JP7071616B2 - Light source device - Google Patents
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本発明は光源装置に関する。 The present invention relates to a light source device.
一方の面に凹部を有する第1の基板と、下面が凹部の底面にサブマウントを介して接するように搭載され、側面に光出射領域を有する端面発光型のレーザ素子と、第1の基板の一方の面上に設けられ、レーザ素子の上面に接合材を介して接している第2の基板と、第1の基板と第2の基板に挟持されている板状の波長変換体と、を有する発光装置が提案されている(特許文献1参照)。また、光取り出し口を有するパッケージと、このパッケージ内に配置される半導体レーザダイオードと、周囲がパッケージに密着し、かつレーザダイオードの光路上に配置された可視発光体とを備える半導体発光装置が提案されている(特許文献2参照)。 A first substrate having a recess on one surface, an end face emitting type laser element having a lower surface in contact with the bottom surface of the recess via a submount, and a light emitting region on the side surface, and a first substrate. A second substrate provided on one surface and in contact with the upper surface of the laser element via a bonding material, and a plate-shaped wavelength converter sandwiched between the first substrate and the second substrate. A light emitting device having a light emitting device has been proposed (see Patent Document 1). Further, a semiconductor light emitting device including a package having a light extraction port, a semiconductor laser diode arranged in the package, and a visible light emitting body having a peripheral contact with the package and arranged on the optical path of the laser diode is proposed. (See Patent Document 2).
しかしながら、特許文献1、2に記載の発光装置では、発光装置の側面から波長変換体や可視発光体が露出する。このため、波長変換体や可視発光体が空気中の水分により劣化してしまう虞がある。
However, in the light emitting device described in
上記の課題は、例えば、次の手段により解決することができる。 The above problem can be solved by, for example, the following means.
基体と、前記基体上に配置され、複数の貫通孔を備えた透光性部材と、前記複数の貫通孔の一つに配置される半導体レーザ素子と、前記複数の貫通孔のうち前記半導体レーザ素子が配置される貫通孔とは異なる貫通孔内に配置され、前記半導体レーザ素子からの光が照射されることにより蛍光を発する波長変換部材と、前記透光性部材上に配置され、前記複数の貫通孔のうち少なくとも前記半導体レーザ素子が配置される貫通孔と前記波長変換部材が配置される貫通孔とを気密封止する蓋体と、を有する光源装置。 A substrate, a translucent member arranged on the substrate and having a plurality of through holes, a semiconductor laser element arranged in one of the plurality of through holes, and the semiconductor laser among the plurality of through holes. A wavelength conversion member that is arranged in a through hole different from the through hole in which the element is arranged and emits fluorescence by being irradiated with light from the semiconductor laser element, and a plurality of wavelength conversion members arranged on the translucent member. A light source device having at least a through hole in which the semiconductor laser element is arranged and a lid for airtightly sealing the through hole in which the wavelength conversion member is arranged.
本発明の一実施形態によれば、蓋体により気密封止された透光性部材の貫通孔内に波長変換部材が配置されるため、波長変換部材の劣化が防止された光源装置を提供することができる。 According to one embodiment of the present invention, since the wavelength conversion member is arranged in the through hole of the translucent member airtightly sealed by the lid, a light source device in which deterioration of the wavelength conversion member is prevented is provided. be able to.
[実施形態1に係る光源装置1]
図1Aは実施形態1に係る光源装置の模式的平面図であり、図1Bは図1A中の1B-1B断面を示す図である。図2Aは実施形態1に係る透光性部材の模式的平面図であり、図2Bは図2A中の2B-2B断面を示す図である。図1Aでは、点線により、半導体レーザ素子22と波長変換部材24を透過的に示している。図1Aから図2Bに示すように、実施形態1に係る光源装置1は、基体12と、基体12上に配置され、複数の貫通孔Xを備えた透光性部材20と、複数の貫通孔Xの一つに配置される半導体レーザ素子22と、複数の貫通孔Xのうち半導体レーザ素子22が配置される貫通孔Xとは異なる貫通孔X内に配置され、半導体レーザ素子22からの光が照射されることにより蛍光を発する波長変換部材24と、透光性部材20上に配置され、複数の貫通孔Xのうち少なくとも半導体レーザ素子22が配置される貫通孔Xと波長変換部材24が配置される貫通孔Xとを気密封止する蓋体26と、を有する光源装置である。以下、詳細に説明する。
[
1A is a schematic plan view of the light source device according to the first embodiment, and FIG. 1B is a diagram showing a cross section of 1B-1B in FIG. 1A. FIG. 2A is a schematic plan view of the translucent member according to the first embodiment, and FIG. 2B is a diagram showing a cross section of 2B-2B in FIG. 2A. In FIG. 1A, the
(基体12)
基体12は半導体レーザ素子22を直接又はサブマウント等を介して載置する部材である。基体12の材料は窒化アルミニウム、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素、LTCC等のセラミック材料や、樹脂材料、シリコン等の単結晶、絶縁層を備えた金属材料などである。基体12の平面形状は矩形、円形、三角形や六角形等の多角形などである。
(Hypokeimenon 12)
The
(第1導体配線14、第2導体配線16)
基体12上には半導体レーザ素子22に給電する第1導体配線14と第2導体配線16が配置されていてもよい。第1導体配線14と第2導体配線16は半導体レーザ素子22の第1電極22bと第2電極22cとにそれぞれ電気的に接続される。第1導体配線14や第2導体配線16の材料はCu、Al、Ag、Au又はこれらの金属を主成分とする合金などである。
(
The
(外部電極)
基体12下には第1外部電極30と第2外部電極32が配置されていてもよい。第1外部電極30と第2外部電極32は基体12に形成されたビア18を介して、基体12上の第1導体配線14と第2導体配線16にそれぞれ電気的に接続される。第1外部電極30と第2外部電極32の材料はCu、Al、Ag、Auなどである。
(External electrode)
The first
(透光性部材20)
透光性部材20は基体12上に配置されている。
(Translucent member 20)
The
透光性部材20は透光性を有する部材である。透光性とは、半導体レーザ素子22から出射されるレーザ光及び波長変換部材24から発せられる蛍光を透過させる性質をいい、例えば、半導体レーザ素子22から出射されるレーザ光及び波長変換部材24から発せられる蛍光それぞれの光量の50%以上、さらには70%以上を透過させるものが好ましい。透光性部材20の材料はガラスなどである。特にガラスは透過率が高いため、透光性部材20の材料として好ましく用いることができる。
The
透光性部材20の寸法は基体12や半導体レーザ素子22の寸法に応じて適宜選択することができる。
The dimensions of the
透光性部材20は複数の貫通孔Xを備えている。本実施形態では、透光性部材20の上方から見た貫通孔Xの形状は四角形であるものとするが、これに限定されるものではなく、例えば、円形、楕円形、多角形等を採ることもできる。
The
透光性部材20は、複数の部材を、直接または他の部材を介して互いに接合して構成されていてもよいし、一の部材から構成されていてもよい。一の部材から一の透光性部材20が構成される場合には、部材点数を抑制できる。また、一の部材から構成される場合は、複数の部材が接合されて一の透光性部材20が構成される場合よりも、空気中の水分が貫通孔X内へ侵入や混入などすることを抑制することができる。
The
(半導体レーザ素子22)
半導体レーザ素子22は基体12上に配置される。半導体レーザ素子22は基体12(あるいは第1導体配線14や第2導体配線16)の上面に直接的に配置されていてもよいし、サブマウントなどの他の部材を介して配置されていてもよい。直接的に配置する場合には光源装置1の高さを低くして、光源装置1の小型化を図ることができる。他方、他の部材を介して配置する場合には、半導体レーザ素子22の光出射面を基体12の上面から離すことができる。この結果、半導体レーザ素子22から出射されたレーザ光が基体12の上面に当たるのを抑制し、レーザ光を波長変換部材24に照射しやすくすることができる。サブマウントの材料には窒化アルミニウムや炭化珪素などを用いることができる。
(Semiconductor laser element 22)
The
また、半導体レーザ素子22は複数の貫通孔Xの一つに配置される。半導体レーザ素子22が貫通孔X内に配置されることにより、例えば、半導体レーザ素子22に対する光集塵を抑制することができる。
Further, the
半導体レーザ素子22から出射されたレーザ光の少なくとも一部は、基体12上に配置される各部材を、例えば透光性部材20→波長変換部材24→透光性部材20の順に通過して、光源装置1の側面から取り出される。
At least a part of the laser light emitted from the
半導体レーザ素子22には各種の半導体レーザ素子を用いることができる。本実施形態では、GaN系半導体レーザ素子を半導体レーザ素子22として用いている。半導体レーザ素子22は、例えば、窒化物半導体などを用いて形成される半導体層22aと、第1電極22bと、第2電極22cと、を有している。本実施形態では、半導体層22a上に第1電極22bが形成され、半導体層22a下に第2電極22cが形成されるものとするが、第1電極22bと第2電極22cが形成される位置は特に限定されない。第1電極22bは例えばp側電極であり、第2電極22cは例えばn側電極である。
Various semiconductor laser elements can be used for the
半導体レーザ素子22の第1電極22bと第2電極22cはフリップチップ実装やワイヤボンディングなどの方法により、第1導体配線14と第2導体配線16にそれぞれ電気的に接続される。フリップチップ実装による場合はバンプなどの接合部材を用いることができ、ワイヤボンディングによる場合はワイヤなどの接合部材23を用いることができる。
The
半導体レーザ素子22の数は任意の数であり、1つであってもよいし、複数であってもよい。複数である場合には、透光性部材20が有する1つの貫通孔X内に複数の半導体レーザ素子22を配置してもよいし、複数の半導体レーザ素子22を個別の貫通孔X内に配置してもよい。また、複数の半導体レーザ素子22が配置される1つ以上の貫通孔Xと、1つの半導体レーザ素子22が配置される1つ以上の貫通孔Xと、が混在していてもよい。
The number of the
(波長変換部材24)
波長変換部材24は、複数の貫通孔Xのうち半導体レーザ素子22が配置される貫通孔Xとは異なる貫通孔X内に配置される。これにより、空気中の水分が波長変換部材24に取り込まれる虞を抑制して、波長変換部材24の水分による劣化を効果的に防止することができる。また、波長変換部材24の材料が塵となり、半導体レーザ素子22に付着することを抑制して、半導体レーザ素子22に対する光集塵を防止することができる。
(Wavelength conversion member 24)
The
波長変換部材24には、半導体レーザ素子22からの光が照射されることにより蛍光を発する部材、例えば、蛍光体を焼結させた部材、蛍光体に焼結助剤を添加して焼結させた部材などを用いることができる。波長変換部材24に用いる蛍光体は、公知の材料から選択することができるが、半導体レーザ素子22の出射光と組み合わせて白色光が得られるような材料を選択するのが好ましい。例えば、半導体レーザ素子22から青色光が出射される場合には、半導体レーザ素子22の出射光を励起光として黄色光を発する蛍光体を用いることができる。黄色光を発する蛍光体としては、YAG系の蛍光体が挙げられる。また、半導体レーザ素子22から青色光よりも短波の光(例えば紫外光等)が出射される場合には、青色、緑色及び赤色の各色を発光する蛍光体を用いることができる。本実施形態では、波長変換部材24が貫通孔X内に配置され光源装置1の外部に露出していないため、水分による波長変換部材24の劣化を防止することができ、例えばフッ化物蛍光体のように潮解性を有する蛍光体も用いることができる。
The
波長変換部材24の数は任意の数であり、1つであってもよいし、複数であってもよい。複数である場合には、透光性部材20が有する1つの貫通孔X内に複数の波長変換部材24を配置してもよいし、複数の波長変換部材24を個別の貫通孔X内に配置してもよい。また、複数の波長変換部材24が配置される1つ以上の貫通孔Xと、1つの波長変換部材24が配置される1つ以上の貫通孔Xと、が混在していてもよい。
The number of the
波長変換部材24の形状は例えば直方体や円柱とすることができる。また、波長変換部材24の上面視における幅は1mm以下とすることが好ましい。ただし、波長変換部材24はこれが配置される貫通孔Xとの間に空隙が生じない形状や寸法を有していることが好ましい。つまり、波長変換部材24は透光性部材20の貫通孔Xに嵌合する形状を有していることが好ましい。このようにすれば波長変換部材24の内外の屈折率差による光反射を抑える効果がある。
The shape of the
(蓋体26)
蓋体26は、透光性部材20上に配置され、複数の貫通孔Xのうち少なくとも半導体レーザ素子22が配置される貫通孔Xと波長変換部材24が配置される貫通孔Xとを気密封止する部材である。蓋体26が貫通孔Xを気密封止することにより、貫通孔X内に空気中の水分や塵などが侵入や混入などすることを抑制することができる。蓋体26は、透光性部材20の上面に、直接的に配置されていてもよいし、後述する反射膜28などの他の部材を介して配置されていてもよい。蓋体26の材料は窒化アルミニウム、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素、LTCC等のセラミック材料や、樹脂材料、シリコン等の単結晶、絶縁層を備えた金属材料などである。
(Cover 26)
The
(反射膜28)
基体12と透光性部材20との間や、透光性部材20と蓋体26との間には、半導体レーザ素子22からの光及び蛍光の少なくとも一方を反射する反射膜28が配置されていることが好ましい。このようにすれば光源装置1から効率よく側方へ光を取り出すことができる。反射膜28の材料にはAlやAg又はこれらの金属を主成分とする合金などを含むことが好ましい。反射膜28は、基体12と透光性部材20とを接合する役割や、透光性部材20と蓋体26とを接合する役割を兼ねていることが好ましい。この接合部分としては、AuやAu-Snを含むことが好ましい。反射膜28の積層構造としては、例えば、基体12から透光性部材20に向かって、または蓋体26から透光性部材20に向かって、Ti/Pt/Au-Sn/Pt/Alの順に積層した構造などが挙げられる。
(Reflective film 28)
A
以上説明した実施形態1に係る光源装置1によれば、蓋体26により気密封止された透光性部材20の貫通孔X内に波長変換部材24が配置されるため、波長変換部材24の劣化が防止された光源装置を提供することができる。
According to the
(実施形態1に係る光源装置1の製造方法)
図3Aから図6Aは、実施形態1に係る光源装置の製造方法を説明する模式的平面図である。また、図3Bから図6Bは、図3Aから図6A中の3B-3B断面、4B-4B断面、5B-5B断面、及び6B-6B断面をそれぞれ示す図である。以下、これらの図を参照しつつ、実施形態1に係る光源装置1の製造方法について説明する。
(Manufacturing method of the
3A to 6A are schematic plan views illustrating a method of manufacturing the light source device according to the first embodiment. 3B to 6B are views showing a cross section of 3B-3B, a cross section of 4B-4B, a cross section of 5B-5B, and a cross section of 6B-6B in FIGS. 3A to 6A, respectively. Hereinafter, the manufacturing method of the
まず、図3A、図3Bに示すように、基体12を準備する。基体12上には第1導体配線14と第2導体配線16が配置されており、基体12下には第1外部電極30と第2外部電極32が配置されている。
First, the
次に、図4A、図4Bに示すように、基体12と透光性部材20とを反射膜28で接合する。なお、基体12と透光性部材20との接合は、例えば、基体12の上面に基体12側からTi/Pt/Au-Snを積層し、その上に、下面に透光性部材20側からAl/Pt/Auを積層した透光性部材20を配置し、加熱することにより接合することができる。また、基体12の上面と透光性部材20の下面のそれぞれにAgを成膜したものを重ね合わせ、加熱して接合してもよい。
Next, as shown in FIGS. 4A and 4B, the
次に、図5A、図5Bに示すように、半導体レーザ素子22と波長変換部材24を透光性部材20の異なる貫通孔X内にそれぞれ配置する。半導体レーザ素子22の第1電極22bと第2電極22cは、第1導体配線14と第2導体配線16にそれぞれ電気的に接続する。本実施形態では、第1電極22bと第1導体配線14はワイヤボンディングにより電気的に接続するものとし、第2電極22cと第2導体配線16はダイボンディングにより電気的に接続するものとする。波長変換部材24は、基体12と透光性部材20とを接合する前に、あらかじめ透光性部材20の貫通孔X内に篏合または接着させて配置してもよい。
Next, as shown in FIGS. 5A and 5B, the
次に、図6A、図6Bに示すように、透光性部材20の貫通孔Xが気密封止されるよう、透光性部材20と蓋体26を反射膜28で接合する。透光性部材20と蓋体26の接合は、例えば、透光性部材20の上面に透光性部材20側からAl/Pt/Auを積層し、その上に、下面に蓋体26側からTi/Pt/Au-Snを積層した蓋体26を配置し、加熱することにより接合することができる。また、透光性部材20の上面と蓋体26の下面のそれぞれにAgを成膜したものを重ね合わせ、加熱して接合してもよい。
Next, as shown in FIGS. 6A and 6B, the
以上説明した実施形態1に係る光源装置1の製造方法によれば、波長変換部材24の水分による劣化が防止された光源装置を実現し得る。
According to the manufacturing method of the
[実施形態2に係る光源装置2]
図7Aは実施形態2に係る光源装置の模式的平面図であり、図7Bは図7A中の7B-7B断面を示す図である。図7A、図7Bに示すように、実施形態2に係る光源装置2は、蓋体26の上面に第1外部電極30と第2外部電極32が配置され、蓋体26の下面に第1導体配線14と第2導体配線16が配置され、第1外部電極30と第2外部電極32が、第1導体配線14と第2導体配線16とに、蓋体26に形成されたビア18を介してそれぞれ電気的に接続されている点、及び半導体レーザ素子22がサブマウント34を介して基体12に配置されている点で、実施形態1に係る光源装置1と相違し、その他の点で一致する。半導体レーザ素子22の第1電極22bは、接合部材23を介して第1導体配線14に電気的に接続されている。また、半導体レーザ素子22の第2電極22cはサブマウント34内に設けられた内部配線を介して、第2導体配線16に電気的に接続されている。サブマウント34と第2導体配線16との間には、スペーサ38が設けられていてもよい。実施形態2に係る光源装置2によっても、実施形態1に係る光源装置1と同様に、蓋体26により気密封止された透光性部材20の貫通孔X内に波長変換部材24が配置されるため、波長変換部材24の水分による劣化が防止された光源装置を提供することができる。
[
FIG. 7A is a schematic plan view of the light source device according to the second embodiment, and FIG. 7B is a diagram showing a cross section of 7B-7B in FIG. 7A. As shown in FIGS. 7A and 7B, in the
実施形態2では、基体12側ではなく蓋体26側に、第1外部電極30、第2外部電極32、第1導体配線14、及び第2導体配線16が配置されるため、基体12の材料は必ずしも絶縁性を有している必要がない。したがって、実施形態2によれば、基体12の材料として、導電性に優れる銅などの金属を用いて、光源装置2の放熱性を高めることができる。
In the second embodiment, the first
(実施形態2に係る光源装置2の製造方法)
実施形態2に係る光源装置2の製造方法は、基体12を準備する工程において、第1外部電極30、第2外部電極32、第1導体配線14、及び第2導体配線16が配置されていない基体12を用い、透光性部材20と蓋体26を接合する工程において、第1外部電極30、第2外部電極32、第1導体配線14、及び第2導体配線16が配置されている蓋体26を用いる点で実施形態1に係る光源装置1の製造方法と相違し、その他の点で一致する。実施形態2に係る光源装置2の製造方法によっても、実施形態1に係る光源装置1の製造方法と同様に、波長変換部材24の水分による劣化が防止された光源装置2を実現し得る。
(Manufacturing method of the
In the method for manufacturing the
[実施形態3に係る光源装置3]
図8Aは実施形態3に係る光源装置の模式的平面図であり、図8Bは図8A中の8B-8B断面を示す図である。図8A、図8Bに示すように、実施形態3に係る光源装置3は、基体12上に第1導体配線14が配置され、基体12下に第1外部電極30が配置され、これら第1外部電極30と第1導体配線14が基体12に形成されたビア18を介して電気的に接続されているとともに、蓋体26上に第2外部電極32が配置され、蓋体26下に第2導体配線16が配置され、これら第2外部電極32と第2導体配線16が蓋体26に形成されたビア18を介して電気的に接続されている点で、実施形態1に係る光源装置1と相違し、その他の点で一致する。実施形態3に係る光源装置3によっても、実施形態1に係る光源装置1と同様に、蓋体26により気密封止された透光性部材20の貫通孔X内に波長変換部材24が配置されるため、波長変換部材24の水分による劣化が防止された光源装置を提供することができる。
[
8A is a schematic plan view of the light source device according to the third embodiment, and FIG. 8B is a diagram showing a cross section of 8B-8B in FIG. 8A. As shown in FIGS. 8A and 8B, in the
(実施形態3に係る光源装置3の製造方法)
実施形態3に係る光源装置3の製造方法は、透光性部材20と蓋体26を接合する工程において、第2外部電極32と第2導体配線16が配置されている蓋体26を用いる点で実施形態1に係る光源装置1の製造方法と相違し、その他の点で一致する。実施形態3に係る光源装置3の製造方法によっても、実施形態1に係る光源装置1の製造方法と同様に、波長変換部材24の水分による劣化が防止された光源装置3を実現し得る。
(Manufacturing method of the
The method for manufacturing the
以上、実施形態について説明したが、これらの説明によって特許請求の範囲に記載された構成は何ら限定されるものではない。 Although the embodiments have been described above, the configurations described in the claims are not limited by these explanations.
1、2、3 光源装置
12 基体
14 第1導体配線
16 第2導体配線
18 ビア
20 透光性部材
22 半導体レーザ素子
22a 半導体層
22b 第1電極
22c 第2電極
23 接合部材
24 波長変換部材
26 蓋体
28 反射膜
30 第1外部電極
32 第2外部電極
34 サブマウント
36 保護素子
38 スペーサ
X 貫通孔
1, 2, 3
Claims (6)
前記基体上に配置され、複数の貫通孔を備えた透光性部材と、
前記複数の貫通孔の一つに配置される半導体レーザ素子と、
前記複数の貫通孔のうち前記半導体レーザ素子が配置される貫通孔とは異なる貫通孔内に配置され、前記半導体レーザ素子からの光が照射されることにより蛍光を発する波長変換部材と、
前記透光性部材上に配置され、前記複数の貫通孔のうち少なくとも前記半導体レーザ素子が配置される貫通孔と前記波長変換部材が配置される貫通孔とを気密封止する蓋体と、を有する光源装置。 With the substrate
A translucent member arranged on the substrate and having a plurality of through holes,
A semiconductor laser device arranged in one of the plurality of through holes,
A wavelength conversion member that is arranged in a through hole different from the through hole in which the semiconductor laser element is arranged among the plurality of through holes and emits fluorescence by being irradiated with light from the semiconductor laser element.
A lid that is arranged on the translucent member and airtightly seals at least the through hole in which the semiconductor laser element is arranged and the through hole in which the wavelength conversion member is arranged among the plurality of through holes. Light source device to have.
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