JPH1166590A

JPH1166590A - 光集積ユニット、光ピックアップ装置およびｄｖｄシステム

Info

Publication number: JPH1166590A
Application number: JP9220331A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Uchisaki; 崎一郎内; Seiji Iida; 田清次飯
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-08-15
Filing date: 1997-08-15
Publication date: 1999-03-09

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザ光の光路が遮蔽されることなく、放熱
が良好で短波長レーザの搭載が可能となる光集積ユニッ
ト、光ピックアップ装置およびＤＶＤシステムを提供す
ることを目的とする。【解決手段】シリコン基板と、前記シリコン基板の主
面上にマウントされた半導体レーザ素子と、を備え、前
記シリコン基板は、前記レーザ光を前記主面に対して垂
直な方向に反射するように前記主面に対して傾斜したミ
ラー面をさらに有し、且つ前記半導体レーザ素子から放
出される前記レーザ光の一部が前記主面に遮られないよ
うに前記主面の一部が掘り下げられた凹部が設けられ、
前記ミラー面は前記凹部の側壁に連続的に延在するもの
として構成され、レーザの活性層をシリコン基板に近づ
けてマウントしても、レーザ光が遮蔽されることがなく
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光集積ユニット、
光ピックアップ装置およびＤＶＤシステムに関する。よ
り具体的には、本発明は、ＤＶＤ用光ピックアップヘッ
ドに用いて好適な、短波長レーザを用いた、小型で温度
特性の良好な光集積ユニット、光ピックアップ装置およ
びＤＶＤシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスク・システムは、小型で大容量
のデータを記録できるために、広く実用化されている。
特に、ＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅ
Ｄｉｓｃ）システムは、次世代のムービー、ＲＯＭ、Ｒ
ＡＭなどの主要なシステムとして、その実用化が急速に
進められている。

【０００３】図８（ａ）は第一世代のＣＤ（含むＣＤ−
ＲＯＭ）用光ピックアップヘッドの光学系を表す概念図
である。光学部品の多さ・調整が複雑な事から、これは
ホログラムや検出用分割ＰＤを内蔵した図８（ｂ）の如
き第二世代に移行した。

【０００４】図９は、さらに次世代の平面パッケージ型
の光集積ユニットを表す概略斜視図およびその一部拡大
図である。これを例にして従来技術を説明する。まずＣ
Ｄ用光源は、ＧａＡｌＡｓを主材料とした波長７８０ｎ
ｍのＬＤである。ＬＤ端面から放射された光は４５°傾
斜したＳｉ（１１１）ミラー面で反射されてＳｉ基板の
垂直方向に放射される。その後ホログラム及びレンズを
通過して光ディスク上の１／０信号を検知する。ディス
クからの反射光は再びレンズ、ホログラム（第１次回折
光を生じる）を通過して検出用分割ＰＤに入る。この光
が信号検出、フォーカスエラー検出、トラッキングエラ
ー検出用として各フォトダイオード（ＰＤ）に入射す
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、１９９６年よ
り実用が開始されたＤＶＤ規格においては、従来のコン
パクト・ディスクと同一のサイズの光ディスクに片面で
約５Ｇバイトと言う大記録容量を実現する必要がある。
これは、従来のコンパクト・ディスクの約８倍の情報量
である。この様な高密度記録を実現するための方策とし
て、ＬＤの波長を短波長化することによりビーム径を縮
小する方法が考えられる。このためには、波長６５０ｎ
ｍのＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザを使い
ることが望ましい。ところが、この材料は従来のＣＤ用
のＧａＡｌＡｓ系（波長７８０ｎｍ）に比べ温度特性が
劣るため、従来の光モジュール構造をそのまま流用でき
ないという問題があった。

【０００６】本発明者は、独自の検討の結果、従来の光
集積ユニットとＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｌＰ系ＤＶＤ用
短波長半導体レーザ（波長６５０ｎｍ）とを組み合わせ
た場合に生ずる問題について定量的な知得を得るに至っ
た。以下に、図２の様なモジュールを流用する際に生ず
る問題点を述べる。

【０００７】図１０は、ＣＤ用とＤＶＤ用ＬＤの相違を
説明する概念図である。すなわち、同図（ａ）及び
（ｂ）は、それぞれＣＤ用のＧａＡｌＡｓ系レーザの発
振特性と断面構造を表す。また、同図（ｃ）及び（ｄ）
は、それぞれＤＶＤ用のＩｎＧａＡｌＰ系レーザの発振
特性と断面構造を表す。

【０００８】ＣＤ用のＧａＡｌＡｓ系レーザの波長は約
７８０ｎｍであり、最大発振温度Ｔｍａｘは約１５０℃
である。ここで、「最大発振温度」とは、それ以上の温
度では所定の光出力が得られない上限の温度をいう。

【０００９】一方、ＤＶＤ用のＩｎＧａＡｌＰ系レーザ
の波長は約６５０ｎｍと短波長であるが、材料固有の物
性のためＴｍａｘは約９０℃であり、ＧａＡｌＡｓ系レ
ーザと比較して約６０℃低い。このように温度特性が劣
るのは、主に、ＩｎＧａＡｌＰ系材料の熱抵抗が高いこ
とや、いわゆるキャリア・オーバフローが生じやすいこ
となどに起因している。

【００１０】ここで、ＲＯＭ、ＲＡＭやディスク・ドラ
イブなどのコンピュータ端末機器に対する要求動作温度
の上限はケース温度が７０℃である。つまり、従来のＣ
Ｄ用と比較して、ＤＶＤ用レーザの場合は、システムの
動作温度の上限とレーザ素子の最大発振温度との間のマ
ージンが、ＣＤの場合よりも極めて狭いものとなる。従
って、ＤＶＤ用の光集積ユニットにおいては、レーザの
放熱対策を従来よりも大幅に強化する必要が生ずる。す
なわち、レーザの発熱部（活性層付近）からヒートシン
クまでの距離を極力短くする事により、活性層付近の温
度を極力低下させる事が重要である。例えば、ＩｎＧａ
Ｐ／ＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザの場合は、ＩｎＧａ
ＡｌＰクラッド層やＩｎＧａＰオーミック層の熱抵抗を
考慮すると、活性層からヒートシンクまでの距離は５μ
ｍ以下とすることが望ましい。いわゆる書き込み型のＤ
ＶＤ−ＲＡＭに搭載するレーザの場合は、特に高出力が
必要とされるので、素子の発熱が大きく、このような放
熱対策が特に重要となる。

【００１１】図１１は、従来の光集積ユニット内の要部
の構成を表す概略断面図である。すなわち、シリコン基
板１１２に設けられた凹部の底面１１２Ｂの上にＬＤチ
ップ１４がマウントされている。ＬＤチップ１４の活性
層１４Ａからは、垂直広がり角Ｆｖを有するレーザ光が
放出される。この垂直広がり角Ｆｖは、レーザの構造的
なパラメータにより決定され、通常は２５〜３５°の範
囲にあることが多い。レーザ１４から出射したレーザ光
は、４５°の傾斜を有するミラー１１２Ａにより反射さ
れて図中の上方に放射され、図示しない光学系を介して
図示しない光ディスクに入射する。

【００１２】従来のＧａＡｌＡｓ系レーザの場合には、
Ｔｍａｘは約１５０℃と余裕があるので、発光点である
活性層１４ＡとＳｉ基板１１２との距離ｘを１０μｍと
しても放熱は十分である。この場合には、ＬＤ端面と４
５°ミラー１１２Ａとの距離ｙも３０μｍ程度として
も、レーザ光はシリコン基板１１２の底面１１２Ｂに遮
蔽されることがなく、すべてミラー１１２Ａに入射させ
ることが出来る。

【００１３】ところが、ＤＶＤ用の半導体レーザの場合
には、前述した放熱対策のためにｘを短くする必要があ
る。例えば、ＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｌＰ系半導体レー
ザの場合は、ＩｎＧａＡｌＰクラッド層やＩｎＧａＰオ
ーミック層の熱抵抗を考慮すると、ｘは５μｍ以下とす
ることが望ましい。

【００１４】図１２（ａ）は、このようにｘを小さくし
た場合の光集積ユニットの要部の構成を表す概略断面図
である。同図に示したように、ｘを短くするとレーザ１
４から出射されたレーザ光のうちの下向きの一部は、シ
リコン基板の底面１１２Ｂに遮蔽されてしまう。ここ
で、レーザ光がシリコン基板の底面１１２Ｂに遮蔽され
ないようにする方法として、レーザ１４とミラー１１２
Ａとの距離ｙを小さくすることが考えられる。

【００１５】図１２（ｂ）は、このようにｙを小さくし
た場合の光集積ユニットの要部の構成を表す概略断面図
である。同図に示したように、ｙを小さくするとミラー
１１２Ａで反射されたレーザ光のうちの一部は、レーザ
１４の端面によって遮蔽される。ここで、レーザ１４の
厚さＴは、通常１００〜１５０ミクロン程度であること
が多い。この厚さＴを小さくすれば反射光は遮蔽されな
くなるが、素子化プロセスや組立工程時のハンドリング
が極めて困難となり、現実的には厚さＴをこれ以下とす
ることは困難である。

【００１６】図１２（ａ）および（ｂ）に示したような
レーザ光の光路を幾何学的に解析すると、同図（ａ）に
示したようにレーザ光がＳｉ基板面１１２Ｂに遮蔽され
ないための条件は、ｙ×ｔａｎ（Ｆｖ／２）＜ｘ（１）で表すことができる。また、同図（ｂ）に示したように
反射光がレーザの端面に遮蔽されないための条件は、Ｔ×ｔａｎ（Ｆｖ／２）＜ｙ（２）で表すことができる。

【００１７】図１２（ｃ）は、この条件を満たす範囲を
例示したグラフ図である。すなわち、同図の横軸はｘ
で、縦軸はｙであり、一例としてレーザの厚さＴが１２
０μｍで、垂直広がり角Ｆｖが３０°の場合の、（１）
（２）式を満足する範囲が図中に斜線で示されている。
同図から分かるように上式を満足するためには、発光点
位置ｘは８．７μｍ以上で、ミラーとの距離ｙは３２．
４μｍ以上であることが必要とされる。

【００１８】しかし、発光点の高さｘを８．７μｍ以上
とすることは、ＤＶＤ用レーザにおいては困難である。
何故ならば、前述したようにＤＶＤ用レーザにおいて
は、放熱対策のために、ｘを５μｍ以下とすることが望
ましいからである。特に３０ｍＷ以上の高出力が必要と
される書換用ＤＶＤ−ＲＡＭにおいては、一段と不利に
なる。従って、従来の光集積ユニットを用いてＤＶＤ用
の光ピックアップを実現することは困難であった。

【００１９】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
である。すなわち、その目的はレーザ光の光路が遮蔽さ
れることなく、放熱が良好で短波長レーザの搭載が可能
となる光集積ユニット、光ピックアップ装置およびＤＶ
Ｄシステムを提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明による
光集積ユニットは、シリコン基板と、前記シリコン基板
の主面上にマウントされた半導体レーザ素子と、を備え
た光集積ユニットであって、前記半導体レーザ素子は、
一定の広がり角を有するレーザ光を前記主面に略平行な
方向に出射するものとして構成され、前記シリコン基板
は、前記レーザ光を前記主面に対して垂直な方向に反射
するように前記主面に対して傾斜したミラー面をさらに
有し、且つ前記半導体レーザ素子から放出される前記レ
ーザ光の一部が前記主面に遮られないように前記主面の
一部が掘り下げられた凹部が設けられ、前記ミラー面は
前記凹部の側壁に連続的に延在するものとして構成さ
れ、レーザの活性層をシリコン基板に近づけてマウント
しても、レーザ光が遮蔽されることがなくなる。

【００２１】また、シリコン基板は、表面に段差部を有
し、その段差部の底面上に半導体レーザ素子がマウント
ているようにしても良い。

【００２２】また、半導体レーザは、前記レーザ光を放
出する端部が前記凹部の上にわずかに突出するようにマ
ウントすることにより、「はんだ」のはみ出しに起因す
るｐｎ接合の短絡やレーザ光の遮蔽を防ぐことができ
る。

【００２３】また、本発明による光集積ユニットは、シ
リコン基板と、前記シリコン基板の主面上にマウントさ
れた半導体レーザ素子との間にヒートシンクを介在させ
て、レーザ光の出射位置を持ち上げるようにしたものと
して構成することもできる。このようなヒートシンク
は、シリコン基板上に薄膜を堆積することにより形成す
ると組立工程が容易で位置精度も確保しやすい。

【００２４】さらに、半導体レーザは、半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された活性層とを有し、前記活
性層側をマウント面としたアップサイド・ダウン型にマ
ウントすることにより放熱を良好にして、高いケース温
度でも使用することができるようになる。

【００２５】また、前記シリコン基板は、（１００）面
から［１１１］方向に９．７°傾斜した面を主面とし、
前記ミラー面は、（１１１）面により構成すると、製造
が容易であり、光反射率を有するミラー面を容易に得る
ことができる。

【００２６】一方、前記半導体レーザ素子は、ＩｎＧａ
Ｐ層からなる活性層と、ＩｎＧａＡｌＰ層からなるクラ
ッド層とを含んだダブルへテロ型構造を有するものとす
ると、波長約６５０ｎｍのレーザ光を得ることができ、
ＤＶＤシステムに必要とされる高記録密度を実現するこ
とができる。

【００２７】さらに、前記シリコン基板に、モニタ用受
光素子や、検出用の分割受光素子、さらに、増幅回路部
を集積することにより、小型で組立精度が高く信頼性も
良好な光集積ユニットを実現することができる。

【００２８】これらの光集積ユニットを用いることによ
り高性能のＤＶＤ用光ピックアップを実現することがで
き、さらに、この光ピックアップを搭載することによ
り、温度特性が良好で信頼性も高いＤＶＤシステムを提
供することができるようになる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について説明する。

【００３０】図１は本発明による光集積ユニットの要部
の構成を表す概略断面図である。すなわち、本発明にお
いてもシリコン基板１２に設けられた段差部の底面１２
Ｂの上にレーザ１４がマウントされている。ここで、シ
リコン基板１２としては、例えば（１００）面から［１
１１］方向に９．７°傾斜した面を主面とする基板を用
いることができる。また、ミラー１２Ａとしては、この
基板の（１１１）面を用いることができる。何故なら
ば、前述のようなオフ基板を用いれば、基板の主面に対
して４５°傾斜した（１１１）ミラー面を容易に形成す
ることができるからである。

【００３１】また、このようなミラー面は、シリコンの
エッチング面として構成することができる。しかし、金
属などの薄膜を堆積することによってさらに反射率を向
上させることができる。このような薄膜としては、例え
ば、金、アルミニウムなどを主成分とする金属膜を挙げ
ることができる。

【００３２】また、２種類以上の薄膜を積層することに
より得られるブラッグ反射膜としても良い。このような
ブラッグ反射膜としては、例えば、ＳｉＯ₂とＴｉＯ₂と
の多層膜や、アモルファス・シリコン、窒化シリコン、
酸化シリコン、酸化アルミニウムなどのうちのいずれか
２つを組み合わせた多層膜などを挙げることができる。
このようなブラッグ反射膜を堆積すれば、さらに高性能
化を図ることができる。

【００３３】ここで、本発明の実施形態においては、シ
リコン基板１２に、底面１２Ｂよりも深く堀り込まれた
凹部１２Ｃが設けられている。そして、ミラー１２Ａ
は、この凹部１２Ｃの側壁に連続的に延在して形成され
ている。このように凹部１２Ｃを設けることによって、
ｘを小さくしてもレーザ光は底面１２Ｂに遮られないよ
うにすることができる。また、ミラー１２Ａをこの凹部
１２Ｃの側壁に延在して形成することによって、レーザ
光をすべて反射することができる。

【００３４】本発明における各部の位置関係をさらに具
体的に説明すると以下の如くである。すなわち、図１に
示すように、ミラー１２Ａは、発光点Ｓから（Ｆｖ／
２）の角度で下方に向かう直線上まで、延在して形成し
なければならない。このようにすれば、レーザ光は底面
１２Ｂに遮蔽されることがなくなる。

【００３５】一方、レーザ１４の光出射面の上端から
（Ｆｖ／２）の角度で下方に向かう直線と、発光点Ｓか
ら（Ｆｖ／２）の角度で下方に向かう直線との交点Ｐを
求める。ミラー１２Ａは、レーザ１４からみて交点Ｐよ
りも遠方に設けなければならない。このようにすれば、
反射光はレーザ１４の端面により遮蔽されることがなく
なる。

【００３６】つまり、本発明によれば、発光点をシリコ
ン基板の底面１２Ｂに近づけても、レーザ光が底面１２
Ｂに遮蔽されたり、反射光がレーザ１４に遮蔽されたり
することがなくなる。

【００３７】その結果として、本発明によれば、ＩｎＧ
ａＰ／ＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザのように短波長の
レーザを、いわゆるアップサイド・ダウン型のマウン
ト、すなわち活性層側をシリコン基板に向けてマウント
することができる。そして、放熱を十分に確保して、シ
ステムで要求される動作温度範囲をクリアすることがで
きるようになる。

【００３８】また、本発明によれば、従来と比較して光
集積ユニットの部品点数が増加することもない。例え
ば、シリコン基板１２とレーザ１４との間にヒートシン
クなどの部材を介在させることとすると、部品点数が増
加して、組立精度が低下するおそれがある。ここで、Ｄ
ＶＤと従来のＣＤとを比較すると光軸の角度の要求精度
は、ＣＤの±２°に対してＤＶＤは±０．５°である。
また、レーザ１４と受光素子との相対位置の許容精度
は、ＣＤの±２０μｍに対してＤＶＤは±５μｍであ
る。すなわち、ＤＶＤはＣＤの約４倍の高精度が要求さ
れる。従って、光集積ユニットの部品点数が増加して組
立精度が低下すると、高い歩留まりで製造することが技
術的に困難となる。しかし、本発明によれば、部品点数
は、従来と変わらず、レーザを直接、シリコン基板にマ
ウントすることができるので、高い精度で組み立てるこ
とができる。

【００３９】ここで、本発明においては、図１に示した
ように、レーザ１４の光出射端が、凹部１２Ｃに僅かに
突出するようにマウントすることが望ましい。何故なら
ば、前述したように、ＤＶＤ用の短波長レーザの場合
は、放熱を確保するために発光点をできるだけシリコン
基板の底面１２Ｂに近づける必要があり、その結果とし
てマウント用の「はんだ」が悪影響を及ぼすことがある
からである。

【００４０】図２は、この様子を説明する概略断面図で
ある。すなわち、同図においては、レーザ１４が凹部１
２Ｃから離れてマウントされている。ここで、レーザ１
４をマウントする際には、金・スズ合金やインジウムな
どの「はんだ」を用いることが多い。すると、図示した
ように「はんだ」がはみ出した場合に、レーザのｐｎ接
合が短絡したり、レーザ光が遮蔽されることがある。

【００４１】本発明によれば、図１に示したように、レ
ーザ１４を凹部１２Ｃ上に突出させることによって、
「はんだ」のはみ出しによるｐｎ接合の短絡やレーザ光
の遮蔽が抑制され、同時に長期間に渡って動作させて
も、これらの弊害が生ずることがなくなる。

【００４２】ここで、このようなレーザの突出部はシリ
コン基板に直接接触していないので放熱特性が劣化す
る。従って、突出量が大きすぎると、レーザの温度特性
が劣化することとなる。本発明者の実験によれば、Ｉｎ
ＧａＰ／ＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザの場合には、突
出量は、０〜２０μｍの範囲内とすることが望ましいこ
とが分かった。

【００４３】次に、このようなシリコン基板１２の形成
方法について説明する。図３は本発明による光集積ユニ
ットのシリコン基板１２の製造工程の要部を例示する概
略工程図である。すなわち、同図（ａ）（ｃ）（ｅ）は
その平面図であり、同図（ｂ）（ｄ）（ｆ）は、そのＡ
−Ａ線切断端面図である。まず、同図（ａ）（ｂ）に示
したように、段差部を形成する。すなわち、（１００）
面からオフしたシリコン基板１２の一部を選択的にエッ
チングする。この時に例えばＫＯＨ溶液を用いる事によ
り、平坦な底面１２Ｂと、４５°の傾斜を有する側壁１
２Ａ’とからなる段差部を形成することができる。ここ
で、側壁１２Ａ’は、（１１１）面からなる鏡面（ミラ
ー面）とすることができる。

【００４４】次に、同図（ｃ）（ｄ）に示したように、
４５°ミラー面１２Ａ’の一部をさらにエッチングす
る。すなわち、ミラー面１２Ａ’の一部を開口したエッ
チング・マスク１８を形成する。このようなエッチング
・マスク１８は、レジストあるいは絶縁膜などを用いて
形成することができる。さらに、ＫＯＨなどを用いたエ
ッチングを再度行い、ミラー面１２Ａ’をさらに深くエ
ッチングして、ミラー面１２Ａとするとともに、凹部１
２Ｃを形成する。例えば、レーザのチップ厚Ｔが１２０
μｍで、発光点の高さｘが５μｍの場合、エッチング深
さは５〜５０μｍの範囲で選べばよい。

【００４５】さらに、同図（ｅ）（ｆ）に示したよう
に、エッチング・マスクを除去する。さらに、シリコン
基板１２上に、図示しない受光素子部を形成し、レーザ
１４をマウントするとともに、図８に示したような平面
パッケージに搭載することにより、光集積ユニットが得
られる。さらに、この光集積ユニットにホログラム光学
系とアクチュエータ系とをレーザ光に合わせて調節設置
することにより光ピックアップが得られる。

【００４６】なお、本実施形態においては、段差部のミ
ラー面１２Ａ’のうちの一部のみをさらに深くエッチン
グすることによりミラー面１２Ａを形成した。しかし、
本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、
段差部のミラー面１２Ａ’のすべてを再度エッチングし
てミラー面１２Ａを形成しても良い。

【００４７】図４は本発明による光集積ユニットのシリ
コン基板１２の第２の製造方法の要部を表す概略工程図
である。

【００４８】本実施形態においては、まず、同図（ａ）
（ｂ）に示したように、４５°ミラー面１２Ａ’からな
る溝１２Ｃ’を形成する。この方法としては、例えば、
図示しないエッチング・マスクを介して、ＫＯＨ溶液な
どによりエッチングすれば良い。

【００４９】次に、同図（ｃ）（ｄ）に示したように、
エッチング・マスク１８’を形成する。すなわち、前述
の溝１２Ｃ’とレーザのマウント面となる底面部とを開
口したエッチング・マスク１８’をレジストなどにより
形成する。

【００５０】次に、同図（ｅ）（ｆ）に示したように、
ＫＯＨ溶液などを用いて選択的にエッチングする。する
と、レーザのマウント面となる平坦な底面１２Ｂが形成
されるとともに、ミラー面１２Ａ’がさらに深くエッチ
ングされてミラー面１２Ａが形成される。続いてエッチ
ング・マスクを除去して、前述と同様の工程を施すこと
により光集積ユニットを得ることができる。

【００５１】次に、本発明による第２の光集積ユニット
について説明する。図５は、本発明による第２の光集積
ユニットの要部を例示する概略断面図である。すなわ
ち、同図に示した例では、シリコン基板５２に設けられ
た段差部の底面５２Ｂ上にヒートシンク５３が設けら
れ、その上にレーザ５４がマウントされている。このよ
うにレーザ５４の位置を持ち上げることによって、レー
ザ光が底面５２Ｂに遮蔽されないようにするとともに、
ミラー５２Ａからの反射光がレーザ端面に遮蔽されない
ようにすることができる。

【００５２】ここで、ヒートシンク５３は熱伝導性が良
好であることが望ましく、その材料としては、例えば、
銅、モリブデン、コバール、シリコン、窒化アルミニウ
ム、ダイアモンドなどを挙げることができる。また、こ
のヒートシンク５３をシリコン基板５２と別体の部材と
すると、技術的な困難が生ずることがある。すなわち、
前述したような材料を用いたヒートシンクの厚さを１０
０μｍ以下とすると、取り扱いや組立が極めて困難とな
る。一方、ヒートシンクの厚さをこれ以上とすると、シ
リコン基板５２の段差部をそれ以上の深さにエッチング
することが必要となり、エッチング深さの制御が容易で
なくなる。

【００５３】このように、ヒートシンク５３をシリコン
基板と５２と別体とすると製造が容易でなくなる。従っ
て、ヒートシンク５３は、シリコン基板５２の底面５２
Ｂ上に堆積された薄膜であることが望ましい。例えば、
蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、メッキ法などの
方法によって、上述したような材料をシリコン基板の底
面５２Ｂ上に所定の膜厚で精度良く堆積することができ
る。

【００５４】また、本実施形態においても、図２に関し
て説明した場合と同様に、ヒートシンク５３に対してレ
ーザ５４を僅かに突出するようにマウントすることによ
って、マウント用半田により、レーザ光が遮蔽された
り、ｐｎ接合がショートしたりする問題を解消すること
ができる。

【００５５】次に、本発明による第３の光集積ユニット
について説明する。図６は、本発明による第３の光集積
ユニットの構成を例示する概念図である。すなわち、同
図に示した光集積ユニット７０は、光ピックアップ用部
品としての集積度を更に上げた構成を例示するものであ
る。この例では、シリコン基板７２の中に、レーザ７
４、受光素子７７、分割受光素子７８、および増幅回路
部７９が設けられている。レーザ７４から基板に平行方
向に出射されたレーザ光は、ミラー７４Ａで反射され
て、シリコン基板７２に対して垂直上方に出射される。
受光素子７７は、レーザ７４の光出力のモニタを行う。
すなわち、受光素子７７は、シリコン基板７２に所定の
ｐｎ接合を形成することにより設けられ、レーザ７４の
背面から出射する光をモニタする。

【００５６】分割受光素子７８は、図示しない光ディス
クから反射されて戻ってくる光を検出し、電気信号に変
換する。増幅回路部７９には、分割受光素子７８の出力
段に接続する増幅回路などが集積されている。前述した
ように、ＤＶＤ用光集積ユニットでは、光軸の傾き±
０．５°、ＬＤ／ＰＤ相対位置精度±５μｍが要求され
るが、本実施形態によればレーザや各受光素子を集積化
しているので、これを実現するには極めて有利である。

【００５７】本実施形態の光集積ユニットも、前述の場
合と同様に平面パッケージ・ホログラム素子と一体化す
ることにより完成する。さらに、光学系とアクチュエー
タ系を組み合わせることにより光ピックアップを構成す
ることができる。

【００５８】以上説明した実施形態においては、シリコ
ン基板の主面の一部を掘り下げて形成される底面上にレ
ーザ素子をマウントする具体例を挙げた。しかし、本発
明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発
明はこの他にも基板上に傾斜したミラー面が構成されて
いるような、あらゆる光集積ユニットについて同様に適
用することができ、同様の効果を得ることができる。

【００５９】図７は、本発明による光集積ユニットの他
の具体例を例示する要部模式図である。すなわち、同図
（ａ）に断面図で示した例においては、シリコン基板８
２の主面上に凸状部８２Ｅが形成され、その斜面がミラ
ー面８２Ａとされている。さらに、凹部８２Ｃが設けら
れ、ミラー面８２Ａはこの凹部８２Ｃ内に延在してい
る。また、レーザ１４は、主面８２Ｂの上にマウントさ
れている。

【００６０】また、同図（ｂ）に斜視図で示した例にお
いては、シリコン基板９２のミラ一面９２Ａの後方だけ
段差を伴うステップが残されている。ミラー面９２Ａ
は、凹部９２Ｃに延在して形成されている。また、レー
ザ１４はシリコン基板９２の主面９２Ｂの上にマウント
されている。

【００６１】同図に例示したいずれの例においても凹部
８２Ｃ、９２Ｃが設けられているので、レーザ１４から
出射した光は、シリコン基板８２、９２の主面８２Ｂ、
９２Ｂに遮られることなく、ミラー面８２Ａ、９２Ａに
反射され、上方に効率的に取り出すことができる。従っ
て、図１〜図６に関して前述した効果を同様に得ること
ができる。

【００６２】以上、本発明の実施の形態について、具体
例を参照しつつ説明した。しかし、本発明は、これらの
具体例に限定されるものではない。

【００６３】例えば、光集積ユニットの基板としては、
前述したシリコン基板の他に、ガリウム砒素基板や、そ
の他の半導体単結晶基板、あるいはセラミクスなどの無
機材料基板、樹脂などの有機材料基板などを同様に用い
ることができる。

【００６４】また、基板の主面とレーザ光の出射方向と
の角度についても前述した９０°の関係に限定されず、
光集積ユニットが適用されるシステムの要求に応じた角
度に適宜合わせて、本発明を同様に適用することができ
る。

【００６５】

【発明の効果】本発明によれば、ＣＤ用ＬＤ（７８０ｎ
ｍ波長）より温度特性に余裕のないＤＶＤ用ＬＤ（６５
０ｎｍ）を用いて、発光点位置を最大限にシリコン基板
に近付ける事により温度特性の低下を防ぐと共に、レー
ザ光がシリコン基板面やレーザ素子に遮蔽されることも
防いで、小型且つ温度特性や信頼性の良好な光集積ユニ
ットを提供することができる。

【００６６】また、本発明によれば、このような光集積
ユニットを用いることにより、高性能のＤＶＤ用光ピッ
クアップを提供することができる。

【００６７】さらに、本発明によれば、短波長レーザを
用いて、温度特性の良好なＤＶＤシステムを提供するこ
とができる。すなわち、コンピュータの周辺機器に要求
されるケース温度７０℃という上限動作温度のみなら
ず、カーナビゲーション・システムなどの車載用ＤＶＤ
システムにおいて要求されるケース温度８５℃という上
限動作温度も実現することができる。

【００６８】また、ＤＶＤ−ＲＡＭのような書き込み用
ＤＶＤにおいては、レーザ光出力が約３０ｍＷであるこ
とが必要とされ、７０℃においてこの出力を得るために
は、１５０〜１６０ｍＡの駆動電流が必要とされ、レー
ザ素子の発熱量は３００〜４００ｍＷにも達する。この
ような用途においても、本発明は極めて有効であり、レ
ーザ光が遮蔽されることなくレーザ素子の放熱を良好に
して高信頼性を有するＤＶＤシステムを実現することが
でき、産業上のメリットは多大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光集積ユニットの要部の構成を表
す概略断面図である。

【図２】マウント用半田がはみ出した様子を説明する概
略断面図である。

【図３】本発明による光集積ユニットのシリコン基板１
２の製造工程の要部を例示する概略工程図である。すな
わち、同図（ａ）（ｃ）（ｅ）はその平面図であり、同
図（ｂ）（ｄ）（ｆ）は、そのＡ−Ａ線切断端面図であ
る。

【図４】本発明による光集積ユニットのシリコン基板１
２の第２の製造方法の要部を表す概略工程図である。

【図５】本発明による第２の光集積ユニットの要部を例
示する概略断面図である。

【図６】本発明による第３の光集積ユニットの構成を例
示する概念図である。

【図７】本発明による光集積ユニットの他の具体例を例
示する要部模式図である。

【図８】（ａ）は第一世代のＣＤ（含むＣＤ−ＲＯＭ）
用光ピックアップヘッドの光学系を表す概念図である。
（ｂ）は第二世代の同光学系の概念図である。

【図９】さらに次世代の平面パッケージ型の光集積ユニ
ットを表す概略斜視図およびその一部拡大図である。

【図１０】ＣＤ用とＤＶＤ用ＬＤの相違を説明する概念
図である。すなわち、同図（ａ）及び（ｂ）は、それぞ
れＣＤ用のＧａＡｌＡｓ系レーザの発振特性と断面構造
を表す。また、同図（ｃ）及び（ｄ）は、それぞれＤＶ
Ｄ用のＩｎＧａＡｌＰ系レーザの発振特性と断面構造を
表す。

【図１１】従来の光集積ユニット内の要部の構成を表す
概略断面図である。

【図１２】図１２（ａ）は、ｘを小さくした場合の光集
積ユニットの要部の構成を表す概略断面図である。図１
２（ｂ）は、ｙを小さくした場合の光集積ユニットの要
部の構成を表す概略断面図である。図１２（ｃ）は、
（１）、（２）式の条件を満たす範囲を例示したグラフ
図である。

【符号の説明】

１２，５２，７２シリコン基板１２Ａ，５２Ａ，７２Ａシリコンミラー面１２Ｂ，５２Ｂ，７２Ｂ１４，５４，７４レーザ素子１８，１８’ エッチング・マスク５３ヒートシンク７７モニタ用受光素子７８検出用分割受光素子７９集積回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコン基板と、前記シリコン基板の主面
上にマウントされた半導体レーザ素子と、を備えた光集
積ユニットであって、前記半導体レーザ素子は、一定の広がり角を有するレー
ザ光を前記主面に略平行な方向に出射するものとして構
成され、前記シリコン基板は、前記レーザ光を前記主面に対して
垂直な方向に反射するように前記主面に対して傾斜した
ミラー面をさらに有し、且つ前記半導体レーザ素子から
放出される前記レーザ光の一部が前記主面に遮られない
ように前記主面の一部が掘り下げられた凹部が設けら
れ、前記ミラー面は前記凹部の側壁に連続的に延在する
ものとして構成されていることを特徴とする光集積ユニ
ット。
【請求項２】表面に段差部を有するシリコン基板と、前
記段差部の底面上にマウントされた半導体レーザ素子
と、を備えた光集積ユニットであって、前記半導体レーザ素子は、一定の広がり角を有するレー
ザ光を前記底面に略平行な方向に出射するものとして構
成され、前記シリコン基板は、前記レーザ光を前記底面に対して
垂直な方向に反射するミラー面を前記段差部の側壁に有
し、且つ前記半導体レーザ素子から放出される前記レー
ザ光の一部が前記底面に遮られないように前記底面の一
部がさらに掘り下げられた凹部が設けられ、前記ミラー
面は前記凹部の側壁に連続的に延在するものとして構成
されていることを特徴とする光集積ユニット。
【請求項３】前記半導体レーザは、前記レーザ光を放出
する端部が前記凹部の上にわずかに突出するようにマウ
ントされていることを特徴とする請求項１または２に記
載の光集積ユニット。
【請求項４】シリコン基板と、前記シリコン基板の主面
上にマウントされた半導体レーザ素子と、を備えた光集
積ユニットであって、前記半導体レーザ素子は、一定の広がり角を有するレー
ザ光を前記主面に略平行な方向に出射するものとして構
成され、前記シリコン基板は、前記レーザ光を前記主面に対して
垂直な方向に反射するように前記主面に対して傾斜した
ミラー面をさらに有し、前記半導体レーザ素子から放出される前記レーザ光の一
部が前記主面に遮られないように前記シリコン基板と前
記半導体レーザ素子との間にさらにヒートシンクが設け
られていることを特徴とする光集積ユニット。
【請求項５】前記ヒートシンクは、前記シリコン基板の
前記主面上に堆積された薄膜層であることを特徴とする
請求項４記載の光集積ユニット。
【請求項６】前記半導体レーザは、半導体基板と、前記
半導体基板上に形成された活性層とを有し、前記活性層
側をマウント面としたアップサイド・ダウン型にマウン
トされていることを特徴とする１〜５のいずれか１つに
記載の光集積ユニット。
【請求項７】前記シリコン基板は、（１００）面から
［１１１］方向に９．７°傾斜した面を主面とし、前記ミラー面は、（１１１）面により構成されているこ
とを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の光
集積ユニット。
【請求項８】前記ミラー面上には、金属膜またはブラッ
グ多層反射膜のいずれかが堆積されていることを特徴と
する請求項１〜７記載の光集積ユニット。
【請求項９】前記半導体レーザ素子は、ＩｎＧａＰ層か
らなる活性層と、ＩｎＧａＡｌＰ層からなるクラッド層
とを含んだダブルへテロ型構造を有することを特徴とす
る請求項１〜８のいずれか１つに記載の光集積ユニッ
ト。
【請求項１０】前記シリコン基板は、半導体レーザ素子
の近傍に設けられ、前記レーザ素子らか出射されるレー
ザ光の強度をモニタするモニタ用受光素子をさらに有す
ることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載
の光集積ユニット。
【請求項１１】前記シリコン基板は、前記ミラー面によ
り反射されて外部に放出されたレーザ光のうちで、反射
されて戻ってきた光を検出するためのモノリシックに集
積された分割受光素子をさらに有することを特徴とする
請求項１〜１０のいずれか１つに記載の光集積ユニッ
ト。
【請求項１２】前記シリコン基板は、前記分割受光素子
の出力段に接続された増幅回路をさらに有することを特
徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載の光集積
ユニット。
【請求項１３】請求項１〜１２に記載の光集積ユニット
を搭載した光ピックアップ装置。
【請求項１４】請求項１３に記載の光ピックアップ装置
を搭載したＤＶＤシステム。