JP5877487B1 - 発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】紫外線の高出力化を図ることが可能な発光装置を提供する。【解決手段】発光装置１ａは、実装基板２ａと、実装基板２ａに実装された紫外線発光素子３と、実装基板２ａ上に配置され紫外線発光素子３を露出させる貫通孔４１が形成されたスペーサ４と、スペーサ４の貫通孔４１を塞ぐようにスペーサ４上に配置されたカバー５と、を備える。紫外線発光素子３は、紫外線の波長域に発光ピーク波長を有する。スペーサ４は、Ｓｉにより形成されたスペーサ本体４０を備える。貫通孔４１は、スペーサ本体４０に形成されている。貫通孔４１は、実装基板２ａから離れるにつれて開口面積が漸次増加している。カバー５は、紫外線発光素子３から放射される紫外線を透過するガラスにより形成されている。発光装置１ａでは、スペーサ４とカバー５とが接合されている。【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置に関する。
従来、放熱特性が優れた薄型の発光装置としては、例えば、サブマウント基板と、サブマウント基板に実装されたＬＥＤ素子と、キャビティを有するスペーサと、光学素子と、を備えたＬＥＤパッケージが提案されている（特許文献１）。
光学素子は、例えば、ガラス板からなる。
ＬＥＤパッケージは、ＬＥＤ素子の各電極に形成されたソルダバンプを通してＬＥＤ素子が電極パターンにフリップチップボンディングされている。
スペーサは、例えば、シリコン基板又は絶縁性樹脂基板から作られており、接着シートによりサブマウント基板に接合されている。光学素子は、例えば、ガラス板からなり、接着シートによりスペーサの上面に接合されている。特許文献１には、キャビティ側面から十分な光反射効果を得るために、キャビティ側面にＡｇ又はＡｌからなる反射用金属膜を形成するのが好ましい旨が記載されている。
また、発光装置としては、キャリアと、キャリアの主面上に装着された発光ダイオードであるオプトエレクトロニクス半導体チップと、キャリアに対して実装された光学部品と、を備えたオプトエレクトロニクス素子が提案されている（特許文献２）。
キャリアは、プリント回路基板又はセラミックである。光学部品は、フレームと、ガラスプレートと、を有する。フレームは、シリコンを用いて構成されている。ガラスプレートは、オプトエレクトロニクス半導体チップから出射される放射を透過する。
特開２００６−２７００４６号公報 特表２０１２−５１５４４１号公報
紫外線を出射する発光装置の分野においては、紫外線の高出力化が望まれている。
本発明の目的は、紫外線の高出力化を図ることが可能な発光装置を提供することにある。
本発明の発光装置は、実装基板と、前記実装基板に実装された紫外線発光素子と、前記実装基板上に配置され前記紫外線発光素子を露出させる貫通孔が形成されたスペーサと、前記スペーサの前記貫通孔を塞ぐように前記スペーサ上に配置されたカバーと、を備える。前記紫外線発光素子は、紫外線の波長域に発光ピーク波長を有する。前記実装基板は、支持体と、前記支持体に支持された第１接合用金属層と、を備える。前記スペーサは、Ｓｉにより形成されたスペーサ本体と、前記スペーサ本体における前記実装基板との対向面側で前記実装基板の前記第１接合用金属層に対向しており前記対向面における外周縁の全周に沿って形成されている第２接合用金属層と、を備える。前記貫通孔は、前記スペーサ本体に形成されている。前記貫通孔は、前記実装基板から離れるにつれて開口面積が漸次増加している。前記カバーは、前記紫外線発光素子から放射される紫外線を透過するガラスにより形成されている。発光装置では、前記スペーサと前記カバーとが直接接合されている。発光装置では、前記スペーサの第２接合用金属層と前記実装基板の前記第１接合用金属層とが前記第２接合用金属層の全周に亘ってＡｕＳｎにより接合されている。
本発明の発光装置は、紫外線の高出力化を図ることが可能となる。
図１は、実施形態１の発光装置を示す概略断面図である。 図２は、実施形態１の発光装置を示す概略平面図である。 図３は、実施形態１の発光装置を示す概略側面図である。 図４は、実施形態１の発光装置を示す概略下面図である。 図５は、実施形態１の発光装置を配線基板に実装した状態の概略側面図である。 図６は、実施形態１の発光装置における紫外線発光素子の概略断面図である。 図７Ａは、実施形態１の発光装置の製造方法を説明するための主要工程平面図である。図７Ｂは、実施形態１の発光装置の製造方法を説明するための主要工程平面図である。図７Ｃは、実施形態１の発光装置の製造方法を説明するための主要工程平面図である。図７Ｄは、実施形態１の発光装置の製造方法を説明するための主要工程平面図である。図７Ｅは、実施形態１の発光装置の製造方法を説明するための主要工程平面図である。 図８は、実施形態１の発光装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。 図９は、殺菌効果曲線である。 図１０Ａは、Ｓｉ基板を用いた評価用サンプルに入射角５°で入射する光の波長と反射率との関係説明図である。図１０Ｂは、Ｓｉ基板を用いた評価用サンプルに入射角１５°で入射する光の波長と反射率との関係説明図である。図１０Ｃは、Ｓｉ基板を用いた評価用サンプルに入射角２５°で入射する光の波長と反射率との関係説明図である。図１０Ｄは、Ｓｉ基板を用いた評価用サンプルに入射角３５°で入射する光の波長と反射率との関係説明図である。図１０Ｅは、Ｓｉ基板を用いた評価用サンプルに入射角４５°で入射する光の波長と反射率との関係説明図である。図１０Ｆは、Ｓｉ基板を用いた評価用サンプルに入射角５５°で入射する光の波長と反射率との関係説明図である。 図１１Ａは、Ａｌ基板に入射角１５°で入射する光の波長と反射率との関係説明図である。図１１Ｂは、Ａｌ基板に入射角２５°で入射する光の波長と反射率との関係説明図である。図１１Ｃは、Ａｌ基板に入射角３５°で入射する光の波長と反射率との関係説明図である。図１１Ｄは、Ａｌ基板に入射角４５°で入射する光の波長と反射率との関係説明図である。図１１Ｅは、Ａｌ基板に入射角５５°で入射する光の波長と反射率との関係説明図である。 図１２は、実施形態１の発光装置の変形例を示す概略平面図である。 図１３は、実施形態２の発光装置を示す概略断面図である。 図１４は、実施形態２の発光装置の製造方法を説明する主要工程断面図である。 図１５は、実施形態３の発光装置を示す概略断面図である。 図１６は、実施形態３の発光装置を示す概略平面図である。 図１７は、実施形態３の発光装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。 図１８は、実施形態３の発光装置を配線基板に実装した状態の概略側面図である。 図１９は、実施形態４の発光装置を示す概略断面図である。 図２０は、実施形態４の発光装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。 図２１は、実施形態５の発光装置を示す概略断面図である。 図２２は、実施形態５の発光装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。 図２３は、実施形態６の発光装置を示す概略断面図である。 図２４Ａは、実施形態６の発光装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。図２４Ｂは、実施形態６の発光装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
下記の実施形態１〜６において説明する各図は、模式的な図であり、各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。
（実施形態１）
以下では、本実施形態の発光装置１ａについて、図１〜８に基づいて説明する。なお、図１は、図２のＸ−Ｘ断面に対応する模式的な概略断面図である。
発光装置１ａは、実装基板２ａと、実装基板２ａに実装された紫外線発光素子３と、実装基板２ａ上に配置され紫外線発光素子３を露出させる貫通孔４１が形成されたスペーサ４と、スペーサ４の貫通孔４１を塞ぐようにスペーサ４上に配置されたカバー５と、を備える。実装基板２ａは、支持体２０ａと、支持体２０ａに支持された第１導体部２１、第２導体部２２及び第１接合用金属層２３と、を備える。第１導体部２１及び第２導体部２２は、支持体２０ａの表面２０１側において貫通孔４１により露出するように配置されている。スペーサ４は、Ｓｉにより形成されたスペーサ本体４０と、スペーサ本体４０における実装基板２ａとの対向面４２側で第１接合用金属層２３に対向して配置された第２接合用金属層４３と、を備える。カバー５は、紫外線発光素子３から放射される紫外線を透過するガラスにより形成されている。発光装置１ａでは、スペーサ４とカバー５とが接合されている。紫外線発光素子３は、第１電極３１と、第２電極３２と、突起構造部３６と、を備え、紫外線発光素子３の厚み方向の一面側に第１電極３１及び第２電極３２が配置されている。発光装置１ａは、第１電極３１と第１導体部２１とが、ＡｕＳｎにより形成された第１接合部６１により接合され、第２電極３２と第２導体部２２とが、ＡｕＳｎにより形成された第２接合部６２により接合されている。発光装置１ａは、スペーサ４の第２接合用金属層４３と実装基板２ａの第１接合用金属層２３とが、ＡｕＳｎにより形成された第３接合部６３により接合されている。以上説明した構成の発光装置１ａでは、信頼性の向上を図れ、かつ、低コスト化を図ることが可能となる。
発光装置１ａは、第３接合部６３（図１、３参照）が、スペーサ本体４０における実装基板２ａとの対向面４２における外周縁４２１の全周に沿って形成されているのが好ましい。これにより、発光装置１ａは、外気、水分等が紫外線発光素子３、第１導体部２１及び第２導体部２２に到達するのを抑制することが可能となり、信頼性の向上を図ることが可能となる。発光装置１ａは、スペーサ４とカバー５とで、紫外線発光素子３を覆うキャップ６ａを構成している。また、発光装置１ａは、実装基板２ａとスペーサ４とカバー５とで、紫外線発光素子３を収納するパッケージ７ａを構成している。発光装置１ａは、上述のように第３接合部６３が、スペーサ本体４０における実装基板２ａとの対向面４２における外周縁４２１の全周に沿って形成されていることにより、紫外線発光素子３を気密封止することが可能となる。
上述の発光装置１ａは、見方を変えれば、下記の構成を備える。
発光装置１ａは、実装基板２ａと、実装基板２ａに実装された紫外線発光素子３と、実装基板２ａ上に配置され紫外線発光素子３を露出させる貫通孔４１が形成されたスペーサ４と、スペーサ４の貫通孔４１を塞ぐようにスペーサ４上に配置されたカバー５と、を備える。紫外線発光素子３は、紫外線の波長域に発光ピーク波長を有する。スペーサ４は、Ｓｉにより形成されたスペーサ本体４０を備える。貫通孔４１は、スペーサ本体４０に形成されている。貫通孔４１は、実装基板２ａから離れるにつれて開口面積が漸次増加している。カバー５は、紫外線発光素子３から放射される紫外線を透過するガラスにより形成されている。発光装置１ａでは、スペーサ４とカバー５とが接合されている。このような構成の発光装置１ａでは、紫外線の高出力化を図ることが可能となる。
発光装置１ａの各構成要素については、以下に詳細に説明する。
実装基板２ａは、紫外線発光素子３を実装する基板である。「実装する」とは、紫外線発光素子３を配置して機械的に接続すること及び電気的に接続することを含む概念である。
実装基板２ａは、一例として、１個の紫外線発光素子３を実装できるように構成されている。
実装基板２ａは、平面視において紫外線発光素子３よりも大きい。
支持体２０ａは、第１導体部２１、第２導体部２２及び第１接合用金属層２３を支持する機能を有する。また、支持体２０ａは、第１導体部２１と第２導体部２２と第１接合用金属層２３とを電気的に絶縁する機能を有する。また、支持体２０ａは、紫外線発光素子３で発生する熱を効率良く外部に伝えるためのヒートシンク（heat sink）としての機能を備えているのが好ましい。
実装基板２ａは、支持体２０ａが平板状に形成されており、支持体２０ａの厚さ方向に直交する表面２０１上に第１導体部２１、第２導体部２２及び第１接合用金属層２３が形成されている。
支持体２０ａの外周形状は、矩形（直角四辺形）状としてある。支持体２０ａの外周形状は、矩形状に限らず、例えば、矩形以外の多角形状や、円形状等でもよい。
第１導体部２１は、紫外線発光素子３の第１電極３１が電気的に接続される導電層である。第２導体部２２は、紫外線発光素子３の第２電極３２が電気的に接続される導電層である。
第１導体部２１、第２導体部２２及び第１接合用金属層２３の各々は、例えば、Ｔｉ膜とＰｔ膜とＡｕ膜との積層膜により構成することができる。第１導体部２１、第２導体部２２及び第１接合用金属層２３の各々は、例えば、Ａｌ膜とＮｉ膜とＰｄ膜とＡｕ膜との積層膜、Ｎｉ膜とＡｕ膜との積層膜、Ｃｕ膜とＮｉ膜とＡｕ膜との積層膜等により構成してもよい。第１導体部２１、第２導体部２２及び第１接合用金属層２３の各々は、積層膜により構成する場合、支持体２０ａから最も離れた最上層がＡｕにより形成され、支持体２０ａに最も近い最下層が支持体２０ａとの密着性の高い材料により形成されているのが好ましい。第１導体部２１、第２導体部２２及び第１接合用金属層２３は、積層膜に限らず、単層膜により構成してもよい。
実装基板２ａは、第１導体部２１と第２導体部２２と第１接合用金属層２３とが空間的に分離されるように、第１導体部２１、第２導体部２２及び第１接合用金属層２３が配置されている。実装基板２ａは、第１導体部２１と第２導体部２２との間に溝２０３が形成されている。溝２０３の内面は、支持体２０ａの表面２０１の一部と、第１導体部２１及び第２導体部２２の互いの対向面と、で構成される。実装基板２ａは、第１導体部２１と第２導体部２２と第１接合用金属層２３とが、支持体２０ａの表面２０１上に同じ厚さで形成されている。これにより、実装基板２ａは、第１導体部２１の表面２１１と第２導体部２２の表面２１２と第１接合用金属層２３の表面２３１（図７及び８参照）とが一平面上に揃うように構成されている。
実装基板２ａは、第１外部接続電極２４及び第２外部接続電極２５と、支持体２０ａの厚さ方向に貫通して形成された第１貫通配線２６及び第２貫通配線２７と、を備える。第１外部接続電極２４及び第２外部接続電極２５は、支持体２０ａの裏面２０２に形成されている。第１外部接続電極２４は、第１貫通配線２６を介して第１導体部２１と電気的に接続されている。第２外部接続電極２５は、第２貫通配線２７を介して第２導体部２２と電気的に接続されている。よって、発光装置１ａは、例えば、図５に示すように、配線基板１０ａに表面実装することが可能となる。
配線基板１０ａは、マザー基板である。配線基板１０ａは、例えば、金属ベースプリント配線板により形成することができる。この場合、配線基板１０ａは、例えば、金属板１１１と、金属板１１１上に形成されたＡｕ層１１２と、Ａｕ層１１２上に形成された絶縁樹脂層１１３と、絶縁樹脂層１１３上に形成された第１配線部１１４及び第２配線部１１５と、を備えるのが好ましい。金属板１１１は、Ｃｕ板により構成してあるが、これに限らず、例えば、Ａｌ板により構成してもよい。発光装置１ａと配線基板１０ａとを備えた紫外線ＬＥＤモジュールでは、第１外部接続電極２４がはんだからなる第５接合部１０４により第１配線部１１４と接合され電気的に接続されている。また、紫外線ＬＥＤモジュールでは、第２外部接続電極２５がはんだからなる第６接合部１０５により第２配線部１１５と接合され電気的に接続されている。要するに、紫外線ＬＥＤモジュールは、発光装置１ａが配線基板１０ａに２次実装されている。発光装置１ａは、第１接合部６１、第２接合部６２及び第３接合部６３の各々がＡｕＳｎにより形成されているので、ＡｕＳｎ以外の鉛フリーはんだの一種であるＳｎＣｕＡｇにより形成されている場合に比べて、耐熱性の向上が可能となる。これにより、発光装置１ａは、例えば、配線基板１０ａ等に２次実装する際に第１接合部６１、第２接合部６２及び第３接合部６３が再溶融するのを抑制することが可能となる。紫外線ＬＥＤモジュールでは、平面視において配線基板１０ａが発光装置１ａよりも大きいのが好ましい。これにより、紫外線ＬＥＤモジュールは、放熱性を、より向上させることが可能となる。
配線基板１０ａは、第１配線部１１４及び第２配線部１１５の各々において発光装置１ａに重ならない領域を覆うレジスト層１１６を備えているのが好ましい。レジスト層１１６の材料としては、例えば、白色レジストを採用することができる。白色レジストとしては、例えば、白色顔料を含有した樹脂を挙げることができる。白色顔料としては、例えば、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）等が挙げられる。樹脂としては、例えば、シリコーン樹脂等が挙げられる。白色レジストとしては、例えば、株式会社朝日ラバーのシリコーン製の白色レジスト材である“ASA COLOR（登録商標） RESIST INK”等を採用することができる。レジスト層１１６は、例えば、塗布法により形成することができる。
第１外部接続電極２４及び第２外部接続電極２５の各々は、例えば、Ｔｉ膜とＰｔ膜とＡｕ膜との積層膜により構成することができる。第１導体部２１及び第２導体部２２の各々は、例えば、Ａｌ膜とＮｉ膜とＰｄ膜とＡｕ膜との積層膜、Ｎｉ膜とＡｕ膜との積層膜、Ｃｕ膜とＮｉ膜とＡｕ膜との積層膜等により構成してもよい。第１導体部２１及び第２導体部２２の各々は、積層膜により構成する場合、支持体２０ａから最も離れた最上層がＡｕにより形成され、支持体２０ａに最も近い最下層が支持体２０ａとの密着性の高い材料により形成されているのが好ましい。第１外部接続電極２４及び第２外部接続電極２５は、積層膜に限らず、単層膜により構成してもよい。
第１貫通配線２６及び第２貫通配線２７は、例えば、Ｗ、Ｃｕ等により形成することができる。第１貫通配線２６及び第２貫通配線２７は、紫外線発光素子３の厚さ方向において紫外線発光素子３に重ならないように配置されているのが好ましい。
支持体２０ａは、ＡｌＮセラミックにより形成されているのが好ましい。これにより、発光装置１ａは、支持体２０ａが樹脂基板により構成されている場合に比べて、紫外線発光素子３で発生した熱を支持体２０ａから効率良く放熱させることが可能となる。よって、発光装置１ａは、放熱性を向上させることが可能となる。ＡｌＮセラミックは、電気絶縁性を有するが、熱伝導率が比較的高く、Ｓｉよりも熱伝導率が高い。
紫外線発光素子３は、紫外線ＬＥＤチップである。紫外線発光素子３のチップサイズは、４００μｍ□（４００μｍ×４００μｍ）に設定してあるが、これに限らない。紫外線発光素子３のチップサイズは、例えば、２００μｍ□（２００μｍ×２００μｍ）〜１ｍｍ□（１ｍｍ×１ｍｍ）程度の範囲で適宜設定することができる。また、紫外線発光素子３の平面形状は、正方形状に限らず、例えば、長方形状等でもよい。
紫外線発光素子３は、実装基板２ａにフリップチップ実装されている。
紫外線発光素子３は、図６に示すように、基板３０を備え、基板３０の第１面３０１側において、第１面３０１に近い側から順に、第１導電型半導体層３３、第２導電型半導体層３５が形成されている。要するに、紫外線発光素子３は、第１導電型半導体層３３及び第２導電型半導体層３５を有する半導体多層膜３９を備えている。紫外線発光素子３は、第１導電型半導体層３３がｎ型半導体層により構成され、第２導電型半導体層３５がｐ型半導体層により構成されている。紫外線発光素子３は、第１導電型半導体層３３がｐ型半導体層により構成され、第２導電型半導体層３５がｎ型半導体層により構成されていてもよい。
基板３０は、半導体多層膜３９を支持する機能を備える。半導体多層膜３９は、例えば、エピタキシャル成長法により形成することができる。エピタキシャル成長法は、例えば、ＭＯＶＰＥ（metal organic vapor phase epitaxy）法、ＨＶＰＥ（hydride vapor phase epitaxy）法、ＭＢＥ（molecular beam epitaxy）法等の結晶成長法を採用できる。なお、半導体多層膜３９は、この半導体多層膜３９を形成する際に不可避的に混入される水素、炭素、酸素、シリコン、鉄等の不純物が存在してもよい。基板３０は、半導体多層膜３９を形成する際の結晶成長用基板により構成することができる。
紫外線発光素子３は、ＡｌＧａＮ系紫外線ＬＥＤチップにより構成する場合、基板３０がサファイア基板により構成されているのが好ましい。基板３０は、半導体多層膜３９から放射される紫外線を効率良く透過できる材料により形成された基板であればよく、サファイア基板に限らず、例えば、単結晶ＡｌＮ基板等を採用することもできる。基板３０は、半導体多層膜３９から放射される紫外線に対して透明であるのが好ましい。紫外線発光素子３は、基板３０の第１面３０１とは反対の第２面３０２が光取り出し面を構成しているのが好ましい。紫外線発光素子３は、半導体多層膜３９が、基板３０と第１導電型半導体層３３との間にバッファ層（buffer layer）を備えているのが好ましい。バッファ層は、例えば、ＡｌＮ層により構成されているのが好ましい。
半導体多層膜３９が、第１導電型半導体層３３と第２導電型半導体層３５との間に発光層３４を備えているのが好ましい。この場合、半導体多層膜３９から放射される紫外線は、発光層３４から放射される紫外線であり、発光層３４の材料により発光ピーク波長が規定される。紫外線発光素子３は、発光層３４が、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造等を有するのが好ましいが、これに限らない。例えば、紫外線発光素子３は、第１導電型半導体層３３と発光層３４と第２導電型半導体層３５とでダブルヘテロ構造（double heterostructure）を構成するようにしてもよい。
第１導電型半導体層３３は、例えば、ｎ型ＡｌＧａＮ層により構成することができる。第１導電型半導体層３３は、単層構造に限らず多層構造でもよい。
第２導電型半導体層３５は、単層構造に限らず、多層構造でもよい。第２導電型半導体層３５は、例えば、ｐ型電子ブロック層とｐ型半導体層とｐ型コンタクト層とで構成される多層構造とすることができる。この場合、ｐ型半導体層は、発光層３４へ正孔を輸送するための層である。ｐ型電子ブロック層は、発光層３４で正孔と再結合されなかった電子がｐ型半導体層側へ漏れる（オーバーフローする）のを抑制するための層である。ｐ型電子ブロック層は、ｐ型半導体層及び発光層３４よりもバンドギャップエネルギが高くなるように組成を設定するのが好ましい。ｐ型コンタクト層は、第２電極３２との接触抵抗を下げ、第２電極３２との良好なオーミック接触を得るために設ける層である。ｐ型電子ブロック層及びｐ型半導体層は、例えば、互いに組成の異なるＡｌＧａＮ層により構成することができる。また、ｐ型コンタクト層は、例えば、ｐ型ＧａＮ層により構成することができる。
紫外線発光素子３は、半導体多層膜３９の一部を、半導体多層膜３９の表面３９１側から第１導電型半導体層３３の途中までエッチングすることで除去してある。要するに、紫外線発光素子３は、半導体多層膜３９の一部をエッチングすることで形成されたメサ構造（mesa structure）３７を有している。これにより、紫外線発光素子３は、第２導電型半導体層３５の表面３５１と第１導電型半導体層３３の表面３３１との間に段差が形成されている。紫外線発光素子３は、第１導電型半導体層３３の露出した表面３３１上に第１電極３１が形成され、第２導電型半導体層３５の表面３５１上に第２電極３２が形成されている。紫外線発光素子３は、第１導電型半導体層３３の導電型（第１導電型）がｎ型であり、第２導電型半導体層３５の導電型（第２導電型）がｐ型である場合、第１電極３１、第２電極３２が、負電極、正電極を、それぞれ構成する。また、紫外線発光素子３は、第１導電型がｐ型であり、第２導電型がｎ型である場合、第１電極３１、第２電極３２が、正電極、負電極を、それぞれ構成する。
紫外線発光素子３は、第２導電型半導体層３５の表面３５１の面積が、第１導電型半導体層３３の露出させた表面３３１の面積よりも大きいほうが好ましい。これにより、紫外線発光素子３は、第２導電型半導体層３５と第１導電型半導体層３３とが互いの厚さ方向において重なる領域を広くすることが可能となり、発光効率の向上を図ることが可能となる。
発光装置１ａは、紫外線発光素子３が突起構造部３６を備えるのが好ましい。突起構造部３６は、紫外線発光素子３の第２導電型半導体層３５の表面３５１側から第２導体部２２の表面２１２側へ突出して第２導体部２２の表面２１２に接するのが好ましい。また、突起構造部３６は、第２電極３２の外周に沿って位置するのが好ましい。そして、第２接合部６２は、図１に示すように、第２電極３２と突起構造部３６と第２導体部２２とで囲まれた空間９（図１参照）を満たすように形成されているのが好ましい。突起構造部３６は、平面視において、第２電極３２の外周に沿って配置され、第２接合部６２を囲んでいる。実装基板２ａは、平面視において突起構造部３６が重なる部分が、第２導体部２２において第２接合部６２と接合される部位と同じ高さ又はそれより低い高さとなっているのが好ましい。これにより、発光装置１ａは、第１接合部６１及び第２接合部６２それぞれをより薄くすることが可能となり、かつ、第１接合部６１及び第２接合部６２それぞれと第１導体部２１及び第２導体部２２それぞれとの接合面積をより大きくすることが可能となる。よって、発光装置１ａは、紫外線発光素子３と実装基板２ａとの間の熱抵抗の低減を図ることが可能となる。更に、発光装置１ａは、突起構造部３６による第２接合部６２の厚さ管理が可能なため、第２接合部６２の厚さ及びサイズの精度を高めることが可能となり、熱抵抗の低減及び熱抵抗のばらつきを小さくすることが可能となる。「突起構造部３６による第２接合部６２の厚さ管理が可能」とは、紫外線発光素子３の厚さ方向に沿った突起構造部３６の突出量Ｈ１（図６参照）により、第２接合部６２の厚さを規定できることを意味する。したがって、発光装置１ａは、その製品ごとの熱抵抗のばらつきを小さくすることが可能となる。これにより、発光装置１ａは、放熱性の向上及び信頼性の向上を図ることが可能となる。「突起構造部３６は、平面視において」とは、紫外線発光素子３の厚さ方向に沿った突起構造部３６の厚さ方向から突起構造部３６を見た形状において、を意味する。
紫外線発光素子３は、突起構造部３６が、第２電極３２の外周に沿って形成され、第２導電型半導体層３５の表面３５１側で突出しているのが好ましい。
紫外線発光素子３は、第２電極３２が第１電極３１よりも大きく、突起構造部３６が、第２電極３２の外周の全周に亘って形成されていることが好ましい。これにより、発光装置１ａは、製造時に、第２接合部６２を形成するＡｕＳｎによる第２電極３２と第１電極３１との短絡が発生するのを、より抑制することが可能となる。しかも、発光装置１ａは、紫外線発光素子３を実装基板２ａに実装するときに、第２接合部６２の形状の再現性を高めることが可能となり、熱抵抗のばらつきを低減することが可能となる。また、発光装置１ａは、第１接合部６１の厚さの影響を受けずに、突起構造部３６による第２接合部６２の厚さ管理が可能である。よって、発光装置１ａは、放熱面積の大きい第２電極３２と第２導体部２２とを接合する第２接合部６２の厚さ及びサイズの精度を高めることが可能となる。これにより、発光装置１ａは、熱抵抗の低減及び熱抵抗のばらつきの低減を図ることが可能となる。
突起構造部３６は、第２電極３２の外周に沿って形成され幅Ｗ１（図６参照）が一定であるのが好ましい。これにより、発光装置１ａは、第２電極３２と第２導電型半導体層３５との接触面積を大きくしつつ、第２電極３２と第１電極３１とのはんだによる短絡の発生を抑制することが可能となる。突起構造部３６の幅Ｗ１は、例えば、５μｍ〜１０μｍ程度の範囲で設定するのが好ましい。
紫外線発光素子３は、第２電極３２が、第２導電型半導体層３５の表面３５１の略全面を覆うように形成されているのが好ましい。「第２導電型半導体層３５の表面３５１の略全面」とは、表面３５１の全面に限らない。例えば、紫外線発光素子３が後述の絶縁膜３８を備え、第２導電型半導体層３５の表面３５１の外周部が絶縁膜３８により覆われている場合、「第２導電型半導体層３５の表面３５１の略全面」とは、第２導電型半導体層３５の表面３５１のうち絶縁膜３８により覆われていない部位を意味する。要するに、紫外線発光素子３は、第２電極３２が、第２導電型半導体層３５の表面３５１を面状に覆うように形成されているのが好ましい。これにより、発光装置１ａは、放熱性を向上させることが可能となる。
実装基板２ａは、第１導体部２１及び第２導体部２２の厚さが、第２電極３２と第２導体部２２との間隔よりも大きいのが好ましい。「第２電極３２と第２導体部２２との間隔」とは、第２電極３２の表面３２１（図６参照）の中央部と第２導体部２２の表面２１２との間隔を意味する。第２電極３２と第２導体部２２との間隔は、突起構造部３６の突出量Ｈ１により決めることができる。言い換えれば、第２電極３２と第２導体部２２との間隔は、突起構造部３６の突出量Ｈ１（図６参照）と略同じである。
よって、発光装置１ａは、製造時に、空間９からＡｕＳｎがはみ出した場合でも、はみ出したＡｕＳｎの流速を溝２０３で低下させることが可能となる。また、発光装置１ａは、製造時に、第２導体部２２の側面が、はみ出したＡｕＳｎを支持体２０ａの表面２０１側へ向かって誘導するはんだ誘導部として機能することが可能となる。これにより、発光装置１ａは、空間９からはみだしたＡｕＳｎによる第２電極３２と第１電極３１との短絡の発生を抑制することが可能となる。なお、支持体２０ａの表面２０１は、第１導体部２１及び第２導体部２２の各側面よりもはんだ濡れ性が低いのが好ましい。
紫外線発光素子３は、絶縁膜３８を備えているのが好ましい。絶縁膜３８は、第２電極３２における第２導電型半導体層３５との接触領域を囲むように第２導電型半導体層３５の表面３５１上に形成されているのが好ましい。また、紫外線発光素子３は、第２電極３２が第２導電型半導体層３５の表面３５１と絶縁膜３８の表面とに跨って形成され、第２電極３２のうち中央部よりも第２導電型半導体層３５から離れる向きに突出した外周部が、突起構造部３６を兼ねているのが好ましい。これにより、発光装置１ａは、第２電極３２と第２導体部２２との接合面積を増加させることが可能となり、放熱性の向上及び接触抵抗の低抵抗化を図ることが可能となる。
絶縁膜３８の材料としては、ＳｉＯ2を採用している。よって、絶縁膜３８は、シリコン酸化膜である。絶縁膜３８は、電気絶縁膜であればよい。したがって、絶縁膜３８の材料は、電気絶縁性を有する材料であればよく、ＳｉＯ2に限らず、例えば、Ｓｉ3Ｎ4、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3、ＣｅＯ2、Ｎｂ2Ｏ5等を採用することができる。絶縁膜３８は、半導体多層膜３９の機能を保護するためのパッシベーション膜（passivation film）としての機能を備えることが好ましく、その材料として、ＳｉＯ2やＳｉ3Ｎ4が好ましい。これにより、発光装置１ａは、信頼性を向上させることが可能となる。絶縁膜３８の厚さは、一例として、１μｍに設定してある。絶縁膜３８は、例えば、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）法、蒸着法、スパッタ法等により形成することができる。絶縁膜３８は、単層膜に限らず、多層膜により構成してもよい。絶縁膜３８として設ける多層膜は、半導体多層膜３９で発生した光を反射させるための誘電体多層膜により構成してもよい。
絶縁膜３８は、メサ構造３７の表面３７１とメサ構造３７の側面３７２と第１導電型半導体層３３の表面３３１とに跨って形成されているのが好ましい。メサ構造３７の表面３７１は、第２導電型半導体層３５の表面３５１である。絶縁膜３８のうち第１導電型半導体層３３の表面３３１上に形成される部位は、第１電極３１における第１導電型半導体層３３との接触領域を囲むようなパターンに形成されているのが好ましい。
第１電極３１は、第１オーミック電極層３１Ａと、第１パッド電極層３１Ｂと、を備えているのが好ましい。第１オーミック電極層３１Ａは、第１導電型半導体層３３とオーミック接触を得るために、第１導電型半導体層３３の表面３３１上に形成されている。第１パッド電極層３１Ｂは、第１接合部６１を介して実装基板２ａと接合するために、第１オーミック電極層３１Ａを覆うように形成されている。第１オーミック電極層３１Ａは、例えば、Ａｌ膜とＮｉ膜とＡｌ膜とＮｉ膜とＡｕ膜との第１積層膜を第１導電型半導体層３３の表面３３１上に形成してから、アニール処理を行い、徐冷を行うことにより形成することができる。これにより、第１オーミック電極層３１Ａは、ＮｉとＡｌとを主成分とする凝固組織により構成されている。凝固組織とは、溶融金属が変態する結果生成した結晶組織を意味する。ＮｉとＡｉとを主成分とする凝固組織は、例えば、不純物としてＡｕ、Ｎを含んでいてもよい。第１積層膜は、一例として、Ａｌ膜、Ｎｉ膜、Ａｌ膜、Ｎｉ膜及びＡｕ膜の厚さを、それぞれ、１０〜２００ｎｍの範囲で設定している。第１オーミック電極層３１Ａは、ＮｉとＡｌとを主成分とした構成に限らず、例えば、Ｔｉ等を成分とする別の材料により形成してもよい。第１パッド電極層３１Ｂは、例えば、Ａｕ膜により構成することができる。第１パッド電極層３１Ｂは、例えば、蒸着法等により形成することができる。第１パッド電極層３１Ｂは、Ａｕ膜の単層構造に限らず、例えば、Ｔｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成してもよい。また、紫外線発光素子３は、例えば、第１オーミック電極層３１Ａのみにより第１電極３１全体の形状を構成してもよいし、第１オーミック電極層３１Ａと第１パッド電極層３１Ｂとの間に別の電極層を備えた構成でもよい。
第２電極３２は、第２オーミック電極層３２Ａと、第２パッド電極層３２Ｂと、を備えているのが好ましい。第２オーミック電極層３２Ａは、第２導電型半導体層３５とオーミック接触を得るために、第２導電型半導体層３５の表面３５１上に形成されている。第２パッド電極層３２Ｂは、第２接合部６２を介して実装基板２ａと接合するために、第２オーミック電極層３２Ａを覆うように形成されている。第２オーミック電極層３２Ａは、例えば、Ｎｉ膜とＡｕ膜との第２積層膜を第２導電型半導体層３５の表面３５１上に形成してから、アニール処理を行うことにより形成することができる。第２パッド電極層３２Ｂは、例えば、Ａｕ膜により構成することができる。第２パッド電極層３２Ｂは、例えば、蒸着法等により形成することができる。第２パッド電極層３２Ｂは、Ａｕ膜の単層構造に限らず、例えば、Ｔｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成してもよい。また、紫外線発光素子３は、例えば、第２オーミック電極層３２Ａのみにより第２電極３２全体の形状を構成してもよいし、第２オーミック電極層３２Ａと第２パッド電極層３２Ｂとの間に別の電極層を備えた構成でもよい。
第２パッド電極層３２Ｂは、第２オーミック電極層３２Ａの表面と絶縁膜３８の表面とに跨って形成されているのが好ましい。そして、発光装置１ａは、第２電極３２のうち中央部よりも第２導電型半導体層３５から離れる向きに突出した外周部が、突起構造部３６を兼ねているのが好ましい。これにより、発光装置１ａは、紫外線発光素子３と実装基板２ａとの接合面積を増加させることが可能となって熱抵抗の低減を図れ、しかも、紫外線発光素子３の半導体多層膜３９で発生した熱が突起構造部３６を通して実装基板２ａ側へ伝わりやすくなる。よって、発光装置１ａは、放熱性を向上させることが可能となる。
発光装置１ａは、例えば、高効率白色照明、殺菌、医療、環境汚染物質を高速で処理する用途等の分野で利用する場合、紫外線発光素子３が、２１０ｎｍ〜２８０ｎｍの波長域に発光ピーク波長を有するのが好ましい。つまり、紫外線発光素子３は、ＵＶ−Ｃの波長域に発光ピーク波長を有するのが好ましい。これにより、発光装置１ａは、例えば、殺菌の用途に好適に用いることが可能となる。「ＵＶ−Ｃの波長域」とは、例えば国際照明委員会（ＣＩＥ）における紫外線の波長による分類によれば、１００ｎｍ〜２８０ｎｍである。発光装置１ａは、殺菌の用途で利用する場合、紫外線発光素子３が、２４０ｎｍ〜２８０ｎｍの波長域に発光ピーク波長を有するのが、より好ましい。ＪＩＳ Ｚ８８１１−１９６８では、「殺菌紫外線」は、紫外線のうち波長２６０ｎｍ付近に最大殺菌効果を有する殺菌効果曲線の示す波長領域内のものと規定されている。図９は、上述の殺菌効果曲線を書き直した図である。図９は、横軸が波長、縦軸が殺菌効果相対値である。「殺菌効果曲線」は、参考文献１〔M.Luckiesh:Applications of Germicidal, Erythemal, and InfraredEnergy (1946),p.115〕のデータに基づく曲線である。殺菌効果曲線を参照すれば、発光装置１ａでは、紫外線発光素子３から放射する紫外線の波長が２４０ｎｍ〜２８０ｎｍの範囲内であれば、殺菌効果相対値が６０％以上となり、比較的高い殺菌効果が得られると推考される。紫外線発光素子３は、一例として、発光ピーク波長を２６５ｎｍに設定してある。紫外線発光素子３は、紫外線の波長域に発光ピーク波長を有していればよく、ＵＶ−Ｃの波長域に限らず、ＵＶ−Ｂの波長域あるいはＵＶ−Ａの波長域に発光ピーク波長を有していてもよい。「ＵＶ−Ｂの波長域」とは、例えば国際照明委員会における紫外線の波長による分類によれば、２８０ｎｍ〜３１５ｎｍである。「ＵＶ−Ａの波長域」とは、例えば国際照明委員会における紫外線の波長による分類によれば、３１５ｎｍ〜４００ｎｍである。
スペーサ４の高さは、紫外線発光素子３の厚さよりも大きい。これにより、発光装置１ａは、紫外線発光素子３がカバー５に接触するのを抑制することが可能となる。スペーサ４は、平面視における外周形状が矩形状であるのが好ましい。スペーサ４は、平面視において実装基板２ａよりも小さいのが好ましい。より詳細には、スペーサ４の平面視における外周形状は、実装基板２ａの平面視における外周形状よりも小さいのが好ましい。更に言えば、スペーサ４の平面視における外周線は、実装基板２ａの平面視における外周線よりも内側にあるのが好ましい。これにより、発光装置１ａは、製造時にスペーサ４が実装基板２ａからはみ出すのを抑制することが可能となる。
上述のように、貫通孔４１は、スペーサ本体４０に形成されている。貫通孔４１は、実装基板２ａから離れるにつれて開口面積が漸次増加しているのが好ましい。要するに、スペーサ４の貫通孔４１は、実装基板２ａの厚さ方向に沿った方向において実装基板２ａから離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなっている。これにより、発光装置１ａは、スペーサ４を、紫外線発光素子３から側方へ放射された紫外線をカバー５側へ反射するリフレクタとして機能させることが可能となる。Ｓｉ基板は、例えば、入射角が５°〜５５°の場合、波長２６０ｎｍ〜２８０ｎｍの紫外線に対する反射率が７０％よりも高い。よって、スペーサ４は、貫通孔４１の内側面にＡｌ膜等の反射膜を形成しなくても比較的高い反射率を有するリフレクタを構成することができる。これにより、発光装置１ａは、低コスト化及び高出力化を図ることが可能となる。
スペーサ４の貫通孔４１は、四角錐台状のテーパ孔であるのが好ましい。より詳細には、スペーサ本体４０は、表面４０１が（１００）面の単結晶Ｓｉ基板４００から形成されているのが好ましい。スペーサ４は、貫通孔４１の内側面が｛１１１｝面に沿った面であるのが好ましい一態様である。要するに、スペーサ４は、貫通孔４１の内側面を構成する結晶面が｛１１１｝面であるのが好ましい一態様である。これにより、発光装置１ａは、単結晶Ｓｉ基板４００の裏面４０２と貫通孔４１の内側面とのなす角度θを略５５°（理論的には、５４．７°）とすることが可能となる。このような貫通孔４１は、アルカリ系溶液を用いたエッチングにより、容易に形成することができる。要するに、貫通孔４１は、結晶異方性エッチングにより形成することができる。アルカリ系溶液としては、例えば、ＴＭＡＨ水溶液を用いることができる。アルカリ系溶液は、ＴＭＡＨ水溶液に限らず、例えば、８５℃程度に加熱したＴＭＡＨ溶液、ＫＯＨ水溶液、エチレンジアミンピロカテコール等を用いてもよい。貫通孔４１の形成時のエッチングは、２段階に分けて行ってもよい。例えば、貫通孔４１の形成時には、ＫＯＨ水溶液により、単結晶Ｓｉ基板４００の表面４０１から単結晶Ｓｉ基板４００の厚さ方向の途中までエッチングし、その後、ＴＭＡＨ水溶液により、単結晶Ｓｉ基板４００の裏面４０２に到達するまでエッチングしてもよい。スペーサ本体４０における実装基板２ａとの対向面４２は、単結晶Ｓｉ基板４００の裏面４０２により構成される。スペーサ本体４０は、スペーサ本体４０における実装基板２ａとの対向面４２と第２接合用金属層４３との間に、シリコン酸化膜４４が形成されている。第２接合用金属層４３は、例えば、下地膜４３１とＡｕ膜４３２との積層膜により構成することができる。下地膜４３１の材料としては、例えば、Ａｌ等を採用することができる。
スペーサ４は、貫通孔４１の内側面が、｛１１１｝面に沿って形成されたシリコン酸化膜の表面により構成されていてもよい。これにより、発光装置１ａは、｛１１１｝面がシリコン酸化膜により覆われているので、製造歩留りを向上させることが可能となり、また、紫外線出力の経時変化を抑制することが可能となる。シリコン酸化膜は、例えば、自然酸化膜により形成してもよいし、熱酸化膜により形成してもよい。
本願発明者らは、Ｓｉ基板を用いた評価用サンプル及びＡｌ基板それぞれについて反射率の測定を行う実験を行った。評価用サンプルは、単結晶Ｓｉ基板４００と同じ仕様のＳｉ基板の表面に厚さ１ｎｍ程度の自然酸化膜が形成されたサンプルである。反射率は、分光光度計を用いて測定した値である。より詳細には、評価用サンプルの反射率は、評価用サンプルの表面（自然酸化膜の表面）へ紫外線を所定の入射角で入射させたときの評価用サンプルからの反射光を分光光度計で分光測定した。Ａｌ基板の反射率は、Ａｌ基板の表面へ紫外線を所定の入射角で入射させたときのＡｌ基板からの反射光を分光光度計で分光測定した。
図１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ及び１０Ｆは、それぞれ、入射角５°、１５°、２５°、３５°、４５°及び５５°の場合の評価用サンプルの反射特性を示している。また、図１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ及び１１Ｅは、それぞれ、入射角１５°、２５°、３５°、４５°及び５５°の場合のＡｌ基板の反射特性を示している。
評価用サンプルでは、入射角によらず、波長２２０ｎｍ〜３９０ｎｍの紫外線に対して反射率が５０％以上となり、波長４００ｎｍの紫外線に対しても反射率が５０％程度となることが確認された。また、Ａｌ基板が酸化した場合には、ＵＶ−Ｃの波長域の紫外線に対する反射率が小さくなる傾向にある。これは、酸化アルミニウムの反射率がＵＶ−Ｃの波長域で大きく低下するため、Ａｌ基板に形成された酸化アルミニウム膜が全体（酸化アルミニウム膜が形成されたＡｌ基板）の反射率の低下に影響しているからである。逆に言うと、Ａｌ基板の表面酸化の進展は、ＵＶ−Ｃの波長域の紫外線に対する反射率の低下を引き起こすことになる。Ａｌ基板の酸化腐食は、Ｓｉ基板の表面の酸化に比べて進展が早い。このため、Ａｌ基板及びＡｌ膜は、ＵＶ−Ｃの波長域の紫外線を反射する用途で用いる場合、注意が必要である。
発光装置１ａでは、スペーサ４が、Ｓｉにより形成されたスペーサ本体４０を備え、スペーサ本体４０に形成された貫通孔４１は、実装基板２ａから離れるにつれて開口面積が漸次増加している。発光装置１ａでは、スペーサ本体４０における貫通孔４１の内側面が、紫外線を反射する反射面の機能を有しているので、光取り出し効率の向上を図れ、紫外線の高出力化を図ることが可能となる。また、発光装置１ａでは、発光装置１ａと基本構成が同じで貫通孔４１の内側面にＡｌ膜を反射膜として追加した比較例と比べて、出力のばらつきや、反射特性の経時変化を抑制することが可能となる。よって、発光装置１ａでは、低コスト化を図りながらも、紫外線の高出力化を図ることが可能となり、かつ、信頼性の向上を図ることが可能となる。
発光装置１ａは、カバー５を形成するガラスが、アルカリ成分を含んでおり、スペーサ４とカバー５とが直接接合されているのが好ましい一態様である。発光装置１ａでは、カバー５を形成するガラスが、アルカリ成分を含んでいることにより、カバー５とスペーサ４とを陽極接合によって直接接合することが可能となり、製造コストの低コスト化を図ることが可能となる。アルカリ成分としては、例えば、Ｎａ、Ｋ、Ｎａ3Ｏ、Ｋ2Ｏ等がある。「直接接合されている」とは、接合材等を用いることなく接合されていることを意味する。
カバー５を形成するガラスとしては、紫外線発光素子３が放射する紫外線に対する透過率が７０％以上であるのが好ましく、８０％以上であるのがより好ましい。紫外線発光素子３がＵＶ−Ｃの波長域に発光ピーク波長を有する場合には、カバー５を形成するガラスとして、例えば、硼珪酸ガラスを採用することができる。硼珪酸ガラスは、アルカリ成分を含んでいる。硼珪酸ガラスとしては、例えば、ＳＣＨＯＴＴ社製の８３４７やＳＣＨＯＴＴ社製の８３３７Ｂ、等を採用することができる。これにより、波長が２６５ｎｍの紫外線に対する透過率を８０％以上とすることができる。
発光装置１ａは、カバー５とスペーサ本体４０との線膨張係数差に起因してカバー５等に発生する応力を低減する観点から、カバー５とスペーサ本体４０との線膨張係数差が小さいほうが好ましい。
カバー５は、平面視において実装基板２ａよりも小さいのが好ましい。より詳細には、カバー５は、平面視においてスペーサ４と同じ大きさであるのが好ましい。要するに、カバー５の平面視における外周形状は、スペーサ４の平面視における外周形状と同じであるのが好ましい。よって、カバー５の平面視における外周形状は、矩形状であるのが好ましい。これにより、発光装置１ａの製造方法では、キャップ６ａを形成する際に、例えば、複数のスペーサ４を形成した第１ウェハと複数のカバー５の元になる第２ウェハとをウェハレベルで接合してから、複数のキャップ６ａに分割することが可能となる。
カバー５は、平板状に限らず、例えば、レンズが一体に形成された形状でもよい。要するに、発光装置１ａでは、カバー５の一部あるいは全部がレンズを構成してもよい。
発光装置１ａは、実装基板２ａとスペーサ４とカバー５とで囲まれた空間８を不活性ガス雰囲気としてあるのが好ましい。これにより、発光装置１ａは、紫外線発光素子３、第１導体部２１及び第２導体部２２等の酸化を抑制することが可能となり、信頼性の更なる向上を図ることが可能となる。
不活性ガス雰囲気は、Ｎ2ガス雰囲気であるのが好ましい。不活性ガス雰囲気は、不活性ガスの純度が高いのが好ましいが、１００％の純度を必須としない。例えば、不活性ガス雰囲気は、不活性ガスとしてＮ2ガスを採用する場合、例えば、不可避的に混入される１００〜２００ｐｐｍ程度のＯ2を含んでいてもよい。不活性ガスは、Ｎ2ガスに限らず、例えば、Ａｒガス、Ｎ2ガスとＡｒガスとの混合ガス等でもよい。
以下では、発光装置１ａの製造方法について図７及び８に基づいて説明する。
発光装置１ａの製造方法では、例えば、下記の第１工程、第２工程、第３工程及び第４工程を順次行う。
第１工程では、単結晶Ｓｉ基板４００の裏面４０２上にシリコン酸化膜４４と第２接合用金属層４３との積層構造を形成し、その後、単結晶Ｓｉ基板４００の貫通孔４１の形成予定領域をエッチングし貫通孔４１を形成することでスペーサ４を形成する（図７Ａ）。シリコン酸化膜４４は、薄膜形成技術、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術等を利用して形成することができる。また、第２接合用金属層４３は、薄膜形成技術、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術等を利用して形成することができる。貫通孔４１を形成する際には、単結晶Ｓｉ基板４００の表面４０１及び裏面４０２側それぞれに適宜のエッチングマスクを形成した後に、単結晶Ｓｉ基板４００の表面４０１からＴＭＡＨ水溶液によるエッチングを行う。
第２工程では、スペーサ４とカバー５とを接合することでキャップ６ａを形成する（図７Ｂ）。より詳細には、スペーサ４とカバー５とを陽極接合により直接接合することによってキャップ６ａを形成する。陽極接合を行う際には、例えば、真空雰囲気中において、スペーサ本体４０における貫通孔４１の周部とカバー５の周部とを直接接触させ、スペーサ４とカバー５との積層体に対し、スペーサ４を高電位側、カバー５を低電位側として、所定の直流電圧を印加する。所定の直流電圧は、例えば、６００Ｖである。陽極接合を行う際には、例えば、スペーサ４とカバー５との積層体を所定の接合温度に加熱した状態で、所定の直流電圧を所定の時間だけ印加した後に、積層体の温度を降温させる。接合温度は、例えば、４００℃である。
上述の第１工程及び第２工程は、ウェハレベルで行うことが好ましい。より詳細には、第１工程では、単結晶Ｓｉ基板４００の元になる第１ウェハに複数のスペーサ４を形成するのが好ましい。第２工程では、キャップ６ａを形成する際に、例えば、複数のスペーサ４を形成した第１ウェハと複数のカバー５の元になる第２ウェハとをウェハレベルで接合してから、複数のキャップ６ａに分割するのが好ましい。
第３工程では、実装基板２ａに対して、第１接合部６１、第２接合部６２及び第３接合部６３それぞれの元になる第１ＡｕＳｎ層７１、第２ＡｕＳｎ層７２及び第３ＡｕＳｎ層７３を形成する（図７Ｃ）。より詳細には、第３工程では、実装基板２ａの第１導体部２１の表面２１１側、第２導体部２２の表面２１２側、第１接合用金属層２３の表面２３１側に、それぞれ、第１ＡｕＳｎ層７１、第２ＡｕＳｎ層７２及び第３ＡｕＳｎ層７３を形成する。第１ＡｕＳｎ層７１、第２ＡｕＳｎ層７２及び第３ＡｕＳｎ層７３は、例えば、蒸着法、めっき法等により形成することができる。
第３工程では、第１ＡｕＳｎ層７１、第２ＡｕＳｎ層７２及び第３ＡｕＳｎ層７３の厚さを同じ値に設定してある。第１ＡｕＳｎ層７１の表面の面積は、第１電極３１の表面３１１（図６参照）の面積よりも小さく設定してある。また、第２ＡｕＳｎ層７２の表面の面積は、第２電極３２の表面３２１（図６参照）の面積よりも小さく設定してある。また、第３ＡｕＳｎ層７３の表面の面積は、第１接合用金属層２３の表面２３１（図７Ｃ、８参照）の面積よりも小さく設定してある。
第１ＡｕＳｎ層７１及び第２ＡｕＳｎ層７２の厚さは、紫外線発光素子３の突起構造部３６の突出量Ｈ１（図６参照）と、紫外線発光素子３の厚さ方向における第２電極３２と第１電極３１との段差の高さＨ２（図６参照）と、の合計（Ｈ１＋Ｈ２）よりも所定厚さ（α）だけ大きくなるように設定する。つまり、第１ＡｕＳｎ層７１及び第２ＡｕＳｎ層７２の厚さは、Ｈ１＋Ｈ２＋αとする。例えば、Ｈ１＝１μｍ、Ｈ２＝１μｍの場合、第１ＡｕＳｎ層７１及び第２ＡｕＳｎ層７２の厚さは、３μｍ程度に設定すればよい。この場合、αは、１μｍである。これらの数値は、一例であり、紫外線発光素子３の構造等に基づいて適宜設定すればよい。第１ＡｕＳｎ層７１、第２ＡｕＳｎ層７２は、実装基板２ａのうち第１電極３１、第２電極３２それぞれに対向させる領域の中央部に形成するのが好ましい。第２ＡｕＳｎ層７２は、突起構造部３６の垂直投影領域よりも内側で、この垂直投影領域から離れて位置するように、第２導体部２２の表面２１２上に配置する。突起構造部３６の垂直投影領域とは、突起構造部３６の厚さ方向への投影領域を意味する。すなわち、突起構造部３６の垂直投影領域とは、突起構造部３６の厚さ方向に投影方向が沿った垂直投影領域を意味する。言い換えれば、突起構造部３６の垂直投影領域とは、突起構造部３６の厚さ方向に直交する面への垂直投影領域を意味する。
第１ＡｕＳｎ層７１及び第２ＡｕＳｎ層７２は、ＡｕＳｎの場合、共晶組成（７０ａｔ％Ａｕ、３０ａｔ％Ｓｎ）よりもＡｕの組成比が小さく例えば３００℃以上４００℃未満の温度で溶融する組成（例えば、６０ａｔ％Ａｕ、４０ａｔ％Ｓｎ）のＡｕＳｎが好ましい。
第３工程では、第１導体部２１、第２導体部２２及び第１接合用金属層２３と第１ＡｕＳｎ層７１、第２ＡｕＳｎ層７２及び第３ＡｕＳｎ層７３との間に、第１バリア層８１、第２バリア層８２及び第３バリア層８３をそれぞれ形成するのが好ましい。第１バリア層８１、第２バリア層８２及び第３バリア層８３は、第１ＡｕＳｎ層７１、第２ＡｕＳｎ層７２及び第３ＡｕＳｎ層７３と第１導体部２１、第２導体部２２及び第１接合用金属層２３との間での金属（例えば、Ｓｎ等）の拡散に起因してＡｕＳｎの組成が変動するのを抑制する拡散バリアの機能を有する層である。第１バリア層８１、第２バリア層８２及び第３バリア層８３の材料としては、例えば、Ｐｔを採用することができるが、これに限らず、Ｐｄ等を採用することもできる。第３工程では、第１バリア層８１、第２バリア層８２及び第３バリア層８３の厚さを同じ値に設定してある。第１バリア層８１、第２バリア層８２及び第３バリア層８３の厚さは、例えば、０．２μｍ程度に設定するのが好ましい。第１バリア層８１、第２バリア層８２及び第３バリア層８３は、例えば、蒸着法、めっき法等により形成することができる。
また、第３工程では、第１ＡｕＳｎ層７１、第２ＡｕＳｎ層７２及び第３ＡｕＳｎ層７３上に、第１Ａｕ層９１、第２Ａｕ層９２及び第３Ａｕ層９３をそれぞれ形成するのが好ましい。第１Ａｕ層９１、第２Ａｕ層９２及び第３Ａｕ層９３は、第１ＡｕＳｎ層７１、第２ＡｕＳｎ層７２及び第３ＡｕＳｎ層７３のＳｎの酸化を抑制するために設ける層である。第１Ａｕ層９１、第２Ａｕ層９２及び第３Ａｕ層９３の厚さは、第１ＡｕＳｎ層７１、第２ＡｕＳｎ層７２及び第３ＡｕＳｎ層７３の厚さに比べて十分に薄いのが好ましく、例えば、０．１５μｍ以下が好ましい。第１Ａｕ層９１、第２Ａｕ層９２及び第３Ａｕ層９３の厚さは、第１ＡｕＳｎ層７１、第２ＡｕＳｎ層７２及び第３ＡｕＳｎ層７３が溶融したときに、第１ＡｕＳｎ層７１、第２ＡｕＳｎ層７２及び第３ＡｕＳｎ層７３へＡｕが熱拡散され、第１導体部２１、第２導体部２２及び第１接合用金属層２３と第１電極３１、第２電極３２及び第２接合用金属層４３との接合が行われるように設定する必要がある。第１Ａｕ層９１、第２Ａｕ層９２及び第３Ａｕ層９３の厚さは、例えば、０．０５μｍ〜０．１５μｍ程度の範囲で設定するのが好ましい。第１Ａｕ層９１、第２Ａｕ層９２及び第３Ａｕ層９３は、例えば、蒸着法やめっき法等により形成することができる。以下では、第１バリア層８１と第１ＡｕＳｎ層７１と第１Ａｕ層９１との積層膜を第１接合用層１０１と称し、第２バリア層８２と第２ＡｕＳｎ層７２と第２Ａｕ層９２との積層膜を第２接合用層１０２と称する。また、以下では、第３バリア層８３と第３ＡｕＳｎ層７３と第３Ａｕ層９３との積層膜を第３接合用層１０３と称する。第１接合用層１０１は、少なくとも第１ＡｕＳｎ層７１を備えていればよく、積層膜に限らず、単層膜でもよい。第２接合用層１０２は、少なくとも第２ＡｕＳｎ層７２を備えていればよく、積層膜に限らず、単層膜でもよい。第３接合用層１０３は、少なくとも第３ＡｕＳｎ層７３を備えていればよく、積層膜に限らず、単層膜でもよい。
第４工程では、第１ステップ、第２ステップを行うことで紫外線発光素子３を実装基板２ａに実装し（図７Ｄ）、引き続き、第３ステップ及び第４ステップを順次行うことでキャップ６ａを実装基板２ａに接合する（図７Ｅ）。これにより、発光装置１ａの製造方法では、発光装置１ａを得ることができる。第４工程では、ボンディング装置を利用する。より詳細には、第４工程では、第１ステップ、第２ステップ、第３ステップ及び第４ステップを、１台のボンディング装置で連続して行う。キャップ６ａを紫外線発光素子３とは大きさの異なるダイとみなせば、ボンディング装置は、ダイボンディング装置、フリップチップボンディング装置とみなすことができる。
ボンディング装置は、例えば、第１吸着保持具と、第２吸着保持具と、ステージと、第１ヒータと、第２ヒータと、接合室と、を備える。第１吸着保持具は、紫外線発光素子３を吸着保持する第１コレット（collet）である。第２吸着保持具は、キャップ６ａを吸着保持する第２コレットである。ステージは、実装基板２ａが載せ置かれる。第１ヒータは、ステージに設けられ実装基板２ａを加熱できるように構成されている。第２ヒータは、第１吸着保持具と第２吸着保持具とを択一的に保持するホルダに装着されダイを加熱できるように構成されている。ボンディング装置は、ホルダが第２ヒータを備える代わりに、第１コレット及び第２コレットの各々が第２ヒータを備えた構成でもよい。ダイは、第１吸着保持具に吸着保持された紫外線発光素子３又は第２吸着保持具に吸着保持されたキャップ６ａである。ボンディング室は、ステージが収納配置されており、ステージ上の実装基板２ａに対して紫外線発光素子３及びキャップ６ａそれぞれの接合処理が行われる処理室である。ボンディング室内の雰囲気は、パッケージ７ａ内の所定の雰囲気に合わせて適宜調整すればよい。本実施形態の発光装置１ａの製造方法では、一例として、ボンディング室内の雰囲気をＮ2ガス雰囲気とする。ボンディング装置は、ボンディング室における出入口を開放しており、ボンディング室の外側から出入口を通してボンディング室内にＮ2ガスを供給した状態で、実装基板２ａ、第１吸着保持具、第２吸着保持具等を出入口から入れたり出したりするようにしている。これにより、ボンディング装置は、真空チャンバ内で接合処理を行うように構成されている場合に比べて、低コスト化を図ることが可能となる。
第１ステップでは、図８に示すように、紫外線発光素子３と実装基板２ａとを対向させる。「紫外線発光素子３と実装基板２ａとを対向させる」とは、紫外線発光素子３の第１電極３１、第２電極３２と実装基板２ａの第１導体部２１、第２導体部２２とがそれぞれ対向するように、紫外線発光素子３と実装基板２ａとを対向させることを意味する。
第１ステップでは、第１吸着保持具により吸着保持した紫外線発光素子３における第１電極３１、第２電極３２と実装基板２ａの第１導体部２１、第２導体部２２とを対向させる。より詳細には、第１ステップでは、第１電極３１と第１導体部２１の表面２１１上の第１ＡｕＳｎ層７１とを対向させ、かつ、第２電極３２と第２導体部２２の表面２１２上の第２ＡｕＳｎ層７２とを対向させる。
第２ステップでは、紫外線発光素子３の第１電極３１、第２電極３２と実装基板２ａの第１導体部２１、第２導体部２２とを、それぞれ、第１ＡｕＳｎ層７１、第２ＡｕＳｎ層７２により接合する。第１接合部６１は、ＡｕＳｎのみにより形成される場合に限らず、ＡｕＳｎにより形成された部分に加えて第１バリア層８１を含んでいてもよい。また、第２接合部６２は、ＡｕＳｎのみにより形成される場合に限らず、ＡｕＳｎにより形成された部分に加えて第２バリア層８２を含んでいてもよい。
上述の第２ステップでは、紫外線発光素子３の第１電極３１、第２電極３２と実装基板２ａ上の第１接合用層１０１、第２接合用層１０２とが接触するように重ね合わせた状態で、適宜の加熱及び加圧を行いながら第１ＡｕＳｎ層７１及び第２ＡｕＳｎ層７２を溶融させる。第１ＡｕＳｎ層７１が溶融すると、溶融したＡｕＳｎに、第１Ａｕ層９１からＡｕが拡散し、溶融したＡｕＳｎにおけるＡｕの組成比が増加する。また、第２ＡｕＳｎ層７２が溶融すると、溶融したＡｕＳｎに、第２Ａｕ層９２からＡｕが拡散し、溶融したＡｕＳｎにおけるＡｕの組成比が増加する。
第２ステップでは、第１ＡｕＳｎ層７１及び第２ＡｕＳｎ層７２を溶融させてから、突起構造部３６が第２導体部２２に接するように、紫外線発光素子３側から加圧することで、溶融したＡｕＳｎを押し下げて横方向に広げることで空間９にＡｕＳｎを満たしてから、冷却凝固させる。
第２ステップでは、第１ヒータによる実装基板２ａの加熱だけでもよいし、第２ヒータによる紫外線発光素子３の加熱を行うようにしてもよい。第２ステップでは、実装基板２ａと紫外線発光素子３との接合性を考えると、第１ヒータ及び第２ヒータ両方からの加熱を行うのが好ましい。また、第２ステップでは、適宜の荷重を印加することで加圧を行う。荷重は、例えば、１個の紫外線発光素子３に対して、０．１〜１ｋｇ／ｃｍ２程度の範囲で設定するのが好ましい。また、荷重を印加する時間は、例えば、０．１〜１秒程度の範囲で設定するのが好ましい。第２ステップは、Ｎ２ガス雰囲気中で行うのが好ましい。
第１ＡｕＳｎ層７１及び第２ＡｕＳｎ層７２の溶融温度は、紫外線発光素子３の耐熱温度よりも低いのが好ましい。第１ＡｕＳｎ層７１及び第２ＡｕＳｎ層７２は、例えば、共晶組成（７０ａｔ％Ａｕ、３０ａｔ％Ｓｎ）よりもＡｕの組成比が小さく３００℃以上４００℃未満の温度で溶融する組成（例えば、６０ａｔ％Ａｕ、４０ａｔ％Ｓｎ）のＡｕＳｎが好ましい。
ところで、第３工程で形成する第２接合用層１０２の体積は、第２接合部６２を形成するＡｕＳｎが空間９から出ないように、空間９の容積と等しくなるように設定するのが好ましい。
第４工程の第２ステップでは、第１ＡｕＳｎ層７１及び第２ＡｕＳｎ層７２それぞれが溶融した状態で紫外線発光素子３の突起構造部３６が第２導体部２２の表面２１２に接するように、溶融したＡｕＳｎを押し下げて紫外線発光素子３と実装基板２ａとを接合する。よって、第４工程の第２ステップでは、第１電極３１と第１導体部２１とが未接合となるのを抑制することが可能となる。
第４工程の第２ステップでは、突起構造部３６が第２導体部２２に接し、第１電極３１と第１導体部２１とが、ＡｕＳｎにより形成された第１接合部６１により接合され、第２電極３２と第２導体部２２とが、ＡｕＳｎにより形成された第２接合部６２により接合される。これにより、発光装置１ａの製造方法では、第２接合部６２が、第２電極３２と突起構造部３６と第２導体部２２とで囲まれた空間９を満たすように形成された構成、とすることが可能となる。発光装置１ａの製造方法では、第２接合用層１０２の溶融したＡｕＳｎを押し下げて横方向に広げたときに、突起構造部３６が、溶融したＡｕＳｎの、紫外線発光素子３の表面に沿った流動を抑制する。これにより、発光装置１ａの製造方法では、第１電極３１と第２電極３２とのＡｕＳｎによる短絡の発生を抑制可能となる。しかも、発光装置１ａの製造方法では、紫外線発光素子３と実装基板２ａとの間の熱抵抗の低減を図ることが可能で、かつ熱抵抗のばらつきを小さくすることが可能な発光装置１ａを製造することが可能となる。
ところで、第４工程の第２ステップでは、突起構造部３６の先端面の全面を第２導体部２２の表面２１２と接するように荷重を印加するのが好ましい。しかしながら、第４工程の第２ステップでは、突起構造部３６の先端面の平面度と、第２導体部２２の表面２１２の平面度との違いに起因して、突起構造部３６の先端面の全面を第２導体部２２の表面２１２と接するようにするのが難しいこともある。この場合には、突起構造部３６の先端面の一部が第２導体部２２の表面２１２と接し、突起構造部３６の先端面の残りの部分と第２導体部２２の表面２１２との間に製造時に浸み込んで固まったＡｕＳｎからなる、薄いＡｕＳｎ層が残ることもある。要するに、発光装置１ａは、実装基板２ａに対する紫外線発光素子３の平行度が所望の範囲であれば、突起構造部３６が部分的に、第２導体部２２の表面２１２に接する構成でもよい。第４工程の第２ステップでは、印加する荷重をより大きくすれば、突起構造部３６の先端面の平面度と、第２導体部２２の表面２１２の平面度との差を低減可能となり、突起構造部３６と第２導体部２２との接触面積を大きくすることが可能となる。また、第４工程の第２ステップでは、突起構造部３６が例えば金属等により形成されている場合、印加する荷重を大きくすれば、突起構造部３６を圧縮するように変形させることも可能となり、突起構造部３６と第２導体部２２との接触面積を大きくすることが可能となる。
発光装置１ａの製造方法では、上述の第３工程において、第１ＡｕＳｎ層７１、第２ＡｕＳｎ層７２上に、第１Ａｕ層９１、第２Ａｕ層９２をそれぞれ形成するのが好ましい。これにより、発光装置１ａの製造方法では、第４工程の前に第１ＡｕＳｎ層７１及び第２ＡｕＳｎ層７２のＳｎが酸化するのを抑制することが可能となり、紫外線発光素子３と実装基板２ａとの接合性を向上させることが可能となる。接合性は、例えば、ダイシェア強度（die shear strength）により評価することができる。ダイシェア強度は、実装基板２ａに接合された紫外線発光素子３を接合面に平行に押し剥がすために必要な力である。ダイシェア強度は、例えば、ダイシェアテスタ（die shear tester）等により測定することができる。
第４工程の第３ステップでは、第２吸着保持具により吸着保持したキャップ６ａにおける第２接合用金属層４３と実装基板２ａの第１接合用金属層２３とを対向させる。より詳細には、第３ステップでは、第２接合用金属層４３と第１接合用金属層２３の表面２３１上の第３ＡｕＳｎ層７３とを対向させる。
第４ステップでは、キャップ６ａにおける第２接合用金属層４３と実装基板２ａの第１接合用金属層２３とを、第３ＡｕＳｎ層７３により接合する。第３接合部６３は、ＡｕＳｎのみにより形成される場合に限らず、ＡｕＳｎにより形成された部分に加えて第３バリア層８３を含んでいてもよい。
上述の第４ステップでは、キャップ６ａにおける第２接合用金属層４３と実装基板２ａ上の第３接合用層１０３とが接触するように重ね合わせた状態で、適宜の加熱及び加圧を行いながら第３ＡｕＳｎ層７３を溶融させる。第３ＡｕＳｎ層７３が溶融すると、溶融したＡｕＳｎに、第３Ａｕ層９３からＡｕが拡散し、溶融したＡｕＳｎにおけるＡｕの組成比が増加する。第４ステップでは、第３ＡｕＳｎ層７３を溶融させてから、キャップ６ａ側から加圧することで、溶融したＡｕＳｎを押し下げて横方向に広げてから、冷却凝固させる。
第４ステップでは、第１ヒータによる実装基板２ａの加熱だけでもよいし、第２ヒータによるキャップ６ａの加熱を行うようにしてもよい。第４ステップでは、実装基板２ａとキャップ６ａとの接合性を考えると、第１ヒータ及び第２ヒータ両方からの加熱を行うのが好ましい。また、第４ステップでは、適宜の荷重を印加することで加圧を行う。荷重は、例えば、１個のキャップ６ａに対して、０．１〜１ｋｇ／ｃｍ２程度の範囲で設定するのが好ましい。また、荷重を印加する時間は、例えば、０．１〜１秒程度の範囲で設定するのが好ましい。第４ステップは、Ｎ２ガス雰囲気中で行うのが好ましい。
発光装置１ａの製造方法では、第３工程において、第３接合用層１０３を実装基板２ａに形成するのが好ましい。これにより、発光装置１ａの製造方法では、第３接合用層１０３をキャップ６ａに形成する場合に比べて、製造が容易になる。
以上説明した本実施形態の発光装置１ａの製造方法では、スペーサ４とカバー５とを接合することでキャップ６ａを形成し、その後、紫外線発光素子３の第１電極３１、第２電極３２及びキャップ６ａにおける第２接合用金属層４３と実装基板２ａの第１導体部２１、第２導体部２２及び第１接合用金属層２３とをそれぞれ第１ＡｕＳｎ層７１、第２ＡｕＳｎ層７２及び第３ＡｕＳｎ層７３により接合する。よって、本実施形態の発光装置１ａの製造方法では、信頼性の向上を図れ、かつ、低コスト化を図ることが可能となる。
ところで、発光装置１ａは、紫外線発光素子３に逆並列に接続されたツェナダイオードを備えているのが好ましい。これにより、発光装置１ａは、静電気耐性を向上させることが可能となる。要するに、発光装置１ａは、紫外線発光素子３が静電気によって絶縁破壊されるのを抑制することが可能となる。ツェナダイオードは、例えば、パッケージ７ａ内で実装基板２ａに実装されているのが好ましい。ツェナダイオードのチップサイズは、紫外線発光素子３のチップサイズよりも小さいのが好ましい。ツェナダイオードは、紫外線発光素子３と同様に、ＡｕＳｎにより実装基板２ａにフリップチップ実装されているのが好ましい。この場合、発光装置１ａの製造方法では、実装基板２ａとしてツェナダイオードを実装するための第３導体部及び第４導体部を備えたものを用意しておき、第３工程において第３導体部及び第４導体部それぞれの表面に、第４ＡｕＳｎ層を含む第４接合用層、第５ＡｕＳｎ層を含む第５接合用層を形成するようにし、第４工程において、第２ステップと第３ステップとの間、又は、第１ステップの前に、上述のボンディング装置を利用してツェナダイオードを実装基板２ａにフリップチップ実装すればよい。
図１２は、変形例の発光装置１ｂの概略平面図である。変形例の発光装置１ｂは、実装基板２ａの代わりに、複数の紫外線発光素子３を実装する実装基板２ｂを備えている点が相違する。なお、発光装置１ｂにおいて、発光装置１ａと同様の構成要素については、発光装置１ａと同一の符号を付して説明を省略する。
発光装置１ｂは、実装基板２ｂに複数の紫外線発光素子３が実装されている。複数の紫外線発光素子３は、１つの仮想円上において等間隔で配置されているのが好ましい。発光装置１ｂは、静電気耐性を向上させるためのツェナダイオードＺＤを備えているのが好ましい。ツェナダイオードＺＤは、上述の仮想円の中心に配置されているのが好ましい。
発光装置１ｂは、発光装置１ａのパッケージ７ａの代わりに、実装基板２ｂとキャップ６ａとで構成されるパッケージ７ｂを備えている。
発光装置１ｂは、複数の紫外線発光素子３が並列接続されているが、これに限らず、例えば、複数個の紫外線発光素子３が直列接続された構成を有してもよいし、直並列接続された構成を有してもよい。
（実施形態２）
以下では、本実施形態の発光装置１ｃについて図１３及び１４に基づいて説明する。発光装置１ｃは、スペーサ４とカバー５とが無機接合材を用いて接合されている点が実施形態１の発光装置１ａと相違する。なお、発光装置１ｃにおいて、発光装置１ａと同様の構成要素については、発光装置１ａと同一の符号を付して説明を省略する。
発光装置１ｃは、スペーサ４とカバー５とが、スペーサ本体４０の熱膨張係数とカバー５の熱膨張係数との間の熱膨張係数を有する低融点ガラスにより形成された第４接合部６４により接合されている。これにより、発光装置１ｃは、カバー５として、アルカリ成分を含むガラスに限らず、石英ガラス等を採用することが可能となる。
本明細書において、低融点ガラスとは、軟化点が６００℃以下のガラスであり、軟化点が５００℃以下のガラスが好ましく、軟化点が４００℃以下のガラスが更に好ましい。低融点ガラスとしては、例えば、主成分として酸化鉛（ＰｂＯ）と無水ほう酸（Ｂ2Ｏ3）とを含むガラスを挙げることができる。
発光装置１ｃは、発光装置１ａのキャップ６ａの代わりに、スペーサ４と第４接合部６４とカバー５とで構成されるキャップ６ｃを備えている。また、発光装置１ｃは、発光装置１ａのパッケージ７ａの代わりに、キャップ６ｃと実装基板２ａとで構成されるパッケージ７ｃを備えている。
本実施形態の発光装置１ｃの製造方法は、発光装置１ａの製造方法と略同じであり、第２工程におけるスペーサ４とカバー５との接合方法が相違する。すなわち、発光装置１ｃの製造方法では、第２工程において、スペーサ４とカバー５とを接合することによりキャップ６ｃを形成する。より詳細には、発光装置１ｃの製造方法では、第２工程においてスペーサ４とカバー５とを低融点ガラスにより接合する。第２工程では、低融点ガラスのペレットを利用してもよいし低融点ガラスのペーストを利用してもよい。
本実施形態の発光装置１ｃの製造方法では、スペーサ４とカバー５とを接合することでキャップ６ｃを形成し、その後、紫外線発光素子３の第１電極３１、第２電極３２及びキャップ６ｃにおける第２接合用金属層４３と実装基板２ａの第１導体部２１、第２導体部２２及び第１接合用金属層２３とをそれぞれ第１ＡｕＳｎ層７１、第２ＡｕＳｎ層７２及び第３ＡｕＳｎ層７３により接合する。よって、本実施形態の発光装置１ｃの製造方法では、信頼性の向上を図れ、かつ、低コスト化を図ることが可能となる。
（実施形態３）
以下では、本実施形態の発光装置１ｄについて図１５〜１８に基づいて説明する。発光装置１ｄは、実施形態１の発光装置１ａの実装基板２ａの代わりに実装基板２ｄを備えている点が発光装置１ａと相違する。なお、発光装置１ｄにおいて、発光装置１ａと同様の構成要素については、発光装置１ａと同一の符号を付して説明を省略する。
発光装置１ｄは、発光装置１ａのパッケージ７ａの代わりに、キャップ６ａと実装基板２ｄとで構成されるパッケージ７ｄを備えている。
実装基板２ｄは、多層基板である。実装基板２ｄは、第１外部接続電極２４及び第２外部接続電極２５と、第１配線層２８と、第２配線層２９と、電気絶縁層２５３と、を備える。第１配線層２８及び第２配線層２９は、支持体２０ｄの表面２０１側に配置されている。第１導体部２１及び第１外部接続電極２４は、第１配線層２８上に配置されて第１配線層２８と電気的に接続されている。第２導体部２２及び第２外部接続電極２５は、第２配線層２９上に配置されて第２配線層２９と電気的に接続されている。電気絶縁層２５３は、支持体２０ｄの表面側で第１配線層２８と第２配線層２９とを覆うように配置されている。第１接合用金属層２３は、電気絶縁層２５３上に配置されている。よって、発光装置１ｄは、例えば、図１８に示すように配線基板６００に実装基板２ｄの表面側の第１外部接続電極２４及び第２外部接続電極２５を利用して実装することが可能となる。
実装基板２ｄは、電気絶縁層２５３からなる第１電気絶縁層とは別の第２電気絶縁層２５１を備える。支持体２０ｄは、Ｓｉにより形成されている。第２電気絶縁層２５１は、支持体２０ｄの表面２０１上に配置されている。第１配線層２８及び第２配線層２９は、第２電気絶縁層２５１上に配置されている。よって、発光装置１ｄは、放熱性を向上させることが可能となる。
実装基板２ｄは、第１接合用金属層２３と電気絶縁層２５３との間に第１下地層２５４を介在させてあるのが好ましい。
実装基板２ｄは、支持体２０ｄの裏面２０２に第４電気絶縁層２５２が形成されている。また、実装基板２ｄは、第４電気絶縁層２５２に第２下地層２５５を介して導体層２５６が積層されている。
第１電気絶縁層、第２電気絶縁層２５１、第３電気絶縁層及び第４電気絶縁層２５２の各々は、例えば、シリコン酸化膜により構成することができる。
第１下地層２５４及び第２下地層２５５の各々は、例えば、Ａｌ膜等により構成することができる。第１下地層２５４と第２下地層２５５とは、同じ材料により形成されていているが、互いに異なる材料により形成されていてもよい。
導体層２５６は、例えば、Ｎｉ膜とＰｄ膜とＡｕ膜との積層膜により構成することができる。
配線基板６００は、マザー基板である。配線基板６００は、例えば、金属ベースプリント配線板により形成することができる。この場合、配線基板６００は、例えば、金属板６０１と、金属板６０１上に形成された絶縁樹脂層６０２と、絶縁樹脂層６０２上に形成された第１配線部６０４及び第２配線部６０５と、を備えるのが好ましい。金属板６０１は、Ｃｕ板により構成してあるが、これに限らず、例えば、Ａｌ板により構成してもよい。配線基板６００は、金属板６０１の表面６１１における発光装置１ｄの投影領域を露出させてある。
発光装置１ｄと配線基板６００とを備えた紫外線ＬＥＤモジュールでは、発光装置１ｄの裏面側の導体層２５６が接合層３１０により金属板６０１と接合されている。接合層３１０は、はんだにより形成されているが、これに限らず、焼結銀により形成されていてもよい。焼結銀は、銀粒子同士が焼結により結合された焼結体である。焼結銀は、多孔質銀である。接合層３１０を焼結銀により形成する場合には、金属板６０１の表面６１１上に銀粒子と揮発性のバインダと溶剤とを含むペーストを塗布してから、発光装置１ｄを金属板６０１にペーストを介して重ね合わせ、ペーストを加熱して焼結銀を形成すればよい。
また、紫外線ＬＥＤモジュールは、第１外部接続電極２４が第１ワイヤ２９４を介して第１配線部６０４と電気的に接続されている。また、紫外線ＬＥＤモジュールでは、第２外部接続電極２５が第２ワイヤ２９５を介して第２配線部６０５と電気的に接続されている。第１ワイヤ２９４及び第２ワイヤ２９５の各々は、Ａｕワイヤであるのが好ましい。要するに、紫外線ＬＥＤモジュールは、発光装置１ｄが配線基板６００に２次実装されている。紫外線ＬＥＤモジュールでは、平面視において配線基板６００が発光装置１ａよりも大きいのが好ましい。これにより、紫外線ＬＥＤモジュールは、放熱性を、より向上させることが可能となる。
本実施形態の発光装置１ｄの製造方法は、発光装置１ａの製造方法と基本的に同じである。本実施形態の発光装置１ｄの製造方法では、スペーサ４とカバー５とを接合することでキャップ６ａを形成し、その後、紫外線発光素子３の第１電極３１、第２電極３２及びキャップ６ａにおける第２接合用金属層４３と実装基板２ａの第１導体部２１、第２導体部２２及び第１接合用金属層２３とをそれぞれ第１ＡｕＳｎ層７１、第２ＡｕＳｎ層７２及び第３ＡｕＳｎ層７３により接合する。よって、本実施形態の発光装置１ｄの製造方法では、信頼性の向上を図れ、かつ、低コスト化を図ることが可能となる。
発光装置１ｄは、キャップ６ａの代わりに、実施形態２の発光装置１ｃにおけるキャップ６ｃを備えてもよい。
（実施形態４）
以下では、本実施形態の発光装置１ｅについて図１９及び２０に基づいて説明する。発光装置１ｅは、紫外線発光素子３の第１電極３１、第２電極３２と実装基板２ａの第１導体部２１、第２導体部２２とが、それぞれ、Ａｕバンプからなる接合部１６１、Ａｕバンプからなる接合部１６２により接合されている点が実施形態１の発光装置１ａと相違する。また、発光装置１ｅでは、第３バリア層８３がスペーサ４の第２接合用金属層４３と第３接合部６３との間にある点が発光装置１ａと相違する。なお、発光装置１ｅにおいて、発光装置１ａと同様の構成要素については、発光装置１ａと同一の符号を付して説明を省略する。
Ａｕバンプは、実装基板２ａに対してスタッドバンプ法（ボールバンプ法とも呼ばれている）によって形成されたスタッドバンプにより構成されているのが好ましい。発光装置１ｅでは、第１電極３１の平面サイズよりも第２電極３２の平面サイズが大きいので、第２電極３２に対して接合部１６２を複数設けてあるのが好ましい。これにより、発光装置１ｅでは、接合部１６２が１つの場合に比べて、放熱性の向上を図ることが可能となる。
第２接合用金属層４３は、例えば、下地膜４３１と接合層４３３との積層膜により構成されているのが好ましい。下地膜４３１は、例えば、Ａｌ膜により構成することができる。接合層４３３は、例えば、Ｎｉ膜とＰｄ膜とＡｕ膜との積層膜により構成することができる。
発光装置１ｅではスペーサ４とカバー５とで、紫外線発光素子３を覆うキャップ６ｅを構成している。また、発光装置１ｅは、実装基板２ａとキャップ６ｅとで、紫外線発光素子３を収納するパッケージ７ｅを構成している。
以下では、発光装置１ｅの製造方法について簡単に説明する。なお、発光装置１ａの製造方法と同様の工程については説明を適宜省略する。
発光装置１ｅの製造方法では、例えば、下記の第１工程、第２工程、第３工程及び第４工程を順次行う。
第１工程では、スペーサ４のシリコン酸化膜４４上にＡｌ膜からなる下地膜４３１を形成し、その後、カバー５とスペーサ４とを陽極接合によって直接接合することでキャップ６ｅを形成する。
第２工程では、キャップ６ｅの下地膜４３１に対してジンケート処理（zincate treatment）を行った後、無電解めっき法により、Ｎｉ膜とＰｄ膜とＡｕ膜との積層膜からなる接合層４３３を下地膜４３１上に形成する。第２工程では、接合層４３３を形成した後、接合層４３３上に例えばＰｔ膜からなる第３バリア層８３を形成し、その後、第３バリア層８３上に第３ＡｕＳｎ層７３を電解めっき法により形成し、続いて、第３ＡｕＳｎ層７３上に電解めっき法により第３Ａｕ層９３を形成する。第３バリア層８３と第３ＡｕＳｎ層７３と第３Ａｕ層９３とで、第３接合用層１０３を構成している。
上述の第１工程及び第２工程は、ウェハレベルで行うのが好ましく、第２工程において第３Ａｕ層９３を形成した後に、複数のスペーサ４を形成した第１ウェハと複数のカバー５の元になる第２ウェハとが接合された構造体から、複数のキャップ６ｅに分割するのが好ましい。
第３工程では、紫外線発光素子３の第１電極３１、第２電極３２と実装基板２ａの第１導体部２１、第２導体部２２とを、それぞれ、Ａｕバンプからなる接合部１６１、Ａｕバンプからなる接合部１６２により接合する。第３工程では、超音波を利用して紫外線発光素子３を実装基板２ａに実装するフリップチップ実装を行う。
第４工程では、第１ステップ、第２ステップを順次行うことにより、キャップ６ｅを実装基板２ａに接合する。第４工程の第１ステップでは、第２吸着保持具により吸着保持したキャップ６ｅにおける第２接合用金属層４３と実装基板２ｄの第１接合用金属層２３とを対向させる。より詳細には、第１ステップでは、第２接合用金属層４３に積層されている第３接合用層１０３と第１接合用金属層２３とを対向させる。第４工程の第２ステップでは、キャップ６ｅにおける第２接合用金属層４３と実装基板２ａの第１接合用金属層２３とを、第３ＡｕＳｎ層７３により接合する。第２ステップでは、第１ヒータにより実装基板２ａを第３ＡｕＳｎ層７３の融点以上の温度に加熱し、かつ、キャップ６ｅを第３ＡｕＳｎ層７３の融点未満の温度にした状態で、キャップ６ｅにおける第３接合用層１０３と実装基板２ａの第１接合用金属層２３とが接触するように重ね合わせる。そして、第２ステップでは、キャップ６ｅに対して加圧を行いながら第３ＡｕＳｎ層７３を溶融させてから、冷却凝固させることにより第３接合部６３を形成する。第２ステップは、Ｎ２ガス雰囲気中で行うのが好ましい。
発光装置１ｅの製造方法では、第１工程、第２工程、第３工程及び第４工程を順次行うことにより、発光装置１ｅを得ることができる。
（実施形態５）
以下では、本実施形態の発光装置１ｆについて図２１及び２２に基づいて説明する。発光装置１ｆは、紫外線発光素子３の第１電極３１、第２電極３２と実装基板２ｄの第１導体部２１、第２導体部２２とが、それぞれ、Ａｕバンプからなる接合部１６１、Ａｕバンプからなる接合部１６２により接合されている点が実施形態４の発光装置１ｄと相違する。また、発光装置１ｆでは、第３バリア層８３がスペーサ４の第２接合用金属層４３と第３接合部６３との間にある点が発光装置１ａと相違する。なお、発光装置１ｆにおいて、発光装置１ｄと同様の構成要素については、発光装置１ｄと同一の符号を付して説明を省略する。
Ａｕバンプは、スタッドバンプ法により形成されたスタッドバンプにより構成されているのが好ましい。発光装置１ｆでは、第１電極３１の平面サイズよりも第２電極３２の平面サイズが大きいので、第２電極３２に対して接合部１６２を複数設けてあるのが好ましい。これにより、発光装置１ｆでは、接合部１６２が１つの場合に比べて、放熱性の向上を図ることが可能となる。
発光装置１ｆでは、スペーサ４とカバー５とで、紫外線発光素子３を覆うキャップ６ｅを構成している。また、発光装置１ｆは、実装基板２ｄとキャップ６ｅとで、紫外線発光素子３を収納するパッケージ７ｆを構成している。
発光装置１ｆの製造方法は、発光装置１ｅの製造方法と同様なので、説明を省略する。
（実施形態６）
以下では、本実施形態の発光装置１ｇについて図２３及び２４に基づいて説明する。発光装置１ｇは、実装基板２ａとスペーサ４とカバー５とで囲まれた空間８内で紫外線発光素子３を覆っている封止部８０を備える点が実施形態１の発光装置１ａと相違する。なお、発光装置１ｅにおいて、発光装置１ａと同様の構成要素については、発光装置１ａと同一の符号を付して説明を省略する。
封止部８０を形成している封止材料は、電気絶縁性を有する。また、封止部８０を形成している封止材料は、紫外線発光素子３から放射される紫外線に対して耐紫外線性を有し、かつ紫外線発光素子３から放射される紫外線を透過する封止樹脂である。「紫外線発光素子３から放射される紫外線に対して耐紫外線性を有し」とは、例えば、紫外線発光素子３を定格電流で２０００時間だけ、連続して通電し、通電開始前後の透過率の低下率が３０％以下であることを意味する。封止部８０の屈折率は、不活性ガスの屈折率よりも高い。
封止樹脂としては、例えば、主骨格がＳｉ−Ｏ結合からなり、紫外線の透過率が９０％以上であるシリコーン樹脂や、主骨格がＣ−Ｆ結合からなり、紫外線の透過率が９０％以上であるフッ素系樹脂（例えば、アモルファスフッ素樹脂）等を採用することもできる。
波長２６５ｎｍの紫外線に対するカバー５の屈折率は、１．５程度である。また、波長２６５ｎｍの紫外線に対する基板３０の屈折率は、１．８程度である。これに対して、波長２６５ｎｍの紫外線に対する封止部８０の屈折率は、例えば、１．３〜１．５程度である。
発光装置１ｇは、実装基板２ａとスペーサ４とカバー５とで囲まれた空間８内で紫外線発光素子３を覆っている封止部８０を備えることにより、光取り出し効率を向上させることが可能となり、高出力化を図ることが可能となる。
本実施形態の発光装置１ｇの製造方法は、発光装置１ａの製造方法と略同じであり、キャップ６ａにおいてカバー５とスペーサ４とで囲まれた空間に封止部８０の元になる封止樹脂８００を塗布し（図２４Ａ）、その後、キャップ６ａを実装基板２ａに対向させ（図２４Ｂ）、続いて、キャップ６ａを実装基板２ａに接合してから、封止樹脂８００を熱硬化させることで封止部８０を形成する点が相違する。封止樹脂８００を熱硬化させるプロセス条件は、例えば、加熱温度が１５０℃、加熱時間が２時間である。
実施形態１〜６に記載した材料、数値等は、好ましい例を示しているだけであり、それに限定する主旨ではない。更に、本願発明は、その技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、構成に適宜変更を加えることが可能である。
例えば、発光装置１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ及び１ｇは、紫外線発光素子３として紫外線ＬＥＤチップを採用しているが、これに限らず、紫外線発光素子３として、例えば、紫外線ＬＤ（laser diode）チップを採用してもよい。
また、例えば、発光装置１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ及び１ｆにおいて、発光装置１ｇと同様の封止部８０を備えていてもよい。
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ 発光装置
２ａ、２ｂ、２ｄ 実装基板
３ 紫外線発光素子
４ スペーサ
５ カバー
６ａ、６ｃ、６ｅ キャップ
８ 空間
４０ スペーサ本体
４１ 貫通孔
８０ 封止部
４００ 単結晶Ｓｉ基板
４０１ 表面

Claims (5)

  1. 実装基板と、前記実装基板に実装された紫外線発光素子と、前記実装基板上に配置され前記紫外線発光素子を露出させる貫通孔が形成されたスペーサと、前記スペーサの前記貫通孔を塞ぐように前記スペーサ上に配置されたカバーと、を備え、
    前記紫外線発光素子は、紫外線の波長域に発光ピーク波長を有し、
    前記実装基板は、支持体と、前記支持体に支持された第１接合用金属層と、を備え、
    前記スペーサは、Ｓｉにより形成されたスペーサ本体と、前記スペーサ本体における前記実装基板との対向面側で前記実装基板の前記第１接合用金属層に対向しており前記対向面における外周縁の全周に沿って形成されている第２接合用金属層と、を備え、
    前記貫通孔は、前記スペーサ本体に形成されており、
    前記貫通孔は、前記実装基板から離れるにつれて開口面積が漸次増加しており、
    前記カバーは、前記紫外線発光素子から放射される紫外線を透過するガラスにより形成され、
    前記スペーサと前記カバーとが直接接合されており、
    前記スペーサの第２接合用金属層と前記実装基板の前記第１接合用金属層とが前記第２接合用金属層の全周に亘ってＡｕＳｎにより接合されている、
    ことを特徴とする発光装置。
  2. 前記紫外線発光素子は、ＵＶ−Ｃの波長域に発光ピーク波長を有する、
    ことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
  3. 前記スペーサ本体は、表面が（１００）面の単結晶Ｓｉ基板から形成されており、前記貫通孔の内側面が｛１１１｝面に沿った面である、
    ことを特徴とする請求項１又は２記載の発光装置。
  4. 前記スペーサは、前記貫通孔の前記内側面が｛１１１｝面に沿って形成されたシリコン酸化膜の表面により構成されている、
    ことを特徴とする請求項３記載の発光装置。
  5. 前記実装基板と前記スペーサと前記カバーとで囲まれた空間内で前記紫外線発光素子を覆っている封止部を備える、
    ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発光装置。
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