upward with respect to a substrate surface.
【請求項3】 第1領域の上面に第2領域の凸部の延長
線に沿って凸部が延在していることを特徴とする請求項
2に記載の光学素子の作製方法。
3. The method of manufacturing an optical element according to claim 2, wherein the convex portion extends on the upper surface of the first region along an extension line of the convex portion of the second region.
【請求項4】 第2領域の凸部が三角柱状基台の上面に
形成されていることを特徴とする請求項2又は3に記載
の光学素子の作製方法。
4. The method of manufacturing an optical element according to claim 2, wherein the convex portion of the second region is formed on the upper surface of the triangular columnar base.
【請求項5】 主面とする{100}面に対して平行な
面又は15°以下の角度で傾斜している基板面を備える
Ga As 基板上に化合物半導体層を積層してなる半導体
レーザ構造と、半導体レーザ構造の上面に[011]方
向に直交する方向に凸状のレーザストライプを有する基
体の上面にマスクパターン形成膜を成膜し、次いでパタ
ーニングして半導体レーザの共振器領域にマスクパター
ン膜を形成する工程と、 マスクパターン膜をマスクにして、方向性エッチングを
基板面に直交する方向に施して基板の所定面までエッチ
ングし、共振器領域の端面を所定面に垂直に形成すると
共に所定面にレーザストライプと同じ形状の凸部を形成
する工程と、 凸部を有する所定面上に化合物半導体層を選択成長法に
より結晶成長させ、共振器領域の端面から出射されるレ
ーザ光を基板面に対して上方垂直に反射させる立ち上げ
ミラー面を有するレーザ光立ち上げ部を形成する工程と
を有することを特徴とする光学素子の作製方法。
5. A semiconductor laser structure in which a compound semiconductor layer is laminated on a GaAs substrate having a plane parallel to a {100} plane as a main plane or a substrate plane inclined at an angle of 15 ° or less. And a mask pattern forming film is formed on the upper surface of a substrate having a convex laser stripe in a direction orthogonal to the [011] direction on the upper surface of the semiconductor laser structure, and then patterned to form a mask pattern in the resonator region of the semiconductor laser. The step of forming a film, and using the mask pattern film as a mask, directional etching is performed in a direction orthogonal to the substrate surface to etch to a predetermined surface of the substrate, and the end face of the resonator region is formed perpendicular to the predetermined surface. The step of forming a convex portion having the same shape as the laser stripe on a predetermined surface, and the crystal growth of the compound semiconductor layer on the predetermined surface having the convex portion by the selective growth method to form an end face of the cavity region. Method for manufacturing an optical element characterized by a step of forming a laser beam rising portion having a raising mirror surface for reflecting upward vertical laser light et emitted to the substrate surface.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102610997B (en) * 2011-01-18 2015-04-01 安华高科技通用Ip(新加坡)公司 Surface-emitting semiconductor laser device

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