JP2009088064A - 半導体装置の製造方法及びそれを用いた半導体装置の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】紫外から青色の波長の光を出射する光半導体素子を含む半導体装置の製造において、出射端面を黒色化させる生成物の付着を防止するために、通常の半導体装置を組み立てる雰囲気で製造できる半導体装置の製造方法及びそれを用いた半導体装置の製造装置を実現できるようにする。
【解決手段】本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、光半導体素子等をパッケージに実装する素子実装工程Ｓ１、素子実装工程Ｓ１によって光半導体素子等が実装されたパッケージに大気を利用して組成が調整された気体を供給する気体供給工程Ｓ２及び気体供給工程Ｓ２によって供給された気体と共に光半導体素子等をパッケージとキャップとにより封入する封止工程Ｓ３からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、青色から紫外の範囲の波長の光を出射する光半導体素子を含む半導体装置の製造方法及びそれを用いた半導体装置の製造装置に関する。

大容量の画像情報が携帯電話及びインターネット等で送受信される高度情報化社会において、これらの大容量の情報を記憶するために、より一層の高速且つ大容量の光ディスク技術の開発が要望されている。このような要望に対応して、光ディスク装置の光ピックアップに使用される半導体レーザ素子は、その波長を７８０ｎｍから６５０ｎｍに短波長化して、光ディスクを大容量化してきたが、さらに４００ｎｍ帯の波長にまで短波長化することにより光ディスクの一層の大容量化が進められている。

また、青色、紫色及び紫外の範囲である４００ｎｍ帯及び４００ｎｍ前後の波長の光を出射する半導体レーザ素子等の光半導体素子は、金属基台を含むパッケージに実装され、パッケージと出斜光を取り出す光学部材がついたキャップとに囲まれた内部に気体が封入されて密閉された半導体装置として製造されている。

このようにして製造される半導体装置は、その製造の過程において光半導体素子が実装されているパッケージとキャップとにより密封された内部の空間に様々な物質が侵入したり、付着したりすることがある。このように密封された空間に種々の物質が存在する状態で光半導体素子の出射光が光共振器の端面から出射すると、生成物が生じ、光共振器の端面に付着すること等により半導体装置の光半導体素子の光学特性及び電気特性が劣化するという問題がある。

このように生成物が汚染物質となり、光半導体素子の出射端面に付着することを防ぐために、半導体素子が実装される密閉空間に封入される雰囲気ガスの露点と酸素濃度とを低い値に抑えた半導体装置の製造方法が提案されている。例えば、グローブボックスのような大気開放されない密封された組立装置の内部で、光半導体素子例えば窒化物半導体レーザ素子を組み立てて生成物の付着を防止する半導体装置の製造方法である。すなわち、グローブボックス内の雰囲気ガスを清浄に保持すると共に、露点及び酸素濃度等を管理して光半導体素子を組み立てれば、汚染物質の形成及び付着を抑えることができる。このようにすると、光半導体素子が４２０ｎｍ以下の波長で発光する窒化物半導体レーザ素子であっても、経時変化に伴う共振器の端面を黒色化させる生成物の形成を防止することができ、窒化物半導体レーザ素子の寿命を延ばせることが示されている（例えば、特許文献１を参照。）。

また、半導体装置の密閉された空間に封入されるガスの露点と酸素濃度とを低い値に抑える方法として、半導体レーザ素子、キャップ及びパッケージを予め加熱し清浄化するベーキング工程又はオゾン若しくは励起酸素原子をこの半導体レーザ素子等に暴露して清浄化するアッシング工程を付加して製造する方法が示されている（例えば、特許文献２及び３を参照。）。これらの工程を付加することにより、光半導体素子である窒化物半導体レーザ素子が高温雰囲気下でも発光強度を低下させずに且つ長期的に発光駆動できる。
特開２００６−１３４３６号公報 特開２００６−１２８６２９号公報 特開２００６−１４０４４１号公報

しかしながら、特許文献１から特許文献３に示される構成及び方法では、半導体装置に光半導体素子が実装される密閉空間に封入される気体の露点が−３０℃以下、且つ酸素濃度が１００ｐｐｍ以下の十分低い値に抑えなければ、光半導体素子の出射端面に生成物が付着することを防止することができない。また、光半導体素子と共に空間に封入されるガスの露点及び酸素濃度が十分に低い値に抑えられていなければ、光半導体素子が端面から出射する光出力を低下させることなく長寿命で動作させることが難しい。さらに、半導体装置の光半導体素子を実装する空間に封入されるガスの露点が−３０℃以下、且つ酸素濃度が１００ｐｐｍ以下となる低い値にするためには、光半導体素子を組み立てる装置自体をグローブボックスの中に設置する等の装置的な工夫をして半導体装置を製造することが必要であり、簡単な装置で安価に製造することができない。

本発明は上記従来の問題に鑑み、紫外から青色の波長の光を出射する光半導体素子を含む半導体装置の製造において、出射端面を黒色化させる生成物の付着を防止するために気体の酸素濃度及び露点について特別な装置を必要とせず、通常の半導体装置を組み立てる雰囲気で製造できる装置、及びそれを用いた半導体装置の製造方法を実現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、大気中で半導体装置の製造装置に組成及び水分濃度が制御された気体を供給する気体供給工程と、該気体供給工程により供給される気体と共に光半導体素子をパッケージ及びキャップにより封入する封止工程とを備える構成とする。

具体的に、本発明に係る半導体装置の製造方法は、光半導体素子が実装されたパッケージに、不活性気体及び酸素に大気を混合した気体を供給する気体供給工程と、気体供給工程により供給される気体と共にパッケージに実装された半導体素子をキャップを用いて封入する封止工程とを備えていることを特徴とする。

本発明の半導体装置の製造方法によると、大気環境を利用するため、特別な気密環境を形成するためのグローブボックス等の装置を必要とすることなく通常の光半導体素子の組立に用いる装置及び環境で組成を調整した気体と共に半導体素子を有する半導体装置を製造することができる。特に、大気を混合することによって水分が含まれ、所定の露点となるように調整された気体が供給される気体供給工程を含む全ての工程を通常の大気中での工程とすることができる。また、光半導体素子と共に封入する気体により、光半導体素子の出力光が出射する端面に生成物が付着することを抑制または防止することができるため、強い出力光を安定に長寿命で出射し続けることができる光半導体素子を含む半導体装置を容易に且つ安価に製造することができる。

本発明の半導体装置の製造方法において、パッケージは、金属、樹脂又はセラミックからなり、キャップは、少なくとも光半導体素子への入出力光の経路となる部分が透明な光学材料からなることが好ましい。

このようにすると、光半導体素子が実装される部分が金属であるため、熱伝導率が良い。また、キャップは光半導体素子への入出力光の経路となる部分以外が金属で形成されていれば、金属材料からなるパッケージと金属溶接により固着することができる。また、キャップが光学部材のみからなる場合は、接着剤によりパッケージと固着することができる。

本発明の半導体装置の製造方法において、パッケージ及びキャップは金属からなり、封止工程は、不活性気体及び酸素を供給する吸気口と、該吸気口から流入する気体を排気する排気口と、パッケージを保持すると共に吸気口及び排気口の開閉機能を有する位置規制部材と、キャップを保持する第１の電極と、パッケージに当接する第２の電極とを備え、内部が大気に開放されたチャンバで行われ、チャンバに気体を充填した状態で、吸気口及び排気口を閉じてチャンバを密閉し、第１の電極、キャップ、パッケージ及び第２の電極を導通させることによりパッケージとキャップとを固着することが好ましい。

また、本発明の半導体装置の製造方法において、気体供給工程は、大気中でキャップとパッケージとをチャンバに装填し、不活性気体及び酸素をチャンバに導入する工程と、チャンバ内の大気と不活性気体及び酸素とを混合することによって気体を調整する工程とを含むことが好ましい。

また、本発明の半導体装置の製造方法において、気体供給工程は、大気中でキャップとパッケージとをチャンバに装填し、不活性気体及び酸素をチャンバに導入する工程と、チャンバ内の大気と不活性気体及び酸素とを混合することによって気体の露点を調整する工程とを含むことが好ましい。

また、本発明の半導体装置の製造方法において、封止工程は、回転盤に複数設けられたチャンバを使用することが好ましい。

このような方法とすることにより、チャンバ内に不活性気体及び酸素と大気とを混合させて露点調整された気体を充満させることができる。パッケージとキャップとをチャンバに保持する際に、チャンバ内に大気が導入されるため、大気で満たされたチャンバ内に吸気口から不活性気体及び酸素を流入することにより、露点を低下させることができる。吸気口からの不活性気体及び酸素の流量と流入時間とから、チャンバ内が所定の露点となるときに吸気口及び排気口を閉じて、露点が調整された気体で充填された状態とする。このようにして露点が調整されたチャンバ内で、パッケージとキャップとを電気溶接により固着するため、パッケージとキャップとで作られる空間の中に光半導体素子と共に組成及び露点が調整された気体が封入されることになる。光半導体素子を大気環境下で調整された気体と共に封入することによって、光半導体素子の出力光が出射する端面に生成物が付着することを抑制及び防止することができる。このため、強い出力光を安定に長寿命で出射し続けることができる光半導体素子を有する半導体装置を容易に製造することができる。

また、本発明の半導体装置の製造方法において、気体供給工程は、大気中で不活性気体及び酸素をパッケージに実装された光半導体素子に吹き付けることにより、少なくともキャップ内の露点を調整しており、封止工程は、気体供給工程により調整された気体の環境下でパッケージとキャップとを固着することにより、気体を封入することが好ましい。

また、本発明の半導体装置の製造方法において、封止工程は、パッケージと透明な光学部材からなるキャップとを接着剤で接着することにより封止することが好ましい。

このような方法とすることにより、大気下で組成及び露点が調整された気体をパッケージとキャップとで作る空間の中に封入することが容易にできる。光半導体素子の出力光が出射する端面に生成物が付着することを抑制及び防止できる気体を光半導体素子と共に封入することによって、強い出力光を安定に長寿命で出射し続けることができる光半導体素子を有する半導体装置を製造することができる。

また、本発明の半導体装置の製造方法において、気体供給工程は、不活性気体を含み、酸素濃度が１５％以上且つ３０％未満であり、露点が−１５℃以上且つ−５℃以下である気体を供給することが好ましい。

また、本発明の半導体装置の製造方法において、気体供給工程は、不活性気体として窒素を供給することが好ましい。

このような方法とすることにより、光半導体素子の出力光が出射する端面に生成物が付着することを抑制及び防止することができる気体を均一な混合ガスとして供給することができるため、光半導体素子は強い出力光を安定に長寿命で出射し続けることができる。また、通常の大気中で行う工程とすることができるため、半導体装置の製造に特別な装置が必要でなく通常の光半導体素子の組立に用いる装置及び環境で組み立てることができる。このため、光半導体素子を含む半導体装置を組立が容易で安価に製造することができる。

また、本発明の半導体装置の製造方法において、気体供給工程よりも前に、対向する端面により光共振器が形成された半導体レーザ素子又は端面発光型発光ダイオードである光半導体素子を前記パッケージに実装する素子実装工程をさらに備えていることが好ましい。

このような方法とすることにより、光電変換効率が良く紫外から青色の波長の光を出射することができる光半導体素子を有する半導体装置を製造することができる。また、光半導体素子の出力光が出射する端面に生成物が付着することを抑制及び防止することができるため、製造された光半導体素子は強い出力光を安定に長寿命で出射し続けることができる。

本発明の半導体装置の製造装置は、光半導体素子と、光半導体素子を実装するパッケージと、パッケージ及び光半導体素子を覆うことにより、光半導体素子を封入するキャップとを有する半導体装置の製造装置を対象とし、キャップを保持する第１の電極と、パッケージに当接する第２の電極とを有し、内部が大気に開放されたチャンバと、不活性気体及び酸素をチャンバに供給する吸気口と、チャンバから排気する排気口と、パッケージを保持すると共にチャンバ内に大気が存在するように吸気口及び排気口を開閉する位置規制部材とを備えていることを特徴とする。

本発明の半導体装置の製造装置によると、大気成分を利用することにより組成が調整された気体をチャンバ内に充満させ、そのチャンバ内でパッケージとキャップとを固着するため、パッケージとキャップとで作られる空間の中に光半導体素子と共に組成が調整された気体が封入されることになる。このため、チャンバへ供給する気体の組成とその流量及び導入時間を調整しておけば、チャンバ内の気体を光半導体素子と共に容易に封入することができる。光半導体素子と共に封入される気体によって、光半導体素子の出力光が出射する端面に生成物が付着することを抑制及び防止することができるため、強い出力光を安定に長寿命で出射し続けることができる光半導体素子を有する半導体装置を容易に製造することができる。

また、本発明の半導体装置の製造装置において、チャンバは、回転盤に複数設けられていることが好ましい。

このような構成とすることにより、チャンバへ気体の導入開始からパッケージとキャップとの固着まで当該製造装置を稼働させることができるため、半導体装置の生産能力が高い半導体装置の製造装置を実現することができる。また、大気を利用して、光半導体素子の出力光が出射する端面に生成物が付着することを抑制及び防止することができる気体を供給するため、強い出力光を安定に長寿命で出射し続ける光半導体素子を有する半導体装置を製造することができる。また、気体の組成が通常の大気に近い状態で構成されるため、特別な装置が必要でなく通常の光半導体素子の組立に用いる装置及び環境で組み立てることができる。このため、光半導体素子を含む半導体装置を組立が容易で安価に製造することができる。

本発明の半導体装置の製造方法及びそれを用いた半導体装置の製造装置は、大気中での工程であるため、特別な製造装置が必要でなく通常の光半導体素子の組立に用いる装置及び環境で光半導体素子の出力光が出射する端面に生成物が付着することを抑制及び防止し、光半導体素子は強い出力光を安定に長寿命で出射し続ける半導体装置を製造することができる。このため、紫外から青色の波長の光を出射する光半導体素子を有する長寿命の半導体装置を量産性よく製造することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態及び実施例について説明する。なお、同一部材については符号を統一し、説明を省略している。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る半導体装置１０の製造方法について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の第１の実施形態の半導体装置１０の製造方法を示すものであり、図１（ａ）は半導体装置の製造方法の組立フローを示し、図１（ｂ）は図１（ａ）の組立フローにより製造された半導体装置の断面構成を示している。

図１（ａ）に示すように、本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、光半導体素子等をパッケージに実装する素子実装工程Ｓ１、実装工程Ｓ１によって光半導体素子等が実装されたパッケージに大気を利用して水分等の組成が調整された気体を供給する気体供給工程Ｓ２及び気体供給工程Ｓ２によって供給された気体と共に光半導体素子等をパッケージとキャップとにより封入する封止工程Ｓ３からなる。特に、本発明の製造装置は、気体供給工程Ｓ２において大気を利用し、大気環境において製造可能であることを特徴としている。

次に、図１（ｂ）に示すように、半導体装置１０は、４５０ｎｍ以下の波長で発光する光半導体素子である半導体レーザ素子１１が、素子実装工程Ｓ１により、熱伝導性の良い銅等の金属材料からなる基台１２ａを含むパッケージ１２に実装されている。封止工程Ｓ３により、パッケージ１２とキャップ１３とが封止され、パッケージ１２とキャップ１３とによって形成される空間１４には、気体供給工程Ｓ２によって供給される気体が封入されている。

キャップ１３は、透明な光学部材１３ａ及び円筒形の金属部材１３ｂからなり、金属部材１３ｂがパッケージ１２と溶接により溶着されて空間１４を形成している。すなわち、キャップ１３の側面部を構成する円筒形の金属部材１３ｂとパッケージ１２とが円周状に溶接される。このようにすると、光学部材１３ａが半導体レーザ素子１１からの出力光１５の光軸に対して垂直に配置される。また、半導体レーザ素子１１と基台１２ａとの間には、放熱性が高い窒化アルミニウム（ＡｌＮ）材料からなるサブマウント１６が形成される。なお、サブマウント１６はＡｌＮ材料に代えて、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）及びケイ素（Ｓｉ）系の材料等、熱伝導性が高く半導体レーザ素子との熱膨張係数の少ない材質から適宜選択すればよい。

さらに、パッケージ１２の基台１２ａに電気的に接続された第１のリード端子１７ａとパッケージ１２とは電気的に絶縁されてパッケージ１２を貫通する第２のリード端子１７ｂ及び第３のリード端子１７ｃ（図示省略）とが形成され、第１のリード端子１７ａ及び第２のリード端子１７ｂから電流が注入されて半導体レーザ素子１１の両端面により共振器が形成され、出力光１５が出射される。

気体供給工程Ｓ２によって供給され、封止工程Ｓ３において空間１４に封入される気体は、大気を混合することによって不活性気体好ましくは窒素又はアルゴンからなる不活性気体を７０％以上及び酸素を１５％以上且つ３０％未満含み、露点が−１５℃以上且つ−５℃以下に調整された構成である。

次に、図２は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造装置及び製造方法を示す図であり、図２（ａ）及び図２（ｂ）は、素子実装工程Ｓ１を示し、図２（ａ）は半導体レーザ素子１１とサブマウント１６とを一体化させることを示す図であり、図２（ｂ）はパッケージ１２の基台１２ａに実装された半導体レーザ素子１１を示す図であり、図２（ｃ）は気体供給工程Ｓ２の気体供給方法による半導体装置の製造装置を示す図である。

図２（ａ）に示すように、半導体レーザ素子１１は、放熱性がよいサブマウント１６に、例えばはんだにより電気的に且つ機械的に接続される。光半導体素子である半導体レーザ素子１１は、窒化物半導体材料からなり、ｎ型ＧａＮ基板の上に多重量子井戸活性層を含むダブルへテロ構造が窒化ガリウム（ＧａＮ）系材料（窒化ガリウムアルミニウム（ＡｌＧａＮ）、窒化ガリウムインジウム（ＩｎＧａＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）等）を用いて形成され、クラッド層の一部でリッジ型の屈折率導波型の導波構造が共振器を形成する光軸に沿って形成されている。

また、図２（ｂ）に示すように、サブマウント１６と一体化した半導体レーザ素子１１は、基台１２ａに、例えば導電性ペーストにより電気的に且つ機械的に接続され、第１の導電性ワイヤ１８ａにより第２のリード端子１７ｂと接続されている。なお、通常は絶縁体であるサブマウント１６は、第２の導電性ワイヤ１８ｂによって基台１２ａに接続されている。

半導体レーザ素子１１を動作させるときには、パッケージ１２の基台１２ａに電気的に接続された第１のリード端子１７ａとパッケージ１２とは電気的に絶縁されてパッケージ１２を貫通する第２のリード端子１７ｂとにより電流が注入される。

なお、パッケージ１２とは電気的に絶縁され、パッケージ１２を貫通する第３のリード端子１７ｃが形成されているが、この第３のリード端子１７ｃは、半導体レーザ素子１１から出力光１５が出射される端面とは反対側の端面の後方に光出力モニタ用の受光素子（図示せず）を実装する場合に、他の第１の導電性ワイヤ１８ａで接続された受光素子等を動作させるために使用される。

次に、図２（ｃ）に示すように、酸素ガス１９ａと窒素ガス１９ｂ又はアルゴンガスとが第１混合器２０で均一に混合された混合ガス２１がチャンバ８０に供給される。大気で満たされていたチャンバ８０内に吸気口８１ａから排気口８１ｂに向かって混合ガス２１を流すことにより、チャンバ８０内の大気中に混合ガス２１が拡散する。混合ガス２１の流量及び導入時間を調整することにより、チャンバ８０内が所定の露点に管理されたガス２２で満たされることになる。このように気体供給工程Ｓ２は、酸素及び不活性気体と大気とを混合することにより所定の露点のガスを供給する工程である。気体供給工程Ｓ２によって供給されたガス２２が拡散したチャンバ８０内で半導体レーザ素子１１が実装されたパッケージ１２とキャップ１３とを溶着することにより、パッケージ１２とキャップ１３とが形成する空間１４にガス２２が封入される。

すなわち、大気中でチャンバ８０の位置規制枠８２にパッケージ１２を保持し、チャンバ８０の下部電極８３の凹部にキャップ１３を装填し、チャンバ８０内がガス２２により充填された後にパッケージ１２とキャップ１３とを溶着すれば、空間１４は、ガス２２で満たされることになる。このときのガス２２の組成は、大気を含み、窒素又はアルゴンからなる不活性気体を７０％以上及び酸素を１５％以上且つ３０％未満含み、露点が−１５℃以上且つ−５℃以下である。

このような半導体装置の製造装置により、大気を利用して半導体装置を製造することで、半導体レーザ素子１１が封入される空間１４にガス組成及び含有する水分量が管理されたガス２２を容易に充填する封止工程Ｓ３を行うことができる。なお、大気中に含まれる水分量は、露点が０℃のとき０．３％程度であり、露点が−２０℃のとき０．０８％程度であるため、ガス２２に含まれる水分量は、非常に少量である。また、不活性気体として窒素のみを使用した場合、ガス２２に含まれるアルゴンの量は、大気中に含まれるアルゴンの量よりも少なくなる。

次に、図３及び図４を用いて気体供給工程Ｓ２及び封止工程Ｓ３について説明する。

図３及び図４は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造装置を用いた半導体装置の製造方法を示している。図３（ａ）は気体供給工程Ｓ２において気体の供給の方法と供給装置を示す断面図であり、図３（ｂ）は封止工程Ｓ３においてキャップとパッケージとを溶接する工程を示す断面図である。図４（ａ）は図３（ｂ）で完成された半導体装置をピックアップし、次の製品のキャップをセットする工程を示す断面図であり、図４（ｂ）は、キャップが準備されたチャンバにパッケージをセットする斜視図である。

図３（ａ）に示すように、第１混合器２０で、酸素ガス１９ａと窒素ガス１９ｂ又はアルゴンガスとが第１混合器２０で均一に混合された混合ガス２１が、大気が充満するチャンバ８０内へ吸気口８１ａから供給され、混合ガス２１の流量及び導入時間を調整することにより、チャンバ８０内に所定の露点を有するガス２２が充填される。

次に、図３（ｂ）に示すように、パッケージ１２を保持した位置規制枠８２を下部電極８３に装填されたキャップ１３に向かって移動させ、吸気口８１ａ及び排気口８１ｂを閉じ、チャンバ８０の内部がガス２２で満たされた状態にすると共に、上部電極８４をパッケージ１２がキャップ１３と溶着する面の反対側から接触させて、上部電極８４と下部電極８３とを導通させることによって、パッケージ１２とキャップ１３の金属部材１３ｂとを電気溶接により溶着する。このようにして、円筒形の金属部材１３ｂの断面である円周全体がパッケージ１２に溶着されて、ガス２２が充填された空間１４が形成される。

次に、図４（ａ）に示すように、チャンバ８０から、パッケージ１２とキャップ１３とが溶着した半導体装置１０を取り出し、次に封止工程Ｓ３を行うキャップ１３を下部電極８３に装填し、図示は省略するが、吸気口８１ａ及び排気口８１ｂが開放されるように位置規制枠８２を移動させる。このようにすることで、チャンバ８０内は、ガス２２から大気で置換される。

また、図４（ｂ）に示すように、上部電極８４は円筒形をしており、パッケージ１２のキャップ１３と溶着する面の反対側に形成された第１〜第３のリード端子１７ａ〜１７ｃからなるリード端子部１７が、上部電極８４の円筒形の空間部に収まるような大きさであり、且つ、パッケージ１２に形成されたリード端子部１７の周辺と接触する形状である。

図５は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造装置としてターンテーブルを用いる例を示す平面図であり、ターンテーブル上で行う組立工程をＴ１〜Ｔ８で示すと共に、工程フローを図示している。

図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１の実施形態に係る半導体装置の製造装置として、ターンテーブル８５を用いた事例で説明する。

組立工程は、キャップ１３をチャンバ８０の下部電極８３に装填する工程Ｔ１、パッケージ１２をチャンバ８０の位置規制枠８２に装填する工程Ｔ２、チャンバ８０の吸気口８１ａから混合ガス２１を拡散及び充満させる工程Ｔ３及びＴ４、パッケージ１２とキャップ１３の金属部材１３ｂとを電気溶接により溶着させる工程Ｔ５、パッケージ１２とキャップ１３とが接続した製品を検出する工程Ｔ６、製品番号等のマーキングを行う工程Ｔ７、チャンバ８０からパッケージ１２とキャップ１３とが接続された半導体装置１０を取り出す工程Ｔ８の順に行われる。チャンバ８０は、ターンテーブル８５の中心から等位置に設けられており、工程Ｔ２から工程Ｔ５までのチャンバには、ターンテーブル８５の中央部から混合ガス２１が供給される。

図３（ａ）は図５のパッケージをチャンバに装填する工程Ｔ２であり、図３（ｂ）は図５の電気溶接による溶着の工程Ｔ５であり、図４は図５の工程Ｔ８と工程Ｔ１との間である。また、図示は省略するが、工程Ｔ５のパッケージ１２とキャップ１３の金属部材１３ｂとを電気溶接により溶着する工程は、図３（ｂ）で説明したようにチャンバ８０の上部から、上部電極８４を押し下げることにより上部電極８４と下部電極８３とが導通して、電気溶接により溶着される。

図６は、チャンバ８０へ導入する混合ガス２１の流量及びその導入時間とチャンバ８０内の露点との関係を示している。横軸に時間（秒）、縦軸にチャンバ８０内の露点（℃）を混合ガス２１の流量を０．２（ｌ／ｍ）、０．１（ｌ／ｍ）、０．０５（ｌ／ｍ）として試験を行った結果を示したグラフである。なお、チャンバ８０の容積０．００８ｌ、大気露点が１２℃（気温２５℃、湿度４４％）の条件で行った結果である。

図６に示すように、大気で満たされているチャンバ８０に、混合ガス２１を導入することにより、チャンバ８０内の露点は低下する。混合ガス２１の流量に応じて、チャンバ８０内が所定の露点に達するまでにかかる時間が異なることが分かる。パッケージ１２とキャップ１３とが溶着されて形成される空間１４を満たす環境すなわちチャンバ８０内の環境は、露点が−１５℃以上且つ−５℃であることが望ましい。従って、混合ガス２１をチャンバ８０に導入してから、チャンバ８０内が望ましい露点となる時間は、ガスの流量が０．２（ｌ／ｍ）であれば４秒〜７秒であり、ガスの流量が０．１（ｌ／ｍ）であれば７秒〜１０秒であり、ガスの流量が０．０５（ｌ／ｍ）であれば１０秒〜１５秒である。従って、チャンバ８０に混合ガス２１を導入してから、チャンバ８０内の気体の組成が所定の範囲となるように、位置規制枠８２を移動させて吸気口８１ａ及び排気口８１ｂを閉じる工程を、ターンテーブル８５を用いて行えば、チャンバ８０にパッケージ１２を装填する工程Ｔ２から、パッケージ１２とキャップ１３とを溶着させる工程Ｔ５までに、無駄な充填待ちの時間がなく、且つ、非常に少ない混合ガス２１を用いて量産性に優れた半導体装置の製造装置を実現することができる。

なお、第１の実施形態では、不活性気体として、窒素のみを用いる場合を例としたが、窒素に代えてアルゴン又は窒素とアルゴンとの混合ガスを用いてもよい。

なお、第１の実施形態では、チャンバ８０内で混合ガス２１と大気とが混合されて露点が調整されたガス２２を形成したが、チャンバ８０内での混合ガス２１と大気との混合に代えて、第１の混合器２０内に大気を取り込んで、混合ガス２１と大気とを混合し、水分及び温度を調整して、所定の露点を有するガス２２を形成してもよい。この場合、第１の混合器２０で形成されるガス２２でチャンバ８０内を十分に置換した後に封止工程Ｓ３を行わなければならない。

また、パッケージ１２とキャップ１３との溶着は、それぞれの金属部分を電気溶接により溶着したが、パッケージ１２及びキャップ１３の材料を金属以外のものにしてもよく、その材料に応じて、接着剤等を用いて固着してもよい。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態は、第１の実施形態と同一の構成である半導体装置の製造方法に係る組立フローについて、説明を省略する。第１の実施形態と異なる点、特に半導体装置の製造装置について説明する。

図７は本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造装置及び製造方法を示し、図７（ａ）及び図７（ｂ）は素子実装工程Ｓ１を示す図であり、図７（ｃ）は気体供給工程Ｓ２の気体供給方法による半導体装置の製造装置を示す図である。

図７（ａ）に示すように半導体レーザ素子１１は、放熱性の良いサブマウント１６に、例えばはんだにより電気的に且つ機械的に接続される。光半導体素子である半導体レーザ素子１１及びサブマウント１６は第１の実施形態と同一の構成である。

また、図７（ｂ）に示すように、サブマウント１６と一体化した半導体レーザ素子１１は、基台１２ａに、例えば導電性ペーストにより電気的に且つ機械的に接続され、第１の導電性ワイヤ１８ａにより第２のリード端子１７ｂと接続されている。

次に、図７（ｃ）に示すように、混合ガス２１をパッケージ１２に吹き付けながら、キャップ１３をパッケージ１２の方へ移動させて固着する。すなわち、パッケージ１２に実装された半導体レーザ素子１１に混合ガス２１を吹き付け、パッケージ１２の周辺に混合ガス２１を拡散させ、混合ガス２１を吹き付けた状態のまま矢印Ａの方向からパッケージ１２をキャップ１３に固着させる。このようにすると、パッケージ１２とキャップ１３とによって形成される空間１４に、混合ガス２１と共に大気が封入されて露点が調整されたガス２２と共に半導体レーザ素子１１が実装される。このときのガス２２の組成は、大気を含み、窒素又はアルゴンからなる不活性気体を７０％以上及び酸素を１５％以上且つ３０％未満含み、露点が−１５℃以上且つ−５℃以下である。

ここで、第２の実施形態に係る気体供給工程Ｓ２について説明する。

第２の実施形態の混合ガス２１は、第１の実施形態と同様に酸素ガス１９ａと窒素ガス１９ｂ又はアルゴンガスとが第１混合器２０で均一に混合されたガスである。混合ガス２１をノズルから大気中に噴出させることにより、ノズルから噴出した混合ガス２１と周辺の大気とが混合して、周辺環境は露点が調整されたガス２２の雰囲気となる。このように第２の実施形態に係る気体供給工程Ｓ２は、酸素及び不活性気体を大気中に拡散させることにより大気と混合させて、所定の露点のガス２２を供給する工程である。ガス２２が、大気を含み、窒素又はアルゴンからなる不活性気体を７０％以上及び酸素を１５％以上且つ３０％未満含み、露点が−１５℃以上且つ−５℃以下である構成とするには、混合ガス２１の流量及び作業環境の状況に応じて調整する必要がある。

このように、酸素ガス１９ａと窒素ガス１９ｂ又はアルゴンガスとが第１混合器２０で均一に混合された混合ガス２１を大気中で半導体レーザ素子１１が実装されたパッケージ１２に吹き付け、混合ガス２１を吹き付けながらパッケージ１２とキャップ１３とを固着することにより、パッケージ１２とキャップ１３によって作られる空間１４には、ガス組成及び含有する水分量が管理されたガス２２が封入されるため、容易に半導体装置を製造することができる。

なお、第２の実施形態においても、不活性気体として、窒素のみを用いる場合を例としたが、第１の実施形態と同様に、窒素に代えて、アルゴン又は窒素とアルゴンとの混合ガスを用いてもよい。

なお、第２の実施形態において、混合ガス２１を大気中に噴出させることによって、周辺の雰囲気を所定の露点を有するガス２２となるように調整したが、この方法に代えて、第１の混合器２０に大気を取り込み、第１の混合器内の水分及び温度を調整して、第１の混合器２０の内部でガス２２を形成し、ガス２２を大量にパッケージ１２に吹き付けることにより、周辺の雰囲気がガス２２で置換した後に封止工程Ｓ３を行ってもよい。

また、パッケージ１２とキャップ１３との固着は、パッケージ１２及びキャップ１３の素材により、電気溶接又は接着剤によって行えばよい。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態は、第１の実施形態と同一の構成である半導体装置の製造方法に係る組立フローについて説明を省略する。第１の実施形態と異なる点、特に半導体装置の製造装置について説明する。

図８は本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造装置及び製造方法を示し、図８（ａ）及び図８（ｂ）は素子実装工程Ｓ１を示す図であり、図８（ｃ）は気体供給工程Ｓ２の気体供給方法による半導体装置の製造装置を示す図である。図８（ａ）及び図８（ｂ）については、第２の実施形態の図７（ａ）及び図７（ｂ）と同一であるので説明を省略する。

図８（ｃ）に示すように、第３の実施形態は、パッケージ１２とキャップ１３とを固着する際の混合ガス２１の拭き付け先が第２の実施形態と異なる。すなわち、第２の実施形態では混合ガス２１をパッケージ１２の半導体レーザ素子１１が実装された側に吹き付けているが、第３の実施形態では、混合ガス２１をキャップ１３の内側に拭き付け、キャップ１３を矢印Ｂに示すように素早くパッケージ１２と固着する封止工程Ｓ３により露点が調整されたガス２２を空間１４に封入している。露点が調整されたガス２２は、第２の実施形態と同様に、混合ガス２１を大気中に噴出することにより大気と混合されて調整される。

このように、第２の実施形態と同様に、大気中に混合ガス２１をノズルから噴出させることによって、ノズルから噴出した混合ガスと周辺の大気とを混合して、周辺のガスは露点が調整されたガス２２の雰囲気となる。第３の実施形態においても、ガス２２の組成は、酸素ガス１９ａと窒素ガス１９ｂ又はアルゴンガスとが第１混合器２０で均一に混合された混合ガス２１を大気中で半導体レーザ素子１１が実装されたパッケージ１２に吹き付け、混合ガス２１を吹き付けながらパッケージ１２とキャップ１３とを固着することにより、パッケージ１２とキャップ１３とによって作られる空間１４には、ガス組成及び含有する水分量が管理されたガス２２が封入されるため、容易に半導体装置を製造することができる。大気を含み、窒素又はアルゴンからなる不活性気体を７０％以上及び酸素を１５％以上且つ３０％未満含み、露点が−１５℃以上且つ−５℃以下である構成である。

このように、酸素ガス１９ａと窒素ガス１９ｂ又はアルゴンガスとが第１混合器２０で均一に混合された混合ガス２１を大気中でキャップ１３の内部に吹き付け、混合ガス２１で満たされるキャップ１３とパッケージ１２とを固着することにより、パッケージ１２とキャップ１３によって作られる空間１４には、ガス組成及び含有する水分量が管理されたガス２２が封入されるため、容易に半導体装置を製造することができる。

なお、第３の実施形態においても、不活性気体として、窒素のみを用いる場合を例としたが、第１の実施形態と同様に、窒素に代えて、アルゴン又は窒素とアルゴンとの混合ガスを用いてもよい。

なお、第３の実施形態においても第２の実施形態と同様に、混合ガス２１を大気中に噴出させることによって、周辺の雰囲気を所定の露点を有するガス２２となるように調整したが、この方法に代えて、第１の混合器２０に大気を取り込み、第１の混合器内の水分及び温度を調整して、第１の混合器２０の内部でガス２２を形成し、ガス２２を大量にキャップ１３に吹き付けることにより、周辺の雰囲気がガス２２で置換した後に封止工程Ｓ３を行ってもよい。

また、パッケージ１２とキャップ１３との固着は、パッケージ１２及びキャップ１３の素材により、電気溶接又は接着剤によって行えばよい。

以下、第１の実施形態から第３の実施形態のようにして組み立てられる半導体装置１０の寿命試験について説明する。

図９は、半導体装置１０の空間１４に封入される気体の酸素濃度と露点とをパラメータにした寿命試験の結果を示す図である。半導体装置１０の寿命試験は、空間１４に封入される気体の酸素濃度を１０％から５０％の範囲、露点を−２０℃から−３℃の範囲でそれぞれ変化させて作製し、定光出力（ＣＷ）２０ｍＷ及びケースの温度（Ｔｃ）＝７０℃で５００時間の連続試験を実施し、試験開始時及び５００時間終了時に半導体レーザ素子１１の電流に対する光出力の特性、波長及び拡がり角等の測定を行い、良否判定を行っている。なお、Ｔｃは、半導体レーザ素子１１が実装された基台の半導体レーザ素子１１が実装された位置の裏面側のパッケージの温度を表している。

図９に示すように、空間１４に封入されるガス２２の酸素濃度が５０％以上になると半導体レーザ素子１１の中で劣化するものが発生する。ここでいう劣化した半導体レーザ素子１１とは、動作電流値（以下、Ｉｏｐとする）が試験開始時のＩｏｐの２０％を超えて増大し、且つ試験開始時のＩｏｐの１０％を超えたのちに急激にＩｏｐが増加して短時間に出力光を出射しなくなるものである。また、露点が−３℃以上になると半導体レーザ素子１１の端面に微細な結露が生じるものが発生する。結露が生じた半導体レーザ素子１１には、寿命試験５００時間終了時の特性検査で拡がり角を示す遠視野像の一部に変形が観察された。さらに、露点が−２０℃以下で酸素濃度が低いと半導体レーザ素子１１の端面に生成物が付着形成されるものが発生する。生成物が付着した半導体レーザ素子１１は、寿命試験５００時間終了時の特性検査で光出力は出射するもののＩｏｐの上昇が見られ、Ｉｏｐの上昇は試験開始時のＩｏｐの２０％を超えて増大していた。

したがって、図９に示すように酸素濃度が１５％以上且つ３０％未満及び露点が−１５℃以上且つ−５℃以下の範囲の気体が封入された空間に半導体レーザ素子１１が形成されている半導体装置１０の寿命試験が良好な結果を示した。

次に、図１０は空間１４に酸素濃度及び露点が所定の値である気体と共に半導体レーザ素子１１を封入して形成した半導体装置１０について寿命試験を行い、試験時間とＩｏｐとの関係を示したものである。試験の条件は、デューティ３０％のパルス電流で駆動したときのパルス出力６０ｍＷ、Ｔｃ＝６０℃であり、半導体装置１０は、１ロット（ｎ＝５）毎に試験を行っている。空間１４の酸素濃度及び露点については、図１０（ａ）が酸素濃度１５％且つ露点−１５℃であり、図１０（ｂ）が酸素濃度１８％且つ露点−１０℃であり、図１０（ｃ）が酸素濃度３０％且つ露点−１５℃であり、図１０（ｄ）が酸素濃度５０％且つ露点−２０℃である。

図１０に示すように、（ａ）〜（ｃ）の半導体装置１０は、いずれも図９に示した寿命試験で特に良好とされる酸素濃度が１５％及び３０％且つ露点が−１５℃以上−５℃以下の範囲の気体と共に半導体レーザ素子１１が封入された半導体装置１０であり、６００時間を超える試験時間の後においても試験開始時からの変化が少ないＩｏｐである。また、図１０（ｄ）は寿命試験で良好とされる範囲ではない気体と共に半導体レーザ素子１１を封入した半導体装置１０であり、試験時間と共に緩やかにＩｏｐが増大して故障にいたるサンプルＤ１及び急激にＩｏｐが増大して短時間で劣化に至ると予測されるサンプルＤ２が含まれている。

以上に説明したように、第１〜第３の実施形態により製造される半導体装置１０は光半導体素子１２が不活性気体として好ましくは窒素又はアルゴン等を７０％以上含み、酸素を１５％以上且つ３０％未満含み、露点が−１５℃以上且つ−５℃以下のガスと共に空間１４の内部に封入されるため、半導体レーザ素子１１の両端面に生成物が付着することを抑制及び防止することができる。このため、半導体レーザ素子１１は、強い出力光１５を、安定に且つ長時間に亘って出射し続けることができる。

このように、半導体レーザ素子と共に封入される気体の構成は、不活性気体及び酸素の濃度と露点を所定の範囲内に管理すればよく、その管理すべき範囲の気体は、通常の大気中で、不活性気体及び酸素と大気とを混合することで容易に形成することができるため、特別な装置を必要としない。したがって、第１の実施形態、第２の実施形態及び第３の実施形態のように、通常の光半導体素子の組立に用いる装置及び環境で光電変換効率が良く紫外から青色の波長の光を出射し、出力光が出射する端面に生成物が付着することを抑制及び防止することができる半導体装置を製造することができる。このため、半導体レーザ素子を有する半導体装置を容易で安価に製造することができる。

なお、第１〜第３の実施形態では光半導体素子として半導体レーザ素子を使用して説明したが、半導体レーザ素子に代えて、前端面及び後端面により光共振器が形成された端面発光型発光ダイオードを使用して半導体装置を構成してもよい。

（第１の具体例）
以下、第１〜第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法により製造した半導体装置の例として受光素子を備えた半導体装置５０について説明する。

図１１は第１の具体例に係る半導体装置５０を示し、図１１（ａ）は半導体装置５０のキャップを除いた平面図を示しており、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のXIｂ−XIｂ線における断面構成を示している。なお、図１１（ｂ）では半導体装置５０のキャップは付けられている。

図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように半導体装置５０は、光半導体素子として４５０ｎｍ以下の波長で発光する半導体レーザ素子５１と、半導体レーザ素子５１を実装するための金属からなる基台５２ａ及び樹脂材料からなるパッケージ本体５２ｂからなるパッケージ５２と、透明な光学部材からなるキャップ５３を有し、パッケージ５２とキャップ５３とを接着部材５４により固着して形成される空間５５に半導体レーザ素子５１を実装している。空間５５には、７０％以上の不活性気体、例えば窒素又はアルゴン等、及び１５％以上且つ３０％未満の酸素を含み、気体の露点が−１５℃以上且つ−５℃以下の構成である気体が封入されている。また、半導体レーザ素子５１は、基台５２ａの上に形成された受光素子５６を含むＳｉ半導体素子５７の主面に形成された凹部に実装されている。また、半導体レーザ素子５１及びＳｉ半導体素子５７はパッケージ５２のリード端子５８により外部回路に接続され電気的に駆動される。半導体レーザ素子５１及びＳｉ半導体素子５７のそれぞれの電極端子（図示せず）は、導電性ワイヤ（図示せず）等で電気的に接続されている。なお、Ｓｉ半導体素子５７の代わりに受光素子５６が形成された半導体チップ（図示せず）を使用してもよい。

また、パッケージ５２の基台５２ａを、放熱性を良くするようにモジュール基台（図示せず）や回路基板（図示せず）に取り付けることができるため、半導体レーザ素子５１は強い出力光５９をさらに安定に長時間に亘って出射し続けることができる。また、空間５５の内部の基台５２ａの上にＳｉ半導体素子５７と半導体レーザ素子５１とをコンパクトに集積化することができる。このため、例えば光ディスクの光ピックアップに使用するときには、透明な光学部材であるキャップ５３に回折光学素子等（図示せず）を形成して、光ディスク又は光ピックアップの光学系等とＳｉ半導体素子５７及び半導体レーザ素子５１を光学的に結合して動作することができる。

例えば、図１１（ｂ）に示すように、半導体レーザ素子５１が実装された部分のＳｉ半導体素子５７は、該Ｓｉ半導体素子５７の上面に形成された凹部に実装されている。また、半導体レーザ素子５１の出力光５９が出射される側の側面には出力光５９を反射させるための反射ミラー６０が形成されている。このような構成の半導体装置５０の半導体レーザ素子５１を電気的に駆動すると、図１１（ｂ）に示すように半導体レーザ素子５１の端面から出力光５９が出射され、Ｓｉ半導体素子５７に形成された反射ミラー６０により反射され、見かけの発光点６１よりキャップ５３の方面である上方に反射されて透明な光学部材であるキャップ５３を透過して出力される。

なお、このようにして組み立てられた半導体装置５０について空間５５に封入する気体の酸素濃度と露点とをパラメータにして寿命試験を行った結果は、第１〜第３の実施形態の寿命試験の結果と同様の結果を示した。

このようにして製造された受光素子を備えた半導体装置５０についても、半導体レーザ素子５１と共に空間５５に封入される気体の組成が、７０％以上の不活性気体、例えば窒素又はアルゴン等、１５％以上且つ３０％未満の酸素を含み、気体の露点が−１５℃以上且つ−５℃以下の構成であるため、半導体レーザ素子５１の出力光５９が出射する端面に生成物が付着することを抑制及び防止することができる。このため、半導体レーザ素子５１は強い出力光５９を安定に且つ長時間に亘って出射し続けることができる。

また、半導体レーザ素子５１と共に空間５５に封入される気体の構成は、通常の大気が混合された構成であり、通常の大気中での工程とすることができるため、半導体装置５０の製造に用いる装置に特別な環境を作るための装置を必要としない。このため、半導体レーザ素子５１を含む半導体装置５０の組立は、通常の半導体レーザ素子の組立に用いる装置や環境で組み立てることができるため、容易で安価に製造することができる。

なお、第１の具体例においては、半導体レーザ素子３１は、第１〜第３の実施形態と同様にＧａＮ系材料で形成された半導体レーザ素子を使用しているが、第１〜第３の実施形態と同様に半導体レーザ素子に代えて、前端面及び後端面により光共振器が形成された端面発光型発光ダイオードを使用して半導体装置を構成してもよい。

（第２の具体例）
以下、第１〜第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法により製造した半導体装置の他の例として受光素子を備えた半導体装置７０について説明する。

図１２は第２の具体例に係る半導体装置７０を示し、図１２（ａ）は半導体装置７０のキャップを除いた平面図を示しており、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のXIIIｂ−XIIIｂ線における断面構成を示している。なお、図１２（ｂ）では半導体装置７０のキャップは付けられている。

図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように半導体装置７０は、４５０ｎｍ以下の波長で発光する光半導体素子である半導体レーザ素子５１と、半導体レーザ素子５１を実装するための金属からなる基台５２ａ及びセラミック材料からなるパッケージ本体５２ｂからなるパッケージ５２と、透明な光学部材からなるキャップ５３とからなり、パッケージ５２とキャップ５３とが接着部材５４により固着して形成される空間５５に半導体レーザ素子５１が実装されている。空間５５には、不活性気体としての窒素を７０％以上、酸素を１５％以上含み、露点が−１５℃以上且つ−５℃以下の構成である気体が封入されている。気体と共に基台５２ａの上に受光素子５６を含むＳｉ半導体素子５７が形成され、Ｓｉ半導体素子５７の上に例えば放熱性が高い材料であるＡｌＮ材料により形成されたサブマウント７１が実装され、さらにサブマウント７１の上に半導体レーザ素子５１が実装されている。また、半導体レーザ素子５１及びＳｉ半導体素子５７はパッケージ５２のリード端子（図示せず）により外部回路に接続され電気的に駆動される。また、半導体レーザ素子５１及びＳｉ半導体素子５７のそれぞれの電極端子（図示せず）は導電性ワイヤ（図示せず）等で電気的にリード端子（図示せず）に接続されており、半導体レーザ素子５１又はＳｉ半導体素子５７の電極端子が接続されたリード端子（図示せず）はパッケージ本体５２ｂの中に電極の一部を露出して埋め込まれている。なお、Ｓｉ半導体素子５７の代わりに受光素子５６が形成された半導体チップ（図示せず）を使用してもよい。

また、パッケージ５２の基台５２ａは、放熱性を良くするようにモジュール基台（図示せず）又は回路基板（図示せず）に取り付けることができるため、半導体レーザ素子５１は強い出力光５９をさらに安定に長時間に亘って出射し続けることができる。また、空間５５の内部の基台５２ａ上にＳｉ半導体素子５７と半導体レーザ素子５１とをコンパクトに集積化することができる。

例えば、図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、Ｓｉ半導体素子５７の上に半導体レーザ素子５１と対向するように半透過ミラー７２を有するプリズム７３を配置すると、半導体レーザ素子５１から出射される出力光５９は、半透過ミラー７２により見かけの発光点６１よりキャップ５３が形成された方向である上方に立ち上がる。このように、上方に立ち上がった出力光５９が光ディスク（図示せず）の情報を読み取り、反射して信号光７４となり、半透過ミラー７２によりプリズム７３の中に入射する。プリズム７３内に入射した信号光７４は、プリズム７３内でプリズムの端面を反射する入射光７５となり、入射光７５の一部がＳｉ半導体素子５７の中の受光素子５６で検出されることにより光ディスクに記録された信号が読み取られることになる。

このようにして製造された組み立てられた半導体装置７０について空間５５に封入する気体の酸素濃度と露点とをパラメータにして寿命試験を行った結果は、第１〜第３の実施形態の寿命試験の結果と同様の結果を示した。

このようにして製造された受光素子を備えた半導体装置についても、半導体レーザ素子５１と共に空間５５に封入される気体の組成が、７０％以上の例えば窒素からなる不活性気体、１５％以上の酸素を含み、露点が−１５℃以上且つ−５℃以下の構成であるため、半導体レーザ素子５１の出力光５９が出射する端面に生成物が付着することを抑制及び防止することができる。このため半導体レーザ素子５１は強い出力光５９を安定に且つ長時間に亘って出射し続けることができる。

また、半導体レーザ素子５１と共に空間５５に封入される気体の構成は、通常の大気が混合された構成であり、通常の大気中での工程とすることができるため、半導体装置７０の製造に用いる装置に特別な環境を作るための装置を必要としない。このため、半導体レーザ素子５１を含む半導体装置７０の組立は、通常の半導体レーザ素子の組立に用いる装置や環境で組み立てることができるため、容易で安価に製造することができる。

なお、第２の具体例においても第１の具体例と同様に、半導体レーザ素子５１に、ＧａＮ系材料で形成された半導体レーザ素子を使用しているが、第１〜第３の実施形態と同様に半導体レーザ素子に代えて、前端面及び後端面により光共振器が形成された端面発光型発光ダイオードを使用して半導体装置を構成してもよい。

本発明の半導体装置の製造方法及びそれを用いた半導体装置の製造装置は、光半導体素子の出力光が出射する端面に生成物が付着することを抑制及び防止し、光半導体素子は強い出力光を安定に長寿命で出射でき、青色から紫外の範囲の波長の光を出射する光半導体素子を含む半導体装置の製造方法及び製造装置等に有用である。

本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示し、（ａ）は半導体装置の製造方法の組立フローを示す図であり、（ｂ）は（ａ）の製造方法の組立フローにより製造された半導体装置の断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法を示し、（ａ）は素子準備工程で形成された半導体レーザ素子とサブマウントとを一体化することを示す図であり、（ｂ）は実装工程を示す図であり、（ｃ）は気体供給工程の気体供給方法による半導体装置の製造装置を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造装置を用いた半導体装置の製造方法を示し、（ａ）は気体供給工程において気体の供給方法と供給装置を示す断面図であり、（ｂ）は封入工程においてキャップとパッケージとを溶接する工程を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造装置を用いた半導体装置の製造方法を示し、（ａ）完成した半導体装置をピックアップし、次の製品のキャップをセットする工程を示す断面図であり、（ｂ）はキャップが準備されたチャンバにパッケージをセットする斜視図である。 （ａ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造装置のターンテーブルを示す平面図を示し（ｂ）は工程フローを示す図である。 本発明の半導体装置の製造装置における、気体流量別に所定の露点に到達するまでの時間を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造装置及び製造方法を示し、（ａ）は素子準備工程で準備された半導体レーザ素子とサブマウントとを一体化することを示す図であり、（ｂ）は実装工程を示す図であり、（ｃ）は気体供給工程の気体供給方法による半導体装置の製造装置を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造装置及び製造方法を示し、（ａ）は素子準備工程で準備された半導体レーザ素子とサブマウントとを一体化することを示す図であり、（ｂ）は実装工程を示す図であり、（ｃ）は気体供給工程の気体供給方法による半導体装置の製造装置を示す図である。 半導体装置の半導体レーザ素子が実装される空間に封入される気体の酸素濃度と露点とをパラメータにした寿命試験の結果を示す図である。 （ａ）から（ｄ）は半導体装置の空間に酸素濃度及び露点が所定の値である気体と共に半導体レーザ素子を封入して形成し、寿命試験を行い、試験時間とＩｏｐとの関係を示した図である。 第１の具体例に係る半導体装置を示し、（ａ）は半導体装置のキャップを除いた平面図であり、（ｂ）は（ａ）のXIｂ−XIｂ線における断面図である。 第２の具体例に係る半導体装置を示し、（ａ）は半導体装置のキャップを除いた平面図であり、（ｂ）は（ａ）のXIIｂ−XIIｂ線における断面図である。

符号の説明

１０ 半導体装置
１１ 半導体レーザ素子
１２ パッケージ
１２ａ 基台
１３ キャップ
１３ａ 光学部材
１３ｂ 金属部材
１４ 空間
１５ 出力光
１６ サブマウント
１７ リード端子部
１７ａ 第１のリード端子
１７ｂ 第２のリード端子
１７ｃ 第３のリード端子
１８ａ 第１の導電性ワイヤ
１８ｂ 第２の導電性ワイヤ
１９ａ 酸素ガス
１９ｂ 窒素ガス
２０ 第１混合器
２１ 混合ガス
２２ ガス
５０ 半導体装置
５１ 半導体レーザ素子
５２ パッケージ
５２ａ 基台
５２ｂ パッケージ本体
５３ キャップ
５４ 接着部材
５５ 空間
５６ 受光素子
５７ Ｓｉ半導体素子
５８ リード端子
５９ 出力光
６０ 反射ミラー
６１ 見かけの発光点
７０ 半導体装置
７１ サブマウント
７２ 半透過ミラー
７３ プリズム
７４ 信号光
７５ 入射光
８０ チャンバ
８１ａ 吸気口
８１ｂ 排気口
８２ 位置規制枠
８３ 下部電極
８４ 上部電極
８５ ターンテーブル

Claims (12)

1. 光半導体素子が実装されたパッケージに、不活性気体及び酸素に大気を混合した気体を供給する気体供給工程と、
   前記気体供給工程により供給される前記気体と共に前記パッケージに実装された前記半導体素子をキャップを用いて封入する封止工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記パッケージは、金属、樹脂又はセラミックからなり、
   前記キャップは、少なくとも前記光半導体素子への入出力光の経路となる部分が透明な光学材料からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記パッケージ及びキャップは金属からなり、
   前記封止工程は、不活性気体及び酸素を供給する吸気口と、該吸気口から流入する気体を排気する排気口と、前記パッケージを保持すると共に前記吸気口及び排気口の開閉機能を有する位置規制部材と、前記キャップを保持する第１の電極と、前記パッケージに当接する第２の電極とを備え、内部が大気に開放されたチャンバで行われ、
   前記チャンバに前記気体を充填した状態で、前記吸気口及び排気口を閉じて前記チャンバを密閉し、前記第１の電極、前記キャップ、前記パッケージ及び前記第２の電極を導通させることにより前記パッケージと前記キャップとを固着することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記気体供給工程は、
   大気中で前記キャップと前記パッケージとを前記チャンバに装填し、前記不活性気体及び前記酸素を前記チャンバに導入する工程と、
   前記チャンバ内の大気と前記不活性気体及び前記酸素とを混合することによって前記気体の露点を調整する工程とを含むことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記封止工程は、回転盤に複数設けられた前記チャンバを使用することを特徴とする請求項３又は４に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記気体供給工程は、大気中で不活性気体及び酸素を前記パッケージに実装された前記光半導体素子に吹き付けることにより、少なくとも前記キャップ内の露点を調整しており、
   前記封止工程は、前記気体供給工程により調整された前記気体の環境下で、前記パッケージと前記キャップとを固着することにより、前記気体を封入することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記封止工程は、前記パッケージと透明な光学部材からなる前記キャップとを接着剤で接着することにより封止することを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記気体供給工程は、不活性気体を含み、酸素濃度が１５％以上且つ３０％未満であり、露点が−１５℃以上且つ−５℃以下である気体を供給することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
9. 前記気体供給工程は、不活性気体として窒素を供給することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
10. 前記気体供給工程よりも前に、対向する端面により光共振器が形成された半導体レーザ素子又は端面発光型発光ダイオードである前記光半導体素子を前記パッケージに実装する素子実装工程をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
11. 光半導体素子と、前記光半導体素子を実装するパッケージと、前記パッケージ及び光半導体素子を覆うことにより、前記光半導体素子を封入するキャップとを有する半導体装置の製造装置であって、
    前記キャップを保持する第１の電極と、前記パッケージに当接する第２の電極とを有し、内部が大気に開放されたチャンバと、
    前記不活性気体及び酸素を前記チャンバに供給する吸気口と、
    前記チャンバから排気する排気口と、
    前記パッケージを保持すると共に前記チャンバ内に大気が存在するように前記吸気口及び排気口を開閉する位置規制部材とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造装置。
12. 前記チャンバは、回転盤に複数設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置の製造装置。

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