JP2010027179A - ホログラムレーザユニットおよび光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パッケージ気密性がよく、レーザの劣化が発生せずに、信頼性の確保されたホログラムレーザユニットおよびそれを用いた光ピックアップを提供する。
【解決手段】本発明に係るホログラムレーザユニットは、光ビームを出射する光源と、前記光源から出射されて光記録媒体の情報記録面に結像させ、光ディスクで反射され、少なくとも一つのレンズを通じた光を受光する複数の受光部を有する受光素子とを、外気から遮断する気密パッケージに実装する際、樹脂接着材料を含まない金属系の接着材料で接着させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ）およびＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）、特にブルーレイディスク（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ）などの光記録媒体の情報を読取るときに好適に用いられるホログラムレーザユニットおよびそれを用いた光ピックアップ装置に関する。

光ディスク状記録媒体（以下、単に「光記録媒体」と表記する）に対して情報の読取りおよび記録を行うために、光ピックアップ装置が用いられる。従来から、光だけを用いて情報の読取りおよび書込みを行うＣＤファミリと呼ばれる光記録媒体が用いられており、この光記録媒体に対する情報の読取りおよび記録を行うときには、発振波長が７８０ｎｍ帯の赤外波長のレーザ光を出射する半導体レーザ素子が用いられる。

近年では、光と磁気とを用いて情報の読取りおよび書込みを行い、記録できる情報がＣＤファミリに比べて大きい、ＤＶＤファミリと呼ばれる光記録媒体も大量に用いられるようになってきており、この光記録媒体に対する情報の読取りおよび記録を行うときには、たとえば発振波長が６３０ｎｍ以上６９０ｎｍ未満の赤色波長のレーザ光を出射する半導体レーザ素子が用いられる。また、更に短い波長４００ｎｍ帯の青紫レーザを用い、更に記録容量の大きいブルーレイ（Ｂｌｕ−ｒａｙ）と呼ばれるディスクも発売されている。

従来の技術によると、発振波長が６５０ｎｍ帯のレーザ光や７８０ｎｍ帯のレーザ光を出射する半導体レーザ素子および受光素子が、１つのパッケージ内に実装される。このパッケージの上部には、透明基板が搭載され、透明基板には回折格子および半導体レーザ素子から出射されるレーザ光のみを回折するホログラム素子が形成されている。

光源や受光素子は、熱硬化型樹脂や紫外線硬化型樹脂、熱硬化型樹脂と金属材料が混合された接着材等により、パッケージに実装される。しかしながら、前記のような樹脂系の接着材を介してパッケージを実装する光半導体装置には、この光半導体装置で青色レーザを発光すると、接着材に含まれている樹脂の揮発成分がパッケージ内部に残留しており、青色レーザ光によってその成分が硬化されて、パッケージ内部に付着して異物が生成される問題が発生する。このため、封止キャップを通して光がうまく内部に入ってこず、信号が受信できなくなる問題が生じる。

この問題を解決するために、特許文献１には、前記パッケージと封止キャップの少なくとも一方に前記パッケージ内部から外部に貫通する孔を設けて、パッケージ内の雰囲気を置換する手段が開示されている。

また、特許文献２には、レーザ素子が密閉容器内に配置されてなるレーザモジュールにおいて、製造工程の任意の場所に使用されているシリコン系材料から発せられるガスなどの汚染物質を良好に除去するために、密閉容器にガス吸着機能を有する物質を配置する解決手段が開示されている。

また、特許文献３には、有機物が混入した粘着シートを組立て工程で使用することによって、半導体デバイスに有機物などの粘着物が付着され、このような粘着物を除去するために、レーザ光または紫外線などの発振波長より短波長のエネルギービームを照射して、粘着物を除去または変質させる解決手段が開示されている。

また、特許文献４には、窒化物半導体レーザにおいて、共振器端面で黒色化し、端面の状態が変わることによる劣化が報告され、露点管理された気体の封止が開示されている。黒色化の原因は、封入雰囲気に存在する水分や酸素、シリコンといった材料がイオン化され、周囲に存在する不純物が前記イオンにより、共振器端面に吸着されたものと推定される。

また、特許文献５には、半導体レーザ素子を、Ａｕ−Ｓｎ（金錫）を介してサブマウント上に搭載固着し、または、サブマウントを、Ａｇペーストによりステムの側面に固定するという内容が開示されている。

また、特許文献６には、発光ダイオードの接着に使用される金属材料の例が開示されている。

なお、特許文献７には、受光部の小型化が実現できる光ピックアップ装置が開示されている。
特開昭２００４−３４２９６７号公報（２００４年１２月２日公開） 特開２００４−１４８２０号公報（２００４年１月１５日公開） 特開２００４−４００５１号公報（２００４年２月５日公開） 特開２００６−１３４３６号公報（２００６年１月１２日公開） 特開２００７−１９４４６７号公報（２００７年８月２日公開） 特開２００７−１２７６５号公報（２００７年１月１８日公開） 特開２００６−１９０３６８号公報（２００６年７月２０日公開）

レーザを含むパッケージ内は大気に対し密封されていない。これは、大気と隔離する方式を取ると、パッケージが高価になる為、一般的には使用されていない。ＣＤおよびＤＶＤに用いられたパッケージ内を大気と隔離しない方式を用いると、Ｂｌｕ−ｒａｙ等に使用される青紫レーザでは、レーザが劣化してしまうという欠点がある。また、大気とは隔離された気密パッケージを用いても、気密雰囲気に樹脂材料が含まれていると、気密の効果が無く、レーザが劣化してしまう。

本発明は、以上問題点に鑑みてなされたものであり、光源と受光素子をパッケージに実装する際、気密の効果がよく、レーザの劣化が発生せずに、信頼性の確保されたホログラムレーザユニットおよびそれを用いた光ピックアップを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係るホログラムレーザユニットは、光ビームを出射する光源と、前記光源から出射されて光記録媒体の情報記録面に結像させ、光ディスクで反射され、少なくとも一つのレンズを通じた光を受光する複数の受光部を有する受光素子とを、外気から遮断する気密パッケージに実装する際、樹脂接着材料を含まない金属系の接着材料で接着することを特徴とする。

前記構成によれば、樹脂接着材料を含まない金属系の接着材料を用いるので、従来技術のように、樹脂の揮発成分がパッケージ内部に残留しない。この樹脂の揮発成分は、レーザ光によってその成分が硬化され、パッケージ内部に付着して異物が生成されて、封止キャップを通して光がうまく内部に入ってこず、これにより、信号が受信できなくなる問題が発生しない。また、気密がよく、レーザ劣化を起こさないことができる。

また、前記ホログラムレーザユニットにおいて、前記気密パッケージに、光ディスクからの光を受光素子に入射させるための光学素子を一体化させて構成する。これによって、光ディスクからの反射光が受光素子にうまく導かれて、信号検出を確保することができる。

また、前記ホログラムレーザユニットにおいて、前記気密パッケージに、光源の光をモニタする受光素子も一体化させることが好ましい。これにより、前記ホログラムレーザユニットで、光源の光をモニタすることができ、レーザパワーを一定に制御することができる。前記光源の光をモニタする受光素子は、レーザチップ裏面から発する光を受光し、その出力を一定に保つ事により、レーザチップ前面から発する光を一定に保つ事ができる。

また、前記金属系の接着材料として、光源、受光素子等を実装する順番に硬化温度が低くなるように異種材料を使用することが好ましい。これは、同時に複数の部材を実装できない場合に有効で、一つ目の部材を実装した後で、二つ目の部材を実装する際に熱反応せず、部材位置を保持することができる。

また、前記実装を行う際、複数の部材を同じ接着材料で同時に実装することもできる。これにより、同時に実装することによる製造工程を短縮することができる。

また、前記樹脂を含まない金属系の接着材料として、Ａｕ−Ｓｎロウ材、Ａｇを主成分とするペースト材を用いることができる。樹脂を含まないため、揮発成分がパッケージ内部に残留されることを避けることができる。

また、前記ホログラムレーザユニットに使用される半導体レーザは、発振波長が４０５ｎｍ帯の青紫レーザであることが好ましい。これにより、光ディスクの大容量化と高密度化を実現することができる。

また、前記気密パッケージ内の雰囲気が露点−３０℃以下であることが好ましい。この雰囲気においてパッケージ、キャップを溶接して、キャップ内の雰囲気を所望のものにする。

そして、本発明は上記ホログラムレーザユニットを用いた光ピックアップを提供し、この装置によれば、レーザの劣化が発生せずに、信頼性を確保することができる。

本発明に係るホログラムレーザユニットは、以上のように、光源と受光素子とを気密パッケージに実装する際、樹脂接着材料を含まない金属系の接着材料で接着し、前記気密パッケージに、光ディスクからの光を前記受光素子に入射させるための光学素子を一体化することで、パッケージ内の気密効果がよく、レーザの劣化が発生せずに、信頼性を確保することができる。また、パッケージ内に異物が発生しなくなり、パッケージに光学素子を一体化して設置したので、装置の長寿命化、小型化が図られる。

以下、図面に基づいて、本発明に係るホログラムレーザユニット及びそれを用いた光ピックアップを具体的に説明する。

図１は、本発明に係るホログラムレーザユニットの第１の実施形態であるホログラムレーザユニット１００の構成を簡略化して示す斜視図である。本図では内部の構造を分かりやすくする為、キャップの一部を省略した形で図示している。

同図に示すように、前記ホログラムレーザユニット１００は、ホログラム結合体３および半導体レーザ装置１３を含んで構成される。前記ホログラム結合体３は、ホログラムパターン１を有する。前記半導体レーザ装置１３は、レーザ光を発する半導体レーザ素子２、内部を保護するためのキャップ４、レーザ光が光学系を通じディスクからの信号光を受光するための受光素子５、ヒートシンク６、ステム７、およびリード８を含む。

図２は、本発明に係るホログラムレーザユニットの第２の実施形態であるホログラムレーザユニット２００の構成を簡略化して示す斜視図である。ホログラムレーザユニット２００は、本発明の第１の実施形態であるホログラムレーザユニット１００と同様に、ホログラムパターン１を有するホログラム結合体３と、光を発する半導体レーザ素子２、内部を保護するためのキャップ４、レーザ光が光学系を通じディスクからの信号光を受光するための受光素子５、ヒートシンク６、ステム７、およびリード８を含む半導体レーザ装置１３’とを含んで構成される。

さらに、前記ホログラムレーザユニットの第１と第２の実施形態の異なる点として、前記半導体レーザ装置１３’は、ステム７の厚み方向一表面７ａに、ヒートシンク６と近接してレーザ光をモニタする受光素子１０が載置固着されている。図３は、前記半導体レーザ装置１３’において、パッケージ内に半導体レーザ素子２（レーザチップ）、信号受光用の受光素子５、レーザ光モニタ用の受光素子１０が実装された状態を示す図である。この受光素子１０をパッケージに実装することにより、レーザ出射パワーを一定に保つことができる。

前記ステム７を支持物として、前記ヒートシンク６は前記ステム７の厚み方向一表面７ａ上に設けられ、前記半導体レーザ素子２は前記ステム７の厚み方向一表面７ａに垂直なヒートシンク６の一側面上に搭載されており、前記受光素子５は前記ヒートシンク６の厚み方向一表面６ａ上に搭載され、前記キャップ４は、前記半導体レーザ素子２、前記受光素子５，１０及び前記ヒートシンク６を囲むように前記ステム７の厚み方向一表面７ａに装着されており、前記リード８は、前記ステム７の厚み方向一表面７ａと反対側の他表面部から当該ステム７と離れる方向に向かって突出して設けられている。

前記第１及び第２の実施形態において、前記パッケージに、光ディスクからの光を受光素子に入射させるための光学素子（ホログラムパターン１を有する）を一体化させて実装する。前記キャップ４の上に接着されるように実装された光学素子は、単純な矩形状の回折格子を持つものや、ブレーズ形状にしたものが選ばれ、これにより往路と復路で偏光方向を変え、したがって、往路の光を透過し、復路の光を回折させる。本発明の実施形態において、前記光学素子として、偏光ポログラム素子を使用する。

以下、上記部材に対して説明する。

光源である前記半導体レーザ素子２は、例えば、発振波長が４０５ｎｍ帯の青紫レーザを発射する。

前記キャップ４は、半導体レーザ素子２および受光素子５と外部との物理的接触を避けるために、半導体レーザ素子２および受光素子５，１０を封止する封止部材である。当該キャップ４及び前記ステム７により、前記半導体レーザ素子２および前記受光素子５，１０が気密密封される。

また、キャップ４の厚み方向一表面上のキャップ窓には外部と環境を隔離するための窓ガラス４Ａが搭載されている。

前記受光素子５は、例えば、回折光を受光する受光部が、フォトダイオードなどによって実現され、前記半導体レーザ素子２から出射され、光記録媒体の情報記録面で反射された光ビームを受光し、入射光を電気信号に変換する。フォトダイオードにＩＶアンプ等を付加させ、電圧出力することができるＯＥＩＣ（Ｏｐｔｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）と呼ばれる材料も使用することができる。

前記ヒートシンク６は、そのヒートシンク性能が熱抵抗によって表され、熱抵抗が小さいものほど性能が高く、熱が伝導しやすい鉄や銅などの金属が材料として用いられることが多い。

前記ステム７は、板状に形成されており、その一表面７ａに前記キャップ４及びヒートシンク６を載置し、他の一表面に前記リード８を設置する。

前記ステム７とヒートシンク６は一体化されることが多い。金型を用いて製作する。

前記リード８は、前記ステム７の厚み方向一表面7ａには図示していないが、実はその表面7ａにまで伸びており、各々ワイヤにより前記半導体レーザ素子２、受光素子５及び受光素子１０と電気的に接続されている。

また、前記ホログラムレーザユニットの第１及び第２の実施形態において、前記半導体レーザ素子２は、樹脂接着剤を含まない金属系の接着剤９ａにより、前記ステム７の厚み方向一表面７ａに垂直な前記ヒートシンク６の一側面上に載置固着される。また、前記受光素子５は、樹脂接着剤を含まない金属系の接着剤９ｂにより、前記ヒートシンク６の厚み方向一表面６ａ上に載置固着される。前記受光素子１０は、金属系の接着剤９ｃにより、前記ステム７の厚み方向位置表面７ａ上に載置固着される。

前記金属系の接着剤９ａ〜９ｃとして、前記半導体レーザ素子２及び受光素子５、１０を実装する順番に硬化温度が低くなるように異種材料を選ぶことが好ましい。これは同時に複数の部材を実装できない場合に有効で、一つ目の部材を実装した後で、二つ目の部材を実装する際に熱反応せず、部材位置を保持することができる。また、前記実装する順番に熱変化反応が高温で行われ、順次硬化する材料の硬化温度雰囲気でも、状態が変わらないように異種材料を選ぶことが好ましい。本発明の実施形態において、前記金属系の接着剤９ａ〜９ｃとして、例えば、Ａｕ-Ｓｎロウ材あるいはＡｇを主成分とするペースト材などを使用して、加熱、加圧、超音波などの反応で、前記部材をパッケージに実装する。

図４〜６は、図２に示す本発明によるホログラムレーザユニット２００の実装途中の態様を示す図である。まず、図４に示したように、レーザ光モニタ用の前記受光素子１０を、金属系の接着剤９ｃにより、前記ステム７の厚み方向一表面に前記ヒートシンク６と近接して接着させる。受光素子１０は半導体レーザ素子２の光を受光する為のものであり、比較的チップの接着位置精度が要求されない為である。その際、例えばＡｕ-Ｓｎロウ材等の比較的高融点の材料を用い、加熱反応により、接着させる。

次に、図５に示すように、半導体レーザ素子２を、金属系の接着剤９ｂにより、前記ステム７の厚み方向一表面に垂直なヒートシンク６の一側面上に加圧、加熱反応により接着させる。この際、前記金属系の接着剤９ｂは、前記受光素子１０を接着する際に用いた接着剤（ロウ材）、即ち前記金属系の接着剤９ｃより融点（硬化温度）の低い材料を用い、半導体レーザ素子はピックアップの光学系に対し、ある程度の位置精度が必要な為、接着の際、加圧あるいは加熱による位置変動を起さない程度に保持するのが望ましい。

最後に、受光素子５を接着させる、この際、前記受光素子１０、前記レーザ素子２に用いた接着剤９ｃ，９ｂより融点の低い材料、即ち金属系の接着剤９ａ（図３を参照）を用い、加圧、加熱反応により接着させる。受光素子５は、レーザ素子２より出射されたレーザ光が光ディスクの情報を読み取り、その信号を受光する為のものであるから、レーザ素子に対し、ある程度の位置精度が必要な為、接着の際、加圧あるいは加熱による位置変動を起さない程度に保持するのが望ましい。

このように、樹脂接着材料を含まない金属系の接着材料を用いることによって、従来技術のように、樹脂の揮発成分がパッケージ内部に残留し、レーザ光によってその成分が硬化され、パッケージ内部に付着して異物が生成されて、封止キャップを通して光がうまく内部に入ってこず、信号が受信できなくなる問題が発生しない。また、気密がよく、レーザ劣化を起こさないことができる。

また、前記図１及び図２において、前記半導体レーザ素子２はヒートシンク６の一側面に直接実装されているが、図６のように、サブマウント１１を用いる手法も考えられる。半導体レーザ素子２を搭載するために設けられた前記サブマウント１１の搭載部位にＡｌやＡｕ等を用いて接合部分を設けて、はんだ等の接着剤を介してサブマウント１１をロウ接してもよい。また、サブマウント１１に熱伝導性の良好な材料を用いることにより、ヒートシンクとして機能させて発光特性を安定化することができる。

これらの部材を実装した後、金線により外部と導通を取り、前記キャップ４及び前記ステム７により気密化させる。即ち、前記部材が外部と隔離された内部に納められている。そして、外部と隔離されている為、本発明に係るホログラムレーザユニットは、レーザが発光した際にレーザ劣化を起こし、発光しなくなるといったことが発生しない。

ここで、前記気密パッケージ内の雰囲気は露点を−３０℃以下に管理することが望ましい。また、該雰囲気においてパッケージ、キャップを溶接し、キャップ内の雰囲気を所望ものにする。パッケージ内を露点−３０℃以下に構成することにより、波長４２０ｎｍ以下の半導体レーザ素子の共振器端面において、経時変化に伴って、共振器端面が黒色化するのを防止し、前記黒色化による発光強度の低下、あるいは寿命の低下を抑制する事が出来る。

また、別の手法として、部材を同時に実装し、部材位置を保持する方法もある。同時に実装することにより、製造手順を短縮することができる。

以下、図７に基づいて、本発明に係るホログラムレーザユニット１２を用いた光ピックアップ３００を説明する。ここで、前記ホログラムレーザユニット１２は、前記ホログラムレーザユニットの第１及び第２の実施形態によるホログラムレーザユニット１００或いは２００と同じ構成を有している。

図７に示すように、簡略化された前記光ピックアップ３００は、ホログラムレーザユニット１２と、拡散光を平行光にしたり平行光を収束光にするコリメートレンズ２２と、光の進行方向を９０度屈曲させる立上げミラー２３と、光記録媒体上に光を集光する対物レンズ２４とを備える。もちろん、前記光ピックアップ３００はこれら部材による構成に限らず、需要によってその他の光学部材を備えることもできる。

前記ホログラムレーザユニット１２は、前記図１に示すような構成になっており、前記光ピックアップ３００の基本動作を簡単に説明すると、前記半導体レーザ素子２から放射された例えば４０５ｎｍの青紫レーザ光Ｌ１は、ホログラム結合体３（光学素子、偏光ホログラム）を透過し、コリメートレンズ２２により平行光になる。平行光になった光束は、立上げミラー２３で反射されてから対物レンズ２４により光ディスク２１に集光される。この光ディスク２１上の情報を読み取った後の反射光は、逆の光路を経て、前記偏光ホログラムにより回折されて回折光となり、光検出器（受光素子５）に導かれる。

また、図２に示すような光源の光をモニタするための受光素子１０をパッケージに一体化されたホログラムレーザユニットを備えた光ピックアップ装置は、モニタ光が光記録媒体からの信号検出用の受光素子５に入らないようにすることで、高感度な信号検出ができる。

なお、上記実施形態には、1波長のみ書いているが、他の波長帯のレーザ光を使用した２波長、３波長も読み取ることができる光ピックアップにも使用可能である。

本発明に係るホログラムレーザユニットは、レーザと受光素子を気密パッケージに一体化する際、金属系の接着材料を用いることで、耐環境性を向上し、車載や、ビデオカムの様な高信頼性が要求される用途によく使われ、特にＢｌｕ−ｒａｙディスクを読み取る光ピックアップに有効に用いられる。

本発明の第１の実施の形態であるホログラム結合体を含むホログラムレーザユニット１の構成を簡略化して示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態であるホログラム結合体を含むホログラムレーザユニット１の構成を簡略化して示す斜視図である。 本発明によるホログラムレーザユニットの実装途上を示す図で、パッケージ内に収めるレーザ素子、信号受光用の受光素子、レーザ光モニタ用の受光素子が実装された状態を示す。 本発明によるホログラムレーザユニットの実装途上を示す図で、パッケージ内に収めるレーザ光モニタ用の受光素子が実装された状態を示す。 本発明によるホログラムレーザユニットの実装途上を示す図で、パッケージ内に収めるレーザ素子、レーザ光モニタ用の受光素子が実装された状態を示す。 本発明によるホログラムレーザユニットの実装途上を示す図で、パッケージ内に収めるレーザ素子、サブマウント、レーザ光モニタ用の受光素子が実装された状態を示す。 本発明による光ピックアップ装置の構成を簡略化して示す図である。

符号の説明

１ ホログラムパターン
２ 半導体レーザ素子
３ ホログラム結合体（光学素子）
４ キャップ
４Ａ キャップ窓ガラス
５ 信号検出用受光素子
６ ヒートシンク
７ ステム（外部）
８ リード
９ａ，９ｂ，９ｃ 金属系接着剤
１０ レーザ光モニタ用受光素子
１１ サブマウント
１２ ホログラムレーザユニット
２１ 光ディスク
２２ コリメートレンズ
２３ 立上げミラー
２４ 対物レンズ
Ｌ１ レーザ出射光

Claims (9)

1. 光ビームを出射する光源と、前記光源から出射されて光記録媒体の情報記録面に結像させ、光ディスクで反射され、少なくとも一つのレンズを通じた光を受光する受光素子とを、外気から遮断する気密パッケージに実装する際、樹脂接着材料を含まない金属系の接着材料で接着しており、
   前記気密パッケージに、光ディスクからの光を前記受光素子に入射させるための光学素子が一体化されていることを特徴とするホログラムレーザユニット。
2. 前記気密パッケージに、光源の光をモニタする他の受光素子をさらに一体化させて実装することを特徴とする請求項１記載のホログラムレーザユニット。
3. 前記金属系の接着材料は、前記光源、前記受光素子を実装する順番に硬化温度が低くなるように異種材料を使用することを特徴とする請求項１または２に記載のホログラムレーザユニット。
4. 前記実装を行う際、複数の部材を同じ接着材料で同時に実装することを特徴とする請求項１または２記載のホログラムレーザユニット。
5. 前記金属系の接着材料は、Ａｕ−Ｓｎロウ材及びＡｇを主成分とするペースト材のうちの少なくとも一つであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のホログラムレーザユニット。
6. 前記光学素子が偏光ホログラムであることを特徴とする請求項１記載のホログラムレーザユニット。
7. 使用される半導体レーザは、発振波長が４０５ｎｍ帯の青紫レーザであることを特徴とする請求項１記載のホログラムレーザユニット。
8. 前記気密パッケージ内の雰囲気が露点−３０℃以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のホログラムレーザユニット。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のホログラムレーザユニットを用いることを特徴とする光ピックアップ。

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