JPH02230783A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複数レーザビームを出射する半導体レーザ装
置に関する． 〔従来の技術〕 光ディスク等の光応用機器において、マルチビーム半導
体レーザ装置の利用が検討され始めている。複数のレー
ザビームに異なる機能を割り振ることによって，光応用
機優の多機能・高速化を目指している． 従来のマルチビーム半導体レーザ装置は、例えばプロシ
ーデイングス・オブ・インターナショナル・シンポジウ
ム・オン・オプテイ力ル　メモリ；　１９８７年，ジャ
パニーズ　ジャーナル　オブアプライド　フイジイツク
ス，２６巻（１９８７年）サブルメント２　６　−　４
　Ｐｒｏｃ．Ｉｎｔ．Ｓｙｍｐ．ｏｎ　Ｏｐｔｉｃａｌ
Ｍｅｍｏｒｙ，　１９８７，　Ｊａｐａｎｅｓｅ　Ｊｏ
ｕｒｎａｌ　ｏｆ　ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，　
Ｖｏｌ．２６　（１９８７）Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ　２
６−４や１９８８年春季第３５回応用物理学関係連合講
演会講演予稿集，ｐ．Ｅｌ９８，講演番号３　０　ｐ　
−　Ｚ　Ｑ　−　３１Ｃ記載のようなハイブリッド型レ
ーザアレイが知られている．本レーザ装置は一対の半導
体レーザの電極面同士を互いに対向させた構造を特徴と
し、熱干渉を起こさずにビーム間隔を数１０μｍまで近
接させ得る．ビーム間隔は、光応用機能の光学系を小型
化するためにできる限り近接させることが望ましい． ところで、前述の光応用機器ではビーム毎に機能が異な
るので、各ビームの光出力を独立に検出しレーザ各々を
個別に制御しなければならない．しかし上記の装置自身
は光検出機能を持っていないので、装置外部に光検出素
子（受光素子）とこれヘビームを導くための光学系を設
ける必要があり，機器のサイズが大きくなるという問題
があった．光応用機器を小型化するためには、レーザ装
置内部に受光素子を設けることが必須である．レーザ装
置内部に受光素子を配置する方法に関しては、従来のシ
ングルビーム半導体レーザ装置のものが知られている．
例えば特開昭６０−１２７８６号公報に記載のように、
ビーム出射方向に対して受光素子（チップサイズ約１■
角）の受光面（数１００μｍφ）が凡そ垂直になるよう
に配置していた． この方法を上記マルチビーム半導体レーザ装置に適用し
、受光素子を並列に並べた図を第６図に示す．第６図に
おいて、１０１，１０２はレーザ、１０３，１０４はサ
ブマウント．１０５，１０６はマウント，１ｏ７は台座
、１０８，１０９は受光素子１１０，１１１はそれぞれ
受光素子１０８，１０９の受光面である．図から明らか
な様に、この方法では、レーザ１０１，１０２同士のビ
ーム間隔は約１ｍｍまで離れてしまう．したがって、レ
ーザ装置自体と光応用機器の光学系のサイズを小型化で
きないという問題がある．さらに、ビームは数１０’の
拡がり角度で出射するので、レーザ１０１のビームが受
光面１１１に，レーザ１０２のビームが受光面１１０に
入射して、大きなクロストークが生じる問題がある．す
なわち、従来の受光素子配置方法をマルチビーム半導体
レーザ装置に流用しても、各ビーム独立検出はできない
。

レーザ装置内部に受光素子を配置する方法として，新た
に第７図に示すような方法も考えられる。

第７図において、１２０，１２１はレーザ、１２２，１
２３はサブマウント、１２４，１２５はマウント、１２
６は台座．１２７，１２８は受光素子、１２９，１３０
はそれぞれ受光素子１２７，１２８の受光面である．レ
ーザ１２０，１２１と受光素子１２７，　１　２　８が
、それぞれ共通のサブマウント１２２，１２３に積載さ
れている．この方法によれば、ビーム間隔を数１０μｍ
まで近接させ得る。

但し、レーザ１２０のビームが受光面１３０に、レーザ
１２１のビーム受光面１２９に入射るので、依然として
クロストークの問題が残る．第８図は，横軸にビーム間
隔、縦軸にグロストークをとったグラフである．クロス
トークは、受光面に入射する信号光量に対するクロスト
ーク光量をｄＢ表示で相対的に表した．第７図の結果は
、ｂの線に示されている（レーザ１２０，１２１の端面
と受光面１２９，１３０の中心までの距離はそれぞれ５
００μｍ．レーザ１２０，１２１の電極面と受光面１２
９，１３０の段差は１００μｍである）．この結果から
解るように、例えばビーム間隔５０μｍの場合クロスト
ークが−３．４ｄＢもあり，実用上支障がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来のマルチビーム半導体レーザ装置は、光検出機
能について配慮されていない．また、該装置に従来の光
検出技術を適用しても、同一受光素子に複数ビームが入
射するので、クロストークが大きくビーム各々の独立検
出ができないという問題があった． 本発明の目的は、ビーム各々を独立に検出する機能を備
えたマルチビーム半導体レーザ装置を提供し、さらに該
装置の小型化を図ることにある．〔課題を解決するため
の手段〕 本発明は上記目的を達成するために、上記従来の一対の
レーザから出射される２つのビームを一対の光導波路に
それぞれ入射させ，光軸に対して斜めに加工された前記
光導波路の光出射端面によって反射された２つのビーム
を一対の受光素子にそれぞれ入射させたものである． 〔作用〕 上記一対のレーザから出射される２つのビームは、それ
ぞれ別々の光路を通って別個の受光素子に到達するので
、独立に検出される．各ビームは光導波路によって閉じ
込められているので、角度拡がりは生じず受光素子間の
クロストークが防止される．また、上記斜め加工面によ
り光路が方向変換されているので、受光素子同士の受光
面を対向させるような形で配置することが可能であり，
受光素子を並列に並べた場合に比べてレーザ装置が小型
化され得る． 〔実施例〕 以下、本発明の実施例を図面と共に説明する．第１図は
本発明の第１実施例を示す全体斜視図、第２図は第１実
施例の部分拡大図である．まず、全体の構成について述
べる． 第１図及び第２図において、一対の半導体レーザチップ
１，２は、電極面同士が相対向するように配置されてい
る．さらに、レーザ１，２はそれぞれサブマウント３，
・４を介して、空間を隔てて向い合う２つのマウント５
，６上に分離して積載されている．マウント５，６は台
座↓２に固定され、台座１２は板に溶接されている．板
２２の穴２０．２１はねじ止め用である．キャップ８は
板２２に溶接されており，窓７からレーザ１，２の２本
のビームが出射する．電極ピン１３はレーザ１駆動用，
１４はレーザ１の光検出用、１７はレーザ２駆動用、１
６はレーザ２の光検出用、１５はアースピンである．１
８．１９は、板２２とピン１３，１４を電気的に絶縁す
るための封止ガラマウント５側（レーザ１側）とマウン
ト６側（レーザ２側）はほぼ同様の構造と部品構成にな
っており（マウント６側は陰になって見えないが）、互
いに対を成して向き合っている．第２図にはマウント５
側だけを拡大して示した．レーザ１のビームは，活性層
３１から上方と下方に出射される。

下方に出射されたビームは、面３２から光導波路９に入
射し、斜め加工面３３で反射されて、受光素子１１の受
光面３５に入射する．光導波路９は接着射３４によって
サブマウント１０固定され、１０はマウント５に固定さ
れている． 次に、各部品の詳細を述べる．本第１実施例を例えば光
ディスク装置に用いる場合は、レーザ１に発振波長７８
０ｎｍの低雑音再生用レーザ、レーザ２に発振波長８３
０ｎｍの高出力書込用レーザを採用した．レーザチップ
のサイズは、数１００μｍ角、厚さ約１００μｍである
．サブマウント３．４は電気絶縁性・高熱伝導性ＳｉＣ
セラミックス（厚さ２００μｍ）から成り、その表面に
は電極配線用のＡ　ｕ　／　Ｐ　ｔ　／　Ｔ　ｉメタラ
イズバターン３６，３７が形成されている．レーザの上
部電極はワイヤ３８とパターン３６、ワイヤ３９を介し
てピン１８に接続され、下部電極はパターン３７とワイ
ヤ４０を介してマウント５にアースされている．ワイヤ
は全てＡｕ線を用いた．光導波路９は、光透過率が良い
ガラス材料、例えば石英ガラスを用いた．作成法は、ま
ずガラス板に垂直面加工と斜め面加工（それぞれ面３２
と３３に対応）を行ない、これを所望の大きさに切り出
す．第１実施例で使用した光導波路９のサイズは、幅２
００μｍ．厚さ１００μ、長さ１．３５ｍ、斜め加工の
角度４５゜とした．なお，レーザ１への面３２の反射戻
り光を低減するために、面３２に無反射コーティングを
施した．レーザ１と面３２の距離は５０μｍにとった．
サブマウント１０は，厚さ２００μｍのＳｉウェハを切
り出して作成した．受光素子１１はＰＩＮ型ホトダイオ
ード、受光面３５のサイズは３００μｍφである．受光
素子の上部電極はワイヤ４１によってビン１４に接続さ
れ、下部電極はマウント５にアースされてぃる． マウント５，６は、熱伝導率の良いＣｕから成る．マウ
ント５，６の表面はサブマウント３，４や光検出素子１
１等を半田付けする際の濡れ性を良くするためＡ　ｕ　
／　Ｎ　ｉメッキが施されている．マウント５，６は、
レーザ１と２の発光点の位置を相対的に位置合わした後
に台座１２に半田によって固定される．半田の疲労を低
減するために台座１２はマウント５，６と同じ＜Ｃｕか
ら成り、表面はメッキされている．台座１２の形が階段
状になっているのは（第１図参照）．３９．４１等のワ
イヤ付け作業を行ないやすくするためである。

本第１実施例によれば、一対の半導体レーザチップから
出射される２つのビームは、それぞれ別別の光導波路よ
って導かれ、一対の受光素子によって検出される．すな
わち、２つのビームを独立に検出できる効果がある．光
導波路の入射面のサイズは、ビーム間クロストークが許
容範囲内に抑えられる程度に小さく、各ビームとの光結
合効率が十分得られる程度に大きい．光結合効率は、レ
ーザチップに対して光導波路（サブマウント）の位置を
調節することで所望の値が得られる．また，斜め加工面
によって光路が方向変換されているので、受光素子を対
向するように配置でき小型集積化が可能になった．さら
にハイブリッド型構造であるので、レーザチップ及び受
光素子の組み合わせを任意に選べ、レーザや受光素子，
光導波路間の相対的な位置関係を必要に応じて簡単に変
更できる利点がある． 本第１実施例の効果を、第８図のグラフに示す．第８図
において、横軸はビーム間隔，縦軸はクロストークであ
る．本第１実施例の結果をａの線に示した．図から，本
第１実施例よれば、ビーム間隔を５０μｍ以下に狭めて
も尚−２０ｄＢ以下にクロストークが抑えられており、
実用上まったく問題はなく各ビームの独立検出が行なえ
る．前述の第７図の技術の結果（ｂの線）と比較すれば
、本第１実施例の効果は明らか゛である．上記第１実施
例では、レーザチップと光導波路のサブマウントが異な
っていた． 以下、第２実施例では共通のサブマウントを用いた場合
について説明する．第３図は第２実施例の部分拡出図で
ある．全体的な構成は第１図の第１実施例の同様である
ので省略する． ５０はレーザ１と光導波路９、受光素子１１共通のサブ
マウントである．ＳｉＣセラミックスから成る．受光素
子１１の部分には段差が設けられている．表面には部分
的にＡ　ｕ　／　Ｐ　ｔ　／　Ｔ　ｉメタライズ（５１
，５２．５３）が施されている．レーザ１の上部電極は
ワイヤ５４，パターン５１，ワイヤ５５を介して電極ピ
ンに接続され、下部電極はパターン５２とワイン５６に
とってマウント５にアースされている．受光素子１１の
上部電極はワイヤ５８によって電極ビンに，下部電極は
パターン５３とワイヤ５７を介してマウント５にアース
される．光導波路９は、表面に部分的にＡｕ／　Ｎ　ｉ
　／　Ｔ　ｉメタライズ５９が施され、半田６ｏによっ
てサブマウント５０に固定されている。パターン５２は
、電極配線と半田付けの両方の役割を兼ねている． レーザ１側と２側は対称的な構造になっているので、２
側については説明を省略した．本第２実施例によれば、
サブマウント５０の上にレーザ１，受光素子１１，光導
波路９を予め組み立てておき、後からサブマウント５０
をマウント５に固定すればよい．第１実施例が各素子を
マウント５の上に順次組み立てて行かねばならなかった
のに比べて、作業性が向上する効果がある．また、レー
ザ１や受光素子１１の極性が変更した場合であっても，
サブマウント５０上のメタライズパターンとワイヤ付け
を若干変えることにより対応可能である（第１実施例で
は受光素子１１の下部電極の極性がアースに固定されて
いた）．第１実施例では接看剤３４によって先導波路９
を固定していたが、第２実施例では光導波路９も半田固
定されているので耐熱特性が良く、信頼性が向上する効
果がある． 第４図は、本発明の第３の実施例の側面図である，全体
的な構成は第１図に準ずる．マウント５側と６側は対称
的なので、５側のみ示した．本第３実施例では、レーザ
１と光導波路７０の光結台効率を高めるために，光導波
路７０の入射面にレンズ７１を形成させた．レーザ１か
ら出射したビームは、レンズ７１で集光され，面７２で
反射されて（図中矢印）受光素子に入射する．本第４実
・施例によれば、レーザビームを高感度で独立に検出で
きる効果がある． 第５図は、本発明の第４実施例の側面図である．全体的
な構成は第１図に準ずる．マウント５側と６側は対称的
なので、５側だけを示す．本第４実施例では、光導波路
７３を伝搬するビームの受光素子１１への入射効率を高
めるために、面７４を曲面形状にして、反射光を受光素
子１１の受光面へ集光させた（図中矢印）．本第５実施
例によれば、レーザビームの受光効率が向上する効果が
ある． 以上、本発明を図面を用いて説明した．本発明の要件は
，一対の半導体レーザチップから出射される２つのレー
ザ光を一対の光導波路に入射させ、光軸に対して斜めに
加工された前記光導波路の光出射端面によって反射され
た２つのレーザ光を一対の受光素子によって検出したこ
とにある．したがって、本発明はレーザチップ，受光素
子，光導波路の特性，タイプや装置の各構成部品の材料
，サイズ等によって制限されるものではない．光導波路
として、実施例中ではガラス角材を用いたが，ファイバ
やチャンネル型光導波路を採用することも可能である．
レーザチップ，受光素子，光導波路をモノリシックに集
・積化したちのもを互いに対向させて配置するような構
成も採り得る。また、実施例では一対のレーザチチップ
を示したが、更に複数対のチップがある場合でも、本発
明の効果は明らかである．なお、本発明の半導体レーザ
装置により、例えば光ディスク装置，レーザビームプリ
ンタ，光計測センサ等の光応用機器において各レーザチ
ップの独立制御を行ない，多機能・高速化を実現するこ
とができた． 〔発明の効果〕 本発明の半導体レーザ装置によれば、複数のレーザービ
ームを独立に検出することが可能になるので、各レーザ
の独立制御が行なえる．これにより、本装置を用いた光
応用機器の多機能化を簡便に実現できる効果がある．ま
た、本装置は機能が付加されたにも関わらず小型である
ので、光応用機器自体も小型化され得る効果がある．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の全体斜視図、第２図は
第１実施例の部分拡大斜視図、第３図は第２実施例の部
分拡大斜視図、第４図は第３実施例の部分側面図，第５
図は第４実施例の部分側面図、第６図及び第７図のいず
れも従来の光検出技術を示す図、第８図はビーム間隔と
クロストークの関係を示すグラフ図である． １，２・・・レーザ、３，４・・・サブマウント，５，
６・・・マウント、９・・・光導波路、１１・・・受光
素子、１２・・・台座、３２．３３・・・面．７．２ ３，４ ５・６ ？ レーサ プブマウ′／ト マフント 先４液浴 台座 ７０　　尤導液み ７１　　Ｌ　−／　ｘ− サブマウント ／０３．　１０９．　／２７．　／２７３史先粂多

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも一対の半導体レーザチップの電極面同士
   が相対向するように配置された半導体レーザ装置におい
   て、該一対の半導体レーザチップから出射した２つのレ
   ーザ光が一対の光導波路に入射し、且つ光軸に対して斜
   めに加工された前記一対の光導波路の光出射端面で反射
   したのち、一対の受光素子によつて検出されることを特
   徴とする半導体レーザ装置。 ２、請求項１記載の半導体レーザ装置において、上記一
   対の半導体レーザチップが空間を隔てて向い合う２つの
   マウントにそれぞれ分離して積載され、上記一対の光導
   波路及び上記一対の受光素子がそれぞれに対応する半導
   体レーザチップと同じ該マウント上に積載されているこ
   とを特徴とする半導体レーザ装置。 ３、請求項１または２記載の半導体レーザ装置において
   、上記一対の半導体レーザチップが端面発光型、上記一
   対の受光素子が面受光型から成り、該一対の半導体レー
   ザチップの光軸がこれに対応する上記一対の光導波路の
   光軸とほぼ平行かつ一致し、前記一対の受光素子の光軸
   とほぼ直交していることを特徴とする半導体レーザ装置
   。 ４、請求項２または３記載の半導体レーザ装置において
   、上記半導体レーザチップ、上記光導波路または上記受
   光素子を電気絶縁材料から成るサブマウント介してマウ
   ント上に積載し、該サブマウント表面にメタライズパタ
   ーンを形成したことを特徴とする半導体レーザ装置。 ５、請求項２から４のいずれかに記載の半導体レーザ装
   置において、上記光導波路として、レーザ光の入射面及
   び出射面以外の側面の一部にメタライズを施したことを
   特徴とする半導体レーザ装置。 ６、請求項１記載の半導体レーザ装置において、上記光
   導波路のレーザ入射面にレンズを形成したことを特徴と
   する半導体レーザ装置。 ７、請求項１記載の半導体レーザ装置において、上記光
   導波路の斜め加工面を曲面形状としたことを特徴とする
   半導体レーザ装置。 ８、請求項１記載の半導体レーザ装置を用い前記一対の
   半導体レーザチップの２つのレーザ光を独立に検出し、
   該レーザ光の出力を個別に制御したことを特徴とする光
   応用機器。