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CN110233138B - 半导体发光装置 - Google Patents

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CN110233138B
CN110233138B CN201910165495.6A CN201910165495A CN110233138B CN 110233138 B CN110233138 B CN 110233138B CN 201910165495 A CN201910165495 A CN 201910165495A CN 110233138 B CN110233138 B CN 110233138B
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Abstract

本发明提供一种在将罐形的半导体发光元件安装于散热板来使用时，能够进一步提高散热性的半导体发光装置。半导体发光装置(10)形成为将半导体发光元件(100)搭载于散热板(130)上。在半导体发光元件(100)的基座(101)的基座底面(107)的一部分区域与散热板(130)的上表面之间设置有间隔(140)，引线(105)配置为在设置有间隔(140)的区域上下贯通基座(101)。半导体激光芯片(122)以其波导长边方向与基座(101)的上表面大致平行的方式配置在未设置有间隔(140)的区域。引线(105)的下端位于间隔(140)内并与柔性基板(150)连接。

Description

半导体发光装置
技术领域
本发明涉及一种将罐形的半导体发光元件搭载于散热板上而形成的半导体发光装置。
背景技术
当前，在各种产业领域，利用搭载有半导体激光芯片的半导体发光装置。作为那样的半导体发光装置，广泛使用例如专利文献1等所公开那样的使用罐形的半导体发光元件的半导体发光装置。
图13中示出现有的罐形的半导体发光元件的剖视图。在该半导体发光元件中，金属制的模块902突出地设置于作为金属制的板状部件的基座901上，半导体激光芯片904经由副安装件903搭载于模块902的侧面。从半导体激光芯片904的端面射出的激光相对于基座901向垂直方向上方射出。
在基座901中，引线907为了确保绝缘以及气密而通过玻璃密封端子部固定。不过，对于与阀杆电气共用的引线，以直接接触的方式固定于阀杆。引线907与半导体激光芯片904为了电流导入而适当通过电线连接。此外，在图13中，为了避免图示的繁琐，省略电线的记载。
罩部905为了覆盖半导体激光芯片904进行气密封闭，而通过电阻焊等与基座901粘接。在罩部905中，为了取出来自半导体激光芯片904的输出光而设置有由玻璃构成的窗部906。窗部906为了气密化而粘接于罩部905。基座901的俯视观察时形状为典型的圆形。
这样的罐形的半导体发光元件由金属制的封装构成，因此散热性良好，但为了进一步提高其散热性，通常用于安装于由金属构成的部件的半导体发光装置。此外，在罐形的半导体发光元件中，能够使用由金属彼此的焊接等实施的接合、窗部玻璃的金属制罩部的低熔点玻璃粘贴、玻璃密封端子部等成熟的技术。因此，对于罐形的半导体发光元件，在部件成本、组装成本廉价的同时能够实现半导体激光芯片的严格的气密封闭，从而广泛用于半导体发光装置。
此外，作为半导体发光元件的其它结构，不使用图13所示那样的模块902，而想到了在基座(金属板)上直接堆叠横向的半导体激光芯片等的封装(专利文献2、3)。对于这样的封装构造，已知有来自半导体激光芯片的光的射出方向与基座平行，因此使用使射出光向上方向反射的反射镜，其结果为以与基座垂直的方式射出光的半导体发光元件。
在这样的类型的半导体发光元件中，半导体激光芯片横向地搭载于基座，因此向基座底面的散热路径变短，与经由从基座突出的模块实施散热的图13的半导体发光元件相比较，能够期待散热性的进一步提高。此外，对于上述的半导体发光元件，在使用时也用作安装于用于散热的部件的半导体发光装置。
现有技术文献
专利文件
专利文献1：日本特开2006-135219号公报
专利文献2：日本特开平7-162092号公报
专利文献3：日本特开平5-129711号公报
发明内容
本发明所要解决的技术问题
对于半导体发光元件，通过将来自半导体激光芯片的光输出提高至瓦级以上，能够期待作为3D打印机用、其它造形、加工用的光源、投影仪用光源、照明用光源等各种各样的光源的拓展。对于这样的应用领域，谋求改善来自封装的散热而提高来自各个封装的激光输出。而且，还谋求通过将多个封装集成并利用光学系统聚集输出光，而用作更大的输出的光源。
对于上述用途，需要利用高的投入电力使半导体发光元件动作，因此需要高效地放出来自半导体发光元件的发热。因此，半导体发光元件安装于作为金属部件的散热板来使用。图14中示意地表示将图13所示的现有的罐形的半导体发光元件安装于散热板910的状态、将散热板910剖切后的图。
图14中半导体发光元件引线907从基座底面延伸。因此，对于将半导体发光元件安装于散热板910，需要在散热板910上开设孔911，使引线907穿过孔911。此时，在引线907上覆盖管状的绝缘部件912，获取引线907与散热板910的电绝缘。引线907通过锡焊等电连接913而与安装基板、布线等电连接，由此形成有向半导体发光元件的电流导入路径。此外，在图14中，为了避免图示的繁琐，省略记载引线907的连接目的地的部件(安装基板、被覆线等布线部件)。
对于这样的散热板910的结构，需要在半导体发光元件中的半导体激光芯片904的下方附近的本来应该最有助于散热的区域，设置孔911、凹部914等。凹部914为用于引线907的锡焊连接的空间。通过在散热板910设置孔911、凹部914，有损于从半导体激光芯片904直接向下方的散热路径，此外，不易于充分地确保半导体发光元件的底面与散热板910的接触面积。这在实现半导体发光元件的散热的提高的方面成为较大的问题。
在使用这样的罐形的半导体发光元件的情况下，如果单纯地增大封装整体的尺寸则与散热板910的接触面积也增大。然而，如果增大半导体发光元件的封装尺寸，则当然会阻碍装置的小型化，特别在所述的高密度集成的应用方面成为障碍。即，如果多个半导体发光元件的集成密度变小，则更加难以利用光学系统聚焦输出光，与利用大输出的激光的目的相反。
专利文献2所记载的半导体发光元件与图13所示的半导体发光元件同样的是，引线从基座底面延伸的构造。因此，对于该半导体发光元件，依然存在有向上述的散热板的安装的问题，无法充分获得散热性提高的优点。
专利文献3所记载的半导体发光元件为，在金属板的周围制作框体，以通过框体的方式配置引线的构造。在该构造中，在封装的底面平坦的金属板露出，引线没有向封装下方突出。由此，消除了向半导体发光元件的散热板的安装的问题，半导体激光芯片的动作时的发热能够通过金属板直接向下方散热，因此散热效果能够大幅提高。
然而，专利文献3所记载的半导体发光元件本来就不是罐形的封装，来自半导体发光元件的引线的取出并没有使用玻璃密封端子部技术。对于专利文献3的半导体发光元件，想到了利用树脂等实施引线的封闭的构成，但对于这样的树脂封闭，与由密封端子部技术实施的引线封闭相比较，对于抑制向外部的气体的泄漏是不充分的。因此，例如在对于氮化物半导体激光而使用该封装技术的情况下，通过长年使用而存在有激光芯片劣化这样的问题。
此外，在专利文献3的半导体发光元件中，针对框体使用陶瓷等，用于实现气密封闭的封装自身非常昂贵，无法像现有技术的罐形那样进行由生产率优异的电阻焊实施的罩部的封闭安装。也就是说，对于专利文献3的半导体发光元件而言，散热比较良好，但无法获得在封装成本以及制造成本也廉价的同时能够实现激光芯片的严格的气密封闭的这样的罐形的半导体发光元件中的优点。
本发明是鉴于所述课题而完成的，其目的在于，提供一种能够将罐形的半导体发光元件安装于散热板来使用且进一步提高散热性的半导体发光装置。
解决问题的方案
为了解决所述的课题，本发明的半导体发光装置将半导体发光元件搭载于由金属构成且面积比所述半导体发光元件的基座大的散热板上而成，所述半导体发光装置的特征在于，所述半导体发光元件具有：所述基座，其由板状的金属构成；罩部，其具备由光透射性部件构成的窗部，并载置于所述基座；半导体发光芯片，其搭载于所述基座的上表面，具备波导；光路折弯部件，其将来自所述半导体发光芯片的波导端的放出光的光路变换为向上并由所述窗部射出；及引线，其用于向所述半导体发光芯片供给电力，所述引线的上端、所述半导体发光芯片以及所述光路折弯部件，收纳于由所述罩部所述基座包围的内部空间，所述基座搭载于所述散热板上，并且在其下表面的一部分区域与所述散热板的上表面之间设置有间隔，所述半导体发光芯片以波导长边方向与所述基座的上表面大致平行的方式配置在设置有所述间隔的区域以外的区域，所述引线以上下贯通所述基座的方式配置在设置有所述间隔的区域，所述引线的下端位于所述间隔内，并与柔性基板连接。
根据所述的结构，从半导体发光元件的基座的下表面突出的引线在间隔内与柔性基板连接。由此，在将半导体发光元件安装于散热板等来使用时，能够使与设置有半导体发光芯片的区域对应的基座的下表面与散热板的平坦面密合。因此，成为半导体发光芯片的下方附近的最应该有助于散热的区域与散热板直接接触的构造，从半导体发光芯片向散热板的散热极其良好。而且，通过将引线与柔性基板连接，能够缩小间隔高度。由此，从半导体发光元件的基座向散热板传递的热易于横向扩散，散热性进一步提高。
此外，所述半导体发光装置能够构成为，由所述罩部与所述基座包围的内部空间被气密封闭。
此外，所述半导体发光装置能够构成为，所述间隔由所述散热板的上表面的搭载有所述基座的区域所设置的层差构成、或者由设置于所述基座的下表面的切口部构成。
此外，所述半导体发光装置能够构成为，所述基座的俯视观察时形状为大致四边形，所述间隔沿着所述大致四边形的一个边设置。
此外，所述半导体发光装置能够构成为，所述基座的俯视观察时形状为大致四边形，所述半导体发光芯片以其波导长边方向沿着所述大致四边形的一条对角线的方式设置，在所述大致四边形的另一条对角线上的相互对置的两个角部附近配置有所述间隔。
根据所述的结构，沿着基座的对角线配置半导体发光芯片，因此能够相对于基座堆叠共振器相对较长的半导体激光芯片。因此，能够进一步提高半导体发光装置中的激光输出。
此外，所述半导体发光装置能够构成为，在所述散热板上搭载多个所述半导体发光元件。
此外，所述半导体发光装置能够构成为，所述多个半导体发光元件在所述散热板上配置成一列或矩阵状，由共用的所述柔性基板向配置成所述一列或矩阵的同列的多个半导体发光元件的各半导体发光芯片供给电力。
根据所述的结构，通过利用共用的所述柔性基板向多个半导体发光元件的各半导体发光芯片供给电力，能够在散热板上紧密排列地配置多个半导体发光元件。
此外，所述半导体发光装置能够构成为，所述间隔的高度为0.1mm以上且所述基座的厚度以下。
此外，所述半导体发光装置能够构成为，所述间隔的高度为0.1mm以上且4mm以下。
此外，所述半导体发光装置能够构成为，所述半导体发光芯片由氮化物半导体构成。
发明效果
本发明的半导体发光装置成为，将从半导体发光元件的基座的下表面突出的引线在间隔内与柔性基板连接，而半导体发光芯片的下方附近的最应该有助于散热的区域与散热板直接接触的构造，可起到从半导体发光芯片向散热板的散热极其良好的效果。而且，通过将引线与柔性基板连接，能够缩小间隔高度，从半导体发光元件的基座向散热板传递的热易于横向扩散，可起到散热性进一步提高的效果。
附图说明
图1为表示第一实施方式所涉及的半导体发光装置的立体图。
图2为将搭载于图1的半导体发光装置的半导体发光元件的罩部移除而示出其内部构造的立体图。
图3为从图1中附图标记A所示的方向观察到的半导体发光装置的局部剖视图。
图4为表示第二实施方式所涉及的半导体发光装置的立体图。
图5为从图4中附图标记A所示的方向观察到的半导体发光装置的局部剖视图。
图6的(a)为表示第三实施方式所涉及的半导体发光装置的立体图，图6的(b)为表示半导体发光装置中的间隔内的连接构造的剖视图。
图7的(a)为表示第四实施方式所涉及的半导体发光装置的立体图，图7的(b)为表示半导体发光装置中的间隔内的连接构造的剖视图。
图8为表示第五实施方式所涉及的半导体发光装置的立体图。
图9为将搭载于图8的半导体发光装置的半导体发光元件的罩部移除而示出其内部构造的俯视图。
图10为表示第六实施方式所涉及的半导体发光装置的立体图。
图11为示意地表示使用了第六实施方式所涉及的半导体发光装置的变形例的聚光系统的一个示例的剖视图。
图12为表示作为本发明的实施例的半导体发光元件的热电阻的评价结果的图表。
图13为表示现有的罐形的半导体发光元件的剖视图。
图14为示意地表示将现有的罐形的半导体发光元件安装于散热板的状态的图。
具体实施方式
〔第一实施方式〕
<半导体发光装置的结构>
以下，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。图1为表示第一本实施方式所涉及的半导体发光装置10的立体图。半导体发光装置10具备搭载于散热板130上的罐形的半导体发光元件100。图2为将半导体发光元件100的罩部110移除而示出其内部构造的立体图。图3为图1中从附图标记A所示的方向观察到的半导体发光装置10的局部剖视图。
在半导体发光元件100中，在作为由板状的金属构成的基座101的大致平坦面的上表面(芯片搭载面)，罩部110粘接(电阻焊等)并搭载于基座101的周围附近。由此，半导体发光元件100构成为，具有由基座101和罩部110形成的内部空间，并能够使该内部空间封闭。在本第一实施方式中，基座101在俯视观察时为圆角的大致正方形状。在罩部110的上表面形成有由玻璃构成的窗部111。此外，基座101的下表面为平面，构成基座底面107。
在大致正方形的基座101中，沿着外周的一边设置有多个贯通孔103。由金属构成的引线105以在基座101的厚度方向上下突出的方式插入于各个贯通孔103。在贯通孔103与引线105之间填充有玻璃104，引线105具有与基座101的良好的绝缘性并且固定于基座101。
在此，引线105为大致直线形状，其下端位于基座底面107的稍微下方。此外，引线105的上端位于由基座101与罩部110包围的半导体发光元件100的内部空间内。在基座101的上表面，在其内部空间内设置有副安装件121，在副安装件121上堆叠有半导体激光芯片(半导体发光芯片)122。半导体激光芯片122与基座101的上表面平行地设置，从其光射出面放出的激光暂时与基座101的上表面平行地射出。此外，与半导体激光芯片122的光射出面对置地设置有反射镜(光路折弯部件)123。从半导体激光芯片122放出的激光通过反射镜123使光路折弯而朝向上方，并穿过罩部110的窗部111向外部放出。
在第一本实施方式中，半导体激光芯片122的波导长边方向(激光内部的激光导波方向)与贯通孔103排列的方向大致平行。此外，在半导体发光元件100的内部空间，也可以根据需要配置用于监视光输出水平的传感器。
此外，避免繁琐而省略图示，但在半导体激光芯片122、设置于副安装件121上的电极垫与引线105之间通过金线、金带等金属线连接。这通过引线105的上端、半导体激光芯片122以及副安装件121收纳于半导体发光元件100的内部空间来实现。对于根据需要配置内部空间的传感器也是同样的。
在半导体发光元件100中，多个引线105排列的方向与半导体激光芯片122的波导长边方向大致平行。因此，上述的金属线从半导体激光芯片122引出，而不会干扰通过反射镜123折弯而向半导体发光元件100的外部射出的激光的光路。
在半导体发光装置10中，与半导体发光元件100组合的散热板130的搭载有基座101的区域的上表面为阶梯状。即，散热板130的上表面具有：与半导体发光元件100的基座底面107密合的第一平坦面130a、从第一平坦面130a下降的层差面130b、从层差面130b而成为比第一平坦面130a靠下的位置的第二平坦面130c。由此，在半导体发光装置10中，在第二平坦面130c与基座底面107之间形成有间隔140。在此，层差面130b与多个贯通孔103沿着的基座101的一边平行，间隔140沿着作为大致正方形的基座101的一个边设置。此外，在间隔140内收纳有引线105的下端。
半导体发光装置10中重要的点在于，基座101中搭载有半导体激光芯片122的区域与基座底面107和散热板130密合的区域相对应这一点。也就是说，如图3所示，半导体激光芯片122设置于未设置有间隔140的区域。
在间隔140内，在引线105的下端连接有柔性基板150，而且柔性基板150通过间隔140而向外部引出。即，成为相对于半导体激光芯片122而能够通过柔性基板150以及引线105供给电力的构成。此外，来自收纳于内部空间的传感器的电气信号也同样地能够适当向外部取出。柔性基板150在基底膜上设置布线，因此极薄且能够通过稍微的间隔140而将电力供给端子向外部引出。间隔140的高度例如为2mm，其理想的范围将在下文中叙述。
在基座101的侧面适当设置有作为光射出位置的基准的标记106。标记106也可以是实施了印字图章，但也可以是设置于基座101的侧面的凹部、突起。此外，标记106也可以设置于基座101的侧面以外的部分。
而且，在半导体发光装置10中，散热板130还具有层差面130d，靠近半导体激光芯片122的一侧的基座101的侧面也可以构成为，与散热板130的层差面130d直接接触。由此能够进一步提高从基座101向散热板130的热传导。
散热板130的整体形状在图1中描绘为大致四角形的板状，但半导体发光装置10自身能够根据用途固定设置于设备的筐体内等，当然散热板130的形状可以是多种多样的。
<制造方法>
接着，对第一本实施方式所涉及的半导体发光装置10的制造方法进行说明。
对于由金属构成的基座101的成形，能够使用用于制造罐形的封装的众所周知的方法。基座101的材料能够从以铁为主要成分、以铜为主要成分等公知的封装材料中选择。以铁为主要成分的材料具有易于与罩部110焊接的优点，以铜为主要成分的材料具有散热性优异的优点，因此基座101的材料能够根据半导体发光装置10所需的特性适当选择。此外，基座101不限于由整体均匀的材料构成的部件，还能够使用所谓的堆叠材料。如果针对基座101的成形使用冲压加工，由能够量产性优异且低成本地制造基座101。另一方面，如果使用钎焊加工、焊接加工，能够选定针对基座101的各部适合的多个材料，能够构成复杂的组合的基座101。对基座101的表面实施金、镍、钯等的电镀。
由金属构成的引线105通过玻璃密封的方法，取得气密并且固定于基座101。通过对引线105也实施金、镍等的电镀，金属线、焊料能够良好地连接并能够使电气传导良好。
半导体激光芯片122搭载于绝缘性的副安装件121，并堆叠于基座101上表面。副安装件121例如由以氯化铝、碳化硅等为主要成分的陶瓷构成。不过，半导体激光芯片122也可以直接搭载于基座101上，在该情况下，半导体激光芯片122能够相对于直接基座101散热，因此散热性尤其得以改善。
半导体激光芯片122向基座101或者副安装件121上的固定，能够使用由锡焊、导电性糊剂实施的粘接等公知的方法，对于粘接的材料能够使用公知的材料。此外，作为副安装件121，还能够使用具有金属等的导电性的材料、其他公知的材料。在图2中，基座101的上表面整体平坦，且副安装件121堆叠于该平坦面上。不过，在不会大幅阻碍朝向散热板130的热传导的范围内，还能够在适当设置于基座101上表面的凹部上、突起上堆叠副安装件121。
用于光路折弯的的反射镜123，可使用对棱镜形状的玻璃部件的表面涂布高反射膜而形成的反射镜。这样的玻璃部件向基座101的固定能够通过粘接剂、锡焊等来实施。此外，反射镜123的结构并不限于玻璃部件，能够使用半导体材料、金属材料等公知的反射镜的材料。而且，还像引用文献2所公开那样，作为设置于基座101的凹部的斜面、或者设置于基座101的突起的斜面，能够将反射镜123与基座101形成为一体。此外，作为用于光路折弯的部件，还能够更改反射镜123而使用棱镜、衍射光栅。
由设置于半导体激光芯片122、副安装件121的电极垫与引线105之间的金属线实施的连接，在将罩部110粘接于基座101之前实施。
罩部110能够使用用作罐形的封装的罩部的公知技术。这样的罩部在窗材料的气密安装方面技术上也成熟，此外可大量生产且廉价。对于罩部110向基座101的安装理想的是，当使用众所周知的电阻焊来实施时，生产率良好、低成本且可靠地进行封闭。通过电阻焊法将罩部110安装于基座101的方法的概要如以下所示。首先，将基座101固定于可通电的载物台，将罩部110设置于可通电的夹具，将作为罩部底面周围的凸缘部的焊接部夹入夹具与载物台之间并加压，在载物台与夹具之间对脉冲状的电流进行通电，从而对该焊接部瞬间进行加热而实施焊接。电阻焊工序低成本是因为，焊接在一瞬间完成，因此加工期间极短且可面向大量生产。此外，焊接装置的结构还像缝焊、激光焊接那样，精密定位所需的可动部分少且装置的成本自身也低。不过，罩部110向基座101的粘接方法并不限定于此，还能够使用缝焊、激光焊接、钎焊、锡焊等其它粘接方法。
而且，将从半导体发光元件100的基座底面107稍微突出的引线105与柔性基板150连接。对于这样的电气的连接，能够利用公知的技术。
之后，与上述的规定的位置匹配地将半导体发光元件100的基座底面107与散热板130的表面密合固定，从而完成半导体发光装置10。对于这样的密合固定，能够适当使用电阻焊、其它焊接技术、粘接剂的接合、钎焊、锡焊等公知的粘接技术、螺钉、弹簧、夹子的固定等公知的方法。
<使用方法>
对第一本实施方式所涉及的半导体发光装置10的使用方法进行说明。
当通过穿过间隔140向外侧引出的柔性基板150对半导体激光芯片122供给电力时，进行激光振荡动作，激光通过半导体发光元件100的窗部111向上方射出。
在半导体发光装置10中，引线105不会从基座底面107大幅突出，其下端收纳于间隔140内，因此能够除间隔140的部分而将基座底面107与散热板130密合。半导体激光芯片122以及副安装件121在俯视观察时，设置于不与基座101的间隔140的某区域接触的位置。由此，对于半导体发光装置10，成为半导体激光芯片122的下方附近的本来最应该有助于散热的区域与散热板130直接接触的构造。不仅如此，半导体激光芯片122以及副安装件121还直接设置于基座101的上表面。因此，可良好地实施从半导体激光芯片122向基座101的散热。而且，处于基座101与散热板130之间的一部分的间隔140，向作为与基座底面107平行的方向的散热板130的横向延伸，因此不会妨碍在散热板130内从基座101传导来的热横向扩散。根据上述的主要原因，半导体发光装置10中的从半导体激光芯片122向散热板130的散热，与现有的半导体发光装置相比较极其良好。
在基座101与散热板130的接触面上，根据使从基座101向散热板130传递的热横向扩散的观点出发，理想的是间隔140的高度较矮，需要其值为基座101的厚度程度以下。在半导体发光装置10中基座101与散热板130密合，因此理想的是构成为，减薄基座101的厚度自身，使散热板130积极地放出热。然而，从强度的观点出发，基座101的厚度通常为0.5mm以上，典型的是1～4mm程度。由此，间隔140的高度的理想的范围优选为4mm以下，从确保与引线105的连接部的观点出发，优选为0.1mm以上。即，理想的是间隔140的高度为0.1mm以上且基座101的厚度以下、或者0.1mm以上且4mm以下。
图12为表示第一本实施方式所涉及的半导体发光装置10中的热电阻的评价结果的图表。在此，对从作为半导体激光芯片122的发热部的PN结到散热板130的路径的热电阻的值进行评价。由氮化物半导体构成的半导体激光芯片122的波导宽度(发热区域宽度)为30μm，对于副安装件121使用氯化铝并利用结向下的方式搭载于基座101。基座101的材料为铜，散热板130的材料为铁。
在以上的条件下下，将基座101的外形设为6mm方形时的半导体发光装置10中的热电阻的值弱至6℃/W，与使用图13所示那样的标准的现有技术的罐形的封装(直径5.6mmφ)的情况下的10.5℃/W相比较，可知热电阻显著改善。此外，如果基座101的尺寸为5mm方形程度以上，则即使与其相比进一步增大封装尺寸，热电阻的减少也变缓和。如果是5～6mm方形的基座尺寸，与现有技术的5.6mmφ罐封装的基座相比较，可知不仅外形为同程度，像上述那样还降低了大幅的热电阻。因此，能够使半导体发光装置10小型化，此外，还能够实现部件成本的降低。
本实施方式所涉及的半导体发光装置10与利用了现有技术的罐形的封装的情况相比较，能够极其良好地进行散热，因此能够将来自半导体激光芯片的光输出提高几倍。另一方面，关于半导体激光芯片的封闭，能够使用密封端子部技术、电阻焊、金属制罩部这一点，与现有技术的罐形的封装没有不同，能够实现极其严格的与外部气体的阻断。因此，伴随着使用的半导体激光芯片的劣化与使用现有技术的罐形的封装的情况同样地良好地得以抑制。该劣化抑制效果在使用由氮化物系半导体构成的半导体激光芯片的情况下表现显著。
〔第二实施方式〕
使用图4以及5对第二实施方式所涉及的半导体发光装置进行说明。图4为表示第二本实施方式所涉及的半导体发光装置20的立体图，图5为从图4中附图标记A所示的方向观察到的半导体发光装置20的局部剖视图。
半导体发光装置20构成为，在散热板131上搭载罐形的半导体发光元件200。半导体发光元件200与第一实施方式所示的半导体发光元件100相比较，在替代基座101而使用基座201这一点上不同。即，半导体发光元件200的内部空间的结构基本上与半导体发光元件100相同。此外，散热板131具有与第一实施方式所示的散热板130不同的形状。
基座201的下表面形状与基座101不同，在基座201的下表面的一部分，切口部202沿着外形的一边设置。因此，在切口部202的所设置的区域，基座201的厚度比其它区域薄。
多个贯通孔103设置于切口部202的区域，并沿着切口部202所设置的边排列配置。设置于贯通孔103的引线105向基座201的上下突出，其下端收纳于切口部202内，也就是说，位于基座底面207的上方。
在散热板131中，搭载有基座201的区域的上表面平坦。由此，在基座201与散热板130之间，在切口部202的区域形成有间隔140。与第一实施方式同样地，在间隔140内，在引线105的下端连接有柔性基板150，柔性基板150通过间隔140向外侧引出。由此，能够通过柔性基板150以及引线105对通半导体激光芯片122供给电力。此外，来自适当收纳于半导体发光元件200的内部空间的传感器的电气信号也能够通过柔性基板150向外部取出。
在搭载有半导体激光芯片122的基座201的区域，基座底面207与散热板131密合。也就是说，半导体激光芯片122设置于未设置有间隔140的区域的情况也与第一实施方式相同。
由此，对于第二本实施方式所涉及的半导体发光装置20，与利用现有技术的罐形的封装的情况相比较，也能够极其良好地进行散热，因此能够将来自半导体激光芯片的光输出提高几倍。此外，关于半导体激光芯片的封闭，通过使用密封端子部技术、电阻焊、金属制罩部能够实现极其严格的与外部气体的阻断，与使用现有技术的罐形封装的情况同样地，半导体激光芯片的劣化良好地得以抑制。
此外，对于第二本实施方式所涉及的半导体发光装置20，间隔140的高度的理想的是范围为0.1mm以上且4mm以下。
〔第三实施方式〕
使用图6对第三实施方式所涉及的半导体发光装置进行说明。图6的(a)为表示第三本实施方式所涉及的半导体发光装置30的立体图，图6的(b)为表示半导体发光装置30中的间隔内的连接构造的剖视图。
半导体发光装置30构成为，在散热板132上搭载有罐形的半导体发光元件100。即，半导体发光装置30构成为，替代第一实施方式中的散热板130而使用散热板132。
散热板132在搭载有基座101的区域的上表面的一部分具有槽部132a。槽部132a与多个贯通孔103的配置区域对应地设置，槽部132a的一方的端部延伸至基座101的外缘的外侧。在半导体发光装置30中，在基座101与散热板132之间，由槽部132a形成有间隔140。
在第一实施方式所涉及的半导体发光装置10中，由形成于散热板130的层差形成间隔140，在俯视观察时，间隔140在多个贯通孔103排列的基座101的一方的侧开口。由此，在半导体发光装置10中，柔性基板150以引线105为基准而向远离半导体激光芯片122的方向引出。
相对于此，在第三本实施方式所涉及的半导体发光装置30中，间隔140在作为多个贯通孔103的配置方向的延长目的地的基座101的一方的侧开口。并且，柔性基板150从该开口向与半导体激光芯片122的长边方向平行的方向引出。在第三本实施方式的结构中，也可获得与所述各实施方式同样的效果。
此外，在图6所示的半导体发光装置30中，在散热板132上形成槽部132a，将该槽部132a设为基座101与散热板132之间的间隔140。然而，作为半导体发光装置30的变形例也可以构成为，在半导体发光元件100的基座101侧设置槽部，将该槽部设为间隔140。
〔第四实施方式〕
使用图7对第四实施方式所涉及的半导体发光装置进行说明。图7的(a)为表示第四本实施方式所涉及的半导体发光装置40的立体图，图7的(b)为表示半导体发光装置40中的间隔内的连接构造的剖视图。
半导体发光装置40构成为，在散热板133上搭载有罐形的半导体发光元件100。即，半导体发光装置40构成为，替代第一实施方式中的散热板130而使用散热板133。
散热板133在搭载有基座101的区域的上表面的一部分具有槽部133a。槽部133a与多个贯通孔103的配置区域对应地设置，槽部133a的两端部延伸至基座101的外缘的外侧。在半导体发光装置40中，在基座101与散热板133之间，由槽部133a形成间隔140。
在第三实施方式所涉及的半导体发光装置30中，间隔140朝向基座101的一方的侧面开口，与其相比，在半导体发光装置40中，间隔140朝向对置的两个侧面开口，柔性基板150从上述开口部相对于基座101向两个方向引出。在第四本实施方式的结构中，也可获得与所述各实施方式同样的效果。
此外，在图7所示的半导体发光装置40中，在散热板133上形成槽部133a，将该槽部133a设为基座101与散热板133之间的间隔140。然而，作为半导体发光装置40的变形例也可以构成为，在半导体发光元件100的基座101侧设置槽部，将该槽部设为间隔140。
〔第五实施方式〕
使用图8以及图9对第五实施方式所涉及的半导体发光装置进行说明。图8为表示第五本实施方式所涉及的半导体发光装置50的立体图。图9为将半导体发光装置50所使用的半导体发光元件300的罩部110移除而示出其内部构造的立体图。
半导体发光装置50构成为，在散热板134上搭载有罐形的半导体发光元件300。并且，在半导体发光元件300中，副安装件121、半导体激光芯片122以及反射镜123的组以半导体激光芯片122的波导长边方向沿着基座101的一条对角线的方式设置于基座101的上表面。而且，在另一条对角线上的相互对置的两个角部附近设置有引线105。
在散热板134中，与设置有引线105的位置对应地设置有层差134a，在半导体发光装置50中，在基座101与散热板134之间，由层差134a形成间隔140。在间隔140中，构成为在各个引线105的下端连接有共用的柔性基板150，能够从外部相对于半导体激光芯片122供给电力。
半导体发光装置50构成为，半导体激光芯片122设置于未设置有基座101上的间隔140的区域，来自半导体激光芯片122的散热良好地向散热板134传递，这与所述各实施方式相同。即，第五本实施方式的结构也可获得与所述各实施方式同样的效果。
此外，在半导体发光装置50中，使用沿着基座101的对角线配置半导体激光芯片122的半导体发光元件300。因此，与第一实施方式中使用的半导体发光元件100相比较，能够相对于基座101堆叠共振器相对较长的半导体激光芯片122。因此，能够实现将外形尺寸进一步缩小的半导体发光装置50。
此外，在图8以及图9所示的半导体发光装置50中，在散热板134形成层差134a，将该层差134a设为基座101与散热板134之间的间隔140。然而，作为半导体发光装置50的变形例也可以构成为，在半导体发光元件100的基座101侧设置切口部(层差)，将该切口部设为间隔140。
〔第六实施方式〕
使用图10对第六实施方式所涉及的半导体发光装置进行说明。图10为表示第六本实施方式所涉及的半导体发光装置60的立体图。对于第六实施方式所涉及的半导体发光装置60，例示了将第四实施方式所涉及的半导体发光装置40集成的构成，在一张散热板133上集成地搭载有多个半导体发光元件100。此外，在一张散热板上集成多个半导体发光元件的情况下，想到了将半导体发光元件配置成一列状或者矩阵状，但对于以下的说明的半导体发光装置60，例示了将半导体发光元件100配置成矩阵状。
在半导体发光装置60中，在散热板133上平行地设置有多个(图10中为5列)的槽部133a，各槽部133a具有其上能够配置多个(图10中为5个)半导体发光元件100的长度。由此，在半导体发光装置60中，在散热板133上将多个半导体发光元件100紧密排列且配置成矩阵状(图10中为5×5列)。
在搭载于半导体发光装置60的各半导体发光元件100中，沿着配置成矩阵的同列的基座101的一边，分别设置有由形成于散热板133的槽部133a构成的间隔140。，并且在各间隔140中构成为，在固定于各基座101的引线105的下端连接有柔性基板150，向各半导体发光元件100内的半导体激光芯片122供给电力。此时，通过共用的柔性基板150向配置成矩阵的同列的多个半导体发光元件100的各半导体激光芯片122供给电力。通过这样的配置，使各半导体发光元件100中的基座101的底面与散热板133密合，并且能够将多个半导体发光元件100紧密排列成矩阵状。此外，在半导体发光装置60中，各发光点成为相同间距。
半导体发光装置60与所述各实施方式同样地，各半导体激光芯片122的气密封闭极其良好，没有因封闭不完全引起的半导体激光芯片122的劣化，可靠性优异。
此外，在各半导体发光元件100中，半导体激光芯片122分别堆叠于基座101上，并通过罩部110实施封闭，因此能够使用在该时间点实施了特性评价而选择的半导体发光元件。这种情况仅与将多个半导体激光芯片收纳于相同的罩部内部空间内的情况相比较，在生产上极其有利地发挥作用。即，在将许多半导体激光芯片统一设置于共用的基座上，并在实施了电线接合后，一并实施罩部封闭时，该半导体激光芯片的特性评价能够在一并封闭之后开始。因此，不合格芯片的混入、半导体激光芯片的特性的偏差即使在一并封闭后被发现，在该时间点也已经不能实施修正。
另一方面，在第六本实施方式所涉及的半导体发光装置60中，对于各半导体激光芯片122单独被封闭的半导体发光元件100，在实施了特性评价并被选择的状态下集成于散热板133上，因此能够防止不合格芯片的混入，能够防止作为集成封装的半导体发光装置60整体的不合格。因此，能够以高的成品率制造半导体发光装置60，能够以低成本实现可靠性高的集成封装。
此外，对于散热性这一点，如所述各实施方式中说明的那样，半导体发光装置60远优异于使用了现有的罐形的半导体发光元件的装置，此外，能够确保向各半导体激光芯片的通电且紧密地集成，因此能够将作为集成封装整体的发光点的扩散设置在最小限范围内。
作为一个示例，当将各半导体发光元件100中的基座101的平面尺寸设为约6mm方形时，对于各元件能够实现5W的蓝色光的输出，它们排列成5×5的矩阵并作为整体实施125W的激光输出。此时，发光点的区域仅收纳于24mm方形，因此利用例如40mmφ的聚光透镜也能够聚集于1点。如此，第六本实施方式所涉及的半导体发光装置60紧凑且能够获得超过100W那样的激光输出，作为面向激光加工装置、激光焊接、激光锡焊机、3D打印机、投影仪等用途的光源是极其优选的。另一方面，如上述那样，在使用热电阻的大幅劣化的现有类型的5.6mmφ的罐形封装的情况下，各元件半导体激光芯片只有2W程度且无法稳定地输出蓝色光，其区别显而易见。
图11为示意地表示使用了第六本实施方式所涉及的半导体发光装置的变形例的聚光系统的一个示例的剖视图。对于作为本变形例的半导体发光装置70，例示了将第二实施方式所涉及的半导体发光装置20集成的构成，在一张散热板131上集成地搭载有多个半导体发光元件200。
在半导体发光装置70中，在各半导体发光元件200上分别配置有对向上方射出的激光进行校准的准直透镜701。透射了准直透镜701后的准直光进一步通过聚光透镜702聚集于一点或者狭窄的区域的聚光区域，能够利用大输出的光能。在此，可理解为，为了使光学系统紧凑重要的是，缩小半导体发光装置70的发光点的分布的区域的面积、缩小聚光透镜702的直径。
对于半导体发光装置70，也与所述各实施方式中的半导体发光装置同样地，从半导体激光芯片朝向散热板的热传导良好且散热板内的热的扩散也良好。此外，能够通过柔性基板向各半导体激光芯片供给电力，并且能够密集地配置各半导体激光芯片，因此能够实现紧凑的大输出激光源。
以上，在各实施方式中，对作为半导体发光芯片使用了半导体激光芯片的示例进行了说明，但本发明的半导体发光装置也能够同样地构成为，使用端面发光型的超发光二极管。此外，在各实施方式中，例示了利用散热板的层差、槽部、或者基座下表面的切口部来实现间隔的形成的构成，但也可以利用散热板的层差和基座下表面的切口部这双方形成间隔。
此外，对第六实施方式中的集成型的半导体发光装置60、70应用了第四实施方式或第二实施方式的情况进行了说明，但显然即使将其它实施方式中的半导体发光装置设为基底也能够构成集成型的半导体发光装置，它们也是本发明的半导体发光装置的一个方式。
此次公开的实施方式的所有方面为例示，并不能成为限定性的解释的依据。因此，本发明的技术范围通过权利要求的记载来划分，而不仅通过所述的实施方式来解释。此外，包含与权利要求等同的意思以及范围内的所有变更。
附图标记说明
10～70：半导体发光装置
100～300：半导体发光元件
101、201：基座
103：贯通孔
105：引线
107、207：基座底面
110：罩部
121：副安装件
122：半导体激光芯片(半导体发光芯片)
123：反射镜(光路折弯部件)
130～134：散热板
140：间隔
150：柔性基板
701：准直透镜
702：聚光透镜

Claims (9)

1.一种半导体发光装置，其将半导体发光元件搭载于由金属构成且面积大于所述半导体发光元件的基座的散热板上而成，所述半导体发光装置的特征在于，
所述半导体发光元件具有：
所述基座，其由板状的金属构成；
罩部，其具备由光透射性部件构成的窗部，并载置于所述基座上；
半导体发光芯片，其搭载于所述基座的上表面，并具备波导；
光路折弯部件，其将来自所述半导体发光芯片的波导端的放出光的光路变换为向上并由所述窗部射出；及
引线，其用于向所述半导体发光芯片供给电力，
所述引线的上端、所述半导体发光芯片以及所述光路折弯部件，收纳于由所述罩部与所述基座包围的内部空间，
所述基座搭载于所述散热板上，并且在其下表面的一部分区域与所述散热板的上表面之间设置有间隔，
所述半导体发光芯片以波导长边方向与所述基座的上表面大致平行的方式配置在设置有所述间隔的区域以外的区域，
所述引线以上下贯通所述基座的方式配置在设置有所述间隔的区域，
所述引线的下端位于所述间隔内，并与柔性基板连接，
所述基座的俯视观察时形状为四边形，
所述半导体发光芯片以其波导长边方向沿着所述四边形的一条对角线的方式设置，
在所述四边形的另一条对角线上的相互对置的两个角部附近配置所述间隔。
2.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其特征在于，
由所述罩部与所述基座包围的内部空间被气密封闭。
3.根据权利要求1或2所述的半导体发光装置，其特征在于，
所述间隔由在所述散热板的上表面的搭载有所述基座的区域设置的层差构成。
4.根据权利要求1或2所述的半导体发光装置，其特征在于，
所述间隔由设置于所述基座的下表面的切口部构成。
5.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其特征在于，
在所述散热板上搭载有多个所述半导体发光元件。
6.根据权利要求5所述的半导体发光装置，其特征在于，
所述多个半导体发光元件在所述散热板上配置成一列或矩阵状，
由共用的所述柔性基板向配置成一列或矩阵的同列的所述多个半导体发光元件的各半导体发光芯片供给电力。
7.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其特征在于，
所述间隔的高度为0.1mm以上且所述基座的厚度以下。
8.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其特征在于，
所述间隔的高度为0.1mm以上且4mm以下。
9.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其特征在于，
所述半导体发光芯片由氮化物半导体构成。
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