JP2002057411A

JP2002057411A - 半導体レーザ装置および光ピックアップ

Info

Publication number: JP2002057411A
Application number: JP2000247891A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Adachi; 一彦安達
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2000-08-09
Filing date: 2000-08-09
Publication date: 2002-02-22

Abstract

(57)【要約】【課題】同一のサブマウント上に発光波長が互いに異
なる２つの半導体レーザを実装する場合に、共通の光学
系においても発光波長に適した光路差を確保することが
可能な半導体レーザ装置および光ピックアップを提供す
る。【解決手段】サブマウント１上には、半導体レーザと
して、ＤＶＤ用の発光波長６５０ｎｍの第１の半導体レ
ーザ２と、ＣＤ用の発光波長７８０ｎｍの第２の半導体
レーザ３とが配置されている。第１の半導体レーザ２
は、その主出射端面２ａがサブマウント１の端面１ａか
らわずかに突き出して（約１０μｍだけ突き出して）配
置されている。また、第２の半導体レーザ３は、その主
出射端面３ａが第１の半導体レーザ２の主出射端面２ａ
から約１００μｍ後退させた位置に配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の半導体レー
ザを１つのパッケージに収めた半導体レーザ装置および
光ピックアップに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、次世代の記録メディアとしてＤＶ
Ｄが注目されている。一般に、一台のＤＶＤプレーヤー
では、ＤＶＤとＣＤとの両者を互換再生できることが望
まれる。そのためには、ＤＶＤ再生用に波長の短い６３
５ｎｍあるいは６５０ｎｍの赤色半導体レーザとＣＤ再
生用に７８０ｎｍの近赤外半導体レーザとを搭載する光
ピックアップが必要とされている。さらに、装置の小型
化のためには、２種類の半導体レーザを１つのパッケー
ジの中に組み込んだ集積型光ピックアップの実現が期待
されている。しかし、２つの光源を１つのパッケージに
組み込んで、光学系を共通化するためには、２つの半導
体レーザの発光点間隔をできるだけ接近させる必要があ
り、その間隔としては３００μｍ以下が望ましい。

【０００３】従来、上記課題を解決するために、数多く
の技術が提案されている。たとえば、特開平１１−９７
８０４号には、図３に示すように、１つのサブマウント
１上に発光波長の異なる２つの半導体レーザ２，３を接
近して配置する方法が示されている。すなわち、図３を
参照すると、サブマウント（シリコン基板）１上に、発
光波長が互いに異なる第１の半導体レーザ２と第２の半
導体レーザ３とが、それぞれの出射光が平行となるよう
に、かつ接近させて配置されている。さらに、図３で
は、サブマウント１にレーザパワーモニタ用のホトダイ
オード７が作り込まれている。

【０００４】しかし、２つの異なる波長に対して１つの
光学系で対応する場合、２つの半導体レーザ２，３の光
路長が異なる不具合が発生する。一般に、光ピックアッ
プ光学系の結像系としては、半導体レーザの光をコリメ
ータを使用して平行光として対物レンズに入射させる無
限仕様型が用いられる。例として、コリメータレンズの
材料としてＢＫ７を使用した場合、６５０ｎｍ，７８０
ｎｍでの屈折率ｎはそれぞれ１．５１４５２，１．５１
１１８３である。このＢＫ７で６５０ｎｍに合わせて焦
点距離ｆ＝１７ｍｍのコリメータレンズを設計すれば、
７８０ｎｍでの焦点距離が０．１１０９７ｍｍ長くな
る。つまり、発光波長７８０ｎｍの半導体レーザは、発
光波長６５０ｎｍの半導体レーザよりも１１１μｍ後退
させて配置することが望ましいことが分かる。

【０００５】しかし、１つのサブマウント１上で、２つ
の半導体レーザ２，３の一方の主出射端面を後退させて
実装することは難しい。一般に、半導体レーザは、放熱
性を考慮して、ジャンクションダウンでＡｕ−Ｓｎ共晶
ハンダを介して絶縁性のサブマウントにダイボンディン
グされる。この時、半導体レーザの発光層はダイボンド
面から数μｍと極めて接近したところに位置しているた
め、Ａｕ−Ｓｎハンダが発光層端面に回り込んで電気的
に短絡する可能性がある。そのため、半導体レーザの主
出射端面をサブマウント端面より数μｍ突き出して接合
するのが一般的である。

【０００６】仮に、上記問題を解決し、一方の半導体レ
ーザを後退させて接合しても、半導体レーザからの出射
光がサブマウントで反射して迷光となって信号読み出し
に不具合が生じる。

【０００７】逆に、一方の半導体レーザの主出射端面を
出射方向にサブマウント端部から１００μｍ突き出して
配置することも考えられるが、この場合には、突き出し
て配置された半導体レーザとサブマウントの熱抵抗が増
大し、発光層温度が上昇し発光波長の変動が起こった
り、また、ハンドリング時に半導体レーザを破損する可
能性が増大する。

【０００８】一般に、サブマウントには、熱伝導率の高
い絶縁性部材，たとえば窒化アルミ（ＡｌＮ）などを用
い、その表面には半導体レーザを固定するためのＡｕ−
Ｓｎ層が形成された方形型のものが使用される。サブマ
ウントは所定のメタライジングを行った後でダイシング
ソー等で切り出されるため、方形型以外の、たとえば凸
型や端部の一部が切り込まれた様な形状は作れない。

【０００９】また、特開平１１−９７８０４号には、図
４に示すように、サブマウントを二段に積み上げた例が
示されている。すなわち、図４を参照すると、第１のサ
ブマウント１上には、第１の半導体レーザ２と第１のホ
トダイオード７とが配置され、また、第１のサブマウン
ト１上には、第２のサブマウント８が積み上げられ、第
２のサブマウント８には、第２の半導体レーザ３と第２
のホトダイオード９とが配置されている。この技術の目
的は、発光点間隔を接近させるためになされたもので、
発光波長の差を解決する目的でなされていない。また、
第２のサブマウント８に配置された第２の半導体レーザ
３から出た光が、第１のサブマウント１で蹴られること
も考慮されていない。仮に、第１のサブマウント１での
蹴られを考慮した高さ関係にしたとしても、２つの半導
体レーザ２，３の間隔は、第１のサブマウント１に配置
された第１の半導体レーザ２の共振器長（約３００μ
ｍ）以下での調整が出来ないという欠点がある。

【００１０】このように従来技術では、半導体レーザの
波長の違いを考慮したレイアウトになっていなかった。

【００１１】また別の問題として、発光波長６５０ｎｍ
の半導体レーザは、利得を確保するため、共振器長は、
発光波長７８０ｎｍの半導体レーザよりも長いのが一般
的である。一般的に、その共振器長は、発光波長７８０
ｎｍの半導体レーザが３００μｍ程度であり、発光波長
６５０ｎｍの半導体レーザが７００μｍ程度であり、４
００μｍ程度の差がある。そのため、２つの半導体レー
ザを並べて配置した場合でも、発光波長７８０ｎｍの半
導体レーザの後方出射端面から出た光がサブマウントで
蹴られる不具合が発生する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】このように、１つのサ
ブマウント上に、発光波長が互いに異なる半導体レーザ
を実装する場合には、光ピックアップでの発光波長差
による光路差の解消、共振器長の差による迷光の解
消、と言う技術的課題がある。

【００１３】本発明は、同一のサブマウント上に発光波
長が互いに異なる２つの半導体レーザを実装する場合
に、共通の光学系においても発光波長に適した光路差を
確保することが可能な半導体レーザ装置および光ピック
アップを提供することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、１つのサブマウント上に発
光波長の互いに異なる２つの半導体レーザが配置されて
おり、前記２つの半導体レーザは、それぞれの出射光軸
同士が平行になるように、かつ接近するように配置さ
れ、また、２つの半導体レーザの主出射端面は同一平面
になくて、所定の距離を隔てて配置されていることを特
徴としている。

【００１５】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の半導体レーザ装置において、前記２つの半導体レー
ザのうちの一方の半導体レーザは、他方の半導体レーザ
に対して後退して配置され、他方の半導体レーザに対し
て後退して配置される一方の半導体レーザの主出射端面
の主出射方向前方のサブマウントには溝あるいは穴が形
成されていることを特徴としている。

【００１６】また、請求項３記載の発明は、請求項１記
載の半導体レーザ装置において、前記２つの半導体レー
ザの主出射端面とサブマウントの一辺とが平行でなく、
所定の角度を有していることを特徴としている。

【００１７】また、請求項４記載の発明は、請求項３記
載の半導体レーザ装置において、前記２つの半導体レー
ザの主出射端面とサブマウントの一辺とが平行でなく、
所定の角度を有しており、２つの半導体レーザの共振器
長が異なっている場合、共振器長の短かい半導体レーザ
の後方の出射端面側のサブマウントには溝あるいは穴が
形成されていることを特徴としている。

【００１８】また、請求項５記載の発明は、請求項１乃
至請求項４記載のいずれか一項に記載の半導体レーザ装
置を備えていることを特徴とする光ピックアップであ
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１（ａ），（ｂ）は本発明に係る
半導体レーザ装置の構成例を示す図である。なお、図１
（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ線に
おける断面図である。

【００２０】図１（ａ），（ｂ）を参照すると、サブマ
ウント１上には、半導体レーザとして、ＤＶＤ用の発光
波長６５０ｎｍの第１の半導体レーザ２と、ＣＤ用の発
光波長７８０ｎｍの第２の半導体レーザ３とが配置され
ている。第１の半導体レーザ２は、その主出射端面２ａ
がサブマウント１の端面１ａからわずかに突き出して
（約１０μｍだけ突き出して）配置されている。また、
第２の半導体レーザ３は、その主出射端面３ａが第１の
半導体レーザ２の主出射端面２ａから約１００μｍ後退
させた位置に配置されている。

【００２１】換言すれば、図１（ａ），（ｂ）の構成例
では、半導体レーザ装置は、１つのサブマウント１上に
発光波長の互いに異なる２つの半導体レーザ２，３が配
置されており、２つの半導体レーザ２，３は、それぞれ
の出射光軸同士が平行になるように、かつ接近するよう
に配置され、また、２つの半導体レーザ２，３の主出射
端面２ａ，３ａは同一平面になくて、所定の距離を隔て
て配置されている。これにより、共通の光学系において
も発光波長に適した光路長を確保することが可能にな
る。

【００２２】また、図１（ａ），（ｂ）の構成例では、
第２の半導体レーザ３から出射される光ビームがサブマ
ウント１の表面によって蹴られないように、サブマウン
ト１の一部に溝４が形成されている。

【００２３】ここで、サブマウント１に形成される溝４
は、例えば、第２の半導体レーザ３の垂直ビーム広がり
角が２６°，水平ビーム広がり角が１０°の場合、深さ
ｄは約２３μｍ以上、幅ｗは約１７．５μｍ以上である
のが良い。

【００２４】なお、図１（ｂ）において、図１（ａ）で
は図示を省略しているが、符号５は金属膜、符号６はＡ
ｕ−Ｓｎ層である。

【００２５】図１（ａ），（ｂ）の半導体レーザ装置
は、例えば次のような工程によって作製される。すなわ
ち、サブマウント１の主材料として高純度なシリコン基
板を使用するとし、このシリコン基板１を酸化して、シ
リコン基板１の両面にシリコン酸化膜を形成する。次
に、溝４を形成する領域のシリコン酸化膜を取り除き、
下地のシリコン基板１を露出させる。次に、ＫＯＨエッ
チャントを用いて異方性エッチングを行い、所定の深さ
の溝４を形成する。その後、シリコン酸化膜を除去し、
シリコン基板１の表面および裏面のメタライジングを行
う。これにより、例えば、シリコン基板１の両面に、Ｔ
ｉ／Ｐｔ／Ａｕの金属膜５が順次成膜される。Ｔｉ／Ｐ
ｔ／Ａｕの各層の厚みは、たとえば、０.１μｍ／０.２
μｍ／０.５μｍ程度である。さらに、シリコン基板１
（金属膜５）の表面の一部に、半導体レーザを固定する
ためにＡｕ―Ｓｎ層６を約３μｍの厚さで形成する。そ
して、Ａｕ―Ｓｎ層６上に半導体レーザ２，３を固定す
る。ここで、半導体レーザ２，３はアノード側がダイボ
ンド面であるならば、前記金属膜５は、２つの領域に分
離されている。

【００２６】なお、上述の例では、サブマウント１に溝
４を形成したが、溝４のかわりに穴を形成しても良い。

【００２７】このように、図１（ａ），（ｂ）の構成例
では、２つの半導体レーザ２，３のうちの一方の半導体
レーザ３は、他方の半導体レーザ２に対して後退して配
置され、他方の半導体レーザ２に対して後退して配置さ
れる一方の半導体レーザ３の主出射端面３ａの主出射方
向前方のサブマウント１には溝４あるいは穴が形成され
ている。これにより、半導体レーザ３からの光がサブマ
ウント１によって蹴られるのを防止することが可能にな
る。

【００２８】なお、サブマウント１に形成される溝４あ
るいは穴は、主出射端面３ａ側に設ける必要があるが、
図１（ａ）に示すように、後方の主出射端面３ｂ側にも
設けても良く、この場合には、さらに、迷光成分を低減
できる。

【００２９】図２（ａ），（ｂ）は本発明に係る半導体
装置の他の構成例を示す図である。なお、図２（ａ）は
平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＸ−Ｘ線における断
面図である。図２の構成例では、サブマウント１は、た
とえば窒化アルミ（ＡｌＮ）からなり、菱形の形状のも
のとなっている。また、２つの半導体レーザ２，３は、
光の主出射方向とサブマウント１の端部とが所定の角度
で交差するように配置されている。

【００３０】より詳細に、このサブマウント１上は２つ
の電極領域５，５に分割されており、その一部に半導体
レーザ２，３を接合するためのＡｕ−Ｓｎ共晶合金６が
堆積されている。半導体レーザ２，３は、ジャンクショ
ンダウンでアノード側がダイボンディングされるため、
電気的に絶縁されている。サブマウント１上に実装され
た半導体レーザ２，３は、その表面とサブマウント１の
表面からそれぞれワイヤーボンディングで電気的に接続
される。また、１つのサブマウント１上で、２つの半導
体レーザ２，３の主出射端面間距離Ｄを確保するため
に、半導体レーザ２，３は、サブマウント１の一辺に沿
って、斜めに配置されている。

【００３１】図２（ａ），（ｂ）の例では、サブマウン
ト１の形状は菱形となっているが、サブマウント１の一
辺に、所定の角度で２つの半導体レーザ２，３を配置で
きれば、サブマウント１の形状は他の形状であっても良
い。

【００３２】また、発光波長６５０ｎｍの半導体レーザ
と発光波長７８０ｎｍの半導体レーザとは、その共振器
長が異なるのが一般的である。例えば、発光波長６５０
ｎｍの半導体レーザの外形は３００×６５０×１００ｔ
μｍ、発光波長７８０ｎｍの半導体レーザの外形は３０
０×３８０×１００ｔμｍである。そのため、図２
（ａ），（ｂ）の仕方で２つの半導体レーザ２，３を配
置した場合、共振器長の短い半導体レーザの後方の出射
端面からの光がサブマウント１で蹴られ、迷光となるこ
とが考えられる。そこで、共振器の短い７８０μｍの半
導体レーザの後方の出射端面側のサブマウント１の表面
に溝あるいは穴を形成すれば、共振器の短い７８０μｍ
の半導体レーザの後方の出射端面から出射される光がサ
ブマウント１で蹴られることが防止され、迷光を低減す
ることができる。

【００３３】このように、図２（ａ），（ｂ）の構成例
では、サブマウント１は方形で、２つの半導体レーザ
２，３の主出射端面とサブマウント１の一辺とが平行で
なく、所定の角度を有していることにより、熱抵抗の増
大を抑え、かつサブマウント１に複雑な加工を施すこと
なく、その形状は方形であるため従来のダイシングソー
で切り出すことが可能で、安価な半導体レーザ装置を提
供することが可能になる。

【００３４】また、２つの半導体レーザ２，３の主出射
端面とサブマウント１の一辺とが平行でなく、所定の角
度を有しており、２つの半導体レーザ２，３の共振器長
が異なっている場合、共振器長の短い半導体レーザの後
方の出射端面側のサブマウント１に溝あるいは穴が形成
されていることにより、共振器長の異なる２つの半導体
レーザ２，３を配置した場合に問題となるサブマウント
１でのレーザ光の蹴られを軽減することが可能になる。

【００３５】また、上述した本発明の半導体レーザ装置
を光ピックアップに用いることができ、この場合、光学
系が簡略された小型，低価格な高性能の光ピックアップ
を提供できる。

【００３６】

【発明の効果】以上に説明したように、請求項１記載の
発明によれば、１つのサブマウント上に発光波長の互い
に異なる２つの半導体レーザが配置されており、前記２
つの半導体レーザはそれぞれの出射光軸同士が平行にな
るように、かつ接近するように配置され、また、２つの
半導体レーザの主出射端面は同一平面になくて、所定の
距離を隔てて配置されているので、共通の光学系におい
ても発光波長に適した光路長を確保することが可能にな
る。

【００３７】また、請求項２記載の発明によれば、請求
項１記載の半導体レーザ装置において、前記２つの半導
体レーザのうちの一方の半導体レーザは、他方の半導体
レーザに対して後退して配置され、他方の半導体レーザ
に対して後退して配置される一方の半導体レーザの主出
射端面の主出射方向前方のサブマウントには溝あるいは
穴が形成されているので、サブマウントによるレーザ光
の蹴られを防止することが可能になる。

【００３８】また、請求項３記載の発明によれば、請求
項１記載の半導体レーザ装置において、前記２つの半導
体レーザの主出射端面とサブマウントの一辺とが平行で
なく、所定の角度を有しているので、熱抵抗の増大を抑
え、かつサブマウントに複雑な加工を施すことなく、そ
の形状は方形であるため従来のダイシングソーで切り出
すことが可能で、安価な半導体レーザ装置を提供するこ
とが可能になる。

【００３９】また、請求項４記載の発明によれば、請求
項３記載の半導体レーザ装置において、前記２つの半導
体レーザの主出射端面とサブマウントの一辺とが平行で
なく、所定の角度を有しており、２つの半導体レーザの
共振器長が異なっている場合、共振器長の短かい半導体
レーザの後方の出射端面側のサブマウントに溝あるいは
穴が形成されているので、共振器長の異なる２つの半導
体レーザを配置した場合に問題となるサブマウントでの
レーザ光の蹴られを軽減することが可能になる。

【００４０】また、請求項５記載の発明によれば、請求
項１乃至請求項４記載のいずれか一項に記載の半導体レ
ーザ装置を備えた光ピックアップであるので、小型，低
価格な高性能の光ピックアップを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体レーザ装置の構成例を示す
図である。

【図２】本発明に係る半導体レーザ装置の他の構成例を
示す図である。

【図３】従来の半導体レーザ装置を示す図である。

【図４】従来の半導体レーザ装置を示す図である。

【符号の説明】

１サブマウント２第１の半導体レーザ３第２の半導体レーザ４溝５金属膜６Ａu−Ｓｎ層７第１のホトダイオード８第２のサブマウント９第２のホトダイオード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１つのサブマウント上に発光波長の互い
に異なる２つの半導体レーザが配置されており、前記２
つの半導体レーザは、それぞれの出射光軸同士が平行に
なるように、かつ接近するように配置され、また、２つ
の半導体レーザの主出射端面は同一平面になくて、所定
の距離を隔てて配置されていることを特徴とする半導体
レーザ装置。
【請求項２】請求項１記載の半導体レーザ装置におい
て、前記２つの半導体レーザのうちの一方の半導体レー
ザは、他方の半導体レーザに対して後退して配置され、
他方の半導体レーザに対して後退して配置される一方の
半導体レーザの主出射端面の主出射方向前方のサブマウ
ントには溝あるいは穴が形成されていることを特徴とす
る半導体レーザ装置。
【請求項３】請求項１記載の半導体レーザ装置におい
て、前記２つの半導体レーザの主出射端面とサブマウン
トの一辺とが平行でなく、所定の角度を有していること
を特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項４】請求項３記載の半導体レーザ装置におい
て、前記２つの半導体レーザの主出射端面とサブマウン
トの一辺とが平行でなく、所定の角度を有しており、２
つの半導体レーザの共振器長が異なっている場合、共振
器長の短かい半導体レーザの後方の出射端面側のサブマ
ウントには溝あるいは穴が形成されていることを特徴と
する半導体レーザ装置。
【請求項５】請求項１乃至請求項４記載のいずれか一
項に記載の半導体レーザ装置を備えていることを特徴と
する光ピックアップ。