JP2024058850A - 発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 より小型の発光装置を実現する。【解決手段】 基板１０と、基板１０上に配置された台座２０と、台座２０上に配置された発光素子４０と、台座２０および発光素子４０を囲む内壁面３１、上面３０ａおよび下面３０ｂを有し、下面３０ｂが基板１０に接続された枠体３０と、基板１０上に配置され、少なくとも一部が発光素子４０よりも下方に配置された、機能素子５０とワイヤ７０のうち少なくともいずれか一方と、を有し、内壁面３１は、上面３０ａから下面１０ｂに向かうにつれ発光素子４０から離れるように傾斜する傾斜面３１ａを有しており、機能素子５０とワイヤ７０のうち少なくともいずれか一方は、傾斜面３１ａと台座２０の間に配置されている、発光装置。【選択図】 図３

Description

本発明は発光装置に関する。
特許文献１には、発光ダイオードおよびフォトダイオードを囲う枠体の側壁に傾斜面が設けられた発光装置が開示されている。
特開２００５－１８３５５８号公報
発光ダイオードおよびフォトダイオード等の機能素子やワイヤを備える発光装置であって、より小型の発光装置を実現する。
一実施形態に開示される発光装置は、基板と、前記基板上に配置された台座と、前記台座上に配置された発光素子と、前記台座および前記発光素子を囲む内壁面、上面および下面を有し、前記下面が前記基板に接続された枠体と、前記基板上に配置され、少なくとも一部が前記発光素子よりも下方に配置された、機能素子とワイヤのうち少なくともいずれか一方と、を有し、前記内壁面は、前記上面から前記下面に向かうにつれ前記発光素子から離れるように傾斜する傾斜面を有しており、前記機能素子と前記ワイヤのうち少なくともいずれか一方は、前記傾斜面と前記台座の間に配置されている。
実施形態によって開示される１または複数の発明の少なくとも一つにおいて、より小型の発光装置を実現することができる。
図１は、一実施形態に係る発光装置の斜視図である。 図２は、蓋体を透過して内部が見える状態で示す、一実施形態に係る発光装置の斜視図である。 図３は、図１のIII-III断面線における断面図である。 図４Ａは、一実施形態に係る基板の上面図である。 図４Ｂは、一実施形態に係る基板の下面図である。 図５Ａは、一実施形態に係るサブマウントの上面図である。 図５Ｂは、一実施形態に係るサブマウントの下面図である。 図６Ａは、一実施形態に係る発光素子の構造を説明するための概略平面図である。 図６Ｂは、図６ＡのVIB-VIB断面線における断面図である。 図７は、一実施形態に係る発光装置から蓋体および枠体を除いた状態の上面図である。 図８は、一実施形態に係る別の発光装置の断面図である。
以下、本発明に係る実施形態の一例を示す発光装置について、図１～図８を参照して説明する。なお、以下の説明において参照する図面は、本実施形態を概略的に示したものであり、各部材のスケールや間隔、位置関係などが誇張、あるいは、部材の一部の図示が省略されている場合がある。また、以下の説明では、同一の名称及び符号については原則として同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略することとする。
また、以下では、説明をわかりやすくするために、ＸＹＺ直交座標系を用いて、各部分の配置及び構成を説明する。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、相互に直交している。各図において、Ｘ軸が延びる方向のうち、矢印の方向を「＋Ｘ方向」といい、その逆方向を「－Ｘ方向」という。また、Ｙ軸が延びる方向のうち、矢印の方向を「＋Ｙ方向」といい、その逆方向を「－Ｙ方向」という。また、Ｚ軸が延びる方向のうち、矢印の方向を「＋Ｚ方向」といい、その逆方向を「－Ｚ方向」という。＋Ｚ方向を上方向とし、－Ｚ方向を下方向とするが、これらの方向は重力方向とは無関係である。
また＋Ｚ方向から見る場合を「上面視」、－Z方向から見る場合を「下面視」ともいう。本明細書または特許請求の範囲において、上下、左右などの表現は、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。
以下では、本実施形態に係る発光装置の一例を説明する。
図１および図２は、実施形態に係る発光装置１００の斜視図であり、図２は図１の発光装置１００において、蓋体６０を透過して内部が見える状態で示す発光装置１００の斜視図である。図３は、図１のIII-III断面線における断面図である。図１～図３に示すように、発光装置１００は、基板１０と、台座２０と、枠体３０と、発光素子４０と、機能素子５０を有する。発光装置１００は、この他にも構成要素を備えていてよい。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。
最初に、各構成要素について説明する。
（基板１０）
図４Ａは、実施形態に係る基板１０の上面図であり、図４Ｂは、実施形態に係る基板１０の下面図である。基板１０は、図３、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、上面１０ａおよび上面１０ａの反対側の面である下面１０ｂを有する板状の部材である。基板１０は、例えば、セラミックスや金属を主材料として形成することができる。具体的には、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＳｉＮなどのセラミックスや、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｗ、およびＣｕＭｏからなる群から選択される少なくとも１つを含む金属を基板の主材料に用いることができる。その他にも、基板１０は樹脂を主材料としてもよい。
基板１０の上面１０ａおよび下面１０ｂには、第１導電部材１６が形成されている。図４Ａに示すように、基板１０の上面１０ａには、アノード配線１６ａと、カソード配線１６ｂと、放熱配線１６ｃと、接続配線１６ｄが形成されている。接続配線１６ｄは、基板１０の上面１０ａの周縁に四角形の枠状に配置されており、この枠内にアノード配線１６ａ、カソード配線１６ｂ、放熱配線１６ｃが配置されている。放熱配線１６ｃは、基板１０の上面１０ａの中央部に配置されている。アノード配線１６ａ、カソード配線１６ｂ、放熱配線１６ｃはそれぞれ矩形形状であるが、円形状や楕円形状などであってもよい。
また、基板１０の下面１０ｂには、外部接続端子となるアノード電極１６ｅ、カソード電極１６ｆ、放熱電極１６ｇが形成されている。基板１０の下面１０ｂの中央部に放熱電極１６ｇが配置され、放熱電極１６ｇの周囲にアノード電極１６ｅおよびカソード電極１６ｆが配置されている。アノード電極１６ｅ、カソード電極１６ｆ、放熱電極１６ｇはそれぞれ矩形形状であるが、円形状や楕円形状などであってもよい。
アノード配線１６ａとアノード電極１６ｅ、カソード配線１６ｂとカソード電極１６ｆは基板１０をＺ方向に貫通するビアを介して電気的に接続されている。また、放熱配線１６ｃと放熱電極１６ｇも、ビアを介して熱的に接続されていることが好ましい。これにより放熱性を高めることができる。
第１導電部材１６は、例えばタングステン、モリブデン、ニッケル、金、銀、白金、チタン、銅、アルミ、ルテニウム、クロムなどの金属材料から形成され得る。第１導電部材１６は、各層がビアを介して電気的に接続された多層構造を有し得る。基板１０自体が金属からなる場合は、第１導電部材１６を配置するために基板１０の表面および／または内部に絶縁処理がなされる。本実施形態における基板１０のZ方向における厚さは、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下であり、例えば０．５ｍｍ程度であり得る。
（台座２０）
台座２０は、基板１０の上面１０ａから突出する凸部分である。台座２０は、上述した基板１０と一体に形成されていてもよいし、図３に示すように基板１０とは別の部材であってもよい。台座２０が基板１０とは別部材として形成される場合、台座２０をサブマウント２２と呼ぶ。
台座２０が基板１０と一体として形成される場合、台座２０の材料は基板１０の材料と同じ材料を使用することができる。また、台座２０としてサブマウント２２を用いる場合であっても、サブマウント２２は、基板１０の材料と同じ材料を使用することができる。
台座２０の少なくとも上面２０ａには、第２導電部材１８が形成されている。第２導電部材１８は、第１導電部材１６と同じ材料を用いることができる。また、台座２０自体が金属からなる場合は、第２導電部材１８を配置するために台座２０の表面および／または内部に絶縁処理がなされる。
台座２０は、例えば上面２０ａおよび側面２０ｂを有する。図３の例において、台座２０の側面２０ｂはZ方向と平行であり、台座２０は直方体形状である。ただし、台座２０は直方体に限られない。本実施形態における台座２０のZ方向における厚さは、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であり、例えば０．２ｍｍ程度であり得る。台座２０の厚さとは、基板１０の上面１０ａから台座２０の上面２０ａまでのＺ方向の長さのことをいう。台座２０がサブマウント２２である場合は、サブマウント２２のZ方向の厚みである。
（サブマウント２２）
図３、図５Ａおよび図５Ｂに、台座２０として用いることのできるサブマウント２２の一例を示す。サブマウント２２は、上面２２ａ、側面２２ｂおよび下面２２ｃを有する直方体の部材である。上面２２ａおよび下面２２ｃは、Ｘ方向に延びる長辺及びＹ方向に延びる短辺を有する矩形の外形を有し、Ｚ方向の長さは長辺および短辺よりも短い。サブマウント２２は、直方体に限られず、上面２２ａと下面２２ｃの面積が異なっていてもよく、この場合は側面がＺ方向に対して傾斜する傾斜面となる。
図５Ａおよび図５Ｂに、サブマウント２２の上面２２ａおよび下面２２ｃに形成される第２導電部材１８の一例を示す。第２導電部材１８は、上面２２ａの長辺、すなわちＸ方向に沿って、一方の短辺近傍から他方の短辺近傍まで繋がって配置される共通配線１８ａと、Ｘ方向に沿って３つに分かれて配置される個別配線１８ｂを有する。共通配線１８ａは、上面２２ａにおいて、Ｙ方向の中央部に、２列に並んで、並列に配置される。個別配線１８ｂは、上面２２ａにおいて、＋Ｙ方向および－Ｙ方向の端部に、長辺に沿って配置される。共通配線１８ａおよび個別配線１８ｂの上面には、接合層１８ｄが配置されている。また、第２導電部材１８は、サブマウント２２の下面２２ｃに、下面２２ｃと略相似形状の接続配線１８ｃを有する。
（枠体３０）
枠体３０は、例えば、シリコン、ガラスおよびセラミックスのうちのいずれか一つから形成されている。本実施形態における枠体３０のZ方向における厚さは、０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下であり、例えば０．５ｍｍ程度であり得る。
枠体３０は、上面３０ａ、下面３０ｂ、内壁面３１を有する。内壁面３１は、上面３０ａから下面３０ｂに向かうにつれて外側に傾斜する傾斜面３１ａを有する。
傾斜面３１ａは、内壁面３１の周方向に沿って形成された逆テーパ状の傾斜面であり、上面３０ａ側から下面３０ｂ側に向かうにつれ、発光装置１００の内側から離れるように傾斜している。
傾斜面３１ａは内壁面３１の周方向に沿って全周にわたって連続的に存在し得る。または、傾斜面３１ａは、内壁面３１の周方向に沿って不連続または部分的に存在し得る。傾斜面３１ａが内壁面３１の全周に対して部分的に存在する比率は、例えば５０％以上１００％未満であり得る。
傾斜面３１ａは、例えばレーザ加工装置やサンドブラスト加工を用いて内壁面３１を加工することにより形成することができる。また、例えば、枠体３０の材料がシリコンである場合においてウェットエッチングを行うことによって傾斜面３１ａを形成することができる。
（発光素子４０）
発光素子４０の例は、半導体レーザ素子である。半導体レーザ素子は面発光型の半導体レーザ素子や端面発光型の半導体レーザ素子を用いることができる。面発光型の半導体レーザ素子として、垂直共振器面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）素子またはフォトニック結晶面発光レーザ（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ：ＰＣＳＥＬ）素子などを用いてもよい。以下、垂直共振器面発光レーザ素子をＶＣＳＥＬ素子と記載する。発光素子４０は、半導体レーザ素子に限られず、発光ダイオード（ＬＥＤ）などであってもよい。
発光素子４０は、少なくとも１つのエミッタを有するシングルエミッタである。なお、発光素子４０は、２つ以上のエミッタを有するマルチエミッタであってもよい。
発光素子４０から出射される光は、拡がりを有する発散光である。なお、発散光でなくてもよい。発光素子４０が半導体レーザ素子の場合、半導体レーザ素子から出射される発散光（レーザ光）は、光出射面と平行な面において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、光出射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。
ＦＦＰの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、と呼ぶものとする。また、光軸を進む光の光路を、その光の光軸、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／ｅ２以上の強度を有する光を、「ビーム断面」と呼んでもよい。
発光素子４０として、例えば、青色の光を出射する青色レーザ素子、緑色の光を出射する緑色レーザ素子、または、赤色の光を出射する赤色レーザ素子などを採用することができる。また、これら以外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。
青色の光を出射する発光素子、または、緑色の光を出射する発光素子として、窒化物半導体を含む半導体発光素子が挙げられる。窒化物半導体としては、例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、およびＡｌＧａＮを用いることができる。赤色の光を出射する発光素子として、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。
発光素子４０として用いられるＶＣＳＥＬ素子の構成例を図６Ａおよび図６Ｂに示す。図６Ａは、一実施形態に係る発光素子４０の構造を説明するための概略平面図であり、図６Ｂは、図６ＡのVIB-VIB断面線における断面図である。図６Ａおよび図６Ｂに示すＶＣＳＥＬ素子は、半導体基板４０１と、ｎ側反射膜４０２と、ｎ型半導体層４０３と、活性層４０４と、ｐ型半導体層４０５と、ｐ側反射膜４０６とをこの順に－Z方向に積層した積層構造を備える。ｐ型およびｎ型の導電型は逆の関係であってもよい。半導体基板４０１は除去してもよい。ｎ型半導体層４０３は平板部およびそこから－Z方向に突出する凸部を有する。ｎ型半導体層４０３の凸部の上面には活性層４０４が設けられている。活性層４０４の上面にはｐ型半導体層４０５が設けられており、ｐ型半導体層４０５の上部のうち、周縁領域以外の領域にはｐ側反射膜４０６が設けられている。ｐ型半導体層４０５とｐ側反射膜４０６の間には、正電極４０８が設けられていてもよい。
ＶＣＳＥＬ素子は、ｎ型半導体層４０３のうち、平板部の上面および凸部の側面、活性層４０４の側面、ならびにｐ型半導体層４０５の側面および上面の周縁領域を覆う絶縁層４０７を備える。ＶＣＳＥＬ素子は、ｐ型半導体層４０５に電気的に接続される正電極４０８と、ｎ型半導体層４０３に電気的に接続される負電極４０９とを備える。台座２０の上面２０ａに配置される際のＶＣＳＥＬ素子の最上面は、半導体基板４０１のｎ側反射膜４０２に接触する面とは反対側の面である。
ｎ側反射膜４０２およびｐ側反射膜４０６はそれぞれ、例えばＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）から形成され得る。ＤＢＲは、複数の高屈折率層と複数の低屈折率層とが交互に積層された構造を有する。ＤＢＲは、ストップバンドと呼ばれる高反射率の波長域を有する。ストップバンドの中心波長および波長幅は、高屈折率層の屈折率および厚さならびに低屈折率層の屈折率および厚さによって決まる。ＤＢＲのストップバンドにおける反射率は、高屈折率層および低屈折率層の屈折率差ならびに積層数とともに増加する。
図６Ｂに示す例において、ｎ側反射膜４０２とｐ側反射膜４０６との間では定在波が形成される。定在波の空気中の波長はｎ側反射膜４０２およびｐ側反射膜４０６のストップバンド内にあり、当該波長がレーザ光の発振波長である。発振波長の半分の整数倍は、ｎ側反射膜４０２とｐ側反射膜４０６とが互いに対向する反射面の間の光学的距離に等しい。光学的距離とは、光が実際にある媒質を伝搬する距離に当該媒質の屈折率を乗算して得られる距離である。正電極４０８と負電極４０９との間に順電圧を印加することにより、活性層４０４に電流注入することができる。電流注入によって活性層４０４では反転分布が生じ、発振波長で誘導放出による光の増幅、すなわちレーザ発振が生じる。本実施形態のＶＣＳＥＬ素子は、正電極４０８および負電極４０９の側を実装面とし、半導体基板４０１側からレーザ光を取り出すことを想定している。
なお、図６Ａおよび図６Ｂに示すＶＣＳＥＬ素子の構成は例示である。ＶＣＳＥＬ素子に含まれる構成要素は公知の材料から形成され得る。ＶＣＳＥＬ素子に含まれる構成要素の一部の形状を変更してもよいし、他の構成要素をさらに備えていてもよい。半導体基板４０１と反対側からレーザ光を取り出す構成としてもよい。
ＶＣＳＥＬ素子は、端面発光レーザ素子に比べ、より円形のビーム形状が得られる点、複数のエミッタを２次元に並べることで２次元アレイが比較的容易に得られる点、または光出力が数ｍＷ以下の範囲で使用できることから低消費電力で駆動できる点において優れている。また、狭発散角のビームを出射できるため、エミッタピッチを小さくしてもビーム断面が重ならない点においても優れている。青色および緑色のＶＣＳＥＬ素子の発散角は、例えばＦＦＰにおいて、ＦＷＨＭで１０°以下であることが好ましく、ＦＷＨＭで８°以下であることがさらに好ましい。
（機能素子５０）
本実施形態において、機能素子５０は、例えば、受光素子、温度センサ、保護素子、トランジスタ、コンデンサ等が挙げられる。受光素子は、例えばフォトダイオードであり、発光素子４０から出射される光の少なくとも一部の光の強度を計測するための素子である。温度センサは、例えばサーミスタであり、温度を測定するための素子である。保護素子は、例えばツェナーダイオードであり、発光素子４０に印加される電圧を一定以下に維持することで発光素子４０を保護するための素子である。
（ワイヤ７０）
ワイヤ７０は、電気的な接合部材として用いられる。ワイヤ７０は金属のワイヤであり、金属として、例えば金、銀、銅、白金、アルミニウム等の金属およびそれらの合金等を用いることができる。
（蓋体６０）
本実施形態における蓋体６０は上面６０aおよび下面６０ｂを有する平板状の部材である。本実施形態における蓋体６０のZ方向における厚さは、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下であり、例えば０．４ｍｍ程度であり得る。蓋体６０は、少なくとも光Ｌが透過する部分が透光性の材料で形成される。透光性の材料としては、例えばガラス、サファイア、蛍光体を含有するガラス、透明セラミックスなどの材料から形成され得る。蓋体６０のうちの光Ｌが透過しない部分は、例えば、シリコン、ガラス、セラミックス、または上述した基板１０や枠体３０と同じ材料から形成され得る。蓋体６０において、光Ｌが透過する部分の、光Ｌが入射する下面６０ｂおよび／または光Ｌが出射する上面６０ａには、反射防止膜が設けられ得る。
蓋体６０は、上面６０ａおよび／または下面６０ｂのうち、光Ｌが透過する部分の少なくとも周囲に遮光膜を有していてもよい。透光部は、円形状、楕円形状、矩形形状等であってよく、この形状に限定されない。遮光膜の材料としては、第１導電部材１６と同じ材料を用いることができる。また、枠体３０の上面３０ａと蓋体６０の下面６０ｂとの接合領域に金属膜を設けることで、はんだ材のような無機接合部材を介して接合する際に、接合強度を向上させることができる。
次に、図１～図３を用いて、上述した構成要素を備える発光装置１００について説明する。
（発光装置１００）
図２および図３に示すように、発光装置１００は、基板１０と、基板１０の上に配置された台座２０と、台座２０の上に配置された発光素子４０と、基板１０に接続された枠体３０と、基板１０の上に配置された機能素子５０を有する。
発光装置１００の外形の寸法、特にＸ方向およびＹ方向における寸法は、搭載される発光素子４０の数や大きさ、発光装置１００の使用目的等に応じて適宜設定される。例えば、図１～図３に示す発光装置１００のＸ方向における寸法は４ｍｍ、Ｙ方向における寸法は３．６ｍｍ、Ｚ方向における寸法は１．４ｍｍである。この寸法は一例であり、主旨を逸脱しない範囲内において変更してもよいことは言うまでもない。
発光素子４０は、台座２０の上面２０ａに設けられた第２導電部材１８に載置される。図５Ａおよび図５Ｂに示すサブマウント２２に、図６に示す発光素子４０（ＶＣＳＥＬ素子）を実装する例について説明する。
発光素子４０は、正電極４０８および負電極４０９を第２導電部材１８に対向させた状態で、サブマウント２２と接合される。接合は、例えばＡｕ、Ａｇ、ＡｕＳｎ等を含む接合層１８ｄを介して接合されていてもよい。接合層１８ｄは、バンプであってもよく、ペーストであってもよい。
図２および図７に示すように、台座２０であるサブマウント２２の上面２２ａには、６個の発光素子４０が、Ｙ方向に２個、Ｘ方向に３個並んで、２次元アレイ状に配列される。なお、図５Ａに示すサブマウント２２において破線で囲まれた枠が、発光素子４０の載置領域である。共通配線１８ａは、複数の発光素子４０のうち少なくとも２つの発光素子４０の電極と接続されている。図７の例では、１つの共通配線１８ａに対して、３つの発光素子４０の負電極４０９が接続されている。また、個別配線１８ｂのそれぞれは、複数の発光素子４０のうち、１つのみの発光素子４０の正電極４０８と接続されている。これらの極性は逆であってもよく、適宜電気的に接続される。
サブマウント２２の下面２２ｃに配置された接続配線１８ｃと、基板１０の上面１０aに配置された放熱配線１６ｃは、例えば接合層を介して接続される。接合層は、例えば、金属、または半田などの合金が挙げられる。
サブマウント２２の上面２２ａに配置された共通配線１８ａは、基板１０の上面１０ａに配置されたカソード配線１６ｂと、ワイヤ７０により接続されている。サブマウント２２の上面２２ａに配置された個別配線１８ｂは、基板１０の上面１０ａに配置されたアノード配線１６ａと、ワイヤ７０により接続されている。これにより、各発光素子４０が独立駆動可能に接続されている。共通配線１８ａが隣接して２列並ぶように配置されているため、一方の共通配線１８ａに搭載される発光素子４０は、他方の共通配線１８ａに配置される発光素子４０に対して、ＸＹ平面において１８０°回転して配置されている。つまり、Ｙ方向に隣接する２つの発光素子４０は、同じ極性の電極が向かい合うように配置されている。
本実施形態において、発光素子４０はシングルエミッタであり、隣接する発光素子４０間のエミッタピッチは０．０５ｍｍ以上２ｍｍ以下であってよい。本明細書において、エミッタピッチは、ビーム断面の中心間の距離をいうものとする。例えば、図１～図３に示す発光装置１００のＸ方向におけるエミッタピッチは０．８ｍｍ、Ｙ方向におけるエミッタピッチは０．５５ｍｍである。Ｘ方向におけるエミッタピッチとＹ方向におけるエミッタピッチは、同じであってもよく、異なっていてもよい。
なお、エミッタ数やエミッタピッチは、発光装置の目的に応じて適宜増減可能である。上述したマルチエミッタを用いることで、エミッタピッチをさらに狭めることも可能である。
複数の発光素子４０の発光色は同じであってもよいし、互いに異なっていても良い。例えば、赤、青および緑のＶＣＳＥＬ素子を用いてもよい。これにより、ヘッドマウントディスプレイに適した発光装置とすることができる。
機能素子５０は、基板１０の上面１０ａに配置される。図７は、発光装置１００のうち、枠体３０および蓋体６０を除いた状態の図である。本実施形態において、機能素子５０は上面および下面に正負の電極を備えるツェナーダイオードである。機能素子５０は、第１導電部材１６にＡｕ、Ａｇ、ＡｕＳｎ等を含む導電性接合材を介して接合されている。
本実施形態において、機能素子５０はツェナーダイオードであるため、第１導電部材１６と第２導電部材１８をワイヤ７０で接続することにより、発光素子４０と機能素子５０を電気的に並列に接続する。また、本実施形態において、隣接する機能素子５０の上面の電極同士が、ワイヤ７０で接続される。
枠体３０の内壁面３１は、台座２０および発光素子４０を囲む。内壁面３１は、上面３０ａから下面３０ｂに向かうにつれ発光素子４０から離れるように傾斜する傾斜面３１ａを有する。言い換えると、傾斜面３１ａは、後述する傾斜角度αが鋭角となるように傾斜する。枠体３０の下面３０ｂは、基板１０の上面１０ａに接続されている。枠体３０の下面３０ｂと基板１０の上面１０ａに配置された接続配線１６ｄを、例えば接合層を介して接続することができる。接合層の材料は、例えば、銅や金などの金属、または半田などの合金が挙げられる。
図３に示すように、発光素子４０が台座２０の上面２０ａに配置される一方、機能素子５０は基板１０の上面１０ａに配置されているため、機能素子５０は発光素子４０よりも下方に配置されている。また、機能素子５０は、台座２０の側面２０ｂと枠体３０の傾斜面３１ａの間に配置される。基板１０との接合面となる枠体３０の下面３０ｂの面積を、枠体３０の上面１０ａの面積よりも小さくすることで、機能素子５０の載置面となるスペースを、より大きく確保できる。
また、機能素子５０に代えて、または機能素子５０と併せて、上述したスペースにワイヤ７０を配置することができる。つまり、図３に示すように、ワイヤ７０は基板１０の上面１０ａに設けられた第１導電部材１６にワイヤボンディングされ、ワイヤ７０の少なくとも一部が発光素子４０よりも下方に配置される。そして、ワイヤ７０は、傾斜面３１ａと台座２０の側面２０ｂの間に配置されている。これにより、ワイヤ７０をワイヤボンディングする際のボンディングエリアのスペースをより大きく確保でき、発光装置を小型化することができる。
図３に示す例では、上面視において、機能素子５０および／またはワイヤ７０の少なくとも一部は、枠体３０と重なっている。機能素子５０および／またはワイヤ７０は、傾斜面３１ａの傾きによって生じるスペース内に配置されるため、そのようなスペースを設けずに機能素子５０および／またはワイヤ７０を配置する場合と比べて発光装置１００をより小型化することができる。
図３を参照して傾斜面３１ａの傾斜角度を説明する。本実施形態における傾斜角度は、傾斜面３１ａと基板１０の上面１０ａとがなす角度αで表される。言い換えると、傾斜面３１ａは、基板１０の上面１０ａを基準として傾斜角度αで傾斜している。傾斜角度αは、例えば３５°以上７０°以下、例えば５０°以上７０°以下であってよい。
例えば枠体３０の材料がシリコンである場合、ウェットエッチングを行うことによって傾斜面を形成することができる。例えば、面方位（１００）で、オリフラ（１１０）の単結晶のシリコンウエハを用いてウェットエッチングを行うと（１１１）面が析出し、傾斜角度αが５４．７°となる傾斜面を一括で形成することができる。また、サンドブラスト加工によれば、傾斜角度αが、例えば５０°～８０°となる傾斜面を一括で形成することができる。
枠体３０は、上面３０ａから下面３０ｂに向かうにつれ発光素子４０から離れるように傾斜する傾斜面３１ａを少なくとも有していればよいが、その他の面を有していてもよい。例えば、図８は本実施形態に係る別の発光装置２００であり、この図８に示すように、枠体の内壁面３１は、傾斜面３１ａの上方に、上面３０ａから下面３０ｂに向かうにつれ発光素子４０に近づくように傾斜する傾斜面３１ｂを有していてもよい。このとき、傾斜面３１ｂは、基板１０の上面１０ａを基準として傾斜角度βで傾斜している。傾斜角度βは、例えば３５°以上９０°以下の範囲であり、例えば７０°以上９０°以下の範囲であってもよい。傾斜角度αと傾斜角度βは同じであってもよいし、異なっていてもよい。
傾斜面３１ａおよび／または傾斜面３１ｂの表面に、絶縁膜を有していてもよい。本実施形態の発光装置１００は、小型化を実現しているため、枠体３０と、サブマウント２２、機能素子５０、ワイヤ７０等の部品との距離が極めて近い。そのため、枠体３０が導電性の部材である場合には傾斜面３１ａ、３１ｂに機能素子５０やワイヤ７０が触れることにより、ショート等の不具合が発生するおそれがある。傾斜面３１ａおよび／または傾斜面３１ｂの表面に絶縁膜を設けることで、これらの不具合を回避することができる。絶縁膜は、例えばＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮなどを用いることができる。また、樹脂コーティングやセラミックコーティングを施してもよい。
以上、説明してきたが、明細書により開示された技術的特徴を有した本発明は、明細書の実施形態で説明した構造に限られるわけではない。例えば、実施形態に開示のない構成要素を有する発光装置においても本発明は適用され得る。
実施形態に記載の発光装置は、例えばヘッドマウントディスプレイ、バイオセンサー、オプトジェネティクスに使用する発光装置として利用することができる。
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）
基板と、
前記基板上に配置された台座と、
前記台座上に配置された発光素子と、
前記台座および前記発光素子を囲む内壁面、上面および下面を有し、前記下面が前記基板に接続された枠体と、
前記基板上に配置され、少なくとも一部が前記発光素子よりも下方に配置された、機能素子とワイヤのうち少なくともいずれか一方と、を有し、
前記内壁面は、前記上面から前記下面に向かうにつれ前記発光素子から離れるように傾斜する傾斜面を有しており、
前記機能素子と前記ワイヤのうち少なくともいずれか一方は、前記傾斜面と前記台座の間に配置されている、発光装置。
（項２）
前記基板の上面に第１導電部材を有し、前記第１導電部材に前記機能素子が配置される、項１に記載の発光装置。
（項３）
前記台座の上面に第２導電部材を有し、前記第２導電部材に前記発光素子が載置される、項１または２に記載の発光装置。
（項４）
前記第１導電部材と前記第２導電部材が前記ワイヤで接続される、項２を引用する項３に記載の発光装置。
（項５）
前記発光素子は、垂直共振器面発光レーザである、項１～４のいずれか１項に記載の発光装置。
（項６）
上面視において、前記機能素子と前記ワイヤのうち少なくともいずれか一方の少なくとも一部が、前記枠体と重なっている、項１～５のいずれか１項に記載の発光装置。
（項７）
前記傾斜面の表面に絶縁膜を有する、項１～６のいずれか１項に記載の発光装置。
（項８）
前記発光素子を複数有し、前記複数の発光素子が２次元アレイ状に配列されている、項１～７のいずれか１項に記載の発光装置。
（項９）
前記台座の上面に第２導電部材を有し、前記第２導電部材に前記発光素子が載置されており、
前記第２導電部材は、前記複数の発光素子のうち少なくとも２つの発光素子の電極と接続される共通配線と、前記複数の発光素子のうち１つのみの発光素子の電極と接続される個別配線と、を有する項８に記載の発光装置。
（項１０）
前記共通配線を２以上有し、前記２以上の共通配線が並列に配置されている、項９に記載の発光装置。
（項１１）
前記複数の発光素子は垂直共振器面発光レーザであり、青色のレーザ光を出射する青色レーザ素子、緑色のレーザ光を出射する緑色レーザ素子および赤色のレーザ光を出射する赤色レーザ素子を含む、項８～１０のいずれか１項に記載の発光装置。
１００、２００ 発光装置
１０ 基板
１０ａ 上面
１０ｂ 下面
１６ 第１導電部材
１６ａ アノード配線
１６ｂ カソード配線
１６ｃ 放熱配線
１６ｄ 接続配線
１６ｅ アノード電極
１６ｆ カソード電極
１６ｇ 放熱電極
１８ 第２導電部材
１８ａ 共通配線
１８ｂ 個別配線
１８ｃ 接続配線
１８ｄ 接合層
２０ 台座
２０ａ 上面
２０ｂ 側面
２０ｃ 下面
２２ サブマウント
２２ａ 上面
２２ｂ 側面
２２ｃ 下面
３０ 枠体
３０ａ 上面
３０ｂ 下面
３１ 内壁面
３１ａ、３１ｂ 傾斜面
４０ 発光素子
４０１ 半導体基板
４０２ ｎ側反射膜
４０３ ｎ型半導体層
４０４ 活性層
４０５ ｐ型半導体層
４０６ ｐ側反射膜
４０７ 絶縁層
４０８ 正電極
４０９ 負電極
５０ 機能素子
６０ 蓋体
６０ａ 上面
６０ｂ 下面
７０ ワイヤ
Ｌ 光

Claims (11)

  1. 基板と、
    前記基板上に配置された台座と、
    前記台座上に配置された発光素子と、
    前記台座および前記発光素子を囲む内壁面、上面および下面を有し、前記下面が前記基板に接続された枠体と、
    前記基板上に配置され、少なくとも一部が前記発光素子よりも下方に配置された、機能素子とワイヤのうち少なくともいずれか一方と、を有し、
    前記内壁面は、前記上面から前記下面に向かうにつれ前記発光素子から離れるように傾斜する傾斜面を有しており、
    前記機能素子と前記ワイヤのうち少なくともいずれか一方は、前記傾斜面と前記台座の間に配置されている、発光装置。
  2. 前記基板の上面に第１導電部材を有し、前記第１導電部材に前記機能素子が配置される、請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記台座の上面に第２導電部材を有し、前記第２導電部材に前記発光素子が載置される、請求項２に記載の発光装置。
  4. 前記第１導電部材と前記第２導電部材が前記ワイヤで接続される、請求項３に記載の発光装置。
  5. 前記発光素子は、垂直共振器面発光レーザである、請求項１に記載の発光装置。
  6. 上面視において、前記機能素子と前記ワイヤのうち少なくともいずれか一方の少なくとも一部が、前記枠体と重なっている、請求項１に記載の発光装置。
  7. 前記傾斜面の表面に絶縁膜を有する、請求項１に記載の発光装置。
  8. 前記発光素子を複数有し、前記複数の発光素子が２次元アレイ状に配列されている、請求項１に記載の発光装置。
  9. 前記台座の上面に第２導電部材を有し、前記第２導電部材に前記発光素子が載置されており、
    前記第２導電部材は、前記複数の発光素子のうち少なくとも２つの発光素子の電極と接続される共通配線と、前記複数の発光素子のうち１つのみの発光素子の電極と接続される個別配線と、を有する請求項８に記載の発光装置。
  10. 前記共通配線を２以上有し、前記２以上の共通配線が並列に配置されている、請求項９に記載の発光装置。
  11. 前記複数の発光素子は垂直共振器面発光レーザであり、青色のレーザ光を出射する青色レーザ素子、緑色のレーザ光を出射する緑色レーザ素子および赤色のレーザ光を出射する赤色レーザ素子を含む、請求項８～１０のいずれか１項に記載の発光装置。
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