特許 7485899 光源装置

(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】

(24)【登録日】2024-05-09

(45)【発行日】2024-05-17

(54)【発明の名称】光源装置

(51)【国際特許分類】

   F21S 2/00 20160101AFI20240510BHJP

   F21V 7/04 20060101ALI20240510BHJP

   F21V 15/01 20060101ALI20240510BHJP

   H01S 5/022 20210101ALI20240510BHJP

   F21Y 115/30 20160101ALN20240510BHJP

   F21Y 113/13 20160101ALN20240510BHJP

【ＦＩ】

F21S2/00 360

F21S2/00 311

F21S2/00 310

F21V7/04 100

F21V15/01 330

H01S5/022

F21Y115:30

F21Y113:13

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020017862

(22)【出願日】2020-02-05

(65)【公開番号】P2021125366

(43)【公開日】2021-08-30

【審査請求日】2023-01-10

(73)【特許権者】

【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】100180529

【弁理士】

【氏名又は名称】梶谷 美道

(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】木村 圭宏

(72)【発明者】

【氏名】宮田 忠明

【審査官】當間 庸裕

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－２１８５１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２１２７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１６４２２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１１０２９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１２３８５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２０７６４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０３８２１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２０７７８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０４９３７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０６７８０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】独国特許出願公開第１０２０１８１０２９６１（ＤＥ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２１Ｓ ２／００

Ｆ２１Ｖ ７／０４

Ｆ２１Ｖ １５／０１

Ｈ０１Ｓ ５／０２２

Ｆ２１Ｙ １１５／３０

Ｆ２１Ｙ １１３／１３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザダイオードと、
前記レーザダイオードを直接または間接的に支持する支持面を有する基板と、
前記支持面に配置された枠体であって、前記レーザダイオードを収容する空間を規定する内壁面、上面および底面を有する枠体と、
前記支持面と前記底面との間に設けられ、前記基板に前記枠体を接合する接合層と、
前記上面に接合されたキャップと、
を備え、
前記内壁面は、前記上面側から前記底面に向かうにつれ前記レーザダイオードから離れるように傾斜する第１傾斜面を有しており、
前記接合層の一部が前記支持面と前記第１傾斜面とを接合し、かつ、前記支持面と前記第１傾斜面との間にフィレットを形成し、
前記フィレットは、前記上面側から前記底面に向かうにつれ前記レーザダイオードに近づくように傾斜する面を有し、
前記第１傾斜面は、前記フィレットで覆われる部分と、前記フィレットで覆われず前記空間に露出する部分と、を有し、
前記基板、前記枠体および前記キャップによって、前記レーザダイオードを収容する前記空間が気密封止される、光源装置。

【請求項2】

前記内壁面は、前記底面側から前記上面に向かうにつれ前記レーザダイオードから離れるように傾斜する第２傾斜面をさらに有している、請求項１に記載の光源装置。

【請求項3】

前記第１傾斜面は前記支持面を基準として第１傾斜角度で傾斜し、前記第２傾斜面は前記支持面を基準として前記第１傾斜角度とは異なる第２傾斜角度で傾斜している、請求項２に記載の光源装置。

【請求項4】

前記接合層は、金属または合金から形成されている、請求項１から３のいずれかに記載の光源装置。

【請求項5】

前記第１傾斜面は表面に凹凸を有する、請求項１から４のいずれかに記載の光源装置。

【請求項6】

前記枠体はシリコン、ガラスおよびセラミックのうちのいずれか一つから形成されている、請求項１から５のいずれかに記載の光源装置。

【請求項7】

第１金属膜が前記支持面上に形成され、
第２金属膜が前記底面および前記第１傾斜面上に連続的に形成されており、
前記接合層は、前記第１金属膜と前記第２金属膜とに接している、請求項１から６のいずれかに記載の光源装置。

【請求項8】

前記枠体は、前記内壁面の反対側に位置する外側面を有し、
前記外側面と前記基板の側面とが、同一平面にある、請求項１に記載の光源装置。

【請求項9】

前記レーザダイオードから出射されるレーザ光を反射させるリフレクタをさらに備える、請求項１から８のいずれかに記載の光源装置。

【請求項10】

前記キャップは、前記レーザダイオードから出射されるレーザ光を透過させる透光部を備え、
前記キャップにおける、前記透光部以外の表面は、遮光膜または反射防止膜で覆われている、請求項１から９のいずれかに記載の光源装置。

【請求項11】

前記枠体の前記内壁面の少なくとも一部に、最表面が金である金属膜が設けられている、請求項１０に記載の光源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は光源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

発光素子を囲う枠体の側壁に傾斜面が設けられた光源装置が特許文献１、２に開示されている。枠体は、発光素子を実装する基板とは別の部材であり、金属材料などの接合材を用いて基板に接合される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００５－１８３５５８号公報

【文献】特開２０１０－４０５４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

基板と枠体との接合強度を向上させた光源装置を提供することを目的とする。

【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、レーザダイオードと、前記レーザダイオードを直接または間接的に支持する支持面を有する基板と、前記支持面に配置された枠体であって、前記レーザダイオードを収容する空間を規定する内壁面、上面および底面を有する枠体と、前記支持面と前記底面との間に設けられ、前記基板に前記枠体を接合する接合層と、を備え、前記内壁面は、前記上面側から前記底面に向かうにつれ前記レーザダイオードから離れるように傾斜する第１傾斜面を有しており、前記接合層の一部が前記支持面と前記第１傾斜面とを接合している。

【発明の効果】

【0006】

本開示の例示的な実施形態によれば、基板と枠体との接合強度を向上させた光源装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、本開示の例示的な実施形態に係る光源装置の構成例を模式的に示す斜視図である。

【図2】図２は、本開示の例示的な実施形態に係る光源装置が備える、レーザダイオード、保護素子およびリフレクタを実装したサブマウントを例示する模式図である。

【図3】図３は、本開示の例示的な実施形態に係る光源装置のＹＺ平面に平行な断面図である。

【図4】図４は、本開示の例示的な実施形態に係る光源装置のＸＹ平面に平行な断面図である。

【図5】図５は、枠体が有する傾斜面の傾斜角度を説明するための模式図である。

【図6】図６は、３個のレーザダイオード、３個の保護素子およびリフレクタを実装したサブマウントを例示する模式図である。

【図7】図７は、本開示の例示的な実施形態に係る光源装置の他の構成例のＹＺ平面に平行な断面図である。

【図8A】図８Ａは、本開示の例示的な実施形態に係る光源装置の製造方法に含まれる製造工程を説明するための工程断面図である。

【図8B】図８Ｂは、本開示の例示的な実施形態に係る光源装置の製造方法に含まれる製造工程を説明するための工程断面図である。

【図8C】図８Ｃは、本開示の例示的な実施形態に係る光源装置の製造方法に含まれる製造工程を説明するための工程断面図である。

【図8D】図８Ｄは、本開示の例示的な実施形態に係る光源装置の製造方法に含まれる製造工程を説明するための工程断面図である。

【図8E】図８Ｅは、本開示の例示的な実施形態に係る光源装置の製造方法に含まれる製造工程を説明するための工程断面図である。

【図8F】図８Ｆは、本開示の例示的な実施形態に係る光源装置の製造方法に含まれる製造工程を説明するための工程断面図である。

【図8G】図８Ｇは、本開示の例示的な実施形態に係る光源装置の製造方法に含まれる製造工程を説明するための工程断面図である。

【図8H】図８Ｈは、本開示の例示的な実施形態に係る光源装置の製造方法に含まれる製造工程を説明するための工程断面図である。

【図8I】図８Ｉは、本開示の例示的な実施形態に係る光源装置の製造方法に含まれる製造工程を説明するための工程断面図である。

【図8J】図８Ｊは、本開示の例示的な実施形態に係る光源装置の製造方法に含まれる製造工程を説明するための工程断面図である。

【図8K】図８Ｋは、本開示の例示的な実施形態に係る光源装置の製造方法に含まれる製造工程を説明するための工程断面図である。

【図9A】図９Ａは、シリコン基板の表面側から見たときの基板に形成された複数の穴を模式的に示す図である。

【図9B】図９Ｂは、シリコン基板の裏面側から見たときの基板に形成された複数の穴を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

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。

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

図１から図４を参照して、本実施形態に係る光源装置の構成例を説明する。図１は、本実施形態に係る光源装置１００の構成例を模式的に示す斜視図である。添付の図面において、参考のため、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸が示されている。また、説明の便宜上、レーザダイオード５０から出射されるレーザ光１４の中心軸が破線で示されている。図２は、光源装置１００が備える、レーザダイオード５０、保護素子６０およびリフレクタ７０を実装したサブマウント４０を例示する模式図である。図３は、光源装置１００のＹＺ平面に平行な断面図である。図３において、レーザダイオード５０およびリフレクタ７０を含む断面が示されている。図４は、光源装置１００のＸＹ平面に平行な断面図である。図４において、レーザダイオード５０および保護素子６０を含む断面が示されている。

【0012】

光源装置１００は、基板１０、枠体２０、キャップ３０、サブマウント４０、レーザダイオード５０、保護素子６０およびリフレクタ７０を備える。本実施形態における光源装置１００の形状の例は、図に示されるように略直方体である。例えば、光源装置１００のＸ方向におけるサイズは１．０ｍｍ～５．０ｍｍ程度であり、Ｚ方向におけるサイズは２．０ｍｍ～５．０ｍｍ程度であり、Ｙ方向における厚さは１．０ｍｍ～３．０ｍｍ程度であり得る。光源装置１００は、ヘッドマウントディスプレイ（Ｈｅａｄ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＨＭＤ）のような使用者の目に近い位置に表示部を備える表示デバイスに必要とされる小型の光源装置等に好適に利用され得る。

【0013】

基板１０は板状の部材であり、レーザダイオード５０を直接または間接的に支持する支持面１０ａを有する。基板１０は、セラミックを主材料として形成することができる。なお、セラミックに限らず金属で形成されていてもよい。例えば、セラミックでは窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、炭化ケイ素等を、金属では銅、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、銅タングステン等を、その他にシリコンや樹脂等を基板の主材料に用いることができる。

【0014】

基板１０は、レーザダイオード５０に電気的に接続される導体配線層（不図示）および基板１０と枠体２０とを接合するための基板側配線である第１金属膜８５ａを支持面１０ａに有し得る。導体配線層および第１金属膜８５ａは、例えばタングステン、モリブデン、ニッケル、金、銀、白金、チタン、銅、アルミ、ルテニウムなどの金属材料から形成され得る。導体配線層は、各層がビアを介して電気的に接続された多層構造を有し得る。

【0015】

枠体２０は、例えば、シリコン、ガラスおよびセラミックのうちのいずれか一つから形成されており、レーザダイオード５０を収容する空間を規定する。本実施形態における枠体２０のＹ方向における厚さは、０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、例えば０．７ｍｍ程度であり得る。枠体２０は、レーザダイオード５０を囲うように基板１０の支持面１０ａ上に配置され、枠体２０の底面２０ａが基板１０の支持面１０ａに接合されている。この接合は、金属などの無機材料、または有機材料の層を介して実現され得る。枠体２０の構造および基板１０との接合については後で詳しく説明する。

【0016】

キャップ３０は、基板１０と同様に板状の部材であり、キャップ３０の主面３０ａが枠体２０の上面２０ｂに接合されている。このような接合は、金属などの無機材料、また有機材料の層を介して実現され得る。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た方が好ましい。キャップ３０は、枠体２０によって規定される空間内にレーザダイオード５０を気密に封止する。気密封止することにより、レーザ光による集塵の影響を抑制することができる。ただし、気密封止することは必須ではない。

【0017】

キャップ３０は、リフレクタ７０で上方に反射されたレーザ光１４を透過する。キャップ３０は、例えばガラス、透明セラミック材料から形成され得る。ガラスはサファイアや蛍光体を含有していてもよい。キャップ３０のうちのレーザ光を透過する部分以外の表面は遮光膜または反射防止膜で覆われていてもよい。

【0018】

ある態様において、キャップ３０は、リフレクタ７０で上方に反射されたレーザ光１４を透過する透光部（不図示）を一部に有していてもよい。キャップ３０において透光部は、レーザ光１４を横切る位置に配置される。キャップ３０のうちの少なくとも透光部は、例えばガラスまたは透明セラミック材料から形成され得る。キャップ３０の透光部以外の部分は、透光部の材料と同じ材料、または異なる材料、例えば基板１０の材料と同じセラミック、シリコンから形成され得る。

【0019】

サブマウント４０は、基板１０の支持面１０ａに接合されている。この接合は、金属などの無機材料、または有機材料の層を介して実現され得る。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。サブマウント４０は、レーザダイオード５０、保護素子６０およびリフレクタ７０が配置される実装面４０ａを有している。レーザダイオード５０、保護素子６０およびリフレクタ７０は、サブマウント４０に固定された状態で基板１０の支持面１０ａ上に実装されている。ただし、リフレクタ７０は、サブマウント４０上に実装されている必要はなく、支持面１０ａ上に直接固定されていてもよい。

【0020】

サブマウント４０は放熱部材であり、典型的には、直方体の形状を有しているが、これに限定されない。サブマウント４０は、レーザダイオード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、サブマウント４０は、レーザダイオード５０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、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＳｉＮなどのセラミック材料や、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｗ、およびＣｕＭｏからなる群から選択される少なくとも１つを含む金属などが用いられる。

【0021】

レーザダイオード５０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（不図示）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５０の出射端面５０ｅからレーザ光１４が出射される。

【0022】

レーザダイオードには、例えば、青色の光を放射するレーザダイオード、緑色の光を放射するレーザダイオード、または、赤色の光を放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、これら以外の光、例えば近赤外線や紫外線を放射するレーザダイオードを採用してもよい。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

レーザダイオード５０から放射されるレーザ光１４は、拡がりを有し、レーザ光１４の出射端面５０ｅ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は、出射端面５０ｅから離れた位置におけるレーザ光１４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／ｅ^２以上の強度を有する部分をビーム断面と呼んでもよい。

【0026】

本実施形態において、レーザダイオード５０は、レーザ光１４を出射する端面を有する端面出射型であるが、面発光型（ＶＣＳＥＬ）であってもよい。レーザ光１４は、不図示の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得る。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。

【0027】

保護素子６０の例はツェナーダイオードであり、レーザダイオード５０に電気的に並列に接続され、レーザダイオード５０に印加され得る逆方向電圧を所定レベル以下に抑える保護回路として機能する。なお、図面において、レーザダイオードと保護素子とを電気的に接続する配線は、図面が煩雑になることを避けるために省略されている。

【0028】

リフレクタ７０は、レーザダイオード５０から出射されるレーザ光１４を上方に反射する立ち上げミラーである。リフレクタ７０は、レーザダイオード５０から出射されるレーザ光１４の一部を光源装置１００のキャップ３０側に反射する反射面７０ｒを有する。反射面７０ｒはリフレクタ７０の傾斜面であり、反射面７０ｒとサブマウント４０の実装面４０ａとがなす角度は例えば４５度である。反射面７０ｒの表面には、光反射制御膜が形成され得る。光反射制御膜は、例えば、Ａｇ、Ａｌなどの薄膜金属から形成され得る。または、光反射制御膜は、Ｔａ_２Ｏ_５／ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２／ＳｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５／ＳｉＯ_２などから形成された誘電体多層膜であり得る。リフレクタ７０のうち、その外形を形成する部分は、母材として、例えばガラスまたは金属から形成され得る。耐熱を考慮すると、母材は熱に強い材料であることが望ましく、例えば、石英もしくはＢＫ７（硼珪酸ガラス）などのガラス、Ａｌなどの金属、またはＳｉを含み得る。

【0029】

光源装置１００は、レーザダイオード５０から出射されるレーザ光１４の出力をモニタするための、受光素子を有する光検出器（不図示）をさらに備え得る。受光素子の例は、フォトダイオードなどの光電変換素子である。

【0030】

図３から図５を参照して、枠体の構造、および、基板に枠体を接合する接合層を詳細に説明する。枠体２０は、底面２０ａ、上面２０ｂ、および、レーザダイオード５０を収容する空間を規定する内壁面２１を有する。内壁面２１は第１傾斜面２１ａおよび第２傾斜面２１ｂを有する。

【0031】

第１傾斜面２１ａは、内壁面２１の周方向に沿って形成された逆テーパ状の傾斜面であり、上面２０ｂ側から底面２０ａに向かうにつれレーザダイオード５０から離れるように傾斜している。第２傾斜面２１ｂは、内壁面２１の周方向に沿って形成されたテーパ状の傾斜面であり、底面２０ａ側から上面２０ｂに向かうにつれレーザダイオード５０から離れるように傾斜している。

【0032】

第１傾斜面２１ａおよび第２傾斜面２１ｂは内壁面２１の周方向に沿って全周にわたって連続的に存在し得る。または、第１傾斜面２１ａおよび第２傾斜面２１ｂは、内壁面２１の周方向に沿って不連続または部分的に存在し得る。傾斜面が内壁面２１の全周に対して部分的に存在する比率は、例えば５０％以上１００％未満であり得る。一例として、内壁面２１においてＺ方向に平行に延びる傾斜面が存在し、Ｘ方向に平行に延びる傾斜面は存在していなくてもよい。このように本開示は、内壁面２１の周方向に沿って不連続に傾斜面が存在する態様も含む。

【0033】

レーザダイオードを収容する空間は、枠体２０に例えばブラスト処理を行うことによって形成され、その場合において、表面に凹凸を有する傾斜面が内壁面２１に形成される。または、例えばレーザ加工装置を用いて内壁面２１に傾斜面を形成することができる。また、例えば、枠体の材料がシリコンである場合においてウェットエッチングを行うことによって傾斜面を形成することができる。

【0034】

図５を参照して傾斜面の傾斜角度を説明する。本実施形態における傾斜角度は、傾斜面と基板１０の支持面１０ａとが成す角度で表される。図５に示されるように、第１傾斜面２１ａは支持面１０ａを基準として第１傾斜角度αで傾斜し、第２傾斜面２１ｂは支持面１０ａを基準として第２傾斜角度βで傾斜している。第１傾斜角度αは第２傾斜角度βと同じであってもよいし、異なっていてもよい。ブラスト処理の条件を変えることによって傾斜角度を調節することができる。

【0035】

再び図３および図４を参照する。基板１０の支持面１０ａと枠体２０の底面２０ａとの間に接合層８１ａが設けられている。接合層８１ａは基板１０と枠体２０とを接合し、接合層８１ａの一部は支持面１０ａと第１傾斜面２１ａとを接合している。接合層８１ａの材料の例は、金属、または半田などの合金である。例えば、基板１０に枠体２０を半田付けによって接合するとき、溶融した半田の一部を第１傾斜面２１ａと支持面１０ａとの間に流れ込ませることで、それが凝固して支持面１０ａと第１傾斜面２１ａとを接合する部材として機能する。接合層８１ａの一部が支持面１０ａと第１傾斜面２１ａとを接合することにより、基板１０と枠体２０との接合強度が向上し得る。基板１０と枠体２０との接合強度を向上させる部材として接合層８１ａの一部を利用できるので、製造工程が簡素化され、また、信頼性の向上が見込まれる。

【0036】

本実施形態において、接合層８１ａの一部は、支持面１０ａと第１傾斜面２１ａとの間にフィレット８１ｂを形成している。フィレット８１ｂは第１傾斜面２１ａと支持面１０ａとの間に位置している。フィレット８１ｂは、図３においてはＸ方向に枠体２０に沿って形成され、図４においてはＺ方向に枠体２０に沿って形成されている。上述したとおり、半田付けを行うことによって第１傾斜面２１ａと支持面１０ａとの間にフィレット８１ｂを比較的容易に形成することができる。本実施形態におけるフィレット８１ｂのＹ方向における高さは、例えば０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であり得る。フィレット８１ｂのＸ方向またはＺ方向における幅は例えば０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であり得る。接合層８１ａの一部をフィレット状に形成することにより、支持面１０ａおよび第１傾斜面２１ａに接する接触面積が大きくなるために、基板１０と枠体２０との接合強度を一層向上させることができる。

【0037】

基板１０の材料となり得るセラミックまたは枠体２０の材料となり得るシリコンは、溶融金属または合金に対し濡れ性を有しない。そのため、本実施形態において、基板１０の支持面１０ａと、第１傾斜面２１ａと、枠体の底面２０ａとに濡れ性を改善する処理がなされている。具体的に説明すると、フィレット８１ｂを含む接合層８１ａの全体が位置する支持面１０ａ上の領域に第１金属膜８５ａが形成されている。また、枠体２０の底面２０ａおよび第１傾斜面２１ａ上に第２金属膜８５ｂが連続的に形成されている。接合層８１ａは第１金属膜８５ａと第２金属膜８５ｂとに接している。金属膜は、例えばＡｕ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｐｔなどの単層膜または多層膜であり得る。第１傾斜面２１ａの全体に金属膜を形成することが好ましい。ただし、少なくともフィレット８１ｂに接する第１傾斜面２１ａの領域に金属膜が形成されていればよい。

【0038】

このように、本来、溶融金属または合金に対する濡れ性を有しない部材の表面に濡れ性を改善する処理を行うことによって、基板１０および枠体２０に対する接合層８１ａの密着性を向上させることができる。

【0039】

既に説明したとおり、第１傾斜面２１ａの第１傾斜角度αは第２傾斜面２１ｂの第２傾斜角度βとは異なり得る。第１傾斜角度αを小さく設定することによって、接合層８１ａの一部、つまりフィレット８１ｂを第１傾斜面２１ａにより密着させ易くなる。第１傾斜角度αは、例えば３５°以上７０°以下の範囲に調節され、例えば５０°以上７０°以下の範囲に調整されることが好ましい。基板１０と枠体２０との接合強度を向上することができる。一方で、第２傾斜角度βを大きく設定し、第２傾斜面２１ｂによって規定される開口を拡げることによって、枠体２０の内壁面２１がレーザダイオード５０から出射されるレーザ光１４を遮ることが抑制される。第２傾斜角度βは、例えば３５°以上９０°以下の範囲に調節され、例えば７０°以上９０°以下の範囲に設定されることが好ましい。レーザダイオード５０と枠体２０の内壁面２１との距離を短くすることができ、その結果、光源装置１００を小型化することができる。

【0040】

フィレット８１ｂの大きさと、第１傾斜角度αとの間に相関関係が存在する。第１傾斜角度αが小さいと、フィレット８１ｂは大きくなり、第１傾斜角度αが大きいと、フィレット８１ｂは小さくなる。第１傾斜角度αが９０°に近づくほど、第１傾斜面２１ａが内壁面２１に存在しない状態に近づく。第１傾斜角度αが小さくなるほど、フィレット８１ｂと第１傾斜面２１ａとの接合面積は大きくなる。第１傾斜角度αをより小さい角度に調整できれば、支持面１０ａと第１傾斜面２１ａとの間に位置するフィレット８１ｂを大きくすることが可能となり、基板１０と枠体２０の接合強度を向上させることが可能となる。

【0041】

本開示の光源装置は１個のレーザダイオードに限らず、複数のレーザダイオードを備えていてもよい。図６において、３個のレーザダイオード５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、３個の保護素子６０ａ、６０ｂおよび６０ｃを実装したサブマウント４０が示されている。保護素子６０ａ、６０ｂおよび６０ｃは、レーザダイオード５０ａ、５０ｂおよび５０ｃにそれぞれ電気的に並列に接続されているが、レーザダイオードと保護素子とを電気的に接続する配線は、図面が煩雑になることを避けるために省略されている。保護素子６０ａ、６０ｂおよび６０ｃは、レーザダイオード５０ａ、５０ｂおよび５０ｃに印加され得る逆方向電圧を所定レベル以下にそれぞれ抑えることができる。

【0042】

図６に示す光源装置において、例えば、レーザダイオード５０ａは青色の光を放射し、レーザダイオード５０ｂは緑色の光を放射し、レーザダイオード５０ｃは赤色の光を放射する。レーザダイオードの配置はこの例に限られず、例えば、赤色の光を放射するレーザダイオード５０ａと緑色の光を放射するレーザダイオード５０ｃとの間に青色の光を放射するレーザダイオード５０ｂを配置してもよい。このように、３個のレーザダイオードを１パッケージに実装することによって、例えばＲＧＢの三原色のレーザダイオードを備える小型の光源装置が提供される。

【0043】

図７を参照して、本実施形態に係る光源装置の他の構成例を説明する。図７は光源装置２００のＹＺ平面に平行な断面図である。図７において、レーザダイオード５０およびリフレクタ７０を含む断面が示されている。

【0044】

図７に例示される光源装置２００において、枠体２０の内壁面２１は第１傾斜面２１ａを有しているが、第２傾斜面２１ｂを有していない。このように、本開示の光源装置は、少なくとも第１傾斜面を有していればよく、第２傾斜面を必ずしも必要としない。支持面１０ａと第１傾斜面２１ａとの間にフィレット８１ｂを形成することにより、基板１０と枠体２０との接合強度を向上させることが可能となる。また、内壁面２１は第１傾斜面２１ａと第２傾斜面２１ｂとの間にさらなる傾斜面を有していてもよい。

【0045】

図８Ａから図８Ｋ、図９を参照して、光源装置１００の製造方法の例を説明する。図８Ａから図８Ｋは、光源装置１００の製造方法に含まれる製造工程を説明するための工程断面図である。図９Ａは、基板１０１の表面１０１ａ側から見たときの複数の穴１２１を模式的に示す図である。図９Ｂは、基板１０１の裏面１０１ｂ側から見たときの複数の穴１２２を模式的に示す図である。図９Ａおよび図９Ｂにおいて、基板１０１の中心の領域に行および列方向に形成された複数の穴が示されている。以下、ブラスト処理を行うことによって第１傾斜面２１ａおよび第２傾斜面２１ｂを枠体２０に形成する例を説明する。

【0046】

先ず、例えばシリコンの基板１０１を準備する。基板１０１の厚さは、例えば０．７ｍｍである。

【0047】

図８Ａに示されるように、基板１０１の表面１０１ａにブラスト用のドライフィルムレジスト１０２をラミネートする。次に、基板１０１の表面１０１ａにおける特定の位置に穴を開けるためのパターンを有するマスクをドライフィルムレジスト１０２の上に置き、露光装置を用いて紫外線で照射する。マスクパターンは複数の開口を有し、その開口の形状は、例えば矩形である。ただし、その形状は矩形に限定されず、例えば円または楕円などであってもよい。紫外線で照射した後、現像液を用いて現像することにより、図８Ｂに示されるように基板１０１の表面１０１ａに所望のレジストパターン１０３を形成する。

【0048】

図８Ｃに示されるように、ブラスト用ノズルを用いて基板１０１の表面１０１ａに投射材である砂等の研磨剤１０４を空気圧で衝突させることによって、表面１０１ａに穴１２１を形成する。ブラスト処理の条件を変えることによって穴１２１の表面の傾斜角度を制御することができる。表面１０１ａにおいてレジストパターン１０３が存在しない部分には、シリコンが削れることで穴１２１が形成され、レジストパターン１０３が存在する部分には、マスクされることによって穴１２１が形成されない。ブラスト処理を所定時間において行った結果、表面１０１ａを基準として第１傾斜角度αで傾斜した、凹凸を有する第１傾斜面２１ａが穴１２１の表面に形成される。

【0049】

図９Ａに示されるように、基板１０１の表面１０１ａに垂直な方向から見たときの穴１２１の形状は、マスクが有する開口の形状に整合し、例えば矩形である。その場合、穴１２１のサイズは、例えば、Ｘ方向において０．５ｍｍ以上４．０ｍｍ以下であり、Ｚ方向において１．５ｍｍ以上４．０ｍｍ以下であり得る。穴１２１の角は曲面を有していてもよい。

【0050】

図８Ｄに示されるように、ブラスト処理を行った後、スプレーノズルを用いて基板１０１の表面１０１ａを剥離液に浸漬することによって、表面１０１ａからレジストパターン１０３を剥離する。以上の工程を経て、複数の穴１２１が表面１０１ａに形成された基板１０１が得られる。

【0051】

次に、図８Ｅに示されるように、基板１０１の上下を反転させ、表面１０１ａの反対側に位置する裏面１０１ｂにブラスト用のドライフィルムレジスト１０２をラミネートする。裏面１０１ｂにおける特定の位置に穴を開けるためのパターンを有するマスクをドライフィルムレジスト１０２の上に置き、露光装置を用いて紫外線で照射する。このマスクパターンとして、表面１０１ａに穴１２１を開けるために用いるマスクと同じものを用いることができる。同じマスクを用いることによって、表面１０１ａに穴１２１が形成された位置に対応した裏面１０１ｂにおける位置に、穴１２１の開口と同程度のサイズの開口を有する穴を開けることが可能となる。ただし、この工程において用いるマスクは、表面１０１ａに穴１２１を開けるために用いるマスクとは異なっていてもよい。紫外線で照射した後、現像液を用いて現像することにより、図８Ｆに示されるように基板１０１の裏面１０１ｂに所望のレジストパターン１０３を形成する。

【0052】

図８Ｇに示されるように、ブラスト用ノズルを用いて基板１０１の裏面１０１ｂに研磨剤１０４を空気圧で衝突させることによって、裏面１０１ｂに穴１２２を形成する。ブラスト処理の条件を変えることによって穴１２２の表面の傾斜角度を制御することができる。ブラスト処理を所定時間において行った結果、裏面１０１ｂを基準として第２傾斜角度βで傾斜した、凹凸を有する第２傾斜面２１ｂが穴１２２の表面に形成される。穴１２１と穴１２２とが繋がり、これによって貫通孔１２０が基板１０１に形成される。

【0053】

図９Ｂに示されるように、基板１０１の裏面１０１ｂに垂直な方向から見たときの穴１２２の形状は、マスクが有する開口の形状に整合し、例えば矩形である。その場合、穴１２２のサイズは、例えば、Ｘ方向において０．５ｍｍ以上４．０ｍｍ以下であり、Ｚ方向において１．５ｍｍ以上４．０ｍｍ以下であり得る。穴１２２の角は曲面を有していてもよい。

【0054】

図８Ｈに示されるように、ブラスト処理を行った後、スプレーノズルを用いて基板１０１の裏面１０１ｂを剥離液に浸漬することによって、裏面１０１ｂからレジストパターン１０３を剥離する。以上の工程を経て、複数の貫通孔１２０が形成された基板１０１が得られる。複数の貫通孔１２０のそれぞれの内壁面は、逆テーパ状の第１傾斜面２１ａおよびテーパ状の第２傾斜面２１ｂを有する。以降、複数の貫通孔１２０が形成された基板１０１を枠体２０のベース１１０と記載する。

【0055】

図８Ｉに示されるように、各々がレーザダイオード５０およびリフレクタ７０を実装した複数のサブマウント４０を基板１０の支持面１０ａにおける特定の座標位置に接合する。特定の座標位置は、基板１０をベース１１０に接合するときに、ベース１１０が有する複数の貫通孔１２０の位置に整合する位置である。また、必要に応じてサブマウント４０またはレーザダイオード５０と基板１０とを導電性ワイヤーを介して電気的に結線する。

【0056】

基板１０の支持面１０ａにおけるベース１１０に接合する領域に金属膜を形成することによって、濡れ性を改善する処理を行う。また、図８Ｈに示されるベース１１０の底面１１０ａと第１傾斜面２１ａとに金属膜を形成することによって、濡れ性を改善する処理を行う。このとき、第２傾斜面２１ｂにも金属膜を形成してもよい。

【0057】

図８Ｊに示されるように、それぞれのサブマウント４０が、対応する貫通孔１２０に収納されるように、基板１０とベース１１０とを接合層で接合する。このとき、支持面１０ａと第１傾斜面２１ａとの間にフィレット８１ｂが形成される。また、キャップ３０は、基板１０とベース１１０とを接合する前にベース１１０に接合されてもよく、基板１０とベース１１０とを接合した後にベース１１０に接合されてもよい。このように、複数の貫通孔１２０をキャップ３０で封止できていればよく、キャップ３０をベース１１０に接合する順序は問わない。

【0058】

図８Ｋに示されるように、基板１０およびキャップ３０を貼り合わせたベース１１０をデバイス単位にダイシング等により分割することによって、複数の光源装置１００が得られる。

【産業上の利用可能性】

【0059】

本開示の光源装置は、ヘッドマウントディスプレイなどの光源等に好適に利用され得る。

【符号の説明】

【0060】

１０・・・基板、２０・・・枠体、２１ａ・・・第１傾斜面、２１ｂ・・・第２傾斜面、３０・・・キャップ、４０・・・サブマウント、５０・・・レーザダイオード、６０・・・保護素子、７０・・・リフレクタ、８１ａ・・・接合層、８１ｂ・・・フィレット、８５ａ・・・第１金属膜、８５ｂ・・・第２金属膜、１００、２００・・・光源装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図8D】

【図8E】

【図8F】

【図8G】

【図8H】

【図8I】

【図8J】

【図8K】

【図9A】

【図9B】