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JP2010199204A - 発光装置およびその製造方法 - Google Patents

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JP2010199204A
JP2010199204A JP2009040768A JP2009040768A JP2010199204A JP 2010199204 A JP2010199204 A JP 2010199204A JP 2009040768 A JP2009040768 A JP 2009040768A JP 2009040768 A JP2009040768 A JP 2009040768A JP 2010199204 A JP2010199204 A JP 2010199204A
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JP
Japan
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light emitting
emitting element
support base
light
heat conducting
Prior art date
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Pending
Application number
JP2009040768A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroyuki Fukazawa
博之 深澤
Hiroshi Nishida
浩 西田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to US12/706,833 priority patent/US8619825B2/en
Priority to CN201010125311A priority patent/CN101814697A/zh
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Abstract

【課題】支持基体上の発光素子に確実に電力を供給することができ、さらに放熱性を確保することのできる発光装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】第１発光素子１０および第２発光素子２０がパッケージ４０の内部に収容されており、ヒートシンク４１上のダイパッド４３の側面に配置されている。第１発光素子１０および第２発光素子２０は、第２発光素子２０がダイパッド４３側に配置された状態で互いに重ね合わされている。第２発光素子２０は、第１発光素子１０よりもチップサイズの大きな素子であり、第２発光素子２０の幅が、第１発光素子１０の幅よりも広くなっている。第１発光素子１０の上面には、熱伝導部材３０が接合されている。熱伝導部材３０は、配線機能を兼ねており、第１発光素子１０のｎ側電極１４と、接続端子５４ａとを電気的に接続している。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子がパッケージ内に収容されたパッケージタイプの発光装置およびその製造方法に関する。
近年、半導体レーザの分野では、同一基板（または基体）上に発光波長が異なる複数の発光部を有する多波長レーザの開発が活発に行われている。この多波長レーザは、例えば光ディスク装置の光源として用いられる。
このような光ディスク装置では、７００ｎｍ帯のレーザ光がＣＤ（Compact Disk）の再生に用いられると共に、ＣＤ−Ｒ（CD Recordable），ＣＤ−ＲＷ（CD Rewritable）あるいはＭＤ（Mini Disk）などの記録可能な光ディスクの記録・再生に用いられる。また、６００ｎｍ帯のレーザ光がＤＶＤ（Digital Versatile Disk）の記録・再生に用いられている。多波長レーザを光ディスク装置に搭載することにより、既存の複数種類の光ディスクのいずれに関しても、記録または再生が可能となる。さらに、ＧａＮ，ＡｌＧａＮおよびＧａＩｎＮに代表される窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（以下、ＧａＮ系の化合物半導体という。）を用いた短波長（４００ｎｍ帯）のレーザも実現され、より高密度の光ディスクの光源として実用化が図られている。この短波長レーザも含めて多波長化することにより、より用途を拡げることができる。
このようなＧａＮ系のレーザ発振部を有する３波長レーザ素子（発光装置）として、従来では、例えば、以下に示した方法で作製されたものが提案されている。すなわち、まず、ＧａＮ基板上にＧａＮ系の化合物半導体を成長させて４００ｎｍ帯の波長の第１発光素子を作製する。また、同一のＧａＡｓ基板上に、ＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体の成長による６００ｎｍ帯の素子と、ＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体の成長による７００ｎｍ帯の素子とを並設して第２発光素子を作製する。そして、これら第１発光素子および第２発光素子を支持基体上にこの順に重ねて配設する。このようにして、従来では、３波長レーザ素子が作製されていた。この従来タイプの３波長レーザ素子では、第２発光素子で発生した熱が熱伝導性に優れたＧａＮ基板や支持基体から放熱されるので、高い放熱効率が得られる。
特許文献１では、第１発光素子が支持基体上に配置され、かつ第１発光素子よりも幅広に形成された第２発光素子が第１発光素子の上に接合されると共に、複数のパンプによって支持基体上に支持された発光装置が開示されている。このような発光装置では、第２発光素子において発生した熱が、第１発光素子を介して、またはバンプを介して支持基体に伝導されるようになっている。
特開２００７−２３４６４３号公報
特許文献１に記載された発光装置においては、第２発光素子を搭載する際に、第１発光素子への接合と同時に、支持基体上に設けられたバンプとも接合されなければならない。しかし、第１発光素子とバンプとのそれぞれの高さが大きく異なるので、第２発光素子を第１発光素子およびバンプのいずれにも確実に接合させることが技術的に難しくなっていた。
さらに、各発光素子を支持基体に搭載する場合、第１発光素子と第２発光素子とを接合した後、それらの発光素子を支持基体に搭載する方法がある。しかし、この方法においても、上記と同様に第１発光素子とバンプとの高さが大きく異なるので、第２発光素子を第１発光素子およびバンプのいずれとも確実に接合させることが技術的に難しくなっていた。
そして、第２発光素子が第１発光素子またはバンプと確実に接合していない場合には、第２発光素子に電力を供給することができないという問題があった。また、第２発光素子が第１発光素子およびバンプと接合し、第２発光素子に電力を供給することができた場合でも、第２発光素子において発生する熱を支持基体に十分に伝導することができないという問題があった。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、支持基体上の発光素子に確実に電力を供給することができ、さらに放熱性を確保することのできる発光装置およびその製造方法を提供することにある。
本発明の発光装置は、第１支持基体に配置された発光素子と、第１支持基体および発光素子を覆うと共に第１支持基体を支持するパッケージと、発光素子とパッケージとに端部がそれぞれ接合され、配線機能をも兼ねた熱伝導部材とを備えたものである。
本発明の発光装置では、熱伝導部材が発光素子とパッケージとに接合されている。これにより、例えば、発光素子内の発熱領域が第１支持基体から離れていたり、発光素子内において、発光素子内の発熱領域と第１支持基体との間に、熱伝導性の悪い領域が存在したりする場合であっても、発光素子内で発生した熱を、熱伝導部材に伝導させることができる。また、例えば、発光素子の発熱が極度に高い場合であっても、発光素子内で発生した大量の熱を、第１支持基体だけでなく、熱伝導部材にも伝導させることができる。さらに、本発明では、熱伝導部材が配線機能をも兼ねているので、熱伝導部材等を介して発光素子に電力を供給することができる。
本発明の発光装置の製造方法は、以下の（Ａ）、（Ｂ）の各工程を含むものである。
（Ａ）第１支持基体と、第１支持基体を支持する第２支持基体と、第２支持基体との関係で第１支持基体の側面に配置された発光素子とを備えたモジュールを用意する第１工程
（Ｂ）第１支持基体と第２支持基体とによって形成される角部が下がるようにモジュールを傾け、発光素子と第２支持基体との間に架け渡されるように、配線機能をも兼ねた熱伝導部材を配置すると共に、発光素子と熱伝導部材との間、および第２支持基体と熱伝導部材との間に熱伝導部材を配置した状態で、熱伝導部材を発光素子と第２支持基体とに固着させる第２工程
本発明の発光装置の製造方法では、熱伝導部材の接合時にモジュール全体が傾いている。そのため、熱伝導部材に対して、発光素子および第２支持基体に接合しようとする力が発生するので、熱伝導部材を発光素子および第２支持基体に確実に接合することができる。これにより、例えば、発光素子内の発熱領域が第１支持基体から離れていたり、発光素子内において、発光素子内の発熱領域と第１支持基体との間に、熱伝導性の悪い領域が存在したりする場合であっても、発光素子内で発生した熱を、熱伝導部材に伝導させることができる。また、例えば、発光素子の発熱が極度に高い場合であっても、発光素子内で発生した大量の熱を、第１支持基体だけでなく、熱伝導部材にも伝導させることができる。さらに、本発明では、熱伝導部材が配線機能をも兼ねているので、熱伝導部材等を介して発光素子に電力を供給することができる。
本発明の発光装置によれば、発光素子とパッケージとに、配線機能をも兼ねた熱伝導部材を接合するようにしたので、支持基体（第１支持基体）上の発光素子に確実に電力を供給することができ、さらに放熱性を確保することができる。
本発明の発光装置の製造方法によれば、熱伝導部材の接合時にモジュール全体を傾けるようにしたので、支持基体（第１支持基体）上の発光素子に確実に電力を供給することができ、さらに放熱性を確保することができる。
本発明の第１の実施の形態に係る発光装置の分解斜視図である。 図１の発光装置の断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る発光装置の断面図である。 熱伝導部材を第１発光素子およびヒートシンクに接合するときの発光装置の断面図である。 図３の発光装置の第１変形例の断面図である。 図３の発光装置の第２変形例の断面図である。 図３の発光装置の第３変形例の断面図である。 図３の発光装置の第４変形例の断面図である。 図３の発光装置の第５変形例の断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る発光装置の断面図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、説明は以下の順序で行う。

１．第１の実施の形態（２つの発光素子を搭載。熱伝導部材３０にリボンを使用）
２．第２の実施の形態（２つの発光素子を搭載。熱伝導部材３０にリードフレームを使用）
３．第３の実施の形態（１つの発光素子を搭載。
熱伝導部材３０にリボンまたはリードフレームを使用）
４．変形例
＜第１の実施の形態＞
［発光装置の構成］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る発光装置１の分解斜視構成を表したものである。本実施の形態の発光装置１は、光ディスクの記録・再生等を行う光ディスク装置の光源として好適に用いられるものである。発光装置１は、例えば、図１に示したように、第１発光素子１０および第２発光素子２０がパッケージ４０の内部に収容された多波長レーザである。第１発光素子１０および第２発光素子２０は共に、端面発光型の半導体レーザであり、それぞれの光射出面１０Ａ，２０Ａを後述の取り出し窓４３ａの方向に向けた状態で、後述のダイパッド４３（第1支持基体）上に設けられている。
第１発光素子１０は、第２発光素子２０の上面に形成されている。つまり、第１発光素子１０および第２発光素子２０は、第２発光素子２０がダイパッド４３側に配置された状態で互いに重ね合わされている。第２発光素子２０は、第１発光素子１０よりもチップサイズの大きな素子であり、例えば、第２発光素子２０の幅が、第１発光素子１０の幅よりも広くなっている。
図２（Ａ）は、発光装置１のうち第１発光素子１０および第２発光素子２０を含む部分を、光射出面１０Ａ，２０Ａと平行な面で切断した断面構成の一例を表したものである。図２（Ｂ）は、発光装置１のうち第１発光素子１０および第２発光素子２０を含む部分を、光射出面１０Ａ，２０Ａ直交する面で切断した断面構成の一例を表したものであり、図２（Ａ）のＡ−Ａ線における断面構成の一例を表したものである。
第１発光素子１０は、基板１１上に、発光点１２Ａを形成するレーザ構造１２を備えており、例えば４００ｎｍ帯のレーザ光を射出する単波長の半導体レーザである。基板１１は、例えばＧａＮ基板である。レーザ構造１２は、基板１１との関係で第２発光素子２０側に形成されており、例えばＧａＮ系の化合物半導体によって構成されている。ＧａＮ基板は、熱伝導率が約１３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）という高い値を示すことから、第１発光素子１０の内部で発生した熱を伝導しやすくなっている。
この第１発光素子１０には、レーザ構造１２のうち第２発光素子２０側の面にｐ側電極１３が形成されている。ｐ側電極１３はレーザ構造１２のうち第２発光素子２０側の面と電気的に接続されている。また、基板１２のうち第２発光素子２０とは反対側の面にｎ側電極１４が形成されている。ｎ側電極１４は基板１２のうち第２発光素子２０とは反対側の面と電気的に接続されている。
第２発光素子２０は、同一の基板２１上に、発光点２２Ａを形成するレーザ構造（図示せず）と、発光点２２Ｂを形成するレーザ構造（図示せず）を備えている。なお、図２（Ａ），（Ｂ）では、これらのレーザ構造を区別せずに単一のレーザ構造２２として示した。発光点２２Ａを形成するレーザ構造は、例えば６００ｎｍ帯のレーザ光を射出するようになっており、発光点２２Ｂを形成するレーザ構造は、例えば７００ｎｍ帯のレーザ光を射出するようになっている。つまり、第２発光素子２０は、例えば、６００ｎｍ帯のレーザ光と７００ｎｍ帯のレーザ光を射出する２波長の半導体レーザである。
基板２１は、例えば、ＧａＡｓ基板である。発光点２２Ａを形成するレーザ構造は、例えば、ＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体によって構成されている。発光点２２Ｂを形成するレーザ構造、例えば、ＧａＡｓ系の化合物半導体をによって構成されている。ＧａＡｓ基板は、熱伝導率が約１７．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）という低い値を示すことから、第２発光素子２０の内部で発生した熱を伝導し難くなっている。
この第２発光素子２０には、発光点２２Ａを形成するレーザ構造の上面にｐ側電極２４ａが形成されている。ｐ側電極２４ａは、発光点２２Ａを形成するレーザ構造の上面と電気的に接続されている。また、発光点２２Ｂを形成するレーザ構造の上面にｐ側電極２４ｂが形成されている。ｐ側電極２４ｂは、発光点２２Ｂを形成するレーザ構造の上面と電気的に接続されている。また、第１発光素子１０のｐ側電極１３に電気的に接続された配線パターン２５がレーザ構造２２の上面に、レーザ構造２２とは絶縁分離されて形成されている。また、基板２１の下面にはｎ側電極２６が形成されている。ｎ側電極２６は、基板２１を介して、発光点２２Ａを形成するレーザ構造の下面と発光点２２Ｂを形成するレーザ構造の下面との双方に対して電気的に接続されている。
第２発光素子２０は、金属合金や導電性接着剤等の導電性接合材３１（第２導電性接合材）を用いてダイパッド４３に接合されている。これにより、ｎ側電極２６は、導電性接合材３１を介してダイパッド４３に電気的に接続されている。一方、第１発光素子１０は、レーザ構造１２側を下にして、金属合金や導電性接着剤等の導電性接合材３２（第３導電性接合材）を用いて第２発光素子２０の上面に接合されている。これにより、ｐ側電極１３は、導電性接合材３２を介して配線パターン２５に電気的に接続されている。
上述したように、本実施の形態では、第１発光素子１０とダイパッド４３との間に、熱伝導性の低い第２発光素子２０が介在している。そのため、第１発光素子１０の内部で発生した熱が第２発光素子２０を介してダイパッド４３へ伝導され難くなる。そこで、本実施の形態では、第１発光素子１０の内部で発生した熱を放熱するために、第１発光素子１０の上面（第２発光素子２０とは反対側）に熱伝導部材３０が接合されている。
熱伝導部材３０は、例えば、アルミニウムを主成分とする材料（例えばアルミニウム合金）を平坦に延ばした薄板状部材（リボン）からなる。熱伝導部材３０は、第１発光素子１０との接合が可能な範囲内において、より厚いことが好ましい。熱伝導部材３０の厚さが厚くなることにより、熱伝導部材３０の断面積および表面積が大きくなり、熱伝導部材３０の熱伝導能力および放熱能力が高くなるからである。また、熱伝導部材３０は、第１発光素子１０との接合が可能な範囲内において、より短いことが好ましい。熱伝導部材３０の長さが短くなることにより、熱伝導部材３０の熱伝導能力が高くなるからである。熱伝導部材３０として、例えば、７０μｍ前後の厚みの薄板状部材が用いられる。
また、熱伝導部材３０には、例えば、金を主成分とする材料（例えば金合金）を平坦に延ばした薄板状部材を用いることもできる。熱伝導部材３０として金合金製の薄板状部材を用いた場合には、熱伝導部材３０をｎ側電極１４および後述のヒートシンク４１と接合する時に、より確実に接合することができる。
なお、熱伝導部材３０には、ワイヤを用いることも可能である。ただし、例えば、９９．９９％の金からなる直径２５μｍのワイヤを用いた場合には、ワイヤが細線であるので熱伝導に寄与する効果が余り無く、複数本のワイヤを施さなければならないという不具合がある。また、ワイヤに流れる電流量が多くなることによって発熱したり、溶断したりすることもあり、許容される電流量を考慮する必要がある。例えば、直径２５μｍのワイヤを９９．９９％の金で作製した場合に、４００ｍＡ以上の電流をワイヤに流したときには、ワイヤが発熱し、６００ｍＡ〜１Ａで溶断する。
熱伝導部材３０は、第１発光素子１０のｎ側電極１４に接合されると共に、後述のヒートシンク４１に接合されている。そのため、熱伝導部材３０は、第１発光素子１０からヒートシンク４１へ熱を伝導する機能を有している。また、ヒートシンク４１には、後述するように、接続端子４５ａが電気的に接続されている。そのため、熱伝導部材３０は、ｎ側電極１４と接続端子４５ａとの間に電気を流す機能も有している。従って、熱伝導部材３０は、熱伝導機能、放熱機能および配線機能の３つの機能を備えている。
なお、発光装置１には、図２（Ｂ）に示したように、受光素子３５が配置される場合がある。受光素子３５は、第１発光素子１０および第２発光素子２０の後端から漏れ出した光（モニタリング光）を受光し、その受光した光の出力レベルに応じた電気信号（フォトカレント）を出力するものである。この電流信号を利用することで発光装置１の取り出し窓４３ａから出力された光の強度を類推することが可能となる。この場合、熱伝導部材３０は、モニタリング光を遮光することがないように、第１発光素子１０および第２発光素子２０から受光素子３５へ向かうモニタリング光の光路以外の位置に配置することが必要である。従って、熱伝導部材３０のヒートシンク４１側の端部が受光素子３５から十分に離れた位置に接合されることが好ましい。
パッケージ４０は、図１に示したように、第１発光素子１０および第２発光素子２０と、ダイパッド４３とを収容可能なパッケージである。パッケージ４０は、例えば、円板形状のヒートシンク４１（第２支持基体）と、ヒートシンク４１に接合される蓋体４２とを備えている。ヒートシンク４１上には、図２（Ｂ）に示したように、金属合金や導電性接着剤等の導電性接合材４４（第１導電性接合材）が形成されており、ダイパッド４３（第１支持基体）が、この導電性接合材４４を介してヒートシンク４１に接合されている。
第１発光素子１０および第２発光素子２０は、ヒートシンク４１との関係でダイパッド４３の側面に配置されている。つまり、ｎ側電極１４も、ヒートシンク４１との関係でダイパッド４３の側面に配置されていることになり、ｎ側電極１４の法線（図示せず）と、パッケージ４０のうち熱伝導部材３０と接合している面（ヒートシンク４１）の法線（図示せず）とが互いに交差（直交）している。
なお、上述した受光素子３５が設けられている場合には、受光素子３５も、導電性接合材４４を介してヒートシンク４１に接合されている。つまり、ヒートシンク４１は、第１発光素子１０、第２発光素子２０、ダイパッド４３および受光素子３５などを支持する支持基体としての機能を有しており、かつパッケージ４０の底部をなしている。ヒートシンク４１、蓋体４２およびダイパッド４３はそれぞれ、例えば、金属や、導電性セラミックなどによって構成されている。ヒートシンク４１、蓋体４２およびダイパッド４３に用いられる金属としては、放熱性の高いもの、例えば、銅や鉄を主成分とする材料の表面に金めっきを施したものや、Ｃｕブロックを用いることが好ましい。また、これらに用いられる金属としては、他には、アルミニウムを主成分とする材料（例えばアルミニウム合金）、金を主成分とする材料（例えば金合金）などを用いることが好ましい。
ヒートシンク４１には、さらに、図１に示したように、複数の絶縁リング４７が貫通して設けられており、絶縁リング４７の内部には貫通孔が存在している。各絶縁リング４７には、複数の接続端子４５（４５ｂ〜４５ｄ）が一つずつ貫通して設けられている。接続端子４５ｂ〜４５ｄは、絶縁リング４７によってヒートシンク４１と絶縁分離されている。接続端子４５ｂは、例えば、ワイヤ４６ｂを介してｐ側電極２４ａと電気的に接続されている。接続端子４５ｃは、例えば、ワイヤ４６ｃを介して配線パターン２５と電気的に接続されている。接続端子４５ｄは、例えば、ワイヤ４６ｄを介してｐ側電極２４ｂと電気的に接続されている。また、絶縁リング４７を介さずに、ヒートシンク４１に直接に連結された接続端子４５（４５ａ）が設けられている。接続端子４５ａは、ダイパッド４３およびヒートシンク４１に対して電気的に接続されている。
蓋体４２は、例えば、図１に示したように、筒状の形状となっている。蓋体４２の一方の開口（ヒートシンク４１側の開口）は、組み立て時に、第１発光素子１０および第２発光素子２０を挿通するためのものである。蓋体４２の他方の開口（ヒートシンク４１とは反対側の開口）は、第１発光素子１０および第２発光素子２０から射出された光を取り出すためのものであり、その開口には、透明部材によって封止された取り出し窓４３ａが設けられている。
［製造方法］
このような構成の発光装置１は、例えば、次のようにして製造することができる。まず、ダイパッド４３の上に導電性接合材３１を介して、第２発光素子２０を、基板２１側をダイパッド４３に向けて接合する。続いて、第２発光素子２０の上に導電性接合材３２を介して、第１発光素子１０を、基板１１とは反対側を第２発光素子２０に向けて接合する。このとき、第２発光素子２０の接合および第１発光素子１０の接合に導電性接合材３１，３２としてそれぞれ金属合金が用いられる場合には、第２発光素子２０の接合に用いられる金属合金に、第１発光素子１０の接合に用いられる金属合金の融点よりも高いものを用いる。これにより、第１発光素子１０の接合時に、第２発光素子２０の接合に用いられた金属合金が溶融して、第２発光素子２０が動いてしまうことを防ぐことができる。また、第１発光素子１０の基板１１と第２発光素子２０の基板２１とが互いに離れるようにして第１発光素子１０と第２発光素子２０とを接合するので、各発光点１２Ａ，２２Ａ，２２Ｂが近づいて配置される。これにより、各発光点１２Ａ，２２Ａ，２２Ｂから射出されるレーザ光が互いに近接した光路を通過することになり、共通のレンズ系を適用することができる。
なお、ダイパッド４３上に第１発光素子１０および第２発光素子２０を配置する場合、まず第１発光素子１０と第２発光素子２０とを接合し、その後に第２発光素子２０とダイパッド４３とを接合してもよい。このとき、各接合に導電性接合材３１，３２として金属合金を用いた場合には、第１発光素子１０と第２発光素子２０との接合に用いられる金属合金に、第２発光素子２０と支持基体４１との接合に用いられる金属合金の融点よりも高いものを用いる。これにより、第２発光素子２０と支持基体４１との接合時に、第１発光素子１０と第２発光素子２０との接合に用いられた金属合金が溶融して、第１発光素子１０が動いてしまうことを防ぐことができる。
次に、熱伝導部材３０を、第１発光素子１０の上面（ｎ側電極１４）と、ヒートシンク４１の上面（第１発光素子１０側の面）の間に架け渡されるように接合する。熱伝導部材３０の接合には、後述する超音波ウェッジボンディング法を用いることができる。この後、第２発光素子２０のｐ側電極２４ａ，２４ｂおよび配線パターン２５と、接続端子４５（４５ｂ〜４５ｄ）との間にワイヤ４６ｂ〜４６ｄを接合してそれぞれの導通を取る。次に、ヒートシンク４１の上面に蓋体４２を接合して、第１発光素子１０および第２発光素子２０をパッケージ４０内に収容する。
ここで、上記の超音波ウェッジボンディング法は、従来から高電気容量を必要とする場合において水平面間の電気的な接続を行なうときに用いられている。しかし、本実施の形態では、放熱を目的とする点、および、第１発光素子１０と支持体４２とが概ね直角面である点で、従来の超音波ウェッジボンディング法とは異なる。
以下に、その直角面に超音波ウェッジボンディングをする場合について説明する。まず、第１発光素子１０の上面（ｎ側電極１４上）に熱伝導部材３０を置いて、その上からツールと呼ばれる、先端がＶ字型に切り欠かれた金属の棒で押さえつけ、超音波をかけて熱伝導部材３０の先端（一端）を第１発光素子１０に接合する。ここで、第１発光素子１０の長さ（共振器方向の長さ）が短い場合には接合箇所が１箇所でよいが、長さが長い場合には、第１発光素子１０の内部で発生する熱をより効率良く放熱するために、図２（Ｂ）に示したように接合箇所が複数であることが望ましい。この後、ツールを上昇させることで熱伝導部材３０を所望の長さ分だけ送り出すと同時に、パッケージ４０側を９０°回転させる。次に、ヒートシンク４１の上面に熱伝導部材３０を置いて、その上からツールで押さえつけ、超音波をかけることにより２つ目の接合を完了する。なお、この２つ目の接合の際に熱伝導部材３０を強く押さえつけることにより、熱伝導部材３０が自動的に切断される。
［作用・効果］
このようにして製造された発光装置１では、電源からの電圧が熱伝導部材３０およびワイヤ４６ｃを介して第１発光素子１０のｎ側電極１４とｐ側電極１３との間に印加されると、第１発光素子１０の発光点１２Ａから４００ｎｍ帯のレーザ光が射出される。同様に、電源からの電圧がダイパッド４３およびワイヤ４６ｂを介して第２発光素子２０のｎ側電極２６とｐ側電極２４ａとの間に電圧が印加されると、第２発光素子２０の発光点２２Ａから６００ｎｍ帯のレーザ光が射出される。さらに、電源からの電圧がダイパッド４３およびワイヤ４６ｄを介して第２発光素子２０のｎ側電極２６とｐ側電極２４ｂとの間に電圧が印加されると、第２発光素子２０の発光点２２Ｂから７００ｎｍ帯のレーザ光が射出される。すなわち、発光装置１からは、４００ｎｍ、６００ｎｍ帯および７００ｎｍ帯のうちいずれか１つの帯域のレーザ光が射出される。
このとき、レーザ光を射出している発光素子１０，２０の内部には、高電流密度によるジュール熱が発生する。第１発光素子１０内で発生した熱は、第２発光素子２０およびダイパッド４３を介してヒートシンク４１に伝わると共に、熱伝導部材３０を介してヒートシンク４１に伝わる。その結果、ヒートシンク４１やダイパッド４３、熱伝導部材３０から熱が放散される。また、第２発光素子２０内で発生した熱は、ダイパッド４３を介してヒートシンク４１に伝わると共に、第１発光素子１０および熱伝導部材３０を介してヒートシンク４１に伝わる。その結果、ヒートシンク４１やダイパッド４３、熱伝導部材３０から熱が放散される。
ところで、本実施の形態では、第１発光素子１０の上面とヒートシンク４１の上面とに熱伝導部材３０が接合されている。これにより、第１発光素子１０とダイパッド４３との間に熱伝導性の悪い第２発光素子２０が配置されていても、第１発光素子１０において発生した熱を、熱伝導部材３０を介してヒートシンク４１に伝導させ、ヒートシンク４１および熱伝導部材３０から放散させることができる。さらに、熱伝導部材３０は、ｎ側電極１４と、接続端子５４ａとの電気的に接続されており、配線機能も兼ねている。これにより、第１発光素子１０が第２発光素子２０を介してダイパッド４３上に設けられている状態であっても、熱伝導部材３０およびワイヤ４６ｃを介して第１発光素子１０に容易かつ確実に電力を供給することができる。
また、本実施の形態では、第１発光素子１０とダイパッド４３との間に、第１発光素子１０よりもチップサイズの大きな（幅広な）第２発光素子２０が配置されている。これにより、ダイパッド４３と第２発光素子２０との接合および第２発光素子２０と第１発光素子１０との接合を、容易かつ確実に行うことができる。
また、第１発光素子１０を構成するＧａＮ系の化合物半導体は、第２発光素子２０を構成するＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体およびＧａＡｓ系の化合物半導体よりも高価である。本実施の形態では、第１発光素子１０のチップサイズが第２発光素子２０のチップサイズよりも小さいので、第１発光素子１０を第２発光素子２０よりも大型に形成した場合と比べて、発光装置１を安価に製造することができる。
以下、本発明の他の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態の説明において、第１の実施の形態と同じ構成要素には、同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
＜第２の実施の形態＞
図３（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第２の実施の形態に係る発光装置２の断面構成を表したものである。具体的には、図３（Ａ）は、発光装置２のうち第１発光素子１０および第２発光素子２０を含む部分を、光射出面１０Ａ，２０Ａと平行な面で切断した断面構成の一例を表したものである。図３（Ｂ）は、発光装置２のうち第１発光素子１０および第２発光素子２０を含む部分を、光射出面１０Ａ，２０Ａ直交する面で切断した断面構成の一例を表したものであり、図３（Ａ）のＢ−Ｂ線における断面構成の一例を表したものである。なお、図３（Ａ），（Ｂ）では、第１発光素子１０および第２発光素子２０のそれぞれの内部構成の記載を省略している。
発光装置２は、熱伝導部材３０として、薄板状部材（リボン）の代わりに板状部材を備えた点で、第１の実施の形態に係る発光装置１と相違する。熱伝導部材３０は、例えば銅等の板に金メッキを施したリードフレームから構成され、ヒートシンク４１に接合される側の他端部が折り曲げられて形成されている。熱伝導部材３０には、第１発光素子１０と接合する箇所および支持体４２と接合する箇所に、金属合金や導電性接着剤等の導電性接合材５１が設けられている。
この熱伝導部材３０を第１発光素子１０および支持体４２に接合する場合は、例えば、次のようにすればよい。まず、ダイパッド４３と、ダイパッド４３を支持するヒートシンク４１と、ヒートシンク４１との関係でダイパッド４３の側面に配置された第１発光素子１０および第２発光素子２０とを備えたモジュール１００を用意する（図４参照）。このとき、必要に応じて、受光素子３５もヒートシンク４１上に配置しておく。次に、第１発光素子１０の上面（ｎ側電極１４）とヒートシンク４１の上面（第１発光素子１０側の面）との間に架け渡されるようにして熱伝導部材３０を配置する。このとき、第１発光素子１０の上面と熱伝導部材３０との間や、ヒートシンク４１の上面と熱伝導部材３０との間に、導電性接合材５１を設けておく。次に、導電性接合材５１を加熱し、溶融させて、第１発光素子１０の上面と熱伝導部材３０とを接合すると共に、ヒートシンク４１の上面と熱伝導部材３０とを接合する。続いて、溶融接続後の冷却時に、例えば、図４に示したようにヒートシンク４１とダイパッド４３とによって形成される角部４８が下がるようにモジュール１００全体を傾ける（例えば２０°程度）。すると、第１発光素子１０の上面と熱伝導部材３０との接合部と、ヒートシンク４１の上面と熱伝導部材３０との接合部とにおいて、熱伝導部材３０が第１発光素子１０の上面およびヒートシンク４１の上面に接触しようとする力、すなわち表面張力が発生する（図中の矢印Ｃ，Ｄ参照）。この後、導電性接合材５１が固まると、熱伝導部材３０が第１発光素子１０の上面およびヒートシンク４１の上面に固着する。
なお、モジュール１００全体を傾けるタイミングは、導電性接合材５１を加熱し、溶融させ時でもよいし、熱伝導部材３０を配置する時でもよい。いずれにしても、溶融接続後の冷却時に、モジュール１００全体が傾いていればよい。
なお、導電性接合材３１，３２，５１として金属合金を使用する場合には、導電性接合材５１に用いられる金属合金の融点が、導電性接合材３１，３２に用いられる金属合金の融点よりも低いものを用いる。これにより、熱伝導部材３０を接合するときに、第１発光素子１０および第２発光素子２０の接合に用いられた金属合金が溶融して各発光素子１０，２０が動いてしまうことを防止することができる。
本実施の形態では、熱伝導部材３０が薄板状部材となる熱伝導部材３０よりも厚く形成されている。これにより、熱伝導部材３０の断面積が大きくなり、高い熱伝導性を確保することができる。また、熱伝導部材３０の表面積も大きくなるので、高い放熱性も確保することができる。従って、第１発光素子１０の発熱が極度に高い場合でも、その熱を、熱伝導部材３０を介してヒートシンク４１に伝導させると共に、ヒートシンク４１および熱伝導部材３０から放散させることができる。
また、本実施の形態では、組み立て工程において、熱伝導部材３０の接合時にモジュール１００全体を斜めにして、熱伝導部材３０に接合しようとする力（表面張力）を発生させる。これにより、熱伝導部材３０と第１発光素子１０との接合および熱伝導部材３０とヒートシンク４１との接合が良好になる。さらに、熱伝導部材３０が所定の位置に配置されることになるので、熱伝導部材３０が第１発光素子１０およびダイパッド４３に対して斜めに接合されて、それぞれとの接合面積が少なくなってしまうという不具合の発生を防ぐことが可能になる。
なお、熱伝導部材３０は、図３（Ｂ）に示した形状ばかりでなく、他の形状であってもよい。例えば、熱伝導部材３０が、図５に示したように直方体形状であってもよいし、図６に示したように直方体の上面に凸部３０Ａが設けられた凸型形状であってもよい。このように、熱伝導部材３０が、端部が折り曲られていない直方体形状となっている場合には、熱伝導部材３０の厚さを厚くすることができ、そのようにした場合には、熱伝導性および放熱性をより高めることができる。
また、熱伝導部材３０は、各発光素子１０，２０の後端から射出されるモニタリング光を遮ることがないような形状となっていることが好ましい。例えば、図７に示したように、熱伝導部材３０の下面のうち受光素子３５近傍に切り欠き部３０Ｂが設けられていてもよい。また、例えば、図８に示したように、熱伝導部材３０の下面のうち受光素子３５近傍が、受光素子３５から遠ざかるように斜めに折り曲げられていてもよい。なお、図８に示したように熱伝導部材３０が斜めに折り曲げられている場合には、各発光素子１０，２０から射出されたモニタリング光が熱伝導部材３０において受光素子３５に向けて反射され難い形状となり、反射光を受光素子３５に入射させ難くすることができる。
また、図９に示したように、熱伝導部材３０の全面に、金属合金等からなるめっき層３０Ｃが形成されていてもよい。このようにした場合には、組み立て工程において、熱伝導部材３０を第１発光素子１０およびヒートシンク４１に接合する際に、上述した導電性接合材５１を設けなくても、めっき層３０Ｃを溶融させることにより接合することができる。
＜第３の実施の形態＞
図１０は、本発明の第３の実施の形態に係る発光装置３の断面構成を表すものである。この発光装置３は、１つの発光素子を備えた点で、上記の実施の形態に係る発光装置１，２と主に相違する。発光装置３は、ダイパッド４３上に、上面にフォトダイオード７１が設けられたサブマウント７２を備え、さらに、サブマウント７２の上に発光素子７３を備えており、いわゆるＬＯＰ（Laser on Photodiode）と呼ばれるレーザである。フォトダイオード７１は、サブマウント７２の上面において、発光素子７３から射出された光を受光することのできる位置に配置されている。発光素子７３は、レーザ光を射出することができるレーザ構造を備え、例えばＧａＡｓ系の化合物半導体により形成されている。
この発光装置３は、発光素子７３の上面とヒートシンク４１（図示せず）とに接合された熱伝導部材３０を備えている。この熱伝導部材３０は、上記各実施の形態で述べたものと同様のものであり、熱伝導機能、放熱機能および配線機能の３つの機能を備えている。
発光装置３では、発光素子７３の内部で発生した熱が、サブマウント７２およびダイパッド４３を介してヒートシンク４１に伝導されると共に、熱伝導部材３０を介してヒートシンク４１に伝導され、放散される。したがって、発光素子７３内部での発熱量が大きい場合でも、発光素子７３内で発生した熱を効率よくサブマウント７２に伝導することができ、サブマウント７２および熱伝導部材３０から放散させることができる。
＜変形例＞
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。上記の実施の形態では、発光装置が光ディスク装置に搭載される場合について説明したが、高出力を必要とするレーザプリンタ装置などに搭載されるようにしてもよい。レーザプリンタ装置に搭載される発光装置において、高出力の単波長レーザ光を射出する発光素子がパッケージ４０の内部に搭載され、その発光素子とパッケージ４０との間に架け渡されるように熱伝導部材３０が配置された構成であればよい。
また、上記の実施の形態では、第１発光素子１０のチップサイズが第２発光素子２０のチップサイズよりも小さい場合について説明したが、第２発光素子２０のチップサイズと等しいか、またはそれよりも大きくてもよい。
１〜３…発光装置、１０…第１発光素子、１１，２１…基板、１２，２２…レーザ構造、１２Ａ，２２Ａ，２２Ｂ…発光点、１３，２４ａ，２４ｂ…ｐ型電極、１４，２６…ｎ側電極、２０…第２発光素子、２５…配線パターン、３０…熱伝導部材、３０Ａ…凸部、３０Ｂ…切り欠き部、３０Ｃ…めっき層、３１，３２，４４，５１…導電性接合材、３５…受光素子、４０…パッケージ、４１…ヒートシンク、４２…蓋体、４３…ダイパッド、４５，４５ａ〜４５ｄ…接続端子、４６ｂ〜ｄ…ワイヤ、４７…絶縁リング、４８…角部、５０Ａ…７１…フォトダイオード、７２…サブマウント、７３…発光素子、１００…モジュール。

Claims (13)

  1. 第１支持基体に配置された発光素子と、
    前記第１支持基体および前記発光素子を覆うと共に前記第１支持基体を支持するパッケージと、
    前記発光素子と前記パッケージとに端部がそれぞれ接合され、配線機能をも兼ねた熱伝導部材と
    を備えた発光装置。
  2. 前記パッケージは、前記第１支持基体を支持する第２支持基体と、前記第１支持基体および前記発光素子を覆う蓋部とを有し、
    前記熱伝導部材は、前記電極と前記第２支持基体とにそれぞれ接合されている
    請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記発光素子は、前記第２支持基体との関係で前記第１支持基体の側面に配置され、
    前記電極の法線と、前記パッケージのうち前記熱伝導部材と接合している面の法線とが互いに交差している
    請求項２に記載の発光装置。
  4. 前記発光素子は、前記第１支持基体との関係で前記第１支持基体とは反対側に電極を有し、
    前記第２支持基体は、金属からなり、
    前記パッケージは、前記第２支持基体に連結された接続端子を有し、
    前記熱伝導部材は、前記電極と前記第２支持基体とに接合されている
    請求項２に記載の発光装置。
  5. 前記熱伝導部材は、金属により形成された薄板状部材または板状部材である
    請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の発光装置。
  6. 前記熱伝導部材は、アルミニウムまたは金を主成分とする材料により形成されている
    請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の発光装置。
  7. 前記発光素子は、第１発光素子と、前記第１発光素子よりもチップサイズの大きな第２発光素子を前記第１支持基体とは反対側から順に積層してなり、
    前記電極は、前記第１発光素子に形成されている
    請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の発光装置。
  8. 前記電極と前記熱伝導部材との間、および前記パッケージと前記熱伝導部材との間に第１導電性接合材を備えた
    請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の発光装置。
  9. 前記発光素子と前記第１支持基体との間に第２導電性接合材を備え、
    前記第１導電性接合材の融点は、前記第２導電性接合材の融点よりも低くなっている
    請求項８に記載の発光装置。
  10. 前記第１発光素子と前記第２発光素子との間に第３導電性接合材を備え、
    前記第１導電性接合材の融点は、前記第３導電性接合材の融点よりも低くなっている
    請求項７に記載の発光装置。
  11. 前記発光素子から射出されるモニタリング光を受光する受光素子を備え、
    前記熱伝導部材は、前記モニタリング光の光路以外の位置に配置されている
    請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の発光装置。
  12. 第１支持基体と、前記第１支持基体を支持する第２支持基体と、前記第２支持基体との関係で前記第１支持基体の側面に配置された発光素子とを備えたモジュールを用意する第１工程と、
    前記第１支持基体と前記第２支持基体とによって形成される角部が下がるように前記モジュールを傾け、前記発光素子と前記第２支持基体との間に架け渡されるように、配線機能をも兼ねた熱伝導部材を配置すると共に、前記発光素子と前記熱伝導部材との間、および前記第２支持基体と前記熱伝導部材との間に熱伝導部材を配置した状態で、前記熱伝導部材を前記発光素子と前記第２支持基体とに固着させる第２工程と
    を含む発光装置の製造方法。
  13. 前記第２工程において、前記第１支持基体と前記第２支持基体とによって形成される角部が下がるように前記モジュールを傾けた状態で、前記熱伝導部材を溶解させたのち、固化させる
    請求項１２に記載の発光装置の製造方法。
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