JP2000223791A - 半導体レーザ装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体レーザ装置およびその製造方法

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JP2000223791A JP11027174A JP2717499A JP2000223791A JP 2000223791 A JP2000223791 A JP 2000223791A JP 11027174 A JP11027174 A JP 11027174A JP 2717499 A JP2717499 A JP 2717499A JP 2000223791 A JP2000223791 A JP 2000223791A
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武弘 塩本
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 １つの光ピックアップから２種類の波長の光
を発射することを可能にし、これによって、省スペース
で光学系の設計も簡単としつつ、２種類の光ディスクに
対する読取および書込を可能とする。 【解決手段】 発光波長および温度依存性の異なる２つ
の半導体レーザ素子30、40をステム11上に積層した半導
体レーザ装置。２つのレーザ素子のうち温度依存性が大
きい方30をステム側に配置し、その上に温度依存性の小
さい方40を積層している。両レーザチップ間の各発光点
の間隔は、160マイクロメートル以下であることが好ま
しい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ装置
に関する。さらに詳しくは、複数種類の光ディスクに対
して読取りや書込みを行う機器に使用する光ピックアッ
プの構成部品として、好適な半導体レーザ装置およびそ
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】光デ
ィスクの読取り光源や書込み光源として、半導体レーザ
を利用して光を放射する光ピックアップが利用されてい
るが、半導体レーザの波長は、光ディスクの種類によっ
てその最適値が異なる。従来から知られているＣＤでは
800nm以下の波長、ＣＤ-Ｒでは780nm近傍の波長、ＤＶ
Ｄでは650nmの波長が最適である。
【０００３】したがって、ＣＤやＤＶＤなど複数種類の
ディスクに対応できる機器においては、複数の光ピック
アップを搭載し、各ディスクに応じて光ピックアップを
切り換えて使用している。この例を図１に示した。
【０００４】図１の例では、互いに異なる波長の光を発
する２つの光ピックアップ１、２を設け、これらを光デ
ィスクの種類に応じて切り換えている。各光ピックアッ
プと対物レンズとの間にはハーフミラーを含んだ光学系
が配置されており、これにより、いずれの光ピックアッ
プから出た光も対物レンズを通して光ディスクに到達す
ることができる。光ディスクから反射した光は、各光ピ
ックアップ内に設けた不図示のフォトセンサで読み取ら
れる。
【０００５】上記従来例においては、個別の光ピックア
ップを２つ配置しているため、占有スペースが大きくな
り、しかも、各光ピックアップからの光をそれぞれ光デ
ィスクに到達させる必要があるため、光学系の設計も複
雑になってしまう。
【０００６】
【課題を解決するための手段・作用・効果】本発明は、上
記従来技術の問題を有効に解決すべく創案されたもので
あって、波長の異なる光を発射することができる光ピッ
クアップの製造を可能にするものである。本発明によ
り、以下の特徴を備えた半導体レーザ装置が提供され
る。
【０００７】本発明の半導体レーザ装置は、発光波長お
よび温度依存性の異なる２つの半導体レーザ素子をステ
ム上に積層してなる。そして、２つのレーザ素子のうち
温度依存性が大きい方をステム側に配置し、その上に温
度依存性の小さい方を積層している。半導体レーザ素子
は、ステム上に直接配置してもよいし、絶縁性のサブマ
ウントを介してステム上に配置してもよい。いずれを採
用するかは、配線の都合等を考慮して定めればよい。
【０００８】上記構成を有する半導体レーザ装置では、
積層された２つのレーザ素子から異なる波長の光を選択
的に発射できるので、これを用いて光ピックアップを構
成すれば、１つのピックアップから２種類の光を選択的
に発射できることとなる。したがって、機器の大型化を
招くことなく２種類の光ディスクに対応することができ
る。
【０００９】本発明の半導体レーザ装置において、温度
依存性が大きい方のレーザ素子をステム側に配置してい
るのは、次のような理由による。すなわち、レーザ素子
からの熱はステムを通して外部に放熱されるため、ステ
ムに近いレーザ素子からの発熱は逃がし易いが、レーザ
素子の上に積層されたレーザ素子からの発熱は逃がしに
くい。したがって、上方に積層されるレーザ素子ほど温
度の影響を受け難いものを採用することが好ましく、逆
にステムに近い側のレーザ素子は比較的温度依存性が高
いものであっても不都合は生じないからである。
【００１０】本発明において、各レーザ素子からの光の
波長としては、一例として、温度依存性の大きい方の上
記半導体レーザ素子の発光波長を640〜660nmの範囲内に
設定し、温度依存性の小さい方の上記半導体レーザ素子
の発光波長を770〜800nmの範囲内に設定することが考え
られる。この場合、一方のレーザ素子(波長640〜660nm
の範囲内に設定された方)によってＤＶＤに、他方のレ
ーザ素子(波長770〜800nmの範囲内に設定された方)によ
ってＣＤまたはＣＤ-Ｒに、それぞれ対応することがで
きる。
【００１１】本発明の半導体レーザ装置においては、温
度依存性が大きい方のレーザ素子の上に、温度依存性の
小さい方のレーザ素子が積層されているが、上方に積層
されるレーザ素子は、その下側のレーザ素子の少なくと
も一部を露出させた状態で、当該レーザ素子の上に積層
されていることが好ましい。このような構成を採用する
ことによって、下側のレーザ素子の上表面に設けた共通
電極に対する配線作業を簡単に行うことができる。
【００１２】本発明の半導体レーザ装置においては、互
いに積層される２つの半導体レーザ素子は、互いのＰ層
同士またはＮ層同士を隣接させた状態で積層されている
ことが好ましい。このような構成を採用することによっ
て、両レーザ素子間に配置される共通電極をアノードコ
モン型またはカソードコモン型として構成することがで
き、駆動回路の単純化が可能となる。
【００１３】本発明の半導体レーザ装置においては、２
つのレーザ素子が積層されるのであるが、各レーザ素子
の発光点からの光を１つのコリメートレンズに入光させ
て良好なコリメート光を得るためには、両発光点の間隔
ができるだけ小さい方がよい。具体的にはその間隔が16
0マイクロメートル以下であることが好ましい。
【００１４】これを達成するための具体的な手法として
は、「両レーザ素子の全高をともに160マイクロメート
ル以下とし、かつ、その高さ方向の中央に発光点を設け
ること」が考えられる。また、「両レーザ素子の全高を
ともに80マイクロメートル以下」としてもよい。この場
合には、両レーザ素子の合計の全高が160マイクロメー
トル以下となるので、発光点の形成位置とは無関係に、
両発光点の間隔も当然に160マイクロメートル以下とな
る。
【００１５】本発明においては、発光波長および温度依
存性の異なる３つ以上の半導体レーザ素子をステム上に
積層することも可能である。その場合には、ステムから
遠い位置にあるレーザ素子ほどその温度依存性が小さく
なる順序で、各レーザ素子を積層する。
【００１６】上記半導体レーザ装置の製造においては、
ステムまたはサブマウントとレーザ素子とを、また、レ
ーザ素子同士を、それぞれ互いに接合することが必要と
なるが、この接合は導電性樹脂を使用する他、ろう材を
使用して行うこともできる。ろう材を使用する場合、各
接合箇所に使用する各ろう材の融点を次に説明するよう
に互いに異ならせることが好ましい。すなわち、接合作
業が後になる接合箇所に使用するものほど融点が低くな
るようにし、言い替えると、最初の接合作業に使用する
ろう材として融点の最も高いものを選択し、接合作業が
後になるほど、融点の低いろう材を使用する。ろう材の
融点をこのように選択すると、後の接合作業において、
先に接合を完了した部分のろう材が溶けてしまうという
不都合を効果的に解消することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を添付の図面を
参照して以下に説明する。図２は、本発明の一実施形態
に係る半導体レーザ装置10を示す斜視図である。半導体
レーザ装置10は、金属製の円板状ステム11上に後述する
半導体レーザ素子30、40を備えており、これらの半導体
レーザ素子を不図示のケースで覆って気密性を維持して
いる。半導体レーザ装置10は、図１の従来例における光
ピックアップ内の半導体レーザ１、２に対応するもので
あって、上記ケースに設けたガラス窓から出たレーザ光
がコリメートレンズ等を含む所定の光学系を通過して光
ディスクへと向かう。また、ステム11上には、光ディス
クからの反射光を受光するフォトダイオード50が配置さ
れており、当該フォトダイオードからの配線51がフォト
ダイオード端子52へと延びている。
【００１８】図２に示したように、円板状ステム11の中
央からやや下方の位置には、角柱状の支持部12を突出形
成している。この支持部12は、ステム10と一体形成され
た金属部材であって、実質的にはステム10の一部と考え
られる。そして、当然にステムと導通している。支持部
12の表面には、肉厚板状で絶縁性のサブマウント20が載
置されており、このサブマウント20は上表面に電極層25
を有しており、その上に２つのレーザチップ(半導体レ
ーザ素子)30、40が積層状態で配置されている。図３は
サブマウント20およびレーザチップ30、40を拡大して示
す正面図であり、図４は、その側面図である。
【００１９】サブマウント20上表面の電極層25の上には
第１のレーザチップ30が配置されており、さらにその上
には電極層35を介して第２のレーザチップ40が積層配置
されている。さらに、レーザーチップの上表面にも電極
層45が形成されている。各レーザチップは、それ自体は
公知のものであって、Ｐ層とＮ層との間に設けた活性層
において光を増幅し、これをレーザ光として発射するも
のである。図３の拡大正面図には、各レーザチップの発
光点31および41を示している。
【００２０】図２に示したように、先端に溶接板13ａ、
14ａを有するアーム状のレーザ端子13、14がステム表面
から２本突出形成されている。各端子13、14は、ガラス
等を用いてステムから絶縁されている。金線26は電極層
25と溶接板14ａ(端子14)とを導通し、金線46は第２レー
ザチップ40と溶接板13ａ(端子13)とを導通している。ま
た、金線36が両レーザチップ30、40間の電極層35と支持
部12とを導通しているが、前述のように支持部12はステ
ム11と導通しているので、結局は、金線36および支持部
12によって、チップ間電極層35とステム11とが導通され
ることとなる。
【００２１】図２および図４から分かるように、積層さ
れた２つのレーザチップのうち、下方側に位置する第１
レーザチップ30は、その上側に位置する第２レーザチッ
プ40よりも広い面積で電極層25の上に延在している。こ
の結果、下側の第１レーザチップ30の少なくとも一部が
上方に露出し、両チップ間に設けた共通電極35への金線
36の溶接作業を容易に行うことができる。
【００２２】サブマウント20の上に第１および第２のレ
ーザチップを積層しているが、両チップの温度依存性を
比較した場合に、下方側に位置する第１レーザチップ30
の温度依存性よりも上方に配置される第２レーザチップ
40のそれが低くなるように、各レーザチップを選択して
いる。換言すると、ステムから遠い方のレーザチップの
方がその温度依存性が小さくなることとしている。
【００２３】各レーザチップからの熱はサブマウント20
を通してステム側へと放熱されるので、ステムに近い第
１レーザチップ30からの発熱は逃がし易いが、ステムか
ら遠い第２レーザチップ40からの発熱は逃がしにくい。
したがって、第２レーザチップ40は、第１レーザチップ
30よりも温度の影響を受けにくい、すなわち、温度依存
性の小さいものを使用することが好ましい。
【００２４】本発明においては、ＣＤ、ＣＤ-Ｒ、ＤＶ
Ｄ等に対応するために、各レーザチップからの発光波長
は、一方のチップについては640〜660nmの範囲内のいず
れかに、他方のチップについては770〜800nmの範囲内の
いずれかに、設定される。そのようなチップについての
温度依存性を図５および図６を参照して考察する。
【００２５】図５は、波長636nmの赤色光を発するレー
ザチップにおける電流と出力値との関係を温度をパラメ
ータとして示したものである。同様に図６は、波長785n
mの赤外線を発するレーザチップにおける電流と出力値
との関係を温度をパラメータとして示したものである。
これらのグラフを比較すると、赤外線を発するレーザチ
ップは、赤色光を発するレーザチップよりも温度依存性
が低いことが分かる。
【００２６】したがって、本発明においても、640〜660
nmの赤色光を発するチップを第１レーザチップ30として
下方側に配置し、770〜800nmの赤外線を発するチップを
第２レーザチップ40として上方に配置している。
【００２７】図７は、上述の半導体レーザ装置10におけ
る電気配線を模式的に示すものである。図７(ａ)、
(ｂ)、(ｃ)は、それぞれ、積層される各レーザチップの
Ｐ層およびＮ層の配列を変更した変形例を示している。
図２に示したステム11の裏側からは、ステム11に直接溶
接したリード37と、ステムから絶縁された端子13、14に
直接溶接したリード47、27とが延びており、不図示の制
御回路に通電している。図７から分かるように、各リー
ド間の電位差を制御することによって、レーザチップ30
または40から選択的にレーザ光を発射することができ
る。
【００２８】図７(ａ)のように両チップのＰ層とＮ層と
を隣接させた場合には、いずれのレーザチップから光を
取り出すのかによって、リード37がアノードになったり
カソードになったりする。これに対して、図７(ｂ)およ
び(ｃ)のように両チップのＰ層同士またはＮ層同士を隣
接させた場合には、リード37の端子極性をアノードコモ
ンまたはカソードコモンとすることができる。この場合
には駆動回路を単純化することができるので、図７(ａ)
の構成よりも有利であるといえる。
【００２９】以上に説明した半導体レーザ装置を製造す
る際には、少なくとも「支持部12とサブマウント20との
接合」、「サブマウント20と第１レーザチップ30との接
合」、「第１レーザチップ30と第２レーザチップ40との
接合」の３ヵ所において接合作業が必要となる。この接
合作業をろう材を用いて行う場合には、それぞれ融点の
異なる３種類のろう材を使用することが好ましい。そし
て、最初の接合作業においては最も融点の高いろう材を
使用し、順次融点の低いものを使用していく。このよう
にすると、接合作業中に先に溶接した部分が解けてしま
うという不都合は生じない。このような融点の異なる３
種類のろう材の組み合わせの例としては、融点の低い順
番に、「金シリコン合金」、「金すず合金」、「鉛すず
合金」が考えられる。また、「金すず合金」、「鉛すず
合金」、「インジウム(または銀ペースト)」であっても
よい。以上のように、ろう材の融点を異ならせることが
好ましいが、同一のろう材をすべての接合箇所に使用す
ることも勿論可能である。また、接合は導電性樹脂を使
用して行うこともできる。
【００３０】図示の例では、両チップ間に設けた共通電
極35をステム11に導通しているため、第１レーザチップ
30の下方に絶縁性のサブマウント20を設けているが、第
１レーザチップ30の下面側に配置する電極25をステム11
に導通させる構成を採用すれば、サブマウント20を省略
してステム11上(厳密には、支持部12の上であるが、こ
の支持部12は、上述のようにステム11の一部と考えられ
る。)に直接第１レーザチップ30を配置することができ
る。この場合には、当然にサブマウント20の接合作業も
不要となる。
【００３１】第１レーザチップ30および第２レーザチッ
プ40は積層配置されているので、当然ではあるが、各チ
ップの発光点31および41はコリメートレンズの光軸方向
に対して並列配置されることとなる。したがって、各発
光点からの光を１つのコリメートレンズに入光させて良
好なコリメート光を得るためには、両発光点の間隔がで
きるだけ小さい方がよく、160マイクロメートル以下で
あることが理想的である。
【００３２】このためには、両レーザチップ30および40
の全高をともに80マイクロメートル以下とすることが考
えられる。この場合、両レーザ素子の合計の全高が160
マイクロメートル以下となるので、図３に示したよう
に、各発光点31、41の形成位置が各チップの高さ方向の
中央に位置していなくても、両発光点の間隔は160マイ
クロメートル以下となる。また、両チップの各発光点を
チップの高さ方向の丁度中央位置に形成する場合には、
各レーザチップの全高をそれぞれ160マイクロメートル
以下とすればよい。
【００３３】以上に説明した本発明の実施形態において
は、積層されるレーザチップの数は２つであるが、同様
の考え方に基づいて、３つ以上のレーザチップを積層配
置することも勿論可能である。そして、積層するレーザ
チップの数に等しい種類の光ディスクに対して、読取お
よび書込を行うことが可能になる。その場合にも、ステ
ム側から遠い位置にあるレーザチップほど、その温度依
存性が小さくなるように積層順序を選択することが望ま
しい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 複数のピックアップを使用して光ディスクの
読取や書込を行う従来例を示す概略説明図である。
【図２】 本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置
を説明する斜視図である。
【図３】 図２中に示される積層された２つのレーザチ
ップを説明する拡大正面図である。
【図４】 図３の側面図である。
【図５】 赤色光を発するレーザチップの温度依存性を
説明するグラフである。
【図６】 赤外線を発するレーザチップの温度依存性を
説明するグラフである。
【図７】 図２の半導体レーザ装置における各レーザチ
ップの積層状態のバリエーションを例示する側面図であ
る。
【符号の説明】
10 半導体レーザ装置 11 ステム 12 支持部 13、14 レーザ端子 13ａ、14ａ 溶接板 20 サブマウント 25、35、45 電極層 26、36、46 金線 27、37、47 リード端子 30、40 レーザチップ 31、41 発光点 50 フォトダイオード

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 発光波長および温度依存性の異なる２つ
    の半導体レーザ素子(30、40)をステム(11)上に積層した
    半導体レーザ装置であって、 上記２つのレーザ素子のうち温度依存性が大きい方(30)
    をステム側に配置し、その上に温度依存性の小さい方(4
    0)を積層したことを特徴とする、半導体レーザ装置。
  2. 【請求項２】 温度依存性の大きい方の上記半導体レー
    ザ素子(30)の発光波長が640〜660nmの範囲内に設定し、
    温度依存性の小さい方の上記半導体レーザ素子(40)の発
    光波長が770〜800nmの範囲内に設定したことを特徴とす
    る、請求項１記載の半導体レーザ装置。
  3. 【請求項３】 温度依存性の小さい方の上記半導体レー
    ザ素子(40)は、温度依存性の大きい方の半導体レーザ素
    子(30)の少なくとも一部を露出させた状態で、当該レー
    ザ素子(30)の上に積層されていることを特徴とする、請
    求項１または２記載の半導体レーザ装置。
  4. 【請求項４】 上記２つの半導体レーザ素子が互いのＰ
    層同士またはＮ層同士を隣接させて積層されていること
    を特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載の半
    導体レーザ装置。
  5. 【請求項５】 上記２つの半導体レーザ素子の各発光点
    の間隔を160マイクロメートル以下としたことを特徴と
    する、請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体レー
    ザ装置。
  6. 【請求項６】 発光波長および温度依存性の異なる複数
    の半導体レーザ素子をステム上に積層した半導体レーザ
    装置であって、 ステムから遠い位置にあるレーザ素子ほどその温度依存
    性が小さくなる順序で、各レーザ素子を積層したことを
    特徴とする、半導体レーザ装置。
  7. 【請求項７】 請求項１〜５のいずれか１つに記載され
    た半導体レーザ装置を製造する方法であって、 各半導体レーザ素子の接合を、ろう材を用いて行い、 各接合箇所に使用するろう材を、接合作業が後になる接
    合箇所に使用するものほど融点が低くなるように選択し
    たことを特徴とする、半導体レーザ装置の製造方法。
JP11027174A 1999-02-04 1999-02-04 半導体レーザ装置およびその製造方法 Pending JP2000223791A (ja)

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