JP4492733B2 - 発光装置及び発光装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、発光装置及び発光装置の製造方法に関する。詳しくは、半導体レーザに代表される半導体発光素子を備える発光装置（半導体発光装置）とその製造方法に関する。

一般に、半導体レーザのパッケージは、ＣＡＮパッケージと呼ばれる金属製の材料で構成されている。このパッケージのサイズは、光ディスク光源用は1980年代の直径９ｍｍ、1990年代では直径５．６ｍｍ、2000年代ではフレームと呼ばれる樹脂材料で、一辺の長さが３ｍｍのパッケージサイズが主流である。現状では、さらなるパッケージの小型化が求められている。その背景には、半導体レーザを光源として用いる光ディスク装置（記録再生装置）の薄型、小型化の要請がある。

一方、光源側での小型パッケージ化の課題は、発光素子の発熱に起因する信頼性低下の対策や、封止性に起因する信頼性低下の対策が挙げられる。すなわち、高封止性を確保することが必要であった時期においては、直径９ｍｍから直径５．６ｍｍへの小型化が図られた。この実現にあたっては、低電力化による発熱の低減や、プロセス・構造による高耐性化の工夫があった。さらに、端面保護膜の膜質改善、あるいは端面形成技術の向上等から、封止性能を緩和しても信頼性を確保できるようになった。これに伴い、パッケージ材料として樹脂を用いることができるようになり、小型化が実現した。

その一方で、例えば光ディスクの高密度化を実現するために、光源の短波長化の要請がある。このため、高密度のブルーレイディスク用途では、４０５ｎｍという短波長の光源が用いられている。この波長帯光源においては、その特性を維持するために高い気密封止性が求められている。このため、短波長帯域の光源には、上述のフレームパッケージが採用されていない。その他の波長の光源、例えばＤＶＤに適用される６５０ｎｍの中波長帯域の光源においては、短波長帯域の光源ほど高い気密封止性能が求められていないため、フレームパッケージが採用されている。

図１５はＣＡＮパッケージを用いた従来の発光装置の構成を示す側断面図である。図示した発光装置５１は、ベース部材（ステム）５２に接合されたキャップ部材５３の内部に発光素子５４が封止されている。発光素子５４は、チップ状の半導体レーザ素子を用いて構成されている。発光素子５４は、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）からなるサブマウント５５を介してヒートシンク５６に実装されている。ヒートシンク５６の表面にはメッキ処理（例えば、金メッキ処理）が施されている。

発光素子５４による光（レーザ光）の出射方向には光取り出し窓５７が設けられている。光取り出し窓５７は、キャップ部材５３の天井部に設けられた孔５８を塞ぐ状態で、当該キャップ部材５３に接合されている。また、ベース部材５２には複数本のリードピン５９が取り付けられている。発光素子５４は、金属ワイヤ６０を介してリードピン５９に電気的に接続されている。

上記構成からなる発光装置５１においては、発光素子５４の端面から光が発せられる。この光は光取り出し窓５７を通して外部に出射される。このため、発光素子５４と光取り出し窓５７の間には、光を反射・屈折させる部材が存在せず、光が直接、光取り出し窓５７を透過する仕組みになっている。かかる構成の発光装置５１は、各々の発光装置単位で組み立てられている。

一方、金属や樹脂以外にも、発光素子が接続される基板としてリードフレームやセラミックで構成するパッケージも存在する。構成上の特徴として、発光素子と光取り出し窓の間に光を反射させる部材が配置されていることが挙げられる。また、組立工程の特徴として、取り付け基板の集合体に対して発光素子を接続し、光取り出し窓はこの集合体、あるいは分離体に対して接続されることが挙げられる。すなわち、発光装置の組立工程に含まれる発光素子の接続工程においては、バッチ処理（一括処理）がされており、その製造効率を高めることから低価格化が図られている。その反面、パッケージの内部に、光を反射、屈折させるための光学部品を組み込む必要があるため、部材費が多くかかるという欠点がある。また、光取り出し窓とそれを支持する支持部との接合においては、光取り出し窓を取り付ける面（以下、「窓取り付け面」）の面精度の悪さから、接着剤として封止樹脂が多く用いられている。このため、ＣＡＮパッケージで採用されているハーメチックシールに比べて気密封止性能が低いものとなっている。

また、パッケージの小型化（特に、薄型化）を図るうえで有利な発光装置の構成として、発光素子が直接、又はサブマウント等の部材を介して搭載される支持基板の主面に対して、発光素子の光軸が平行に配置されるように、上記支持基板に発光素子を横向きの姿勢で実装した構成が公知となっている（例えば、特許文献１〜３など）。

特開平５−１２９７１２号公報 特開昭６３−６７７９４号公報 特表２００４−５２７９１７号公報

現在、光ディスク用途で主流のＣＡＮパッケージは、製造方式が非バッチ方式であるという点で量産性に劣るものとなっている。また、ＣＡＮパッケージは、放熱性能や組上げ後の気密封止性を確保できるという利点を有するものの、小型化が困難である。これに対して、発光素子が接続される基板を樹脂で構成したフレームレーザでは、その素材が樹脂であるため、小型化に適する反面、放熱性能や気密封止性能に劣るものとなっている。

一方、支持基板に発光素子を横向きに実装した発光装置では、窓取り付け面の面精度の悪さから、気密封止性能が低いという問題があった。例えば、光取り出し窓の取り付けに際して半田を接着剤として用いる場合は、窓取り付け面の面精度の悪さから、半田の溶融時に表面張力の影響を受けて半田面の平坦性が悪化する。このため、半田層に厚みのむらが生じ、これが原因で半田硬化後に隙間が生じる恐れがある。その結果、高い気密性をもって発光素子を封止することができなくなる。この点は、半田に変えて樹脂の接着剤を用いた場合も同様である。

また、特許文献３に記載されているように、セラミックの積層体からなるケーシングに光取り出し窓を取り付ける場合は、セラミックが焼結時に溶剤揮発むら、及び、形状に起因する収縮不均一から、窓取り付け面の面精度は２０μｍであることが一般的である。さらに積層工程での位置合わせ精度や、各層での硬化収縮の違いからくるサイズのばらつき等を勘案すると、さらに窓取り付け面の面精度が悪化することが想定される。したがって、ソルダガラス等を用いて高い気密封止性を確保することは困難である。また、そもそも積層工程が必要であることから、工程数の増加に伴う生産性の悪化や価格の増大の点で難点がある。

本発明に係る発光装置は、光を出射する発光素子と、前記発光素子を実装した第１の基板と、前記第１の基板との間に前記発光素子の封止空間を形成する第２の基板と、前記発光素子から出射された光を取り出すための光取り出し窓とを備え、前記第１の基板及び前記第２の基板のうち、少なくとも一方の基板は、劈開性を有し、かつ前記光取り出し窓が取り付けられる窓取り付け面を劈開面としてなるものである。

本発明に係る発光装置においては、発光素子を第１の基板に実装し、当該第１の基板との間で第２の基板が発光素子の封止空間を形成することにより、パッケージの小型化が図られる。また、少なくとも一方の基板に関して、光取り出し窓が取り付けられる窓取り付け面を劈開面とすることにより、当該窓取り付け面の面精度（平坦性）が高いものとなる。このため、発光素子を高い気密性をもって封止することが可能となる。

本発明に係る発光装置の製造方法は、第１の基板に複数の発光素子を実装する工程と、前記第１の基板に実装される前記複数の発光素子の実装位置に対応して第２の基板に複数の凹部を形成する工程と、前記発光素子を前記凹部に収容するように前記第１の基板と前記第２の基板を張り合わせて接合する工程と、前記第１の基板及び前記第２の基板のうち、少なくとも一方の基板を劈開する工程と、前記少なくとも一方の基板の劈開面に、当該劈開面に開孔している導光孔を塞ぐ状態で光取り出し窓を取り付ける工程とを有するものである。

本発明に係る発光装置の製造方法においては、複数の発光素子を第１の基板に実装した後、発光素子を凹部に収容するように第１の基板と第２の基板を張り合わせて接合することにより、小型のパッケージが形成される。また、第１の基板及び第２の基板のうち、少なくとも一方の基板を劈開した後、当該劈開面に光取り出し窓を取り付けることにより、凹部に収容された発光素子が高い気密性をもって封止される。

本発明によれば、小型のパッケージでありながら高い気密性をもって発光素子を封止してなる発光装置を提供することができる。

以下、本発明の具体的な実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本発明の技術的範囲は以下に記述する実施の形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。

＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第１の実施の形態に係る発光装置の構成を示す側断面図である。図示した発光装置１は、大きくは、発光素子２と、第１の基板３と、第２の基板４と、光取り出し窓５とを備えた構成となっている。

発光素子２は、例えば半導体レーザ等の半導体発光素子を用いて構成されるものである。発光素子２は、図中矢印方向（右方向）に光を出射するものである。発光素子２は、例えば発光波長が４５０ｎｍ以下の素子であり、特に、ブルーレイディスク用の光源として使用する場合は、発光波長４０５ｎｍの素子を用いる。ちなみに、ＤＶＤ用の光源では、発光波長が６５０ｎｍの素子を用いる。発光素子２は、第１の基板３の上面に、例えば半田を接着剤に用いて接合されている。だだし、これに限らず、例えば公知のウエハ融着法（ウエハボンディング法）を用いて発光素子２を第１の基板３の上面に接合してもよい。ウエハ融着法とは、もともとは２枚のウエハを、接着剤等を用いずに一体化する接合技術であるが、ウエハだけでなく、発光素子２と第１の基板３の接合にも適用可能である。ウエハ融着法では、例えば、接合対象となる２者の接合面を清浄化（洗浄、酸化膜除去等）した後、２者の接合面同士を接触させ、この状態で熱処理を加えることにより、２者を強固に接合する。

ちなみに、半田を接着剤に用いて発光素子２を第１の基板３に接合した場合は、その後の熱工程で接着材料の再溶融が起きないように、当該熱工程の加熱温度よりも融点の高い半田材料を用いる必要がある。これに対して、ウエハ融着法を用いて発光素子２を第１の基板３に接合した場合は、その接合部に接着材料が介在しない。このため、応力による劣化が低減されるとともに、その後の熱工程で接着材料の再溶融が発生せず、望ましいものとなる。

第１の基板３は、発光素子２を横向きの姿勢で実装するものである。ここで記述する「横向きの姿勢」とは、第１の基板３の主面（上面又は下面）に対して発光素子２の光軸が平行に配置される姿勢をいう。第１の基板３は、例えばセラミックや金属を用いて構成される。第１の基板３にセラミックを用いる場合で、かつ高い放熱性能を要求される場合は、第１の基板３にＡｌＮ（窒化アルミニウム）セラミックを用いることが望ましい。第１の基板３には、当該第１の基板３を板厚方向に貫通するビア（導通路）６が設けられている。第１の基板３の上面には、後述するワイヤボンディングのために、例えば、Ｔｉ（チタン）／Ｎｉ（ニッケル）／Ａｕ（金）の３層構造を有するボンディングパッド（不図示）が形成されている。第１の基板３の、発光素子２の取り付け面とは反対側の面には、ビア６に導通する電極部７が形成されている。特に、第１の基板３の上面及び下面では、発光素子２と電極部７を裏表の関係で配置している。このため、発光装置１全体のサイズを小さくすることが可能である。

第２の基板４は、劈開性を有する基板を用いて構成されている。ここでは一例として第２の基板４を、劈開性を有するシリコン基板で構成するものとする。第２の基板４は、第１の基板３と対向する側に凹部８を有している。第２の基板４は、凹部８の存在により、第１の基板３との間に発光素子２の封止空間９を形成している。封止空間９内においては、発光素子２の上面と図示しないボンディングパッドとが、金線等のワイヤ１０を介して電気的に接続されている。

第２の基板４は、平面的に見て、第１の基板３よりも大きな外形寸法を有している。第２の基板４には凹部８に臨む状態で導光孔１１が設けられている。導光孔１１は、発光素子２から出射された光を外部に導出するための孔である。このため、導光孔１１は、第１の基板３に支持（実装）された発光素子２から見て、光の出射方向（光軸上）に設けられている。導光孔１１は、凹部８によって形成された封止空間９に通じている。

光取り出し窓５は、例えば透明なガラス板を用いて構成されるものである。光取り出し窓５は、第２の基板４の前端面１２に取り付けられている。第２の基板４の前端面１２は、当該第２の基板４の劈開性を利用して、当該第２の基板４を劈開することにより形成された劈開面となっている。第２の基板４の前端面１２には、導光孔１１が開孔している。このため、光取り出し窓５は、導光孔１１を塞ぐ状態で第２の基板４の前端面１２に取り付けられている。

上記構成からなる発光装置１においては、発光素子２から出射された光が第２の基板４の導光孔１１を通して光取り出し窓５に入射した後、当該光取り出し窓５を透過して外部に取り出される。この場合、発光素子２は、第１の基板３の上面に横向きに実装されていることから、発光素子２の光線は、第１の基板３の上面（発光素子２が支持される面）と平行に出射されることになる。

本発明の第１の実施の形態に係る発光装置１においては、発光素子２を第１の基板３に実装し、当該第１の基板３との間で第２の基板４が凹部８の存在によって封止空間９を形成している。このため、周知のＣＡＮパッケージと比較して、パッケージのサイズを小さくすることができる。さらに、第１の基板３に対して発光素子２を横向きの姿勢で実装しているため、パッケージの厚さ（高さ）を低く抑えることができる。このため、パッケージのさらなる小型化を図ることが可能となる。また、第２の基板４の前端面１２を劈開面とし、当該劈開面を窓取り付け面として、光取り出し窓５を第２の基板４の前端面１２に取り付けている。この場合は、窓取り付け面の面精度（特に、平坦性）が非常に高いものとなる。このため、例えば半田を接着剤に用いて光取り出し窓５の取り付けを行なう場合は、半田の表面張力による厚みのむらを抑えることができる。したがって、半田硬化後の隙間の発生を防止し、高い気密性を確保することができる。また、窓取り付け面の面精度が高くなることで、光取り出し窓５の取り付けにウエハ融着法を用いることができる。ウエハ融着法では、半田等の接着剤を用いることなく、高い気密性を確保することができる。

続いて、本発明の第１の実施の形態に係る発光装置の製造方法について説明する。図２は本発明の第１の実施の形態に係る発光装置の製造手順を示す工程フロー図である。発光装置の製造は、大きくは、工程Ｆ１〜Ｆ９を経て行なわれる。工程Ｆ１は、素子実装工程である。工程Ｆ２は、第１の切り出し工程である。工程Ｆ３は、ワイヤボンディング工程である。工程Ｆ４は、基板加工工程である。工程Ｆ５は、基板張り合わせ工程である。工程Ｆ６は、劈開工程である。工程Ｆ７は、孔あけ工程である。工程Ｆ８は、窓取り付け工程である。工程Ｆ９は、第２の切り出し工程である。

素子実装工程Ｆ１では、図３（Ａ）に示すように、大径の矩形基板である第１の基板３に複数の発光素子２をマトリクス状の配置で実装（チップマウント）する。この場合、第１の基板３には、前述したビア６や電極部７、ボンディングパッド（不図示）が予め形成されているものとする。また、第１の基板３としては、ＡｌＮ基板を用いるものとする。

第１の切り出し工程Ｆ２では、図３（Ｂ）に示すように、上記素子実装工程Ｆ１で複数の発光素子２が実装された第１の基板３を短冊状（バー形状）に切り出す。これにより、例えば、上記素子実装工程Ｆ１において、第１の基板３にｍ行×ｎ列（ｍ，ｎはいずれも２以上の自然数）の配置で合計ｍ×ｎ個の発光素子２を実装し、その後、第１の切り出し工程Ｆ２において、行単位で第１の基板３を短冊状に切り出すものとすると、短冊状に切り出された単個の第１の基板３には、発光素子２がｎ個ずつ実装された状態となる。

ワイヤボンディング工程Ｆ３では、図４（Ａ）に示すように、短冊状に切り出された各々の第１の基板３を整列基板１５に並べて整列させ、この整列状態で各々の発光素子２をワイヤボンディングによって第１の基板３に電気的に接続する。整列基板１５上では、個々の第１の基板３を互いに平行な向きで並べるとともに、静電吸着法等によって第１の基板３を固定状態に保持する。この状態でワイヤボンディングを行なうことにより、図４（Ｂ）に示すように、第１の基板３に実装されている各々の発光素子２がワイヤ１０を介して第１の基板３に電気的に接続された状態となる。ワイヤボンディングは、第１の基板３を短冊状に切り出す前の段階で行なってもよい。ただし、ワイヤ１０が接続された状態で第１の基板３の切り出しを行なう場合は、切り出し時にワイヤ切れが発生する恐れがあるため、切り出し後にワイヤボンディングを行なった方が望ましい。

基板加工工程Ｆ４では、図５（Ａ）に示すように、劈開性を有する第２の基板４に複数の凹部８を形成する。第２の基板４としては、半導体ウエハとして用いられるシリコン基板を用いるものとする。この場合、第２の基板４には、前述した複数（ｍ×ｎ個）の発光素子２と１対１の対応関係で複数の凹部８を形成する。凹部８の形成は、例えば、次のような方法で行なうことが可能である。まず、フォトリソグラフィ法で第２の基板４の一面にマスクを形成し、このマスクを介して第２の基板４の一面をエッチング（ドライエッチング又はウェットエッチング）することにより行なう。この方法では、マスクで遮蔽されなかった部分にエッチングによって凹部８が形成される。エッチングによって形成される凹部８の深さ寸法は、少なくとも上記封止空間９内に発光素子２とワイヤ１０を収容し得る条件のもとで、第２の基板４の板厚寸法よりも小とする。

基板張り合わせ工程Ｆ５では、互いに対応する発光素子２と凹部８の位置を合わせた状態で、図５（Ｂ）に示すように、短冊状をなす複数個の第１の基板３を第２の基板４に張り合わせて接合する。この場合、第１の基板３に実装されている発光素子２は、当該発光素子２に対応して第２の基板４に形成されている凹部８に収容された状態となる。また、第１の基板３と第２の基板４は、例えばウエハ融着法や半田材料を用いて接合する。接合する前に、例えばアルゴンガスを用いたプラズマ洗浄を行なうことが好ましい。

劈開工程Ｆ６では、第２の基板４として用いたシリコン基板の劈開性を利用して、第２の基板４を劈開する。具体的には、第１の基板３の長手方向に沿って第２の基板４にケガキ等で分割線を形成し、この分割線の位置で第２の基板４を劈開する。これにより、図６（Ａ）に示すように、第１の基板３と第２の基板４の張り合わせ基板（３，４）を短冊状に分離する。

その際、第２の基板４の劈開は、少なくとも光取り出し窓５が取り付けられる面（前端面１２）を劈開面とするように行なう。第２の基板４において、光取り出し窓５が取り付けられる面と反対側の面は、必ずしも劈開面としなくてもよい。このため、光取り出し窓５が取り付けられる面と反対側はダイサーで切り出してもよい。ただし、光取り出し窓５が取り付けられる面と反対側の面を劈開面としておけば、第２の基板４の前端面１２と後端面の平行度が非常に高くなる。このため、光取り出し窓５を取り付ける際に、第２の基板４の前端面１２に光取り出し窓５を均一に押し付けることができるなど、都合がよい。また、第１の基板３と同様に第２の基板４についても、個片までに分離せずに短冊状の状態としておくことで、後工程でのハンドリングが容易になる。

孔あけ工程Ｆ７では、図６（Ｂ）に示すように、劈開工程Ｆ６を経て短冊状に切り出された第２の基板４の前端面１２に導光孔１１を形成する。導光孔１１の形成は、例えばDeep RIE（Reactive Ion Etching）法を用いて行なう。導光孔１１は、Deep RIE法等による孔あけ加工によって凹部８に通じるように形成される。また、導光孔１１は、短冊状をなす張り合わせ基板（３，４）の長手方向に、発光素子２と同じ間隔で形成される。このため、導光孔１１は、発光素子２と１対１の対応関係で形成される。

窓取り付け工程Ｆ８では、図６（Ｃ）に示すように、透明で平らな円形のガラス板１６の一面に、第２の基板４の前端面１２（導光孔１１が開孔している面）を突き当てた状態で、両者（４，１６）を接合する。ガラス板１６の上には、複数の張り合わせ基板（３，４）を並べて配置する。さらに、窓取り付け工程Ｆ８では、図７（Ａ）に示すように、張り合わせ基板（３，４）ごとにガラス板１６をダイサーで切り離す。

ここで、ガラス板１６と第２の基板４を接合するにあたっては、第２の基板４の前端面１２が劈開面となっているため、そこでの面精度（特に、平坦性）が非常に高いものとなる。このため、例えば、半田材料を用いてガラス板１６の一面に第２の基板４を接合する場合は、表面張力の影響による半田材料の厚みのむらを抑えて、高い気密封止性能を確保することができる。また、面精度が非常に高くなることにより、高い気密封止性能が得られるウエハ融着法を用いてガラス板１６に第２の基板４を接合することができる。

また、ガラス板１６と第２の基板４との接合に際しては、光取り出し窓５となるガラス板１６に光学反射率を設計した、SiO2、MgF2、Al2N3等の光学膜を設けておくと透過率が高められる、戻り光が減ることによるノイズ発生の対策がはかれる。また、最表面をSiO2とした場合は、接合前のプラズマ洗浄を施すと接合力を高められるという利点がある。また、より好適な方法として、まず、第１の基板３と第２の基板４の張り合わせ基板を図示しない整列基板上に整列させる。次に、整列基板上に並べた各々の張り合わせ基板（３，４）とガラス板１６との位置合わせを行なって、両者を接触、加重印加、加熱で仮接着を行なう。次に、さらなる加重、加熱により張り合わせ基板（３，４）とガラス板１６の本接着を行なう。このとき、張り合わせ基板（３，４）の光軸方向の長さばらつきが大きいときには、個々の張り合わせ基板単位（バー単位）で加重をかけられるようにするとよい。特に、第２の基板４の後端面を劈開面とした場合は、第２の基板４の前端面１２と後端面の平行度が確保されているため、バー単位で加重をかけるうえで好都合である。

第２の切り出し工程Ｆ９では、図７（Ｂ）に示すように、短冊状の張り合わせ基板（３，４）をガラス板１６とともにダイサーで個片に切り出す。このとき、ガラス板１６は、光取り出し窓５として切り出される。これにより、上記図１に示す発光装置１が得られる。

本発明の第１の実施の形態に係る発光装置の製造方法においては、複数の発光素子２を第１の基板３に実装した後、発光素子２を凹部８に収容するように第１の基板３と第２の基板４を張り合わせて接合することにより、小型のパッケージが形成される。また、第２の基板４を劈開した後、当該劈開面に光取り出し窓５を取り付けることにより、凹部８に収容された発光素子２が高い気密性をもって封止される。このため、小型のパッケージでありながら高い気密性をもって発光素子を封止してなる発光装置が得られる。

また、第１の実施の形態に係る発光装置の製造方法においては、大径の第１の基板３に対してｍ×ｎ個分の発光素子２の実装をまとめて行ない、その後、ｎ個の発光素子２を含むように短冊状に切り出された第１の基板３を一つの単位としたバッチ処理により、基板張り合わせ工程Ｆ５〜窓取り付け工程Ｆ８を行なうことができる。このため、高い生産性をもって発光装置１を製造することが可能となる。

＜第２の実施の形態＞
図８は本発明の第２の実施の形態に係る発光装置の構成を示す側断面図である。なお、本発明の第２の実施の形態においては、上記第１の実施の形態で挙げた構成要素と対応する部分に同じ符号を付して説明する。図示した発光装置１は、大きくは、発光素子２と、第１の基板３と、第２の基板４と、光取り出し窓５とを備えた構成となっており、この点は上記第１の実施の形態と同様である。ただし、第２の実施の形態においては、下記の点が第１の実施の形態と異なる。

すなわち、上記第１の実施の形態においては、劈開性を有しないＡｌＮの基板を用いて第１の基板３を構成している。これに対して、第２の実施の形態においては、劈開性を有するシリコン基板を用いて第１の基板３を構成している。これにより、第２の実施の形態においては、第１の基板３と第２の基板４の両方が、劈開性を有するシリコン基板を用いた構成となっている。

また、上記第１の実施の形態においては、第２の基板４の前端面１２を劈開面とし、当該劈開面を窓取り付け面として、第２の基板４の前端面１２に光取り出し窓５を取り付けた構成となっている。これに対して、第２の実施の形態においては、第１の基板３の前端面１３と第２の基板４の前端面１２をそれぞれ劈開面とし、当該劈開面を窓取り付け面として、第１の基板３の前端面１３と第２の基板４の前端面１２に光取り出し窓５を取り付けた構成となっている。各基板３，４の前端面１２，１３の面方位（劈開面の面方位）は一致している。

光取り出し窓５は、第２の基板４の前端面１２に開孔している導光孔１１を塞ぐ状態で取り付けられている。導光孔１１は、上記第１の実施の形態と同様に第２の基板４に形成されるものでもよいし、第１の基板３と第２の基板４とを結合した状態で形成されるものでもよい。第１の基板３の前端面１３と第２の基板４の前端面１２は、面一な状態で配置されている。また、第１の基板３と第２の基板４は、平面的に見て、互いに同じ外形寸法を有している。

上記構成からなる発光装置１においては、発光素子２から出射された光が第２の基板４の導光孔１１を通して光取り出し窓５に入射した後、当該光取り出し窓５を透過して外部に取り出される。この場合、発光素子２は、第１の基板３の上面に横向きに実装されていることから、発光素子２の光線は、第１の基板３の上面（発光素子２が支持される面）と平行に出射されることになる。

本発明の第２の実施の形態に係る発光装置１においては、上記第１の実施の形態と同様に、発光素子２を第１の基板３に実装し、当該第１の基板３との間で第２の基板４が凹部８の存在によって封止空間９を形成している。このため、周知のＣＡＮパッケージと比較して、パッケージのサイズを小さくすることができる。さらに、第１の基板３に対して発光素子２を横向きの姿勢で実装しているため、パッケージの厚さ（高さ）を低く抑えることができる。このため、パッケージのさらなる小型化を図ることが可能となる。また、第２の基板４の前端面１２を劈開面とし、当該劈開面を窓取り付け面として、光取り出し窓５を第２の基板４の前端面１２に取り付けている。この場合は、窓取り付け面の面精度（特に、平坦性）が非常に高いものとなる。このため、例えば半田を接着剤に用いて光取り出し窓５の取り付けを行なう場合は、半田の表面張力による厚みのむらを抑えることができる。したがって、半田硬化後の隙間の発生を防止し、高い気密性を確保することができる。また、窓取り付け面の面精度が高くなることで、光取り出し窓５の取り付けにウエハ融着法を用いることができる。ウエハ融着法では、半田等の接着剤を用いることなく、高い気密性を確保することができる。

さらに、第２の実施の形態に係る発光装置１においては、第１の基板３と第２の基板４を同種の材料（本形態例ではシリコン）で構成しているため、熱膨張係数差によって生じる応力を低減することができる。また、基板材料を同種とすれば、格子不整合からくる接合界面での応力が低減でき、劈開において良好な劈開面を得られやすく好適である。また、第１の基板３の前端面１３と第２の基板４の前端面１２の両方に光取り出し窓５を取り付けているため、上記第１の実施の形態と比較して、光取り出し窓５の接合面を広く確保することができる。このため、光取り出し窓５の取り付けによる封止が容易になる。また、図示はしないが、上記第２の基板４と同様に第１の基板３にも凹部を形成すると、導光孔の径が大きく取れる。このため、第１の基板、第２の基板による光のけられが発生しない領域が大きく取れるため、光軸方向の発光素子２の配置を決める際の自由度が高まる。

続いて、本発明の第２の実施の形態に係る発光装置の製造方法について説明する。図９は本発明の第２の実施の形態に係る発光装置の製造手順を示す工程フロー図である。発光装置の製造は、大きくは、工程Ｆ２１〜Ｆ２７を経て行なわれる。工程Ｆ２１は、素子実装工程である。工程Ｆ２２は、ワイヤボンディング工程である。工程Ｆ２３は、基板加工工程である。工程Ｆ２４は、基板張り合わせ工程である。工程Ｆ２５は、劈開工程である。工程Ｆ２６は、窓取り付け工程である。工程Ｆ２７は、切り出し工程である。

素子実装工程Ｆ２１では、図１０（Ａ）に示すように、劈開性を有する円形の第１の基板３に複数の発光素子２をマトリクス状の配置で実装（チップマウント）する。この場合、第１の基板３には、ビア６や電極部７、ボンディングパッド（不図示）が予め形成されているものとする。また、第１の基板３としては、半導体ウエハとして用いられるシリコン基板（シリコンウエハ）を用いるものとする。また、第１の基板３に対して、ｍ×ｎ個の発光素子２を実装するものとする。

ワイヤボンディング工程Ｆ２２では、第１の基板３に実装された各々の発光素子２をワイヤボンディングによって第１の基板３に電気的に接続する。これにより、図１０（Ｂ）に示すように、第１の基板３に実装された各々の発光素子２がワイヤ１０を介して第１の基板３に電気的に接続された状態となる。

基板加工工程Ｆ２３では、図１１（Ａ）に示すように、劈開性を有する円形の第２の基板４に複数の凹部８を形成する。第２の基板４としては、半導体ウエハとして用いられるシリコン基板（シリコンウエハ）を用いるものとする。凹部８の形成は、例えば、上記第１の実施の形態と同様の方法で行なうことが可能である。まず、フォトリソグラフィ法で第２の基板４の一面にマスクを形成し、このマスクを介して第２の基板４の一面をエッチング（ドライエッチング又はウェットエッチング）することにより行なう。この方法では、マスクで遮蔽されなかった部分にエッチングによって凹部８が形成される。エッチングによって形成される凹部８の深さ寸法は、少なくとも上記封止空間９内に発光素子２とワイヤ１０を収容し得る条件のもとで、第２の基板４の板厚寸法よりも小とする。

基板張り合わせ工程Ｆ２４では、図１１（Ｂ）に示すように、上記素子実装工程Ｆ２１で複数の発光素子２が実装された第１の基板３と、上記基板加工工程Ｆ２３で複数の凹部８が形成された第２の基板４とを、互いに対応する発光素子２と凹部８の位置を合わせた状態で張り合わせて接合する。この場合、第１の基板３に実装されている発光素子２は、当該発光素子２に対応して第２の基板４に形成されている凹部８に収容された状態となる。また、第１の基板３と第２の基板４は、例えば上記第１の実施の形態と同様にウエハ融着法や半田材料を用いて接合する。ここでは、ウエハ同士のバッチ処理が可能であり、作業効率が上がる。また、各々の基板３，４の劈開面の面方位を合わせておくことで、光取り付け窓の取り付け面が基板3、4で一致するために好適である。また、半導体ウエハを用いた各々の基板３，４の外周部に設けられるオリエンテーションフラット精度以上の位置合わせを行なうためには、予め各々の基板３，４に劈開を行なって、劈開面を出しておくことで達成可能である。

劈開工程Ｆ２５では、第１の基板３として用いたシリコン基板の劈開性と第２の基板４として用いたシリコン基板の劈開性を利用して、第１の基板３と第２の基板４を劈開する。具体的には、第１の基板３と第２の基板４にそれぞれケガキ等で分割線を形成し、この分割線の位置で第１の基板３と第２の基板４を劈開する。このとき、各々の基板３，４は同一線上で真っ直ぐに劈開される。これにより、図１２（Ａ）に示すように、第１の基板３と第２の基板４の張り合わせ基板（３，４）を短冊状に分離する。

このとき、第２の基板４とともに短冊状に切り出された単個の第１の基板３には、発光素子２がｎ個ずつ実装された状態となる。また、上記素子実装工程Ｆ２１で第１の基板３上に複数の発光素子２を実装する際に、光の出射方向が互いに対向するように２つの発光素子２を向かい合わせに配置しておけば、一つの劈開面を２つの発光素子２に共有させることが可能となり、好適である。また、第１の基板３及び第２の基板４の劈開は、少なくとも光取り出し窓５が取り付けられる面（前端面１２，１３）を劈開面とするように行なう。第１の基板３及び第２の基板４において、光取り出し窓５が取り付けられる面と反対側の面は、必ずしも劈開面としなくてもよい。このため、光取り出し窓５が取り付けられる面と反対側はダイサーで切り出してもよい。ただし、光取り出し窓５が取り付けられる面と反対側の面を劈開面としておけば、第１の基板３の前端面１３と後端面の平行度や第２の基板４の前端面１２と後端面の平行度が非常に高くなる。このため、光取り出し窓５を取り付ける際に、第１の基板３の前端面１３と第２の基板４の前端面１２に光取り出し窓５を均一に押し付けることができるなど、都合がよい。

なお、劈開によって短冊状に分離された各々の張り合わせ基板（３，４）のうち、第２の基板４の前端面１２に設けられた複数の導光孔１１は、上記基板加工工程Ｆ２３で複数の凹部８と同時に、当該凹部８の一部として形成されたものである。導光孔１１は、劈開工程Ｆ２５の後に、例えばDeep RIE法等による孔あけ加工によって凹部８に通じるように形成してもよい。この場合は、張り合わせ基板（３，４）の劈開が容易になるという利点が得られる。

窓取り付け工程Ｆ２６では、図１２（Ｂ）に示すように、透明で平らな円形のガラス板１６の一面に、第１の基板３の前端面１３と第２の基板４の前端面１２を共に突き当てた状態で、短冊状の張り合わせ基板（３，４）をガラス板１６に接合する。ガラス板１６には上記第１の実施の形態と同様に、予め光学膜を設けておくとよい。ガラス板１６の上には、複数の張り合わせ基板（３，４）を並べて配置する。さらに、窓取り付け工程Ｆ８では、図１３（Ａ）に示すように、張り合わせ基板（３，４）ごとにガラス板１６をダイサーで切り離す。

ここで、ガラス板１６と張り合わせ基板（３，４）を接合するにあたっては、第１の基板３の前端面１３と第２の基板４の前端面１２がいずれも劈開面となっているため、そこでの面精度（特に、平坦性）が非常に高いものとなる。このため、例えば、半田材料を用いてガラス板１６の一面に張り合わせ基板（３，４）を接合する場合は、表面張力の影響による半田材料の厚みムラを抑えて、高い気密封止性能を確保することができる。また、面精度が非常に高くなることにより、高い気密封止性能が得られるウエハ融着法を用いてガラス板１６に張り合わせ基板（３，４）を接合することができる。

切り出し工程Ｆ２７では、図１３（Ｂ）に示すように、短冊状の張り合わせ基板（３，４）をガラス板１６とともにダイサーで個片に切り出す。このとき、ガラス板１６は、光取り出し窓５として切り出される。これにより、上記図８に示す発光装置１が得られる。

本発明の第２の実施の形態に係る発光装置の製造方法においては、上記第１の実施の形態と同様に、複数の発光素子２を第１の基板３に実装した後、発光素子２を凹部８に収容するように第１の基板３と第２の基板４を張り合わせて接合することにより、小型のパッケージが形成される。また、第１の基板３と第２の基板４をそれぞれ劈開した後、当該劈開面に光取り出し窓５を取り付けることにより、凹部８に収容された発光素子２が高い気密性をもって封止される。このため、小型のパッケージでありながら高い気密性をもって発光素子を封止してなる発光装置が得られる。

また、第２の実施の形態に係る発光装置の製造方法においては、大径の第１の基板３に対してｍ×ｎ個分の発光素子２の実装をまとめて行なうとともに、基板張り合わせ工程Ｆ２４をウエハ単位で行ない、その後、ｎ個の発光素子２を含むように短冊状に切り出された張り合わせ基板（３，４）を一つの単位としたバッチ処理により、劈開工程Ｆ２５〜窓取り付け工程Ｆ２６を行なうことができる。このため、高い生産性をもって発光装置１を製造することが可能となる。さらに、各々の発光素子２に対するワイヤボンディングや基板３，４の張り合わせをウエハ状態で行なうため、さらなる生産性の向上が期待できる。

なお、光取り出し窓５としては、単に発光素子２からの光を透過する平板状のガラス板に限らず、例えば図１４に示すように、発光素子２から出射される光の光軸に対して４５度の傾きをもつ反射面５Ａを有するプリズムで光取り出し窓５を構成してもよい。かかる構成においては、発光素子２からの光が光取り出し窓５の反射面５Ａで直角に反射される。このため、発光素子２を横向きに実装した形態でありながら、発光素子２の光を上方（垂直方向）に取り出すことができる。したがって、擬似的な面発光機能を実現することが可能となる。反射面５Ａを有するプリズムで光取り出し窓５を構成する点は、上記第１の実施の形態にも同様に適用可能である。

また、上記第１の実施の形態においては、基板材料として、第１の基板３にＡｌＮを、第２の基板４にＳｉを用いるものとし、第２の実施の形態においては、第１の基板３と第２の基板４の両方にＳｉを用いるものとしたが、基板材料は種々の変更が可能である。特に、窓取り付け面を有する基板に関しては、上記のＳｉ、ＡｌＮの他にも、例えばＧａＡｓ（ガリウム・ヒ素）、ＧａＰ（ガリウム・リン）、ＩｎＰ（インジウム・リン）、ＧａＮ（窒化ガリウム）のいずれかの材料を用いることにより、発光装置１を安価に構成することができる。

上記第１の実施の形態及び第２の実施の形態においては、第１の基板３上に発光素子２を直に実装しているが、本発明はこれに限らず、例えば発光素子２を図示しないサブマウントを介して第１の基板３に実装してもよい。

また、上記第１の実施の形態においては、第２の基板４だけを劈開性を有する基板とし、上記第２の実施の形態においては、第１の基板３と第２の基板４の両方をそれぞれ劈開性を有する基板としたが、本発明はこれに限らず、第１の基板３だけを劈開性を有する基板とすることも可能である。具体的には、第１の基板３に基板加工によって素子収容のための凹部を形成するとともに、当該凹部に通じる導光孔を形成し、この導光孔が開孔する面を劈開面（窓取り付け面）として光取り出し窓を取り付けた構成とすればよい。

本発明の第１の実施の形態に係る発光装置の構成を示す側断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る発光装置の製造手順を示す工程フロー図である。 本発明の第１の実施の形態に係る発光装置の製造工程を説明する図（その１）である。 本発明の第１の実施の形態に係る発光装置の製造工程を説明する図（その２）である。 本発明の第１の実施の形態に係る発光装置の製造工程を説明する図（その３）である。 本発明の第１の実施の形態に係る発光装置の製造工程を説明する図（その４）である。 本発明の第１の実施の形態に係る発光装置の製造工程を説明する図（その５）である。 本発明の第２の実施の形態に係る発光装置の構成を示す側断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る発光装置の製造手順を示す工程フロー図である。 本発明の第２の実施の形態に係る発光装置の製造工程を説明する図（その１）である。 本発明の第２の実施の形態に係る発光装置の製造工程を説明する図（その２）である。 本発明の第２の実施の形態に係る発光装置の製造工程を説明する図（その３）である。 本発明の第２の実施の形態に係る発光装置の製造工程を説明する図（その４）である。 本発明の実施の形態に係る発光装置の他の構成を示す側断面図である。 従来の発光装置の構成を示す側断面図である。

符号の説明

１…発光装置、２…発光素子、３…第１の基板、４…第２の基板、５…光取り出し窓、８…凹部、９…封止空間、１１…導光孔、１２，１３…前端面（劈開面）

Claims (10)

1. 光を出射する発光素子と、
   前記発光素子を実装した第１の基板と、
   前記第１の基板との間に前記発光素子の封止空間を形成する第２の基板と、
   前記発光素子から出射された光を取り出すための光取り出し窓とを備え、
   前記第１の基板及び前記第２の基板のうち、少なくとも一方の基板は、劈開性を有し、かつ前記光取り出し窓が取り付けられる窓取り付け面を劈開面としてなる
   発光装置。
2. 前記第１の基板に前記発光素子を横向きの姿勢で実装してなる
   請求項１記載の発光装置。
3. 前記窓取り付け面を有する基板は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＡｌＮ、ＧａＮのいずれかの材料からなる
   請求項１又は２記載の発光装置。
4. 前記光取り出し窓は、前記発光素子から出射された光を直角に反射する反射面を有する
   請求項１又は２記載の発光装置。
5. 第１の基板に複数の発光素子を実装する工程と、
   前記第１の基板に実装される前記複数の発光素子の実装位置に対応して第２の基板に複数の凹部を形成する工程と、
   前記発光素子を前記凹部に収容するように前記第１の基板と前記第２の基板を張り合わせて接合する工程と、
   前記第１の基板及び前記第２の基板のうち、少なくとも一方の基板を劈開する工程と、
   前記少なくとも一方の基板の劈開面に、当該劈開面に開孔している導光孔を塞ぐ状態で光取り出し窓を取り付ける工程と
   を有する発光装置の製造方法。
6. 前記複数の発光素子が実装された前記第１の基板を短冊状に切り出す工程を含み、
   前記短冊状に切り出された前記第１の基板の長手方向に沿って前記第２の基板を劈開する
   請求項５記載の発光装置の製造方法。
7. 前記第１の基板を短冊状に切り出した後に、前記第１の基板と前記発光素子とをワイヤボンディングによって電気的に接続する工程を有する
   請求項６記載の発光装置の製造方法。
8. 前記第１の基板と前記第２の基板を張り合わせて接合した後、前記第１の基板及び前記第２の基板の張り合わせ基板を短冊状に劈開し、その後、当該劈開面に開孔している導光孔を塞ぐ状態で、前記張り合わせ基板の劈開面に光取り出し窓を取り付ける
   請求項５記載の発光装置の製造方法。
9. 前記第１の基板に前記複数の発光素子を実装した後で、かつ前記第１の基板と前記第２の基板を張り合わせる前に、前記第１の基板と前記発光素子とをワイヤボンディングによって電気的に接続する
   請求項８記載の発光装置の製造方法。
10. 前記導光孔は、前記第２の基板に前記凹部を形成する際に、当該凹部の一部として形成される
    請求項５〜９のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。

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