特開 2024-127102 発光装置、及び発光装置の製造方法

(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】P2024127102

(43)【公開日】2024-09-20

(54)【発明の名称】発光装置、及び発光装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/02255 20210101AFI20240912BHJP

【ＦＩ】

H01S5/02255

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023035992

(22)【出願日】2023-03-08

(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】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】桂 祥教

【テーマコード（参考）】

5F173

【Ｆターム（参考）】

5F173MA10

5F173MC01

5F173MC22

5F173MD64

5F173ME22

5F173ME33

5F173ME63

5F173ME90

5F173MF28

(57)【要約】

【課題】発光装置の効率的な製造を可能とする製造技術を提供する。
【解決手段】発光装置１００は、基体１１と、斜面３１を有する台３０と、１または複数の発光素子２１を含む発光部２０と、反射性素子４０と、台を基体に接合する第１接合層７２と、発光部を基体に接合する第２接合層７１と、反射性素子を台の斜面に接合する第３接合層７３とを備える。台は、斜面に接合された反射性素子が１または複数の発光素子から出射された光の少なくとも一部を反射する位置に配される。第１接合層は、合金の層であり、第２接合層及び第３接合層のそれぞれは、金属粒子の焼結体層である。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基体と、
斜面を有する台と、
１または複数の発光素子を含む発光部と、
反射性素子と、
前記台を前記基体に接合する第１接合層と、
前記発光部を前記基体に接合する第２接合層と、
前記反射性素子を前記台の前記斜面に接合する第３接合層と、
を備え、
前記台は、前記斜面に接合された前記反射性素子が前記１または複数の発光素子から出射された光の少なくとも一部を反射する位置に配され、
前記第１接合層は、合金の層であり、
前記第２接合層及び前記第３接合層のそれぞれは、金属粒子の焼結体層である、発光装置。

【請求項2】

前記発光部は、上面と、前記第２接合層に接する下面とを有する１または複数のサブマウントを有し、
前記１または複数の発光素子は、前記１または複数のサブマウントの前記上面に接合されている、請求項１に記載の発光装置。

【請求項3】

前記反射性素子は、前記１または複数の発光素子から出射された前記光の少なくとも一部を斜めに受ける表面を有する半導体素子である、請求項１に記載の発光装置。

【請求項4】

前記半導体素子は、光検出器またはＭＥＭＳ素子である、請求項３に記載の発光装置。

【請求項5】

前記反射性素子は、反射型レンズまたは回折素子である、請求項１に記載の発光装置。

【請求項6】

前記焼結体層は複数の空孔を含む、請求項１に記載の発光装置。

【請求項7】

前記第１接合層の前記合金は、前記焼結体層の焼結温度よりも高い融点を有する、請求項１から６のいずれか１項に記載の発光装置。

【請求項8】

前記１または複数の発光素子のそれぞれは、半導体レーザ素子である、請求項１に記載の発光装置。

【請求項9】

基体を用意すること、
斜面を有する１または複数の台を、ロウ付けまたははんだ付けにより、前記基体に接合すること、
前記１または複数の台を前記基体に接合した後、金属粒子を含むペーストを、前記基体の一部、及び、前記１または複数の台の前記斜面に塗布すること、
１または複数の発光素子を含む１または複数の発光部を、前記ペーストを介して、前記基体に配置すること、
反射性素子を、前記ペーストを介して、前記１または複数の台の前記斜面のそれぞれに配置すること、
前記ペーストを加熱して前記金属粒子を焼結することにより、前記１または複数の発光部を前記基体に接合し、かつ、前記反射性素子を前記１または複数の台の前記斜面のそれぞれに接合すること、
を含む、発光装置の製造方法。

【請求項10】

前記ロウ付けまたははんだ付けを行う第１熱処理温度よりも、前記ペーストを加熱して前記金属粒子を焼結する第２熱処理温度は低い、請求項９に記載の発光装置の製造方法。

【請求項11】

前記第２熱処理温度は、３００℃以下である、請求項１０に記載の発光装置の製造方法。

【請求項12】

前記ペーストの室温における粘度は、２５パスカル秒以上である、請求項９に記載の発光装置の製造方法。

【請求項13】

前記１または複数の台を前記基体に接合することは、前記複数の台の下面のそれぞれにロウ材またははんだ材を塗布した後で順次または同時にレーザ光で照射し、前記１または複数の台の下面のそれぞれを加熱することを含む、請求項９から１２のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、発光装置、及び発光装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

複数の部材を接合して製造される発光装置では、接合される部材の種類、形状、位置によって異なる種類の接合材料が用いられることがある。特許文献１は、半導体レーザチップと、半導体レーザチップを収容するケースと、レンズベースと、レーザ光を収束するレンズとを備える半導体モジュールを記載している。レンズベースは、はんだによってケースに接合され、レンズは、樹脂接着剤によってレンズベース上に接合される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－１８６３２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

発光装置の効率的な製造を可能とする製造技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の発光装置は、例示的で非限定的な実施形態において、基体と、斜面を有する台と、１または複数の発光素子を含む発光部と、反射性素子と、前記台を前記基体に接合する第１接合層と、前記発光部を前記基体に接合する第２接合層と、前記反射性素子を前記台の前記斜面に接合する第３接合層と、を備え、前記台は、前記斜面に接合された前記反射性素子が前記１または複数の発光素子から出射された光の少なくとも一部を反射する位置に配され、前記第１接合層は、合金の層であり、前記第２接合層及び前記第３接合層のそれぞれは、金属粒子の焼結体層である。

【0006】

本開示の発光装置の製造方法は、例示的で非限定的な実施形態において、基体を用意すること、斜面を有する１または複数の台を、ロウ付けまたははんだ付けにより、前記基体に接合すること、前記１または複数の台を前記基体に接合した後、金属粒子を含むペーストを、前記基体の一部、及び、前記１または複数の台の前記斜面に塗布すること、１または複数の発光素子を含む１または複数の発光部を、前記ペーストを介して、前記基体に配置すること、反射性素子を、前記ペーストを介して、前記１または複数の台の前記斜面のそれぞれに配置すること、前記ペーストを加熱して前記金属粒子を焼結することにより、前記１または複数の発光部を前記基体に接合し、かつ、前記反射性素子を前記１または複数の台の前記斜面のそれぞれに接合すること、を含む。

【発明の効果】

【0007】

本開示の実施形態によれば、発光装置の効率的な製造を可能とする製造技術を提供できる。また、当該製造技術により製造される発光装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本開示の第１の実施形態に係る発光装置の上面図である。

【図2】図２は、図１のＩＩ－ＩＩ断面線における断面図である。

【図3】図３は、本開示の第１の実施形態に係る発光装置の製造方法の例に含まれる製造工程のフローチャートである。

【図4A】図４Ａは、本開示の第１の実施形態に係る発光装置の製造方法に含まれる製造工程を説明するための上面図である。

【図4B】図４Ｂは、本開示の第１の実施形態に係る発光装置の製造方法に含まれる製造工程を説明するための上面図である。

【図4C】図４Ｃは、本開示の第１の実施形態に係る発光装置の製造方法に含まれる製造工程を説明するための上面図である。

【図5】図５は、本開示の第２の実施形態に係る発光装置の斜視図である。

【図6】図６は、図５のＶＩ－ＶＩ断面線における断面図である。

【図7】図７は、本開示の第２の実施形態に係る発光装置から蓋部を除いた状態の上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

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ものとする。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ものとする。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、本明細書及び特許請求の範囲で記載される“多角形”に含まれる。

【0010】

多角形に限らず、台形や円形や凹凸など、特定の形状を表す言葉についても同様である。その形状を形成する各辺を扱う場合も同様である。つまり、ある辺において、隅や中間部分に加工が施されていたとしても、“辺”には加工された部分も含まれる。部分的な加工のない“多角形”や“辺”を、加工された形状と区別する場合は“厳密な”を付して、例えば、“厳密な四角形”などと記載するものとする。

【0011】

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。例えば、請求項では「発光素子が基板上に配されている」と記載されている場合、明細書中において「第１発光素子と第２発光素子とが基板上に配列されている」と記載されることがある。第１”及び“第２”の序数詞は、２個の発光素子を区別するために使用されている。同一の序数詞が付された要素名が、明細書と特許請求の範囲との間で、同一の要素を指さない場合がある。例えば、明細書において“第１発光素子”、“第２発光素子”、“第３発光素子”の用語で特定される要素が記載されている場合、特許請求の範囲における“第１発光素子”及び“第２発光素子”が、明細書における“第１発光素子”及び“第３発光素子”に相当することがある。また、特許請求の範囲に記載された請求項１において、“第１発光素子”の用語が使用され、“第２発光素子”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個の発光素子を備えていればよく、その発光素子は、明細書中の“第１発光素子”に限定されず、“第２発光素子”または“第３発光素子”であり得る。

【0012】

本明細書または特許請求の範囲において、特定の方向または位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」、「前」、「後」）を用いる場合がある。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の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。

【0013】

図面に示される要素または部材の寸法、寸法比率、形状、配置間隔等は、わかり易さのために誇張されている場合がある。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。

【0014】

以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。実施形態は、本発明の技術思想が具体化されたものではあるが、本発明を限定するものではない。実施形態の説明で示される数値、形状、材料、ステップ、そのステップの順序などは、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。以下の説明において、同一の名称、符号によって特定される要素は、同一または同種の要素であり、それらの要素について重複した説明を省略することがある。

【0015】

本開示の実施形態に係る発光装置は、基体と、１または複数の発光素子を含む発光部と、台と、反射性素子とを含む複数の構成要素を備える。ただし、本開示の実施形態に係る発光装置は、例えば製品仕様に応じて、例えばツェナーダイオードに代表される保護素子及び／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測定素子を備え得る。

【0016】

＜第１の実施形態＞
［１．発光装置の構造例］
先ず、図１及び図２を参照して、本開示の第１の実施形態に係る発光装置の基本構造の例を説明する。

【0017】

図１は、本実施形態に係る発光装置の上面図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ断面線における断面図である。図２には、発光素子から出射される光のうちの主要部分の光を矢印の破線で示している。なお、主要部分の光については後述する。

【0018】

図面には、参考のために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸が示されている。以降、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の方向を、それぞれ、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向と記載する。Ｚ方向は、発光素子から光が出射される方向である。また、Ｙ方向は、基体の実装面に垂直な方向である。「上面視」という用語は、基体の実装面に垂直な方向、つまりＹ方向から見る上面視を意味する。

【0019】

本実施形態に係る発光装置１００は、基体１１と、発光素子２１及びサブマウント２２を含む発光部２０と、台３０と、反射性素子４０とを備える。発光素子２１からＺ方向に出射される光は、反射性素子４０によって上方（Ｙ方向）に反射される。

【0020】

まず、各構成要素について説明する。

【0021】

（基体１１）
発光装置１００における基体１１は、平板形状を有している。基体１１は、上面、及び、上面とは反対側の下面を有する。上面は、発光装置１００が備える１以上の構成要素が配置される実装面１１Ｍとして機能する。実装面１１Ｍは平面であり、１以上の構成要素が配置される実装領域を含む。実装領域には接合のための金属膜が形成され得る。基体１１は、セラミックを主材料として形成することができる。セラミックの例は、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、炭化ケイ素を含む。

【0022】

基体１１は、１または複数の配線層を有し得る。１または複数の配線層は、電子部品のような構成要素に電気的に接続される。実装面１１Ｍには、例えば、金属の導電体から形成され、パターニングされた金属膜を含む１または複数の配線領域が設けられ得る。電子部品は、例えば金属ワイヤを介して配線領域に電気的に接続され、配線領域は、例えばビアホールを介しての配線層に電気的に接続される。

【0023】

（発光部２０）
発光部２０は、１または複数の発光素子を含む。発光部２０は、さらに、１または複数のサブマウントを含み得る。図１または図２に示す例の発光装置１００における発光部２０は、サブマウント２２及び発光素子２１を含む。発光素子２１は、サブマウント２２の上面に配置されている。ただし、サブマウントは必須ではない。

【0024】

（発光素子２１）
発光素子２１は、光出射面２１ｅから光を出射する。発光素子２１の例は、半導体レーザ素子（またはレーザダイオード）である。図１に示す例における発光素子２１は、端面発光型の半導体レーザ素子であり、上面視で長方形の外形を有し得る。発光素子２１が端面発光型の半導体レーザ素子である場合、上面視で長方形の２つの短辺のうちの一辺を含む側面が、光の出射端面である光出射面２１ｅである。ただし、発光素子２１は、端面発光型の半導体レーザ素子に限定されず、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）のような面発光型の半導体レーザ素子、または発光ダイオード（ＬＥＤ）であってもよい。また、発光素子２１は、１つのエミッタを有するシングルエミッタであってもよく、あるいは、２つ以上のエミッタを有するマルチエミッタであってもよい。

【0025】

発光素子２１が半導体レーザ素子の場合、半導体レーザ素子から出射される光（レーザ光）は、拡がりを有する発散光である。レーザ光は、光出射面２１ｅ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。ＦＦＰとは、光出射面から離れた位置における出射光の形状や光強度分布である。レーザ光線のうちのＦＦＰの楕円形状の中心を通る光線を、レーザ光の光軸と呼ぶ。光軸上を進む光は、ＦＦＰの光強度分布においてピーク強度を示す。ＦＦＰの光強度分布において、ピーク強度値に対して例えば１／ｅ^２以上の強度を有する光を、「主要部分」の光と呼ぶことができる。

【0026】

発光素子２１として、例えば、青色の光を出射する半導体レーザ素子、緑色の光を出射する半導体レーザ素子、または、赤色の光を出射する半導体レーザ素子を採用することができる。また、これら以外の光を出射する半導体レーザ素子を採用してもよい。

【0027】

ここで、青色の光は、その発光ピーク波長が４２０ｎｍ～４９４ｎｍの範囲内にある光をいうものとする。緑色の光は、その発光ピーク波長が４９５ｎｍ～５７０ｎｍの範囲内にある光をいうものとする。赤色の光は、その発光ピーク波長が６０５ｎｍ～７５０ｎｍの範囲内にある光をいうものとする。

【0028】

青色の光を発する半導体レーザ素子、または、緑色の光を発する半導体レーザ素子として、窒化物半導体を含む半導体レーザ素子が挙げられる。窒化物半導体としては、例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、及びＡｌＧａＮを用いることができる。赤色の光を発する半導体レーザ素子として、ＩｎＡｌＧａＰ系やＧａＩｎＰ系、ＧａＡｓ系やＡｌＧａＡｓ系の半導体を含むものが挙げられる。

【0029】

（サブマウント２２）
図１及び図２に示す例におけるサブマウント２２は、上面及び上面と反対側に位置する下面を有し、直方体の形状を有する。ただし、サブマウント２２の形状は直方体に限られない。サブマウント２２の上面及び下面が、それぞれ、２つの接合面として機能し得る。サブマウント２２は、例えば、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、又は炭化ケイ素から形成することができる。サブマウント２２の下面には、接合のための金属膜が設けられ得る。一方、サブマウント２２の上面には、他の構成要素に電気的に接続される複数の配線領域が設けられ得る。

【0030】

（台３０）
台３０は、下面３２と、下面３２に対して傾斜した斜面３１と、を有する。斜面３１は、下面３２に対して傾斜角度のある範囲で傾斜した平面である。傾斜角度は、例えば、１０°以上８０°以下の範囲にあり、好ましくは４０°以上５０°以下の範囲にある。図２に示す発光装置１００の例において、斜面３１は、下面３２に対して４５°の傾斜角をなす。あるいは、台３０は、それぞれが下面３２に対して傾斜した複数の傾斜面を含み得る。その場合、斜面３１は、複数の傾斜面のうちの最も面積の大きな傾斜面であり得る。

【0031】

台３０は、例えば、セラミック、ガラス、または金属などから形成することができる。例えば、窒化アルミニウムなどのセラミック、石英若しくは硼珪酸ガラスなどのガラス、またはアルミニウムなどの金属を用いることができる。台３０は、例えばシリコンから形成することもできる。

【0032】

（反射性素子４０）
反射性素子４０は、光反射面４１と、接合面４２とを有する。接合面４２は、光反射面４１の反対側に位置し、反射性素子４０が他の構成要素に接合される面である。反射性素子４０の上面に光反射面４１が設けられている。光反射面４１は、入射する光の一部または全部を反射する。図１に示す例における反射性素子４０の外形は直方体であるが、その外形は直方体に限定されない。

【0033】

反射性素子４０は、光反射面４１を表面に有する半導体素子であり得る。半導体素子は、例えば光検出器またはＭＥＭＳ素子などの電子部品である。光検出器の例は、入射光の強度または光量に応じた電気信号を出力する光電変換素子（フォトダイオード）である。あるいは、反射性素子４０は、反射型レンズ、または反射型若しくは透過型回折格子などの回折素子であってもよい。

【0034】

図１及び図２に示す例の発光装置１００における反射性素子４０は光検出器である。この場合、反射性素子４０の光反射面４１を光検出器の「受光面」と呼んでもよい。光検出器の受光面には、１または複数の受光領域４５が設けられ得る。図１に示す例における反射性素子４０において、受光面に１つの受光領域４５が設けられている。受光面の外形の例は矩形であり、同様に、受光領域４５は、受光面において、矩形の外形を有している。受光領域４５の形状は、矩形に限らず、受光領域４５に入射する光の形状に応じて適宜設計され得る。

【0035】

（発光装置１００）
次に発光装置１００を説明する。

【0036】

本実施形態に係る発光装置１００は、基体１１と、発光素子２１及びサブマウント２２を含む発光部２０と、台３０と、台３０の斜面３１に支持される反射性素子４０と、を備える。ただし、発光素子２１の数は１個に限定されず、２個以上であり得る。本開示の実施形態に係る発光装置は、１または複数の発光素子２１を内部の空間に封止するパッケージ構造を備え得る。パッケージ構造については後に詳しく説明する。

【0037】

発光部２０は、上面と、接合層７１に接する下面とを有する１または複数のサブマウント２２を有し得る。図１及び図２に示す例における発光部２０は、１個のサブマウント２２を有する。発光部２０は、接合層７１を介して基体１１に接合される。より具体的には、発光部２０に含まれるサブマウント２２の下面が、接合層７１を介して基体１１の実装面１１Ｍにおける実装領域に接合される。接合層７１は、基体１１と発光部２０との間に位置する。

【0038】

接合層７１は、基体１１と発光部２０とを接合する接合材料を加熱することによって形成される。接合材料の例は、焼結材料であり、この場合における接合層７１は、金属粒子の焼結体層である。金属粒子または金属の粉末を当該金属の融点よりも低い温度（硬化温度）で加熱して焼き固めることにより、部材同士が接合される。焼結材料として、例えば金属ペーストを用いてもよい。以降、金属ペーストを単に「ペースト」と記載する。ペーストは、有機バインダ（または樹脂）とその中に分散される複数の金属粒子とを有する。複数の金属粒子は、例えば、Ａｇ粒子、Ｃｕ粒子、Ａｕ粒子及びその他の貴金属粒子からなる群から選択される少なくとも１種類の金属粒子を含む。ペースト中の有機バインダは加熱中に揮発し、残りの焼結された複数の金属粒子が接合層７１を形成する。そのため、焼結体層である接合層７１は、有機バインダの揮発によって生じた複数の空孔を含み得る。

【0039】

１または複数の発光素子２１が、１または複数のサブマウント２２の上面に接合された状態で配置され得る。あるいは、１または複数の発光素子２１のそれぞれが、複数のサブマウント２２のうちの対応する１個のサブマウント２２に配置され得る。図１に示す例における発光部２０において１個の発光素子２１が、サブマウント２２の上面に接合された状態で配置されている。言い換えると、発光素子２１は、サブマウント２２を介して基体１１の実装面１１Ｍ上に配置されている。

【0040】

台３０は、接合層７２を介して基体１１に接合される。より具体的には、台３０の下面３２が、接合層７２を介して基体１１の実装面１１Ｍにおける実装領域に接合される。接合層７２は、基体１１と台３０との間に位置する。

【0041】

接合層７２は、基体１１と台３０とを接合する接合材料を加熱することによって形成される。接合材料の例は、ロウ材またははんだ材であり、この場合における接合層７２は、合金の層である。ろう付けまたははんだ付けでは、ロウ材またははんだ材を昇温によって融解し、降温によって固化させることにより、部材同士が接合される。ロウ材は、例えば、金ロウ材、錫ロウ材、及び銀ロウ材からなる群から選択される少なくとも１つであり得る。はんだ材は、例えばＡｕＳｎ、ＳｎＣｕ、ＳｎＡｇ、及びＳｎＡｇＣｕからなる群から選択される少なくとも１つであり得る。

【0042】

反射性素子４０は、台３０の斜面３１に接合層７３を介して接合される。接合層７１と同様に、接合層７３は、金属粒子の焼結体層である。接合層７３は、有機バインダの揮発によって生じた複数の空孔を含み得る。接合層７２の合金は、焼結体層である接合層７１及び接合層７３の焼結温度よりも高い融点を有する。液相線温度または固相線温度を意味する接合層７２の合金の融点をｔ２、接合層７１及び接合層７３の焼結温度をそれぞれｔ１及びｔ３とすると、ｔ２＞ｔ１、かつ、ｔ２＞ｔ３の関係が成立する。

【0043】

台３０は、台３０の斜面３１に接合された反射性素子４０が１または複数の発光素子２１から出射された光の少なくとも一部を反射する位置に配置され得る。図２に示す例における台３０は、斜面３１に接合された反射性素子４０の光反射面４１が発光素子２１から出射された光のうちの主要部分の光を受け、主要部分の光の少なくとも一部を反射する位置に配置されている。

【0044】

反射性素子４０は、１または複数の発光素子２１から出射された光の少なくとも一部を斜めに受ける表面を有する半導体素子であり得る。図２に示す例における反射性素子４０は、発光素子２１から出射された光のうちの主要部分の光を斜めに受ける受光面を有する光検出器である。光検出器によって、発光素子２１から出射される光の強度をモニタすることが可能となる。発光素子２１から出射された光の一部は、光検出器の受光面における受光領域４５（図１を参照）に入射し、残りの光の一部または全部は受光面によって上方に反射される。

【0045】

図２に示すように、発光部２０に含まれるサブマウント２２のＹ方向における厚さは、反射性素子４０の光反射面４１の下端から基体１１の実装面１１Ｍまでの高さよりも大きい。これにより、サブマウント２２の上面に接合される発光素子２１の光出射面２１ｅに位置する発光点を、実装面１１Ｍを基準として、光反射面４１の下端よりも高い位置に配置させることができる。

【0046】

台３０は、発光部２０に含まれるサブマウント２２に近づけて配置される。図２に示す例において、Ｚ方向における、発光素子２１の光出射面２１ｅと同じ側に位置するサブマウント２２の側面から、台３０の斜面３１の下端３１ａまでの距離ｄ１は、例えば１００μｍ以上５００μｍ以下の範囲にあり得る。台３０をサブマウント２２に近づけて配置することによって、発光素子２１の光出射面２１ｅから、台３０の斜面３１に配置される反射性素子４０の光反射面４１までの距離を小さくすることができる。その結果、発光素子２１から出射されたレーザ光が拡がる前に、レーザ光のうちの主要部分の光を反射性素子４０の光反射面４１に入射さることができるために、光反射面４１のサイズを小さくすることが可能となる。このことは、反射性素子４０の小型化に貢献し、さらには、発光装置全体の小型化に貢献し得る。

【0047】

［２．発光装置の製造方法の例］
次に、図３、図４Ａ～図４Ｃを参照して、本実施形態に係る発光装置の製造方法の例を説明する。

【0048】

図３は、発光装置１００の製造方法の例に含まれる製造工程のフローチャートである。図４Ａ～図４Ｃのそれぞれは、発光装置１００の製造方法に含まれる製造工程を説明するための上面図である。

【0049】

図３に例示するフローチャートは、基体を用意する工程Ｓ１０と、斜面を有する１または複数の台を、ロウ付けまたははんだ付けにより、基体に接合する工程Ｓ２０と、１または複数の台を基体に接合した後、金属粒子を含むペーストを、基体の一部、及び、１または複数の台の斜面に塗布する工程Ｓ３０と、１または複数の発光素子を含む１または複数の発光部を、ペーストを介して、基体に配置する工程Ｓ４０と、反射性素子を、ペーストを介して、１または複数の台の斜面のそれぞれに配置する工程Ｓ５０と、ペーストを加熱して金属粒子を焼結することにより、１または複数の発光部を基体に接合し、かつ、反射性素子を１または複数の台の斜面のそれぞれに接合する工程Ｓ６０と、を含む。

【0050】

以下で説明する発光装置の製造方法の例によれば、基板搬送装置を用いて、１枚の基板から複数個（例えば５０個程度）の発光装置を製造することができ、かつ、製造される発光装置の数に応じた構成要素を基板上でまとめて実装することができる。発光装置を１つずつ完成させていく製造工程に比べ、同じ工程のなかでまとめて複数の発光装置を製造できるため、発光装置を効率的に製造することが可能となり、生産性を向上させ得る。図４Ａ～図４Ｃのそれぞれには、基体１１に実装される複数の発光装置の部材のうちの３行４列に並んだデバイス単位の部分を破線の矩形で囲み、拡大して例示している。

【0051】

工程Ｓ１０において、基体１１を用意する。

【0052】

工程Ｓ２０において、図４Ａに示すように、それぞれが斜面３１を有する複数の台３０を、ロウ付けまたははんだ付けにより基体１１に接合する。ロウ付けまたははんだ付けは、第１熱処理温度で行う。第１熱処理温度の範囲は、例えば２５０℃以上５００℃未満である。但し、第１熱処理温度は、後述する第２熱処理温度よりも高い温度である。また、複数の台３０を基体１１に接合することは、複数の台３０のそれぞれの下面３２にロウ材またははんだ材を塗布した後で順次または同時にレーザ光で照射し、複数の台３０のそれぞれの下面３２を加熱することを含み得る。例えば、ディスペンサを用いて、搬送用コレットで持ち上げられた台３０の下面３２にロウ材またははんだ材を塗布し、レーザを照射することにより、ロウ材またははんだ材を加熱して基体１１と台３０との間に合金の層である接合層７２を形成する。これにより、基体１１と台３０とを、合金の層である接合層７２によって接合する。基体の実装面を加熱すると、基体の反りによる面内温度分布、及びダイボンド後の時間差に起因する共晶不良が生じる可能性がある。これに対して、台の下面を加熱することにより、共晶不良の発生を抑制し得る。ただし、基体１１を加熱して、基体１１と台３０とを接合してもよい。

【0053】

工程Ｓ３０において、図４Ｂに示すように、複数の台３０を基体１１に接合した後、例えば、ディスペンサを用いて、前述したＡｇ粒子、Ｃｕ粒子、Ａｕ粒子、Ａｇ／Ｐｄ粒子などの金属粒子を含むペーストＰ１及びＰ２を、それぞれ、基体１１の実装面１１Ｍの一部、及び、台３０の斜面３１に塗布する。ペーストＰ２を塗布する斜面３１上の領域のサイズは、例えば２ｍｍ四方程度である。本実施形態では、ペーストＰ１及びＰ２は、同じ金属粒子を含む。ただし、ペーストＰ１及びＰ２は異なる金属粒子を含んでいてもよい。平面である斜面３１にペーストＰ２を塗布する場合には、ペーストＰ２の流動を抑えるために、ペーストＰ２にある程度の粘度が求められる。求められるペーストＰ２の粘度は、台３０の下面３２に対する斜面３１の傾斜角などに依存する。傾斜角が例えば４５°である場合、ペーストＰ２の室温(２５℃)における粘度は、例えば２５パスカル秒以上であることが好ましく、例えば３０パスカル秒以上であることがより好ましい。これにより、斜面３１にペーストＰ２を塗布してもペーストＰ２の流動を抑制できる。

【0054】

工程Ｓ４０において、例えば搬送用コレットを用いて、複数の発光素子２１を含む複数の発光部２０を、ペーストＰ１を介して、基体１１の実装面１１Ｍに配置する。複数の発光部２０を基体１１に配置する前に、サブマウント２２の上面に例えばＡｕＳｎのような接合材料を用いて発光素子２１を接合することにより、発光部２０を準備しておく。ペーストＰ１に含まれる金属粒子は、サブマウント２２に発光素子２１を接合するために用いる接合材料よりも融点が高く、かつ、接合温度が低い金属を含むことが好ましい。基体１１と発光部２０との接合に、接合温度が低い金属粒子を含むペーストＰ１を用いることで、接合時の温度を比較的低温とすることができる。その結果、発光素子２１をサブマウント２２に接合した後、サブマウント２２を実装面１１Ｍに接合するときに、接合時の熱が、サブマウント２２に実装された発光素子２１を破損させたり、発光素子２１の温度特性に影響を与えたりすることを抑制できる。言い換えると、基体１１と発光部２０との接合にペーストＰ１を用いることで、発光装置の製造歩留まりが向上し得る。

【0055】

工程Ｓ５０において、例えば搬送用コレットを用いて、反射性素子４０を、ペーストＰ２を介して、複数の台３０の斜面３１のそれぞれに配置する。このとき、工程Ｓ２０において、接合材料として、ロウ材またははんだ材の代わりにペーストを用いるとする。この場合、台３０の斜面３１に反射性素子４０を配置するときに、反射性素子４０の重力のうちの斜面３１に垂直な成分によって、ペーストが硬化する前に、基体１１の実装面１１Ｍに平行な方向に台３０が動く可能性がある。これに対し、基体１１と台３０とをロウ材またははんだ材によって接合することで、複数の台３０のそれぞれは、合金の層である接合層７２によって基体１１に固定されているために、台３０の斜面３１に反射性素子４０を配置しても台３０は動かない。

【0056】

工程Ｓ６０において、ペーストＰ１及びＰ２を加熱して金属粒子を焼結することにより、図４Ｃに示すように、複数の発光部２０を基体１１に接合し、かつ、反射性素子４０を複数の台３０の斜面３１（図４Ａを参照）のそれぞれに接合する。本実施形態では、接合層７１および接合層７３は、同じ硬化熱処理で形成される。ただし、接合層７１および接合層７３は、それぞれ、異なる硬化熱処理で形成され得る。ペーストを加熱して金属粒子を焼結するための硬化熱処理は、第２熱処理温度（硬化温度）で行う。ここで、前述した第１熱処理温度よりも第２熱処理温度は低い。第２熱処理温度は、例えば２００℃以上３００℃以下である。例えば、第２熱処理温度２３０℃で３０分間ペーストを加熱して金属粒子を焼結させる。これにより、それぞれが複数の空孔を含み得る接合層７１及び接合層７３が形成される。第２熱処理温度下において、基体１１と台３０とを接合する接合層７２の融解を抑制することが可能である。

【0057】

また、ペーストを加熱した後は、前述したように有機バインダは揮発するために、それぞれが焼結体層である接合層７１及び接合層７３に含まれない。したがって、発光素子が短波長の光を出射する場合に、有機分子（アウトガス）に短波長の光があたると、発光素子の出射端面に有機物質が付着してレーザ光の出力が低下したりする、いわゆる集塵による品質劣化を抑制し得る。

【0058】

本開示の実施形態に係る発光装置は、例えばヘッドマウントディスプレイに利用される。ヘッドマウントディスプレイは、光の出射点を基準とした精度の高い部品実装を必要とする。本開示の実施形態によれば、先に、ロウ材またははんだ材を用いて、台３０を基体１１に接合した後に、比較的に短い熱処理時間でペーストを加熱して台３０の斜面３１に反射性素子４０を接合することができる。このため、基体１１の実装面１１Ｍにおける台３０の位置ずれ、及び、反射性素子４０が台３０の斜面３１をすべることによる斜面３１における反射性素子４０の位置ずれを抑制でき、その結果、光の出射点を基準とした反射性素子４０の実装精度を向上させ得る。

【0059】

最後に、部品を実装した基体１１をデバイス単位にダイシングなどにより分割することによって、１枚の基体から複数の発光装置１００が得られる。

【0060】

＜第２の実施形態＞
図５から図７を参照して、本開示の第２の実施形態に係る発光装置を説明する。

【0061】

本実施形態に係る発光装置は、サブマウントによって支持された複数の発光素子、及び複数の発光素子を内部の空間に封止するパッケージを備える点で、第１の実施形態に係る発光装置と相違する。以下、共通点の説明は省略し、相違点を主に説明する。

【0062】

図５は、発光装置１０１の斜視図である。図６は、図５のＶＩ－ＶＩ断面線における断面図である。図７は、発光装置１０１から蓋部１６を除いた状態の上面図である。

【0063】

本実施形態に係る発光装置１０１は、パッケージ１０と、３個の発光素子２１を含む発光部２０と、台３０と、反射性素子４０とを備える。ただし、発光素子２１の数は３個に限定されず、１個、２個または４個以上であり得る。図６または図７に示す例における反射性素子４０は、第1の実施形態と同様に、光検出器である。

【0064】

（パッケージ１０）
パッケージ１０は、基体１１と、基体１１の実装面１１Ｍを囲う側壁部１２と、側壁部１２の上面１０Ａに固定される蓋部１６と、を有する。パッケージ１０は、実装面１１Ｍと側壁部１２とによって規定される凹部を有する。凹部は、パッケージ１０の上方から下方に向かって窪む。ここで、凹部の窪みの底となる面を底面と呼ぶ。底面は、実装面１１Ｍの主要な部分となり得る。

【0065】

実装面１１Ｍの法線方向、すわわち、上面視において、パッケージ１０の外形は矩形である。図７に示す例におけるパッケージ１０の底面の外形は矩形である。

【0066】

本実施形態における基体１１は、パッケージ１０の実装面１１Ｍを構成する部分である。基体１１には、パッケージ１０の底面及び下面が含まれる。側壁部１２は、パッケージ１０の実装面１１Ｍを囲い、かつ、実装面１１Ｍから上方に向かって延びる側壁を構成する部分である。

【0067】

パッケージ１０は、１以上の段差部１３を有し得る。段差部１３は、パッケージ１０の凹部に設けられている。段差部１３は、パッケージ１０の側壁部１２の一部である。段差部１３は、パッケージ１０の上面１０Ａよりも下方に位置する。段差部１３は段差構造を有し、パッケージ１０の側壁に沿って形成され得る。図７に示す例では、段差部１３は、実装面１１Ｍを囲う側壁の全周に沿って形成されていないが、全周に沿って形成され得る。段差部１３の上面１３Ａには、１または複数の配線領域が設けられ得る。例えば、１または複数の配線領域は、パッケージ１０の内部を通り、パッケージ１０の下面に設けられた配線領域に電気的に接続され得る。

【0068】

パッケージ１０の側壁部１２は、前述した基体１１の材料と同様に、例えばセラミックを主材料として形成することができる。セラミックの例は、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、炭化ケイ素などを含む。

【0069】

図６に示す例におけるパッケージ１０は、基体１１と側壁部１２とが一体的に形成された構造を有する。例えば、成形またはエッチングなどの加工技術を利用して基体１１と側壁部１２とが一体的に形成された部材を作製することが可能である。または、パッケージ１０は、異なる材料を主材料から別個に形成された基体１１と側壁部１２を接合して作製してもよい。この場合、例えば、基体１１は金属を主材料として形成され、側壁部１２はセラミックを主材料として形成され得る。また、この場合、基体１１は、側壁部１２の主材料に用いるセラミックよりも放熱性に優れた材料（熱伝導率の高い材料）を含んでいることが好ましい。そのような材料の例は、銅、アルミニウム、鉄、銅モリブデン、銅タングステン、銅－ダイヤモンド複合材料を含み得る。

【0070】

蓋部１６は、直方体の平板形状の部材である。ただし、蓋部１６は直方体でなくてもよい。蓋部１６は、基体１１の上方において側壁部１２の上面１０Ａに固定される。蓋部１６は、透光性を有する領域である透光性領域を含む光取出面１７を有する。蓋部１６は、一部に、透光性を有しない領域である非透光性領域を有していてもよい。光取出面１７は、蓋部１６の上面に含まれる。なお、透光性を有するとは、そこに入射する主要な光の透過率が８０％以上である性質を意味する。

【0071】

蓋部１６は、例えばサファイアから形成することができる。サファイアは透光性を有しており、また、屈折率が比較的高く、強度も比較的高い材料である。蓋部１６は、サファイア以外に、ガラス、プラスチック、石英などの透光性材料から形成され得る。

【0072】

パッケージ１０は、例えば、Ｙ方向の高さが３ｍｍ以下、上面視で、矩形形状の外形におけるＸ及びＺ方向の１辺の長さが、それぞれ、１０ｍｍ以下の寸法を有し得る。また、パッケージ１０は、例えば、高さが２ｍｍ以下、上面視で、矩形形状の外形における１辺の長さが７ｍｍ以下の寸法を有し得る。

【0073】

本実施形態に係る発光装置１０１において、図６に示すように、発光部２０は接合層７１を介して基体１１に接合される。台３０は接合層７２を介して基体１１に接合され、反射性素子４０は、接合層７３を介して台３０の斜面３１に接合される。

【0074】

図７に示す例における発光装置１０１は、３個の発光素子２１を備える。３個の発光素子２１は、それぞれ、赤色の光、緑色の光、及び、青色の光から選択される互いに異なる色の光を出射する。ＲＧＢの３色の光を出射する発光装置は、例えば、カラー画像表示の用途に採用され得る。なお、各発光素子２１が発する光の色は、これに限らず、また、用途によっては可視光に限られない。

【0075】

発光装置１０１において、パッケージ１０の内部には封止された閉空間が形成される。また、パッケージ１０の側壁部１２と蓋部１６とを所定の雰囲気下で接合することにより、パッケージ１０の内部に気密封止された閉空間が形成される。発光素子２１が配置される空間を気密封止することにより、集塵による品質劣化を抑制することができる。なお、発光装置１０１の全体が、集塵や空気中の水分などの影響による品質劣化を危惧する必要のない環境または雰囲気中で使用される場合、蓋部１６は不要である。例えば、発光装置１０１の全体がエンクロージャによって封止される場合、蓋部１６は不要である。

【0076】

３個の発光素子２１は、サブマウント２２の上面にＸ方向に並んで配置される。ただし、３個の発光素子２１のそれぞれは、３個のサブマウントのうちの対応する1個のサブマウント上に配置されてもよい。３個の発光素子２１のそれぞれから出射された光は、反射性素子４０の光反射面４１、すなわち光検出器の受光面に入射する。Ｘ方向における隣り合う発光素子２１の発光点の間隔は、例えば２００μｍ程度である。

【0077】

光検出器の受光面には、３個の発光素子２１に対応した３つの受光領域４５が設けられている。３つの受光領域４５は、受光面においてＸ方向に並んで配置される。３つの受光領域４５のそれぞれは、３個の発光素子２１うちの対応する発光素子２１から出射される光の主要部分を受ける位置に設けられている。複数の受光領域４５が受光面に設けられる場合、光検出器を、それぞれが複数の受光領域４５のうちの１つに対応した複数の部分に電気的及び機能的に分離することができる。図７に示すように、複数の部分は一体的に形成されてもよく、複数の部分のそれぞれは、物理的に分離された個別の光検出器であってもよい。

【0078】

３個の発光素子２１のそれぞれから出射された光の一部は、対応する受光領域４５に入射し、残りの光の一部または全部は受光面によって上方に反射される。上方に反射された光は、蓋部１６の透光性領域を透過し、光取出面１７から外部に出射する。

【0079】

本明細書でこれまで説明してきた内容を通し、以下の技術事項が開示される。
（項１）
基体と、
斜面を有する台と、
１または複数の発光素子を含む発光部と、
反射性素子と、
前記台を前記基体に接合する第１接合層と、
前記発光部を前記基体に接合する第２接合層と、
前記反射性素子を前記台の前記斜面に接合する第３接合層と、
を備え、
前記台は、前記斜面に接合された前記反射性素子が前記１または複数の発光素子から出射された光の少なくとも一部を反射する位置に配され、
前記第１接合層は、合金の層であり、
前記第２接合層及び前記第３接合層のそれぞれは、金属粒子の焼結体層である、発光装置。
（項２）
前記発光部は、上面と、前記第２接合層に接する下面とを有する１または複数のサブマウントを有し、
前記１または複数の発光素子は、前記１または複数のサブマウントの前記上面に接合されている、項１に記載の発光装置。
（項３）
前記反射性素子は、前記１または複数の発光素子から出射された前記光の少なくとも一部を斜めに受ける表面を有する半導体素子である、項１または２に記載の発光装置。
（項４）
前記半導体素子は、光検出器またはＭＥＭＳ素子である、項３に記載の発光装置。
（項５）
前記反射性素子は、反射型レンズまたは回折素子である、項１または２に記載の発光装置。
（項６）
前記焼結体層は複数の空孔を含む、項１から５のいずれか１項に記載の発光装置。
（項７）
前記第１接合層の前記合金は、前記焼結体層の焼結温度よりも高い融点を有する、項１から６のいずれか１項に記載の発光装置。
（項８）
前記１または複数の発光素子のそれぞれは、半導体レーザ素子である、項１から７のいずれか１項に記載の発光装置。
（項９）
基体を用意すること、
斜面を有する１または複数の台を、ロウ付けまたははんだ付けにより、前記基体に接合すること、
前記１または複数の台を前記基体に接合した後、金属粒子を含むペーストを、前記基体の一部、及び、前記１または複数の台の前記斜面に塗布すること、
１または複数の発光素子を含む１または複数の発光部を、前記ペーストを介して、前記基体に配置すること、
反射性素子を、前記ペーストを介して、前記１または複数の台の前記斜面のそれぞれに配置すること、
前記ペーストを加熱して前記金属粒子を焼結することにより、前記１または複数の発光部を前記基体に接合し、かつ、前記反射性素子を前記１または複数の台の前記斜面のそれぞれに接合すること、
を含む、発光装置の製造方法。
（項１０）
前記ロウ付けまたははんだ付けを行う第１熱処理温度よりも、前記ペーストを加熱して前記金属粒子を焼結する第２熱処理温度は低い、項９に記載の発光装置の製造方法。
（項１１）
前記第２熱処理温度は、３００℃以下である、項１０に記載の発光装置の製造方法。
（項１２）
前記ペーストの室温における粘度は、２５パスカル秒以上である、項９から１１のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
（項１３）
前記１または複数の台を前記基体に接合することは、前記複数の台の下面のそれぞれにロウ材またははんだ材を塗布した後で順次または同時にレーザ光で照射し、前記１または複数の台の下面のそれぞれを加熱することを含む、項９から１２のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。

【産業上の利用可能性】

【0080】

実施形態に係る発光装置は、ヘッドマウントディスプレイ、プロジェクタ、照明、ディスプレイ等に使用することができる。

【符号の説明】

【0081】

１０ ：パッケージ
１０Ａ ：上面
１１ ：基体
１１Ｍ ：実装面
１２ ：側壁部
１３ ：段差部
１３Ａ ：上面
１６ ：蓋部
１７ ：光取出面
２０ ：発光部
２１ ：発光素子
２１ｅ ：光出射面
２２ ：サブマウント
３０ ：台
３１ ：斜面
３２ ：下面
４０ ：反射性素子
４１ ：光反射面
４２ ：接合面
４５ ：受光領域
７１、７２、７３ ：接合層
１００、１０１ ：発光装置
Ｐ１、Ｐ２ ：ペースト

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6】

【図7】