JP2006324409A - 半導体レーザ装置およびそれを備えた光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤボンディングする電極の配置やワイヤレイアウトの制約を無くすことができ、半導体レーザ素子への受光素子の発熱の悪影響を低減できる半導体レーザ装置およびそれを備えた光ピックアップ装置を提供する。
【解決手段】半導体レーザ素子７、立上げミラー１３および信号受光素子９を一面に搭載する積層セラミックパッケージ５は、互いに異なる導電性パターンを有する複数のセラミックシートを積層して構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばＣＤ（コンパクトディスク）、ＣＤ−Ｒ（一度だけ書き込み可能なコンパクトディスク）、ＤＶＤ（デジタル万能ディスク）およびＤＶＤ−Ｒ（一度だけ書き込み可能なデジタル万能ディスク）等の光記録媒体の情報の読み取り、または、そのような光記録媒体への情報の書き込みに用いる半導体レーザ装置に関する。また、本発明は上記半導体レーザ装置を備えた光ピックアップ装置に関する。

半導体レーザ装置の小型化、薄型化の傾向が進む中、より安価な半導体レーザ装置の開発が望まれてきた。従来、半導体レーザ装置としては、特開平６−２０３４０３号公報（特許文献１）に開示されたものがある。

図５Ａに、上記従来の半導体レーザ装置の概略上面図を示す。また、図５Ｂに、上記従来の半導体レーザ装置の概略断面図を示す。

上記半導体レーザ装置は、図５Ａ，図５Ｂに示すように、ダイパッド部５９およびリード端子部６０から成るリードフレーム５２と、このリードフレーム５２に対して樹脂モールドされた樹脂製パッケージ５３とを備えている。

上記リードフレーム５２のダイパッド部５９には、半導体レーザ素子５７を搭載したシリコン基板５８がダイボンドされている。このシリコン基板５８には受光部５６が形成されている。また、上記シリコン基板の５８の半導体レーザ素子５７側の表面には、光ディスクによる反射光を受光する受光部５６と、この受光部５６および半導体レーザ素子５７を電気的にリード端子部６０に接続するためのパッドとが形成されている。

上記リードフレーム５２のリード端子部６０は、金属細線５１およびパッドを介して半導体レーザ素子５７および信号受光素子５６に電気的に接続されている。

上記樹脂製パッケージ５３には、バーンイン、特性検査後、ホログラム素子５４がＵＶ（紫外線）樹脂５５で固定される。このホログラム素子５７の表面には微細な凹凸の溝が形成されている。

上記構成の半導体レーザ装置によれば、半導体レーザ素子５７から出射したレーザ光はミラーで反射されて光ディスクへ向かう。上記レーザ光は、光ディスクで反射されて、光ディスクに書かれている種々の情報を含む光信号になって、信号受光素子５６に向かうようにホログラム素子５７で回折される。上記光信号は信号受光素子５６で電気信号に変換され、この電気信号が金属細線５１を介して外部に出力される。

しかしながら、上記従来の半導体レーザ装置では、金属細線５１は２次元的にしか引き回すことが出来ないため、金属細線５１をワイヤボンディングするパッド（電極）の配置や、金属細線５１のワイヤレイアウトに制約がある。

また、上記受光部５６を含むシリコン基板５８上に半導体レーザ素子５７を配置しているから、受光部５６による発熱が半導体レーザ素子５７に悪影響を及ぼす。
特開平６−２０３４０３号公報

そこで、本発明の課題は、ワイヤボンディングする電極の配置やワイヤレイアウトの制約を無くすことができ、半導体レーザ素子への受光素子の発熱の悪影響を低減できる半導体レーザ装置およびそれを備えた光ピックアップ装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、第１の発明の半導体レーザ装置は、
半導体レーザ素子と、
上記半導体レーザ素子が出射したレーザ光を被照射物へ向けて反射する立上げミラーと、
上記半導体レーザ素子および立上げミラーを搭載するパッケージと
を備え、
上記パッケージは、互いに異なる導電性パターンを有する複数のセラミックシートを積層して構成されていることを特徴としている。

上記構成の半導体レーザ装置によれば、上記パッケージを構成する複数のセラミックシートが互いに異なる導電性パターンを有するので、複数の導電性パターンからなる３次元的な配線パターンをパッケージ内に設けることができる。したがって、上記パッケージに設ける電極の配置の制約を無くすことができ、半導体レーザ素子を電極に電気的に接続する金属細線のワイヤレイアウトの制約を無くすことができる。

また、上記パッケージに例えば受光素子を搭載する場合、半導体レーザ素子を受光素子上に位置させないことにより、半導体レーザ素子への受光素子の発熱の悪影響を低減できる。したがって、上記半導体レーザ素子の高温動作特性を向上させることができる。

また、上記パッケージに、被照射物による反射光を回折するホログラム素子を搭載してもよい。この場合、上記パッケージに、ホログラム素子で回折された上記反射光を受光する受光素子をさらに搭載してもよい。

また、上記ホログラム素子をパッケージに搭載しなくても、このパッケージに、被照射物による反射光を受光する受光素子を搭載してもよい。

一実施形態の半導体レーザ装置では、
上記セラミックシートには貫通穴が設けられ、
上記貫通穴内には上記半導体レーザ素子および上記立上げミラーが配置されている。

上記実施形態の半導体レーザ装置によれば、上記半導体レーザ素子および立上げミラーを貫通穴内に配置するので、装置高さを下げることができる。

一実施形態の半導体レーザ装置では、上記複数のセラミックシートに貫通穴を設け、上記貫通穴の大きさを上記セラミックシート毎に異ならせることにより、上記貫通穴の側面に実装した上記立上げミラーの上記レーザ光の反射面が上記半導体レーザ素子の共振器長方向に対して略４５度を成す。

上記実施形態の半導体レーザ装置によれば、上記立上げミラーのレーザ光の反射面が半導体レーザ素子の共振器長方向に対して略４５度を成すから、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光の光軸を略９０度変換することができる。

一実施形態の半導体レーザ装置では、上記パッケージの側面には凹部が設けられている。

上記実施形態の半導体レーザ装置によれば、例えばキャップをパッケージに取り付ける場合、パッケージの側面に凹部を設けているから、その凹部にキャップの一部を嵌合させることにより、パッケージへのキャップの取り付けを簡単にすることができると共に、キャップとパッケージとの結合力を高めることができる。

一実施形態の半導体レーザ装置では、上記半導体レーザ素子の共振器長方向が上記パッケージの外縁に対して略４５度を成している。

上記実施形態の半導体レーザ装置によれば、上記半導体レーザ素子の共振器長方向がパッケージの外縁に対して略４５度を成しているから、パッケージの外縁の長さを長くすること無く、半導体レーザ素子の共振器長を長くすることができる。

一実施形態の半導体レーザ装置では、上記セラミックシートの材料は窒化アルミニウムである。

上記実施形態の半導体レーザ装置によれば、上記セラミックシートの材料として窒化アルミニウムを用いるので、パッケージの放熱性を高めることができる。

第２の発明の光ピックアップ装置は、上記第１の発明の半導体レーザ装置を備えたことを特徴としている。

上記実施形態の半導体レーザ装置によれば、上記半導体レーザ装置を備えるので、設計の自由度を大きくすることができると共に、高温動作特性を向上させることができる。

本発明の半導体レーザ装置によれば、パッケージを構成する複数のセラミックシートが互いに異なる導電性パターンを有することによって、複数の導電性パターンからなる３次元的な配線パターンをパッケージ内に設けることができるから、パッケージに設ける電極の配置の制約を無くすことができ、半導体レーザ素子を電極に電気的に接続する金属細線のワイヤレイアウトの制約を無くすことができる。

また、上記パッケージに例えば受光素子を搭載する場合、半導体レーザ素子を受光素子上に位置させないことにより、半導体レーザ素子への受光素子の発熱の悪影響を低減できる。したがって、上記半導体レーザ素子の高温動作特性を向上させることができる。

以下、本発明の半導体レーザ装置およびそれを備えた光ピックアップ装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１に、本発明の一実施の形態の半導体レーザ装置であるホログラムユニットの概略斜視図を示す。なお、図１では、上記ホログラムレーザユニットの内部の構造が分かるようにするため、キャップ１１は透明としている。

上記ホログラムレーザユニットは、半導体レーザ素子７と、この半導体レーザ素子７が出射したレーザ光を光ディスクへ向けて反射する立上げミラー１３と、その光ディスクによる反射光を回折するホログラム素子１２と、このホログラム素子１２で回折された上記反射光を受光する信号受光素子９と、半導体レーザ素子７、立上げミラー１３および信号受光素子９を上面１７に搭載する積層セラミックパッケージ５とを備えている。なお、上記光ディスクが被照射物の一例であり、積層セラミックパッケージ５がパッケージの一例であり、信号受光素子９が受光素子の一例である。

上記積層セラミックパッケージ５の上面１７の中央部には凹部１４が設けられている。また、上記積層セラミックパッケージ５の側面には凹部１８および外部端子１０が設けられている。

上記凹部１４の開口は長方形状になっていて、凹部１４の開口の長手方向が、積層セラミックパッケージ５の凹部１８側の縁に対して略垂直であり、かつ、積層セラミックパッケージ５の外部端子１０側の縁に対して略平行になっている。そして、上記凹部１４内には、半導体レーザ素子７および立上げミラー１３が配置されている。

より詳しくは、上記凹部１４の底面には、半導体レーザ素子７を搭載したモニタサブマウント６がダイボンドされている。上記半導体レーザ素子７の共振器長方向は、積層セラミックパッケージ５の凹部１４側の縁に対して略垂直であり、かつ、積層セラミックパッケージ５の外部端子１０側の縁に対して略平行になっている。また、上記凹部１４に関して半導体レーザ素子７のレーザ光出射端面に対向する側面は、階段形状になっていて立上げミラー１３が実装されている。

上記モニタサブマウント６、半導体レーザ素子７および信号受光素子９は、それぞれ、積層セラミックパッケージ５の上面１７に設けられた複数の電極１５のうちの少なくとも１つに金属細線８で電気的に接続されている。また、上記モニタサブマウント６、半導体レーザ素子７および信号受光素子９はキャップ１１で覆われて保護されている。なお、上記電極１５は導電性パターンの一例である。

上記キャップ１１の下部に設けられた凸部１９は、積層セラミックパッケージ５の側面に設けられた凹部１８に嵌め込まれる。これにより、上記キャップ１１が位置決め・固定される。また、上記キャップ１１の上部には開口部２１が設けられており、この開口部２１上にホログラム素子１２が配置されている。このホログラム素子１２はキャップ１１の上面で光学的な位置を調整した上で、キャップ１１の上面にＵＶ樹脂等により固定される。

上記立上げミラー１３は、半導体レーザ素子７のレーザ光出射端面から出射されたレーザ光を反射面２０で反射する。この反射面２０は半導体レーザ素子７の共振器長方向に対して略４５度を成している。これにより、上記反射面２０で反射されたレーザ光は、積層セラミックパッケージ５の上面１７に対して略垂直方向に向かって進む。つまり、上記立上げミラー１３は半導体レーザ素子７のレーザ光出射端面から出射されたレーザ光の光軸を略９０度変換する。

上記電極１５のそれぞれは、積層セラミックパッケージ５内部に３次元的に形成された導電性パターン４によって外部端子１０に電気的に接続されている（図２Ｂ参照）。

上記ホログラム素子１２の上面（ホログラム素子１２の半導体レーザ素子７とは反対側の表面）には回折格子２２が設けられている。また、上記ホログラム素子１２の下面（半導体レーザ素子７側の表面）には、回折格子２２とは形状が異なる回折格子２３が設けられている。

以下、図２Ａ〜図２Ｃを用いてホログラムレーザユニットの製造方法について説明する。

次に、図２Ａに示すように、厚さの薄い一枚のセラミックシート３Ａに、ビア穴０Ａ，１Ａと、貫通穴の一例としての抜き穴２Ａとを設ける。ここで、ビア穴とは、貫通穴であるが、内面にも導電性パターンを形成して、上または下のセラミックシートのビア穴と電気的に接続するための穴を意味する。

次に、図２Ｂに示すように、厚さの薄い一枚のセラミックシート３Ｂに、ビア穴０Ｂ，１Ｂと、貫通穴の一例としての抜き穴２Ｂとを設け、導電ペースト（例えばＡｇペースト）を用いて導電性パターン４をセラミックシート３Ｂの上面にパターン印刷する。この抜き穴２Ｂは抜き穴２Ａより大きくなるように設けられている。また、上記導電性パターン４は、ビア穴０Ｂの内面の導電性パターンとビア穴１Ｂの内面の導電性パターンに電的的に接続されている。

次に、図２Ｃに示すように、厚さの薄い一枚のセラミックシート３Ｃに、ビア穴０Ｃ，１Ｃと、電極１５と、抜き穴２Ａより大きな抜き穴２Ｃとを設ける。なお、上記抜き穴２Ｃは貫通穴の一例である。

次に、抜き穴が設けられていないセラミックシートとセラミックシート３Ａ〜３Ｃとを積層して焼成することにより、３次元的な回路パターンが設けられた積層セラミックパッケージ５を複数含む板部材が得られる。

次に、上記モニタサブマウント６、半導体レーザ素子７および信号受光素子９を積層セラミックパッケージ５の所定の位置に搭載する。

次に、上記モニタサブマウント６、半導体レーザ素子７および信号受光素子９を金属細線８によって電極１５に電気的に接続した後、図２Ｃの点線（ビア穴０Ｃの中心を横切っている点線）に沿ってカットして、積層セラミックパッケージ５の側面に凹部１８及び外部端子１０（ビア穴０Ａ，０Ｂ，０Ｃを半分にしたもの）を形成すると、モニタサブマウント６、半導体レーザ素子７および信号受光素子９を搭載した複数の積層セラミックパッケージ５が得られる。また、上記電極１５は、導電性パターン４（図２Ｂ参照）等を介して外部端子１０に電気的に接続される。

最後に、上記積層セラミックパッケージ５にキャップ１１を組み付けた後、キャップ１１の上面にＵＶ樹脂等でホログラム素子１２を固定すると、図１に示すホログラムレーザユニットが完成する。

上記実施の形態では、凹部１４の開口の長手方向を積層セラミックパッケージ５の凹部１８側の縁に対して略垂直にしていたが、図３に示すように、凹部１４の開口の長手方向を積層セラミックパッケージ５の凹部１８側の縁に対して略４５度にしてもよい。こうすると、上記積層セラミックパッケージ５の外部端子１０側の縁の長さを長くすること無く、凹部１４の長手方向の長さを長くして、共振器長が長い半導体レーザ素子７を凹部１４内に配置できる。

また、図４に示すように、積層セラミックパッケージ５の上面１７に半導体レーザ素子駆動用ＩＣ（集積回路）１６を搭載してもよい。これにより、上記ホログラムレーザユニットの集積化を図ることができ、光ピックアップ装置の小型化、薄型化が可能となる。

また、図示しないが、高周波重畳が必要なシングル発振モードの半導体レーザ素子を積層セラミックパッケージ５の上面１７に搭載する場合には、高周波重畳ＩＣを積層セラミックパッケージ５の上面１７に搭載してもよい。

また、上記積層セラミックパッケージ５の材料として、シリコンよりも熱伝導率のよいＡｌＮ（窒化アルミニウム）を用いてもよい。つまり、ＡｌＮからなる複数のセラミックシートで積層セラミックパッケージ５を構成してもよい。こうすると、上記半導体レーザ素子７および信号受光素子９をシリコン製パッケージに搭載する場合に比べて、ホログラムレーザユニットの放熱性を高めることができる。

また、上述したようなホログラムレーザユニットは光ピックアップ装置に搭載してもよい。

図６に、本発明の他の実施の形態の半導体レーザ装置２００を備えた光ピックアップ装置２３０の概略構成図を示す。

上記光ピックアップ装置２３０は、半導体レーザ装置２００の他に、光ピックアップ装置用筐体２３１、コリメートレンズ２３４、立上げミラー２３５および対物レンズ２３６を備えている。

上記半導体レーザ装置２００は、積層セラミックパッケージ２０５の両側面にはビア穴０Ｃを半分に切断することによって形成された外部端子１０が電極２１８として露出している。図６において、図１に示した半導体レーザ装置の構成部と同一構成部は、図１における構成部と同一参照番号を付して説明を省略する。

上記コリメートレンズ２３４は、入射光を平行光に変換する。つまり、上記半導体レーザ装置２００の半導体レーザ素子７（図１参照）から出射されたレーザ光２２０ａは、コリメートレンズ２３４によって平行光に変換される。

上記立上げミラー２３５は、コリメートレンズ２３４を通過したレーザ光２２０ａの光路を９０度屈曲させる。これにより、上記レーザ光２２０ａは対物レンズ２３６へ導かれる。

上記対物レンズ２３６は、立上げミラー２３５によって屈曲されたレーザ光２２０ａを光記録媒体２３７の立上げミラー２３５側の表面に集光させる。

上記光ピックアップ装置用筐体（以下、単に「筐体」と言う。）２３１は、金属の鋳物（ダイキャスト）で作成される。上記コリメートレンズ２３４および立上げミラー２３５は、筺体２３１の取付孔（図示せず）の中心と半導体レーザ装置２００の光軸とが精度良く一致するように、調整した後、筺体２３１に固定される。

上記光ピックアップ装置２３０の組立ては、半導体レーザ装置２００を筺体２３１の取付部（図示せず）に挿入する。このとき、上記積層セラミックパッケージ５のホログラム素子１２側の表面を、筺体２３１の取付部に形成される面に当接させることによって、レーザ光２２０ａの出射方向に平行な半導体レーザ装置２００の光軸の調整を行う。

上記半導体レーザ装置２００から出射されたレーザ光２２０ａは、図６に示すように、コリメートレンズ２３４によって平行光に変換され、立上げミラー２３５によって９０度屈曲され、対物レンズ２３６によって光記録媒体２３７の立上げミラー２３５側の表面に集光する。上記光ピックアップ装置２３０では、コリメートレンズ２３４を透過したすべてのレーザ光２２０ａを反射させるために、レーザ光２２０ａが入射する入射面の面積が十分大きい立上げミラー２３５を用いる。具体的には、上記コリメートレンズ２３４の有効径は５ｍｍ程度であるので、一辺が７ｍｍ以上の長さ寸法を有する立上げミラー２３５が必要となる。

上記光記録媒体２３７によって反射されたレーザ光には、光記録媒体２３７に記録された情報を含む信号光２２０ｂとなる。上記信号光２２０ｂは、対物レンズ２３６、立上げミラー２３５およびコリメートレンズ２３４の順に、半導体レーザ装置２００から光記録媒体２３７に向かうときと同一の経路を辿り、半導体レーザ装置２００に戻る。上記半導体レーザ装置２００に戻ってきた信号光２２０ｂは、ホログラム素子１２に形成されたホログラムパターン（図示せず）によって回折され、受光素子９（図１参照）で受光される。上記受光素子９から得られる信号に基づいて、光記録媒体２３７に記録される情報や、フォーカス誤差信号およびトッラキング誤差信号などの制御信号を取得することができる。

なお、上記ホログラムパターンは、上述の光記録媒体２３７に記録される情報や、フォーカス誤差信号およびトッラキング誤差信号などの制御信号を生成するために、複数の領域に分割されている。

また、上記ホログラムパターンは複数設けてもよく、各ホログラムパターンが互いに異なる波長を回折するものであってもよい。この場合、予め波長毎に光を分離させておけばよい。

また、図６の光ピックアップ装置２３０では、ホログラム素子１２を積層セラミックパッケージ５に一体化した構成について説明したが、必ずしもホログラム素子１２を積層セラミックパッケージ５に一体化する必要は無く、キャップも無くても良いことは言うまでもない。

図１は本発明の一実施の形態の半導体レーザ装置であるホログラムユニットの概略斜視図である。 図２Ａは上記ホログラムレーザユニットの一製造工程図である。 図２Ｂは上記ホログラムレーザユニットの一製造工程図である。 図２Ｃは上記ホログラムレーザユニットの一製造工程図である。 図３は上記ホログラムレーザユニットの変形例の概略上面図である。 図４は上記ホログラムレーザユニットの他の変形例の概略上面図である。 図５Ａは従来の半導体レーザ装置の概略上面図である。 図５Ｂは上記従来の半導体レーザ装置の概略断面図である。 図６は本発明の他の実施の形態の半導体レーザ装置を備えた光ピックアップ装置の概略構成図である。

符号の説明

０Ａ，０Ｂ，０Ｃ ビア穴
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ ビア穴
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 抜き穴
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ セラミックシート
４ 導電性パターン
５ 積層セラミックパッケージ
６ モニタサブマウント
７ 半導体レーザ素子
８ 金属細線
９ 信号受光素子
１０ 外部端子
１１ キャップ
１２ ホログラム素子
１３ 立上げミラー
１４，１８ 凹部
１５ 電極
１６ 半導体レーザ素子駆動用ＩＣ
１７ 上面
１９ 凸部

Claims (7)

1. 半導体レーザ素子と、
   上記半導体レーザ素子が出射したレーザ光を被照射物へ向けて反射する立上げミラーと、
   上記半導体レーザ素子および立上げミラーを搭載するパッケージと
   を備え、
   上記パッケージは、互いに異なる導電性パターンを有する複数のセラミックシートを積層して構成されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
   上記セラミックシートには貫通穴が設けられ、
   上記貫通穴内には上記半導体レーザ素子および上記立上げミラーが配置されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
3. 請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
   上記複数のセラミックシートに貫通穴を設け、上記貫通穴の大きさを上記セラミックシート毎に異ならせることにより、上記貫通穴の側面に実装した上記立上げミラーの上記レーザ光の反射面が上記半導体レーザ素子の共振器長方向に対して略４５度を成すことを特徴とする半導体レーザ装置。
4. 請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
   上記パッケージの側面には凹部が設けられていることを特徴とする半導体レーザ装置。
5. 請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
   上記半導体レーザ素子の共振器長方向が上記パッケージの外縁に対して略４５度を成していることを特徴とする半導体レーザ装置。
6. 請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
   上記セラミックシートの材料は窒化アルミニウムであることを特徴とする半導体レーザ装置。
7. 請求項１に記載の半導体レーザ装置を備えたことを特徴とする光ピックアップ装置。

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