特許 7579201 発光装置

(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】2024-10-29

(45)【発行日】2024-11-07

(54)【発明の名称】発光装置

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/02257 20210101AFI20241030BHJP

   H01S 5/02253 20210101ALI20241030BHJP

【ＦＩ】

H01S5/02257

H01S5/02253

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2021073476

(22)【出願日】2021-04-23

(65)【公開番号】P2022167589

(43)【公開日】2022-11-04

【審査請求日】2024-03-21

(73)【特許権者】

【識別番号】319006036

【氏名又は名称】シャープ福山レーザー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】加藤 雅宏

(72)【発明者】

【氏名】東坂 浩由

(72)【発明者】

【氏名】織田 洋樹

【審査官】村井 友和

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－２７７３９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０８４８１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０３３５１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０１２９７４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２１－０５７４０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２１１４７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１７６７６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２０８２８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０２７２３２９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０９１１９８８６（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０４６８２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０１８８７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－０１８９８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１０３９０９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／００－ ５／５０

Ｈ０１Ｌ ３３／４８－３３／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部空間と、前記内部空間と外部とを貫通する開口部と、が形成された本体部であって、少なくとも１つの半導体レーザ素子を前記内部空間内に搭載した、金属からなる本体部と、
前記開口部を覆うように前記本体部に接着されて、前記本体部の前記内部空間を気密封止する、封止ガラスと、を備え、
前記封止ガラスの前記本体部側の表面には、前記封止ガラスと前記本体部との接着領域において、前記封止ガラスの熱膨張係数と、前記本体部を構成する金属の熱膨張係数と、の間の熱膨張係数を有する金属からなる下地接合層が設けられており、
前記封止ガラスは、前記下地接合層と、ソルダを含む接合層と、を介して前記本体部に接着されている、発光装置。

【請求項2】

前記封止ガラスは、前記半導体レーザ素子の出射光が通過する位置にレンズ部を有する、請求項１に記載の発光装置。

【請求項3】

前記下地接合層は、
前記封止ガラスの表面に形成された密着層と、
前記密着層上に形成されたバリア層と、
を有する、請求項１または２に記載の発光装置。

【請求項4】

前記密着層は、クロムまたはチタンを主成分とする金属からなり、
前記バリア層は、白金を主成分とする金属からなる、請求項３に記載の発光装置。

【請求項5】

前記本体部の外面には、前記開口部の周囲にザグリ部が設けられており、
前記封止ガラスは、前記ザグリ部の底面において、前記本体部と接着される、請求項１から４のいずれか１項に記載の発光装置。

【請求項6】

前記ザグリ部には、前記ザグリ部の周囲に沿って、前記ザグリ部の底面よりも掘り込まれた溝部が設けられている、請求項５に記載の発光装置。

【請求項7】

前記本体部の前記内部空間には、前記半導体レーザ素子が複数搭載されている、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】

前記接合層は金、金と錫、または、錫と銀と銅、のいずれかを主成分とする金属からなる、請求項１から７のいずれか１項に記載の発光装置。

【請求項9】

前記本体部の主成分は銅である、請求項１から８のいずれか１項に記載の発光装置。

【請求項10】

前記本体部の少なくとも前記接着領域の表面は、金で覆われている、請求項１から９のいずれか１項に記載の発光装置。

【請求項11】

内部空間と、前記内部空間と外部とを貫通する開口部と、が形成された本体部であって、少なくとも１つの半導体レーザ素子を前記内部空間内に搭載した、金属からなる本体部上に、
封止ガラスを、前記開口部を覆うように前記本体部に接着することにより、前記本体部の前記内部空間を気密封止する、発光装置の製造方法であって、
前記封止ガラスの前記本体部側の表面には、予め、前記封止ガラスと前記本体部との接着領域がパターニングされた、下地層と、前記下地層上のソルダ層とが形成されており、
前記下地層は、前記封止ガラスの熱膨張係数と、前記本体部を構成する金属の熱膨張係数と、の間の熱膨張係数を有する金属からなるとともに、前記封止ガラスの表面に形成された密着層と、前記密着層上のバリア層と、前記バリア層上の接合金属層とを含み、
前記本体部の少なくとも前記接着領域の表面は、予め、金層で覆われており、
前記封止ガラスの前記本体部への接着は、前記接着領域が加熱されて、前記接合金属層と前記ソルダ層との間、及び、前記ソルダ層と前記金層との間で合金化が行われることにより実行される、発光装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発光装置に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザ光を出射する発光素子として半導体レーザ素子を利用した、発光装置が知られている。このような発光装置は、レーザ光を取り出す光透過窓を設けつつ、半導体レーザ素子を気密に封止する必要がある。特許文献１には、金属からなるキャップ本体に低融点ガラスを封着材として、光透過窓が封着された、このような発光装置に適用可能な半導体装置用キャップが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００５－１０１４８１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、上述のような従来技術は、半導体装置用キャップに対して光透過窓を接着する場合には適しているが、発光装置のパッケージ本体に対して光透過窓を封着するのには適していない。パッケージ本体の放熱性を高めるために、銅（Ｃｕ）を主成分とする金属でパッケージ本体を構成した場合、ガラスからなる光透過窓（封止ガラス）との熱膨張係数差が大きく、熱応力により光透過窓が破損してしまうという問題がある。

【0005】

本発明の一態様は、前記従来の問題点に鑑みなされたものであって、発光装置の本体部と封止ガラスとの熱膨張差が大きい場合であっても、封止ガラスを破損させずに発光装置本体を封止ガラスにより封止することができる発光装置を実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る発光装置は、内部空間と、前記内部空間と外部とを貫通する開口部と、が形成された本体部であって、少なくとも１つの半導体レーザ素子を前記内部空間内に搭載した、金属からなる本体部と、前記開口部を覆うように前記本体部に接着されて、前記本体部の前記内部空間を気密封止する、封止ガラスと、を備え、前記封止ガラスの前記本体部側の表面には、前記封止ガラスと前記本体部との接着領域において、前記封止ガラスの熱膨張係数と、前記本体部を構成する金属の熱膨張係数と、の間の熱膨張係数を有する金属からなる下地接合層が設けられており、前記封止ガラスは、前記下地接合層と、ソルダを含む接合層と、を介して前記本体部に接着されている。

【0007】

また、本発明の一態様に係る発光装置の製造方法は、内部空間と、前記内部空間と外部とを貫通する開口部と、が形成された本体部であって、少なくとも１つの半導体レーザ素子を前記内部空間内に搭載した、金属からなる本体部上に、封止ガラスを、前記開口部を覆うように前記本体部に接着することにより、前記本体部の前記内部空間を気密封止する、発光装置の製造方法であって、前記封止ガラスの前記本体部側の表面には、予め、前記封止ガラスと前記本体部との接着領域がパターニングされた、下地層と、前記下地層上のソルダ層とが形成されており、前記下地層は、前記封止ガラスの熱膨張係数と、前記本体部を構成する金属の熱膨張係数と、の間の熱膨張係数を有する金属からなるとともに、前記封止ガラスの表面に形成された密着層と、前記密着層上のバリア層と、前記バリア層上の接合金属層とを含み、前記本体部の少なくとも前記接着領域の表面は、予め、金層で覆われており、前記封止ガラスの前記本体部への接着は、前記接着領域が加熱されて、前記接合金属層と前記ソルダ層との間、及び、前記ソルダ層と前記金層との間で合金化が行われることにより実行される。

【発明の効果】

【0008】

本発明の一態様によれば、発光装置の本体部と封止ガラスとの熱膨張差が大きい場合であっても、封止ガラスを破損させずに発光装置本体を封止ガラスにより封止することができる発光装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態１に係る発光装置の概略構成の一例を模式的に示す断面図である。

【図2】前記発光装置の概略構成の一例を模式的に示す斜視図である。

【図3】前記発光装置の接着領域において合金化がなされる前の下地層及びソルダ層の概略構成を示す断面図である。

【図4】前記発光装置の製造方法の一例の工程を説明する断面図である。

【図5】図４の続きの前記発光装置の製造方法の一例の工程を説明する断面図である。

【図6】図５の続きの前記発光装置の製造方法の一例の工程を説明する断面図である。

【図7】図６の続きの前記発光装置の製造方法の一例の工程を説明する断面図である。

【図8】本発明の実施形態２に係る発光装置の概略構成の一例を模式的に示す断面図である。

【図9】本発明の実施形態３に係る発光装置の概略構成の一例を模式的に示す断面図の部分拡大図である。

【図10】溝部の効果を説明するための図であり、拡大図１００１は、溝部が形成されていない場合のレンズアレイが受けるソルダ層の応力を説明する図であり、拡大図１００２は、溝部が形成されている場合のレンズアレイが受ける応力を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

〔実施形態１〕
現在流通しているバタフライタイプのＭＣＰ（Multi Chip Package）においては、封止部材（キャップガラス等）で発光装置本体の内部空間の気密封止をし、その封止部材上にレンズアレイを接着剤にて固定しているものがある。

【0011】

それに対して本発明は、封止部材ではなく、レンズアレイ２０で発光装置１００の本体部１０の内部空間１１を気密封止する。これにより、レンズアレイ２０とは別途の封止部材の搭載スペースの必要がなくなる。さらに封止部材が削減できるので、製造工程の１工程を削減できる。

【0012】

しかしながら、レンズアレイ２０により本体部１０の内部空間１１を気密封止させる場合、下記の問題がある。すなわち、例えば、本体部１０が銅であると、熱膨張係数が１７．７×１０^－６［１／Ｋ］であり、レンズアレイ２０（ガラス）の熱膨張係数が７．２×１０^－６［１／Ｋ］であるため、熱膨張差が大きくなる。そのため、ソルダ層４０のみで直接本体部１０にレンズアレイ２０を封着すると、本体部１０とレンズアレイ２０との熱膨張差による熱応力をレンズアレイ２０がそのまま受けてしまう。その結果、レンズアレイ２０が破損してしまうというリスクがある。

【0013】

そこで本発明は、本体部１０とレンズアレイ２０との熱膨張差が大きくても、本体部１０をレンズアレイ２０で気密封止できるよう、下記の構成を備えている。すなわち、本発明に係る発光装置１００は、レンズアレイ２０とソルダ層４０との間に本体部１０を構成する金属の熱膨張係数と、レンズアレイ２０の熱膨張係数との間の熱膨張係数を有する金属からなる下地層３０を備えている。これにより、本体部１０とレンズアレイ２０との熱膨張差による熱応力を緩和することができ、レンズアレイ２０破損のリスクを低減することができる。以下に詳しく説明する。

【0014】

（発光装置）
本発明の一実施形態について、図１及び図２に基づき詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る発光装置１００の概略構成の一例を模式的に示す断面図である。図２は、発光装置１００の概略構成の一例を模式的に示す斜視図である。

【0015】

なお、図１の断面図は、発光装置１００から外部へ出射される出射光の出射方向Ｄと平行な面で切断した断面図であり、半導体レーザ素子１へのワイヤの接続状態が確認できるように切断面の位置を設定したものである。図４から図９についても同様である。発光装置１００から外部へ出射される出射光の出射方向Ｄと平行な面は、半導体レーザ素子１の発熱を放熱する放熱面である、本体部１０の本体底面１４に平行な面である。また、図２は、本体部１０の内部空間１１の内部を分かりやすく示すために、内部空間１１上、及び、内部空間１１の手前の本体部１０を透明として、図示したものである。

【0016】

発光装置１００は、複数の半導体レーザ素子１を有する。複数の半導体レーザ素子１の出射光は、レンズアレイ２０によりそれぞれ単独のコリメート光となり、最終的に発光装置１００を備える機器側のレンズで１つのレーザ光として集約されて利用される。発光装置１００は、例えば、プロジェクター、屋内外の照明、車載用ヘッドランプ、投光器等のピーク出力を必要とする機器に用いることができる。

【0017】

図１及び図２に示すように、発光装置１００は、本体部１０と、レンズアレイ２０と、を備え、本体部１０とレンズアレイ２０との間の接着領域５０により本体部１０とレンズアレイ２０とが接着している。

【0018】

（本体部）
本体部１０は、金属からなる略直方体の筐体であり、筐体の内部には、内部空間１１が形成されている。本体部１０において、本体部１０から外部へ出射される出射光の出射方向Ｄに位置する出射面（外面）１２には、内部空間１１と外部とを貫通するように開口部１３が形成されている。開口部１３の開口面積は、本体部１０が備える半導体レーザ素子１からの出射光の大部分が通る大きさであることが望ましい。開口部１３の形状は特に限定されない。本実施形態では、開口部１３の形状は略長方形を採用している。また、図２に示すように、本体部１０には、位置決めに使用する位置決め孔１５ａ及び位置決め孔１５ｂが形成されていてもよい。位置決め孔１５ａは本体部１０を出射方向Ｄと略平行な方向に貫通する貫通孔であり、位置決め孔１５ｂは位置決め孔１５ａ及び本体底面１４に直交するように本体部１０を貫通する貫通孔である。

【0019】

本体部１０は銅（Ｃｕ）を主成分とする金属からなることが望ましい。本願において、主成分とするとは、原子組成百分率が５０ａｔ％以上であることを示す。これにより、半導体レーザ素子１の発熱を効率よく本体底面１４から外部へ排熱することができる。本体部１０は、例えば、金（Ａｕ）を含む金属で表面が鍍金（メッキ）されている（図示無）。

【0020】

本体部１０は、内部空間１１に複数の半導体レーザ素子１を搭載している。半導体レーザ素子１の数は図示される例に限らず、内部空間１１に、少なくとも１つの半導体レーザ素子１が搭載されていればよい。

【0021】

半導体レーザ素子１は、出射光としてレーザ光を出射する。本実施形態では、半導体レーザ素子１が有する積層構造の層に略平行な出射方向Ｄに、半導体レーザ素子１から出射光が出射され、後述するレンズアレイ２０を介し、出射方向Ｄに本体部１０から外部へ出射光が出射される。

【0022】

なお、半導体レーザ素子１から出射される出射光の出射方向と、本体部１０から外部へ出射される出射光の出射方向は同じ方向でなくてもよい。ミラー等を用いて半導体レーザ素子１から出射される出射光を反射させることで、本体部１０から外部へ出射光が、半導体レーザ素子１の積層方向に出射されるものであってもよい。これにより、バタフライタイプの発光装置にも本発明を適用させることができる。

【0023】

半導体レーザ素子１は、より具体的には、本体部１０の内部空間１１に以下のようにして搭載されている。例えば、まず、本体部１０の切削過程で台座部３が本体部１０と一体となって形成される。また、半導体レーザ素子１は絶縁体であるサブマウント２に実装され、台座部３にサブマウント２が接着される。これにより、本体部１０の内部空間１１に半導体レーザ素子１が搭載される。また、半導体レーザ素子１にて生じた熱を、サブマウント２から本体部１０を介して効率的に外部に放熱することができる。

【0024】

複数の半導体レーザ素子１は、本体部１０に直線上に配置されている。隣り合う半導体レーザ素子１は、サブマウント２を介してワイヤ５により電気的に接続されている。また、両端に位置する半導体レーザ素子１は、それぞれワイヤ５を通じてピン４に電気的に接続されている。ピン４は、半導体レーザ素子１を発光装置１００の外部と電気的に接続するための端子である。ピン４は、例えば、ハーメチックシールにより本体部１０に固定されることにより、本体部１０と絶縁されている。

【0025】

レンズアレイ２０（封止ガラス）は、後述する下地層３０とソルダ層４０と、を介して、開口部１３を覆うように本体部１０に接着されて、本体部１０の内部空間１１を気密封止する。レンズアレイ２０の大きさは開口部１３よりも大きく、レンズアレイ２０で開口部１３を覆うことができる。

【0026】

レンズアレイ２０は、半導体レーザ素子１と同数のレンズ部２１と、レンズ部２１の周囲に位置する接続部２２とを備えている。レンズアレイ２０は、半導体レーザ素子１の出射光が通過する位置にレンズ部２１を備えている。複数のレンズ部２１は連続して直線上に形成され、さらにレンズ部２１と接続部２２とは一体的に形成されている。

【0027】

レンズ部２１の形状は、特に限定されないが、各半導体レーザ素子１から入射するレーザ光を平行化（コリメート）できる形状を有している。レンズアレイ２０はガラスや合成石英などの透光性を有する材料を用いて形成することができる。

【0028】

（接着領域）
接着領域５０は、本体部１０とレンズアレイ２０とを接着している、下地接合層３０Ｘ及び接合層４０Ｘが形成されている領域である。接着領域５０は、レンズアレイ２０の表面２３においては、レンズアレイ２０の外縁に沿って、開口部１３を形成する開口の周囲に対応する位置に形成されている。接着領域５０は、本体部１０側の出射面１２においては、開口部１３を形成する開口の周囲に沿ってレンズアレイ２０の外縁に対応する位置に形成されている。

【0029】

接着領域５０において、後述する下地層３０とソルダ層４０と本体部１０の鍍金とが加熱されることにより一部が混じりあい一体となって合金化し、本体部１０とレンズアレイ２０とが接着される。前記合金化は、例えば、共晶化であってもよい。前記加熱後の接着領域５０には、下地接合層３０Ｘと接合層４０Ｘとが形成されている。

【0030】

ここで、下地接合層３０Ｘは、後述する下地層３０のうち、前記合金化により、下地層３０の一部がソルダ層４０と一体化して分離できなくなっている状態の下地層３０を示す。また、接合層４０Ｘは、後述するソルダ層４０のうち、前記合金化により、下地層３０の一部と一体化して分離できなくなっている状態のソルダ層４０を示す。詳しくは後述する。

【0031】

（下地層および下地接合層）
下地接合層３０Ｘは、レンズアレイ２０の熱膨張係数と、本体部１０を構成する金属の熱膨張係数と、の間の熱膨張係数を有する金属からなる。下地接合層３０Ｘは本体部１０とレンズアレイ２０と間の接着領域５０において、レンズアレイ２０の本体部１０側の表面２３に、レンズアレイ２０の外縁に沿って設けられている。言い換えると、下地接合層３０Ｘは、レンズアレイ２０の表面２３において、開口部１３の周囲に対応する位置に設けられている。

【0032】

合金化前は、図３に示すように、下地接合層３０Ｘは下地層３０として、密着層３１と、バリア層３２と、接合金属層３３と、を有し、密着層３１、バリア層３２、接合金属層３３の順に、レンズアレイ２０から離れる方向に向かって順に積層されている。図３は、発光装置１００の接着領域において合金化がなされる前の下地層３０及びソルダ層４０の概略構成を示す断面図である。

【0033】

密着層３１は、レンズアレイ２０の表面２３に形成され、レンズアレイ２０と下地層３０とを密着させるための、金属からなる層である。密着層３１としては、例えば、クロム（Ｃｒ）またはチタン（Ｔｉ）を主成分とする金属を採用することができる。クロムの熱膨張係数は、１１．３×１０^－６〔１／Ｋ〕であり、本実施形態の本体部１０の主成分である銅の熱膨張係数と、レンズアレイ２０の主成分であるガラスの熱膨張係数との間の熱膨張係数である。

【0034】

バリア層３２は、密着層３１と接合金属層３３との間の密着層３１上に形成され、合金化の際に、密着層３１とソルダ層４０とが混合することを防ぐための、金属からなる層である。これにより、下地層３０とレンズアレイ２０との密着を保つことができるので、レンズアレイ２０により本体部１０を確実に封止することができる。

【0035】

バリア層３２としては、例えば、白金（Ｐｔ）を主成分とする金属を採用することができる。白金の熱膨張係数は、８．８×１０^－６〔１／Ｋ〕であり、銅の熱膨張係数とガラスの熱膨張係数との間の熱膨張係数である。

【0036】

接合金属層３３は、加熱されることにより、ソルダ層４０と少なくともその一部が合金化するための、金属からなる層である。接合金属層３３としては、例えば、金を主成分とする金属を採用することができる。金の熱膨張係数は、１４．２×１０^－６〔１／Ｋ〕であり、銅の熱膨張係数とガラスの熱膨張係数との間の熱膨張係数である。

【0037】

下地層３０が加熱されてソルダ層４０と合金化した後は、密着層３１及びバリア層３２は個別の層として判別できるが、接合金属層３３はソルダ層４０と一体化するので個別に判別できなくなる場合がある。本実施形態では、合金化後の下地層３０を下地接合層３０Ｘとしている。

【0038】

（ソルダ層および接合層）
接合層４０Ｘは、加熱されることによって、ソルダ層４０の少なくとも一部が下地層３０の一部との間、及び本体部１０の鍍金の一部との間で合金化して形成された層である。接合層４０Ｘは、本体部１０とレンズアレイ２０とを接着させる。ソルダ層４０は、ソルダを含み、さらに例えば、金、金と錫（Ｓｎ）、または、錫と銀（Ａｇ）と銅、のいずれかを主成分とする金属からなる。金の熱膨張係数は、１４．２×１０^－６〔１／Ｋ〕であり、銅の熱膨張係数とガラスの熱膨張係数との間の熱膨張係数である。

【0039】

ソルダ層４０は加熱され、接合金属層３３と合金化した後は、接合金属層３３とソルダ層４０とが一体化して個別に判別できなくなる場合もある。本実施形態では、合金化後のソルダ層４０を接合層４０Ｘとしている。合金化前の下地層３０とソルダ層４０とは、合金化後において、下地接合層３０Ｘと接合層４０Ｘとなり、接着領域５０において、本体部１０とレンズアレイ２０とを接着する。

【0040】

（各層の材質及び厚さの例）
本体部１０の主成分が銅である場合、各層の材質及び厚さは、例えば以下とすることができる。クロムを主成分とする金属を密着層３１として、当該密着層３１の厚さを０.１μｍ以上とする。白金を主成分とする金属をバリア層３２として、当該バリア層３２の厚さを０．２μｍ以上とする。金を主成分とする金属を接合金属層３３として、当該接合金属層３３の厚さを０．５μｍ以上とする。金錫を含む金属をソルダ層４０として、当該ソルダ層４０の厚さを１５μｍ以上とする。また、本体部１０には、金鍍金（金層）を数μｍ施す。

【0041】

（発光装置の製造方法）
図４から図７に基づき、発光装置１００の製造方法について説明する。図４は発光装置１００の製造方法の一例をの工程を説明する断面図である。図５から図８はそれぞれ前図の続きを示す断面図である。

【0042】

まず、内部空間１１と、内部空間１１と外部とを貫通する開口部１３と、が形成された、金属からなる本体部１０の内部空間１１に、少なくとも１つの半導体レーザ素子１を搭載する（搭載ステップ）。本体部１０は予め金層で鍍金されており、搭載ステップは、ピン４が本体部１０に設置された状態で行われる。

【0043】

具体的には、本体部１０と一体となって形成された台座部３に、予めサブマウント２に実装された複数の半導体レーザ素子１が搭載されることにより、複数の半導体レーザ素子１が本体部１０に搭載される。台座部３の本体底面１４からの高さは、本体部１０に搭載された半導体レーザ素子１からの出射光の大部分が開口部１３を通過するように設計され、本体部１０に台座部３が形成される。

【0044】

次に、図５に示すように、各半導体レーザ素子１及びピン４をワイヤ５で電気的に接続する。

【0045】

同図に示すように、レンズアレイ２０の本体部１０側の表面２３には、予め、レンズアレイ２０と本体部１０との接着領域５０がパターニングされた、下地層３０と、下地層３０上のソルダ層４０とを形成する。（下地層形成ステップ）。具体的には、レンズアレイ２０の表面２３に密着層３１を形成し、密着層３１上にバリア層３２を形成し、バリア層３２上に接合金属層３３を形成することで、下地層３０を形成し、接合金属層３３上にソルダ層４０を形成する。

【0046】

下地層３０及びソルダ層４０は、共に本体部１０側に設けられてもよく、ソルダ層４０のみが本体部１０に設けられてもよい。レンズアレイ２０と本体部１０との間のレンズアレイ２０側に下地層３０が設けられ、本体部１０側にソルダ層４０が設けられていればよい。

【0047】

次に、図６に示すように、各半導体レーザ素子１の出射光が通過する位置にレンズ部２１が固定されるように、本体部１０に対してレンズアレイ２０を位置決めし、接着領域５０を加熱する。前記加熱方法は特に指定されず、下地層３０及びソルダ層４０のみを加熱してもよく、発光装置１００全体を加熱してもよい。加熱方法は、具体的には、例えば、以下の（１）および（２）の方法がある。（１）本体部１０をソルダ層４０の融点まで加熱する方法。この場合、前記加熱を行い、常温のレンズアレイ２０を本体部１０に搭載する。（２）本体部１０にレンズアレイ２０を搭載した状態で、高出力レーザを外部から接着領域５０にピンポイントで照射し、接着領域５０のみを加熱する方法。

【0048】

加熱により、接合金属層３３とソルダ層４０との間、及び、ソルダ層４０と金層との間で合金化が行われ、接着領域５０において、レンズアレイ２０が本体部１０に接着される。これにより、図７に示すように、本体部１０とレンズアレイ２０との間の接着領域５０には下地接合層３０Ｘと接合層４０Ｘとが形成される。その結果、レンズアレイ２０が開口部１３を覆うように本体部１０に接着されて、本体部１０の内部空間１１がレンズアレイ２０により気密封止され（気密封止ステップ）、発光装置１００が完成する。

【0049】

〔実施形態２〕
本発明の実施形態２について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

【0050】

図８は、本発明の実施形態２に係る発光装置１０１の概略構成の一例を模式的に示す断面図である。なお、図８では、説明を容易にするために、本体部１０とレンズアレイ２０とが接着される前の状態を図示している。実際には、レンズアレイ２０が矢印の方向に移動して本体部１０に載置され、接着領域５０において、下地層３０の一部とソルダ層４０の少なくとも一部が合金化した状態が、発光装置１０１である。図９も同様である。図８に示すように、発光装置１０１は発光装置１００と比較して、本体部１０にザグリ部１６を備えていることが異なり、その他の構成は同じである。

【0051】

本体部１０の出射面１２には、開口部１３の周囲にザグリ部１６が設けられている。ザグリ部１６は、出射面１２に対して凹み、ザグリ部１６の底面１６ａは、出射面１２と略平行である。レンズアレイ２０は、ザグリ部１６の底面１６ａにおいて、本体部１０と接着される。

【0052】

これにより、予めレンズアレイ２０の位置決めを考慮してザグリ部１６を形成することにより、ザグリ部１６にレンズアレイ２０を接着させることで本体部１０を気密封止することができる。そのため、本体部１０を封止する際のレンズアレイ２０の位置決めが容易となる。また、発光装置１０１の半導体レーザ素子１の出射光の出射方向Ｄに対する厚さを薄くすることができるので、発光装置１０１を小さくすることができる。

【0053】

〔実施形態３〕
本発明の実施形態３について、以下に説明する。実施形態３は実施形態２の変形例である。図９は、本発明の実施形態３に係る発光装置１０２の概略構成の一例を模式的に示す断面図の一部拡大図である。具体的には、図９は、図８の一点鎖線部Ｙに相応する部分を拡大した拡大図である。図９に示すように、発光装置１０２は発光装置１０１と比較して、本体部１０のザグリ部１６にさらに溝部１７を備えていることが異なり、その他の構成は同じである。

【0054】

ザグリ部１６には、ザグリ部１６の周囲に沿って、ザグリ部１６の底面１６ａよりも掘り込まれた溝部１７が設けられている。言い換えると、ザグリ部１６と本体部１０との間には、半導体レーザ素子１の出射光の出射方向Ｄとは反対方向に凹となる溝部１７が設けられている。

【0055】

図１０は、溝部１７の効果を説明するための図である。拡大図１００１は、溝部１７が形成されていない場合のレンズアレイ２０が受けるソルダ層４０の応力Ｈを説明する図であり、拡大図１００２は、溝部１７が形成されている場合のレンズアレイ２０が受けるソルダ層４０の応力Ｈを説明する図である。

【0056】

本体部１０とレンズアレイ２０との接着は、合金化による広範囲での接着となるため、下地層３０及びソルダ層４０は厚い方が、各部材の反りや、接着面のラフネスを吸収でき、安定した接着が実現できる。

【0057】

一方、単純なザグリ構造では、拡大図１００１に示すように、下地層３０及びソルダ層４０が厚いほど、本体部１０とレンズアレイ２０との接着時に、ソルダが、レンズアレイ２０と本体部１０との間を這い上がった這い上がりＲが生じることが懸念される。

【0058】

這い上がりＲが生じると、レンズアレイ２０と本体部１０との間が這い上がりＲで満たされる。これにより、接着領域５０の加熱後に熱が冷めて本体部１０が縮む際の応力Ｈをレンズアレイ２０底面からだけではなく、レンズアレイ２０と本体部１０との間のレンズアレイ２０の側面からも受けるため、レンズアレイ２０がより割れやすくなってしまう。

【0059】

それに対して、溝部１７が設けられていれば、拡大図１００２に示すように、溝部１７にソルダ層４０が溜まるため、這い上がりＲが生じない。そのため、本体部１０が縮む際の応力Ｈの影響がレンズアレイ２０底面のみからとなり、レンズアレイ２０の破損のリスクを低減することができる。

【0060】

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る発光装置（１００・１０１・１０２）は、内部空間（１１）と、前記内部空間と外部とを貫通する開口部（１３）と、が形成された本体部（１０）であって、少なくとも１つの半導体レーザ素子（１）を前記内部空間内に搭載した、金属からなる本体部と、前記開口部を覆うように前記本体部に接着されて、前記本体部の前記内部空間を気密封止する、封止ガラス（レンズアレイ２０）と、を備え、前記封止ガラスの前記本体部側の表面には、前記封止ガラスと前記本体部との接着領域（５０）において、前記封止ガラスの熱膨張係数と、前記本体部を構成する金属の熱膨張係数と、の間の熱膨張係数を有する金属からなる下地接合層（３０Ｘ）が設けられており、前記封止ガラスは、前記下地接合層と、ソルダを含む接合層（４０Ｘ）と、を介して前記本体部に接着されている。

【0061】

前記構成によれば、封止ガラスの本体部側の表面には下地接合層が設けられており、下地接合層とソルダを含む接合層とを介して、封止ガラスが本体部の開口部を覆うように接着されることにより、封止ガラスが本体部の内部空間を気密封止する。

【0062】

また、下地接合層は、封止ガラスの熱膨張係数と、本体部を構成する金属の熱膨張係数と、の間の熱膨張係数を有する金属からなる。そのため、封止ガラスと本体部とが加熱されて接着する際に、下地接合層により封止ガラスと本体部の熱膨張差による熱応力を緩和することができる。その結果、封止ガラスと発光装置の本体部との熱膨張差が大きい場合であっても、封止ガラスを破損させずに発光装置の本体部の内部空間を封止ガラスにより封止できる。

【0063】

本発明の態様２に係る発光装置（１００・１０１・１０２）は、上記態様１において、前記封止ガラス（レンズアレイ２０）は、前記半導体レーザ素子（１）の出射光が通過する位置にレンズ部を有していてもよい。

【0064】

前記構成によれば、レンズアレイで本体部を封止することができるため、封止後のレンズアレイの設置場所を検討する必要がない。また、別途封止部材を設ける必要がなくなり、封止部材を削減できる。

【0065】

本発明の態様３に係る発光装置（１００・１０１・１０２）は、上記態様１または２において、前記下地接合層（４０Ｘ）は、前記封止ガラス（レンズアレイ２０）の表面に形成された密着層（３１）と、前記密着層上に形成されたバリア層（３２）と、を有していてもよい。

【0066】

前記構成によれば、バリア層の材質を適切に選定することで、封止ガラスと本体部とを加熱して接着する際に、バリア層により、密着層にソルダ層が混ざることを防ぐことができる。その結果、下地接合層と封止ガラスとの密着を保つことができるので、封止ガラスにより本体部を確実に封止することができる。

【0067】

本発明の態様４に係る発光装置（１００・１０１・１０２）は、上記態様３において、前記密着層（３１）は、クロムまたはチタンを主成分とする金属からなり、前記バリア層（３２）は、白金を主成分とする金属からなってもよい。前記構成によれば、密着層および下地層として好適に使用することができる。

【0068】

本発明の態様５に係る発光装置（１０１）は、上記態様１から４のいずれかにおいて、前記本体部（１０）の外面（出射面１２）には、前記開口部（１３）の周囲にザグリ部（１６）が設けられており、前記封止ガラス（レンズアレイ２０）は、前記ザグリ部の底面（１６ａ）において、前記本体部と接着されていてもよい。

【0069】

前記構成によれば、ザグリ部の底面に封止ガラスを接着させることにより本体部の内部空間を封止することができるので、封止ガラスの位置決めが容易となる。また、発光装置の半導体レーザ素子の厚さを薄くすることができるので、発光装置を小さくすることができる。

【0070】

本発明の態様６に係る発光装置（１０２）は、上記態様５において、前記ザグリ部（１６）には、前記ザグリ部の周囲に沿って、前記ザグリ部の底面（１６ａ）よりも掘り込まれた溝部（１７）が設けられていてもよい。

【0071】

前記構成によれば、封止の際に、ソルダ層が本体部と封止ガラスとの間を這い上がるのを防ぐことができるので、封止の際に、封止ガラスが側面から応力を受けないようにすることができる。これにより、封止ガラスが破損するリスクをさらに軽減することができる。

【0072】

本発明の態様７に係る発光装置（１００・１０１・１０２）は、上記態様１から６のいずれかにおいて、前記本体部（１０）の前記内部空間（１１）には、前記半導体レーザ素子（１）が複数搭載されていてもよい。

【0073】

前記構成によれば、半導体レーザ素子が複数搭載された発光装置においても、封止ガラスを破損させずに発光装置本体を封止ガラスで封止できる発光装置を実現することができる。

【0074】

本発明の態様８に係る発光装置（１００・１０１・１０２）は、上記態様１から７のいずれかにおいて、前記接合層（４０Ｘ）は金、金と錫、または、錫と銀と銅、のいずれかを主成分とする金属からなっていてもよい。前記構成によれば、接合層として好適に使用することができる。

【0075】

本発明の態様９に係る発光装置（１００・１０１・１０２）は、上記態様１から８のいずれかにおいて、前記本体部（１０）の主成分は銅であってもよい。前記構成によれば、本体部の主成分を銅とすることで、半導体レーザ素子からの放熱を好適に行うことができる。

【0076】

本発明の態様１０に係る発光装置（１００・１０１・１０２）は、上記態様１から９のいずれかにおいて、前記本体部（１０）の少なくとも前記接着領域（５０）の表面は、金で覆われていてもよい。前記構成によれば、ソルダ層との接合を好適に行うことができる。

【0077】

本発明の態様１１に係る発光装置（１００・１０１・１０２）の製造方法は、内部空間（１１）と、前記内部空間と外部とを貫通する開口部（１３）と、が形成された本体部（１０）であって、少なくとも１つの半導体レーザ素子（１）を前記内部空間内に搭載した、金属からなる本体部上に、封止ガラス（レンズアレイ２０）を、前記開口部を覆うように前記本体部に接着することにより、前記本体部の前記内部空間を気密封止する、発光装置の製造方法であって、前記封止ガラスの前記本体部側の表面（２３）には、予め、前記封止ガラスと前記本体部との接着領域（５０）がパターニングされた、下地層（３０）と、前記下地層上のソルダ層（４０）とが形成されており、前記下地層は、前記封止ガラスの熱膨張係数と、前記本体部を構成する金属の熱膨張係数と、の間の熱膨張係数を有する金属からなるとともに、前記封止ガラスの表面に形成された密着層（３１）と、前記密着層上のバリア層（３２）と、前記バリア層上の接合金属層（３３）とを含み、前記本体部の少なくとも前記接着領域の表面は、予め、金層で覆われており、前記封止ガラスの前記本体部への接着は、前記接着領域が加熱されて、前記接合金属層と前記ソルダ層との間、及び、前記ソルダ層と前記金層との間で合金化が行われることにより実行される。前記構成によれば、態様１と同様の効果を奏することができる。

【0078】

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

【符号の説明】

【0079】

１ 半導体レーザ素子
１０ 本体部
１１ 内部空間
１２ 出射面（外面）
１３ 開口部
１６ａ 底面
１６ ザグリ部
１７ 溝部
２０ レンズアレイ（封止ガラス）
２１ レンズ部
２３ 表面
３０ 下地層
３０Ｘ 下地接合層（下地層）
３１ 密着層
３２ バリア層
３３ 接合金属層
４０ ソルダ層（接合層）
４０Ｘ 接合層
５０ 接着領域
１００、１０１、１０２ 発光装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】