JP6970336B2 - 光源装置 - Google Patents
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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傾斜面を有する側壁部と、
前記傾斜面に形成され、前記半導体レーザから出射された光を反射する反射面を構成する反射膜と、
前記基板の上面及び前記側壁部の下面の間に配置され、溶融接合で前記基板及び前記側壁部を接合する金属接合材と、
前記側壁部の下面及び前記反射面に連続して形成されたバリア層と、
を備える。
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。
ただし、これに限られるものではなく、後述するように、パッケージの構成部材とは別途に、立ち上げミラーとして機能する側壁部を備えるその他の実施形態に係る光源装置もあり得る(例えば、図6参照)。
半導体レーザ6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、
(1)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、バリア層36、第1の接合膜30、第2の接合膜32及び金属接合材34と、
(2)側壁部8の傾斜面8Aを反射面24として機能させるために形成された、金属膜である第1の反射膜20及び誘電体膜である第2の反射膜22と、
(3)側壁部8の上面8B及びリッド10の下面10Aを陽極接合するための接続層12と、
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、金属膜である第1の接合膜30が形成されている。側壁部8の下面8Cには、金属膜であるバリア層36が形成され、更にバリア層36の上に、金属膜である第2の接合膜32が形成されている。そして、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が形成されている。つまり、基板4の上面4Aから側壁部8の下面8Cまで順に(Y軸+方向に)、第1の接合膜30(例えば、Ti/Pt/Au)、金属接合材34(例えば、AuSn)、第2の接合膜32(例えば、Au)及びバリア層36(例えば、Pt/Ti)が配置されている。 これにより、基板4の上面4A及び側壁部8の下面8Cの間に配置された金属接合材34による溶融接合で、基板4及び側壁部8が接合されている。
バリア層36の上に形成された第2の接合膜32として、金(Au)を含む膜からなる層を例示できる。
なお、これらのバリア層36、第1の接合膜30、第2の接合膜32の厚みとして、それぞれ0.3〜2μm程度を例示することができる。
側壁部8の傾斜面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(第1層が無い場合もありうる)、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)とで構成された第1の反射膜(金属膜)20が形成されている。第1の反射膜(金属膜)20の厚みとして、0.3〜2μm程度を例示することができる。
本実施形態では、第1の反射膜(金属膜)20として銀を含む膜が形成されているので、高い反射率の反射面24が得られる。第3層として、銀(Ag)に限られるものではなく、例えば、アルミニウム(Al)を含む金属膜を用いることもできる。
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、スパッタリングや蒸着により、側壁部8の上面8Bに、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層12を形成し、この接続層12及びリッド10の下面10Aを陽極接合する。なお、接続層12の材料として、アルミニウムやアルミニウム合金の代わりに、チタンまたはチタン合金を用いることもできる。また、上述した金属膜等を成膜することなしに、つまりはシリコン自体を用いることもできる。
以上のように、接続層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、バリア層36の機能について説明する。基板4及び側壁部8の接合時に、第1の接合膜30及び第2の接合膜32の間から、溶融金属(金属接合材)34が反射面24の下端部P側に押し出される。もし、バリア層36が存在しない場合には、溶融金属(金属接合材)34が反射面24上を這い上がったり、傾斜面8A及び第1の反射膜(金属膜)20の間に入り込んで濡れ広がる虞がある。この場合には、反射面の機能を阻害することになる。
特に、バリア層36が白金(Pt)を含むので、溶融金属(金属接合材)34が拡散しにくくなり、溶融金属(金属接合材)34が、反射面24上を這い上がったり、側壁部8の傾斜面8A及び第1の反射膜(金属膜)20の間に侵入することを効果的に防ぐことができる。
また、バリア層36の端部の位置はある程度のバラツキがあるので、所定の距離Lを短くすると、側壁部8の傾斜面A及び第1の反射膜(金属膜)20の間がバリア層36で覆れない領域が生じる虞がある。特に、マスクを用いずに、スパッタリング等でバリア層36を形成する場合には、バリア層36の端部の位置のバラツキを十分考慮すべきである。この相反する要件を考慮して適切な所定の距離Lを設定することにより、側壁部8の傾斜面8A及び第1の反射膜(金属膜)20の間を確実にバリア層36で覆うとともに、より広い反射領域を得ることができる。ここで、適切なLの値として、5〜100umを例示することができる。
H1 < H2
の関係を有する。
また、第1の実施形態に係る側壁部の接合構造では、第1の接合膜30、金属接合材34及び第2の接合膜32の反射面側の端部Qが、反射面24の下端部Pの位置またはその近傍まで達するように形成できるので、コンパクトで堅固な光源装置2を実現できる。
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2の実施形態に係る側壁部の接合構造を示す図である。
基板4及び側壁部8の接合時に、第1の接合膜30及び第2の接合膜32の間から、溶融金属(金属接合材)34が反射面24の下端部P側に押し出されるが、反射面24の下端部Pに達するまでに距離Mを有するので、白金(Pt)を含むバリア層36により、溶融金属(金属接合材)34の拡散を効果的に抑制することができる。
その他については、上記の第1の実施形態に係る側壁部の接合構造とほぼ同様なので、更なる説明は省略する。
次に、図5A〜図5E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5A〜図5E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5A〜図5Eでは、図3に示す第1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4に示す第2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。
なお、バリア層36を形成するためのスパッタリングの方向を示すため、図5Bにだけ、スパッタリングのためのターゲット(積層材料)60が図示されている。図示はされていない他の工程においても、同様なターゲットを用いて、スパッタリングを行うことができる。
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、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、これに限られるものではなく、バリア層36を形成する領域以外の領域にマスクを施して、スパッタリングまたは蒸着により、白金(Pt)を含むバリア層36を形成することもできる。上記のように、側壁部8側から、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(下地層)、及び白金(Pt)を含む膜からなる第2層(遮蔽層)とで構成された積層膜を形成することもできるし、側壁部8側から白金(Pt)、チタン(Ti)で構成された積層膜を形成することもできる。また、第2層(遮蔽層)として、パラジウム(Pd)を用いることもできる。
ただし、上記のプロセスに限られるものではなく、第1の接合膜30、第2の接合膜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、その上に接続層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。
なお、図5Dに示す工程は、図5Aに示す工程の後であって、図5Eに示す工程の前であれば、図5B、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。
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6及び図7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6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7は、図6のVII−VII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°傾斜した傾斜面8A’及び反射面24’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8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8は、図6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’の傾斜した傾斜面8A’には、第1の反射膜(金属膜)20’及び第2の反射膜(誘電体膜)22’が形成され、高い反射率の反射面24’を有している。第1の反射膜(金属膜)20’及び第2の反射膜(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、適切な所定の距離L’を設定することにより、側壁部8’の傾斜面8A’及び第1の反射膜(金属膜)20’の間を確実にバリア層36’で覆うとともに、より広い反射領域が得られる。更に、反射面24’に形成されたバリア層36’の上端の位置が、半導体レーザ6の発光層の下端の位置よりも低くなっているので、直進性の高い半導体レーザ6からの出射光がバリア層36’に当たるのを抑制して、反射面24’の反射率を高く維持することができる。また、第1の接合膜30’、金属接合材34’及び第2の接合膜32’の反射面側の端部Q’が、反射面24’の下端部P’の位置またはその近傍まで達するように形成できるので、コンパクトで堅固な光源装置2’を実現できる。
つまり、基板4及び側壁部8’の接合時に、第1の接合膜30’及び第2の接合膜32’の間から、溶融金属(金属接合材)34’が反射面の下端部P’側に押し出されるが、反射面の下端部P’にまで達するまでに所定の距離を有するので、白金(Pt)を含むバリア層36’により、溶融金属(金属接合材)34’の拡散を効果的に抑制することができる。更に、押し出された溶融金属(金属接合材)34’は、白金(Pt)を含むバリア層36’により完全に弾かれることがないので、溶融金属(金属接合材)34’が、側壁部8’の下面8C’のバリア層36’上を徐々に広がっていって、所謂半田ボールが生じるのを抑制することができる。
次に、図9A〜図9E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9A〜図9E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9A〜図9Eでは、図8に示す第1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、第2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。
このとき、適切なスパッタリングの条件を設定することにより、マスクを用いることなく、バリア層36’を側壁部8’の下面8C’及び反射面24’の下端部P’から所定の距離まで連続して形成することができる。これにより、製造コストの低減に寄与できる。
ただし、これに限られるものではなく、バリア層36’を形成する領域以外の領域にマスクを施して、スパッタリングまたは蒸着により、白金(Pt)を含むバリア層36’を形成することもできる。上記のように、側壁部8’側から、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(下地層)、及び白金(Pt)を含む膜からなる第2層(遮蔽層)とで構成された積層膜を形成することもできるし、側壁部8’側から白金(Pt)、チタン(Ti)で構成された積層膜を形成することもできる。また、第2層(遮蔽層)として、パラジウム(Pd)を用いることもできる。
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
4A 上面
6 半導体レーザ
8、8’ 側壁部
8A、8A’ 傾斜面
8B、8B’ 上面
8C、8C’ 下面
10 リッド
10A 下面
10B 上面
12 接続層
12A 上面
20、20’ 第1の反射膜(金属膜)
22、22’ 第2の反射膜(誘電体膜)
24、24’ 反射面
30、30’ 第1の接合膜
32、32’ 第2の接合膜
34、34’ 金属接合材
36、36’ バリア層
40 パッケージ部材
40A 側面
40B 上面
40C 下面
50 接合膜
52 接合膜
54 金属接合材
60、60’ スパッタリングのターゲット(積層材料)
P、P’ 反射面の下端部
Q、Q’ 接合膜、金属接合材の端部(端面)
Claims (10)
- 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傾斜面を有する側壁部と、
前記傾斜面に形成され、前記半導体レーザから出射された光を反射する反射面を構成する反射膜と、
前記基板の上面及び前記側壁部の下面の間に配置され、溶融接合で前記基板及び前記側壁部を接合する金属接合材と、
前記側壁部の下面及び前記反射面に連続して形成されたバリア層と、
を備え、
前記傾斜面の下端において、前記バリア層が前記傾斜面及び前記反射膜の間を覆うことを特徴とする光源装置。 - 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傾斜面を有する側壁部と、
前記傾斜面に形成され、前記半導体レーザから出射された光を反射する反射面を構成する反射膜と、
前記基板の上面及び前記側壁部の下面の間に配置され、溶融接合で前記基板及び前記側壁部を接合する金属接合材と、
前記側壁部の下面及び前記反射面に連続して形成されたバリア層と、
を備え、
前記バリア層が前記反射面の下端部から所定の距離まで形成され、
前記反射面に形成された前記バリア層の上端の位置が、前記半導体レーザの発光層の下端の位置よりも低いことを特徴とする光源装置。 - 前記バリア層が前記反射面の下端部から所定の距離まで形成されていることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- 前記バリア層が白金(Pt)を含む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。
- 前記金属接合材が、金スズ(AuSn)から構成されることを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の光源装置。
- 前記金属接合材の融点が、二次実装に用いる半田の融点よりも高い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。
- 前記反射膜が、銀またはアルミニウム(Al)を含む金属膜及び誘電体膜から形成されてい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。
- 前記基板の上面及び前記金属接合材の間を繋ぐ第1の接合膜と、前記バリア層及び前記金属接合材の間を繋ぐ第2の接合膜とを備え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。
- 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8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9に記載の光源装置。
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