特開 2024-2215 接合体の製造方法、発光装置の製造方法、及び発光装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024002215

(43)【公開日】2024-01-11

(54)【発明の名称】接合体の製造方法、発光装置の製造方法、及び発光装置

(51)【国際特許分類】

   B32B 9/00 20060101AFI20231228BHJP

   C03C 27/10 20060101ALI20231228BHJP

   B32B 37/10 20060101ALI20231228BHJP

【ＦＩ】

B32B9/00 A

C03C27/10 B

B32B37/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022101283

(22)【出願日】2022-06-23

(71)【出願人】

【識別番号】000000044

【氏名又は名称】ＡＧＣ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】長尾 洋平

(72)【発明者】

【氏名】染谷 武紀

【テーマコード（参考）】

4F100

4G061

【Ｆターム（参考）】

4F100AA13D

4F100AA19D

4F100AA20B

4F100AA20C

4F100AG00A

4F100AG00B

4F100AG00C

4F100AR00E

4F100AT00D

4F100BA02

4F100BA03

4F100BA04

4F100BA05

4F100BA07

4F100DA20A

4F100DA20D

4F100DD07A

4F100DD07D

4F100EJ17

4F100GB41

4F100JG01E

4F100JN30

4F100JN30A

4F100YY00A

4F100YY00D

4G061AA02

4G061BA05

4G061CB04

4G061CB12

4G061CB13

4G061CD10

4G061DA23

4G061DA33

(57)【要約】

【課題】接合不良を抑制する、技術を提供する。
【解決手段】接合体の製造方法は、サファイア基板又は窒化アルミニウム基板からなる第１部材の接合面と、第２部材の接合面とを向かい合わせて前記第１部材と前記第２部材を接合することを含み、前記第１部材と前記第２部材を接合する際に、前記第１部材と前記第２部材の間に圧力を加えることを含む。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

サファイア基板又は窒化アルミニウム基板からなる第１部材の接合面と、第２部材の接合面とを向かい合わせて前記第１部材と前記第２部材を接合することを含み、
前記第１部材と前記第２部材を接合する際に、前記第１部材と前記第２部材の間に圧力を加えることを含む、接合体の製造方法。

【請求項2】

無加圧で前記第１部材と前記第２部材を重ね合わせたときに前記第１部材と前記第２部材の間に形成される空隙の最大厚みをｄ（ｄ＞０）（ｎｍ）とし、前記第１部材と前記第２部材の重なり合う領域の面積をＳ（ｍｍ^２）とし、前記第１部材の板厚をｔ（ｍｍ）とすると、
前記第１部材と前記第２部材を接合する際に、前記第１部材と前記第２部材の間にｄ×（ｔ／Ｓ）^３（ＭＰａ）以上の圧力を加えることを含む、請求項１に記載の接合体の製造方法。

【請求項3】

前記第１部材と前記第２部材を接合する際に、前記第１部材と前記第２部材の間にｄ×（ｔ／Ｓ）^３×４＋ｔ×２００（ＭＰａ）以下の圧力を加えることを含む、請求項２に記載の接合体の製造方法。

【請求項4】

前記第１部材の接合面の表面粗さをＲａ１（ｎｍ）とし、前記第２部材の接合面の表面粗さをＲａ２（ｎｍ）とすると、
Ｒａ１とＲａ２の少なくとも１つが０．５ｎｍを超える場合、前記圧力はｄ×（ｔ／Ｓ）^３×４＋（Ｒａ１＋Ｒａ２）×１５（ＭＰａ）以上である、請求項２又は３に記載の接合体の製造方法。

【請求項5】

前記第１部材と前記第２部材の各々の接合面の表面形状を測定することで前記空隙の最大厚みｄを測定することと、前記空隙の最大厚みｄに基づき前記圧力を設定することと、を含む、請求項２又は３に記載の接合体の製造方法。

【請求項6】

前記第１部材の接合面のうち、少なくとも前記第２部材と重なり合う領域は凹曲面であり、
前記第２部材の接合面のうち、少なくとも前記第１部材と重なり合う領域は凸曲面である、請求項１～３のいずれか１項に記載の接合体の製造方法。

【請求項7】

前記第１部材と前記第２部材の接合前に、前記第１部材の接合面とは反対向きの非接合面には半導体層が形成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の接合体の製造方法。

【請求項8】

前記第１部材と前記半導体層とは、発光素子を構成する、請求項７に記載の接合体の製造方法。

【請求項9】

前記発光素子は、紫外線発光素子である、請求項８に記載の接合体の製造方法。

【請求項10】

前記第２部材は、レンズである、請求項８に記載の接合体の製造方法。

【請求項11】

前記レンズは、ＳｉＯ_２含有量が７０ｍｏｌ％以下のガラスである、請求項１０に記載の接合体の製造方法。

【請求項12】

前記第１部材と前記第２部材を接合する前に、前記第１部材の接合面に第１酸化シリコン膜を形成することを含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の接合体の製造方法。

【請求項13】

前記第１部材と前記第２部材を接合する前に、前記第２部材の接合面に第２酸化シリコン膜を形成することを含み、
前記第２部材は、ＳｉＯ_２含有量が７０ｍｏｌ％以下のガラスである、請求項１～３のいずれか１項に記載の接合体の製造方法。

【請求項14】

請求項１～３のいずれか１項に記載の製造方法で接合体を製造することを含む、発光装置の製造方法。

【請求項15】

レンズと、前記レンズと接合された発光素子と、実装用の基板と、前記発光素子と前記実装用の基板とを接合するはんだバンプと、を備え、
前記はんだバンプの厚みが、前記はんだバンプの幅の９０％以下である、発光装置。

【請求項16】

レンズと、前記レンズと接合された発光素子と、実装用の基板と、前記発光素子と前記実装用の基板とを接合するはんだバンプと、を備え、
前記実装用の基板に対して前記発光素子が０．５°～１°傾いている、発光装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、接合体の製造方法、発光装置の製造方法、及び発光装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、２つの基板を接合する接合方法が開示されている。その接合方法は、２つの基板それぞれの互いに接合される接合面の少なくとも一方を親水化することと、親水化の後で２つの基板を接合することと、を含む。親水化することは、酸素ガスを用いた反応性イオンエッチングと、窒素ガスを用いた反応性イオンエッチングと、窒素ラジカルの照射と、を含む。

【0003】

特許文献２には、２つの基板を接合する接合方法が開示されている。その接合方法は、一対の基板の両方又はいずれか一方の接合面に金属酸化物の薄膜を形成することと、その薄膜を介して基板の接合面を互いに接触させて、貼り合わせることと、を含む。基板は、ＳｉＯ_２を含むガラス、強化ガラス等である。薄膜として、実施例では酸化アルミニウム膜が用いられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２０１８／０８４２８５号

【特許文献2】国際公開第２０１９／１３１４９０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

サファイア基板又は窒化アルミニウム基板からなる第１部材の接合面と、第２部材の接合面とを向かい合わせて第１部材と第２部材を接合することがあるが、接合不良が生じうる。

【0006】

本開示の一態様は、接合不良を抑制する、技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様に係る接合体の製造方法は、サファイア基板又は窒化アルミニウム基板からなる第１部材の接合面と、第２部材の接合面とを向かい合わせて前記第１部材と前記第２部材を接合することを含み、前記第１部材と前記第２部材を接合する際に、前記第１部材と前記第２部材の間に圧力を加えることを含む。

【発明の効果】

【0008】

本開示の一態様によれば、接合する際に圧力を加えることで、接合不良を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、接合前の第１部材と第２部材の一例を示す断面図である。

【図2】図２は、接合後の第１部材と第２部材の一例を示す断面図である。

【図3】図３は、一実施形態に係る接合体の製造方法を示すフローチャートである。

【図4】図４は、無加圧下での第１部材の反りの一例を示す断面図である。

【図5】図５は、接合時の加圧による第１部材の変形の一例を示す断面図である。

【図6】図６は、無加圧下での接合面の表面粗さの一例を示す断面図である。

【図7】図７は、接合面が凸曲面である第２部材の一例を示す断面図である。

【図8】図８は、接合体を含む発光装置の一例を示す断面図である。

【図9】図９は、第１変形例に係る発光装置の断面図である。

【図10】図１０は、第２変形例に係る発光装置の断面図である。

【図11】図１１は、はんだバンプのつぶれの一例を示す断面図である。

【図12】図１２は、基板に対する発光素子の傾きの一例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面において同一の又は対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略することがある。明細書中、数値範囲を示す「～」は、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含むことを意味する。本明細書において、表面粗さとは、原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＡＦＭ）で、一辺２μｍの正方形の区画を測定した際の算術平均粗さＲａのことである。

【0011】

図１～図３を参照して、一実施形態に係る接合体１の製造方法について説明する。接合体１の製造方法は、図１及び図２に示すように第１部材２１の接合面２１ａと第２部材３１の接合面３１ａを向かい合わせて第１部材２１と第２部材３１を接合することを含む。第１部材２１と第２部材３１は、詳しくは後述するが、有機接着剤を介することなく接合される。

【0012】

第１部材２１は、サファイア基板又は窒化アルミニウム基板からなる。なお、本明細書中に記載に窒化アルミニウム基板とは、窒化アルミニウム単結晶からなる基板である。第１部材２１は、第２部材３１に対向する接合面２１ａと、接合面２１ａとは反対向きの非接合面２１ｂと、を有する。非接合面２１ｂには、半導体層２２が形成されてもよい。半導体層２２は、例えば第１部材２１と第２部材３１の接合前に形成される。第１部材２１と半導体層２２は、発光素子２を構成する。発光素子２は、さらに電極を有してもよい。発光素子２は、実装用の基板にはんだバンプを介して接合されていてもよい。ここで実装用の基板とは、例えば、窒化アルミニウム焼結体、酸化アルミニウム焼結体、又はＬＴＣＣ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ－ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）などのセラミックス材料に、電極が形成された基板である。実装用の基板の形状は、例えば、板状、箱状である。

【0013】

第１部材２１は、上記の通り、発光素子２の一部であってもよい。発光素子２は、例えば紫外線発光素子である。紫外線は、ＵＶＣ（波長２００ｎｍ～２８０ｎｍ）、ＵＶＢ（波長２８０ｎｍ～３１５ｎｍ）、及びＵＶＡ（波長３１５ｎｍ～４００ｎｍ）のいずれでもよい。なお、発光素子２は、可視光線発光素子、又は赤外線発光素子であってもよい。

【0014】

なお、第１部材２１は、発光素子２の一部には限定されない。第１部材２１は、サファイア基板、又は窒化アルミニウム基板からなるものであればよい。サファイア基板、又は窒化アルミニウム基板は、発光素子２以外の半導体素子の一部であってもよく、例えば受光素子の一部であってもよい。

【0015】

第１部材２１の板厚ｔは、例えば０．０５ｍｍ～２ｍｍである。第１部材２１の板厚ｔが２ｍｍ以下であれば、無加圧で第１部材２１が反りを有する場合に、その反りが無くなるように第１部材２１を弾性変形させることが可能である。第１部材２１の板厚ｔは、好ましくは１ｍｍ以下である。

【0016】

第１部材２１の接合面２１ａの表面粗さＲａ１は、例えば０．０１ｎｍ～１ｎｍである。表面粗さＲａ１が１ｎｍ以下であれば、微小なボイドの発生を抑制できる。表面粗さＲａ１は、好ましくは０．５ｎｍ以下である。

【0017】

第２部材３１は、特に限定されないが、例えばレンズである。発光素子２の発した光は、レンズを介して外部に取り出される。レンズを発光素子２に取り付けることで、光の全反射を抑制でき、光の取り出し効率を向上できる。レンズは、球面レンズでも非球面レンズでもよいが、光の取り出し効率の観点から球面レンズが好ましい。

【0018】

第２部材３１は、第１部材２１に対向する接合面３１ａと、接合面３１ａとは反対向きの非接合面３１ｂと、を有する。第２部材３１が平凸レンズである場合、接合面３１ａが平面であるのに対し、非接合面３１ｂが凸曲面である。凸曲面は、中央が周縁よりも突出するドーム状の曲面である。なお、詳しくは後述するが、接合面３１ａも、非接合面３１ｂと同様に、凸曲面であってもよい。

【0019】

なお、第２部材３１は、レンズには限定されない。第２部材３１は、例えば、プリズム、又は板であってもよい。

【0020】

第２部材３１の材質は、例えばソーダライムガラス、無アルカリガラス、化学強化ガラス、又はホウ酸ランタン系ガラスなどである。化学強化ガラスは、ディスプレイのカバーガラスなどに用いられる。ホウ酸ランタン系ガラスは、レンズ又はプリズムなどに用いられる。

【0021】

第２部材３１の最大厚みは、例えば、第１部材２１の板厚ｔに比べて厚い。第２部材３１の最大厚みは、第２部材３１の接合面３１ａに対して垂直な方向に計測する。第２部材３１の曲げ剛性は第１部材２１の曲げ剛性よりも高く、第２部材３１は第１部材２１に比べて弾性変形し難い。

【0022】

第２部材３１の接合面３１ａの表面粗さＲａ２は、例えば０．０１ｎｍ～１ｎｍである。表面粗さＲａ２が１ｎｍ以下であれば、微小なボイドの発生を抑制できる。表面粗さＲａ２は、好ましくは０．５ｎｍ以下である。

【0023】

第２部材３１の接合面３１ａの面積は、例えば、第１部材２１の接合面２１ａの面積よりも大きい。接合面３１ａの周縁は、接合面２１ａの周縁の外に配置される。この場合、図２に示すように、第１部材２１と第２部材３１の重なり合う領域Ａの面積Ｓ（ｍｍ^２）は、第１部材２１の接合面２１ａの面積に等しい。面積Ｓは、接合体１の用途に応じて選択されるが、例えば０．１ｍｍ^２～１０ｍｍ^２である。

【0024】

接合体１の製造方法は、例えばシーケンシャルプラズマ法を用いることを含む。シーケンシャルプラズマ法は、例えば、酸素ガスを用いた反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ；ＲＩＥ）と、窒素ガスを用いた反応性イオンエッチングと、窒素ラジカルの照射と、を含む。

【0025】

以下、酸素ガスを用いた反応性イオンエッチングを、「酸素ＲＩＥ」とも表記する。また、窒素ガスを用いた反応性イオンエッチングを、「窒素ＲＩＥ」とも表記する。なお、シーケンシャルプラズマ法は、窒素ＲＩＥと、窒素ラジカルの照射と、を含めばよく、酸素ＲＩＥを含まなくてもよい。

【0026】

シーケンシャルプラズマ法は、接合面を改質する。改質した接合面が水蒸気又は水などに接触し、親水基であるＯＨ基が接合面に生成される。その後、接合時にＯＨ基同士の水素結合が生じ、高い接合強度が得られる。接合の後、アニール処理が実施されてもよい。アニール処理によって、水素結合が共有結合に変わり、より高い接合強度が得られる。

【0027】

本発明者は、実験によって、ＳｉＯ_２含有量が１００ｍｏｌ％の部材（石英、又は石英ガラス）の接合面をシーケンシャルプラズマ法で改質した場合に、酸素ＲＩＥのみを用いて改質した場合に比べて、高い接合強度が得られることを確認した。

【0028】

但し、ＳｉＯ_２含有量が７０ｍｏｌ％以下の部材の接合面を、シーケンシャルプラズマ法を用いて改質した場合、酸素ＲＩＥのみを用いて改質した場合と比べて、同程度の接合強度しか得られなかった。

【0029】

本発明者は、更に実験を行い、互いに接合される２つの部材の少なくとも一方がＳｉＯ_２含有量の低い部材である場合に、その部材の接合面に酸化シリコン膜を形成しておけば、シーケンシャルプラズマ法で接合強度を改善できることを見出した。

【0030】

表面改質前の酸化シリコン膜は、石英又は石英ガラスと同様に、酸素とケイ素以外の不純物をほぼ含まない。それゆえ、酸化シリコン膜の接合面をシーケンシャルプラズマ法で改質すれば、石英ガラスの接合面をシーケンシャルプラズマ法で改質する場合と同程度に、高い接合強度が得られる。

【0031】

第１部材２１は、上記の通り、サファイア基板又は窒化アルミニウム基板であり、ＳｉＯ_２をほとんど含まない。サファイア基板又は窒化アルミニウム基板の接合面に第１酸化シリコン膜２３を形成しておけば、シーケンシャルプラズマ法を用いて接合強度を改善できる。

【0032】

第２部材３１は、上記の通り、例えばソーダライムガラス、無アルカリガラス、化学強化ガラス、又はホウ酸ランタン系ガラスなどである。これらのガラスのＳｉＯ_２含有量は７０ｍｏｌ％以下である。これらのガラスの接合面に第２酸化シリコン膜３３を形成しておけば、シーケンシャルプラズマ法で接合強度を改善できる。

【0033】

なお、第２部材３１が石英ガラス又は石英である場合、第２酸化シリコン膜３３は不要である。この場合、第２部材３１の接合面３１ａを、シーケンシャルプラズマ法を用いて改質すれば、酸素ＲＩＥのみを用いて改質した場合に比べて、高い接合強度が得られる。

【0034】

接合体１の製造方法は、例えば図３に示すように、酸化シリコン膜の成膜（ステップＳ１）と、酸素ＲＩＥ（ステップＳ２）と、窒素ＲＩＥ（ステップＳ３）と、窒素ラジカルの照射（ステップＳ４）と、水分子の供給（ステップＳ５）と、接合（ステップＳ６）と、アニール（ステップＳ７）とを含む。

【0035】

ステップＳ１は、第１部材２１の接合面２１ａに、第１酸化シリコン膜２３を成膜することを含む。また、ステップＳ１は、第２部材３１の接合面３１ａに、第２酸化シリコン膜３３を成膜することを含む。第１酸化シリコン膜２３と、第２酸化シリコン膜３３とは、同時に成膜されてもよいし、順番に成膜されてもよい。

【0036】

第１酸化シリコン膜２３と第２酸化シリコン膜３３は、同様に構成される。そこで、以下、代表的に、第１酸化シリコン膜２３について説明し、第２酸化シリコン膜３３の説明を省略する。

【0037】

第１酸化シリコン膜２３は、例えばＳｉＯ_２膜である。第１酸化シリコン膜２３は、化学量論組成のものには限定されない。つまり、第１酸化シリコン膜２３は、ケイ素と酸素のモル比が１：２のものには限定されない。

【0038】

第１酸化シリコン膜２３の成膜方法は、例えばスパッタ法である。スパッタ法は、反応性スパッタ法でもよい。反応性スパッタ法は、金属のターゲットと、希ガス等の不活性ガスと反応性ガス（例えば酸素ガス）との混合ガスを使用し、金属酸化物を対象基板上に形成する。スパッタ法は、金属酸化物のターゲットを使用してもよい。

【0039】

なお、第１酸化シリコン膜２３の成膜方法は、スパッタ法には限定されず、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、蒸着法、又はＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などであってもよい。

【0040】

第１酸化シリコン膜２３の膜厚は、例えば１ｎｍ～１００ｎｍである。第１酸化シリコン膜２３の膜厚が１ｎｍ以上であれば、シーケンシャルプラズマ法の改質効果が得られる。第１酸化シリコン膜２３の膜厚が１００ｎｍ以下であれば、第１酸化シリコン膜２３の膜厚が発光素子２の光の波長よりも短いので、第１部材２１と第１酸化シリコン膜２３の間の屈折率差による光の反射がほとんど生じない。

【0041】

第１酸化シリコン膜２３の膜厚は、好ましくは７５ｎｍ以下であり、より好ましくは５０ｎｍ以下であり、更に好ましくは３０ｎｍ以下であり、更にまた好ましくは２０ｎｍ以下であり、特に好ましくは１０ｎｍ以下であり、更に特に好ましくは５ｎｍ以下である。第１酸化シリコン膜２３の膜厚は薄いので、第１酸化シリコン膜２３の接合面２３ａの表面粗さは、第１部材２１の接合面２１ａの表面粗さＲａ１と同程度になる。

【0042】

ステップＳ２は、第１酸化シリコン膜２３の接合面２３ａに対して、酸素ＲＩＥを施すことを含む。また、ステップＳ２は、第２酸化シリコン膜３３の接合面３３ａに対して、酸素ＲＩＥを施すことを含む。酸素ＲＩＥは、例えば処理容器内のステージに部材を保持することと、処理容器内の残留ガスを排出することと、処理容器内に酸素ガスを導入することと、ステージに保持された部材に対して高周波バイアスを印加することと、を含む。高周波バイアスの周波数は、例えば１３．５６ＭＨｚである。高周波バイアスの印加によって、酸化シリコン膜の接合面の近傍にシース領域が発生する。シース領域は、酸素イオンが酸化シリコン膜の接合面に繰り返し衝突する領域である。酸素イオンの衝突によって、酸化シリコン膜の接合面がエッチングされる。酸素ガスと希ガスの混合ガスが、処理容器内に導入されてもよい。

【0043】

ステップＳ３は、第１酸化シリコン膜２３の接合面２３ａに対して、窒素ＲＩＥを施すことを含む。また、ステップＳ３は、第２酸化シリコン膜３３の接合面３３ａに対して、窒素ＲＩＥを施すことを含む。窒素ＲＩＥは、例えば処理容器内のステージに部材を保持することと、処理容器内の残留ガスを排出することと、処理容器内に窒素ガスを導入することと、ステージに保持された部材に対して高周波バイアスを印加することと、を含む。高周波バイアスの周波数は、例えば１３．５６ＭＨｚである。高周波バイアスの印加によって、酸化シリコン膜の接合面の近傍にシース領域が発生する。シース領域は、窒素イオンが酸化シリコン膜の接合面に繰り返し衝突する領域である。窒素イオンの衝突によって、酸化シリコン膜の接合面がエッチングされる。窒素ガスと希ガスの混合ガスが、処理容器内に導入されてもよい。

【0044】

ステップＳ４は、第１酸化シリコン膜２３の接合面２３ａに対して、窒素ラジカルを照射することを含む。また、ステップＳ４は、第２酸化シリコン膜３３の接合面３３ａに対して、窒素ラジカルを照射することを含む。窒素ラジカルの照射は、例えば処理容器内のステージに部材を保持することと、処理容器内の残留ガスを排出することと、処理容器内に窒素ガスを導入することと、マイクロ波等で窒素ガスをプラズマ化することと、を含む。マイクロ波の周波数は、例えば２．４５ＧＨｚである。プラズマは、マイクロ波プラズマには限定されず、容量結合プラズマ、又は誘導結合プラズマ等であってもよい。窒素ラジカルが生成されればよい。窒素ラジカルの照射によって、ＯＨ基の付着するサイトが形成される。なお、ＯＨ基の付着するサイトは、酸素ＲＩＥ、及び窒素ＲＩＥでも形成される。

【0045】

ステップＳ５は、第１酸化シリコン膜２３の接合面２３ａに対して、水分子を供給することを含む。また、ステップＳ５は、第２酸化シリコン膜３３の接合面３３ａに対して、水分子を供給することを含む。水分子の供給は、例えば処理容器から部材を取り出すことと、取り出した部材を大気に晒すことと、を含む。大気中の水分子によって、ＯＨ基が酸化シリコン膜の接合面に形成される。なお、水分子の供給は、処理容器の内部で実施されてもよい。例えば、処理容器内に水蒸気ガスを導入することで水分子を供給できる。水分子は、気体でも液体でもよい。

【0046】

なお、第１酸化シリコン膜２３の改質（ステップＳ２～Ｓ５）と、第２酸化シリコン膜３３の改質（ステップＳ２～Ｓ５）とは、接合（ステップＳ６）の前に実施されればよく、同時に実施されてもよいし、別々に実施されてもよい。

【0047】

ステップＳ６は、第１部材２１と第２部材３１を接合し、接合体１を得ることを含む。第１部材２１と第２部材３１の接合は、大気圧下で行われてもよく、減圧雰囲気下で行われてもよい。ボイドの生成を抑制すべく、減圧雰囲気下で実施されることが好ましい。第１酸化シリコン膜２３の接合面２３ａと第２酸化シリコン膜３３の接合面３３ａには予めＯＨ基が形成されているので、ＯＨ基同士の水素結合が生じ、高い接合強度が得られる。ステップＳ６は、第１部材２１と第２部材３１を押し付け合わせるように、加圧することを含んでもよい。また、ステップＳ６は、加圧中に同時に加熱することを含んでもよい。加圧中に同時に加熱を行う場合には、ステップＳ７を省略することが出来る。

【0048】

ステップＳ７は、接合体１を加熱し、アニールすることを含む。水素結合が共有結合に変わり、より高い接合強度が得られる。接合体１の加熱温度は、例えば１２０℃～２００℃である。また、接合体１の加熱時間は、例えば１０分～７時間である。アニールは、接合強度を向上するだけではなく、接合面同士の接触面積を増大し、ボイドを低減しうる。

【0049】

第１部材２１と第２部材３１は、第１酸化シリコン膜２３と第２酸化シリコン膜３３を介して接合される。第１酸化シリコン膜２３と第２酸化シリコン膜３３の合計の膜厚は発光素子２の光の波長よりも小さく、仮に第１部材２１と第１酸化シリコン膜２３の間、又は第２部材３１と第２酸化シリコン膜３３の間で屈折率差があった場合でも、これらの間で光がほとんど反射しない。

【0050】

なお、接合体１の製造方法は、シーケンシャルプラズマ法を用いるものには限定されず、例えば、高速イオンビーム若しくは高速原子ビームを用いた表面活性化接合法、又は原子拡散接合法を用いることが出来る。接合体１の製造方法は、少なくともステップＳ６を含めばよく、その他のステップＳ１～Ｓ５及びＳ７を含まなくてもよい。また、接合体１の製造方法は、ステップＳ１～Ｓ７以外のステップを更に含んでもよい。

【0051】

次に、図４を参照して、無加圧下での第１部材２１の反りの一例について説明する。図４において、ｄ（ｄ＞０）（ｎｍ）は、無加圧で第１部材２１と第２部材３１を重ね合わせたときに、第１部材２１と第２部材３１の間に形成される空隙５の最大厚みである。なお、第１酸化シリコン膜２３及び第２酸化シリコン膜３３が存在する場合、空隙５は第１酸化シリコン膜２３と第２酸化シリコン膜３３の間に形成される。また、図４において、Ａは、第１部材２１と第２部材３１の重なり合う領域である。

【0052】

第１部材２１は、反りを有することがある。反りは、例えば半導体層２２の形成によって生じる。第１部材２１の接合面２１ａは、図４では凹曲面であるが、鞍状の曲面又は凸曲面であってもよい。凹曲面とは、中央が周縁よりも凹むボウル状の曲面である。第１部材２１の反りが大きいほど、空隙５の最大厚みｄが大きい。

【0053】

空隙５の最大厚みｄは、第１部材２１と第２部材３１の各々の接合面２１ａ、３１ａの表面形状を測定することで得られる。表面形状の測定には、例えば白色干渉計（例えば、ザイゴコーポレーション 表面粗さ・形状測定機 Ｎｅｗ Ｖｉｅｗ７３００）が用いられる。なお、表面形状の測定は、少なくとも領域Ａで行えば足りる。

【0054】

接合体１の製造方法は、接合（ステップＳ６）の際に、第１部材２１と第２部材３１の間に圧力Ｐを加えることを含む。圧力Ｐは、領域Ａに実効的に印加される圧力を示しており、第１部材２１と第２部材３１に加えた荷重Ｆを、領域Ａの面積Ｓで除すことで計算される。圧力Ｐ（ＭＰａ）は、空隙５の最大厚みｄ（ｎｍ）に基づき設定される。具体的には、例えば、圧力Ｐは、ｄ×（ｔ／Ｓ）^３（ＭＰａ）以上、ｄ×（ｔ／Ｓ）^３×４＋ｔ×２００（ＭＰａ）以下の範囲で設定される。

【0055】

ここで、ｄは空隙５の最大厚み（ｎｍ）であり、ｔは第１部材２１の板厚（ｍｍ）であり、Ｓは第１部材２１と第２部材３１の重なり合う領域Ａの面積（ｍｍ^２）である。ｄは、例えば５ｎｍ～８００ｎｍであり、好ましくは５ｎｍ～６００ｎｍであり、より好ましくは５ｎｍ～４００ｎｍであり、特に好ましくは５ｎｍ～２００ｎｍである。ｔは、例えば０．０５ｍｍ～１ｍｍであり、好ましくは０．１ｍｍ～０．５ｍｍである。Ｓは、例えば０．１ｍｍ^２～１０ｍｍ^２であり、好ましくは０．５ｍｍ^２～５ｍｍ^２である。

【0056】

圧力Ｐがｄ×（ｔ／Ｓ）^３（ＭＰａ）以上であれば、図５に示すように、図４に示す空隙５を押し潰すことができ、接合不良を低減できる。圧力Ｐは、好ましくはｄ×（ｔ／Ｓ）^３×２（ＭＰａ）以上、より好ましくはｄ×（ｔ／Ｓ）^３×４（ＭＰａ）以上である。ちなみに、水平な円板（上面と下面の各々の面積：Ｓ、板厚：ｔ）の周縁を固定し、円板の下面の中心をｄｍｍ下方に変位させるべく、円板の上面全体を均一な圧力で押す場合、その圧力はｄ×（ｔ／Ｓ）^３に比例する。

【0057】

圧力Ｐがｄ×（ｔ／Ｓ）^３×４＋ｔ×２００（ＭＰａ）以下であれば、過剰な圧力の発生を抑制でき、第１部材２１又は半導体層２２の破損を抑制できる。本実施形態によれば、空隙５の最大厚みｄに基づき圧力Ｐの上限値を設定するので、空隙５を押し潰すのに要する圧力を遥かに超える無駄な圧力の発生を抑制できる。

【0058】

図６に示すように、第１部材２１の接合面２１ａ又は第２部材３１の接合面３１ａが粗い場合、第１部材２１と第２部材３１との間に、微細な凹凸に起因する空隙６が生じうる。空隙６は、第１部材２１の接合面２１ａの表面粗さＲａ１と、第２部材の接合面３１ａの表面粗さＲａ２の少なくとも１つが０．５ｎｍを超える場合に顕著である。

【0059】

そこで、表面粗さＲａ１、Ｒａ２の少なくとも１つが０．５ｎｍを超える場合に、圧力Ｐがｄ×（ｔ／Ｓ）^３×４＋（Ｒａ１＋Ｒａ２）×１５（ＭＰａ）以上であってもよい。これにより、反りに起因する空隙５のみならず、微細な凹凸に起因する空隙６をも押し潰すことができ、接合不良をより低減できる。なお、Ｒａ１とＲａ２の測定は、少なくとも領域Ａ内の異なる３点の測定を行い、それらの平均値をとることで行えば足りる。Ｒａ１とＲａ２は、各々、例えば０．０１ｎｍ～１ｎｍである。

【0060】

図７に示すように、第１部材２１の接合面２１ａのうち、少なくとも第２部材３１と重なり合う領域Ａが凹曲面である場合、第２部材３１の接合面３１ａのうち、少なくとも第１部材２１と重なり合う領域Ａが凸曲面であることが好ましい。凸曲面は、例えば研磨圧力分布の制御、又は局所加工などによって形成可能である。凹曲面と凸曲面を組み合わせることで、空隙５の最大厚みｄを小さくでき、圧力Ｐを低減できる。

【0061】

第１部材２１の接合面２１ａに含まれる凹曲面の高低差は、例えば１０ｎｍ～１０００ｎｍである。第２部材３１の接合面３１ａに含まれる凸曲面の高低差は、例えば１０ｎｍ～１０００ｎｍである。第１部材２１の接合面２１ａに含まれる凹曲面の高低差と、第２部材３１の接合面３１ａに含まれる凸曲面の高低差とは、どちらが大きくてもよいし、どちらも同じでもよい。

【0062】

図８～図１０に示すように、発光装置１００は、接合体１と、接合体１を収容する容器１０１と、を備える。接合体１は、発光素子２と、レンズ３１とを有する。レンズ３１の代わりにプリズムなどが用いられてもよく、接合体１は発光素子２と光学部材を有すればよい。容器１０１は、例えば図８に示すように、基板１０２と、カバー１０３と、を有する。基板１０２の表面１０２ａには、接合体１を収容する凹部１０４が形成されている。凹部１０４の内底面に、発光素子２が固定される。発光素子２は、ダイボンディングなどの公知の方法で固定される。発光素子２とレンズ３１が接合された後に、発光素子２が基板１０２に固定されるが、その順番は逆でも良く、発光素子２が基板１０２に固定された後に発光素子２とレンズ３１が接合されてもよい。

【0063】

接合体１は、レンズ３１をカバー１０３に向けて固定される。カバー１０３は、発光素子２から出射する光を透過する材料で形成される。発光素子２から出射する光は、レンズ３１とカバー１０３をこの順番で透過する。カバー１０３は、平板状であり、基板１０２の表面１０２ａに接着される。

【0064】

カバー１０３は、発光素子２から出射する光を透過する材料で形成される。かかる材料としては、例えば石英、又は無機ガラスが挙げられる。カバー１０３と基板１０２とは、金属ハンダ、無機接着剤、又は有機接着剤で接着される。接着によって外界からの水分等の侵入を防ぎ、発光素子２の性能劣化を抑制できる。

【0065】

カバー１０３は、図８に示すように平板状であるが、図９に示すように箱型状でもよいし、図１０に示すようにドーム状であってもよい。カバー１０３が箱型状、又はドーム状である場合、レンズ３１から放射状に出射する光を効率良く外に取り出すことができる。ドーム状の場合、光の取り出し効率が特に良い。また、カバー１０３が箱型状、又はドーム状である場合、基板１０２の表面１０２ａに凹部１０４を形成しないので、基板１０２のコストを削減できる。

【0066】

図１１及び図１２に示すように、発光装置１００は、レンズ３１と、レンズ３１と接合された発光素子２と、実装用の基板１０２と、発光素子２と基板１０２を接合するはんだバンプ１０５と、を備える。レンズ３１と発光素子２とで接合体１が構成される。

【0067】

本明細書中に例示した方法により、圧力をかけて接合体１を製造することで、発光素子２の形態に変化が生じる。特に発光素子２がはんだバンプ１０５を介して基板１０２に取り付けられている状態で、圧力をかけて接合体１を製造すると、はんだバンプ１０５のつぶれ（図１１参照）又は基板１０２に対する発光素子２の傾き（図１２参照）が生じる。

【0068】

はんだバンプ１０５へ等方的に圧力がかかった場合には、はんだバンプ１０５のつぶれのみが発生するが、これは例えば光学顕微鏡による観察により確認することができ、はんだバンプ１０５の厚みＴがはんだバンプ１０５の幅Ｗの９０％以下であれば、はんだバンプ１０５がつぶれていると判断できる。はんだバンプ１０５の厚みＴは、基板１０２の発光素子２との対向面１０２ａに対して垂直な方向に測定する。はんだバンプ１０５の幅Ｗは、基板１０２の発光素子２との対向面１０２ａに対して平行な方向に測定する。はんだバンプ１０５の厚みＴは、はんだバンプ１０５の幅Ｗの１０％以上である。

【0069】

はんだバンプ１０５の形状が上記のようになっている場合、はんだバンプ１０５と発光素子２の接触面積、及びはんだバンプ１０５と基板１０２の電極の接触面が大きく、発光素子２と基板１０２間の抵抗値を低下できる。また、はんだバンプ１０５のサイズのバラつきを低減でき、均一性を確保できる。

【0070】

はんだバンプ１０５に等方的ではない圧力がかかった場合、つぶれと傾きが同時に発生する。はんだバンプ１０５の変形（つぶれ）は、接合前後で１０％以上である。基板１０２に対する発光素子２の傾きθは、例えば０．５°～１°である。傾きθは、光学顕微鏡で測定する。

【0071】

傾きθが０．５°～１°であることは、はんだバンプ１０５の少なくとも一部分の抵抗値が低下していることを意味している。従って、発光素子２の全体的な抵抗値を下げることができる。

【0072】

はんだバンプ１０５のつぶれ又は基板１０２に対する発光素子２の傾きが確認できる場合は、本発明の方法で製造しているといえる。

【0073】

はんだバンプ１０５を介して基板１０２と発光素子２を接合した後で発光素子２とレンズ３１を接合することは、発光素子２とレンズ３１を接合した後ではんだバンプ１０５を介して基板１０２と発光素子２を接合することに比較して容易である。

【実施例0074】

以下、実験データについて説明する。下記の例１～例５が実施例であり、下記の例６～例８が比較例である。例１～例８の接合条件及び評価結果を、表１～表２に示す。

【0075】

【表1】

【0076】

【表2】

【0077】

表１～表２において、「ガラス」は、ＳｉＯ_２含有量が７０ｍｏｌ％以下のホウ酸ランタン系ガラスである。「Ｐｍｉｎ１」は、Ｐｍｉｎ１＝ｄ×（ｔ／Ｓ）^３（ＭＰａ）の式から算出した値である。「Ｐｍａｘ１」は、Ｐｍａｘ１＝ｄ×（ｔ／Ｓ）^３×４＋ｔ×２００（ＭＰａ）の式から算出した値である。「Ｐｍｉｎ２」は、Ｐｍｉｎ２＝ｄ×（ｔ／Ｓ）^３×４＋（Ｒａ１＋Ｒａ２）×１５（ＭＰａ）の式から算出した値である。接合評価が「Ｏ．Ｋ．」であることは圧力の解除後、第１部材２１と第２部材３１が剥離しないことを意味し、接合評価が「Ｎ．Ｇ．」であることは圧力の解除後、第１部材２１と第２部材３１が剥離することを意味する。以下、例１～例８の接合条件及び評価結果について詳細に説明する。

【0078】

例１では、第１部材２１としてサファイア基板の切断片であるサファイアチップを用意し、第２部材３１としてサファイア基板を用意した。サファイアチップとサファイア基板の各々の接合面には、ＳｉＯ_２膜をスパッタ法で成膜した。各ＳｉＯ_２膜の接合面は、シーケンシャルプラズマ法で改質した。具体的には、酸素ＲＩＥと、窒素ＲＩＥと、窒素ラジカルの照射と、をこの順番で実施した後、大気に晒してＯＨ基を付着させた。酸素ＲＩＥの処理時間は１８０秒であり、窒素ＲＩＥの処理時間は１８０秒であり、酸素ラジカルの照射時間は１５秒であった。その後、改質した２つのＳｉＯ_２膜を介して、サファイアチップとサファイア基板を接合した。接合時の圧力Ｐは、１３ＭＰａであった。圧力印加は、２００℃で２時間行った。接合評価は「Ｏ．Ｋ．」であった。サファイアチップの破損は無かった。

【0079】

例２では、第１部材２１としてのサファイアチップの非接合面にＳｉＮ膜を成膜することでサファイアチップの接合面が凹曲面になるようにサファイアチップを反らせたこと、及び接合時の圧力Ｐを１７ＭＰａに設定したこと以外、例１と同様の接合条件で、サファイアチップとサファイア基板を接合した。圧力印加は、２００℃で２時間行った。接合評価は「Ｏ．Ｋ．」であった。サファイアチップの破損は無かった。

【0080】

例３では、第２部材３１として半球状のガラスレンズを用いたこと、ガラスレンズの接合面が凸曲面であること、及び接合時の圧力Ｐを６ＭＰａに設定したこと以外、例１と同様の接合条件で、サファイアチップとガラスレンズを接合した。圧力印加は、２００℃で２時間行った。接合評価は「Ｏ．Ｋ．」であった。サファイアチップの破損は無かった。ガラスレンズは、酸化物基準のｍｏｌ％表示で、ＳｉＯ_２を５．８％、Ｌａ_２Ｏ_３を１９％を含むホウケイ酸ガラスのものを用いた。

【0081】

例４では、紫外線発光素子を用意し、その一部であるサファイアチップを第１部材２１として用いたこと、接合時の圧力Ｐを７０ＭＰａに設定したこと以外、例３と同様の接合条件で、紫外線発光素子とガラスレンズを接合した。圧力印加は、２００℃で２時間行った。接合評価は「Ｏ．Ｋ．」であった。紫外線発光素子の破損は無かった。

【0082】

例５では、サファイアチップの板厚が０．４４ｍｍであったこと、接合時の圧力Ｐを３５ＭＰａに設定したこと以外、例４と同様の接合条件で、紫外線発光素子とガラスレンズを接合した。圧力印加は、２００℃で２時間行った。接合評価は「Ｏ．Ｋ．」であった。紫外線発光素子の破損は無かった。

【0083】

例６では、接合時の圧力Ｐを０Ｐａに設定したこと以外、例１と同様の接合条件で、サファイアチップとサファイア基板を接合した。圧力印加は、２００℃で２時間行った。接合評価は「Ｎ．Ｇ．」であった。サファイアチップの破損は無かった。

【0084】

例７では、接合時の圧力Ｐを２ＭＰａに設定したこと以外、例２と同様の接合条件で、サファイアチップとサファイア基板を接合した。圧力印加は、２００℃で２時間行った。接合評価は「Ｎ．Ｇ．」であった。サファイアチップの破損は無かった。

【0085】

例８では、接合時の圧力を２５Ｐａ（２５×１０^－６ＭＰａ）に設定したこと以外、例４と同様の接合条件で、紫外線発光素子とガラスレンズを接合した。圧力印加は、２００℃で２時間行った。接合評価は「Ｎ．Ｇ．」であった。紫外線発光素子の破損は無かった。

【0086】

上記実施形態に関し、以下の付記を開示する。
［付記１］
サファイア基板又は窒化アルミニウム基板からなる第１部材の接合面と、第２部材の接合面とを向かい合わせて前記第１部材と前記第２部材を接合することを含み、
前記第１部材と前記第２部材を接合する際に、前記第１部材と前記第２部材の間に圧力を加えることを含む、接合体の製造方法。
［付記２］
無加圧で前記第１部材と前記第２部材を重ね合わせたときに前記第１部材と前記第２部材の間に形成される空隙の最大厚みをｄ（ｄ＞０）（ｎｍ）とし、前記第１部材と前記第２部材の重なり合う領域の面積をＳ（ｍｍ^２）とし、前記第１部材の板厚をｔ（ｍｍ）とすると、
前記第１部材と前記第２部材を接合する際に、前記第１部材と前記第２部材の間にｄ×（ｔ／Ｓ）^３（ＭＰａ）以上の圧力を加えることを含む、付記１に記載の接合体の製造方法。
［付記３］
前記第１部材と前記第２部材を接合する際に、前記第１部材と前記第２部材の間にｄ×（ｔ／Ｓ）^３×４＋ｔ×２００（ＭＰａ）以下の圧力を加えることを含む、付記２に記載の接合体の製造方法。
［付記４］
前記第１部材の接合面の表面粗さをＲａ１（ｎｍ）とし、前記第２部材の接合面の表面粗さをＲａ２（ｎｍ）とすると、
Ｒａ１とＲａ２の少なくとも１つが０．５ｎｍを超える場合、前記圧力はｄ×（ｔ／Ｓ）^３×４＋（Ｒａ１＋Ｒａ２）×１５（ＭＰａ）以上である、付記２又は３に記載の接合体の製造方法。
［付記５］
前記第１部材と前記第２部材の各々の接合面の表面形状を測定することで前記空隙の最大厚みｄを測定することと、前記空隙の最大厚みｄに基づき前記圧力を設定することと、を含む、付記２～４のいずれか１項に記載の接合体の製造方法。
［付記６］
前記第１部材の接合面のうち、少なくとも前記第２部材と重なり合う領域は凹曲面であり、
前記第２部材の接合面のうち、少なくとも前記第１部材と重なり合う領域は凸曲面である、付記１～５のいずれか１項に記載の接合体の製造方法。
［付記７］
前記第１部材と前記第２部材の接合前に、前記第１部材の接合面とは反対向きの非接合面には半導体層が形成されている、付記１～６のいずれか１項に記載の接合体の製造方法。
［付記８］
前記第１部材と前記半導体層とは、発光素子を構成する、付記７に記載の接合体の製造方法。
［付記９］
前記発光素子は、紫外線発光素子である、付記８に記載の接合体の製造方法。
［付記１０］
前記第２部材は、レンズである、付記８又は９に記載の接合体の製造方法。
［付記１１］
前記レンズは、ＳｉＯ_２含有量が７０ｍｏｌ％以下のガラスである、付記１０に記載の接合体の製造方法。
［付記１２］
前記第１部材と前記第２部材を接合する前に、前記第１部材の接合面に第１酸化シリコン膜を形成することを含む、付記１～１１のいずれか１項に記載の接合体の製造方法。
［付記１３］
前記第１部材と前記第２部材を接合する前に、前記第２部材の接合面に第２酸化シリコン膜を形成することを含み、
前記第２部材は、ＳｉＯ_２含有量が７０ｍｏｌ％以下のガラスである、付記１～１２のいずれか１項に記載の接合体の製造方法。
［付記１４］
付記１～１３のいずれか１項に記載の製造方法で接合体を製造することを含む、発光装置の製造方法。
［付記１５］
レンズと、前記レンズと接合された発光素子と、実装用の基板と、前記発光素子と前記実装用の基板とを接合するはんだバンプと、を備え、
前記はんだバンプの厚みが、前記はんだバンプの幅の９０％以下である、発光装置。
［付記１６］
レンズと、前記レンズと接合された発光素子と、実装用の基板と、前記発光素子と前記実装用の基板とを接合するはんだバンプと、を備え、
前記実装用の基板に対して前記発光素子が０．５°～１°傾いている、発光装置。

【0087】

以上、本開示に係る接合体の製造方法、発光装置の製造方法、及び発光装置について説明したが、本開示は上記実施形態等に限定されない。特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更、修正、置換、付加、削除、及び組み合わせが可能である。それらについても当然に本開示の技術的範囲に属する。

【符号の説明】

【0088】

１ 接合体
２１ 第１部材
２１ａ 接合面
３１ 第２部材
３１ａ 接合面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】