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(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】2024-03-25
(45)【発行日】2024-04-02
(54)【発明の名称】半導体発光装置
(51)【国際特許分類】
H01L 33/56 20100101AFI20240326BHJP
【ＦＩ】
H01L33/56
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2020099622
(22)【出願日】2020-06-08
(65)【公開番号】P2021193715
(43)【公開日】2021-12-23
【審査請求日】2023-05-09
(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】110000800
【氏名又は名称】デロイトトーマツ弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】池田 賢司
【審査官】八木 智規
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－２０４８３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－２１９５０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１２１７５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－２５０８１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１９／２０７１５２（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ３３／００
Ｈ０１Ｌ ３３／４８－３３／６４
Ｈ０１Ｓ ５／００－ ５／５０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体発光素子と、前記半導体発光素子が搭載されるとともに、環形状の基板金属層が固着された内側基板接合面と前記内側基板接合面の外側の隣接領域である外側基板接合面とを有する基板接合面を備えた基板と、
前記半導体発光素子の放射光を透過する窓部と、前記基板金属層に対応するサイズの環形状のフランジ金属層が固着されたフランジ接合面を有するフランジとを備え、前記半導体発光素子を収容する空間を有して前記基板に封止接合された透光性キャップと、を有し、
前記基板と前記透光性キャップとの封止接合部は、前記基板金属層及び前記フランジ金属層が金属接合材によって接合された内側接合部と、前記内側接合部の外側の隣接領域であって、無機接着材によって接合された外側接合部とを有する、半導体発光装置。
【請求項2】
前記基板金属層及び前記フランジ金属層は円環形状を有する、請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項3】
前記無機接着材は、ガラス系又はセラミック系の無機接着剤である、請求項１又は２に記載の半導体発光装置。
【請求項4】
前記透光性キャップの前記窓部は半円球形状を有する、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
【請求項5】
前記透光性キャップは平板形状を有する、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
【請求項6】
前記フランジは、前記フランジの底面の内側領域において前記底面から突出したフランジ突出部を有し、前記フランジ突出部の底面に前記フランジ金属層が固着されている、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
【請求項7】
前記外側接合部は、前記フランジの上面まで至り、前記内側接合部及び前記フランジを覆うように形成されている、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
【請求項8】
前記外側基板接合面は、前記内側基板接合面を囲む少なくとも１つの外環の溝、又は前記外環の少なくとも一部の溝を有し、前記無機接着材は、前記溝を充填するように形成されている、
請求項１ないし７のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
【請求項9】
前記透光キャップは、石英ガラス又はホウ珪酸ガラスからなる、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
【請求項10】
前記半導体発光素子は、アルミ窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）系の半導体発光素子である、請求項１ないし９のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
【請求項11】
前記半導体発光素子は、波長２６５～４１５ｎｍの紫外光を発光する半導体発光素子である、請求項１０に記載の半導体発光装置。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体発光装置、特に紫外光を放射する半導体発光素子が内部に封入された半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、半導体素子を半導体パッケージの内部に封入する半導体装置が知られている。半導体発光モジュールの場合では、半導体発光素子が載置された支持体に、発光素子からの光を透過するガラスなどの透明窓部材が接合されて気密封止される。
【0003】
例えば、特許文献１、２には、半導体発光素子を収容する凹部が設けられた基板と、窓部材とが接合された半導体発光モジュールが開示されている。
【0004】
また、特許文献３、４には、紫外線発光素子が搭載された実装基板と、スペーサと、ガラスにより形成されたカバーとが接合された紫外光発光装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１５－１８８７３号公報
【文献】特開２０１８－９３１３７号公報
【文献】特開２０１６－１２７２５５号公報
【文献】特開２０１６－１２７２４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、基板と窓部材との間の封止性、接合信頼性について一層の向上が求められている。紫外光を放射する半導体発光素子、特にＡｌＧａＮ系の半導体発光素子は、気密が不十分であると劣化し易く、当該半導体発光素子が搭載された半導体装置には高い気密性が求められる。
【0007】
また、ＡｌＧａＮ系結晶は水分によって劣化する。特に、発光波長が短波長になるほどＡｌ組成が増加して劣化し易い。そこで、発光素子を収めるパッケージ内部に水分が侵入しない気密構造として、基板とガラス蓋を金属接合材で気密する構造が採用されていたが、多湿環境下又は水回りで使用される場合に気密が十分でないという問題があった。
【0008】
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、高接合性及び高気密性を有するとともに、高い信頼度及び低透湿性など高い耐環境性を有する半導体装置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】
【0009】
本発明の１実施形態による半導体発光装置は、
半導体発光素子と、
前記半導体発光素子が搭載されるとともに、環形状の基板金属層が固着された内側基板接合面と前記内側基板接合面の外側の隣接領域である外側基板接合面とを有する基板接合面を備えた基板と、
前記半導体発光素子の放射光を透過する窓部と、前記基板金属層に対応するサイズの環形状のフランジ金属層が固着されたフランジ接合面を有するフランジとを備え、前記半導体発光素子を収容する空間を有して前記基板に封止接合された透光性キャップと、を有し、
前記基板と前記透光性キャップとの封止接合部は、前記基板金属層及び前記フランジ金属層が金属接合材によって接合された内側接合部と、前記内側接合部の外側の隣接領域であって、無機接着材によって接合された外側接合部とを有している。
半導体発光素子と、
前記半導体発光素子が搭載されるとともに、環形状の基板金属層が固着された内側基板接合面と前記内側基板接合面の外側の隣接領域である外側基板接合面とを有する基板接合面を備えた基板と、
前記半導体発光素子の放射光を透過する窓部と、前記基板金属層に対応するサイズの環形状のフランジ金属層が固着されたフランジ接合面を有するフランジとを備え、前記半導体発光素子を収容する空間を有して前記基板に封止接合された透光性キャップと、を有し、
前記基板と前記透光性キャップとの封止接合部は、前記基板金属層及び前記フランジ金属層が金属接合材によって接合された内側接合部と、前記内側接合部の外側の隣接領域であって、無機接着材によって接合された外側接合部とを有している。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1A】第１の実施形態による半導体発光装置１０の上面を模式的に示す平面図である。
【図1B】半導体発光装置１０の側面を模式的に示す図である。
【図1C】半導体発光装置１０の裏面を模式的に示す平面図である。
【図1D】半導体発光装置１０の内部構造を模式的に示す図である。
【図1E】第１の実施形態の透光キャップ１３の１／４部分を模式的に示す斜視図である。
【図3A】基板１１と透光キャップ１３の接合前の状態を模式的に示す断面図である。
【図3B】基板１１と透光キャップ１３の内側接合部形成後の状態を模式的に示す断面図である。
【図3C】基板１１と透光キャップ１３の外側接合部形成後の状態を模式的に示す断面図である。
【図4A】第２の実施形態による半導体発光装置３０の断面を模式的に示す断面図である。
【図4B】基板１１と透光キャップ１３との接合部Ｗを拡大して示す部分拡大断面図である。
【図5A】第３の実施形態による半導体発光装置４０の断面を模式的に示す断面図である。
【図5B】基板１１と透光キャップ１３との接合部Ｗを拡大して示す部分拡大断面図である。
【図5C】無機接合部２５の形成方法を模式的に示す断面図である。
【図6A】第３の実施形態の改変例の基板１１と透光キャップ１３との接合部Ｗを拡大して示す部分拡大断面図である。
【図6B】第３の実施形態の改変例の基板１１と透光キャップ１３との接合部Ｗを拡大して示す部分拡大断面図である。
【図7A】第４の実施形態による半導体発光装置５０の断面を模式的に示す断面図である。
【図7B】半導体発光装置５０の基板１１と透光キャップ１３との接合部Ｗを拡大して示す部分拡大断面図である。
【図8A】第４の実施形態による半導体発光装置５０の上面を模式的に示す平面図である。
【図8B】半導体発光装置５０の側面を模式的に示す図である。
【図8C】半導体発光装置５０の内部構造を模式的に示す図である。
【図9A】第４の実施形態の改変例を示す図であり、改変例の半導体発光装置５０の上面を模式的に示す平面図である。
【図9B】改変例の半導体発光装置５０の側面を模式的に示す図である。
【図9C】改変例の半導体発光装置５０の内部構造を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下においては、本発明の好適な実施例について説明するが、これらを適宜改変し、組合せてもよい。また、以下の説明及び添付図面において、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符を付して説明する。
［第１の実施形態］
図１Ａは、本発明の第１の実施形態による半導体発光装置１０の上面を模式的に示す平面図である。図１Ｂは、半導体発光装置１０の側面を模式的に示す図である。図１Ｃは、半導体発光装置１０の裏面を模式的に示す平面図である。図１Ｄは、半導体発光装置１０の内部構造を模式的に示す図である。図２は、図１ＡのＡ－Ａ線に沿った半導体発光装置１０の断面を模式的に示す断面図である。
［第１の実施形態］
図１Ａは、本発明の第１の実施形態による半導体発光装置１０の上面を模式的に示す平面図である。図１Ｂは、半導体発光装置１０の側面を模式的に示す図である。図１Ｃは、半導体発光装置１０の裏面を模式的に示す平面図である。図１Ｄは、半導体発光装置１０の内部構造を模式的に示す図である。図２は、図１ＡのＡ－Ａ線に沿った半導体発光装置１０の断面を模式的に示す断面図である。
【0012】
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、半導体発光装置１０は、矩形板形状の基板１１と、半円球状のガラスからなる透光性窓である透光キャップ１３と、が接合されて構成されている。より詳細には、基板１１の上面上には、円環状の金属層１２（以下、基板金属層１２ともいう。）が形成され、透光キャップ１３と接合されている。
【0013】
なお、基板１１の側面がｘ方向及びｙ方向に平行であり、基板１１の上面がｘｙ平面に平行であるとして示している。
【0014】
図１Ｅ及び図２に示すように、透光キャップ１３は、半円球状のドーム部１３Ａと、透光部であるドーム部１３Ａの底部に設けられたフランジ部１３Ｂとからなる。なお、図１Ｅは、透光キャップ１３の１／４部分を模式的に示す斜視図である。
【0015】
フランジ部１３Ｂは円環板形状を有している。フランジ部１３Ｂの底面にはフランジ金属層２１が固着されており、フランジ接合面が形成されている。基板金属層１２上に金属接合層２２によってフランジ金属層２１が接合されることによって、基板１１と透光キャップ１３との気密が保たれている。
【0016】
基板１１は、ガス等を透過しないセラミック基板である。例えば、高い熱伝導率を有し、気密性に優れた窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が用いられる。なお、基板１１の基材としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の気密性に優れた他のセラミックを用いることができる。
【0017】
透光キャップ１３は、半導体発光装置１０内に配された発光素子１５からの放射光を透過するガラスからなる。例えば、石英ガラス又はホウ珪酸ガラスを好適に用いることができる。
【0018】
半導体発光装置１０内の封入ガスとしては、ドライな窒素ガスや空気などを用いることができ、あるいは内部を真空としてもよい。
【0019】
図１Ｄに示すように、基板１１上には、半導体発光装置１０内の配線電極である第１配線電極（例えば、アノード電極）１４Ａ及び第２配線電極（例えば、カソード電極）１４Ｂが備えられている（以下、特に区別しない場合には、配線電極１４と称する。）。発光ダイオード（ＬＥＤ）又は半導体レーザなどの半導体発光素子１５が第１配線電極１４Ａ上に金属接合層１５Ａによって接合され、発光素子１５のボンディングパッド１５Ｂがボンディングワイヤ１８Ｃを介して第２配線電極１４Ｂに電気的に接続されている。
【0020】
発光素子１５は、ｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層を含む半導体構造層が形成されたアルミ窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）系の半導体発光素子（ＬＥＤ）である。また、発光素子１５は、半導体構造層が、反射層を介して導電性の支持基板（シリコン：Ｓｉ）上に形成（接合）されている。
【0021】
発光素子１５は、支持基板の半導体構造層が接合された面の反対面（発光素子１５の裏面とも称する）にアノード電極を備え（図示せず）、基板１１上の第１配線電極１４Ａに電気的に接続されている。また、発光素子１５は、半導体構造層の支持基板が接合された面の反対面（発光素子１５の表面とも称する）にカソード電極（カソード電極パッド１５Ｂ）を備え、ボンディングワイヤを介して第２配線電極１４Ｂに電気的に接続されている。
【0022】
発光素子１５は、波長２６５～４１５ｎｍの紫外光を発光する窒化アルミ系の発光素子であることが好適である。具体的には、発光中心波長が、２６５ｎｍ、２７５ｎｍ、３５５ｎｍ、３６５ｎｍ、３８５ｎｍ、４０５ｎｍ又は４１５ｎｍの発光素子を用いた。
【0023】
窒化アルミ系の紫外線を放射する発光素子（ＵＶ-ＬＥＤ素子）を構成する半導体結晶のＡｌ組成は高く、過剰な酸素（Ｏ2）や水分（Ｈ2Ｏ）によって酸化劣化され易い。
【0024】
また、基板１１上には、第１配線電極１４Ａ及び第２配線電極１４Ｂに接続されたツェナーダイオード（ＺＤ）である保護素子１６が設けられ、発光素子１５の静電破壊を防止する。
【0025】
図１Ｃに示すように、基板１１の裏面には、第１配線電極１４Ａ及び第２配線電極１４Ｂにそれぞれ接続された第１実装電極１７Ａ及び第２実装電極１７Ｂ（以下、特に区別しない場合には、実装電極１７と称する。）が設けられている。具体的には、第１配線電極１４Ａ及び第２配線電極１４Ｂの各々は、例えば銅（Ｃｕ）からなる金属ビア１８Ａ、１８Ｂを介してそれぞれ第１実装電極１７Ａ及び第２実装電極１７Ｂに接続されている。
【0026】
図２を参照すると、半導体発光装置１０は配線回路基板（図示しない）上に実装され、第１実装電極１７Ａ及び第２実装電極１７Ｂへの電圧印加によって、発光素子１５は発光し、発光素子１５の表面（光取り出し面）からの放射光ＬＥは透光キャップ１３を経て外部に放射される。
【0027】
次に、基板１１と透光キャップ１３のフランジ部１３Ｂとの接合部について説明する。
（透光キャップ１３及びフランジ部１３Ｂ）
また、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、透光性の蓋部材である透光キャップ１３は、半円球状の窓部であるドーム部１３Ａと、ドーム部１３Ａの底部に設けられたフランジ部１３Ｂとからなる。フランジ部１３Ｂは円環板形状を有している。より詳細には、フランジ部１３Ｂの底面はドーム部１３Ａの中心と同心の円環形状（中心：Ｃ）を有している。すなわち、フランジ部１３Ｂの外縁（外周）は、フランジ部１３Ｂの内縁（内周）と同心である。
（フランジ金属層２１）
また、フランジ部１３Ｂの底面には金属層２１が固着されている。より詳細には、図１Ａ及び図２に示すように、フランジ部１３Ｂの円環形状の底面（以下、フランジ接合面ともいう。）１３Ｓには円環形状の金属層であるフランジ金属層２１が固着されている。
（透光キャップ１３及びフランジ部１３Ｂ）
また、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、透光性の蓋部材である透光キャップ１３は、半円球状の窓部であるドーム部１３Ａと、ドーム部１３Ａの底部に設けられたフランジ部１３Ｂとからなる。フランジ部１３Ｂは円環板形状を有している。より詳細には、フランジ部１３Ｂの底面はドーム部１３Ａの中心と同心の円環形状（中心：Ｃ）を有している。すなわち、フランジ部１３Ｂの外縁（外周）は、フランジ部１３Ｂの内縁（内周）と同心である。
（フランジ金属層２１）
また、フランジ部１３Ｂの底面には金属層２１が固着されている。より詳細には、図１Ａ及び図２に示すように、フランジ部１３Ｂの円環形状の底面（以下、フランジ接合面ともいう。）１３Ｓには円環形状の金属層であるフランジ金属層２１が固着されている。
【0028】
フランジ金属層２１は、フランジ部１３Ｂのフランジ接合面１３Ｓの内側の円環形状の領域（内側フランジ面）１３Ｓ１に固着されている。フランジ接合面１３Ｓは、さらに、内側フランジ面１３Ｓ１の外側の隣接領域である円環形状の外側フランジ面１３Ｓ２を有する。
（基板金属層１２）
図１Ｄに示すように、基板１１上には、円環形状を有する金属環体である基板金属層１２が固着されている。より詳細には、図１Ｄ及び図２に示すように、基板１１の上面の円環形状の基板接合面１１Ｓには円環形状の金属層である基板金属層１２が固着されている。
（基板金属層１２）
図１Ｄに示すように、基板１１上には、円環形状を有する金属環体である基板金属層１２が固着されている。より詳細には、図１Ｄ及び図２に示すように、基板１１の上面の円環形状の基板接合面１１Ｓには円環形状の金属層である基板金属層１２が固着されている。
【0029】
基板金属層１２は、基板接合面１１Ｓの内側の円環形状の領域（内側基板接合面）１１Ｓ１に固着されている。基板接合面１１Ｓは、さらに、内側基板接合面１１Ｓ１の外側の隣接領域である外側基板接合面１１Ｓ２を有する。
【0030】
基板金属層１２及びフランジ金属層２１は、互いに対応する形状（円環形状）及びサイズを有している。すなわち、基板金属層１２及びフランジ金属層２１を接合したときに、合致する形状及びサイズを有している。
【0031】
また、基板金属層１２は、第１配線電極１４Ａ、第２配線電極１４Ｂ、発光素子１５及び保護素子１６とは電気的に絶縁され、これらを取り囲むように形成されている。
【0032】
図２に示すように、透光キャップ１３のフランジ部１３Ｂと基板１１とは、金属接合層２２及び無機接合部２５によって接合されている。
（基板金属層１２、フランジ金属層２１及び金属接合層２２の材料）
基板金属層１２は、基板１１上に、順にタングステン、ニッケル、金を積層した構造（Ｗ／Ｎｉ／Ａｕ）、あるいは、ニッケルクロム、金、ニッケル、金を積層した構造（ＮｉＣｒ／Ａｕ／Ｎｉ／Ａｕ）を有している。
（基板金属層１２、フランジ金属層２１及び金属接合層２２の材料）
基板金属層１２は、基板１１上に、順にタングステン、ニッケル、金を積層した構造（Ｗ／Ｎｉ／Ａｕ）、あるいは、ニッケルクロム、金、ニッケル、金を積層した構造（ＮｉＣｒ／Ａｕ／Ｎｉ／Ａｕ）を有している。
【0033】
フランジ部１３Ｂの底面のフランジ金属層２１は、フランジ部１３Ｂの基材（ガラス）上に、順にクロム、ニッケル、金を積層した構造（Ｃｒ／Ｎｉ／Ａｕ）、あるいはチタン、パラジウム、銅、ニッケル、金を積層した構造（Ｔｉ／Ｐｄ／Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ）を有している。
【0034】
なお、上記の基板金属層１２及びフランジ金属層２１の構造は例示に過ぎない。例えば、Ａｕの上に、相互拡散を抑制するバリア金属及び密着性の高い金属を積層した構造を有していてもよい。
【0035】
金属接合層２２となる接合材は、例えば、フラックスを含まない円環状のＡｕＳｎ（金スズ）シートであり、Ｓｎを２２ｗｔ％含有するもの（溶融温度：約３００℃）を用いた。金スズ合金シートの両表面に、Ａｕ（１０～３０ｎｍ）層を備えることもできる。ＡｕＳｎ合金の酸化を防ぎ、気密性を向上する。また、このＡｕ層は、溶融固化（接合）時に、金属接合層２２に溶解される。
（無機接合部２５）
無機接合部２５には、強固な接着性、高い硬度、気密性、耐熱性、低熱膨張率、耐水性、耐圧性、耐薬品性などを有する接着剤などを用いることができる。例えば、クォーツなどをベース成分としたガラス系接着剤、または、アルミナ、ジルコニア、シリカ、グラファイトなどをベース成分としたセラミック系の無機材料の接着剤などを用いることができる。
（無機接合部２５）
無機接合部２５には、強固な接着性、高い硬度、気密性、耐熱性、低熱膨張率、耐水性、耐圧性、耐薬品性などを有する接着剤などを用いることができる。例えば、クォーツなどをベース成分としたガラス系接着剤、または、アルミナ、ジルコニア、シリカ、グラファイトなどをベース成分としたセラミック系の無機材料の接着剤などを用いることができる。
【0036】
より具体的には、第１配線電極１４ＡとＬＥＤ素子を約３００℃でＡｕ－Ｓｎ共晶接合するＬＥＤパッケージにおいては、当該共晶接合温度より低い温度（例えば８０℃～２６０℃）で硬化特性を有する反応型接着剤を用いることができる。主にこのタイプの無機接着剤には、硅酸塩系、酸化アルミニウム―珪酸塩系、ジルコニウム―珪酸塩系、酸化アルミニウム―ジルコニウム―珪酸塩系等のポリシリカ系接着剤がある。
【0037】
また、アルミナなどのセラミックとバインダーとして各種金属アルコキシド（Ｓｉ，Ｔｉ，ＺｒＡｌ）を用いた金属アルコキシド系接着剤がある。これらの無機接着剤は、高い硬度、優れた耐熱性及び接着強度を有し、低透湿性など高い気密性を有しており好適である。
【0038】
例えば、酸化アルミニウム―ジルコニウム―珪酸塩系の無機接着剤として、ジルコニウム化合物（６０－７０ｗｔ％）、ケイ酸塩（５－１５ｗｔ％）、酸化アルミニウム（１－３ｗｔ％）、水（２０－３０ｗｔ％）からなる一液性の接着剤を用いることができる。
［発光装置１０の製造方法］
以下に、発光装置１０の製造方法について、詳細かつ具体的に説明する。
（素子接合工程）
まず、基板１１の第１配線電極１４Ａ上にＡｕＳｎ揮発性ソルダーペーストはんだを塗布する。は、溶融温度が約３００℃のＡｕ-Ｓｎ（２２ｗｔ％）のＡｕＳｎ組成はんだを用いた。
［発光装置１０の製造方法］
以下に、発光装置１０の製造方法について、詳細かつ具体的に説明する。
（素子接合工程）
まず、基板１１の第１配線電極１４Ａ上にＡｕＳｎ揮発性ソルダーペーストはんだを塗布する。は、溶融温度が約３００℃のＡｕ-Ｓｎ（２２ｗｔ％）のＡｕＳｎ組成はんだを用いた。
【0039】
次に、発光素子１５を揮発性ソルダーペースト上に載せて、基板を３２０℃まで加熱して、ＡｕＳｎを溶融・固化して第１配線電極１４Ａ上に発光素子１５を接合する。なお、保護素子１６を搭載する場合には同時に行う。このとき、揮発性ソルダーペーストに含まれるフラックスは殆ど揮発する。
【0040】
次に、発光素子１５の上部電極のボンディングパッド１５Ｂと第２配線電極１４Ｂとの間をボンディングワイヤ１８Ｃ（Ａｕワイヤ）によって電気的に接続する。
（フラックス追揮発工程）
上記のように発光素子１５が接合された基板１１をヒーターにセットし、窒素雰囲気下で、アニール温度３００℃で２０秒加熱して、揮発性ソルダーペーストの残留物（フラックス）を揮発させる。
（フラックス追揮発工程）
上記のように発光素子１５が接合された基板１１をヒーターにセットし、窒素雰囲気下で、アニール温度３００℃で２０秒加熱して、揮発性ソルダーペーストの残留物（フラックス）を揮発させる。
【0041】
追揮発温度の下限は、残留物（フラックス）が揮発する３００℃以上（すなわち、金属接合層２２の溶融温度以上）が好ましい。また、追揮発温度の上限は、金属接合層２２が再溶融しない温度以下、例えば３３０℃以下が好ましい。
（エキシマ光洗浄工程）
追揮発後の基板１１をエキシマ－光照射装置にセットし、2000 mJ/cm2以上のエキシマ光を基板に照射する。これにより、基板１１及び発光素子１５の表面に吸着している残留物（フラックス）を分解除去した。
（キャップ接合工程１：内側接合部形成）
図３Ａ～図３Ｃは、図２のＷ部（接合部）の第１の接合工程（接合工程１）について説明する部分拡大断面図である。
（エキシマ光洗浄工程）
追揮発後の基板１１をエキシマ－光照射装置にセットし、2000 mJ/cm2以上のエキシマ光を基板に照射する。これにより、基板１１及び発光素子１５の表面に吸着している残留物（フラックス）を分解除去した。
（キャップ接合工程１：内側接合部形成）
図３Ａ～図３Ｃは、図２のＷ部（接合部）の第１の接合工程（接合工程１）について説明する部分拡大断面図である。
【0042】
エキシマ光洗浄工程後の基板１１と、透光キャップ１３とをキャップ接合装置にセットする。次に、基板１１及び透光キャップ１３の雰囲気を真空状態にし、温度２７５℃で５分加熱処理（アニール処理）する。
【0043】
続いて、基板１１及び透光キャップ１３の雰囲気を封入ガスであるドライ窒素（Ｎ２）ガス、１気圧（１０１．３ｋＰａ）で満たす。次に、基板１１の基板金属層１２上に環状ＡｕＳｎシート（金属接合層２２の接合材）を載せ、さらにその上から透光キャップ１３のフランジ部１３Ｂを載せる（図３Ａ参照）。
【0044】
透光キャップ１３を環状ＡｕＳｎシートに押圧しつつ、３２０℃まで加熱する。加熱により、ＡｕＳｎシートは基板金属層１２に密着した部分から内側および外側に向かって溶融し、金属層１２およびフランジ金属層２１の金を若干量溶融しつつ固化する、又は冷却により固化する。図３Ｂに示すように、基板金属層１２及びフランジ金属層２１が金属接合層２２によって接合された金属接合構造２４からなる内側接合部ＪＩが形成される。
（キャップ接合工程２：外側接合部形成）
内側接合部ＪＩの外側の領域、すなわち、基板接合面１１Ｓの外側基板接合面１１Ｓ２とフランジ接合面１３Ｓの外側フランジ面１３Ｓ２との間に液状の無機接着剤を充填する。温度１００℃で５～１５分加熱処理し、無機接合部２５が形成される。これにより、図３Ｃに示すように、外側接合部ＪＯが形成され、基板１１と透光キャップ１３との封止接合が完了する。
（２重気密構造）
以上、説明したように、本実施形態による半導体発光装置１０は、内側接合部ＪＩと外側接合部ＪＯからなる２重気密構造を有している。
（キャップ接合工程２：外側接合部形成）
内側接合部ＪＩの外側の領域、すなわち、基板接合面１１Ｓの外側基板接合面１１Ｓ２とフランジ接合面１３Ｓの外側フランジ面１３Ｓ２との間に液状の無機接着剤を充填する。温度１００℃で５～１５分加熱処理し、無機接合部２５が形成される。これにより、図３Ｃに示すように、外側接合部ＪＯが形成され、基板１１と透光キャップ１３との封止接合が完了する。
（２重気密構造）
以上、説明したように、本実施形態による半導体発光装置１０は、内側接合部ＪＩと外側接合部ＪＯからなる２重気密構造を有している。
【0045】
内側接合部ＪＩは、基板金属層１２、金属接合層２２及びフランジ金属層２１からなる金属材料（含む合金）で構成された封止構造を有している。当該金属封止構造は、１次気密封止と外側接合部形成時に発生する揮発成分のキャップ内への侵入とを防止する機能を有する。
【0046】
外側接合部ＪＯは、ガラス系またはセラミック系の無機材料からなる無機接着剤で構成された封止構造を有している。当該無機接着剤封止構造は、２次気密封止と内側接合部の雰囲気ガスによる腐食防止とを防止する機能を有する。
【0047】
すなわち、本実施形態による２重気密構造は、展延性のある金属材料による１次気密封止構造と、硬度の高い無機材料に２次気密封止構造とを有し、振動や衝撃等に強く、また耐湿性、耐腐食性など耐環境性の高い気密接合を有する半導体発光装置を提供することができる。
［第２の実施形態］
図４Ａは、図２と同様な図であり、本発明の第２の実施形態による半導体発光装置３０の断面を模式的に示す断面図である。図４Ｂは、基板１１と透光キャップ１３との接合部Ｗを拡大して示す部分拡大断面図である。
［第２の実施形態］
図４Ａは、図２と同様な図であり、本発明の第２の実施形態による半導体発光装置３０の断面を模式的に示す断面図である。図４Ｂは、基板１１と透光キャップ１３との接合部Ｗを拡大して示す部分拡大断面図である。
【0048】
第２の実施形態において、透光キャップ１３のフランジ部１３Ｂは、内側フランジ面１３Ｓ１において突出したフランジ突出部１３Ｐを有している。
【0049】
より詳細には、フランジ突出部１３Ｐの底面（内側フランジ面１３Ｓ１）は円環形状を有し、内側フランジ面１３Ｓ１にはフランジ金属層２１が固着されている。
【0050】
また、基板接合面１１Ｓの内側の円環形状の領域（内側基板接合面）１１Ｓ１には基板金属層１２が固着されている。基板金属層１２及びフランジ金属層２１は、互いに対応する形状（円環形状）及びサイズを有している。
【0051】
基板金属層１２及びフランジ金属層２１は、金属接合層２２によって接合され、金属封止構造である金属接合構造２４からなる内側接合部ＪＩを形成している。
【0052】
また、基板接合面１１Ｓの外側基板接合面１１Ｓ２とフランジ接合面１３Ｓの外側フランジ面１３Ｓ２との間は無機接合部２５によって接合され、無機接着材による封止構造からなる外側接合部ＪＯが形成されている。
【0053】
本実施形態による半導体発光装置３０においては、フランジ突出部１３Ｐを有し、フランジ突出部１３Ｐの側面と無機接合部２５との間においても接合面ＣＳが形成されるので、横方向の応力に対する接合強度が向上する。
【0054】
また、外側接合部ＪＯは硬度の高い無機接着材からなるので、内側接合部ＪＩへの荷重を低減できるので、内側接合部ＪＩの気密性の低下を防止することができる。
【0055】
以上、説明したように、本実施形態による半導体発光装置３０は、内側接合部ＪＩと外側接合部ＪＯからなる２重気密構造を有している。従って、上記実施形態と同様に、振動や衝撃等に強く、また、耐湿性、耐腐食性の高い気密接合を有する半導体発光装置を提供することができる。
［第３の実施形態］
図５Ａは、図２と同様な図であり、本発明の第３の実施形態による半導体発光装置４０の断面を模式的に示す断面図である。図５Ｂは、基板１１と透光キャップ１３との接合部Ｗを拡大して示す部分拡大断面図である。
［第３の実施形態］
図５Ａは、図２と同様な図であり、本発明の第３の実施形態による半導体発光装置４０の断面を模式的に示す断面図である。図５Ｂは、基板１１と透光キャップ１３との接合部Ｗを拡大して示す部分拡大断面図である。
【0056】
第３の実施形態において、フランジ部１３Ｂの底面であるフランジ面１３Ｓは円環形状を有し、フランジ金属層２１が固着されている。また、基板接合面１１Ｓの内側の円環形状の領域（内側基板接合面）１１Ｓ１には基板金属層１２が固着されている。基板金属層１２及びフランジ金属層２１は、互いに対応する形状（円環形状）及びサイズを有している。
【0057】
基板金属層１２及びフランジ金属層２１は、金属接合層２２によって接合され、金属封止構造からなる内側接合部ＪＩを形成している。
【0058】
また、内側接合部ＪＩを覆うように、すなわち、フランジ部１３Ｂの上面まで至り、金属接合構造２４及びフランジ部１３Ｂを覆うように無機接合部２５からなる外側接合部ＪＯが形成されている。
【0059】
図５Ｃは、無機接合部２５の形成方法を模式的に示す断面図である。図５Ｃの上段の図に示すように、隣接する半導体発光装置間の外側接合領域に無機接着材のスラリーをポッティング装置ＰＤによってフランジ部１３Ｂの縁部が埋設されるまでポッティングする。続いて、キュア（無機接着剤の硬化）を行って無機接着材を固化し、無機接合部２５を形成する。
【0060】
続いて、隣接する半導体発光装置間の無機接合部２５を、ダイサＤＳやレーザダイシングによって個々の半導体発光装置４０に分割し（図５Ｃの下段）、半導体発光装置４０が製造される。
【0061】
かかる構造により、さらに基板１１と透光キャップ１３との接合強度が向上する。なお、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、フランジ部１３Ｂの上面の全体を覆うように、無機接合部２５が形成されていることが好ましい。
（第３の実施形態の改変例）
図６Ａ及び図６Ｂは、図５Ｂと同様な図であり、第３の実施形態の改変例における基板１１と透光キャップ１３との接合部Ｗを拡大して示す部分拡大断面図である。
（第３の実施形態の改変例）
図６Ａ及び図６Ｂは、図５Ｂと同様な図であり、第３の実施形態の改変例における基板１１と透光キャップ１３との接合部Ｗを拡大して示す部分拡大断面図である。
【0062】
図６Ａを参照すると、外側基板接合面１１Ｓ２には、溝ＧＲが形成されている。また、図６Ｂを参照すると、外側基板接合面１１Ｓ２には、内側溝ＧＲ１及び外側溝ＧＲ２（以下、特に区別しない場合には、溝ＧＲと総称する）が形成されている。
【0063】
すなわち、外側基板接合面１１Ｓ２には、少なくとも１つの溝ＧＲが形成されている。溝ＧＲは、内側接合部ＪＩを囲む環状の溝（外環の溝）として形成されている。なお、溝ＧＲは、閉じた環状ではなく、当該外環の少なくとも一部であるように形成されていてもよい。
【0064】
そして、無機接合部２５は、当該少なくとも１つの溝ＧＲを充填するように形成されている。
【0065】
かかる構造により、さらに外側接合部ＪＯの接合強度を向上することができる。また、キャップ外れを防止することができる。
【0066】
上述においては、内側接合部ＪＩと外側接合部ＪＯからなる２重気密構造について説明したが、更なる気密性を向上する工夫を加えることもできる。例えば、無機接着剤が接触する透光キャップ及び基板１１の接触面を荒らして無機接合部２５の結着性を向上することもできる。
【0067】
以上、説明したように、本実施形態による半導体発光装置４０においても、内側接合部ＪＩと外側接合部ＪＯからなる２重気密構造を有している。従って、上記した実施形態と同様に、振動や衝撃等に強く、また、耐湿性、耐腐食性の高い気密接合を有する半導体発光装置を提供することができる。
［第４の実施形態］
図７Ａは、本発明の第４の実施形態による半導体発光装置５０の断面（図８ＡのＡ－Ａ線に沿った断面）を模式的に示す断面図である。図７Ｂは、基板１１と透光キャップ１３との接合部Ｗを拡大して示す部分拡大断面図である。
［第４の実施形態］
図７Ａは、本発明の第４の実施形態による半導体発光装置５０の断面（図８ＡのＡ－Ａ線に沿った断面）を模式的に示す断面図である。図７Ｂは、基板１１と透光キャップ１３との接合部Ｗを拡大して示す部分拡大断面図である。
【0068】
また、図８Ａは、第４の実施形態による半導体発光装置５０の上面を模式的に示す平面図である。図８Ｂは、半導体発光装置５０の側面を模式的に示す図である。図８Ｃは、半導体発光装置５０の内部構造を模式的に示す図である。
【0069】
図７Ａ、図８Ａに示すように、第４の実施形態の透光キャップ１３は、円盤状の平板であり、透光キャップ１３の円環形状の外縁部がフランジ部１３Ｂであり、その内側が透光部である窓部１３Ａである。フランジ部１３Ｂの底面（すなわち、透光キャップ１３の底面の円環形状外周部）には円環形状のフランジ金属層２１が固着されており、金属接合面が形成されている。
【0070】
図７Ａ、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、基板１１は、発光素子１５をその内部に収容する空間である凹部ＲＣを有している。より詳細には、基板１１は、基板１１の内縁で画定される円柱状の凹部ＲＣを有するハウジング（枠構造）として構成され、基板１１の頂面１１Ｔ上に透光キャップ１３が載置、接合されている。
【0071】
図８Ｃに示すように、基板接合面１１Ｓの内側の円環形状の領域（内側基板接合面）１１Ｓ１には基板金属層１２が固着されている。基板金属層１２はフランジ金属層２１に対応する形状（円環形状）及びサイズを有している。
【0072】
図７Ｂに示すように、基板金属層１２及びフランジ金属層２１は、金属接合層２２によって接合され、金属封止構造である金属接合構造２４からなる内側接合部ＪＩを形成している。
【0073】
また、基板接合面１１Ｓの外側基板接合面１１Ｓ２とフランジ接合面１３Ｓの外側フランジ面１３Ｓ２との間は無機接合部２５によって接合され、無機接着材による封止構造からなる外側接合部ＪＯが形成されている。
（第４の実施形態の改変例）
図９Ａ、図９Ｂ及び図９Ｃは、第４の実施形態の改変例を示す図であり、それぞれ半導体発光装置５０の上面を模式的に示す平面図、側面を模式的に示す図、内部構造を模式的に示す図である。なお、図９ＡのＡ－Ａ線に沿った半導体発光装置５０の断面及び接合部Ｗの部分拡大断面は図７Ａ、図７Ｂと同様である。なお、
図９Ａに示すように、本改変例においては、透光キャップ１３は矩形状の平板であり、透光キャップ１３の矩形環形状の外縁部がフランジ部１３Ｂであり、その内側が透光部である窓部１３Ａである。フランジ部１３Ｂの底面には矩形環形状のフランジ金属層２１が固着されており、金属接合面が形成されている。なお、フランジ金属層２１は、角部がＲ面である面取りされた形状を有している。
（第４の実施形態の改変例）
図９Ａ、図９Ｂ及び図９Ｃは、第４の実施形態の改変例を示す図であり、それぞれ半導体発光装置５０の上面を模式的に示す平面図、側面を模式的に示す図、内部構造を模式的に示す図である。なお、図９ＡのＡ－Ａ線に沿った半導体発光装置５０の断面及び接合部Ｗの部分拡大断面は図７Ａ、図７Ｂと同様である。なお、
図９Ａに示すように、本改変例においては、透光キャップ１３は矩形状の平板であり、透光キャップ１３の矩形環形状の外縁部がフランジ部１３Ｂであり、その内側が透光部である窓部１３Ａである。フランジ部１３Ｂの底面には矩形環形状のフランジ金属層２１が固着されており、金属接合面が形成されている。なお、フランジ金属層２１は、角部がＲ面である面取りされた形状を有している。
【0074】
【0075】
図９Ｃに示すように、基板接合面１１Ｓの内側の矩形環形状の領域（内側基板接合面）１１Ｓ１には基板金属層１２が固着されている。基板金属層１２はフランジ金属層２１に対応する形状（矩形環形状）及びサイズを有している。
【0076】
図７Ｂに示すように、基板金属層１２及びフランジ金属層２１は、金属接合層２２によって接合され、金属封止構造である金属接合構造２４からなる内側接合部ＪＩを形成している。
【0077】
また、基板接合面１１Ｓの外側基板接合面１１Ｓ２とフランジ接合面１３Ｓの外側フランジ面１３Ｓ２との間は無機接合部２５によって接合され、無機接着材による封止構造からなる外側接合部ＪＯが形成されている。
【0078】
本実施形態による半導体発光装置５０においては、透光キャップ１３は、円盤状の平板で構成されており、加工が容易であり、基板との接合の均一性も高く、コストも低減できる。また、矩形の透光キャップ１３Ｂであっても、内側接合部ＪＩと外側接合部ＪＯの角部に丸み（Ｒ面取り）が設けてあれば十分な気密接合性を得ることが可能となる。
【0079】
また、本実施形態による半導体発光装置５０は、内側接合部ＪＩと外側接合部ＪＯからなる２重気密構造を有している。従って、上記した実施形態と同様に、振動や衝撃等に強く、また、耐湿性、耐腐食性の高い気密接合を有する半導体発光装置を提供することができる。
【0080】
なお、本明細書において、矩形状、矩形環形状及び角柱形状等の用語は、角部がＲ面又はＣ面などの面取りされた形状を含む。
【0081】
なお、上記した実施形態においては、基板金属層１２及びフランジ金属層２１等が円環形状を有する場合について説明したが、これに限定されない。例えば、これらの金属層が多角形形状、又は角部が面取りされた多角形形状を有していてもよい。
【0082】
なお、上記した半導体材料及び金属材料、数値等は、特記した場合を除いて、例示であり、限定的に解釈されない。
【0083】
また、本明細書において、用語「円環」は、楕円環、長円環、オーバル形の環等を含み、円、円球、円柱等についても同様である。また、用語「矩形」は、正方形、長方形、及びこれらの角部が面取りされた形状を含み、矩形環、角柱等についても同様である。
【0084】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、高接合性及び高気密性を有するとともに、多湿などの悪環境下においても高い耐環境性を有する、高信頼度及び長寿命の半導体装置を提供することができる。
【符号の説明】
【0085】
１０，３０ 半導体発光装置
１１ 基板
１１Ｓ 基板接合面
１３Ｓ フランジ接合面
１２ 基板金属層
１３ 透光キャップ
１３Ａ 窓部
１３Ｂ フランジ部
１３Ｐ フランジ突出部
２１ フランジ金属層
２２ 金属接合層
２４ 金属接合構造
２５ 無機接合部
ＧＲ 溝
ＪＩ 内側接合部
ＪＯ 外側接合部
ＲＣ 凹部
１１ 基板
１１Ｓ 基板接合面
１３Ｓ フランジ接合面
１２ 基板金属層
１３ 透光キャップ
１３Ａ 窓部
１３Ｂ フランジ部
１３Ｐ フランジ突出部
２１ フランジ金属層
２２ 金属接合層
２４ 金属接合構造
２５ 無機接合部
ＧＲ 溝
ＪＩ 内側接合部
ＪＯ 外側接合部
ＲＣ 凹部
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図1E】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図9A】
【図9B】
【図9C】