CN104364982A - 氮化物半导体发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种氮化物半导体发光装置。氮化物半导体发光装置具备氮化物半导体发光元件(3)、和容纳氮化物半导体发光元件(3)的封装件(10)。封装件(10)具有：具有开口部(11c)的基台(11)、与基台(11)一起构成容纳氮化物半导体发光元件(3)的容纳空间的盖罩(30)、通过开口部(11c)并与氮化物半导体发光元件(3)电连接的引线管脚(14a、14b)、以及被填埋入开口部(11c)并将基台(11)与引线管脚(14a、14b)绝缘的绝缘部件(17a、17b)。绝缘部件(17a、17b)的至少与容纳空间面对的部分由不包含Si-O键的第1绝缘材料构成。

Description

氮化物半导体发光装置
技术领域
本申请涉及氮化物半导体发光装置。
背景技术
作为激光显示器或投影仪等图像显示装置的光源、激光焊接装置、激光划线装置、薄膜的退火装置等工业用加工装置的光源用途，正在大肆开发利用了半导体激光器元件等氮化物半导体发光元件的氮化物半导体发光装置。这些氮化物半导体发光元件的出射光是波长从紫外光到蓝色光、其光输出超过1瓦特的能量非常大的光。
关于搭载半导体激光器元件的封装件的构造，提出了各种各样的类型。例如，专利文献1中公开了被称为引线框型的封装件构造。该封装件通过将由金属构成的引线框树脂模制来准备电气布线，但半导体激光器元件相对于外部气体而言并非完全地被气密密封。对此，专利文献2、专利文献3、专利文献4及专利文献5中公开了相对于外部气体而将半导体激光器元件气密地密封的封装件构造。例如专利文献2中公开了所谓的被称为蝶形阀型的封装件构造，即对覆盖半导体激光器的金属部件与绝缘部件使用热膨胀系数为同等程度的材料，由此使得气密密封容易的匹配密封型的构造。另一方面，例如专利文献3、专利文献4及专利文献5所公开的所谓的CAN型封装件构造是用于电气布线的引线管脚及其周边的绝缘部件(玻璃)因热膨胀系数差而受到金属的固定体的压缩应力，由此保持气密的压缩密封型的构造。
虽然如上所述那样存在各种各样的封装件构造，但氮化物半导体发光装置的封装件因为存在于外部气体中的有机物会使得氮化物半导体发光元件的特性劣化而期望为气密型的封装件。因此，对于近年来正在开发的光输出超过1瓦特的氮化物半导体发光装置而言，主要采用CAN类型的气密型封装件构造。然而，该类型的封装件构造需要用于提高散热性、可靠性的工时。
以下，利用图14对专利文献5所述的现有的氮化物半导体发光装置的构造进行说明。氮化物半导体发光装置1000由被安装在基座1106上的半导体激光器元件1101与CAN封装件1102构成。CAN封装件1102由用于将半导体激光器元件1101固定于给定位置的固定体1103、以及覆盖已被固定于固定体1103的半导体激光器元件1101的盖罩1104构成。固定体1103为圆盘状的形状，该固定体1103的一主面具备柱体1105。由Si或AlN构成的基座1106通过Ag糊膏而被安装在柱体1105上。波长405nm波段的半导体激光器元件1101通过AuSn等焊料而被安装在基座1106上。在固定体1103设置由导电性材料构成的引线管脚1107a、1107b、1107c。引线管脚1107a与柱体1105电连接，引线管脚1107b、1107c通过导线1108而被连接至基座1106或者半导体激光器1101。进而，在引线管脚1107b、1107c与固定体1103之间设置由低熔点玻璃构成的绝缘隔离物(未图示)。另一方面，盖罩1104具有一个开口被堵住的圆筒形状，固定体1103被贴合在开口侧，在相反侧设置有用于将从半导体激光器元件1101出射的激光取出的的光取出部1109。该光取出部1109具有圆形的形状，且利用由以透过率高的熔融石英为母材的玻璃构成的密封玻璃1110来覆盖该光取出部1109。通过该构成，能够将引线管脚1107b、1107c与固定体1103电绝缘，容易地从引线管脚向半导体激光器元件1101供电，并且防止大气进入CAN封装件1102内。
这种封装件构造为了使散热性提高，期望由既维持气密性而导热率又尽量高的材料构成。为此，作为搭载氮化物半导体发光元件的柱体或底座的材料，提出利用导热率高的铁或铜。再有，专利文献4为了防止作为心柱的材料而利用了铜的情况下产生的气密性的下降，提出由热膨胀系数不同的多种玻璃来构成绝缘部件的方法。
另一方面，关于可靠性提高，专利文献5中说明了：在将上述的半导体封装件构造应用于405nm波段的半导体激光器元件的情况下，在光出射端面生成堆积物，半导体激光器的特性劣化。现有的封装件构造中，在利用了Ag糊膏等有机物粘接剂的情况下，从该有机物粘接剂产生包含Si有机化合物气体的挥发气体，因此挥发气体以一定的蒸汽压而存在于封装件内。若从半导体激光器元件向挥发气体照射激光，则通过光能而将Si有机化合物气体分子的偶合切断，因此Si与O的化合物堆积于封装件内。在405nm波段的1个光子的能量(约3.0eV)下，分解反应的反应概率非常小。可是，专利文献5中有以下说明：通过2光子吸收过程所代表的多光子吸收过程，会产生Si有机化合物气体的分解。光强度越高，则多光子吸收过程越容易产生，因此在光强度最高的半导体激光器元件的光出射端面容易产生Si有机化合物气体的分解。因此，在光出射端面，Si有机化合物气体的分解被促进，进行Si与O的化合物的堆积。专利文献5中，作为抑制这种堆积物引起的半导体激光器元件的特性劣化的方法，记载了在基座与固定体的连接中使用不包含有机物的粘接剂的手法、或将所使用的有机物粘接剂的量限制为某值以下的手法。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2005-354099号公报
专利文献2：JP特开平7-335966号公报
专利文献3：JP特开2009-135235号公报
专利文献4：JP特开2001-326002号公报
专利文献5：JP特开2004-289010号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在利用了上述现有的封装件的氮化物半导体发光装置中，本申请发明人们确认了：在利用了光输出超过1瓦特的半导体激光器时，即便在半导体封装件未利用有机粘接剂的情况下，在光出射端面也会有Si化合物堆积，由此产生特性劣化。
本申请的目的在于，在对氮化物半导体发光元件进行了气密密封的氮化物半导体发光装置中抑制氮化物半导体发光元件的特性劣化。
用于解决课题的手段
本申请的氮化物半导体发光装置具备：氮化物半导体发光元件；和封装件，其容纳所述氮化物半导体发光元件，封装件具有：基台，其保持氮化物半导体发光元件，并具有开口部；盖罩，其被固定于基台，与基台一起构成容纳氮化物半导体发光元件的容纳空间；引线管脚，其通过开口部，并与氮化物半导体发光元件电连接；和绝缘部件，其被填埋入开口部，将基台与引线管脚绝缘，绝缘部件的至少与容纳空间面对的部分由不包含Si-O键的第1绝缘材料构成。
根据该构成，可抑制包含Si的脱离气体侵入封装件内，因此可以抑制氮化物半导体发光元件的特性劣化。
本申请的氮化物半导体发光装置中，优选第1绝缘材料为树脂。
根据该构成，可以容易地形成绝缘部件。
本申请的氮化物半导体发光装置中，优选第1绝缘材料的耐热温度为300℃以上。
根据该构成，在半导体激光器的安装工序中能抑制高温引起的绝缘材料的劣化，因此可抑制脱离气体的侵入。
本申请的氮化物半导体发光装置中，第1绝缘材料可以是聚酰亚胺。
根据该构成，可抑制包含Si的脱离气体侵入封装件内，因此可以抑制氮化物半导体发光元件的特性劣化。
本申请的氮化物半导体发光装置中，绝缘部件可以包括：第1绝缘部件，其由第1绝缘材料构成；和第2绝缘部件，其由玻璃构成，第1绝缘部件在容纳空间侧覆盖第2部件。
本申请的氮化物半导体发光装置中，开口部可以包括：第1部分，其设置在容纳空间侧；和第2部分，其直径比第1部分小，第1绝缘部件被填埋入第1部分，第2绝缘部件被填埋入第2部分。
根据该构成，可简化氮化物半导体发光装置的制造工序。
本申请的氮化物半导体发光装置中，优选基台由无氧铜构成。
根据该构成，可以提高氮化物半导体发光装置的散热性。
发明效果
根据本申请的氮化物半导体发光装置，在已将氮化物半导体发光元件气密密封的氮化物半导体发光装置中能抑制氮化物半导体发光元件的特性劣化。
附图说明
图1A是第1实施例涉及的氮化物半导体发光装置的立体图
图1B是第1实施例涉及的氮化物半导体发光装置的分解立体图
图2A是第1实施例涉及的氮化物半导体发光装置的Ia-Ia线处的剖视图
图2B是第1实施例涉及的氮化物半导体发光装置的Ib-Ib线处的剖视图
图3A是表示第1实施例涉及的氮化物半导体发光装置的制造方法的一道工序的图
图3B是表示第1实施例涉及的氮化物半导体发光装置的制造方法的一道工序的图
图3C是表示第1实施例涉及的氮化物半导体发光装置的制造方法的一道工序的图
图3D是表示第1实施例涉及的氮化物半导体发光装置的制造方法的一道工序的图
图3E是表示第1实施例涉及的氮化物半导体发光装置的制造方法的一道工序的图
图4是表示第1实施例涉及的氮化物半导体发光装置及比较例的氮化物半导体发光装置的评价结果的表
图5A是表示比较例的氮化物半导体发光装置的连续动作时的光输出的图
图5B是表示第1实施例涉及的氮化物半导体发光装置的连续动作时的光输出的图
图6A是表示构成屏蔽部件的材料的特性的表
图6B是对屏蔽部件的形成方法进行比较的表
图6C是对构成粘接层的材料进行比较的表
图7是第1实施例的变形例1涉及的氮化物半导体发光装置的剖视图
图8是第1实施例的变形例2涉及的氮化物半导体发光装置的剖视图
图9是第2实施例涉及的氮化物半导体发光装置的剖视图
图10是表示第2实施例涉及的氮化物半导体发光装置的制造方法的一道工序的图
图11A是第3实施例涉及的氮化物半导体发光装置的分解立体图
图11B是第3实施例涉及的氮化物半导体发光装置的剖视图
图12A是第4实施例涉及的氮化物半导体发光装置的分解立体图
图12B是第4实施例涉及的氮化物半导体发光装置的局部的立体图
图12C是第4实施例涉及的氮化物半导体发光装置的局部的俯视图
图13A是第4实施例涉及的氮化物半导体发光装置的剖视图
图13B是第4实施例涉及的氮化物半导体发光装置的局部的剖视图
图14是对现有的半导体发光装置的构成进行说明的图
具体实施方式
(第1实施例)
参照图1～8来说明第1实施例。图1A是本实施例的氮化物半导体发光装置的立体图，图1B是为了对氮化物半导体发光装置的构成进行说明而从封装件10将盖罩30分解的立体图。再有，图2A及图2B是用于详细地说明本实施例的氮化物半导体发光装置的构成及动作的示意性剖视图。图3A～图3E是对本实施例的氮化物半导体发光装置的制造方法进行说明的图。图4是表示第1实施例涉及的氮化物半导体发光装置及比较例的氮化物半导体发光装置的评价结果的图。图5A是表示图4示出的比较例的氮化物半导体发光装置的连续动作时的光输出的时间依存性的图，图5B是表示本实施例的氮化物半导体发光装置的连续动作时的光输出的时间依存性的图。图6A是表示本实施例所采用的屏蔽材料的一览的图。图6B是表示在本实施例中进行比较讨论的加工方法的一览的图。图6C是对在本实施例的氮化物半导体发光装置中采用的粘接层的材料进行比较的图。
如图1A的立体图及图1B的分解立体图所示，本实施例的氮化物半导体发光装置1是所谓的被称为CAN类型的封装件类型。隔着基座6而将氮化物半导体发光元件3固定粘接于封装件10的柱体11b，然后将盖罩30固定于封装件10的基台11，由此氮化物半导体发光装置1被气密密封在被盖罩30与基台11围起来的空间(容纳空间)内。
图2A及图2B表示氮化物半导体发光装置1被固定夹具50及按压夹具51从前后固定的样子，图2A是相当于图1A的Ia-Ia线处的剖面的图、图2B是相当于图1A的Ib-Ib线处的剖面的图。封装件10由基台11、用于电连接的引线管脚14a、14b及接地引线管脚15、以及用于将基台11与引线管脚14a、14b电分离的绝缘部件17a、17b构成。绝缘部件17a、17b由作为第1绝缘部件的屏蔽部件19a、以及用于将引线管脚14a、14b固定于基台11且作为第2绝缘部件的玻璃环18a、18b构成。屏蔽部件19a覆盖玻璃环18a、18b。基台11由圆盘状的底座11a、形成于底座11a的主面且用于固定氮化物半导体发光元件3的柱体11b、用于将盖罩30固定到底座11a的焊接台11d、以及对焊接台11d与底座11a进行粘接的粘接层11e构成。再有，为了在底座11a上设置引线管脚而形成了开口部11c。此时底座11a及柱体11b优选由导热率高的铁(Fe)、铜(Cu)或其合金等构成。具体是，本实施例中底座11a及柱体11b利用由导热率高的无氧铜一体地成型的结构进行说明。在此，焊接台11d例如由Fe：Ni合金(例如42合金)或科瓦铁镍钴合金等构成，粘接层11e例如由银焊剂等构成。再有，玻璃环18a、18b由在硅氧化物(SiO2或SiOx)中添加了氧化钡等修饰氧化物的低熔点玻璃构成，屏蔽部件19a、19b例如由聚酰亚胺(Polyimide)树脂等气体阻碍性高且具有耐热性(Heat resistance)但不包含Si-O键的绝缘材料构成。接地引线管脚15通过焊接或银焊而被固定到底座11a，接地引线管脚15及底座11a被电连接。另外，封装件表面为了防止氧化，例如通过Ni、Au镀层来覆盖。
如图2B所示，在如上所述构成的基台11的柱体11b，例如隔着由SiC陶瓷或AlN陶瓷构成的基座6而将氮化物半导体发光元件3固定粘接到柱体11b的安装面。此时，在氮化物半导体发光元件3的构成中，例如在n型GaN的基板上通过结晶生长技术而层叠：例如由n型的缓冲层、n型包覆层、n型引导层的层叠构造构成的第1氮化物半导体层、例如由InGaN与GaN的多重量子阱构成的发光层、以及例如由p型的引导层与p型包覆层的层叠构造构成的第2氮化物半导体层。进而，在其上下面形成例如由包含Pd、Pt、Ti、Ni、Al、W、Au等中的任意金属的金属多层膜构成的电极，例如利用作为Au(70％)Sn(30％)焊料的粘接层5而被固定粘接到基座6。此时，在基座6的上下面例如形成Ti/Pt/Au的金属多层膜，通过上述氮化物半导体发光元件3与粘接层5而被固定粘接，并且例如通过作为Au(70％)Sn(30％)焊料的粘接层7而将基座6固定粘接于柱体11b。此外，在氮化物半导体发光元件3的前方方向及后方方向的端面上，为了控制反射率而形成由电介质多层膜构成的后方端面膜及前方端面膜(未图示)。该电介质多层膜例如由AlN、BN、SiN等氮化膜、和SiO2、Al2O3、ZrO2、AlON等氧化膜或氧氮化膜形成。
对于氮化物半导体发光元件3而言，一个电极面与引线管脚14a通过金属导线40a而被电连接，另一个电极面经由基座6表面的金属多层膜而通过金属导线40b与引线管脚14b电连接。
如图2A所示，盖罩30构成为：光透过窗32通过作为低熔点玻璃的接合层33而被固定在例如由科瓦铁镍钴合金(Kovar)、Fe：Ni合金(例如42合金)或铁构成的圆筒状的金属盖罩31上。具体是，金属盖罩31具有圆筒部31a、用于固定光透过窗32的窗固定部31b和光取出开口部31d。另一方面，在金属盖罩31的封装件10侧形成向外侧开设的凸缘部31c，以便能容易地焊接到基台11。光透过窗32例如在BK7等光学玻璃的表面上形成有反射防止膜，接合层33例如由低熔点玻璃构成。氮化物半导体发光元件3被所述盖罩30及封装件10密封，例如通过作为氧与氮的混合气体的密封气体45进行密封。
该构成中，如图2A所示，电流61自设置于外部的电源通过与引线管脚14a、14b连接的布线而向氮化物半导体发光元件3施加，从氮化物半导体发光元件3向主光线70a方向出射例如从波长390nm～500nm的紫外光到蓝光的光、即出射光70。此时，氮化物半导体发光元件3中产生的焦耳热如图2B的散热路径80所示那样，按氮化物半导体发光元件3→基座6→柱体11b→底座11a进行传递，通过接触面55而向作为外部的固定夹具50散热。
接着，利用图3A～E对本实施例的半导体发光装置的制造方法进行说明。本实施例的封装件10首先利用高温炉例如在1000℃左右的高温下使焊接台11d、引线管脚14a、14b、接地引线管脚15固定粘接于底座11a。具体是，如图3A所示，例如通过模具加工将无氧铜形成底座11a、柱体11b与开口部11c被一体地成型的基台11。而且，在该基台配置构成粘接层11e的银焊剂的成型品与焊接台11d，进而在开口部11c之中依次配置玻璃环18a、18b与引线管脚14a、14b。然后，利用高温炉使粘接层11e、玻璃环18a、18b、及引线管脚14a、14b、接地引线管脚15与底座11a熔接。
接下来，如图3B所示，利用分配器并按照覆盖玻璃环18a、18b的方式形成屏蔽部件。具体是，例如利用注射针90将作为构成屏蔽部件的聚酰亚胺树脂的前体的聚酰胺酸(Polyamic acid)19例如以每次0.1cc的量滴下，以分别覆盖底座11a的氮化物半导体发光装置配置侧的玻璃环18a、18b的表面。此时，滴下聚酰胺酸之前若对封装件10进行O2灰化，则可提高封装件与聚酰胺酸的润湿性，因此可以提高屏蔽部件19a、19b与玻璃环18a、18b及底座11a的密接性。然后，利用焙烧炉将封装件例如在180℃的环境化焙烧大约1小时，使聚酰胺酸进行酰亚胺化而生成聚酰亚胺，由此来构成屏蔽部件19a、19b。这样制造具有已形成屏蔽部件19a、19b的绝缘部件17a、17b的封装件10。
接着，如图3C所示，通过在臭氧中以给定的时间对封装件10的柱体11b侧进行灰化，从而除去包含Si-O键的有机物。
接着，如图3D所示，将基座6、氮化物半导体发光元件3依次固定粘接到封装件10的柱体11b，安装金属导线40a、40b。具体是，此时基座6利用的是在与柱体11b相接的面及搭载氮化物半导体发光元件的面这两个面上预先成膜了由Au(70％)Sn(30％)构成的粘接层5、7(未图示)。将该基座6及氮化物半导体发光元件3依次配置于柱体11b上，使封装件10的温度上升至大约300℃。因为该温度上升，使形成于基座6的粘接层5、7熔融，以电气及热的方式连接柱体11b与基座6的金属多层膜、基座6的金属多层膜与氮化物半导体发光元件3。此时，虽然屏蔽部件19a、19b被加热为300℃左右，但本实施例中利用的是上述具有300℃以上的耐热温度的聚酰亚胺树脂，因此不会劣化。之后，例如利用作为Au导线的多个金属导线40a、40b而电连接氮化物半导体发光元件3与引线管脚14a、14b。
接着，如图3E所示，在给定的气氛下将盖罩30配置到封装件10上部，并利用固定台91a及压板91b进行固定，流过给定的电流，利用突起部31e将焊接台11d与盖罩30焊接，由此进行气密密封。另外，此时盖罩30是利用以下的制造方法来制作的。首先，例如利用科瓦铁镍钴合金等热膨胀系数接近玻璃的材料，通过压力加工在筒状的金属盖罩形成光取出开口部31d及凸缘部31c。同时，在凸缘部31c形成焊接用的突起部31e。接下来，通过例如作为低熔点玻璃的接合层33将光透过窗32固定于窗固定部31b。光透过窗32例如是玻璃，在表面形成有相对于从氮化物半导体发光元件3放射出的光的波长而言反射率低的反射防止膜。
通过以上的制造方法可以容易地制造本实施例的氮化物半导体发光装置。
接下来，为了验证本实施例的效果，实际制作本实施例的氮化物半导体发光装置和用于比较的氮化物半导体发光装置，进行了特性与长期动作试验的评价。以下利用图4及图5来说明进行了比较验证后的结果。
首先，本申请发明人们制作图4所示的比较例1～4的4种氮化物半导体发光装置并进行长期动作试验，对特性的变动进行了评价。
关于封装件，制作了：作为封装件的底座的材料利用钢铁(Steel)、作为柱体的材料利用无氧铜且并未形成屏蔽部件的封装件(比较例1、2)、以及与本实施例相同地底座及柱体均利用无氧铜、但未形成屏蔽部件而使玻璃环露出的封装件(比较例3、4)。这些分别在基座搭载AlN陶瓷(比较例1、3)与SiC陶瓷(比较例2、4)。再有，氮化物半导体发光装置、基座、柱体如上述的制造方法中说明过的那样通过Au(70％)Sn(30％)的焊料而固定粘接，在进行基于盖罩焊接的气密密封之前，利用臭氧除去Si有机化合物气体，构成为在设置有氮化物半导体发光元件的气密密封气氛中不会产生Si有机化合物气体。
首先，在上述构成中，若对底座利用了钢铁的氮化物半导体发光装置(比较例1、2)和利用了无氧铜的氮化物半导体发光装置(比较例3、4)的热阻进行比较，则能够确认底座利用了无氧铜的氮化物半导体发光装置的热阻低约20％。
接着，在通过利用氦气的泄漏量检查而确认了气密性时，在本实施例以及比较例1及2中为10-9Pa·m3/sec以下，在比较例3及4中为10-7～10-9Pa·m3/sec。
接下来，针对本实施例及比较例1、2、3、4进行了氮化物半导体发光装置的长时间动作试验。动作试验条件如下：底座温度为50℃、光输出为2W的连续波振荡(Continuous Wave Operation：CW)。虽然将具体的光输出的时间依存性示于图5，但在比较例3、4中在200～500小时以下产生了急速的光输出下降。
为了分析该原因，若将这些氮化物半导体发光装置分解来看，则在比较例3、4的氮化物半导体发光装置的氮化物半导体发光元件的前方端面膜上堆积着大量的SiO2。由此能确认以下现象：在氮化物半导体发光元件3发生动作而非常高的光密度的光自前方端面膜出射的情况下，在长时间驱动时大量的SiO2堆积于出射部，使得氮化物半导体发光元件3的特性急剧地劣化。图4中虽然将堆积速度设为16-17nm/秒，但这是根据通过剖面TEM分析而得到的堆积物的厚度进行计算的。再有，即便对于比较例1、2而言，若使动作停止并将氮化物半导体发光装置分解，试着分析氮化物半导体发光元件的前方端面膜，则可知与比较例3、4相比，虽然量少，但也有SiO2体积。然而，如上述，在本次评价过的比较例1～4的构成中，是在密封气体中并未产生成为现有技术所记载的SiO2堆积的原因的Si有机化合物气体的构成。
因而，本申请发明人们调查了该SiO2产生的要因。为了在氮化物半导体发光元件的前方端面膜堆积SiO2，至少Si应该是以某种形态在气氛气体中浮游。在此，被认为是Si的产生要因的部件是基座、玻璃环、及对透光窗进行固定的低熔点玻璃。可是，在本比较例中构成透光窗的玻璃利用了在表面形成有不包含Si的电介质多层膜即反射防止膜的结构，因此从要因中排除。
首先，根据比较例1与2的比较结果、及比较例3与4的比较结果可知，基座的基材无论是包含Si的SiC陶瓷，还是不包含Si的AlN陶瓷，都没有优势差。因此可知基座并非要因。接下来，为了确认是否从玻璃环产生了包含Si的气体，制作在图4中作为第1实施例表示的、利用了在与比较例4相同的底座、柱体、玻璃环及基座材料的封装件上进一步以覆盖玻璃环的方式涂敷了聚酰亚胺树脂的氮化物半导体发光装置，并进行了长期动作试验。结果，如图5A所示，在比较例4中2个样本(n＝2)均小于500小时就产生了急剧的光输出下降。相对于此，如图5B所示，在本实施例中1500小时以上都没有产生急剧的光输出下降。再有，在1500小时之后将氮化物半导体发光装置分解时虽然产生了些许SiO2，但与比较例4相比被较大幅度地降低。因此得出结论：成为在比较例1～4中发生的氮化物半导体发光元件的前方端面膜所堆积的SiO2的原因的气体是自玻璃环产生的。另外，作为包含Si的部件，虽然还有对透光窗进行固定的低熔点玻璃，但通过使玻璃环周边的构成发生变化，从而堆积物的量大幅度地变化，因此被认为贡献的程度非常低。
若对以上的现象进行总结，则如以下的(1)～(3)。(1)配置于封装件内的SiO2之中，仅从底座侧的SiO2产生气体；(2)从不包含O的SiC材料不产生气体；(3)盖罩侧的SiO2与底座侧的SiO2的差异为(a)接触的金属材料、(b)动作中的温度、(c)动作中的施加电场(底座与引线管脚)这3个。
以上在上述实验中已经确认的、从玻璃环产生的某种Si化合物在气氛气体中浮游而堆积于半导体发光元件的出射部的现象的机理并不明确，但根据本申请发明人们的考察，可基于以下的2个机理而认为从玻璃环产生了包含Si的气体。
(a)由于构成底座的金属与玻璃环的反应而使包含Si-O的气体从玻璃环中产生。
(b)上述气体的产生因氮化物半导体发光元件中产生的热或向底座与引线管脚之间施加的电场而被加速。
另一方面，在本实施例中，由于用气体阻碍性高的屏蔽部件19a、19b覆盖了玻璃环18a、18b，因此即便在玻璃环中产生了气体，认为也能利用屏蔽部件来阻挡气体的侵入，可抑制氮化物半导体发光元件3的特性劣化。
再有，本实验中也对构成底座的材料不同的比较例1～4的氮化物半导体发光装置的热阻进行了比较。结果，如本实施例所示那样底座利用了无氧铜的结构与由钢铁构成了底座的材料的结构相比较降低了20％。再有，若在相同的条件下对这些氮化物半导体发光装置进行长时间驱动试验并加以比较，则可知上述热阻的差会较大程度地影响寿命。也就是说，将底座的材料设为钢铁的结构相对于将底座的材料设为无氧铜的结构而言，光输出的下降量要多。这是因为基于热阻的差异，动作时的氮化物半导体发光元件的温度在钢铁的底座的情况下较高。即，如本实施例所示，通过由无氧铜构成底座，进而设置屏蔽部件19a、19b，从而可以抑制向氮化物半导体发光元件3的出射端面的附着物和温度上升引起的特性劣化，因此成为更优选的方式。
接着，利用图6A～图6B，来说明对本实施方式的绝缘部件的材料、形成方法进行讨论后的结果。首先，在制造本实施例的封装件的情况下，如图3A中已说明过的，为了粘接底座与玻璃环、引线管脚，在组装原材料后，在接近玻璃环的熔点的1000℃左右的高温下进行保持。作为绝缘部件的材料，除了玻璃环以外，也讨论了由不包含Si-O键的绝缘无机材料来构成。具体是，对低熔点玻璃(SiO2)以外的金属氧化物(例如Al2O3)、金属氮化物(例如Si3N4)进行了讨论。结果，由于其他材料的熔点高、或与构成底座的金属的密接性差等缘故，可知添加了氧化钡等的低熔点玻璃(SiO2)是最佳的。然而，为了抑制气体的产生，需要不包含Si-O键的材料。因而，讨论了用不包含Si-O键的屏蔽部件将玻璃环上覆盖。作为屏蔽部件的材料，不仅讨论了绝缘无机材料，还讨论了热塑性树脂、热固化性树脂等绝缘有机材料。
对这种树脂材料所要求的是：首先，为了防止氮化物半导体发光元件的劣化，不能使玻璃环中产生的气体通过(气体透过性)；为了不使包含Si-O键的气体产生而不含有Si-O键。进而，在将屏蔽部件形成于封装件后，也需要考虑搭载氮化物半导体发光元件时的、相对于安装温度的耐热性。例如，在作为粘接层而利用AnSn共晶焊料进行安装的情况下，对屏蔽部件施加比粘接层的共晶温度高的300℃以上的温度。由此，要求即便在向屏蔽部件施加了比粘接层的共晶温度高的温度的情况下也不会产生鼓包或裂缝、变形、分解等的耐热性。因此，构成屏蔽部件的材料优选相对于粘接层的共晶温度或熔点而具有耐热性，具体是优选耐热温度为300℃以上。将以上的上述项目的讨论结果作为构成屏蔽部件的材料的特征一览而表示于图6A中。在此，作为对耐热性(耐热温度)进行比较的指标，利用玻璃转变温度、熔点、热分解温度。
接着，利用图6B来说明对本实施方式的屏蔽部件的形成方法进行讨论后的结果。重要的是，本实施例所示的氮化物半导体发光装置所采用的封装件不仅考虑高的散热性，也考虑电连接。也就是说，为了使氮化物半导体发光元件中产生的焦耳热有效地经由柱体而散热，还为了容易地电连接氮化物半导体发光元件与引线管脚，屏蔽部件需要局部性地形成在玻璃环附近。具体是，因为由绝缘材料构成的屏蔽部件的导热率与本实施例所采用的基座、柱体相比较低，因此若柱体与基座之间存在屏蔽部件，则会引发散热性恶化、氮化物半导体发光元件的特性劣化。再有，由于连接的机械强度下降，因此认为连接自身有时也变得困难。还有，引线管脚需要经由导线而与氮化物半导体发光元件或基座电连接，若引线管脚被作为绝缘体的屏蔽部件覆盖，则无法实施电连接。由此，期望屏蔽部件仅局部性地成膜形成在玻璃环的周边。
另外，为了防止玻璃环中产生的含Si气体向封装件内的侵入，期望屏蔽部件为具有某种程度的厚度的致密膜。进而，若考虑到封装件形状或玻璃环自身的凹凸，则期望屏蔽部件的厚度为数十μm左右。
基于上述的讨论项目，将对屏蔽部件的形成方法进行比较后的结果示于图6B中。首先，例如关于蒸镀等真空成膜法，难以局部地形成。再有，因为一次成膜可形成的膜厚为几μm左右，所以有必要反复进行成膜与图案化，会引发工序的复杂化和制造成本的增加。接着，例如关于溶胶凝胶法等溶剂摘出法，同样难以局部地形成。另一方面，本实施例中采用的涂敷法是利用玻璃吸管或液体定量喷出装置(分配器)等以所期望的分量将已形成为液体状的物质成膜于所期望的位置的方法，因此也能对应于具有复杂的形状的本实施例这样的封装件。因而，作为屏蔽部件的优选的形成方法而列举涂敷法。
接下来，图6C中表示对为了将氮化物半导体发光元件与基座固定粘接于柱体而讨论的粘接层的材料进行比较后的结果。构成粘接层的金属或金属合金选择适当的材料，由此能够使安装温度变更。如上述，构成屏蔽部件的材料优选耐热温度比粘接层的共晶温度或熔点高。例如，能构成为：作为粘接层采用In、作为屏蔽部件采用环氧树脂(不包含硅氧烷等包含Si-O键的材料)。另外，作为最优选的方式，列举作为粘接层采用Au(70％)Sn(30％)、作为屏蔽部件采用聚酰亚胺树脂的组合。
(第1实施例的变形例1)
接着，利用图7对第1实施例的变形例1的氮化物半导体发光装置进行说明。图7是第1实施例的变形例1涉及的氮化物半导体发光装置的示意性剖视图。针对与第1实施例共同的构成要素赋予相同的号码而省略说明。
图7所示的变形例1的氮化物半导体发光装置，与上述第1实施例的氮化物半导体发光装置相比，底座11a的开口部11c的形状较大程度地不同。具体是，开口部11c成为：与作为第2绝缘部件的玻璃环的周围的开口直径相比，作为第1绝缘部件的屏蔽部件的周围的开口直径更大的构造。即，在开口部11c的柱体侧的表面形成开口直径比开口部11c的其他部分大的横流防止部11f。通过设置该横流防止部11f，从而在利用分配器与注射针涂敷聚酰胺酸19之际，即便聚酰胺酸19的量因分配器的涂敷量的精度误差而有所增加，也可以防止聚酰胺酸19从开口部11c附近溢出。为此，可以防止聚酰胺酸19流出至基台11的盖罩30的接合位置而引起盖罩30与封装件10的焊接不良所导致的气密性下降。再有，通过形成横流防止部11f，从而底座11a与屏蔽部件19a、19b的接触面积增大，可以使密接性提高，因此可以防止玻璃环18a、18b中产生的气体透过底座11a与屏蔽部件19a、19b的间隙。
另外，在本变形例1的构造的基础上也可以设定为：扩展横流防止部11f的区域，用一个横流防止部11f包围玻璃环18a及18b。该情况下，由于将屏蔽部件的涂敷次数缩减为一次，因此可带来工序的简化及制造成本降低。尤其是，例如设定为调整聚酰胺酸的润湿性，将聚酰胺酸向引线管脚14a、14b的中间的横流防止部11f滴下，以使聚酰胺酸扩展覆盖到玻璃环18a、18b上。根据该制造方法，可容易地设定注射针的位置或聚酰胺酸的涂敷位置。
再有，也可以在玻璃环18a、18b的柱体侧表面或横流防止部11f的表面设置凹凸构造。根据这种构成，由于玻璃环18a、18b的柱体侧表面或横流防止部11f的表面积增大，因此可以进一步提高聚酰亚胺树脂与底座部分的密接性。
(第1实施例的变形例2)
图8是第1实施例的变形例2涉及的氮化物半导体发光装置的示意性剖视图。针对与第1实施例共同的构成要素，赋予相同的号码并省略说明。变形例2的封装件10中，在开口部11c设置由与底座11a不同的材料构成的金属环11g，以使玻璃环、金属环介于之间的方式将引线管脚14a、14b相对于底座的开口部11c进行固定。此时，自引线管脚侧起按玻璃环、金属环的顺序进行配置。根据该构成，由于可以将金属环的材料设定为不同于底座，因此可以用减少从玻璃环产生的包含Si-O键的气体的金属材料、例如钢铁来构成金属环。
(第2实施例)
接着，利用图9及图10对第2实施例涉及的氮化物半导体发光装置进行说明。图9是第2实施例涉及的氮化物半导体发光装置的示意性剖视图。图10是对第2实施例涉及的氮化物半导体发光装置的制造方法进行说明的图。本实施例的绝缘部件117a、117b的特征在于，构成的材料仅由不包含Si-O键的绝缘材料、例如聚酰亚胺树脂来构成。
以下，利用图9对本实施例的氮化物半导体发光装置101的构成进行说明。另外，关于与第1实施例共同的构成要素，赋予相同的号码并省略说明。本实施例中，封装件110中，作为底座111a的材料而利用钢铁(Steel)、作为柱体111b的材料而利用无氧铜。再有，底座111a与柱体111b被例如作为银焊剂的粘接层111e固定粘接。根据该构成，在将盖罩30焊接到封装件10的情况下无需准备焊接台。
接着，利用图10对本实施例的氮化物半导体发光装置101的封装件110的制造方法进行说明。首先，在由钢铁构成的底座111a上，利用作为银焊剂的粘接层111e等将由无氧铜构成的柱体111b及接地引线管脚115固定粘接于给定的位置。在镀覆槽对底座111a、柱体111b、接地引线管脚115被固定粘接的结构实施Ni、Au等的表面加工。接着，同样地通过镀覆等也对引线管脚114a、114b实施表面加工。接着，将底座111a与引线管脚114a、114b的位置正确地固定在已形成给定的开口部的固定夹具150，利用注射针90以给定量向开口部111c滴下成为绝缘部件117a、117b的聚酰胺酸119，然后例如插入180℃左右的退火炉中，使其固化。另外，此时固定夹具150将底座111a与引线管脚114a、114b按照相互并不电接触的方式在开口部111c内固定成保持给定的间隔。根据以上的制造方法来制造封装件110。然后，与第1实施例同样地，安装氮化物半导体发光元件3、基座6、盖罩30。
根据该构成，由于绝缘部件117a、117b可以利用不包含Si-O键的材料且气密性优越的绝缘部件，因此可以更容易地构成氮化物半导体发光装置，并且可以防止长期驱动时氮化物半导体发光装置劣化。
此外，在本实施例中，封装件材料未限于此，也可以与第1实施例相同地利用以无氧铜一体成型底座111a及柱体111b并形成了焊接台的结构。
再有，本实施例中，绝缘部件117a、117b虽然利用的是聚酰亚胺，但也可以利用不包含Si-O键的绝缘无机材料。具体是，可以利用金属氧化物(例如Al2O3)、金属氮化物(例如Si3N4)。
(第3实施例)
接着，利用图11对第3实施例涉及的氮化物半导体发光装置进行说明。图11A是第3实施例涉及的氮化物半导体发光装置的分解立体图。图11B是第3实施例涉及的氮化物半导体发光装置的示意性剖视图。对于与第1实施例共同的构成要素赋予相同的号码并省略说明。
本实施例中，氮化物半导体发光装置201所采用的封装件210的构成是基本的构成与所谓的蝶形阀型封装件相同的封装件形状。氮化物半导体发光装置201在封装件210的底面依次层叠并固定有托载件212、基座6、氮化物半导体发光元件3。再有，在氮化物半导体发光元件3的出射侧隔着开口部211h而安装有盖罩230，在氮化物半导体发光元件3的上面部隔着开口部211i而安装有盖240。封装件210例如在被配置于作为铜钨合金的底面的底座211a形成侧壁211b，该侧壁211b形成为围绕底座211a的中央，在侧壁211b的氮化物半导体发光元件的出射方向形成用于安装盖罩230的开口部211h、和用于固定引线管脚214a、214b的开口部211c。盖罩230是利用低熔点玻璃等的粘接层233将例如由玻璃构成的透镜玻璃232固定到金属盖罩231的构造。再有，例如通过作为聚酰亚胺树脂的绝缘部件217a、217b将引线管脚214a、214b固定于开口部211c的中央部分。
根据该构成，由于绝缘部件217a、217b可以利用不包含Si-O键的材料且气密性优越的绝缘部件，因此可以更容易地构成氮化物半导体发光装置，并且可以防止长期驱动时氮化物半导体发光装置劣化。
(第4实施例)
接着，利用图12、图13对第4实施例涉及的氮化物半导体发光装置进行说明。图12A是将第4实施例涉及的氮化物半导体发光装置的盖罩取下的情况下的分解立体图。图12B是第4实施例涉及的氮化物半导体发光装置的局部立体图。图12C是第4实施例涉及的氮化物半导体发光装置的局部俯视图。图13A是第4实施例涉及的氮化物半导体发光装置的示意性剖视图、相当于图12A的Iy-Iy线处的剖视图。图13B是第4实施例涉及的氮化物半导体发光装置的局部剖视图，相当于图12A的Ix方向的剖视图。关于与第1实施例共同的构成要素，赋予相同的号码并省略说明。
本实施例的氮化物半导体发光装置301在安装了散热片351的基台350上配置多个氮化物半导体发光装置302。基台350例如采用下述结构：在作为铜的散热器350a上，通过焊接、螺纹紧固等方法固定了形成为包围周边且例如由科瓦铁镍钴合金(Kovar)等的铁合金构成的按压部(焊接台)350b。
如图13A所示，具有多个氮化物半导体发光装置302被散热器350a与盖罩330气密密封的构造。氮化物半导体发光装置302是以下构造：基座6、氮化物半导体发光元件3被搭载于利用绝缘部件317将基台311与引线管脚314a、314b一体地成型的引线框状的封装件310上，利用金属导线340a、340b进行了电气布线。
具体是，如图12B所示，氮化物半导体发光装置302的基台311是用于安装基座6的底座311a与接地引线311c成为一体的平板状结构，与引线管脚314a、314b同时地由例如铜所构成的金属平板成型。绝缘部件317将基台311与引线管脚314a、314b电气绝缘的同时进行保持，来构成封装件310。再有，绝缘部件317被设定为安装氮化物半导体发光元件3一侧的高度比金属导线340a、340b高，由此保护氮化物半导体发光元件3及金属导线340a、340b。在此，绝缘部件317例如由聚酰亚胺树脂等不包含Si-O的材料构成，即便被配置在氮化物半导体发光装置301的气密密封区域内，也可以防止氮化物半导体发光元件3劣化。
图12A中表示将氮化物半导体发光装置301的盖罩330取下时的立体图。在本实施例中将氮化物半导体发光装置301中纵3列、横8列地合计安装24个氮化物半导体发光装置302的构成列举为实施例并进行说明。本实施例中，横8列的氮化物半导体发光装置302被配置成：通过挠性印刷基板356而被串联连接，并与外部电路进行布线。
具体是，如图12C的局部俯视图所示，挠性印刷基板356在例如作为聚酰亚胺树脂的绝缘基板356a通过图案化形成例如作为铜箔的布线356b，进而末端部形成与外部电路连接的外部端子356c。挠性印刷基板356发挥将被基台350与盖罩330规定的密封空间的内部和外部电连接的引线的作用。布线356b通过例如SnAgCu等的焊料材料而与氮化物半导体发光装置302的引线管脚314a、314b电连接。
再有，如图13A所示，在横8列的氮化物半导体发光装置302的光出射侧分别配置反射镜355。从氮化物半导体发光装置302向散热器350a表面平行地射出的出射光370被反射镜355反射至垂直方向，从透光窗332向外部出射。此时，氮化物半导体发光元件3中产生的焦耳热如散热路径380所示，在氮化物半导体发光装置302正下的散热器350a、散热片351中传递，容易地向外部散热。
另一方面，24个氮化物半导体发光装置302被盖罩330密封。盖罩330与第1实施例同样地由金属盖罩331与透光窗332构成。透光窗332例如在BK7等玻璃板的表面上形成反射防止膜。反射防止膜例如是最表面由SiO2以外的膜构成的电介质多层膜，被设定为从氮化物半导体发光元件3出射的光的波长的反射率降低。透光窗332与第1实施例同样地通过例如作为低熔点玻璃的接合层333而被固定粘接于金属盖罩331。
在此，被盖罩330及散热器350a密封的空间的内部的散热器350a侧构成为被不包含金属或Si-O键的绝缘材料覆盖。例如，在挠性印刷基板356中，绝缘基板356a由不包含Si-O键的材料构成，或用不包含Si-O键的屏蔽材料进行覆盖。例如，挠性印刷基板356的绝缘基板356a由不将含有Si-O键的杂质包含在内的聚酰亚胺树脂构成。再有，用不包含Si-O键的粘接剂来粘接布线356b与绝缘基板356a。
在利用包含了含Si-O键的材料的挠性印刷基板356的情况下，如图13A所示，采取利用作为不包含Si-O键的树脂、例如聚酰亚胺树脂的屏蔽部件319a来覆盖挠性印刷基板356的表面的构成。再有，固定反射镜355的固定部件319b也由不包含Si-O键的绝缘材料构成。进而，盖罩330与基台350的按压部(焊接台)350b如第1实施例所示的那样通过焊接来连接，或者利用不包含Si-O键的绝缘材料进行固定·密封。还有，如图13B所示，挠性印刷基板356通过基台350的开口部350c、也就是说通过形成于散热器350a与按压部350b之间的开口部350c。另外，例如形成为利用作为聚酰亚胺树脂的密封部件319c将开口部350c堵住。根据该构成，可以将氮化物半导体发光元件3配置在盖罩330与基台350之间并用不包含Si-O键的绝缘材料进行密封。另外，在作为密封部件319c而利用包含Si-O键的绝缘材料的情况下，如图13B所示，通过用屏蔽部件319a进行覆盖，从而可以实现本申请的构成。
以上，利用本实施例的构成，可以对氮化物半导体发光装置301的被气密密封的内壁的表面利用不包含金属或Si-O键的材料且气密性优越的绝缘部件，因此可以更容易地构成光输出高的氮化物半导体发光装置，并且可以防止长期驱动时氮化物半导体发光装置劣化。
此外，第1实施例及第2实施例中，虽然将封装件的引线管脚设为2根、将接地引线管脚设为1根，但未限于此。例如，在将底座固定于外部的固定夹具并进行接地的情况下可以不需要接地引线管脚。再有，也可以将搭载于氮化物半导体发光装置的氮化物半导体发光元件设为具有多个波导件的半导体激光器阵列元件，将引线管脚设为3根以上并导线连接至每个波导件。该情况下，对多个引线管脚全部应用屏蔽部件，由此能更有效地抑制氮化物半导体发光元件的劣化。
再有，第1实施例～第4实施例中，将氮化物半导体发光元件设成发光波长为380～500nm且光输出超过1瓦特的高输出的氮化物半导体系半导体激光器元件或氮化物半导体系半导体激光器阵列，但也可以利用任一个。还有，也可以设为适于图像显示装置的斑点噪声低的氮化物半导体系超发光二极管等。
产业上的可利用性
本申请的半导体发光装置及光源，作为激光显示器或投影仪等图像显示装置、激光加工或激光退火等的工业用激光设备此类需要比较高的光输出的装置的光源，尤其有用。
符号说明
1      氮化物半导体发光装置
3      氮化物半导体发光元件
5、7   粘接层
6      基座
10     封装件
11     基台
11a    底座
11b    柱体
11c    开口部
11d    焊接台
11e    粘接层
11e    粘接部层
11f    防止部
11g    金属环
14a、14b  引线管脚
15        接地引线管脚
17a、17b  绝缘部件
18a、18b  玻璃环
19        聚酰胺酸
19a、19b  屏蔽部件
30    盖罩
31    金属盖罩
31a   圆筒部
31b   窗固定部
31c   凸缘部
31d   开口部
31e   突起部
32    光透过窗
33    接合层
40a、40b  金属导线
45    密封气体
50    固定夹具
51    按压夹具
55    接触面
61    电流
70    出射光
70a   主光线
80    散热路径
90    注射针
91a   固定台
101   氮化物半导体发光装置
110   封装件
111a  底座
111b  柱体
111c  开口部
111e  粘接层
114a、114b  引线管脚
115         接地引线管脚
117a、117b  绝缘部件
119         聚酰胺酸
150   固定夹具
201   氮化物半导体发光装置
210   封装件
211a  底座
211b  侧壁
211c  开口部
211h  开口部
211i  开口部
212   托载件
214a、214b  引线管脚
217a、217b  绝缘部件
230   盖罩
231   金属盖罩
232   透镜玻璃
233   粘接层
240   盖
301   氮化物半导体发光装置
302   氮化物半导体发光装置
310   封装件
311   基台
311a  底座
311c  接地引线
314a、314b  引线管脚
317   绝缘部件
319a  屏蔽部件
319b  固定部件
319c  密封部件
330   盖罩
331   金属盖罩
332   透光窗
333   接合层
340a、340b  金属导线
350   基台
350a  散热器
350b  按压部
350c  开口部
351   散热片
355   反射镜
356   挠性印刷基板
356a  绝缘基板
356b  布线
356c  外部端子
370   出射光
380   散热路径

Claims (7)

1.一种氮化物半导体发光装置，具备：
氮化物半导体发光元件；和
封装件，其容纳所述氮化物半导体发光元件，
所述封装件具有：
基台，其保持所述氮化物半导体发光元件，并具有开口部；
盖罩，其被固定于所述基台，与所述基台一起构成容纳所述氮化物半导体发光元件的容纳空间；
引线管脚，其通过所述开口部，并与所述氮化物半导体发光元件电连接；和
绝缘部件，其被填埋入所述开口部，将所述基台与所述引线管脚绝缘，
所述绝缘部件的至少与所述容纳空间面对的部分由不包含Si-O键的第1绝缘材料构成。
2.根据权利要求1所述的氮化物半导体发光装置，其中，
所述第1绝缘材料是树脂。
3.根据权利要求1或2所述的氮化物半导体发光装置，其中，
所述第1绝缘材料的耐热温度为300℃以上。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的氮化物半导体发光装置，其中，
所述第1绝缘材料是聚酰亚胺。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的氮化物半导体发光装置，其中，
所述绝缘部件包括：
第1绝缘部件，其由所述第1绝缘材料构成；和
第2绝缘部件，其由玻璃构成，
所述第1绝缘部件在所述容纳空间侧覆盖所述第2绝缘部件。
6.根据权利要求5所述的氮化物半导体发光装置，其中，
所述开口部包括：
第1部分，其设置在所述容纳空间侧；和
第2部分，其直径比所述第1部分小，
所述第1绝缘部件被填埋入所述第1部分，所述第2绝缘部件被填埋入所述第2部分。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的氮化物半导体发光装置，其中，
所述基台由无氧铜构成。
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