JP6511807B2 - 半導体レーザ装置、光源装置、半導体レーザ装置の製造方法、及び光源装置の製造方法 - Google Patents
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Description
半導体レーザ装置、光源装置、半導体レーザ装置の製造方法、及び光源装置の製造方法に関する。
従来、半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子が載置される載置体と、載置体に接続された基体と、を備える半導体レーザ装置が提案されている（特許文献１参照）。ここで、基体は載置体と嵌合する凹部を有しており、凹部はその底部の一部に貫通孔を有している。この従来の半導体レーザ装置によれば、凹部内に段差が生じ載置体が基体により安定して保持されるようになるため、熱膨張係数の差によって生じる基体と載置体の位置や向きのずれが防止され、放熱性のばらつきが抑制される。
従来の半導体レーザ装置は、放熱性のばらつきを抑制できる点で優れているが、半導体レーザ装置を実装基板へと実装する際の実装精度に改善の余地がある。
上記の課題は、例えば、次の手段により解決できる。
半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子が載置される載置体と、前記載置体が配置される凹部と前記凹部の底部の一部を貫通する貫通孔とを有する基体と、前記貫通孔内に設けられる埋め込み部材と、を備え、前記埋め込み部材の最上面は前記載置体の最下面に接合され、前記埋め込み部材の最下面は前記基体の最下面より上方に位置する、ことを特徴とする半導体レーザ装置。
実装基板と、上記の半導体レーザ装置と、前記基体の下面と前記実装基板とを接続する接続部材と、を備えた光源装置。
載置体と、前記載置体が配置される凹部及び前記凹部の底部の一部を貫通する貫通孔を有する基体と、前記貫通孔内に設けられる埋め込み部材と、を準備する工程と、前記載置体を前記基体の凹部に接合するとともに、前記埋め込み部材の最下面が前記基体の最下面より上方に位置するように前記載置体の最下面と前記埋め込み部材の最上面とを接合する工程と、前記載置体に半導体レーザ素子を載置する工程と、を有することを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
上記の半導体レーザ装置の製造方法により半導体レーザ装置を製造する工程と、前記製造された半導体レーザ装置を前記基体の下面を実装面として接続部材を用いて実装基板へ実装する工程と、を有する光源装置の製造方法。
上記の手段によれば、実装基板に対する実装精度が高められた半導体レーザ装置、光源装置、及び半導体レーザ装置の製造方法、及び光源装置の製造方法を提供することができる。
［実施形態１に係る半導体レーザ装置］
図１、図２、及び図３は、それぞれ、実施形態１に係る半導体レーザ装置の模式的断面図、模式的平面図、及び模式的側面図である。また、図４は、実施形態１に係る基体の模式的断面図である。図１から図４に示すように、実施形態１に係る半導体レーザ装置１００は、半導体レーザ素子１０と、半導体レーザ素子１０が載置される載置体３０と、載置体３０が配置される凹部４０ａと凹部４０ａの底部の一部を貫通する貫通孔４０ｂとを有する基体４０と、貫通孔４０ｂ内に設けられる埋め込み部材７０と、を備え、埋め込み部材７０の最上面は載置体３０の最下面に接合され、埋め込み部材７０の最下面は基体４０の最下面より上方に位置する半導体レーザ装置である。以下、詳細に説明する。
図１、図２、及び図３は、それぞれ、実施形態１に係る半導体レーザ装置の模式的断面図、模式的平面図、及び模式的側面図である。また、図４は、実施形態１に係る基体の模式的断面図である。図１から図４に示すように、実施形態１に係る半導体レーザ装置１００は、半導体レーザ素子１０と、半導体レーザ素子１０が載置される載置体３０と、載置体３０が配置される凹部４０ａと凹部４０ａの底部の一部を貫通する貫通孔４０ｂとを有する基体４０と、貫通孔４０ｂ内に設けられる埋め込み部材７０と、を備え、埋め込み部材７０の最上面は載置体３０の最下面に接合され、埋め込み部材７０の最下面は基体４０の最下面より上方に位置する半導体レーザ装置である。以下、詳細に説明する。
（半導体レーザ素子１０）
半導体レーザ素子１０には、例えば、窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子が用いられる。半導体レーザ素子１０はｐ電極とｎ電極とを備えており、ｐ電極は例えば半導体レーザ素子１０の一方の側に形成され、ｎ電極は例えば他方の側に形成される。マルチモード（横モードマルチ）の半導体レーザ素子を半導体レーザ素子１０として用いることもでき、この場合は、本実施形態の効果を顕著に得ることができる。つまり、マルチモード（横モードマルチ）の半導体レーザ素子は通常高出力駆動が可能であり、高出力駆動時に放熱性にばらつきがあると劣化しやすいが、本実施形態によれば、そのような劣化の原因となる放熱性ばらつきを抑制することができるからである。
半導体レーザ素子１０には、例えば、窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子が用いられる。半導体レーザ素子１０はｐ電極とｎ電極とを備えており、ｐ電極は例えば半導体レーザ素子１０の一方の側に形成され、ｎ電極は例えば他方の側に形成される。マルチモード（横モードマルチ）の半導体レーザ素子を半導体レーザ素子１０として用いることもでき、この場合は、本実施形態の効果を顕著に得ることができる。つまり、マルチモード（横モードマルチ）の半導体レーザ素子は通常高出力駆動が可能であり、高出力駆動時に放熱性にばらつきがあると劣化しやすいが、本実施形態によれば、そのような劣化の原因となる放熱性ばらつきを抑制することができるからである。
（載置体３０）
半導体レーザ素子１０は載置体３０（本実施形態では載置体３０の側面）に載置される。具体的には、載置体３０の一部が基体４０から上方に突出しており、その突出した部分の所定の領域に半導体レーザ素子１０が固定される。載置体３０の他の一部は基体４０に形成された凹部４０ａに嵌め込まれている。載置体３０はヒートシンクとして機能させるものであり、半導体レーザ素子１０で生じる熱を載置体３０へ効率的に逃がすべく、載置体３０は銅などの放熱性に優れた金属材料からなることが好ましい。
半導体レーザ素子１０は載置体３０（本実施形態では載置体３０の側面）に載置される。具体的には、載置体３０の一部が基体４０から上方に突出しており、その突出した部分の所定の領域に半導体レーザ素子１０が固定される。載置体３０の他の一部は基体４０に形成された凹部４０ａに嵌め込まれている。載置体３０はヒートシンクとして機能させるものであり、半導体レーザ素子１０で生じる熱を載置体３０へ効率的に逃がすべく、載置体３０は銅などの放熱性に優れた金属材料からなることが好ましい。
半導体レーザ素子１０と載置体３０との間には、介在体２０（所謂サブマウント）を介在させることができる。この場合、介在体２０の熱伝導率を載置体３０のそれよりも高くすることで、半導体レーザ素子１０で生じる熱を効率的に載置体３０に逃がすことができる。例えば、介在体２０を窒化アルミ、炭化ケイ素、ケイ素、ダイヤモンドなどの絶縁体から構成すれば、半導体レーザ素子１０と載置体３０とを絶縁させることができる。なお、介在体２０の上面には、半導体レーザ素子１０と外部とを通電させるための導電層を形成することができる。
（基体４０）
基体４０はステム又はアイレットとも呼ばれる部材である。気密封止のためのキャップ９０を溶接等によって基体４０に接合できるよう、基体４０には載置体３０よりも熱伝導率が低い鉄や鉄合金などの金属材料が用いられる。熱伝導率が高すぎると熱が拡散してしまい、溶接等によってキャップ９０を基体４０に接合できなくなるからである。
基体４０はステム又はアイレットとも呼ばれる部材である。気密封止のためのキャップ９０を溶接等によって基体４０に接合できるよう、基体４０には載置体３０よりも熱伝導率が低い鉄や鉄合金などの金属材料が用いられる。熱伝導率が高すぎると熱が拡散してしまい、溶接等によってキャップ９０を基体４０に接合できなくなるからである。
基体４０は、載置体３０が配置される凹部４０ａと、凹部４０ａの底部の一部を貫通する貫通孔４０ｂと、を有している。ここで、凹部４０ａにおける底部のうち貫通孔４０ｂを除いた部分となる残部４１の上下方向における厚さは、基体４０の上下方向における最大厚さの半分以下になるよう構成される。基体４０のうちの残部４１以外の領域（以下、「本部４２」という。）の上下方向における厚さは残部４１の上下方向における厚さに比べて厚く、残部４１の上下方向における厚さは本部４２の上下方向における厚さに比べて薄くなっている。本部４２から横方向に延在している領域が残部４１となり、残部４１により凹部４０ａ及び貫通孔４０ｂが形成されている。なお、本部４２と残部４１の最下面は一致していることが好ましく、これにより実装基板３００と接触する面積を増やすことができるため、放熱性を向上させることができる。
残部４１の厚さは、基体４０の最大厚さの５％以上３０％以下、好ましくは５％以上２５％以下、より好ましくは１０％以上２０％以下とすることができる。残部４１が薄すぎると、基体４０を構成する材料の熱膨張係数と載置体３０を構成する材料のそれとの差により、残部４１が上方又は下方に折れ曲がる恐れがあるので、放熱性の観点で好ましくない。残部４１が上方又は下方に折れ曲がると、基体４０と実装基板３００との接触面積が減るからである。逆に、残部４１が厚すぎても、放熱性に優れた載置体３０が基体４０の最下面から離れることになるので、全体として放熱性が損なわれやすい。
上方から見て、貫通孔４０ｂの面積は、凹部４０ａの底部の面積の５％以上８０％以下、好ましくは１０％以上７０％以下、より好ましくは１５％以上５０％以下とすることができる。基体４０にキャップ９０を溶接する必要があることから、基体４０は埋め込み部材７０よりも低い熱伝導率になりやすいが、凹部４０ａの底部に対して貫通孔４０ｂが占める割合を大きくするほど、埋め込み部材７０の面積を大きくすることができるため、放熱性を向上させることができる。他方、凹部４０ａの底部に対して貫通孔４０ｂが占める割合を小さくするほど、残部４１をある程度残すことができるので、載置体３０を残部４１へと実装しやすくなるため気密性を確保しやすくなるとともに、実装基板３００へも実装しやすくなる。
凹部４０ａ及び貫通孔４０ｂは、例えば、基体４０を上下に貫通する孔を形成した後、当該孔が形成された領域を含み且つ当該孔が形成された領域よりも大きい領域を、基体４０の上方から凸形状を有する金型でプレスして凹ませることにより形成することができる。このようにすれば、金型の凸部に対応する部分が凹部４０ａとなるとともに、基体４０を上下に貫通する孔の一部（プレスされずに残った部分）が貫通孔４０ｂとなる。基体４０を上下に貫通する孔が完全につぶれてしまわないよう基体４０をプレスすることにより、基体４０を構成する材料の延性を利用して、残部４１をより薄く且つ安定して形成することができる。なお、プレスをすることにより、貫通孔４０ｂに基体４０を構成する材料が入りこみ貫通孔４０ｂの大きさが安定しないことがある。この場合は、貫通孔４０ｂの大きさを均一にするために、プレスした後に残存した貫通孔４０ｂよりも一回り大きな領域を所望の貫通孔４０ｂの寸法に合わせてパンチ等で除去して貫通孔４０ｂとしてもよい。このとき、プレスした際に発生する余分な材料（基体４０の下面よりも下方に残る材料）もあわせて除去してもよい。
（埋め込み部材７０）
埋め込み部材７０は貫通孔４０ｂ内に設けられる。埋め込み部材７０の最上面は載置体３０の最下面に接合され、埋め込み部材７０の最下面は基体４０の最下面より上方に位置するものとされる。これにより、放熱性のばらつきを抑制した半導体レーザ装置１００を所定の位置・向きで実装基板３００に実装することができるようになる。以下に、詳述する。
埋め込み部材７０は貫通孔４０ｂ内に設けられる。埋め込み部材７０の最上面は載置体３０の最下面に接合され、埋め込み部材７０の最下面は基体４０の最下面より上方に位置するものとされる。これにより、放熱性のばらつきを抑制した半導体レーザ装置１００を所定の位置・向きで実装基板３００に実装することができるようになる。以下に、詳述する。
後述する図６に示すように、半導体レーザ装置１００は、接続部材４００を用いて実装基板３００へ実装されるが、実装時の加熱により、接続部材４００に含まれるフラックスや溶剤が気化し、ボイドが発生する。貫通孔４０ｂ内に空間があると、この空間内に空気やボイドが滞留しやすくなるため、熱による膨張で実装基板３００に対する半導体レーザ装置１００の位置・向きが所定の位置・向きからずれてしまうことがある。そこで、本実施形態では、貫通孔４０ｂ内に埋め込み部材７０が設けられる構成をとることにした。このようにすれば、貫通孔４０ｂ内の空間が削減され、貫通孔４０ｂ内における空気の滞留が抑制されるため、貫通孔４０ｂ内の空気が膨張することによる実装時の位置や向きのずれを抑制することができる。
なお、放熱性の観点から、埋め込み部材７０の最下面と基体４０の最下面とは一致するのが好ましいが、実際は、基体４０と埋め込み部材７０の熱膨張係数差や寸法ばらつきに起因して両者の最下面を一致させることは難しく、安定した放熱性を得るのは困難である。そこで、埋め込み部材７０を設ける際に、埋め込み部材７０の最下面を基体の最下面よりも上方に位置するように設けている。これにより、放熱性のばらつきを抑制した半導体レーザ装置１００とすることができる。
埋め込み部材７０の最下面と基体４０の最下面との最短距離は、好ましくは１μｍ以上５０μｍ以下、より好ましくは １．５μｍ以上３０μｍ以下、さらに好ましくは２μｍ以上２０μｍ以下とすることができる。前述する範囲において、最短距離を長くするほど基体４０の熱膨張係数と埋め込み部材７０の熱膨張係数との差による実装のばらつきを抑制することができる。他方、最短距離を短くするほど貫通孔４０ｂ内における空気などの気体や接続部材４００から生じるボイドの滞留を抑制することができる。
埋め込み部材７０は、特に限定されるわけではないが、貫通孔４０ｂに実質的に沿った形状を有することが好ましい。すなわち、埋め込み部材７０は貫通孔４０ｂと同一の形状であり、貫通孔４０ｂは埋め込み部材７０によって実質的に隙間なく埋められることが好ましい。このようにすれば、貫通孔４０ｂ内における空気の滞留が実質的に不可能となるため（位置・向きのずれが実質的に生じない程度の量でしか空気が滞留し得なくなるため）、より一層、半導体レーザ装置１００を所定の位置・向きで実装基板３００に実装することができるようになる。
なお、埋め込み部材７０と貫通孔４０ｂとの間には僅かな隙間が生じていてもよい。つまり、埋め込み部材７０は、貫通孔４０ｂよりも一回り小さい形状にすることもできる。埋め込み部材７０の大きさの設計値を貫通孔４０ｂよりも小さくしておくことで、製造時の誤差に対応することできる。なお、具体的には、例えば、貫通孔４０ｂと埋め込み部材７０との離間距離が２０μｍ以上１００μｍ以下になるような大きさで埋め込み部材７０を形成することができる。この範囲において、埋め込み部材７０の大きさを小さくするほど貫通孔４０ｂ内に埋め込み部材７０を形成しやすくなり、大きくするほど貫通孔４０ｂと埋め込み部材７０との間に生じる空間を減らして貫通孔４０ｂ内における空気などの気体や接続部材４００から生じるボイドの滞留を抑制することができる。
埋め込み部材７０は、例えば貫通孔４０ｂが円筒状であれば、貫通孔４０ｂよりも直径の小さい円を底面とする円筒状であることが好ましい。円筒状とすることにより、埋め込み部材７０を容易に製造することができる。埋め込み部材７０の外壁と貫通孔４０ｂの内壁との隙間は接合部材８０で埋められることが好ましい。このようにすれば、貫通孔４０ｂ内において空気などの気体や接続部材４００から生じるボイドが完全に滞留し得なくなるため、より一層、半導体レーザ装置１００を所定の位置・向きで実装基板３００に実装することができるようになる。
埋め込み部材７０は、載置体３０に拡散された熱が埋め込み部材７０を介して効率よく放熱されるよう、熱伝導率の高い材料が好ましい。載置体３０と埋め込み部材７０との接合を容易に行うために、埋め込み部材７０は、その最表面が金属材料からなるよう構成することが好ましく、好ましくは全体が金属材料（例えば、銅板材等）からなるように構成する。また別の観点から、埋め込み部材７０は、載置体３０と同じ材料からなることが好ましい。こうすることで、載置体３０と埋め込み部材７０との熱膨張係数が同じになるため、安定して固定することができる。
（接合部材８０）
埋め込み部材７０の外壁と貫通孔４０ｂの内壁との間には接合部材８０が設けられていてもよい。このようにすれば、貫通孔４０ｂ内における空気の滞留を抑制することができるため、より一層、半導体レーザ装置１００を所定の位置・向きで実装基板３００に実装することができるようになる。なお、接合部材８０は、埋め込み部材７０の全周にわたり、埋め込み部材７０の外壁と貫通孔４０ｂの内壁との間に生じる隙間を埋めるように設けられることが好ましい。このようにすれば、貫通孔４０ｂ内において空気などの気体や接続部材４００から生じるボイドがより滞留し難くなるため、より一層、半導体レーザ装置１００を所定の位置・向きで実装基板３００に実装することができるようになる。接合部材８０としては、例えば銀ろう等を用いることができる。
埋め込み部材７０の外壁と貫通孔４０ｂの内壁との間には接合部材８０が設けられていてもよい。このようにすれば、貫通孔４０ｂ内における空気の滞留を抑制することができるため、より一層、半導体レーザ装置１００を所定の位置・向きで実装基板３００に実装することができるようになる。なお、接合部材８０は、埋め込み部材７０の全周にわたり、埋め込み部材７０の外壁と貫通孔４０ｂの内壁との間に生じる隙間を埋めるように設けられることが好ましい。このようにすれば、貫通孔４０ｂ内において空気などの気体や接続部材４００から生じるボイドがより滞留し難くなるため、より一層、半導体レーザ装置１００を所定の位置・向きで実装基板３００に実装することができるようになる。接合部材８０としては、例えば銀ろう等を用いることができる。
（リード端子）
半導体レーザ装置１００は、半導体レーザ素子１０を通電させるために第１リード端子５１及び第２リード端子５２を備える。本実施形態では、基体４０の凹部４０ａと異なる領域に上下方向に延伸する第１リード端子５１及び第２リード端子５２が設けられている。各リード端子は、絶縁体を介して基体４０に固定されている。第１リード端子５１は、第１ワイヤ６１により、半導体レーザ素子１０の上面側と電気的に接続されている。また、第２リード端子５２は、第２ワイヤ６２により、半導体レーザ素子１０の下面側と電気的に接続されている。
半導体レーザ装置１００は、半導体レーザ素子１０を通電させるために第１リード端子５１及び第２リード端子５２を備える。本実施形態では、基体４０の凹部４０ａと異なる領域に上下方向に延伸する第１リード端子５１及び第２リード端子５２が設けられている。各リード端子は、絶縁体を介して基体４０に固定されている。第１リード端子５１は、第１ワイヤ６１により、半導体レーザ素子１０の上面側と電気的に接続されている。また、第２リード端子５２は、第２ワイヤ６２により、半導体レーザ素子１０の下面側と電気的に接続されている。
以上説明した実施形態１に係る半導体レーザ装置によれば、貫通孔４０ｂ内に設けられる埋め込み部材７０によって、貫通孔４０ｂ内における空気の滞留が抑制され、貫通孔４０ｂ内の空気が膨張することによる実装時の位置や向きのずれを抑制されるとともに、放熱性のばらつきも抑制される。したがって、放熱性のばらつきを抑制した半導体レーザ装置１００を所定の位置・向きで実装基板３００に実装することができるようになる。よって、実施形態１に係る半導体レーザ装置によれば、放熱性のばらつきを抑制しつつ、実装基板に対する実装精度が高めることができる。
［実施形態２に係る半導体レーザ装置２００］
図５は実施形態２に係る半導体レーザ装置の模式的平面図である。図５に示すように、実施形態２に係る半導体レーザ装置２００は、実施形態１に係る半導体レーザ装置１００と基本的には同じ構成を有しているが、貫通孔４０ｂが凹部４０ａの底部の周縁に実質的に沿った形状を有する点で、貫通孔４０ｂが円形状の形状を有する実施形態１に係る半導体レーザ装置１００と相違する。実施形態２に係る半導体レーザ装置２００によっても、実施形態１の場合と同様に、放熱性のばらつきを抑制しつつ、実装基板に対する実装精度を高めることができる。また、実施形態２に係る半導体レーザ装置２００によれば、接続部材４００から生じるボイドをより均一に逃がすことができる。このとき、埋め込み部材７０も貫通孔４０ｂの周縁に実質的に沿った形状とするのが好ましい。
図５は実施形態２に係る半導体レーザ装置の模式的平面図である。図５に示すように、実施形態２に係る半導体レーザ装置２００は、実施形態１に係る半導体レーザ装置１００と基本的には同じ構成を有しているが、貫通孔４０ｂが凹部４０ａの底部の周縁に実質的に沿った形状を有する点で、貫通孔４０ｂが円形状の形状を有する実施形態１に係る半導体レーザ装置１００と相違する。実施形態２に係る半導体レーザ装置２００によっても、実施形態１の場合と同様に、放熱性のばらつきを抑制しつつ、実装基板に対する実装精度を高めることができる。また、実施形態２に係る半導体レーザ装置２００によれば、接続部材４００から生じるボイドをより均一に逃がすことができる。このとき、埋め込み部材７０も貫通孔４０ｂの周縁に実質的に沿った形状とするのが好ましい。
［実施形態１に係る］
図６は実施形態１に係る光源装置の模式的断面図である。図６に示すように、実施形態１に係る光源装置５００は、実施形態１に係る半導体レーザ装置１００を用いた光源装置５００であり、実装基板３００と、実施形態１に係る半導体レーザ装置１００と、基体４０の下面と実装基板３００とを接続する接続部材４００と、を備えた光源装置５００である。上記のとおり、実施形態１に係る半導体レーザ装置１００によれば、貫通孔４０ｂ内に設けられる埋め込み部材７０によって、貫通孔４０ｂ内における空気などの気体の滞留が抑制され、貫通孔４０ｂ内の空気などの気体や接続部材４００から生じるボイドが膨張し、これらが基体４０下の接続部材４００内を移動することによる実装時の位置や向きのずれが抑制される。したがって、実施形態１に係る光源装置５００によれば、半導体レーザ素子１０から出射される光の光軸や半導体レーザ素子１０の発光点位置がずれることがないので、ビーム特性が安定した光源装置とすることができる。
図６は実施形態１に係る光源装置の模式的断面図である。図６に示すように、実施形態１に係る光源装置５００は、実施形態１に係る半導体レーザ装置１００を用いた光源装置５００であり、実装基板３００と、実施形態１に係る半導体レーザ装置１００と、基体４０の下面と実装基板３００とを接続する接続部材４００と、を備えた光源装置５００である。上記のとおり、実施形態１に係る半導体レーザ装置１００によれば、貫通孔４０ｂ内に設けられる埋め込み部材７０によって、貫通孔４０ｂ内における空気などの気体の滞留が抑制され、貫通孔４０ｂ内の空気などの気体や接続部材４００から生じるボイドが膨張し、これらが基体４０下の接続部材４００内を移動することによる実装時の位置や向きのずれが抑制される。したがって、実施形態１に係る光源装置５００によれば、半導体レーザ素子１０から出射される光の光軸や半導体レーザ素子１０の発光点位置がずれることがないので、ビーム特性が安定した光源装置とすることができる。
実装基板３００は、熱伝導率の良好な材料、例えば、金属（銅、アルミニウム等）やセラミックス（酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、または炭化珪素等）等で形成されていることが好ましい。また、実装基板３００は、複数の部材を係合や嵌合などさせてなるものであってもよいが、一体的に形成されたものであることが好ましい。図６に示すように実装基板３００は、断面視において、半導体レーザ装置１００を収納するための段差部が複数形成されており、各段差部に半導体レーザ装置１００が載置されている。段差部内に半導体レーザ装置１００を設けると接続部材４００が逃げにくくなり、貫通孔４０ｂに空気などの気体や接続部材４００から生じるボイドが入りやすくなるところ、本実施形態によれば貫通孔４０ｂ内における空気などの気体や接続部材４００から生じるボイドの滞留を抑制することができる。このため、実装時の位置ずれ抑制の効果がより顕著となる。
接続部材４００は、半導体レーザ装置１００の実装時に接合部材８０が溶けるのを抑制するために接合部材８０よりも融点の低い材料からなることが好ましい。こうすることで、半導体レーザ装置１００を実装基板３００へ実装する際に、接合部材８０が融解するのを抑制することができる。例えば、接合部材８０として銀ろうを用いる場合は、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｐｂ系、Ａｕ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｓｉ、Ａｕ−Ｇｅ等のはんだ材を接続部材４００として用いることができる。
また、接続部材４００は、埋め込み部材７０の下面と基体４０とを接続することもできる。こうすることで、実装基板３００への熱引き経路を増やすことができるため、放熱性を向上させることができる。
［実施形態２に係る光源装置］
実施形態２に係る光源装置は、実施形態２に係る半導体レーザ装置２００を備える点で、実施形態１に係る光源装置５００と相違する。その他の点は、実施形態１に係る光源装置５００と同じであるので、説明を省略する。
実施形態２に係る光源装置は、実施形態２に係る半導体レーザ装置２００を備える点で、実施形態１に係る光源装置５００と相違する。その他の点は、実施形態１に係る光源装置５００と同じであるので、説明を省略する。
［実施形態１に係る半導体レーザ装置１００の製造方法］
図７Ａから図７Ｃは実施形態１に係る半導体レーザ装置１００の製造方法を説明する模式図である。以下、図７Ａから図７Ｃを参照しつつ、実施形態１に係る半導体レーザ装置１００の製造方法について説明する。
図７Ａから図７Ｃは実施形態１に係る半導体レーザ装置１００の製造方法を説明する模式図である。以下、図７Ａから図７Ｃを参照しつつ、実施形態１に係る半導体レーザ装置１００の製造方法について説明する。
（第１工程）
まず、図７Ａに示すように、載置体３０と、載置体３０が配置される凹部４０ａ及び凹部４０ａの底部の一部を貫通する貫通孔４０ｂを有する基体４０と、貫通孔４０ｂ内に設けられる埋め込み部材７０と、を準備する。
まず、図７Ａに示すように、載置体３０と、載置体３０が配置される凹部４０ａ及び凹部４０ａの底部の一部を貫通する貫通孔４０ｂを有する基体４０と、貫通孔４０ｂ内に設けられる埋め込み部材７０と、を準備する。
（第２工程）
次に、図７Ｂに示すように、載置体３０を基体４０の凹部４０ａに接合するとともに、埋め込み部材７０の最下面が基体４０の最下面より上方に位置するよう載置体３０の最下面と埋め込み部材７０の最上面とを接合する。つまり、載置体３０と基体４０と埋め込み部材７０とを同時に接合する。なお、これらの接合は接合部材８０を用いて行なわれることが好ましい。また、接合部材８０は、埋め込み部材７０の外壁と貫通孔４０ｂの内壁との間に広がるよう設けられることが好ましく、埋め込み部材７０の全周にわたり、埋め込み部材７０の外壁と貫通孔４０ｂの内壁との間に生じる隙間を埋めるよう設けられることがより好ましい。
次に、図７Ｂに示すように、載置体３０を基体４０の凹部４０ａに接合するとともに、埋め込み部材７０の最下面が基体４０の最下面より上方に位置するよう載置体３０の最下面と埋め込み部材７０の最上面とを接合する。つまり、載置体３０と基体４０と埋め込み部材７０とを同時に接合する。なお、これらの接合は接合部材８０を用いて行なわれることが好ましい。また、接合部材８０は、埋め込み部材７０の外壁と貫通孔４０ｂの内壁との間に広がるよう設けられることが好ましく、埋め込み部材７０の全周にわたり、埋め込み部材７０の外壁と貫通孔４０ｂの内壁との間に生じる隙間を埋めるよう設けられることがより好ましい。
（第３工程）
次に、図７Ｃに示すように、載置体３０に半導体レーザ素子１０を載置する。
次に、図７Ｃに示すように、載置体３０に半導体レーザ素子１０を載置する。
以上説明した実施形態１に係る半導体レーザ装置１００の製造方法によれば、載置体３０と基体４０と埋め込み部材７０を同時に形成するため、工程数を減らすことができ、生産性を向上させることができる。また、載置体３０と基体４０と埋め込み部材７０とを同時に形成することにより、各部材を所望の位置に容易に接合することができる。例えば、基体４０と載置体３０とを先に接合すると、接合部材８０が残部４１の側壁へと流れて埋め込み部材７０が貫通孔４０ｂ内に入らなくなる可能性がある。また、別の例として、載置体３０と埋め込み部材７０とを先に接合すると、貫通孔４０ｂの位置を考慮した上で、埋め込み部材７０を載置体３０に接合しなければいけないので、位置合わせが難しくなる。載置体３０、基体４０及び埋め込み部材７０を同時に形成することで、接合が容易となる。
なお、図７Ｄに示すように、実施形態１に係る半導体レーザ装置１００を用いた光源装置５００は、上記の方法により製造された半導体レーザ装置１００を実装基板３００に実装することにより得られる。実装は、例えば、基体４０の下面を実装基板３００の上面に接続部材４００を用いて接続することにより行う。なお、図７Ｄでは、基体４０にキャップ９０が形成されたものを半導体レーザ装置１００として用いている。キャップ９０には開口部が設けられており、開口部にはガラス等の透光性部材９１が設けられている。
［実施形態２に係る半導体レーザ装置２００の製造方法］
上記のとおり、実施形態２に係る半導体レーザ装置２００は、貫通孔４０ｂが凹部４０ａの底部の周縁に実質的に沿った形状を有するほかは実施形態１に係る半導体レーザ装置１００と同様であるので、実施形態２に係る半導体レーザ装置２００は、第１工程において、凹部４０ａの底部の周縁に実質的に沿った形状を有する貫通孔４０ｂを備えた基体４０を準備するほかは、実施形態１に係る半導体レーザ装置１００と同じ工程により作製することができる。また、実施形態２に係る半導体レーザ装置２００を用いた光源装置は、実施形態１に係る半導体レーザ装置１００を用いた光源装置５００と同じ工程により作製することができる。
上記のとおり、実施形態２に係る半導体レーザ装置２００は、貫通孔４０ｂが凹部４０ａの底部の周縁に実質的に沿った形状を有するほかは実施形態１に係る半導体レーザ装置１００と同様であるので、実施形態２に係る半導体レーザ装置２００は、第１工程において、凹部４０ａの底部の周縁に実質的に沿った形状を有する貫通孔４０ｂを備えた基体４０を準備するほかは、実施形態１に係る半導体レーザ装置１００と同じ工程により作製することができる。また、実施形態２に係る半導体レーザ装置２００を用いた光源装置は、実施形態１に係る半導体レーザ装置１００を用いた光源装置５００と同じ工程により作製することができる。
以上、実施形態について説明したが、これらの説明は一例に関するものであり、特許請求の範囲に記載された構成を何ら限定するものではない。
１０・・・半導体レーザ素子
２０・・・介在体
３０・・・載置体
４０・・・基体
４０ａ・・・凹部
４０ｂ・・・貫通孔
４１・・・残部
４２・・・本部
５１・・・第１リード端子
５２・・・第２リード端子
６１・・・第１ワイヤ
６２・・・第２ワイヤ
７０・・・埋め込み部材
８０・・・接合部材
９０・・・キャップ
９１・・・透光性部材
１００、２００・・・半導体レーザ装置
３００・・・実装基板
４００・・・接続部材
５００・・・光源装置
２０・・・介在体
３０・・・載置体
４０・・・基体
４０ａ・・・凹部
４０ｂ・・・貫通孔
４１・・・残部
４２・・・本部
５１・・・第１リード端子
５２・・・第２リード端子
６１・・・第１ワイヤ
６２・・・第２ワイヤ
７０・・・埋め込み部材
８０・・・接合部材
９０・・・キャップ
９１・・・透光性部材
１００、２００・・・半導体レーザ装置
３００・・・実装基板
４００・・・接続部材
５００・・・光源装置
Claims (15)
- 半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子が載置される載置体と、
前記載置体の最下面が配置される凹部と前記凹部の底部の一部を貫通する貫通孔とを有する基体と、
前記貫通孔内に設けられる埋め込み部材と、を備え、
前記埋め込み部材の最上面は前記載置体の最下面に接合され、
前記埋め込み部材の最下面は前記基体の最下面より上方に位置する、
ことを特徴とする半導体レーザ装置。 - 前記埋め込み部材の外壁と前記貫通孔の内壁との間に接合部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
- 前記埋め込み部材の全周にわたり、前記埋め込み部材の外壁と前記貫通孔の内壁との間に生じる隙間を埋めるよう前記接合部材を備えることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ装置。
- 前記埋め込み部材は前記貫通孔の周縁に実質的に沿った形状を有する請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
- 前記埋め込み部材は前記貫通孔よりも直径の小さい円筒状であることを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザ装置。
- 前記載置体と前記埋め込み部材とは金属材料からなることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
- 前記埋め込み部材は前記載置体と同じ材料からなることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
- 実装基板と、
請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置と、
前記基体の最下面と前記実装基板とを接続する接続部材と、
を備えた光源装置。 - 前記接続部材は、前記接合部材よりも融点の低い材料からなることを特徴とする請求項８に記載の光源装置。
- 載置体と、前記載置体の最下面が配置される凹部及び前記凹部の底部の一部を貫通する貫通孔を有する基体と、前記貫通孔内に設けられる埋め込み部材と、を準備する工程と、
前記載置体を前記基体の凹部に接合するとともに、前記埋め込み部材の最下面が前記基体の最下面より上方に位置するように前記載置体の最下面と前記埋め込み部材の最上面とを接合する工程と、
前記載置体に半導体レーザ素子を載置する工程と、
を有することを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。 - 前記接合する工程において、前記載置体、前記基体及び前記埋め込み部材を接合部材により接合することを特徴とする請求項１０に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
- 前記接合する工程において、前記接合部材は前記埋め込み部材の外壁と前記貫通孔の内壁との間に広がるよう設けられることを特徴とする請求項１１に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
- 前記接合する工程において、前記接合部材は、前記埋め込み部材の全周にわたり、前記埋め込み部材の外壁と前記貫通孔の内壁との間に生じる隙間を埋めるよう設けられることを特徴とする請求項１２に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
- 請求項１０から１３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置の製造方法により半導体レーザ装置を製造する工程と、
前記製造された半導体レーザ装置を前記基体の最下面を実装面として接続部材を用いて実装基板へ実装する工程と、
を有する光源装置の製造方法。 - 前記接続部材は、前記接合部材よりも融点の低い材料からなることを特徴とする請求項１４に記載の光源装置の製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP2014264049A JP6511807B2 (ja) | 2014-12-26 | 2014-12-26 | 半導体レーザ装置、光源装置、半導体レーザ装置の製造方法、及び光源装置の製造方法 |
| US14/979,346 US9559489B2 (en) | 2014-12-26 | 2015-12-22 | Semiconductor laser device, light source device, method of producing semiconductor laser device, and method of producing light source device |
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