WO2014017250A1 - 発光装置およびその製造方法、並びにパッケージ部材 - Google Patents

発光装置およびその製造方法、並びにパッケージ部材 Download PDF

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light emitting
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順一 木下
武田　雄士
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東芝ライテック株式会社
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    • H01S5/0225—Out-coupling of light
    • H01S5/02251—Out-coupling of light using optical fibres

Definitions

  • Embodiments described herein relate generally to a light emitting device, a method for manufacturing the same, and a package member.
  • An illumination device using a semiconductor light emitting element can be used for a fog light for an automobile, a backlight light source of a display device, an optical sensor light source, and the like.
  • the surface-emitting light-emitting element has a Lambertian radiation pattern, and its full width at half maximum is as wide as 120 degrees, for example. For this reason, it is difficult to narrow the emitted light.
  • semiconductor lasers semiconductor Lasers, Diodes Lasers, Laser Diodes: LD
  • semiconductor lasers can emit laser light with sharp directivity from the light emission region on the minute side surface.
  • this laser light is introduced into the light guide and the scattered light is taken out as illumination light, a highly safe illumination device can be obtained.
  • JP 2005-333014 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-096839
  • a light-emitting device capable of efficiently introducing semiconductor laser light into a light guide body of a lighting device, a mass production method, a manufacturing method thereof, and a package member.
  • the light emitting device of the embodiment includes a first package member, a semiconductor laser element, a second package member, a metal bump, a ferrule, and an adhesive layer.
  • the first package member includes a first insulating substrate having an outer surface and an inner surface, a die pad portion provided on the inner surface, an outer conductive portion provided on the outer surface, the die pad portion, and the outer conductive portion. And a first sealing conductive portion provided on the inner surface so as to surround the outside of the die pad portion.
  • the semiconductor laser element has a first surface and a second surface opposite to the first surface, and the first surface side is mounted on the die pad portion, and has a blue-violet to blue wavelength range. A range of laser light can be emitted.
  • the second package member includes a second insulating substrate having an outer surface and an inner surface, an inner conductive portion provided on the inner surface, an outer conductive portion provided on the outer surface, the inner conductive portion, and the outer surface.
  • a second electrode including a connecting portion connecting the conductive portion; and a second sealing conductive portion provided on the inner surface so as to surround the outer side of the inner conductive portion.
  • the metal bump connects the inner conductive portion of the second electrode and the second surface of the semiconductor laser element.
  • the ferrule has one end of an optical fiber.
  • the adhesive layer joins the first sealing conductive portion, the second sealing conductive portion, and the ferrule.
  • At least one of the first insulating substrate and the second insulating substrate is provided with a recess and a side opening, and at least a part of the recess and at least a part of the side opening are connected to each other. ing. In the recess, a gap is provided between the second surface of the semiconductor laser element and the second package member. The ferrule is inserted in the side opening.
  • a semiconductor laser beam can be efficiently introduced into a light guide body of a lighting device, and a light-emitting device, a manufacturing method thereof, and a package member that are highly productive are provided.
  • FIG. 1A is a schematic perspective view of the light emitting device according to the first embodiment
  • FIG. 1B is a schematic cross-sectional view along the line AA
  • FIGS. 2A to 2C are schematic views for explaining an assembly process of the light emitting device according to the first embodiment.
  • FIG. 2A is a schematic perspective view of a second package member to which metal bumps are bonded.
  • FIG. 2B is a schematic perspective view showing a process of inserting an optical fiber
  • FIG. 2C is a schematic cross-sectional view of the first package member taken along the line CC.
  • FIG. 3A is a schematic perspective view showing a modification of the metal bump
  • FIG. 3B is a schematic cross-sectional view along the line DD.
  • FIG. 4A is a schematic perspective view of the light emitting device according to the second embodiment, and FIG. 4B is a schematic cross-sectional view along the line AA.
  • FIG. 5A is a schematic perspective view of a light emitting device according to a modification of the second embodiment, and FIG. 5B is a schematic cross-sectional view taken along the line AA.
  • FIG. 6A is a schematic perspective view of the light emitting device according to the third embodiment, and FIG. 6B is a schematic cross-sectional view along the line AA.
  • FIG. 7A is a schematic perspective view of the light emitting device according to the fourth embodiment, and FIG. 7B is a schematic cross-sectional view taken along the line AA.
  • FIG. 8A is a schematic perspective view of the light emitting device according to the fifth embodiment, and FIG. 8B is a schematic cross-sectional view taken along the line AA.
  • FIG. 9A is a schematic perspective view of the light emitting device according to the sixth embodiment, FIG. 9B is a schematic plan view for explaining the optical axis shift of the chip, and FIG. 9C is a method for aligning the optical axis of the chip.
  • FIG. 9D is a schematic perspective view of the second package member. It is a flowchart of the manufacturing method of the light-emitting device concerning 6th Embodiment.
  • FIG. 1A is a schematic perspective view of the light emitting device according to the first embodiment
  • FIG. 1B is a schematic cross-sectional view along the line AA.
  • the light emitting device includes a first package member 20, a semiconductor laser element 50, a second package member 40, a metal bump 52, an optical fiber 70, and an adhesive layer 84.
  • the semiconductor laser element 50 is made of, for example, a nitride semiconductor and can emit laser light having a wavelength in the blue-violet to blue wavelength range, that is, 405 to 490 nm.
  • a nitride semiconductor is represented by a composition formula of In x Al y Ga 1-xy N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ z ⁇ 1, x + y ⁇ 1), and includes donors and acceptors. It may contain the element which becomes.
  • the first package member 20 includes the first insulating substrate 10, the first electrode 15, and the first sealing conductive portion 14.
  • the first insulating substrate 10 has an outer surface 10b, an inner surface 10a, and a side surface 16.
  • the first electrode 15 includes a die pad part 12 provided on the inner surface 10a, an outer conductive part 11 provided on the outer surface 10b, a connecting part 13 connecting the die pad part 12 and the outer conductive part 11, including.
  • the first sealing conductive layer 14 is provided on the inner surface 10 a so as to surround the outside of the die pad portion 12.
  • the first insulating substrate 10 can be an insulating material made of a ceramic plate such as AlN (aluminum nitride) or Al 2 O 3 (aluminum oxide).
  • the first electrode 15 and the first sealing conductive portion 14 may be provided on the surface of the ceramic plate and include a metallized layer made of a thick film containing metal particles.
  • the connecting portion 13 can be formed, for example, by metallizing the ceramic plate on the side surface of the through hole penetrating up and down, or by filling the through hole with a thick film material.
  • a plating layer made of nickel, gold, or the like can be provided on each surface of the first electrode 15 and the first sealing conductive portion 14.
  • the semiconductor laser element 50 has a first surface 50 a and a second surface 50 b opposite to the first surface 50 a, and the first surface 50 a side is bonded to the die pad portion 12.
  • the second package member 40 includes a second insulating substrate 30, a second electrode 35, and a second sealing conductive portion 34.
  • the second insulating substrate 30 has an outer surface 30b, an inner surface 30a, and a side surface 36.
  • the second electrode 35 includes an inner conductive portion 32 provided on the inner surface 30a, an outer conductive portion 31 provided on the outer surface 30b, a connecting portion 33 that connects the inner conductive portion 32 and the outer conductive portion 31, and including.
  • the second sealing conductive portion 34 is provided on the inner surface 30 a so as to surround the outer side of the inner conductive portion 32.
  • the second insulating substrate 30 can be an insulating material such as a ceramic plate such as AlN (aluminum nitride) or Al 2 O 3 (aluminum oxide).
  • the second electrode 35 and the second sealing conductive portion 34 may be provided on the surface of the ceramic and may include a metallized layer made of a thick film containing metal particles.
  • the connecting portion 33 can be formed, for example, by metallizing on the side surface of the through hole penetrating the ceramic plate vertically, or by filling the through hole with a thick film material.
  • a plating layer made of nickel, gold, or the like can be provided on each surface of the second electrode 35 and the second sealing conductive portion 34.
  • the metal bump 52 connects the inner conductive portion 32 of the second electrode 35 and the second surface (electrode) 50 b of the semiconductor laser element 50.
  • the optical fiber 70 includes a core 60 on which laser light is incident, a clad 61 provided around the core 60, and a ferrule 62 provided around the clad 61.
  • the ferrule 62 can be made of glass, ceramics, metal, or the like.
  • the optical fiber 70 may be a quartz optical fiber or a plastic clad quartz optical fiber.
  • an optical lens for condensing the laser light emitted from the light emitting surface 50e of the semiconductor laser element 50 smaller than the core diameter of the single mode optical fiber is required.
  • the optical fiber 70 is a multi-mode fiber because laser light can be efficiently incident without being condensed using an optical lens or the like.
  • the core diameter can be 50 to 62.5 ⁇ m
  • the cladding diameter can be 125 ⁇ m
  • the like In the case of a plastic-clad quartz optical fiber, the core diameter can be 200 ⁇ m, and the clad diameter can be 230 to 300 ⁇ m.
  • the adhesive layer 84 joins and seals the first sealing conductive portion 14, the second sealing conductive portion 34, and the ferrule 62.
  • the adhesive layer 84 can be a solder material made of metal, a conductive adhesive, or the like.
  • At least one of the first insulating substrate 10 and the second insulating substrate 30 has a recess and a side surface so that a gap 80 is generated between the second surface 50 b of the semiconductor laser element 50 and the second package member 40. And an opening. In this case, at least a part of the side opening and at least a part of the recess are connected to each other.
  • the recess is provided in the first insulating substrate 10.
  • at least a part of the recess is connected to at least a part of the side opening provided on the side surface 16 of the first package member 20.
  • a ferrule 62 having one end of the optical fiber 70 is inserted and joined to the side opening.
  • FIG. 2 is a schematic view for explaining an assembly process of the light emitting device according to the first embodiment. That is, FIG. 2A is a schematic perspective view showing the inner surface of the second package member to which the metal bumps are bonded, and FIG. 2B is a step of inserting an optical fiber into the first package member and bonding it to the second package member.
  • FIG. 2C is a schematic cross-sectional view of the first package member taken along the line CC.
  • the metal bump 52 can be provided on the inner conductive portion 32 of the second electrode 35 provided on the inner surface 30 a of the second insulating substrate 30, for example.
  • the metal bump 52 can be a solder material or a gold wire ball, and the shape can be a sphere or a hemisphere.
  • the ferrule 62 when the ferrule 62 is made of glass or ceramics, the region 62a in contact with the second package member 40 and the regions 62b and 62c in contact with the first package member 20 are for sealing by metallization or the like. It is preferable to use a conductive part.
  • the ferrule 62 is inserted into the side opening 82 and heated with a solder material or the like in between, the (upper surface) region 62a of the ferrule 62 and the second sealing conductive portion 34 of the second package member 40 are solder material or the like. Bonded by an adhesive layer 84 made of
  • the (side) region 62 b of the ferrule 62 and the inner wall 14 b of the first sealing conductive portion 14 provided on the inner wall 10 s of the side opening 82 of the first insulating substrate 10 are joined by the adhesive layer 84, and the ferrule 62
  • the (lower surface) region 62 c and the surface 14 c of the first sealing conductive portion 14 provided on the bottom surface 10 g of the side opening 82 of the first insulating substrate 10 are joined by the adhesive layer 84. If the adhesive layer 84 is a solder material made of metal, hermetic sealing is facilitated.
  • the upper surface 14a, the inner wall 14b, and the surface 14c are continuous.
  • the metal bumps 52 of the second package member 40 are pressed against the electrodes provided on the second surface 50b of the semiconductor laser element 50 mounted on the die pad portion 12 so as to be reliably contacted.
  • the end surface of the core 60 in the ferrule 62 can be optically coupled to the light emitting surface 50e of the semiconductor laser element 50. If a CAN type package is used, the laser light spreads out from a glass window or the like and is difficult to efficiently introduce into the optical fiber. In contrast, in the first embodiment, laser light can be efficiently introduced into the core 60.
  • the surface 14 c of the first sealing conductive layer 14 provided on the bottom surface 10 g of the side opening 82 is preferably provided below the upper surface 12 a of the die pad portion 12 by a step S.
  • the ferrule end face on the same side as the core end face of the optical fiber 70 stops at the side face 10z of the stepped portion.
  • the step portion acts as a stopper.
  • an electrical short circuit between the die pad portion 12 and the first sealing conductive layer 14 can be suppressed.
  • the laser element 50 can be mounted such that its light exit surface 50e is positioned d min inside the stepped portion. Further, the step portion may be provided in the second package member 40 or both the first and second package members 20 and 40.
  • FIG. 3A is a schematic perspective view showing a modification of the metal bump
  • FIG. 3B is a schematic cross-sectional view along the line DD.
  • FIG. 4A is a schematic perspective view of the light emitting device according to the second embodiment
  • FIG. 4B is a schematic cross-sectional view along the line AA.
  • the second insulating substrate 30 is provided with a recess and a side opening. At least a part of the recess is connected to at least a part of the side opening.
  • the inner surface 10 a of the first insulating substrate 10 is substantially flat, and the die pad portion 12 and the first sealing conductive portion 14 are provided so as to surround the outside of the die pad portion 12.
  • the ferrule 70 is inserted into the side opening 82 and can be optically coupled to the light emitting surface of the semiconductor laser element 50.
  • FIG. 5A is a schematic perspective view of a light emitting device according to a modification of the second embodiment
  • FIG. 5B is a schematic cross-sectional view taken along the line AA.
  • the ferrule 62 having one end of the optical fiber 70 may have a convex portion 62d.
  • the convex portion 62 d of the ferrule 62 acts as a stopper that stops at a position where the end surface does not contact the light emitting surface of the semiconductor laser element 50.
  • the convex portion may be provided on the side surface 36 side of the second insulating substrate 30.
  • FIG. 6A is a schematic perspective view of the light emitting device according to the third embodiment
  • FIG. 6B is a schematic cross-sectional view along the line AA.
  • the first insulating substrate 10 is provided with a recess 10c and a side opening 82a.
  • the second insulating substrate 30 is provided with a recess 30c and a side opening 82b.
  • the ferrule 62 is inserted into the side openings 82 a and 82 b and can be optically coupled to the light emitting surface of the semiconductor laser element 50. If the depths of the recess 10c and the recess 30c are the same, the first package member 20 and the second package member 40 can be shared. Moreover, the depth of each recessed part can be made small.
  • step difference used as the stopper in the case of inserting the ferrule 62 which has one edge part of the optical fiber 70 in the side surface opening part 82 can be made small, and the disconnection of a metallization layer can be reduced.
  • FIG. 7A is a schematic perspective view of the light emitting device according to the fourth embodiment
  • FIG. 7B is a schematic cross-sectional view taken along the line AA.
  • the core 60 and the clad 61 are provided only in the ferrule 62 and do not protrude outside the ferrule 62.
  • the optical fiber 70 can be shortened, parts can be easily stored and handled in the assembly process.
  • the cross-sectional shape of the laser light can be shaped in the vicinity of the light emitting surface of the semiconductor laser element 50, and for example, it becomes easy to make the aspect ratio of the laser light close to 1.
  • the ferrule 62 is made of glass, for example, a groove can be provided in a long glass having a rectangular cross section, and an optical fiber can be inserted to fill the gap. Then, after performing metallization on the outer edge of the glass and then cutting it to a predetermined length, the optical fiber 70 having the ferrule 62 can be easily formed.
  • FIG. 8A is a schematic perspective view of the light emitting device according to the fifth embodiment
  • FIG. 8B is a schematic cross-sectional view taken along the line AA.
  • the ferrule 63 may be a metal.
  • a ferrule 63 made of metal has a cylindrical shape surrounding a clad 61. Since the side opening 82 provided in the package member only needs to be provided with a groove so that the ferrule 63 having a small cross-sectional shape can pass therethrough, hermetic sealing is facilitated.
  • the side opening 82 in which the ferrule 63 is inserted is a notch provided in the first insulating substrate 10, but is a through hole provided in the side 16. There may be.
  • FIG. 9A is a schematic perspective view of the light emitting device according to the sixth embodiment
  • FIG. 9B is a schematic plan view for explaining the optical axis shift of the chip
  • FIG. 9D is a schematic perspective view of the second package member.
  • FIG. 10 is a flowchart of the method for manufacturing the light emitting device according to the sixth embodiment.
  • the oblique ferrule 64 has a plane shape of a parallelogram.
  • One set of sides of the parallelogram is parallel to the slide direction 83.
  • the first package member 20 includes the first insulating substrate 10, the first electrode 15, and the first sealing conductive layer 14.
  • the first insulating substrate 10 has an upper surface 10a, a back surface 10b, and a side surface 16, and is provided with a recess 10c that is recessed from the upper surface 10a and a side surface opening 82.
  • the side opening 82 has an inner wall 10s that forms an angle ⁇ (acute angle) that is greater than 0 degree and less than 90 degrees with respect to the side face 16, and a bottom face 10g.
  • the inner wall 10s is substantially perpendicular to the bottom surface 10g, but the present embodiment is not limited to this.
  • the first sealing conductive portion 14 includes a top surface 14 a of a portion provided on the top surface 10 a of the first insulating substrate 10, a surface 14 c of a portion provided on the bottom surface 10 g of the side opening 82, and the side opening 82. Part of the inner wall 14b provided on the inner wall 10s.
  • the first electrode includes a die pad portion 12 provided on the bottom surface of the recess 10c, an outer conductive portion provided on the back surface 10b of the first insulating substrate 10, a connecting portion that connects the die pad portion 12 and the outer conductive portion, including.
  • the optical axis 50c of the semiconductor laser element 50 passes through the emission center O of the light emission surface and is perpendicular to the light emission surface.
  • the semiconductor laser element 50 is bonded onto the die pad portion 12 of the first package member 20 with a solder material, a conductive adhesive or the like so that the light emitting surface is on the side opening 82 side.
  • the oblique ferrule 64 provided at the tip of the optical fiber 70 is attached to the side opening 82 so that the optical axis 50 c perpendicular to the light emitting surface intersects the end face of the core 60 of the optical fiber 70. Slide in to position.
  • the package member 40 and the first package member 20 are soldered together.
  • the metal bump 52 is sandwiched between the semiconductor laser element 50 and the inner conductive portion 32, and the oblique ferrule 64 is sandwiched between the first sealing conductive portion 14 and the second sealing conductive portion 34. In this way, it is joined with a solder material or the like.
  • the optical fiber 70 and the semiconductor laser element 50 are optically coupled and the sealing is completed. According to the manufacturing method shown in FIG. 9, the optical fiber 70 and the optical axis 50c of the semiconductor laser element 50 can be easily aligned, and mass productivity can be improved.
  • the optical fiber 70 is provided in the vicinity of the light emitting surface of the semiconductor laser element 50, and the laser light can be efficiently introduced into the light guide body of the solid state lighting device. For this reason, a high-intensity, large-intensity solid-state lighting device is possible.

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Abstract

　発光装置は、第１パッケージ部材と、半導体レーザー素子と、第２パッケージ部材と、金属バンプと、フェルールと、接着層と、を有する。第１パッケージ部材は、第１絶縁基板とダイパッド部と外側導電部と連結部とを含む第１電極と第１封止用導電部とを有する。半導体レーザー素子は青紫色～青色波長範囲のレーザー光を放出可能である。第２パッケージ部材は、第２絶縁基板と内側導電部と外側導電部と連結部とを含む第２電極と第２封止用導電部とを有する。金属バンプは、第２電極と半導体レーザー素子とを接続する。接着層は、第１封止用導電部と第２封止用導電部とフェルールとを接合する。第１絶縁基板および第２絶縁基板のうちの少なくともいずれかには凹部と側面開口部とが設けられる。光ファイバーのフェルールは側面開口部に介挿される。　

Description

発光装置およびその製造方法、並びにパッケージ部材
　本発明の実施形態は、発光装置およびその製造方法、並びにパッケージ部材に関する。
　半導体発光素子を用いた照明装置は、自動車用フォグランプ、表示装置のバックライト光源、光センサ光源などに用いることができる。
　電極が上面および下面に設けられた表面発光型の発光素子は、放出光の一部が電極により遮光される。また、放熱性が悪く、電流密度の増大には限界がある。
　また、表面発光型の発光素子は、Lambertian放射パターンを有しており、その半値全角は、例えば１２０度のように広くなる。このため、放出光を絞り込むことが困難である。
　これに対して、半導体レーザ(Semiconductor Laser、 Diode Laser、 Laser Diode :ＬＤ)は、微小な側面の発光領域から鋭い指向性のレーザ光を放出できる。このレーザー光を導光体に導入し、その散乱光を照明光として取り出すと安全性の高い照明装置とすることができる。
　しかしながら、半導体レーザー光がＣＡＮ型パッケージの透明窓から広がりながら放出されると、半導体レーザー光を効率よく固体照明装置の導光体内へ導光することが困難である。
特開２００５－３３３０１４号公報 特開平１０－０９６８３９号公報
　半導体レーザー光を効率よく照明装置の導光体内に導入可能であり、量産性に富む発光装置およびその製造方法、並びにパッケージ部材を提供する。
　実施形態の発光装置は、第１パッケージ部材と、半導体レーザー素子と、第２パッケージ部材と、金属バンプと、フェルールと、接着層と、を有する。前記第１パッケージ部材は、外表面と内表面とを有する第１絶縁基板と、前記内表面に設けられたダイパッド部と前記外表面に設けられた外側導電部と前記ダイパッド部と前記外側導電部とを接続する連結部とを含む第１電極と、前記ダイパッド部の外側を囲むように前記内表面に設けられた第１封止用導電部と、を有する。前記半導体レーザー素子は、第１の面と前記第１の面とは反対の側の第２の面とを有し、前記第１の面の側が前記ダイパッド部にマウントされ、青紫色～青色波長範囲のレーザー光を放出可能である。前記第２パッケージ部材は、外表面と内表面とを有する第２絶縁基板と、前記内表面に設けられた内側導電部と前記外表面に設けられた外側導電部と前記内側導電部と前記外側導電部とを接続する連結部とを含む第２電極と、前記内側導電部の外側を囲むように前記内表面に設けられた第２封止用導電部と、を有する。前記金属バンプは、前記第２電極の前記内側導電部と前記半導体レーザー素子の前記第２の面とを接続する。前記フェルールは、光ファイバーの一方の端部を有する。前記接着層は、前記第１封止用導電部と、前記第２封止用導電部と、前記フェルールと、を接合する。前記第１絶縁基板および前記第２絶縁基板のうちの少なくともいずれかには凹部と、側面開口部と、が設けられ、かつ前記凹部の少なくとも一部と前記側面開口部の少なくとも一部とはつながっている。前記凹部内において、前記半導体レーザー素子の前記第２の面と前記第２パッケージ部材との間には空隙が設けられる。前記フェルールは、前記側面開口部に介挿される。
　半導体レーザー光を効率よく照明装置の導光体内に導入可能であり、量産性に富む発光装置およびその製造方法、並びにパッケージ部材が提供される。
図１（ａ）は第１の実施形態にかかる発光装置の模式斜視図、図１（ｂ）はＡ－Ａ線に沿った模式断面図、である。 図２（ａ）～（ｃ）は第１の実施形態の発光装置の組立工程を説明する模式図であり、図２（ａ）は金属バンプが接合された第２パッケージ部材の模式斜視図、図２（ｂ）は光ファイバーを介挿する工程を表す模式斜視図、図２（ｃ）はＣ－Ｃ線に沿った第１パッケージ部材の模式断面図、である。 図３（ａ）は金属バンプの変形例を表す模式斜視図、図３（ｂ）はＤ－Ｄ線に沿った模式断面図、である。 図４（ａ）は第２の実施形態にかかる発光装置の模式斜視図、図４（ｂ）はＡ－Ａ線に沿った模式断面図、である。 図５（ａ）は第２の実施形態の変形例にかかる発光装置の模式斜視図、図５（ｂ）はＡ－Ａ線に沿った模式断面図、である。 図６（ａ）は第３の実施形態にかかる発光装置の模式斜視図、図６（ｂ）はＡ－Ａ線に沿った模式断面図、である。 図７（ａ）は第４の実施形態にかかる発光装置の模式斜視図、図７（ｂ）はＡ－Ａ線に沿った模式断面図、である。 図８（ａ）は第５の実施形態にかかる発光装置の模式斜視図、図８（ｂ）はＡ－Ａ線に沿った模式断面図、である。 図９（ａ）は第６の実施形態にかかる発光装置の模式斜視図、図９（ｂ）はチップの光軸ずれを説明する模式平面図、図９（ｃ）はチップの光軸合わせ方法を説明する模式平面図、図９（ｄ）は第２のパッケージ部材の模式斜視図、である。 第６の実施形態にかかる発光装置の製造方法のフロー図である。
　以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。
　図１（ａ）は第１の実施形態にかかる発光装置の模式斜視図、図１（ｂ）はＡ－Ａ線に沿った模式断面図、である。
　発光装置は、第１パッケージ部材２０と、半導体レーザー素子５０と、第２パッケージ部材４０と、金属バンプ５２と、光ファイバー７０と、接着層８４と、を有する。半導体レーザー素子５０は、たとえば、窒化物半導体からなり、青紫色～青色波長範囲、すなわち４０５～４９０ｎｍの波長のレーザー光を放出可能である。
　窒化物半導体は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１－ｘ－ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ≦１）なる組成式で表すものとし、ドナーやアクセプタとなる元素を含んでもよいものとする。　
　第１パッケージ部材２０は、第１絶縁基板１０と、第１電極１５と、第１封止用導電部１４と、を有する。第１絶縁基板１０は、外表面１０ｂと内表面１０ａと側面１６とを有する。また、第１電極１５は、内表面１０ａに設けられたダイパッド部１２と、外表面１０ｂに設けられた外側導電部１１と、ダイパッド部１２と外側導電部１１とを接続する連結部１３と、を含む。第１封止用導電層１４は、ダイパッド部１２の外側を囲むように内表面１０ａに設けられる。第１絶縁基板１０は、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）やＡｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）のようなセラミックス板などからなる絶縁材とすることができる。
　第１電極１５と第１封止用導電部１４とは、セラミックス板の表面に設けられ、金属粒子を含む厚膜などからなるメタライズ層を含むことができる。また、連結部１３は、たとえば、セラミックス板を上下に貫通するスルーホールの側面にメタライズするか、またはスルーホール内に厚膜材料を充填するなどにより形成することができる。また、第１電極１５と第１封止用導電部１４とのそれぞれの表面には、ニッケルや金などからなるメッキ層を設けることができる。
　半導体レーザー素子５０は、第１の面５０ａと第１の面５０ａとは反対の側の第２の面５０ｂとを有し、第１の面５０ａの側がダイパッド部１２に接着される。
　第２パッケージ部材４０は、第２絶縁基板３０と、第２電極３５と、第２封止用導電部３４と、を有する。第２絶縁基板３０は、外表面３０ｂと、内表面３０ａと、側面３６と、を有する。第２電極３５は、内表面３０ａに設けられた内側導電部３２と、外表面３０ｂに設けられた外側導電部３１と、内側導電部３２と外側導電部３１とを接続する連結部３３と、を含む。第２封止用導電部３４は、内側導電部３２の外側を囲むように内表面３０ａに設けられる。第２絶縁基板３０は、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）やＡｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）のようなセラミックス板などの絶縁材とすることができる。
　第２電極３５と第２封止用導電部３４とは、セラミックスの表面に設けられ、金属粒子を含む厚膜からなるメタライズ層を含むことができる。また、連結部３３は、たとえば、セラミックス板を上下に貫通するスルーホールの側面にメタライズするか、またはスルーホール内に厚膜材料を充填するなどにより形成することができる。また、第２電極３５と第２封止用導電部３４とのそれぞれの表面には、ニッケルや金などからなるメッキ層を設けることができる。
　金属バンプ５２は、第２電極３５の内側導電部３２と半導体レーザー素子５０の第２の面（電極）５０ｂとを接続する。
　光ファイバー７０は、レーザー光が入射するコア６０と、コア６０の周囲に設けられたクラッド６１と、クラッド６１の周囲に設けられたフェルール６２と、を有する。第１の実施形態では、フェルール６２は、ガラス、セラミックス、金属などからなるものとすることができる。
　光ファイバー７０は、石英光ファイバーやプラスチッククラッド石英光ファイバーなどとすることができる。また、コア径が約５μｍ程度と小さいシングルモード光ファイバーを用いるためには半導体レーザー素子５０の光出射面５０ｅから出射したレーザー光をシングルモード光ファイバーのコア径より小さく集光させる光学レンズが必要となるが、光ファイバー７０をマルチモードファイバーとすると、レーザー光を光学レンズなどを用いて集光させることなく効率よく入射することができるので好ましい。マルチモード石英光ファイバーの場合、コア径は５０～６２．５μｍ、クラッド径は１２５μｍなどとすることができる。また、プラスチック・クラッド石英光ファイバーの場合、コア径は２００μｍ、クラッド径は２３０～３００μｍなどとすることができる。
　接着層８４は、第１封止用導電部１４と、第２封止用導電部３４と、フェルール６２と、を接合して封止する。接着層８４は、金属からなる半田材や導電接着剤などとすることができる。
　半導体レーザー素子５０の第２の面５０ｂと第２パッケージ部材４０との間に空隙８０を生じるように、第１絶縁基板１０および第２絶縁基板３０のうちの少なくともいずれかには凹部と、側面開口部と、が設けられる。この場合、側面開口部の少なくとも一部と凹部の少なくとも一部とは、つながって設けられる。
　第１の実施形態では、凹部は、第１絶縁基板１０に設けられる。また、凹部の少なくとも一部と第１パッケージ部材２０の側面１６に設けられた側面開口部の少なくとも一部とは、つながっている。側面開口部には、光ファイバー７０の一方の端部を有するフェルール６２が介挿され接合される。
　図２は第１の実施形態の発光装置の組立工程を説明する模式図である。すなわち、図２（ａ）は金属バンプが接合された第２パッケージ部材の内表面を表す模式斜視図、図２（ｂ）は第１パッケージ部材に光ファイバーを挿入し第２パッケージ部材と接合する工程を表す模式斜視図、図２（ｃ）はＣ－Ｃ線に沿った第１パッケージ部材の模式断面図、である。
　図２（ａ）に表すように、金属バンプ５２は、たとえば、第２絶縁基板３０の内表面３０ａに設けられた第２電極３５の内側導電部３２に設けることができる。金属バンプ５２は、半田材や金線のボールなどとすることができ、形状は球や半球などとすることができる。
　図２（ｂ）に表すように、フェルール６２がガラスやセラミックスなどからなる場合、第２パッケージ部材４０と接する領域６２ａ、第１パッケージ部材２０と接する領域６２ｂ、６２ｃは、メタライズなどによる封止用導電部とすることが好ましい。半田材などを間に挟んでフェルール６２を側面開口部８２へ介挿し加熱すると、フェルール６２の（上面）領域６２ａと第２パッケージ部材４０の第２封止用導電部３４とは、半田材などからなる接着層８４により接合される。
　また、フェルール６２の（側面）領域６２ｂと第１絶縁基板１０の側面開口部８２の内壁１０ｓに設けられた第１封止用導電部１４の内壁１４ｂとが接着層８４により接合され、フェルール６２の（下面）領域６２ｃと第１絶縁基板１０の側面開口部８２の底面１０ｇに設けられた第１封止用導電部１４の表面１４ｃとが接着層８４により接合される。なお、接着層８４を金属からなる半田材とすると、気密封止が容易となる。なお、上面１４ａと、内壁１４ｂと、表面１４ｃと、は連続している。
　このとき、第２パッケージ部材４０の金属バンプ５２が、ダイパッド部１２にマウントされた半導体レーザー素子５０の第２の面５０ｂに設けられた電極に押し付けられて広がり、確実にコンタクトが取れる。
　フェルール６２を側面開口部８２に介挿することにより、フェルール６２内のコア６０の端面は、半導体レーザー素子５０の光出射面５０ｅと光結合できる。もし、ＣＡＮ型パッケージを用いると、レーザー光はガラス窓などから広がって出射するので光ファイバーに効率よく導入することが困難である。これに対して、第１の実施形態では、効率よくレーザー光をコア６０内に導入することができる。
　図２（ｃ）に表すように、側面開口部８２の底面１０ｇに設けられた第１封止導電層１４の表面１４ｃをダイパッド部１２の上面１２ａよりも段差Ｓだけ下方に設けることが好ましい。このようにすると、Ｃ－Ｃ線に沿って光ファイバー７０を側面開口部８２内に介挿し位置合わせする場合、光ファイバー７０のコア端面と同一面側のフェルール端面が段差部の側面１０ｚで止まる。このため、コア６０の端面と半導体レーザー素子５０の光出射面５０ｅとを当接させずに可能な限り距離ｄｍｉｎ近づけることにより、コア径に対してレーザー光のスポット径が広がらないようにし入射光軸を合わせる余裕度を得ることが容易となる。すなわち、段差部は、ストッパーとして作用する。また、ダイパッド部１２と第１封止用導電層１４との電気的短絡を抑制することができる。なお、レーザー素子５０は、その光出射面５０ｅが段差部よりもｄｍｉｎだけ内側に位置するようにマウントすることができる。また、段差部は、第２パッケージ部材４０、または第１および第２パッケージ部材２０、４０の両方に設けてもよい。
　図３（ａ）は金属バンプの変形例を表す模式斜視図、図３（ｂ）はＤ－Ｄ線に沿った模式断面図、である。
　金属バンプは、複数であってもよい。図３において、金属バンプ５２ａ、５２ｂは２つであり、より確実に接触させることができる。
　図４（ａ）は第２の実施形態にかかる発光装置の模式斜視図、図４（ｂ）はＡ－Ａ線に沿った模式断面図、である。
　第２絶縁基板３０には、凹部と側面開口部とが設けられる。凹部の少なくとも一部と側面開口部の少なくとも一部とは、つながっている。他方、第１絶縁基板１０の内表面１０ａは、略平坦であり、ダイパッド部１２と、ダイパッド部１２の外側を囲むように第１封止用導電部１４と、が設けられる。フェルール７０は、側面開口部８２に介挿され、半導体レーザー素子５０の光出射面と光結合可能である。
　図５（ａ）は第２の実施形態の変形例にかかる発光装置の模式斜視図、図５（ｂ）はＡ－Ａ線に沿った模式断面図、である。
　光ファイバー７０の一方の端部を有するフェルール６２は、凸部６２ｄを有してもよい。フェルール６２の凸部６２ｄは、その端面が半導体レーザー素子５０の光出射面に当接しない位置で止まるストッパーとして作用する。凸部は、第２絶縁基板３０の側面３６の側に設けてもよい。
　図６（ａ）は第３の実施形態にかかる発光装置の模式斜視図、図６（ｂ）はＡ－Ａ線に沿った模式断面図、である。
　第１絶縁基板１０には、凹部１０ｃと側面開口部８２ａとが設けられる。また、第２絶縁基板３０には、凹部３０ｃと側面開口部８２ｂとが設けられる。フェルール６２は、側面開口部８２ａ、８２ｂに介挿され、半導体レーザー素子５０の光出射面と光結合可能である。もし、凹部１０ｃと凹部３０ｃとの深さを同一とすると、第１パッケージ部材２０と、第２パッケージ部材４０と、を共通化することができる。また、それぞれの凹部の深さを小さくできる。このため、光ファイバー７０の一方の端部を有するフェルール６２を側面開口部８２に介挿する場合のストッパーとなる段差を小さくし、メタライズ層の段切れを低減できる。
　図７（ａ）は第４の実施形態にかかる発光装置の模式斜視図、図７（ｂ）はＡ－Ａ線に沿った模式断面図、である。
　コア６０とクラッド６１とはフェルール６２内にのみ設けらフェルール６２の外側には突出しない。この場合、光ファイバー７０を短かくできるので、部品の保管や組立工程での取り扱いが容易である。また、半導体レーザー素子５０の光出射面の近傍で、レーザー光の断面形状を整形することができ、たとえば、レーザー光のアスペクト比を１に近づけることが容易となる。
　また、フェルール６２がガラスからなる場合、たとえば、断面が矩形で長いガラスに溝を設け、光ファイバーを挿入し隙間を埋めるようにすることができる。このあと、ガラスの外縁にメタライズを行ったのち、所定の長さに切断すると、フェルール６２を有する光ファイバー７０が容易に形成できる。
　図８（ａ）は第５の実施形態にかかる発光装置の模式斜視図、図８（ｂ）はＡ－Ａ線に沿った模式断面図、である。
　フェルール６３は、金属であってもよい。本図において、金属からなるフェルール６３は、クラッド６１を囲む円筒形状とする。パッケージ部材に設ける側面開口部８２は、断面形状が小さいフェルール６３が通過可能となるように溝を設けるだけでよいので、気密封止が容易となる。なお、図８（ａ）、（ｂ）において、フェルール６３が介挿される側面開口部８２は、第１絶縁基板１０に設けられた切り欠き部であるが、側面１６に設けられた貫通孔であってもよい。
　図９（ａ）は第６の実施形態にかかる発光装置の模式斜視図、図９（ｂ）はチップの光軸ずれを説明する模式平面図、図９（ｃ）はチップの光軸合わせ方法を説明する模式平面図、図９（ｄ）は第２のパッケージ部材の模式斜視図、である。
　図１０は、第６の実施形態にかかる発光装置の製造方法のフロー図である。
　図９（ａ）に表すように、第６の実施形態では、斜めフェルール６４は、平行四辺形の平面形状を有する。平行四辺形の一組の辺は、スライド方向８３と平行である。第１のパッケージ部材２０は、第１絶縁基板１０と、第１電極１５と、第１封止導電層１４と、を有する。第１絶縁基板１０は、上面１０ａと裏面１０ｂと側面１６とを有し、上面１０ａから後退した凹部１０ｃと、側面開口部８２とが設けられる。また、側面開口部８２は側面１６に対して０度よりも大きく９０度よりも小さい角度β（鋭角）をなす内壁１０ｓと、底面１０ｇと、を有する。図９（ａ）、（ｂ）において、内壁１０ｓは、底面１０ｇに略垂直であるが、本実施形態はこれに限定されない。第１封止用導電部１４は、第１絶縁基板１０の上面１０ａに設けられた部分の上面１４ａと、側面開口部８２の底面１０ｇに設けられた部分の表面１４ｃと、側面開口部８２の内壁１０ｓに設けられた部分の内壁１４ｂと、を含む。
　第１電極は、凹部１０ｃの底面に設けられたダイパッド部１２と、第１絶縁基板１０の裏面１０ｂに設けられた外側導電部と、ダイパッド部１２と外側導電部とを接続する連結部と、を含む。
　半導体レーザー素子５０の光軸５０ｃは、光出射面の発光中心Ｏを通り、光出射面に対して垂直になる。
　図９（ｂ）において、半導体レーザー素子５０のマウント位置がＡ－Ａ線から横方向にずれると、レーザー光がファイバー７０のコア６０の内部に十分には入射しない。これに対して、図８（ｃ）のように、フェルール６４の介挿位置をスライド方向８３に沿って外側にずらしレーザー光がコア６０に十分に入射するようして接合できる。
　図１０にＳ１００で表すように、第１パッケージ部材２０のダイパッド部１２の上に、光出射面が側面開口部８２の側となるように半導体レーザー素子５０を半田材や導電接着剤などで接着する。続いて、Ｓ１０２に表すように、光出射面に垂直な光軸５０ｃが光ファイバー７０のコア６０の端面と交差するように、光ファイバー７０の先端部に設けられた斜めフェルール６４を、側面開口部８２内でスライドして位置決めする。
　続いて、Ｓ１０４に表すように、第２絶縁基板４０に内側導電部３２と内側導電部３２の外側を囲むように設けられた第２封止用導電部３４とが設けられた第２（上側）パッケージ部材４０と第１パッケージ部材２０とを半田接合する。この場合、金属バンプ５２を半導体レーザー素子５０と内側導電部３２との間に挟持しかつ斜めフェルール６４を第１封止用導電部１４と第２封止用導電部３４との間に挟持するように半田材などにより接合する。このようにして、光ファイバー７０と、半導体レーザー素子５０と、を光結合するとともに、封止を完了する。図９に表す製造方法によれば、光ファイバー７０と、半導体レーザー素子５０の光軸５０ｃと、の位置合わせが容易となり、量産性を高めることができる。
　第１～第６の発光装置によれば、半導体レーザー素子５０の光出射面に近接して光ファイバー７０を設け、レーザー光を効率よく固体照明装置の導光体内に導入可能である。このため、高輝度大光量固体照明装置が可能となる。
　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (14)

  1. 　外表面と内表面とを有する第１絶縁基板と、前記内表面に設けられたダイパッド部と前記外表面に設けられた外側導電部と前記ダイパッド部と前記外側導電部とを接続する連結部とを含む第１電極と、前記ダイパッド部の外側を囲むように前記内表面に設けられた第１封止用導電部と、を有する第１パッケージ部材と、
    　第１の面と前記第１の面とは反対の側の第２の面とを有し、前記第１の面の側が前記ダイパッド部にマウントされ、青紫色～青色波長範囲のレーザー光を放出可能な半導体レーザー素子と、
    　外表面と内表面とを有する第２絶縁基板と、前記内表面に設けられた内側導電部と前記外表面に設けられた外側導電部と前記内側導電部と前記外側導電部とを接続する連結部とを含む第２電極と、前記内側導電部の外側を囲むように前記内表面に設けられた第２封止用導電部と、を有する第２パッケージ部材と、
    　前記第２電極の前記内側導電部と前記半導体レーザー素子の前記第２の面とを接続する金属バンプと、
    　光ファイバーの一方の端部を有するフェルールと、
    　前記第１封止用導電部と、前記第２封止用導電部と、前記フェルールと、を接合する接着層と、
    　を備え、
    　前記第１絶縁基板および前記第２絶縁基板のうちの少なくともいずれかには、凹部と側面開口部とが設けられ、かつ前記凹部の少なくとも一部と前記側面開口部の少なくとも一部とはつながっており、
    　前記半導体レーザー素子の前記第２の面と前記第２パッケージ部材との間には空隙が設けられ、
    　前記フェルールは、前記側面開口部に介挿された発光装置。
  2. 　前記第１封止用導電部は、前記第１電極とは電気的に絶縁され、
    　前記第２封止用導電部は、前記第２電極とは電気的に絶縁され、
    　前記接着層は、半田材からなる請求項１記載の発光装置。
  3. 　前記凹部と前記側面開口部とは、前記第１絶縁基板に設けられ、
    　前記側面開口部の底面に設けられた第１封止用導電層の表面は、前記凹部の底面に設けられた前記ダイパッド部の表面よりも下方となるように段差部が設けられた請求項１記載の発光装置。
  4. 　前記第１封止用導電部は、前記第１電極とは電気的に絶縁され、
    　前記第２封止用導電部は、前記第２電極とは電気的に絶縁され、
    　前記接着層は、半田材からなる請求項３記載の発光装置。
  5. 　前記半導体レーザー素子の光出射面は、前記段差部の側面よりも内側である請求項３記載の発光装置。
  6. 　前記第１封止用導電部は、前記第１電極とは電気的に絶縁され、
    　前記第２封止用導電部は、前記第２電極とは電気的に絶縁され、
    　前記接着層は、半田材からなる請求項５記載の発光装置。
  7. 　前記フェルールは凸部を有し、前記凸部は前記側面開口部への介挿におけるストッパーとなる請求項１記載の発光装置。
  8. 　前記第１封止用導電部は、前記第１電極とは電気的に絶縁され、
    　前記第２封止用導電部は、前記第２電極とは電気的に絶縁され、
    　前記接着層は、半田材からなる請求項７記載の発光装置。
  9. 　前記凹部と前記側面開口部とは、前記第２絶縁基板に設けられ、
    　前記第１絶縁基板の前記内表面は平坦である請求項１記載の発光装置。
  10. 　前記第１封止用導電部は、前記第１電極とは電気的に絶縁され、
    　前記第２封止用導電部は、前記第２電極とは電気的に絶縁され、
    　前記接着層は、半田材からなる請求項９記載の発光装置。
  11. 　前記凹部と前記側面開口部とは、前記第１絶縁基板および第２絶縁基板にそれぞれ設けられた請求項１記載の発光装置。
  12. 　前記第１封止用導電部は、前記第１電極とは電気的に絶縁され、
    　前記第２封止用導電部は、前記第２電極とは電気的に絶縁され、
    　前記接着層は、半田材からなる請求項１１記載の発光装置。
  13. 　上面と裏面と側面とを有し、前記上面から後退した凹部と、前記凹部と連続した側面開口部とが設けられた第１絶縁基板と、
    　前記凹部の底面に設けられたダイパッド部と前記第１絶縁基板の裏面に設けられた外側導電部と前記ダイパッド部と前記外側導電部とを接続する連結部とを含む第１電極と、
    　前記側面開口部の底面と、前記側面開口部の内壁と、前記第１絶縁基板の前記上面と、に連続して設けられた第１封止用導電部と、
    　を備え、
    　前記内壁は、前記側面に対して０度よりも大きく９０度よりも小さい角度をなすパッケージ部材。
  14. 　請求項１３記載のパッケージ部材の前記ダイパッド部の上に、光出射面が前記側面開口部の側となるように半導体レーザー素子を接着する工程と、
    　前記半導体レーザー素子の光軸が光ファイバーのコアの端面と交差するように、前記光ファイバーの先端部に設けられた斜めフェルールを、前記側面開口部の前記内壁に設けられた前記第１封止用導電部に沿ってスライドして位置決めする工程と、
    　第２絶縁基板に内側導電部と前記内側導電部の外側を囲むように設けられた第２封止用導電部とが設けられた上側パッケージ部材と前記パッケージ部材とを半田材で接合する工程であって、金属バンプを前記半導体レーザー素子と前記内側導電部との間に挟持しかつ前記斜めフェルールを前記第１封止用導電部と前記第２封止用導電部との間に挟持するように半田材で接合する工程と、
    　を備えた発光装置の製造方法。
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