WO2023249025A1 - 側面窓キャップ及び半導体発光装置 - Google Patents

側面窓キャップ及び半導体発光装置 Download PDF

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WO2023249025A1
WO2023249025A1 PCT/JP2023/022823 JP2023022823W WO2023249025A1 WO 2023249025 A1 WO2023249025 A1 WO 2023249025A1 JP 2023022823 W JP2023022823 W JP 2023022823W WO 2023249025 A1 WO2023249025 A1 WO 2023249025A1
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WO
WIPO (PCT)
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glass
side window
window cap
light emitting
glass ceramic
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/022823
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English (en)
French (fr)
Inventor
奈々子 西本
亮太 村上
Original Assignee
Agc株式会社
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02Containers; Seals
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022Mountings; Housings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
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    • H01S5/022Mountings; Housings
    • H01S5/02218Material of the housings; Filling of the housings
    • HELECTRICITY
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    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022Mountings; Housings
    • H01S5/0225Out-coupling of light
    • H01S5/02257Out-coupling of light using windows, e.g. specially adapted for back-reflecting light to a detector inside the housing

Definitions

  • the present invention relates to a side window cap.
  • the present invention also relates to a semiconductor light emitting device hermetically sealed with the side window cap.
  • Patent Document 1 discloses that a light emitting element that emits light, a first substrate on which the light emitting element is mounted, and a sealing space for the light emitting element is formed between the first substrate.
  • a second substrate and a light extraction window for extracting light emitted from the light emitting element, at least one of the first substrate and the second substrate has cleavage property and is light emitting.
  • a light emitting device is disclosed in which a window mounting surface on which an extraction window is attached is a cleavage surface.
  • Patent Document 2 discloses a flat substrate and one or more pedestals that protrude from the front surface of the substrate and have a mounting surface on which an electric element is mounted, and the substrate and the pedestal are integrally made of ceramic.
  • a package for mounting an electrical element is disclosed.
  • Patent Document 3 includes a laser diode, a substrate having a main surface that directly or indirectly supports the laser diode, and a cap fixed to the substrate and covering the laser diode, the cap surrounding the laser diode.
  • a light source device has a wall portion having an inner wall surface and an outer wall surface, the inner wall surface has at least a light incident surface and a first inclined surface for the laser light emitted from the laser diode, and the outer wall surface has a light incident surface for the laser light emitted from the laser diode.
  • a laser beam emitting surface at least one of the light incident surface and the light emitting surface is perpendicular to the optical axis of the laser beam, and the first inclined surface is inclined toward the laser diode.
  • the light emitting device described in Patent Document 1 has an uneven structure on the emission surface, and is configured to have a light extraction window attached later. Therefore, the second substrate and the light extraction window cannot be integrally molded, and the manufacturing process is complicated.
  • a frame is bonded to all four sides of the glass serving as the output surface, so it is necessary to provide a pedestal that protrudes from the substrate and mount the electrical element on this pedestal. . Therefore, the distance between the light emitting point and the light emitting surface cannot be made close, and there is a limit to the requirements for good heat dissipation and a low package height.
  • the cap that covers the laser diode is entirely made of glass, and light leakage of laser light occurs.
  • laser light has a high straightness, there is a particular concern about light leakage from the surface facing the light exit surface.
  • the present invention aims to provide a side window cap that allows a light emitting element to be directly installed on a substrate without requiring a pedestal, can be integrally molded, and can suppress light leakage.
  • a side window cap for a substrate on which a light emitting element is installed which covers the light emitting element and seals it to the substrate, It has an inverted concave cross-section having an upper wall, four side walls, and a lower opening,
  • One of the four side walls is a window made of a translucent material, three of the four side walls and the top wall are made of glass ceramic;
  • one aspect of the semiconductor light emitting device is as follows. comprising a side window cap, a substrate, and a light emitting element provided on the substrate,
  • the side window cap has a sealing material layer on the lower end surfaces of the four side walls,
  • the sealing material layer is a layer made of a metal film, and has an Ag layer or an Au layer on the outermost surface thereof,
  • the side window cap has an inverted concave cross section having an upper wall, four side walls, and a lower opening, and one of the four side walls is a window made of a translucent material, Three of the four side walls and the top wall are made of glass ceramic, and the translucent material and the glass ceramic are directly bonded.
  • the light emitting element can be directly installed on the substrate without requiring a pedestal. Therefore, the distance between the light emitting point and the light emitting surface can be brought closer, and it is also possible to achieve good heat dissipation and a reduction in the height of the package. Further, according to the present invention, since the side window cap can be obtained by integral molding, productivity is excellent. Furthermore, since it has a high effect of suppressing light leakage, it is particularly suitable for use as an edge-emitting laser diode as a light emitting element.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing one aspect of the side window cap according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line A-A' of the side window cap shown in FIG.
  • FIG. 3 is a bottom view showing one aspect of the side window cap according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a sectional view showing one aspect of the side window cap according to the present embodiment.
  • FIG. 5 is a bottom view showing one aspect of the side window cap according to the present embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing one aspect of the semiconductor light emitting device according to this embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing a part of the manufacturing process of the side window cap according to the present embodiment, and FIG.
  • FIG. 7(a) is a schematic top view showing an unsintered multi-cavity glass ceramic precursor.
  • 7(b) shows a glass ceramic precursor that will become the side wall part on the side opposite to the side wall part that will become the window, in addition to the unsintered multi-cavity glass ceramic precursor of FIG. 7 (a).
  • FIG. 3 is a schematic side view of the stacked bodies.
  • FIG. 8 is a diagram showing a part of the manufacturing process of the side window cap according to the present embodiment, and FIG. 8(a) is a schematic side view of the glass ceramic obtained by sintering FIG. 7(b).
  • FIG. 8(b) is a schematic side view of a transparent material placed on the glass ceramic obtained in FIG. 8(a), and
  • FIG. 8(c) is a side view of a multi-crystal structure. It is a schematic top view which shows the dicing line when dividing a window cap into pieces.
  • the side window cap 10 covers and seals the light emitting element to a substrate on which the light emitting element is installed.
  • the side window cap 10 has an inverted concave cross section with an upper wall 11, four side walls 12a, 12b, 12c, 12d, and a lower opening 3, and as shown in FIGS.
  • One of the side wall parts 12a is a window made of translucent material 1.
  • the remaining three side walls 12b, 12c, and 12d among the four side walls and the top wall 11 are made of glass ceramic 2.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing one aspect of the side window cap according to the present embodiment
  • FIG. 3 is a bottom view thereof.
  • the four side walls are perpendicular to the top wall 11, but the angle does not have to be strictly 90 degrees, and it is sufficient if they can be regarded as perpendicular, including manufacturing errors. Specifically, the above-mentioned vertical is sufficient to be substantially perpendicular at 90° ⁇ 5°.
  • Direct bonding means a state in which the transparent material 1 and the glass ceramic 2 are bonded without using an adhesive layer of an organic material such as a resin layer. Examples include a heat fusion method, a heat pressure method, ultrasonic bonding, bonding by laser heating, optical contact, and the like. Direct bonding includes bonding via a bonding material such as a metal intermediate layer or glass frit, but direct bonding without any bonding material is particularly preferred. Note that FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA' in FIG. 1, but in FIG. An example of direct bonding is shown.
  • one of the four side wall parts 12a is a window made of the translucent material 1, so that the light extraction part becomes a full-length window. Therefore, higher light extraction efficiency can be achieved compared to the embodiment in which the light extraction portion is small as in Patent Document 1.
  • the remaining three side wall portions 12b, 12c, 12d and the top wall portion 11 of the four side wall portions are made of glass ceramic 2.
  • Glass ceramic has a higher Young's modulus than glass, suppresses deformation of the transparent material 1, and stabilizes beam quality.
  • the thickness of the side wall portion can be reduced, the volume of the lower opening 3 can be secured, and the semiconductor light emitting device can be downsized.
  • the light-transmitting material 1 may constitute the side wall portion 12a serving as a window of the side window cap 10, and may transmit light emitted from the light emitting element and take it out to the outside.
  • the material be transparent in the visible region to the near-infrared region.
  • the transparent material 1 is preferably glass, silicon, or sapphire.
  • Silicon is preferable as the transparent material 1 from the viewpoint of transmittance in the infrared region and heat resistance.
  • Sapphire is preferable as the translucent material 1 in terms of mechanical strength and heat resistance.
  • Glass is preferable as the translucent material 1 because it can be easily bonded directly to the glass ceramic 2.
  • glass is used as the translucent material 1, glass that has been conventionally used as a cavity window material can be used.
  • the glass transition point Tg of the glass is preferably 500° C. or higher, from the viewpoint of suppressing the increase in carbon residue during firing and impairing the insulation properties, and from the viewpoint of heat resistance when sealing with the substrate of the light emitting device, and 515° C.
  • the temperature is more preferably 520°C or higher, even more preferably 520°C or higher, and the higher the temperature is, the more preferred it is.
  • the glass transition point Tg of glass in this specification is the temperature at the first inflection point of a DTA chart obtained by differential thermal analysis (DTA).
  • the glass softening point Ts of the glass is preferably 700°C or higher, more preferably 715°C or higher, even more preferably 730°C or higher, and the higher the glass, the more preferable it is.
  • the glass softening point Ts of the glass in this specification is the temperature at the fourth inflection point of the DTA chart.
  • the average coefficient of thermal expansion of the glass varies depending on the average coefficient of thermal expansion of the glass ceramic 2, but is preferably 20 ⁇ 10 ⁇ 7 to 99 ⁇ 10 ⁇ 7 /°C.
  • the coefficient of thermal expansion is preferably 20 ⁇ 10 -7 /°C or more, more preferably 22 ⁇ 10 -7 /°C or more, and 99 ⁇ 10 -7 /°C.
  • the temperature is preferably 92 ⁇ 10 ⁇ 7 /°C or less, more preferably 92 ⁇ 10 ⁇ 7 /°C or less. Note that the preferred combination of upper and lower limit values is arbitrary.
  • soda lime glass for example, soda lime glass, borosilicate glass, aluminosilicate glass, etc.
  • soda lime glass borosilicate glass, aluminosilicate glass, etc.
  • borosilicate glass or aluminosilicate glass is preferred.
  • the light-transmitting material 1 may be appropriately surface-treated in order to efficiently extract light to the outside.
  • an antireflection film is formed on at least one of the outer and inner surfaces of the translucent material 1.
  • the antireflection film 5 is preferably formed on at least a part of the surface of the transparent material 1, that is, on the side where the light emitting element is installed, and on both surfaces. It is also more preferable that it be formed in at least a part of the area.
  • the anti-reflection film 5 is also formed on at least part of the area where the transparent material 1 and the glass ceramic 2 are directly bonded. It is preferable that As shown in FIG. 4, the antireflection film 5 may be formed on the entire inner surface of the translucent material 1, in which case the translucent material 1 and the glass ceramic 2 are directly bonded. This means that the anti-reflection film 5 is formed in all of the areas where the anti-reflection film 5 is formed.
  • the direct bond is one that does not involve any bonding material. preferable. In this case, the area of the window that can be effectively used is maximized, and the loss of light emitted from the light emitting element 22 is minimized.
  • any conventionally known film can be used as long as it can reduce the reflectance of at least the light of the designed wavelength.
  • a film made of an inorganic material is preferred from the viewpoint of maintaining good antireflection performance even during heat treatment during manufacturing of the side window cap 10.
  • Films made of inorganic materials include, for example, single-layer thin films, dielectric multilayer films in which two or more types of dielectric layers with different refractive indexes, such as SiO 2 and Ta 2 O 5 , are laminated. can be mentioned.
  • An additional layer having some function may be formed on the light-transmitting material 1 as long as the effects of the present invention are not impaired.
  • Examples include a light diffusion layer, a conductive layer, and the like. These further layers are preferably composed of inorganic materials from the viewpoint of hermetic sealability. Further, the light diffusion layer may be directly formed by surface processing of the transparent material 1.
  • the thickness of the transparent material 1 is not particularly limited, but is preferably 200 ⁇ m to 1.5 mm, for example.
  • the thickness is preferably 200 ⁇ m or more, more preferably 250 ⁇ m or more, and even more preferably 300 ⁇ m or more.
  • the thickness of the transparent material 1 is preferably 1.5 mm or less, more preferably 1.2 mm or less, and even more preferably 1.1 mm or less. Note that the preferred combination of upper and lower limit values is arbitrary.
  • the glass ceramic 2 has a filler component dispersed in a glass matrix. It is preferable from the viewpoint of verticality that the upper wall portion 11 and the three side wall portions 12b, 12c, and 12d made of the glass ceramic 2 are seamlessly integrated. This can be achieved by the manufacturing method described below, namely, by stacking multiple sheets of glass ceramic precursor, drilling the desired holes with a punching machine, and then sintering them, or by molding the glass ceramic precursor using a mold. This can be achieved by a method such as sintering after sintering.
  • the top wall 11 and the two side walls 12c, 12d are preferably made of the same glass ceramic, and the top wall 11 and the three side walls 12b, 12c, 12d are made of the same glass ceramic. It is more preferable to consist of:
  • the glass softening point Ts of the glass matrix in the glass-ceramic is the same as that of the transparent material 1. It is preferable that the glass transition point is lower than the glass transition point Tg. Thereby, the temperature during direct bonding can be lowered, and damage to the surface of the translucent material 1 can be suppressed.
  • the temperature difference between the glass transition point Tg of the transparent material 1 and the glass softening point Ts of the glass matrix is, for example, 30 to 200°C.
  • the temperature difference is preferably 30°C or higher, more preferably 35°C or higher, and even more preferably 40°C or higher.
  • the temperature difference is not particularly limited, but is, for example, 200° C. or less.
  • the transparent material 1 is made of glass or sapphire and is bonded to the glass ceramic 2 via a glass frit
  • the glass softening point Ts of the glass frit is lower than the glass transition point Tg of the transparent material 1. .
  • the glass frit is a sealing glass made of low melting point glass, and conventionally known ones can be used.
  • low melting point glasses such as tin-phosphate glass, bismuth glass, vanadium glass, lead glass, zinc borate alkali glass, and borosilicate glass are preferably used.
  • tin-phosphate glass, bismuth glass, vanadium glass, lead glass, zinc borate alkali glass, and borosilicate glass are preferably used.
  • tin-phosphate glass, bismuth glass, vanadium glass, and borosilicate glass in consideration of reliability such as adhesion, adhesion reliability, and airtightness, as well as the impact on the environment and the human body.
  • Low melting point glass is more preferred.
  • the specific glass softening point Ts of the glass matrix in the glass ceramic is preferably 450 to 1000°C.
  • the glass softening point Ts is preferably 1000°C or lower, more preferably 950°C or lower, and even more preferably 900°C or lower.
  • the glass softening point Ts of the glass matrix is preferably 450°C or higher, and 460°C or higher, from the viewpoint of suppressing the increase in carbon residue during firing and impairing insulation properties, and from the viewpoint of heat resistance when sealing with the substrate.
  • the temperature is more preferably 470° C. or higher, and even more preferably 470° C. or higher.
  • the glass softening point Ts of the glass matrix is the temperature at the fourth inflection point of the DTA chart of the glass alone.
  • the combination of preferable upper and lower limit values is arbitrary.
  • the glass matrix contains at least one of bismuth oxide and boron oxide, for example. That is, bismuth oxide glass or borosilicate glass is preferred.
  • the borosilicate glass may contain CeO2 , RO, R'2O , R''2O3 , R''O2, etc. It is preferable to contain ZnO, K 2 O, and Na 2 O.
  • R is at least one selected from the group consisting of Zn, Ba, Sr, Mg, Ca, Fe, Mn, Cr, Sn, and Cu.
  • R' is at least one member selected from the group consisting of Li, Na, K, Cs, and Cu.
  • R'' is at least one member selected from the group consisting of Al, Fe, and La.
  • R''' is at least one selected from the group consisting of Zr, Ti, and Sn.
  • bismuth oxide glass contains B2O3 , CeO2 , SiO2 , RO, R'2O , R''2O3 , R'''O2 , etc. You can leave it there.
  • ceramic may be used instead of glass ceramic as long as it is a material that can be directly bonded to the translucent material 1.
  • examples of the ceramic include alumina and aluminum nitride.
  • filler components can be used, for example, it is preferable to include a low thermal expansion filler or a negative thermal expansion filler.
  • a low thermal expansion filler or a negative thermal expansion filler By using a low thermal expansion filler or a negative thermal expansion filler, the side window cap 10 can maintain a good shape and have good adhesion to the translucent material 1.
  • One type of filler or two or more types of fillers may be used.
  • the low thermal expansion filler is a filler with a thermal expansion coefficient of 0/°C or more and 40 ⁇ 10 ⁇ 7 /°C or less, and includes, for example, zirconium oxide, silicon dioxide, and mixtures thereof.
  • the mixture include cordierite (2MgO.2Al 2 O 3.5SiO 2 ), which is a mixture of magnesium oxide, aluminum oxide, and silicon dioxide.
  • a negative thermal expansion filler is a filler whose thermal expansion coefficient is a negative value, that is, less than 0/°C, such as zirconium phosphate, ⁇ -eucryptite (Li 2 O.Al 2 O 3.2SiO 2 ). , zirconium tungstate (ZrW 2 O 8 ), and the like.
  • the total volume fraction of the filler components in the glass ceramic is preferably 25 to 65% by volume.
  • the above-mentioned total volume fraction is preferably, for example, 25 volume % or more, more preferably 30 volume % or more, and even more preferably 35 volume % or more.
  • the total volume fraction of the filler components is preferably 65 volume% or less, more preferably 63 volume% or less, and even more preferably 61 volume% or less.
  • the above content may vary depending on the specific gravity of the filler, etc.
  • the combination of preferable upper and lower limit values is arbitrary.
  • the filler component is an inorganic powder
  • the shape of the powder is not particularly limited, and examples include spherical, flat, scaly, and fibrous shapes.
  • the size of the powder of the filler component is also not particularly limited, and for example, the 50% particle size (D 50 ) is preferably 0.5 to 10 ⁇ m.
  • the 50% particle diameter (D 50 ) is preferably 0.5 ⁇ m or more, more preferably 1 ⁇ m or more, and preferably 10 ⁇ m or less, more preferably 9 ⁇ m or less.
  • the 50% particle size in this specification is a volume-based value measured using a laser diffraction/scattering particle size distribution measuring device.
  • the combination of preferable upper and lower limit values is arbitrary.
  • the average coefficient of thermal expansion of the glass ceramic 2 is preferably 15 ⁇ 10 ⁇ 7 to 75 ⁇ 10 ⁇ 7 /°C.
  • the average thermal expansion coefficient is preferably 15 ⁇ 10 -7 /°C or more, and 16 ⁇ 10 -7 /°C or more. More preferably, it is 17 ⁇ 10 ⁇ 7 /°C or more, and although it also varies depending on the average coefficient of thermal expansion of the translucent material 1, it is more preferable that the average thermal expansion coefficient is, for example, 75 ⁇ 10 ⁇ 7 /°C or less.
  • It is preferably 70 ⁇ 10 ⁇ 7 /°C or less, more preferably 65 ⁇ 10 ⁇ 7 /°C or less, and particularly preferably 65 ⁇ 10 ⁇ 7 /°C or less.
  • the combination of preferable upper and lower limit values is arbitrary.
  • the average coefficient of thermal expansion of the translucent material 1 and the glass ceramic 2 is determined.
  • the absolute value of the difference is preferably 24 ⁇ 10 ⁇ 7 /°C or less, more preferably 22 ⁇ 10 ⁇ 7 /°C or less, and the smaller the absolute value, the more preferable it is.
  • the upper surface of the side window cap 10 which is composed of the upper wall portion 11 and the upper end surface of the side wall portion 12a serving as the window, is composed of the glass ceramic 2 and the translucent material 1.
  • the two side walls 12c and 12d, excluding the side wall 12b located at a position facing the side wall 12a serving as a window, and the side surfaces consisting of the left and right end faces of the side wall 12a serving as a window are also made of glass ceramic 2 and transparent. It is composed of the optical material 1.
  • the upper surface and the two side surfaces can form smooth surfaces without creating a step between the end surface portion of the translucent material 1 and the glass ceramic 2.
  • the side window cap 10 according to the present embodiment is obtained by directly bonding the translucent material 1 and the glass ceramic 2, and then cutting the multi-piece side window cap by dicing. By being given.
  • the fact that the side window cap 10 can be obtained by first directly bonding the translucent material 1 to the glass ceramic 2 and then cutting it is advantageous not only from the viewpoint of productivity but also because the side window cap It is also useful from the viewpoint of smoothness.
  • the maximum height roughness Rz of all the outer surfaces of the side window cap can be 50 ⁇ m or less.
  • the maximum height roughness Rz may be 47 ⁇ m or less, or 45 ⁇ m or less.
  • the maximum height roughness Rz is usually more than 150 ⁇ m. becomes.
  • the maximum height roughness Rz in this specification is an index of surface roughness, and is the sum of the height of the highest peak and the depth of the deepest valley in the contour curve at the reference length, Required in accordance with JIS B 0601:2001.
  • the maximum height roughness Rz is a value obtained by measuring a measurement length of 3 mm at a cutoff wavelength of 0.8 mm using a surface roughness/contour measuring device Surfcom.
  • the lower opening 3 is a space surrounded by an upper wall 11 and four side walls 12a, 12b, 12c, and 12d, which are made of a translucent material 1 and a glass ceramic 2. .
  • a space void
  • the lower opening 3 usually has a quadrangular prism shape, but may have any shape other than a quadrangular prism if desired, and may have a shape different from the external shape of the side window cap 10.
  • a semi-cylindrical shape or a polygonal column shape can be mentioned.
  • the shape of the lower opening 3 is preferably a quadrangular prism shape, that is, a hexahedral shape or a semicircular column shape.
  • the side window cap 10 preferably has a sealing material layer 4 on the lower end surfaces of the four side walls.
  • the lower end surfaces of the four side walls mean the end surfaces on the lower opening 3 side.
  • the sealing material layer 4 is formed by sealing the side window cap 10 to the substrate 21 on which the light emitting element 22 is installed so as to cover the light emitting element 22, thereby obtaining the semiconductor light emitting device 20. It is effective for In FIG. 5, the width of the sealing material layer 4 is narrower than the width of the lower end surfaces of the four side walls, but it may be the same as the width of the lower end surfaces of the four side walls, and is arbitrary as long as it can be sealed.
  • the sealing material layer 4 is preferably a layer made of a metal film or a layer made of glass frit.
  • the side window cap 10 and the substrate 21 can be hermetically sealed by sealing via a metal ring.
  • Metal rings include gold (Au)-tin (Sn)-based gold-tin rings, tin (Sn)-antimony (Sb)-based rings, tin (Sn)-silver (Ag)-copper (Cu)-based rings, etc.
  • Au gold
  • Sn gold-tin
  • Sn gold-tin
  • Sn antimony
  • Sn tin
  • Sn tin-silver
  • Ga tin-copper
  • the layer made of a metal film is a metal containing one or more selected from the group consisting of Au, Ag, Cu, and Au-Sn alloy on its outermost surface. It is preferable to have a film layer, and more preferably to have an Ag layer or an Au layer.
  • the layer made of a metal film may further include a film of Ni, Ti, Pd, Pt, Cu, etc. as a base for the metal film layer.
  • the glass frit is a sealing glass made of low melting point glass, and conventionally known ones can be used.
  • low melting point glasses such as tin-phosphate glass, bismuth glass, vanadium glass, lead glass, and zinc borate alkali glass are preferably used.
  • low melting point glasses made of tin-phosphate glass, bismuth glass, and vanadium glass are recommended, taking into consideration reliability such as adhesion, adhesion reliability, and airtight sealability, as well as their effects on the environment and the human body. More preferred.
  • the glass frit may further contain an inorganic filler such as an electromagnetic wave absorber or a low thermal expansion filler.
  • the semiconductor light emitting device 20 includes a side window cap 10, a substrate 21, and a light emitting element 22 provided on the substrate 21. By being integrated with the substrate 21 via the sealing material layer 4, the light emitting element 22 is hermetically sealed.
  • the side window cap 10 those described in the above ⁇ Side Window Cap> can be used, and preferred embodiments are also the same.
  • the sealing material layer 4 is preferably a layer made of a metal film or a layer made of glass frit, more preferably a layer made of a metal film, and even more preferably has an Ag layer or an Au layer on its outermost surface. It is preferable that the side window cap 10 and the substrate 21 are integrated via the sealing material layer 4, which is a layer made of such a metal film, and the gold-tin ring.
  • the substrate 21 is not particularly limited as long as it is insulating, and from the viewpoint of heat dissipation, a ceramic substrate is preferable.
  • the ceramic substrate is, for example, an aluminum nitride (AlN) substrate, an alumina (Al 2 O 3 ) substrate, or a low temperature co-fired ceramics (LTCC) substrate.
  • the light emitting element 22 can be used for either top emission or edge emission. From the viewpoint of enjoying the effects of the present invention even more, it is preferable for edge emission, that is, as shown in FIG. 6, the emitted light L from the light emitting element 22 is in the horizontal direction, such as a laser diode (LD).
  • LD laser diode
  • a window made of a translucent material 1 is arranged on the side from which light is emitted from the light emitting element 22. Since the laser diode has a high straightness of light, there is a particular concern about light leakage from the side wall portion 12b facing the side wall portion 12a serving as a window. However, in the semiconductor light emitting device 20 according to this embodiment, since the side wall portion 12b is made of glass ceramic, there is no need to worry about light leakage.
  • the method for manufacturing the side window cap 10 according to the present embodiment is not particularly limited as long as the side window cap 10 having the characteristics described in ⁇ Side Window Cap> above can be obtained.
  • An example of a method for manufacturing the side window cap 10 according to this embodiment is shown below. Note that the manufacturing method described below is a method in which a multi-piece side window cap is obtained, and each of the side window caps is cut by dicing to obtain individual side window caps. Although this method has excellent productivity, it does not preclude the method of manufacturing side window caps one by one.
  • the method of manufacturing glass, silicon, sapphire, etc. that becomes the translucent material 1 is not particularly limited, and either manufactured or commercially available materials may be used. Further, a layer having a function such as an antireflection film may be provided on the transparent material 1, if desired.
  • the method for producing the glass ceramic 2 is also not particularly limited, and for example, it can be obtained by sintering by molding and firing a glass ceramic precursor, which is a mixture of a glass powder serving as a glass matrix and a filler component. Specifically, there is a method in which the precursor is formed into a sheet shape called a green sheet and then fired.
  • a plurality of green sheets are stacked to a desired height. Thereafter, as shown in FIG. 7(a), a plurality of holes 3' of a desired size and shape are made using a drilling machine, thereby forming the upper wall 11 and the two opposing side walls 12c and 12d.
  • a panel of sintered multi-cavity glass-ceramic precursor 2' is obtained. Separately from the above, by laminating a plurality of green sheets to a desired height, an unsintered glass-ceramic precursor 2'a that becomes the side wall part 12b on the side opposite to the side wall part 12a that becomes the window is created. panel is obtained. As shown in FIG. 7(b), the two panels obtained above are laminated and fired to form a seamless top wall portion 11 and three side wall portions as shown in FIG. 8(a). A multi-cavity glass ceramic 2 having 12b, 12c, and 12d is obtained.
  • a light-transmitting material 1 is applied to the obtained glass-ceramic 2 to form the top wall 11 and the two opposing side walls 12c and 12d.
  • a multi-piece side window cap can be obtained.
  • direct bonding include a heat fusion method, a heat pressure method, ultrasonic bonding, bonding by laser heating, optical contact, and the like.
  • the end surfaces of the top wall 11 and the two opposing side walls 12c and 12d of the glass ceramic 2 are polished to improve the surface roughness Ra. may be made smaller. Furthermore, the surface roughness of the light-transmitting material 1 may be reduced by polishing or the like.
  • the surface roughness Ra of the end face and the surface of the translucent material 1 is preferably 0.2 ⁇ m or less, and more preferably 0.1 ⁇ m or less, from the viewpoint of bondability after direct bonding.
  • the surface roughness Ra of each end face and the translucent material 1 do not need to be the same. Note that the surface roughness Ra in this specification is a value measured in accordance with JIS B 0601:2001.
  • the cutting method is not particularly limited, but laser dicing using laser light, blade dicing using a dedicated blade, a combination of multiple cutting methods, etc. can be employed. Among these, blade dicing is preferred from the viewpoint of cuttability.
  • a sealing material layer 4 is formed using a conventionally known sealing material and a conventionally known method.
  • the sealing material layer 4 may be formed by a printing method, a coating method using a dispenser, a dipping method, a laser metal deposition method, a method using a solder wire, or the like.
  • a multi-cavity glass ceramic may also be obtained using a molding die.
  • a plurality of individualized side window caps 10 can be obtained by directly bonding and cutting the light-transmitting material in the same manner as described above.
  • a side window cap for a substrate on which a light emitting element is installed which covers the light emitting element and seals it to the substrate, It has an inverted concave cross-section having an upper wall, four side walls, and a lower opening, One of the four side walls is a window made of a translucent material, three of the four side walls and the top wall are made of glass ceramic; A side window cap in which the translucent material and the glass ceramic are directly bonded.
  • the absolute value of the difference in average coefficient of thermal expansion between the translucent material and the glass ceramic at 50 to 350°C is 24 ⁇ 10 -7 /°C or less, according to [1] to [3] above.
  • An antireflection film is formed on at least a part of the inner surface of the translucent material, The side window cap according to any one of [1] to [5], wherein the antireflection film is also formed on at least a part of the directly joined region. [7] The side window cap according to any one of [1] to [6], which has a sealing material layer on the lower end surfaces of the four side wall portions. [8] The side window cap according to [7], wherein the sealing material layer is a layer made of a metal film, and has an Ag layer or an Au layer on the outermost surface thereof.
  • Example 1 to 3 are examples
  • Example 4 is a comparative example.
  • Example 1 As a light-transmitting material, a glass plate (manufactured by AGC Corporation, EN-A1) made of alkali-free borosilicate glass and measuring 50 mm x 50 mm x 0.7 mm was prepared.
  • the glass transition point Tg of this glass is 710°C, and the thermal expansion coefficient at 50 to 350°C is 39 ⁇ 10 ⁇ 7 /°C.
  • zirconium phosphate manufactured by Toagosei Co., Ltd., Ultair (registered)
  • Trademark WH2 zirconium phosphate
  • a slurry was prepared by mixing a plasticizer and a binder with an inorganic powder in the presence of an organic solvent.
  • a green sheet was manufactured by applying the slurry onto a polyethylene terephthalate (PET) film using a doctor blade method and drying it. The thickness of each green sheet was 200 ⁇ m.
  • a multi-piece panel consisting of 64 connected unsintered green sheets is made by stacking 36 green sheets and drilling 8 x 8 square holes of 4.0 mm x 4.0 mm using a punching machine. Obtained. This panel was fired at 600° C. to obtain a multi-cavity glass ceramic having a thickness of 6.3 mm and having 8 ⁇ 8 square holes of 3.4 mm ⁇ 3.4 mm. The thermal expansion coefficient of the obtained glass ceramic at 50 to 350°C was 36 ⁇ 10 ⁇ 7 /°C.
  • the surface of the glass ceramic having the square opening was polished so that the surface roughness Ra was 0.1 ⁇ m or less.
  • a multi-piece glass ceramic was placed so that the surface with the opening of the glass ceramic was in contact with a glass plate made of the above-mentioned alkali-free borosilicate glass, which is a translucent material, and fired at 600°C. By doing this, they were directly joined and a multi-cavity side window cap was obtained.
  • silver paste manufactured by Daiken Kagaku, US-202A was screen printed on the cut surfaces.
  • a screen plate with a mesh size of 325 and an emulsion thickness of 10 ⁇ m was used.
  • the pattern of the screen plate was in the shape of a frame with a line width of 0.4 mm. After screen printing, it was dried at 70° C. for 30 minutes and then baked at 450° C. for 30 minutes to form a sealing material layer with a thickness of 7 ⁇ m and a line width of 0.4 mm on the lower end surfaces of the four sidewalls.
  • each side window cap The dimensions of each side window cap are 4.8 mm x 6.9 mm on the top surface, and 0.7 mm of the 6.9 mm is the top surface of the glass forming the side wall portion 12a that becomes the window.6. 2 mm was the upper wall portion 11 made of glass ceramic. Both the side surface serving as the window and the side surface facing it had a height of 2.2 mm and a width of 4.8 mm. The remaining two side surfaces are both 2.2 mm in height and 6.9 mm in width, and 0.7 mm of the 6.9 mm is the left and right end surfaces of the glass forming the side wall portion 12a serving as a window, and 6.2 mm is The side wall portions 12c and 12d were made of glass ceramic. Both the glass ceramic and the glass had a thickness of 0.7 mm, and the dimensions of the lower opening 3 were 3.4 mm x 5.5 mm and a height of 1.5 mm.
  • AlN aluminum nitride
  • MARUWA Corporation AN-170, 7.5 mm x 7.5 mm x 0.635 mm
  • Au/Pt/Ti film formed on the surface was prepared.
  • the side window cap on which the sealing material layer obtained above was formed was sealed to the side of this substrate on which the Au/Pt/Ti film was formed via a gold-tin ring.
  • the sealing conditions were 280° C. for 60 seconds in a nitrogen environment.
  • Example 2 A glass plate made of borosilicate glass (manufactured by SCHOTT, D263 (registered trademark) Teco) measuring 50 mm x 50 mm x 0.7 mm was prepared as a translucent material.
  • the glass transition point Tg of this glass is 566°C, and the coefficient of thermal expansion at 50 to 350°C is 72 ⁇ 10 ⁇ 7 /°C.
  • an antireflection film was formed on both surfaces of the glass by vapor deposition.
  • An inorganic powder was obtained by blending and mixing so as to achieve the following.
  • a slurry was prepared by mixing a plasticizer and a binder with an inorganic powder in the presence of an organic solvent.
  • a green sheet was manufactured by applying the slurry onto a polyethylene terephthalate (PET) film using a doctor blade method and drying it. The thickness of each green sheet was 200 ⁇ m.
  • PET polyethylene terephthalate
  • a multi-piece panel consisting of 64 connected unsintered green sheets is made by stacking 36 green sheets and drilling 8 x 8 square holes of 4.0 mm x 4.0 mm using a punching machine. Obtained. This panel was fired at 600° C. to obtain a multi-cavity glass ceramic having a thickness of 6.3 mm and having 8 ⁇ 8 square holes of 3.4 mm ⁇ 3.4 mm. The thermal expansion coefficient of the obtained glass ceramic at 50 to 350°C was 68 ⁇ 10 ⁇ 7 /°C.
  • the surface of the glass ceramic having the square opening was polished so that the surface roughness Ra was 0.1 ⁇ m or less.
  • a multi-piece glass ceramic is placed so that the surface with the opening of the glass ceramic is in contact with a glass plate made of the above-mentioned borosilicate glass, which is a translucent material, and fired at 550°C.
  • a multi-cavity side window cap was obtained by directly joining the caps.
  • silver paste manufactured by Daiken Kagaku, US-202A was screen printed on the cut surfaces.
  • a screen plate with a mesh size of 325 and an emulsion thickness of 10 ⁇ m was used.
  • the pattern of the screen plate was in the shape of a frame with a line width of 0.4 mm. After screen printing, it was dried at 70° C. for 30 minutes and then baked at 450° C. for 30 minutes to form a sealing material layer with a thickness of 7 ⁇ m and a line width of 0.4 mm on the lower end surfaces of the four sidewalls.
  • each side window cap The dimensions of each side window cap are 4.8 mm x 6.9 mm on the top surface, and 0.7 mm of the 6.9 mm is the top surface of the glass forming the side wall portion 12a that becomes the window.6. 2 mm was the upper wall portion 11 made of glass ceramic. Both the side surface serving as the window and the side surface facing it had a height of 2.2 mm and a width of 4.8 mm. The remaining two side surfaces are both 2.2 mm in height and 6.9 mm in width, and 0.7 mm of the 6.9 mm is the left and right end surfaces of the glass forming the side wall portion 12a serving as a window, and 6.2 mm is The side wall portions 12c and 12d were made of glass ceramic. Both the glass ceramic and the glass had a thickness of 0.7 mm, and the dimensions of the lower opening 3 were 3.4 mm x 5.5 mm and a height of 1.5 mm.
  • Example 3 A sapphire plate (mirror polished on both sides) measuring 50 mm x 50 mm x 0.7 mm was prepared as a translucent material. The coefficient of thermal expansion of this sapphire at 50 to 350°C is 76 ⁇ 10 ⁇ 7 /°C.
  • aluminum oxide was mixed as a filler component at 58% by volume.
  • Inorganic powder was obtained by mixing.
  • the surface of the glass ceramic having the square opening was polished so that the surface roughness Ra was 0.1 ⁇ m or less.
  • a glass frit was printed on the polished glass ceramic and fired at 580°C.
  • a similar glass frit was printed and fired on a sapphire plate.
  • multiple pieces of glass ceramic were placed on the plate made of the above-mentioned sapphire, which is a translucent material, so that the surface with the opening of the glass ceramic was in contact with the plate, and the glass ceramic was directly bonded by firing at 680°C. As a result, a multi-cavity side window cap was obtained.
  • silver paste manufactured by Daiken Kagaku, US-202A was screen printed on the cut surfaces.
  • a screen plate with a mesh size of 325 and an emulsion thickness of 10 ⁇ m was used.
  • the pattern of the screen plate was in the shape of a frame with a line width of 0.4 mm. After screen printing, it was dried at 70° C. for 30 minutes and then baked at 450° C. for 30 minutes to form a sealing material layer with a thickness of 7 ⁇ m and a line width of 0.4 mm on the lower end surfaces of the four sidewalls.
  • each side window cap The dimensions of each side window cap are 4.8 mm x 6.9 mm on the top surface, and 0.7 mm of the 6.9 mm is the top surface of the sapphire that forms the side wall portion 12a that becomes the window; 6. 2 mm was the upper wall portion 11 made of glass ceramic. Both the side surface serving as the window and the side surface facing it had a height of 2.2 mm and a width of 4.8 mm. The remaining two side surfaces are both 2.2 mm in height and 6.9 mm in width, and 0.7 mm of the 6.9 mm is the left and right end surfaces of the sapphire that form the side wall portion 12a serving as a window, and 6.2 mm is The side wall portions 12c and 12d were made of glass ceramic. Both the glass ceramic and sapphire had a thickness of 0.7 mm, and the dimensions of the lower opening 3 were 3.4 mm x 5.5 mm and a height of 1.5 mm.
  • Example 4 A sapphire plate (mirror polished on both sides) measuring 50 mm x 50 mm x 0.7 mm was prepared as a translucent material. The coefficient of thermal expansion of this sapphire at 50 to 350°C is 76 ⁇ 10 ⁇ 7 /°C.
  • a multi-piece panel consisting of 64 connected unsintered green sheets is made by stacking 36 green sheets and drilling 8 x 8 square holes of 4.0 mm x 4.0 mm using a punching machine. Obtained. This panel was fired at 600° C. to obtain a multi-cavity glass ceramic having a thickness of 6.3 mm and having 8 ⁇ 8 square holes of 3.4 mm ⁇ 3.4 mm. The thermal expansion coefficient of the obtained glass ceramic at 50 to 350°C was 36 ⁇ 10 ⁇ 7 /°C.
  • the surface of the glass ceramic having the square opening was polished so that the surface roughness Ra was 0.1 ⁇ m or less.
  • a multi-piece glass ceramic was placed on the sapphire plate, which is a translucent material, so that the side with the opening was in contact with the glass ceramic, and direct bonding was attempted by firing it at 600°C.
  • direct bonding was attempted by firing it at 600°C.

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Abstract

本発明は、発光素子が設置された基板に対し、前記発光素子を覆って前記基板に封着させる側面窓キャップであって、上壁部、4つの側壁部、及び下方開口部を有する断面逆凹状形状であり、前記4つの側壁部のうち1つは透光性材料からなる窓であり、前記4つの側壁部のうち3つ及び前記上壁部はガラスセラミックからなり、前記透光性材料と前記ガラスセラミックとは直接接合している、側面窓キャップに関する。

Description

側面窓キャップ及び半導体発光装置
 本発明は側面窓キャップに関する。また、本発明は上記側面窓キャップで気密封止された半導体発光装置にも関する。
 近年、レーザダイオード等の各種発光素子を搭載した電子装置が、各種分野で用いられている。発光素子の種類によっては、気密封止することが求められるため、発光素子を封止する各種封止構造が従来から検討されてきた。
 レーザダイオードの発光の態様は、上面発光と端面発光とに分けられる。端面発光は上面発光に比べて出力が高い。
 このような端面発光に対して、特許文献1では、光を出射する発光素子と、発光素子を実装した第1の基板と、第1の基板との間に発光素子の封止空間を形成する第2の基板と、発光素子から出射された光を取り出すための光取り出し窓とを備え、第1の基板及び第2の基板のうち、少なくとも一方の基板は、劈開性を有し、かつ光取り出し窓が取り付けられる窓取り付け面を劈開面としてなる発光装置が開示されている。
 特許文献2では、平板状の基板と、基板のおもて面から突出し、電気素子が搭載される搭載面を有する1つ以上の台座と、を備え、基板と台座とはセラミックスで一体的に形成されている、電気素子搭載用パッケージが開示されている。
 特許文献3では、レーザダイオードと、レーザダイオードを直接または間接的に支持する主面を有する基板と、基板に固定され、レーザダイオードを覆うキャップと、を備え、キャップは、レーザダイオードの周りを囲む、内壁面と外壁面とを持つ壁部分を有し、内壁面は、レーザダイオードから出射されるレーザ光の光入射面および第1傾斜面を少なくとも有し、外壁面は、レーザダイオードから出射されるレーザ光の光出射面を有し、光入射面および光出射面の少なくとも一方は、レーザ光の光軸に対して垂直であり、第1傾斜面は、レーザダイオードに向かって傾斜している、光源装置が開示されている。
日本国特開2009-289775号公報 国際公開第2018-030486号 日本国特開2021-057459号公報
 しかしながら、特許文献1に記載された発光装置は、出射面が凹凸構造となっており、後から光取り出し窓が取り付けられる構成である。そのため、第2の基板及び光取り出し窓を一体成型できず、製造プロセスが煩雑である。
 特許文献2に記載の電気素子搭載用パッケージは、出射面となるガラスの4辺すべてに枠が接合されているため、基板から突出した台座を設け、かかる台座に電気素子を搭載する必要がある。そのため、発光点と出射面との距離を近づけられず、また、良好な放熱性やパッケージの低背化といった要求に対して限界がある。
 特許文献3に記載の光源装置は、レーザダイオードを覆うキャップはすべてガラスで構成されており、レーザ光の光漏れが発生する。中でもレーザ光は直進性が高いため、光出射面と対向する面からの光漏れが特に懸念される。
 そこで本発明は、台座を必須とすることなく発光素子を基板上に直接設置でき、一体成型が可能で、光漏れも抑制できる側面窓キャップの提供を目的とする。
 上記課題を解決するため本実施形態に係る側面窓キャップの一態様は下記のとおりである。
 発光素子が設置された基板に対し、前記発光素子を覆って前記基板に封着させる側面窓キャップであって、
 上壁部、4つの側壁部、及び下方開口部を有する断面逆凹状形状であり、
 前記4つの側壁部のうち1つは透光性材料からなる窓であり、
 前記4つの側壁部のうち3つ及び前記上壁部はガラスセラミックからなり、
 前記透光性材料と前記ガラスセラミックとは直接接合している、側面窓キャップ。
 また、本実施形態に係る半導体発光装置の一態様は下記のとおりである。
 側面窓キャップと、基板と、前記基板上に設けられた発光素子と、を有し、
 前記側面窓キャップは4つの側壁部の下端面に封止材層を有し、
 前記封止材層は、金属膜からなる層であり、その最表面にAg層又はAu層を有し、
 前記封止材層と、金錫リングと、を介して前記側面窓キャップと前記基板とが一体化された、前記発光素子が気密封止された、半導体発光装置。
 なお、上記側面窓キャップは、上壁部、4つの側壁部、及び下方開口部を有する断面逆凹状形状であり、前記4つの側壁部のうち1つは透光性材料からなる窓であり、前記4つの側壁部のうち3つ及び前記上壁部はガラスセラミックからなり、前記透光性材料と前記ガラスセラミックとは直接接合している。
 本発明によれば、台座を必須とすることなく発光素子を基板上に直接設置できる。そのため、発光点と出射面との距離を近づけられ、また、良好な放熱性やパッケージの低背化も実現できる。また、本発明によれば、一体成型により側面窓キャップが得られるため、生産性に優れる。さらには、光漏れの抑制効果も高いことから、特に、発光素子として端面発光型のレーザダイオード用途に非常に好適である。
図1は、本実施形態に係る側面窓キャップの一態様を示す、模式斜視図である。 図2は、図1で示した側面窓キャップのA-A’線断面図である。 図3は、本実施形態に係る側面窓キャップの一態様を示す、底面図である。 図4は、本実施形態に係る側面窓キャップの一態様を示す、断面図である。 図5は、本実施形態に係る側面窓キャップの一態様を示す、底面図である。 図6は、本実施形態に係る半導体発光装置の一態様を示す、模式断面図である。 図7は、本実施形態に係る側面窓キャップの製造工程の一部を示す図であり、図7の(a)は未焼結の多数個取りのガラスセラミックの前駆体を示す模式上面図であり、図7の(b)は、図7の(a)の未焼結の多数個取りのガラスセラミックの前駆体に、窓となる側壁部に対向する側の側壁部となるガラスセラミックの前駆体を積層させた模式側面図である。 図8は、本実施形態に係る側面窓キャップの製造工程の一部を示す図であり、図8の(a)は、図7の(b)を焼結させたガラスセラミックの模式側面図であり、図8の(b)は、図8の(a)で得られたガラスセラミック上に透光性材料を設置した模式側面図であり、図8の(c)は、多数個取りの側面窓キャップを個片化する際のダイシングラインを示す模式上面図である。
 以下、本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の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において、任意に変形して実施できる。
 本明細書において数値範囲を示す「~」とは、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
 本明細書における「平均熱膨張係数」又は「熱膨張係数」とは、50~350℃の範囲で加熱した際の1℃当たりの伸びの割合の平均値により測定される値を意味する。
<側面窓キャップ>
 本実施形態に係る側面窓キャップ10は、発光素子が設置された基板に対し、発光素子を覆って基板に封着させるものである。
 側面窓キャップ10は、上壁部11、4つの側壁部12a,12b,12c,12d、及び下方開口部3を有する断面逆凹状形状であり、図1及び図3に示すように、4つの側壁部のうち1つの側壁部12aは透光性材料1からなる窓である。4つの側壁部のうち残り3つの側壁部12b,12c,12d及び上壁部11はガラスセラミック2からなる。なお、図1は本実施形態に係る側面窓キャップの一態様を示す、模式斜視図であり、図3は、その底面図である。
 上壁部11に対し、4つの側壁部は垂直となることが好ましいが、厳密に90°でなくともよく、製造上の誤差等を含めて垂直と見做せればよい。上記垂直とは、具体的には、90°±5°の略垂直であれば足りる。
 透光性材料1とガラスセラミック2とは直接接合している。
 直接接合とは、透光性材料1とガラスセラミック2とを、樹脂層などの有機材料の接着層を介することなく接合された状態を意味する。例えば、加熱融着法、加熱加圧法や超音波接合、レーザ加熱による接合、オプティカルコンタクト等が挙げられる。金属中間層やガラスフリット等の接合材を介した接合も直接接合に含まれるが、いかなる接合材も介さない直接接合が特に好ましい。なお、図2は、図1のA-A’線断面図であるが、図2では、透光性材料1とガラスセラミック2とが、金属中間層やガラスフリット等の接合材を介さずに直接接合した例を示している。
 透光性材料1とガラスセラミック2とが直接接合されることにより、樹脂層等の有機材料が不要となるため、耐久性に優れる。また、透光性材料1とガラスセラミック2との間に微細な隙間が生じることも抑制でき、高い気密封止性を実現できる。さらには、詳細な製造方法は後述するが、直接接合により多数個取りの側面窓キャップを作製し、次ぐダイシングによる切断で多数の側面窓キャップを一度に得られる。そのため製造プロセスが簡便となり、生産性にも優れる。
 本実施形態に係る側面窓キャップ10は、4つの側壁部のうち1つの側壁部12aは透光性材料1からなる窓とすることで、光取出し部は全面窓となる。そのため、特許文献1のような光取り出し部が小さい態様に比べて、高い光取り出し効率を実現できる。
 また、上記4つの側壁部のうち残り3つの側壁部12b,12c,12d及び上壁部11はガラスセラミック2からなる。ガラスセラミックはガラスよりもヤング率が高く、透光性材料1の変形を抑制し、ビームクオリティが安定する。さらに、側壁部の厚みを薄くできるため、下方開口部3の容積を確保でき、半導体発光装置を小型化できる。
 透光性材料1は側面窓キャップ10の窓となる側壁部12aを構成し、発光素子から出射した光を透過して外部に取り出せればよい。例えば、可視域から近赤外領域において透明であることが好ましい。
 具体的には、透光性材料1はガラス、シリコン、又はサファイアが好ましい。
 シリコンは、透光性材料1として、赤外域の透過率と耐熱性の点から好ましい。
 サファイアは透光性材料1として、機械的強度と耐熱性の点から好ましい。
 ガラスは、透光性材料1として、ガラスセラミック2との直接接合が容易である点から好ましい。
 透光性材料1としてガラスを用いる場合、従来キャビティの窓材として用いられているガラスを使用できる。
 ガラスのガラス転移点Tgは、焼成時にカーボン残渣が増えて絶縁性を阻害するのを抑制する観点や、発光装置の基板と封止する際の耐熱性の観点から、500℃以上が好ましく、515℃以上がより好ましく、520℃以上がさらに好ましく、高いほど好ましい。なお、本明細書におけるガラスのガラス転移点Tgは、示差熱分析(DTA)により得られたDTAチャートの第一変曲点における温度である。
 ガラスのガラス軟化点Tsは、ガラス表面へのダメージを防止する観点から、700℃以上が好ましく、715℃以上がより好ましく、730℃以上がさらに好ましく、高いほど好ましい。なお、本明細書におけるガラスのガラス軟化点Tsは、DTAチャートの第四変曲点における温度である。
 ガラスの平均熱膨張係数は、ガラスセラミック2の平均熱膨張係数によって異なるが20×10-7~99×10-7/℃が好ましい。ここで、実装する発光装置の基板の平均熱膨張係数に近づける観点から、20×10-7/℃以上が好ましく、22×10-7/℃以上がより好ましく、また、99×10-7/℃以下が好ましく、92×10-7/℃以下がより好ましい。なお、好ましい上下限の値の組み合わせは任意である。
 上記特性を満たすガラスとして、例えば、ソーダライムガラス、ホウケイ酸塩ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス等を使用できる。加工性の観点からは、ホウケイ酸塩ガラスもしくはアルミノケイ酸塩ガラスが好ましい。
 透光性材料1には、外部に効率良く光を取り出すために、表面処理を適宜行ってもよい。
 例えば、透光性材料1の外側及び内側の少なくとも一方の表面に、反射防止膜が形成されていることが好ましい。図4に示すように、反射防止膜5は、透光性材料1の内側、すなわち発光素子が設置される側の表面の少なくとも一部の領域に形成されることがより好ましく、両側の表面の少なくとも一部の領域に形成されることもより好ましい。
 反射防止膜5が透光性材料1の内側に形成される場合、当該反射防止膜5が、透光性材料1とガラスセラミック2とが直接接合されている領域の少なくとも一部にも形成されていることが好ましい。反射防止膜5は、図4に示すように、透光性材料1の内側の表面の全面に形成されていてもよく、その場合には、透光性材料1とガラスセラミック2とが直接接合されている領域のすべてに、反射防止膜5が形成されていることになる。
 反射防止膜5が透光性材料1とガラスセラミック2とが直接接合されている領域の少なくとも一部に形成されている場合、当該直接接合は、いかなる接合材も介さないものであることがより好ましい。この場合、有効利用できる窓の面積が最大化されると共に、発光素子22から出射される光の損失が最小化する。
 反射防止膜5は、従来公知のものを使用でき、少なくとも設計波長の光の反射率を低減できればよい。中でも、側面窓キャップ10製造時の熱処理でも良好な反射防止性能を維持する観点から、無機材料から構成される膜が好ましい。無機材料から構成される膜としては、例えば、単層構造の薄膜や、SiO及びTaのような、屈折率の異なる2種以上の誘電体層が積層された誘電体多層膜等が挙げられる。
 透光性材料1には、本発明の効果を損なわない範囲において、何等かの機能を有するさらなる層が形成されていてもよい。例えば、光拡散層、導電層等が挙げられる。これらのさらなる層は、気密封止性の観点から、無機材料で構成することが好ましい。また、光拡散層は、透光性材料1の表面加工により直接形成されていてもよい。
 透光性材料1の厚みは特に限定されないが、例えば200μm~1.5mmが好ましい。ここで、耐久性の観点から、上記厚みは200μm以上が好ましく、250μm以上がより好ましく、300μm以上がさらに好ましい。一方、透過性や小型化の観点から、透光性材料1の厚みは1.5mm以下が好ましく、1.2mm以下がより好ましく、1.1mm以下がさらに好ましい。なお、好ましい上下限の値の組み合わせは任意である。
 ガラスセラミック2は、ガラスマトリックス中にフィラー成分が分散されたものである。
 上壁部11と、ガラスセラミック2からなる3つの側壁部12b,12c,12dは、継ぎ目がなく一体化していることが、垂直性の観点から好ましい。これは、後述する製造方法、すなわち、ガラスセラミックの前駆体を複数枚積層し、孔あけ機により所望する穴をあけてから焼結する方法や、ガラスセラミックの前駆体を金型を用いて成形した後に焼結する方法等により実現できる。この場合、上記上壁部11と、2つの側壁部12c,12dとは同じガラスセラミックから構成されることが好ましく、上壁部11と、3つの側壁部12b,12c,12dとは同じガラスセラミックから構成されることがより好ましい。
 透光性材料1がガラスもしくはサファイアからなり、金属中間層やガラスフリット等を介さずにガラスセラミック2と接合する場合、ガラスセラミック中のガラスマトリックスのガラス軟化点Tsが、透光性材料1のガラス転移点Tgよりも低いことが好ましい。これにより、直接接合時の温度を低くでき、透光性材料1の表面へのダメージを抑制できる。
 透光性材料1のガラス転移点Tgと、ガラスマトリックスのガラス軟化点Tsとの温度差は、例えば30~200℃である。ここで、上記観点から、上記温度差は30℃以上が好ましく、35℃以上がより好ましく、40℃以上がさらに好ましい。上記温度差は特に限定されないが、例えば200℃以下である。
 透光性材料1がガラスもしくはサファイアからなり、ガラスフリットを介してガラスセラミック2と接合する場合、ガラスフリットのガラス軟化点Tsが、透光性材料1のガラス転移点Tgよりも低いことが好ましい。これにより、直接接合時の温度を低くでき、透光性材料1の表面へのダメージを抑制できる。
 ガラスフリットは低融点ガラスからなる封着ガラスであり、従来公知のものを使用できる。例えば、錫-リン酸系ガラス、ビスマス系ガラス、バナジウム系ガラス、鉛系ガラス、ホウ酸亜鉛アルカリガラス、ホウケイ酸ガラス等の低融点ガラスが好適に用いられる。中でも、接着性、接着信頼性や気密封止性といった信頼性、さらには環境や人体に対する影響等を考慮して、錫-リン酸系ガラスやビスマス系ガラスやバナジウム系ガラスやホウケイ酸ガラスからなる低融点ガラスがより好ましい。
 ガラスセラミック中のガラスマトリックスの具体的なガラス軟化点Tsは450~1000℃が好ましい。ここで、上記ガラス軟化点Tsは1000℃以下が好ましく、950℃以下がより好ましく、900℃以下がさらに好ましい。また、ガラスマトリックスのガラス軟化点Tsは、焼成時にカーボン残渣が増えて絶縁性を阻害するのを抑制する観点や基板と封止する際の耐熱性の観点から、450℃以上が好ましく、460℃以上がより好ましく、470℃以上がさらに好ましい。なお、本明細書において、ガラスマトリックスのガラス軟化点Tsは、ガラス単体のDTAチャートの第四変曲点における温度である。また、好ましい上下限の値の組み合わせは任意である。
 ガラスマトリックスは従来公知のものを使用できるが、例えば、酸化ビスマス及び酸化ホウ素の少なくとも一方を含むことが好ましい。すなわち、酸化ビスマス系ガラス又はホウケイ酸系ガラスが好ましい。
 ホウケイ酸系ガラスとしては、SiO及びBの他に、CeO、RO、R’O、R’’、R’’’O等を含有していてもよく、ZnO、KO、NaOを含有することが好ましい。
 なお、本明細書において、RとはZn、Ba、Sr、Mg、Ca、Fe、Mn、Cr、Sn及びCuからなる群より選ばれる少なくとも一種である。R’とはLi、Na、K、Cs、及びCuからなる群より選ばれる少なくとも一種である。R’’とはAl、Fe、及びLaからなる群より選ばれる少なくとも一種である。R’’’とは、Zr、Ti、及びSnからなる群より選ばれる少なくとも一種である。
 酸化ビスマス系ガラスとしては、Biの他に、B、CeO、SiO、RO、R’O、R’’、R’’’O等を含有していてもよい。
 なお、透光性材料1と直接接合できる材料であれば、ガラスセラミックに代えて、セラミックを用いてもよい。セラミックは、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム等が挙げられる。
 フィラー成分も従来公知のものを使用できるが、例えば、低熱膨張フィラーや負熱膨張フィラーを含むことが好ましい。低熱膨張フィラーや負熱膨張フィラーを用いることで、側面窓キャップ10としての良好な形状を保持し、かつ、透光性材料1との密着性も良好とできる。フィラーは1種を用いても、2種以上を用いてもよい。
 低熱膨張フィラーとは、熱膨張係数が0/℃以上40×10-7/℃以下のフィラーであり、例えば、酸化ジルコニウム、二酸化ケイ素及びこれらの混合物等が挙げられる。混合物としては、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、及び二酸化ケイ素の混合物であるコージェライト(2MgO・2Al・5SiO)等が挙げられる。
 負熱膨張フィラーとは、熱膨張係数が負の値、すなわち、0/℃未満のフィラーであり、例えば、リン酸ジルコニウム、β-ユークリプタイト(LiO・Al・2SiO)、タングステン酸ジルコニウム(ZrW)等が挙げられる。
 フィラー成分の、ガラスセラミックにおける合計の体積分率は25~65体積%が好ましい。ここで、透光性材料1へのクラックの発生を防ぐ観点から、上記合計の体積分率は例えば25体積%以上が好ましく、30体積%以上がより好ましく、35体積%以上がさらに好ましい。また、透光性材料1との良好な密着性を得る観点から、フィラー成分の合計の体積分率は、65体積%以下が好ましく、63体積%以下がより好ましく、61体積%以下がさらに好ましい。ただし、上記含有量は、フィラーの比重等によって変わり得る。また、好ましい上下限の値の組み合わせは任意である。
 フィラー成分は無機粉末であるが、その粉末の形状は特に限定されず、例えば、球状、扁平状、鱗片状、繊維状等が挙げられる。
 フィラー成分の粉末の大きさも特に限定されず、例えば、50%粒径(D50)は0.5~10μmが好ましい。ここで、上記50%粒径(D50)は0.5μm以上が好ましく、1μm以上がより好ましく、また、10μm以下が好ましく、9μm以下がより好ましい。なお、本明細書における50%粒径とは、レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置を用いて測定される体積基準の値である。また、好ましい上下限の値の組み合わせは任意である。
 ガラスセラミック2の平均熱膨張係数は、15×10-7~75×10-7/℃が好ましい。ここで、側面窓キャップ10を実装する発光装置における基板の平均熱膨張係数に近づける観点から、上記平均熱膨張係数は15×10-7/℃以上が好ましく、16×10-7/℃以上がより好ましく、17×10-7/℃以上がさらに好ましく、また、透光性材料1の平均熱膨張係数によっても異なるが、上記平均熱膨張係数は例えば、75×10-7/℃以下がより好ましく、70×10-7/℃以下がさらに好ましく、65×10-7/℃以下が特に好ましい。また、好ましい上下限の値の組み合わせは任意である。
 透光性材料1とガラスセラミック2とを直接接合した際の、透光性材料1へのクラックの発生や剥離を防止する観点から、透光性材料1とガラスセラミック2との平均熱膨張係数の差の絶対値は24×10-7/℃以下が好ましく、22×10-7/℃以下がより好ましく、小さいほど好ましい。
 側面窓キャップ10の上壁部11と窓となる側壁部12aの上端面からなる上面はガラスセラミック2と透光性材料1から構成されることとなる。同様に、窓となる側壁部12aと対向する位置に存在する側壁部12bを除く2つの側壁部12c,12dと、窓となる側壁部12aの左右の端面からなる側面も、ガラスセラミック2と透光性材料1から構成されることとなる。
 しかしながら、上記上面及び2つの側面は、透光性材料1の端面の部分とガラスセラミック2との間に段差を発生させることなく、平滑な面を形成できる。これは、本実施形態に係る側面窓キャップ10が、透光性材料1とガラスセラミック2とを直接接合した後に、多数個取りの側面窓キャップからダイシングによる切断で多数の側面窓キャップ10を得られることによる。
 このように、透光性材料1を後付けすることなく、先にガラスセラミック2に直接接合した後に切断して側面窓キャップ10が得られることは、生産性の観点のみならず、側面窓キャップ全面の平滑性の観点からも有用である。
 上記理由から、上記上面及び2つの側面を含む、側面窓キャップの外側の表面はいずれも、最大高さ粗さRzを50μm以下とできる。最大高さ粗さRzは47μm以下でもよく、45μm以下でもよい。
 個片化されたキャビティに対し、窓となる透光性材料1を後から貼り付ける、又は、後から差し込むことにより側面窓キャップを製造する場合には、最大高さ粗さRzは通常150μm超となる。
 なお、本明細書における最大高さ粗さRzとは表面粗さの一指標であり、基準長さにおける輪郭曲線の中で、最も高い山の高さと最も深い谷の深さの和であり、JIS B 0601:2001年に準拠して求められる。具体的には、最大高さ粗さRzは表面粗さ・輪郭形状測定機サーフコムにてカットオフ波長0.8mmで測定長さ3mmを測定して得られた値である。
 下方開口部3は、図3に示すように、透光性材料1及びガラスセラミック2により構成される、上壁部11と4つの側壁部12a,12b,12c,12dに囲まれた空間である。本実施形態に係る側面窓キャップ10を基板と封着した際に、発光素子を収容する空間(空隙)となる。
 下方開口部3は、通常四角柱形状であるが、所望により四角柱以外の任意の形状としてもよく、側面窓キャップ10の外形形状とは異なる形状としてもよい。例えば、半円柱形状や多角柱形状が挙げられる。加工の容易性の観点から、下方開口部3の形状は四角柱形状、すなわち六面体形状や、半円柱形状が好ましい。
 側面窓キャップ10は、図5に示すように、4つの側壁部の下端面に封止材層4を有することが好ましい。4つの側壁部の下端面とは、下方開口部3側の端面を意味する。
 封止材層4は、図6に示すように、側面窓キャップ10を、発光素子22が設置された基板21に対し、発光素子22を覆うように封着させ、半導体発光装置20を得る際に有効である。
 図5では、封止材層4の幅は4つの側壁部の下端面の幅よりも狭いが、4つの側壁部の下端面の幅と同じでもよく、封止できれば任意である。
 封止材層4は、金属膜からなる層又はガラスフリットからなる層が好ましい。
 封止材層4が金属膜からなる層である場合には、金属リングを介した封着により側面窓キャップ10と基板21とを気密封止できる。金属リングは、金(Au)-錫(Sn)系の金錫リング、錫(Sn)-アンチモン(Sb)系のリング、錫(Sn)-銀(Ag)-銅(Cu)系のリング等が挙げられるが、封止性の観点から、金錫リングがより好ましい。
 金属膜からなる層は、金属リングを介して封着する際の封止性の観点から、その最表面にAu、Ag、Cu及びAu-Sn合金からなる群より選ばれる1種以上を含む金属皮膜の層を有することが好ましく、Ag層又はAu層を有することがより好ましい。金属膜からなる層は、金属皮膜の層の下地として、Ni、Ti、Pd、Pt、Cuなどの皮膜をさらに有していてもよい。
 封止材層4がガラスフリットからなる層である場合には、加熱による封着により側面窓キャップ10と基板21とを気密封止できる。
 ガラスフリットは低融点ガラスからなる封着ガラスであり、従来公知のものを使用できる。例えば、錫-リン酸系ガラス、ビスマス系ガラス、バナジウム系ガラス、鉛系ガラス、ホウ酸亜鉛アルカリガラス等の低融点ガラスが好適に用いられる。中でも、接着性、接着信頼性や気密封止性といった信頼性、さらには環境や人体に対する影響等を考慮して、錫-リン酸系ガラスやビスマス系ガラスやバナジウム系ガラスからなる低融点ガラスがより好ましい。
 ガラスフリットは、電磁波吸収剤や低熱膨張充填剤のような無機充填材をさらに含んでいてもよい。
<半導体発光装置>
 本実施形態に係る半導体発光装置20は、側面窓キャップ10と、基板21と、基板21上に設けられた発光素子22と、を有し、側面窓キャップ10の4つの側壁部の下端面における封止材層4を介して、基板21と一体化されることで、発光素子22が気密封止される。
 側面窓キャップ10は、上記<側面窓キャップ>に記載したものを使用でき、好ましい態様も同様である。
 封止材層4は、金属膜からなる層又はガラスフリットからなる層が好ましいが、金属膜からなる層がより好ましく、その最表面にAg層又はAu層を有することがさらに好ましい。かかる金属膜からなる層である封止材層4と金錫リングとを介して、側面窓キャップ10と基板21とが一体化されることが好ましい。
 半導体発光装置20において、基板21は絶縁性であれば特に限定されず、放熱性の観点から、セラミック基板が好ましい。セラミック基板は、例えば窒化アルミニウム(AlN)基板、アルミナ(Al)基板、低温同時焼成セラミック(LTCC;Low Temperature Co-fired Ceramics)基板が好ましい。
 半導体発光装置20において、発光素子22は上面発光、端面発光のいずれも使用できる。本発明の効果をより享受する観点から、端面発光、すなわち、図6に示すように、発光素子22からの出射光Lは水平方向が好ましく、例えば、レーザダイオード(LD)が挙げられる。発光素子22から光が出射される側に、透光性材料1からなる窓を配置する。
 レーザダイオードは光の直進性が高いため、窓となる側壁部12aと対向する側壁部12bからの光漏れが特に懸念される。しかしながら、本実施形態に係る半導体発光装置20は、側壁部12bがガラスセラミックからなるために、光漏れの懸念は不要となる。
<側面窓キャップの製造方法>
 本実施形態に係る側面窓キャップ10の製造方法は、上記<側面窓キャップ>に記載した特徴を有する側面窓キャップ10が得られれば特に限定されない。
 本実施形態に係る側面窓キャップ10の製造方法の一例を下記に示す。なお、下記製造方法は、多数個取りの側面窓キャップを得て、それをダイシングによる切断で個々の側面窓キャップを得る方法である。かかる方法は生産性に優れるが、側面窓キャップを一つずつ製造する方法を何ら排除するものではない。
 透光性材料1となるガラス、シリコン、サファイア等の製造方法は特に限定されず、製造しても市販のものを使用してもよい。また、透光性材料1に対して、所望により、反射防止膜等の機能を有する層を設けてもよい。
 ガラスセラミック2の製造方法も特に限定されず、例えば、ガラスマトリックスとなるガラス粉末とフィラー成分との混合物であるガラスセラミックの前駆体を成形、焼成することで焼結されて得られる。具体的には、上記前駆体をグリーンシートと呼ばれるシート状に成形し、焼成する方法が挙げられる。
 ガラスセラミックの前駆体をグリーンシートとしてガラスセラミック2を製造する場合、グリーンシートを所望の高さとなるように複数枚積層する。その後、図7の(a)に示すように、孔あけ機により所望する大きさと形状の穴3’を複数開けることで、上壁部11及び対向する2つの側壁部12c,12dとなる、未焼結の多数個取りのガラスセラミックの前駆体2’のパネルが得られる。
 上記とは別にグリーンシートを所望の高さとなるように複数枚積層することで、窓となる側壁部12aに対向する側の側壁部12bとなる、未焼結のガラスセラミックの前駆体2’aのパネルが得られる。
 図7の(b)に示すように、上記で得た2つのパネルを積層し、焼成することで、図8の(a)に示すように、継ぎ目のない上壁部11及び3つの側壁部12b,12c,12dとなる、多数個取りのガラスセラミック2が得られる。
 次いで、図8の(b)に示すように、得られたガラスセラミック2に対し、透光性材料1を、上壁部11及び対向する2つの側壁部12c,12dとなる部分のガラスセラミックの端面が接するように設置し、直接接合することで、多数個取りの側面窓キャップが得られる。
 直接接合は、加熱融着法や加熱加圧法や超音波接合、レーザ加熱による接合、オプティカルコンタクト等が挙げられる。
 透光性材料1とガラスセラミック2とを直接接合する前に、ガラスセラミック2の上壁部11及び対向する2つの側壁部12c,12dの端面に対して研磨加工等を行い、表面粗さRaを小さくしてもよい。また、透光性材料1の表面も、研磨加工等により表面粗さを小さくしてもよい。
 上記端面及び透光性材料1の表面における表面粗さRaは、直接接合後の接合性の観点から、それぞれ0.2μm以下が好ましく、0.1μm以下がより好ましい。各端面と透光性材料1の表面粗さRaは同一である必要はない。なお、本明細書における表面粗さRaはJIS B 0601:2001年に準拠して測定される値である。
 その後、図8の(c)に示す一点鎖線をダイシングラインとして、切断することで、個片化した複数の側面窓キャップ10が得られる。切断方法は特に限定されないが、レーザ光を用いたレーザダイシング、専用のブレードを使用したブレードダイシングや、複数の切断方法を組合わせた方法等を採用できる。中でも、切断性の観点からブレードダイシングが好ましい。
 側面窓キャップ10にさらに封止材層4を設ける場合には、図8の(c)に示す一点鎖線のうち、下方開口部3の中央線を含む方向のみの一点鎖線をダイシングラインとし切断する。そして、所望により切断面を研磨加工した後、従来公知の封止材を用いて、従来公知の方法により封止材層4を形成する。
 封止材層4の形成は、印刷法、ディスペンサーを用いた塗布法、ディップ法、レーザメタルデポジション法、ハンダワイヤを用いた方法等が挙げられる。
 その後、図8の(c)に示す一点鎖線のうち、他方の一点鎖線をダイシングラインとして、再度切断することで、個片化した複数の側面窓キャップ10が得られる。
 なお、上記はガラスセラミックの前駆体をグリーンシートとして側面窓キャップを得る方法を説明したが、成形用の金型を用いて多数個取りのガラスセラミックを得てもよい。その場合も、上記と同様にして、透光性材料を直接接合の後切断することで、個片化した複数の側面窓キャップ10が得られる。
 以上、本実施形態に係る側面窓キャップやその製造方法等について詳述したが、本実施形態の別の一態様は以下のとおりである。
[1] 発光素子が設置された基板に対し、前記発光素子を覆って前記基板に封着させる側面窓キャップであって、
 上壁部、4つの側壁部、及び下方開口部を有する断面逆凹状形状であり、
 前記4つの側壁部のうち1つは透光性材料からなる窓であり、
 前記4つの側壁部のうち3つ及び前記上壁部はガラスセラミックからなり、
 前記透光性材料と前記ガラスセラミックとは直接接合している、側面窓キャップ。
[2] 前記側面窓キャップの外側の表面はいずれも、最大高さ粗さRzが50μm以下である、前記[1]に記載の側面窓キャップ。
[3] 前記透光性材料はガラス、シリコン又はサファイアである、前記[1]又は[2]に記載の側面窓キャップ。
[4] 前記透光性材料と前記ガラスセラミックとの50~350℃での平均熱膨張係数の差の絶対値が24×10-7/℃以下である、前記[1]~[3]のいずれか1に記載の側面窓キャップ。
[5] 前記透光性材料の外側及び内側の少なくとも一方の表面に反射防止膜が形成されている、前記[1]~[4]のいずれか1に記載の側面窓キャップ。
[6] 前記透光性材料の内側の表面の少なくとも一部の領域に反射防止膜が形成されており、
 前記反射防止膜は、前記直接接合している領域の少なくとも一部にも形成されている、前記[1]~[5]のいずれか1に記載の側面窓キャップ。
[7] 前記4つの側壁部の下端面に封止材層を有する、前記[1]~[6]のいずれか1に記載の側面窓キャップ。
[8] 前記封止材層が金属膜からなる層であり、その最表面にAg層又はAu層を有する、前記[7]に記載の側面窓キャップ。
[9] 前記[8]に記載の側面窓キャップと、基板と、前記基板上に設けられた発光素子と、を有し、
 前記封止材層と、金錫リングと、を介して前記側面窓キャップと前記基板とが一体化され、前記発光素子が気密封止された、半導体発光装置。
 以下に実施例を挙げ、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。なお、例1~例3が実施例であり、例4が比較例である。
(例1)
 透光性材料として、50mm×50mm×0.7mmtの無アルカリホウケイ酸ガラスからなるガラス板(AGC株式会社製、EN-A1)を用意した。このガラスのガラス転移点Tgは710℃であり、50~350℃における熱膨張係数は39×10-7/℃である。
 ガラスセラミックの前駆体として、ガラスマトリックスとなるガラス粉末(AGC社製、ASF-1109、ガラス軟化点Ts=537℃)が52体積%、フィラー成分としてリン酸ジルコニウム(東亜合成社製、ウルテア(登録商標)WH2)が48体積%となるように配合、混合することで無機粉末を得た。無機粉末に対して、有機溶剤の存在下、可塑剤とバインダーを混合し、スラリーを調製した。スラリーをポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム上にドクターブレード法を用いて塗布、乾燥させることで、グリーンシートを製造した。グリーンシート一枚あたりの厚さは200μmであった。
 グリーンシートを36枚積層し、孔あけ機を用いて、4.0mm×4.0mmの四角形状の穴を8×8マスあけた、未焼結の64個連結された多数個取りのパネルを得た。このパネルを600℃で焼成し、3.4mm×3.4mmの四角形状の穴が8×8マスあいた、厚み6.3mmの多数個取りのガラスセラミックを得た。得られたガラスセラミックの50~350℃における熱膨張係数は36×10-7/℃であった。
 ガラスセラミックの四角形状の穴をあけた開口を有する方の面を、表面粗さRaが0.1μm以下となるように研磨加工した。
 次いで、透光性材料である上記の無アルカリホウケイ酸ガラスからなるガラス板に対して、ガラスセラミックの開口を有する方の面が接するように多数個取りのガラスセラミックを配置し、600℃で焼成することで直接接合し、多数個取りの側面窓キャップを得た。
 多数個取りの側面窓キャップに対し、ガラス板側から、ブレードダイシングを用いて、1×8マスが連結した8個取りの側面窓キャップを16列切断した。ダイシングラインは、図8の(c)に示すように、下方開口部の中央線、及び、それに平行な、開口部と開口部との間にある連結部の中央線の計17本とした。
 上記ダイシングによる切断面が、窓枠付きキャビティの4つの側壁部の下端面となるため、かかる切断面に、銀ペースト(大研化学製、US-202A)をスクリーン印刷した。スクリーン印刷にはメッシュサイズが325、乳剤厚み10μmのスクリーン版を使用した。スクリーン版のパターンは0.4mmの線幅の額縁形状とした。
 スクリーン印刷後70℃で30分乾燥させた後、450℃で30分焼成することで、4つの側壁部の下端面に厚さ7μm、線幅0.4mmの封止材層を形成した。
 次いで、一回目の切断時のダイシングラインに直交する、開口部と開口部との間にある連結部の中央線の計9本をダイシングラインとして再度切断することで個片化し、封止材層が形成された側面窓キャップを128個得た。
 1個あたりの側面窓キャップの寸法は、上面が4.8mm×6.9mmであり、6.9mmのうち0.7mmは窓となる側壁部12aを形成するガラスの上端面であり、6.2mmはガラスセラミックからなる上壁部11であった。窓となる側面と、それに対向する側面は、共に、高さ2.2mm、幅4.8mmであった。残りの2つの側面は共に、高さ2.2mm、幅6.9mmであり、6.9mmのうち0.7mmは窓となる側壁部12aを形成するガラスの左右の端面であり、6.2mmはガラスセラミックからなる側壁部12c,12dであった。ガラスセラミック、ガラスは共に厚みが0.7mmであり、下方開口部3の寸法は、3.4mm×5.5mm、高さ1.5mmであった。
 一方で、表面にAu/Pt/Ti皮膜が形成された窒化アルミニウム(AlN)基板(株式会社MARUWA製、AN-170、7.5mm×7.5mm×0.635mmt)を準備した。この基板のAu/Pt/Ti皮膜が形成された側に、上記で得られた封止材層が形成された側面窓キャップを、金錫リングを介して封着した。封着条件は、窒素環境下、280℃、60秒とした。
 封着後の基板付き側面窓キャップに対し、Heボンビングリーク試験を行ったところ、リーク量は3.0×10-10Pa・m/sであり、リークがなく、気密封止性が良好であることを確認した。
(例2)
 透光性材料として、50mm×50mm×0.7mmtのホウケイ酸ガラスからなるガラス板(SCHOTT社製、D263(登録商標)T eco)を用意した。このガラスのガラス転移点Tgは566℃であり、50~350℃における熱膨張係数は72×10-7/℃である。また、ガラスは蒸着法によって両表面の全面に反射防止膜を形成した。
 ガラスセラミックの前駆体として、ガラスマトリックスとなるガラス粉末(AGC社製、KF9173、ガラス軟化点Ts=480℃)が75体積%、フィラー成分としてコージェライト(丸ス釉薬社製)を25体積%となるように配合、混合することで無機粉末を得た。無機粉末に対して、有機溶剤の存在下、可塑剤とバインダーを混合し、スラリーを調製した。スラリーをポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム上にドクターブレード法を用いて塗布、乾燥させることで、グリーンシートを製造した。グリーンシート一枚あたりの厚さは200μmであった。
 グリーンシートを36枚積層し、孔あけ機を用いて、4.0mm×4.0mmの四角形状の穴を8×8マスあけた、未焼結の64個連結された多数個取りのパネルを得た。このパネルを600℃で焼成し、3.4mm×3.4mmの四角形状の穴が8×8マスあいた、厚み6.3mmの多数個取りのガラスセラミックを得た。得られたガラスセラミックの50~350℃における熱膨張係数は68×10-7/℃であった。
 ガラスセラミックの四角形状の穴をあけた開口を有する方の面を、表面粗さRaが0.1μm以下となるように研磨加工した。
 次いで、透光性材料である上記のホウケイ酸ガラスからなるガラス板に対して、ガラスセラミックの開口を有する方の面が接するように多数個取りのガラスセラミックを配置し、550℃で焼成することで直接接合し、多数個取りの側面窓キャップを得た。
 多数個取りの側面窓キャップに対し、ガラス板側から、ブレードダイシングを用いて、1×8マスが連結した8個取りの側面窓キャップを16列切断した。ダイシングラインは、図8の(c)に示すように、下方開口部の中央線、及び、それに平行な、開口部と開口部との間にある連結部の中央線の計17本とした。
 上記ダイシングによる切断面が、窓枠付きキャビティの4つの側壁部の下端面となるため、かかる切断面に、銀ペースト(大研化学製、US-202A)をスクリーン印刷した。スクリーン印刷にはメッシュサイズが325、乳剤厚み10μmのスクリーン版を使用した。スクリーン版のパターンは0.4mmの線幅の額縁形状とした。
 スクリーン印刷後70℃で30分乾燥させた後、450℃で30分焼成することで、4つの側壁部の下端面に厚さ7μm、線幅0.4mmの封止材層を形成した。
 次いで、一回目の切断時のダイシングラインに直交する、開口部と開口部との間にある連結部の中央線の計9本をダイシングラインとして再度切断することで個片化し、封止材層が形成された側面窓キャップを128個得た。
 1個あたりの側面窓キャップの寸法は、上面が4.8mm×6.9mmであり、6.9mmのうち0.7mmは窓となる側壁部12aを形成するガラスの上端面であり、6.2mmはガラスセラミックからなる上壁部11であった。窓となる側面と、それに対向する側面は、共に、高さ2.2mm、幅4.8mmであった。残りの2つの側面は共に、高さ2.2mm、幅6.9mmであり、6.9mmのうち0.7mmは窓となる側壁部12aを形成するガラスの左右の端面であり、6.2mmはガラスセラミックからなる側壁部12c,12dであった。ガラスセラミック、ガラスは共に厚みが0.7mmであり、下方開口部3の寸法は、3.4mm×5.5mm、高さ1.5mmであった。
(例3)
 透光性材料として、50mm×50mm×0.7mmtのサファイアからなる板(両面鏡面研磨)を用意した。このサファイアの50~350℃における熱膨張係数は76×10-7/℃である。
 ガラスセラミックの前駆体として、ガラスマトリックスとなるガラス粉末(AGC社製、ASF-1860、ガラス軟化点Ts=830℃)が42体積%、フィラー成分として酸化アルミニウムが58体積%となるように配合、混合することで無機粉末を得た。無機粉末に対して、適量のパラフィンを加え、金型内で加熱しながら加圧することで3.2mm×3.2mmの四角形状の穴が8×8マスあいた、厚み6.3mmの多数個取りの圧粉体ガラスセラミックを得た。
 ガラスセラミックの四角形状の穴をあけた開口を有する方の面を、表面粗さRaが0.1μm以下となるように研磨加工した。
 研磨したガラスセラミックにガラスフリットを印刷し、580℃で焼成した。サファイア板に対しても同様のガラスフリットを印刷、焼成した。
 次いで、透光性材料である上記のサファイアからなる板に対して、ガラスセラミックの開口を有する方の面が接するように多数個取りのガラスセラミックを配置し、680℃で焼成することで直接接合し、多数個取りの側面窓キャップを得た。
 多数個取りの側面窓キャップに対し、サファイア板側から、ブレードダイシングを用いて、1×8マスが連結した8個取りの側面窓キャップを16列切断した。ダイシングラインは、図8の(c)に示すように、下方開口部の中央線、及び、それに平行な、開口部と開口部との間にある連結部の中央線の計17本とした。
 上記ダイシングによる切断面が、窓枠付きキャビティの4つの側壁部の下端面となるため、かかる切断面に、銀ペースト(大研化学製、US-202A)をスクリーン印刷した。スクリーン印刷にはメッシュサイズが325、乳剤厚み10μmのスクリーン版を使用した。スクリーン版のパターンは0.4mmの線幅の額縁形状とした。
 スクリーン印刷後70℃で30分乾燥させた後、450℃で30分焼成することで、4つの側壁部の下端面に厚さ7μm、線幅0.4mmの封止材層を形成した。
 次いで、一回目の切断時のダイシングラインに直交する、開口部と開口部との間にある連結部の中央線の計9本をダイシングラインとして再度切断することで個片化し、封止材層が形成された側面窓キャップを128個得た。
 1個あたりの側面窓キャップの寸法は、上面が4.8mm×6.9mmであり、6.9mmのうち0.7mmは窓となる側壁部12aを形成するサファイアの上端面であり、6.2mmはガラスセラミックからなる上壁部11であった。窓となる側面と、それに対向する側面は、共に、高さ2.2mm、幅4.8mmであった。残りの2つの側面は共に、高さ2.2mm、幅6.9mmであり、6.9mmのうち0.7mmは窓となる側壁部12aを形成するサファイアの左右の端面であり、6.2mmはガラスセラミックからなる側壁部12c,12dであった。ガラスセラミック、サファイアは共に厚みが0.7mmであり、下方開口部3の寸法は、3.4mm×5.5mm、高さ1.5mmであった。
(例4)
 透光性材料として、50mm×50mm×0.7mmtのサファイアからなる板(両面鏡面研磨)を用意した。このサファイアの50~350℃における熱膨張係数は76×10-7/℃である。
 ガラスセラミックの前駆体として、ガラスマトリックスとなるガラス粉末(AGC社製、ASF-1109、ガラス軟化点Ts=537℃)が52体積%、フィラー成分としてリン酸ジルコニウム(東亜合成社製、ウルテア(登録商標)WH2)が48体積%となるように配合、混合することで無機粉末を得た。無機粉末に対して、有機溶剤の存在下、可塑剤とバインダーを混合し、スラリーを調製した。スラリーをポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム上にドクターブレード法を用いて塗布、乾燥させることで、グリーンシートを製造した。グリーンシート一枚あたりの厚さは200μmであった。
 グリーンシートを36枚積層し、孔あけ機を用いて、4.0mm×4.0mmの四角形状の穴を8×8マスあけた、未焼結の64個連結された多数個取りのパネルを得た。このパネルを600℃で焼成し、3.4mm×3.4mmの四角形状の穴が8×8マスあいた、厚み6.3mmの多数個取りのガラスセラミックを得た。得られたガラスセラミックの50~350℃における熱膨張係数は36×10-7/℃であった。
 ガラスセラミックの四角形状の穴をあけた開口を有する方の面を、表面粗さRaが0.1μm以下となるように研磨加工した。
 次いで、透光性材料である上記のサファイア板に対して、ガラスセラミックの開口を有する方の面が接するように多数個取りのガラスセラミックを配置し、600℃で焼成することで直接接合を試みたところ、サファイアとガラスセラミックの熱膨張係数差により接合できなかった。
 本発明を詳細に、また特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。本出願は2022年6月24日出願の日本特許出願(特願2022-102030)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
 1 透光性材料
 2 ガラスセラミック
 2’,2’a ガラスセラミックの前駆体
 3 下方開口部
 3’ 穴
 4 封止材層
 5 反射防止膜
 10 側面窓キャップ
 11 上壁部
 12,12a,12b,12c 側壁部
 20 半導体発光装置
 21 基板
 22 発光素子
 L 出射光

Claims (9)

  1.  発光素子が設置された基板に対し、前記発光素子を覆って前記基板に封着させる側面窓キャップであって、
     上壁部、4つの側壁部、及び下方開口部を有する断面逆凹状形状であり、
     前記4つの側壁部のうち1つは透光性材料からなる窓であり、
     前記4つの側壁部のうち3つ及び前記上壁部はガラスセラミックからなり、
     前記透光性材料と前記ガラスセラミックとは直接接合している、側面窓キャップ。
  2.  前記側面窓キャップの外側の表面はいずれも、最大高さ粗さRzが50μm以下である、請求項1に記載の側面窓キャップ。
  3.  前記透光性材料はガラス、シリコン又はサファイアである、請求項1又は2に記載の側面窓キャップ。
  4.  前記透光性材料と前記ガラスセラミックとの50~350℃での平均熱膨張係数の差の絶対値が24×10-7/℃以下である、請求項1又は2に記載の側面窓キャップ。
  5.  前記透光性材料の外側及び内側の少なくとも一方の表面に反射防止膜が形成されている、請求項1又は2に記載の側面窓キャップ。
  6.  前記透光性材料の内側の表面の少なくとも一部の領域に反射防止膜が形成されており、
     前記反射防止膜は、前記直接接合している領域の少なくとも一部にも形成されている、請求項1又は2に記載の側面窓キャップ。
  7.  前記4つの側壁部の下端面に封止材層を有する、請求項1又は2に記載の側面窓キャップ。
  8.  前記封止材層が金属膜からなる層であり、その最表面にAg層又はAu層を有する、請求項7に記載の側面窓キャップ。
  9.  請求項8に記載の側面窓キャップと、基板と、前記基板上に設けられた発光素子と、を有し、
     前記封止材層と、金錫リングと、を介して前記側面窓キャップと前記基板とが一体化され、前記発光素子が気密封止された、半導体発光装置。
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