特許 7455003 半導体発光装置、および、水殺菌装置

(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】

(24)【登録日】2024-03-14

(45)【発行日】2024-03-25

(54)【発明の名称】半導体発光装置、および、水殺菌装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/48 20100101AFI20240315BHJP

   H01S 5/02208 20210101ALI20240315BHJP

【ＦＩ】

H01L33/48

H01S5/02208

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2020100398

(22)【出願日】2020-06-09

(65)【公開番号】P2021197382

(43)【公開日】2021-12-27

【審査請求日】2023-05-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000002303

【氏名又は名称】スタンレー電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000888

【氏名又は名称】弁理士法人山王坂特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】喜來 省吾

(72)【発明者】

【氏名】山根 貴好

(72)【発明者】

【氏名】斎藤 千寿

【審査官】大西 孝宣

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１２７２５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０９３３７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５０９２９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０３７５８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２１６３８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１６２７６７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３３／００ － ３３／６４

Ｈ０１Ｓ ５／００ ー ５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板上に搭載された半導体発光素子と、
前記基板上に搭載されたドーム状透明体とを有し、
前記ドーム状透明体は、前記半導体発光素子の周囲の空間を覆い、環状の基底部を有する凸型蓋部と、前記環状の基底部の外周縁よりも外側に張り出したつば部とを備え、
前記基板上には、前記半導体発光素子を囲むように金属からなる第１の接合パターンが形成され、
前記ドーム状透明体の前記基底部およびつば部には、前記第１の接合パターンに対応する形状の第２の接合パターンが設けられ、前記第１の接合パターンと前記第２の接合パターン間ははんだで接合され、前記凸型蓋部内の空間を封止しており、
前記第１の接合パターンおよび前記第２の接合パターンは、上面から見たときに、前記半導体発光素子を取り囲む矩形のリング状であり、その角部は、少なくとも内周側の縁が、前記凸型蓋部の環状の基底部の外周縁より外側に位置し、前記角部に挟まれた直線部は、少なくとも内周側の縁が、前記凸型蓋部の環状の基底部の外周縁よりも半導体発光素子側に位置することを特徴とする半導体発光装置。

【請求項2】

請求項１に記載の半導体発光装置であって、前記基底部は、円環状であることを特徴とする半導体発光装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載の半導体発光装置であって、前記第２の接合パターンの幅は、前記第１の接合パターンの幅よりも狭いことを特徴とする半導体発光装置。

【請求項4】

請求項１ないし３のいずれか１項に記載の半導体発光装置であって、前記第１の接合パターンの直線部の前記角部と角部の中間地点の内周側の縁には、前記半導体発光素子側に張り出す凸部が設けられていることを特徴とする半導体発光装置。

【請求項5】

請求項４に記載の半導体発光装置であって、前記第１の接合パターンの前記凸部の先端は、前記凸型蓋部の環状の基底部の内周縁よりも前記半導体発光素子側に張り出していることを特徴とする半導体発光装置。

【請求項6】

請求項４に記載の半導体発光装置であって、前記第２の接合パターンは、前記第１の接合パターンの前記凸部に対応する凸部を備えていないことを特徴とする半導体発光装置。

【請求項7】

請求項１ないし６のいずれか１項に記載の半導体発光装置であって、前記ドーム状透明体の前記つば部の外形は、矩形であり、前記第１の接合パターンおよび前記第２の接合パターンは、前記つば部の外形に沿って設けられていることを特徴とする半導体発光装置。

【請求項8】

請求項１ないし７のいずれか１項に記載の半導体発光装置であって、前記第１の接合パターンは、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｐｄ、および、Ｗのうちの、いずれかの金属により形成されているか、もしくは上記のうちの２以上の金属の層の積層体であることを特徴とする半導体発光装置。

【請求項9】

請求項１に記載の半導体発光装置であって、前記はんだは、ＡｕＳｎはんだであることを特徴とする半導体発光装置。

【請求項10】

請求項１ないし９のいずれか１項に記載の半導体発光装置であって、前記ドーム状透明体の凸型蓋部は、深紫外線を透過する材質により構成されていることを特徴とする半導体発光装置。

【請求項11】

請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の半導体発光装置であって、前記半導体発光素子は、波長２１０ｎｍ以上３１０ｎｍ以下の帯域に含まれる紫外光を発することを特徴とする半導体発光装置。

【請求項12】

請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の半導体発光装置であって、前記半導体発光素子が、面発光レーザーであることを特徴とする半導体発光装置。

【請求項13】

水を供給する供給路に配置され、供給路を流れる水に深紫外光を照射する発光装置と、その駆動回路とを備えた水殺菌装置であって、前記発光装置として、請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の半導体発光装置を用いたことを特徴とする水殺菌装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体発光素子の周囲の空間が気密に封止された半導体発光装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、気密が必要となる半導体発光装置においてその気密パッケージは、例えば特許文献１に開示されているように、キャビティタイプの基板に、平板の透光性の光学素子を貼り合わせた構造、もしくは、特許文献２のように平板の基板に、透光性のキャビティタイプの光学素子を貼り合わせた構造が使用される。例えば、ガラス等の光学素子とセラミック基板等の放熱基板を、ＡｕＳｎ等のはんだやロウ材によって接合し、密封する。

【0003】

また、上記のような気密パッケージでは、はんだを使用して透光性の光学素子を基板に接合する際に、はんだが接合パターンの外にはみ出すという問題が発生する。そこで、特許文献３では、はんだの濡れが悪い酸化膜などの膜を接合エリアの内周部と外周部に形成しておくことにより、接合パターンからはんだがはみ出すのを抑制する構造が提案されている。また、特許文献４では、基板に凹構造を形成しておき、はみ出した半田を凹部に収容し、凹部の外へのぬれ拡がりを抑制する構造が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１５－１８８７３号公報

【文献】特許第５８３８３５７号公報

【文献】特開２０１５－０７３０２７号公報

【文献】特開２００７－１０３９０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

気密パッケージにおいて、光学素子と放熱基板との接合の際に溶融したはんだが接合パターンからはみ出すという問題を、特許文献３および４のように酸化膜や溝を基板に予め形成しておくことにより抑制する構成は、コストアップに繋がる。

【0006】

そこで、本発明の目的は、基板と蓋体の接合信頼性を高めて、新たに気密信頼性の高い半導体発光装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明の半導体発光装置は、基板と、基板上に搭載された半導体発光素子と、基板の上に搭載されたドーム状透明体とを有する。ドーム状透明体は、半導体発光素子の周囲の空間を覆い、環状の基底部を有する凸型蓋部と、環状の基底部の外周縁よりも外側に張り出したつば部とを備えて構成される。基板上には、半導体発光素子を囲むように金属からなる第１の接合パターンが形成されている。ドーム状透明体の基底部およびつば部には、第１の接合パターンに対応する形状の第２の接合パターンが設けられている。第１の接合パターンと第２の接合パターン間ははんだで接合され、凸型蓋部内の空間を封止している。第１の接合パターンおよび第２の接合パターンは、上面から見たときに、半導体発光素子を取り囲む矩形のリング状であり、その角部は、少なくとも内周側の縁が、凸型蓋部の環状の基底部の外周縁より外側に位置し、角部に挟まれた直線部は、少なくとも内周側の縁が、凸型蓋部の環状の基底部の外周縁よりも半導体発光素子側に位置する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、基板とドーム状透明体との接合パターンが上面から見たときに矩形のリング状であり、その角部が、接合時にドーム状透明体を押し付ける際に荷重がかかる凸型蓋部の環状の基底部の外側に位置するため、接合部におけるボイドの発生を抑制して、接合信頼性が高く気密信頼性の高い半導体発光装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態１の半導体発光装置の（ａ）上面図、（ｂ）Ａ－Ａ’断面図。

【図2】実施形態１の半導体発光装置のドーム状透明体４の（ａ）上面図、および、（ｂ）断面図。

【図3】実施形態１の半導体発光装置のＢ－Ｂ’断面図。

【図4】実施形態１の半導体発光装置の基板１の（ａ）上面図、および、（ｂ）断面図。

【図5】実施形態１の半導体発光装置のドーム状透明体４の接合パターン５が設けられた状態の（ａ）上面図、および、（ｂ）断面図。

【図6】（ａ）実施形態１の半導体発光装置の製造時の接合工程における溶融はんだ７の流れを示す説明図、（ｂ）比較例の半導体発光装置の製造時の接合工程における溶融はんだ７の流れを示す説明図。

【図7】実施形態１の半導体発光装置の接合工程においてはんだ７が接合パターンの濡れ広がった状態の（ａ）Ｃ－Ｃ’断面図、（ｂ）Ｄ－Ｄ’断面図。

【図8】実施形態１の半導体発光装置の接合パターン５，６の層構造の一例を示す断面図。

【図9】（ａ）および（ｂ）実施形態１の半導体発光装置の製造工程において、ドーム状透明体４側の接合パターン５にはんだ７（溶融前）を搭載した状態を示す下面図。

【図10】実施形態２の半導体発光装置の（ａ）上面図、（ｂ）Ｅ－Ｅ’断面図。

【図11】実施形態２の半導体発光装置の基板１の（ａ）上面図、（ｂ）断面図。

【図12】実施形態２の半導体発光装置の（ａ）上面図、（ｂ）Ｆ－Ｆ’断面図。

【図13】実施形態２の半導体発光装置の製造時の接合工程における溶融はんだ７の流れを示す説明図。

【図14】実施形態２の半導体発光装置においてはんだ７が接合パターンの濡れ広がった状態の断面図。

【図15】実施形態２の変形例１の半導体発光装置の（ａ）上面図、（ｂ）断面図。

【図16】実施形態２の変形例２の半導体発光装置の（ａ）上面図、（ｂ）断面図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明の一実施形態の半導体発光装置について以下に説明する。

【0011】

＜＜実施形態１＞＞
実施形態１の半導体発光装置の構成について図１から図７を用いて説明する。

【0012】

実施形態１の半導体発光装置の上面図と断面図を図１（ａ）、（ｂ）に示す。

【0013】

実施形態１の半導体発光装置は、基板１と、基板１上の電極２に搭載された半導体発光素子３と、基板１に搭載されたドーム状透明体４とを備えて構成される。

【0014】

ドーム状透明体４は、その上面図と断面図を図２（ａ）、（ｂ）に示したように、半導体発光素子３の周囲の空間を覆い、環状の基底部４ｃを有する凸型蓋部４ａと、環状の基底部４ｃの外周縁よりも外側に張り出したつば部４ｂとを備えている。本実施形態では、基底部４ｃは、所定幅の円環状となっている。なお、基底部４ｃは、図２（ａ）（ｂ）に示す通り、ドーム状透明体４において、凸型蓋部４ａの厚みで底面を構成している、凸型蓋部４ａの根元部分を示す。

【0015】

本実施形態では、基板１およびつば部４ｂは、上面から見た外形がいずれも矩形であり、角部の向きが一致するように基板１上にドーム状透明体４が搭載されている。つば部４ｂの大きさは、本実施形態では基板１よりもわずかに小さい。

【0016】

図３に拡大断面図を示したように、ドーム状透明体４の環状の基底部４ｃおよびつば部４ｂと、それらに接する基板１にはそれぞれ、対応する形状の接合パターン５，６が設けられている。接合パターン５，６は、つば部４ｂおよび基板１の矩形の外形に沿って設けられている。

【0017】

接合パターン６が設けられた基板１の上面図と断面図を図４（ａ），（ｂ）に示す。また、接合パターン５が設けられたドーム状透明体４の上面図と断面図を図５（ａ），（ｂ）に示す。図４（ａ）および図５（ａ）、ならびに、図１（ａ），（ｂ）からわかるように、接合パターン５，６の形状は、上面から見たときに、半導体発光素子３を取り囲むように所定幅で形成され、矩形のリング状である。

【0018】

ドーム状透明体４に設けられた接合パターン５は、ドーム状透明体４の外形を構成する各辺に沿うように形成された４つの直線部５２と、隣接する直線部５２の間をつなぐ角部５１とから構成される。

【0019】

基板１に設けられた接合パターン６は、基板１の外形を構成する各辺に沿うように形成された４つの直線部６２と、隣接する直線部６２の間をつなぐ角部６１とから構成される。

【0020】

接合パターン５，６間は、はんだ７によって接合され、接合層７ａが形成されている（図３参照）。これにより、凸型蓋部４内の空間８を封止している。接合層７ａは、接合パターンに沿って濡れ広がっており、端部全体としてフィレット形状をしている。なお、末端部は表面張力が働きわずかに盛り上がった形状をする場合がある。また、接合パターン５の側面にはんだ７が接触していても良い。

【0021】

透明体４側の接合パターン５の幅は、基板１側の接合パターン６の幅よりも狭いことが望ましい。

【0022】

ここで、矩形のリング状の接合パターン５，６の角部５１，６１は、少なくとも外周側の縁５１ａ、６１ａが、凸型蓋部４ａの環状の基底部４ｃの外周縁４１より外側に位置する（図１（ａ）参照）ように構成されている。なお、接合パターン５，６の角部５１，６１の内周側の縁５１ｂ、６１ｂも、凸型蓋部４ａの環状の基底部４ｃの外周縁４１より外側に位置することが望ましい。

【0023】

これにより、ドーム状透明体４に設けられた接合パターン５は、直線部５２が基底部４ｃに部分的に重なるように設けられ、角部５１の少なくとも一部が基底部４ｃの外側に位置するように設けられている。つまり、角部５１には基底部４ｃとは重ならない領域が設けられている。

【0024】

一方、矩形のリング状の接合パターン５，６の直線部５２，６２は、少なくとも内周側の縁５２ｂ、６２ｂが、凸型蓋部４ａの環状の基底部４ｃの外周縁４１よりも半導体発光素子３側に位置するように構成されている（図１（ａ）参照）。また、矩形のリング状の接合パターン５，６の直線部５２，６２の外周側の縁５２ａ、６２ａは、基底部４ｃの外周縁４１よりも外側に位置することが望ましい。

【0025】

これにより、基板１に設けられた接合パターン６は、直線部６２が基底部４ｃに部分的に重なるように設けられ、角部６１の少なくとも一部が基底部４ｃの外側に位置するように設けられている。つまり、角部６１には基底部４ｃとは重ならない領域が設けられている。

【0026】

このように、本実施形態の半導体発光装置は、矩形のリング状の接合パターン５，６を用い、その角部５１、６１が、ドーム状透明体４の接合時に凸型蓋部４ａに加える荷重が最もかかる環状の基底部４ｃの外周縁４１より外側に位置するように構成している。一方、接合パターン５，６の直線部５２，６２は、少なくとも一部が、荷重が最もかかる基底部４ｃの下に位置するように構成している。よって、接合工程において、接合パターン５，６の角部５１，６１に加わる荷重は、直線部５２，６２に加わる荷重よりも小さい。

【0027】

これにより、製造工程において、ドーム状透明体４を基板１に押し付ける方向の荷重をかけながら基板１を加熱すると、接合パターン５，６の間に配置されたはんだ７は、最も荷重がかかっている直線部５２，６２に挟まれた領域（より具体的には、基底部４ｃが厚み方向に重なっている領域）から溶融し始め、この溶融開始の時点では、角部５１、６１に挟まれた領域（基底部４ｃが厚み方向に重なっていない領域）のはんだ７の溶融が起きておらず、この後に溶融される。これにより、はんだ７の溶融方向を直線部５２，６２の中央から角部５１，６１へ方向付けることができる。つまり、接合の進行方向を直線部５２，６２の中央から角部５１，６１へ方向付けることができる。

【0028】

本実施形態の半導体発光装置は、接続パターン５，６の直線部５２，６２から角部５１，６１へ向かってはんだ７が溶融するとともに接合が進行していくため、溶融時にボイドが発生した場合でも、ボイドを角部５１，６１へ向かって押し出すように接合が進行されるため、ボイドを巻き込みにくく、冷却後にボイドが残存しにくい。

【0029】

このように、本実施形態の装置では、はんだ７により安定した接合層７ａを形成することができるとともに、ドーム状透明体４の内部の空間８と外部の空間とをつなぐボイドの発生を抑制することができる。これにより、気密性の高い半導体発光装置を提供することができる。

【0030】

なお、接合パターン５，６は、例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｐｄ、および、Ｗのうちの、いずれかの金属により形成することが可能であるし、上記金属のうちの２以上の金属の層の積層体により形成することができる。

【0031】

はんだ７は、例えば、ＡｕＳｎはんだを用いることができる。製造工程の供給時のはんだの形態としては、シート状であってもよいし、ドット状であってもよい。

【0032】

半導体発光素子３は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザー発光ダイオード（面発光レーザーを含む）を用いることができる。半導体発光素子３は、紫外光、可視光、または赤外光を発光する、半導体発光装置の用途に応じた適宜の発光波長のものを選択することができる。ドーム状透明体４は、半導体発光素子３からの発光を透過する材質から構成される。

【0033】

例えば、半導体発光素子３として、波長２１０ｎｍ以上３１０ｎｍ以下の帯域に含まれる紫外光を発するものを用いることができる。

【0034】

この場合、ドーム状透明体４は、少なくとも凸型蓋部４ａが深紫外線を透過する材質（例えば石英、ホウケイ酸ガラス、サファイアガラス）により構成されているものを用いることができる。

【0035】

半導体発光素子３は、化合物半導体で構成され、少なくともｐ型半導体層と発光層とｎ型半導体層を備える。また、波長２００ｎｍ～４０５ｎｍの紫外光を出射する発光ダイオードとしては、窒化アルミ系、窒化ガリウム系、窒化アルミニウムガリウム系の半導体発光素子を用いることができる。

【0036】

半導体発光素子３は、基板１に形成された電極２上に、適宜な接合材料にて実装される。本実施形態においては、ＡｕＳｎ接合材にて実装されている。

【0037】

半導体発光素子３は、電極２上に、図示しないサブマウント基板を介して実装することもできる。また、一つの基板に搭載される素子の数は1つでなくてもよい。基板１は、本実施形態のように平板状に限らず、半導体発光素子３搭載位置に凹部を備えた形状とすることもできる。

【0038】

基板１は、気密を保つことのできる基材である窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用いることができる。基材には、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）以外に、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、炭化珪素（ＳｉＣ）、酸化アルミ（Ａｌ_２Ｏ_３）などの窒化物、炭化物、または、酸化物からなるセラミックを用いることができる。高温焼成セラミック基板であっても低温焼成セラミック基板であってもよい。セラミックス基材のセラミックス基材の基板１を用いることにより、半導体発光素子３で発生した熱を効率よく放熱することができるとともに、耐紫外線性を有するので半導体発光素子３が紫外光を発しても長期に光出力を維持できる。

【0039】

基板１に形成された電極２上には、半導体発光素子３が実装される。電極２は、半導体発光素子と電気的に接続され、図示されていない、基板１の裏面に形成された裏面電極、基板１を貫通して形成された貫通電極と連続して形成されており、半導体発光素子３に外部より電気的供給を行う。電極２上には、半導体発光素子３以外にも、用途に応じて、他のツェナーダイオード、フォトダイオードなどの電子部品等を搭載することができる。

【0040】

中空部８には、半導体発光素子３とドーム状透明体４との間の屈折率段差を軽減する材料が配置されていても良い。

【0041】

ドーム状透明体４の底面（つば部４ｂおよび基底部４ｃの基板１側の面）は、表面に微細な凹凸を形成すること、すなわち、粗すことができる。透明体４の底面を粗すことにより、わずかにレンズの外側が反りあがる形状となり、接合時に接合を内側から外側方向に進行させることができ、より接合安定性の高い半導体発光装置を提供することができる。反り量が大きすぎることによる接合不良が生じることのないよう、反り量（ドーム状透明体４の底面における内側と外側との高さの差）が基板側の接合パターン６の厚みより小さくなるよう粗し量を設定することが好ましい。

【0042】

＜製造方法＞
本実施形態の半導体発光装置の製造方法の一例について説明する。

【0043】

例えばＡｌＮ製の基板１を用意し、上述した矩形のリング状の接合パターン６と電極２を形成しておく。接合パターン６の層構造は、例えば、図８に示すように、基板１側から順にＮｉＣｒ層、Ａｕ層、Ｎｉ層およびＡｕ層を順に積層した構造とする。接合パターン６の最上層は、接合時に溶融して、溶融したはんだ７と混合してはんだ７の組成を変化することによりはんだ７より融点の高い共晶接合層を形成させることのできる材料であることが好ましい。例えば、はんだ７のＡｕＳｎを用いる場合に、接合パターン６の最上層はＡｕ層とすることが好ましい。

【0044】

一方、石英ガラス製のドーム状透明体４を用意し、基底部４ｃおよびつば部４ｂに、上述した矩形のリング状の接合パターン５を形成しておく。接合パターン５の層構造は、例えば、図８に示すように、ドーム状透明体４側から順に、Ｔｉ層、Ｐｄ層、Ｃｕ層、Ｎｉ層およびＡｕ層を積層した構造とする。接合パターン５の最上層は、接合時に溶融して、溶融したはんだ７と混合してはんだ７の組成を変化することによりはんだ７より融点の高い共晶接合層を形成させることのできる材料であることが好ましい。例えば、はんだ７のＡｕＳｎを用いる場合に、接合パターン５の最上層はＡｕ層とすることが好ましい。

【0045】

ドーム状透明体４の接合パターン５の表面に、接合に用いるはんだ７を固着する。接合用はんだ７は、例えばＡｕＳｎである。その形状は、図９（ａ）に示すように、矩形のリング状の接合パターン５の形状と同形状で、幅が接合パターン５よりも狭いシート状のものであってもよいし、図９（ｂ）のように、ドット状はんだであってもよい。

【0046】

シート状のはんだ７は、部分的にレーザー溶着によって接合パターン５に仮固着する。ドット状はんだ７は、溶融したはんだ７をドット状に飛ばして接合パターン５に溶着する。ドット状はんだ７の径は、接合パターン５の幅よりも小さい。接合パターン５上に溶着するドット状はんだ７の数は、２０～３６個が好ましく、より好ましくは２８個である。

【0047】

ＡｕＳｎはんだ７のＡｕとＳｎの組成比は、シート状およびドット状のいずれも、Ａｕ濃度が７３ｗｔ％～８３ｗｔ％のものであることが好ましく、Ａｕ濃度が７８ｗｔ％のものがより好ましい。

【0048】

つぎに、基板１の電極２に、波長２１０ｎｍ以上３１０ｎｍ以下の紫外光を発するＡｌＧａＮ系材料からなる半導体発光素子３を実装する。

【0049】

つぎに、基板１の半導体発光素子３を覆うように、ドーム状透明体４を基板１上に搭載し、接合パターン５と接合パターン６が重なるように位置合わせする。

【0050】

つぎに、ドーム状透明体４の頂点に荷重を掛けて、基板１に押し付けながら、はんだ７を加熱し、溶融させる。

【0051】

具体的には、まず、封入ガスを調整可能な接合装置内に半導体発光素子が実装された基板１とドーム状透明体４をセットする。ドーム状透明体４の開口が上を向くようにセットし、そのドーム状透明体４の上方に基板を半導体発光素子が実装された側が下を向くようにセットする。次に、基板１をはんだ７が溶融する温度よりやや低い温度に加熱し、真空状態にして水分を除去する。その後、接合装置内を窒素ガスで大気圧にて置換しつつ、ドーム状透明体４の頂部を接合装置の可動部により押し上げて、ドーム状透明体４を基板１に下から押圧して空間８を密閉する。続いて、基板１をはんだ７の溶融温度まで加熱し、所定時間保持した後、冷却することにより接合部を形成して、空間８を気密封止する。

【0052】

これにより、上述したように、まず、接合パターン５の直線部５２，６２のはんだ７が溶融し、角部５１，６１に向かって流れ、次に、角部５１，６１のはんだ７が溶融する。その後、冷却することにより、はんだ７により接合パターン５と６を接合することができる。

【0053】

はんだ７は溶融し、接合層を形成する。

【0054】

以上により紫外光を発する半導体発光装置を製造することができる。

【0055】

製造された半導体発光装置は、接合パターン５の角部を、荷重のかかる基底部４ｃの外側に配置しているため、はんだ７の空間８内へのはみ出しを抑制できる。また、ボイドの発生を防ぐことができる。

【0056】

また、表面に曲面をもつドーム状透明体４（石英ガラス）で半導体発光素子３を覆って気密空間を形成しているため、全反射を生じにくく、光取り出し効率が上昇する。

【0057】

＜比較例１＞
図６（ｂ）に比較例１として、基底部４ｃとつば部４ｂの全体に接合パターン５，６を形成した場合のはんだ７の溶融の進み方を示す。

【0058】

比較例における接合パターン５，６は、外形が矩形のリング状であり、外周側の縁５１ａ、６１ａは略矩形で、内周側の縁５１ｂ、６１ｂは、円形である。比較例における接合パターン５，６は、実施形態１と同様、外周側の縁５１ａ、６１ａが、凸型蓋部4aの円環状の基底部４ｃの外周縁４１より外側に位置するように構成されている。しかし、比較例における接合パターン５，６は、実施形態１とことなり、内周側の縁５１ｂ、６１ｂは、全周に亘って、凸型蓋部4aの円環状の基底部４ｃの外周縁４１より内側に位置している。

【0059】

この比較例１の構成では、Ｘ線透過観察を行った結果、接合パターン５、６上の接合層７ａに気泡が発生していた。この比較例１半導体発光装置の気泡の発生は、実施形態１の半導体発光装置の気泡の発生と比較して多かった。実施形態１の半導体発光装置のサンプルについてのＸ線透過観察では、明らかな接合層７ａの気泡の発生は認められなかった。これは、比較例１の半導体発光装置においては、荷重がかかる基底部４ｃの複数の位置から溶融が開始し、その結果、多方向から接合が進んできた接合箇所がぶつかり、ぶつかった位置がボイドの発生を起こしたことが要因と考えられる。また、ボイドの発生する位置はランダムであった。このため、ドーム状透明体４の内部の空間８と外部の空間とをつなぐボイドが発生するおそれがある。

【0060】

＜＜実施形態２＞＞
実施形態２の半導体発光装置について、図１０～図１４を用いて説明する。図１０（ａ）、（ｂ）は、実施形態２の半導体発光装置ｂの上面図と断面図である。図１１（ａ）、（ｂ）は、実施形態２の半導体発光装置の基板１の上面図と断面図である。

【0061】

実施形態２の半導体発光装置は、図１０、図１１および図１２のように、実施形態１の装置と同様の構成であるが、基板１の接合パターン６の直線部６２の内周側の縁６２ｂには、半導体発光素子３側に張り出す凸部６３が設けられている点が実施形態１とは異なっている。凸部６３の縁の形状は、本実施形態のおいては、略円弧状である。凸部６３が設けられている位置は、角部６１と角部６１の中間地点である。凸部６３は４か所設けられている。

【0062】

接合パターン６の凸部６３の先端は、図１０（ａ）、（ｂ）、図１２のように、ドーム状透明体４の環状の基底部４ｃの内周縁４２よりも半導体発光素子３側に張り出していることが望ましい。

【0063】

ドーム状透明体４の接合パターン５の形状は、実施形態１と同じである（図５参照）。すなわち、ドーム状透明体４側の接合パターン５は、基板１側の接合パターン５の凸部６３に対応する凸部形状を備えていない。

【0064】

金属から構成される接合パターン６が幅広の凸部６３を備えることにより、ドーム状透明体４を接合する製造工程において、基板１を加熱すると凸部６３の温度が周辺より高くなる。そして、凸部６３が隣接する直線部６２の接合パターン５，６の一部は、ドーム状透明体４の基底部４ｃと重なっているため、接合時に基底部４ｃによって押圧され、最初にはんだ７が溶融する。よって、溶融開始位置が凸部６３に隣接する直線部６２の接合パターン５，６に固定され、図１２に示すように、直線部６２から角部６１に向かう溶融はんだの流れを実施形態１よりも明確に生じさせることができ、安定した接合層を形成することができる。また、溶融したはんだの流れがぶつかり合う箇所も少なく、ボイドの発生を抑制することができる。よって、ドーム状透明体４の内部の空間８から外部の空間までつながるボイドの発生を抑制することができる。

【0065】

また、実施形態２の半導体発光装置は、実施形態１の半導体発光装置と比較して、はんだボールの発生を抑制することができる。

【0066】

ここで、実施形態１の半導体発光装置においては、接合層７ａ形成のために十分なはんだ７の供給が必要であるが、はんだ７の量が多すぎる場合には、図７に示すように、余剰のはんだ７が、接合パターン５，６からはみ出し、基板１表面に濡れないために、ボール状に固まるはんだボール７１を形成する可能性がある。はんだボール７１は、空間８に突出して視認可能となり外観不良となる可能性、基板１上の電極２に到達して発光素子の不灯など信頼性の低下を引き起こす可能性、がある。特に、はんだボール７１の空間８への突出は、図７(ａ)に示すＣ－Ｃ´断面においては、Ｄ－Ｄ´断面よりも生じやすい。

【0067】

これに対し、実施形態２の半導体発光装置においては、はんだ７の量が多い場合でも、図１４に示すように、凸部６３にはんだを濡れ広がらせ、表面張力で保持することができるため、接合パターン６からはんだ７がはみ出してはんだボールを形成するのを抑制することができる。つまり、はんだ７の設計自由度を高め、信頼性の高い接合層７ａを形成することができる。

【0068】

よって、はんだボールが電極２に接してショートを発生するのを抑制することができるため、不良発生の抑制できる。

【0069】

実施形態２の装置の他の構成および作用・効果は、実施形態１と同様であるので説明を省略する。

【0070】

＜実施形態２の変形例１＞
実施形態２の変形例１の半導体発光装置の上面図と断面図を図１５（ａ）、（ｂ）に示す。実施形態２の図１０（ａ），（ｂ）に示した構成では、凸部６３の先端が、ドーム状透明体４の基底部４ｃの内側の縁４２よりも半導体発光素子３側に張り出しているが、変形例１の図１５（ａ），（ｂ）の装置のように、凸部６３の先端が、基底部４ｃの内側の縁４２よりも外側に位置していてもよい。

【0071】

＜実施形態２の変形例２＞
実施形態２の変形例２の半導体発光装置の上面図と断面図を図１６（ａ）、（ｂ）に示す。実施形態２の図１０（ａ），（ｂ）に示した構成では、基板１側の接合パターン６には、凸部６３が設けられているが、ドーム状透明体４の接合パターン５には凸部は設けられていない構成であった。変形例２の図１６（ａ），（ｂ）のように、ドーム状透明体４の接合パターン５にも凸部６４を設けてもよい。凸部６４は、凸部６３と対向する位置に設けられている。

【0072】

なお、実施形態１および２、ならびに、変形例１，２において、ドーム状透明体４の凸型蓋部４ａの形状は、内部の空間８が基板１に対して凸状であればよい。よって、凸型蓋部４ａは、空間８が半球状であってもよいし、半楕円体形状であってもよい。

【0073】

また、凸型蓋部４ａの外形は、半球状や半楕円体形状に限られず、どのような形状であってもよい。例えば、凸型蓋部４ａの外形は、直方体状であっても良い。

【0074】

さらに、凸型蓋部４ａの基底部４ｃは、円形に限られず、楕円形であってもよい。

【0075】

＜実施形態３＞
実施形態３として、実施形態１，２および変形例１，２の半導体発光装置を用いた水殺菌装置について説明する。

【0076】

水殺菌装置は、水を供給する供給路に半導体発光装置とその駆動回路が配置されている。半導体発光装置は、供給路を流れる水に深紫外光を照射し、殺菌する。

【0077】

また、実施形態１，２および変形例１，２の半導体発光装置は、半導体発光素子３として深紫外ＬＥＤを封止するＬＥＤパッケージとして用いることができる。また、半導体発光素子として面発光レーザーを封止するレーザーパッケージとして用いることができる。

【符号の説明】

【0078】

１…基板、２…電極、３…半導体発光素子、４…ドーム状透明体、４ａ…凸型蓋部、４ｂ…つば部、４ｃ…基底部、５、６…接合パターン、７…はんだ、８…空間、４１…基底部の外周縁、４２…基底部の内周縁、５１、６１…接合パターンの角部、５２、６２…接合パターンの直線部、６３、６４…凸部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】