特許 7500317 半導体発光装置

(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】2024-06-07

(45)【発行日】2024-06-17

(54)【発明の名称】半導体発光装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/48 20100101AFI20240610BHJP

   H01S 5/022 20210101ALI20240610BHJP

【ＦＩ】

H01L33/48

H01S5/022

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020125826

(22)【出願日】2020-07-22

(65)【公開番号】P2022021921

(43)【公開日】2022-02-03

【審査請求日】2023-06-14

(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】裏谷 雄大

【審査官】皆藤 彰吾

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０５９７１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２１９５０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０１８８７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１２－５１４３４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１２７１５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１２９２１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１４１７３３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２８５２３２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００７－０４３１２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０５９３７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３３／４８

Ｈ０１Ｓ ５／０２２

(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、環形状を有する基板金属層が固着された基板接合面を備えた基板と、
ガラスからなり、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大きさを有する環形状のフランジ固着層が底面に固着されたフランジとを備え、前記フランジ固着層が前記基板金属層に接合されて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キャップと、を有し、
前記フランジ固着層は、前記フランジに溶着されたセラミック層と、前記セラミック層上に形成された金属層とからなる、半導体発光装置。

【請求項2】

前記セラミック層は、前記フランジの底面から前記透光キャップの内側面に至り、前記フランジの内周面の全周に亘って固着されたセラミック層内周部を有する、請求項１に記載の半導体発光装置。

【請求項3】

前記フランジは内周部に凹部を有し、前記セラミック層内周部は前記凹部にセラミックが溶着されて形成されている、請求項２に記載の半導体発光装置。

【請求項4】

前記フランジの上面は、前記半導体発光素子の光出射方向において、前記半導体発光素子の光出射面よりも後方に位置する、請求項２又は３に記載の半導体発光装置。

【請求項5】

前記半導体発光素子の光出射方向に測ったとき、前記セラミック層内周部の頂面の高さは、前記半導体発光素子の光出射面の高さ以上である、請求項２ないし４のいずれか一項に記載の半導体発光装置。

【請求項6】

前記セラミック層は黒アルミナ層である、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】

前記セラミック層は、前記フランジに溶着された黒アルミナ層と、前記黒アルミナ層上に溶着された白アルミナ層とからなる、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8】

前記セラミック層は、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミ及びジルコニアのうち少なくとも１からなる、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。

【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。

【0005】

また、特許文献５には、表面をセラミック溶射膜で被覆した石英ガラス及びセラミックにおける溶射膜の付着性について開示されている。

【0006】

また、非特許文献１及び非特許文献２には、セラミックの溶射技術について開示されている。非特許文献３には、黒い色調のアルミナ系セラミック「ブラックアルミナ（AR（B））」について開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【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

【文献】特開２００３－２１２５９８号公報

【非特許文献】

【0008】

【文献】日本溶射学会、http://www.jtss.or.jp/about_ts-j.htm

【文献】上野 和夫：2014年改正「JIS H8304セラミック溶射」、http://www.jtss.or.jp/journal/8304review.pdf

【文献】アスザック株式会社、http://www.asuzac-ceramics.jp/technology/tech15.htm

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

また、特に紫外光や深紫外光を透過する石英などのガラスはガラス純度や硬度が高く、金属との密着性が弱いという問題があった。

【0012】

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、長期の使用においても高い気密性が維持される高い信頼性、及び、耐湿性、耐腐食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】

【0013】

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、環形状を有する基板金属層が固着された基板接合面を備えた基板と、
ガラスからなり、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大きさを有する環形状のフランジ固着層が底面に固着されたフランジとを備え、前記フランジ固着層が前記基板金属層に接合されて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キャップと、を有し、
前記フランジ固着層は、前記フランジに溶着されたセラミック層と、前記セラミック層上に形成された金属層とからなる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【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2A】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。

【図2B】図２Ａの接合部（Ｗ部）の断面を拡大して示す部分拡大断面図である。

【図3A】セラミック層２１Ｃとして白アルミナを用いた場合のフランジ１３Ｂ及びフランジ固着層２１の部分を拡大して示す部分拡大断面図である。

【図3B】セラミック層２１Ｃとして黒アルミナを用いた場合のフランジ１３Ｂ及びフランジ固着層２１の部分を拡大して示す部分拡大断面図である。

【図4A】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】図４Ａの接合部（Ｗ部）を拡大して示す部分拡大断面図である。

【図5A】セラミック層２１Ｃが光反射性のセラミック層２１Ｃ(W)である場合を示す部分拡大断面図である。

【図5B】セラミック層２１Ｃが光吸収性のセラミック層２１Ｃ(B)である場合を示す部分拡大断面図である。

【図5C】セラミック層２１Ｃが、光吸収性のセラミック層２１Ｃ(B)及び光反射性のセラミック層２１Ｃ(W)からなる場合（２層構造）を示す部分拡大断面図である。

【図6】セラミック層内周部２１Ｐの頂面の高さがフランジ１３Ｂの上面１３Ｆの高さを超える場合を模式的に示す部分拡大断面図である。

【図7】第２の実施形態の改変例によるフランジ１３Ｂ及びフランジ固着層２１の部分の断面を拡大して示す模式的な部分拡大断面図である。

【0015】

［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。

【0016】

また、図２Ａ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。図２Ｂは、図２Ａの接合部（Ｗ部）の断面を拡大して示す部分拡大断面図である。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

図１Ｅ及び図２Ａに示すように、透光キャップ１３は、窓部である半円球状のドーム部１３Ａと、ドーム部１３Ａの底部の端部に設けられたフランジ部（以下、単にフランジという。）１３Ｂとからなる。すなわち、透光キャップ１３は、ドーム部１３（窓部）とフランジ１３Ｂとが気密的につなぎ合わされて構成されている。

【0020】

図２Ｂには、フランジ１３Ｂと、フランジ１３Ｂに溶着されたセラミック層２１Ｃと、セラミック層２１Ｃに固着された金属層（フランジ金属層）２１Ｍが拡大して示されている。本明細書において、これらの層を特に区別しない場合には、セラミック層２１Ｃ及び金属層２１Ｍからなる層をフランジ固着層２１と総称する。フランジ１３Ｂは円環板形状を有している。

【0021】

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。ＡｌＮセラミックの熱伝導率は１５０～１７０（Ｗ／ｍ・Ｋ）であり、また熱膨張係数は４．５～４．６ （１０^－６・Ｋ^－１）である。

【0022】

なお、基板１１の基材としては、熱伝導率の高い炭化ケイ素（ＳｉＣ）、反射率の高い白アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などがある。ＳｉＣの熱伝導率は２００（Ｗ／ｍ・Ｋ）であり熱膨張係数は４．４ （１０^－６・Ｋ^－１）である、またＡｌ_２Ｏ_３の熱伝導率は２９～３２（Ｗ／ｍ・Ｋ）であり熱膨張係数は７．７～８ （１０^－６・Ｋ^－１）である。

【0023】

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透光性のガラスからなる。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。

【0024】

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酸素含有割合が低いドライな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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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（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。

【0028】

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。

【0029】

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、酸素（Ｏ₂）や水分（Ｈ₂Ｏ）によって酸化劣化され易い。なお、発光素子１５の第１配線電極１４Ａへの接合にフラックス等の有機物を含む接合部材を用いた場合には、接合部材の残留フラックス（有機物）による発光素子表面への炭化物の堆積が起こるが、封入ガスに若干のＯ₂を混合することで防止できる。このとき、Ｏ₂は発光素子１５を劣化させる以前に不活性化されるので問題ない。

【0030】

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。

【0031】

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、金属ビア１８Ａ、１８Ｂ（以下、特に区別しない場合には、金属ビア１８と称する。）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。

【0032】

配線電極１４、実装電極１７及び金属ビア１８は、例えば、タングステン／ニッケル／金（Ｗ／Ｎｉ／Ａｕ）、もしくは、ニッケルクロム／金／ニッケル／金 （ＮｉＣｒ／Ａｕ／Ｎｉ／Ａｕ）である。

【0033】

図２Ａ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）上に実装されるように構成され、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。

【0034】

次に、基板１１と透光キャップ１３のフランジ１３Ｂとの接合について説明する。

【0035】

（透光キャップ１３及びフランジ１３Ｂ）
また、図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｅに示すように、透光キャップ１３は、窓部である半円球状のドーム部１３Ａと、ドーム部１３Ａの底部（端部）から延在されたフランジ１３Ｂとからなる。フランジ１３Ｂは円柱状の外形を有している。より詳細には、フランジ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１３Ｂの外縁（外周）は、フランジ１３Ｂの内縁（内周）と同心である。

【0036】

（フランジ固着層２１）
図２Ｂは、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。また、上記したように、フランジ１３Ｂは、フランジ１３Ｂの底面（フランジ接合面）１３Ｓに溶着されたセラミック層２１Ｃと、セラミック層２１Ｃに固着された金属層２１Ｍとを有している。

【0037】

基板金属層１２上に接合層２２によってフランジ固着層２１が接合されることによって接合部２４が形成され（図２Ａ参照）、基板１１と透光キャップ１３との気密が保たれている。

【0038】

フランジ１３Ｂの底面１３Ｓは平面であるが、粗面加工されているか、あるいは溝などが形成され、セラミック層２１Ｃの固着性が高められていても良い。

【0039】

より詳細には、セラミック層２１Ｃには、白アルミナ、黒アルミナを用いることができる。黒アルミナとしては、例えば、黒い色調を有するブラックアルミナ（AR（B））（アスザック株式会社製）があり、ファインセラミックスの特長である強度、耐久性を維持しつつ、表面反射を抑えることができる。（反射率は波長240～2600nmで5.1～15.3％）。また、白アルミナは、半導体や液晶の製造装置用として用いられるアルミナ系ファインセラミックスで、白色又はアイボリーの色調を有する。

【0040】

ガラスの主成分は酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）なので、アルミナの他にジルコニア、マグネシア等の酸素（Ｏ）元素を含むセラミック、及び炭化ケイ素、窒化ケイ素等のケイ素（Ｓｉ）元素を含むセラミックと高い固着性を有する。また、これらのセラミックは単一体又は複合体として用いることもできる。

【0041】

セラミック層２１Ｃには、光を拡散反射する光反射性、又は光を吸収する光吸収性のセラミックを用いることができる。一方、多結晶体であるセラミックの微細な粒界からなる表面の凹凸部に金属が入り込むので、セラミック層を介在することによって、フランジ１３Ｂから金属層２１Ｍが剥離することを防止ですることができる。また、金属層２１Ｍの酸化物のセラミック層２１Ｃに接する金属にクロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）等の酸化され易い金属を選択することで、当該金属の一部がセラミックと結合するので、高い固着性を得ることができる。同様に、金属層２１Ｍの窒化物のセラミック層２１Ｃに接する金属にクロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）等の窒化され易い金属を選択することで、当該金属の一部がセラミックと結合するので、高い固着性を得ることができる。

【0042】

金属層２１Ｍには、例えば、クロム／ニッケル／金（Ｃｒ／Ｎｉ／Ａｕ）層、もしくは、チタン／パラジウム／銅／ニッケル／金（Ｔｉ／Ｐｄ／Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ）層（Ａｕ層が最表面層）などを用いることができる。

【0043】

上述のセラミック層２１Ｃは、例えば、高温で高速なプラズマジェット中にセラミック粉末等を投入し、高速の溶融粒子としてガラスに吹き付けることで形成することができる（プラズマ溶射法）。また、金属層２１Ｍも同様なプラズマ溶射法、電子ビーム蒸着法等で形成することができる。

【0044】

（基板金属層１２）
図１Ａ及び図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、基板接合面１２Ｓ（基板金属層１２の表面）が形成されている。より詳細には、基板金属層１２が固着されている基板１１の接合領域は平坦であり、基板金属層１２は、フランジ１３Ｂの底面１３Ｓに対応する形状（すなわち、円環形状）及び大きさを有している。あるいは、基板金属層１２は、フランジ１３Ｂの底面１３Ｓのフランジ固着層２１の全体を包含する大きさを有している。なお、上述と同様に基板１１の基材セラミックに接する金属に窒化（酸化物セラミックの場合は酸化）し易い金属を選択することで高い固着性を得ることができる。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

円環状の基板金属層１２上に、円環状の接合材が載置され、加熱しつつ、透光キャップ１３に力Ｆを印加し押圧することによって、図２Ａに示すように、基板１１に透光キャップ１３が接合された円環状のキャップ接合層２２が形成される。

【0048】

キャップ接合層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２０ｗｔ％含有するもの（溶融温度：約２８０℃）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、後述のキャップ接合工程において均一な溶融を可能とするので気密性を向上できる。また、このＡｕ層は、溶融固化（接合）時に、キャップ接合層２２に溶解される。

【0049】

［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。

【0050】

（素子接合工程）
まず、基板１１の第１配線電極１４Ａ上に、素子接合のための揮発性ソルダーペーストはんだを塗布する。揮発性ソルダーペーストとしては、融点付近に沸点を有するフラックスと金錫合金（Ａｕ－Ｓｎ）の微粒子からなる揮発性ソルダーペーストはんだを用いた。金錫合金の組成は、溶融温度が約２８０となるＡｕ－Ｓｎ：２０ｗｔ％のものを用いた。粒子サイズは、数ｎｍ～数十μｍである。フラックスは、例えば、発光素子１５の光（３６５ｎｍ）で炭化するロジン類、アルコール類、糖類、エステル類、脂肪酸類、油脂類、重合油類、界面活性剤、有機酸、などである。

【0051】

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３００℃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。

【0052】

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。

【0053】

（キャップ接合工程）
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１５分加熱処理（アニール処理）する。

【0054】

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（Ｎ_２）ガス、１気圧（１０１．３ｋＰａ）で満たす。次に、図２Ｂに示すように、基板１１の基板金属層１２上に環状ＡｕＳｎシート（キャップ接合層２２の接合材）載せ、さらにその上に透光キャップ１３を載せ押圧する。

【0055】

透光キャップ１３を環状ＡｕＳｎシートに押圧しつつ、３００℃まで加熱する。加熱によりＡｕＳｎシートは溶融し、金属層１２および２１の金を若干量溶融しつつ、冷却により固化する。以上のように、基板１１及び透光キャップ１３が接合され、半導体発光装置１０が完成する。

【0056】

［フランジ１３Ｂのセラミック層２１Ｃ］
図３Ａは、セラミック層２１Ｃとして光反射性のセラミック（白アルミナ）を用いた場合のフランジ１３Ｂ及びフランジ固着層２１の部分を拡大して示す部分拡大断面図である。この場合のセラミック層２１Ｃをセラミック層２１Ｃ(W)として表記する。

【0057】

また、図３Ｂは、セラミック層２１Ｃとして光吸収性のセラミック（黒アルミナ）を用いた場合のフランジ１３Ｂ及びフランジ固着層２１の部分を拡大して示す部分拡大断面図である。この場合のセラミック層２１Ｃをセラミック層２１Ｃ(B)として表記する。

【0058】

なお、本明細書においては、光反射性のセラミック２１Ｃ(W)及び光吸収性のセラミック層２１Ｃ(B)を特に区別しない場合にはセラミック層２１Ｃとして表記する。

【0059】

なお、フランジ１３Ｂはキャップ接合層２２によって基板１１（基板金属層１２）に接合されているが、これらの部分については図示を省略している。

【0060】

図３Ａを参照して説明すると、発光素子１５からフランジ１３Ｂに入射した光Ｌａは、フランジ１３Ｂによって反射され、発光装置１０の主に側方に放射される。また、窓部であるドーム部１３Ａ内からフランジ１３Ｂに導波された光Ｌｂは、セラミック層２１Ｃ(W)によって拡散反射され、発光装置１０の主に前方に放射される。

【0061】

従って、光反射性のセラミック２１Ｃ(W)を用いることで、発光装置１０の光出力が向上する。例えば、発光装置１０の外周を覆うリフレクタを備える装置等で出射光を効率的に利用できる。

【0062】

図３Ｂを参照して説明すると、発光素子１５からフランジ１３Ｂに入射した光Ｌａは、フランジ１３Ｂによって反射され、発光装置１０の外部に放射される。また、窓部であるドーム部１３Ａ内からフランジ１３Ｂに導波された光Ｌｂは、セラミック層２１Ｃ(B)によって吸収される。

【0063】

従って、光吸収性のセラミック層２１Ｃ(B)を用いることで、発光装置１０の主に前方に放射される迷光を抑制することができる。例えば、発光装置１０の前方に集光レンズ等を備える装置で迷光の入光を防止できる。

【0064】

なお、発光素子１５からフランジ１３Ｂに入射する光Ｌａは、例えば基板１１の上面を高さの基準として測ったとき、フランジ１３Ｂの上面（底面に対向する面）１３Ｆの高さＦＬが発光素子１５の光出射面１５Ｓの高さＥＬよりも高い（図２Ａを参照）場合に、発生する。すなわち、フランジ１３Ｂの上面１３Ｆが発光素子１５の光出射面１５Ｓよりも光出射方向の後方に位置させることで、発光素子１５からフランジ１３Ｂに入射する光Ｌａを減衰（または消失）させることができる。

【0065】

上記したように、本実施形態の発光装置１０においては、透光キャップ１３のフランジ１３Ｂにセラミック層２１Ｃ／金属層２１からなるフランジ固着層２１が固着されている。セラミック層を介在したメタライズ層は、石英ガラス等のガラスに対する密着強度が強く、ガラスからの剥離を防止することができる。従って、透光キャップ１３と基板１１との接合強度が強く、気密性に優れた封止構造を実現することができる。

【0066】

［第２の実施形態］
図４Ａは、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、図４Ａの接合部（Ｗ部）を拡大して示す部分拡大断面図である。

【0067】

本実施形態の半導体発光装置３０は、セラミック層２１Ｃが、フランジ１３Ｂの底面１３Ｓから透光キャップ１３の内側面に至るように形成されている点において、上記した第１の実施形態の半導体発光装置１０と異なっている。

【0068】

より詳細には、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、セラミック層２１Ｃは、フランジ１３Ｂの底面１３Ｓから透光キャップ１３の内側面に至り、フランジ１３Ｂの内周面の全周に亘って形成されている。本発実施形態においては、フランジ１３Ｂの内周部に凹部が設けられ、当該凹部にセラミックが溶着されている。

【0069】

すなわち、セラミック層２１Ｃは、フランジ１３Ｂの底面１３Ｓにセラミックが溶着された部分と、当該凹部にセラミックが溶着された部分（セラミック層内周部２１Ｐ）とからなる。セラミック層２１Ｃは、基板１１に垂直な断面においてＬ字形状を有している。

【0070】

セラミック層内周部２１Ｐは、基板１１に垂直な断面において高さＨＣ（セラミック層２１Ｃの底面からの高さ）を有する。そして、例えば基板１１の上面を基準面としたとき、セラミック層内周部２１Ｐの頂面の高さ（レベル）ＣＬは、基板１１の上面に対する発光素子１５の光出射面１５Ｓの高さ（レベル）ＥＬよりも高い。なお、ここで、高さの基準を基板１１の上面として説明するが、発光素子１５の光出射面１５Ｓに平行な面を基準面として発光素子１５の光出射方向（光出射面１５Ｓに垂直な方向）に測った高さであればよい。

【0071】

次に、図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃを参照して、発光素子１５からの光がフランジ１３Ｂに入射した場合の入射光の反射及び吸収について説明する。

【0072】

図５Ａは、セラミック層２１Ｃが光反射性のセラミック層２１Ｃ(W)である場合、図５Ｂは、セラミック層２１Ｃが光吸収性のセラミック層２１Ｃ(B)である場合を示す部分拡大断面図である。また、図５Ｃは、セラミック層２１Ｃが、フランジ１３Ｂに溶着された光吸収性のセラミック層２１Ｃ(B)及びセラミック層２１Ｃ(B)上に形成された光反射性のセラミック層２１Ｃ(W)からなる場合（２層構造）を示す部分拡大断面図である。

【0073】

図５Ａを参照して説明すると、発光素子１５からフランジ１３Ｂに入射した光Ｌａは、反射性のセラミック層２１Ｃ(W)の内周部２１Ｐによって拡散反射され、遮光される。そして反射された光は発光装置の出射光に転換される。また、窓部であるドーム部１３Ａからフランジ１３Ｂに導波された光Ｌｂは、セラミック層２１Ｃ(W)によって拡散反射され、発光装置１０の主に前方に放射される。

【0074】

従って、発光装置１０のフランジ部１３Ｂの外側面から出射する光を抑制しつつ光出力を向上することができる。

【0075】

また、図５Ｂを参照して説明すると、発光素子１５からフランジ１３Ｂに入射した光Ｌａ及びドーム部１３Ａからフランジ１３Ｂに導波された光Ｌｂは、セラミック層２１Ｃ(B)によって吸収される。

【0076】

従って、紫外光や赤外光などの視認できない光が発光装置１０の周辺部から出力されるのを防止することができる。

【0077】

また、図５Ｃを参照して説明すると、発光素子１５からフランジ１３Ｂに入射した光Ｌａはセラミック層２１Ｃ(W)によって拡散反射されて遮光される。そして反射された光は発光装置の出射光に転換される。フランジ１３Ｂに導波された光Ｌｂは、セラミック層２１Ｃ(B) によって吸収されて発光装置１０から出射されるのを防止することができる。

【0078】

従って、紫外光や赤外光などの視認できない光が発光装置１０の周辺部から出力される光を抑えつつ光出力を向上することができる。

【0079】

なお、発光素子１５の側面（フランジ１３Ｂの側面）から出射される光を遮光する上では、セラミック層内周部２１Ｐの高さＣＬが、フランジ１３Ｂの上面１３Ｆの高さと同じであるか、又は、図６に示すように、内周部２１Ｐの頂面がドーム部１３Ａ内に達し、内周部２１Ｐ（頂面の高さＣＬ）がフランジ１３Ｂの上面１３Ｆ（高さＦＬ）を超える高さを有することが好ましい（ＣＬ＞ＦＬ）。

【0080】

また、第１の実施形態において説明したように、発光素子１５からフランジ１３Ｂに入射する光Ｌａは、例えば基板１１の上面を高さの基準として測ったとき、フランジ１３Ｂの上面（底面に対向する面）１３Ｆの高さＦＬが発光素子１５の光出射面１５Ｓの高さＥＬよりも高い（図２Ａを参照）場合に、発生する。すなわち、フランジ１３Ｂの上面１３Ｆが発光素子１５の光出射面１５Ｓよりも光出射方向の後方に位置させることで、発光素子１５からフランジ１３Ｂに入射する光Ｌａを減衰（または消失）させることができる。

【0081】

［改変例］
図７は、第２の実施形態の改変例によるフランジ１３Ｂ及びフランジ固着層２１の部分の断面を拡大して示す模式的な部分拡大断面図である。

【0082】

本改変例においては、少なくともフランジ１３Ｂの上面上にセラミックからなる遮光層２７が設けられている。フランジ１３Ｂは、遮光層２７によって、半導体発光装置３０の前方に出射される光を遮光することができる。遮光層２７は、光吸収性のセラミック、例えば黒アルミナによって形成されていることが好適である。

【0083】

上記したように、セラミックはガラスに対する密着強度が強く、また耐候性が高いため、キャップ部１３Ａ及びフランジ部１３Ｂの表面に設けても劣化することがないので、長寿命の半導体発光装置３０を実現することができる。

【0084】

なお、上記した第２の実施形態においては、フランジ１３Ｂの内周部に凹部が設けられ、当該凹部にセラミックが溶着された場合を例に説明したが、これに限定されない。例えば、透光キャップ１３に当該凹部を設けず、第１の実施形態のフランジ１３Ｂの内側面上にセラミック層を溶着させた構造を採用しても良い。

【0085】

上記したように、本実施形態の発光装置３０においては、フランジ１３Ｂの底面のみならず、フランジ１３Ｂの内周面の全周に亘って固着されている。従って、さらに石英ガラス等のガラスに対する密着強度が強く、ガラスからの剥離を防止することができる。従って、透光キャップ１３と基板１１との接合強度が強く、気密性に優れた封止構造を実現することができる。

【0086】

以上、詳細に説明したように、本実施形態による半導体発光装置によれば、長期の使用においても高い気密性が維持される高い信頼性、及び、耐湿性、耐腐食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ができる。

【符号の説明】

【0087】

１０，３０ 半導体発光装置
１１ 基板
１２ 基板金属層
１２Ｓ 基板接合面
１３ 透光キャップ
１３Ａ 窓部
１３Ｂ フランジ
１５ 半導体発光素子
２１ フランジ固着層
２１Ｃ，２１Ｃ(W) ，２１Ｃ(B) セラミック層
２１Ｍ 金属層（フランジ金属層）
２１Ｐ セラミック層内周部

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図1E】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】

【図7】