JPS63164036A - 光学ヘツド - Google Patents

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 本発明は光記録、読み出しなどに用いる光学ヘッドに関
する。

従来の技術 ］ンパクトディスク、光学式ビデオディスク、またはテ
ープなど光学的な書き込み、読み出しをする光記録技術
が発達しており、半導体レーザを含んだ光学式ヘッドが
大量に使われるようになってきた。現在の光学式ヘッド
構成は１例として第６図に示すように、半導体レーザＳ
Ｏ，分岐用ビームスプリッタ５１．集束レンズ６２．受
光素子５３などが空間的に配置されている。５４は凹レ
ンズ、６６はハーフミラ−である。このように多くの部
品を空間的に配置することによって多くの問題点を含ん
でいる。

（１）上記各素子を配置するのに光軸が一致するように
各々精度のある位置合せの調整を必要とする。

（２）位置合せ精度が必要な部品点数が多い。

（３）ヒックアップ重量が重くなり易く、アクセス時間
がかかりやすいなどである。

そこで、光学系の集積化が試みられるようになってきた
１例として電子通信学会技術研究報告０ＱＥｓｓ−７２
（１９８５）においては薄膜光導波路化することによっ
て、レンズ９分岐、受光素子を一体化し軽量化、小型化
が試みられている。

Ｓｉ基体上に５ｉｎ２．ｙ０５９ガラス等を用いて光導
波路化が試みられている。しかし、光源である半導体レ
ーザの一体化は半導体レーザがＧａＡｇという化合物半
導体を使う関係上困難であり、外部より取りつける方法
がとられている。

発明が解決しようとする問題点 通常のファブリベロー型レーザを本光導波路に外部接続
すると多くの反射光がレーザに帰還され、レーザのノイ
ズレベルの増加が認められたばかりでなく、外部接続で
おるがために、温度変動などによる接続部の微少ズレに
よって、レーザ発振スペクトルの縦モードスペクトルの
飛びや雑音レベルの不安定性が生じ、レーザの集束位置
を一定にすることが困難であシ、受信レベルの不安定さ
が生ずることがわかった。

そこで、本発明は半導体レーザを光導波路やレンズ部と
モノリシックに一体化することによってレーザと導波路
の結合損失を小さくするとともに、温度等の影響によっ
て結合部の変位によるモードの飛びによって生ずるスポ
ット位置の変動やノイズの変動を防ごうとするものであ
る。

さらに、半導体レーザとしてＤＦＢ（分布帰還型）レー
ザなどの回折格子による光帰還をもつレーザを配置する
ことによって波長の安定化をはかるものである。

問題点を解決するだめの手段 本発明は、Ｓｉ基体上に化合物半導体のエピタキシャル
成長によって半導体レーザを構成し、このレーザの出射
端部に接してレーザ光を導く誘電体導波路をＳｉ基体上
に形成し、誘電体導波路の一部に外部に光を取り出すグ
レーティングレンズを有し、さらに、外部に出射された
レーザ光の反射光の一部を受光する受光素子をＳｉ基体
上に構成する光集積化ピックアップを提供するものであ
る。さらに、集積化に適するレーザとしてたとえば、Ｉ
ｎＧａＰ　、ムｄＧａＩｎＰ　、　ＩｎＧａＡｓＰ層を
活性層とするものを用いる。

作用 このように、本発明ｆｉｓ＝基体上に構成可能な半導体
レーザをモノリシックに一体化することによって、レー
ザと導波路部の膨張係数の差による結合部の変位や接着
による変位を除去するものであり、半導体レーザを回折
格子による光帰還を行なう構造や外部共振器構造などに
よって単一モード全損化し、微少スポットにしようとす
ることができるものである。

実施例 本発明の一実施例を第１図に示す。１はＳｉ基体であり
、２１ｄＳｉ基体上に設けられた光導波路である。３は
光導波路に設けられた集光用グレーティングレンズ、４
はビーム分割用グレーティングレンズ、５．６′　はＳ
ｉ基体に設けられたＰＩＮ型フォトダイオード群、６は
Ｓ＝基体上にモノリシ、、りに形成された人、ｇＧａＩ
ｎＰ半導Ｉｎ−ザである。ここで、半導体レーザ６から
出射した光は導波路を通って集光用グレーティングレン
ズ３で集光され記録媒体で反射され、さらに、集光用グ
レーティングレンズ３を通り、ビーム分割用レンズ４で
受光素子６．６′　　で光ディスク等の記録媒体２０の
信号を受信する。

ここで光導波路２の構造例の断面構造を第２図に示す。

第２図において１は８１基体であり、８は７ｏ６９ガラ
スの光導波層である。７および９は低屈折率のクラッド
層であり、７はＳｉＯ２，９はＳｉＮ層である。

第１図に示した半導体レーザ６の断面構造の１例を第３
図に示す。第３図において１はＳｉ基体、１ｏはＩ　ｎ
ｘＧａ　、　−ｘｐ　　の傾斜型組成をもつバッファ層
、１１．１３はＡ、５ＧａｌｎＰクラッド層、１２はＩ
ｎＧａＰ活性層、１５はＰ型埋込みＡｄＧａｌｎＰ層、
１６はｎ型Ａ％乙ＩｎＰ埋込み第２層を示す。１４は活
性層とクラッド層の間の組成（バンドギャップ）をもつ
光導波層であり回折格子が形成されている。１７．１８
は電極である。電極１７より注入される電流は活性領域
１２でレーザ光を発振し、回折格子で光の帰還が行なわ
れ、単一モード発振が行なわれる。即ちＤＦＢ　（分布
帰還型）レーザが実現される。本ＤＦＢレーザで発振し
た光は第２図における光導波層に導入される。光導波層
とレーザの結合部の断面構造を第４図に示す。半導体レ
ーザの活性層部１２および導波層１４を通るレーザ光は
外部導波路部８に導入されるようにクラッド層７および
導波路８の厚さが調整されている。

第１図に示されるように半導体レーザとしてＩｎＧａＰ
系ＤＦＢレーザと導波路、集光レンズをＳ＝基体中に一
体化することが可能となり、単一モード発振が可能とな
シ安定なデバイスとすることができた。

半導体レーザ部は埋込み構造（ＢＨ型）で示されている
が構造としてはＤＦＢ型のような回折格子を有し、単一
モードで発振するレーザであればどのような構造をとっ
ても有効である。また、半導体レーザとしてはモノリシ
ックに一体化して構成できるものであればＡｇＧａＡｓ
系のものなど他の波長帯のものであっても良い。

光導波路としては、Ｓ工０２／コーニング７０５９ガラ
ス／ＳｉＮ　の材料によって構成されているが、’ｒｉ
ｏ２．　Ａｌ２Ｏ３，Ｔａ２Ｏ３ナト種ｈノ誘電体材料
が適用される。

集光レンズは単一の薄膜レンズで構成されるだけでなく
、導波路内を伝播してきた光を一度平行ビーム系に変換
するレンズ系を導波路に構成し、空気中に放出された平
行ビームを別の集光レンズにて集光する方式も構成でき
る。

発明の効果 以上のように、本発明によればＳｉ基体上に半導体レー
ザ、受光素子、集光レンズ系をモノリシンクに一体化す
ることによって、次のような効果を得ることができる。

（１）小型で薄い光読み取り装置が構成でき、（２）高
速のアクセスが可能となるほか駆動系の軽量化、低消費
電力が実現できる。

（３）また、一体化により、光ピツクアップの各要素素
子を光軸を一致させて配置する位置合せの調整を必要と
しない。

（４）半導体レーザをモノリシックに一体化することは
レーザ光の光導波路への結合効率を上げることができる
ほか、温度や振動などによって起る結合部の変位に基く
、レーザスペクトルのとびや広がり、ノイズの増大など
をおさえることができる。

（５）　　さらに、半導体レーザとして、ＤＦＢレーザ
や外部共振器構成など単一モードレーザの構造にするこ
とによって、安定した微少スボ７）に光を絞ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の集積化光学ヘッドの斜視図
、第２図はその導波路部の断面図、第３図は同半導体レ
ーザ部の断面図、第４図はレーザと導波路の結合部の断
面図、第５図は光学式ヘッド構成例を示す斜視図である
。 １・・・・・・８１基体、２・・・・・・光導波路、３
・・・・・・集光用グレーティングレンズ、４・・・・
・・ビーム分割用グレーティングレンズ、６　、５’・
・・・・・フォトダイオード、６・・・・・・半導体レ
ーザ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名／　
−−Ｓｉ幕休 体−光４波路 ｓ、　ｓ’−−フォトダイオード ６−　手糞体レーザ 第１図 第２図 ！ 第３図 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｓｉ基体上に化合物半導体のエピタキシャル成長
   によって半導体レーザを構成し、前記レーザの出射端部
   に接してレーザ光を導く誘電体導波路を前記Ｓｉ基体上
   に形成し、前記誘電体導波路部の一部に外部に光を取り
   出すグレーティングレンズを有し、さらに、外部に出射
   されたレーザ光の反射光の一部を受光する受光素子を前
   記Ｓｉ基体上に構成してなる光学ヘッド。
2. （２）Ｓｉ基体上に構成されるレーザがＩ＿ｎ＿ｘＧ＿
   ａ＿１＿−＿ｘＰ、ＡｌＧ＿ａＩ＿ｎＰ層あるいはＩ＿
   ｎＧ＿ａＡ＿ｓＰ層を活性領域とする半導体レーザであ
   る特許請求の範囲第１項に記載の光学ヘッド。
3. （３）Ｓｉ基体上に構成されるレーザが単一縦モードで
   発振する特許請求の範囲第２項に記載の光学ヘッド。