專利名稱：發(fā)光設(shè)備及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例通常涉及一種發(fā)光設(shè)備及其制造方法。
背景技術(shù)：
在照明、各類顯示、光通信、液晶顯示器(LCD)的背后照明等的發(fā)光設(shè)備包括具有 如下結(jié)構(gòu)的那些發(fā)光設(shè)備，其中例如發(fā)光二極管(LED)的發(fā)光設(shè)備的管芯和熒光體放置在 由樹脂、陶瓷等制成的封裝中(例如，參見JP-A 2009-010360 (Kokai))。白色發(fā)光二極管可以形成這樣一種發(fā)光設(shè)備，其中熒光體可以使用發(fā)射例如紫外 線(UV)到藍光的發(fā)光設(shè)備的管芯激發(fā)。然而，使用LED的熒光體的激發(fā)生成的每發(fā)光設(shè)備的發(fā)光輸出低。因此，發(fā)光設(shè)備 的發(fā)光效率很低。另一方面，在為避免這種問題的情形中，高功率輸出的半導(dǎo)體激光器安裝 在封裝中以激發(fā)熒光，熒光體使用強光照射，從熒光體中產(chǎn)生摻雜氣體。這種摻雜氣體導(dǎo)致 半導(dǎo)體激光器的惡化并且降低了發(fā)光設(shè)備的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種發(fā)光設(shè)備，包括殼體；窗口 ；設(shè)置在由殼體 和窗口形成的封閉空間中的半導(dǎo)體激光器；和晶體和玻璃中任一種形式的熒光材料，該熒 光材料設(shè)置在封閉空間中，該熒光材料吸收半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光并且發(fā)射具有的波長 不同于激光波長的二次光，且二次光穿過窗口射出。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種發(fā)光設(shè)備，包括殼體；窗口 ；和設(shè)置在由殼 體和窗口形成的封閉空間中的半導(dǎo)體激光器，該窗口包括未暴露于封閉空間設(shè)置的熒光材 料，該熒光材料吸收半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光并且發(fā)射具有的波長不同于激光波長的二次 光，并且二次光穿過窗口射出。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種發(fā)光設(shè)備，包括具有形成于主表面中凹 槽部的半導(dǎo)體襯底，該主表面具有第一面取向，該凹槽部具有側(cè)面，且該側(cè)面具有第二面取 向；安裝在凹槽部中的半導(dǎo)體激光器；晶體和玻璃中任一種形式的熒光材料，該熒光材料 固定到半導(dǎo)體襯底的主表面上并將半導(dǎo)體激光器封裝在凹槽部中形成的封閉空間內(nèi)；第一 電極在半導(dǎo)體襯底上與主表面相對的主表面上延伸，該第一電極連接至半導(dǎo)體激光器的主 電極之一；和在半導(dǎo)體襯底的側(cè)面上延伸的第二電極，該第二電極連接至半導(dǎo)體激光器的 主電極中的另一個，熒光材料吸收半導(dǎo)體激光器發(fā)射并且由凹槽部的側(cè)面反射的激光并且 發(fā)射具有的波長不同于激光波長的二次光。
依照本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于制造發(fā)光設(shè)備的方法，包括在半導(dǎo)體 襯底的主表面中形成凹槽部，該主表面具有第一面取向，該凹槽部具有側(cè)面，且該側(cè)面具有 第二面取向；將半導(dǎo)體激光器安裝在凹槽部的底面上；在半導(dǎo)體襯底的主表面上形成表面 電極并且將該表面電極連接至半導(dǎo)體激光器；并且將晶體和玻璃中任一種形式的熒光材料 粘合到半導(dǎo)體襯底的主表面上以將半導(dǎo)體激光器封裝在凹槽部內(nèi)。



圖1是發(fā)光設(shè)備的主要部分的橫截面示意圖；圖2是用于解釋半導(dǎo)體激光器和熒光材料之間位置關(guān)系的主要部分的透視圖；圖3是發(fā)光設(shè)備的主要部分的橫截面示意圖；圖4是發(fā)光設(shè)備的主要部分的橫截面示意圖；圖5是發(fā)光設(shè)備的主要部分的橫截面示意圖；圖6是發(fā)光設(shè)備的主要部分的透視圖；圖7A至7C是用于解釋制造發(fā)光設(shè)備的方法的主要部分視圖；圖8A和8B是用于解釋制造發(fā)光設(shè)備的方法的主要部分視圖；圖9A和9B是用于解釋制造發(fā)光設(shè)備的方法的主要部分視圖；并且圖IOA和IOB是用于解釋制造發(fā)光設(shè)備的方法的主要部分視圖。
具體實施例方式
下文中將參照附圖描述本發(fā)明的實施例。(第一實施例)圖1是發(fā)光設(shè)備的主要部分的橫截面示意圖。圖2是用于解釋半導(dǎo)體激光器和熒 光材料之間位置關(guān)系的主要部分的透視圖。發(fā)光設(shè)備Ia具有引線10和11的結(jié)構(gòu)，其中引線10和11是電極；桿(襯底)12， 它是支撐底座；用于覆蓋元件等的封裝20;和窗口(光退出部分)30，光通過它射出。桿12 和封裝20構(gòu)成殼體。該殼體和窗口 30形成封閉空間。在發(fā)光設(shè)備Ia中，半導(dǎo)體激光器40 和塊形式的熒光材料50A安裝在桿12上。半導(dǎo)體激光器40是例如主要地由復(fù)合半導(dǎo)體構(gòu)成的激光元件，并且通過激光振 蕩發(fā)射具有470納米或更小波長的光。另外，下安裝層41插入半導(dǎo)體激光器40和桿12之 間。引線10和11用作從支撐半導(dǎo)體激光器40的桿12延伸的外部接頭。弓丨線10和11彼此絕緣。引線10和11之一電連接至半導(dǎo)體激光器40的下電極， 并且引線10和11中的另一個通過金屬線40w電連接至半導(dǎo)體激光器40的上電極。在發(fā)光設(shè)備Ia中，塊形式的熒光材料50A安裝在桿12上以與半導(dǎo)體激光器40相 鄰。另外，散熱層51插入桿12和熒光材料50A之間。因為熒光材料50A鄰近半導(dǎo)體激光器40設(shè)置，所以熒光材料50A可以被由半導(dǎo)體 激光器40的側(cè)面40sw發(fā)射的激光(附圖中的箭頭A)激發(fā)以發(fā)射具有的波長不同于激光 波長的光。例如，當(dāng)紫外光、藍_紫光、藍光等從半導(dǎo)體激光器40發(fā)射時，該光到達熒光材 料50A，并且熒光材料50A被激發(fā)。然后，熒光材料50A發(fā)射具有的波長不同于激光波長的 二次光(例如，可見光等)。
在發(fā)光設(shè)備Ia中，窗口 30布置成面向桿12中安裝了半導(dǎo)體激光器40等的側(cè)面。 窗口 30由例如玻璃制成，并且對由發(fā)光設(shè)備Ia發(fā)射的光透明。另外，窗口 30具有這樣的結(jié) 構(gòu)，其中透明的底座材料30b的主表面(上和下表面)夾在非反射涂層薄膜30a之間。因 為非反射涂層薄膜30a形成在主表面上，所以由半導(dǎo)體激光器40和熒光材料50A發(fā)射的二 次光可以有效地發(fā)射到發(fā)光設(shè)備Ia的外部而不會由窗口 30反射。半導(dǎo)體激光器40和熒光材料50A放置在封裝20和窗口 30內(nèi)。由封裝20、窗口 30和桿12封閉的空間90中充滿惰性氣體例如稀有氣體或氮氣。熒光材料50A主要地由例如(YxGd1-X) (AlyGa1^y)O12(0≤χ≤1，0≤y≤1)組成。 熒光材料50A可以由熒光晶體或熒光玻璃制成。然而，當(dāng)熒光材料50A是單晶體時，可以發(fā) 射更穩(wěn)定的二次光。熒光材料50A摻雜有至少一種從二價銪(Eu)、三價Eu、三價鋱(Tb)、三價鈰(Ce) 和三價鐠(Pr)中選取的稀土離子。在這種情形下，當(dāng)上述激光發(fā)射到熒光材料50A上時，對 于二價Eu、三價Eu、三價Tb和三價Ce會分別獲得藍、紅、綠和黃色二次光線。還可以通過 這些光中的一些生成各種顏色的光、具有不同色溫度的白光和具有不同顏色再現(xiàn)的白光。特別是，在其中熒光材料50A是熒光單個晶體的情形中，熒光材料50A由提拉法晶 體生長方法或類似工藝制造。另外，在(YxGd1J (AlyGa1^)O12中的“X”和“Y”可以依照摻雜 離子的離子半徑適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)。當(dāng)熒光材料50A摻雜二價Eu時，Eu的化合價不同于母晶體的化合價。因此，為了 保持晶體電荷中性，熒光材料50A可以摻雜濃度大約等于Eu濃度的四價碳(C)、硅(Si)、鍺 (Ge)或錫(Sn)。另外，為了調(diào)節(jié)離子半徑，熒光材料50A也可以摻雜二價鈣(Ca)、鎂(Mg)、 鍶(Sr)或鋇(Sa)。在這種情形下，四價和二價離子的量調(diào)節(jié)成大約彼此相等。在其中激光的強度即使是在熒光材料50A由熒光晶體或熒光玻璃制成而極高時， 熒光材料50A被加熱至高溫，并且其發(fā)光效率會降低。當(dāng)熒光材料50A的溫度改變時，其二 次光的發(fā)射波長會改變。為了應(yīng)對這一點，在本實施例中，具有高熱耗散的散熱層51插入熒光材料50A和 桿12之間。例如，散熱層51由金屬制成。這種散熱層51由真空沉積、等離子CVD、鍍覆等形 成。散熱層51理想地由對于熒光材料50A具有良好粘附力并且可以朝窗口 30充分地反射 熒光材料50A的光的材料制成。例如，散熱層51 由從鉬(Pt)、銠(Rh)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、 鈮(Nb)、鋯(Zr)、銥(Ir)、銀(Ag)、金(Au)和鋁(Al)中選取的至少一種金屬制成，它們具有 接近(YxGcVx) (AlyGa1^y)O12的線性熱膨脹系數(shù)的線性熱膨脹系數(shù)并且具有優(yōu)選的反射率。形成在熒光材料50A下面的散熱層51使用無鉛(無Pb)或低共熔焊料粘合到桿 12的表面上。因為形成了上述散熱層51，熒光材料50A的熱可以朝桿12有效地輻射，即使是在 強激光輻射到熒光材料50A上時也是如此。另外，因為散熱層51是由金屬涂層制成的，所 以激光會由金屬涂層的光反射效應(yīng)捕獲在熒光材料50A中。因此，來自熒光材料50A的二 次光可以沿有效方向(例如，朝向窗口 30的方向)有效地發(fā)射。應(yīng)當(dāng)指出，引線10和11由例如銅(Cu)的合金金屬制成。
桿12和封裝20均由陶瓷例如氧化鋁或莫來石陶瓷、玻璃陶瓷、環(huán)氧玻璃、環(huán)氧紙、酚醛紙、熱固樹脂、紫外線(UV)固化樹脂、熱塑性樹脂等制成。應(yīng)當(dāng)指出，桿12可以是由與引線10和11相同的材料制成的沖模墊形式的襯底。設(shè)置在半導(dǎo)體激光器40之下的下安裝層41由例如提供高熱導(dǎo)率、高電絕緣等的 氮化鋁或類似物制成。因此，半導(dǎo)體激光器40的熱也朝桿12有效地發(fā)散。發(fā)光設(shè)備Ia的空間90可以在真空狀態(tài)下而不是充滿惰性氣體。熒光材料50A可以設(shè)置在一個以上的位置上。例如，熒光材料50A可以設(shè)置在面 向半導(dǎo)體激光器40的兩個相對側(cè)表面的位置上。因此，在發(fā)光設(shè)備Ia中，當(dāng)電壓施加到引線10和11上時，半導(dǎo)體激光器40振蕩 以發(fā)射具有例如470納米或更短波長的激光。然后，激光輻射到與半導(dǎo)體激光器40相鄰的 熒光材料50A上，并且熒光材料50A發(fā)射具有的波長不同于激光波長的二次光。該光穿過 窗口 30發(fā)射到發(fā)光設(shè)備Ia外部。在發(fā)光設(shè)備Ia中，半導(dǎo)體激光器40用作發(fā)光設(shè)備的管芯。因此，與其中發(fā)光二極 管用作發(fā)光設(shè)備的管芯的情形相比，每一發(fā)光設(shè)備的光發(fā)射(有效的發(fā)光輸出)得到提高。摻雜有稀土離子的熒光晶體或熒光玻璃用作熒光材料50A。因此，即使當(dāng)強激光輻 射到熒光材料50A上時，也不會產(chǎn)生上述摻雜氣體。這使半導(dǎo)體激光器40更不易于惡化。特別是，在其中熒光層自身形成到襯底(例如晶體襯底或玻璃襯底)的發(fā)光設(shè)備 中，存在其中熒光層自身包含雜質(zhì)并且其中熒光層包含許多缺陷的情形。因此，包括熒光層 的發(fā)光設(shè)備比發(fā)光設(shè)備Ia具有更短的壽命和較低的發(fā)光效率。另外，因為熒光層具有低熱 導(dǎo)率，所以當(dāng)強光例如激光輻射到其上時熒光層自身會生熱，并且因此其發(fā)光效率會降低。另一方面，發(fā)光設(shè)備Ia包括上述熒光材料50A。因為上述熒光材料50A是由熒光 晶體或熒光玻璃制成的，所以熒光材料50A比熒光層包含較少的缺陷并且具有更高的熱導(dǎo) 率。因此，發(fā)光設(shè)備Ia具有長的壽命和高的發(fā)光效率。如上所述，作為該實施例的發(fā)光設(shè)備，制造了具有高發(fā)光效率、高可靠性和長壽命 的發(fā)光設(shè)備la。(第二實施例)接下來將描述具有高發(fā)光效率和高可靠性的發(fā)光設(shè)備的另一個實施例。應(yīng)當(dāng)指 出，在下面的說明中，相同的部件使用相同的參考標(biāo)記表示，并且省略了已經(jīng)描述的部件的 詳細說明。圖3是發(fā)光設(shè)備的主要部分的橫截面示意圖。發(fā)光設(shè)備Ib具有包括引線10和11、桿12和封裝20的結(jié)構(gòu)。在發(fā)光設(shè)備Ib中， 半導(dǎo)體激光器40設(shè)置在桿12上方。另外，窗口 30設(shè)置在面向半導(dǎo)體激光器40的位置上， 其中熒光材料50B形成在透明的底座材料30b的主表面上。另外，例如由一半導(dǎo)體底座材料制成的鏡60插入半導(dǎo)體激光器40和桿12之間。鏡60由例如硅晶體制成。具體地說，硅晶體的{100}面被蝕刻以形成具有{100} 面作為底面和{111}面作為側(cè)面的凹槽部60h。半導(dǎo)體激光器40安裝在凹槽部60h的底面 上。應(yīng)當(dāng)指出，蝕刻是使用氫氧化鉀(KOH)溶液等與由形成在硅晶體的{100}面上的 氧化硅(SiO2)薄膜制成的蝕刻掩膜執(zhí)行的。
在凹槽部60h的側(cè)面({111}面)上形成了全反射薄膜61。通過將全反射薄膜61置于上述凹槽部60h的側(cè)面({111}面)上，來自半導(dǎo)體激光器40的兩個相對端面的激光 可以由全反射薄膜61反射，并且反射的激光可以輻射到熒光材料50B上(箭頭B)。在發(fā)光 設(shè)備Ib中，因為在凹槽部60h的側(cè)面上設(shè)置了反射激光的反射鏡，所以激光可以有效地輻 射到熒光材料50B上而不浪費能量。另外，下安裝層42插入鏡60和桿12之間。下安裝層42使用無鉛或低共融焊料 材料固定到桿12上。下安裝層42由與下安裝層41相同的材料制成。弓丨線10和11用作從桿12延伸的外部接頭。弓丨線10和11之一電連接至半導(dǎo)體激光器40的下電極，并且引線10和11中的另 一個通過金屬線40w電連接至半導(dǎo)體激光器40的上電極。在發(fā)光設(shè)備Ib中，層形式的熒光材料50B形成在透明底座材料30b的主表面(下 表面)上以面向半導(dǎo)體激光器40。熒光材料50B通過向透明底座材料30b涂覆熒光材料形成。在熒光材料50B的表 面(暴露于空間90的表面)和側(cè)面上，形成至少一個從氧化硅(SiO2)薄膜、氮化硅(Si3N4) 薄膜和金剛石狀碳(DLC)薄膜中選取的涂層(表面涂層薄膜)52。涂層52是通過CVD (化 學(xué)汽相沉積)方法形成的。如上所述，發(fā)光設(shè)備Ib包括包含透明底座材料30b、熒光材料 50B和涂層52的窗口 30。當(dāng)半導(dǎo)體激光器40發(fā)射激光時，激光由全反射薄膜61反射，并且反射的激光輻射 到熒光材料50B上。當(dāng)熒光材料50B吸收激光時，熒光材料50B發(fā)射具有的波長不同于激 光波長的二次光。因為熒光材料50B涂敷有涂層52，所以涂層52的阻隔性能使熒光材料50B很難將 摻雜氣體發(fā)射到空間90中，即使是在激光輻射到熒光材料50B上時也是如此。因此，發(fā)光 設(shè)備Ib中的半導(dǎo)體激光器40更不易于惡化。應(yīng)當(dāng)指出，即使非常少量的摻雜氣體發(fā)射到空間90中，這種氣體也會由桿12上設(shè) 置的吸氣劑材料70除去(吸收)。應(yīng)當(dāng)指出，吸氣劑材料70可以設(shè)置在封裝20的內(nèi)壁上 而不是桿12上?？臻g90可以充滿惰性氣體例如稀有氣體或氮氣或者可以處在真空狀態(tài)下。如上所述，發(fā)光設(shè)備Ib包括上述熒光材料50B。因為這種熒光材料50B被表面涂 層薄膜(涂層52)保護，所以熒光材料50B很難發(fā)射摻雜氣體，即使是在使用激光照射時也 是如此。因此，發(fā)光設(shè)備Ib具有長的壽命和高的發(fā)光效率。如上所述，作為該實施例的發(fā)光設(shè)備，制造了具有高發(fā)光效率、高可靠性和長壽命 的發(fā)光設(shè)備lb。(第三實施例)接下來將描述具有高發(fā)光效率和高可靠性的發(fā)光設(shè)備的另外一個實施例。圖4是發(fā)光設(shè)備的主要部分的橫截面示意圖。發(fā)光設(shè)備Ic具有與發(fā)光設(shè)備Ib相同的基本結(jié)構(gòu)。然而，在發(fā)光設(shè)備Ic中，熒光 材料50B形成透明底座材料30b的上表面上而不是設(shè)置在發(fā)光設(shè)備Ic內(nèi)部。另外，形成至 少一個從氧化硅(SiO2)薄膜、氮化硅(Si3N4)薄膜和金剛石狀碳(DLC)薄膜中選取的涂層 (表面涂層薄膜)52用于覆蓋熒光材料50B。在發(fā)光設(shè)備Ic的空間90 —側(cè)，在透明底座材 料30b的主表面(下表面)上形成了非反射層31。如上所述，發(fā)光設(shè)備Ic包括包含透明底座材料30b、熒光材料50B、涂層52和非反射層31的窗口 30。在上述發(fā)光設(shè)備Ic中，因為熒光材料50B設(shè)置在設(shè)備的外部，摻雜氣體不會從熒 光材料50B發(fā)射到空間90中，即使是在激光輻射到熒光材料50B上時也是如此。因此，發(fā) 光設(shè)備Ic中的半導(dǎo)體激光器40也更不易于惡化。因為熒光材料50B由涂層52保護，所以 熒光材料50B沒有直接暴露到外部空氣中并且更不易于惡化。另外，因為非反射層31形成 在透明底座材料30b的下表面上，所以光可以有效地射出到發(fā)光設(shè)備Ic外部。因此，發(fā)光設(shè)備Ic也具有高發(fā)光效率和高可靠性。(第四實施例)
接下來將描述具有高發(fā)光效率和高可靠性的發(fā)光設(shè)備的另外一個實施例。圖5是發(fā)光設(shè)備的主要部分的橫截面示意圖。發(fā)光設(shè)備Id具有與發(fā)光設(shè)備Ib相同的基本結(jié)構(gòu)。然而，在發(fā)光設(shè)備Id中，窗口 50c自身由例如如上所述用于熒光材料50A的材料制成。另外，非反射層31a和31b分別 地形成在窗口 50c的上表面和下表面上。因此，發(fā)光設(shè)備Id包括包含窗口 50c和非反射層 31a 和 31b 的窗口 30。在上述發(fā)光設(shè)備Id中，因為窗口 50c如熒光材料50A那樣是由晶體或玻璃制成 的，所以窗口 50c很難將摻雜氣體發(fā)射到空間90中，即使是在激光輻射到窗口 50c上時也 是如此。因此，發(fā)光設(shè)備Id中的半導(dǎo)體激光器40也更不易于惡化。另外，因為非反射層 31a和31b固定在窗口 50c的上表面和下表面上，所以光可以有效地射出到發(fā)光設(shè)備Id外部。因此，發(fā)光設(shè)備Id也具有高發(fā)光效率和高可靠性。(第五實施例)接下來將描述具有高發(fā)光效率和高可靠性的發(fā)光設(shè)備的另外一個實施例。圖6是發(fā)光設(shè)備的主要部分的透視圖。發(fā)光設(shè)備Ie包括芯片形式的硅(Si)底座62。在硅底座62中，形成了凹槽部62h 和與凹槽部62h相鄰的另一個凹槽部62ha。在硅底座62和凹槽部62h與62ha的表面上形 成了絕緣薄膜62a。在凹槽部62h中安裝了半導(dǎo)體激光器40。形成凹槽部62h和62ha的底 面，并且從硅底座62的底面到前表面形成了近似地平行于硅的{100}面的錐形側(cè)面。所述 側(cè)面是硅的{111}面。另外，全反射薄膜可以形成在凹槽部62h的側(cè)面上。用于在硅底座 62中設(shè)置上述凹槽部62h的原因是便于如在上述發(fā)光設(shè)備Ib中那樣的激光的向上反射。在發(fā)光設(shè)備Ie中，從覆蓋了絕緣薄膜62a的凹槽部62h的底面通過凹槽部62h的 側(cè)面、硅底座62的前表面和與凹槽部62h相鄰的凹槽部62ha的側(cè)面到凹槽部62ha的底面 形成了表面電極80a。表面電極80a與發(fā)光設(shè)備Ie的側(cè)面上形成的側(cè)電極80w電連續(xù)。半 導(dǎo)體激光器40的表面電極和表面電極80a通過金屬線40w彼此電連接。在發(fā)光設(shè)備Ie中，板形式的熒光材料(熒光材料板)50C固定到形成在表面例如 硅底座62的表面上的絕緣薄膜62a上。因此，半導(dǎo)體激光器40、表面電極80a和金屬線40w 由熒光材料50C封裝起來。換句話說，半導(dǎo)體激光器40等封裝在空間90中。另外，熒光材 料50C由例如針對熒光材料50A描述的材料制成。在發(fā)光設(shè)備Ie中，與半導(dǎo)體激光器40的后側(cè)電極電連續(xù)的后側(cè)電極80b形成在 發(fā)光設(shè)備Ie的背面上。
在發(fā)光設(shè)備Ie中，為了保證側(cè)電極80w和后側(cè)電極80b之間的絕緣，例如絕緣薄膜(未顯示)也形成在側(cè)電極80w和硅底座62之間。發(fā)光設(shè)備Ie的底座可以由除上述硅底座62之外的其它半導(dǎo)體材料制成。接下來將描述用于制造發(fā)光設(shè)備Ie的方法。圖7A至IOB是用于解釋制造發(fā)光設(shè)備的方法的主要部分的視圖。應(yīng)當(dāng)指出，在下 面的說明中用作實例的圖7A至7C、9B和IOA中的每一個均顯示了制造過程的階段之一中 發(fā)光設(shè)備的主要部分的平面圖，并且圖8A與8B、9A和IOB中的每一個均顯示了制造過程的 階段之一中的發(fā)光設(shè)備的主要部分的剖視圖。首先，如圖7A中所示，掩模材料(未顯示)例如二氧化硅(SiO2)薄膜等形成在其 主表面是{100}面的硅片(Si晶片)91上。然后，多個凹槽部62h通過蝕刻形成在硅片91 的主表面中。硅片91在加工(切割)成例如此前所述的硅底座62之前是晶片形式的半導(dǎo) 體襯底。蝕刻是如在上述發(fā)光設(shè)備Ib中的情形下那樣使用氫氧化鉀(KOH)溶液通過濕蝕 刻執(zhí)行的。每個形成的凹槽部62h的底面是硅的{100}面，并且其錐形側(cè)面形成在{111} 面中。接下來，如圖7B中所示，絕緣薄膜62a例如氧化硅薄膜通過濕法加工等形成在其 中形成了凹槽部62h的硅片91的主表面(前表面和后表面)上。然后，在用于配置發(fā)光設(shè) 備Ie的后側(cè)電極80b的區(qū)域(未顯示)和用于半導(dǎo)體激光器40的元件安裝區(qū)域40s中， 通過光刻除去絕緣薄膜62a以暴露硅表面。此次絕緣薄膜62a的蝕刻是使用例如氫氟酸溶 液執(zhí)行的。另外，在硅片91的后表面上，在其中暴露了硅表面的區(qū)域中可選地形成了后側(cè) 電極80b。接下來，為了在絕緣薄膜62a上圖形化(pattern)表面電極80a，電阻應(yīng)用到絕緣 薄膜62a的表面以圖形化表面電極80a。然后，主要包括例如金(Au)等的金屬涂層形成在 電阻和絕緣薄膜62a上。金屬涂層由例如噴涂法或真空蒸發(fā)法形成。隨后，電阻等通過升 高除去以在絕緣薄膜62a上形成表面電極80a。該狀態(tài)顯示在圖7C中。另外，半導(dǎo)體激光 器40的后表面使用焊料材料(例如無鉛焊料、共晶焊料等)粘合到半導(dǎo)體激光器安裝區(qū)域 40s上。因此，半導(dǎo)體激光器40的表面電極和后側(cè)電極80b彼此電連接。應(yīng)當(dāng)指出，在該階段，如圖7C中所示，沒有半導(dǎo)體激光器40安裝在A列的凹槽部 62ha中，但是半導(dǎo)體激光器40安裝在位于A列兩側(cè)的B列的凹槽部62h中。具體地說，列 的組周期性地形成在硅片91上，其中每組列包括具有其中安裝了半導(dǎo)體激光器40的B列、 其中沒有安裝半導(dǎo)體激光器40的A列和其中安裝了半導(dǎo)體激光器40的B列。每個表面 電極80a均從其上安裝了半導(dǎo)體激光器40的凹槽部62h延伸到其上沒有安裝半導(dǎo)體激光 器40的凹槽部62ha。另外，設(shè)置在半導(dǎo)體激光器40的前側(cè)上的電極分別地通過例如由金 (Au)制成的金屬線40w電連接至表面電極80a(參見圖7C)。接下來，之前如此前所述切割成熒光材料50C并且板形式的熒光材料50C粘合到 硅片91的預(yù)定區(qū)域上。例如，如圖8A中所示，作為粘合劑的燒結(jié)玻璃53置于絕緣薄膜62a上不同于凹槽 部62h與62ha的區(qū)域中。之后，在爐子中執(zhí)行燒結(jié)玻璃53的脫氣。接下來，如圖8B中所示，板形式的熒光材料50C面向下置于硅片91上且燒結(jié)玻璃 53置于其間。
隨后，板形式的熒光材料50C、硅片91等放入真空室中并且壓力降低至接近 10_4pa。然后，真空室充滿惰性氣體。另外，在板形式的熒光材料50C和硅片91彼此對齊之 后，板形式的熒光材料50C和硅片91彼此緊密接觸以在450°C處以例如lkg/cm2的壓力加 熱一分鐘。因此，板形式的熒光材料50C和硅片91彼此粘合。接下來，如圖9A和9B中所示，熒光材料50C、硅片91等由切塊機(未顯示)沿著 虛線所示的切割線切割。切割線包括均將A列分成兩部分的線DLA和用于在B列之間切割 的線DLB。線DLA和DLB近似地垂直于表面電極80a。最終，板形式的熒光材料50C和硅片 91通過沿著近似地垂直于線DLA和DLB的線DLC(與表面電極80a近似地平行并且相鄰并 且在半導(dǎo)體激光器40之間的線)執(zhí)行切割被分成小片。然而，在本實施例中在沿著線DLC 切割之前(在獲得圖6中所示的芯片形式的發(fā)光設(shè)備Ie之前)執(zhí)行下列過程。
如圖IOA和IOB中所示，在沿著線DLA和DLB切割之后，在帶形式的每個芯片主體 80c的側(cè)面(切割面)上形成側(cè)電極80wo例如，絕緣薄膜形成于芯片主體80c的側(cè)面SOcw上，然后一堆幾個芯片主體80c 放置成面向金屬目標(biāo)92例如金(Au)。側(cè)電極80w通過真空蒸氣法形成于芯片主體80c的 側(cè)面80cw上。此時，芯片主體80c放置成堆疊的芯片主體80c的側(cè)面80cw不平行于金屬 目標(biāo)92的表面。當(dāng)形成側(cè)電極80w時，蒸發(fā)掩模93用于防止薄膜形成在不同于芯片主體 80c的側(cè)面SOcw的區(qū)域(例如后表面和前表面)中。例如，側(cè)電極80w通過所謂的傾斜沉 積形成于芯片主體80c的至少部分側(cè)面SOcw上，其中在傾斜沉積中僅僅芯片主體80c的側(cè) 面SOcw通過如圖IOB中所示的蒸發(fā)掩模93的開口部分94暴露。通過這種傾斜沉積，側(cè)電極80w形成于芯片主體80c的側(cè)面SOcw上，并且同時，表 面電極80a的端部SOae也涂敷有金屬。因此，表面電極80a和側(cè)電極80w變得彼此電連續(xù)。應(yīng)當(dāng)指出，因為絕緣薄膜形成為側(cè)電極80w的底層，所以保證了表面電極80a(或 側(cè)電極80w)和后側(cè)電極80b之間的絕緣。當(dāng)側(cè)電極80w形成時，不同于芯片主體80c的表面電極80a和側(cè)面80cw的部分可 以使用電阻等代替使用上述蒸發(fā)掩模93進行屏蔽。此后，通過沿著線DLC切割每個芯片主體80c，熒光材料50C和帶形式的硅片91被 分成單個的半導(dǎo)體激光器40。因此，形成了圖6中所示的芯片形式的發(fā)光設(shè)備le。在上述發(fā)光設(shè)備Ie中，因為熒光材料50C如同熒光材料50A那樣是由晶體或玻璃 制成的，所以熒光材料50C很難將摻雜氣體發(fā)射到空間90中，即使是在激光輻射到熒光材 料50C上時也是如此。因此，發(fā)光設(shè)備Ie中的半導(dǎo)體激光器40也更不易于惡化。因此，發(fā) 光設(shè)備Ie也具有高發(fā)光效率和高可靠性。特別是，因為從半導(dǎo)體激光器40的兩個相對側(cè) 發(fā)射的激光由直接地設(shè)置在硅底座62中的凹槽部62h的側(cè)面({111})反射，所以激光可以 有效地輻射到熒光材料50C上。因此提高了發(fā)光效率。另外，在發(fā)光設(shè)備Ie中，因為半導(dǎo)體激光器40可以安裝在直接地設(shè)置在硅底座62 中的凹槽部62h中，所以半導(dǎo)體激光器40的表面安裝變得可行。因此，可以制造薄的(小 型化的)發(fā)光設(shè)備。此外，通過將板形式的熒光材料50C和硅片91粘合在一起并且同時切割熒光材料 50C和硅片91形成了芯片形式的發(fā)光設(shè)備le。因此，制造發(fā)光設(shè)備Ie的過程得到簡化并 且其可制造性得到提高。
已經(jīng)參照特定實例描述了本發(fā)明的實施例。然而，本發(fā)明的實施例并不限于這些 特定實例。具體地說，由本領(lǐng)域的技術(shù)人員對上述特定實例做出適當(dāng)?shù)脑O(shè)計修改獲得的任 意發(fā)光設(shè)備也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)，只要修改的發(fā)光設(shè)備具有本發(fā)明的特征即可。例如， 每個上述特定實例中的每個部件和部件的位置、材料、條件、形狀、尺寸等并不限于實例中 所示，而是可以適當(dāng)?shù)馗淖?。此外，上述實施例的部件可以在技術(shù)上可行時進行組合，并且這些部件的組合也 包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)，只要組合具有本發(fā)明的特征即可。
而且，在本發(fā)明的原理的范圍內(nèi)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以想到的各種變化和修改 也落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種發(fā)光設(shè)備，包括殼體；窗口；設(shè)置在由殼體和窗口形成的封閉空間中的半導(dǎo)體激光器；和晶體和玻璃中的任一種形式的熒光材料，該熒光材料設(shè)置在封閉空間中，該熒光材料吸收從半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光并且發(fā)射具有的波長不同于激光波長的二次光，以及二次光穿過窗口射出。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，還包括設(shè)置在封閉空間中的半導(dǎo)體底座材 料，該半導(dǎo)體底座材料具有底面和側(cè)面，至少部分側(cè)面是反射鏡部分，該半導(dǎo)體激光器安裝在半導(dǎo)體底座材料的底面上，以及從半導(dǎo)體激光器發(fā)射并且由反射鏡部分反射的激光由熒光材料吸收。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，熒光材料為任意一種摻雜有從包括二價銪、 三價銪、三價鋱、三價鈰和三價鐠的組中選取的一或多種稀土離子的晶體和玻璃。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，熒光材料是(YxGd1J(AlyGa1^)O120
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，封閉空間為惰性氣體環(huán)境。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，激光的波長為470納米或更小。
7.一種發(fā)光設(shè)備，包括 殼體；窗口 ；和設(shè)置在由殼體和窗口形成的封閉空間中的半導(dǎo)體激光器， 該窗口包括沒有暴露于封閉空間設(shè)置的熒光材料，該熒光材料吸收從半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光并且發(fā)射具有的波長不同于激光波長的 二次光，并且二次光穿過窗口射出。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，還包括設(shè)置在封閉空間中的半導(dǎo)體底座材 料，該半導(dǎo)體底座材料具有底面和側(cè)面，至少部分側(cè)面是反射鏡部分，該半導(dǎo)體激光器安裝在半導(dǎo)體底座材料的底面上，并且從半導(dǎo)體激光器發(fā)射并且由反射鏡部分反射的激光由熒光材料吸收。
9.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，熒光材料為任意一種摻雜有從包括二價銪、 三價銪、三價鋱、三價鈰和三價鐠的組中選取的一或多種稀土離子的晶體和玻璃。
10.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，熒光材料是(YxGd1J(AlYGai_Y)012。
11.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，封閉空間為惰性氣體環(huán)境。
12.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，激光的波長為470納米或更小。
13.一種發(fā)光設(shè)備，包括具有形成于主表面中凹槽部的半導(dǎo)體襯底，該主表面具有第一面取向，該凹槽部具有 側(cè)面，且該側(cè)面具有第二面取向；安裝在凹槽部中的半導(dǎo)體激光器；晶體和玻璃中任一種形式的熒光材料，該熒光材料固定到半導(dǎo)體襯底的主表面上并將半導(dǎo)體激光器封裝在凹槽部中形成的封閉空間內(nèi)；在與主表面相對的半導(dǎo)體襯底的主表面上延伸的第一電極，該第一電極連接至半導(dǎo)體 激光器的主電極之一；和在半導(dǎo)體襯底的側(cè)面上延伸的第二電極，該第二電極連接至半導(dǎo)體激光器的主電極中 的另一個； 該熒光材料吸收從半導(dǎo)體激光器發(fā)射并且由凹槽部的側(cè)面反射的激光并且發(fā)射具有 的波長不同于激光波長的二次光。
14.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，熒光材料為任意一種摻雜有從包括二價 銪、三價銪、三價鋱、三價鈰和三價鐠的組中選取的一或多種稀土離子的晶體和玻璃。
15.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，熒光材料是(YxGd1J(AlYGai_Y)012。
16.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，封閉空間為惰性氣體環(huán)境。
17.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，激光的波長為470納米或更小。
18.一種用于制造發(fā)光設(shè)備的方法，包括在半導(dǎo)體襯底的主表面中形成凹槽部，該主表面具有第一面取向，該凹槽部具有側(cè)面， 且該側(cè)面具有第二面取向；將半導(dǎo)體激光器安裝在凹槽部的底面上；在半導(dǎo)體襯底的主表面上形成表面電極并且將該表面電極連接至半導(dǎo)體激光器；以及 并且將晶體和玻璃中任一種形式的熒光材料粘合到半導(dǎo)體襯底的主表面上以將半導(dǎo) 體激光器封裝在凹槽部內(nèi)。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，還包括在封裝之后將半導(dǎo)體襯底和熒光材料切割并且分成發(fā)光設(shè)備的管芯，每個發(fā)光設(shè)備的 管芯包括激光元件和表面電極；將分開的發(fā)光設(shè)備的管芯并置，其中每個發(fā)光設(shè)備的管芯的切割面面向相同方向； 通過在每個并置的發(fā)光設(shè)備的管芯的切割面上沉積導(dǎo)電材料形成連接至表面電極的 側(cè)電極；以及將并置的發(fā)光設(shè)備的管芯彼此分開。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，側(cè)電極形成有保持不平行于導(dǎo)電材料的 金屬目標(biāo)的表面的切割面。
全文摘要
一種發(fā)光設(shè)備，包括殼體；窗口；設(shè)置在由殼體和窗口形成的封閉空間中的半導(dǎo)體激光器；和晶體和玻璃中任一種形式的熒光材料，該熒光材料設(shè)置在封閉空間中，該熒光材料吸收半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光并且發(fā)射具有的波長不同于激光波長的二次光，且二次光穿過窗口射出。
文檔編號H01S5/00GK101847821SQ20101012606
公開日2010年9月29日 申請日期2010年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月26日
發(fā)明者和田直樹 申請人:哈利盛東芝照明株式會社;株式會社東芝