JP2019067809A - 光源装置 - Google Patents
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Abstract
Description
面に対して傾斜した反射面を有するので、側壁部の下面が上面よりも大きな領域を有する。よって、基板の下面側及び側壁部の上面側から圧縮加重を加えたとき、側壁部の下面のうち上面側からの支持を受けない領域が存在する。
基板と、
前記基板上に配置された半導体レーザと、
前記半導体レーザを囲むように形成された側壁部と、
前記基板及び前記側壁部で囲まれた空間を覆う透光性を有するリッドと、
を備え、
前記側壁部が、全周にわたって前記基板の上面と接合された下面と、全周にわたって前記リッドの下面と接合された上面と、前記側壁部の下面側から上面側に進むにつれて前記空間が広がるように傾斜し、少なくとも一部が前記半導体レーザから出射された光を前記リッド側に反射する反射面となる内側面と、を有し、
接合層を介して前記基板の上面及び前記側壁部の下面が接する接合部が、上方からの平面視で前記側壁部の上面に対応する領域に設けられている。
基板が水平面上に載置され、基板が下側、リッドが上側に配置された前提で下記の記載を行う。特に、水平で図面左から右の方向をX軸+方向、垂直で図面下から上方向をY軸+方向として示す。
はじめに、図1、図2及び図3を参照しながら、本発明の1つの実施形態に係る光源装置の概要を説明する。図1は、本発明の1つの実施形態に係る光源装置の概要を示す模式的な側面断面図である。図2は、図1のII−II矢視図(平面図)であって、1つの半導体レーザ6を備える場合を示す平面図である。図3は、図1のII−II矢視図であって、複数の半導体レーザ6R、6G、6Bを備える場合を示す平面図である。
このような接合構造により、基板4及び側壁部8から構成されるパッケージに実装された半導体レーザ6(6R、6G、6B)を、リッド10により気密に封止することができる。よって、半導体レーザ6(6R、6G、6B)を気密に封止して耐久性を高めた、リッド10から光を取り出すことが可能な光源装置2を提供できる。なお、気密封止には、従来周知の不活性なガス、もしくは少なくとも酸素を含むガス、または乾燥空気などを用いることができる。特に窒化物系の半導体素子を用いる場合は、乾燥空気もしくは少なくとも酸素を含むガスを用いることで、劣化が防止されるため好ましい。
図3に示す半導体レーザ6Rとして、発振波長が赤色または赤外領域のGaAs系半導体レーザが用いられ、半導体レーザ6Gとして、発振波長が緑色領域の窒化物半導体レーザが用いられ、半導体レーザ6Bとして、発振波長が紫外線または青色領域の窒化物半導体レーザが用いられる。これにより、複数の半導体レーザ6R、6G、6Rが気密に封止された様々な用途に適用可能な光源装置2を提供できる。
本実施形態では、基板4が、窒化アルミニウム、アルミナ、アルミナジルコニア、窒化ケイ素等のセラミック材料から形成されている。基板をセラミック材料で形成することにより、コスト、強度、絶縁性に優れた絶縁基板を得ることができる。特に、セラミック材料を用いることにより、気密を取りながら導通ビアを容易に基板に形成することができる。
ただし、基板4の材料としてセラミック材料に限られるものではなく、シリコン、樹脂材料、その他の単結晶、絶縁層を備えた金属材料等を用いることもできる。
次に、図4A及び図4Bを参照しながら、固相拡散接合を用いた本発明に係る側壁部8の接合構造について説明する。金属材からなる接合層を用いて、固相拡散接合で基板4(104)及び側壁部8(108)を接合するため、基板4(104)の下面4B(104B)側及びリッド10(110)を介して側壁部8(108)の上面8B(108B)側から圧縮加重が加えられる。
後述するように、基板4の上面4A側に凹部Tが設けられる場合もある。何れの場合においても、基板4の上面4A及び側壁部8の下面8Cが接する接合部Sが、全周において、側壁部8の上面8Bに対応する領域R1に設けられている。
つまり、L/H1 ≦ 0.4 の関係を有する場合には、基板や側壁部に反りや曲り等が生じるのを十分に抑制できると考えられる。
次に、図5を参照しながら、本発明の第1の実施形態に係る側壁部の接合構造を説明する。図5は、図1のAで示す領域を拡大して示した側面断面図であって、本発明の第1の実施形態に係る側壁部の接合構造を示す図である。
図5では、図1に比べ、更に、
(1)基板4及び側壁部8を気密に接合するために用いられる接合層である第1の接合層30(基板側)及び第2の接合層32(側壁部側)と、
(2)側壁部8の傾斜面8Aを反射面24として機能させるために形成された、金属膜である第1の反射膜20及び誘電体膜である第2の反射膜22と、
(3)側壁部8の上面8A及びリッド10の下面10Aを陽極接合するための接続層12と、
が示されている。
本実施形態では、側壁部8の下面側に凹部平面8D及び凹部側面8Eから形成される凹部Tが設けられている。よって、側壁部8の下面側は、上方から(Y軸マイナス方向)の平面視で、側壁部8の上面8Bに対応する領域R1に設けられた下面8Cと、傾斜面8Aに対応する領域R2に設けられた凹部平面8Eとで構成される。基板4の上面4Aと側壁部8の下面8Cとが接して接合部Sが形成される。つまり、基板4の上面4A及び側壁部8の下面8Cが接する接合部Sが、側壁部8の上面8Bに対応する領域R1に形成されている。接合部Sの幅としては0.1mm以上が好ましく、より好ましくは0.35mm以上である。接合部Sの高さ、つまりは、凹部Tの凹み量は0.1〜50μmが好ましく、より好ましくは1〜20μmである。
なお、これらの接合層30、32の総厚として、0.3〜2μm程度を例示することができる。
側壁部8の傾斜面8Aには、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)及びクロム(Cr)の何れかを含む膜からなる第1層、及び白金(Pt)を含む膜からなる第2層(第1層、第2層がない場合もあり得る)から構成される層と、その上の銀(Ag)を含む膜からなる第3層(反射層)とで構成された第1の反射膜(金属膜)20が形成されている。第1の反射膜(金属膜)20の厚みとして、0.3〜2μm程度を例示することができる。
本実施形態では、第1の反射膜(金属膜)20として銀を含む膜が形成されているので、高い反射率の反射面24が得られる。第3層として、銀(Ag)に限られるものではなく、例えば、アルミニウム(Al)を含む金属膜を用いることもできる。
次に、側壁部8の上面8B及びリッド10の下面10Aの接合について説明する。
本実施形態では、側壁部8の上面Bに、アルミニウムまたはアルミニウム合金から構成される接続層12が形成されている。また、リッド10の上面10Bに反射防止膜(誘電体膜)26が形成されている。更に、リッド10の下面10Aの側壁部8の上面8Bと対向する領域を除く領域に反射防止膜(誘電体膜)28が形成されている。
以上のように、接続層12及びリッド10が陽極接合で接合されるので、気密性の高い堅固な接続が可能になる。
次に、図6を参照しながら、本発明の第2の実施形態に係る側壁部の接合構造を説明する。図6は、図1のAで示す領域を拡大して示した側面断面図であって、本発明の第2の実施形態に係る側壁部の接合構造を示す図である。
よって、基板4の上面側は、上方から(Y軸マイナス方向)の平面視で、側壁部8の上面8Bに対応する領域R1に設けられた上面4Aと、傾斜面8Aに対応するその他の領域R2を含む領域に設けられた凹部平面4Cとで構成される。この上面4Aと側壁部8の下面8Cとが接して接合部Sが形成される。つまり、基板4の上面4A及び側壁部8の下面8Cが接する接合部Sが、側壁部8の上面8Bに対応する領域R1に形成されている。
また、本実施形態では、凹部平面4C上に半導体レーザが載置されている。
なお、仮に、側壁部8の外面8Fが傾斜している場合には、側壁部8の下面側の傾斜面に対応する領域に凹部を設けるのが好ましい。
次に、図7Aから図7Eを参照しながら、上記の1つの実施形態に係る光源装置の製造方法の一例を示す。図7A〜図7Eは、本発明の第1の実施形態に係る側壁部の接合構造を有する光源装置の製造方法の一例における各工程を示す模式図である。図7A〜図7Eでは、図5に示す第1の実施形態に係る側壁部の接合構造を有する場合を例にとって説明するが、図6に示す第2の実施形態に係る側壁部の接合構造の場合も同様に製造することができる。
ただし、上記のプロセスに限られるものではなく、第2層の層を形成せず、スパッタリングまたは蒸着により、銀(Ag)を含む膜からなる第3層だけを第1層上に形成することもできる。
ただし、上記のプロセスに限られるものではなく、第2層の層を形成せず、スパッタリングまたは蒸着により、金(Au)を含む膜からなる第3層だけを第1層上に形成することもできる。
ただし、上記のプロセスに限られるものではなく、接合層30、32の製造プロセスと同様に、第1層を側壁部8の上面8Bに形成した後、その上に接続層12を形成することもできる。
また、半導体レーザ6は、サブマウントを介して基板4上に実装することもできる。サブマウントは、典型的には、電気絶縁性が高く、熱伝導率の高い材質である。例えば、窒化アルミニウムや炭化ケイ素が挙げられる。
なお、図7Dに示す工程は、図7Aに示す工程の後であって、図7Eに示す工程の前であれば、図7B、Cの工程とは個別に、任意のタイミングで行うことができる。更に、上記の製造プロセスの各工程の順番は任意に変更することができる。このとき、後の工程により先の工程の材料が溶融しないようにするため、融点の高いものを先につけるように各工程の順番を定めるのが好ましい。
また、半導体レーザ6が収納される凹部内に、フォトダイオードやツェナーダイオードが収納されていてもよい。
4 基板
4A 基板の上面
4B 基板の下面
4C 凹部平面
4D 凹部側面
6 半導体レーザ
8 側壁部
8A 傾斜面(内側面)
8B 側壁部の上面
8B1 側壁部の端部
8C 側壁部の下面
8D 凹部平面
8E 凹部側面
8F 外面
10 リッド
10A リッドの下面
10B リッドの上面
12 接続層
12A 接続層の上面
20 第1の反射膜(金属膜)
22 第2の反射膜(誘電体膜)
24 反射面
30 第1の接合層
32 第2の接合層
102 光源装置
104 基板
104A 基板の上面
108 側壁部
108A 傾斜面(内側面)
108B 側壁部の上面
108C 側壁部の下面
110 リッド
110A リッドの下面
110B リッドの上面
P 傾斜面の下端部
Q’ その他の領域内の地点
R1、R1’ 側壁部の上面に対応する領域
R2、R2’ その他の領域
S、S’ 接合部
S1 端部
T 凹部
Claims (11)
- 基板と、
前記基板上に配置された半導体レーザと、
前記半導体レーザを囲むように形成された側壁部と、
前記基板及び前記側壁部で囲まれた空間を覆う透光性を有するリッドと、
を備え、
前記側壁部が、全周にわたって前記基板の上面と接合された下面と、全周にわたって前記リッドの下面と接合された上面と、前記側壁部の下面側から上面側に進むにつれて前記空間が広がるように傾斜し、少なくとも一部が前記半導体レーザから出射された光を前記リッド側に反射する反射面となる内側面と、を有し、
接合層を介して前記基板の上面及び前記側壁部の下面が接する接合部が、上方からの平面視で前記側壁部の上面に対応する領域に設けられていることを特徴とする光源装置。
- 上方からの平面視で、前記接合部の前記内側面側の端部及び前記側壁部の上面が位置する領域の前記内側面側の端部の間の距離をLとし、前記側壁部の高さをH1とすると、
L/H1 ≦ 0.4
の関係を有することを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- 前記接合部が、上方からの平面視で前記側壁部の上面が位置する領域にのみ設けられていることを特徴とする請求項2に記載の光源装置。
- 前記接合層が金属材料から構成され、前記基板の上面と前記側壁部の下面とが固相拡散接合で接合されていることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の光源装置。
- 前記接合部に隣接して、前記基板の上面または前記側壁部の下面の少なくとも一方に凹部を備えることを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の光源装置。
- 前記側壁部の下面に前記凹部を備えることを特徴とする請求項5に記載の光源装置。
- 前記凹部の凹み量が1μm以上20μm以下であることを特徴とする請求項5または6に記載の光源装置。
- 複数の前記半導体レーザを備えることを特徴とする請求項1から7の何れか1項に記載の光源装置。
- 前記側壁部がシリコンから形成されていることを特徴とする請求項1から8の何れか1項に記載の光源装置。
- 前記内側面のうち、前記半導体レーザから出射された光が直接入射する面とその他の面で、前記基板の上面に対する傾斜角度が異なることを特徴とする請求項9に記載の光源装置。
- 前記基板がセラミック材料から形成されていることを特徴とする請求項1から10の何れか1項に記載の光源装置。
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