JPH07210893A - 半導体ビームスプリッタ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高精度でかつ小型に構成されるようにした、
半導体ビームスプリッタ及びその製造方法を提供するこ
と。 【構成】 半導体基板１０上にて、一方向のマスク１１
により選択結晶成長された、光源として使用される半導
体レーザー１５の波長より大きいバンドギャップを有す
る材料から成る、上記マスク方向に延びる山形の半導体
結晶１２と、この山形の半導体結晶の斜面にコーティン
グされた誘電多層膜１３とから成るように、半導体ビー
ムスプリッタ１４を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学ピックアップ等で
使用される光路を分割するためのビームスプリッタ及び
その製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、光学ピックアップ等において、分
割光学系として、ビームスプリッタが多く使用されてい
る。このビームスプリッタは、二つの光学ガラスの平坦
な表面を、プラスチック等から成る薄膜を介して貼り合
わせることにより、構成されている。

【０００３】このような構成のビームスプリッタによれ
ば、光学ガラスの間に介在する薄膜が、半透過面として
作用することにより、一方の光学ガラスに入射した光ビ
ームが、この薄膜に達したとき、入射光ビームは、その
一部が、この薄膜を透過すると共に、一部が、この薄膜
により反射される。かくして、透過光ビームと反射光ビ
ームの二つの光ビームに分割されるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに構成されたビームスプリッタにおいては、ビームス
プリッタが組み込まれるべき光学ピックアップ等の小型
化に伴って、小型化が要請されるが、その構造上、小型
化にも限度がある。

【０００５】従って、光学ピックアップ等の光路長が比
較的長くなってしまうので、途中での光量損失が比較的
大きくなってしまう。これに対して、光量損失を抑制す
るためには、透過光量を増大するために、各光学要素を
大きくする必要があるという、矛盾が生じてしまう。さ
らに、小型化に対応して、製造コストが高くなってしま
うという問題があった。

【０００６】また、小型化されたビームスプリッタを光
学ピックアップ等にマウントする際には、所定の取付精
度が必要とされるために、取付作業に高度な技術が必要
とされ、組立コストが高くなってしまうという問題もあ
った。

【０００７】本発明は、以上の点に鑑み、高精度でかつ
小型に構成されるようにした、半導体ビームスプリッタ
及びその製造方法を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明によ
れば、半導体基板上にて一方向にマスキングし、その上
から光源として使用される半導体レーザーの波長より大
きいバンドギャップを有する材料を結晶成長させること
により、上記マスク方向に延びる半導体結晶を形成し、
この半導体結晶の斜面に対して、誘電多層膜をコーティ
ングして、この斜面を半透過面としたことを特徴とす
る、半導体ビームスプリッタの製造方法により、達成さ
れる。

【０００９】また、上記目的は、本発明によれば、半導
体基板上にて、一方向のマスクにより選択結晶成長され
た、光源として使用される半導体レーザーの波長より大
きいバンドギャップを有する材料から成る、上記マスク
方向に延びる山形の半導体結晶と、この山形の半導体結
晶の斜面にコーティングされた誘電多層膜とから構成さ
れていることを特徴とする、半導体ビームスプリッタに
より、達成される。

【００１０】本発明による半導体ビームスプリッタは、
好ましくは、前記半導体基板上にて、上記山形の半導体
結晶に近接して、半導体レーザーが形成されている。

【００１１】また、本発明による半導体ビームスプリッ
タは、好ましくは、前記半導体基板上に、光検出素子が
形成されており、その上から、上記山形の半導体結晶が
形成されている。

【００１２】

【作用】上記構成によれば、半導体ビームスプリッタ
は、半導体基板上にて、例えば［００１］方向に延びる
マスクにより、選択結晶成長された、半導体結晶により
形成される。このため、例えばマスクの一側の縁部から
（１１０）の結晶面が生ずると、この（１１０）結晶面
上では、結晶成長速度が遅いことから、この基板に対し
て４５度の角度を有する（１１０）結晶面が、正確に形
成される。マスクの他側の縁部に関しては、同様にし
て、（１−１０）結晶面が形成される。かくして、両側
で基板に対して４５度の角度をなす斜面を備えた山形の
半導体結晶が形成されることになる。

【００１３】ここで、この山形の半導体結晶は、上述の
ように、光源として使用される半導体レーザーの波長よ
り大きいバンドギャップを有する材料から成る。例え
ば、半導体レーザーの発光波長が７８０ｎｍの場合に
は、そのエネルギーは、約１．５９ｅＶであるので、こ
のエネルギー以上のバンドギャップを有する、Ａｌ0.35
Ｇａ0.65Ａｓ（Ｅｇ＝１．８３ｅＶ）が、半導体結晶の
材料として使用され、常圧ＭＯＣＶＤ法または減圧ＭＯ
ＣＶＤ法等によりエピタキシャル成長される。

【００１４】このようにして形成された山形の半導体結
晶の斜面、即ち（１１０）結晶面は、光源である半導体
レーザーからの光ビームに対しては、透明であるので、
所望の分光比を得るために、誘電多層膜がコーティング
される。これにより、上記斜面は、半透過面として構成
されることとなる。

【００１５】尚、半導体基板上にて、上記山形の半導体
結晶に近接して、半導体レーザーが形成されている場合
には、半導体レーザー及び半導体ビームスプリッタが、
半導体基板上にて一体的に形成されているので、組立の
際に、これら相互の位置合わせが不要である。従って、
組立が容易に行なわれ得ると共に、取付精度が向上され
ることになる。

【００１６】また、半導体基板上に、光検出素子が形成
されており、その上から、上記山形の半導体結晶が形成
されている場合には、この半導体ビームスプリッタに入
射する光の強度が容易にモニタすることが可能であると
共に、モニタのための光検出素子は、取付スペースを特
に必要としない。

【００１７】ここで、光検出素子としては、例えばフォ
トダイオードやフォトトランジスタが使用される。何れ
の場合も、半導体基板上に、薄膜を選択成長させること
により、容易に形成されるが、特にフォトダイオードの
場合には、構造が簡単であることから、低コストで形成
されることになる。

【００１８】

【実施例】以下、この発明の好適な実施例を図１乃至図
１２を参照しながら、詳細に説明する。尚、以下に述べ
る実施例は、本発明の好適な具体例であるから、技術的
に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲
は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載
がない限り、これらの態様に限られるものではない。

【００１９】図１乃至図５は、本発明による半導体ビー
ムスプリッタの製造方法の第一の実施例を工程順に示し
ている。図１において、ＧａＡｓ等から成る半導体基板
１０の（１００）面である表面に対して、一方向に延び
るＳｉＯ2 等から成るマスク１１を形成する。このマス
ク１１は、図示の場合、［００１］方向（紙面手前の方
向）に延びている。

【００２０】次に、図２に示すように、このマスク１１
の上から、光源として使用される半導体レーザーの波長
より大きいバンドギャップを有する材料、例えば、半導
体レーザーの発光波長が７８０ｎｍの場合には、このエ
ネルギー以上のバンドギャップを有する、Ａｌ0.35Ｇａ
0.65Ａｓ（Ｅｇ＝１．８３ｅＶ）を、常圧ＭＯＣＶＤ法
または減圧ＭＯＣＶＤ法等によりエピタキシャル成長さ
せる。

【００２１】これにより、この半導体基板１０上には、
マスク１１の両側の縁部から４５度の角度をなすように
延びる（１１０）及び（１−１０）結晶面を有する半導
体結晶１２が自然に形成されることになる。

【００２２】続いて、図３に示すように、上記のように
形成された半導体結晶１２の表面に対して、所望の分光
比を得るために、誘電多層膜１３がコーティングされ
る。かくして、半導体ビームスプリッタ１４が完成す
る。

【００２３】この場合、半導体ビームスプリッタ１４
は、その斜面が、（１１０）結晶面及び（１−１０）結
晶面により形成されることになる。これにより、この斜
面は、半導体基板１０の（１００）である表面に対し
て、半導体の結晶レベルのオーダーの精度で、正確に４
５度に形成されると共に、分光角度は、結晶軸の方向、
即ち［００１］方向（紙面手前の方向）で決定されるこ
とになる。従って、小型でかつ高精度のビームスプリッ
タが、容易にかつ低コストで得られることとなる。

【００２４】ここで、図４に示すように、半導体基板１
０上からマスク１１を除去した後、半導体ビームスプリ
ッタ１４に近接して、半導体基板１０上のレーザーマウ
ント部に電極を形成し、その上に半導体レーザーである
レーザーダイオード１５がマウントされる。

【００２５】または、図５に示すように、この半導体ビ
ームスプリッタ１４に近接して、マスク１１の上から、
半導体基板１上に、電極を形成したＳｉ台座１６上に取
り付けられたレーザーダイオード１７がマウントされ
る。

【００２６】何れの場合にも、ビームスプリッタ１４と
光源であるレーザーダイオード１５または１７が、半導
体基板１０上に一体的に構成される。従って、このレー
ザーダイオード１５，１７とビームスプリッタ１４との
間隔が、非常に短く設定され、従って光学系全体が小型
に構成されると共に、光路長が短くなり、損失が低減さ
れることになる。

【００２７】図６乃至図１０は、本発明による半導体ビ
ームスプリッタの製造方法の第二の実施例を工程順に示
している。図６において、ＧａＡｓ等から成る半導体基
板２０の（１００）面である表面に対して、Ｎ−ＡｌＧ
ａＡｓ層２１，活性層２２，Ｐ−ＡｌＧａＡｓ層２３を
順次にエピタキシャル成長させる。

【００２８】その後、図７に示すように、ＲＩＥ法等に
よるエッチング処理を行なうことにより、半導体レーザ
ーの共振器端面２４を形成する。

【００２９】続いて、図８に示すように、半導体レーザ
ーの共振器端面２４に、誘電多層保護膜２５を形成する
ことにより、半導体基板２０上に半導体レーザー２６が
構成される。

【００３０】次に、図９に示すように、光源として使用
される半導体レーザーの波長より大きいバンドギャップ
を有する材料、例えば、半導体レーザーの発光波長が７
８０ｎｍの場合には、このエネルギー以上のバンドギャ
ップを有する、Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ（Ｅｇ＝１．８３
ｅＶ）を、常圧ＭＯＣＶＤ法または減圧ＭＯＣＶＤ法等
によりエピタキシャル成長させる。これにより、この半
導体基板２０上には、半導体レーザー２６の側縁から４
５度の角度をなすように延びる結晶面を有する半導体結
晶２７が自然に形成されることになる。

【００３１】続いて、図１０に示すように、上記のよう
に形成された半導体結晶２７の表面に対して、所望の分
光比を得るために、誘電多層膜２８がコーティングされ
ると共に、半導体レーザー２６の上部に電極２９が形成
される。

【００３２】かくして、半導体基板２０上に、半導体レ
ーザー２６及び半導体ビームスプリッタ３０が一体的に
形成されることになる。

【００３３】この場合、半導体ビームスプリッタ３０
は、その斜面が、（１１０）結晶面及び（１−１０）結
晶面により形成されることになる。これにより、この斜
面は、半導体基板１０の（１００）である表面に対し
て、半導体の結晶レベルのオーダーの精度で、正確に４
５度に形成されると共に、分光角度は、結晶軸の方向、
即ち［００１］方向で決定されることになる。

【００３４】従って、小型でかつ高精度のビームスプリ
ッタが、容易にかつ低コストで得られることとなる。さ
らに、半導体レーザー２６及び半導体ビームスプリッタ
３０が互いに極近傍にて一体的に形成されているので、
光学系全体が小型化されると共に、光路長が短くされ、
さらに半導体レーザー２６のマウント精度が、高度な技
術を要することなく、容易に向上されることになる。

【００３５】図１１は、本発明による半導体ビームスプ
リッタの他の実施例を示している。即ち、図１１におい
て、前以て、Ｎ−ＧａＡｓ基板４０上にＰ＋をドーピン
グすることにより、光検出素子として、フォトダイオー
ド４１が形成されている。このようなフォトダイオード
４１を備えた半導体基板４０の表面に、例えば図１乃至
図４に示すように、このフォトダイオード４１の受光部
以外の部分をＳｉＯ2 等でマスクし、その上から半導体
材料をエピタキシャル成長させることにより、山形の半
導体結晶を形成し、その斜面に誘電多層膜をコーティン
グすることにより、ビームスプリッタ４２が形成されて
いる。

【００３６】さらに、このビームスプリッタ４２の近接
して、半導体基板４０上のレーザーマウント部に電極を
形成し、その上に半導体レーザーであるレーザーダイオ
ード４３がマウントされる。

【００３７】このような構成の半導体ビームスプリッタ
４２によれば、レーザーダイオード４３から出射したレ
ーザー光は、この半導体ビームスプリッタ４２の左側の
斜面にて、大部分が反射されると共に、ごく一部がこの
半導体ビームスプリッタ４２内に進入して、右側の斜面
の内側で反射する。これにより、半導体基板４０表面に
形成されたフォトダイオード４１受光部に入射すること
になる。かくして、このフォトダイオード４１出力信号
に基づいて、このレーザーダイオード４３の出力をモニ
タすることが可能であり、この出力信号を図示しない制
御回路に送出することにより、このレーザーダイオード
４３の出力を一定に保持することが可能となる。

【００３８】図１２は、本発明による半導体ビームスプ
リッタのさらに他の実施例を示している。この実施例に
おいては、半導体基板５０上にて、複数の［００１］方
向に延びる半導体ビームスプリッタ５１，５２が形成さ
れている。これにより、半導体基板５０上で近接してマ
ウントされたレーザーダイオード５３から出射したレー
ザー光は、各半導体ビームスプリッタ５１，５２の斜面
５１ａ，５２ａで、上方に反射されることになる。従っ
て、一つのレーザーダイオード５３からのレーザー光か
ら、二本の上方に向かう光ビームが得られることにな
る。

【００３９】このように、以上の実施例では、半導体ビ
ームスプリッタは、半導体基板上にて、一方向に延びる
マスクにより、選択結晶成長された、半導体結晶により
形成されるので、この半導体結晶の斜面は、半導体の結
晶レベルのオーダーの精度で、半導体基板の表面に対し
て正確に４５度の角度をなすように形成される。

【００４０】従って、小型化されることになると共に、
高度な技術を要することなく、容易に精度が向上される
こことになる。かくして、低コストでかつ高精度のビー
ムスプリッタが得られることになる。これにより、ビー
ムスプリッタ内の光路長が大幅に短縮されるので、光量
損失が低減されると共に、本ビームスプリッタを組み込
むべき各種光学系が、全体として小型に構成されること
になる。

【００４１】また、半導体ビームスプリッタが形成され
る半導体基板上にて、この半導体ビームスプリッタに近
接して、レーザーダイオード等の半導体レーザーがマウ
ントされている場合には、この半導体レーザーと半導体
ビームスプリッタとの間隔が極めて微小となり得るの
で、より一層光学系が小型化されることになる。そし
て、半導体レーザーと半導体ビームスプリッタが、半導
体基板に対して一体的に構成されることから、これらの
相互の取付精度が向上される。

【００４２】さらに、半導体基板上に、光検出素子が形
成されており、その上から、半導体ビームスプリッタが
形成されている場合には、半導体レーザーの出力をモニ
タするための光検出素子が、このビームスプリッタと一
体に形成されるので、光検出素子を含む光学系全体が小
型に構成される。

【００４３】尚、上述した実施例においては、光学ピッ
クアップの光源に隣接して配設されるビームスプリッタ
の場合について説明したが、これに限らず、分割光学系
を備える各種光学系において、本発明による半導体ビー
ムスプリッタを適用し得ることは明らかである。

【００４４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、光
学的な精度が高く、しかも小型に構成されるようにし
た、半導体ビームスプリッタ及びその製造方法を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半導体ビームスプリッタの製造方
法の第一の実施例における半導体基板上にマスクを形成
した状態を示す概略断面図である。

【図２】図１の半導体基板上にマスクの上から半導体結
晶を形成した状態を示す概略断面図である。

【図３】図２の半導体結晶の表面に誘電多層膜を形成し
た半導体ビームスプリッタを示す概略断面図である。

【図４】図３の半導体ビームスプリッタに近接して半導
体基板上に直接にレーザーダイオードをマウントした構
成を示す概略断面図である。

【図５】図３の半導体ビームスプリッタに近接して半導
体基板上にＳｉ台座を介してレーザーダイオードをマウ
ントした構成を示す概略断面図である。

【図６】本発明による半導体ビームスプリッタの製造方
法の第二の実施例における半導体基板上にレーザーダイ
オードを構成する薄膜を形成した状態を示す概略断面図
である。

【図７】図６の薄膜に対して共振器端面を形成した状態
を示す概略断面図である。

【図８】図７の共振器端面に誘電多層膜を形成したレー
ザーダイオードを示す概略断面図である。

【図９】図８の半導体基板上にレーザーダイオードの上
から半導体結晶を形成した状態を示す概略断面図であ
る。

【図１０】図９の半導体結晶の表面に誘電多層膜を形成
しかつレーザーダイオードの表面に電極を形成した状態
を示す概略断面図である。

【図１１】本発明による半導体ビームスプリッタの光検
出素子を一体に組み込んだ他の実施例を示す概略断面図
である。

【図１２】本発明による半導体ビームスプリッタのさら
に他の実施例を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１０ 半導体基板 １１ マスク １２ 半導体結晶 １３ 誘電多層膜 １４ 半導体ビームスプリッタ １５ レーザーダイオード １６ Ｓｉ台座 １７ レーザーダイオード ２０ 半導体基板 ２１ Ｎ−ＡｌＧａＡｓ層２１ ２２ 活性層２２ ２３ Ｐ−ＡｌＧａＡｓ層 ２４ 共振器端面 ２５ 誘電多層膜 ２６ 半導体レーザー ２７ 半導体結晶 ２８ 誘電多層膜 ２９ 電極 ３０ 半導体ビームスプリッタ ４０ 半導体基板 ４１ フォトダイオード ４２ 半導体ビームスプリッタ ４３ レーザーダイオード ５０ 半導体基板 ５１ 半導体ビームスプリッタ ５２ 半導体ビームスプリッタ ５３ レーザーダイオード

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上にて一方向にマスキング
   し、 その上から光源として使用される半導体レーザーの波長
   より大きいバンドギャップを有する材料を結晶成長させ
   ることにより、上記マスク方向に延びる半導体結晶を形
   成し、 この半導体結晶の斜面に対して、誘電多層膜をコーティ
   ングして、この斜面を半透過面としたことを特徴とする
   半導体ビームスプリッタの製造方法。
2. 【請求項２】 半導体基板上にて、一方向のマスクによ
   り選択結晶成長された、光源として使用される半導体レ
   ーザーの波長より大きいバンドギャップを有する材料か
   ら成る、上記マスク方向に延びる山形の半導体結晶と、 この山形の半導体結晶の斜面にコーティングされた誘電
   多層膜と、 から構成されていることを特徴とする半導体ビームスプ
   リッタ。
3. 【請求項３】 前記半導体基板上にて、上記山形の半導
   体結晶に近接して、半導体レーザーが形成されているこ
   とを特徴とする、請求項２に記載の半導体ビームスプリ
   ッタ。
4. 【請求項４】 前記半導体基板上に、光検出素子が形成
   されており、その上から、上記山形の半導体結晶が形成
   されていることを特徴とする、請求項２に記載の半導体
   ビームスプリッタ。
5. 【請求項５】 半導体基板の表面である（１００）面
   に、［００１］方向に延びるマスクにより、エピタキシ
   ャル成長された、光源として使用される半導体レーザー
   の波長より大きいバンドギャップを有する材料から成
   る、上記マスク方向に延びる山形の半導体結晶と、 この山形の半導体結晶の基板（１００）面に対して４５
   度の角度をなす（１１０）及び（１−１０）の結晶面に
   コーティングされた誘電多層膜と、 から構成されていることを特徴とする半導体ビームスプ
   リッタ。