JP2020126948A

JP2020126948A - 発光装置、パッケージ、及び、基部

Info

Publication number: JP2020126948A
Application number: JP2019019267A
Authority: JP
Inventors: 一真 ▲高▼鶴; Ryo Takayasu
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 2019-02-06
Filing date: 2019-02-06
Publication date: 2020-08-20
Anticipated expiration: 2039-02-06
Also published as: JP2023126349A; JP7319517B2

Abstract

【課題】発光装置における、割れや破損、剥離などの発生を抑えたパッケージを実現する。【解決手段】発光装置は、発光素子と、発光素子が配置される第１面と、第１面の側において発光素子が配置される領域の外側に形成される凸部と、を有する基部と、基部に用いられる主材料と熱膨張係数が異なる材料を主材料とし、基部の凸部における突出した上面と接合する接合面を有し、第１面に配置された発光素子を囲う枠部と、を有する。【選択図】図９

Description

本発明は、発光装置、及び、パッケージ、パッケージを構成する基部に関する。

従来より、枠と底面を有するパッケージにＬＥＤ素子や半導体レーザ素子などの発光素子を配置した発光装置が知られている。例えば、特許文献１には、セラミック積層体と金属材料からなる放熱部材を有して構成される半導体素子収納用パッケージが開示されている。また、放熱部材の上に半導体素子が配された状態で半導体素子収納用パッケージに蓋体を接合し、半導体素子が収納された半導体装置が製造される。

特許文献１にも記載されるように、半導体素子が作動すると、これに起因した熱が発生する。この熱の影響は、半導体装置を構成する半導体素子収納用パッケージにも影響を与える。ここで、一般に、セラミックと金属とでは、熱膨張係数や材料の強度が異なる。また、材料の性質としての割れにくさや曲がりにくさなども異なる。

ＷＯ２０１４／０１７２７３

特許文献１で例示したように、異なる材料の部材を接合してパッケージを形成する場合、そのパッケージの大きさや各部材の形状などを考慮して、割れや破損、剥離などの発生を抑えることが求められる。

本出願により開示される発光装置は、発光素子と、前記発光素子が配置される第１面と、前記第１面の側において前記発光素子が配置される領域の外側に形成される凸部と、を有する基部と、前記基部に用いられる主材料と熱膨張係数が異なる材料を主材料とし、前記基部の凸部における突出した上面と接合する接合面を有し、前記第１面に配置された前記発光素子を囲う枠部と、を有する。

また、本出願により開示されるパッケージは、発光素子を囲うキャビティを形成し、前記発光素子が配置される第１面と、前記第１面の側において前記発光素子が配置される領域の外側に形成される凸部と、を有する基部と、外側面と、前記外側面と交わる第１上面及び第１下面と、前記第１上面と前記第１下面の間に形成される第２下面と、を有する枠部と、を有し、前記基部及び前記枠部は、それぞれを形成する主材料が、互いに熱膨張係数が異なる材料であり、前記凸部における突出した上面は、前記枠部の第２下面に接合される。

また、本出願により開示される基部は、外側面と、前記外側面と交わる第１上面及び第１下面と、前記第１上面と前記第１下面の間に形成される第２下面と、を有する枠部と接合し、発光素子を囲うキャビティを形成する基部であって、前記発光素子が配置される第１面と、前記第１面の側において前記発光素子が配置される領域の外側に形成される凸部と、を有し、前記枠部に用いられる主材料と熱膨張係数が異なる材料を主材料とし、前記凸部における突出した上面は、前記枠部の第２下面に接合される。

本発明によれば、異なる材料を接合して形成されるパッケージであって、割れや破損、剥離などの発生が抑制されたパッケージを用いて実装された発光装置を提供できる。

また、本発明によれば、割れや破損、剥離などの発生が抑制されたパッケージ、あるいは、このようなパッケージの形成に好適な基部を提供できる。

図１は、第１実施形態に係る実装基板を含む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斜視図である。図３は、第１実施形態に係る発光装置を、その構成の一部を取り除いて図２と同様の方向から見た斜視図である。図４は、図３に対応する第１実施形態に係る発光装置の上面図である。図５は、第１実施形態に係る発光装置の枠部を上面側から見た斜視図である。図６は、第１実施形態に係る発光装置の枠部を下面側から見た斜視図である。図７は、第１実施形態に係る発光装置の基部を上面側から見た斜視図である。図８は、第１実施形態に係る発光装置の基部と枠部が接合された状態の上面図である。図９は、図８のIX-IXを結ぶ直線における基部と枠部が接合された状態の断面図である。図１０は、図８のX-Xを結ぶ直線における基部と枠部が接合された状態の断面図である。図１１は、第２実施形態に係る発光装置の、基部と枠部が接合された状態の断面図である。図１２は、第３実施形態に係る発光装置の、基部と枠部が接合された状態の断面図である。図１３は、第４実施形態に係る発光装置の、基部と枠部が接合された状態の断面図である。

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と基板２が接合した状態の斜視図である。図２は、発光装置１の斜視図である。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る。図４は、発光装置１の内部構造を説明するための上面図である。図５は、発光装置１における枠部２０の上面側からの斜視図である。図６は、発光装置１における枠部２０の下面側からの斜視図である。図７は、発光装置１における底部の上面側からの斜視図である。図８は、発光装置１における基部１０及び枠部２０の上面図である。図９は、図８のIX-IX線における断面図である。図１０は、図８のX-X線における断面図である。

発光装置１は、構成要素として、基部１０、枠部２０、３つの半導体レーザ素子３０、３つのサブマウント４０、３つの光反射部材５０、保護素子７０、蓋部材８０を有する。また、発光装置１は、基板２と接合する。

図７に示すように、基部１０は、平板形状の上面の外周近傍に凸部１０４を設けた形状をしている。また、基部１０は、上面に相当する第１面１０１と、下面に相当する第２面１０２と、外側面１０３と、凸部１０４と、を有する。第１面１０１は第２面１０２の反対側にあり、図７の上面図からは直接的に見えない位置にある。外側面１０３は、第１面１０１及び第２面１０２と交わる。凸部１０４は、第１面１０１の側において、第１面１０１と外側面１０３が交わる周縁の近傍に設けられる。

凸部１０４の突出した部分は、突出部分を形成する外側面である凸外側面１０６、突出部分を形成する内側面である凸内側面１０７、突出部分における突出した上面を形成し凸外側面１０６と凸内側面１０７とに交わる上面である凸上面１０５を有する。凸部１０４は、第１面１０１の側において、外側面１０３と交わる位置から離間した位置で上方に突出し、その突出した位置から内側に向かって凸上面１０５が形成される。つまり、凸外側面１０６は、基部１０の外側面１０３よりも内側に形成される。

凸部１０４の高さ、言い換えると、基部１０の第１面１０１から凸上面１０５までの高さは、基部１０の第２面１０２から第１面１０１までの厚みよりも小さい。例えば、基部１０の第２面１０２から第１面１０１までの厚みは０．２ｍｍから１．０ｍｍの範囲で形成され、凸部１０４の高さは０．２ｍｍから０．５ｍｍの範囲で形成される。好ましくは、基部１０の第２面１０２から第１面１０１までの厚みは０．５ｍｍ以上で形成され、凸部１０４の高さは０．５ｍｍ未満で形成されるのがよい。このようにすることで安定して接合させることができ、また、発光装置１のサイズを小型化することができる。

基部１０の全体的な形状は、直方体における一面の外縁近傍に凸部１０４を有した形状である。このような基部１０は、例えば、金属で構成することができる。ここで、金属で構成されるとは、金属のみを材料として構成される場合と、金属を主材料として構成される場合とを含むものとする。具体的に、基部１０は、銅で構成される。また、銅以外の金属として、銅、アルミニウム、鉄、複合物として銅モリブデン、銅-ダイヤモンド、銅タングステンなどを採用することもできる。

枠部２０は、枠を形成する。また、第１上面２０１、第２上面２０２、第１下面２０３、第２下面２０４、外側面２０５、第１内側面２０６、第２内側面２０７、及び、第３内側面２０８を有する。第１上面２０１及び第１下面２０３は、外側面２０５と交わる。第１上面２０１と第１下面２０３との間に、第２上面２０２及び第２下面２０４のいずれも形成される。第２上面２０２は、第１上面２０１と第２下面２０４の間に形成される。第２下面２０４は、第２上面２０２と第１下面２０３の間に形成される。

外側面２０５と反対側で、第１上面２０１は第１内側面２０６と交わる。外側面２０５と反対側で、第１下面２０３は第２内側面２０７と交わる。第１上面２０１と反対側で、第１内側面２０６の一部は第２下面２０４と交わり、別の一部は第２上面２０２と交わる。つまり、第１内側面２０６は、一部が第２下面２０４まで続き、残りが第２下面２０４よりも上方で第２上面２０２と交わる。また、枠部２０において第２上面２０２は部分的に設けられる。

第１内側面２０６と反対側で、第２上面２０２は第３内側面２０８と交わる。第２上面２０２と反対側で、第３内側面２０８は第２下面２０４と交わる。従って、第２上面２０２を有する領域では、第２上面２０２及び第３内側面２０８に基づいて、第１内側面２０６から内側に段差が形成される。

枠部２０の内側面全体に関して、第１下面２０３に垂直な方向についてみると、第１内側面２０６を有し、かつ、第３内側面２０８を有する領域と、第１内側面２０６を有し、かつ、第３内側面２０８を有さない領域とがある。前者の領域では、第１内側面２０６及び第３内側面２０８よりも第２内側面２０７の方が外側面２０５側にある。後者の領域では、第１内側面２０６よりも第２内側面２０７の方が外側面２０５側にある。なお、前者の領域において、第２内側面２０７は、第１内側面２０６と同じか、第１内側面２０６より第３内側面２０８側にあってもよい。

枠部２０は、セラミックを主材料として形成することができる。具体的には、枠部２０は、セラミックとして酸化アルミニウム（アルミナ）を主材料に用いて形成されている。また、酸化アルミニウム以外を主材料とするセラミックとして、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化アルミニウム（アルミナ）、炭化ケイ素などを採用することもできる。枠部２０の第２上面２０２及び第１下面２０３には、それぞれ金属膜２０９が設けられる。また、基部１０の内部を通る金属により、第２上面２０２における金属膜２０９と第１下面２０３における金属膜２０９とは電気的に接続することができる。

半導体レーザ素子３０は、下面と、上面と、側面とを有し、１つの側面からレーザ光を放射する。３つの半導体レーザ素子３０には、例えば、青色の光を発する半導体レーザ素子３０を採用することができる。なお、青色に限らず、例えば、赤色や緑色など別の色の光を発する半導体レーザ素子３０を採用してもよい。また、発光装置１に搭載される全ての半導体レーザ素子３０が同じ色の光を発する半導体レーザ素子３０でなくてもよい。例えば、青色、緑色、赤色の半導体レーザ素子３０を１つずつ採用して、３つの半導体レーザ素子３０を構成してもよい。

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。青色の光を発する半導体レーザ素子３０としては、窒化物半導体を含む半導体レーザ素子３０が挙げられる。窒化物半導体としては、例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、及びＡｌＧａＮを用いることができる。

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。赤色の光を発する半導体レーザ素子３０としては、例えば、ＩｎＡｌＧａＰ系やＧａＩｎＰ系、ＧａＡｓ系やＡｌＧａＡｓ系の半導体を含むものが挙げられる。

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。緑色の光を発する半導体レーザ素子３０としては、窒化物半導体を含む半導体レーザ素子３０が挙げられる。窒化物半導体としては、例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、及びＡｌＧａＮを用いることができる。

サブマウント４０は下面と、上面と、側面とを有し、直方体の形状で構成される。なお、形状は直方体に限らなくてよい。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することができる。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の上面には金属膜が設けられている。

光反射部材５０は、下面と、上面と、側面と、光反射面とを有する。側面は下面と交わり、かつ、下面と反対側で上面及び光反射面と交わる。また、光反射面は平面であり、上面と交わり、上面から下面にかけて傾斜して、下面側で側面と交わる。従って、光反射面は、下面側で交わる側面の高さの分、下面から高さを有して設けられる。光反射面は、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く、また、光反射面は平面でなく曲面であってもよい。

光反射部材５０は、例えば、主材料によりその外形を形成し、形成した外形のうち光反射面を設ける面に光反射膜を成膜することで形成することができる。主材料として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、アルミニウム等の金属、又はＳｉ等を採用することができる。光反射膜は光反射率の高い材料がよく、Ａｇ、Ａｌ等の金属やＴａ_２Ｏ_５／ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２／ＳｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５／ＳｉＯ_２等の誘電体多層膜等を採用することができる。

なお、金属等の光反射率の高い材料を主材料に用いてその外形を形成した場合、光反射膜の形成は省略してもよい。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７０は、例えば、ツェナーダイオードである。

蓋部材８０は下面と、上面と、側面とを有し、直方体の形状で構成され、全体として透光性である。なお、一部に非透光性の領域を有していてもよい。また、形状は直方体に限らなくて良い。蓋部材８０は、サファイアを主材料に用いて形成することができる。また、一部の領域に金属膜が設けられる。サファイアは、比較的屈折率が高く、比較的強度も高い材料である。なお、主材料には、サファイアの他に、例えばガラス等を用いることもできる。

基板２は、下面と、側面と、上面とを有する。また、基板２の上面に、金属膜と絶縁膜が設けられた領域がある。基板２は、金属を主材料とし、例えば、アルミニウムや銅などを採用することができる。なお、複数の金属で形成されてもよく、また、複数の金属層で形成されてもよい。

次に、これらの構成要素を用いて製造される発光装置１について説明する。
まず、基部１０と枠部２０とを接合し、半導体レーザ素子が配されるパッケージを形成する。基部１０と枠部２０とは、それぞれ基部１０の凸上面１０５と枠部２０の第２下面２０４とで接合される。例えば、枠部２０の第２下面２０４にＡｇろう、Ａｕろう、ＡｕＳｎ等によって接合することができる。

基部１０の第１面１０１及び第２面１０２の外径と比較して、枠部２０の第１下面２０３による開口はこれよりも大きく、枠部２０の第２下面２０４による開口はこれよりも小さい。従って、基部１０と枠部２０の構造関係は、基部１０が枠部２０の第１下面２０３側から枠内に侵入でき、かつ、基部１０の凸上面１０５が枠部２０の第２下面２０４と接触した段階でそれ以上の侵入が止まるような構造である。

基部１０と枠部２０とが接合した状態で、上面視で凸上面１０５は露出しない。凸上面１０５は全て第２下面２０４と接合するため、第２下面２０４は凸上面１０５を包含できる形と面積を有している。従って、第２下面２０４の面積の方が凸上面１０５の面積よりも大きくなる。また、第２下面２０４の幅、言い換えると、第２内側面２０７と第３内側面２０８の間の距離あるいは第２内側面２０７と第１内側面２０６の間の距離は、凸上面１０５の幅、言い換えると、凸外側面１０６と凸内側面１０７の間の距離よりも大きい。

また、第１面１０１と平行な平面方向に関して、基部１０の外側面１０３から枠部２０の第３内側面２０８までの距離よりも凸上面１０５の幅は小さい。また、枠部２０の内側面のうち第３内側面２０８を有さない領域においては、基部１０の外側面１０３から枠部２０の第１内側面２０６までの距離よりも凸上面１０５の幅は小さい。

基部１０がこのような凸部１０４を有することで、凸部１０４に枠体と基部１０間の接合応力が集中し、凸部１０４が変形して応力を吸収する事ができる。これにより、それぞれ熱膨張係数の異なる材料を主材料とした基部１０と枠部２０とを接合した場合に、応力による割れや変形などを抑制することができる。

なお、ここでの熱膨張係数とは、特に、線膨張係数を指す。基部１０を構成する金属の熱膨張係数は、５．０以上から１８．０以下の範囲にある。また、枠部２０を構成するセラミックの熱膨張係数は、２．０以上から８．０以下の範囲にある。また、基部１０と枠部２０との熱膨張係数の差は、１．０以上から１２．０以下の範囲にある。

なお、基部１０を構成する金属や枠部２０を構成するセラミックとして、ここで挙げた数値範囲外の熱膨張係数を有する材料を採用してもよい。従って、熱膨張係数が異なる部材とは、例えば、熱膨張係数の差が、０．５以上から１５．０以下の範囲にある部材同士ということができる。またさらに、−４０℃から１５０℃の温度範囲において、熱膨張係数の差が、０．５以上から１５．０以下の範囲にある部材同士といえる。

なお、アルミナを主材料とする枠部２０は、アルミニウムなどを主材料とする枠部２０に比べて、銅を主材料とする基部１０との熱膨張係数の差が小さいため、割れや変形などの抑制に有効である。

また、基部１０の凸部１０４が基部１０の外側面から離間した位置で突出することで、実装時のずれにより枠部２０の第２内側面２０７と基部１０の外側面１０３とが一部で接触した場合でも、凸外側面１０６が接触することは回避できる。凸外側面１０６が第２内側面２０７に接触すると、凸部１０４の応力に対する変形を抑制してしまい、応力吸収効果を低減してしまうが、離間していればこの影響がなくなる。

基部１０の凸上面１０５と枠部２０の第２下面２０４とが接合する領域である接合領域には、第２下面２０４の幅の中心が含まれる。これにより、温度変化によって基部１０が枠部２０の第２下面２０４に与える外力のバランスを取ることが出来る。

基部１０の凸内側面１０７は、枠部２０の第３内側面２０８、あるいは、第３内側面２０８を有さない領域では第１内側面２０６よりも外側面１０３側にある。つまり、第２下面２０４において、第３内側面２０８あるいは第３内側面２０８を有さない領域における第１内側面２０６と交わる端部から離間した位置で、凸内側面１０７の端部は第２下面２０４と接合する。これにより、温度変化によって基部１０が枠部２０の第２下面２０４に与える外力のバランスを取ることが出来る。

基部１０の第２面１０２と、枠部２０の第１下面２０３とは、同じ平面上に配される。なお、同じ平面上に配される設計に基づいて実装し、その結果生じた誤差については「同じ平面上」の解釈に含まれる。発光装置１では、基部１０の第２面１０２を有する平面と、枠部２０の第１下面２０３を有する平面と、の間の距離が０．１ｍｍ以下であれば、「同じ平面上」の解釈に含まれ得る。

３つの半導体レーザ素子３０は、サブマウント４０を介して基部１０の第１面１０１に配置される。また、サブマウント４０は、それぞれの半導体レーザ素子３０に対して別個に設けられている。なお、１つのサブマウント４０の上面に複数の半導体レーザ素子３０を配してもよい。銅を主材料とする基部１０は熱伝導率に優れており、半導体レーザ素子３０により発生する熱を効果的に放熱する放熱部材として作用することができる。

基部１０に配置された半導体レーザ素子３０は、枠部２０によって囲まれる。また、基部１０に配置された半導体レーザ素子３０は、枠部２０の第１上面２０１よりも低い位置にある。つまり、基部１０と枠部２０とによって形成されるキャビティの内側に半導体レーザ素子３０は配置される。言い換えれば、基部１０と枠部２０とが接合されたパッケージのキャビティが、半導体レーザ素子３０を囲うといえる。

サブマウント４０は、その下面で基部１０の第１面１０１と接合し、その上面で半導体レーザ素子３０と接合する。半導体レーザ素子３０の出射端面が、サブマウント４０の側面と揃うか、あるいは、突出するように、半導体レーザ素子３０は配される。サブマウント４０を介することで、第１面１０１から半導体レーザ素子３０の光の出射位置までの高さを大きくすることができる。また、サブマウント４０の上面に、保護素子７０が配される。

また、サブマウント４０は、３つの半導体レーザ素子３０の間で、第１面１０１からの高さが同じになるように設計される。また、各半導体レーザ素子３０の出射端面は、仮想的な１つの同じ平面上に配されるように設計される。なお、設計上は同じでも実装段階における部材公差や実装公差などによって誤差は生じる。発光装置１に関して、高さ、長さ、位置、相対的な位置関係などが同じというときは、このような誤差は許容範囲を含まれるものとする。

なお、３つの半導体レーザ素子３０の間で、必ずしもサブマウント４０の高さを同じにしなくてよい。例えば、実装向きの違いなどから３つの半導体レーザ素子３０の間で発光点が異なる場合に、サブマウント４０を介することでこれらの第１面１０１から発光点までの高さを同じにするために、高さの異なるサブマウント４０を採用することも考えられる。また、出射端面についても、同じ平面上でなく、平行な異なる平面上にそれぞれが配されることも考えられる。

光反射部材５０は、基部１０の第１面１０１に配される。それぞれの半導体レーザ素子３０に対応して、別個に光反射部材５０が配されている。また、３つの半導体レーザ素子３０の間で、各半導体レーザ素子３０の出射端面と対応する光反射部材５０との間の距離は同じになるように設計される。なお、複数の半導体レーザ素子３０に対応して１つの光反射部材５０を配してもよい。

半導体レーザ素子３０から放射された光は、楕円形状のＦＦＰ（ファーフィールドパターン）を有するため、サブマウント４０を介して出射位置を高くすることで、半導体レーザ素子３０から放射された光をより多く光反射部材５０の光反射面に照射させることができる。

枠部２０の第２上面２０２に設けられた金属膜２０９には、複数のワイヤの一端が接合される。複数のワイヤの他端はそれぞれ半導体レーザ素子３０か保護素子７０かサブマウント４０の上面に設けられた金属膜２０９に接合される。これにより半導体レーザ素子３０及び保護素子７０は、枠部２０の第１下面２０３に設けられた金属膜２０９を介して電気的に接続される。

枠部２０の内側面に関し、光反射面と反対側で光反射部材５０の上面と交わる側面と対向し、かつ、その側面から最も近い領域には、第３内側面２０８は設けられない。従って、この領域には第２上面２０２も設けられない。この領域に第２上面２０２を設けてワイヤを張ると、ワイヤが光反射部材５０を跨ぐようになり、反射光の光路上でワイヤが邪魔になるためである。また、第３内側面２０８を内側面の全周に亘って設けないことで、発光装置１のサイズを小型化することができる。

蓋部材８０は、その下面において、枠部２０の第１上面２０１と接合する。蓋部材８０と枠部２０は、接合される領域に金属膜が設けられ、Ａｕ−Ｓｎ等を介して固定される。また、枠部２０と蓋部材８０とが接合することで閉空間が形成される。この閉空間は気密封止された空間となる。

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、アルミナを主材料とする枠部２０と、サファイアを主材料とする蓋部材８０とは、熱膨張係数の差が小さいため、割れや変形などの抑制に有効である。

光反射部材５０の光反射面により反射された反射光は蓋部材８０に入射する。蓋部材８０は、少なくとも主要部分の光の反射光が入射してから出射するまでの領域が透光性となるように設計される。ここで、透光性となるとは、光に対する透過率が８０％以上であることとする。

発光装置１は、枠部２０の第１下面２０３に設けられた金属膜２０９と、基部１０の第２面１０２とが、基板２と接合する。また、枠部２０の第１下面２０３に設けられた金属膜２０９と、基板２の金属膜とが接合することで、基板２の金属膜を介して電気的な接続を図ることができる。発光装置１と基板２との接合は、はんだ付けによって行うことが出来る。

第１実施形態に係る発光装置１によれば、基部１０に設けられた凸部１０４が応力を吸収する事で、割れや破損、剥離などの発生が抑制することができる。また、少なくとも基部１０と枠部２０とが接合したパッケージであって、半導体レーザ素子３０などの発光素子を搭載するパッケージにおける割れや破損、剥離などの発生が抑制することができる。

以下、第１実施形態の発光装置１において採用された基部１０とは形状の異なる基部１０を説明する。以下のような基部１０であっても、枠部２０と接合してパッケージを形成することができる。

＜第２実施形態＞
図１１は、第２実施形態に係る発光装置の、基部１０と枠部２０の形状を説明するための断面図である。なお、断面の位置は、図８のIX-IX線と同様である。第２実施形態に係る発光装置は、基部の形状が第１実施形態の発光装置と異なる。具体的に、図１１の基部１０Ａは、基部１０の第２面１０２の側において、第２面１０２と外側面１０３との間に窪み部１０８を有している点で、第１実施形態の基部１０とは異なる。

基部１０Ａの窪み部１０８は、枠部２０の第２内側面２０７との距離に関して、基部１０Ａの外側面１０３との間の距離よりも、基部１０Ａの第２面１０２との間の距離を大きくするために設けられる。そのため、窪み部１０８は、基部１０の第２面１０２から第１面１０１側に向かって窪む。基部１０Ａと枠部２０との接合において設計上の位置関係からのずれが生じた結果第２内側面２０７と外側面１０３とが接触した場合でも、窪み部１０８を設けることで基部１０Ａの第２面１０２が基板２の金属膜と導通することを回避できる。

＜第３実施形態＞
図１２は、第３実施形態に係る発光装置の、基部１０と枠部２０の形状を説明するための断面図である。なお、断面の位置は、図８のIX-IX線と同様である。第３実施形態に係る発光装置は、基部の形状が第１実施形態の発光装置と異なる。具体的に、図１２の基部１０Ｂは、基部１０の第１面１０１の側において凸部１０４が設けられる位置が、第１実施形態の基部１０とは異なる。

第３実施形態に係る基部１０Ｂでは、外側面１０３から離間せずに凸部１０４が設けられている。言い換えると、凸部１０４の凸外側面１０６と基部１０Ｂの外側面１０３とが、１つの側面で形成され、基部１０Ｂの外側面１０３が、凸部１０４の凸外側面１０６にもなっている。このような形状であっても、第１実施形態の基部１０と同様に、基部１０に設けられた凸部１０４で応力を吸収する事ができる。

＜第４実施形態＞
図１３は、第４実施形態に係る発光装置の、基部１０と枠部２０の形状を説明するための断面図である。なお、断面の位置は、図８のIX-IX線と同様である。第４実施形態に係る発光装置は、基部の形状が第１実施形態の発光装置と異なる。具体的に、図１４の基部１０Ｃは、第１実施形態の基部１０に対する第２実施形態の差異点と第３実施形態の差異点とを組み合わせた形状である。つまり、第２面１０２の側に窪み部１０８を有し、第１面１０１の側で凸部１０４が外側面１０３と離間せずに設けられている。

以上、本発明を、各実施形態に基づき説明してきたが、本発明が適用される発光装置の構成は実施形態のものに限らない。例えば、３つの半導体レーザ素子が配される発光装置を説明したが、１または複数の半導体レーザ素子が配される発光装置であってもよい。また、光反射部材を有さず、半導体レーザ素子から放射される光が蓋部材を通過するような発光装置であってもよい。

つまり、本発明が適用される発光装置は、例えば、実施形態の発光装置に開示されていない構成要素を有していてもよい。また逆に、実施形態の発光装置に開示されている構成要素の一部を有していなくてもよい。実施形態の発光装置と違いがあるというだけでは本発明を適用できないことの根拠とはならない。

例えば、特許請求の範囲に、第１実施形態により開示された発光装置の一部の構成要素が記載されていなかった場合、その構成要素については、第１実施形態の開示に対して、代替、省略、形状の変形、材料の変更などといった当業者による設計の自由度を認めるものであり、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請求するものである。

各実施形態に記載の発光装置は、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発光装置
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ基部
１０１第１面
１０２第２面
１０３外側面
１０４凸部
１０５凸上面
１０６凸外側面
１０７凸内側面
１０８窪み部
２０枠部
２０１第１上面
２０２第２上面
２０３第１下面
２０４第２下面
２０５外側面
２０６第１内側面
２０７第２内側面
２０８第３内側面
２０９金属膜
３０半導体レーザ素子
４０サブマウント
５０光反射部材
７０保護素子
８０蓋部材

２基板

Claims

発光素子と、
前記発光素子が配置される第１面と、前記第１面の側において前記発光素子が配置される領域の外側に形成される凸部と、を有する基部と、
前記基部に用いられる主材料と熱膨張係数が異なる材料を主材料とし、前記基部の凸部における突出した上面と接合する接合面を有し、前記第１面に配置された前記発光素子を囲う枠部と、
を有する発光装置。
前記枠部の接合面は、前記枠部の外側面と交わる第１上面と、第１下面と、の間において形成される第２下面である請求項１に記載の発光装置。
前記枠部は、前記枠部の第１上面の側にある第１内側面と、前記枠部の第１下面の側にあり、かつ、少なくとも一部において前記第１内側面よりも外側面側にある第２内側面と、を有し、
前記枠部の接合面は、少なくとも一部において前記第２内側面側から前記第１内側面側へと延びた前記第２下面である請求項２に記載の発光装置。
前記枠部は、前記枠部の第１上面と第１下面の間において、少なくとも一部の前記第１内側面から内側へと延びる第２上面と、前記第２上面と前記第２下面の間において、前記第１内側面よりも内側に形成された第３内側面と、を有し、
前記枠部の第２上面の少なくとも一部において、前記発光素子を電気的に接続させる金属膜を有する請求項３に記載の発光装置。
前記基部は、前記第１面の側において、前記基部の外側面と交わる位置から離間した位置で突出し、その突出した位置から内側に前記突出した上面が形成された前記凸部を有する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発光装置。
前記基部は、前記第１面の側において、前記凸部の突出した上面は前記基部の外側面と交わる請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発光装置。
前記基部の突出した上面の面積は、前記枠部の接合面の面積よりも小さい請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発光装置。
前記基部は、前記第１面と反対側において、第２面と、前記第２面及び前記基部の外側面と交わり、前記第２面から前記第１面側に向かって窪んだ窪み部と、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。
前記基部の主材料は金属であり、前記枠部の主材料はセラミックである請求項１乃至８のいずれか一項に記載の発光装置。
前記基部の主材料は銅であり、前記枠部の主材料はアルミナである請求項９に記載の発光装置。
発光素子を囲うキャビティを形成するパッケージであって、
前記発光素子が配置される第１面と、前記第１面の側において前記発光素子が配置される領域の外側に形成される凸部と、を有する基部と、
外側面と、前記外側面と交わる第１上面及び第１下面と、前記第１上面と前記第１下面の間に形成される第２下面と、を有する枠部と、
を有し、
前記基部及び前記枠部は、それぞれを形成する主材料が、互いに熱膨張係数が異なる材料であり、
前記凸部における突出した上面は、前記枠部の第２下面に接合されるパッケージ。
外側面と、前記外側面と交わる第１上面及び第１下面と、前記第１上面と前記第１下面の間に形成される第２下面と、を有する枠部と接合し、発光素子を囲うキャビティを形成する基部であって、
前記発光素子が配置される第１面と、
前記第１面の側において前記発光素子が配置される領域の外側に形成される凸部と、を有し、
前記枠部に用いられる主材料と熱膨張係数が異なる材料を主材料とし、
前記凸部における突出した上面は、前記枠部の第２下面に接合される基部。