JPH11273138A

JPH11273138A - 光半導体装置および光学ピックアップ

Info

Publication number: JPH11273138A
Application number: JP10077200A
Authority: JP
Inventors: Kiyotsugu Tanaka; 清嗣田中
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-03-25
Filing date: 1998-03-25
Publication date: 1999-10-08

Abstract

(57)【要約】【課題】フロントＡＰＣ駆動法により半導体レーザチ
ップの光出力制御を行うことができ、光学ピックアップ
など他の装置に用いた場合に、その装置の小型化および
薄型化ならびに部品点数の削減および低コスト化をとも
に実現することができるとともに、迷光の増加などの特
性の劣化を抑制することができる光半導体装置およびそ
のような光半導体装置を用いた光学ピックアップを提供
する。【解決手段】レーザカプラチップをフラットパッケー
ジ１１に収納し、上面をウィンドウキャップ１２で封止
したレーザカプラにおいて、ウィンドウキャップ１２の
上面１２ａ上に、半導体レーザチップ１４のフロント側
の端面から出射されるレーザ光Ｌ_fの強度をモニタする
ためのフォトダイオード１５を設け、フォトダイオード
１５のモニタ電流に応じて、半導体レーザチップ１４の
光出力を制御する。フォトダイオード１５をウィンドウ
キャップ１２の下面１２ｂまたは側面１２ｃに設けても
よい。光学ピックアップはレーザカプラと対物レンズと
を用いて構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光半導体装置お
よび光学ピックアップに関し、特に、半導体レーザチッ
プのフロント側の端面からの光出力をモニタすることに
よって、半導体レーザチップの光出力制御を行うように
した光半導体装置および光学ピックアップに適用して好
適なものである。

【０００２】

【従来の技術】光ディスクや光磁気ディスクの記録およ
び／または再生装置に用いられる光学ピックアップにお
いて、光源としての半導体レーザを、その光出力を自動
的に制御しながら駆動することは必須である。このよう
な半導体レーザの駆動方法には、半導体レーザのフロン
ト側の端面からのレーザ光で光出力制御を行うフロント
ＡＰＣ（Auto Power Control）駆動法と、半導体レーザ
のリア側の端面からのレーザ光で光出力制御を行うリア
ＡＰＣ駆動法とがある。例えば、フォトダイオード上に
半導体レーザチップをマウントした、いわゆるＬＯＰ
（Laser on Photodiode)チップは、半導体レーザの光出
力制御にリアＡＰＣ駆動法を用いたものの代表的な形態
である。

【０００３】図１２は、このＬＯＰチップの斜視図であ
る。図１２に示すように、このＬＯＰチップにおいて
は、フォトダイオード１０１上に半導体レーザ１０２が
マウントされている。このＬＯＰチップにおいては、フ
ォトダイオード１０１によって半導体レーザ１０２のリ
ア側の端面から出射されるレーザ光Ｌ_rの出力がモニタ
され、このモニタ電流に応じてフロント側の端面から出
射されるレーザ光Ｌ_fの出力が制御される。

【０００４】しかしながら、上述のＬＯＰチップでは、
半導体レーザ１０２のリア側の端面から出射されるレー
ザ光Ｌ_rの遠視野像の端の一部しかフォトダイオード１
０１に入射させることができないため、実装状態でモニ
タ電流が変動したり、戻り光の影響を受けるなどの問題
があった。

【０００５】また、光出力が数１０ｍＷ程度の高出力用
半導体レーザでは、通常、リア側の端面に反射率が９０
％以上の高反射膜が設けられる。このため、高出力用半
導体レーザの光出力制御に、上述のＬＯＰチップで行わ
れているようなリアＡＰＣ駆動法を用いた場合、フォト
ダイオード１０１で充分なモニタ電流の強度を得ること
ができない。したがって、高出力用半導体レーザの光出
力制御を、リアＡＰＣ駆動法により行うことは困難であ
った。

【０００６】これに対してフロントＡＰＣ駆動法は、半
導体レーザのフロント側の端面から出射されるレーザ光
を直接モニタする方法であるため、高出力用半導体レー
ザの光出力制御も可能であり、リアＡＰＣ駆動法に比較
して、半導体レーザの光出力制御の精度が良好であると
いう利点を有する。

【０００７】図１３は、半導体レーザの光出力制御をフ
ロントＡＰＣ駆動法により行うようにした光学ピックア
ップの構成の一例を示す略線図である。この光学ピック
アップは、例えば光ディスク記録再生装置または光磁気
ディスク記録再生装置に用いられる。

【０００８】図１３に示すように、この光学ピックアッ
プにおいては、光源としての半導体レーザ２０１を有し
ている。この半導体レーザ２０１は、例えば光出力が数
１０ｍＷ程度の高出力用半導体レーザである。半導体レ
ーザ２０１から出射されたレーザ光Ｌ_fはグレーティン
グ２０２を介してビームスプリッタ２０３に入射され
る。ビームスプリッタ２０３に入射したレーザ光Ｌ_fの
うち、一部の光はこのビームスプリッタ２０３により入
射方向と垂直方向に曲げられモニタ用のフォトダイオー
ド２０４に入射され、残りの光はこのビームスプリッタ
２０３を通り、コリメータレンズ２０５および対物レン
ズＯＬを介して光ディスクＤに入射される。光ディスク
Ｄで反射されたレーザ光Ｌ_fは、再び対物レンズＯＬお
よびコリメータレンズ２０５を介してビームスプリッタ
２０３に入射される。このビームスプリッタ２０３に入
射したレーザ光Ｌ_fは、このビームスプリッタ２０３に
より入射方向と垂直方向に曲げられた後、調整レンズ２
０６を介して信号検出用のフォトダイオード２０７に入
射して受光される。

【０００９】上述のように構成された光学ピックアップ
においては、フォトダイオード２０４によって半導体レ
ーザ２０１のフロント側の端面から出射されるレーザ光
Ｌ_ｆの出力がモニタされ、これによって得られるモニタ
電流に応じて半導体レーザ２０１の光出力が制御され
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように、半導体レーザ２０１の光出力制御をフロントＡ
ＰＣ駆動法により行う場合、光出力モニタ用のフォトダ
イオード２０４が必要となる上に、フォトダイオード２
０４にレーザ光Ｌ_fを導くために、レーザ光Ｌ_fの光路
をビームスプリッタ２０３で曲げてやる必要があるた
め、光学ピックアップの薄型化および小型化を犠牲にす
る可能性がある上に、部品点数が増加しコストの上昇に
つながるなどの問題がある。

【００１１】この対策として、近年では、半導体レーザ
の光出力制御をフロントＡＰＣ駆動法により行うように
した光学ピックアップにおいて、光出力モニタ用のフォ
トダイオード２０４も含めて対物レンズＯＬ以外の要素
を一体化した、レーザカプラとよばれる複合光学装置が
用いれるようになっている。

【００１２】図１４および図１５は、このレーザカプラ
の構成の一例を示す。ここで、図１４はこのレーザカプ
ラの斜視図、図１５は図１４のＸＶ−ＸＶ線に沿っての
断面図である。このレーザカプラは、光源の半導体レー
ザチップの光出力制御をフロントＡＰＣ駆動法により行
うようにしたものである。

【００１３】図１４および図１５に示すように、このレ
ーザカプラにおいては、フォトダイオードＩＣ３０１上
に、マイクロプリズム３０２と、Ｓｉスペーサ３０３上
に半導体レーザチップ３０４を載せたものとが互いに隣
接してマウントされている。フォトダイオードＩＣ３０
１には、光信号検出用の一対のフォトダイオードＰＤ
１、ＰＤ２に加えて、半導体レーザチップ３０４のフロ
ント側の端面から出射されるレーザ光Ｌ_fの光出力をモ
ニタするためのフォトダイオードＰＤ３が集積されてい
る。これらのフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ３のうち、
フォトダイオードＰＤ１、２のみがマイクロプリズム３
０２で覆われており、フォトダイオードＰＤ３の受光面
はマイクロプリズム３０２の外側に露出している。この
フォトダイオードＩＣ３０１は、これらのフォトダイオ
ードＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３のほか、フォトダイオード
ＰＤ１、ＰＤ２用の信号処理回路、フォトダイオードＰ
Ｄ３用の信号処理回路、半導体レーザ３０４の駆動回路
などがＩＣ化されたものである。Ｓｉスペーサ３０３
は、半導体レーザチップ３０４は通常その接合が下側に
くるようにマウントされることから、この半導体レーザ
チップ３０４のフロント側の端面から出射されるレーザ
光Ｌ_fがフォトダイオードＩＣ３０１の表面で反射され
て雑音光となるのを防止する役割も有する。

【００１４】図１５に示すように、マイクロプリズム３
０２は、光入射面となる斜面３０２ａ、上面３０２ｂ、
底面３０２ｃ、端面３０２ｄおよび端面３０２ｅを有す
る。斜面３０２ａにはハーフミラー３０５が設けられ、
上面３０２ｂには全反射膜３０６が設けられ、底面３０
２ｃには反射防止膜３０７が設けられ、端面３０２ｄは
鏡面に構成されている。

【００１５】上述のレーザカプラにおいては、半導体レ
ーザチップ３０４のフロント側の端面から出射されたレ
ーザ光Ｌ_fのうち、マイクロプリズム３０２の斜面３０
２ａ上のハーフミラー３０５を通ってこのマイクロプリ
ズム３０２の内部に入った光の強度をフォトダイオード
ＰＤ３でモニタし、これによって得られるモニタ電流に
応じて半導体レーザチップ３０４の光出力が制御され
る。

【００１６】しかしながら、半導体レーザチップ３０４
の光出力制御をフロントＡＰＣ駆動法により行うように
した上述のレーザカプラにおいては、半導体レーザチッ
プ３０４のフロント側の端面から見て、マイクロプリズ
ム３０２の後方に光出力モニタ用のフォトダイオードＰ
Ｄ３を設けたため、マイクロプリズム３０２の後方面、
したがって、マイクロプリズム３０２の端面３０２ｅに
光吸収膜を設けることができず、迷光が増えているのが
現状である。

【００１７】したがって、この発明の目的は、フロント
ＡＰＣ駆動法により半導体レーザチップの光出力制御を
行うことができ、光学ピックアップなど他の装置に用い
た場合に、その装置の小型化および薄型化ならびに部品
点数の削減および低コスト化をともに実現することがで
きるとともに、迷光の増加などの特性の劣化を抑制する
ことができる光半導体装置およびそのような光半導体装
置を用いた光学ピックアップを提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の第１の発明は、半導体レーザチップと、
半導体レーザチップを収納するパッケージと、パッケー
ジの上面に設けられ、半導体レーザチップのフロント側
の端面からの出射光が取り出される封止用透明部材とを
有する光半導体装置において、封止用透明部材に半導体
レーザチップからの出射光の強度をモニタするための受
光素子が設けられ、受光素子のモニタ電流に応じて半導
体レーザチップの光出力が制御されることを特徴とする
ものである。

【００１９】この発明の第２の発明は、半導体レーザチ
ップと、半導体レーザチップを収納するパッケージと、
パッケージの上面に設けられ、半導体レーザチップのフ
ロント側の端面からの出射光が取り出される封止用透明
部材とを有する光半導体装置を用いた光学ピックアップ
において、光半導体装置は、封止用透明部材に半導体レ
ーザチップからの出射光の強度をモニタするための受光
素子が設けられ、受光素子のモニタ電流に応じて半導体
レーザチップの光出力が制御されることを特徴とするも
のである。

【００２０】この発明において、封止用透明部材に設け
られる受光素子は、典型的にはフォトダイオードであ
る。この受光素子としては、半導体レーザチップからの
出射光の波長の光に対して十分な受光感度を有するもの
が用いられる。

【００２１】この発明において、封止用透明部材に設け
られる受光素子は、光半導体装置の特性を損なわないよ
うに、具体的には、出射光を遮らないようにして設ける
ことが好ましい。ここで、出射光とは、例えば、半導体
レーザチップのフロント側の端面から出射される光のう
ち、光半導体装置の外部に設けれる光学系、または、光
学ピックアップに設けられる光学系にカップリングする
部分の光をいう。この場合、使用される光学系、例えば
対物レンズにより、この光学系にカップリングする出射
光のビームが定まる。また、この場合、封止用透明部材
に設けられる受光素子は、光学系にカップリングする出
射光の外側（例えば、この出射光のスポットから十分に
離れた位置）の光強度をモニタするようにしてもよく、
または、光学系にカップリングする出射光の近傍の光強
度をモニタするようにしてもよい。なお、場合によって
は、半導体レーザチップのフロント側の端面から出射さ
れる光全体を出射光とみなしてもよい。この場合、封止
用透明部材に設けられる受光素子を、出射光の半径方向
において光強度がピーク値の１／ｅ²以下となる位置に
設けることにより、出射光のけられは実用上問題なくな
る。また、封止用透明部材に設けられる受光素子を、出
射光の半径方向において光強度がピーク値の１／２以下
となる位置に設けることにより、半導体レーザチップに
要求される遠視野像の特性が損なわれるおそれがなくな
る。

【００２２】この発明において、光半導体装置は、例え
ば、半導体レーザであってもよく、または、別の半導体
チップ上に半導体レーザチップ、受光素子および透明光
学部品が設けられたレーザカプラのような複合光学装置
であってもよい。

【００２３】上述のように構成されたこの発明による光
半導体装置によれば、封止用透明部材に半導体レーザチ
ップからの出射光の強度をモニタするための受光素子が
設けられ、受光素子のモニタ電流に応じて半導体レーザ
チップの光出力を制御するようにしていることにより、
フロントＡＰＣ駆動法による半導体レーザチップの光出
力制御を行うことができ、しかも、光出力モニタ用の受
光素子が光半導体装置に一体化されているので、この光
半導体装置を光学ピックアップなど他の装置に組み込ん
だ場合、その装置の小型化および薄型化を図ることがで
きるとともに、部品点数の削減および低コスト化を図る
ことができる。また、光出力モニタ用の受光素子を封止
用透明部材に設けたことにより、例えば、半導体レーザ
チップを透明光学部品と共にパッケージ内に設けた場合
であっても、この透明光学部品の端面に光吸収膜を設け
ることができるため、迷光の発生や戻り光による光半導
体装置の特性の劣化を抑えることができる。

【００２４】この発明による光学ピックアップによれ
ば、上述したこの発明による光半導体装置を用いている
ことにより、フロントＡＰＣ駆動法により光半導体装置
の半導体レーザチップの光出力制御を行うようにして
も、部品点数の削減および低コスト化を図ることができ
るともに、装置の小型化および薄型化を図ることができ
る。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図
において同一または対応する部分には、同一の符号を付
す。

【００２６】まず、この発明の第１の実施形態について
説明する。図１および図２は、この発明の第１の実施形
態によるレーザカプラを示す。このレーザカプラは、光
ディスク記録再生装置や光磁気ディスク記録再生装置な
どの光学ピックアップに用いられるものである。ここ
で、図１は、このレーザカプラの斜視図、図２は図１の
ＩＩ−ＩＩ線の沿っての断面図である。

【００２７】図１および図２に示すように、このレーザ
カプラにおいては、フォトダイオードＩＣ１上に、マイ
クロプリズム２と、例えばＳｉスペーサ３上に半導体レ
ーザチップ４を載せたものとが互いに隣接してマウント
され、これによってレーザカプラチップが構成されてい
る。この場合、半導体レーザチップ４は、例えば光出力
が数１０ｍＷ程度の高出力用のものである。この半導体
レーザチップ４のリア側の端面には、反射率が９０％以
上の高反射膜（図示せず）が設けられている。

【００２８】フォトダイオードＩＣ１は、信号光検出用
の一対のフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２のほか、これ
らのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２用の信号処理回路
および半導体レーザチップ４の駆動回路などがＩＣ化さ
れたものである。Ｓｉスペーサ３は、半導体レーザチッ
プ４は通常その接合が下側にくるようにマウントされる
ことから、この半導体レーザチップ４のフロント側の端
面から出射されるレーザ光Ｌ_fが、フォトダイオードＩ
Ｃ１の表面で反射されて雑音光となるのを防止するため
に、半導体レーザチップ４をフォトダイオードＩＣ１の
表面から十分に高い所に位置させる役割も有する。

【００２９】図２に示すように、マイクロプリズム２
は、光入射面となる斜面２ａ、上面２ｂ、底面２ｃ、端
面２ｄおよび端面２ｅを有する。そして、斜面２ａには
ハーフミラー５が設けられ、上面２ｂには全反射膜６が
設けられ、底面２ｃには反射防止膜７が設けられ、端面
２ｄは鏡面に構成され、端面２ｅには光吸収膜８が設け
られている。このマイクロプリズム２は、例えば光学ガ
ラスからなるが、このマイクロプリズム２を例えばリチ
ウムナイオベイト（ＬｉＮｂＯ₃）またはリン酸チタン
酸カリウム（ＫＴｉＯＰＯ₄，ＫＴＰ）などの複屈折材
料を用いて構成することにより、レーザ光の偏光面を揃
えたり反射光（信号光）の偏光角を検出したりすること
ができる。

【００３０】上述のように構成されたレーザカプラチッ
プは、図１および図２に示すように、例えばセラミック
ス製のフラットパッケージ１１内に収納される。このフ
ラットパッケージ１１の上面には、封止用リッドとして
のウィンドウキャップ１２が設けられ、これによって、
レーザカプラチップが封止されている。ここで、ウィン
ドウキャップ１２の材料としては、例えば、半導体レー
ザチップ４からの出射光、すなわち、半導体レーザチッ
プ４のフロント側の端面から出射されるレーザ光Ｌ_fを
透過する光学ガラスが用いられる。ウィンドウキャップ
１２の上面１２ａおよび下面１２ｂには、それぞれ反射
防止膜１３、１４が設けられている。これによって、レ
ーザ光Ｌ_fの光量ロスや戻り光の発生が抑制されてい
る。これらの反射防止膜１３、１４としては、例えばコ
スト面から単層構造のものが用いられる。半導体レーザ
チップ４のフロント側の端面から出射されるレーザ光Ｌ
_fは、マイクロプリズム２の斜面１ａ上のハーフミラー
１５で反射された後、このウィンドウキャップ１２を通
して外部に取り出されるようになっている。

【００３１】ウィンドウキャップ１２の上面１２ａの反
射防止膜１３上には、例えばＳｉフォトダイオードチッ
プのようなフォトダイオード１５が、その受光面をウィ
ンドウキャップ１２側に向けて取り付けられている。符
号１５ａは、フォトダイオード１５の受光面上に設けら
れたＳｉＯ₂膜のような保護膜を示す。このフォトダイ
オード１５は、半導体レーザチップ４のフロント側の端
面から出射されるレーザ光Ｌ_fの強度をモニタし、これ
によって半導体レーザチップ４の光出力を制御するため
のものである。このフォトダイオード１５のモニタ電流
は、例えばフレキシブル基板を用いて、例えば外部のＡ
ＰＣ用のＩＣの信号処理回路に供給される。

【００３２】フォトダイオード１５は、１以上の屈折率
を有する透明樹脂１６によってウィンドウキャップ１２
の上面１２ａに固定されている。この透明樹脂１６は、
フォトダイオード１５をウィンドウキャップ１２に固定
するための接着材としての役割のほかに、屈折率のマッ
チング手段としての役割も有している。ここで、ウィン
ドウキャップ１２の屈折率をｎ₁、透明樹脂１６の屈折
率をｎ₂、フォトダイオード１５の保護膜１５ａの屈折
率をｎ₃とすると、透明樹脂１６としては、ｎ₁≧ｎ₂
≧ｎ₃の関係を満たす屈折率ｎ₂を有するものを用いる
ことが好ましい。一例として、ウィンドウキャップ１２
として屈折率ｎ₁＝１．７の光学ガラスを用いた場合、
ＳｉＯ₂膜からなるフォトダイオード１５の保護膜１５
ａの屈折率ｎ₃＝１．５であるから、透明樹脂１６の材
料としては、例えば、屈折率ｎ_２＝１．６のプラスチッ
ク樹脂が用いられる。

【００３３】図３は、このレーザカプラを用いた光学ピ
ックアップを示す略線図である。図３に示すように、こ
の光学ピックアップは、上述のように構成されたレーザ
カプラと、対物レンズＯＬとにより構成される。対物レ
ンズＯＬは、レーザカプラと一体または別体に設けられ
る。

【００３４】図３に示すように、この光学ピックアップ
において、レーザカプラの半導体レーザチップ４のフロ
ント側の端面から出射されたレーザ光Ｌ_ｆは、マイク
ロプリズム２の斜面２ａ上のハーフミラー（図示せず）
で反射された後、ウィンドウキャップ１２を透過して、
対物レンズＯＬで集光され、光ディスクＤに入射する。
光ディスクＤで反射されたレーザ光Ｌ_fは、マイクロプ
リズム２の斜面２ａのハーフミラーを通ってこのマイク
ロプリズム２の内部に入る。このマイクロプリズム２の
内部に入った光のうちの半分（５０％）の光はフォトダ
イオードＰＤ１に入射し、残りの半分（５０％）の光は
このフォトダイオードＰＤ１上に設けられたハーフミラ
ーとマイクロプリズム２の上面２ｂとで順次反射されて
フォトダイオードＰＤ２に入射する。

【００３５】ここで、光出力モニタ用のフォトダイオー
ド１５は、レーザカプラを光学ピックアップに用いる上
で特性が損なわれないようにする観点から、以下の点を
考慮して、ウィンドウキャップ１２に取り付けられる。

【００３６】光束の半径方向におけるレーザ光Ｌ_fの強
度分布は、光軸を中心としたガウス分布となっている。
したがって、ウィンドウキャップ１２の上面１２ａにお
けるレーザ光Ｌ_fの強度がピーク値の１／ｅ²以下とな
る部分にフォトダイオード１５を配置すれば、レーザ光
Ｌ_fのけられが実用上問題なくなる。また、半導体レー
ザチップ４から出射されるレーザ光Ｌ_fは、その出射方
向に一定の広がりを持つことが知られている。このレー
ザカプラを光学ピックアップに用いる場合、レーザ光Ｌ
_fの遠視野像において、例えば、接合と平行な方向にお
けるビーム広がり角θ//として８°〜１５°（半値全
角）、接合と垂直な方向におけるビーム広がり角θ⊥と
して２５°〜４０°（半値全角）の値が要求される。こ
のレーザカプラに用いられる半導体レーザチップ４の場
合で、レーザ光Ｌ_fの遠視野像のビーム広がり角は、θ
//＝８°〜１５°、θ⊥＝２５°（いずれも半値全角）
である。したがって、ウィンドウキャップ１２の上面１
２ａにおいて、レーザ光Ｌ_fの強度がピーク値の１／２
以下となる部分にフォトダイオード１５を配置すれば、
レーザカプラの特性が損なわれるおそれがなくなる。ま
た、光学ピックアップでは、上述のように広がりを持っ
て出射されるレーザ光のうち、光軸の中心近傍の所定の
角度範囲の光を対物レンズＯＬで集光して用い、これに
よって、光ディスクへの情報の書き込みや光ディスクか
らの情報の読み出しを行っている（図１〜図３には、レ
ーザ光Ｌ_fとして、実際に書き込みや読み出しに用いら
れる、対物レンズにカップリングするビームが示されて
いる）。そこで、この第１の実施形態においては、光デ
ィスクに入射させる光が損なわれることを防止する観点
から、光出力モニタ用のフォトダイオード１５を、対物
レンズＯＬにカップリングするレーザ光Ｌ_fがウィンド
ウキャップ１２の上面１２になすスポットの外側の領
域、例えば、このスポットから十分に離れた位置に取り
付けられている。

【００３７】なお、フォトダイオード１５は、レーザカ
プラチップをフラットパッケージ１１内にウィンドウキ
ャップ１２で封止した後、このウィンドウキャップ１２
の上面１２ａの所定の取り付け位置に位置合わせをしな
がら取り付けられる。この場合、フォトダイオード１５
は、フラットパッケージ１１またはウィンドウキャップ
１２の外形に対するメカニカルな位置合わせを行って取
り付けられる。

【００３８】ここで、図４を参照して、このレーザカプ
ラにおける半導体レーザチップの光出力の制御方法につ
いて説明する。

【００３９】図４に示すように、半導体レーザチップ４
のフロント側の端面から出射されたレーザ光Ｌ_fは、フ
ラットパッケージ（図示せず）の上面に設けられたウィ
ンドウキャップ１２に入射する。このレーザ光Ｌ_fは、
上述のように、その出射方向に一定の広がりを有する。
なお、実際には、半導体レーザチップ１４から出射され
たレーザ光Ｌ_fは、マイクロプリズム１２の斜面１２ａ
上のハーフミラーで反射された後、ウィンドウキャップ
１２に入射するが、ここでは、説明の簡略化のために、
レーザカプラチップのうち、半導体レーザチップ１４以
外の要素は、図示省略する。

【００４０】ウィンドウキャップ１２の上面１２ａおよ
び下面１２ｂに設けられた反射防止膜（図示せず）は、
この面に対して垂直に入射する光に対してはほぼ１００
％の透過率を有するが、入射角が増すに従い反射率は正
弦曲線的に増加する。ここで、図３において、角度θ₁
は、ウィンドウキャップ１２内を進む光がこの上面１２
ａおよび下面１２ｂに設けられた反射防止膜（図示せ
ず）に入射するときの入射角を示し、角度θ₂は、半導
体レーザチップ１４からのレーザ光Ｌ_fがウィンドウキ
ャップ１２の下面１２ｂに入射するときの入射角を示
す。これらの入射角θ₁および入射角θ₂の間には、ｎ
₁・ｓｉｎθ₁＝ｎ・ｓｉｎθ₂（ｎ₁はウィンドウキ
ャップ１２の屈折率、ｎは大気の屈折率）の関係が成り
立つ。本発明者の知見によれば、ウィンドウキャップ１
２の屈折率ｎ₁＝１．５のとき、ウィンドウキャップ１
２内を進む光が反射防止膜で反射するときの反射率Ｒ
は、入射角θ₁＝１７°（入射角θ₂＝３０°）のとき
で、１０％程度である。そして、さらに入射角θ₁が増
すと全反射に至る。したがって、このレーザ光Ｌ_fの大
部分の光は、ウィンドウキャップ１２を透過して外部に
取り出されるが、一部の光は、途中、透過による光量ロ
スは有るものの、ウィンドウキャップ１２の上面１２ａ
および下面１２ｂで反射を繰り返しながらこのウィンド
ウキャップ１２の内部を伝搬する。

【００４１】この第１の実施形態においては、ウィンド
ウキャップ１２に入射したレーザ光Ｌ_fのうち、上述の
ようにウィンドウキャップ１２の内部を反射を繰り返し
ながら伝搬する光の強度を、ウィンドウキャップ１２の
上面１２ａ上に設けたフォトダイオード１５によって検
出し、これによって得られるモニタ電流に応じて、半導
体レーザチップ４の光出力を制御する。なお、この場
合、フォトダイオード１５に直接入射するレーザ光Ｌ_f
の成分があってもよい。

【００４２】ウィンドウキャップ１２の内部を伝搬する
光は、フォトダイオード１５の受光面で受光され、その
結果、このフォトダイオード１５において受光した光に
応じたモニタ電流が発生する。このモニタ電流は、外部
のＡＰＣ用のＩＣ（図示せず）に設けられた信号処理回
路に供給され、電流−電圧（Ｉ−Ｖ）変換により電圧信
号に変換される。フォトダイオードＩＣ１に集積された
半導体レーザチップ４の駆動回路（図示せず）は、この
ＡＰＣ用のＩＣから供給される電圧信号に対応させて光
出力を制御しながら半導体レーザチップ４を発振させ
る。

【００４３】以上のようにして、このレーザカプラにお
いては、半導体レーザチップ４の光出力制御がフロント
ＡＰＣ駆動法により行われる。

【００４４】以上のように、この第１の実施形態によれ
ば、ウィンドウキャップ１２の上面１２ａに光出力モニ
タ用のフォトダイオード１５が設けられていることによ
り、ウィンドウキャップ１２に入射するレーザ光Ｌ_fの
うち、ウィンドウキャップ１２の上面１２ａおよび下面
１２ｂの間で反射を繰り返しながらこの内部を伝搬する
光の強度を、フォトダイオード１５によってモニタする
ことができ、これによって得られるモニタ電流に応じ
て、半導体レーザチップ４のフロント側の端面から出射
されるレーザ光Ｌ_fの光出力の制御を行うことができる
ので、このレーザカプラ単体で、フロントＡＰＣ駆動法
による半導体レーザチップ４の光出力制御を行うことが
できる。これによって、このレーザカプラを用いて構成
される光学ピックアップの部品点数の削減および低コス
ト化を実現することができるとともに、この光学ピック
アップの小型化および薄型化を実現することができる。

【００４５】また、光出力モニタ用のフォトダイオード
１５をウィンドウキャップ１２の上面１２ａに設けたこ
とにより、マイクロプリズム２の後方面、したがって、
マイクロプリズム２の端面２ｅに光吸収膜８を設けるこ
とができるようになったため、迷光や戻り光による特性
の劣化を抑制することができ、これによって、半導体レ
ーザチップ４の光出力制御をフロントＡＰＣ駆動法によ
り行うようにしたレーザカプラにおいて、良好な特性を
実現することができる。

【００４６】次に、この発明の第２の実施形態について
説明する。図５は、この第２の実施形態によるレーザカ
プラを用いた光学ピックアップを示す略線図である。

【００４７】図５に示すように、この第２の実施形態に
よるレーザカプラにおいては、光出力モニタ用のフォト
ダイオード１５が、ウィンドウキャップ１２の上面１２
ａのうち、対物レンズＯＬにカップリングするレーザ光
Ｌ_fが上面１２ａになすスポットの近傍の部分に取り付
けられている。この場合、実際に書き込みや読み出しに
用いられる対物レンズＯＬにカップリングするレーザ光
Ｌ_fの近傍の光強度をフォトダイオード１５でモニタす
ることができるため、第１の実施形態に比べて、フォト
ダイオード１５において大きなモニタ電流強度を得られ
る上に、レーザ光Ｌ_fの出力の正確なモニタリングを行
うことができ、半導体レーザチップ４の光出力制御をよ
り精度良く行うことができるという利点がある。なお、
フォトダイオード１５は、対物レンズＯＬにカップリン
グするレーザ光Ｌ_fを遮らないよう取り付けられること
理想的ではあるが、場合によっては、図５中、破線で示
すように、対物レンズＯＬにカップリングするレーザ光
Ｌ_fがウィンドウキャップ１２の上面１２ａになすスポ
ットの一部と重なるよう、フォトダイオード１５をウィ
ンドウキャップ１２の上面１２ａに取り付けることも可
能である。

【００４８】この第２の実施形態によれば、第１の実施
形態と同様な効果を得ることができる。

【００４９】次に、この発明の第３の実施形態について
説明する。図６は、この第３の実施形態によるレーザカ
プラの断面図である。

【００５０】図６に示すように、このレーザカプラにお
いては、ウィンドウキャップ１２の下面１２ｂに光出力
モニタ用のフォトダイオード１５が設けられている。こ
の場合、フォトダイオード１５は、ウィンドウキャップ
１２による封止を行う前に、予め、ウィンドウキャップ
１２の下面１２ａの所定部分に取り付けておく。

【００５１】この第３の実施形態によるレーザカプラの
上記以外の構成は、第１の実施形態によるレーザカプラ
と同様であるので、説明を省略する。また、この第３の
実施形態によるレーザカプラを用いた光学ピックアップ
の構成は、第１の実施形態による光学ピックアップと同
様であるので、説明を省略する。

【００５２】この第３の実施形態によれば、第１の実施
形態と同様な利点を得ることができる。

【００５３】次に、この発明の第４の実施形態について
説明する。図７は、この第４の実施形態によるレーザカ
プラの断面図である。

【００５４】図７に示すように、このレーザカプラにお
いては、ウィンドウキャップ１２の側面１２ｃに光出力
モニタ用のフォトダイオード１５が設けられている。こ
の場合、フォトダイオード１５は、ウィンドウキャップ
１２による封止を行う前に、予め、ウィンドウキャップ
１２の側面１２ｃの所定部分に取り付けておく。

【００５５】この第４の実施形態によるレーザカプラの
上記以外の構成は、第１の実施形態によるレーザカプラ
と同様であるので、説明を省略する。また、この第４の
実施形態によるレーザカプラを用いた光学ピックアップ
の構成は、第１の実施形態による光学ピックアップと同
様であるので、説明を省略する。

【００５６】この第４の実施形態によれば、第１の実施
形態と同様な利点を得ることができる。

【００５７】次に、この発明の第５の実施形態について
説明する。図８および図９は、この第４の実施形態によ
るレーザカプラを示す。ここで、図８は、このレーザカ
プラの斜視図、図９は、図８のＩＸ−ＩＸ線に沿っての
断面図である。

【００５８】図８および図９に示すように、このレーザ
カプラにおいては、ウィンドウキャップ１２の上面１２
ａ上に、光出力モニタ用のフォトダイオードとして、例
えば円形リング状の平面形状を有するフォトダイオード
１５が取り付けられている。このフォトダイオード１５
は開口部１５ｂを有し、半導体レーザチップ４のフロン
ト側の端面から出射されるレーザ光Ｌ_fは、このフォト
ダイオード１５の開口部１５ｂを通して外部に取り出さ
れるようになっている。このフォトダイオード１５の開
口部１５ｂの大きさは、光学ピックアップに使用される
対物レンズにカップリングするレーザ光Ｌ_fを遮らない
ような所定の大きさに選ばれている。このフォトダイオ
ード１５の開口部１５ｂの大きさは、対物レンズにカッ
プリングするレーザ光Ｌ_fが、ウィンドウキャップ１２
の上面１２ａになすスポットのサイズとほぼ同程度とし
てもよく、それよりも大きくしてもよい。なお、このフ
ォトダイオード１５は、ウィンドウキャップ１２の下面
１２ｂに設けることも可能である。

【００５９】この第５の実施形態によるレーザカプラの
上記以外の構成は、第１の実施形態によるレーザカプラ
と同様であるので、説明を省略する。また、この第５の
実施形態によるレーザカプラを用いた光学ピックアップ
の構成は、第１の実施形態による光学ピックアップと同
様であるので、説明を省略する。

【００６０】この第５の実施形態によれば、第１の実施
形態と同様な効果を得ることができ、この際、円形リン
グ状の平面形状を有するフォトダイオード１５を用いる
ことによって、第１の実施形態に比べてフォトダイオー
ド１５の受光面積が大きく、したがって、フォトダイオ
ード１５において大きなモニタ電流強度を得ることがで
きるので、半導体レーザチップ４の光出力制御をより精
度良く行うことができる。

【００６１】以上この発明の実施形態について具体的に
説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定される
ものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変
形が可能である。例えば、実施形態において挙げた数
値、材料、構造などはあくまで例にすぎず、これに限定
されるものではない。具体的には、上述の第１〜第５の
実施形態においては、光学ガラスからなるウィンドウキ
ャップ１２を用いているが、このウィンドウキャップ１
２の材料としては、光学ガラス以外に、例えば、メタク
リル系のＰＭＭＡ（Polymethyl methacrylate ）などの
プラスチック樹脂を用いることも可能である。

【００６２】また、上述の第１〜第５の実施形態におい
ては、半導体レーザチップ４として、光出力が数１０ｍ
Ｗの高出力用半導体レーザを用いているが、この半導体
レーザチップ４の種類は、目的に応じて適宜選択可能で
ある。具体的には、この半導体レーザチップ４として
は、発光波長が７８０ｎｍ帯で光出力が数１０ｍＷのも
の、発光波長が７８０ｎｍ帯で光出力が数ｍＷのもの、
赤色発光（発光波長６３５〜６８０ｎｍ程度）で光出力
が数１０ｍＷのもの、赤色発光（発光波長６３５〜６８
０ｎｍ程度）で光出力が数ｍＷのもの、青色発光（発光
波長４００〜５００ｎｍ程度）で光出力が数１０ｍＷの
もの、青色発光（発光波長４００〜５００ｎｍ程度）で
光出力が数ｍＷのものなど、目的に応じたものを用いる
ことができる。

【００６３】また、上述の第１〜第５の実施形態におい
ては、ウィンドウキャップ１２の上面１２ａおよび下面
１２ｂに、それぞれ反射防止膜１３、１４が設けられて
いるが、これは、垂直に入射する光に対する反射率が５
％以下程度の反射膜を設けるようにしてもよい。この場
合、ウィンドウキャップ１２内を伝搬する光が上面１２
ａおよび下面１２ｂで反射する際の光量ロスを低減する
ことができるため、フォトダイオー２５におけるモニタ
電流の増大を図ることができる。また、反射防止膜１
３、１４は、場合によっては省略してもよい。この場
合、ウィンドウキャップ１２に入射したレーザ光Ｌ_fの
うち、ウィンドウキャップ１２の上面１２ａおよび下面
１２ｂと大気と界面で反射を繰り返しながらこの内部を
伝搬する光の強度を、このウィンドウキャップ１２に設
けたフォトダイオード１５によってモニタする。

【００６４】また、上述の第１〜第５の実施形態におい
ては、光出力モニタ用のフォトダイオード１５用の信号
処理回路が外部のＩＣに設けられているが、これは、例
えばレーザカプラのフォトダイオードＩＣ１に、フォト
ダイオード１５用の信号処理回路を設けてもよい。

【００６５】また、上述の第１〜第５の実施形態におい
ては、この発明をレーザカプラに適用した場合について
説明したが、この発明は、半導体レーザに適用すること
も可能である。図１０は、この発明の他の実施形態によ
る半導体レーザの斜視図である。

【００６６】図１０に示すように、この半導体レーザに
おいては、例えば高出力用の半導体レーザチップ（図示
せず）が、円板状のステム２１ａおよび円筒状のキャッ
プ２１ｂからなるキャンパッケージ２１に収納されてい
る。具体的には、例えば、半導体レーザチップはヒート
シンク（図示せず）上にマウントされ、このヒートシン
クが、半導体レーザチップのフロント側の端面が上側を
向くようにステム２１ａに取り付けられている。半導体
レーザチップはヒートシンクとともにキャップ２１ｂに
より封止されている。ステム２１ａには、外部リード２
２〜２４が設けられている。

【００６７】キャップ２１ｂの上面には開口２１ｃが設
けられ、この開口２１ｃに封止用リッドとしてのウィン
ドウキャップ２５が設けられ、このウィンドウキャップ
２５を通して、半導体レーザチップのフロント側の端面
から出射されたレーザ光Ｌ_fが取り出されるようになっ
ている。そして、このウィンドウキャップ２５の上面
に、光出力モニタ用のフォトダイオード２６が、その受
光面をウィンドウキャップ２５側に向けて取り付けられ
ている。このフォトダイオード２６のモニタ電流に応じ
て、例えば外部の駆動回路により半導体レーザチップの
光出力が制御される。

【００６８】図１０に示す半導体レーザでは、光出力モ
ニタ用のフォトダイオード２６が、ウィンドウキャップ
２５の上面に設けられているが、このフォトダイオード
２６は、ウィンドウキャップ２５の下面または側面に設
けることも可能である。また、このフォトダイオード２
６の平面形状を、例えば円形リング状とすることも可能
である。また、フォトダイオード２６は、例えば、１以
上の屈折率を有する透明樹脂を用いてウィンドウキャッ
プ２５に固定してもよい。

【００６９】図１１は、さらに他の実施形態による半導
体レーザの斜視図である。図１１に示すように、この半
導体レーザにおいては、ウィンドウキャップ２５が、レ
ーザ光Ｌ_fの光軸に対して所定の角度傾斜しており、非
点補正が行われるようになっている。光出力モニタ用の
フォトダイオード２６は、このウィンドウキャップ２５
の上面に設けられている。この半導体レーザのその他の
構成は、図１０に示す半導体レーザと同様であるので、
説明を省略する。

【００７０】図１０および図１１に示した半導体レーザ
によれば、光出力モニタ用のフォトダイオード２６が一
体化されている分だけ、この半導体レーザを用いた光学
ピックアップの小型化および薄型化を図ることができる
とともに、部品点数の削減および低コスト化を実現する
ことができる。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明による光
半導体装置によれば、封止用透明部材に半導体レーザチ
ップからの出射光の強度をモニタするための受光素子が
設けられ、受光素子のモニタ電流に応じて半導体レーザ
チップの光出力を制御するようにしていることにより、
フロントＡＰＣ駆動法により半導体レーザチップの光出
力制御を行うことができ、この際、光出力モニタ用の受
光素子が光半導体装置に一体化されていることにより、
この光半導体装置を光学ピックアップなど他の装置に組
み込んだ場合に、その装置の小型化および薄型化ならび
に部品点数の削減および低コスト化をともに実現するこ
とができ、しかも、半導体レーザチップを透明光学部品
と共にパッケージ内に設けた場合であっても、迷光の増
加などの特性の劣化を抑制することができる。

【００７２】この発明による光学ピックアップによれ
ば、この発明による光半導体装置を用いていることによ
り、装置の小型化および薄型化ならびに部品点数の削減
および低コスト化をともに実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施形態によるレーザカプ
ラの斜視図である。

【図２】この発明の第１の実施形態によるレーザカプ
ラの断面図である。

【図３】この発明の第１の実施形態によるレーザカプ
ラを用いた光学ピックアップの構成の一例を示す略線図
である。

【図４】この発明の第１の実施形態によるレーザカプ
ラにおける半導体レーザチップの光出力の制御方法を説
明するための略線図である。

【図５】この発明の第２の実施形態によるレーザカプ
ラを用いた光学ピックアップの構成の一例を示す略線図
である。

【図６】この発明の第３の実施形態によるレーザカプ
ラの断面図である。

【図７】この発明の第４の実施形態によるレーザカプ
ラの断面図である。

【図８】この発明の第５の実施形態によるレーザカプ
ラの斜視図である。

【図９】この発明の第５の実施形態によるレーザカプ
ラの断面図である。

【図１０】この発明の他の実施形態による半導体レー
ザの斜視図である。

【図１１】この発明のさらに他の実施形態による半導
体レーザの斜視図である。

【図１２】ＬＯＰチップの斜視図である。

【図１３】従来技術による光学ピックアップの構成の
一例を示す略線図である。

【図１４】従来技術によるレーザカプラの斜視図であ
る。

【図１５】従来技術によるレーザカプラの断面図であ
る。

【符号の説明】

１・・・フォトダイオードＩＣ、２・・・マイクロプリ
ズム、２ａ・・・斜面、２ｅ・・・端面、３・・・Ｓｉ
スペーサ、４・・・半導体レーザチップ、５・・・ハー
フミラー、８・・・光吸収膜、１１・・・フラットパッ
ケージ、１２・・・ウィンドウキャップ、１２ａ・・・
上面、１２ｂ・・・下面、１３，１４・・・反射防止
膜、１５・・・フォトダイオード、１５ａ・・・保護
膜、１６・・・透明樹脂

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザチップと、上記半導体レーザチップを収納するパッケージと、上記パッケージの上面に設けられ、上記半導体レーザチ
ップのフロント側の端面からの出射光が取り出される封
止用透明部材とを有する光半導体装置において、上記封止用透明部材に上記半導体レーザチップの上記出
射光の強度をモニタするための受光素子が設けられ、上記受光素子のモニタ電流に応じて上記半導体レーザチ
ップの光出力が制御されることを特徴とする光半導体装
置。
【請求項２】上記受光素子は、上記光半導体装置の外
部に設けられた光学系にカップリングする上記出射光の
外側の光強度をモニタするようにしたことを特徴とする
請求項１記載の光半導体装置。
【請求項３】上記受光素子は、上記光半導体装置の外
部に設けられた光学系にカップリングする上記出射光の
近傍の光強度をモニタするようにしたことを特徴とする
請求項１記載の光半導体装置。
【請求項４】上記受光素子は、上記封止用透明部材の
上面に設けられていることを特徴とする請求項１記載の
光半導体装置。
【請求項５】上記受光素子は、上記封止用透明部材の
下面に設けられていることを特徴とする請求項１記載の
光半導体装置。
【請求項６】上記受光素子は、上記封止用透明部材の
側面に設けられていることを特徴とする請求項１記載の
光半導体装置。
【請求項７】上記受光素子は、屈折率が１以上の接着
材を介して上記封止用透明部材に固定されていることを
特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
【請求項８】上記受光素子は受光面に保護膜が設けら
れているとともに、上記受光素子は屈折率が１以上の接
着材を介して上記封止用透明部材に固定され、上記封止
用透明部材の屈折率をｎ₁、上記接着材の屈折率を
ｎ₂、上記保護膜の屈折率をｎ₃としたとき、ｎ₁≧ｎ
₂≧ｎ₃の関係を満たすことを特徴とする請求項１記載
の光半導体装置。
【請求項９】上記受光素子はフォトダイオードである
ことを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
【請求項１０】上記光半導体装置は半導体レーザであ
ることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
【請求項１１】上記光半導体装置は、別の半導体チッ
プ上に上記半導体レーザチップ、受光素子および透明光
学部品が設けられた複合光学装置であることを特徴とす
る請求項１記載の光半導体装置。
【請求項１２】上記別の半導体チップに、上記封止用
透明部材に設けられた上記受光素子の信号処理回路と、
上記半導体レーザチップの駆動回路とがさらに設けら
れ、上記駆動回路は、上記封止用透明部材に設けられた
上記受光素子の上記モニタ電流に応じて上記半導体レー
ザチップの光出力を制御することを特徴とする請求項１
１記載の光半導体装置。
【請求項１３】半導体レーザチップと、上記半導体レーザチップを収納するパッケージと、上記パッケージの上面に設けられ、上記半導体レーザチ
ップのフロント側の端面からの出射光が取り出される封
止用透明部材とを有する光半導体装置を用いた光学ピッ
クアップにおいて、上記光半導体装置は、上記封止用透明部材に上記半導体レーザチップの上記出
射光の強度をモニタするための受光素子が設けられ、上記受光素子のモニタ電流に応じて上記半導体レーザチ
ップの光出力が制御されることを特徴とする光学ピック
アップ。
【請求項１４】上記光学ピックアップは、上記出射光
を光ディスクまたは光磁気ディスクに導くための光学系
を有し、上記受光素子は、上記光学系にカップリングす
る上記出射光の外側の光強度をモニタするようにしたこ
とを特徴とする請求項１３記載の光学ピックアップ。
【請求項１５】上記光学ピックアップは、上記出射光
を光ディスクまたは光磁気ディスクに導くための光学系
を有し、上記受光素子は、上記光学系にカップリングす
る上記出射光の近傍の光強度をモニタするようにしたこ
とを特徴とする請求項１３記載の光学ピックアップ。
【請求項１６】上記受光素子は、上記封止用透明部材
の上面に設けられていることを特徴とする請求項１３記
載の光学ピックアップ。
【請求項１７】上記受光素子は、上記封止用透明部材
の下面に設けられていることを特徴とする請求項１３記
載の光学ピックアップ。
【請求項１８】上記受光素子は、上記封止用透明部材
の側面に設けられていることを特徴とする請求項１３記
載の光学ピックアップ。
【請求項１９】上記受光素子はフォトダイオードであ
ることを特徴とする請求項１３記載の光学ピックアッ
プ。
【請求項２０】上記光半導体装置は半導体レーザであ
ることを特徴とする請求項１３記載の光学ピックアッ
プ。
【請求項２１】上記光半導体装置は、別の半導体チッ
プ上に上記半導体レーザチップ、受光素子および透明光
学部品が設けられた複合光学装置であることを特徴とす
る請求項１３記載の光学ピックアップ。
【請求項２２】上記別の半導体チップに、上記封止用
透明部材に設けられた上記受光素子の信号処理回路と、
上記半導体レーザチップの駆動回路とがさらに設けら
れ、上記駆動回路は、上記封止用透明部材に設けられた
上記受光素子の上記モニタ電流に応じて上記半導体レー
ザチップの光出力を制御することを特徴とする請求項２
１記載の光学ピックアップ。