JP3131497B2 - 光ヘッド装置 - Google Patents

光ヘッド装置

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JP3131497B2
JP3131497B2 JP04107743A JP10774392A JP3131497B2 JP 3131497 B2 JP3131497 B2 JP 3131497B2 JP 04107743 A JP04107743 A JP 04107743A JP 10774392 A JP10774392 A JP 10774392A JP 3131497 B2 JP3131497 B2 JP 3131497B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光ヘッド装置に関する
ものであり、特に光学的情報記録媒体に対してレーザビ
ームを用いて光学情報を記録再生するのに使用する光ヘ
ッド装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から、シリコン基板上にレーザダイ
オードや光検出器を一体的に形成して光学系を小型化し
た光ヘッド装置が種々提案されている。このような光ヘ
ッド装置の例として、例えば特開昭64−46243号
公報に開示されたものがある。図3は、この公報に開示
された光ヘッド装置の一例の構成を示す図である。半導
体基板1とカバー部材2とは、半導体基板1の上面1a
とカバー部材2の下面2aとが空間を介して対向するよ
うに配置されている。半導体基板1の上面1aには段差
が形成されており、高段部には第1及び第2の光検出器
3、4を、下段部には半導体レーザ素子5及びモニタ用
光検出器6を配置している。更に、段差をなす部分には
半導体レーザ素子5のレーザ発光面に対向する傾斜面1
bが設けられている。
【0003】かかる半導体基板1の上面1aは、例えば
エッチング処理によって精度良く加工される。上面1a
の段差をなす部分に設けられた傾斜面1b表面には、全
反射グレーティング部7が設けられており、半導体レー
ザ素子5から発振するレーザ光をカバー部材2の方向に
全反射する。カバー部材2の上面2bにはビームスプリ
ッタの機能を有するホログラム8が形成されている。
【0004】この例においては、半導体レーザ素子5か
ら発せられたレーザビームL1 が、全反射グレーティン
グ部7によって3本のレーザビームL2 に分割されると
ともに、上方に反射される。この3本のレーザビームL
2 は、それぞれカバー部材2の下面2aから入射してカ
バー部材2を透過した後、カバー部材2の上面に設けら
れたビームスプリッタ8に入射する。情報記録媒体(図
示せず)で反射された3本の反射レーザビームL3 は、
再度ビームスプリッタ8を経た後、カバー部材2を透過
して、第1の光検出部3に入射する。このレーザビーム
3 の一部は第1の光検出部3で反射して、更にカバー
部材2の下面2aで反射して第2の光検出部4に到達す
る。
【0005】図4は、前記特開昭64−46243号公
報に開示された光ヘッドの他の例の構成を示す図であ
る。この例では、半導体基板1に段差を設ける代わり
に、半導体レーザ素子5のレーザ発光面に対向させてプ
リズム9を配置するようにしたものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】光学情報の記録再生装
置においては、特に情報の記録、消去時に対物レンズの
強度を高くする必要がある。したがって、半導体レーザ
素子から出射するレーザビームのNAを高くして光の利
用効率を高くする必要がある。図5は、図3に示す装置
の半導体基板1の段差部分における部分的拡大図である
が、図3に示す装置の場合、レーザ素子5から出射する
レーザビームのNAを大きくする、つまり出射光を広い
角度範囲で利用するためには、段差部分の高さH=H1
+H2 を高くする必要がある。
【0007】図6は、光学情報の記録再生装置において
光源として一般的に使用されている半導体レーザ単体の
構成を示す図である。この半導体レーザはGaAs基板
11上に活性層をエピタキシャル成長させて形成したG
aAlAs系のダブルヘテロ構造レーザと呼ばれるもの
である。図6に示すように、符号12はGa1-x Al x
Asであり、活性層と呼ばれる。Al組成比xを変える
ことによって発振波長を680〜880nmの範囲で選
ぶことができる。CD,VD用には780nmの波長が
採用されており、光ディスク用の高出力レーザには83
0nmまたは780nmが使用されている。活性層12
の上下表面に形成されたGa1-y AlyAsはクラッド
層13と呼ばれ、キャリヤ(電子、正孔)と光を活性層
12内に閉じ込める役目をする。下側クラッド層13の
下側表面に設けたGaAsはキャップ層14と呼ばれ、
電極抵抗を小さくするために設けられている。尚、符号
15、16はそれぞれ電極である。
【0008】このような構成のレーザチップの通常の大
きさは、0.25×0.3×0.12mmと非常に小さ
い。活性層12にはpn接合が形成され、p電極を正、
n電極を負にして電圧を印加することにより、活性層1
2に電子と正孔が注入され、しきい値の電流値を越える
とレーザ発振が起こる。レーザチップは通常、成長層側
を下にしてマウント材16上にロウ材17を介してマウ
ントされる。マウント材16には銅ブロックやシリコン
等が用いられ、ロウ材17には軟らかいInロウ材、硬い
Au−Snロウ材が用いられる。レーザ共振器を構成するた
めに必要な反射鏡は結晶のへき開面を利用して作られ
る。
【0009】図6に示すように、レーザチップの発光点
のある活性層12を含む成長層の高さZ1 は通常10μ
m程度と小さく、この成長層はエピタキシャル成長によ
って形成するため、±1μm以下の高精度で形成するこ
とができる。これに対して、GaAs基板11の高さZ
2 はほぼ110μmと大きく、この精度はGaAs基板
の厚さ精度によりほぼ決定される。このGaAs基板1
1はGaAsウエハを研磨加工して形成するため、厚さ
精度はほぼ±10μm程度で、Z1 の精度とくらべると
非常に低いといえる。
【0010】上述した図3に示す従来の光ヘッド装置の
場合、半導体基板1の段差はエッチング処理によって形
成するため、精度よく加工することができる。このエッ
チングによって形成する段差部分の高さHは、エッチン
グ時間を短縮し、その精度を確保するため、なるべく低
くするのが望ましい。しかしながら、図5に示すよう
に、通常は半導体レーザ素子5から発せられるレーザビ
ームのNAをできるだけ大きく取るために、段差部分の
高さHをレーザ素子5の高さのほぼ2倍程度、すなわち
約200μmと非常に大きくとっている。
【0011】エッチングによって形成する段差部分の高
さHを低く取って、レーザビームのNAを大きくするた
めには、図7に示すようにレーザの発光点を含む端面5
aと半導体基板1の傾斜面1bとの距離xを小さくすれ
ばよい。しかし、上述した通り、レーザチップ5のGa
As基板11の高さZ2 は約110μmと高いため、傾
斜面1bで反射された反射ビームがレーザ素子5自体で
遮られてしまう(図7の斜線部分)。
【0012】図8に示すように、レーザ素子5を逆さに
して、GaAs基板11側を半導体基板1に固定するよ
うにすれば、レーザビームがレーザ素子5自体に遮られ
ることはなくなるが、半導体基板1の段差部分のエッチ
ング高さHを大きくしなければならなくなる。また、レ
ーザチップのGaAs基板11の高さZ2 の寸法精度は
1 の寸法精度にくらべて低いため、発光点18の高さ
精度が出なくなり、第1及び第2の光検出器3、4にお
ける光スポットの大きさが変わってしまう等の不具合が
ある。
【0013】図4に示すような、プリズムを用いた装置
においては、プリズムのサイズを変えることによって容
易にNAを大きくすることができるが、やはりレーザチ
ップのGaAs基板11の高さZ2 の寸法精度が悪いと
共に、半導体基板1へマウントするプリズム9のマウン
ト精度も悪い。また、半導体基板1とプリズム9とが別
部品であるため、製造工程が多くなる等の問題点があっ
た。
【0014】本発明は、半導体基板にエッチングによっ
て形成する段差部分の高さを低く押さえ、半導体レーザ
素子の発光点の精度を高く保って、半導体レーザから発
せられるレーザビームのNAを大きく取ることができる
光ヘッドを提供することを目的とするものである。
【0015】
【課題を解決するための手段及び作用】上記課題を解決
するために、本発明の光ヘッドは、表面に段差部を設
け、該段差部に傾斜面を設けた半導体基体と、この半導
体基体の低段部に出射側端面を前記傾斜面に対向させて
設けた半導体レーザ素子と、前記傾斜面の表面に設けた
反射ミラーと、前記半導体基体の高段部に設けた光検出
器とを具える光ヘッド装置において、
【数3】 x: 半導体レーザ素子のレーザ光出射端面と反射ミラ
ーとの距離 θ: 半導体基体表面に対する傾斜面の角度 θ′: レーザ光の広がり角度 h: x′tan θ tanθ′/ (tan θ - tanθ′) h1 : 半導体レーザ素子の発光点の高さ h2 : 半導体レーザ素子の高さ x′:x+h1 /tan θ (但し θ>θ′) y: (h+h1 )/tan θ T: 段差部の高さ のとき、
【数4】 h2 ≧ h+h1 −(x+y)tan (2θ−θ′) 但し、 90°<2θ−θ′<180° x≦h1 /tan θ′ T≧h1 +h を満足するように、前記半導体レーザ素子を配置し、前
記半導体基体表面に対する前記傾斜面の角度を決定した
ことを特徴とするものである。本発明の光ヘッドにおい
ては、半導体レーザ素子から発せられるレーザビームの
NAを大きくするため、半導体レーザ素子と半導体基板
の段差部分に設けた傾斜面との間の距離を上述の範囲内
に設定すると共に、傾斜面で反射されたレーザビームを
半導体レーザ素子自体で遮らないように、この傾斜面へ
の入射角を従来の装置より小さく設定して、この傾斜面
で反射された反射レーザビームが半導体レーザ素子の端
面で反射するような角度に設定するようにした。
【0016】
【実施例】図1は本発明の光ヘッドの全体の構成を示す
図であり、図2は図1に示す光ヘッドの半導体レーザ素
子及び半導体基板の段差部分を拡大して示す図である。
図3に示す従来の装置と同じ構成要素については同じ符
号を付してその説明は省略する。
【0017】図1に示すように、半導体レーザ素子5か
ら発せられたレーザビームは、半導体基板1の段差部の
傾斜面1bに設けた反射ミラー7によって反射され、更
にこの反射ビームは半導体レーザ素子5のレーザ発光点
18を含む端面5aで、カバー部材2に向けて反射され
る。カバー部材2を透過して、情報記録媒体(図示せ
ず)から反射されてきたレーザビームは、上述した従来
の装置と同様に、第1及び第2の光検出器3、4に入射
して情報の記録再生が行われる。
【0018】図2に拡大して示すように、半導体基板1
の低段部にマウントされた半導体レーザ素子5の発光部
18から出射したレーザビームは、この発光部18に対
向して形成されている傾斜面1bの表面に形成した反射
ミラー7で反射され、この反射レーザビームは、更に半
導体レーザ素子5の端面5aで反射して半導体レーザ装
置から出射するが、このとき半導体レーザ素子5の端面
5aの発光部18を除いたすべての部分に、発光部18
より高い反射率を持つ部材19をコーティングしておく
ようにする。
【0019】半導体基板1の表面の段差部に設けた傾斜
面1bの半導体基板1の表面1aに対する角度、及び低
段部に設けた半導体レーザ素子5の位置は、
【数5】 x:半導体レーザ素子のレーザ光出射端面と反射ミラー
との距離 θ:半導体基体の表面に対する傾斜面の角度 θ′:レーザ光の広がり角度 h:x′ tanθ tanθ′/ (tan θ− tanθ′) h1 : 半導体レーザ素子の発光点の高さ h2 : 半導体レーザ素子の高さ x′:x+h1 /tan θ (但しθ>θ′) y:(h+h1 )/tan θ T:段差部の高さ のとき、
【数6】 h2 ≧h+h1 −(x+y)tan ( 2θ−θ′) (1) 但し、 90°<2θ−θ′<180° x≦h1 /tan θ′ T≧h1 +h を満足するように配置されている。
【0020】上記条件(1)を満足するように半導体レ
ーザ素子5及び傾斜面1bを配置することによって、半
導体基板1にエッチングによって設ける段差部分を小さ
くすることができると共に、レーザビームのNAを大き
くすることができる。
【0021】
【発明の効果】このように、本発明にかかる光ヘッド装
置では、半導体基板表面の段差が小さくてすむため、簡
単に製造することができ、かつ、半導体レーザ素子の出
射光のNAを大きくすることができると共に、レーザ素
子の発光点の精度を高く保つことができる。すなわち、
安価で高性能の光ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光ヘッド装置の一実施例の構成を示す
図である。
【図2】図1に示す光ヘッド装置の部分的拡大図であ
る。
【図3】従来の光ヘッド装置の一例の構成を示す図であ
る。
【図4】従来の光ヘッド装置の他の例の構成を示す図で
ある。
【図5】図3に示す従来の装置の部分的拡大図である。
【図6】半導体レーザチップの構成を示す図である。
【図7】従来の光ヘッド装置の他の例の構成を示す図で
ある。
【図8】従来の光ヘッド装置の他の例の構成を示す図で
ある。
【符号の説明】
1 半導体基板 1b 傾斜面 2 カバー部材 3、4 光検出器 5 半導体レーザ素子 7 反射ミラ− 8 ホログラム素子 11 GaAs基板 12 活性層 13 クラッド層 14 キャップ層 15、16 電極 18 発光点 19 コーティング部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−253678(JP,A) 特開 昭64−46243(JP,A) 特開 平5−290402(JP,A) 特開 平4−216328(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G11B 7/12 - 7/22

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面に段差部を設け、該段差部に傾斜面
    を設けた半導体基体と、この半導体基体の低段部に出射
    側端面を前記傾斜面に対向させて設けた半導体レーザ素
    子と、前記傾斜面の表面に設けた反射ミラーと、前記半
    導体基体の高段部に設けた光検出器とを具える光ヘッド
    装置において、 【数1】 x :半導体レーザ素子のレーザ光出射端面と反射ミラ
    ーとの距離 θ :半導体基体表面に対する傾斜面の角度 θ′:レーザ光の広がり角度 h :x′tan θ tanθ′/ (tan θ− tan θ′) h1 :半導体レーザ素子の発光点の高さ h2 :半導体レーザ素子の高さ x′:x+h1 /tan θ (但し θ>θ′) y:(h+h1 )/tan θ′ T:段差部の高さ のとき、 【数2】h2 ≧h+h1 −(x+y)tan (2θ−θ') 但し、 90°<2θ−θ′<180° x≦h1 /tan θ′ T≧h1 +h を満足するように、前記半導体レーザ素子を配置し、前
    記半導体基体表面に対する前記傾斜面の角度を決定した
    ことを特徴とする光ヘッド装置。
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