JP2006100376A - 半導体レーザ装置および光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＧａＮ系レーザにおいて、薄型PC等に搭載可能な薄型で放熱性に優れたレーザパッケージを実現し、且つ光学部品等を最小限に留めた低コストの光ピックアップでの構成を提供することを目的とする。
【解決手段】長手方向を有するキャン６と、キャン６の主面側に位置する、積層構造を持つ窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子１と、を有し、前記キャン６の長手方向と、前記窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子１の積層方向が同一方向であることを特徴とするように構成したものである。これにより、薄型化・高放熱の半導体レーザ装置および光ピックアップ装置を実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体レーザ装置およびそれを用いた光ピックアップ装置に関する。

青紫色光を発する窒化ガリウム（GaN）系半導体レーザを小型ムービーや薄型パーソナルコンピュータ（ＰＣ）に搭載する場合、、GaN系レーザ自体の小型・薄型・軽量（スリム型）が強く要求される。例えば、特許文献１及び特許文献２にもあるように、現在、ＧａＮ系レーザは、円形のキャンパッケージに実装され使用されている。

また、小型ムービーや薄型ＰCに搭載可能なＧａＮ系レーザには、よりいっそうの高温度・高出力時での安定動作（長寿命化）が要望されている。

ＧａＮ系レーザは、従来の半導体レーザ（砒化ガリウム（ＧａＡｓ）系レーザ、燐化インジウム（ＩｎＰ）系レーザ）と比較すると、材料的にバンドギャップエネルギーが大きいために動作電圧が高い。このため、ＧａＮ系レーザでは消費電力（動作電流と動作電圧の積）が大きくなるために自己発熱による劣化が促進されやすい傾向がある。

したがって、ＧａＮ系レーザの長寿命化には低消費電力化と高放熱が重要であることが知られている。
特開平１１-１０３１２０号公報 特開２００４−４００５１号公報

しかしながら、円形のキャンパッケージでは表面積が大きいために、上記のような小型・薄型化を充分に満足させることができない。

また、円形ではなく、円周を切り落として小型化したスリム型のキャンパッケージでは、放熱部分が小さくなるため、ＧａＮ系レーザを用いた場合、放熱性に劣るといった課題があった。

本発明は、ＧａＮ系レーザにおいて、薄型ＰC等に搭載可能なスリム型で放熱性に優れた半導体レーザ装置を実現し、且つ光学部品等を最小限に留めた低コストの光ピックアップでの構成を提供することを目的とする。

また、波長の異なるレーザ（赤外、赤色等）を同一の光ピックアップに混載した際に生じる課題を解決する方法も提供する。

本発明は、上記目的を達成するために、長手方向を有するステムと、ステムの主面側に位置する、積層構造を持つGaN系レーザと、を有し、前記ステムの長手方向と、前記GaN系レーザの積層方向が同一方向であることを特徴とするように構成したものである。

したがって、小型・薄型化及び高放熱の半導体レーザ装置が期待できる。

上記構成により、ＧａＮ系レーザにおいて、薄型ＰC等に搭載可能なスリム型で放熱性に優れたレーザパッケージが実現できる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の概略図である。

図１において、窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子１（以下、レーザ素子１とする）は、ＧａＮ系のレーザ素子である。レーザ素子１は、積層構造となっている（積層構造の方向は、図１（ａ）におけるｙ軸方向であり、以下、本明細書中で同じ）。

サブマウント２は、シリコン（Ｓｉ）、炭化珪素（ＳｉＣ）及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等で構成されている。

レーザ素子１の上下面には、ＰＮ接合の各電極が形成されている。この場合、Ｐ電極が、サブマウント２側にあり、サブマウント２と半田材（図示しない）で接合されている。Ｎ電極は、Ｐ電極面の反対面に形成されている。なお、ここでいう上とは、図１（ａ）におけるｙ軸方向と同意である（以下、本明細書中で同じ）。

レーザ素子１は、主発光方向にファブリペロー型レーザ共振器（図示しない）が構成されている。ここでいう、主発光方向とは、図１（ｂ）のｂ軸方向と同意である（以下、本明細書中で同じ）。

サブマウント２上には、配線用の金属パターン電極（図示しない）が形成されている。レーザ素子１のＰ電極は、サブマウント２上の金属電極パターンと電気的に接続されている。

リード電極３は、鉄（Ｆｅ）／ニッケル（Ｎｉ）及びコバール等の金属で構成されている。金属ワイヤ４は、金（Ａｕ）及びアルミニウム（Ａｌ）等からなる。金属ワイヤ４は、レーザ素子１のＮ電極とリード電極３ａとを、およびサブマウント２とリード電極３ｂとを電気的に接続するように配置されている。レーザ素子１は、リード電極３によって外部から電流が供給される。

放熱部５（以下、ヒートシンク５）は、鉄Feや銅（Cu）等の金属で構成され、サブマウント２の下に配置されている。レーザ素子１が動作したとき、レーザ素子１の発熱が起こる。このとき、ヒートシンク５を設けることにより、レーザ素子１の発熱は、放熱される。

キャン６は、Fe及びCu等の金属で構成されている。キャン６の主面側には、レーザ素子１、サブマウント２、リード電極３、金属ワイヤ４、ヒートシンク５が配置されている。なお、ここでいう主面側とは、主発光方向側（図１（ｂ）のｂ軸方向側）を示す(以下、本明細書中で同じ)。

リード電極３は、キャン６の内部を通って、キャン６の裏面にも配置されている。リード電極３の内リード電極は、ガラス材によってキャン６と絶縁されている。
キャン６は、厚さ３．０ｍｍ、幅５．６ｍｍである。なお、キャン６の厚さとは、図１（ａ）のｘ軸方向の厚さのことであり、幅とは、図１（ａ）ｙ軸方向の厚さのことである（以下、本明細書中で同じ）。

リード電極３・ヒートシンク５・キャン６は、Ｎｉを下地としたＡｕメッキが施されている。

次に本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の放熱について記載する．
レーザ素子１に電流を印加すると光発振以外に、無効電流や非発光再結合，誘導放出光の再結合によって、電流印加パターンすなわち垂直方向の光共振器パターンでライン状に熱が発生する。

温度上昇は、注入電流や外部温度、系の熱抵抗によって異なるが，百数十度から二百数十度程度に達する。発熱は、Ｐ電極・サブマウント２・ヒートシンク５・キャン６の順に熱伝導度の高い金属部分を介してパッケージ外へ放熱される。

ヒートシンク５の厚さが薄くなると、光ディスクの高速記録化等によるレーザの高出力化によって発熱量が多くなった場合、ヒートシンク５の放熱に問題が発生する。放熱能力を表す熱抵抗は長さに比例し、断面積に反比例の関係がある。

上記の関係によれば、ヒートシンク５の厚さの減少による断面積の減少を幅の増大で補償すればいいことになるが、ヒートシンク５中の熱流束は、ヒートシンク５の幅方向ではなくキャン６への方向である。このためヒートシンク５の熱流束方向すなわちレーザ素子１の光発振方向に放熱の不均一による温度分布がついてしまう。

一般に半導体レーザ装置の信頼性は、結晶の欠陥増殖等による温度加速性がある。また、過度の温度分布は、レーザ素子１に熱歪を起こし、結晶の欠陥増殖が加速され、信頼性の低下を引き起こす。

特にＧａＮ系半導体レーザにおいては、他のＧａＡｓ系やＩｎＰ系と比べて材料のバンドギャップの差により電圧が倍以上大きいため、消費電力も倍以上となり、ＧａＮ系材料の熱伝導度が他の材料に比べて高いものの課題は顕著となる。

一方、ヒートシンク５の厚さが充分な場合には、厚さによる熱分布の均一化によりレーザチップの光共振器方向の放熱特性による温度分布は発生しない。

そこで、本発明者等は、熱シミュレーションを駆使し、その結果、ヒートシンク５の幅は、サブマウント２の幅以上が好ましいことがわかった。また、ヒートシンク５の厚さは、好ましくは、1.2ｍｍ以上、さらに望ましくは、1.0ｍｍ以上、最低でも0.8ｍｍ以上が好ましい。

上記の構成により、半導体レーザ装置の高出力化による発熱量の増大に耐えうる放熱能力を有したヒートシンク５の厚さを確保し、半導体レーザ装置の信頼性を向上した、光ディスクの高速記録化に対応した薄型パッケージを実現できる。

以下、本実施の形態１にかかるレーザ素子１および半導体レーザ装置の製造方法について簡潔に説明する。

図２は、結晶成長工程まで終了したレーザ素子１（以下、各素子に分離する前の状態であってもレーザ素子１と称することとする）の構成を模式的に示す断面図である。

まず、図２を参照しながら、結晶成長工程について説明する。（0001）面を主面とするＧａＮ基板１１を酸溶液で洗浄する。その後、ＧａＮ基板１１を有機金属気相成長（MOVＰE）装置（図示せず）の反応炉内のサセプタに保持し、反応炉を真空排気する。

続いて、反応炉内の圧力を39.9kＰaの窒素雰囲気とし、温度を約800℃にまで昇温してＧａＮ基板１１を加熱し表面のサーマルクリーニングを行なう。このサーマルクリーニング工程では、酸洗浄では除去できなかったＧａＮ基板１１表面の異物および酸化物を除去することができる。

なお、この工程では、水素も添加して窒素と水素の混合雰囲気としてもよい。ただし、水素の分圧が過剰になると、ＧａＮ基板１１表面でエッチング反応が進行し、スクラッチ等の研磨傷の凹凸が激しくなり、またＧａドロップレットが発生するなど結晶性も劣化するので、好ましくない。

次に、反応炉を約1000℃にまで昇温した後、ＧａＮ基板１１の主面上に、供給量7sccmのトリメチルガリウム（TMG）、供給量が7.5slmのアンモニア（NH₃）ガス、および窒素と水素の混合ガスをキャリアガスとして供給する。

続いて、ｎ型不純物ドーパントとしてシラン（SiH₄）ガスを供給することにより、厚さが約0.3マイクロメートル でSi不純物濃度が約5×10¹⁷cm^-3のｎ型ＧａＮ層１２を成長する。

次に、トリメチルアルミニウム（TMA）も供給することで、厚さが約1.2マイクロメートルでSi不純物濃度が約5×10¹⁷cm^-3のｎ型Al_0.07Ga_0.93Nよりなるｎ型クラッド層１３を成長する。

続いて、厚さが約120nmでSi不純物濃度が約5×10¹⁷cm^-3のn型ＧａＮよりなる第１の光ガイド層１４を成長した後、温度を約800℃にまで降温し、キャリアガスを窒素のみに変更して、トリメチルインジウム（TMI）とTMGを供給して厚さが約3nmのIn_0.10Ga_0.90Nよりなる量子井戸層（3層）と、厚さが約7nmのIn_0.02Ga_0.98Nよりなるバリア層（2層）からなる多重量子井戸活性層１５を成長する。

引き続いて、厚さが約100nmのIn_0.02Ga_0.98N よりなる中間層１６を成長する。

なお、この中間層１６は、不純物を添加しないアンドープ層とする。中間層１６は、活性層１５中にｐ型ドーパントであるMgが拡散等で混入することを防止する役割と、レーザ動作時にMgによる光吸収損失を低減する役割を担っている。

その後、再び反応炉内の温度を約1000℃にまで昇温しキャリアガスに水素も混合して、Cｐ₂MgガスとTMGガスを供給した後、TMAガスも供給して厚さが約20nmでMg不純物濃度が約1×10¹⁹cm^-3のｐ型 Al_0.18Ga_0.82N よりなるキャップ層１７を成長する。

なお、本実施の形態１では、Cｐ₂Mgガスをキャップ層１７の成長前から供給する。ｐ型AlＧａＮ層は、キャップ層１７のようにAl組成が増加する程、高抵抗化することが知られている。

さらに、MOVＰE装置の反応管が石英で構成されている場合、反応管に供給したMgが石英と反応することで、所望のMg濃度を含んだ半導体が得られないことがある（メモリー効果）。このため、本実施形態のように、Cｐ₂Mgガスをキャップ層１７の成長前に供給しておくことで、上記メモリー効果によるMgドーピング遅れを緩和して、キャップ層１７の高抵抗化を抑制できる。

さらに、キャップ層１７の成長前に供給するCｐ₂Mgガスを、成長時に供給するCｐ₂Mgガスよりも多く設定することで、上記メモリー効果をさらに緩和することができる。また、前記キャップ層１７は、引き続くｐ型クラッド層１９の成長中に活性層１５からInが蒸発することを防止する役割と、電流注入時にｎ型層から活性層へ注入された電子がｐ型層へオーバーフローすることを防止する役割を担っている。

なお、本実施の形態１では、前記キャップ層１７の層厚を約20nmとしたが、層厚はこれに限定されることはない。キャップ層１７は、その層厚が約10nm程度までは電子オーバーフロー防止効果が顕著であったので、好ましくは10nm以上とする。

また、本実施の形態１では、前記キャップ層１７のAl組成を18%としたが、Al組成はこれに限定されることはない。キャップ層１７のAl組成は、10%程度までは電子オーバーフロー防止効果が顕著であったので、好ましくは10%以上とする。

次に、厚さが約100nmでMg不純物濃度が約1×10¹⁹cm^-3のｐ型 ＧａＮよりなる第２の光ガイド層１８を成長する。

続いて、厚さが約0.5マイクロメートルでMg不純物濃度が約1×10¹⁹cm^-3のｐ型Al_0.07Ga_0.93Nよりなるｐ型クラッド層１９を成長する。

最後に、厚さが約60nmでMg不純物濃度が約1×10¹⁹cm^-3のｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層１１０を成長する。ここで、好ましくはｐ型コンタクト層１１０の約10nm程度の最表面のMg濃度をさらに増加した（例えば約1×10²⁰cm^-3）第２のｐ型コンタクト層１１１を設ける。このようにすると、ｐ電極１１２とのコンタクト抵抗を大幅に低減することが可能となり、レーザ素子１の動作電圧の低減、すなわち長寿命化に寄与することになる。

なお、本実施の形態１では、ｎ型クラッド層１３及びｐ型クラッド層１９の各Al組成を7%としたが、各Al組成を3〜5%に低減してもよい。クラッド層のAl組成を低減することで、ＧａＮ及びInＧａＮとの格子不整合度を緩和することができ、活性層１５に印加される歪を緩和でき、レーザ素子１の信頼性をさらに改善することができる。

結晶成長工程終了後、レーザ結晶表面に二酸化珪素（SiO₂）よりなる絶縁膜１１３を堆積させる。

続いて、この絶縁膜上にレジスト膜を堆積させ、フォトリソグラフィー法によりｐ型コンタクト層１１０のリッジ形成領域（リッジ幅は約1.5マイクロメートル）のみにレジスト膜が残るようにする。

この後、レジスト膜をエッチングマスクとして、レジスト除去部のSiO₂膜をフッ酸溶液で除去しｐ型コンタクト層１１０を露出させる。

続いて、リッジ形成領域以外をドライエッチング装置（図示せず）でエッチングし、活性層１５上の残し層厚を0.1マイクロメートル程度に制御する。

結果、リッジ形成領域以外のｐ型クラッド層１９とｐ型コンタクト層１１０が除去される。なお、このドライエッチングで使用するガスは塩素（Cl₂）とする。

その後、アセトンなどの有機溶液によりリッジ上のレジスト膜を除去し、フッ酸溶液でリッジ上のSiO₂膜を除去する。

次に、リッジ上のｐ電極２２形成領域を所定のマスク層で覆い、リッジ上のｐ電極１１２形成領域以外をSiO₂膜１１３で堆積した後、リッジ上及びSiO₂膜１１３上にパラジウム（Ｐd）と白金（Ｐt）と金（Au）を蒸着し、ｐ電極１１２を形成する。

続いて、基板１１の裏面を研磨し総層厚を100マイクロメートル程度に薄膜化する。

その後、基板１１の裏面（研磨面）に、チタン（Ti）と白金（Ｐt）と金（Au）を蒸着し、ｎ電極１１４を形成する。この際、ｎ電極１１４を基板１１の全面に形成せずに、レーザ素子ごとに対応するように分離して形成する。この電極分離により、へき開によるレーザ素子の分離が容易になる。

続いて、レーザ共振器端面のへき開工程に移る。

共振器端面がＧａＮ基板１１の（1-100）面となるように、ＧａＮ基板１１をへき開装置（図示せず）でへき開し、バー状態に分離する。

なお、レーザ共振器長は700マイクロメートルとする。続いて、レーザ共振器の後端面にスパッタ装置（図示せず）を用いて、SiO₂と酸化ニオブ（Nb₂O₅）の５対で構成される誘電体多層膜を堆積させ、90%程度の反射率を有する高反射膜コートとする。

一方、レーザ共振器の前端面（レーザ光出射端面）にはスパッタ装置を用いて、Nb₂O₅を堆積させ端面保護膜とする。

なお、ＧａＮ系レーザのレーザ光は波長が405nm程度であり紫外線波長域に近いために、光化学反応が起きやすくなる。このため、上記各プロセス工程において、有機物質が残存すると、上記光化学反応によって有機物質が容易に分解され、光CVD（chemical vapor deposition）的反応にうよって、光密度および温度が最も高いレーザ前端面の活性層付近に異物（シリコン（Si）、炭素（C）等）が堆積される。

この端面異物付着はレーザ前端面の反射率を変化させ、レーザ動作中の駆動電流の変動を与え、レーザ動作を不安定にさせる要因となる。しかしながら、上記のように、レーザ前端面にNb₂O₅を堆積させると、Nb₂O₅は紫外線に対して化学的に耐光性が強固であるために、SiやC等の付着が進行しにくい。

続いて、バー状態のレーザ素子の２次へき開をおこなってレーザ素子１に分離する。

レーザ素子１は、ヒートシンク６を介してサブマウント２とｐ電極１１２側が接するように半田実装される。

レーザ素子１が実装されたサブマウント２およびヒートシンク６は、キャン６に半田実装される。

なお、従来の薄型パッケージと区別をするためにキャン６の厚さを保存し、キャン６の周囲の形状を変更することが可能である。更にキャン６の外周に切り込みを入れることも好適である。さらに、リード電極３のレイアウトは適宜変更可能である。図３は、好適なリードレイアウトならびにパッケージ形状の１例である。

また、キャン６は、本実施の形態のような楕円形や長方形に限定されることはない。

（実施の形態２）
図４は，本実施の形態２にかかる半導体レーザ装置の概略図である。

図４は、実施の形態１における半導体レーザ装置に、レーザキャップ７、レーザ光出射窓８を設けた半導体レーザ装置を示している。

蓋部７（以下、レーザキャップ７）は、ニッケル等で構成されている。レーザキャップ７は、レーザ素子１、サブマウント２、リード電極３、金属ワイヤ４、ヒートシンク５を覆うように設けられている。

窓部８（以下、レーザ光出射窓８）は、楕円形状であり、無反射ガラス等で構成されている。レーザ光出射窓８は、レーザ素子１から発振する光を外部へ通す窓となっている。

以下に、実施の形態２における動作および作用について説明する。

半導体レーザ装置に直流電流を注入すると室温において連続発振に到った（図５）。図５から、半導体レーザ装置の閾値電流は35mA程度であった。

ＧａＮ系レーザのレーザ光の遠視像（FFＰ）は、基板１１の主面に平行方向（図４におけるｘ方向）及び垂直方向（図４におけるｙ方向）を各々qh、qvとすると、qh＜qvの関係があった。すなわち、FFＰは楕円型となっていた。

従来の砒化ガリウム（ＧａＡｓ）系半導体レーザ（波長：0.6〜1mm）、隣化インジウム（ＩｎＰ）系半導体レーザ（波長：1mm以上）と比較すると、ＧａＮ系レーザはその材料的な屈折率等から、上記楕円率が特に大きい。

本実施の形態２における半導体レーザ装置では、（qh、qv）が（8°、22°）程度であった。このため、レーザ出射窓８を扁平型（楕円型）にし、さらにその扁平（楕円）方向と、レーザ光のFFＰの楕円方向を一致させる。これにより、レーザ光射窓８から取り出すレーザ光を遮断させることなく有効に光ディスクへ利用することが可能になる。

具体的には、キャン６の長辺方向と平行にFFＰのqvが配置されるように、レーザ素子１をキャン６に実装する。次に、扁平型（楕円型）のレーザ出射窓８を有する扁平型のレーザキャップ７をキャン６の外形に沿うように融着することで実現することができる。

また、ＧａＮ系レーザはその消費電力（動作電流と動作電圧の積）が大きいために発熱量が大きく、半導体レーザ装置の信頼性向上のためにはヒートシンク５へ効率よく放熱することが重要である。

実施の形態１において、レーザチップ１のｐ側電極は、ヒートシンク５へ接着（ｐサイドダウン）された。この場合、基板１１側（ヒートシンク５と接しない側）は、キャン６とレーザキャップ７の間に封入された気体（本実施形態ではN₂）に曝されることになる。

ＧａＮ基板１１は、レーザ光（波長：405nm程度）に対して吸収を有さないために、レーザ動作中はレーザ光が基板１１側からも漏出することになる。この漏出光（迷光）は自然放出光成分を多く含んでいるために量子ノイズとなり、光ディスク再生時の低光出力動作時には雑音源となり、読み取りエラー等を誘発する。

しかしながら、本実施の形態２では、キャン６の長辺方向と平行にFFＰのqvが配置されるように、レーザ素子１をキャン６に実装し、且つキャン６の外形に沿うようにレーザキャップ７を配置する。この構成により、基板１１から漏出する迷光とレーザキャップ７との距離を空間的に大きく分離することが可能になる。

上記構成により、レーザキャップ裏面で反射する迷光が乱反射しやすくなるために、レーザ素子１が迷光の影響を受けにくくなり低雑音化が図れる。このため、キャン６に実装されたＧａＮ系レーザにおいても、レーザ特性を大きく改善することができる。

図６に従来のレーザパッケージの相対雑音強度（RIN）の光出力依存性、図７に本実施の形態２におけるレーザパッケージのRINの光出力依存性を示している。

図６では、300MHz程度の高周波畳重を引加した状態で、2mW低出力時の相対雑音強度は-120dB/Hz程度であった。図７では、300MHz程度の高周波畳重を引加した状態で、2mW低出力時の相対雑音強度は-130dB/Hz程度であった。これらのデータより、レーザ特性が大きく改善されていることがわかる。

以下、実施の形態２にかかるレーザパッケージの製造方法について簡潔に説明する。

レーザキャップ７を設けるまでの製造方法に関しては、実施の形態１と同様であるため、省略する。

実施の形態１で、レーザ素子１等がキャン６に実装された後、レーザ光出射窓８が付加されたレーザキャップ７をキャン６に窒素（N₂）雰囲気中で融着し、レーザパッケージを完成させる。レーザキャップ７は、キャン６の外形に沿うように扁平型とし、レーザ光出射窓８も扁平型（楕円型）にすることが重要である。

なお、本実施形態では、キャン６にレーザキャップ７を融着する際の雰囲気ガスをN₂としたが、微量の酸素（O₂）を封入しても良い。この際には、レーザ光による光化学反応によりO₂が分解されオゾン（O₃）となるため、レーザ素子１に残存するCと反応し二酸化炭素（CO₂）のガス化となり、上述したようにレーザ出射端面に異物として付着することが抑制できる。

また、ヘリウム（He）及びアルゴン（Ar）等の希ガスを封入しても良い。この場合には、N2及びO2と比較すると、気体の熱伝導率に優れることにより、レーザ素子１の放熱を促進することができ、レーザチップ１の信頼性向上に寄与する。

さらに、Heガスを封入した場合には、Heリークディテクターを使用することで、キャン６とレーザキャップ７の融着箇所の気密度（リーク程度）を評価することができ、出荷前の気密評価時間を大幅に短縮することで低コスト化にも寄与する。

（実施の形態３）
図８は、本実施の形態３にかかる光ピックアップ装置の概略図である。

図８において、半導体レーザ装置３１は、実施の形態２で作成された半導体レーザ装置である。半導体レーザ装置３１は、レーザ光を出射する。

コリメートレンズ３２は、ガラス等からなり、レーザの進行方向に位置している。なお、ここでいうレーザ進行方向とは、図８におけるｘ軸方向と同意である（以下、本明細書中で同じ）。コリメートレンズ３２は、レーザ光を平行にしている。

立ち上げミラー３３は、ガラス等からなり、コリメートレンズ３２よりレーザの進行方向側に位置している。立ち上げミラー３３は、レーザ光を直角上方に反射している。

対物レンズ３４は、ガラス等からなり、立ち上げミラー３３の垂直方向に位置している。なお、ここでいう垂直方向とは、図８におけるｙ軸方向と同意である（以下、本明細書中で同じ）。

対物レンズ３４は、レーザ光を微小な径の光スポットにしている。光スポットの径は、対物レンズ３４の有効径と、立ち上げミラー３３から対物レンズ３４に入射する光束の対物レンズ３４の主面上での光束径によって決定する。

光ディスク３５は、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ等からなり、本実施の形態３では、ＢＤが用いられている。

以下に、本実施の形態３における動作および作用について説明する。

半導体レーザ装置３１に電流を印加すると、半導体レーザ装置３１からレーザ光が出射される。レーザ光は、光ピックアップ装置の記録モードおよび再生モードに適した光強度のレーザ光が出射されるように、出射光制御装置（図示せず）により制御されている。

出射されたレーザ光は、コリメートレンズ３２に入射され、平行光にされる。平行光にされたレーザ光は、立ち上げミラー３３に入射される。

立ち上げミラー３３により、直角上方に反射されたレーザ光は、対物レンズ３４により、微小な径の光スポットとして、光ディスク３５の記録面の記録トラックに照射される。

本実施の形態３では、実施の形態２で用いられた半導体レーザ装置３１を用い、あらかじめ９０°回転して設けられているため、シリンドリカルレンズ等を用いてビーム整形を行う必要がなく、ビーム形状を９０°回転させるためのミラーを設ける必要がなくなる。下記にその理由について述べる。

従来のＣＤおよびＤＶＤ光ディスクシステムで用いられていたレーザパッケージをＢＤに用いた場合、シリンドリカルレンズ等を用いてビーム整形を行う必要や、ビーム形状を９０°回転させるためのミラーを設ける必要があった。

ＣＤシステム、ＤＶＤシステム、ＢＤシステムの３者では異なる点が数多くあるためである。そのひとつが、光ディスク上に情報を書き込むピットの大きさである。ピットの面積比で、ＣＤ：ＤＶＤ：ＢＤは２０．１：５：１の関係にある。

図９は、ＣＤ、ＤＶＤ、ＤＶＤのピット長および、トラック間隔について示したものである。

ピットの大きさを小さくするために、ピット長およびトラック間隔を小さくする必要がある。トラック間隔は、ＣＤが１．６マイクロメートル、ＤＶＤが０．７４マイクロメートル（ＤＶＤ−ＲＡＭの場合は０．６１５マイクロメートル）、ＢＤが０．３２マイクロメートルとなる。

ＣＤおよびＤＶＤでは、絞り込まれたレーザ光（光スポット）は、トラック方向に長くなるような楕円形になる。しかし、ＢＤでは、トラック間隔が狭いため、レーザ光がトラック方向（ディスクの半径方向）に長くなるような楕円形とすると、読み込みや書き込み時に誤動作が生じる。

本実施の形態３では、実施の形態２で用いられた半導体レーザ装置３１を用い、あらかじめ９０°回転して設けられている。このため、レーザ光は、トラック方向に短くなるような楕円形となるのである。半導体レーザ装置３１では、あらかじめ９０°回転して設けられているために、シリンドリカルレンズ等を用いてビーム整形を行う必要がなく、ビーム形状を９０°回転させるためのミラーを設ける必要がなく、光学部品数を削減することができ低コストの光ピックアップ実現に大きく寄与する。

（実施の形態４）
図１０は、本実施の形態４にかかる光ピックアップ装置の概略図である。

図１０は、本発明の上記第２の実施形態の半導体レーザ装置４１（波長：405nm程度）と、従来のＧａＡｓ系レーザ素子４２を同一光ピックアップに混載する場合を示している。ここで、半導体レーザ装置４２は、ＧａＡｓ系赤外レーザ（波長：780nm程度）とＧａＡｓ系赤色レーザ（波長：650nm程度）混載の２波長レーザとする。

この上記半導体レーザ装置４１および半導体レーザ装置４２を、薄型パソコン等に搭載する場合、上記第１の実施形態と同様に、薄型対応のパッケージに各々実装することが最適である。

しかしながら、上記第１の実施形態を踏まえると、ここで従来にはなかった新規な課題が発生した。

図１１は、半導体レーザ装置４２のパッケージの様子を示す。

半導体レーザ装置４２は、FFＰの楕円率が小さい（qh、qvの差が小さい）ために、レーザ素子（図示せず）を実装するキャン４２１の長辺方向と垂直にFFＰのqvが配置された方が望ましい。

しかしながら、半導体レーザ装置４１と半導体レーザ装置４２で外見上同じキャンを使用した場合には、区別することが不可能になる。且つ、半導体レーザ装置４１と半導体レーザ装置４２では、レーザ光の波長が全く異なり、また上述したように、キャンの長辺方向に対するFFＰ方向が互いに90°異なるため、半導体レーザ装置４１と半導体レーザ装置４２の外見での区別は、光ピックアップ組立てにおいては、レーザ取り違えのトラブルを防止するのに非常に重要である。

これを実現する具体的方法としては、半導体レーザ装置４１のレーザキャップ７もしくはレーザ出射窓２５を扁平型とした場合には、半導体レーザ装置４２のレーザキャップ４２２もしくはレーザ出射窓４２３を従来の円形にして区別する方法が有効である。

また、半導体レーザ装置４１と半導体レーザ装置４２のキャン、レーザキャップ及びレーザ出射窓の少なくとも何れかを外見上異なる形状とすることで区別する方法としてもよい。

例えば、半導体レーザ装置４１と半導体レーザ装置４２の互いのキャンにおいて、キャン周辺に異なる切り込みを導入することで互いのレーザ素子の区別（波長の区別、FFＰ方向の区別）が可能になる。

なお、本実施形態では、半導体レーザ装置４２を２波長レーザとしたが、ＧａＡｓ系赤外レーザ（波長：780nm程度）とＧａＡｓ系赤色レーザ（波長：650nm程度）の各々を単独のレーザとしても良い。即ち、キャンを３個準備し、ＧａＮ系レーザ、赤外レーザ、赤色レーザを各々実装して、この３個のキャンを上記の方法で区別して取り扱えば良い。

（実施の形態５）
図１２は、本実施の形態５にかかる光ピックアップ装置の概略図である。

図１２を用いて、多波長半導体レーザユニットを用いた小型光ピックアップについて説明する。図１２は、ＧａＮ系青紫色半導体レーザ５１とGaAs系赤色レーザ５２とＧａＡｓ系赤外レーザ５３を同一の基板（サブマウントなど）上に実装された多波長半導体レーザユニット（３波長半導体レーザ）およびそれを用いた小型光ピックアップである。

ＣＤシステム、ＤＶＤシステム、ＢＤシステムの３者で異なる点として、光ディスクの基材の厚さがある。ＣＤシステム、ＤＶＤシステム、ＢＤシステムの光ディスクの基材の厚さは、それぞれ１．２ｍｍ、０．６ｍｍ、０．１ｍｍである。

スリムドライブのさらなる小型化のためには、半導体レーザをひとつのパッケージに実装した３波長半導体レーザが理想である。

しかしながら、各メディア（光ディスク）によって前述のように基材厚が異なるために、焦点位置がメディアにより異なり、対物レンズからディスクの位置をメディア毎に変える必要が生じる。各メディアに対する対物レンズの焦点位置を動かすためには、アクチュエータを動かすか、ピックアップ全体を動かす必要が生じる。そのために、付加的な駆動系が必要となり高コスト化する。

この課題を解決するために、赤外レーザの対物レンズまでの距離を、青紫色レーザよりも大きくとることが望ましい。すなわち、出射方向（光軸方向）に対し、赤外、赤、青紫色レーザの順にコレメートレンズに近づく（赤外レーザが最も近い）のが望ましい。ただし、図１２に示すように、赤外、赤色半導体レーザは同じ位置でも構わない。すなわち、モノリシック型の赤外、赤色２波長半導体レーザでもよい。この時、青紫色レーザとの光軸方向のずれは、５０μｍ以上、好ましくは１００μｍ以上がよい。

本発明の半導体レーザ装置および光ピックアップ装置は、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃや、工業用のレーザ、医療用のレーザ等にも適用できる。

（ａ）本発明における実施の形態１における半導体レーザ装置図（ｂ）（ａ）におけるｙ軸方向から見た本発明における実施の形態１における半導体レーザ装置図 本発明における実施の形態１における半導体レーザ素子の断面図 本発明における実施の形態１における半導体レーザ装置図の変形例を示す図 （ａ）本発明における実施の形態２における半導体レーザ装置図（ｂ）（ａ）におけるｙ軸方向から見た本発明における実施の形態２における半導体レーザ装置図 本発明における実施の形態２における半導体レーザ装置の電流−光出力特性を示す図 従来の半導体レーザ装置における相対雑音強度の光出力依存性を示す図 本発明における実施の形態２における半導体レーザ装置の相対雑音強度の光出力依存性を示す図 本発明における実施の形態３における光ピックアップ装置の概略図 光ディスクの違いを示す図 本発明における実施の形態４における光ピックアップ装置の概略図 ＧａＡｓ系半導体レーザ装置の概略図 多波長半導体レーザユニットを用いた小型光ピックアップ装置の概略図

符号の説明

１ 窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子
５ 放熱部（ヒートシンク）
６ ステム
７ 蓋部（レーザキャップ）
８ 窓部（レーザ光出射窓）
４２ 第２の半導体レーザ装置

Claims (10)

1. 長手方向を有するキャンと、
   キャンの主面側に位置し、積層構造を持つ窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子と、
   を有し、
   前記キャンの長手方向と、前記窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の積層方向とが略平行である、半導体レーザ装置。
2. 長辺と短辺とを有するキャンと、
   積層構造を持つ窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子と、
   を有し、
   前記キャンの短辺と、前記窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の積層方向の延長線が略垂直に交わる、半導体レーザ装置。
3. 長手方向を有するキャンと、
   キャンの主面側に位置する、窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子と、
   を有し、
   前記窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子から発光されるレーザ光の遠視像は長軸方向を有し、前記遠視像の長軸方向と前記キャンの長手方向とが同一方向である、半導体レーザ装置。
4. 前記キャンの主面側に、前記窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子からの熱を放熱するための放熱部を有する請求項１から請求項３記載のいずれかひとつに記載の半導体レーザ装置。
5. 前記窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を覆うように設けられた蓋部を有する請求項１から請求項４のいずれかひとつに記載の半導体レーザ装置。
6. 前記蓋部は、長手方向を有する窓部を有し、
   前記窓部の長手方向は、前記キャンの長手方向と略平行である、請求項５に記載の半導体レーザ装置。
7. 前記窓部の長手方向は、前記レーザ光の遠視像の長軸方向と略平行である、請求項５に記載の半導体レーザ装置。
8. 請求項１から請求項７記載のいずれか１項記載の半導体レーザ装置を有する光ピックアップ装置。
9. 請求項８記載の光ピックアップ装置において、前記半導体レーザ装置から発光されるレーザ光の遠視像は、光ピックアップ装置の出口において９０°回転していることを特徴とする光ピックアップ装置。
10. 請求項１から請求項７記載のいずれか１項記載の半導体レーザ装置と、
    前記半導体レーザ装置とは異なる発光波長を有する第２の半導体レーザ装置とを有する、
    光ピックアップ装置。

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