KR20030061268A - 반도체 레이저 모듈 응용 장치 - Google Patents

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KR20030061268A
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도꾸다마사히데
기무라시게하루
시마노다께시
사노히로히사
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가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
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Abstract

본 발명의 과제는 비기밀 패키지 내의 반도체 레이저의 열화를 억지하기 위한 투명 수지 충전에 수반하여 발생하는 파면 수차를 저감하는 것이다.
반도체 레이저(100)와 대물 렌즈(102) 사이에 평행 평면판(201)을 배치하고, 반도체 레이저와 평행 평면판 사이에 생기는 공간을 투명 수지(105)로 충전한다.
반도체 레이저의 열화를 억제하고, 또한 파면 수차가 저감된다.

Description

반도체 레이저 모듈 응용 장치{DIODE LASER MODULE AND APPLICATION EQUIPMENT}
본 발명은 반도체 레이저 모듈 응용 장치에 관한 것으로, 특히 광디스크의 고밀도화나 광통신 장치의 기술에 관한 것이다.
광디스크의 기록 속도의 향상이나, 기록 밀도의 향상을 위해서는 광디스크를 기록 재생하는 광원의 출력을 올리거나, 혹은 광원의 파장을 짧게 할 필요가 있다. 이로 인해, 반도체 레이저의 공진기 내나 단부면의 단위 체적, 혹은 단위 면적당의 광출력이 상승하여, 반도체 레이저의 열화가 진행하기 쉬워진다. 이 사정은, 종래의 적외 반도체 레이저, 적색 반도체 레이저, 그리고 파장이 350 ㎚ 내지 450 ㎚의 청자색의 반도체 레이저에 적합한 문제이다. 이 문제는 청자색 반도체 레이저 등 파장이 짧아질수록 현저하다. 이유는 파장이 짧아지면, 포톤의 에너지가 높아져, 결정에 손상을 부여하기 쉬워 장시간의 동작 수명을 확보하는 것이 곤란해지기 때문이다. 종래는 반도체 레이저를 금속, 혹은 세라믹의 패키지에 넣고, 덮개를 덮어 허미틱 밀봉, 즉 기밀 밀봉하여 외기로부터 차단하는 방법이 취해져 왔다.
한편, 플라스틱 패키지를 이용한 비기밀형의 논 허미틱 패키지의 적용이 시도되고 있다. 논 허미틱 밀봉 기술로서는 광섬유 통신용의 반도체 레이저 모듈에 있어서, 실리콘 겔 등의 투명 수지의 포팅에 의한 단부면 보호에 의해, 외기와의 접촉을 차단하는 방법이 알려져 있다(K. Tatsuno et al;IEEE Journal of Lightwave Technology, Vol. 17, No. 7, pp1211-1216(1999).
그러나, 상기의 기밀을 위해 이와 같은 금속을 이용한 허미틱 밀봉은 비용이 상승되므로, 저비용화의 기술이 요구되고 있다.
또한, 광섬유 통신용의 투명 수지의 포팅에 의한 광소자의 단부면 보호의 기술은 광기록 또는 재생에 있어서는 이용되고 있지 않다.
도1은 본 발명을 설명하기 위한 도면.
도2는 본 발명에 의한 광헤드를 도시한 도면.
도3은 본 발명에 의한 광헤드를 도시한 도면.
도4는 본 발명에 의한 반도체 레이저와 기판의 관계도.
도5는 반도체 레이저와 기판의 관계도.
도6은 본 발명에 의한 서브 어셈블리를 도시한 도면.
도7은 본 발명에 의한 광헤드와 광디스크의 관계도.
도8은 본 발명에 의한 광헤드를 도시한 도면.
도9는 본 발명에 의한 광헤드와 광디스크의 관계도.
도10은 빔 분기 소자를 도시한 도면.
도11은 본 발명에 의한 서브 어셈블리를 도시한 도면.
도12는 본 발명의 광통신 응용의 예를 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 반도체 레이저
102 : 대물 렌즈
105 : 투명 수지
107 : 이상 구면파
201 : 평행 평면판
203 : 보정된 파면
광섬유 통신용의 투명 수지의 포팅에 의한 단부면 보호의 기술을 광디스크의 헤드에 사용되는 반도체 레이저의 보호에 적용하면, 외기에 의한 열화의 진행을 억제하는 것이 가능해진다. 그러나, 본 발명자들의 검토 결과, 단지 상기한 바와 같이 적용한 것에서는 새로운 과제가 발생하는 것을 알 수 있었다. 그 과제는 반도체 레이저 상에 충전된 투명 수지에 의해 생기는 수차이다. 광디스크 상에 형성되어야 할 광스폿은 파장을 대물 렌즈의 개구수로 나눈 값이 되어, 이 값이 회절 한계이다. 그러나, 이 조건을 보증하는 것은 반도체 레이저로부터의 빔을 광디스크 상에 수속시키기 위한 광학계의 수차가 충분히 제거되어 있는 경우에 한정되기 때문이다.
반도체 레이저 상에 투명 수지가 포팅되면, 작업마다 다른 임의의 요철이 투명 수지의 표면에 발생하고, 반도체 레이저로부터 출사되는 각각의 광선이 투명 수지를 통과하여 공기 중으로 나오기까지의 광로 길이, 즉 수지 중의 광선 길이에 굴절율을 곱한 값이 광선마다 달라, 제어 불가능한 파면 수차가 발생한다. 이 파면 수차가 허용 범위 밖에 있으면, 이미 광디스크 상에는 회절 한계의 광스폿은 형성할 수 없어, 광디스크 상의 정보 기록의 최소 단위인 미소 피트를 충분히 해상할 수 없다.
이것을, 도1을 이용하여 설명한다. 반도체 레이저(100)로부터의 빔(101)을 대물 렌즈(102)로 집광하고, 광디스크(103) 상에 스폿(108)을 형성한다. 광디스크(103)로부터의 반사광은 대물 렌즈(102)를 지나 빔 스플리터(109)에 이르고, 반사된 빛은 자동 촛점 신호, 트래킹 신호, 그리고 정보 신호를 갖고 광검지기(110)에 도달하고, 광전 변환되어 광디스크의 기록/재생이 달성된다. 반도체 레이저(100)는 패키지(104)에 수납되어 있고, 반도체 레이저의 신뢰성 확보를 위해 투명 수지(105)로 포팅되어 있다. 포팅의 표면에 요철이 있으면, 생성된 파면(106)은 왜곡을 받으므로, 부호 107과 같은 이상적인 구면형의 파면으로부터 크게 떨어져, 디스크(103) 상에 형성되는 스폿(108)은 수차에 의해 확산되어 버린다. 이로 인해, 디스크 상의 미소한 피트를 분해할 수 없게 되어 재생 신호에 에러가 생겨 버린다.
그래서, 본 발명에서는 반도체 레이저에 투명 수지를 충전한 경우에 발생하는 상기 파면 수차의 악영향을 제거하는 수단을 제공한다. 즉, 반도체 레이저와 집광 렌즈 사이에 투명한 평면판을 배치하고, 상기 반도체 레이저와 상기 평면판이만드는 공간을 투명 수지로 충전하는 것이다. 이러한 수단을 취함으로써, 파면 수차를 제어할 수 있는 범위로 억제하는 것이 가능해진다. 여기서, 본원 명세서에서「투명」이라 함은, 광원으로부터 광디스크를 지나 광검지기에 이르는 광량이 광전 변화된 후에 충분히 높은 전류치를 갖고 신호대 잡음화를 확보할 수 있는 만큼의 투과율을 구비하고 있는 것을 말한다. 여기서, 투명 수지는 평면판과 레이저 출사부와의 사이에 있어서의 반도체 레이저로부터 출사되는 레이저광의 광로를 매립하도록 충전되어 있으면 좋고, 광로 이외의 부위는 충전되어 있지 않아도 좋다. 파면 수차에 영향을 받지 않기 때문이다. 즉, 레이저광 출사부를 포함하는 반도체 레이저의 표면이 충전재로 덮어져 있고, 또한 레이저광 출사부에서 평면판까지의 사이의 레이저광 광로가 충전재로 매립되어 있으면 좋다. 이와 같이 함으로써, 레이저광 출사부를 포함하는 반도체 레이저의 표면은 대기에 노출되는 일 없이, 부식이 진행되거나, 표면에 물질이 부착되어 열화가 촉진된다고 하는 결점이 없어진다.
광디스크 상에 형성되는 광스폿의 중심 강도 η와 그 광스폿을 형성하는 파면이 대물 렌즈의 동공면에서 갖는 파면 수차의 표준 편차[RMS]와의 사이에는 후술한 바와 같이,
인 관계가 있다. 광디스크 상에 형성되는 광스폿의 중심 η은 무수차의 경우를 1로 한 때, 대략 0.8 이상이 아니면 광디스크 상의 기록 정보 단위, 피트를 높은 신호대 잡음화로 판독할 수 없다. 이 값에 대응하는 파면 수차의 표준 편차는 0.07파장이 된다. 따라서, 반도체 레이저 광원과 충전재와 평면판과 대물 렌즈와 광디스크 기판이 전체적으로 발생하는 파면 수차는 상기 0.07 파장 이하인 것이 바람직하다.
또한, 평면판과 충전재 사이에 공간이 있으면, 충전재 표면의 요철에 의해 파면 수차가 발생하므로 이와 같은 공간이 생기지 않도록 하는 것이 중요하다.
한편, 상기 충전재는 습기를 포함하기 쉬운 경우가 있으므로, 상기 반도체 레이저와 평행 평면판으로 만들어지는 공간은 기밀하게 하지 않고, 외기와 통기시킴으로써 습기가 쌓이지 않도록 하는 것도 중요한 포인트이다.
또한, 반도체 레이저 광원과, 그 광원으로부터 출사되는 빛을 반사시키는 미러가 달린 기판을 갖는 레이저 모듈과, 평행 평면판이 만드는 공간을 투명 수지로 충전해도 좋다. 이 경우, 투명 수지를 충전할 때에 기포가 발생하기 쉬우므로, 절입부를 마련하면 좋다.
그리고, 투명 수지에 공기보다도 열전도율이 높은 수지를 이용하면, 방전 효과가 있으므로, 반도체 레이저와 히트 싱크 사이의 열저항이 저감되고, 반도체 레이저의 동작 온도를 낮게 할 수 있으므로 보다 높은 신뢰성을 기대할 수 있다. 열전도율이 높은 수지로서, 예를 들어 실리콘 수지를 들 수 있다.
또한, 충전하는 수지의 굴절율을 1 보다 크게 하면 좋다. 굴절율을 1 보다 크게 하면, 반도체 레이저와 미러 사이의 굴절율을 향상시켜 반도체 레이저로부터의 출사 빔의 확산각을 좁게 할 수 있기 때문이다.
또, 반도체 레이저와 반사 미러 사이가 투명 수지로 충전되어 있으면, 반도체 레이저 빔의 개방각이 좁아지므로, 반사 미러의 폭을 좁게 하는 것이 가능해지므로 반사 미러 형성의 프로세스가 용이해지는 동시에, 반사 미러가 달린 기판으로의 반도체 레이저의 탑재가 용이해진다. 그리고, 반사 미러가 달린 기판은 실리콘으로서 그 위에 촛점 오차 검출용, 트래킹 오차 검출용, 혹은 신호 검출용의 광검지기 어레이를 형성함으로써, 광소자의 집적도를 향상할 수 있다. 이러한, 자동 촛점 오차 검출용, 트래킹 오차 검출용, 혹은 신호 검출용의 광검지기에 광디스크로부터의 빔을 도달시키기 위해서는 광디스크와 기판 사이에 회절 격자, 혹은 홀로그램 소자를 배치할 수 있다.
이 반도체 레이저는 광디스크 재생 장치나 기록 장치, 혹은 광통신 장치에 이용할 수 있다. 즉, 광디스크에는, CD, CD-R, CD-RW, DVD, DVD-R, DVD-RW, 또는 청자색 반도체 레이저를 이용한 초고밀도 광디스크가 있다. 재생 전용뿐만 아니라, 상변화나, 광자기 효과를 이용한 수정 가능형의 광디스크도 있다. 이들 여러 종류의 광디스크 사이에 호환성을 확보하는 것도 중요한 기술 과제이다. 이에 응하기 위해 본 발명에서는 실리콘 기판에 파장이 다른 복수개의 반도체 레이저를 어레이형으로 늘어놓고, 상기 어느 하나의 광디스크를 동일한 광헤드로 기록, 혹은 재생하는 것이 가능해진다.
또한, 파장이 850 ㎚, 1300 ㎚, 1550 ㎚ 등의 긴 파장의 반도체 레이저를 이용하면, 광섬유 통신용의 광원 모듈로서 활용할 수 있다. 이 응용의 경우에는 광스폿이 형성되는 장소에 광디스크 대신에 광섬유를 배치하게 된다. 광섬유로의 광결합 효율에 대한 파면 수차의 평가 기준은 수학식 1에서 부여한 것이 상당한다.
또, 본원 발명을 완성시킨 후, 공지예 조사를 행하였다. 그 결과, 일본 특허 공개 평5-251823호가 발견되었다. 이 공지예는 반도체 레이저 칩에 수지를 도포하는 것이 기재되어 있다. 그리고, 도3에 수지재를 충전한 것이 기재되어 있지만, 상부에는 광방사용 구멍이 형성되고, 이 구멍에는 투명 유리가 부착되어 있지 않다. 따라서, 수지 표면에 요철이 생겨 수차가 발생해 버린다.
<제1 실시예>
도2는 본 발명의 제1 실시예이다. 즉, 반도체 레이저(100)와 대물 렌즈(102) 사이에 설치된 평행 평면판(201)을 활용하고, 이들 둘 사이에 존재하는 공간(202)에 투명 수지(105)를 충전하여, 적어도 반도체 레이저(100)로부터 나와 광디스크 상의 스폿(108)의 형성에 기여하는 광선이 통과하는 영역에는 공기 간극을 만들지 않는 구조로 하는 것이다. 이와 같은 구조로 하면, 발생하는 파면(203)의 왜곡은 충분히 저감되어 이상적인 파면(107)에 근접한다. 여기서, 상기 평행 평면판(201)과 반도체 레이저(100)의 간격이 크면, 축상 배치에서는 구면 수차, 축외 배치에서는 코마 수차나 비점 수차가 커진다. 본 발명에서는, 실제의 파면과 이상적인 구면파와의 광로차, 즉 파면 수차의 표준 편차가 파장의 0.07배 이하이도록 설계하는 것이 좋다. 파면 수차의 표준 편차가 파장의 0.07배 이하이면, 대물 렌즈(102)에 의해 형성되는 스폿(108)의 중심 강도가 무수차인 경우의 0.8배 이하로는 되지 않기 때문이다. 그래서, 상기 파면 수차의 표준 편차와 중심 강도의 관계를 해석적으로 개시한다.
즉, 입사광파 E(Xf, Yf)가, 파면 수차 F(Xf, Yf)를 갖고, 또한 E의 대물 렌즈(108)의 동공 상에서의 진폭 분포가 일정하여 동공 밖에서 영인 경우,
으로 나타낸다. 대물 렌즈(108)에 의해 형성되는 교축 스폿(108)의 중심 강도 η은,
로 부여된다. 그래서, 수학식 2의 지수 함수를 Tayler 전개하면,
가 된다. 수차가 비교적 작은 경우를 상정하여, 근사를 2차까지 취해, 수학식 3의 분모가 정수가 되는 것을 고려하면, 중심 강도 η은,
으로 쓸 수 있다. 여기서 av는 평균을 의미한다. 여기에, av(F2)는 파면 수차의 2제곱 대물 렌즈의 동공 상에서의 평균, 즉,
이며, {av(F)}2은 동공면 상에서의 파면 수차 F의 평균 2제곱, 즉,
이다. 이리하여, 중심 강도 η와 파면 수차의 표준 편차[RMS]와의 관계
을 얻을 수 있었다. 즉, η= 0.8일 때, [RMS] = 0.07 λ가 된다. 따라서, 실리콘 겔과 평행 평면판에서 발생하는 파면 수차의 표준 편차는 많아도 0.07 λ 이하일 필요가 있다.
한편, 투명 수지(105)로서는 실리콘 수지(예를 들어 실리콘 겔 등)를 사용한다. 실리콘 겔은 부재의 표면에 밀착되기 쉬운 성질을 갖고 있으며, 부재와의 계면에 간극을 만들지 않으므로 습기에 의한 결로를 일으키지 않는다. 이로 인해, 불순물 이온 등에 의한 화학 반응의 발생을 억지할 수 있으므로, 이른바 부식에 의한 열화를 방지할 수 있는 것이다. 그러나, 실리콘 겔은 흡습성이 있으므로, 분자의 형태로 실리콘 겔 내에 정류할 가능성도 있다. 이로 인해, 실리콘 겔의 투습성을 이용하여 고습도 환경 하에서의 동작 중에 쌓여진 습기를 저습도 환경 동작시에 패키지 밖으로 배출할 수 있다. 이로 인해, 패키지(104)는 완전 기밀로는 하지 않고, 패키지(104) 중 어느 한 부위, 예를 들어 부호 204에서 외기와 통하고 있는 구조로 하여, 패키지 내에 쌓여진 습기가 밖으로 나가기 쉬운 구조로 한다.
<제2 실시예>
도3에 본 발명에 의한 제2 실시예를 도시한다. 반도체 레이저(100)로부터의 빔은 미러(300)에 의해 굴절되고, 집광 및 수속 기능을 겸하는 대물 렌즈(102)에 의해 광디스크(103) 상에 광스폿(108)을 형성한다. 여기서, 반도체 레이저와 집광 렌즈(102) 사이에는 투명 수지(105) 및 평행 평면판(201)이 배치된다. 반도체 레이저(100), 미러가 달린 기판(301), 그리고 평행 평면판(201)은 리드핀(302)을 부착한 플라스틱제, 금속제, 혹은 세라믹제의 케이스(303)에 수납되어 있다. 역시, 반도체 레이저(100)와 평행 평면판(201) 사이에서 적어도 빛이 통과하는 부분은 완전하게 투명 수지로 충전되어 있다. 또한, 대물 렌즈는 1개일 필요는 없으며, 집광용의 렌즈와 교축용의 렌즈로 2개로 해도 좋다. 도면 중의 부호 12는 빔 스플리터이다.
도4는 도3에 있어서의 반도체 레이저(100)와 미러가 달린 기판(301)을 확대한 것이다. 즉, 반도체 레이저(100)는 실리콘 기판(301)에 땜납(402)(Au/Sn Solder)에 의해서 고정되어 있다. 반도체 레이저의 바닥면에는 전극 패턴(403)(Ti/Pt/Au전극)이 형성되어 있고, 도통을 취하는 동시에 방열이 고려되어 있다. 기판(301)의 표면과 반도체 레이저(100)의 접촉면에는 얼라이먼트용의마크(404)가 형성되어 있고, 실리콘 기판과 정밀도 좋게 위치 맞춤이 이루어져 있다. 또, 실리콘 기판(301)에는 반사 미러(300)가 형성되어 있다. 9.7도의 오프 앵글의 실리콘 기판이면, 그 이방성 에칭에 의해서 45도의 미러를 형성하는 것이 가능하다. 실리콘 겔을 충전한 경우에는 기포가 발생하는 경우가 있으므로, 절입부(405)를 준비하여 공간을 넓히는 구조로 하는 것도 본 발명의 중요한 포인트 중 하나이다.
또, 도4에 도시한 바와 같이 투명 수지(105)를 충전하면, 반도체 레이저(100)로부터의 출사 빔의 발산각(406)은 도5에 도시한 공기, 혹은 질소 가스 중에서의 발산각(407)보다도 좁게 하는 것이 가능해진다. 그 이유는 투명 수지의 굴절율을 n, 파장(1)의 반도체 레이저(100)의 개구 직경을 a라 한 때, 발산각 θ는, 회절 현상에 의해
으로 부여되기 때문이다. n은 통상, 1.5 정도이다. 이리하여 반도체 레이저의 반산각을 좁게 하면, 미러(300)의 면적을 종래보다도 좁게 할 수 있다. 이것은 반도체 레이저(100)를 탑재하는 테라스부의 깊이가 얕아도 되므로, 에칭 깊이에 비례하여 증가하는 테라스면의 거칠기의 악영향을 저감하는 것이 가능해진다. 이 점도 본 발명의 중요한 포인트 중 하나이다.
<제3 실시예>
도6은 본 발명의 제3 실시예이다. 즉, 실리콘 기판(301) 상에는테라스(600) 및 미러(300)가 형성되어 있고, 테라스 상에는 반도체 레이저(100)가 탑재되어 있다. 그리고, 상기 기판(301) 상에는 광디스크의 기록 재생시에 불가결한 자동 촛점 맞춤을 위한 촛점 어긋남 검출용 광검지기 어레이(601)가 형성되어 있다. 또한, 광디스크의 트래킹 오차 검출에 필요한 광검출기 어레이(602)가 형성되어 있다. 또한, 광검출기(603)는 반도체 레이저의 출력을 모니터하는 것이다. 이들의 광소자를 집적한 서브 어셈블리(604)가 투명 수지(605)로 충전되어 도3에 도시한 패키지(303)에 수납되어 있다.
<제4 실시예>
도7은 본 발명에 의한 제4 실시예이다. 즉, 도6에서 설명한 서브 어셈블리(604)로부터의 레이저 출력이 집광 렌즈(700)로 콜리메이트되고, 입상 미러(701)로 반사되어 회절 격자(702)를 지나 대물 렌즈(703)에 의해서 교축되고, 광디스크(704) 상에 광스폿(705)으로서 형성된다. 광디스크(704)로부터의 반사광은 대물 렌즈(703)를 지나 회절 격자로 이루어지는 빔 분기 소자(702)에 이르고, 각각 광디스크 상의 피트예로 변조된 신호광, 자동 촛점 검출광 및 트래킹 신호광으로 분기되어 서브 어셈블리(604) 상의 각각의 광검지기로 유도된다.
<제5 실시예>
도8은 본 발명에 의한 제5 실시예이다. 즉, 회절 격자로 이루어지는 빔 분리 소자(800)를 패키지(303)의 창과 겸용한 경우를 도시하고 있다. 여기서는 제1 실시예의 평행 평판을 빔 분기 소자(800)로 한 것이다. 광원(100)으로부터의 빛은 수지를 충전하기 위한 평판으로서의 역할을 겸한 빔 분기 소자(800)에 의해 분기되어 광검출기(801)에 의해 검출된다. 여기서는 평행 평판으로서 겸용하는 실시예를 도시했지만, 물론 겸용하지 않은 경우도 있다. 빔 분기 소자(800)는 홀로그램 소자라 불리우는 경우도 있다.
<제6 실시예>
도9는 본 발명의 제6 실시예를 도시한 것이다. 즉, 반도체 기판(900), 복수의 반도체 레이저 칩(901, 902), 반사 미러(903), 광검지기(904, 905, 906) 등으로 이루어지는 집적 모듈(907)로부터의 레이저광은 각각 빔(908, 909)이 되어, 콜리메이터 렌즈(910)에 의해 평행광이 되어, 입상 미러(911), 회절 격자판(912) 등을 지나 대물 렌즈(913)에 이르고, 광디스크(914) 면에 스폿(915, 916)으로서 형성된다. 대물 렌즈(913)는 반도체 레이저 파장에 따라서 복수개로 이루어지는 경우, 혹은 복수 파장의 빛을 집광할 수 있는 단일 부재인 경우가 있다. 상기 렌즈는 액튜에이터에 의해, 광디스크의 회전에 수반하는 작용에 따라 기록 재생면 상에 촛점이 맞추어지고, 또한 트래킹, 즉 디스크면 상의 기록 트랙(918)을 추종하는 것이다. 이리하여, 반도체 레이저의 온/오프에 따라서 신호가 광디스크 상에 피트의 예로서 기록되고, 혹은 이미 기록된 피트를 판독하여 신호를 재생하는 것이다. 이와 같이, 집적 모듈(907)에 복수의 반도체 레이저를 집적하면, 콜리메이터 렌즈(910), 대물 렌즈(913), 입상 미러(911) 등이 1개가 되어, 광헤드의 광로를 단일화할 수 있다. 즉, 본 광헤드를 사용하면, 예를 들어 두께 0.6 ㎜의 DVD, DVD-RAM을 파장 650 ㎚의 반도체 레이저(901)로 기록 재생하고, 파장 400 ㎚ 근변의 반도체 레이저(902)로 초고밀도 광디스크를 기록 재생할 수 있다.
도10은 회절 격자(912)를 설명하는 것이다. 이것은 편광성의 4분할 회절 격자(23)와 4분의 1 파장판(24)를 붙여서 일체로 한 복합 소자로, 반도체 레이저 칩측에 편광성의 4분할 회절 격자를 향해 배치한다. 편광성의 4분할 회절격자는 복굴절성의 광학 결정판이나 액정판으로 이루어지고, 입사광이 상광선인 경우는 굴절하지 않고 투과하고, 이상 광선인 경우는 회절 격자로서 작용한다. 도9에 있어서, 반도체 레이저(901, 902)로부터 출사된 직선 편광의 빔(908, 909)은 편광성의 4분할 회절 격자와 4분의 1 파장판의 복합 소자(912)에 입사한 때, 상광선으로서 입사한 경우는 편광성 회절 격자 부분에서는 회절하지 않고 그대로 투과하여, 복합 소자(12)의 4분의 1 파장판에 의해 원편광이 된다. 광디스크에 의해 반사된 레이저 빔(908, 909)은 복합 소자(912)의 4분의 1 파장판에 의해 이상 광선이 되어, 편광성의 4분할 회절 격자로 회절된다. 도10에 도시한 복합 소자는 경계선(21, 22)에 의해 4개의 영역으로 분할되어 있다. 원(20)은 레이저 빔(908, 909)을 도시하고, 4분할 회절 격자에 의해 4개의 +1차 회절광과 4개의 -1차 회절광으로 분리되어, 반도체 기판의 광검지기부에 이르고, 광전 변화되어 자동 촛점 신호, 트래킹 신호, 그리고 정보 신호가 된다. 이하 상세하게 설명한다.
도11은 도9에 있어서의 콜리메이트 렌즈(910)측으로부터 본 반도체 기판(900)의 표면을 도시한다. 부호 31로 나타낸 8개의 흑색의 4분의 1 원은 상기 회절 격자(23)에 의해 분리된 파장 λa의 레이저 빔을 나타내고, 부호 32로 나타낸 8개의 칠해져 있지 않은 4분의 1 원은 회절 격자로 분리된 파장 λb의 레이저 빔을 나타낸다. 부호 50은 촛점 어긋남 검출 신호를 얻기 위한 광검출 소자로, 파장λa의 레이저 빔을 수광하는 8개의 단책형 광검출 소자와, 파장 λb의 레이저 빔을 수광하는 8개의 단책형 광검출 소자로 이루어진다. 촛점 어긋남 검출 방법은 4분할 빔에 의한 나이프 엣지 방법(푸코 방법)을 이용하여, 도11에 도시한 바와 같이 알루미늄 등의 도전성 박막(33)으로 결선하면, 와이어 본딩용 패트(34)의 A 단자와 B 단자로부터 수동용 신호를 얻을 수 있다. 부호 8은 트랙 어긋남 검출 신호와 정보 재생 신호를 얻기 위한 광검출 소자로, 4개의 광검출 소자의 출력 신호는 반도체 기판 상에 형성된 앰프(35)를 통해 패트(36)의 D 단자와 E 단자와 F 단자와 G 단자로부터 출력된다. 부호 9는 반도체 레이저 칩(901, 902)의 발광광량을 감시하기 위한 광검출 소자로, 광검출 소자(9)의 출력 신호는 패트(34)의 C 단자로부터 출력된다. 점(41, 42)은 반도체 레이저 칩(901, 902)으로부터 방사된 각각의 레이저 빔과 반도체 미러(903)면 상의 반사 위치를 도시한다. 예를 들어, 도10에 도시한 4개 영역의 회절 격자 피치 P가 모두 비슷하게 회절 격자의 방향이 종선(21)에 대해 +α도, -α도, +3α도, -3α도로 하고, 또한 콜리메이트 렌즈의 촛점 거리를 fc라 하면, 회절 격자에 의해 분리된 파장 λa의 레이저 빔은 점(41)을 중심으로 한 반경 Ra = fc ×λa/P의 원주 상에서 중심으로부터 2α도의 간격 위치로 집광한다. 마찬가지로, 회절 격자에 의해 분리된 파장 λb의 레이저 빔은 점(42)을 중심으로 한 반경 Rb = fc ×λb/P의 원주 상에서 중심으로부터 2α도의 간격 위치로 집광한다. 점(41, 42)의 간격인 반도체 레이저 칩(901, 902)의 발광점 간격 D를, 대략 D ≒ fc × (λa - λb)/P라 하면, 파장 λa의 레이저 빔의 집광 위치와 파장 λb의 레이저 빔의 집광 위치를 거의 일치시킬 수 있어, 본 실시예와 같이, 다른파장의 빔으로 광검출 소자나 앰프를 공통화할 수 있고, 반도체 기판(900)의 표면을 절약할 수 있을 뿐만 아니라, 와이어 본딩용 패트나 출력선의 수를 저감할 수 있으므로, 반도체 기판(900)을 수납하는 패키지의 소형화에도 효과가 있다. 이렇게 하여 구성된 서브 어셈블리는 투명 수지(105)로 포팅되고, 도3에 도시한 패키지(303)에 조립된다. 여기서는 2종류의 반도체 레이저의 집적의 예를 도시했지만, 적외 반도체 레이저, 적색 반도체 레이저, 그리고 청자색 반도체 레이저의 3종류의 반도체 레이저의 집적에도 적용 가능하다.
<제7 실시예>
도12는 본 발명의 제7 실시예이다. 즉, 파장이 850 ㎚, 980 ㎚, 1300 ㎚, 1480 ㎚, 1550 ㎚ 등으로 발진하는 반도체 레이저(100)와, 대물 렌즈(997) 사이에 평행 평면판(201)이 있어, 그 사이의 공간이 투명 수지(105)에 의해 충전되어 있다. 대물 렌즈에 의해 형성된 스폿은 광섬유(990)에 광결합된다. 상기 섬유로부터 나온 빛은 빔 스플리터(991)에 의해 반사되어 광검지기(992)로 수광되고, 쌍방향의 통신이 가능해지는 것이다. 물론, 빔 스플리터 없이 일방향만의 전달을 하는 것도 가능하다.
본 발명에 의한 투명 수지 충전을 활용하면, 청자색의 반도체 레이저를 비롯하여, 단일 혹은 복수개의 반도체 레이저의 신뢰성을 높일 수 있는 것이 가능해지고, 또한 투명 수지에 의해 발생하는 파면 수차를 저감하는 것이 가능해져, 광디스크 상의 미소 피트예를 신호 열화없이 재생하는 것이 가능해지고, 또한 광디스크상에 미소 피트를 기록하는 것이 가능해진다.

Claims (12)

  1. 반도체 레이저와,
    상기 반도체 레이저로부터의 빔을 집광하는 렌즈와,
    상기 반도체 레이저와 상기 렌즈 사이에 상기 빔을 투과하는 판 부재와,
    상기 반도체 레이저와 상기 판 부재 사이에, 상기 빔을 투과하고, 상기 빔의 상기 반도체 레이저와 상기 판 부재 사이의 광로를 매립하도록 설치된 충전재를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 모듈 응용 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 충전재의 빛이 통과하는 부분이 상기 반도체 레이저와 상기 판 부재에 접촉하고 있고, 상기 광원과 상기 충전재와 상기 판 부재와 상기 렌즈와 광디스크 기판이 전체적으로 발생하는 파면 수차의 표준 편차가 0.07 파장 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 모듈 응용 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 충전재가 대기와 통기하는 통기부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 모듈 응용 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 충전재를 내포하기 위한 패키지가 설치되고, 상기 패키지에는 외부와 통기하기 위한 통기부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 모듈 응용 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 충전재는 실리콘 수지인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 모듈 응용 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 반도체 레이저는 기판 상의 소정의 영역에 있으며, 상기 기판에는 상기 반도체 레이저의 출사광을 반사하기 위한 반사 미러부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 모듈 응용 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 반도체 레이저와 상기 반사 미러부 사이에 절입부가 설치된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 모듈 응용 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 충전재의 굴절율은 1보다 큰 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 모듈 응용 장치.
  9. 제5항에 있어서, 상기 기판 상에 촛점 오차 검출용의 광검지기, 트래킹 오차 검출용의 광검지기, 정보 신호 재생용의 광검지기 중 적어도 어느 하나가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 모듈 응용 장치.
  10. 정보 기록 매체에 빔을 조사하기 위한 반도체 레이저와,
    상기 반도체 레이저로부터의 빔을 집광하는 렌즈와,
    상기 반도체 레이저와 상기 렌즈 사이에 상기 빔을 투과하는 판 부재와,
    상기 반도체 레이저와 상기 판 부재 사이에, 상기 빔을 투과하고, 상기 빔의 상기 반도체 레이저와 상기 판 부재 사이의 광로를 매립하도록 설치된 충전재와,
    촛점 오차 검출용의 광검지기, 트래킹 오차 검출용의 광검지기, 정보 신호 재생용의 광검지기 중 적어도 어느 하나를 구비하는 광검출계와,
    상기 정보 기록 매체로부터의 반사광을 분기하여, 상기 광검지기에 이르게 하는 회절 광학 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 광디스크 장치.
  11. 제10항에 있어서, 파장이 다른 복수의 상기 반도체 레이저가 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 광디스크 장치.
  12. 반도체 레이저와,
    상기 반도체 레이저로부터의 빔을 집광하는 렌즈와,
    상기 반도체 레이저와 상기 레이저 사이에 상기 빔을 투과하는 판 부재와,
    상기 반도체 레이저와 상기 판 부재 사이에, 상기 빔을 투과하고, 상기 빔의 상기 반도체 레이저와 상기 판 부재 사이의 광로를 매립하도록 설치된 충전재와,
    상기 렌즈에 의해 집광된 광스폿을 광섬유 혹은 광도파로로 유도하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 광통신 장치.
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