WO2014178288A1 - 紫外線発光装置 - Google Patents

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WO2014178288A1
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ultraviolet light
light emitting
emitting element
emitting device
amorphous fluororesin
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PCT/JP2014/060888
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貴穂 山田
祥子 永井
優太 古澤
平野　光
一本松　正道
耕 青崎
直輝 森島
Original Assignee
創光科学株式会社
旭硝子株式会社
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    • H01L2224/8192—Applying permanent coating, e.g. protective coating

Definitions

  • the present invention relates to an ultraviolet light emitting device, and more particularly to an ultraviolet light emitting device using an amorphous fluororesin as a sealing resin for sealing an ultraviolet light emitting element.
  • nitride semiconductor light emitting devices such as LEDs (light emitting diodes) and semiconductor lasers in which a light emitting device structure composed of a plurality of nitride semiconductor layers is formed by epitaxial growth on a substrate such as sapphire.
  • the nitride semiconductor layer is represented by the general formula Al 1-xy Ga x In y N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1).
  • the light-emitting element structure includes a single quantum well structure (SQW: Single-Quantum-Well) or a multiple quantum well structure (MQW) between an n-type nitride semiconductor layer and a p-type nitride semiconductor layer. ) Having a double heterostructure sandwiched between active layers made of nitride semiconductor layers.
  • the active layer is an AlGaN-based semiconductor layer
  • AlN molar fraction also referred to as Al composition ratio
  • an ultraviolet light emitting element having an emission wavelength of about 200 nm to about 365 nm can be obtained.
  • a forward current flows from the p-type nitride semiconductor layer toward the n-type nitride semiconductor layer, light emission corresponding to the band gap energy occurs in the active layer.
  • nitride semiconductor ultraviolet light-emitting elements are made of fluorine, as disclosed in FIGS. 4, 6, and 7 in Patent Document 1 below, or in FIGS. 2, 4, and 6 in Patent Document 2 below. It is sealed with an ultraviolet light transmissive resin such as a base resin or a silicone resin and is put to practical use.
  • the sealing resin protects the internal ultraviolet light-emitting element from the external atmosphere and prevents the light-emitting element from being deteriorated due to moisture intrusion or oxidation.
  • the sealing resin alleviates the light reflection loss caused by the difference in refractive index between the condenser lens and the ultraviolet light emitting element or the difference in refractive index between the ultraviolet irradiation target space and the ultraviolet light emitting element.
  • the surface of the sealing resin can be formed into a light-collecting curved surface such as a spherical surface to increase the irradiation efficiency.
  • a fluorine-based resin, a silicone resin, or the like as a sealing resin for an ultraviolet light-emitting element.
  • a silicone resin deteriorates when exposed to a large amount of ultraviolet rays.
  • the output of ultraviolet light emitting elements has been increased, and the energy density of the emitted light tends to increase.
  • the heat generation increases due to the accompanying increase in power consumption. Deterioration of the sealing resin due to is problematic.
  • Fluorine-based resins are known to have excellent heat resistance and high UV resistance, but general fluorine resins such as polytetrafluoroethylene are opaque. Since the fluororesin has a linear and rigid polymer chain and is easily crystallized, a crystalline part and an amorphous part are mixed, and light is scattered at the interface to become opaque.
  • amorphous fluororesins include those obtained by copolymerizing a crystalline polymer fluororesin and making it amorphous as a polymer alloy, or a perfluorodioxole copolymer (trade name Teflon AF manufactured by DuPont). (Registered trademark)) and cyclized polymers of perfluorobutenyl vinyl ether (trade name Cytop (registered trademark) manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.).
  • the latter cyclized polymer fluororesin has a cyclic structure in the main chain, and therefore tends to be amorphous and has high transparency.
  • the amorphous fluororesin is roughly divided into a binding fluororesin having a functional group capable of binding to a metal and a functional group difficult to bond to a metal.
  • some manufacturers who provide amorphous fluororesins recommend the use of binding fluororesins.
  • the amorphous fluororesin is a binding amorphous fluororesin having a reactive terminal functional group capable of binding to a metal
  • the binding amorphous amorphous irradiated with high energy ultraviolet rays it is considered that a reactive terminal functional group is separated and radicalized by a photochemical reaction to cause a coordinate bond with a metal atom constituting the pad electrode, and the metal atom is separated from the pad electrode.
  • the metal atoms undergo migration, a resistive leakage current path is formed, and the p electrode and the n electrode of the ultraviolet light emitting element are short-circuited. it is conceivable that.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and its purpose is to prevent deterioration of electrical characteristics caused by the sealing resin accompanying ultraviolet light emission operation, and to produce high-quality, high-reliability ultraviolet light emission. To provide an apparatus.
  • the inventor of the present application due to earnest research, uses an amorphous fluororesin composed of a polymer or copolymer having a non-reactive terminal functional group, resulting in a sealing resin accompanying an ultraviolet light emission operation. As a result, the inventors have found that the deterioration of electrical characteristics can be prevented, and have reached the present invention described below.
  • an ultraviolet light emitting device comprising an ultraviolet light emitting element made of a nitride semiconductor and an ultraviolet light transmissive sealing resin that covers the ultraviolet light emitting element. And at least a specific portion in contact with the pad electrode of the ultraviolet light emitting element is a first type amorphous fluororesin, and a terminal of the polymer or copolymer constituting the first type amorphous fluororesin.
  • an ultraviolet light emitting device characterized in that the functional group is a non-reactive terminal functional group that does not exhibit a binding property to the metal constituting the pad electrode.
  • the structural unit constituting the polymer or the copolymer has a fluorine-containing aliphatic ring structure.
  • the ultraviolet light emitting device of the first feature includes a base on which a metal electrode wiring is formed on a part of a surface of a base material, the ultraviolet light emitting element is mounted on the base, and the ultraviolet light emitting
  • a second feature is that the pad electrode of the element is electrically connected to the metal electrode wiring.
  • the pad electrode and the metal electrode wiring face each other and are electrically and physically connected via a bump material, and the ultraviolet light emitting element A gap between the side where the pad electrode is formed and the upper surface of the base is filled with the first type amorphous fluororesin.
  • the portion of the sealing resin that contacts the metal electrode wiring is the first type amorphous fluororesin.
  • the emission center wavelength of the ultraviolet light emitting element is shorter than 290 nm.
  • the terminal functional group is preferably a perfluoroalkyl group, and particularly preferably the terminal functional group is CF 3 .
  • a portion other than the specific portion of the sealing resin is the first type amorphous fluororesin or the first type.
  • This is a second type of amorphous fluororesin having a terminal functional group different from the type of amorphous fluororesin.
  • the terminal functional group of the first type amorphous fluororesin used for the sealing resin is non-reactive, the photochemical reaction occurs even when irradiated with high energy ultraviolet rays. Therefore, it is difficult to cause a coordination bond between the terminal functional group and the metal atom constituting the pad electrode, so that a short circuit between the pad electrodes is prevented. As a result, deterioration of electrical characteristics due to the sealing resin accompanying the ultraviolet light emission operation is prevented, and a high quality and high reliability ultraviolet light emitting device can be realized.
  • FIG. 1 is a plan view and a sectional view showing a plan view shape and a sectional shape of the submount shown in FIG. 1 is a cross-sectional view and a plan view schematically showing a cross-sectional structure of a main part of the ultraviolet light emitting element shown in FIG.
  • Process sectional drawing which shows typically the outline process of the manufacturing method of the ultraviolet-ray light-emitting device concerning this invention A table summarizing the contents of experimental samples used in the first verification experiment for verifying the suppression effect of the light emission output failure of the ultraviolet light emitting device according to the present invention.
  • the present device Embodiments of an ultraviolet light emitting device according to the present invention (hereinafter referred to as “the present device” as appropriate) will be described with reference to the drawings.
  • the present device for easy understanding of the description, the main part is emphasized and the contents of the invention are schematically shown. Therefore, the dimensional ratio of each part is not necessarily the same as that of an actual device. It is not.
  • the ultraviolet light emitting element used in the device of the present invention is an ultraviolet light emitting diode made of a nitride semiconductor will be described.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an outline of a configuration example of the device of the present invention in which an ultraviolet light emitting element 2 is mounted on a submount 1.
  • FIG. 2 is a plan view (A) showing a plan view shape of the submount 1 (corresponding to the base) and a cross-sectional view (B) showing a cross-sectional shape.
  • the submount 1 is formed by forming a first metal electrode wiring 11 on the anode side and a second metal electrode wiring 12 on the cathode side on a part of the surface of the base material 10 made of an insulating material.
  • the thickness D1 of the portion 13 is larger than the thickness D2 of the central portion inside the side wall portion 13, and the sealing resin 3 for sealing the ultraviolet light emitting element 2 can be accommodated in the space surrounded by the side wall portion 13. ing.
  • a condenser lens 4 made of hemispherical quartz glass that transmits ultraviolet rays emitted from the ultraviolet light emitting element 2 is fixed to the upper surface of the side wall portion 13.
  • the sealing resin 3 is fixed in a space surrounded by the side wall portion 13 by being covered with the lens 4.
  • the first and second metal electrode wirings 11 and 12 are lead terminals 14 provided on the back surface side of the base material 10 through through electrodes (not shown) provided in the base material 10 in the central portion. , 15 are connected.
  • the ultraviolet transmission characteristics of the lens 4 may be adapted to the emission wavelength of the ultraviolet light emitting element 2 to be used. Further, the lens 4 may be configured by molding the surface of the sealing resin 3 into a light converging curved surface such as a spherical surface, for example, in addition to the quartz glass. Furthermore, the lens 4 may be a lens that diffuses light according to the purpose of use other than the condensing lens, and is not necessarily provided.
  • the first and second metal electrode wirings 11 and 12 are formed so as to be exposed on the surface of the central portion of the base material 10 surrounded by the side wall portion 13, and are arranged apart from each other. It is electrically separated.
  • the second metal electrode wiring 12 has a convex portion 12a protruding toward the first metal electrode wiring 11 near the center of the central portion, and the distance between the convex portion 12a and the first metal electrode wiring 11 is narrow.
  • the pad electrodes 16 and 17 and the first and second metal electrode wirings 11 are disposed with the upper surface on which the pad electrodes 16 and 17 are formed facing downward with the gap between the wirings being narrow.
  • the ultraviolet light emitting element 2 is so-called flip-chip mounted on the submount 1.
  • the sealing resin 3 is also filled in the gap 18 sandwiched between the submount 1 and the ultraviolet light emitting element 2 around the bump material 5.
  • the substrate 10 of the submount 1 is formed of ceramics such as alumina (Al 2 O 3 ), and the metal constituting the first and second metal electrode wirings 11 and 12 is gold (Au).
  • the ultraviolet light emitting element 2 uses, as a template, a substrate in which an AlN layer 21 and an AlGaN layer 22 are grown on a sapphire (0001) substrate 20, and an n-type made of n-type AlGaN on the template.
  • the electron block layer 25, the p-type clad layer 26, and the p-type contact layer 27 is partially exposed to the n-type clad layer 23
  • a layered structure from the active layer 24 to the p-type contact layer 27 is formed in the first region (A1) on the n-type cladding layer 23 by being removed by reactive ion etching or the like.
  • the surface of the n-type cladding layer 23 is exposed in the second region (A2) other than the first region (A1).
  • an ITO / Ni / Au p-electrode 28 is formed on the surface of the p-type contact layer 27, and an exposed surface of the n-type cladding layer 23 in the second region (A 2) is formed on, for example, Ti / Al / Ti / Au.
  • An n-electrode 29 is formed.
  • the uppermost Au layer of the p-electrode 28 serves as the anode-side pad electrode 16
  • the uppermost Au layer of the n-electrode 29 serves as the cathode-side pad electrode 17.
  • the exposed surface between the p electrode 28 and the n electrode 29 is covered with a protective insulating film 30 such as SiO 2 .
  • the bump material 5 for connecting the pad electrodes 16, 17 and the first and second metal electrode wirings 11, 12 is the pad electrode 16, 17 and the first and second metal electrode wirings 11, 12.
  • an amorphous fluororesin is used as the sealing resin 3.
  • the first and second metal electrode wirings 11 and 12, the pad electrodes 16 and 17, and one portion of the sealing resin 3 that covers a portion where the metal such as the bump material 5 is exposed (hereinafter, “metal exposed portion”).
  • metal exposed portion a portion where the metal such as the bump material 5 is exposed.
  • the first type of amorphous fluororesin is an amorphous fluororesin composed of a polymer or copolymer having a non-reactive terminal functional group that does not exhibit binding properties to the metal.
  • the structural unit constituting the polymer or copolymer has a fluorine-containing aliphatic ring structure, and the terminal functional group is a par 3 such as CF 3.
  • the terminal functional group is a par 3 such as CF 3.
  • a fluoroalkyl group That is, the first type amorphous fluororesin does not have a reactive terminal functional group that exhibits binding properties to the metal.
  • the structural unit having a fluorinated alicyclic structure is a unit based on a cyclic fluorinated monomer (hereinafter referred to as “unit A”) or formed by cyclopolymerization of a diene fluorinated monomer.
  • unit A cyclic fluorinated monomer
  • unit B A unit is preferred.
  • the monomer of unit A is a monomer having a polymerizable double bond between the carbon atoms constituting the fluorine-containing aliphatic ring, or the carbon atom constituting the fluorine-containing aliphatic ring and the fluorine-containing aliphatic ring It is a monomer having a polymerizable double bond between the carbon atom.
  • the compound (1) shown in the following chemical formula 1 or the compound (2) shown in the chemical formula 2 below is preferable.
  • X 11 , X 12 , X 13 , X 14 in Chemical Formula 1 and Y 11 , Y 12 in Chemical Formula 2 are each independently a fluorine atom, a perfluoroalkyl group, or a perfluoroalkoxy group.
  • the perfluoroalkyl group in X 11 , X 12 , X 13 , X 14 , Y 11 and Y 12 preferably has 1 to 7 carbon atoms, and more preferably 1 to 4 carbon atoms.
  • the perfluoroalkyl group is preferably linear or branched, and more preferably linear. Specific examples include a trifluoromethyl group, a pentafluoroethyl group, a heptafluoropropyl group, and the like, and a trifluoromethyl group is particularly preferable.
  • Examples of the perfluoroalkoxy group in X 11 , X 12 , X 13 , X 14 , Y 11 and Y 12 include those in which an oxygen atom (—O—) is bonded to the perfluoroalkyl group.
  • X 11 is preferably a fluorine atom.
  • X 12 is preferably a fluorine atom, a trifluoromethyl group, or a perfluoroalkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, more preferably a fluorine atom or a trifluoromethoxy group.
  • X 13 and X 14 are each independently preferably a fluorine atom or a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, more preferably a fluorine atom or a trifluoromethyl group.
  • Y 11 and Y 12 are each independently preferably a fluorine atom, a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms or a perfluoroalkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, and more preferably a fluorine atom or a trifluoromethyl group.
  • X 13 and X 14 may be bonded to each other to form a fluorine-containing aliphatic ring together with the carbon atom to which X 13 and X 14 are bonded.
  • the fluorine-containing aliphatic ring is preferably a 4- to 6-membered ring.
  • the fluorine-containing aliphatic ring is preferably a saturated aliphatic ring.
  • the fluorine-containing aliphatic ring may have an etheric oxygen atom (—O—) in the ring skeleton. In this case, the number of etheric oxygen atoms in the fluorine-containing aliphatic ring is preferably 1 or 2.
  • Preferable specific examples of compound (1) include compounds (1-1) to (1-5) shown in the following chemical formulas 3 to 7.
  • Y 11 and Y 12 may be bonded to each other to form a fluorine-containing aliphatic ring together with the carbon atom to which Y 11 and Y 12 are bonded.
  • the fluorine-containing aliphatic ring is preferably a 4- to 6-membered ring.
  • the fluorine-containing aliphatic ring is preferably a saturated aliphatic ring.
  • the fluorine-containing aliphatic ring may have an etheric oxygen atom (—O—) in the ring skeleton. In this case, the number of etheric oxygen atoms in the fluorine-containing aliphatic ring is preferably 1 or 2.
  • Preferable specific examples of compound (2) include compounds (2-1) to (2-2) shown in the following chemical formulas 8 to 9.
  • the first type of amorphous fluororesin may be a homopolymer of the monomer of the unit A, or a copolymer of the monomer of the unit A and another monomer other than that. It may be.
  • the proportion of the monomer of unit A in the copolymer is preferably 20 mol% or more, more preferably 40 mol% or more, and more preferably 100 mol with respect to the total of all repeating units constituting the copolymer. % May be sufficient.
  • the other monomer is not particularly limited as long as it is copolymerizable with the monomer of unit A.
  • diene fluorine-containing monomers examples include diene fluorine-containing monomers, tetrafluoroethylene, chlorotrifluoroethylene, perfluoro (methyl vinyl ether), perfluoro (ethyl vinyl ether), perfluoro (propyl vinyl ether), and the like, which will be described later.
  • the diene fluorine-containing monomer that forms the unit B by cyclopolymerization is a monomer having two polymerizable double bonds and fluorine atoms.
  • the polymerizable double bond is not particularly limited, but a vinyl group, an allyl group, an acryloyl group, and a methacryloyl group are preferable.
  • the diene fluorine-containing monomer the following compound (3) is preferable.
  • Q is a perfluoroalkylene group having 1 to 3 carbon atoms which may have an etheric oxygen atom, and a part of the fluorine atom may be substituted with a halogen atom other than the fluorine atom.
  • halogen atoms other than fluorine include chlorine atoms and bromine atoms.
  • Q is a perfluoroalkylene group having an etheric oxygen atom
  • the etheric oxygen atom in the perfluoroalkylene group may be present at one end of the group, and is present at both ends of the group. Or may be present between the carbon atoms of the group. From the viewpoint of cyclopolymerizability, it is preferably present at one end of the group.
  • the unit B formed by cyclopolymerization of the compound (3) include repeating units of units (3-1) to (3-4) shown in the following chemical formulas 10 to 13.
  • the first type of amorphous fluororesin may be a polymer composed only of the unit B, or may be a copolymer having the unit B and other monomers.
  • the proportion of unit B in the copolymer is preferably 50 mol% or more, more preferably 80 mol% or more, and most preferably 100 mol%, based on the total of all repeating units constituting the copolymer.
  • the other monomer is not particularly limited as long as it is copolymerizable with the diene fluorine-containing monomer.
  • cyclic fluorine-containing monomers such as the above-mentioned compound (1) and compound (2), tetrafluoroethylene, chlorotrifluoroethylene, perfluoro (methyl vinyl ether), perfluoro (ethyl vinyl ether), perfluoro (Propyl vinyl ether) and the like.
  • the average molecular weight of the first type amorphous fluororesin is preferably 3,000 to 1,000,000, more preferably 10,000 to 300,000, and still more preferably 100,000 to 250,000.
  • the cyclopolymerization method homopolymerization method and copolymerization method of the above-mentioned monomers, for example, known methods disclosed in JP-A-4-189880 can be applied.
  • the terminal functional group of the amorphous fluororesin after the polymerization treatment may have a reactive terminal functional group or other unstable functional group, which will be described later.
  • the terminal functional group of the amorphous fluororesin after the polymerization treatment may have a reactive terminal functional group or other unstable functional group, which will be described later.
  • JP-A-11-152310 These reactive terminal functional groups and unstable terminal functional groups are removed by bringing fluorine gas into contact with the amorphous fluororesin after the polymerization treatment using a known method disclosed in Japanese Patent Publication No.
  • CF 3 which is a reactive terminal functional group, the first type amorphous fluororesin used in the apparatus of the present invention is obtained.
  • Cytop (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) and the like are examples of commercially available products of the first type amorphous fluororesin. Cytop having a terminal functional group of CF 3 is a polymer of the unit B shown in Chemical formula 14 below.
  • a diced bare chip of the ultraviolet light emitting element 2 is used on the first and second metal electrode wirings 11 and 12 of the submount 1 by using a bump material 5.
  • Fix by flip chip mounting step 1).
  • the pad electrode 16 and the first metal electrode wiring 11 are physically and electrically connected via the bump material 5
  • the pad electrode 17 and the second metal electrode wiring 12 are physically and electrically connected to the bump material 5. 5 to connect.
  • the p electrode 28 and the first metal electrode wiring 11 of the ultraviolet light emitting element 2 are electrically connected to the n electrode 29 and the second metal electrode wiring 12 of the ultraviolet light emitting element 2, respectively.
  • a fluorinated solvent preferably an aprotic fluorinated solvent
  • the first-type amorphous fluororesin resin film 3a is formed in the gap 18 between the upper surface and side surface of 2 and the upper surface of the submount 1 on the lower surface side of the ultraviolet light emitting element 2 (step 2).
  • a low temperature region below the boiling point of the solvent for example, around room temperature
  • a high temperature region above the boiling point of the solvent for example, around 200 ° C.
  • a solid first is formed in the space inside and above the resin film 3a formed in the step 2 in the space surrounded by the side wall 13 of the submount 1.
  • a type of amorphous fluororesin is put and melted at a high temperature of, for example, 250 ° C. to 300 ° C., and then gradually cooled to mold the resin film 3b (step 3).
  • the lens 4 is fixed to the upper surface of the side wall portion 13 (step 4), and the device of the present invention shown in FIG. 1 is manufactured.
  • the sealing resin 3 includes a resin film 3a and a resin film 3b.
  • the lens 4 is fixed to the upper surface of the side wall portion 13 with an adhesive, or the side wall portion by a fitting structure provided on the lens 4 and the side wall portion 13. 13 is fixed to the upper surface.
  • the fixing method of the lens 4 is not limited to the above-described method.
  • the molecular weight of the fluorine-containing solvent used in step 2 is preferably 1000 or less because not only the viscosity of the coating liquid 6 is increased but also the solubility of the first type amorphous fluororesin is lowered. .
  • the fluorine content of the solvent is preferably 60 to 80% by weight.
  • aprotic fluorine-containing solvent examples include polyfluoroaromatic compounds, polyfluorotrialkylamines, polyfluoroalkanes, polyfluorocyclic ethers, hydrofluoroethers (HFE) and the like. These aprotic fluorine-containing solvents may be used alone or in combination of two or more.
  • Examples of the polyfluoroaromatic compound include perfluorobenzene, pentafluorobenzene, 1,3-bis (trifluoromethyl) benzene, 1,4-bis (trifluoromethyl) benzene, and the like.
  • Examples of the polyfluorotrialkylamine include perfluorotributylamine and perfluorotripropylamine.
  • Examples of the polyfluoro cyclic ether include perfluoro (2-butyltetrahydrofuran).
  • Polyfluoroalkanes include perfluorohexane, perfluorooctane, perfluorodecane, perfluorododecane, perfluoro (2,7-dimethyloctane), 1,1,2-trichloro-1,2,2-trifluoroethane 1,1,1-trichloro-2,2,2-trifluoroethane, 1,3-dichloro-1,1,2,2,3-pentafluoropropane, 1,1,1,3-tetrachloro- 2,2,3,3-tetrafluoropropane, 1,1,3,4-tetrachloro-1,2,2,3,4,4-hexafluorobutane, perfluoro (1,2-dimethylhexane), Perfluoro (1,3-dimethylhexane), perfluorocyclohexane, perfluoro (1,3,5-trimethylcyclohexane), 2H, 3H-perful Lopentane,
  • Hydrofluoroether is represented by the general formula R 1 —O—R 2 (R 1 is a linear or branched polyfluoroalkyl group having 5 to 12 carbon atoms which may have an ether bond, R 2 is preferably a linear or branched alkyl group having 1 to 5 carbon atoms).
  • R 1 is a linear or branched polyfluoroalkyl group having 5 to 12 carbon atoms which may have an ether bond
  • R 2 is preferably a linear or branched alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.
  • the carbon number of R 1 is preferably 6 to 10, more preferably 6 to 7 and 9 to 10.
  • the polyfluoroalkyl group is a group in which two or more of the hydrogen atoms of the alkyl group are substituted with fluorine atoms, a perfluoroalkyl group in which all of the hydrogen atoms of the alkyl group are substituted with fluorine atoms, and the alkyl group It includes a group in which two or more hydrogen atoms are substituted with fluorine atoms and one or more hydrogen atoms in the alkyl group are substituted with halogen atoms other than fluorine atoms. As halogen atoms other than fluorine atoms, chlorine atoms are preferred.
  • the polyfluoroalkyl group is preferably a group in which 60% or more of hydrogen atoms in the corresponding alkyl group are substituted with fluorine atoms, and more preferably 80% or more. More preferred polyfluoroalkyl groups are perfluoroalkyl groups.
  • R 1 has an ether bond
  • the carbon number of R 2 is 6 or more, the solubility of the fluorine-containing ring structure-containing polymer is remarkably inhibited.
  • a preferred example of R 2 is a methyl group or an ethyl group.
  • the resin film 3 b is formed by melt molding in Step 3, but the method of volatilizing the solvent using the same coating liquid 6 as in Step 2 is repeated to form the resin film 3 b. You may make it do.
  • the amorphous fluororesin used for the resin film 3b may be the first type amorphous fluororesin used for the resin film 3a, or the first and second metal electrode wirings 11, 12,
  • a second type amorphous fluororesin comprising a polymer or copolymer having a reactive terminal functional group exhibiting binding properties to the metal constituting the pad electrodes 16 and 17 and the bump material 5 It may be.
  • the structural unit constituting the polymer or copolymer in the second type amorphous fluororesin the same structural unit as that of the first type amorphous fluororesin can be used.
  • the reactive terminal functional group of the second type amorphous fluororesin includes COOH group, NH 2 group, COOR group, Si (OR) n group, COF group, SiCl 3 group, N ⁇ C ⁇ O. Group, OH group, CF ⁇ CF 2 group, OR group, CF 2 H group and the like.
  • R represents an alkyl group.
  • the device of the present invention is a non-reactive terminal functional group that does not exhibit binding properties to the metal as a part of the sealing resin 3 covering the exposed metal portion (in the example shown in FIG. 4, the resin film 3a). It is characterized in that the first type amorphous fluororesin composed of a polymer or copolymer provided with is used.
  • the submount 1 used for each sample # 1 to # 8 has a 5 mm square outer dimension L (including four cutouts) of the side wall portion 13 shown in FIG.
  • the die size of the ultraviolet light emitting element 2 is 0.8 mm square.
  • Each of the samples # 1 to # 9 is soldered onto a 15 mm square printed board, and the p-electrode and n of the ultraviolet light emitting element 2 placed on the submount 1 from the electrode terminal on the printed board. A forward voltage necessary for the light emission operation was applied between the electrodes.
  • Nine bumps were formed on the pad electrode 16 on the p-electrode 28 side, and four bumps were formed on the pad electrode 17 on the n-electrode 29 side.
  • Sample # 1 is a sample with an emission center wavelength of 260 nm before resin sealing
  • Sample # 2 is a sample with an emission center wavelength of 260 nm sealed with a first type amorphous fluororesin
  • Samples # 3 and # 4 Is a sample with an emission center wavelength of 260 nm encapsulated with a second type amorphous fluororesin
  • sample # 5 is a sample with an emission center wavelength of 270 nm encapsulated with a second type amorphous fluororesin
  • Sample # 6 is a sample with an emission center wavelength of 290 nm encapsulated with a second type amorphous fluororesin
  • sample # 7 is an emission center encapsulated with a first type amorphous fluororesin
  • a sample with a wavelength of 269 nm, sample # 8, is a sample with an emission center wavelength of 268 nm sealed with a second type amorphous fluororesin.
  • the first and second types of amorphous fluororesin used in each experimental sample are both Cytop manufactured by Asahi Glass Co., and the non-reactive terminal functional group of the first type amorphous fluororesin is CF. 3 and the reactive terminal functional group of the second type amorphous fluororesin is COOH.
  • Sample # 3 and sample # 4 are different in the boiling point of the solvent used in step 2 of the production method of FIG. 4 described above, the boiling point of the solvent used in sample # 3 is about 100 ° C., and the solvent used in sample # 4 The boiling point is about 180 ° C., and the heating temperature and heating time for volatilizing the solvent in step 2 are different between samples # 3 and # 4.
  • FIG. 5 shows a list summarizing the contents of each experimental sample.
  • Samples # 2 and # 7 are samples of the apparatus of the present invention, and other samples # 1, # 3 to # 6 and # 8 are comparative samples.
  • the film thickness of the resin film 3a covering the exposed metal portions of Samples # 2 to # 8 is about 30 ⁇ m at the thin portion.
  • the height of the gap 18 sandwiched between the submount 1 and the ultraviolet light emitting element 2 is thinner than the film thickness, and the gap 18 has a first type or a second type corresponding to each sample # 2 to # 8.
  • the amorphous fluororesin is filled.
  • the light emission output is continuously measured with a photodiode disposed facing the ultraviolet light emitting element 2 while maintaining the light emission operation state.
  • Luminescence output measurement that detects changes in luminescence output over time, and IV characteristics at three time points before resin sealing, before light emission after resin sealing, and after time elapsed from the start of light emission according to the sample IV characteristics were measured.
  • FIG. 6 shows changes with time of the light emission outputs of samples # 1 to # 6.
  • the vertical axis in FIG. 6 represents the detection voltage of the photodiode, and the horizontal axis represents the elapsed time.
  • the forward current applied to each sample was 20 mA. From the measurement results shown in FIG. 6, in Samples # 3 to # 5 encapsulated with the second type amorphous fluororesin, a defect in which the light emission output rapidly decreases within 10 hours after the start of light emission occurred.
  • sample # 1 which is not resin-sealed
  • sample # 2 which is resin-sealed using a first type amorphous fluororesin
  • resin which is a second type amorphous fluororesin
  • sample # 6 whose emission center wavelength is longer than that of the other samples, has not observed a rapid decrease in light emission output even after 300 hours have elapsed since the start of light emission.
  • FIGS. 7 to 11 show the IV characteristics of the samples # 2 to # 6 at the above three times.
  • the positive polarity indicates a forward bias
  • the negative polarity indicates a reverse bias
  • the current indicates an absolute value of a current value at each bias.
  • FIG. 7 shows the IV characteristics of sample # 2 before resin sealing, before light emission after resin sealing, and after 660 hours from the start of light emission.
  • FIG. 8A shows the IV characteristics of sample # 3 before resin sealing, before light emission after resin sealing, and at 105 hours after light emission start.
  • FIG. This is an IV characteristic at the time point when 105 hours have elapsed after the start of light emission of Sample # 3 in which the vicinity of the voltage of 0 V is enlarged.
  • FIG. 9 (A) shows each IV characteristic before the resin sealing of sample # 4, before the start of light emission after resin sealing, and at the time when 32 hours have elapsed after the start of light emission.
  • FIG. 10 (A) shows each IV characteristic before the resin sealing of sample # 5, before the start of light emission after resin sealing, and at the time point when 306 hours have elapsed after the start of light emission. This is an IV characteristic when 306 hours have elapsed after the start of light emission of sample # 5 in which the voltage near 0 V is enlarged.
  • FIG. 11 shows the IV characteristics of sample # 6 before resin sealing, before light emission after resin sealing, and when 306 hours have elapsed after light emission starts.
  • each IV curve before resin sealing is expressed as “0h before Mold”
  • each IV curve before light emission after resin sealing is expressed as “0h after Mold”.
  • Each IV curve at the time of energization time for each sample after sealing and after the start of light emission is expressed as “MMh after Mold” (MM is each energization time for each sample).
  • the light emission output failure is caused by a short circuit between the anode and the cathode (between the p electrode and the n electrode). Is apparently caused by the reactive terminal functional group of the second type amorphous fluororesin.
  • the samples # 7 and # 8 are subjected to a light emission operation in the same manner as the samples # 1 to # 6, and the same light emission output measurement and IV characteristic measurement as those in the first verification experiment are performed. Furthermore, it was visually observed whether there was any abnormality between the p electrode 28 and the n electrode 29 of samples # 7 and # 8.
  • Sample # 7 using the first type of amorphous fluororesin did not cause a light emission output defect and had normal IV characteristics even after the light emission operation was continued for 283 hours, similar to sample # 2.
  • Sample # 8 produced using the second type of amorphous fluororesin caused a light emission output failure in the same manner as the other samples # 3 to # 6 for comparison, and IV after 24 hours from the start of the light emission operation. The characteristics changed, and after 92 hours, a short-circuit symptom was confirmed between the anode and the cathode.
  • the observation results shown in FIG. 12 coincide with the light emission output measurement results shown in FIG. 6 and the IV characteristic measurement results shown in FIGS. 7 to 11, and show the reactivity of the second type amorphous fluororesin.
  • the terminal functional group causes a short circuit between the p-electrode 28 and the n-electrode 29, and the forward voltage necessary for the light-emitting operation cannot be applied between the p-electrode 28 and the n-electrode 29, causing a light-emitting output failure. I understand.
  • the distance between the p electrode 28 and the n electrode 29 (between the pad electrodes 16 and 17) is shorter than the distance between the first and second metal electrode wirings 11 and 12, the distance between the first and second metal electrode wirings 11 and 12 is smaller. It is considered that the electric field is large and the short circuit is likely to occur. However, if the distance between the first and second metal electrode wirings 11 and 12 is as short as that between the pad electrodes 16 and 17 of the ultraviolet light emitting element 2, it is considered that a similar short-circuit phenomenon can occur. For this reason, the first-type amorphous fluororesin having a non-reactive terminal functional group that does not exhibit a binding property to the metal is also used in the portion that contacts the first and second metal electrode wirings 11 and 12.
  • the shorter one of the distances between the pad electrodes 16 and 17 (including the bump material 5) and between the first and second metal electrode wirings 11 and 12 is necessarily included as the metal exposed portion. It is preferable to coat using one type of amorphous fluororesin.
  • the sealing resin 3 (resin film 3a) covering the exposed metal portion is the first type amorphous fluororesin having a non-reactive terminal functional group. Therefore, it has been confirmed by the above-described verification experiments that the occurrence of light emission output failure due to the above-described reactive terminal functional group is effectively suppressed.
  • the effect of suppressing the above-described light emission output failure by using the first type amorphous fluororesin is remarkable when the emission center wavelength of the ultraviolet light emitting element 2 is shorter than 290 nm.
  • the emission center wavelength of the ultraviolet light emitting element 2 is 290 nm or more, when the emission wavelength wavelength range is wide, etc., as in the case where the emission center wavelength is shorter than 290 nm, suppression of the above-mentioned emission output defect is suppressed. It is thought that the effect is demonstrated.
  • the ultraviolet light-emitting diode having the structure illustrated in FIG. 3 is assumed as the ultraviolet light-emitting element 2, but the ultraviolet light-emitting element 2 having the structure shown in FIG.
  • the semiconductor laser is included in addition to the light emitting diode.
  • the case where the inventive device is configured by mounting the bare chip of one ultraviolet light emitting element 2 on the submount 1 having the shape illustrated in FIG. 1 is exemplified.
  • the submount 1 when the submount 1 is used, its shape, structure, and material are not limited to those exemplified in the above embodiment.
  • the inner wall of the side wall portion 13 of the submount 1 may be an inclined surface, and a metal surface that reflects ultraviolet rays may be provided.
  • the ultraviolet light emitting elements 2 are not placed one by one on one submount 1, but bare chips of the plurality of ultraviolet light emitting elements 2 are directly placed on another substrate, and the individual ultraviolet light emitting elements 2 are sealed with a sealing resin. 3 may be individually sealed.
  • the pad electrodes 16 and 17 of the ultraviolet light emitting element 2 are illustrated as being connected to the first and second metal electrode wirings 11 and 12 formed on the surface of the submount 1, respectively.
  • the first and second metal electrode wirings 11 and 12 connected to the electrodes 16 and 17 are not thin-film metal wirings formed on the submount 1 or the printed circuit board, but pad electrodes 16 and 17 such as lead frames.
  • the metal member may be in contact with the ultraviolet light emitting element 2 and sealed with a sealing resin without contacting the insulating member such as the submount 1 or the printed board.
  • the ultraviolet light emitting element 2 is so-called flip-chip mounted on the submount 1 exemplified.
  • the bare chip of the ultraviolet light emitting element 2 is used.
  • the back surface of the substrate is placed on the submount 1, the printed circuit board, or the lead frame, and the pad electrodes 16, 17 and the first and second metal electrode wirings 11, 12, etc. are connected by wire bonding. I do not care.
  • the case where the resin film 3a covering the exposed metal portion is configured with 100% of the first type amorphous fluororesin is exemplified. Even if a small amount of the two types of amorphous fluororesin is contained, the small amount of the second type amorphous fluororesin can be reduced by the pad electrodes 16 and 17 having a short separation distance and the first and second metal electrode wirings 11 and 11. In the case of coating a portion away from a portion having a short facing distance between 12 or when coating a metal exposed portion of the same potential, a reactive terminal functional group is generated from the trace amount of the second type amorphous fluororesin.
  • the first type amorphous fluororesin having a non-reactive terminal functional group that does not exhibit a binding property to the metal is used for the resin film 3a covering the exposed metal portion. Therefore, the adhesion between the resin film 3a and the first and second metal electrode wirings 11 and 12 is smaller than when the second type amorphous fluororesin is used.
  • the first type amorphous fluororesin is also filled in the gap 18 sandwiched between the submount 1 and the ultraviolet light emitting element 2 around the bump material 5. Therefore, it is preferable that the first type amorphous fluororesin filled in the gap 18 serves as an anchor, and the entire resin film 3a is hardly peeled off from the surface of the submount 1.
  • the contact area of the entire resin film 3a with the submount 1 is relative to the amount of the first type amorphous fluororesin filled in the gap 18. If it is large, the resin filled in the gap 18 may not function as a sufficient anchor. Therefore, a structure serving as another anchor, that is, a first type amorphous fluororesin is used as the base of the submount 1 or the like. It is preferable to separately provide a structure to be fixed to the table.
  • a recess is provided in the vicinity of the lower end portion of the inner wall of the side wall portion 13 toward the outside (lateral direction) of the side wall portion 13, and the first type
  • a structure serving as another anchor described above is formed.
  • a similar anchor or another anchor having a constricted part in the middle may be provided at another part of the submount 1, and various structures are conceivable.
  • the ultraviolet light emitting device according to the present invention can be used for an ultraviolet light emitting device using an amorphous fluororesin as a sealing resin for sealing an ultraviolet light emitting element.

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Abstract

　紫外線発光動作に伴う封止樹脂に起因する電気的特性の劣化を防止し、高品質、高信頼度の紫外線発光装置を提供する。窒化物半導体からなる紫外線発光素子２と紫外線発光素子２を被覆する紫外線透過性の封止樹脂３を備えてなる紫外線発光装置であって、封止樹脂３の内の少なくとも紫外線発光素子２のパッド電極１６，１７と接触する特定部分３ａが、第１タイプの非晶質フッ素樹脂であり、第１タイプの非晶質フッ素樹脂を構成する重合体または共重合体の末端官能基が、パッド電極１６，１７を構成する金属に対して結合性を呈しない非反応性の末端官能基である。

Description

紫外線発光装置
　本発明は、紫外線発光装置に関し、特に、紫外線発光素子を封止する封止樹脂として非晶質フッ素樹脂を用いる紫外線発光装置に関する。
　従来から、ＬＥＤ（発光ダイオード）や半導体レーザ等の窒化物半導体発光素子は、サファイア等の基板上にエピタキシャル成長により複数の窒化物半導体層からなる発光素子構造を形成したものが多数存在する。窒化物半導体層は、一般式Ａｌ１－ｘ－ｙＧａｘＩｎｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される。
　発光素子構造は、ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層との間に、単一量子井戸構造（ＳＱＷ：Ｓｉｎｇｌｅ－Ｑｕａｎｔｕｍ－Ｗｅｌｌ）或いは多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉ－Ｑｕａｎｔｕｍ－Ｗｅｌｌ）の窒化物半導体層よりなる活性層が挟まれたダブルへテロ構造を有している。活性層がＡｌＧａＮ系半導体層の場合、ＡｌＮモル分率（Ａｌ組成比とも言う）を調整することにより、バンドギャップエネルギを、ＧａＮとＡｌＮが取り得るバンドギャップエネルギ（約３．４ｅＶと約６．２ｅＶ）を夫々下限及び上限とする範囲内で調整でき、発光波長が約２００ｎｍから約３６５ｎｍまでの紫外線発光素子が得られる。具体的には、ｐ型窒化物半導体層からｎ型窒化物半導体層に向けて順方向電流を流すことで、活性層において上記バンドギャップエネルギに応じた発光が生じる。
　窒化物半導体紫外線発光素子は、一般的に、下記の特許文献１の図４，６及び７等、或いは、下記の特許文献２の図２，４及び６等に開示されているように、フッ素系樹脂或いはシリコーン樹脂等の紫外線透過性の樹脂によって封止されて実用に供される。当該封止樹脂は、内部の紫外線発光素子を外部雰囲気から保護して、水分の浸入や酸化等による発光素子の劣化を防いでいる。更に、当該封止樹脂は、集光レンズと紫外線発光素子との間の屈折率差、或いは、紫外線の照射対象空間と紫外線発光素子との間の屈折率差に起因する光の反射損失を緩和して、光の取り出し効率の向上を図るための屈折率差緩和材料として設けられる場合もある。また、当該封止樹脂の表面を球面等の集光性曲面に成形して、照射効率を高めることもできる。
特開２００７－３１１７０７号公報 米国特許出願公開第２００６／０１３８４４３号明細書 特開２００６－３４８０８８号公報
　上述のように、紫外線発光素子の封止樹脂として、フッ素系樹脂及びシリコーン樹脂等の使用が提案されているが、シリコーン樹脂は、紫外線を多量に被爆すると劣化が進むことが分かっている。特に、紫外線発光素子の高出力化が進められており、出射光のエネルギ密度が上昇する傾向にあり、また、それに伴う消費電力の増加により発熱も増加して、当該発熱や高エネルギ密度の紫外線による封止樹脂の劣化が問題となる。
　また、フッ素系樹脂は、耐熱性に優れ、紫外線耐性も高いことが知られているが、ポリテトラフルオロエチレン等の一般的なフッ素樹脂は、不透明である。当該フッ素系樹脂は、ポリマー鎖が直線的で剛直であり、容易に結晶化するため、結晶質部分と非晶質部分が混在し、その界面で光が散乱して不透明となる。
　そこで、例えば、上記の特許文献３では、紫外線発光素子の封止樹脂として、非晶質のフッ素樹脂を使用することで、紫外線に対する透明性を高めることが提案されている。非晶質のフッ素樹脂としては、結晶性ポリマーのフッ素樹脂を共重合化してポリマーアロイとして非晶質化させたものや、パーフルオロジオキソールの共重合体（デュポン社製の商品名テフロンＡＦ（登録商標））やパーフルオロブテニルビニルエーテルの環化重合体（旭硝子社製の商品名サイトップ（登録商標））が挙げられる。後者の環化重合体のフッ素樹脂は、主鎖に環状構造を持つため非晶質となり易く、透明性が高い。
　例えば、上記の特許文献３に示されるように、非晶質フッ素樹脂は、大別して、金属に対して結合可能な官能基を有する結合性フッ素樹脂と金属に対して難結合性の官能基を有する非結合性フッ素樹脂の２種類がある。そこで、上記の特許文献３では、ＬＥＤチップを搭載する基台表面及びＬＥＤチップを覆う部分に、結合性フッ素樹脂を用いて、基台等とフッ素樹脂間の結合性を高めることが提案されている。同様に、非晶質フッ素樹脂を提供するメーカも、結合性フッ素樹脂の使用を推奨しているところがある。
　しかしながら、本願発明者等の鋭意研究により、結合性の非晶質フッ素樹脂を、窒化物半導体の紫外線発光素子のパッド電極を被覆する箇所に使用した場合に、紫外線発光素子のｐ電極及びｎ電極に夫々接続する金属電極配線間に順方向電圧を印加して紫外線発光動作を行うと、紫外線発光素子の電気的特性に劣化の生じることが確認された。具体的には、紫外線発光素子のｐ電極及びｎ電極間に抵抗性のリーク電流経路が形成されることが確認された。ここで、非晶質フッ素樹脂が、金属と結合可能な反応性の末端官能基を有する結合性の非晶質フッ素樹脂であると、高エネルギの紫外線が照射された当該結合性の非晶質フッ素樹脂において、光化学反応により反応性の末端官能基が分離してラジカル化し、パッド電極を構成する金属原子と配位結合を起こして、当該金属原子がパッド電極から分離すると考えられる。更に、発光動作中はパッド電極間に電界が印加される結果、当該金属原子がマイグレーションを起こして、抵抗性のリーク電流経路が形成され、紫外線発光素子のｐ電極及びｎ電極間が短絡するものと考えられる。
　本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、紫外線発光動作に伴う封止樹脂に起因する電気的特性の劣化を防止し、高品質、高信頼度の紫外線発光装置を提供することにある。
　本願発明者は、鋭意研究により、非反応性の末端官能基を備えた重合体または共重合体で構成される非晶質フッ素樹脂を使用することで、紫外線発光動作に伴う封止樹脂に起因する電気的特性の劣化を防止できることを見出し、以下に示す本発明に至った。
　上記目的を達成するため、本発明では、窒化物半導体からなる紫外線発光素子と前記紫外線発光素子を被覆する紫外線透過性の封止樹脂を備えてなる紫外線発光装置であって、前記封止樹脂の内の少なくとも前記紫外線発光素子のパッド電極と接触する特定部分が、第１タイプの非晶質フッ素樹脂であり、前記第１タイプの非晶質フッ素樹脂を構成する重合体または共重合体の末端官能基が、前記パッド電極を構成する金属に対して結合性を呈しない非反応性の末端官能基であることを第１の特徴とする紫外線発光装置が提供される。
　更に好ましくは、上記第１の特徴の紫外線発光装置において、前記重合体または前記共重合体を構成する構造単位が、含フッ素脂肪族環構造を有する。
　更に、上記第１の特徴の紫外線発光装置は、金属電極配線が基材の表面の一部に形成された基台を備え、前記紫外線発光素子が前記基台上に載置され、前記紫外線発光素子の前記パッド電極が前記金属電極配線と電気的に接続されていることを第２の特徴とする。
　更に好ましくは、上記第２の特徴の紫外線発光装置において、前記パッド電極と前記金属電極配線が互いに対向し、バンプ材料を介して電気的且つ物理的に接続しており、前記紫外線発光素子の前記パッド電極が形成されている側と前記基台の上面との間の空隙に、前記第１タイプの非晶質フッ素樹脂が充填されている。
　更に好ましくは、上記第２の特徴の紫外線発光装置において、前記封止樹脂の内の前記金属電極配線と接触する部分が、前記第１タイプの非晶質フッ素樹脂である。
　更に好ましくは、上記第１及び第２の特徴の紫外線発光装置において、前記紫外線発光素子の発光中心波長が２９０ｎｍより短い。
　更に、上記第１及び第２の特徴の窒化物半導体装置において、前記末端官能基がパーフルオロアルキル基であることが好ましく、特に、前記末端官能基がＣＦ３であることが好ましい。
　更に好ましくは、上記第１及び第２の特徴の窒化物半導体装置において、前記封止樹脂の内の前記特定部分以外の部分が、前記第１タイプの非晶質フッ素樹脂、または、前記第１タイプの非晶質フッ素樹脂とは異なる末端官能基を備えた第２タイプの非晶質フッ素樹脂である。
　上記特徴の窒化物半導体装置によれば、封止樹脂に使用される第１タイプの非晶質フッ素樹脂の末端官能基が非反応性であるため、高エネルギの紫外線を照射されても光化学反応によって末端官能基とパッド電極を構成する金属原子との間で配位結合を起こし難いため、パッド電極間の短絡が防止される。その結果、紫外線発光動作に伴う封止樹脂に起因する電気的特性の劣化が防止され、高品質、高信頼度の紫外線発光装置が実現できる。
本発明に係る紫外線発光装置の一構成例の概略を模式的に示す断面図 図１に示すサブマウントの平面視形状と断面形状を示す平面図と断面図 図１に示す紫外線発光素子の要部の断面構造及びチップ全体の平面視形状を模式的に示す断面図と平面図 本発明に係る紫外線発光装置の作製方法の概略の工程を模式的に示す工程断面図 本発明に係る紫外線発光装置の発光出力不良の抑制効果を検証する第１の検証実験で使用する実験サンプルの内容を纏めた一覧表 第１の検証実験で使用したサンプル＃１～＃６の発光出力の経時変化を示す図 第１の検証実験で使用したサンプル＃２の経過時間別のＩＶ特性図 第１の検証実験で使用したサンプル＃３の経過時間別のＩＶ特性図 第１の検証実験で使用したサンプル＃４の経過時間別のＩＶ特性図 第１の検証実験で使用したサンプル＃５の経過時間別のＩＶ特性図 第１の検証実験で使用したサンプル＃６の経過時間別のＩＶ特性図 本発明に係る紫外線発光装置の発光出力不良の抑制効果を検証する第２の検証実験で使用した発光出力不良を起こした実験サンプル＃８のｐ電極周辺部の観測結果を示す２値化処理を施した光学顕微鏡写真
　本発明に係る紫外線発光装置（以下、適宜「本発明装置」と称する）の実施の形態につき、図面に基づいて説明する。尚、以下の説明で使用する図面では、説明の理解の容易のために、要部を強調して発明内容を模式的に示しているため、各部の寸法比は必ずしも実際の装置と同じ寸法比とはなっていない。以下、本発明装置に使用される紫外線発光素子が窒化物半導体からなる紫外線発光ダイオードである場合を想定して説明する。
　図１は、サブマウント１に紫外線発光素子２を載置してなる本発明装置の一構成例の概略を模式的に示す断面図である。図２は、サブマウント１（基台に相当）の平面視形状を示す平面図（Ａ）と断面形状を示す断面図（Ｂ）である。サブマウント１は、絶縁材料からなる基材１０の表面の一部に、アノード側の第１金属電極配線１１とカソード側の第２金属電極配線１２が夫々形成されてなり、基材１０の側壁部１３の厚みＤ１が、側壁部１３より内側の中央部分の厚みＤ２より大きく、側壁部１３に囲まれた空間内に、紫外線発光素子２を封止する封止樹脂３を収容可能に構成されている。更に、側壁部１３の上面に、紫外線発光素子２から出射される紫外線を透過する半球状の石英ガラスからなる集光レンズ４が固定されている。封止樹脂３は、レンズ４によって覆われることで、側壁部１３に囲まれた空間内に固定される。また、第１及び第２金属電極配線１１，１２は、上記中央部分の基材１０に設けられた貫通電極（図示せず）を介して、基材１０の裏面側に設けられたリード端子１４，１５と接続している。サブマウント１を別のプリント基板等の上に載置する場合に、当該プリント基板上の金属配線とリード端子１４，１５との間で電気的な接続が形成される。尚、レンズ４の紫外線透過特性は使用する紫外線発光素子２の発光波長に適合していれば良い。また、レンズ４は、石英ガラス製以外に、例えば、封止樹脂３の表面を例えば球面等の集光性曲面に成形して構成しても良い。更に、レンズ４は、集光性レンズ以外に、使用目的に応じて光を拡散させるレンズであっても良く、また、必ずしも設ける必要はない。
　第１及び第２金属電極配線１１，１２は、図２に示すように、側壁部１３に囲まれた基材１０の中央部分の表面に露出するように形成され、互いに離間して配置され、電気的に分離している。第２金属電極配線１２は、中央部分の中心付近に第１金属電極配線１１側に突出した凸部１２ａを有し、当該凸部１２ａと第１金属電極配線１１間の距離が狭くなっている。紫外線発光素子２は、当該配線間距離の狭くなっている間隙を挟んで、パッド電極１６，１７が形成された上面を下向きにして、パッド電極１６，１７と第１及び第２金属電極配線１１，１２が互いに対向し、金属のバンプ材料５を介して電気的且つ物理的に接続するように、第１及び第２金属電極配線１１，１２上に載置され固定されている。本実施形態では、紫外線発光素子２は、サブマウント１に所謂フリップチップ実装されている。また、封止樹脂３は、バンプ材料５の周囲のサブマウント１と紫外線発光素子２に挟まれた間隙１８にも充填されている。
　本実施形態では、サブマウント１の基材１０はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックスで形成され、第１及び第２金属電極配線１１，１２を構成する金属は金（Ａｕ）である。
　図３に示すように、紫外線発光素子２は、サファイア（０００１）基板２０上にＡｌＮ層２１とＡｌＧａＮ層２２を成長させた基板をテンプレートとして用い、当該テンプレート上に、ｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層２３、単層または多層の量子井戸構造の活性層２４、Ａｌモル分率が活性層２４より大きいｐ型ＡｌＧａＮの電子ブロック層２５、ｐ型ＡｌＧａＮのｐ型クラッド層２６、ｐ型ＧａＮのｐ型コンタクト層２７を順番に積層した積層構造を有している。ｎ型クラッド層２３より上部の活性層２４、電子ブロック層２５、ｐ型クラッド層２６、ｐ型コンタクト層２７からなる積層構造の一部が、ｎ型クラッド層２３の一部表面が露出するまで反応性イオンエッチング等により除去され、ｎ型クラッド層２３上の第１領域（Ａ１）に活性層２４からｐ型コンタクト層２７までの積層構造が形成されている。ｎ型クラッド層２３は、第１領域（Ａ１）以外の第２領域（Ａ２）において表面が露出している。
　ｐ型コンタクト層２７の表面に、例えば、ＩＴＯ／Ｎｉ／Ａｕのｐ電極２８が、第２領域（Ａ２）内のｎ型クラッド層２３の露出面に、例えば、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕのｎ電極２９が形成されている。本実施形態では、ｐ電極２８の最上層のＡｕが、アノード側のパッド電極１６となっており、ｎ電極２９の最上層のＡｕが、カソード側のパッド電極１７となっている。尚、ｐ電極２８とｎ電極２９の間の露出面は、ＳｉＯ２等の保護絶縁膜３０で覆われている。
　また、本実施形態では、パッド電極１６，１７と第１及び第２金属電極配線１１，１２間を接続するバンプ材料５は、パッド電極１６，１７及び第１及び第２金属電極配線１１，１２と同じ金（Ａｕ）である。
　本実施形態では、封止樹脂３として、非晶質フッ素樹脂を使用する。特に、第１及び第２金属電極配線１１，１２、パッド電極１６，１７、及び、バンプ材料５等の金属が露出した箇所（以下、「金属露出箇所」）を被覆する封止樹脂３の一部（特定部分に相当）には、下記の第１タイプの非晶質フッ素樹脂を使用する。第１タイプの非晶質フッ素樹脂は、上記金属に対して結合性を呈しない非反応性の末端官能基を備えた重合体または共重合体で構成される非晶質フッ素樹脂である。当該第１タイプの非晶質フッ素樹脂は、より具体的には、重合体または共重合体を構成する構造単位が含フッ素脂肪族環構造を有し、上記末端官能基がＣＦ３等のパーフルオロアルキル基である。つまり、第１タイプの非晶質フッ素樹脂は、上記金属に対して結合性を呈する反応性の末端官能基を有していない。
　また、含フッ素脂肪族環構造を有する構造単位としては、環状含フッ素単量体に基づく単位（以下、「単位Ａ」）、または、ジエン系含フッ素単量体の環化重合により形成される単位（以下、「単位Ｂ」）が好ましい。
　単位Ａの単量体は、含フッ素脂肪族環を構成する炭素原子間に重合性二重結合を有する単量体、または、含フッ素脂肪族環を構成する炭素原子と含フッ素脂肪族環外の炭素原子との間に重合性二重結合を有する単量体である。単位Ａの単量体としては、下記の化１に示す化合物（１）または下記の化２に示す化合物（２）が好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
　化１中のＸ１１、Ｘ１２、Ｘ１３、Ｘ１４、及び、化２中のＹ１１、Ｙ１２は、夫々独立に、フッ素原子、パーフルオロアルキル基、または、パーフルオロアルコキシ基である。Ｘ１１、Ｘ１２、Ｘ１３、Ｘ１４、Ｙ１１及びＹ１２におけるパーフルオロアルキル基としては、炭素数が１～７であることが好ましく、炭素数１～４であることがより好ましい。
　当該パーフルオロアルキル基は、直鎖状または分岐鎖状が好ましく、直鎖状がより好ましい。具体的には、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基等が挙げられ、特にトリフルオロメチル基が好ましい。Ｘ１１、Ｘ１２、Ｘ１３、Ｘ１４、Ｙ１１及びＹ１２におけるパーフルオロアルコキシ基としては、前記パーフルオロアルキル基に酸素原子（－Ｏ－）が結合したものが挙げられる。
　Ｘ１１としては、フッ素原子が好ましい。Ｘ１２としては、フッ素原子、トリフルオロメチル基、または、炭素数１～４のパーフルオロアルコキシ基が好ましく、フッ素原子またはトリフルオロメトキシ基がより好ましい。Ｘ１３及びＸ１４としては、夫々独立に、フッ素原子または炭素数１～４のパーフルオロアルキル基が好ましく、フッ素原子またはトリフルオロメチル基がより好ましい。
　Ｙ１１及びＹ１２としては、夫々独立に、フッ素原子、炭素数１～４のパーフルオロアルキル基または炭素数１～４のパーフルオロアルコキシ基が好ましく、フッ素原子またはトリフルオロメチル基がより好ましい。
　化合物（１）においては、Ｘ１３及びＸ１４が相互に結合して、Ｘ１３及びＸ１４が結合した炭素原子とともに、含フッ素脂肪族環を形成していても良い。該含フッ素脂肪族環としては、４～６員環が好ましい。該含フッ素脂肪族環は、飽和脂肪族環であることが好ましい。該含フッ素脂肪族環は、その環骨格中に、エーテル性酸素原子（－Ｏ－）を有していても良い。この場合、含フッ素脂肪族環中のエーテル性酸素原子の数は、１または２が好ましい。化合物（１）の好ましい具体例としては、下記の化３～化７に示す化合物（１－１）～（１－５）が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
　化合物（２）においては、Ｙ１１及びＹ１２が相互に結合して、Ｙ１１及びＹ１２が結合した炭素原子とともに、含フッ素脂肪族環を形成していても良い。該含フッ素脂肪族環としては、４～６員環が好ましい。該含フッ素脂肪族環は、飽和脂肪族環であることが好ましい。該含フッ素脂肪族環は、その環骨格中に、エーテル性酸素原子（－Ｏ－）を有していても良い。この場合、含フッ素脂肪族環中のエーテル性酸素原子の数は、１または２が好ましい。化合物（２）の好ましい具体例としては、下記の化８～化９に示す化合物（２－１）～（２－２）が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
　第１タイプの非晶質フッ素樹脂は、上記単位Ａの単量体の単独重合体であっても良く、上記単位Ａの単量体と、それ以外の他の単量体との共重合体であっても良い。但し、当該共重合体中、単位Ａの単量体の割合は、当該共重合体を構成する全繰り返し単位の合計に対し、２０モル％以上が好ましく、４０モル％以上がより好ましく、１００モル％であっても良い。当該他の単量体としては、単位Ａの単量体と共重合可能なものであれば良く、特に限定されない。具体的には、後述するジエン系含フッ素単量体、テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、パーフルオロ（メチルビニルエーテル）、パーフルオロ（エチルビニルエーテル）、パーフルオロ（プロピルビニルエーテル）等が挙げられる。
　環化重合により上記単位Ｂを形成するジエン系含フッ素単量体とは、２個の重合性二重結合及びフッ素原子を有する単量体である。当該重合性二重結合としては、特に限定されないが、ビニル基、アリル基、アクリロイル基、メタクリロイル基が好ましい。ジエン系含フッ素単量体としては、下記の化合物（３）が好ましい。
　　ＣＦ２＝ＣＦ－Ｑ－ＣＦ＝ＣＦ２　・・・（３）
　式中、Ｑは、エーテル性酸素原子を有していても良く、フッ素原子の一部がフッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていても良い炭素数１～３のパーフルオロアルキレン基である。当該フッ素以外のハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子等が挙げられる。Ｑがエーテル性酸素原子を有するパーフルオロアルキレン基である場合、該パーフルオロアルキレン基におけるエーテル性酸素原子は、該基の一方の末端に存在していても良く、該基の両末端に存在していても良く、該基の炭素原子間に存在していても良い。環化重合性の点から、該基の一方の末端に存在していることが好ましい。化合物（３）の環化重合により形成される単位Ｂとしては、下記の化１０～化１３に示す単位（３－１）～単位（３－４）の繰り返し単位が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
　また、化合物（３）の具体例としては、下記化合物等が挙げられる。
　ＣＦ２＝ＣＦＯＣＦ２ＣＦ＝ＣＦ２、
　ＣＦ２＝ＣＦＯＣＦ（ＣＦ３）ＣＦ＝ＣＦ２、
　ＣＦ２＝ＣＦＯＣＦ２ＣＦ２ＣＦ＝ＣＦ２、
　ＣＦ２＝ＣＦＯＣＦ２ＣＦ（ＣＦ３）ＣＦ＝ＣＦ２、
　ＣＦ２＝ＣＦＯＣＦ（ＣＦ３）ＣＦ２ＣＦ＝ＣＦ２、
　ＣＦ２＝ＣＦＯＣＦＣｌＣＦ２ＣＦ＝ＣＦ２、
　ＣＦ２＝ＣＦＯＣＣｌ２ＣＦ２ＣＦ＝ＣＦ２、
　ＣＦ２＝ＣＦＯＣＦ２ＯＣＦ＝ＣＦ２、
　ＣＦ２＝ＣＦＯＣ（ＣＦ３）２ＯＣＦ＝ＣＦ２、
　ＣＦ２＝ＣＦＯＣＦ２ＣＦ（ＯＣＦ３）ＣＦ＝ＣＦ２、
　ＣＦ２＝ＣＦＣＦ２ＣＦ＝ＣＦ２、
　ＣＦ２＝ＣＦＣＦ２ＣＦ２ＣＦ＝ＣＦ２、
　ＣＦ２＝ＣＦＣＦ２ＯＣＦ２ＣＦ＝ＣＦ２。
　第１タイプの非晶質フッ素樹脂は、上記単位Ｂのみからなる重合体であっても良く、上記単位Ｂとそれ以外の他の単量体とを有する共重合体であっても良い。但し、当該共重合体中、単位Ｂの割合は、当該共重合体を構成する全繰り返し単位の合計に対し、５０モル％以上が好ましく、８０モル％以上がより好ましく、１００モル％が最も好ましい。当該他の単量体としては、上記ジエン系含フッ素単量体と共重合可能なものであれば良く、特に限定されない。具体的には、上述した化合物（１）、化合物（２）等の環状含フッ素単量体、テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、パーフルオロ（メチルビニルエーテル）、パーフルオロ（エチルビニルエーテル）、パーフルオロ（プロピルビニルエーテル）等が挙げられる。
　第１タイプの非晶質フッ素樹脂の平均分子量は、３０００～１００万が好ましく、１万～３０万がより好ましく、１０万～２５万が更に好ましい。尚、上記単量体の環化重合方法、単独重合方法及び共重合方法としては、例えば特開平４－１８９８８０号公報等に開示された公知の方法を適用できる。
　尚、重合処理後の非晶質フッ素樹脂の末端官能基には、後述する反応性の末端官能基やその他不安定な官能基が形成されている可能性があるため、例えば特開平１１－１５２３１０号公報等に開示された公知の方法を用いて、フッ素ガスを当該重合処理後の非晶質フッ素樹脂と接触させることで、これらの反応性の末端官能基や不安定な末端官能基を非反応性の末端官能基であるＣＦ３に置換することで、本発明装置で使用する第１タイプの非晶質フッ素樹脂が得られる。
　第１タイプの非晶質フッ素樹脂の市販品の一例として、サイトップ（旭硝子社製）等が挙げられる。尚、末端官能基がＣＦ３であるサイトップは、下記の化１４に示す上記単位Ｂの重合体である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
　次に、本発明装置の作製方法の概略を、図４を参照しながら、簡単に説明する。先ず、図４（Ａ）に示すように、ダイシングされた紫外線発光素子２のベアチップをサブマウント１の第１及び第２金属電極配線１１，１２上に、バンプ材料５を使用して、周知のフリップチップ実装により固定する（工程１）。具体的には、パッド電極１６と第１金属電極配線１１が物理的且つ電気的にバンプ材料５を介して接続し、パッド電極１７と第２金属電極配線１２が物理的且つ電気的にバンプ材料５を介して接続する。これにより、紫外線発光素子２のｐ電極２８と第１金属電極配線１１が、紫外線発光素子２のｎ電極２９と第２金属電極配線１２が、夫々電気的に接続される。
　次に、図４（Ｂ）に示すように、第１タイプの非晶質フッ素樹脂を、含フッ素溶媒、好ましくは、非プロトン性含フッ素溶媒に溶解した塗工液６を、サブマウント１の側壁部１３に囲まれた空間内に、剥離性の良いテフロンニードル等を用いて注入した後、図４（Ｃ）に示すように、塗工液６を徐々に加熱しながら溶媒を揮発させて、サブマウント１の側壁部１３の内壁面、第１及び第２金属電極配線１１，１２の上面、第１及び第２金属電極配線１１，１２の間の基材１０の露出面、紫外線発光素子２の上面及び側面、紫外線発光素子２の下面側のサブマウント１の上面との間の間隙１８内に、夫々、第１タイプの非晶質フッ素樹脂の樹脂膜３ａが形成される（工程２）。尚、工程２における溶媒の揮発に当たっては、樹脂膜３ａ内に気泡が残らないように、溶媒の沸点以下の低温域（例えば、室温付近）から溶媒の沸点以上の高温域（例えば、２００℃付近）まで徐々に加熱して、溶媒を揮発させることが重要である。
　次に、図４（Ｄ）に示すように、サブマウント１の側壁部１３に囲まれた空間内の工程２で形成された樹脂膜３ａの内側及び上方の空間内に、固体状の第１タイプの非晶質フッ素樹脂を入れて、例えば、２５０℃～３００℃の高温で溶融させ、その後徐々に冷却して樹脂膜３ｂを成型する（工程３）。
　最後に、レンズ４を側壁部１３の上面に固定して（工程４）、図１に示す本発明装置が作製される。図４に例示する作製方法では、封止樹脂３は、樹脂膜３ａと樹脂膜３ｂで構成される。レンズ４は、例えば、上記特許文献１に開示されているように、接着剤により側壁部１３の上面に固定されるか、或いは、レンズ４と側壁部１３に設けられた嵌合構造により側壁部１３の上面に固定される。尚、レンズ４の固定方法は、上記の例示した方法に限定されるものではない。
　工程２で使用される含フッ素溶媒の分子量は、大きすぎると塗工液６の粘度を上昇させるだけでなく、第１タイプの非晶質フッ素樹脂の溶解性も低下するため、１０００以下が好ましい。また、第１タイプの非晶質フッ素樹脂の溶解性を高めるために溶媒のフッ素含有量は６０～８０重量％が好ましい。
　非プロトン性含フッ素溶媒としては、ポリフルオロ芳香族化合物、ポリフルオロトリアルキルアミン、ポリフルオロアルカン、ポリフルオロ環状エーテル、ハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）等が挙げられる。これらの非プロトン性含フッ素溶媒は１種を単独で使用しても良く、２種以上を混合して使用しても良い。
　ポリフルオロ芳香族化合物としては、パーフルオロベンゼン、ペンタフルオロベンゼン、１，３－ビス（トリフルオロメチル）ベンゼン、１，４－ビス（トリフルオロメチル）ベンゼン等が挙げられる。ポリフルオロトリアルキルアミンとしては、パーフルオロトリブチルアミン、パーフルオロトリプロピルアミン等が挙げられる。ポリフルオロ環状エーテルとしては、パーフルオロ（２－ブチルテトラヒドロフラン）が挙げられる。
　ポリフルオロアルカンとしては、パーフルオロヘキサン、パーフルオロオクタン、パーフルオロデカン、パーフルオロドデカン、パーフルオロ（２，７－ジメチルオクタン）、１，１，２－トリクロロ－１，２，２－トリフルオロエタン、１，１，１－トリクロロ－２，２，２－トリフルオロエタン、１，３－ジクロロ－１，１，２，２，３－ペンタフルオロプロパン、１，１，１，３－テトラクロロ－２，２，３，３－テトラフルオロプロパン、１，１，３，４－テトラクロロ－１，２，２，３，４，４－ヘキサフルオロブタン、パーフルオロ（１，２－ジメチルヘキサン）、パーフルオロ（１，３－ジメチルヘキサン）、パーフルオロシクロヘキサン、パーフルオロ（１，３，５－トリメチルシクロヘキサン）、２Ｈ，３Ｈ－パーフルオロペンタン、１Ｈ－パーフルオロヘキサン、１Ｈ－パーフルオロオクタン、１Ｈ－パーフルオロデカン、１Ｈ，１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ－パーフルオロヘキサン、１Ｈ，１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ－パーフルオロオクタン、１Ｈ，１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ－パーフルオロデカン、３Ｈ，４Ｈ－パーフルオロ－２－メチルペンタン、２Ｈ，３Ｈ－パーフルオロ－２－メチルペンタン、１Ｈ－１，１－ジクロロパーフルオロプロパン、１Ｈ－１，３－ジクロロパーフルオロプロパン等が挙げられる。
　ハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）としては、一般式Ｒ１－Ｏ－Ｒ２（Ｒ１はエーテル結合を有しても良い炭素数５～１２の直鎖状または分岐状のポリフルオロアルキル基であり、Ｒ２は炭素数１～５の直鎖状または分岐状のアルキル基である。）で表されるＨＦＥが好ましい。Ｒ１の炭素数が４以下であると含フッ素重合体を溶解し難く、Ｒ１の炭素数が１３以上の場合は工業的に入手困難であるため、Ｒ１の炭素数は５～１２の範囲から選定される。Ｒ１の炭素数は、６～１０が好ましく、６～７及び９～１０がより好ましい。ポリフルオロアルキル基とは、アルキル基の水素原子の２個以上がフッ素原子に置換された基であり、アルキル基の水素原子のすべてがフッ素原子に置換されたパーフルオロアルキル基、及びアルキル基の水素原子の２個以上がフッ素原子に置換されかつアルキル基の水素原子の１個以上がフッ素原子以外のハロゲン原子に置換された基を含む。フッ素原子以外のハロゲン原子としては塩素原子が好ましい。
　ポリフルオロアルキル基としては、対応するアルキル基の水素原子の数にして６０％以上がフッ素原子に置換された基が好ましく、より好ましくは８０％以上である。さらに好ましいポリフルオロアルキル基はパーフルオロアルキル基である。Ｒ１がエーテル結合を有する場合、エーテル結合の数が多すぎると溶解性を阻害するため、Ｒ１中のエーテル結合は１～３個が好ましく、１～２個がより好ましい。Ｒ２の炭素数が６以上であると含フッ素環構造含有重合体の溶解性を著しく阻害する。Ｒ２の好ましい例はメチル基またはエチル基である。
　ＨＦＥとしては、Ｆ（ＣＦ２）５ＯＣＨ３、Ｆ（ＣＦ２）６ＯＣＨ３、Ｆ（ＣＦ２）７ＯＣＨ３、Ｆ（ＣＦ２）８ＯＣＨ３、Ｆ（ＣＦ２）９ＯＣＨ３、Ｆ（ＣＦ２）１０ＯＣＨ３、Ｈ（ＣＦ２）６ＯＣＨ３、（ＣＦ３）２ＣＦ（ＯＣＨ３）ＣＦＣＦ２ＣＦ３、Ｆ（ＣＦ２）３ＯＣＦ（ＣＦ３）ＣＦ２ＯＣＨ３、Ｆ（ＣＦ２）３ＯＣＦ（ＣＦ３）ＣＦ２ＯＣＦ（ＣＦ３）ＣＦ２ＯＣＨ３、Ｆ（ＣＦ２）８ＯＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３、（ＣＦ３）２ＣＦＣＦ２ＣＦ２ＯＣＨ３、Ｆ（ＣＦ２）２Ｏ（ＣＦ２）４ＯＣＨ２ＣＨ３が挙げられる。ＨＦＥとしては、特に（ＣＦ３）２ＣＦ（ＯＣＨ３）ＣＦＣＦ２ＣＦ３が好適である。また、上記以外の含フッ素溶媒としては、フッ素含有低分子量ポリエーテル等が挙げられる。
　尚、上記説明では、工程２における塗工液６の注入と溶媒の揮発は夫々１回ずつの場合を例示したが、塗工液６の注入と溶媒の揮発を複数回繰り返して、樹脂膜３ａを形成するようにしても良い。
　図４に例示する作製方法では、樹脂膜３ｂを工程３の溶融成型により形成したが、工程２と同様の塗工液６を用いて溶媒を揮発させる方法を繰り返して行い、樹脂膜３ｂを形成するようにしても良い。
　また、樹脂膜３ｂに使用する非晶質フッ素樹脂は、樹脂膜３ａに使用する第１タイプの非晶質フッ素樹脂であっても良く、或いは、第１及び第２金属電極配線１１，１２、パッド電極１６，１７、及び、バンプ材料５を構成する金属に対して結合性を呈する反応性の末端官能基を備えた重合体または共重合体で構成される第２タイプの非晶質フッ素樹脂であっても良い。尚、第２タイプの非晶質フッ素樹脂における重合体または共重合体を構成する構造単位としては、第１タイプの非晶質フッ素樹脂の構造単位と同じものを使用できる。また、第２タイプの非晶質フッ素樹脂の反応性の末端官能基としては、ＣＯＯＨ基、ＮＨ２基、ＣＯＯＲ基、Ｓｉ（ＯＲ）ｎ基、ＣＯＦ基、ＳｉＣｌ３基、Ｎ＝Ｃ＝Ｏ基、ＯＨ基、ＣＦ＝ＣＦ２基、ＯＲ基、ＣＦ２Ｈ基等が挙げられる。尚、Ｒはアルキル基を表す。
　本発明装置は、上記金属露出箇所を被覆する封止樹脂３の一部（図４に示す例では、樹脂膜３ａ）として、当該金属に対して結合性を呈しない非反応性の末端官能基を備えた重合体または共重合体で構成される第１タイプの非晶質フッ素樹脂を使用する点に特徴がある。
　次に、上記金属露出箇所を被覆する樹脂膜３ａに、第１タイプの非晶質フッ素樹脂を用いることの効果を検証した実験結果について説明する。
　実験サンプルとして、以下の８種類のサンプル＃１～＃８を準備した。各サンプル＃１～＃８に使用したサブマウント１は、図２に示す側壁部１３の外形寸法Ｌ（４隅の切り欠き部を含む）が５ｍｍ角で、側壁部１３の内側の円形空間の直径φが４ｍｍで、側壁部１３の厚みＤ１が１ｍｍで中央部分の基材の厚みＤ２が０．２ｍｍのものを使用した。また、紫外線発光素子２のダイサイズは、０．８ｍｍ角である。また、各サンプル＃１～＃９は、夫々、１５ｍｍ角のプリント基板上に半田付けして、プリント基板上の電極端子から、サブマウント１に載置された紫外線発光素子２のｐ電極及びｎ電極間に発光動作に必要な順方向電圧を印加するようにした。尚、バンプは、ｐ電極２８側のパッド電極１６に９個、ｎ電極２９側のパッド電極１７に４個、夫々形成した。
　サンプル＃１は、樹脂封止前の発光中心波長２６０ｎｍのサンプル、サンプル＃２は第１タイプの非晶質フッ素樹脂を用いて樹脂封止した発光中心波長２６０ｎｍのサンプル、サンプル＃３及び＃４は第２タイプの非晶質フッ素樹脂を用いて樹脂封止した発光中心波長２６０ｎｍのサンプル、サンプル＃５は第２タイプの非晶質フッ素樹脂を用いて樹脂封止した発光中心波長２７０ｎｍのサンプル、サンプル＃６は第２タイプの非晶質フッ素樹脂を用いて樹脂封止した発光中心波長２９０ｎｍのサンプル、サンプル＃７は第１タイプの非晶質フッ素樹脂を用いて樹脂封止した発光中心波長２６９ｎｍのサンプル、サンプル＃８は第２タイプの非晶質フッ素樹脂を用いて樹脂封止した発光中心波長２６８ｎｍのサンプルである。尚、各サンプルの発光波長分布の半値幅は約１２ｎｍである。サンプル＃２～＃８は、樹脂膜３ａのみを形成し、樹脂膜３ｂは形成していない。また、サンプル＃１～＃８にはレンズ４も取り付けていない。
　各実験サンプルで使用した第１及び第２タイプの非晶質フッ素樹脂は、何れも、旭硝子社製のサイトップで、第１タイプの非晶質フッ素樹脂の非反応性の末端官能基はＣＦ３であり、第２タイプの非晶質フッ素樹脂の反応性の末端官能基はＣＯＯＨである。サンプル＃３とサンプル＃４は、上記図４の作製方法の工程２で使用する溶媒の沸点が異なり、サンプル＃３で使用した溶媒の沸点が約１００℃で、サンプル＃４で使用した溶媒の沸点が約１８０℃であり、サンプル＃３，＃４間で、工程２の溶媒を揮発させるための加熱温度及び加熱時間が異なる。尚、サンプル＃２及び＃７の作製に用いた溶媒の沸点は約１８０℃であり、サンプル＃５，＃６及び＃８の作製に用いた溶媒の沸点は約１００℃である。図５に、各実験サンプルの内容を纏めた一覧表を示す。サンプル＃２及び＃７が、本発明装置のサンプルで、それ以外のサンプル＃１，＃３～＃６及び＃８は、比較用のサンプルである。また、サンプル＃２～＃８の金属露出箇所を被覆する樹脂膜３ａの膜厚は、薄い箇所で約３０μｍである。尚、サブマウント１と紫外線発光素子２に挟まれた間隙１８の高さは、当該膜厚より薄く、間隙１８内には、各サンプル＃２～＃８に応じた第１タイプまたは第２タイプの非晶質フッ素樹脂が充填されている。
　第１の検証実験として、実験サンプル＃１～＃６に対して、発光動作状態を維持しながら、その発光出力を紫外線発光素子２と対向して配置したフォトダイオードで連続的に測定することで、発光出力の経時変化を検出する発光出力測定と、樹脂封止前、樹脂封止後の発光開始前、及び、発光開始からサンプルに応じた時間経過後の３つの時点でのＩＶ特性を測定するＩＶ特性測定を行った。
　図６に、サンプル＃１～＃６の各発光出力の経時変化を示す。図６の縦軸はフォトダイオードの検出電圧を、横軸は経過時間を夫々示す。尚、各サンプルに印加する順方向電流は２０ｍＡとした。図６に示す測定結果より、第２タイプの非晶質フッ素樹脂を用いて樹脂封止したサンプル＃３～＃５は、発光開始後１０時間以内に、発光出力が急激に低下する不良が発生していることが分かる。これに対して、樹脂封止していないサンプル＃１、第１タイプの非晶質フッ素樹脂を用いて樹脂封止したサンプル＃２、及び、第２タイプの非晶質フッ素樹脂を用いて樹脂封止しているが、発光中心波長が他のサンプルより長波長のサンプル＃６では、発光開始後３００時間以上経過しても発光出力の急激な低下は観測されていない。
　図６に示す測定結果より、第２タイプの非晶質フッ素樹脂を用いて樹脂封止したサンプルでは、発光中心波長が２７０ｎｍ以下の場合に、溶媒の沸点温度に関係なく、何らかの原因で発光出力不良が生じることが分かる。
　次に、図７～図１１に、サンプル＃２～＃６の上記３つの時点での各ＩＶ特性を示す。尚、ＩＶ特性の電圧は、正極性が順方向バイアス、負極性が逆方向バイアスを示しており、電流は各バイアス時の電流値の絶対値を示している。
　図７は、サンプル＃２の樹脂封止前、樹脂封止後の発光開始前、及び、発光開始後６６０時間経過時点での各ＩＶ特性である。図８（Ａ）は、サンプル＃３の樹脂封止前、樹脂封止後の発光開始前、及び、発光開始後１０５時間経過時点での各ＩＶ特性であり、図８（Ｂ）は、印加電圧０Ｖ付近を拡大したサンプル＃３の発光開始後１０５時間経過時点でのＩＶ特性である。図９（Ａ）は、サンプル＃４の樹脂封止前、樹脂封止後の発光開始前、及び、発光開始後３２時間経過時点での各ＩＶ特性であり、図９（Ｂ）は、印加電圧０Ｖ付近を拡大したサンプル＃４の発光開始後３２時間経過時点でのＩＶ特性である。図１０（Ａ）は、サンプル＃５の樹脂封止前、樹脂封止後の発光開始前、及び、発光開始後３０６時間経過時点での各ＩＶ特性であり、図１０（Ｂ）は、印加電圧０Ｖ付近を拡大したサンプル＃５の発光開始後３０６時間経過時点でのＩＶ特性である。図１１は、サンプル＃６の樹脂封止前、樹脂封止後の発光開始前、及び、発光開始後３０６時間経過時点での各ＩＶ特性である。尚、図７～図１１では、樹脂封止前の各ＩＶ曲線は「Ｍｏｌｄ前０ｈ」と表記し、樹脂封止後の発光開始前の各ＩＶ曲線は「Ｍｏｌｄ後０ｈ」と表記し、樹脂封止後且つ発光開始後でサンプル別の通電時間経過時点での各ＩＶ曲線は「Ｍｏｌｄ後ＭＭｈ」（ＭＭはサンプル別の各通電時間）と表記する。
　図６に示す発光出力不良が発生したサンプル＃３～＃５では、図８～図１０に示すように、発光動作用の通電を継続した後にＩＶ特性に大きな変化が生じており、アノード・カソード間（ｐ電極とｎ電極間）で短絡の生じていることが分かる。短絡後のＩＶ特性が、図８（Ｂ）～図１０（Ｂ）に夫々共通するように、極めて直線性が高い点、発光出力不良が、当該短絡が金属との結合性の高い反応性の末端官能基を備えた第２タイプの非晶質フッ素樹脂を使用したサンプルでのみ生じており、金属との結合性を呈しない非反応性の末端官能基を備えた第１タイプの非晶質フッ素樹脂を使用したサンプルでは生じていない点、等を、総合的に判断すると、当該発光出力不良が、アノード・カソード間（ｐ電極とｎ電極間）の短絡により生じており、また、当該短絡が、第２タイプの非晶質フッ素樹脂の反応性の末端官能基に起因して、生じていることが明らかである。
　また、第２タイプの非晶質フッ素樹脂を使用した発光中心波長が２９０ｎｍのサンプル＃６では、経過時間３００時間程度では、サンプル＃３～＃５と同様の発光出力不良が生じていない点を考慮すると、サンプル＃３～＃５より長波長の紫外線照射では、光化学反応の程度が弱く、反応性の末端官能基と金属原子との配位結合が起こり難いと考えられる。
　次に、第２の検証実験として、サンプル＃７及び＃８に対して、サンプル＃１～＃６と同様に発光動作を行い、第１の検証実験と同じ発光出力測定とＩＶ特性測定を行い、更に、サンプル＃７及び＃８のｐ電極２８とｎ電極２９間に異常がないかを目視観測した。
　第１タイプの非晶質フッ素樹脂を使用したサンプル＃７は、サンプル＃２と同様に、発光動作を２８３時間継続した後も発光出力不良を起こさず、ＩＶ特性も正常であった。第２タイプの非晶質フッ素樹脂を使用して作製されたサンプル＃８は、他の比較用のサンプル＃３～＃６と同様に発光出力不良を起こし、発光動作開始２４時間経過後からＩＶ特性に変化が生じ、９２時間経過後には、アノード・カソード間に短絡症状が確認された。
　更に、目視観測では、図１２の光学顕微鏡写真に示すように、発光出力不良を起こしたサンプル＃８では、ｐ電極２８の周辺部に金属がマイグレーションを起こしていると思われる痕跡（矢印Ａ）が見られ、短絡箇所と思われる形跡（矢印Ｂ）も確認された。これに対して、発光出力不良を起こしていないサンプル＃７では、ｐ電極２８の周辺部に金属がマイグレーションを起こしている痕跡は見当たらなかった。
　図１２に示す観測結果は、図６に示す発光出力測定結果、及び、図７～図１１に示すＩＶ特性測定結果と符合するものであり、第２タイプの非晶質フッ素樹脂の反応性の末端官能基によってｐ電極２８とｎ電極２９間に短絡が生じて、発光動作に必要な順方向電圧がｐ電極２８とｎ電極２９間に印加できずに、発光出力不良を起こしていることが分かる。
　ｐ電極２８とｎ電極２９間（パッド電極１６，１７間）は、第１及び第２金属電極配線１１，１２間の離間距離より短いため、第１及び第２金属電極配線１１，１２間より電界が大きくなっていて、当該短絡が生じ易いと考えられる。しかし、第１及び第２金属電極配線１１，１２間の離間距離が、紫外線発光素子２のパッド電極１６，１７間と同程度に短いと、同様の短絡現象は起こり得ると考えられる。このため、第１及び第２金属電極配線１１，１２と接触する箇所も、金属との結合性を呈しない非反応性の末端官能基を備えた第１タイプの非晶質フッ素樹脂を使用して被覆するのが好ましい。結論として、パッド電極１６，１７（バンプ材料５を含む）間と、第１及び第２金属電極配線１１，１２間の内、少なくとも離間距離の短い方を、必ず上記金属露出箇所として含み、第１タイプの非晶質フッ素樹脂を使用して被覆するのが好ましい。
　以上より、本発明装置では、少なくとも上記金属露出箇所を被覆する封止樹脂３の一部（樹脂膜３ａ）が、非反応性の末端官能基を備えた第１タイプの非晶質フッ素樹脂であるので、上述の反応性の末端官能基に起因する発光出力不良の発生が効果的に抑制されることが、上記各検証実験により確認された。
　また、第１タイプの非晶質フッ素樹脂の使用による上記発光出力不良の抑制効果は、紫外線発光素子２の発光中心波長が２９０ｎｍより短波長の場合に顕著であることも確認された。しかし、紫外線発光素子２の発光中心波長が２９０ｎｍ以上であっても、発光波長の波長範囲が広い場合等には、発光中心波長が２９０ｎｍより短波長の場合と同様に、上記発光出力不良の抑制効果が発揮されると考えられる。
　〈別実施形態〉
　上記実施形態では、本発明装置の好適な実施形態の一例を詳細に説明した。本発明装置の構成は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形実施が可能である。以下に、本発明装置の別の態様につき説明する。
　〈１〉上記実施形態では、紫外線発光素子２として、図３に例示する構造の紫外線発光ダイオードを想定したが、紫外線発光素子２は、窒化物半導体発光素子であれば、図３に示す構造のものに限定されるものではなく、発光ダイオードの他、半導体レーザも含まれる。
　〈２〉上記実施形態では、図１に例示する形状のサブマウント１に１つの紫外線発光素子２のベアチップを載置して、本発明装置を構成する場合を例示した。しかし、サブマウント１を使用する場合において、その形状、構造及び材料は、上記実施形態で例示したものに限定されるものではない。例えば、サブマウント１の側壁部１３の内壁を傾斜面とし、紫外線を反射する金属面を設けても良い。更に、１つのサブマウント１に紫外線発光素子２を１つずつに載置せず、複数の紫外線発光素子２のベアチップを別の基板に直接載置し、個々の紫外線発光素子２を封止樹脂３で個別に封止するようにしても良い。
　更に、上記実施形態では、紫外線発光素子２のパッド電極１６，１７は、サブマウント１の表面に形成された第１及び第２金属電極配線１１，１２に夫々接続する場合を例示したが、パッド電極１６，１７と接続する第１及び第２金属電極配線１１，１２は、サブマウント１やプリント基板上に形成された薄膜状の金属配線ではなく、リードフレームのようなパッド電極１６，１７と接する金属部材であって、当該金属部材が、サブマウント１やプリント基板等の絶縁部材と接触せず、紫外線発光素子２とともに封止樹脂により封止される構造であっても構わない。
　また、上記実施形態では、紫外線発光素子２をサブマウント１上に、所謂フリップチップ実装する場合を例示したが、紫外線発光素子２の発光をチップ上面から取り出す場合等において、紫外線発光素子２のベアチップの裏面を、サブマウント１、プリント基板、或いは、リードフレーム上に載置し、パッド電極１６，１７と第１及び第２金属電極配線１１，１２等との接続を、ワイヤーボンディングにより行っても構わない。
　〈３〉上記実施形態では、金属露出箇所を被覆する樹脂膜３ａを、第１タイプの非晶質フッ素樹脂で１００％構成される場合を例示したが、反応性の末端官能基を備えた第２タイプの非晶質フッ素樹脂を微量含んでいても、当該微量の第２タイプの非晶質フッ素樹脂が、離間距離の短いパッド電極１６，１７や、第１及び第２金属電極配線１１，１２間の対向距離の短い箇所から離れた部分を被覆する場合、或いは、同電位の金属露出箇所を被覆する場合では、当該微量の第２タイプの非晶質フッ素樹脂から反応性の末端官能基が分離して、金属原子との間で配位結合を起こしても、近傍に強い電界がないため、パッド電極１６，１７間或いは第１及び第２金属電極配線１１，１２間の短絡に寄与しない可能性が十分に有り得る。従って、当該短絡に寄与しない程度の量及び位置に、第２タイプの非晶質フッ素樹脂が含まれる場合は、本発明の別実施形態として許容される。
　〈４〉　上記実施形態では、金属露出箇所を被覆する樹脂膜３ａに金属に対して結合性を呈しない非反応性の末端官能基を備えた第１タイプの非晶質フッ素樹脂を使用しているため、樹脂膜３ａと第１及び第２金属電極配線１１，１２との間の密着性は、第２タイプの非晶質フッ素樹脂を使用した場合と比較すると小さい。但し、図１に示すフリップチップ実装の場合では、第１タイプの非晶質フッ素樹脂が、バンプ材料５の周囲のサブマウント１と紫外線発光素子２に挟まれた間隙１８にも充填されているため、当該間隙１８に充填された第１タイプの非晶質フッ素樹脂がアンカーとなって、樹脂膜３ａ全体が、サブマウント１の表面から剥離し難い状態となっていて好ましい。
　しかし、フリップチップ実装でない場合、或いは、フリップチップ実装の場合でも、樹脂膜３ａ全体のサブマウント１との接触面積が、間隙１８に充填された第１タイプの非晶質フッ素樹脂の量に対して大きい場合は、間隙１８に充填された樹脂が十分なアンカーとして機能しない可能性もあるため、別のアンカーとなる構造、つまり、第１タイプの非晶質フッ素樹脂をサブマウント１等の基台に固定する構造を別途設けるのが好ましい。
　例えば、図１に示すサブマウント１の例では、側壁部１３の内壁の下端部付近に、側壁部１３の外側（横方向）に向けて凹部を設け、当該凹部内にも、第１タイプの非晶質フッ素樹脂を充填することで、上述の別のアンカーとなる構造が形成される。尚、別のアンカーとなる構造として、サブマウント１の別の箇所に同様のアンカー或いは途中に狭窄部を有する凹部からなるアンカーを設けても良く、様々な構造が考えられる。
　本発明に係る紫外線発光装置は、紫外線発光素子を封止する封止樹脂として非晶質フッ素樹脂を用いる紫外線発光装置に利用可能である。
　１：　　　　　サブマウント（基台）
　２：　　　　　紫外線発光素子
　３：　　　　　封止樹脂
　３ａ，３ｂ：　樹脂膜
　４：　　　　　集光レンズ
　５：　　　　　バンプ材料
　６：　　　　　塗工液
　１０：　　　　基材
　１１：　　　　第１金属電極配線
　１２：　　　　第２金属電極配線
　１２ａ：　　　第２金属電極配線の凸部
　１３：　　　　側壁部
　１４，１５：　リード端子
　１６，１７：　パッド電極
　１８：　　　　間隙
　２０：　　　　サファイア基板
　２１：　　　　ＡｌＮ層
　２２：　　　　ＡｌＧａＮ層
　２３：　　　　ｎ型クラッド層（ｎ型ＡｌＧａＮ）
　２４：　　　　活性層
　２５：　　　　電子ブロック層（ｐ型ＡｌＧａＮ）
　２６：　　　　ｐ型クラッド層（ｐ型ＡｌＧａＮ）
　２７：　　　　ｐコンタクト層（ｐ型ＧａＮ）
　２８：　　　　ｐ電極
　２９：　　　　ｎ電極
　３０：　　　　保護絶縁膜
　Ａ１：　　　　第１領域
　Ａ２：　　　　第２領域

Claims (9)

  1. 　窒化物半導体からなる紫外線発光素子と前記紫外線発光素子を被覆する紫外線透過性の封止樹脂を備えてなる紫外線発光装置であって、
    　前記封止樹脂の内の少なくとも前記紫外線発光素子のパッド電極と接触する特定部分が、第１タイプの非晶質フッ素樹脂であり、
    　前記第１タイプの非晶質フッ素樹脂を構成する重合体または共重合体の末端官能基が、前記パッド電極を構成する金属に対して結合性を呈しない非反応性の末端官能基であることを特徴とする紫外線発光装置。
  2. 　前記重合体または前記共重合体を構成する構造単位が、含フッ素脂肪族環構造を有することを特徴とする請求項１に記載の紫外線発光装置。
  3. 　金属電極配線が基材の表面の一部に形成された基台を備え、
    　前記紫外線発光素子が前記基台上に載置され、
    　前記紫外線発光素子の前記パッド電極が前記金属電極配線と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の紫外線発光装置。
  4. 　前記パッド電極と前記金属電極配線が互いに対向し、バンプ材料を介して電気的且つ物理的に接続しており、
    　前記紫外線発光素子の前記パッド電極が形成されている側と前記基台の上面との間の空隙に、前記第１タイプの非晶質フッ素樹脂が充填されていることを特徴とする請求項３に記載の紫外線発光装置。
  5. 　前記封止樹脂の内の前記金属電極配線と接触する部分が、前記第１タイプの非晶質フッ素樹脂であることを特徴とする請求項３または４に記載の紫外線発光装置。
  6. 　前記紫外線発光素子の発光中心波長が２９０ｎｍより短いことを特徴とする請求項１～５の何れか１項に記載の紫外線発光装置。
  7. 　前記末端官能基がパーフルオロアルキル基であることを特徴とする請求項１～６の何れか１項に記載の紫外線発光装置。
  8. 　前記末端官能基がＣＦ３であることを特徴とする請求項７に記載の紫外線発光装置。
  9. 　前記封止樹脂の内の前記特定部分以外の部分が、前記第１タイプの非晶質フッ素樹脂、または、前記第１タイプの非晶質フッ素樹脂とは異なる末端官能基を備えた第２タイプの非晶質フッ素樹脂であることを特徴とする請求項１～８の何れか１項に記載の紫外線発光装置。
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