JP6776765B2 - 発光装置 - Google Patents

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Description

本開示は発光装置に関する。
レーザ素子を用いた発光装置は、得ようとする光特性に応じて、レーザ素子の使用数、蛍光体含有部材の種類、発光素子を構成する他の部品の種類及び配置等が適宜設定される。また、蛍光体含有部材のレーザ光入射面と光取り出し側の面とが異なる面（例えば下面と上面）となるようにレーザ素子及び蛍光体含有部材を配置する形態、蛍光体含有部材のレーザ光入射面と光取り出し側の面とが同じ面（例えば上面）となるようにレーザ素子及び蛍光体含有部材を配置する形態等が採用されている。例えば、特許文献１及び２には、蛍光体含有部材の側面をレーザ光入射面とし上面を光取り出し側の面とする発光装置が記載されている。
特開２０１３−２５４８８９号公報 特開２００７−５４８３号公報
レーザ素子から出射された光を蛍光体含有部材に入射させ、その光をより確実に取り出すことにより、つまり、パッケージ内における光の損失を低減することにより、光取り出し効率をさらに向上することが求められている。
本開示は、レーザ素子から出射された光を蛍光体含有部材に入射させ、その光を、より確実に外部に取り出すことにより、光取り出し効率をさらに向上させることができる発光装置を提供することを目的とする。
本願は以下の発明を含む。
半導体レーザ素子と、
ベースとキャップとを有する支持部材であって、前記ベースと前記キャップとにより規定される空間内に前記半導体レーザ素子が配置され、前記キャップに上方に光を取り出す光取り出し窓が設けられた支持部材と、
前記空間内であって、前記半導体レーザ素子からの光を前記光取り出し窓に向かって反射する位置に配置された光反射部材と、
前記半導体レーザ素子と前記光反射部材との間に配置され、前記光反射部材を支持する支持面と、該支持面とは異なる面であって前記半導体レーザ素子が出射するレーザ光が入射する光入射面と、を含む波長変換部材とを有し、
前記波長変換部材は、その一部が前記光取り出し窓に嵌合している発光装置。
本開示によれば、光取り出し効率をさらに向上させることができる発光装置を提供することができる。
本発明の一実施形態の発光装置の概略断面図である。 図１Ａの発光装置の変形例を示す概略断面図である。 図１Ａの発光装置の別の変形例を示す概略断面図である。 図１Ａの発光装置のさらに別の変形例を示す概略断面図である。 本発明の別の実施形態の発光装置の概略断面図である。 本発明のさらに別の実施形態の発光装置の概略断面図である。
以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明を以下に限定するものではない。また、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。さらに、同一の名称、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、重複した説明は適宜省略する。
〔発光装置〕
図１Ａに示すように、発光装置１０は、半導体レーザ素子１及びベース３とキャップ４とを有する支持部材２を備える。半導体レーザ素子１は、ベース３とキャップ４とにより規定される空間内に配置されている。キャップ４には、光を取り出す光取り出し窓５が設けられている。
支持部材２に規定される空間内には、光反射部材６と、波長変換部材７とが収容されている。光反射部材６は、半導体レーザ素子１からの光を光取り出し窓５に向かって反射させることができる位置に配置されている。波長変換部材７は、半導体レーザ素子１と光反射部材６との間に配置されている。波長変換部材７は、光反射部材６を支持する支持面７ａと、支持面７ａとは異なる面であって半導体レーザ素子１が出射するレーザ光が入射する光入射面７ｂとを含み、その一部が光取り出し窓５に嵌合されている。
この発光装置１０では、光取り出し窓５は、ベース３とキャップ４とにより規定される空間の上部に相当する部位に設けられており、支持部材２において、光取り出し窓５が配置された側が、光取り出し面側に相当する。
このような構成を有することにより、波長変換部材７の光取り出し面から出射される光を、支持部材２に規定される空間内を経ることなく当該空間の外へ取り出すことができる。これにより、半導体レーザ素子１から出射された光を波長変換部材７に入射させた後において、その光を、光反射部材６を利用してより確実に外部に取り出すことができる。したがって、光取り出し効率のさらなる向上を図ることができる。また、波長変換部材７を半導体レーザ素子１に近接させすぎる場合の波長変換部材７の発熱増及び熱引き効率減に対する懸念を、キャップ４からの波長変換部材７の熱引きによって緩和させることができる。したがって、必要に応じて半導体レーザ素子１の近傍に波長変換部材７を配置することが可能となる。また、波長変換部材７を半導体レーザ素子１の近傍に配置する場合は、集光レンズ等の集光部材をも省略することができるため、発光装置１０を構成する部品数を低減させることができるとともに、支持部材２をより小型化することができる。これによって、発光装置１０自体の小型化及び簡素化を実現することができ、製造コストを低減させることが可能となる。なお、本明細書では、光反射部材６から光取り出し窓５へ向かう方向を上方と呼ぶ。
（支持部材２）
支持部材２は、ベース３とキャップ４とによって構成されている。ベース３は、主として、半導体レーザ素子１を載置するためのものである。ベース３は、適度な強度及び熱伝導率を有する材料によって構成することができる。このような材料としては、例えば、銅、銅合金、鉄又はコバール等の鉄合金等を含む金属、窒化アルミニウム又は酸化アルミニウム等を含むセラミック等が挙げられる。
ベース３の形状は、例えば、板状、上方に向かって開口した凹部を有する形状など、種々の形状が挙げられる。なかでも、半導体レーザ素子１から出射される光の光路の制御を容易にするために、半導体レーザ素子１が実装される面（以下「上面」ともいう。）が平坦で、互いに平行な上面及び下面を備えた形状であることが好ましい。ベースの形状は、例えば、平面形状が、略円形、略楕円形、略多角形等の種々の形状が挙げられる。ベース３の大きさは、適宜調整することができ、例えば、１０ｍｍ２以上の平面積を有するものが挙げられる。発光装置１０に半導体レーザ素子１を１個のみ搭載する場合は、ベース３の平面積を小さくすることが可能であり、具体的には３５ｍｍ２以下とすることができる。
ベース３の厚みは、強度、放熱性等を考慮すると、０．２ｍｍ以上であることが挙げられ、０．２〜１．０ｍｍが好ましい。ベース３としては、全領域にわたって一定の厚みを有するもの、又は部分的に厚みが異なっているものが挙げられる。
ベース３が上方に向かって開口した凹部を有する形状である場合、その高さは、例えば、５００〜３０００μｍが挙げられ、８００〜２０００μｍが好ましい。
ベース３は、後述するキャップ４を固定する等のための突出及び屈曲等の形状の部位を有していてもよい。
キャップ４は、主として、波長変換部材等と一体となって半導体レーザ素子１を気密封止するためのものである。キャップ４は、適度な強度及び熱伝導率を有する材料によって構成することができる。このような材料としては、例えば、銅、銅合金、鉄又はコバール等の鉄合金等を含む金属、窒化アルミニウム又は酸化アルミニウム等を含むセラミック等が挙げられる。キャップ４は、ベース３と同じ材料によって形成されていてもよいし、異なる材料によって形成されていてもよい。
キャップ４は、通常、共晶材料等を用いて又は溶接によって、ベース３に接合されている。
キャップ４の形状は、例えば、板状、下方に向かって開口した凹部を有する形状など、種々の形状が挙げられ、ベース３との係合によって半導体レーザ素子１等を収容する空間を規定し得る形状である。例えば、図１Ａに示すように、ベース３が、互いに平行な上面及び下面を備えた板状の形状である場合には、キャップ４の形状として、ベース３上に載置された半導体レーザ素子１等の上方に位置する天井部と、天井部を支持する側壁部とを有する下方に向かって開口した凹部を有する形状が挙げられる。また、キャップ４は、ベース３上にキャップ４を固定する等のための突出及び屈曲等の形状の部位を有していてもよい。
キャップ４が下方に向かって開口した凹部を有する形状である場合、その高さは、例えば、５００〜３０００μｍが挙げられ、８００〜２０００μｍが好ましい。
キャップ４の厚みは、強度、放熱性等を考慮すると、０．２ｍｍ以上であることが挙げられ、０．２〜１．０ｍｍが好ましい。
キャップ４は、光を取り出すための光取り出し窓５を有する。光取り出し窓５とは、キャップ４に設けられた貫通孔である。光取り出し窓５は、半導体レーザ素子１が載置されるベース３の上面に対向する位置に配置されている。言い換えると、光取り出し窓５の位置は、ベース３上に載置された半導体レーザ素子１の上方に位置するキャップ４の天井部に配置されている。光取り出し窓５は、キャップ４の上面から見て、その一部がキャップ４の外周に隣接する位置に配置されていることが好ましい（図１Ａ〜１Ｃ等）。これにより、光取り出し窓５に配置する光反射部材６をキャップ４の側壁部にも固定することができる。また、光取り出し窓５は、キャップ４の上面から見て、その全部がキャップ４の外周に隣接する位置から離間していてもよく（図１Ｄ）、例えば、中央部分に配置されていてもよい。
光取り出し窓５の大きさは、半導体レーザ素子１から出射される光を通過させることができる大きさとする。後述する波長変換部材７等を通過し、光反射部材６で反射される光を考慮すると、光取り出し窓５の大きさは０．３〜９ｍｍ２の大きさが挙げられ、０．５〜４ｍｍ２の大きさが好ましい。また、半導体レーザ素子１が出射するレーザ光の、波長変換部材７の光入射面７ｂにおけるスポット径に対して５〜２０倍の大きさが挙げられ、５〜１０倍の大きさが好ましい。このような大きさ等に設定することにより、半導体レーザから出射される光の略全部を、波長変換部材等を介して、光取り出し面側から取り出すことができる。光取り出し窓５の形状は、矩形等の多角形、円形、楕円形、等の種々の形状が挙げられる。後述する波長変換部材７及び光反射部材６を合わせたものの形状としては四角柱等の多角柱状が形成しやすく適しているため、光取り出し窓５の形状は矩形等の多角形であることが好ましい。
（半導体レーザ素子１）
半導体レーザ素子１は、ベース３上であって、ベース３とキャップ４とにより規定される空間内に載置されている。１つの発光装置１０に、半導体レーザ素子１は、１つのみ配置されていてもよいし、複数配置されていてもよい。
半導体レーザ素子１としては、例えば、窒化物半導体（主として一般式ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表される）などの半導体層を備える素子が挙げられる。その組成等を調整することにより、半導体レーザ素子１の発振波長を調整することができる。例えば、４００〜５３０ｎｍの範囲に発振波長を有する半導体レーザ素子１を用いることができる。例えば、ＹＡＧ系蛍光体と組み合わせる場合は、発光装置１０から取り出される光を混色により白色とすることができるので、発振波長が４２０〜４９０ｎｍの範囲にある半導体レーザ素子１が好ましい。
半導体レーザ素子１は、レーザ光の光出射端面がベース３の上面に実質的に垂直となるように配置されることが好ましい。このような配置により、キャップ４の位置との関係で、レーザ光が直接外部に向けて発振されることを回避することができる。
半導体レーザ素子１は、ベース３の上面に直接配置してもよいが、上面にサブマウント８を介して配置することが好ましい。これにより、半導体レーザ素子１の光出射端面をベース３の上面から離すことができるため、半導体レーザ素子１からの光がベース３の上面に当たるのを回避することができる。また、サブマウント８を利用して、放熱性を向上させることができる。サブマウント８は、例えば、窒化アルミニウム、炭化珪素等によって形成することができる。サブマウント８を配置する場合においても、半導体レーザ素子１は、出射した光が、ベース３の上面に対して実質的に平行な方向に進行するように実装することが好ましい。
（光反射部材６）
光反射部材６は、半導体レーザ素子１から出射された光の光路上に配置され、その光を、上述したキャップ４の光取り出し窓５に向かって反射させる位置に配置されている。
光反射部材６は、例えば、三角柱、四角柱、三角錐台、四角錐台等の、傾斜面を有する形状の部材（図１Ａの６）又はこれらの形状の部材（図１Ｂの６Ｂ）の少なくとも一面に反射膜（図１Ｂの６Ａ）が設けられたもの等によって形成することができる。傾斜面を有する形状の部材としては、例えば、金属、セラミック、ガラス又はこれらの複合体等が挙げられる。半導体レーザ素子１からの光を反射する光反射部材６の反射面は、半導体レーザ素子１から出射される光に対する反射率が８０％以上であることが好ましく、さらには９０％以上反射することが好ましい。反射膜６Ａは、誘電体多層膜、金属膜あるいはこれらの積層膜によって形成することができる。反射膜６Ａが設けられる光反射部材６の一面は、半導体レーザ素子１が出射するレーザ光の光軸と３０〜６０度で交差する位置に配置することができ、典型的には約４５度で交差する位置に配置する。これによって、効率的に光反射部材６の一面に当たった光を、上方に反射させることができる。つまり、反射光をキャップ４の光取り出し窓５に向かわせることができるので、効率的に支持部材の外側に光を取り出すことができる。
光反射部材６は、支持部材２の半導体レーザ素子１が載置される載置面、つまりベース３の上面３ａに連結する支持部材２（２Ｃ）の内側の側面（キャップ４Ｃの側面４Ｃａ）から離間していてもよい（図１Ｄ参照）が、支持部材２の内側の側面（キャップ４の側面４ａ）と接触させることが好ましい（図１Ａ〜１Ｃ参照）。この場合、光反射部材６は、半導体レーザ素子１を載置する支持部材２の載置面とも接触させてもよいし、非接触としてもよい。光反射部材６が、支持部材２の側面４ａと接触することにより、それらの面から熱引きを行うことができるため、放熱性を向上させることができる。
（波長変換部材７）
波長変換部材７は、半導体レーザ素子１と光反射部材６との間に配置されている。そして、光反射部材６を支持するための支持面７ａと、この支持面７ａとは異なる面であって、半導体レーザ素子１が出射するレーザ光を入射する光入射面７ｂとを有する。光入射面７ｂは、入射するレーザ光の光軸に対して実質的に垂直に配置することができる。これにより、レーザ光を光入射面７ｂで反射しにくくすることができる。また、波長変換部材７は、入射された光が波長変換されて出射される光出射面７ｃをも有する。
波長変換部材７は、蛍光体を含む。波長変換部材７としては、蛍光体のみによって形成されていてもよく、蛍光体に加えて、半導体レーザ素子からの光及び蛍光体からの蛍光の双方に対して光透過性を有する材料を含んでいてもよい。例えば、蛍光体の単結晶、蛍光体の焼結体、蛍光体とセラミックス等との焼結体等が挙げられる。波長変換部材７は、単一の材料又は複数の材料によって形成することができ、単層構造又は積層構造を採用することができる。これによって、半導体レーザ素子１から出射される光を波長変換することができ、半導体レーザ素子１からの光と、波長変換された光との混色光を外部に放出することができる。
蛍光体としては、例えば、用いる半導体レーザ素子１の出射光の波長、得ようとする光の色などを考慮して選択することができる。具体的には、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）、セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット（ＬＡＧ）、ユウロピウム及び／又はクロムで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム（ＣＡＳＮ）などが挙げられる。なかでも、耐熱性に優れたＹＡＧ蛍光体を用いることが好ましい。蛍光体は、複数の種類の蛍光体を組み合わせて用いてもよい。例えば、発光色の異なる蛍光体を所望の色調に適した組み合わせや配合比で用いて、演色性や色再現性を調整することもできる。複数の種類の蛍光体を用いる場合は、単層構造の波長変換部材に複数の種類の蛍光体を含有させてもよいし、積層構造の波長変換部材７において、異なる層それぞれに異なる蛍光体を含有させてもよい。
単結晶の蛍光体は、セラミックスを含む波長変換部材と比較して光を散乱し難い。したがって、蛍光体の単結晶を波長変換部材７として用いることによって、光取り出し効率を向上させることができる。
セラミックスとしては、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３、融点：約１９００℃〜２１００℃）、酸化バリウム（ＢａＯ、融点：１８００℃〜２０００℃）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３、融点：２４２５℃）等が挙げられる。これらは単独で又は２種以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも、透光性が良好であり、融点、熱伝導性及び拡散性等も良好であることから、酸化アルミニウムを含むものが好ましい。波長変換部材７が蛍光体とセラミックス等との混合体によって形成される場合には、蛍光体の割合が波長変換部材７の総重量に対して５０重量％以下、３０重量％以下が挙げられ、１重量％以上であることが好ましい。また、波長変換部材７は、高出力の光が照射されても変質等が発生しにくい耐光性及び耐熱性の良好な材料によって形成されているものが好ましい。例えば、融点が１０００℃〜３０００℃のものが挙げられ、１３００℃〜２５００℃が好ましく、１７００℃〜２２００℃がより好ましい。
このような材料で波長変換部材７を形成することにより、半導体レーザ素子１の高出力化により波長変換部材７が高温になった場合でも、波長変換部材７自体が融解することを抑制することができ、ひいては波長変換部材７の変形及び変色を発生しにくくすることができる。よって、光学特性の劣化速度を低減させることができ、規定内の光出力を長期間維持することができる。また、熱伝導率に優れるものを波長変換部材７の材料として用いることにより、レーザ光が照射されることに起因して蛍光体が発する熱を効率よく放出することができる。これによって蛍光体の劣化速度を低減させることができ、規定内の光出力を長期間維持することができる。
波長変換部材７は、その一部が光取り出し窓５に嵌合させることができる形状であれば、その全体の形状は適宜設定することができる。例えば、波長変換部材７の光取り出し窓５側の平面形状は、光取り出し窓５と同じ平面形状であることが好ましい。波長変換部材７の全体形状は、三角柱、四角柱、三角錐台、四角錐台等の、傾斜面を有する形状、特に、上述した光反射部材６の一面を支持し、密着し得る形状を有する面を有する形状が挙げられる。波長変換部材７は、光反射部材６を支持して光反射部材６と一体となった形状が、多角柱、多角錐台であるものが好ましく、立方体又は直方体であるものがより好ましい。このように波長変換部材７と光反射部材６とを、互いに平行に対向する面を有する形状とすることにより、支持部材２に安定かつ自在に固定することが可能となる。波長変換部材７とキャップ４とは、低融点ガラス等の接着材料を用いて固定することができる。
波長変換部材７の大きさは、その中を通る半導体レーザ素子１からの光が適度に波長を変換し得るものであればよく、例えば、光取り出し窓５の大きさを最大の平面形状とする大きさの、柱状又は錐台状の部材に設定することが好ましい。なお、半導体レーザ素子１が出射するレーザ光は、波長変換部材７に入射すると蛍光体等により散乱されるため、レーザ光ではなく位相が揃っていない光となる傾向にある。このため、半導体レーザ素子１からの光とは、レーザ光に限定されない。
波長変換部材７における光反射部材６を支持する支持面７ａは、その全面において、光反射部材６と密着していることが好ましい。これによって、波長変換部材７で生じる熱を、光反射部材６を通じて放出する経路を確保することができる。
波長変換部材７は、光入射面及び／又は光出射面に、任意に、反射防止層（ＡＲ層、図３の３９）、短波長パスフィルター（ＳＷＰＦ、図１Ｃの７ｘ及び図３の３５）、拡散層などの機能性膜が形成されていてもよい。また、波長変換部材７の光入射側及び／又は光出射側にサファイア等の透光部材（図２の２９、図３の３８）を配置してもよい。ここでの透光部材は、波長変換部材７からの光を透過させるものであればよく、該光の７０％以上を透過させるものが好ましく、８０％以上がより好ましく、さらには９０％以上を透過させるものが好ましい。透光部材は、例えば、ガラス、サファイア等によって形成することができる。
図１Ａに示すように、波長変換部材７は、支持部材２の半導体レーザ素子１が載置される載置面とは非接触であることが好ましい。これにより、接触させる場合と比較して波長変換部材７から半導体レーザ素子１までの熱の経路を長くすることができるため、波長変換部材７の発する熱の半導体レーザ素子１への影響を低減することができる。したがって、波長変換部材７を半導体レーザ素子１と近接して配置することができる。同様の理由から、光反射部材６も支持部材２の半導体レーザ素子１の載置面とは非接触であることが好ましい。波長変換部材７の光入射面７ｂと半導体レーザ素子１の光出射端面との最短距離は７００μｍ以下とすることが好ましい。これにより、集光レンズ等の光学部材を用いなくても、半導体レーザ素子１が出射するレーザ光の大部分を波長変換部材７の光入射面７ｂに到達させることができる。また、光入射面７ｂは、半導体レーザ素子１の光出射端面の熱が伝わりにくい程度に該光出射端面から離間していることが好ましく、具体的には３００μｍ以上離間させることが好ましい。
波長変換部材７は、その一部がキャップ４に形成された光取り出し窓５に嵌合されている。つまり、波長変換部材７が単独で又は光反射部材６と一体的に光取り出し窓５を塞ぐように配置されていることが好ましい。このような形状とすることにより、波長変換部材７に入射した光を、光反射部材６を利用することにより、支持部材２内部の壁に反射及び吸収させることなく、光取り出し窓５から、より確実に光取り出し面側に取り出すことができる。また、波長変換部材７で発生した熱を、光取り出し窓５を通じて、キャップ４及びベース３等に伝えて、支持部材２の表面から、放出させることができ、良好な放熱性を与えることができる。これにより、半導体レーザ素子１に対して近接して波長変換部材７を配置することができる。この場合、キャップ４及び／又はベース３に放熱部材を接続することにより、放熱性をさらに向上させることができる。波長変換部材７が光取り出し窓５に嵌合される場合、キャップ４の上面と光取り出し窓５内の波長変換部材７の上面とは面一、つまり、波長変換部材７の上面が光取り出し窓５の上端と同じ高さであることが好ましい。これにより、波長変換部材７の光出射面７ｃから出射した光が光取り出し窓５の内壁で吸収されることを防止でき、且つ、波長変換部材７の光出射面７ｃからのみ光が取り出されるため、高輝度とすることができる。一方で形成を容易とするために、波長変換部材７の上面が光取り出し窓５の上端よりも低く又は高くすることもできる。この場合、波長変換部材７の上面と光取り出し窓５の上端との上下方向における距離は、０．３ｍｍ以下であることが好ましい。
波長変換部材７は、光取り出し窓５に嵌合して、キャップ４に密着している（図１Ａ〜１Ｃ参照）。さらに、支持部材２に、光取り出し窓５を覆う透光部材２９を固定されており、波長変換部材７の一面、つまり上面が、この透光部材２９に固定されていてもよい（図２参照）。これによって、波長変換部材７における一面から透光部材２９にも放熱することができる。透光部材２９の厚みは、例えば、１００〜２０００μｍが挙げられる。
実施形態１
この実施形態１の発光装置１０は、図１Ａに示すように、半導体レーザ素子１及びベース３とキャップ４とを有する支持部材２を備える。ベース３は実質的に平板状であり、キャップ４は有底であって開放面を有する形状であり、両者の対向により、空間を規定することができる。
半導体レーザ素子１は、ベース３とキャップ４とにより規定される空間内において、ベース３の上面３ａにサブマウント８を介して配置されている。
ベース３及びキャップ４は、それぞれコバールによって形成されている。キャップ４には、その外周に隣接する位置に光を取り出す光取り出し窓５が、例えば、上面視において１ｍｍ×０．５ｍｍの長方形で設けられている。ベース３とキャップ４とは溶接によって接合されており、これによって半導体レーザ素子１が気密封止されている。
支持部材２に規定される空間内には、さらに、光反射部材６と、波長変換部材７とが収容されている。
光反射部材６は、半導体レーザ素子１からの光を光取り出し窓５に向かって反射させることができる位置に、半導体レーザ素子１から出射される光の光路に対して、４５度の角度を有する反射面を向けて配置している。光反射部材６は、三角柱形状を有する。この三角柱形状は、底面二面が二等辺三角形であり、その三角柱の側面である矩形状の面を半導体レーザ素子１からの光を反射する面としている。光反射部材６は、それ自体が反射性の良好な材料である、アルミニウムによって形成されている。光反射部材６は、光が入射する側と異なる側において、一面の全面がキャップ４の側面４ａに密着して配置されている。なお、光反射部材６は、下面が、ベース３の上面３ａから離間して配置されている。
波長変換部材７は、半導体レーザ素子１と光反射部材６との間に配置され、光反射部材６を支持する支持面７ａと、支持面７ａとは異なる面であって半導体レーザ素子１が出射するレーザ光が入射する光入射面７ｂと、光が出射する光出射面７ｃとを含む。波長変換部材７は、対向する二面を二等辺三角形とする、光反射部材６と略同じ大きさの三角柱形状を有し、その三角柱の３つの側面をそれぞれ、支持面７ａ、光入射面７ｂ、光出射面７ｃとしている。波長変換部材７は支持面７ａで光反射部材６と密着して、波長変換部材７と光反射部材６とが一体となって四角柱を構成し、その一部が光取り出し窓５に嵌合されて固定されている。波長変換部材７の光出射面７ｃは、キャップ４の上面と面一である。波長変換部材７は、ベース３の上面３ａから離間して配置されている。波長変換部材７は、蛍光体と酸化アルミニウム（融点：約１９００℃〜２１００℃）との焼結体である。蛍光体としてはＹＡＧが用いられており、ＹＡＧは波長変換部材７の全重量に対して３重量％含有されている。
このような構成を有することにより、半導体レーザ素子１から出射された光を波長変換部材７に入射させ、その光を、光反射部材６を利用してより確実に取り出すことができるので、光取り出し効率のさらなる向上を図ることができる。また、波長変換部材７を半導体レーザ素子１に近接しすぎる場合の波長変換部材７の発熱及び熱引きに対する懸念を、キャップ４からの波長変換部材７の熱引きによって緩和させることができる。このため、半導体レーザ素子１の近傍に波長変換部材７を配置することが可能となる。また、波長変換部材７の半導体レーザ素子１の近傍への配置により、集光レンズ等の集光部材をも省略することができるため、発光装置１０を構成する部品数を低減させることができるとともに、支持部材２をより小型化することができる。これによって、発光装置１０自体の小型化及び簡素化が実現され、製造コストを低減させることが可能となる。
実施形態１の変形例１
この実施形態の発光装置１０Ａは、図１Ｂに示すように、光反射部材１６が、部材６Ｂとその一面において形成された反射膜６Ａとを含む部材であること以外は、実質的に発光装置１０と同様の構成である。反射膜６Ａは、部材６Ｂ側から順に積層された、銀層と誘電体多層膜とを有する。部材６Ｂは、底面二面を二等辺三角形とする三角柱形状を有し、それ自体の反射率は反射膜６Ａの反射率よりも低い材料である、銅によって形成されている。反射膜６Ａは部材６Ｂの三角柱の側面に形成されている。
このように光反射部材１６を部材６Ｂの表面に反射膜６Ａが形成された構成とすることにより、部材６Ｂの材料として、例えば銅のように、反射率ではなく熱伝導率を重視した材料を選択可能である。従って、発光装置１０Ａでは、発光装置１０と同様の効果に加えて、波長変換部材７の発熱を部材６Ｂを通して良好に熱引きすることができる。
実施形態１の変形例２
この実施形態の発光装置１０Ｂは、図１Ｃに示すように、波長変換部材７の光入射面７ｂに、ＳｉＯ２膜とＮｂ２Ｏ５膜を複数積層した誘電体多層膜からなる短波長パスフィルター７ｘを配置した以外、実質的に発光装置１０と同様の構成である。短波長パスフィルター７ｘは、半導体レーザ素子１の発光波長における反射率が、波長変換部材７の波長変換光の波長における反射率よりも低い。これにより、波長変換部材７から半導体レーザ素子１側に出ようとする波長変換光を短波長パスフィルター７ｘで反射することができる。
従って、発光装置１０Ｂは、発光装置１０と同様の効果に加えて、発光装置１０Ｂの内部における光の損失をより低減可能という効果を有する。なお、短波長パスフィルター７ｘの反射率には角度依存性を持たせることが可能であるため、波長変換部材７へのレーザ光の入射角度となる角度範囲ではレーザ光の波長に対して低反射率とし、それ以外の角度範囲ではそれよりも高反射率とすることがより好ましい。これにより、波長変換部材７から半導体レーザ素子１側に戻ろうとする光を短波長パスフィルター７ｘで反射し、発光装置１０Ｂの内部における光の損失をより一層低減することができる。
実施形態１の変形例３
この実施形態の発光装置１０Ｃは、図１Ｄに示すように、キャップ４Ｃにおいて、光取り出し窓５Ｃを、キャップ４Ｃの側面４Ｃａから離間して配置することにより、光反射部材６の一面をキャップの側面４Ｃａに密着しない形状とした以外、実質的に発光装置１０と同様の構成である。
このような構成によれば、発光装置１０と比較して、光反射部材６の放熱経路は減少するものの、キャップ４Ｃに光取り出し窓５を形成することの形成容易性を向上させることができる。
実施形態２
この実施形態の発光装置２０は、図２に示すように、半導体レーザ素子１及びベース２３とキャップ２４とを有する支持部材２２を備える。ベース２３は有底であって開放面を有する筐体状であり、キャップ２４は実質的に平板状であり、両者の対向により、空間を規定することができる。
半導体レーザ素子１は、ベース２３とキャップ２４とにより規定される空間内において、ベース２３の凹部の底面２３ａにサブマウント８を介して配置されている。
支持部材２２に規定される空間内に収容されている光反射部材６と、波長変換部材７とは、一体となって、キャップ２４の光取り出し窓２５に嵌合されている。
光反射部材６は、光が入射する側とは異なる側において、一面の全面がベース２３の凹部の壁２３ｂに、それに隣接する他の一面の全面がベース２３の底面２３ａに密着して配置されている。
波長変換部材７は、その一面がキャップ２４の上面と面一である。
波長変換部材７の上面からキャップ２４の上面にわたって、透光部材２９が配置されており、波長変換部材７の一面は、透光部材２９とも密着している。透光部材２９は、厚み５００μｍのサファイアによって形成されている。透光部材２９とキャップ２４とは、低融点ガラスによって接着されている。ＡｕＳｎ等の共晶材料を用いて接着してもよい。
このような構成を有することにより、上述した発光装置１０と同様の効果に加えて、波長変換部材７が透光部材２９に密着されているために、波長変換部材７の熱引きを半導体レーザ素子１の熱引き（つまりベース３側）とは異なる経路（つまりキャップ２４及び透光部材２９側）で実行することができる。これにより、波長変換部材７を半導体レーザ素子１により近接させることができる。また、波長変換部材７及び光反射部材６とキャップ２４との間に隙間が存在していたとしても透光部材２９によってその隙間の上を覆うことができるため、発光装置２０の気密性を向上させることができる。
実施形態３
この実施形態の発光装置３０は、図３に示すように、光反射部材３６は、対向する二面を二等辺三角形とする三角柱の形状を有する。波長変換部材３７は、対向する二面が二等辺三角形であり、光反射部材３６よりも若干大きい三角柱の形状を有する。波長変換部材３７はその三角柱の一側面が光反射部材３６の三角柱の一側面と接合されており、波長変換部材３７の三角柱の別の二側面はそれぞれ、半導体レーザ素子１からの光が入射する面と、発光装置３０の外部に面した光出射面である。
波長変換部材３７の光入射側の面には、例えばＳｉＯ２膜とＮｂ２Ｏ５膜を複数積層した誘電体多層膜からなる短波長パスフィルター３５が配置されている。また、波長変換部材３７の光入射側の面には、短波長パスフィルター３５を介して、透明部材３８が配置されている。透明部材３８の形状及び大きさは、光反射部材３６と同様である。透明部材３８の光入射側の面には、ＳｉＯ２膜とＮｂ２Ｏ５膜を複数積層した誘電体多層膜からなる反射防止膜３９が配置されている。反射防止膜３９により、半導体レーザ素子１の発光に対する反射率が減少するので、発光装置３０の内部における光の損失をさらに低減することができる。波長変換部材３７の光入射側には、透明部材３８が、それと反対側には光反射部材３６がそれぞれ一体として密着されており、これらが、支持部材２のキャップ４の光取り出し窓に嵌合されている。光反射部材３６の一面と、透明部材３８の一面は、ベース３の上面３ａに接触しており、波長変換部材３７は、ベース３の上面３ａには面で接触していない。透明部材３８は、サファイアによって形成されている。
発光装置３０は、このような構成以外は、実質的に発光装置１０と同様の構成を有する。従って、発光装置３０は、発光装置１０と同様の効果を有する。
１ 半導体レーザ素子
２、２Ｃ、２２ 支持部材
３、２３ ベース
３ａ 上面
４、４Ｃ、２４ キャップ
４ａ、４Ｃａ 側面
５、５Ｃ、２５ 光取り出し窓
６、１６、３６ 光反射部材
６Ａ 反射膜
６Ｂ 部材
７、３７ 波長変換部材
７ａ 支持面
７ｂ 光入射面
７ｃ 光出射面
７ｘ、３５ 短波長パスフィルター
８ サブマウント
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、２０、３０ 発光装置
２３ａ 底面
２３ｂ 壁
２９ 透光部材
３８ 透明部材
３９ 反射防止膜

Claims (4)

  1. 半導体レーザ素子と、
    ベースとキャップとを有する支持部材であって、前記ベースと前記キャップとにより規定される空間内に前記半導体レーザ素子が配置され、前記キャップの上方に光を取り出す光取り出し窓が設けられた前記支持部材と、
    前記空間内であって、前記半導体レーザ素子からの光を前記光取り出し窓に向かって反射する位置に配置された光反射部材と、
    前記半導体レーザ素子と前記光反射部材との間に配置され、前記光反射部材を支持する支持面と、該支持面とは異なる面であって前記半導体レーザ素子が出射するレーザ光が入射する光入射面とを含む波長変換部材とを備え、
    前記波長変換部材は、その一部が前記光取り出し窓に嵌合されており、
    前記光反射部材は、前記支持部材の前記半導体レーザ素子が載置される載置面に連結する側面と接触し、前記載置面とは非接触であることを特徴とする発光装置。
  2. さらに、前記光取り出し窓を覆う透光部材を備え、前記波長変換部材は、前記透光部材に固定されている請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記波長変換部材の上面は、前記光取り出し窓の上端と同じ高さであるか、それよりも低い請求項１又は２に記載の発光装置。
  4. さらに、前記波長変換部材の前記光入射面に設けられた反射防止膜を備える請求項１〜３のいずれか１つに記載の発光装置。
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