JPH0661575A - 半導体レーザデバイス - Google Patents
半導体レーザデバイスInfo
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- JPH0661575A JPH0661575A JP21106992A JP21106992A JPH0661575A JP H0661575 A JPH0661575 A JP H0661575A JP 21106992 A JP21106992 A JP 21106992A JP 21106992 A JP21106992 A JP 21106992A JP H0661575 A JPH0661575 A JP H0661575A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体レーザ光源に関し、小形で、光源の波
長変動が生じない半導体レーザデバイスを提供する。 【構成】 半導体レーザチップ１をキャップ３内に内蔵
し、発振光出射部１１のガラス板５の裏面外周部に、反
射形回折光学レンズ２を設け、半導体レーザチップ１か
らの発振光４の一部を、反射形回折光学レンズ２に入射
させ、反射回折させた光７を半導体レーザチップ１の表
面出射端９に入射させ、発振光４の中央部を外部に出射
させる。
長変動が生じない半導体レーザデバイスを提供する。 【構成】 半導体レーザチップ１をキャップ３内に内蔵
し、発振光出射部１１のガラス板５の裏面外周部に、反
射形回折光学レンズ２を設け、半導体レーザチップ１か
らの発振光４の一部を、反射形回折光学レンズ２に入射
させ、反射回折させた光７を半導体レーザチップ１の表
面出射端９に入射させ、発振光４の中央部を外部に出射
させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザチップを内蔵し
た半導体レーザデバイスに関するものであり、特に、小
形であり構造が安定で、光源の波長変動が生じない半導
体レーザデバイスに関するものである。
た半導体レーザデバイスに関するものであり、特に、小
形であり構造が安定で、光源の波長変動が生じない半導
体レーザデバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザ光源は、小形軽量であり、
光ディスク装置等の光源として、多く用いられている。
従来の半導体レーザデバイスとして、図４に示すものが
あった（「シャープ半導体レーザブック」、ｐ.１７、
１９９２年）。
光ディスク装置等の光源として、多く用いられている。
従来の半導体レーザデバイスとして、図４に示すものが
あった（「シャープ半導体レーザブック」、ｐ.１７、
１９９２年）。
【０００３】キャップ３内のステム８に、半導体レーザ
チップ１を設けてあり、チップ１に電流を流すと、表面
出射端９より、レーザ光が出射し、発振光出射部１１に
設けたガラス板５を通して、発振光４が出射され、この
光を種々の光学システムに使用することができる。
チップ１を設けてあり、チップ１に電流を流すと、表面
出射端９より、レーザ光が出射し、発振光出射部１１に
設けたガラス板５を通して、発振光４が出射され、この
光を種々の光学システムに使用することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図４に示した従来の半
導体レーザデバイスでは、レーザチップの温度が変化す
ると、発振波長が変化するという課題があった。
導体レーザデバイスでは、レーザチップの温度が変化す
ると、発振波長が変化するという課題があった。
【０００５】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
で、小形で、構造が安定のままで、光源の波長変動が生
じない半導体レーザデバイスを提供するものである。
で、小形で、構造が安定のままで、光源の波長変動が生
じない半導体レーザデバイスを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、半導体レーザチップをキャップ内に内蔵
し、発振光出射部にガラス板を設けた半導体レーザにお
いて、上記ガラス板上に、反射形回折光学レンズを設
け、上記半導体レーザチップからの発振光の一部を、上
記反射形回折光学レンズに入射させ、反射回折させた光
を上記半導体レーザチップの表面出射端に入射させるこ
とを特徴とする半導体レーザデバイスを提供するもので
ある。
決するために、半導体レーザチップをキャップ内に内蔵
し、発振光出射部にガラス板を設けた半導体レーザにお
いて、上記ガラス板上に、反射形回折光学レンズを設
け、上記半導体レーザチップからの発振光の一部を、上
記反射形回折光学レンズに入射させ、反射回折させた光
を上記半導体レーザチップの表面出射端に入射させるこ
とを特徴とする半導体レーザデバイスを提供するもので
ある。
【０００７】
【作用】本発明は、キャップをシールドするガラス板上
に、発振レーザ光を波長選択してレーザ出射端面にもど
し、半導体レーザの波長を安定化させる、反射形回折光
学レンズを設けることにより、小形で、構造も安定なま
ま、波長変動が生じない半導体レーザデバイスが実現可
能となる。
に、発振レーザ光を波長選択してレーザ出射端面にもど
し、半導体レーザの波長を安定化させる、反射形回折光
学レンズを設けることにより、小形で、構造も安定なま
ま、波長変動が生じない半導体レーザデバイスが実現可
能となる。
【０００８】
【実施例】図１は、本発明の第１の実施例の半導体レー
ザデバイスの基本構成を示す、内部構造図であり、図２
は、本発明の第１の実施例の半導体レーザデバイスの基
本動作を説明する断面図（ａ）と、反射形回折光学レン
ズの形状を示すガラス板裏面図である。本発明の第１の
実施例を図１、２を用いて詳細に説明する。
ザデバイスの基本構成を示す、内部構造図であり、図２
は、本発明の第１の実施例の半導体レーザデバイスの基
本動作を説明する断面図（ａ）と、反射形回折光学レン
ズの形状を示すガラス板裏面図である。本発明の第１の
実施例を図１、２を用いて詳細に説明する。
【０００９】本発明の第１の実施例の半導体レーザデバ
イスは、図１、２に示すように、キャップ内面に設け
た、例えば０.３ｍｍ厚のガラス板５の裏面（半導体レ
ーザチップに対向する面）の外周部に、ドーナツ状に反
射形回折光学レンズ２を形成し、光学レンズ２の中央真
下に、ヒートシンクを兼ねたステム８に、半導体レーザ
チップ１を設けている。反射形レンズ２をガラス板５の
裏面に形成することにより、レンズ２破損を防ぐことが
でき、また、反射層６として金属を用いた場合でも、金
属はキャップ３にシールドされているため、酸化を防ぐ
こともできるという効果がある。
イスは、図１、２に示すように、キャップ内面に設け
た、例えば０.３ｍｍ厚のガラス板５の裏面（半導体レ
ーザチップに対向する面）の外周部に、ドーナツ状に反
射形回折光学レンズ２を形成し、光学レンズ２の中央真
下に、ヒートシンクを兼ねたステム８に、半導体レーザ
チップ１を設けている。反射形レンズ２をガラス板５の
裏面に形成することにより、レンズ２破損を防ぐことが
でき、また、反射層６として金属を用いた場合でも、金
属はキャップ３にシールドされているため、酸化を防ぐ
こともできるという効果がある。
【００１０】反射形回折光学レンズ２は、口径が例えば
１ｍｍ〜１.３ｍｍのドーナツ形で、例えば０.７８０μ
mの選択波長において、焦点距離は、例えば１ｍｍで、
レンズ３から、例えば２ｍｍ離れた点光源を、同じ位置
に焦点をもつように反射集光するように設定されてい
る。この光学レンズ２は、例えばＡｇやＡｌ、Ａｕ等の
金属層または誘電体の多層膜の反射層６を上面に設け
た、最大溝深さが例えば０.２μmの同心円の矩形断面反
射形グレーティングからなる。グレーティング周期は、
最内周から最外周まで、例えば０.８７μmから、０.７
２μmまで徐々に小さくなっている。
１ｍｍ〜１.３ｍｍのドーナツ形で、例えば０.７８０μ
mの選択波長において、焦点距離は、例えば１ｍｍで、
レンズ３から、例えば２ｍｍ離れた点光源を、同じ位置
に焦点をもつように反射集光するように設定されてい
る。この光学レンズ２は、例えばＡｇやＡｌ、Ａｕ等の
金属層または誘電体の多層膜の反射層６を上面に設け
た、最大溝深さが例えば０.２μmの同心円の矩形断面反
射形グレーティングからなる。グレーティング周期は、
最内周から最外周まで、例えば０.８７μmから、０.７
２μmまで徐々に小さくなっている。
【００１１】半導体レーザチップ１の表面出射端９から
の発振光（例えば、中心波長が０.７８μm周辺）は、周
辺部分４Ｂは、反射形回折光学レンズ２に入射する。入
射した発振光４Ｂは、例えば、４０％の回折効率で反射
回折されて、選択された波長（例えば０.７８０μm）で
の反射１次回折光７のみが、半導体レーザチップ１の表
面出射端９に集光されて入射する（入射光量は、全発振
光量の例えば、５％から２０％であった）。他の波長
（例えば０.７７〜０.７９μm）の１次回折光は表面出
射端９上ではぼけてしまい、選択波長から離れるほど入
射する光量が減少する。これにより、レーザ発振波長
が、選択波長に引きずり込まれ、同一の表面出射端９か
ら安定波長の発振光４Ａとして、出射される。この発振
光４Ａは、ガラス板５を通過して、発振光出射部１１よ
り、外部に出射される（出射光４）。例えば、光ディス
クのピックアップ等の光学システムに利用するにはこの
光４を用いる。本実施例では、反射回折光として、１次
のものを用いたが、２次などの他の次数の回折光を用い
てもよい。
の発振光（例えば、中心波長が０.７８μm周辺）は、周
辺部分４Ｂは、反射形回折光学レンズ２に入射する。入
射した発振光４Ｂは、例えば、４０％の回折効率で反射
回折されて、選択された波長（例えば０.７８０μm）で
の反射１次回折光７のみが、半導体レーザチップ１の表
面出射端９に集光されて入射する（入射光量は、全発振
光量の例えば、５％から２０％であった）。他の波長
（例えば０.７７〜０.７９μm）の１次回折光は表面出
射端９上ではぼけてしまい、選択波長から離れるほど入
射する光量が減少する。これにより、レーザ発振波長
が、選択波長に引きずり込まれ、同一の表面出射端９か
ら安定波長の発振光４Ａとして、出射される。この発振
光４Ａは、ガラス板５を通過して、発振光出射部１１よ
り、外部に出射される（出射光４）。例えば、光ディス
クのピックアップ等の光学システムに利用するにはこの
光４を用いる。本実施例では、反射回折光として、１次
のものを用いたが、２次などの他の次数の回折光を用い
てもよい。
【００１２】反射形回折光学レンズ２を、ドーナツ形に
形成することにより、中央部の発振光４Ａの光量を減ら
すことがなく、また、周辺部４Ｂは、ビーム成形のた
め、従来では多くの場合、故意に用いていなかったが、
本実施例の半導体レーザデバイスでは、この光４Ｂを有
効利用するという効果がある。また、通常半導体レーザ
チップ１からの発振光は円形ではなく細長い楕円である
ため、その楕円の長軸方向に合わせるように、反射形レ
ンズ２をドーナツ形の両端に部分的に形成してもよい。
形成することにより、中央部の発振光４Ａの光量を減ら
すことがなく、また、周辺部４Ｂは、ビーム成形のた
め、従来では多くの場合、故意に用いていなかったが、
本実施例の半導体レーザデバイスでは、この光４Ｂを有
効利用するという効果がある。また、通常半導体レーザ
チップ１からの発振光は円形ではなく細長い楕円である
ため、その楕円の長軸方向に合わせるように、反射形レ
ンズ２をドーナツ形の両端に部分的に形成してもよい。
【００１３】本実施例の反射形回折光学レンズ２は、レ
ーザチップ１の表面出射端からレンズ２の形成したガラ
ス面までの距離をａとすると、位相シフト関数として、
Φ（ｒ）＝λ／π・（√（ａ2＋ｒ2）−ａ）−２ｍπで
与えられる。ただし、λは、光の波長、ｒは、レンズ２
の中心からの距離、ｍは０≦Φ≦２πを満たす整数であ
る。これは近似的に、焦点距離がｆ＝ａ／２のレンズで
ある。
ーザチップ１の表面出射端からレンズ２の形成したガラ
ス面までの距離をａとすると、位相シフト関数として、
Φ（ｒ）＝λ／π・（√（ａ2＋ｒ2）−ａ）−２ｍπで
与えられる。ただし、λは、光の波長、ｒは、レンズ２
の中心からの距離、ｍは０≦Φ≦２πを満たす整数であ
る。これは近似的に、焦点距離がｆ＝ａ／２のレンズで
ある。
【００１４】反射形回折光学レンズ２の作製方法として
は、公知の電子ビーム描画法を用いた。すなわち、ガラ
ス板５上にコーティングした、例えば、ＰＭＭＡやＣＭ
Ｓ等の電子ビームレジストに電子ビームを同心円状に照
射し、現像処理を行なうことにより、膜厚を変化させ、
反射層６を堆積した。大量生産は、反射層６を堆積する
前に、グレーティングを含む金型を作製し、例えば、Ｕ
Ｖ硬化樹脂を用いて金型から複製し、反射層６を堆積す
れば原盤と同一の、光学レンズ２が作製でき、本発明の
半導体レーザデバイスが、低価格で製造可能である。ま
た、反射形レンズ２が、熱的に問題がある場合は、現像
後、イオンビームエッチングや、弗酸等でガラス板２に
転写すると熱的にも安定になる。
は、公知の電子ビーム描画法を用いた。すなわち、ガラ
ス板５上にコーティングした、例えば、ＰＭＭＡやＣＭ
Ｓ等の電子ビームレジストに電子ビームを同心円状に照
射し、現像処理を行なうことにより、膜厚を変化させ、
反射層６を堆積した。大量生産は、反射層６を堆積する
前に、グレーティングを含む金型を作製し、例えば、Ｕ
Ｖ硬化樹脂を用いて金型から複製し、反射層６を堆積す
れば原盤と同一の、光学レンズ２が作製でき、本発明の
半導体レーザデバイスが、低価格で製造可能である。ま
た、反射形レンズ２が、熱的に問題がある場合は、現像
後、イオンビームエッチングや、弗酸等でガラス板２に
転写すると熱的にも安定になる。
【００１５】本実施例では、反射形回折光学レンズ２を
構成するグレーティングのパターン形状は円形とした
が、半導体レーザチップ１からの出射光４Ａの発散球面
波は、一般に非点収差が発生するため、グレーティング
のパターン形状を楕円形とすることにより、逆の方向に
非点収差を発生させて無収差にすることも可能である。
構成するグレーティングのパターン形状は円形とした
が、半導体レーザチップ１からの出射光４Ａの発散球面
波は、一般に非点収差が発生するため、グレーティング
のパターン形状を楕円形とすることにより、逆の方向に
非点収差を発生させて無収差にすることも可能である。
【００１６】このように、本発明者は、波長選択して、
発振波長を安定化させる、反射形回折光学レンズを、キ
ャップをシールドするガラス板上に設けることにより、
小形で、構造も安定なまま、波長変動が生じない半導体
レーザデバイスが実現可能となることを発見した。
発振波長を安定化させる、反射形回折光学レンズを、キ
ャップをシールドするガラス板上に設けることにより、
小形で、構造も安定なまま、波長変動が生じない半導体
レーザデバイスが実現可能となることを発見した。
【００１７】図３は本発明の第２の実施例の半導体レー
ザデバイスの基本構成と集光の様子を示す断面図であ
る。第１の実施例と異なる点について説明する。本実施
例では、例えば、２ｍｍ厚のガラス板５’をキャップ５
上に設置し、反射形回折光学レンズ２’は、ガラス板
５’面の、半導体レーザチップ１に対向する反対面にあ
る。ガラス板５’を、キャップ上に設置する構成によ
り、反射形回折光学レンズ６と、半導体レーザチップ１
との距離が離れ、ガラスで分離されているため、キャッ
プ３内が高温になっても、反射形回折光学レンズ２’の
設置点ではそれほど温度が上昇せず、反射形回折光学レ
ンズ２’を合成樹脂で形成しても、全く問題はない。ま
た、本実施例では、反射形回折光学レンズ２’と半導体
レーザチップ１の位置合わせが、ガラス板５’がキャッ
プ３の上部にあるため一層容易である。さらに、本実施
例では、レーザチップ１からレンズ２’までの距離が、
第１の実施例よりも大きくなるため、選択波長の分離度
がよくなり、波長安定度が向上する。また、本実施例で
は、ガラス板５’はむき出しであるが、これを包み込む
ようにパッケージを設けると、耐久性が向上する。さら
に、キャップ３の内面には従来例のガラス板５を設けた
ままでもよい。
ザデバイスの基本構成と集光の様子を示す断面図であ
る。第１の実施例と異なる点について説明する。本実施
例では、例えば、２ｍｍ厚のガラス板５’をキャップ５
上に設置し、反射形回折光学レンズ２’は、ガラス板
５’面の、半導体レーザチップ１に対向する反対面にあ
る。ガラス板５’を、キャップ上に設置する構成によ
り、反射形回折光学レンズ６と、半導体レーザチップ１
との距離が離れ、ガラスで分離されているため、キャッ
プ３内が高温になっても、反射形回折光学レンズ２’の
設置点ではそれほど温度が上昇せず、反射形回折光学レ
ンズ２’を合成樹脂で形成しても、全く問題はない。ま
た、本実施例では、反射形回折光学レンズ２’と半導体
レーザチップ１の位置合わせが、ガラス板５’がキャッ
プ３の上部にあるため一層容易である。さらに、本実施
例では、レーザチップ１からレンズ２’までの距離が、
第１の実施例よりも大きくなるため、選択波長の分離度
がよくなり、波長安定度が向上する。また、本実施例で
は、ガラス板５’はむき出しであるが、これを包み込む
ようにパッケージを設けると、耐久性が向上する。さら
に、キャップ３の内面には従来例のガラス板５を設けた
ままでもよい。
【００１８】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、小形であ
り構造が安定で、光源の波長変動が生じない半導体レー
ザデバイスが実現可能であるという効果を有する。
り構造が安定で、光源の波長変動が生じない半導体レー
ザデバイスが実現可能であるという効果を有する。
【図１】本発明の第１の実施例の半導体レーザデバイス
の基本構成を示す内部構造図
の基本構成を示す内部構造図
【図２】（ａ）は本発明の第１の実施例の半導体レーザ
デバイスの基本動作を説明する断面図 （ｂ）は同実施例における反射形回折光学レンズの形状
を示すガラス板裏面図
デバイスの基本動作を説明する断面図 （ｂ）は同実施例における反射形回折光学レンズの形状
を示すガラス板裏面図
【図３】本発明の第２の実施例の半導体レーザデバイス
の基本構成を示す断面図
の基本構成を示す断面図
【図４】従来の半導体レーザデバイスの基本構成図
１ 半導体レーザチップ ２ 反射形回折光学レンズ ３ キャップ ４ 発振光 ５ ガラス板 ６ 反射層 ７ 反射回折光 ９ 表面出射端 １１ 発振光出射部
Claims (4)
- 【請求項１】半導体レーザチップをキャップ内に内蔵
し、発振光出射部にガラス板を設けた半導体レーザにお
いて、上記ガラス板上に、反射形回折光学レンズを設
け、上記半導体レーザチップからの発振光の一部を、上
記反射形回折光学レンズに入射させ、反射回折させた光
を上記半導体レーザチップの表面出射端に入射させるこ
とを特徴とする半導体レーザデバイス。 - 【請求項２】反射形回折光学レンズは、ドーナツ状に形
成したことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ
デバイス。 - 【請求項３】ガラス板は、キャップ内面に設け、反射形
回折光学レンズを設ける上記ガラス板面は、半導体レー
ザチップに対向する面であることを特徴とする請求項１
に記載の半導体レーザデバイス。 - 【請求項４】ガラス板は、キャップ上面に設け、反射形
回折光学レンズを設ける上記ガラス板面は、半導体レー
ザチップに対向する反対面であることを特徴とする請求
項１に記載の半導体レーザデバイス。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4211069A JP2871320B2 (ja) | 1992-08-07 | 1992-08-07 | 半導体レーザデバイス |
| EP93112488A EP0582958B1 (en) | 1992-08-07 | 1993-08-04 | A semiconductor laser device, an optical device and a method of producing the same |
| DE69318487T DE69318487T2 (de) | 1992-08-07 | 1993-08-04 | Halbleiterlaservorrichtung, optische Vorrichtung und Herstellungsverfahren |
| US08/102,622 US5373519A (en) | 1992-08-07 | 1993-08-05 | Semiconductor laser device, an optical device and a method of producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4211069A JP2871320B2 (ja) | 1992-08-07 | 1992-08-07 | 半導体レーザデバイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0661575A true JPH0661575A (ja) | 1994-03-04 |
| JP2871320B2 JP2871320B2 (ja) | 1999-03-17 |
Family
ID=16599895
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4211069A Expired - Fee Related JP2871320B2 (ja) | 1992-08-07 | 1992-08-07 | 半導体レーザデバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2871320B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7533822B2 (en) | 2000-10-26 | 2009-05-19 | Datalogic S.P.A. | Laser scanner for reading optical codes |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59205785A (ja) * | 1983-05-09 | 1984-11-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光帰還型半導体レ−ザ装置 |
| JPH02216881A (ja) * | 1989-02-17 | 1990-08-29 | Canon Inc | 外部共振型半導体レーザ装置 |
| JPH02276284A (ja) * | 1989-04-18 | 1990-11-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光学装置 |
-
1992
- 1992-08-07 JP JP4211069A patent/JP2871320B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59205785A (ja) * | 1983-05-09 | 1984-11-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光帰還型半導体レ−ザ装置 |
| JPH02216881A (ja) * | 1989-02-17 | 1990-08-29 | Canon Inc | 外部共振型半導体レーザ装置 |
| JPH02276284A (ja) * | 1989-04-18 | 1990-11-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光学装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7533822B2 (en) | 2000-10-26 | 2009-05-19 | Datalogic S.P.A. | Laser scanner for reading optical codes |
| US7823786B2 (en) | 2000-10-26 | 2010-11-02 | Datalogic S.P.A. | Laser scanner for reading optical codes |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2871320B2 (ja) | 1999-03-17 |
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