JP2021012961A - 発光装置、および、その製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子をパッケージ内に封止した発光装置であって、窓部材の割れを防ぐ。【解決手段】パッケージ基板および透明体の少なくとも一方には、凹部が形成され、半導体発光素子は凹部内の空間に配置されている。枠状の金属層は、凹部を取り囲むように配置され、上面が透明体に、下面がパッケージ基板に接合されることにより、半導体発光素子が配置された前記空間を気密に封止する。このとき、枠状の金属層の幅Ｗは、透明体の厚さＴよりも大きくなるように設計されている。【選択図】図１

Description

本発明は、基板上にＬＥＤ（半導体発光素子）やＬＤ（半導体レーザ）を気密に実装した発光装置に関する。

半導体発光素子は、雰囲気に含まれる水分や酸素により、半導体レーザは、雰囲気に含まれるシロキサンなどにより劣化することが知られている。このため、半導体発光素子の周囲の空間に樹脂を充填し、封止した構造のパッケージが用いられる。しかしながら、深紫外発光素子（ＤＵＶ−ＬＥＤ）や垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、出射光によって樹脂が劣化するため、樹脂封止構造を採用することはできない。特に、ＡｌＮ基板を用いたＤＵＶ−ＬＥＤにおいては、ＡｌＮ基板が水分により加水分解するため、気密性の高いパッケージが必要である。

気密性の高いパッケージの例として、特許文献１には、パッケージ基板に凹部を設け、凹部の底にＬＥＤを実装し、凹部の開口を窓部材で覆い、開口の縁と窓部材下面との間を低融点の金属で充填することにより接合した装置が開示されている。この装置では、溶融した低融点金属を濡れ広がらせるために、凹部の開口の縁と窓部材とが向かい合う位置に、それぞれ金属層を予め形成しておく。特許文献１では、この金属層の幅を片方だけ広く形成しておくことにより、低融点金属の接合時に、パッケージ基板と窓部材の熱膨張係数の差により、向かい合う金属層の位置がずれ、溶融した低融点金属が薄くフィレット状になるのを防ぐ。これにより、薄いフィレット状の低融点金属に応力が集中し、窓部材に割れや欠けを生じさせるのを防いでいる。

特許第６２９４４１７号公報

発明者らの実験によると、凹部の開口の縁と窓部材との間の接合部材が、フィレット状にならないような条件で製造したパッケージであっても、接合部付近において窓部材が割れる現象が生じることが分かった。

本発明の目的は、発光素子をパッケージ内に封止した発光装置であって、窓部材の割れを防ぎ、高い気密性を維持できる発光装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、半導体発光素子が実装されたパッケージ基板と、パッケージ基板上に半導体発光素子を覆うように配置された透明体と、パッケージ基板と透明体の間に配置された枠状の金属層とを有する。パッケージ基板および透明体の少なくとも一方には、凹部が形成され、半導体発光素子は凹部内の空間に配置されている。枠状の金属層は、凹部を取り囲むように配置され、上面が透明体に、下面がパッケージ基板に接合されることにより、半導体発光素子が配置された前記空間を気密に封止する。このとき、枠状の金属層の幅Ｗは、透明体の厚さＴよりも大きくなっている。

本発明によれば、窓部材の割れを防ぐことができるため、高い気密性を維持できる。

（ａ）および（ｂ）は、実施形態の発光装置の断面図、（ｃ）は、発光装置の金属層４の加熱前の層構成を示す断面図。 実施形態および実施例の発光装置の透明体が破断を生じない範囲と、金属層の幅Ｗと透明体の厚さＴとの関係を示すグラフ。 （ａ）〜（ｃ）は、実施形態の発光装置で透明体の破断が生じるメカニズムを説明する図。 （ａ）および（ｂ）は、実施形態の発光装置の変形例を示す上面図および断面図。 （ａ）〜（ｃ）は、実施形態の発光装置の変形例をそれぞれ示す断面図。 （ａ）および（ｂ）は、実施形態の発光装置の変形例を示す上面図および断面図。 実施例１〜６の発光装置に実装した半導体発光素子３の断面図。 実施例１〜６の発光装置に実装した半導体発光素子３の下面図。 実施例１〜６の発光装置の製造工程を示すフロー図。 実施例１〜６の発光装置の製造工程を示す図。

本発明の一実施形態の発光装置について図面を用いて説明する。

発明者らの実験によれば、図１（ａ）のようにパッケージ基板１と透明体２を枠状の金属層４によって接合することによって気密に封止した空間内に半導体発光素子３を配置した発光装置は、金属層４を加熱して透明体２およびパッケージ基板１とそれぞれ金属接合すると、透明体２が金属層４との接合部において割れる現象が生じることがわかった。

透明体２が割れないようにするためには、透明体２を厚くして、透明体２の機械強度を大きくすることが考えられるが、実際に透明体２を厚くした発光装置を試作すると、厚くすることでは、透明体２が金属層４との接合部において割れるという現象は解決できないことが分かった。

さらに実験を重ねた結果、発明者らは、透明体２の厚さと枠状の金属層４の幅とがある関係を満たす場合、透明体２に割れが生じないことを見出した。すなわち、図２に示すように、枠状の金属層４の幅Ｗが、透明体２の厚みより大きい（Ｗ＞Ｔ）という関係を満たす場合、透明体２に割れが生じないことを発明者らは見出した。

具体的には、本実施形態の発光装置は、図１（ａ）に示すように、半導体発光素子３が実装されたパッケージ基板１と、パッケージ基板１上に半導体発光素子３を覆うように配置された透明体２と、金属層４とを備えて構成される。透明体２は、半導体発光素子３の発する光を透過する材質で構成されている。

パッケージ基板１および透明体２の少なくとも一方には、凹部５が形成され、半導体発光素子３は凹部５内の空間に配置されている。図１（ａ）の例では、凹部５は、パッケージ基板１にのみ設けられ、透明体２は凹部５の開口を覆う板状である。

金属層４はその形状が、凹部５を取り囲む枠状であり、パッケージ基板１と透明体２の間に配置されている。金属層４は、上面が透明体２に、下面がパッケージ基板１に接合されることにより、半導体発光素子３が配置された空間を気密に封止している。

このとき、本実施形態では、図１（ｂ）に示すように枠状の金属層４の幅Ｗが透明体２の厚さＴよりも大きく（Ｗ＞Ｔ）なるようにしている。このようにすることにより、金属層４を接合する際に、透明体２が金属層４との接合界面付近において破断しない（図２参照）。
なお、枠状の金属層４の幅Ｗは、２２０μｍより大きく、透明体２の厚さＴは、５００μｍよりも小さいことが望ましい。

枠状の金属層の幅は、３００μｍ以上であることが好ましい。また、透明体２の厚みＴは、２００μｍ以上５００μｍより小さいことが好ましい。

特に、枠状の金属層４の幅Ｗは、３７０μｍ以上であり、透明体の厚さＴは、２２０μｍ以上３７０μｍ以下であることが望ましい。

金属層は、厚みが０．３μｍ以上２０μｍ以下であることが望ましい。

＜半導体発光素子３＞
半導体発光素子３は、所望の波長のものを用いることができるが、本実施形態の発光装置は、凹部５内の空間を気密に封止できるため、水分で劣化しやすいＡｌＮ系材料を用いている素子や、樹脂を劣化させる程の高エネルギーの波長の光を発する素子を用いる場合に、特に有効である。

半導体発光素子３は、図１（ａ）のように、底面に一対の電極を有するものである場合には、パッケージ基板１の凹部５の底面に設けた電極パッド１１に、半田等によりフリップチップ実装してもよいし、ダイボンディングとボンディングワイヤで実装してもよい。

＜パッケージ基板１＞
パッケージ基板１は、半導体発光素子３の熱を伝導して外部に放出するために、熱伝導性のよいものが好ましく、例えばセラミック製、ダイヤモンド製またはＳｉ製等のパッケージ基板１を用いることができる。例えば、セラミックとしては、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＢｅＯ、アルミナ、および、ＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics：低温同時焼成セラミックス）のうちの１以上を含むもの用いることができる。

パッケージ基板１の底面には、電極パッド１１に給電するための配線を設ける。例えば、配線としては、図１（ａ）のようにパッケージ基板１を貫通する貫通電極１２と、パッケージ基板１の裏面側に配置された裏面電極１３とを含む構成とする。

＜透明体２＞
透明体２は、半導体発光素子３の出射する光を透過する材質であればよい。例えばガラスを用いることができる。

具体的には例えば、半導体発光素子３が、深紫外光（概ね波長２００ｎｍ〜３００ｎｍ）を発するものである場合、透明体２の材質としては、石英、水晶およびＵＶ透過ガラスのうちいずれかを用いることができる。

また、半導体発光素子３が、可視光（波長３８０ｎｍ〜７００ｎｍ）を発するものである場合、透明体２の材質としては、ホウ珪酸ガラスまたはソーダガラスを用いることができる。

＜金属層４＞
枠状の金属層４は、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｔ、ＴｉおよびＰｄのうちの１以上により構成することができる。例えば、金属層４は、図１（ｂ）、（ｃ）に記載したように、透明体２に接合されたメタライズ層４ａと、パッケージ基板１に接合されたパッド層４ｂと、メタライズ層４ａとパッド層４ｂとの間に配置され、メタライズ層４ａとパッド層４ｂを構成する金属よりも低融点の接合層４ｃとを備える構成とすることができる。図１（ｂ）は接合後の金属層４であり、図１（ｃ）は、接合前（溶融前）の金属層４の積層構造の一例である。

金属層４の幅Ｗは、図１（ｂ）のようにメタライズ層４ａの幅である。

メタライズ層４ａと、パッド層４ｂと、接合層４ｃは、それぞれ単層であっても多層構造であってもよい。

メタライズ層４ａの材質としては、例えば、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、ＰｄおよびＷのうちの１以上、パッド層４ｂの材質は、例えば、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、ＰｄおよびＷのうちの１以上、接合層４ｃの材質は、例えば、ＡｕＳｎ、ＳｎＣｕ、ＳｎＳｂ、ＳｎＡｇＣｕおよびＡｕのうちの１以上を用いることができる。

上述のような材質を用いた場合、パッケージ基板１の熱膨張係数が、透明体２より大きいため、パッケージ基板１と透明体２とを接合するための金属層４の加熱後、冷却する際に、図３（ａ）のようにパッケージ基板１が透明体２よりも大きく収縮する。これにより、図３（ｂ）のように金属層４との接合部において、透明体２には、パッケージ基板１の収縮によりパッケージ基板１の面内の中心に向かう方向に金属層４によって引っ張られる引っ張り応力がかかり、引っ張り応力が透明体２の破壊応力を超えた場合には図３（ｃ）のように透明体２が破壊される（割れる）ものと推測される。しかしながら、本実施形態では、透明体２の厚さＴと、金属層４の幅ＷをＷ＞Ｔの関係にすることにより、透明体２の割れを抑制できることを見いだしたものである。

また、本実施形態の発光装置は、金属層４によりパッケージ基板１と透明体２とを気密に接合できるため、半導体発光素子３が配置された凹部５内の空間は、水分量を３０００ｐｐｍ以下にすることができる。この値は、深紫外発光素子の加水分解による劣化を低減し、市場要求を満足するレベルの寿命を担保するものである。

半導体発光素子３が配置された凹部５内の空間には、不活性ガスを充填する構成にしてもよい。

凹部５による空間は、Ｈｅのリークレートが３．０×１０^−１０Ｐａｍ^３／ｓ以下であることが望ましい。

＜発光装置の変形例＞
パッケージ基板１および透明体２の形状は、図１（ａ）の形状に限られず、図４（ａ）、（ｂ），図５（ａ）〜（ｃ）および図６（ａ），（ｂ）のような構造であってもよい。

図４（ａ）、（ｂ）の発光装置は、図１と同様にパッケージ基板１が凹部５を備えた構成であるが、発光素子３は、サブマウント基板４１にフリップチップ実装され、サブマウント基板４１の貫通電極４７が、給電接合材４２によりパッケージ基板１の凹部の底面の貫通電極１２に接合されている。

図５（ａ）の発光装置は、図１（ａ）の装置とは異なり、凹部５が透明体２側に設けられている。また、透明体２はドーム状であり、凹部５の内部空間は、半球状に近い形状の空間である。

図５（ｂ）の発光装置は、凹部５がパッケージ基板１側の凹部５ａと透明体２側の凹部５ｂに分かれて形成された形状である。透明体２は、図５（ａ）と同様にドーム状であり、その内部空間は、半球状に近い形状である。パッケージ基板１側の凹部５の内部空間は、図１（ａ）と同様に直方体形状である。

図５（ｃ）は、図５（ａ）と同様に、凹部５が透明体２側に設けられているが、凹部５の内部空間は、直方体形状である。

図６（ａ）、（ｂ）の発光装置は、図４（ａ）、（ｂ）と同様にパッケージ基板１が凹部５を備え、発光素子３がサブマウント基板４１に搭載された構成であるが、パッケージ基板１の側壁が傾斜している点で図４（ａ）の発光装置と異なる形状である。

以下、本発明の実施例について説明する。

＜＜実施例１〜５＞＞
実施例１〜５として、図４（ａ）、（ｂ）の構造の発光装置を製造した。

＜半導体発光素子３の製造工程＞
まず、深紫外光を発光する半導体発光素子３を製造した。この半導体発光素子３の断面構造を図７に、下面の電極構造を図８にそれぞれ示す。

昇華法を用いてＡｌＮのバルク単結晶を育成し、板状に加工した後、表面を研磨することで基板（ＡｌＮ単結晶基板）を作成した。この基板は、転位密度が１０^４（個／ｃｍ^２）オーダーと高品質である。

上記昇華法ＡｌＮ単結晶基板は、不純物の影響で３００ｎｍ以下の深紫外領域の光の透過率は低いため、昇華法ＡｌＮ単結晶基板上に、ＨＶＰＥ（Hydride-Vapor Phase Epitaxy）法を用いてＡｌＮ単結晶膜を数百μｍ厚成長させ、表面をＣＭＰ研磨（化学的機械研磨）することにより、厚さ３００μｍ程度のＡｌＮ基板７２を得た。ＨＶＰＥで成長させた結晶膜ＡｌＮ基板７２は、低転位密度を保持しながら、結晶内部に取り込まれる不純物が減少することから色が透明となり、３００ｎｍ以下の光の透過率が向上している。

この昇華法ＡｌＮ単結晶基板の表面のＨＶＰＥ法ＡｌＮ基板７２をＬＥＤ成長用の基板として用い、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）を用いて深紫外発光をする積層構造を結晶成長させた。ここでは、ｎ型半導体層（ｎ−ＡｌＧａＮ）７１、発光層７３、ｐ型半導体層（ｐ−ＡｌＧａＮ）７４の順に成長させた。発光層７３は、例えば、ＡｌＧａＮ（ａ組成）層と、ａ組成とは組成の異なるＡｌＧａＮ（ｂ組成）層とを交互に複数層積層して構成したＭＱＷ（多重量子井戸）構造とした。

つぎに、ドライエッチングにより、発光層７３とｐ型半導体層（ｐ−ＡｌＧａＮ）７４を櫛の歯状に除去することにより、ｎ型半導体層（ｎ−ＡｌＧａＮ）７１を露出するまで掘り、露出したｎ型半導体層７１上に金属蒸着を用いてｎ型電極層１７１を形成した。ｎ型電極層１７１の層構成はＴｉ／Ａｌ／Ａｕをこの順に積層した構造とした。

次に、ｐ型半導体層７４の上にｐ型電極層６１を金属蒸着を用いて形成した。ｐ型電極層６１の層構成はＮｉ／Ａｕをこの順に積層し、熱処理して形成した。

絶縁膜７５を形成し、ｎ型半導体層７１、発光層７３、ｐ型半導体層７４の側面を保護した。最後にｎ型電極層１７１とｐ型電極層６１の表面にそれぞれをパッド電極１７２、６２で覆った。パッド電極１７２，６２の層構成はＴｉ／Ｎｉ／Ａｕをこの順に積層した構造とした。

これにより、図８のように、素子の下面に、櫛の歯形状の積層されたｎ型電極層１７１とパッド電極１７２、および、櫛の歯形状の積層されたｐ型電極層６１とパッド電極６２とが交互に並べられた半導体発光素子３が並んだＬＥＤウェハーが製造された。

電極形成が完了したエピ基板から、昇華法ＡｌＮ単結晶基板を機械研磨で除去する。これにより、ＨＶＰＥ法ＡｌＮ基板７２のみが残る。ＡｌＮ基板７２に、ｎ型半導体層７１、発光層７３およびｐ型半導体層７４を積層した全体の厚さが１００〜２００μｍ程度になるように機械研磨で仕上げた。

ＡｌＮ基板７２の研磨した面（発光面）にナノインプリントを用いて凹凸加工を施し、光取出し効率を向上させた。その後、ＡｌＮ基板７２の凹凸面をスパッタ法を用いてＳｉＯ_２で覆い、保護膜７６を形成した。保護膜７６は発光する深紫外の光線に対して透明な材料であれば良い。

最後に、ＬＥＤウェハーをレーザースクライブ・ダイシングで小片化させＬＥＤチップ（半導体発光素子３）として完成させた。

＜実装工程８０１〜８０３＞
ＡｌＮ製のサブマウント基板４１を用意した。サブマウント基板４１の大きさは、底面が１．２ｍｍ×１．２ｍｍ、凹部５の開口サイズおよび底面サイズは、２．２ｍｍ×２．２ｍｍ、凹部５の深さは、０．５ｍｍ、凹部５の縁の幅は０．５５ｍｍである。凹部５の縁には、予めパッド層４ｂおよび接合層４ｃとして、Ｎｉ／Ａｕ／ＡｕＳｎ／Ａｕ層が、幅Ｗが表１に記載されたサイズで枠状に形成されている。

このサブマウント基板４１には、半導体発光素子３の櫛の歯形状に積層されたｐ型電極層６１とパッド電極６２の、櫛の歯形状の歯にあたる部分に対して向かい合うように、ストライプ状の電極４３が予め形成されている。また、櫛の歯形状に積層されたｎ型電極層１７１とパッド電極１７２の櫛の歯の根元の部分に対して向かい合うように、１本の帯状の電極４４が予め形成されている。さらに、サブマウント基板４１の上面には、これら電極４３，４４へ給電するための給電パッド４５、４６が備えられ、給電パッド４５，４６に導通するように、サブマウント基板４１は厚さ方向に貫通する貫通電極４７が備えられている。

つぎに、サブマウント基板４１の電極４３と電極４４に、ＡｕＳｎ膜を形成し、半導体発光素子３のパッド電極６２とパッド電極１７２がそれぞれ接するように、半導体発光素子３をサブマウント基板４１上に搭載した。

つぎにサブマウント基板の貫通電極４７の下面に給電接合剤４２（ＡｕＳｎ合金ペースト）を塗布し、パッケージ基板１の貫通電極１２の上に搭載した（図９の工程８０１）。

つぎに、必要に応じて、パッケージ基板１の底面の配線パターンに、（ＡｎＳｎ合金ペースト）を塗布し、ツェナーダイオードを搭載した（工程８０２）。

パッケージ基板１を加熱し、ＡｎＳｎ合金ペーストを溶融（リフロー）した後冷却して、ＡｕＳｎ共晶合金により、半導体発光素子３とサブマウント基板４１、サブマウント基板４１とパッケージ基板１、ツェナーダイオードとパッケージ基板１を、それぞれ接合した（工程８０３）。

パッケージ基板１の凹部５内を洗浄することにより、ＡｕＳｎ合金ペーストに含まれるフラックスの残渣を除去した（工程８０４）。
つぎに、透明体２を用意した。透明体２は、パッケージ基板１の底面と同等のサイズであり、凹部５の開口を覆うように搭載した場合に、開口の縁に対向する領域に、メタライズ層４ａとしてＣｒ／Ｎｉ／Ａｕ層が透明体２側からこの順に枠状に形成されている。メタライズ層４ａの幅は、表１の金属層の幅Ｗと同じである。

つぎに、透明体２をパッケージ基板１の凹部５の縁に搭載し、加熱することにより、パッケージ基板１と接合して実装した（工程８０５）。

この工程８０５を図１０を用いて詳しく説明する。

まず、図１０（ａ）のように、透明体２とパッケージ基板１とを治具９１にセットする。図１０（ａ）に示すように透明体２を下側に設置し、パッケージ基板１を上に設置する。このとき、パッケージ基板１と透明体２の間には隙間が存在するようにする。

つぎに、図１０（ｂ）のように、パッケージ基板１、サブマウント基板４１および半導体発光素子３の材料に含まれる水分除去のためにプリヒートを行う。プリヒートの条件は、真空中で温度１５０℃〜２７５℃、時間５ｍｉｎ〜１５ｍｉｎである。

つぎに、図１０（ｃ）のように、バネ荷重を利用して、押上げピンで透明体２を突き上げる。この時の条件は、窒素中で温度１５０℃〜２７５℃、バネ荷重は５０ｇ〜１５０ｇである。

最後に、図１０（ｄ）のように本加熱を行う。本加熱条件は、窒素中で温度２９５℃〜３５０℃、時間５ｓ〜３０ｓであり、バネ荷重５ｇ〜１５０ｇで押圧した状態で行う。

この本加熱により、パッケージ基板１側に形成しておいたパッド層４ｂおよび接合層４ｃ（Ｎｉ／Ａｕ／ＡｕＳｎ／Ａｕ層）のうちＡｕ／ＡｕＳｎ／Ａｕ層が溶融し、ＡｕＳｎ共晶合金を形成し、パッケージ基板１側のパッド層４ｂ（Ｎｉ層）と、透明体２側のメタライズ層４ａ（Ｃｒ／Ｎｉ層）と接合され、金属層４を形成する。

これにより、金属層４により、透明体２とパッケージ基板１とを接合できるとともに、凹部５の開口の周囲を金属層４により封止し、発光装置を完成させることができる。

本加熱後冷却を行い、発光装置を取り出す（工程８０５）。

目視により、透明体２が金属層４と接合している付近で破断していないか確認した。

確認結果を、表１に示す。実施例１〜５は、いずれも透明体２には破断は生じていなかった。

また、完成した発光装置を、加圧Ｈｅ雰囲気内に一定時間放置する。これにより、凹部５の空間内部にＨｅが入り込む。発光装置を真空炉内に設置し、凹部５内の空間から漏れ出すＨｅを検出することにより、発光装置のパッケージ内部のＨｅ量を計測する。Ｈｅのリークレートが３．０×１０^−１０Ｐａｍ^３／ｓ以下である場合には、気密が担保されているとして、合格とした（工程８０６）。

目視で透明体２に破断がなく、かつ、Ｈｅリークチェックに合格した製品を出荷可能品と判定した（工程８０７）。

＜＜実施例６＞＞
実施例６として、パッケージ基板１および透明体２の形状が図５（ａ）の発光装置を製造した。

基板１の大きさは、３．６ｍｍ×３．６ｍｍであり、縁には、予めパッド層４ｂとして、Ｎｉ／Ａｕ層が配置され、その上に接合層４ｃとしてリッド状のＡｕＳｎが配置されている。また、その幅Ｗが表１に記載されたサイズで枠状に形成されている。

基板１の上には電極パッド１１が配置され、その上に半導体発光素子３が接合されている。すなわち、本実施例では、サブマウントを用いず、半導体発光素子３が基板１に直接接合されている。

透明体２は、底面サイズがパッケージ基板１と同等のサイズであり、凹部５の開口サイズ２．５２ｍｍ×２．５２ｍｍ、凹部５の深さ（高さ）は、１．１〜１．２ｍｍのドーム状であり、凹部５の縁の幅は０．４９ｍｍである。開口の縁に対向する領域に、メタライズ層４ａとしてＴｉ／Ｐｄ／Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ層が透明体２側からこの順に枠状に形成されている。メタライズ層４ａの幅は、表１の金属層の幅Ｗと同じである。

他の条件は、実施例１〜５と同様にして実施例６の発光装置を製造した。

製造した実施例６の発光装置を、実施例１〜５と同様に破断の評価を目視で行ったところ、破断していなかった。

また、Ｈｅのリークレートも３．０×１０^−１０Ｐａｍ^３／ｓ以下であり、合格であった。

＜＜比較例１〜３＞＞
比較例１〜３として、実施例１〜５と同様の発光装置を、金属層の幅Ｗと透明体２の厚さを表１のように変更して製造した。

製造した比較例１〜３の発光装置を、実施例１〜５と同様に破断の評価を目視で行ったところ、いずれも金属層４との界面において、透明体２が破断していた。

また、Ｈｅのリークレートは３．０×１０^−１０Ｐａｍ^３／ｓを超えており、不合格であった。

これらの結果を、図２のグラフに示す。

図２のグラフにより、金属層４の幅Ｗ＞透明体２の厚さＴの条件を満たす場合、透明体２に破断が生じないことが明らかである。

また、枠状の金属層の幅Ｗは、２２０μｍより大きく、前記透明体の厚さＴは、５００μｍよりも小さい範囲においては、透明体２に破断が生じていない。
枠状の金属層の幅は、３００μｍ以上、特に３７０μｍ以上である場合で、あって、透明体の厚さＴは、２００μｍ以上５００μｍ以下、特に２２０μｍ以上３７０μｍ以下である場合、透明体２には破断が生じていない。

上述してきた各実施形態の半導体装置は、水殺菌および樹脂硬化装置等として用いることができる。

１…パッケージ基板、２…透明体、３…半導体発光素子、４…金属層

Claims (16)

1. 半導体発光素子が実装されたパッケージ基板と、前記パッケージ基板上に前記半導体発光素子を覆うように配置された透明体と、前記パッケージ基板と前記透明体の間に配置された枠状の金属層とを有し、
   前記パッケージ基板および前記透明体の少なくとも一方には、凹部が形成され、前記半導体発光素子は前記凹部内の空間に配置され、
   前記枠状の金属層は、前記凹部を取り囲むように配置され、上面が前記透明体に、下面が前記パッケージ基板に接合されることにより、前記半導体発光素子が配置された前記空間を気密に封止し、
   前記枠状の金属層の幅は、前記透明体の厚さよりも大きいことを特徴とする発光装置。
2. 請求項１に記載の発光装置であって、前記枠状の金属層の幅は、２２０μｍより大きく、前記透明体の厚さは、５００μｍよりも小さいことを特徴とする発光装置。
3. 請求項１または２のいずれか１項に記載の発光装置であって前記枠状の金属層の幅は、３７０μｍ以上であり、前記透明体の厚さは、２００μｍ以上３７０μｍ以下であることを特徴とする発光装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発光装置であって、前記パッケージ基板は、セラミック製であり、前記透明体は、ガラスであることを特徴とする発光装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の発光装置であって、前記パッケージ基板は、熱膨張係数が、前記透明体より大きい材料によって構成されていることを特徴とする発光装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の発光装置であって、前記パッケージ基板の材質は、ＡｌＮであることを特徴とする発光装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の発光装置であって、前記半導体発光素子が配置された前記空間は、水分量が３０００ｐｐｍ以下であることを特徴とする発光装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の発光装置であって、前記半導体発光素子が配置された前記空間は、不活性ガスが充填されていることを特徴とする発光装置。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の発光装置であって、前記枠状の金属層は、厚みが０．３μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする発光装置。
10. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の発光装置であって、前記枠状の金属層は、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、ＰｄおよびＷのうちの２以上を含むことを特徴とする発光装置。
11. 請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の発光装置であって、前記半導体発光素子は、波長２１０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の紫外光を発することを特徴とする発光装置。
12. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の発光装置であって、前記空間は、Ｈｅのリークレートが３．０×１０^−１０Ｐａｍ^３／ｓ以下であることを特徴とする発光装置。
13. 半導体発光素子が実装されたパッケージ基板と、前記パッケージ基板上に前記半導体発光素子を覆うように配置された透明体と、前記パッケージ基板と前記透明体の間に配置された枠状の金属層とを有し、
    前記パッケージ基板および前記透明体の少なくとも一方には、凹部が形成され、前記半導体発光素子は前記凹部内の空間に配置され、
    前記枠状の金属層は、前記凹部を取り囲むように配置され、上面が前記透明体に、下面が前記パッケージ基板に接合されることにより、前記半導体発光素子が配置された前記空間を気密に封止し、
    前記枠状の金属層の幅は、２２０μｍより大きく、前記透明体の厚さは、５００μｍよりも小さいことを特徴とする発光装置。
14. 請求項１３に記載の発光装置であって前記枠状の金属層の幅は、３７０μｍ以上であり、前記透明体の厚さは、３７０μｍ以下であることを特徴とする発光装置。
15. パッケージ基板上に発光素子を実装する工程と、
    前記パッケージ基板上の前記発光素子が配置された空間を覆うように透明体を配置し、前記パッケージ基板と透明体との間に配置した枠状の金属層を加熱して、前記パッケージ基板と透明体とを前記金属層によって気密に接合する工程とを有し、
    前記接合する工程では、前記枠状の金属層は、その幅が前記透明体の厚さよりも広くなるように形成することを特徴とする発光装置の製造方法。
16. 請求項１５に記載の発光装置の製造方法であって、前記接合する工程の前に、
    前記パッケージ基板を加熱して水分を除去する工程をさらに行うことを特徴とする発光装置の製造方法。

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