JP2006049767A - 半導体レーザ装置及び光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、ノイズ等が抑えられた高性能の半導体レーザ装置を比較的低い製造コストで、提供することを目的とする。
【解決手段】 段差を設けたサブマウント体２０ａの上に、複数の半導体レーザチップ２１ａ、２１ｂを搭載することにより、発光点２６，２７を結ぶ直線とベース面とに角度θをもたせ、ビープスポットを斜めにして光ディスクのピット列に照射可能な構造とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体レーザ装置及び光ピックアップ装置に関する。

近年、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）とＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ）の両方を読み取り、かつ、書き込むことが可能な光ピックアップ装置が用いられ、また、そのピックアップ用光源として、６５０ｎｍ帯と７８０ｎｍ帯の２つの異なる波長を単一のレーザから出力する２波長半導体レーザ装置が普及しつつある。

読み取り専用のＤＶＤプレーヤやＣＤプレーヤでは、同一基板上に、異なる２波長を出すことが可能となるように結晶成長させた、モノリシック構造の２波長半導体レーザ装置を有する光ピックアップ装置が用いられる。

一方、書き込み可能な光ピックアップ装置では、ＤＶＤの場合は８０ｍW以上、ＣＤの場合は１６０ｍW以上の高出力半導体レーザ装置が必要である。高出力半導体レーザ装置は、読み取り専用の半導体レーザ装置と比べ、半導体基板上への薄膜成長プロセスが複雑である。

特にモノリシック構造でＤＶＤ、ＣＤとも高出力にすることは、発光効率を上げるために必要な高反射膜の設計が困難であることも加わり、低コストで量産することが難しい。そこで、一方の波長帯だけが高出力で他方は低出力のモノリシック構造、或いは異なる波長帯をそれぞれ別々の半導体レーザ素子によって構成し、同一パッケージにマウントするハイブリッド構造の２波長半導体レーザ装置が使われている。

光ピックアップ装置では、半導体レーザの射出ビームの垂直方向への広がりを対物レンズによって絞り込む。これによって対物レンズから出たビームスポットはＤＶＤ或いはＣＤのピット列に対し垂直な方向に絞りこむ形状となる。この場合、ＤＶＤ用のビームスポットとＣＤ用のビームスポットを対物レンズのトラッキング方向と平行方向に並置する必要がある。

しかし、上述のように、書き込み用には高出力半導体レーザを用いる。そこで、ＤＶＤ或いはＣＤのピット列に対し書き込み用のレーザ照射を行っている際に、隣接するピット列からの反射によりサーボ信号にノイズが載り、その性能が落ちるという問題がある。従って、それを避けるため、ピット列に対してビームスポットを３０°乃至６０°程度斜めに絞り込む方法が取られている。

その一例として、モノリシック構造の２波長半導体レーザ装置を有する光ピックアップ装置において、それぞれの半導体レーザ素子の発光点が、サブマウント体から異なる距離になるような半導体レーザチップの構造が示されている（例えば、特許文献１参照。）。

しかし、先に述べたように、レーザを形成する半導体基板上への薄膜成長プロセスがこれまで以上に複雑化し、また、製造コストも高くなるという問題があった。
特開２００１−２３６６７１号公報（第７ページ、第４図）

本発明は、ノイズ等が抑えられた高性能の半導体レーザ装置を比較的低い製造コストで、提供する。

本発明の第１の態様は、互いに異なる波長の光を発光する複数の半導体レーザチップと、前記半導体レーザチップが相互に離れて搭載されたサブマウント体を有する半導体レーザ装置であって、前記半導体レーザチップの発光点が、前記サブマウント体のベース面から前記半導体レーザチップが搭載された方向に向けて、それぞれ異なる距離にあるように、前記サブマウント体が段差を有することを特徴とする。

また、本発明の第２の態様は、光ピックアップ装置として、互いに異なる波長の光を発光する複数の半導体レーザチップと、前記半導体レーザチップが相互に離れて搭載されたサブマウント体を有し、前記半導体レーザチップの発光点が、前記サブマウント体のベース面から前記半導体レーザチップが搭載された方向に向けて、それぞれ異なる距離にあるように、前記サブマウント体が段差を有する半導体レーザ装置を含んだことを特徴とする。

本発明によれば、段差を設けたサブマウント体の上に、複数の半導体レーザチップを搭載することにより、ノイズ等が抑えられた高性能の半導体レーザ装置を比較的低い製造コストで、提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

本発明の第１の実施例を図１乃至図３に基づいて詳細に説明する。図１（ａ）に、本実施例における光ピックアップ装置の光学系を示す。光ピックアップ装置は、例えば波長が異なる２種類のレーザビームを発する半導体レーザ装置１１を有する。

光ピックアップ装置光学系１０においては、半導体レーザ装置１１から発せられたレーザビームは、グレーティング（図示せず）を介してビームスプリッタの役割を果たすハーフミラー１２に到達する。なお、グレーティングはレーザビームを複数の光束（０次光、±１次光）に分離させるために備えられている。０次光は読取信号検出用と共にフォーカスサーボ用であり、±１次光はトラッキングサーボ用である。

ハーフミラー１２はレーザビームの入射に対してほぼ９０度の角度で反射する。この反射レーザビームの方向は記録媒体である光ディスク３０へ向かう方向であり、ハーフミラー１３と光ディスク３０との間には、コリメータレンズ１５、立ち上げミラー１６及び対物レンズ１７とが配置される。

コリメータレンズ１５はハーフミラー１２からのレーザビームを平行光にして対物レンズ１７へ送る。この時、レーザビームの方向を変えるため、立ち上げミラー１６を光路に挿入しておく。対物レンズ１７は、例えば２焦点レンズであり、平行光のレーザビームを光ディスク３０の記録面に収束させる。光ディスク３０の記録面で反射したレーザビームは対物レンズ１７、そしてコリメータレンズ１５で平行レーザビームにされた後、ハーフミラー１２を直行するように通過する。ハーフミラー１２を通過する光軸方向には、例えば凸レンズ１３と光検出器１４と配置されている。凸レンズ１３は非点収差を作り出すための非点収差発生の機能を有するシリンドリカルレンズであっても良い。

なお、光ディスク３０として、例えばＤＶＤを用いた場合は、半導体レーザ装置１１から波長６５０ｎｍ帯の第１レーザビームを発光させる。一方、光ディスク３０としてＣＤを用いた場合は、半導体レーザ装置１１から波長７８０ｎｍ帯の第２レーザビームを発光させる。

図１（ｂ）にパッケージされた半導体レーザ装置１１の断面の模式図を示す。レーザ光２４を発光する半導体チップ２１は、窒化アルミニウム或いはシリコンを材料とするサブマウント体２０上に搭載され、例えば金と錫との合金半田（図示せず）によって固定されている。更に、サブマウント体２０は、放熱を容易にするため、金属であるヒートシンク１９に接着されている。ヒートシンク１９はリードピン２５を有するステム１８にロウ付け或いは一体化して配置され、半導体レーザチップ２１はリードピン２５を通して外部と電気的に接続する。ステム１８はメタルキャップ２２で覆われ、レーザ光が外部に放出される部分には、ウィンドガラス２３がはめ込まれている。

図２（ａ）に半導体レーザチップの断面の模式図を示す。半導体レーザチップとして、異なる波長を発光する２つの半導体レーザチップ２１ａ、２１ｂがサブマウント体２０ａの上に搭載されている。例えば、第１の半導体レーザチップ２１ａはＤＶＤ用の６５０ｎｍ帯の発光素子であり、第２の半導体レーザチップ２１ｂはＣＤ用の７８０ｎｍ帯の発光素子である。

即ち、半導体レーザチップ２１ａはＮ型ＧａＡｓ基板の一方の主面に、例えばＮ型ＡｌＧａｌｎＰクラッド層、歪量子井戸活性層、Ｐ型ＡｌＧａｌｎＰクラッド層、Ｐ型ＧａＡｓ層等を形成したものである。

一方、半導体レーザチップ２１ｂはＮ型ＧａＡｓ基板の一方の主面に、例えばｎ型ＡｌＧａｌｎＰクラッド層、バルク又は歪量子井戸活性層、Ｐ型ＡｌＧａｌｎＰクラッド層、Ｐ型ＧａＡｓ層等を形成したものである。

第１の半導体レーザチップ２１ａと第２の半導体レーザチップ２１ｂは同時に発光することはない。レーザ駆動部（図示せず）からの制御信号に応じて選択的に発光する。

第１の半導体レーザチップ２１ａは第１の発光点２６を有し、第２の半導体レーザチップ２１ｂは第２の発光点２７を有する。第１の発光点２６の中心と第２の発光点２７の中心を通る直線と、サブマウント体２０ａのベース面２０ｂとに角度θを付けることにより、後述する光ディスクにおける隣接するビット列からの反射によるノイズを少なくする効果が得られる。

本実施例では、サブマウント体２０ａに段差２０ｃを付けることによって角度θを得る。サブマウント体２０ａは、窒化アルミニウム或いはシリコンを材料とするため、比較的容易に加工することが可能である。第１の発光点２６と第２の発光点２７との間隔は、例えば１００μｍ程度であり、角度θを例えば３０乃至６０度程度にすると、段差２０ｃは６０乃至１４０μｍ程度になる。

図２（ａ）に示した第１の発光点２６の中心と第２の発光点２７の中心を通る直線が、例えば光ディスクのトラッキング方向と平行になるように回転した場合における、半導体レーザチップの断面の模式図を図２（ｂ）に示す。光ピックアップ装置（図示せず）に、図２（ｂ）に示したように、第１の発光点２６と第２の発光点２７が平行になるように半導体レーザ装置を配置することにより、トラッキング方向から一方のレーザビームがずれることを防止する。

図３に本発明による半導体レーザ装置の第１の実施例及び従来例におけるレーザビームスポットと光ディスクにおけるトラッキング方向との関係を模式図で示す。図２（ｂ）に示した半導体レーザ装置の配置の場合、図３（ａ）に示すようなレーザビームスポットと光ディスクにおけるトラッキング方向との関係になる。例えば、第１のビームスポット４１がＤＶＤ用であり、第２のビームスポット４２がＣＤ用である。この場合、両者の位置関係が、トラッキング方向と平行になり、ずれは生じない。また、第１のビームスポット４１の端部と隣接ビットとの距離Ｌ１は、ビームがビットの流れに対して斜めになっている分だけ、より離れる。従って、隣接するビット列からの反射によるノイズが少なくなり、光ピックアップ装置の特性劣化は生じない。このような効果から、図２（ａ）に示した角度θは３０乃至６０度が適切である。

一方、図３（ｂ）に示すように、図２（ａ）に示した半導体レーザ装置の配置の場合、第１のビームスポット４１ａと第２のビームスポット４２ａの位置関係が、トラッキング方向と平行にならず、光ピックアップ装置の特性劣化が生ずる可能性がある。

更に、図３（ｃ）に示すように、従来例では、第１のビームスポット４１ｂと第２のビームスポット４２ｂの位置関係が、トラッキング方向と平行になりずれは生じない。しかし、この場合、第１のビームスポット４１ｂの端部と隣接ビットとの距離Ｌ２は、ビームがビットの流れに対して垂直になっているため、より近接する。従って、隣接するビット列からの反射によるノイズが多くなり、光ピックアップ装置の特性劣化が生ずる可能性がある。

以上、述べたように、二つの異なる波長の光を発光する半導体レーザ装置において、サブマウント体に段差を付けることにより、二つの発光点を結ぶ直線とサブマウント体のベース面に角度を持たせる。これにより、光ディスクにおける隣接するビット列からの反射によるノイズが少なくなり、特性の良好な光ピックアップ装置が得られる。

本発明の第２の実施例を図４に基づいて詳細に説明する。本実施例はサブマウント体に段差を設けた２波長の半導体レーザ装置であり、基本構造は第１の実施例と同様である。異なる点は、半導体レーザチップとして、一方は高精細ＤＶＤ用の４００ｎｍ帯の半導体レーザ素子、もう一方は６５０ｎｍ帯或いは７８０ｎｍ帯の半導体レーザ素子を用いたものである。

本実施例における光ピックアップ装置の光学系、及びパッケージされた半導体レーザ装置は、第１の実施例で示した図１の光学系及び半導体レーザ装置と基本的に同じ構造であり、ここでは説明は省略する。

図４（ａ）に本実施例における半導体レーザチップの断面の模式図を示す。半導体レーザチップとして、異なる波長を発光する２つの半導体レーザチップ５１、５２がサブマウント体５０の上に搭載されている。例えば、第１の半導体レーザチップ５１は高精細ＤＶＤ用の４００ｎｍ帯の半導体レーザ素子であり、第２の半導体レーザチップ５２はＣＤ用の７８０ｎｍ帯の半導体レーザ素子である。

即ち、半導体レーザチップ５１はＮ型ＧａＮ基板の一方の主面に、例えばＮ型ＡｌＧａＮクラッド層、歪量子井戸活性層、Ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、Ｐ型ＧａＮ層等を形成したものである。

一方、半導体レーザチップ２１ｂはＮ型ＧａＡｓ基板の一方の主面に、例えばｎ型ＡｌＧａｌｎＰクラッド層、歪量子井戸活性層、Ｐ型ＡｌＧａｌｎＰクラッド層、Ｐ型ＧａＡｓ層等を形成したものである。

第１の半導体レーザチップ５１と第２の半導体レーザチップ５２は同時に発光することはない。レーザ駆動部（図示せず）からの制御信号に応じて選択的に発光する。

第１の半導体レーザチップ５１は第１の発光点５３を有し、第２の半導体レーザチップ５２は第２の発光点５４を有する。第１の発光点５３の中心と第２の発光点５４の中心を通る直線と、サブマウント体５０のベース面５０ａとに角度θを付けることにより、後述する光ディスクにおける隣接するビット列からの反射によるノイズを少なくする効果が得られる。

本実施例では、サブマウント体５０に段差５０ｂを付けることによって角度θを得る。サブマウント体５０は窒化アルミニウム或いはシリコンを材料とするため、比較的容易に加工することが可能である。第１の発光点５３と第２の発光点５４との間隔は、例えば１００μｍ程度であり、角度θを例えば３０乃至６０度程度にする場合、第１の半導体レーザチップ５１は第２の半導体レーザチップ５２よりもチップとして厚いため、サブマウント体５０の段差５０ｂを比較的大きくして調整する。

図４（ａ）に示した第１の発光点５３の中心と第２の発光点５４の中心を通る直線が、例えば光ディスクのトラッキング方向と平行になるように回転した場合における、半導体レーザチップの断面の模式図を図４（ｂ）に示す。光ピックアップ装置（図示せず）に、図４（ｂ）に示したように、第１の発光点５３と第２の発光点５４が平行になるように半導体レーザ装置を配置することにより、トラッキング方向から一方のレーザビームがずれることを防止する。具体的なレーザビームスポットと光ディスクにおけるトラッキング方向との関係は実施例の図３（ａ）と同様であり、ここでは説明を省略する。

以上、述べたように、二つの異なる波長の光を発光する半導体レーザ装置において、サブマウント体に段差を付けることにより、二つの発光点を結ぶ直線とサブマウント体のベース面に角度を持たせる。これにより、光ディスクにおける隣接するビット列からの反射によるノイズが少なくなり、特性の良好な光ピックアップ装置が得られる。

また、半導体レーザチップの厚さが異なる場合においても、サブマウント体の段差を調整することによって、比較的容易に上記の角度を持たせることが出来る。

本発明の第３の実施例を図５に基づいて詳細に説明する。本実施例はサブマウント体に段差を設けた複数の波長を発光する半導体レーザ装置であり、半導体レーザチップとして２個のチップを設置する点で、基本構造は第１の実施例と同様である。異なる点は、第１の実施例が２波長の半導体レーザ装置であるのに対し、本実施例は３波長の半導体レーザ装置であることである。本実施例は２個の半導体レーザチップのうち、一方は高精細ＤＶＤ用の４００ｎｍ帯の半導体レーザ素子を搭載し、もう一方は６５０ｎｍ帯の半導体レーザ素子及び７８０ｎｍ帯の半導体レーザ素子を搭載したものである。

本実施例における光ピックアップ装置の光学系、及びパッケージされた半導体レーザ装置は、第１の実施例で示した図１の光学系及び半導体レーザ装置と基本的に同じ構造であり、ここでは説明は省略する。

図５（ａ）に本実施例における半導体レーザチップの断面の模式図を示す。半導体レーザチップとして、異なる波長を発光する２つの半導体レーザチップ６１、６２がサブマウント体６０の上に搭載されている。例えば、第１の半導体レーザチップ６１は高精細ＤＶＤ用の４００ｎｍ帯の半導体レーザ素子であり、他方、第２の半導体レーザチップ６２にはＤＶＤ用の６５０ｎｍ帯及びＣＤ用の７８０ｎｍ帯の２種類の半導体レーザ素子が形成されている。

即ち、半導体レーザチップ６１はＮ型ＧａＮ基板の一方の主面に、例えばＮ型ＡｌＧａＮクラッド層、歪量子井戸活性層、Ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、Ｐ型ＧａＮ層等を形成したものである。

一方、半導体レーザチップ６２には、Ｎ型ＧａＡｓ基板の一方の主面に、例えばＮ型ＡｌＧａｌｎＰクラッド層、歪量子井戸活性層、Ｐ型ＡｌＧａｌｎＰクラッド層、Ｐ型ＧａＡｓ層等を形成している６５０ｎｍ帯の半導体レーザ素子と、例えばｎ型ＡｌＧａｌｎＰクラッド層、バルク又は歪量子井戸活性層、Ｐ型ＡｌＧａｌｎＰクラッド層、Ｐ型ＧａＡｓ層等を形成している７８０ｎｍ帯の半導体レーザ素子とが存在する。

第１の半導体レーザチップ６１の半導体レーザ素子と、第２の半導体レーザチップ６２の２個の半導体レーザ素子は、それぞれ同時に発光することはない。レーザ駆動部（図示せず）からの制御信号に応じて選択的に発光する。

第１の半導体レーザチップ６１は第１の発光点６３を有し、第２の半導体レーザチップ６２は第２の発光点６４及び第３の発光点６５を有する。第１の発光点６３の中心、第２の発光点６４の中心、及び第３の発光点６５の中心を通る直線と、サブマウント体６０のベース面６０ａとに角度θを付けることにより、後述する光ディスクにおける隣接するビット列からの反射によるノイズを少なくする効果が得られる。

本実施例では、第１の実施例及び第２の実施例と同様、サブマウント体６０に段差６０ｂを付けることによって角度θを得る。サブマウント体６０は窒化アルミニウム或いはシリコンを材料とするため、比較的容易に加工することが可能である。第１の発光点６３と第３の発光点６５との間隔は、例えば１００μｍ程度であり、角度θを例えば３０乃至６０度程度にする場合、第１の半導体レーザチップ６１は第２の半導体レーザチップ６２よりもチップとして厚いため、サブマウント体６０の段差を比較的大きくして調整する。

図５（ａ）に示した第１の発光点６３の中心、第２の発光点６４の中心、及び第３の発光点６５の中心を通る直線が、例えば光ディスクのトラッキング方向と平行になるように回転した場合における、半導体レーザチップの断面の模式図を図５（ｂ）に示す。光ピックアップ装置（図示せず）に、図５（ｂ）に示したように、第１の発光点６３の中心、第２の発光点６４の中心、及び第３の発光点６５が平行になるように半導体レーザ装置を配置することにより、トラッキング方向から一方のレーザビームがずれることを防止する。具体的なレーザビームスポットと光ディスクにおけるトラッキング方向との関係は実施例の図３（ａ）と同様であり、ここでは説明を省略する。

以上、述べたように、三つの異なる波長を発光する半導体レーザ装置において、サブマウント体に段差を付けることにより、三つの発光点を結ぶ直線とサブマウント体のベース面に角度を持たせる。このため、光ディスクにおける隣接するビット列からの反射によるノイズが少なくなり、特性の良好な光ピックアップ装置が得られる。

また、半導体レーザチップの厚さが異なる場合においても、サブマウント体の段差を調整することによって、比較的容易に上記の角度を持たせることが出来る。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

発光点として、２点及び３点について実施例を示したが、発光点が４点以上あっても良いことは勿論である。また、半導体レーザチップとしてそれぞれ１個の半導体レーザ素子を有するものを集積して、発光点が複数のハイブリッド型半導体レーザ装置を構成しても良い。

光ピックアップ装置の構成として、実施例以外に、種々の異なるレンズを組み合わせた光学系を用いても良い。

また、半導体レーザ素子の構成、材料等は波長帯に合わせて、適切なものを選択すれば良い。

また、本発明は、以下の付記に記載されるような構成が考えられる。

付記１として、発光点が少なくとも３点あることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置を有する請求項５に記載の光ピックアップ装置。

付記２として、少なくとも３点ある発光点において、少なくとも１点は単一の半導体レーザチップで構成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ装置を有する請求項５に記載の光ピックアップ装置。

付記３として、発光点を結ぶ線とサブマウント体のベース面と平行の面との角度が３０度乃至６０度であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置を有する光ピックアップ装置。

本発明による半導体レーザ装置の第１の実施例における（ａ）光ピックアップ装置の光学系の模式図及び（ｂ）半導体レーザ装置の断面の模式図。 本発明による半導体レーザ装置の第１の実施例における半導体レーザチップの断面の模式図。 本発明による半導体レーザ装置の第１の実施例及び従来例におけるレーザビームスポットとトラッキング方向との関係を示す模式図。 本発明による半導体レーザ装置の第２の実施例における半導体レーザチップの断面の模式図。 本発明による半導体レーザ装置の第３の実施例における半導体レーザチップの断面の模式図。

符号の説明

１０ 光ピックアップ装置光学系
１１ 半導体レーザ装置
１２ ハーフミラー
１３ 凸レンズ
１４ 光検出器
１５ コリメータレンズ
１６ 立ち上げミラー
１７ 対物レンズ
１８ ステム
１９ ヒートシンク
２０、２０ａ、５０、６０ サブマウント体
２０ｂ、５０ａ、６０ａ ベース面
２０ｃ、５０ｂ、６０ｂ 段差
２１ 半導体レーザチップ
２１ａ、５１、６１ 第１の半導体レーザチップ
２１ｂ、５２、６２ 第２の半導体レーザチップ
２２ メタルキャップ
２３ ウィンドガラス
２４ レーザ光
２５ リードピン
２６、５３、６３ 第１の発光点
２７、５４、６４ 第２の発光点
３０ 光ディスク（ＣＤ、ＤＶＤ）
４１、４１ａ、４１ｂ 第１のビームスポット
４２、４２ａ、４２ｂ 第２のビームスポット

Claims (5)

1. 互いに異なる波長の光を発光する複数の半導体レーザチップと、前記半導体レーザチップが相互に離れて搭載されたサブマウント体を有する半導体レーザ装置であって、
   前記半導体レーザチップの発光点が、前記サブマウント体のベース面から前記半導体レーザチップが搭載された方向に向けて、それぞれ異なる距離にあるように、前記サブマウント体が段差を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 前記発光点が少なくとも３点あることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
3. 前記少なくとも３点ある発光点において、少なくとも１点は単一の半導体レーザチップで構成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ装置。
4. 前記発光点を結ぶ線と前記サブマウント体のベース面と平行の面との角度が３０度乃至６０度であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
5. 互いに異なる波長の光を発光する複数の半導体レーザチップと、
   前記半導体レーザチップが相互に離れて搭載されたサブマウント体を有し、
   前記半導体レーザチップの発光点が、前記サブマウント体のベース面から前記半導体レーザチップが搭載された方向に向けて、それぞれ異なる距離にあるように、前記サブマウント体が段差を有する半導体レーザ装置を含んだことを特徴とする光ピックアップ装置。

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