JP6627495B2 - 深紫外発光素子用基板、深紫外発光素子用連結基板、および深紫外発光装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、深紫外発光素子用基板、深紫外発光素子用連結基板、および深紫外発光装置に係り、特に、深紫外線の反射率が高く、かつ深紫外線の照射による反射率の低下が抑制された深紫外発光素子用基板、このような深紫外発光素子用基板を効率的に製造するための深紫外発光素子用連結基板、および深紫外発光素子用基板を用いた深紫外発光装置に関する。

波長３５０ｎｍ以下の深紫外域の紫外線（深紫外線）は、そのエネルギーが大きいことから、情報、電子デバイス用途、衛生、環境、医療用途等、広汎な用途での使用が期待されている。例えば、情報、電子デバイス用途として、光情報記録が挙げられる。また、衛生、環境、医療用途として、菌、ウイルスの殺菌、水、空気の浄化、外科治療等が挙げられる。

深紫外線を発光する光源として、従来、水銀ランプ、エキシマレーザー等のガス光源が使用されている。しかし、ガス光源は、大型であり、かつ消費電力が大きい。このため、小型で消費電力の少ない半導体固体光源への置き換えが進められている。

半導体固体光源を搭載するための基板として、低温焼成セラミックス基板、高温焼成セラミックス基板が提案されている。低温焼成セラミックス基板としては、例えば、酸化ケイ素、酸化カルシウム、および酸化ホウ素等からなるガラス基板が知られている。高温焼成セラミックス基板として、アルミナ基板、窒化アルミニウム基板等が知られている。

特表２００９−５３５８０６号公報 特開２０１５−１８８７３号公報 特開２０１３−１７５５３１号公報

深紫外線を発光する半導体固体光源を搭載するための基板として、低温焼成セラミックス基板、高温焼成セラミックス基板が提案されている。しかし、深紫外線はエネルギーが大きいことから、半導体固体光源を搭載する基板が着色または変色して反射率が低下しやすい。反射率が低下すると、深紫外線の取り出し効率が低下する。

例えば、窒化アルミニウム基板は、熱伝導率が高いために放熱性に優れるが、深紫外線の反射率が低く、かつ深紫外線の照射により反射率が低下しやすい。アルミナ基板は、窒化アルミニウム基板に比べて反射率が高いが、必ずしも十分な反射率を得ることができない。

今後、基板に搭載される半導体固体光源の出力が増加した場合、このような問題が顕著になると考えられる。このため、深紫外線の反射率が高く、かつ深紫外線の照射による反射率の低下が抑制された基板が求められる。

本発明が解決しようとする課題は、深紫外線の反射率が高く、かつ深紫外線の照射による反射率の低下が抑制された深紫外発光素子用基板を提供することである。また、本発明が解決しようとする課題は、このような深紫外発光素子用基板を効率的に製造するための深紫外発光素子用連結基板を提供することである。また、本発明が解決しようとする課題は、深紫外発光素子用基板を用いた深紫外発光装置を提供することである。

実施形態の深紫外発光素子用基板は、基板本体と、前記基板本体上に設けられた枠体と、を有する。前記基板本体および前記枠体は、ガラスと、前記ガラス中に分散されたセラミックス粒子とを含むガラスセラミックスを基材とする。前記基板本体は、前記枠体に囲まれた枠内部を有する。前記枠内部は、その内側にサブマウントが搭載されるサブマウント搭載部を有する。前記サブマウント搭載部は、その内側に深紫外発光素子が搭載される素子搭載部を有する。前記枠内部が四角形状であり、前記枠内部内に前記深紫外発光素子に電気的に接続される一対のサブマウント用電極が設けられ、前記一対のサブマウント用電極は、前記枠内部の四角形状の一辺に接触するように設けられている。保護素子用電極が、前記一対のサブマウント用電極の間に設けられ、かつ前記枠内部の四角形状の前記一辺に接触している。前記ガラスは、酸化物基準のモル％表示で、ＳｉＯ _２ を５７〜６５％、Ｂ _２ Ｏ _３ を１３〜１８％、ＣａＯを９〜２３％、Ａｌ _２ Ｏ _３ を３〜８％、Ｋ _２ ＯおよびＮａ _２ Ｏから選ばれる少なくとも一種を０．５〜６％含有する。前記ガラスセラミックスは、波長２８０ｎｍの光の反射率が７５％以上である。

実施形態の深紫外発光装置は、上記深紫外発光素子用基板と、この深紫外発光素子用基板に搭載された窒化アルミニウムからなるサブマウントと、このサブマウントに搭載された深紫外発光素子と、を有する。

実施形態の深紫外発光素子用連結基板は、深紫外発光素子が搭載される深紫外発光素子用基板が複数連結されるものである。前記深紫外発光素子用基板が、基板本体と、前記基板本体上に設けられた枠体と、を有する。前記基板本体および前記枠体が、ガラスと、前記ガラス中に分散されたセラミックス粒子とを含むガラスセラミックスを基材とする。前記基板本体は、前記枠体に囲まれた枠内部を有する。前記枠内部は、その内側にサブマウントが搭載されるサブマウント搭載部を有する。前記サブマウント搭載部は、その内側に前記深紫外発光素子が搭載される素子搭載部を有する。前記枠内部が四角形状であり、前記枠内部内に前記深紫外発光素子に電気的に接続される一対のサブマウント用電極が設けられ、前記一対のサブマウント用電極は、前記枠内部の四角形状の一辺に接触するように設けられている。保護素子用電極が、前記一対のサブマウント用電極の間に設けられ、かつ前記枠内部の四角形状の前記一辺に接触している。前記ガラスは、酸化物基準のモル％表示で、ＳｉＯ _２ を５７〜６５％、Ｂ _２ Ｏ _３ を１３〜１８％、ＣａＯを９〜２３％、Ａｌ _２ Ｏ _３ を３〜８％、Ｋ _２ ＯおよびＮａ _２ Ｏから選ばれる少なくとも一種を０．５〜６％含有する。前記ガラスセラミックスは、波長２８０ｎｍの光の反射率が７５％以上である。

本発明の深紫外発光素子用基板は、深紫外線の反射率が高く、かつ深紫外線の照射による反射率の低下が少ない。このため、本発明の深紫外発光素子用基板は、深紫外発光素子の搭載に好適に用いられる。

深紫外発光素子用連結基板の一実施形態を示す上面図である。 深紫外発光素子用基板の一実施形態を示す上面図である。 図２に示される深紫外発光素子用基板のＡ−Ａ線断面図である。 図２に示される深紫外発光素子用基板の下面図である。 深紫外発光装置の一実施形態を示す上面図である。 図５に示される深紫外発光装置の断面図である。 深紫外発光素子用基板の第１の変形例を示す上面図である。 深紫外発光素子用基板の第２の変形例を示す上面図である。 深紫外発光素子用基板の第３の変形例を示す上面図である。 深紫外発光素子用基板の第４の変形例を示す上面図である。 実施例における各種基板の分光透過率の測定結果を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態について説明する。
実施形態の深紫外発光素子用基板は、深紫外発光素子が搭載される素子搭載部を有する基板本体と、この素子搭載部を囲むように配置された枠体と、を有する。また、基板本体および枠体は、ガラスと、このガラス中に分散されたセラミックス粒子とを含むガラスセラミックスを基材とする。なお、深紫外発光素子とは、深紫外線を発光するものであり、波長３５０ｎｍ以下に発光ピークを有するものである。

ガラスと、このガラス中に分散されたセラミックス粒子とを有するガラスセラミックスは、深紫外線の反射率が高く、かつ深紫外線の照射による反射率の低下が少ない。このようなガラスセラミックスを基材として用いることにより、深紫外線の取り出し効率が高く、かつ長寿命な深紫外発光素子用基板とすることができる。

（ガラスセラミックス）
ガラスセラミックスを構成するガラスは、酸化物基準のモル％表示で、ＳｉＯ_２を５７〜６５％、Ｂ_２Ｏ_３を１３〜１８％、ＣａＯを９〜２３％、Ａｌ_２Ｏ_３を３〜８％、Ｋ_２ＯおよびＮａ_２Ｏから選ばれる少なくとも一種を０．５〜６％含有することが好ましい。

上記成分を含有することにより、ガラスの濡れ性が向上して、セラミックス粒子、特に深紫外線の反射に寄与するセラミックス粒子を多量に含有することができる。

なお、ガラスセラミックスを構成するガラスは、上記以外の成分を含有できる。上記以外の成分を含有する場合、その合計した含有量は１０％以下が好ましく、５％以下がより好ましい。

セラミックス粒子は、ガラスセラミックスの強度を向上させるとともに、深紫外線の反射率を向上させる。セラミックス粒子としては、アルミナ粒子、チタニア粒子、ジルコニア粒子、安定化ジルコニア粒子等が挙げられる。

ガラスセラミックスは、セラミックス粒子を４５質量％以上含有することが好ましい。セラミックス粒子の含有量が４５質量％以上になると、ガラスセラミックスの強度が高くなる。セラミックス粒子の含有量は、５０質量％以上がより好ましく、５５質量％以上がさらに好ましい。一方、セラミックス粒子の含有量が７５質量％以下になると、ガラスセラミックスが緻密になる。セラミックス粒子の含有量は、７０質量％以下がより好ましく、６５質量％以下がさらに好ましい。

ガラスセラミックスは、セラミックス粒子としてアルミナ粒子を含有することが好ましい。アルミナ粒子を含有することにより、ガラスセラミックスの強度が高くなる。アルミナ粒子の含有量は、ガラスセラミックス中、３０質量％以上が好ましい。アルミナ粒子の含有量が３０質量％以上になると、ガラスセラミックスの強度が十分に高くなる。

ガラスセラミックスは、セラミックス粒子として、アルミナ粒子とともに、アルミナよりも高い屈折率を有するセラミックスからなる粒子を含有することが好ましい。以下、このような粒子を高屈折率粒子と記す。アルミナ粒子とともに高屈折率粒子を含有することにより、深紫外線の反射率が高くなる。

高屈折率粒子としては、２．０以上の屈折率を有するセラミックスからなる粒子が好ましい。このような粒子としては、チタニア粒子、ジルコニア粒子、安定化ジルコニア粒子等が挙げられる。アルミナの屈折率は１．８程度であり、チタニアの屈折率は２．７程度、ジルコニアの屈折率は２．２程度である。これらの中でも、深紫外線の反射率の向上およびその経時劣化の抑制の観点から、ジルコニア粒子、安定化ジルコニア粒子が好ましい。

高屈折率粒子の含有量は、ガラスセラミックス中、１０質量％以上が好ましい。高屈折率粒子の含有量が１０質量％以上になると、深紫外線の反射率が高くなる。高屈折率粒子の含有量は、２０質量％以上がより好まく、３０質量％以上が好ましい。

セラミックス粒子の５０％粒径（Ｄ５０）は０．５μｍ以上が好ましい。Ｄ５０が０．５μｍ以上になると、セラミックス粒子がガラスセラミックス中に均一に分布する。Ｄ５０は、１μｍ以上がより好ましい。一方、Ｄ５０が５μｍ以下になると、ガラスセラミックスが緻密になる。Ｄ５０は、３μｍ以下がより好ましい。

ガラスセラミックスは、波長２８０ｎｍの光の反射率が７５％以上であることが好ましい。波長２８０ｎｍの光の反射率が７５％以上になると、深紫外線が効率的に反射され、その取り出し効率が高くなる。反射率は、８０％以上であることがより好ましい。反射率は、取り出し効率の観点からは高いほど好ましいが、通常は９５％もあれば十分である。

以下、深紫外発光素子用連結基板、深紫外発光素子用連結基板、深紫外発光装置について、図面を参照して具体的に説明する。なお、以下の説明では、深紫外発光素子用基板を素子基板と記し、深紫外発光素子用連結基板を連結基板と記して説明する。

（連結基板）
図１は、連結基板の一実施形態を示す上面図である。
連結基板１は、縦横に連結された複数の素子基板１０と、これらの素子基板１０を囲むように設けられた余剰部１１とを有する。隣接する素子基板１０の間、およびその延長線上には、隣接する素子基板１０を互いに分割するための分割溝１２が設けられている。また、分割溝１２が交差する部分には、分割時の欠け等の発生を防止するための分割孔１３が設けられている。分割孔１３は、連結基板１を貫通するように設けられている。このような連結基板１は、例えば、分割溝１２に応力を印加することにより素子基板１０どうしが互いに分割される。

（素子基板）
図２は、素子基板１０の一実施形態を示す上面図である。また、図３は、図２に示す素子基板１０のＡ−Ａ線断面図であり、図４は、図２に示す素子基板１０の下面図である。

素子基板１０は、板状の基板本体２１と、この基板本体２１の上面側（発光面側）に設けられる枠体２２とを有する。基板本体２１および枠体２２は、例えば、四角形状の平面形状に形成されている。

基板本体２１は、その発光面側に枠体２２に囲まれた枠内部２３を有する。枠内部２３は、その内側にサブマウントが搭載されるサブマウント搭載部２４を有する。サブマウント搭載部２４には、サブマウントの接合に使用される接合部２５が設けられる。接合部２５は、サブマウント搭載部２４と同一の形状に設けられる。

また、サブマウント搭載部２４は、その内側に深紫外発光素子が搭載される素子搭載部２６を有する。素子搭載部２６として、例えば、深紫外発光素子の個数と同数の素子搭載部２６ａ〜２６ｄが設けられる。なお、素子搭載部２６の個数は、特に制限されない。素子搭載部２６の個数が多くなるほど出力が向上することから、素子搭載部２６の個数は、２以上が好ましく、３以上がより好ましい。

枠内部２３には、サブマウント用の電極２７、２８、および保護素子用の電極２９が設けられる。なお、サブマウント搭載部２４は、これらの電極２７〜２９に重ならないように設けられる。

枠内部２３が四角形状の平面形状を有する場合、この四角形状の一辺に一対の電極２７、２８が接触するように設けられることが好ましい。また、電極２９は、これら一対の電極２７、２８の間に設けられることが好ましい。

一対の電極２７、２８が枠内部２３の一辺に接触するように設けられることにより、枠内部２３におけるサブマウント搭載部２４の割合を大きくすることができる。サブマウント搭載部２４の割合が大きくなると、より多くの深紫外発光素子を搭載できるようになり、出力の向上が容易になる。また、サブマウント搭載部２４の割合が大きくなると、深紫外発光素子を枠体２２の内壁に近接して配置できるようになり、深紫外発光素子から放射される深紫外線が効率的に反射されて深紫外線の取り出し効率が向上する。枠内部２３におけるサブマウント搭載部２４の面積での割合は６０％以上が好ましい。

基板本体２１の下面側には、外部電極３１、３２が設けられる。外部電極３１は、例えば、基板本体２１の下面の一辺に沿って一方の端部から他方の端部まで細線状に設けられる。外部電極３２は、例えば、上記辺と対向する辺に沿って一方の端部から他方の端部まで細線状に設けられる。

外部電極３１は、電極２７、電極２９に接続される。外部電極３２は、電極２８に接続される。外部電極３１と電極２７、２９との接続、および外部電極３２と電極２８との接続は、基板本体２１の内部にその厚さ方向に延びるように設けられた導電ビア３３、該方向に対して垂直な方向に延びるように設けられた接続層３４を介して行われる。

サブマウント搭載部２４の下部には、基板本体２１の厚さ方向に延びるように複数のサーマルビア３５が設けられる。複数のサーマルビア３５は、基板本体２１の内部に、その厚さ方向に対して垂直な方向に延びるように設けられた接続層３６により互いに接続されることが好ましい。

各サーマルビア３５は、例えば、円柱状等の柱状に形成される。サーマルビア３５が円柱状の場合、その直径は０．１０〜０．５０ｍｍが好ましく、０．２０〜０．３５ｍｍがより好ましい。

サーマルビア３５は、サブマウント搭載部２４における面積での割合が２０％以上となるように設けられることが好ましい。なお、ここでの面積は、複数のサーマルビア３５の合計した面積である。面積での割合が２０％以上になると放熱性が良好となる。このため、深紫外発光素子の出力が増加した場合に有利になる。ここで、深紫外発光素子の出力が増加した場合には、深紫外発光素子自体の出力が増加する場合の他、深紫外発光素子自体の出力は小さいが、このような深紫外発光素子が複数搭載されることにより出力が増加する場合が含まれる。

基板本体２１の下面側には、サーマルビア３５を外部のヒートシンク等に接続するために使用される接合部３７が設けられる。接合部３７は、例えば、外部電極３１と外部電極３２との間にこれらから離間するように四角形状に設けられる。接合部３７は、通常、放熱性の観点から、サブマウント搭載部２４と同一またはこれよりも大きく設けられる。

枠体２２は、素子搭載部２６、すなわち素子搭載部２６ａ〜２６ｄを囲むように設けられる。枠体２２が設けられることにより、深紫外発光素子から放射された深紫外線が反射されて深紫外線の取り出し効率が向上する。

枠体２２の開口側の端部には、窓部材を下方向から支持するための平面部４１が設けられる。平面部４１は、例えば、基板本体２１の表面と平行に設けられる。

平面部４１の表面には、金属層４２が設けられることが好ましい。金属層４２が設けられることにより、半田等による窓部材の接合が容易になる。金属層４２は、例えば、導電ビア３３や接続層３４を介して電極２７や外部電極３１に電気的に接続される。金属層４２の形成に使用される金属の使用量を少なくする観点から、平面部４１の平坦度は１ｍｍあたり５μｍ以下が好ましい。また、窓部材の接合が確実になることから、金属層４２の平坦度についても１ｍｍあたり５μｍ以下が好ましい。

ここでの平坦度とは、平面部４１または金属層４２の表面の１ｍｍを参照した場合に得られる最も高い部分と最も低い部分との差をいう。平坦度の調整は、金属層４２の厚み、金属層４２に用いる導体材料の焼結性を調整すること、および焼成条件のコントロール等により行うことができる。また、平坦度の測定は、レーザー変位計により行うことができる。

平面部４１の外側には、これよりも高い段部４３が設けられることが好ましい。段部４３は、通常、枠体２２を一周するように設けられる。このような段部４３が設けられることにより、窓部材の水平方向の移動が抑制される。

このような素子基板１０は、５〜１２ｍｍ角の大きさを有することが好ましい。基板本体２１の厚さは、０．３〜０．７ｍｍであることが好ましい。段部４３を除いた枠体２２の厚さは、０．３〜１．０ｍｍであることが好ましい。段部４３の厚さは、０．０５〜０．３ｍｍであることが好ましい。

基板本体２１および枠体２２は、主としてガラスセラミックスから構成される。ガラスセラミックスについては、既に説明したことからここでは説明を省略する。ガラスセラミックス以外の部分は、金属材料から構成されることが好ましい。ガラスセラミックス以外の部分としては、基板本体２１については、接合部２５、３７、電極２７、２８、３１、３２、ビア３３、３５、接続層３４、３６が挙げられ、枠体２２については、金属層４２が挙げられる。

金属材料としては、銅、銀、金等を主成分とすることが好ましい。金属材料としては、特に、銀単体、銀パラジウム合金、銀白金合金等の銀合金が好ましい。銀合金は、銀を９０質量％以上含有することが好ましい。例えば、銀パラジウム合金の場合、パラジウムの含有量は１０質量％が好ましい。また、銀白金合金の場合、白金の含有量は３質量％以下が好ましい。

外部に露出する部分、例えば、接合部２５、３７、電極２７、２８、３１、３２、金属層４２には、これらの表面を酸化および硫化から保護するための保護層が設けられることが好ましい。保護層の構成材料としては、ニッケル、クロム、銀、金等が挙げられる。これらの金属は２種以上が積層されてもよい。２種以上の金属が積層された例としては、保護対象側から順にニッケルおよび銀が積層されたもの、ニッケルおよび金が積層されたものが挙げられる。保護層は、メッキにより形成されることが好ましい。

良好な金属間接続の観点から、保護層は最表面に金を有することが好ましい。最表面に金を有するものとしては、例えば、保護対象側から順にニッケルおよび金を有するものが好ましい。ニッケル部分の厚さは２〜２０μｍが好ましく、金部分の厚さは０．１〜１μｍが好ましい。

（深紫外発光装置）
図５は、深紫外発光装置の一実施形態を示す上面図である。なお、図５に示される深紫外発光装置においては、窓部材の図示が省略されている。また、図６は、図５に示す深紫外発光装置の断面図である。

深紫外発光装置５０は、素子基板１０、この素子基板１０に搭載されるサブマウント５１、およびこのサブマウント５１に搭載される深紫外発光素子５２を有する。また、深紫外発光装置５０は、これらサブマウント５１および深紫外発光素子５２を覆う窓部材５３を有する。

サブマウント５１は、金錫半田等からなる接合層５７を介して、素子基板１０のサブマウント接合部２５に接合される。サブマウント５１を介することにより、平坦度が向上して深紫外発光素子５２の搭載が容易になる。

すなわち、素子基板１０にサーマルビア３５が設けられる場合、このサーマルビア３５の影響により接合部２５の平坦性が低下する。深紫外発光素子５２がフリップチップ型の場合、これが搭載される表面には高い平坦性が求められる。サブマウント５１の使用により、表面の平坦性が改善され、深紫外発光素子５２がフリップチップ型でも搭載することができる。

サブマウント５１は、四角形状の平面形状を有することが好ましい。また、その各辺が枠内部２３の各辺と平行になるように配置されることが好ましい。サブマウント５１の厚さは、２００〜５００μｍが好ましい。厚さが２００μｍ以上になると、機械的強度、耐熱衝撃性等が良好になる。また、厚さが５００μｍ以下になると、生産性が良好になり、製造コストも低下する。

サブマウント５１は、窒化アルミニウムからなることが好ましい。窒化アルミニウムの使用により放熱性が良好になる。また、サブマウント５１のみに窒化アルミニウムを使用し、素子基板１０にはガラスセラミックスを使用することで、深紫外発光装置５０の製造コストが低下する。また、サーマルビア３５を設けることにより、素子基板１０にガラスセラミックスを使用しても十分な放熱性を得ることができる。

サブマウント５１の表面には、金等がパターニングされた導体５４が設けられる。導体５４は、深紫外発光素子５２に電力を供給するために設けられる。導体５４は、深紫外発光素子用の電極対５４ａ、素子基板用の一対の電極５４ｂ、５４ｃ、およびこれらを接続する接続部５４ｄを有する。なお、図示される導体５４は、４個の深紫外発光素子５２を直列に接続するものである。

電極対５４ａは、各素子搭載部２６、すなわち素子搭載部２６ａ〜２６ｄに設けられる。各電極対５４ａは、深紫外発光素子５２の一対の電極に対応する一対の電極を有する。電極対５４ａにおける一対の電極は、例えば、その並列方向が素子基板１０の電極２７、２８の並列方向と平行になるように設けられる。

一対の電極５４ｂ、５４ｃは、素子基板１０の一対の電極２７、２８に対応する。電極５４ｂ、５４ｃは、４箇所の素子搭載部２６（２６ａ〜２６ｄ）およびこれらの間を含む四角形状の部分の外側に設けられる。

例えば、素子基板１０の電極２７に対応する電極５４ｂは、上記四角形状の部分の外側であって、素子基板１０の電極２７に近い素子搭載部２６ａの側方に設けられる。素子基板１０の電極２８に対応する電極５４ｃは、上記四角形状の部分の外側であって、素子基板１０の電極２８に近い素子搭載部２６ｄの側方に設けられる。

電極５４ｂは、ボンディングワイヤ５５により素子基板１０の電極２７に接続される。また、電極５４ｃは、ボンディングワイヤ５６により素子基板１０の電極２８に接続される。

接続部５４ｄは、例えば、各素子搭載部２６の電極対５４ａ、すなわち素子搭載部２６ａ〜２６ｄにおける電極対５４ａを直列に接続するように設けられる。例えば、まず電極５４ｂとこれに隣接する素子搭載部２６ａにおける電極対５４ａの一方とを接続する。次に、この素子搭載部２６ａにおける他方の電極と素子搭載部２６ｂにおける電極対５４ａの一方とを接続する。次に、この素子搭載部２６ｂにおける他方の電極と素子搭載部２６ｃにおける電極対５４ａの一方とを接続する。次に、この素子搭載部２６ｃにおける他方の電極と素子搭載部２６ｄにおける電極対５４ａの一方とを接続する。最後に、この素子搭載部２６ｄにおける他方の電極と電極５４ｃとを接続する。

なお、各素子搭載部２６における電極対５４ａ、すなわち素子搭載部２６ａ〜２６ｄにおける電極対５４ａは、必ずしも上記順序で接続される必要はない。また、各素子搭載部２６における電極対５４ａ、すなわち素子搭載部２６ａ〜２６ｄにおける電極対５４ａは、必ずしも直列に接続される必要はなく、並列に接続されてもよい。

深紫外発光素子５２は、各素子搭載部２６、すなわち素子搭載部２６ａ〜２６ｄに搭載される。深紫外発光素子５２は、深紫外線を発光するものであり、波長３５０ｎｍ以下に発光ピークを有する。深紫外発光素子５２としては、例えば、波長２００〜３５０ｎｍに発光ピークを有する深紫外発光ダイオードが用いられる。深紫外発光ダイオードとしては、例えば、サファイア基板またはＡｌＮ単結晶基板を用い、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、および窒素（Ｎ）を主成分とする窒化ガリウムアルミニウム系の半導体による積層構造を備えるものが挙げられる。

深紫外発光素子５２は、フリップチップ型であり、下面に一対の電極を有する。この一対の電極が素子搭載部２６に形成された電極対５４ａに接合されることにより、深紫外発光素子５２がサブマウント５１に固定されるとともに電気的に接続される。深紫外発光素子５２の接合は、超音波接合、加熱接合等により行われる。

電極２９には、保護素子５８が搭載される。保護素子５８は、逆電圧、過電圧等から深紫外発光素子５２を保護するために設けられる。保護素子５８としては、ツェナーダイオード、トランジスタ・ダイオード等が挙げられる。保護素子５８は、下面に設けられた電極が電極２９に接合されて固定されるとともに電気的に接続され、上面に設けられた電極がボンディングワイヤ５９により電極２８に電気的に接続される。

窓部材５３は、その下面の外周部が平面部４１により支持されるように、またその側面部が枠体２２の段部４３に囲まれるようにして、枠体２２に取り付けられる。窓部材５３の取り付けは、例えば、金錫半田、またはシリコーン若しくはフッ素系の樹脂等からなる接合層５７により行われる。窓部材５３の構成材料としては、深紫外線の照射による劣化が少ないものが好ましい。このようなものとしては、石英ガラス等が挙げられる。窓部材５３の厚さは、機械的強度、耐熱衝撃性等から０．２〜０．８ｍｍ程度が好ましい。

実施形態の深紫外発光装置５０は、深紫外線の反射率が高く、かつ深紫外線の照射による反射率の低下が少ない素子基板１０を使用している。このため、深紫外線の取り出し効率が高く、かつ長寿命なものとなる。また、サーマルビア３５を有することから、放熱性が良好であり、出力の増加にも対応できる。

このため、実施形態の深紫外発光装置５０は、情報、電子デバイス用途、衛生、環境、医療用途等、広汎な用途に使用できる。情報、電子デバイス用途としては、例えば、光情報記録が挙げられる。また、衛生、環境、医療用途としては、例えば、菌、ウイルスの殺菌、水、空気の浄化、外科治療等が挙げられる。

以上、素子基板１０およびこれを用いた深紫外発光装置５０について説明したが、枠内部２３、この枠内部２３に設けられるサブマウント搭載部２４および電極２７、２８、サブマウント搭載部２４に設けられる接合部２５の形状、配置等については、必ずしも図示したものに限られない。

図７〜図１０は、枠内部２３、サブマウント搭載部２４、接合部２５、電極２７、２８の変形例を示した上面図である。なお、図７〜図１０においては、これら以外の図示を省略している。

例えば、図７に示されるように、サブマウント搭載部２４は円形状でもよく、このサブマウント搭載部２４に形成される接合部２５も円形状でもよい。また、図８に示されるように、電極２７、２８は、枠内部２３の中心部に対して対称となる角部に設けられてもよい。

さらに、図９に示されるように、枠内部２３は円形状でもよく、その同一半円部分に電極２７、２８が設けられてもよい。また、図１０に示されるように、電極２７、２８は、枠内部２３の中心部に対して対称となる外周部分に設けられてもよい。

なお、図示を省略したが、図７〜図１０に示されるものについても、その形状等に応じて金属層４２および段部４３が設けられることが好ましい。

（製造方法）
連結基板１は、以下の（Ａ）〜（Ｄ）の各工程を含む製造方法により製造できる。

（Ａ）グリーンシートの製造
ガラス粉末とセラミックス粉末とを含むガラスセラミックス組成物に、バインダー、必要に応じて可塑剤、分散剤、溶剤等を添加してスラリーを調製し、これをドクターブレード法等によりシート状に成形し、乾燥させてグリーンシートを製造する。

ガラス粉末は、ガラスセラミックスを構成するガラスと同様の組成を有するものが使用される。このようなガラス粉末は、所定の組成を有するガラスを溶融法によって製造し、乾式粉砕法や湿式粉砕法によって粉砕して得られる。

ガラス粉末の５０％粒径（Ｄ５０）は０．５〜２μｍ以下が好ましい。ガラス粉末のＤ５０が０．５μｍ以上になると、ガラス粉末の凝集が抑制されて取り扱いが容易になり、またセラミックス粒子の分散性も良好になる。一方、ガラス粉末のＤ５０が２μｍ以下になると、ガラス軟化温度の上昇や焼結不足の発生が抑制される。

ガラス粉末のガラス転移点（Ｔｇ）は５５０〜７００℃であることが好ましい。ガラス転移点（Ｔｇ）が５５０℃以上になると、加熱によりグリーンシートからバインダーを除去することが容易になる。また、ガラス転移点（Ｔｇ）が７００℃以下になると、グリーンシートの収縮開始温度が低くなるために寸法精度が良好になる。

また、ガラス粉末は、８００〜９３０℃に加熱されたときに結晶を析出することが好ましい。結晶の析出により機械的強度が高くなる。さらに、ＤＴＡ（示差熱分析）により測定される結晶化ピーク温度（Ｔｃ）が８８０℃以下であることが好ましい。結晶化ピーク温度（Ｔｃ）が８８０℃以下になると寸法精度が良好になる。

セラミックス粉末としては、ガラスセラミックスを構成するセラミックス粒子と同様のセラミックス粒子が用いられる。

バインダーとしては、ポリビニルブチラール、アクリル樹脂等が好適に用いられる。可塑剤としては、フタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル、フタル酸ブチルベンジル等が好適に用いられる。溶剤としては、トルエン、キシレン、２−プロパノール、２−ブタノール等の有機溶剤等が好適に用いられる。

グリーンシートは、例えば、基板本体２１を形成するためのグリーンシート、枠体２２を形成するためのグリーンシートが製造される。

基板本体２１を形成するためのグリーンシートは、例えば、基板本体２１のうち深紫外発光素子５２が搭載される一方の主面側を形成するためのグリーンシートと、他方の主面側を形成するためのグリーンシートとの２枚が形成される。

枠体２２を形成するためのグリーンシートとしては、段部４３を形成するためのグリーンシートと、それ以外の部分を形成するためのグリーンシートとの２枚が形成される。

これらのグリーンシートには、必要に応じて、ビア等の形成に使用される孔部等が設けられる。

（Ｂ）金属ペーストの塗布、充填
各グリーンシートには、必要に応じて、ガラスセラミックス以外の部分を形成するために、表面に金属ペーストを塗布し、または孔部に金属ペーストを充填する。ガラスセラミックス以外の部分としては、基板本体２１については、接合部２５、３７、電極２７、２８、３１、３２、ビア３３、３５、接続層３４、３６、枠体２２については、金属層４２が挙げられる。

金属ペーストは、例えば、金属粉末、エチルセルロース等のビヒクル、必要に応じて溶剤等を含む。なお、金属粉末は、銅、銀、金等を主成分とすることが好ましく、特に、銀粉末、銀と白金の合金粉末、銀とパラジウムの合金粉末が好適に用いられる。

（Ｃ）グリーンシートの積層
金属ペーストの塗布または充填が行われたグリーンシートは、所定の順序に積層された後、熱圧着により一体化される。一体化後、グリーンシート切断機等により分割溝１２が形成されるとともに、孔開け機等により分割孔１３が形成される。

（Ｄ）焼成
積層および一体化されたグリーンシートは、バインダーを除去するための脱脂が行われた後、ガラスセラミックス組成物等を焼結させるための焼成が行われる。これにより連結基板１が製造される。

脱脂は、５００〜６００℃の脱脂温度、１〜１０時間の脱脂時間で行われることが好ましい。脱脂温度が５００℃以上、脱脂時間が１時間以上になると、バインダーが十分に除去される。一方、脱脂温度が６００℃以下、脱脂時間が１０時間以下になると、生産性等が良好になる。

焼成は、８００℃以上の焼成温度で行われることが好ましい。焼成温度が８００℃以上になると、ガラスセラミックスが緻密なものとなる。焼成温度は、８５０℃以上がより好ましい。一方、焼成温度は、９３０℃以下が好ましい。焼成温度が９３０℃以下になると、変形等の発生が抑制される。焼成温度は、９００℃以下がより好ましい。焼成時間は、１０〜６０分が好ましい。

素子基板１０は、このようにして得られた連結基板１を分割溝１２において分割することにより得られる。素子基板１０には、必要に応じて、メッキ等によりガラスセラミックス以外の部分に保護層が形成される。深紫外発光装置５０は、素子基板１０にサブマウント５１および深紫外発光素子５２が搭載されるとともに窓部材５３が取り付けられて製造される。

以下、実施例を参照して本発明をより具体的に説明する。
なお、例１が本発明の実施例であり、例２、３が本発明の比較例である。

（例１）
酸化物換算のモル％表示で、ＳｉＯ_２ ６０．４％、Ｂ_２Ｏ_３ １５．６％、ＣａＯ １５％、Ａｌ_２Ｏ_３ ６％、Ｋ_２Ｏ １％、Ｎａ_２Ｏ ２％となるように原料を配合、混合した。この混合物を白金ルツボに入れ、１６００℃、６０分の加熱により溶融させた後、溶融物を流し出して冷却した。この冷却物をアルミナ製ボールミルにより４０時間粉砕してガラス粉末を製造した。なお、粉砕の溶媒にはエチルアルコールを用いた。

上記ガラス粉末 ３５質量％、アルミナ粉末（昭和電工社製、商品名：ＡＬ−４５Ｈ） ４０質量％、ジルコニア粉末（第一稀元素化学工業社製、商品名：ＨＳＹ−３Ｆ−Ｊ） ２５質量％を配合、混合して、ガラスセラミックス組成物を製造した。

上記ガラスセラミックス組成物 ５０ｇ、有機溶剤（トルエン、キシレン、２−プロパノール、２−ブタノールを質量比４：２：２：１で混合したもの） １５ｇ、可塑剤（フタル酸ジ−２−エチルヘキシル） ２．５ｇ、バインダーであるポリビニルブチラール（デンカ社製、商品名：ＰＶＫ＃３０００Ｋ） ５ｇ、分散剤（ビックケミー社製、商品名：ＢＹＫ１８０） ０．５ｇを配合、混合して、スラリーを調製した。

上記スラリーをＰＥＴフィルム上にドクターブレード法により塗布し、乾燥させて、複数のグリーンシートを製造した。これらのグリーンシートを積層し、熱圧着により一体化した後、５５０℃、５時間の脱脂、８７０℃、３０分間の焼成を行って、厚さ０．５ｍｍの評価用基板（ガラスセラミックス基板）を作製した。

（例２）
厚さ１ｍｍの北陸セラミックス社製の９６．０％アルミナ基板の表裏両面を研磨加工し、厚さ０．５ｍｍの評価用基板（アルミナ基板）を作製した。

（例３）
窒化アルミニウムの原料粉末、助剤として酸化イットリウム、および成形用のバインダーを配合し、これをプレス成形によって板状の成形体に成形した。この成形体を空気中で加熱し、成形体中のバインダーを除去し、成形体を非酸化性雰囲気中で１９００℃まで３時間かけて昇温した後、焼結温度に１〜５時間保持して焼結した。この焼結体を切削加工し厚さ０．５ｍｍの評価用基板（窒化アルミニウム基板）を作製した。

次に、例１〜例３の評価用基板について、２８０〜６８０ｎｍの分光反射率を測定した。分光反射率の測定は、朝日分光社製の分光器ＨＳＵ−１００Ｓを用いて硫酸バリウム標準板の反射率を１００として行った。

別途、例１〜例３の評価用基板に対して、キセノン光源（朝日分光社製、商品名：ＬＡＸ−Ｃ１００）を用いて深紫外線を含む光を照射した。また、積算照射量は、３００ｍＪ／ｃｍ^２とした。その後、２８０〜６８０ｎｍの分光反射率を測定した。

図１１に照射前後の分光透過率の結果をまとめて示す。
図１１に示されるように、例１の評価用基板（ガラスセラミックス基板）は、深紫外線の反射率が非常に高く、その経時劣化も抑制されている。一方、例３の評価用基板（窒化アルミニウム基板）は、深紫外線の反射率が低く、反射率の経時劣化も大きい。例２の評価用基板（アルミナ基板）は、例３の評価用基板（窒化アルミニウム基板）に比べて反射率は高いが、必ずしも十分な反射率を得ることはできない。

１…連結基板、１０…素子基板、１１…余剰部、１２…分割溝、１３…分割孔、２１…基板本体、２２…枠体、２３…枠内部、２４…サブマウント搭載部、２５…接合部、２６（２６ａ〜２６ｄ）…素子搭載部、２７…電極、２８…電極、２９…電極、３１…外部電極、３２…外部電極、３３…導電ビア、３４…接続層、３５…サーマルビア、３６…接続層、３７…外部接合部、４１…段部、４２…平面部、４３…金属層、５０…深紫外発光装置、５１…サブマウント、５２…深紫外発光素子、５３…窓部材、５４…導体、５４ａ…電極対、５４ｂ…電極、５４ｃ…電極、５４ｄ…接続部、５５…ボンディングワイヤ、５６…ボンディングワイヤ、５７…接合層、５８…保護素子、５９…ボンディングワイヤ

Claims (7)

1. 基板本体と、
   前記基板本体上に設けられた枠体と、を有し、
   前記基板本体および前記枠体は、ガラスと、前記ガラス中に分散されたセラミックス粒子とを含むガラスセラミックスを基材とし、
   前記基板本体は、前記枠体に囲まれた枠内部を有し、
   前記枠内部は、その内側にサブマウントが搭載されるサブマウント搭載部を有し、
   前記サブマウント搭載部は、その内側に深紫外発光素子が搭載される素子搭載部を有し、
   前記枠内部が四角形状であり、前記枠内部内に前記深紫外発光素子に電気的に接続される一対のサブマウント用電極が設けられ、前記一対のサブマウント用電極は、前記枠内部の四角形状の一辺に接触するように設けられており、
   保護素子用電極が、前記一対のサブマウント用電極の間に設けられ、かつ前記枠内部の四角形状の前記一辺に接触しており、
   前記ガラスは、酸化物基準のモル％表示で、ＳｉＯ _２ を５７〜６５％、Ｂ _２ Ｏ _３ を１３〜１８％、ＣａＯを９〜２３％、Ａｌ _２ Ｏ _３ を３〜８％、Ｋ _２ ＯおよびＮａ _２ Ｏから選ばれる少なくとも一種を０．５〜６％含有し、
   前記ガラスセラミックスは、波長２８０ｎｍの光の反射率が７５％以上である深紫外発光素子用基板。
2. 前記セラミックス粒子はアルミナ粒子およびジルコニア粒子を含み、
   前記ジルコニア粒子は、前記ガラスセラミックス中、１０質量％以上含有される請求項１記載の深紫外発光素子用基板。
3. 前記枠内部における前記サブマウント搭載部の面積での割合が６０％以上である請求項１または２記載の深紫外発光素子用基板。
4. 前記サブマウント搭載部の下部にサーマルビアを有し、
   前記サブマウント搭載部における前記サーマルビアの面積での割合が２０％以上である請求項１〜３のいずれか１項記載の深紫外発光素子用基板。
5. 前記枠体は、開口側の端部に形成される段部と、前記段部の内側に形成される平面部とを有し、
   前記平面部の表面の平坦度が１ｍｍあたり５μｍ以下である請求項１〜４のいずれか１項記載の深紫外発光素子用基板。
6. 請求項１〜５のいずれか１項記載の深紫外発光素子用基板と、
   前記深紫外発光素子用基板に搭載された窒化アルミニウムからなるサブマウントと、
   前記サブマウントに搭載された深紫外発光素子と、
   を有する深紫外発光装置。
7. 深紫外発光素子が搭載される深紫外発光素子用基板が複数連結され、
   前記深紫外発光素子用基板が、基板本体と、前記基板本体上に設けられた枠体と、を有し、
   前記基板本体および前記枠体が、ガラスと、前記ガラス中に分散されたセラミックス粒子とを含むガラスセラミックスを基材とし、
   前記基板本体は、前記枠体に囲まれた枠内部を有し、
   前記枠内部は、その内側にサブマウントが搭載されるサブマウント搭載部を有し、
   前記サブマウント搭載部は、その内側に前記深紫外発光素子が搭載される素子搭載部を有し、
   前記枠内部が四角形状であり、前記枠内部内に前記深紫外発光素子に電気的に接続される一対のサブマウント用電極が設けられ、前記一対のサブマウント用電極は、前記枠内部の四角形状の一辺に接触するように設けられており、
   保護素子用電極が、前記一対のサブマウント用電極の間に設けられ、かつ前記枠内部の四角形状の前記一辺に接触しており、
   前記ガラスは、酸化物基準のモル％表示で、ＳｉＯ _２ を５７〜６５％、Ｂ _２ Ｏ _３ を１３〜１８％、ＣａＯを９〜２３％、Ａｌ _２ Ｏ _３ を３〜８％、Ｋ _２ ＯおよびＮａ _２ Ｏから選ばれる少なくとも一種を０．５〜６％含有し、
   前記ガラスセラミックスは、波長２８０ｎｍの光の反射率が７５％以上である深紫外発光素子用連結基板。

Images