光头及其制造方法 本发明涉及一种激光组件或光头。例如，本发明涉及一种下述的激光组件或光头：其中，一个由电信号调制的半导体激光束被施加到一个光盘之类的光信息记录媒体上，以便在该媒体上记录信息或者从该媒体中再现所记录的信息。尤其是，本发明涉及一种使用多个光源的激光组件或光头。
在装于光盘记录和读出设备上的光头中，光源和光电检测器是彼此分离的。因此，不可能达到光源和光电检测器的高制造集成密度，从而至今不可能实现减小整个光盘设备的尺寸和厚度。在解决这个问题的工作中，到现在为止一直在尝试混合地集成光盘再现头的光电检测器和半导体激光器，如日本专利拟公开号Hei 1-150244中所公开。
近来，一直在开发一种能够播放各式各样光盘的光盘设备，这些光盘的规格包括有780nm波长的CD、CD-ROM、CD-R和CD-可重写规格，和有650nm波长的DVD、DVD-ROM和DVD-RAM规格，然而对于不同波长的半导体激光器来说，其光源和光电检测器是分离的。此外，将来要使用兰色、紫色、或甚至更加可以改进记录密度的更短波长的激光。这样，会不可避免地增加光头中的部件数目。在这些情况下，希望光盘记录和读出设备之类的整个设备的尺寸和厚度进一步减小。
本发明的一个目的在于改善上述问题。更具体地说，本发明的目的在于提供一项重要的发明，以便对能够记录和再现各种光盘信息的整个驱动器，减小其尺寸和厚度。
根据本发明采用地第一装置，产生不同波长的各种半导体激光器和相当于这些不同波长的光电检测器受到校准，以具有掩蔽精度；然后按照混合集成方式集成多个半导体激光器，以便把部件的数目减小到等于单片配置的程度。此外，根据第一装置，虽然在常规光头中使用多个光路，但一个单独的光路与此相当。
根据本发明采用的第二装置，在有光电检测器形成于其上的硅基片上和半导体激光器上附加一些用于校准的分度标记，它们的图象被形成于CCD之类的光电转换表面上，输入计算机中，然后计算标记的形心和校准。形心计算容许保证亚微米级的校准精度。
根据本发明采用的第三装置，在有光电检测器形成于其上的硅基片上形成一个反射镜。更准确地说，提供一个离轴9.7度左右的基片，然后在其上通过硅的有向性蚀刻而形成一个45度左右的反射镜。由该镜反射一个从半导体激光器发出的光束，该光束在一个接近垂直于硅基片表面的方向上被弯曲。
根据本发明采用的第四装置，以半导体激光器的光束扩展角为基础限定反射镜的宽度。更具体地说，从半导体激光器发出的光束具有一个按高斯分布估计的扩展宽度。如果按照接近半导体激光器光点截取该扩展光束，则发生菲涅耳衍射现象。当由一个正好位于光盘前面的物镜形成一个光点时，则造成象差，从而减小光点的中心强度。结果，分辨光盘上凹痕的能力下降，发生再现信号误差。为了避免这种麻烦，反射镜的宽度被设置成，宽于在反射镜位置处的半导体激光束的扩展半最大值的全宽度。
根据本发明采用的第五装置，在有光电检测器形成于其上的硅基片上，整体地形成一个用于电气地放大由光电检测器产生的光电流的放大器；且在硅基片上，附加一个倾斜镜校准分度标记。
根据本发明采用的第六装置，把上述第二和第五装置结合在一起，且按照混合集成方式集成多个半导体激光器和一个整体地集成的硅片，使校准精度高于分度标记精度。
根据本发明采用的第七装置，在有光电检测器形成于其上的硅基片上，整体地形成一个用于电气地放大由光电检测器产生的光电流的放大器；且在有倾斜镜形成于其上的和有校准分度记号加于其上的硅基片上，焊接半导体激光器时，在半导体激光器与硅基片之间插入一个有高热导性的材料，以便广泛地扩展由半导体激光器产生的热。
根据本发明采用的第八装置，在有光电检测器形成于其上的硅基片上，整体地形成一个用于电气地放大由光电检测器产生的光电流的放大器；且在有倾斜镜形成于其上的和有校准分度标记附加于其上的硅基片上，焊接半导体激光器时，在半导体激光器与硅基片之间插入一个有应力释放效应的材料，以便释放由二者之间热膨胀系数的差别引起的应力。
图1是根据本发明一个实施例说明一个载有集成光源组件的单独光路的光头的图；
图2是说明一个分束组合元件的图；
图3A和3B是该实施例使用的集成光源的结构图；
图4A、4B和4C是说明该实施例使用的镜宽的图；
图5A和5B是说明集成光源的组件形式的图；
图6A、6B和6C是说明在水平平面组件上安装的集成光源的图；
图7是说明用于集成光源的集成基片，以及校准分度、焊剂和电极图形的图；
图8是说明该实施例中附加到半导体激光器上的校准分度图形的图；
图9是方法说明图，该方法用于在分度半导体激光光源与具有附于其上的相应分度图形的集成基片之间的校准；
图10是取自图3A中A-A’线的断面图；
图11是集成基片的断面图，该基片具有一个用于加速辐射来半导体激光光源的热能的层；
图12是三种半导体激光光源的说明图，在用于该实施例的集成基片上安装这些光源；和
图13是OEIC(光电集成电路)的说明图，该电路包括在集成基片上整体地形成的一个放大器和一些光电检测器。
图1根据本发明说明光头的配置。集成组件100包括一个半导体基片1，半导体激光芯片4a和4b，一个反射镜5，和光电检测器7、8、9。用准直透镜10准直以6a和6b指示的来自集成组件100的激光束，然后使激光束通过镜11和光栅极12，到达物镜13，从而使激光束形成为光盘14表面上的光点15和16。物镜13包括根据半导体激光器波长的多个这类透镜，和能够聚焦不同波长光束的一个单独透镜。该物镜借助调节器17按照同一光盘的旋转运动而聚焦在光盘的记录表面上，并且进行跟踪，即，跟随一个形成于光盘表面上的记录光道18。这样，按照半导体激光器的开或关，把信号记录成光盘上的一系列凹坑，或读出业已记录的凹坑以再现信号。通过在集成组件100中这样集成多个半导体激光器，使准直透镜10的数目、物镜13的数目和镜11的数目都变成1，从而可使光头中光路变成单独的一个光路。使用这种光头，例如能够使具有1.2mm厚度的CD和CD-R利用780nm波长的半导体激光器4a而受到记录和再现，能够使具有0.6mm厚度的DVD和DVD-RAM利用650nm的半导体激光器4b而受到记录和再现。
图2说明光栅板12。这个光栅板是一个通过把一个被分成4个部分的可极化光栅23和一个四分之一波长板24集成地彼此层迭在一起而得到的组合元件。它被安排成使光栅23面向半导体激光芯片侧。被四分的可极化光栅23是由一个双折射光学晶体或液晶板构成的。如果入射光是寻常光线，则入射光穿过它而不反射，而如果入射光是异常光线，则它起衍射光栅的作用。当从半导体激光器4a和4b发射的线性极化光束6a和6b，被入射到包括被四分可极化光栅和四分之一波长板的组合元件12上时，如果这些光束是作为寻常光线入射的，则它们穿过可极化光栅部分，然后通过组合元件12中的四分之一波长板而变成圆形极化光束。由光盘反射以后的激光束6a和6b，通过组合元件中的四分之一波长板而变成异常光线，然后通过四分可极化光栅而衍射。用界线21和22把图2所示的组合元件12分成4个区。在图2中，圆20象征激光束6a或6b，把它用四分光栅分离成4个正第一级衍射光束和4个负第一级衍射光束。被这样分离的光束到达半导体基片1上的光电检测器7或8，从而被光电转换成自动聚焦信号、跟踪信号和信息信号。下面详细说明这一点。
图3说明一个从准直透镜10侧看到的半导体基片1的表面。在图3A中，8个涂成黑色的以32a表示的四分之一圆描述由光栅23分离的λa波长的激光束，而8个未涂色的以32b表示的四分之一圆描述由光栅分离的λb波长的激光束。用于得到一个离焦检测信号的光电检测器7，包括8个用于接收λa波长的激光束32a的条状光电检测元件7a，和8个用于接收λb波长的激光束32b的条状光电检测元件7b。用刀口法(傅科法)作离焦检测法，其中如图3A所示，用铝薄之类的导电薄膜作布线，借此从引线接合片34的接头A和B得到差分信号。光电检测器8是用于得到一个跟踪误差检测信号和一个信息再现信号的4个光电检测器。从这4个光电检测器8提供的输出信号，通过半导体基片上形成的放大器35，从接合片34的接头D、E、F和G输出。从光电检测器9提供的输出信号，从接合片34的接头C输出。光点31a和31b分别表示从半导体芯片4a和4b发射的激光束6a和6b的反射镜5表面上的反射装置。例如，假设图2所示4个区的光栅间距互相相等，光栅方向相对于垂直位置21为+α、-α、+3α和-3α度，和准直透镜的焦距为fc，则由光栅分离的λa波长的激光束32a被聚焦在以光点31a为中心的以Ra=fc*λa/P为半径的圆周上，其位置与中心隔开2α度。同样，由光栅分离的λb波长的激光束32b被聚焦在以光点31b为中心的以Rb=fc*λb/P为半径的圆周上，其位置与中心隔开2α度。如果半导体激光芯片4a与4b的光点之间的间隔D，即光点31a与31b之间的间隔，是D=fc*(λb-λa)/P，则可使波长λa的激光束的聚焦位置和波长λb的激光束的聚焦位置作基本上互相重合。因此，象本实施例一样，光电检测器和放大器可共用于不同波长的光束，从而不仅可节省半导体基片1的表面，还可减少引线接合片和输出线的数目，结果可减少把半导体基片装于其中的外壳的尺寸。
图3B说明在图3A中虚线A-A’位置的半导体基片1的截面结构。最好是，以相对于激光芯片安装表面2成45度的角形成反射镜5。例如，用于在硅基片上形成一个镜面的处理是基于各向异性蚀刻的，从而如果使用氧化钾水溶液蚀刻硅平面(100)，则用平面(111)作斜面以形成锥形凹面部分，因为相对于平面(100)来说，平面(111)的蚀刻速度约低两位数。在这种情况下，平面(111)相对于平面(100)的角约为54.7°从而要形成45°的反射镜，就需要使用有约9.7°偏离角的硅基片，其中晶轴是相对于表面倾斜的。然而，有必要在确定偏离角时，还考虑到用于制成光电检测器和电子电路的半导体工艺的适用性。反射镜与可以移动45°，或者激光束6a或6b的发射方向可以从垂直于半导体基片1的方向移动。
图4A、4B和4C是说明图，说明应当怎样设置反射镜的宽度值。一般说来，如图4B所示，从半导体激光器发出的光束以某一角度扩展，它相对于扩展角的强度分布是接近高斯分布的。象图4A所示的根据本发明的配置一样，在半导体激光器4a或4b附近，反射镜5部分地反射这样一个光束。如果一部分光束被截断，则发生所谓的菲湟耳衍射现象，并且波面相畸变，如图4C所示。如果这种处于波面相畸变状态的光束到达物镜13，则在光盘上形成的光点15和16中发生像差。如果从几何光学方面考虑这个问题，则这种现象不会发生，依据波动光学模型可解释这种现象。因所产生的像差量取决于光束的截断，所以需要使反射镜的宽度作得足够大。在本发明中，如此设置反射镜的宽度，以致于半导体激光强度分布的至少半最大值的全宽度被反射，如图4B所示。
图5A和5B说明用于在其中安装半导体基片1的组件。该组件包括一个有导线插座201的组件基片200和一个硅基片。图5B是取自图5A中A-A’线的截面图，其中用一个帽203和一个组件密封窗204作组件的部件。组件窗204还能用作图1中所示的组合元件12。
图6A、6B和6C说明有半导体基片1装于其中的组件的另一实例，其中图6A说明组件的结构，图6B是取自虚线A-A’的截面图，和图6C是取自虚线B-B’的截面图。标号42表示引线，它通过片34的接合线边接于半导体基片1。用于在其上安装半导体基片1的基座43的表面是倾斜的，从而在垂直于组件的方向上发射激光束6a和6b。标号44表示一个用于密封半导体基片1的玻璃盖。在玻璃盖44的内侧提供一个反射表面45，用于反射外周部分的激光束6a和6b。由半导体基片1上的光电检测器9接收由反射镜45反射的光束，它随后提供一些信号，以监测从各个半导体激光芯片4a和4b发射的光量。
现在参照图7、8、9和10，对把多个半导体激光器安装到硅半导体基片上的方法，提供下列描述。在图7中，根据本发明把附标图形400附加到硅基片1上。标号401表示焊剂图形，在其上焊接半导体激光器。电极图形402被形成和连接于焊剂图形401上。另一方面，图8说明在相应半导体激光器4a和4b的后侧上形成的焊剂图形501和用于校准的附标图图形。图9说明一种方法，用于在形成于基片1上的附标图形400与形成于半导体激光器4a和4b的后侧上的附标图形502之间进行校准。在图9中，基片1和半导体激光器4a与4b用一个来自其表面侧或背侧的红外光600辐照，其反射或透射光束然后用显微镜601接收，并且附标图形被放大和投影到视频监测器602上。此外，借助计算机603计算附标图形400和502的中心位置，并且缓慢地移动基片1或半导体激光器，直至两个中心之间的位置偏离变成零为止。完成对准以后，进行接触接合，随后在一个软熔焊接炉进行焊接。
图10是截面图，说明一种状态，其中半导体激光器4a和4b已焊接到有反射镜的基片1上，它相当于沿着图3A中A-A’线截取的截面。在半导体激光器的后侧，形成电极701和用于对准的附标图形502，在有电极701和焊剂702形成于其上的基片1上焊接半导体激光器。在附标图形502与703之间进行半导体激光器和基片的对准。来自半导体激光器4a或4b的光束形成光点704，并被反射镜5反射，然后经过分束器和物镜，到达光盘。为了来自光点704的光束不会被基片底部截断，就在基片上形成一个基座705。
图11说明一个实例，其中，为了改进热辐射，正好在半导体激光器的下面安置一层有高导热性的材料800。在各个半导体激光器的活性层中产生的热正好在其下扩散，使导热发生于较宽的面积，以降低到散热器的热阻。材料层800能够具有一种释放应力的功能，在半导体激光器与基片之间的热膨胀系数差异会诱导这种应力。
图12说明一个实例，其中，根据本发明在多波长组件中安置三个半导体激光器。这些激光器从右手侧开始依次为：一个有约410nm波长的带蓝色的紫色半导体激光器810，一个有约660nm波长的红色激光器306，和一个有约780nm波长的红外激光器307。为跟踪而形成三组相应的光电检测器304，303和811，作为一个实例，一组光电检测器用于跟踪和再现信号。这三种波长涉及记录/再现光盘，包括超DVD、DVD和CD，它们都是标准化的。
图13说明一个进一步实施本发明的集成组件。在一个硅或GaN基片102上整体地形成一个用于放大从光电检测器303、304和302提供的光电流的放大器900，使所用部件的数目减少，从而有可能改善其集成程度。
根据本发明，如上所述，有可能实现尺寸的减小和载有多个半导体激光器的光头的集成，从而有可能达到整个光盘设备的尺寸和厚度的减小，该设备用于例如CD、DVD和能够载带浅兰紫色激光器的光盘的记录和再现。