CN101399430A - 半导体装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体装置，其包含射出从紫外到蓝色的波长的光的发光半导体元件，发光强度无下降、且寿命长。该半导体装置具有：作为发光半导体元件而以450nm以下的波长发光的半导体激光元件(11)；由设置了该半导体激光元件(11)的基座(12a)和封装体主体(12b)构成的封装体(12)；与封装体(12)共同覆盖半导体激光元件(11)的由光学部件(13a)和金属部件(13b)构成的盖(13)，由封装体(12)和盖(13)形成密闭空间(14)。封入密闭空间(14)内的气体，优选其构成为包含氧气15％以上且低于30％，露点被控制在－15℃以上且－5℃以下，并且优选包含氮气或氩气等惰性气体70％以上。

Description

半导体装置
技术领域
本发明涉及具有射出从蓝色到紫外的波长的光的发光半导体元件的半导体装置。
背景技术
在利用移动电话和互联网等收发大容量的图像信息的高度信息化社会中，为了储存这些大容量的信息，希望开发出更高水平的高速且大容量的光盘技术。对应这样的要求，虽然就在光盘装置的光拾取器中使用的半导体激光元件而言，通过把其波长从780nm缩短到650nm，实现了光盘的大容量化，但正在通过进一步把波长缩短到400nm波带，向光盘的更高水平的大容量化发展。
另外，射出蓝色、紫色以及紫外的范围即400nm波带以及400nm前后的波长的光的半导体激光元件等发光半导体元件，通过被安装在包括由金属构成的基座的封装体内，并且在由封装体、和安装有取出出射光的光学部件的盖所包围的内部封入气体并密封，构成半导体装置。
这样制造的半导体装置，在其制造过程中，在由安装有发光半导体元件的封装体和盖所密封的内侧，可能会附着或侵入各种物质。如果在这样密封的内侧存在各种物质的状态下使发光半导体元件的出射光从光谐振器的端面射出，则存在着会产生生成物并附着在光谐振器的端面上，而使半导体装置的发光半导体元件的光学特性和电特性劣化的问题。
为了防止生成物成为污染物质并附着在发光半导体元件的出射端面上，公开有一种在安装有发光半导体元件的半导体装置的密封的空间内部配置吸附剂的结构(例如参照专利文献1)。通过使该吸附剂预先吸附在密封了发光半导体元件的空间内部浮游的生成物和形成该生成物的材料，来防止生成物在出射端面上的附着。但是，这样的结构，由于把吸附剂配置在发光半导体元件附近，所以，使半导体装置变大，不利于实现设备的小型化和薄形化。
为了在不增大半导体装置，维持通常的封装体形状的前提下解决上述的问题，提出有一种通过把密封了发光半导体元件的内侧的气氛气体的露点和氧气浓度抑制为较低值，来防止生成物在光谐振器的端面上的附着的结构。即，公开有一种通过防止随着经时变化使谐振器端面黑色化的生成物的形成，来延长以420nm以下波长发光的氮化物半导体激光元件的寿命的技术(例如参照专利文献2)。
并且，作为把密封了发光半导体元件的内侧的气氛气体的露点和氧气浓度抑制为较低值的方法，公开有附加了预先把半导体激光元件、盖、以及封装体加热进行净化的烘烤工序、或通过把臭氧和激励氧原子曝露到该半导体激光元件等来实施净化的灰化工序进行制造的方法(例如参照专利文献3和4)。通过附加这些工序，氮化物半导体激光元件即使在高温气氛下也能够不降低发光强度而长期地驱动发光。
[专利文献1]特开2004-14820号公报
[专利文献2]特开2006-13436号公报
[专利文献3]特开2006-128629号公报
[专利文献4]特开2006-140441号公报
但是，在专利文献2至专利文献4所示的结构和方法中，在半导体装置中，如果不能把密封了安装有发光半导体元件的空间的气氛气体抑制为使露点在-30℃以下且氧气浓度在100ppm以下的充分低的值，则不能防止发光半导体元件的出射端面上的生成物的附着。而且，对于密封的空间的气氛气体，如果不能把露点和氧气浓度抑制为充分低，则难以使发光半导体元件在从端面射出的光输出不下降的情况下长寿命动作。并且，为了把密封了发光半导体元件的空间的气氛气体抑制为露点在-30℃以下且氧气浓度在100ppm以下的低值，需要把组装发光半导体元件的装置本身设置在球形仓中等，这样来改进设备而制造半导体装置，不能以简单的设备，廉价地制造。
发明内容
本发明鉴于上述以往的问题，目的是提供一种对于气体的氧气浓度和露点不需要特殊的设备，可以利用组装通常的发光半导体元件的气氛气体和设备进行组装，包含射出从紫外到蓝色的波长的光的半导体元件，不降低发光强度，长寿命的半导体装置。
为了达到上述的目的，本发明对半导体装置采用通过利用包含基座的封装体和盖覆盖发光半导体元件，并把其与使氧气和水分分别调整在规定范围内的气体一同密封的结构。
具体而言，本发明的半导体装置，其特征在于，具有：发光半导体元件；包含安装发光半导体元件的由金属构成的基座的封装体；和通过覆盖封装体和发光半导体元件而把发光半导体元件与气体一同封入的盖，并且，气体的氧气浓度大于等于15％且小于30％，露点大于等于-15℃且小于等于-5℃。
根据本发明的半导体装置，由于可抑制和防止发光半导体元件的射出输出光的端面上的生成物的附着，所以发光半导体元件可以稳定且长寿命连续射出强的输出光。另外，由于封入半导体装置内的气体的氧气浓度和露点是以接近通常的大气的状态构成，所以，不需要使用特殊的设备，可以使用在组装通常的发光半导体元件时使用的设备和环境进行组装。因此，可容易组装且廉价地制造本发明的半导体装置。
在本发明的半导体装置中，发光半导体元件优选是由相对向的两端面形成了光谐振器的、半导体激光元件或端面发光型二极管。
在本发明的半导体装置中，优选发光半导体元件以450nm以下的波长发光。
在本发明的半导体装置中，优选发光半导体元件由氮化物半导体材料构成。
通过采用这样的结构，可形成光电转换效率高的能够射出从紫外到蓝色的波长的光的发光半导体元件，可以抑制和防止发光半导体元件的射出输出光的端面上的生成物的附着，因此，发光半导体元件可稳定且长寿命连续射出强的输出光。
在本发明的半导体装置中，优选气体中的惰性气体浓度为70％以上。
在本发明的半导体装置中，优选惰性气体包含氮气和氩气中的至少一种。
在本发明的半导体装置中，惰性气体优选是氮气。
通过采用这样的结构，由于可以抑制和防止发光半导体元件的射出输出光的端面上的生成物的附着，因此，发光半导体元件可稳定且长寿命连续射出强的输出光。
在本发明的半导体装置中，优选发光半导体元件在光射出的端面上具有由包含锆的材料构成的保护膜。
通过采用这样的结构，由于可隔离生成水分和生成物的材料的一部分，所以可抑制和防止发光半导体元件的射出输出光的端面上的生成物的附着，因此，发光半导体元件可稳定且长寿命连续射出强的输出光。
在本发明的半导体装置中，优选还具有被设置在发光半导体元件与基座之间的高散热性副座。
通过采用这样的结构，由于能够把发光半导体元件通过高散热性副座以良好的散热状态安装在模块基座或电路基板上，所以，发光半导体元件可更稳定且长寿命连续射出强的输出光。
在本发明的半导体装置中，优选封装体中的除了基座以外的部分由金属构成，盖由筒状金属部件和设置在该金属部件上的透过来自发光半导体元件的输出光的透明光学部件形成，封装体与金属部件由焊接而被固接。
在本发明的半导体装置中，优选封装体中的除了基座以外的部分由树脂构成，盖由透明光学部件形成，封装体与盖由粘接剂而被固接。
在本发明的半导体装置中，优选封装体中的除了基座以外的部分由陶瓷构成，盖由透明光学部件形成，封装体与盖由粘接剂而被固接。
通过采用这样的结构，由于能够把封装体的基座散热性良好地安装在模块基座或电路基板上，所以，发光半导体元件可更稳定且长寿命连续射出强的输出光。
在本发明的半导体装置中，优选还具有设置在发光半导体元件与基座之间的、受光元件或包含受光元件的半导体元件。
在本发明的半导体装置中，优选发光半导体元件被安装在半导体元件的主面上或形成在该主面上的凹部中。
通过采用这样的结构，可将半导体元件集成在基座上，并用封装体和盖覆盖，从而，发光半导体元件可稳定且长寿命连续射出强的输出光。
根据本发明的半导体装置，由于可防止射出从紫外到蓝色的波长的光的发光半导体元件的射出输出光的端面上的生成物的附着，所以可以稳定且长寿命连续射出强的输出光。另外，不需要使用特殊的设备，可以使用在组装通常的发光半导体元件时使用的设备和环境进行高效率的批量制造。
附图说明
图1表示本发明的第1实施方式的半导体装置，(a)是剖面图，(b)是侧视图，(c)是俯视图。
图2是表示本发明的第1实施方式的半导体装置的寿命试验结果的图。
图3(a)～(d)是表示本发明的第1实施方式的半导体装置的寿命试验结果的图。
图4是本发明的半导体元件被安装在副座上的剖面图。
图5表示本发明的第2实施方式的半导体装置，(a)是俯视图，(b)是(a)的Vb-Vb线的剖面图。
图6表示本发明的第3实施方式的半导体装置，(a)是俯视图，(b)是(a)的VIb-VIb线的剖面图。
图中：10-半导体装置；11-半导体激光元件；12-封装体；12a-基座；12b-封装体主体；13-盖；123a-光学部件；13b-金属部件；14-密闭空间；15-输出光；16-副座；17-引脚端子部；17a-第1引脚端子；17b-第2引脚端子；17c-第3引脚端子；18a-第1导电性引线；18b-第2导电性引线；19-光波导路层；19a-活性层；19b-包层；20-保护膜；20a-吸水层；21-附着生成物；22-氧化区域；30-半导体装置；31-半导体激光元件；32-封装体；32a-基座；32b-封装体主体；33-盖；34-粘接剂；35-密闭空间；36-受光元件；37-Si半导体元件；38-引脚端子；39-输出光；40-反射镜；41-发光点；50-半导体装置；51-半导体激光元件；52-封装体；52a-基座；52b-封装体主体；53-盖；54-粘接剂；55-密闭空间；56-受光元件；57-Si半导体元件；58-副座；59-输出光；60-半透反射镜；61-棱镜；62-发光点；63-信号光；64-入射光。
具体实施方式
(第1实施方式)
图1是表示本发明的第1实施方式的半导体装置的一例的图，图1(a)表示第1实施方式的半导体装置的包括发光半导体元件、封装体的基座和盖的光学部件的剖面结构，图1(b)是表示在取下图1(a)的盖全体的状态下从同一方向观察的侧视图，图1(c)表示从图1(b)的箭头A的方向观察的俯视图。
如图1(a)所示，半导体装置10由作为发光半导体元件以450nm以下的波长发光的半导体激光元件11、安装有该半导体激光元件11且由金属制基座12a和封装体主体12b构成的封装体12、与封装体12一同覆盖半导体激光元件11的由光学部件13a和金属部件13b构成的盖13、和由封装体12和盖13形成的密闭空间14构成，并且在密闭空间14内封入有包含规定范围的氧气和水分的气体。
这里，被封入密闭空间14内的气体，优选其构成是包含氧气15％以上且小于30％、气体的露点被控制在-15℃以上且-5℃以下，并且优选包含氮气或氩气等的惰性气体70％以上。
如图1(a)所示，作为发光半导体元件的半导体激光元件11利用图1(a)所示的左右两端面形成光谐振器。从半导体激光元件11右侧端面射出的输出光15透过构成盖13的透明光学部件13a而输出。在由氮化物半导体材料构成的半导体激光元件11的情况下，在n型GaN基板上，使用氮化镓(GaN)类材料(氮化镓铝(AlGaN)、氮化镓铟(InGaN)、GaN等)形成包含多量子阱活性层的双异质构造，并且在包层的一部分而沿着谐振器的光轴形成有脊型折射率波导型波导构造。半导体激光元件11的谐振器长度为600μm；作为输出光15射出405nm波长的激光。
另外，就封装体12而言，其基座12a和封装体主体12b均由金属材料、例如热传导性良好的铜形成，盖13由透明光学部件13a和圆筒形金属部件13b形成，该透明光学部件13a按照使来自半导体激光元件11的输出光15透过的方式例如与光轴垂直地配置，并且封装体12和该13通过溶焊把封装体主体12b与金属部件13b固定连接，由此形成密闭空间14。即，虽然未图示，但把构成盖13的侧面部的圆筒形金属部件13b焊接在封装体主体12b上。在密闭空间14内，在基座12a上形成例如由高散热性材料的氮化铝(AlN)构成且表面覆盖了金属膜的副座16，在副座16上安装有半导体激光元件11。由此，半导体激光元件11发光时的发热通过副座16被迅速散热。另外，就副座16而言，也可以取代AlN材料，而适宜选择例如炭化硅(SiC)、氧化铝(Al2O3)、硅(Si)类材料等热传导性高、与半导体激光元件的热膨胀系数小的材质。
下面，对半导体激光元件11的动作进行说明。
如图1(b)和(c)所示，在半导体装置10形成有：与封装体12的基座12a电连接的第1引脚端子17a；与封装体12电绝缘，贯通封装体12的封装体主体12b的第2引脚端子17b；和第3引脚端子17c，半导体激光元件11与第2引脚端子17b通过第1导电性引线18a电连接。另外，副座16与基座17a通过第2导电性引线18b电连接。通过第1引脚端子17a和第2引脚端子17b向半导体激光元件11注入电流，而使半导体激光元件11动作。另外，虽然未图示，但第3引脚端子17c在半导体激光元件11的封装体主体12c侧的端面后方设置了光输出监视用的受光元件的情况下，被用于使由第1导电性引线18a连接的受光元件动作。由第1引脚端子17a、第2引脚端子17b和第3引脚端子17c形成引脚端子部17。
下面，对这样形成的包含半导体激光元件11的半导体装置10的寿命试验进行说明。
图2是表示关于被封入半导体装置10的密闭空间14内的气体把该气体中包含的氧气和气体露点作为参数的寿命试验结果的图。就半导体装置10的寿命试验而言，针对使被封入密闭空间14内的氧气浓度在10％至50％的范围内、气体的露点在-3℃至-20℃的范围内分别改变所制作的半导体装置10，在恒定光输出(CW)20mW以及盒温度(Tc)＝70℃的条件下实施500小时的连续试验，在试验开始时及500小时结束时对半导体激光元件11的对电流的光输出特性、波长以及扩散角等进行测定，由此进行优劣判定。其中，Tc表示安装了半导体激光元件11的基座背面侧的封装体的温度。
如图2所示，当被封入密闭空间14内的气体的氧气浓度在50％以上时，在半导体激光元件11中产生了劣化的部分。这里所谓的劣化的半导体激光元件11是指，动作电流值(以下记为Iop)增大到超过试验开始时的Iop的20％，且在超过了试验开始时的Iop的10％后，Iop急剧增大，在短时间内不能射出输出光15。另外，当露点在-3℃以上时，在半导体激光元件11的端面上产生微细的结露。产生了结露的半导体激光元件11，在寿命试验500小时结束时的特性检查中，在表示扩散角的远视野像的一部分中观察到了变形。并且，在露点为-20℃以下、氧气浓度低时，产生在半导体激光元件11的端面上附着形成了生成物。附着了生成物的半导体激光元件11，在寿命试验500小时结束时的特性检查中，虽然可射出输出光，但观察到了Iop的上升，Iop上升超过了试验开始时的Iop的20％而增大。
因此，如图2所示那样，在封入了氧气浓度大于10％、小于50％且露点高于-20℃、低于-3℃的范围的气体的空间内，特别是在封入了氧气浓度为15％以上、小于30％且露点为-15℃以上、-5℃以下的气体的空间内，安装了半导体激光元件11的半导体装置10的寿命试验，获得了良好的结果。
接着，图3表示针对在密闭空间14内与氧气浓度和露点成为规定值的气体一同封入半导体激光元件11而形成的半导体装置10进行寿命试验，所得出的试验时间与Iop的关系。试验条件是以占空比为30％的脉冲电流驱动时的脉冲输出为60mW、Tc＝60℃，分批(lot)(n＝5、其中，n是半导体装置10的个数)对半导体装置10进行试验。关于密闭空间14的氧气浓度以及露点，图3(a)是氧气浓度为15％、露点为-15℃；图3(b)是氧气浓度为18％、露点为-10℃；图3(c)是氧气浓度为30％、露点为-15℃；图3(d)是氧气浓度为50％、露点为-20℃。
如图3所示，(a)～(c)的半导体装置10都是一同封入了图2所示的寿命试验中得出良好结果的氧气浓度在15％～30％的范围、且露点为-50℃度或-15℃的气体和半导体激光元件11的半导体装置10，即使在超过了600小时的试验时间后，也是从试验开始时起的变化少的Iop。另外，图3(d)是一同封入了不在寿命试验的良好范围内的气体和半导体激光元件11的半导体装置10，包含有随着试验时间而Iop缓慢增大以至发生故障的样品D1、和被预测为Iop急剧增大而在短时间内到达劣化的样品D2。
接着，对在半导体激光元件11的端面上产生微细的结露和生成物的原因进行说明。
图4是示意表示副座16和安装在副座16上的半导体激光元件11的剖面结构的图。
如图4所示，半导体激光元件11具有光波导路层19，该光波导路层19例如由多重量子阱构造构成的活性层19a和上下夹住该活性层19a的包层19b构成。通过使光波导路层19延伸方向的两端成为反射面而构成光谐振器，从一方的端面射出输出光15。另外，与半导体激光元件11的形成反射面的两端面邻接而形成保护膜20，该保护膜20由包含锆的材料例如氧化锆(ZrO2)构成。
这样，由包含锆的材料构成的保护膜20，由于具有吸水性，所以，与气体接触的保护膜20的一部分吸收气体中的水分，可认为形成吸水层20a。即使形成了吸水层20a，气体中所包含的水分，虽然未图示但可认为在保护膜20所形成的吸水层20a的外侧结露。这样，在半导体激光元件11的端面上产生微细的结露，因而会产生图2所示的寿命试验那样的结果。
对于这样所产生的结露，在露点为-20℃以下的气体的情况下，即使气体与保护膜20接触也不会形成吸水层20a，所以不能观察到结露。但是，气体中包含的生成物以及生成物的材料会附着在包含端面的半导体激光元件11和保护膜20上。由于当向附着的生成物照射从端面射出的400nm波带以下的从蓝色到紫外范围的强的输出光15时，形成稳定的附着生成物21，所以，被固定在射出输出光15的端面和保护膜20上。这样，由于输出光15从附着了附着生成物21的端面被吸收或被散射，所以，为了获得一定的光输出，可认为半导体激光元件11的Iop增大且劣化和故障发生。在图2所示的寿命试验中，关于在气体的露点为-20℃以下的较低之际Iop增大的情况，可以如上述那样进行说明。这种情况，在图3(d)所示的样品D1中产生。
另外，气体中包含的生成物和生成物的材料即使附着在包含端面的半导体激光元件11和保护膜20上，如果气体中的氧气浓度在适当的浓度范围内，也能够通过把这些生成物和生成物的材料分解或剥离，防止继续附着。但是，如果气体中的氧气浓度成为50％以上的高浓度状态，则在光波导路19中形成包含结晶缺陷或光吸收体的氧化区域22，成为Iop增大的原因。这种情况在图2(d)所示的样品D2中发生。
如以上说明的那样，通过构成为把半导体激光元件11安装在封入有包含70％以上的惰性气体并氧气浓度为10％～30％且露点为-15℃以上、-5℃以下的范围的气体的空间14内部，可抑制和防止半导体激光元件11的两端面上的生成物的附着。因此，半导体激光元件11可以稳定且长时间连续射出强的输出光15。
另外，由于与半导体激光元件11一同封入空间14内的气体的氧气浓度和露点是以接近通常的大气的状态构成，所以，对于在半导体装置10的制造中使用的设备，不需要用于特殊环境的设备。因此，可容易且廉价地制造能够稳定且长时间连续射出强输出光的半导体装置10。
另外，在第1实施方式中，说明了使用半导体激光元件作为发光半导体元件，但也可以取代半导体激光元件，而使用由发光半导体元件的前端面和后端面形成光谐振器的端面发光型发光二极管构成半导体装置。
另外，在第1实施方式中，作为惰性气体举例说明了氮气或氩气，也可以是氮气和氩气等的混合气体。
(第2实施方式)
图5表示作为本发明的第2实施方式的半导体装置的一例的半导体装置30，图5(a)表示半导体装置30的除去了盖的俯视图，图5(b)表示图5(a)的Vb-Vb线的剖面结构。另外，在图5(b)中，安装有半导体装置30的盖。
如图5(a)和图5(b)所示，半导体装置30具有：作为发光半导体元件而以450nm以下的波长进行发光的半导体激光元件31；由用于安装半导体激光元件31的金属制基座32a和树脂材料的封装体主体32b构成的封装体32；和由透明光学部件构成的盖33，在由粘接剂34粘合固定封装体32和盖33而形成的密闭空间35内安装半导体激光元件31。在密闭空间35内，封入构成为包含作为惰性气体的氮气70％以上、氧气15％以上，露点为-15℃以上且-5℃以下的气体。另外，在形成在基座32a上的包含受光元件36的Si半导体元件37的主面上形成有凹部，半导体激光元件31被安装在该凹部上。另外，半导体激光元件31和Si半导体元件37通过封装体32的引脚端子38与外部电路连接，被电驱动。半导体激光元件31和Si半导体元件37的各自的电极端子(未图示)由导电性引线(未图示)等电连接。另外，也可以取代Si半导体元件37而使用形成了受光元件36的半导体芯片(未图示)。另外，在第2实施方式中，也和第1实施方式同样，作为半导体激光元件31，使用例如由GaN类材料形成的半导体激光元件31。
另外，由于能够把封装体32的基座32a按照使其具有良好的散热性的方式安装在模块基座(未图示)或电路基板(未图示)上，所以，半导体激光元件31能够更稳定地长时间持续射出强的输出光39。另外，可以在密闭空间35内部的基座32a上，紧凑地设置Si半导体元件37和半导体激光元件31。因此，例如在被使用在光盘的光拾取器中时，通过在透明光学部件的盖33上形成衍射光学元件等(未图示)，可以将光盘或光拾取器的光学系统等与Si半导体元件37和半导体激光元件31光学偶合，进行动作。
例如，如图5(b)所示，安装了半导体激光元件31的部分的Si半导体元件37被安装在形成于该Si半导体元件27的上面的凹部。另外，在半导体激光元件31的射出输出光39之侧的凹部的侧面上，形成有用于反射输出光39的反射镜40。在对这样构成的半导体装置30的半导体激光元件31进行电驱动时，如图5(b)所示，从半导体激光元件31的端面射出输出光39，其被形成在Si半导体元件37上的反射镜40反射，从虚拟的发光点41向盖33的方面即上方反射而透过透明的光学部件即盖33进行输出。
关于这样制造的半导体装置30，也和第1实施方式同样，把封入密闭空间35内的气体的氧气浓度和露点作为参数进行的寿命试验的结果，与第1实施方式的结果同样。
这样在密闭空间35内封入构成为包含作为惰性气体的氮气70％以上、氧气为15％以上，露点为-15℃以上且-5℃以下的气体和半导体激光元件31而成的半导体装置30，可抑制和防止半导体激光元件31的射出输出光39的端面上的生成物的附着。因此，半导体激光元件31可以稳定且长时间连续射出强的输出光39。
另外，由于与半导体激光元件31一同封入密闭空间35内的气体的氧气浓度和露点是以接近通常的大气的状态构成，所以，对于在半导体装置30的制造中使用的设备，不需要用于特殊环境的新增设备。因此，可容易且廉价地制造能够稳定且长时间连续射出强输出光的半导体装置30。
(第3实施方式)
图6表示作为本发明的第3实施方式的半导体装置的一例的半导体装置50，图6(a)表示半导体装置50的除去了盖的俯视图，图6(b)表示图6(a)的VIb-VIb线的半导体装置50的剖面结构。另外，在图6(b)中，安装有半导体装置50的盖。
如图6(a)和图6(b)所示，半导体装置50具有：以450nm以下的波长发光的发光半导体元件的半导体激光元件51；由用于安装半导体激光元件51的金属制基座52a和陶瓷材料的封装体主体52b构成的封装体52；和由透明光学部件构成的盖53，在由粘接剂54粘合固定封装体52和盖53而形成的密闭空间55内安装半导体激光元件51。在密闭空间55内，封入构成为包含作为惰性气体的氮气70％以上、氧气15％以上，露点为-15℃以上且-5℃以下的气体。与气体一同，在基座52a上形成包含受光元件56的Si半导体元件57，在Si半导体元件57上安装例如由高散热性材料的AlN形成的副座58，进而在副座58上安装有半导体激光元件51。另外，半导体激光元件51和Si半导体元件57通过封装体52的引脚端子与外部电路连接，被电驱动。另外，半导体激光元件51和Si半导体元件57的各自的电极端子(未图示)通过导电性引线(未图示)等与引脚端子(未图示)连接，连接了半导体激光元件51或Si半导体元件57的电极端子的引脚端子(未图示)，以露出电极的一部分的状态嵌入封装体主体52b中。另外，也可以取代Si半导体元件57而使用形成了受光元件56的半导体芯片(未图示)。另外，在第3实施方式中，也和第1和第2实施方式同样，作为发光半导体元件，使用例如由GaN类材料形成的半导体激光元件32。
另外，由于能够把封装体52的基座52a按照使其具有良好的散热性的方式安装在模块基座(未图示)或电路基板(未图示)上，所以，半导体激光元件51能够更稳定地长时间持续射出强的输出光59。另外，可以在密闭空间55内部的基座52a上，紧凑地设置Si半导体元件57和半导体激光元件51。
例如，如图6(a)和(b)所示，如果在Si半导体元件57上与半导体激光元件51对向设置具有半透反射镜60的棱镜61，则从半导体激光元件51射出的输出光59，通过半透反射镜60从虚拟的发光点62向形成了盖53的方面即上方立起。这样，向上方立起的输出光59读取光盘(未图示)的信息、并反射而成为信号光63、且通过半透反射镜60射入棱镜61中。入射到棱镜61内的信号光63在棱镜内成为被棱镜的端面反射的入射光64，通过由Si半导体元件57中的受光元件56检测出入射光64的一部分，来读取出被记录在光盘上的信号。
关于这样制造的半导体装置50，也和第1实施方式同样，把封入密闭空间55内的气体的氧气浓度和露点作为参数进行的寿命试验的结果，与第1实施方式的结果同样。
这样在密闭空间55内封入构成为包含作为惰性气体的氮气70％以上、氧气15％以上，露点为-15℃以上且-5℃以下气体而成的半导体装置50，可抑制和防止半导体激光元件51的射出输出光59的端面上的生成物的附着。因此，半导体激光元件51可以稳定且长时间连续射出强的输出光59。
另外，由于与半导体激光元件51一同封入密闭空间55内的气体的氧气浓度和露点是以接近通常的大气的状态构成，所以，对于在半导体装置50的制造中使用的设备，不需要用于特殊环境的设备。因此，可容易且廉价地制造能够稳定且长时间连续射出强输出光的半导体装置50。
另外，在第3实施方式中，说明了使用半导体激光元件作为发光半导体元件，但也可以取代半导体激光元件，而使用由发光半导体元件的前端面和后端面形成光谐振器的端面发光型发光二极管构成半导体装置。
本发明的半导体装置可以防止发光半导体元件的射出输出光的端面上的生成物的附着，稳定且长时间连续射出强的输出光，适用于具有射出从蓝色到紫外光的范围的波长的光的发光半导体元件的半导体装置等中。

Claims (14)

1.一种半导体装置，其特征在于，具有：
发光半导体元件；
封装体，其包含安装上述发光半导体元件的由金属构成的基座；和
盖，其通过覆盖上述封装体和发光半导体元件，把上述发光半导体元件与气体一同封入，
上述气体的氧气浓度为15％以上且小于30％，露点为-15℃以上且-5℃以下。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，上述发光半导体元件是由相对向的两端面形成了光谐振器的、半导体激光元件或端面发光型二极管。
3.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，上述发光半导体元件以450nm以下的波长发光。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的半导体装置，其特征在于，上述发光半导体元件由氮化物半导体材料构成。
5.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，上述气体中的惰性气体浓度为70％以上。
6.根据权利要求5所述的半导体装置，其特征在于，上述惰性气体包含氮气和氩气中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的半导体装置，其特征在于，上述惰性气体是氮气。
8.根据权利要求1～3中任意一项所述的半导体装置，其特征在于，上述发光半导体元件在光射出的端面上具有由包含锆的材料构成的保护膜。
9.根据权利要求1～3中任意一项所述的半导体装置，其特征在于，还具有被设置在上述发光半导体元件与上述基座之间的高散热性的副座。
10.根据权利要求1～3中任意一项所述的半导体装置，其特征在于，上述封装体中的除了上述基座以外的部分由金属构成，上述盖由筒状金属部件和设置在该金属部件上的透过来自上述发光半导体元件的输出光的透明光学部件形成，上述封装体与上述金属部件通过焊接被固接。
11.根据权利要求1～3中任意一项所述的半导体装置，其特征在于，上述封装体中的除了上述基座以外的部分由树脂构成，上述盖由透明光学部件形成，上述封装体与上述盖由粘接剂而被固接。
12.根据权利要求1～3中任意一项所述的半导体装置，其特征在于，上述封装体中的除了上述基座以外的部分由陶瓷构成，上述盖由透明光学部件形成，上述封装体与上述盖由粘接剂而被固接。
13.根据权利要求1～3中任意一项所述的半导体装置，其特征在于，还具有设置在上述发光半导体元件与上述基座之间的受光元件或包含受光元件的半导体元件。
14.根据权利要求13所述的半导体装置，其特征在于，上述发光半导体元件被安装在上述半导体元件的主面上或形成在该主面上的凹部中。
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