JP2012079827A - Semiconductor light emitting device and light source device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プロジェクタ等のディスプレイに用いる出射光強度が大きい半導体発光装置及び光源装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor light emitting device and a light source device having a high intensity of emitted light used for a display such as a projector.
近年、レーザディスプレイ又はプロジェクタ等の画像表示装置の光源用途、又はレーザスクライビング装置若しくは薄膜のアニール装置等の産業用加工装置の光源用途として、光出力が1Wを超える高光出力の半導体レーザ装置を用いた半導体発光装置が盛んに開発されている。このような半導体発光装置の一例として、例えば、半導体レーザ素子等の半導体発光素子を金属からなる基台に固着し、さらに、ガラス窓を設けたキャップ部材により封止された半導体発光装置が、下記の特許文献1に公開されている。 In recent years, a semiconductor laser device having a high light output exceeding 1 W has been used as a light source for an image display device such as a laser display or a projector, or as a light source for an industrial processing device such as a laser scribing device or a thin film annealing device. Semiconductor light emitting devices have been actively developed. As an example of such a semiconductor light emitting device, for example, a semiconductor light emitting device in which a semiconductor light emitting element such as a semiconductor laser element is fixed to a base made of metal and sealed with a cap member provided with a glass window is as follows. Is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228707.
以下、図23を用いて従来の半導体発光装置について説明する。図23に示すように、従来の半導体発光装置300は、半導体レーザ素子301と、該半導体レーザ素子301を保持するパッケージ320と、半導体レーザ素子301を覆ってパッケージ320と固着され、該半導体レーザ素子301を封止するキャップ部材330とから構成されている。
Hereinafter, a conventional semiconductor light emitting device will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 23, a conventional semiconductor
パッケージ320は、鉄(Fe)系材料からなる基台(ステム)321と、その上に固着された無酸素銅からなるブロック部(ヒートシンク)322と、基台321にその表裏方向に設けられた貫通孔321a、321bにそれぞれガラスからなる絶縁リング326を介して固着されたリードピン324、325と、基台321の裏面に直接に固着されたリードピン323とから構成される。
The
半導体レーザ素子301は、サブマウント302を介してブロック部322に固着され、2本のワイヤ327、328によってそれぞれリードピン324、325と電気的に接続される。
The
キャップ部材330は、コバール(Kovar:Fe−Ni−Co合金)からなる金属カバーと、軟質ガラスで固着された、光学ガラス等からなる光透過窓334により構成される。金属カバーは、円筒状の側壁部331と、該側壁部331の一端を閉じると共に半導体レーザ素子301からのレーザ光を外部に取り出す出射孔332aが形成された天面部332と、側壁部331の他端に形成され、半導体レーザ素子301が保持される基台321の上面に抵抗溶接されるフランジ部333とを有している。光透過窓334は、出射孔332aを塞ぐように天面部332の内側に固着される。
The
このような半導体発光装置を光源として用いる場合の固定方法として、例えば特許文献2のような構成が公開されている。 As a fixing method in the case where such a semiconductor light emitting device is used as a light source, for example, a configuration as disclosed in Patent Document 2 is disclosed.
次に、図24を用いて従来の半導体発光装置の固定方法について説明する。半導体レーザ素子(図示せず)を保持する円盤状の基台321に該半導体レーザ素子を気密に封止するためのキャップ部材330が固着された半導体発光装置300を固定する固定冶具400には、円盤状の基台321よりも大きな開口部400aが形成されている。開口部400aの壁面には、その上面で基台321を支持する段差部400bが設けられている。ここで、固定冶具400の開口部400aの開口径は、半導体発光装置300の基台321の嵌合が容易となるように、該基台321の径よりも若干大きく設定されている。
Next, a conventional method for fixing a semiconductor light emitting device will be described with reference to FIG. The
しかしながら、前記従来の半導体発光装置には、製造上の2つの問題があることを本願発明者らは見出した。 However, the present inventors have found that the conventional semiconductor light emitting device has two problems in manufacturing.
第1に、半導体発光素子の高光出力を図るべくその放熱性を高めるために、パッケージを構成する基台に熱伝導率が高い材料として、例えば無酸素銅を用いようとした場合に、無酸素銅からなる基台は、光透過窓を構成する透明光学素子との熱膨張係数の値が近いコバールからなるキャップ部材とは抵抗溶接ができなくなる。これは、無酸素銅の熱伝導率及び電気伝導率がコバールよりも十分に高いため、コバールを抵抗溶接するための電流量では、基台側の溶接箇所が十分に発熱せず、さらには、発生した熱が周辺に拡散してしまうためである。一方、基台側の溶接箇所を過熱するために、溶接時の電流量を増加した場合は、キャップ部材側が過剰に温度上昇してしまう。このため、キャップ部材と基台との密着性を十分に高くすることができなくなる。その結果、キャップ部材の気密性が低下して、半導体発光素子の動作特性(光学特性)が低下する。 First, in order to increase the heat dissipation of the semiconductor light emitting device in order to achieve high light output, oxygen-free copper is used as a material having high thermal conductivity for the base constituting the package, for example, oxygen-free copper. The base made of copper cannot be resistance-welded with a cap member made of Kovar having a thermal expansion coefficient close to that of the transparent optical element constituting the light transmission window. This is because the heat conductivity and electrical conductivity of oxygen-free copper are sufficiently higher than Kovar, so the amount of current for resistance welding of Kovar does not generate sufficient heat at the welding site on the base side, This is because the generated heat diffuses to the periphery. On the other hand, when the amount of current during welding is increased in order to overheat the welded portion on the base side, the temperature on the cap member side excessively increases. For this reason, the adhesiveness between the cap member and the base cannot be sufficiently increased. As a result, the airtightness of the cap member is lowered, and the operating characteristics (optical characteristics) of the semiconductor light emitting element are lowered.
これに対し、キャップ部材を構成する金属カバーの構成材料を基台と合わせるように銅等の熱伝導率が高い材料を用いた場合は、光透過窓と軟質ガラスと金属カバーとの熱膨張係数の差が大きくなる。このため、キャップ部材の作製時に光透過窓と金属カバーとを接着させる軟質ガラスの接着強度が低下して気密性が低下する。 On the other hand, when a material with high thermal conductivity such as copper is used so that the constituent material of the metal cover constituting the cap member matches the base, the thermal expansion coefficient of the light transmitting window, the soft glass, and the metal cover The difference becomes larger. For this reason, the adhesive strength of the soft glass which adheres the light transmission window and the metal cover during the production of the cap member is lowered, and the airtightness is lowered.
なお、機密性の低下を防止するため、キャップ部材と基台とを銀ろう等によってろう付けする方法も考えられるが、ろう付けは半導体発光素子を1000℃近くの高温にさらすことになるため、半導体発光素子内の半導体積層構造が変質してしまい、発光素子の動作特性を大きく劣化させてしまう。 In order to prevent a decrease in confidentiality, a method of brazing the cap member and the base with silver brazing or the like is also conceivable, but brazing exposes the semiconductor light emitting element to a high temperature near 1000 ° C., The semiconductor multilayer structure in the semiconductor light emitting element is altered, and the operating characteristics of the light emitting element are greatly deteriorated.
以上から、パッケージを構成する基台に熱伝導率が高い材料を用いて、半導体発光装置の放熱性を向上しようとすると、基台の構成材料が例えば銅であれば、必然的にその熱膨張係数も大きくなってしまい、キャップ部材との気密性が低下してしまう。一方、光透過窓と金属カバーとの気密性を確保するという観点から、金属カバーに熱伝導率が高い材料(熱膨張係数が大きい材料)を用いることができない。 From the above, when trying to improve the heat dissipation of the semiconductor light emitting device by using a material having high thermal conductivity for the base constituting the package, if the constituent material of the base is, for example, copper, inevitably its thermal expansion. A coefficient also becomes large and the airtightness with a cap member will fall. On the other hand, from the viewpoint of ensuring airtightness between the light transmission window and the metal cover, a material having a high thermal conductivity (a material having a large thermal expansion coefficient) cannot be used for the metal cover.
第2に、半導体発光装置における半導体発光素子からその動作中に発生するジュール熱に関しては、従来の構成においては、上述したように、パッケージの基台よりも大きい外形の固定冶具に取り付けられるため、基台と固定冶具との密着性が不十分となる。その結果、半導体発光素子の温度上昇を十分に抑えることができないという問題がある。 Secondly, regarding the Joule heat generated during the operation from the semiconductor light emitting element in the semiconductor light emitting device, in the conventional configuration, as described above, it is attached to a fixing jig having an outer shape larger than the base of the package. Adhesiveness between the base and the fixing jig becomes insufficient. As a result, there is a problem that the temperature rise of the semiconductor light emitting element cannot be sufficiently suppressed.
本発明は、前記の問題を解決し、半導体発光素子を封止する金属カバーの気密性を維持しながら、半導体発光素子から発生するジュール熱を効率良くパッケージの外部に放熱することができるようにすることを目的とする。 The present invention solves the above-described problems, and can efficiently dissipate Joule heat generated from the semiconductor light emitting element to the outside of the package while maintaining the airtightness of the metal cover for sealing the semiconductor light emitting element. The purpose is to do.
前記の目的を達成するため、本発明は、半導体発光装置を、パッケージを構成する基台の構成材料の熱伝導率を金属カバーの熱伝導率よりも大きくし、且つ基台の上に固着する金属カバーとの間に、基台と比べて金属カバーとの熱伝導率の差が小さい溶接台を設ける構成とする。 In order to achieve the above-mentioned object, the present invention fixes a semiconductor light-emitting device on the base by making the thermal conductivity of the constituent material of the base constituting the package larger than the thermal conductivity of the metal cover. A welding stand is provided between the metal cover and the metal cover, which has a smaller difference in thermal conductivity than the base cover.
具体的に、本発明に係る半導体発光装置は、半導体発光素子と、半導体発光素子を保持するパッケージと、パッケージに固着され、半導体発光素子を封止する金属カバーとを備え、パッケージは、基台と、該基台の主面上に形成され、金属カバーを抵抗溶接可能な溶接台とを有し、基台を構成する第1の金属材料の熱伝導率は、金属カバーを構成する第2の金属材料の熱伝導率よりも大きく、金属カバーと溶接台との熱伝導率の差は、金属カバーと基台との熱伝導率の差よりも小さい。 Specifically, a semiconductor light emitting device according to the present invention includes a semiconductor light emitting element, a package that holds the semiconductor light emitting element, and a metal cover that is fixed to the package and seals the semiconductor light emitting element. And a welding base formed on the main surface of the base and capable of resistance-welding the metal cover, and the thermal conductivity of the first metal material constituting the base is a second that constitutes the metal cover. The difference in thermal conductivity between the metal cover and the base is smaller than the difference in thermal conductivity between the metal cover and the base.
本発明の半導体発光装置によると、基台を構成する第1の金属材料の熱伝導率は、金属カバーを構成する第2の金属材料の熱伝導率よりも大きく、金属カバーと溶接台との熱伝導率の差は、金属カバーと基台との熱伝導率の差よりも小さい。このため、金属カバーと溶接台との熱伝導率及び電気伝導率の差を小さくすることができるので、金属カバーと溶接台とを抵抗溶接により容易に接合することができる。その結果、基台と金属カバーとの密着性が向上して、半導体発光素子の特性の劣化を防止することができる。 According to the semiconductor light emitting device of the present invention, the thermal conductivity of the first metal material constituting the base is larger than the thermal conductivity of the second metal material constituting the metal cover. The difference in thermal conductivity is smaller than the difference in thermal conductivity between the metal cover and the base. For this reason, since the difference of the heat conductivity and electrical conductivity of a metal cover and a welding stand can be made small, a metal cover and a welding stand can be joined easily by resistance welding. As a result, the adhesion between the base and the metal cover is improved, and deterioration of the characteristics of the semiconductor light emitting element can be prevented.
本発明の半導体発光装置において、金属カバーには、半導体発光素子と対向する位置に開口部が設けられると共に、開口部を覆うように透明光学素子が固着されており、透明光学素子と金属カバーとの熱膨張係数の差は、透明光学素子と基台との熱膨張係数の差よりも小さいことが好ましい。 In the semiconductor light emitting device of the present invention, the metal cover is provided with an opening at a position facing the semiconductor light emitting element, and a transparent optical element is fixed so as to cover the opening. The difference in thermal expansion coefficient is preferably smaller than the difference in thermal expansion coefficient between the transparent optical element and the base.
このようにすると、半導体発光素子からの光を効率良くパッケージの外部に取り出すことができると共に、半導体発光装置の気密性が劣化するのを防止することができるため、半導体発光素子の特性の劣化を防止することができる。 In this way, the light from the semiconductor light emitting element can be efficiently extracted outside the package, and the airtightness of the semiconductor light emitting device can be prevented from being deteriorated. Can be prevented.
本発明の半導体発光装置において、基台には、少なくとも1つの貫通孔が形成され、パッケージは、貫通孔に絶縁材を介在させて固着され且つ半導体発光素子と電気的に接続されるリードを有していてもよい。 In the semiconductor light emitting device of the present invention, at least one through hole is formed in the base, and the package has a lead fixed to the through hole with an insulating material interposed therebetween and electrically connected to the semiconductor light emitting element. You may do it.
このようにすると、半導体発光素子に容易に且つ確実に電力を供給することができる。 In this way, power can be easily and reliably supplied to the semiconductor light emitting device.
この場合に、基台の主面には、半導体発光素子を固着するブロック部が設けられ、溶接台はブロック部と貫通孔とを囲むように基台の主面上に形成されていてもよい。 In this case, the main surface of the base may be provided with a block portion for fixing the semiconductor light emitting element, and the welding base may be formed on the main surface of the base so as to surround the block portion and the through hole. .
このようにすると、半導体発光素子の気密性を維持しつつ、リードを通して半導体発光素子に外部から電力を供給することができる。 If it does in this way, electric power can be supplied to a semiconductor light-emitting device from the exterior through a lead, maintaining airtightness of a semiconductor light-emitting device.
さらにこの場合に、基台の主面の周縁部には、段差部が設けられており、溶接台は段差部に形成されていてもよい。 Further, in this case, a stepped portion may be provided on the peripheral edge portion of the main surface of the base, and the welding table may be formed on the stepped portion.
また、この場合に、基台の主面の周縁部には、環状の溝部が設けられており、溶接台は溝部に形成されていてもよい。 In this case, an annular groove may be provided on the peripheral edge of the main surface of the base, and the welding table may be formed in the groove.
このようにすると、溶接台が段差部又は溝部に形成されるより、溶接台の基台との接触面積が大きくなって、溶接台の基台との密着性が向上する。さらに、溶接台を形成する際の位置合わせが容易となる。 If it does in this way, a contact area with the base of a welding stand will become large rather than a welding stand being formed in a level | step-difference part or a groove part, and adhesiveness with the base of a welding base will improve. Furthermore, the alignment at the time of forming the welding table is facilitated.
また、この場合に、溶接台は貫通孔を含む領域に形成され、溶接台と貫通孔の絶縁材とは互いに接続されていてもよい。 In this case, the welding table may be formed in a region including the through hole, and the welding table and the insulating material of the through hole may be connected to each other.
このようにすると、リードを固着する貫通孔の一部を基台と異なる材料を用いて形成することができるため、溶接台の構成材料が絶縁材の構成材料の熱膨張係数と近ければ、リード及び絶縁材の固着部分の気密性を向上することができる。 In this way, a part of the through hole for fixing the lead can be formed using a material different from that of the base. Therefore, if the constituent material of the welding base is close to the thermal expansion coefficient of the constituent material of the insulating material, the lead In addition, the airtightness of the fixed portion of the insulating material can be improved.
本発明の半導体発光装置において、基台はその平面形状が多角形状であってもよい。 In the semiconductor light emitting device of the present invention, the base may have a polygonal planar shape.
このようにすると、基台の側面が平面状となるため、基台を固定する固定治具との接触面積を容易に大きくすることができる。その結果、半導体発光素子から発生したジュール熱をパッケージの基台の側面を通してパッケージの外部に放熱させることができる。 If it does in this way, since the side surface of a base becomes planar, a contact area with the fixing jig which fixes a base can be enlarged easily. As a result, Joule heat generated from the semiconductor light emitting element can be radiated to the outside of the package through the side surface of the package base.
この場合に、基台はその平面形状が四角形状であってもよい。 In this case, the base may have a quadrangular planar shape.
このようにすると、基台の設計が容易となる。 In this way, the design of the base becomes easy.
本発明の半導体発光装置において、第1の金属材料は、銅を主成分とすることが好ましい。 In the semiconductor light emitting device of the present invention, the first metal material preferably contains copper as a main component.
このようにすると、基台の構成材料に熱伝導率が高い材料を用いることができるため、半導体発光素子の温度上昇を抑制することできる。 In this case, since a material having high thermal conductivity can be used as the constituent material of the base, an increase in temperature of the semiconductor light emitting element can be suppressed.
この場合に、第2の金属材料は、鉄を含んでいてもよい。 In this case, the second metal material may contain iron.
このようにすると、パッケージと金属カバーとを抵抗溶接(電気溶接)により接合することができるため、容易に気密封止することができる。 If it does in this way, since a package and a metal cover can be joined by resistance welding (electric welding), it can carry out airtight sealing easily.
本発明の半導体発光装置において、半導体発光素子は、半導体レーザ素子であってもよい。 In the semiconductor light emitting device of the present invention, the semiconductor light emitting element may be a semiconductor laser element.
また、本発明の半導体発光装置において、半導体発光素子は、スーパールミネッセントダイオードであってもよい。 In the semiconductor light emitting device of the present invention, the semiconductor light emitting element may be a super luminescent diode.
いずれの場合も、半導体発光素子からの光の指向性を高くすることができるため、光取り出し用の開口部から、光を高効率で外部へ取り出すことができる。 In either case, since the directivity of light from the semiconductor light emitting element can be increased, light can be extracted to the outside with high efficiency from the light extraction opening.
本発明に係る第1の光源装置は、本発明の半導体発光装置と、基台を該基台の側面方向からそれぞれ挟むことにより、半導体発光装置を保持する複数の固定治具とを備えている。 A first light source device according to the present invention includes the semiconductor light emitting device of the present invention and a plurality of fixing jigs for holding the semiconductor light emitting device by sandwiching the base from the side surface direction of the base. .
第1の光源装置によると、1つ以上、特に複数の半導体発光装置を用いた光源装置において、半導体発光素子から発生するジュール熱を効率良くパッケージの外部に放熱することができるため、半導体発光装置の特性の劣化を防止することができる。 According to the first light source device, in a light source device using one or more, particularly a plurality of semiconductor light emitting devices, Joule heat generated from the semiconductor light emitting elements can be efficiently radiated to the outside of the package. It is possible to prevent the deterioration of the characteristics.
本発明に係る第2の光源装置は、半導体発光素子と、該半導体発光素子を保持するパッケージと、該パッケージに固着され、半導体発光素子を封止する金属カバーとを有する半導体発光装置と、基台を該基台の側面方向からそれぞれ挟むことにより、半導体発光装置を保持する複数の固定治具とを備えている。 A second light source device according to the present invention includes a semiconductor light emitting device having a semiconductor light emitting element, a package holding the semiconductor light emitting element, a metal cover fixed to the package and sealing the semiconductor light emitting element, A plurality of fixing jigs for holding the semiconductor light emitting device are provided by sandwiching the base from the side surface direction of the base.
第2の光源装置によると、1つ以上、特に複数の半導体発光装置を用いた光源装置において、半導体発光素子から発生するジュール熱を効率良くパッケージの外部に放熱することができるため、半導体発光装置の特性の劣化を防止することができる。 According to the second light source device, in a light source device using one or more, particularly a plurality of semiconductor light emitting devices, Joule heat generated from the semiconductor light emitting element can be efficiently radiated to the outside of the package. It is possible to prevent the deterioration of the characteristics.
第1又は第2の光源装置において、複数の固定冶具同士は、互いに接触しないことが好ましい。 In the first or second light source device, it is preferable that the plurality of fixing jigs do not contact each other.
このようにすると、半導体発光装置を用いた光源装置において、各半導体発光装置における基台の側面と固定冶具との密着性を向上することができる。その結果、半導体発光素子から発生するジュール熱を効率良くパッケージの外部に放熱することができる。 If it does in this way, in the light source device using a semiconductor light-emitting device, the adhesiveness of the side surface of the base in each semiconductor light-emitting device and a fixing jig can be improved. As a result, Joule heat generated from the semiconductor light emitting element can be efficiently radiated to the outside of the package.
第1又は第2の光源装置において、半導体発光装置を構成する基台は、その平面形状が多角形状であってもよい。 In the first or second light source device, the planar shape of the base constituting the semiconductor light emitting device may be a polygonal shape.
このようにすると、半導体発光装置を用いた光源装置において、半導体発光装置における基台の側面が複数の平面で構成される。これにより、固定冶具と基台の側面との密着性が向上するので、半導体発光素子から発生するジュール熱を効率良くパッケージの外部に放熱することができる。 If it does in this way, in the light source device using a semiconductor light-emitting device, the side of the base in a semiconductor light-emitting device will be constituted by a plurality of planes. Thereby, since the adhesiveness between the fixing jig and the side surface of the base is improved, Joule heat generated from the semiconductor light emitting element can be efficiently radiated to the outside of the package.
この場合に、半導体発光装置を構成する基台は、その平面形状が四角形状であってもよい。 In this case, the base constituting the semiconductor light emitting device may have a square shape in plan view.
このようにすると、半導体発光装置を用いた光源装置において、半導体発光装置を構成する基台の設計を容易に行えるようになる。 If it does in this way, in the light source device using a semiconductor light-emitting device, it will become easy to design the base which constitutes a semiconductor light-emitting device.
本発明に係る半導体発光装置によると、半導体発光素子を封止する金属カバーの気密性を維持しながら、半導体発光素子から発生するジュール熱を効率良くパッケージの外部に放熱することができる。 According to the semiconductor light emitting device of the present invention, Joule heat generated from the semiconductor light emitting element can be efficiently radiated to the outside of the package while maintaining the airtightness of the metal cover for sealing the semiconductor light emitting element.
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係る半導体発光装置について図1及び図2を参照しながら説明する。
(First embodiment)
A semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1及び図2に示すように、第1の実施形態に係る半導体発光装置1は、半導体発光素子3と、該半導体発光素子3を保持するパッケージ10と、例えば半導体レーザ素子である半導体発光素子3を覆ってパッケージ10と固着され、該半導体発光素子3を封止するるキャップ20とから構成される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor
パッケージ10は、例えば無酸素銅(OFCu)からなる基台11と、その主面11a上に一体に形成され、ヒートシンクとなるブロック部11bと、表裏方向に貫通する2つの貫通孔11cとが設けられている。各貫通孔11cには、リード15、16が、例えば硬質ガラスからなる絶縁材18、19を介して固着される。各リード15、16は、それぞれワイヤ30a、30bを介して半導体発光素子3と電気的に接続される。リード14は、基台11の裏面に抵抗溶接(電気溶接)されて、基台11と電気的に接続される。
The
基台11における主面11a上の周縁部、すなわちキャップ20との接合部には、基台11と比べて熱膨張係数が小さい、例えばコバール、Fe:Ni合金(42アロイ)又は鉄(鋼)からなる溶接台12が、例えば銀ろう等の接着材13によりに気密に接着されている。なお、第1の実施形態においては、溶接台12の平面形状は環状としているが、ブロック部11bの周囲を囲むことができる形状であれば、例えば多角形又は楕円形等でも構わない。
The peripheral portion of the base 11 on the
キャップ20は、例えば、筒状に形成されたコバール、Fe:Ni合金(42アロイ)又は鉄(鋼)からなる金属カバー21であり、半導体発光素子3における光の出射面の上方には光取り出し用の開口部21bが形成されている。開口部21bには、例えば表面に反射防止膜が形成された板状で、BK7等の光学ガラスからなる透明光学素子22が、例えば軟質ガラスからなる固着材23により固着される。金属カバー21における基台11側には、溶接台12との固着が容易なように、外側に開いたフランジ部21aが設けられている。
The
さらに、図2に示すように、ブロック部11bにサブマウント6を介して固着された半導体発光素子3は、該半導体発光素子3に形成された光共振器と対応するストライプ3aを透明光学素子22と対向するように配置される。
Further, as shown in FIG. 2, the semiconductor
次に、図3を参照しながら第1の実施形態に係る半導体発光装置1の動作を説明する。
Next, the operation of the semiconductor
半導体発光装置1は、製品に組み込まれる際には、例えばアルミニウム合金等の熱伝導率が高い材料からなる固定冶具50に基台11が密着されるように固定され、さらに押さえ冶具51によって上方から挟み込むようにして固定される。このとき、図示しない外部電源からリード15、16を通じて半導体発光素子3に電力が供給される。半導体発光素子3に印加された電力は所定の波長の光に変換されて出射される。半導体発光素子3から出射された光は、該半導体発光素子3から開口部21bに設けられた透明光学素子22に向かう方向(主線70a=主面11aの法線)に所定の拡がり角を持った出射光70となり、透明光学素子22を透過して半導体発光装置1の外部に出射される。
When the semiconductor
一方、半導体発光素子3において、印加された電力が光に変換される際に、電力の一部は光に変換されず、ジュール熱となる。半導体発光素子3から発生したジュール熱は、サブマウント6、ブロック部11b及び基台11を伝導し、パッケージ10の外部に放出される。基台11は、押さえ冶具51により固定冶具50と密着されているため、放熱経路60を通って効率的に放熱できる。なお、ジュール熱の一部は、半導体発光素子3及びその近傍の温度上昇に寄与し、該半導体発光素子3の温度を上昇させる。
On the other hand, in the semiconductor
以下、前記のように構成された半導体発光装置の製造方法について図4〜図6を参照しながら説明する。 Hereinafter, a method of manufacturing the semiconductor light emitting device configured as described above will be described with reference to FIGS.
図4は第1の実施形態に係る半導体発光装置1を構成するパッケージ10の断面構成を示している。
FIG. 4 shows a cross-sectional configuration of the
まず、基台11とブロック部11bとを形成可能な金型により、無酸素銅(OFCu)からなり、基台11とブロック部11bとが、例えばプレス加工により一体に成型されたパッケージ10を作製する。なお、基台11とブロック部11bとは、必ずしも一体に形成する必要はないが、基台11とブロック部11bとに同一の構成材料、例えば熱伝導率が高い無酸素銅を用いるならば、一体成型が好ましい。続いて、環状の溶接台12を、例えば銀ろうからなる接着材13により、基台11の主面11a上にブロック部11bを囲むように高温処理により接着する。この溶接台12の接着工程において、リード14を、例えば銀ろうからなる接着材13を用いて基台11の裏面に高温処理により接着する。続いて、所定の冶具を用いて、リード15、16を絶縁材18、19となる筒状のガラスと共に各貫通孔11cに挿入し、その後、さらに、ガラスからなる絶縁材18、19を各貫通孔11cに充填して、ガラスの軟化温度以上まで過熱することにより、リード15、16を絶縁材18、19を介して各貫通孔11cに固着する。なお、上記のリード14、15及び16の固着並びに溶接台12の接着の順序については、処理温度に合わせて変更することが好ましい。また、基台11及びブロック部11bには、上記の工程の最後又は途中において、例えば、Ni/Auめっきにより表面をコーティングすることが好ましい。
First, a
次に、図5に示すように、基台11におけるブロック部11bの内側の側面上に、例えばAlNセラミック又はSiCセラミック等からなるサブマウント6を介して、半導体発光素子3を固着する。その後、半導体発光素子3とリード15、16とをそれぞれワイヤ30a、30bによって電気的に接続する。一方、キャップ20は、例えばコバール等の熱膨張係数がガラスに近い材料からなる筒状の金属カバー21に、プレス加工によってフランジ部21a及び開口部21bを形成する。このとき、フランジ部21aの下面には溶接用の突起部21cを形成する。続いて、例えば、表面に半導体発光素子3から放射される光の波長に対して反射率が低い反射防止膜が形成された光学ガラスからなる透明光学素子22を、例えば軟質ガラスである固着材23により開口部21bの内側に固着する。
Next, as shown in FIG. 5, the semiconductor
なお、上記において、半導体発光素子3を、サブマウント6を介在させてブロック部11bに固着しているが、サブマウント6を介在させることなく半導体発光素子3を直接にブロック部11bに固着してもよい。
In the above description, the semiconductor
次に、図6を用いて、第1の実施形態に係るパッケージ10とキャップ20との接合方法について説明する。
Next, a method for joining the
まず、半導体発光素子3を固着したパッケージ10の基台11を固定台31aを用いて所定の位置に固定する。続いて、キャップ20を構成する金属カバー21のフランジ部21aを押さえ部31bを用いて固定する。続いて、固定台31a及び押さえ部31bを用いて、基台11の上に接着された溶接台12の上に、フランジ部21aの下面に形成された突起部21cが当たるように配置する。続いて、押さえ部31bをフランジ部21aの上面に押し当て、所定の電流を、押え部31b→フランジ部21a→溶接台12→基台11→固定台31aと流すことにより、フランジ部21aの下面の突起部21cが加熱されて溶融し、金属カバー21と溶接台12とが溶接される。
First, the
このとき、金属カバー21と溶接台12とは、42アロイ等の同一の材料系からなるため、金属カバー21の突起部21cが加熱により溶融した後、金属カバー21と溶接台12とは容易に接合する。また、図3に示したように、半導体発光素子3から発生したジュール熱は、熱伝導率が高い基台11を伝導し、効率良く固定冶具50等の外部に放熱される。このため、半導体発光素子3の温度上昇を抑えることができるので、半導体発光素子3の動作特性の劣化を防止することができる。
At this time, since the
上記の熱伝導について、図7に示す種々の材料特性の一覧を用いて、より詳細に説明する。図7は半導体発光装置のパッケージに用いることができる代表的な材料の熱伝導率及び熱膨張係数等を示した表である。現在、半導体発光装置のパッケージを構成する高熱伝導率の材料は、無酸素銅等の純銅及び銅タングステン等の銅合金である銅系の材料、鋼(SPC,Cold Roller Steel)、Fe:Ni合金(42アロイ)及びコバール(Fe−Ni−Co合金)等の鉄/ステンレス系材料、又はアルミ合金(A5052等)及び純アルミニウム等のアルミニウム系材料等が主流である。また、透明光学素子を構成する光学ガラスには、代表的なものとしてBK7が挙げられる。図7から分かるように、キャップに設ける透明光学素子を構成する光学ガラスの熱膨張係数は7.5×10−6/Kと低いため、本実施形態に係る透明光学素子22と密着させる金属カバー21及び固着材23の熱膨張係数を低く設定する必要がある。金属カバー21の構成材料は、この条件を満たし、且つプレス加工性に優れ、低コストであることが要求される。このため、金属カバー21の構成材料には、コバール等の鉄系材料を用いている。一方、固着材23は、透明光学素子22と金属カバー21との密着性を高くするため、軟質ガラスを用いている。従って、溶接台12には、金属カバー21との抵抗溶接を容易にするため、例えば、コバール、Fe:Ni合金(42アロイ)、鋼(SPC)又はニッケル等の、鉄及びニッケル等の熱膨張係数が比較的に小さく、金属カバー21を構成する材料に近い材料を用いる。
The above heat conduction will be described in more detail using a list of various material characteristics shown in FIG. FIG. 7 is a table showing the thermal conductivity, thermal expansion coefficient, and the like of typical materials that can be used for the package of the semiconductor light emitting device. Currently, high thermal conductivity materials constituting packages of semiconductor light emitting devices are copper-based materials such as pure copper such as oxygen-free copper and copper alloys such as copper tungsten, steel (SPC, Cold Roller Steel), Fe: Ni alloy. Iron / stainless steel materials such as (42 alloy) and Kovar (Fe—Ni—Co alloy), or aluminum materials such as aluminum alloy (A5052) and pure aluminum, etc. are the mainstream. Moreover, BK7 is mentioned as a typical thing in the optical glass which comprises a transparent optical element. As can be seen from FIG. 7, the thermal expansion coefficient of the optical glass constituting the transparent optical element provided on the cap is as low as 7.5 × 10 −6 / K, so that the metal cover is in close contact with the transparent
一方、基台11及びブロック部11bを構成する材料としては、熱伝導率が高い材料である金、銀、銅、銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金等が好ましい。より具体的には、比較的に低コストで、且つプレス特性に優れた銅、アルミニウム又はアルミニウム合金等が好ましい。
On the other hand, as a material which comprises the
(第1の実施形態の第1変形例)
以下、第1の実施形態の第1変形例について図8〜図10を参照しながら説明する。
(First modification of the first embodiment)
Hereinafter, a first modification of the first embodiment will be described with reference to FIGS.
図8に示すように、第1変形例に係る半導体発光装置1Aは、パッケージ10Aを構成する基台11Aの主面の周縁部に外側(側面側)が低く形成された段差部11dを有している。溶接台12は、ブロック部11b及び貫通孔11cを囲むように形成された段差部11dの底面上にその壁面と接するように、銀ろう等からなる接着材13により気密に接着されている。
As shown in FIG. 8, the semiconductor
このようにすると、基台11Aの溶接台12との接触面積が増大するので、溶接台12と基台11Aとの密着性を高めることができる。さらに、図4に示した溶接台12の接着工程において、基台11Aの主面に溶接台12を形成する際の位置合わせが容易となる。
If it does in this way, since the contact area with the welding stand 12 of 11 A of bases will increase, the adhesiveness of the
次に、前記のように構成された第1変形例に係る半導体発光装置1Aにおける効果を実験データに基づいて説明する。
Next, the effect of the semiconductor
図9は第1変形例に係る半導体発光装置1Aの基台11Aにおける熱伝導率を変化させた場合に、該半導体発光装置1Aの熱抵抗の変化を計算により求めた結果を示す。ここで、パッケージ10Aを構成する基台11Aの平面形状は円形であり、外径D1は直径5.6mmとしている。図8に示すように、基台11Aは、主面11aと反対側の裏面の外周部から、内径D2の4.5mmまでの部分が固定治具50と接触している。該固定治具50は、無限放熱面とみなすことができる。
FIG. 9 shows a result obtained by calculating a change in thermal resistance of the semiconductor
ブロック部11bには無酸素銅を用い、その熱伝導率は390W/mKとしている。その結果、基台11Aの熱伝導率が大きくなるに従い、半導体発光装置1Aの熱抵抗は大幅に減少する。特に、基台11Aの熱伝導率が200W/mK以上になると、半導体発光装置1Aの熱抵抗は飽和し、12K/W程度で一定となることが分かる。なお、構造A及び構造Bは、本願発明者らが作製した半導体発光装置に対する測定データである。構造Aは、基台11Aとブロック部11bとを一体成型し、その構成材料に無酸素銅(OFCu)を用いている。一方、構造Bは比較用であって、基台11Aに鋼(鉄、SPC)を用い、ブロック部11bの構成材料に無酸素銅を用い、両者をろう付けにより接合している。
Oxygen-free copper is used for the
図9から分かるように、これらの測定結果は計算結果と良く一致している。すなわち、基台11Aに熱伝導率が高い材料を用いることにより、半導体発光装置1Aにおける熱抵抗を大幅に低減できることが分かる。
As can be seen from FIG. 9, these measurement results agree well with the calculation results. That is, it can be seen that the thermal resistance in the semiconductor
さらに、図10(a)及び図10(b)に、上記の構造A及び構造Bに係る各半導体発光装置における電流−光出力特性と、光出力−電力光変換効率の関係とをそれぞれ比較して示す。まず、図10(a)に示す電流−光出力特性において、構造Aは構造Bと比較して、最大光出力は2.0Wから2.5W程度に向上している。 Furthermore, FIG. 10A and FIG. 10B compare the current-light output characteristics and the relationship between light output-power light conversion efficiency in each of the semiconductor light emitting devices according to the structures A and B, respectively. Show. First, in the current-light output characteristics shown in FIG. 10A, the maximum light output of the structure A is improved from 2.0 W to 2.5 W as compared with the structure B.
また、図10(b)に示す光出力−電力光変換効率においては、構造Aは構造Bと比較して、10%程度向上していることが分かる。これらの特性の向上は、パッケージ10Aを構成する基台11Aの材料を熱伝導率が大きい材料に変更することにより、半導体発光装置1Aにおける熱抵抗が低減したためである。
Moreover, in the light output-power light conversion efficiency shown in FIG.10 (b), it turns out that the structure A is improving about 10% compared with the structure B. FIG. The improvement in these characteristics is because the thermal resistance in the semiconductor
以上のように、本実施形態に係る構造により、半導体発光装置の特性を大きく向上することができる。 As described above, the structure according to the present embodiment can greatly improve the characteristics of the semiconductor light emitting device.
(第1の実施形態の第2変形例)
以下、第1の実施形態の第2変形例に係る半導体発光装置について図11を参照しながら説明する。
(Second modification of the first embodiment)
Hereinafter, a semiconductor light emitting device according to a second modification of the first embodiment will be described with reference to FIG.
第2変形例に係る半導体発光装置1Bは、パッケージ10Bを構成する基台11Bの主面の周縁部に、すなわちブロック部11b及び貫通孔11cを囲むように形成された溝部11eを有している。溶接台12は、溝部11eに埋め込むように銀ろう等からなる接着材13により気密に接着されている。
The semiconductor
このようにすると、基台11Bの溶接台12との接触面積が溝部11eの底面及び両壁面によって増大するので、溶接台12と基台11Bとの密着性がさらに向上する。さらに、図4に示した溶接台12の接着工程において、基台11Bの主面に溶接台12を自己整合的に形成できるので、溶接台12の位置合わせが容易となる。
If it does in this way, since the contact area with the welding stand 12 of the
(第1の実施形態の第3変形例)
以下、第1の実施形態の第3変形例に係る半導体発光装置について図12及び図13を参照しながら説明する。
(Third Modification of First Embodiment)
Hereinafter, a semiconductor light emitting device according to a third modification of the first embodiment will be described with reference to FIGS.
図12に示すように、第3変形例に係る半導体発光装置1Cは、パッケージ10Cを構成する基台11Cの主面の周縁部に外側(側面側)が低く形成された段差部11d1を有している。ここで、第3変形例においては、第1変形例とは異なり、段差部11d1は、貫通孔11cの形成領域を含む領域、すなわち、ブロック部11bの側面の近傍を囲む領域にまで形成されている。従って、各貫通孔11cは、段差部11d1の底面の領域に形成される。
As shown in FIG. 12, the semiconductor
基台11Cの主面11aには、該基台11Cよりも熱膨張係数が小さい、例えばFe:Ni合金(42アロイ)からなる溶接台12が、例えば銀ろうからなる接着材13により接着されている。ここで、溶接台12は環状であり、その一部には基台11Cの貫通孔11cと対応する領域に、リード15、16をそれぞれ貫通させる開口部が形成されている。溶接台12は、段差部11d1の底面及び側面に気密に接着される。さらに、リード15、16は、各貫通孔11c及び溶接台12の各開口部に、例えば硬質ガラスからなる絶縁材18を介して固着される。
A
次に、図13を参照しながら第3変形例に係る半導体発光装置1Cの動作を説明する。
Next, the operation of the semiconductor
図13に示すように、半導体発光装置1Cは、固定冶具50と押さえ冶具51とにより基台11Cの周縁部が上下方向から挟まれて固定される。キャップ20内の半導体発光素子3から出射された出射光70は、光取り出し用の開口部21bに設けられた透明光学素子22に向かう方向の主線70a(主面11aの法線)を中心軸として放射され、透明光学素子22を透過してパッケージ10Cの外部に出射される。一方、半導体発光素子3から発生したジュール熱は、サブマウント6、ブロック部11b及び基台11Cを伝導して、パッケージ10Cの外部に放出される。
As shown in FIG. 13, the semiconductor
このとき、各リード15、16における貫通孔11cの上側部分は、熱膨張係数が小さい42アロイからなる溶接台12により覆われている。従って、半導体発光装置1Cの温度が上昇したとしても、各リード15、16と絶縁材18、19と溶接台12との各熱膨張係数差がいずれも小さいため、キャップ20内の気密性を向上することができる。その結果、半導体発光素子3の動作特性の劣化を十分に抑えることができる。
At this time, the upper part of the through-
(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態に係る半導体発光装置について図14〜図17を参照しながら説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図14に示すように、第2の実施形態に係る半導体発光装置1Dは、パッケージ10Dを構成する基台11Dの厚さを、該基台11Dの幅寸法と同等の厚さとしている。さらに、図15(a)及び図15(b)に示すように、基台11Dの平面形状を多角形状とし、ここでは、例えば四角形状としている。これにより、基台11Dの側面の面積が大きくなると共に、4つの側面が平面形状となるため、固定治具等との接触面積も大きくなる。その結果半導体発光素子3からのジュール熱を効率良く排熱することができる。
As shown in FIG. 14, in the semiconductor
なお、第2の実施形態に係る半導体発光装置1Dは、溶接台12を底面積が広い段差部11d1に形成する、第1の実施形態の第3変形例と同等の構成としているが、これに限られず、溶接台12の構成は、第1の実施形態、その第1変形例又は第2変形例と同等の構成であってもよい。
The semiconductor
第2の実施形態に係る半導体発光装置1Dの詳細な構成を説明する。
A detailed configuration of the semiconductor
図14及び図15に示すように、半導体発光素子3Aは、例えば複数のストライプを有する半導体レーザアレイであり、例えば発光波長が380nm〜550nmの範囲で且つ光出力が1Wを超える高出力の窒化物系半導体レーザ素子である。半導体発光素子3Aは、パッケージ10Dを構成する基台11Dのブロック部11bの上にサブマウント6を介して固着される。
As shown in FIGS. 14 and 15, the semiconductor
図16(a)及び図16(b)は第2の実施形態に係る半導体発光装置1Dの固定冶具への固定方法の一例を示している。
FIGS. 16A and 16B show an example of a method for fixing the semiconductor
図16(a)に示すように、互いに対をなす第1の固定冶具150及び第2の固定治具160は、それぞれ半導体発光装置1Dのパッケージ10Dの2つの側面と嵌合する凹部を有している。さらに、各固定冶具150及び160は、互いにねじ止めが可能なように、第1の固定治具150には、凹部側の側面にねじ穴155a及び155bが設けられ、第2の固定治具160には、第1の固定冶具150のねじ穴155a及び155bと対向する側面を貫通する貫通孔165a及び165bが設けられている。さらに、第1の固定治具150及び第2の固定治具160には、主面を表裏方向に貫通し、他の部材に取り付けが可能なように、取り付け孔150a、150b及び160a、160bがそれぞれ設けられている。
As shown in FIG. 16 (a), the
半導体発光装置1Dを構成するパッケージ10Dは、図16(b)に示すように、第1の固定冶具150及び第2の固定治具160によって挟まれるように保持され、ねじ180a及び180bにより固定される。ここで、第1の固定冶具150及び第2の固定治具160との互いの対向面は、互いに接触せず、すなわち隙間が空くようにすることが好ましい。このようにすると、各固定冶具150、160の凹部の内面にパッケージ10Dを構成する基台11Dの平面状の側面を確実に接触させることができる。
As shown in FIG. 16B, the
次に、図17を参照しながら第2に実施形態に係る半導体発光装置1Dの動作を説明する。
Next, the operation of the semiconductor
図17に示すように、半導体発光装置1Dは、第1の固定冶具150と第2の固定冶具160とにより基台11Dの側面が挟まれて固定される。
As shown in FIG. 17, the semiconductor
この状態で、半導体発光素子3Aは、リード14、15及び16並びにワイヤ30a、30b及び30c並びに図示しない他のリード及びワイヤから供給された電力を光に変換する。変換されて出力される出射光70は、主線70a(主面11aの法線)を中心軸として透明光学素子22を透過し、外部に出射される。一方、半導体発光素子3Aから発生するジュール熱は、基台11Dの比較的に広い複数の平面状の側面から各固定冶具150、160に放射させることができる。
In this state, the semiconductor
このように、第2の実施形態によると、半導体発光素子からのジュール熱を効率良く外部に放射することができるため、半導体発光素子3Aの温度上昇による動作特性の劣化を防止することができる。
As described above, according to the second embodiment, since Joule heat from the semiconductor light emitting element can be efficiently radiated to the outside, it is possible to prevent deterioration in operating characteristics due to a temperature rise of the semiconductor
(第2の実施形態の第1変形例)
以下、第2の実施形態の第1変形例に係る半導体発光装置について図18を参照しながら説明する。
(First Modification of Second Embodiment)
Hereinafter, a semiconductor light emitting device according to a first modification of the second embodiment will be described with reference to FIG.
図18(a)及び図18(b)に示すように、第1変形例に係るパッケージの基台11Eの平面形状は三角形状である。第1の固定冶具150には、基台11Eの一側面の平面部分と嵌合する凹部が形成されている。また、第2の固定冶具160には、基台11Eの隣り合う2つの側面の平面部分と嵌合する凹部が形成されている。
As shown in FIGS. 18A and 18B, the planar shape of the
従って、基台11Eの3つの側面を、対向する側方から互いに挟み込むことにより、パッケージの基台11Eと各固定治具150、160とを精度良く固定することができる。その上、基台11Eの各側面と各固定治具150、160に設けられた凹部の内面とは互いに接触するため、半導体発光装置1Dから発生する熱を効率良く外部に放熱することができる。
Therefore, by sandwiching the three side surfaces of the
(第2の実施形態の第2変形例)
以下、第2の実施形態の第2変形例に係る半導体発光装置について図19を参照しながら説明する。
(Second modification of the second embodiment)
Hereinafter, a semiconductor light emitting device according to a second modification of the second embodiment will be described with reference to FIG.
図19(a)及び図19(b)に示すように、第2変形例に係るパッケージの基台11Fの平面形状は五角形状である。第1の固定冶具150には、基台11Fの一側面の平面部分と嵌合する凹部が形成されている。また、第2の固定冶具160には、基台11Fの隣り合う2つの側面の平面部分と嵌合する凹部が形成されている。
As shown in FIGS. 19A and 19B, the planar shape of the
従って、基台11Fの3つの側面を、対向する側方から互いに挟み込むことにより、パッケージの基台11Fと各固定治具150、160とを精度良く固定することができる。その上、基台11Fの各側面と各固定治具150、160に設けられた凹部の内面とは互いに接触するため、半導体発光装置1Dから発生する熱を効率良く外部に放熱することができる。
Accordingly, by sandwiching the three side surfaces of the
(第2の実施形態の第3変形例)
以下、第2の実施形態の第3変形例に係る半導体発光装置について図20を参照しながら説明する。
(Third Modification of Second Embodiment)
Hereinafter, a semiconductor light emitting device according to a third modification of the second embodiment will be described with reference to FIG.
図20(a)及び図20(b)に示すように、第3変形例に係るパッケージの基台11Gの平面形状は六角形状である。第1の固定冶具150及び第2の工程治具160には、それぞれ基台11Gの隣り合う2つの側面の平面部分と嵌合する凹部が形成されている。
As shown in FIGS. 20A and 20B, the planar shape of the
従って、基台11Gの対向する4つの側面を、対向する側方から互いに挟み込むことにより、パッケージの基台11Gと各固定治具150、160とを精度良く固定することができる。その上、基台11Gの各側面と各固定治具150、160に設けられた凹部の内面とは互いに接触するため、半導体発光装置1Dから発生する熱を効率良く外部に放熱することができる。
Therefore, the
なお、第2の実施形態及びその変形例においては、半導体発光素子3Aを、例えば発光波長が380nm〜550nmで、光出力が1Wを超える高出力の窒化物系半導体レーザアレイとしたが、これに限られない。例えば、半導体発光素子には、単波長の半導体レーザ素子を用いてもよく、さらには、画像表示装置のバックライトに適する、スペックルノイズが低い窒化物半導体系スーパールミネッセントダイオードを用いてもよい。さらには、例えば波長が550nm〜660nmの(Al、In、Ga、P、As)系の材料により作製された半導体レーザ素子又はスーパールミネッセントダイオードを用いてもよい。
In the second embodiment and the modification thereof, the semiconductor
また、第2の実施形態に係る半導体発光装置1Dは、基台11Dと金属カバー21との接合部に溶接台12を設けているが、本実施形態においては、溶接台12を設けない従来の半導体発光装置であっても、基台の厚さを厚くし、その平面形状を多角形状として、さらにその側面に密着して固定する本実施形態に係る固定治具150、160を用いれば、溶接台12を設けない半導体発光装置の放熱性を高めることが可能となる。
Moreover, although the semiconductor light-emitting
(第3の実施形態)
以下、本発明の第3の実施形態に係る光源装置について図21を参照しながら説明する。
(Third embodiment)
Hereinafter, a light source device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図21に示すように、第3の実施形態に係る光源装置201は、例えば、6個の第2の実施形態に係る半導体発光装置1Dと、それらを固定して保持する第1の固定治具250、第2の固定治具260及び第3の固定治具270とを備えている。
As shown in FIG. 21, the
第1の固定治具250には、その一側面に半導体発光装置1Dを構成するパッケージ10Dの隣り合う2つの側面とそれぞれ嵌合する3つの凹部が設けられている。また、第2の固定治具260には、互いに対向する2つの側面に各基台10Dの隣り合う2つの側面とそれぞれ嵌合する6つの凹部が設けられている。また、第3の固定治具270にも、第2の固定治具260と対向する側面に各基台10Dの隣り合う2つの側面とそれぞれ嵌合する3つの凹部が設けられている。
The
また、各固定治具250、260及び270には、それぞれの主面を表裏方向に貫通し、他の部材に取り付けが可能な取り付け孔250a、250b、260a、260b及び270a、270bがそれぞれ設けられている。
The fixing
図22に示すように、6個の半導体発光装置1Dは、各固定冶具250、260及び270により、それぞれ対向する対角方向から挟まれ、各ねじ280a〜280d及び281a〜281dによりそれぞれ固定される。
As shown in FIG. 22, the six semiconductor
このように、第3の実施形態によると、半導体発光装置1Dを構成する基台11Dの平面形状を多角形状として複数の平面で構成することにより、各固定治具250、260及び270の凹部の内面と面接触するため、各半導体発光装置1Dが発する熱を各固定冶具250、260及び270に効率良く放射させることができる。
As described above, according to the third embodiment, the planar shape of the
なお、図21に示すように、各固定冶具250、260及び270の互いの対向面は、互いに接触せず、すなわち隙間が空くようにすることが好ましい。このようにすると、各固定冶具250、260及び270の凹部の内面にパッケージ10Dの平面状の側面を確実に接触させることができる。
In addition, as shown in FIG. 21, it is preferable that the mutually opposing surfaces of the fixing
また、第3の実施形態においては、レーザアレイ構造を有する半導体発光素子3Aを備えた半導体発光装置1Dを光源装置に用いたが、これに限られない。すなわち、半導体発光素子には、単波長の半導体レーザ素子を用いてもよく、さらには、画像表示装置のバックライトに適する、スペックルノイズが低い窒化物半導体系スーパールミネッセントダイオードを用いてもよい。
In the third embodiment, the semiconductor
また、第3の実施形態においては、光源装置に用いられる複数の半導体発光装置に、すべて同一の半導体発光装置1Dを用いたが、これに限られない。例えば、光源装置に用いる半導体発光装置に搭載される半導体発光素子として発光波長が380nm〜490nmの窒化物系半導体発光素子と、発光波長が490nm〜550nmの窒化物系半導体発光素子と、発光波長が550nm〜640nmの(Al、In、Ga、P、As)系半導体発光素子とを、各2個ずつ、合計6個を配置し、光源装置の出射光として白色光が出射される構成としてもよい。
In the third embodiment, the same semiconductor
また、第3の実施形態においては、半導体発光装置として、第2の実施形態に係る半導体発光装置1Dを用いたが、溶接台12の構成は、第1の実施形態、その第1変形例又は第2変形例と同等の構成であってもよい。
Further, in the third embodiment, the semiconductor
さらに、第3の実施形態に係る半導体発光装置1Dは、基台11Dと金属カバー21との接合部に溶接台12を設けているが、本実施形態においては、溶接台12を設けない従来の半導体発光装置であっても、基台の厚さを厚くし、その平面形状を多角形状として、さらにその側面に密着して固定する本実施形態に係る固定治具250、260及び270を用いれば、溶接台12を設けない半導体発光装置の放熱性を高めることが可能となる。
Furthermore, the semiconductor
本発明に係る半導体発光装置及び光源装置は、半導体発光素子を封止する金属カバーの気密性を維持しながら、半導体発光素子から発生するジュール熱を効率良くパッケージの外部に放熱することができ、プロジェクタ等のディスプレイに用いる出射光強度が大きい半導体発光装置及び光源装置等に有用である。 The semiconductor light emitting device and the light source device according to the present invention can efficiently dissipate Joule heat generated from the semiconductor light emitting element to the outside of the package while maintaining the airtightness of the metal cover that seals the semiconductor light emitting element. This is useful for a semiconductor light emitting device and a light source device having a high intensity of emitted light used for a display such as a projector.
1 半導体発光装置
1A 半導体発光装置
1B 半導体発光装置
1C 半導体発光装置
1D 半導体発光装置
3 半導体発光素子
3a ストライプ
3A 半導体発光素子
6 サブマウント
10 パッケージ
10A パッケージ
10B パッケージ
10C パッケージ
10D パッケージ
11 基台
11A 基台
11B 基台
11C 基台
11D 基台
11E 基台
11F 基台
11G 基台
11a 主面
11b ブロック部
11c 貫通孔
11d 段差部
11d1 段差部
11e 溝部
12 溶接台
13 接着材
14 リード
15 リード
16 リード
18 絶縁材
19 絶縁材
20 キャップ
21 金属カバー
21a フランジ部
21b 開口部
21c 突起部
22 透明光学素子
23 固着材
25 溶接部
30a ワイヤ
30b ワイヤ
30c ワイヤ
31a 固定台
31b 押さえ部
50 固定治具
51 押さえ治具
60 放熱経路
150 第1の固定治具
150a 取り付け孔
150b 取り付け孔
155a ねじ穴
155b ねじ穴
160 第2の固定治具
160a 取り付け孔
160b 取り付け孔
165a 貫通孔
165b 貫通孔
180a ねじ
180b ねじ
201 光源装置
250 第1の固定治具
250a 取り付け孔
250b 取り付け孔
260 第2の固定治具
260a 取り付け孔
260b 取り付け孔
270 第3の固定治具
270a 取り付け孔
270b 取り付け孔
280a ねじ
280b ねじ
280c ねじ
280d ねじ
281a ねじ
281b ねじ
281c ねじ
281d ねじ
DESCRIPTION OF
Claims (18)
前記半導体発光素子を保持するパッケージと、
前記パッケージに固着され、前記半導体発光素子を封止する金属カバーとを備え、
前記パッケージは、基台と、該基台の主面上に形成され、前記金属カバーを抵抗溶接可能な溶接台とを有し、
前記基台を構成する第1の金属材料の熱伝導率は、前記金属カバーを構成する第2の金属材料の熱伝導率よりも大きく、
前記金属カバーと前記溶接台との熱伝導率の差は、前記金属カバーと前記基台との熱伝導率の差よりも小さいことを特徴とする半導体発光装置。 A semiconductor light emitting device;
A package for holding the semiconductor light emitting element;
A metal cover fixed to the package and sealing the semiconductor light emitting element;
The package includes a base and a welding base formed on the main surface of the base and capable of resistance welding the metal cover,
The thermal conductivity of the first metal material constituting the base is greater than the thermal conductivity of the second metal material constituting the metal cover,
The semiconductor light emitting device characterized in that a difference in thermal conductivity between the metal cover and the welding table is smaller than a difference in thermal conductivity between the metal cover and the base.
前記透明光学素子と前記金属カバーとの熱膨張係数の差は、前記透明光学素子と前記基台との熱膨張係数の差よりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の半導体発光装置。 The metal cover is provided with an opening at a position facing the semiconductor light emitting element, and a transparent optical element is fixed so as to cover the opening,
2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein a difference in thermal expansion coefficient between the transparent optical element and the metal cover is smaller than a difference in thermal expansion coefficient between the transparent optical element and the base.
前記パッケージは、前記貫通孔に絶縁材を介在させて固着され且つ前記半導体発光素子と電気的に接続されるリードを有していることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体発光装置。 At least one through hole is formed in the base,
3. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the package includes a lead fixed to the through hole with an insulating material interposed therebetween and electrically connected to the semiconductor light emitting element. 4. .
前記溶接台は、前記ブロック部と前記貫通孔とを囲むように前記基台の主面上に形成されることを特徴とする請求項3に記載の半導体発光装置。 The main surface of the base is provided with a block portion for fixing the semiconductor light emitting element,
The semiconductor light-emitting device according to claim 3, wherein the welding table is formed on a main surface of the base so as to surround the block portion and the through hole.
前記溶接台は、前記段差部に形成されていることを特徴とする請求項4に記載の半導体発光装置。 A step portion is provided on the peripheral edge of the main surface of the base,
The semiconductor light emitting device according to claim 4, wherein the welding table is formed in the stepped portion.
前記溶接台は、前記溝部に形成されていることを特徴とする請求項4に記載の半導体発光装置。 An annular groove is provided on the peripheral edge of the main surface of the base,
The semiconductor light emitting device according to claim 4, wherein the welding table is formed in the groove.
前記溶接台と前記貫通孔の絶縁材とは互いに接続されていることを特徴とする請求項3〜6のいずれか1項に記載の半導体発光装置。 The welding table is formed in a region including the through hole,
The semiconductor light-emitting device according to claim 3, wherein the welding table and the insulating material of the through hole are connected to each other.
前記基台を該基台の側面方向からそれぞれ挟むことにより、前記半導体発光装置を保持する複数の固定治具とを備えていることを特徴とする光源装置。 A semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 13,
A light source device comprising: a plurality of fixing jigs for holding the semiconductor light emitting device by sandwiching the base from the side surfaces of the base.
前記基台を該基台の側面方向からそれぞれ挟むことにより、前記半導体発光装置を保持する複数の固定治具とを備えていることを特徴とする光源装置。 A semiconductor light emitting device comprising: a semiconductor light emitting element; a package holding the semiconductor light emitting element; and a metal cover fixed to the package and sealing the semiconductor light emitting element;
A light source device comprising: a plurality of fixing jigs for holding the semiconductor light emitting device by sandwiching the base from the side surfaces of the base.
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