CN102163798A - 光学装置及光学设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光学装置和光学设备。该光学装置包括：光学元件，具有在第一表面附近的第一发光区域以及至少与第一表面的没有面对第一发光区域的区域接触的第一金属层；支撑体，设置在光学元件的第一表面侧；以及熔接层，设置在第一表面和支撑体之间且设置在未面对第一发光区域的区域中，该熔接层接合第一金属层和支撑体。

Description

光学装置及光学设备
技术领域
本发明涉及一种包括包含在相同封装中的多个光学元件的光学装置以及具有这样的光学装置的光学设备。
背景技术
利用氮化物型III-V族化合物半导体(典型的这样的化合物包括GaN、AlGaN和GaInN晶体，并且这样的半导体因此被称为“GaN型半导体”)的半导体激光器提供的振荡波长为400nm左右(例如，405nm)，该波长被看作采用现有光学系统可记录和再现的光盘的波长限制。因此，这样的半导体用作下一代光盘(如蓝光(Blue-ray)光盘)的记录/再现设备的光源。
下一代光盘的大部分记录/再现设备适应于多种的光盘格式，从而满足市场的需求。具体地讲，这些设备不仅允许下一代光盘的记录和再现，而且允许现有光盘的记录和再现，现有光盘例如为DVD(数字多功能盘)、CD(压缩盘)、CD-R(可记录CD)、CD-RW(可重写CD)和MD(迷你光盘)。类似地，近年来快速发展的大部分DVD记录/再现设备允许早于DVD出现的CD和CD-R等的记录和再现。
人们正在积极地进行研究和开发，以提供多波长激光器用作多格式兼容光盘设备的光源。这样的激光器这样获得：在单一的封装中包含产生400nm波段的光的半导体激光器和产生600nm波段的光(例如，具有660nm的波长的光)以用于DVD记录和再现或者产生700nm波段的光(例如，波长为780nm的光)以用于CD和CD-R记录和再现的半导体激光器。使用多波长激光器能够通过减少这样的光学系统的部件数量而简化用于记录和再现各种类型的光盘的该光学系统的构造，该光学系统包括物镜、分束器等。结果，光盘设备可以以低成本下实现小尺寸和小厚度。
因为600nm波段的半导体激光器和700nm波段的半导体激光器二者形成在GaAs基板上，所以这些激光器可以合并在单个芯片中(或者形成单片电路形式)。尽管由蓝宝石、SiC、ZnO或GaN制造的基板用作400nm波段半导体激光器的基板，但是不能采用GaAs基板。因此，包括根据现有技术的400nm波段的半导体激光器的多波长激光器被称为混合型激光器，其例如是这样获得的：通过在支撑基板230上堆叠具有GaN基板211的400nm波段半导体激光器210和具有GaAs基板221的用于产生600nm波段和700nm波段的光的单片半导体激光器220，如图15所示(例如，见JP-A-2001-230502(专利文件1))。
在制造混合多波长激光器的某些建议中，建议采用倒装芯片接合，以接合两个半导体激光器(例如，见JP-A-11-340587(专利文件2))。
在上述根据现有技术的混合多波长激光器中，因为配线W1和W2接合到GaN基板211的底表面，以将基板电连接到封装(未示出)，所以半导体激光器210必须具有很大的尺寸。仅有很少的基板制造商能够生产高质量的GaN基板，并且这样基板的制造技术很困难。因此，GaN基板很昂贵。因此，存在半导体激光器210尺寸增加可能直接导致其材料成本增加的问题。
如图16所示，半导体激光器210和220可以以相反的顺序堆叠，以利于在半导体激光器210的尺寸保持很小时的配线接合。然而，在此情况下，当半导体激光器220安装来使得激光器的GaAs基板侧面对支撑基板230时，因为GaAs基板具有很低的导热性，所以降低了散热性能，这使得难以使多波长激光器保持足够长的寿命。相反，当半导体激光器220安装来使得GaAs基板侧面对半导体激光器210时，则允许在每个波长波段单独驱动的安装步骤变得难以进行。
该申请提出了这样的方法，其中半导体激光器210和220以与图15所示相同的顺序堆叠在支撑基板230上，且半导体激光器210的尺寸保持为较小，并且其中半导体激光器220的屋檐状突起部分由凸块(未示出)支撑。该方法允许激光器的材料成本保持为很低，并且实现了很高的散热性能。
发明内容
根据该申请提出的方法，熔接层(未示出)用于彼此接合半导体激光器210和半导体激光器220。熔接层的线性膨胀系数大于半导体激光器210和220所用材料的线性膨胀系数。因此，当半导体激光器210和220以及熔接层的温度随着半导体激光器210和220被驱动而增加时，半导体激光器210和220以及熔接层根据各自的线性膨胀系数而经受热膨胀。由于线性膨胀系数之差导致的拉伸变形发生在半导体激光器210和220的激光器由熔接层彼此固定的区域中。结果，半导体激光器210和220的波段结构发生改变。因为TM模式偏振成分因此而增加，所以TE模式的偏光比会降低。
这样的偏光比的降低可能是有问题的，尤其在多波长激光器用作光盘装置的光源时。具体地讲，在光盘装置中，λ/4板插设在光源和光盘之间，以抑制由于返回光的噪声，并且来自光盘的信号光通过λ/4板被引导到光接收元件。因为来自光盘的信号光中的TE模式成分主要由光接收元件检测，所以，当由于温升TE模式的偏光比降低时，光接收元件可检测的光强度降低。
在此情况下，所希望的是提供可以防止TE模式的偏光比降低的光学装置以及具有这样的光学装置的光学设备。
根据本发明的一个实施例，所提供的光学装置包括：光学元件，具有在第一表面附近的第一发光区域以及至少与第一表面的没有面对第一发光区域的区域接触的第一金属层。该光学装置包括支撑体，该支撑体设置在光学元件的第一表面侧。此外，该光学装置包括熔接层，该熔接层设置在第一表面和支撑体之间且设置在未面对第一发光区域的区域中，该熔接层接合第一金属层和支撑体。根据该实施例的光学设备包括上述光学装置作为光源。
在根据本发明实施例的光学装置和光学设备中，用于将第一金属层和支撑体彼此接合的熔接层提供在未面对第一发光区域的区域中。因此，即使在光学元件和熔接层随着光学元件被驱动而经受温升，并且因此而根据它们各自的线性膨胀系数经受热膨胀时，也可以防止在第一发光区域处发生由于线性膨胀系数之差导致的变形。
根据本发明的另一个实施例，所提供的光学装置包括光学元件，该光学元件具有在第一表面附近的发光区域以及至少与第一表面的面对发光区域的区域接触的金属层。该光学装置包括支撑体，该支撑体设置在光学元件的第一表面侧。该光学装置还包括熔接层，该熔接层设置在第一表面和支撑体之间且至少在面对发光区域的区域中，熔接层接合金属层和支撑体。此外，该光学装置包括抗变形层，该抗变形层提供在第一表面的面对发光区域的区域与熔接层之间，该抗变形层包括线性膨胀系数小于金属层的线性膨胀系数的材料。根据本发明该实施例的光学设备包括根据本发明该实施例的光学装置作为光源。
在根据本发明该实施例的光学装置和光学设备中，材料的线性膨胀系数小于金属层的线性膨胀系数的抗变形层提供在第一表面面对发光区域的区域和熔接层之间。因此，即使在光学元件和熔接层随着光学元件被驱动而经受温升，并且因此而根据它们各自的线性膨胀系数经受热膨胀时，也可以防止在发光区域处发生由于线性膨胀系数之差导致的变形。
在根据本发明实施例的光学装置和光学设备中，即使在光学元件和熔接层根据它们各自的线性膨胀系数而经受热膨胀时，也可以防止在发光区域处发生由于线性膨胀系数之差导致的变形。结果，可以抑制TE模式偏光比的降低。因为如上所述可以抑制TE模式偏光比的降低，所以，当根据第一实施例或第二实施例的光学装置用作光盘设备的光源时，能够抑制光接收元件可检测的光强度的降低。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的半导体激光装置的截面图，示出了其示范性构造；
图2是限定图1中的发光区域的示范性激光器结构的截面图；
图3是限定图1中的发光区域的另一个示范性激光器结构的截面图；
图4是图1所示半导体激光装置的第一修改的截面图；
图5是图1所示半导体激光装置的构造的第二修改的截面图；
图6是图2所示半导体激光装置的构造的第三修改的截面图；
图7是根据本发明第二实施例的半导体激光装置的截面图，示出了其示范性构造；
图8是图7所示半导体激光装置的构造的第一修改的截面图；
图9是图7所示半导体激光装置的构造的第二修改的截面图；
图10是根据本发明第三实施例的半导体激光装置的截面图，示出了其示范性构造；
图11是根据本发明第四实施例的半导体激光装置的截面图，示出了其示范性构造；
图12是示出图10所示半导体激光装置的另一个示范性构造的截面图；
图13是示出图11所示半导体激光装置的另一个示范性构造的截面图；
图14A和14B示出了根据本发明实施例的示范性应用的光盘记录/再现设备的示范性示意构造；
图15是根据现有技术的半导体激光装置的截面图，示出了该装置的示范性构造；以及
图16是根据现有技术的半导体激光装置的截面图，示出了该装置的另一个示范性构造。
具体实施方式
现在，参考附图详细描述本发明的实施例。下面各项将按着顺序描述。
1.第一实施例(该实施例在面对发光区域的区域中没有熔接层(fuse-bonding layer))
2.第一实施例的修改
3.第二实施例(该实施例在面对发光区域的区域中包括抗变形层)
4.第二实施例的修改
5.第三实施例(该实施例是三波长激光器，在面对发光区域的区域中不包括熔接层)
6.第四实施例(该实施例是三波长激光器，在面对发光区域的区域中包括抗变形层)
7.应用(光盘记录/再现设备)
<第一实施例>
图1示出了根据本发明第一实施例的半导体激光装置1(光学装置)的截面结构的示例。半导体激光装置1包括设置在支撑体10上的半导体激光器20(光学元件)。熔接层30提供在支撑体10和半导体激光器20之间，用于将支撑体10和半导体激光器20彼此接合。
支撑体10设置在半导体激光器20的提供表面21B(第一表面)一侧，如稍后所述。例如，支撑体10可以是支撑半导体激光器20的热沉或副底座(sub-mount)，并且该支撑体备选地可为光学元件，如半导体激光器。热沉或副底座用作散发半导体激光器20所产生热量的散热构件。例如，热沉可以由诸如铜的金属形成，并且副底座备选地可以由Si或AlN形成。
例如，半导体激光器20包括具有发光区域21A(第一发光区域)的激光器部分21，发光区域21A提供在该部分面对支撑体10的表面21B附近。例如，半导体激光器20还包括提供在激光器部分21的表面21B上的电极22(为金属层)和提供在激光器部分21背对表面21B的表面上的电极23。电极22在激光器部分21的表面21B面对发光区域21A的区域中以及在面对区域21A的区域的围绕区域(未面对发光区域21A的区域)中与激光器部分21的表面21B接触。
如图2和3所示，激光器部分21例如包括基板11、覆层12、有源层13、覆层14和接触层15。覆层12、有源层13、覆层14和接触层15按着顺序堆叠在基板11上，以形成双异质(double hetero)结构。发光区域21A是有源层13的流经电极22和23的电流注入到其中且由于电流注入而从其发射具有根据有源层13带隙的波长的光的区域。例如，当激光器部分21具有图2所示的折射率波导结构(index guide structure)时，脊条16凸起形状的顶表面(接触层15的顶表面)与电极22接触，并且脊条16的侧表面和裙部由绝缘层17覆盖。因此，在此情况下，发光区域21A形成在有源层13面对凸起脊条16的部分中。当激光器部分21具有图3所示的增益引导结构(gainguide structure)时，接触层15的顶表面在绝缘层17的开口17A中暴露的一部分与电极22接触，并且接触层15的顶表面的其余部分由绝缘层17覆盖。因此，在此情况下，发光区域21A形成在有源层13面对绝缘层17的开口17A的部分中。
当半导体激光器20是从其发光区域21A发射例如400nm波段的激光(例如，波长为405nm的激光)的半导体激光器时，覆层12、有源层13、覆层14和接触层15例如由GaN型化合物半导体形成。在此情况下，具有高达例如约130W/(m·K)的导热性的GaN基板用作半导体激光器20的基板11。当半导体激光器20是从其发光区域21A发射例如600nm波段的激光(例如，波长为650nm的激光)的半导体激光器时，覆层12、有源层13、覆层14和接触层15例如由AlGaInP型化合物半导体形成。当半导体激光器20是从其发光区域21A发射例如700nm波段的激光(例如，波长为780nm的激光)的半导体激光器时，覆层12、有源层13、覆层14和接触层15例如由AlGaAs型化合物半导体形成。当半导体激光器20由AlGaInP型或AlGaAs型化合物半导体形成时，具有低到例如约55W/(m·K)的导热性的GaAs基板用作半导体激光器20的基板11。
电极22和23用作用于将电流注入发光区域21A的电极，并且这些电极还用作散热构件，用于散发半导体激光器20产生的热。例如，电极22和23由具有高传导性的金属材料形成。例如，电极22由Ti、Pt、Au或Pd形成。电极22可以是多层体，由多种金属材料形成。例如，该电极可以通过从激光器部分21的侧面开始按着顺序堆叠Ti、Pt和Au层而形成。电极23可以由Au和Ge的合金、Ni或Au形成。作为选择，电极23可以由Ti、Pt或Au形成。电极23可以是多层体，由多种金属材料形成。例如，该电极可以通过从激光器部分21侧开始按着顺序堆叠Au和Ge的合金、Ni或Au层而形成。作为选择，电极23可以通过从激光器部分21的侧面开始按着顺序堆叠Ti、Pt和Au层形成。例如，绝缘层17由SiO2或SiN等形成。
现在，将描述熔接层30。熔接层30形成在位于电极22和支撑体10之间且没有面对发光区域21A的区域中。例如，熔接层30可以提供为多个条的形状。熔接层设置在电极22和支撑体10之间且在面对发光区域21A的区域的两侧，如图1所示。熔接层30形成为与电极22的表面没有面对发光区域21A的区域接触。熔接层还与支撑体10的表面面对半导体激光器20但没有面对发光区域21A的区域接触。就是说，熔接层30在面对发光区域21A的表面区域中不与电极22的表面接触。熔接层30在面对发光区域21A的表面区域中不与支撑体10提供为面对半导体激光器20的表面接触。例如，位于电极22和支撑体10之间且面对发光区域21A的区域可以是空气间隙。尽管未示出，但是该区域可以填充线性膨胀系数等于或小于支撑体10和半导体激光器20的材料。
当提供熔接层30仅用于将半导体激光器20固定在支撑体10上时，熔接层30可以由导电或者绝缘的材料形成。就是说，熔接层30可以由绝缘粘合剂形成，在此情况下，例如为热固化树脂或者UV固化树脂。作为选择，该层可以由导电接合材料例如焊料形成。例如，可用作该层的焊料类型包括Sn、Au-Sn合金、Zn-Sn合金和Ag-Sn合金。
当引出电极(未示出)提供在支撑体10表面上且熔接层30用作提供电极22和引出电极之间的导电的配线时，熔接层30可以由导电接合材料例如焊料形成。在此情况下，可以采用上述焊料材料。
对熔接层30的线性膨胀系数没有特别的限制。该层的线性膨胀系数可以大于支撑体10和半导体激光器20的。作为选择，该层的线性膨胀系数可以等于或小于支撑体10和半导体激光器20。当上述焊料材料用作熔接层30时，熔接层30的线性膨胀系数大于支撑体10和半导体激光器20的线性膨胀系数。
在本发明的当前实施例中，用于将电极22和支撑体10彼此接合的熔接层30提供在没有面对发光区域21A的区域中。结果，即使在半导体激光器20和熔接层30由于半导体激光器20被驱动而经受温升，并且因此经受根据它们各自的线性膨胀系数的热膨胀时，也能防止在发光区域21A处由于线性膨胀系数之差导致的变形。因此，可以防止TE模式偏光比的降低。此外，因为可以防止TE模式偏光比的降低，所以，当半导体激光装置1例如用作光盘设备(未示出)的光源时，可以防止用光接收元件(未示出)可检测的光强度的降低。
<第一实施例的修改>
在上述实施例中，电极22在激光器部分21的表面21B面对发光区域21A的区域中以及在面对区域21A的区域的围绕区域中与激光器部分21的表面21B接触。当半导体激光器20具有除电极22之外的电流注入电极时，电极22可以仅在没有面对发光区域21A的表面区域中与激光器部分21的该表面21B接触。
在上述实施例中，熔接层30设置在电极22和支撑体10之间，并且在面对发光区域21A的区域两侧形成为条形，如图1所示。例如，作为选择，熔接层30可以仅在面对发光区域21A的区域的一侧形成为条形。
在上述实施例及修改中，熔接层30在面对发光区域21A的区域中不与电极22的表面接触。半导体激光装置的制造工艺优选包含防止熔接层30扩展进入该区域的机构。例如，这样的机构可以包括在电极22的面对发光区域21A的区域表面上提供的相对于熔接层30具有低可润湿性的抗接合层24，如图5和6所示。例如，抗接合层24包括具有低可润湿性的金属，例如Pt，或者绝缘材料，例如SiO2或者SiN。
在上述实施例及修改中，熔接层30在面对发光区域21A的表面区域中不与支撑体10面对半导体激光器20的表面接触。半导体激光装置的制造工艺优选包含防止熔接层30扩展进入该区域的机构。例如，这样的机构可以包括相对于熔接层30具有低可润湿性的抗接合层，该抗接合层在面对发光区域21A的表面区域中提供在支撑体10面对半导体激光器20的区域的表面上，尽管未示出。抗接合层包括具有低可润湿性的金属，例如Pt，或者绝缘材料，例如SiO2或SiN。
<第二实施例>
图7示出了根据本发明第二实施例的半导体激光装置2(光学装置)的截面结构的示例。半导体激光装置2与上述实施例的半导体激光装置1在构造上的相同之处在于：半导体激光器20(光学装置)设置在支撑体10上，其间插设有熔接层30。相反，半导体激光装置2与上述实施例的半导体激光装置1在构造上的不同在于：熔接层30设置在支撑体10和半导体激光器20之间且至少面对发光区域21A的区域中。此外，半导体激光装置2与上述实施例的半导体激光装置1的不同还在于：抗变形层31提供在激光器部分21的表面21B面对发光区域21A的区域与熔接层30之间。下面的描述将集中于与上述实施例的不同之处，并且根据实际需要省略与上述实施例类似处。
在本实施例中，熔接层30提供在支撑体10和半导体激光器20之间且面对发光区域21A的区域中，并且熔接层延伸在面对区域21A的区域周围。熔接层30在电极表面面对发光区域21A的区域中以及在围绕面对该区域21A的区域的区域中，与电极22面对支撑体10的表面接触。熔接层30还在支撑体表面面对发光区域21A的区域中以及在围绕面对该区域21A的区域的区域中，与支撑体10面对半导体激光器20的表面接触。
抗变形层31可以形成在电极22内，例如，如图7所示。尽管对抗变形层31的形状没有特别限定，但是该层可以与发光区域21A的形状具有相同的形状。尽管对抗变形层31的尺寸没有特别限定，但是该层的尺寸大于发光区域21A的尺寸。抗变形层31包括线性膨胀系数小于电极22的线性膨胀系数的材料，并且该层优选包括线性膨胀系数等于或小于激光器部分21的线性膨胀系数的材料。因此，抗变形层31抑制由于熔接层30和电极22间线性膨胀系数之差导致的变形的产生。例如，抗变形层31包括线性膨胀系数为约1.7ppm/℃的SiN或者线性膨胀系数为约0.5ppm/℃的SiO2。
在本实施例中，抗变形层31提供在激光器部分21的表面21B面对发光区域21A的区域和熔接层30之间。结果，即使在半导体激光器20和熔接层30随着半导体激光器20被驱动而经受温升，并且因此根据它们各自的线性膨胀系数而经受热膨胀时，也防止在发光区域21A处发生由于线性膨胀系数之差导致的变形。因此，可以防止TE模式偏光比的降低。此外，因为可以防止TE模式偏光比的降低，所以，例如，当半导体激光装置2用作光盘设备(未示出)的光源时，能够防止该设备(未示出)的光接收元件可检测的光强度的降低。
<第二实施例的修改>
尽管第二实施例的抗变形层31形成在电极22内部，但是作为选择，该层也可以形成在电极22和熔接层30之间，如图8所示。此外，作为选择，该层31还可以形成在电极22和激光器部分21的表面21B之间。当抗变形层31形成在电极22和激光器部分21的表面21B之间时，抗变形层31的尺寸优选稍微小于发光区域21A的尺寸。
<第三实施例>
[构造]
图10示出了根据本发明第三实施例的半导体激光装置3(光学装置)的截面结构的示例。半导体激光装置3优选用作用于记录和再现光盘的光盘设备(光学设备)的光源。
半导体激光装置3通过在支撑基体50上按着顺序堆叠半导体激光器20和半导体激光器40而被提供，并且该装置用作多波长激光器。半导体激光器20和40是芯片形式的半导体激光器，并且半导体激光器40的横向宽度(激光器在垂直于其谐振器方向的方向上的宽度)大于半导体激光器20的横向宽度。半导体激光器20和40重叠使得它们在其出光侧的各端面(未示出)设置在相同的平面上。半导体激光器20和40的后端面(未示出)可以设置在相同的平面上，并且该后端面可选地可以设置在彼此不同的平面中。当半导体激光器20和40的后端面设置在相同的平面中时，半导体激光器20和40的谐振器长度彼此相等。当半导体激光器20和40的后端面设置在不同的平面中时，半导体激光器20和40的谐振器长度彼此不同。
半导体激光器20是从在其出光侧端面与发光区域21A对应的区域(发光点)发射例如400nm波段的激光(例如，波长为405nm的激光)的半导体激光器，并且该激光器由GaN型化合物半导体形成。半导体激光器20采用GaN基板，其导热性高达约130W/(m·K)。GaN基板起到热沉的作用，用于散发半导体激光器20和40中产生的热。半导体激光器20包括设置在半导体激光器20的底表面(面对GaN基板的表面)上的电极23和设置在半导体激光器20的顶表面(面对半导体激光器40的表面)上的电极22。
半导体激光器40是单片多波长激光器，其包括两种类型的半导体激光器结构，用于从在其出光侧端面与两个发光区域41A和41B对应的区域(发光点)发射例如600nm波段的激光(例如，波长为650nm的激光)和例如700nm波段的激光(例如，波长为780nm的激光)。半导体激光器40以所谓的结向下形式设置在半导体激光器20以及支撑基体50上，使得两个发光点设置为靠近半导体激光器20的发光点。例如，半导体激光器40设置在半导体激光器20和支撑基体50上，从而对应于发光区域41B的发光点和对应于发光区域21A的发光点设置为彼此靠近。600nm波段的激光器结构由AlGaInP型化合物半导体形成。700nm波段的激光器结构由A1GaAs型化合物半导体形成。在半导体激光器40中，采用导热性低到约55W/(m·K)的GaAs基板。在本实施例中，半导体激光器40中产生的热通过半导体激光器20以及凸块33和34传输到支撑基体50，而不是传输到GaAs基板。
在半导体激光器40中，包括两个发光区域41A和41B的GaAs型激光器部分41提供在GaAs基板上。两个电极42和43以及引出电极46提供在半导体激光器40的底侧(该激光器面对半导体激光器20的一侧)。电极43和引出电极46被堆叠且其间插设有绝缘层45，因此彼此电隔离。电极43设置为比引出电极46更加靠近半导体激光器40。电极44提供在半导体激光器40的顶侧(该激光器面对GaAs基板的一侧)。配线35接合到电极44。电极42用作在装置提供有发光区域41A一侧上的激光器电极，并且电极43用作在装置提供有发光区域41B一侧上的激光器电极。电极44用作在装置提供有发光区域41A和41B的两侧上由激光器共享的电极。例如，电极42、43和44以及引出电极46包括具有高导热性的金属材料，例如，金。
半导体激光器20和40通过它们之间插设的熔接层30彼此接合。如图10所示，半导体激光器20上的电极22和半导体激光器40上的引出电极46通过熔接层30彼此接合和电连接。半导体激光器20通过熔接层32接合到支撑基体50(或者稍后描述的副底座52)。
半导体激光器40和支撑基体50(或者稍后描述的副底座52)通过插设在它们之间的熔接层30、半导体激光器20和熔接层32接合。半导体激光器40和支撑基体50还通过插设在它们之间的凸块33和34接合。如上所述，半导体激光器20的横向宽度小于半导体激光器40的横向宽度，并且半导体激光器40在装置沿着激光器的堆叠方向剖取的截面图的面内方向上以屋檐形式延伸超出半导体激光器20。半导体激光器40在该面内方向上延伸到半导体激光器20之外的部分通过凸块33和34以及未示出的另一个凸块接合到支撑基体50(或者稍后描述的副底座52)。具体地讲，半导体激光器40的电极42通过凸块33接合到支撑基体50(或者稍后描述的引出电极52E)，并且半导体激光器40的引出电极46通过凸块34接合到支撑基体50(或者稍后描述的引出电极52F)。此外，半导体激光器40的电极43通过未示出的另一个凸块接合到支撑基体50(或者后面没有示出的引出电极)。
我们假设，半导体激光器40对应于支撑体10，并且引出电极46的表面对应于支撑体10面对半导体激光器20的表面。于是，第一实施例中对熔接层30的描述在熔接层的位置、接合区域以及熔接层的材料方面也同样地适用于本实施例。例如，熔接层32由与熔接层30相同的材料形成。凸块33和34可以由焊料形成。
支撑基体50通过利用熔接层53接合热沉51和副底座52而形成。热沉51用作散热构件，用于散发半导体激光器20和40产生的热量，并且由诸如铜的金属形成。热沉51电连接到未示出的外部电源，并且热沉因此具有将半导体激光器20电连接到外部电源的功能。
副底座52保持热沉51的导热性，以在芯片被驱动时防止芯片处的温度上升，由此保持装置足够长的寿命。例如，该副底座由Si或AlN形成。在副底座52面对半导体激光器20的表面上，提供有接合到凸块33和配线36的引出电极52E以及接合到凸块34和配线38的引出电极52F。在副底座52面对半导体激光器20的表面上，提供有接合到上述凸块和另一个配线(二者均未示出)的另一个引出电极(未示出)。凸块33和34设置在副底座52的表面上，其它们之间插设有相应的绝缘层52C和52D，并且凸块因此与副底座52电隔离。类似地，上述的凸块(未示出)也设置在副底座52的表面上，其间插设有绝缘层(未示出)，并且该凸块与副底座52电隔离。
优选地，至少Au暴露在引出电极52E和52F的顶表面上。原因是：当凸块33和34由焊料制造时，暴露的Au允许凸块33和34可靠地接合到引出电极52E和52F。例如，引出电极52E和52F具有这样的结构：其中Al、Ni和Au层从其副底座52侧开始按着顺序堆叠。
[操作]
现在将描述本实施例的半导体激光装置3的操作。在半导体激光装置3中，来自电源的电压通过配线38和电连接到热沉51的配线(未示出)施加在半导体激光器20的电极22和23之间。因此，从在激光器出光侧端面的与发光区域21A对应的发光点(未示出)发射400nm波段的激光。类似地，来自电源的电压通过配线35和36提供，以施加于在激光器结构中提供的电极42和44之间，用于以700nm波段发射激光。因此，700nm波段的激光从激光器在出光侧的端面与发光区域41A对应的发光点(未示出)发射。类似地，来自电源的电压通过配线35和电连接到电极32的配线(未示出)提供，以施加于在激光器结构中提供的电极43和44之间，用于以600nm波段发射激光。因此，600nm波段的激光从激光器在其出光侧的端面与发光区域41B对应的发光点(未示出)发射。就是说，从半导体激光装置3发射400nm、600nm和700nm波段中任何一种激光。
[优点]
在本实施例中，如上所述，具有高散热性能的半导体激光器20提供为靠近支撑基体50，而半导体激光器40的周边通过具有高导热性的凸块33和34等连接到支撑基体50。因此，具有相对低的散热性能的半导体激光器40所产生的热量可以有效地被引导到支撑基体50。结果，当半导体激光装置1例如用作光盘设备(未示出)的光源时，能够防止光接收元件(未示出)可检测的光强度的降低。因为半导体激光器20具有小的尺寸，所以本实施例的装置可以以低成本被制造。
在本实施例中，用于彼此接合电极22和支撑体10的熔接层30提供在没有面对发光区域21A的区域中。因此，即使在半导体激光器20和熔接层30随着半导体激光器20被驱动而经受温升，从而根据它们各自的线性膨胀系数而经受热膨胀时，也可以防止在发光区域21A处产生由于线性膨胀系数之差导致的变形。结果，可以抑制装置的TE模式偏光比的降低。因为可以抑制TE模式偏光比的降低，所以，当半导体激光装置3例如用作光盘设备(未示出)的光源时，能够防止光接收元件(未示出)可检测的光强度的降低。
<第四实施例>
[构造]
图11示出了根据本发明第四实施例的半导体激光装置4(光学装置)的截面结构的示例。与半导体激光装置3类似，半导体激光装置4优选用作用于记录和再现光盘的光盘设备(光学装置)的光源。
半导体激光装置4通过在支撑基体50上按着顺序堆叠半导体激光器40和半导体激光器20而提供。该装置在构造上与第三实施例的半导体激光装置3的主要区别是半导体激光器20和40的堆叠顺序。
半导体激光器20以所谓的结向下模式安装在半导体激光器40和支撑基体50上，从而该激光器的一个发光点靠近半导体激光器40的两个发光点设置。半导体激光器20和支撑基体50(或副底座52)通过在它们之间插设的熔接层30、半导体激光器40和熔接层39接合。半导体激光器20的电极23接合到配线61，并且半导体激光器20的电极22通过熔接层30和引出电极46电连接到配线62。半导体激光器40通过熔接层39接合到支撑基体50(或副底座52)。半导体激光器40的电极44通过熔接层39和引出电极52G电连接到配线64，该引出电极52G形成在副底座52面对半导体激光器40的表面上。半导体激光器40的电极42接合到配线63，并且半导体激光器40的电极43接合到未示出的配线。
[操作]
现在，将描述本实施例的半导体激光装置4的操作。在半导体激光装置4中，来自电源的电压通过配线61和62施加在半导体激光器20的电极22和23之间。因此，400nm波段的激光从激光器在出光侧的端面与发光区域21A对应的发光点(未示出)发射。类似地，来自电源的电压通过配线63和64提供，以施加在提供于激光器结构中的电极42和44之间，用于发射700nm波段的激光。因此，700nm波段的激光从激光器在出光侧的端面与发光区域41B对应的发光点(未示出)发射。类似地，来自电源的电压通过配线(未示出)和配线64提供，以施加于在激光器结构中提供的电极43和44之间，用于发射600nm波段的激光。因此，600nm波段的激光从激光器在出光侧的端面与发光区域41A对应的发光点(未示出)发射。就是说，从半导体激光装置4发射400nm、600nm和700nm波段中任何一种激光。
[优点]
在本实施例中，用于接合电极22和支撑体10的熔接层30提供在没有面对发光区域21A的区域中。因此，即使在半导体激光器20和熔接层30因半导体激光器20被驱动而经受温升，并且从而根据它们各自的线性膨胀系数经受热膨胀时，也可以防止在发光区域21A处发生由于线性膨胀系数之差导致的变形。结果，可以抑制该装置的TE模式偏光比的降低。因为可以抑制TE模式偏光比的降低，所以，当半导体激光装置4例如用作光盘设备(未示出)的光源时，能够防止光接收元件(未示出)可检测的光强度的减小。
<第三和第四实施例的修改>
在本发明上述的第三和第四实施例中，熔接层30在电极22的表面面对发光区域21A的区域中没有与电极22的该表面接触。半导体激光装置的制造工艺优选包含防止熔接层30扩展进入该表面的机构。例如，作为这样的机构，可以提供图5和6所示的抗接合层24。
在本发明的上述第三、第四实施例以及它们的修改中，熔接层30在支撑体10的表面面对发光区域21A的区域中没有与支撑体10面对半导体区域20的该表面接触。该装置的制造工艺优选包含防止熔接层30扩展进入该表面的机构。这样的机构可以包括相对于熔接层30具有低可润湿性的抗接合层，在支撑体10的表面面对发光区域21A的区域中提供在支撑体10面对半导体激光器20的该表面上，尽管未示出。例如，抗接合层包括具有低可润湿性的金属，例如Pt，或者包括绝缘材料，例如SiO2或SiN。
上述的第三、第四实施例以及它们的修改是其中熔接层30设置在支撑体10和半导体激光器20之间且设置在未面对发光区域21A的区域中的示例。作为选择，熔接层30也可以设置在支撑体10和半导体激光器20之间且至少在面对发光区域21A的区域中，如图12和13所示。然而，在此情况下，抗变形层31必须提供在激光器部分21的表面21B面对发光区域21A的区域和熔接层30之间。
在该实施例的修改中，熔接层30提供在半导体激光器20和半导体激光器40之间且在面对发光区域21A的区域中和围绕该相对区域的区域中。熔接层30在面对发光区域21A的表面区域中以及在围绕该相对区域的区域中与电极22面对半导体激光器40的表面接触。熔接层还在面对发光区域21A的表面区域中以及面对该区域21A的区域的围绕区域中与半导体激光器40面对半导体激光器20的表面接触。例如，抗变形层31形成在电极22内，如图12和13所示。因此，抗变形层31防止产生由于熔接层30和电极22的线性膨胀系数之差导致的变形。例如，抗变形层31包括线性膨胀系数为约1.7ppm/℃的SiN或者线性膨胀系数为约0.5ppm/℃的SiO2。
在本修改中，抗变形层31提供在激光器部分21的表面21B面对发光区域21A的区域与熔接层30之间。因此，即使在半导体激光器20和熔接层30因半导体激光器20被驱动而经受温升，并且从而根据它们各自的线性膨胀系数而经受热膨胀时，也可以防止在发光区域21A处产生由于线性膨胀系数之差导致的变形。结果，可以抑制该装置的TE模式偏光比的降低。因为可以抑制TE模式偏光比的降低，所以，当根据该修改的半导体激光装置4例如用作光盘设备(未示出)的光源时，能够防止光接收元件(未示出)可检测的光强度的减小。
<应用>
现在，将描述根据上述实施例及其修改的半导体激光装置1至4的示范性应用。根据示范性应用的光盘记录/再现设备利用具有预定波长的光再现记录在光盘D上的信息，并且将信息记录在光盘D中。图14A和14B示出了根据示范性应用的光盘记录/再现设备100的示范性的示意构造。光盘记录/再现设备100包括半导体激光装置1至4中的任何一个以及光学系统，该光学系统用于将由半导体激光装置1至4中的任何一个发射的具有预定波长的发射光Lout引导到光盘D，并且从光盘D读出信号光(反射光Lref)。例如，光学系统包括分束器(PBS)111、用于抑制返回光噪声的λ/4板112、向上偏转镜113、物镜114以及包括光接收元件和信号光再现电路(二者均未示出)的信号光检测器115。
在光盘记录/再现设备100中，半导体激光装置1至4发射的高功率束的发射光Lout的由分束器111和向上偏转镜113反射。由向上偏转镜113反射的发射光Lout由物镜114聚集，并且使其入射在光盘D上。因此，将信息写在光盘D中。半导体激光装置1至4发射的低功率束的发射光Lout在通过如上所述的光学系统后入射在光盘D上，之后，由光盘D反射。所得到的光或者反射光Lref在通过物镜114、向上偏转镜113和分束器111后入射在信号光检测器115的光接收元件上。该反射光转换成电信号，该电信号然后由信号光再现电路处理，以再现写在光盘D中的信息。
在该示范性应用中，例如，具有较高散热性能的半导体激光器20设置为靠近支撑基体50，并且半导体激光器40的周边通过具有较高导热性的凸块33和34连接到支撑基体50。具有相对低散热性能的半导体激光器40备选地可以设置为靠近支撑基体50，这允许半导体激光器40处产生的热量有效地被引导到支撑基体50。结果，能够抑制光接收元件(未示出)可检测的光强度的降低。在该示范性应用中，因为半导体激光器20具有小的尺寸，所以激光器装置的材料成本可以保持为较低。结果，可以以低的成本提供光盘记录/再现设备100。
可用作光源的半导体激光装置1至4中的任何一个可以发射三种波长的光束，即，约400nm波段、600nm波段和700nm波段的波长的光束。因此，该设备不仅可以执行各种类型的现有光盘例如，CD-ROM(只读存储器)、CD-R、CD-RW、MD和DVD-ROM的记录和再现，而且可以执行下一代光盘例如，蓝光光盘(Blu-ray discs)的记录和再现。利用这样的下一代可记录大存储盘使得能够以高质量和高操作性能记录视频数据，并且再现这样记录的数据(图像)。
半导体激光装置1至4可以用在光盘再现设备、光盘记录设备、用于记录和再现磁光(MO)盘的磁光盘设备以及通常诸如光学通讯设备的其它光学设备中。半导体激光装置1至4可以用在必须在高温下可运行的车载设备中。
半导体激光装置1至4可以与光学系统分开形成，并且该装置可以备选地与光学系统的一部分形成一体。当半导体激光装置1至4中的任何一个与光学系统的一部分一体形成时，如此描述所获得的一体的光学元件(激光器耦合器)可以结合在光学设备或者车载设备中。
本申请包含与2010年2月15日提交日本专利局的日本优先权专利申请JP 2010-030220中公开的相关的主题，其全部内容通过引用结合于此。
本领域的技术人员应当理解的是，在权利要求或其等同特征限定的范围内，根据设计需要和其他因素，可以进行各种修改、结合、部分结合和替换。

Claims (10)

1.一种光学装置，包括：
光学元件，具有在第一表面附近的第一发光区域以及至少与所述第一表面的未面对所述第一发光区域的区域接触的第一金属层；
支撑体，设置在所述光学元件的所述第一表面侧；以及
熔接层，设置在所述第一表面和所述支撑体之间且设置在未面对所述第一发光区域的区域中，所述熔接层接合所述第一金属层和所述支撑体。
2.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述第一金属层也与所述第一表面的面对所述第一发光区域的区域接触，所述第一金属层用作电极，以将电流注入所述第一发光区域中。
3.根据权利要求2所述的光学装置，还包括在面对所述第一发光区域的表面区域中与所述第一金属层面对所述支撑体的表面接触的铂层或者绝缘层。
4.根据权利要求1至3中任何一项所述的光学装置，其中所述熔接层的线性膨胀系数大于所述光学元件和所述支撑体的线性膨胀系数。
5.根据权利要求1至3中任何一项所述的光学装置，所述支撑体包括光学元件，所述光学元件在面对所述熔接层的第二表面附近具有第二发光区域和第三发光区域，并且至少在所述第二表面的未面对所述第二发光区域和所述第三发光区域的区域中具有在所述第二表面上提供的第二金属层。
6.根据权利要求1至3中任何一项所述的光学装置，其中所述支撑体包括光学元件、热沉或副底座。
7.一种光学装置，包括：
光学元件，具有在第一表面附近的发光区域以及至少与所述第一表面的面对所述发光区域的区域接触的金属层；
支撑体，设置在所述光学元件的第一表面侧；
熔接层，设置在所述第一表面和所述支撑体之间且至少设置在面对所述发光区域的区域中，所述熔接层接合所述金属层和所述支撑体；以及
抗变形层，提供在所述第一表面的面对所述发光区域的区域与所述熔接层之间，所述抗变形层包括线性膨胀系数小于所述金属层的线性膨胀系数的材料。
8.根据权利要求7所述的光学装置，其中所述抗变形层形成在所述金属层内，或者在所述金属层和所述熔接层之间，或者在所述金属层和所述第一表面之间。
9.一种光学设备，包括：
光学装置，用作光源，其中所述光学装置包括：
光学元件，具有在第一表面附近的第一发光区域和至少与所述第一表面的未面对所述第一发光区域的区域接触的第一金属层；
支撑体，设置在所述光学元件的所述第一表面侧；以及
熔接层，设置在所述第一表面和所述支撑体之间且设置在未面对所述第一发光区域的区域中，所述熔接层接合所述第一金属层和所述支撑体。
10.一种光学设备，包括：
光学装置，用作光源，其中所述光学装置包括：
光学元件，具有在第一表面附近的发光区域以及至少与所述第一表面的面对所述发光区域的区域接触的金属层；
支撑体，设置在所述光学元件的所述第一表面侧；
熔接层，设置在所述第一表面和所述支撑体之间且至少设置在面对所述发光区域的区域中，所述熔接层接合所述金属层和所述支撑体；以及
抗变形层，提供在所述第一表面的面对所述发光区域的区域和所述熔接层之间，所述抗变形层包括线性膨胀系数小于所述金属层的线性膨胀系数的材料。
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