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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023144878
(43)【公開日】2023-10-11
(54)【発明の名称】光源装置および光源装置の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01S 5/02208 20210101AFI20231003BHJP
H01S 5/024 20060101ALI20231003BHJP
H01L 23/02 20060101ALI20231003BHJP
H01L 23/36 20060101ALI20231003BHJP
【ＦＩ】
H01S5/02208
H01S5/024
H01L23/02 F
H01L23/36 D
H01L23/36 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】17
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022052066
(22)【出願日】2022-03-28
(71)【出願人】
【識別番号】000226057
【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100101683
【弁理士】
【氏名又は名称】奥田 誠司
(74)【代理人】
【識別番号】100155000
【弁理士】
【氏名又は名称】喜多 修市
(74)【代理人】
【識別番号】100125922
【弁理士】
【氏名又は名称】三宅 章子
(74)【代理人】
【識別番号】100184985
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 悠
(74)【代理人】
【識別番号】100202197
【弁理士】
【氏名又は名称】村瀬 成康
(74)【代理人】
【識別番号】100218981
【弁理士】
【氏名又は名称】武田 寛之
(72)【発明者】
【氏名】宮田 忠明
【テーマコード（参考）】
5F136
5F173
【Ｆターム（参考）】
5F136BA30
5F136BB01
5F136BC01
5F136BC07
5F136DA34
5F136FA82
5F173MA08
5F173MC12
5F173MC30
5F173MD07
5F173MD23
5F173MD58
5F173MD59
5F173MD64
5F173ME02
5F173ME12
5F173ME14
5F173ME22
5F173ME47
5F173ME48
5F173ME55
5F173ME56
5F173ME57
5F173ME63
5F173ME65
5F173ME90
(57)【要約】
【課題】レーザダイオードが収容されるパッケージ内の空間を気密封止するための封止構造を提供する。
【解決手段】光源装置は、支持面を有する基板と、基板の上に設けられ、第１上面と、内壁面と、を有し、内壁面によって空間を規定している側壁部と、空間内に位置する１つ以上のレーザダイオードと、レーザダイオードの上面が接続される第１実装面、および、第１実装面の反対側に位置する第２上面を有する第１サブマウントと、第１上面および第２上面に接合され、空間を封止する封止部材と、第１サブマウントの上方に位置する放熱ブロックと、第１サブマウントと放熱ブロックとの間に位置する熱伝導部材とを備える。支持面から第１上面までの高さと、支持面から第２上面までの高さとが異なっている。熱伝導部材は、第１サブマウントと放熱ブロックとに熱的に接触し、放熱ブロックは、封止部材を介して側壁部の第１上面に接合される。
【選択図】図１
【解決手段】光源装置は、支持面を有する基板と、基板の上に設けられ、第１上面と、内壁面と、を有し、内壁面によって空間を規定している側壁部と、空間内に位置する１つ以上のレーザダイオードと、レーザダイオードの上面が接続される第１実装面、および、第１実装面の反対側に位置する第２上面を有する第１サブマウントと、第１上面および第２上面に接合され、空間を封止する封止部材と、第１サブマウントの上方に位置する放熱ブロックと、第１サブマウントと放熱ブロックとの間に位置する熱伝導部材とを備える。支持面から第１上面までの高さと、支持面から第２上面までの高さとが異なっている。熱伝導部材は、第１サブマウントと放熱ブロックとに熱的に接触し、放熱ブロックは、封止部材を介して側壁部の第１上面に接合される。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
支持面を有する基板と、
前記基板の上に設けられ、第１上面と、内壁面と、を有し、前記内壁面によって空間を規定している側壁部と、
前記空間内に位置する１つ以上のレーザダイオードと、
前記レーザダイオードの上面が接続される第１実装面、および、前記第１実装面の反対側に位置する第２上面を有する第１サブマウントと、
前記第１上面および前記第２上面に接合され、前記空間を封止する封止部材と、
前記第１サブマウントの上方に位置する放熱ブロックと、
前記第１サブマウントと前記放熱ブロックとの間に位置する熱伝導部材と、
を備え、
前記支持面から前記第１上面までの高さと、前記支持面から前記第２上面までの高さとが異なっており、
前記熱伝導部材は、前記第１サブマウントと前記放熱ブロックとに熱的に接触し、
前記放熱ブロックは、前記封止部材を介して前記側壁部の前記第１上面に接合される、光源装置。
前記基板の上に設けられ、第１上面と、内壁面と、を有し、前記内壁面によって空間を規定している側壁部と、
前記空間内に位置する１つ以上のレーザダイオードと、
前記レーザダイオードの上面が接続される第１実装面、および、前記第１実装面の反対側に位置する第２上面を有する第１サブマウントと、
前記第１上面および前記第２上面に接合され、前記空間を封止する封止部材と、
前記第１サブマウントの上方に位置する放熱ブロックと、
前記第１サブマウントと前記放熱ブロックとの間に位置する熱伝導部材と、
を備え、
前記支持面から前記第１上面までの高さと、前記支持面から前記第２上面までの高さとが異なっており、
前記熱伝導部材は、前記第１サブマウントと前記放熱ブロックとに熱的に接触し、
前記放熱ブロックは、前記封止部材を介して前記側壁部の前記第１上面に接合される、光源装置。
【請求項2】
前記熱伝導部材は、１０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する、請求項１に記載の光源装置。
【請求項3】
前記放熱ブロックは、無機材料から形成された接合部材を介して前記封止部材に接合され、前記側壁部の前記第１上面は、前記接合部材を介して前記封止部材に接合される、請求項１または２に記載の光源装置。
【請求項4】
前記放熱ブロックと前記封止部材との間に位置する前記接合部材は、前記第１サブマウントと前記放熱ブロックとの間の、前記熱伝導部材が位置する空間を外部と繋ぐ開口部を有する、請求項３に記載の光源装置。
【請求項5】
前記レーザダイオードは、前記側壁部の前記内壁面に対向し、レーザ光が出射される発光領域が位置する光出射面と、前記光出射面と反対側に位置する背面とを有し、
前記開口部は、前記レーザダイオードの前記背面が位置する側の、前記放熱ブロックと前記封止部材との間に設けられている、請求項４に記載の光源装置。
前記開口部は、前記レーザダイオードの前記背面が位置する側の、前記放熱ブロックと前記封止部材との間に設けられている、請求項４に記載の光源装置。
【請求項6】
前記支持面の法線方向から見る上面視において、前記側壁部の前記第１上面の外形は矩形環状であり、
前記放熱ブロックは、前記外形が有する４辺のうちの少なくとも２辺によって支持される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光源装置。
前記放熱ブロックは、前記外形が有する４辺のうちの少なくとも２辺によって支持される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項7】
前記接合部材の硬度は、前記熱伝導部材の硬度よりも高い、請求項３乃至５のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項8】
前記封止部材は金属箔である、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項9】
前記金属箔は、前記第２上面に接合された第１部分と、前記第１上面に接合された第２部分と、前記第１部分と前記第２部分とを連結する連結部と、前記第１部分と前記連結部との境界に位置する第１変形部と、前記第２部分と前記連結部との境界に位置する第２変形部と、を含む、請求項８に記載の光源装置。
【請求項10】
前記熱伝導部材と前記第１サブマウントとの間に、前記第１部分の少なくとも一部が位置している、請求項９に記載の光源装置。
【請求項11】
前記支持面から前記第２上面までの高さは、前記支持面から前記第１上面までの高さよりも小さい、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項12】
前記支持面の法線方向から見る上面視において、前記第１変形部は、前記第１サブマウントの外縁よりも内側に位置している、請求項９または１０に記載の光源装置。
【請求項13】
前記支持面から前記第２上面までの高さは、前記支持面から前記第１上面までの高さよりも大きく、
前記放熱ブロックは、前記熱伝導部材、および前記第１サブマウントの少なくとも一部を収容する凹部を有する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光源装置。
前記放熱ブロックは、前記熱伝導部材、および前記第１サブマウントの少なくとも一部を収容する凹部を有する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項14】
前記支持面の法線方向から見る上面視において、前記熱伝導部材の外縁の少なくとも一部は、前記第１サブマウントの外縁よりも外側に位置している、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項15】
前記支持面に接合される下面、および、前記下面の反対側に位置し、前記レーザダイオードが配置される第２実装面を有する第２サブマウントをさらに備え、
前記レーザダイオードは、前記第２サブマウントを介して前記支持面に接合されている、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の光源装置。
前記レーザダイオードは、前記第２サブマウントを介して前記支持面に接合されている、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項16】
サブマウント、および前記サブマウントに接合されたレーザダイオードを有する光源部を基板の支持面に接合する工程と、
前記光源部を囲む側壁部を前記支持面に接合する工程と、
封止部材を、前記サブマウントと、前記側壁部とに接合し、前記基板と前記側壁部とによって規定される空間内に前記光源部を封止する工程と、
前記光源部の上側に位置する前記サブマウントの上方に熱伝導部材を配置する工程と、
前記熱伝導部材を変形させて、放熱ブロックを前記封止部材を介して前記側壁部に接合し、前記放熱ブロックと前記熱伝導部材とを熱的に接触させる工程と、
を含む光源装置の製造方法。
前記光源部を囲む側壁部を前記支持面に接合する工程と、
封止部材を、前記サブマウントと、前記側壁部とに接合し、前記基板と前記側壁部とによって規定される空間内に前記光源部を封止する工程と、
前記光源部の上側に位置する前記サブマウントの上方に熱伝導部材を配置する工程と、
前記熱伝導部材を変形させて、放熱ブロックを前記封止部材を介して前記側壁部に接合し、前記放熱ブロックと前記熱伝導部材とを熱的に接触させる工程と、
を含む光源装置の製造方法。
【請求項17】
前記熱伝導部材を硬化させる工程をさらに含み、
前記熱伝導部材の硬化後の硬度は、硬化前の硬度よりも高い、請求項１６に記載の光源装置の製造方法。
前記熱伝導部材の硬化後の硬度は、硬化前の硬度よりも高い、請求項１６に記載の光源装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、光源装置および光源装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
レーザダイオードが収容されるパッケージ内の空間を封止する封止構造を備える発光装置が開発されている。特許文献１は、上部基板と、上部基板に対向する下部基板と、レーザダイオードを支持するサブマウントと、波長変換体とを備える発光装置を開示している。この発光装置において、レーザダイオードは、サブマウントを接合する下部基板と、上部基板との間に配置される。波長変換体によってレーザダイオードを封止する空間が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１６－１６７４９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本開示の実施形態は、レーザダイオードが収容されるパッケージ内の空間を気密封止するための新たな封止構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の光源装置は、非限定的で例示的な実施形態において、支持面を有する基板と、前記基板の上に設けられ、第１上面と、内壁面と、を有し、前記内壁面によって空間を規定している側壁部と、前記空間内に位置する１つ以上のレーザダイオードと、前記レーザダイオードの上面が接続される第１実装面、および、前記第１実装面の反対側に位置する第２上面を有する第１サブマウントと、前記第１上面および前記第２上面に接合され、前記空間を封止する封止部材と、前記第１サブマウントの上方に位置する放熱ブロックと、前記第１サブマウントと前記放熱ブロックとの間に位置する熱伝導部材と、を備え、前記支持面から前記第１上面までの高さと、前記支持面から前記第２上面までの高さとが異なっており、前記熱伝導部材は、前記第１サブマウントと前記放熱ブロックとに熱的に接触し、前記放熱ブロックは、前記封止部材を介して前記側壁部の前記第１上面に接合される。
【0006】
本開示の光源装置の製造方法は、非限定的で例示的な実施形態において、サブマウント、および前記サブマウントに接合されたレーザダイオードを有する光源部を基板の支持面に接合する工程と、前記光源部を囲む側壁部を前記支持面に接合する工程と、封止部材を、前記サブマウントと、前記側壁部とに接合し、前記基板と前記側壁部とによって規定される空間内に前記光源部を封止する工程と、前記光源部の上方に位置する前記サブマウントの上方に熱伝導部材を配置する工程と、前記熱伝導部材を変形させて、放熱ブロックを前記封止部材を介して前記側壁部に接合し、前記放熱ブロックと前記熱伝導部材とを熱的に接触させる工程と、を含む。
【発明の効果】
【0007】
本開示の例示的な実施形態によれば、レーザダイオードが収容されるパッケージ内の空間を気密封止するための新たな封止構造が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を詳細に説明する。以下の実施形態は、例示であり、本開示による光源装置は、以下の実施形態に限られない。例えば、以下の実施形態で示される数値、形状、材料、ステップ、そのステップの順序等は、あくまでも一例であり、技術的に矛盾が生じない限りにおいて種々の改変が可能である。また、以下に説明する様々な態様は、あくまでも例示であり、技術的に矛盾が生じない限りにおいて種々の組み合わせが可能である。
【0010】
図面が示す構成要素の寸法、形状等は、わかり易さのために誇張されている場合があり、実際の光源装置における寸法、形状および構成要素間の大小関係を反映していない場合がある。また、図面が過度に複雑になることを避けるために、一部の要素の図示を省略することがある。
【0011】
以下の説明において、実質的に同じ機能を有する構成要素は共通の参照符号で示し、説明を省略することがある。特定の方向または位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」およびそれらの用語を含む別の用語）を用いる場合がある。しかしながら、それらの用語は、参照した図面における相対的な方向または位置をわかり易さのために用いているに過ぎない。参照した図面における「上」、「下」等の用語による相対的な方向または位置の関係が同一であれば、本開示以外の図面、実際の製品、製造装置等において、参照した図面と同一の配置でなくてもよい。
【0012】
本明細書または特許請求の範囲において、三角形、四角形などの多角形は、数学的に厳密な意味の多角形に限定されず、多角形の隅に角丸め、面取り、角取り、丸取り等の加工が施された形状も含む。また、多角形の隅（辺の端）に限らず、辺の中間部分に加工が施された形状も同様に多角形と呼ぶ。つまり、多角形をベースに残しつつ、部分的な加工が施された形状は、“多角形”に含まれる。
【0013】
本明細書または特許請求の範囲において、ある名称によって特定される要素が複数あり、それぞれの要素を区別して表現する場合に、要素のそれぞれの頭に“第１”、“第２”などの序数詞を付記することがある。これらの序数詞は、付加する対象を区別するためのラベルに過ぎない。これらの個数や、順序、順番などに特別の意味はない。例えば、特許請求の範囲に記載された請求項１において、“第１サブマウント”の用語が使用され、“第２サブマウント”の用語が使用されていない場合、請求項１に係る発明は、１個のサブマウントを備えていればよく、そのサブマウントは、明細書中の“第１サブマウント”に限定されず、“第２サブマウント”であり得る。
【0014】
本開示の実施形態に係る光源装置は、支持面を有する基板と、基板の上に設けられ、内壁面によって空間を規定している側壁部と、空間内に位置する１つ以上のレーザダイオードと、レーザダイオードの上面が接続される第１実装面、および、第１実装面の反対側に位置する第２上面を有する第１サブマウントと、側壁部の第１上面および第１サブマウントの第２上面に接合され、空間を封止する封止部材と、第１サブマウントの上方に位置する放熱ブロックと、第１サブマウントと放熱ブロックとの間に位置する熱伝導部材とを備える。ここで、支持面から第１上面までの高さと、支持面から第２上面までの高さとが異なっている。封止部材は、レーザダイオードを収容する空間を気密封止するパッケージのキャップとして機能する。封止部材の例は、金属箔である。封止部材に金属箔を用いることで、第１上面と第２上面との高低差を吸収することが容易になる。また、熱伝導部材は、第１サブマウントと放熱ブロックとに熱的に接触している。熱伝導部材によって、レーザダイオードから発せられる熱を放熱ブロックによって外部に効率的に逃がすことが可能となる。さらに、放熱ブロックは、封止部材を介して側壁部の第１上面に接合される。側壁部によって放熱ブロックを支持することにより、放熱ブロックを保持する機械的強度が確保され得る。
【0015】
（第１実施形態）
図１から図１８を参照して、本開示の第１実施形態に係る光源装置の構成例を説明する。図面には、参考のために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸が示されている。以降、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の方向を、それぞれ、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向と記載する。Ｚ方向は、レーザダイオードから光が出射される方向である。また、Ｙ方向は、基板の支持面に垂直な方向である。以下の説明において、「上面視」という用語は、基板の支持面の法線方向、つまりＹ方向から見る上面視を意味する。
図１から図１８を参照して、本開示の第１実施形態に係る光源装置の構成例を説明する。図面には、参考のために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸が示されている。以降、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の方向を、それぞれ、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向と記載する。Ｚ方向は、レーザダイオードから光が出射される方向である。また、Ｙ方向は、基板の支持面に垂直な方向である。以下の説明において、「上面視」という用語は、基板の支持面の法線方向、つまりＹ方向から見る上面視を意味する。
【0016】
図１は、光源装置１００のＹＺ平面に平行な断面図である。図１に示す断面は、レーザダイオード３０および導電部材４０の断面を含む。レーザダイオード３０の光出射面３０ＥからＺ方向に出射されるレーザ光Ｌが破線で示されている。図２は、光源装置１００のＸＹ平面に平行な断面図である。図２に示される断面は、レーザダイオード３０の光出射面３０Ｅを含む。図３は、上面視における光源装置１００の平面図である。
【0017】
図１および図２に例示する光源装置１００は、基板１０と、第１サブマウント２０と、第２サブマウント２５と、レーザダイオード３０と、導電部材４０と、封止部材５０と、放熱ブロック６０と、熱伝導部材７０とを備える。光源装置１００は、１個のレーザダイオード３０を備える。ただし、後述するように、本開示の実施形態に係る光源装置は複数のレーザダイオード３０を備え得る。製品仕様または要求仕様に応じて、光源装置１００は、ツェナーダイオードに代表される保護素子および／またはサーミスタのような内部温度を測定するための温度センサを備え得る。さらに、光源装置１００は、レーザダイオード３０から出射されるレーザ光Ｌの強度をモニタするための、フォトダイオードのような受光素子を備え得る。
【0018】
図３に例示するように、基板１０の支持面１０Ａの法線方向、つまり、上面視において、光源装置１００の形状は四角形である。ただし光源装置の形状は、これに限定されない。例えば、光源装置１００のＸ方向におけるサイズは１．０ｍｍ～３０．０ｍｍ程度であり、Ｚ方向におけるサイズは１．０ｍｍ～１０．０ｍｍ程度である。Ｙ方向における光源装置１００の厚さは１．０ｍｍ～１０．０ｍｍ程度であり得る。
【0019】
（基板１０）
光源装置１００における基板１０は板状の部材である。基板１０は、レーザダイオード３０を直接または間接的に支持する支持面１０Ａ、および、支持面１０Ａと反対側に位置する下面１０Ｂを有する。基板１０の支持面１０Ａに、側壁部１５、第２サブマウント２５などの他の部材との接合のために金などの金属膜が形成され得る。基板１０は、セラミック、金属、樹脂などを主材料として形成することができる。例えば、セラミックを用いる場合には、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、ケイ素、炭化ケイ素を基板の主材料に用いることができる。金属を用いる場合には、銅、アルミニウム、鉄、複合物として銅モリブデン、銅－ダイヤモンド複合材料、銅タングステンなどを基板の主材料に用いることができる。ただし、金属を用いる場合は、導体配線層を基板に設けるために、支持面１０Ａおよび下面１０Ｂに絶縁処理が必要となる。また、レーザダイオード３０の直下を金属で形成し、それ以外の場所をセラミックで形成してもよい。
光源装置１００における基板１０は板状の部材である。基板１０は、レーザダイオード３０を直接または間接的に支持する支持面１０Ａ、および、支持面１０Ａと反対側に位置する下面１０Ｂを有する。基板１０の支持面１０Ａに、側壁部１５、第２サブマウント２５などの他の部材との接合のために金などの金属膜が形成され得る。基板１０は、セラミック、金属、樹脂などを主材料として形成することができる。例えば、セラミックを用いる場合には、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、ケイ素、炭化ケイ素を基板の主材料に用いることができる。金属を用いる場合には、銅、アルミニウム、鉄、複合物として銅モリブデン、銅－ダイヤモンド複合材料、銅タングステンなどを基板の主材料に用いることができる。ただし、金属を用いる場合は、導体配線層を基板に設けるために、支持面１０Ａおよび下面１０Ｂに絶縁処理が必要となる。また、レーザダイオード３０の直下を金属で形成し、それ以外の場所をセラミックで形成してもよい。
【0020】
基板１０は、レーザダイオード３０に電気的に接続される導体配線層および外部接続電極を有する。導体配線層および外部接続電極は、タングステン、モリブデン、ニッケル、金、銀、白金、チタン、銅、アルミニウム、またはルテニウムなどの金属材料から形成され得る。基板１０の支持面１０Ａおよび基板１０の内部のそれぞれに導体配線層が設けられ、基板１０の下面１０Ｂに外部接続電極１１および外部接続電極１２が設けられ得る。支持面１０Ａに設けられた導体配線層と、下面１０Ｂに設けられた外部接続電極１１および外部接続電極１２とは、基板１０に設けられた導体配線層およびビアホールを介して電気的に接続されている。
【0021】
外部接続電極１１は、レーザダイオード３０が有するｐ側電極面またはｎ側電極面の一方に電気的に接続される。外部接続電極１２は、レーザダイオード３０が有するｐ側電極面またはｎ側電極面の他方に電気的に接続される。例えば、レーザダイオード３０を駆動するための外部電源または外部の駆動回路を、外部接続電極１１および外部接続電極１２を介してレーザダイオード３０に電気的に接続することが可能である。外部接続電極１１および外部接続電極１２は、図１に例示するように下面１０Ｂに設けられる必要はなく、例えば支持面１０Ａに設けられていてもよい。
【0022】
図４は、外部接続電極１１および外部接続電極１２が支持面１０Ａに設けられた光源装置１０１のＸＹ平面に平行な断面図である。外部接続電極１１および／または外部接続電極１２は、支持面１０Ａに設けることができる。図４に例示するように、上面視における基板１０のサイズを側壁部１５のサイズよりも大きくし、外部接続電極１１および外部接続電極１２を支持面１０Ａにおける側壁部１５の外側の領域に設けてもよい。
【0023】
（側壁部１５）
側壁部１５は、レーザダイオード３０を囲うように設けられ、支持面１０Ａに接合されている。側壁部１５は、Ｙ方向に延びる部材である。側壁部１５は、第１上面１５Ａ、下面１５Ｂおよび内壁面１５Ｃを有する。内壁面１５Ｃは、レーザダイオード３０を囲い、レーザダイオード３０が収容される空間Ｖ１を規定する。側壁部１５の下面１５Ｂが基板１０の支持面１０Ａに接合されている。接合は、無機材料または有機材料から形成される接合部材を介して実現され得る。接合は、例えば、焼結、ろう付け、はんだ付け、超音波、抵抗溶接、またはレーザ溶接によってなされる。接合部材の材料は、例えば、金錫、はんだ合金などの金属、金ペースト、銀ペーストなどの、金属粒子を含む金属ペースト、または金属箔を用いることができる。金属ペーストは、有機バインダとその中に分散される複数の金属粒子とを有する。金属ペースト中の有機バインダは加熱中に揮発し、硬化熱処理後に硬化した残りの複数の金属粒子が接合部材を形成する。ただし、青色または緑色の光を発するレーザダイオードを用いる場合、レーザ光による集塵の影響を考慮すると有機材料の使用は避けることが好ましい。
側壁部１５は、レーザダイオード３０を囲うように設けられ、支持面１０Ａに接合されている。側壁部１５は、Ｙ方向に延びる部材である。側壁部１５は、第１上面１５Ａ、下面１５Ｂおよび内壁面１５Ｃを有する。内壁面１５Ｃは、レーザダイオード３０を囲い、レーザダイオード３０が収容される空間Ｖ１を規定する。側壁部１５の下面１５Ｂが基板１０の支持面１０Ａに接合されている。接合は、無機材料または有機材料から形成される接合部材を介して実現され得る。接合は、例えば、焼結、ろう付け、はんだ付け、超音波、抵抗溶接、またはレーザ溶接によってなされる。接合部材の材料は、例えば、金錫、はんだ合金などの金属、金ペースト、銀ペーストなどの、金属粒子を含む金属ペースト、または金属箔を用いることができる。金属ペーストは、有機バインダとその中に分散される複数の金属粒子とを有する。金属ペースト中の有機バインダは加熱中に揮発し、硬化熱処理後に硬化した残りの複数の金属粒子が接合部材を形成する。ただし、青色または緑色の光を発するレーザダイオードを用いる場合、レーザ光による集塵の影響を考慮すると有機材料の使用は避けることが好ましい。
【0024】
側壁部１５は、支持面１０Ａにおいて、レーザダイオード３０から出射されるレーザ光Ｌを横切る位置に配置されており、レーザ光Ｌを透過する部分を含む。側壁部１５のうちの少なくともレーザ光Ｌが透過する当該部分は、アルカリガラス、無アルカリガラス、サファイア、蛍光体を含有するガラス、セラミックなどの材料から形成され得る。「アルカリガラス」は、Ｎａ＋、Ｋａ＋、Ｌｉ＋などのアルカリ金属元素の可動イオンを含有するケイ酸化合物ガラスである。アルカリ酸化物の濃度が０．１質量％以下であるケイ酸化合物ガラスを「無アルカリガラス」と称する。なお、ケイ酸化合物ガラスの例は、ケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、および石英ガラスを含む。側壁部１５のうちのレーザ光Ｌが透過しない部分は、例えば、シリコン、ガラス、セラミック、または前述した基板１０と同じ材料から形成されていてもよい。側壁部１５の表面には、金属膜または誘電体膜などが形成されていてもよい。
【0025】
本開示の実施形態において、基板１０と側壁部１５とは別部材である。基板１０と側壁部１５との部材を総称して「パッケージ」と記載する場合がある。パッケージは、基板１０および側壁部１５が一体的に形成された構造を備えていてもよい。
【0026】
（レーザダイオード３０）
レーザダイオード３０は、ｐ側電極と、ｎ側電極と、ｐ側半導体層、ｎ側半導体層、およびこれらの層の間に位置する活性層を含む半導体積層構造体と、を有する。ｐ側電極およびｎ側電極に電圧を印加して内部に電流を流すことによって、レーザダイオード３０の光出射面３０Ｅからレーザ光Ｌが出射される。本実施形態におけるレーザダイオード３０は、レーザ光Ｌを出射する光出射面３０Ｅを有する端面発光型である。レーザダイオード３０は、１個のエミッタを有するシングルエミッタのレーザダイオードであってもよく、２個以上のエミッタを有するマルチエミッタのレーザダイオードであってもよい。
レーザダイオード３０は、ｐ側電極と、ｎ側電極と、ｐ側半導体層、ｎ側半導体層、およびこれらの層の間に位置する活性層を含む半導体積層構造体と、を有する。ｐ側電極およびｎ側電極に電圧を印加して内部に電流を流すことによって、レーザダイオード３０の光出射面３０Ｅからレーザ光Ｌが出射される。本実施形態におけるレーザダイオード３０は、レーザ光Ｌを出射する光出射面３０Ｅを有する端面発光型である。レーザダイオード３０は、１個のエミッタを有するシングルエミッタのレーザダイオードであってもよく、２個以上のエミッタを有するマルチエミッタのレーザダイオードであってもよい。
【0027】
本実施形態において、ｎ側電極の表面を「ｎ側電極面３０Ａ」と称し、ｐ側電極の表面を「ｐ側電極面３０Ｂ」と称する。レーザダイオード３０は、ｐ側電極面３０Ｂと、ｐ側電極面３０Ｂの反対側に位置するｎ側電極面３０Ａとを有する。
【0028】
レーザダイオード３０には、例えば、青色の光を出射するレーザダイオード、緑色の光を出射するレーザダイオード、または、赤色の光を出射するレーザダイオードなどを採用することができる。また、可視光以外の光、例えば近赤外線または紫外線を出射するレーザダイオードを採用してもよい。
【0029】
本明細書において、青色の光は、発光ピーク波長が４２０ｎｍ～４９４ｎｍの範囲内にある光である。緑色の光は、発光ピーク波長が４９５ｎｍ～５７０ｎｍの範囲内にある光である。赤色の光は、発光ピーク波長が６０５ｎｍ～７５０ｎｍの範囲内にある光である。
【0030】
青色の光を発するレーザダイオード、または、緑色の光を発するレーザダイオードとして、例えば、窒化物半導体を含むレーザダイオードが挙げられる。窒化物半導体としては、例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、およびＡｌＧａＮを用いることができる。赤色の光を発するレーザダイオードとして、ＩｎＡｌＧａＰ系やＧａＩｎＰ系、ＧａＡｓ系やＡｌＧａＡｓ系の半導体を含むもの等が挙げられる。
【0031】
レーザダイオードから出射されるレーザ光は、速軸および遅軸方向にそれぞれ広がりを有し、レーザ光の光出射面に平行な面において楕円形状のファーフィールドパターン（以下「ＦＦＰ」という。）を形成する。レーザ光は、遅軸方向よりも速軸方向に大きく発散する。ＦＦＰは、光出射面から離れた位置におけるレーザ光の光強度分布によって規定される。この光強度分布において、ピーク強度値に対して１／ｅ２以上の強度を有する部分を「ビーム断面」と呼んでもよい。図１に示すレーザ光Ｌの破線は、ビーム断面の外縁を規定する光を示している。レーザダイオード３０から出射されるレーザ光Ｌの光軸は、Ｚ方向に平行である。速軸方向および遅軸方向は、それぞれ、Ｙ方向およびＸ方向に平行である。ここで、平行とは±５度以内の誤差を含み得る。ただし、レーザ光Ｌの光軸は、Ｚ方向に平行でなくてもよい。
【0032】
レーザ光Ｌは、図１に例示するように、レーザダイオード３０の光出射面３０Ｅから出射された後、速軸方向および遅軸方向、つまりＹ方向およびＸ方向に発散して広がる。このため、レーザ光Ｌは、レンズを含む光学系によってコリメートまたは収束されることが好ましい。そのような光学系は、光源装置１００の内部または外部に設けられ得る。
【0033】
（第１サブマウント２０および第２サブマウント２５）
第１サブマウント２０および第２サブマウント２５のそれぞれは放熱部材であり、典型的には、直方体である。ただし、各サブマウントの形状はこれに限定されない。各サブマウントは、レーザダイオード３０から発生した熱を逃がす役割を果たす。放熱性をより向上させる観点から、各サブマウントは、レーザダイオード３０よりも熱伝導率の高い材料から形成されることが好ましい。当該材料に、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、炭化ケイ素などのセラミック材料、銅、アルミニウム、銀、鉄、ニッケル、モリブデン、タングステン、および銅モリブデンなどの金属材料、またはダイヤモンドが用いられる。
第１サブマウント２０および第２サブマウント２５のそれぞれは放熱部材であり、典型的には、直方体である。ただし、各サブマウントの形状はこれに限定されない。各サブマウントは、レーザダイオード３０から発生した熱を逃がす役割を果たす。放熱性をより向上させる観点から、各サブマウントは、レーザダイオード３０よりも熱伝導率の高い材料から形成されることが好ましい。当該材料に、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、炭化ケイ素などのセラミック材料、銅、アルミニウム、銀、鉄、ニッケル、モリブデン、タングステン、および銅モリブデンなどの金属材料、またはダイヤモンドが用いられる。
【0034】
第１サブマウント２０は、図２に示すように、基板１０の支持面１０Ａとレーザダイオード３０を挟んで逆側に位置する第１実装面２０Ｂ、および、第１実装面２０Ｂの反対側に位置する第２上面２０Ａを有する。第１サブマウント２０は、レーザダイオード３０に電気的に接続される第１配線層２１を第１実装面２０Ｂに有する。図１および図２に示す例において、レーザダイオード３０のｎ側電極面３０Ａは、第１配線層２１に接合される。これにより、レーザダイオード３０は、第１サブマウント２０に熱的に接触し、かつ、電気的に接続される。ここで、「熱的に接触」という用語は、電極面が固体の導電部材を介してサブマウントに間接的に接触することだけでなく、電極面がサブマウントに直接的に接触することも意味する。
【0035】
レーザダイオード３０のｎ側電極面３０Ａと第１配線層２１との接合は、接合部材を介して接合され得る。接合部材は、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、金錫、はんだなどの金属、金、銀、銅、金錫、はんだなどの導電性を有する金属粒子を含む金属ペーストである。以下で説明する「接合部材」は、特に指定が無い限り、前述した材料から形成され得る。
【0036】
第２サブマウント２５は、図２に例示するように、支持面１０Ａに接合される下面２５Ｂ、および、下面２５Ｂの反対側に位置する第２実装面２５Ａを有する。第２実装面２５Ａは、第１サブマウント２０の第１実装面２０Ｂに対向する。第２サブマウント２５は、レーザダイオード３０に電気的に接続される第２配線層２６を第２実装面２５Ａに有する。下面２５Ｂは、接合部材を介して基板１０の支持面１０Ａに接合され得る。
【0037】
第２サブマウント２５の第２実装面２５Ａに、レーザダイオード３０が配置されている。第２サブマウント２５にビアホールが設けられ得る。図１および図２に示す例において、レーザダイオード３０は、第２サブマウント２５を介して支持面１０Ａに接合されている。より詳しく説明すると、レーザダイオード３０のｐ側電極面３０Ｂは、接合部材を介して第２配線層２６に接合され得る。ｐ側電極面３０Ｂは、第２配線層２６と、第２サブマウント２５の下面２５Ｂに設けられた導体配線層とを電気的に接続するビアホールを介して基板１０の導体配線層に電気的に接続される。
【0038】
第１サブマウント２０および第２サブマウント２５は、レーザダイオード３０を挟み込むように配置される。レーザダイオード３０を一対のサブマウントで挟み込むことにより、レーザダイオード３０から生じる熱を第１サブマウント２０および第２サブマウント２５にそれぞれ効率よく逃がすことが可能となる。この放熱効果は、レーザダイオード３０の厚さを２０μｍ以下、好ましくは数μｍ程度とすることで、より向上すると考えられ得る。特にレーザダイオード３０の熱伝導率よりも第１サブマウント２０および第２サブマウント２５の熱伝導率が高い場合に、レーザダイオード３０の厚さを薄くすることで放熱効果が向上すると考えられ得る。
【0039】
図１および図２に示す光源装置１００の例において、第１サブマウント２０のサイズは、第２サブマウント２５のサイズに等しい。ただし、第１サブマウント２０のサイズは、第２サブマウント２５のサイズと異なっていてもよい。例えば、上面視において、第１サブマウント２０は、第２サブマウント２５を包含していてもよいし、これとは逆に、第２サブマウント２５は第１サブマウント２０を包含していてもよい。Ｙ方向において第１サブマウント２０は第２サブマウント２５よりも厚くてもよいし、薄くてもよい。また上面視において、第１サブマウント２０の中心と、第２サブマウント２５の中心との位置は、Ｘ方向および／またはＺ方向にずれていてもよい。
【0040】
前述したように、レーザダイオード３０のｎ側電極面３０Ａは、第１サブマウント２０が有する第１配線層２１に接合される。ｐ側電極面３０Ｂは、第２サブマウント２５が有する第２配線層２６に接合される。ただし、ｎ側電極面３０Ａおよびｐ側電極面３０Ｂの上下を反転させて、ｎ側電極面３０Ａを第２配線層２６に接合し、ｐ側電極面３０Ｂを第１配線層２１に接合することも可能である。
【0041】
レーザダイオード３０のｐ側電極面３０Ｂまたはｎ側電極面３０Ａの一方が、基板１０の支持面１０Ａに接合され、ｐ側電極面３０Ｂまたはｎ側電極面３０Ａの他方が、第１サブマウント２０の第１実装面２０Ｂに接合され得る。ここで、ｐ側電極面３０Ｂまたはｎ側電極面３０Ａの一方が支持面１０Ａに接合されることは、その一方が支持面１０Ａに直接的または間接的に接合されることを意味する。図１および図２に示す光源装置１００の例において、ｐ側電極面３０Ｂが第２サブマウント２５を介して基板１０の支持面１０Ａに間接的に接合され、ｎ側電極面３０Ａが第１サブマウント２０の第１実装面２０Ｂに接合されている。なお、第２サブマウント２５がない場合には、ｐ側電極面３０Ｂは基板１０の支持面１０Ａに直接的に接合され得る。このような接合により、外部接続電極１１はｐ側電極面３０Ｂに電気的に接続され、外部接続電極１２は、後述する導電部材４０を介してｎ側電極面３０Ａに電気的に接続されている。ｐ側電極面３０Ｂまたはｎ側電極面３０Ａの一方が支持面１０Ａに直接的に接合される場合、基板１０のうち、レーザダイオード３０が接合される部分は、基板１０の他の部分よりも厚いことが好ましい。基板１０による、レーザダイオード３０から出射された光のケラレを防止できるからである。
【0042】
ｐ側電極およびｎ側電極は、レーザダイオード３０の、第１サブマウント２０に対向する上面または第２サブマウント２５に対向する下面のいずれかの同じ面に位置し得る。言い換えると、ｎ側電極面３０Ａおよびｐ側電極面３０Ｂは、レーザダイオード３０の同じ面に位置し得る。ｎ側電極面３０Ａおよびｐ側電極面３０Ｂが位置するレーザダイオード３０の面（「電極面」と呼ぶ。）が、第１サブマウント２０の第１配線層２１に電気的に接続する場合には、レーザダイオード３０の電極面と反対側に位置する面は、第２サブマウント２５に熱的に接触する。これとは逆に、レーザダイオード３０の電極面が、第２サブマウント２５の第２配線層２６に電気的に接続する場合には、レーザダイオード３０の電極面と反対側に位置する面は、第１サブマウント２０に熱的に接触する。
【0043】
レーザダイオード３０は、第２サブマウント２５に接合された状態で基板１０の支持面１０Ａに間接的に実装されている。レーザダイオード３０は基板１０と第１サブマウント２０との間に位置している。ただし、レーザダイオード３０は、第２サブマウント２５を介さずに支持面１０Ａに直接、接合され得る。そのため、本実施形態において第２サブマウント２５は必ずしも必須の部材ではない。ただし、第２サブマウント２５を利用することによって、高さ方向、つまりＹ方向におけるレーザダイオード３０の発光領域の位置調整を、第２サブマウント２５の厚さを調整することで比較的容易に行うことができるという利点が得られる。
【0044】
（導電部材４０）
導電部材４０は、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、金錫、はんだなどの金属から形成される部材である。導電部材４０は、レーザダイオード３０と同じ厚さになるように形成され得る。導電部材４０は、第１サブマウント２０の第１実装面２０Ｂに対向する上面と、当該上面の反対側に位置し、かつ、第２実装面２５Ａに接合する下面とを有する。導電部材４０は、例えば、直方体の部材であるが、第２実装面２５Ａに接合する下面を有する限りこの形状に限定されない。
導電部材４０は、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、金錫、はんだなどの金属から形成される部材である。導電部材４０は、レーザダイオード３０と同じ厚さになるように形成され得る。導電部材４０は、第１サブマウント２０の第１実装面２０Ｂに対向する上面と、当該上面の反対側に位置し、かつ、第２実装面２５Ａに接合する下面とを有する。導電部材４０は、例えば、直方体の部材であるが、第２実装面２５Ａに接合する下面を有する限りこの形状に限定されない。
【0045】
導電部材４０は、第１サブマウント２０および第２サブマウント２５に接合され、第１配線層２１と第２配線層２６とを電気的に接続する。導電部材４０の下面は、具体的には、第２実装面２５Ａに設けられた第２配線層２６に接合される。導電部材４０の上面は、第１実装面２０Ｂに設けられた第１配線層２１に接合される。導電部材４０は、接合部材を介して、第１配線層２１および第２配線層２６に接合され得る。これにより、レーザダイオード３０のｎ側電極面３０Ａは、第１配線層２１と第２配線層２６とに電気的に接続される。その結果、ｎ側電極面３０Ａは、基板１０の下面１０Ｂに設けられた外部接続電極１２に電気的に接続することが可能になる。このような配線例によれば、ｎ側電極面３０Ａから第２配線層２６に金などのワイヤを引き出す従来のワイヤボンディングが不要となるために、レーザダイオード３０と第１サブマウント２０とを熱的に接合させやすくなる。ただし、導電部材４０を用いずに、ｎ側電極面３０Ａと第２配線層２６とをワイヤボンディングによって電気的に接続してもよい。
【0046】
Ｙ方向における導電部材４０の高さを、レーザダイオード３０の高さに揃えることによって、第１実装面２０Ｂと第２実装面２５Ａとを平行に保ちつつ、レーザダイオード３０および導電部材４０のそれぞれを第１サブマウント２０と第２サブマウント２５とに、接合する作業が容易になり得る。ここで、平行は±５度以内の誤差を含む。
【0047】
（封止部材５０）
本開示の実施形態における封止部材５０は、レーザダイオード３０を収容する空間Ｖ１を気密封止するパッケージのキャップとして機能する。封止部材５０の例は、金属箔である。金属箔の厚さは、概ね１０μｍ～３００μｍである。金属箔の厚さは、一様である必要はない。例えば、封止部材５０のうち、後述する変形部５１の厚さは、封止部材５０の他の部分の厚さよりも薄くてもよい。金属箔の母材として、例えば、アルミニウム、銅、金、コバール、チタン、ステンレス、タングステン、ベリリウム銅、チタン、ニッケル、銀、白金、ニクロム、ステンレス、タンタル、モリブデン、ニオブからなる群から選択される少なくとも１つまたはその合金が用いられる。
本開示の実施形態における封止部材５０は、レーザダイオード３０を収容する空間Ｖ１を気密封止するパッケージのキャップとして機能する。封止部材５０の例は、金属箔である。金属箔の厚さは、概ね１０μｍ～３００μｍである。金属箔の厚さは、一様である必要はない。例えば、封止部材５０のうち、後述する変形部５１の厚さは、封止部材５０の他の部分の厚さよりも薄くてもよい。金属箔の母材として、例えば、アルミニウム、銅、金、コバール、チタン、ステンレス、タングステン、ベリリウム銅、チタン、ニッケル、銀、白金、ニクロム、ステンレス、タンタル、モリブデン、ニオブからなる群から選択される少なくとも１つまたはその合金が用いられる。
【0048】
母材は、例えば、金、白金、チタン、ニッケル、クロム、パラジウム、ルテニウムからなる群から選択される少なくとも１つの材料から形成される金属膜で覆われていることが好ましい。金属膜は、例えばスパッタ、めっきなどの成膜処理によって母材の表面に形成され得る。
【0049】
（放熱ブロック６０）
図１および図２に例示する放熱ブロック６０は、第１サブマウント２０または第２サブマウント２５と同様に、直方体であるが、これに限定されない。放熱ブロック６０は、前述したサブマウントの材料と同じ材料から形成され得る。放熱ブロック６０は第１サブマウント２０の上方に位置している。放熱ブロック６０は、第１サブマウント２０の第２上面２０Ａに対向する下面６０Ｂを有する。図３に例示するように、ＸＺ平面内における放熱ブロック６０のサイズは、ＸＺ平面内における側壁部１５または基板のサイズと同程度である。ただし、放熱ブロック６０は、側壁部１５の第１上面１５Ａの少なくとも一部によって支持されていればよく、上面視で任意の形状またはサイズを有し得る。図４に例示するように、ＸＺ平面内における放熱ブロック６０のサイズは、ＸＺ平面内における基板１０のサイズよりも小さくてもよいし、大きくてもよい。あるいは、ＸＺ平面内における放熱ブロック６０のサイズは、ＸＺ平面内における側壁部１５のサイズよりも小さくてもよいし、大きくてもよい。
図１および図２に例示する放熱ブロック６０は、第１サブマウント２０または第２サブマウント２５と同様に、直方体であるが、これに限定されない。放熱ブロック６０は、前述したサブマウントの材料と同じ材料から形成され得る。放熱ブロック６０は第１サブマウント２０の上方に位置している。放熱ブロック６０は、第１サブマウント２０の第２上面２０Ａに対向する下面６０Ｂを有する。図３に例示するように、ＸＺ平面内における放熱ブロック６０のサイズは、ＸＺ平面内における側壁部１５または基板のサイズと同程度である。ただし、放熱ブロック６０は、側壁部１５の第１上面１５Ａの少なくとも一部によって支持されていればよく、上面視で任意の形状またはサイズを有し得る。図４に例示するように、ＸＺ平面内における放熱ブロック６０のサイズは、ＸＺ平面内における基板１０のサイズよりも小さくてもよいし、大きくてもよい。あるいは、ＸＺ平面内における放熱ブロック６０のサイズは、ＸＺ平面内における側壁部１５のサイズよりも小さくてもよいし、大きくてもよい。
【0050】
図５Ａは、図１に示す断面における、側壁部１５の第１上面１５Ａと、放熱ブロック６０の下面６０Ｂとに接合する封止部材５０の部分を拡大して示す拡大断面図である。図５Ｂは、図２に示す断面における、側壁部１５の第１上面１５Ａと、放熱ブロック６０の下面６０Ｂとに接合する封止部材５０の部分を拡大して示す拡大断面図である。
【0051】
放熱ブロック６０は、封止部材５０を介して側壁部１５の第１上面１５Ａに接合される。封止部材５０は、側壁部１５の第１上面１５Ａと、第１サブマウント２０の第２上面２０Ａとに接合され、さらに、放熱ブロック６０の下面６０Ｂに接合される。放熱ブロック６０の下面６０Ｂは、接合部材９０ａを介して封止部材５０に接合され、側壁部１５の第１上面１５Ａは、接合部材９０ｂを介して封止部材５０に接合される。第１サブマウント２０の第２上面２０Ａは、接合部材９０ｃを介して封止部材５０に接合される。接合部材９０ａ、９０ｂおよび９０ｃのそれぞれは、例えば、無機材料から形成され、好ましくは金属材料から形成され、より好ましくは金錫から形成され得る。特に、接合部材９０ａ、９０ｂの材料に金錫を用いることにより、接合部材の強度および耐久性を向上させることができる。接合部材９０ａ、９０ｂおよび９０ｃは、同じ材料から形成されてもよいし、異なる材料から形成されてもよい。また、接合部材９０ａの材料はアウトガス（有機分子）を放出し得る物質を含んでいてもよい。封止部材５０で空間Ｖ１は封止されているので、アウトガスの空間Ｖ１への入り込みを抑制できるからである。第１実施形態における接合部材９０ａ、９０ｂおよび９０ｃは、同じ材料から形成されている。各接合部材は、例えば、焼結、ろう付け、はんだ付け、超音波、抵抗溶接、またはレーザ溶接によって形成される。
【0052】
封止部材５０による気密封止の構造は、図１および図２に示す例に限られない。図示する例における封止部材５０は、側壁部１５の第１上面１５Ａの全体に接合されているが、例えば、第１上面１５Ａの一部に接合され得る。気密封止を実現できる限りにおいて様々な気密封止の構造が採用され得る。本明細書において気密封止とは、空間Ｖ１において外気との対流が遮断されている程度に封止されていることを意味する。空間Ｖ１を気密封止することで、空間Ｖ１に配置された部材が実質的に劣化しなくなる。
【0053】
（熱伝導部材７０）
図５Ａまたは図５Ｂに示すように、熱伝導部材７０は、第１サブマウント２０と放熱ブロック６０との間に形成された空間Ｖ２内に位置する。言い換えると、熱伝導部材７０は、放熱ブロック６０の下面６０Ｂと、接合部材９０ａと、封止部材５０とによって形成された空間Ｖ２内に配置される。第１サブマウント２０と放熱ブロック６０との間には、第１上面１５Ａと第２上面２０Ａとの高低差に起因して隙間が生じる。隙間の間隔は、例えば十～数百μｍ程度である。なお、この高低差については後述する。
図５Ａまたは図５Ｂに示すように、熱伝導部材７０は、第１サブマウント２０と放熱ブロック６０との間に形成された空間Ｖ２内に位置する。言い換えると、熱伝導部材７０は、放熱ブロック６０の下面６０Ｂと、接合部材９０ａと、封止部材５０とによって形成された空間Ｖ２内に配置される。第１サブマウント２０と放熱ブロック６０との間には、第１上面１５Ａと第２上面２０Ａとの高低差に起因して隙間が生じる。隙間の間隔は、例えば十～数百μｍ程度である。なお、この高低差については後述する。
【0054】
熱伝導部材７０は、第１サブマウント２０と放熱ブロック６０との間の隙間を埋め、かつ、レーザダイオード３０から発生した熱を放熱ブロック６０に伝える部材として機能する。このため、熱伝導部材７０は、放熱性に優れ、変形し易い部材であることが好ましい。言い換えると、熱伝導部材７０は、比較的に高い熱伝導率を有し、かつ、比較的に低い硬度を有していることが好ましい。硬度は、例えばデュロメータ硬さ試験またはロックウェル硬さ試験によって測定され得る材料の機械的性質である。さらには、光源装置の駆動時に発生する熱の影響を受けて各部材が膨張する可能性がある。この点を考慮すると、熱伝導部材７０は、空間Ｖ１内に位置する部材と側壁部１５との間の熱膨張率の差異による、前述した隙間の間隔の変化を吸収できるように、熱伝導部材７０の線膨張係数が第１サブマウント２０および／または放熱ブロック６０の線膨張係数と同等もしくは大きい部材であることが好ましい。温度上昇時の熱伝導部材７０の膨張を第１サブマウント２０および／または放熱ブロック６０の膨張よりも大きくすることで、これらが熱的に離隔することを抑制できる。熱伝導部材７０は、例えば、放熱樹脂または放熱グリスなどの材料から形成され得る。この場合、熱伝導部材７０を形成する物質の状態は、液体であっても固体であってもよいし、それらの状態が混ざっていてもよい。あるいは、熱伝導部材７０として、例えば、クッション性を有する金属シート、金属繊維シート、積層グラファイトシート、カーボンシート、シリコーンシートなどの熱伝導シートを用いることができる。熱伝導シートは、例えば加圧して封止部材５０と放熱ブロック６０とに接合できる。
【0055】
または、熱伝導部材７０は、金または金錫などの金属粒子を含む金属ペーストから形成され得る。あるいは、熱伝導部材７０は、鉛はんだのようなある程度粘性を有する合金材料から形成され得る。熱伝導部材７０が、製造時の硬化熱処理で揮発しきれずに残ってしまった有機物を含んでいてもよい。その場合であっても、封止部材５０が存在することにより、アウトガスが空間Ｖ１内に入り込み、レーザダイオード３０の光出射面の近傍に到達することを抑制できる。このため、光源装置１００の信頼性が担保される。
【0056】
または、熱伝導部材７０は、液体金属から形成され得る。液体金属を用いる場合、液体金属と上記の熱伝導シートとを組み合わせてもよい。液体金属を使用することで、後述する、側壁部１５の第１上面１５Ａと第１サブマウント２０の第２上面２０Ａとの高低差の初期ばらつきおよび経時変化を吸収することができる。また、液体金属と熱伝導シートとを組み合わせることで、初期ばらつきを吸収しやすくなる。
【0057】
熱伝導部材７０の硬度は、第１サブマウント２０または放熱ブロック６０の硬度よりも低い。本開示の実施形態では、さらに、熱伝導部材７０の硬度は、接合部材９０ａまたは９０ｂの硬度よりも低い。この硬度の大小関係により、封止部材５０で空間Ｖ１を封止するときに、第１サブマウント２０または放熱ブロック６０よりも柔らかい熱伝導部材７０が変形することによって、隙間が熱伝導部材７０で埋まる。その結果、放熱ブロック６０を熱伝導部材７０に熱的に接触させ易くなり得る。
【0058】
熱伝導部材７０は、第１サブマウント２０と放熱ブロック６０とに熱的に接触している。この熱的な接触は、熱伝導部材７０が封止部材５０を介して第１サブマウント２０に間接的に接触することだけでなく、封止部材５０を介さずに第１サブマウント２０に直接的に接触することも意味する。図１または図２に示す光源装置１００における熱伝導部材７０は、封止部材５０を介して第１サブマウント２０に熱的に接触している。熱伝導部材７０は、例えば１Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有することが好ましく、例えば１０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有することがより好ましい。第１サブマウント２０と放熱ブロック６０との間の隙間を埋める熱伝導部材７０によって、レーザダイオード３０から発せられる熱は、第１サブマウント２０、熱伝導部材７０および放熱ブロック６０にこの順番で伝わる。これにより、熱を外部に効率的に逃がすことが可能となり、高い放熱性が確保され得る。
【0059】
本開示の実施形態において、支持面１０Ａから第１サブマウント２０の第２上面２０Ａまでの高さは、支持面１０Ａから側壁部１５の第１上面１５Ａまでの高さと異なる。図１および図２に示す光源装置１００において、支持面１０Ａから第２上面２０Ａまでの高さは、支持面１０Ａから第１上面１５Ａまでの高さよりも小さい。第１上面１５Ａと第２上面２０Ａとの間の高低差は、第１サブマウント２０、第２サブマウント２５および側壁部１５などの各部材の厚さの製造ばらつきに依存し得る。本開示の実施形態における高低差は、例えば１０μｍ～３００μｍ程度である。封止部材５０は、この高低差に起因して生じる変形部５１を有する。変形部５１は、屈曲していてもよいし、湾曲していてもよい。
【0060】
封止部材５０は、第１サブマウント２０の第２上面２０Ａに接合された第１部分５０Ａと、側壁部１５の第１上面１５Ａに接合された第２部分５０Ｂと、第１部分５０Ａと第２部分５０Ｂとを連結する連結部５０Ｃと、を含む。変形部５１は、第１部分５０Ａと連結部５０Ｃとの境界に位置する第１変形部５１Ａと、第２部分５０Ｂと連結部５０Ｃとの境界に位置する第２変形部５１Ｂとを含む。図１および図２に例示するように、熱伝導部材７０と第１サブマウント２０との間に、第１部分５０Ａの少なくとも一部が位置し得る。
【0061】
図６は、光源装置１０２のＹＺ平面に平行な断面図である。図７は、上面視における封止部材５０－１の平面図である。図６に例示するように、熱伝導部材７０と第１サブマウント２０との間に第１部分５０Ａが形成されていなくてもよい。この場合、第１部分５０Ａは、第１サブマウント２０の第２上面２０Ａの周縁領域にのみ形成され得る。
【0062】
放熱ブロック６０に熱的に接触する熱伝導部材７０は、封止部材５０のうちの第１部分５０Ａを介して、あるいは、介さずに第１サブマウント２０に熱的に接触する。その結果、レーザダイオード３０から第１サブマウント２０を伝わる熱を熱伝導部材７０および放熱ブロック６０によって外部に効率よく逃がすことができる。
【0063】
図７に例示する封止部材５０－１は封止部材５０とは異なり、開口５５が形成された第１部分５０Ａを有する。開口５５は、略矩形形状の中央部５５Ａ、および中央部５５Ａの矩形の対角線に沿って延びる４個の突出部５５Ｂを含む。なお、図７に示す開口５５の形状は一例であり、設計仕様などに応じて異なり得る。封止部材５０－１の中央に位置する第１部分５０Ａに、突出部５５Ｂを含む開口５５を設けることにより、封止部材を折り曲げたときに生じるよれやしわを効果的に抑制することが可能となる。光源装置１０２における熱伝導部材７０は、第１サブマウント２０の第２上面２０Ａ（図６を参照）のうちの開口５５の中央部５５Ａの形状に整合した部分に接触している。なお、開口５５は、第２部分５０Ｂに設けてもよい。
【0064】
図８は、複合部材から形成された基板１０を備える光源装置１０３ＡのＸＹ平面に平行な断面図である。図示される光源装置１０３Ａにおいて、基板１０は複合部材から形成される。基板１０は、例えば銅のような金属から形成される中央部分１０Ｓ、および、例えばセラミックから形成される周辺部分１０Ｔ（中央部分１０Ｓ以外の部分）を含む。基板の中央部分１０Ｓは、第２サブマウント２５の直下に位置している。これにより、光源装置の放熱性を向上させることができる。また、図８に示す例における第２サブマウント２５は、ビアホールを有しない。この場合、ビアホールを介さずに、第２配線層２６と基板１０の導体配線層とを例えばワイヤ７７によって電気的に接続してもよい。ワイヤ７７は、金、銅、アルミまたはそれらを含む合金などの材料から形成され得る。
【0065】
図９は、放熱部材６１をさらに備える光源装置１０３ＢのＹＺ平面に平行な断面図である。図示されるように、光源装置１０３Ｂは放熱部材６１をさらに備え得る。放熱部材６１は基板１０の下面１０Ｂに配置され得る。放熱部材６１は、放熱ブロック６０と同じ材料から形成されてもよく、異なる材料から形成されてもよい。放熱部材６１として、例えば、放熱ブロック６０に比べて薄い板状の部材を採用してもよいし、スパッタなどで金属膜の層を形成してもよい。放熱部材６１を備えることにより、第２サブマウント２５を伝わる熱を外部に効率よく逃がすことができる。結果として、更なる放熱効果が得られる。
【0066】
図３を参照する。図３において、第１サブマウント２０と放熱ブロック６０との相対的な位置関係が分かるように、パッケージの内部に位置する第１サブマウント２０の第２上面２０Ａの外形が点線で示されている。封止部材５０が有する第１変形部５１Ａおよび第２変形部５１Ｂのそれぞれは、破線で示されている。
【0067】
図３に例示するように、上面視において、放熱ブロック６０は第１サブマウント２０を包含する。言い換えると、ＸＺ平面内における放熱ブロック６０のサイズは、ＸＺ平面内における第１サブマウント２０のサイズよりも大きい。図３に示す例における第２部分５０Ｂは、封止部材５０において最も外側に位置する領域である。第２部分５０Ｂは、放熱ブロック６０に重なっている。第２部分５０Ｂの領域のうち、放熱ブロック６０に重ならない領域があってもよい。第２部分５０Ｂの一部または全部に重なるほどの大きなサイズを有する放熱ブロック６０を、熱伝導部材７０を介して第１サブマウント２０に熱的に接触させることにより、光源装置１００の放熱性を向上させることが可能となる。
【0068】
第１サブマウント２０は、外縁に沿った第１側面２０Ｓを有する。上面視において、第１変形部５１Ａは、第１側面２０Ｓの内側に位置している。すなわち、第１変形部５１Ａは、第１サブマウント２０の外縁よりも内側に位置している。第１変形部５１Ａは、第１サブマウント２０の第２上面２０Ａと第１側面２０Ｓとが接する辺（つまり、部材の角）に接触しない。第１変形部５１Ａが部材の角に接触しないように第１変形部５１Ａの位置を調整することにより、第１変形部５１Ａが部材の角に接触することによって生じ得る封止部材５０の破損を抑制できる。
【0069】
箔のような薄い金属は展延性（特に延性）を発揮することができる。延性のある金属箔をパッケージのキャップに用いることにより、側壁部１５の第１上面１５Ａと、第１サブマウント２０の第２上面２０Ａとの間の高低差を吸収しつつ、熱応力による封止部材５０の破損を抑制することができる。また、封止部材５０が、第１上面１５Ａ、第２上面２０Ａおよび放熱ブロック６０の下面６０Ｂの少なくとも１つの面から剥離することを抑制することが可能となる。
【0070】
青色または緑色の光を発するレーザダイオードを用いる場合、パッケージの空間Ｖ１を気密封止することが好ましい。気密封止により、レーザ光による集塵の影響を抑制できるためである。気密封止を必要とするパッケージにおいて、レーザダイオードの両面を一対のサブマウント部材に接合するようなチップの両面接合が求められる場合がある。その場合、気密封止とチップの両面接合との両立が困難である。具体的に説明すると、支持面１０Ａを基準とした第１上面１５Ａの高さが第２上面２０Ａの高さに整合するように、レーザダイオード３０の両面を接合しながら、パッケージの空間Ｖ１を気密封止することが求められる。しかしながら、チップの両面接合を行うときに、例えば、接合部材に荷重が加わる。この荷重によって、接合部材が均一に変形するとは限らない。結果として、部材そのものが最初から有する形状のばらつきに加え、第１上面１５Ａと第２上面２０Ａとの間に、前述した各部材の寸法の製造ばらつきによる高低差、および接合部材の高さのばらつきによる高低差が生じ得る。このため、生じ得る高低差が製造ごとに変化し得る。このことが気密封止とチップの両面接合との両立を困難にする。
【0071】
第１実施形態によれば、変形部５１を有する封止部材５０を、パッケージを封止するキャップとして用いることにより、第１上面１５Ａと第２上面２０Ａとの間の高低差を吸収することができる。このため、各部材の緻密な高さ調整が不要となり、レーザダイオード３０の両面接合が容易になる。このように、気密封止とチップの両面接合とを両立させることが可能な封止構造が提供される。また、熱伝導部材７０によって、レーザダイオード３０から発せられる熱を放熱ブロック６０によって外部に効率的に逃がすことが可能となる。さらに、側壁部１５によって放熱ブロック６０を支持することにより、放熱ブロック６０を保持する機械的強度が確保され得る。
【0072】
図１０は、光源装置１０４のＹＺ平面に平行な断面図である。上面視において、熱伝導部材７０の外縁の少なくとも一部は、第１サブマウント２０の外縁よりも外側に位置し得る。図１０に示す光源装置１０４において、熱伝導部材７０は、第１サブマウント２０と放熱ブロック６０との間の隙間（または図５Ａに示す空間Ｖ２）の全体を埋めている。光源装置１０４によれば、熱伝導部材７０の容量を増やすことができるために、放熱性がさらに向上し得る。
【0073】
第１実施形態に係る光源装置は、熱伝導部材７０からアウトガスが発生した場合に空間Ｖ２からアウトガスを光源装置の外部に逃がすための開口部を備え得る。
【0074】
図１１は、側壁部１５の第１上面１５Ａに接合された封止部材５０の第２部分５０Ｂの平面図である。図１２Ａおよび図１２Ｂのそれぞれは、側壁部１５の第１上面１５Ａと、放熱ブロック６０の下面６０Ｂとに接合する封止部材５０の部分を拡大して示す拡大断面図である。図１２Ａに示す拡大断面図は、図５Ａに示す拡大断面図に対応し、図１２Ｂに示す拡大断面図は、図５Ｂに示す拡大断面図に対応する。
【0075】
図１１に示すように、放熱ブロック６０は、側壁部１５の第１上面１５Ａの外形が有する４辺のうちの少なくとも２辺によって支持され得る。上面視において、第１上面１５Ａの外形および封止部材５０の第２部分５０Ｂの外形は、それぞれ、矩形環状である。封止部材５０の第２部分５０Ｂに含まれる、第１上面１５ＡのうちのＸ方向に延びる一対の領域１５Ａ－１に位置する部分には、接合部材９０ａが設けられ、Ｚ方向に延びる一対の領域１５Ａ－２（領域１５Ａ－１以外の領域）に位置する他の部分には、接合部材９０ａが設けられていない。
【0076】
図１２Ａおよび図１２Ｂに示す例における放熱ブロック６０は、側壁部１５の第１上面１５Ａの外形が有する４辺のうちのＸ方向に延びる２辺によって支持されている。より具体的に説明すると、放熱ブロック６０は、第１上面１５Ａの外形が有する４辺のうちのＸ方向に延びる２辺に設けられた、Ｘ方向に延びる接合部材９０ａによって支持されている。このような位置に接合部材９０ａを設けても、空間Ｖ１は、接合部材９０ｂおよび封止部材５０によって気密封止される。
【0077】
放熱ブロック６０と封止部材５０との間に位置する接合部材９０ａは、第１サブマウント２０と放熱ブロック６０との間の、熱伝導部材７０が位置する空間Ｖ２を外部と繋ぐ開口部を有し得る。図１２Ａおよび図１２Ｂに示す構成例によれば、封止部材５０と放熱ブロック６０との間にＺ方向に沿って開口部９１が形成される。開口部９１は、熱伝導部材７０から発生し得るアウトガスを光源装置の外部に逃がす役割を果たし得る。これにより、有機物を含む熱伝導部材７０からアウトガスが生じた場合であっても、開口部９１から外部にアウトガスを排気することが可能となり、レーザ光の集塵への影響を低減できる。
【0078】
図１３および図１４は、それぞれ、接合部材がレーザダイオード３０の背面３０Ｒ側に開口部９１を有する構造を説明するための平面図および拡大断面図である。図１３に示す平面図および図１４に示す断面図は、それぞれ、図１１に示す平面図および図１２Ａに示す拡大断面図に対応する。
【0079】
図１４に例示するように、レーザダイオード３０は、側壁部１５の内壁面１５Ｃに対向し、レーザ光が出射される発光領域が位置する光出射面３０Ｅと、光出射面３０Ｅと反対側に位置する背面３０Ｒとを有する。図１３および図１４に示す構成例における開口部９１は、レーザダイオード３０の背面３０Ｒが位置する側の、放熱ブロック６０と封止部材５０との間に設けられている。言い換えると、レーザダイオード３０の背面３０Ｒ側の、放熱ブロック６０と側壁部１５との間には接合部材９０ｂだけが設けられている。他方、光出射面３０Ｅ側の、放熱ブロック６０と側壁部１５との間には接合部材９０ａおよび接合部材９０ｂが設けられている。
【0080】
開口部９１をレーザダイオード３０の背面３０Ｒ側に設け、光出射面３０Ｅから極力離すことによって、アウトガスがレーザダイオード３０の出射領域の近傍に到達することを抑制できる。また、放熱ブロック６０は、側壁部１５の第１上面１５Ａの外形が有する４辺のうちのＺ方向に延びる２辺、およびＸ方向に延びる１辺の３辺によって支持されるために、放熱ブロック６０と封止部材５０との接合面積が増え、放熱ブロック６０を保持する機械的強度が確保され得る。なお、開口部９１の形状および位置は前述した例に限定されない。開口部９１は、空間Ｖ２から外部にアウトガスを排気する機能を発揮できる形状を有していればよい。例えば、開口部９１として、１また複数の排気孔が接合部材９０ａの一部に局所的に設けられ得る。
【0081】
図１５は、第１実施形態の変形例である光源装置１０５のＹＺ平面に平行な断面図である。図１５に示す断面は、レーザダイオード３０および導電部材４０の断面を含む。レーザダイオード３０の光出射面３０ＥからＺ方向に出射されるレーザ光Ｌが破線で示されている。図１６は、光源装置１０５のＸＹ平面に平行な断面図である。図１６に示す断面は、レーザダイオード３０の光出射面３０Ｅを含む。図１７は、上面視における光源装置１０５の平面図である。図１７において、第１サブマウント２０と放熱ブロック６０との相対的な位置関係が分かるように、パッケージの内部に位置する第１サブマウント２０の第２上面２０Ａの外形が点線で示され、封止部材５０が有する第１変形部５１Ａおよび第２変形部５１Ｂのそれぞれが、破線で示されている。以下、光源装置１００と光源装置１０５との差異点を主に説明する。
【0082】
図１５および図１６に例示する光源装置１０５においては、支持面１０Ａから第１上面１５Ａまでの高さが、支持面１０Ａから第２上面２０Ａまでの高さよりも小さい。光源装置１０５における放熱ブロック６０は、ＸＹ平面に平行な断面、およびＹＺ平面に平行な断面においてＵ字形状を有する。放熱ブロック６０は、熱伝導部材７０、および第１サブマウント２０の少なくとも一部を収容する凹部６２を有する。
【0083】
図１７に例示するように、上面視において、放熱ブロック６０は第１サブマウント２０を包含する。言い換えると、ＸＺ平面内における放熱ブロック６０のサイズは、ＸＺ平面内における第１サブマウント２０のサイズよりも大きい。上面視において、第１変形部５１Ａは、第１サブマウント２０の第１側面２０Ｓの外側に位置している。このように、第１変形部５１Ａは、第１サブマウント２０の第２上面２０Ａと第１側面２０Ｓとが接する辺（つまり、部材の角）に接触しない。光源装置１０５においても、第１変形部５１Ａが部材の角に接触しないように第１変形部５１Ａの位置を調整することにより、第１変形部５１Ａが部材の角に接触することによって生じ得る封止部材５０の破損を抑制できる。
【0084】
光源装置１０５においても、変形部５１を有する封止部材５０を、パッケージを封止するキャップとして用いることにより、第２上面２０Ａと第１上面１５Ａとの間の高低差を吸収することができる。このため、光源装置１００と同様に、各部材の緻密な高さ調整が不要となり、レーザダイオード３０の両面接合が容易になる。また、熱伝導部材７０によって放熱性が向上し、さらに、側壁部１５によって放熱ブロック６０を支持することにより、放熱ブロック６０を保持する機械的強度が確保され得る。
【0085】
図１８は、第１実施形態の他の変形例である光源装置１０６のＹＺ平面に平行な断面図である。図１８に例示するように、熱伝導部材７０と第１サブマウント２０との間に封止部材５０の第１部分５０Ａが形成されていなくてもよい。この場合、前述した光源装置１０２と同様に、第１部分５０Ａは、第１サブマウント２０の第２上面２０Ａの周縁領域にのみ形成され得る。
【0086】
第１実施形態に係る光源装置１００の製造方法の例を説明する。本製造方法の例では、封止部材５０として金属箔が用いられる。図１９Ａ～図１９Ｅは、光源装置１００の製造方法の例に含まれる各製造工程を説明するための工程断面図である。
【0087】
先ず、図１９Ａに示すように、第１サブマウント２０、および第１サブマウント２０に接合されたレーザダイオード３０を有する光源部Ｕを基板１０の支持面１０Ａに接合する。例えば、第２サブマウント２５にレーザダイオード３０および導電部材４０を実装し、続いて、第１サブマウント２０をレーザダイオード３０および導電部材４０に接合することによって、光源部Ｕを作製する。基板１０の支持面１０Ａに光源部Ｕを接合する。
【0088】
次に、図１９Ｂに示すように、光源部Ｕを囲むように側壁部１５を支持面１０Ａに接合する。例えば、焼結、ろう付け、はんだ付け、超音波、抵抗溶接、またはレーザ溶接によって、側壁部１５の下面１５Ｂを支持面１０Ａに接合部材を介して接合する。接合部材の材料の例は前述したとおりである。光源部Ｕと基板１０の支持面１０Ａとを接合する前に、側壁部１５の下面１５Ｂを支持面１０Ａに接合してもよい。
【0089】
次に、図１９Ｃに示すように、封止部材５０を、第１サブマウント２０と、側壁部１５とに接合し、基板１０と側壁部１５とによって規定される空間Ｖ１内に光源部Ｕを封止する。より具体的に説明すると、封止部材５０の第２部分５０Ｂを側壁部１５の第１上面１５Ａに接合部材９０ｂ（図５Ａを参照）を介して接合し、封止部材５０の第１部分５０Ａを第１サブマウント２０の第２上面２０Ａに接合部材９０ｃ（図５Ａを参照）を介して接合して、光源部Ｕを実装したパッケージを気密封止する。この気密封止において、第１上面１５Ａと第２上面２０Ａとの間に高低差があっても、金属箔が変形することで高低差を吸収することができる。
【0090】
次に、図１９Ｄに示すように、光源部Ｕの上側に位置する第１サブマウント２０の上方に熱伝導部材７０を配置する。熱伝導部材７０は、封止部材５０の第１部分５０Ａに配置される。後述するように、封止部材５０の接合および熱伝導部材７０の配置の順番は逆でもよい。例えば、封止部材５０の接合の前に、熱伝導部材７０を封止部材５０に配置し、硬化熱処理によって熱伝導部材７０を封止部材５０に接合してもよい。言い換えると、熱伝導部材７０が接合された封止部材５０を、第１サブマウント２０と、側壁部１５とに接合してもよい。
【0091】
封止部材５０と側壁部１５との接合、封止部材５０と第１サブマウント２０との接合、および、熱伝導部材７０と封止部材５０との接合のそれぞれに、様々な接合方法を採用し得る。第１の例において、前述した接合部材９０ｂおよび９０ｃ（図５Ａを参照）を、それぞれ、側壁部１５の第１上面１５Ａと、第１サブマウント２０の第２上面２０Ａとに塗布し、例えば、焼結、ろう付け、はんだ付け、超音波、抵抗溶接、またはレーザ溶接による硬化熱処理で封止部材５０を第１上面１５Ａと第２上面２０Ａとに接合する。熱処理温度（硬化温度）の範囲は、例えば２００℃以上３００℃未満である。
【0092】
封止部材５０を第１上面１５Ａと第２上面２０Ａとに接合した後に、熱伝導部材７０を硬化させる。例えば、前述した熱伝導部材７０を封止部材５０の第１部分５０Ａに付与し、加熱またはレーザ光で照射して硬化させることによって熱伝導部材７０を封止部材５０に接合することができる。熱伝導部材７０として、例えば放熱グリスまたはカーボンシートを用いる場合には、熱伝導部材７０と封止部材５０との接合は不要であり、熱伝導部材７０を封止部材５０に接触させればよい。ここで、熱伝導部材７０の硬化後の硬度は、硬化前の硬度よりも高い。例えば、硬化前の状態が液体であった熱伝導部材７０が、硬化後に固体の状態に変化する。
【0093】
第２の例において、接合部材９０ｂおよび９０ｃを、それぞれ、側壁部１５の第１上面１５Ａと、第１サブマウント２０の第２上面２０Ａとに塗布し、かつ、熱伝導部材７０を封止部材５０の第１部分５０Ａに付与する。接合部材９０ｂおよび９０ｃを昇温によって融解させながら、熱圧着（または拡散接合）することによって熱伝導部材７０を封止部材５０に接合する。熱圧着の後、降温によって接合部材９０ｂおよび９０ｃを硬化させることによって封止部材５０を第１上面１５Ａと第２上面２０Ａとに接合する。
【0094】
第３の例において、接合部材９０ｂおよび９０ｃを、それぞれ、側壁部１５の第１上面１５Ａと、第１サブマウント２０の第２上面２０Ａとに塗布し、かつ、熱伝導部材７０を封止部材５０の第１部分５０Ａに付与する。例えば、パッケージの外側からレーザ光で接合部材９０ｂを照射して加熱し、融解させる一方で、ヒータのような熱源を用いて基板１０の下面１０Ｂの側からパッケージを加熱し、接合部材９０ｃおよび熱伝導部材７０に熱を伝えて硬化させてもよい。このように、封止部材５０と側壁部１５との接合、および、熱伝導部材７０と封止部材５０との接合を、両者の接合温度の間に温度差を生じさせながら行ってもよい。また、第１上面１５Ａの全体に荷重をかけることを避け、荷重をかける範囲を限定してもよい。また、第１上面１５Ａにおける特定のスポットをレーザ光で照射して、レーザ溶接によって封止部材５０を側壁部１５に接合してもよい。これにより、封止部材５０を塑性変形させることが容易になり、その結果、封止部材５０の密着性を向上させることが可能となる。
【0095】
他の例として、例えば超音波接合によって金バンプで封止部材５０を側壁部１５に固定し、一方で、ヒータのような熱源を用いて基板１０の下面１０Ｂの側からパッケージを加熱し、熱伝導部材７０に熱を伝えて硬化させてもよい。あるいは、第１熱源を用いて、パッケージの上側から側壁部１５の外周部分を加熱して、接合部材９０ｂおよび９０ｃを融解させる一方で、第１熱源の温度よりも低温の第２熱源を用いて基板１０の下面１０Ｂの側からパッケージを加熱し、熱伝導部材７０に熱を伝えて硬化させてもよい。
【0096】
第４の例において、接合部材９０ｂおよび９０ｃを、それぞれ、側壁部１５の第１上面１５Ａと、第１サブマウント２０の第２上面２０Ａとに塗布する前に、熱圧着によって熱伝導部材７０を封止部材５０の第１部分５０Ａに接合しておく。熱伝導部材７０が接合された封止部材５０を、フィレット形状を形成するように変形させた状態で、第１上面１５Ａと第２上面２０Ａとに接合してもよい。
【0097】
最後に、図１９Ｅに示すように、熱伝導部材７０を変形させて、封止部材５０を介して放熱ブロック６０を側壁部１５に接合し、放熱ブロック６０と熱伝導部材７０とを熱的に接触させる。具体的に説明すると、封止部材５０の第２部分５０Ｂに接合部材９０ａ（図５Ａを参照）を塗布し、例えば、焼結、ろう付け、はんだ付け、超音波、抵抗溶接、またはレーザ溶接による硬化熱処理で放熱ブロック６０を封止部材５０に接合する。
【0098】
上記の工程を経て光源装置１００が得られる。
【0099】
第１実施形態に係る光源装置１００の製造方法の他の例を説明する。
【0100】
第２サブマウント２５にレーザダイオード３０および導電部材４０を実装し、光源部Ｕを作製する。基板１０の支持面１０Ａに光源部Ｕを接合し、光源部Ｕを囲う側壁部１５を支持面１０Ａに接合する。これらの工程とは別に、封止部材５０に第１サブマウント２０を接合することにより、パッケージを封止するためのキャップユニットを作製する。続いて、キャップユニットに含まれる第１サブマウント２０をレーザダイオード３０と導電部材４０とに接合した後、キャップユニットに含まれる封止部材５０の第２部分５０Ｂを側壁部１５の第１上面１５Ａに接合して、光源部Ｕおよび側壁部１５を実装したパッケージを、キャップユニットで気密封止する。続いて、熱伝導部材７０を封止部材５０の第１部分５０Ａに付与する。最後に、熱伝導部材７０を変形させて、放熱ブロック６０を封止部材５０を介して側壁部１５に接合し、放熱ブロック６０と熱伝導部材７０とを熱的に接触させる。
【0101】
前述した製造例において、例えば、複数の光源部、および、複数の光源部をそれぞれ囲う側壁部を基板に実装する。次に、封止部材、放熱ブロックおよび熱伝導部材を設ける。上記の製造方法の例のように、各光源部に個別に第１サブマウントを設けた後に、側壁部を覆う封止部材を設け、その後に各光源部に個別に放熱ブロックを設けてもよい。上記の製造方法の他の例のように、キャップユニットを作製し、各光源部に個別に接合してもよい。最後に、隣り合う光源部の間の側壁部１５の位置で、デバイス単位にダイシングなどによって、各部材を実装した基板を分割することにより、複数の光源装置を製造することが可能である。いずれの方法においても、封止部材と側壁部とを接合し、気密封止がなされた状態で分割するために、分割した後の各デバイスにおいても気密封止は維持される。
【0102】
【0103】
図２０は、複数のレーザダイオード３０を備える光源装置１０７のＸＹ平面に平行な断面図である。図２０に示す例において、光源装置１０７は２個のレーザダイオード３０を備える。２個のレーザダイオード３０のそれぞれは、ｐ側電極面３０Ｂおよびｎ側電極面３０Ａを有する。光源装置１０７が備えるレーザダイオード３０の個数は、２個に限定されず、３個以上であってもよい。複数のレーザダイオード３０は、互いに相違する色の光を出射し得る。例えば、ＲＧＢの光をそれぞれ出射する３個のレーザダイオードを光源装置に実装することにより、表示装置のバックライトに利用し得る光源装置が実現される。または、複数のレーザダイオード３０は、それぞれ、同じ色の光を出射してもよい。この場合、高出力のレーザ光を出射することが可能な光源装置が実現され得る。
【0104】
前述した導電部材４０に代えて、リボンワイヤ１７を用いてレーザダイオード３０と、外部接続電極１１、１２とが電気的に接続され得る。これにより、第１サブマウント２０に配線層を設ける必要がなくなる。図２０に例示する光源装置１０７において、２個のレーザダイオード３０のうちの一方の上面に位置するｎ側電極面３０Ａは、リボンワイヤ１７によって支持面１０Ａの導体配線層に電気的に接続され、第１サブマウント２０の配線層にも導電部材にも接続されていない。他方のｎ側電極面３０Ａは、リボンワイヤ１７によって第２サブマウント２５の第２配線層２６に電気的に接続され、第１サブマウント２０の配線層にも導電部材にも接続されていない。２個のレーザダイオード３０のそれぞれのｐ側電極面３０Ｂは、第２サブマウント２５の第２配線層２６に電気的に接続されている。さらに、第２サブマウント２５の第２配線層２６と支持面１０Ａの導体配線層とはリボンワイヤ１７によって電気的に接続されている。したがって、外部接続電極１１、リボンワイヤ１７、レーザダイオード３０、リボンワイヤ１７、レーザダイオード３０、リボンワイヤ１７および外部接続電極１２が、この順番で電気的に直列に接続される。
【0105】
リボンワイヤ１７は、金、銅、アルミニウムなどの金属材料、またはこれらの合金から形成される。電蝕対策の観点から言えば、金または銅の金属材料を用いることが好ましい。リボンワイヤ１７は、例えばはんだ付けまたは超音波接合によって、前述した接合部材を介して、レーザダイオード３０の電極面、支持面１０Ａの導体配線層または第２サブマウント２５の第２配線層２６に接合され得る。リボンワイヤ１７の厚さは、例えば０．０１ｍｍ～０．５ｍｍ程度である。このようにリボンワイヤ１７は薄いために、前述した部材の高さのばらつきを抑制し易くなる。さらに、リボンワイヤの許容電流量は比較的大きいために、より多くの電流をレーザダイオードに流すことが可能となる。
【0106】
第２実施形態に係る光源装置の他の例は、複数のレーザダイオード、複数のレーザダイオードにそれぞれ対応した複数の導電部材、および１以上の支持部材を備える。すなわち、導電部材と支持部材の総数は、レーザダイオードの個数よりも多くなる。
【0107】
図２１は、光源装置１０８のＸＹ平面に平行な断面図である。図２２は、上面視における、２個のレーザダイオード３０、２個の導電部材４０および１個の支持部材４５を支持した状態の第２サブマウント２５の平面図である。図２１に示す例において、２個のレーザダイオード３０－１、３０－２に対応する２個の導電部材４０－１、４０－２、および１個の支持部材４５が、第１サブマウント２０と第２サブマウント２５との間に配置されている。
【0108】
２個のレーザダイオード３０－１、３０－２は、それぞれ、同じ極性の電極面が第１配線層２１または第２配線層２６の側を向くように配置される。図２１に示す例では、ｎ側電極面３０Ａが第１配線層２１に接合され、ｐ側電極面３０Ｂが第２配線層２６に接合される。この場合、外部接続電極１１は、導電部材４０－１を介して、レーザダイオード３０－１のｎ側電極面３０Ａに電気的に接続され、レーザダイオード３０－１のｐ側電極面３０Ｂは、導電部材４０－２を介して、レーザダイオード３０－２のｎ側電極面３０Ａに電気的に接続され、レーザダイオード３０－２のｐ側電極面３０Ｂは、外部接続電極１２に電気的に接続される。すなわち、この例では、外部接続電極１１、レーザダイオード３０－１、レーザダイオード３０－２、外部接続電極１２は、この順番で、２個の導電部材４０－１、４０－２を介して直列に接続されている。
【0109】
支持部材４５は、導電に寄与しない部材であり、例えば金属、シリコン、ガラス、セラミック、または前述した基板１０と同じ材料から形成され得る。支持部材４５は、レーザダイオード３０と同じ厚さになるように形成され得る。第２実施形態における支持部材４５は、導電部材４０と同じサイズの直方体の部材であるが、この形状に限定されない。支持部材４５の下面は、接合部材を介して、第２サブマウント２５の第２配線層２６に接合され、支持部材４５の上面は、接合部材を介して、第１サブマウント２０の第１配線層２１に接合され得る。
【0110】
図２２に示す例において、導電部材４０－１、レーザダイオード３０－１、導電部材４０－２、レーザダイオード３０－２、および支持部材４５は、この順番でＸ方向に沿って間隔をあけて並んでいる。レーザダイオード３０、導電部材４０および支持部材４５の外形は、それぞれ、上面視において略矩形である。レーザダイオード３０－１の外形は、頂点ｐ１～ｐ４を結んで形成され、レーザダイオード３０－２の外形は、頂点ｐ５～ｐ８を結んで形成される。同様に、導電部材４０－１の外形は、頂点ｑ１～ｑ４を結んで形成され、導電部材４０－２の外形は、頂点ｑ５～ｑ８を結んで形成され、支持部材４５の外形は、頂点ｑ９～ｑ１２を結んで形成される。レーザダイオード３０、導電部材４０および支持部材４５のそれぞれの矩形の長辺はＺ方向に平行であり、矩形の短辺はＸ方向に平行である。ここで、平行とは±５度以内の誤差を含み得る。
【0111】
図２２に示す例において、レーザダイオード３０の頂点ｐ１～ｐ８を結んで形成される第１幾何図形は矩形であり、導電部材４０および支持部材４５の頂点ｑ１～ｑ１２を結んで形成される第２幾何図形も矩形である。図２２において、第１幾何図形は点線で示され、第２幾何図形は一点鎖線で示されている。導電部材４０－１、レーザダイオード３０－１、導電部材４０－２、レーザダイオード３０－２、および支持部材４５は、第１幾何図形の重心Ｇ１と第２幾何図形の重心Ｇ２とが略一致するように、第２サブマウント２５上に配置される。レーザダイオード３０－１、３０－２の外形の中心は、それぞれ、第２幾何図形の内側に位置している。
【0112】
光源装置１０８によると、支持部材４５を用いることにより、前述したキャップユニットを側壁部１５に接合するときにレーザダイオード３０および導電部材４０に加わる荷重および／またはキャップユニットの重心のバランスをとることが可能となる。特に、第１幾何図形の重心と第２幾何図形の重心とを略一致させることにより、接合時の安定性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【0113】
本開示の光源装置は、高出力のレーザ光源が必要とされる産業用分野、例えば各種材料の切断、穴あけ、局所的熱処理、表面処理、金属の溶接、３Ｄプリンティングなどの光源として好適に利用され得る。
【符号の説明】
【0114】
１０ ：基板
１０Ａ ：支持面
１０Ｂ ：下面
１０Ｓ ：中央部分
１０Ｔ ：周辺部分
１１、１２ ：外部接続電極
１５ ：側壁部
１５Ａ ：第１上面
１５Ｂ ：下面
１５Ｃ ：内壁面
１７ ：リボンワイヤ
２０ ：第１サブマウント
２０Ａ ：第２上面
２０Ｂ ：第１実装面
２０Ｓ ：第１側面
２１ ：第１配線層
２５ ：第２サブマウント
２５Ａ ：第２実装面
２５Ｂ ：下面
２６ ：第２配線層
３０ ：レーザダイオード
３０Ａ ：ｎ側電極面
３０Ｂ ：ｐ側電極面
３０Ｅ ：光出射面
３０Ｒ ：背面
４０ ：導電部材
４５ ：支持部材
５０ ：封止部材
５０Ａ ：第１部分
５０Ｂ ：第２部分
５０Ｃ ：連結部
５１ ：変形部
５１Ａ ：第１変形部
５１Ｂ ：第２変形部
５５ ：開口
６０ ：放熱ブロック
６０Ｂ ：下面
６０Ｓ ：第２側面
６１ ：放熱部材
６２ ：凹部
７０ ：熱伝導部材
７７ ：ワイヤ
９０ａ、９０ｂ、９０ｃ ：接合部材
９１ ：開口部
１００～１０２、１０３Ａ、１０３Ｂ、１０４～１０８ ：光源装置
１０Ａ ：支持面
１０Ｂ ：下面
１０Ｓ ：中央部分
１０Ｔ ：周辺部分
１１、１２ ：外部接続電極
１５ ：側壁部
１５Ａ ：第１上面
１５Ｂ ：下面
１５Ｃ ：内壁面
１７ ：リボンワイヤ
２０ ：第１サブマウント
２０Ａ ：第２上面
２０Ｂ ：第１実装面
２０Ｓ ：第１側面
２１ ：第１配線層
２５ ：第２サブマウント
２５Ａ ：第２実装面
２５Ｂ ：下面
２６ ：第２配線層
３０ ：レーザダイオード
３０Ａ ：ｎ側電極面
３０Ｂ ：ｐ側電極面
３０Ｅ ：光出射面
３０Ｒ ：背面
４０ ：導電部材
４５ ：支持部材
５０ ：封止部材
５０Ａ ：第１部分
５０Ｂ ：第２部分
５０Ｃ ：連結部
５１ ：変形部
５１Ａ ：第１変形部
５１Ｂ ：第２変形部
５５ ：開口
６０ ：放熱ブロック
６０Ｂ ：下面
６０Ｓ ：第２側面
６１ ：放熱部材
６２ ：凹部
７０ ：熱伝導部材
７７ ：ワイヤ
９０ａ、９０ｂ、９０ｃ ：接合部材
９１ ：開口部
１００～１０２、１０３Ａ、１０３Ｂ、１０４～１０８ ：光源装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19A】
【図19B】
【図19C】
【図19D】
【図19E】
【図20】
【図21】
【図22】