JPS61265742A

JPS61265742A - 光ヘツド

Info

Publication number: JPS61265742A
Application number: JP60106177A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Ukita; 宏生浮田; Yoshinori Isomura; 磯村　嘉伯; Kiyoshi Itao; 清板生
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1985-05-20
Filing date: 1985-05-20
Publication date: 1986-11-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉この発明は光ディスクなど光記録媒体に対する非接触書
き込み又は記録情報の読み出し再生に使用する光ヘッド
に関する。

〈従来の技術〉光ヘラｒはたとえは第４図に示すように位置制用モータ
２によシ回転するアーム３に取シ付け、光ヘッド１から
出射する光ビームを所定の光記録媒体４面に射出し情報
の書き込み５又は記録された情報の読み出し再生に使用
される。

従来のこの種光ヘッドは、第５図に示すようにケース６
中に収納したたとえば半導体レーザ７などの光源から放
射された光ビームを半透明鏡８、光集束対物レンズ９を
通して光記録媒体面に集束し、所定の情報を記録したシ
、光記録媒体４上に記録されたビットからの反射光を、
光集束対物レンズ９．半透明鏡８を介して光検出器１０
によって検出し、情報を再生する構造になっている。

ところが上述した従来構造の光ヘラＰは光源７、半透明
鏡８、光集束対物レンズ９の各部品が互いに有機的な関
係を有するように組立てられてはいるが、装置を小型化
しようとしても一定の限度がある。したがって、このよ
うな光ヘッドを光記録媒体に対し円滑に移動させようと
すると駆動装置も大型にしなければならなかった。

本発明者岬は、このような従来構造の光ヘラＦを小型化
し、かつ円滑に操作できるようにするための構造として
、特願昭５９−１８６４０６号において、半導体基板上
に、液相又は気相成長によシＰＮ接合領域２１を有する
半導体層を形成したウェハーにｌ！６図に示すように中
央部分に半導体レーザ部２４を有し、その両側にウェハ
ーの表面から基板２２上に達する深さの絶縁溝２３で分
離された光検出器部２５ａ、　２５　ｂを有する構造の
ものを使用すべきこと提案した。

この構造の光ヘッド２０は上記構成要素の他に、半導体
レーザ部２４のＰＮ接合層の伸延方向端部にレーザ光出
射口端２４ａを有し、半導体レーザ部２４の上面に電極
２６、光検出器部２５ａ。

２５ｂ上面に光検出器用電極２７ａ、２７ｂを有し、電
極２５ａ、２５ｂ、２６と反対側の半導体ウェハ２２下
面に共通電極２８が設けられ、半導体レーザ部上下の電
極は順方向に、光検出器部上下電極は逆方向にバイアス
される。

この光ヘラ＋ｌｏは、光記録媒体へ使用するに当って、
た・とえは第７図に示すように、光ディスクの任意の場
所に光スポットを形成するために光ディスク４ａの半径
方向に高速移動可能なアーム１３上のジンノ々ルノ々ネ
１４を介して、光デイスク面に近接して浮上するスライ
ダー１５に取シ付けて使用される。

上述の光ヘッドは半導体レーザ２４から出射するレーザ
光２９−１はＰＮ接合領域２１の中央にある活性層３０
と平行方向に向い光ディスク４ａにある図示しないトラ
ック案内溝からの反射回折光２９−２（ａ）、（ｂ）を
光検出器２５（す。

２５（ｂ）の受光面で受け、両者の差信号よシトラック
誤差信号、和信号よりデータ信号を得ていた。

〈発明が解決しようとする問題点〉しかし、特願昭５９−１８６４０６号で提案された構成
の光ディスクは、光記録媒体からの反射回折光は光検出
器の受光領域の幅は数μｍの程度しかなく極めて狭く、
受光効率が低く、検出する信号の信号ＳＮ比（以下ｒＳ
ＮＲＪという）も低い。さらに、半導体レーザの光出射
端の口径は小さく、回折現象による出射光の拡がシは大
きく、光デイスク面での光ビームの径はさらに拡がるの
で記録密度も低下する欠点があった。

この発明はこのような従来構造の光ヘラＰの欠点、特に
特願昭５９−１８６４０６号における構成の光ヘッドの
欠点を解消するためになされたものであって、光検出器
の受光面積が大きく、記録密度および信号ＳＮ比の高い
光ヘッドを提供しようとするものである。

〈問題点を解決するための手段〉以上の目的を達成するためこの発明は、光ヘッドを、同
一基板に半導体レーザと、半導体レーザの両側に光検出
器とを一体形成して成る光ヘッドにおいて、光ヘッドか
ら射出する光ビームの出射方向を当該中導体レーデの活
性層と垂直又ははｔｚ垂直にすると共に、光検出器の受
光面を半導体レーザの活性層・と平行にしたととを特徴
とするものである。

この発明に使用する半導体レーザに、４波モードの光電
力をなる条件により活性層と垂直又はほぼ垂直に射出する分
布ゾラッグ反射器形半導体レーデを用いると共に、光検
出器を当該分布ブラッグ反射器形半導体レーザと絶縁層
を介して同一基板上に一体形成されたものを使用するこ
とが望ましい。ただし、前記式■において、θは光出力
の射出角、ｎ４は分布ブラッグ反射器形半導体レーザの
出力導波路の等側屈折率、ｎは分布ブラッグ反射器形レ
ーザの出力導波路上の回折格子の屈折率、Ｐは当該回折
格子の周期、λは射出する光電力の波長、Ｋは整数を表
わす。

また、前記分布ブラッグ反射器形半導体レーザの出力導
波路上の回折格子を、光の集束作用を有するフオーカツ
シング・グレーティング９カプラ（Ｆｏｃｕｓｉｎｇ　
ｇｒａｔｉｎｇ　ｃｏｕｐｌｅｒ　）で構成することく
より射出光電力のビーム径を縮少できる。

さらに、前記半導体レーザとして面発光レーザを使用す
ると共に、光検出器の受光面を面発光レーザの活性層と
平行にしかつ面発光レーザと絶縁溝を介して同一基板上
に一体形成してもよい。

前記分布ブラッグ反射器形半導体レーザは活性導波路の
出射側に回折格子を有する出力導波路を設けたものであ
シ、良好な波長選択性を得ることができる。

また、面発光レーザは活性層の上下面にそれぞれ７アブ
リペロー共振器を形成し、活性層と垂直方向に面発光の
レーザを出射するようにしたものをいう。

〈作　用〉このように、本発明では光ヘッドから光記録媒体面に向
けて射出する光の射出角θを、半導体レーザの活性層に
垂直あるいは＃１ぼ垂直に進むように基板上に一体形成
する半導体レーザを選択すると共に、半導体レーザの両
側に配する光検出器の受光面を半導体レーザの活性層に
平行に配設することによシ、光記録媒体面から回折反射
きれる九を広く検出できるから、受光効率が高ぐなシ、
記録密度、信号ＳＮ比も向上できる。

また、光ヘッドから光記録媒体へ出射する側に光集束手
段を設けることによって、出射光のスポット径を縮少し
、光記録媒体の記録密度を高くし、再生信号の品質を向
上させることができる。

〈実施例〉つぎに、実施例に基づいてこの発明の具体的内容につい
て説明する。

実施例１第１図に、この発明にがかる実施例の光ヘッド２０ａを
示す。第１図の光ヘラ）′２０ａは共通のＱａＡａ基板
２２の中央部に分布ブラッグ反射器形レーザ（Ｄｉｓｔ
ｒｉｂｕｔｅｄ　Ｂｒａｇｇ　ＲｅｆｌｅｃｔｏｒＬａ
ｓ＠ｒ、以下ｒＤＢＲレーザ」という）が、ＤＢＲレー
ザの両側に絶−級溝２３を介して配された光検出器ｐ；
一体形成に設けられておシ、このＤＢＲレーザは活性導
波路側にＧａＡｇ基板２２上に形成された活性層３０．
メルトノ々ツク防止層３３、ＧａＡｓ層、および電極２
６を有し、出力導波路側には前記ＧａＡｇ基板２２上に
形成したＡｔｇ、ＩＧａ　０．９Ａ１層３１および回折
格子層３２が設けられておシ、回折格子の格子溝の周期
Ｐは、光電力が活性層と垂直又はほぼ垂直に射出するよ
うに λ なる条件を満たすように、出力導波路の等側屈折率ｎ　
　回折格子の屈折率ｎ、整数Ｋが選択ｑｖされている。

光検出器は、前記ＤＢＲレーザの出力導波路の両側にそ
れぞれ絶縁溝２３を介して共通のＧａＡ１基板２２上に
積層されたＡｔ□　、　Ｉ　ＧａＯ、ｇＡｓ層３１ａ（
出力導波側Ａｔｏ、ＩＧａｇ、ｇＡｓ層３１と同質、同
厚）、ＰＮ接合層２１および透明電極２７ｍ、２７ｂか
らなっておシ、共通ＧａＡｓ基板の光ヘッド２０ａ形成
面と反対側には共通電極２８が設けられ、前記電極２６
．２８を介して活性導波路側を順方向に、電極２７ａ、
２７ｂおよび２８を介して光検出器側を逆方向ノ々イア
スすると、出射光２９−１は光ディスク４ａに入射後、
反射回折光２９−２（ａ）、２９−２（ｂ）となシ、そ
れぞれ光検出器の透明電極２７（す、２７（ｂ）のＰＮ
接合層２１内の図示されない受光面（第６図参照。）に
入射する。この受光面の寸法はたとえば１４０μｍＸ２
００μｍとなシ、従来の光ヘッドの寸法（＠６図参照。

）３μｍＸ　１４０μｍＫ比べ格段に拡大することがで
き、受光効率を改善できる。

また、この光検出器の感度は数Ａ／Ｗ　、静電容量は数
ｐＦである。

また、光ヘラ）′２０ａの活性導波路の活性層３０はた
とえば厚さ０．３μｍ、出力導波路はたとえば厚０．４
μｍであシ、両者の導波モードの伝搬定数が等しくなる
ような屈折率分布で構成し、両者は端面で突き合せで結
合したものである。また光伝搬速損失を少くするために
、出力導波路の構成物質のエネルギーギャップによって
定まる光射光の波長は活性層からの波長よシ長波長にな
っている。このため活性層３０がＧａＡｓとするときは
出力導波路は、それよシもエネルギーギャップの小さい
Ａｔ□、ＩＧａ□９ｇＡ１を使用する。

出力導波路上の回折格子３２は、たとえば三光束干渉露
光法によシ、周期０．２５μｍで刻設される。

共通ＧａＡｓ基板２２上のＤＢＲレーザと光検出器の分
離はたとえば、反応性イオンビーム・エツチング（以下
、ｒＲＩＢＥＪという。）によシ、幅約２μｍ１深さ約
５μｍの絶縁溝２３を形成することによシ行う。

実施例２第２図はこの発明にかかる光ヘッドの他の実施例を示す
。

第２図の光ヘッド２０ｂは出力導波路上の回折格子の凹
凸部の凸部上部形状、および凹凸部ピッチを、回折格子
から外空間に向けて射出する光出力が光記録媒体面に光
集束するように７オーカツシン°グ・グレーティング・
カプラ（以下、ｒＦＧｃＪという。）にした以外は実施
例１の光ヘッド２０ａと同じ構造のものである。

ＦＧＣの形状ノＲラメータは光波長、出力導波路の実効
屈折率、出射角θ、焦点距離などに依存し、導波光と集
束光の位相が一定になるように定められる。

実施例３第３図（ａ）　（ｂ）は、この発明にかかる光ヘッドの
第３の実施例を示す。

第３図（ａ）　（ｂ）の光ヘッド２０ｃは共通の半導体
単結晶基板、たとえばＩｎＰ単結晶基板２２ａ上の中央
部分に面発光レーｆ（発光スポットを５１・で示す。）
を、その両側にそれぞれ、絶縁溝２３を介して光検出器
を一体形成に配設したものである。面発光レーザの発光
スイットの直径は１０〜２０μｍであシ広がシ角は約４
°である。光ディスク４ａは基板２２と反対方向にあり
、媒体側の光出射口には光集束手段としてマイクロレン
ズ５２（例えばサファイア製半球レンズ、　ＧＲＩＮロ
ッドレンズ）が塔載されている。半導体レーザを構成す
る基板２２の中央部は光損失を防止するためエツチング
により取除かれ、いわゆる短共振器を構成している。２
６は面発光レーザの反射鏡兼電極、２７　（ａ）　、　
２７　（ｂ）は光検出器の透明電極であシ受光面はこの
下のＰＮ接合領域２１によシ形成されている、２８は共
通電極である。また５３はｎ−ＧａＩｎＡａＰ、５４は
ｎ　−ＩｎＰ　。

５５はＰ’−ＧａＩｎＡｓＰ、５６はＰ−ＩｎＰ、５７
はｐ　−ＧａＩｎＡｓＰでこのような薄膜の層を多層エ
ピタキシャル成長で作成する。

なお、実施例３０面発光レーザの光出射口に設けたマイ
クロレンズ５２は、高記録密度を必要としない場合は必
要とすることなく、光ヘッドとして十分機能させること
ができる。

以上の実施例においては、光ヘッドに使用するＤＢＲレ
ーザとして出力導波路上に形成する回折格子を活性導波
路側の活性層よシも上部に設けた構造のものについて説
明したが、回折格子面が活性層下面位置に位置するよう
な位置構成にしてもよい。

また、半導体レーザの材料として、ＧａＡｓ、ＡＪｏ、
ＩＧａｏ、ｓＡ＋ｓ、ＩｎＰなどを使用したも（７）＋
７）みについて説明したが、他の半導体レーザ材料であ
ってもよい。

さらに、光ヘツド上の面発光レーザ、光検出器、ＤＢＲ
レーザの出力導波路、活性導波路を同一単結晶基板上に
成長させたいわゆるモノシリツクのもののみＫついて示
したが、他の材質上にエピタキシャル成長でなく、別個
に形成した面発光レーザ、ＤＢＲレーザと光検出器を有
機的に一体的に設置した構造のものであってもよい。

〈発明の効果〉以上の説明から明らかなように、この発明Ｑ光ヘッドは
同一基板に半導体レーデと半導体レーザの両側にそれぞ
れ、轟該半導体レーザの活性層の断面と平行に受光面を
有する光検出器を設けた従来の光ヘッドと異な）、光ヘ
ッドから出射する光ビームの方向が半導体レーザの活性
層と垂直又はほぼ垂直にされ、かつ光検出器の受光面を
半導体レーザの活性層の延在する面と平行に配設してい
るから、 ■　光記録媒体面からの反射回折光を広い面積の受光面
で受光できるから、受光率および受光感度が大幅に向上
できた。

■　さらに、レーザ光の出射面に光集束手段を配設すれ
ば光記録媒体面に達するレーデ光のスポット径が縮少し
、記録密度を大幅に向上でき、かつ再生信号品質も向上
できる。

■　また、光記録媒体面に対し垂直方向よりもわずかに
ずれて光ビームが入射するように光ヘッドをセットする
と、光記録媒体での反射光がレーザへ帰還するのを防止
できるので雑時の状態を示す斜視図、第２図は本発明の
光ヘッドの他の実施例の斜視図、第３図（ａ）は本発明
の光ヘッドの第３の実施例の平面図、第３図（ｂ）は第
３図（ａ）のＸ−Ｘ断面図、第４図は従来の光ヘッドの
使用状態を示す一部断面要部斜視図、第５図は第４図の
光ヘッドの構成を示す断面図、第６図は従来の光ヘッド
の構成を示す斜視図、第７図は第６図の光ヘッドの作動
状態を示す斜視図である。

図面中、４．４ａ・・・光ディスク、 ■、２０・・・従来の光ヘッド、２０ａ、２０ｂ、２０ｃｍ本発明の光ヘッド、２１・・
・ＰＮ接合領域、２２・・・ＧａＡｓ単結晶基板、２２ａ・・・ＩｎＰ単結晶基板、２３・・・絶縁層、２４．３０・・・活性層、２６・・・半導体レーザ電極、２７（ａ）、　２７（ｂ）・・・光検出器透明電極、２
８・・・共通電極、２９−１・・・出射光、２９−２（ａ）、　２９−２（ｂ）　”・反射回折光。

５１・・・面発光レーザ、５２・・・マイクロレンズ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）同一基板に、半導体レーザと半導体レーザの両側
に配した光検出器とを一体形成して成る光ヘッドにおい
て、光ヘッドから射出する光ビームの出射方向を当該半
導体レーザの活性層と垂直又はほぼ垂直にすると共に、
光検出器の受光面を半導体レーザの活性層と平行に配設
したことを特徴とする光ヘッド。
（２）前記半導体レーザは、導波モードの光電力ｎｃｏ
ｓθ＝ｎ＿ｅ＿ｑ−Ｋ（λ／Ｐ）なる条件により活性層と垂直又はほぼ垂直に射出する分
布ブラッグ反射器形半導体レーザであり、前記光検出器
が当該分布ブラッグ反射器形半導体レーザと絶縁溝を介
して同一基板上に一体形成されていることを特徴とする
特許請求の範囲第（１）項記載の光ヘッド。ただし、θ
は光電力の射出角、ｎ＿ｅは分布ブラッグ反射器形半導
体レーザの出力導波路の等価屈折率、ｎは分布ブラッグ
反射器形半導体レーザの出力導波路上の回折格子の屈折
率、Ｐは当該回折格子の周期、λは射出する光電力の波
長、Ｋは整数である。
（３）前記分布ブラッグ反射器形半導体レーザの出力導
路上の回折格子を、光の集束作用を有するフォーカッシ
ング・グレーティング・カプラで構成したことを特徴と
する特許請求の範囲第（２）項記載の光ヘッド。
（４）前記半導体レーザが面発光レーザであり、前記光
検出器の受光面を当該面発光レーザの活性層と平行にし
、かつ面発光レーザと絶縁溝を介して同一基板に一体形
成されていることを特徴とする特許請求の範囲第（１）
項記載の光ヘッド。
（５）特許請求の範囲第（４）項記載の光ヘッドにおい
て、面発光レーザの光出射面にさらに光集束手段を設け
たことを特徴とする光ヘッド。