CN1739151A - 集成半导体装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于提高半导体激光器的输出相关控制的可靠性的集成半导体装置，包括：粘附到半导体衬底上并具有光反射面和光透射面的棱镜，光反射面设置有反射从半导体激光器中发射的激光束的光反射膜，光透射面透射在物镜的孔径区域以外的从半导体激光器中发射的激光束；监控感光器，设置在半导体衬底的设置了棱镜的区域中并接收通过棱镜的光透射面的激光束；以及信号检测感光器，用于接收在棱镜的光反射面处反射并通过物镜会聚在圆盘形记录介质的记录面上的激光束作为返回光，并设置在其中设置有半导体衬底上的棱镜的区域的外部。

Description

集成半导体装置
技术领域
本发明涉及一种集成半导体装置。更具体地，本发明涉及在控制从半导体激光器中发射的激光束的输出方面改进可靠性的技术领域。
背景技术
例如，有一种安装在盘驱动器的光学拾取器(optical pickup)上的集成半导体装置。这种类型的集成半导体装置具有半导体衬底，在半导体衬底上安装有半导体激光器、信号检测感光器(photoreceptor)和例如棱镜的光学元件。
一些集成半导体装置具有监控感光器(monitor photoreceptor)，其提供了控制的APC(自动功率控制)功能，使从半导体激光器发射的激光束的光量为恒定值。
对于监控感光器的类型，有背面监控型(rear monitor type)和前面监控型(front monitor type)，背面监控型接收和检测发射到与前面相反的背面上的背面激光束的一部分少的光量，前面激光束在前面朝向圆盘形记录介质的记录面发射，前面监控型接收和检测朝向圆盘形记录介质的记录面所发射的前面激光束的一部分。
通常，通过利用背面监控型的监控感光器检测少量的激光束，仅用于再现圆盘形记录介质中所记录的信息信号的再现盘驱动器能控制从半导体激光器中发射的激光束的光量。
然而，存在背面监控型的监控感光器不能用于某些类型的再现盘驱动器的情况，即所谓的单片式两个波长激光器安装装置类型，其中光源、波导、检测器元件等制作在单个衬底上，或不能用于还用来记录信息信号的记录/再现盘驱动器。
例如，在记录/再现盘驱动器中，当在圆盘形记录介质中记录信息信号时，必须精确地控制从半导体激光器中发射的大输出激光束。然而，因为前面激光束和背面激光束之间的比率随温度而变化(温度漂移)，所以使用背面监控型监控感光器很难精确地控制半导体激光束。因此，在这种类型的记录/再现盘驱动器中，利用不受温度漂移影响的前面监控型监控感光器来控制半导体激光器。
图7中示出了具有前面监控型监控感光器的常规半导体集成装置(例如，参考专利文献1)。
半导体集成装置a具有设置在未示出的封装内的半导体衬底、以及通过底架(submount)c被安装在半导体衬底b上的半导体激光器d。
棱镜e设置在半导体衬底b上，与半导体激光器d相对。棱镜e形成有第一反射面f和与第一反射面f的下侧连接的第二反射面g。第一反射面f从发射自半导体激光器d的激光束的光轴以大约45°角倾斜，且第二反射面g近似垂直于从半导体激光器d发射的激光束的光轴。第一反射面f是半反射镜面(half mirror surface)，而第二反射面g是全反射面。
信号检测感光器h、h设置在棱镜e的下侧位置处的半导体衬底b上。
监控感光器i设置在底架c和棱镜e之间的半导体衬底b上。半导体衬底b和监控感光器i的表面涂布有由例如二氧化硅制成的涂层(coating)。
在如上述构造的半导体集成装置a中，半导体激光器d发射的激光束朝向棱镜e的第一反射面f传播，在该处激光束被反射从而其光学路径转弯90°。被反射的激光束进入未示出的物镜并会聚在圆盘形记录介质的记录面上。在圆盘形记录介质的记录面上会聚的激光束成为通过物镜入射在棱镜e的第一反射面f上并透过第一反射面f的返回光，并用信号检测感光器h、h来接收。
信号检测感光器h、h接收激光束后，例如，记录在圆盘形记录介质中的信息信号被读出。
当从半导体激光器d中发射激光束时，一部分激光束朝向棱镜e的第二反射面g传播，在此处激光束被反射并用设置在底架c和棱镜e之间的监控感光器i来接收。
监控感光器i接收激光束后，检测所接收的光的光量，并且根据该检测结果，控制半导体激光器d，使得从半导体激光器中发射的激光束的光量成为恒定值。
然而，上述的半导体集成装置a伴随有这样的一些问题，例如由于监控感光器i暴露于空气中，因为在监控感光器i上的涂层中的变化而使其感光度(sensitivity)具有大的变化，而此外，还可能受杂散光(stray light)的影响。
而且，在圆盘形记录介质的记录面处反射的激光束和监控激光束都进入棱镜e的内部，发生激光束干涉，可能有害地影响信息信号检测操作和用于半导体激光器d的输出的控制操作。
为抑制上述感光度变化和杂散光影响，有一种常规的半导体集成装置，其中监控感光器设置在棱镜的下侧位置处的半导体衬底上(参考日本专利申请公开No.2002-260273的图1)。
然而，该半导体集成装置的监控感光器所接收的激光束是从半导体激光器中所发射的在物镜的孔径区域(aperture region)内的激光束，导致诸如光学系统耦合效率降低的问题。
由于在圆盘形记录介质的记录面处反射的激光束和监控激光束都进入棱镜e的内部，所以类似于上述集成半导体装置a，仍然没有解决上述激光束干涉的问题。
因此，本发明的集成半导体装置的一个任务是提高控制从半导体激光器中发射的激光束的输出的可靠性等。
发明内容
为解决上述任务，本发明的集成半导体装置设置有：粘附到半导体衬底上并具有光反射面和光透射面的棱镜，光反射面形成有用于反射从半导体激光器中发射的激光束的光反射膜，光透射面用于透射物镜的孔径范围以外的从半导体激光器中发射的激光束；监控感光器，设置在半导体衬底的设置有棱镜的区域中并接收通过棱镜的光透射面透射的激光束；以及信号检测感光器，设置在半导体衬底的设置有棱镜的区域的外部，用于接收在棱镜的光反射面处反射并通过物镜会聚在圆盘形记录介质的记录面上的激光束作为返回光。
因此，在本发明的集成半导体装置中，增加了物镜的孔径范围内的光量。
附图说明
图1为概念性示出根据本发明一个实施例的激光束的光学路径的透视图，还参考图2至6介绍该实施例。
图2是集成半导体装置的分解透视图。
图3是集成半导体装置的放大截面图。
图4为示出了设置在半导体衬底上的每个光学元件的放大平面图。
图5为示出了主要部分的放大侧视图。
图6为示出了利用另一棱镜的主要部分的放大侧视图。
图7为示出了常规的集成半导体装置的放大侧视图。
具体实施方式
下文将参考附图介绍根据本发明的集成半导体装置的实施例。
集成半导体装置1设置在例如安装于盘驱动器上的光学拾取器的传送基座(transport base)上。在记录介质200中记录或从其再现信息信号期间，沿圆盘形记录介质200的径向移动传送基座。具有物镜100(参看图1)的物镜驱动装置设置在传送基座上。物镜驱动装置使物镜100沿聚焦方向和沿轨迹方向(tracking direction)移动，从而通过物镜100照射到圆盘形记录介质200的激光束被会聚在圆盘形记录介质200的记录轨迹(record track)上，其中聚焦方向是离开和接触圆盘形记录介质200的方向，轨迹方向是圆盘形记录介质200的近似半径方向。
连接到驱动电路的布线板例如柔性印刷布线板被安装在传送基座上，并且外部电极形成在柔性印刷布线板的一端部分上。
通过在封装2中设置每个预定的元件来缩小半导体集成装置1。如图2和3中所示，封装2由例如陶瓷材料制成的板型基体(base body)3和例如树脂材料制成的外壳(housing)4构成。
例如，外壳4形成为具有向下开口的盒形形状并由具有高热绝缘性能的树脂制成。通过外壳的上壁4a形成透过孔(transparent hole)4b。
设置在基体3的上部和下部表面上的是半导体衬底5和未示出的用于电连接上述布线板(柔性印刷布线板)和外部电极的电极。
设置在半导体衬底5的上部和下部表面上的是每个光学元件和未示出的用于与基体3的电极电连接的电极部分。
用银膏使底架6设置在半导体衬底5上，并且半导体激光器7设置在底架6上(参看图1至4)。从半导体激光器7向侧面，即沿半导体衬底5的表面的方向发射激光束。
监控感光器8安装在半导体衬底5上，具有控制从半导体激光器7发射的激光束的光量为恒定值的APC功能。
如图5中所示，用粘合剂(adhesive)9、例如紫外线固化型的粘合剂，将棱镜10安装在半导体衬底5上。棱镜10设置在覆盖监控感光器8的位置处。光反射面10a和光透射面10b每个形成在棱镜10上。
光反射面10a从发射自半导体激光器7中的激光束的光轴(opticalaxis)X倾斜角度为大约45°，并在光反射面10a上形成光反射膜11(参看图5)。例如，使用电介质多层膜、气相淀积金属膜等作为光反射膜11。从半导体激光器7中发射的激光束在光反射面10a处反射，并且其光学路径转弯90°。
光透射面10b近似垂直于从半导体激光器7中发射的激光束的光轴X(参看图5)而形成。尽管在光透射面10b上不必进行涂布以便确保透射，但可以进行非反射(non-reflection)涂布以防止反射。从半导体激光器7中发射的一部分激光束透过光透射面10b，透过光透射面10b的激光束是在物镜100的孔径区外部的激光束。
如上所述，以与从半导体激光器7中发射的激光束的光轴X不同的角度来形成棱镜10的光反射面10a和光透射面10b。因此，光反射膜11可以很容易地仅形成在光反射面10a上，使得可以提高用于棱镜10的制造工艺的工作性能。
信号检测感光器12设置在半导体衬底5上。例如，把信号检测感光器12设置在底架6和棱镜10的侧面位置处。
半导体衬底5和监控感光器8的表面涂布有由例如二氧化硅制成的涂层。
元件安装块(element mount block)13安装在外壳14的上壁4a上。例如，元件安装块13由透明树脂材料制成，光栅14设置在中心区域中的元件安装块的底面上，四分之一波长片(quarter wavelength plate)15设置在中心区域中的其顶面上。
全息图(hologram)16设置在元件安装块13的四分之一波长片15下面，在与四分之一波长片15间隔一预定距离的位置处。全息图16是具有改变激光束的光学路径的光学路径改变功能和分离激光束的光分离功能的元件。
在如上述构造的集成半导体装置1中，当从半导体激光器7中发射激光束时，所发射的激光束被棱镜10的光反射面10a反射，并且其光学路径改变90°(参考图1)。改变了其光学路径的激光束透过外壳4的透射孔4b，通过光栅14、全息图16和四分之一波长片15向物镜100传播，并通过物镜100会聚于在圆盘形记录介质200上所形成的记录轨迹上。会聚于圆盘形记录介质200上的记录轨迹的激光束在记录面处被反射，并成为通过物镜100和四分之一波长片15进入全息图16的返回光。进入全息图16的激光束的光学路径被改变从而进入信号检测感光器12。例如，在再现期间，对记录在圆盘形记录介质200内的信息信号的进行读取。
当按上述方式从半导体激光器7中发射激光束时，一部分激光束透过棱镜10的光透射面10b，并进入监控感光器8。入射到监控感光器8上的激光束的光量被测量，并根据所检测的光量，控制半导体激光器7的输出，使得从半导体激光器中发射的激光束的光量成为恒定值。
如上所述，在集成半导体装置1中，监控感光器8设置在半导体衬底5的设置了棱镜10的区域中，并用棱镜10覆盖监控感光器8。因此，监控感光器8不暴露于空气中，且棱镜10和粘合剂9可以由具有与设置在监控感光器8上的涂层近似相同的反射率的材料制成。很难产生由监控感光器8上的涂层的变化引起的感光度的变化，并且由于感光度可以稳定，所以可以提高控制从半导体层7中发射的激光束的输出的可靠性。
由于监控感光器8设置在半导体衬底5的设置了棱镜10的区域中，所以可以相互靠近地设置半导体激光器7和棱镜10，并且集成半导体装置可以变得紧凑。
此外，由于杂散光很难从外部照射到棱镜10的内部，可以防止监控感光器8的检测操作受到杂散光的不利影响。
而且，由于信号检测感光器12设置在半导体衬底5的设置了棱镜10的区域的外部，在圆盘形记录介质200的记录面处反射的激光束不会照射到棱镜10的内部，监控激光束将不会与在圆盘形记录介质200的记录面处反射的激光束干涉，并且将不会有害影响用于信息信号的检测操作和用于半导体激光器7的输出的控制操作。
此外，监控激光束是在物镜100的孔径范围以外的激光束，可以提高对光学系统的耦合效率。
在上述说明中，作为棱镜的一个例子，介绍了棱镜10，其中以与从半导体激光器7中发射的激光束的光轴X不同的角度来形成棱镜10的光反射面10a和光透射面10b。替代地，可以用棱镜10A代替棱镜10，棱镜10A的光反射面10c和光透射面10d形成在相对从半导体激光器7中发射的激光束的光轴X具有大约45°角的同一平面上。
通过利用棱镜10A，可以靠近半导体激光器7来设置监控感光器8，使得能进一步提高监控感光器8的感光度。
可以在除上述棱镜10和棱镜10A的光反射面10a和10c以及光透射面10b和10d以外的一部分或整个表面上，形成杂散光反射膜或杂散光吸收膜。例如，可以利用电介质多层膜、金属气相淀积膜等作为杂散光反射膜，可以利用氧化铬膜作为杂散光吸收膜。
通过在除光反射面10a和10c以及光透射面10b和10d以外的一部分或整个表面上形成杂散光反射膜或杂散光吸收膜，能够可靠地防止杂散光入射在棱镜10和棱镜10A内部，并避免杂散光对监控感光器8的检测操作的不利影响。
上述实施例的每个元件的形状和结构仅仅是用于本发明实践中的说明性例子，而本发明的技术范围不应该由这些形状和结构限制性地解释。
工业实用性
如从上述说明书从显而易见，本发明的集成半导体装置具有半导体衬底和包括设置在半导体衬底上的半导体激光器的每个预定的光学元件，其中使从半导体激光器中发射的激光束通过物镜会聚在圆盘形记录介质的记录面上，并且其特征在于包括：粘附到半导体衬底上并具有光反射面和光透射面的棱镜，光反射面形成有用于反射从半导体激光器中发射的激光束的光反射膜，光透射面用于透射在物镜的孔径范围以外的从半导体激光器中发射的激光束；监控感光器，设置在半导体衬底的设置了棱镜的区域中并接收通过棱镜的光透射面所透射的激光束；以及信号检测感光器，设置在半导体衬底的设置了棱镜的区域的外部，用于接收在棱镜的光反射面处所反射并通过物镜会聚在圆盘形记录介质的记录面上的激光束作为返回光。
因此，由于监控感光器覆盖有棱镜，所以监控感光器将不会暴露于空气中，且棱镜和用于将棱镜附着到半导体衬底上的粘合剂可以由具有与设置在监控感光器上的涂层近似相同的反射率的材料构成。很难产生由监控感光器上的涂层的变化引起的感光度的变化，并且由于可以稳定感光度，所以可以提高控制半导体层中发射的激光束的输出的可靠性。
由于监控感光器被设置在半导体衬底的设置了棱镜的区域中，所以可以相互靠近地设置半导体激光器和棱镜，并且集成半导体装置可以变得紧凑。
此外，由于杂散光很难从外部照射到棱镜的内部，监控感光器的检测操作可以防止受到杂散光的不利影响。
而且，由于信号检测感光器被设置在半导体衬底的设置了棱镜的区域外部，在圆盘形记录介质的记录面处被反射的激光束不会照射到棱镜的内部，监控激光束将不会与在圆盘形记录介质的记录面处被反射的激光束发生干涉，并且将不会有害影响信息信号检测操作和用于半导体激光器的输出的控制操作。
此外，监控激光束是在物镜的孔径范围以外的激光束，可以提高对光学系统的耦合效率。
在权利要求2中所述的本发明中，棱镜的光透射面近似垂直于从半导体激光器中发射的激光束的光轴而形成，并且以相对于从半导体激光器中发射的激光束的光轴的大约45°角形成棱镜的光反射面。因此，反射膜可以很容易地仅形成在光反射面上，使得能够提高用于棱镜的制造工艺的工作性能。
在权利要求3中所述的本发明中，棱镜的光反射面和光透射面形成在相对于从半导体激光器7中发射的激光束的光轴X具有大约45°角的同一平面上。因此，可以靠近半导体激光器设置监控感光器，使得能进一步提高监控感光器的感光度。
在权利要求4和5中所述的本发明中，在除棱镜的光反射面和光透射面以外的一部分或整个表面上形成杂散光反射膜或杂散光吸收膜。因此，能够可靠地防止杂散光入射在棱镜内部，并避免杂散光对监控感光器的检测操作的不利影响。

Claims (9)

1、一种集成半导体装置，具有半导体衬底和包括半导体激光器的每个预定光学元件，所述半导体激光器设置在所述半导体衬底上，并且从所述半导体激光器发射的激光束通过物镜会聚在圆盘形记录介质的记录面上，其特征在于包括：
粘附到所述半导体衬底上并具有光反射面和光透射面的棱镜，所述光反射面形成有用于反射从所述半导体激光器发射的激光束的光反射膜，所述光透射面用于透射从所述半导体激光器发射的在所述物镜的孔径范围以外的激光束；
监控感光器，设置在所述半导体衬底的设置有所述棱镜的区域内，并接收通过所述棱镜的所述光透射面透射的所述激光束；以及
信号检测感光器，设置在所述半导体衬底的设置有所述棱镜的区域的外部，用于接收在所述棱镜的所述光反射面处反射并通过所述物镜会聚在所述圆盘形记录介质的所述记录面上的激光束作为返回光。
2、根据权利要求1的集成半导体装置，其特征在于：
所述棱镜的所述光透射面形成为近似垂直于从所述半导体激光器发射的激光束的光轴；以及
所述棱镜的所述光反射面以相对于从所述半导体激光器发射的所述激光束的所述光轴的大约45°角形成。
3、根据权利要求1的集成半导体装置，其特征在于：
所述棱镜的所述光反射面和所述光透射面形成在相对于从所述半导体激光器发射的激光束的光轴具有大约45°角的同一平面上。
4、根据权利要求1的集成半导体装置，其特征在于：
杂散光反射膜或杂散光吸收膜形成在除所述棱镜的所述光反射面和所述光透射面以外的至少一部分表面上。
5、根据权利要求3的集成半导体装置，其特征在于：
杂散光反射膜或杂散光吸收膜形成在除所述棱镜的所述光反射面和所述光透射面以外的至少一部分表面上。
6、根据权利要求4的集成半导体装置，其特征在于：
所述光反射膜是电介质多层膜或气相淀积的金属膜。
7、根据权利要求5的集成半导体装置，其特征在于：
所述光反射膜是电介质多层膜或气相淀积的金属膜。
8、根据权利要求4的集成半导体装置，其特征在于：
所述杂散光吸收膜是氧化铬膜。
9、根据权利要求5的集成半导体装置，其特征在于：
所述杂散光吸收膜是氧化铬膜。
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