JP7372528B2

JP7372528B2 - 光源装置

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Publication number: JP7372528B2
Application number: JP2019179360A
Authority: JP
Inventors: 忠明宮田
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2019-09-30
Publication date: 2023-11-01
Anticipated expiration: 2039-09-30
Also published as: JP2023178354A; JP2021057459A

Description

本開示は、レーザダイオードを備える光源装置に関する。

レーザダイオードを備える光源装置は、プロジェクタ、照明器具、およびヘッドマウントディスプレイなどの様々な用途に利用され得る。光源装置内でのレーザダイオードの配置方向、および、光源装置から出射されるレーザ光の出射方向は、用途によって異なる。

国際公開第２０１７／１４９５７３号

特許文献１に開示されている光源装置において、壁部分におけるレーザ光の入射面および出射面は、レーザ光の光軸に対して垂直ではない。このため、レーザ光は入射面および出射面で屈折され、光源装置から出射されるレーザ光は、主面に対して平行ではない。

本開示の実施形態は、基板における主面に対してほぼ平行にレーザ光を出射する光源装置を提供することを目的とする。

本開示の光源装置は、一実施形態において、レーザダイオードと、前記レーザダイオードを直接または間接的に支持する主面を有する基板と、前記基板に固定され、前記レーザダイオードを覆うキャップと、を備え、前記キャップは、前記レーザダイオードの周りを囲む、内壁面と外壁面とを持つ壁部分を有し、前記内壁面は、前記レーザダイオードから出射されるレーザ光の光入射面および第１傾斜面を少なくとも有し、前記外壁面は、前記レーザダイオードから出射されるレーザ光の光出射面を有し、前記光入射面および前記光出射面の少なくとも一方は、前記レーザ光の光軸に対して垂直であり、前記第１傾斜面は、前記レーザダイオードに向かって傾斜している。

本開示の実施形態によれば、基板における主面に対してほぼ平行にレーザ光を出射する光源装置が提供される。

図１Ａは、本開示の実施形態１における光源装置１００の構成例を模式的に示す斜視図である。図１Ｂは、図１Ａの構成のＸＺ平面における断面図である。図１Ｃは、図１Ａの構成のＹＺ平面における断面図である。図１Ｄは、図１Ａの構成のＸＹ平面における断面図である。図２は、実施形態１の第１変形例における光源装置１１０の構成例を模式的に示すＹＺ平面における断面図である。図３は、実施形態１の第２変形例における光源装置１２０の構成例を模式的に示すＹＺ平面における断面図である。図４は、実施形態１の第３変形例における光源装置１３０の構成例を模式的に示すＹＺ平面における断面図である。図５Ａは、実施形態１の第４変形例における光源装置１４０の構成例を模式的に示すＹＺ平面における断面図である。図５Ｂは、実施形態１の第４変形例における光源装置１４０の構成例を模式的に示すＸＹ平面における断面図である。図６Ａは、本開示の実施形態２における光源装置２００の構成例を模式的に示す斜視図である。図６Ｂは、図６Ａの構成のＹＺ平面における断面図である。図７Ａは、本開示の実施形態３における光源装置３００の構成例を模式的に示す斜視図である。図７Ｂは、図７Ａの構成のＹＺ平面における断面図である。図８Ａは、実施形態３の第１変形例における光源装置３１０の構成例を模式的に示す斜視図である。図８Ｂは、図８Ａの構成のＹＺ平面における断面図である。図９Ａは、実施形態３の第２変形例における光源装置３２０の構成例を模式的に示す斜視図である。図９Ｂは、図９Ａの構成のＹＺ平面における断面図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態における光源装置を詳細に説明する。複数の図面に表れる同一符号の部分は同一または同等の部分を示す。

さらに以下は、本開示の技術思想を具体化するために例示しているのであって、本開示を以下に限定しない。また、構成要素の寸法、材質、形状、その相対的配置などの記載は、本開示の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図している。各図面が示す部材の大きさや位置関係などは、理解を容易にするなどのために誇張している場合がある。

（実施形態１）
まず、図１Ａから図１Ｃを参照して、本開示の実施形態１における光源装置の基本的な構成例を説明する。図１Ａは、本開示の実施形態１における光源装置１００の構成例を模式的に示す斜視図である。図１Ａでは、説明のわかりやすさのために、構成要素が分離した状態で記載されているが、実際には接合されている。参考のために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸が模式的に示されている。図１Ｂは、図１Ａの構成のＸＺ平面における断面図である。図１Ａの一番上の構成要素が、ＸＺ平面に平行に切断されている。他の構成要素は切断されていない。図１Ｃは、図１Ａの構成のＹＺ平面における断面図である。図１Ｄは、図１Ａの構成のＸＹ平面における断面図である。

実施形態１における光源装置１００は、レーザダイオード１０と、レーザダイオード１０を支持する主面２０ｓを有する基板２０と、基板２０に固定されたキャップ３０とを備える。図示される例において、レーザダイオード１０は、サブマウント４０の上面に固定されている。説明のわかりやすさのために、基板２０におけるレーザダイオード１０、およびサブマウント４０が位置する側を「上」と表現する。このことは、光源装置１００の使用時における向きを制限するわけではなく、光源装置１００の向きは任意である。実施形態１におけるレーザダイオード１０は、例えば、可視領域における短波長、中波長もしくは長波長のレーザ光、または赤外もしくは紫外のレーザ光を出射し得る。図示された例において、矢印付きの太線は、レーザ光の光軸を表す。レーザダイオード１０から出射されたレーザ光の光軸は、基板２０における主面２０ｓに対して平行である。本明細書では、このレーザ光の出射を、「レーザ光は、基板２０における主面２０ｓに対して平行に出射される」と表現する。

実施形態１におけるキャップ３０は、レーザダイオード１０を覆い、必要に応じて外気から内部を気密に封止し得る。気密封止をすることにより、レーザ光による集塵の影響を抑制することができる。図１Ｂおよび図１Ｃに示す例において、キャップ３０は、レーザダイオード１０の周りを囲む壁部分３０ｗと、壁部分３０ｗの上部に位置する平板部分３０ｆｐとを有しており、概略的には「箱型」の形状を有している。壁部分３０ｗおよび平板部分３０ｆｐは一体になっている。図１Ｂに示す例において、壁部分３０ｗは、正面壁３０ｆｗと、正面壁３０ｆｗに対向する背面壁３０ｂｗと、正面壁３０ｆｗおよび背面壁３０ｂｗを繋ぐ２つの側面壁３０ｓｗとを含む。壁部分３０ｗは、内壁面３０ｗｓ１および外壁面３０ｗｓ２を有する。正面壁３０ｆｗの内壁面３０ｗｓ１は、レーザダイオード１０から出射されたレ―ザ光の光入射面３０ｓｉを有する。正面壁３０ｆｗにおける外壁面３０ｗｓ２は、レーザダイオード１０から出射されたレ―ザ光の光出射面３０ｓоを有する。

図１Ｃに示す例において、光入射面３０ｓｉおよび光出射面３０ｓоの両方は、レーザ光の光軸に対して垂直である。したがって、レーザダイオード１０から出射されたレーザ光は、正面壁３０ｆｗにおける光入射面３０ｓｉおよび光出射面３０ｓоで屈折されることがない。レーザ光は、光源装置１００から、基板２０における主面２０ｓに対して平行に出射される。

図１Ｃに示す例において、背面壁３０ｂｗにおける内壁面３０ｗｓ１は、レーザダイオード１０に向かって傾斜する第１傾斜面３０ｓ１を有する。基板２０における主面２０ｓの法線と、第１傾斜面３０ｓ１とがなす傾斜角は、例えば５度以上１０度以下であり得る。背面壁３０ｂｗは基板２０における主面２０ｓから離れるほど厚くなり、キャップ３０の構造強度が向上する。キャップ３０が、後述するように、金型を用いたプレスおよび／またはモールドによって作製される場合、第１傾斜面３０ｓ１の存在により、金型の型抜きが容易になる。

実施形態１における光源装置１００において、正面壁３０ｆｗおよび２つの側面壁３０ｓｗにおける内壁面３０ｗｓ１は、基板２０における主面２０ｓに対して垂直である。正面壁３０ｆｗ、背面壁３０ｂｗおよび２つの側面壁３０ｓｗにおける外壁面３０ｗｓ２は、基板２０における主面２０ｓに対して垂直である。壁部分３０ｗのうち、レーザ光が通過する光入射面３０ｓｉおよび光出射面３０ｓо以外の内壁面３０ｗｓ１および外壁面３０ｗｓ２は、基板２０における主面２０ｓに対して必ずしも垂直である必要はない。

以下に、光源装置１００の構成要素の詳細を説明する。

［レーザダイオード１０］
レーザダイオード１０は、例えば、ｎ型半導体層、活性層、およびｐ型半導体層を含む積層構造を備える。レーザダイオード１０は、活性層とサブマウント４０との距離が相対的に遠いフェイスアップの状態で配置され得る。この場合、図１Ａから図１Ｄに示す例では、サブマウント４０上に不図示の電極が設けられており、この電極は、レーザダイオード１０のｎ型半導体層に電気的に接続されている。この電極を「ｎ側の電極」と称する。一方、レーザダイオード１０の上面にも、不図示の電極が設けられており、この電極は、レーザダイオード１０のｐ型半導体層に電気的に接続されている。この電極を「ｐ側の電極」と称する。ｐ側の電極は、第１ワイヤ６０ａによって第１導電性部材５０ａに電気的に接続され、ｎ側の電極は、第２ワイヤ６０ｂによって第２導電性部材５０ｂに電気的に接続されている。第１ワイヤ６０ａおよび第２ワイヤ６０ｂの形状、配置および本数は適宜調整され得る。

なお、レーザダイオード１０が高出力のレーザ光を出射する場合、活性層で発生した熱をサブマウント４０に効率的に伝えるために、レーザダイオード１０は、活性層とサブマウント４０との距離が相対的に近いフェイスダウンの状態で配置され得る。この場合、前述のｐ側の電極とｎ側の電極との関係が逆になる。

ｐ側の電極とｎ側の電極とに電圧を印加して閾値以上の電流を流すことにより、レーザダイオード１０は、活性層の出射端面からレーザ光を主面２０ｓに対して平行に出射する。出射されたレーザ光は、伝搬するにつれてＹＺ平面において速く発散し、ＸＺ平面において遅く発散する。レーザ光のスポットは、コリメートしない場合、ファーフィールドで、Ｙ方向が長軸でありＸ方向が短軸である楕円形状を有している。

レーザダイオード１０は、可視領域における青色、緑色もしくは赤色のレーザ光、または赤外もしくは紫外のレーザ光を出射し得る。青色光の発光ピーク波長は、４２０ｎｍ以上４９４ｎｍ以下の範囲内にあることが望ましく、４４０ｎｍ以上４７５ｎｍ以下の範囲内にあることがより望ましい。青色のレーザ光を出射する半導体レーザ素子としては、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、およびＡｌＧａＮを用いることができる。緑色光の発光ピーク波長は、４９５ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の範囲内にあることが望ましく、５１０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内にあることがより望ましい。緑色のレーザ光を出射する半導体レーザ素子としては、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、およびＡｌＧａＮを用いることができる。赤色光の発光ピーク波長は、６０５ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の範囲内にあることが望ましく、６１０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲内にあることがより望ましい。赤色のレーザ光を出射する半導体レーザ素子としては、例えば、ＩｎＡｌＧａＰ系、ＧａＩｎＰ系、ＧａＡｓ系およびＡｌＧａＡｓ系の半導体を含む半導体レーザ素子が挙げられる。赤色光の半導体レーザ素子として、２以上の導波路領域を備える半導体レーザ素子が用いられ得る。これらの半導体を含む半導体レーザ素子は、窒化物半導体を含む半導体レーザ素子と比べて、熱により出力が低下しやすい。導波路領域を増やすことによって熱を分散させて半導体レーザ素子の出力低下を低減することができる。

レーザダイオード１０は、その下面がサブマウント４０に接するように設けられている。レーザダイオード１０とサブマウント４０との接触面積が拡大することから、動作時にレーザダイオード１０から出射された熱を、サブマウント４０に速やかに放出することができる。サブマウント４０の材料については後述する。

レーザダイオード１０のＺ方向における長さは例えば５０μｍ以上４ｍｍ以下であり、Ｘ方向における幅は例えば５０μｍ以上５００μｍ以下であり、Ｙ方向における高さは例えば２０μｍ以上１５０μｍ以下である。レーザダイオード１０の出射端面と光入射面３０ｓｉとのＺ方向における間隔は、例えば３０μｍ以上２００μｍ以下である。当該間隔が短いほど、レーザ光は大きく発散せず光入射面３０ｓｉに入射する。

［基板２０］
基板２０は、例えば、ＡｌＮ、ＳｉＣ、およびアルミナからなる群から選択される少なくとも１つを含むセラミックから形成され得る。セラミックの熱伝導率は、例えば、１０［Ｗ／ｍ・Ｋ］以上５００［Ｗ／ｍ・Ｋ］以下であり得る。また、光源装置１００の製造時に加えられる熱による変形を抑制するために、当該セラミックは低い熱膨張率を有し得る。熱膨張率は、２×１０^－６［１／Ｋ］以上１×１０^－５［１／Ｋ］以下であり得る。

基板２０は、レーザダイオード１０を外部回路に電気的に接続する第１導電性部材５０ａおよび第２導電性部材５０ｂを内部に有している。図１Ａに示す例では、第１導電性部材５０ａおよび第２導電性部材５０ｂは、それぞれ主面２０ｓに露出する部分を有している。第１導電性部材５０ａおよび第２導電性部材５０ｂは、それぞれ基板２０のうち主面２０ｓとは反対側の裏面に露出する他の部分を有している。第１導電性部材５０ａおよび第２導電性部材５０ｂの当該他の部分が、外部回路に電気的に接続される。第１導電性部材５０ａおよび第２導電性部材５０ｂの形状および配置に制限はない。外部回路は、レーザダイオード１０から出射されるレーザ光の出射タイミングおよび出射強度を調整することができる。基板２０は、例えば、内部配線層を有する多層セラミック基板である。

動作時のレーザダイオード１０から出射された熱を速やかに放出するために、基板２０のうちサブマウント４０下の部分に１つ以上の貫通孔を設け、当該貫通孔に熱伝導率の高い材料を埋め込んでもよい。当該材料は、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｗ、およびＣｕＭｏの少なくとも１つを含む金属である。

［キャップ３０］
レーザダイオード１０を気密封止する場合、キャップ３０は、例えば、基板２０における主面２０ｓに金属接合材によって接合され得る。レーザダイオード１０が短波長のレーザ光を出射しなくても、信頼性および耐久性の観点から、キャップ３０はレーザダイオード１０を気密封止してもよい。

キャップ３０と主面２０ｓとは、金すずなどの金属接合材で接合される。金すずの接合温度は約２８０℃である。基板２０を形成するセラミックの熱伝導率が低ければ、主面２０ｓとキャップ３０との接合時の熱がレーザダイオード１０に与える影響を低減することができる。また、セラミックの熱膨張率が低ければ、接合時の熱によるセラミックの変形が小さいことから、サブマウント４０が主面２０ｓから剥がれる可能性を低減することができる。

キャップ３０は、例えば、ガラス、石英、および、サファイアの少なくとも１つから形成され得る。

キャップ３０のＺ方向における長さは、例えば１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、Ｘ方向における幅は例えば１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、Ｙ方向における高さは例えば５００μｍ以上３ｍｍ以下である。キャップ３０の壁部分３０ｗの厚さは、例えば１００μｍ以上１ｍｍ以下である。キャップ３０の平板部分３０ｆｐのＹ方向における厚さは例えば１００μｍ以上１ｍｍ以下である。

［サブマウント４０］
サブマウント４０は、主面２０ｓからのレーザダイオード１０のＹ方向における高さを調整する。サブマウント４０を必ずしも設ける必要はない。あるいは、基板２０が主面２０ｓ上に凸部を有していれば、サブマウント４０を設けずに、当該凸部上に半導体レーザ素子を直接設けてもよい。サブマウント４０が設けられる場合、レーザダイオード１０は、基板２０における主面２０ｓによって間接的に支持される。サブマウント４０が設けられない場合、レーザダイオード１０は、基板２０における主面２０ｓによって直接支持される。

レーザダイオード１０から出射された熱を速やかに放出するために、サブマウント４０は熱伝導率が高い材料から形成され得る。当該材料は、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｗ、およびＣｕＭｏの少なくとも１つを含む金属である。

サブマウント４０のＺ方向における長さは例えば２００μｍ以上４ｍｍ以下であり、Ｘ方向における幅は例えば３００μｍ以上４ｍｍ以下であり、Ｙ方向における高さは、例えば１００μｍ以上５００μｍ以下である。

（光源装置１００の製造方法）
次に、光源装置１００の製造方法を簡単に説明する。最初の工程では、複数の基板２０を含む集合基板が準備される。基板２０は、第１導電性部材５０ａおよび第２導電性部材５０ｂを有している。次の工程では、複数のレーザダイオード１０が、それぞれ集合基板１０Ｇにおける複数の基板２０の主面２０ｓにサブマウント４０を介して実装される。レーザダイオード１０のうち、ｐ側の電極は第１導電性部材５０ａに第１ワイヤ６０ａによって電気的に接続され、ｎ側の電極は第２導電性部材５０ｂに第２ワイヤ６０ｂによって電気的に接続される。次の工程では、複数のキャップ３０を含むキャップアレイが集合基板に固定される。複数のキャップ３０は、複数のレーザダイオード１０をそれぞれ収容する。言い換えると、個々のレーザダイオード１０は、各キャップ３０によって封止される。

キャップアレイは、以下のようにして作製され得る。ガラス軟化点近傍まで昇温されたガラス板が２つの金型によってプレスおよび／またはモールドされ、加圧を維持しながらガラス転移点以下まで冷却される。一方の金型は２次元平面に並ぶ複数の凸部を有し、他方の金型は平坦な面を有する。このようにして、当該ガラス板に複数の凹部が形成されたキャップアレイが得られる。キャップアレイが固定された集合基板を、キャップアレイにおける複数の凹部の間をダイシングすることによって個片化することにより、光源装置１００が製造される。ダイシングによってキャップ３０における光出射面３０ｓоは粗くなっている可能性があるので、光出射面３０ｓоは研磨などによって滑らかに加工され得る。

（実施形態１における変形例）
次に、図２から図５Ｂを参照して、実施形態１における光源装置１００の第１変形例から第４変形例を説明する。キャップ３０の形状は、図１Ａから図１Ｄに示す例に限られない。

図２は、実施形態１の第１変形例における光源装置１１０の構成例を模式的に示すＹＺ平面における断面図である。実施形態１の第１変形例における光源装置１１０が実施形態１における光源装置１００とは異なる点は、背面壁３０ｂｗにおける外壁面３０ｗｓ２が、レーザダイオード１０から離れる方向に傾斜する第２傾斜面３０ｓ２を有することである。基板２０における主面２０ｓの法線と、第２傾斜面３０ｓ２とがなす傾斜角は、例えば５度以上１０度以下であり得る。背面壁３０ｂｗは第１傾斜面３０ｓ１および第２傾斜面３０ｓ２を有するので、背面壁３０ｂｗは基板２０における主面２０ｓから離れるほどより厚くなり、キャップ３０の構造強度がより向上する。キャップ３０が、金型を用いたプレスおよび／またはモールドによって作製される場合、第１傾斜面３０ｓ１および第２傾斜面３０ｓ２の存在により、金型の型抜きが容易になる。

図３は、実施形態１の第２変形例における光源装置１２０の構成例を模式的に示すＹＺ平面における断面図である。実施形態１の第２変形例における光源装置１２０が実施形態１における光源装置１００とは異なる点は、正面壁３０ｆｗにおける外壁面３０ｗｓ２が、レーザダイオード１０から離れる方向に傾斜する第２傾斜面３０ｓ２を有することである。正面壁３０ｆｗおよび背面壁３０ｂｗは基板２０における主面２０ｓから離れるほどより厚くなり、キャップ３０の構造強度がより向上する。キャップ３０が、金型を用いたプレスおよび／またはモールドによって作製される場合、第１傾斜面３０ｓ１および第２傾斜面３０ｓ２の存在により、金型の型抜きが容易になる。

正面壁３０ｆｗにおける外壁面３０ｗｓ２が第２傾斜面３０ｓ２を有するので、レーザダイオード１０から出射されたレーザ光は、正面壁３０ｆｗにおける外壁面３０ｗｓ２で屈折され、基板２０における主面２０ｓから離れる方向に出射される。しかし、正面壁３０ｆｗにおける内壁面３０ｗｓ１がレーザ光の光軸に対して垂直であるので、レーザ光の光軸と、基板２０における主面２０ｓとがなす傾斜角は、せいぜい１０度程度であり、それほど大きくはならない。このように、実施形態１の第２変形例における光源装置１２０は、レーザ光を、基板２０における主面２０ｓに対してほぼ平行に出射することができる。本明細書において、「ほぼ平行」とは、１０度以内、好ましくは５度以内を意味する。他の例として、正面壁３０ｆｗにおける内壁面３０ｗｓ１がレーザダイオード１０に向かって傾斜する第２傾斜面３０ｓ２を有し、正面壁３０ｆｗにおける外壁面３０ｗｓ２がレーザ光の光軸に対して垂直であってもよい。

図４は、実施形態１の第３変形例における光源装置１３０の構成例を模式的に示すＹＺ平面における断面図である。実施形態１の第３変形例における光源装置１３０が実施形態１における光源装置１００とは異なる点は、正面壁３０ｆｗの形状である。正面壁３０ｆｗのうち光入射面３０ｓｉおよび光出射面３０ｓоによって挟まれた部分の上部は、正面壁３０ｆｗのうち光入射面および前記光出射面によって挟まれた部分よりも厚い。当該上部における内壁面３０ｗｓ１は、レーザダイオード１０に向かって傾斜する第２傾斜面３０ｓ２を有し、外壁面３０ｗｓ２は、レーザダイオード１０から離れる方向に傾斜する第３傾斜面３０ｓ３を有する。基板２０における主面２０ｓの法線と、第２傾斜面３０ｓ２および第３傾斜面３０ｓ３の各々とがなす傾斜角は、例えば５度以上１０度以下であり得る。光入射面３０ｓｉおよび光出射面３０ｓоがレーザ光の光軸に対して垂直であるので、レーザ光は、光源装置１３０から、基板２０における主面２０ｓに対して平行に出射される。正面壁３０ｆｗの上部および背面壁３０ｂｗは基板２０における主面２０ｓから離れるほどより厚くなり、キャップ３０の構造強度がより向上する。キャップ３０が金型を用いたプレスおよび／またはモールドによって作製される場合、第１傾斜面３０ｓ１、第２傾斜面３０ｓ２、および第３傾斜面３０ｓ３の存在により、金型の型抜きがより容易になる。

図５Ａおよび図５Ｂは、それぞれ、実施形態１の第４変形例における光源装置１４０の構成例を模式的に示すＹＺ平面およびＸＹ平面における断面図である。実施形態１の第４変形例における光源装置１４０が実施形態１における光源装置１００とは異なる点は、背面壁３０ｂｗおよび２つの側面壁３０ｓｗの形状である。背面壁３０ｂｗにおける内壁面３０ｗｓ１は、基板２０における主面２０ｓに対して垂直であり、２つの側面壁３０ｓｗにおける内壁面３０ｗｓ１は、レーザダイオード１０に向かって傾斜する第１傾斜面３０ｓ１および第２傾斜面３０ｓ２を有する。基板２０における主面２０ｓの法線と、第１傾斜面３０ｓ１および第２傾斜面３０ｓ２の各々とがなす傾斜角は、例えば５度以上１０度以下であり得る。第１傾斜面３０ｓ１および第２傾斜面３０ｓ２の両方がある必要はなく、少なくとも一方があればよい。側面壁３０ｓｗは基板２０における主面２０ｓから離れるほどより厚くなり、キャップ３０の構造強度がより向上する。キャップ３０が金型を用いたプレスおよび／またはモールドによって作製される場合、第１傾斜面３０ｓ１、および第２傾斜面３０ｓ２の存在により、金型の型抜きがより容易になる。

以上から、本開示の光源装置において、正面壁３０ｆｗにおける内壁面３０ｗｓ１は光入射面３０ｓｉを有し、正面壁３０ｆｗ、背面壁３０ｂｗ、および２つの側面壁３０ｓｗの少なくとも１つにおける内壁面３０ｗｓ１は、レーザダイオード１０に向かって傾斜する第１傾斜面３０ｓ１を有する。言い換えれば、壁部分３０ｗにおける内壁面３０ｗｓ１は、レーザダイオード１０から出射されるレーザ光の光入射面３０ｓｉおよび第１傾斜面３０ｓ１を少なくとも有する。正面壁３０ｆｗにおける外壁面３０ｗｓ２は光出射面３０ｓоを有する。光入射面３０ｓｉおよび光出射面３０ｓоの少なくとも一方は、レーザ光の光軸に対して垂直である。

（実施形態２）
以下に、図６Ａおよび図６Ｂを参照して、実施形態２における光源装置の基本的な構成例を説明する。図６Ａは、本開示の実施形態２における光源装置２００の構成例を模式的に示す斜視図である。図６Ｂは、図６Ａの構成のＹＺ平面における断面図である。実施形態２における光源装置２００が実施形態１における光源装置１００とは異なる点は、キャップ３０が、内側における反射防止膜３０ｆｉ、および外側における反射防止膜３０ｆоを有することである。

実施形態１における光源装置１００において、レーザダイオード１０から出射されたレーザ光の一部は、正面壁３０ｆｗにおける光入射面３０ｓｉおよび／または光出射面３０ｓоによって反射され、キャップ３０内で迷光になり得る。実施形態２における光源装置２００では、迷光の発生を抑制するために、正面壁３０ｆｗは、光入射面３０ｓｉに反射防止膜３０ｆｉを有し、光出射面３０ｓоに反射防止膜３０ｆоを有する。正面壁３０ｆｗが、光入射面３０ｓｉに反射防止膜３０ｆｉを有さず、光出射面３０ｓоに反射防止膜３０ｆоを有する場合でも、図６Ａおよび図６Ｂに示す例ほどではないが、迷光の発生を抑制することができる。正面壁３０ｆｗが、光入射面３０ｓｉに反射防止膜３０ｆｉを有し、光出射面３０ｓоに反射防止膜３０ｆоを有さない場合も同様である。

内側における反射防止膜３０ｆｉは、前述したキャップアレイの複数の凹部の表面に設けられ得る。外側における反射防止膜３０ｆоは、キャップアレイが固定された集合基板を個片化した後に設けられ得る。

反射防止膜として、複数の誘電体層を含む多層膜を用いてもよいし、以下のナノ構造膜を用いてもよい。多層膜の代わりに単層膜であっても、レーザ光の反射を抑制することができる。ナノ構造膜は、１０％以下の反射率を有する。ナノ構造膜は、例えば、ナノ構造膜が設けられる表面に垂直な方向において実効的な屈折率が変化する構造を有する。具体的には、ナノ構造膜は、表面に近づくにつれて実効的な屈折率が徐々に高くなる構造を有する。ナノ構造膜は、例えば、孔の占める割合が表面に近づくにつれて低くなる多孔質膜、または複数のコーンが平面上に並ぶモスアイ構造を有する薄膜である。ナノ構造膜は、屈折率が界面で不連続に変化する多層膜よりも、光の反射を大幅に抑制することができる。ナノ構造膜の厚さは、例えば１００ｎｍ以上１μｍ以下であり得る。反射防止膜３０ｆｉおよび反射防止膜３０ｆоの両方が、多層膜またはナノ構造膜であってもよいし、反射防止膜３０ｆｉおよび反射防止膜３０ｆоのうち、一方が多層膜であり他方がナノ構造膜であってもよい。片方がナノ構造膜であれば、迷光の発生を有効に抑制することができる。

反射防止膜が多層膜である場合、例えばスパッタリング法などの薄膜堆積技術により、キャップ３０の所定の面に多層膜を設けることができる。反射防止膜がナノ構造膜である場合、例えば、ゾル・ゲル法により、キャップ３０の所定の面にナノ構造膜を設けることができる。

前述した例の他に、実施形態１の第１変形例から第４変形例における光源装置のキャップ３０が、内側における反射防止膜３０ｆｉおよび／または外側における反射防止膜３０ｆоを有していてもよい。

（実施形態３）
以下に、図７Ａおよび図７Ｂを参照して、実施形態３における光源装置の基本的な構成例を説明する。図７Ａは、本開示の実施形態３における光源装置３００の構成例を模式的に示す斜視図である。図７Ｂは、図７Ａの構成のＹＺ平面における断面図である。実施形態３における光源装置３００が実施形態２における光源装置２００とは異なる点は、キャップ３０が、外側における反射防止膜３０ｆоを保護する凸部３０ｐを有することである。凸部３０ｐは、反射防止膜３０ｆоの厚さ方向に反射防止膜３０ｆоよりも突出している。凸部３０ｐを有するキャップ３０を含むキャップアレイの製造方法は、例えば特許文献１に開示されている。内側における反射防止膜３０ｆｉおよび外側における反射防止膜３０ｆоは、当該キャップアレイの複数の凹部の内側に設けられ得る。この場合、背面壁３０ｂｗにおける外壁面３０ｗｓ２にも反射防止膜３０ｆоが設けられ得る。なお、キャップ３０は、内側における反射防止膜３０ｆｉを設けなくてもよい。

光源装置３００のハンドリング時に外部の物体が反射防止膜３０ｆоに接触すると、反射防止膜３０ｆоが破損され得る。このため、反射防止膜３０ｆоを保護する凸部３０ｐが設けられている。ナノ構造膜は多層膜よりも微細な構造を有するので、外部の物体が接触すると破損されやすい。したがって、反射防止膜３０ｆоとして多層膜の代わりにナノ構造膜を用いた場合、凸部３０ｐを設けることが好ましい。

実施形態３における凸部３０ｐは、第１凸部分３０ｐ１、第２凸部分３０ｐ２、および第３凸部分３０ｐ３を有する。第１凸部分３０ｐ１および第２凸部分３０ｐ２は、主面２０ｓに対して垂直な方向に延び、第３凸部分３０ｐ３は、主面２０ｓに対して平行である。反射防止膜３０ｆоは、第１凸部分３０ｐ１と第２凸部分３０ｐ２との間に位置する。基板２０の一部は、反射防止膜３０ｆоの厚さ方向において反射防止膜３０ｆоよりも突出している。反射防止膜３０ｆоは、第１凸部分３０ｐ１から第３凸部分３０ｐ３、および基板２０の上記一部によって囲まれ、ハンドリング時における外部の物体との接触から保護されている。

（実施形態３における変形例）
次に、図８Ａから図９Ｂを参照して、実施形態３における光源装置３００の第１変形例および第２変形例を説明する。凸部３０ｐの形状は、図７Ａおよび図７Ｂに示す例に限られない。

図８Ａは、実施形態３の第１変形例における光源装置３１０の構成例を模式的に示す斜視図である。図８Ｂは、図８Ａの構成のＹＺ平面における断面図である。実施形態３の第１変形例における光源装置３１０が実施形態３における光源装置３００とは異なる点は、キャップ３０における凸部３０ｐが主面２０ｓに対して平行である部分を有さないことである。実施形態３の第１変形例において、反射防止膜３０ｆоは、第１凸部分３０ｐ１、第２凸部分３０ｐ２、および基板２０の一部によって囲まれ、ハンドリング時における外部の物体との接触から保護されている。

図９Ａは、実施形態３の第２変形例における光源装置３２０の構成例を模式的に示す斜視図である。図９Ｂは、図９Ａの構成のＹＺ平面における断面図である。実施形態３の第２変形例における光源装置３２０が実施形態３における光源装置３００とは異なる点は、キャップ３０における凸部３０ｐが、主面２０ｓに対して垂直に延びる部分を有さないことである。凸部３０ｐは、主面２０ｓに対して平行な方向に延び、突出している。実施形態３の第２変形例において、反射防止膜３０ｆоは、凸部３０ｐと基板２０の一部との間に位置し、ハンドリング時における外部の物体との接触から保護されている。

前述した例の他に、実施形態１の第１変形例から第４変形例における光源装置のキャップ３０が、外側における反射防止膜３０ｆоおよび凸部３０ｐを有していてもよい。このキャップ３０は、内側における反射防止膜３０ｆｉをさらに有していてもよい。

本開示の光源装置は、例えばヘッドマウントディスプレイに利用することができる。その他に、本開示の光源装置は、照明器具にも利用され得る。

１０レーザダイオード
２０基板
２０ｓ主面
３０キャップ
３０ｂｗ背面壁
３０ｆｉ反射防止膜
３０ｆｐ平板部分
３０ｆｗ正面壁
３０ｆо 反射防止膜
３０ｐ凸部
３０ｐ１第１凸部分
３０ｐ２第２凸部分
３０ｐ３第３凸部分
３０ｓ１第１傾斜面
３０ｓ２第２傾斜面
３０ｓ３第３傾斜面
３０ｓｉ光入射面
３０ｓｗ側面壁
３０ｓо 光出射面
３０ｗ壁部分
３０ｗｓ１内壁面
３０ｗｓ２外壁面
４０サブマウント
５０ａ第１導電性部材
５０ｂ第２導電性部材
６０ａ第１ワイヤ
６０ｂ第２ワイヤ
１００、１１０、１２０、１３０、２００、３００、３１０、３２０光源装置

Claims

レーザダイオードと、
前記レーザダイオードを直接または間接的に支持する主面を有する基板と、
前記基板に固定され、前記レーザダイオードを覆うキャップと、
を備え、
前記キャップは、前記レーザダイオードの周りを囲む、内壁面と外壁面とを持つ壁部分を有し、
前記内壁面は、前記レーザダイオードから出射されるレーザ光の光入射面および第１傾斜面を少なくとも有し、
前記外壁面は、前記レーザダイオードから出射されるレーザ光の光出射面を有し、
前記光入射面および前記光出射面の少なくとも一方は、前記レーザ光の光軸に対して垂直であり、
前記第１傾斜面は、前記基板の前記主面から離れるにつれて、前記レーザダイオードに向かって傾斜しており、
前記壁部分は、前記光入射面および前記光出射面が配置されている正面壁を含み、
前記正面壁のうち前記光入射面および前記光出射面によって挟まれた部分の上部は、前記正面壁のうち前記光入射面および前記光出射面によって挟まれた部分よりも厚い、
光源装置。
前記正面壁のうち前記上部の内壁面は、前記基板の前記主面から離れるにつれて、前記レーザダイオードに向かって傾斜している、請求項１に記載の光源装置。
前記正面壁のうち前記上部の外壁面は、前記基板の前記主面から離れるにつれて、前記レーザダイオードから離れる方向に傾斜している、請求項１または２に記載の光源装置。
前記光入射面および前記光出射面の両方は、前記レーザ光の前記光軸に対して垂直である、請求項１から３のいずれかに記載の光源装置。
前記外壁面は、前記正面壁以外に第２傾斜面を有し、
前記第２傾斜面は、前記基板の前記主面から離れるにつれて、前記レーザダイオードから離れる方向に傾斜している、請求項１から４のいずれかに記載の光源装置。
レーザダイオードと、
前記レーザダイオードを直接または間接的に支持する主面を有する基板と、
前記基板に固定され、前記レーザダイオードを覆うキャップと、
を備え、
前記キャップは、前記レーザダイオードの周りを囲む、内壁面と外壁面とを持つ壁部分を有し、
前記壁部分は、正面壁と、前記正面壁に対向する背面壁と、前記正面壁および前記背面壁を繋ぐ２つの側面壁を含み、
前記正面壁における内壁面は、前記レーザダイオードから出射されるレーザ光の光入射面を有し、
前記正面壁における外壁面は、前記レーザダイオードから出射される前記レーザ光の光出射面を有し、
前記光入射面および前記光出射面の両方は、前記レーザ光の光軸に対して垂直であり、
前記背面壁における前記内壁面は、第１傾斜面を有し、
前記第１傾斜面は、前記基板の前記主面から離れるにつれて、前記レーザダイオードに向かって傾斜しており、
前記背面壁および前記２つの側面壁における前記外壁面は、前記基板における前記主面に対して垂直である、光源装置。
前記壁部分は、前記光出射面にナノ構造膜を有する、請求項１から６のいずれかに記載の光源装置。
前記キャップは、前記ナノ構造膜の周囲の少なくとも一部において、前記ナノ構造膜の厚さ方向に前記ナノ構造膜よりも突出する凸部を有する、請求項７に記載の光源装置。
前記凸部は、前記基板の前記主面に対して平行な方向に延び、
前記基板の一部は、前記ナノ構造膜の厚さ方向において前記ナノ構造膜よりも突出し、
前記ナノ構造膜は、前記凸部と前記基板の前記一部との間に位置する、請求項８に記載の光源装置。
レーザダイオードと、
前記レーザダイオードを直接または間接的に支持する主面を有する基板と、
前記基板に固定され、前記レーザダイオードを覆うキャップと、
を備え、
前記キャップは、前記レーザダイオードの周りを囲む、内壁面と外壁面とを持つ壁部分を有し、
前記内壁面は、前記レーザダイオードから出射されるレーザ光の光入射面および第１傾斜面を少なくとも有し、
前記外壁面は、前記レーザダイオードから出射されるレーザ光の光出射面を有し、
前記光入射面および前記光出射面の少なくとも一方は、前記レーザ光の光軸に対して垂直であり、
前記第１傾斜面は、前記基板の前記主面から離れるにつれて、前記レーザダイオードに向かって傾斜しており、
前記壁部分は、前記光出射面にナノ構造膜を有し、
前記キャップは、前記ナノ構造膜の周囲の少なくとも一部において、前記ナノ構造膜の厚さ方向に前記ナノ構造膜よりも突出する凸部を有し、
前記凸部は、前記主面に対して垂直な方向に延びる第１凸部分および第２凸部分を有し、
前記ナノ構造膜は、前記第１凸部分と前記第２凸部分との間に位置する、光源装置。
前記凸部は、前記主面に対して平行である第３凸部分をさらに有し、
前記第１凸部分から前記第３凸部分は、前記ナノ構造膜を囲んでいる、請求項１０に記載の光源装置。
前記基板の一部は、前記ナノ構造膜の厚さ方向において前記ナノ構造膜よりも突出している、請求項７または８または１０または１１に記載の光源装置。
前記光入射面に、ナノ構造膜を有する、請求項１から１２のいずれかに記載の光源装置。
前記キャップは、ガラス、石英、またはサファイアの少なくとも１つから形成されている、請求項１から１３のいずれかに記載の光源装置。