JP4933930B2 - Laser chip, laser module, laser module manufacturing method, and projector - Google Patents
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Description
本発明は、レーザチップ、レーザモジュール、レーザモジュールの製造方法及びプロジェクタに関する。 The present invention relates to a laser chip, a laser module, a laser module manufacturing method, and a projector.
一般に、半導体レーザ素子は、GaAs基板上に形成されたGaAs系の端面射出型半導体レーザ素子である。このような半導体レーザ素子は1つの発光部を有するものに限らず、複数の発光部がアレイ状に配列されているものもある。特に、複数の発光部を有する半導体レーザ素子の場合、機械的強度を補強するために、半導体レーザ素子はサブマウント上に接合される。サブマウントとしては、熱伝導性が非常に高く放熱性に優れた窒化アルミニウム基板あるいは多層基板が用いられる。このようなサブマウントにインジウム半田層を介して半導体レーザ素子を接合させた半導体アセンブリが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
この特許文献1に記載の半導体アセンブリでは、半導体レーザ素子とサブマウントとの熱膨張係数の違いにより、半導体レーザ素子に熱応力が発生し、破損するのを回避するために、サブマウントの厚みを厚くしている。
In the semiconductor assembly described in
しかしながら、上記特許文献1に記載の半導体アセンブリでは、サブマウントの厚みを厚くし、半導体レーザ素子に加わる応力を緩和しているが、サブマウントの厚みを厚くするほど、熱抵抗が大きくなってしまう。これにより、半導体レーザ素子により発生した熱を放熱しにくくなるといった問題が生じる。
また、半導体レーザ素子をサブマウント上にインジウム半田を介して接合しているが、インジウム(In)半田は酸化し易く、また、拡散し易い、高価であるという問題がある。そこで、インジウム半田に代えて、金錫(Au−Sn)を介してサブマウントに半導体レーザ素子を接合する方法が考えられる。金錫は、電気伝導、熱伝導が良好で化学的にも安定しているが、硬い材質である。これにより、サブマウント上に半導体レーザ素子を実装する際、半導体レーザ素子とサブマウントとの間に応力が発生しても、金錫半田はこの応力を吸収することができない。これにより、半導体レーザ素子を破損させてしまうおそれが生じる。
However, in the semiconductor assembly described in
Further, although the semiconductor laser element is bonded to the submount via indium solder, indium (In) solder has a problem that it is easily oxidized, easily diffused, and expensive. Accordingly, a method of joining the semiconductor laser element to the submount through gold tin (Au—Sn) instead of indium solder is conceivable. Gold tin is a hard material, although it has good electrical and thermal conductivity and is chemically stable. Thereby, when mounting a semiconductor laser element on a submount, even if a stress is generated between the semiconductor laser element and the submount, the gold-tin solder cannot absorb this stress. This may cause damage to the semiconductor laser element.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、信頼性の高いレーザチップ、レーザモジュール、レーザモジュールの製造方法、プロジェクタを提供することを目的とする。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to provide a highly reliable laser chip, a laser module, a laser module manufacturing method, and a projector.
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明のレーザチップは、レーザ光を射出する複数の発光部を有し、少なくとも一部の前記発光部間の厚み方向の一部に他の部分に比べて強度の弱い脆弱部が形成されたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The laser chip of the present invention has a plurality of light emitting portions for emitting laser light, and at least a portion of the light emitting portion between the light emitting portions is formed with a weakened portion having a lower strength than other portions. It is characterized by that.
本発明に係るレーザチップでは、当該レーザチップの線膨張係数より小さい線膨張係数を有する基板(サブマウント)に実装する場合に効果的である。一般的にはレーザチップと、レーザチップが実装されるサブマウントとは線膨張係数が異なる。これにより、サブマウント上にレーザチップを実装すると、レーザチップに生じる応力により歪みが生じ、レーザチップが損傷するおそれがある。しかしながら、本発明では、レーザチップに、発光部間の厚み方向の一部に他の部分に比べて強度の弱い脆弱部が形成されているため、レーザチップに加わる応力は脆弱部に集中する。これにより、レーザチップに応力が加わった場合、脆弱部が割れ易いので、レーザチップの発光部が破損するのを回避することができるため、信頼性の高いレーザチップを提供することが可能となる。 The laser chip according to the present invention is effective when mounted on a substrate (submount) having a linear expansion coefficient smaller than that of the laser chip. Generally, the linear expansion coefficient is different between a laser chip and a submount on which the laser chip is mounted. As a result, when the laser chip is mounted on the submount, distortion may occur due to stress generated in the laser chip, and the laser chip may be damaged. However, in the present invention, since a weak portion having a lower strength than other portions is formed in a part of the laser chip in the thickness direction between the light emitting portions, the stress applied to the laser chip is concentrated on the weak portion. As a result, when stress is applied to the laser chip, the fragile portion is easily cracked, so that the light emitting portion of the laser chip can be avoided from being damaged, and thus a highly reliable laser chip can be provided. .
本発明のレーザチップは、前記脆弱部は、厚み方向に溝が形成されたことによって厚さが薄くなった部分であることが好ましい。 In the laser chip of the present invention, it is preferable that the fragile portion is a portion whose thickness is reduced by forming a groove in the thickness direction.
本発明に係るレーザチップでは、脆弱部は、厚み方向に溝が形成されたことによって厚さが薄くなった部分であるため、発光部に影響なくレーザチップが割れ易い。したがって、信頼性の高いレーザチップを製造することが可能となる。 In the laser chip according to the present invention, the fragile portion is a portion whose thickness is reduced by forming a groove in the thickness direction, and therefore the laser chip is easily broken without affecting the light emitting portion. Therefore, it is possible to manufacture a highly reliable laser chip.
本発明のレーザチップは、前記発光部間の前記脆弱部の強度が、位置によって異なることが好ましい。 In the laser chip of the present invention, it is preferable that the strength of the fragile portion between the light emitting portions varies depending on the position.
本発明に係るレーザチップでは、レーザチップに加わる応力が大きい発光部間の脆弱部の強度を脆弱部の中でも強くし、レーザチップに加わる応力が小さい発光間の脆弱部の強度を脆弱部の中でも弱くする。このように、レーザチップに加わる応力に応じて脆弱部を形成することにより、いずれの発光部間の脆弱部に加わる応力が略均一となる。したがって、レーザチップに加わる応力が大きい場所に負担が多くかからないため、レーザチップが割れた場合でも、発光部の破損を回避することが可能となる。 In the laser chip according to the present invention, the strength of the fragile portion between the light emitting portions having a large stress applied to the laser chip is increased in the fragile portion, and the strength of the fragile portion between the light emitting portions having a small stress applied to the laser chip is increased in the fragile portion. Weaken. As described above, by forming the fragile portion according to the stress applied to the laser chip, the stress applied to the fragile portion between any of the light emitting portions becomes substantially uniform. Therefore, since a burden is not applied to a place where the stress applied to the laser chip is large, it is possible to avoid damage to the light emitting portion even when the laser chip is broken.
本発明のレーザモジュールは、レーザ光を射出する複数の発光部を有し、少なくとも一部の前記発光部間の厚み方向の一部に他の部分に比べて強度の弱い脆弱部に起因する破断部を有するレーザ素子と、該レーザ素子が実装された支持基板とを備え、前記支持基板の線膨張係数が、前記レーザ素子の線膨張係数より小さいことを特徴とする。 The laser module of the present invention has a plurality of light emitting portions for emitting laser light, and at least a portion of the light emitting portions between the light emitting portions is broken due to a weak portion having a lower strength than other portions. And a support substrate on which the laser element is mounted, wherein the linear expansion coefficient of the support substrate is smaller than the linear expansion coefficient of the laser element.
例えば、レーザ素子を長時間使用すると、レーザ素子の発熱量が多くなり、レーザ素子に応力が発生する場合が生じる。何ら対策が施されていない場合、レーザ素子が応力により破損してしまうことがある。本発明のレーザモジュールでは、脆弱部に起因する破断部を有している。これにより、レーザ素子の発光部の破損を回避することができるため、信頼性の高いレーザモジュールを提供することが可能となる。また、破断部も、サブマウントにレーザチップを実装する際の、製造上の過程で脆弱部に起因して形成することができる For example, when a laser element is used for a long time, the amount of heat generated by the laser element increases, and stress may be generated in the laser element. If no measures are taken, the laser element may be damaged by stress. In the laser module of this invention, it has the fracture | rupture part resulting from a weak part. As a result, damage to the light emitting portion of the laser element can be avoided, so that a highly reliable laser module can be provided. In addition, the rupture portion can also be formed due to the fragile portion during the manufacturing process when the laser chip is mounted on the submount.
本発明のレーザモジュールは、前記脆弱部は、厚み方向に溝が形成されたことによって厚さが薄くなった部分であることが好ましい。 In the laser module of the present invention, it is preferable that the fragile portion is a portion whose thickness is reduced by forming a groove in the thickness direction.
本発明に係るレーザモジュールでは、脆弱部は、厚み方向に溝が形成されたことによって厚さが薄くなった部分であるため、発光部に影響なくレーザ素子が割れ易い。したがって、信頼性の高いレーザモジュールを製造することが可能となる。
なお、レーザ素子が発光部ごとに割れた場合でも、その部分を溝という。
In the laser module according to the present invention, the fragile portion is a portion where the thickness is reduced by forming a groove in the thickness direction, so that the laser element is easily broken without affecting the light emitting portion. Therefore, it becomes possible to manufacture a highly reliable laser module.
Even when the laser element is broken for each light emitting portion, the portion is referred to as a groove.
また、本発明のレーザモジュールは、前記レーザ素子の溝が、前記レーザ素子の前記支持基板側の実装面に形成されていることが好ましい。 In the laser module of the present invention, it is preferable that the groove of the laser element is formed on the mounting surface of the laser element on the support substrate side.
本発明に係るレーザモジュールでは、レーザ素子の支持基板に接触する実装面側に溝が形成されているため、脆弱部にレーザ素子の引っ張り応力が集中し易くなる。これにより、脆弱部が形成されたレーザ素子の厚み方向に割れ易くなる。したがって、レーザ素子に応力が加わった場合、脆弱部が積極的に割れるので、発光部の破損を回避することが可能となる。 In the laser module according to the present invention, since the groove is formed on the mounting surface side in contact with the support substrate of the laser element, the tensile stress of the laser element is easily concentrated on the weak part. Thereby, it becomes easy to crack in the thickness direction of the laser element in which the weak part was formed. Therefore, when stress is applied to the laser element, the fragile portion is actively cracked, so that damage to the light emitting portion can be avoided.
また、本発明のレーザモジュールは、前記接合材が硬ろう材を含む材料であることが好ましい。 In the laser module of the present invention, it is preferable that the bonding material is a material containing a hard brazing material.
一般には、接合材として硬ろう材を含む材料を用いた場合、レーザ素子と支持基板との間に応力が発生しても、接合材はこの応力を吸収することはできない。しかしながら、本発明に係るレーザモジュールでは、支持基板の線膨張係数が、レーザ素子の線膨張係数より小さく、レーザ素子には脆弱部が形成されているため、レーザ素子に加わる引っ張り応力が脆弱部に集中する。したがって、接合材が硬ろう材を含む材料であっても、レーザ素子の発光部を破損させることなく、支持基板上にレーザ素子を強固に実装することができる。 In general, when a material containing a brazing filler metal is used as the bonding material, even if a stress is generated between the laser element and the support substrate, the bonding material cannot absorb this stress. However, in the laser module according to the present invention, the linear expansion coefficient of the support substrate is smaller than the linear expansion coefficient of the laser element, and the weak part is formed in the laser element. concentrate. Therefore, even if the bonding material is a material containing a brazing filler metal, the laser element can be firmly mounted on the support substrate without damaging the light emitting portion of the laser element.
本発明のレーザモジュールの製造方法は、レーザ光を射出する複数の発光部を有するレーザチップが支持基板に実装されたレーザモジュールの製造方法であって、前記レーザチップの少なくとも一部の前記発光部間の厚み方向の一部に脆弱部を形成する工程と、加熱された接合材により、前記支持基板に前記レーザチップを接合する工程とを有することを特徴とする。 The method for manufacturing a laser module according to the present invention is a method for manufacturing a laser module in which a laser chip having a plurality of light emitting portions for emitting laser light is mounted on a support substrate, wherein at least a part of the light emitting portions of the laser chip. The method includes a step of forming a fragile portion in a part in a thickness direction between the step and a step of bonding the laser chip to the support substrate by a heated bonding material.
本発明に係るレーザモジュールの製造方法では、まず、レーザチップの支持基板側の面に、少なくとも一部の発光部間の厚み方向の一部に脆弱部を形成する。その後、加熱された接合材により支持基板にレーザチップを接合する。そして、接合材が冷却していくと、レーザチップの線膨張係数と支持基板の線膨張係数との差により、レーザチップに応力が発生する。このとき、支持基板の線膨張係数が、レーザチップの線膨張係数より小さいため、レーザチップに加わる応力は脆弱部に集中する。したがって、レーザチップの収縮により、レーザチップの脆弱部に応力が集中するため、脆弱部が形成されたレーザチップの厚み方向に割れ易くなる。このような製造方法により、レーザチップに応力が加わった場合、脆弱部が割れ易いので、発光部の破損を回避することが可能となる。すなわち、信頼性の高いレーザモジュールを製造することが可能となる。 In the method for manufacturing a laser module according to the present invention, first, a fragile portion is formed in a part in the thickness direction between at least some light emitting portions on the surface of the laser chip on the support substrate side. Thereafter, the laser chip is bonded to the support substrate with the heated bonding material. As the bonding material cools, stress is generated in the laser chip due to the difference between the linear expansion coefficient of the laser chip and the linear expansion coefficient of the support substrate. At this time, since the linear expansion coefficient of the support substrate is smaller than the linear expansion coefficient of the laser chip, the stress applied to the laser chip concentrates on the fragile portion. Therefore, since the stress is concentrated on the fragile portion of the laser chip due to the shrinkage of the laser chip, the laser chip on which the fragile portion is formed easily breaks in the thickness direction. With such a manufacturing method, when stress is applied to the laser chip, the fragile portion is easily cracked, so that it is possible to avoid damage to the light emitting portion. That is, it becomes possible to manufacture a highly reliable laser module.
また、本発明のレーザモジュールの製造方法は、前記脆弱部は、前記レーザチップの前記支持基板側の実装面に形成されるとともに、厚み方向に溝が形成されたことによって厚さが薄くなった部分であることが好ましい。 In the laser module manufacturing method of the present invention, the weakened portion is formed on the mounting surface of the laser chip on the support substrate side, and the thickness is reduced by forming a groove in the thickness direction. A part is preferred.
本発明に係るレーザモジュールの製造方法では、レーザチップの支持基板側の実装面に溝を形成する。これにより、厚み方向に溝が形成されたことによって、厚さが薄くなった部分が脆弱部となる。したがって、支持基板の線膨張係数がレーザチップの線膨張係数より小さくても、脆弱部により発光部に影響なくレーザチップが割れ易くなっているため、信頼性の高いレーザモジュールを製造することが可能となる。 In the laser module manufacturing method according to the present invention, a groove is formed on the mounting surface of the laser chip on the support substrate side. Thereby, the part where thickness became thin by the groove | channel being formed in the thickness direction turns into a weak part. Therefore, even if the linear expansion coefficient of the support substrate is smaller than the linear expansion coefficient of the laser chip, the laser chip is easily broken by the fragile portion without affecting the light emitting portion, so that a highly reliable laser module can be manufactured. It becomes.
本発明のプロジェクタは、上記のレーザモジュールを有する光源装置と、該光源装置からの光を利用して、表示面に所望の大きさの画像を表示させる画像形成装置とを備えることを特徴とする。 According to another aspect of the invention, a projector includes: a light source device including the laser module; and an image forming device that displays an image having a desired size on a display surface using light from the light source device. .
本発明に係るプロジェクタでは、光源装置より射出された光は画像形成装置に入射される。そして、画像形成装置により、表示面に所望の大きさの画像が表示される。このとき、上述したように、信頼性の高いレーザモジュールを有する光源装置をプロジェクタに備えることにより、プロジェクタ自体の信頼性も向上させることが可能となる。 In the projector according to the present invention, the light emitted from the light source device enters the image forming apparatus. Then, an image having a desired size is displayed on the display surface by the image forming apparatus. At this time, as described above, by providing the projector with the light source device having the highly reliable laser module, the reliability of the projector itself can be improved.
以下、図面を参照して、本発明に係るレーザチップ、レーザモジュール、レーザモジュールの製造方法及びプロジェクタの実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。 Hereinafter, embodiments of a laser chip, a laser module, a laser module manufacturing method, and a projector according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the scale of each member is appropriately changed in order to make each member a recognizable size.
[第1実施形態]
本実施形態に係るレーザモジュールの製造方法について説明する。
まず、本実施形態のレーザモジュールの製造方法によって製造されるレーザモジュールの構成について、図1を参照して説明する。
レーザモジュール1は、図1に示すように、複数に分割されたレーザ素子15と、サブマウント(支持基板)20と、電流供給基板30とを備えている。
また、サブマウント20は、レーザ素子15を支持するとともに機械的強度を補強するためのものである。
[First Embodiment]
A method for manufacturing the laser module according to this embodiment will be described.
First, the configuration of a laser module manufactured by the laser module manufacturing method of the present embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the
The
まず、サブマウント20に実装されるレーザチップ10について説明する。
レーザチップ10は、図2に示すように、レーザ光を射出する複数のエミッタ(発光部)12が1次元方向に配列された端面射出型の半導体レーザである。
レーザチップ10は、具体的には、図2の拡大図に示すように、半導体基板11の一方の面11a上に、量子井戸構造を含む活性層13aを含む複数の層が積層されている。この活性層13aがレーザ光を射出するエミッタ12となっている。そして、この活性層13aは両側に絶縁層13bが形成され、レーザチップ10の長さ方向に活性層13aと絶縁層13bとが交互に形成されている。また、半導体基板11上に形成された複数の層の終端層側がサブマウント20に実装される実装面10aとなっている。そして、レーザチップ10の実装面10aから絶縁層13bを含む領域のレーザチップ10の厚み方向に溝14が形成されている。そして、レーザチップ10の厚み方向の溝14の端部14aから実装面10aと反対の端面10bの間の領域(厚みが薄くなった部分)Pが脆弱部となっている。
すなわち、複数のエミッタ12間にはそれぞれ溝14が形成されている。この溝14は、例えば、フォトリソグラフィ法及びエッチングにより形成することができる。なお、この溝14の深さは、半導体基板11に到達する深さとなっており、少なくとも、発光部を分断するように形成されていることが好ましい。また、エミッタ12間の溝14の深さは略同一である。
First, the
As shown in FIG. 2, the
Specifically, as shown in the enlarged view of FIG. 2, the
That is, a
また、レーザチップ10は、ガリウム(Ga)と砒素(As)とを材料とする半導体素材からなっている。このレーザチップ10の線膨張係数は、約6×10−6/Kとなっている。
また、サブマウント20は、線膨張係数が約1×10−6/Kのダイヤモンドで形成されている。
The
The
電流供給基板30は、図1に示すように、フレキシブル基板であり、電流を供給するための配線パターン31が形成されている。また、レーザ素子15の上面及び下面には電極(図示略)がエミッタ12ごとに設けられている。そして、レーザチップ10の上面の電極から配線パターン31にボンディングワイヤ32がボンディングされている。
As shown in FIG. 1, the
次に、以上の構成からなる本実施形態のレーザチップ10がサブマウント20に実装されたレーザモジュール1の製造方法について説明する。
まず、図3に示すように、サブマウント20の上面20aのレーザチップ10が実装される領域Lに、図4に示すように、Au−Sn(金錫)合金材料(接合材)のダイアタッチフィルム21を載置する。なお、本実施形態で用いるAu−Sn(金錫)からなるダイアタッチフィルム21の融点は287℃である。
そして、図4に示すように、サブマウント20を約300℃に加熱すると、ダイアタッチフィルム21が溶融し、レーザチップ10は矢印A1,B1に示すように、外側に膨張し、サブマウント20も矢印C1,D1に示すように、外側に膨張する。その後、レーザチップ10が実装されたサブマウント20を常温まで自然冷却し、サブマウント20上にレーザチップ10を固着する。
Next, a method for manufacturing the
First, as shown in FIG. 3, in the region L where the
Then, as shown in FIG. 4, when the
このように冷却すると、図5に示すように、レーザチップ10とサブマウント20との線膨張係数の違いにより、収縮量が異なるため、レーザチップ10に応力が発生する。すなわち、線膨張係数がサブマウント20に比べてレーザチップ10の方が大きいため、サブマウント20の中央部に向かう収縮力(図5の矢印C2,D2)に比べ、レーザチップ10の中央部に向かう収縮力(図5の矢印A2,B2)の方が大きくなる。したがって、レーザチップ10には引っ張り応力、サブマウント20には圧縮応力が生じる。
When cooled in this way, as shown in FIG. 5, the amount of shrinkage differs due to the difference in the linear expansion coefficient between the
このとき、図5の拡大図に示すように、レーザチップ10の中央部に応力が集中することにより、レーザチップ10に引っ張り応力が生じる。すなわち、レーザチップ10の領域(脆弱部)Pに応力が集中することにより、レーザチップ10の溝14の端部14aから端面10bにクラック(亀裂)Kが発生し、図6に示すように、エミッタ12ごとに分断される。これにより、図7に示すように、1つのエミッタ12を有するレーザ素子15が複数形成される。
なお、図7に示す例では、レーザチップ10は、エミッタ12間ごとにすべて分断されている状態を図示したが、レーザチップ10への応力の加わり方によっては、分断されないエミッタ12間が生じる場合もある。
At this time, as shown in the enlarged view of FIG. 5, tensile stress is generated in the
In the example shown in FIG. 7, the
そして、図1に示すように、各レーザ素子15から配線パターン31にボンディングワイヤ32がボンディングされる。各レーザ素子15は、少なくとも1本のボンディングワイヤ32により、配線パターン31と電気的に接続されている。このようにして、電流供給基板30より、各レーザ素子15には電流が供給される。
Then, as shown in FIG. 1,
本実施形態に係るレーザモジュールの製造方法では、厚み方向に溝14が形成されたレーザチップ10をレーザチップ10の線膨張係数より小さい線膨張係数を有するサブマウント20に実装する。これにより、レーザチップ10に加わる応力は溝14により形成された脆弱部である領域Pに集中するため、この領域Pが割れ易くなる。したがって、レーザチップ10のエミッタ12が破損するのを回避することができる。したがって、信頼性の高いレーザモジュール1を提供することが可能となる。
また、レーザチップ10の実装面10aに溝14を形成することにより、領域Pに応力が集中し易くなる。これにより、溝14が形成されたレーザチップ10の厚み方向の領域Pに亀裂Kが入り易くなる。このような製造方法により、エミッタ12に影響なくレーザチップ10に加わる応力を緩和することが可能となり、信頼性の高いレーザモジュールを製造することが可能となる。
In the laser module manufacturing method according to the present embodiment, the
Further, by forming the
さらに、一般には、レーザチップ10とサブマウント20とを接合する接合材としてAu−Sn(硬ろう材を含む材料)からなる接合材を用いた場合、レーザチップ10とサブマウント20との間に応力が発生しても、Au−Snからなる接合材ではこの応力を吸収することはできない。しかしながら、本発明に係るレーザチップの製造方法では、サブマウント20の線膨張係数が、レーザチップ10の線膨張係数より小さく、レーザチップ10には溝14が形成されているため、領域Pにレーザチップ10に加わる応力が集中する。したがって、接合材がAu−Snからなる材料であっても、レーザチップ10のエミッタ12を破損させることなく、サブマウント20上にレーザチップ10を強固に固定することができる。
Furthermore, generally, when a bonding material made of Au—Sn (a material containing a hard brazing material) is used as a bonding material for bonding the
なお、本実施形態では、エミッタ12間すべてに溝14を形成したが、少なくとも1つのエミッタ12間に溝14が形成されていれば良い。
また、レーザチップ10の実装面10aから溝14を形成したが、端面10bから実装面10aに向かって形成しても良い。
また、脆弱部を形成するために溝14を形成したが、これに限るものではない。すなわち、見かけ上は形状変化がないような、例えば、厚み方向の一部を改質させる等の処理を施して、他の部分と比べて強度が弱い部分を形成しても良い。さらに、レーザ光等を用いて、実装面10aから端面10bに向かう中間部に、他の部分と比べて強度が弱い部分を形成しても良い。
また、レーザチップ10として端面射出型の半導体レーザを用いたが、面発光レーザを用いても、発光部間に脆弱部を形成することにより、同様の効果を得ること可能となる。
また、面発光レーザを用いた場合、複数のエミッタ12が1次元方向に配列されたレーザチップ10に限らず、図8に示すように、マトリクス状に配列された発光部35aを有するレーザチップ35であっても良い。このレーザチップ35は、発光部35a間に格子状に溝36を形成することにより、マトリクス状に複数のレーザ素子を得ることができる。この場合、図8に示すように、隣接するレーザ素子同士をボンディングワイヤ37aで電気的に接続し、端面35b側のレーザ素子から電流供給基板30の配線パターン31にボンディングワイヤ37bを設ける。
なお、1つのエミッタを有するレーザ素子から電流供給基板30の配線パターン31に1本1本のボンディングワイヤを設けても良い。
In this embodiment, the
Moreover, although the groove |
Moreover, although the groove |
Further, although the edge emitting semiconductor laser is used as the
When a surface emitting laser is used, not only the
A single bonding wire may be provided from the laser element having one emitter to the
さらに、サブマウント20は、熱伝導率の高い、例えば銅(Cu)からなるヒートシンク上に載置されていることが望ましい。これにより、レーザ素子15から発生した熱はサブマウント20からヒートシンクに伝わり放熱される。
ここで、レーザ素子15を長時間使用すると、レーザ素子15が高温になり、配線や電極として使用した金属が絶縁物の上を移動し(マイグレーション現象)、電極間の絶縁抵抗値が低下するために不良が生じる場合がある。しかしながら、熱伝導率の高いヒートシンク上にサブマウント20を載置したレーザモジュールにすることにより、より効果的にレーザ素子15の熱を放熱できるため、上記の不良が発生するのを防止することができる。
また、本実施形態では、加熱したサブマウント20を自然冷却させたが、冷却装置等により強制的に冷却させても良い。
さらに、硬ろう材を含む材料として、Au−Snを用いたが、これに限るものではない。
Furthermore, the
Here, when the
In the present embodiment, the
Furthermore, although Au-Sn was used as a material containing a brazing filler metal, it is not limited to this.
[第1実施形態の変形例]
図2に示す第1実施形態では、エミッタ12間の溝14の深さは略同一であるとしたが、エミッタ12間の溝41の深さが位置によって異なっているレーザチップ40を用いてサブマウント20に実装しても良い。このような変形例について、図9を参照して説明する。
本実施形態では、レーザチップ40をサブマウント20に実装する際、中央部に比べて端面40a,40bに加わる応力の方が大きい。
そこで、レーザチップ40には、図9に示すように、端面40a,40bから中央部に向かって深さQが深くなる溝41が形成されている。これにより、レーザチップ40の溝41により形成された脆弱部である領域Pのうち、レーザチップ40の端面40a,40b側の溝41により形成された脆弱部となる領域P1の強度に比べて、中央部の溝41により形成された脆弱部となる領域P2の強度の方が弱くなっている。すなわち、レーザチップ40に加わる応力が大きい端面40a,40b側のエミッタ12間の領域P1の強度を複数の溝41の中でも強くし、レーザチップ40に加わる応力が小さい中央部のエミッタ12間の領域P2の強度を複数の溝41の中でも弱くする。
このようなレーザチップ40を用いて、第1実施形態と同様にサブマウント20に実装する。
[Modification of First Embodiment]
In the first embodiment shown in FIG. 2, it is assumed that the depth of the
In the present embodiment, when the
Therefore, as shown in FIG. 9, the
Using such a
本実施形態に係るレーザモジュールの製造方法では、レーザチップ40に加わる応力に応じて溝41の深さを設定することにより、冷却する際、全てのエミッタ12間の領域P1,P2に加わる割れ易さが略均一となる。したがって、レーザチップ40に加わる応力が大きい場所に負担が多くかからないため、よりレーザチップ40のエミッタ12に影響なく分割することができる。
In the manufacturing method of the laser module according to the present embodiment, the depth of the
なお、溝41の深さは中央部に向かって深くなるものに限らず、実装するサブマウント20の形状等に応じて適宜変更しても良い。
つまり、溝41の深さは一定に深くなるものに限らず、例えば、実装させるサブマウント20の状態に応じて、割れ易くしたいエミッタ12間の脆弱部の強度を弱くする、すなわち、溝41の深さを深くしても良い。
In addition, the depth of the
That is, the depth of the
[第2実施形態]
次に、本発明に係る第2実施形態について、図10を参照して説明する。
なお、図10中においては、簡略化のためプロジェクタ100を構成する筐体は省略している。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG.
In FIG. 10, the casing constituting the
プロジェクタ100において、赤色光、緑色光、青色光を射出する赤色レーザ光源(光源装置)101R,緑色レーザ光源(光源装置)101G、青色レーザ光源(光源装置)101Bは、上記第1実施形態のレーザモジュール1を有する光源装置101である。
また、プロジェクタ100は、レーザ光源101R,101G,101Bから射出されたレーザ光をそれぞれ変調する液晶ライトバルブ(光変調装置)104R,104G,104Bと、液晶ライトバルブ104R,104G,104Bによって形成された像を拡大してスクリーン(表示面)110に投射する投射レンズ(投射装置)107とを有する画像形成装置を備えている。さらに、プロジェクタ100は、液晶ライトバルブ104R,104G,104Bから射出された光を合成して投写レンズ107に導くクロスダイクロイックプリズム(色光合成手段)106を備えている。
In the
The
さらに、プロジェクタ100は、レーザ光源101R,101G,101Bから射出されたレーザ光の照度分布を均一化させるため、各レーザ光源101R,101G,101Bよりも光路下流側に、均一化光学系102R,102G,102Bを設けており、これらによって照度分布が均一化された光によって、液晶ライトバルブ104R,104G,104Bを照明している。例えば、均一化光学系102R,102G、102Bは、例えば、ホログラム102a及びフィールドレンズ102bによって構成される。
Further, in order to make the illuminance distribution of the laser light emitted from the
各液晶ライトバルブ104R,104G,104Bによって変調された3つの色光は、クロスダイクロイックプリズム106に入射する。このプリズムは4つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に配置されている。これらの誘電体多層膜によって3つの色光が合成され、カラー画像を表す光が形成される。そして、合成された光は投写光学系である投射レンズ107によりスクリーン110上に投写され、拡大された画像が表示される。
The three color lights modulated by the respective liquid crystal
上述した本実施形態のプロジェクタ100は、赤色レーザ光源101R,緑色レーザ光源101G,青色レーザ光源101Bは、信頼性の高いレーザモジュール1を有しているため、プロジェクタ1自体の信頼性も向上させることが可能となる。
In the
なお、本実施形態のプロジェクタにおいて、赤色,緑色及び青色のレーザ光源101R,101G、101Bについては、第1実施形態のレーザモジュール1を用いたものを説明したが、第1実施形態の変形例で挙げたレーザチップ40が実装されたモジュールを用いることも可能である。このとき、各光源装置101のそれぞれに異なるレーザモジュールを有する光源装置を採用することも可能であるし、同じレーザモジュールの光源装置を採用することも可能である。
In the projector according to this embodiment, the red, green, and blue
また、光変調装置として透過型の液晶ライトバルブを用いたが、液晶以外のライトバルブを用いても良いし、反射型のライトバルブを用いても良い。このようなライトバルブとしては、例えば、反射型の液晶ライトバルブや、デジタルマイクロミラーデバイス(Digital Micromirror Device)が挙げられる。投射光学系の構成は、使用されるライトバルブの種類によって適宜変更される。
また、第1実施形態のレーザモジュール(変形例を含む)を、レーザ光源(光源装置)からのレーザ光をスクリーン上で走査させることにより表示面に所望の大きさの画像を表示させる画像形成装置である走査手段を有するような走査型の画像表示装置(プロジェクタ)の光源装置にも適用するこが可能である。
Further, although a transmissive liquid crystal light valve is used as the light modulator, a light valve other than liquid crystal may be used, or a reflective light valve may be used. Examples of such a light valve include a reflective liquid crystal light valve and a digital micromirror device. The configuration of the projection optical system is appropriately changed depending on the type of light valve used.
An image forming apparatus for displaying an image of a desired size on a display surface by causing the laser module (including the modification) of the first embodiment to scan the screen with laser light from a laser light source (light source device). The present invention can also be applied to a light source device of a scanning type image display device (projector) having a scanning means.
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記第2実施形態では、色光合成手段として、クロスダイクロイックプリズムを用いたが、これに限るものではない。色光合成手段としては、ダイクロイックミラーをクロス配置とし色光を合成するもの、ダイクロイックミラーを平行に配置し色光を合成するものを用いることができる。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the second embodiment, the cross dichroic prism is used as the color light combining means, but the present invention is not limited to this. As the color light synthesizing means, a dichroic mirror having a cross arrangement to synthesize color light, or a dichroic mirror arranged in parallel to synthesize color light can be used.
P…領域(脆弱部)、1…レーザモジュール、10,35,40…レーザチップ、12…エミッタ(発光部)20…サブマウント(支持基板)、35a…発光部、100…プロジェクタ P ... area (fragile part), 1 ... laser module, 10, 35, 40 ... laser chip, 12 ... emitter (light emitting part) 20 ... submount (support substrate), 35a ... light emitting part, 100 ... projector
Claims (1)
前記接合材を加熱溶融させて、前記支持基板と前記レーザチップを接合する接合工程と、
前記接合工程で相互に接合された前記支持基板と前記レーザチップを常温まで自然冷却する冷却工程と、
前記支持基板の線膨張係数を、前記レーザチップの線膨張係数より小さい材料にして、前記冷却工程で発生する温度差で前記レーザチップに引張り応力を発生させる応力印加工程と、
前記引張り応力で、前記レーザチップに予め形成された前記脆弱部分を起点に前記レーザチップをレーザ素子に分割する分割工程と、を含むレーザモジュールの製造方法であって、
複数の前記脆弱部は、前記レーザチップ面に形成された溝によって前記レーザチップの厚さが薄くなった部分であり、
前記接合材は、フィルム状のAu− Sn(金錫)合金材料であり、
前記レーザ素子は、活性層と絶縁層とが交互に積層されており、前記活性層における前記溝の側面には絶縁部が形成され、
前記溝が形成された方向の深さは同じであり、
前記溝は、前記接合材によって接合された領域において略中央部が最も深さが深く、
前記溝は、前記溝が形成された方向及び前記溝の深さ方向に対して直交する方向において、前記略中央部から離間するほど深さが浅く形成されている、
ことを特徴とするレーザモジュールの製造方法。 The laser beam have a plurality of light emitting portions for emitting, in a portion between the light emitting portion of the part even without low, the laser chip weak plurality of fragile portions strength is formed as compared with other portions, A bonding material placing step of placing a bonding material between the laser chip and a support substrate;
A bonding step of heating and melting the bonding material to bond the support substrate and the laser chip;
A cooling step of naturally cooling the support substrate and the laser chip bonded to each other in the bonding step to room temperature;
A stress applying step of generating a tensile stress in the laser chip with a temperature difference generated in the cooling step, with a linear expansion coefficient of the support substrate smaller than the linear expansion coefficient of the laser chip; and
In the tensile stress, a dividing step of dividing the laser chip starting from the pre-formed the weakened portions on the laser chip to laser device, a method for manufacturing a including the laser module,
A plurality of the weak portion is a reduced thickness portion of the laser chip by the previous SL laser chip faces a groove formed,
The bonding material is a film-like Au- Sn (gold-tin) Ri alloy material der,
In the laser element, active layers and insulating layers are alternately stacked, and an insulating portion is formed on a side surface of the groove in the active layer,
The depth in the direction in which the groove is formed is the same,
The groove has a deepest substantially central portion in the region bonded by the bonding material,
The groove is formed such that the depth becomes shallower as it is separated from the substantially central portion in the direction in which the groove is formed and the direction perpendicular to the depth direction of the groove .
A method for manufacturing a laser module.
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