JP2023164288A - 発光装置、または、載置部材 - Google Patents

発光装置、または、載置部材 Download PDF

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Abstract

Figure 2023164288000001
【課題】 装置の小型化に寄与する載置部材を実現する。
【解決手段】 半導体レーザ素子と、絶縁性の基板と、第1金属層と、第2金属層と、を有し、第1金属層が設けられる側に半導体レーザ素子が配置されるサブマウントと、を備え、絶縁性の基板は、第1面と、第1面の反対側の第2面と、を有し、また、第1面に垂直な方向からみた平面視で、第1方向の幅よりも第1方向に垂直な第2方向の幅の方が大きい形状を有しており、第1金属層は、第1面に設けられ、第2金属層は、第2面に設けられ、また、第1方向の幅が第1金属層よりも小さく、かつ、第1方向における第1金属層の幅と第2金属層の幅との差よりも第2方向における第1金属層の幅と第2金属層の幅との差の方が小さい発光装置。
【選択図】 図7

Description

本発明は、発光装置、または、載置部材に関する。
例えば、サブマウント上にレーザ素子が実装された発光装置が知られている。レーザ素子などの電子部品は、サブマウントなどの載置部材に載置されて、装置に組み込まれることも少なくない。
特許文献1には、レーザ素子が搭載されるサブマウントであって、AlN基板の表裏面にそれぞれ銅めっきが形成されたサブマウントが開示されている。
特開2021-44468
装置の小型化のために、載置部材には改良の余地がある。
一実施形態において、半導体レーザ素子と、絶縁性の基板と、第1金属層と、第2金属層と、を有し、前記第1金属層が設けられる側に前記半導体レーザ素子が配置されるサブマウントと、を備え、前記絶縁性の基板は、第1面と、前記第1面の反対側の第2面と、を有し、また、前記第1面に垂直な方向からみた平面視で、第1方向の幅よりも前記第1方向に垂直な第2方向の幅の方が大きい形状を有しており、前記第1金属層は、前記第1面に設けられ、前記第2金属層は、前記第2面に設けられ、また、前記第1方向の幅が前記第1金属層よりも小さく、かつ、前記第1方向における前記第1金属層の幅と前記第2金属層の幅との差よりも前記第2方向における前記第1金属層の幅と前記第2金属層の幅との差の方が小さい発光装置が開示される。
また、一実施形態において、第1面と、前記第1面の反対側の第2面と、を有し、前記第1面に垂直な方向からみた平面視で、第1方向の幅よりも前記第1方向に垂直な第2方向の幅の方が大きい形状を有する絶縁性の基板と、前記第1面に設けられる第1金属層と、前記第2面に設けられる第2金属層と、を備え、前記第2金属層は、前記第1方向の幅が前記第1金属層よりも小さく、かつ、前記第1方向における前記第1金属層の幅と前記第2金属層の幅との差よりも前記第2方向における前記第1金属層の幅と前記第2金属層の幅との差の方が小さい載置部材が開示される。
実施形態に開示される1または複数の発明の少なくとも一つにより、装置の小型化に寄与する載置部材が実現される。
図1は、第1実施形態及び第2実施形態に係る発光装置の斜視図である。 図2は、第1実施形態及び第2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に配置される各構成要素を説明するための上面図である。 図4は、図2のIV-IV断面線における断面図である。 図5は、第1実施形態及び第2実施形態に係る載置部材の上面図である。 図6は、図5のVI-VI断面線における載置部材の断面図である。 図7は、図5のVII-VII断面線における載置部材の断面図である。 図8は、第1実施形態及び第2実施形態に係る発光装置におけるサブマウントの接合の様子の一例を説明するための模式図である。 図9は、第1実施形態及び第2実施形態に係る発光装置におけるサブマウントの接合の様子の他の一例を説明するための模式図である。 図10は、望ましくないサブマウントの接合の様子を説明するための模式図である。 図11は、第2実施形態に係る発光装置の内部に配置される各構成要素を説明するための上面図である。 図12は、図11のXII-XII断面線における断面図である。 図13は、図12の断面図における第2サブマウントの拡大図である。 図14は、変形例に係る載置部材の第2金属層を説明するための模式図である。 図15は、他の変形例に係る載置部材の第2金属層を説明するための模式図である。 図16は、第3実施形態に係る発光装置の斜視図である。 図17は、第3実施形態に係る発光装置の上面図である。 図18は、第3実施形態に係る発光装置の内部に配置される各構成要素を説明するための上面図である。 図19は、図18のXIX-XIX断面線における断面図である。 図20は、第3実施形態に係る載置部材の上面図である。 図21は、第3実施形態に係る載置部材の下面図である。 図22は、第3実施形態に係る発光装置におけるサブマウントの接合の様子の一例を説明するための模式図である。
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、多角形をベースに残しつつ、部分的な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”の解釈には加工された部分も含まれる。なお、部分的な加工のない“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。
また、本明細書または特許請求の範囲において、上下(上方/下方)、左右、表裏、前後(前方/後方)、手前と奥などの記載は、相対的な位置、向き、方向などの関係を述べるに過ぎず、使用時における関係と一致していなくてもよい。
また、図面においてX方向、Y方向、及び、Z方向などの方向を、矢印を用いて示すことがある。この矢印の方向は、同じ実施形態に係る複数の図面間で整合が取られている。また、図面においてX、Y、及び、Zが記されている矢印の方向を正方向、これと反対の方向を負方向とする。例えば、矢印の先にXが記されている方向は、X方向であり、かつ、正方向である。なお、X方向であり、かつ、正方向である方向を、「Xの正方向」と呼ぶものとし、これと反対の方向を「Xの負方向」と呼ぶものとする。Y方向、及び、Z方向についても同様である。
また、本明細書において、例えば構成要素などを説明するときに「部材」や「部」と記載することがある。「部材」は、物理的に単体で扱う対象を指すものとする。物理的に単体で扱う対象とは、製造の工程で一つの部品として扱われる対象ということもできる。一方で、「部」は、物理的に単体で扱われなくてもよい対象を指すものとする。例えば、1つの部材の一部を部分的に捉えるときに「部」が用いられる。
なお、上述の「部材」と「部」の書き分けは、均等論の解釈において権利範囲を意識的に限定するという意思を示すものではない。つまり、特許請求の範囲において「部材」と記載された構成要素があったとしても、そのことのみを以って、この構成要素を物理的に単体で扱うことが本発明の適用に必要不可欠であると出願人が認識しているわけではない。
また、本明細書または特許請求の範囲において、ある構成要素が複数あり、それぞれを区別して表現する場合に、その構成要素の頭に“第1”、“第2”と付記して区別することがある。また、本明細書と特許請求の範囲とで区別する対象が異なる場合があり得る。そのため、特許請求の範囲において本明細書と同一の付記がされた構成要素が記載されていても、この構成要素によって特定される対象が、本明細書と特許請求の範囲との間で一致しないことがあり得る。
例えば、本明細書において“第1”、“第2”、“第3”と付記されて区別される構成要素があり、本明細書において“第1”及び“第3”が付記された構成要素を特許請求の範囲に記載する場合に、見易さの観点から特許請求の範囲においては“第1”、“第2”と付記して構成要素を区別することがある。この場合、特許請求の範囲において“第1”、“第2”と付記された構成要素はそれぞれ、本明細書において“第1”“第3”と付記された構成要素を指すことになる。なお、このルールの適用対象は構成要素に限らず、その他の対象に対しても、合理的かつ柔軟に適用される。
以下に、本発明を実施するための形態を説明する。またさらに、図面を参照しながら、本発明を実施するための具体的な形態を説明する。なお、本発明を実施するための形態は、この具体的な形態に限定されない。つまり、図示される実施形態は、本発明が実現される唯一の形態ではない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、理解の便宜を図るために誇張していることがある。
<第1実施形態>
図1乃至図10は、第1実施形態に係る発光装置100及び載置部材300の例示的な一形態を説明するための図面である。図1は、発光装置100の斜視図である。図2は、発光装置100の上面図である。図3は、発光装置100の内部に配置される各構成要素を説明するための上面図である。図4は、図2のIV-IV断面線における断面図である。なお、図4では、図3に記されている接合部60を省略している。図5は、載置部材300(サブマウント30)の上面図である。図6は、図5のVI-VI断面線における載置部材300の断面図である。図7は、図5のVII-VII断面線における載置部材300の断面図である。図8は、発光装置100におけるサブマウント30の接合の様子の一例を説明するための模式図である。なお、図8のハッチングは、領域E1を示している。図9は、発光装置100におけるサブマウント30の接合の様子の他の一例を説明するための模式図である。図10は、サブマウントの望ましくない接合の様子の一例を説明するための模式図である。なお、図10のハッチングは、領域E2を示している。また、図10は、発明の理解の補助になり得ると考えて一例を挙げたに過ぎず、本発明により解決される技術課題が図10に示す状態に限定されるものではなく、また、図10の状態と比較することでしか本発明による効果を確認できないものでもない。
発光装置100は、複数の構成要素を備えている。発光装置100が備える複数の構成要素には、基体10、1または複数の半導体レーザ素子20、1または複数のサブマウント30、1または複数の反射部材40、1または複数の保護素子50、1または複数の接合部60、複数の配線70、蓋部材80、及び、レンズ部材90が含まれる。
なお、発光装置100は、この他にも構成要素を備えていてよい。例えば、発光装置100は、1または複数の半導体レーザ素子20とは別に、さらに発光素子を備えてもよい。また、発光装置100は、ここで挙げた複数の構成要素の一部を備えていなくてもよい。
載置部材300は、半導体レーザ素子などの電子部品が載置される部材である。発光装置100が備えるサブマウント30は、載置部材300の具体的な一実施形態である。なお、載置部材300に載置される電子部品は、半導体レーザ素子に限らず、発光ダイオードなどの他の発光素子であってもよく、また、発光素子以外であってもよい。
まず、発光装置100の各構成要素について説明し、その後で、発光装置100について説明する。
(基体10)
基体10は、上面11A、下面11B、及び、1または複数の外側面11Cを有する。上面視で、基体10の外縁形状は矩形である。この矩形は、長辺と短辺を有する矩形とすることができる。図示される基体10において、この矩形の長辺方向はX方向と同じ方向であり、短辺方向はY方向と同じ方向である。なお、上面視で、基体10の外縁形状は矩形でなくてもよい。
基体10において、凹形状が形成されている。上面11Aから、上面11Aよりも下方に窪んだ凹形状が形成される。基体10の凹形状によって窪みが画定される。この窪みは、上面視で上面11Aに囲まれる。
上面11Aの内縁は、窪みの外縁を画定する。つまり、上面11Aの内縁形状と窪みの外縁形状とは一致する。上面視で、窪みの外縁形状は矩形である。この矩形は、長辺と短辺を有する矩形とすることができる。図示される基体10において、この矩形の長辺方向はX方向と同じ方向であり、短辺方向はY方向と同じ方向である。なお、この窪みの外縁形状は矩形でなくてもよい。
基体10は、実装面11Dを有する。また、基体10は、1または複数の内側面11Eを有する。実装面11Dは、上面11Aよりも下方に、かつ、下面11Bよりも上方に位置する。実装面11Dは上面である。従って、実装面11Dは、上面11Aとは異なる上面といえる。実装面11Dは、X方向の幅の方が、Y方向の幅よりも大きい形状の平面である。
1または複数の内側面11Eは、実装面11Dよりも上方に位置する。1または複数の内側面11Eは、上面11Aと交わる。実装面11D及び1または複数の内側面11Eは、基体10の窪みを画定する複数の面に含まれる。1または複数の内側面11Eによって、窪みの外縁形状が画定される。
1または複数の内側面11Eは、実装面11Dに対して垂直に設けられる。ここでの垂直は、±3度の差を許容する。なお、内側面11Eは、実装面11Dに対して垂直でなくてもよい。
基体10は、1または複数の段差部12Cを有する。段差部12Cは、上面、及び、上面と交わり上面から下方に延びる内側面、を有する。段差部12Cが有する面には、この上面から上方に延びる内側面は含まれない。段差部12Cの上面は、内側面11Eと交わる。内側面11Eは、段差部12Cの上面から上方に延びる。段差部12Cの内側面は、実装面11Dと交わる。
段差部12Cは、上面視で、内側面11Eの一部または全部に沿って形成される。1または複数の段差部12Cは、上面視で、上面11Aの内側に形成される。1または複数の段差部12Cは、上面視で、1または複数の内側面11Eの内側に形成される。
基体10は、複数の段差部12Cを有し得る。複数の段差部12Cはそれぞれ、上面視で内側面11Eに沿うように形成される。複数の段差部12Cには、上面視で、内側面11Eの全長に渡って、内側面11Eに沿って形成される段差部12Cが含まれる。
複数の段差部12Cには、上面視で、第1内側面11Eに沿って形成される段差部12C(以下、第1段差部と呼ぶ。)と、第2内側面11Eに沿って形成される段差部12C(以下、第2段差部と呼ぶ。)と、が含まれる。第1内側面11Eと、第2内側面11Eとは、互いに対向する。第1内側面11E及び第2内側面11Eは、いずれも、Y方向に延びる側面である。
第1段差部12Cは、第1内側面11Eのみに沿って形成され得る。第2段差部12Cは、第2内側面11Eのみに沿って形成され得る。複数の段差部12Cは、第1段差部12Cと第2段差部12Cのみで構成することができる。なお、1つの内側面11Eのみではなく、接続する複数の内側面11Eに沿って形成される段差部12Cを有していてもよい。
図3に示されるような第1段差部12Cは、第1内側面11Eのみに沿って形成され、第1内側面11Eと交わる内側面11Eに沿っては形成されていない。第1内側面11Eに沿って形成した結果、一部が第1内側面11Eと交わる内側面11Eの一部に接続されたとしても、これは第1内側面11Eと交わる内側面11Eに沿って第1段差部12Cが形成されているわけではない。このことは第2段差部12Cを含む段差部12C全般に言える。
段差部12Cの上面には、1または複数の配線層13が設けられる。配線層13は、基体10の内部を通る配線を経由して他の配線層と電気的に接続する。他の配線層は、例えば基体10の下面に設けられる。なお、配線層13は、上面11Aまたは外側面11Cに設けられた配線層と電気的に接続してもよい。
1または複数の段差部12Cの上面に、複数の配線層13が設けられ得る。複数の段差部12Cのそれぞれに、1または複数の配線層13が設けられ得る。なお、基体10において、配線層13が設けられる箇所は段差部12Cに限らなくてよい。
基体10は、セラミックを主材料に用いて形成することができる。また、基体10は、金属あるいは金属を含む複合物を主材料に用いて形成された、実装面11Dを有する底部材と、セラミックを主材料に用いて形成された、配線層13を有する枠部材と、を接合して形成してもよい。
ここで、主材料とは、対象となる形成物において、質量または体積が最も多くの割合を占める材料をいうものとする。なお、1つの材料から対象となる形成物が形成される場合には、その材料が主材料である。つまり、ある材料が主材料であるとは、その材料の占める割合が100%となり得ることを含む。
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。金属としては、例えば、銅、アルミニウム、鉄などが挙げられる。あるいは、金属を含む複合物として、銅モリブデン、銅-ダイヤモンド複合材料、銅タングステンなどを用いることができる。
(半導体レーザ素子20)
半導体レーザ素子20は、光を出射する光出射面を有する。半導体レーザ素子20は、上面、下面、複数の側面を有する。半導体レーザ素子20の上面または側面が、光出射面となる。半導体レーザ素子20は、1または複数の光出射面を有する。
半導体レーザ素子20の上面の形状は、長辺と短辺を有する矩形である。この矩形の短辺を含む側面が、光出射面となり得る。なお、半導体レーザ素子20の上面の形状は、矩形でなくてもよい。
半導体レーザ素子20にはシングルエミッタの半導体レーザ素子を採用することができる。また、半導体レーザ素子20にはエミッタが複数あるマルチエミッタの半導体レーザ素子を採用することができる。
半導体レーザ素子20には、例えば、青色の光を出射する発光素子、緑色の光を出射する発光素子、または、赤色の光を出射する発光素子を採用することができる。なお、半導体レーザ素子20には、その他の色または波長の光を出射する発光素子を採用してもよい。
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。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。
半導体レーザ素子20は、指向性のあるレーザ光を出射する。拡がりを有する発散光が半導体レーザ素子20の光出射面から出射される。半導体レーザ素子20から出射される光は、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とは、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。
ここで、FFPの楕円形状の中心を通る光、言い換えると、FFPの光強度分布においてピーク強度の光を、光軸を進む光、あるいは、光軸を通る光と呼ぶものとする。また、FFPの光強度分布において、ピーク強度値に対して1/e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。
半導体レーザ素子20から出射される光のFFPの形状は、光の出射端面と平行な面において、積層方向の方が、積層方向に垂直な方向よりも長い楕円形状である。積層方向とは、半導体レーザ素子20において活性層を含む複数の半導体層が積層される方向のことである。積層方向に垂直な方向は、半導体層の面方向ということもできる。また、FFPの楕円形状の長径方向を半導体レーザ素子20の速軸方向、短径方向を半導体レーザ素子20の遅軸方向ということもできる。
FFPの光強度分布に基づきピーク光強度の1/eの光強度の光が拡がる角度を、半導体レーザ素子20の光の拡がり角とする。光の拡がり角は、ピーク光強度の1/eの光強度の他に、例えば、ピーク光強度の半値の光強度から求められることもある。本明細書の説明において、単に「光の拡がり角」というときは、ピーク光強度の1/eの光強度における光の拡がり角を指すものとする。なお、速軸方向の拡がり角の方が、遅軸方向の拡がり角よりも大きいといえる。
青色の光を発する半導体レーザ素子20、または、緑色の光を発する半導体レーザ素子20として、窒化物半導体を含む半導体レーザ素子が挙げられる。窒化物半導体としては、例えば、GaN、InGaN、及びAlGaNなどのGaN系の半導体を用いることができる。赤色の光を発する半導体レーザ素子20として、InAlGaP系やGaInP系、GaAsやAlGaAsなどのGaAs系の半導体を含む半導体レーザ素子が挙げられる。
(サブマウント30)
サブマウント30は、基板31と、第1金属層32と、第2金属層33と、を有する。また、サブマウント30はさらに、配線層34を有し得る。
基板31は、第1面31Aと、第1面31Aの反対側の第2面31Bと、を有する。また、基板31は、第1面31Aと第2面31Bとに接続する1または複数の側面を有する。
基板31は、第1面31Aに垂直な方向からみた平面視で、ある方向(以下、第1方向と呼ぶ。)の幅よりも第1方向に垂直な方向(以下、第2方向と呼ぶ。)の幅の方が大きい形状を有している。例えば、基板31は、直方体の形状である。なお、直方体でなくてもよい。第1面31A及び第2面31Bは、短辺及び長辺を有する矩形の形状となり得る。短辺方向が第1方向に、長辺方向が第2方向になり得る。
基板31は、第1面31Aと第2面31Bの間の幅(厚み)が、100μm以上300μm以下である。基板31の第1方向の幅は、500μm以上1500μm以下である。基板31の第2方向の幅は、1000μm以上2500μm以下である。なお、基板31の大きさは、これに限られない。
基板31は、絶縁性を備える。基板31は、例えば、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、又は炭化ケイ素から形成される。基板31の主材料には、比較的放熱性のよいセラミックを選択すると良い。
第1金属層32は、基板31の第1面31Aに設けられる。第1金属層32は、基板31上に直接設けられてもよく、間に他の構成要素を介在させて、間接的に設けられてもよい。図示されるサブマウント30では、第1金属層32は、基板31の第1面31Aに直接設けられている。
第2金属層33は、基板31の第2面31Bに設けられる。第2金属層33は、基板31上に直接設けられてもよく、間に他の構成要素を介在させて、間接的に設けられてもよい。図示されるサブマウント30では、第2金属層33は、基板31の第2面31Bに直接設けられている。
第1金属層32の主材料には、銅やアルミニウムなどの金属が用いられる。第1金属層32は、第1面31Aに垂直な方向の幅(厚み)が、30μm以上100μm以下である。第1金属層32は、サブマウント30において、基板31の第1面31A側に設けられる1または複数の金属層のうちの最も厚い金属層である。
第2金属層33の主材料には、銅やアルミニウムなどの金属が用いられる。第2金属層33は、第1金属層32と同じ材料で形成され得る。第2金属層33は、第2面31Bに垂直な方向の幅(厚み)が、30μm以上100μm以下である。第2金属層33は、サブマウント30において、基板31の第2面31B側に設けられる1または複数の金属層のうちの最も厚い金属層である。
第2金属層33は、第1方向の幅が第1金属層32よりも小さい。また、第1方向における第1金属層32の幅と第2金属層33の幅との差よりも、第2方向における第1金属層32の幅と第2金属層33の幅との差の方が小さい。
第1方向における第1金属層32の幅と第2金属層33の幅との差は、50μmより大きい。また、第2方向における第1金属層32の幅と第2金属層33の幅との差は、50μmより小さい。例えば、第2金属層33は、第2方向の幅が第1金属層32と同じである。
第1金属層32は、第1方向の幅が、第1面31Aの第1方向の幅の85%以上100%以下である。第1金属層32は、第2方向の幅が、第1面31Aの第2方向の幅の90%以上100%以下である。第1面31Aに垂直な方向からみて、第1金属層32は第1面31Aに包含される。
第2金属層33は、第1方向の幅が、第2面31Bの第1方向の幅の70%以上95%以下である。第2金属層33は、第2方向の幅が、第2面31Bの第2方向の幅の90%以上100%以下である。第2面31Bに垂直な方向からみて、第2金属層33は第2面31Bに包含される。
第1面31Aに垂直な方向からみた第1金属層32の面積は、第2面31Bに垂直な方向からみた第2金属層33の面積よりも大きい。第1金属層32は、直方体の形状で形成され得る。第2金属層33は、直方体の形状で形成され得る。
第2金属層33の厚みは、第1金属層32の厚みの80%以上120%以下である。第2金属層33の厚みは、第1金属層32の厚みの100%以上120%以下であることが好ましい。第1金属層32と第2金属層33の厚みを同等にすることで、応力のバランスが取れる。なお、平面視での面積差を考慮して、第2金属層33を厚めにするという考えもある。
配線層34は、第1金属層32の上に設けられる。第1面31Aに垂直な方向からみた配線層34の面積は、第2面31Bに垂直な方向からみた第2金属層33の面積よりも小さい。配線層34の第1面31Aに垂直な方向の幅(厚み)は、300nm以上1500nm以下である。配線層34の厚さは、第1金属層32の厚さと比べて、10分の1以下となり得る。
(反射部材40)
反射部材40は、下面と、光を反射する光反射面とを有する。また、光反射面は、下面に対して傾斜している。つまり、光反射面は、下面からみた配置関係が垂直でも平行でもない。光反射面の下端と上端を結ぶ直線が、反射部材40の下面に対して傾斜している。下面に対する光反射面の角度、あるいは、下面に対する光反射面の下端と上端を結ぶ直線の角度を、光反射面の傾斜角と呼ぶものとする。
図示される反射部材40において、光反射面は、平面であり、かつ、反射部材40の下面に対して45度の傾斜角を成す。なお、光反射面は平面でなくてもよく、例えば曲面であってもよい。また、光反射面は、その傾斜角が45度でなくてもよい。
反射部材40は、主材料に、ガラスや金属などを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、アルミニウム等の金属を用いることができる。反射部材40は、Siを主材料に用いて形成することもできる。主材料が反射性材料であれば、主材料から光反射面を形成することができる。主材料とは別に光反射面を形成する場合、光反射面は、例えば、Ag、Al等の金属やTa/SiO、TiO/SiO、Nb/SiO等の誘電体多層膜を用いて形成することができる。
光反射面において、光反射面に照射される光のピーク波長に対する反射率が90%以上である。また、この反射率は95%以上であってもよい。また、この反射率を99%以上とすることもできる。光反射率は、100%以下あるいは100%未満である。
(保護素子50)
保護素子50は、特定の素子(例えば半導体レーザ素子)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50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。
(接合部60)
接合部60は、複数の構成要素を接合するための接合材が硬化した部分である。接合部60は、金属を含んで形成される。接合部60は、導電性を有する。接合材には、例えば、金属を含むペースト剤を用いることができる。具体例として、銀を含むペースト剤を用いることができる。また、金や銅を含むペースト剤を用いてもよい。接合材には、接合処理を行うときに、接合材の周辺温度が250度以下で接合できる材料を用いるとよい。接合処理に際して、高熱に起因する構成要素の損傷リスクを低減することができる。
(配線70)
配線70は、両端を接合部とする線状の導電性材料である。両端の接合部は、他の構成要素との接合部分になる。配線70は、例えば、金属のワイヤである。金属には、例えば、金、アルミニウム、銀、銅などを用いることができる。
(蓋部材80)
蓋部材80は、下面と、上面と、を有し、直方体の平板形状で構成される。なお、直方体でなくてもよい。蓋部材80は、光を透過する透光性を有する。ここで、透光性とは、光に対する透過率が80%以上であることとする。なお、全ての波長の光に対して80%以上の透過率を有していなくてもよい。蓋部材80は、一部に非透光性の領域(透光性を有していない領域)を有していてもよい。
蓋部材80は、ガラスを主材料に用いて形成される。蓋部材80を形成する主材料は、高い透光性を有する材料である。蓋部材80は、ガラスに限らず、例えば、サファイアを主材料に用いて形成してもよい。
(レンズ部材90)
レンズ部材90は、上面と、下面と、側面と、を有する。レンズ部材90は、入射する光に対して集光、拡散、コリメートといった光学作用を与え、レンズ部材90からは、光学作用が与えられた光が出射される。
レンズ部材90は、1または複数のレンズ面を有する。1または複数のレンズ面は、レンズ部材90の上面側に設けられる。なお、レンズ部材90の下面側に設けられてもよい。上面及び下面は平面である。1または複数のレンズ面は、上面と交わる。1または複数のレンズ面は、上面視で上面に囲まれる。上面視で、レンズ部材90は、矩形の外形を有している。レンズ部材90の下面は矩形である。
レンズ部材90のうち、上面視で、1または複数のレンズ面と重なる部分をレンズ部とし、重ならない部分を非レンズ部とする。レンズ部材90において、上面視で上面と重なる部分は非レンズ部に含まれる。レンズ部を、上面を含む仮想的な平面で二分したときのレンズ面側をレンズ形状部、下面側を平板形状部とする。レンズ部材90の下面は、レンズ部の下面及び非レンズ部の下面で構成される。
レンズ部材90の1または複数のレンズ面は、一方向に連なって形成される。つまり、1または複数のレンズ面は、各レンズ面が連結し、かつ、同じ方向に並んで設けられる。レンズ部材90は、各レンズ面の頂点が仮想的な一本の直線上に位置するように形成される。この仮想直線は、X方向と同じ方向である。
ここで、上面視で、複数のレンズ面が並ぶ方向を連結方向というものとする。複数のレンズ面は、上面視で、連結方向の長さが、この方向に垂直な方向の長さよりも大きい。図示されるレンズ部材90において、連結方向は、X方向と同じ方向である。
レンズ部材90は透光性を有する。レンズ部材90は、レンズ部及び非レンズ部のいずれも透光性を有する。レンズ部材90は、例えば、BK7等のガラスを用いて形成することができる。
次に、発光装置100について説明する。
(発光装置100)
発光装置100において、1または複数の半導体レーザ素子20が基体10の実装面11Dに配置される。1または複数の半導体レーザ素子20は、パッケージに封止される。パッケージは、半導体レーザ素子20を配置する内部空間であって、封止された空間を形成する。パッケージは、基体10に蓋部材80を接合させて形成することができる。
半導体レーザ素子20は、サブマウント30に実装される。半導体レーザ素子20は、サブマウント30の第1金属層32が設けられる側に配置される。これにより、半導体レーザ素子20から発生する熱に対する放熱性が向上する。半導体レーザ素子20は、配線層34上に配置される。半導体レーザ素子20は、AuSn等の接合材を介して、配線層34に接合される。
半導体レーザ素子20は、サブマウント30を介して、実装面11Dに実装される。サブマウント30は、第2金属層33が設けられる側で、基体10と接合する。なお、基板31を境界に、第1金属層32が設けられる側と第2金属層33が設けられる側は特定され得る。
1または複数の半導体レーザ素子20は、互いに異なるサブマウント30に配置される。1つのサブマウント30に配置される半導体レーザ素子20の数は1つである。なお、複数の半導体レーザ素子20が1つのサブマウント30に配置されてもよい。
半導体レーザ素子20は、光出射面が、サブマウント30の第1金属層32の端部または側面の近傍に位置するように配置される。光出射面の近傍に位置する第1金属層32の側面を第1側面32Aと呼ぶものとする。また、第1側面32Aと反対側の第1金属層32の側面を第2側面32Bと呼ぶものとする。
半導体レーザ素子20の光出射面は、上面視で、第1側面32Aからの距離が-50μm以上+50μm以下となり得る。ここでの「-」は、上面視で光出射面が第1金属層32の外縁の内側に位置することを意味し、「+」は、この外縁の外側に位置することを意味する。光出射面を-側に位置させることで、サブマウント30への放熱性が高まる。一方で、光出射面を+側に位置させることで、半導体レーザ素子20からの光が対象に届く前にサブマウント30に当たるリスクを低減できる。光出射面を第1側面32Aの近傍に配置すれば、一方のメリットを享受しつつ、他方のデメリットを抑えることができる。
第1側面32Aは、上面視で、サブマウント30の短辺方向に延びる側面である。また、第2側面32Bも、上面視で、サブマウント30の短辺方向に延びる側面である。サブマウント30に配置された半導体レーザ素子20は、第1方向の幅よりも第2方向の幅の方が大きい。これにより、半導体レーザ素子20とサブマウント30の短辺方向を揃えることができ、発光装置100の小型化に寄与することができる。
各サブマウント30は、接合材を用いて基体10に接合される。各サブマウント30は、第2金属層33と基体10の実装面11Dの間に設けられた接合部60を介して、基体10に接合される。サブマウント30を基体10に接合する接合部60の一部は、第2金属層33よりも側方に形成される。接合処理において、サブマウント30と基体10とで接合材が押し潰されることにより、第2金属層33の側方にまで接合部60が形成される。
サブマウント30を接合するために形成された接合部60は、上面視で、サブマウント30の外縁の外側にまで達する。接合部60がサブマウント30の外側にまで達していることを、サブマウント30が基体10に十分に接合されていることの確認条件とすることができる。なお、接合部60は、サブマウント30の外縁の全周に亘って、外縁の外側にまで達していなくてもよい。
一方で、サブマウント30の外側に接合部60が達する場合に、接合部60がサブマウント30からより遠い位置まで達するほど、発光装置100は大型化する。そこで、放熱性のために大きな範囲に設けられた第1金属層32と比べて、第2金属層33の第1方向の幅を小さくすることで、接合材のはみ出しをより近い位置に留めることができ、発光装置100の小型化に寄与することができる。
半導体レーザ素子20から発生する熱は、光出射面と、光出射面の反対側の側面に集中する傾向にある。そのため、第1方向における第1金属層32の幅と第2金属層33の幅との差よりも第2方向における第1金属層32の幅と第2金属層33の幅との差の方が小さい方が、放熱性に配慮した上で、発光装置100の小型化を図ることができる。
サブマウント30の第1金属層32の第1方向の幅は、半導体レーザ素子20の第1方向の幅よりも大きく、かつ、第2金属層33の第1方向の幅は、半導体レーザ素子20の第1方向の幅よりも大きい。これにより、放熱性に配慮した上で、発光装置100の小型化を図ることができる。
サブマウント30の第1金属層32の第2方向の幅は、半導体レーザ素子20の第2方向の幅よりも大きく、かつ、第2金属層33の第2方向の幅は、半導体レーザ素子20の第2方向の幅よりも大きい。
第1方向における第1金属層32の幅と第2金属層33の幅との差は、第1方向における半導体レーザ素子20の幅よりも小さい。第1金属層32に比して第2金属層33を小さくすることによる放熱性への影響を考慮すると、この条件を満たすことが好ましい場合がある。
発光装置100は、複数の半導体レーザ素子20を備え得る。また、複数の半導体レーザ素子20は並べて配置され得る。半導体レーザ素子20が配置されたサブマウント30を1つのCoS(Chip on Submount)とすると、発光装置100において、第1方向に複数のCoSが並べて配置され得る。複数のサブマウント30は、基体10の実装面11Dに実装される。
複数の半導体レーザ素子20はそれぞれ、第2方向に光を出射する。複数の半導体レーザ素子20の各光出射面から、実装面11Dに垂直な方向を速軸方向とするFFPの光が出射される。いずれの半導体レーザ素子20も、遅軸方向の拡がり角は20度以下である。なお、拡がり角は0度より大きい角度である。
複数の半導体レーザ素子20はそれぞれ、第1の色の光(以下、第1の光と呼ぶ。)を出射する。なお、複数の半導体レーザ素子20には、第1の光と異なる色の光を出射する半導体レーザ素子20が含まれていてもよい。第1の色は、例えば、赤色である。なお、第1の色は赤色でなくてもよい。
発光装置100において、複数のCoSが並べて配置する際に、隣り合うサブマウント30の間隔が小さくなるほど、発光装置100を第1方向に小型化することができる。一方で、サブマウントの距離が近くなると、サブマウントと基体に押し潰されてはみ出た接合材が、サブマウントに配置された半導体レーザ素子と電気的に接続してしまい、電流リークが発生するリスクがある(図10参照)。
第2金属層33において、第1方向の幅を第1金属層32よりも小さくすることは、第1方向にCoSを並べて配置した発光装置100の小型化に寄与する。発光装置100において、複数のサブマウント30は、第1方向に350μm以下の間隔で並べられ得る。また、発光装置100において、複数のサブマウント30は、第1方向に250μm以下の間隔で並べられ得る。
CoSを近付けて配置し、各CoSを接合材によって基体10の実装面11Dに実装する場合、隣り合うサブマウント30のうちの一方を接合するために設けられた接合材と、他方を接合するために設けられた接合材とが、隣り合うサブマウント30の間で混ざり合い、一方の接合材だけで接合部60を形成するよりも、接合部60がより上方に形成されることがあり得る。
このとき、接合部60は、第1方向に平行な断面視で、隣り合うサブマウント30の対向する第2金属層33の側面、第2面31B、及び、実装面11Dのそれぞれを含む各仮想平面によって囲まれる領域E1内に充満していることが好ましい(図8参照)。発光装置100をより小型化にしようとした場合に、この条件を満たすこととなり得る。なお、接合部60は、必ずしも領域E1内を充満しなくてもよい(図9参照)。
またさらに、接合部60は、第1方向に平行な断面視で、隣り合うサブマウント30の対向する第2金属層33の側面、第1面31A、及び、実装面11Dのそれぞれを含む各仮想平面によって囲まれる領域E2内に充満していないことが好ましい(領域E2は図10参照)。領域E2にまで接合部60が充満すると、第1面31Aよりも上方にまで接合部60が形成されている可能性が高く、電流リークのリスクが高まる。なお、領域E2には、サブマウント30が存在している領域は含まれない。
発光装置100において、1または複数の反射部材40が、基体10に配置される。各反射部材40は、実装面11Dに配置される。1または複数の半導体レーザ素子20から出射された光が、1または複数の反射部材40の光反射面により反射される。光反射面は、光軸を通る光の進行方向に対して45度の角度で傾いている。光反射面によって反射された光は上方に進む。
反射部材40は半導体レーザ素子20に1対1で設けることができる。つまり、半導体レーザ素子20と同数の反射部材40が配置され得る。発光装置100において、複数の反射部材40が上面視で第1方向に並べて配置され得る。いずれの反射部材40も、大きさ及び形状は同じである。
反射部材40の光反射面は、照射された主要部分の光の90%以上を反射する。なお、複数の半導体レーザ素子20に対して1つの反射部材40を設けてもよい。またあるいは、発光装置100は、反射部材40を有していなくてもよい。
半導体レーザ素子20が配置されるサブマウント30に関し。上面視で、サブマウント30と、この半導体レーザ素子20からの光が照射される反射部材40との間隔は、このサブマウント30とこのサブマウント30の隣のサブマウント30との間隔よりも小さい。複数のサブマウント30はいずれも同じように接合材を塗布して接合されるのに対し、サブマウント30と反射部材40との間では同じである必要はない。そのため、サブマウント30と反射部材40との間隔を、サブマウント30同士の間隔よりも小さくできれば、発光装置100を第2方向に小型にできる。
発光装置100において、保護素子50が基体10に実装される。保護素子50は、基体10の段差部12Cの上面に配置される。
発光装置100において、1または複数の半導体レーザ素子20は、複数の配線70によって基体10に電気的に接続される。1または複数の半導体レーザ素子20を基体10に電気的に接続する複数の配線70には第1段差部12Cに設けられた配線層13に接合される配線70と、第2段差部12Cに設けられた配線層13に接合される配線70とが含まれる。
発光装置100において、蓋部材80は、基体10に接合される。蓋部材80は、基体10の上面11Aに配される。また、蓋部材80は、段差部12Cよりも上方に位置する。また、蓋部材80が接合されることで、基体10と蓋部材80によって画定される閉空間が生まれる。この空間は、半導体レーザ素子20が配される空間である。
所定の雰囲気下で蓋部材80を基体10に接合することで、気密封止された閉空間(封止空間)が作り出される。半導体レーザ素子20が配される空間を気密封止することで、集塵による品質劣化を抑制することができる。蓋部材80は、半導体レーザ素子20から出射される光に対して透光性を有する。半導体レーザ素子20から出射された主要部分の光の90%以上が蓋部材80を透過して外部へと出射される。
発光装置100において、レンズ部材90がパッケージに固定される。レンズ部材90は蓋部材80の上方に配置される。レンズ部材90は、蓋部材80に接合される。複数の半導体レーザ素子20のそれぞれから出射された光は、パッケージから出射され、レンズ部材90に入射する。蓋部材80を透過した光が、レンズ部材90の入射面に入射する。レンズ部材90の入射面に入射した光は、レンズ面から出射される。
レンズ部材90は、1または複数の半導体レーザ素子20と同数のレンズ面を有する。レンズ部材90の各レンズ面は、異なる半導体レーザ素子20に対応しており、半導体レーザ素子20から出射された光は、対応するレンズ面を通過する。各半導体レーザ素子20から出射された主要部分の光は、互いに異なるレンズ面を通過してレンズ部材90から出射される。レンズ部材90に入射した光は、例えば、コリメートされた光となってレンズ部材90から出射される。
<第2実施形態>
次に、第2実施形態に係る発光装置101を説明する。図1、図2、図5乃至図7、及び、図11乃至13は、第2実施形態に係る発光装置101の例示的な一形態を説明するための図面である。図1は、発光装置101の斜視図である。図2は、発光装置101の上面図である。図5は、載置部材300(第1サブマウント30A)の上面図である。図6は、図5のVI-VI断面線における載置部材300の断面図である。図7は、図5のVII-VII断面線における載置部材300の断面図である。図11は、発光装置101の内部に配置される各構成要素を説明するための上面図である。図12は、図11のXII-XII断面線における断面図である。図13は、図12の断面図における第2サブマウント30Bの拡大図である。
発光装置101は、複数の構成要素を備えている。発光装置100が備える複数の構成要素には、基体10B、複数の半導体レーザ素子20、1または複数のサブマウント30(以下、第1サブマウント30Aと呼ぶ。)、1または複数の第2サブマウント30B、1または複数の反射部材40、1または複数の保護素子50、1または複数の接合部60、複数の配線、蓋部材80、及び、レンズ部材90が含まれる。
発光装置101は、基体10に代えて基体10Bを備える点で、発光装置100と異なる。また、発光装置101は、第1半導体レーザ素子20Aと第2半導体レーザ素子20Bを含む複数の半導体レーザ素子20を備え、サブマウント30に加えて第2サブマウント30Bを備えている。
上述した第1実施形態の発光装置100及び各構成要素に係る説明のうち、発光装置101に係る図1、図2、図5乃至図7、及び、図11乃至13の図面から矛盾すると言える内容を除いた全ての内容が、発光装置101の説明としても当てはまる。矛盾しない全ての内容は、重複を避けるため、再度ここで説明を記載しない。なお、第1実施形態の基体10に関する説明も同様に、矛盾しない範囲で基体10Bの説明に当てはまる。
(発光装置101)
発光装置101では、複数の半導体レーザ素子20は、1または複数の第1半導体レーザ素子20Aと、1または複数の第2半導体レーザ素子20Bとを含む。第1半導体レーザ素子20Aは、第1の光を出射する半導体レーザ素子20である。第2半導体レーザ素子20Bは、第1の光と異なる光を出射する半導体レーザ素子20である。
1または複数の第2半導体レーザ素子20Bは、第2の色の光(以下、第2の光と呼ぶ。)を出射する半導体レーザ素子20が含まれる。第2の光は、第1の光と異なる色の光である 。第2の色は、例えば、青色である 。なお、第2の色は青色でなくてもよい。
またさらに、複数の第2半導体レーザ素子20Bは、第3の色の光(以下、第3の光と呼ぶ。)を出射する半導体レーザ素子20が含まれ得る。第3の光は、第1の光及び第2の光と異なる色の光である 。第3の色は、例えば、緑色である 。なお、第3の色は緑色でなくてもよい。
第1の光、第2の光、及び、第3の光は、互いに異なる色の光であって、赤色、緑色、及び、青色の中から選択される色の光である。発光装置101は、RGBの光を出射することができる。
基体10Bは、1つの内側面11Eのみではなく、接続する2つの内側面11Eに沿って形成される段差部12Cを有する。発光装置101において、異なる色の光を出射する半導体レーザ素子20は、それぞれ独立駆動させることができる。2つの内側面11Eに沿って形成される段差部12Cを有することで、複数の配線層13を段差部12C上に設けやすくなる。
発光装置101では、第1サブマウント30Aに第1半導体レーザ素子20Aが配置され、第2サブマウント30Bに第2半導体レーザ素子20Bが配置される。第2サブマウント30Bは、絶縁性の基板31、第1金属層32、及び、第2金属層33とを有する。
第2サブマウント30Bは、第1方向における第1金属層32の幅と第2金属層33の幅との差が50μmより小さい。第2サブマウント30Bは、第2方向における第1金属層32の幅と第2金属層33の幅との差が50μmより小さい。図示される第2サブマウント30Bの第1金属層32と第2金属層33とは、第1方向の幅及び第2方向の幅が同じである。
また、第2サブマウント30Bは、第1サブマウント30Aよりも第1方向の幅が小さい。またさらに、第2サブマウント30Bは、第1サブマウント30Aよりも第2方向の幅が小さくてもよい。
発光装置101では、第1サブマウント30Aと第2サブマウント30Bとが、第1方向に並べて配置される。また、第1サブマウント30Aと第1サブマウント30Aとが、第1方向に並べて配置され得る。また、第2サブマウント30Bと第2サブマウント30Bとが、第1方向に並べて配置され得る。
隣り合って配置される第1サブマウント30Aと第2サブマウント30Bの間隔は、隣り合って配置される第1サブマウント30Aと第1サブマウント30Aの間隔よりも大きい。あるいは、隣り合って配置される第1サブマウント30Aと第2サブマウント30Bの間隔は、隣り合って配置される第2サブマウント30Bと第2サブマウント30Bの間隔よりも小さい。
図示される発光装置101では、隣り合って配置される第1サブマウント30Aと第1サブマウント30Aの間隔、隣り合って配置される第1サブマウント30Aと第2サブマウント30Bの間隔、隣り合って配置される第2サブマウント30Bと第2サブマウント30Bの間隔の順に、間隔が大きくなる。第1方向に並ぶ複数の半導体レーザ素子20からの光をおよそ等間隔に並べて出射しようとすると、サブマウント同士はこのような条件となり得る。そして、隣り合うサブマウントの間隔が大きくなることで、第1金属層32と第2金属層33を同じ形状で形成にし、第1サブマウント30Aよりも放熱性に優れた構造の第2サブマウント30Bを採用できる。
なお、例えば配置される半導体レーザ素子の大きさが異なるなどの理由から、上面視で大きさの異なる複数のサブマウントを用いると、大きさに応じてサブマウントを接合するために必要な接合材の量も異なり得る。第2サブマウント30Bを基体10Bの実装面11Dに接合するために塗布される接合材の量は、第1サブマウント30Aを基体10Bの実装面11Dに接合するために塗布される接合材の量よりも少ない。このことも、第1サブマウント30Aよりも放熱性に優れた構造の第2サブマウント30Bを採用する動機となり得る。
各第2半導体レーザ素子20Bは、互いに異なる第2サブマウント30Bに配置される。1つの第2サブマウント30Bに配置される第2半導体レーザ素子20Bの数は1つである。なお、複数の第2半導体レーザ素子20Bが1つの第2サブマウント30Bに配置されてもよい。
<載置部材の変形例>
次に、第1実施形態及び第2実施形態を通して説明してきた載置部材300の変形例を説明する。図14は、変形例に係る載置部材301の第2金属層33を説明するための模式図である。図15は、変形例に係る載置部材302の第2金属層33を説明するための模式図である。また、図5は、変形例に係る載置部材301及び302の第1金属層32を説明するための模式図である。変形例に係る載置部材301及び302は、いずれも、サブマウント30として発光装置100や発光装置101に採用することができる。
第1実施形態及び第2実施形態におけるサブマウント30に係る説明のうち、図14または図15の図面から矛盾すると言える内容を除いた全ての内容が、変形例に係る載置部材301及び302の説明としても当てはまる。矛盾しない全ての内容は、重複を避けるため、再度ここで説明を記載しない。
(載置部材301)
載置部材301は、第2金属層33において、第1方向の幅が第1金属層32よりも小さくなる部分を、部分的に設けている点で、載置部材300と異なる。載置部材300では、第2金属層33の第2方向の全長に亘って、第1方向の幅が第1金属層32よりも小さかったが、載置部材301は、第2方向における第2金属層33の両端部においては、第1方向の幅が第1金属層32と同じになっている。
なお、載置部材301の第2金属層33は、第2方向に係る端部において第1方向の幅が第1金属層32と同じでなくてもよいが、第2金属層33は、第1方向の幅が、相対的に幅広になっている幅広部33Aと、相対的に幅狭になっている幅狭部33Bと、を有する。
第2金属層33の第2方向に係る両端部のうちの少なくとも一方の端部が幅広部33Aである。半導体レーザ素子20が配置される発光装置では、光出射面に近い側の端部を幅広部33Aとするとよい。熱が集中する光出射面に近い端部を幅広にして第2金属層33を形成することで、より放熱性に配慮した載置部材となり得る。図示される載置部材301において、光出射面に近い端部は、Yの正方向側の端部である。
幅広部33Aは、第2金属層33の第2方向に係る両端部にそれぞれ設けられ得る。半導体レーザ素子20では、光出射面だけでなく、光出射面と反対側の側面においても熱が集中するため、両端部を幅広部33Aとし、両端部に挟まれた中央部を幅狭部33Bとすることで、より放熱性に配慮した載置部材となり得る。
幅狭部33Bの第2方向の幅は、幅広部33Aの第2方向の幅よりも大きい。これにより、接合材のはみ出しを抑える領域を十分に確保できる。またさらに、幅狭部33Bの第2方向の幅は、両端部にそれぞれ設けられた幅広部33Aの第2方向の幅の和よりも大きくてもよい。
(載置部材302)
載置部材302における第2金属層33は、第2方向に係る両端のうちの一方から他方にかけて、段階的に第1方向の幅が狭くなる。図示される載置部材302では、第2方向に係る両端のうちの一方から他方にかけて、連続的に第1方向の幅が狭くなる。
載置部材302の第2金属層33は、第2方向に係る両端のうちの一方の端における第1方向の幅よりも、他方の端における第1方向の幅の方が小さい。ここで、半導体レーザ素子20が配置される発光装置に載置部材302を採用する場合、一方の端(幅が大きい方)が、光出射面に近い側の端であることが望ましい。半導体レーザ素子20において、光出射面と反対側の側面とでは、光出射面の方が熱が集中するため、このように載置部材302上に半導体レーザ素子20を配置することで、より放熱性に配慮された発光装置となり得る。
<第3実施形態>
次に、第3実施形態に係る発光装置102を説明する。図16乃至図22は、第3実施形態に係る発光装置102の例示的な一形態を説明するための図面である。図16は、発光装置102の斜視図である。図17は、発光装置102の上面図である。図18は、発光装置102の内部に配置される各構成要素を説明するための上面図である。図19は、図18のXIX-XIX断面線における断面図である。図20は、載置部材300(第3サブマウント30C)の上面図である。図21は、載置部材300(第3サブマウント30C)の下面図である。図22は、発光装置102におけるサブマウント30の接合の様子の一例を説明するための模式図である。
発光装置102は、複数の構成要素を備えている。発光装置102が備える複数の構成要素には、基体10B、複数の半導体レーザ素子20、複数のサブマウント30(以下、第3サブマウント30Cと呼ぶ。)、1または複数の反射部材40、1または複数の保護素子50、1または複数の接合部60、複数の配線、蓋部材80、及び、レンズ部材90が含まれる。
発光装置102は、サブマウント30として、第1サブマウント30Aに代えて第3サブマウント30Cを備える点で、発光装置100及び発光装置101と異なる。なお、発光装置102は、第1サブマウント30Aまたは第2サブマウント30Bを備えていてもよい。また、発光装置102は、搭載される半導体レーザ素子20の数が、発光装置100及び発光装置101よりも多く、これに応じて、レンズ部材90が備えるレンズ面の数も多い。
上述した第1実施形態の発光装置100、発光装置101、及び、各構成要素に係る説明のうち、発光装置102に係る図16乃至図22の図面から矛盾すると言える内容を除いた全ての内容が、発光装置102の説明としても当てはまる。矛盾しない全ての内容は、重複を避けるため、再度ここで説明を記載しない。
(第3サブマウント30C)
第3サブマウント30Cにおいて、第1面31Aに垂直な方向からみた平面視(以下、平面視という。)で、第2金属層33の第1方向の幅の中点(以下、第2中点と呼ぶ。)は、第1金属層32の第1方向の幅の中点(以下、第1中点と呼ぶ。)から、第1方向にずれている。なお、ここでの「第1方向にずれている」ことは、第1中点と第2中点が第2方向にずれているか否かを問わない。平面視で、基板31の第1方向の幅の中点から第1中点までの距離は、基板31の第1方向の幅の中点から第2中点までの距離よりも小さい。
平面視で、基板31の長辺方向に延びる2つの側面に対し、一方の側面(以下、第1側面31Cと呼ぶ。)から第2金属層33までの第1方向の距離(以下、第1距離と呼ぶ。)が、他方の側面(以下、第2側面31Dと呼ぶ。)から第2金属層33までの第1方向の距離(以下、第2距離と呼ぶ。)よりも小さい。平面視で、第1距離は、第1側面から第1金属層32までの第1方向の距離(以下、第3距離と呼ぶ。)よりも大きい。
第1距離と第2距離の差は、10μm以上250μm以下とすることができる。また、第2距離は、20μm以上350μm以下とすることができる。第1距離と第3距離の差は、0μm以上50μm以下とすることができる。
(発光装置102)
発光装置102において、複数の第3サブマウント30Cが、第1方向に並べて配置される。隣り合う2つの第3サブマウント30Cは、一方の第3サブマウント30Cの基板31の第1側面31Cと、他方の第3サブマウント30Cの基板31の第2側面31Dとが対向するようにして、複数の第3サブマウント30Cは配置される。このように配置することで、発光装置100と同等に、接合材のはみ出しを抑えることができ、発光装置の小型化に寄与することができる。
半導体レーザ素子20は、半導体レーザ素子20の第1方向の幅の中点が、半導体レーザ素子20が配置される第3サブマウント30Cの基板31の第1方向の幅の中点から、第1方向にずれた位置に配置される。この半導体レーザ素子20は、基板31の第1方向の中点から、第2中点の方向に進んだ位置に配置される。第3サブマウント30Cに基板31の中心から第1方向にずれて配置される半導体レーザ素子20に対応して、第2金属層33も基板31の中心からずれることで、放熱性を向上させることができる。
上面視で、第3サブマウント30Cの基板31の第1側面31Cから、この第3サブマウント30Cに配置される半導体レーザ素子20までの第1方向の距離は、この第3サブマウント30Cの基板31の第2側面31Dから、この半導体レーザ素子20までの第1方向の距離よりも小さい。
上面視で、基板31の第1方向の中点を通り、かつ、第2方向に平行な仮想線で第2金属層33を二分したときの二つの領域の面積のうちより大きい方の面積は、第3サブマウント30に配置される半導体レーザ素子20の第1方向の中点を通り、かつ、第2方向に平行な仮想線で第2金属層33を二分したときの二つの領域の面積のうちより大きい方の面積よりも大きい。
上面視で、第3サブマウント30Cの第1中点から、この第3サブマウント30Cに配置される半導体レーザ素子20までの距離よりも、この第3サブマウント30Cの第2中点から、この半導体レーザ素子20までの距離の方が小さい。
上面視で、第2金属層33の第1方向における中点であり、第2方向における中点でもある第2金属層33の中心は、半導体レーザ素子20と重なる。なお、上面視で、第2金属層33の中心は、半導体レーザ素子20と重ならなくてもよい。また、上面視で、第1金属層32の第1方向における中点であり、第2方向における中点でもある第1金属層32の中心は、半導体レーザ素子20と重ならない。
なお、第3サブマウント30Cは、載置部材300の他の一例である。第3サブマウント30Cに、さらに変形例に係る載置部材301または載置部材302で説明した技術を複合することも可能である。
以上、本発明に係る各実施形態を説明してきたが、本発明に係る発光装置や載置部材は、各実施形態の発光装置や載置部材に厳密に限定されるものではない。つまり、本発明は、各実施形態により開示された発光装置や載置部材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。本発明は、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モジュール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。
本明細書でこれまで説明してきた内容を通し、以下の技術事項が開示される。
(項1)
半導体レーザ素子と、
絶縁性の基板と、第1金属層と、第2金属層と、を有し、前記第1金属層が設けられる側に前記半導体レーザ素子が配置されるサブマウントと、
を備え、
前記絶縁性の基板は、第1面と、前記第1面の反対側の第2面と、を有し、また、前記第1面に垂直な方向からみた平面視で、第1方向の幅よりも前記第1方向に垂直な第2方向の幅の方が大きい形状を有しており、
前記第1金属層は、前記第1面に設けられ、
前記第2金属層は、前記第2面に設けられ、また、前記第1方向の幅が前記第1金属層よりも小さく、かつ、前記第1方向における前記第1金属層の幅と前記第2金属層の幅との差よりも前記第2方向における前記第1金属層の幅と前記第2金属層の幅との差の方が小さい、発光装置。
(項2)
前記第1方向における前記第1金属層の幅と前記第2金属層の幅との差は、Xμmより大きく、
前記第2方向における前記第1金属層の幅と前記第2金属層の幅との差は、Xμmより小さい、項1に記載の発光装置。
(項3)
前記半導体レーザ素子は、前記第1方向の幅よりも前記第2方向の幅の方が大きい、項1または項2に記載の発光装置。
(項4)
前記サブマウントは、前記第1金属層の上に設けられる配線層を有する、項1乃至項3のいずれか一項に記載の発光装置。
(項5)
前記第1金属層の厚みは30μm以上である、項1乃至項4のいずれか一項に記載の発光装置。
(項6)
前記第2金属層の厚みは30μm以上である、項1乃至項5のいずれか一項に記載の発光装置。
(項7)
前記第1金属層及び前記第2金属層の前記第1方向の幅は、前記半導体レーザ素子の前記第1方向の幅よりも大きい、項1乃至項6のいずれか一項に記載の発光装置。
(項8)
前記第1方向における前記第1金属層の幅と前記第2金属層の幅との差は、前記第1方向における前記半導体レーザ素子の幅よりも小さい、項1乃至項7のいずれか一項に記載の発光装置。
(項9)
前記半導体レーザ素子が配置された前記サブマウントが前記第1方向に複数並べて配置された、項1乃至項8のいずれか一項に記載の発光装置。
(項10)
前記第1方向に並べて配置される複数の前記サブマウントが実装される実装面を有する基体をさらに備え、
複数の前記サブマウントは、前記第1方向に1500μm以下の間隔で並べられる、項9に記載の発光装置。
(項11)
複数の前記サブマウントの第2金属層と前記実装面の間に設けられ、前記サブマウントを前記基体に接合する接合部をさらに備え、
前記接合部は、前記第1方向に平行な断面視で、隣り合う前記サブマウントの対向する前記第2金属層の側面、前記第2面、及び、前記実装面のそれぞれを含む各仮想平面によって囲まれる領域内に充満している、項10に記載の発光装置。
(項12)
複数の前記サブマウントの第2金属層と前記実装面の間に設けられ、前記サブマウントを前記基体に接合する接合部をさらに備え、
前記接合部は、前記第1方向に平行な断面視で、隣り合う前記サブマウントの対向する前記第2金属層の側方、前記第2面、及び、前記実装面のそれぞれを含む各仮想平面によって囲まれる領域内に充満し、かつ、隣り合う前記サブマウントの対向する前記第2金属層の側面、前記第1面、及び、前記実装面のそれぞれを含む各仮想平面によって囲まれる領域内に充満しない、項10に記載の発光装置。
(項13)
前記半導体レーザ素子は、前記半導体レーザ素子の前記第1方向の幅の中点が、前記絶縁性の基板の前記第1方向の幅の中点から、前記第1方向にずれた位置に配置され、
前記第1面に垂直な方向からみた平面視で、前記第2金属層の前記第1方向の幅の中点は、前記第1金属層の前記第1方向の幅の中点から、前記第1方向にずれている、項1乃至項12のいずれか一項に記載の発光装置。
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、ヘッドマウントディスプレイ、照明、ディスプレイ等に使用することができる。
100、101、102 発光装置
10、10B 基体
11A 上面
11B 下面
11C 外側面
11D 実装面
11E 内側面
12C 段差部
13 配線層
20 半導体レーザ素子
20A 第1半導体レーザ素子
20B 第2半導体レーザ素子
30 サブマウント
30A 第1サブマウント
30B 第2サブマウント
30C 第3サブマウント
31 基板
31A 第1面
31B 第2面
31C 第1側面
31D 第2側面
32 第1金属層
32A 第1側面
32B 第2側面
33 第2金属層
33A 幅広部
33B 幅狭部
34 配線層
40 反射部材
50 保護素子
60 接合部
70 配線
80 蓋部材
90 レンズ部材
300、301、302 載置部材

Claims (15)

  1. 半導体レーザ素子と、
    絶縁性の基板と、第1金属層と、第2金属層と、を有し、前記第1金属層が設けられる側に前記半導体レーザ素子が配置されるサブマウントと、
    を備え、
    前記絶縁性の基板は、第1面と、前記第1面の反対側の第2面と、を有し、また、前記第1面に垂直な方向からみた平面視で、第1方向の幅よりも前記第1方向に垂直な第2方向の幅の方が大きい形状を有しており、
    前記第1金属層は、前記第1面に設けられ、
    前記第2金属層は、前記第2面に設けられ、また、前記第1方向の幅が前記第1金属層よりも小さく、かつ、前記第1方向における前記第1金属層の幅と前記第2金属層の幅との差よりも前記第2方向における前記第1金属層の幅と前記第2金属層の幅との差の方が小さい、発光装置。
  2. 前記第1方向における前記第1金属層の幅と前記第2金属層の幅との差は、50μmより大きく、
    前記第2方向における前記第1金属層の幅と前記第2金属層の幅との差は、50μmより小さい、請求項1に記載の発光装置。
  3. 前記半導体レーザ素子は、前記第1方向の幅よりも前記第2方向の幅の方が大きい、請求項1に記載の発光装置。
  4. 前記サブマウントは、前記第1金属層の上に設けられる配線層を有する、請求項1に記載の発光装置。
  5. 前記第1金属層の厚みは30μm以上である、請求項1に記載の発光装置。
  6. 前記第2金属層の厚みは30μm以上である、請求項5に記載の発光装置。
  7. 前記第1金属層及び前記第2金属層の前記第1方向の幅は、前記半導体レーザ素子の前記第1方向の幅よりも大きい、請求項1に記載の発光装置。
  8. 前記第1方向における前記第1金属層の幅と前記第2金属層の幅との差は、前記第1方向における前記半導体レーザ素子の幅よりも小さい、請求項1に記載の発光装置。
  9. 前記半導体レーザ素子が配置された前記サブマウントが前記第1方向に複数並べて配置された、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の発光装置。
  10. 前記第1方向に並べて配置される複数の前記サブマウントが実装される実装面を有する基体をさらに備え、
    複数の前記サブマウントは、前記第1方向に350μm以下の間隔で並べられる、請求項9に記載の発光装置。
  11. 複数の前記サブマウントの第2金属層と前記実装面の間に設けられ、前記サブマウントを前記基体に接合する接合部をさらに備え、
    前記接合部は、前記第1方向に平行な断面視で、隣り合う前記サブマウントの対向する前記第2金属層の側面、前記第2面、及び、前記実装面のそれぞれを含む各仮想平面によって囲まれる領域内に充満している、請求項10に記載の発光装置。
  12. 複数の前記サブマウントの第2金属層と前記実装面の間に設けられ、前記サブマウントを前記基体に接合する接合部をさらに備え、
    前記接合部は、前記第1方向に平行な断面視で、隣り合う前記サブマウントの対向する前記第2金属層の側方、前記第2面、及び、前記実装面のそれぞれを含む各仮想平面によって囲まれる領域内に充満し、かつ、隣り合う前記サブマウントの対向する前記第2金属層の側面、前記第1面、及び、前記実装面のそれぞれを含む各仮想平面によって囲まれる領域内に充満しない、請求項10に記載の発光装置。
  13. 前記半導体レーザ素子は、前記半導体レーザ素子の前記第1方向の幅の中点が、前記絶縁性の基板の前記第1方向の幅の中点から、前記第1方向にずれた位置に配置され、
    前記第1面に垂直な方向からみた平面視で、前記第2金属層の前記第1方向の幅の中点は、前記第1金属層の前記第1方向の幅の中点から、前記第1方向にずれている、請求項1に記載の発光装置。
  14. 第1面と、前記第1面の反対側の第2面と、を有し、前記第1面に垂直な方向からみた平面視で、第1方向の幅よりも前記第1方向に垂直な第2方向の幅の方が大きい形状を有する絶縁性の基板と、
    前記第1面に設けられる第1金属層と、
    前記第2面に設けられる第2金属層と、
    を備え、
    前記第2金属層は、前記第1方向の幅が前記第1金属層よりも小さく、かつ、前記第1方向における前記第1金属層の幅と前記第2金属層の幅との差よりも前記第2方向における前記第1金属層の幅と前記第2金属層の幅との差の方が小さい、
    載置部材。
  15. 前記第1面に垂直な方向からみた平面視で、前記第2金属層の前記第1方向の幅の中点は、前記第1金属層の前記第1方向の幅の中点から、前記第1方向にずれている、請求項14に記載の載置部材。
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