JP2001298238A

JP2001298238A - 光集積ユニット及び光ピックアップ装置

Info

Publication number: JP2001298238A
Application number: JP2000112929A
Authority: JP
Inventors: Naohiro Shimada; 直弘島田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-04-14
Filing date: 2000-04-14
Publication date: 2001-10-26

Abstract

(57)【要約】【課題】設計が容易で性能の向上した光集積ユニット及
び光ピックアップ装置を提供することを目的とする。【解決手段】光集積ユニットは、ステム１３に固定した
ヒートブロック２上にサブマウント４を形成しており、
サブマウント４上にモノリシック型のマルチビーム半導
体レーザ素子５を有している。マルチビーム半導体レー
ザ素子５は波長６５０ｎｍの発光点６及び波長７８０ｎ
ｍの発光点７を有しており、波長６５０ｎｍの発光点６
は外囲器１の外形中心１２と同一軸上になるように位置
決めしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はマルチビーム型半導
体レーザ装置を搭載した光集積ユニット及び光ピックア
ップ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔ
ｉｌｅＤｉｓｋ）及びＣＤ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓ
ｋ）の両ディスクに対応する従来のピックアップ装置
は、波長６５０ｎｍのＤＶＤ用途半導体レーザを有する
光集積ユニットと波長７８０ｎｍのＣＤ用途半導体レー
ザを有する光集積ユニットの２つを有する。それぞれの
光集積ユニットからの出力光はミラー等を介して光軸調
整を行い光ピックアップ装置から出力する。図６は従来
の２光源光ピックアップ装置１００の構成を示す概念図
である。この構成について説明すると、光源光ピックア
ップ装置１００は波長６５０ｎｍのＤＶＤ用途半導体レ
ーザを有する光集積ユニット１０１、ハーフミラー１０
２、波長７８０ｎｍのＣＤ用途半導体レーザを有する光
集積ユニット１０３、偏光ビームスプリッタ１０４、コ
リメートレンズ１０６、立ち上げミラー１０７、対物レ
ンズ１０８、凸レンズ１１１、フォトダイオード１１２
からなる。光集積ユニット１０１からの出力光はハーフ
ミラー１０２により反射し、光集積ユニット１０３の出
力光は偏光ビームスプリッタ１０４により反射する。上
記反射によりそれぞれの出力光は同一の光軸１０５を有
し、コリメートレンズ１０６に入光する。その後立ち上
げミラー１０７を介して対物レンズ１０８に入光する。
対物レンズからの出力光、すなわちピックアップ装置か
らの出力光において、波長６５０ｎｍのレーザはＤＶＤ
１０９へ集光し、波長７８０ｎｍのレーザはＣＤ１１０
に集光する。ＤＶＤ１０９あるいはＣＤ１１０からの戻
り光はピックアップ装置内部の凸レンズ１１１を介して
フォトダイオード１１２に入光する。

【０００３】従来のピックアップ装置１００は、上記し
たように２つの集積ユニットからの出力光を同一の光軸
にするために偏光ビームスプリッタ１０４やハーフミラ
ー１０２が必要であった。これら部品により小型化、軽
量化には限界があった。また、波長６５０ｎｍレーザ光
及び波長７８０ｎｍレーザ光の光軸調整においては、光
集積ユニット１０１及び光集積ユニット１０３、コリメ
ートレンズ１０６、偏光ビームスプリッタ１０４の位置
を微調整する必要があり、製造に一定の時間を要してい
た。以上の原因が従来のピックアップ装置のコストアッ
プをもたらしていた。ピックアップ装置１００が更に波
長４００ｎｍ帯高精細ＤＶＤ用途の第三の光集積ユニッ
トを有する場合、第三の光集積ユニットに対応する偏光
ビームスプリッタを必要とし、部品点数は更に多くな
り、光軸調整の時間も更に増大してしまう。そこで上記
問題を解決するため、同一基板上に波長６５０ｎｍ及び
波長７８０ｎｍ用の光源をモノリシックに集積したマル
チビーム型半導体レーザ素子を用いて光学系の簡素化が
図られている。図５は二波長を出力可能な光集積ユニッ
トを用いた従来の光ピックアップ装置１２０の概略を示
している。ここで、ピックアップ装置１００と同一の部
品には同一の番号を付している。ピックアップ装置１２
０は波長６５０ｎｍ及び波長７８０ｎｍ用の光源をモノ
リシックに集積したマルチビーム型半導体レーザ素子を
有する光集積ユニット１２１を有する点で従来のピック
アップ装置１００と異なる。光集積ユニット１２１から
２つの波長を出力可能であるため、光集積ユニット１０
３及び偏光ビームスプリッタ１０４は不要となる。光集
積ユニット１２１からの出力光はハーフミラー１０２に
より反射し、コリメートレンズ１０６に入光する。コリ
メートレンズ１０６により平行光となった出力光は立ち
上げミラー１０７により反射して対物レンズ１０８に入
光する。対物レンズ１０８からの出力光、すなわちピッ
クアップ装置１２０からの出力光において、波長６５０
ｎｍのレーザはＤＶＤ１０９へ集光し、波長７８０ｎｍ
のレーザはＣＤ１１０に集光する。ＤＶＤ１０９あるい
はＣＤ１１０からの戻り光はピックアップ装置内部の凸
レンズ１１１を介してフォトダイオード１１２に入光す
る。ピックアップ装置１２０においては、光集積ユニッ
ト１０３及び偏光ビームスプリッタ１０４を不要とする
ため部品点数を削減でき、小型化、軽量化が可能であ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】光集積ユニット１２１
において、マルチビーム型半導体レーザ素子によりレー
ザアレイ端面から波長６５０ｎｍ及び波長７８０ｎｍの
２つの半導体レーザを出力する。それぞれの波長を出力
するレーザアレイの発光点の間隔は１００μｍであるた
め対物レンズ１０８に入光する両レーザの光軸は対物レ
ンズの中心軸から最大１００μｍずれることになる。短
波長の６５０ｎｍ半導体レーザが対物レンズの中心軸か
らずれると、光ディスクへの集光に収差の影響を受けて
しまい、好ましくない。また波長６５０ｎｍの半導体レ
ーザはチップの設計上動作電流やその温度特性において
余裕を持たず広がり角などの設計自由度も少ないため、
マルチビーム型半導体レーザ素子を用いた光集積ユニッ
ト及びピックアップ装置を形成する場合、光学系実装や
設計が困難となる。本願発明は上記問題点を鑑みてなさ
れたものであり、設計が容易で収差の影響を受けること
のない性能の向上した光集積ユニット及び光ピックアッ
プ装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本願発明の光集積ユニッ
トは、基板と、前記基板に形成され、第一のレーザ発振
部と前記第一のレーザ発振部より長波長のレーザを出力
する第二のレーザ発振部とを有する半導体レーザ素子
と、前記半導体レーザ素子に電気的に接続する電圧供給
手段と、前記基板に形成された前記半導体レーザ素子を
覆う外囲器とを具備し、前記第一のレーザ発振部の発光
点が前記外囲器の外形中心に位置していることを特徴と
する。なお、前記半導体レーザ素子はモノリシック型あ
るいはハイブリッド型のチップを用いてもよい。更に前
記半導体レーザ素子は第三の発振部を有してもよい。以
上の構造を有することにより本願発明の光集積ユニット
は収差の影響を受けることなく性能が向上する。本願発
明の光ピックアップ装置は前記光集積ユニットと、前記
光集積ユニットから放出されるレーザ光を集光して光記
録媒体に照射し且つ前記光記録媒体から反射された反射
光を前記光集積ユニットに導く光学系とを具備している
ことを特徴とする。以上の構造を有することにより本願
発明の光ピックアップ装置は内部実装や設計が容易にな
る。また、部品点数の削減及び軽量化が可能となる。

【０００６】

【発明の実施の形態】本願発明の実施の形態について実
施例を用いて説明する。第一の実施例における光集積ユ
ニットについて説明する。図１は第一の実施例における
光集積ユニットの概略を示しており、図２は図１の光集
積ユニットをＡ方向から見た図である。この光集積ユニ
ットはデファクトスタンダードのφ５．６パッケージ内
部に波長６５０ｎｍ及び波長７８０ｎｍの２つのレーザ
を出力するモノリシック型のマルチビーム半導体レーザ
素子を具備している。２つのレーザの発光点間隔は100
μｍであり、位置精度スペックは±８０μｍである。第
一の実施例の光集積ユニットは、波長６５０ｎｍの半導
体レーザアレイの発光点を外囲器１の外形中心に位置決
めしていることを特徴とする。第一の実施例における光
集積ユニットの構造について説明する。ステム１３に固
定したヒートブロック２上にサブマウント４を形成して
おり、サブマウント４上にモノリシック型のマルチビー
ム半導体レーザ素子５を有している。サブマウント４は
マルチビーム半導体レーザ素子５のＰ型電極に接続する
と共に図示しないワイヤーを介してリード３に接続して
いる。マルチビーム半導体レーザ素子５のＮ型電極は別
のリード３に図示しないワイヤーを介して接続してい
る。また、図示しないフォトダイオードはステム１３上
に形成している。マルチビーム半導体レーザ素子５は波
長６５０ｎｍのレーザアレイと波長７８０ｎｍのレーザ
アレイからなる。波長６５０ｎｍのレーザアレイの発光
点６は外囲器１の外形中心１２と同一軸上になるように
位置決めしている。波長７８０ｎｍのレーザアレイの発
光点７は波長６５０ｎｍの発光点の右側あるいは左側に
位置している。

【０００７】ここでマルチビーム半導体レーザ素子５の
断面を図３に示す。発振波長６５０ｎｍの半導体レーザ
アレイ１３及び波長７８０ｎｍの半導体レーザアレイ１
４の構造はともに以下の通りである。半導体基板１５上
にｎ−ＧａＡｓバッファ層１６及び２８、ｎ型Ｉｎ
_０．５（Ｇａ_０．３Ａｌ_０・７）_０．５Ｐ第一クラッド
層１７及び２９、Ｉｎ_０．５（Ｇａ_０．５Ａｌ_０・５）
_０．５Ｐ光ガイド層１８及び３０、多重量子井戸活性層
１９及び３１、Ｉｎ_０．５（Ｇａ_０．５Ａｌ_０・５）
_０．５Ｐ光ガイド層２０及び３２、ｐ型Ｉｎ_０．５（Ｇ
ａ_０．３Ａｌ_０・７） _０．５Ｐ第二クラッド層２１及び
３３、ｐ型Ｉｎ_０．５Ｇａ_０．５Ｐエッチングストップ
層２２及び３４を順次形成している。エッチングストッ
プ層２２及び３４上にストライプ状のｐ型Ｉｎ
_０．５（Ｇａ_０．３Ａｌ_０・７）_０．５Ｐ第三クラッド
層２３及び３５、ｐ型Ｉｎ_０．５Ｇａ_０．５Ｐキャップ
層２４及び３６を有しており、その両側にはｎ−ＧａＡ
ｓ電流阻止層２５及び３７を形成している。キャップ層
２４、３６及び電流阻止層２５、３７上にはｐ型ＧａＡ
ｓコンタクト層２６及び３８、ｐ型電極２７及び３９を
有している。半導体基板１５の半導体層形成面と反対側
の面上にはｎ型電極４０を有している。ここで、波長７
８０ｎｍの半導体レーザアレイ１４においては活性層３
１は、Ｉｎ_０．５Ｇａ_０．５P障壁層と、Ｇａ_０．９Ａ
ｌ_０．１Ａｓ井戸層とのＭＱＷ構造を有する。一方波長
６５０ｎｍの半導体レーザアレイ１３においては活性層
１９はＩｎ_０．５Ｇａ _０．５P井戸層と、Ｉｎ
_０．５（Ｇａ_０．５Ａｌ_０・５）_０．５Ｐ障壁層とのＭ
ＱＷ構造を有する。マルチビーム半導体レーザ素子５に
おいては屈折率ガイドレーザが実現されている。両レー
ザアレイ１３及び１４は分離溝によって電気的に分離さ
れ、ｐ型電極２７及び３９を通して独立に駆動できるよ
うになっている。それぞれの発光点は第３クラッド層２
３及び３５下の活性層付近４１及び４２である。レーザ
の出力光は両波長のレーザとも５ｍＷである。

【０００８】上記マルチビーム半導体レーザ素子５を有
する第一の実施例の光集積ユニットにおいて、波長６５
０ｎｍのレーザアレイの発光点６を外囲器１の外形中心
１２と同一軸上になるよう位置決めすることにより、ピ
ックアップ装置等の光学系に用いる場合に収差の影響を
受けることなく性能のよい光集積ユニットを提供でき
る。また波長６５０ｎｍの半導体レーザ素子はチップの
設計上動作電流やその温度特性において余裕を持たず広
がり角などの設計自由度も少ないが、上記構造とするこ
とでピックアップ装置等の光学系への実装や設計が容易
になる。なお長波長７８０ｎｍの半導体レーザは短波長
の半導体レーザに比べ収差の影響を受けにくいため、そ
の光軸が外形中心軸からずれていてもなんら支障はな
く、設計が容易であり組み立てに際しても調整を行いや
すい。第一の実施例において、外囲器１はφ５．６パッ
ケージに限定されることなく、左右対称なパッケージ形
状であればその外形中心に最短波長のレーザの発光点を
あわせればよい。マルチビーム半導体レーザ素子５の構
造は上記に限定するものではなく、材料も他の材料を用
いることが可能である。また、半導体レーザアレイの2
つの波長も限定上記波長に限定するものではなく、適宜
変更可能である。第一の実施例においては２つの波長を
出力するマルチビーム半導体レーザ素子を用いたが、代
わりに３つの波長を出力するマルチビーム半導体レーザ
素子を用いることも可能である。光出力についてももっ
と高い出力、例えば５０ｍW等として書き込み及び消去
のできる光ディスク用に用いることも可能である。

【０００９】次に第二の実施例における光集積ユニット
について説明する。第二の実施例の光集積ユニットは３
波長出力のモノリシック型マルチビーム半導体レーザ素
子を具備する点で第一の実施例と異なる。第二の実施例
における光集積ユニットの出力方向からの概略を図４に
示す。第一の実施例と同様の部分には同様の符号を付し
ている。なお第二の実施例の光集積ユニットの全体図は
第一の実施例と同様であるため（図１）説明を省略す
る。第二の実施例の光集積ユニットはサブマウント４上
に３波長出力のマルチビーム半導体レーザ素子８を具備
している。このマルチビーム半導体レーザ素子８は３つ
の波長に対し分離独立した半導体レーザアレイからな
り、それぞれ波長４０５ｎｍを出力する第一の発光点
９、波長６５０ｎｍを出力する第二の発光点１０、波長
７８０ｎｍを出力する第三の発光点１１を有している。
それぞれの発光点の間隔は１００μｍであり、位置精度
スペックは±８０μｍである。第二の実施例においては
波長４０５ｎｍの半導体レーザの発光点を外囲器１の外
形中心と同一になるように位置決めしている。従って第
一の実施例と同様に、ピックアップ装置等の光学系に用
いる場合に短波長のレーザは収差の影響を受けることが
ない。これにより性能のよい光集積ユニットが提供でき
る。また上記構造とすることでピックアップ装置等の光
学系への実装や設計が容易になる。なお波長６５０ｎｍ
及び波長７８０ｎｍの半導体レーザは短波長の半導体レ
ーザに比べ収差の影響が小さいこと及び調整を行いやす
いことから、それらの光軸が外形中心軸からずれていて
も支障はない。

【００１０】上記構造の光集積ユニットの光出力はいず
れも５ｍＷである。読み取り専用の高精細ＤＶＤ−ＲＯ
Ｍ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭの兼用ドライブ用の
ピックアップ装置に組み込むことが可能である。第二の
実施例の光集積ユニットにおいて、最短波長の発光点９
が外囲器１の外形中心にあればよく、他の発光点１０及
び１１は左右どちらに位置していてもよい。すなわち、
モノリシック型マルチビーム半導体レーザ素子８の半導
体レーザアレイの構造は適宜変更可能である。また、出
力波長は上記に示すものに限らず、光ディスクシステム
が要求する波長に応じて適宜選択することができる。外
囲器１はφ５．６パッケージに限定されることなく左右
対称の形状であれば適宜変更可能である。光出力につい
てももっと高い出力、例えば５０ｍW等として書き込み
及び消去のできる光ディスク用に用いることも可能であ
る。次に第三の実施例について説明する。第三の実施例
の光集積ユニットはハイブリッド型マルチビーム半導体
レーザを用いる点で第一の実施例及び第二の実施例と異
なる。ハイブリッド型半導体レーザ素子の構造はＮＩＫ
ＫＥＩＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ１９９９．１１．２
９（ｎｏ．７５８）に記載されている。この構造のマル
チビーム半導体レーザ素子は波長６５０ｎｍの半導体レ
ーザ素子及び波長７８０ｎｍの半導体レーザ素子を別々
に形成した後に同一基板上に融着して形成している。こ
の場合の発光点間隔も１００μｍである。光集積ユニッ
トの外形中心にハイブリッド型マルチビーム半導体レー
ザの６５０ｎｍ半導体レーザの発光点を位置合わせする
ことにより、第一の実施例及び第二の実施例と同様の効
果を得ることができる。すなわち、ピックアップ装置等
の光学系に用いる場合に波長６５０ｎｍの半導体レーザ
は収差の影響を受けることがない。従って性能のよい光
集積ユニットを提供できる。また上記構造とすることで
ピックアップ装置等の光学系への実装や設計が容易にな
る。

【００１１】第三の実施例の光集積ユニットにおいて、
最短波長の発光点が外囲器の外形中心にあればよく、他
の発光点は左右どちらに位置していてもよい。また、マ
ルチビーム半導体レーザ素子は三波長を出力する構造を
有していてもよい。この場合も最短波長の発光点が外囲
器の外形中心にあれば、その他の構造は適宜変更可能で
ある。出力波長は上記に示すものに限らず、光ディスク
システムが要求する波長に応じて適宜選択することがで
きる。外囲器１はφ５．６パッケージに限定されること
なく左右対称の形状であれば適宜変更可能である。光出
力についてももっと高い出力、例えば５０ｍW等として
書き込み及び消去のできる光ディスク用に用いることも
可能である。次に第一の実施例乃至第三の実施例におけ
る光集積ユニットを具備した第四の実施例の光ピックア
ップ装置について説明する。第四の実施例における光ピ
ックアップ装置は最短波長の半導体レーザの光軸を中心
軸として出力する光集積ユニットを具備している点で従
来例と異なる。光ピックアップ装置の構造については従
来例と同様である。図５に示すように二波長出力の光ピ
ックアップ装置はハーフミラー１０２、コリメートレン
ズ１０６、立ち上げミラー１０７、対物レンズ１０８、
凸レンズ１１１、フォトダイオード１１２を具備してい
る。そして従来の光集積ユニット１２１の代わりに、第
一の実施例乃至第三の実施例の光集積ユニットを有して
いる。光ピックアップ装置の動作について以下に説明す
る。光集積ユニット１２１からの出力光はハーフミラー
１０２により反射し、コリメートレンズ１０６に入光す
る。コリメートレンズ１０６により平行光となった出力
光は立ち上げミラー１０７により反射して対物レンズ１
０８に入光する。対物レンズ１０８からの出力光はそれ
ぞれの波長に応じてＤＶＤ１０９あるいはＣＤ１１０に
集光する。ＤＶＤ１０９及びＣＤ１１０からの戻り光は
ピックアップ装置内部の凸レンズ１１１を介してフォト
ダイオード１１２に入光する。第四の実施例における光
ピックアップ装置は、波長６５０ｎｍの半導体レーザの
光軸を外囲器１の外形中心軸と同一にした光集積ユニッ
トを具備しており、光集積ユニットからの出力光のう
ち、波長６５０ｎｍの半導体レーザの発光中心は対物レ
ンズ１０８の中心側に入光する。従って該対物レンズ１
０８を介した波長６５０ｎｍのレーザ光は収差の影響を
受けることなくＤＶＤ上の所望の位置へ集光することが
できる。一方波長７８０ｎｍの半導体レーザの発光中心
は対物レンズ１０８の周辺側に入光する。波長７８０ｎ
ｍの半導体レーザは短波長の半導体レーザに比べ収差の
影響を受けにくいため、該対物レンズ１０８を介した
後、ＣＤ上の所望の位置へ集光することができる。

【００１２】第四の実施例における光ピックアップ装置
において、第一の実施例乃至第三の実施例における光集
積ユニットを用いることによりピックアップ装置の光軸
調整が容易になり、実装も容易になる。また、光集積ユ
ニットを２つ有する従来の光ピックアップ装置に比べ、
光集積ユニット一つと偏光ビームスプリッタを不要とす
るため部品点数を削減でき小型化、軽量化が可能とな
る。従って同じ性能を出すためのピックアップ全体のコ
ストを下げることができる。第四の実施例の光集積ユニ
ットにおいて、マルチビーム半導体レーザ素子の構造は
第一の実施例に示したものに限定する必要はなく、材料
も他の材料を用いることができる。また、半導体レーザ
アレイの波長も上記波長に限定するものではなく、適宜
変更可能である。また、外囲器１はφ５．６パッケージ
に限定されることなく、左右対称なパッケージ形状であ
ればその外形中心に最短波長のレーザの発光点をあわせ
ればよい。光ピックアップ装置においては構造の概略は
上記に示したものに限らず、適宜変更可能である。

【００１３】

【発明の効果】本願発明の光集積ユニットにおいて、外
囲器の外形中心に最短波長の半導体レーザ素子の発光点
を位置合わせすることにより、ピックアップ装置等の光
学系に用いる場合に収差の影響を受けることなく性能の
よい光集積ユニットを提供できる。また上記光集積ユニ
ットを具備した光ピックアップ装置においては、内部実
装や設計が容易になる。また、従来の二つの光集積ユニ
ットを具備する光ピックアップ装置に対し部品点数の削
減及び軽量化を可能とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一の実施例における光集積ユニットの側面
図、

【図２】第一の実施例における光集積ユニットの正面
図、

【図３】第一の実施例におけるマルチビーム半導体レー
ザ素子の断面を示す図、

【図４】第二の実施例における光集積ユニットの正面
図、

【図５】従来の光ピックアップ装置の構成を示す概念
図、

【図６】従来の光ピックアップ装置の構成を示す概念
図。

【符号の説明】

１…外囲器２…ヒートブロック３…リード４…サブマウント５…マルチビーム半導体レーザ素子６…６５０ｎｍ発光点７…７８０ｎｍ発光点１３…ステム１２…外囲器の外形中心

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、前記基板に形成され、第一のレー
ザ発振部と前記第一のレーザ発振部より長波長のレーザ
を出力する第二のレーザ発振部とを有する半導体レーザ
素子と、前記半導体レーザ素子に電気的に接続する電圧
供給手段と、前記基板に形成された前記半導体レーザ素
子を覆う外囲器と、を具備し、前記第一のレーザ発振部
の発光点が前記外囲器の外形中心に位置していることを
特徴とする光集積ユニット。
【請求項２】前記半導体レーザ素子はモノリシックチッ
プであることを特徴とする請求項１に記載の光集積ユニ
ット。
【請求項３】前記第一のレーザ発振部と前記第二のレー
ザ発振部は異なる基板上に形成されていることを特徴と
する請求項１に記載の光集積ユニット。
【請求項４】前記半導体レーザ素子は第三の発振部を有
することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか
に記載の光集積ユニット。
【請求項５】請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記
載の光集積ユニットと、前記光集積ユニットから放出されるレーザ光を集光して
光記録媒体に照射し且つ前記光記録媒体から反射された
反射光を前記光集積ユニットに導く光学系と、を具備し
ていることを特徴とする光ピックアップ装置。