JP2020119953A - 発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 複数の発光素子が１つの面に配される発光装置において、これらの複数の発光素子を電気的に接続する好適な配線パターンを実現する。【解決手段】 底面に配される複数の半導体レーザ素子と、底面に配された前記複数の半導体レーザ素子を囲う枠部と、底面に配された前記複数の半導体レーザ素子から枠部の第１内側面に向かって進行するレーザ光を反射する光反射部材と、枠部の上面が形成する枠の内側において、枠部の第２内側面に沿って形成される段差部と、段差部の上面に設けられる複数の金属膜と、複数の半導体レーザ素子を電気的に接続するための複数のワイヤと、半導体レーザ素子の光の出射端面を含む平面よりも光進行側で段差部の上面に配される保護素子と、を有する。【選択図】 図４

Description

本発明は、発光装置に関する。
特許文献１には、発光素子が配置される底部と、発光素子の外周に設けられた段差と、を有する発光素子パッケージが開示されている。また、この段差の上面にワイヤの接合領域を設け、ワイヤをこの領域と発光素子に接合して電気的に接続することも開示されている。またさらに、この段差の上面にツェナーダイオードを設けることも開示されている。この発光素子パッケージは、１つの発光素子につき１つのキャビティを設けているため、発光素子の数に比例するようにして接合領域の大きさも増していく構造となっている。
特開２０１１−２５４０８０
しかしながら、特許文献１では１つのキャビティに複数の発光素子が設けられる形態を想定していない。複数の発光素子が１つの面に配される発光装置においては、なお配線パターンを工夫する必要がある。
本発明に係る発光装置は、複数の半導体レーザ素子と、前記複数の半導体レーザ素子が配される底面を囲う枠部と、前記枠部による枠の内側で前記底面に配され、前記底面に配された前記複数の半導体レーザ素子から前記枠部の第１内側面に向かって進行するレーザ光を反射する１又は複数の光反射部材と、前記枠部の上面が形成する枠の内側において、前記第１内側面と交わる第２内側面に沿って形成される段差部と、前記段差部の上面に設けられる複数の金属膜と、前記複数の半導体レーザ素子を電気的に接続するための複数のワイヤと、前記複数の半導体レーザ素子のうち第１半導体レーザ素子の光の出射端面を含む平面よりも光進行側で前記段差部の上面に配される保護素子と、を有する。
本発明によれば、複数の発光素子が１つの面に配される発光装置において、これらの複数の発光素子を電気的に接続する好適な配線パターンが実現される。
図１は、第１実施形態に係る発光装置の斜視図である。 図２は、第１実施形態に係る発光装置の上面図である。 図３は、第１実施形態に係る発光装置の内部構造を説明するための斜視図である。 図４は、第１実施形態に係る発光装置の内部構造を説明するための上面図である。 図５は、第１実施形態に係る発光装置の基部の上面図である。 図６は、図２のVI- VI線における発光装置の断面図である。 図７は、保護素子がワイヤで接続された形態の発光装置の上面図である。
本明細書または特許請求の範囲において、三角形や四角形などの多角形に関しては、多角形の隅に角丸め、面取り、角取り、丸取り等の加工が施された形状も含めて、多角形と呼ぶものとする。また、隅（辺の端）に限らず、辺の中間部分に加工が施された形状も同様に、多角形と呼ぶものとする。つまり、多角形をベースにして加工が施された形状は、本明細書及び特許請求の範囲で記載される“多角形”の解釈に含まれるものとする。
また、多角形に限らず、台形や円形や凹凸など、特定の形状を表す言葉についても同様である。また、その形状を形成する各辺を扱う場合も同様である。つまり、ある辺において、隅や中間部分に加工が施されていたとしても、“辺”の解釈は加工された部分も含む。なお、意図的な加工が加えられていない“多角形”や“辺”を、加工された形状と区別する場合は“厳密な”を付して、例えば、“厳密な四角形”などと記載するものとする。
以下に、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態を説明する。ただし、示される形態は、本発明の技術思想が具体化されたものではあるが、本発明を限定するものではない。また、以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、重複した説明は適宜省略することがある。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするために誇張していることがある。
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る発光装置１の斜視図である。図２は、図１で示した発光装置１の上面図である。図３は、発光装置１の内部構造を説明するための斜視図であり、蓋部材８０が省略された斜視図である。図４は、図３で示した発光装置１の上面図である。図５は、発光装置１の基部１０だけを示した上面図である。図６は、図２のVI- VI線における発光装置１の断面図である。
発光装置１は、構成要素として、基部１０、３つの半導体レーザ素子３０、サブマウント４０、光反射部材５０、６つの保護素子６０、９本のワイヤ７０、及び、蓋部材８０を有する。
基部１０は、上面視で外形が矩形でありその内側が窪んだ凹形状である。この凹形状は、上面から下面の方向に向かって窪んだ凹部を形成する。また、基部１０は、上面１１、底面１２、下面１３、内側面１４、及び、外側面１７を有する。また、基部１０は、凹部において、上面と側面で構成された段差部２０を形成する。段差部２０の上面を段差部上面２１、段差部２０の側面を段差部側面２２とする。
上面１１は、外側面１７及び内側面１４と交わり、下面１３は外側面１７と交わる。底面１２は下面１３よりも上方で、かつ、上面１１よりも下方にある。段差部２０が形成される領域では、段差部側面２２が底面１２と、段差部上面２１が内側面１４と交わる。段差部２０が形成されていない領域では、底面１２と内側面１４とが交わる。
上面視で、凹部は、上面１１が形成する枠の内側で窪んだ空間を形成する。この枠は外形が矩形の形状である。この矩形の枠の内側に段差部２０は形成される。また、段差部２０は、この矩形の外形のうちの対向する二辺に係る内側面１４のそれぞれで、内側面１４に沿って設けられる。また、二辺に係る内側面１４の全長に亘って、二辺に係る内側面１４と交わり段差部２０が設けられる。また、残りの対向する二辺に係る内側面１４には、交差部分を除いて段差部２０は設けられていない。
ここで、交差部分とは、面と面とが交わる端の部分である。また、交差部分を除いて段差部２０が設けられない側の内側面１４を第１内側面１５と呼び、段差部２０が設けられる側の内側面１４を第２内側面１６と呼ぶものとする。同様にして、第１内側面側の外側面１７を第１外側面１８、第２内側面側の外側面１７を第２外側面１９と呼ぶものとする。また、各内側面に沿って設けられる２つの段差部２０を区別する場合には、第１段差部、第２段差部と表現して区別するものとする。
外側面１７から内側面１４までの上面１１の幅は、交差部分を除いて同じ幅となっている。なお、ここでの同じ幅は、１０％の差を含むものとする。また、上面視で、外側面１７から底面１２までの距離は、段差部２０を有する分だけ第１外側面１８からよりも第２外側面１９からの方が長い。このような構造においては、基部１０は、第２外側面１９に係る方向の方が、第１外側面１８に係る方向よりも、製造過程で生じる反りに強い。
基部１０において、第１内側面１５に係る辺よりも、第２内側面１６に係る辺の方が長い。また、第１外側面１８に係る辺よりも、第２外側面１９に係る辺の方が長い。反りによる基部１０の変形に配慮すると、第１内側面１５あるいは第１外側面１８に係る辺の長さを、反りに強い第２内側面１６に係る辺あるいは第２外側面１９に係る辺の長さよりも小さいのが好ましい。なお、辺の長さの関係は、同じか、あるいは逆転していてもよい。
基部１０は、セラミックを主材料として形成することができる。基部１０に用いられるセラミックとしては、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、炭化ケイ素などが挙げられる。
また、基部１０の下面１３、及び、段差部上面２１には、それぞれ複数の金属膜２５が設けられる。基部１０の下面１３に設けられた金属膜２５と、段差部上面２１に設けられた金属膜２５とは、基部１０の内部を通る金属を介して繋がっており、電気的に接続することができる。
第１段差部２３と第２段差部２４の段差部上面２１のそれぞれに、複数の金属膜２５が設けられる。また、それぞれに設けられた複数の金属膜２５は、向かい合うように対称な配置となっている。なお、第１段差部２３と第２段差部２４は、必ずしも対称な配置で金属膜２５を設けていなくてもよい。
また、１つの第２内側面１６に係る段差部２０の段差部上面２１において、複数の金属膜２５は、第２内側面１６に係る辺の一端から他端に向かって順に設けられる。つまり、この辺と平行な直線は、１つの第２内側面１６に係る段差部上面２１に設けられた全ての金属膜２５と交差する。また、この辺と垂直な直線は、１つの第２内側面１６に係る段差部上面２１に設けられた全ての金属膜２５のうちの１つと交わる。
なお、基部１０は、底面１２を含む底部と、内側面１４や段差部２０を含み底部を囲う枠を形成する枠部と、がそれぞれ異なる主材料により形成され、枠部と底部とを接合することで形成されてもよい。この場合、例えば、枠部の主材料にはセラミックが用いられ、底部の主材料にはセラミックよりも熱伝導率の高い金属を用いることができる。
半導体レーザ素子３０は、上面視で長方形の外形を有する。また、長方形の２つの短辺のうちの一辺と交わる側面が、半導体レーザ素子３０から放射される光の出射端面となる。また、半導体レーザ素子３０の上面及び下面は、出射端面よりも面積が大きい。
３つの半導体レーザ素子３０のそれぞれが、２つのエミッターを有するマルチエミッターである。半導体レーザ素子３０の下面に２つのエミッターに共通する１つの電極面が、上面に２つのエミッターに１対１で対応する２つの電極面が設けられる。
それぞれのエミッターから放射されるレーザ光は拡がりを有し、光の出射端面と平行な面において楕円形状のファーフィールドパターン（以下「ＦＦＰ」という。）を形成する。ＦＦＰは、出射端面から離れた位置における出射光の形状や光強度分布である。光強度分布がピーク強度値に対して１／ｅ２以上の強度を有する光を、主要部分の光と呼ぶものとする。
３つの半導体レーザ素子３０は、青色の光を放射する半導体レーザ素子と、緑色の光を放射する半導体レーザ素子と、赤色の光を放射する半導体レーザ素子とで構成される。必要に応じて、３つの半導体レーザ素子のそれぞれを、第１半導体レーザ素子、第２半導体レーザ素子、第３半導体レーザ素子として区別する。
例えば、図３に示される一実施形態においては、３つの半導体レーザ素子３０は、青色の光を放射する第１半導体レーザ素子３１と、緑色の光を放射する第２半導体レーザ素子３２と、赤色の光を放射する第３半導体レーザ素子３３とで構成される。
ここで、青色の光は、その発光ピーク波長が４２０ｎｍ〜４９４ｎｍの範囲内にある光をいうものとする。緑色の光は、その発光ピーク波長が４９５ｎｍ〜５７０ｎｍの範囲内にある光をいうものとする。赤色の光は、その発光ピーク波長が６０５ｎｍ〜７５０ｎｍの範囲内にある光をいうものとする。
第１半導体レーザ素子３１と第２半導体レーザ素子３２は、上面視の外形で、長方形の長辺の長さが同じである。ここでの同じ長さとは、２０％の差を含むものとする。第３半導体レーザ素子３３は、上面視の外形で、長方形の長辺の長さが、第１半導体レーザ素子３１及び第２半導体レーザ素子３２のいずれよりも大きい。具体的には、第１半導体レーザ素子３１及び第２半導体レーザ素子３２のうちの長い方の半導体レーザ素子よりも２０％を超えて長い。
なお、半導体レーザ素子３０は、エミッターが１つのシングルエミッターであってもよい。また、シングルエミッターとマルチエミッターの半導体レーザ素子３０が混在していてもよい。また、半導体レーザ素子の数は複数であるが、３つに限らない。また、半導体レーザ素子３０が放射する光はここで挙げたものに限らない。また、同じ色の半導体レーザ素子３０を複数配置してもよい。
また、３つの半導体レーザ素子３０を区別する“第１”乃至“第３”は、必要に応じて、対象の半導体レーザ素子を変更してもよい。例えば、赤色の光を放射する半導体レーザ素子を第１半導体レーザ素子、青色の光を放射する半導体レーザ素子を第２半導体レーザ素子、緑色の光を放射する半導体レーザ素子を第３半導体レーザ素子として表現してもよい。
また例えば、上面視の外形で、長方形の長辺の長さが大きな半導体レーザ素子を第１半導体レーザ素子、小さい半導体レーザ素子を第２半導体レーザ素子と区別して表現してもよい。“第１”、“第２”などの文字は区別のための記号であり、その区別の態様に応じて適宜用いられればよい。
サブマウント４０は直方体の形状で構成される。また、サブマウント４０は高さ方向の辺が最も小さい。サブマウント４０は、例えば、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、又は炭化ケイ素を用いて形成される。また、これに限らず他の材料を用いることも出来る。また、サブマウント４０の上面には金属膜２５が設けられている。
光反射部材５０は、下面に対して傾斜した光反射面を有する。光反射面は平面で、下面に対して４５度の角度を成すように設計される。なお、この角度は４５度に限らなくてもよい。また、光反射面は曲面であってもよい。
光反射部材５０には、ガラスや金属などを主材料に用いることができる。主材料は熱に強い材料がよく、例えば、石英若しくはＢＫ７（硼珪酸ガラス）等のガラス、Ａｌ等の金属、又はＳｉなどを用いることができる。また、光反射面には、Ａｇ、Ａｌ等の金属やＴａ２Ｏ５／ＳｉＯ２、ＴｉＯ２／ＳｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５／ＳｉＯ２等の誘電体多層膜等を採用することができる。
光反射面は、反射させるレーザ光のピーク波長に対する光反射率を９９％以上とすることができる。これらの光反射率は１００％以下あるいは１００％未満とすることができる。保護素子６０は、特定の素子（例えば半導体レーザ素子３０）に過剰な電流が流れて破壊されてしまうことを防ぐためのものである。保護素子６０としては、例えば、ツェナーダイオードがあげられる。また、ツェナーダイオードとしては、Ｓｉで形成されたものを採用できる。ワイヤ７０は、例えば、金属の配線である。
蓋部材８０は直方体の形状で構成される。また、蓋部材８０は高さ方向の辺が最も小さい。蓋部材８０は、透光性の材料を主材料に用いて形成される。主材料には、例えば、サファイアを用いることができる。サファイアは、比較的屈折率が高く、比較的強度も高い。また、蓋部材８０の下面の外周領域には、接合のための金属膜が設けられる。
なお、蓋部材８０は、上面あるいは下面の一部に非透光性の領域を有していてもよい。例えば、一部に反射性や遮光性の高い領域を設けてもよい。また、形状は直方体に限らない。また、蓋部材８０の主材料にガラス等を用いることもできる。
次に、これらの構成要素を用いて製造される発光装置１１について説明する。
まず、段差部上面２１に保護素子６０を配置する。例えば、Ｓｉの保護素子が配置される場合、セラミックの基部１０を用いる方が、樹脂で形成された基部を用いるよりも接合に好ましい。保護素子との線膨張係数の差が、セラミックの方が小さいためである。
また、１つの保護素子６０が１つのエミッターに対応して設けられる。つまり、２つのエミッターを有する１つの半導体レーザ素子３０に対して、２つの保護素子６０が設けられる。このように、発光装置１では、枠の内側で、半導体レーザ素子３０よりも多い数の保護素子６０が配される。少なくとも１以上の保護素子を段差部上面２１に設けることで、発光装置１の小型化に寄与する。
１つの半導体レーザ素子３０に対応する２つの保護素子６０はそれぞれ、段差部上面２１に設けられた２つの金属膜２５と接続することで、一方をカソード電極に、他方をアノード電極に繋げて、電気的な接続を確立する。
保護素子６０は、自らが接続するカソード電極の金属膜２５とアノード電極と金属膜２５とに跨るようにして配置される。こうすることで、ワイヤ７０を用いずに保護素子６０を電気的に接続することができる。このため、保護素子６０は、隣り合って配置される２つの金属膜２５と電気的に接続する。
なお、２つの金属膜２５に跨って配置させる代わりに、別途ワイヤ７１を用いて接続するようにしてもよい。図７には、一方の金属膜２５に保護素子６０を配置し、ワイヤ７１がこの保護素子６０と他方の金属膜２５とに接合する形態の一例である発光装置１Ａが記される。この場合、保護素子６０を配置してから、保護素子６０及び金属膜２５にワイヤ７１を接合する。なお、後述する半導体レーザ素子３０を電気的に接続するためのワイヤ７０と区別する場合には、第１ワイヤ、第２ワイヤと表現して区別するものとする。
保護素子６０は、凹部の第２内側面１６に係る辺の全長に亘って設けられた段差部２０の段差部上面２１において、上面視でこの辺の端に寄せて設けられる。ここでは、第１段差部２３と第２段差部２４のそれぞれで、辺の一端に寄せて２つの保護素子６０が配置される。また、辺の他端に寄せて１つの保護素子６０が配置される。詳細は後述するが、このような配置は、半導体レーザ素子３０や光反射部材５０の配置関係と関連して半導体レーザ素子３０のワイヤ接続を容易にする。
次に、３つの半導体レーザ素子３０がそれぞれ並んでサブマウント４０に配置される。各半導体レーザ素子３０は、その下面に設けられた電極面が、サブマウント４０の上面に設けられた金属膜２５と接合する。第１半導体レーザ素子３１の隣に第２半導体レーザ素子３２が、第２半導体レーザ素子３２の隣に第３半導体レーザ素子３３が隣にくるように配置される。
つまり、第１半導体レーザ素子３１と第２半導体レーザ素子３２とが隣り合い、第２半導体レーザ素子３２と第３半導体レーザ素子３３とが隣り合い、かつ、第１半導体レーザ素子３１と第３半導体レーザ素子３３に、第２半導体レーザ素子３２が挟まれる。なお、第３半導体レーザ素子３３が、第２半導体レーザ素子３２と隣り合う代わりに第１半導体レーザ素子３１と隣り合って配置されてもよい。
３つの半導体レーザ素子３０は、サブマウント４０の１つの側面にその出射端面が向くように揃えて配置される。また、出射端面は、サブマウント４０の側面と同じ平面に配置されるか、あるいは、サブマウント４０の側面よりも外側に突出して配置される。このサブマウント４０の側面を出射端面側の側面というものとする。このように配置することで、出射光が直接サブマウント４０の上面に照射されることを防げる。
サブマウント４０は、半導体レーザ素子３０から発生した熱を逃がす役割を果たすこともできる。具体的には、半導体レーザ素子３０よりも熱伝導率の良い材料でサブマウント４０を形成すればよい。従って、この役割を果たしている場合には、サブマウント４０を放熱部材として捉えることができる。半導体レーザ素子の出射端面ではなく面積の大きい下面をサブマウント４０に接合させることで放熱性を向上させることができる。
また、サブマウント４０は、半導体レーザ素子３０の光の出射位置を高くする。つまり、光の出射位置をより上方に設けて、光反射面に照射される光の位置を調整する役割を果たしており、従って、調整部材として捉えてもよい。なお、それぞれの半導体レーザ素子３０に対して別個にサブマウント４０を設けてもよい。
次に、半導体レーザ素子３０が配置されたサブマウント４０を基部１０の底面１２に配置する。サブマウント４０は、基部１０の枠部によって形成された枠の内側で底面１２に配置される。サブマウント４０はさらに、基部１０の段差部２０の内側で底面１２に配置される。
また、サブマウント４０は、半導体レーザ素子３０の出射端面が基部１０の第１内側面１５と向き合うように配置される。半導体レーザ素子の出射端面の反対側の側面は、出射端面が向き合う第１内側面１５と反対側の第１内側面１５に向き合うように配置される。半導体レーザ素子の出射端面と交わる２つの側面は、基部１０の第２内側面１６または隣に配置された半導体レーザ素子３０の出射端面と交わる側面と向き合うように配置される。
従って、半導体レーザ素子３０からの出射光は第１内側面１５の方向に向かって進行する。特に、いずれの半導体レーザ素子においても、出射端面に垂直な方向に進む光（以下、光軸を進む光、と呼ぶ）がそのまま直進した場合に、その光は第１内側面１５に当たる。また、出射端面と、光軸を進む光が当たる第１内側面１５とは、平行である。第２内側面１６は、出射端面と交わる両側面と平行な領域を有する。ここでの平行は、プラスマイナス５度の差を含む。なお、平行でなくてもよい。
次に、光反射部材５０を基部１０の底面１２に配置する。光反射部材５０は、底面１２に配置された３つの半導体レーザ素子３０の全てから出射された光を反射する。従って、光反射面が、出射端面側を向くように配置される。上面視で、光反射面の傾斜の上端および下端となる辺と、サブマウント４０の出射端面側の側面と、が平行となる。光軸を進む光は、光反射面で反射されることにより、底面１２から垂直に、上方へと進行する。ここでの垂直は、プラスマイナス５度の差を含む。
なお、１つの光反射部材５０で全ての半導体レーザ素子３０からの光を反射する代わりに、半導体レーザ素子３０毎に個別で光反射部材５０を配置し、それぞれの光反射部材５０が対応する半導体レーザ素子からの光を反射するようにしてもよい。
半導体レーザ素子３０からの出射光を反射するように光反射部材５０とサブマウント４０を配置した状態で、光反射部材５０及びサブマウント４０を包含する最小の矩形は、光の出射端面の方向における幅よりも、この方向に垂直な方向における幅の方が長い。従って、第２内側面１６に係る辺の方が第１内側面１５に係る辺よりも長い基部１０に対し、発光装置１がコンパクトになるように配置されている。
ここで、半導体レーザ素子３０、サブマウント４０、及び、光反射部材５０と、保護素子６０との配置関係について説明する。また、配置関係を比較する上で、半導体レーザ素子３０からの光が進行する方向にあることを光進行側にあるといい、逆の方向にあることを素子側にあるというものとする。例えば、対向する第１内側面１５を比較すると、半導体レーザ素子から出射された光が進行する方向の先にある第１内側面１５は光進行側の第１内側面１５であり、反対側の第１内側面１５は素子側の第１内側面１５であるといえる。
また、１つの第２内側面１６に沿って設けられた段差部２０の段差部上面２１に配置される３つの保護素子６０を、光進行側から素子側に向かって順に、第１保護素子６１、第２保護素子６２、第３保護素子６３と呼び区別するものとする。
サブマウント４０は、第２内側面１６に平行な方向に関して、半導体レーザ素子３０の出射端面が、対向する第１内側面１５の中心よりも、光進行側の第１内側面１５に近い位置に配置される。つまり、対向する第１内側面１５の中心から光進行側の第１内側面１５までの距離よりも、半導体レーザ素子３０の出射端面から光進行側の第１内側面１５までの距離の方が小さい。従って、半導体レーザ素子３０の光の出射端面は、凹部内の空間において中央よりも光進行側に設けられる。
また、サブマウント４０は、第２内側面１６に平行な方向に関して、半導体レーザ素子３０の出射端面の反対側の側面が、対向する第１内側面１５の中心よりも、素子側の第１内側面１５に近い位置に配置される。また、第１半導体レーザ素子３１、第２半導体レーザ素子３２、及び、第３半導体レーザ素子３３のいずれもが、この配置関係を満たしている。
また、第２内側面１６に平行な方向に関して、サブマウント４０の出射端面側の側面が、対向する第１内側面１５の中心よりも、光進行側の第１内側面１５に近い位置に配置される。また、第２内側面１６に平行な方向に関して、サブマウント４０の出射端面側と反対側の側面が、対向する第１内側面１５の中心よりも、素子側の第１内側面１５に近い位置に配置される。従って、サブマウント４０は、凹部内の空間において中央よりも光進行側から素子側に亘って設けられる。
また、サブマウント４０は、第２内側面１６に平行な方向に関して、サブマウント４０の重心が、対向する第１内側面１５の中心よりも、素子側の第１内側面１５に近い位置にくるように配置される。従って、サブマウント４０は全体として、凹部内の空間において、中央よりも素子側に寄って設けられる。
また、サブマウント４０は、第２内側面１６または第２外側面１９に平行な方向に関して、半導体レーザ素子３０の出射端面が、対向する第１外側面１８の中心よりも、光進行側の第１外側面１８に近い位置に配置される。従って、半導体レーザ素子３０の光の出射端面は、基部１０の外形あるいは発光装置１の外形に基づき、その中央よりも光進行側に設けられる。
また、サブマウント４０は、第２内側面１６または第２外側面１９に平行な方向に関して、半導体レーザ素子３０の出射端面の反対側の側面が、対向する第１外側面１８の中心よりも、素子側の第１外側面１８に近い位置に配置される。
また、第２内側面１６または第２外側面１９に平行な方向に関して、サブマウント４０の出射端面側の側面が、対向する第１外側面１８の中心よりも、光進行側の第１外側面１８に近い位置に配置される。また、第２内側面１６または第２外側面１９に平行な方向に関して、サブマウント４０の出射端面側と反対側の側面が、対向する第１外側面１８の中心よりも、素子側の第１外側面１８に近い位置に配置される。従って、サブマウント４０は、基部１０の外形あるいは発光装置１の外形に基づき、その中央よりも光進行側から素子側に亘って設けられる。
また、サブマウント４０は、第２内側面１６または第２外側面１９に平行な方向に関して、サブマウント４０の重心が、対向する第１外側面１８の中心よりも、素子側の第１外側面１８に近い位置にくるように配置される。従って、サブマウント４０は全体として、基部１０の外形あるいは発光装置１の外形に基づき、中央よりも素子側に寄って設けられる。
光反射部材５０は、対向する第１内側面１５の中心を通り第１内側面１５に平行な平面よりも、光進行側の領域に収まるように配置される。また、光反射部材５０は、対向する第１外側面１８の中心を通り第１内側面１５または第１外側面１８に平行な平面よりも、光進行側の領域に収まるように配置される。第２内側面１６に平行な方向に関して、光反射部材５０の長さは、サブマウント４０の長さよりも小さい。
第１保護素子６１は、半導体レーザ素子３０との関係において、３つの半導体レーザ素子３０のいずれの出射端面を含む平面よりも光進行側に配置される。また、サブマウント４０との関係において、半導体レーザ素子３０の出射端面側の側面を含む平面よりも光進行側に配置される。また、光反射部材５０との関係において、上面視で、光反射面の下端となる辺を含む直線よりも光進行側に配置される。また、上面視で、光反射面の上端となる辺を含む直線と交わる。なお、この直線よりも素子側に配置することもできる。
第２保護素子６２は、半導体レーザ素子３０との関係において、３つの半導体レーザ素子３０のいずれの出射端面を含む平面よりも光進行側に配置される。また、サブマウント４０との関係において、半導体レーザ素子３０の出射端面側の側面を含む平面よりも光進行側に配置される。また、光反射部材５０との関係において、上面視で、光反射面の下端となる辺を含む直線と交わる。また、上面視で、光反射面の上端となる辺を含む直線よりも素子側に配置される。なお、いずれかの半導体レーザ素子３０の出射端面を含む平面と交わるように配置することもできる。
第３保護素子６３は、半導体レーザ素子３０との関係において、３つの半導体レーザ素子３０のいずれの出射端面を含む平面よりも素子側に配置される。また、サブマウント４０との関係において、半導体レーザ素子３０の出射端面側の側面を含む平面よりも素子側に配置される。また、出射端面側の側面と反対側の側面を含む平面よりも光進行側に配置される。また、光反射部材５０との関係において、上面視で、光反射面の下端となる辺を含む直線よりも素子側に配置される。なお、出射端面側の側面と反対側の側面を含む平面と交わるように配置することもできる。
また、底面１２から光反射面の下端となる辺までの高さよりも、サブマウント４０の下面から上面までの厚みの方が大きい。また、底面１２から半導体レーザ素子３０の上面までの高さよりも、底面１２から段差部上面２１までの高さの方が大きい。従って、半導体レーザ素子３０の出射端面における光の出射位置は、光反射面の下端よりも高く、サブマウント４０の上面よりも高く、かつ、段差部上面２１よりも低い。また、底面１２から光反射部材５０の頂点までの高さは、底面１２から段差部上面２１までの高さよりも大きい。
次に、各半導体レーザ素子３０を電気的に接続するために複数のワイヤ７０が接合される。ワイヤ７０は、一端が半導体レーザ素子３０の上面あるいはサブマウント４０の上面と、他端が段差部上面２１と接合される。ここでは、上面に２つのエミッターのそれぞれに対応する電極面が設けられているため、対応する２本のワイヤ７０の一端は互いに異なるエミッターの電極面に接合される。また、１本のワイヤ７０の一端が、下面側の電極面と電気的に接続するサブマウント４０に接合される。
ここでは、２つのエミッターを有する半導体レーザ素子３０が３つ用意され、エミッター単位で光の出射のＯＮ／ＯＦＦが制御出来るように電気回路が設計されている。従って、エミッター単位で電源電圧の供給が制御できるように半導体レーザ素子３０は配線接続される。発光装置１では、計９本のワイヤ７０が複数の金属膜２５のいずれかに接合され、かつ、９本がそれぞれ異なる金属膜２５に接合されて、電気的な接続が図られる。
また、１つの半導体レーザ素子３０に対して３本のワイヤ７０が接続される。１つの半導体レーザ素子３０が１つのカソード電極と接続し、２つのエミッターがそれぞれ異なるアノード電極に接続する。また、１つのエミッターと１つの保護素子６０とが並列接続される。つまり、半導体レーザ素子３０単位でカソード電極があり、エミッター単位でアノード電極があり、１つのアノード電極に１つの保護素子６０が接続する。
なお、半導体レーザ素子単位で制御する、つまり、マルチエミッターをまとめてＯＮ／ＯＦＦ制御するようにしてもよい。制御の態様や半導体レーザ素子の数に応じて、保護素子やワイヤの本数は適宜決められる。例えば、半導体レーザ素子単位で制御する場合、１つの半導体レーザ素子３０に１つの保護素子６０と２本のワイヤ７０が対応する形態も考えられる。
第１半導体レーザ素子３１を電気的に接続する３本のワイヤ７０はいずれも第１段差部２３の段差部上面２１で金属膜２５と接合する。また、第２半導体レーザ素子３２を電気的に接続する３本のワイヤ７０はいずれも第２段差部２４の段差部上面２１で、金属膜２５と接合する。従って、第１半導体レーザ素子３１を電気的に接続する３本のワイヤ７０が一方の第２内側面１６側で金属膜２５と接合し、第２半導体レーザ素子３２を電気的に接続する３本のワイヤ７０が他方の第２内側面１６側で金属膜２５と接合する。
また、第１半導体レーザ素子３１を電気的に接続する全てのワイヤ７０は、第２半導体レーザ素子３２の方が第１半導体レーザ素子３１よりも近い側の第２内側面１６に形成される段差部２０の段差部上面２１には接合されない。同様に、第２半導体レーザ素子３２を電気的に接続する全てのワイヤ７０は、第１半導体レーザ素子３１の方が第２半導体レーザ素子３２よりも近い側の第２内側面１６に形成される段差部２０の段差部上面２１には接合されない。このようにすることで、ワイヤが交錯して接触するリスクを低減させることができる。
第３半導体レーザ素子３３を電気的に接続する３本のワイヤ７０は、１本が一方の第２内側面１６側で、２本が他方の第２内側面１６側で金属膜２５と接合する。つまり、第１段差部２３と第２段差部２４とに分散してワイヤ７０が張られる。
また、第３半導体レーザ素子３３を電気的に接続する全てのワイヤ７０は、第１半導体レーザ素子３１及び第２半導体レーザ素子３２よりも素子側に突出した部分で、第３半導体レーザ素子３３に接合する。つまり、第３半導体レーザ素子３３は、第１半導体レーザ素子３１及び第２半導体レーザ素子３２よりも、長辺の長さが大きく、出射端面とは反対側で突出する。この突出部分で、第３半導体レーザ素子３３の上面電極にワイヤ７０の一端は接合される。
半導体レーザ素子３０またはサブマウント４０に接合する複数のワイヤ７０は、他端で段差部２０の金属膜２５と接合される。また、半導体レーザ素子３０との関係において、３つの半導体レーザ素子３０のいずれの出射端面を含む平面よりも素子側で接合される。また、サブマウント４０との関係において、半導体レーザ素子３０の出射端面側の側面を含む平面よりも素子側で接合される。
また、半導体レーザ素子３０またはサブマウント４０に接合する複数のワイヤ７０は、光反射部材５０との関係において、上面視で、光反射面の下端となる辺を含む直線よりも光進行側には接合されない。また、上面視で、光反射面の上端となる辺を含む直線よりも光進行側には接合されない。また、上面視で、光反射面と重ならないように複数のワイヤ７０は張られる。
ワイヤ７０は、サブマウント４０の上面あるいは半導体レーザ素子３０の上面に一端が接合され、それらよりも高い位置にある段差部上面２１に他端が接合される。そのため、上面視でワイヤ７０が光反射面と重なると、光反射面で反射された光の一部がワイヤ７０に邪魔されることが考えられる。従って、ワイヤ７０は光の行路上にないのが望ましい。その一つの方法として、光の出射端面を含む平面よりも素子側でワイヤ７０を接合することが挙げられ、発光装置１ではそのようにワイヤ７０を接合している。なお、段差部上面２１の方が低い位置にあってもよい。
また、このようにワイヤ７０を接合するために、発光装置１では、保護素子６０を段差部上面２１の中央の領域よりも、端に近い位置に配置している。具体的には、第１保護素子６１及び第２保護素子６２を光進行側に寄せて配置し、第３保護素子６３を素子側に寄せて配置している。少なくとも、ワイヤ７０の接合に望ましくない領域に１つ以上の保護素子６０を配置することで無駄の少ない配線パターンを実現することができる。
第１半導体レーザ素子３１を電気的に接続するワイヤ７０の１本が、保護素子６０が配置される金属膜２５と接合する。第２半導体レーザ素子３２を電気的に接続するワイヤ７０の１本が、保護素子６０が配置される金属膜２５と接合する。具体的には、いずれも、第２保護素子６２が配置される金属膜２５と接合する。
第３半導体レーザ素子３３を電気的に接続する３本のワイヤ７０は、保護素子６０が配置される金属膜２５と接合する。また、２つのエミッターに対応する２本のワイヤ７０は、保護素子６０が配置される金属膜２５と接合する。具体的には、第３保護素子６３が配置される金属膜２５と接合する。つまり、複数の金属膜２５の中には、保護素子６０及びワイヤ７０が接合される金属膜２５がある。
第１半導体レーザ素子３１を電気的に接続するワイヤ７０が接合される方の第２内側面１６に形成された段差部２０（第１段差部２３）の段差部上面２１に配置される第１保護素子６１及び第２保護素子６２は、第１半導体レーザ素子３１を保護する。また、第２半導体レーザ素子３２を電気的に接続するワイヤ７０が接合される方の第２内側面１６に形成された段差部２０（第２段差部２４）の段差部上面２１に配置される第１保護素子６１及び第２保護素子６２は、第２半導体レーザ素子３２を保護する。また、２つの第２内側面１６に形成された段差部２０（第１段差部２３及び第２段差部２４）の段差部上面２１に配置される２つの第３保護素子６３は、第３半導体レーザ素子３３を保護する。
１つの段差部２０（第１段差部２３及び第２段差部２４のいずれか）の段差部上面２１に配置された第１保護素子６１と第２保護素子６２との間には、半導体レーザ素子３０に接合されたワイヤ７０が接合される領域はない。また、同様に、この間には、サブマウント４０に接合されたワイヤ７０が接合される領域はない。
このように配置された発光装置１では、上面視で、第１内側面１５に平行な直線であって、光反射部材５０及び第１保護素子６１に交わる直線を引くことができる。言い換えると、発光装置１において、光反射部材５０及び１つ以上の第１保護素子６１は、第１内側面１５に平行な１つの直線と交わるように配置される。ワイヤ７０の接合に望ましくない領域に第１保護素子６１を配置することで、段差部上面２１を有効活用し、小型化に寄与する配線パターンを実現できる。
従って、発光装置１では、最も光進行側に配置される保護素子６０（第１保護素子６１）と、光反射部材５０とが、第１内側面１５に平行な１つの直線と交わるように配置される。あるいは、最も光進行側にある保護素子６０が、第１内側面１５に平行な直線であって少なくとも光反射部材５０のどこかを通る直線と交わる。また、このことは２つの第２内側面１６に形成された段差部２０に対していえる。
また発光装置１では、上面視で、第１内側面１５に平行な直線であって、光反射部材５０及び第２保護素子６２に交わる直線を引くことができる。言い換えると、発光装置１において、光反射部材５０及び１つ以上の第２保護素子６２は、第１内側面１５に平行な１つの直線と交わるように配置される。
従って、発光装置１では、第２内側面１６に平行な方向における対向する第１内側面１５の中心よりも光進行側に配置される全ての保護素子６０と、光反射部材５０とが、第１内側面１５に平行な１つの直線と交わるように配置される。あるいは、第２内側面１６に平行な方向における対向する第１内側面１５の中心よりも光進行側に配置される全ての保護素子６０が、第１内側面１５に平行な直線であって少なくとも光反射部材５０のどこかを通る直線と交わる。また、このことは２つの第２内側面１６に形成された段差部２０に対していえる。
このように、光反射部材５０の配置関係に基づけば、２つの第２内側面１６に形成された段差部２０において、ワイヤ７０の接合に望ましくない領域は対称となる。このため、それぞれの段差部上面２１において複数の金属膜を対称に設けることで、領域を有効活用した配線パターンが実現される。
次に、蓋部材８０を基部１０の上面に接合する。蓋部材８０と基部１０のそれぞれにおいて接合領域に設けられた金属膜同士を、Ａｕ−Ｓｎ等を介して接合することで固定される。このとき、半導体レーザ素子３０が配される空間が気密封止された閉空間となるように、基部１０と蓋部材８０とが接合される。このように気密封止することで、半導体レーザ素子３０の光の出射端面に有機物等が集塵することを抑制することができる。
また、蓋部材８０は、光反射部材５０の光反射面により反射された光を透過させる透光性部材としての役割を果たす。ここで、透光性とは、半導体レーザ素子３０から出射され透光性部材に入射する光に対して透過率が８０％以上であることとする。
このように、実施形態に係る発光装置は、その外形を形成する基部のキャビティに複数の半導体レーザ素子と複数の保護素子を配した上で、その外形をコンパクトな設計とすることができる。また、基部においてはそのための好適な配線パターンが実現される。また、光路に配慮して構成要素の配置が設計されているため、発光装置としての機能が損なわれない。
以上、実施形態に係る発光装置を説明してきたが、本発明に係る発光装置は、実施形態の発光装置に厳密に限定されるものではない。つまり、本発明は、実施形態により開示された発光装置の外形や構造に限定されなければ実現できないものではない。また、全ての構成要素を必要十分に備えることを必須とせずに適用され得るものである。例えば、特許請求の範囲に、実施形態により開示された発光装置の構成要素の一部が記載されていなかった場合、その一部の構成要素については、代替、省略、形状の変形、材料の変更などの当業者による設計の自由度を認め、その上で特許請求の範囲に記載された発明が適用されることを特定するものである。
各実施形態に記載の発光装置は、ヘッドマウントディスプレイ、プロジェクタ、車載ヘッドライト、照明、ディスプレイ等に使用することができる。
１（１Ａ) 発光装置
１０ 基部
１１ 上面
１２ 底面
１３ 下面
１４ 内側面
１５ 第１内側面
１６ 第２内側面
１７ 外側面
１８ 第１外側面
１９ 第２外側面
２０ 段差部
２１ 段差部上面
２２ 段差部側面
２３ 第１段差部
２４ 第２段差部
２５ 金属膜
３０ 半導体レーザ素子
３１ 第１半導体レーザ素子
３２ 第２半導体レーザ素子
３３ 第３半導体レーザ素子
４０ サブマウント
５０ 光反射部材
６０ 保護素子
６１ 第１保護素子
６２ 第２保護素子
６３ 第３保護素子
７０、７１ ワイヤ
８０ 蓋部材

Claims (15)

  1. 複数の半導体レーザ素子と、
    前記複数の半導体レーザ素子が配される底面を囲う枠部と、
    前記枠部による枠の内側で前記底面に配され、前記底面に配された前記複数の半導体レーザ素子から前記枠部の第１内側面に向かって進行するレーザ光を反射する１又は複数の光反射部材と、
    前記枠部の上面が形成する枠の内側において、前記第１内側面と交わる第２内側面に沿って形成される段差部と、
    前記段差部の上面に設けられる複数の金属膜と、
    前記複数の半導体レーザ素子を電気的に接続するための複数のワイヤと、
    前記複数の半導体レーザ素子のうち第１半導体レーザ素子の光の出射端面を含む平面よりも光進行側で前記段差部の上面に配される保護素子と、
    を有する発光装置。
  2. 複数の前記保護素子を有し、
    ２つの前記第２内側面のそれぞれで、前記第２内側面に沿って形成される前記段差部の上面に、１以上の前記保護素子が設けられる請求項１に記載の発光装置。
  3. 上面視で、前記保護素子及び前記光反射部材は、前記第１内側面に平行な１つの直線と交わる請求項１または２に記載の発光装置。
  4. 前記複数の半導体レーザ素子は、前記第１半導体レーザ素子と並べて配置される第２半導体レーザ素子を有し、
    前記複数のワイヤのうち、前記第１半導体レーザ素子を電気的に接続する複数のワイヤは、２つの前記第２内側面のうち、前記第２半導体レーザ素子の方が前記第１半導体レーザ素子よりも近い側の前記第２内側面に形成される前記段差部の上面に設けられる前記金属膜とは接合せず、
    前記複数のワイヤのうち、前記第２半導体レーザ素子を電気的に接続する複数のワイヤは、２つの前記第２内側面のうち、前記第１半導体レーザ素子の方が前記第２半導体レーザ素子よりも近い側の前記第２内側面に形成される前記段差部の上面に設けられる前記金属膜とは接合しない請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発光装置。
  5. 前記複数の半導体レーザ素子は、前記第１半導体レーザ素子及び前記第２半導体レーザ素子と並べて配置される第３半導体レーザ素子を有し、
    前記複数のワイヤのうち、前記第３半導体レーザ素子を電気的に接続する複数のワイヤは、２つの前記第２内側面に形成される前記段差部の上面に設けられる前記金属膜と接合する請求項４に記載の発光装置。
  6. 前記第１半導体レーザ素子と前記第２半導体レーザ素子は隣り合って配置され、前記第３半導体レーザ素子は、前記第１半導体レーザ素子あるいは前記第２半導体レーザ素子と隣り合って配置される請求項５に記載の発光装置。
  7. 前記第１半導体レーザ素子、第２半導体レーザ素子、及び、第３半導体レーザ素子は、マルチエミッターである請求項５または６に記載の発光装置。
  8. 前記底面、及び、前記枠部を有し、凹形状を形成する基部を有する請求項１乃至７のいずれか一項に記載の発光装置。
  9. 前記段差部上面は、前記複数の半導体レーザ素子からの光の出射位置よりも高い請求項１乃至８のいずれか一項に記載の発光装置。
  10. 前記複数の半導体レーザ素子を配置するサブマウントをさらに有し、
    前記複数の半導体レーザ素子は、前記サブマウントを介して前記底面に配置される請求項１乃至９のいずれか一項に記載の発光装置。
  11. 前記サブマウントの出射端面側の側面は、前記第２内側面に平行な方向に関して、対向する前記第１内側面の中心よりも、光進行側の前記第１内側面に近い位置で、前記底面に配置される請求項１０に記載の発光装置。
  12. 前記サブマウントの出射端面側と反対側の側面は、前記第２内側面に平行な方向に関して、対向する前記第１内側面の中心よりも、素子側の前記第１内側面に近い位置で、前記底面に配置される請求項１１に記載の発光装置。
  13. 前記枠部は、前記第１内側面側の第１外側面と、前記第２内側面側の第２外側面と、を有し、
    前記サブマウントの出射端面側の側面は、前記第２内側面または前記第２外側面に平行な方向に関して、対向する前記第１外側面の中心よりも、光進行側の前記第１外側面に近い位置で、前記底面に配置される請求項１０に記載の発光装置。
  14. 前記サブマウントの出射端面側と反対側の側面は、前記第２内側面または前記第２外側面に平行な方向に関して、対向する前記第１外側面の中心よりも、素子側の前記第１外側面に近い位置で、前記底面に配置される請求項１３に記載の発光装置。
  15. 複数の前記保護素子を有し、
    複数の前記保護素子のうちのいずれかの保護素子が配される前記金属膜において、前記第１半導体レーザ素子を電気的に接続するためのワイヤが接合される請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の発光装置。
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