(57)【要約】      （修正有）【課題】高い部品精度を必要とすることなく、かつ量産性に富む発光装置を提供する。【解決手段】発光装置の第１の電極２６は凸部２６ａと凸部の周りを囲む底面２６ｂとを有する。第２の電極３０は第１の電極の底面と対向する第１の面３０ａと第２の面３０ｂとを有する。また第２の電極は開口部３０ｃと第２の面から第１の面の方向に後退した段差部３０ｅとを有する。半導体レーザ素子５２は凸部の上方に設けられ、発光層を有する。ボンディングワイヤ５４は半導体レーザ素子と段差部とを電気的に接続可能である。透光性枠部４０は凸部と半導体レーザ素子との周りをそれぞれ囲み、ガラスからなる。また透光性枠部は第１の電極の底面と接着され、かつ第２の電極の第１の面と接着される。また蓋部は第２の電極の第２の面と接着される。さらに、半導体レーザ素子から放出されるレーザ光のうち半値全角内の光成分は、透光性枠部から外方へ出射可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凸部と、前記凸部の周りを囲む底面と、前記底面とは反対の側となる裏面と、を有する第１の電極と、
前記第１の電極の前記底面と対向する第１の面と、前記第１の面とは反対の側となる第２の面と、を有する第２の電極であって、開口部と、前記第２の面から前記第１の面の方向に後退した段差部と、が設けられた第２の電極と、
前記凸部の上に設けられ、発光層を有する半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子と、前記段差部と、を電気的に接続可能なボンディングワイヤと、
前記凸部と、前記半導体レーザ素子と、の周りをそれぞれ囲み、ガラスからなる透光性枠部であって、前記底面と接着されかつ前記第２の電極の前記第１の面と接着された透光性枠部と、
前記第２の電極の前記第２の面と接着された蓋部と、
を備え、
前記半導体レーザ素子から放出されるレーザ光のうち、半値全角内の光成分は、前記透光性枠部から外方へ出射可能であることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記蓋部は、透光性を有することを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記蓋部は、前記第２の電極と接続された透明導電膜を表面に有することを特徴とする請求項２記載の発光装置。
【請求項４】
前記ボンディングワイヤとされる前記段差部の上面は、前記第１の面よりも下方であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の発光装置。  
【請求項５】
前記第１の電極は、モリブデン、銅、銅合金のうちのいずれかを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の発光装置。
【請求項６】
前記第２の電極は、コバール、鉄、モリブデンのうちのいずれかを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電極が上面および下面に設けられた表面発光型の発光素子（ＬＥＤ：Light  Emitting  Diode) は、放出光の一部が電極により遮光される。また、放熱性が悪く、電流密度の増大には限界がある。
【０００３】
また、表面発光型の発光素子は、Lambertian放射パターンを有しており、その半値全角は、例えば１２０度のように広くなる。このため、放出光を絞り込むことが困難である。
【０００４】
これに対して、半導体レーザ(Semiconductor Laser、 Diode Laser、 Laser Diode :ＬＤ)は、微小な側面の発光領域から鋭い指向性のレーザ光を放出できる。このため半導体レーザは、例えば入射断面積が小さい光ファイバーなどをレーザー光を導光させる導光部材として用い、発光素子から離れた位置に設けた波長変換部材（蛍光体など）をレーザー光にて励起発光させることで、蛍光体の長さや幅に応じた領域を発光する励起発光光源などに応用可能である。励起発光光源は、自動車用フォグランプ、表示装置のバックライト光源、光センサ光源、画像読取り装置用線状光源、一般照明用光源などに用いることができる。
【０００５】
このような用途では、小型化、放熱性および実装性に優れ、かつ信頼性に富む発光装置が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３３３０１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
高い部品精度を必要とすることなく、かつ量産性に富む発光装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態の発光装置は、第１の電極と、第２の電極と、半導体レーザ素子と、ボンディングワイヤと、透光性枠部と、蓋部と、を有する。前記第１の電極は、凸部と、前記凸部の周りを囲む底面と、前記底面とは反対の側となる裏面と、を有する。前記第２の電極は、 前記第１の電極の前記底面と対向する第１の面と、前記第１の面とは反対の側となる第２の面と、を有する。また前記第２の電極は、開口部と、前記第２の面から前記第１の面の方向に後退した段差部と、を有する。前記半導体レーザ素子は、前記凸部の上方に設けられ、発光層を有する。前記ボンディングワイヤは、前記半導体レーザ素子と、前記第２の電極に設けられた段差部と、を電気的に接続可能である。前記透光性枠部は、前記凸部と、前記半導体レーザ素子と、の周りをそれぞれ囲み、ガラスからなる。また前記透光性枠部は、前記底面と接着されかつ前記第２の電極の前記第１の面と接着される。また前記蓋部は、前記第２の電極の前記第２の面と接着される。さらに、 前記半導体レーザ素子から放出されるレーザ光のうち、半値全角内の光成分は、前記透光性枠部から外方へ出射可能である。
【発明の効果】
【０００９】
高い部品精度を必要とすることなく、かつ量産性に富む発光装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１（ａ）は第１の実施形態にかかる発光装置の部分模式平面図、図１（ｂ）はＡ−Ａに沿った模式断面図、図１（ｃ）はレーザ光の広がりを説明する模式斜視図、である。
【図２】レーザ光の遠視野像を説明するグラフ図である。
【図３】比較例にかかる発光装置の模式断面図である。
【図４】図４（ａ）は第２の実施形態にかかる発光装置の模式平面図、図４（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、図４（ｃ）は第２の実施形態の変形例にかかる模式断面図、である。
【図５】図５（ａ）は第３の実施形態にかかる発光装置の部分模式平面図、図５（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。
【図６】図６（ａ）は第４の実施形態にかかる発光装置の部分模式平面図、図６（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。
【図７】図７（ａ）は第５の実施形態にかかる発光装置の部分模式平面図、図７（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。
【図８】図８（ａ）は第６の実施形態にかかる発光装置の部分模式平面図、図８（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。
図１（ａ）は第１の実施形態にかかる発光装置の部分模式平面図、図１（ｂ）はＡ−Ａに沿った模式断面図、図１（ｃ）はレーザ光の広がりを説明する模式斜視図、である。
発光装置は、第１の電極２６、第２の電極３０、半導体レーザ素子５２、透光性枠部４０、蓋部６０、を有している。なお、図１（ａ）は、Ｂ−Ｂ線に沿った模式平面図であり、蓋部６０を設けていない状態を示す。
【００１２】
第１の電極２６は、凸部２６ａと、凸部２６ａの周りの底面２６ｂと、底面２６ｂとは反対の側の裏面２６ｃと、を有している。また、凸部２６ａの上に、セラミックなどからなるサブマウント５０を設けることができる。さらにサブマント５０の上に半導体レーザ素子５２を設けることができる。サブマント５２を設けると、金属からなる凸部２６ａと、半導体レーザ素子５２と、の間の線膨張係数の差などにより半導体レーザ素子５２へ加わる応力を低減することができる。このため、信頼性を高めることができる。 
【００１３】
第２の電極３０は、第１の電極２６の底面２６ｂと対向する第１の面３０ａと、第１の面３０ａとは反対の側の第２の面３０ｂと、を有する。また、第２の電極３０には、開口部３０ｃと、段差部３０ｄと、が設けられている。段差部３０ｄは、第２の面３０ｂから第１の面３０ａの方向に後退し、開口部３０ｃの内側に段差部３０ｄの少なくとも一部が現れるように形成されている。 
【００１４】
半導体レーザ素子５２は、ボンディングワイヤ５６により、第１の電極２６と接続される。また、半導体レーザ素子５２は、ボンディングワイヤ５４により、第２の電極３０と接続される。もし、サブマント５０が導電性である場合、半導体レーザ素子５２の裏面と凸部２６ａとが導通可能となり、ボンディングワイヤ５６を省略できる。また、サブマウント５０が絶縁性である場合、サブマウント５０の表面の導電層の上に半導体レーザ素子５２を接着する。さらに、導電層と凸部２６ａとをボンディングワイヤ５６で接続することにより、半導体レーザ素子５２の一方の電極と、第１の電極２６と、を接続できる。
【００１５】
半導体レーザ素子５２の他方の電極と、第２の電極３０の段差部３０ｄの上面３０ｅとは、ボンディングワイヤ５４により直接接続できる。または、サブマウント５０の上に導電部を設け、半導体レーザ素子５２の他方の電極と導電部とを第１のボンディングワイヤで接続し、導電部と段差部３０ｄの上面３０ｅとを第２のボンディングワイヤで接続してもよい。
【００１６】
また、金線などを用いてワイヤボンディングを行う場合、例えば直径が１０〜３０μｍなどの金線は、キャピラリの孔部を通った状態で導電部などに押し付けられる。すなわち、キャピラリは、第２の電極３０に設けられた開口部３０ｃ内に挿入され、半導体レーザ素子５２の上面の電極まで届くことが必要である。このため、開口部３０ｃの幅ＷＯは、たとえば０．５ｍｍ以上であることが好ましい。また、第２の電極３０の第２の面３０ｂと、半導体レーザ素子５２の上面と、の距離Ｄ１は、たとえば２ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１７】
また、硼珪酸ガラスなどからなる透光性枠部４０は、凸部２６ａおよび半導体レーザ素子５２を囲むように設けられる。透光性枠部４０の横方向の厚さＴＦを、例えば０．２ｍｍ以上とすれば第１の電極２６との接着強度を高く保つことができる。なお、硼珪酸ガラスの線膨張係数は、５．２×１０−６Ｋ−１の近傍である。
【００１８】
第１の電極２６の底面２６ａと、第２の電極３０の第１の面３０ａと、透光性枠部４０の両側端部の全周とが、それぞれ接着される。さらに、第２の電極３０の第２の面３０ｂの上に、開口部３０ｃを覆うように蓋部６０を設ける。このようにして構成されたパッケージは、半導体レーザ素子５２をその内部に封止することができる。蓋部６０は、たとえば、コバールや鉄などからなるものとすることができる。
【００１９】
第１の電極２６は、モリブデン、銅、銅合金などとするこことができる。第２の電極３０は、コバール、鉄、モリブデンなどとすることができる。コバールの線膨張係数は、たとえば５．７×１０−６Ｋ−１である。また、モリブデンの線膨張係数は、たとえば５．１×１０−６Ｋ−１である。すなわち、コバールやモリブデンの線膨張係数は、硼珪酸ガラスの線膨張係数に近い。
【００２０】
このように、線膨張係数が近い材料をＡｕＳｎ半田やＡｕＧｅ半田を用いて接着すると、硼珪酸ガラスに割れやクラックを生じることが抑制される。この結果、内部の半導体レーザ素子５２は、第１の電極２６と、第２の電極３０と、透光性枠部４０と、により気密に封止することが可能であり、高い信頼性を保つことができる。
【００２１】
また、第１の電極２６の凸部２６ａと、その下方の領域を銅や銅合金とすると、放熱性を高めることができる。モリブデンの熱伝導率は、１３８Ｗ／ｍ・Ｋである。他方、銅の熱伝導率は、４０１Ｗ／ｍ・Ｋであり、銅合金（２．３ｗｔ％の鉄、０．１ｗｔ％の亜鉛、０．０３ｗｔ％の燐を含む）の熱伝導率は２６２Ｗ／ｍ・Ｋ）であり、モリブデンの熱伝導率よりもそれぞれ高い。しかしながら、銅の線膨張係数は、１６．５×１０−６Ｋ−１の近傍であり、硼珪酸ガラスの線膨張係数の略３．２倍と高い。この場合、硼珪酸ガラスからなる透光性枠部４０と、銅板または銅合金板との間に、コバールやモリブデンからなる薄板を設けると透光性枠部４０に対して、確実に接着できる。
【００２２】
半導体レーザ素子５２は、ＩｎＧａＡｌＮ系、ＩｎＡｌＧａＰ系、ＧａＡｌＡｓ系、などの材料からなる。
【００２３】
なお、本明細書において、ＩｎＧａＡｌＮ系とは、ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）なる組成式で表され、アクセプタやドナーとなる元素を含んでもよいものとする。また、Ｉｎｘ（ＡｌｙＧａ１−ｙ）１−ｘＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）なる組成式で表され、アクセプタやドナーとなる元素を含んでもよいものとする。さらに、ＡｌＧａＡｓ系とは、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）なる組成式で表され、アクセプタやドナーを含んでもよいものとする。
【００２４】
また、第１の電極２６の凸部２６ａの高さを小さくすると、発光装置の高さを小さくすることができる。
【００２５】
図２は、レーザ光の遠視野像を説明するグラフ図である。
縦軸は相対発光強度、横軸は光軸からの角度（度）、である。遠視野像（ＦＦＰ：FarField  Pattern)は、半導体レーザ素子５２から放出されるレーザ光５３の広がりを示す（図１（ａ）。半導体レーザ素子５２の素子表面に対して垂直方向へのレーザ光５３の半値全角Θｖは略３０度、水平方向への半値全角Θｈは略１０度などとなる。
【００２６】
このレーザ光５３のうち、半値全角Θｖ、Θｈの光成分は、第１の電極２６や第２の電極３０に遮光されることなく透光性枠部４０から外方へ放出されることが好ましい。
【００２７】
なお、半導体レーザ素子５２の側面は、通常へきかい面とされ光共振器を構成するミラー面とする。例えば、レーザ光５３の出射面の反射率を５〜３０％、出射面の反対の側となる反射面の反射率：９０％以上などとすると、出射面からの出力を高めることができる。
【００２８】
なお、平面視において、発光装置は、角柱型ではなく、円柱、楕円柱、多角形柱、などであってもよい。
【００２９】
図３は、比較例にかかる発光装置の模式断面図である。
比較例にかかる発光装置において、第１の電極１２６は凸部１２６ａ、第２の電極３０は凸部１３０ａ、をそれぞれ有する。半導体レーザ素子１５２は、凸部１２６ａの上に設けられたサブマウント１５０の上に設けられる。半導体レーザ素子１５２の上側電極は、凸部１３０ａ側から押し当てられたＡｕバンプ１５６により電気的に接続される。この構造では、Ａｕバンプ１５６の高さＨＢは、略１０μｍのように高い部品精度であることが要求される。このため、工程が複雑となり、組立歩留を高く保つことが困難である。
【００３０】
これに対して、第１の実施形態では、第２の電極３０に設けられた開口部３０ｃ内に、キャピラリを挿入することにより、半導体レーザ素子５２と、段差部３０ｄと、を確実かつ高い生産性でワイヤボンディングにより接続可能である。
【００３１】
図４（ａ）は第２の実施形態にかかる発光装置の模式平面図、図４（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、図４（ｃ）は第２の実施形態の変形例にかかる模式断面図、である。
蓋部６０は、ガラスなどからなる透光性材料であってもよい。透光性を有する蓋部６０とすると、段差部３０ｄの上面３０ｅをパッケージの外側から蓋部６０を通して見ることができる。このため、ボンディングワイヤ５４が段差部３０ｄの上面３０ｅに確実に接続されているかなどを、目視検査することができるので、実装工程などによる不具合を取り除くことができる。
【００３２】
また、透光性を有する蓋部６０の表面にＩＴＯ（Indium  Tin  Oxide)などからなる透明導電膜６０ａを設けると、第２の電極３０と導通でき、発光装置と実装基板との間の電気的接続が容易となる。  
【００３３】
図５（ａ）は第３の実施形態にかかる発光装置の部分模式平面図、図５（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。
レーザ光５３が出射する側の透光性枠部４１は、第１および第２の電極２６、３０の側面方向の外縁よりも外方へ向かって突出部４１ａを有している。このようにすると、凹部が設けられた導光体７２と、突出部４１ａと、を嵌め合わせ、線状照明装置を構成することができる。
【００３４】
突出部４１ａの表面における光密度は低減されるので、導光体７２が樹脂であっても光照射による樹脂の劣化などが抑制される。この場合、導光体７２の延在する方向に沿って蛍光体層７４を設けると、レーザ光５３と蛍光体層７４による波長変換光との混合光を外部に放出することができる。
【００３５】
図６（ａ）は第４の実施形態にかかる発光装置の部分模式平面図、図６（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。
第２の電極３０の段差部３０ｄは、Ａ−Ａ線に平行であってもよい。このようにすると、半導体レーザ素子５２と段差部３０ｄとのボンディング方向と、サブマント５０上の導電層と凸部２６ａとのボンディング方向と、を平行とすることができる。このため、キャピラリの移動方向を揃えることができ、ボンディング時間が短縮できる。
【００３６】
図７（ａ）は第５の実施形態にかかる発光装置の部分模式平面図、図７（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。
段差部３０ｄの上面３０ｅは、第２の電極３０の第１の面３０ａよりも下方に設けることができる。すなわち、段差部３０ｄの上面３０ｅと、半導体レーザ素子５２の上面と、の距離Ｄ２は、図１（ｂ）に示す第１の実施形態の距離よりも短い。この場合、段差部３０ｄをレーザ光の出射方向の反対の側に設けることができるので、レーザ光のＦＦＰを乱すことはない。
【００３７】
段差部３０ｄとする領域は、プレス加工などにより下方に折り曲げることができる。第５の実施形態では、ボンディングワイヤ５４を短くでき、発光装置を薄型にすることができる。また、ワイヤを短くできるので、ワイヤボンディング工程の作業性がよい。
【００３８】
図８（ａ）は第６の実施形態にかかる発光装置の模式断面図、図８（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。
半導体レーザ素子５２が、ＩｎＧａＡｌＮ系材料の場合、レーザ光５３は例えば青〜青紫色の波長とすることができる。図８（ｂ）のように、透光性枠部４０の内縁のうちレーザ光５３が透過する領域に黄色蛍光体層７０を設けると、白色光を放出することができる。または、透光性枠部４０の外縁のうち、レーザ光５３が透過する領域に黄色蛍光体層７０を設けてもよい。なお、透光性枠部４０を設けたあと、内部に蛍光体粒子が混合された透明樹脂層を設けてもよい。
【００３９】
第１〜第６の実施形態によれば、高い部品精度を必要とすることなく、かつ量産性に富み、小型化が容易な発光装置が提供される。このような発光装置は、線状光源などに応用可能である。さらに、線状光源は、自動車用フォグランプ、表示装置のバックライト光源、光センサ光源などに広く用いることができる。
【００４０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４１】
２６  第１の電極、２６ａ  凸部、２６ｂ底面、３０  第２の電極、３０ａ  第１の面、３０ｂ  第２の面、３０ｃ  開口部、３０ｄ  段差部、３０ｅ  上面、４０、４１  透光性枠部、５２  半導体レーザ素子、５３  レーザ光、５４、５６  ボンディングワイヤ、６０  蓋部、６０ａ  透明導電膜、Θｖ  垂直方向半値全角、Θｈ  水平方向半値全角  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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