JP2019067809A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板の下面側及び側壁部の上面側から圧縮加重が加えられた場合であっても、基板や側壁部に反りや曲り等が生じるのを抑制できる光源装置を提供する。【解決手段】 基板４と、基板４上に配置された半導体レーザと、半導体レーザ６を囲むように形成された側壁部８と、基板４及び側壁部８で囲まれた空間を覆う透光性を有するリッド１０と、を備え、側壁部８が、全周にわたって基板４の上面４Ａと接合された下面８Ｃと、全周にわたってリッド１０の下面１０Ａと接合された上面８Ｂと、側壁部８の下面８Ｃ側から上面８Ｂ側に進むにつれて空間が広がるように傾斜し、少なくとも一部が半導体レーザ６から出射された光をリッド１０側に反射する反射面２４となる内側面８Ａと、を有し、接合層３０、３２を介して基板４の上面４Ａ及び側壁部８の下面８Ｃが接する接合部Ｓが、上方からの平面視で側壁部８の上面８Ｂに対応する領域Ｒ１に設けられている光源装置２を提供する。【選択図】図５

Description

本発明は、光源装置に関し、特に半導体レーザを備える光源装置に関する。

近年、半導体レーザや発光ダイオードのような発光素子を備えた光源装置が広く用いられている。その中には、発光素子が載置された基板の上面に対して傾斜し、かつ発光素子を囲むように配置された反射面を有する光源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−９２９７３号

特許文献１に記載の光源装置では、反射面を備えた側壁部（外枠）が接着層を介して基板に接合されている。しかし、発光素子として半導体レーザを用いる場合のように、光源装置が高温になる場合には、構造の安定性の観点から接着剤を用いない接合が好ましい場合もある。接着剤を用いない接合として、金属層間の固相拡散接合を行うことが挙げられるが、その場合、基板の下面側及び側壁部の上面側から大きな圧縮加重を加える必要がある。

特許文献１に記載の光源装置では、側壁部が基板の上
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。

このため、仮に、特許文献１に記載の光源装置において固相拡散接合を行う場合を考えると、基板の下面側及び側壁部の上面側から圧縮加重が加えられたとき、上面側からの支持を受けない領域で曲げモーメントが発生し、基板や側壁部に曲げ応力がかかって反りや曲り等が生じる可能性がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、基板と、基板の上面に対して傾斜した内側面を有する側壁部とが互いに接合された光源装置において、基板の下面側及び側壁部の上面側から圧縮加重が加えられた場合であっても、基板や側壁部に反りや曲り等が生じるのを抑制できる光源装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る光源装置は、
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。

上記の光源装置では、基板の下面側及び側壁部の上面側から圧縮加重が加えられた場合であっても、基板や側壁部に反りや曲り等が生じるのを抑制できる。

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１のＩＩ−ＩＩ矢視図であって、１つの半導体レーザを備える場合を示す平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ矢視図であって、複数の半導体レーザを備える場合を示す平面図である。 本発明に係る側壁部の接合構造において、接合層を介して基板及び側壁部を接合するため、基板の下面側及びリッドを介して側壁部の上面側から圧縮荷重が加えられた状態を模式的に示す側面断面図である。 従来の側壁部の接合構造において、接合層を介して基板及び側壁部を接合するため、基板の下面側及びリッドを介して側壁部の上面側から圧縮荷重が加えられた状態を模式的に示す側面断面図である。 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。 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１つの工程を示す模式図である。 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１つの工程を示す模式図である。 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１つの工程を示す模式図である。 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１つの工程を示す模式図である。 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１つの工程を示す模式図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための様々な実施形態を説明する。各図面中、同一の機能を有する対応する部材には、同一符号を付している。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態を分けて示すが、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせは可能である。第２実施形態（その他の実施形態）以降では第１実施形態（１つの実施形態）と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については、実施形態ごとには逐次言及しないものとする。
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。

（１つの実施形態に係る光源装置）
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。

本実施形態に係る光源装置２は、基板４と、基板４の上面に配置された半導体レーザ６（６Ｒ、６Ｇ、６Ｂ）と、半導体レーザ６（６Ｒ、６Ｇ、６Ｂ）を囲むように形成された側壁部８と、基板４及び側壁部８で囲まれた空間を覆う透光性を有するリッド１０とを備える。側壁部８は、基板４との接合面となる下面８C、及び基板４の上面４Ａに対して傾斜した内側面である傾斜面８Ａを有する。傾斜面８Ａには、半導体レーザ６から出射された光をリッド１０の方向に反射する（図１の点線の矢印参照）反射面２４を構成する反射膜が形成されている。なお、リッド１０の方向に反射された光とは、リッドへ向かう垂直上向きのベクトル成分を含む任意の方向に進む反射光を意味する。

側壁部８の上面８Ｂの全周に渡って、リッド１０の下面１０Ａと気密に接合されている。同様に、側壁部８の下面８Ｃの全周に渡って、基板４の上面４Ａと気密に接合されている。なお、後述するように、側壁部８の下面８Ｃ側または基板４の上面４Ａ側に凹部Ｔが設けられている。図１に示す実施形態では、側壁部８の下面８Ｃ側に凹部Ｔが設けられている。これにより、凹部Ｔが設けられていない領域において、側壁部８の下面８Ｃ及び基板４の上面４Ａが接合されている。
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２に示す半導体レーザ６として、例えば、発振波長が紫外から緑色領域の窒化物半導体レーザを用いることが考えられ、蛍光体を用いた波長変換で、更に長波長の光も作り出して混色することもできる。ただし、これに限られるものではなく、半導体レーザ６として、赤色や赤外の半導体レーザを用いることもできる。
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。

図２及び図３に示すように、パッケージを上方から見た平面視において、パッケージを構成する基板４は略長方形の形状を有し、側壁部８には、基板４とともに、半導体レーザ６（６Ｒ、６Ｇ、６Ｂ）が収納される凹構造を構成する４つの傾斜面８Ａが形成されている。側壁部８の傾斜面８Ａ及び上面８Ｂの境界となる４つの上辺が略長方形の形状を形成する。同様に、側壁部８の傾斜面８Ａ及び基板４の境界である４つの下辺が略長方形の形状を形成する。よって、基板４及び側壁部８の４つの傾斜面８Ａにより、上辺よりも下辺が短い下側が狭まった略四角錐台状の凹部が形成されている。

本実施形態では、側壁部８が半導体レーザ６（６Ｒ、６Ｇ、６Ｂ）を囲むように形成され、傾斜面８Ａに形成された反射面２４が半導体レーザ６を囲むように形成されているので、半導体レーザ６から出射された光を効率的に反射して、光の取り出し効率を高めることができる。また、反射面２４を有する側壁部８がパッケージの一部としても機能するため、光源装置２を小型化することができる。

本実施形態では、平面視が略長方形の基板４及び側壁部８の４つの傾斜面８Ａにより略四角錐台状の凹部が形成されているが、これに限られるものではなく、三角錐台、五角錐台以上の任意の多角錐台状の凹部や円錐台状の凹部の場合もあり得る。基板４の平面視形状も、正方形、三角形、五角形以上の多角形や円形であってもよい。また、本実施形態では、基板４の外縁側に側壁部８が形成され、基板４の外形と側壁部８の外形が一致しているが、これに限られるものではない。側壁部８が半導体レーザ６を囲むように形成されれば、基板４が側壁部８の外形の更に外側にまで伸びている場合もあり得る。また、１つの基板４に複数の側壁部８が形成されている場合もあり得る。

本実施形態では、基板４及び側壁部８が個別の部材で形成されているので、それぞれの用途に応じた最適な材料を採用することができる。
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。

本実施形態では、側壁部８がシリコンから形成されている。この場合、正確な傾斜角度を有する反射面、例えば、異方性エッチングで単結晶シリコンの＜１００＞面をエッチングすると、５４．７°の角度を持った＜１１１＞面が現れ、これを傾斜面８Ａとすることができる。本実施形態では、側壁部８がシリコンから形成されるので、高い精度で所望の傾斜角を有する反射面を形成できる。

更に、４つの傾斜面８Ａのうち、半導体レーザから出射された光が直接入射する面（＜１１１＞面）が、基板４の上面４Ａに対して４５°の角度となるように、側壁部８の上面８Ｂ、下面８Ｃが＜１００＞面から９．７°の角度が付つくように切り出すことが好ましい。これにより、基板４の上面４Ａに対して正確に４５°の傾斜角を有する反射面が得られるので、半導体レーザ６から出射された光を基板４の上面４Ａに対して、正確に垂直な方向に反射させることができる。

この場合、４つの傾斜面８Ａのうち、半導体レーザ６から出射された光が直接入射する面以外の面は、基板４の上面４Ａに対して４５°と異なる傾斜角を有する。つまり、側壁部８Ａのうち、半導体レーザ６から出射された光が直接入射する面とその他の面で、基板４の上面４Ａに対する傾斜角度が異なっている。

ただし、側壁部８の材料は、シリコンに限られるものではなく、樹脂材料やその他のセラミック材料、絶縁層を備えた金属、ガラス等を用いることもできる。

透光性を有するリッド１０の材料として、本実施形態では、透光性を有するガラスが用いられているが、これに限られるものではなく、石英やサファイア等を用いることもできる。

（本発明に係る側壁部の接合構造）
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。

ここで、図４Ａは、本発明に係る側壁部８の接合構造において、接合層を介して基板４及び側壁部８を接合するため、基板４の下面４Ｂ側及びリッド１０を介して側壁部８の上面８Ｂ側から圧縮加重が加えられた状態を模式的に示す側面断面図である。図４Ｂは、従来の側壁部１０８の接合構造において、接合層を介して基板１０４及び側壁部１０８を接合するため、基板１０４の下面１０４Ｂ側及びリッド１１０を介して側壁部１０８の上面１０８Ｂ側から圧縮加重が加えられた状態を模式的に示す側面断面図である。

ここで、固相拡散接合とは、母材を密着させて加圧することにより接合面間に生じる原子の拡散を利用して接合する方法を意味する。図４Ａ、Ｂでは、荷重が加わることを模式的に示す白抜き矢印が、荷重を受ける面の中央位置に示してある。

本実施形態では、図４Ａに示すように、上方から（Ｙ軸マイナス方向）の平面視で、側壁部８の下面側において、傾斜面８Ａに対応するその他の領域Ｒ２に、凹部平面８Ｄ及び凹部側面８Ｅで形成される凹部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に対応するその他の領域Ｒ２に設けられた凹部平面８Ｄとで構成される。側壁部８の下面８Ｃと基板４の上面４Ａとが接触して接合部Ｓを形成する。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。
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。

本実施形態では、接合部Ｓが側壁部８の上面８Ｂに対応する領域Ｒ１に設けられているので、基板４の上面４Ａ及び側壁部８の下面８Ｃを接合するために、基板４の下面４Ｂ側及びリッド１０を介して側壁部８の上面８Ｂ側から圧縮荷重を加えても、基板４や側壁部８には、上下方向の圧縮応力がかかるだけであり、基板４や側壁部８に反りや曲り等が生じる可能性は少ない。

一方、従来の側壁部１０８の接合構造では、図４Ｂに示すように、接合部Ｓ’が、側壁部１０８の上面１０８Ｂに対応する領域Ｒ１’だけでなく、傾斜面である傾斜面１０８Ａに対応するその他の領域Ｒ２’にも存在する。

そのような場合、図４Ｂに模式的に示すように、領域Ｒ１’及びその他の領域Ｒ２’の境界から、Ｘ軸プラス方向に距離Ｌだけ離れた地点Ｑ’では、その地点における圧縮荷重による分力をＷとすると、Ｍ＝Ｌ×Ｗの曲げモーメントがかかる。つまり、傾斜面１０８Ａに対応するその他の領域Ｒ２’でも荷重が加わる場合には、基板１０４や側壁部１０８に曲げ応力がかかり、基板１０４や側壁部１０８に反りや曲り等が生じる可能性がある。

更に、その他の領域Ｒ２’における側壁部１０８の高さ寸法Ｈ２は、側壁部１０８の高さ寸法Ｈ１に比べて小さいので強度的に弱く、基板１０４や側壁部１０８が変形する可能性が高くなる。

以上のように、本発明の実施形態では、接合層を介して基板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、上方からの平面視で側壁部８の上面８Ｂに対応する領域Ｒ１に設けられているので、基板４の下面４Ｂ側及び側壁部８の上面８Ｂ側から圧縮加重が加えられた場合であっても、基板４や側壁部８に反りや曲り等が生じるのを抑制できる。

特に、図４Ａに示すような、接合層を介して基板４の上面４Ａ及び側壁部８の下面８Ｃが接する接合部Ｓが、上方からの平面視で側壁部８の上面８Ｂが位置する領域にのみ設けられている場合には、基板４や側壁部８に反りや曲り等が生じる可能性を特に効果的に抑制することができる。また、仮に、側壁部８の上面８Ｂのリッド１０と接する領域が、上面８Ｂ全面より小さかったとしても、荷重印加時に大きな曲げ応力が生じる虞はないので、基板４や側壁部８の反りや曲り等の発生を抑制できる。

更に、リッドと基板との固相拡散接合を行うため、加熱して、リッド１０の上面１０Ｂ及び基板４の下面４Ｂに圧縮荷重を加える必要があるが、上記のように基板４や側壁部８に反りや曲り等が生じる可能性は少なく、固相拡散接合により、基板４及び側壁部８の間の気密で堅固な接合を実現できる。

上方からの平面視で「側壁部８の上面８Ｂに対応する領域Ｒ１」については、「側壁部８の上面８Ｂが位置する領域」と概略一致する場合だけでなく、「側壁部８の上面８Ｂが位置する領域」内の当該領域より小さい領域の場合もあり得る。更に、実質的に上記の作用効果を奏する範囲において、「側壁部８の上面８Ｂが位置する領域」に隣接した領域を一部含む場合もあり得る。

例えば、上方からの平面視で、接合部Ｓの内側面（傾斜面）８Ａ側の端部Ｓ１及び側壁部８の上面８Ｂが位置する領域の内側面（傾斜面）８Ａ側の端部８Ｂ１の間の距離をＬとし（図４Ａの仮想線（二点鎖線）部分参照）、側壁部８の高さをＨ１とすると、高さＨ１に対するＬの長さが０．４以下、つまり、Ｈ１上部とＬの端部の点とを結んだ２辺のなす角度が２５度よりも小さい程度であれば、図４Ｂを参照しながら説明した曲げモーメントも大きな値にはならず、側壁部の高さ寸法Ｈ２の減少による強度低下も少ないと考えられる。
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。

なお、図４Ａでは、側壁部８の下面側に凹部Ｔが設けられているが、これに限られるものではなく、図６を用いて後述するように、基板４側に凹部Ｔが設けられている場合にも同様な作用効果を奏する。更に、側壁部８の下面側及び基板４の上面側の両方に凹部が設けられている場合にも、同様な作用効果を奏する。

（第１の実施形態に係る側壁部の接合構造）
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。

＜基板及び側壁部の接合＞
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。

本実施形態では、基板４の上面４Ａであって側壁部８の下面８Ｃに対向する領域に、金属膜である第１の接合層３０が形成され、側壁部８の下面８Ｃには、金属膜である第２の接合層３２が形成されている。そして、基板４の下面４Ｂ側及びリッド１０を介して側壁部８の上面８Ｂ側から圧縮荷重を加えることにより、第１の接合層３０及び第２の接合層３２を固相拡散接合で接合することができる。固相拡散接合時に、基板４の下面４Ｂ側及び側壁部８の上面８Ｂ側から圧縮荷重が加えられても、基板４や側壁部８に反りや曲り等が生じることを抑制できる。

基板４の上面４Ａの側壁部８の取り付け領域に形成された第１の接合層３０として、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、その上の金（Ａｕ）を含む膜からなる第３層（接合層）とで構成された積層膜を例示できる。

側壁部８の下面８Ｃに形成された第２の接合層３２として、第１の接合層３０と同様に、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、その上の金（Ａｕ）を含む膜からなる第３層（接合層）とで構成された積層膜を例示できる。
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。

第１の接合層３０において、第１層及び第２層により、第３層（接合層）を基板４に適切に接合することができ、第２の接合層３２において、第１層及び第２層により、第３層（接合層）を側壁部８に適切に接合することができる。そして、基板４側に形成された第１の接合層３０の第３層（接合層）及び側壁部８側に形成された第２の接合層３２の第３層（接合層）が、金（Ａｕ）及び金（Ａｕ）間の固相拡散で接合されるので、基板４及び側壁部８間の堅固な接合が実現できる。

本実施形態では、側壁部８の下面側に凹部Ｔが設けられているので、接合部以外にダスト等が付着した場合であっても接合への影響を抑制することができる。また、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の位置が、反射面２４となる側壁部８の傾斜面８Ａの下端部Ｐから離れているので、接合時に反射面２４となる傾斜面８Ａが損傷するのを防ぐことができる。

一般的に、光源装置２を二次実装する際に使用されることの多い鉛フリー半田の融点は２２０℃前後である。第１の接合層３０及び第２の接合層３２における接合後の融点を、二次実装で用いる半田の融点より高くすることにより二次実装時に溶融することなく、基板４及び側壁部８の長期間安定した強固な接合構造が得られる。

＜反射膜＞
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。

本実施形態では 更に、第１の反射膜（金属膜）２０の上に、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）や二酸化チタン（ＴｉＯ_２）などからなる誘電体膜である第２の反射膜２２が形成されている。第２の反射膜（誘電体膜）２２は、単層の場合もあり得るし、屈折率の異なる層を積層させた多層膜の場合もあり得る。第２の反射膜（誘電体膜）２２は、積層する材料及び膜厚を適切に設定することにより、優れた反射膜として機能させることができる。ここでは、反射膜として機能する第２の反射膜（誘電体膜）２２により、反射面２４の反射率を効果的に高めることができる。

本実施形態では、反射膜が、第１の反射膜（金属膜）２０及び第２の反射膜（誘電体膜）２２から形成されている。よって、第２の反射膜（誘電体膜）２２の外表面が反射面２４を構成している。ただし、これに限られるものではなく、誘電体膜が設けられておらず、金属膜の外表面が反射面を構成する場合もあり得るし、金属膜も設けられておらず、側壁部の傾斜面自体が反射面を構成する場合もあり得る。

以上のように、側壁部８の傾斜面８Ａに、反射膜として、銀（Ａｇ）またはアルミニウム（Ａｌ）を含む第１の反射膜（金属膜）２０及び誘電体膜である第２の反射膜２２が設けられているので、高い反射率の反射面２４が得られる。

＜側壁部及びリッドの接合＞
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。

そして、接続層１２及びリッド１０の下面１０Ａが陽極接合されている。陽極接合は、ガラス及び金属またはガラス及びシリコンを接触させて加熱することでガラス内部に存在するイオンを活性化させた後に、金属またはシリコン側、つまりは側壁部８側を陽極として、両者の間に所定の電圧を加えることでイオンを移動させて接合を行うものである。この陽極接合により、ガラスと金属、ガラスとシリコンという大きく性質の異なる材料どうしを、半田や接着剤のような介在物を用いることなく接合することができる
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。

（第２の実施形態に係る側壁部の接合構造の説明）
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。

第２の実施形態では、側壁部８側に凹部が設けられておらず、側壁部８は一様な下面８Ｃを有する。一方、基板４の上面側に、凹部平面４Ｃ及び凹部側面４Ｄから形成される凹部Ｔが設けられている。
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。

本実施形態でも、基板４の上面４Ａに金属膜である第１の接合層３０が形成され、側壁部８の下面８Ｃであって基板４の上面４Ａに対向する領域に、金属膜である第２の接合層３２が形成されている。そして、基板４の下面４Ｂ側及び側壁部８の上面８Ｂ側から圧縮荷重を加えることにより、第１の接合層３０及び第２の接合層３２を固相拡散接合で接合することができる。固相拡散接合時に、基板４の下面４Ｂ側及び側壁部８の上面８Ｂ側から圧縮荷重が加えられても、基板４や側壁部８に反りや曲り等が生じることを抑制できる。
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。

第１の接合層３０、第２の接合層３２、反射面２４、側壁部８及びリッド１０の接合をはじめとするその他の事項については、上記の第１の実施形態に係る側壁部の接合構造と同様なので、更なる説明は省略する。

以上のように、接合部Ｓに隣接して、基板４の上面または側壁部８の下面の少なくとも一方に凹部Ｔを備えることにより、仮に凹部Ｔにダスト等が存在しても、ダスト等による接合阻害を抑制することができるので、堅固な接合が実現できる。

また、側壁部８または基板４に設けられる凹部Ｔの凹み量は、１μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。凹部の凹み量をこの範囲に設定することにより、凹部Ｔ上のダストによる接合阻害を抑制することができる。
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。

（１つの実施形態に係る光源装置の製造方法）
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。

図７Ａに示すように、シリコンからなる基板にパターニング等で配線層が形成された、半導体レーザの正極及び負極と電気的に繋がる配線層を有する基板４を準備する。そして、基板４の上面４Ａの側壁部８の取り付け領域を除く領域にマスクを施して、スパッタリングまたは蒸着で、チタン（Ｔｉ）等を含む膜からなる第１層を形成し、その上に白金（Ｐｔ）を含む膜からなる第２層を積層し、その上に金（Ａｕ）を含む膜からなる第３層を積層する。これにより、第１層及び第２層からなる層と、接合層である第３層とから構成される第１の接合層３０を形成することができる。

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、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。また、形成方法も、スパッタリングや蒸着だけではなく、メッキや印刷などの方法も使用することができる。

次に、図７Ｂに示すように、シリコンの異方性エッチングにより、傾斜した傾斜面８Ａを有する側壁部８を準備する。このとき、４つの傾斜面８Ａのうち、半導体レーザから出射された光が直接入射する面（＜１１１＞面）が、基板４の上面に対して４５°の角度となるように、側壁部８の上面８Ｂ、下面８Ｃが＜１００＞面から９．７°の角度が付つくように切り出すことが好ましい。これにより、基板４の上面４Ａに対して正確に４５°の傾斜角を有する反射面が得られるので、半導体レーザ６から出射された光を基板４の上面４Ａに対して、正確に垂直な方向に反射させることができる。

なお、傾斜面は異方性エッチング以外の方法によって形成されていてもよい。また、側壁部８の下面側に凹部Ｔが形成されている。そして、側壁部８の傾斜面８Ａを除く領域にマスクを施して、スパッタリングまたは蒸着で、チタン（Ｔｉ）等を含む膜からなる第１層を形成し、その上に白金（Ｐｔ）を含む膜からなる第２層を積層し、その上に銀（Ａｇ）を含む膜からなる第３層を積層する。これにより、第１層及び第２層からなる層と、反射層である第３層とから構成される第１の反射膜（金属膜）２０を形成することができる。
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。

更に、スパッタリングまたは蒸着で、第１の反射膜（金属膜）２０の上に誘電体膜を形成する。これにより、側壁部８の傾斜面８Ａに形成された第１の反射膜（金属膜）２０の上に反射率を向上させる第２の反射膜（誘電体膜）２２を形成することができる。

これに引き続いて、図７Ｃに示すように、基板４との接合面となる側壁部８の下面８Ｃを除く領域にマスクを施して、スパッタリングまたは蒸着で、チタン（Ｔｉ）等を含む膜からなる第１層を形成し、その上に白金（Ｐｔ）を含む膜からなる第２層を積層し、その上に金（Ａｕ）を含む膜からなる第３層を積層する。第１層及び第２層からなる層と、接合層である３層とから構成される第２の接合層３２を形成することができる。
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、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。

更に、側壁部８の上面８Ｂの接続層１２の形成領域を除く領域にマスクを施して、スパッタリングまたは蒸着で、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を形成する。これにより、側壁部８の上面８Ｂに接続層１２を形成することができる。
ただし、上記のプロセスに限られるものではなく、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。

更に、図７Ｃに示すように、ガラスからなるリッド１０を準備し、スパッタリングや蒸着により、リッド１０の上面１０Ｂに反射防止膜（誘電体膜）２６を形成する。更に、側壁部８の上面８Ｂと対向する領域を除く領域に、スパッタリングや蒸着により、リッド１０の下面１０Ａに反射防止膜（誘電体膜）２８を形成する。

そして、側壁部８に形成された接続層１２の上面１２Ａ及びリッド１０の下面１０Ａを接触させた状態で加熱し、接続層１２側を陽極として、両者の間に所定の電圧を加えることにより、陽極接合を行う。これにより、接続層１２及びリッド１０の気密性の高い接合構造が得られる。

なお、図７Ａ〜図７Ｅでは、１つの光源装置の製造方法を示しているが、基板４や側壁部８が複数連結された状態で製造し、適当なところで分割してもよい。これにより複数の光源装置を効率よく製造することができる。この場合、図７Ａに示すように、基板４の上面４Ａの端部から一定の範囲で第１の接合層３０が形成されていない領域が設けられている。同様に、図７Ｃに示すように、側壁部８の下面８Ｃの端部から一定の範囲で第２の接合層３２が形成されていない領域が設けられ、側壁部８の上面８Ｂの端部から一定の範囲で接続層１２が形成されていない領域が設けられている。これは、後の個片化の工程で、ダイシング等により金属パターンである第１の接合層３０、第２の接合層３２、接続層１２等が損傷するのを防ぐために設けられている。

次に、図７Ｄに示すように、このパッケージの基板４上に半導体レーザ６を実装する。実装方法の一例として、半導体レーザ６の底面側のｎ電極及び基板４に設けられた配線層をバンプ等の接合部材を介して接合し、半導体レーザ６の上面側のｐ電極及び基板４に設けられた配線層をワイヤボンディングすることが挙げられる。また、他の一例としては、同一面側にｎ電極及びｐ電極を有する半導体レーザ６を用いて、ｎ電極及びｐ電極の双方と配線層とを接合部材を介して接合してもよい。
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。

次に、図７Ｅに示すように、基板４に形成された第１の接合層３０の接合面、及び側壁部８の下面に形成された第２の接合層３２の接合面の間を接触させた状態で加熱し、基板４の下面４Ｂ側及びリッド１０を介して側壁部８の上面８Ｂ側から圧縮荷重を加えることによって、第１の接合層の第３層（接合層）及び第２の接合層３２の第３層（接合層）の間を、金（Ａｕ）及び金（Ａｕ）の固相拡散接合で接合する。固相拡散接合のために加える単位面積当たりの圧縮荷重として、２０〜４０ＭＰａを例示することができる。ただし、これに限られるものではなく、接触部分の大きさや接合金属の種類等に応じて、任意の圧縮荷重を適用することができる。

以上のような製造プロセスにより、図１に示すような、半導体レーザ６がパッケージ内に気密に封止された光源装置２を製造することができる。
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。

上記の実施形態では、基板及び側壁部を固相拡散接合により接合する場合を例にとって説明したが、これに限られるものではなく、第１の接合層及び第２の接合層の間をＡｕＳｎのような接合部材を介して接合する場合であっても、基板の下面側及び側壁部の上面側から圧縮（例えば、１．５ＭＰａ以上の圧縮荷重）を加えることがある。よって、固相拡散接合以外の接合方法を用いる光源装置においても、上記の実施形態に掛かる側壁部の接合構造を有効に適用することができる。

上記の実施形態では、陽極接合を用いて、接続層１２及びリッド１０を接合しているが、これに限られるものではなく、溶接、半田付け、接着をはじめとするその他の接合手段を用いることもできる。この場合には、接続層１２の材料として、アルミニウムやチタン以外の金属材料や、樹脂材料、セラミック材料等を用いることもできる。
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。

本発明の実施の形態、実施の態様を説明したが、開示内容は構成の細部において変化してもよく、実施の形態、実施の態様における要素の組合せや順序の変化等は請求された本発明の範囲および思想を逸脱することなく実現し得るものである。

２ 光源装置
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)

1. 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。
   
2. 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。
   
3. 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。
   
4. 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。
   
5. 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。
   
6. 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。
   
7. 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。
   
8. 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。
   
9. 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。
   
10. 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。
    
11. 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。