JP7408266B2 - 光源装置 - Google Patents
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Description
基板と、
前記基板の上面に載置された半導体レーザと、
前記基板の上面に対向する下面、及び前記半導体レーザから出射された光を反射する面であって、該下面と下端部で繋がり前記基板の上面に対して傾斜した反射面を有する側壁部と、
前記基板の上面であって前記側壁部の下面に対向する領域に形成された金属膜である第1の接合膜と、
非金属面である前記側壁部の下面に形成された金属膜である第2の接合膜と、
前記第1の接合膜及び前記第2の接合膜の間を溶融接合する金属接合材と、
を備え、
前記第1の接合膜及び前記第2の接合膜の反射面側の端部が、それぞれ前記反射面の下端部から離間して配置され、
前記第1の接合膜の反射面側の端部及び前記反射面の下端部の間の距離と、前記第2の接合膜の反射面側の端部及び前記反射面の下端部の間の距離とが異なる箇所を有するようになっている。
基板が水平面上に載置され、基板が下側、リッドが上側に配置された前提で下記の記載を行う。特に、水平で図面左から右の方向をX軸+方向、垂直で図面下から上方向をY軸+方向として示す。
はじめに、図1及び図2を参照しながら、本発明の1つの実施形態に係る光源装置の概要を説明する。図1は、本発明の1つの実施形態に係る光源装置の概要を示す模式的な側面断面図である。図2は、図1のII-II矢視図(平面図)である。
接続部材12の材料として、本実施形態では、アルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられている。ただし、これに限られるものではなく、チタンをはじめとするその他の金属材料、樹脂材料、セラミック材料や共晶材等を用いることもできる。
半導体レーザ6の材料として、本実施形態では窒化物半導体レーザが用いられており、発振波長は紫外から緑色が挙げられる。ただし、これに限られるものではなく、赤色や赤外の半導体レーザを用いることもできる。
次に、図3を参照しながら、本発明の第1の実施形態に係る側壁部の接合構造を説明する。図3は、図1のAで示す領域を拡大して示した側面断面図であって、1つの実施形態に係る光源装置における本発明の第1の実施形態に係る側壁部の接合構造を示す図である。図3では、図1に比べ、更に、基板4及び側壁部8を気密に接合するために形成された接合膜30、32及び金属接合材34、並びに側壁部8の内側面8Aを反射面として機能させるために形成された反射膜20及び誘電体膜22が示されている。
本実施形態では、基板4の上面4Aであって側壁部8の下面8Cに対向する領域に形成された金属膜である第1の接合膜30と、非金属面である側壁部8の下面8Cに形成された金属膜である第2の接合膜32と、第1の接合膜30及び第2の接合膜32の間を溶融接合する金属接合材34とを備える。なお、仮に側壁部8の材料が金属であっても、表面に非金属膜が形成されていれば、非金属面である側壁部8の下面8Cが構成される。例えば、側壁部8の材料がアルミニウムのとき、その表面に非金属面である酸化膜を有する場合には、非金属面である側壁部8の下面8Cに該当する。
なお、これらの接合膜30、32の厚みとして、0.3~2μm程度を例示することができる。
側壁部8の内側面8Aには、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)及びクロム(Cr)の何れかを含む膜からなる第1層、及び白金(Pt)を含む膜からなる第2層(第2層がない場合もあり得る)から構成される層と、その上の銀(Ag)を含む膜からなる第3層(反射層)とで構成された反射膜20が形成されている。つまり、側壁部8の内側面8Aに形成された反射膜20の外表面が反射面20Aとなる。反射膜20の厚みとして、0.3~2μm程度を例示することができる。
以上のように、反射面に、銀(Ag)またはアルミニウム(Al)を含む膜20及び誘電体膜22が形成されているので、高い反射率の反射面が得られる。
次に、側壁部8の上面8B及びリッド10の下面10Aの接合について説明する。
本実施形態では、シリコンからなる側壁部8の上面8Bに、スパッタリングや蒸着により、アルミニウムまたはアルミニウム合金から構成される接続部材12が形成されている。そして、形成された接続部材12の上面及びリッド10の下面10Aが、陽極接合で接合されている。なお、接続部材12は形成されなくてもよく、この場合はシリコンからなる側壁部8の上面8B及びリッド10の下面10Aが、陽極接合で接合される。
以上のように、接続部材12及びリッド10が陽極接合で接合されるので、気密性の高い堅固な接続が可能になる。
次に、図3を参照しながら、第1の実施形態に係る側壁部の接合構造について説明する。本実施形態では、第1の接合膜30の反射面側の端部(端面)30A及び第2の接合膜32の反射面側の端部(端面)32Aが、それぞれ反射面20Aの下端部Q2から離間して配置されている。また、第1の接合膜30の反射面側の端部(端面)30A及び反射面20Aの下端部Q2の間の距離X1と、第2の接合膜32の反射面側の端部(端面)32A及び反射面20Aの下端部Q2の間の距離X2とが異なっている。
はじめに、図7に示す比較例について説明する。この比較例でも、基板104の上面104Aに形成された第1の接合膜130の反射面側の端部(端面)130Aが、反射面120Aの下端部q2から離間して配置され、側壁部108の下面108Cに形成された第2の接合膜132の反射面側の端部(端面)132Aも、反射面120Aの下端部q2から離間して配置されている。
第1の実施形態では、図5に示すように、第1の接合膜30の反射面側の端部(端面)30A及び第2の接合膜32の反射面側の端部(端面)32Aが、それぞれ反射面20Aの下端部Q2から離間して配置されている。更に、第1の接合膜30の反射面側の端部(端面)30A及び反射面20Aの下端部Q2の間の距離X1と、第2の接合膜32の反射面側の端部(端面)32A及び反射面20Aの下端部Q2の間の距離X2とが異なる。特に、第1の実施形態では、第1の接合膜30の反射面側の端部(端面)30A及び反射面20Aの下端部Q2の間の距離X1の方が、第2の接合膜32の反射面側の端部(端面)32A及び反射面20Aの下端部Q2の間の距離X2より長くなっている。つまり、上側の第2の接合膜32の方が、下側の第1の接合膜30よりも反射面20A側に長く伸びている。
仮に、地点P1で第1の接合膜30と繋がる基板4の上面4Aが金属面であった場合には、溶融金属(金属接合材)34が基板4の上面4Aへも流れる可能性がある。しかし、基板4の上面4Aに設けられた絶縁領域との境界で流動が止まるので、短絡等の不具合は生じる虞はない。
なお、上面から見た平面視において、全ての領域で、第1の接合膜30の反射面側の端部(端面)30A及び反射面20Aの下端部Q2の間の距離X1と、第2の接合膜32の反射面側の端部(端面)32A及び反射面20Aの下端部Q2の間の距離X2とが異なる必要はない。第1の接合膜30及び第2の接合膜32の間から押し出された溶融金属(金属接合材)34を収容する十分なエリアを、第2の接合膜32の下面32Bで確保できれば、一部の領域で距離X1及び距離X2が同じであってもよい。
第1の接合膜30の反射面側の端部(端面)30A及び反射面20Aの下端部Q2の間の距離X1と、第2の接合膜32の反射面側の端部(端面)32A及び反射面20Aの下端部Q2の間の距離X2との差、つまり押し出される溶融金属(金属接合材)34の多くを収容する第2の接合膜32の下面32Cの長さは、接合時に第1の接合膜30及び第2の接合膜32の間に充填される溶融金属(金属接合材)34の量に応じて定められることが好ましい。
次に、図4を参照しながら、本発明の第2の実施形態に係る側壁部の接合構造を説明する。図4は、図1のBで示す領域を拡大して示した側面断面図であって、1つの実施形態に係る光源装置における本発明の第2の実施形態に係る側壁部の接合構造を示す図である。
第2の実施形態でも、図6に示すように、第1の接合膜30の反射面側の端部(端面)30A及び第2の接合膜32の反射面側の端部(端面)32Aが、それぞれ反射面20Aの下端部Q2から離間して配置されている。更に、第1の接合膜30の反射面側の端部(端面)30A及び反射面20Aの下端部Q2の間の距離X1と、第2の接合膜32の反射面側の端部(端面)32A及び反射面20Aの下端部Q2の間の距離X2とが異なる。特に、第2の実施形態では、X2の方がX1より長くなっており、つまり下側の第1の接合膜30の方が、上側の第2の接合膜32よりも反射面20A側に長く伸びている。
仮に、地点P1で第1の接合膜30と繋がる基板4の上面4Aが金属面であった場合には、溶融金属(金属接合材)34が基板4の上面4Aへも流れる可能性がある。しかし、基板4の上面4Aに設けられた絶縁領域との境界で流動が止まるので、短絡等の不具合は生じる虞はない。
なお、上面から見た平面視において、全ての領域で、第1の接合膜30の反射面側の端部(端面)30A及び反射面20Aの下端部Q2の間の距離X1と、第2の接合膜32の反射面側の端部(端面)32A及び反射面20Aの下端部Q2の間の距離X2とが異なる必要はない。第1の接合膜30及び第2の接合膜32の間から押し出された溶融金属(金属接合材)34を収容する十分なエリアを、第1の接合膜30の上面30Bで確保できれば、一部の領域で距離X1及び距離X2が同じであってもよい。
第2の実施形態においても、第1の接合膜30の反射面側の端部(端面)30A及び反射面20Aの下端部Q2の間の距離X1と、第2の接合膜32の反射面側の端部(端面)32A及び反射面20Aの下端部Q2の間の距離X2との差、つまり押し出される溶融金属(金属接合材)34の多くを収容する第1の接合膜30の上面30Bの長さは、接合時に第1の接合膜30及び第2の接合膜32の間に充填される溶融金属(金属接合材)34の量に応じて定められることが好ましい。
次に、図8A~図8Eを参照しながら、上記の1つの実施形態に係る光源装置の製造方法の一例を示す。図8A~図8Eは、1つの実施形態に係る光源装置の製造方法の一例における各工程を示す模式図である。図8A~図8Eでは、図4に示す第2の実施形態に係る側壁部の接合構造を有する場合を例にとって説明するが、図3に示す第1の実施形態に係る側壁部の接合構造の場合も同様である。
ただし、上記のプロセスに限られるものではなく、第2層の層を形成せず、スパッタリングまたは蒸着により、金(Au)を含む膜からなる第3層だけを第1層上に形成することもできる。また、形成方法も、スパッタリングや蒸着だけではなく、メッキや印刷などの方法も使用することができる。
ただし、上記のプロセスに限られるものではなく、第2層の層を形成せず、スパッタリングまたは蒸着により、銀(Ag)を含む膜からなる第3層だけを第1層上に形成することもできる。
ただし、上記のプロセスに限られるものではなく、第2層の層を形成せず、スパッタリングまたは蒸着により、金(Au)を含む膜からなる第3層だけを第1層上に形成することもできる。
ただし、上記のプロセスに限られるものではなく、接合膜30、32の製造プロセスと同様に、第1層を側壁部8の上面8Bに形成した後、その上に接続部材12を形成することもできる。
また、半導体レーザ6は、サブマウントを介して基板4上に実装することもできる。サブマウントは、典型的には、電気絶縁性が高く、熱伝導率の高い材質である。例えば、窒化アルミニウムや炭化ケイ素が挙げられる。
ただし、金属接合材34を用いた接合プロセスだけでなく、例えば、接合膜32の接合面及び接合膜32の接合面を加熱、加圧することにより、拡散接合で接合することもできる。
なお、図8Dに示す工程は、図8Aに示す工程の後であって、図8Eに示す工程の前であれば、図8B、Cの工程とは個別に、任意のタイミングで行うことができる。更に、上記の製造プロセスの各工程の順番は任意に変更することができる。このとき、後の工程により先の工程の材料が溶融しないようにするため、融点の高いものを先につけるように各工程の順番を定めるのが好ましい。
上記の実施形態では、陽極接合を用いて、接続部材12及びリッド10を接合しているが、これに限られるものではなく、溶接、半田付け、接着をはじめとするその他の接合手段を用いることもできる。この場合には、接続部材12の材料として、アルミニウムやチタン以外の金属材料や、樹脂材料、セラミック材料等を用いることもできる。
また、半導体レーザ6が収納される凹部内に、フォトダイオードやツェナーダイオードが収納されていてもよい。
次に、図9及び図10を参照しながら、本発明のその他の実施形態に係る光源装置の概要を説明する。図9は、本発明のその他の実施形態に係る光源装置の概要を示す模式的な側面断面図である。図10は、図9のX-X矢視図(平面図)である。
また、平面視における光源装置2’の小型化の観点から、パッケージ部材40は、垂直な側面を有することが好ましい。
側壁部8’の材料として、本実施形態ではガラスが用いられている。この場合、基板4の上面4Aに対して45°傾斜した反射面20A’を得ることもできる。この場合には、半導体レーザ6’から出射された光を略直交する方向へ反射させることができる。ただし、側壁部8’の材料として、ガラスに限られるものではなく、上記のようなシリコンや、樹脂材料やその他のセラミック材料等を用いることもできる。
次に、図11を参照しながら、その他の実施形態に係る光源装置における第1の実施形態に係る側壁部の接合構造を説明する。図11は、図9のBで示す領域を拡大して示した側面断面図であって、その他の実施形態に係る光源装置における第1の実施形態に係る側壁部の接合構造を示す図である。
側壁部8’の傾斜した内側面8A’には、反射膜20’及び誘電体膜22’が形成され、高い反射率の反射面20Aを有している。反射膜20’及び誘電体膜22’ の詳細については、上記の1つの実施形態に係る光源装置の場合と同様なので、更なる説明は省略する。
また、第1の接合膜30’及び第2の接合膜32’の反射面側の端部(端面)30A’、32A’が、それぞれ反射面20A’の下端部Q2’から離間して配置されているので、溶融金属(金属接合材)34’が反射面20A’側に回り込むことがなく、反射面20A’の反射率を低下させる虞もない。
次に、図12を参照しながら、その他の実施形態に係る光源装置における第2の実施形態に係る側壁部の接合構造を説明する。図12は、図9のBで示す領域を拡大して示した側面断面図であって、その他の実施形態に係る光源装置における第2の実施形態に係る側壁部の接合構造を示す図である。
また、第1の接合膜30’及び第2の接合膜32’の反射面側の端部(端面)30A’、32A’が、それぞれ反射面20A’の下端部Q2’から離間して配置されているので、溶融金属(金属接合材)34’が反射面20A’側に回り込むことがなく、反射面20A’の反射率を低下させる虞もない。
次に、図13A~図13Dを参照しながら、その他の実施形態に係る光源装置の製造方法の一例を示す。図13A~図13Dは、その他の実施形態に係る光源装置の製造方法の一例における各工程を示す模式図である。図13A~図13Dでは、図12に示す第2の実施形態に係る側壁部の接合構造を有する場合を例にとって説明するが、図11に示す第1の実施形態に係る側壁部の接合構造の場合も同様である。
ただし、上記のプロセスに限られるものではなく、第2層の層を形成せず、スパッタリングまたは蒸着により、金(Au)を含む膜からなる第3層だけを第1層上に形成することもできる。
ただし、上記のプロセスに限られるものではなく、第2層の層を形成せず、スパッタリングまたは蒸着により、金(Au)を含む膜からなる第3層だけを第1層上に形成することもできる。
ただし、上記のプロセスに限られるものではなく、第2層の層を形成せず、スパッタリングまたは蒸着により、銀(Ag)を含む膜からなる第3層だけを第1層上に形成することもできる。
ただし、上記のプロセスに限られるものではなく、第2層の層を形成せず、スパッタリングまたは蒸着により、金(Au)を含む膜からなる第3層だけを第1層上に形成することもできる。
なお、上記の製造プロセスの各工程の順番は任意に変更することができる。このとき、後の工程により先の工程の材料が溶融しないようにするため、融点の高いものを先につけるように各工程の順番を定めるのが好ましい。
4 基板
6 半導体レーザ
8、8’ 側壁部
8A、8A’ 内側面
8B、8B’ 上面
10 リッド
10A 下面
10B 上面
12 接続部材
12A 上面
20、20’ 反射膜
20A、20A’ 反射面
22、22’ 誘電体膜
30、30’ 接合膜
30A、30A’ 端部(端面)
30B、30B’ 上面
32、32’ 接合膜
32A、32A’ 端部(端面)
32B、32B’ 下面
34、34’ 金属接合材
Q2、Q2’ 反射面の下端部
Claims (8)
- 基板と、
前記基板の上面に載置された半導体レーザと、
前記基板の上面に対向する下面、及び前記半導体レーザから出射された光を反射する面であって、該下面と下端部で繋がり前記基板の上面に対して傾斜した反射面を有する側壁部と、
前記基板の上面であって前記側壁部の下面に対向する領域に形成された金属膜である第1の接合膜と、
非金属面である前記側壁部の下面に形成された金属膜である第2の接合膜と、
前記第1の接合膜及び前記第2の接合膜の間を溶融接合する金属接合材と、
を備え、
前記第1の接合膜及び前記第2の接合膜の反射面側の端部が、それぞれ前記反射面の下端部から基板上面の平面視において前記側壁部の内側に離間して配置され、
前記第1の接合膜の反射面側の端部及び前記反射面の下端部の間の基板上面の平面視における距離と、前記第2の接合膜の反射面側の端部及び前記反射面の下端部の間の基板上面の平面視における距離とが異なる箇所を有することを特徴とする光源装置。 - 前記第1の接合膜の反射面側の端部及び前記反射面の下端部の間の基板上面の平面視における距離と、前記第2の接合膜の反射面側の端部及び前記反射面の下端部の間の基板上面の平面視における距離との差が、接合時に前記第1の接合膜及び前記第2の接合膜の間に充填される前記金属接合材の量に応じて定められることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- 前記第2の接合膜の反射面側の端部及び前記反射面の下端部の間の基板上面の平面視における距離が、前記第1の接合膜の反射面側の端部及び前記反射面の下端部の間の基板上面の平面視における距離より長いことを特徴とする請求項1または2に記載の光源装置。
- 前記側壁部が前記半導体レーザを囲むように形成され、前記反射面が前記半導体レーザを囲むように形成されていることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の光源装置。
- 前記基板及び前記側壁部で囲まれた空間を気密に覆う透光性を有するリッドを更に備えたことを特徴とする請求項4に記載の光源装置。
- 前記第1及び第2の接合膜が、白金(Pt)を含む膜を有する層を備えることを特徴とする請求項1から5の何れか1項に記載の光源装置。
- 前記金属接合材が、金スズ(AuSn)またはスズ(Sn)を含むその他の半田材料から構成されることを特徴とする請求項1から6の何れか1項に記載の光源装置。
- 前記反射面に、銀またはアルミニウム(Al)を含む膜及び誘電体膜が形成されていることを特徴とする請求項1から7の何れか1項に記載の光源装置。
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