JP5646981B2 - 枠付反射防止ガラス及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、枠付反射防止ガラス及びその製造方法に関する。本発明に係る枠付反射防止ガラスは、例えば、基板上に搭載された発光素子等の光デバイスを封止するキャップとして好適に使用され得る。
光デバイス用キャップの一つの形態として、ホウケイ酸ガラスにシリコンを陽極接合によって接合したものがある。図３（ｂ）はその一例を示したものであり、平板状のホウケイ酸ガラス１３の一方の面の周囲部にシリコンの枠状部材１８が接合されている。また、２０は平板状部材（ホウケイ酸ガラス）１３と枠状部材１８によって形成された凹部内に配置された光デバイス（図示の例では発光素子）を示す。
かかる光デバイスの封止に関連する技術として、例えば、下記の特許文献１に記載された発光装置がある（図２０）。また、これに関連する技術として、下記の特許文献２に記載された半導体装置がある（図３等）。
図３（ｂ）に例示したように現状の光デバイス用キャップ１０ａの構成では、ホウケイ酸ガラス（平板状部材）１３とシリコン（枠状部材）１８の界面は陽極接合によって共有結合されているので、ガラス１３とシリコン１８の接合部は光学的に透明である。このため、その接合部上のガラスの部分で不要な反射が起こり光学特性が劣化するという問題があった。この問題点の詳細については、後述する実施形態に関連させて説明する。
以上から、不要な光反射を抑制し、光学特性の向上に寄与することができる枠付反射防止ガラス及びその製造方法を提供することを目的とする。
一観点によれば、平板状のガラスの少なくとも一方の面に反射防止膜が形成された平板状部材と、前記平板状部材の一面側の周囲部に接合されたシリコンの枠状部材とを有し、前記反射防止膜は、組成の異なる２つの部分の膜からなり、１つの部分の膜は、少なくとも前記枠状部材の位置に対応する部分に形成された光吸収性を有する膜であり、前記反射防止膜を構成する２つの部分の膜は、前記ガラスの少なくとも一方の面上に連続的に形成され、各部分の膜の表面は同一面上にあることを特徴とする枠付反射防止ガラスが提供される。
他の観点によれば、上記の一観点に係る枠付反射防止ガラスの製造方法が提供される。その一形態に係る製造方法は、平板状ガラスの一方の面に反射防止膜が形成された平板状部材と、シリコンからなる枠状部材とを用意する工程と、前記平板状部材のガラスが露出している側の面を前記枠状部材の上に重ね合わせ、バイアス電圧の印加による陽極接合によって前記ガラスと前記枠状部材とを接合するとともに、前記枠状部材上の前記平板状ガラスの上の部分の前記反射防止膜を、光吸収性を有する膜に変化させる工程とを含む。
上記の一観点に係る枠付反射防止ガラスによれば、ガラスの少なくとも一方の面に形成された反射防止膜のうち特定の部分に光吸収性を有する膜が形成されている。つまり、反射防止膜の一部分に光学的に不透明な部分（光吸収性を有する膜）が存在し、この部分で不要な反射が起こりにくい構造となっている。この構造により、光学特性を向上させることが可能となる。
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係る枠付反射防止ガラスとしての光デバイス用キャップの構成を断面図の形態で示したものである。本実施形態に係る光デバイス用キャップは、後述するように基板上に搭載された発光素子等の光デバイスを封止するのに用いられる。
図１は第１の実施形態に係る枠付反射防止ガラスとしての光デバイス用キャップの構成を断面図の形態で示したものである。本実施形態に係る光デバイス用キャップは、後述するように基板上に搭載された発光素子等の光デバイスを封止するのに用いられる。
本実施形態の光デバイス用キャップ１０は、図１に示すように縦断面視したときに凹状の構造、すなわち、平板状部材１２の一面側の周囲部に枠状部材１８が接合された構造を有している。図１には示していないが、平板状部材１２を上方向から平面視したときの形状は、例えば、四角形状である。この場合、この平板状部材１２の外形に合わせて枠状部材１８も四角形のリング状に形成されている。平板状部材１２を上方向から平面視したときの形状が四角形状に限定されないことはもちろんであり、例えば、円形状であってもよい。この場合には、同様に平板状部材１２の外形に合わせて枠状部材１８も円形のリング状に形成されている。四角形又は円形のリングは、必ずしもループ状に閉じている必要はなく、部分的に開放された不連続の形状であってもよい。平板状部材１２と枠状部材１８によって直方体形状の凹部（キャビティ）ＣＶが形成され、このキャビティＣＶ内に光デバイスが収容される形となる。
平板状部材１２は光透過性の材料からなり、ホウケイ酸ガラス１３の一方の面（枠状部材１８が接合されている側と反対側の面）に、反射防止機能を備えた膜１４（以下、「反射防止膜」という。）が形成された構造を有している。ホウケイ酸ガラスはガラスの主成分である二酸化ケイ素にホウ酸を混合したガラスであるが、本実施形態では、少なくともナトリウム（Ｎａ）又はリチウム（Ｌｉ）を含むホウケイ酸ガラス１３を使用している。以下の記述において、ホウケイ酸ガラス１３の枠状部材１８に接している側の面を「第１の面Ｓ１」とし、これと反対側の面を「第２の面Ｓ２」とする。
ホウケイ酸ガラス１３の第１の面Ｓ１に接合される枠状部材１８は、その材料としてシリコン（Ｓｉ）が用いられる。そして、この枠状部材（シリコン）１８とホウケイ酸ガラス１３との接合は、後述するように陽極接合によって行われる。
ホウケイ酸ガラス１３の第２の面Ｓ２に形成される反射防止膜１４は、その組成の異なる２つの部分に分かれている。そのうち１つの部分は、キャビティＣＶの上方に位置する部分の膜１５であり、五酸化タンタル（Ｔａ２ Ｏ５ ）を主成分とする膜（以下、「五酸化タンタル含有膜」ともいう。）である。
もう１つの部分は、枠状部材１８の上方に位置する部分の膜１６であり、Ｔａ、Ｎａ、Ｏを含む膜、又はＴａ、Ｌｉ、Ｏを含む膜である。この膜１６は、タンタル酸ナトリウム（ＮａＴａＯ３ ）又はタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３ ）を含んでいてもよい。この膜１６は、反射防止機能に加えて光を吸収する機能も兼ね備えている。吸収される光は、必ずしも可視光に限定されない。この膜１６を、以下の記述では便宜上、「光吸収膜」と呼ぶことにする。
反射防止膜１４を構成する２つの部分の膜１５，１６は、それぞれ別体として形成されたものではなく、後述するように一体的に形成されたものである。つまり、五酸化タンタル含有膜１５と光吸収膜１６は、ホウケイ酸ガラス１３の第２の面Ｓ２上に連続的に形成され、各部分の膜１５，１６の表面は同一面上にある。また、五酸化タンタル含有膜１５と光吸収膜１６とは、同じ厚さを有していてもよい。
また、反射防止膜１４は、基本的には単一層の構造（五酸化タンタル含有層１５と光吸収層１６が同一面上に形成された１層構造）で十分であるが、本実施形態では、図１の上側に拡大表示して示すように４層の構造を有している。すなわち、この反射防止膜１４のうちキャビティＣＶの上方に位置する部分の多層膜は、下層側から順に五酸化タンタル含有層１５、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２ 層）１７、五酸化タンタル含有層１５、ＳｉＯ２ 層１７が積層されている。一方、反射防止膜１４のうち枠状部材１８の上方に位置する部分の多層膜は、下層側から順に光吸収層１６、ＳｉＯ２ 層１７、光吸収層１６、ＳｉＯ２ 層１７が積層されている。
なお、図１の例では、多層反射防止膜中における五酸化タンタル含有膜１５及び光吸収膜１６は、１層構造の場合と同じ符号及び図を用いて記載している。
図２は、本実施形態の光デバイス用キャップ１０の適用例（基板上に搭載された光デバイスをキャップ１０で封止した状態）を断面図の形態で示したものである。
図２において、２０はＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子、３０は半導体（シリコン）基板、３２は半導体基板３０の所定の箇所（発光素子２０を実装する位置に対応する箇所）において厚さ方向に貫通して形成された貫通電極（銅やアルミニウム等からなる）を示す。発光素子２０は、キャップ１０の平板状部材１２と枠状部材１８によって形成されたキャビティＣＶ内に収容される形で実装されている。
この発光素子２０は、平板状部材１２を構成するホウケイ酸ガラス１３の第１の面Ｓ１に対向する側の面に光出射面２１を有し、これと反対側の面（半導体基板３０に対向する側の面）に電極パッド（図示せず）を有している。発光素子２０の電極パッドには、半導体基板３０に実装される際に電極端子として用いられるはんだバンプや金バンプ等の導体２２が接合され、この導体２２を介して基板３０の貫通電極３２の一端に電気的に接続されている。貫通電極３２の他端は、基板３０の反対側の面に形成された外部端子（図示せず）に電気的に接続されている。
キャップ１０は、その枠状部材１８の底面と基板３０との間に接着層（例えば、エポキシ系樹脂やアクリル系樹脂等の光硬化性又は熱硬化性の樹脂）を介在させて、基板３０上に実装された発光素子２０を封止するように実装されている。
図２の例では、半導体基板３０上に発光素子２０及びキャップ１０を実装しているが、実装する基板の形態がこれに限定されないことはもちろんである。例えば、プラスチックパッケージに使用される樹脂基板や、セラミックパッケージに使用されるセラミック基板等を用いてもよい。また、基板に実装される光デバイスとしては、発光素子に限らず、ＰＤ（フォトダイオード）等の受光素子を実装してもよい。
図３は、本実施形態の光デバイス用キャップ１０による作用効果（図３（ａ））を、比較例の場合（図３（ｂ））と対比させて示したものである。
図３（ａ）において、矢印で示すＡ１は発光素子２０から出射された光のうち本来の目的に利用されるべき有効な出射光、Ａ２は出射光Ａ１がガラス１３及び五酸化タンタル含有膜１５を透過して外部に出射される光を模式的に示している。また、矢印で示すＢ１は外部から入射される不要な光（外光）、Ｂ２は外光Ｂ１が光吸収膜１６を透過してガラス１３中を進行する光、Ｂ３はその光Ｂ２がガラス１３を透過して発光素子２０に入射される光を模式的に示している。また、矢印で示すＣ１は発光素子２０から出射された光のうち本来の目的に利用されない不要な出射光、Ｃ２は出射光Ｃ１がガラス１３に入射してガラス１３中を進行する光、Ｃ３はその光Ｃ２がガラス１３の第２の面Ｓ２で反射されてガラス１３中を進行する光、Ｃ４はその光Ｃ３がガラス１３の第１の面Ｓ１で反射されてガラス１３中を進行する光、Ｃ５はその光Ｃ４がガラス１３及び光吸収膜１６を透過して外部に出射される光を模式的に示している。
図３（ｂ）に示す比較例においても同様であり、対応する部分の光成分については同じ符号（Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５）を付して示している。ただし、この比較例の光デバイス用キャップ１０ａにおいては、ホウケイ酸ガラス１３自体が平板状部材を構成し、このガラス１３の両面（枠状部材１８が接合されている部分を除く）は露出している。
比較例の光デバイス用キャップ１０ａの構成では（図３（ｂ）参照）、ガラス１３と枠状部材（シリコン）１８の接合部上の部分が光学的に透明であるため、不要な反射が起こり光学特性が劣化するという問題がある。
例えば、発光素子２０から出射された不要な出射光Ｃ１は、ガラス１３に入射してガラス１３中を進行し（Ｃ２）、ガラス１３の上面で反射され（Ｃ３）、さらにガラス１３の下面（シリコン１８との界面）で反射され（Ｃ４）、その反射光Ｃ４がそのままガラス１３を透過して外部に出射されてしまう（Ｃ５）。このため、この不所望の出射光Ｃ５によって近傍に配置される他の光デバイス等に多大な影響が及ぼされることになる。これは、発光素子２０も含めてキャップ１０ａ全体としての光学特性の劣化につながる。
また、外部から入射される不要な光（外光）Ｂ１は、ガラス１３に入射してガラス１３中を進行し（Ｂ２）、その光Ｂ２がそのままガラス１３を透過して発光素子２０に入射されてしまう（Ｂ３）。このため、発光素子２０の光出射面に不所望の外光Ｂ３が入射することによって多大な影響が及ぼされることになる。この場合も同様に光学特性の劣化につながる。
これに対し、本実施形態の光デバイス用キャップ１０の構成では（図３（ａ）参照）、ホウケイ酸ガラス１３の第２の面Ｓ２に形成された反射防止膜１４のうち特定の部分（枠状部材１８の上方に位置する部分）に光吸収膜１６が形成されている。つまり、ガラス１３と枠状部材（シリコン）１８の接合部の上方の部分に光学的に不透明な部分（光吸収膜１６）が存在し、この部分で不要な反射が起こりにくい構造となっている。
この構造により、外部から入射される不要な光（外光）Ｂ１については、その殆どの光量が光吸収膜１６で吸収されるので、光吸収膜１６を透過してガラス１３に入射される光Ｂ２、更にガラス１３を透過して発光素子２０に入射される光Ｂ３は大いに低減される。その結果、発光素子２０の光出射面に不所望の外光Ｂ３が入射することによって及ぼされる影響を抑制することができる。これは、発光素子２０も含めてキャップ１０全体としての光学特性の向上に寄与する。
また、発光素子２０から出射された不要な出射光Ｃ１については、ガラス１３に入射してガラス１３中を進行し（Ｃ２）、ガラス１３の第２の面Ｓ２で反射され（Ｃ３）、さらにガラス１３の第１の面Ｓ１（シリコン１８との界面）で反射されるが（Ｃ４）、この反射光Ｃ４は、その殆どの光量が光吸収膜１６で吸収される。その結果、光吸収膜１６を透過して外部に出射される光Ｃ５は大いに低減され、この不所望の出射光Ｃ５によって近傍に配置される他の光デバイス等に及ぼされる影響を抑制することができる。この場合も同様に光学特性の向上に寄与する。
（第２の実施形態）
図４（ａ）は第２の実施形態に係る枠付反射防止ガラスとしての光デバイス用キャップの構成を断面図の形態で示したものである。また、図４（ｂ）はその光デバイス用キャップによる作用効果を示している。
図４（ａ）は第２の実施形態に係る枠付反射防止ガラスとしての光デバイス用キャップの構成を断面図の形態で示したものである。また、図４（ｂ）はその光デバイス用キャップによる作用効果を示している。
本実施形態に係る光デバイス用キャップ１０Ａは、第１の実施形態の光デバイス用キャップ１０（図１）の構成と比べて、平板状部材１２Ａを構成するホウケイ酸ガラス１３の両面Ｓ１，Ｓ２にそれぞれ反射防止膜１４（五酸化タンタル含有膜１５及び光吸収膜１６）が形成されている点で相違している。すなわち、ホウケイ酸ガラス１３の第１の面Ｓ１上で枠状部材（シリコン）１８に接触する部分にも、光吸収膜１６が形成されている。他の部分の構成については、第１の実施形態（キャップ１０）と同じであるのでその説明は省略する。
この第２の実施形態に係る光デバイス用キャップ１０Ａによれば、ガラス１３とシリコン１８の接合部の上方の部分（ガラス１３の第２の面Ｓ２側）に加えてその接合部の部分（ガラス１３の第１の面Ｓ１側）にも光学的に不透明な部分（光吸収膜１６）が存在しているので、第１の実施形態（キャップ１０）と比べて、光学特性を更に向上させることができるという利点がある。
すなわち、第１の実施形態では（図３（ａ）参照）、シリコン１８はガラス１３の第１の面Ｓ１に直接接触しているので、この境界面に入射した光Ｃ３は、ほぼ同じ光強度をもって反射される（反射光Ｃ４）。これに対し、第２の実施形態では（図４参照）、ガラス１３とシリコン１８の接合部の部分（ガラス１３と光吸収膜１６との境界面）に入射した光Ｃ３は、その殆どの光量が光吸収膜１６で吸収されるので、反射光Ｃ４は大いに低減される。さらに、この反射光Ｃ４は、反対側（第２の面Ｓ２側）の光吸収膜１６で吸収されるので、外部への不所望の光の出射（図３（ａ）の出射光Ｃ５）を防ぐことができる。これにより、近傍に配置される他の光デバイス等に及ぼされる影響を無くすことができ、光学特性の更なる向上に寄与する。
（第３の実施形態）
図５（ａ）は第３の実施形態に係る枠付反射防止ガラスとしての光デバイス用キャップの構成を断面図の形態で示したものである。また、図５（ｂ）はその光デバイス用キャップによる作用効果を示している。
図５（ａ）は第３の実施形態に係る枠付反射防止ガラスとしての光デバイス用キャップの構成を断面図の形態で示したものである。また、図５（ｂ）はその光デバイス用キャップによる作用効果を示している。
本実施形態に係る光デバイス用キャップ１０Ｂは、第２の実施形態の光デバイス用キャップ１０Ａ（図４）の構成と比べて、ホウケイ酸ガラス１３の第１の面Ｓ１上に形成される光吸収膜１６ａの形成領域を、枠状部材（シリコン）１８上の領域から更に内側方向に所定の範囲だけ拡張した点で相違している。この所定の範囲は、発光素子２０と平板状部材１２Ｂの相対位置関係に依存するが、基本的には、外部からの不要な入射光（外光）Ｂ１が進行する方向の延長線上と、発光素子２０から出射された光のうち不要な出射光Ｃ１が進行する方向の延長線上をそれぞれ横切る程度の範囲に選定される。他の部分の構成については、第２の実施形態（キャップ１０Ａ）と同じであるのでその説明は省略する。
この第３の実施形態に係る光デバイス用キャップ１０Ｂによれば、ガラス１３の第１の面Ｓ１側でシリコン１８上の領域から内側方向に拡張した部分にも光学的に不透明な部分（光吸収膜１６）が存在しているので、第２の実施形態（キャップ１０Ａ）と比べて、光学特性を更に向上させることができるという利点がある。
すなわち、第２の実施形態では（図４参照）、ガラス１３の第１の面Ｓ１上に形成される光吸収膜１６の形成領域はシリコン１８上の領域のみであるため、外部からの不要な入射光（外光）Ｂ１は、殆どの光量が第２の面Ｓ２側の光吸収膜１６で吸収されるものの、この光吸収膜１６を透過してガラス１３に入射される光Ｂ２は、そのままガラス１３を透過して発光素子２０に入射される（入射光Ｂ３）。これに対し、第３の実施形態では（図５参照）、ガラス１３に入射された光Ｂ２は、第１の面Ｓ１上で内側方向に拡張された光吸収膜１６で吸収されるので、発光素子２０への不所望の光の入射（図４（ｂ）の入射光Ｂ３）を防ぐことができる。これにより、発光素子２０に及ぼされる影響を無くすことができ、光学特性の更なる向上に寄与する。
また、この第３の実施形態では（図５参照）、発光素子２０から出射された不要な出射光Ｃ１は殆どの光量が第１の面Ｓ１側の拡張された光吸収膜１６で吸収されるので、その後ガラス１３に入射した光Ｃ２の反射を防ぐことができる。これにより、外部への不所望の光の出射を確実に防止し、近傍に配置される他の光デバイス等に及ぼされる影響を無くすことができる（光学特性の更なる向上）。
（各実施形態に係る光デバイス用キャップの製造方法）
以下、上述した第１〜第３の各実施形態に係る光デバイス用キャップ１０，１０Ａ，１０Ｂを製造する方法について、図６〜図１０を参照しながら説明する。
以下、上述した第１〜第３の各実施形態に係る光デバイス用キャップ１０，１０Ａ，１０Ｂを製造する方法について、図６〜図１０を参照しながら説明する。
図６は第１の実施形態に係る光デバイス用キャップ１０（図１）の製造工程の一例を断面図の形態で示したものである。
先ず最初の工程では（図６（ａ）参照）、キャップ１０を構成する部材として、光透過性の材料からなる平板状部材１２ａと、シリコン（Ｓｉ）からなる枠状部材１８とを用意する。平板状部材１２ａは、ホウケイ酸ガラス１３の第２の面Ｓ２（枠状部材１８が接合される側と反対側の面）に、五酸化タンタル（Ｔａ２ Ｏ５ ）を主成分とする膜（五酸化タンタル含有膜）１５を形成したものである。ホウケイ酸ガラス１３は、その両面間に所定のバイアス電圧が印加されたときに可動イオンとなり得るナトリウム（Ｎａ）を含むものを使用し、その厚さは、例えば、０．２〜０．５ｍｍ程度に選定されている。
平板状部材１２ａは、所要の厚さに成形されたホウケイ酸ガラス１３に、例えば、陽極酸化法を用いて五酸化タンタル含有膜１５を形成することにより、得られる。また、枠状部材１８は、平板状部材１２ａの外形に合わせた大きさのシリコン基板を用意し、このシリコン基板を研削装置等を用いて所定の厚さに薄くし、この薄くしたシリコン基板に対し反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のドライエッチングを施して四角形状に貫通孔を形成することにより、得られる。
次の工程では（図６（ｂ）参照）、平板状部材１２ａのガラス１３が形成されている側の面（第１の面Ｓ１）に枠状部材（シリコン）１８を重ね合わせ、陽極接合によって両者を接合する。具体的には、その重ね合わせた平板状部材１２ａ及び枠状部材（シリコン）１８を１００〜４００℃ぐらいに温め、直流（ＤＣ）電源４０の正（＋）極側につながる電極４１を枠状部材（シリコン）１８の底面に当接させ、負（−）極側につながる電極４２を平板状部材１２ａの五酸化タンタル含有膜１５の面に当接させて、両者間に所定のバイアス電圧（ＤＣ１００〜１０００Ｖ程度）を印加する。
これにより、ホウケイ酸ガラス１３中のナトリウムイオン（Ｎａ+ ）が負（−）電極４２側に向かってガラス１３中を移動し、ガラス１３と枠状部材（シリコン）１８の接合面では、シリコン１８側には正（＋）の電荷が集まった層が、ガラス１３側にはＳｉＯ- の空間電荷層（Ｎａイオンが欠乏した層）がそれぞれ形成される。その結果、ガラス１３とシリコン１８の界面で静電気引力が発生し、両者は共有結合される。
また、ガラス１３中を移動したＮａイオンは、五酸化タンタル含有膜１５のうち枠状部材（シリコン）１８の上方に位置する部分に取り込まれる。その結果、当該部分の五酸化タンタル含有膜１５は、Ｎａ、Ｔａ、Ｏを含有した膜（光吸収膜１６）に変化する。このとき、光吸収膜１６はＮａイオンの移動により形成されるため、厳密には枠状部材（シリコン）１８とガラス１３の一面側（第１の面Ｓ１側）とが接触する部分よりも若干広い範囲（又は狭い範囲）で形成されることがある。
多層反射防止膜中においても、Ｎａイオンがシリコン酸化膜中を透過して移動するため、複数層のＴａ、Ｎａ、Ｏを含む膜１６を形成することができる。また、多層反射防止膜中においては、少なくとも一層の五酸化タンタル含有膜１５がＴａ、Ｎａ、Ｏを含む膜１６を有していればよく、全ての五酸化タンタル含有膜１５がＴａ、Ｎａ、Ｏを含む膜１６に変化している必要はない。
この後、バイアス電圧の印加を停止し、電極４１，４２から解放することで、第１の実施形態の光デバイス用キャップ１０（図６（ｃ）参照）が作製されたことになる。
図６に例示した光デバイス用キャップ１０の製造方法によれば、上述した光デバイス用キャップ１０の構造に基づいた効果（光学特性の向上）に加えて、さらに以下のメリットがある。
すなわち、現状の技術では、ガラス上に光吸収膜を形成する場合、例えば以下のように行われている。先ず、ガラス上にＣＶＤ法等により光吸収性の金属膜を全面に形成し、さらにその上にエッチングレジストを形成後、このレジスト層を所要の形状にパターニングし、このパターニングされたレジスト層をマスクにして金属膜をエッチングし（光吸収膜の形成）、最後にレジスト層を除去する。つまり、フォトリソグラフィ工程を用いる必要がある。
これに対し、図６に例示した方法では、ホウケイ酸ガラス１３上に所要の金属膜（五酸化タンタル含有膜１５）を形成後、枠状部材（シリコン）１８を介在させて陽極接合により、この金属膜１５に所定の負（−）電圧を印加するだけで、所望の光吸収膜１６を容易に形成することができる。特定的には、枠状部材（シリコン）１８とガラス１３とが当接する箇所に対応した部分にのみ光吸収膜１６を形成できるため、マスク等が不要で製造工程を簡略化することができる。つまり、現状の技術において必要とされているフォトリソグラフィ工程を用いないでパターニングが可能となるため、製造工程の簡略化及び製造コストの低減化を図ることができる。
また、図６に例示した光デバイス用キャップ１０の製造方法では、ホウケイ酸ガラス１３と負（−）電極４２との間に五酸化タンタル含有膜１５が介在し、この膜１５中にＮａイオンが取り込まれるので、一般的な陽極接合の場合とは違い、負（−）電極に析出されるナトリウム（正確には水酸化ナトリウム）の析出量を大いに抑制することができる。これは、電極の維持管理という点から有用である。
図７及び図８は第２の実施形態に係る光デバイス用キャップ１０Ａ（図４）の製造工程の一例を断面図の形態で示したものである。
先ず最初の工程では（図７（ａ）参照）、キャップ１０Ａを構成する部材として、光透過性の材料からなる平板状部材１２ｂと、シリコン（Ｓｉ）からなる枠状部材１８とを用意する。平板状部材１２ｂは、ホウケイ酸ガラス１３の両面Ｓ１，Ｓ２にそれぞれ五酸化タンタル含有膜１５を形成したものである。ホウケイ酸ガラス１３の材料及び厚さ、平板状部材１２ｂ及び枠状部材（シリコン）１８の形成方法については、上述した図６（ａ）の工程で説明したものと同様である。
次の工程では（図７（ｂ）参照）、平板状部材１２ｂの一方の面側（図示の例ではガラス１３の第１の面Ｓ１側）の五酸化タンタル含有膜１５が形成されている側の面に枠状部材（シリコン）１８を重ね合わせ、その重ね合わせた平板状部材１２ｂ及び枠状部材（シリコン）１８に対し、上述した図６（ｂ）の工程で印加したバイアス電圧とは逆バイアスの電圧を印加する。すなわち、電極４２を電源４０の正（＋）極側に接続してこの電極４２を平板状部材１２ｂの五酸化タンタル含有膜１５の面に当接させ、電極４１を負（−）極側に接続してこの電極４１を枠状部材（シリコン）１８の底面に当接させて、両者間に逆バイアスの電圧（ＤＣ１００〜１０００Ｖ程度）を印加する。
これにより、ホウケイ酸ガラス１３中のＮａイオンが負（−）電極４１側に向かってガラス１３中を移動し、この移動したＮａイオンは、五酸化タンタル含有膜１５のうち枠状部材（シリコン）１８の位置に対応する部分に取り込まれる。その結果、当該部分の五酸化タンタル含有膜１５は、Ｎａ、Ｔａ、Ｏを含有した膜（光吸収膜１６）に変化する。この時点では、ガラス１３とシリコン１８の界面に静電気引力が発生していないので、両者は接合された状態にはない。
この後、逆バイアス電圧の印加を停止すると、図７（ｃ）に示すように中間体１２ｃが得られる。この中間体１２ｃは、ガラス１３とシリコン１８が未接合状態にあるため、図示のように電極４１，４２間に保持しておく。
次の工程では（図８（ａ）参照）、この中間体１２ｃに対し、上述した図６（ｂ）の工程で行った処理と同様にして、順バイアスの電圧を印加して陽極接合により両者を接合する。この時点で、ガラス１３上の光吸収膜１６とシリコン１８の界面に静電気引力が発生し、両者は共有結合される。
また、ガラス１３中を移動したＮａイオンは、五酸化タンタル含有膜１５のうち枠状部材（シリコン）１８の上方に位置する部分に取り込まれる。その結果、当該部分の五酸化タンタル含有膜１５は、Ｎａ、Ｔａ、Ｏを含有した膜（光吸収膜１６）に変化する。
この後、バイアス電圧の印加を停止し、電極４１，４２から解放することで、第２の実施形態の光デバイス用キャップ１０Ａ（図８（ｂ）参照）が作製されたことになる。
図７及び図８に例示した光デバイス用キャップ１０Ａの製造方法においても、上述した図６の製造方法の場合と同様に、製造コストの低減化を図ることができ、また、負（−）電極に析出される水酸化ナトリウムの析出量を大いに抑制することが可能となる。
図９は第２の実施形態に係る光デバイス用キャップ１０Ａ（図４）の製造工程の他の例を断面図の形態で示したものである。
先ず最初の工程では（図９（ａ）参照）、上述した図７（ａ）の工程で行った処理と同様にしてキャップ１０Ａを構成する部材（光透過性の材料からなる平板状部材１２ｂと、シリコン（Ｓｉ）からなる枠状部材１８）を用意する。ただし、本工程では、平板状部材１２ｂ（ホウケイ酸ガラス１３の両面に五酸化タンタル含有膜１５を形成したもの）のみを使用する。
次に、この平板状部材１２ｂに対し、その両面間に所定のバイアス電圧を印加する。このとき、電源４０の正（＋）極側に接続される一方の電極については、図７（ｂ）の工程で用いた電極４２と同じものを使用するが、電源４０の負（−）極側に接続される他方の電極については、図９（ａ）に示すように断面視したときに凹状を呈する特定形状の電極４３を使用する。
この負（−）極側の電極４３は、五酸化タンタル含有膜１５に接触する部分の電極面の形状が所定の形状にパターニングされている。この所定の形状は、例えば、枠状部材１８を平面視したときの四角形のリング状に相当する形状である。この負（−）極側の電極４３を、便宜上、「パターン電極」と呼ぶことにする。
すなわち、正（＋）極側の電極４２を平板状部材１２ｂの一方の五酸化タンタル含有膜１５の面全体に当接させ、負（−）極側のパターン電極４３を平板状部材１２ｂの他方の五酸化タンタル含有膜１５の面の一部に当接させて、両者間に所定のバイアス電圧（ＤＣ１００〜１０００Ｖ程度）を印加する。
これにより、ホウケイ酸ガラス１３中のＮａイオンがパターン電極４３側に向かってガラス１３中を移動し、この移動したＮａイオンは、五酸化タンタル含有膜１５のうちパターン電極４３との接合部に位置する部分に取り込まれる。その結果、当該部分の五酸化タンタル含有膜１５は、Ｎａ、Ｔａ、Ｏを含有した膜（光吸収膜１６）に変化する。
この後、バイアス電圧の印加を停止し、電極４２，４３から解放すると、図９（ｂ）に示すように中間体１２ｄが得られる。
次の工程では（図９（ｃ）参照）、この中間体１２ｄの光吸収膜１６が形成されている側の面に枠状部材（シリコン）１８を重ね合わせ、その重ね合わせた中間体１２ｄ及び枠状部材（シリコン）１８に対し、上述した図８（ａ）の工程で行った処理と同様にして、順バイアスの電圧を印加して陽極接合により両者を接合する。これ以降の処理については、上述した図８（ａ）及び（ｂ）の工程と同じであるのでその説明は省略する。
最終的に、バイアス電圧の印加を停止し、電極４１，４２から解放することで、第２の実施形態の光デバイス用キャップ１０Ａが作製されたことになる。
図９に例示した光デバイス用キャップ１０Ａの製造方法によれば、光吸収膜１６は、電極パターン（パターン電極４３の形状）に対応した任意の形状に形成することが可能なため、従来の形成方法と比べて簡便且つ低コストで形成することができる。
また、陽極接合工程（図８（ａ））とは別工程（図９（ａ））で光吸収膜１６を形成しているが、この別工程においても既存の陽極接合装置を使用することが可能であり、設備の簡略化を図ることができる。
図１０は第３の実施形態に係る光デバイス用キャップ１０Ｂ（図５）の製造工程の一例を断面図の形態で示したものである。
先ず最初の工程では（図１０（ａ）参照）、上述した図７（ａ）の工程で行った処理と同様にして、キャップ１０Ｂを構成する部材（光透過性の材料からなる平板状部材１２ｅと、シリコン（Ｓｉ）からなる枠状部材１８）を用意する。ただし、本工程では、平板状部材１２ｅ（ホウケイ酸ガラス１３の両面にそれぞれ五酸化タンタル含有膜１５，１５ａを形成したもの）のみを使用する。
次に、この平板状部材１２ｅに対し、その両面間に所定のバイアス電圧を印加する。このとき、電源４０の正（＋）極側に接続される一方の電極については、図７（ｂ）の工程で用いた電極４２と同じものを使用するが、電源４０の負（−）極側に接続される他方の電極については、上述した図９（ａ）の工程で用いたパターン電極４３と同様のパターン電極４４を使用する。
ただし、本工程で使用するパターン電極４４の電極面（五酸化タンタル含有膜１５ａに接触する部分）の形状は、枠状部材１８を平面視したときの四角形のリング状に相当する形状を更に内側方向に所定の範囲だけ拡張した形状にパターニングされている。
すなわち、正（＋）極側の電極４２を平板状部材１２ｅの一方の五酸化タンタル含有膜１５の面全体に当接させ、負（−）極側のパターン電極４４を平板状部材１２ｅの他方の五酸化タンタル含有膜１５ａの面の一部に当接させて、両者間に所定のバイアス電圧（ＤＣ１００〜１０００Ｖ程度）を印加する。
これにより、ホウケイ酸ガラス１３中のＮａイオンがパターン電極４４側に向かってガラス１３中を移動し、移動したＮａイオンは、五酸化タンタル含有膜１５ａのうちパターン電極４４の位置に対応する部分に取り込まれる。その結果、当該部分の五酸化タンタル含有膜１５ａは、Ｎａ、Ｔａ、Ｏを含有した膜（光吸収膜１６ａ）に変化する。
この後、バイアス電圧の印加を停止し、電極４２，４４から解放すると、図１０（ｂ）に示すように中間体１２ｆが得られる。
次の工程では（図１０（ｃ）参照）、この中間体１２ｆの光吸収膜１６ａが形成されている側の面に枠状部材（シリコン）１８を重ね合わせ、その重ね合わせた中間体１２ｆ及び枠状部材（シリコン）１８に対し、上述した図８（ａ）の工程で行った処理と同様にして、順バイアスの電圧を印加して陽極接合により両者を接合する。これ以降の処理については、上述した図８（ａ）及び（ｂ）の工程と同じであるのでその説明は省略する。
最終的に、バイアス電圧の印加を停止し、電極４１，４２から解放することで、第３の実施形態の光デバイス用キャップ１０Ｂが作製されたことになる。
図１０に例示した光デバイス用キャップ１０Ｂの製造方法においても、上述した図９の製造方法の場合と同様に、光吸収膜１６ａを電極パターン（パターン電極４４の形状）に対応した任意の形状に形成することが可能なため、従来の形成方法と比べて簡便且つ低コストで形成することができる。
また、陽極接合工程（図８（ａ））とは別工程（図１０（ａ））で光吸収膜１６ａを形成しているが、この別工程においても既存の陽極接合装置を使用することが可能であり、設備の簡略化を図ることができる。
図１１は、他の実施形態に係る光デバイス用キャップの適用例（基板上に搭載された光デバイスをキャップで封止した状態）を断面図の形態で示したものである。
図１１において（ａ）に示す光デバイス用キャップ１０Ｃの構成では、枠状部材（シリコン）１８ａの発光素子２０ａ側の側面は、傾斜面（テーパ部）１９を有している。この発光素子２０ａは、はんだバンプ等の導体２４を介して半導体基板３０ａ上の導体（図示せず）に電気的に接続されている（フリップチップ接続）。また、発光素子２０ａはその側面に光出射面を有している。発光素子２０ａから出射された光は、枠状部材１８ａのテーパ部１９で反射され、ガラス１３及び反射防止膜（五酸化タンタル含有膜）１５を透過して外部に出射される。このため、枠状部材１８ａのテーパ部１９には、反射特性を向上させるために、適当な金属膜が形成されているのが望ましい。他の部分の構成については、第１の実施形態（キャップ１０）と同じであるのでその説明は省略する。
また、図１１（ｂ）に示す光デバイス用キャップ１０Ｄの構成では、図１１（ａ）のキャップ１０Ｃと同様に、枠状部材（シリコン）１８ａの発光素子２０ａ側の側面にテーパ部１９を設けている。他の部分の構成については、第２の実施形態（キャップ１０Ａ）と同じであるのでその説明は省略する。
図１１に例示する実施形態によれば、枠状部材（シリコン）１８ａに設けたテーパ部１９を利用することで、発光素子２０ａから出射された光を、所望の方向に指向させることが可能となる。
図１２は、更に他の実施形態に係る光デバイス用キャップの適用例（基板上に搭載された光デバイスをキャップで封止した状態）を断面図の形態で示したものである。
図１２において（ａ）に示す光デバイス用キャップ１０Ｅの構成では、枠状部材（シリコン）１８ｂの発光素子２０ｂ側の側面は、図１１の場合とは上下逆方向の傾斜面（テーパ部）を有している。また、発光素子２０ｂは、ワイヤ２６を介して半導体基板３０ｂ上の導体（図示せず）に電気的に接続されている（ワイヤボンディング接続）。この発光素子２０ｂは、ワイヤ２６が接続されている側の面（図示の例では上側）に光出射面を有している。従って、発光素子２０ｂから出射された光は、そのまま上方向に進行し、ガラス１３及び反射防止膜（五酸化タンタル含有膜）１５を透過して外部に出射される。他の部分の構成については、第１の実施形態（キャップ１０）と同じであるのでその説明は省略する。
また、図１２（ｂ）に示す光デバイス用キャップ１０Ｆの構成では、図１２（ａ）のキャップ１０Ｅと同様に枠状部材（シリコン）１８ｂの発光素子２０ｂ側の側面に、図１１の場合とは上下逆方向のテーパ部を設けている。他の部分の構成については、第２の実施形態（キャップ１０Ａ）と同じであるのでその説明は省略する。
図１２に例示する実施形態によれば、枠状部材（シリコン）１８ｂの発光素子２０ｂ側の側面に設けたテーパ部の存在により、発光素子２０ｂから出射された光のうち不所望の光を有効にカットすることができる。
上述した各実施形態では、本発明に係る枠付反射防止ガラスを光デバイス用キャップとして応用した場合を例にとって説明したが、枠付反射防止ガラスは他の用途にも応用することが可能である。例えば、第１の実施形態の光デバイス用キャップ１０（図１）を例にとると、ホウケイ酸ガラス１３上に形成された反射防止膜１４を構成する２つの部分の膜１５，１６のうち、キャビティＣＶの上方に位置する五酸化タンタル含有膜１５を光透過膜として利用することにより、特定の波長の光のみを透過させる干渉フィルタとして応用することができる。
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ…光デバイス用キャップ、
１２，１２Ａ，１２Ｂ…平板状部材、
１３…ホウケイ酸ガラス、
１４，１４ａ…反射防止膜、
１５，１５ａ…五酸化タンタル含有膜、
１６，１６ａ…Ｎａ、Ｔａ、Ｏを含有した膜（光吸収膜）、
１８，１８ａ，１８ｂ…枠状部材（シリコン）、
２０，２０ａ，２０ｂ…発光素子（光デバイス）、
４０…陽極接合用の直流（ＤＣ）電源、
４１，４２（４３，４４）…電極（パターン電極）、
Ａ１，Ａ２…（発光素子からの）有効な出射光、
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３…外光（不要な入射光）、
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５…（発光素子からの）不要な出射光。
１２，１２Ａ，１２Ｂ…平板状部材、
１３…ホウケイ酸ガラス、
１４，１４ａ…反射防止膜、
１５，１５ａ…五酸化タンタル含有膜、
１６，１６ａ…Ｎａ、Ｔａ、Ｏを含有した膜（光吸収膜）、
１８，１８ａ，１８ｂ…枠状部材（シリコン）、
２０，２０ａ，２０ｂ…発光素子（光デバイス）、
４０…陽極接合用の直流（ＤＣ）電源、
４１，４２（４３，４４）…電極（パターン電極）、
Ａ１，Ａ２…（発光素子からの）有効な出射光、
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３…外光（不要な入射光）、
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５…（発光素子からの）不要な出射光。
Claims (9)
- 平板状のガラスの少なくとも一方の面に反射防止膜が形成された平板状部材と、
前記平板状部材の一面側の周囲部に接合されたシリコンの枠状部材とを有し、
前記反射防止膜は、組成の異なる２つの部分の膜からなり、１つの部分の膜は、少なくとも前記枠状部材の位置に対応する部分に形成された光吸収性を有する膜であり、
前記反射防止膜を構成する２つの部分の膜は、前記ガラスの少なくとも一方の面上に連続的に形成され、各部分の膜の表面は同一面上にあることを特徴とする枠付反射防止ガラス。 - 前記反射防止膜は、シリコン酸化膜を介して積層されていることを特徴とする請求項１に記載の枠付反射防止ガラス。
- 前記光吸収性を有する膜は、前記枠状部材上の領域から更に内側方向に拡張して形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の枠付反射防止ガラス。
- 前記反射防止膜及び前記光吸収性を有する膜は、前記ガラスの両面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の枠付反射防止ガラス。
- 前記光吸収性を有する膜は、Ｔａ、Ｎａ、Ｏを含んだ膜であることを特徴とする請求項１に記載の枠付反射防止ガラス。
- 前記ガラスは、少なくともナトリウム又はリチウムを含むホウケイ酸ガラスであり、
前記反射防止膜は、五酸化タンタルを主成分とする膜であり、
前記光吸収性を有する膜は、タンタル酸ナトリウム又はタンタル酸リチウムを含む膜であることを特徴とする請求項１に記載の枠付反射防止ガラス。 - 平板状ガラスの一方の面に反射防止膜が形成された平板状部材と、シリコンからなる枠状部材とを用意する工程と、
前記平板状部材のガラスが露出している側の面を前記枠状部材の上に重ね合わせ、バイアス電圧の印加による陽極接合によって前記ガラスと前記枠状部材とを接合するとともに、前記枠状部材上の前記平板状ガラスの上の部分の前記反射防止膜を、光吸収性を有する膜に変化させる工程と
を含むことを特徴とする枠付反射防止ガラスの製造方法。 - 平板状ガラスの両面にそれぞれ第１、第２の反射防止膜が形成された平板状部材と、シリコンからなる枠状部材とを用意する工程と、
前記平板状部材の前記第１の反射防止膜が形成されている側の面を前記枠状部材の上に重ね合わせ、その両面間に陽極接合時とは逆バイアスの電圧を印加して、前記枠状部材上の部分の前記第１の反射防止膜を、光吸収性を有する膜に変化させる工程と、
前記逆バイアスの電圧の印加を停止後、バイアス電圧の印加による陽極接合によって前記平板状部材と前記枠状部材とを接合するとともに、前記枠状部材上の前記平板状ガラスの上の部分の前記第２の反射防止膜を、光吸収性を有する膜に変化させる工程と
を含むことを特徴とする枠付反射防止ガラスの製造方法。 - 平板状ガラスの両面にそれぞれ第１、第２の反射防止膜が形成された平板状部材を用意する工程と、
前記平板状部材の前記第１の反射防止膜が形成されている側の面に、該第１の反射防止膜に接触する部分の電極面の形状が所定の形状にパターニングされたパターン電極を介して逆バイアスの電圧を印加し、前記パターン電極の上の部分の前記第１の反射防止膜を、光吸収性を有する膜に変化させる工程と、
前記逆バイアスの電圧の印加を停止後、バイアス電圧の印加による陽極接合によって前記平板状部材と、シリコンからなる枠状部材とを接合するとともに、前記パターン電極上の前記平板状ガラスの上の部分の前記第２の反射防止膜を、光吸収性を有する膜に変化させる工程と
を含むことを特徴とする枠付反射防止ガラスの製造方法。
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