特許 6965363 紫外線発光装置、紫外線発光装置の製造方法及び紫外線発光モジュールの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6965363

(24)【登録日】2021年10月22日

(45)【発行日】2021年11月10日

(54)【発明の名称】紫外線発光装置、紫外線発光装置の製造方法及び紫外線発光モジュールの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/56 20100101AFI20211028BHJP

   C08F 14/18 20060101ALI20211028BHJP

   G02B 3/00 20060101ALI20211028BHJP

   H01L 33/58 20100101ALI20211028BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/56

   C08F14/18

   G02B3/00 Z

   H01L33/58

【請求項の数】7

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2019-550090(P2019-550090)

(86)(22)【出願日】2017年11月2日

(86)【国際出願番号】JP2017039692

(87)【国際公開番号】WO2019087348

(87)【国際公開日】20190509

【審査請求日】2020年3月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】306041949

【氏名又は名称】創光科学株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000000044

【氏名又は名称】ＡＧＣ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114476

【弁理士】

【氏名又は名称】政木 良文

(72)【発明者】

【氏名】平野 光

(72)【発明者】

【氏名】長澤 陽祐

(72)【発明者】

【氏名】一本松 正道

(72)【発明者】

【氏名】青崎 耕

(72)【発明者】

【氏名】末原 百紀

(72)【発明者】

【氏名】坂根 好彦

【審査官】 大和田 有軌

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１７−１２０８３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１７／０７２８５９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１５／０３７６０８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１４／１７８２８８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−０２３０９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１５２３１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−１８９８８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−１８９８６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−１４７５０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／００２７９７０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０１３８４４３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０００６６５１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 旭硝子(株)，“アモルファスフッ素樹脂「サイトップ:CYTOP」”，ポリファイル，2004年09月10日，第41巻，第9号，p.44-47

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３３／００ − ３３／６４

Ｈ０１Ｓ ５／００ − ５／５０

Ｃ０８Ｆ ６／００ −２４６／００

Ｇ０２Ｂ １／００− １／０８

Ｇ０２Ｂ ３／００− ３／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基台と、前記基台上にフリップチップ実装された窒化物半導体紫外線発光素子と、前記窒化物半導体紫外線発光素子を封止して当該窒化物半導体紫外線発光素子から出射される光を集束または拡散させるレンズと、を備えてなる紫外線発光装置であって、
前記レンズは、重合体または共重合体の構造単位が、含フッ素脂肪族環構造を有し、かつ、末端官能基がパーフルオロアルキル基である非晶質フッ素樹脂で構成され、当該非晶質フッ素樹脂の密度が２．１１ｇ／ｃｍ^３よりも大きいことを特徴とする紫外線発光装置。

【請求項2】

前記レンズを構成する前記非晶質フッ素樹脂の密度が２．２１ｇ／ｃｍ^３よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の紫外線発光装置。

【請求項3】

前記レンズの表面の一部が、球面または凸状の曲面であることを特徴とする請求項１または２に記載の紫外線発光装置。

【請求項4】

前記窒化物半導体紫外線発光素子の発光中心波長が２００ｎｍ以上かつ３６５ｎｍ以下の範囲内にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の紫外線発光装置。

【請求項5】

基台にフリップチップ実装された窒化物半導体紫外線発光素子を封止して当該窒化物半導体紫外線発光素子から出射される光を集束または拡散させるレンズを形成する第１工程を備え、
前記レンズは、重合体または共重合体の構造単位が、含フッ素脂肪族環構造を有し、かつ、末端官能基がパーフルオロアルキル基である非晶質フッ素樹脂で構成され、
前記第１工程またはその後の工程において、前記レンズを構成する前記非晶質フッ素樹脂をガラス転移温度以上まで加熱するとともに３５ＭＰａ以上の圧力を加え、当該圧力を加えた状態で前記ガラス転移温度より３０℃以上低い温度まで冷却することで、当該非晶質フッ素樹脂を高密度化処理することを特徴とする紫外線発光装置の製造方法。

【請求項6】

前記第１工程において、複数の前記基台が一体化されてなる基台板上にフリップチップ実装された複数の前記窒化物半導体紫外線発光素子のそれぞれを封止する前記レンズを同時に形成し、
前記レンズを構成する前記非晶質フッ素樹脂の前記高密度化処理後に、前記レンズで封止された前記窒化物半導体紫外線発光素子が１つ以上含まれるように、前記基台板を分割する第２工程を、さらに備えることを特徴とする請求項５に記載の紫外線発光装置の製造方法。

【請求項7】

基台にフリップチップ実装されるとともにレンズで封止された窒化物半導体紫外線発光素子を有する１または複数の紫外線発光装置を、被実装部に実装する第３工程と、
前記第３工程の後に、非晶質フッ素樹脂を高密度化処理する第４工程と、を備え、
前記レンズは、重合体または共重合体の構造単位が、含フッ素脂肪族環構造を有し、かつ、末端官能基がパーフルオロアルキル基である前記非晶質フッ素樹脂で構成され、
前記第４工程において、前記レンズを構成する前記非晶質フッ素樹脂をガラス転移温度以上まで加熱するとともに３５ＭＰａ以上の圧力を加え、当該圧力を加えた状態で前記ガラス転移温度より３０℃以上低い温度まで冷却することを特徴とする紫外線発光モジュールの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基台上にフリップチップ実装された窒化物半導体紫外線発光素子を備える紫外線発光装置に関し、特に、発光中心波長が２００ｎｍ以上かつ３６５ｎｍ以下の光（紫外線）を出射する窒化物半導体紫外線発光素子を備える紫外線発光装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、発光ダイオードや半導体レーザ等の窒化物半導体紫外線発光素子として、サファイア等の基板の主面上にエピタキシャル成長させた複数の窒化物半導体層からなる発光素子構造を形成したものが知られている。窒化物半導体層は、一般式Ａｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｇａ_ｘＩｎ_ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される。

【0003】

窒化物半導体紫外線発光素子を実装した紫外線発光装置として、窒化物半導体紫外線発光素子をフリップチップ実装して、窒化物半導体層で発生する光を基板の裏面（主面の反対側の面）側から取り出す紫外線発光装置が知られている（例えば、下記特許文献１及び２参照）。また、このような紫外線発光装置の中には、フリップチップ実装された窒化物半導体紫外線発光素子における基板の裏面側にレンズを設けたものがある（例えば、下記特許文献１の図１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２０１４／１７８２８８号

【特許文献2】特開２０１７−１２０８３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１には、窒化物半導体紫外線発光素子を非晶質フッ素樹脂で封止するとともに、当該非晶質フッ素樹脂の表面を球面に成形することでレンズを構成してもよい旨が記載されている。また、非晶質フッ素樹脂として、重合体または共重合体を構成する構造単位が含フッ素脂肪族環構造を有し、末端官能基がパーフルオロアルキル基である非結合性の非晶質フッ素樹脂を用いてもよい旨が記載されている。このような非晶質フッ素樹脂は、紫外線に曝露されても劣化し難く、紫外線を良好に透過するため（例えば、紫外線の透過率が９０％以上）、窒化物半導体紫外線発光素子の封止に適している。

【0006】

しかしながら、非晶質フッ素樹脂は、従来から広く用いられているシリコーン樹脂と比較すると、屈折率が低くレンズ性能が低いという問題がある。例えば、特許文献２では、ピーク発光波長が２６５ｎｍの窒化物半導体紫外線発光素子を封止する場合において、シリコーン樹脂の屈折率は１．４程度であるが、非晶質フッ素樹脂の屈折率は１．３５程度であると報告されている（特許文献２の明細書の段落［００１９］及び［００５３］参照）。

【0007】

両者の差は僅かなようにも見えるが、屈折率がレンズ性能に与える影響は非常に大きい。例えば、封止されていない窒化物半導体紫外線発光素子の光取出効率を１００％とするとき、外形が半球状であるシリコーン樹脂で当該窒化物半導体紫外線発光素子を封止して光取出効率を１９８％まで増大させることができたとしても、当該シリコーン樹脂と同じ大きさ及び同じ形状の非晶質フッ素樹脂で当該窒化物半導体紫外線発光素子を封止した場合、光取出効率を１５０％までしか増大させることができない。

【0008】

ただし、シリコーン樹脂は、紫外線及びその周辺波長の光に曝露されると急速に劣化するため、現実的に製品として出荷する紫外線発光装置に使用することはできない。したがって、現実的に製品として出荷する紫外線発光装置には、シリコーン樹脂よりも屈折率が小さくレンズ性能は劣るが、紫外線及びその周辺波長の光に曝露されても劣化し難い非晶質フッ素樹脂を使用せざるを得ない。

【0009】

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、レンズ性能を向上させた非晶質フッ素樹脂で構成されたレンズで窒化物半導体紫外線発光素子を封止した紫外線発光装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するために、本発明は、基台と、前記基台上にフリップチップ実装された窒化物半導体紫外線発光素子と、前記窒化物半導体紫外線発光素子を封止して当該窒化物半導体紫外線発光素子から出射される光を集束または拡散させるレンズと、を備えてなる紫外線発光装置であって、前記レンズは、重合体または共重合体の構造単位が、含フッ素脂肪族環構造を有し、かつ、末端官能基がパーフルオロアルキル基である非晶質フッ素樹脂で構成され、当該非晶質フッ素樹脂の密度が２．１１ｇ／ｃｍ^３よりも大きいことを特徴とする紫外線発光装置を提供する。

【0011】

この紫外線発光装置によれば、標準状態の非晶質フッ素樹脂よりもシリコーン樹脂に近い屈折率を有する非晶質フッ素樹脂で構成したレンズで、窒化物半導体紫外線発光素子を封止することができる。即ち、標準状態の非晶質フッ素樹脂よりもシリコーン樹脂のレンズ性能に近い非晶質フッ素樹脂で構成したレンズで、窒化物半導体紫外線発光素子を封止することができる。なお、標準状態の非晶質フッ素樹脂とは、密度を調整していない非晶質フッ素樹脂であって、室温（２３℃）での密度が２．０３０ｇ／ｃｍ^３である非晶質フッ素樹脂である。

【0012】

なお、本発明において、ＡｌＧａＮ系半導体は、一般式ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（ｘはＡｌＮモル分率、０≦ｘ≦１）で表わされる３元（または２元）化合物を基本とし、そのバンドギャップエネルギがＧａＮ（ｘ＝０）のバンドギャップエネルギ（約３．４ｅＶ）以上の３族窒化物半導体であり、当該バンドギャップエネルギに関する条件を満たす限りにおいて、微量のＩｎ、Ｐ、Ａｓ等が含有されている場合も含まれる。

【0013】

また、上記特徴の紫外線発光装置において、前記レンズを構成する前記非晶質フッ素樹脂の密度が２．２１ｇ／ｃｍ^３よりも大きくてもよい。

【0014】

この紫外線発光装置によれば、シリコーン樹脂よりも大きい屈折率を有する非晶質フッ素樹脂で構成されたレンズで、窒化物半導体紫外線発光素子を封止することができる。即ち、シリコーン樹脂よりも良いレンズ性能を有する非晶質フッ素樹脂で構成されたレンズで、窒化物半導体紫外線発光素子を封止することができる。

【0015】

また、上記特徴の紫外線発光装置において、前記レンズの表面の一部が、球面または凸状の曲面であってもよい。また、上記特徴の紫外線発光装置において、前記窒化物半導体紫外線発光素子の発光中心波長が２００ｎｍ以上かつ３６５ｎｍ以下の範囲内にあってもよい。

【0016】

また、本発明は、基台にフリップチップ実装された窒化物半導体紫外線発光素子を封止して当該窒化物半導体紫外線発光素子から出射される光を集束または拡散させるレンズを形成する第１工程を備え、前記レンズは、重合体または共重合体の構造単位が、含フッ素脂肪族環構造を有し、かつ、末端官能基がパーフルオロアルキル基である非晶質フッ素樹脂で構成され、前記第１工程またはその後の工程において、前記レンズを構成する前記非晶質フッ素樹脂をガラス転移温度以上まで加熱するとともに３５ＭＰａ以上の圧力を加え、当該圧力を加えた状態で前記ガラス転移温度より３０℃以上低い温度まで冷却することで、当該非晶質フッ素樹脂を高密度化処理することを特徴とする紫外線発光装置の製造方法を提供する。

【0017】

この紫外線発光装置の製造方法によれば、標準状態の非晶質フッ素樹脂よりもシリコーン樹脂に近い屈折率を有する非晶質フッ素樹脂で構成したレンズで、窒化物半導体紫外線発光素子を封止した、紫外線発光装置を得ることができる。即ち、標準状態の非晶質フッ素樹脂よりもシリコーン樹脂に近いレンズ性能を有する非晶質フッ素樹脂で窒化物半導体紫外線発光素子を封止した、紫外線発光装置を得ることができる。

【0018】

また、上記特徴の紫外線発光装置の製造方法において、前記第１工程において、複数の前記基台が一体化されてなる基台板上にフリップチップ実装された複数の前記窒化物半導体紫外線発光素子のそれぞれを封止する前記レンズを同時に形成し、前記レンズを構成する前記非晶質フッ素樹脂の前記高密度化処理後に、前記レンズで封止された前記窒化物半導体紫外線発光素子が１つ以上含まれるように、前記基台板を分割する第２工程を、さらに備えてもよい。

【0019】

この紫外線発光装置の製造方法によれば、複数の紫外線発光装置における非晶質フッ素樹脂が同時に形成されるため、紫外線発光装置を効率良く製造することができる。

【0020】

また、本発明は、基台にフリップチップ実装されるとともにレンズで封止された窒化物半導体紫外線発光素子を有する１または複数の紫外線発光装置を、被実装部に実装する第３工程と、前記第３工程の後に、前記非晶質フッ素樹脂を高密度化処理する第４工程と、を備え、前記レンズは、重合体または共重合体の構造単位が、含フッ素脂肪族環構造を有し、かつ、末端官能基がパーフルオロアルキル基である非晶質フッ素樹脂で構成され、
前記第４工程において、前記レンズを構成する前記非晶質フッ素樹脂をガラス転移温度以上まで加熱するとともに３５ＭＰａ以上の圧力を加え、当該圧力を加えた状態で前記ガラス転移温度より３０℃以上低い温度まで冷却することを特徴とする紫外線発光モジュールの製造方法を提供する。

【0021】

この紫外線発光モジュールの製造方法によれば、標準状態の非晶質フッ素樹脂よりもシリコーン樹脂に近い屈折率を有する非晶質フッ素樹脂で窒化物半導体紫外線発光素子を封止した、紫外線発光モジュールを得ることができる。即ち、標準状態の非晶質フッ素樹脂よりもシリコーン樹脂に近いレンズ性能を有する非晶質フッ素樹脂で窒化物半導体紫外線発光素子を封止した、紫外線発光モジュールを得ることができる。

【0022】

さらに、この紫外線発光モジュールの製造方法によれば、紫外線発光装置の実装後に非晶質フッ素樹脂の高密度化処理が行われる。この場合、紫外線発光装置の実装が完了するまで、高温処理（非晶質フッ素樹脂のガラス転移温度以上の処理であって、非晶質フッ素樹脂が高密度化されていたとすればその密度を元に戻してしまうような温度になる処理）を実行することが可能になる。例えば、紫外線発光装置の実装時に、はんだリフローを実行することが可能になる。

【発明の効果】

【0023】

上記特徴の紫外線発光装置によれば、標準状態の非晶質フッ素樹脂よりもシリコーン樹脂のレンズ性能に近くなるまでレンズ性能を向上させた非晶質フッ素樹脂で構成されたレンズで、窒化物半導体紫外線発光素子を封止することができる。

【0024】

また、一般的に、ベンゼン環を付加するなどの分子構造の変更や、無機材料などの添加によって、樹脂の屈折率を増大させるという方法が知られている。しかし、窒化物半導体紫外線発光素子を非晶質フッ素樹脂で封止する場合、非晶質フッ素樹脂の分子構造を変更すれば光の吸収波長が長波長化して紫外線の吸収量が増大するため、光取出効率が低下してしまう。また、末端官能基がパーフルオロアルキル基である非晶質フッ素樹脂は、無機材料などの添加物との親和性が低いため、添加物が均一に分散せず光の透過率が減少して光取出効率が低下してしまう。これらに対して、高密度化することで屈折率を高める方法であれば、分子構造は変更されず添加物も使用されないため、光取出効率の低下を防止することができる。したがって、高密度化することで屈折率を高めた非晶質フッ素樹脂で構成されたレンズで窒化物半導体紫外線発光素子を封止することで、光取出効率の低下を抑制しつつレンズ性能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の実施形態に係る紫外線発光装置が備える窒化物半導体紫外線発光素子の素子構造の一例を模式的に示す断面図。

【図2】図１に示す窒化物半導体紫外線発光素子の平面視形状を模式的に示す平面図。

【図3】本発明の実施形態に係る紫外線発光装置の一例を模式的に示す断面図。

【図4】図３に示す紫外線発光装置で使用されるサブマウントの平面視形状と断面形状を模式的に示す平面図と断面図。

【図5】本発明の実施形態に係る紫外線発光モジュールの一例を模式的に示す断面図。

【図6】非晶質フッ素樹脂の密度と屈折率の関係を示したグラフ。

【図7】非晶質フッ素樹脂に０〜１００ＭＰａの圧力を加えた場合における温度と比容積の関係を示したグラフ。

【図8】１４０℃におけるｌｏｇ圧力とｌｏｇ比容積の関係を示したグラフ。

【図9】室温における非晶質フッ素樹脂の圧力と密度の関係を示したグラフ。

【図10】高密度化装置の一例を模式的に示す断面図。

【図11】高密度化装置の別例を模式的に示す断面図。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、本発明の実施形態に係る紫外線発光装置について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において参照する図面は、説明の理解を容易にするために、一部において要部を強調して模式的に示しているため、各部の寸法比が必ずしも実際の素子及び使用する部品と同じ寸法比であるとは限らない。また、以下では、本発明の実施形態に係る紫外線発光装置が備える窒化物半導体紫外線発光素子が、発光ダイオードである場合を例に挙げて説明する。

【0027】

＜窒化物半導体紫外線発光素子＞
まず、本発明の実施形態に係る紫外線発光装置が備える窒化物半導体紫外線発光素子の一例について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る紫外線発光装置が備える窒化物半導体紫外線発光素子の素子構造の一例を模式的に示す断面図であり、図２は、図１に示す窒化物半導体紫外線発光素子の平面視形状を模式的に示す平面図である。

【0028】

図１に示すように、本発明の実施形態に係る紫外線発光装置が備える窒化物半導体紫外線発光素子１０は、サファイア基板１１の主面上に、複数のＡｌＧａＮ系半導体層からなる半導体積層部１２、ｎ電極１３、及び、ｐ電極１４を備える。なお、窒化物半導体紫外線発光素子１０は、後述の図３に示すようにフリップチップ実装され、半導体積層部１２からの発光は、サファイア基板１１の裏面側から外部に取り出されることが予め想定されている。

【0029】

半導体積層部１２は、一例として、サファイア基板１１側から順番に、ＡｌＮ層２０、ＡｌＧａＮ層２１、ｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層２２、活性層２３、ｐ型ＡｌＧａＮの電子ブロック層２４、ｐ型ＡｌＧａＮのｐ型クラッド層２５、ｐ型ＧａＮのｐ型コンタクト層２６を積層して構成される。ｎ型クラッド層２２からｐ型コンタクト層２６により発光ダイオード構造が形成される。サファイア基板１１とＡｌＮ層２０とＡｌＧａＮ層２１は、その上に発光ダイオード構造を形成するためにテンプレートとして機能する。ｎ型クラッド層２２より上部の活性層２３、電子ブロック層２４、ｐ型クラッド層２５、及び、ｐ型コンタクト層２６の一部が、ｎ型クラッド層２２の一部表面が露出するまで反応性イオンエッチング等により除去されている。当該除去後のｎ型クラッド層２２の露出面より上部の活性層２３からｐ型コンタクト層２６まで半導体層を、便宜的に、「メサ部分」と称する。活性層２３は、一例として、ｎ型ＡｌＧａＮのバリア層とＡｌＧａＮまたはＧａＮの井戸層からなる単層の量子井戸構造となっている。活性層２３は、下側層と上側層にＡｌＮモル分率の大きいｎ型及びｐ型ＡｌＧａＮ層で挟持されるダブルヘテロジャンクション構造であればよく、また、上記単層の量子井戸構造を多層化した多重量子井戸構造であってもよい。

【0030】

各ＡｌＧａＮ層は、有機金属化合物気相成長（ＭＯＶＰＥ）法、あるいは、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法等の周知のエピタキシャル成長法により形成されており、ｎ型層のドナー不純物として例えばＳｉを使用し、ｐ型層のアクセプタ不純物として例えばＭｇを使用する。

【0031】

ｎ型クラッド層２２の露出した表面に、例えば、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕのｎ電極１３が形成されている。また、ｐ型コンタクト層２６の表面に、例えば、Ｎｉ／Ａｕのｐ電極１４が形成されている。なお、ｎ電極１３及びｐ電極１４を構成する金属層の層数、材質は、上記例示した層数、材質に限定されるものではない。

【0032】

また、図２に示すように、窒化物半導体紫外線発光素子１０の平面視のチップ形状は正方形で、チップの外周部分において、中央に位置する平面視櫛形形状の上記メサ部分を取り囲むように、ｎ型クラッド層２２の表面が露出している。さらに、ｎ電極１３が上記メサ部分を取り囲むように環状にｎ型クラッド層２２の露出表面上に形成され、ｐ電極１４が上記メサ部分の頂部に形成されている構成例を想定する。図２において、ハッチングを施した部分が、それぞれ、ｎ電極１３及びｐ電極１４である。また、メサ部分とｎ型クラッド層２２の露出表面の境界線ＢＬを参照用に示している。

【0033】

本例の窒化物半導体紫外線発光素子１０では、図２に示すように、チップの４隅においてｎ電極１３の露出面積が広くなっており、フリップチップ実装において、当該４隅において、ｎ電極１３がサブマウント上の対応する電極パッドとの間でボンディング材料を介して物理的かつ電気的に接続する構成例を想定する。なお、窒化物半導体紫外線発光素子１０の平面視のチップ形状、メサ部分の平面視形状、ｎ電極１３及びｐ電極１４の個数及び形成位置は、図２に例示した形状、個数、形成位置に限定されるものではない。また、本例の窒化物半導体紫外線発光素子では、チップサイズとして、１辺が０．８ｍｍ〜１．５ｍｍ程度を想定するが、チップサイズは当該範囲内に限定されるものではない。

【0034】

窒化物半導体紫外線発光素子１０は、サファイア基板１１の表面側に形成される半導体積層部１２、ｎ電極１３、及び、ｐ電極１４は、上記に例示した構成及び構造に限定されるものではなく、種々の公知の構成及び構造を採用し得る。また、窒化物半導体紫外線発光素子１０は、半導体積層部１２、ｎ電極１３、及び、ｐ電極１４以外の構成要素、例えば、保護膜等を備えていてもよい。よって、各ＡｌＧａＮ層２０〜２６、各電極１３，１４の膜厚等の詳細な説明は割愛する。

【0035】

後述するように、本発明の実施形態に係る紫外線発光装置は、サブマウント等の基台に窒化物半導体紫外線発光素子１０がフリップチップ実装されるとともに非晶質フッ素樹脂で封止されている構成において、紫外線発光装置の出荷後における非晶質フッ素樹脂の形状変化を防止する構成に特徴がある。よって、サファイア基板１１の表面上に形成される半導体積層部１２、ｎ電極１３、及び、ｐ電極１４については、本発明の本旨ではなく、また、具体的な素子構造として種々の変形例が考えられ、周知の製造方法により製造可能であるので、窒化物半導体紫外線発光素子１０の製造方法についての詳細な説明は割愛する。

【0036】

＜紫外線発光装置＞
次に、本発明の実施形態に係る紫外線発光装置について、図３及び図４を参照して説明する。図３は、本発明の実施形態に係る紫外線発光装置の一例を模式的に示す断面図である。図４は、図３に示す紫外線発光装置で使用されるサブマウントの平面視形状と断面形状を模式的に示す平面図と断面図である。

【0037】

図３に示すように、窒化物半導体紫外線発光素子１０は、サファイア基板１１の主面側がサブマウント３０に載置されるように実装される（フリップチップ実装される）。なお、図３を参照した以下の説明では、サブマウント３０の載置面を基準として窒化物半導体紫外線発光素子１０側の方向を上方向とする。

【0038】

図４において、（Ａ）はサブマウント３０の平面視形状を示す平面図であり、（Ｂ）は当該平面図（Ａ）におけるサブマウント３０の中心を通過するサブマウント３０の表面に垂直な断面での断面形状を示す断面図である。サブマウント３０の一辺の長さは、窒化物半導体紫外線発光素子１０を搭載して、その周囲に窒化物半導体紫外線発光素子１０を封止するための樹脂を形成できる余裕があれば、特定の値に限定されるものではない。一例として、平面視正方形のサブマウント３０の一辺の長さは、例えば、搭載する同じく平面視正方形の窒化物半導体紫外線発光素子１０のチップサイズ（一辺の長さ）の１．５〜２倍程度以上が好ましい。なお、サブマウント３０の平面視形状は正方形に限定されるものではない。

【0039】

サブマウント３０は、絶縁性セラミックス等の絶縁材料からなる平板状の基材３１を備え、基材３１の表面側に、アノード側の第１金属電極配線３２とカソード側の第２金属電極配線３３がそれぞれ形成されてなり、基材３１の裏面側にリード端子３４，３５が形成されている。基材３１の表面側の第１及び第２金属電極配線３２，３３は、上記基材３１に設けられた貫通電極（図示せず）を介して、基材３１の裏面側のリード端子３４，３５と、各別に接続している。サブマウント３０を別の配線基板等の上に載置する場合に、当該配線基板上の金属配線とリード端子３４，３５との間で電気的な接続が形成される。また、リード端子３４，３５は、基材３１の裏面の略全面を覆い、ヒートシンクの機能を果たしている。

【0040】

第１及び第２金属電極配線３２，３３は、図４に示すように、基材３１の中央部分の窒化物半導体紫外線発光素子１０が搭載される箇所及びその周囲に形成され、互いに離間して配置され、電気的に分離している。第１金属電極配線３２は、第１電極パッド３２０とそれに接続する第１配線部３２１で構成される。また、第２金属電極配線３３は、４つの第２電極パッド３３０とそれらに接続する第２配線部３３１で構成される。第１電極パッド３２０は、窒化物半導体紫外線発光素子１０のｐ電極１４の櫛形の平面視形状の外枠（櫛形の凹部にもメサ部分があると仮定した場合の形状の外周）より僅かに大きい平面視形状を有し、基材３１の中央部分の中心に位置している。第２電極パッド３３０の平面視形状、個数、及び配置は、窒化物半導体紫外線発光素子１０のｐ電極１４が第１電極パッド３２０と対面するように窒化物半導体紫外線発光素子１０を配置した場合に、ｎ電極１３のチップの４隅の露出面積が広くなっている部分が第２電極パッド３３０とそれぞれ対面するように設定されている。図４（Ａ）において、第１電極パッド３２０と第２電極パッド３３０にそれぞれハッチングを付している。なお、第１及び第２金属電極配線３２，３３の平面視形状は、図４（Ａ）に示す形状に限定されるものではなく、ｐ電極１４が第１電極パッド３２０と対面し、ｎ電極１３の４隅が第２電極パッド３３０と対面できる平面視形状であれば、種々の変形が可能である。

【0041】

サブマウント３０の基材３１は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の紫外線被曝によって劣化しない絶縁材料で形成される。なお、基材３１は、放熱性の点でＡｌＮが好ましいが、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、または、窒化ホウ素（ＢＮ）であっても良く、また、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等のセラミックスであってもよい。また、基材３１は、上記絶縁材料の無垢材に限らず、シリカガラスをバインダーとして上記絶縁材料の粒子を密に結合させた焼結体でも良く、さらに、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）薄膜、工業用ダイヤモンド薄膜等でもよい。

【0042】

なお、サブマウント３０が、基材３１の裏面側にリード端子３４，３５を設けない構成の場合、基材３１は、絶縁材料だけで構成するのではなく、金属膜（例えば、Ｃｕ、Ａｌ等）と上述の絶縁材料からなる絶縁層の積層構造としてもよい。

【0043】

第１及び第２金属電極配線３２，３３は、一例として、銅の厚膜メッキ膜と、当該厚膜メッキ膜の表面（上面及び側壁面）を被覆する１層または多層の表面金属膜で構成される。当該表面金属膜の最外層は、厚膜メッキ膜を構成する銅よりイオン化傾向の小さい金属（例えば、金（Ａｕ）または白金族金属（Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ、または、これらの内の２以上の合金）または金と白金族金属の合金）で構成される。

【0044】

図３に示すように、窒化物半導体紫外線発光素子１０は、ｎ電極１３とｐ電極１４を下向きにして、ｐ電極１４と第１電極パッド３２０、ｎ電極１３の４隅と４つの第２電極パッド３３０が、それぞれ対向してＡｕＳｎはんだや金バンプ等のボンディング材料Ｂ１を介して電気的及び物理的に接続して、基材３１の中央部分上に載置され固定されている。なお、ボンディング材料Ｂ１をＡｕＳｎはんだ等のはんだ材料で構成する場合において、ｐ電極１４とｎ電極１３の各頂面（図３中の下面）が同一平面となるように高さを揃えて形成し、はんだリフロー等の周知のはんだ付け方法で、ｐ電極１４と第１金属電極配線３２、ｎ電極１３と第２金属電極配線３３を、物理的かつ電気的に接続してもよい。さらに、この場合、ｐ電極１４とｎ電極１３の各頂面が同一平面となるように高さを揃える方法として、例えば、ｐ電極１４と電気的に接続し、絶縁保護膜を介して、上記メサ部分の頂面（図３中の下面）及び側面を覆うようにｐ側のメッキ電極を形成し、当該ｐ側のメッキ電極から離間して、ｎ電極１３と電気的に接続するｎ側のメッキ電極を、ｐ側のメッキ電極と同じ高さに、電解メッキ法等により形成する方法が考えられる。当該メッキ電極の詳細については、国際公開第２０１６／１５７５１８号の明細書等の記載が参考になる。

【0045】

また、図３に示すように、サブマウント３０上に実装された窒化物半導体紫外線発光素子１０は、被覆樹脂４０及びレンズ４１によって封止されている。具体的には、窒化物半導体紫外線発光素子１０の上面と側面、及び、サブマウント３０の上面（第１及び第２金属電極配線３２，３３の上面及び側面、第１及び第２金属電極配線３２，３３間に露出した基材３１の表面）が、被覆樹脂４０によって被覆され、サブマウント３０と窒化物半導体紫外線発光素子１０の間の間隙部に被覆樹脂４０が充填されている。そして、表面に被覆樹脂４０が形成されている窒化物半導体紫外線発光素子１０の裏面及び側面を覆って封止するように、レンズ４１が設けられている。なお、レンズ４１は、窒化物半導体紫外線発光素子１０から出射される光を少なくとも集束または拡散させるレンズ形状であり、その形状は紫外線発光装置１の目的に応じて適宜設計される。

【0046】

被覆樹脂４０及びレンズ４１は、耐熱性、紫外線耐性、及び、紫外線透過性に優れた非晶質フッ素樹脂で構成される。非晶質フッ素樹脂としては、結晶性ポリマーのフッ素樹脂を共重合化してポリマーアロイとして非晶質化させたものや、パーフルオロジオキソールの共重合体（デュポン社製の商品名テフロンＡＦ（登録商標））やパーフルオロブテニルビニルエーテルの環化重合体（旭硝子社製の商品名サイトップ（登録商標））が挙げられる。

【0047】

非晶質フッ素樹脂は、金属に対して結合性を呈する反応性の末端官能基を有している結合性の非晶質フッ素樹脂と、当該反応性の末端官能基を有していない非結合性の非晶質フッ素樹脂とに大別される。当該反応性の末端官能基は、一例として、カルボキシル基（ＣＯＯＨ）またはエステル基（ＣＯＯＲ）である。ただし、Ｒはアルキル基を表す。

【0048】

電極の周囲に形成される被覆樹脂４０は、電極を構成する金属のマイグレーションの要因となり得る反応性の末端官能基を有していない非結合性の非晶質フッ素樹脂で構成すると、当該マイグレーションによる短絡を防止することができる。具体的に、被覆樹脂４０は、重合体または共重合体を構成する構造単位が含フッ素脂肪族環構造を有し、末端官能基が金属等に対して難結合性を呈するＣＦ_３等のパーフルオロアルキル基である非結合性の非晶質フッ素樹脂で構成されている。また、本発明の実施形態に係る紫外線発光装置１では、レンズ４１が、被覆樹脂４０と同様の非結合性の非晶質フッ素樹脂で構成されている。なお、以下において、本発明の実施形態に係る紫外線発光装置１が備える被覆樹脂４０及びレンズ４１を構成する非結合性の非晶質フッ素樹脂を、説明の簡略化のために単に「非晶質フッ素樹脂」と称する場合がある。また、図３では、被覆樹脂４０とレンズ４１が異なる部材であって区別可能であるかのように図示しているが、両者が一体化しており区別不可能であってもよい。

【0049】

含フッ素脂肪族環構造を有する構造単位としては、環状含フッ素単量体に基づく単位（以下、「単位Ａ」）、または、ジエン系含フッ素単量体の環化重合により形成される単位（以下、「単位Ｂ」）が好ましい。なお、当該単位Ａ及び単位Ｂに関しては、本願と同じ出願人による国際公開第２０１４／１７８２８８号（特許文献１）の段落［００３１］〜［００５８］に詳細に説明されているので、参照されたい。

【0050】

なお、上記単量体の環化重合方法、単独重合方法及び共重合方法としては、例えば特開平４−１８９８８０号公報等に開示された公知の方法を適用できる。そして、上記単量体の重合（環化重合、単独重合、共重合）時における上記単量体の濃度の調整、開始剤の濃度の調整、添加移動剤の添加等の方法により、所望の重量平均分子量である非晶質フッ素樹脂が得られる。また、以下では、非晶質フッ素樹脂を構成する重合体または共重合体の重量平均分子量を、単に非晶質フッ素樹脂の重量平均分子量として説明している。

【0051】

また、重合処理後の非晶質フッ素樹脂の末端官能基には、上述の反応性の末端官能基やその他不安定な官能基が形成されている可能性がある。そのため、末端官能基がＣＦ_３である非結合性の非晶質フッ素樹脂を得る場合は、例えば、特開平１１−１５２３１０号公報等に開示された公知の方法を用いて、フッ素ガスを当該重合処理後の非晶質フッ素樹脂と接触させることで、これらの反応性の末端官能基や不安定な末端官能基を非反応性の末端官能基であるＣＦ_３に置換する。

【0052】

非結合性の非晶質フッ素樹脂の市販品の一例として、サイトップ（旭硝子社製）等が挙げられる。なお、末端官能基がＣＦ_３であるサイトップは、下記の化１に示す上記単位Ｂの重合体である。

【0053】

【化1】

【0054】

＜紫外線発光装置の製造方法＞
次に、本発明の実施形態に係る紫外線発光装置の製造方法について説明する。

【0055】

まず、ダイシングされた窒化物半導体紫外線発光素子１０のベアチップを、サブマウント３０の第１及び第２金属電極配線３２，３３上に、周知のフリップチップ実装により固定する。具体的には、ｐ電極１４と第１金属電極配線３２が、ＡｕＳｎはんだや金バンプ等のボンディング材料Ｂ１を介して、物理的かつ電気的に接続し、ｎ電極１３と第２金属電極配線３３が、ボンディング材料Ｂ１を介して、物理的かつ電気的に接続する。

【0056】

引き続き、非結合性の非晶質フッ素樹脂を、含フッ素溶媒、好ましくは、非プロトン性含フッ素溶媒に溶解した塗工液を準備する。

【0057】

引き続き、準備した塗工液をサブマウント３０及び窒化物半導体紫外線発光素子１０上に、剥離性の良いテフロンニードル等を用いて注入した後、塗工液を徐々に加熱しながら溶媒を蒸発させて、窒化物半導体紫外線発光素子１０の上面と側面、サブマウント３０の上面（第１及び第２金属電極配線３２，３３の上面及び側面、第１及び第２金属電極配線３２，３３間に露出した基材３１の表面）、及び、サブマウント３０と窒化物半導体紫外線発光素子１０の間の間隙部に、非結合性の非晶質フッ素樹脂である被覆樹脂４０が形成される。なお、溶媒の蒸発に当たっては、被覆樹脂４０内に気泡が残らないように、溶媒の沸点以下の低温域（例えば、室温付近）から溶媒の沸点以上の高温域（例えば、２００℃付近）まで徐々に加熱して、溶媒を蒸発させる。

【0058】

引き続き、非結合性の非晶質フッ素樹脂の分解が開始する温度（約３５０℃）以下の温度範囲、例えば、１５０℃〜３００℃、より好ましくは、２００℃〜３００℃の温度範囲で、被覆樹脂４０を加熱して軟化させ、窒化物半導体紫外線発光素子１０の上面の被覆樹脂４０を窒化物半導体紫外線発光素子１０側に向けて押圧する。

【0059】

引き続き、被覆樹脂４０の上部に、被覆樹脂４０と同じ非結合性の非晶質フッ素樹脂製のレンズ４１を、例えば圧縮成形、トランスファー成形等の周知の成形方法により、窒化物半導体紫外線発光素子１０を覆うように形成する。ただし、この非晶質フッ素樹脂のレンズ４１の成形時と同時または成形後に、非晶質フッ素樹脂を高密度化する処理を行う。詳細については後述する＜非晶質フッ素樹脂の高密度化＞において説明するが、非晶質フッ素樹脂を高密度化することで屈折率を大きくすることが可能になり、レンズ４１のレンズ性能を高めることができる。

【0060】

＜紫外線発光モジュール＞
次に、本発明の実施形態に係る紫外線発光装置１を備えた紫外線発光モジュールの一例について図面を参照して説明する。図５は、本発明の実施形態に係る紫外線発光モジュールの一例を模式的に示す断面図である。

【0061】

図５に示すように、紫外線発光モジュール（例えば、紫外線殺菌装置）５０は、紫外線発光装置１を備えている。例えば、Ａｕバンプ等のボンディング材料Ｂ２を介して、被実装部５１におけるランド５１１と紫外線発光装置１におけるリード端子３４とが物理的かつ電気的に接続されるとともに、被実装部５１におけるランド５１２と紫外線発光装置１におけるリード端子３５が物理的かつ電気的に接続されている。

【0062】

このとき、実装しようとする紫外線発光装置１が備える非晶質フッ素樹脂のレンズ４１が既に高密度化されている場合、高温（例えば、ガラス転移温度以上）に曝すことで分子が動き易くなり、密度が低下するおそれがある。そこで、高密度化されている非晶質フッ素樹脂のレンズ４１を備えた紫外線発光装置１を被実装部５１に実装する場合、例えば、超音波振動によるボンディングなどの低温（例えば、ガラス転移温度より低い温度）でも実施可能な実装方法を用いると、好ましい。

【0063】

＜非晶質フッ素樹脂の高密度化＞
本発明の実施形態に係る窒化物半導体紫外線発光素子１０が備えるレンズ４１を構成する非晶質フッ素樹脂の高密度化について、以下図面を参照して説明する。

【0064】

図６は、非晶質フッ素樹脂の密度と屈折率の関係を示したグラフである。なお、図６に示すグラフにおいて、横軸は密度（ｇ／ｃｍ^３）、縦軸は紫外線（波長２６５ｎｍ）に対する屈折率である。

【0065】

図６に示すグラフは、下記式（１）及び（２）より得られる。下記式（１）は、ローレンツ・ローレンス式であり、ｎは屈折率、Ｎは数密度、αは分極率、ρは密度、Ｍは分子量、［Ｒ］は分子屈折である。下記式（１）において、Ｍは２７８、［Ｒ］はＤ線（波長５８９．２９ｎｍ）の値が２８．１２であり、それぞれ既知である。この２つの値を下記式（１）に代入するとともに、任意の密度ρの値を下記式（１）に代入することで、当該密度である非晶質フッ素樹脂のＤ線の屈折率ｎが求められる。

【0066】

【0067】

上記式（１）に基づいて算出される、任意密度である非晶質フッ素樹脂のＤ線の屈折率を下記式（２）に代入することで、当該任意密度である非晶質フッ素樹脂の紫外線の屈折率を算出することができる。なお、下記式（２）において、ｎ_Ｓ，Ｄは標準状態である非晶質フッ素樹脂のＤ線の屈折率（１．３３３）、ｎ_Ａ，Ｄは任意密度である非晶質フッ素樹脂のＤ線の屈折率、ｎ_Ｓ，ＵＶは標準状態である非晶質フッ素樹脂の紫外線の屈折率（１．３６５）、ｎ_Ａ，ＵＶは上記任意密度である非晶質フッ素樹脂の紫外線の屈折率である。なお、標準状態の非晶質フッ素樹脂とは、密度を調整していない非晶質フッ素樹脂であって、室温（２３℃、以下同じ）での密度ρは２．０３０ｇ／ｃｍ^３である。なお、以下では、非晶質フッ素樹脂の紫外線の屈折率を、単に「屈折率」と称する。

【0068】

【0069】

図６に示すように、非晶質フッ素樹脂の密度を大きくすることで、非晶質フッ素樹脂の屈折率を大きくすることが可能である。特に、非晶質フッ素樹脂の密度を２．１１ｇ／ｃｍ^３よりも大きくすることで、標準状態である非晶質フッ素樹脂の屈折率（１．３６５）とシリコーン樹脂の屈折率（１．４）との平均値１．３８よりも屈折率を大きくすることができる。したがって、標準状態である非晶質フッ素樹脂よりもシリコーン樹脂に近い屈折率を有する非晶質フッ素樹脂で構成されたレンズ４１で、窒化物半導体紫外線発光素子１０を封止することができる。即ち、標準状態である非晶質フッ素樹脂よりもシリコーン樹脂のレンズ性能に近い非晶質フッ素樹脂で構成されたレンズ４１で、窒化物半導体紫外線発光素子１０を封止することができる。

【0070】

さらに、非晶質フッ素樹脂の密度を２．２１ｇ／ｃｍ^３よりも大きくすることで、シリコーン樹脂よりも屈折率を大きくすることができる。したがって、シリコーン樹脂よりも大きい屈折率を有する非晶質フッ素樹脂で構成されたレンズ４１で、窒化物半導体紫外線発光素子１０を封止することができる。即ち、シリコーン樹脂よりも良いレンズ性能を有する非晶質フッ素樹脂で構成されたレンズ４１で、窒化物半導体紫外線発光素子１０を封止することができる。

【0071】

以上のように、本発明の実施形態に係る紫外線発光装置１は、標準状態である非晶質フッ素樹脂よりも屈折率を大きくすることでレンズ性能を向上させた非晶質フッ素樹脂で構成されたレンズ４１で、窒化物半導体紫外線発光素子１０を封止することができる。

【0072】

また、一般的に、ベンゼン環を付加するなどの分子構造の変更や、無機材料などの添加によって、樹脂の屈折率を増大させるという方法が知られている。しかし、窒化物半導体紫外線発光素子１０を非晶質フッ素樹脂で封止する場合、非晶質フッ素樹脂の分子構造を変更すれば光の吸収波長が長波長化して紫外線の吸収量が増大するため、光取出効率が低下してしまう。また、末端官能基がパーフルオロアルキル基である非晶質フッ素樹脂は、無機材料などの添加物との親和性が低いため、添加物が均一に分散せず光の透過率が減少して光取出効率が低下してしまう。これらの方法に対して、密度を大きくすることで屈折率を高める方法であれば、分子構造は変更されず添加物も使用されないため、光取出効率の低下を防止することができる。したがって、高密度化することで屈折率を高めた非晶質フッ素樹脂で構成されたレンズ４１で窒化物半導体紫外線発光素子１０を封止することで、光取出効率の低下を抑制しつつレンズ性能を向上させることができる。

【0073】

非晶質フッ素樹脂を高密度化させる１つの方法として、例えば、レンズ４１の成形時と同時または成形後に、非晶質フッ素樹脂に圧力を加えるという方法が挙げられる。具体的には、非晶質フッ素樹脂をガラス転移温度（１０８℃）以上まで加熱した状態で圧力を加えて高密度化し、当該圧力を加えた状態のままガラス転移温度より３０℃以上低い温度まで冷却して、高密度化した状態を固定化するという方法である。

【0074】

上記の方法で非晶質フッ素樹脂を高密度化させる場合について、図面を参照して説明する。図７は、非晶質フッ素樹脂に０ＭＰａ〜１００ＭＰａの圧力（ゲージ圧、以下同じ）を加えた場合における温度と比容積の関係を示したグラフである。図８は、１４０℃におけるｌｏｇ圧力とｌｏｇ比容積の関係を示したグラフである。図９は、室温における非晶質フッ素樹脂の圧力と密度の関係を示したグラフである。なお、図７に示すグラフにおいて、横軸は温度（℃）、縦軸は比容積（ｍ^３／ｋｇ）である。また、図８に示すグラフにおいて、横軸はｌｏｇ圧力、縦軸はｌｏｇ比容積である。また、図９に示すグラフにおいて、横軸はガラス転移温度以上の温度からガラス転移温度より３０℃以上低い温度に至るまで非晶質フッ素樹脂に加え続けた圧力（ＭＰａ）、縦軸は室温における密度（ｇ／ｃｍ^３）である。

【0075】

図７に示すように、ガラス転移温度（１０８℃）以上の温度において、非晶質フッ素樹脂に加える圧力を大きくするほど、比容積が小さくなる（密度が大きくなる）。ここで、図７において、特定の温度における圧力及び比容積をそれぞれ読みとることで、特定の温度における圧力と比容積の関係を求めることができる。図８に示すグラフは、図７の１４０℃における圧力及び比容積の関係を示したものであり、３０ＭＰａ〜１００ＭＰａの圧力及び比容積の関係を示している。

【0076】

図８に示す近似直線は、図７の１４０℃における３０ＭＰａ〜１００ＭＰａの圧力及び比容積のそれぞれの常用対数値を、線形近似して得られたものである。この近似直線は、ｌｏｇ圧力をＸ、ｌｏｇ比容積をＹとすると、下記式（３）のように表せられる。なお、この近似直線の寄与率Ｒ^２は０．９９であるから、ｌｏｇ圧力及びｌｏｇ比容積には非常に強い線形相関があると言える。

【0077】

Ｙ＝−０．０３９５Ｘ−０．２４２４７・・・（３）

【0078】

ただし、上記式（３）は、１４０℃におけるｌｏｇ圧力とｌｏｇ比容積の関係を表したものである。そのため、圧力を加えたままガラス転移温度以上の温度からガラス転移温度より３０℃以上低い温度まで冷却して高密度化状態を固定化した非晶質フッ素樹脂の室温における密度を算出するためには、例えば下記式（４）の計算を行う。なお、下記式（４）において、ｖ_{１４０，０}は１４０℃において非晶質フッ素樹脂に０ＭＰａの圧力を加えた場合の比容積（０．５１６ｍ^３／ｋｇ）、ｖ_{１４０，Ａ}は１４０℃において非晶質フッ素樹脂に任意圧力を加えた場合の比容積、ρ_Ｒ，０は０ＭＰａの圧力を加えたまま１４０℃からガラス転移温度より３０℃以上低い温度まで冷却した非晶質フッ素樹脂の室温における密度（２．０３０ｇ／ｃｍ^３）、ρ_Ｒ，Ａは上記任意圧力を加えたまま１４０℃からガラス転移温度より３０℃以上低い温度まで冷却して高密度化状態を固定化した非晶質フッ素樹脂の室温における密度である。

【0079】

【0080】

図９に示すグラフは、上記式（３）及び（４）に基づいて算出されたものである。なお、比容積の変化率を算出するための温度は、ガラス転移温度以上であれば１４０℃に限られない。

【0081】

図９に示すように、標準状態である非晶質フッ素樹脂よりもシリコーン樹脂に近い屈折率を得るために必要な非晶質フッ素樹脂の密度である２．１１ｇ／ｃｍ^３は、３５ＭＰａ以上の圧力を加えることで達成可能である。また、シリコーン樹脂よりも大きい屈折率を得るために必要な非晶質フッ素樹脂の密度である２．２１ｇ／ｃｍ^３は、１２５ＭＰａの圧力を加えることで達成可能である。

【0082】

次に、上述した非晶質フッ素樹脂の高密度化を実現するための高密度化装置の具体例について、図面を参照して説明する。図１０は、高密度化装置の一例を模式的に示す断面図である。なお、図１０に例示する高密度化装置６０は、レンズ４１の成形と同時に非晶質フッ素樹脂を高密度化する装置であり、図１０（ａ）がレンズ４１の成形前の状態、図１０（ｂ）がレンズ４１の成形中の状態を示している。また、図１０及び図１０を参照する以下の説明では、紫外線発光装置１の構成を簡略化して、窒化物半導体紫外線発光素子１０と、レンズ４１と、複数の基台が一体化されてなる基台板３０Ｘだけ図示して説明する。また、図１０及び図１０を参照する以下の説明では、複数の窒化物半導体紫外線発光素子１０と、この複数の窒化物半導体紫外線発光素子１０がフリップチップ実装されている基台板３０Ｘとの組み合わせを、「対象物Ｔ１」と称する。

【0083】

図１０に示す高密度化装置６０は、非晶質フッ素樹脂Ｒを図中の上下方向から挟んで成形する圧縮成形機である。この高密度化装置６０は、図１０において上下方向に駆動する上部６１と、対象物Ｔ１を上面で保持する下部６２とを備える。なお、図１０では、上部６１を駆動するための駆動機構の図示を省略しているが、周知の圧縮成形機の駆動機構を適用可能である。また、図１０に示す高密度化装置６０は、複数の窒化物半導体紫外線発光素子１０のそれぞれを封止する複数のレンズ４１を同時に成形及び高密度化することが可能な装置である。

【0084】

上部６１は、シート状の非晶質フッ素樹脂Ｒをレンズ４１の形状に成形するための型であるレンズ型６１１と、成形時に非晶質フッ素樹脂Ｒを加熱するためのヒータ６１２と、成形時に非晶質フッ素樹脂Ｒの漏出を防止するための凸部６１３とを備える。また、下部６２は、成形時に非晶質フッ素樹脂Ｒを加熱するためのヒータ６２１と、成形時に上部６１の凸部６１３と嵌合する凹部６２２とを備える。

【0085】

上述のように、高密度の非晶質フッ素樹脂は、非晶質フッ素樹脂をガラス転移温度以上まで加熱した状態で圧力を加えて高密度化し、当該圧力を加えた状態のままガラス転移温度より３０℃以上低い温度まで冷却することで得られる。そこで、高密度化装置６０では、図１０（ｂ）に示すようにシート状の非晶質フッ素樹脂Ｒをレンズ４１の形状に圧縮成形する時に、所望の圧力がレンズ４１に加えられるように、非晶質フッ素樹脂の重さ（体積）を計量するとともに、レンズ４１の温度がガラス転移温度以上（例えば、１４０℃）になるようにヒータ６２，６３を制御する。そして、少なくとも数分間（例えば、５分以上）維持して成形が完了した後は、非晶質フッ素樹脂の温度がガラス転移温度より３０℃以上低くなる（例えば、８０℃以下になる）まで、図１０（ｂ）に示す状態を維持してレンズ４１に圧力を加え続ける。その後、高密度の非晶質フッ素樹脂で構成されたレンズ４１で封止された窒化物半導体紫外線発光素子１０が少なくとも１つは含まれるように、基台板３０Ｘを分断することで、複数の紫外線発光装置１が得られる。

【0086】

図１０に示す高密度化装置６０を用いることで、複数の紫外線発光装置１のそれぞれが備えるレンズ４１を同時に形成及び高密度化することができるため、紫外線発光装置１を効率良く製造することが可能になる。

【0087】

なお、図１０に示す高密度化装置６０は、レンズ４１の成形と同時に非晶質フッ素樹脂を高密度化するものであるが、レンズ４１の成形後に非晶質フッ素樹脂を高密度化してもよい。ここで、レンズ４１の成形後に高密度化する高密度化装置について、図面を参照して説明する。図１１は、高密度化装置の別例を模式的に示す断面図である。なお、図１１及び図１１を参照する以下の説明では、紫外線発光装置１の構成を簡略化して、窒化物半導体紫外線発光素子１０と、レンズ４１と、基台板３０Ｘだけ図示して説明する。また、図１１及び図１１を参照する以下の説明では、複数の窒化物半導体紫外線発光素子１０と、この複数の窒化物半導体紫外線発光素子１０がフリップチップ実装されている基台板３０Ｘと、この複数の窒化物半導体紫外線発光素子１０のそれぞれを封止するレンズ４１との組み合わせを、「対象物Ｔ２」と称する。

【0088】

図１１に示すように、高密度化装置７０は、対象物Ｔ２を内側に収容する筐体７１と、レンズ４１を高密度化する際に加熱するヒータ７２と、筐体７１の内側を満たす液体Ｌを図中の下方に押すように駆動することでレンズ４１に圧力を加える加圧板７３とを備える。なお、図１１では、加圧板７３を駆動するための駆動機構の図示を省略しているが、周知の加圧機の駆動機構を適用可能である。また、図１１に示す高密度化装置７０は、複数の窒化物半導体紫外線発光素子１０のそれぞれを封止する複数のレンズ４１を同時に高密度化することが可能な装置である。

【0089】

対象物Ｔ２は、液体Ｌに直接触れないように、パックＰで封止されている。液体Ｌは、例えば有機溶媒や機械油であり、パックＰはゴムなどの柔軟性がある材料（液体Ｌに加えられた圧力をレンズ４１に伝達可能な材料）で構成される。なお、対象物Ｔと直接接触可能な液体Ｌ（例えば、有機溶媒）を用いる場合、パックＰを用いなくてもよい。

【0090】

図１１に示す高密度化装置７０は、加圧板７３を押し下げて液体Ｌを介してレンズ４１に圧力を加えるとともに、レンズ４１の温度がガラス転移温度以上（例えば、１４０℃）になるようにヒータ７２を制御する。そして、少なくとも数分間（例えば、５分以上）維持して高密度化が完了した後は、非晶質フッ素樹脂の温度がガラス転移温度より３０℃以上低くなる（例えば、８０℃以下になる）まで、図１１に示す状態を維持してレンズ４１に圧力を加え続ける。その後、高密度の非晶質フッ素樹脂で構成されたレンズ４１で封止された窒化物半導体紫外線発光素子１０が少なくとも１つは含まれるように、基台板３０Ｘを分断することで、複数の紫外線発光装置１が得られる。

【0091】

図１１に示す高密度化装置７０を用いることで、複数の紫外線発光装置１のそれぞれが備えるレンズ４１を同時に高密度化することができるため、紫外線発光装置１を効率良く製造することが可能になる。

【0092】

＜変形等＞
図１０では、高密度化装置６０が、複数の紫外線発光装置１のそれぞれが備える複数のレンズ４１を同時に成形及び高密度化する場合について例示しているが、１つの紫外線発光装置１が備えるレンズ４１だけを成形及び高密度化してもよい。同様に、図１１では、高密度化装置７０が、複数の紫外線発光装置１のそれぞれが備える複数のレンズ４１を同時に高密度化する場合について例示しているが、１つの紫外線発光装置１が備えるレンズ４１だけを高密度化してもよい。

【0093】

また、図１０では、高密度化装置６０が、圧縮成形によってレンズ４１を成形及び高密度化する場合について例示しているが、圧縮成形に限らず、トランスファー成形などの他の成形方法を用いて、レンズ４１を成形及び高密度化してもよい。

【0094】

図３，図５，図１０（ｂ）及び図１１では、レンズ４１が半球状である場合について例示しているが、レンズの形状は半球状に限られない。例えば、レンズを用いて光を収束する場合、レンズの表面の一部が球面または凸状の曲面（非球面）であればよく、レンズの表面の一部が平坦または平坦に近い曲面になっていてもよい。具体的に例えば、本発明の実施形態に係る紫外線発光装置１では、レンズ４１を構成する非晶質フッ素樹脂を高密度化するために、レンズの成形時またはその後でレンズ４１に対して圧力を加えるが、当該圧力を加えることによってレンズの頂面が平坦または平坦に近い曲面になっていてもよい。

【0095】

上述の実施形態では、紫外線発光装置１においてレンズ４１を形成する時点またはその後で、レンズ４１を構成する非晶質フッ素樹脂を高密度化すると説明したが、紫外線発光装置１を被実装部５１に実装した後に（図５参照）、非晶質フッ素樹脂を高密度化してもよい。この場合、例えば、紫外線発光モジュール５０から被実装部５１を取り外し、図１１に示すような高密度化装置７０を用いて、レンズ４１を構成する非晶質フッ素樹脂を高密度化すればよい。

【0096】

このように、紫外線発光装置１を実装してからレンズ４１を構成する非晶質フッ素樹脂を高密度化する場合、紫外線発光装置１の実装が完了するまで、高温処理（非晶質フッ素樹脂のガラス転移温度以上の処理であって、非晶質フッ素樹脂が高密度化されていたとすればその密度を元に戻してしまうような温度になる処理）を実行することが可能になる。例えば、紫外線発光装置の実装時に、はんだリフローを実行することが可能になる。

【産業上の利用可能性】

【0097】

本発明に係る紫外線発光装置は、基台上にフリップチップ実装された窒化物半導体紫外線発光素子を備える紫外線発光装置に利用可能であり、特に、発光中心波長が２００ｎｍ以上かつ３６５ｎｍ以下の光（紫外線）を出射する窒化物半導体紫外線発光素子備える紫外線発光装置に利用可能である。

【符号の説明】

【0098】

１： 紫外線発光装置
１０： 窒化物半導体紫外線発光素子
１１： サファイア基板
１２： 半導体積層部
１３： ｎ電極
１４： ｐ電極
２０： ＡｌＮ層
２１： ＡｌＧａＮ層
２２： ｎ型クラッド層（ｎ型ＡｌＧａＮ）
２３： 活性層
２４： 電子ブロック層（ｐ型ＡｌＧａＮ）
２５： ｐ型クラッド層（ｐ型ＡｌＧａＮ）
２６： ｐ型コンタクト層（ｐ型ＧａＮ）
３０： サブマウント（基台）
３０Ｘ： 基台板
３１： 基材
３２： 第１金属電極配線
３２０： 第１電極パッド
３２１： 第１配線部
３３： 第２金属電極配線
３３０： 第２電極パッド
３３１： 第２配線部
３４，３５：リード端子
４０： 被覆樹脂
４１： レンズ
５０： 紫外線発光モジュール
５１： 被実装部
５１１，５１２：ランド
６０： 高密度化装置
６１： 上部
６１１： レンズ型
６１２： ヒータ
６１３： 凸部
６２： 下部
６２１： ヒータ
６２２： 凹部
７０： 高密度化装置
７１： 筐体
７２： ヒータ
７３： 加圧板
Ｂ１，Ｂ２：ボンディング材料
Ｔ１，Ｔ２：対象物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】