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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6095958
(24)【登録日】2017年2月24日
(45)【発行日】2017年3月15日
(54)【発明の名称】発光装置
(51)【国際特許分類】
H01S 5/022 20060101AFI20170306BHJP
【ＦＩ】
H01S5/022
【請求項の数】13
【全頁数】21
(21)【出願番号】特願2012-257836(P2012-257836)
(22)【出願日】2012年11月26日
(65)【公開番号】特開2013-153138(P2013-153138A)
(43)【公開日】2013年8月8日
【審査請求日】2015年11月2日
(31)【優先権主張番号】特願2011-286756(P2011-286756)
(32)【優先日】2011年12月27日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000190688
【氏名又は名称】新光電気工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】新井 理絵
(72)【発明者】
【氏名】白石 晶紀
【審査官】
高椋 健司
(56)【参考文献】
【文献】
特開平０２−２８１７８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許第０５３０９４５７（ＵＳ，Ａ）
【文献】
米国特許第０５３０５３４４（ＵＳ，Ａ）
【文献】
特開２００２−２３２０６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００５−２２８９１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００６−０８０１９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１１−２４３９５１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｓ ５／００−５／５０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
発光素子と、
前記発光素子が一方の面に実装される導電性の基板と、
前記基板の側面に配置され前記発光素子及び前記基板の厚さ方向に立設された立設部、及び、前記立設部から前記基板の平面方向に延設し前記基板の一方の面を保持する基板接合部、を有する基板保持部と、を含む発光素子搭載部を備え、
一の前記発光素子搭載部の前記基板保持部の前記立設部における一方の端面と、他の前記発光素子搭載部の前記基板保持部の前記立設部における他方の端面とが接するように互いに隣接し合って積層され、
一の前記発光素子搭載部の前記発光素子と、他の前記発光素子搭載部の前記基板の他方の面とが導電性の第１接合材を介して接合されている発光装置。
前記発光素子が一方の面に実装される導電性の基板と、
前記基板の側面に配置され前記発光素子及び前記基板の厚さ方向に立設された立設部、及び、前記立設部から前記基板の平面方向に延設し前記基板の一方の面を保持する基板接合部、を有する基板保持部と、を含む発光素子搭載部を備え、
一の前記発光素子搭載部の前記基板保持部の前記立設部における一方の端面と、他の前記発光素子搭載部の前記基板保持部の前記立設部における他方の端面とが接するように互いに隣接し合って積層され、
一の前記発光素子搭載部の前記発光素子と、他の前記発光素子搭載部の前記基板の他方の面とが導電性の第１接合材を介して接合されている発光装置。
【請求項2】
前記基板保持部の前記基板接合部と前記基板の一方の面とは、第１接着材によって接着されている請求項１記載の発光装置。
【請求項3】
前記基板保持部の平面形状は、コの字型である請求項１又は２記載の発光装置。
【請求項4】
前記基板保持部は、前記基板を挟んで、前記基板接合部が対向するように配置されている請求項１又は２記載の発光装置。
【請求項5】
一の前記発光素子搭載部の前記立設部の前記基板の厚さ方向の一方の端面と、一の前記発光素子搭載部に隣接する他の前記発光素子搭載部の前記立設部の前記基板の厚さ方向の他方の端面とは、絶縁膜を介して接している請求項１乃至４の何れか一項記載の発光装置。
【請求項6】
発光素子と、
前記発光素子が一方の面に実装される導電性の基板と、
前記基板を複数保持する基板保持部と、を含む発光素子搭載部を備え、
前記基板保持部の所定の面には複数の溝が並設され、
複数の前記溝はスリット状で、
複数の前記溝は平行に複数列配置され、
前記基板の前記発光素子が実装されていない部分が前記溝に挿入されて前記溝の内壁に接合され、
前記溝の内壁面には前記基板と導通する第１金属層が形成され、
前記第１金属層は、前記溝の内壁面側から第１層、第２層、及びはんだ材料からなる第３層が積層された構造であり、前記第２層は、前記第３層が前記第１層側に拡散することを防止する拡散防止層であり、
一の前記発光素子と、他の前記基板の他方の面とが導電性の第１接合材を介して接合されている発光装置。
前記発光素子が一方の面に実装される導電性の基板と、
前記基板を複数保持する基板保持部と、を含む発光素子搭載部を備え、
前記基板保持部の所定の面には複数の溝が並設され、
複数の前記溝はスリット状で、
複数の前記溝は平行に複数列配置され、
前記基板の前記発光素子が実装されていない部分が前記溝に挿入されて前記溝の内壁に接合され、
前記溝の内壁面には前記基板と導通する第１金属層が形成され、
前記第１金属層は、前記溝の内壁面側から第１層、第２層、及びはんだ材料からなる第３層が積層された構造であり、前記第２層は、前記第３層が前記第１層側に拡散することを防止する拡散防止層であり、
一の前記発光素子と、他の前記基板の他方の面とが導電性の第１接合材を介して接合されている発光装置。
【請求項7】
発光素子が実装されていない１枚の導電性の基板を有し、
前記１枚の導電性の基板は、隣接して配置される前記基板に実装された前記発光素子と、前記第１接合材を介して接合されている請求項６記載の発光装置。
前記１枚の導電性の基板は、隣接して配置される前記基板に実装された前記発光素子と、前記第１接合材を介して接合されている請求項６記載の発光装置。
【請求項8】
前記所定の面の一端側には、前記一端側に最も近い前記溝に形成された前記第１金属層と導通する第２金属層が形成され、
前記所定の面の他端側には、前記他端側に最も近い前記溝に形成された前記第１金属層と導通する第３金属層が形成され、
前記第２金属層と前記第３金属層との間に、前記第１金属層及び前記基板を介して、複数の前記発光素子が直列に接続されている請求項６又は７記載の発光装置。
前記所定の面の他端側には、前記他端側に最も近い前記溝に形成された前記第１金属層と導通する第３金属層が形成され、
前記第２金属層と前記第３金属層との間に、前記第１金属層及び前記基板を介して、複数の前記発光素子が直列に接続されている請求項６又は７記載の発光装置。
【請求項9】
前記基板保持部の前記所定の面とは反対側の面が、第３接合材を介して配線基板に接合され、
前記第２金属層及び前記第３金属層は、各々金属線を介して前記配線基板と電気的に接続されている請求項８記載の発光装置。
前記第２金属層及び前記第３金属層は、各々金属線を介して前記配線基板と電気的に接続されている請求項８記載の発光装置。
【請求項10】
前記発光素子が、第２接合材を介して前記基板の一方の面に接合されている請求項１乃至９の何れか一項記載の発光装置。
【請求項11】
それぞれの前記発光素子の出射光の光路上にそれぞれレンズを配置した請求項１乃至１０の何れか一項記載の発光装置。
【請求項12】
一方の最外部に積層された前記基板から他方の最外部に積層された前記発光素子に直列に電流を流すことにより、それぞれの前記発光素子が同時に発光する請求項１乃至１１の何れか一項記載の発光装置。
【請求項13】
前記基板保持部は、シリコン、セラミック、又はガラスからなる請求項１乃至１２の何れか一項記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数の発光素子を有する発光装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、保持部材に保持された発光素子を複数積層し、複数の光を出射する発光装置が知られている。発光素子としては、例えば、半導体レーザダイオードが用いられ、保持部材としては、例えば、銅タングステン（ＣｕＷ）基板が用いられている。このような発光装置では、保持部材である銅タングステン（ＣｕＷ）基板と発光素子とが交互に積層される構造であるため、銅タングステン（ＣｕＷ）基板の厚さが発光素子のピッチを決定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００１−３３９１２２号公報
【特許文献2】特表２００９−５２４２２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、銅タングステン（ＣｕＷ）基板は薄化が困難であり、薄化すると厚み精度が悪化するため、発光素子を狭ピッチかつ高ピッチ精度で積層することが困難であった。
【0005】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、発光素子を狭ピッチかつ高ピッチ精度で積層することが可能な発光装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発光装置の一の形態は、発光素子と、前記発光素子が一方の面に実装される導電性の基板と、前記基板の側面に配置され前記発光素子及び前記基板の厚さ方向に立設された立設部、及び、前記立設部から前記基板の平面方向に延設し前記基板の一方の面を保持する基板接合部、を有する基板保持部と、を含む発光素子搭載部を備え、一の前記発光素子搭載部の前記基板保持部の前記立設部における一方の端面と、他の前記発光素子搭載部の前記基板保持部の前記立設部における他方の端面とが接するように互いに隣接し合って積層され、一の前記発光素子搭載部の前記発光素子と、他の前記発光素子搭載部の前記基板の他方の面とが導電性の第１接合材を介して接合されていることを要件とする。
【発明の効果】
【0009】
開示の技術によれば、発光素子を狭ピッチかつ高ピッチ精度で積層することが可能な発光装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】第１の実施の形態に係る発光装置を例示する図である。
【図3】第１の実施の形態に係る発光装置を例示する斜視図である。
【図5】第１の実施の形態に係る発光装置の製造工程を例示する図（その１）である。
【図6】第１の実施の形態に係る発光装置の製造工程を例示する図（その２）である。
【図7】第１の実施の形態に係る発光装置の製造工程を例示する図（その３）である。
【図8】第１の実施の形態に係る発光装置の製造工程を例示する図（その４）である。
【図9】第１の実施の形態に係る発光装置の製造工程を例示する図（その５）である。
【図10】第１の実施の形態に係る発光装置の製造工程を例示する図（その６）である。
【図11】第１の実施の形態に係る発光装置の製造工程を例示する図（その７）である。
【図12】第１の実施の形態に係る発光装置の製造工程を例示する図（その８）である。
【図13】第１の実施の形態に係る発光装置の製造工程を例示する図（その９）である。
【図14】第１の実施の形態に係る発光装置の製造工程を例示する図（その１０）である。
【図15】第１の実施の形態の変形例１に係る発光装置を例示する斜視図である。
【図17】第１の実施の形態の変形例１に係る発光装置の製造工程を例示する図（その１）である。
【図18】第１の実施の形態の変形例１に係る発光装置の製造工程を例示する図（その２）である。
【図19】第１の実施の形態の変形例２に係る発光装置を例示する斜視図である。
【図20】第２の実施の形態に係る発光装置を例示する斜視図である。
【図22】第３の実施の形態に係る発光装置を例示する斜視図（その１）である。
【図24】第３の実施の形態に係る発光装置を例示する斜視図（その２）である。
【図25】第３の実施の形態に係る発光装置の製造工程を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【0012】
〈第１の実施の形態〉［第１の実施の形態に係る発光装置の構造］
まず、第１の実施の形態に係る発光装置の構造について説明する。図１は、第１の実施の形態に係る発光装置を例示する図であり、図１（ａ）が斜視図、図１（ｂ）が図１（ａ）の一部を示す断面斜視図である。図２は、図１のＡ部を拡大して例示する正面図（出射光Ｌが出射される側を正面とする）である。なお、図２は正面図であるが、便宜上、後述の図４（断面図）に対応するハンチングを施している部分がある（後述の図１６及び２１についても同様）。
【0013】
図１及び図２では、発光素子８０の出射光Ｌが水平方向に出射されるように発光装置１０を配置しているが、発光装置１０を配置する方向はこれには限定されない。例えば、発光素子８０の出射光Ｌが垂直方向に出射されるように発光装置１０を配置してもよいし、発光素子８０の出射光Ｌが斜め方向に出射されるように発光装置１０を配置してもよい。なお、図１等では、出射光Ｌの出射方向をＺ方向としている。
【0014】
図１及び図２を参照するに、発光装置１０は、大略すると、発光素子搭載部２０と、接合材３０（第１接合材）とを有する。発光素子搭載部２０は複数個設けられ、各発光素子搭載部２０は接合材３０を介して積層されている。接合材３０の材料としては、例えば、金錫はんだ、インジウムはんだ、銀ペースト等の導電性の材料を用いることができる。接合材３０の厚さは、例えば、５μｍ程度とすることができる。なお、本実施の形態では、発光素子搭載部２０は３個積層されているが、２個又は４個以上積層してもよい。
【0015】
発光素子搭載部２０は、基板保持部４０と、基板５０と、接着材６０（第１接着材）及び接合材７０（第２接合材）と、発光素子８０とを有する。発光素子搭載部２０は、一方の面に発光素子８０が実装された導電性の基板５０をシリコンからなる基板保持部４０で保持した部分であり、所定ピッチで複数積層されている。
【0016】
基板保持部４０は、基板５０の側面の外側に配置されて、基板５０及び発光素子８０の厚さ方向に立設する立設部４１と、立設部４１の一方の側面（図１及び図２では基板５０が実装される側）に一体的に形成され、基板５０の平面方向（Ｘ方向）に延設された基板接合部４２とを有する。
【0017】
本実施の形態における基板保持部４０は、基板５０の両側面において、断面視したとき、鉤のような形状とされている。基板接合部４２の下面４２ｔは、接着材６０を介して、基板５０の一方の面の外縁部を含む部分と接合されている。又、基板接合部４２は、基板５０が実装される厚さを除いた立設部４１の一方の側面に一体的に形成されている。
【0018】
基板保持部４０の立設部４１の基板５０の厚さ方向の一方の端面（図１及び図２では上面）には、絶縁膜４３が形成されている。つまり、一の基板保持部４０の立設部４１の基板５０及び発光素子８０の厚さ方向の一方の端面と、一の基板保持部４０に隣接する他の基板保持部４０の立設部４１の基板５０及び発光素子８０の厚さ方向の他方の端面とは、絶縁膜４３を介して接している。必要に応じ、接着材等で接着してもよい。
【0019】
絶縁膜４３は、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）である。絶縁膜４３の厚さは、例えば、１μｍ程度とすることができる。なお、接着材６０として絶縁性の材料を用い、基板接合部４２と基板５０とが確実に絶縁できれば、絶縁膜４３を形成しなくてもよい。
【0020】
基板保持部４０は、例えば、平面形状がコの字型に形成されており、基板接合部４２は、例えば、立設部４１の一端側からコの字の内側に向かって突出している。基板保持部４０の平面形状がコの字型の場合、立設部４１は、基板５０の両側面の外側に配置される。又、基板接合部４２は、互いに対向する外縁部４２ｒ及び４２ｑと、外縁部４２ｒ及び４２ｑを連結するように基板５０の平面方向に延在する中央部４２ｖとを有する。
【0021】
立設部４１及び基板接合部４２は、同一材料により一体に形成されている。立設部４１の高さＨは、発光素子搭載部２０のピッチ（すなわち、発光素子８０のピッチ）を規定している。なお、本実施の形態では、基板接合部４２の内側面４２ｓ（コの字の内側の部分）が傾斜面とされているが、これに限定されることはない。
【0022】
基板５０は、発光素子８０を実装するための導電性の基板である。基板５０として導電性の基板を用いる理由は、後述のように、各発光素子８０に直列に電流を流す際に、基板５０が電流経路の一部を構成するからである。基板５０としては、例えば、銅タングステン（ＣｕＷ）基板等を用いることができる。基板５０の厚さは、例えば、１００〜４００μｍ程度とすることができる。なお、銅タングステン（ＣｕＷ）基板は、搭載する発光素子８０が半導体レーザダイオードである場合に、発光素子８０と熱膨張係数が整合する点で好適である。銅タングステン（ＣｕＷ）基板の熱膨張係数は、６．５〜８．５ｐｐｍ／℃程度である。
【0023】
基板５０は、一方の面と、一方の面とは反対側の他方の面を有する。基板５０の一方の面には発光素子８０が実装され、基板保持部４０の基板接合部４２の下面４２ｔが接合されている。基板５０の他方の面は、隣接する他の発光素子搭載部２０の発光素子８０の第２面（図１（ａ）及び図２では、Ｎ型半導体層８２の面）と接合材３０を介して接合されている。
【0024】
基板５０は、発光素子搭載部２０が形成される発光素子搭載領域５０ａと、発光素子搭載領域５０ａから延在し、発光素子搭載部２０から突出する領域である突出部５０ｂとを有する。突出部５０ｂは、出射光Ｌと反対方向（図１では、Ｚ方向）に延在している。
【0025】
基板５０の一方の面の外縁部（基板接合部４２の外縁部４２ｒ及び４２ｑと対向する部分）、及び中央部（基板接合部４２の中央部４２ｖと対向する部分）は、接着材６０を介して、基板保持部４０の基板接合部４２の下面４２ｔと接着されている。接着材６０の材料としては、例えば、感光性接着剤等を用いることができる。接着材６０の厚さは、例えば、５μｍ程度とすることができる。感光性接着剤は、フォトリソグラフィ法により位置精度良く塗布できる点で好適である。
【0026】
発光素子８０は、例えば、Ｐ型半導体層（第１半導体層）８１とＮ型半導体層（第２半導体層）８２がＰＮ接合された構造を有する端面出射型の半導体レーザダイオードである。半導体レーザダイオードとしては、例えば、ＡｌＧａＡｓレーザ等を用いることができる。発光素子８０は、所定の動作電流で図１の矢印方向に出射光Ｌを出射する。
【0027】
発光素子８０の第１面は、接合材７０（第２接合材）を介して、基板５０の一方の面の一端側に実装されている。例えば、Ｐ型半導体層８１の面が、接合材７０を介して、基板５０の一方の面の一端側に実装されている。又、発光素子８０の第１面とは反対側の第２面は、他の発光素子搭載部２０の基板５０の他方の面と接合材３０を介して接合されている。
【0028】
発光素子８０の厚さは、例えば、１００μｍ程度とすることができる。接合材７０の材料としては、例えば、金錫はんだ、インジウムはんだ、銀ペースト等の導電性の材料を用いることができる。接合材７０の厚さは、例えば、５μｍ程度とすることができる。
【0029】
図３は、第１の実施の形態に係る発光装置を例示する斜視図である。図４は、図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図３及び図４に示す発光装置は、発光装置１０の各基板５０の発光側とは反対側の面が接合材１１０（第３接合材）を介して配線基板１００の一方の面に接合された構造を有する。
【0030】
つまり、基板５０の基板保持部４０から突出する突出部５０ｂの端面が接合材１１０を介して配線基板１００の一方の面に接合されて、それぞれの基板５０が配線基板１００の一方の面に立設されている。各発光素子８０は配線基板１００の一方の面と平行な出射面を有し、配線基板１００の一方の面と反対側に出射光Ｌを出射することができる。
【0031】
配線基板１００としては、セラミック基板を用いることができる。セラミック基板の材料としては、例えば、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）や酸化ベリリウム（ＢｅＯ）等を用いることができる。又、配線基板１００としては、他に、有機基板等の既存の基板を適宜使用することができる。各発光素子８０の発する熱は、各基板５０を介して配線基板１００に伝達され、配線基板１００から放熱される。接合材１１０としては、例えば、インジウムはんだ等を用いることができる。
【0032】
又、各発光素子８０の各出射光Ｌの光路上には、それぞれレンズ１２０が配置されている。レンズ１２０としては、例えば、円柱状レンズ等を用いることができる。レンズ１２０は、各発光素子８０の各出射光Ｌの光路上に精度良く配置する必要がある。レンズ１２０は、例えば、シリコンからなるレンズ保持部材（図示せず）を基板保持部４０の発光側端面に配置することにより、基板保持部４０上に精度良く配置できる。基板保持部４０の発光側端面に、予めエッチング等により、レンズ１２０を保持するための溝部や突起部も設けても良い。
【0033】
発光装置１０において、各発光素子８０は直列に接続されている。つまり、一方の最外部に積層された基板５０から他方の最外部に積層された発光素子８０に、図示しない入出力端子を経由して直列に電流Ｉを流すことにより、各発光素子８０が同時に発光して各出射光Ｌが出射される。
【0034】
このように、発光装置１０の各発光素子８０に所定の動作電流を流すと各発光素子８０は発光する。そして、各発光素子８０の各出射光Ｌは、それぞれレンズ１２０を介して所定位置に集光されるとともに、各発光素子８０の発する熱は、各基板５０を介して配線基板１００に伝達され、配線基板１００から放熱される。
【0035】
［第１の実施の形態に係る発光装置の製造方法］次に、第１の実施の形態に係る発光装置の製造方法について説明する。図５〜図１４は、第１の実施の形態に係る発光装置の製造工程を例示する図である。特に、図５〜図１１は、第１の実施の形態に係る基板保持部４０の製造工程を例示する図である。例えば、１枚のシリコン基板４１０に複数の基板保持部４０形成領域を備え、ダイシング等により複数の基板保持部４０を製造するが、図５〜図１１では、説明の便宜上、複数の基板保持部４０形成領域の例示は省略する。
【0036】
なお、図５、図８、及び図９において、それぞれ（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。又、図６及び図７は、それぞれ断面図である。又、図１０において、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。又、図１１において、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図、（ｃ）は背面図である。又、図１２及び図１４は、斜視図である。又、図１３において、（ａ）は斜視図、（ｂ）は背面図である。
【0037】
まず、図５に示す工程では、シリコン基板４１０を準備し、シリコン基板４１０の表面に絶縁膜４３０を形成する。シリコン基板４１０の表面近傍の温度を例えば１０００℃以上とするウェット熱酸化法により熱酸化することにより、絶縁膜４３０としてＳｉＯ２膜を形成できる。絶縁膜４３０の厚さは、例えば１μｍ程度とすることができる。なお、絶縁膜４３０として、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等により、例えば二酸化珪素（ＳｉＯ２）や窒化珪素（ＳｉＮ）、ポリイミド（ＰＩ）等の膜を形成しても構わない。
【0038】
そして、表面に絶縁膜４３０が形成されたシリコン基板４１０の一方の面に、絶縁膜４３０を除去する領域に対応する開口部５００ｘを有する、平面視においてコの字型のレジスト層５００を形成する。例えば、平面視において、シリコン基板４１０の一方の面の各辺のうち一の辺を除く他の辺から所定幅の範囲内にレジスト層５００が形成される。例えば、シリコン基板４１０の一方の面に感光性樹脂を塗布してレジスト層５００を形成し、フォトリソグラフィ法により開口部５００ｘを形成できる。
【0039】
次に、図６に示す工程では、図５に示す開口部５００ｘ内に露出する絶縁膜４３０をウェットエッチングにより除去し、その後、レジスト層５００を除去する。絶縁膜４３０を除去するためのエッチング液には、例えば、ＫＯＨ（水酸化カリウム）やＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）等のアルカリ性溶液を用いることができる。以降、一部が除去された絶縁膜４３０を絶縁膜４３０Ａとする。
【0040】
次に、図７に示す工程では、絶縁膜４３０Ａをマスクとするウェットエッチングにより、絶縁膜４３０Ａが形成されていない部分のシリコン基板４１０の一部を除去し、溝部４１０ｘを形成する。溝部４１０ｘの内側面は傾斜面（テーパ状）となる。この工程では、例えば、図６に示す工程と同様のエッチング液を用いることができる。
【0041】
次に、図８に示す工程では、シリコン基板４１０の他方の面（溝部４１０ｘが形成されていない側の面）をバックサイドグラインダー等で研削し、他方の面を覆う絶縁膜４３０Ａを除去する。又は、必要に応じ、他方の面を覆う絶縁膜４３０Ａを除去するとともに、シリコン基板４１０を薄型化する。
【0042】
次に、図９に示す工程では、立設部４１及び基板接合部４２を形成するために、シリコン基板４１０の他方の面に、開口部５１０ｘを有するレジスト層５１０を形成する。例えば、平面視において、シリコン基板４１０の一方の面の各辺のうち対向する辺から所定幅の範囲内にレジスト層５１０が形成される。例えば、シリコン基板４１０の他方の面に感光性樹脂を塗布してレジスト層５１０を形成し、フォトリソグラフィ法により開口部５１０ｘを形成できる。なお、図９〜図１１は、図１等とは上下が反転して描かれている。
【0043】
次に、図１０に示す工程では、開口部５１０ｘ内に露出するシリコン基板４１０を、溝部４１０ｘに達するまでドライエッチングにより除去する。これにより、シリコン基板４１０の平面形状がコの字型に形成される。ドライエッチングとしては、例えばＳＦ６（六フッ化硫黄）を用いた反応性イオンエッチング（DRIE：Deep Reactive Ion Etching）等を用いると好適である。
【0044】
次に、図１１に示す工程では、例えばダイシングによって、図１０に示す構造体のコの字の外側面の絶縁膜４３０Ａが形成されている部分近傍を切断する。これにより、立設部４１、外縁部４２ｒ及び４２ｑ並びに中央部４２ｖを含む基板接合部４２、絶縁膜４３を有する基板保持部４０がシリコンから形成される。
【0045】
次に、図１２に示す工程では、銅タングステン（ＣｕＷ）基板等からなる基板５０の一方の面の一端側に、接合材７０を介して、半導体レーザダイオード等である発光素子８０を実装する。基板５０の厚さは、例えば、１００〜４００μｍ程度とすることができる。接合材７０の材料としては、例えば、金錫はんだ、インジウムはんだ、銀ペースト等の導電性の材料を用いることができる。接合材７０の厚さは、例えば、５μｍ程度とすることができる。
【0046】
続いて、基板５０の基板保持部４０と接合される領域近傍に、例えば感光性接着剤を塗布し、フォトリソグラフィ法によりパターニングして接着材６０を形成する。接着材６０の厚さは、例えば、５μｍ程度とすることができる。なお、本実施の形態では、図１２に示す構造体を３個作製する。
【0047】
次に、図１３に示す工程では、基板５０の一方の面の外縁部を含む部分を、接着材６０を介して、図１１に示す工程で作製した基板保持部４０の基板接合部４２の下面４２ｔと接触させる。そして、接着材６０を加熱等により硬化させ、基板５０の一方の面の外縁部を含む部分を接着材６０を介して基板接合部４２の下面４２ｔと接合する。なお、本実施の形態では、図１３に示す構造体を３個作製する。
【0048】
次に、図１４に示す工程では、接合材３０を介して図１３に示す構造体を３個積層する。そして、接合材３０を加熱しながら、隣接する基板保持部４０の絶縁膜４３の上面と立設部４１の下面とが密着するように押厚する。そして、接合材３０を硬化させる。これにより、発光装置１０が完成する。
【0049】
このように、第１の実施の形態では、発光装置１０において、発光素子８０を搭載する発光素子搭載部２０が複数個積層されているが、発光素子８０のピッチはシリコンからなる基板保持部４０の立設部４１の高さＨで決定されている。シリコンはフォトリソグラフィ技術やエッチング技術等により極めて高精度な加工ができるため、発光素子８０を高ピッチ精度で積層できる。
【0050】
又、発光素子８０が搭載されている基板５０の厚さは、発光素子８０のピッチには寄与しないため、薄化して厚み精度が悪化しても問題とはならない。つまり、基板５０を薄化することにより、発光素子８０を狭ピッチかつ高ピッチ精度で積層できる。なお、基板５０の厚さのばらつき分は、接合材３０により吸収される。
【0051】
本実施の形態では、例えば、発光素子８０を２００μｍピッチで積層でき、ピッチのばらつきを±５μｍ程度に抑えることができる。なお、従来の発光装置では、発光素子を４００μｍピッチ程度で積層することが限界であり、ピッチのばらつきも±１０μｍ程度であった。
【0052】
〈第１の実施の形態の変形例１〉図１５は、第１の実施の形態の変形例１に係る発光装置を例示する斜視図である。図１６は、図１５のＡ部を拡大して例示する正面図である。図１５及び図１６を参照するに、発光装置１０Ａは、基板保持部４０が基板保持部４０Ａに置換された（基板接合部４２が基板接合部４２Ａに置換された）点が発光装置１０（図１及び図２参照）と相違する。
【0053】
第１の実施の形態では、基板接合部４２の内側面４２ｓ（コの字の内側の部分）が傾斜面とされていたが、図１６に示す発光装置１０Ａの基板接合部４２Ａのように、内側面４２ｓを垂直面としても構わない。
【0054】
基板接合部４２Ａの内側面４２ｓを垂直面とするには、第１の実施の形態の図５及び図６と同様の工程を実行した後、図８に示す工程（ウェットエッチング工程）に代えて、図１７に示す工程を実行する。図１７に示す工程では、シリコン基板４１０の一方の面に、開口部５２０ｘを有するレジスト層５２０を形成する。レジスト層５２０は、例えば、レジスト層５１０と同様にして形成できる。そして、開口部５２０ｘ内に露出するシリコン基板４１０の一部をドライエッチングにより除去し、溝部４１０ｙを形成する。溝部４１０ｙの内側面は垂直面となる。
【0055】
その後、第１の実施の形態の図９及び図１０と同様の工程を実行した後、図１８に示す工程では、例えばダイシングによって、図１０に相当する構造体のコの字の外側面の絶縁膜４３０Ａが形成されている部分近傍を切断する。これにより、立設部４１、外縁部４２ｒ及び４２ｑ並びに中央部４２ｖを含む基板接合部４２Ａ、絶縁膜４３を有する基板保持部４０Ａがシリコンから形成される。
【0056】
このように、基板接合部４２Ａの内側面４２ｓを垂直面としても、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。
【0057】
〈第１の実施の形態の変形例２〉図１９は、第１の実施の形態の変形例２に係る発光装置を例示する斜視図である。図１９を参照するに、発光装置１０Ｂは、基板保持部４０が基板保持部４０Ｂに置換された（立設部４１が立設部４１Ｂに置換され、基板接合部４２が基板接合部４２Ｂに置換された）点が発光装置１０（図１及び図２参照）と相違する。
【0058】
第１の実施の形態では、基板保持部４０の平面形状がコの字型であったが、第１の実施の形態の変形例２では、発光素子搭載部２０の基板保持部４０Ｂは、基板保持部４０のコの字の中央部近傍が除去された形状とされている。つまり、立設部４１Ｂと基板接合部４２Ｂからなる基板保持部４０Ｂが基板５０を挟んで互いの基板接合部４１Ｂ同士が対向するように、基板５０の両サイドに配置されている。
【0059】
基板保持部４０Ｂを作製するには、例えば、第１の実施の形態の図５に示す工程で、平面視において、シリコン基板４１０の一方の面の各辺のうち対向する辺から所定幅の範囲内にレジスト層５００を形成する。そして、第１の実施の形態の図６に示す工程で、開口部５００ｘ内に露出する絶縁膜４３０をウェットエッチングにより除去し、その後、レジスト層５００を除去して、絶縁膜４３０Ａを形成する。絶縁膜４３０Ａは、シリコン基板４１０の一方の面の各辺のうち対向する辺から所定幅の範囲内に形成される。その後、絶縁膜４３０Ａをマスクとして第１の実施の形態の図７〜図１１と同様の工程を行えばよい。
【0060】
このように、平面形状が矩形状の一対の基板保持部４０Ｂを基板５０の両サイドに配置しても、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。なお、第１の実施の形態の変形例１と同様に、基板接合部４２Ｂの内側面を垂直面としても構わない。
【0061】
〈第２の実施の形態〉第２の実施の形態では、一方の面に発光素子が実装された複数の導電性の基板を１つの基板保持部で保持して所定ピッチで積層する例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。
【0062】
図２０は、第２の実施の形態に係る発光装置を例示する斜視図である。図２１は、図２０のＡ部を拡大して例示する正面図である。図２０及び図２１を参照するに、発光装置１０Ｃは、基板保持部４０が基板保持部４０Ｃに置換された点が発光装置１０（図１及び図２参照）と相違する。
【0063】
第１の実施の形態では、基板保持部４０が基板５０と平行な方向に設けられていたが、第２の実施の形態では、基板保持部４０Ｃが基板５０と垂直な方向に設けられている。
【0064】
基板保持部４０Ｃは、複数の細長状（スリット状）の貫通孔４２ｘが基板５０の積層方向に所定ピッチで並設されたシリコンからなる板状部材である。貫通孔４２ｘは、基板５０を挿入可能な大きさに形成されている。それぞれの基板５０は、それぞれの貫通孔４２ｘに挿入されて、接着材６０を介して貫通孔４２ｘの内壁面に接合されている。
【0065】
それぞれの基板５０と基板保持部４０Ｃとは絶縁する必要がある。例えば、図２１に示すように、それぞれの貫通孔４２ｘの内壁面を含む基板保持部４０Ｃの表面に、ＳｉＯ２等の絶縁膜を形成すればよい。又、基板保持部４０Ｃとしてシリコンに代えて絶縁性の材料であるセラッミクを用いてもよい。基板保持部４０Ｃとしてセラッミクを用いた場合には、例えば、超音波加工法により貫通孔４２ｘを形成できる。
【0066】
基板保持部４０Ｃの材料として、銅タングステン（ＣｕＷ）基板である基板５０と熱伝導率がより近いセラミック材料を用いることにより、放熱性を向上できる。なお、銅タングステン（ＣｕＷ）基板の熱伝導率は略１６０Ｗ／ｍ・Ｋ、シリコン（Ｓｉ）の熱伝導率は略１４９Ｗ／ｍ・Ｋ、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）の熱伝導率は略１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下である。又、セラミック材料である窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の熱伝導率は略１５０Ｗ／ｍ・Ｋである。
【0067】
そこで、基板保持部４０Ｃの材料として、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用いることにより、基板保持部４０Ｃの材料としてシリコン（Ｓｉ）を用いて表面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を形成した場合よりも放熱性を向上できる。
【0068】
このように、複数の細長状（スリット状）の貫通孔４２ｘが基板５０の積層方向に所定ピッチで並設された基板保持部４０Ｃを用いても、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。
【0069】
〈第３の実施の形態〉第３の実施の形態では、一方の面に発光素子が実装された複数の導電性の基板を１つの基板保持部で保持して所定ピッチで積層する他の例を示す。なお、第３の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。
【0070】
図２２は、第３の実施の形態に係る発光装置を例示する斜視図である。図２３は、図２２のＢ部に対応する部分断面図であり、ＹＺ平面に平行な断面を示している。なお、図２２では、図２３に示す絶縁膜４３の図示は省略されている。
【0071】
図２２及び図２３を参照するに、発光装置１０Ｄは、基板保持部４０が基板保持部４０Ｄに置換された点が発光装置１０（図１及び図２参照）と相違する。基板保持部４０Ｄは、シリコンからなる部材である。基板保持部４０Ｄの所定の面（発光側の面）には、複数の細長状（スリット状）の溝４２ｙが基板５０の積層方向に所定ピッチで並設されている。各々の溝４２ｙの両サイドは、基板保持部４０Ｄの所定の面（発光側の面）に垂直な側面に開口されている。溝４２ｙの内壁面を含む基板保持部４０Ｄの表面には絶縁膜４３（ＳｉＯ２等）が形成されている。
【0072】
又、溝４２ｙの内壁面には、絶縁膜４３を介して、第１金属層７５が形成されている。第１金属層７５は、図２３に示すように、例えば、溝４２ｙの内壁面に絶縁膜４３を介して形成された金属層７５ａ、金属層７５ａを被覆する金属層７５ｂ、及び金属層７５ｂを被覆する金属層７５ｃにより構成できる。
【0073】
金属層７５ａとしては、例えば、チタン（Ｔｉ）やタングステン（Ｗ）等のシリコンとの密着性の良い金属材料を用いることができる。金属層７５ａの厚さは、例えば、０．０５μｍ程度とすることができる。金属層７５ｂとしては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）等の金属材料を用いることができる。金属層７５ｂの厚さは、例えば、３μｍ程度とすることができる。
【0074】
金属層７５ｃとしては、例えば、錫（Ｓｎ）、錫銀（Ｓｎ−Ａｇ）、錫金（Ｓｎ−Ａｕ）等のはんだ材料を用いることができる。金属層７５ｃの厚さは、例えば、１０μｍ程度とすることができる。なお、金属層７５ｂは、金属層７５ｃを構成するはんだ材料が金属層７５ａ側に拡散することを防止する機能を有する。
【0075】
溝４２ｙは基板５０を挿入可能な大きさに形成されており、各々の基板５０の一部（発光素子８０が実装されていない部分）が溝４２ｙに挿入されている。基板５０を溝４２ｙに挿入し、金属層７５ｃを構成するはんだ材料が溶融後硬化することにより、第１金属層７５と導電性の基板５０とが導通すると共に、基板５０の一部（発光素子８０が実装されていない部分）が溝４２ｙの内壁に接合される。
【0076】
基板保持部４０Ｄの所定の面の一端側及び他端側（溝４２ｙが並設されている領域のＹ方向の両外側）には、各々第２金属層７６及び第３金属層７７が形成されている。第２金属層７６は、所定の面の一端側に最も近い溝４２ｙに形成された第１金属層７５の端面と接して導通している。第３金属層７７は、所定の面の他端側に最も近い溝４２ｙに形成された第１金属層７５の端面と接して導通している。
【0077】
第２金属層７６と第３金属層７７との間には、各溝４２ｙの第１金属層７５及び基板５０を介して、複数の発光素子８０が直列に接続されている。第２金属層７６及び第３金属層７７の材料としては、例えば、金（Ａｕ）等を用いることができる。但し、第２金属層７６及び第３金属層７７を第１金属層７５と同一の層構成とし、第１金属層７５と一体に形成してもよい。
【0078】
このように、各発光素子８０は第１金属層７５及び基板５０を介して直列に接続されている。そのため、第２金属層７６及び第３金属層７７の何れか一方を入力端子、他方を出力端子とし、入力端子から出力端子に電流を流すことにより、各発光素子８０を同時に発光させることができる。
【0079】
なお、本実施の形態では、基板５０の幅（Ｘ方向）と発光素子８０の幅（Ｘ方向）を略同一としているが、第１の実施の形態のように、基板５０の幅（Ｘ方向）を発光素子８０の幅（Ｘ方向）よりも広くしても構わない。
【0080】
又、図２４に示すように、発光装置１０Ｄの基板保持部４０Ｄの裏面（所定の面とは反対側の面）を接合材１１０（第３接合材）を介して配線基板１００の一方の面に接合した構造としてもよい。接合材１１０としては、例えば、インジウムはんだ等を用いることができるが、エポキシ系樹脂やシリコーン系樹脂等の絶縁性の接着材を用いてもよい。
【0081】
図２４において、基板保持部４０Ｄの所定の面の一端側及び他端側に形成された第２金属層７６及び第３金属層７７は、各々ボンディングワイヤ等の金属線１５０（銅線や金線等）を介して、配線基板１００の図示しない配線と電気的に接続されている。但し、第３金属層７７と配線基板１００の図示しない配線とを電気的に接続する金属線１５０は、図示されていない。なお、図３と同様に、各発光素子８０の各出射光Ｌの光路上に、それぞれレンズ１２０を配置してもよい。
【0082】
発光装置１０Ｄを作製するには、例えば、図２５（ａ）に示すように、図９と同様にして、シリコン基板の所定の面（図２５では上面）に溝４２ｙを形成する部分を露出する開口部５３０ｘを有するレジスト層５３０を形成する。そして、開口部５３０ｘ内に露出するシリコン基板の一部をドライエッチングにより除去し、所定の面の開口部５３０ｘに対応する位置に溝４２ｙが形成された基板保持部４０Ｄを作製する。ドライエッチングとしては、例えばＳＦ６（六フッ化硫黄）を用いた反応性イオンエッチング（DRIE：Deep Reactive Ion Etching）等を用いると好適である。
【0084】
次に、図２５（ｃ）に示すように、溝４２ｙの内壁面に、絶縁膜４３を介して、第１金属層７５を形成する。具体的には、例えば、スパッタ法や蒸着法、めっき法等により、溝４２ｙの内壁面に形成された絶縁膜４３上に、金属層７５ａ、金属層７５ｂ、及び金属層７５ｃ（何れも図２５（ｃ）では図示せず）を順次積層する。金属層７５ａ、金属層７５ｂ、及び金属層７５ｃの材料等は、前述の通りである。
【0085】
次に、図２５（ｄ）に示す工程では、基板保持部４０Ｄの所定の面の一端側及び他端側（溝４２ｙが並設されている領域のＹ方向の両外側）に、各々第２金属層７６及び第３金属層７７を形成する。第２金属層７６及び第３金属層７７は、例えば、基板保持部４０Ｄの所定の面の一端側及び他端側に、無電解金（Ａｕ）めっきを施すことにより形成できる。但し、第２金属層７６及び第３金属層７７を第１金属層７５と同一の層構成とし、図２５（ｃ）に示す工程において、第１金属層７５と一体に形成してもよい。
【0086】
その後、図１２に示す工程と同様にして、基板５０の一方の面の一端側に接合材７０を介して発光素子８０を実装し、更に発光素子８０上に接合材３０を形成した部材を複数組（図２２の例では４組）準備する。又、発光素子８０が実装されていない基板５０単体を１枚準備する。そして、各基板５０を溝４２ｙに挿入して金属層７５ｃにより接合すると共に、隣接する基板５０と発光素子８０とを接合材３０を介して接合する。これにより、発光装置１０Ｄが完成する。
【0087】
或いは、予め４組の上記部材の隣接する基板５０と発光素子８０とを接合材３０を介して接合し、更に、基板５０が接合されていない側に接合材３０を介して基板５０単体を接合する。その後、各基板５０を溝４２ｙに同時に挿入して金属層７５ｃにより接合してもよい。
【0088】
なお、基板保持部４０Ｄとしてシリコンに代えて第２の実施の形態と同様のセラッミクを用いてもよい。基板保持部４０Ｄとしてセラッミクを用いた場合には、例えば、ダイシングにより溝４２ｙを形成できる。なお、セラッミクは絶縁材料であるため、絶縁膜４３の形成は不要である。
【0089】
このように、複数の細長状（スリット状）の溝４２ｙが基板５０の積層方向に所定ピッチで並設された基板保持部４０Ｄを用いても、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。
【0090】
又、図２４の形態において、各発光素子８０の発する熱は、各基板５０及び基板保持部４０Ｄを介して配線基板１００に伝達され、配線基板１００から放熱される。この際、各基板５０は第１金属層７５を介して溝４２ｙの内壁面全面と接しており、各基板５０から基板保持部４０Ｄに効率よく熱が伝達されるため、発光装置１０Ｄ全体の放熱効率を向上できる。
【0091】
以上、好ましい実施の形態及びその変形例について詳説したが、上述した実施の形態及びその変形例に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態及びその変形例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【0092】
例えば、各実施の形態において、シリコンに代えて、セラミック又はガラスからなる基板保持部を用いても、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。なお、セラミック又はガラスは、マイクロブラストやレーザにより加工できる。
【0093】
又、第３の実施の形態において、溝４２ｙの両サイドは開口されているが、溝４２ｙは基板挿入側のみに開口し両サイドが塞がれた形態であっても構わない。
【符号の説明】
【0094】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ 発光装置２０ 発光素子搭載部
３０ 接合材
４０、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ 基板保持部
４１、４１Ｂ 立設部
４２、４２Ａ、４２Ｂ 基板接合部
４２ｒ、４２ｑ 外縁部
４２ｓ 内側面
４２ｔ 下面
４２ｖ 中央部
４２ｘ 貫通孔
４２ｙ 溝
４３、４３０、４３０Ａ 絶縁膜
５０ 基板
５０ａ 発光素子搭載領域
５０ｂ 突出部
６０ 接着材
７０ 接合材
７５ 第１金属層
７５ａ、７５ｂ、７５ｃ 金属層
７６ 第２金属層
７７ 第３金属層
８０ 発光素子
８１ Ｐ型半導体
８２ Ｎ型半導体
１００ 配線基板
１１０ 接合材
１２０ レンズ
１５０ 金属線
４１０ シリコン基板
４１０ｘ、４１０ｙ 溝部
５００、５１０、５２０、５３０ レジスト
５００ｘ、５１０ｘ、５２０ｘ、５３０ｘ 開口部
Ｈ 高さ
Ｉ 電流
Ｌ 出射光