KR100313298B1 - 광학장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 광학장치 구조는 전체적으로 단순화되고 소형화될 수 있다. 또한, 광학장치의 제조가 단순화될 수 있고, 광학장치의 신뢰도가 향상될 수 있다. 광학장치는 그 출력을 증가시킬 수 있고, 발광광원을 저전력으로 작동할 수 있고, 광센서장치로의 반사귀환광의 양, 즉 광감지된 광의 양을 증가시킴으로써 전력소모를 감소시킬 수 있다. 광학장치는 발광부(1)와, 방사부(2)와, 수렴수단(3)과, 광센서부(4)를 포함한다. 발광부(1)로부터 방출된 광은 수렴수단(3)에 의해 방사부(2)상에 수렴 및 방사된다. 방사부(2)로부터 반사된 반사귀환광 LR이 수렴되고, 광센서부(4)는 방사부(2)로부터의 반사귀환광에 관한 수렴수단(3)의 동일초점 근방에 배치된다. 발광부(1)로부터 방출된 광은 동일축의 경로를 통과하고, 방출된 광이 방사부(2)에 의해 반사되기 전후에 광축을 나타내는 일점쇄선 a 으로 나타낸 바와 같이 광센서부 (4)에 의해 광감지된다.

Description

광학장치
제1도는 광학장치의 일예의 확대개략구조도.
제2도는 광학장치의 다른 예의 개략구조도.
제3도는 본 발명의 실시예에 따른 광학장치의 구조도.
제4도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학장치의 개략구조도.
제5도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학장치의 개략구조도.
제6도는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학장치의 개략구조도.
제7a도∼제7d도는 각각 본 발명에 따른 광학장치의 발광부와 광센서부의 제조방법의 일예를 설명하기 위한 공정도.
제8a도∼제8c도는 각각 본 발명에 따른 광학장치의 발광부와 광센서부의 제조방법의 다른 예를 설명하기 위한 공정도.
제9도는 방사부의 위치가 상승 및 하강하여 있는 동안 광센서부에 의해 전류가 검출될 때 얻어진 특성곡선도.
제10도는 제9도에 도시한 바와 같이 광센서부에 의해 전류가 검출된 상태를 나타낸 도면.
제11a도∼제11c도는 각각 본 발명에 따른 광학장치의 발광부와 광센서부의 제조방법의 일예를 설명하기 위한 공정도.
제12a도∼제12c도는 각각 본 발명에 따른 광학장치의 발광부와 광센서부의 의 제조방법의 다른 예를 설명하기 위한 공정도.
제13a도 및 제13b도는 각각 본 발명에 따른 광학장치의 발광부와 광센서부의 제조방법의 다른 예를 설명하기 위한 공정도.
제14a도∼제14c도는 각각 본 발명에 따른 광학장치의 발광부와 광센서부의 의 제조방법의 다른 예를 설명하기 위한 공정도.
제15a도∼제15c도는 각각 본 발명에 따른 광학장치의 발광부와 광센서부의 의 제조방법의 다른 예를 설명하기 위한 공정도.
제16a도 및 제16b도는 각각 본 발명에 따른 광학장치의 발광부와 광센서부의 제조방법의 또 다른 예를 설명하기 위한 공정도.
제17도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학장치의 사시도.
제18도는 제17도에 도시된 다른 실시예를 설명하기 위한 도면.
제19도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학장치의 사시도.
제20도는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학장치의 단면도.
본 발명은 광원으로부터의 광이 광학디스크, 광자기디스크 등과 같은 광학기 록매체의 방사부에서 방사되어 그 방사부에 의해 반사될 때 발생되는 반사귀환광을 검출하기 위한 광센서부를 가지는 광학장치에 관한 것이다.
소위 콤팩트디스크(CD)의 광학디스크 드라이브 및 광자기디스크 드라이브의 광학픽업부 등과 같은 광학장치에 있어서, 격자 및 빔스플리터 등과 같은 광학부분은 별개로 조립되고, 따라서 그 전체 구성이 복잡하게 된다. 또한, 이들 광학부분의 광학배치설정이 번거롭고, 광학장치가 효율적으로 양산될 수 없다.
도면중, 제1도 광학장치의 일예의 구조를 확대하여 개략적으로 나타낸다. 제1도에 나타낸 바와 같이, 반도체 레이저 다이오드 등과 같은 광원(51)으로부터 방사되는 광이 격자(52)를 통해 빔스플리터(53)로 도입되고, 이로부터 별도의 광빔이 대물렌즈(55)에 의해 콜리메이터렌즈(54)를 통해 광학기록매체(56)의 광자기디스크 기록부상에서 수렴된다. 제1도의 1점쇄선 c은 광원(51)으로부터 광학 기록매체(56)까지 연장되는 광축이다.
광학기록매체(56)로부터의 반사귀환광은 대물렌즈(55) 및 콜리메이터렌즈(54)를 통해 이동하여 빔스플리터(53)에 의해 반사되고, 광축 c으로부터 분리되고, 빔스플리터(53)의 우측에 배치된 오목렌즈(57)와 원통형 렌즈(58)를 통해 이동하여 광센서부, 즉 포토다이오드(PD) 등과 같은 광검출기(59)에 의해 수렴되어 검출된다.
제2도는 광학장치, 즉 반사형 광학주사현미경의 광학픽업부의 다른 예의 구조를 나타낸다. 제2도에 나타낸 바와 같이, 광원(51)으로부터 방출된 광은 빔스플리터(53)에 의해 반사되고, 대물렌즈(55)를 통해 샘플(60)의 표면상에 수렴된다. 제2도에 있어서, 참조번호(61)은 초점면을 나타낸다. 다음에, 샘플(60)에서 반사된 광은 대물렌즈(55)를 통해 빔스플리터(53)로 이동한다. 동일초점 위치에 배치된 광검출기 또는 핀홀(62)을 통해 이동된 광은 핀홀(62) 뒤에 배치된 광검출기(59)에 의해 검출된다. 그때, 샘플(60)의 스테이지(홀더)를 이동시키거나 샘플(60)상에서 방사빔을 제2도에서의 화살표 s로 표시한 방향으로 상대적으로 주사함으로써 샘플(60)의 표면의 상태를 검출할 수 있다.
광학픽업시스템의 광학장치에 있어서, 반사귀환광이 방출위치로 귀환되는 것을 방지하기 위하여, 빔스플리터를 광원과 방사부 사이에 배치한다. 다른 방법으로서, 일본국 특개평 1-303638호에 개시(開示)된 바와 같이, 홀로그램을 배치하여 반사귀환광을 방사부분, 즉 광원으로 귀환되는 반사귀환광에 향하는 광로로부터 분리시킨다. 그러나, 이 경우에 있어서는, 광센서장치에 의해 검출되는 광의 양이 감소되는 것을 피할 수 없다.
또한, 일본국 특개평 2-278779호에 개시된 바와 같이, 전술한 광학픽업장치가 실리콘(Si)기판 등과 같은 동일한 반도체기판상에서 하이브리드방식으로 제조되는 경우에는, 광학픽업장치는 가장 정확한 정렬로 조립되어야 한다.
전술한 점을 감안하여, 본 발명의 목적은 광학픽업시스템의 구조가 단순화 될 수 있는 광학장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전체 구조가 소형화될 수 있는 광학장치를 제공하는 것이다.
본 발명 다른 목적은 제조공정이 단순화될 수 있는 광학장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 신뢰도를 향상시킬 수 있는 광학장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 광원에서 광을 저전력으로 방출할 수 있고, 광센서부로의 반사귀환광의 양 즉 검출양의 양을 증가시킴으로써 감소된 전력소모로 광을 방출할 수 있는 광학장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1의 특징에 따르면, 본 발명은 발광부와, 방사부와, 수렴수단과, 광센서부로 이루어지고, 상기 발광부로부터 방출된 광은 상기 수렴수단에 의해 상기 방사부상에 수렴 및 방사되고, 상기 광센서부는 상기 방사부로부터의 반사 귀환광에 관한 상기 수렴수단의 동일초점 근방에 배치되고, 상기 발광부로부터의 광은 동일한 축의 경로를 통과하여 상기 광이 상기 방사부에서 반사되기 전후에 상기 광센서부에 의해 광감지되는 광학장치를 제공한다.
본 발명의 제2의 특징에 따르면, 본 발명은 발광부와, 방사부와, 수렴수단과, 광센서부와, 광자기 신호검출수단으로 이루어지고, 상기 발광부로부터 방출된 광은 상기 수렴수단에 의해 상기 방사부상에 수렴 및 방사되고, 상기 방사부에서 반사된 반사귀환광은 상기 수렴수단에 의해 수렴되고, 상기 광센서부는 상기 방사부로 부터의 반사귀환광에 관한 상기 수렴수단의 동일초점 근방에 배치되고, 상기 발광부로부터의 광은 동일한 축의 경로를 통과하여 상기 광이 상기 방사부상에서 반사되기 전후에 상기 광센서부에 의해 광감지되는 광학장치를 제공한다.
본 발명의 제3의 특징에 따르면, 본 발명은 발광부와, 광센서부와, 공통전극으로 이루어지고, 상기 발광부와 상기 광센서부는 일체적으로 형성되고, 상기 발광부는 수평공진기와 반사경을 가지는 반도체레이저를 포함하고, 상기 광센서부는 포토다이오드로 형성되고, 상기 광센서부의 광센서 스크린의 최소한 일부는 반사귀환광의 회절한계내에 배치되는 광학장치를 제공한다.
다음에, 본 발명에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제3도는 광학픽업장치에 인가되는 광학장치의 구조를 나타내고, 여기서 방 사부(2)는 광학기록매체, 예를 들면 기록정보가 오목 및 볼록피트의 형태로 기록되고, 독출광으로 조사된 피트에서 야기되는 광의 회절에 의해 반사된 반사광의 강도에 의해 기록정보가 재생되는 광학디스크이다.
제3도에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 광학픽업장치는 발광부(1), 광학디스크로 형성되는 방사부(2), 수렴수단(3) 및 광센서부(4)로 이루어진다. 수렴수단(3)은 발광부(1)로부터 방출된 광을 방사부(2)상에 수렴시키고, 또한 방사부(2)로부터 반사된 반사귀환광을 수렴시킨다. 광센서부(4)는 수렴수단(3)의 방사부(2)로부터의 반사귀환광을 대한 동일초점 근방에 배치된다. 발광부(1)로부터 방출된 광이 방사부(2)상에 반사되기 전후에, 방출된 광의 광축을 제3도에 일점쇄선 a으로 나타낸 바와 같이 방출광이 동일축의 광로(경로)를 통과하여, 광센서부(4)에 의해 광감지된다.
제3도에 나타낸 바와 같이, 발광부(1)와 광센서부(4)는 공통의 기판(9)상에서 일체로 제조된다. 이 실시예에 있어서, 발광부(1)는 수평공진기와 반사경(7)을 가지는 반도체레이저(8)로 구성된다. 광센서부(4)는 포토다이오드로 형성된다. 반도체레이저(8)는 전술한 바와 같이 수평공진기를 포함하고, 반도체레이저(8)로 부터 방출된 광은 반사경(7)에 의해 반사되어 반사광이 방사부(2)에 향하는 방향의 광로와 일치한다.
광센서부(4)에 향하여 이동하는 반사귀환광 LR은 회절한계 근방에서 수렴된다. 광센서부(4)는 그 광센서 스크린의 최소한 일부가 회절한계내에 들어가는, 즉 광센서 스크린의 위치기준면 S 을 교차하는 발광부(1)로부터 방출되는 광의 광축 a 으로부터의 거리가 1.22λ/NA 내에 들어가는 위치에 배치된다. 여기서, λ는 발광부(1)에서 방출되는 광의 파장이고, NA는 수렴수단(3)의 수치구경이다.
이 경우에 있어서, 제3도 및 제4도에 나타낸 바와 같이, 발광부(1)로부터 광센서부(4)의 광센서 스크린의 위치기준면 S 상에 방출되는 광의 직경 Øs 은 회절한계의 직경 Ød 보다 작도록 선택되고, 광센서부(1)의 유효 광센서 스크린은 방출된 광의 직경Øs외축에 위치된다. 반도체레이저가 발광부(1)의 광원으로서 사용되면, 방출된 광의 직경 Øs은 약 1∼2㎛로 제한될 수 있다. 한편, 수렴수단(3)의 수치구경 NA 이 약 0.09∼0.1이고, 방출된 광의 파장 λ이 약 780nm이면, 회절한계 즉 Ød는 약 1.22λ/NA = 10㎛로 된다.
발광부(1)는 수렴수단(3)의 하나의 초점위치에 배치된다. 특히, 반도체레이저로부터 방출된 광의 중앙부는 동일초점 위치에 위치된다. 방사부(2)는 수렴수단(3)의 다른 초점위치에 위치된다.
이 구성에 의해, 발광부(1)로부터 방출된 광이 수렴수단(3) 즉 수렴 광학렌즈를 통해 동일초점 위치에 배치된 방사부(2)의 광학디스크상에 방사된다. 따라서, 광학디스크상에서 방사되어 반사된 광, 즉 기록정보를 포함하는 반사귀환광이 수렴수단(3)에 의해 다시 수렴되고, 동일초점 위치 근방에 배치된 광센서부(4)의 포토다이오드내로 도입된다. 따라서, 반사귀환광은 광센서부(4)에 의해 광감지 및 검출, 즉 전기신호로 변환되어, 재생신호로서 얻어진다.
그 때, 광센서부(4)의 포토다이오드의 광센서 스크린이 광축 a 으로부터의 거리가 Øs/2보다 크고, 최소한 Ød/2내에 들어가는 영역을 포함하는 위치에 배치되면, 방사부(2) 즉 광학디스크로부터의 반사귀환광이 방출된 광으로부터 확실하게 분리되어, 광센서부(4)에 의해 검출된다.
예를 들면, 제3도를 참조하여 앞에 설명한 바와 같이, 방사부(2)가 광학디스크이지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명에 따른 광학장치는 방사부(2)가 예를 들면 광자기디스크이고, 광자기디스크상에 자기적으로 기록된 신호가 커(Kerr)효과에 의거하여 독출되는 광학픽업장치에 인가될 수 있다.
제5도는 전술한 광학픽업장치의 일예의 구조를 개략적으로 나타낸다. 이 경우에 있어서, 광학픽업장치는 광자기신호검출수단(356)을 포함한다. 광자기 신호 검출수단(356)은 편광수단 또는 검광수단을 포함한다. 제5도에 나타낸 예에 있어서, 편광자로 될 수 있는 편광수단(5)은 발광부(1)와 방사부(2) 사이, 즉 발광부(1)로부터 방사부(2)까지 연장되는 광로와 광이 방사부(2)로부터 다시 반사되는 광로상에서 제5도에 실선 또는 파선으로 나타낸 위치에 배치된다. 한편, 검광수단(6)은 검광기로도 칭할 수 있는 것으로서, 광센서부(4)상에서 발광부(1)로부터 방출되는 광의 광로를 피하는 위치에 편광수단(5)과 대향관계로 배치된다.
전술한 구성에 의하면, 편광면이 기록정보에 따라서 커효과에 의거하여 회전된 방사부(2)의 광자기디스크상에서 방사된 광이 반사귀환광으로서 귀환되므로, 편광수단(5)을 통과하는 광의 양이 커회전각에 따라서 변화된다. 따라서, 이 광량의 변화가 광센서부(4)에 의해 검출되면, 광자기디스크상의 기록정보가 재생될 수 있다.
제6도에 나타낸 바와 같이, 수렴수단이 제1 및 제2의 수렴수단(31, 32)으로 구성되는 콜리메이터렌즈로서 형성되면, 광로길이의 설정 등과 같은 광학시스템의 설계가 용이하게 될 수 있다. 수렴수단이 제1 및 제2의 수렴수단(31, 32)으로 구성될 때에는, 편광수단(5)은 제1 및 제2의 수렴수단(31, 32)의 사이에 배치될수 있다.
수렴수단이 제1 및 제2의 수렴수단(31, 32)으로 구성될 때, 광센서부(4)의 최소한 일부는 광센서 스크린의 위치기준면 S 을 교차하는 방출광의 광축으로부터의 거리가 1/22λ/NA내에 들어가는 영역에 배치되어야 한다. 여기서, λ는 발광부(1)로부터 방출되는 광의 파장이고, NA는 제2의 수렴수단(32)의 수치구경이다.
전술한 실시예에 있어서, 발광부(1)와 광센서부(4)가 공통의 기판(9)상에 일체로 제조되는 경우에는, 발광부(1)와 광센서부(4)는 소정의 위치관계로 용이하고 신뢰성 높고 만족스럽게 설정될 수 있다.
다음에, 발광부(1)와 광센서부(4)가 공통의 기판(9)상에 모놀리식(monolithic)구조로서 제조되는 예에 대하여 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위하여 제조방법의 예와 함께 제7a도∼제7d도 및 제8a도∼제8c도를 참조하여 설명한다.
제7a도에 나타낸 바와 같이, 제1의 도전형 예를 들면 n형 GaAs 또는 InP 화합물 반도체기판으로 형성된 기판(9)을 제조하고, 그 위에 제1의 도전형, 즉 n형의 AlGaAs 제1의 클래드층(22), 제1의 클래드층(22)과 비교하여 A1(알루미늄)으로 라이트 도프된 n형의 GaAs 또는 AlGaAs 활성층(23), 제2의 도전형 예를 들면 p형의 AlGaAs 제2의 클래드층(24), 동일한 도전형의 GaAs 캡층(25)이 MOCVD(metal organic chemical vapor deposition)에 의해 이 순서로 에피택셜성장된다.
제7b도에 나타낸 바와 같이, 전류차단영역(26)은 캡층 (25)상에서 반도체층의 공진기가 제1의 도전형 예를 들면 n형의 불순물의 이온타입에 의해 마지막으로 형성되는 영역을 개재하도록 형성된다.
제7c도에 나타낸 바와 같이, 기판(9)에 이르는 깊이의 세장한 경사홈(27a)을 표면상에서 RIF(reactive ion etching) 등과 같은 이방성(異方性) 에칭에 의해 대략 45°의 각을 경사진 방향으로 형성한다.
또한, 제7d도에 나타낸 바와 같이, 수 마이크로미터의 폭을 가진 세장한 수직홈(27)이 경사홈(27a)의 근방에서 그 종방향에 따라서 기판표면에 대해 직교하는 방향으로 RIE 등과 같은 이방성 에칭에 의해 기판(9)의 깊이와 대략 동일한 깊이로 형성된다. 이 방법에 있어서, 반도체레이저의 하나의 공진기 끝면(28A)이 경사홈(27a)에 대항하여 수직홈(27)의 내측면에 의해 형성된다. 다른 공진기 끝면(28B)도 마찬가지로 RIE등과 같은 이방성 에칭에 의해 처리된 표면에 의해 형성된다. 따라서, 두 끝면(28A, 28B)사이에 수평공진기가 구성되는 반도체레이저 LD가 얻어진다.
다음에, 제8a도에 나타낸 바와 같이, 경사홈(27a)상의 그 경사면위에 수직홈(27)이 배치되는 측에 대향하여 금속막 또는 유전체 다층막으로 형성된 반사막을 적층함으로써 반사경(7)을 형성하고, 이로써 반도체레이저 LD와 반사경(7)을 포함하는 발광부(1)를 구성한다.
광센서부(4)는 발광부(1) 근방의 위치에 형성된다. 광센서부(4)는 발광부(1), 즉 홈(27)을 가로지르는 반도체레이저 LD에 대향하는 반도체 적층부상에 형성될 수 있다. 특히, 제8b도에 나타낸 바와 같이, 홈(27)을 가로지르는 반도체레이저 LD에 대향하는 반도체 적층부의 캡층(25)의 일부를 제거함으로써 윈도우 (40)를 형성한다. 광센서부(4)는 광센서면으로서 윈도우(40)를 가지는 포토다이오드 PD 로 형성된다.
다음에, 제8c도에 나타낸 바와 같이, 반도체레이저 LD 및 포토다이오드 PD의 전극(41, 42)은 각각 반도체레이저 LD 및 포토다이오드 PD의 캡층(25)상에 옴접촉으로 적층된다. 반도체레이저 LD 및 포토다이오드 PD에 공통의 다른 전극(43)이 기판(9)측에 옴접촉으로 적층된다.
이 방법에 있어서, 동일한 기판(9)상에는 반도체레이저 LD와 발광끝면, 즉 공진기 끝면(28A)상의 수평공진기상에 적층된 반사경(7)으로 구성되는 발광부(1)와, 포토다이오드 PD로 형성되는 광센서부(4)가 모놀리식방식으로 일체적으로 제조된다.
발광부(1)와 광센서부(4)가 공통(동일)의 반도체기판(9)상에 제조될 때에는, 발광부(1)와 광센서부(4)사이의 간격이 약 수 마이크로미터까지 감소될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 광학장치는 반사경(7)을 포함하므로, 발광부가 광센서부(4)와 실질적으로 충분히 가깝게 제조될 수 있다. 또한, 발광부(1)와 광센서부(4)사이의 위치관계는 정확하게 설정될 수 있고, 본 발명에 따른 광학장치를 신뢰성높게 양산할 수 있다.
반도체레이저가 발광부(1)의 광원으로서 사용될 때에는, 발광부(1)로부터 방출된 광의 직경 Øs은 1∼2㎛ 이하까지 억제할 수 있다. 수렴수단의 수치구경 NA이 약 0.09∼0.1 이고, 파장 λ이 약 780nm이면, 반사귀환광의 직경 Ød은 8∼10㎛정도로 비교적 커진다. 따라서, 홈(27)의 폭을 수 마이크로미터 정도로 선택할 수 있고, 반사귀환광이 방출된 광으로부터 분리될 수 있고, 효과적으로 광감지될 수 있다.
제9도는 발광부(1)의 반도체레이저 LD의 전력 Po이 5mW로 설정될 때 포토다잉드 PD에 의해 검출된 검출전류 Iph의 측정결과이다. 제10도에 나타낸 바와 같이, 제7a도∼제7d도 및 제8a도∼제8c도에 나타낸 홈(27a, 27)은 반사경(7)이 형성된 면에 따라서 세장하게 형성된다. 또한, 홈(27a, 27)은 세장한 부분의 끝부로부터 굽어서 L자형 패턴으로 형성되고, 포토다이오드 PD의 상측 전극(42)을 발광부(1)로부터 이 세장한 부분에 의해 분리된 반도체층 부분상에 연장된다. 방사부(2)가 수렴수단(3)의 동일초점 위치에 배치되는 위치는 z = 0 로 설정된다. 다음에, 방사부(2)가 방사부(2)에 직교하는 입사 및 반사 광축방향에 따라서 각각 100㎛ 만큼 상승 및 하강될 때 위치 및 검출전류 Iph가 각각 측정된다. 이 경우에 있어서, 기판(9)의 플레이트면에 대한 경사각이 45°로부터 편향되는 반사경(7)에 의해 광이 반사될 때 방출된 레이저광의 광축이 방사부(2)의 평면에 직각으로 되도록 기판의 경사도를 선택하여도, 반사경(7)으로부터의 반사귀환광은 포토다이오드 PD의 광센서 스크린상에 입사되어, 포토다이오드 PD의 효과적인 광감지영역이 증가하여 광감지된 광량을 증가시킨다.
반사경(7)이 제7a도∼제7d도 및 제8a도∼제8c도에 나타낸 바와 같이 RIE 에 의해 형성된 경사홈(27a)의 내측표면상에 형성되지만, 반사경(7)의 표면특성에 어떤 문제가 생기면, 반사경은 그 평면을 특정한 결정면으로 형성함으로써 우수한 표면형태로 정확한 각도로 형성할 수 있다. 그 예에 대하여 다음에 그 제조방법과 함께 설명한다. 이 경우에 있어서, 반사경(7)은 선택적 MOCVD 에 의해 제조될 수 있다.
제 11a도에 나타낸 바와 같이, 반도체레이저를 구성하는 반도체층은 주표면이(100) 결정면인 제1의 도전형, 예를 들면 n 형의 GaAs 기판으로 형성된 기판(9)상에 에피택셜성장된다. 특히, 기판(9)과 동일한 도전형의 AlGaAs 제1의 클래드층(22), GaAs 활성층 또는 AlGaAs 활성층(23), 제1의 클래드층(22)과 다른 제2의 도전형, 즉 p형의 제2의 클래드층이 MOCVD등과 같은 적합한 방법에 의해 그 순서로 GaAs 기판상에 에피택셜성장되는 적층 반도체층이 형성된다.
제11b도에 나타낸 바와 같이, 에피택셜성장된 반도체층(24, 23, 22)의 일부가 반도체레이저 LD로서 남겨지고, 반사경(7)이 최종적으로 형성된 최소한 일부가 RIE 등과 같은 적합한 공정에 의해 에칭된다. 다음에, 에칭면으로 형성되는 반도체층 끝면은 반도체레이저 LD의 하나의 공진기 끝면(28A)으로서 사용되고, 끝면(28A)에 대향하는 면은 RIE에 의해 다른 공진기 끝면(28B)으로서 유사하게 형성된다. 반도체레이저의 수평공진기는 두 끝면(28A, 28B)사이에 구성된다. 이경우에 있어서, 도시하지는 않지만, 제7b도와 마찬가지로 전류차단층, 즉 전류차단영역이 불순물이온의 주입에 의해 형성된다.
다음에, 제11c도에 나타낸 바와 같이, 마스크층(45), 예를 들면 SiO2층 및 SiN 층 등과 같은 절연층이 적층되어 기판(9)상에 남겨진 적층 반도체층, 즉 반도체레이저 LD가 선택적 MOCVD 에 의해 형성된 부분을 덮는다.
제12a도에 나타낸 바와 같이, 제1의 도전형, 예를 들면 n형의 GaAs 제1의 반도체층(46)이 기판(9)상에서 선택적 MOCVD에 의해 마스크층(45)으로 덮이지 않은 부분에 형성된다.
다음에, 제12b도에 나타낸 바와 같이, 제2의 도전형, 예를 들면 p형의 GaAs 제2의 반도체층(47)이 선택적 MOCVD 에 의해 형성되고, 포토다이오드 PD 가 제1및 제2의 반도체층(46, 47)에 의해 형성된다.
제12c도에 나타낸 바와 같이, 마스크층(45)이 에칭에 의해 제거되고, 반도체 레이저 LD 및 포토다이오드 PD의 전극(41, 42)이 반도체레이저 LD와 제2의 반도체층(46)의 일부에 옴접촉방식으로 적층된다. 공통전극(43)은 기판(9)의 후면상에 옴접촉방식으로 적층된다.
제12b도에 나타낸 기판(9)상에 선택적 MOCVD 에 의해 에피택셜성장된 반도체층과, 이 실시예에서 제1 및 제2의 반도체층(46, 47)이 공진기 끝면(28A)에 대향되어 있는 평면(29)은 특정의 결정면으로서 작용한다. 반도체레이저 끝면(28A, 28B)의 사이에 제조된 반도체레이저의 수평공진기의 공진기 길이방향, 즉 제12C도에 화살표 b로 표시된 방향이 [011]결정축방향으로 설정되면, 대향면(29)은 {111} A 경사면으로 생성된다. 화살표 b 방향이 [0-11] 결정축방향으로 설정되면, 대향면(29)은 {111} B 경사면으로서 생성된다. {111} A 및 {111} B 경사면중 어떤 것도 기판(9)의 평면표면에 대해 54.7°의 각을 제공한다. 화살표 b 방향이 [100]결정축방향으로 설정되면, 대향면(29)은 {110}경사면으로서 생성되고, 기판(9)의 평면표면에 대해 45°의 각을 가지는 경사면으로서 형성되고, 원자평면에 의거한 그 형태가 우수하다.
따라서, 특정의 결정면에 의거한 경사면(29)은 제12c도에 나타낸 바와 같이 반도체레이저의 수평공진기 끝면(28A)으로부터 소정의 방향으로 방출되는 광을 반사시키는 반사경(7)으로서 사용될 수 있다. 이 구조에 따르면, 반사경(7)이 결정면에 의해 형성되므로, 반사경(7)은 거울특성이 우수하고, 반사경(7)의 경사각이 정확하게 설정될수 있다.
포토다이오드 PD 는 기판(9)과 동일한 도전형, 즉 n형의 반도체층(46)과, 제12a도∼제12c도에 나타낸 바와 같은 순서로 기판(9)상에 에피택셜성장된 다른 도전형, 즉 p형의 반도체층(47)을 구성되지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 포토다이오드 PD와 반도체레이저 LD사이에서 생성되는 누화를 감소시키기 위하여 다음과 같은 변형에도 가능하다. 제11a도∼제11c도에 나타낸 공정 후에, 제13a도에 나타낸 바와 같이, 반도체층(46, 47)이 에피텍셜성장되는 공정 전에, 기판(9)과 다른 제2의 도전형, 즉 p형의 반도체층(48)이 에피택셜성장된 후, 포토다이오드 PD를 제조하는 반도체층(46, 47)이 p형 반도체층(48)을 통해 에피택셜성장될 수 있다. 상측의 반도체층(47)의 일부를 에칭에 의해 제거함으로써 하측의 반도체층(46)의 일부가 외측으로 노출되고, 전극(44)이 제13a도에 나타낸 바와 같이 하측의 반도체층(46)의 노출된 부분에 옴접촉방식에 의해 개별적으로 적층된다. 다음에, 포토다이오드 PD의 두 전극이 개별적으로 인출되고, 포토다이오드 PD가 반도체층(48)에 의해 반도레이저 LD로부터 분리된다.
발광부(1)와 광센서부(4)가 전술한 바와 같이 제조상 병렬로 되지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 포토다이오드 PD가 발광부(1)에도 배치될 수 있다.
다음에, 그 예에 대하여 그 제조방법의 예와 함께 설명한다.
제14a도 및 제14b도에 나타낸 바와 같이, 반도체레이저를 제조하는 각각의 반도체층(22, 23, 24)이 제11a도 및 제11b도와 유사하게 형성된다. 다음에, 반도체층의 제조된 부분은 남겨두고, 반도체층(22, 23, 24)을 에칭에 의해 처리하여, 전류차단영역을 형성한다.
그 후, 제14c도에 나타낸 바와 같이, 반도체층(24)의 최소한 일부에 개구부(45W)를 형성함으로써 끝면(28A)상에 마스크층(45)이 형성된다.
제15a도, 제15b도 및 제15c도에 나타낸 바와 같이, 반도체층(46, 47)이 제 12a도, 제12b도 및 제12c도와 유사하게 형성된다. 그 때, 반도체층(46, 47)은 마스크층(45)의 개구부(45W)를 통해 반도체레이저 LD, 즉 반도체층(24)상에 형성될 수 있고, 이에 따라서 포토다이오드 PD가 제조된다.
이 경우에 있어서도, 제14a도, 제14b도 및 제14c도에 나타낸 공정 후에, 반도체레이저 LD 상에 에피택셜성장되는 반도체층(46, 47)에 의해 포토다이오드 PD를 제조하는 것이 가능하고, 반도체층(46,47)을 제16a도 및 제16b도에 나타낸 바와 같이 반도체층(48)을 통해 반도체레이저 LD상에 포토다이오드 PD를 제조한다.
제 14a도∼제14c도, 제15a도∼제15c도, 제16a도 및 제16b도에 있어서, 제11a도∼제11c도, 제12a도∼제12c도, 제13a도 및 제13b도와 동일한 부품 및 부분은 동일한 참조부호로 표시하고, 그 설명은 생략한다.
선택적 MOCVD 는 갈륨 원료가스로서 TMG(trimethylgallium)을 사용하는 메틸MOCVD 또는 갈륨 원료가스로서 TEG(triethylgallium)을 사용하는 에틸 MOCVD로 될 수 있다. 포토다이오드 PD를 제조하는 반도체층 (46, 47)과 이 반도체층(46, 47) 아래에 형성된 반도체층(48)이 GaAs 층으로 형성되면, MOCVD 로서 대기압 MOCVD 또는 저압 MOCVD를 이용할 수 있다. 반도체층(46, 47, 48)중 최소한 임의의 하나가 필요에 따라서 AlGaAs로 형성되면, 반도체층(46,47,48)중 원하는 것을 저압 MOCVD 에 의해 에피택셜성장시켜야 한다.
발광부(1) 및 광센서부(4)의 구조 및 위치는 전술한 바에 제한되는 것은 아니며, 다양한 변형 및 변경이 가능하다. 또한, 각 부분의 도전형도 물론 반대의 도전형으로 되도록 선택될 수 있다.
발광부(1)의 반도체레이저는 제1 및 제2의 클래드층(22, 24) 및 활성층(23)으로 구성되는 전술한 장치구조에 제한되는 것은 아니며, 활성층에 걸쳐 가이드층이 배치되는 장치구조 또는 제2의 클래드층상에 캡층이 형성되는 장치구조도 가능하다. 또한, 일본국 특개평 3-76218호에 개시된 반도체레이저에 나타낸 바와 같이, 장치구조가 주표면으로서 {100} 결정면을 가지는 반도체기판상에[011]방향으로 연장되는 스트라이프 리지가 형성되고, 낮은 성장율의 {111} B면이 반도체기판상에서 에피택셜성장되는 최소한 제1의 클래드층, 활성층 및 제2의 클래드층에 의해 스트라이프방향에 따라서 연장되는 그 에지부분으로부터 상측 경사방향으로 리지상에 생성되고, {111} B면의 경사면에 의해 개재된 제1의 클래드층, 활성층 및 제2의 클래드층을 적층함으로써 형성된 삼각형 단편부의 반도체레이저부는 다른 부분에 형성된 리지의 양측의 홈에 형성된 에피택셜성장된 반도체층으로부터 분리되는 소위 SDH(separate double heterojunction)구조로 될 수 있다.
단일의 포토다이오드 PD를 제공할 수도 있지만, 포토다이오드가 쿼드런트 포토다이오드로서 제조되면, 이 쿼드런트 포토다이오드는 트래킹 서보신호 및 포커싱 서보신호를 유도할 수 있다. 제17도는 이러한 쿼드런트 포토다이오드의 구조를 개략적으로 나타낸다. 제17도에 나타낸 바와 같이, 발광부(1)를 제조하는 반도체레이저 LD가 리지형 SDH 장치로서 형성되고, 제7a도∼제7d도 및 제8a도∼제8c도에 도시한 반사경(7) 또는 제11a도∼제11c도 및 제16a도 및 제16b도에 나타낸 결정면에 의거한 반사경(7)은 RIE에 의해 활성층(23)으로 형성된 수평공진기의 발광끝부에 대향관계로 제조된다. 따라서, 반도체레이저 LD로부터 방출된 광은 반사경(7)에 의해 반사되고, 방사부(도시생략)로 도입된다. 또한, 4개의 포토다이오드 PD가 반사경(7) 주위에 배치된다.
포토센서부의 광센서 스크린과 발광부(1), 즉 활성층(23)의 반도체레이저 LD의 수평공진기가 위치되는 평면은 전술한 바와 같이 서로 대략 평행으로 제조되지만, 제18도의 개략적인 위치관계로 나타낸 바와 같이, 반도체레이저 LD로부터 방출된 광이 광축에 직교하지도 않고 평행하지도 않은, 즉 소정의 정사각으로 경사진 반사경(7)에 의해 반사되어 방사부(도시생략)내로 도입될 수 있다. 다음에 광센서부(4)의 광센서 스크린이 반사경(7), 즉 발광영역 주위에 배치된다.
발광부(1)의 광원으로서 작용되는 반도체레이저는 광을 기판 표면에 따라서 연장되는 방향으로 방출하기 위한 수평공진기를 포함하는 반도체레이저에 제한되지 않으며, 다음의 변형에도 가능하다. 제19도는 이러한 장치구조의 예를 개략적으로 나타낸다. 제19도에 나타낸 바와 같이, 발광부(1)는 반사경이 없는 수직형태의 소위 표면방출 반도체레이저로만 형성됨으로써, 표면방출 반도체레이저 LD로부터 여기(勵起)된 레이저광이 방사부(도시생략)내로 직접도입된다.
또한, 제20도에 나타낸 바와 같이, 반도체레이저 LD가 p형 기판(9)상에서 에피택셜성장하는 p형 제1의 클래드층(22), 활성층(23)및 n형 제2의 클래드층(24)에 의해 형성되고, 경사홈(77)이 RIE 등과 같은 이방성 에칭에 의해 활성층(23)을 가로질러 형성된다. 따라서, 반도체레이저로부터의 레이저광이 제20도의 파선화살표 c로 나타낸 바와 같이 경사홈(77)의 측면에서 상층방향으로 반사되어, 방사부(도시생략)내로 도입된다. 다음에, 포토다이오드 PD, 즉 광센서부(4)는 방사부로부터 회절한계까지 수렴되는 반사귀환광의 스폿영역내와 발광영역 외측에서 제2의 클래드층(24)을 구성하는 반도체층의 일부에 p형 불순물을 확산시킴으로써 제조될 수 있다.
제3도, 제5도 및 제6도는 반사귀환광이 발광부(1) 근방에 배치된 광센서부(4)에 의해서만 검출되는, 즉 방사부(2)로부터의 신호를 함유하는 반사귀환광이 광센서부(4)에 의해서만 검출되는 예를 나타내고, 광로가 빔스플리터 등과 같은 일부 적합한 수단에 의해 전혀 벗어나지 않는 상태를 나타낸다. 반사귀환광이 발광부(1) 근방에 배치된 광센서부(4)와 함께 다른 광센서부에 의해 검출될 때에는, 빔스플리터 등과 같은 일부 적합한 수단이 배치될 수 있다. 또한, 이 경우에 있어서, 최소한 광센서부(4)가 발광부(1)로부터 방출된 광으로부터 분리된 반사귀환광을 검출할 수 있으므로, 방사구(2)의 광디스크 및 광자기디스크상에 기록된 기록신호의 독출을 고S/N(신호 대 노이즈 비)으로 검출할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 광학장치에 따르면, 광학장치가 발광부(1), 방사부(2), 수렴수단(3) 및 광센서부(4)로 이루어지고, 발광부(1)로부터 방출된 광이 동일한 축의 경로를 통과하여 광센서부(4)가 최소한 발광부(1)로 귀환되는 반사귀환광, 즉 소위 최종 반사귀환광을 직접 검출할 수 있고, 최소한 광센서부(4)가 광을 효과적으로검출할 수 있다.
그 때, 광센서부(4)가 수렴수단(3)의 동일초점 근방에 배치되고, 또한 방사부(2)로부터의 반사귀환광이 회절한계 근방과 이 회절한계의 범위내에서 수렴되는 위치에, 즉 λ 가 발광부(1)로부터 방출되는 광의 파장이고, NA가 제2의 수렴수단(32)의 수지구경일 때 광축으로부터의 거리가 1.22 λ/NA내에 들어가는 위치에 배치되어, 광센서부(4)가 광을 감지하는 효율을향상시킨다.
본 발명의 광학장치구조에 따르면, 방사부(2)로 이동하는 광의 광로와 광센서부(4)로 이동하는 반사귀환광의 광로가 동일축상에 형성되므로, 최소한 광센서부(4)에 관한 한, 반사귀환광이 빔스플리터 등과 같은 일부 적합한 수단에 의해 발광부(1)와 방사부(2) 사이의 광로로부터 분리될 필요가 없고, 광학조립부품의 수가 감소될 수 있고, 광학조립부품이 용이하게 적절히 위치될 수 있다. 따라서, 각각의 조립부품이 조립되는 정확도가 증가될 수 있고, 장치구조가 단순화될 수 있고, 조립 및 제조가 단순화될 수 있다. 이와 동시에, 광학장치의 생산성이 증가될 수 있고, 광학장치의 신뢰도가 향상될 수 있고, 광학장치의 전체구조가 소형화될 수 있다.
또한, 발광부(1)와 광센서부(4)가 일체적으로 조립되므로, 발광부(1)와 광센서부(4) 사이의 광학 및 위치관계가 정확하게 설정될 수 있고, 정확도가 증가될수 있고, 따라서 신뢰도가 향상될 수 있다. 또한, 광센서부(4)가 발광부(1)에 충분히 가까이 배치될 수 있으므로, 광센서부(4)가 발광부(1)로 귀환되는 반사귀환광을 더욱 효과적으로 광감지할 수 있다.
발광장치, 즉 소위 SCOOP(self coupled optical pick-up)의 반도체레이저 자체에 의해 반사귀환광을 검출하는 방법이 지금까지 제안되어 왔으며, 이 경우에는 반사귀환광이 레이저작동전압의 변화 및 모니터 포토다이오드에 의한 광출력의 변화를 검출함으로써 검출된다. 따라서, 그 신호처리가 복잡하고, 광학장치의 S/N이 낮다. 본 발명의 광학장치 구조에 따르면 발광부(1)와 광센서부(4)가 분리되고, 반사귀환광이 광센서부(4)에 의해 직접 검출되므로, 신호처리가 간단하고, 본 발명에 따른 광학장치의 S/N이 우수하다. 또한, 발광부(1)와 광센서부(4)가 소위 동일초점 레이저커플러로서 작용할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 본 발명의 광학장치가 광학디스크 및 광자기디스크 등과 같은 광학기록매체에 대한 광학픽업장치에 적용되는 경우에는, 광학픽업장치의 구조가 단순화될 수 있다. 또한, 이러한 광학픽업장치의 전체구조가 소형화될 수 있고, 그 제조가 단순화될 수 있고, 광학픽업장치의 신뢰도가 향상될 수 있다. 또한, 반사귀환광의 양 즉 광센서부(4)에 의해 광감지된 광량이 증가될 수 있어서, 출력이 증가하고, 발광광원이 저전력으로 구동될 수 있고, 따라서 광학장치의 전력소모가 감소된다. 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광학 장치는 실용에 있어서 상업상 큰 이점을 제공할 수 있고, 본 발명에 따른 광학장치가 사용될 때 큰 이점을 얻을 수 있다.
본 발명에 바람직한 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이 기술분야에 숙련된 자에게는 다음의 특허청구의 범위에서 정의한 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위를 일탈하지 않고 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.

Claims (13)

  1. 발광부와,
    방사부와,
    수렴수단과,
    광센서부로 이루어지고, 상기 발광부로부터 방출된 광은 상기 수렴수단에 의해 상기 방사부상에 수렴 및 방사되고, 상기 광센서부는 상기 방사부로부터의 반사귀환광에 관한 상기 수렵수단의 동일초점 근방에 배치되고, 상기 발광부로부터의 광은 동일한 축의 경로를 통과하여 상기 광이 상기 방사부상에서 반사되기 전후에 상기 광센서부에 의해 광감지되는 것을 특징으로 하는 광학장치.
  2. 발광부와,
    방사부와,
    수렴수단과,
    광센서부와,
    광자기신호검출수단으로 이루어지고, 상기 발광부로부터 방출된 광은 상기 수렴수단에 의해 상기 방사부상에 수렴 및 방사되고, 상기 방사부에서 반사된 반사귀환광을 상기 수렴수단에 의해 수렴되고, 상기 광센서부는 상기 방사부로 부터의 반사귀환광에 관한 상기 수렴수단의 동일초점 근방에 배치되고, 상기 발광부로부터의 광은 동일한 축의 경로를 통과하여 상기 광이 상기 방사부상에서 반사되기 전후에 상기 광센서부에 의해 광감지되는 것을 특징으로 하는 광학장치.
  3. 제2항에 있어서, 광자기신호검출수단은 최소한 하나의 편광수단과 검광수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 편광수단은 상기 발광부와 상기 방사부 사이에 배치되고, 상기 검광수단은 상기 광센서부에 배치되는 것을 특징으로 하는 광학장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 수렴수단은 제1 및 제2의 수렴수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광학장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 편광수단은 상기 제1 및 제2의 수렴수단 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 광학장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 발광부는 반사경과 반도체레이저를 포함하고, 상기 반도체레이저의 공진기는 상기 반사경에 대항하는 것을 특징으로 하는 광학장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 발광부와 상기 광센서부는 공통 기판상에 일체적으로 형성되고, 상기 발광부는 수평공진기와 반사경을 가지는 반도체레이저를 포함하고, 상기 광센서부는 포토다이오드로 형성되고, 상기 반도체레이저의 상기 수평공진기로부터 방출된 광은 상기 반사경에 의해 반사되어 상기 방출된 광이 상기 방사부에 향하는 경로와 일치되는 것을 특징으로 하는 광학장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 광센서부에 향해 이동하는 상기 반사귀환광은 광회절한계 근방에서 수렴되는 것을 특징으로 하는 광학장치.
  10. 제5항에 있어서, 상기 제2의 수렴수단은 콜리메이터렌즈인 것을 특징으로 하는 광학장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 광센서부의 광센서 스크린의 최소한 일부는 상기 광센서 스크린의 위치기준면을 교차하는 상기 발광부의 광축으로부터의 거리가 1.22λ/NA(λ는 상기 발광부로부터 방출되는 광의 파장, NA는 상기 수렴수단의 수치구경)내에 들어가는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 광학장치,
  12. 제5항에 있어서, 상기 광센서부의 광센서 스크린의 최소한 일부는 상기 광센서 스크린의 위치기준면을 교차하는 상기 발광부의 광축으로부터의 거리가 1.22λ/NA (λ는 상기 발광부로부터의 방출되는 광의 파장, NA는 상기 제2의 수렴수단의 수치구경)내에 들어가는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 광학장치.
  13. 발광부와,
    광센서부와,
    공통전극으로 이루어지고, 상기 발광부와 상기 광센서부는 일체적으로 형성되고, 상기 발광부는 수평공진기와 반사경을 가지는 반도체레이저를 포함하고, 상기 광센서는 포토다이오드로 형성되고, 상기 광센서부의 광센서 스크린의 최소한 일부는 반사귀환광의 회절한계 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 광학장치.
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