專利名稱：半導(dǎo)體激光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光裝置，適合構(gòu)成在不同光盤上讀寫信息的光學(xué)頭(光ピツクアツプ)。
背景技術(shù)：
光盤由于記錄容量大、和讀取所需時(shí)間不隨信息記錄位置變化這一隨機(jī)存取特性，所以不僅是圖像、聲音的記錄，還廣泛用于計(jì)算機(jī)的外部存儲(chǔ)等。然而，因用途不同而使用不同光盤，用于在每種光盤上讀寫信息的光學(xué)頭被要求的特性不同。
通常，在讀取用于記錄聲音信息的緊致盤(CD)、或者將CD格式化為計(jì)算機(jī)的外部存儲(chǔ)的CD-ROM的光學(xué)頭中，光點(diǎn)半徑大也可以，所以光源采用波長(zhǎng)780nm附近的紅外半導(dǎo)體激光裝置，聚光鏡的數(shù)值孔徑(NA)為0.45左右。
另一方面，在讀取存儲(chǔ)容量大、用于記錄圖像信息等的數(shù)字多用盤(DVD)的光學(xué)頭中，需要縮小光點(diǎn)，所以光源采用波長(zhǎng)630～680nm附近的紅色半導(dǎo)體激光裝置，聚光鏡的數(shù)值孔徑(NA)為0.6左右。在DVD用的光學(xué)頭中，如果使用孔徑光闌等來調(diào)整聚光鏡的NA，則也能夠讀取CD、CD-ROM。
此外，與CD的信息記錄格式相同、只能一次寫入信息的稱為CD-R的光盤，近年來爆發(fā)性地普及開來。CD-R具有能夠用通常的CD用光學(xué)頭來讀取信號(hào)、光盤本身的價(jià)格便宜這一特征。CD-R考慮到與CD的兼容性，使用的有機(jī)材料記錄膜被設(shè)計(jì)得適合對(duì)波長(zhǎng)780nm附近的光來寫入、讀取信息。因此，CD-R如果不采用紅外激光器作為光源的光學(xué)頭，則不能讀取信息。
為了用1個(gè)光學(xué)頭來讀取如上所述大量使用的CD、CD-ROM、CD-R、DVD等不同光盤的信息，光源需要紅色半導(dǎo)體激光器和紅外半導(dǎo)體激光器。
對(duì)于每種光盤替換光學(xué)頭很不方便，同時(shí)裝置增大，所以希望開發(fā)一種光學(xué)頭，對(duì)于任何光盤不用替換光學(xué)頭即可讀寫信息，與現(xiàn)有CD用光學(xué)頭相比，大小、制作難度都不變。
為了實(shí)現(xiàn)對(duì)于不同光盤都能讀寫信息的光學(xué)頭，如前所述，需要紅外半導(dǎo)體激光器和紅色半導(dǎo)體激光器這2種激光源。這些激光源的大小限制了光學(xué)頭的大小。即，現(xiàn)有半導(dǎo)體激光裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)例如如圖6所示。
在圖6中，半導(dǎo)體激光元件3使用導(dǎo)電粘合劑或金屬焊料等(未圖示)固定在與金屬制圓盤構(gòu)成的臺(tái)座1一體形成的散熱塊2上。半導(dǎo)體激光元件通常寬200μm，長(zhǎng)250μm，厚100μm左右。散熱塊2通過成形來制作平坦面，所以一邊為2mm以上。
在臺(tái)座1的凹部1a上，設(shè)有監(jiān)視用光電二極管(PD)6，用于監(jiān)視從半導(dǎo)體激光元件3的后方端面出射的光的強(qiáng)度。監(jiān)視用PD 6用預(yù)先施加在臺(tái)座的凹部1a的底面和監(jiān)視用PD 6的下面上的導(dǎo)電粘合劑或金屬焊料等(未圖示)固定。
上述半導(dǎo)體激光元件3、散熱塊2、監(jiān)視用PD 6被收納在一個(gè)封裝內(nèi)，所以蓋上具有激光出射用窗的帽(未圖示)后，將該帽焊接在臺(tái)座1上。帽的焊接在氮、氬等惰性氣體或干燥空氣中進(jìn)行，使得封裝內(nèi)部不殘留濕氣。進(jìn)行沒有間隙的焊接，使得封裝內(nèi)部保持氣密，也防止外部來的濕氣的侵入，防止半導(dǎo)體激光元件3、監(jiān)視用PD 6等半導(dǎo)體元件的長(zhǎng)期惡化。
為了進(jìn)行半導(dǎo)體元件和外部之間的電連接，在與臺(tái)座1絕緣的狀態(tài)下，設(shè)置多個(gè)貫通臺(tái)座1的引腳(リ-ドピン)。即，半導(dǎo)體激光元件3的上部電極3a、和直徑約0.2mm的引腳51的平坦部51a之間用金屬線501電連接。監(jiān)視用PD 6的表面電極6a和引腳52的尖端也通過金屬線502連接。為了絕緣，臺(tái)座1和引腳51、52之間設(shè)有0.1mm以上的間隙，用絕緣物相互固定。
上述帽具有與上述引腳不接觸的內(nèi)徑，為了保持氣密，與臺(tái)座1接觸的部分具有寬0.5mm左右的平坦部。因此，臺(tái)座1的大小必須是直徑3.8mm以上。
半導(dǎo)體激光元件3的出射光軸C為通過發(fā)光點(diǎn)301、與前方端面垂直的方向。另一方面，在用作光源的半導(dǎo)體激光器的出射光軸和聚光鏡的中心軸之間的距離足夠近的情況下，最好如果在80μm以下，則能夠從光盤讀取信息。即，隨著半導(dǎo)體激光器的出射光軸和聚光鏡的中心軸之間的距離增大，球差按二次函數(shù)增加，其結(jié)果是，聚光點(diǎn)直徑增大，不能讀取信息。例如，在光盤系統(tǒng)中，球差能夠容許的極限設(shè)為馬來歇爾(マレシヤル)極限(0.07λ，λ是激光的波長(zhǎng))。在用于普通光學(xué)頭的聚光鏡中，如果聚光鏡的中心軸和半導(dǎo)體激光元件的出射光軸偏差80μm左右，則會(huì)超過馬來歇爾極限。
如果在光源中將紅外半導(dǎo)體激光器和紅色半導(dǎo)體激光器單純并列使用，則如上所述，臺(tái)座1的直徑為3.8mm以上，所以紅外激光和紅色激光的光軸間距L也為3.8mm以上。在此情況下，各激光的光軸和聚光鏡的中心軸之間的距離完全超過80μm。因此，如果不移動(dòng)聚光鏡，則不能對(duì)不同光盤讀寫信息。
為了解決上述課題，圖7所示的光學(xué)頭記載于日經(jīng)電子，1997年4月21日發(fā)行，No.687 138頁。在本光學(xué)頭中，將圖6所示結(jié)構(gòu)的紅色及紅外半導(dǎo)體激光裝置用作光源101、102，但是使用棱鏡76進(jìn)行調(diào)整，使得這兩個(gè)激光的出射光軸間距充分小，不用移動(dòng)聚光鏡71，即可對(duì)不同光盤81及82讀寫信息。
下面詳細(xì)說明圖7的光學(xué)頭的操作。在本光學(xué)頭中，為了提高光的利用效率，將偏振光分光鏡用作棱鏡76。紅外激光和紅色激光的偏振光方向互相正交，在偏振光分光鏡中，它們的出射光分別完全透過、反射。這些光通過1/4波片72，變換為彼此旋轉(zhuǎn)方向相反的圓偏振光，由光盤81或82反射，再通過1/4波片72，變換為互相正交的直線偏振光，紅外光由偏振光分光鏡76完全反射，而紅色光則完全透過，分別返回半導(dǎo)體激光裝置進(jìn)行檢測(cè)。
準(zhǔn)直鏡75具有將半導(dǎo)體激光裝置101、102發(fā)出的光變換為平行光的功能，在理想時(shí)沒有也不成問題，但是在實(shí)用上，有則可以穩(wěn)定光學(xué)頭的特性。
來自半導(dǎo)體激光裝置102的紅色激光通過偏振光全息器73使光束直徑擴(kuò)大，使聚光鏡71的有效NA增大，使聚光點(diǎn)直徑成為適合讀取DVD信息的大小。該偏振光全息器73對(duì)偏振光方向正交的紅外激光沒有任何影響，所以對(duì)紅外光，聚光鏡71的有效NA小，聚光點(diǎn)直徑成為適合讀取CD信息的大小。
安裝在紅外半導(dǎo)體激光裝置101上的全息元件77具有下述功能產(chǎn)生軌道控制用的3個(gè)光束，同時(shí)將光盤81反射而返回的信號(hào)光的方向變換為入射到信號(hào)用PD(未圖示)。
本光學(xué)頭的裝配大致按照下述順序。首先，相對(duì)于聚光鏡71的中心軸O，將棱鏡76、準(zhǔn)直鏡75、上揚(yáng)鏡74、偏振光全息器73、1/4波片72各光學(xué)元件調(diào)整、設(shè)置到規(guī)定的位置。紅色半導(dǎo)體激光裝置102設(shè)置得使得其出射光軸B與聚光鏡71的中心軸O大體一致。接著，調(diào)整紅外半導(dǎo)體激光裝置101的出射光軸A，使得由棱鏡76變換90°方向后，與聚光鏡71的中心軸O平行。進(jìn)而，平行移動(dòng)紅外半導(dǎo)體激光裝置101并進(jìn)行調(diào)整，使得出射光軸A和聚光鏡71的中心軸O大體一致。
如果將聚光鏡71作為基準(zhǔn)，則需要調(diào)整棱鏡76、紅色半導(dǎo)體激光裝置102、紅外半導(dǎo)體激光裝置101等光學(xué)部件的位置。在設(shè)各光學(xué)元件離理想位置的偏差量分別為s1、s2、s3時(shí)，機(jī)械搭載精度S由式(1)表示。S=s12+s22+s32...(1)]]>如果部件個(gè)數(shù)增多，則搭載精度S增大，裝配變得困難。這樣，要想制作以圖6所示的現(xiàn)有半導(dǎo)體激光裝置為光源、能夠?qū)Σ煌獗P讀寫信息的光學(xué)頭，與無需棱鏡的現(xiàn)有CD用光學(xué)頭相比，制作極其困難。
發(fā)明概述本發(fā)明就是鑒于此課題而提出的，其目的在于提供一種半導(dǎo)體激光裝置，不用增加部件個(gè)數(shù)，因此能夠用與現(xiàn)有光學(xué)頭同等的裝配技術(shù)來實(shí)現(xiàn)能對(duì)CD、CD-R、DVD等不同光盤讀寫信息的光學(xué)頭。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于光學(xué)頭的半導(dǎo)體激光裝置，該光學(xué)頭選擇來自出射波長(zhǎng)不同的兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件的出射光中某一個(gè)，經(jīng)包含聚光鏡的光學(xué)系統(tǒng)將該出射光聚光到不同光盤上，來讀寫信息，其特征在于，該半導(dǎo)體激光裝置包括散熱塊；以及第一半導(dǎo)體激光元件及第二半導(dǎo)體激光元件，具有不同出射波長(zhǎng)，搭載在上述散熱塊上，使得各個(gè)出射光軸相互大致平行；設(shè)上述第一半導(dǎo)體激光元件的出射光軸和上述聚光鏡的中心軸之間的距離為d1，第二半導(dǎo)體激光元件的出射光軸和上述聚光鏡的中心軸之間的距離為d2，上述第一及第二半導(dǎo)體激光元件的出射光軸間距為L(zhǎng)，將上述第一及第二半導(dǎo)體激光元件搭載在上述散熱塊上，使得滿足下述關(guān)系式0≤L≤d1+d2≤160μm。
上述第一及第二半導(dǎo)體激光元件的出射光軸間距L最好是160μm的根據(jù)是下述理由。
聚光鏡的中心軸和半導(dǎo)體激光元件的出射光軸一致是理想的。即，是半導(dǎo)體激光元件的發(fā)光點(diǎn)位于聚光鏡的中心軸上的情況。如果聚光鏡的中心軸和半導(dǎo)體激光元件的出射光軸偏離，則如上所述，球差按二次函數(shù)增加，其結(jié)果是，聚光點(diǎn)直徑增大，不能讀取信息。例如，在光盤系統(tǒng)中，球差能夠容許的極限設(shè)為馬來歇爾極限(0.07λ)。在用于普通光學(xué)頭的聚光鏡中，如果聚光鏡的中心軸和半導(dǎo)體激光元件的出射光軸偏差80μm左右，則會(huì)超過馬來歇爾極限。設(shè)不同的兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件各個(gè)出射光軸和聚光鏡的中心軸之間的距離分別為d1、d2，則d1、d2兩者都不能超過80μm。如果這兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件的出射光軸間的距離L是160μm，則如果聚光鏡的中心軸通過連結(jié)兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件發(fā)光點(diǎn)的線段，這種條件成立，而如果L不滿160μm，則即使聚光鏡的中心軸通過上述線段外，該條件也成立。另一方面，在L超過160μm的情況下，不管怎樣配置聚光鏡的中心軸，d1、d2中的至少一方也會(huì)超過80μm。由此，160μm是L的容許極限。
第一半導(dǎo)體激光元件例如是紅外線激光元件，第二半導(dǎo)體激光元件例如是紅色激光元件。當(dāng)然也可以使用藍(lán)色等其他顏色的半導(dǎo)體激光元件。
上述結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光裝置將半導(dǎo)體激光元件搭載在同一散熱塊上，而且聚光鏡和第一及第二半導(dǎo)體激光元件之間有0≤L≤d1+d2≤160μm的關(guān)系，所以能夠使d1、d2分別在80μm以下，因此，如果使用該半導(dǎo)體激光裝置，不用移動(dòng)聚光鏡，也不用增加部件個(gè)數(shù)，即可制作能夠?qū)Σ煌獗P讀寫信息的光學(xué)頭。
更詳細(xì)地說，組裝有上述結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光裝置的光學(xué)頭裝置能夠在平行而且間隔在160μm以下的光路上產(chǎn)生650nm的光和708nm的光。因此，能夠讀出包括現(xiàn)在流通的CD-R媒體的所有DVD媒體、CD媒體等有關(guān)盤上的信息。
在一實(shí)施例中，上述第一及第二半導(dǎo)體激光元件中的一個(gè)半導(dǎo)體激光元件相對(duì)于另一個(gè)半導(dǎo)體激光元件偏向出射光軸方向后側(cè)，使得這些第一及第二半導(dǎo)體激光元件的出射端面位于不同的平面上，同時(shí)，在上述一個(gè)半導(dǎo)體激光元件的出射光軸不重疊在上述另一個(gè)半導(dǎo)體激光元件上的范圍內(nèi)，沿與出射光軸垂直的方向偏向上述另一個(gè)半導(dǎo)體激光元件側(cè)。
在該結(jié)構(gòu)中，發(fā)光點(diǎn)在元件中央，上述第一及第二半導(dǎo)體激光元件使用具有普通半導(dǎo)體激光元件寬度尺寸(200～300μm)的元件，也能夠使出射光軸間的距離L在160μm以下。
在該實(shí)施例中，為了避免上述一個(gè)半導(dǎo)體激光元件、即、出射光軸方向后側(cè)的半導(dǎo)體激光元件的出射光由位于該元件前方的散熱塊部分反射這一事態(tài)，也可以切去位于上述一個(gè)半導(dǎo)體激光元件的出射光的行進(jìn)方向前方的散熱塊的一部分?；蛘?，也可以經(jīng)底座將該半導(dǎo)體激光元件搭載在散熱塊上。
也可以將上述第一及第二半導(dǎo)體激光元件以及上述散熱塊收納在同一封裝內(nèi)。
此外，上述第一及第二半導(dǎo)體激光元件可采用發(fā)光點(diǎn)位置不同的元件。在此情況下，不用限定第一及第二半導(dǎo)體激光元件的制作方法，此外，能夠使發(fā)光波長(zhǎng)為任意波長(zhǎng)。
上述第一及第二半導(dǎo)體激光元件可以直接搭載在散熱塊上，也可以經(jīng)底座將其中至少一個(gè)載置在散熱塊上。
在使用底座的情況下，即使兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件發(fā)光點(diǎn)的高度位置互異，通過調(diào)節(jié)底座的高度，也可以使兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件發(fā)光點(diǎn)的高度位置一致。此外，能夠在裝配到半導(dǎo)體激光裝置前實(shí)施半導(dǎo)體激光元件的檢查。此外，能夠防止將半導(dǎo)體激光元件固定到散熱塊上所用的焊料涌至發(fā)光點(diǎn)而部分阻塞激光的進(jìn)路、或者搭在元件上引起短路等問題。
在一實(shí)施例中，各個(gè)發(fā)光點(diǎn)位于上述第一半導(dǎo)體激光元件的中心軸和上述第二半導(dǎo)體激光元件的中心軸之間。
在此情況下，與這些半導(dǎo)體激光元件的寬度尺寸沒關(guān)系，能夠使出射光軸間距L在160μm以下。因此，即使將具有普通寬度尺寸(200～300μm)的半導(dǎo)體激光元件用作上述第一及第二半導(dǎo)體激光元件，也能夠使半導(dǎo)體激光元件的出射光軸間距L在160μm以下。
此外，本發(fā)明的半導(dǎo)體激光裝置還可以包括第三半導(dǎo)體激光元件，具有與上述第一及第二半導(dǎo)體激光元件不同的出射波長(zhǎng)，搭載在上述散熱塊上，使得出射光軸與上述第一及第二半導(dǎo)體激光元件的各個(gè)出射光軸大致平行。在此情況下，設(shè)上述第三半導(dǎo)體激光元件的出射光軸與上述聚光鏡的中心軸之間的距離為d3，在上述第一及第三半導(dǎo)體激光元件的出射光軸間距、以及上述第二及第三半導(dǎo)體激光元件的出射光軸間距分別為L(zhǎng)1、L2時(shí)，將上述三個(gè)半導(dǎo)體激光元件搭載在上述散熱塊上，進(jìn)一步使得下述關(guān)系式成立
0≤L1≤d1+d3≤160μm0≤L2≤d2+d3≤160μm。由于將三個(gè)半導(dǎo)體激光元件都搭載在共同的一個(gè)散熱塊上，所以能夠高精度地決定每?jī)蓚€(gè)半導(dǎo)體激光元件間的相對(duì)位置。
附圖的簡(jiǎn)單說明

圖1是本發(fā)明第1實(shí)施例的半導(dǎo)體激光裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的透視圖。
圖2是應(yīng)用本發(fā)明的半導(dǎo)體激光裝置、能夠讀寫不同光盤的光學(xué)頭的示意圖。
圖3A是本發(fā)明第2實(shí)施例的半導(dǎo)體激光裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中半導(dǎo)體激光元件和搭載其的散熱塊部分的放大透視圖。
圖3B是第2實(shí)施例中使用的發(fā)光點(diǎn)不在元件中心的半導(dǎo)體激光元件的放大圖。
圖4A是本發(fā)明第3實(shí)施例的半導(dǎo)體激光裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中半導(dǎo)體激光元件和搭載其的散熱塊部分的放大正視圖，示出只將紅色半導(dǎo)體激光元件搭載在底座(サブマウント)的狀態(tài)。
圖4B是紅外半導(dǎo)體激光元件、紅色半導(dǎo)體激光元件都搭載在底座上的、圖4A實(shí)施例的變形例圖。
圖5A是使用普通散熱塊的本發(fā)明第4實(shí)施例的半導(dǎo)體激光裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的透視圖。
圖5B是在散熱塊上設(shè)置缺口以便不妨礙紅色半導(dǎo)體激光器出射光的、第4實(shí)施例的變形例的透視圖。
圖6是現(xiàn)有例的半導(dǎo)體激光裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的透視圖。
圖7是使用現(xiàn)有例的半導(dǎo)體激光裝置的、能夠讀寫不同光盤的光學(xué)頭的示意圖。
實(shí)施發(fā)明的最好形式以下，根據(jù)附圖1～圖5B來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例。在這些附圖中，對(duì)于與圖6、7所示的部分相同或相似的部分，附以與圖6、7使用的符號(hào)相同的符號(hào)。[實(shí)施例1]
圖1示出本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體激光裝置100的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。將紅外半導(dǎo)體激光元件31和紅色半導(dǎo)體激光元件32都搭載在與臺(tái)座1一體化的散熱塊2上。
以下說明半導(dǎo)體激光元件的發(fā)光點(diǎn)與半導(dǎo)體激光元件的寬度方向平行配置的情況。
在圖1中，從散熱塊2的半導(dǎo)體激光元件搭載面到兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件31、32的發(fā)光點(diǎn)311、321的距離相同，因此，兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件的發(fā)光點(diǎn)與半導(dǎo)體激光元件的寬度方向平行配置。設(shè)紅外半導(dǎo)體激光元件31的寬度尺寸為W1、紅色半導(dǎo)體激光元件32的寬度尺寸為W2，則由于在普通半導(dǎo)體激光元件中，發(fā)光點(diǎn)位于元件的中心位置，所以紅外半導(dǎo)體激光元件31的發(fā)光點(diǎn)311和紅色半導(dǎo)體激光元件32的發(fā)光點(diǎn)321的距離，從而出射光軸A、B間的距離L，用元件的寬度尺寸W1、W2表示為式(2)。
L≥(W1+W2)/2 ....(2)這里，L等于(W1+W2)/2的是兩個(gè)激光元件間沒有間隙的情況，另一方面，L大于(W1+W2)/2的是兩個(gè)激光元件間有間隙的情況。因此，L也可以表示為下面的(3)式。
L＝(W1+W2)/2+G (G≥0)....(3)這里，G是兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件間的間隙尺寸。
為了避免半導(dǎo)體激光元件側(cè)面的載流子的非輻射復(fù)合引起的元件特性惡化，最好，發(fā)光點(diǎn)的位置最好離元件側(cè)面5μm以上，此外，兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件31、32之間相距10μm左右設(shè)置(G≈10μm)，使得避免相互機(jī)械破壞或者電導(dǎo)通。在普通半導(dǎo)體激光元件中，元件的寬度尺寸W1、W2是200～300μm，但是為了使L為160μm以下(L≤160μm)，在本實(shí)施例中，使用寬度尺寸更窄的元件。
考慮式(2)、(3)和為了避免機(jī)械破壞的間隔10μm，在使用相同寬度尺寸W的元件的情況下，由(2W/2)+10≤160可知，使用元件寬度尺寸W＝150μm的元件即可。在本實(shí)施例中，紅外半導(dǎo)體激光元件31、紅色半導(dǎo)體激光元件32都使用寬度尺寸W＝150μm的元件，實(shí)現(xiàn)L＝160μm。當(dāng)然，如果進(jìn)一步減小各半導(dǎo)體激光元件的寬度尺寸，則可以相應(yīng)地進(jìn)一步減小L。
從紅外半導(dǎo)體激光元件31和紅色半導(dǎo)體激光元件32的后方端面輸出的光都通過一個(gè)監(jiān)視用PD 6來監(jiān)視。監(jiān)視用PD 6是硅(Si)制的，對(duì)哪一個(gè)波長(zhǎng)的光都具有靈敏度。此外，受光部的大小約為900μm×1200μm，與半導(dǎo)體激光元件31和32的發(fā)光點(diǎn)間隔160μm相比足夠大，所以哪一個(gè)半導(dǎo)體激光元件的輸出都能夠監(jiān)視。此外，上述兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件不同時(shí)使用，所以信號(hào)不會(huì)相混。
此外，與現(xiàn)有半導(dǎo)體激光裝置同樣，兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件31、32和監(jiān)視用PD 6可以分別用金屬線電連接到引腳51、52、53，與外部電路連接。此外，將具有激光出射窗的帽(在圖1中未示出。在圖2中用標(biāo)號(hào)110表示)焊接在臺(tái)座1上，收納在一個(gè)封裝內(nèi)，該帽覆蓋上述兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件31、32和搭載其的散熱塊2、監(jiān)視用PD 6。此外，雖然未圖示但是信號(hào)接收用PD及信號(hào)處理用IC也可以收容在封裝內(nèi)。信號(hào)接收用PD可以只接收紅外或紅色激光中的某一個(gè)，也可以接收兩方。
接著，說明從散熱塊2的半導(dǎo)體激光元件搭載面到兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件31、32的發(fā)光點(diǎn)的距離不同的情況。設(shè)連結(jié)兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件的發(fā)光點(diǎn)的線段和半導(dǎo)體激光元件的寬度方向所成的角為θ，則L＝{(W1+W2)/2+G}/cosθ (G≥0)....(4)其中，G是兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件間的間隙尺寸，θ是銳角。
例如，從散熱塊2的半導(dǎo)體激光元件搭載面到紅色半導(dǎo)體激光元件32的發(fā)光點(diǎn)321的距離是5μm，到紅外半導(dǎo)體激光元件31的發(fā)光點(diǎn)311的距離是50μm，在W1＝W2＝150μm的情況下，如果將兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件相距10μm載置(G＝10μm)，則θ＝15.7°。此時(shí)，由(4)式可知，L為166μm，與兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件的發(fā)光點(diǎn)沿半導(dǎo)體激光元件的寬度方向平行配置的情況(160μm)相比，大6μm。此外，也不能滿足L≤160μm。因此，通過將寬度尺寸為140μm和更窄的兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件相距10μm載置，來實(shí)現(xiàn)L＝157μm。此時(shí)，θ＝16.7°。
以上的說明是就兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件的前方出射端面在同一平面上的情況進(jìn)行說明的，但是在光軸方向偏離的情況下，將第一半導(dǎo)體激光元件的出射光軸和包含第二半導(dǎo)體激光元件端面的平面的交點(diǎn)看作第一半導(dǎo)體激光元件的發(fā)光點(diǎn)即可。
此外，以上的說明是就兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件的寬度方向相互平行的情況進(jìn)行說明的，但是在至少一個(gè)半導(dǎo)體激光元件的寬度方向沿出射光軸的周圍旋轉(zhuǎn)配置的情況下，可以減小L來配置。
使用本發(fā)明的半導(dǎo)體激光裝置100來構(gòu)成能夠?qū)Σ煌獗P讀寫信息的光學(xué)頭的情況示于圖2。在圖2中，夸張地描繪了半導(dǎo)體激光元件間的間隔。在圖2中，調(diào)整得使得聚光鏡71的中心軸O和紅外激光元件31的出射光軸A、紅色激光元件32的出射光軸B分別平行。調(diào)整得使得兩個(gè)光軸A和B的距離是L，聚光鏡71的中心軸O位于該兩個(gè)光軸A、B之間、而且位于連結(jié)兩個(gè)激光元件發(fā)光點(diǎn)的線段上。這樣，由圖可知，光軸A和中心軸O之間的距離d1、光軸B和中心軸O之間的距離d2都為80μm以下，d1+d2＝L≤160μm。因此，不使用圖7的現(xiàn)有光學(xué)頭必需的棱鏡76，不用移動(dòng)聚光鏡71，即可實(shí)現(xiàn)能夠?qū)Σ煌獗P讀寫信息的光學(xué)頭。只要距離d1及d2分別不超過80μm，聚光鏡71的中心軸O也可以位于連結(jié)兩個(gè)激光元件發(fā)光點(diǎn)的線段外。在此情況下，由于d1+d2大于L(d1+d2＞L)，所以與聚光鏡71的中心軸O位于連結(jié)兩個(gè)激光元件發(fā)光點(diǎn)的線段上的情況相比，需要減小L的值。
雖然為了簡(jiǎn)單，在圖2中未示出，但是在半導(dǎo)體激光裝置100中也可以設(shè)置產(chǎn)生3個(gè)光束、變換信號(hào)光行進(jìn)方向用的全息器。此外，為了調(diào)整NA，當(dāng)然也可以在聚光鏡71的半導(dǎo)體激光裝置100側(cè)設(shè)置擴(kuò)大紅色激光光束直徑用的光學(xué)元件、以及相反限制紅外激光光束直徑用的孔徑。[實(shí)施例2]圖3A是本發(fā)明第2實(shí)施例的半導(dǎo)體激光裝置中半導(dǎo)體激光元件和搭載其的散熱塊部分的放大透視圖。
在本實(shí)施例中，使用的半導(dǎo)體激光元件31、32的寬度是與普通半導(dǎo)體激光元件同等的300μm，但是發(fā)光點(diǎn)不在元件的中心位置。圖3B放大示出本實(shí)施例中使用的發(fā)光點(diǎn)不在元件中心的半導(dǎo)體激光元件32的前方出射端面部。半導(dǎo)體激光元件具有下述結(jié)構(gòu)該出射端面結(jié)構(gòu)沿與紙面垂直的方向延伸。端面的層結(jié)構(gòu)的概況如下所述。下部電極32b、半導(dǎo)體襯底322、下部包層323、活性層324、第1上部包層325、電流狹窄層326、第2上部包層325和上部電極32a。如果在上部電極32a和下部電極32b之間施加正向電壓，則電流流過電流狹窄層326的開口部329。開口部329近旁的電流密度高，因此載流子密度高，所以產(chǎn)生激光振蕩。其結(jié)果是，發(fā)光點(diǎn)321位于活性層324的電流狹窄層的開口部329緊下的部分。實(shí)際上，發(fā)光點(diǎn)321的尺寸是數(shù)μm左右，就制作光學(xué)頭而言，不妨可以看作點(diǎn)。即，發(fā)光點(diǎn)321的位置可以取決于開口部329的位置。由圖3A容易理解，另一個(gè)半導(dǎo)體激光元件31具有與半導(dǎo)體激光元件32大致左右對(duì)稱的端面結(jié)構(gòu)。
如圖3A所示，將各個(gè)半導(dǎo)體激光元件載置在散熱塊2上，使得其發(fā)光點(diǎn)311、321位于各個(gè)元件31、32的中心軸X1和X2之間。從發(fā)光點(diǎn)到半導(dǎo)體激光元件側(cè)面的距離如上所述，必須是5μm以上，兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件的間隔也必須是10μm以上。由此，各個(gè)半導(dǎo)體激光器的發(fā)光點(diǎn)311和321之間的間隔，即出射光軸A、B的間距L必須是5×2+10＝20μm以上。然而，與作為目標(biāo)的L≤160μm相比，可以足夠狹窄，與第1實(shí)施例相比，可以將光軸間距L減小約140μm。[實(shí)施例3]圖4A是本發(fā)明實(shí)施例3的半導(dǎo)體激光裝置中半導(dǎo)體激光元件和搭載其的散熱塊部分的正視圖。
紅色激光元件32的發(fā)光點(diǎn)321位于離元件下部電極32b面約5μm的位置。另一方面，紅外激光元件31的發(fā)光點(diǎn)311位于離元件下部電極31b面約50μm的位置。如圖4A所示，將紅色激光元件32搭載在底座9上后，搭載在散熱塊2上。切去散熱塊2的一部分，在該切去的部分20上設(shè)置搭載在底座9上的半導(dǎo)體激光元件32。由此，使兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件31、32的發(fā)光點(diǎn)311、321的高度位置一致。底座9使用散熱特性良好的氮化鋁。
作為底座9的材料，除氮化鋁外，還可以使用碳化硅(SiC)、金剛石、氧化鈹(BeO)等陶瓷、硅等。特別是，如果使用硅等半導(dǎo)體，則能夠?qū)⒈O(jiān)視用PD形成在底座9上，所以可以使裝置小型化，縮短制作時(shí)間等。
設(shè)散熱塊2的階梯部2a和底座9相互對(duì)向的側(cè)面間的間隙為10μm，此外，如果搭載這些元件，使得上述階梯部2a的對(duì)向側(cè)面和半導(dǎo)體激光元件31的側(cè)面及底座9的對(duì)向側(cè)面和半導(dǎo)體激光元件32的側(cè)面分別一致，則兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件31、32的發(fā)光點(diǎn)的間隔、從而兩個(gè)激光的光軸間距L與實(shí)施例1的情況相同，如果使用寬度尺寸為150μm的元件，則可以使L＝160μm。此外，如果半導(dǎo)體激光元件31、32與實(shí)施例2的情況相同，使用發(fā)光點(diǎn)位置不在元件中心位置的元件，則可以設(shè)定為L(zhǎng)≥20μm以上的任意值。
此外，如圖4B所示，也可以將紅外激光元件31、紅色激光元件32都分別搭載在底座91、92上。[實(shí)施例4]圖5A是本發(fā)明實(shí)施例4的半導(dǎo)體激光裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
本實(shí)施例4的半導(dǎo)體激光裝置相對(duì)于搭載在散熱塊2上的紅外半導(dǎo)體激光元件31，將紅色半導(dǎo)體激光元件32偏向光軸方向后方(臺(tái)座1側(cè))，同時(shí)在紅色半導(dǎo)體激光元件32的出射光軸B不重疊在紅外半導(dǎo)體激光元件31上的范圍內(nèi)，將紅色半導(dǎo)體激光元件32偏向與光軸垂直方向的激光元件31側(cè)來配置。也可以與圖示相反，將紅色半導(dǎo)體激光元件31一方偏向紅色半導(dǎo)體激光元件32的后方，而且與其沿元件寬度方向重疊。本實(shí)施例中的半導(dǎo)體激光元件31、32使用寬度尺寸為200μm、發(fā)光點(diǎn)位置位于元件中心位置的普通半導(dǎo)體激光器。
紅外半導(dǎo)體激光元件31的光軸A和紅色半導(dǎo)體激光元件32的光軸B之間的距離L可以設(shè)為紅外半導(dǎo)體激光元件31寬度的1/2、即100μm左右。
在本實(shí)施例4中，與實(shí)施例3或其變形例的情況同樣，也可以將兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件中的某一個(gè)、或者雙方搭載在底座上。此外，如果在兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件中，至少位于激光出射方向前方的半導(dǎo)體激光元件(在圖5A中為紅外半導(dǎo)體激光元件31)使用圖3A所示的發(fā)光點(diǎn)不在元件中心位置的半導(dǎo)體激光元件，位于激光出射方向后方的半導(dǎo)體激光元件(在圖5A中為紅色半導(dǎo)體激光元件32)的出射光軸沿前方半導(dǎo)體激光元件的側(cè)面的緊外側(cè)走向，則可以進(jìn)一步減小兩個(gè)半導(dǎo)體激光器的出射光軸間距。通過使用發(fā)光點(diǎn)位置離側(cè)面5μm的元件，可以使L≈5μm。
來自普通半導(dǎo)體激光元件的出射光呈橢圓狀擴(kuò)大。已知特別是沿與活性層(參照?qǐng)D3B的324)垂直的方向擴(kuò)大較大。因此，在搭載半導(dǎo)體激光元件、使得發(fā)光點(diǎn)位于散熱塊2的端部以外的情況下，出射光的一部分由散熱塊2反射，光的行進(jìn)方向被改變，入射到聚光鏡的光量與半導(dǎo)體激光器的輸出相比，有可能極端減少。為了防止這種出射光的損失，在圖5B的結(jié)構(gòu)中，在該散熱塊2上從紅色半導(dǎo)體激光元件32的緊前向光軸方向前方設(shè)置缺口部10，使得紅色半導(dǎo)體激光元件32的出射光的行進(jìn)不受散熱塊2妨礙。
以上，在實(shí)施例2至4中，是僅就從散熱塊的半導(dǎo)體激光元件搭載面到兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件的發(fā)光點(diǎn)的距離相同的情況進(jìn)行說明的，但是如實(shí)施例1所述，其距離也可以不同。
特別是在實(shí)施例3的情況下，通過使用底座，使從散熱塊的半導(dǎo)體激光元件搭載面到半導(dǎo)體激光元件的發(fā)光點(diǎn)的距離相同，從而其優(yōu)點(diǎn)是，不僅能夠盡量減小L，而且能夠在裝配到半導(dǎo)體激光裝置前實(shí)施半導(dǎo)體激光元件的檢查。此外，在用焊料將半導(dǎo)體激光元件固定到散熱塊上的情況下，由于散熱塊的材料的原因，必須大量使用軟的焊料，所以焊料會(huì)溢出到半導(dǎo)體激光元件和散熱塊之間。此時(shí)會(huì)產(chǎn)生的問題是，如果從散熱塊到發(fā)光點(diǎn)的高度小，則焊料涌至發(fā)光點(diǎn)，部分阻塞激光的進(jìn)路，或者搭在元件上引起短路。這種問題可以如實(shí)施例3所示經(jīng)底座將半導(dǎo)體激光元件搭載在散熱塊上來解決。將半導(dǎo)體激光元件固定到底座上也通過焊料來進(jìn)行，但是由于底座的材料的線膨脹系數(shù)接近半導(dǎo)體激光元件，即，可以使用比較硬的材料，所以該焊料的使用量少、薄即可。因此，在此情況下，不會(huì)發(fā)生焊料溢出等問題。
此外，在實(shí)施例4中，如果經(jīng)底座來搭載位于后方(臺(tái)座側(cè))的半導(dǎo)體激光元件，則能夠使該半導(dǎo)體激光元件的發(fā)光點(diǎn)足夠遠(yuǎn)離散熱塊的半導(dǎo)體激光元件搭載面，所以能夠使激光的行進(jìn)不受散熱塊妨礙。因此，在此情況下，無需在散熱塊上設(shè)置圖5B所示的缺口。
以上的說明全部是就使用紅色半導(dǎo)體激光元件和紅外半導(dǎo)體激光元件的情況進(jìn)行說明的，但是也可以使用其他半導(dǎo)體激光元件，例如，GaN類的半導(dǎo)體激光元件。用GaN類半導(dǎo)體激光元件能得到紫外、藍(lán)色、及綠色波長(zhǎng)的激光。在光盤用時(shí)需要藍(lán)色半導(dǎo)體激光元件的情況下，當(dāng)然也可以用藍(lán)色半導(dǎo)體激光元件和紅色半導(dǎo)體激光元件、或者紅外半導(dǎo)體激光元件和藍(lán)色半導(dǎo)體激光元件這樣的組合來構(gòu)成本發(fā)明的半導(dǎo)體激光裝置。
此外，也可以同樣制作使用三個(gè)半導(dǎo)體激光元件的半導(dǎo)體激光裝置。即，設(shè)第三半導(dǎo)體激光元件和聚光鏡的中心軸之間的距離為d3，則d1+d3、d2+d3、及d1+d2的值都在160μm即可。此外，在第一及第三半導(dǎo)體激光元件的出射光軸間距、以及第二及第三半導(dǎo)體激光元件的出射光軸間距分別為L(zhǎng)1、L2時(shí)，當(dāng)然L1、L2必須分別在d1+d3、d2+d3以下。使用三個(gè)半導(dǎo)體激光元件的結(jié)構(gòu)可以是例如本申請(qǐng)人已經(jīng)公開的特開平10-335746號(hào)公報(bào)的圖5所示的結(jié)構(gòu)。只是，在特開平10-335746號(hào)公報(bào)的圖5所示的半導(dǎo)體激光裝置中，是將三個(gè)半導(dǎo)體激光元件分別搭載在不同散熱臺(tái)上后配置到規(guī)定位置上的，但是根據(jù)本發(fā)明，三個(gè)半導(dǎo)體激光元件被搭載在一個(gè)共同的散熱塊上。在此情況下，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)與前者的結(jié)構(gòu)相比，其優(yōu)點(diǎn)是提高了兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件間的相對(duì)位置精度。
權(quán)利要求
1.一種用于光學(xué)頭的半導(dǎo)體激光裝置，該光學(xué)頭選擇來自出射波長(zhǎng)不同的兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件的出射光中某一個(gè)，經(jīng)包含聚光鏡(71)的光學(xué)系統(tǒng)將該出射光聚光到不同光盤(81、32)上，來讀寫信息，其特征在于，該半導(dǎo)體激光裝置(100)包括散熱塊(2)；以及第一半導(dǎo)體激光元件(31)及第二半導(dǎo)體激光元件(32)，具有不同出射波長(zhǎng)，搭載在上述散熱塊(2)上，使得各個(gè)出射光軸(A、B)相互大致平行；設(shè)上述第一半導(dǎo)體激光元件(31)的出射光軸(A)和上述聚光鏡(71)的中心軸(O)之間的距離為d1，第二半導(dǎo)體激光元件(32)的出射光軸(B)和上述聚光鏡的中心軸之間的距離為d2，上述第一及第二半導(dǎo)體激光元件的出射光軸間距為L(zhǎng)，將上述第一及第二半導(dǎo)體激光元件(31、32)搭載在上述散熱塊(2)上，使得滿足下述關(guān)系式0≤L≤d1+d2≤160μm。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光裝置，其特征在于，上述第一及第二半導(dǎo)體激光元件中的一個(gè)半導(dǎo)體激光元件(32或31)相對(duì)于另一個(gè)半導(dǎo)體激光元件(31或32)偏向出射光軸方向后側(cè)，使得這些第一及第二半導(dǎo)體激光元件的出射端面位于不同的平面上，同時(shí)，在上述一個(gè)半導(dǎo)體激光元件的出射光軸(B或A)不重疊在上述另一個(gè)半導(dǎo)體激光元件上的范圍內(nèi)，沿與出射光軸垂直的方向偏向上述另一個(gè)半導(dǎo)體激光元件側(cè)。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體激光裝置，其特征在于，切去位于上述一個(gè)半導(dǎo)體激光元件的出射光的行進(jìn)方向前方的散熱塊的一部分。
4.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體激光裝置，其特征在于，將上述第一及第二半導(dǎo)體激光元件以及上述散熱塊收納在同一封裝內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體激光裝置，其特征在于，上述第一及第二半導(dǎo)體激光元件是發(fā)光點(diǎn)(311、321)位置不同的元件。
6.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體激光裝置，其特征在于，將上述第一及第二半導(dǎo)體激光元件中的至少一個(gè)載置在底座(9、91、92)上。
7.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體激光裝置，其特征在于，在上述第一半導(dǎo)體激光元件的中心軸(X1)和上述第二半導(dǎo)體激光元件的中心軸(X2)之間具有其各個(gè)發(fā)光點(diǎn)(311、321)。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光裝置，還包括第三半導(dǎo)體激光元件，具有與上述第一及第二半導(dǎo)體激光元件(31、32)不同的出射波長(zhǎng)，搭載在上述散熱塊(2)上，使得出射光軸與上述第一及第二半導(dǎo)體激光元件的各個(gè)出射光軸(A、B)大致平行；設(shè)上述第三半導(dǎo)體激光元件的出射光軸與上述聚光鏡(71)的中心軸(O)之間的距離為d3，上述第一及第三半導(dǎo)體激光元件的出射光軸間距、以及上述第二及第三半導(dǎo)體激光元件的出射光軸間距分別為L(zhǎng)1、L2，將上述三個(gè)半導(dǎo)體激光元件搭載在上述散熱塊上，進(jìn)一步使得下述關(guān)系式成立0≤L1≤d1+d3≤160μm0≤L2≤d2+d3≤160μm。
全文摘要
半導(dǎo)體激光裝置(100)具有直接或經(jīng)底座搭載在散熱塊(2)上、出射波長(zhǎng)不同的第一半導(dǎo)體激光元件(31)和第二半導(dǎo)體激光元件(32)。這些半導(dǎo)體激光元件各個(gè)出射光軸(A、B)相互大致平行。設(shè)第一半導(dǎo)體激光元件(31)的出射光軸(A)、和配置在半導(dǎo)體激光裝置前方(半導(dǎo)體激光元件的前方出射端面?zhèn)?的聚光鏡(71)的中心軸(O)之間的距離為d1,第二半導(dǎo)體激光元件(32)的出射光軸(B)和上述聚光鏡的中心軸之間的距離為d2,并且上述第一及第二半導(dǎo)體激光元件的出射光軸間距為L(zhǎng),則第一及第二半導(dǎo)體激光元件(31、32)被搭載在散熱塊(2)上,使得滿足關(guān)系式0≤L≤d1+d2≤160μm。
文檔編號(hào)G11B7/125GK1273703SQ9980111
公開日2000年11月15日 申請(qǐng)日期1999年7月13日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月14日
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