(57)【要約】【課題】電極が形成された発光素子とベースとの接合を保持することができる発光デバイスを提供すること。【解決手段】間接遷移型半導体からなるｐ層およびｎ層を有する発光素子と、発光素子の厚み方向一方の面に接合される第１電極と他方の面に接合される第２電極と、第１電極の発光素子と反対側の面に配置される緩衝部材と、第２電極の発光素子と反対側の面に配置されるベースと、第１電極と緩衝材との間に設けられ、それらを接合する第１接合部材と、第２電極とベースとの間に設けられ、それらを接合する第２接合部材と、を備え、第１接合部材は、融点が電圧印加後の発光素子の発熱温度よりも高く、緩衝部材は、発光素子よりも剛性が高く、第２接合部材は、融点が電圧印加後の発光素子の発熱温度よりも低く、第２電極を介して伝達される発光素子の熱によって加熱されることにより、固体から粘性を有する流体へと変化する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ型不純物が添加された間接遷移型半導体からなるｐ層と、ｎ型不純物が添加された間接遷移型半導体からなるｎ層と、前記ｐ層と前記ｎ層との間の接合部に形成されるｐｎ接合層と、を有し、電圧が印加されることにより電子が注入され、電子が付与されることによって、前記ｐ層、前記ｐｎ接合層および前記ｎ層の一部またはすべての領域からなる発光部が発光する発光素子と、
前記発光素子の厚み方向一方の面に形成される第１電極と、
前記発光素子の厚み方向他方の面に形成される第２電極と、
前記第１電極の前記発光素子と反対側の面に配置される緩衝部材と、
前記第２電極の前記発光素子と反対側の面に配置されるベースと、
前記第１電極と前記緩衝材との間に設けられ、それらを接合する第１接合部材と、
前記第２電極と前記ベースとの間に設けられ、それらを接合する第２接合部材と、
を備え、
前記第１接合部材は、その融点が電圧印加後の前記発光素子の発熱温度よりも高く、
前記緩衝部材は、前記発光素子よりも剛性が高く、
前記第２接合部材は、その融点が電圧印加後の前記発光素子の発熱温度よりも低く、前記第２電極を介して伝達される前記発光素子の熱によって加熱されることにより、固体から粘性を有する流体へと変化することを特徴とする発光デバイス。
【請求項２】
前記緩衝部材は、熱伝導率の大きさが前記ベース以上であることを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項３】
前記第２接合部材は、前記第２電極と前記ベースとの間に配置された前記第２接合部材は、前記第１電極と前記緩衝材との間に配置された前記第１接合部材よりも厚みが大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の発光デバイス。
【請求項４】
前記第１電極は、前記発光素子の一方の全表面に配置され、
前記第１接合部材は、前記第１電極の全面に設けられ、
前記緩衝部材は、前記第１電極の全面を覆うように接合されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の発光デバイス。
【請求項５】
前記第２電極は、前記発光素子の他方の全表面に配置され、
前記第２接合部材は、前記第２電極の全面に設けられ、
前記ベースは、前記第２電極の全面を覆うように接合されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の発光デバイス。
【請求項６】
前記ベースは、前記発光素子の前記ｐ層側に配置され、
前記緩衝材は、前記発光素子の前記ｎ層側に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の発光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、間接遷移型の半導体レーザ装置に適用される発光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
電流注入によってレーザ発信を得る間接半導体レーザの発光素子として、特許文献１に記載のものがある。この発光素子は、シリコン等の間接半導体にｐ型不純物が添加されたｐ層と、前記間接半導体にｎ型不純物が添加されたｎ層と、ｐ層とｎ層との接合部に形成される、所謂活性層に相当するｐｎ接合層とを備えている。
【０００３】
ｐ層およびｎ層は、その一部の領域、また、ｐｎ接合層は、そのすべての領域が、電子が付与されることにより発光する発光部となっている。また、ｎ層およびｐ層には電源が接続され、レーザの発信時には、ｎ層側が正電圧、ｐ層側が負電圧となるように順方向にバイアス電圧が印加される。これにより、ｎ層、ｐｎ接合層およびｎ層内に電流が注入され、ｎ層、ｐｎ接合層およびｎ層内の発光部に電子が付与されることにより、その一部またはすべてが発光する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２４３８２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、レーザ発信時、上述した発光素子は、ｐ層表面にｐ型電極、ｎ層表面にｎ型電極を形成した状態で、ｐ型電極とｎ型電極との間でバイアス電圧が印加される。
【０００６】
ところで、ｐ型電極およびｎ型電極と発光素子とは熱膨張率が異なる。従って、ｐ型電極およびｎ型電極が形成された発光素子には、電圧印加時の発熱によって反りが生じる。また、厚み方向から見たとき、発光素子は、その幅方向の長さと比較して、光の共振方向である長さ方向の長さが大きくなるように設計されている。より具体的には、例えば、発光素子の幅が１００ｎｍ程度であるのに対して、長さは１００ｍｍである。すなわち、発光素子の長さは、その幅の約１０００倍となっている。従って、小さな熱変化であっても、発光素子の長さ方向両端部は、同中央部に対して大きく反ってしまう。
【０００７】
また、発光素子には、電極の表面に電圧印加時の発熱を抑えるためのベース（ヒートシンクに相当）が接合される。しかしながら、上述したような反りが発光素子に生じた場合、変形の際に加わる力によって、発光素子の表面の電極とベースとの接合の一部が解除、もしくは、電極からベースが完全に剥離してしまうおそれがある。このような不具合が生じた場合、ベースからの放熱が不十分となるため、発光素子が破損する等の問題が生じる原因となる。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、電極が形成された発光素子とベースとの接合を保持することができる、発光デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明の発光デバイスは、ｐ型不純物が添加された間接遷移型半導体からなるｐ層と、ｎ型不純物が添加された間接遷移型半導体からなるｎ層と、前記ｐ層と前記ｎ層との間の接合部に形成されるｐｎ接合層と、を有し、電圧が印加されることにより電子が注入され、電子が付与されることによって、前記ｐ層、前記ｐｎ接合層および前記ｎ層の一部またはすべての領域からなる発光部が発光する発光素子と、前記発光素子の厚み方向一方の面に形成される第１電極と、前記発光素子の厚み方向他方の面に形成される第２電極と、前記第１電極の前記発光素子と反対側の面に配置される緩衝部材と、前記第２電極の前記発光素子と反対側の面に配置されるベースと、前記第１電極と前記緩衝材との間に設けられ、それらを接合する第１接合部材と、前記第２電極と前記ベースとの間に設けられ、それらを接合する第２接合部材と、を備え、前記第１接合部材は、その融点が電圧印加後の前記発光素子の発熱温度よりも高く、前記緩衝部材は、前記発光素子よりも剛性が高く、前記第２接合部材は、その融点が電圧印加後の前記発光素子の発熱温度よりも低く、前記第２電極を介して伝達される前記発光素子の熱によって加熱されることにより、固体から粘性を有する流体へと変化することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明では、第１接合部材は、その融点が電圧印加後の発光素子の発熱温度よりも高い。従って、第１接合部材は、電圧印加後の発光素子からの熱によって溶解しない。これにより、緩衝部材を発光素子との間で相対移動なく固定し続けることができる。また、緩衝部材は、発光素子よりも剛性が高い。従って、発光素子と一体化した緩衝部材により、電極との熱膨張率の違いによって生じる発光素子の反りを抑制することができるため、発光素子とベースとの接合が解除されることを防止できる。さらに、第２接合部材は、その融点が電圧印加後の発光素子の発熱温度よりも低く、第２電極を介して伝達される発光素子の熱によって加熱されることにより溶解し、固体から粘性を有する流体へと変化する。従って、発光素子に反りが生じた場合であっても、流体となった第２接合部材が発光素子の形状変化に追随するように一体化され続ける。これにより、発光素子とベースとの接合が解除されることを確実に防止することができる。
【００１１】
第２の発明の発光デバイスは、前記第１の発明において、前記緩衝部材は、熱伝導率の大きさが前記ベース以上であることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明では、緩衝部材は、熱伝導率の大きさがベース以上である。従って、電圧印加により発光素子に生じた熱を、ベースとは逆側の緩衝部材側からも積極的に放熱することができる。これにより、発光素子に生じた熱をベースのみから放熱する場合と比較して、より効率的に放熱を行うことができる。
【００１３】
第３の発明の発光デバイスは、前記第１または２の発明において、前記第２電極と前記ベースとの間に配置された前記第２接合部材は、前記第１電極と前記緩衝材との間に配置された前記第１接合部材よりも厚みが大きいことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明では、第２電極とベースとの間に配置された第２接合部材は、第１電極と緩衝材との間に配置された第１接合部材よりも厚みが大きい。従って、第２電極とベースとの間の距離が大きく、すなわち、発光素子が動くことのできる遊びが大きい。これにより、例えば、発光素子の長さ方向両端部等、同中央部と比較して大きな反りが生じる場所であっても、第２接合部材が発光素子の反りに対して追随することができるため、発光素子とベースとの間の接合を確実に保持することができる。これにより、発光素子とベースとの接合が解除されることをより確実に防止することができる。
【００１５】
第４の発明の発光デバイスは、前記第１〜３のいずれかの発明において、前記第１電極は、前記発光素子の一方の全表面に配置され、前記第１接合部は、前記第１電極の全面に設けられ、前記緩衝部材は、前記第１電極の全面を覆うように接合されていることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明では、第１電極は発光素子の一方の全表面に配置され、第１電極と緩衝部材とを接合する第１接合部材は第１電極の全面に設けられ、緩衝部材は第１電極の全面を覆うように接合されている。従って、熱が発生する発光素子と熱を放熱する緩衝部材との間接接触面積を最大化することができる。これにより、発光素子の全面から放熱を行うことができるため、発光素子の表面の一部から放熱する場合と比較して、より効率的に放熱を行うことができる。
【００１７】
第５の発明の発光デバイスは、前記第１〜４のいずれかの発明において、前記第２電極は、前記発光素子の他方の全表面に配置され、前記第２接合部材は、前記第２電極の全面に設けられ、前記ベースは、前記第２電極の全面を覆うように接合されていることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明では、第２電極は発光素子の他方の全表面に配置され、第２電極とベースとを接合する第２接合部材は第２電極の全面に設けられ、ベースは第２電極の全面を覆うように接合されている。従って、熱が発生する発光素子と熱を放熱するベースとの間接接触面積を最大化することができる。これにより、発光素子の全面から放熱を行うことができるため、発光素子の表面の一部から放熱する場合と比較して、より効率的に放熱を行うことができる。
【００１９】
第６の発明の発光デバイスは、前記第１〜５のいずれかの発明において、前記ベースは、前記発光素子の前記ｐ層側に配置され、前記緩衝材は、前記発光素子の前記ｎ層側に配置されていることを特徴とするものである。
【００２０】
本発明では、ベースは、発光素子のｐ層側に配置され、緩衝材は、発光素子のｎ層側に配置されている。従って、発熱の大きいｐ層側にベースを配置することにより、第２接合部材を積極的に溶解させることができる。これにより、ｐ型電極とベースとの接合を確実に保持することができる。また、放熱能力の大きいベース側から、発光素子に生じた熱をより効率的に放熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態に係る発光デバイスの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
本実施形態は、半導体レーザ装置に適用され、ｎ層側が正電圧、ｐ層側が負電圧となるように、順方向にバイアス電圧を印加することにより発光する発光デバイスに、本発明を適用した一例である。なお、以下では、図１に示す上下、左右、前後の各方向を、上下方向、左右方向、および、前後方向と定義し、これらの方向語を適宜使用して説明する。
【００２４】
図１に示すように、発光デバイス１００は、左右方向の長さと比較して前後方向の長さが大きい略直方体形状をなしている。より具体的には、発光デバイス１００の左右方向の長さは１００ｎｍであって、前後方向の長さは１００ｍｍであって、前後方向の長さは左右方向の長さの１０００倍となっている。発光デバイス１００は、発光素子１０と、ｎ型電極４と、ｐ型電極５と、緩衝部材６と、ヒートシンク７とを備えている。発光素子１０、ｎ型電極４、ｐ型電極５、緩衝部材６およびヒートシンク７は、上から順に、緩衝部材６、ｎ型電極４、発光素子１０、ｐ型電極５、ヒートシンク７となるように配置されている。
【００２５】
発光素子１０は、シリコン等の間接半導体にｐ型不純物が添加されたｐ層２と、間接半導体にｎ型不純物が添加されたｎ層１と、ｐ層２とｎ層１との接合部に形成されるｐｎ接合層３からなる。ｐ層２およびｎ層１は、その一部の領域が、電圧が印加されて電子が付与されることにより発光する発光部となっている。ｐｎ接合層３は、そのすべての領域が発光部となっている。
【００２６】
ｎ型電極４は、ｎ層１の上面に配置されている。ｎ型電極４は、ｎ層１と左右および前後方向の長さが略等しく、ｎ層１の全面を覆うように配置されている。ｐ型電極５は、ｐ層２の下面に配置されている。ｐ型電極５は、ｐ層２と左右および前後方向の長さが略等しく、ｐ層２の全面を覆うように配置されている。
【００２７】
緩衝部材６は、ｎ型電極４の上面側に配置されている。緩衝部材６は、所定厚みを有する直方体形状であって、ｎ型電極４と左右および前後方向の長さが略等しく、ｎ型電極４の全面を覆うように配置されている。緩衝部材６は、発光素子１０よりも剛性が高い。緩衝部材６は、熱伝導率の大きさが後述するヒートシンク７以上である。緩衝部材６は、例えば、アルミナイトライド等からなる。
【００２８】
ヒートシンク７は、ｐ型電極５の下面側に配置されている。ヒートシンク７は、所定厚みを有する略直方体形状であって、ｐ型電極５と左右および前後方向の長さが略等しく、ｐ型電極５の全面を覆うように配置されている。
【００２９】
また、ｎ型電極４と緩衝部材６とは、ｎ型電極４の全面に設けられた第１のはんだ８によって接合されている。第１のはんだ８は、その融点が電圧印加後の発光素子１０の発熱温度よりも高い。また、ｐ型電極５とヒートシンク７とは、ｐ型電極５の全面に設けられた第２のはんだ９によって接合されている。第２のはんだ９は、その融点が電圧印加後の発光素子１０の発熱温度よりも低く、ｐ型電極５を介して伝達される発光素子１０からの熱によって加熱されることにより、固体から粘性を有する流体へと変化する。さらに、第２のはんだ９の厚みｄ２は、第１のはんだ８の厚みｄ１よりも大きくなるように設けられている。
【００３０】
（作用効果）
本実施形態では、第１のはんだ８は、その融点が電圧印加後の発光素子１０の発熱温度よりも高い。従って、第１のはんだ８は、電圧印加後の発光素子１０からの熱によって溶解しない。これにより、緩衝部材６を発光素子１０との間で相対移動なく固定し続けることができる。また、緩衝部材６は、発光素子１０よりも剛性が高い。従って、発光素子１０と一体化した緩衝部材６により、ｎ型電極４およびｐ型電極５と発光素子１０との熱膨張率の違いによって生じる発光素子１０の反りを抑制することができるため、発光素子１０とヒートシンク７との接合が解除されることを防止できる。さらに、第２のはんだ９は、その融点が電圧印加後の発光素子１０の発熱温度よりも低く、ｐ型電極５を介して伝達される発光素子１０の熱によって加熱されることにより溶融し、固体から粘性を有する流体へと変化する。従って、発光素子１０に反りが生じた場合であっても、流体となった第２のはんだ９が発光素子１０の形状変化に追随するように一体化され続ける。これにより、発光素子１０とヒートシンク７との接合が解除されることを確実に防止することができる。
【００３１】
また、緩衝部材６は、熱伝導率の大きさがヒートシンク７以上である。従って、電圧印加により発光素子１０に生じた熱を、ヒートシンク７側からだけでなく緩衝部材６側からも積極的に放熱することができる。これにより、発光素子１０に生じた熱をヒートシンク７のみから放熱する場合と比較して、より効率的に放熱を行うことができる。
【００３２】
また、第２のはんだ９の厚みｄ２は、第１のはんだ８の厚みｄ１よりも大きい。従って、従って、ｐ型電極５とヒートシンク７との間の距離が大きく、すなわち、上下方向に発光素子１０が動くことのできる遊びが大きい。これにより、例えば、発光素子１０の前後方向両端部等、同中央部と比較して大きな反りが生じる場所であっても、第２のはんだ９が発光素子１０の反りに対して追随することができるため、発光素子１０とヒートシンク７との接合を確実に保持することができる。これにより、発光素子１０とヒートシンク７との接合が解除されることをより確実に防止することができる。
【００３３】
また、ｎ型電極４はｎ層１の全表面に配置され、ｎ型電極４と緩衝部材６とを接合する第１のはんだ８はｎ型電極４の全面に設けられ、緩衝部材６はｎ型電極４の全面を覆うように接合されている。従って、熱が発生する発光素子１０と熱を放熱する緩衝部材６との間接接触面積を最大化することができる。これにより、発光素子１０の全面から放熱を行うことができるため、発光素子１０の表面の一部から放熱する場合と比較して、より効率的に放熱を行うことができる。
【００３４】
また、ｐ型電極５はｐ層２の全表面に配置され、ｐ型電極５とヒートシンク７とを接合する第２のはんだ９はｐ型電極５の全面に設けられ、ヒートシンク７はｐ型電極５の全面を覆うように接合されている。従って、熱が発生する発光素子１０と熱を放熱するヒートシンク７との間接接触面積を最大化することができる。これにより、発光素子１０の全面から放熱を行うことができるため、発光素子１０の表面の一部から放熱する場合と比較して、より効率的に放熱を行うことができる。
【００３５】
また、ヒートシンク７は、発光素子１０のｐ層２側に配置され、緩衝部材６は、発光素子１０のｎ層１側に配置されている。従って、発熱の大きいｐ層２側にヒートシンク７を配置することにより、第２のはんだ９を積極的に溶解させることができる。これにより、ｐ型電極５とヒートシンク７との接合を確実に保持することができる。また、放熱能力の大きいヒートシンク７側から、発光素子１０に生じた熱をより効率的に放熱することができる。
【００３６】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態や実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。
【００３７】
本実施形態では、ｎ型電極４はｎ層１の全表面に配置されていると記載したが、ｎ型電極４は、ｎ層１の一部の表面のみに配置されていても構わない。
【００３８】
また、緩衝部材６は、ｎ型電極４の上側全面に配置されていると記載したが、緩衝部材６は、発光素子１０の反りを抑制可能な剛性を有していれば、ｎ型電極４の上側全面に配置されていなくても構わない。より具体的には、緩衝部材６は、例えば、左右方向の長さがｎ型電極４より小さくても構わない。
【００３９】
また、ｐ型電極５はｐ層２の全表面に配置されていると記載したが、ｐ型電極５は、ｐ層２の一部の表面のみに配置されていても構わない。
【００４０】
また、ヒートシンク７は、ｐ型電極５の下側全面に配置されていると記載したが、ヒートシンク７は、ｐ型電極５の一部の表面のみに配置されていても構わない。
【００４１】
また、第２のはんだ９の厚みｄ２は、第１のはんだ８の厚みｄ１よりも大きいと記載したが、例えば、発光素子１０の発熱が小さく、発光素子１０に生じる反りが小さい場合であれば、第２のはんだ９の厚みは、第１のはんだ８の厚みと同程度であっても構わない。
【００４２】
また、ｎ型電極４の上側に緩衝部材６、ｐ型電極５の下側にヒートシンク７が配置されていると記載したが、ｎ型電極４の上側にヒートシンク７、ｐ型電極５の下側に緩衝部材６を配置しても構わない。
【符号の説明】
【００４３】
１  ｎ層
２  ｐ層
３  ｐｎ接合層
４  ｎ型電極
５  ｐ型電極
６  緩衝部材
７  ヒートシンク
８  第１のはんだ
９  第２のはんだ
１０  発光素子
１００  発光デバイス
【図１】
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