JP6993563B2

JP6993563B2 - 光学部品の製造方法

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Publication number: JP6993563B2
Application number: JP2017138809A
Authority: JP
Inventors: 将嗣市川
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2017-07-18
Publication date: 2022-02-03
Anticipated expiration: 2037-07-18
Also published as: JP2018186257A

Description

本発明は、光半導体用の光学部品の製造方法に関する。

特許文献１に記載のＬＥＤ素子のように、透光性の部材と発光素子とを接合することがある（例えば、図１１参照。）。

特開２０１１－２３３９３９

特許文献１では、透光性の部材と発光素子とは熱圧着により接合されている。この他に、透光性の部材と発光素子とを接合する方法としては、例えば、樹脂を介して両者を接合する方法又は表面活性化接合法により両者を直接接合する方法が考えられる。しかしながら、熱圧着により両者を接合する場合は、各部材にも比較的高温の熱を加えることになるため、各部材が損傷するおそれがある。また、樹脂を介して両者を接合する場合は、樹脂での光吸収や長時間の使用による樹脂の劣化が生じることにより光学部品として特性が低下するおそれがある。さらに、表面化活性化接合法により両者を接合する場合は、各部材の表面状態や各部材の材質によっては接合しにくい場合がある。

本発明の一形態に係る光半導体用の光学部品の製造方法は、酸素、フッ素、及び窒素の少なくともいずれか１つを有する透光性の第１部材に形成された第１金属膜と、透光性又は非透光性の第２部材に形成された第２金属膜と、を直接貼り合わせることにより、前記第１部材と前記第２部材とが金属からなる接合部材を介して接合された接合体を準備する工程と、前記接合部材にレーザ光を照射する又は前記接合部材にマイクロ波を照射することにより、所定の波長の光に対する前記接合部材の透過率を元の状態の透過率よりも高くする工程と、を含む。

これにより、発光素子等からの光が接合部材で吸収されることを低減した光学部品を簡便に製造することができる。

図１Ａは、第１実施形態に係る光学部品の製造方法を説明するための図である。図１Ｂは、第１実施形態に係る光学部品の製造方法を説明するための図である。図１Ｃは、第１実施形態に係る光学部品の製造方法を説明するための図である。図２Ａは、第１実施形態の光学部品の製造方法により得られる光学部品の断面図である。図２Ｂは、第１実施形態の光学部品に含まれる接合部材の上面図である。図３Ａは、第２実施形態に係る光学部品の製造方法を説明するための図である。図３Ｂは、第２実施形態に係る光学部品の製造方法を説明するための図である。図３Ｃは、第２実施形態に係る光学部品の製造方法を説明するための図である。図４Ａは、第２実施形態の光学部品の製造方法により得られる光学部品の断面図である。図４Ｂは、第２実施形態の光学部品に含まれる接合部材の上面図である。図５は、第２実施形態に係る光学部品と発光素子とを組み合わせた発光装置の図である。図６Ａは、第３実施形態に係る光学部品の製造方法により得られる光学部品の断面図である。図６Ｂは、第３実施形態の光学部品に含まれる接合部材の上面図である。図７は、第３実施形態に係る光学部品と発光素子とを組み合わせた発光装置の図である。図８Ａは、実施例に係る光学部品の製造方法を説明するための図である。図８Ｂは、実施例に係る光学部品の製造方法を説明するための図である。図８Ｃは、実施例に係る光学部品の製造方法を説明するための図である。図９Ａは、実施例に係る光学部品の製造方法により得られた光学部品の断面図である。図９Ｂは、実施例に係る光学部品に含まれる接合部材の上面図である。図１０は、実施例に係る光学部品の製造方法により得られた光学部品を上面側から観察した写真である。図１１は、実施例に係る接合体の分析結果である。図１２は、実施例に係る光学部品の分析結果である。図１３は、実施例に係る接合体の分析結果である。図１４は、実施例に係る光学部品の分析結果である。図１５Ａは、他の例に係る接合体の接合部材近傍の走査型透過電子顕微鏡図である。図１５Ｂは、他の例における接合部材近傍の分析結果である。図１６Ａは、他の例における接合部材の損失スペクトル図である。図１６Ｂは、ＴｉＯの損失スペクトルを示す図である。図１６Ｃは、ルチル型のＴｉＯ_２の損失スペクトルを示す図である。

本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら以下に説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、本発明を限定するものではない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするために誇張していることがある。

＜第１実施形態＞
図１Ａ～図１Ｃに第１実施形態に係る光学部品１０の製造方法を示す。図２Ａは本実施形態により得られる光学部品１０の断面図であり、図２Ｂは光学部品１０に含まれる接合部材３の上面図である。図２Ｂにおいて、ハッチングを施している領域Ｘが、所定の波長の光に対する透過率が高い領域である。

光学部品１０の製造方法は、酸素を有する透光性の第１部材１に形成された第１金属膜３ａと、透光性の第２部材２に形成された第２金属膜３ｂと、を直接貼り合わせることにより、第１部材１と第２部材２とが金属からなる接合部材３を介して接合された接合体を準備する工程と、接合部材３にレーザ光を照射することにより、所定の波長の光に対する接合部材３の透過率を元の状態の透過率よりも高くする工程と、を含む。

光学部品１０の製造方法によれば、発光素子等から出射される所定の波長の光が、接合部材３で吸収されることを低減した光学部品１０を簡便に作製することができる。

第１部材と第２部材とが金属からなる接合部材を介して接合された接合体においては、発光素子等からの光が接合部材で吸収されるため、光の取出し効率が低下してしまう。そこで、本実施形態では、接合体を準備した後に、接合体に含まれる金属からなる接合部材３にレーザ光を照射している。これにより、レーザ光を照射する前の所定の波長の光に対する接合部材３の透過率よりもレーザ光を照射した後の所定の波長の光に対する接合部材３の透過率を高くしている。これは、以下に説明する理由により起こると考えられる。レーザ光が接合部材３に照射されることにより接合部材３が加熱される。このとき、第１部材１に含まれる酸素が接合部材３の金属と結合する。これにより、レーザ光が照射された領域において、接合部材３が金属から酸素を含む化合物に変化するため、所定の波長の光に対する透過率が高くなっていると考えられる。

本明細書において、「接合部材３の透過率」とは、発光素子等からの光を透過する割合を指す。例えば、光学部品の一部に半導体発光素子を含む（つまり、第１部材と発光素子に含まれる透光性の第２部材とを接合する）場合は、「接合部材３の透過率」とは、第２部材２を含む発光素子のピーク波長の光を透過する割合を指す。また、光学部品の一部に発光素子を含まない場合（つまり、光学部品と発光素子とを組み合わせて発光装置とする場合）は、「接合部材３の透過率」とは、光学部品と組み合わせる発光素子のピーク波長の光を透過する割合を指す。

以下で、光学部品１０の製造方法について詳述する。

（接合体を準備する工程）
まず、図１Ａに示すように、酸素を有する透光性の第１部材１に第１金属膜３ａを形成し、透光性の第２部材２に第２金属膜３ｂを形成する。そして、図１Ｂに示すように、第１金属膜３ａと第２金属膜３ｂとを直接貼り合わせることにより、第１部材１と第２部材２とが金属からなる接合部材３を介して接合された接合体を準備する。具体的には、本実施形態では、第１部材１としてサファイア基板を用い、第２部材２として発光素子６に含まれるサファイア基板を用いている。

本実施形態では、原子拡散接合法を用いて接合体を準備している。具体的には、超高真空中において、第１金属膜３ａの形成、第２金属膜３ｂの形成、及び第１金属膜３ａと第２金属膜３ｂとの接合を行っている。これにより、第１金属膜３ａ及び第２金属膜３ｂの接合時に第１部材１及び第２部材２を過度に加熱する必要がないため、接合時の熱による第１部材１及び第２部材２の劣化を防止することができる。また、第１金属膜３ａの下面及び第２金属膜３ｂの上面に、大気中に含まれる物質が付着することを抑制することができる。つまり、第１金属膜３ａと第２金属膜３ｂとの間に第１金属膜３ａ及び第２金属膜３ｂ以外の物質が入ることを抑制することができる。これにより、第１金属膜３ａと第２金属膜３ｂとの間の接合力を高くすることができる。また、第１金属膜３ａと第２金属膜３ｂとの間に余計な材料が入らないため、光吸収を抑制しやすくすることができる。なお、第１金属膜３ａと第２金属膜３ｂとをスパッタ法等の公知の方法により形成した後で、表面活性化接合法を用いて各金属膜の表面を活性化させることにより第１金属膜３ａ及び第２金属膜３ｂを貼り合わせてもよい。表面活性化接合法を用いる場合も、第１部材１及び第２部材２を過度に加熱することなく金属膜同士を接合することができるため、接合時の熱による第１部材１及び第２部材２の劣化を防止することができる。

ここでは、第１部材１として酸素を含む第１部材１を用いて説明しているが、第１部材１として、酸素、フッ素、及び窒素（以下「酸素等」ともいう。）の少なくとも１つを有する部材を用いることができる。これらの部材を用いる場合も、酸素を含む部材を用いる場合と同様に、レーザ光を照射することにより、所定の光の波長に対する透過率を高くすることができる。

第１部材１としては、加熱源となるレーザ、マイクロ波を吸収しない材料を用いることができる。サファイア基板の他に、例えば、ガラス板、蛍光体を含む蛍光体含有板、レンズを用いることができる。蛍光体含有板としては、全体に蛍光体を含むものを用いてもよいし、図４Ａ等に示すように、蛍光体を含む蛍光部１ａと、蛍光部１ａを取り囲むように蛍光部１ａの側面に設けられた光反射部１ｂと、を含むものを用いてもよい。このように、第１部材１の一部に非透光性の領域（図４Ａでは、光反射部１ｂ）が含まれていても、第１部材の一部に透光性の領域（図４Ａでは、蛍光部１ａ）が含まれていれば、本明細書の第１部材１に含まれることとする。蛍光体含有板に含まれる蛍光体としては、ＹＡＧ蛍光体、ＬＡＧ蛍光体等公知の蛍光体を含む材料を用いることができる。また、光反射部１ｂとしては、例えば、酸化アルミニウムを含むセラミックスを用いることができる。

第２部材２としては、第２部材２の第２金属膜３ｂが形成される領域に、酸素、フッ素、及び窒素の少なくともいずれか１つを有する材料を含むものを用いることが好ましい。これにより、第１部材１だけでなく第２部材２に含まれる酸素等を接合部材３の金属に結合させることができるため、接合部材３の透過率を高くしやすくすることができる。

本実施形態では、発光素子６として基板と発光構造４とを含む発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅ、ＬＥＤ）を用いている。そして、ＬＥＤの発光面側に位置するサファイア基板を第２部材２とし、サファイア基板の発光構造４が設けられている主面とは異なる主面に第２金属膜３ｂを形成している。これにより、サファイア基板に含まれる酸素を接合部材３に結合させることができる。また、電極５での光の吸収を低減することができるため、光学部品１０としての光取出し効率の向上を期待できる。この点について、以下に詳述する。半導体ウエハを個片化してＬＥＤにする際に、ＬＥＤの発光面側に位置する基板の厚みを大きくすると個片化することが難しい。しかしながら、基板の厚みを小さくすると、活性層からの光のうちの発光素子の上面で反射される光が電極に当たりやすくなるため、光が電極で吸収され、減衰するおそれがある。これに対し、ＬＥＤ６の発光面側に位置する基板に第１部材１を接合することにより、光が繰り返し反射される部分（発光構造４、第２部材２である基板、及び第１部材１を合わせた部分）の厚みを大きくすることができる。これにより、活性層４ｂからの光がｎ電極５ａ及びｐ電極５ｂに照射される回数を減らすことができ、電極５での光の吸収を低減することができると考えられる。

なお、本実施形態では、ＬＥＤ６の光取出し面側に位置する基板を第２部材２としており、発光構造４を光半導体としているが、ＬＥＤの光取出し面側に基板を有さない（つまり、発光構造４の一部を第２部材として用いる）場合は、光取出し面側に位置する発光構造４の一部を第２部材としてもよい。例えば、図１Ａにおいて、発光素子６の発光面側に基板２が位置していない場合は、ｎ側半導体層４ａの一部が第２部材２として機能し、ｎ側半導体層４ａの他の一部が発光構造４の一部として機能する。透光性の第２部材２としては、発光素子６に含まれる基板の他に、第１部材１で挙げたものと同様のものを用いることができる。

本実施形態では、第２部材２として透光性の第２部材を用いているが、第２部材として非透光性の第２部材を用いてもよい。非透光性の第２部材としては、例えば、金属板、樹脂、Ｓｉ等のエネルギーバンドギャップの小さな半導体ウエハを用いることができる。

第１金属膜３ａ及び第２金属膜３ｂとしては、第１部材１に含まれる酸素等と結合することにより、所定の波長の光に対する透過率が高くなる材料を用いることができる。第１部材１に酸素が含まれる場合は、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ等の標準生成自由エネルギーの大きな金属を用いることができる。また、第１部材１にフッ素が含まれる場合は、例えば、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｃａを用いることができる。さらに、第１部材１に窒素が含まれる場合は、例えば、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｎを用いることができる。第１金属膜３ａと第２金属膜３ｂとは同じ材料により構成することが好ましい。これにより、第１金属膜３ａと第２金属膜３ｂとの間に屈折率差ができることを抑制することができるため、光取出し効率の低下を低減することができる。

接合部材３の膜厚は、材料により異なるが、０．２ｎｍ以上５ｎｍ以下とすることが好ましく、０．４ｎｍ以上２ｎｍ以下とすることがより好ましい。０．２ｎｍ以上の膜厚で形成することにより、接合部材３と第１部材１及び第２部材２との接合強度を高くすることができる。また、５ｎｍ以下の膜厚とすることにより、接合部材３にレーザ光を照射する又は接合部材３にマイクロ波を照射する工程において、接合部材３の透過率を高くしやすくすることができる。

第１部材１及び第２部材２としてサファイア又はガラスを用い且つ第１金属膜３ａ及び第２金属膜３ｂとしてＡｌ又はＴｉを用いる場合は、第１金属膜３ａ及び第２金属膜３ｂを形成する前に、第１金属膜３ａを形成する面及び第２金属膜３ｂを形成する面を親水性表面にすることが好ましい。例えば、第１部材１における第１金属膜３ａを形成する面及び第２部材２における第２金属膜３ｂを形成する面を水で洗浄することにより、それぞれの面を親水性表面にすることができる。これにより、接合部材３に取り込むことができる酸素の量を多くすることができるため、接合体を準備する工程における接合部材３の透過率を高くすることができる。したがって、後述のレーザ光を照射した又はマイクロ波を照射した後の接合部材３の透過率をより高くすることができる。

レーザ光又はマイクロ波を照射する前に、親水性表面にすることにより、接合部材３に取り込む酸素の量を多くすることができることは、図１５Ａ及びＢに示す他の例に係る接合体の分析結果から確認することができる。図１５Ａに、接合部材３近傍を走査型透過電子顕微鏡（ＳｃａｎｎｉｎｇＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＳＴＥＭ）により観察した暗視野像を示す。ここでは、第１部材１及び第２部材２として石英ガラスを用い、それぞれの表面を酸と水で洗浄して親水性表面とした後に、それぞれが１ｎｍのＴｉからなる第１金属膜３ａ及び第２金属膜３ｂを形成し、第１金属膜３ａ及び第２金属膜３ｂを接合した接合体を準備した。また、図１５Ｂに、電子エネルギー損失分光法（ＥｌｅｃｔｒｏｎＥｎｅｒｇｙＬｏｓｓＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＥＥＬＳ）により、図１５Ａの枠線内におけるケイ素とチタンと酸素とをマッピング測定した結果を示す。図１５Ｂの左図における白い領域はケイ素が強く検出されている領域であり、黒い領域は接合部材３の位置する領域である。図１５Ｂの中央図において、左図の黒い領域に対応する白い領域でチタンが検出され、図１５Ｂの右図において、左図の黒い領域に対応する領域で酸素が検出されていることから、接合部材３はチタンと酸素を含むことがわかる。このことは図１６Ａに示す、接合部材３（図１５Ｂの中央図における破線の枠内）のエネルギー損失スペクトル（以下「ＥＥＬＳスペクトル」という。）からも明らかである。図１６ＢはＴｉＯのＥＥＬＳスペクトルであり、図１６Ｃはルチル型のＴｉＯ_２のＥＥＬＳスペクトルである。また、図１６Ａ～図１６Ｃにおいて、４６０ｅＶ近傍のスペクトルはＴｉのＬ殻を示しており、５３０ｅＶ付近のスペクトルがＯのＫ殻を示している。図１６Ａに示すＥＥＬＳスペクトルにおけるＴｉのＬ殻及びＯのＫ殻のスペクトル形状は、ＴｉＯのＴｉのＬ殻及びＯのＫ殻のスペクトル形状と類似しており、図１６Ａに示すＥＥＬＳスペクトルにおけるＴｉのＬ殻のピーク波長はルチル型のＴｉＯ_２のピーク波長に近い。このことからも、接合部材３はチタンと酸素を含むものと考えられる。

なお、第１金属膜３ａ及び第２金属膜３ｂを形成する前に、第１部材１及び第２部材２の表面を親水性表面とする場合は、接合部材３に金属原子と酸素原子とが含まれることがある。この場合であっても、主成分が金属である場合は本明細書における「金属からなる接合部材３」に含まれることとする。

また、第１部材１及び第２部材２の表面を親水性表面とする場合に、例えば、第１金属膜３ａ及び第２金属膜３ｂのそれぞれの膜厚が比較的薄い場合は、接合体において、接合部材３にある程度の割合で酸素原子が含まれることがある。この場合であっても、接合体における接合部材３が金属原子を含んでいるという点では、接合部材の主成分が金属である場合と共通している。いずれにしても、本実施形態によれば、レーザ光を照射することにより、所定の波長の光に対する接合部材３の透過率を元の状態の透過率よりも高くすることができる。

（接合部材３にレーザ光を照射する又は接合部材３にマイクロ波を照射する工程）
次に、図１Ｃ及び図２Ａに示すように、接合部材３にレーザ光を照射することにより、所定の波長の光に対する接合部材３の透過率を元の透過率よりも高くする。これにより、発光素子６からの光が接合部材３で吸収されることを低減することができるため、所定の波長の光に対する透過率の高い光学部品１０とすることができる。例えば、第１部材１及び第２部材２が石英ガラスからなり、接合部材３が０．８ｎｍのＡｌからなる接合体においては４００ｎｍの光に対する透過率が約８７％であった。これに対して、同条件で得られた接合体に１３０μｍの幅の照射領域を２０μｍずつずらしながら複数行形成されるようにレーザ光が照射された光学部品においては４００ｎｍの光に対する透過率が約９８％となったことを確認できた。本実施形態のようにレーザ光を照射することにより、接合部材３及びその近傍のみを加熱することができる。したがって、第１部材１及び第２部材２の劣化を低減することができる。例えば、本実施形態のように、第１部材１と発光素子６とを接合する場合に、発光素子６の全体を加熱すると、発光素子６に含まれる電極５が加熱されて電極としての機能を果たさなくなるおそれがあるが、これを回避することができる。なお、光学部品として、マイクロ波が照射されることにより劣化する材料を含まない光学部品を用いる場合は、レーザ光を照射する代わりにマイクロ波を照射してもよい。

レーザ光としては、例えば、ＹＡＧレーザ等の固体レーザ、ＫｒＦエキシマレーザ、ＣＯ_２レーザ等のガスレーザ、半導体レーザ等を用いることができる。本実施形態では、レーザ光を集光させやすいため、第１部材１の側からレーザ光を照射している。これに限らず、第１部材１及び第２部材２の両者が透光性の材料からなる場合は、第２部材２側からレーザ光を照射してもよい。例えば、第１部材１として蛍光体含有板を用い、第２部材２としてサファイア基板を用いる場合は、第２部材２側からレーザ光を照射することが好ましい。これにより、レーザ光が散乱されることなく接合部材３に照射されるため、接合部材３に高密度のエネルギーを集中させて照射することができるためである。

レーザ光を照射することにより所定の波長の光に対する透過率を高くする場合は、接合部材３における一部領域のみの透過率を元の状態の透過率よりも高くすることが好ましい。つまり、接合部材３において部分的に金属の領域を残しておくことが好ましい。仮に、第１部材１に含まれる酸素等が接合部材３と結合することにより、第１部材１と接合部材３との密着力が低下しても、レーザ光が照射されていない領域（金属の領域）で密着力を維持することができるためである。本実施形態では、図２Ｂに示すように、上方から見て縦縞状にレーザ光を照射しているが、これに限定されない。なお、１回のレーザ光照射で形成される照射領域の幅は、接合部材３の上面からレーザ光の焦点までの距離を変えることにより制御できる。

マイクロ波としては、例えば、マイクロ波アニール装置を用いることができる。マイクロ波を照射する場合も、レーザ光を照射する場合と同様に、接合部材３が加熱され、第１部材１に含まれる酸素等が接合部材３と結合することにより透過率が高くなっていると推測される。

＜第２実施形態＞
図３Ａ～図３Ｃに第２実施形態に係る光学部品２０の製造方法を示す。図４Ａは本実施形態により得られる光学部品２０の断面図であり、図４Ｂは光学部品２０に含まれる接合部材３の上面図である。図４Ｂにおいて、ハッチングが施されている領域Ｘが、所定の波長の光に対する透過率が高くなっている領域である。また、図５は光学部品２０と光半導体として用いる発光素子９とを組み合わせた発光装置３０の図である。光学部品２０は、次に説明する事項以外は、光学部品１０で説明した事項と実質的に同一である。

本実施形態では、接合体を準備する工程において、下から順に、第２部材２、接合部材３、第１部材１、第２接合部材８、及び第３部材７を有する接合体を準備している。具体的には、まず、図３Ａに示すように、第１部材１の下面に第１金属膜３ａ、第１部材１の上面に第３金属膜８ａ、第２部材２の上面に第２金属膜３ｂ、及び第３部材７の下面に第４金属膜８ｂ、をそれぞれ形成する。そして、第１金属膜３ａの下面及び第２金属膜３ｂの上面、第３金属膜８ａの上面及び第４金属膜８ｂの下面、をそれぞれ直接貼り合わせることにより、図３Ｂに示すような接合体を準備している。本実施形態では、第１部材１として蛍光体含有板、第２部材２としてサファイア基板、第３部材７としてサファイア基板を用いている。そして、接合部材３にレーザ光を照射する又は接合部材３にマイクロ波を照射する工程において、マイクロ波を照射している。このとき、図３Ｃに示すように、接合部材３だけでなく、第２接合部材８にもマイクロ波を照射しているため、図４Ａの領域Ｙに示すように第２接合部材８においても透光率が高くなっている。

光学部品２０の製造方法においても、接合部材３での光吸収を低減した光学部品２０を簡便に製造することができる。また、接合部材３にマイクロ波を照射することにより、比較的短い時間で広い範囲において、接合部材３の透過率を高くすることができる。さらに、第３部材７を第１部材１の上面側に接合しているため、蛍光体含有板に含まれる蛍光体で生じる熱を放熱しやすくすることができる。

本実施形態において、第１部材１である蛍光体含有板として、蛍光部１ａと、蛍光部１ａを取り囲むように蛍光部１ａの側面に設けられた光反射部１ｂと、を含む。

本実施形態では、接合部材３及び第２接合部材８の全領域の透過率を高くしている。しかしながら、第１実施形態のように、レーザ光を照射して所定の波長の光に対する透過率を高くする場合は、接合部材３及び第２接合部材８において、光反射部１ｂの上方及び下方に位置する領域の光透過率は元の透過率のままにすることが好ましい。つまり、蛍光部１ａの上方及び下方に位置する領域のみにレーザ光を照射することが好ましい。これにより、接合部材３及び第２接合部材８のうち、光の取出しに影響がない領域を金属の性質のままにすることができるため、蛍光体から光反射部１ｂに向かう熱を第２部材２及び第３部材７に排熱しやすくすることができる。

発光装置３０では、図５に示すように、発光素子９としてレーザダイオード（ＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ、ＬＤ）を用いている。発光素子９としてＬＤを用いる場合は、蛍光体の放熱性の向上の必要性が大きく、第２部材２を接合する必要性が増すためである。これに限らず、発光素子９としてＬＥＤを用いることもできる。

＜第３実施形態＞
図６Ａは、第３実施形態に係る光学部品４０の製造方法により得られる光学部品４０の断面図である。また、図６Ｂは光学部品４０に含まれる接合部材３の上面図である。図６Ｂにおいてハッチングを施している領域Ｘが、所定の波長の光に対する透過率が高くなっている領域である。さらに、図７は光学部品４０と光半導体として用いる発光素子９とを組み合わせた発光装置５０の模式図である。光学部品４０は、次に説明する事項以外は、光学部品１０で説明した事項と実質的に同一である。

本実施形態では、第２部材２として非透光性の部材を用いている。具体的には、第１部材１として蛍光体含有板を用い、第２部材２として金属板を用いている。また、接合部材３にレーザ光を照射する又は接合部材３にマイクロ波を照射する工程において、上方から見て、中央近傍の領域にレーザ光を照射し、その周囲の領域は元の透過率のままにしている。

本実施形態においても、発光素子等からの光が接合部材３で吸収されることを低減した光学部品４０を簡便に製造することができる。また、第２部材２が金属板からなる場合は、第２部材２の上面で発光素子９からの光が吸収されやすくなるが、本実施形態のように、第１部材１と第２部材２との間に透過率を高くした接合部材３を介在させることにより、第２部材２で吸収される光を低減することができる。これは、第１部材１側から入射した光のうちの浅い角度で入射する光を、透過率を高くした接合部材３で全反射させて取り出すことができるためである。

図６Ａにおいては、蛍光体含有板として、全体に蛍光体を含むものを用いているが、蛍光部と光反射部とを含むものを用いてもよい。

光学部品４０は、例えば、図７に示すように、発光素子９であるＬＤと組み合わせて発光装置５０とすることができる。図７では、発光素子９からの光を第１部材１の上面に照射し、同一面（上面）側から蛍光等の光を取り出している。

＜実施例＞
以下の製造方法により光学部品６０を作製した。まず、２つのサファイア基板のそれぞれの両面を研磨して、厚みが１００μｍのサファイア基板からなる第１部材１と、厚みが５５０μｍのサファイア基板からなる第２部材２と、を準備した。そして、原子拡散接合法を用いて、第１部材１と第２部材２とが接合部材３を介して貼り合わされた接合体を準備した。具体的には、まず、図８Ａに示すように、Ａｌからなる第１金属膜３ａを０．５ｎｍの膜厚で第１部材１の下面に形成し、Ａｌからなる第２金属膜３ｂを０．５ｎｍの膜厚で第２部材２の上面に形成した。そして、図８Ｂに示すように、第１金属膜３ａの下面と、第２金属膜３ｂの上面と、を直接接合した。このとき、第１金属膜３ａの形成、第２金属膜３ｂの形成、及び第１金属膜３ａ及び第２金属膜３ｂの接合は、超高真空中で行った。

次に、図８Ｃに示すように、第１部材１の上面側からレーザ光を照射して、接合部材３の透過率が元の透過率よりも高くなるようにした。レーザ光としては、波長３５５ｎｍのパルスＹＡＧレーザ光を用いた。このとき、パルスレーザ光の繰り返し周波数６０ｋＨｚ、パルス幅約２５ナノ秒とした。また、レーザ光の出力は４００ｍＷで一定とし、接合体の送り速度は１ｍｍ／ｓｅｃとした。さらに、レーザ光の焦点位置は、接合体の上面から約１００μｍの位置とした。そして、上方から見て縦方向にレーザ光を走査した。この走査を、走査方向と垂直な方向に２０μｍずつずらしながら複数回行った。

これにより得られた光学部品６０の断面図を図９Ａに示し、光学部品６０に含まれる接合部材３の上面図を図９Ｂに示す。また、光学部品６０の下面側から白色光を照射しながら上面側から観察した写真を図１０に示す。図１０において、明るい色の領域がレーザ光を照射した領域であり、暗い色の領域がレーザ光を照射していない（接合部材３の元の透過率の）領域である。この結果から、レーザ光を照射した部分における接合部材３の透過率が、レーザ光を照射しなかった部分における接合部材３の透過率よりも高くなったことを確認できた。

また、図１１及び図１２に、エネルギー分散型Ｘ線分析により、接合部材３近傍における酸素とアルミニウムとをマッピング測定した結果を示す。図１１はレーザ光を照射する前のものであり、図１２はレーザ光を照射した後のものである。また、図１１及び図１２において、中央近傍に接合部材３が位置している。図１１では、第１部材１及び第２部材２に比較して、接合部材３におけるアルミニウムの量が多く酸素の量が少ない。これは、第１部材１及び第２部材２がそれぞれサファイアからなるのに対して、接合部材３は金属アルミニウムからなるためである。一方、図１２では、アルミニウム及び酸素の分布が第１部材１、接合部材３、及び第２部材２において全体的に均一になっていることがわかる。つまり、図１２から、レーザ光の照射により、金属アルミニウムが酸化アルミニウムになったため、透光性が増したことが合理的に理解できる。

さらに、図１３及び図１４それぞれに、接合部材３近傍におけるＴＥＭ像（左図）と、左図Ａ部分における電子回折像（中央図）と、左図Ｂ部分における電子回折像（右図）とを示す。図１３はレーザ光を照射する前のものであり、図１４はレーザ光を照射した後のものである。図１３及び図１４により、レーザ光の照射の前後に関係なく、接合部材３及びその近傍は単結晶の状態であることが確認できた。この結果から、レーザ光を照射しても、接合部材３はアモルファス状態に変わることなく結晶性を保っていることがわかった。

各実施形態に記載の光学部品は、照明、車載等に使用することができる。

１…第１部材
１ａ…蛍光部
１ｂ…光反射部
２…第２部材
３…接合部材
３ａ…第１金属膜
３ｂ…第２金属膜
４…発光構造
４ａ…ｎ側半導体層
４ｂ…活性層
４ｃ…ｐ側半導体層
５…電極
５ａ…ｎ電極
５ｂ…ｐ電極
６…発光素子
７…第３部材
８…第２接合部材
８ａ…第３金属膜
８ｂ…第４金属膜
９…発光素子
１０、２０、４０、６０…光学部品
３０、５０…発光装置
Ｘ、Ｙ…透過率が高い領域

Claims

酸素、フッ素、及び窒素の少なくともいずれか１つを有する透光性の第１部材に形成された第１金属膜と、透光性又は非透光性の第２部材に形成された第２金属膜と、を直接貼り合わせることにより、前記第１部材と前記第２部材とが金属からなる接合部材を介して接合された接合体を準備する工程と、
前記接合部材にレーザ光を照射する又は前記接合部材にマイクロ波を照射することにより、所定の波長の光に対する前記接合部材の透過率を元の状態の透過率よりも高くする工程と、を含むことを特徴とする光半導体用の光学部品の製造方法。
前記接合部材にレーザ光を照射する又は前記接合部材にマイクロ波を照射する工程において、前記接合部材にレーザ光を照射することを特徴とする請求項１に記載の光学部品の製造方法。
前記接合体を準備する工程において、前記第２部材として透光性の第２部材を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学部品の製造方法。
前記接合体を準備する工程において、前記第２部材として酸素、フッ素、及び窒素の少なくともいずれか１つを有する第２部材を用いることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の光学部品の製造方法。
前記接合体を準備する工程において、前記第１部材として蛍光体を含む第１部材を用いることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の光学部品の製造方法。
前記接合部材にレーザ光を照射する又は前記接合部材にマイクロ波を照射する工程において、前記接合部材における一部領域のみの透過率を元の状態の透過率よりも高くすることを特徴とする請求項２又は請求項２を引用する請求項３から５のいずれか１項に記載の光学部品の製造方法。
透光性の前記第２部材と、前記透光性の第２部材の一方の主面に前記光半導体として設けられた発光構造と、を含む半導体発光素子を準備する工程をさらに含み、
前記接合体を準備する工程において、
前記第１部材に前記第１金属膜を形成し、前記第２部材の他方の主面に前記第２金属膜を形成し、
前記第１金属膜と前記第２金属膜とを直接貼り合わせることを特徴とする請求項２、請求項２を引用する請求項３から５のいずれか１項、又は請求項６のいずれか１項に記載の光学部品の製造方法。
前記接合体を準備する工程において、原子拡散接合法を用いて接合体を準備することを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の光学部品の製造方法。
前記第２部材はサファイアまたはガラスからなる請求項１～８のいずれか１項に記載の光学部品の製造方法。
前記第１部材はサファイアまたはガラスからなり、
前記接合体を準備する工程において、第１金属膜および第２金属膜を形成する面を水で洗浄する工程を含み、前記水で洗浄した面に、Ａｌ膜またはＴｉ膜を形成することにより第１金属膜および第２金属膜を形成する、
請求項９に記載の光学部品の製造方法。
前記接合体を準備する工程において、前記接合部材を、０．２ｎｍ以上５ｎｍ以下の膜厚に形成する請求項１～１０のいずれか１項に記載の光学部品の製造方法。
前記接合体を準備する工程において、前記第１金属膜が形成された面である下面に対向する前記第１部材の上面に形成された第３金属膜と、第３部材に形成された第４金属膜と、を直接貼り合わせることにより、前記第１部材と前記第２部材とが金属からなる接合部材を介して接合されかつ前記第１部材と前記第３部材とが金属からなる第２接合部材を介して接合された接合体を準備する請求項１～１１のいずれか１項に記載の光学部品の製造方法。
前記接合部材及び前記第２接合部材にマイクロ波を照射する請求項１２に記載の光学部品の製造方法。
第１部材は、蛍光部と蛍光部を取り囲む光反射部を備えた蛍光体含有基板であり、
前記接合部材及び前記第２接合部材において、前記光反射部の上方及び下方を除く領域にレーザ光又はマイクロ波を照射する請求項１２又は１３に記載の光学部品の製造方法。
前記蛍光体は、ＹＡＧ蛍光体またはＬＡＧ蛍光体であり、前記光反射部は酸化アルミニウムを含むセラミックスからなる請求項１４に記載の光学部品の製造方法。
前記第３部材はサファイアまたはガラスからなり、
前記接合体を準備する工程において、第３金属膜を形成する面を水で洗浄する工程を含み、前記水で洗浄した面に、Ａｌ膜またはＴｉ膜を形成することにより前記第３金属膜を形成する、
請求項１２～１５のいずれか１項に記載の光学部品の製造方法。
前記第２部材および前記第３部材はサファイアからなる請求項１２～１６のいずれか１項に記載の光学部品の製造方法。