JP3242284B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents

半導体レーザ装置

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JP3242284B2 JP10223095A JP10223095A JP3242284B2 JP 3242284 B2 JP3242284 B2 JP 3242284B2 JP 10223095 A JP10223095 A JP 10223095A JP 10223095 A JP10223095 A JP 10223095A JP 3242284 B2 JP3242284 B2 JP 3242284B2
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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、半導体レーザ装置に関
し、特にコンピュータ等の情報の読み出しや、記録、音
楽用の録音再生等に必要な光ディスク装置の光ピックア
ップにおける光源、及び信号読み取り装置等に使用され
る半導体レーザ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に光ディスク等で用いられる光ピッ
クアップに内蔵されている半導体レーザ装置は、光ディ
スクからの変調光を受光する多分割受光素子を同一パッ
ケージ内に内蔵しているタイプのものが主流となってい
る。これはホログラムレーザとして知られている。この
外観図を図7を参照して説明する。
【0003】図7に示すように、半導体レーザチップ等
(図示せず)がステム100の上に搭載され、この半導
体レーザチップ等の周囲が上部が透光性となったキャッ
プ101によってカバーされている。このキャップ10
1の上には、さらに光ディスクからの変調光をキャップ
101内の多分割受光素子の方向に曲げるための回折格
子102を有するガラス素子103が設けられている。
104はリード端子である。
【0004】次に、図7のステム100の上に搭載さ
れ、キャップ101内部に設けられた半導体レーザチッ
プ等について図8を参照して説明する。図8は、光ディ
スクからの変調光を受光する多分割受光素子を同一パッ
ケージ内に内蔵したタイプのものである。
【0005】図8に示すように、ステム100の同一面
上にはシリコン基板105と多分割受光素子106がダ
イボンディングされている。シリコン基板105は、こ
のシリコン基板105上にダイボンディングされる半導
体レーザチップ107の後面から出射した光108を受
光するための受光素子109を内蔵している。また、多
分割受光素子106は外部の情報記録媒体である光ディ
スクからの変調光を受光するためのものである。
【0006】半導体レーザチップ107の前方には、チ
ップから出射された光(主ビーム)を上方に反射して立
ちあげるための光立ち上げミラー110が設けられてい
る。以上のような構造において、半導体レーザチップ1
07の前面から出射された光(主ビーム)111は光立
ちあげミラー110で反射され上方に向かい、ガラス素
子103の回折格子102を介して光ディスクに照射さ
れる。そして、光ディスクからの変調光は再び回折格子
102を通り、ここで多分割受光素子106の方向に曲
げられ、多分割受光素子106に入射する。
【0007】一方、半導体レーザチップの後面から出射
した光108の一部は受光素子109に入射し、これに
よって半導体レーザチップ107のレーザ光出力のモニ
ターが行われる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
造の半導体レーザ装置には、以下のような問題点があっ
た。
【0009】即ち、レーザチップ107の後面から出射
した光(モニタ光)108の一部は、受光素子109に
入射するが、大部分の光はキャップ101内で散乱し、
近接配置されている多分割受光素子106へ迷光として
入射することになる。多分割受光素子106は本来、光
ディスクからの変調光を受光し信号電流に変換するもの
であるが、迷光による不要な電流が発生すると信号電流
に対するオフセットとなり、信号特性が悪化し、ジッタ
悪化或はサーボ誤動作等の諸問題を引き起こすことにな
る。従って、通常、ピックアップの良好な信号特性を得
るためには、迷光量キャンセル回路をピックアップ装置
内に別途搭載しなければならなかった。このため、コス
トアップとなる上、装置全体の形状が大きくなるという
問題もあった。
【0010】図9は、図8の従来構造による半導体レー
ザ装置における迷光量の分布を示すヒストグラムであ
る。図9に示すように、迷光量のピークは約0.15μ
A、最大では約0.24μA程度であり、このような迷
光量の場合は上記の迷光量キャンセル回路が不可欠であ
った。
【0011】そこで、本発明の目的は、多分割受光素子
に入射する迷光量を極めて低減でき、良好な信号特性が
得られ、迷光量キャンセル回路が不要で小型化、低コス
ト化を図れる半導体レーザ装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、半導体レーザチップと、該半導体レーザ
チップの後面から出射されるモニタ光を受光するモニタ
光受光素子と、前記半導体レーザチップの前面から出射
され外部の情報記録媒体で反射された変調光を受光する
変調光受光素子とを備えた半導体レーザ装置において、
前記半導体レーザチップの後面部と前記モニタ光受光素
子の上面とに接触し、前記半導体レーザチップの後面
から出射されるモニタ光を入射、伝搬させる光導波路を
設け、前記光導波路の前記半導体レーザチップの後面部
及び前記モニタ光受光素子との各接触部にそれぞれ無反
射膜を設けるとともに、前記光導波路の他の面に全反射
膜を設けてなることを特徴とする。
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】
【0017】
【0018】
【0019】
【0020】
【作用】本発明の半導体レーザ装置によれば、半導体レ
ーザチップの後面部と前記モニタ光受光素子の上面とに
接触し、前記半導体レーザチップの後面部から出射され
るモニタ光を入射、伝播させる光導波路を設けているの
で、モニタ光を確実にモニタ光受光素子に導くことがで
きる。これにより、モニタ光はこの光導波路より外部に
はあまり出射されないため、迷光の変調光受光素子への
入射を回避できる
【0021】
【0022】
【0023】
【0024】
【0025】
【0026】
【0027】さらに、光導波路の前記半導体レーザチッ
プの後面部及び前記モニタ光受光素子との各接触部にそ
れぞれ無反射膜を設けるとともに、前記光導波路の他の
面に全反射膜を設けているので、モニタ光は確実に光導
波路に導かれるとともに、モニタ光受光素子への入射効
率もより向上できる。しかも、光導波路外部への光の散
乱等もより低減できるので、変調光受光素子への迷光入
射をより低減できる。
【0028】
【実施例】本発明の第1の実施例について、図1を参照
して説明する。図1は本実施例による半導体レーザ装置
の斜視図である。図7及び図8に示した従来例と同一機
能部分には同一記号を付している。ここでは、主に従来
例と異なる点についてのみ説明する。
【0029】図1に示すように、本実施例の半導体レー
ザ装置は、光立ち上げミラー110に向かう面が開口さ
れシリコン基板105全体を覆う迷光遮断用カバー1
(以下、単にカバー1と記す)を設けている。このカバ
ー1の目的は、半導体レーザチップ107の後面から出
射されるモニタ光となるレーザ光が、多分割受光素子1
06に対する迷光とならないように光の遮断を行うもの
である。
【0030】このカバー1の材料としては、例えばキャ
ップ101と同材料であるFe、Co、Niの合金を使
用し、この合金の少なくともカバー内壁面にレーザ光の
反射を低減するメッキを行う。ここでは、Sn−Niメ
ッキを行うものとした。Sn−Niメッキの厚みは数1
00μm程度とした。そして、このカバー1をステム1
00に対してUV樹脂2にて接着している。
【0031】カバー1の材料として樹脂等を使用するこ
ともできるが、カバー内壁面のレーザ光の反射低減のた
めには、上記のSn−Niメッキ等を施すことが有効で
あるため、やはりFe、Co、Niからなる合金等を使
用するのが望ましい。
【0032】以上のような構造の半導体レーザ装置にお
いては、半導体レーザチップ107の後面から出射した
モニタ光は、カバー1内部に閉じ込められキャップ10
1内部で散乱したり乱反射することがない。従って、多
分割受光素子106に対する迷光は極めて低減され、信
号特性(ジッタ特性等)が良好になり、ピックアップ搭
載時のサーボ誤動作等を回避できる。
【0033】図4は、図1の構造の半導体レーザ装置に
おける迷光量の分布を示したヒストグラムである。これ
によって信号特性を向上できたことがわかる。図8に示
したような従来構造の場合は、図9に示すように、迷光
量の大きさの分布は0.15μA近傍がピークであっ
た。これに対して、図4では、迷光量の大きさの分布は
0.05μA近傍がピークとなっており、従来例に比べ
て迷光量を大きく低減できたことがわかる。
【0034】一般に、半導体レーザ装置を記録用(書き
込み、録音等)のピックアップに搭載する際に、迷光量
による影響が大きく迷光量キャンセル回路が必要とされ
るのは迷光量が0.1μA以上の場合である。この点か
らみても、図1の構造によれば、迷光量の大きさの分布
のピークが0.05μAであり、また、最大でも0.0
8μAであるので、迷光による影響を排除でき、迷光量
キャンセル回路を不要とできることがわかる。
【0035】図2は本発明の第2の実施例を示す半導体
レーザ装置の断面図である。図7及び図8の従来例と同
一機能部分には同一記号を付している。ここでは、主に
従来例と異なる点についてのみ説明する。本実施例の特
徴は、半導体レーザチップの後面に、この後面から出射
されるモニタ光を反射させるモニタ光反射ミラーを設け
た点にある。以下、具体的に説明する。
【0036】図2に示すように、本実施例においては半
導体レーザチップ107の後方に、このチップ後面から
出射されるモニタ光108を受光面109に反射させる
ため、下方に傾斜した反射面を有するモニタ光反射ミラ
ー3を設けている。このモニタ光反射ミラー3の反射面
4はモニタ光を全反射させることを目的としており、こ
のため反射面にはTiO2またはSiO2の反射膜5をコ
ーティングしている。反射膜5のコーティング膜厚は約
170μmである。これによって、反射率99.9%以
上を実現している。また、このモニタ光反射ミラー3は
シリコンブロック6に接着された上で、さらにシリコン
基板105上に接着されている。
【0037】本実施例は以上の構造をとり、さらにモニ
タ光108の殆ど全部がモニタ光反射ミラー3の反射面
4から外方に外れることなく、この反射面4によって受
光素子に向かって反射されるように構成しているが、こ
の理由を各部のスケール等を参照して説明する。
【0038】まず、半導体レーザチップ107の後面か
ら出射されるモニタ光108の広がりは、シリコン基板
105に対し、水平方向には短く垂直方向には比較的長
い、縦長の略楕円状である(図8参照)。より具体的に
は、水平方向への広がりは約10°、垂直方向への広が
りは約40°である。また、半導体レーザチップ107
の縦方向の厚みは約100μm、モニタ光反射ミラー3
の断面は、1辺が1〜1.2mmの2等辺3角形であ
る。今、半導体レーザチップ107とモニタ光反射ミラ
ー3の反射面の略中央部までの距離は約800μm〜1
mm程度としているので、モニタ光が縦方向に広がって
も、垂直方向への広がりは高々モニタ光反射ミラー3へ
の中央部までに過ぎず、このモニタ光反射ミラー3の上
部をモニタ光が越えていくことはない。
【0039】また、水平方向についてはモニタ光の広が
りが約10°と非常に狭いものであり、やはりモニタ光
108がモニタ光反射ミラー3の横幅方向を外れる程広
がることはない。
【0040】以上のように、水平、垂直いづれの方向に
おいても、モニタ光108はすべてモニタ光反射ミラー
3の反射面4で反射される。従って、モニタ光108が
モニタ光反射ミラー3から外れてキャップ101内部で
散乱したり、乱反射するという問題はない。
【0041】図5は図2の実施例による迷光量の大きさ
の傾向を示すヒストグラムである。この実施例の場合、
迷光量のピークは0.06μAであり、図9の従来例
(ピークが0.15μA)に比べ迷光量の低減を図れた
ことがわかる。また、迷光量は最大でも0.095μA
であるので、図2の実施例と同様、従来必要とした迷光
量キャンセル回路は不要とすることができる。
【0042】図3は本発明の第3の実施例を示す半導体
レーザ装置の断面図である。図7及び図8の従来例と同
一機能部分には同一記号を付している。ここでは、主に
従来例と異なる点についてのみ説明する。本実施例の特
徴は、半導体レーザチップの後面に、この後面から出射
されるモニタ光を受光部に効率よく導入させるモニタ光
導波路を設けた点にある。以下、具体的に説明する。
【0043】図3に示すように、本実施例は、半導体レ
ーザチップ107の後方で、かつ、少なくとも受光部1
09を覆う位置に、チップ後面から出射されるモニタ光
を受光部109に導入させるモニタ光導波路素子7を設
けている。この光導波路素子7の材料として、例えばL
iNbO3を使用することができる。そして、このLi
NbO3のレーザ光侵入面及び受光素子側の面には光を
効率よく透過させるための無反射膜8を、また、それ以
外の面には、光を外部に漏らさないための全反射膜9を
施している。
【0044】具体的には、無反射膜8の材料としてAl
23、ZrO2、MgF2の3層の積層膜を使用する。各
々の膜厚は、それぞれλ/4、λ/2、λ/4(λはレ
ーザ光波長)である。この積層膜は表裏いづれの面から
の光の入射に対しても有効であるが、LiNbO3への
接続性からAl23側をLiNbO3に向けるのが望ま
しい。また、全反射膜9としては、TiO2またはSi
2膜を使用する。この膜厚は約170μmである。
【0045】以上のような構造であれば、半導体レーザ
チップ107の後面から出射されたモニタ光108はモ
ニタ光導波路素子7に入射し、素子7に従って伝播して
いくが、下面側には無反射膜8が形成されているので、
この下面より受光素子109に対して光が効率よく入射
される。また、これ以外の面には全反射膜9が形成され
ているので、外部に光が漏れることなく光が有効に使用
されることになる。
【0046】従って、図1及び図2の実施例と同様、モ
ニタ光108がキャップ101内で乱反射するというこ
とはなく、多分割受光素子106に迷光となって入射す
ることもない。
【0047】図6は図3の実施例による迷光量の大きさ
の傾向を示すヒストグラムである。この実施例の場合、
迷光量のピークは0.06μAであり、図9の従来例
(ピークが0.15μA)に比べ迷光量の低減を図れた
ことがわかる。また、迷光量は最大でも0.099μA
であり、図1及び図2の実施例と同様、従来必要とした
迷光量キャンセル回路は不要とできる。
【0048】以上説明したように、図1乃至図3のいづ
れの構造においても、迷光量分布が従来構造に比較して
大きく低減でき、近接する多分割受光素子に対しても迷
光としての大きな影響を及ぼすことがない。これによ
り、信号特性(ジッタ等)が良好になり、あるいはピッ
クアップ搭載時のサーボ誤動作等が発生しない。また、
迷光量はいづれの構造においても、0.1μA未満に抑
えることができるので、従来必要であった迷光量キャン
セル回路が不要となり、ピックアップの小型軽量化を図
れるとともに、コストダウンに寄与できる。
【0049】また、上記図1乃至図3のいづれの構造も
モニタ光を有効利用できるので、従来構造であれば、乱
反射光等となっていたモニタ光を受光素子に対して効率
よく集光させることができるので、モニタ感度の向上を
図れるという利点もある。
【0050】
【発明の効果】本発明の半導体レーザ装置によれば、
導体レーザチップの後面部と前記モニタ光受光素子の上
面とに接触し、前記半導体レーザチップの後面部から出
射されるモニタ光を入射、伝播させる光導波路を設けて
いるので、モニタ光を確実にモニタ光受光素子に導くこ
とができる。これにより、モニタ光はこの光導波路より
外部にはあまり出射されないため、迷光の変調光受光素
子への入射を回避できる
【0051】
【0052】
【0053】
【0054】
【0055】
【0056】さらに、光導波路の前記半導体レーザチッ
プの後面部及び前記モニタ光受光素子との各接触部にそ
れぞれ無反射膜を設けるとともに、前記光導波路の他の
面に全反射膜を設けているので、モニタ光は確実に光導
波路に導かれるとともに、モニタ光受光素子への入射効
率もより向上できる。しかも、光導波路外部への光の散
乱等もより低減できるので、変調光受光素子への迷光入
射をより低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例による半導体レーザ装置
の斜視図である。
【図2】本発明の第2の実施例による半導体レーザ装置
の断面図である。
【図3】本発明の第3の実施例による半導体レーザ装置
の断面図である。
【図4】図1の実施例に対応する迷光量の分布を示すヒ
ストグラムである。
【図5】図2の実施例に対応する迷光量の分布を示すヒ
ストグラムである。
【図6】図3の実施例に対応する迷光量の分布を示すヒ
ストグラムである。
【図7】従来例による半導体レーザ装置の外観斜視図で
ある。
【図8】従来例による半導体レーザ装置のキャップ内部
斜視図である。
【図9】図8の従来例に対応する迷光量の分布を示すヒ
ストグラムである。
【符号の説明】
1 迷光遮断用カバー 3 モニタ光反射ミラー 4 反射面 7 光導波路 8 無反射膜 9 全反射膜 100 ステム 105 シリコン基板 106 変調光受光素子 107 半導体レーザチップ 109 モニタ光受光素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体レーザチップと、該半導体レーザ
    チップの面から出射されるモニタ光を受光するモニタ
    光受光素子と、前記半導体レーザチップの前面から出射
    れ外部の情報記録媒体で反射された変調光を受光する
    変調光受光素子とを備えた半導体レーザ装置において、 前記半導体レーザチップの後面部と前記モニタ光受光素
    子の上面とに接触し、前記半導体レーザチップの後面部
    から出射されるモニタ光を入射、伝搬させる光導波路を
    設け、前記光導波路の前記半導体レーザチップの後面部
    及び前記モニタ光受光素子との各接触部にそれぞれ無反
    射膜を設けるとともに、前記光導波路の他の面に全反射
    膜を設けてなることを特徴とする半導体レーザ装置。
  2. 【請求項2】 前記光導波路は、LiNbO3材料からなるこ
    とを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ装置。
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