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特許7493672オプトエレクトロニクス半導体デバイス、製造方法およびベースプレート
(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】2024-05-23
(45)【発行日】2024-05-31
(54)【発明の名称】オプトエレクトロニクス半導体デバイス、製造方法およびベースプレート
(51)【国際特許分類】
H01S 5/02208 20210101AFI20240524BHJP
H01S 5/02224 20210101ALI20240524BHJP
H01S 5/02255 20210101ALI20240524BHJP
【ＦＩ】
H01S5/02208
H01S5/02224
H01S5/02255
【請求項の数】
18
(21)【出願番号】P 2023504295
(86)(22)【出願日】2021-07-15
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-08-22
(86)【国際出願番号】 EP2021069736
(87)【国際公開番号】W WO2022017905
(87)【国際公開日】2022-01-27
【審査請求日】2023-02-20
(31)【優先権主張番号】102020119192.8
(32)【優先日】2020-07-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(31)【優先権主張番号】102021103863.4
(32)【優先日】2021-02-18
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(73)【特許権者】
【識別番号】599133716
【氏名又は名称】エイエムエス－オスラム インターナショナル ゲーエムベーハー
【氏名又は名称原語表記】ａｍｓ－ＯＳＲＡＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｌｅｉｂｎｉｚｓｔｒａｓｓｅ ４， Ｄ－９３０５５ Ｒｅｇｅｎｓｂｕｒｇ， Ｇｅｒｍａｎｙ
(74)【代理人】
【識別番号】100114890
【弁理士】
【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト
(74)【代理人】
【識別番号】100098501
【弁理士】
【氏名又は名称】森田 拓
(74)【代理人】
【識別番号】100116403
【弁理士】
【氏名又は名称】前川 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100134315
【弁理士】
【氏名又は名称】永島 秀郎
(74)【代理人】
【識別番号】100162880
【弁理士】
【氏名又は名称】上島 類
(72)【発明者】
【氏名】イェアク エーリヒ ゾアク
(72)【発明者】
【氏名】ローラント ヒュッティンガー
(72)【発明者】
【氏名】マティアス ホフマン
(72)【発明者】
【氏名】シュテフェン シュトラウス
(72)【発明者】
【氏名】ヘアベアト ブルナー
(72)【発明者】
【氏名】ラルフ ヴァーグナー
【審査官】皆藤 彰吾
(56)【参考文献】
【文献】特開２００２－１５１７０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－２２２６２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０５－１９８６９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１４／００４１９０９（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｓ ５／０２２０８
Ｈ０１Ｓ ５／０２２２４
Ｈ０１Ｓ ５／０２２５５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
オプトエレクトロニクス半導体デバイス（１）であって、当該オプトエレクトロニクス半導体デバイス（１）は、・放射（Ｒ）を生成するための少なくとも１つのオプトエレクトロニクス半導体チップ（２）と、
・少なくとも１つの前記オプトエレクトロニクス半導体チップ（２）が内部で気密にカプセル化されているハウジング（３）と
を備え、
・前記ハウジング（３）はハウジングカバー（３１）を含み、前記ハウジングカバー（３１）は、接合手段（５）によってハウジングボディ（３２）に取り付けられており、
・前記ハウジング（３）はガス交換ダクト（４）を含み、
・前記ガス交換ダクト（４）は、シール（７）によって気密に閉鎖されており、
・前記ハウジングボディ（３２）は、前記放射（Ｒ）に対し非透過性のベースプレート（３３）を、少なくとも１つの前記オプトエレクトロニクス半導体チップ（２）のための支持体として含み、前記ベースプレート（３３）には両面に金属製電気接続領域（６）が設けられており、前記ハウジングカバー（３１）は、前記放射（Ｒ）のための放射出射窓として構成されており、
・前記ガス交換ダクト（４）は電気的にかつ光学的に機能せず、
・前記ガス交換ダクト（４）は、前記ベースプレート（３３）内に設けられていて金属化部（４２）を含み、前記金属化部（４２）は、前記ベースプレート（３３）のハウジング下面（３５）上に延在し、少なくとも前記ハウジング下面（３５）において前記電気接続領域（６）よりも薄く、これによって前記電気接続領域（６）は前記ハウジング下面（３５）において、前記ハウジングボディ（３２）から離れる方向で前記ガス交換ダクト（４）および前記シール（７）よりも突出している、
オプトエレクトロニクス半導体デバイス（１）。
【請求項2】
前記ハウジング（３）は、正確に１つのガス交換ダクト（４）を含む、請求項１記載のオプトエレクトロニクス半導体デバイス（１）。
【請求項3】
前記ガス交換ダクト（４）は、前記ハウジングボディ（３２）の実装面（３０）を上から見た平面図では、少なくとも１つの前記オプトエレクトロニクス半導体チップ（２）の側方に設けられている、請求項１または２記載のオプトエレクトロニクス半導体デバイス（１）。
【請求項4】
前記ハウジングボディ（３２）は、前記ハウジングカバー（３１）と向き合った面に支持体リング（３４）を含む、請求項１から３までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス半導体デバイス（１）。
【請求項5】
前記シール（７）は、低融点ガラスを含むかまたは低融点ガラスであり、前記低融点ガラスは、最高５００℃の融点を有する、請求項１から４までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス半導体デバイス（１）。
【請求項6】
前記シール（７）は、金、ガリウム、またはガリウムとインジウムとの混合物から成る、請求項１から４までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス半導体デバイス（１）。
【請求項7】
前記シール（７）は、金属はんだを含むかまたは金属はんだから成る、請求項１から４までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス半導体デバイス（１）。
【請求項8】
前記シール（７）は、支持体プレート（７１）と密閉層（７２）とを含み、これによって前記密閉層（７２）は、前記支持体プレート（７１）と前記金属化部（４２）との間に設けられている、請求項１から６までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス半導体デバイス（１）。
【請求項9】
前記ガス交換ダクト（４）の平均直径は、少なくとも１０μｍであり最大で０．２ｍｍであり、前記ハウジング（３）の厚さは、前記ガス交換ダクト（４）のすぐ近くでは、前記ガス交換ダクト（４）の平均直径を少なくとも２倍上回り、前記ガス交換ダクト（４）は、一部だけまたは完全に前記シール（７）によって埋められている、請求項１から８までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス半導体デバイス（１）。
【請求項10】
赤色、緑色および青色を生成するためのレーザモジュールであり、表面実装可能である、請求項１から９までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス半導体デバイス（１）。
【請求項11】
前記ガス交換ダクト（４）は、円筒体、切頭円錐体または二重円錐体として形成されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス半導体デバイス（１）。
【請求項12】
前記ハウジングカバー（３１）はガラスから成り、前記ハウジングボディ（３２）は少なくとも１つのセラミックをベースとしており、前記ハウジング（３）内には、前記放射（Ｒ）のための少なくとも１つの光学系（８）が設けられている、請求項１から１１までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス半導体デバイス（１）。
【請求項13】
ハウジング（３）を備えたオプトエレクトロニクス半導体デバイス（１）を製造する方法であって、請求項１から１２までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス半導体デバイス（１）を製造するものであり、以下のステップを含む、すなわち、Ａ）少なくとも１つのガス交換ダクト（４）を有するハウジングボディ（３２）に、少なくとも１つのオプトエレクトロニクス半導体チップ（２）を装着するステップと、
Ｂ）前記ハウジングボディ（３２）にハウジングカバー（３１）を取り付けるステップと、
Ｄ）前記ガス交換ダクト（４）をシール（７）により閉鎖して、前記ハウジング（３）を気密封止するステップと
を含む、
オプトエレクトロニクス半導体デバイス（１）を製造する方法。
【請求項14】
前記ステップＤ）は以下のステップを含む、すなわち、Ｄ１）前記ガス交換ダクト（４）の内面（４１）を金属化部（４２）によって被覆するステップと、
Ｄ２）少なくとも１つの液体合金金属（４３）を前記ガス交換ダクト（４）内に取り込み前記金属化部（４２）にもたらすステップと、
Ｄ３）シール（７）が形成されるように硬化させるステップであって、少なくとも１つの前記合金金属（４３）を前記金属化部（４２）と反応させて、少なくとも１つの前記合金金属（４３）よりも高い融点を有する閉鎖合金（４４）を形成するステップと
を含む、請求項１から４，６，７および９から１２までのいずれか１項を引用する請求項１３記載の方法。
【請求項15】
・前記金属化部（４２）は、金および／または銅を含むかまたは金および／または銅から成り、・前記合金金属（４３）は、水銀および／またはガリウムを含むかまたは水銀および／またはガリウムから成り、
・前記硬化を１５℃以上１５０℃以下の温度で実施し、少なくとも２時間継続させる、
請求項１４記載の方法。
【請求項16】
請求項１から１２までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス半導体デバイス（１）を製造するものであり、以下のプロセスステップを含み、すなわち、Ａ）前記ハウジングボディ（３２）に少なくとも１つの前記オプトエレクトロニクス半導体チップ（２）を装着するステップと、
Ｂ）前記ハウジングボディ（３２）に前記ハウジングカバー（３１）を取り付けるステップであって、前記接合手段（５）を処理するための第１の雰囲気（Ａ１）を前記ハウジング（３）内に存在させるステップと、
Ｃ）前記ハウジング（３）内の前記第１の雰囲気（Ａ１）を、開放されている前記ガス交換ダクト（４）を通して第２の雰囲気（Ａ２）と置き換えるステップと、
Ｄ）前記ガス交換ダクト（４）を前記シール（７）で閉鎖して、前記ハウジング（３）を気密封止するステップと
を含み、前記プロセスステップを記載順に実施する、
請求項１３から１５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項17】
前記第１の雰囲気（Ａ１）は保護ガス雰囲気であり、前記第２の雰囲気（Ａ２）は酸素を含有する、請求項１６記載の方法。
【請求項18】
請求項１から１２までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス半導体デバイス（１）のためのベースプレート（３３）であって、・前記ベースプレート（３３）は、少なくとも１つのオプトエレクトロニクス半導体チップ（２）のための支持体として構成されており、
・前記ベースプレート（３３）には両面に、少なくとも１つの前記オプトエレクトロニクス半導体チップ（２）を電気的に結線するための金属製電気接続領域（６）が設けられており、
・当該ベースプレート（３３）内にガス交換ダクト（４）が設けられており、前記ガス交換ダクト（４）は金属化部（４２）を含み、
・少なくとも１つの前記オプトエレクトロニクス半導体チップ（２）のための実装面（３０）とは反対側に位置する、当該ベースプレート（３３）の下面（３５）において少なくとも、前記金属化部（４２）は前記電気接続領域（６）よりも薄く、
・前記電気接続領域（６）は前記下面（３５）において、当該ベースプレート（３３）から離れる方向で前記ガス交換ダクト（４）よりも突出しており、
・前記ガス交換ダクト（４）は、前記実装面（３０）を上から見た平面図では、少なくとも１つの前記オプトエレクトロニクス半導体チップ（２）のために設けられた領域の側方に設けられており、前記電気接続領域（６）から電気的に絶縁されており、
・前記ガス交換ダクト（４）は前記下面（３５）において、最大で１％の割合を有し、
・当該ベースプレート（３３）は可視光に対し非透過性であり、
・前記ガス交換ダクト（４）は電気的かつ光学的に機能しない、
オプトエレクトロニクス半導体デバイス（１）のためのベースプレート（３３）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、オプトエレクトロニクス半導体デバイスに関する。さらに本発明は、かかるオプトエレクトロニクス半導体デバイスを製造する方法に関する。さらに本発明は、かかるオプトエレクトロニクス半導体デバイスのためのベースプレートに関する。
【0002】
解決すべき課題は、耐用期間が長いオプトエレクトロニクス半導体デバイスを提示することである。
【0003】
この課題は特に、独立請求項の特徴を備えたオプトエレクトロニクス半導体デバイス、製造方法およびベースプレートによって解決される。従属請求項には好ましい発展形態が記載されている。
【0004】
少なくとも１つの実施形態によれば、半導体デバイスは１つまたは複数のオプトエレクトロニクス半導体チップを含む。少なくとも１つのオプトエレクトロニクス半導体チップは、特に可視光である放射を生成するように構成されている。複数のオプトエレクトロニクス半導体チップが設けられているならば、それらは好ましくは、それぞれ異なる波長の放射を生成するために、つまり特に青色、緑色および赤色の光を生成するために用いられ、したがってオプトエレクトロニクス半導体チップの動作を制御して様々な色の光を放出させることができる。少なくとも１つのオプトエレクトロニクス半導体チップは、好ましくはレーザダイオードであるが、発光ダイオード、略してＬＥＤ、またはレーザダイオードと発光ダイオードとの組み合わせを使用することもできる。
【0005】
少なくとも１つの実施形態によれば、オプトエレクトロニクス半導体デバイスはハウジングを含む。少なくとも１つのオプトエレクトロニクス半導体デバイスは、このハウジング内にカプセル化されている。
【0006】
少なくとも１つの実施形態によれば、ハウジングは気密封止されており、したがって少なくとも１つのオプトエレクトロニクス半導体チップは、気密にカプセル化されてハウジング内に収容されている。つまりハウジングの内部と外部との間で、酸素、窒素または水蒸気といった物質の大幅な交換は行われない。気密封止とはたとえば、ハウジングの漏れ率が、特に室温において、最大で５×１０－９Ｐａ・ｍ３／ｓまたは最大で５×１０－８Ｐａ・ｍ３／ｓまたは最大で５×１０－７Ｐａ・ｍ３／ｓである、ということを意味する。これによって、半導体デバイスの長い耐用期間を達成することができる。
【0007】
少なくとも１つの実施形態によれば、ハウジングはハウジングカバー、特に正確に１つのハウジングカバーを含む。たとえばガラスから成るハウジングカバーは、接合手段によってハウジングのハウジングボディに取り付けられている。ハウジングボディはたとえば、１つまたは複数のセラミックをベースとしており、あるいは少なくとも１つの半導体材料または少なくとも１つの金属をベースともしている。この接合手段はたとえば、金属はんだまたはガラスはんだといったはんだであるか、または択一的に有機材料をベースにすることができる接着剤でもある。
【0008】
少なくとも１つの実施形態によれば、ハウジングはガス交換ダクトを含む。ガス交換ダクトは、開放された状態においてハウジング内部のキャビティと外部周囲との間のガス交換を可能にするように構成されている。ガス交換ダクトは好ましくは、半導体デバイスの製造中しか必要とされず、したがって完成した半導体デバイスにおいて機能しなくてよい。ガス交換ダクトは特に、ハウジングの全体寸法に比べて小さい。
【0009】
少なくとも１つの実施形態によれば、ガス交換ダクトは、１つまたは複数のシールによって気密に閉鎖されている。つまりハウジングの気密封止は製造プロセスの枠内で、特にガス交換ダクトをシールにより閉鎖することによって初めて達成される。
【0010】
少なくとも１つの実施形態によれば、オプトエレクトロニクス半導体デバイスは、放射を生成するための少なくとも１つのオプトエレクトロニクス半導体チップと、少なくとも１つのオプトエレクトロニクス半導体チップが内部で気密にカプセル化されているハウジングとを含む。ハウジングはハウジングカバーを含み、これは接合手段によってハウジングボディに取り付けられている。さらにハウジングはガス交換ダクトを含み、これはシールによって気密に閉鎖されている。
【0011】
ＲＧＢレーザモジュールなどの半導体デバイスは好ましくは、不活性ガス雰囲気内またはフォーミングガス雰囲気内に収容され、しかもその中で動作させられる。つまりこのようにした場合には、半導体デバイスの周囲を取り囲んで、好ましくは酸素不含かつ水不含の、または実質的に酸素不含かつ水不含の雰囲気が存在する。しかしながらハウジング内部において、特にレーザファセットのところで、オプトエレクトロニクス半導体チップから送出されるレーザ放射の光出射領域内に、好ましくは酸素含有雰囲気が発生させられている。
【0012】
つまりオプトエレクトロニクス半導体チップが高品質でカプセル化されていないと、時間が経過するにつれてハウジング内部の酸素の割合が減少し、このことによって耐用期間が短くなるおそれがある。よって、半導体デバイスの耐用期間全体にわたってハウジング内で酸素を十分に保持する目的で、動作開始時にキャビティ内の酸素含有量が比較的高くなるようにしておかなければならない。
【0013】
他方、温度が高められたときに接合手段が酸化するのを阻止する目的で、ハウジングをシーリングするときには好ましくは、酸素不含の雰囲気または酸素含有量が少ない雰囲気が存在している。かかる酸化は、はんだ付け品質の低下ひいてはハウジングの密閉性の低下および／またははんだ付け時の歩留まりの低下をもたらすおそれがある。
【0014】
したがって半導体デバイスの動作中と製造中とで、雰囲気に対し異なる要求が課される。本明細書で説明する半導体デバイスにおけるガス交換ダクトを用いることによって、ハウジングを組み立てる際と最終的な動作中とで、互いに独立してそれぞれ異なる雰囲気を準備することができ、その結果、ハウジングの密閉性の向上とオプトエレクトロニクス半導体チップの耐用期間の増加とを達成可能とすることができる。
【0015】
少なくとも１つの実施形態によれば、ハウジング内には、正確に１つのガス交換ダクトだけしか取り付けられていない。これにより達成されるのは、ハウジングの密閉性がガス交換ダクトのシールによってもほとんど損なわれない、ということである。
【0016】
少なくとも１つの実施形態によれば、ガス交換ダクトは、電気的にかつ光学的にかつ好ましくは機械的にも機能しない。つまりガス交換ダクトは、さらにそれに付随してシールも、半導体デバイスの規定どおりの動作中、ハウジングの密閉保持を除けば、動作に関連する機能を果たさない。特に、動作中に生成された放射の成分は、ガス交換ダクトおよびシールに全く衝突しないかまたはほとんど衝突せず、また、ガス交換ダクトおよびシールを介して電流は全く流れないかほとんど流れず、好ましくは接地電位とは異なる特定の電圧も加わらない。
【0017】
少なくとも１つの実施形態によれば、ハウジングボディはベースプレートを含み、これは好ましくは動作中に生成される放射線に対して非透過性である。ベースプレートは、少なくとも１つのオプトエレクトロニクス半導体チップのための支持体として用いられる。つまりベースプレートは、少なくとも１つのオプトエレクトロニクス半導体チップのための実装面を成している。
【0018】
少なくとも１つの実施形態によれば、ベースプレートの少なくとも１つの主面に、好ましくは両面に、金属製電気接続領域が設けられている。接続領域はたとえば、電気導体路および／または電気コンタクト面として形成されている。特に接続領域は、はんだ付けによる接触接続のために、かつ／またはボンディングワイヤを取り付けるために構成されている。
【0019】
ベースプレートのそれぞれ異なる面の対応する接続領域は好ましくは、ビアとも称される電気スルーホールを介して、互いに電気的に接続されている。ここで考えられるのは、実装面を上から見た平面図では、スルーホールをベースプレートのもっぱら内部にしか設けず、つまりベースプレートの電気絶縁材料により周囲全体を取り囲むようにすることである。
【0020】
少なくとも１つの実施形態によれば、ハウジングカバーは、動作中に生成された放射のための放射出射窓として構成されている。この目的でハウジングカバーには、１つまたは複数の光学的に作用するコーティングを設けることができ、たとえば反射防止コーティングおよび／または光学フィルタ層を設けることができる。さらにハウジングカバーを、少なくとも部分的に光学系として形成することができ、したがってハウジングカバーをたとえばレンズとして作用させることができる。
【0021】
少なくとも１つの実施形態によれば、ガス交換ダクトはベースプレート内に設けられており、特にもっぱらベースプレート内にしか設けられていない。つまりガス交換ダクトは、後で半導体デバイスが取り付けられた状態ではもはや見えないハウジング下面にあるものとすることができる。
【0022】
少なくとも１つの実施形態によれば、ガス交換ダクトは１つまたは複数の金属化部を含む。好ましくは、少なくとも１つの金属化部は、少なくともハウジング下面において電気接続領域よりも薄い。つまり特にハウジング下面における電気接続領域は、ハウジングボディから離れる方向でガス交換ダクトおよびシールよりも突出している。択一的に電気接続領域は、シールと同一平面上で終端しているか、またはガス交換ダクトとも同一平面上で終端している。
【0023】
少なくとも１つの実施形態によれば、ガス交換ダクトは、実装面を上から見た平面図では、少なくとも１つのオプトエレクトロニクス半導体チップの側方に設けられている。これにより、ガス交換ダクトにより半導体チップに及ぼされる立体的な影響が阻止され、または最小限に抑えられる。好ましくは、ガス交換ダクトは、しかも電気接続領域の側方に位置しており、かつ／または電気接続領域から電気的に絶縁されている。
【0024】
少なくとも１つの実施形態によれば、ガス交換ダクトはハウジングカバー内に設けられており、特にハウジングカバー内にしか設けられていない。この場合、ガス交換ダクトは好ましくは、放射の影響を阻止するかまたは最小限に抑える目的で、動作中に生成される放射の放射経路に対し離間されて配置されている。
【0025】
少なくとも１つの実施形態によれば、ハウジングボディは、ハウジングカバーと向き合った面に１つまたは複数の支持体リングを含む。かくして少なくとも１つの支持体リングは、ハウジングボディとハウジングカバーとの間のスペーサとして作用する。支持体リングの幾何学形状および／または支持体リングの個数によって、ハウジング内のキャビティの高さを効率的に調整することができる。
【0026】
少なくとも１つの実施形態によれば、ガス交換ダクトは支持体リング内に設けられており、特にもっぱら支持体リング内にしか設けられていない。ガス交換ダクトのかかる配置によって、ハウジングの横方向の広がりを、特にベースプレートのサイズを、低減可能とすることができる。
【0027】
少なくとも１つの実施形態によれば、シールは低融点ガラスを含むか、または低融点ガラスから成る。低融点ガラスは好ましくは、最高で５００℃または最高で４００℃または最高で３５０℃の融点を有する。ガラスはたとえばガラスはんだである。
【0028】
少なくとも１つの実施形態によれば、シールは、金属または金属合金を含むか、または少なくとも１つの金属または少なくとも１つの金属合金から成る。特にシールは、金を含むかまたは金から成る。このケースではシールはたとえば、ボンディングワイヤのためのスタッドバンプから、またはたとえば摩擦溶接によって、たとえばサーモソニックボンディングによって、取り付けられた金の小プレートから、形成されている。これが適用されるのは特に、ガス交換ダクトが金属化部を有する場合である。
【0029】
さらに考えられるのは、シールは金合金から成るかまたは金合金を含み、たとえばＡｕＧａ２を含み、またはＡｕ，ＧａおよびＩｎを有する合金を含むようにすることである。これに加えて考えられるのは、シールはＣｕ，Ｎｉ，Ｚｎ，ＳｎをＨｇとの組み合わせで含むか、またはこれらから成るようにすることである。
【0030】
少なくとも１つの実施形態によれば、シールは金属はんだであり、または金属はんだから成る。はんだはたとえば、ＡｕＳｎのような軟質はんだである。
【0031】
少なくとも１つの実施形態によれば、シールは支持体プレートおよび密閉層を含み、または支持体および密閉層から成る。この場合、密閉層は、支持体プレートとガス交換ダクトとの間に設けられている。密閉層は、特に金のように摩擦溶接可能な金属から成り、あるいは金属はんだまたはガラスはんだからも成る。密閉層を、支持体プレート上に面全体にわたり取り付けることができ、またはフレームとして支持体プレートの周縁部だけに設けることができ、または択一的に、支持体プレートの中央領域だけに設けることもできる。
【0032】
少なくとも１つの実施形態によれば、ガス交換ダクトの平均直径は、少なくとも２μｍまたは少なくとも５μｍまたは少なくとも１０μｍまたは少なくとも２０μｍである。択一的にまたは付加的に、平均直径は、最大で０．４ｍｍまたは最大で０．２ｍｍまたは最大で０．１ｍｍまたは最大で０．０５ｍｍである。たとえば平均直径は、２μｍ以上２００μｍ以下または５μｍ以上８０μｍ以下または２０μｍ以上８０μｍ以下である。
【0033】
少なくとも１つの実施形態によれば、ハウジングの厚さは、ガス交換ダクトのすぐ近くでは、ガス交換ダクトの平均直径を少なくとも２倍または少なくとも４倍上回っている。つまりハウジングの厚さに対し相対的に、特にベースプレート、支持体リングまたはハウジングカバーの厚さに対し相対的に、ガス交換ダクトは細い。
【0034】
少なくとも１つの実施形態によれば、ガス交換ダクトは部分的に、たとえば少なくとも５％まで、かつ／または最大で５０％まで、または最大で２０％まで、シールによって埋められている。つまりガス交換ダクトの大部分には、シールを設けなくてよい。
【0035】
択一的に、シールはガス交換ダクトを覆っているだけであり、ガス交換ダクトを埋めておらず、あるいは末端だけしか埋めておらず、たとえば最大で１％まで、または最大で５％まで、または最大で１０％まで、埋めている。さらに択一的に、シールは、ガス交換ダクトを完全に埋めることができ、またはほぼ完全に、たとえば少なくとも９０％まで、または９５％まで、埋めることができる。
【0036】
少なくとも１つの実施形態によれば、オプトエレクトロニクス半導体デバイスは、赤色、緑色および青色の光を生成するためのレーザモジュールであり、つまりＲＧＢモジュールである。したがって半導体デバイスは好ましくは、互いに独立して動作を制御可能でありそれぞれ異なる色で発光する複数のレーザダイオードを含む。
【0037】
少なくとも１つの実施形態によれば、半導体デバイスは表面実装可能である。つまりハウジングは、ＳＭＴすなわちＳｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙを用いて、プリント基板のような外部の接続支持体に取り付け可能である。
【0038】
少なくとも１つの実施形態によれば、ガス交換ダクトは、円筒体、切頭円錐体または二重円錐体として形成されている。好ましくは、ガス交換ダクトは、円筒形の形状または切頭円錐台の形状を有する。
【0039】
少なくとも１つの実施形態によれば、ハウジングカバーはガラス、セラミックまたはサファイアから成る。この場合、ハウジングカバーは、好ましくは一体的に形成されている。択一的に、ハウジングカバーを複数の構成要素から構成することができ、たとえばガラスまたはサファイアから成る放射出射窓と組み合わせて、セラミックプレートから構成することができる。
【0040】
少なくとも１つの実施形態によれば、ハウジングボディは、１つのセラミックまたは複数のセラミックをベースとしている。たとえばハウジングボディは、ＡｌＮから成るベースプレートと、ＡｌＮまたはＡｌ２Ｏ３から成る支持体リングとを含む。ハウジングボディが少なくとも１つのセラミックをベースとしている、ということによって表すことができるのは、ハウジングボディの唯一の電気絶縁性の材料が、この少なくとも１つのセラミックである、ということである。
【0041】
少なくとも１つの実施形態によれば、動作中に生成される放射のための少なくとも１つの光学系が、ハウジング内に設けられている。少なくとも１つの光学系はたとえば、偏向ミラー、ＭＥＭＳミラーのような可動ミラー、および／または集光レンズのような集束構成要素である。
【0042】
さらに、たとえば上述の実施形態のうちの１つまたは複数に関連して説明したようなオプトエレクトロニクス半導体デバイスを製造するための方法が提示される。よって、オプトエレクトロニクス半導体デバイスの特徴は、この方法についても開示されており、その逆もまた同様である。
【0043】
少なくとも１つの実施形態において、この方法は、ハウジングを備えたオプトエレクトロニクス半導体デバイスを製造するために用いられ、以下のステップを特に記載順序で含む。すなわち、
Ａ）少なくとも１つのガス交換ダクトを有するハウジングボディに、少なくとも１つのオプトエレクトロニクス半導体チップを装着するステップ、
Ｂ）ハウジングボディにハウジングカバーを取り付けるステップ、および
Ｄ）ガス交換ダクトをシールにより閉鎖して、ハウジングを気密封止するステップ。
Ａ）少なくとも１つのガス交換ダクトを有するハウジングボディに、少なくとも１つのオプトエレクトロニクス半導体チップを装着するステップ、
Ｂ）ハウジングボディにハウジングカバーを取り付けるステップ、および
Ｄ）ガス交換ダクトをシールにより閉鎖して、ハウジングを気密封止するステップ。
【0044】
少なくとも１つの実施形態において、この方法は、オプトエレクトロニクス半導体デバイスを製造するために用いられ、以下のステップを好ましくは記載順序で含む。すなわち、
Ａ）ハウジングボディに少なくとも１つのオプトエレクトロニクス半導体チップを装着するステップ、
Ｂ）ハウジングボディにハウジングカバーを取り付けるステップであって、接合手段を処理するための第１の雰囲気をハウジング内に存在させるステップ、
Ｃ）ハウジング内の第１の雰囲気を、開放されているガス交換ダクトを通して第２の雰囲気と置き換えるステップ、および
Ｄ）ガス交換ダクトをシールで閉鎖して、ハウジングを気密封止するステップ。
Ａ）ハウジングボディに少なくとも１つのオプトエレクトロニクス半導体チップを装着するステップ、
Ｂ）ハウジングボディにハウジングカバーを取り付けるステップであって、接合手段を処理するための第１の雰囲気をハウジング内に存在させるステップ、
Ｃ）ハウジング内の第１の雰囲気を、開放されているガス交換ダクトを通して第２の雰囲気と置き換えるステップ、および
Ｄ）ガス交換ダクトをシールで閉鎖して、ハウジングを気密封止するステップ。
【0045】
このようにすれば、第１の雰囲気によって、ハウジングカバーとハウジングボディとの間の高品質の接合箇所を達成することができ、その後、少なくとも１つのオプトエレクトロニクス半導体チップの動作に最適化された第２の雰囲気をハウジング内に充填することができる。
【0046】
少なくとも１つの実施形態によれば、第１の雰囲気は、保護ガス雰囲気、不活性雰囲気および／またはフォーミングガス雰囲気である。
【0047】
少なくとも１つの実施形態によれば、第２の雰囲気は酸素を含有している。たとえば第２の雰囲気は、乾燥および／または浄化された空気によって形成され、これはこの場合には実質的に酸素、窒素およびアルゴンならびにＣＯ２から成る。したがってハウジングを充填する際の第２の雰囲気の酸素の割合は、好ましくは１０％以上３０％以下であり、特に約２１％である。第２の雰囲気の露点温度は、好ましくは最大で－６０℃または－８０℃であり、このため第２の雰囲気はほとんど水不含である。
【0048】
少なくとも１つの実施形態によれば、ガス交換ダクトの閉鎖には、少なくとも１つの金属化部によりガス交換ダクトの内面をコーティングすることが含まれる。たとえば金属化部は、金および／または銅を含むか、または金および／または銅から成る。金属化部を単一の金属層から形成することができる。択一的に、金属化部を複数の金属層から構成することができ、これらの金属層を交互に取り付けることもできる。金属化部が内面に限られたものとする必要はなく、したがって金属化部を任意選択的に、ガス交換ダクトにじかに接するハウジングの領域に延在させることができる。
【0049】
ハウジングボディに少なくとも１つのオプトエレクトロニクス半導体チップを装着する前にすでに、金属化部の形成を実施することができる。つまりステップＤ）の一部をステップＡ）の前にすでに行うことができ、ステップＤ）の仕上げを、ステップＡ）、Ｂ）および／またはＣ）の後に初めて実施することができる。
【0050】
少なくとも１つの実施形態によれば、金属化部は、ガス交換ダクトの平均直径の少なくとも５％または少なくとも１０％または少なくとも２０％である厚さを有する。択一的にまたは付加的に、この厚さは平均直径の最大で３０％または最大で２０％である。
【0051】
少なくとも１つの実施形態によれば、ガス交換ダクトの閉鎖には、ガス交換ダクトに少なくとも１つの合金金属を取り込むことが含まれる。合金金属は、取り込む際に好ましくは液状である。これによって、少なくとも１つの合金金属が金属化部と接触し、金属化部と反応することができる。たとえば合金金属はガリウムであり、あるいは特に金ベースの金属化部のためには、ガリウムとインジウムとの混合物であり、あるいは合金金属は、特に銅、ニッケル、スズおよび／または亜鉛をベースとする金属化部のためには、水銀である。取り込みは特に室温またはほぼ室温で行われ、たとえば少なくとも１５℃、または少なくとも２５℃、および／または最大で７５℃、または最大で５５℃、または最大で４０℃において行われる。好ましくは、合金金属は金属化部の材料とは異なっている。
【0052】
少なくとも１つの実施形態によれば、ガス交換ダクトの閉鎖には、シールが形成されるように硬化させることが含まれており、その際に少なくとも１つの合金金属が金属化部と反応する。この硬化は特にアマルガム化である。かくして、硬化または完全に反応することによって閉鎖合金が形成され、この閉鎖合金は特に好ましくは、特にかつてはほぼ室温で液状であった少なくとも１つの合金金属よりも高い融点を有する。
【0053】
少なくとも１つの実施形態によれば、硬化またはアマルガム化はほぼ室温で行われ、たとえば少なくとも１５℃または少なくとも５０℃または少なくとも８０℃の温度で行われる。択一的にまたは付加的にこの温度は、最大で２５０℃または最大で１５０℃または最大で１００℃である。
【0054】
少なくとも１つの実施形態によれば、硬化またはアマルガム化は、少なくとも１時間または少なくとも２時間または少なくとも５時間の持続時間にわたり実施される。択一的にまたは付加的に、硬化またはアマルガム化は、最大で３０日または最大で５日または最大で４８時間、継続する。
【0055】
ここで考えられるのは、硬化またはアマルガム化を、保護ガス雰囲気など特定のガス雰囲気、たとえば窒素またはアルゴン、によって促進させることである。さらに硬化またはアマルガム化を任意選択的に、比較的高い雰囲気圧で、または液体合金金属の液圧で行うことができる。たとえば雰囲気圧および／または液圧は、硬化中またはアマルガム化中、少なくとも一時的に１ｂａｒまたは２ｂａｒまたは５ｂａｒを上回る。ここで考えられるのは、ガス交換ダクトが完全に閉鎖される前に、雰囲気圧を標準圧力まで減じることであり、かつ／またはガス交換ダクトが完全に閉鎖された後に液圧を増加させることである。
【0056】
さらに、上述の実施形態のうちの１つまたは複数に関連して説明したような、オプトエレクトロニクス半導体デバイスのためのベースプレートが提示される。よって、オプトエレクトロニクス半導体デバイスの特徴は、このベースプレートについても開示されており、その逆もまた同様である。
【0057】
少なくとも１つの実施形態において、ベースプレートは、オプトエレクトロニクス半導体デバイスのために設けられている。ベースプレートは、少なくとも１つのオプトエレクトロニクス半導体チップのための支持体として構成されており、このベースプレートには両側に、少なくとも１つのオプトエレクトロニクス半導体チップを電気的に結線するための金属製電気接続領域が、設けられている。ベースプレートには、金属化部を含むガス交換ダクトが設けられている。少なくとも１つのオプトエレクトロニクス半導体チップのための実装面とは反対側に位置する、ベースプレートの下面において少なくとも、金属化部は電気接続領域よりも薄い。さらに電気接続領域は下面において、ベースプレートから離れる方向でガス交換ダクトよりも突出している。ガス交換ダクトは、実装面を上から見た平面図では、少なくとも１つのオプトエレクトロニクス半導体チップのために設けられた領域の側方に設けられており、好ましくは電気接続領域から電気的に絶縁されている。さらにガス交換ダクトは下面において、この下面を上から見た平面図では、最大で１％または最大で０．２％の面積の割合を有する。
【0058】
本明細書で説明するオプトエレクトロニクス半導体デバイスはたとえば、プロジェクションの用途において、または仮想現実もしくは拡張現実（英語ではＶｉｒｔｕａｌ ＲｅａｌｉｔｙまたはＡｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）のための眼鏡において使用される。このことは特に、気密封止されたハウジングのコンパクトな構造形式により可能となる。
【0059】
以下では、本明細書で説明するオプトエレクトロニクス半導体デバイス、本明細書で説明する方法、および本明細書で説明するベースプレートについて、実施例に基づき図面を参照しながらさらに詳しく説明する。その際に同じ参照符号は、個々の図面において同じ要素を表す。ただしこの場合、縮尺どおりには描かれておらず、理解しやすくするために個々の要素がむしろ誇張された大きさで描かれている場合もある。
【図面の簡単な説明】
【0060】
【図1】本明細書で説明するオプトエレクトロニクス半導体デバイスの実施例のためのベースプレートを概略的に示す平面図である。
【図3】本明細書で説明するオプトエレクトロニクス半導体デバイスを製造するための方法の１つの実施例のステップを概略的に示す断面図である。
【図4】本明細書で説明するオプトエレクトロニクス半導体デバイスを製造するための方法の１つの実施例のステップを概略的に示す断面図である。
【図5】本明細書で説明するオプトエレクトロニクス半導体デバイスを製造するための方法の１つの実施例のステップを概略的に示す断面図である。
【図6】本明細書で説明するオプトエレクトロニクス半導体デバイスを製造するための方法の１つの実施例のステップを概略的に示す断面図である。
【図7】本明細書で説明するオプトエレクトロニクス半導体デバイスを製造するための方法の１つの実施例のステップを概略的に示す断面図である。
【図8】本明細書で説明するオプトエレクトロニクス半導体デバイスの実施例を概略的に示す断面図である。
【図9】本明細書で説明するオプトエレクトロニクス半導体デバイスの実施例を概略的に示す断面図である。
【図10】本明細書で説明するオプトエレクトロニクス半導体デバイスの実施例を概略的に示す断面図である。
【図11】本明細書で説明するオプトエレクトロニクス半導体デバイスの実施例を製造するためのプロセスステップを概略的に示す断面図である。
【図12】本明細書で説明するオプトエレクトロニクス半導体デバイスの実施例を製造するためのプロセスステップを概略的に示す断面図である。
【図13】本明細書で説明するオプトエレクトロニクス半導体デバイスの実施例を製造するためのプロセスステップを概略的に示す断面図である。
【図14】本明細書で説明するオプトエレクトロニクス半導体デバイスの実施例を製造するためのプロセスステップを概略的に示す断面図である。
【図15】本明細書で説明するオプトエレクトロニクス半導体デバイスの実施例を製造するためのプロセスステップを概略的に示す断面図である。
【図16】本明細書で説明するオプトエレクトロニクス半導体デバイスの実施例を製造するためのプロセスステップを概略的に示す断面図である。
【図17】本明細書で説明するオプトエレクトロニクス半導体デバイスの実施例のためのハウジングを概略的に示す断面図である。
【図18】本明細書で説明するオプトエレクトロニクス半導体デバイスの１つの実施例を上から概略的に示す平面図である。
【図19】本明細書で説明するオプトエレクトロニクス半導体デバイスの実施例のためのベースプレートを概略的に示す断面図である。
【図20】本明細書で説明するオプトエレクトロニクス半導体デバイスの１つの実施例を斜め上から概略的に示す斜視図である。
【図23】本明細書で説明するオプトエレクトロニクス半導体デバイスの実施例のためのハウジングを概略的に示す断面図である。
【図24】本明細書で説明するオプトエレクトロニクス半導体デバイスの実施例のためのハウジングを概略的に示す断面図である。
【図25】本明細書で説明するオプトエレクトロニクス半導体デバイスの実施例のためのハウジングを概略的に示す断面図である。
【図26】本明細書で説明するオプトエレクトロニクス半導体デバイスの実施例のための製造方法のステップを概略的に示す断面図である。
【図27】本明細書で説明するオプトエレクトロニクス半導体デバイスの実施例のための製造方法のステップを概略的に示す断面図である。
【図28】本明細書で説明するオプトエレクトロニクス半導体デバイスの実施例のための製造方法のステップを概略的に示す断面図である。
【図29】本明細書で説明するオプトエレクトロニクス半導体デバイスの実施例のための製造方法のステップを概略的に示す断面図である。
【図30】本明細書で説明するオプトエレクトロニクス半導体デバイスの実施例のための製造方法のステップを概略的に示す断面図である。
【図31】本明細書で説明するオプトエレクトロニクス半導体デバイスの実施例のためのガス交換ダクトを概略的に示す断面図である。
【図32】本明細書で説明するオプトエレクトロニクス半導体デバイスの実施例のためのガス交換ダクトを概略的に示す断面図である。
【0061】
図１および図２には、オプトエレクトロニクス半導体デバイス１のためのベースプレート３３の１つの実施例が示されている。ベースプレート３３は好ましくは、支持構成要素としてセラミックボディ３７を含む。さらに、好ましくは平坦なベースプレート３３は、セラミックボディ３７上に取り付けられた複数の金属製電気接続領域６を含む。接続領域６の厚さはたとえば、少なくとも３０μｍであり、最大で０．３ｍｍ、特に約０．１ｍｍである。
【0062】
実装面３０および反対側の下面３５における対応する接続領域６は、電気スルーホール３６を介して相互に接続されている。スルーホール３６は、部分的または完全に特に金属によって満たされており、したがってこれらのスルーホール３６は気密である。
【0063】
実装面３０における最大の接続領域６は、図示されていない少なくとも１つのオプトエレクトロニクス半導体チップ、特にレーザダイオード、のためのコンタクト領域として設けられている。
【0064】
これに加えベースプレート３３はガス交換ダクト４を含み、これはベースプレート３３ひいてはセラミックボディ３７を完全に貫通している。かくしてガス交換ダクト４は、ベースプレート３３を貫通する貫通開口部を成している。好ましくはガス交換ダクト４は、たとえばニッケルから成るかまたはニッケルを有する金属化部４２を含む。金属化部４２は接続領域６よりも著しく薄い。たとえば金属化部４２の厚さは、ベースプレート３３の対応する面上における接続領域６の厚さの最大で１０％、または最大で２０％、または最大で６０％である。このことは好ましくは、他の全ての実施例についても適用される。
【0065】
ガス交換ダクト４の周囲を取り囲む金属化部４２の幅は、下面３５または実装面３０を上から見た平面図では、たとえば下面３５または実装面３０におけるガス交換ダクト４の内径の少なくとも１倍または少なくとも２倍および／または最大で１０倍または最大で５倍である。上から見た平面図では、金属化部４２はたとえば丸く、特に円形または多角形で形成されている。このことは好ましくは、他の全ての実施例についても適用される。
【0066】
金属化部４２を、実装面３０および下面３５に設けることもでき、ガス交換ダクト４の側壁を完全に覆うこともできる。金属化部４２は好ましくは、接続領域６から電気的に分離されている。
【0067】
図３～図７には、オプトエレクトロニクス半導体デバイス１のための製造方法の１つの実施例が示されている。図３によれば、ハウジングボディ３２が準備される。ハウジングボディ３２を一体的に形成することができる。択一的に、ハウジングボディ３２は、ベースプレート３３および支持体リング３４から構成されており、図３では破線によりシンボリックに表されている。この場合、ベースプレート３３を、図１および図２に示したように構築することができる。したがってハウジングボディ３２はキャビティ３９を有する。
【0068】
図４によれば、キャビティ３９内で接続領域６上に、たとえばはんだ付けによってオプトエレクトロニクス半導体チップ２が取り付けられる。図面を簡単にするため、図３～図７には１つの接続領域６および１つの半導体チップ２だけしか示されておらず、ただし好ましくは、複数の半導体チップ２と複数の接続領域６とが設けられている。
【0069】
図５のステップにおいて、ハウジングボディ３２上にハウジングカバー３１が取り付けられ、これによってハウジング３が出来上がる。この場合、ハウジングカバー３１とハウジングボディ３２との間の接合は、たとえば軟質はんだ、特にＡｕＳｎ、である接合手段５の処理によって行われる。
【0070】
ハウジングカバー３１とハウジングボディ３２との間の高い接合品質を保証する目的で、この場合、第１の雰囲気Ａ１が存在している。第１の雰囲気Ａ１は、好ましくはフォーミングガスまたは不活性ガスである。第１の雰囲気Ａ１により特に、接合手段５における酸化物層の形成が阻止される。
【0071】
したがってハウジングカバー３１によって、ハウジングボディ３２から離れる方向においてキャビティ３９が閉鎖される。これにより、キャビティ３９内にも同様に第１の雰囲気Ａ１が存在している。
【0072】
図６のステップにおいて、第１の雰囲気Ａ１が第２の雰囲気Ａ２と置き換えられる。このことは特に、ハウジング３の周囲が排気されることによって行われ、つまり第１の雰囲気Ａ１が除去される。その結果として第２の雰囲気Ａ２が適用される。
【0073】
かくして、ガス交換ダクト４を通過して第１の雰囲気Ａ１が吸い出され、第２の雰囲気Ａ２がキャビティ３９内に取り込まれる。第２の雰囲気Ａ２はたとえば、酸素の割合が約２１％の乾燥させられた空気である。第２の雰囲気Ａ２の酸素の割合が高いことによって、半導体チップ２のレーザファセットに場合によっては堆積する有機成分を酸化させることができ、そのようにして半導体デバイス１の耐用期間を延ばすことができる。
【0074】
第１および／または第２の雰囲気Ａ１、Ａ２は、好ましくはほぼ常圧で存在している。つまり室温したがって２９４Ｋでは、第１の雰囲気Ａ１および／または第２の雰囲気Ａ２の圧力は、好ましくは０．８ｂａｒ以上１．２ｂａｒ以下である。
【0075】
図７によれば最終的に、ガス交換ダクト４がシール７によって固定的かつ持続的に閉鎖され、これによってハウジング３が気密封止される。その際に考えられるのは、他の全ての実施例と同様に、シール７をガス交換ダクト４の外側にしか取り付けないことであり、これによってガス交換ダクト４自体にはシール７が設けられないままとなる。
【0076】
図８には、オプトエレクトロニクス半導体デバイス１のさらなる実施例が示されている。キャビティ３９内に付加的に光学系８、たとえば偏向プリズム、が取り付けられている。この光学系８を用いることで、動作中に生成され好ましくは可視レーザ光である放射Ｒが、ハウジングカバー３１へと向かう方向でハウジングカバー３１を貫通して案内される。この目的でハウジングカバー３１は好ましくは両面に、光学的に作用するそれぞれ１つの図示されていないコーティング、特に反射防止コーティング、を有する。
【0077】
さらに図８におけるハウジング３は、ハウジングカバー３１、支持体リング３４、およびベースプレート３３から構成されていて、これらはそれぞれ接合手段５によって互いに接合されている。ガス交換ダクト４は、半導体チップ２の側方において、しかも電気接続領域６の側方において、ベースプレート３３内に設けられている。ここでも図面を簡単にするために、１つの接続領域６だけしか示されておらず、ただし好ましくは、特にハウジング下面３５にも、複数の接続領域６が設けられている。
【0078】
ガス交換ダクト４をシール７で完全に埋めることができる。キャビティ３９は、第２の雰囲気Ａ２で充填されている。
【0079】
【0080】
図９の実施例には、ガス交換ダクト４がハウジングカバー３１内に設けられており、しかも規定どおりの動作では、動作中に生成される放射が到達しない領域に設けられていることが示されている。ハウジングカバー３１はたとえばガラスから成る。その他の点では、図１～図８に関して述べたことが図９についても同じように適用される。
【0081】
図１０の実施例には、ガス交換ダクト４がたとえばセラミックの支持体リング３４内に設けられており、したがって好ましくは実装面３０に対し平行に延在していることが示されている。ガス交換ダクト４は、任意選択的に二重円錐体として形成されており、その際に円筒体の中央区間を設けることができる。図１～図９に示したガス交換ダクト４の円筒体の代わりに、それぞれかかる二重円錐体のガス交換ダクト４を使用することもできる。
【0082】
他の全ての実施例と同様に、ハウジングカバー３１を放射通過領域において光学系８ｃとして形成することができる。付加的に偏向光学系８ｂを設けることができ、さらなる任意選択事項として、少なくとも１つの半導体チップ２に集束光学系８ａが設けられている。
【0083】
さらに他の全ての実施例の場合と同様に、ハウジングカバー３１がハウジングボディ３２と同一平面上で終端しなければならない、ということは必須ではない。図面を簡単にするため、他の全ての実施例の場合と同様に、ボンディングワイヤなど少なくとも１つの半導体チップ２のための電気接続手段は示されていない。
【0084】
【0085】
図１１～図１６には、シール７をガス交換ダクト４に取り付けることができる様々な方法が示されている。かくして図７のステップに対応するこれらの方法は、それぞれ１つの特定の種類のガス交換ダクト４についてだけしか示されていないけれども、明示的には示されていない他のタイプのガス交換ダクト４のためにも、これらを同様の手法で利用することができる。図示されている限りでは、その際に接続領域６はそれぞれ、ガス交換ダクト４の好ましくは設けられている金属化部４２よりも厚く、ただし他の構成も可能である。図１１～図１６に示されていないプロセスステップは、好ましくはそれぞれ図３～図６に関連して説明したのと同じ手法で行われる。
【0086】
図１１によれば、シール７は低融点ガラスにより形成されており、このガラスは、たとえばホットスタンプおよび／または取り付けノズルである閉鎖工具９によって、金属化部４２上およびガス交換ダクト４上に取り付けられ、かつ／または押圧される。低融点ガラスが金属化部４２と接合することによって、ガス交換ダクト４の気密封止された閉鎖が行われる。完成したシール７は、ベースプレート３３から離れる方向で接続領域６から突出している。
【0087】
金属化部４２は、横断面で見ると好ましくはＨ字形に形成されており、したがって金属化部４２はガス交換ダクト４の側壁を完全に周囲全体で覆っている。しかも金属化部４２は、ガス交換ダクト４が貫通するデバイスの主面において、本来のダクトの周囲全体を取り囲んで延在している。つまり図１１の場合、金属化部４２は比較的薄い厚さで、ベースプレート３３の実装面３０上および下面３５上に延在している。
【0088】
接続領域６は、ここでは好ましくは３つの金属層６ａ，６ｂ，６ｃによって形成されている。ベースプレート３３に隣接して配置された比較的厚い層６ａは、たとえば金または銅から成る。中間層６ｂは特にニッケルから成り、他の層６ａ，６ｂを包囲することができる第３の層６ｃは、たとえば金、パラジウムおよび／または白金から成る。この場合に金属化部４２は下面３５に、たとえば以下のようにして形成されている。すなわち、たとえばレーザアブレーションにより層６ｃが除去されていて、このようにして中間層６ｂが露出させられるのである。実装面３０においてガス交換ダクト４の金属化部４２は、３つ層６ａ，６ｂ，６ｃ全てを含むことができる。ここで最も内側の層６ａは金属化部４２において、好ましくは接続領域６におけるものよりも著しく薄く、たとえば少なくとも４倍および／または最大で２０倍薄い。
【0089】
かくしてシーリングポイントを、デバイス表面よりも後退させることができる。つまり特別に平坦なハウジング下面３５を保証できるようにする目的で、シーリングポイント、特にガス交換ダクト４におけるシール７の取り付けポイント、を接続領域６の外面とは異なる高さに位置させることができる。図示されているものとは異なり、他の全ての実施例においても可能であるように、この目的でハウジング下面３５に、シール７のための凹部を設けることができる。
【0090】
これに対し図１２には、好ましくは金から成る金属ボールまたはスタッドバンプによってシール７が形成されることが示されており、これは摩擦溶接によって金属化部４２に取り付けられる。つまり閉鎖工具９を、ボンディングワイヤ工具および／またははんだ装置とすることができる。
【0091】
図１３によれば、シール７は支持体プレート７１によって形成されており、この支持体プレート７１には密閉層７２が設けられている。このケースでは、閉鎖工具９をボンディング工具とすることができる。支持体プレート７１はたとえば、ケイ素などの半導体材料から成り、または金属からも成る。密閉層７２は特に金層である。金属化部４２がたとえば金から成るならば、シール７を金と金との接合によって、特に摩擦溶接によって、実現することができる。
【0092】
密閉層７２を備えた支持体プレート７１の代わりに、比較的厚い、特に金から成る、一体的な金属小プレートを、シール７のために利用することもできる。
【0093】
図１４の場合、支持体プレート７１のためのガラスプレートと、密閉層７２としてのガラスはんだとから、シール７が形成される。図１４における図面とは異なり、支持体プレート７１上に面全体にわたって密閉層７２を取り付けることもできる。この場合にはたとえば、密閉層７２を溶融してハウジングカバー３１と接合するレーザが、閉鎖工具９として使用されるようにして、シール７が形成される。択一的に、閉鎖工具９は加熱ヘッドである。よって、ガス交換ダクト４に金属化部が設けられていないようにすることができる。
【0094】
さらに図１４には、ガス交換ダクト４が任意選択的に切頭円錐体の形状を有することが示されている。同じことは、他の全ての実施例において可能である。
【0095】
図１５の実施例の場合には、シール７がガラス滴の被着により実施される。ガラス滴は、高温分注法を用いて、好ましくはガラスプレートであるハウジングカバー３１上にじかに被着される。閉鎖工具９として、特にガラス分注ヘッドが用いられる。シール用の低融点はんだガラスは、ガス交換ダクト４内に流入し、これを気密に閉鎖する。好ましくは融点が著しく低いこの種のガラスはんだによって、半導体デバイス１は熱的に損傷させられない。かくしてこのプロセスによって、ハウジングカバー３１内にガラスとガラスとの複合体が生成される。
【0096】
しかも図１５には、接合手段５がハウジングカバー３１、任意選択的な支持体リング３４およびベースプレート３３よりも後退させられて取り付けられている、たとえば図１３におけるものとは異なり、接合手段５がハウジングカバー３１、任意選択的な支持体リング３４およびベースプレート３３と同一平面上で終端していることが示されている。両方の構成は、それぞれ全ての実施例において可能である。
【0097】
ハウジングカバー３１の平坦な外面を達成する目的で、ハウジングカバー３１にはガス交換ダクト４の領域に、図示されていない凹部を設けることができ、これによってシール７をハウジングカバー３１内に下降させることができ、このようにすれば実装面３０から離れる方向でシール７がハウジングカバー３１を越えて突出することはない。相応のことを、他の全ての実施例においても、たとえば図７によるベースプレート３３に関しても、また、たとえば図１０による支持体リング３４に関しても、適用することができる。
【0098】
図１６によれば、閉鎖工具９は、はんだボールリザーバ９ａ、ノズル９ｂおよびレーザ９ｃを含む。これにより、加熱されたはんだボール、特にＡｕＳｎから成るはんだボール、をガス交換ダクト４に向けて出射し、金属化部４２と接合させることができる。このプロセスは極めて迅速に行うことができるので、酸素含有の第２の雰囲気Ａ２における高温のはんだボールの酸化をほぼ阻止することができる。
【0099】
図１１～図１６の場合、シール７は略示されていてそれぞれガス交換ダクト４のところにだけに存在し、ガス交換ダクト４内には存在していない。これとは異なり、シール７がそれぞれほんの少しガス交換ダクト４を埋めることもでき、これについては図１７を参照されたい。
【0100】
【0101】
図１８には、オプトエレクトロニクス半導体デバイス１が、赤色光用のレーザダイオード２Ｒと、緑色光用のレーザダイオード２Ｇと、青色光用のレーザダイオード２Ｂとを含むことが示されている。つまり半導体デバイス１はＲＧＢレーザモジュールである。このことは好ましくは、他の全ての実施例についても適用される。
【0102】
さらに図１８には任意選択事項として、他の全ての実施例においても可能であるように、２つ以上のガス交換ダクト４を設けることができることが示されている。とはいえ、正確に１つのガス交換ダクト４だけしか設けられていないバリエーションが好ましい。
【0103】
【0104】
さらに図１９には、ガス交換ダクト４の金属化部４２を、接続領域６の層４２ａ，４２ｂ，４２ｃのうちの１つ層だけから、特に最も下側の層４２ａから、構成することができることが示されている。同じことは、他の全ての実施例についても適用される。
【0105】
金属化部４２の上面において、つまり特に層４２ａの上面において、図１９にハッチングで示唆されているように、薄い酸化物層を形成することができる。層４２ａがたとえばニッケルとして形成されているならば、酸化物層はＮｉＯから成る。このことは特に、シール７として低融点ガラスを用いた気密封止にとって有利であり、これについては特に図１１を参照されたい。
【0106】
図２０～図２２には、オプトエレクトロニクス半導体デバイス１のさらなる実施例が示されている。この場合、少なくとも１つのオプトエレクトロニクス半導体チップ２は任意選択的に、サブマウントとも称される中間支持体３８上に設けられている。少なくとも１つのガス交換ダクト４は、たとえばベースプレート３３内に設けられている。ハウジング下面３５に、複数の金属製電気接続領域６を取り付けることができる。たとえば、比較的大きい４つの接続領域６が、ハウジング下面３５の中央領域に設けられている。これらの比較的大きい接続領域６は任意選択的に、比較的小さい複数の接続領域６によって周囲全体で取り囲まれている。
【0107】
【0108】
図２３～図２５には、ハウジング３内のガス交換ダクト４を、ハウジングカバー３１内に（図２３を参照）、支持体リング３４内に（図２４参照）、またはベースプレート３３内に（図２５参照）、設けることができることが示されている。図２３～図２５の構成による組み合わせも可能である。さらに図２３～図２５には、任意選択的にそれぞれ中間支持体３８を設けることができることが示されている。
【0109】
【0110】
【0111】
図２６～図３０には、少なくとも１つのガス交換ダクト４のシールに関する、１つの可能な製造方法のいくつかのステップが示されている。少なくとも１つのガス交換ダクト４の封止とは関係ない残りのプロセスステップは、わかりやすくするため図２６～図３０には示されていない。たとえば、少なくとも１つのガス交換ダクト４は、図２５と同様にベースプレート３３内に設けられている。ただしこれとは異なり、少なくとも１つのガス交換ダクト４を、ここで説明する製造方法において同様に、たとえば図２３または図２４に従い、支持体リング３４内および／またはハウジングカバー３１内に設けることができる。
【0112】
図２６によればたとえば、ガス交換ダクト４を含むベースプレート３３が準備される。たとえば、ガス交換ダクト４は円筒体として形成されている。特に、任意選択的な中間支持体３８ならびに半導体チップ２の取り付け前にすでに、ガス交換ダクト４の内面４１に金属化部４２が、たとえばスパッタリング、蒸着および／または電気めっきを用いて生成される。
【0113】
金属化部４２の厚さは、たとえばガス交換ダクト４の平均直径の少なくとも１０％であり、かつ／または最大で２５％である。ガス交換ダクト４の平均直径は、たとえば少なくとも１０μｍであり、かつ／または最大で０．１ｍｍである。金属化部４２はたとえば、金から、または銅、ニッケル、亜鉛および／またはスズから成る。
【0114】
図２７には、ガス交換ダクト４上に、たとえば分注ヘッドである閉鎖工具９が取り付けられることが示されている。好ましくは閉鎖工具９は、ガス交換ダクト４の周囲を取り囲む領域上に固定されて押圧され、これによって閉鎖工具９は、ガス交換ダクト４の周囲を取り囲んで封止する。
【0115】
図２８のステップにおいて、閉鎖工具９によって液体合金金属４３がガス交換ダクト４内に取り込まれ、たとえば押し込まれる。合金金属４３は、特にほぼ室温でまたは室温よりもいくらか高められた温度で適用され、これはたとえばガリウム、ガリウムとインジウムとの混合物、または水銀である。
【0116】
ここで考えられるのは、合金金属４３がガス交換ダクト４を不完全にしか埋めないようにすることであり、これについては図２８を参照されたい。択一的に、合金金属４３がガス交換ダクト４を完全に埋めて、閉鎖工具９とは反対側のガス交換ダクト４の外面まで達することができ、これについては図２９を参照されたい。合金金属４３は、金属化部４２に対し好ましくは濡れ性であり、また、任意選択的に、ガス交換ダクト４の周囲を取り囲むハウジング３の材料に対して非濡れ性である。
【0117】
図３０には、合金金属４３が金属化部４２と反応し、それによってガス交換ダクト４を気密封止する閉鎖合金４４が形成されることが示されている。この反応は特にアマルガム化である。この反応をたとえば、室温または室温よりもいくらか高められた温度で行うことができる。ここで考えられるのは、この反応中、少なくとも一時的に、たとえば加熱のために、または圧力を及ぼすために、閉鎖工具９をまだ設けておくこと、あるいは図３０に示されているように閉鎖工具９をすでに取り除いておくことである。
【0118】
閉鎖合金４４を形成する際、合金金属４３および／または金属化部４２を完全に使い果たす必要はない。したがって任意選択的に、内壁４１にまだ残留金属化部４２’が残されていてもよい。余分な合金金属４３を、ガス交換ダクト４の閉鎖後に必要に応じて除去することができ、たとえば温水の噴射によって、低いパーセンテージのＫＯＨもしくはＨＣｌなどの希酸を用いて、または緩衝されたフッ化水素酸を用いて、除去することができる。ガス交換ダクト４の周囲を取り囲むハウジング３の材料は、たとえば窒化ケイ素、ガラス、および／またはケイ素である。
【0119】
図３１および図３２にさらに示されているのは、ガス交換ダクト４を円筒体として形成できるだけでなく、横断面で見て、たとえば両凹状（図３１参照）または両凸状（図３２参照）に形成することもできる、ということである。
【0120】
【0121】
かくして特に図２６～図３２の方法を用いて、ガリウム合金または水銀合金とのアマルガム反応を用いることで、孔４の気密シーリングを達成することができる。特に後の製造ステップにおける気密シーリングにより、簡単に制御可能な周囲条件のもとで、たとえば保護ガスのもとで、所期の製品特性を実現することができる。このことは、たとえばレーザモジュールまたはＬＥＤモジュールを湿気から保護する目的で、それらのモジュールの製造について特に当てはまるが、ただしそれについて当てはまるだけではない。
【0122】
つまり、たとえば小さい孔４を介して中空のデバイス内で所望のガス雰囲気を作り出し、この雰囲気のもとで大きい温度負荷を加えずに孔４をシーリングする目的で、孔４の気密シーリングが達成される。このシーリングは、比較的高い温度に対し、かつ機械的に、耐性があり、十分に気密な状態であるのが望ましい。
【0123】
本明細書で説明する方法によれば、３０℃を上回る温度ではガリウム、室温ではガリウム・インジウム、または同様に室温では水銀など、低融点合金金属４３を単に分注するだけで、内側が金属化された小さい孔４（ビアとも称する）を、つまりはハウジング３により取り囲まれた中空を、持続的かつ気密に閉鎖することができる。孔の内壁４１つまり金属化部４２と、分注される液体合金金属４３との金属の割合を適切に選択すれば、安定した高融点の閉鎖合金４４が得られる。
【0124】
閉鎖合金４４は、温度に依存する硬化時間後、分注された液体金属４３よりも著しく高い融点を有する。孔４の適切な形状により、合金形成に固有の膨張によって機械的に密に閉じられたシステムがもたらされる。
【0125】
例示的な材料の組み合わせは以下のとおりである。
・孔の内壁４１における金属化部４２、閉鎖合金４４の約６０％：金。これにより金属化部４２の酸化が発生せず、したがって合金金属４３との反応が酸化物層によって妨害されない。
・分注される合金金属４３、閉鎖合金４４の４０％：１００％のガリウム、または７０％のガリウムと３０％のインジウムとから成る混合物。ここで挙げたパーセンテージ表記は特に、最大で１５％または最大で５％の許容差を伴って適用される。
・択一的に、銅またはニッケル、亜鉛、スズから成る、孔の内壁４１における金属化部４２、および分注される合金金属４３：水銀。
・孔の内壁４１における金属化部４２、閉鎖合金４４の約６０％：金。これにより金属化部４２の酸化が発生せず、したがって合金金属４３との反応が酸化物層によって妨害されない。
・分注される合金金属４３、閉鎖合金４４の４０％：１００％のガリウム、または７０％のガリウムと３０％のインジウムとから成る混合物。ここで挙げたパーセンテージ表記は特に、最大で１５％または最大で５％の許容差を伴って適用される。
・択一的に、銅またはニッケル、亜鉛、スズから成る、孔の内壁４１における金属化部４２、および分注される合金金属４３：水銀。
【0126】
ガリウムは、多くの材料を単独で極めて良好に湿らせる。孔４内への押し込みによって接触が強制的に行われ、合金形成が開始されると、成分Ｇａと金属化部４２の金属とは、硬化に至るまで結合されたままである。圧力状態に起因してＧａを持続的に孔４内に流入させることが困難な状況であれば、場合によっては外圧制御が必要である。硬化または完全に反応してしまうまでにいくらかの時間がかかる場合もあり、これは温度を高めればより迅速に進行する。ただし温度が高すぎると、ＡｕとＧａとの反応は発熱を伴って進行する可能性があるため、過度に高い温度を適用するのは望ましくない。
【0127】
説明した方法は、プロセス技術的にほぼ室温で簡単に実施可能であり、関与する材料の取り扱いも簡単である。この方法は、多くの周囲雰囲気およびガスと適合性があり、しかも真空中または減圧下でも実施可能である。液体ガリウムまたは液体水銀の蒸気圧は著しく低いことから、硬化してしまう前にハウジング３内では何もＧａまたはＨｇによって不所望に汚染されない。
【0128】
図面に示されている構成要素は、特段の記載がないかぎり、好ましくは記載順に上下に、特にじかに上下に続いている。図中、接触していない構成要素は、好ましくは互いに間隔を有する。また、線が互いに平行に描かれているかぎり、関連づけられた面も好ましくは同じく互いに平行に配向されている。さらに、図示された構成要素相互間の相対的ポジションは、特段の記載がないかぎり、図面に正確に再現されている。
【0129】
本明細書で説明した発明は、実施例に基づく記載によって限定されるものではない。むしろ本発明は、あらゆる新たな特徴ならびに特徴のあらゆる組み合わせを含むものであり、このことは特に、特許請求の範囲における特徴のあらゆる組み合わせを、たとえその特徴またはその組み合わせ自体が明示的に特許請求の範囲または実施例に記載されていないにしても、包含するものである。
【0130】
本願は、独国特許出願第１０２０２０１１９１９２．８号および第１０２０２１１０３８６３．４号の優先権を主張するものであり、ここでこれらを参照したことによりその開示内容が取り込まれるものとする。
【符号の説明】
【0131】
１ オプトエレクトロニクス半導体デバイス
２ オプトエレクトロニクス半導体チップ
３ ハウジング
３０ 実装面
３１ ハウジングカバー
３２ ハウジングボディ
３３ ベースプレート
３４ 支持体リング
３５ ハウジング下面
３６ 電気スルーホール
３７ セラミックボディ
３８ 中間支持体
３９ キャビティ
４ ガス交換ダクト
４１ ガス交換ダクトの内面
４２ 金属化部
４２’ 残留金属化部
４３ 合金金属
４４ 閉鎖合金
４７ 酸化物層
５ 接合手段
６ 金属製電気接続領域
７ シール
７１ 支持体プレート
７２ 密閉層
８ 光学系
９ 閉鎖工具
Ａ１ 第１の雰囲気
Ａ２ 第２の雰囲気
２ オプトエレクトロニクス半導体チップ
３ ハウジング
３０ 実装面
３１ ハウジングカバー
３２ ハウジングボディ
３３ ベースプレート
３４ 支持体リング
３５ ハウジング下面
３６ 電気スルーホール
３７ セラミックボディ
３８ 中間支持体
３９ キャビティ
４ ガス交換ダクト
４１ ガス交換ダクトの内面
４２ 金属化部
４２’ 残留金属化部
４３ 合金金属
４４ 閉鎖合金
４７ 酸化物層
５ 接合手段
６ 金属製電気接続領域
７ シール
７１ 支持体プレート
７２ 密閉層
８ 光学系
９ 閉鎖工具
Ａ１ 第１の雰囲気
Ａ２ 第２の雰囲気
【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】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】