(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザチップをステムに搭載した半導体レーザ装置の製造方法において、
上記ステムの表面において上記レーザチップの放熱を司どる部分を銅メッキする第１の工程と、
上記ステム全体を浸炭剤中に入れて８５０〜９００℃にて８〜１０時間加熱処理する第２の工程と、
上記ステムを水または油中で急冷した後、上記ステムを７５０〜８００℃にて８〜１０時間加熱処理する第３の工程と、
上記ステムを水または油中で急冷して焼き入れを行って、上記放熱を司る部分以外を硬化させることにより、上記ステムの表面に浸炭層を形成する第４の工程とを備えたことを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばコンパクトディスクプレーヤや、光学式のビデオディスク等に使用される半導体レーザ装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ピックアップのトラッキングサーボの１つとしては、３ビーム方式がある。以下、この３ビーム方式を、コンパクトディスク（以下、「ＣＤ」と略す）を例に採って説明する。
【０００３】
ＣＤのトラックピッチは１．６μｍ程度である。ＣＤのセンターホールの精度やスピンドルモータにチャックするときの誤差、及びトラックの真円度の精度等により、モータの中心軸とＣＤのトラックのセンターとが完全に一致しないため、偏心現象が起こる。ＣＤ方式では、この様な偏心を予測して、光ビームが常に１本のスパイラル状のトラックを追い続けることが出来る様な機構がなされている。その機構がトラッキングサーボであり、その具体的な方法の１つが３ビーム方式である。
【０００４】
従来の３ビーム方式によれば、図３に示す様に、半導体レーザチップ１０２、回折格子１０３、レンズ１０４、ディスク１０５、ハーフミラー１０６及び光検出器１０７が、３ビーム方式の最小構成要素である。実際にはトラッキングサーボを完成させるには位相補償ドライブアンプによる光ピックアップ全体または光ピックアップの一部の移動という要素が必要であるが、ここでは省略する。上記半導体レーザチップ１０２を搭載するステム１０１としては、鉄から成り、表面に金メッキ１１２を施されたものが主として使用される。また、上記半導体レーザチップ１０２の活性層１１２はチップ中央部に位置している。
【０００５】
上記半導体レ―ザチップ１０２から出射されたレーザ光は次の（１）〜（６）の様にして光検出器１０７に入射する。
【０００６】
（１）上記半導体レーザチップ１０２から発振されたレーザ光は、回折格子１０３を通った後、主ビームｈ及びサイド（副）ビームｉ，ｊの３つのビームになる。
【０００７】
（２）上記主ビームｈ及びサイドビームｉ，ｊはハーフミラー１０６を透過して、レンズ１０４によってディスク１０５の信号面に照射される。
【０００８】
（３）３つのビームはディスク１０５の信号面の信号を読み取る。３つのビームのうち主ビームｈが、ディスク１０５の信号面の１つのトラックのほぼ真上に当たる様に光学的に設計されている。これと共に、上記主ビームｈを挟む様に、２つのサイドビームｉ，ｊが主ビームｈの前後に位相をずらせてトラックに当たるように光学的に設計されている。
【０００９】
（４）３つのビームは、ディスク１０５の信号面で反射された後、レンズ１０４を経由してもと来た道を逆に辿り、再びハーフミラー１０３に戻って来る。
【００１０】
（５）上記ハーフミラー１０３によって反射された主ビームｈ及びサイドビームｉ，ｊが光検出器１０７に入る。このとき、上記主ビームｈが光検出器１０７の位置Ｇ、サイドビームｉが光検出器１０７の位置Ｅ、サイドビームｊが光検出器１０７の位置Ｆにそれぞれ入る。
【００１１】
上記光検出器１０７の位置Ｇ，Ｅ，Ｆに照射された３ビームにより、トラッキング誤差信号が次の様にして取り出される。
【００１２】
上記ディスク１０５の信号面において、図４（ｃ）に示す様に、主ビームｈによって形成される主ビームスポット１２１がトラック１１５の真上にある状態では、サイドビームｉ，ｊによって形成される２つのサイドビームスポット１２２，１２３が共に僅かにトラック１１５にかかっている程度である。このとき、上記トラック１１５にかかっていないサイドビームスポット１２２，１２３はディスク１０５のミラー面上にある。このミラー面に照射された光は反射されてレンズ１０４を透過して光検出器１０７に入る。
【００１３】
既に述べた様に、サイドビームｉが光検出器１０７の位置Ｅに入ると共に、サイドビームｊが光検出器１０７の位置Ｆに入る。以下、そのサイドビームｉにプラス（＋）、サイドビームｊにマイナス（−）の符号（極性）を付けた変位表現をする。
【００１４】
図４（ｃ）に示す状態では、ミラー面で反射されるサイドビームｉ，ｊは同じ量の光であるので、プラスマイナスが打ち消されて、図４（ａ）に示す誤差増幅器１３０の出力、つまりトラッキング誤差信号はゼロとなる。この場合、上記トラック１１５に対する主ビームスポット１２１のずれは無く、ディスク１０５の情報ピットから良好な読み出しが出来ている。
【００１５】
３つのビームスポットとトラック１１５との理想的な位置関係が崩れた場合としては、図４（ｂ）または図４（ｄ）に示す状態が考えられる。図４（ｂ）の場合は、図４（ｃ）の状態に比べて３つのビームがトラック１１５に対して図中上側にずれている場合であり、図４（ｄ）の場合は、図４（ｃ）の状態に比べて３つのビームがトラック１１５に対して図中下側にずれている場合である。これらの場合は、情報ビットによる２つのサイドビームｉ，ｊの回折が不均衡になり、図４（ｂ）の場合はプラスに、図４（ｄ）の場合はマイナスという、両極性のトラッキング誤差信号が得られる。そして、上記主ビームスポット１２１が１本のトラック１１５のどちら側にずれているかというずれの信号（＋，−）と、そのずれ量（変位の大きさ）との情報が検出されることによって、主ビームスポット１２１がトラック１１５に対してどちら側にどれだけずれているかが検出されることになる。この検出情報がトラッキング誤差信号と呼ばれるものであり、このトラッキング誤差信号が位相補償（反対側にずれた量だけ戻すという位置関係補償）の指標となるのである。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の３ビーム方式の（４），（５）で、ハーフミラー１０６によって反射された光が全て光検出器１０７に入るという様な説明をしたが、実際には、図５に示す様に、ハーフミラー１０６を透過したサイドビームが存在する。上記ハーフミラー１０６を透過して半導体レーザチップ１０２に向かって戻って来たサイドビーム（いわゆる「戻り光」）をそれぞれＩ，Ｊとし、半導体レーザチップ１０２の活性層１１２が半導体レーザチップ１０２の中央部にあるとすると、戻り光Ｉ，Ｊは図５に示す様な経路を辿る。例えば、上記戻り光Ｊがステム１０１の端面１０１ａで反射された場合、再び、回折格子１０３、ハーフミラー１０６、レンズ１０４及びディスク１０５を順次経由した後、ハーフミラー１０６で反射されて光検出器１０７の位置Ｆに入ってしまう。
【００１７】
その結果、上記従来の３ビーム方式によるトラッキングサーボでは、回折格子１０３からの３つの光ビームｈ，ｉ，ｊのみがディスク１０５の信号面に当たり、その信号面で反射された光のみが光検出器１０７に入ると仮定してきたため、トラッキングサーボが十全に行われなくなる可能性が生じるという問題がある。
【００１８】
具体的には、上記トラッキング誤差信号の値が理論より大きな数値になる。そのため、この誤ったトラッキング誤差信号に基づいて位相補償が行われてしまう。仮に、その位相補償が理想通りに行われるとしても、理論よりもプラス方向になされることになる。
【００１９】
ＣＤ方式によると、補正しなければならないサーボ補正量として±７０μｍという規格値が定められている。上記戻り光Ｉ，Ｊがステム１０１の端面１０１ａで反射されるという現象によって発生した誤った「トラッキング誤差信号」に基づく「位相補償」によって、どの程度のエラー（トラッキングエラー）が発生するのかは光学系によって一概には言えない。但し、トラッキングサーボエラーが発生する可能性を持つ因子は設計において除いておくべきである。
【００２０】
そこで、本発明の目的は、トラッキングサーボエラーの発生を阻止することができる半導体レーザ装置の製造方法を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
日常経験として、黒い物質（正確には「黒く見える物質」）が他の色の物質よりもより光を吸収することは普く知られている。そこで、ステムの表面処理として通常なされる金メッキ処理を、レーザチップでの発熱を放熱する部分のみに限定させ、その部分以外のステム部分に鉄の浸炭処理（いわゆる「炭素蒸し」）を行った後、焼き入れによってステム部分の表面に、例えば約１〜約３ｍｍの厚さの浸炭層を設ける。この浸炭層に戻り光が当たる構成にした場合、戻り光が浸炭層に吸収されて、戻り光がステムで反射するのを防げる。
【００２２】
【００２３】
【００２４】
なお、「浸炭」とは、例えば鉄・鋼における炭素含有率を増加させる目的で、木炭粉・青化ソ−ダ・天然ガス等の浸炭剤中で加熱する操作のことをいう。
【００２５】
また「焼き入れ」とは、金属の変態点以上の温度に加熱した後に、水や油などの媒液中で急速に冷却させる操作のことをいう。
【００２６】
【００２７】
【００２８】
【００２９】
【００３０】
【００３１】
【００３２】
【００３３】
ところで、従来技術においては、放熱防錆等の目的でチップ台（ステム）の表面全体に金メッキを施してある。これに対して、本発明では、金メッキを施す部分はレーザチップからの発熱を逃す部分に限定する。具体的には、金メッキを施す部分と、浸炭する部分とを分離するために銅メッキを用いる。つまり、金メッキを施す部分には予め銅メッキを施しておき、この銅メッキを一種の浸炭レジストとして浸炭処理を行うと、銅メッキされた部分は浸炭されずに残る。この銅メッキされた部分上に金メッキを施すと、金メッキを施す部分と浸炭する部分とが分離して形成することができる。
【００３４】
すなわち、本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、レーザチップをステムに搭載した半導体レーザ装置の製造方法において、上記ステムの表面において上記レーザチップの放熱を司どる部分を銅メッキする第１の工程と、上記ステム全体を浸炭剤中に入れて８５０〜９００℃にて８〜１０時間加熱処理する第２の工程と、上記ステムを水または油中で急冷した後、上記ステムを７５０〜８００℃にて８〜１０時間加熱処理する第３の工程と、上記ステムを水または油中で急冷して焼き入れを行って、上記放熱を司る部分以外を硬化させることにより、上記ステムの表面に浸炭層を形成する第４の工程とを備えたことを特徴としている。
【００３５】
上記構成の半導体レーザ装置の製造方法によれば、まず、上記ステムの表面においてレーザチップの放熱を司る部分に、浸炭防止の目的で銅メッキを施す。そして、上記ステム全体を、例えば木炭・コークス等の浸炭剤中に入れて８５０〜９００℃にて８〜１０時間加熱処理する。引き続いて、上記ステムを水または油中で急冷した後、ステムを７５０〜８００℃にて８〜１０時間加熱処理する。さらに、上記ステムを水または油中で急冷して焼き入れを行って、放熱を司る部分以外を硬化させることにより、ステムの表面に浸炭層を形成する。その結果、上記ステムの表面の所望の部分のみに確実に浸炭層を形成することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態の半導体レーザ装置の製造方法によって製造された半導体レーザ装置を備えた光ピックアップの模式図である。また、図１において、図３に示した構成部と同一構成部には、図３における構成部と同一参照番号を付して説明を省略する。
【００３７】
上記半導体レーザ装置は、図１に示す様に、ステム１と、このステム１に搭載されたレーザチップ１０２とを備えている。このレーザチップ１０２は、光出射端面からレーザ光を光ディスク５に向けて出射する。
【００３８】
上記ステム１において、戻り光の当たる箇所を中心に黒色の浸炭層１０が１〜３ｍｍの厚みで形成されている。具体的には、上記ステム１の図中上側（光出射端面側）の端面に黒色の浸炭層１０が形成されている。この浸炭層１０が黒色であることにより、浸炭層１０は全波長領域にわたって均等に光を吸収することができる。言うまでもないが、レーザチップ１０２が出射したレーザ光の戻り光も浸炭層１０で吸収することができる。上記浸炭層１０で戻り光の吸収を図るには、浸炭層１０の金属結晶オーダを、顔料の０．１μｍ〜２．０μｍのオーダよりずっと小さい金属結晶オーダにするのが好ましい。また、８５０℃〜９００℃で８〜１０時間の加熱処理で約２ｍｍの浸炭層１０を得ることができる。
【００３９】
上記ステム１は、浸炭される対象として相応しい鉄または低炭素鋼から成っている。炭素の様な原子半径の小さな原子は、金属あるいは合金の格子によく侵入して固溶体を作りやすい。特に高温状態では原子空孔が出来易く、炭素が入り込む。これが炭素の拡散現象であり、この炭素の拡散現象を応用して浸炭処理が行われる。
【００４０】
また、上記ステム１の表面において、レーザチップ１０２が搭載される箇所と、レーザチップ１０２の熱を放出する箇所とには金メッキ１１を施している。上記金メッキ１１の部分は、戻り光が当たる部分ではなく、放熱特性が求められる部分である。そして、上記ステム１の表面において金メッキ１１を設ける箇所は、浸炭を施す前に銅メッキしておいて浸炭防止をはかっておく。
【００４１】
以下、上記半導体レーザ装置の製造方法を図２のフローチャートにしたがって説明する。
【００４２】
まず、ステップＳ２１で、上記ステムの表面においてレーザチップの放熱を司どる部分を、浸炭防止の目的で銅メッキする。
【００４３】
次に、ステップＳ２２で、上記ステム全体を木炭・コークス等の浸炭剤中に入れて８５０〜９００℃にて８〜１０時間加熱処理する。
【００４４】
そして、ステップＳ２３でステムに対して焼入れを行う。つまり、上記ステムを水または油中で急冷する。その後、ステップＳ２４で、上記ステムを７５０〜８００℃にて８〜１０時間加熱処理する。
【００４５】
次に、ステップＳ２５で、上記ステムを水または油中で急冷して焼き入れを行って、ステムにおいて放熱を司る部分以外を硬化させる。これにより、上記ステムの表面に浸炭層を形成する。
【００４６】
最後に、ステップＳ２６で、ステムの銅メッキの部分に対してＮｉ−Ａｕメッキを施して、銅メッキ上に金メッキを形成する。
【００４７】
上記ステップＳ２４における浸炭処理後の加熱温度は、いわゆる黒づく温度である５５０℃を超えることが必要である。ステップＳ２４における加熱処理の温度が５５０℃越えることにより、黒色の浸炭層を確実に得ることができる。
【００４８】
上記実施の形態では、浸炭層１０の厚さは１〜３ｍｍであったが、略１〜略３ｍｍであってもよい。
【００４９】
また、上記実施の形態では、ステム１において戻り光が当たる箇所に浸炭層を形成していたが、サブマウントにおいて戻り光が当たる箇所に浸炭層を形成してもよい。
【００５０】
また、上記ステム１の材質は、浸炭層１０を形成し易い金属材料であればよい。
【００５１】
本明細書において、ステム上に形成されたサブマウントもステムの一部とみなす。したがって、そのサブマウントにおいて戻り光が当たる箇所に浸炭層を形成してもよい。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法によって製造された半導体レーザ装置を光ピックアップに用いた場合、上記ステムの表面に黒色の浸炭層が形成されているから、ハーフミラーを透過した戻り光が、ステム（またはステム上のサブマウント）で反射して、再び受光素子に入りそこで正常な光と干渉を起こすのを防ぐことができる。その結果、トラッキングサーボエラーの発生の発生が防止されるので、本来の３ビーム方式のトラッキングサーボを十全に行うことが出来る。
【００５３】
また、副次的効果として、ステムまたはステム上のサブマウントの材質が鉄である場合、ステムの表面に浸炭層を形成することにより、その鉄を錆びから保護できるという効果が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は本発明の実施の一形態の半導体レーザ装置の製造方法によって製造された半導体レーザ装置を備えた光ピックアップの模式図である。
【図２】  図２は上記半導体レーザ装置の製造方法のフローチャートを示す図である。
【図３】  図３は従来の半導体レーザ装置を備えた光ピックアップの模式図である。
【図４】  図４（ａ）〜（ｄ）は３ビーム方式によるトラッキング誤差信号の検出方法を説明するための図である。
【図５】  図５は従来の半導体レーザ装置を備えた光ピックアップの模式図である。
【符号の説明】
１  ステム
１０  浸炭層
１０２  レーザチップ
【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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