(57)【要約】【課題】  不要輻射を低減可能とし、半導体レーザ素子の寿命が短くなったり素子が破壊してしまうことを抑制可能とする光集積デバイス及びこれを備えた光ピックアップ装置を提供する。【解決手段】  光集積デバイス１０は、金属プレート１４、金属プレート１４上に固定されレーザ光Ｌａを出射する半導体レーザ素子１６、金属プレート１４上に固定され半導体レーザ素子１６から出射されたレーザ光Ｌａを記録媒体Ｄに向けて反射するミラー部１７、ミラー部１７で反射したレーザ光Ｌａを透過し記録媒体Ｄで反射した戻り光Ｌｂを所定の方向に偏向するホログラム素子１２、金属プレート１４上に固定され所定の方向に偏向された戻り光Ｌｂを受光する受光素子１９、及び金属プレート１４上に固定され半導体レーザ素子１６に高周波電流を供給する高周波重畳回路素子２０、を備える。【選択図】図２
2011028819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属プレートと、
前記金属プレート上に固定されてレーザ光を出射する半導体レーザ素子と、
前記金属プレート上に固定されて前記半導体レーザ素子から出射された前記レーザ光を記録媒体に向けて反射するミラー部と、
前記ミラー部で反射した前記レーザ光を透過し、前記記録媒体で反射した戻り光を所定の方向に偏向するホログラム素子と、
前記金属プレート上に固定されて前記所定の方向に偏向された前記戻り光を受光する受光素子と、
前記金属プレート上に固定されて前記半導体レーザ素子に高周波電流を供給する高周波重畳回路素子と、
を備えていることを特徴とする光集積デバイス。
【請求項２】
前記高周波重畳回路素子は、
高周波電流を発振する発振回路と、
前記発振回路で発振された前記高周波電流を通過させ、前記高周波電流よりも周波数の高い高調波成分を除去するハイカットフィルタ回路と、
前記ハイカットフィルタ回路を通過した前記高周波電流を出力電流として前記半導体レーザ素子に出力する出力回路と、
前記出力電流を制御する電流制御信号を前記出力回路に出力する基準電流発生回路と、
を備えていることを特徴とする請求項１記載の光集積デバイス。
【請求項３】
前記発振回路で発振した前記高周波電流の周波数を低くする分周回路をさらに備え、
前記分周回路は、前記低くなされた周波数を検出するための出力パッド、及び前記分周回路を外部から制御するための入力パッドを備えていることを特徴とする請求項２記載の光集積デバイス。
【請求項４】
前記出力回路と前記半導体レーザ素子とを接続し、前記出力回路から前記出力電流が出力されているときには前記出力電流を前記半導体レーザ素子に出力し、前記出力回路から前記出力電流が出力されていないときには、前記出力回路の出力側を接地する保護回路をさらに備えていることを特徴とする請求項２記載の光集積デバイス。
【請求項５】
前記高周波重畳回路素子は、
高周波電流を発振する発振回路と、
前記発振回路で発振された前記高周波電流の周波数を低くする分周回路と、
前記分周回路で前記周波数を低くなされた高周波電流を通過させ、前記低くなされた周波数よりも高い周波数を有する高調波成分を除去するハイカットフィルタ回路と、
前記ハイカットフィルタ回路を通過した高周波電流を出力電流として前記半導体レーザ素子に出力する出力回路と、
前記出力電流を制御する電流制御信号を前記出力回路に出力する基準電流発生回路と、
を備えていることを特徴とする請求項１記載の光集積デバイス。
【請求項６】
前記半導体レーザ素子は、
第１導電型の半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された第１導電型の第１のクラッド層と、
前記第１のクラッド層上に形成された活性層と、
前記活性層上に形成された第２導電型の第２のクラッド層と、
前記第２のクラッド層上の所定の領域に形成された第２導電型のリッジと、
前記第２のクラッド層上の前記所定の領域とは異なる領域に順次形成された第１導電型の第１の電流狭窄層及び第２の電流狭窄層と、
を備え、
前記第１の電流狭窄層は、前記第２の電流狭窄層よりもキャリア濃度が低いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光集積デバイス。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の光集積デバイスと、
前記光集積デバイスを保持するベース部と、
前記光集積デバイスから出射されたレーザ光を前記記録媒体の記録面に合焦させるレンズと、
を備えていることを特徴とする光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスク等の記録媒体に情報を記録したり記録媒体に記録されている情報を再生するための光集積デバイス及びこれを備えた光ピックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの光ディスク等の記録媒体に情報を記録したり記録媒体に記録されている情報を再生するための記録再生装置に、光集積デバイス及びこれを備えた光ピックアップ装置が広く用いられている。
光集積デバイスは、一般的に、レーザ光を出射する半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を光ディスク等の記録媒体に向けて反射するマイクロミラーと、これら半導体レーザ素子及びマイクロミラーを固定すると共に記録媒体からの戻り光を受光して電気信号に光電変換する受光部を備えた基板と、を有して構成されている。
光ピックアップ装置は、一般的に、上述した光集積デバイスと、光集積デバイスから出射されたレーザ光を記録媒体の記録面に合焦するためのレンズと、を有して構成されている。
【０００３】
ところで、記録媒体からの戻り光の一部が受光部に入射せずに半導体レーザ素子に入射してしまう場合がある。通常、半導体レーザ素子はシングルモードで発振しており、半導体レーザ素子に戻り光の一部が入射するとモードホッピングが生じる。これにより、半導体レーザ素子の出力光量が大きく変化するという戻り光ノイズが発生する。
【０００４】
２００ＭＨｚ以上の周波数で２０ｍＡ〜３０ｍＡ以上の振幅を有する高周波電流を発振回路で発生させ、この高周波電流を直流電流に重畳して半導体レーザ素子に供給することにより、半導体レーザ素子をマルチモードで発振させて戻り光ノイズを低減する方法がある。
【０００５】
しかしながら、この方法では、発振周波数に対する高周波成分が不要輻射となる場合がある。不要幅射とは法的規制の対象となっている周波数の輻射であり、規制対象となる電子機器としてのノイズ輻射レベルが法的規制値を下回っていなければならない。また、他の機器への影響の少ない周波数を使用することが求められ、周波数の精度も確保する必要がある。
発振回路によって生成された高周波電流が半導体レーザ素子への供給ラインや電源ラインヘ漏洩し、それぞれのラインが放射アンテナとして作用することによって不要輻射が発生する。そのため、この不要輻射を低減するには、高周波重畳回路と半導体レーザ素子との距離をできるだけ短くすることが望ましい。この距離を短くすることによって、アンテナとなる、半導体レーザ素子への供給ラインを短くすることができるので不要輻射を低減することができる。また、駆動損失も小さくなるため相乗効果が得られる。
このような不要輻射を低減可能とする手段の一例が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１０９２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示されているような光集積デバイス及びこれを備えた光ピックアップ装置では、高周波重畳ＩＣと半導体レーザ素子との距離を短くすることができるので、供給ラインでの不要輻射を低減できるものの、電源ラインヘ漏れ輻射される不要輻射に対しては低減効果が小さいため、さらなる改善が望まれている。
【０００８】
ところで、半導体レーザ素子は素子温度が上昇すると極端に寿命が短くなるため、実用的には半導体レーザ素子のジャンクション温度を約１００℃以下に保持することが望ましい。
特に、光ディスク等の記録媒体に情報を記録したり記録されている情報を再生するための記録再生装置が屋外や車載用として使用される場合、これに用いられる光ピックアップ装置は例えば−（マイナス）３０℃〜＋（プラス）８０℃の広い範囲の温度環境で使用されるため、半導体レーザ素子のジャンクション温度上昇の抑制がより重要となる。
【０００９】
しかしながら、特許文献１に開示されているような光集積デバイス及びこれを備えた光ピックアップ装置では、それぞれ熱源となる、半導体レーザ素子、高周波重畳ＩＣ、及び受光部が互いに隣接して集積されているので、各素子が互いの熱の影響を受けて温度上昇しやすくなる。このため、半導体レーザ素子の出力を所望の値にすることができなくなったり、所望の出力を得るために半導体レーザ素子へ流す駆動電流を増加させると、半導体レーザ素子のジャンクション温度が上昇して寿命が短くなったり素子が破壊してしまう場合があり、さらなる改善が望まれている。
【００１０】
ここで、半導体レーザ素子の寿命が短くなったり素子が破壊してしまう理由について図１１を用いて説明する。図１１は半導体レーザ素子を等価回路で示した図である。
【００１１】
図１１に示すように、半導体レーザ素子１００は、内部抵抗Ｒ１００と寄生容量Ｃ１００との並列回路で表すことができる。一般的に、内部抵抗Ｒ１００は５Ω〜１５Ωの範囲内であり、寄生容量Ｃ１００は５０ｐＦ〜１００ｐＦの範囲内である。高周波重畳電流は交流なので交流抵抗を計算すると、例えば、寄生容量Ｃ１００を７５ｐＦ、周波数を４００ＭＨｚとすると、寄生容量Ｃ１００の交流抵抗は１／２πｆＣで表せるので５．３Ωとなる。内部抵抗Ｒ１００と寄生容量Ｃ１００の交流抵抗は近い値になっているため、半導体レーザ素子１００に高周波重畳電流を流しても、高周波重畳電流の一部が内部抵抗Ｒ１００と寄生容量Ｃ１００の交流抵抗の比率に応じて寄生容量Ｃ１００に流れてしまう。そのため、内部抵抗Ｒ１００に流れる高周波重畳電流、即ち発光に寄与する高周波重畳電流が減少してしまうため、その分、より大きな高周波重畳電流を半導体レーザ素子１００に流す必要があった。これにより、電源ラインからの不要輻射が大きくなったり、高周波重畳ＩＣの温度が上昇し、この熱の影響を受けて半導体レーザ素子の温度が上昇して素子寿命が短くなったり素子が破壊してしまう場合があった。
【００１２】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、不要輻射を低減可能とし、半導体レーザ素子の寿命が短くなったり素子が破壊してしまうことを抑制可能とする光集積デバイス及びこれを備えた光ピックアップ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために、本発明は次の光集積デバイス及びこれを備えた光ピックアップ装置を提供する。
１）金属プレート（１４）と、前記金属プレート上に固定されてレーザ光（Ｌａ）を出射する半導体レーザ素子（１６）と、前記金属プレート上に固定されて前記半導体レーザ素子から出射された前記レーザ光を記録媒体（Ｄ）に向けて反射するミラー部（１７）と、前記ミラー部で反射した前記レーザ光を透過し、前記記録媒体で反射した戻り光（Ｌｂ）を所定の方向に偏向するホログラム素子（１２）と、前記金属プレート上に固定されて前記所定の方向に偏向された前記戻り光を受光する受光素子（１９）と、前記金属プレート上に固定されて前記半導体レーザ素子に高周波電流を供給する高周波重畳回路素子（２０）と、を備えていることを特徴とする光集積デバイス（１０）。
２）前記高周波重畳回路素子は、高周波電流を発振する発振回路（３１）と、前記発振回路で発振された前記高周波電流を通過させ、前記高周波電流よりも周波数の高い高調波成分を除去するハイカットフィルタ回路（３２）と、前記ハイカットフィルタ回路を通過した前記高周波電流を出力電流として前記半導体レーザ素子に出力する出力回路（３３）と、前記出力電流を制御する電流制御信号を前記出力回路に出力する基準電流発生回路（３４）と、を備えていることを特徴とする１）記載の光集積デバイス。
３）前記発振回路で発振した前記高周波電流の周波数を低くする分周回路（６１）をさらに備え、前記分周回路は、前記低くなされた周波数を検出するための出力パッド（６２）、及び前記分周回路を外部から制御するための入力パッド（６３）を備えていることを特徴とする２）記載の光集積デバイス。
４）前記出力回路と前記半導体レーザ素子とを接続し、前記出力回路から前記出力電流が出力されているときには前記出力電流を前記半導体レーザ素子に出力し、前記出力回路から前記出力電流が出力されていないときには、前記出力回路の出力側を接地する保護回路（６５）をさらに備えていることを特徴とする２）記載の光集積デバイス。
５）前記高周波重畳回路素子は、高周波電流を発振する発振回路（３３１）と、前記発振回路で発振された前記高周波電流の周波数を低くする分周回路（３６１）と、前記分周回路で前記周波数を低くなされた高周波電流を通過させ、前記低くなされた周波数よりも高い周波数を有する高調波成分を除去するハイカットフィルタ回路（３２）と、前記ハイカットフィルタ回路を通過した高周波電流を出力電流として前記半導体レーザ素子に出力する出力回路（３３）と、前記出力電流を制御する電流制御信号を前記出力回路に出力する基準電流発生回路（３４）と、を備えていることを特徴とする１）記載の光集積デバイス。
６）前記半導体レーザ素子は、第１導電型の半導体基板（４１）と、前記半導体基板上に形成された第１導電型の第１のクラッド層（４３）と、前記第１のクラッド層上に形成された活性層（４４）と、前記活性層上に形成された第２導電型の第２のクラッド層（４５）と、前記第２のクラッド層上の所定の領域に形成された第２導電型のリッジ（４９）と、前記第２のクラッド層上の前記所定の領域とは異なる領域に順次形成された第１導電型の第１の電流狭窄層（５１）及び第２の電流狭窄層（５２）と、を備え、前記第１の電流狭窄層は、前記第２の電流狭窄層よりもキャリア濃度が低いことを特徴とする１）〜５）のいずれかに記載の光集積デバイス。
７）１）〜６）のいずれかに記載の光集積デバイスと、前記光集積デバイスを保持するベース部（３）と、前記光集積デバイスから出射されたレーザ光を前記記録媒体の記録面に合焦させるレンズ（２）と、を備えていることを特徴とする光ピックアップ装置（１）。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、不要輻射の低減が可能になり、半導体レーザ素子の短寿命化や素子破壊の抑制が可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る光集積デバイス及びこれを備えた光ピックアップ装置の実施例を説明するための模式的斜視図である。
【図２】本発明に係る光集積デバイス及びこれを備えた光ピックアップ装置の実施例を説明するための模式的斜視図である。
【図３】本発明に係る光集積デバイスの実施例を説明するための模式的斜視図である。
【図４】実施例１の高周波重畳ＩＣを説明するためのブロック図である。
【図５】実施例１の高周波重畳ＩＣにおける出力回路を説明するための回路図である。
【図６】本発明に係る光集積デバイスにおける半導体レーザ素子の実施例を説明するための模式的断面図である。
【図７】実施例２の高周波重畳ＩＣを説明するためのブロック図である。
【図８】実施例３の高周波重畳ＩＣを説明するためのブロック図である。
【図９】実施例３の高周波重畳ＩＣにおける半導体レーザ保護回路を説明するための回路図である。
【図１０】実施例４の高周波重畳ＩＣを説明するためのブロック図である。
【図１１】半導体レーザ素子を等価回路で示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施の形態を、好ましい実施例１〜４により図１〜図１０を用いて説明する。
【００１７】
＜実施例１＞
［光ピックアップ装置の構成について］
図１に示すように、光ピックアップ装置１は、記録光又は再生光となるレーザ光Ｌａを光ディスクＤに向けて出射すると共に、光ディスクＤで反射した戻り光Ｌｂを受光する光集積デバイス１０と、光集積デバイス１０から出射されたレーザ光Ｌａを光ディスクＤの記録面（図示せず）に合焦させる対物レンズ２と、光集積デバイス１０及び対物レンズ２を保持するベース部３と、を有して構成されている。
なお、図１では説明をわかりやすくするために、ベース部３を光集積デバイス１０の近傍の領域のみに示している。
【００１８】
［光集積デバイス１０の構成について］
光集積デバイス１０について図１と共に図２及び図３を用いて説明する。
【００１９】
図１に示すように、光集積デバイス１０は、筐体１１と、筐体１１に固定されたホログラム素子１２と、筐体１１から外部に向かって突出する端子群１３ａ，１３ｂと、を有して構成されている。端子群１３ａ，１３ｂはフレキシブルワイヤ（又はフレキシブル配線板）Ｆａ，Ｆｂの一端側に接続されている。また、フレキシブルワイヤＦａ，Ｆｂの他端側は図示しない外部の回路に接続されている。
筐体１１は、樹脂又はセラミックを主成分とする材料を成形することにより形成される。
【００２０】
図２は、光集積デバイス１０の筐体１１の内部を示すものであり、説明をわかりやすくするために図１の筐体１１及び群１３ａ，１３ｂを省略して示している。
【００２１】
図２に示すように、光集積デバイス１０は、ベース部３（図１参照）に固定された熱伝導率の高い金属プレート１４と、金属プレート１４上に固定されたサブマウント１５上に固定されて記録光または再生光となるレーザ光Ｌａを出射する半導体レーザ素子１６と、半導体レーザ素子１６から出射されたレーザ光Ｌａを光ディスクＤに向けて反射するマイクロミラー１７と、光ディスクＤで反射しホログラム素子１２で偏向された戻り光Ｌｂを受光して電気信号に光電変換する受光部１８を有する受光素子１９と、戻り光ノイズを抑制するために半導体レーザ素子１６に対して高周波変調を行う高周波重畳ＩＣ（高周波重畳回路素子と称す場合がある）２０と、を有して構成されている。
【００２２】
マイクロミラー１７は、ガラス材を機械加工することによって、または単結晶のＳｉ（シリコン）材をエッチング処理することによって形成される。マイクロミラー１７の反射面には金属膜又は多層の誘電体膜を形成することが望ましい。これにより、反射面の反射率を向上させることができる。
【００２３】
ところで、ホログラム素子１２で偏向された戻り光Ｌｂの一部が散乱して高周波重畳ＩＣ２０に照射される場合がある。このような不要光が高周波重畳ＩＣ２０に照射されると高周波重畳ＩＣ２０が誤動作する虞があるため、高周波重畳ＩＣ２０の内部に不要光を遮光する遮光膜を設けておくことが好ましい。
【００２４】
図３に示すように、半導体レーザ素子１６及びサブマウント１５と高周波重畳ＩＣ２０とはボンディングワイヤー２１によって電気的に接続されている。高周波重畳ＩＣ２０と端子群１３ａとはボンディングワイヤー２１によって電気的に接続されている。受光素子１９と端子群１３ｂとはボンディングワイヤー２１によって電気的に接続されている。
特に半導体レーザ素子１６及びサブマウント１５と高周波重畳ＩＣ２０との距離を短くすることが望ましい。半導体レーザ素子１６及びサブマウント１５と高周波重畳ＩＣ２０との距離を短くすることによって、これらを接続するボンディングワイヤー２１の長さを短くすることができるので、ボンディングワイヤー２１のインピーダンスをその長さに応じて小さくすることができる。これにより、ボンディングワイヤー２１が放射アンテナとして作用しにくくなるため、半導体レーザ素子１６への供給ラインでの不要輻射の発生を抑制することができる。
【００２５】
また、高周波重畳ＩＣ２０のアース及び受光素子１９のアースは金属プレート１４に接続されており、半導体レーザ素子１６のアースはサブマウント１５及び高周波重畳ＩＣ２０を介して金属プレート１４に接続されている。
【００２６】
［光集積デバイスを備えた光ピックアップ装置の動作について］
上述した光集積デバイス１０を備えた光ピックアップ装置１の動作方法、例えば再生方法について同じく図１〜図３を用いて説明する。
【００２７】
高周波重畳ＩＣ２０から、直流電流に高周波電流を重畳させた駆動電流を半導体レーザ素子１６に供給する。ここで、直流電流に高周波電流を重畳させる理由は、半導体レーザ素子１６をシングルモードではなくマルチモードで発振させるためであり、半導体レーザ素子１６がマルチモードで発振するための高周波電流の周波数は例えば２００ＭＨｚ以上である。
そして、半導体レーザ素子１６は、駆動電流が閾値を越えるとマルチモードで発振してレーザ光Ｌａを出射する。
半導体レーザ素子１６から出射されたレーザ光Ｌａは、マイクロミラー１７によって光ディスクＤに向けて反射され、対物レンズ２によって光ディスクＤの記録面（図示せず）に合焦される。
光ディスクＤの記録面で反射した戻り光Ｌｂは、対物レンズ２を透過し、ホログラム素子１２によって偏向されて受光素子１９の受光部１８に到達する。
受光部１８に到達した戻り光Ｌｂは受光部１８で電気信号に光電変換され、ボンディングワイヤー２１、端子群１３ｂ、及びフレキシブルワイヤＦｂを介して外部に出力される。
【００２８】
上述した光集積デバイス及びこれを備えた光ピックアップ装置によれば、それぞれ熱源となる半導体レーザ素子、受光素子、及び高周波重畳ＩＣが熱伝導率の高い金属プレートにそれぞれ固定されているため、半導体レーザ素子、受光素子、及び高周波重畳ＩＣを駆動させた際にその素子から発生する熱を金属プレートに効率的に放熱することができる。
また、金属プレートはベース部３に固定されているため、金属プレートの熱をベース部に効率的に放熱することができる。
従って、半導体レーザ素子、受光素子、及び高周波重畳ＩＣを駆動させた際にその素子から発生する熱を、金属プレート及びベース部に効率的に放熱することができるので、これら素子が互いに近接して集積化されている場合においても、半導体レーザ素子の素子温度の上昇を従来よりも抑制することが可能になり、例えば半導体レーザ素子のジャンクション温度を約１００℃以下に保持することが可能になる。
【００２９】
また、上述した光集積デバイス及びこれを備えた光ピックアップ装置によれば、従来よりも放熱性が向上するため、半導体レーザ素子が高周波重畳ＩＣで発生する熱の影響を受けにくくなるので、半導体レーザ素子及びサブマウントと高周波重畳ＩＣとの距離を短くすることが可能になる。
半導体レーザ素子及びサブマウントと高周波重畳ＩＣとの距離を短くすることによって、これらを接続するボンディングワイヤーの長さを短くすることができるので、ボンディングワイヤーのインピーダンスをその長さに応じて小さくすることができる。ボンディングワイヤーのインピーダンスを小さくすることにより、半導体レーザ素子への駆動電流の供給ラインでの不要輻射を低減することができる。
また、金属プレートはボンディングワイヤーよりもインピーダンスが非常に低いので、電源ラインヘ漏れ輻射される不要輻射を低減することできる。
【００３０】
ところで、高周波重畳ＩＣ２０は、半導体レーザ素子１６の近傍に配置されているため、高周波重畳ＩＣ２０と半導体レーザ素子１６とは互いに略同じ素子温度を有する。高周波重畳ＩＣ２０は自身の素子温度で高周波電流が制御されるため負の温度係数を有するように設計することが望ましい。即ち、高周波重畳ＩＣ２０の素子温度が高くなるほど出力される高周波電流が小さくなるように設計することが望ましい。
これにより、高周波重畳ＩＣ２０の素子温度が高くなるほど出力される高周波電流が小さくなるので、半導体レーザ素子１６の素子温度の上昇を抑制することができ、半導体レーザ素子１６の短寿命化や破壊を抑制することができる。
【００３１】
また、高周波重畳ＩＣ２０に例えばスパイラルコイルを有するＬＣ回路を形成し、このＬＣ回路を用いて駆動電流を半導体レーザ素子１６に供給するようにしてもよい。
これにより、さらに不要輻射が低減されると共に、素子温度の変化による高周波電流の周波数の変動が低減されるため、より高い精度の高周波電流を半導体レーザ素子１６に供給することができる。
【００３２】
［高周波重畳ＩＣについて］
ここで、上述した高周波重畳ＩＣ２０について図４及び図５を用いて説明する。
【００３３】
図４に示すように、高周波重畳ＩＣ２０は、ＩＣ内部に互いに並列接続されたインダクタンスＬ１及び寄生容量Ｃ１を有する発振回路３１と、ハイカットフィルタ回路３２と、出力回路３３と、基準電流発生回路３４と、を備えている。
発振回路３１はハイカットフィルタ回路３２に接続されており、ハイカットフィルタ回路３２は出力回路３３に接続されており、出力回路３３は半導体レーザ素子１６のアノードと基準電流発生回路３４とにそれぞれ接続されている。なお、半導体レーザ素子１６のカソードは接地されている。
【００３４】
ところで、高周波重畳ＩＣの発振回路は、一般的に、回路が容易であることからＲＣ発振回路が用いられる。ＲＣ発振回路の発振周波数ｆは１／ＣＲに比例する。また、ＩＣ内部の抵抗素子はＳｉ（シリコン）に不純物を拡散させることによって形成されている。Ｓｉに不純物を拡散した抵抗は製造上、抵抗値の精度がく、また半導体であるため温度特性も悪い。そのため、発振周波数の精度が低く、環境温度に対する変化も大きい。また、上記課題を鑑みて精度が高く温度特性に優れた抵抗素子を高周波重畳ＩＣの外部に取り付けることも考えられるが、高周波重畳ＩＣと抵抗素子とを接続する配線が長くなってしまうため、この配線により不要輻射が発生してしまう。
【００３５】
一方、ＬＣ発振回路では発振周波数ｆは１／√２πＬＣに比例する。周波数を決定するインダクタンスＬ及びキャパシタンスＣはそれぞれの形状で決まる。インダクタンスＬ及びキャパシタンスＣは半導体プロセスにより形成されるため、それぞれの形状加工精度が高く、環境温度に対する変化も小さい。従って、ＬＣ発振回路は、発振周波数の精度が高く、環境温度に対する変化も小さい。また、ＬＣ発振回路はＲＣ発振回路に比べ、正弦波に近い発振波形が得られるので、高調波成分が少なく不要輻射も小さい。
【００３６】
インダクタンスＬ１は例えばＡｌ（アルミニウム）配線がスパイラル状に形成されたスパイラルコイルである。
一般的に、ＩＣにおけるＡｌ配線のシート抵抗は高く、Ｑが低いため、安定して発振させることが難しい。発振回路では実質的な負荷抵抗をｒ、発振回路内のトランジスタの相互コンダクタンスをｇｍとすると、安定して発振させるためには、ｒ×ｇｍ＞２  で示す関係式を満足することが望ましい。発振回路における負荷はインダクタンスと容量と抵抗の並列共振回路に依存するため、その共振周波数における抵抗ｒは、ｒ＝｛Ｌ／（Ｃ×Ｒ）｝＝｛Ｑ／（ω×Ｃ）｝の関係式で表される実質的な負荷抵抗である。ここで、Ｌは発振回路の負荷となり、発振周波数を決定するための並列共振回路のインダクタンスであり、Ｃは発振回路の負荷となり、発振周波数を決定するための並列共振回路のキャパシタンスであり、Ｒは発振回路の負荷となり発振周波数を決定するための並列共振回路のインダクタンス中のＡｌ配線による抵抗であり、ωは並列共振回路の共振周波数、即ち発振周波数である。
【００３７】
実施例１では、Ｑの高いインダクタンスを得るために、大型のスパイラルコイルを多層に形成した。例えば、線幅が２８μｍ、線間が２μｍ、内径が１６４μｍのスパイラルコイルを４ターンで２層（計８ターン）形成した。このときのコイルの外径は４００μｍである。
【００３８】
上記コイルは、Ａｌ配線のシート抵抗を５０ｍΩとしたときに、そのインダクタンスが１６ｎＨとなり、抵抗は１０Ωとなる。また、インダクタンスに並列接続され、発振周波数を決定するためのキャパシタンスが１０ｐＦであるときの発振周波数は４００ＭＨｚとなる。
このときの実質的な負荷抵抗ｒは１６０Ωとなり、発振回路３１内のトランジスタの必要な相互コンダクタンスｇｍは１２．５ｍＳ以上となる。
これにより、ゲート長が０．３５μｍ、ゲート幅が１００μｍのＭＯＳトランジスタで数mAのソース電流が得られる。
【００３９】
上述したように、スパイラルコイルを高周波重畳ＩＣ内部に形成し、全ての回路素子を高周波重畳ＩＣに内蔵することにより、高周波重畳ＩＣの外部に精度の高い抵抗素子やインダクタンス素子を配置する必要がなく、発振周波数の精度を向上させ、温度変化を小さくし、不要輻射を低減することができる。
なお、インダクタンスＬ１であるスパイラルコイルは、その直径が数百μｍとなるため、高周波重畳ＩＣ２０が固定される金属プレート１４にはこのインダクタンスＬ１に影響を与えない非磁性の金属を用いることが望ましい。
【００４０】
ハイカットフィルタ回路３２は発振回路３１で発生した高調波成分を抑制するための回路である。半導体レーザ素子１６は高周波重畳電流の効率を下げる大きな寄生容量を有しているため、発振周波数よりも周波数の高い高調波成分はほとんど寄生容量に流れてしまい、実際の重畳に寄与しないため効率が悪い。また、高調波成分は周波数が高いことから大きな電源電流を必要とする出力回路からは電源ラインにより漏洩しやすく、不要輻射を大きくする要因となる。そのため、出力回路３３の前段にハイカットフィルタ回路３２を設けることにより、発振回路３１で発生した高調波成分をハイカットフィルタ回路３２で除去することができる。そして、出力回路３３では必要な基本周波数の成分のみを増幅して半導体レーザ素子１６に供給するため、より効率が良く、不要輻射も低減できる。
【００４１】
図５に示すように、出力回路３３は、定電流回路３６，３７、ｐ型のＭＯＳトランジスタ３８、及びｎ型のＭＯＳトランジスタ３９を有して構成されている。
ｐ型のＭＯＳトランジスタ３８及びｎ型のＭＯＳトランジスタ３９によってインバータ回路が形成されている。ＭＯＳトランジスタ３８，３９の各ゲートはハイカットフィルタ回路３２に接続されている。ｐ型のＭＯＳトランジスタ３８のソースは一方の定電流回路３６に接続されており、ｎ型のＭＯＳトランジスタ３９のソースは他方の定電流回路３７に接続されている。ＭＯＳトランジスタ３８，３９の各ドレインは半導体レーザ素子１６のアノードに接続されている。
定電流回路３６，３７は基準電流発生回路３４に接続されており、基準電流発生回路３４から定電流回路３６，３７に入力される電流制御信号によって各ＭＯＳトランジスタ３８，３９の出力電流が制御される。
【００４２】
基準電流発生回路３４は負の温度特性を有しており、その特性は半導体レーザ素子の温度によって必要な高周波重畳電流の値に合わせて設計されている。図１１に示す半導体レーザ素子の等価回路において、内部抵抗Ｒ１００は半導体レーザ素子の温度上昇に応じてキャリアが増加するため低下し、寄生容量Ｃ１００よりも内部抵抗Ｒ１００に駆動電流が流れやすくなるので発光効率が向上する。即ち、半導体レーザ素子の温度上昇に応じて必要な高周波重畳電流を小さくすることができる。
従って、半導体レーザ素子の温度が上昇した場合においても、半導体レーザ素子に流れる高周波重畳電流が小さくなるので、高周波重畳ＩＣの消費電流を低減することができ、高周波重畳ＩＣの温度上昇を抑制することができる。
また、高周波重畳ＩＣと半導体レーザ素子が熱伝導率の高い金属プレート上に配置されているので、互いの素子温度がほぼ同じになるので、高周波重畳ＩＣの温度上昇が抑制されれば、半導体レーザ素子の温度も抑制することができる。
【００４３】
［半導体レーザ素子について］
次に、上述した半導体レーザ素子１６について図６を用いて説明する。
図６（ａ）は上述した半導体レーザ素子１６の模式的断面図であり、図６（ｂ）は比較例として示す一般的な半導体レーザ素子の模式的断面図である。
【００４４】
図６（ａ）に示すように、半導体レーザ素子１６は、ｎ型の半導体基板４１と、半導体基板４１上に順次形成された、ｎ型のバッファ層４２，ｎ型の下クラッド層４３，ノンドープＭＱＷ活性層４４（以降、単に活性層４４と称す），ｐ型の上クラッド層４５，及びｐ型のエッチングストップ層４６と、を有している。
そして、下クラッド層４３、活性層４４、及び上クラッド層４５によってダブルへテロ構造が形成されている。
【００４５】
半導体基板４１及びバッファ層４２は例えばＧａＡｓ（ガリウム砒素）を主成分とする。下クラッド層４３及び上クラッド層４５は例えば（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン）を主成分とする。エッチングストップ層４６は例えば（Ｉｎ０．５Ｇａ０．５）Ｐ（インジウム・ガリウム・リン）を主成分とする。活性層４４は例えばノンドープ（Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７）Ｐウェル層とノンドープ（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐバリア層とが交互に積層された二重量子井戸構造を有する。
【００４６】
また、半導体レーザ素子１６は、エッチングストップ層４６上に順次形成されたｐ型の上クラッド層４７及びｐ型のキャップ層４８を有するｐ型のリッジ４９と、リッジ４９の両側のエッチングストップ層４６上に順次形成されたｎ型の電流狭窄層５１，５２と、リッジ４９上及び電流狭窄層５２上に一体に形成されたｐ型のコンタクト層５３と、コンタクト層５３上に形成されたｐ側電極５４と、半導体基板４１のバッファ層４２が形成されている面に対向する面（図６における下側の面）に形成されたｎ側電極５５と、を有している。
【００４７】
上クラッド層４７は例えば（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐを主成分とする。キャップ層４８は例えば（Ｉｎ０．５Ｇａ０．５）Ｐを主成分とする。電流狭窄層５１，５２は例えば（Ａｌ０．５Ｉｎ０．５）Ｐ（アルミニウム・インジウム・リン）を主成分とする。コンタクト層５３は例えばＧａＡｓを主成分とする。ｐ側電極５４及びｎ側電極５５はＡｕ（金）を主成分とするオーミック電極である。
上述したエッチングストップ層４６はエッチングによってリッジ４９を形成する際にエッチングストップ層４６の下層である上クラッド層４５がエッチングされてしまうことを防止するための層であり、活性層４４で発振したレーザ光の吸収損失を低減するためにその厚さは薄い方が好ましい。
【００４８】
実施例１ではエッチングストップ層４６の厚さを３ｎｍとした。
また、実施例１では、ｎ型のキャリア（ドーパント）としてＳｉ（シリコン）を用い、ｐ型のキャリア（ドーパント）としてＺｎ（亜鉛）を用いた。
例えば、ｎ型を第１導電型とし、ｐ型を第２導電型としたときに、上述した各層の導電型が全て逆の構成としてもよい。即ち、ｐ型を第１導電型とし、ｎ型を第２導電型としてもよい。
また、実施例１では、各キャリア濃度を、バッファ層４２では１×１０１８ｃｍ−３、下クラッド層４３では１×１０１８ｃｍ−３、上クラッド層４５では５×１０１７ｃｍ−３、エッチングストップ層４６では１×１０１８ｃｍ−３、上クラッド層４７では１×１０１８ｃｍ−３、キャップ層４８では２×１０１８ｃｍ−３、コンタクト層５３では２×１０１８ｃｍ−３とした。
【００４９】
電流狭窄層５１は、ｎ型のキャリア濃度が電流狭窄層５２よりも低くなされている。電流狭窄層５１のｎ型のキャリア濃度をｎ５１、電流狭窄層５２のｎ型のキャリア濃度をｎ５２とすると、例えばｎ５１≦１×１０１７ｃｍ−３、及びｎ５2≧１×１０１８ｃｍ−３であり、ｎ５１＜ｎ５２の関係式を満たす。
【００５０】
一方、図６（ｂ）に示すように、比較例の半導体レーザ素子１１６は、ｎ型の電流狭窄層１５０の構成が実施例１の半導体レーザ素子１６と異なり、他の構成要素は図６（ａ）に示す実施例１の半導体レーザ素子１６と同じであるため、説明をわかりやすくするために同じ構成要素には同じ符号を付している。
比較例として示す一般的な半導体レーザ素子１１６は電流狭窄層１５０が一層である。電流狭窄層１５０は、例えば、（Ａｌ０．５Ｉｎ０．５）Ｐを主成分とし、キャリア濃度は１×１０１８ｃｍ−３である。
【００５１】
半導体レーザ素子１６において、リッジ４９が形成されている厚さ方向の領域では、活性層４４より上部の複数のｐ型層と、活性層４４より下部のｎ型層とによるｐｎ接合構造を有し、順方向に電圧を印加することによって電流が流れ、ｐｎ接合部の活性層４４で発光する。
一方、電流狭窄層５１，５２が形成されている厚さ方向の領域では、ｐ型のコンタクト層５３とｐ型の上クラッド層４５との間にｎ型の電流狭窄層５１，５２が挟まれた、全体としてｐｎｐｎ構造となっており、順方向に電圧が印加された場合、ｐ型のコンタクト層５３とｎ型の電流狭窄層５１，５２は順方向バイアスとなるが、ｎ型の電流狭窄層５１，５２と上クラッド層４５とは逆バイアスとなるため電流が流れない。このときの単位面積あたりの容量Ｃは、次式で表される。
【００５２】
【数１】
2011028819.tif 000003
【００５３】
ここで、ｑは電荷であり、εsはｎ型の電流狭窄層５１の比誘電率であり、ε0は真空の誘電率であり、Ｎa及びＮdはｐ型の上クラッド層４５及びｎ型の電流狭窄層５１のキャリア濃度であり、Ｖdは拡散電圧であり、Ｖは印加電圧である。
上記の式からわかるように、ＮｄやＮａが小さくなるとＣは小さな値となる。
比較例の半導体レーザ素子１１６のｎ型の電流狭窄層の濃度を低くするだけでは、容量Ｃは減少するが、電流狭窄効果が低下してしまう。
一方、実施例１の半導体レーザ素子１６では、比較例の半導体レーザ素子１１６のｎ型狭窄層に比べてｎ型のキャリア濃度が１／１０程度と低い電流狭窄層５１をさらに設けた構成としているので、電流狭窄効果を維持したまま、寄生容量Ｃ１００を、比較例の半導体レーザ素子１１６に比べて半分程度に小さくすることができる。このため、高周波重畳電流を半導体レーザ素子１６に印加した場合、電流狭窄層５１が形成されている厚さ方向の領域に流れる無効電流が減少するので、半導体レーザ素子１６に印加する高周波重畳電流を少なくすることが可能になる。これにより、半導体レーザ素子１６自身の温度上昇を抑制できると共に、同じ金属プレート１４上に配置された高周波重畳ＩＣ２０に印加する電流も少なくすることができるので、半導体レーザ素子１６の温度上昇をより抑制することができる。
【００５４】
＜実施例２＞
実施例２の光集積デバイス及びこれを備えた光ピックアップ装置は、実施例１の光集積デバイス１０及びこれを備えた光ピックアップ装置１に対して、高周波重畳ＩＣの回路構成が異なり、それ以外の構成要素は実施例１と同じであるため、ここでは高周波重畳ＩＣの回路構成についてのみ、図７を用いて説明する。図７は図４に対応するブロック図であり、図４と同じ構成要素には説明をわかりやすくするために同じ符号を付している。
【００５５】
図７に示すように、高周波重畳ＩＣ１２０は、ＩＣ内部に互いに並列接続されたインダクタンスＬ１及び寄生容量Ｃ１を有する発振回路３１と、ハイカットフィルタ回路３２と、出力回路３３と、基準電流発生回路３４と、分周回路６１と、を備えている。
インダクタンスＬ１、寄生容量Ｃ１、発振回路３１、ハイカットフィルタ回路３２、出力回路３３、及び基準電流発生回路３４は実施例１と同じであり、これら回路の接続も実施例１と同じである。
【００５６】
分周回路６１は、発振回路３１及びハイカットフィルタ回路３２に接続されており、発振回路３１から出力された高周波電流の周波数を低くする機能を有する。分周回路６１の分周比は１／１０〜１／１００の範囲内である。また、分周回路６１は、テストパッド６２、及び外部から分周回路６１をＯＮ／ＯＦＦ制御するための入力パッド６３を有している。現状のＩＣテスタでは高周波重畳電流の発振周波数２００MHz〜４００MHzを直接測定することは難しいが、実施例２では発振回路３１から出力された高周波重畳電流を分周回路６１で１／１０〜１／１００の範囲内に分周し、この分周された高周波重畳電流をテストパッド６２を介して現状のＩＣテスタで検出することができる。そして、検出された信号の周波数を分周比で除算することにより、高周波重畳電流の周波数を算出することができる。
【００５７】
これにより、光集積デバイスの製造過程において高周波重畳ＩＣ１２０の検査ができるので、生産性の向上や歩留まりの向上が図れる。
また、入力パッド６３を介して外部から分周回路６１をＯＮ／ＯＦＦ制御することができるので、高周波重畳電流の周波数を検出するときのみ分周回路６１を動作させることができる。このため、半導体レーザ素子を駆動させるときに余分な消費電流を抑えることができる。
【００５８】
＜実施例３＞
実施例３の光集積デバイス及びこれを備えた光ピックアップ装置は、実施例１の光集積デバイス１０及びこれを備えた光ピックアップ装置１に対して、高周波重畳ＩＣ２２０の回路構成が異なり、それ以外の構成要素は実施例１と同じであるため、ここでは高周波重畳ＩＣ２２０の回路構成についてのみ、図８及び図９を用いて説明する。図８は図４に対応するブロック図であり、図４と同じ構成要素には説明をわかりやすくするために同じ符号を付す。図９は図８の半導体レーザ保護回路６５の構成を示す図である。
【００５９】
図８に示すように、高周波重畳ＩＣ２２０は、ＩＣ内部に互いに並列接続されたインダクタンスＬ１及び寄生容量Ｃ１を有する発振回路３１と、ハイカットフィルタ回路３２と、出力回路３３と、基準電流発生回路３４と、半導体レーザ保護回路６５と、を備えている。
インダクタンスＬ１、寄生容量Ｃ１、発振回路３１、ハイカットフィルタ回路３２、出力回路３３、及び基準電流発生回路３４は実施例１と同じであり、これら回路の接続も実施例１と同じである。
【００６０】
半導体レーザ保護回路６５は、出力回路３３及び半導体レーザ素子１６に接続されており、半導体レーザ素子１６の静電破壊を防止するための保護回路である。
図９に示すように、半導体レーザ保護回路６５（図９の破線で囲われた領域）は、ｐ型のＭＯＳトランジスタ６６及び抵抗素子６７を有して構成されている。
ＭＯＳトランジスタ６６のゲートは出力回路３３の入力側及び抵抗素子６７の一端側に接続されている。ＭＯＳトランジスタ６６のソースは出力回路３３の出力側及び半導体レーザ素子１６のアノードに接続されている。ＭＯＳトランジスタ６６のドレイン、抵抗素子６７の他端側、及び半導体レーザ素子１６のカソードはそれぞれ接地されている。
【００６１】
抵抗素子６７の抵抗値は１ｋΩ〜１００ｋΩの範囲内である。
出力回路３３が動作しているときには、ＭＯＳトランジスタ６６のゲートにも出力回路３３と同電位の電圧が印加されているので、ＭＯＳトランジスタ６６はＯＦＦ状態となり、出力回路３３から高周波重畳電流を、ＭＯＳトランジスタ６６の影響を受けることなく半導体レーザ素子１６に供給することができる。
また、出力回路３３が動作していないときには、ＭＯＳトランジスタ６６のゲートは抵抗素子６７を介してグランド電位になっているため、ＭＯＳトランジスタ６６はＯＮ状態になる。即ち、半導体レーザ保護回路６５がショート状態になっているため、静電気が発生した場合においても静電気を半導体レーザ保護回路６５を通してグランドに逃がすことができるので、半導体レーザ素子１６の静電破壊を防止することができる。
【００６２】
＜実施例４＞
実施例４の光集積デバイス及びこれを備えた光ピックアップ装置は、実施例１の光集積デバイス１０及びこれを備えた光ピックアップ装置１に対して、高周波重畳ＩＣ３２０の回路構成が異なり、それ以外の構成要素は実施例１と同じであるため、ここでは高周波重畳ＩＣ３２０の回路構成についてのみ、図１０を用いて説明する。図１０は図４に対応するブロック図であり、図４と同じ構成要素には説明をわかりやすくするために同じ符号を付す。
【００６３】
図１０に示すように、高周波重畳ＩＣ３２０は、ＩＣ内部に互いに並列接続されたインダクタンスＬ１及び寄生容量Ｃ１を有する発振回路３３１と、分周回路３６１と、ハイカットフィルタ回路３２と、出力回路３３と、基準電流発生回路３４と、を備えている。
発振回路３３１は分周回路３６１に接続されており、分周回路３６１はハイカットフィルタ回路３２に接続されており、ハイカットフィルタ回路３２は出力回路３３に接続されており、出力回路３３は半導体レーザ素子１６のアノード及び基準電流発生回路３４に接続されている。
【００６４】
ところで、半導体レーザ素子１６に印加される高周波重畳電流の周波数が例えば４００ＭＨｚの場合、その周波数での発振回路３１のスパイラルコイルは前述したように数百μmになるため、高周波重畳ＩＣの面積が大きくなってしまう。
一方、実施例４の高周波重畳ＩＣ３２０では、発振回路３３１が半導体レーザ素子１６に印加される高周波重畳電流の２倍の周波数で発振しており、分周回路３６１で１／２に分周される。従って、発振回路３１が８００ＭＨｚの周波数で発振するため、発振回路３１のインダクタンスは１／４になる。一般的に、スパイラルコイルのインダクタンスは直径の二乗に比例するため、約半分の大きさのスパイラルコイルで発振が可能になる。そのため、高周波重畳ＩＣの面積を小さくすることができ、高周波重畳ＩＣの集積度を向上させることができると共に、製造コストを低減することができる。
【００６５】
本発明の実施例は、上述した構成及び手順に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形例としてもよいのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６６】
１＿光ピックアップ装置、  ２＿対物レンズ、  ３＿ベース部、  
１０＿光集積デバイス、  １１＿筐体、  １２＿ホログラム素子、  端子群＿１３ａ，１３ｂ、  １４＿金属プレート、  １５＿サブマウント、  １６＿半導体レーザ素子、  １７＿マイクロミラー、  １８＿受光部、  １９＿受光素子、  ２０＿高周波重畳ＩＣ、  ２１＿ボンディングワイヤー、  Ｄ＿光ディスク、  Ｌａ＿レーザ光、  Ｌｂ＿戻り光、  Ｆａ，Ｆｂ＿フレキシブルワイヤ（フレキシブル配線板）
【図１】
2011028819.tif 000004
【図２】
2011028819.tif 000005
【図３】
2011028819.tif 000006
【図４】
2011028819.tif 000007
【図５】
2011028819.tif 000008
【図６】
2011028819.tif 000009
【図７】
2011028819.tif 000010
【図８】
2011028819.tif 000011
【図９】
2011028819.tif 000012
【図１０】
2011028819.tif 000013
【図１１】
2011028819.tif 000014