JP6692682B2

JP6692682B2 - 面発光レーザ装置及びその製造方法

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Publication number: JP6692682B2
Application number: JP2016085453A
Authority: JP
Inventors: 耕明田澤; 吉鎬梁
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2016-04-21
Filing date: 2016-04-21
Publication date: 2020-05-13
Anticipated expiration: 2036-04-21
Also published as: JP2017195308A

Description

本発明は、垂直共振器型面発光レーザ（VCSEL：vertical cavity surface emitting laser）を含む面発光レーザ装置及びその製造方法に関する。

垂直共振器型面発光レーザ（以下、単に面発光レーザと称する）は、基板面に対して垂直に光を共振させ、当該基板面に垂直な方向に光を出射させる構造を有する半導体レーザである。また、面発光レーザなどの半導体発光素子がアレイ状に複数個配置された発光装置が知られている。例えば、特許文献１には、基板に搭載された複数の発光素子と、貫通孔が形成された型枠と、貫通孔に配置された蛍光体フィルタ板とを備える照明装置が開示されている。

特開2009-134965号公報

例えば、複数の発光素子が並置された発光装置においては、当該複数の発光素子を個別に駆動することを考慮すると、１の素子から放出された光が他の素子（例えば消灯中の素子）の光路上を進む光のクロストークは少ないことが好ましい。一方、各素子を駆動した場合には、隣接する素子間の非発光領域に対応した暗線（ダークライン）の形成が抑制されることが好ましい。

また、面発光レーザは、高出力であり、省スペースでアレイ化することが可能な発光素子であるが、アレイ化された面発光レーザ装置においても、上記したクロストーク及びダークラインの抑制が図られることが好ましい。また、面発光レーザ装置は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）に比べて発熱が大きいため、高い放熱性能を有していることが好ましい。

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、複数の面発光レーザ素子を含み、光のクロストーク及びダークラインの形成が大幅に抑制された面発光レーザ装置及びその製造方法を提供することを目的としている。また、本発明は、複数の面発光レーザ素子を含み、高い放熱性能を有する面発光レーザ装置及びその製造方法を提供することを目的としている。

本発明による面発光レーザ装置は、搭載基板と、搭載基板上に並置された複数の面発光レーザ素子を含む面発光レーザアレイと、複数の面発光レーザ素子のそれぞれ上に形成され、各々が、底面及び側面を有する蛍光体板と、蛍光体板の底面及び側面を覆いかつ底面上に開口部を有する光反射膜とを有する複数の波長変換板と、を有することを特徴としている。

また、本発明による面発光レーザ装置の製造方法は、伸縮性シート上に蛍光体含有プレートを固定する工程と、蛍光体含有プレート上にパターニングされたマスクを形成する工程と、蛍光体含有プレートを分割して複数の蛍光体板を形成する工程と、伸縮性シートを伸張させ、複数の蛍光体板の側面及び上面上並びにマスク上に光反射膜を形成する工程と、伸縮性シートを圧縮し、側面上の光反射膜を介して複数の蛍光体板を互いに接着する工程と、マスクを除去する工程と、複数の蛍光体板の各々上に面発光レーザ素子を接合する工程と、を含むことを特徴としている。

（ａ）は、実施例１に係る面発光レーザ装置の模式的な斜視図であり、（ｂ）は、実施例１に係る面発光レーザ装置の断面図である。（ａ）は、実施例１に係る面発光レーザ装置における発光セグメントの断面図であり、（ｂ）は、当該発光セグメント内の光の進路を模式的に示す図である。（ａ）〜（ｄ）は、実施例１に係る面発光レーザ装置の製造方法の各工程を示す図である。（ａ）〜（ｅ）は、実施例１に係る面発光レーザ装置の製造方法における波長変換板の形成工程と、波長変換板及び面発光レーザ素子の接合工程とを示す図である。実施例２に係る面発光レーザ装置の波長変換板の上面図である。

以下、本発明の実施例について詳細に説明する。

図１（ａ）は、実施例１に係る面発光レーザ装置（以下、単にレーザ装置と称する）１０の模式的な斜視図である。面発光レーザ装置１０は、搭載基板１１上に並置された複数の垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）素子（以下、単に面発光レーザ素子又はレーザ素子と称する）１２Ａを含む面発光レーザアレイ（以下、単にレーザアレイと称する）１２を有する。なお、図の明確さのため、図１（ａ）には一部のレーザ素子１２Ａのみを示している。

また、レーザ装置１０は、レーザアレイ１２上に設けられ、レーザ素子１２Ａの各々に対応する複数の波長変換板１３Ａを含む波長変換体１３を有する。波長変換板１３Ａの各々は、対応するレーザ素子１２Ａから出射された光を受ける受光部ＲＰを有し、受光部ＲＰを介して入射した光に対して波長変換を行う。なお、本実施例においては、受光部ＲＰは波長変換板１３Ａの主面の一方に設けられ、波長変換板１３Ａに入射した光は波長変換板１３Ａの他方の主面から取り出される。

本実施例においては、レーザ装置１０は、４行４列でマトリクス状に配置された１６個のレーザ素子１２Ａと、レーザ素子１２Ａのそれぞれ上に形成され、４行４列でマトリクス状に配置された１６個の波長変換板１３Ａとを有する。また、本実施例においては、レーザ素子１２Ａの各々は一体的に形成され、波長変換板１３Ａの各々は一体的に形成されている。

また、レーザ装置１０は、レーザ素子１２Ａの各々に接続された共通端子１４と、レーザ素子１２Ａのそれぞれに接続された個別端子１５とを有する。個別端子１５の各々は、配線電極１６を介してレーザ素子１２Ａの各々に個別に接続されている。レーザ素子１２Ａの各々には、共通端子１４と、各レーザ素子１２Ａに対応する個別端子１５との間に電圧を印加することで発光動作を行う。本実施例においては、各個別端子１５は互いに絶縁されており、これによって各レーザ素子１２Ａが独立して発光動作を行う。

なお、本実施例においては、レーザアレイ１２は、最外部のレーザ素子１２Ａの側部に共通端子１４との接続領域１２Ｂを有する。また、波長変換体１３は、接続領域１２Ｂ上に設けられた側板１３Ｂを有する。なお、本実施例においては、レーザアレイ１２及び波長変換体１３の各々は、矩形の上面形状を有する。また、共通端子１４は、搭載基板１１上におけるレーザアレイ１２の互いに対向する側部の各々に設けられており、接続領域１２Ｂはレーザ素子１２Ａを挟むようにレーザ素子１２Ａの両側部に設けられている。図１（ａ）には一方の接続領域１２Ｂのみを示している。

図１（ｂ）は、レーザ装置１０の断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＸ−Ｘ線に沿った断面図であるが、その一部を図示している。図１（ｂ）に示すように、まず、レーザアレイ１２は、レーザ素子１２Ａの各々に共通の半導体構造層ＳＣＬと、半導体構造層ＳＣＬを挟んで互いに対向して形成された第１及び第２の多層膜反射鏡（以下、単に反射鏡と称する）ＭＬ１及びＭＬ２を有する。

本実施例においては、半導体構造層ＳＣＬは、活性層ＡＣと、活性層ＡＣを挟んで形成された第１及び第２の半導体層ＳＣ１及びＳＣ２とを含む。半導体構造層ＳＣＬは、例えば、Ａｌ_xＩｎ_yＧａ_1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成を有する。本実施例においては、活性層ＡＣは多重量子井戸構造を有する。

また、本実施例においては、第１の半導体層ＳＣ１はｐ型半導体層であり、第２の半導体層ＳＣ２はｎ型半導体層である。なお、個別端子１５は配線電極１６を介して第１の半導体層ＳＣ１に接続され、共通端子１４は接続電極（第２の接続電極）Ｅ２を介して第２の半導体層ＳＣ２に接続されている。接続電極Ｅ２は、第１の半導体層ＳＣ１、活性層ＡＣ、配線電極１６とは電気的に絶縁されている。

また、本実施例においては、第１の反射鏡ＭＬ１は互いに屈折率の異なる誘電体層が交互に積層されてなる分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）である。また、第２の反射鏡ＭＬ２は互いに屈折率の異なる半導体層が交互に積層されてなるＤＢＲである。

また、レーザアレイ１２は、半導体構造層ＳＣＬと第１の反射鏡ＭＬ１との間に形成され、レーザ素子１２Ａの各々に対応する電流狭窄部ＣＰを有する電流狭窄層ＣＣを有する。電流狭窄層ＣＣは、例えばＳｉＯ₂やＳｉＮなどの絶縁材料からなる絶縁層であり、電流狭窄部ＣＰとして開口部を有する。

また、本実施例においてはレーザアレイ１２はレーザ素子１２Ａの各々に共通の半導体基板ＳＢを有する。レーザアレイ１２は、半導体基板ＳＢ上に、第２の反射鏡ＭＬ２、第２の半導体層ＳＣ２、活性層ＡＣ、第１の半導体層ＳＣ１、電流狭窄層ＣＣ及び第１の反射鏡ＭＬ１が積層された構造を有する。また、レーザ装置１０は、第１の反射鏡ＭＬ１側からレーザアレイ１２が搭載基板１１にフリップチップ実装された構造を有する。なお、搭載基板１１は、例えば、Ｓｉ、ＡｌＮ又はＳｉＣなどの高い熱伝導性を有する材料からなる。

波長変換体１３は、レーザアレイ１２の上面に固定されている。また、波長変換体１３の波長変換板１３Ａの各々は、底面ＢＳ、上面ＴＳ及び側面ＳＳを有する蛍光体板ＰＬと、蛍光体板ＰＬの底面ＢＳ及び側面ＳＳを覆いかつ底面ＢＳ上に受光部ＲＰとしての開口部を有する光反射膜ＲＦとを有する。蛍光体板ＰＬは、例えば、蛍光体粒子及び光散乱粒子を含むガラスプレートからなる。波長変換板１３Ａは、底面ＢＳ上の光反射膜ＲＦを介してレーザ素子１２Ａ（レーザアレイ１２）に固定されている。本実施例においては、光反射膜ＲＦはレーザアレイ１２の半導体基板ＳＢの表面に接合されている。

また、本実施例においては、電流狭窄部ＣＰとしての電流狭窄層ＣＣの開口部（第１の開口部）と、受光部ＲＰとしての光反射膜ＲＦの開口部（第２の開口部）とは、それぞれ円形状を有し、搭載基板１１に垂直な方向において同軸に配置されている。また、蛍光体板ＰＬは、上面視において矩形の形状を有し、受光部（開口部）ＲＰは蛍光体板ＰＬの中央部に配置されている。なお、開口部ＣＰ及びＲＰの形状は円形に限定されず、例えば楕円形状や多角形状を有していてもよい。また、蛍光体板ＰＬの上面形状は矩形に限定されず、円形や多角形であってもよい。

また、配線電極１６の各々は、電流狭窄部ＣＰ（第１の開口部）及び受光部ＲＰ（第２の開口部）の位置にそれぞれ対応して半導体構造層ＳＣＬ（本実施例においては第１の半導体層ＳＣ１）に接続されている。共通端子１４及び１つの個別端子１５（配線電極１６）間に印加された電流は、対応する電流狭窄部ＣＰから半導体構造層ＳＣＬ内を流れる。

そして、活性層ＡＣ内で放出された光は第１及び第２の反射鏡ＭＬ１及びＭＬ２間で増幅されてレーザ発振を行い、当該電流狭窄部ＣＰの直上の受光部ＲＰ（底面ＢＳ）から波長変換板１３Ａに入射する。波長変換板１３Ａに入射した光はその波長が変換され、上面ＴＳから出射される。このように、１つのレーザ素子１２Ａ及びこれに対応する波長変換板１３Ａは、１つの発光セグメントＥＳを構成する。レーザ装置１０は、発光セグメントＥＳ毎に個別に駆動可能な構成を有する。

図２（ａ）は、発光セグメントＥＳのより詳細な構造を示す断面図である。図２（ａ）は、図１（ｂ）の破線で囲まれた部分を拡大して示す部分拡大断面図であるが、一部のハッチングを省略し、一部の構成要素を破線で示している。図２（ａ）を用いて、レーザ素子１２Ａ及び波長変換板１３Ａの構成についてより詳細に説明する。

まず、レーザ素子１２Ａは、開口部ＣＰから露出した第１の半導体層ＳＣ１の表面に接続された接続電極（第１の接続電極）Ｅ１を有する。接続電極Ｅ１は開口部ＣＰを埋め込みつつ電流狭窄層ＣＣ上に形成されている。接続電極Ｅ１は、例えばＩＴＯやＩＺＯなどの透光材料からなる。

また、第１の反射鏡ＭＬ１は接続電極Ｅ１上に形成され、接続電極Ｅ１を部分的に露出させる貫通孔を有する。レーザ素子１２Ａは、当該貫通孔を介して接続電極Ｅ１に接続されたパッド電極ＰＥを有する。パッド電極ＰＥは当該貫通孔を埋め込みつつ第１の反射鏡ＭＬ１上に形成されている。配線電極１６は、パッド電極ＰＥに接触されている。

次に、波長変換板１３Ａは、本実施例においては、２層構造の光反射膜ＲＦを有する。光反射膜ＲＦは、蛍光体板ＰＬの側面ＳＳ及び底面ＢＳ上に形成された反射金属膜ＭＦと、反射金属膜ＭＦ上に形成された保護金属膜ＰＦとからなる。反射金属膜ＭＦは、例えばＴｉ／Ａｇ、Ｔｉ／Ａｌ又はＩＴＯ／Ａｇの薄膜のいずれかがこの順で積層された構造を有する。保護金属膜ＰＦは、例えばＴｉ膜、Ｐｔ膜及びＡｕ膜が積層された構造を有する。

また、レーザ素子１２Ａ及び波長変換板１３Ａは、接合金属層ＢＤによって互いに接合されている。本実施例においては、レーザ素子１２Ａの半導体基板ＳＢと波長変換板１３Ａの保護金属膜ＰＦとが接合金属層ＢＤを介して接合されている。なお、接合金属層ＢＤは、例えばＴｉ膜又はＮｉ膜、Ｐｔ膜、Ａｕ膜がこの順で積層された構造を有する。なお、本実施例においては、接合金属層ＢＤは開口部ＲＰと同一径でかつ同軸に配された開口部を有する。

また、波長変換体１３の隣接する波長変換板１３Ａは、蛍光体板ＰＬの側面ＳＳ上の光反射膜ＲＦを介して互いに接触している。本実施例においては、波長変換板１３Ａは、光反射膜ＲＦにおける蛍光体板ＰＬの側面ＳＳ上の保護金属層ＰＦを介して隣接する他の波長変換板１３Ａに接合（固着）され、全体として一体化した板状の波長変換体１３を構成している。例えば、蛍光体板ＰＬの側面ＳＳ間の間隔は、およそ数μｍである。

なお、本実施例においては、波長変換板１３Ａの受光部となる光反射膜ＲＦの開口部ＲＰの開口径Ｄ２は、レーザ素子１２Ａにおける半導体構造層ＳＣＬと接続電極Ｅ１とのコンタクト部となる開口部ＣＰの開口径Ｄ１以上の大きさを有する。開口径Ｄ１及びＤ２は、例えば、レーザ素子１２Ａの全体層厚、開口部ＣＰ及びＲＰ間の距離、並びに開口部ＲＰにおけるビームの広がり角を考慮して調節することができる。光の取り出し効率を考慮すると、開口径Ｄ２を開口径Ｄ１以上とすることが好ましい。

また、蛍光体板ＰＬの外形や厚さについては、例えば半導体構造層ＳＣＬの材料や蛍光体粒子の材料などを考慮して、所望の発光色が得られるように調節することができる。例えば、開口部ＣＰは２〜２０μｍの開口径Ｄ１を有し、開口部ＲＰは２０〜４０μｍの開口径Ｄ２を有する。また、例えば、蛍光体板ＰＬは、２０〜３００μｍの厚さ、及び５０〜４００μｍの幅及び長さを有する。

図２（ｂ）は、発光セグメントＥＳ内における光の進路を模式的に示す図である。図２（ｂ）は図２（ａ）と同様の断面図である。まず、レーザ素子１２から出射されるレーザ光は、その大部分がコヒーレント性を持っているため、この大部分のコヒーレント光Ｌ１は開口部ＲＰに向かって直進し、蛍光体板ＰＬに入射する。光Ｌ１は、その一部が蛍光体板ＰＬ内で蛍光体粒子や光散乱粒子に衝突し、波長が変換された光又は散乱された光となって上面ＴＳから出射される。また、蛍光体粒子などに衝突しなかった光Ｌ１はそのまま直進して蛍光体板ＰＬの上面ＴＳから出射される。これによって光の混色が生じ、所望の発光色の光を得ることができる。

次に、光Ｌ１のうち、上面ＴＳで反射された光Ｌ２は、蛍光体板ＰＬの底面ＢＳに向かって進む。この光Ｌ２は、開口部ＲＰを除いて底面ＢＳ及び側面ＳＳのほぼ全面を覆う光反射膜ＲＦ（反射金属膜ＭＦ）によって反射される。従って、光Ｌ２は再度上面ＴＳに向かって進み、蛍光体板ＰＬから取り出される可能性が高い。また、側面ＳＳに光反射膜ＲＦが設けられていることで、他の蛍光体板ＰＬに光Ｌ１及びＬ２が進むことが抑制される。従って、波長変換板１３Ａに入射した光をクロストークを抑制しつつ外部に取り出すことができる。

一方、レーザ素子１２Ａから放出された光には、例えば発光ダイオードからの放出光のようなコヒーレント性を有しない成分が含まれる場合がある。このインコヒーレント光Ｌ３は活性層ＡＣから放射的に放出されるため、開口部ＲＰから外れた方向に進む可能性がある。しかし、この光Ｌ３はレーザ素子１２Ａ側から光反射膜ＲＦ（保護金属膜ＰＦ）、本実施例においては接合金属層ＢＤに入射する。この光Ｌ３は半導体構造層ＳＣＬ側に戻されるか又は減衰する可能性が高い。従って、光Ｌ３が他の発光セグメントＥＳの領域に進入すること、すなわち光のクロストークが抑制される。

このように、本実施例においては、まず、光反射膜ＲＦが開口部ＲＰを有して蛍光体板ＰＬの底面ＢＳを覆っている。従って、レーザ光の特性を活用しつつ高効率で光を波長変換板１３Ａに入射させ、かつ波長変換板１３Ａから高い効率で光を取り出すことができる。また、光Ｌ３のようなインコヒーレント光の他の発光セグメントＥＳへのクロストークを抑制することができる。

また、光反射膜ＲＦは蛍光体板ＰＬの側面ＳＳを覆うように形成されている。また、本実施例においては、波長変換板１３Ａの蛍光体板ＰＬは、光反射膜ＲＦを介して他の蛍光体板ＰＬに接触している。従って、発光セグメントＥＳ間の非発光領域、すなわちダークラインを形成する可能性のある領域の幅は、光反射膜ＲＦの膜厚程度とすることができる。従って、ダークラインの形成が抑制される。

従って、例えばレーザ装置１０を照明用途に用いる場合、照射領域の明暗のコントラストが明確となり、また、照射領域にダークラインが形成されることが抑制され、照射領域全体を均一に照らすことが可能となる。従って、光のクロストーク及びダークラインの形成が大幅に抑制された面発光レーザ装置１０を提供することができる。

また、レーザ素子１２Ａ及び波長変換板１３Ａは、保護金属膜ＰＦ（及び接合金属層ＢＤ）を介して互いに接合されている。換言すれば、レーザ素子１２Ａ及び波長変換板１３Ａは、光反射膜ＲＦ及び接合金属層ＢＤに接触している。この接合金属層ＢＤ及び光反射膜ＲＦは、レーザ素子１２Ａ及び波長変換板１３Ａ間において生ずる熱を外部に放熱する放熱経路を形成する。また、上記したように、レーザ素子１２Ａ及び波長変換板１３Ａは、開口部ＲＰを除いてほぼ全面が接合金属層ＢＤに接触しているため、高効率で放熱を行うことができる。

また、光反射膜ＲＦが反射金属膜ＭＦ及び保護金属膜ＰＦを有することで、光反射膜ＲＦの耐久性が向上し、かつ接合金属層ＢＤと共に安定した放熱部を形成することができる。従って、複数の面発光レーザ素子１２Ａを含み、高い放熱性能を有する面発光レーザ装置１０となる。

なお、面発光レーザにおいては、例えばレーザ光の出射面や波長変換板１３Ａの開口部ＲＰなどにおいて大きな熱が生ずる。また、アレイ状に複数のレーザ素子１２Ａを配置した場合、この発熱が外部に逃げにくい場合がある。これに対し、本実施例においては、接合金属層ＢＤ及び光反射膜ＲＦを利用して、高効率で放熱を行うことができる。従って、高信頼性かつ長寿命なレーザ装置１０を提供することができる。

図３（ａ）〜図３（ｄ）は、レーザ装置１０の製造方法を示す図である。図３（ａ）〜（ｄ）は、各製造工程における半導体基板等を模式的に示す断面図である。図３（ａ）〜（ｄ）を用いて、レーザ装置１０の製造方法について説明する。

［レーザアレイ１２の形成工程］
図３（ａ）は、複数のレーザ素子１２Ａを含むレーザアレイ１２が形成された半導体基板ＳＢの断面図である。本工程においては、半導体基板ＳＢ上に第２の反射鏡ＭＬ２、半導体構造層ＳＣＬ（第２の半導体層ＳＣ２、活性層ＡＣ及び第１の半導体層ＳＣ１）、電流狭窄層ＣＣ、第１の反射鏡ＭＬ１並びに各電極（図２（ａ）も併せて参照）を形成する。

本実施例においては、まず成長用基板として半導体基板ＳＢを準備し、半導体基板ＳＢ上にバッファ層（図示せず）を形成した。次に、バッファ層上に高屈折率半導体層及び低屈折率半導体層を交互に複数回成長して第２の反射鏡ＭＬ２を形成した。続いて、第２の反射鏡ＭＬ２上に第２の半導体層ＳＣ２、活性層ＡＣ及び第１の半導体層ＳＣ１を成長し、半導体構造層ＳＣＬを形成した。

次に、第１の半導体層ＳＣ１上に、開口部ＣＰを有する電流狭窄層ＣＣを形成した。続いて、電流狭窄層ＣＣ上に、接続電極Ｅ１、第１の反射鏡ＭＬ１及びパッド電極ＰＥを形成した。また、第１の半導体層ＳＣ１側から第２の半導体層ＳＣ２に至る凹部を形成し、当該凹部において露出した第２の半導体層ＳＣ２の表面上に接続電極Ｅ２を形成した。このようにして、レーザ素子１２Ａを含むレーザアレイ１２を形成した。

［搭載基板１１の形成工程］
図３（ｂ）は、共通端子１４、個別端子１５及び配線電極１６が形成された搭載基板１１を示す断面図である。本工程では、搭載基板１１を準備し、搭載基板１１上に共通端子１４、個別端子１５及び配線電極１６を形成する。本実施例においては、搭載基板１１上に、金属層を形成することで、共通端子１４、個別端子１５及び配線電極１６を形成した。

［波長変換体１３の形成工程］
図３（ｃ）は、複数の波長変換板１３Ａ及び側板１３Ｂを含む波長変換体１３の断面図である。本工程では、複数の蛍光体板ＰＬを形成し、蛍光体板ＰＬ上に開口部ＲＰを有する光反射膜ＲＦを形成した後、蛍光体板ＰＬを互いに接合する。これによって、波長変換体１３を形成する。当該工程については図４（ａ）〜（ｄ）を用いて後述する。

［レーザアレイ１２及び波長変換体１３の搭載基板１１への搭載工程］
図３（ｄ）は、レーザアレイ１２及び波長変換体１３が接合された搭載基板１１を示す断面図である。本工程では、搭載基板１１にレーザアレイ１２及び波長変換体１３を接合し、レーザ装置１０を形成する。具体的には、まず、レーザアレイ１２及び波長変換体１３上に接合金属層ＢＤ（図２（ａ）参照）を形成してこれらを互いに接合する（当該接合工程については図４（ｅ）を用いて後述する）。続いて、パッド電極ＰＥ（図２（ａ）参照）を配線電極１６に、また接続電極Ｅ２を共通端子１４に接触させ、これらの加熱及び圧着を行う。これによって、搭載基板１１にレーザアレイ１２及び波長変換体１３を搭載する。

なお、この工程以降、各端子へのワイヤボンディングや装置１０の封止などを行って、レーザ装置１０を作製する。

［波長変換体１３の形成工程の詳細工程］
図４（ａ）〜（ｄ）は、波長変換体１３を形成する工程の詳細工程を模式的に示す断面図である。まず、図４（ａ）に示すように、伸縮性シートＳＴ上に蛍光体板ＰＬとなる蛍光体含有プレートＰＰを固定する（例えば貼り付ける）。次に、蛍光体含有プレートＰＰ上にパターニングされたマスクＭＫを形成する。マスクＭＫは、蛍光体含有プレートＰＰに対して一括で形成し、開口部ＲＰに対応する位置及び形状でパターニングを行った。次に、蛍光体含有プレートＰＰを分割し、複数の蛍光体板ＰＬを形成する。例えば、カッターＣＵを用いて蛍光体含有プレートＰＰにダイシング加工やスクライブ加工を行う。

次に、図４（ｂ）に示すように、伸縮性シートＳＴを伸張させる。続いて、蛍光体板ＰＬの側面及び上面上及びマスクＭＫ上に光反射膜ＲＦを形成する。ここでは、伸縮性シートＳＴの伸張によって複数の蛍光体板ＰＬが互いに引き離されるため、蛍光体板ＰＬの側面上にも安定して光反射膜ＲＦを成膜することができる。

続いて、図４（ｃ）に示すように、伸縮性シートＳＴを圧縮させ、隣接する光反射膜ＲＦを接着する。ここでは、例えば光反射膜ＲＦの成膜前における伸縮性シートＳＴの伸張状態を開放し、伸縮性シートＳＴを元の状態に戻す。これによって、引き離されていた蛍光体板ＰＬ同士が光反射膜ＲＦを介して接触し、光反射膜ＲＦ同士が接着される。このようにして、複数の蛍光体板ＰＬが光反射膜ＲＦを介して接合される。

次に、図４（ｄ）に示すように、例えばリフトオフ法を用いることで、マスクＭＫ上の光反射膜ＲＦを除去する。これによって、開口部ＲＰを有する光反射膜ＲＦを形成する。上記工程を経ることで、波長変換板１３Ａを含む波長変換体１３を形成することができる。

［レーザアレイ１２と波長変換体１３との接合工程］
図４（ｅ）は、上記した搭載基板１１へのレーザアレイ１２及び波長変換体１３の搭載工程においてレーザアレイ１２及び波長変換体１３を接合した直後の状態を示す断面図である。本工程においては、蛍光体板ＰＬの各々上にレーザ素子１２Ａを接合する。本実施例においては、図４（ｄ）に示すマスクＭＫ上の光反射膜ＲＦを除去した後、光反射膜ＲＦ上にレーザアレイ１２を接合することで、レーザアレイ１２及び波長変換体１３（波長変換板１３Ａ）を互いに接合した。

具体的には、レーザアレイ１２における半導体基板ＳＢ上に接合金属層ＢＤ（図２（ａ）参照）を形成し、接合金属層ＢＤを光反射膜ＲＦ（本実施例においては保護金属膜ＰＦ）に接触するように配置し、熱圧着を行った。ここで、レーザアレイ１２の開口部ＣＰの位置を光反射膜ＲＦ上の開口部ＲＰの位置に対応して接合する。これによって、レーザ素子１２Ａ及び波長変換板１３Ａの位置を確定し、発光セグメントＥＳが形成される。

なお、本実施例においてはレーザアレイ１２及び波長変換体１３を接合した後、伸縮性シートＳＴを除去し、搭載基板１１にレーザアレイ１２及び波長変換体１３を搭載した。

本実施例においては、まず、伸縮性シートＳＴの伸縮機能を用いて波長変換体１３を形成する。また、伸縮性シートＳＴに固定された状態の波長変換板１３Ａにレーザ素子１２Ａ（レーザアレイ１２）を接合する。従って、波長変換板１３Ａの接合時における位置ずれ、また、レーザ素子１２Ａ及び波長変換板１３Ａ間の位置ずれが抑制される。

また、蛍光体板ＰＬ同士を接合することで、蛍光体板ＰＬ間の距離はほぼ光反射膜ＲＦの膜厚程度となる。例えば、蛍光体板ＰＬ間の距離は、５〜２０μｍ程度にまで小さくすることができる。従って、蛍光体板ＰＬ間の領域に対応するダークラインの形成が抑制される。

また、本実施例においては、マスクＭＫの形成を一括で行った後、蛍光体含有プレートＰＰを蛍光体板ＰＬ毎に分割する。従って、開口部ＲＰの位置ずれが抑制される。従って、安定して開口部ＣＰ及びＲＰを所望の位置に配置することが可能となる。従って、安定して高出力、低クロストークであり、ダークラインの抑制された面発光レーザ装置１０の製造方法を提供することができる。

なお、本実施例においては、レーザアレイ１２が接続領域１２Ｂを有し、波長変換体１３が側板１３Ｂを有する場合について説明したが、レーザアレイ１２及び波長変換体１３は、それぞれ複数のレーザ素子１２Ａ及び波長変換体１３Ａを有していればよい。また、レーザ素子１２Ａの各々が並列に接続され、個別に駆動可能なように構成されている場合について説明したが、レーザ素子１２の接続構成はこれに限定されない。例えばレーザ素子１２Ａの各々が直列に接続されていてもよい。

また、本実施例においてはレーザ素子１２Ａ及び波長変換板１３Ａがマトリクス状に配置される場合について説明したが、レーザ素子１２Ａ及び波長変換板１３Ａの配置構成は一例に過ぎない。レーザ装置１０は、搭載基板１１上に複数のレーザ素子１２Ａを含むレーザアレイ１２が形成されていればよい。例えば、レーザ素子１２Ａがハニカム状に配置されていてもよい。また、波長変換板１３Ａの配置構成及びレーザ素子１２Ａの層構成は一例に過ぎない。

図５は、実施例２に係る面発光レーザ装置２０における波長変換体２３の上面図である。レーザ装置２０は、波長変換体２３の構成を除いてはレーザ装置１０と同様の構成を有する。波長変換体２３は、マトリクス状に配置された複数の波長変換板２３Ａ１及び２３Ａ２を有する。波長変換板２３Ａ１及び２３Ａ２は、光反射膜ＲＦ１及びＲＦ２が互いに異なる開口径の開口部ＲＰ１及びＲＰ２を有するように構成されている。図５においては一部の光反射膜ＲＦ１及びＲＦ２のみを示している。

具体的には、マトリクス状に配置された複数の波長変換板２３Ａ１及び２３Ａ２のうち、外周部の波長変換板２３Ａ１における光反射膜ＲＦ１の開口部ＲＰ１は、中央部の波長変換板２３Ａ２における光反射膜ＲＦ２の開口部ＲＰ２よりも大きな開口径を有する。例えば、図５に示すように、４行４列で合計１６個の波長変換板を配置する場合、最も外側に配置された１２個の波長変換板２３Ａ１においては、その光反射膜ＲＦ１は相対的に大きな開口径の開口部ＲＰ１を有する。一方、その内側の４つの波長変換板２３Ａ２においては、その光反射膜ＲＦ２は相対的に小さな開口径の開口部ＲＰ２を有する。

このように光反射膜ＲＦ１及びＲＦ２を構成することで、各発光セグメントＥＳにおける光のクロストークが安定して抑制される。具体的には、中央部の波長変換板２３Ａ２は、外周部の波長変換板２３Ａ１よりも隣接する波長変換板の個数が多い。従って、波長変換板２３Ａ２には、光のクロストークを受ける可能性のある波長変換板が多い。これに対し、中央部の波長変換板２３Ａ２は、外周部の光反射膜ＲＦ１の開口部ＲＰ１よりも小さな開口径の開口部ＲＰ２を有する。従って、波長変換体２３の全体で安定して光のクロストークを抑制することができる。

また、中央部の波長変換板２３Ａ２において光反射膜ＲＦ２の領域を相対的に大きくすることで、外周部に比べて放熱経路を大きく形成することができる。従って、高い放熱性能を得ることができる。

なお、本実施例においては外周部の開口部ＲＰ１を大きくし、中央部の開口部ＲＰ２を小さくする場合について説明したが、開口部ＲＰ１及びＲＰ２の構成はこれに限定されない。波長変換体２３が複数の波長変換板２３Ａ１及びＡ２を有し、波長変換板２３Ａ１及び２３Ａ２は、互いに異なる開口径の開口部ＲＰ１及びＲＰ２を有する光反射膜ＲＦ１及びＲＦ２を有していればよい。また、本実施例においても、マトリクス状に波長変換板２３Ａ１及び２３Ａ２が配置されている必要はない。

本実施例においては、複数のレーザ素子１２Ａを有するレーザ装置２０において、レーザ素子１２のそれぞれ上に配置された複数の波長変換板２３Ａ１及び２３Ａ２を有する。また、波長変換板２３Ａ１及び２３Ａ２は、互いに異なる開口径の開口部ＲＰ１及びＲＰ２を有する光反射膜ＲＦ１及びＲＦ２を有する。従って、光のクロストーク及びダークラインの形成が大幅に抑制され、また、高い放熱性能を有するレーザ装置２０を提供することができる。

１０、２０面発光レーザ装置
１２面発光レーザアレイ
１２Ａ面発光レーザ素子
１３波長変換体
１３Ａ、２３Ａ１、２３Ａ２波長変換板
ＰＬ蛍光体板
ＲＦ、ＲＦ１、ＲＦ２光反射膜

Claims

搭載基板と、
前記搭載基板上に並置された複数の面発光レーザ素子を含む面発光レーザアレイと、
前記複数の面発光レーザ素子のそれぞれ上に形成され、各々が、底面及び側面を有する蛍光体板と、前記蛍光体板の前記底面及び側面を覆いかつ前記底面上に開口部を有する光反射膜とを有する複数の波長変換板と、を有し、
前記複数の波長変換板に隣接する波長変換板は、前記蛍光体板の前記側面上の前記光反射膜を介して互いに接触していることを特徴とする面発光レーザ装置。
前記光反射膜は、前記蛍光体板上に形成された反射金属膜と、前記反射金属膜上に形成された保護金属膜と、を有し、
前記面発光レーザ素子及び前記波長変換板は、前記保護金属膜を介して互いに接合されていることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ装置。
前記複数の波長変換板は、前記光反射膜が互いに異なる開口径の前記開口部を有するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか１つに記載の面発光レーザ装置。
前記面発光レーザアレイは、前記複数の面発光レーザ素子がマトリクス状に配置された構造を有し、
前記複数の波長変換板のうち、中央部の波長変換板における前記光反射膜の前記開口部は、外周部の波長変換板における前記光反射膜の前記開口部よりも小さいことを特徴とする請求項３に記載の面発光レーザ装置。
前記面発光レーザアレイは、
前記面発光レーザ素子の各々に共通の半導体構造層と、
前記半導体構造層を挟んで互いに対向する第１及び第２の多層膜反射鏡と、
前記第１の反射鏡と前記半導体構造層との間に形成され、前記面発光レーザ素子の各々に対応する電流狭窄部を有する電流狭窄層と、を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の面発光レーザ装置。
前記電流狭窄層は、前記電流狭窄部として開口部を有する絶縁層であり、
前記絶縁層の前記開口部は、前記光反射膜の前記開口部と同軸に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の面発光レーザ装置。
前記光反射膜の前記開口部は、前記絶縁層の前記開口部以上の開口径を有することを特徴とする請求項５又は６に記載の面発光レーザ装置。
伸縮性シート上に蛍光体含有プレートを固定する工程と、
前記蛍光体含有プレート上にパターニングされたマスクを形成する工程と、
前記蛍光体含有プレートを分割して複数の蛍光体板を形成する工程と、
前記伸縮性シートを伸張させ、前記複数の蛍光体板の側面及び上面上並びに前記マスク上に光反射膜を形成する工程と、
前記伸縮性シートを圧縮し、前記側面上の前記光反射膜を介して前記複数の蛍光体板を互いに接合する工程と、
前記マスクを除去する工程と、
前記複数の蛍光体板の各々上に面発光レーザ素子を接合する工程と、を含むことを特徴とする面発光レーザ装置の製造方法。