JP2018186257A - Method for manufacturing optical component - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光半導体用の光学部品の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an optical component for an optical semiconductor.
特許文献1に記載のLED素子のように、透光性の部材と発光素子とを接合することがある(例えば、図11参照。)。
As in the LED element described in
特許文献1では、透光性の部材と発光素子とは熱圧着により接合されている。この他に、透光性の部材と発光素子とを接合する方法としては、例えば、樹脂を介して両者を接合する方法又は表面活性化接合法により両者を直接接合する方法が考えられる。しかしながら、熱圧着により両者を接合する場合は、各部材にも比較的高温の熱を加えることになるため、各部材が損傷するおそれがある。また、樹脂を介して両者を接合する場合は、樹脂での光吸収や長時間の使用による樹脂の劣化が生じることにより光学部品として特性が低下するおそれがある。さらに、表面化活性化接合法により両者を接合する場合は、各部材の表面状態や各部材の材質によっては接合しにくい場合がある。
In
本発明の一形態に係る光半導体用の光学部品の製造方法は、酸素、フッ素、及び窒素の少なくともいずれか1つを有する透光性の第1部材に形成された第1金属膜と、透光性又は非透光性の第2部材に形成された第2金属膜と、を直接貼り合わせることにより、前記第1部材と前記第2部材とが金属からなる接合部材を介して接合された接合体を準備する工程と、前記接合部材にレーザ光を照射する又は前記接合部材にマイクロ波を照射することにより、所定の波長の光に対する前記接合部材の透過率を元の状態の透過率よりも高くする工程と、を含む。 According to one aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing an optical component for an optical semiconductor, comprising: a first metal film formed on a light-transmitting first member having at least one of oxygen, fluorine, and nitrogen; The first member and the second member are bonded via a bonding member made of metal by directly bonding the second metal film formed on the light-transmissive or non-light-transmissive second member. A step of preparing a joined body, and irradiating the joining member with laser light or irradiating the joining member with microwaves, thereby making the transmittance of the joining member with respect to light of a predetermined wavelength from the original transmittance. And a step of increasing the height.
これにより、発光素子等からの光が接合部材で吸収されることを低減した光学部品を簡便に製造することができる。 Thereby, the optical component which reduced that the light from a light emitting element etc. is absorbed by a joining member can be manufactured simply.
本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら以下に説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、本発明を限定するものではない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするために誇張していることがある。 A mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the form shown below is for embodying the technical idea of the present invention, and does not limit the present invention. Note that the size, positional relationship, and the like of the members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation.
<第1実施形態>
図1A〜図1Cに第1実施形態に係る光学部品10の製造方法を示す。図2Aは本実施形態により得られる光学部品10の断面図であり、図2Bは光学部品10に含まれる接合部材3の上面図である。図2Bにおいて、ハッチングを施している領域Xが、所定の波長の光に対する透過率が高い領域である。
<First Embodiment>
1A to 1C show a method for manufacturing the
光学部品10の製造方法は、酸素を有する透光性の第1部材1に形成された第1金属膜3aと、透光性の第2部材2に形成された第2金属膜3bと、を直接貼り合わせることにより、第1部材1と第2部材2とが金属からなる接合部材3を介して接合された接合体を準備する工程と、接合部材3にレーザ光を照射することにより、所定の波長の光に対する接合部材3の透過率を元の状態の透過率よりも高くする工程と、を含む。
The manufacturing method of the
光学部品10の製造方法によれば、発光素子等から出射される所定の波長の光が、接合部材3で吸収されることを低減した光学部品10を簡便に作製することができる。
According to the method for manufacturing the
第1部材と第2部材とが金属からなる接合部材を介して接合された接合体においては、発光素子等からの光が接合部材で吸収されるため、光の取出し効率が低下してしまう。そこで、本実施形態では、接合体を準備した後に、接合体に含まれる金属からなる接合部材3にレーザ光を照射している。これにより、レーザ光を照射する前の所定の波長の光に対する接合部材3の透過率よりもレーザ光を照射した後の所定の波長の光に対する接合部材3の透過率を高くしている。これは、以下に説明する理由により起こると考えられる。レーザ光が接合部材3に照射されることにより接合部材3が加熱される。このとき、第1部材1に含まれる酸素が接合部材3の金属と結合する。これにより、レーザ光が照射された領域において、接合部材3が金属から酸素を含む化合物に変化するため、所定の波長の光に対する透過率が高くなっていると考えられる。
In a joined body in which the first member and the second member are joined via a joining member made of metal, light from the light emitting element or the like is absorbed by the joining member, so that the light extraction efficiency is lowered. Therefore, in this embodiment, after preparing the joined body, the joining
本明細書において、「接合部材3の透過率」とは、発光素子等からの光を透過する割合を指す。例えば、光学部品の一部に半導体発光素子を含む(つまり、第1部材と発光素子に含まれる透光性の第2部材とを接合する)場合は、「接合部材3の透過率」とは、第2部材2を含む発光素子のピーク波長の光を透過する割合を指す。また、光学部品の一部に発光素子を含まない場合(つまり、光学部品と発光素子とを組み合わせて発光装置とする場合)は、「接合部材3の透過率」とは、光学部品と組み合わせる発光素子のピーク波長の光を透過する割合を指す。
In this specification, the “transmittance of the
以下で、光学部品10の製造方法について詳述する。
Below, the manufacturing method of the
(接合体を準備する工程)
まず、図1Aに示すように、酸素を有する透光性の第1部材1に第1金属膜3aを形成し、透光性の第2部材2に第2金属膜3bを形成する。そして、図1Bに示すように、第1金属膜3aと第2金属膜3bとを直接貼り合わせることにより、第1部材1と第2部材2とが金属からなる接合部材3を介して接合された接合体を準備する。具体的には、本実施形態では、第1部材1としてサファイア基板を用い、第2部材2として発光素子6に含まれるサファイア基板を用いている。
(Step of preparing the joined body)
First, as shown in FIG. 1A, a
本実施形態では、原子拡散接合法を用いて接合体を準備している。具体的には、超高真空中において、第1金属膜3aの形成、第2金属膜3bの形成、及び第1金属膜3aと第2金属膜3bとの接合を行っている。これにより、第1金属膜3a及び第2金属膜3bの接合時に第1部材1及び第2部材2を過度に加熱する必要がないため、接合時の熱による第1部材1及び第2部材2の劣化を防止することができる。また、第1金属膜3aの下面及び第2金属膜3bの上面に、大気中に含まれる物質が付着することを抑制することができる。つまり、第1金属膜3aと第2金属膜3bとの間に第1金属膜3a及び第2金属膜3b以外の物質が入ることを抑制することができる。これにより、第1金属膜3aと第2金属膜3bとの間の接合力を高くすることができる。また、第1金属膜3aと第2金属膜3bとの間に余計な材料が入らないため、光吸収を抑制しやすくすることができる。なお、第1金属膜3aと第2金属膜3bとをスパッタ法等の公知の方法により形成した後で、表面活性化接合法を用いて各金属膜の表面を活性化させることにより第1金属膜3a及び第2金属膜3bを貼り合わせてもよい。表面活性化接合法を用いる場合も、第1部材1及び第2部材2を過度に加熱することなく金属膜同士を接合することができるため、接合時の熱による第1部材1及び第2部材2の劣化を防止することができる。
In the present embodiment, a bonded body is prepared using an atomic diffusion bonding method. Specifically, the formation of the
ここでは、第1部材1として酸素を含む第1部材1を用いて説明しているが、第1部材1として、酸素、フッ素、及び窒素(以下「酸素等」ともいう。)の少なくとも1つを有する部材を用いることができる。これらの部材を用いる場合も、酸素を含む部材を用いる場合と同様に、レーザ光を照射することにより、所定の光の波長に対する透過率を高くすることができる。
Here, the
第1部材1としては、加熱源となるレーザ、マイクロ波を吸収しない材料を用いることができる。サファイア基板の他に、例えば、ガラス板、蛍光体を含む蛍光体含有板、レンズを用いることができる。蛍光体含有板としては、全体に蛍光体を含むものを用いてもよいし、図4A等に示すように、蛍光体を含む蛍光部1aと、蛍光部1aを取り囲むように蛍光部1aの側面に設けられた光反射部1bと、を含むものを用いてもよい。このように、第1部材1の一部に非透光性の領域(図4Aでは、光反射部1b)が含まれていても、第1部材の一部に透光性の領域(図4Aでは、蛍光部1a)が含まれていれば、本明細書の第1部材1に含まれることとする。蛍光体含有板に含まれる蛍光体としては、YAG蛍光体、LAG蛍光体等公知の蛍光体を含む材料を用いることができる。また、光反射部1bとしては、例えば、酸化アルミニウムを含むセラミックスを用いることができる。
As the
第2部材2としては、第2部材2の第2金属膜3bが形成される領域に、酸素、フッ素、及び窒素の少なくともいずれか1つを有する材料を含むものを用いることが好ましい。これにより、第1部材1だけでなく第2部材2に含まれる酸素等を接合部材3の金属に結合させることができるため、接合部材3の透過率を高くしやすくすることができる。
As the
本実施形態では、発光素子6として基板と発光構造4とを含む発光ダイオード(Light emitting diode、LED)を用いている。そして、LEDの発光面側に位置するサファイア基板を第2部材2とし、サファイア基板の発光構造4が設けられている主面とは異なる主面に第2金属膜3bを形成している。これにより、サファイア基板に含まれる酸素を接合部材3に結合させることができる。また、電極5での光の吸収を低減することができるため、光学部品10としての光取出し効率の向上を期待できる。この点について、以下に詳述する。半導体ウエハを個片化してLEDにする際に、LEDの発光面側に位置する基板の厚みを大きくすると個片化することが難しい。しかしながら、基板の厚みを小さくすると、活性層からの光のうちの発光素子の上面で反射される光が電極に当たりやすくなるため、光が電極で吸収され、減衰するおそれがある。これに対し、LED6の発光面側に位置する基板に第1部材1を接合することにより、光が繰り返し反射される部分(発光構造4、第2部材2である基板、及び第1部材1を合わせた部分)の厚みを大きくすることができる。これにより、活性層4bからの光がn電極5a及びp電極5bに照射される回数を減らすことができ、電極5での光の吸収を低減することができると考えられる。
In the present embodiment, a light emitting diode (LED) including a substrate and the light emitting structure 4 is used as the light emitting element 6. And the sapphire substrate located in the light emission surface side of LED is made into the
なお、本実施形態では、LED6の光取出し面側に位置する基板を第2部材2としており、発光構造4を光半導体としているが、LEDの光取出し面側に基板を有さない(つまり、発光構造4の一部を第2部材として用いる)場合は、光取出し面側に位置する発光構造4の一部を第2部材としてもよい。例えば、図1Aにおいて、発光素子6の発光面側に基板2が位置していない場合は、n側半導体層4aの一部が第2部材2として機能し、n側半導体層4aの他の一部が発光構造4の一部として機能する。透光性の第2部材2としては、発光素子6に含まれる基板の他に、第1部材1で挙げたものと同様のものを用いることができる。
In this embodiment, the substrate located on the light extraction surface side of the LED 6 is the
本実施形態では、第2部材2として透光性の第2部材を用いているが、第2部材として非透光性の第2部材を用いてもよい。非透光性の第2部材としては、例えば、金属板、樹脂、Si等のエネルギーバンドギャップの小さな半導体ウエハを用いることができる。
In the present embodiment, a translucent second member is used as the
第1金属膜3a及び第2金属膜3bとしては、第1部材1に含まれる酸素等と結合することにより、所定の波長の光に対する透過率が高くなる材料を用いることができる。第1部材1に酸素が含まれる場合は、例えば、Al、Ti、Ta等の標準生成自由エネルギーの大きな金属を用いることができる。また、第1部材1にフッ素が含まれる場合は、例えば、Mg、Li、Caを用いることができる。さらに、第1部材1に窒素が含まれる場合は、例えば、Si、Al、Znを用いることができる。第1金属膜3aと第2金属膜3bとは同じ材料により構成することが好ましい。これにより、第1金属膜3aと第2金属膜3bとの間に屈折率差ができることを抑制することができるため、光取出し効率の低下を低減することができる。
As the
接合部材3の膜厚は、材料により異なるが、0.2nm以上5nm以下とすることが好ましく、0.4nm以上2nm以下とすることがより好ましい。0.2nm以上の膜厚で形成することにより、接合部材3と第1部材1及び第2部材2との接合強度を高くすることができる。また、5nm以下の膜厚とすることにより、接合部材3にレーザ光を照射する又は接合部材3にマイクロ波を照射する工程において、接合部材3の透過率を高くしやすくすることができる。
The film thickness of the
第1部材1及び第2部材2としてサファイア又はガラスを用い且つ第1金属膜3a及び第2金属膜3bとしてAl又はTiを用いる場合は、第1金属膜3a及び第2金属膜3bを形成する前に、第1金属膜3aを形成する面及び第2金属膜3bを形成する面を親水性表面にすることが好ましい。例えば、第1部材1における第1金属膜3aを形成する面及び第2部材2における第2金属膜3bを形成する面を水で洗浄することにより、それぞれの面を親水性表面にすることができる。これにより、接合部材3に取り込むことができる酸素の量を多くすることができるため、接合体を準備する工程における接合部材3の透過率を高くすることができる。したがって、後述のレーザ光を照射した又はマイクロ波を照射した後の接合部材3の透過率をより高くすることができる。
When sapphire or glass is used as the
レーザ光又はマイクロ波を照射する前に、親水性表面にすることにより、接合部材3に取り込む酸素の量を多くすることができることは、図15A及びBに示す他の例に係る接合体の分析結果から確認することができる。図15Aに、接合部材3近傍を走査型透過電子顕微鏡(Scanning Transmission Electron Microscope、STEM)により観察した暗視野像を示す。ここでは、第1部材1及び第2部材2として石英ガラスを用い、それぞれの表面を酸と水で洗浄して親水性表面とした後に、それぞれが1nmのTiからなる第1金属膜3a及び第2金属膜3bを形成し、第1金属膜3a及び第2金属膜3bを接合した接合体を準備した。また、図15Bに、電子エネルギー損失分光法(Electron Energy Loss Spectroscopy、EELS)により、図15Aの枠線内におけるケイ素とチタンと酸素とをマッピング測定した結果を示す。図15Bの左図における白い領域はケイ素が強く検出されている領域であり、黒い領域は接合部材3の位置する領域である。図15Bの中央図において、左図の黒い領域に対応する白い領域でチタンが検出され、図15Bの右図において、左図の黒い領域に対応する領域で酸素が検出されていることから、接合部材3はチタンと酸素を含むことがわかる。このことは図16Aに示す、接合部材3(図15Bの中央図における破線の枠内)のエネルギー損失スペクトル(以下「EELSスペクトル」という。)からも明らかである。図16BはTiOのEELSスペクトルであり、図16Cはルチル型のTiO2のEELSスペクトルである。また、図16A〜図16Cにおいて、460eV近傍のスペクトルはTiのL殻を示しており、530eV付近のスペクトルがOのK殻を示している。図16Aに示すEELSスペクトルにおけるTiのL殻及びOのK殻のスペクトル形状は、TiOのTiのL殻及びOのK殻のスペクトル形状と類似しており、図16Aに示すEELSスペクトルにおけるTiのL殻のピーク波長はルチル型のTiO2のピーク波長に近い。このことからも、接合部材3はチタンと酸素を含むものと考えられる。
The analysis of the joined body according to another example shown in FIGS. 15A and 15B can increase the amount of oxygen taken into the joining
なお、第1金属膜3a及び第2金属膜3bを形成する前に、第1部材1及び第2部材2の表面を親水性表面とする場合は、接合部材3に金属原子と酸素原子とが含まれることがある。この場合であっても、主成分が金属である場合は本明細書における「金属からなる接合部材3」に含まれることとする。
In addition, before forming the
また、第1部材1及び第2部材2の表面を親水性表面とする場合に、例えば、第1金属膜3a及び第2金属膜3bのそれぞれの膜厚が比較的薄い場合は、接合体において、接合部材3にある程度の割合で酸素原子が含まれることがある。この場合であっても、接合体における接合部材3が金属原子を含んでいるという点では、接合部材の主成分が金属である場合と共通している。いずれにしても、本実施形態によれば、レーザ光を照射することにより、所定の波長の光に対する接合部材3の透過率を元の状態の透過率よりも高くすることができる。
Further, when the surfaces of the
(接合部材3にレーザ光を照射する又は接合部材3にマイクロ波を照射する工程)
次に、図1C及び図2Aに示すように、接合部材3にレーザ光を照射することにより、所定の波長の光に対する接合部材3の透過率を元の透過率よりも高くする。これにより、発光素子6からの光が接合部材3で吸収されることを低減することができるため、所定の波長の光に対する透過率の高い光学部品10とすることができる。例えば、第1部材1及び第2部材2が石英ガラスからなり、接合部材3が0.8nmのAlからなる接合体においては400nmの光に対する透過率が約87%であった。これに対して、同条件で得られた接合体に130μmの幅の照射領域を20μmずつずらしながら複数行形成されるようにレーザ光が照射された光学部品においては400nmの光に対する透過率が約98%となったことを確認できた。本実施形態のようにレーザ光を照射することにより、接合部材3及びその近傍のみを加熱することができる。したがって、第1部材1及び第2部材2の劣化を低減することができる。例えば、本実施形態のように、第1部材1と発光素子6とを接合する場合に、発光素子6の全体を加熱すると、発光素子6に含まれる電極5が加熱されて電極としての機能を果たさなくなるおそれがあるが、これを回避することができる。なお、光学部品として、マイクロ波が照射されることにより劣化する材料を含まない光学部品を用いる場合は、レーザ光を照射する代わりにマイクロ波を照射してもよい。
(Step of irradiating the joining
Next, as shown in FIG. 1C and FIG. 2A, the joining
レーザ光としては、例えば、YAGレーザ等の固体レーザ、KrFエキシマレーザ、CO2レーザ等のガスレーザ、半導体レーザ等を用いることができる。本実施形態では、レーザ光を集光させやすいため、第1部材1の側からレーザ光を照射している。これに限らず、第1部材1及び第2部材2の両者が透光性の材料からなる場合は、第2部材2側からレーザ光を照射してもよい。例えば、第1部材1として蛍光体含有板を用い、第2部材2としてサファイア基板を用いる場合は、第2部材2側からレーザ光を照射することが好ましい。これにより、レーザ光が散乱されることなく接合部材3に照射されるため、接合部材3に高密度のエネルギーを集中させて照射することができるためである。
As the laser beam, for example, a solid-state laser such as a YAG laser, a gas laser such as a KrF excimer laser or a CO 2 laser, a semiconductor laser, or the like can be used. In this embodiment, since it is easy to condense a laser beam, a laser beam is irradiated from the
レーザ光を照射することにより所定の波長の光に対する透過率を高くする場合は、接合部材3における一部領域のみの透過率を元の状態の透過率よりも高くすることが好ましい。つまり、接合部材3において部分的に金属の領域を残しておくことが好ましい。仮に、第1部材1に含まれる酸素等が接合部材3と結合することにより、第1部材1と接合部材3との密着力が低下しても、レーザ光が照射されていない領域(金属の領域)で密着力を維持することができるためである。本実施形態では、図2Bに示すように、上方から見て縦縞状にレーザ光を照射しているが、これに限定されない。なお、1回のレーザ光照射で形成される照射領域の幅は、接合部材3の上面からレーザ光の焦点までの距離を変えることにより制御できる。
In the case where the transmittance for light of a predetermined wavelength is increased by irradiating laser light, it is preferable that the transmittance of only a partial region in the
マイクロ波としては、例えば、マイクロ波アニール装置を用いることができる。マイクロ波を照射する場合も、レーザ光を照射する場合と同様に、接合部材3が加熱され、第1部材1に含まれる酸素等が接合部材3と結合することにより透過率が高くなっていると推測される。
As the microwave, for example, a microwave annealing apparatus can be used. Also in the case of irradiating with microwaves, as in the case of irradiating with laser light, the
<第2実施形態>
図3A〜図3Cに第2実施形態に係る光学部品20の製造方法を示す。図4Aは本実施形態により得られる光学部品20の断面図であり、図4Bは光学部品20に含まれる接合部材3の上面図である。図4Bにおいて、ハッチングが施されている領域Xが、所定の波長の光に対する透過率が高くなっている領域である。また、図5は光学部品20と光半導体として用いる発光素子9とを組み合わせた発光装置30の図である。光学部品20は、次に説明する事項以外は、光学部品10で説明した事項と実質的に同一である。
Second Embodiment
3A to 3C show a method for manufacturing the
本実施形態では、接合体を準備する工程において、下から順に、第2部材2、接合部材3、第1部材1、第2接合部材8、及び第3部材7を有する接合体を準備している。具体的には、まず、図3Aに示すように、第1部材1の下面に第1金属膜3a、第1部材1の上面に第3金属膜8a、第2部材2の上面に第2金属膜3b、及び第3部材7の下面に第4金属膜8b、をそれぞれ形成する。そして、第1金属膜3aの下面及び第2金属膜3bの上面、第3金属膜8aの上面及び第4金属膜8bの下面、をそれぞれ直接貼り合わせることにより、図3Bに示すような接合体を準備している。本実施形態では、第1部材1として蛍光体含有板、第2部材2としてサファイア基板、第3部材7としてサファイア基板を用いている。そして、接合部材3にレーザ光を照射する又は接合部材3にマイクロ波を照射する工程において、マイクロ波を照射している。このとき、図3Cに示すように、接合部材3だけでなく、第2接合部材8にもマイクロ波を照射しているため、図4Aの領域Yに示すように第2接合部材8においても透光率が高くなっている。
In this embodiment, in the step of preparing the joined body, a joined body having the
光学部品20の製造方法においても、接合部材3での光吸収を低減した光学部品20を簡便に製造することができる。また、接合部材3にマイクロ波を照射することにより、比較的短い時間で広い範囲において、接合部材3の透過率を高くすることができる。さらに、第3部材7を第1部材1の上面側に接合しているため、蛍光体含有板に含まれる蛍光体で生じる熱を放熱しやすくすることができる。
Also in the manufacturing method of the
本実施形態において、第1部材1である蛍光体含有板として、蛍光部1aと、蛍光部1aを取り囲むように蛍光部1aの側面に設けられた光反射部1bと、を含む。
In the present embodiment, the phosphor-containing plate that is the
本実施形態では、接合部材3及び第2接合部材8の全領域の透過率を高くしている。しかしながら、第1実施形態のように、レーザ光を照射して所定の波長の光に対する透過率を高くする場合は、接合部材3及び第2接合部材8において、光反射部1bの上方及び下方に位置する領域の光透過率は元の透過率のままにすることが好ましい。つまり、蛍光部1aの上方及び下方に位置する領域のみにレーザ光を照射することが好ましい。これにより、接合部材3及び第2接合部材8のうち、光の取出しに影響がない領域を金属の性質のままにすることができるため、蛍光体から光反射部1bに向かう熱を第2部材2及び第3部材7に排熱しやすくすることができる。
In this embodiment, the transmittance of the entire region of the joining
発光装置30では、図5に示すように、発光素子9としてレーザダイオード(Laser Diode、LD)を用いている。発光素子9としてLDを用いる場合は、蛍光体の放熱性の向上の必要性が大きく、第2部材2を接合する必要性が増すためである。これに限らず、発光素子9としてLEDを用いることもできる。
In the
<第3実施形態>
図6Aは、第3実施形態に係る光学部品40の製造方法により得られる光学部品40の断面図である。また、図6Bは光学部品40に含まれる接合部材3の上面図である。図6Bにおいてハッチングを施している領域Xが、所定の波長の光に対する透過率が高くなっている領域である。さらに、図7は光学部品40と光半導体として用いる発光素子9とを組み合わせた発光装置50の模式図である。光学部品40は、次に説明する事項以外は、光学部品10で説明した事項と実質的に同一である。
<Third Embodiment>
FIG. 6A is a cross-sectional view of the
本実施形態では、第2部材2として非透光性の部材を用いている。具体的には、第1部材1として蛍光体含有板を用い、第2部材2として金属板を用いている。また、接合部材3にレーザ光を照射する又は接合部材3にマイクロ波を照射する工程において、上方から見て、中央近傍の領域にレーザ光を照射し、その周囲の領域は元の透過率のままにしている。
In the present embodiment, a non-translucent member is used as the
本実施形態においても、発光素子等からの光が接合部材3で吸収されることを低減した光学部品40を簡便に製造することができる。また、第2部材2が金属板からなる場合は、第2部材2の上面で発光素子9からの光が吸収されやすくなるが、本実施形態のように、第1部材1と第2部材2との間に透過率を高くした接合部材3を介在させることにより、第2部材2で吸収される光を低減することができる。これは、第1部材1側から入射した光のうちの浅い角度で入射する光を、透過率を高くした接合部材3で全反射させて取り出すことができるためである。
Also in this embodiment, it is possible to easily manufacture the
図6Aにおいては、蛍光体含有板として、全体に蛍光体を含むものを用いているが、蛍光部と光反射部とを含むものを用いてもよい。 In FIG. 6A, as the phosphor-containing plate, a plate containing a phosphor as a whole is used, but a plate containing a fluorescent portion and a light reflecting portion may be used.
光学部品40は、例えば、図7に示すように、発光素子9であるLDと組み合わせて発光装置50とすることができる。図7では、発光素子9からの光を第1部材1の上面に照射し、同一面(上面)側から蛍光等の光を取り出している。
For example, as shown in FIG. 7, the
<実施例>
以下の製造方法により光学部品60を作製した。まず、2つのサファイア基板のそれぞれの両面を研磨して、厚みが100μmのサファイア基板からなる第1部材1と、厚みが550μmのサファイア基板からなる第2部材2と、を準備した。そして、原子拡散接合法を用いて、第1部材1と第2部材2とが接合部材3を介して貼り合わされた接合体を準備した。具体的には、まず、図8Aに示すように、Alからなる第1金属膜3aを0.5nmの膜厚で第1部材1の下面に形成し、Alからなる第2金属膜3bを0.5nmの膜厚で第2部材2の上面に形成した。そして、図8Bに示すように、第1金属膜3aの下面と、第2金属膜3bの上面と、を直接接合した。このとき、第1金属膜3aの形成、第2金属膜3bの形成、及び第1金属膜3a及び第2金属膜3bの接合は、超高真空中で行った。
<Example>
The
次に、図8Cに示すように、第1部材1の上面側からレーザ光を照射して、接合部材3の透過率が元の透過率よりも高くなるようにした。レーザ光としては、波長355nmのパルスYAGレーザ光を用いた。このとき、パルスレーザ光の繰り返し周波数60kHz、パルス幅約25ナノ秒とした。また、レーザ光の出力は400mWで一定とし、接合体の送り速度は1mm/secとした。さらに、レーザ光の焦点位置は、接合体の上面から約100μmの位置とした。そして、上方から見て縦方向にレーザ光を走査した。この走査を、走査方向と垂直な方向に20μmずつずらしながら複数回行った。
Next, as shown in FIG. 8C, laser light was irradiated from the upper surface side of the
これにより得られた光学部品60の断面図を図9Aに示し、光学部品60に含まれる接合部材3の上面図を図9Bに示す。また、光学部品60の下面側から白色光を照射しながら上面側から観察した写真を図10に示す。図10において、明るい色の領域がレーザ光を照射した領域であり、暗い色の領域がレーザ光を照射していない(接合部材3の元の透過率の)領域である。この結果から、レーザ光を照射した部分における接合部材3の透過率が、レーザ光を照射しなかった部分における接合部材3の透過率よりも高くなったことを確認できた。
A cross-sectional view of the
また、図11及び図12に、エネルギー分散型X線分析により、接合部材3近傍における酸素とアルミニウムとをマッピング測定した結果を示す。図11はレーザ光を照射する前のものであり、図12はレーザ光を照射した後のものである。また、図11及び図12において、中央近傍に接合部材3が位置している。図11では、第1部材1及び第2部材2に比較して、接合部材3におけるアルミニウムの量が多く酸素の量が少ない。これは、第1部材1及び第2部材2がそれぞれサファイアからなるのに対して、接合部材3は金属アルミニウムからなるためである。一方、図12では、アルミニウム及び酸素の分布が第1部材1、接合部材3、及び第2部材2において全体的に均一になっていることがわかる。つまり、図12から、レーザ光の照射により、金属アルミニウムが酸化アルミニウムになったため、透光性が増したことが合理的に理解できる。
11 and 12 show the results of mapping measurement of oxygen and aluminum in the vicinity of the joining
さらに、図13及び図14それぞれに、接合部材3近傍におけるTEM像(左図)と、左図A部分における電子回折像(中央図)と、左図B部分における電子回折像(右図)とを示す。図13はレーザ光を照射する前のものであり、図14はレーザ光を照射した後のものである。図13及び図14により、レーザ光の照射の前後に関係なく、接合部材3及びその近傍は単結晶の状態であることが確認できた。この結果から、レーザ光を照射しても、接合部材3はアモルファス状態に変わることなく結晶性を保っていることがわかった。
Further, in each of FIGS. 13 and 14, a TEM image (left figure) in the vicinity of the joining
各実施形態に記載の光学部品は、照明、車載等に使用することができる。 The optical component described in each embodiment can be used for illumination, in-vehicle use, and the like.
1…第1部材
1a…蛍光部
1b…光反射部
2…第2部材
3…接合部材
3a…第1金属膜
3b…第2金属膜
4…発光構造
4a…n側半導体層
4b…活性層
4c…p側半導体層
5…電極
5a…n電極
5b…p電極
6…発光素子
7…第3部材
8…第2接合部材
8a…第3金属膜
8b…第4金属膜
9…発光素子
10、20、40、60…光学部品
30、50…発光装置
X、Y…透過率が高い領域
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記接合部材にレーザ光を照射する又は前記接合部材にマイクロ波を照射することにより、所定の波長の光に対する前記接合部材の透過率を元の状態の透過率よりも高くする工程と、を含むことを特徴とする光半導体用の光学部品の製造方法。 A first metal film formed on a translucent first member having at least one of oxygen, fluorine, and nitrogen; and a second metal formed on a translucent or non-translucent second member. A step of preparing a joined body in which the first member and the second member are joined via a joining member made of metal by directly laminating a film;
Irradiating the bonding member with laser light or irradiating the bonding member with microwaves to increase the transmittance of the bonding member with respect to light of a predetermined wavelength from the original transmittance. A method for producing an optical component for an optical semiconductor.
前記接合体を準備する工程において、
前記第1部材に前記第1金属膜を形成し、前記第2部材の他方の主面に前記第2金属膜を形成し、
前記第1金属膜と前記第2金属膜とを直接貼り合わせることを特徴とする請求項2、請求項2を引用する請求項3から5のいずれか1項、又は請求項6のいずれか1項に記載の光学部品の製造方法。 A step of preparing a semiconductor light emitting element including the light transmissive second member and a light emitting structure provided as the optical semiconductor on one main surface of the light transmissive second member;
In the step of preparing the joined body,
Forming the first metal film on the first member, forming the second metal film on the other main surface of the second member;
The first metal film and the second metal film are directly bonded to each other, and any one of claims 3 to 5 or any one of claims 6 to 6 is cited. The manufacturing method of the optical component of description.
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