JP2006054343A

JP2006054343A - 半導体レーザ装置

Info

Publication number: JP2006054343A
Application number: JP2004235501A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Iwata; 進裕岩田; Toshiaki Takasu; 敏彰高須
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-08-12
Filing date: 2004-08-12
Publication date: 2006-02-23

Abstract

【課題】構成部品の数が少ない半導体レーザ装置を提供する。
【解決手段】略球面状の凹部１３を内部に備えた光学基台５と、凹部１３に嵌り込む、略球面状の凸部１１を有する調整台５と、調整台５に設置された光学パッケージ２とを備え、調整台５は、凸部１１と対向する側に、略平坦な面１２を有し、光学パッケージ２は、内部に半導体レーザ素子を備え、略平坦な面１２上に設置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光情報処理、光計測および光通信等の分野に利用される半導体レーザ装置に関するものである。

従来の半導体レーザ装置が搭載されている光ピックアップ装置について図を用いて説明する。光ピックアップ装置は、光ディスク等の光学メディア（図示略）に対してデジタル情報の記録・再生を行うことを目的としたものである。図５は、光ピックアップ装置の構成を示す模式図である。図５より、光ピックアップ装置９０は、光学素子９１、光学基台１０５および光学パッケージ１０２を備えている。光学素子９１は、例えば、Ｂ／Ｓ（ビームスプリッター）、コリメートレンズおよび立ち上げミラー等である。

光ピックアップ装置９０の動作について説明する。光学基台１０５に搭載された光学パッケージ１０２からレーザ光１１４が出射され、光学素子９１を経由して、光学メディア表面に集光される。レーザ光１１４は、トラバース機構（図示せず）により、光学メディアに対して半径方向への位置決め（粗動）がなされ、電磁駆動によるアクチュエータ（図示せず）により、光学メディアに対して半径方向および鉛直方向への位置決め（微動）がなされる。それにより、光学メディアにおける記録再生対象の所定の位置に、レーザ光１１４を集光させることができる。なお、光ピックアップ装置９０の製造時に、光学パッケージ１０２の設置位置を調整して光軸調整をしておく。

従来の半導体レーザ装置について図を用いて説明する。図６は従来の半導体レーザ装置の構成を示す断面図である。従来の半導体レーザ装置１０１は、光学パッケージ１０２と、光学基台１０５と、アオリホルダー１０３と、スライドホルダー１０４と、放熱グリス１０７と、放熱板１０８と、押さえ調整ばね１０６とを備えている。光学基台１０５、スライドホルダー１０４およびアオリホルダー１０３は、例えば亜鉛合金またはアルミ合金等の熱伝導率の高い金属材料よりなる。

アオリホルダー１０３は、略球面状の凸部１１１を有している。スライドホルダー１０４は平坦面１１２を有しており、平坦面１１２は光学基台１０５の内部の平坦面１１８と接している。また、スライドホルダー１０４は、平坦面１１２に対向する側に、略球面状の凹部１１３を有しており、この凹部１１３に凸部１１１が嵌り込んでいる。

アオリホルダー１０３において、凸部１１１と逆側には光学パッケージ１０２が埋め込まれて接着固定されている。また、押さえ調整バネ１０６は、一端を光学基台１０５に、他端を光学パッケージ１０２に連結固定されている。押さえ調整ばね１０６により、光学基台１０５と光学パッケージ１０２との間には斥力が生じる。そのため、光学パッケージ１０２の中央部分がアオリホルダー１０３へと押さえつけられる。また、アオリホルダー１０３がスライドホルダー１０４に押さえつけられ、スライドホルダー１０４が光学基台１０２に押さえつけられる。それにより、光学パッケージ１０２から出射されるレーザ光１１４の光軸の調整前すなわち各部材が固定される前において、各部材同士のズレおよび各部材の落下が防止される。

アオリホルダー１０３および光学パッケージ１０２には、放熱グリス１０７が塗布されている。放熱板１０８は、放熱グリス１０７と光学基台１０５間を接続していて、光学基台１０５には、ビス等を用いて固定されている。これにより、光学パッケージ１０２内の半導体レーザチップが発する熱は、光学基台１０５へ放熱される。放熱板１０８は、押さえ調整ばね１０６と干渉しない構造としなければいけない。なお、放熱グリス１０７の塗布および放熱板１０８の設置は、以下に説明する光軸調整の後である。

このような構成の半導体レーザ装置１０１において、光学パッケージ１０２から出射されるレーザ光１１４の光軸調整の方法について説明する。

光学パッケージ１０２の内部には、半導体レーザチップ（図示せず）が搭載されていて、レーザ光１１４を出射する。そのレーザ光１１４は、光学パッケージ１０２においてアオリホルダー１０３の凸部１１１側から出射される。アオリホルダー１０３には、レーザ光１１４の光路である貫通孔１１５が形成されている。同様に、スライドホルダー１０４および光学基台１０５にも、レーザ光１１４の光路である貫通孔１１６および１１７が形成されている。

アオリホルダー１０３の凸部１１１が、スライドホルダー１０４の凹部１１３に嵌り込んでいる。そのため、凸部１１１を凹部１１３に対して滑らせて、アオリホルダー１０３を、図６中のＺ軸およびＸ軸方向を中心にして回転させることができる。それにより、光学パッケージ１０２も回転するので、レーザ光１１４の光軸の方向を変化させることができる。

また、光学基台１０５およびスライドホルダー１０４は、それぞれ平坦面１１８および１１２で接触している。そのため、スライドホルダー１０４を光学基台１０５に対して滑らせて、ＺＸ面に平行な方向に運動させることができる。それにより、レーザ光１１４の光軸の位置を変化させることができる。

半導体レーザ装置１０１は、上述の方法により、光軸調整を行い、所望の位置にレーザ光１１４が到達するようにしてから、光学基台１０５およびスライドホルダー１０４と、スライドホルダー１０４およびアオリホルダー１０３とを固定する。例えば、光学基台１０５およびスライドホルダー１０４間と、スライドホルダー１０４およびアオリホルダー１０３間とに接着剤を充填すればよい。また、上述のように、光軸調整終了後には、放熱グリス１０７の塗布および放熱板１０８の設置を行う。

次に、従来の光学パッケージの構成について説明する。図７は従来の光学パッケージの構成を示す模式図である。図７（ａ）は平面図であり、図７（ｂ）は底面図であり、図７（ｃ）は図７（ａ）の７Ｃ−７Ｃ矢視断面図である。図７（ａ）〜図７（ｃ）より、光学パッケージ１０２は、外部リード１２１、枠体１２２、信号処理回路１２３、半導体レーザチップ１２４、シリコン基板１２５、放熱板１２６および前面ガラス１２７を備えている。枠体１２２は樹脂材料よりなる。また、放熱板１２６は例えば熱伝導率の高い金属（りん青銅等）で構成される。半導体レーザチップ１２４および信号処理回路１２３は、シリコン基板１２５上に実装されている。また、シリコン基板１２５は放熱板１２６の略中央に配置されている。半導体レーザチップ１２４の電極（図示せず）は金属細線（図示せず）を介して、外部リード１２１と接続されている。半導体レーザチップ１２４および信号処理回路１２３が実装されたシリコン基板１２５は、枠体１２２および前面ガラス１２７によって囲まれている。外部リード１２１は、枠体１２２の内部から外に向かって伸びている。放熱板１２６の一部は、枠体１２２から外に露出している。図示はしていないが、レーザ光は、半導体レーザチップ１２４から出射されて、前面ガラス１２７を透過して、光学パッケージ１０２から出射される。

なお、従来の光ピックアップ装置は、例えば特許文献１に記載されている。
特開２００３−１２３２９７号公報

半導体レーザ装置は、構成部品の数が多いと、各部品間の微少隙間に起因する熱接触抵抗が増大し、さらに熱接触抵抗が累積するため、放熱効率が低くなる。また、部品数が多いため、材料費および製造工程数が多くなる。したがって、製造コストが高いという問題があった。

特に、半導体レーザ装置を備えた光ピックアップ装置を搭載した光ディスク装置における高倍速および大容量競争が激しくなる今後においては、放熱効率の問題は最も重要な問題である。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであって、構成部品の数が少ない半導体レーザ装置を提供することを目的とする。

本発明の半導体レーザ装置は、略球面状の凹部を内部に備えた光学基台と、前記凹部に嵌り込む、略球面状の凸部を有する調整台（アオリホルダー）と、前記調整台に設置された光学パッケージとを備え、前記調整台は、前記凸部と対向する側に、略平坦な面を有し、前記光学パッケージは、内部に半導体レーザ素子（半導体レーザチップ）を備え、前記略平坦な面上に設置されていることを特徴とする。

本発明は、構成部品の数が少ない半導体レーザ装置を提供することができる。

本発明の半導体レーザ装置は、構成部品数が少ないため、材料および製造工程が少ない。それにより、材料費および製造費を抑えることができ、コストダウンが可能となる。また、部品が少ないため、各部品間の微少隙間による熱接触抵抗の累積が減少し、放熱効率が大幅に向上する。また、この半導体レーザ装置を搭載した光ピックアップ装置の放熱効率も高くなるため、この光ピックアップ装置を用いた光ディスク装置の高速化・大容量化が可能となる。なお、本発明の半導体レーザ装置は光軸調整が可能である。

また、好ましくは、引っ張り弾性体をさらに備え、前記調整台には貫通孔が形成されていて、前記引っ張り弾性体は前記貫通孔中に設置され、前記引っ張り弾性体の一端は前記光学パッケージに連結され、前記引っ張り弾性体の他端は前記光学基台と連結されていて、前記引っ張り弾性体は、前記貫通孔を通って前記光学パッケージと前記光学基台とを連結する。それにより、半導体レーザ装置作製時の光軸調整前および調整時において、光学パッケージの落下や位置ずれがなく、高精度の調整が可能である。

また、好ましくは、前記光学パッケージは、前記引っ張り弾性体を締結するための締結部を備えている。それにより、弾性体と光学パッケージとが強固に連結される。

また、好ましくは、前記光学基台の凹部の表面と前記調整台の凸部の表面には、それぞれ平行な溝が形成されていて、凹凸が交互に繰り返された形状を有し、前記凹部の表面の凹凸と前記凸部の表面の凹凸とが噛み合わさっている。それにより、光学基台と前記調整台との接触個所の面積が大きくなり、さらに放熱効率が高くなる。

以下に、本発明の具体的な実施形態について図を用いて説明する。

本発明の実施の形態に係る半導体レーザ装置について図を用いて説明する。図１は、本実施の形態の半導体レーザ装置の構成を示す斜視図である。また、図２は、本実施の形態の半導体装置の構成を示す断面図である。なお、図１においては、光学基台５の内部も見えるように光学基台５のみ断面を示している。

図１および図２に示すように、本実施の形態の半導体レーザ装置１は、光学パッケージ２、アオリホルダー（調整台）３、光学基台５、放熱グリス７および引っ張り調整ばね（引っ張り弾性体）６を備えている。光学基台５およびアオリホルダー３は例えば熱伝導率の高い金属材料で構成される。つまり、例えば、亜鉛合金およびアルミ合金等で構成されている。光学パッケージ２内には、レーザ光１４を出射する半導体レーザチップ（図示せず）が設置されている。光学基台５の内部には、アオリホルダー３、光学基台５、放熱グリス７および引っ張り調整ばね６が設置されている。光学基台５の内面には、略球面状の凹部１３が形成されている。また、アオリホルダー３は、略球面状の凸部１１を有している。凸部１１および凹部１３はそれぞれ、凸部１１が凹部１３に嵌り込む形状を有している。アオリホルダー３は貫通孔１５を有しており、貫通孔１５に挿入されている引っ張り調整ばね６の一端は光学パッケージ２に連結され、他端は光学基台５に連結されている。それにより、光学パッケージ２と光学基台５はお互いに引っ張り合う力を受けていて、光学パッケージ２がアオリホルダー３方向に引っ張られている。そのため、光学パッケージ２がアオリホルダー３に押し付けられているので、光軸の調整前および調整時、すなわち各部材が固定される前において、光学パッケージ２がアオリホルダー３から落下するということはない。それにより、光軸調整も容易に行うことができる。

アオリホルダー３において、凸部１１と対向する側の面１２は平坦であり、その面１２上には光学パッケージ２が設置されている。面１２に接している光学パッケージ２の面１９も平坦である。光学パッケージ２において、アオリホルダー３に接している面と対向する側の面１８と光学基台５の面１６との間隙には、放熱グリス７が、レーザ光１４の光軸を避けるように充填されている。なお、放熱グリス７の充填は、以下に説明する光軸調整の後に行う。

このような構成の半導体レーザ装置１において、光学パッケージ２から出射されるレーザ光１４の光軸調整の方法について説明する。

光学パッケージ２の内部には、半導体レーザチップ（図示せず）が搭載されていて、レーザ光１４を出射する。そのレーザ光１４は、光学パッケージ２の面１８側から出射される。光学基台５には、レーザ光１４の光路である貫通孔１７が形成されている。

アオリホルダー３の凸部１１が、光学基台５の凹部１３に嵌り込んでいる。そのため、凸部１１を凹部１３に対して滑らせて、アオリホルダー３を、図２中のＺ軸およびＸ軸方向を中心にして回転させることができる。それにより、光学パッケージ２も回転するので、レーザ光１４の光軸の方向を変化させることができる。

また、アオリホルダー３と光学パッケージ２とがそれぞれの平坦な面１２および１９で接触している。そのため、光学パッケージ２をアオリホルダー３に対して滑らせて、ＺＸ面に平行な方向に運動させることができる。それにより、レーザ光１４の光軸の位置を変化させることができる。なお、引っ張り調整ばね６は、光軸調整において障害とならないような長さとしておく。

半導体レーザ装置１は、上述の方法により、光軸調整を行い、所望の位置にレーザ光１４が到達するようにしてから、光学基台５およびアオリホルダー３を固定し、アオリホルダー３および光学パッケージ２を固定する。例えば、光学基台５およびアオリホルダー３間と、アオリホルダー３および光学パッケージ２間とに接着剤を充填すればよい。このような半導体レーザ装置１は、例えば、図５に示す光ピックアップ装置９０に搭載される。

次に、光学パッケージ２の構成について図を用いて説明する。図３は、本実施の形態に係る光学パッケージの構成を示す図である。図３（ａ）は平面図であり、図３（ｂ）は底面図であり、図３（ｃ）は図３（ａ）の３Ｃ−３Ｃ矢視断面図である。

図３（ａ）〜図３（ｃ）より、光学パッケージ２は、外部リード２１、枠体２２、信号処理回路２３、半導体レーザチップ（半導体レーザ素子）２４、シリコン基板２５、放熱板２６および前面ガラス２７を備えている。枠体２２は樹脂材料よりなる。また、放熱板２６は例えば熱伝導率の高い金属（りん青銅等）で構成される。半導体レーザチップ２４および信号処理回路２３は、シリコン基板２５上に実装されている。また、シリコン基板２５は放熱板２６の略中央に配置されている。半導体レーザチップ２４の電極（図示せず）は金属細線（図示せず）を介して、外部リード２１と接続されている。半導体レーザチップ２４および信号処理回路２３が実装されたシリコン基板２５は、枠体２２および前面ガラス２７によって囲まれている。外部リード２１は、枠体２２の内部から外に向かって伸びている。放熱板２６の一部は、枠体２２から外に露出している。放熱板２６の露出されている個所には、引っ張り調整ばね６（図２参照）の一端を連結するためのネジ穴である締結部２８が形成されている。引っ張り調整ばね６（図２参照）の一端をネジとすることで、締結部２８に強固に固定することができる。なお、締結部２８はネジ穴としたが、例えば、接着剤を用いる等の方法で、引っ張り調整ばね６（図２参照）を締結部２８に固定してもよい。

以上のように、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１は、従来の半導体レーザ装置１０１（図６参照）と同様の光軸調整ができるにもかかわらず、従来の半導体レーザ装置１０１では必要であったスライドホルダー１０４（図６参照）が不要である。そのため、部品数が削減され、材料費や製造費を抑えることができ、コストダウンが可能となる。また、部品が少ないため、各部品間の微少隙間による熱接触抵抗の累積が減少し、放熱効率が大幅に向上する。また、半導体レーザ装置１を搭載した光ピックアップ装置の放熱効率も高くなるため、この光ピックアップ装置を用いた光ディスク装置は、高倍速・大容量化が可能となる。

なお、光学基台５の凹部１３の表面とアオリホルダー３の凸部１１の表面に、それぞれ平行な溝を形成して凹凸が交互に繰り返された形状を形成し、凹部１３の表面と凸部１１の表面とが噛み合うようにしてもよい。図４は、本実施の形態の他の半導体レーザ素子におけるアオリホルダーと光学基台の境界の拡大断面図である。図４に示すように、アオリホルダー３の凸部１１と光学基台５の凹部１３とが噛み合うような構造とすることで、アオリホルダー３は光学基台５に対して一方向にしか滑らず、１つの軸を中心とした回転運動しかできない。しかし、アオリホルダー３と光学基台５の接触面積が大きくなるため、半導体レーザ装置１の放熱効率がさらに向上する。

また、本実施の形態の半導体レーザ装置１は、引っ張り調整ばね６を備える構成としたが、引っ張り調整ばね６を備えていない構成であってもよく、そのような構成でも高い放熱効率を得ることができる。

また、本実施の形態では、レーザ光１４の出射方向を、アオリホルダー３の逆側からとしたが、アオリホルダー３にレーザ光１４が通る光路を形成しておけば、アオリホルダー３側からレーザ光１４を出射させることもできる。

なお、以上説明した本実施の形態に係る半導体レーザ装置において、その構造は、あくまでも一例であり、これらに限定されるわけではない。

本発明の半導体レーザ装置はレーザ光を用いるあらゆる機器に使用することができ、特に放熱効率が高いので、高温度下では問題の生じる機器に用いることができる。

本実施の形態の半導体レーザ装置の構成を示す斜視図本実施の形態の半導体装置の構成を示す断面図本実施の形態に係る光学パッケージの構成を示す図であって、図３（ａ）は平面図であり、図３（ｂ）は底面図であり、図３（ｃ）は図３（ａ）の３Ｃ−３Ｃ矢視断面図本実施の形態の他の半導体レーザ素子におけるアオリホルダーと光学基台の境界の拡大断面図光ピックアップ装置の構成を示す模式図従来の半導体レーザ装置の構成を示す断面図従来の光学パッケージの構成を示す図であって、図７（ａ）は平面図であり、図７（ｂ）は底面図であり、図７（ｃ）は図７（ａ）の７Ｃ−７Ｃ矢視断面図

符号の説明

１半導体レーザ装置
２光学パッケージ
３アオリホルダー
５光学基台
６押さえ調整ばね
７放熱グリス
１１凸部
１２、１６、１８、１９面
１３凹部
１４レーザ光
１５、１７貫通孔
２１外部リード
２２枠体
２３信号処理回路
２４半導体レーザチップ
２５シリコン基板
２６放熱板
２７前面ガラス
２８締結部
９０光ピックアップ装置
９１光学素子
１０５光学基台
１０１半導体レーザ装置
１０２光学パッケージ
１０３アオリホルダー
１０４スライドホルダー
１０５光学基台
１０６押さえ調整ばね
１０７放熱グリス
１０８放熱板
１１１凸部
１１２、１１８平坦面
１１３凹部
１１４レーザ光
１１５、１１６、１１７貫通孔
１２１外部リード
１２２枠体
１２３信号処理回路
１２４半導体レーザチップ
１２５シリコン基板
１２６放熱板
１２７前面ガラス

Claims

略球面状の凹部を内部に備えた光学基台と、
前記凹部に嵌り込む、略球面状の凸部を有する調整台と、
前記調整台に設置された光学パッケージとを備え、
前記調整台は、前記凸部と対向する側に、略平坦な面を有し、
前記光学パッケージは、内部に半導体レーザ素子を備え、前記略平坦な面上に設置されている半導体レーザ装置。
引っ張り弾性体をさらに備え、
前記調整台には貫通孔が形成されていて、
前記引っ張り弾性体は前記貫通孔中に設置され、前記引っ張り弾性体の一端は前記光学パッケージに連結され、前記引っ張り弾性体の他端は前記光学基台と連結されていて、
前記引っ張り弾性体は、前記貫通孔を通って前記光学パッケージと前記光学基台とを連結する請求項１に記載の半導体レーザ装置。
前記光学パッケージは、前記引っ張り弾性体を締結するための締結部を備えている請求項２に記載の半導体レーザ装置。
前記光学基台の凹部の表面と前記調整台の凸部の表面には、それぞれ平行な溝が形成されていて、凹凸が交互に繰り返された形状を有し、前記凹部の表面の凹凸と前記凸部の表面の凹凸とが噛み合わさっている請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の半導体レーザ装置。