CN109155501B

CN109155501B - 发光装置及发光装置的制造方法

Info

Publication number: CN109155501B
Application number: CN201780031350.6A
Authority: CN
Inventors: 德田克彦
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Fukuyama Laser Co Ltd
Priority date: 2016-05-25
Filing date: 2017-02-27
Publication date: 2021-01-29
Anticipated expiration: 2037-02-27
Also published as: US11043790B2; JPWO2017203773A1; CN109155501A; JP6620231B2; WO2017203773A1; US20200328570A1

Abstract

本发明提供的发光装置(1)包括：基板(10)；在基板(10)上设置的半导体发光元件(2)；反射镜(12)，其形成在基板(10)上，对半导体发光元件(2)放射的光进行反射；第一树脂(5)，其与半导体发光元件(2)分隔地设置在光路上，且包含光扩散材料；以及第二树脂(6)，其作为低光扩散部，覆盖半导体发光元件(2)的光放射面中的至少光的密度最高的区域，且设置在半导体发光元件(2)与第一树脂(5)之间的光路上。第二树脂(6)的光扩散材料的浓度低于第一树脂(5)的光扩散材料(7)的浓度。

Description

发光装置及发光装置的制造方法

技术领域

本发明涉及发光装置及发光装置的制造方法。

背景技术

包含半导体发光元件的发光装置能够通过使用化合物半导体并改变发光层的元素组成而放射符合多种用途的波长的光。例如，作为红外光的使用用途之一能够举出光通信。无线光通信中作为光源使用放射红外光的发光二极管(LED：Light Emitting Diode)。并且，近年来，伴随通信数据的大容量化而希望通信速度更快的高速化。

因此，尝试将相对于LED能够实现通信高速化的半导体发光元件作为光通信的光源使用。但是，半导体发光元件由于向空间放出的光的点直径很小且相干性高，因此若直接使用对人的眼睛存在安全性问题。由此，需要使光扩散而降低相干性并使点直径扩大。关于这种发光装置的以往技术在专利文献1中公开。

专利文献1中记载的以往的发光装置包括：形成有锪孔(Zagury hole)的基板；在锪孔的底部设置的半导体激光元件；以及与在锪孔中设置的半导体激光元件相对的倾斜面。半导体激光元件放射的光由倾斜面反射，沿与基板表面垂直的方向经由锪孔的开口出射。由此，该发光装置在小型化这方面有利。另外，该发光装置由包含扩散材料的树脂包覆半导体激光元件，因此光的相干性低下，在提高对人的眼睛的安全性方面发挥效果。

现有技术文献

专利文件

专利文献1：日本专利第4906545号公报

发明内容

本发明所要解决的技术问题

但是，专利文献1中记载的以往的发光装置由于在半导体激光元件端面的光放射部附近存在光扩散材料，因此存在光扩散材料可能会由于光吸收而发热，半导体激光元件的端面温度上升的问题。由此，半导体激光元件的端面的带隙能量减小而容易发生光吸收，可能会发生由发热导致的端面光学损坏(COD：Cat astrophic Optical Damage)。因此，可能无法充分地确保发光装置的可靠性。

本发明是鉴于上述情况提出的，目的在于提供一种能够实现小型化及安全性提高、可靠性优异的发光装置及发光装置的制造方法。

解决问题的手段

为了解决上述技术问题，本发明的发光装置的特征在于，包括：基板；半导体发光元件，其设置在所述基板上；反射镜，其形成在所述基板上，并将所述半导体发光元件放射的光向与其放射方向交叉的方向反射；第一树脂，其包含光扩散材料，并与所述半导体发光元件分隔地设置在所述半导体发光元件的放射光的光路上；低光扩散部，其覆盖所述半导体发光元件的光放射面中的至少光的密度最高的区域，同时设置在所述半导体发光元件与所述第一树脂之间的光路上，所述低光扩散部的光扩散材料的浓度低于所述第一树脂的所述光扩散材料的浓度。

另外，在上述构造的发光装置中，其特征在于，所述低光扩散部由所述光扩散材料的浓度低于所述第一树脂的第二树脂构成。

另外，在上述构造的发光装置中，其特征在于，所述低光扩散部由空间构成。

另外，在上述构造的发光装置中，其特征在于，所述第一树脂包含1wt％以上的所述光扩散材料。

另外，在上述构造的发光装置中，其特征在于，所述第二树脂包含10wt％以下的所述光扩散材料。

另外，在上述构造的发光装置中，其特征在于，与所述半导体发光元件接触的所述第一树脂或所述第二树脂的弹性模量为50000MPa以下。

另外，在上述构造的发光装置中，其特征在于，所述反射镜具有光的反射面由平面或曲面构成的第一面。

另外，在上述构造的发光装置中，其特征在于，所述反射镜具有在所述第一面上形成的第二面，所述第二面由曲率与所述第一面不同的曲面构成。

另外，在上述构造的发光装置中，其特征在于，所述第一树脂覆盖所述反射镜的所述第二面而形成。

另外，在上述构造的发光装置中，其特征在于，所述第一树脂形成在除了所述半导体发光元件的上表面以外的区域。

另外，在上述构造的发光装置中，其特征在于，所述反射镜在光的反射面的至少一部分形成凹凸部。

另外，在上述构造的发光装置中，其特征在于，所述半导体发光元件放射700nm至1600nm波长的光。

另外，本发明的发光装置的制造方法的特征在于，包括：在基板上形成反射镜的工序；以使所述反射镜位于放射光的行进方向下游侧的方式，在所述基板上配置半导体发光元件的工序；与所述半导体发光元件分隔地在所述半导体发光元件的放射光的光路上设置包含光扩散材料的第一树脂的工序；以及以覆盖所述半导体发光元件的光放射面中的至少光的密度最高的区域的方式，在所述半导体发光元件与所述第一树脂之间的光路上设置低光扩散部的工序，所述低光扩散部的光扩散材料的浓度低于所述第一树脂的所述光扩散材料的浓度。

发明效果

根据本发明的构造，能够在共振器长方向上抑制发光装置的大型化，即，能够实现发光装置的小型化。而且，能够抑制半导体发光元件的光的放射面上的温度上升而防止发生COD。由此，能够获得可靠性优异的发光装置。

附图说明

图1本发明第一实施方式的发光装置的剖视图。

图2是本发明第二实施方式的发光装置的剖视图。

图3是本发明第二实施方式的发光装置的立体图。

图4是本发明第三实施方式的发光装置的剖视图。

具体实施方式

以下基于附图对本发明的实施方式进行说明。

＜第一实施方式＞

首先使用图1，对本发明第一实施方式的发光装置的构造进行说明。图1是发光装置的剖视图。

发光装置1如图1所示，具有搭载于基板10的半导体发光元件2。

半导体发光元件2是例如半导体激光元件。半导体发光元件2放射例如700nm至1600nm波长的激光L。在半导体激光元件的共振器反射镜，即，与激光L的放射方向(共振器长方向)垂直的端面2a上实施端面保护膜(未图示)。通常，在作为激光放射面的端面(输出反射镜)上实施例如5％左右的低反射端面保护膜，在其相反侧的端面(后反射镜)上实施例如95％高反射的端面保护膜。为了使半导体激光元件的光输出达到上限，在本实施方式中，在激光L放射方向的两个端面2a上实施了反射率为5％左右的端面保护膜。

基板10的外形呈大致长方体形状，例如对Cu合金实施镀Ag而构成。在基板10上形成凹部11。凹部11在图1中的沿激光L的放射方向的截面形成为上下倒置的梯形形状。凹部11具有以从基板10的内部朝向图1中的基板10的上表面方向成为广口的方式倾斜的侧面11a，在基板10的上表面形成开口11b。凹部11的侧面11a与内底面11c相邻，且由相对于内底面11c具有大约45度倾斜的平面构成。

半导体发光元件2设置于在基板10的凹部11的内底面11c上配置的散热台3的上表面。散热台3由例如AlN陶瓷材料构成。半导体发光元件2以凹部11的侧面11a位于激光L的行进方向下游侧的方式配置。半导体发光元件2借助线材4与基板10电连接。线材4由例如Au、Ag、Cu这样的材料构成。并且，在基板10上设置与外部电连接的端子部(未图示)。

在凹部11内部的侧面11a形成反射镜12。由于侧面11a相对于内底面11c具有大约45度的倾斜，因此反射镜12将半导体发光元件2放射的激光L向与其放射方向交叉的方向反射。反射镜12由平面构成，在其表面应用例如多层反射膜(DBR：Distributed BraggReflector)等。另外，为了容易执行激光L的反射光的放射角的控制和配光控制，反射镜12使用凹凸被抑制了的构造。另一方面，为了即使在光为高输出时也能够确保对人的眼睛的安全性，反射镜12也可以在光的反射面的至少一部分有意地形成凹凸部(未图示)。

半导体发光元件2的周围由作为低光扩散部的第二树脂6覆盖。特别地，第二树脂6覆盖半导体发光元件2的光放射面中的至少激光L的密度最高的区域，且设置在半导体发光元件2与后述的第一树脂5之间的光路上。例如如图1所示，半导体发光元件2的周围整体由第二树脂6覆盖。第二树脂6的表面由在图1中朝向上方凸起的曲面形成。

第二树脂6由例如硅树脂或环氧树脂这类材料构成。在由环氧树脂构成第二树脂6的情况下，优选使用弹性模量为50000MPa以下的环氧树脂。并且，第二树脂6不包含用于使光扩散的光扩散材料。

第二树脂6在凹部11的开口侧的表面由第一树脂5覆盖。第一树脂5设置在相对于第二树脂6为光路行进方向下游侧的光路上。即，第一树脂5隔着第二树脂6与半导体发光元件2分隔地设置在半导体发光元件2的激光L的光路上。例如如图1所示，第二树脂6在凹部11的开口侧的表面整体由第一树脂5覆盖。第一树脂5的表面由在图1中朝向上方凸起的曲面形成。由此，从半导体发光元件2放射的激光L依次穿过第二树脂6、第一树脂5，由反射镜12反射而向发光装置1的外部出射。

例如在第二树脂6为硅树脂的情况下，第一树脂5由与第二树脂6同种的硅树脂构成。第一树脂5包含浓度高于第二树脂6的光扩散材料7，包含例如10wt％的光扩散材料7。

并且，第一树脂5仅配置在相对于第二树脂6的光路的行进方向下游侧，从而也可以在图1中的除了半导体发光元件2的上表面以外的区域形成第一树脂5。

若向发光装置1通电使发光装置1动作，则激光L从半导体发光元件2沿与凹部11的内底面11c大致平行的方向放射。激光L依次穿过第二树脂6和第一树脂5。进而，激光L到达凹部11内部的倾斜的侧面11a。激光L由在侧面11a形成的反射镜12以相对于内底面11c呈大约45度的角度向与内底面11c分隔的方向(图1的上方向)反射。然后，激光L经过凹部11的开口11b向发光装置1的外部出射。

接下来，对第一实施方式的发光装置1的制造方法进行说明。

在制造发光装置1的过程中，首先在基板10上形成凹部11。在凹部11内部倾斜的侧面11a上形成反射镜12。接下来，散热台3配置在凹部11的内底面11c。散热台3使用例如Ag浆料或AuSn焊料等芯片焊接。

接下来，半导体发光元件2设置在散热台3的上表面。此时，以使反射镜12位于放射光的行进方向下游侧的方式，将半导体发光元件2配置在基板10上。半导体发光元件2使用例如AuSn焊料或Ag钠粒子等进行芯片焊接。并且，在半导体发光元件2上预先在放射激光L的表面和与其相反的表面这两个面上实施反射率为5％左右的端面保护膜。

接下来，使用线材4实施线材粘合工序。由此，半导体发光元件2与基板10借助线材4电连接。

在将半导体发光元件2搭载在基板10上并进行电连接后，第二树脂6被注入凹部11。此时，以覆盖半导体发光元件2的光放射面中的至少光的密度最高的区域的方式向凹部11注入第二树脂6。第二树脂6也可以使用例如分液器等将规定量朝向半导体发光元件2滴落。在第二树脂6为硅树脂的情况下，在大约80℃下加热大约5分钟使之暂时硬化。

接下来，将第一树脂5注入凹部11。此时，以相对于第二树脂6配置在光路的行进方向下游侧的光路上的方式向凹部11注入第一树脂5。即，第二树脂6在凹部11开口侧的表面由第一树脂5覆盖。

根据上述第一实施方式的构造，半导体发光元件2平面安装在基板10的凹部11的内底面11c上，在相对于内底面11c倾斜的侧面11a上形成反射镜12。反射镜12能够将半导体发光元件2放射的激光L向与其放射方向(共振器长方向)交叉的方向反射。由此，能够在共振器长方向上抑制发光装置1的大型化，即，能够使发光装置1的小型化。

并且，发光装置1包括：第一树脂5，其包含光扩散材料7，与半导体发光元件2分隔地设置在激光L的光路上；以及第二树脂6，其为低光扩散部，覆盖半导体发光元件2的激光L的密度最高的区域，且设置在半导体发光元件2与第一树脂5之间的光路上。并且，第二树脂6不包含光扩散材料，即，第二树脂6的光扩散材料的浓度低于第一树脂5的光扩散材料的浓度。由此，在半导体发光元件2的光的密度最高的区域中，能够抑制第二树脂6进行的激光L吸收。因此，能够抑制半导体发光元件2的激光L的放射面上的温度上升，能够防止发生COD。即，能够获得可靠性优异的发光装置1。

另外，由于第二树脂6不包含光扩散材料，即，所含有的光扩散材料为10wt％以下，因此能够在发光装置1中有效地抑制半导体发光元件2的激光L的放射面上的温度上升。第一树脂5包含10wt％的光扩散材料7，即，由于所含有的光扩散材料7为1wt％以上，因此发光装置1能够降低激光L的相干性，对于提高对人的眼睛的安全性发挥效果。

在这里，已知半导体激光元件难以承受外部应力。例如，在放射红外光的AlGaAs系半导体激光元件的情况下，若在施加1×10⁹dyn/cm²左右的外部应力的状态下使之通电，则可能会在结晶内部错位。并且，可能会引起发生错位的部分不发光的所谓暗线劣化，发生由光输出低下或结晶融解导致的无振荡不良。对此，第一实施方式的发光装置1的与半导体发光元件2接触的第二树脂6的弹性模量为50000MPa以下，因此能够防止发生由外部应力引起的暗线劣化等发光不良，提高可靠性。

另外，反射镜12由于光的反射面由平面构成，因此能够将反射镜12按照材料或加工成本、配光控制等用途制成适合的形状，能够制造发光装置1。

此外，反射镜12也可以在光的反射面的至少一部分形成凹凸部。由此，激光L的反射角度变大，光的扩散性和对人的眼睛的安全性提高。因此，在放射较强的光的半导体发光元件的情况下，能够实现对人的眼睛的安全性提高。

另外，由于半导体发光元件2放射700nm至1600nm波长的光，因此特别是关于不可见的红外光，根据发光装置1的构造，对于提高对人的眼睛的安全性发挥效果。

＜第二实施方式＞

下面使用图2及图3对本发明第二实施方式的发光装置进行说明。图2及图3是发光装置的剖视图及立体图。并且，本实施方式的基本的构造与在先说明的第一实施方式相同，因此存在对与第一实施方式共通的构成要素标注与前面相同的附图标记或相同的名称，省略其说明的情况。

第二实施方式的发光装置1如图2及图3所示，具有在基板20上搭载的半导体发光元件2。

基板20的外形呈大致长方体形状，具有凹部21。凹部21具有以从基板20的内部朝向图2中的基板20的上表面方向呈广口的方式弯曲的侧面21a，在基板20的上表面形成开口21b。凹部21的侧面21a其整体由沿着激光L的放射方向的垂直截面呈大致圆弧状的曲面构成。

半导体发光元件2设置于在基板20的凹部21的内底面21c配置的散热台3的上表面。半导体发光元件2以凹部21的侧面21a位于激光L的行进方向下游侧的方式配置。

为了使半导体激光元件的光输出达到上限，半导体发光元件2在作为激光的放射面的端面2a上实施例如5％左右的端面保护膜，在其相反侧的端面2b实施例如95％的端面保护膜。

在激光L的行进方向下游侧的、凹部21内部的弯曲的侧面21a上，形成对半导体发光元件2放射的激光L进行反射的反射镜22。反射镜22具有第一面22A及第二面22B。反射镜22的第一面22A的整体由沿着侧面21a的曲面构成。反射镜22的第二面22B为第一面22A的一部分，形成在激光L的光路上。由与第一面22A不同且半径大于第一面22A的曲面构成。

作为低光扩散部的第二树脂6覆盖半导体发光元件2的周围整体而形成。第二树脂6由例如硅树脂或环氧树脂这类材料构成。第二树脂6包含例如10wt％的光扩散材料7。

第一树脂5覆盖反射镜22的第二面22B而形成。即，第一树脂5形成在图2中的除了半导体发光元件2的上表面以外的区域。第一树脂5相对于第二树脂6设置在光路的行进方向下游侧的光路上。由此，从半导体发光元件2放射的激光L依次穿过第二树脂6、第一树脂5，由反射镜22的第二面22B反射，并向发光装置1的外部出射。第一树脂5包含例如15wt％的光扩散材料7。

接下来，对第二实施方式的发光装置1的制造方法进行说明。

在第二实施方式的发光装置1的制造中，若半导体发光元件2搭载于基板10并电连接，则第一树脂5以覆盖反射镜22的第二面22B的方式注入到凹部21中。

接下来，第二树脂6被注入凹部21。第二树脂6相对于第一树脂5设置在光路的行进方向上流侧。

并且，也可以不将第二树脂6注入凹部21，而在半导体发光元件2的光放射面中的光的密度最高的区域与第一树脂5之间设置空间。即，作为在半导体发光元件2与第一树脂5之间设置的低光扩散部，也可以构成空间。

根据上述第二实施方式的构造，由于低光扩散部由空间构成，因此能够利用空间，在半导体发光元件2的光的密度最高的区域中抑制激光L的吸收。因此，能够抑制半导体发光元件2的激光L的放射面上的温度上升，防止发生COD。即，能够获得可靠性优异的发光装置1。

并且，由于反射镜22具有在第一面22A上形成的第二面22B，第二面22B由曲率与第一面22A不同的曲面构成，因此能够容易地执行发光装置1的配光控制。

另外，第一树脂5覆盖反射镜22的第二面22B而形成。由此，反射镜22的第二面22B成为作为包含光扩散材料的第一树脂5的注入区域的标记且容易蓄积第一树脂5，能够提高发光装置1的生产率。此外，通过在反射镜22上设置第二面22B，从而能够减少第一树脂5的使用量。因此，能够有效地实现发光装置1的小型化，能够进一步实现低成本化。

另外，由于第一树脂5形成在图2中的除了半导体发光元件2的上表面以外的区域，因此能够相对减小发光装置1的图2中的上下方向的尺寸即发光装置1的高度。由此，能够有效地实现发光装置1的小型化。进而能够减少第一树脂5的使用量，并实现低成本化。

＜第三实施方式＞

下面使用图4对本发明第三实施方式的发光装置进行说明。图4是发光装置的剖视图。并且，本实施方式的基本的构造与在先说明的第一实施方式相同，因此存在对与第一实施方式共通的构成要素标注与前面相同的附图标记或相同的名称，并省略其说明的情况。

第三实施方式的发光装置1如图4所示，具有在基板10上搭载的半导体发光元件2。

第二树脂6覆盖半导体发光元件2的周围整体和线材4的整体而形成。第二树脂6由例如硅树脂或环氧树脂这类材料构成。第二树脂6不包含光扩散材料。

第一树脂5覆盖第二树脂6的凹部11的开口侧的表面整体而形成。此外，第一树脂5充满凹部11的内部，直到图4中的基板10的上缘即开口11b。第一树脂5由例如使激光L透过80％以上的环氧树脂构成。第一树脂5包含例如5wt％的光扩散材料7。

硅树脂与环氧树脂的界面由于密合性弱，因此若线材位于其界面，则可能会由于发光装置1制造中的热履历施加时两种树脂的热膨胀系数差使得线材受拉。由此，可能会发生线材断线。

因此，根据上述第三实施方式的构造，由于线材4其整体收纳于由硅树脂构成的第二树脂6的内侧，因此能够防止线材4的断线问题。因此，发光装置1成为可靠性高的封装。

另外，通过使第一树脂5为环氧树脂，从而在由夹头吸引并拾取发光装置1表面的第一树脂5的部分时，容易在吸引结束时使发光装置1容易从夹头离开。由此，能够实现发光装置1的生产率提高。

此外，通过将第一树脂5设为环氧树脂，能够提高第一树脂5与基板10的密合性。因此，能够防止第二树脂6及第一树脂5相对于基板10的剥离，赋予第一树脂5以盖的功能。

以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明的范围不限定于此，能够在不脱离发明主旨的范围内施加多种变更来实施。

工业实用性

本发明能够在发光装置中使用。

附图标记说明

1 发光装置

2 半导体发光元件

2a、2b 端面

3 散热台

4 线材

5 第一树脂

6 第二树脂(低光扩散部)

7 光扩散材料

10、20 基板

11、21 凹部

12、22 反射镜

22A 第一面

22B 第二面

Claims

1.一种发光装置，其特征在于，包括：

形成有凹部的基板；

半导体发光元件，其设置在所述基板的所述凹部的内底面上；

反射镜，其形成在所述基板上，并将所述半导体发光元件放射的光向与其放射方向交叉的方向反射；

第一树脂，其包含光扩散材料，并与所述半导体发光元件分隔地设置在所述半导体发光元件的放射光的光路上且设置在所述基板的到上缘即开口为止的所述凹部的内部；以及

作为低光扩散部的第二树脂，其覆盖所述半导体发光元件的光放射面中的至少光的密度最高的区域，同时设置在所述半导体发光元件与所述第一树脂之间的光路上，

所述低光扩散部的光扩散材料的浓度低于所述第一树脂的所述光扩散材料的浓度。

2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，

所述低光扩散部由所述光扩散材料的浓度低于所述第一树脂的所述第二树脂构成。

3.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，

所述第一树脂包含1wt％以上的所述光扩散材料。

4.根据权利要求2所述的发光装置，其特征在于，

所述第二树脂包含10wt％以下的所述光扩散材料。

5.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，

与所述半导体发光元件接触的所述第一树脂或所述第二树脂的弹性模量为50000MPa以下。

6.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，

所述反射镜具有光的反射面由平面或曲面构成的第一面。

7.根据权利要求6所述的发光装置，其特征在于，

所述反射镜具有在所述第一面上形成的第二面，所述第二面由曲率与所述第一面不同的曲面构成。

8.根据权利要求7所述的发光装置，其特征在于，

所述第一树脂覆盖所述反射镜的所述第二面而形成。

9.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，

所述第一树脂形成在除了所述半导体发光元件的上表面以外的区域。

10.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，

所述反射镜在光的反射面的至少一部分形成凹凸部。

11.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，

所述半导体发光元件放射700nm至1600nm波长的光。

12.一种发光装置的制造方法，其特征在于，包括：

在形成有凹部的基板上形成反射镜的工序；

以使所述反射镜位于放射光的行进方向下游侧的方式，在所述基板的所述凹部的内底面上配置半导体发光元件的工序；

与所述半导体发光元件分隔地在所述半导体发光元件的放射光的光路上设置包含光扩散材料且位于所述基板的到上缘即开口为止的所述凹部的内部的第一树脂的工序；以及

以覆盖所述半导体发光元件的光放射面中的至少光的密度最高的区域的方式，在所述半导体发光元件与所述第一树脂之间的光路上设置低光扩散部的工序，

13.一种发光装置，其特征在于，包括：

基板；

半导体发光元件，其设置在所述基板上；

第一树脂，其包含光扩散材料，并与所述半导体发光元件分隔地设置在所述半导体发光元件的放射光的光路上；以及

低光扩散部，其覆盖所述半导体发光元件的光放射面中的至少光的密度最高的区域，同时设置在所述半导体发光元件与所述第一树脂之间的光路上，

所述低光扩散部的光扩散材料的浓度低于所述第一树脂的所述光扩散材料的浓度，

所述第一树脂形成在除了所述半导体发光元件的上表面以外的区域，且包含1wt％以上的所述光扩散材料。