JP2008171971A - 半導体光源装置の実装方法及び実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体光源装置の動作中に半導体発光素子チップの端面へ汚染物質が付着することを防止する半導体光源装置の実装方法及び実装装置の提供
【解決手段】内部の雰囲気を不活性ガスのみとした処理部１９内に、ハロゲンガスのプラズマで汚染物質を除去するプラズマ処理部２１と、チップ支持体に備えられた半導体発光素子チップをキャップで封止するためにキャップとチップ支持体とを圧着接続するキャップ圧着部２２と、を備える。このような構成とすることで、プラズマ処理によって汚染物質が除去されたキャップとチップ支持体とは、処理部１９内の不活性ガス雰囲気下で圧着が行われる。そのため、汚染物質を混入させることなく、半導体発光素子チップを封止することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、レーザ及びスーパールミネッセントダイオードに代表される半導体発光素子チップを備えた半導体光源装置の実装方法及び実装装置に関する。

半導体光源装置に備えられるレーザ及びスーパールミネッセントダイオードなどの半導体発光素子チップは、基板上にクラッド層や活性層などを積層したあとに劈開を行うことによって形成される。そして、劈開によって得られた端面、特に光出射端面には出射される光に対して透明な物質、例えばＳｉＯ₂などが保護膜として形成され、光出射端面と対向する端面には反射率の大きい保護膜が形成される。このように保護膜を形成することで、反射率を調整して出射される光を調整したり、酸化などの化学反応により端面に表面準位が形成されることを防止したりする。表面準位が形成されると、注入された電子及び正孔の一部が表面準位を介して非発光再結合するとともに出射される光を吸収して発熱する。そして、発熱することでバンドギャップが狭くなり、さらなる光吸収及び発熱を招来して発光強度の低下や端面の破壊を引き起こす。

また、保護膜の上から汚染物質が付着、堆積することによっても半導体発光素子チップから出射される光が吸収される問題がある。この問題を防ぐために、半導体発光素子チップの端面に保護膜を備えるだけでなく、半導体発光素子チップをキャップによって封止し、汚染物質の付着を防止する方法が従来知られている。

しかし、キャップで封止したとしても、製造工程の雰囲気中からキャップ内に汚染物質が混入することがある。このような汚染物質としては、炭化水素化合物やシロキサンなどが挙げられる。汚染物質は半導体光源装置が動作することによって発生する熱などにより封止された雰囲気中に漂うようになり、特に４２０ｎｍ以下の短波長の光により重合あるいは分解されて半導体発光素子チップの端面に付着、堆積する。そして、この付着、堆積した汚染物質によって半導体発光素子チップの発光動作が不安定となり、発光強度の低下や短寿命化に代表される素子特性の劣化を引き起こす。

この問題を解決するために、汚染物質を吸着するゼオライトを備えた半導体光源装置が特許文献１に提案されており、これを図５の斜視図に示す（特許文献１参照）。この半導体光源装置１００は、吸着材であるゼオライト１０３と、半導体発光素子チップである半導体レーザ素子チップ１０２と、半導体レーザ素子チップ１０２が接着されるサブマウント１０９と、サブマウント１０９が接着されるヒートシンク１０５と、発光量をモニタリングするためのフォトダイオード１０４と、ワイヤ１０８ａによってフォトダイオード１０４と電気的に接続される電極１１０ａと、ワイヤ１０８ｂによって半導体レーザ素子チップ１０２と電気的に接続される電極１１０ｂと、ゼオライト１０３とヒートシンク１０５とフォトダイオード１０４とが一方の面上に配置され電極１１０ａ、１１０ｂがその一方の面と反対側の他方の面とを貫通して配置されるステム１０７と、ステム１０７の一方の面に接続しこれらを封止するキャップ１０１と、キャップ１０１のステム１０７と対向する面に備えられるとともに半導体レーザ素子チップ１０２から出射された光を透過させるガラス窓１０６と、を備える。
特開２００４−１４８２０号公報

しかしながら、特許文献１で提案されたゼオライト１０３を用いた半導体光源装置１００では、６０度以上の高温雰囲気下において、１３０ｍＷの光出力となる条件でエージング試験を行ったところ、素子の寿命はおよそ１５００時間程度という短いものになってしまう。また、１０００時間程度で半導体レーザ素子チップ１０２の端面への汚染物質の付着が確認された。このようなことが生じる原因として、６０度以上の高温雰囲気ではゼオライト１０３が吸着した汚染物質を再びキャップ１０１内の雰囲気中に放出してしまうことや、汚染物質がゼオライト１０３に吸着される前に半導体レーザ素子チップ１０２の端面に付着することが挙げられる。すなわち、高温雰囲気下においては、半導体発光素子チップの端面への汚染物質の付着をゼオライト１０３によって防止することは困難である。

そこで、本発明はこれらの問題を解決し、６０度以上の高温雰囲気においても半導体発光素子チップの端面へ汚染物質が付着することを防止することによって、半導体発光素子チップの特性の劣化を低減した半導体光源装置の実装方法及び実装装置について提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、半導体発光素子チップを備えたチップ支持体と、チップ支持体に圧着接続されることで半導体発光素子チップを封止するキャップと、を備えた半導体光源装置の実装方法において、キャップ及びチップ支持体が、圧着接続する前にプラズマ化したハロゲンガスに曝露される第１の工程と、キャップがチップ支持体に圧着接続される第二の工程と、を備えることを特徴とする。

また、上記の実装方法において、第１の工程が終了してから第２の工程が終了するまでを、不活性ガス雰囲気で行っても構わないし、不活性ガスと酸素ガスとを混合させた雰囲気で行っても構わない。

このような実装方法とすることで、プラズマ化したハロゲンガスに曝露された後に大気に曝されることなく実装が行われるため、汚染物質がキャップ内に混入することを防ぐことができる。また、酸素ガスを不活性ガスに混合させることで酸素ガスが封入されることとなるが、酸素ガスは炭化水素化合物を分解する作用があるため、キャップ内に万が一炭化水素が入ったとしても分解することができる。

また、上記の実装方法において、不活性ガスを窒素としても構わないし、ヘリウムとしても構わない。

不活性ガスをヘリウムとすると、熱伝導率が高いヘリウムが封入されるため、半導体光源装置を動作させたときに効率よく熱が発散される。また、窒素は安価かつ容易に入手が可能であり、大気に放出しても問題ないため実装が容易となる。

また、上記の実装方法において、第１の工程が終了してから第２の工程が終了するまでを、露点が−３０度以下のガス雰囲気で行うこととしてもよく、このような実装方法とすることで、キャップ内に水分が混入することを防ぐことができる。

また、上記の実装方法において、第１の工程が終了してから第２の工程が終了するまでを、大気圧以下の圧力のガス雰囲気で行っても構わないし、１Ｔｏｒｒ以下の真空雰囲気で行うこととしても構わない。このような実装方法とすることでキャップとチップ支持体との密着性を良くすることができる。

半導体発光素子チップの端面にシリコン酸化物によるコーティング膜が形成されるとともに、第１の工程が、コーティング膜が２０ｎｍ侵食されるまでに終了することとしても構わないし、プラズマ化したハロゲンガスに対して不活性な物質によるコーティング膜を形成することとしても構わない。

このような実装方法とすることで、プラズマ化したハロゲンガスがシリコン酸化物を侵食しても、半導体光源装置の動作に影響が出る程度まで侵食されることを防ぐことができる。また、ハロゲンガスに不活性な物質でコーティング膜を形成すれば、コーティング膜の侵食を防止することができる。

また、上記の実装方法において、半導体発光素子チップが、４２０ｎｍ以下に発光線を備えた窒化物半導体により成ることとしても構わない。

また、上記の実装方法によって実装を行う実装装置は、内部の雰囲気が制御される処理部と、処理部に接続し処理部と独立して内部の雰囲気が制御される搬入部及び搬出部と、を備え、処理部の内部に、プラズマ化したハロゲンガスを生成するプラズマ処理部と、半導体発光素子チップを備えたチップ支持体とチップ支持体に圧着接続するとともに半導体発光素子チップを封止するキャップとを圧着接続するキャップ圧着部と、を備えたことを特徴とする。

本発明の構成によれば、キャップ及びチップ支持体をハロゲンガスのプラズマに曝露することとしているため、半導体発光素子チップを封止する前に汚染物質を除去することができる。また、このように汚染物質を除去することで、６０度以上の高温の状態においても半導体発光素子チップに汚染物質が付着、堆積することを防止することができ、素子の長寿命化を図ることができる。

以下、本発明の実施形態について図１〜図４を用いて説明する。

＜半導体光源装置＞
まず、図１を用いて本発明の実施形態における半導体光源装置の構成の概略について説明する。図１は本発明の実施形態における半導体光源装置の分解斜視図であり、従来例について示した図５に相当するものである。

図１に示すように、本発明の実施形態における半導体光源装置１はチップ支持体１ａとキャップ１ｂとに分けられる。チップ支持体１ａは、半導体発光素子チップ３と、半導体発光素子チップ３が一方の面に配置されたサブマウント２と、サブマウント２の一方の面と反対側の他方の面が接続するブロック部５と、ブロック部５が一方の面に備えられブロック部５と一体となっているステム４と、ステム４の一方の面とその反対側の他方の面に貫通するピン６ａ、６ｂと、ステム４の一方の面側でピン６ａ及び半導体発光素子チップ３と接続するワイヤ７ａと、同様にステム４の一方の面側でピン６ｂ及び半導体発光素子チップ３と接続するワイヤ７ｂと、ピン６ａ、６ｂとステム４との間にそれぞれ配置されピン６ａ、６ｂとステム４とを電気的に絶縁するリング８ａ、８ｂと、ステム４の他方の面に接続するピン６ｃと、を備える。

ステム４に接続するピン６ｃは、図５に示したようなモニタ用のフォトダイオード１０４を設けた場合などにおいて用いられる。この場合、ピン６ａ〜６ｃのうち一つのピンをフォトダイオード１０４の電流検出用のピンとして、残り二つのピンを半導体発光素子チップ３にバイアス電圧を供給するためのピンとする。そして、半導体発光素子チップ３にバイアス電圧を供給する二つのピンのうちいずれか一つのピンをフォトダイオード１０４と共通のピンとしてバイアス電圧を印加することとする。例えば、半導体発光素子チップ３のアノード電極及びフォトダイオード１０４のアノード電極のそれぞれとピン６ａ、６ｂのそれぞれとを接続し、半導体発光素子チップ３及びフォトダイオード１０４のそれぞれのカソード電極とステム４とをそれぞれ接続する。そして、この場合ではステム４と接続するピン６ｃが半導体発光素子チップ３及びフォトダイオード１０４の共通のカソード電極となる。

また、キャップ１ｂは、ステム４の一方の面に接続し、ブロック部５とサブマウント２と半導体発光素子チップ３とピン６ａ、６ｂのステム４の一方の面側に突出した部分とを封止する。そして、キャップ１ｂのステム４と対向する面には半導体発光素子チップ３から出射された光を透過させる窓部９が備えられる。

ステム４及びブロック部５は、例えば銅や鉄を用いて一体として成型され、その表面に金などでメッキを施すことによって作製される。また、キャップ１ｂやピン６ａ〜６ｃも同様に銅や鉄などの金属を用いて作製され、その表面に金などでメッキが施される。また、リング８ａ、８ｂについては絶縁体であるガラスなどが用いられ、キャップ１ｂに設けられた窓部９には、出射される光を透過するガラスあるいはプラスチックが用いられる。

次に、図２を用いて本発明の実施形態における半導体光源装置のチップ支持体について詳細に説明する。図２は本発明の実施形態におけるチップ支持体の上面図である。

図２に示すように、半導体発光素子チップ３は、サブマウント２と対向する面とその反対側の面にそれぞれ電極３ｂ、３ｃが設けられ、これらの電極３ｂ、３ｃの間に半導体発光素子３ａが設けられている。半導体発光素子チップ３のサブマウント２と対向する面に設けられた電極３ｂは、はんだ層１０ａを介してサブマウント２と接続し、反対側の電極３ｃはワイヤ７ａと接続しワイヤ７ａを介してピン６ａと電気的に接続している。また、サブマウント２は絶縁基板２ａの両面に金属膜２ｂ、２ｃを形成したものから成り、一方の金属膜２ｂははんだ層１０ｂを介してブロック部５と接続する。他方の金属膜２ｃははんだ層１０ａを介して半導体発光素子チップ３の電極３ｂと電気的に接続される。また、この金属膜２ｃにはワイヤ７ｂが接続されておりピン６ｂと電気的に接続されている。

サブマウント２の絶縁基板２ａとして、例えば絶縁性ＳｉＣ基板を用いることができる。また、金属膜２ｂ、２ｃとしては、絶縁基板側からそれぞれ順にＴｉ、Ｐｔ、Ａｕを積層したものを用いることができる。

また、図３を用いて半導体発光素子チップの具体例について説明する。図３（ａ）、（ｂ）はともに半導体発光素子チップの斜視図である。なお、半導体発光素子チップの具体例として活性層がＩｎＧａＮであるレーザ素子チップを用いた場合を図３に示した。

図３（ａ）に示すように、レーザ素子チップ３ｄはｎ型ＧａＮ基板１１上にＡｌＧａＮのｎ型クラッド層１２、ＩｎＧａＮ活性層１３、ＡｌＧａＮのｐ型クラッド層１４が形成された構成となっている。そして、ｐ型クラッド層をエッチングすることによりリッジ１４ａが形成され、リッジ１４ａを挟むようにＳｉＯ₂の絶縁体埋め込み層１５が形成されている。さらに、リッジ１４ａ及び絶縁埋め込み層１５上にはｐ側電極１６が形成され、このｐ側電極１６は、リッジ側１４ａから順にＰｄ、Ｍｏが積層された積層体１６ａと、その上にＰｔ、Ａｕが積層された積層体１６ｂから成る。また、ｎ型ＧａＮ基板１１の裏面にはｎ側電極１７が形成され、このｎ側電極１７は、基板１１の裏面側から順にＨｆ、Ａｌが積層された積層体１７ａと、その上にＭｏ、Ｐｔ、Ａｕが積層された積層体１７ｂから成る。

ｐ側電極１６は図２に示す電極３ｃに相当し、図２のワイヤ７ａを介してピン６ａと電気的に接続される。ｎ側電極１７は図２に示す電極３ｂに相当し、図２のはんだ層１０ａ、サブマウントの金属膜２ｃ、ワイヤ７ｂ、を介してピン６ｂと電気的に接続する。そして、これらのピン６ａ、６ｂを介して電流がレーザ素子チップ３ｄに供給され、光出射端面３ｅからレーザ光が出力される。

また、図３（ｂ）に示すように、レーザ素子チップ３ｄの光出射端面３ｅとその反対側の端面とにはそれぞれコーティングが形成されており、光出射端面３ｅにはＳｉＯ₂のみ１層からなるＡＲ（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｒｅｃｔｉｏｎ）コーティング３ｆ、反対側の端面にはＳｉＯ₂及びＴｉＯ₂層が交互に合計９層積層されたＨＲ（Ｈｉｇｈ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コーティング３ｇが形成されている。このようなコーティング３ｆ、３ｇによってレーザ素子チップ３ｄの端面が保護されるとともに、光出射端面３ｅから効率よく光が出射される。

なお、図１に示す半導体光源装置１のキャップ１ｂに備えられた窓部９に、特定の波長の光のみ透過させるようなコーティングを施してもよい。また、図３に示すレーザ素子チップ３ｄの幅Ｗは４００μｍ、レーザ素子チップ３ｄの光出射端面３ｅとその反対側の端面との間隔、すなわち共振器長Ｌは６００μｍとしてもよい。

＜半導体光源装置の実装方法及び実装装置＞
次に、本発明の実施形態における半導体光源装置の実装装置及び実装方法について図４に基づいて説明する。図４は本発明の実施形態における半導体発光素子チップの実装装置の模式図である。

図４に示すように、本発明における半導体発光素子チップの実装装置１８は、内部の雰囲気を調節することができる処理部１９と、処理部１９にキャップ及びチップ支持体を搬入する搬入部２０と、処理部１９内に配置されキャップ及びチップ支持体にプラズマ処理を施すプラズマ処理部２１と、処理部１９内に配置されプラズマ処理されたキャップ及びチップ支持体を圧着接続するキャップ圧着部２２と、圧着接続されたキャップ及びチップ支持体を処理部１９から搬出する搬出部２３と、を備える。

また、処理部１９に不活性ガスを導入する処理部内不活性ガス導入口２４と、処理部１９内の雰囲気を排出する処理部内雰囲気導出口２４ｂと、搬入部２０に不活性ガスを導入する搬入部不活性ガス導入口２５と、搬入部２０内の雰囲気を排出する搬入部内雰囲気導出口２５ｂと、搬出部２３に不活性ガスを導入する搬出部不活性ガス導入口２６と、搬出部２３内の雰囲気を排出する搬出部内雰囲気導出口２６ｂと、を備える。そして、処理部１９、搬入部２０及び搬出部２３のそれぞれに不活性ガスを導入するそれぞれの導入口２４〜２６は、不活性ガスの不純物を取り除く不純物除去フィルタ２４ａ、２５ａ、２６ａを備える。

また、実装装置１８は、搬入部２０内にキャップ及びチップ支持体を搬入するための搬入扉２０ａと、搬入部２０と処理部１９とを接続し処理部１９内にキャップ及びチップ支持体を搬入するための処理部内搬入扉２０ｂと、処理部１９と搬出部２３とを接続するとともに圧着接続されたキャップ及びチップ支持体を搬出部２３に搬出するための処理部外搬出扉２３ｂと、搬出部２３から圧着接続されたキャップ及びチップ支持体を搬出するための搬出扉２３ａと、を備える。これらの扉２０ａ、２０ｂ、２３ａ、２３ｂは通常閉じており、キャップ及びチップ支持体が通過するときのみ開く構成となっている。

この実装装置１８を用いてキャップをチップ支持体に圧着接続する場合、まずキャップ及びチップ支持体を搬入扉２０ａから搬入部２０内に搬入する。そして、搬入扉２０ａを閉じていったん密封状態にした後に、搬入部内不活性ガス導入口２５より不活性ガスを導入しつつ搬入部内雰囲気導出口２５ｂから排出し、搬入部２０内の雰囲気を不活性ガスのみとする。また、搬入部２０内に供給される不活性ガスは不純物除去フィルタ２５ａによって純度を高められている。

処理部１９においても、予め搬入部２０と同様に処理部内不活性ガス導入口２４と処理部内雰囲気導出口２４ｂとを用いて不活性ガスを循環させ、処理部１９内の雰囲気を不活性ガスのみとしている。また、この不活性ガスも不純物除去フィルタ２４ａによって純度を高められている。そして、搬入部２０が不活性ガスのみとなった後に処理部内搬入扉２０ｂが開き、キャップ及びチップ支持体が処理部１９内に搬入される。そして、プラズマ処理部２１に移動し、プラズマ処理が行われる。

プラズマ処理部２１は密閉可能なチャンバーとなっており、キャップ及びチップ支持体がプラズマ処理部２１に入れられた後に密閉及び減圧される。そして、減圧後にプラズマ処理部２１内にハロゲンガスが一定の流量で供給され、かつ一定の流量で処理部の外に排気される。そのため、処理部１９では不活性ガス雰囲気となるが、プラズマ処理部２１内はハロゲンガス雰囲気となる。

プラズマ処理部２１内がハロゲンガス雰囲気となると、電源から電力が供給されてハロゲンガスがプラズマ化され、キャップ及びチップ支持体が一定時間曝露される処理が行われる。このハロゲンガスとして、例えばＣＦ₄を用いることができる。また、このハロゲンガスをプラズマ化するための電源として、１３．５６ＭＨｚの高周波電源を用いることができる。そして、このプラズマ処理によって、汚染物質を分解、蒸発させて除去する。除去された汚染物質はハロゲンガスとともに処理部１９の外に排気される。

また、プラズマ化されたハロゲンガスは、ＳｉＯ₂を侵食する作用がある。そのため、半導体発光素子チップに施すＡＲコーティングやＨＲコーティングにＳｉＯ₂を使用する場合や半導体発光素子チップにＳｉＯ₂を使用する場合は、プラズマに曝露する時間をＳｉＯ₂が２０ｎｍ侵食される時間以下とすると好ましい。

キャップ及びチップ支持体がプラズマに一定時間曝露されてプラズマ処理が終了すると、プラズマ処理部２１内に不活性ガスが導入され、かつ排気される。そして、プラズマ処理部内に不活性ガスを循環させて不活性ガス雰囲気として、処理部１９内の雰囲気と同じ圧力となった後にプラズマ処理部２１が開き、キャップ及びチップ支持体がキャップ圧着部２２へ移動する。

キャップ圧着部２２に移動すると、キャップがチップ支持体に圧着接続される。この時、処理部１９内の雰囲気下で圧着接続するため、キャップ内には処理部１９の雰囲気が封入されることとなる。

圧着接続が終了すると、処理部外搬出扉２３ｂが開くとともに圧着接続されたキャップ及びチップ支持体が搬出部２３に移動する。このとき、搬出部２３内は既に不活性ガス雰囲気となっている。搬出部２３を不活性ガス雰囲気にする方法は搬入部２０の場合と同様であり、いったん密封状態にした後に、搬出部内不活性ガス導入口２６より不活性ガスを導入しつつ搬出部内雰囲気導出口２６ｂから排出し、不活性ガスを搬出部２３内に循環させる方法を用いる。また、搬出部２３内に供給される不活性ガスも不純物除去フィルタ２６ａによって純度が高められている。

そして、処理部外搬出扉２３ｂが閉じて搬出部２３が処理部１９から独立した後、搬出扉２３ａが開くとともに圧着接続されたキャップ及びチップ支持体が搬出される。

実装装置１８をこのように構成することで、キャップをチップ支持体に圧着接続する前に、キャップ及びチップ支持体をハロゲンガスのプラズマに曝露することとなり、汚染物質の除去を効率よく行うことができる。また、処理部１９の内部は不活性ガスが循環されることで汚染物質の少ない不活性ガス雰囲気となっており、プラズマ処理を行ってからキャップをチップ支持体に圧着接続するまでの間にキャップ及びチップ支持体が大気に曝露されることがない。したがって、キャップをチップ支持体に圧着接続する際に汚染物質が混入することを防ぐことが可能となり、半導体発光素子チップの特性の劣化を防ぐことができる。

特に素子寿命を大幅に改善することができ、６０度の高温雰囲気下、光出力１３０ｍＷでエージングを行ったところ、１００００時間以上の素子寿命となった。また、１００００時間のエージング経過後も端面には不純物の付着が観察されなかった。

また、処理部１９だけでなく、搬入部２０及び搬出部２３内も不活性ガスで循環させるため、処理部１９への搬入及び搬出に伴って汚染物質が処理部１９内に混入することを防ぐことができる。

また、汚染物質の除去には酸素やオゾンのプラズマを使用することも可能であるが、これらのプラズマは酸化作用を有するため、金属電極や半導体層を酸化してしまう。しかし。本発明の実施形態のようにハロゲンガスのプラズマを用いることとすると、金属電極や半導体層の酸化を防止しつつ、汚染物質の除去を行うことができる。特に酸化に対して劣化が激しいＧａＡｓ系の半導体発光素子チップにおいても適用することができる。

なお、処理部１９内の不活性ガスの圧力は大気圧よりも小さいものとしてもよい。そのようにすることで、キャップ内に封入される不活性ガスの圧力が大気圧よりも小さいものとなりキャップとチップ支持体との密着性が増すこととなる。この場合、搬入部２０にキャップ及びチップ支持体を搬入するときの搬入部２０内の不活性ガスの圧力を大気圧と略等しいものとし、搬入部２０から処理部１９に移動する際には搬入部２０内の不活性ガスの圧力を下げて処理部１９内の不活性ガスの圧力と略等しくなるようにしてもよい。そのようにすることで搬入部２０と処理部１９との圧力差がほぼ無くなり、キャップ及びチップ支持体をスムーズに処理部１９内に移動させることができる。

同様に、処理部１９から搬出部２３にキャップ及びチップ支持体を移動させるときは、搬出部２３内の不活性ガスの圧力を処理部１９内の不活性ガスの圧力と略等しいものとしてもよい。そして、搬出部２３から実装装置１８外に取り出すときは、搬出部２３内の不活性ガスの圧力を上げて大気圧と略等しいものとしてもよい。

また、処理部１９内の圧力を大気圧より小さいものとしてもよいとしたが、処理部１９内を１Ｔｏｒｒ以下の真空雰囲気としてもよい。この場合も、搬入部２０、処理部１９及び搬出部２３のそれぞれの内部に不活性ガスを循環させることで不活性ガス雰囲気とした後に、不活性ガスを排出させて真空雰囲気とすると、実装装置１８内に含まれる汚染物質をさらに排除することができるため好ましい。

また、プラズマ処理を行う場合に、キャップ及びチップ支持体を６０度以上に加熱してもよい。加熱することとすると、汚染物質を効果的に除去することができる。また、半導体発光素子チップに施すＡＲコーティングやＨＲコーティングの材料として、ハロゲンガスのプラズマに耐性のあるアルミニウム、チタン及びタンタルのそれぞれの酸化物を用いることとしてもよい。また、プラズマ化するハロゲンガスとして、ＣＦ₄の他に、例えばＣ₂Ｆ₆、ＮＦ₃、ＳＦ₆を用いることとしてもよい。また、プラズマ化に用いる電源も１３．５６ＭＨｚの高周波電源に限らず、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源としてもよいし、どのような周波数を用いてもよい。

このように構成することで、任意の条件でプラズマ処理を行うことが可能となる。したがって、半導体発光素子チップや保護膜の特性に合わせた最適なプラズマを発生させることができる。

また、不活性ガスとして窒素やヘリウムを用いることとしてもよい。特にヘリウムは熱伝導率が非常に高く、ヘリウムとともに半導体発光素子チップを封止すると、不活性ガスとしてだけではなく放熱材としても機能する。したがって、半導体光源装置の動作時において半導体発光素子チップの端面が効率よく冷却され、熱による劣化が低減される。

また、不活性ガスの露点は−３０度以下としてもよく、好ましくは−４０度。さらに好ましくは−６０度以下である。このような不活性ガスを用いることによって、半導体光源装置に封入される水分を減らすことができ、水分による半導体発光素子チップの端面の汚染を防止することができる。

また、不活性ガスに酸素を混合させることで、キャップ内に不活性ガスとともに酸素ガスを封入することとしてもよい。特に、酸素を用いることで汚染物質である炭化水素化合物を分解することが可能であり、長期動作における電圧特性の安定化に効果がある。ただし、封入される酸素の割合や保護膜に用いられる物質によっては、酸素が保護膜を浸透してしまい端面に表面準位を形成する場合がある。そのため、酸素濃度は１００ｐｐｍ以上８０％以下とし、好ましくは０．１％以上４０％以下。更に好ましくは１％以上１８％以下とする。また、不活性ガスと酸素ガスを組み合わせた封入用のガスとして、露点−３０度以下の不純物を除去した空気を利用することとしてもよい。

以上、本発明の実施形態における半導体光源装置の実装方法及び実装装置について説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実行することができる。

本発明は半導体発光素子チップを備えた半導体光源装置における、半導体光源装置の実装方法及び実装装置において利用可能である。

は、本発明の実施形態における半導体光源装置の分解斜視図である。 は、本発明の実施形態におけるチップ支持体の上面図である。 は、半導体発光素子チップの斜視図である。 は、本発明の実施形態における半導体光源装置の実装装置の模式図である。 は、従来の半導体光源装置の分解斜視図である。

符号の説明

１ 半導体光源装置
１ａ チップ支持体
１ｂ キャップ
２ サブマウント
２ａ 絶縁基板
２ｂ、２ｃ 金属膜
３ 半導体発光素子チップ
３ａ 半導体発光素子
３ｂ、３ｃ 電極
３ｄ レーザ素子チップ
３ｅ 光出射端面
３ｆ ＡＲコーティング
３ｇ ＨＲコーティング
４ ステム
５ ブロック部
６ａ〜６ｃ ピン
７ａ、７ｂ ワイヤ
８ａ、８ｂ リング
９ 窓部
１０ａ、１０ｂ はんだ層
１１ ｎ型ＧａＮ基板
１２ ｎ型クラッド層
１３ 活性層
１４ ｐ型クラッド層
１４ａ リッジ
１５ 絶縁体埋め込み層
１６ ｐ側電極
１６ａ、１６ｂ 積層体
１７ ｎ側電極
１７ａ、１７ｂ 積層体
１８ 実装装置
１９ 処理部
２０ 搬入部
２０ａ 搬入扉
２０ｂ 処理部内搬入扉
２１ プラズマ処理部
２２ キャップ圧着部
２３ 搬出部
２３ａ 搬出扉
２３ｂ 処理部外搬出扉
２４ 処理部内不活性ガス導入口
２４ｂ 処理部内雰囲気導出口
２５ 搬入部内不活性ガス導入口
２５ｂ 搬入部内雰囲気導出口
２６ 搬出部内不活性ガス導入口
２６ｂ 搬出部内雰囲気導出口
２４ａ、２５ａ、２６ａ 不純物除去フィルタ

Claims (13)

1. 半導体発光素子チップを備えたチップ支持体と、当該チップ支持体に圧着接続されることで前記半導体発光素子チップを封止するキャップと、を備えた半導体光源装置の実装方法において、
   前記キャップ及び前記チップ支持体が、圧着接続する前にプラズマ化したハロゲンガスに曝露される第１の工程と、
   前記キャップが前記チップ支持体に圧着接続される第２の工程と、を備えることを特徴とする実装方法。
2. 前記第１の工程が終了してから前記第２の工程が終了するまでを、不活性ガス雰囲気で行うことを特徴とする請求項１に記載の実装方法。
3. 前記第１の工程が終了してから前記第２の工程が終了するまでを、不活性ガスと酸素ガスとを混合したガス雰囲気で行うことを特徴とする請求項１に記載の実装方法。
4. 前記不活性ガスが、窒素であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の実装方法。
5. 前記不活性ガスが、ヘリウムであることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の実装方法。
6. 前記第１の工程が終了してから前記第２の工程が終了するまでを、露点が−３０度以下のガス雰囲気で行うことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の実装方法。
7. 前記第１の工程が終了してから前記第２の工程が終了するまでを、大気圧以下の圧力のガス雰囲気で行うことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の実装方法。
8. 前記第１の工程が終了してから前記第２の工程が終了するまでを、１Ｔｏｒｒ以下の真空雰囲気で行うことを特徴とする請求項１に記載の実装方法。
9. 前記半導体発光素子チップの端面にシリコン酸化物によるコーティング膜が形成されるとともに、前記第１の工程が、コーティング膜が２０ｎｍ侵食されるまでに終了することを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の実装方法。
10. 前記半導体発光素子チップの端面に前記プラズマ化したハロゲンガスに対して不活性な物質によるコーティング膜が形成されることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の実装方法。
11. 前記半導体発光素子チップが、４２０ｎｍ以下に発光線を備えた窒化物半導体により成ることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の実装方法。
12. 請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の実装方法によって実装を行う実装装置。
13. 内部の雰囲気が制御される処理部と、当該処理部に接続し当該処理部と独立して内部の雰囲気が制御される搬入部及び搬出部と、を備え、
    前記処理部の内部に、プラズマ化したハロゲンガスを生成するプラズマ処理部と、半導体発光素子チップを備えたチップ支持体と当該チップ支持体に圧着接続するとともに前記半導体発光素子チップを封止するキャップとを圧着接続するキャップ圧着部と、を備えたことを特徴とする請求項１２に記載の実装装置。

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