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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterlaservorrichtung, die
für die
Konstruktion eines optischen Aufnehmers geeignet ist, der Informationen
von verschiedenen Typen optischer Platten liest und Informationen auf
verschiedene Typen optischer Platten schreibt.
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TECHNISCHER
HINTERGRUND
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Optische
Platten werden nicht nur für
die Video/Audio-Aufzeichnung verwendet, sondern außerdem als
externe Computer-Speichermedien, weil sie eine große Aufzeichnungskapazität und eine
Direktzugriffs-Eigenschaft besitzen, sodass die Zugriffszeit ungeachtet
der Aufzeichnungsposition der Informationen nicht verändert wird.
Entsprechend diesem Zweck werden jedoch verschiedene Typen optischer
Platten verwendet. Folglich unterscheiden sich die von den optischen
Aufnehmern verlangten Eigenschaften abhängig vom Typ der optischen
Platten, für
die die optischen Aufnehmer verwendet werden.
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In
optischen Aufnehmern, die Kompaktplatten (CD), die verwendet werden,
um Audioinformationen aufzuzeichnen, und CD-ROM-Medien, die durch
das Formatieren der CD als externe Computer-Speichermedien gebildet
werden, lesen, kann ein optischer Fleck verwendet werden, der einen
großen
Durchmesser besitzt. Folglich wird eine Infrarot-Halbleiterlaservorrichtung,
die einen Lichtstrahl mit einer Wellenlänge in der Umgebung von 780
nm emittiert, als eine Lichtquelle verwendet, wobei eine Kondensorlinse
mit einer numerischen Apertur (NA) von etwa 0,45 verwendet wird.
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In
optischen Aufnehmern, die die Informationen von einer digitalen
vielseitigen Platte (DVD), die eine große Speicherkapazität besitzt
und verwendet wird, um Videoinformationen oder dergleichen aufzuzeichnen, lesen,
ist es notwendig, den optischen Fleck kleiner zu machen. Folglich
wird als die Lichtquelle des optischen DVD-Aufnehmers eine Vorrichtung
eines roten Halbleiterlasers verwendet, die einen Lichtstrahl mit
einer Wellenlänge
von 630–680
nm emittiert, wobei eine Kondensorlinse mit einer NA von etwa 0,6
verwendet wird. Der optische Aufnehmer für die DVD kann außerdem die
Informationen von der CD und dem CD-ROM lesen, indem die NA der
Kondensorlinse, z. B. unter Verwendung einer Blende, eingestellt
wird.
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Die
als "CD-R" bezeichneten optischen
Platten, die ein mit der CD gemeinsames Informationsaufzeichnungsformat
besitzen und auf denen die Informationen nur einmal geschrieben
werden können,
sind weitverbreitet. Dies ist so, weil die optischen Platten CD-R
nicht nur durch einen normalen optischen Aufnehmer für die CD
lesbar sind, sondern außerdem
preiswert sind. Als das Material der CD-R wird in Anbetracht der
Kompatibilität
mit der CD ein aus einem organischen Material hergestellter Aufzeichnungsfilm
verwendet, der so konstruiert ist, dass das Lesen und Schreiben
der Informationen vorzugsweise mit Licht mit einer Wellenlänge in der
Umgebung von 780 nm ausgeführt
werden kann. Folglich ist die CD-R-Platte nicht lesbar, wenn nicht
ein optischer Aufnehmer verwendet wird, der einen Infrarotlaser
als seine Lichtquelle verwendet.
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Damit
ein optischer Aufnehmer die Informationen von verschiedenen Typen
optischer Platten, wie z. B. CD, CD-ROM, CD-R und DVD, liest, sind
als seine Lichtquelle ein roter Halbleiterlaser und ein Infrarot-Halbleiterlaser
erforderlich.
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Das Ändern des
optischen Aufnehmers für
jeden Typ der optischen Platten verursacht Unbequemlichkeit, wobei
die Größe der Vorrichtung
groß wird.
Folglich gibt es einen wachsenden Bedarf an der Entwicklung eines
optischen Aufnehmers, der die Informationen von verschiedenen Typen
optischer Platten lesen und die Informationen auf verschiedene Typen
optischer Platten schreiben kann, der eine Größe besitzt, die von der des
herkömmlichen
optischen Aufnehmers für
die CD nicht verschieden ist, und der mit einer Technik gefertigt werden
kann, die zu der äquivalent
ist, die verwendet wird, um den herkömmlichen optischen Aufnehmer
für die
CD herzustellen.
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Damit
der optische Aufnehmer Informationen von verschiedenen Typen optischer
Platten lesen und Informationen auf verschiedene Typen optischer
Platten schreiben kann, sind zwei Arten von Laserlichtquellen, nämlich der
rote Halbleiterlaser und der Infrarot-Halbleiterlaser erforderlich,
wie oben beschrieben worden ist. Die Größen der Laserlichtquellen definieren
die Größe des opti schen
Aufnehmers. Das heißt,
eine herkömmliche
Halbleiterlaservorrichtung besitzt eine interne Konstruktion, die
z. B. 6 gezeigt ist.
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In 6 ist
ein Halbleiterlaserelement 3 an einem Kühlkörperblock 2 befestigt,
der einteilig mit einer aus einer Metallplatte hergestellten Montageeinrichtung 1 unter
Verwendung eines (nicht gezeigten) elektrisch leitenden Klebematerials
oder eines (nicht gezeigten) Lötmaterials
gebildet ist. Das Halbleiterlaserelement besitzt typischerweise
eine Breite von etwa 200 μm,
eine Länge
von etwa 250 μm
und eine Dicke von etwa 100 μm.
Weil die flachen Ebenen durch Gießen am Kühlkörperblock 2 ausgebildet
werden, ist die Länge
einer Seite des Kühlkörperblocks 2 auf
2 mm oder mehr festgelegt.
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Eine Überwachungs-Photodiode
(PD) 6 ist in einer Aussparung 1a der Montageeinrichtung 1 vorgesehen,
um die Intensität
des von einer hinteren Stirnfläche
des Halbleiterlaserelements 3 emittierten Lichts zu überwachen.
Die Überwachungs-PD 6 ist
durch ein (nicht gezeigtes) elektrisch leitendes Klebematerial oder ein
(nicht gezeigtes) metallisches Lötmaterial
befestigt, das im Voraus auf eine Bodenfläche der Aussparung 1a und
auf eine untere Oberfläche
der Überwachungs-PD 6 aufgetragen
worden ist.
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Um
das Halbleiterlaserelement 3, den Kühlkörperblock 2 und die Überwachungs-PD 6 in
einem Gehäuse
unterzubringen, nachdem sie mit einer (nicht gezeigten) Abdeckung
mit einem Fenster zum Emittieren des Laserstrahls abgedeckt worden
sind, wird die Abdeckung mit der Montageeinrichtung 1 verschweißt. Das Verschweißen der
Abdeckung wird in einer Atmosphäre
aus einem Schutzgas, wie z. B. Stickstoff, Argon oder dergleichen,
oder trockener Luft ausgeführt,
sodass keine Feuchtigkeit im Gehäuse
verbleibt. Die Abdeckung wird mit der Montageeinrichtung 1 ohne
einen Spalt dazwischen verschweißt, um das Innere des Gehäuses luftdicht
zu halten und um zu verhindern, dass Feuchtigkeit von außen in das
Gehäuse
eindringt, so das verhindert wird, dass sich die Halbleitervorrichtungen,
wie z. B. das Halbleiterlaserelement 3 und die Überwachungs-PD 6,
während
einer langen Zeitdauer verschlechtern.
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Um
die Halbleitervorrichtungen elektrisch mit der Außenseite
zu verbinden, sind mehrere Zuleitungsstifte, die die Montageeinrichtung 1 durchdringen,
in einer von der Montageeinrichtung 1 isolierten Weise
vorgesehen. Spezifischer sind eine obere Elektrode 3a des
Halbleiterlaserelements 3 und ein flacher Ab schnitt 51a eines
Zuleitungsstifts 51, der einen Durchmesser von etwa 0,2
mm besitzt, mit einem Golddraht 501 elektrisch miteinander
verbunden. Eine Oberflächenelektrode 6a der Überwachungs-PD 6 und
ein vorderes Ende eines Zuleitungsstifts 52 sind mit einem
Golddraht 502 miteinander verbunden. Für die Isolierung sind die Montageeinrichtung 1 und
die Zuleitungsstifte 51, 52 durch einen Spalt
von 0,1 mm oder mehr beabstandet und mit einem isolierenden Material
aneinander befestigt.
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Der
innere Durchmesser der Abdeckung ist so, dass sie mit den Zuleitungsstiften
keinen Kontakt besitzt. Um das Innere der Abdeckung luftdicht zu
halten, besitzt ein Teil der Abdeckung, der mit der Montageeinrichtung 1 Kontakt
besitzt, eine flache Oberfläche
mit einer Breite von etwa 0,5 mm. Deshalb ist es notwendig, dass
die Montageeinrichtung 1 einen Durchmesser von mehr als
3,8 mm besitzen sollte.
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Eine
optische Achse C des Halbleiterlaserelements 3 geht durch
einen Emissionspunkt 301, wobei sie zu einer vorderen Stirnfläche des
Halbleiterlaserelements 3 senkrecht ist. Falls der Abstand
zwischen der optischen Achse des Halbleiterlasers, der als eine
Lichtquelle verwendet wird, und der Achse der Kondensorlinse ausreichend
kurz ist, vorzugsweise kleiner als 80 μm, ist es möglich, die Informationen von
einer optischen Platte zu lesen. Das heißt, wie der Abstand zwischen
der optischen Achse des Halbleiterlaserelements und der Achse der
Kondensorlinse länger
wird, nimmt die sphärische
Aberration quadratisch zu. Im Ergebnis wird der Fleckdurchmesser
des konzentrierten Lichts groß,
wobei folglich die Informationen nicht gelesen werden können. In
einem optischen Plattensystem ist z. B. eine Grenze der tolerierbaren
sphärische
Aberration die Marechal-Grenze (0,07 λ, wobei λ eine Wellenlänge eines
Laserstrahls ist). Wenn der Abstand zwischen der Achse der Kondensorlinse
und der optischen Achse des Halbleiterlaserelements etwa 80 μm beträgt, dann übersteigt
im Fall der in einem normalen optischen Aufnehmer verwendeten Kondensorlinse
die sphärische Aberration
die Marechal-Grenze.
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Falls
das Infrarot-Halbleiterlaserelement und das Element eines roten
Halbleiterlasers einfach nebeneinander angeordnet sind, um als die
Lichtquellen verwendet zu werden, beträgt der Abstand L zwischen der optischen
Achse eines Infrarot-Laserstrahls und der eines roten Laserstrahls
mehr als 3,8 mm, weil der Durchmesser der Montageeinrichtung 1 größer als
3,8 mm oder größer ist, wie
oben beschrieben worden ist. In diesem Fall übersteigt der Abstand zwischen
der Mittelachse der Kondensorlinse und der optischen Achse jedes Laserstrahls
80 μm ohne
ein Versagen. Demzufolge ist es ohne das Verschieben der Kondensorlinse
unmöglich,
Informationen von verschiedenen Typen optischer Platten zu lesen
und Informationen auf verschiedene Typen optischer Platten zu schreiben.
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Um
dieses Problem zu lösen,
ist ein optischer Aufnehmer, wie er in 7 gezeigt
ist, in Nikkei Electronics, Nr. 687, Seite 138, veröffentlicht
am 21. April 1997, beschrieben. Dieser optische Aufnehmer verwendet
eine Vorrichtung eines roten Halbleiterlasers und eine Infrarot-Halbleiterlaservorrichtung,
die die gleiche Konstruktion wie die besitzen, die in 6 gezeigt
sind, als die Lichtquellen 101 und 102. Im optischen
Aufnehmer wird ein Prisma 76 verwendet, um den Abstand
zwischen den optischen Achsen der Laserstrahlen ausreichend klein
zu machen, um Informationen von verschiedenen optischen Platten 81 und 82 zu
lesen und Informationen auf verschiedene optische Platten 81 und 82 zu
schreiben, ohne eine Kondensorlinse 71 zu bewegen.
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Die
Operation des optischen Aufnehmers nach 7 wird im
Folgenden ausführlich
beschrieben. Im optischen Aufnehmer wird, um das Licht mit einem
erhöhten
Wirkungsgrad zu verwenden, ein Polarisations-Strahlteiler als das
Prisma 76 verwendet. Die Polarisationsrichtung des infraroten
Laserstrahls und die des roten Laserstrahls sind zueinander orthogonal.
Der Polarisations-Strahlteiler
lässt die
von den Halbleiterlaservorrichtungen emittierten Laserstrahlen vollständig durch
oder reflektiert die von den Halbleiterlaservorrichtungen emittierten
Laserstrahlen vollständig.
Diese zwei Lichtstrahlen gehen durch ein 1/4-Wellenlängenplättchen 72,
wodurch sie in zirkular polarisierte Lichtstrahlen umgesetzt werden,
sodass sie sich in entgegengesetzten Richtungen drehen. Die zirkular
polarisierten Lichtstrahlen werden dann durch die optischen Platten 81 oder 82 reflektiert
und treten abermals in das 1/4-Wellenlängenplättchen 72 ein, wodurch
sie in linear polarisierte Lichtstrahlen umgesetzt werden, die zueinander
orthogonal sind. Dann reflektiert der Polarisations-Strahlteiler 76 das
infrarote Licht vollständig
und lässt
das rote Licht vollständig
durch. Dann kehren das infrarote Licht und das rote Licht zu den
entsprechenden Halbleiterlaservorrichtungen zurück und werden erfasst.
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Eine
Kollimatorlinse 75 besitzt eine Funktion des Umsetzens
der von den Halb leiterlaservorrichtungen 101 und 102 emittierten
Lichtstrahlen in parallele Lichtstrahlen. Die Auslassung der Kollimatorlinse 75 ist
theoretisch kein Problem. Die Bereitstellung der Kollimatorlinse 75 kann
jedoch die Eigenschaft des optischen Aufnehmers praktisch stabilisieren.
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Ein
Polarisations-Hologramm 73 vergrößert den Durchmesser des von
der Halbleiterlaservorrichtung 102 emittierten roten Laserstrahls,
um dadurch zu erlauben, dass die effektive NA der Kondensorlinse 71 groß ist, sodass
ein optischer Fleck des konzentrierten Lichts eine Größe besitzt,
die für
das Lesen der Informationen von der DVD geeignet ist. Weil das Polarisations-Hologramm 73 keinen
Einfluss auf den infraroten Lichtstrahl besitzt, dessen Polarisationsrichtung
zu der des roten Lichtstrahls orthogonal ist, ist die effektive
NA der Kondensorlinse 71 für den infraroten Lichtstrahl
klein. Deshalb ist der Fleckdurchmesser des konzentrierten infraroten
Lichtstrahls geeignet, um die Informationen von einer CD zu lesen.
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Ein
an der Infrarot-Halbleiterlaservorrichtung 101 angebrachtes
Hologramm-Element 77 besitzt
eine Funktion des Erzeugens von drei spursteuernden Lichtstrahlen
und des Umsetzens der Richtung eines Signalstrahls, der durch die
optische Platte 81 reflektiert worden ist, sodass der Signalstrahl
auf eine (nicht gezeigte) Photodiode für das Signal einfällt.
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Der
optische Aufnehmer wird in der folgenden Prozedur zusammengebaut.
Die optischen Elemente, nämlich
das Prisma 76, die Kollimatorlinse 75, ein Anstiegsspiegel 74,
das Polarisations-Hologramm und das 1/4-Wellenlängenplättchen 72 werden an
vorgegebenen Positionen in Bezug auf die Mittelachse O der Kondensorlinse 71 positioniert
und angebracht. Die Vorrichtung 102 eines roten Halbleiterlasers
wird in einer derartigen Weise angebracht, dass ihre optische Achse
B im Wesentlichen mit der Mittelachse O der Kondensorlinse 71 zusammenfällt. Dann
wird der Weg der optischen Achse A der Infrarot-Halbleiterlaservorrichtung 101 durch
das Prisma 76 um 90° geändert und
dann so eingestellt, dass die optische Achse A parallel zur Mittelachse
O der Kondensorlinse 71 ist. Danach wird eine Parallelbewegung
der Infrarot-Halbleiterlaservorrichtung 101 ausgeführt, damit
die optische Achse A und die Achse O der Kondensorlinse 71 im
Wesentlichen miteinander zusammenfallen.
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Falls
die Kondensorlinse
71 als eine Referenz betrachtet wird,
ist die Positions einstellung der optischen Einzelteile, wie z. B.
des Prismas
76, der Vorrichtung
102 eines roten
Halbleiterlasers und der Infrarot-Halbleiterlaservorrichtung
101,
erforderlich. Wenn die Abweichungen dieser optischen Elemente von
einer Idealposition als s1, s2 bzw. s3 genommen werden, dann wird
eine mechanische Einbaugenauigkeit S durch eine Gleichung (1) im
Folgenden ausgedrückt:
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Mit
der Zunahme der Anzahl der Einzelteile besitzt die Einbaugenauigkeit
S einen großen
Wert, der es schwierig macht, sie zusammenzubauen. Wie aus dem Obigen
offensichtlich ist, ist es viel schwieriger, einen optischen Aufnehmer,
der Informationen von verschiedenen Typen optischer Platten lesen
und Informationen auf verschiedene Typen optischer Platten schreiben
kann, unter Verwendung der in 6 gezeigten
herkömmlichen
Halbleiterlaserelemente als seine Lichtquellen zu fertigen, als
den herkömmlichen
optischen Aufnehmer für
CDs zu fertigen, der kein Prisma benötigt.
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Das
Dokument
EP 0 936 694 offenbart
eine optische Aufnehmervorrichtung, die aus zwei Halbleiterlaser-Chips
mit einer Chip-Breite und Emissionswellenlängen aufgebaut ist, die geeignet
sind, um DVD, CD-R und CD-ROM kompatibel wiederzugeben. Um den optischen
Anforderungen zu entsprechen, sind die Laser-Chips als Ganzes gegeneinander
in der Richtung ihrer optischen Achsen verschoben, wobei ihre Emissionsöffnungen
innerhalb der Laser-Chips verschoben sind, um den Abstand zwischen
ihnen so klein wie möglich
zu machen.
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Das
Dokument
JP 09 128 782 offenbart
eine Wiedergabevorrichtung für
ein optisches Aufzeichnungsmedium unter Verwendung eines Quantentopf-Halbleiter-Chips
aus zwei Stück
Quantentopf-Halbleiter-Lasern, die lediglich einige Mikrometer voneinander
beanstandet sind.
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Das
Dokument
JP 04 032 288 offenbart
eine Halbleiterlaservorrichtung für oszillierende Laserstrahlen mit
verschiedenen Wellenlängen
von benachbarten Bereichen einer einzelnen Laservorrichtung.
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JEE
Journal of Electronic Engineering, 31 (1994) 328, S. 70–72 und
79 bezieht sich auf eine Halbleiter-Laserdiode, die eine Zweistrahl-Ausgabe
für optische
Platten bereitstellt, in der die Verwendung mehrerer Laser als besonders
vor teilhaft betrachtet wird, wobei demzufolge eine einzelne Mehrfachstrahl-Laserdiode
erörtert
wird.
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Das
Dokument
JP 10 031 841 lehrt
einen Licht-Aufnehmer, der eine erste Lichtquelle und eine zweite Lichtquelle
zum Aufzeichnen oder Wiedergeben der Informationen auf einem ersten
Aufzeichnungsmedium bzw. einem zweiten Aufzeichnungsmedium umfasst.
Die erste Lichtquellen ist zu einer Objektivlinse in einer Position
angeordnet, die die optimale Aberration für das erste Aufzeichnungsmedium
schafft, während
die zweite Lichtquelle in einer Position zur Objektivlinse angeordnet
ist, die relativ näher
als die der ersten Lichtquelle ist.
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Das
Dokument
JP 02 159 083 bezieht
sich auf die Verbesserung der Genauigkeit der relativen Positionen
eines lichtemittierenden Abschnitts und eines lichtempfangenen Abschnitts,
die in der gleichen Ebene einer Halbleiterlaservorrichtung vorgesehen
sind.
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Das
Dokument
JP 63 298 724 offenbart
einen Halbleitermatrixlaser für
einen optischen Kopf für
ein wiederbeschreibbares optisches Aufzeichnungsmedium des Phasenmodifikationstyps,
der darauf abzielt, nicht gelöschte
Aufzeichnungen durch Vergrößerung des
Durchmessers des Löschlichtstrahlflecks
größer als den
Durchmesser des Aufzeichnungs-/Wiedergabe-Lichtstrahlflecks zu beseitigen.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung ist im Hinblick auf das Problem gemacht worden, wobei
es eine Aufgabe der Erfindung ist, eine Halbleiterlaservorrichtung
zu schaffen, die die Verwirklichung eines optischen Aufnehmers,
der Informationen von optischen Platten verschiedener Typen lesen
und Informationen auf optische Platten verschiedener Typen schreiben
kann, wie z. B. CD, CD-R und DVD, ohne die Anzahl der Einzelteile
zu vergrößern und mit
einer Technik des Zusammenbaus, die zu der ähnlich ist, die für den herkömmlichen
optischen Aufnehmer verwendet wird, ermöglicht.
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Um
die obige Aufgabe zu lösen,
schafft die Erfindung einer Halbleiterlaservorrichtung, wie sie
im Anspruch 1 definiert ist.
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Vorteilhafte
weitere Entwicklungen der Erfindung sind Gegenstand der beigefügten abhängigen Ansprüche.
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Was
den Anspruch 1 betrifft, ist der Grund, aus dem der Abstand L zwischen
den optischen Achsen der ersten und zweiten Halbleiterlaserelemente
vorzugsweise 160 μm
oder kleiner ist, wie folgt:
Es ist ideal, dass die Achse der
Kondensorlinse mit der optischen Achse des Halbleiterlaserelements
zusammenfällt.
Das heißt,
es ist ideal, dass der Emissionspunkt des Halbleiterlaserelements
auf der Achse der Kondensorlinse vorhanden ist. Falls die Achse
der Kondensorlinse nicht mit der optischen Achse des Halbleiterlaserelements
zusammenfällt,
nimmt die sphärische
Aberration quadratisch zu, wie oben beschrieben worden ist. Im Ergebnis
wird der Durchmesser eines optischen Flecks des konzentrierten Lichtstrahls
groß,
wobei folglich die Informationen nicht gelesen werden können. In
einem optischen Plattensystem ist z. B. die Marechal-Grenze (0,07 λ, wobei λ eine Wellenlänge eines
Laserstrahls ist) die Grenze der tolerierbaren sphärischen
Aberration. In einer Kondensorlinse für die Verwendung in einem normalen
optischen Aufnehmer übersteigt
die sphärische
Aberration die Marechal-Grenze, falls der Abstand zwischen der Mittelachse
der Kondensorlinse und der optischen Achse des Halbleiterlaserelements
größer als
80 μm ist.
Wenn die Abstände
zwischen den Achsen der Kondensorlinse und jeder optischen Achse
der zwei verschiedenen Halbleiterlaserelemente als d1 bzw. d2 genommen
werden, dann sollten weder d1 noch d2 80 μm übersteigen. Die Bedingung kann
erfüllt
werden, falls der Abstand L zwischen den optischen Achsen dieser
zwei Halbleiterlaserelemente 160 μm
beträgt
und falls die Achse der Kondensorlinse auf eine Linie fällt, die
die Emissionspunkte der zwei Halbleiterlaserelemente verbindet.
Falls L kleiner als 160 μm
ist, kann die obige Bedingung erfüllt sein, selbst wenn die Achse
der Kondensorlinse außerhalb
der Linie verläuft,
die die zwei Emissionspunkte der zwei Halbleiterlaserelemente verbindet.
Falls andererseits L größer als
160 μm ist, übersteigt
wenigstens einer von d1 und d2 80 μm, ungeachtet der Positionen
der Achse der Kondensorlinse. Aus diesem ist 160 μm als ein
Wert von L kritisch.
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Das
erste Halbleiterlaserelement ist z. B. ein Infrarot-Laserelement,
während
das zweite Halbleiterlaserelement z. B. ein Element eines roten
Lasers ist. Es ist selbstverständlich
möglich,
Halbleiterlaserelemente mit anderen Wellenlängen zu verwenden, wie z. B.
ein Element eines blauen Lasers.
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In
der Halbleiterlaservorrichtung mit der obigen Konstruktion sind
die Halbleiterlaserelemente am selben Kühlkörperblock angebracht, wobei
eine Beziehung 0 ≤ L ≤ d1 + d2 ≤ 160 μm zwischen
der Kondensorlinse und jedem der ersten und zweiten Halbleiterlaserelemente
gilt. Deshalb kann sowohl d1 als auch d2 auf 80 μm oder kleiner gesetzt werden.
Demzufolge ist es unter Verwendung dieser Halbleiterlaservorrichtung möglich, einen
optischen Aufnehmer zu fertigen, der Informationen von verschiedenen
Typen optischer Platten lesen und Informationen auf verschiedene
Typen optischer Platten schreiben kann, ohne die Kondensorlinse zu
bewegen oder zu verschieben und auch ohne die Anzahl der Einzelteile
zu vergrößern.
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Spezifischer
kann ein optischer Aufnehmer, der die Halbleiterlaservorrichtung
mit der obigen Konstruktion enthält,
Lichtstrahlen mit einer Wellenlänge
von 650 nm und 780 nm längs
optischer Wege erzeugen, die zueinander parallel und mit einem Intervall
von 160 μm
oder kleiner beabstandet sind. Demzufolge kann der optische Aufnehmer
Informationen von Platten von DVD- und CD-Medien einschließlich CD-R-Medien, die sich
gegenwärtig
auf den Markt befinden, lesen.
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Mit
der verschobenen Anordnung ist es möglich, den Abstand L zwischen
den zwei optischen Achsen auf 160 μm oder kleiner zu setzen, selbst
wenn ein Halbleiterlaserelement, das seinen Emissionspunkt in seiner
Mitte besitzt und das eine normale Breite (200–300 μm) besitzt, als das erste/zweite
Halbleiterlaserelement verwendet wird.
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Um
zu verhindern, dass das von einem Halbleiterlaserelement emittierte
Licht, nämlich
von dem Halbleiterlaserelement, das sich auf der Rückseite
in der Richtung der optischen Achse befindet, vom Kühlkörperblock
reflektiert wird, der vor dem Halbleiterlaserelement positioniert
ist, ist es zulässig,
einen Teil des Kühlkörperblocks
auszuschneiden, der sich auf der Vorderseite in der Richtung befindet,
in der das austretende Licht des Halbleiterlaserelements fortschreitet.
Alternativ kann das eine Halbleiterlaserelement durch eine Untermontageeinrichtung
am Kühlkörperblock
angebracht werden.
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Die
ersten und zweiten Halbleiterlaserelemente und der Kühlkörperblock
sind im selben Gehäuse
untergebracht.
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Für die ersten
und zweiten Halbleiterlaserelemente können Halbleiterlaserelemente
mit Emissionspunkten an verschiedenen Positionen verwendet werden.
In diesem Fall ist das Verfahren der Herstellung der ersten und
zweiten Halbleiterlaserelemente nicht auf ein spezifisches Verfahren
eingeschränkt,
wobei jede Emissionswellenlänge
wie gewünscht
erhalten werden kann.
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Die
ersten und zweiten Halbleiterlaserelemente können direkt am Kühlkörperblock
angebracht sein. Alternativ kann wenigstens eines der ersten und
zweiten Halbleiterlaserelemente durch eine Untermontageeinrichtung
am Kühlkörperblock
angebracht sein.
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Wenn
die Untermontageeinrichtung verwendet wird und falls sich die Emissionspunkte
der zwei Halbleiterlaserelemente in voneinander verschiedenen Ebenen
befinden, ist es möglich,
diese Emissionspunkte in der gleichen Ebene anzuordnen, indem die
Höhe der
Untermontageeinrichtung eingestellt wird. Ferner kann das Halbleiterlaserelement
geprüft
werden, bevor es in die Halbleiterlaservorrichtung eingebaut wird.
Ferner ist es möglich,
ein mögliches
Problem zu vermeiden, dass ein Lötmaterial,
das verwendet wird, um das Halbleiterlaserelement am Kühlkörperblock
zu befestigen, zum Emissionspunkt aufsteigt und folglich den Weg
des Laserstrahls teilweise blockiert, oder dass das Lötmaterial
am Halbleiterlaserelement emporsteigt und folglich einen Kurzschluss
verursacht.
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In
einer Ausführungsform
befinden sich die Emissionspunkte der ersten und zweiten Halbleiterlaserelemente
zwischen einer Mittelachse des ersten Halbleiterlaserelements und
einer Mittelachse des zweiten Halbleiterlaserelements.
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In
diesem Fall kann der Abstand L zwischen den optischen Achsen ungeachtet
der Breiten der Halbleiterlaserelemente auf 160 μm oder kleiner gesetzt werden.
Deshalb kann der Abstand L zwischen den optischen Achsen auf 160 μm oder kleiner
gesetzt werden, selbst wenn ein Halbleiterlaserelement mit einer
normalen Breite (200–300 μm) als das
erste/zweite Halbleiterlaserelement verwendet wird.
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Die
Halbleiterlaservorrichtung kann ferner ein drittes Halbleiterlaserelement
umfassen, das eine von den Wellenlängen des ersten und zweiten
Halbleiterlaserelements verschiedene Emissionswellenlänge besitzt und
an dem Kühlkörperblock
in der Weise angebracht ist, dass die optische Achse des dritten
Halbleiterlaserelements zu jeder der optischen Achsen der ersten
und zweiten Halbleiterlaserelemente im Wesentlichen parallel ist.
In diesem Fall sind die drei Halbleiterlaserelemente in der Weise
am Kühlkörperblock
angebracht, dass die folgenden Beziehungen erfüllt sind: 0 ≤ L1 ≤ d1 + d3 ≤ 160 μm, und 0 ≤ L2 ≤ d2 + d3 ≤ 160 μm,wobei
d3 ein Abstand zwischen der optischen Achse des dritten Halbleiterlaserelements
und der Achse der Kondensorlinse ist, L1 ein Abstand zwischen den
optischen Achsen des ersten und dritten Halbleiterlaserelements
ist und L2 ein Abstand zwischen den optischen Achsen des zweiten
und dritten Halbleiterlaserelements ist.
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Weil
die drei Halbleiterlaserelemente am gemeinsamen Kühlkörperblock
angebracht sind, können
die relativen Positionen zwischen jeweils zwei der Halbleiterlaserelemente
mit Genauigkeit eingestellt werden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, die das Innere oder die innere Struktur
einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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2 veranschaulicht
schematisch einen optischen Aufnehmer, der die Halbleiterlaservorrichtung
der Erfindung verwendet und Informationen von verschiedenen Typen
optischer Platten lesen und Informationen auf verschiedene Typen
optischer Platten schreiben kann;
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3A ist
eine vergrößerte perspektivische
Ansicht, die die Halbleiterlaserelemente und einen Kühlkörperblock,
an dem die Halbleiterlaserelemente gebracht sind, zeigt, die Teil
des Inneren einer Halbleiterlaservorrichtung einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung sind;
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3B zeigt
eine vergrößerte Stirnfläche eines
Halbleiterlaserelements, das in der zweiten Ausführungsform zu verwenden ist,
die einen Emissionspunkt besitzt, der nicht in ihrer Mitte positioniert
ist;
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4A ist
eine vergrößerte Vorderansicht,
die die Halbleiterlaserelemente und einen Kühlkörperblock, an dem die Halbleiterlaserelemente
angebracht sind, zeigt, die Teil des Inneren der Halbleiterlaservorrichtung einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung sind, in der nur ein Element eines roten Halbleiterlasers
an einer Untermontageeinrichtung angebracht gezeigt ist;
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4B zeigt
eine Modifikation der in 4A gezeigten
Ausführungsform,
in der sowohl das Infrarot-Halbleiterlaserelement als auch das Element
eines roten Halbleiterlasers an Untermontageeinrichtungen angebracht
gezeigt sind;
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5A ist
eine perspektivische Ansicht, die das Innere der Halbleiterlaservorrichtung
einer vierten Ausführungsform
der Erfindung zeigt, in der ein normaler Kühlkörperblock verwendet wird;
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5B ist
eine perspektivische Ansicht, die das Innere einer Modifikation
der vierten Ausführungsform zeigt,
in der im Kühlkörperblock
ein Ausschnitt vorgesehen ist, sodass die Bewegung des Lichts vom
Element eines roten Halbleiterlasers nicht verhindert wird;
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6 ist
eine perspektivische Ansicht, die die innere Struktur oder das Innere
einer herkömmlichen Halbleiterlaservorrichtung
zeigt; und
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7 zeigt
schematisch einen optischen Aufnehmer, der eine herkömmliche
Halbleiterlaservorrichtung verwendet und Informationen von verschiedenen
Typen optischer Platten lesen und Informationen auf verschiedene
Typen optischer Platten schreiben kann.
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DIE BESTE
ART ZUM AUSFÜHREN
DER ERFINDUNG
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Die
Ausführungsformen
der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die 1 bis 5B ausführlich beschrieben,
in denen Teile, die mit den in den 6 und 7 gezeigten
Teilen gleich und zu den in den 6 und 7 gezeigten
Teilen ähnlich
sind, durch gleiche Bezugszeichen und Zahlen be zeichnet sind, wie
sie in den 6 und 7 verwendet
sind.
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[Die erste Ausführungsform]
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1 zeigt
die interne Struktur einer Halbleiterlaservorrichtung 100 gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung. Ein Infrarot-Halbleiterlaserelement 31 und
ein Element 32 eines roten Halbleiterlasers sind an einem
Kühlkörperblock 2 angebracht,
der mit einer Montageeinrichtung 1 einteilig ausgebildet
ist.
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Das
Folgende beschreibt einen Fall, in dem die Emissionspunkte der Halbleiterlaserelemente
in der Breitenrichtung der Halbleiterlaserelemente ausgerichtet
sind.
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In 1 ist
der Abstand zwischen einer Oberfläche zum Anbringen eines Halbleiterlaserelements
des Kühlkörperblocks 2 und
einem Emissionspunkt 311 des Infrarot-Halbleiterlaserelements 31 gleich
dem Abstand zwischen der Oberfläche
zum Anbringen eines Halbleiterlaserelements und einem Emissionspunkt 321 des
Elements 32 eines roten Halbleiterlasers. Demzufolge sind
die Emissionspunkte der zwei Halbleiterlaserelemente in ihrer Breitenrichtung
ausgerichtet oder zueinander parallel angeordnet. In einem normalen
Halbleiterlaserelement ist sein Emissionspunkt in seiner Mitte positioniert.
Wenn die Breite des Infrarot-Halbleiterlaserelements 31 W1
ist und die Breite des Elements 32 eines roten Halbleiterlasers
W2 ist, dann wird folglich der Abstand zwischen dem Emissionspunkt 311 des
Infrarot-Halbleiterlaserelements 31 und dem Emissionspunkt 321 des
Elements 32 eines roten Halbleiterlasers, nämlich der
Abstand L zwischen den optischen Achsen A und B, durch die folgende
Gleichung (2) unter Verwendung der Breiten W1 und W2 der Halbleiterlaserelemente
ausgedrückt: L ≥ (W1 + W2)/2. (2)
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Wenn
es keinen Spalt zwischen den zwei Halbleiterlaserelementen gibt,
ist L gleich (W1 + W2)/2. Wenn es einen Spalt zwischen den zwei
Halbleiterlaserelementen gibt, ist L größer als (W1 + W2)/L. Folglich kann
L durch die folgende Gleichung (3) ausgedrückt werden. L = (W1 + W2)/2 + G, (G ≥ 0), (3)wobei G ein
Spalt zwischen den zwei Halbleiterlaserelementen ist.
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Um
die Verschlechterung der Eigenschaften des Halbleiterlaserelements,
zurückzuführen auf
die strahlungslose Rekombination der Träger in einer Seitenoberfläche des
Laserelements, zu vermeiden, ist es wünschenswert, den Emissionspunkt
von der Seitenoberfläche
des Halbleiterlaserelements um 5 μm
oder mehr zu beabstanden. Es ist außerdem wünschenswert, die zwei Halbleiterlaserelemente 31 und 32 um
etwa 10 μm
(G ≈ 10 μm) voneinander
zu beabstanden, um zu verhindern, dass sie mechanisch zerstört werden
oder miteinander elektrisch leitend werden. Obwohl die Breiten W1
und W2 normaler Halbleiterlaserelemente 200–300 μm betragen, werden Halbleiterlaserelemente
mit kleineren Breiten in dieser Ausführungsform verwendet, um L
auf 160 μm
oder kleiner zu setzen (L ≤ 160 μm).
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Unter
Berücksichtigung
sowohl der Gleichungen (2) und (3) als auch des Abstands von 10 μm, um mechanische
Zerstörung
zu vermeiden, und angenommen, dass die zwei Halbleiterlaserelemente
die gleiche Breite W besitzen, dann gilt (2W/2) + 10 ≤ 160, woraus
es offensichtlich ist, dass Halbleiterlaserelemente mit einer Breite
W = 150 μm
verwendet werden sollten. In dieser Ausführungsform besitzen sowohl
das Infrarot-Halbleiterlaserelement 31 als auch das Element 32 eines
roten Halbleiterlasers die Breite W = 150 μm L = 160 μm zu erfüllen. Es ist überflüssig zu
sagen, dass durch die Verringerung der Breite W jedes Halbleiterlaserelements
L dementsprechend verringert wird.
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Die
optischen Ausgaben aus den hinteren Stirnflächen des Infrarot-Halbleiterlaserelements 31 und des
Elements 32 eines roten Halbleiterlasers werden durch eine
einzelne Überwachungs-PD 6 überwacht.
Die Überwachungs-PD 6 ist
aus Silicium (Si) hergestellt, wobei sie eine Empfindlichkeit für Lichtstrahlen
aus beiden Wellenlängenbereichen
besitzt. Die Größe des Lichtempfangsabschnitts
beträgt
etwa 900 μm
_ 1200 μm, was
viel größer als
der Abstand 160 μm
zwischen den Emissionspunkten der Halbleiterlaserelemente 31 und 32 ist.
Deshalb können
die Ausgaben beider Halbleiterlaserelemente überwacht werden. Weil ferner
die zwei Laserelemente nicht gleichzeitig verwendet werden, tritt
eine Mischung der Signale nicht auf.
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Ähnlich zur
herkömmlichen
Halbleiterlaservorrichtung sind die zwei Halbleiterlaserelemente 31 und 32 und
die Überwachungs-PD 6 mit
Golddrähten
elektrisch mit den Zuleitungsstiften 51, 52 bzw. 53 verbundenen, um
mit einer externen elektrischen Schaltung verbunden zu werden. Eine
(in 1 nicht gezeigte, aber durch das Bezugszeichen 110 in 2 gezeigte)
Abdeckung, die ein Fenster zum Emittieren des Laserstrahls besitzt,
zum Abdecken der zwei Halbleiterlaserelemente 31 und 32,
des Kühlkörperblocks 2 und
der Überwachungs-PD 6 ist
an die Montageeinrichtung 1 geschweißt, um sie in einem Gehäuse unterzubringen.
Eine Signalempfangs-Photodiode PD und eine Signalverarbeitungs-IC
können
im Gehäuse
aufgenommen sein, obwohl sie nicht gezeigt sind. Die Signalempfangs-Photodiode
PD kann nur den Infrarotlaserstrahl oder nur den roten Laserstrahl
oder alle beide empfangen.
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Im
Folgenden ist eine Beschreibung für einen Fall gegeben, in dem
der Abstand zwischen der Oberfläche
zum Anbringen eines Halbleiterlaserelements des Kühlkörperblocks 2 und
dem Emissionspunkt des Infrarot-Halbleiterlaserelements 31 vom
Abstand zwischen der Oberfläche
zum Anbringen eines Halbleiterlaserelements und dem Emissionspunkt
des Elements 32 eines roten Halbleiterlasers verschieden
ist. Wenn ein zwischen der Linie, die die Emissionspunkte der zwei
Halbleiterlaserelemente verbindet, und der Breitenrichtung der Halbleiterlaserelemente
gebildeter Winkel als θ genommen
wird, dann gilt L
= {(W1 + W2)/2 + G}/cos θ,
(G ≥ 0), (4)wobei G ein
Spalt zwischen den zwei Halbleiterlaserelementen ist, wobei θ ein spitzer
Winkel ist.
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Falls
z. B. der Abstand zwischen der Oberfläche zum Anbringen eines Halbleiterlaserelements
des Kühlkörperblocks 2 und
dem Emissionspunkt 321 des Elements 32 eines roten
Halbleiterlasers 5 μm
beträgt, beträgt der Abstand
zwischen der Oberfläche
zum Anbringen eines Halbleiterlaserelements und dem Emissionspunkt 311 des
Infrarot-Halbleiterlaserelements 31 50 μm, wobei W1 = W2 = 150 μm gilt, wobei,
wenn die zwei Halbleiterlaserelemente um 10 μm (G = 10 μm) voneinander beabstandet sind,
dann θ =
15,7° gilt.
In dieser Situation folgt aus Gleichung (4), dass L gleich 166 μm ist, wobei
dieser Wert um 6 μm
größer ist
als der Fall (160 μm),
in dem die Emissionspunkte der Halbleiterlaserelemente in der Breitenrichtung
der Laserelemente ausgerichtet sind. Ferner ist die Bedingung L ≤ 160 μm nicht erfüllt. Deshalb
wird den zwei Halbleiterlaserelementen eine kleinere Breite von
140 μm gegeben,
wobei sie um 10 μm
voneinander beanstandet sind, um dadurch L = 157 μm zu erreichen.
In dieser Situation gilt θ =
16,7°.
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Die
obige Erklärung
ist in dem Fall gegeben worden, in dem sich die vorderen Lichtemissionsstirnflächen der
zwei Halbleiterlaserelemente in der gleichen Ebene befinden. In
einem Fall, in dem die vorderen Lichtemissionsstirnflächen der
zwei Halbleiterlaserelemente in der Richtung der optischen Achse
voneinander versetzt sind, sollte ein Schnittpunkt zwischen der
optischen Achse des ersten Halbleiterlaserelements und einer Ebene,
die die vordere Lichtemissionsstirnfläche des zweiten Halbleiterlaserelements
enthält,
als der Emissionspunkt des ersten Halbleiterlaserelements betrachtet
werden.
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Außerdem ist
die obige Erklärung
in dem Fall gegeben worden, in dem die Breitenrichtungen der zwei Halbleiterlaserelemente
zueinander parallel sind. Wenn jedoch wenigstens eines der Halbleiterlaserelemente um
die optische Achse gedreht ist, sodass die Breitenrichtungen der
Halbleiterlaserelemente nicht parallel sind, dann ist es möglich, L
zu verringern.
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2 zeigt
einen optischen Aufnehmer, der unter Verwendung der Halbleiterlaservorrichtung 100 der Erfindung
konstruiert ist, wobei der optische Aufnehmer Informationen von
verschiedenen Typen optischer Platten lesen und Informationen auf
verschiedene Typen optischer Platten schreiben kann. In 2 ist
das Intervall zwischen den Halbleiterlaserelementen übertrieben
dargestellt. In 2 sind die Mittelachse O der Kondensorlinse 71,
die optische Achse A des Infrarot-Halbleiterlaserelements 31 und
die optische Achse B des Elements 32 eines roten Halbleiterlasers
so eingestellt worden, dass sie zueinander parallel sind. Die Einstellung
ist so ausgeführt
worden, dass der Abstand zwischen den zwei optischen Achsen A und
B L ist, und dass die Achse O der Kondensorlinse 71 auf
die Linie fällt,
die die Emissionspunkte der zwei Halbleiterlaserelemente verbindet.
Im Ergebnis betragen der Abstand d1 zwischen der optischen Achse
A und der Mittelachse O und der Abstand d2 zwischen der optischen
Achse B und der Mittelachse O jeder 80 μm oder weniger. Folglich gilt, wie
aus 2 offensichtlich ist, d1 + d2 = L ≤ 160 μm. Demzufolge
ist es möglich,
einen optischen Aufnehmer, der Informationen von verschiedenen Typen
optischer Platten lesen und Informationen auf verschiedene Typen
optischer Platten schreiben kann, ohne Verwendung des Prismas 76,
das für
den in 7 gezeigten herkömmlichen optischen Aufnehmer
wesentlich ist, und auch ohne Bewegung der Kondensorlinse 71 zu
verwirklichen. Solange weder der Abstand d1 noch der Abstand d2
80 μm übersteigt,
kann sich die Mittelachse O der Kondensorlinse 71 außerhalb
der Linie befinden, die die zwei Halbleiterlaserelemente verbindet.
In diesem Fall ist d1 + d2 größer als
L (d1 + d2 > L). Folglich
ist es erforderlich, dass der Wert von L kleiner als in dem Fall ist,
in dem die Mittelachse O der Kondensorlinse 71 auf die
Linie fällt,
die die zwei Halbleiterlaserelemente verbindet.
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Obwohl
es in 2 um der Einfachheit willen nicht gezeigt ist,
kann die Halbleiterlaservorrichtung 100 mit einem Hologramm
versehen sein, um drei Lichtstrahlen zu erzeugen und die Richtung
zu ändern,
in der sich ein Signalstrahl bewegt. Es ist überflüssig zu sagen, dass es außerdem möglich ist,
entweder ein optisches Element zum Vergrößern des Durchmessers eines
roten Laserstrahls oder eine Apertur zum Begrenzen des Durchmessers
des roten Laserstrahls zwischen der Kondensorlinse 71 und
der Halbleiterlaservorrichtung 100 vorzusehen, um die numerische
Apertur NA zu steuern.
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[Die zweite Ausführungsform]
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3A ist
eine perspektivische Ansicht, die nur die Halbleiterlaserelemente
und einen Kühlkörperblock,
um die Halbleiterlaserelemente anzubringen, in einer Halbleiterlaservorrichtung
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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In
dieser Ausführungsform
beträgt
die Breite jedes der Halbleiterlaserelemente 31 und 32 300 μm, die zu
der der normalen Halbleiterlaserelemente ähnlich ist, aber die Emissionspunkte
der Halbleiterlaserelemente 31 und 32 befinden
sich nicht in ihrer Mitte. 3B zeigt
vergrößert eine
vordere Emissionsstirnfläche
des Halbleiterlaserelements 32 der zweiten Ausführungsform,
dessen Emissionspunkt nicht in ihrer Mitte positioniert ist. Das
Halbleiterlaserelement besitzt eine Konstruktion, in der sich die
Struktur der Lichtemissionsstirnfläche senkrecht zum Zeichenblatt
erstreckt. Die schematisch geschichtete Konstruktion der Lichtemissionsstirnfläche ist
wie folgt: eine untere Elektrode 32b, ein Halbleitersubstrat 322,
eine untere Kaschierungsschicht 323, eine aktive Schicht 324,
eine erste obere Kaschierungsschicht 325, eine den Strom
einengende Schicht 326, eine zweite obere Kaschierungsschicht 325 und
eine obere Elektrode 32a. Wenn zwischen der oberen Elektrode 32a und
der unteren Elektrode 32b eine Durchlassspannung angelegt
ist, fließt
der elektrische Strom durch einen Öffnungsabschnitt 329 der
den Strom einengenden Schicht 326. In der Umgebung des Öffnungsabschnitts 329 ist
die Stromdichte hoch.
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Folglich
ist dort die Trägerdichte
hoch. Folglich findet die Laseroszillation statt. Im Ergebnis wird
der Emissionspunkt 321 durch einen Abschnitt der aktiven
Schicht 324 bereitgestellt, der sich unmittelbar unter dem Öffnungsabschnitt 329 der
den elektrischen Strom einengenden Schicht befindet. Tatsächlich besitzt
der Abschnitt, der den Emissionspunkt 321 bildet, eine
Größe von einigen
Mikrometern, er kann aber als ein Punkt beim Bilden des optischen
Aufnehmers betrachtet werden. Die Position des Emissionspunkts 321 kann
entsprechend der Position des Öffnungsabschnitts 329 bestimmt
werden. Wie aus 3A leicht verstanden werden
kann, ist eine Stirnfläche
des Halbleiterlaserelements 31 im Wesentlichen ein Spiegelbild
der Stirnfläche des
Halbleiterlaserelements 32.
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Wie
in 3A gezeigt ist, sind die Halbleiterlaserelemente 31 und 32 so
am Kühlkörperblock 2 angeordnet,
dass ihre entsprechenden Emissionspunkte 311 und 321 zwischen
den Mittelachsen X1 und X2 der Halbleiterlaserelemente 31 und 32 angeordnet
sind. Es ist notwendig, dass der Abstand zwischen dem Emissionspunkt
und der Seitenoberfläche
5 μm oder
mehr betragen sollte, wie oben beschrieben worden ist. Es ist außerdem notwendig,
dass der Abstand zwischen den zwei Halbleiterlaserelementen 10 μm oder mehr
betragen sollte. Aus diesem ist es notwendig, dass der Abstand zwischen
den Emissionspunkten 311 und 321 der Halbleiterlaserelemente,
nämlich
der Abstand L zwischen den optischen Achsen A und B, 5_2 + 10 =
20 μm betragen
sollte. Es ist möglich,
L viel kleiner als das Ziel L ≤ 160 μm zu machen.
Das heißt,
es ist möglich,
im Vergleich zur ersten Ausführungsform
L auf etwa 140 μm
zu verringern.
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[Die dritte Ausführungsform]
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4A ist
eine perspektivische Ansicht, die nur die Halbleiterlaserelemente
und einen Kühlkörperblock
für das
Anbringen der Halbleiterlaserelemente in einer Halbleiterlaservorrichtung
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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Der
Emissionspunkt 321 des Elements 32 eines roten
Halbleiterlasers befindet sich etwa 5 μm von einer Oberfläche der
unteren Elektrode 32b entfernt. Andererseits befindet sich
der Emissionspunkt 311 des Infrarot-Halbleiterlaserelements 31 etwa
50 μm von
einer Oberfläche
seiner unteren Elektrode 31b entfernt. Wie in 4A gezeigt
ist, werden, nachdem das Element 32 eines roten Halbleiterlasers
an einer Untermontageeinrichtung 9 angebracht ist, sie
am Kühlkörperblock 2 angebracht.
Ein Teil des Kühlkörperblocks 2 ist
ausgeschnitten. Das an der Untermontageeinrichtung 9 angebrachte
Element 32 des roten Halbleiterlasers ist in einem Ausschnittabschnitt 20 installiert.
Dadurch befinden sich die vertikalen Positionen der Emissionspunkte 311 und 321 der
zwei Halbleiterlaserelemente 31 und 32 auf demselben
Niveau. Als das Material der Untermontageeinrichtung 9 wird
Aluminiumnitrid (AIN) verwendet, das eine vorteilhafte Wärmeableitungseigenschaft
besitzt.
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Als
das Material der Untermontageeinrichtung 9 kann alternativ
zum Aluminiumnitrid Keramik, wie z. B. Siliciumkarbid (SiC), Diamant
oder Berylliumoxid (BeO) oder Silicium verwendet werden. Insbesondere
ist es durch die Verwendung eines Halbleiters, wie z. B. Silicium,
möglich,
die Überwachungs-PD
auf der Untermontageeinrichtung 9 auszubilden, was erlaubt,
das die Halbleiterlaservorrichtung kompakt wird und die Fertigungsdauer
verringert.
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Wenn
ein Spalt von 10 μm
zwischen einer gegenüberliegenden
Seitenoberfläche
einer Stufe 2a des Kühlkörperblocks 2 und
einer gegenüberliegenden
Seitenoberfläche
der Untermontageeinrichtung 9 vorgesehen ist und wenn die
Halbleiterlaserelemente so angebracht sind, dass eine Seitenoberfläche des
Halbleiterlaserelements 31 mit der gegenüberliegenden
Seitenoberfläche
der Stufe 2a bündig
ist, und dass eine Seitenoberfläche
des Halbleiterlaserelements 32 mit der gegenüberliegenden
Seitenoberfläche
der Untermontageeinrichtung 9 bündig ist, dann ist es möglich, den
Abstand zwischen den Emissionspunkten der Halbleiterlaserelemente 31 und 32,
nämlich
den Abstand L zwischen den optischen Achsen der Laserstrahlen, unter
Verwendung der Halbleiterlaserelemente mit einer Breite von 150 μm wie in
der ersten Ausführungsform
auf L = 160 μm
zu setzen. Wenn ferner Halbleiterlaserelemente, deren Emissionspunkte
sich wie in der zweiten Ausführungsform
nicht in der Mitte befinden, als die Halbleiterlaserelemente 31 und 32 verwendet
werden, dann ist es möglich,
L auf jeden gewünschten
Wert zu setzen, der L ≥ 20 μm erfüllt.
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Ferner
können,
wie in 4B gezeigt ist, sowohl das Infrarot-Halbleiterlaserelement 31 als
auch das Element 32 eines roten Halbleiterlasers an Untermontageeinrichtungen 91 bzw. 92 angebracht
sein.
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[Die vierte Ausführungsform]
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5A zeigt
die interne Struktur oder das Innere einer Halbleiterlaservorrichtung
gemäß einer
vierten Ausführungsform
der Erfindung.
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In
der Halbleiterlaservorrichtung der vierten Ausführungsform ist das Element 32 eines
roten Halbleiterlasers in Richtung der optischen Achse auf dem Kühlkörperblock 2 nach
hinten (zur Montageeinrichtung 1) des Infrarot-Halbleiterlaserelements 31 verschoben,
wobei es außerdem
in einer Richtung senkrecht zu seiner optischen Achse zum Infrarot-Halbleiterlaserelement 31 in
einem Ausmaß verschoben
ist, dass die optische Achse B des Elements 32 eines roten
Halbleiterlasers nicht in das Infrarot-Halbleiterlaserelement 31 fällt. Entgegengesetzt
zur in 5A gezeigten Konstruktion kann
das Infrarot-Halbleiterlaserelement 31 so verschoben sein,
dass sich das Infrarot-Halbleiterlaserelement 31 hinter
dem Element 32 eines roten Halbleiterlasers befindet und
das Element 32 eines roten Halbleiterlasers in seiner Breitenrichtung überlappt.
Für die
Halbleiterlaserelemente 31 und 32 der vierten
Ausführungsform
werden normale Halbleiterlaserelemente verwendet, die 200 μm breit sind
und in denen sich ein Emissionspunkt in der Mitte befindet.
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Es
ist möglich,
den Abstand L zwischen der optischen Achse A des Infrarot-Halbleiterlaserelements 31 und
der optischen Achse B des Elements 32 eines roten Halbleiterlasers
auf die Hälfte
der Breite des Infrarot-Halbleiterlaserelements 31 zu setzen,
nämlich
etwa 100 μm.
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In
der vierten Ausführungsform
können ähnlich zur
dritten Ausführungsform
oder ihrer Modifikation eines der zwei Halbleiterlaserelemente oder
beide Halbleiterlaserelemente an einer Untermontageeinrichtung oder
an Untermontageeinrichtungen angebracht sein. Wenn wenigstens das
vorn in der Laseremissionsrichtung positionierte Halbleiterlaserelement
(das Infrarot-Halbleiterlaserelement 31 im Fall nach 5A)
durch ein Halbleiterlaserelement vorgesehen ist, dessen Emissionspunkt
nicht in seiner Mitte positioniert ist, wie in 3A gezeigt
ist, und wenn die optische Achse des hinteren Halbleiterlaserelements
(des Elements 32 eines roten Halbleiterlasers 32 im
Fall nach 5A) unmittelbar außerhalb
einer Seitenoberfläche
des vorderen Halbleiterlaserelements verläuft, dann ist es ferner möglich, den
Abstand zwischen den optischen Achsen der Halbleiterlaserelemente
weiter zu verringern. Durch die Verwendung eines Halbleiterlaserelements,
dessen Emissionspunkt 5 μm
von einer Seitenoberfläche
von ihm entfernt positioniert ist, ist es möglich, L auf L ≈ 5 μm zu setzen.
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Das
emittierte Licht des normalen Halbleiterlaserelements strahlt elliptisch.
Es ist insbesondere bekannt, dass das emittierte Licht in einer
Richtung senkrecht zur aktiven Schicht (siehe 324 nach 3B)
im hohen Maße
streut. Falls das Halbleiterlaserelement so am Kühlkörperblock 2 angebracht
ist, dass sich sein Emissionspunkt in einer anderen Position als
ein Endabschnitt des Kühlkörperblocks 2 befindet,
kann deshalb ein Teil des emittierten Lichts durch den Kühlkörperblock 2 reflektiert
werden, sodass die Richtung, in der sich das Licht bewegt, geändert wird.
In diesem Fall wird die Lichtmenge, die auf die Kondensorlinse einfällt, viel kleiner
als die Ausgabe des Halbleiterlaserelements. Um einen derartigen
Verlust des emittierten Lichts zu verhindern, ist in der in 5B gezeigten
Anordnung der Kühlkörperblock 2 mit
einem Ausschnittabschnitt 10 versehen, der sich in der
Richtung der optischen Achse vor dem Element 32 eines roten
Halbleiterlasers erstreckt, sodass die Bewegung des vom Element 32 eines
roten Halbleiterlasers emittierten Lichts nicht verhindert wird.
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In
den zweiten bis vierten Ausführungsformen
ist die Beschreibung nur für
den Fall gegeben worden, in dem sich die Emissionspunkte der zwei
Halbleiterlaserelemente im gleichen Abstand von der Oberfläche zum
Anbringen eines Halbleiterlaserelements des Kühlkörperblocks befinden. Sie können sich
aber in verschiedenen Abständen
befinden, wie oben in Verbindung mit der ersten Ausführungsform
beschrieben worden ist.
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Insbesondere
erlaubt im Fall der dritten Ausführungsform
die Verwendung der Untermontageeinrichtung nicht nur vorteilhaft,
dass ein Wert von L auf einen möglichen
kürzesten
Abstand verringert wird, indem die Abstände von der Oberfläche zum
Anbringen eines Halbleiterlaserelements des Kühlkörperblocks zu jedem der Emissionspunkte
der Halbleiterlaserelemente gleichgemacht werden, sondern sie erlaubt
außerdem, dass
das Halbleiterlaserelement geprüft
wird, bevor es in die Halbleiterlaservorrichtung eingebaut wird.
Ferner ist es in dem Fall, in dem das Halbleiterlaserelement mit
einem Lötmaterial
am Kühlkörperblock
befestigt wird, in Anbetracht der Kompatibilität mit dem Material des Kühlkörperblocks
notwendig, eine große
Menge eines Weichlotmaterials zu verwenden. Folglich läuft das
Lötmaterial
zwischen dem Halbleiterlaserelement und dem Kühlkörperblock über. Falls der Abstand zwischen
dem Kühlkörperblock
und dem Emissionspunkt in dieser Situation kurz ist, kann ein Problem
auftreten, dass das Lötmaterial
zum Emissionspunkt aufsteigt und den Verlauf des Laserstrahls teilweise
blockiert oder am Halbleiterlaserelement emporsteigt und einen Kurzschluss verursacht.
Ein derartiges Problem kann gelöst
werden, indem das Halbleiterlaserelement durch eine Untermontageeinrichtung
am Kühlkörperblock
angebracht wird, wie in Verbindung mit der dritten Ausführungsform beschrieben
worden ist. Das Halbleiterlaserelement wird außerdem mit einem Lötmaterial
an der Untermontageeinrichtung befestigt. In diesem Fall kann jedoch
infolge des Materials der Untermontageeinrichtung ein Lötmaterial,
das einen linearen Ausdehnungskoeffizienten nahe bei dem des Halbleiterlaserelements
besitzt, nämlich
ein verhältnismäßig hartes
Lötmaterial,
verwendet werden. Deshalb wird das Lötmaterial in einer kleinen
Menge verwendet. Demzufolge besitzt in diesem Fall das Lötmaterial
das Problem des Überlaufs
nicht.
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Wenn
ferner in der vierten Ausführungsform
das Halbleiterlaserelement, das sich auf der Rückseite (auf der Seite der
Montageeinrichtung) befindet, durch eine Untermontageeinrichtung
am Kühlkörperblock
angebracht ist, dann befindet sich der Emissionspunkt dieses Halbleiterlaserelements
ausreichend entfernt von der Oberfläche zum Anbringen eines Halbleiterlaserelements
des Kühlkörperblocks.
Folglich blockiert der Kühlkörperblock
die Bewegung des Laserstrahls nicht. Demzufolge ist es in diesem
Fall überflüssig, den
Kühlkörperblock
mit dem in 5B gezeigten Ausschnittabschnitt
zu versehen.
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Die
obige Beschreibung ist es für
den Fall gegeben worden, in dem das Element eines roten Halbleiterlasers
und das Infrarot-Halbleiterlaserelement verwendet werden. Es ist
jedoch möglich,
andere Halbleiterlaserelemente zu verwenden, z. B. GaN-Halbleiterlaserelemente.
Die GaN-Halbleiterlaserelemente schaffen einen Laserstrahl, der
eine ultraviolette, blaue oder grüne Wellenlänge besitzt. Wenn für die optischen
Platten ein Element eines blauen Halbleiterlasers erforderlich ist,
dann ist es überflüssig zu
sagen, dass die Halbleitervorrichtung der Erfindung z. B. durch
die Kombination des Elements eines blauen Halbleiterlasers und des Elements
eines roten Halbleiterlasers oder durch die Kombination des Infrarot-Halbleiterlaserelements
und des Elements eines blauen Halbleiterlasers konstruiert sein
kann.
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Ferner
kann in einer ähnlichen
Weise eine Halbleiterlaservorrichtung unter Verwendung von drei
Halbleiterlaserelementen hergestellt werden. Das heißt, wenn
der Abstand zwischen einem dritten Halbleiterlaserelement und der
Achse der Kondensorlinse als d3 genommen wird, dann sollten ein
Wert d1 + d3, ein Wert d2 + d3 und ein Wert d1 + d2 160 μm oder kleiner
sein. Wenn außerdem
der Abstand zwischen den optischen Achsen der ersten und dritten
Halbleiterlaserelemente und der Abstand zwischen den optischen Achsen
der zweiten und dritten Halbleiterlaserelemente als L1 bzw. L2 genommen
werden, dann ist es überflüssig zu
sagen, dass L1 und L2 nicht größer als
d1 + d3 bzw. d2 + d3 sein sollten. Die Halbleiterlaservorrichtung,
die die drei Halbleiterlaserelemente verwendet, kann eine Konstruktion übernehmen,
wie sie in 5 nach JP-A-10-335746 durch
diesen Anmelder offenbart ist. In der in 5 nach
JP-A-10-335746 offenbarten Halbleiterlaservorrichtung werden drei
Halbleiterlaserelemente an getrennten Kühlkörpermontageeinrichtungen angebracht
und dann in der richtigen Lage angeordnet. Im Gegensatz werden gemäß der Erfindung
die drei Halbleiterlaserelemente an einem gemeinsamen Kühlkörperblock
angebracht. Die Konstruktion der Erfindung ist in der Genauigkeit
der relativen Position zwischen den zwei Halbleiterlaserelementen
besser als der obige Literaturhinweis des Standes der Technik.
