JP3601893B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばコンピュータシステムのデータを記憶、あるいは音楽・映像データなどを記録再生する光ディスク装置の光ピックアップなどに適用して好適な、半導体レーザ装置およびそれに使用する半導体レーザ素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、光ディスク装置で用いられる、光ピックアップに内蔵され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受光素子を、半導体レーザ素子と同一パッケージに内蔵するものが主流となっている。
【0003】
この従来の半導体レーザ装置に内蔵される、半導体レーザ素子の構造を図8に示す。半導体レーザ素子8の反射鏡面8A、反射鏡面8Bには、ともに厚さλ/2(λはレーザ光の波長)のAl2 O3 膜81がコーティングされ、反射率はともに約32%である。すなわち反射鏡面8Aのレーザ出力をPa、反射鏡面8Bのレーザ出力をPbとすると、
Pa:Pb=1:1
である。
【0004】
この半導体レーザ素子を内蔵した半導体レーザ装置において、レーザ出力aは、光ディスクに導かれて反射され、その変調光を半導体レーザ素子に隣接して設置された多分割受光素子にて受光する。
【0005】
一方、レーザ出力Pbは、レーザ出力のオートパワーコントロール(APC)を行うために、他の受光素子にて受光され、そのモニタ電流に基づきオートパワーコントロール(APC)される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
半導体レーザ素子8の反射鏡面8Bから放射するレーザ光Pbは反射鏡面8Aから放射するレーザ光Paと同じ強度であり、その大部分は、パッケージ内部で、散乱・乱反射し、隣接する多分割受光素子に信号光以外の迷光として入射する。このため多分割受光素子に入射する迷光量は非常に多くなる。
【0007】
この多分割受光素子は、光ディスクからの変調光を受光して、信号電流に変換する機能を有するので、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、ジッタの発生や、サーボ誤動作などの問題を生ずる。したがって、良好な信号特性を得るためには、光ピックアップに迷光量キャンセル回路を搭載しなければならなかった。このため光ピックアップは形状が大きく、かつ高価になるという問題があった。
【0008】
本発明は上記問題を解決するもので、簡易な構造で、信号特性の良好な光ピックアップを得るために、半導体レーザ装置内部での迷光を減らし、信号光として利用しないレーザ光を放射する反射鏡面(反射鏡面8B)から放射するレーザ光の少ない半導体レーザ装置およびそれに使用する半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明の請求項1に記載の半導体レーザ装置は、光共振器を形成するための第1の反射鏡面と第2の反射鏡面とを有する半導体レーザ素子と、この半導体レーザ素子の第1の反射鏡面から放射されたレーザ光が光記録媒体にて反射して戻って来たレーザ光を受光する第1の受光素子と、前記半導体レーザ素子がボンディングされる基板の同じ表面に配置されて、前記半導体レーザ素子の前記第1の反射鏡面と対向する第2の反射鏡面から放射されたレーザ光を受光するレーザ出力制御用の第2の受光素子と、前記半導体レーザ素子と第1の受光素子と第2の受光素子とを内包するカバーとを備えた半導体レーザ装置において、前記半導体レーザ素子の第1の反射鏡面には、厚さがλ/2(λはレーザ光の波長)の単層の反射膜をコーティングし、前記半導体レーザ素子の第2の反射鏡面には、厚さがλ/4(λはレーザ光の波長)の反射膜を3層にコーティングすることで、前記第2の反射鏡面から放射されるレーザ光の出力が、前記第2の反射鏡面から放射されるレーザ光が前記レーザ出力制御用の第2の受光素子にて検出可能で、かつ、前記第2の反射鏡面から放射されて前記カバーの内壁面で散乱もしくは乱反射した光が前記第1の受光素子に対する迷光とならない範囲に制御されており、前記第1の反射鏡面にコーティングされる前記単層の反射膜は、Al 2 O 3 で形成され、前記第2の反射鏡面にコーティングされる3層の反射膜は、Al 2 O 3 、アモルファスSi、Al 2 O 3 をこの順でコーティング形成されていることを特徴とする。
【0010】
本発明の請求項2に記載の半導体レーザ装置は、請求項1に記載の半導体レーザ装置を構成する手段において、半導体レーザ素子と第1の受光素子と第2の受光素子とを内包するカバーの内壁面が、第2の反射鏡面から放射されたレーザ光によって迷光を生じないような低反射率に形成されていることを特徴とする。
【0014】
上記構成手段を備えたことによって、本発明の請求項1に記載の半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子の第2の反射鏡面から放射されるレーザ光の出力が、レーザ出力制御用の第2の受光素子で検出可能で、かつ第1の受光素子に対する迷光とならない範囲に制御されるので、迷光による不要な迷光電流を低減することができる。このためジッタの発生が抑えられて、光ピックアップの信号特性が良好となり、サーボ誤動作などが生じなくなる。
尚、半導体レーザ素子は、第1の反射鏡面が単層の反射膜をコーティングされ、第2の反射鏡面が複数層の反射膜をコーティングされた構造としているので、第1の反射鏡面からのレーザ光出力が第2の反射鏡面からのレーザ光出力よりも大きくなり、かつ動作電流が低減する。したがって、半導体レーザ装置に組み込んだ場合、迷光電流を低減することができ、かつ消費電力を少なくすることができる。
また、半導体レーザ素子は、第2の反射鏡面が、厚さλ/4の反射膜を3層コーティングされた構造としているので、製膜のコストに対して、得られる効果が最も大きい。したがって、安価に、迷光電流が少なくかつ消費電力が少ない半導体レーザ素子を製造することができる。
また、半導体レーザ装置は、前記第1の反射鏡面にコーティングされる単層の反射膜は、Al 2 O 3 で形成され、第2の反射鏡面にコーティングされる3層の反射膜は、Al 2 O 3 、アモルファスSi、Al 2 O 3 をこの順でコーティング形成されるので、第2の反射鏡面の反射率を65%ないし83%とできる。
【0015】
本発明の請求項2に記載の半導体レーザ装置は、上述のようにカバーの内壁面が、第2の反射鏡面から放射されたレーザ光によって迷光を生じないような低反射率に形成されているので、光ピックアップに迷光量キャンセル回路を搭載する必要がない。したがって、光ピックアップを小型軽量にでき、かつ安価に提供できる。
【0019】
【発明の実施の形態】
図2は、本発明の実施の形態の半導体レーザ装置の外観を示す。ステム21上をカバー22が覆い、カバー22上には回折格子25を有するガラス素子24が埋め込まれている。ステム21からはリード端子23が出ている。本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に内蔵している。
【0020】
図3は、上記半導体レーザ装置の内部構造を示す。ステム21上には、シリコン基板34が固定設置され、シリコン基板34上には、半導体レーザ素子3と受光素子35(第2の受光素子)とがダイボンディングされている。半導体レーザ素子3の前方にはミラー36が設置され、半導体レーザ素子3の単層膜コーティングされた反射鏡面Aから放射されたレーザ光32を反射して、回折格子25の方へ導く。また半導体レーザ素子3の多層膜コーティングされた反射鏡面Bから放射されたレーザ光33の一部は、受光素子35にて受光され、そのモニタ電流はレーザ出力のオートパワーコントロール(APC)に利用される。また、シリコン基板34に隣接して、光ディスクからの変調光を受光する多分割受光素子37(第1の受光素子)がダイボンディングされている。
【0021】
図1に上記半導体レーザ装置に内蔵される半導体レーザ素子の構造を示す。
半導体レーザ素子3の反射鏡面Aには、厚さλ/2(λは波長)のAl2 O3 膜1aがコーティングされ、反射率は約32%である。反射鏡面Bには、厚さλ/4のAl2 O3 膜1と、厚さλ/4のアモルファスシリコン膜2とが交互にコーティングされ、反射率は75%以上である。
【0022】
上記構造によって、反射鏡面Aから放射するレーザ出力に対し、反射鏡面Bから放射するレーザ出力は、1/2〜1/5と低減する。すなわち反射鏡面Aのレーザ出力をa、反射鏡面Bのレーザ出力をbとすると、
b=(1/2〜1/5)×a
となる。
【0023】
次に、上記半導体レーザ素子3を組み込んだ半導体レーザ装置の迷光量と半導体レーザ素子3の動作電流について説明する。
【0024】
図4は、半導体レーザ素子3の反射鏡面Bの反射率と、この反射鏡面Bから放射されたレーザ光の一部を受光素子35にて受光したときのモニタ電流との関係を示す。縦軸は対数表示である。本図は、数十ないし百個程度の半導体レーザ素子のサンプルについて測定して得られたデータである。中央の折れ線40は、測定の平均値を示し、上側の折れ線41は最大値、下側の折れ線42は最小値を示す。
【0025】
ここにモニタ電流に基づき、レーザ出力のオートパワーコントロール(APC)を行う場合のモニタ電流の下限値は0.0015mA程度となる。これは、APC用ICの種類によっても異なるが、一般に安価なICで量産できるものは、この程度の値となるからである。この0.0015mAに対応する反射鏡面Bの反射率の上限は、最小値を示す折れ線42にて83%である。
【0026】
次に図5は、半導体レーザ素子3の反射鏡面Bの反射率と、この反射鏡面Bから放射されたレーザ光が、半導体レーザ装置内部で散乱、乱反射して多分割受光素子37にて迷光として受光したときの迷光電流との関係を示す。縦軸は対数表示である。本図は、数十ないし百個程度の半導体レーザ素子のサンプルについて測定して得られたデータである。中央の折れ線50は、測定の平均値を示し、上側の折れ線51は最大値、下側の折れ線52は最小値を示す。
【0027】
本発明の半導体レーザ素子3は、反射鏡面Aから放射するレーザ出力に対し、反射鏡面Bから放射するレーザ出力の比が、1/2〜1/5と低いことから、半導体レーザ素子内部で生じた光の誘導放出が、効率よく反射鏡面Aから放射する。このため本図に示されるように反射鏡面Bの反射率の増加に伴い、迷光電流は低下する。
【0028】
ここに多分割受光素子37にて、迷光電流が信号電流に悪影響を及ぼさない範囲は、最大で0.1μA程度である。この0.1μAに対応する反射鏡面Bの反射率は、最大値を示す折れ線51にて65%である。
【0029】
上述の図4および図5から得られる結果より、モニタ電流にてオートパワーコントロール(APC)ができ、かつ迷光電流が信号電流に悪影響を及ぼさない反射鏡面Bの反射率の範囲は、65〜83%である。
【0030】
ここで、コーティング膜数と反射率との関係を、表1に示す。
【表1】
この表1より、反射率65〜83%を満足するのは、反射率75%のλ/4の3層コーティング膜のみとなる。
【0031】
次に、図6に、本発明の半導体レーザ素子と従来の半導体レーザ素子との迷光電流の測定結果を示す。図6(A)は、本発明の半導体レーザ素子の迷光電流を示し、図6(B)は、従来の半導体レーザ素子の迷光電流を示す。本図は、数十ないし百個程度の半導体レーザ素子のサンプルについて測定して得られたデータであり、縦軸は、サンプル数を表す。従来の半導体レーザ素子に比べ、本発明の半導体レーザ素子は、明らかに迷光電流が低減している。
【0032】
図7には、本発明の半導体レーザ素子と従来の半導体レーザ素子との動作電流の測定結果を示す。図7(A)は、本発明の半導体レーザ素子の動作電流を示し、図7(B)は、従来の半導体レーザ素子の動作電流を示す。本図は、数十ないし百個程度の半導体レーザ素子のサンプルについて測定して得られたデータであり、縦軸は、サンプル数を表す。従来の半導体レーザ素子に比べ、本発明の半導体レーザ素子は、明らかに動作電流が低減している。
【0033】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項1に記載の半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子の第2の反射鏡面から放射されるレーザ光の出力が、レーザ出力制御用の第2の受光素子で検出可能で、かつ第1の受光素子に対する迷光とならない範囲に制御されるので、迷光による不要な迷光電流を低減することができる。このためジッタの発生が抑えられて、光ピックアップの信号特性が良好となり、サーボ誤動作などが生じなくなる。
尚、半導体レーザ素子は、第1の反射鏡面が単層の反射膜をコーティングされ、第2の反射鏡面が複数層の反射膜をコーティングされた構造としているので、第1の反射鏡面からのレーザ光出力が第2の反射鏡面からのレーザ光出力よりも大きくなり、かつ動作電流が低減する。したがって、半導体レーザ装置に組み込んだ場合、迷光電流を低減することができ、かつ消費電力を少なくすることができる。
また、半導体レーザ素子は、第2の反射鏡面が、厚さλ/4の反射膜を3層コーティングされた構造としているので、製膜のコストに対して、得られる効果が最も大きい。したがって、安価に、迷光電流が少なくかつ消費電力が少ない半導体レーザ素子を製造することができる。
また、半導体レーザ装置は、前記第1の反射鏡面にコーティングされる単層の反射膜は、Al 2 O 3 で形成され、第2の反射鏡面にコーティングされる3層の反射膜は、Al 2 O 3 、アモルファスSi、Al 2 O 3 をこの順でコーティング形成されるので、第2の反射鏡面の反射率を65%ないし83%とできる。
【0034】
本発明の請求項2に記載の半導体レーザ装置は、カバーの内壁面が、第2の反射鏡面から放射されたレーザ光によって迷光を生じないような低反射率に形成されているので、光ピックアップに迷光量キャンセル回路を搭載する必要がない。したがって、光ピックアップを小型軽量にでき、かつ安価に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の半導体レーザ素子の構造を示す図である。
【図2】本発明の実施の形態の半導体レーザ装置の外観を示す図である。
【図3】本発明の実施の形態の半導体レーザ装置の内部構造を示す図である。
【図4】本発明の半導体レーザ素子の反射鏡面の反射率と、モニタ電流との関係を示す図である。
【図5】本発明の半導体レーザ素子の反射鏡面の反射率と、迷光電流との関係を示す図である。
【図6】(A)は、本発明の半導体レーザ素子の迷光電流を示し、(B)は、従来の半導体レーザ素子の迷光電流を示す図である。
【図7】(A)は、本発明の半導体レーザ素子の動作電流を示し、(B)は、従来の半導体レーザ素子の動作電流を示す図である。
【図8】従来の半導体レーザ素子の構造を示す図である。
【符号の説明】
1 厚さλ/4のAl2 O3 膜
1a 厚さλ/2のAl2 O3 膜
2 厚さλ/4のアモルファスシリコン膜
3 半導体レーザ素子
21 ステム
22 カバー
23 リード端子
24 ガラス素子
25 回折格子
32 反射鏡面Aから放射されたレーザ光
33 反射鏡面Bから放射されたレーザ光
34 シリコン基板
35 受光素子
36 ミラー
37 多分割受光素子
Claims (2)
- 光共振器を形成するための第1の反射鏡面と第2の反射鏡面とを有する半導体レーザ素子と、
この半導体レーザ素子の第1の反射鏡面から放射されたレーザ光が光記録媒体にて反射して戻って来たレーザ光を受光する第1の受光素子と、
前記半導体レーザ素子がボンディングされる基板の同じ表面に配置されて、前記半導体レーザ素子の前記第1の反射鏡面と対向する第2の反射鏡面から放射されたレーザ光を受光するレーザ出力制御用の第2の受光素子と、
前記半導体レーザ素子と第1の受光素子と第2の受光素子とを内包するカバーとを備えた半導体レーザ装置において、
前記半導体レーザ素子の第1の反射鏡面には、厚さがλ/2(λはレーザ光の波長)の単層の反射膜をコーティングし、
前記半導体レーザ素子の第2の反射鏡面には、厚さがλ/4(λはレーザ光の波長)の反射膜を3層にコーティングすることで、
前記第2の反射鏡面から放射されるレーザ光の出力が、前記第2の反射鏡面から放射されるレーザ光が前記レーザ出力制御用の第2の受光素子にて検出可能で、かつ、前記第2の反射鏡面から放射されて前記カバーの内壁面で散乱もしくは乱反射した光が前記第1の受光素子に対する迷光とならない範囲に制御されており、
前記第1の反射鏡面にコーティングされる前記単層の反射膜は、Al 2 O 3 で形成され、
前記第2の反射鏡面にコーティングされる3層の反射膜は、Al 2 O 3 、アモルファスSi、Al 2 O 3 をこの順でコーティング形成されていることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 半導体レーザ素子と第1の受光素子と第2の受光素子とを内包するカバーの内壁面が、第2の反射鏡面から放射されたレーザ光によって迷光を生じないような低反射率に形成されてい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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