(57)【要約】【課題】記録及び再生光源用に用いられるレーザ光出力を高く、且つ安定動作が行える半導体レーザユニットを提供する。【解決手段】共振器を構成するように対向配置された出力側端面とモニタ側端面のそれぞれから出力光Ｌ１及びモニタ光Ｌ２を出射する半導体レーザ素子３０と、モニタ側端面側に配置され、モニタ光Ｌ２を反射する反射部５０と、反射部５０で反射されたモニタ光Ｌ２を入力し、出力光Ｌ１を制御するための出力信号を生成する受光素子４０とを備える半導体レーザユニットである。モニタ光Ｌ２を効率よく受光素子４０でモニタすることで、記録及び再生光源用に用いられる出力光Ｌ１の光量を高く設定することが出来、且つ安定した光量を供給することが出来る。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振器を構成するように対向配置された出力側端面とモニタ側端面のそれぞれから出力光及びモニタ光を出射する半導体レーザ素子と、
前記モニタ側端面側に配置され、前記モニタ光を反射する反射部と、
前記反射部で反射された前記モニタ光を入力し、前記出力光を制御するための出力信号を生成する受光素子
とを備えることを特徴とする半導体レーザユニット。
【請求項２】
前記出力信号を入力し、前記半導体レーザ素子の駆動電流を制御する駆動回路を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザユニット。
【請求項３】
前記半導体レーザ素子は、リードフレーム上に設けられた基板上に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザユニット。
【請求項４】
前記駆動回路は、前記基板に搭載されることを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザユニット。
【請求項５】
前記受光素子は、前記リードフレーム上において、前記基板が配置された位置の近傍で、且つ前記モニタ光の前記モニタ光側端面上の発光点から見た分散角の範囲よりも下の位置に受光面が位置するように配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体レーザユニット。
【請求項６】
前記反射部は、前記分散角の範囲内の前記モニタ光をほぼ全部反射可能な面積及び配置関係を有し、且つ前記受光素子より上方に配置されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体レーザユニット。
【請求項７】
前記反射部は、凹面形状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体レーザユニット。
【請求項８】
共振器を構成するように対向配置された出力側端面とモニタ側端面のそれぞれから出力光及びモニタ光を出射する半導体レーザ素子と、
前記モニタ側端面側に配置され、前記モニタ光を反射する反射部と、
前記反射部で反射された前記モニタ光を入力し、前記出力光を制御するための出力信号を生成する受光素子と、
前記出力光の光路上に配置され、前記出力光を透過し、且つ前記出力光が対象物により反射した反射光を反射するハーフミラーと、
前記反射光を受光する受光部
とを備えることを特徴とする光ピックアップシステム。
【請求項９】
前記出力信号を入力し、前記半導体レーザ素子の駆動電流を制御する駆動回路を更に備えることを特徴とする請求項８に記載の光ピックアップシステム。
【請求項１０】
前記半導体レーザ素子は、リードフレーム上に設けられた基板上に配置されることを特徴とする請求項８又は９に記載の光ピックアップシステム。
【請求項１１】
前記駆動回路は、前記基板に搭載されることを特徴とする請求項１０に記載の光ピックアップシステム。
【請求項１２】
前記受光素子は、前記リードフレーム上において、前記基板が配置された位置の近傍で、且つ前記モニタ光の前記モニタ光側端面上の発光点から見た分散角の範囲よりも下の位置に受光面が位置するように配置されることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載の光ピックアップシステム。
【請求項１３】
前記反射部は、前記分散角の範囲内の前記モニタ光をほぼ全部反射可能な面積及び配置関係を有し、且つ前記受光素子より上方に配置されることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項に記載の光ピックアップシステム。
【請求項１４】
前記反射部は、凹面形状であることを特徴とする請求項８〜１３のいずれか１項に記載の光ピックアップシステム。
【請求項１５】
共振器を構成するように対向配置された半導体レーザ素子の出力側端面とモニタ側端面のそれぞれから出力光及びモニタ光を出射するステップと、
前記モニタ光を反射するステップと、
前記反射されたモニタ光を入力し、前記出力光を制御するための出力信号を生成するステップと、
前記出力信号により、前記出力光の光量を安定させるステップ
とを含むことを特徴とする半導体レーザユニット駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置に係り、特にレーザ光を出射する半導体レーザユニット、光ピックアップシステム及び半導体レーザユニット駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスク装置等には光ディスクからの情報を読み出したり、書き込むための光ピックアップシステムが用いられている。この光ピックアップシステムに用いられる半導体レーザユニットは、ユニットの一部を構成する基板上に配置された半導体レーザ素子と、受光素子とからなる。半導体レーザ素子の共振器を構成する両端面から出射されるレーザ光のうち、一端面から出射されるレーザ光は光ディスクに対する記録及び再生光源用として用いられる。一方、他端面から出射されるレーザ光は半導体レーザ素子の光出力の安定化用のモニタ光として用いられる。半導体レーザ素子のレーザ光出力の安定化は、半導体レーザ素子の他端面に出射されるモニタ光を受光素子でモニタし、この受光素子の出力を駆動回路を介して半導体レーザ素子にフィードバックすることによって行われる。
【０００３】
受光素子でモニタ光としてのレーザ光出力を検出するために、受光素子を配置したサブマウントに半導体レーザ素子をボンディングして、ダイパッド上に搭載し、周囲を覆うように樹脂製枠体で各リードを固定することでモニタ光の出力を検出している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３３２７９９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
半導体レーザユニットは、光ディスク装置等に用いられる半導体レーザ素子のレーザ光の高出力化の要請に伴い、半導体レーザ素子の一端面（出力側端面）から出射される記録及び再生光源用に用いられるレーザ光の光量を高めることが要求されている。そのためには、出射されるレーザ光の光量の総量は一定であるので、モニタ光の光量を低減しなければならない。しかし、モニタ光を低減させてしまうと、フィードバック出力信号が不安定化してしまうため、記録及び再生光源用に用いるレーザ光の光量も不安定になってしまう。
【０００６】
そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、効率よくモニタ光をフィードバックすることを可能にすることで、記録及び再生光源用に用いるレーザ光の光量を高く保ち、且つ安定した光量を供給する半導体レーザユニット、この半導体レーザユニットを用いた光ピックアップシステム及び半導体レーザユニット駆動方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の特徴は、（イ）共振器を構成するように対向配置された出力側端面とモニタ側端面のそれぞれから出力光及びモニタ光を出射する半導体レーザ素子と、（ロ）モニタ側端面側に配置され、モニタ光を反射する反射部と、（ハ）反射部で反射されたモニタ光を入力し、出力光を制御するための出力信号を生成する受光素子とを備える半導体レーザユニットであることを要旨とする。
【０００８】
本発明の第２の特徴は、（イ）共振器を構成するように対向配置された出力側端面とモニタ側端面のそれぞれから出力光及びモニタ光を出射する半導体レーザ素子と、（ロ）モニタ側端面側に配置され、モニタ光を反射する反射部と、（ハ）反射部で反射されたモニタ光を入力し、出力光を制御するための出力信号を生成する受光素子と、（ニ）出力光の光路上に配置され、出力光を透過し、且つ出力光が対象物により反射した反射光を反射するハーフミラーと、（ホ）反射光を受光する受光部とを備える光ピックアップシステムであることを要旨とする。
【０００９】
本発明の第３の特徴は、（イ）共振器を構成するように対向配置された半導体レーザ素子の出力側端面とモニタ側端面のそれぞれから出力光及びモニタ光を出射するステップと、（ロ）モニタ光を反射するステップと、
（ハ）反射されたモニタ光を入力し、出力光を制御するための出力信号を生成するステップと、（ニ）出力信号により、出力光の光量を安定させるステップとを含む半導体レーザユニット駆動方法であることを要旨とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１１】
（半導体レーザユニット）
本発明の実施の形態に係る半導体レーザユニット１は、図１及び図２に示すように、共振器を構成する両端面から出力光Ｌ１及びモニタ光Ｌ２を出射する半導体レーザ素子３０と、モニタ光Ｌ２を入力し、半導体レーザ素子３０の光量を制御するための出力信号を送出する受光素子４０と、モニタ光Ｌ２を反射し、受光素子４０に集光する反射部５０とを備えている。半導体レーザ素子３０は、例えば、リードフレーム１０上に設けられた基板２０上に配置される。基板２０，半導体レーザ素子３０，及び受光素子４０は、金（Ａｕ）及びアルミニウム（Ａｌ）等のボンディングワイヤ１１によりリードフレーム１０の各端子と電気的に接続される。
【００１２】
リードフレーム１０は、図１に示すように、リードフレーム１０の端子を構成する４本のアウターリード１２ａ〜１２ｄを備える。アウターリード１２ａは、共通接地用リードである。アウターリード１２ｂ，１２ｄは、半導体レーザ素子３０を駆動するための電圧印加用リードである。アウターリード１２ｃは、受光素子４０との電気的接続を行うための電圧印加用リードである。リードフレーム１０は、機械的強度、電気伝導度、熱伝導度、及び耐食性の優れた銅−鉄−燐（Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ）合金等の金属を用いることが出来る。リードフレーム１０は、リードフレーム材料にプレスを行って所望のパターンを形成する。リードフレーム１０は、一面に基板２０及び受光素子４０を搭載する箇所を除き、予め熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂等によりモールドして用いる。
【００１３】
基板２０は、リードフレーム１０の金属部の上に載置される。基板２０には、多層セラミック基板等を用いることが可能である。基板２０の表面には駆動回路２１が搭載されている。駆動回路２１は、受光素子４０でモニタしたレーザ光をフィードバックするように受光素子４０とボンディングワイヤ１１で接続され、駆動回路２１の出力もボンディングワイヤ１１で半導体レーザ素子３０に接続されている。この結果、半導体レーザ素子３０のレーザ光の光量は、駆動回路２１で制御される。
【００１４】
半導体レーザ素子３０は、図２に示すように、波長及び位相の揃ったコヒーレントな光を発する発光点を、共振器を構成するように対向した出力側端面とモニタ側端面に有する素子である。半導体レーザ素子３０は、例えば、可視光域の波長（λ＝３８０ｎｍ〜８００ｎｍ）の光を発する。半導体レーザ素子３０の出力側端面から出射する出力光Ｌ１は、光ディスクの記録及び再生用光源として用いられる。又、半導体レーザ素子３０のモニタ側端面から出射するモニタ光Ｌ２は、半導体レーザ素子３０のレーザ光出力を制御するために用いられる。半導体レーザ素子３０から出射する出力光Ｌ１の光量とモニタ光Ｌ２の光量の和は一定である。よって、反射防止コーティング等を用いて出力側の透過率をモニタ側の透過率に対し、相対的に高くすることにより、出力光Ｌ１の光量は高く設定し、モニタ光Ｌ２の光量を低く設定する。半導体レーザ素子３０は、ハンダ等を用いて基板２０上に接着される。
【００１５】
受光素子４０は、半導体レーザ素子３０と同一のリードフレーム１０上で、モニタ光Ｌ２を出射する側に並列に配置される。受光素子４０は、ボンディングワイヤ１１で基板２０に搭載されてる駆動回路２１と電気的に接続されている。受光素子４０は、受光したレーザ光を光電変換し、駆動回路に出力信号をボンディングワイヤ１１を介して送出する。受光素子４０としては、フォトダイオード及びフォトトランジスタ等を用いることが出来る。
【００１６】
図２に示す反射部５０は、図３に示すように、図１に示した半導体レーザユニット１を覆うカバー５１の内壁面にモニタ光Ｌ２の分散角Ωで定義される立体角Ωの光が、ほぼ完全に反射出来るように設けられる。図２に示すように、反射部５０は、入射する立体角Ωのモニタ光Ｌ２を効率良く受光素子４０の受光面に集光するように反射させる凹面形状をなす。反射部５０は、半導体レーザ素子３０の発するモニタ光Ｌ２を反射するＡｌ、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）等の高反射材料である。カバー５１は、半導体レーザ素子３０から出射する出力光Ｌ１の光路方向を除いてリードフレーム１０を覆う形状である。カバー５１には、ポリブチレンテレフタレート等の樹脂を用いることが出来る。又、カバー５１には、反射部５０と同様の高反射材料の金属を使用することも可能である。カバー５１をリードフレーム１０に装着する方法としては、接着剤及び嵌合等によって行われる。
【００１７】
以下に、本発明の実施の形態に係る半導体レーザユニット１の動作を図１〜図３を参照しながら説明する。
【００１８】
（イ）まず、半導体レーザ素子３０は、基板２０に搭載された駆動回路２１を介して電力を供給され、共振器を構成する両端面に備える発光点それぞれから出力光Ｌ１及びモニタ光Ｌ２を出射する。
【００１９】
（ロ）出射された出力光Ｌ１は、そのまま光ディスク装置等の記録及び再生用光源として用いられる。一方、出射されたモニタ光Ｌ２は、出力光Ｌ１と反対方向に立体角Ωで出射し、カバー５１に備えられている反射部５０に入射する。反射部５０に入射したモニタ光Ｌ２は、反射部５０で反射して受光素子４０の受光面に集光される。
【００２０】
（ハ）受光素子４０に入射したモニタ光Ｌ２は、受光素子４０で光電変換される。光電変換された出力信号は、基板２０に搭載されている駆動回路２１に供給される。駆動回路２１は、光電変換された出力信号を半導体レーザ素子３０にフィードバックする。フィードバックされることで、半導体レーザ素子３０は、出力光Ｌ１の光量を安定させる。
【００２１】
本発明の実施の形態に係る半導体レーザユニット１は、図４に示すように、ステム７０に実装した形状で使用する。実装方法としては、実施の形態に係る半導体レーザユニット１がステム７０のステージに載置され、アウターリード１２ａ〜１２ｄとステム７０に設けられた端子とをボンディングワイヤによって電気的に接続する。半導体レーザユニット１が載置されたステム７０に、中心にガラス窓７３を嵌めこんであるキャップ７１を取り付けることで発光部８０とする。
【００２２】
本発明の実施の形態に係る半導体レーザユニット１によれば、反射部５０により立体角Ωで分散したモニタ光Ｌ２を効率よく受光素子４０に集光することが出来る。よって、半導体レーザ素子３０は、モニタ光Ｌ２の光量が少なくても十分にモニタすることが出来るため、記録及び再生光源用に用いられる出力光Ｌ１の光量を高く設定することが出来、且つ安定した光量を供給することが出来る。更に、モニタ光Ｌ２を効率よく受光素子４０に集光可能なので、受光素子４０は小さくすることが出来、半導体レーザユニット１の小型化に寄与する。
【００２３】
又、実施の形態に係る半導体レーザユニット１は、リードフレーム１０を介して半導体レーザ素子３０の放熱を行うことが出来るために、特に放熱板等を設けないので、半導体レーザユニット１の小型化及び薄型化を可能とする。更に、半導体レーザ素子３０等をリードフレーム１０上に配置するときは、リードフレーム１０の裏面から直接熱を供給することも可能とする。
【００２４】
又、実施の形態に係る半導体レーザユニット１は、反射部５０を有することで、図１及び図２に示すように、半導体レーザ素子３０と受光素子４０を同一リードフレーム１０に並列に配置出来る。よって、半導体レーザユニット１の組立は簡易になり、組立効率を良くすることが出来る。
【００２５】
（光ピックアップシステム）
本発明の実施の形態に係る光ピックアップシステムは、図５に示すように、半導体レーザユニット１を実装した発光部８０と、ハーフミラー８２と、対象物（光ディスク）８４により反射した反射光を受光する受光部８６とを備えている。更に、発光部８０とハーフミラー８２の間にはコリメータレンズ８１、ハーフミラー８２と対象物８４の間には第１対物レンズ８３、及びハーフミラー８２と受光部８６の間には第２対物レンズ８５が配置されている。
【００２６】
ハーフミラー８２は、光路分離機能を有する光学素子である。ハーフミラー８２は、出力光Ｌ１の光路上に配置され、出力光Ｌ１を透過し、且つ出力光Ｌ１が対象物８４により反射された反射光をの光路を変える。
【００２７】
対象物８４は、ＣＤ−Ｒ，ＣＤ−ＲＷ，ＤＶＤ−Ｒ，及びＤＶＤ−ＲＷ等の光ディスクである。
【００２８】
受光部８６は、入射する光を光電変換する。受光部８６はフォトダイオード等を用いることが出来る。
【００２９】
以下に、本発明の実施の形態に係る光ピックアップシステムの動作を図５を参照しながら説明する。
【００３０】
（イ）発光部８０から出射した出力光Ｌ１は、コリメータレンズ８１に入射し、平行光にされる。コリメータレンズ８１により平行光にされた出力光Ｌ１は、ハーフミラー８２を透過して第１対物レンズ８３に入射する。第１対物レンズ８３に入射した平行光は、対象物８４の表面の一点に集光する。
【００３１】
（ロ）対象物８４上に集光された光は、トラックの記録情報に応じて変調され、反射される。対象物８４で反射した光は、入射時と同一経路をハーフミラー８２まで逆向する。そして、ハーフミラー８２に入射した光は反射され、光路を第２対物レンズ８５方向に変えられる。
【００３２】
（ハ）次に、光路を変えられ第２対物レンズ８５に入射した光は、受光部８６の表面に集光される。そして、受光部８６は、集光された光を光電変換し、出力信号を図示していない演算処理部に送出する。演算処理部が出力信号を演算することで、対象物８４に記録されている情報信号を得ることが出来る。
【００３３】
本発明の実施の形態に係る光ピックアップシステムは、上記した半導体レーザユニット１を用いているので、出力光Ｌ１を高く、且つ安定した光量で供給することが出来る。したがって、実施の形態に係る光ピックアップシステムは、対象物８４に記録されている情報信号を常に一定の状態で再生することが出来る。
【００３４】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。
【００３５】
本発明の実施の形態として反射部５０は、カバー５１の内壁面に設けられてるとしたが、カバー５１の内壁面でなくてもモニタ光Ｌ２を受光素子４０に集光させることが可能であればどこに設けても良い。
【００３６】
又、実施の形態として反射部５０は、図２に示したような凹面形状に限られず、モニタ光Ｌ２を受光素子４０に集光できれば平面形状であっても良い。
【００３７】
又、実施の形態として光ピックアップシステムで対象物８４に記録されている情報信号を再生する場合の記載をしたが、対象物８４に記録する場合に用いることも可能である。
【００３８】
この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、記録及び再生光源用に用いるレーザ光の光量を高く保ち、且つ安定した光量を供給する半導体レーザユニット、光ピックアップシステム及び半導体レーザユニット駆動方法を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体レーザユニットの鳥瞰図（その１）である。
【図２】図１のＡ−Ａ線方向の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る半導体レーザユニットの鳥瞰図（その２）である。
【図４】本発明の実施の形態に係る半導体レーザユニットを搭載した実装体の鳥瞰図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る光ピックアップシステムの模式図である。
【符号の説明】
１…半導体レーザユニット
１０…リードフレーム
１１…ボンディングワイヤ
１２ａ〜１２ｄ…アウターリード
２０…基板
２１…駆動回路
３０…半導体レーザ素子
４０…受光素子
５０…反射部
５１…カバー
７０…ステム
７１…キャップ
７３…ガラス窓
８０…発光部
８１…コリメータレンズ
８２…ハーフミラー
８３…第１対物レンズ
８４…対象物
８５…第２対物レンズ
８６…受光部
Ｌ１…出力光
Ｌ２…モニタ光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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