JP2004039898A

JP2004039898A - 多波長半導体レーザ装置

Info

Publication number: JP2004039898A
Application number: JP2002195703A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Tsunoda; 角　田　和　哉
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Engineering Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Development and Engineering Corp
Priority date: 2002-07-04
Filing date: 2002-07-04
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】搭載される光ピックアップヘッドの部品点数および製造コストの削減に寄与できることを可能にする。
【解決手段】それぞれが異なる発振波長を有するとともに出射光パワーが異なる複数の半導体レーザのうち出射光パワーが最も大きい半導体レーザから出射されるレーザ光の垂直方向の放射角と他の半導体レーザから出射されるレーザ光の垂直方向の放射角が実質的に同一である。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多波長半導体レーザ装置に関するもので、特に光ディスクの読み取り，書き込み等の光ピックアップヘッドに使用される。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｋ）とＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ　Ｄｉｓｋ）の両方のディスクに対応する光ピックアップヘッドは，ＤＶＤ用の波長が６５０ｎｍの半導体レーザ発生器と、ＣＤ用の波長が７８０ｎｍの半導体レーザ発生器とを，ビームスプリッタまたはハーフミラー等を用いて同一の光軸になるように組み合わせて構成している。例えば図５に示す従来の光ピックアップヘッドは、波長が６５０ｎｍの半導体レーザ発生器３０ａと、波長が７８０ｎｍの半導体レーザ装置３０ｂとを、ビームスプリッタ３４、３５を用いて、同一の光軸となるように構成されている。これらの半導体レーザ発生器３０ａ、３０ｂから発生されたレーザ光はビームスプリッタ３４３５を介してコリメータレンズに入射して平行光にされ、その後、立ち上げミラー３７および対物レンズ３８を介してＤＶＤまたはＣＤ等の記録媒体（ディスク）５０に入射される。このとき、記録媒体５０に情報が書き込まれる場合は、レーザ光によって、記録媒体５０の記録層の光学的性質が変化される。記録媒体５０から情報が読み出される場合は、記録媒体５０の記録層の光学的性質が変化されず、レーザ光は、記録層によって反射される。この反射されたレーザ光は、対物レンズ３８、立ち上げミラー３７、およびコリメータレンズ３６を介してビームスプリッタ３５に入射され、ビームスプリッタ３５によって進行方向が変えられる。ビームスプリッタ３５によって進行方向が変えられたレーザ光は、凸レンズ３９を介して光検出器４０に入射し、記録媒体５０に記録された情報が読み取られる。
【０００３】
一般的な単波長半導体レーザ発生器は光出力によりその放射角が異なっている。特に、活性層に対して垂直方向の放射角θｖは、ＤＶＤ用の光出力Ｐｏ＝５〜１０ｍＷの読み取り用素子では、３０〜３３゜程度、ＣＤ−Ｒ用の光出力Ｐｏ＝８０ｍＷ以上の書き込み用素子では、１８〜２４゜程度である。このように、書き込み用に用いられる高出力の単波長半導体レーザ発生器は、波長の如何を問わず光出力の効率アップを考え、読み込み用の用いられる低出力の半導体レーザ発生器に比べて放射角を狭くする傾向にある。
【０００４】
そこで、２つの半導体レーザ発生器を有する従来の光ピックアップヘッドにおいては、コリメータレンズからの距離が異なるようにそれぞれの半導体レーザ発生器を配置することで、それぞれの半導体レーザ発生器に最適な光結合を得ている。すなわち、コリメータレンズからの距離を低出力の半導体レーザ発生器は短く、高出力の半導体レーザ発生器は長くなるように配置することで、同一のコリメータレンズに対し最大の光結合効率を得ていることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図６に示すように、異なる波長のレーザ光を発生するレーザ発生部を一つの素子に集積した２波長半導体レーザ装置３２を有する光ピックアップヘッドでは、すでに実績のある読み取り専用の光ピックアップヘッドではあまり問題とならなかった、放射角の違いによる効率の悪さが顕著化する。つまり、２波長半導体レーザ装置を有する光ピックアップヘッドにおいては、波長が異なるレーザ光の発光点位置がほぼ同一面であるので発光点からコリメータレンズまでの距離がほぼ同一となるとともに、高出力の半導体レーザ発生部からのレーザ光の放射角は低出力の半導体レーザ発生部からのレーザ光の放射角に比べて狭いため、素子の位置による光結合の最適化は不可能である。これは、例えば、書き込み時に、より光出力が必要とされる高出力の半導体レーザ発生部に最適位置を合わせると、コリメータレンズを通過する低出力の半導体レーザ発生部からのレーザ光は、上記低出力の半導体レーザ発生部がコリメータレンズからの距離が最適な位置にある場合に比べて広がるので、上記低出力の半導体レーザ発生部の必要な光出力のアップを招いてしまう。
【０００６】
又、逆に、低出力の半導体レーザ発生部に最適な位置を合わせた場合は、高出力の半導体レーザ発生部からのレーザ光は、上記高出力の半導体レーザ発生部がコリメータレンズからの距離が最適な位置にある場合に比べて広がるので、コリメータレンズ内の光強度にムラができ、書き込み信号の劣化を招いてしまう。
【０００７】
上述の問題を回避するために、波長が異なるレーザ光を発生する半導体レーザ発生部を複数装備したり、コリメータレンズを二種類用意し、機械的に切り替える等の方法が考えられるが、いずれの方式も光学系の機構が複雑になり、光ピックアップヘッドの小型化、低コスト化に対応できないことは明白である。このため、異なる波長の半導体レーザ光を一つの素子に集積した２波長半導体レーザ装置を、ＤＶＤもしくはＣＤいずれかに書き込みできる光ピックアップヘッドに採用することが難しかった。
【０００８】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、搭載される光ピックアップヘッドの部品点数および製造コストの削減に寄与できる多波長半導体レーザ装置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】
本発明の一態様による多波長半導体レーザ装置は、それぞれが異なる発振波長を有するとともに出射光パワーが異なる複数の半導体レーザのうち出射光パワーが最も大きい半導体レーザから出射されるレーザ光の垂直方向の放射角と他の半導体レーザから出射されるレーザ光の垂直方向の放射角が実質的に同一であることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による多波長半導体レーザ装置を図１および図２を参照して説明する。図１は、第１実施形態による多波長半導体レーザ装置の半導体レーザ発生部の構成を示す斜視図、図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ第１実施形態による多波長半導体レーザ装置の構成を示す正面図、側面図である。
【００１２】
この第１実施形態の多波長半導体レーザ装置１は、図２に示すように、異なる２波長の半導体レーザを発生するレーザダイオードチップ２（以下、ＬＤチップともいう）と、このＬＤチップ２が載置されるサブマウント４と、このサブマウント４が載置されるステムブロック６と、このステムブロック６を支持するステム８と、ＬＤチップ２に電流を流すためのリードピン１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄと、ボンディングワイヤ１２ａ、１２ｂ、１２ｃとを備えている。
【００１３】
ＬＤチップ２は、図１に示すように、発光点３ａから６５０ｎｍの波長のレーザ光１４ａを、発光点３ｂから７８０ｎｍの波長のレーザ光１４ｂをそれぞれ発生するように構成されたモノリシック型チップである。発光点３ａと発光点３ｂとの間隔は１１０μｍであり、その間に分離溝５が設けられている。レーザ光１４ａの出力は５ｍＷで、レーザ光１４ｂの出力は８０ｍＷ以上である。そして、このＬＤチップ２から発生されるレーザ光１４ａの、活性層と垂直方向の放射角θ_１ｖを、レーザ光１４ｂの、活性層と垂直方向の放射角θ_２ｖに、実質的に等しくなるように構成したものである。ここで、実質的に等しいとは、放射角θ_１ｖと放射角θ_２ｖとの差の絶対値が２度以下のことを意味する。放射角θ_１ｖを調整して、放射角θ_２ｖに実質的に等しくするには、レーザ光１４ａを発生する活性層の膜厚を調整することにより可能となる。なお、例えば波長が６５０ｎｍで垂直方向の放射角が２０度のレーザ光を出力する活性層の膜厚としては、量子井戸層と障壁層の総膜厚が１００ｎｍ〜３００ｎｍであることが好ましい。また、井戸層数は２〜５個、井戸層の厚さは４ｎｍ〜７ｎｍであることが好ましい。
【００１４】
このように、本実施形態においては、ＬＤチップ２は、低出力のレーザ光１４ａの垂直方向の放射角θ_１ｖを、高出力のレーザ光１４ｂの垂直方向の放射角θ_２ｖに合わせた構成となっている。
【００１５】
このように構成されたＬＤチップ２は、上面が導電膜で覆われた絶縁性のサブマウント４上に載置される。この導電膜は、図１に示す分離溝５によって２つに分離されている。分離された導電膜の一方はレーザ光１４ａを発生する半導体レーザ発生部のサブマウント４側に設けられた電極に接続され、分離された導電膜の他方はレーザ光１４ｂを発生する半導体レーザ発生部のサブマウント４側に設けられた電極に接続されている。なお、レーザ光１４ａを発生する半導体レーザ発生部のサブマウント４側と反対側に設けられた電極と、レーザ光１４ｂを発生する半導体レーザ発生部のサブマウント４側と反対側に設けられた電極とは一体化され、共通の電極となっている。
【００１６】
また、サブマウント４は、導電性の材料からなるステムブロック６上に載置され、ステムブロック６はステム８によって支持された構成となっている。なお、この実施形態においては、ステム８の直径は５．６ｍｍである。リードピン１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは、ステム８を貫通するように構成されるとともにステム８とは電気的に絶縁されるように構成されている。
【００１７】
リードピン１０ａは、サブマウント４上に設けられた導電膜の一方とボンディングワイヤ１２ａを介して電気的に接続された構成、すなわちレーザ光１４ａを発生する半導体レーザ発生部のサブマウント４側に設けられた電極と電気的に接続するように構成されている。リードピン１０ｂは、サブマウント４上に設けられた導電膜の一方とボンディングワイヤ１２ｂを介して電気的に接続された構成、すなわちレーザ光１４ｂを発生する半導体レーザ発生部のサブマウント４側に設けられた電極と電気的に接続するように構成されている。リードピン１０ｃは、ステム６と電気的に接続される。リードピン１０ｄは、ＬＤチップ２から発生するレーザ光をモニタするために使用される電極である。なお、ＬＤチップのサブマウント４側と反対側に設けられた共通電極は、ボンディングワイヤ１２ｃを介してステムブロック６、すなわちリードピン１０ｃと電気的に接続される。
【００１８】
このように構成された本実施形態の多波長半導体レーザ装置においては、ＬＤチップ２は、低出力のレーザ光１４ａの垂直方向の放射角θ_１ｖを、高出力のレーザ光１４ｂの垂直方向の放射角θ_２ｖに合わせた構成となっているので、図６に示す光学系を用いた光ピックアップヘッドにも搭載しても、低出力の半導体レーザ発生部の必要な光出力のアップを招いたり、書き込み信号の劣化を招いたりすることを防止することが可能となり、搭載される光ピックアップヘッドの部品点数および製造コストの削減に寄与することができる。
【００１９】
この実施形態の多波長半導体レーザ装置を光りピックアップヘッドに用いれば、ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ／ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭを読み取ることができ，ＣＤ−Ｒ／ＲＷディスクの読み書きが可能である。
【００２０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による多波長半導体レーザ装置の構成を図３に示す。この実施形態の多波長半導体レーザ装置は、ＬＤチップ２をＬＤチップ２Ａに置き換えた構成となっている。このＬＤチップ２Ａは、発光点３ａから波長が６５０ｎｍのレーザ光を、発光点３ｂから波長が７８０ｎｍのレーザ光が、発光点３ｃから波長が４０５ｎｍのレーザ光が発生されるように構成されたモノリシック型チップである。発光点３ａと発光点３ｂとの間、および発光点３ｂ発光点３ｃとの間の間隔は、それぞれ１１０μｍである。また、発光点３ａと発光点３ｂとの間、発光点３ｂと発光点３ｃとの間には、第１実施形態の場合と同様に分離溝（図示せず）が設けられた構成となっている。なお、上記発生される３つレーザ光のうち一のレーザ光の出力は５ｍＷであり、他は２つは３０ｍＷ以上である。
【００２１】
そして、この実施形態においては、第１実施形態と同様に、低出力のレーザ光の垂直方向の放射角は、一番出力の高いレーザ光の垂直方向の放射角と実質的に等しくなるように構成されている。これにより、第１実施形態の場合と同様に、図６に示す光学系を用いた光ピックアップヘッドにも搭載しても、低出力の半導体レーザ発生部の必要な光出力のアップを招いたり、書き込み信号の劣化を招いたりすることを防止することが可能となり、搭載される光ピックアップヘッドの部品点数および製造コストの削減に寄与することができる。
【００２２】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態による多波長半導体レーザ装置を図４（ａ）および図４（ｂ）を参照して説明する。図４（ａ）、第３実施形態による多波長半導体レーザ装置の構成を示す模式図、図４（ｂ）は、第３実施形態による多波長半導体装置が搭載される光ピックアップの構成を示す図である。
【００２３】
この実施形態の多波長半導体レーザ装置２０は、波長の異なる２つレーザ光を発生するレーザ光発生部を１つのチップに搭載したモノリシック型ＬＤチップ２２と、ホログラム素子２６と、光検出器４０とを備えており、これらは、同一パッケージ内に組み込まれた構成となっている。ホログラム素子２６は、チップ２２から発生されたレーザ光を透過させ、コリメータレンズ３６、立ち上げミラー３７、対物レンズ３８を介して記録媒体５０に入射し、記録媒体５０によって反射され、逆の光路をたどって入射するレーザ光を屈折させる機能を備えている。
【００２４】
この実施形態においては、ＬＤチップ２２は、第１実施形態の場合と同様に、低出力のレーザ光の垂直方向の放射角を、高出力のレーザ光の垂直方向の放射角に合わせた構成となっている。なお、２つのレーザ光の発光点間隔は、２４０μｍである。このように、２つのレーザ光の発光点間隔を２４０μｍとすることにより、同一光検出器４０上にディスク（記録媒体）５０からの反射光を集光させ信号再生を行っている。なお、発光点間隔は１１０μｍのままで発振波長ごとに別々の光検出器に集光させるような構成としても良い。
【００２５】
この第３実施形態も、第１実施形態の場合と同様に、光ピックアップヘッドにも搭載しても、低出力の半導体レーザ発生部の必要な光出力のアップを招いたり、書き込み信号の劣化を招いたりすることを防止することが可能となり、搭載される光ピックアップヘッドの部品点数および製造コストの削減に寄与することができる。
【００２６】
なお、上記実施形態においては、ＬＤチップは、モノリシック型であったが、異なる波長で発振するレーザチップを組み合わせてマウントしたマルチチップ構造であっても良い。
【００２７】
また，波長も上記の２つまたは３つの波長帯に限ることは無く、光ディスクシステムが要求する波長に応じて選択することは可能である。そのときにも、高出力の放射角に合わせて統一することで，本発明の作用効果を発揮することが可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上、述べたように、本発明によれば、搭載される光ピックアップヘッドの部品点数および製造コストの削減に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による多波長半導体レーザ装置のレーザ発生部の構成を示す斜視図。
【図２】本発明の第１実施形態による多波長半導体レーザ装置の構成を示す図。
【図３】本発明の第２実施形態による多波長半導体レーザ装置の構成を示す図。
【図４】本発明の第３実施形態による多波長半導体レーザ装置の構成を示す図。
【図５】従来のシングルビームレーザを２個使った光ピックアップの構成図。
【図６】２波長半導体レーザを用いた光ピックアップの構成図。
【符号の説明】
１　２波長半導体レーザ装置
２　２波長半導体レーザ用ＬＤチップ
２Ａ　３波長半導体レーザ用ＬＤチップ
３ａ　発光点
３ｂ　発光点
３ｃ　発光点
４　サブマウント
５　分離溝
６　ステムブロック
８　ステム
１０ａ　リードピン
１０ｂ　リードピン
１０ｃ　リードピン
１０ｄ　リードピン
１２ａ　ワイヤボンディング
１２ｂ　ワイヤボンディング
１２ｃ　ワイヤボンディング
１４ａ　低出力レーザ光
１４ｂ　高出力レーザ光
２０　多波長半導体レーザ装置
２２　ＬＤチップ
２６　ホログラム素子
３６　コリメータレンズ
３７　立ち上げミラー
３８　対物レンズ
４０　光検出器
５０　記録媒体（ディスク）

Claims

それぞれが異なる発振波長を有するとともに出射光パワーが異なる複数の半導体レーザのうち出射光パワーが最も大きい半導体レーザから出射されるレーザ光の垂直方向の放射角と他の半導体レーザから出射されるレーザ光の垂直方向の放射角が実質的に同一であることを特徴とする多波長半導体レーザ装置。
前記複数の半導体レーザは一つのチップ上に集積化されていることを特徴とする請求項１記載の多波長半導体レーザ装置。
前記複数の半導体レーザはそれぞれ異なるチップ上に形成されていることを特徴とする請求項１記載の多波長半導体レーザ装置。
前記複数の半導体レーザの出射側にホログラム素子が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の多波長半導体レーザ装置。
前記１乃至４のいずれかに記載の多波長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ヘッド。