特許 7576415 発光装置及び発光装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-23

(45)【発行日】2024-10-31

(54)【発明の名称】発光装置及び発光装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/52 20100101AFI20241024BHJP

   H01L 23/14 20060101ALI20241024BHJP

   H01L 23/02 20060101ALI20241024BHJP

   H01L 23/12 20060101ALI20241024BHJP

【ＦＩ】

H01L33/52

H01L23/14 S

H01L23/02 F

H01L23/02 D

H01L23/12 F

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020145631

(22)【出願日】2020-08-31

(65)【公開番号】P2022040769

(43)【公開日】2022-03-11

【審査請求日】2023-07-14

(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】110001025

【氏名又は名称】弁理士法人レクスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】安田 喜昭

(72)【発明者】

【氏名】千葉 広文

【審査官】佐藤 美紗子

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－２７０７０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２７８３１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１４８０６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０７６７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／０８７８１２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３３／００

Ｈ０１Ｌ ３３／４８－３３／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱酸化膜が形成されている上面を有し、前記上面から凹んだ凹部が形成されている単結晶シリコンからなる基板と、
前記凹部の底面に載置された発光素子と、
下面にフリットガラス層を有しかつ前記基板の前記上面に前記フリットガラス層を介して接合されたガラスからなる透光部材と、を含み、
前記基板と前記フリットガラス層との接合部分において、前記基板と前記フリットガラス層の間には、前記基板の表面から前記熱酸化膜と、前記熱酸化膜と前記フリットガラス層との反応層とが順に形成されており、
前記接合部分における前記熱酸化膜の厚みは、前記接合部分以外の前記熱酸化膜の厚みの０．５倍以上であることを特徴とする発光装置。

【請求項2】

前記基板には、前記凹部の前記底面から前記基板の裏面まで柱状に貫通しかつ内側面が前記熱酸化膜によって覆われている複数の貫通孔が形成されており、
前記発光装置は、前記複数の貫通孔を充填する柱状の複数の貫通電極を有することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。

【請求項3】

前記複数の貫通電極は、前記凹部の前記底面において、各々が正三角形格子の格子点上に配されていることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。

【請求項4】

前記発光素子は、前記凹部の前記底面に対向する面に一対の素子電極を備え、
前記一対の素子電極の各々は、前記複数の貫通電極と金属接合層を介して接合されていることを特徴とする請求項２または３に記載の発光装置。

【請求項5】

前記基板は、板状の単結晶シリコンからなる第１の基板と、前記凹部の形状の開口を備えた単結晶シリコンからなる第２の基板とが貼り合わされて形成され、
前記第１の基板の前記第２の基板の側の面には、埋め込み酸化膜が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発光装置。

【請求項6】

前記透光部材の熱膨張係数は、３×１０－６／℃以上５×１０－６／℃以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発光装置。

【請求項7】

前記基板の上面における前記接合部分以外の前記熱酸化膜の厚みは、０．８μｍ以上１．２μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の発光装置。

【請求項8】

前記貫通孔の内側面に形成された前記熱酸化膜の厚みは、０．８μｍ以上１．２μｍ以下であることを特徴とする請求項２又は請求項３のいずれか１項に記載の発光装置。

【請求項9】

前記接合部分における前記熱酸化膜の厚みは、前記接合部分以外の前記熱酸化膜の厚みの０．５倍以上であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の発光装置。

【請求項10】

発光装置の製造方法であって、
単結晶シリコンからなる第１の基板と、前記第１の基板上に形成された酸化シリコンからなる酸化膜と、前記酸化膜を介して前記第１の基板上に貼り合わされた単結晶シリコンからなる第２の基板を有し、上面に格子状の分割ラインによって画定された複数の素子載置領域を有する複合基板を用意する工程と、
前記複数の素子載置領域の各々において、前記複合基板の下面から前記酸化膜に至る柱状の複数の穴部を前記複数の素子載置領域の各々の１の領域に形成する穴部形成工程と、
前記複数の素子載置領域の各々において、前記複合基板の前記上面から前記酸化膜に至りかつ前記１の領域を含む領域を底面とするように前記複合基板の前記上面に凹状の複数の凹部の各々を形成する凹部形成工程と、
前記複数の凹部の各々の前記底面に露出した前記酸化膜を除去して前記複数の穴部と前記複数の凹部の各々の前記底面とを連通させる酸化膜除去工程と、
前記複合基板の下面、前記複合基板の前記上面及び前記複数の穴部の各々の内側面に０．８μｍ以上１．２μｍ以下の熱酸化膜を形成する熱酸化膜形成工程と、
前記複数の穴部の各々の内部を充填するように柱状の貫通電極を電界めっきによって形成する貫通電極形成工程と、
前記複数の凹部の各々の前記底面に発光素子を載置するダイボンド工程と、
前記複合基板の前記上面と対向する１の面にフリットガラス層を有するガラスからなる透光部材を前記複数の凹部の各々を覆うように前記複合基板の前記上面に載置し、上方から前記フリットガラス層にレーザを前記複数の凹部の各々の周囲に沿って走査して前記複合基板の前記上面に前記透光部材を接合する透光部材接合工程と、
前記複合基板の前記分割ラインに沿って前記複合基板を切断して個片化するダイシング工程と、を含み、
前記透光部材接合工程の後において、前記複合基板の上面の前記透光部材との接合部分における熱酸化膜の厚みが前記複合基板の上面の前記接合部分以外における熱酸化膜の厚みの０．５倍以上となることを特徴とする発光装置の製造方法。

【請求項11】

発光装置の製造方法であって、
単結晶シリコンからなり、凹部を備えた素子搭載領域を有する基板を用意する工程と、
前記基板の上面に熱酸化膜を形成する熱酸化膜形成工程と、
前記凹部内に発光素子を載置するダイボンド工程と、
フリットガラス層を有するガラスからなる透光部材を前記基板の前記上面に前記凹部を覆うように、前記フリットガラス層側が対向するように配置し、前記フリットガラス層を溶融して、前記基板の前記上面に前記透光部材を接合する透光部材接合工程と、
を含み、
前記透光部材接合工程において、前記熱酸化膜と前記フリットガラス層とが相互拡散することにより、前記基板と前記フリットガラス層との接合部分には、前記基板の上面から順に前記熱酸化膜、前記熱酸化膜と前記フリットガラス層とが相互に拡散した相互拡散層、前記フリットガラス層が積層され、前記接合部分における前記熱酸化膜の厚みは、前記接合部分以外の前記熱酸化膜の厚みの０．５倍以上であることを特徴とする発光装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発光装置及び発光装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、紫外線を照射する発光装置として、紫外線発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）等の半導体発光素子を光源として用いた発光装置が普及している。

【0003】

例えば、特許文献１には、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）からなる紫外線発光素子を実装基板に載置し、当該紫外線発光素子を実装基板上においてスペーサとカバーからなるキャップにて気密封止した紫外光を放射する発光装置が開示されている。特許文献１に開示された発光装置において、キャップはガラスであるカバーとシリコンであるスペーサとが陽極接合によって接合されており、当該キャップと窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる実装基板とが金錫（ＡｕＳｎ）からなる接合層で共晶接合されることによって、紫外線発光素子が気密に封止されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【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】

【0005】

紫外線、特に２８０ｎｍ以下の深紫外線を照射するＬＥＤの材料として一般的に用いられるアルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）は、水や炭化水素由来の酸素又は水素によって高抵抗化等の劣化が発生しやすい。そのため、特許文献１のようなアルミニウム窒化ガリウムを材料としたＬＥＤ素子を用いた発光装置においては、ＬＥＤ素子を不活性ガス等で気密封止することが重要性である。

【0006】

しかしながら、特許文献１に開示された発光装置においては、実装基板への紫外線発光素子の実装時及び実装基板へのキャップの実装時の２度にわたってＡｕＳｎの溶融による共晶接合がなされる。これにより、気密封止時であるキャップ実装時の２度目のＡｕＳｎ溶融時に、素子の実装時に紫外線発光素子を接合させるために共晶化されたＡｕＳｎが再溶融して紫外線発光素子の載置位置ずれ等の製造不良が発生する可能性がある。

【0007】

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、紫外線発光素子を気密封止可能でありかつ製造不良を抑えることが可能な発光装置及びその製造方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る発光装置は、熱酸化膜が形成されている上面を有し、前記上面から凹んだ凹部が形成されている単結晶シリコンからなる基板と、前記凹部の底面に載置された発光素子と、下面にガラスフリット層を有しかつ前記基板の前記上面に前記ガラスフリット層を介して接合されたガラスからなる透光部材と、を含み、前記基板と前記ガラスフリット層との接合部分において、前記基板と前記ガラスフリット層の間には、前記基板の表面から前記熱酸化膜と、前記熱酸化膜とガラスフリット層との反応層とが順に形成されていることを特徴としている。

【0009】

また、本発明に係る発光装置の製造方法は、単結晶シリコンからなる第１の基板と、前記第１の基板上に形成された酸化シリコンからなる酸化膜と、前記酸化膜を介して前記第１の基板上に貼り合わされた単結晶シリコンからなる第２の基板を有し、上面に格子状の分割ラインによって画定された複数の素子載置領域を有する複合基板を用意する工程と、前記複数の素子載置領域の各々において、前記複合基板の下面から前記酸化膜に至る柱状の複数の穴部を前記複数の素子載置領域の各々の１の領域に形成する穴部形成工程と、前記複数の素子載置領域の各々において、前記複合基板の上面から前記酸化膜に至りかつ前記１の領域を含む領域を底面とするように前記複合基板の上面に凹状の複数の凹部の各々を形成する凹部形成工程と、前記複数の凹部の各々の前記底面に露出した前記酸化膜を除去して前記複数の穴部と前記複数の凹部の各々の前記底面とを連通させる酸化膜除去工程と、前記複合基板の下面、前記複合基板の上面及び前記複数の穴部の各々の内側面に０．８μｍ以上１．２μｍ以下の熱酸化膜を形成する熱酸化膜形成工程と、前記複数の穴部の各々の内部を充填するように柱状の貫通電極を電界めっきによって形成する貫通電極形成工程と、前記複数の凹部の各々の前記底面に発光素子を載置するダイボンド工程と、前記複合基板の前記上面と対向する１の面にフリットガラス層を有するガラスからなる透光部材を前記複数の凹部の各々を覆うように前記複合基板の前記上面に載置し、上方から前記フリットガラス層にレーザを前記複数の凹部の各々の周囲に沿って走査して前記複合基板の前記上面に前記透光部材を接合する透光部材接合工程と、前記複合基板の前記分割ラインに沿って前記複合基板を切断して個片化するダイシング工程と、を含むことを特徴としている。

【0010】

また、本発明に係る発光装置の製造方法は、単結晶シリコンからなり、凹部を備えた素子搭載領域を有する基板を用意する工程と、前記基板の上面に熱酸化膜を形成する熱酸化膜形成工程と、前記凹部内に発光素子を載置するダイボンド工程と、フリットガラス層を有するガラスからなる透光部材を前記基板の前記上面に前記凹部を覆うように、前記フリットガラス層側が対向するように配置し、前記フリットガラス層を溶融して、前記基板の前記上面に前記透光部材を接合する透光部材接合工程と、を含み、前記透光部材接合工程において、前記熱酸化膜と前記フリットガラス層とが相互拡散することにより、前記基板と前記フリットガラス層との接合部には、前記基板の上面から順に前記熱酸化膜、前記熱酸化膜と前記フリットガラス層とが相互に拡散した相互拡散層、前記フリットガラス層が積層されることを特徴としている。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施例１に係る発光装置の上面図である。

【図2】本発明の実施例１に係る発光装置の断面図である。

【図3】本発明の実施例１に係る発光装置の素子載置面の拡大図である。

【図4】本発明の実施例１に係る発光装置の複合基板とフリットガラスとの接合領域の断面の拡大図である。

【図5】本発明の実施例１に係る発光装置の製造フローを示す図である。

【図6】本発明の実施例１に係る発光装置の製造フローを示す図である。

【図7】本発明の実施例１に係る発光装置の製造時の１ステップにおける断面図である。

【図8】本発明の実施例１に係る発光装置の製造時の１ステップにおける断面図である。

【図9】本発明の実施例１に係る発光装置の製造時の１ステップにおける断面図である。

【図10】本発明の実施例１に係る発光装置の製造時の１ステップにおける断面図である。

【図11】本発明の実施例１に係る発光装置の製造時の１ステップにおける断面図である。

【図12】本発明の実施例１に係る発光装置の製造時の１ステップにおける断面図である。

【図13】本発明の実施例１に係る発光装置の製造時の１ステップにおける断面図である。

【図14】本発明の実施例１に係る発光装置の製造時の１ステップにおける断面図である。

【図15】本発明の実施例１に係る発光装置の製造時の１ステップにおける断面図である。

【図16】本発明の実施例１に係る発光装置の製造時の１ステップにおける断面図である。

【図17】本発明の実施例１に係る発光装置の製造時の１ステップにおける断面図である。

【図18】本発明の実施例１に係る発光装置の製造時の１ステップにおける断面図である。

【図19】本発明の実施例２に係る発光装置の断面図である。

【図20】本発明の実施例２に係る発光装置の製造フローを示す図である。

【図21】本発明の実施例２に係る発光装置の製造時の１ステップにおける断面図である。

【図22】本発明の実施例２に係る発光装置の製造時の１ステップにおける断面図である。

【図23】本発明の実施例３に係る発光装置の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に本発明の実施例について詳細に説明する。尚、以下の説明及び添付図面においては、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符号を付している。尚、以下の説明において、「材料１／材料２」との記載は、材料１の上に材料２が積層された積層構造を示す。

【実施例1】

【0013】

図１は、実施例１に係る発光装置１００の上面図を示している。また、図２は、図１の発光装置１００のＡ－Ａ線における断面図を示している。

【0014】

発光装置１００は、上面に凹部としてのキャビティを有する複合基板１０と、複合基板１０のキャビティ底面である素子載置面１３に載置された発光素子４０と、複合基板１０の上面上に複合基板１０のキャビティを覆うように形成された透光部材５０と、を有する。尚、図１においては、各要素の構造及び位置関係を明確にするために、透光部材５０は省略している。

【0015】

複合基板１０は、図２に示すように、例えば、主面が（１００）の結晶面となる単結晶シリコン（Ｓｉ）からなる第１の基板１１と、第１の基板１１の上面上に形成された酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる埋め込み酸化膜（ＢＯＸ：Buried Oxide）１４と、主面が（１００）の結晶面となる単結晶シリコン（Ｓｉ）からなり第１の基板１１の上面上に埋め込み酸化膜１４を介して貼り合わせた第２の基板１２と、を有するＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板である。

【0016】

第１の基板１１は、例えば、約５０μｍの厚さの基板である。また、第２の基板１２は、例えば、約２５０μｍの厚さの基板である。また、埋め込み酸化膜１４は、例えば、約１μｍの厚さを有し、第１の基板１１と第２の基板１２とを互いに結着している。

【0017】

開口部１５は、複合基板１０の上面に第２の基板１２の上面から第１の基板１１の上面まで貫通するように形成されている。開口部１５は、例えば、開口部１５の内側面が第２の基板１２の（１１１）の結晶面となるように、第２の基板１２の上面から下面に向けて開口面が窄むように形成されている。具体的には、開口部１５の内側面は、第１の基板１１の上面に対して約５４．７４°の角度で形成されている。すなわち、第２の基板１２は、複合基板１０のキャビティの側壁部として機能する。また、第２の基板１２の開口部１５から露出している第１の基板１１の上面は、キャビティ底面である素子載置面１３として機能する。

【0018】

上記のように、発光装置１００の複合基板１０は、板状の単結晶シリコンからなる第１の基板１１と、凹部の形状の開口部１５を備えた単結晶シリコンからなる第２の基板１２とが貼り合わされて形成され、第１の基板１１の第２の基板１２側の面には、埋め込み酸化膜１４が形成されている。

【0019】

複数の貫通孔１６は、複合基板１０の下面に第１の基板１１の下面から上面まで柱状に貫通するように形成されている。また、複数の貫通孔１６は、上面視においてキャビティの底面である素子載置面１３内の領域内の所定の領域に形成されている。さらに、複数の貫通孔１６は、当該所定の領域において規則的に配置されている。

【0020】

第１の基板１１に形成されている熱酸化膜１７は、第１の基板１１の上面並及び下面と複数の貫通孔１６の内側面とに形成されている。また、第２の基板１２に形成されている熱酸化膜１８は、熱酸化膜１７と同様に、第２の基板１２の上面と開口部１５の内側面とに形成されている。

【0021】

すなわち、発光装置１００は、熱酸化膜１８が形成されている上面を有し、上面から凹んだキャビティが形成されている単結晶シリコンからなる複合基板１０を含む。また、複合基板１０には、キャビティの底面から複合基板１０の裏面まで柱状に貫通しかつ内側面が熱酸化膜１７によって覆われている複数の貫通孔１６が形成されている。

【0022】

熱酸化膜１７及び１８の各々は、例えば、単結晶Ｓｉである第１の基板１１及び第２の基板１２に熱酸化処理を施して形成されたＳｉＯ_２からなる酸化膜である。熱酸化膜１７及び１８の各々は、例えば、約１μｍの膜厚で形成されている。熱酸化膜１７及び１８の各々は、膜厚が０．８μｍ以上１．２μｍ以下であることが好ましい。透光部材５０との接合部における熱酸化膜１８について、当該膜厚が薄い場合、後述するように第２の基板１２と透光部材５０との接合部においてクラック等の発生の可能性が生じるためである。また、貫通孔１６の内側面における熱酸化膜１７の膜厚も０．８μｍ以上１．２μｍ以下で構成されることが好ましい。貫通孔１６の内側面における熱酸化膜１７は、絶縁確保のためには０．３μｍ程度で足りるが、０．８μｍ以上１．２μｍ以下の厚みで構成することにより、単結晶Ｓｉである第１の基板１１の面方位による一定方向の応力に起因する割れを抑制することができる。尚、複合基板１０の表面は熱酸化膜１７及び１８によって絶縁されている。

【0023】

また、本実施例においては、発光装置１００は、ウェハ状の複合基板１０上に格子状に連続して複数の発光装置１００を一括的に製造するウェハレベルパッケージ（ＷＬＰ：Wafer Level Package）の態様である。また、ウェハ上で製造された複数の発光装置１００をダイシングによって個片化する。すなわち、発光装置１００の外側面は、ダイシング切断面である。従って、第１の基板１１及び第２の基板１２の各々の外側面には、熱酸化膜１７及び１８は形成されない。尚、複合基板１０の外端部の側面には、自然酸化によるＳｉＯ_２膜が形成されているが、本説明においては自然酸化によるＳｉＯ_２膜は図示しない。

【0024】

また、複数の貫通孔１６の各々には、当該複数の貫通孔１６の各々を充填するように形成された柱状の複数の貫通電極３０がそれぞれ形成されている。すなわち、発光装置１００は、複数の貫通孔１６を充填する柱状の複数の貫通電極３０を有する。

【0025】

複数の貫通電極３０は、例えば、複合基板１０の下面からＣｕ層３１、Ｎｉ層３２及び金属接合層としての金錫合金（以下、ＡｕＳｎと称する）層３３の順で形成されている。

【0026】

Ｃｕ層３１は、例えば、複合基板１０の下面から約４９μｍの厚さで複数の貫通孔１６の各々の内部に充填されている。尚、Ｃｕ層３１の上面の高さは、素子載置面１３の上面高さには達していない。また、Ｎｉ層３２は、例えば、Ｃｕ層３１の上面上に約１μｍの厚さで複数の貫通孔１６の各々の内部に充填されている。また、ＡｕＳｎ層３３は、Ｎｉ層３２の上面上に約５μｍの厚さで素子載置面１３の上面上より突出するように形成されている。また、ＡｕＳｎ層３３は、Ｎｉ層３２の上面形状に沿った上面形状で形成されている。本実施例においては、図２に示すように、Ｎｉ層３２は、Ｎｉ層３２の上面と素子載置面１３の上面とが同一高さとなるように形成されている。また、ＡｕＳｎ層３３は、ＡｕＳｎ層３３が素子載置面１３の上面から突出するような断面構造を有する。

【0027】

また、ＡｕＳｎ層３３は、加熱溶融されることで発光素子４０の底面に形成された金属電極と接合する金属接合層として機能する。また、Ｎｉ層３２は、ＡｕＳｎ層３３が加熱溶融される際にＣｕ層３１とＡｕＳｎ層３３とが拡散混合するのを抑制するバリア層として機能する。尚、本実施例においては、Ｎｉ層３２の上面が素子載置面１３の上面と同一高さとなる場合について説明するが、Ｎｉ層３２の上面の高さ位置はこれに限定されない。例えば、Ｎｉ層３２の上面は、素子載置面１３の上面よりも内側に位置するように形成することができる。Ｎｉ層３２の上面が素子載置面１３の上面より内側に位置することにより、Ｎｉ層３２の上面が素子載置面１３の上面より外側に位置するものと比較して、発光素子との接合安定性を高めることができる。Ｎｉ層３２の上面が素子載置面１３の上面より外側に位置する場合には、Ｎｉ層３２上と発光素子４０の底面に形成された金属電極との間のＡｕＳｎ層３３の膜厚管理など、発光素子との接合安定性の確保が難しくなる可能性があるためである。

【0028】

素子載置面１３の上面から突出したＡｕＳｎ層３３は、規則的に配置されているため、発光素子４０の底面に形成された金属電極との接合において、規則的な溶融開始点を形成することができる。そのため、規則的な突出のない平坦なＡｕＳｎ接合層と比較して、意図せずランダム位置にボイドが形成されることを抑制することができ、発光素子４０との接合安定性の高い発光装置１００を提供することができる。

【0029】

また、複合基板１０の下面には、互いに離間して形成された第１の外部電極２１と第２の外部電極２２とが形成されている。第１の外部電極２１及び第２の外部電極２２の各々は、例えば、複合基板１０の熱酸化膜１７側からチタン（Ｔｉ）／銅（Ｃｕ）／ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）の順で積層された金属層である。また、第１の外部電極２１及び第２の外部電極２２の各々は、複合基板１０の下面に形成された複数の貫通電極３０の各々を覆うように形成されている。また、複数の貫通電極３０の各々は、底面において各々のＣｕ層３１と第１の外部電極２１又は第２の外部電極２２とが電気的に接触している。すなわち、発光装置１００は、下面の側が図示しない実装基板への実装面となり、第１の外部電極２１及び第２の外部電極２２は、当該実装基板への実装電極として機能する。

【0030】

複数の貫通電極３０の各々は、複数の貫通孔１６の各々を充填するように形成されている。また、第１の外部電極２１及び第２の外部電極２２の各々は、複合基板１０の下面において複数の貫通電極３０の各々を覆うように形成されている。これにより、複合基板１０キャビティは、複数の貫通孔１６を介した複合基板１０の下面の側に対して気密されている。

【0031】

発光素子４０は、素子載置面１３の上面上に載置されている。言い換えれば、発光装置１００は、キャビティの底面に載置された発光素子４０を含む。発光素子４０は、例えば、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）系の半導体層を発光層とする深紫外線の光を放射する発光ダイオードである。具体的には、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の基板上にｎ型のＡｌＧａＮ半導体層、ＡｌＧａＮ活性層及びｐ型のＡｌＧａＮ半導体層を積層させ、ＡｌＧａＮ活性層から深紫外線の光を放射する発光素子である。本実施例においては、発光素子４０の上面の側からＡｌＮ基板、ｎ型のＡｌＧａＮ半導体層、ＡｌＧａＮ活性層及びｐ型のＡｌＧａＮ半導体層が形成されている。また、発光素子４０は、ｎ型のＡｌＧａＮ半導体層と電気的に接続されたアノード電極４１及びｐ型のＡｌＧａＮ半導体層と電気的に接続されたカソード電極４２が下面に形成されたフリップチップ接続の態様の発光素子である。また、ＡｌＧａＮ活性層から放射される深紫外線の光は、ＡｌＮ基板を透過して発光素子４０の上面から放射される。すなわち、発光素子４０は、上面が光取り出し面として機能し、下面が複合基板１０への実装面として機能する。

【0032】

また、発光素子４０は、アノード電極４１及びカソード電極４２の各々が複数の貫通電極３０の各々の上面上に載架されるように接合されている。具体的には、発光素子４０のアノード電極４１及びカソード電極４２の各々と貫通電極３０の各々のＡｕＳｎ層３３とが接合されている。言い換えれば、発光素子４０は、キャビティの底面に対向する面に一対の素子電極であるアノード電極４１及びカソード電極４２を備え、アノード電極４１及びカソード電極４２は、複数の貫通電極３０とＡｕＳｎ層３３を介して接合されている。また、図２に示すように、発光素子４０は、アノード電極４１が貫通電極３０を介して第１の外部電極２１と電気的に接続されており、カソード電極４２が貫通電極３０を介して第２の外部電極２２と電気的に接続されている。

【0033】

透光部材５０は、複合基板１０の上面にフリットガラス層６０を介して複合基板１０のキャビティを覆うように配されている。言い換えれば、発光装置１００は、下面にフリットガラス層６０を有しかつ複合基板１０の上面にフリットガラス層６０を介して接合されたガラスからなる透光部材５０を含む。透光部材５０は、例えば、ＳｉＯ_２を主原料とし、発光素子４０から放射される深紫外線を透過する深紫外線透過ガラスである。また、透光部材５０の熱膨張係数は、３×１０^－６／℃以上５×１０^－６／℃以下である。透光部材５０は、単結晶Ｓｉである第１の基板１１及び第２の基板１２の熱膨張係数（３．９×１０^－６／℃）と整合するように形成されている。また、透光部材５０は、フリットガラス層６０を介して複合基板１０の上面と接合されている。

【0034】

フリットガラス層６０は、例えば、粉体状のフリットガラスを含むペーストを原料としている。フリットガラス層６０は、原料であるペーストが透光部材５０の第２の基板１２の上面に対向する面に複合基板１０のキャビティの周囲を囲繞するように予め塗布されている。また、ペーストが塗布された透光部材５０は、複合基板１０との接合前に約５００℃で仮焼されている。

【0035】

また、透光部材５０及びフリットガラス層６０は、複合基板１０と同様に、ウェハ状の透光部材５０の複合基板１０と対向する面に格子状に連続してフリットガラス層６０が形成されている。すなわち、透光部材５０は、発光装置１００の製造時において、複合基板１０上に格子状に形成された複数のキャビティを一括的に覆うようにフリットガラス層６０を介して接合されている。また、透光部材５０は、複合基板１０の個片化時に同時に切断される。

【0036】

また、フリットガラス層６０は、ＳｉＯ_２を主原料としたガラスである。フリットガラス層６０は、複合基板１０のキャビティの周囲を囲繞するフリットガラス層６０を加熱して溶融させることで透光部材５０と第２の基板１２とを接合している。また、フリットガラス層６０は、後述するレーザによって局所的にかつ短時間で加熱することで溶融されて透光部材５０と第２の基板１２とを接合する。これにより、複合基板１０のキャビティは、透光部材５０及びフリットガラス層６０によって気密に封止された収容空間ＨＳを有する。

【0037】

また、収容空間ＨＳには、紫外光で変質しない封止ガスが充填されている。充填される封止ガスは、例えば、窒素（Ｎ_２）ガスである。

【0038】

上記の構成の通り、発光装置１００は、複合基板１０にウェハ状の複合基板１０を用いることにより、ウェハ上に発光装置１００を格子状に形成するウェハレベルパッケージ（ＷＬＰ：Wafer Level Package）として製造することが可能となる。従来においては、個々のＡｌＮからなる基板を用い、当該基板を１つずつ気密封止する必要があったため、製造時のタクトやコストに難点があった。

【0039】

本実施例においては、発光装置１００は、ウェハ状の複合基板１０上に格子状にキャビティを形成し、フリットガラス層６０を形成した透光部材５０で一括に気密封止した後、ダイシングによる個片化をすることが可能となる。これにより、発光装置１００は、製造時のタクトやコストを向上させることが可能となる。

【0040】

また、従来においては、発光装置は素子載置部への発光素子の接合及びＡｌＮ基板への透光部材の接合の２度にわたってＡｕＳｎによる共晶接合を用いて気密封止を行っていた。この際、気密封止時である透光部材の接合時の２度目のＡｕＳｎ共晶接合時に、発光素子を接合させたＡｕＳｎが再溶融して発光素子の載置位置のずれ等の製造不良が発生する可能性があった。

【0041】

本実施例においては、発光装置１００は、製造時にＡｕＳｎによる共晶接合を行う箇所が発光素子４０の接合のみでありかつ、透光部材５０をフリットガラス層６０のレーザによって局所的にかつ短時間の加熱を行う。これにより、透光部材５０と複合基板１０との接合時に発光素子４０と複数の貫通電極３０の各々とのＡｕＳｎによる共晶接合層の再溶融を防止することができる。従って、発光装置１００は、製造時のＡｕＳｎの再溶融による発光素子の載置位置のずれ等の製造不良を防止することが可能となる。

【0042】

図３は、実施例１に係る発光装置１００の複数の貫通電極３０の構造を示す素子載置面１３の上面の拡大図である。尚、図３においては、複数の貫通電極３０の構造を及び位置関係を明確にするために、発光素子４０、アノード電極４１及びカソード電極４２を破線にて示している。

【0043】

図３に示す通り、複数の貫通電極３０の各々は、発光素子４０のアノード電極４１又はカソード電極４２の各々が載置される領域に複数の貫通電極３０が形成されている。複数の貫通電極３０の各々は、例えば、直径が３０μｍの円柱状に形成されている。すなわち、発光素子４０は、アノード電極４１又はカソード電極４２の各々１の電極面に対して、複数の貫通電極３０が接合されている。

【0044】

仮に、例えば、素子載置面１３に発光素子４０のアノード電極４１及びカソード電極４２と同等の形状の内部電極を形成する場合、当該内部電極とアノード電極４１又はカソード電極４２とは互いに１つの面同士でＡｕＳｎ接合がなされる。この場合、内部電極とアノード電極４１又はカソード電極４２の接合面において、ＡｕＳｎの接合層内部に予測できない又は制御できないボイドが発生する可能性がある。このボイドによって、製造後の発光素子の駆動時の発熱時に接合層のクラック等の信頼性に影響を及ぼす恐れがある。

【0045】

本実施例においては、複数の貫通電極３０の各々は互いに離間されるように形成されている。そして、規則的に配置された貫通電極３０のＡｕＳｎ層３３が素子載置面１３から突出していることで、接合工程においてアノード電極４１又はカソード電極４２に接触することで溶融開始点を規則的に配置することができる。また、発光素子４０は、当該複数の貫通電極３０の各々の上面を載架するように接合されている。これにより、上記のような予測できない又は制御できないボイドの発生を抑制することができ、発光装置１００の製造後に発光素子４０と複数の貫通電極３０の各々の接合部のボイドによる信頼性への影響を低減することが可能となる。

【0046】

また、図３に示すように、複数の貫通電極３０は、キャビティの底面において、各々が正三角形格子の格子点上に配されている。また、複数の貫通電極３０の各々は、例えば、直径が３０μｍの円柱で形成されかつ、隣り合う貫通電極３０の中心点同士の距離が６０μｍとなるように配置されている。上記のような配置で複数の貫通電極３０を配することにより、複数の貫通電極３０の各々は、１の貫通電極３０とその周囲に配置された他の貫通電極３０との離間する距離が統一されるように配置されている。

【0047】

仮に、例えば、複数の貫通電極３０がマトリクス状に形成されていた場合、上面視において１の貫通電極３０と上下左右に配置される他の貫通電極３０とは離間距離が等距離となる。しかし、１の貫通電極３０の斜め方向に配置される他の貫通電極３０との距離は異なる。これにより、発光素子４０の接合時や発光素子４０の駆動時等の発熱時等に、素子載置面１３の上面の面内にかかる応力に偏りが生じ、第１の基板１１に微小なクラック等が発生してキャビティ内の気密が破れる可能性がある。

【0048】

本実施例においては、上記に通り、複数の貫通電極３０の各々は、正三角形格子の格子点上に配置されている。これにより、発光素子４０の接合時や発光素子４０の駆動時の発熱時等において、素子載置面１３の上面の面内にかかる応力が一様となる故、第１の基板１１のクラック等を抑制することが可能となる。

【0049】

また、本実施例のように、複数の貫通電極３０の各々を正三角形格子の格子点上に配置することにより、複数の貫通電極３０は、マトリクス状に複数の貫通電極３０を配置するよりも多い数量の複数の貫通電極３０を形成することが可能となる。これにより、発光素子４０の駆動時の発熱をより多く実装基板へ放熱することが可能となる。発明者の検証によれば、本実施例のように複数の貫通電極３０の各々を正三角形格子の格子点上に配置することにより、マトリクス状に複数の貫通電極３０を配置するよりも１．２倍多数量の複数の貫通電極３０を配置することが可能となる。

【0050】

図４は、図２に示したフリットガラス層６０と第２の基板１２の接合部ＣＡの拡大図である。

【0051】

上述の通り、複合基板１０は、フリットガラス層６０を介して透光部材５０と接合されている。また、第２の基板１２の上面上には、熱酸化膜１８が形成されている。この時、フリットガラス層６０と第２の基板１２との間には、上方から順にフリットガラス層６０と、熱酸化膜１８とが相互に拡散した反応層としての相互拡散層７０と、残存熱酸化膜１８Ａと、が形成されている。言い換えれば、発光装置１００は、複合基板１０とフリットガラス層６０との接合部分において、複合基板１０とフリットガラス層６０の間には、複合基板１０の表面から残存熱酸化膜１８Ａと、熱酸化膜１８とフリットガラス層６０との相互拡散層７０とが順に形成されている。

【0052】

相互拡散層７０は、フリットガラス層６０を加熱して溶融させることで第２の基板１２の上面上に形成された熱酸化膜１８のＳｉＯ_２とフリットガラス層６０のＳｉＯ_２とが相互拡散をすることで形成される。すなわち、フリットガラス層６０の接合部においては、第２の基板１２の上面から順に残存熱酸化膜１８Ａ、相互拡散層７０、フリットガラス層６０が積層された構造となる。また、熱酸化膜１８は、熱酸化処理において、熱酸化膜１８の膜厚（ｄ１）が０．８μｍ以上１．２μｍ以下で形成されている。

【0053】

また、熱酸化膜１８の膜厚は、残存熱酸化膜１８Ａが形成されるよう、接合時に形成される相互拡散層７０の膜厚を考慮して設計される。残存熱酸化膜１８Ａが形成されることにより、相互拡散層７０の下端近傍にクラックが生じるのを抑制することができるためである。熱酸化膜１８の膜厚を０．８μｍ以上１．２μｍ以下とすることにより、熱処理後の残存熱酸化膜１８Ａの形成をより確実なものとすることができる。

【0054】

尚、残存熱酸化膜１８Ａの膜厚（ｄ２）は、熱酸化膜１８の膜厚（ｄ１）の０．５倍以上の膜厚が残存することが好ましい。すなわち、残存熱酸化膜１８Ａの膜厚（ｄ２）は、０．４μｍ以上０．６μｍ以下の膜厚で残存することが好ましい。残存熱酸化膜１８Ａの膜厚（ｄ２）が薄い場合、あるいは、残存熱酸化膜１８Ａが形成されない場合、相互拡散層７０の下端近傍にクラックが生じ、収容空間ＨＳの気密封止が破られる可能性があるためである。

【0055】

具体的には、熱酸化膜１８は、熱酸化処理によって単結晶Ｓｉである第２の基板１２の表面から酸素が拡散されＳｉＯ_２膜として形成される。しかし、熱酸化膜１８は、熱酸化膜１８の上面から第２の基板１２の上面に至るまで一様にＳｉＯ_２として形成されていない。具体的には、第２の基板１２の上面から上方に向けて徐々にＳｉに対するＳｉＯ_２の存在比が上昇しかつ、Ｓｉ結晶性も失われていく。すなわち、第２の基板１２の表面近傍の熱酸化膜１８は、Ｓｉの結晶性を一部有しかつＳｉとＳｉＯ_２とが混在している。

【0056】

また、熱酸化膜１８とフリットガラス層６０との相互拡散層７０は、アモルファス構造のＳｉＯ_２である。すなわち、残存熱酸化膜１８Ａの膜厚（ｄ２）が薄い場合、残存熱酸化膜１８Ａの上端においては、Ｓｉとその結晶性を一部有する可能性がある。

【0057】

仮に、アモルファス構造を有するＳｉＯ_２層とＳｉとその結晶性を一部含むＳｉＯ_２層を接合させた場合、その接合界面において原子の配列が急激に変化する。この場合、当該接合界面の接合強度が低いことが予想される。これにより、発光素子４０の駆動時の発熱等により当該接合界面に応力が生じた場合、当該接合界面にクラックが生じて収容空間ＨＳの気密封止が破られる可能性がある。これに対して、十分にアモルファス構造化させたＳｉＯ_２層同士を接合させた場合、両者とも結晶性は持たないため、原子配列の急激な変化は生じない故、発熱時等に応力が生じにくい。

【0058】

よって、残存熱酸化膜１８Ａは、十分にアモルファス構造となったＳｉＯ_２となる以上の膜厚と推測される０．４μｍ以上０．６μｍ以下の膜厚で残存することが好ましい。これにより、複合基板１０と透光部材５０とは、フリットガラス層６０を介して高い接合強度で接合することが可能となる。

【0059】

すなわち、残存熱酸化膜１８Ａは、第２の基板１２とフリットガラス層６０とを接合させる際の接合強度を向上させるバッファ層として機能する。尚、残存熱酸化膜１８Ａの膜厚（ｄ２）は、十分にアモルファス構造となったＳｉＯ_２となる以上の膜厚であればよい。

【0060】

上記のように、フリットガラス層６０と第２の基板１２の接合部において、第２の基板１２の上面から残存熱酸化膜１８Ａ、相互拡散層７０、フリットガラス層６０の順で層が形成されることにより、収容空間ＨＳの高い気密性を保持することが可能となる。発明者らの検証によれば、発光装置１００の収容空間ＨＳは、日本産業規格ＪＩＳ－Ｚ２３３１にて規定されたヘリウム（Ｈｅ）リーク試験において、従来製品であるＡｌＮ基板と、ＡｌＮ基板と透光部材をＡｕＳｎにて接合させた製品と同等以上の気密性を得ることができた。

【0061】

次に、図５、６及び図７～１７を用いて、本願の実施例１に係る発光装置１００の製造手順について説明する。

【0062】

図５及び図６は、本発明の実施例１に係る発光装置１００の製造フローを示す図である。また、図７～１７は、図５及び図６に示す製造手順の各ステップにおける発光装置１００の断面図を示す。図７～１７においては、図２と同様に、図１に示したＡ－Ａ線における断面を用いて説明する。尚、本実施例においては、上述の通り、発光装置１００は、ウェハ状の複合基板１０上に発光装置１００を格子状に形成するＷＬＰである。よって、複合基板１０は、ウェハ状の複合基板１０上に格子状の所定の分割ラインＣＬによって画定された複数の素子載置領域Ｒ１を有する。すなわち、以下に説明する各ステップの処理は、ウェハ状の複合基板１０上に格子状に連続してなされている。尚、以下の各ステップの処理の説明においては、基本的に１の素子載置領域Ｒ１に対して処理を行う場合にて説明する。

【0063】

まず、複合基板を用意する工程として、図７に示すように、単結晶Ｓｉからなる第１の基板１１にＳｉＯ_２からなる埋め込み酸化膜１４を介して単結晶Ｓｉからなる第２の基板１２が貼り合わされた複合基板１０を準備する（ステップＳ１０１）。言い換えれば、発光装置１００の製造方法は、単結晶シリコンからなる第１の基板１１と、第１の基板１１上に形成された酸化シリコンからなる埋め込み酸化膜１４と、埋め込み酸化膜１４を介して第１の基板１１上に貼り合わされた単結晶シリコンからなる第２の基板１２を有し、上面に格子状の分割ラインＣＬによって画定された複数の素子載置領域Ｒ１を有する複合基板１０を用意する工程を含む。尚、第１の基板１１の上面及び第２の基板１２の下面には、自然酸化によるＳｉＯ_２が形成されているが、本説明において自然酸化膜は図示しない。

【0064】

次に、穴部形成工程として、図８に示すように、複合基板１０の下面の側からエッチングを行い、以後のステップで複数の貫通孔１６となる柱状の複数の穴部１６Ａを形成する（ステップＳ１０２）。当該複数の穴部１６Ａの各々は、ボッシュプロセスによる深掘り反応性イオンエッチング（ＤＲＥＩ）を用いて形成される。また、複数の穴部１６Ａの各々のエッチングは、第１の基板１１の下面から埋め込み酸化膜１４の下面に到達するまで行われる。この際、埋め込み酸化膜１４はエッチストッパとして機能する。また、複数の穴部１６Ａの各々は、後述する素子載置工程において発光素子４０のアノード電極４１及びカソード電極４２に対応する領域の各々に形成される。尚、図示していないが、本ステップにおいては、複合基板１０の下面へのフォトレジストの塗布、当該フォトレジストに複数の穴部１６Ａの各々の領域を除去する露光及び当該領域のフォトレジストの除去、フォトレジスト開口部分の第１の基板１１のエッチング及びフォトレジストの除去工程を含む。言い換えれば、発光装置１００の製造方法は、複数の素子載置領域Ｒ１の各々において、複合基板１０の下面から埋め込み酸化膜１４に至る柱状の複数の穴部１６Ａを複数の素子載置領域Ｒ１の各々の発光素子４０のアノード電極４１及びカソード電極４２に対応する領域に形成する穴部形成工程を含む。

【0065】

次に、図９に示すように、複合基板１０の下面及び複数の穴部１６Ａの各々の内側面に熱酸化膜１７Ｂを形成し、複合基板１０の上面に熱酸化膜１８Ｂを形成する（ステップＳ１０３）。本ステップで形成する熱酸化膜１７Ｂ及び１８Ｂは、次ステップのエッチングの際の溝部側面のエッチストッパを形成するものである。熱酸化膜１７Ｂ及び１８Ｂは、水蒸気雰囲気で１１００℃で７時間以上加熱するウェット酸化によって形成される。本ステップで形成される熱酸化膜１７Ｂ及び１８Ｂは、約１μｍの膜厚で形成される。尚、上記の通り、熱酸化膜１７Ｂ及び１８Ｂは、次ステップのエッチングの際のエッチストッパとして機能する。従って、本ステップにて形成される熱酸化膜１７Ｂ及び１８Ｂの膜厚はこれに限定されない。具体的には、次ステップにおいてエッチングの際にエッチストッパとして機能する膜厚で形成されていればよい。

【0066】

次に、凹部形成工程として、図１０に示すように、複合基板１０の上面の側からエッチングを行い、複合基板１０のキャビティとなる凹部を形成する（ステップＳ１０４）。凹部の形成は、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液（ＴＭＡＨ）を用いたウェットエッチングによって行われる。また、凹部のエッチングは、第２の基板１２の上面から埋め込み酸化膜１４の上面に到達するまで行われる。また、凹部の形成は、複数の素子載置領域Ｒ１の各々において、ステップＳ１０２で形成された複数の穴部１６Ａの各々が形成された領域を含む領域を底面として形成される。また、ステップＳ１０２の説明と同様に、図示していないが、本ステップは、第２の基板１２の上面へのフォトレジストの塗布、当該フォトレジストにそれぞれの凹部の領域を除去する露光及び当該領域のフォトレジストの除去、フォトレジスト開口部分の熱酸化膜１８Ｂ及び第２の基板１２のエッチング及びフォトレジストの除去工程を含む。これにより、第２の基板１２の上面には、側面に単結晶Ｓｉの（１１１）の結晶面が露出した開口部１５が形成される。尚、ステップＳ１０２と同様に、凹部形成時において埋め込み酸化膜１４はエッチストッパとして機能する。すなわち、凹部底面には埋め込み酸化膜１４が露出している。言い換えれば、発光装置１００の製造方法は、複数の素子載置領域Ｒ１の各々において、複合基板１０の上面から埋め込み酸化膜１４に至りかつ発光素子４０のアノード電極４１及びカソード電極４２に対応する領域を含む領域を底面とするように複合基板１０の上面に凹状の複数の凹部の各々を形成する凹部形成工程を含む。

【0067】

次に、酸化膜除去工程として、図１１に示すように、熱酸化膜１７Ｂ並びに１８Ｂ及び凹部底面に露出している埋め込み酸化膜１４を除去する（ステップＳ１０５）。これらの酸化膜の除去は、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）によって除去される。これにより、凹部底面に露出した埋め込み酸化膜１４が除去されてステップＳ１０２で形成した複数の穴部１６Ａの各々が当該凹部底面まで連通することにより複数の貫通孔１６となる。言い換えれば、発光装置１００の製造方法は、複数の凹部の各々の底面に露出した埋め込み酸化膜１４を除去して複数の穴部１６Ａと複数の凹部の各々の底面とを連通させる酸化膜除去工程を含む。

【0068】

次に、図１２に示すように、熱酸化膜１７Ｂ並びに１８Ｂが除去された複合基板１０のＳｉ露出面に熱酸化膜１７及び１８を形成する（ステップＳ１０６）。熱酸化膜１７は、第１の基板１１の下面、凹部底面に露出した第１の基板１１の上面及び複数の貫通孔１６の各々の内側面に形成される。また、熱酸化膜１８は、第２の基板１２の上面及び凹部の内側面に形成される。

【0069】

熱酸化膜１７及び１８は、ステップＳ１０３の手法と同様に、水蒸気雰囲気で１１００℃で７時間以上加熱するウェット酸化によって形成される。この時形成される熱酸化膜１７及び１８は、上述の通り、０．８μｍ以上１．２μｍ以下の膜厚で形成される。また、開口部１５の側面上に熱酸化膜１８が形成されることにより、開口部１５に囲まれた空間が複合基板１０のキャビティとして機能する。言い換えれば、発光装置１００の製造方法は、複合基板１０を水蒸気雰囲気で１１００℃で７時間以上加熱し、複合基板１０の下面、複合基板１０の上面及び複数の貫通孔１６の各々の内側面に熱酸化膜１７及び１８を形成する熱酸化膜形成工程を含む。

【0070】

次に、貫通電極形成工程として、図１３に示すように、複数の貫通孔１６の各々の内部にＣｕ層３１、Ｎｉ層３２及びＡｕＳｎ層３３からなる複数の貫通電極３０を形成する（ステップＳ１０８）。複数の貫通電極３０の形成は、まず、複合基板１０の下面の側から複合基板１０の下面及び複数の貫通孔１６の各々の内側面の一部にスパッタ成膜によりチタン（Ｔｉ）／Ｃｕの順に積層したシード層を成膜する。尚、本説明においては、シード層は図示しない。その後、複合基板１０の下面をマスクし、複数の貫通孔１６の各々の内部に複合基板１０の下面からＣｕ、Ｎｉ、ＡｕＳｎの順に電解めっきによってＣｕ層３１、Ｎｉ層３２及びＡｕＳｎ層３３を形成する。

【0071】

複数の貫通電極３０の各々は、上述の通り、Ｃｕ層３１が第１の基板１１の下面から約４９μｍの厚さで複数の貫通孔１６の各々の内部に充填され、Ｎｉ層３２がＣｕ層３１の上面上に約１μｍの厚さで複数の貫通孔１６の各々の内部に充填される。また、本実施例においては、Ｎｉ層３２の上面が第１の基板１１の上面に形成された熱酸化膜１７の上面と同一高さとなるように形成され、ＡｕＳｎ層３３が当該熱酸化膜１７の上面から突出するように約５μｍの厚さで形成される。言い換えれば、発光装置１００の製造方法は、複数の貫通孔１６の各々の内部を充填するように柱状の複数の貫通電極３０を電界めっきによって形成する貫通電極形成工程を含む。尚、本実施例においては、Ｎｉ層３２が第１の基板１１の上面に形成された熱酸化膜１７の上面と同一高さとなる場合について説明したが、Ｎｉ層３２の高さ位置はこれに限定されない。

【0072】

また、ステップＳ１０６及びＳ１０７において、第１の基板１１の上面の露出面に熱酸化膜１７及び複数の貫通電極３０の各々が形成されることにより、第１の基板１１の上面の露出面が素子載置面１３として機能する。その後、第１の基板１１の下面のマスクを除去することにより、第１の基板１１の下面に複数の貫通電極３０の各々のＣｕ層３１が露出する。

【0073】

次に、図１４に示すように、複合基板１０の下面に第１の外部電極２１及び第２の外部電極２２を形成する（ステップＳ１０８）。第１の外部電極２１及び第２の外部電極２２の形成は、複合基板１０の下面の各々の外部電極を除く部分をレジストによりマスクした後に、複合基板１０の下面にＮｉ／Ａｕの順で電界めっきによって積層されて形成される。また、電界めっきによって形成される各々の外部電極は、ステップＳ１０８で形成した図示しないシード層の下面及び第１の基板１１の下面に露出した貫通電極３０のＣｕ層３１の下面に形成される。この時、各々の外部電極のＮｉ層が約３μｍの厚さで形成され、Ａｕ層が当該Ｎｉ層の下面を覆うように０．２μｍの厚さで形成される。尚、シード層はＴｉ／Ｃｕの順に積層されたスパッタ膜で構成されている。

【0074】

その後、第１の基板１１の下面のレジストを除去し、さらに各々の外部電極を除く部分に残存したシード層をエッチングする。これにより、第１の外部電極２１及び第２の外部電極２２は電気的に絶縁される。

【0075】

次に、ダイボンド工程として、図１５に示すように、複合基板１０をダイボンド装置にセットして素子載置面１３に発光素子４０を載置する（ステップＳ１０９）。発光素子４０の載置は、第１の外部電極２１に電気的に接続した貫通電極３０とアノード電極４１が対応しかつ、第２の外部電極２２に電気的に接続した貫通電極３０とカソード電極４２が対応するような位置に位置合わせを行い、発光素子４０を載置する。その後、発光素子４０が載置された複合基板１０を窒素（Ｎ_２）雰囲気下で３４０℃で３０秒加熱し、貫通電極３０のＡｕＳｎ層３３を最下層がＡｕで構成される発光素子４０のアノード電極４１及びカソード電極４２と共晶接合させる。言い換えれば、発光装置１００の製造方法は、複数のキャビティの各々の底面である素子載置面１３の各々に発光素子４０を載置するダイボンド工程を含む。

【0076】

次に、図１６に示すように、第２の基板１２の上面上に、第２の基板１２の上面に対向する面に予めフリットガラス層６０が形成された透光部材５０を複数の素子載置領域Ｒ１の各々のキャビティを覆うように載置する（ステップＳ１２０）。透光部材５０は、複合基板１０と同様にフリットガラス層６０の原料ペーストが格子状にプリントされている。また、フリットガラス層６０の原料ペーストが塗布された透光部材５０は、予め酸素（Ｏ２）雰囲気下で約５００℃の温度で１時間仮焼されている。また、フリットガラス層６０の原料ペーストは、第２の基板１２の上面位置に対応する位置であって、キャビティを囲繞するようにかつ、複合基板１０の分割ラインＣＬに重複しないサイズとなるように塗布されている。また、透光部材５０は、上記と同様に、フリットガラス層６０が第２の基板１２の上面位置に対応する位置であって、キャビティを囲繞するようにかつ、複合基板１０の分割ラインＣＬに重複しない位置に位置合わせされて載置される。

【0077】

次に、図１７に示すように、透光部材５０が載置された複合基板１０に上方からレーザＬＢを照射し、フリットガラス層６０を溶融させて複合基板１０と透光部材５０とを接合させる（ステップＳ１２１）。レーザＬＢは、例えば、近赤外線の波長を有するレーザ光である。レーザＬＢをＮ_２雰囲気下でレーザ照射部のフリットガラス層６０を局所加熱し溶融させることで複合基板１０と接合させる。この時、図４で説明した通り、溶融したフリットガラス層６０と第２の基板１２上面上の熱酸化膜１８とが相互拡散して相互拡散層７０を形成する。これにより、キャビティ内部が不活性ガスであるＮ_２で充填されかつ気密に封止された収容空間ＨＳが形成される。尚、透光部材５０の接合において、熱酸化膜１８とフリットガラス層６０との相互拡散によっても、残存熱酸化膜１８Ａが形成されるよう、熱酸化膜１８の膜厚、接合時の各種条件を設定する。つまり、第２の基板１２とフリットガラス層６０との接合部は、第２の基板１２の上面から順に残存熱酸化膜１８Ａ、相互拡散層７０、フリットガラス層６０が積層された構造となる。

【0078】

また、レーザＬＢは、キャビティを囲繞するフリットガラス層６０をキャビティの周囲に沿って走査する。そのレーザＬＢの走査時間は、１の発光装置１００あたり約２～３秒程度である。このように、レーザＬＢによってフリットガラス層６０の接合部が局所的にかつ短時間で加熱されてフリットガラス層６０が接合されることにより、貫通電極３０のＡｕＳｎ層３３の過加熱による再溶融を防止することが可能となる。

【0079】

また、キャビティ内部はＮ_２の気体で満たされた空間であり、熱伝導率は単結晶Ｓｉを主材料とする複合基板１０と比較して非常に小さい。すなわち、レーザＬＢの照射部の近傍のＮ_２が蓄熱することにより、レーザＬＢの照射部はフリットガラス層６０の溶融温度まで到達する。加えて、素子載置面１３の熱は単結晶Ｓｉの高い熱伝導率により複合基板１０の下面の側へと放熱され、ＡｕＳｎ層３３の過加熱をさらに防止することが可能となる。発明者らの検証によれば、レーザＬＢ照射時の素子載置面１３は２５０℃以下であった。

【0080】

上記のステップＳ１２０及びＳ１２１が、透光部材接合工程として処理される。すなわち、言い換えれば、発光装置１００の製造方法は、複合基板１０の上面と対向する１の面にフリットガラス層６０を有するガラスからなる透光部材５０を複数のキャビティの各々を覆うように複合基板１０の上面に載置し、上方からフリットガラス層６０にレーザＬＢを複数のキャビティの各々の周囲に沿って走査して複合基板１０の上面に透光部材５０を接合する透光部材接合工程を含む。

【0081】

次に、ダイシング工程として、図１８に示すように、透光部材５０が接合された複合基板１０をダイサー装置にセットし、分割ラインＣＬに沿って複合基板１０及び透光部材５０を切断して個片化する（ステップＳ１２２）。これにより、発光装置１００は、個々の単位にダイシングされ、複数の発光装置１００が製造される。言い換えれば、発光装置１００の製造方法は、複合基板１０の分割ラインＣＬに沿って複合基板１０を切断して個片化するダイシング工程を含む。

【0082】

本実施例によれば、発光装置１００は、単結晶Ｓｉからなる第１の基板１１と単結晶Ｓｉからなる第２の基板１２とが埋め込み酸化膜１４を介して貼り合わされたＳＯＩ基板からなる複合基板１０を有する。また、発光装置１００は、第２の基板１２の上面から第１の基板１１の上面まで至る凹部であるキャビティを有する。また、発光装置１００は、キャビティ底面である素子載置面１３において第１の基板１１を貫通するように形成された複数の貫通電極３０を有する。また、発光装置１００は、複合基板１０の表面に０．８μｍ以上１．２μｍ以下の範囲の膜厚を有する熱酸化膜１７及び１８を有する。また、発光装置１００は、第２の基板１２の上面上にキャビティを覆うようにフリットガラス層６０を介して接合された透光部材５０を有する。また、発光装置１００は、第２の基板１２とフリットガラス層６０との接合部分において、第２の基板１２の表面から残存熱酸化膜１８Ａと、熱酸化膜１８とフリットガラス層６０との相互拡散層７０とが順に形成されている。また、また、発光装置１００は、第２の基板１２とフリットガラス層６０との接合部分において、残存熱酸化膜１８Ａが熱酸化膜１８の０．５倍以上で残存する。

【0083】

発光装置１００は、上記の構成を有することにより、透光部材５０とフリットガラス層６０とが複合基板１０のキャビティを気密に封止することが可能となる。

【0084】

また、熱酸化膜１８とフリットガラス層６０との相互拡散層７０は、レーザＬＢを接合部分に照射して局所的にかつ短時間で加熱して形成する。これにより、レーザＬＢ照射による複合基板１０のキャビティの気密封止時に発光素子４０と貫通電極３０とを接合するＡｕＳｎ層３３の再溶融を防止することが可能となる。

【0085】

すなわち、発光装置１００は、発光素子４０を気密封止可能でありかつ製造不良を抑えることが可能な発光装置及びその製造方法を提供することが可能となる。

【0086】

また、本実施例によれば、発光装置１００は、素子載置面１３に互いに離間した複数の貫通電極３０を有する。また、発光素子４０は、複数の貫通電極３０の各々の上面を載架するように接合されている。また、複数の貫通電極３０の各々は、正三角形格子の格子点上にキャビティ底面の領域に配置されている。

【0087】

発光装置１００は、上記の構成を有することにより、発光素子４０のアノード電極４１又はカソード電極４２の各々と複数の貫通電極３０との接合界面において、ボイドの発生を抑制することができ、製造後のボイドによる信頼性への影響を低減することが可能となる。

【0088】

また、発光装置１００は、上記の構成を有することにより、１の貫通電極３０とその周囲に配置された他の貫通電極３０との離間する距離が統一されるように配置されている。これにより、発光素子４０の発熱時等において、素子載置面１３の上面の面内にかかる応力が一様となる故、第１の基板１１のクラック等を抑制することが可能となる。

【0089】

また、発光装置１００は、上記の構成を有することにより、マトリクス状に複数の貫通電極３０を配置するよりも多く複数の貫通電極３０を形成することができ、発光素子４０の駆動時における発熱をより多く実装基板へ放熱することが可能となる。

【0090】

尚、本実施例においては、発光素子４０が複数の貫通電極３０のそれぞれの上面を載架するように接合されている場合について説明した。しかし、発光素子４０の接合方法はこれに限定されない。具体的には、複数の貫通電極３０を覆うように内部電極を形成し、当該内部電極の上面上に発光素子４０を接合するようにしてもよい。

【実施例2】

【0091】

図１９は、実施例２に係る発光装置１００Ａの断面図を示している。図１９に示す断面図は、図２と同様に、図１のＡ－Ａ線に相当する位置における断面を示している。

【0092】

発光装置１００Ａは、実施例１の発光装置１００と基本的に同様の構成であり、同様の外観を有する。しかし、発光装置１００Ａは、複数の貫通電極３０ＡがＣｕのみからなりかつ、素子載置面１３の上面上に複数の貫通電極３０Ａを覆うように形成された第１の内部電極８０及び第２の内部電極８１が形成されている点において発光装置１００と異なる。

【0093】

複数の貫通電極３０Ａの各々は、上記の通り、Ｃｕからなり、第１の基板１１の下面から素子載置面１３の上面まで貫通孔１６を充填するように形成されている。

【0094】

また、素子載置面１３の上面には、第１の外部電極２１に接続されている複数の貫通電極３０Ａの各々と第１の基板１１上に形成された熱酸化膜１７を覆うように第１の内部電極８０が形成されている。第１の内部電極８０は、Ｔｉ層／Ｃｕ層／Ｎｉ層からなる複合金属層８０Ａと、複合金属層８０Ａの上面上に形成されたＡｕＳｎからなる接合金属層８０Ｂと、からなる。

【0095】

また、素子載置面１３の上面には、第２の外部電極２２に接続されている複数の貫通電極３０Ａと第１の基板１１上に形成された熱酸化膜１７を覆うように第２の内部電極８１が形成されている。第２の内部電極８１は、Ｔｉ層／Ｃｕ層／Ｎｉ層からなる複合金属層８１Ａと、複合金属層８１Ａの上面上に形成されたＡｕＳｎからなる接合金属層８１Ｂと、からなる。

【0096】

また、第１の内部電極８０は、上面視において発光素子４０のアノード電極４１と同等の形状で形成されている。また、第２の内部電極８１は、上面視において発光素子４０のカソード電極４２と同等の形状で形成されている。

【0097】

上記の通り、第１の基板１１の上面において、第１の内部電極８０及び第２の内部電極８１の各々が複数の貫通電極３０Ａの各々を覆うように形成されている。また、第１の基板１１の下面において、第１の外部電極２１及び第２の外部電極２２の各々が複数の貫通電極３０Ａの各々を覆うように形成されている。これにより、発光装置１００Ａは、より気密性の高い収容空間ＨＳを形成することが可能となる。

【0098】

また、上記の通り、第１の内部電極８０及び第２の内部電極８１が発光素子４０のアノード電極４１及びカソード電極４２のそれぞれと同等の上面形状で形成されている。これにより、発光装置１００Ａにおいて、発光素子４０の接合時に各々の内部電極の接合金属層８０Ｂ及び８１Ｂが溶融した際に、発光素子４０の内部電極の各々の位置に対するセルフアライメントが可能となる。

【0099】

また、フリットガラス層６０の接合部の構造及び接合方法は実施例１の発光装置１００と同様である故、フリットガラス層６０の接合部の気密封止については実施例１の発光装置１００と同様の効果が得られる。

【0100】

また、本実施例においても、ＡｕＳｎからなる接合金属層８０Ｂ及び８１Ｂ上面には、規則的に配置された貫通電極３０Ａに起因した規則的な微細凹凸が形成されているため、接合工程において、規則的に配置された凸部がアノード電極４１とカソード電極４２と接触して溶融開始点を形成することができる。そのため、発光素子４０との接合部における予測できない又は制御できないボイドの発生を抑制することができる。

【0101】

図２０は、実施例２に係る発光装置１００Ａの製造フローを示す図である。また、図２１及び図２２は、図２０に示す製造手順の各ステップにおける発光装置１００Ａの断面図を示す。図２１及び図２２においては、図１９と同様に、図１に示したＡ－Ａ線に相当する位置の断面を用いて説明する。尚、本実施例においては、実施例１と同様に、以下に説明する各ステップの処理がウェハ状の複合基板１０上に格子状に連続してなされている。

【0102】

尚、図２０に示す製造フロー以前の工程については、図５に示した製造フローと同様の処理がなされている故、説明は割愛する。また、図２０に示す製造フローのステップＳ２０９～Ｓ２１３は、図６に示す製造フローのステップＳ１０８～Ｓ１１２と同様の手順である故、説明は割愛する。

【0103】

図２１に示すように、図５に示したステップＳ１０６の処理が完了し、熱酸化膜１７及び熱酸化膜１８が形成された複合基板１０の複数の貫通孔１６の各々の内部に複数の貫通電極３０Ａの各々を形成する（ステップＳ２０７）。複数の貫通電極３０Ａの各々は、上述の通りＣｕからなる。複数の貫通電極３０Ａを形成は、図６で説明したステップＳ１０７と同様に、第１の基板１１の下面及び貫通孔１６の側面の一部にシード層を成膜し、第１の基板１１の下面にマスクをした後に電界めっきによって複数の貫通電極３０Ａを形成する。ただし、ステップＳ１０７と異なり、電界めっきによってＣｕを第１の基板１１の下面から上面に至るまで充填するように形成される。その後、第１の基板１１の下面のマスクを除去することにより、第１の基板１１の下面に複数の貫通電極３０Ａが露出する。

【0104】

次に、図２２に示すように、第１の基板１１の上面に複数の貫通電極３０Ａの各々を覆うように第１の内部電極８０及び第２の内部電極８１を形成する（ステップＳ２０８）。第１の内部電極８０及び第２の内部電極８１の形成は、まず、第１の基板１１の上面の側からキャビティ底面部を覆うようにスパッタ成膜によりＴｉ／Ｃｕの順に積層したシード層を成膜する。尚、本説明においては、シード層は図示しない。次に、複合基板１０の上面の各々の内部電極を除く部分をレジストによりマスクした後に、第１の基板１１の上面に複合金属層８０Ａ及び８１ＡのＮｉ層と、接合金属層８０Ｂ及び８１ＢのＡｕＳｎ層とがそれぞれ電界めっきによって積層されて第１の内部電極８０及び第２の内部電極８１は形成される。

【0105】

複合金属層８０Ａ及び８１ＡのＮｉ層は、約１μｍの厚さで形成される。接合金属層８０Ｂ及び８１Ｂは、それぞれ複合金属層８０Ａ及び８１ＡのＮｉ層の各々の上面上に約５μｍの厚さで形成される。その後、複合基板１０の上面のレジストを除去し、さらに各々の内部電極を除く部分に残存したシード層をエッチングする。これにより、第１の内部電極８０及び第２の内部電極８１は電気的に絶縁される。

【0106】

この後、ステップＳ２０９以降（図６のステップＳ１０８以降に相当）の工程を実施し、実施例２の発光装置１００Ａを製造する。

【0107】

尚、実施例１及び実施例２においては、複合基板１０として、第１の基板１１と第２の基板１２とを埋め込み酸化膜１４を介して貼り合わせたＳＯＩ基板を用いる場合について説明した。しかし、複合基板１０は、ＳＯＩ基板に限定されない。具体的には、単層の単結晶ＳｉからなるＳｉウェハを用いてもよい。

【実施例3】

【0108】

図２３は、実施例３に係る発光装置１００Ｂの断面図を示している。図１９に示す断面図は、図２と同様に、図１のＡ－Ａ線に相当する位置における断面を示している。

【0109】

発光装置１００Ｂは、実施例１の発光装置１００と基本的に同様の構成であり、ほぼ同様の外観を有する。しかし、発光装置１００Ｂは、基板１０Ａが単層の単結晶ＳｉからなるＳｉ基板１１Ａと、Ｓｉ基板１１Ａの上面、下面及び複数の貫通孔１６の各々の内側面を覆うように形成された熱酸化膜１７Ｃと、からなる点において発光装置１００と異なる。

【0110】

尚、発光装置１００Ｂにおいて、複数の貫通孔１６の各々の内部に形成される貫通電極３０の構造は発光装置１００と同様である。また、基板１０Ａと透光部材５０の接合部分においてフリットガラス層６０の接合部の構造及び接合方法は発光装置１００と同様である。従って、収容空間ＨＳの気密封止については実施例１の発光装置１００と同様の効果が得られる。

【0111】

また、本実施例３の発光装置１００Ｂの製造方法は、実施例１の発光装置１００の製造方法と同様である。図５に示した製造方法のステップＳ１０２及びＳ１０４の処理において、本実施例３ではエッチストッパとして機能する埋め込み酸化膜１４がないため、当該ステップにおけるエッチング処理の加工終点をＳｉ加工量で制御し処理を行う。

【0112】

すなわち、実施例３の発光装置１００Ｂの製造方法は、単結晶シリコンからなり、凹部を備えた素子搭載領域を有する基板１０Ａを用意する工程と、基板１０Ａの上面に熱酸化膜１７Ｃを形成する熱酸化膜形成工程と、凹部内に発光素子４０を載置するダイボンド工程と、フリットガラス層６０を有するガラスからなる透光部材５０を基板１０Ａの上面に凹部を覆うように、フリットガラス層６０側が対向するように配置し、フリットガラス層６０を溶融して、基板１０Ａの上面に透光部材５０を接合する透光部材接合工程と、を含み、透光部材接合工程において、熱酸化膜１７Ｃとフリットガラス層６０とが相互拡散することにより、基板１０Ａとフリットガラス層６０との接合部には、基板１０Ａの上面から順に熱酸化膜１７Ｃ、熱酸化膜１７Ｃとフリットガラス層６０とが相互に拡散した相互拡散層７０、フリットガラス層６０が積層される。

【0113】

実施例３によれば、基板１０Ａに単層の単結晶ＳｉからなるＳｉ基板１１Ａを用いることにより、実施例１のＳＯＩ基板を用意することに比較して製造コストを低減することが可能となる。

【0114】

尚、上記に示した実施例の各々は、一例に過ぎない。例えば、上記した種々の実施例は組み合わせることができる。例えば、実施例３の発光装置１００Ｂが発光素子４０の載置時にセルフアライメントを行うことができるように、発光装置１００Ａの複数の貫通電極３０Ａ及び第１の内部電極８０並びに第２の内部電極８１を有していてもよい。

【0115】

また、上述した実施例の各々における種々の数値、寸法、材料等は、例示に過ぎず、用途及び製造される発光装置に応じて、適宜選択することができる。

【符号の説明】

【0116】

１００ 発光装置
１０ 基板
１１ 第１の基板
１２ 第２の基板
１３ 素子載置面
１４ 埋め込み酸化膜
１５ 開口部
１６ 貫通孔
１７、１８ 熱酸化膜
２１ 第１の外部電極
２２ 第２の外部電極
３０ 貫通電極
３１ Ｃｕ層
３２ Ｎｉ層
３３ ＡｕＳｎ層
４０ 発光素子
４１ アノード電極
４２ カソード電極
５０ 透光部材
６０ フリットガラス層
７０ 相互拡散層

【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】