JPH1186322A

JPH1186322A - 光学素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH1186322A
Application number: JP9237021A
Authority: JP
Inventors: Shogo Nasu; 昌吾那須; Hiroyasu Tsuji; 弘恭辻; Toshio Fukazawa; 利雄深澤; Kidai Nochi; 紀台能智
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-09-02
Filing date: 1997-09-02
Publication date: 1999-03-30

Abstract

(57)【要約】【課題】透過率、反射率、Ｐ−Ｓ位相差等の光学特性
を、光の入射角度依存性の少ないものにすること。【解決手段】断面が略平行四辺形である硝材の一方の
斜面上にＳi の高屈折率膜Ｓi_1-a−Ｘ_a（Ｘは酸素、窒
素、炭素の内少なくとも一種からなり、組成が０．０５
≦ａ≦０．３５である膜）と、誘電体膜とを交互に積層
した多層膜からなる偏光ビームスプリット膜を形成す
る。また、硝材の他方の斜面に、Ｓi の高屈折率膜Ｓi
_1-b−Ｘ_b（Ｘは酸素、窒素、炭素の内少なくとも一種
からなり、組成が０．０５≦ｂ≦０．３５である膜）
と、低屈折率の誘電体膜とを交互に積層した反射膜を形
成する。こうすると光磁気記録媒体からの反射光が拡散
していても、Ｐ偏光とＳ偏光の位相差が変化せず、読み
出し信号のＳＮ比が高くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、偏光ビームスプリ
ット膜と反射膜とを有する光学モジュールを集積化を図
り、レーザー光の拡散によるＰ−Ｓ位相差をより少なく
した光学素子と、その製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、レーザー光の照射により情報の記
録又は再生を行う光ディスクとしては、光磁気ディス
ク、追記型光ディスク、コンパクトディスク（ＣＤ）、
レーザーディスクがあり、それらは既に実用化されてい
る。そして今日、次世代の記録メディアとしてディジタ
ルビデオディスク（ＤＶＤ）に期待が集まっている。

【０００３】以上のディスク記録再生装置の重要な光学
素子である光ピックアップは、光ディスクで記録・再生
の特性に大きな影響力を持つ。時代の趨勢として、光ピ
ックアップの集積化に伴い、ディスク記録再生装置の更
なる小型化に向けた技術開発が続けられている。

【０００４】このような趣旨の光ピックアップの一例と
して、特願平７−１３６４６２号に示されるものがあ
る。この引例では光磁気ディスク（光磁気記録媒体）を
対象とした小型の光ピックアップが提案されている。図
８は上記従来の光ピックアップの概略断面図であり、図
９は光ピックアップを構成する受光素子、発光素子及び
検光子の上面図である。

【０００５】図８、図９において、光学モジュール８１
の内部には基板８２が設けられている。基板８２上には
発光素子としてのレーザーダイオード８３と受光素子と
しての光検出素子８４、８５、８６がある。レーザーダ
イオード８３は、基板８２の一部に略４５°の斜面を有
する凹部を設け、その中に発光チップを搭載して、発光
チップからの放射光が４５°の斜面にあたり、ここで反
射して上方にレーザー光を放射させるようにしたもので
ある。

【０００６】図９に示すように、光検出素子８４は、６
個に分割されたフォトダイオード８４ａ〜８４ｆから構
成されている。光検出素子８５も６個に分割されたフォ
トダイオード８５ａ〜８５ｆから構成されている。光検
出素子８４、８５はフォーカス信号及びトラッキング信
号を得るための素子である。光検出素子８６は、光磁気
記録媒体９２のトラックに記録された情報を読み取る素
子であり、光検出素子８４、８５の配列方向に対して略
４５°傾いた方向に分割された２個のフォトダイオード
８６ａ、８６ｂから構成されている。

【０００７】ガラス又は樹脂で構成された透明基板８７
が基板８２の上部に設けられ、光学モジュール８１の内
部を密封している。レーザーダイオード８３に対向する
透明基板８７の下面には、ホログラム回折素子８８が形
成されている。このホログラム回折素子８８は、略５°
〜２０°で回折される±１次回折光の焦点位置が異なる
よう作用させるもので、この回折格子を設けることによ
りレンズ機能を持たせている。

【０００８】図８に示すように、透明基板８７の上部に
偏光プリズム８９が一体に構成されている。この偏光プ
リズム８９は、断面が略直角三角形の三角形プリズム
と、左右の面が略４５°に傾斜した略平行四辺形のプリ
ズムとを接合したもので、光軸を含む面と直角方向から
見て、断面が略台形となった偏光プリズムである。その
接合部８９ａに、レーザーダイオード８３から放射され
る光が照射されると、Ｐ偏光のときに透過率が略７０％
となり、反射率が略３０％となり、またＳ偏光のときに
は反射率が略１００％となる偏光ビームスプリット膜Ｂ
Ｓが形成されている。この偏光ビームスプリット膜ＢＳ
は、表１で示すような各種の誘電体薄膜を多層化して構
成したものである。

【表１】

【０００９】偏光プリズム８９の斜面８９ｂは、光学モ
ジュール８１の内部に向かって傾斜した面であって、こ
の斜面８９ｂ上には、表２で示すような各種の誘電体薄
膜を多層化した反射膜Ｒが設けられている。

【表２】

【００１０】受光素子８６の上部にプリズム型検光子９
０が取り付けられている。このプリズム型検光子９０
は、断面が三角形のプリズムと、断面が平行四辺形のプ
リズムとを接合し、断面が台形状となった検光子であ
る。その接合面は、Ｐ偏光の透過率が略１００％、Ｓ偏
光の反射率が略１００％に設定された偏光分離面９０ａ
となっている。

【００１１】プリズム型検光子９０において、偏光分離
面９０ａが光検出素子８６のフォトダイオード８６ａの
上部に配置され、斜面９０ｂが光検出素子８６のフォト
ダイオード８６ｂの上方に配置されている。図８に示す
対物レンズ９１は、偏光プリズム８９の上方に設けら
れ、レーザーダイオード８３のレーザー光を光磁気記録
媒体９２に集束すると共に、その反射光を集光する対物
レンズである。

【００１２】上記のように構成された光ピックアップに
おいて、レーザーダイオード８３から放射されたＰ偏光
の光は、ホログラム回折素子８８の部分を透過し、偏光
プリズム８９の接合部８９ａに入射する。接合部８９ａ
に形成された偏光スプリット面８９ａでは、Ｐ偏光の透
過率が略７０％、反射率が略３０％であり、Ｓ偏光の反
射率が略１００％であるので、入射光の略７０％が透過
し、その透過光が対物レンズ９１によって集光され、光
磁気記録媒体９２に照射される。

【００１３】光磁気記録媒体９２上で反射したレーザー
光は、記録されている信号によって偏光面が略０．５°
程度回転する。このため再生時の光磁気信号成分として
若干のＳ偏光成分を有する反射光が、対物レンズ９１を
介して偏光プリズム８９の接合部８９ａに戻る。この接
合部８９ａは偏光分離面の働きをする。即ち。この偏光
分離面は、Ｐ偏光の透過率が略７０％、反射率が略３０
％であり、Ｓ偏光の反射率が略１００％であるので、Ｐ
偏光成分の略７０％は透過し、Ｐ偏光成分の略３０％と
光磁気信号成分であるＳ偏光成分の略１００％は図８の
右側に反射する。

【００１４】次に接合部８９ａで反射した光は、斜面８
９ｂで下側に反射され、透明基板８７を透過する。そし
て光学モジュール８１内に設けたプリズム型検光子９０
の偏光分離面９０ａに入射する。偏光分離面９０ａで
は、Ｐ偏光の透過率が略１００％、Ｓ偏光の反射率が略
１００％に設定されているので、Ｐ偏光成分は偏光分離
面９０ａを透過して光検出素子８６のフォトダイオード
８６ａに入射する。また入射光の内Ｓ偏光成分は偏光分
離面９０ａで右方向に反射し、斜面９０ｂで下方向に反
射され、光検出素子８６のフォトダイオード８６ｂに入
射する。

【００１５】上記のような構成による光ピックアップで
は、光学モジュール８１と一体にＰ偏光とＳ偏光とで反
射率及び透過率が夫々異なる偏光プリズム８９を設けた
こと、及び光学モジュール８１の内部にレーザーダイオ
ード８３と光検出素子８４〜８６を設け、基板８２上に
プリズム型検光子９０を一体に設けたことにより、小型
に集積化された光ピックアップを得ていた。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】光ピックアップにおけ
る構成要素の集積化は、一般に半導体レーザーと光検出
素子とを用いて行われる。半導体レーザーは、他の方式
のレーザーと異なり、光源として本質的にある広がりを
持った拡散光を出力する。このために、光ピックアップ
の光学特性は、半導体レーザー光の入射角、特に光磁気
記録媒体からの反射光に強く影響を受ける。

【００１７】図８、図９で示した光磁気ディスク用の光
ピックアップでは、多くの場合、偏光プリズム８９にお
いて、接合部８９ａに形成した偏光ビームスプリット膜
ＢＳ、及び斜面８９ｂに形成した反射膜Ｒは、夫々複数
の誘電体膜で構成されているために、半導体レーザー光
の幅広い入射角に伴って、Ｐ偏光とＳ偏光間の位相差が
発生する。

【００１８】Ｐ偏光とＳ偏光間の位相差をＰ−Ｓ位相差
と呼ぶと、反射膜Ｒでの反射光のＰ−Ｓ位相差、及び偏
光ビームスプリット膜ＢＳの反射光のＰ−Ｓ位相差の合
計、即ち、光磁気記録媒体９２で反射した光が光検出素
子に入射する際のＰ−Ｓ位相差は、図１０の一点鎖線の
ようになる。このようにＰ−Ｓ位相差の入射角度依存性
は、設計入射角である４５°を中心にその前後で大きく
変化する。

【００１９】例えば光の入射角度が４５゜±５゜の範囲
で変化すると、偏光ビームスプリット膜ＢＳのＰ−Ｓ位
相差は実線で示すように−３０゜〜＋４０゜と大きく変
化する。また反射膜ＲのＰ−Ｓ位相差は二点鎖線で示す
ように−５０゜〜＋５０゜以上となる。このため光検出
素子に入射する際の光のＰ−Ｓ位相差（総合のＰ−Ｓ位
相差）は−５０゜〜＋５０゜以上となる。

【００２０】しかしながら、光磁気記録媒体の再生動作
を良好に行うためには、光検出素子に入射する際の光の
Ｐ−Ｓ位相差は少なくとも−２０゜〜＋２０゜程度に抑
える必要がある。しかし上記従来の偏光ビームスプリッ
ト膜ＢＳと反射膜Ｒでは、半導体レーザーのような拡散
光に対応した性能を有する光ピックアップを実現するこ
とが困難であった。

【００２１】このような問題点を解決するために、本願
の発明者らは、光磁気ディスク用の光ピックアップとし
て、断面が略平行四辺形である硝材の斜面上に、メタル
Ｓｉと酸化物Ｓｉ−Ｏ_2-x（但しｘ＜０．５）の混合か
らなる複合膜と、誘電体膜とを交互に積層して多層膜を
形成し、これを偏光ビームスプリット膜ＢＳとした。さ
らに同一の硝材内であって、偏光ビームスプリット膜を
配した斜面と略平行の関係にある斜面上に、高屈折率膜
としてメタルＳｉと酸化物Ｓｉ−Ｏ_2-x（但しＸ＜０．
５）の混合からなる複合膜と、相対的に低屈折率膜とし
て複数の誘電体膜とを交互に積層した多層膜Ｒを形成
し、これを反射膜とした。このような偏光ビームスプリ
ット膜ＢＳと反射膜Ｒを有する略平行プリズムを考案し
た。（出願済）

【００２２】また略平行プリズムにおいて、偏光ビーム
スプリット膜ＢＳを構成している複合膜の屈折率ｎ、吸
収係数ｋは、夫々ｎ≧２．８、ｋ≦０．３であること、
反射膜Ｒを構成している複合膜の屈折率ｎ、吸収係数ｋ
が、夫々ｎ≧２．８、ｋ≦０．３であることが好ましい
ことを考案した。（出願済）

【００２３】しかしながら、Ｓi などの高屈折率膜は、
成膜時の雰囲気や環境や装置によって屈折率や吸収係数
などが大きく影響を受けて変化する。例えば、真空中で
多層膜を成膜する際に、層を重ねる毎にチャンバ内の真
空度が変化すること、製造時にバッチ間でチャンバ内の
雰囲気が微妙に異なることなどがあげられる。表３に反
射膜Ｒ用の積層膜の構成内容と、高屈折率層Ｓi の屈折
率ｎ及び吸収係数ｋとを示す。

【表３】

【００２４】ここで分光特性より屈折率と吸収係数を求
めるために、Ｓi の膜厚を３０ｎｍとした。第２層のＳ
i 膜はｎが３．０、ｋが０．０２であるが、４層、６層
・・・と層数を重ねていくとｎ、ｋの値は共に大きくな
り、２０層からはｎが３．６、ｋが０．０４となってい
る。従って、層数が増加するに従い、吸収係数が大きな
り、ｎ，ｋの値がばらつくため、反射率が大きくて入射
角度依存性の小さな反射膜が得られないなどの問題点が
あった。

【００２５】これらの原因は、層数を重ねる内にチャン
バ内の雰囲気が変化するため、ｎ、ｋの値に変化が生じ
るものと考えられる。更に製造時のバッチ間でチャンバ
内の雰囲気に微小の変化が生じ、Ｓi のｎ、ｋが変化す
る。このため、安定した特性の光ピックアップを製造す
ることが困難であった。

【００２６】以上の様な高屈折率膜の吸収係数のばらつ
きなどが原因で、光学デバイスとしての安定な特性が得
られないことなどの課題があった。

【００２７】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたものであって、吸収係数がより小さく、かつ
高屈折率膜層の特性のばらつきを抑え、Ｐ偏光とＳ偏光
の位相差を低減した光学素子（偏光プリズム）とその製
造方法を実現することを目的とする。

【００２８】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、本願の請求項１の発明によれば、基板面に前記
基板より高屈折率の高屈折率膜と誘電体膜とを交互に積
層した偏光ビームスプリット膜を有する光学素子であっ
て、前記高屈折率膜は、Ｘを酸素Ｏ、窒素Ｎ、炭素Ｃの
内少なくとも１つの物質とするとき、前記Ｘの珪素Ｓｉ
に対する組成ａが０．０５≦ａ≦０．３５の物質Ｓi_1-a
−Ｘ_aで成膜されることを特徴とするものである。

【００２９】このような構成によれば、光の入射角が変
化しても光学特性は変化しない。即ち、偏光ビームスプ
リット膜の屈折率ｎが高く、吸収係数が小さくなるた
め、入射角の角度依存性がより少なくなる。

【００３０】また本願の請求項２記載の発明によれば、
基板面に前記基板より高屈折率の高屈折率膜と前記高屈
折率膜より低屈折率の誘電体膜とを交互に積層した反射
膜を有する光学素子であって、前記高屈折率膜は、Ｘを
酸素Ｏ、窒素Ｎ、炭素Ｃの内いずれか１つの物質とする
とき、前記Ｘの珪素Ｓｉに対する組成ｂが０．０５≦ｂ
≦０．３５の物質Ｓi_1-b−Ｘ_bで成膜されることを特徴
とするものである。

【００３１】このような構成の反射膜では、酸素、窒
素、炭素を含むため、屈折率ｎを高く保持したまま、吸
収係数ｋを小さくできる。その結果、入射光の吸収を低
減でき、反射率を増大でき、角度依存性を改善できる。

【００３２】また本願の請求項３記載の発明によれば、
請求項１の光学素子において、前記誘電体膜は、Ａｌ₂
Ｏ₃、ＳｉＯ₂、Ｙ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂のうち、少なくと
も１つの物質を含むことを特徴とするものである。

【００３３】また本願の請求項４記載の発明によれば、
請求項２の光学素子において、前記誘電体膜は、Ａｌ₂
Ｏ₃、ＴｉＯ₂のうち、少なくとも１つの物質を含むこ
とを特徴とするものである。

【００３４】また本願の請求項５記載の発明によれば、
請求項１又は２記載の高屈折率膜を含む光学素子の製造
方法であって、前記高屈折率膜の作製時に、酸素、窒素
の内１種又は２種のガスを含むイオンビームを基板面に
照射してイオンを注入することを特徴とするものであ
る。

【００３５】このような製造方法によれば、Ｓi 膜中に
効率よく酸素や窒素が入り込み、高屈折率、低吸収係数
の膜を得ることができる。

【００３６】また本願の請求項６記載の発明によれば、
請求項１又は２記載の高屈折率膜を含む光学素子の製造
方法であって、前記高屈折率膜の作製時に、ＣＨ₃、Ｎ
Ｈ₃、Ｈ₂Ｏ、アルコールの少なくとも１種のプラズマ
を用いることを特徴とするものである。

【００３７】このような製造方法によれば、プラズマを
利用するため、Ｓi 膜中に効率よく窒素や炭素が入り込
み、高屈折率、低吸収係数の膜を得ることができる。

【００３８】また本願の請求項７記載の発明によれば、
請求項１又は２記載の高屈折率膜を含む光学素子の製造
方法であって、前記高屈折率膜の作製時に、オゾンを用
いることを特徴とするものである。

【００３９】このような製造方法によれば、オゾンを用
いることにより、酸素を含んだＳi膜が高真空で作製す
ることができる。

【００４０】また本願の請求項８記載の発明によれば、
請求項１又は２記載の高屈折率膜を含む光学素子の製造
方法であって、前記高屈折率膜の作製を、Ｈ₂Ｏ、アル
コールの内少なくとも１種のガス雰囲気中で行うことを
特徴とするものである。

【００４１】このような製造方法によれば、高い屈折率
ｎを保持したまま、吸収係数ｋを小さくすることができ
る。

【００４２】また本願の請求項９記載の発明によれば、
請求項１記載の偏光ビームスプリット膜を含む光学素子
の製造方法であって、前記偏光ビームスプリット膜の成
膜後、真空中で熱処理するに際し、熱処理温度Ｔが２５
０℃≦Ｔ≦４５０℃の範囲で行うことを特徴とするもの
である。

【００４３】また本願の請求項１０記載の発明によれ
ば、請求項２記載の反射膜を含む光学素子の製造方法で
あって、前記反射膜の成膜後、真空中で熱処理するに際
し、熱処理温度Ｔが２５０℃≦Ｔ≦４５０℃の範囲で行
うことを特徴とするものである。

【００４４】請求項９、１０の製造方法によれば、多層
膜を成膜後に前記温度範囲で熱処理することで、高屈折
率膜の吸収率を低減できる。

【００４５】また本願の請求項１１記載の発明によれ
ば、断面が略平行四辺形である硝材と、前記硝材の第１
の傾斜面に、前記硝材より高屈折率の高屈折率膜と誘電
体膜とを交互に積層して成膜した偏光ビームスプリット
膜と、前記硝材の第１の傾斜面と平行な第２の傾斜面
に、前記高屈折率膜と前記高屈折率膜より低屈折率の誘
電体膜とを交互に積層した反射膜と、を具備することを
特徴とするものである。

【００４６】また本願の請求項１２記載の発明によれ
ば、請求項１１記載の偏光ビームスプリット膜と反射膜
とを含む光学素子の製造方法であって、前記高屈折率膜
の作製時に、酸素、窒素の内１種又は２種のガスを含む
イオンビームを基板面に照射してイオンを注入すること
を特徴とするものである。

【００４７】また本願の請求項１３記載の発明によれ
ば、請求項１１記載の偏光ビームスプリット膜と反射膜
とを含む光学素子の製造方法であって、前記高屈折率膜
の作製時に、ＣＨ₃、ＮＨ₃、Ｈ₂Ｏ、アルコールの少
なくとも１種のプラズマを用いることを特徴とするもの
である。

【００４８】また本願の請求項１４記載の発明によれ
ば、請求項１１記載の偏光ビームスプリット膜と反射膜
とを含む光学素子の製造方法であって、前記高屈折率膜
の作製時に、オゾンを用いることを特徴とするものであ
る。

【００４９】また本願の請求項１５記載の発明によれ
ば、請求項１１記載の偏光ビームスプリット膜と反射膜
とを含む光学素子の製造方法であって、前記高屈折率膜
の作製を、Ｈ₂Ｏ、アルコールの内少なくとも１種のガ
ス雰囲気中で行うことを特徴とするものである。

【００５０】また本願の請求項１６記載の発明によれ
ば、請求項１１の光学素子において、前記偏光ビームス
プリット膜における高屈折率膜の屈折率ｎ及び吸収係数
ｋが、ｎ≧２．８、ｋ≦０．２であり、前記反射膜にお
ける高屈折率膜の屈折率ｎ及び吸収係数ｋが、ｎ≧２．
８、ｋ≦０．２であることを特徴とするものである。

【００５１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態におけ
る光学素子及びその製造方法ついて、図１〜図７を用い
て説明する。

【００５２】（実施の形態１）本実施の形態の光学素子
（偏光プリズム）を形成する高屈折率膜や誘電体膜は、
電子ビーム蒸着法（ＥＢ蒸着法）で成膜した。基板温度
は３００℃、到達真空度５×１０^-6Ｔorr 以下とした。
Ｓi の高屈折率膜は、Ｃu ハースの中に入ったＳi に、
電子ビームを照射してＳi を溶融及び蒸発させて基板上
に成膜した。そこで酸素ガスを導入することで、酸素を
含んだ膜が得られた。誘電体膜としては、Ａｌ₂Ｏ₃、
ＳｉＯ₂、Ｙ₂Ｏ₃及びＴｉＯ₂膜を用いるが、上記と
同様な方法で成膜した。

【００５３】高屈折率膜の作製時のイオンアシストは、
照射用カフマン型イオンガンを用いて行った。Ｓi はＥ
Ｂ蒸着法により蒸発させ、基板にイオンを照射しながら
成膜する。イオンは、アルゴンと酸素、窒素イオンの内
少なくとも一種を用いた。到達真空度は３×１０^-6Ｔor
r で、イオン電流密度０．５ｍＡ／ｃｍ²、加速電圧２
００ｅＶの条件で行った。基板は治具に固定し、治具ホ
ルダーは水冷した。

【００５４】高屈折率膜の成膜は、作製時にＣＨ₃、Ｎ
Ｈ₃、Ｈ₂Ｏ、アルコールの少なくとも１種のガスをチ
ャンバ内に導入し、プラズマ発生用コイルに高周波電力
を印加して行った。まずＳi はＥＢ蒸着法により蒸発さ
せ、次にＣＨ₃、ＮＨ₃、Ｈ₂Ｏ、アルコールの少なく
とも１種のガスを５×１０^-4Ｔorr の圧力までチャンバ
内に導入した。Ｈ₂Ｏは水蒸気にガス化してチャンバ内
に導入し、アルコールは特級試薬エチルアルコールを気
化して使用した。そしてコイルに２００Ｗの高周波電力
を印加してプラズマを発生させた後、シャッタを開いて
成膜した。

【００５５】オゾンを用いた成膜とは、酸素ガスにオゾ
ンを１０ｗｔ％混合したガスを用いたものである。オゾ
ンは酸素より反応性の高い活性種であるため、高真空下
での成膜が可能である。到達真空度は１×１０^-6Ｔorr
、成膜時の真空度は５×１０^-6Ｔorr で行った。まず
オゾンを含んだ酸素ガスをチャンバ内に導入し、次にＳ
i をＥＢ蒸着法により蒸発させ成膜した。

【００５６】膜の組成は光電子分光法、オージェ電子分
光法などで調べた。また屈折率、吸収係数の測定は、分
光器、エリプソメトリー測定機を使用して行った。Ｐ−
Ｓ位相差の入射角度依存性や反射率の測定は、プリズム
に本実施の形態の偏光ビームスプリット膜ＢＳと反射膜
Ｒとを成膜し、分光器で測定した。

【００５７】表４は、本実施の形態の偏光ビームスプリ
ット膜ＢＳの一部を構成する高屈折率膜の組成と光学特
性を示す表である。この表では、本実施の形態の各種製
造方法で得られた高屈折率膜Ｓi _1-a−Ｘ_aの組成１−
ａ、ａと、波長８０ｎｍでの屈折率、吸収係数が示され
ている。但し、Ｘは酸素、窒素、炭素の内少なくとも一
種からなる物質である。

【表４】

【００５８】表４に示すように本実施の形態の製造方法
で作製した高屈折率膜は、いずれもｎが２．８以上の高
屈折率であり、かつ吸収係数ｋも０．０２以下である。
尚、酸素を導入しない場合は、ｎは３．５、ｋは０．０
４以上となる。Ｓi に酸素、窒素、炭素を含ませること
で、屈折率は低下させないで吸収係数を小さくできる。
Ｓi にドープされる元素Ｘの組成ａは、０．０５≦ａ≦
０．３５の範囲内にあることを特徴とする。組成ａが
０．０５より小さいと、膜の性質はより金属的になり、
吸収係数は急激に増大する。一方、ａが０．３５より大
きくなると、吸収係数は低下するが、屈折率も２．８よ
り小さくなり、この場合は偏光ビームスプリット膜ＢＳ
としての性能を満足させることが困難になる。

【００５９】ここで、Ｓi _1-a−Ｏ_aはアモルファス半
導体Ｓi の中に酸素Ｏがドープされたことを表してい
る。Ｓi とＯとの結合状態は厳密には不明である。従っ
て、イオン結合から共有結合性、格子間原子までＳi が
Ｏを含有するものは、すべて本発明の膜の範疇に入るも
のとする。尚、組成は光電子分光法、オージェ電子分光
法などの検出データを参考にして求めた。以下Ｓi _1-a
−Ｎ_a、Ｓi _1-a−Ｃ_a、Ｓi _1-a−（Ｏ・Ｎ）_aにつ
いても同様である。

【００６０】表５は、本実施の形態の反射膜Ｒの主要部
を構成する高屈折率膜の組成と、光学特性とを示す表で
ある。この表では、本実施の形態の各種製造方法で得ら
れた高屈折率膜Ｓi_1-b−Ｘ_bの組成１−ｂ、ｂと、波長
８０ｎｍでの屈折率、吸収係数が示されている。但し、
Ｘは酸素、窒素、炭素の内少なくとも一種からなる物質
である。

【表５】表５に示すように、いずれの高屈折率膜は２．８以上の
屈折率であり、しかも吸収係数が小さい。ここでは組成
比は、０．０５≦ｂ≦０．３５の範囲内にあることを特
徴とする。ｂが０．０５より小さいと、膜の性質はより
金属的になり、吸収係数は急激に増大する。一方、ｂが
０．３５より大きくなると、吸収係数は低下するが、屈
折率は２．８より小さくなり、反射膜としての性能を満
足させることが困難になる。

【００６１】表６は、真空中の熱処理前後の高屈折率膜
の屈折率ｎと吸収係数ｋとを示す表である。

【表６】熱処理温度が２５０℃から５００℃までは、屈折率の低
下は無いか小さく、一方吸収係数の低下は大きい。比較
例として表中に熱処理温度２００℃の例を示すが、２０
０℃では吸収係数を小さくすることはできない。５００
℃より大きくなると屈折率、吸収係数の両方とも低下が
大きい。

【００６２】以上の様な方法で得られる高屈折率膜と、
Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、Ｙ₂Ｏ₃及びＴｉＯ₂膜のよう
な誘電体膜を交互に積層したものを偏光ビームスプリッ
ト膜ＢＳと反射膜Ｒとし、それらを偏光プリズムに設け
た。表７に本実施の形態の反射膜Ｒにおける積層膜の構
成と、高屈折率層の屈折率ｎと吸収係数ｋとを示す。

【表７】ここで高屈折率膜としてイオンビーム照射で作製したＳ
i −ＯとしてＳi _1-a−Ｏ_a＝Ｓi_0.95Ｏ_0.05を用い、
分光特性より屈折率と吸収係数を求めるために、Ｓi −
Ｏの膜厚を３０ｎｍとした。表より２層目から２２層目
まで、屈折率ｎが３．４〜３．５であり、従来例の表８
では、ｎが３．０〜３．６であるのに対して安定してい
ることが判る。また従来例の表３では吸収係数ｋが０．
０２０〜０．０４０であるのに対し、本実施の形態の吸
収係数ｋは０．０１２〜０．０１４と小さく、しかも安
定している。

【００６３】（実施の形態２）次に本発明の実施の形態
２における光学素子の一部を構成する反射膜Ｒと、Ｐ−
Ｓ位相差の入射角度依存性を中心に説明する。光ピック
アップ全体の構成は図８及び図９に示すものと同一であ
る。図１は本実施の形態の光ピックアップの一部である
偏光プリズムの断面図である。また図２〜５に偏光プリ
ズムのＰ−Ｓ位相差の入射角度依存性を示す。図６、図
７に偏光プリズムの反射率の入射角度依存性を示す。

【００６４】図１に示すように、偏光プリズムは、レー
ザー光の光軸を含む面と直角な方向から見て、断面が平
行四辺形のプリズム１と、三角プリズム７、８とにより
構成される。プリズム１はレーザー光の光軸に対して４
５°にカットされた２つの斜面を有し、このプリズム１
を構成する硝材２の屈折率ｎは１．６３５である。三角
プリズム７と当接する斜面３上には、表４又は表５に示
したような高屈折率膜が形成されている。この高屈折率
膜と誘電体膜との多層膜を偏光プリズム膜又は偏光ビー
ムプリズム膜４と呼ぶ。即ち酸素、窒素、炭素の内１種
又は２種以上の元素を含んだＳｉからなる膜と、Ａｌ₂
Ｏ₃、ＳｉＯ₂、Ｙ₂Ｏ₃及びＴｉＯ₂膜のような複数
の誘電体膜とを積層したものである。なお偏光ビームス
プリット膜４は表８に示されるように１０層の積層膜で
ある。

【表８】表８においてＳｉ−ＯはＳi_0.95Ｏ_0.05を示し、その屈
折率ｎは３．６、吸収係数ｋは０．０２とする。

【００６５】同一の硝材２内であって斜面３と平行な斜
面５上には反射膜６が形成されている。この反射膜６は
表５に示すような高屈折率膜としてＳi_1-b−Ｘ_b（Ｘは
酸素、窒素、炭素の内少なくとも一種からなる物質）、
組成が０．０５≦ｂ≦０．３５である膜と、相対的に低
屈折率であるＡｌ₂Ｏ₃及びＴｉＯ₂膜のような誘電体
膜とを交互に積層したものである。なお反射膜６は表
７，表９，表１０に示されるように２３層の積層膜であ
る。

【表９】表９においてＳｉ−ＮはＳi_0.91Ｎ_0.09を示し、その屈
折率ｎは３．４、吸収係数ｋは０．０２とする。

【表１０】表１０においてＳｉ−ＣはＳi_0.88Ｃ_0.12を示し、その
屈折率ｎは３．３、吸収係数ｋは０．０２とする。

【００６６】硝材２の一方の片側には偏光ビームスプリ
ット膜４を介して三角プリズム７が接合され、他方の片
側には反射膜６を介して三角プリズム８が接合されてい
る。図２は前述した多層膜で構成される偏光ビームスプ
リット膜４において、その反射光のＰ−Ｓ位相差の入射
角依存性を示すグラフである。また図３は反射膜６での
反射率の入射角依存性を示すグラフである。また図４は
偏光ビームスプリット膜４と反射膜６の反射光のＰ−Ｓ
位相差の合計、即ち光磁気記録媒体で反射した光が光検
出素子に入射する際のＰ−Ｓ位相差の入射角依存性を示
すグラフである。なお，図２において横軸は光の入射角
度を示し、偏光ビームスプリット膜４が形成された斜面
３の法線と入射光とのなす角度を示す。図３において横
軸は反射膜６が形成された斜面５の法線と入射角とのな
す角度を示す。

【００６７】図２、図３、図４で明らかなように、表１
の構成を有する従来例の偏光ビームスプリット膜、及び
表２の構成を有する従来例の反射膜、即ち誘電体膜のみ
で構成した多層膜と比べると、従来例ではＰ−Ｓ位相差
が−３０゜〜＋４０゜であるのに対し、本実施の形態の
偏光ビームスプリット膜４のＰ−Ｓ位相差は、図２に示
すように＋２゜〜＋１０゜である。また反射膜６のＰ−
Ｓ位相差は、従来例では−５０゜〜＋５０゜であるのに
対し、本実施の形態では図３に示すように−４゜〜＋５
゜である。従って、光検出素子に入射する際の光のＰ−
Ｓ位相差は、従来例では−５０゜〜＋５０゜以上であっ
たが、本実施の形態では図４に示すように＋２゜〜＋１
６゜となり、Ｐ−Ｓ位相差を大幅に低減できた。なお、
図示していないが、透過、反射率の入射角度依存性も小
さく、高効率であることはいうまでもない。

【００６８】このように良好な位相特性が得られるの
は、基本的には誘電体膜及び金属膜のもつ特徴を補完し
あった多層膜であることに起因する。つまり、誘電体膜
は膜の吸収損失がなく、複数の材料を適当に組み合わせ
ることで、透過率や反射率を任意に設定できる。この反
面、誘電体膜は光の入射角度によって位相差などの光学
特性が大きく変化するのに対し、金属膜は屈折率が大き
いため、光の入射角が変化しても、光学特性は比較的変
化しない。しかし金属膜は吸収率が大きいため、高効率
な透過率を実現することが困難である。このように個々
の持つ特性を生かすべく、誘電体膜及び金属膜を積層す
ることにより、透過率や反射率を任意に設定して光の入
射角度依存性を小さくできる。

【００６９】以上の実施の形態では、単なる金属膜では
なく、酸素、窒素、炭素の内少なくとも一つの物質を含
むＳi 膜を配しているために、高屈折率と低吸収係数が
得られる。従って高効率な偏光ビームスプリット膜及び
反射膜を実現できる。

【００７０】図５は表８に示す多層膜で構成した偏光ビ
ームスプリット膜４において、反射光のＰ−Ｓ位相差の
入射角依存性を実線で示す。ここでは高屈折率層のｎが
３．５、ｋが０．０４の場合を従来例として二点鎖線で
示す。従来例では入射角度４０〜５０゜で位相差が−２
〜６゜であったのに対し、本実施の形態では、表８の多
層膜を用い、実線で示すように入射角度４０〜５０゜で
位相差が＋２〜＋９゜と改善されている。

【００７１】一方、図６、図７は表９、表１０の多層膜
で構成した反射膜６単独での反射率の入射角依存性を示
すグラフである。図６において、従来例を二点鎖線及び
一点鎖線で示し、本実施の形態を実線及び破線で示す。
実線で表される高屈折率層はＳi_0.91Ｎ_0.09（ｎ＝３．
４，ｋ＝０．０２０）である。図７においても、従来例
を二点鎖線及び一点鎖線で示し、本実施の形態を実線及
び破線で示す。実線で表される高屈折率層はＳi_0.88Ｃ
_0.12（ｎ＝３．３，ｋ＝０．０２）である。

【００７２】図６よりＰ波の反射Ｒp が、従来例では二
点鎖線で示すように８７〜９２％であったのに対し、本
実施の形態では実線で示すようにＰ波の反射Ｒp が９３
〜９６％となっている。またＳ波の反射Ｒs は、従来例
では一点鎖線で示すように９６％程度であったが、本実
施の形態のＳ波の反射Ｒs は破線で示すように９８％と
なっている。また図７においても、Ｒp が９６％、Ｒs
が９５％と大幅に向上している。このように酸素、窒
素、炭素の内少なくとも一種を含むＳi 膜を配している
ために、高屈折率ｎと低吸収係数ｋが得られ、その結果
高効率の反射膜を実現できる。

【００７３】また、偏光ビームスプリット膜を構成して
いる多層膜中の酸素、窒素、炭素の内、少なくとも一種
を含むＳi 膜の屈折率ｎ及び吸収係数ｋは、図２〜４で
示すように、反射光のＰ−Ｓ位相差の入射角度依存性に
影響を与える。前述したように高屈折率膜の屈折率ｎは
大きく、吸収係数ｋは小さいことが好ましいが、更に望
むならば、ｎ≧２．８、ｋ≦０．２であることが好まし
い。

【００７４】以上の実施の形態においては、硝材２の傾
斜角度を略４５°としたが、傾斜角度が３５°〜５５°
の範囲においても、斜面３及び斜面５に上記の多層膜を
配すると、入射角に伴う反射光のＰ−Ｓ位相差特性と反
射膜の反射率を改善できる。

【００７５】なお、本発明の実施の形態のプリズムを、
図８、図９で示した光ピックアップ内に装填し、ＰーＳ
位相差の低減により、良好な信号の再生を行うことがで
きた。

【００７６】

【発明の効果】以上のように本発明の製造方法で成膜し
た光学素子によれば、偏光ビームスプリット膜及び反射
膜を構成する高屈折率膜の屈折率ｎを高くし、且つ吸収
係数ｋを小さくすることができる。このため、これらの
膜への入射角が変化しても、光学特性は変化しにくくな
る。即ち、光学素子（偏光プリズム）に入射するレーザ
ー光の入射角がビームの拡散によりばらついても、Ｐ偏
光及びＳ偏光の位相差が、より少なくなるという効果が
得られる。このため、光磁気ディスクの情報を偏光プリ
ズムを用いて読み出すとき、良好な再生特性が得られ
る。

【００７７】更に、高屈折率膜の吸収係数がより小さく
なるため、レーザー光が透過する偏光ビームスプリット
膜の絶対吸収を大幅に低減でき、レーザー光が反射する
反射膜の反射率が高くすることができる。このため光検
出素子に入射する光量が増加し、再生信号のＳＮ比が向
上するという効果が得られる。

【００７８】また本発明の製造方法では、高屈折率膜の
成膜において、その屈折率や吸収係数などが成膜時の雰
囲気、環境、装置によって大きく影響を受けず、安定し
て高屈折率膜を基板面に形成することができる。即ち、
高屈折率膜の吸収係数にばらつきが無くなるので、光学
ピックアップとして安定な特性が得られる。

【００７９】さらに、平行プリズムの角度を略４５゜、
屈折率を１．６以上とすることにより、硝材・空気の反
射で良好な反射率特性を得られるという特有の効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における光学素子を構成す
るプリズムの断面図である。

【図２】本実施の形態１の偏向ビームスプリット膜にお
いて、Ｐ−Ｓ位相差の入射角度依存性を示す特性図であ
る。

【図３】本実施の形態１の反射膜において、Ｐ−Ｓ位相
差の入射角度依存性を示す特性図である。

【図４】本実施の形態の偏向ビームスプリット膜と反射
膜とを経由した場合の光のＰ−Ｓ位相差の入射角度依存
性を示す特性図である。

【図５】本実施の形態２の偏向ビームスプリット膜にお
いて、Ｐ−Ｓ位相差の入射角度依存性を示す特性図であ
る。

【図６】本実施の形態２の反射膜において、Ｐ−Ｓ位相
差の入射角度依存性を示す特性図である。

【図７】本実施の形態２の反射膜において、反射率の入
射角依存性を示す特性図である。

【図８】従来例及び本発明の光学素子を含む光ピックア
ップの構成を示す概略断面図である。

【図９】従来例及び本発明の光学素子を含む光ピックア
ップの構成を示す平面図である。

【図１０】従来例の光学素子において、Ｐ−Ｓ位相差の
入射角度依存性を示す特性図である。

【符号の説明】

１プリズム２硝材３，４斜面４偏光ビームスプリット膜６反射膜７，８三角プリズム８１光学モジュール８２基板８３レーザーダイオード８４〜８６光検出素子８４ａ〜８４ｆ，８５ａ〜８５ｆ、８６ａ，８６ｂフ
ォトダイオード８７透明基板８８ホログラム回折格子８９偏光プリズム９０プリズム型検光子９１対物レンズ９２光磁気記録媒体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者能智紀台大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板面に前記基板より高屈折率の高屈折
率膜と誘電体膜とを交互に積層した偏光ビームスプリッ
ト膜を有する光学素子であって、前記高屈折率膜は、Ｘを酸素Ｏ、窒素Ｎ、炭素Ｃの内少なくとも１つの物質
とするとき、前記Ｘの珪素Ｓｉに対する組成ａが０．０
５≦ａ≦０．３５の物質Ｓi_1-a−Ｘ_aで成膜されること
を特徴とする光学素子。
【請求項２】基板面に前記基板より高屈折率の高屈折
率膜と前記高屈折率膜より低屈折率の誘電体膜とを交互
に積層した反射膜を有する光学素子であって、前記高屈折率膜は、Ｘを酸素Ｏ、窒素Ｎ、炭素Ｃの内いずれか１つの物質と
するとき、前記Ｘの珪素Ｓｉに対する組成ｂが０．０５
≦ｂ≦０．３５の物質Ｓi_1-b−Ｘ_bで成膜されることを
特徴とする光学素子。
【請求項３】前記誘電体膜は、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、Ｙ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂のうち、少
なくとも１つの物質を含むことを特徴とする請求項１記
載の光学素子。
【請求項４】前記誘電体膜は、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂のうち、少なくとも１つの物質を
含むことを特徴とする請求項２記載の光学素子。
【請求項５】請求項１又は２記載の高屈折率膜を含む
光学素子の製造方法であって、前記高屈折率膜の作製時に、酸素、窒素の内１種又は２
種のガスを含むイオンビームを基板面に照射してイオン
を注入することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項６】請求項１又は２記載の高屈折率膜を含む
光学素子の製造方法であって、前記高屈折率膜の作製時に、ＣＨ₃、ＮＨ₃、Ｈ₂Ｏ、
アルコールの少なくとも１種のプラズマを用いることを
特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項７】請求項１又は２記載の高屈折率膜を含む
光学素子の製造方法であって、前記高屈折率膜の作製時に、オゾンを用いることを特徴
とする光学素子の製造方法。
【請求項８】請求項１又は２記載の高屈折率膜を含む
光学素子の製造方法であって、前記高屈折率膜の作製を、Ｈ₂Ｏ、アルコールの内少な
くとも１種のガス雰囲気中で行うことを特徴とする光学
素子の製造方法。
【請求項９】請求項１記載の偏光ビームスプリット膜
を含む光学素子の製造方法であって、前記偏光ビームスプリット膜の成膜後、真空中で熱処理
するに際し、熱処理温度Ｔが２５０℃≦Ｔ≦４５０℃の
範囲で行うことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１０】請求項２記載の反射膜を含む光学素子
の製造方法であって、前記反射膜の成膜後、真空中で熱処理するに際し、熱処
理温度Ｔが２５０℃≦Ｔ≦４５０℃の範囲で行うことを
特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１１】断面が略平行四辺形である硝材と、前記硝材の第１の傾斜面に、前記硝材より高屈折率の高
屈折率膜と誘電体膜とを交互に積層して成膜した偏光ビ
ームスプリット膜と、前記硝材の第１の傾斜面と平行な第２の傾斜面に、前記
高屈折率膜と前記高屈折率膜より低屈折率の誘電体膜と
を交互に積層した反射膜と、を具備することを特徴とす
る光学素子。
【請求項１２】請求項１１記載の偏光ビームスプリッ
ト膜と反射膜とを含む光学素子の製造方法であって、前記高屈折率膜の作製時に、酸素、窒素の内１種又は２
種のガスを含むイオンビームを基板面に照射してイオン
を注入することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１３】請求項１１記載の偏光ビームスプリッ
ト膜と反射膜とを含む光学素子の製造方法であって、前記高屈折率膜の作製時に、ＣＨ₃、ＮＨ₃、Ｈ₂Ｏ、
アルコールの少なくとも１種のプラズマを用いることを
特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１４】請求項１１記載の偏光ビームスプリッ
ト膜と反射膜とを含む光学素子の製造方法であって、前記高屈折率膜の作製時に、オゾンを用いることを特徴
とする光学素子の製造方法。
【請求項１５】請求項１１記載の偏光ビームスプリッ
ト膜と反射膜とを含む光学素子の製造方法であって、前記高屈折率膜の作製を、Ｈ₂Ｏ、アルコールの内少な
くとも１種のガス雰囲気中で行うことを特徴とする光学
素子の製造方法。
【請求項１６】前記偏光ビームスプリット膜における
高屈折率膜の屈折率ｎ及び吸収係数ｋが、ｎ≧２．８、
ｋ≦０．２であり、前記反射膜における高屈折率膜の屈折率ｎ及び吸収係数
ｋが、ｎ≧２．８、ｋ≦０．２であることを特徴とする
請求項１１記載の光学素子。