特許 7008122 光半導体装置および光半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-01-12

(45)【発行日】2022-01-25

(54)【発明の名称】光半導体装置および光半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/48 20100101AFI20220118BHJP

   H01S 5/0222 20210101ALI20220118BHJP

   H01S 5/02257 20210101ALI20220118BHJP

   H01L 31/02 20060101ALI20220118BHJP

   H01L 23/02 20060101ALI20220118BHJP

   H01L 23/20 20060101ALI20220118BHJP

【ＦＩ】

H01L33/48

H01S5/0222

H01S5/02257

H01L31/02 B

H01L23/02 F

H01L23/20

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020212290

(22)【出願日】2020-12-22

【審査請求日】2021-07-14

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000226242

【氏名又は名称】日機装株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 真也

【審査官】小澤 尚由

(56)【参考文献】

【文献】登録実用新案第３００２８３３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０４－０２８２７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１３８３５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１３－５１６０７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０６７３７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０９４９２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－０２８２８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０４５９３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０８６９８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１０／０１０７２１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平３－７８２６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０１８５８８１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３３／００ － ３３／６４

Ｈ０１Ｓ ３／００ － ３／３０

Ｈ０１Ｓ ５／００ － ５／５０

Ｈ０１Ｌ ３１／０２

Ｈ０１Ｌ ２３／０２

Ｈ０１Ｌ ２３／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光半導体素子と、
前記光半導体素子が収容される光源室を区画し、前記光半導体素子の前面に開口が設けられる筐体と、
前記開口を塞ぐように設けられる窓部材と、
前記筐体に取り付けられ、前記窓部材を前記筐体との間に挟み込んで固定する窓固定部材と、
前記筐体と前記窓部材の間を封止するシール部材と、を備え、
前記筐体は、前記窓部材の厚み方向に前記窓固定部材と重なる本体部と、前記本体部から前記厚み方向と直交する方向に延在する延長部とを含み、
前記延長部は、前記厚み方向に開口し、前記光源室内の雰囲気ガスを交換するためのガス交換孔を有し、
前記光源室は、前記ガス交換孔を密閉することにより密閉可能である光半導体装置。

【請求項2】

前記光半導体素子と電気的に接続される外部コネクタをさらに備え、
前記外部コネクタは、前記延長部において前記厚み方向に貫通する取付孔に挿通される、請求項１に記載の光半導体装置。

【請求項3】

前記ガス交換孔は、前記筐体の前面側に配置され、前記外部コネクタは、前記筐体の背面側に配置される、請求項２に記載の光半導体装置。

【請求項4】

前記本体部は、前記光半導体素子を冷却するための放熱機構を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の光半導体装置。

【請求項5】

前記光源室内の雰囲気ガスの酸素濃度は、３０体積％以上である、請求項１から４のいずれか一項に記載の光半導体装置。

【請求項6】

前記光源室内の雰囲気ガスの水分濃度は、０．１体積％以下である、請求項１から５のいずれか一項に記載の光半導体装置。

【請求項7】

前記窓部材と前記窓固定部材の間を封止するシール部材をさらに備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の光半導体装置。

【請求項8】

光源室を区画する筐体に設けられる開口が光半導体素子の前面に位置するように前記光源室内に前記光半導体素子を収容するステップと、
前記開口を塞ぐ窓部材と、前記窓部材を前記筐体との間に挟み込んで固定する窓固定部材と、前記筐体と前記窓部材の間を封止するシール部材と、を用いて前記開口を密閉するステップと、
前記窓部材の厚み方向に前記窓固定部材と重なる前記筐体の本体部から前記厚み方向と直交する方向に延在する前記筐体の延長部において前記厚み方向に開口するように設けられるガス交換孔にノズルを挿入し、前記ノズルを通じて前記光源室内の雰囲気ガスを交換するステップと、
前記ガス交換孔を密閉するステップと、を備える光半導体装置の製造方法。

【請求項9】

前記ガス交換孔から前記光源室内に高圧の雰囲気ガスを導入し、前記ガス交換孔にて前記光源室内の雰囲気ガスの圧力を計測することにより、前記光源室の密閉性を確認するステップをさらに備える、請求項８に記載の光半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光半導体装置および光半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

光半導体素子は、外部環境から素子を保護するためのパッケージ内に収容される。窒化物半導体の場合、酸素を含む雰囲気ガス中に封止することで半導体層の劣化を抑制できることが知られている。パッケージ内に酸素を封入しつつ、パッケージと窓部材の間を接合する金属材料が接合時に酸化する影響を抑制する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－０９３１３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

光半導体素子の長寿命化を図るには、パッケージ内に高濃度（例えば２０％以上）の酸素を封入することが好ましい。しかしながら、パッケージ内に高濃度の酸素を封入しようとする場合、パッケージと窓部材の間を接合する金属材料の酸化防止が困難である。

【0005】

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、光半導体素子の長寿命化を実現する技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のある態様の光半導体装置は、光半導体素子と、光半導体素子が収容される光源室を区画し、光半導体素子の前面に開口が設けられる筐体と、開口を塞ぐように設けられる窓部材と、筐体に取り付けられ、窓部材を筐体との間に挟み込んで固定する窓固定部材と、筐体と窓部材の間を封止するシール部材と、を備える。光源室は、密閉可能である。

【0007】

本発明の別の態様は、光半導体装置の製造方法である。この方法は、光源室を区画する筐体に設けられる開口が光半導体素子の前面に位置するように光源室内に光半導体素子を収容するステップと、開口を塞ぐ窓部材と、窓部材を筐体との間に挟み込んで固定する窓固定部材と、筐体と窓部材の間を封止するシール部材と、を用いて開口を密閉するステップと、筐体に設けられるガス交換孔を通じて光源室内の雰囲気ガスを交換するステップと、ガス交換孔を密閉するステップと、を備える。

【0008】

本発明のある態様によれば、光半導体素子を長寿命化できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態に係る光半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。

【図2】図１の光半導体装置の構成を概略的に示す上面図である。

【図3】図１の光半導体装置の構成を概略的に示す下面図である。

【図4】雰囲気ガスに含まれる酸素濃度と光半導体素子の光出力変化の関係性を示すグラフである。

【図5】実施の形態に係る光半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、説明の理解を助けるため、各図面における各構成要素の寸法比は、必ずしも実際の寸法比と一致しない。

【0011】

図１は、実施の形態に係る光半導体装置１０の構成を概略的に示す図である。光半導体装置１０は、光半導体素子１２と、筐体１４と、窓部材１６と、窓固定部材１８と、第１シール部材２０とを備える。

【0012】

光半導体素子１２が収容される光源室２４は、筐体１４、窓部材１６、窓固定部材１８、第１シール部材２０によって密閉される。本実施の形態では、光源室２４をＯリングなどのシール部材で密閉することで、光源室２４内の雰囲気ガスとして高濃度（例えば２０％以上）の酸素を封入することが容易となる。光源室２４内に高濃度の酸素を封入することで、光半導体素子１２の使用に伴う性能低下を抑制でき、光半導体素子１２の長寿命化を実現できる。

【0013】

図面において、窓部材１６の厚み方向をｚ方向とし、ｚ方向と直交する方向をｘ方向およびｙ方向としている。ｚ方向の向きについて、光半導体素子１２から窓部材１６に向かう＋ｚ方向を前面側ということがあり、前面側とは反対側の－ｚ方向を背面側ということがある。また、筐体１４の本体部１４ａと延長部１４ｂが隣接する方向をｘ方向としている。本体部１４ａは、窓固定部材１８が取り付けられる部分であり、筐体１４と窓固定部材１８がｚ方向に重なる部分である。延長部１４ｂは、筐体１４と窓固定部材１８がｚ方向に重ならない部分である。

【0014】

光半導体素子１２は、窒化物半導体材料を含み、Ｉｎ_{１－ｘ－ｙ}Ａｌ_ｘＧａ_ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１、）の組成で表されるＧａＮ系半導体材料を含む。光半導体素子１２は、例えば、波長３６０ｎｍ以下の深紫外光を出力するよう構成されるＬＥＤ（Light Emitting Diode）チップである。光半導体素子１２は、バンドギャップが約３．４ｅＶ以上となる窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）から構成される活性層を含む。

【0015】

光半導体素子１２は、筐体１４によって区画される光源室２４に収容される。光半導体素子１２は、光半導体素子１２の前面に窓部材１６が位置するように配置される。光半導体素子１２の出力光は、筐体１４に設けられる第１開口２６と、窓部材１６と、窓固定部材１８に設けられる第２開口２８とを通じて光源室２４の外部に取り出される。光半導体素子１２は、基板３０上に設けられる。図示する例では、基板３０上に複数の光半導体素子１２が設けられる。複数の光半導体素子１２は、例えば、基板３０上に二次元アレイ状に配置される。光半導体素子１２は、基板３０上に一つだけ設けられてもよい。

【0016】

筐体１４は、第１部材３２と、第２部材３４とを含む。光源室２４は、第１部材３２と第２部材３４の間に区画される。第１部材３２および第２部材３４は、ステンレスやアルミニウムなどの金属材料から構成される。第１部材３２および第２部材３４の少なくとも一方は、樹脂材料から構成されてもよい。

【0017】

第１部材３２は、光半導体素子１２の前面側に配置され、第１開口２６を有する。第１開口２６は、円形開口である。第２部材３４は、光半導体素子１２の背面側に配置される。第２部材３４は、光半導体素子１２を冷却するための放熱機構３６を有する。放熱機構３６は、例えばヒートシンクを有する。放熱機構３６は、光源室２４の外部において空冷または水冷される。基板３０は、放熱機構３６の上面３８に取り付けられ、放熱機構３６と熱的に接続される。放熱機構３６の上面３８は、光源室２４内に露出する。

【0018】

窓部材１６は、筐体１４の第１開口２６を塞ぐように設けられる。窓部材１６は、筐体１４と窓固定部材１８の間に挟み込まれて固定される。窓部材１６は、円板形状の部材である。窓部材１６は、光半導体素子１２から出力される深紫外光を透過する材料から構成され、例えば、石英ガラス（ＳｉＯ_２）やサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）から構成される。

【0019】

窓固定部材１８は、筐体１４に取り付けられ、筐体１４と窓固定部材１８の間に窓部材１６を挟み込んで固定する。窓固定部材１８は、光半導体素子１２から出力される深紫外光が通過する第２開口２８を有する。第２開口２８は、円形開口であり、例えば、第１開口２６と同じ大きさである。窓固定部材１８は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などのフッ素樹脂材料から構成される。窓固定部材１８は、ステンレスやアルミニウムなどの金属材料から構成されてもよい。

【0020】

第１シール部材２０は、筐体１４と窓部材１６の間に設けられ、筐体１４と窓部材１６の間を封止する。第１シール部材２０は、例えばＯリングであり、フッ化ビニリデン系ゴム（ＦＫＭ）、テトラフルオロエチレン－プロピレン系ゴム（ＦＥＰＭ）、テトラフルオロエチレン－パープルオロビニルエーテル系ゴム（ＦＦＫＭ）といったフッ素ゴムから構成される。第１シール部材２０は、ゴムや金属材料から構成されるガスケットであってもよい。

【0021】

光半導体装置１０は、第２シール部材２２をさらに備えてもよい。第２シール部材２２は、窓部材１６と窓固定部材１８の間に設けられ、窓部材１６と窓固定部材１８の間を封止する。第２シール部材２２は、第１シール部材２０と同様、フッ素ゴムから構成されるＯリングであってもよいし、ゴムや金属材料から構成されるガスケットであってもよい。光半導体装置１０は、第２シール部材２２を備えなくてもよい。

【0022】

筐体１４は、本体部１４ａと、延長部１４ｂとを有する。本体部１４ａは、窓固定部材１８が取り付けられる部分であり、窓固定部材１８とｚ方向に重なる部分である。本体部１４ａには、第１開口２６および放熱機構３６が設けられる。延長部１４ｂは、窓固定部材１８とｚ方向に重ならない部分であり、本体部１４ａからｘ方向に延在する部分である。延長部１４ｂには、ガス交換孔４０および外部コネクタ４６が設けられる。

【0023】

ガス交換孔４０は、延長部１４ｂに設けられ、筐体１４の前面側に配置される。ガス交換孔４０は、第１部材３２を貫通して光源室２４の内部と外部を連通する。ガス交換孔４０は、ｚ方向に延在する。ガス交換孔４０は、窓部材１６および窓固定部材１８が筐体１４に取り付けられた状態のまま光源室２４内の雰囲気ガスを交換するために設けられる。ガス交換孔４０の入口には密閉栓４２が着脱可能に取り付けられる。ガス交換孔４０の入口に密閉栓４２を取り付けることで、ガス交換孔４０が塞がれて光源室２４が密閉される。密閉栓４２は、例えば雄ねじで構成され、ガス交換孔４０内面に形成されるねじ切り構造と係合する。筐体１４と密閉栓４２の間にはＯリングなどのシール部材４４が設けられる。

【0024】

光源室２４内の雰囲気ガスは、光半導体素子１２の劣化を抑制するために２０体積％以上の酸素を含み、好ましくは３０体積％以上の酸素を含む。光源室２４内の雰囲気ガスの酸素濃度は、４０～５０体積％程度であってもよい。光源室２４内の雰囲気ガスは、酸素以外に窒素や希ガスを含んでもよい。光源室２４内の雰囲気ガスは、光源室２４内での結露を防ぐため、乾燥気体で構成される。光源室２４内の雰囲気ガスの水分濃度は、０．１体積％以下であり、好ましくは１０ｐｐｍ以下または１ｐｐｍ以下である。光源室２４内の雰囲気ガスは、実質的に酸素と窒素のみを含んでもよい。光源室２４内には、雰囲気ガス中の水分を吸着するためのゼオライトなどの乾燥剤（不図示）が設けられてもよい。

【0025】

外部コネクタ４６は、延長部１４ｂに設けられ、筐体１４の背面側に配置される。外部コネクタ４６は、第２部材３４を貫通する取付孔４８に挿通される。外部コネクタ４６は、光半導体素子１２に制御信号や駆動電流を供給するための電気コネクタである。外部コネクタ４６は、光源室２４の外部に露出する外部端子を有する。外部コネクタ４６は、接続ケーブル５２、内部コネクタ５４および基板３０を介して光半導体素子１２と電気的に接続される。内部コネクタ５４は、例えば基板３０上に設けられる。接続ケーブル５２は、光源室２４内に設けられ、外部コネクタ４６と内部コネクタ５４の間を電気的に接続する。

【0026】

窓固定部材１８は、第１締結部材５６によって筐体１４に固定される。第１部材３２および第２部材３４は、第１締結部材５６および第２締結部材５８によって固定される。第１締結部材５６および第２締結部材５８は、ねじやボルトなどである。第１締結部材５６は、本体部１４ａに設けられ、第１部材３２、第２部材３４および窓固定部材１８を固定する。第２締結部材５８は、延長部１４ｂに設けられ、第１部材３２および第２部材３４を固定する。

【0027】

図２は、図１の光半導体装置１０の構成を概略的に示す上面図であり、光半導体装置１０の前面側の構成を示す。図１は、図２のＡ－Ａ線断面を示す。窓固定部材１８は、図２の平面視において、四隅が隅切りまたは面取りされた矩形の外形を有する。第２開口２８は、円形開口であり、窓固定部材１８の中央に設けられる。複数の光半導体素子１２は、第２開口２８と重なる領域内に二次元アレイ状に配置されている。図２の例では、複数の光半導体素子１２が三角格子状に配置されている。

【0028】

本体部１４ａは、窓固定部材１８と同様、四隅が隅切りまたは面取りされた矩形の外形を有する。延長部１４ｂは、本体部１４ａおよび窓固定部材１８からｘ方向に突出している。延長部１４ｂは、図２の平面視において、角部が面取りされた矩形の外径を有する。延長部１４ｂには密閉栓４２が取り付けられている。

【0029】

図３は、図１の光半導体装置１０の構成を概略的に示す下面図であり、光半導体装置１０の背面側の構成を示す。本体部１４ａの四隅などには第１締結部材５６が取り付けられる。延長部１４ｂには第２締結部材５８が取り付けられる。本体部１４ａの中央には放熱機構３６が設けられる。延長部１４ｂの中央には外部コネクタ４６が設けられる。

【0030】

図４は、雰囲気ガスに含まれる酸素濃度と光半導体素子１２の光出力の時間変化の関係性を示すグラフである。グラフの縦軸は、光半導体素子１２の光出力の変化割合を示し、点灯開始時の光出力を基準としている。グラフの横軸は、光半導体素子１２の点灯時間である。グラフの各曲線Ｂ～Ｇは、光半導体素子１２の雰囲気ガスに含まれる酸素濃度の体積割合を０％～５０％の範囲で異ならせている。雰囲気ガスには酸素以外に実質的に窒素のみが含まれる。

【0031】

図４のグラフに示されるように、雰囲気ガスに含まれる酸素濃度が高いほど、光半導体素子１２の光出力の低下速度が遅いことが分かる。酸素濃度０％の曲線Ｂでは、グラフの右端まで経過したときに光出力が約２４％低下している。同じ経過時間を基準とすると、酸素濃度１０％の曲線Ｃでは光出力が約１９％低下し、酸素濃度２０％の曲線Ｄでは光出力が約１３％低下している。一方、酸素濃度３０％の曲線Ｅでは光出力の低下が約１０％であり、酸素濃度４０％の曲線Ｆおよび酸素濃度５０％の曲線Ｇでは光出力の低下が約８％である。したがって、標準的な大気に含まれる酸素濃度（約２１％）よりも高濃度である３０％以上の酸素を雰囲気ガスに含めることで、光半導体素子１２の光出力が低下する速度を顕著に遅らせることができる。その結果、光半導体素子１２を長寿命化できる。

【0032】

つづいて、光半導体装置１０の製造方法について説明する。図５は、実施の形態に係る光半導体装置１０の製造方法を示すフローチャートである。事前に、光半導体素子１２、筐体１４、窓部材１６、窓固定部材１８および第１シール部材２０を用意する。つづいて、筐体１４の光源室２４内に光半導体素子１２を収容する（Ｓ１０）。光半導体素子１２は、光半導体素子１２の前面に第１開口２６が位置するように配置される。光半導体素子１２は、基板３０上に実装された状態で光源室２４に収容されてもよい。基板３０は、例えば、放熱機構３６の上面３８に取り付けられる。基板３０を光源室２４に収容する際、外部コネクタ４６と内部コネクタ５４の間を接続ケーブル５２で接続してもよい。

【0033】

次に、窓部材１６、窓固定部材１８および第１シール部材２０を用いて筐体１４の第１開口２６を密閉する（Ｓ１２）。例えば、筐体１４の上に第１シール部材２０、窓部材１６および窓固定部材１８を順に重ねて配置した後、第１締結部材５６を用いて筐体１４と窓固定部材１８を互いに固定することで第１開口２６が密閉される。なお、窓部材１６と窓固定部材１８の間に第２シール部材２２を配置し、窓部材１６と窓固定部材１８の間を密閉してもよい。

【0034】

つづいて、ガス交換孔４０を通じて光源室２４内の雰囲気ガスを交換する（Ｓ１４）。例えば、ガス交換孔４０から密閉栓４２を取り外し、ガス交換孔４０にノズルを挿入することでノズルから雰囲気ガスを供給する。光源室２４内に供給される雰囲気ガスは、酸素濃度が３０体積％以上であり、水分濃度が０．１体積％以下であることが好ましい。

【0035】

つづいて、ガス交換孔４０を通じて光源室２４の密閉性を確認する（Ｓ１４）。例えば、ガス交換孔４０から光源室２４に高圧の雰囲気ガスを導入し、ガス交換孔４０の入口で雰囲気ガスの圧力を計測することでガス漏れの有無を検知できる。ガス漏れが検知される場合、つまり、密閉性がＮＧである場合（Ｓ１８のＮ）、Ｓ１２～Ｓ１６のステップをやり直す。Ｓ１２において筐体１４、窓部材１６、窓固定部材１８および第１シール部材２０に異常がないかを確認してもよいし、異常があった部品を交換してもよい。Ｓ１８にてガス漏れが検知されない場合、つまり、密閉性がＯＫである場合（Ｓ１８のＹ）、ガス交換孔４０に密閉栓４２を取り付けてガス交換孔４０を密閉する（Ｓ２０）。

【0036】

本実施の形態によれば、光源室２４がシール部材によって密閉されるため、光源室２４を密閉するために金属材料を加熱して接合するといった加熱処理を用いなくて済む。光源室２４に封入される雰囲気ガスは高濃度の酸素を含む場合、金属材料を加熱して接合しようとすると金属材料が酸化してしまう。金属接合部が酸化すると、金属接合部による封止性が低下してしまい、雰囲気ガスを長期にわたって封入できなくなる。一方、本実施の形態では、金属接合部を使用せずに筐体１４と窓部材１６の間を封止できるため、光源室２４に高濃度の酸素を容易に封入できる。

【0037】

本実施の形態によれば、筐体１４にガス交換孔４０が設けられるため、光半導体装置１０を組み立てた後に光源室２４の雰囲気ガスを容易に交換できる。筐体１４にガス交換孔４０が設けられない場合、光半導体装置１０を組み立てるＳ１２の工程を高濃度の酸素を含む雰囲気ガス中で実行しなければならない。高濃度の酸素を含む環境下では、標準的な大気中に比べて火災が発生しやすいため、作業の安全性を確保するために特別な配慮が必要となる。一方、本実施の形態によれば、光半導体装置１０を組み立てた後に事後的に高濃度の酸素を含む雰囲気ガスを封入するため、光半導体装置１０を組み立てるＳ１２の工程自体は標準的な大気中で実行できる。その結果、光半導体装置１０の製造時の安全性を高めることができる。

【0038】

本実施の形態によれば、本体部１４ａの側方に延長部１４ｂを設け、延長部１４ｂにガス交換孔４０を設けることで、光半導体装置１０の組み立て後に雰囲気ガスを交換する作業が容易となる。また、延長部１４ｂに外部コネクタ４６を設けることで、本体部１４ａに大型の放熱機構３６を設けることができ、光半導体素子１２の冷却性能を高めることができる。

【0039】

以上、本発明を実施例に基づいて説明した。本発明は上述の実施の形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、また、そうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。

【0040】

上述の実施の形態では、ガス交換孔４０が筐体１４の前面側に配置され、外部コネクタ４６が筐体１４の背面側に配置される場合について示した。別の実施の形態では、ガス交換孔４０が筐体１４の背面側に配置され、外部コネクタ４６が筐体１４の前面側に配置されてもよい。その他、ガス交換孔４０および外部コネクタ４６の双方が筐体１４の前面側に配置されてもよいし、ガス交換孔４０および外部コネクタ４６の双方が筐体１４の背面側に配置されてもよい。

【0041】

上述の実施の形態では、筐体１４が第１部材３２と第２部材３４から構成される場合について示した。別の実施の形態では、第１部材３２と第２部材３４が一体化された部材によって筐体１４が構成されてもよい。また、第１部材３２と第２部材３４の間は、第１締結部材５６および第２締結部材５８によって固定されるのではなく、接着剤などによって固定されてもよい。別の実施の形態では、第１部材３２および第２部材３４の少なくとも一方が二以上の部材から構成されてもよい。

【0042】

上述の実施の形態では、筐体１４と窓固定部材１８の間を第１締結部材５６で固定する場合について示した。別の実施の形態では、筐体１４と窓固定部材１８の間を接着剤で固定してもよい。

【0043】

上述の実施の形態では、ガス交換孔４０に密閉栓４２を取り付けて密閉する場合について示した。別の実施の形態では、ガス交換孔４０を開閉可能とする封止弁がガス交換孔４０の入口に設けられてもよい。

【0044】

上述の実施の形態では、光半導体素子１２が発光素子である場合について示した。別の実施の形態では、光半導体素子１２が受光素子であってもよい。光半導体素子１２は、例えば、深紫外光を受光するフォトダイオードであってもよい。

【0045】

以下、本発明のいくつかの態様について説明する。

【0046】

本発明の第１の態様は、光半導体素子と、前記光半導体素子が収容される光源室を区画し、前記光半導体素子の前面に開口が設けられる筐体と、前記開口を塞ぐように設けられる窓部材と、前記筐体に取り付けられ、前記窓部材を前記筐体との間に挟み込んで固定する窓固定部材と、前記筐体と前記窓部材の間を封止するシール部材と、を備え、前記光源室は、密閉可能である光半導体装置である。第１の態様によれば、光源室がシール部材によって密閉されるため、密閉時に金属材料を加熱して接合する加熱処理を用いなくて済む。その結果、金属接合材を酸化させて封止性を低下させる可能性のある酸素を光源室の雰囲気ガスに含めることが容易となる。

【0047】

本発明の第２の態様は、前記筐体は、前記光源室内の雰囲気ガスを交換するためのガス交換孔を有し、前記ガス交換孔は、密閉可能である、第１の態様に記載の光半導体装置である。第２の態様によれば、ガス交換孔を設けることで、窓部材を筐体に取り付けたまま光源室の雰囲気ガスを交換できるため、光源室に雰囲気ガスを封入する作業を容易にできる。

【0048】

本発明の第３の態様は、前記筐体は、前記窓部材の厚み方向に前記窓固定部材と重なる本体部と、前記本体部から前記厚み方向と直交する方向に延在する延長部とを含み、前記ガス交換孔は、前記延長部に設けられる、第２の態様に記載の光半導体装置である。第３の態様によれば、本体部の側方に延長部を設け、延長部にガス交換孔を設けることで、光源室の雰囲気ガスを交換する作業が容易になる。

【0049】

本発明の第４の態様は、前記本体部は、前記光半導体素子を冷却するための放熱機構を含む、第３の態様に記載の光半導体装置である。第４の態様によれば、本体部に放熱機構を設けることで、光半導体素子の冷却性能を高めることができる。

【0050】

本発明の第５の態様は、前記光源室内の雰囲気ガスの酸素濃度は、３０体積％以上である、第１から第４のいずれか一つの態様に記載の光半導体装置である。第５の態様によれば、雰囲気ガスの酸素濃度を３０体積％以上にすることで、光半導体素子の性能低下を抑制し、光半導体素子を長寿命化できる。

【0051】

本発明の第６の態様は、前記光源室内の雰囲気ガスの水分濃度は、０．１体積％以下である、第１から第５のいずれか一つの態様に記載の光半導体装置である。第６の態様によれば、雰囲気ガスの水分濃度は、０．１体積％以下にすることで、窓部材の結露を防ぐことができ、光半導体素子の性能低下を抑制できる。

【0052】

本発明の第７の態様は、前記窓部材と前記窓固定部材の間を封止するシール部材をさらに備える、第１から第６のいずれか一項に記載の光半導体装置である。第７の態様によれば、窓部材と窓固定部材の間にシール部材をさらに設けることで、密閉性をさらに高めることができる。

【0053】

本発明の第８の態様は、光源室を区画する筐体に設けられる開口が光半導体素子の前面に位置するように前記光源室内に前記光半導体素子を収容するステップと、前記開口を塞ぐ窓部材と、前記窓部材を前記筐体との間に挟み込んで固定する窓固定部材と、前記筐体と前記窓部材の間を封止する第１シール部材と、前記窓部材と前記窓固定部材の間を封止する第２シール部材と、を用いて前記開口を密閉するステップと、前記筐体に設けられるガス交換孔を通じて前記光源室内の雰囲気ガスを交換するステップと、前記ガス交換孔を密閉するステップと、を備える光半導体装置の製造方法である。第８の態様によれば、光半導体装置を組み立てた後にガス交換孔を通じて雰囲気ガスを交換することで、所望の雰囲気ガスを光源室内に封入する作業を容易化できる。

【0054】

本発明の第９の態様は、前記ガス交換孔から前記光源室内に高圧の雰囲気ガスを導入して前記光源室の密閉性を確認するステップをさらに備える、第８の態様に記載の光半導体装置の製造方法である。ガス交換孔を通じて密閉性を確認することで、光半導体装置の信頼性を高めることができる。

【符号の説明】

【0055】

１０…光半導体装置、１２…光半導体素子、１４…筐体、１４ａ…本体部、１４ｂ…延長部、１６…窓部材、１８…窓固定部材、２０…第１シール部材、２２…第２シール部材、２４…光源室、２６…第１開口、２８…第２開口、３６…放熱機構、４０…ガス交換孔、４６…外部コネクタ。

【要約】

【課題】光半導体素子を長寿命化する。
【解決手段】光半導体装置１０は、光半導体素子１２と、光半導体素子１２が収容される光源室２４を区画し、光半導体素子１２の前面に開口が設けられる筐体１４と、開口を塞ぐように設けられる窓部材１６と、筐体１４に取り付けられ、窓部材１６を筐体１４との間に挟み込んで固定する窓固定部材１８と、筐体１４と窓部材１６の間を封止する第１シール部材２０と、を備える。光源室２４は、密閉可能である。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】