JP2022124748A - Semiconductor light emitting device and manufacturing method for the same - Google Patents

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Shinichi Miyamura
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Abstract

To provide a semiconductor light emitting device that can replace the inside of a package with a gas atmosphere in which the semiconductor light emitting device does not easily deteriorate without providing any gas replacement port in the package, and has high airtightness, and a method of manufacturing the same.SOLUTION: A semiconductor light emitting device includes: a semiconductor light emitting element; an airtight substrate 11 which has a wire connected to the semiconductor light emitting element and a substrate joint surface to which a ring-shaped substrate metal layer 12 surrounding the semiconductor light emitting element is fixed; and an airtight translucent cap which has a window portion for transmitting radiation light of the semiconductor light emitting element and a flange portion to which a ring-shaped cap metal layer 21 corresponding to the substrate metal layer is fixed, and is provided with an internal space for accommodating the semiconductor light emitting element by joining the cap metal layer to the substrate metal layer through a joint layer 22 so as to be airtightly joined to the substrate. The joint layer is an impregnated joint body in which an Au mesh structure is impregnated with joint metal.SELECTED DRAWING: Figure 2B

Description

本発明は、半導体発光装置及びその製造方法、特に紫外光を放射する半導体発光素子が内部に封入された半導体発光装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor light-emitting device and its manufacturing method, and more particularly to a semiconductor light-emitting device in which a semiconductor light-emitting element that emits ultraviolet light is encapsulated and its manufacturing method.

従来、半導体素子を半導体パッケージの内部に封入する半導体装置が知られている。半導体発光モジュールの場合では、半導体発光素子が載置された支持体に、発光素子からの光を透過するガラスなどの透明窓部材が接合されて気密封止される。 Conventionally, there has been known a semiconductor device in which a semiconductor element is sealed inside a semiconductor package. In the case of a semiconductor light emitting module, a transparent window member such as glass that transmits light from the light emitting element is joined to a support on which the semiconductor light emitting element is mounted and hermetically sealed.

例えば、特許文献１には、通気用貫通孔を有するキャビティ内に発光チップが配置され、通気用貫通孔を通してキャビティ内の気体を排気した後、通気用貫通孔を封止して発光チップが外部の水蒸気と酸素に接触することを防止する発光素子が開示されている。 For example, in Patent Document 1, a light-emitting chip is arranged in a cavity having a through-hole for ventilation. A light emitting device is disclosed that prevents contact with water vapor and oxygen.

特許文献２には、紫外線などの短波長光を放射する半導体発光素子パッケージが開示されている。当該パッケージは、ホットメルト系材料によって貫通孔を封止し、内部を不活性ガスで封入されている。 Patent Document 2 discloses a semiconductor light emitting device package that emits short wavelength light such as ultraviolet rays. The package has a through hole sealed with a hot-melt material, and the inside is sealed with an inert gas.

特許文献３には、貫通孔が設けられ、当該貫通孔が封止材により封止された光素子収納用パッケージが開示されている。 Patent Literature 3 discloses an optical element housing package provided with a through hole and sealed with a sealing material.

また、特許文献４には、パッケージに設けられた排気口を通してパッケージ内部を真空にした後、排気口を封止した電子部品装置が開示されている。 Further, Patent Document 4 discloses an electronic component device in which the exhaust port provided in the package is sealed after the inside of the package is evacuated through the exhaust port.

特開２０１８－１４２６９０号公報JP 2018-142690 A 特開２００６－９３３７２号公報JP-A-2006-93372 特開２００７－１２３４４４号公報JP 2007-123444 A 特開２００７－２８７９６７号公報JP 2007-287967 A

長瀬産業株式会社 https://www.nagase-pactech.jp/solder/spec/Nagase & Co., Ltd. https://www.nagase-pactech.jp/solder/spec/ 田中貴金属工業株式会社 https://tanaka-preciousmetals.com/jp/products/detail/aurofuse/?nav=useTanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd. https://tanaka-preciousmetals.com/jp/products/detail/aurofuse/?nav=use

しかしながら、半導体発光装置について、より一層の高い信頼性が求められている。特に、紫外光を放射する半導体発光素子、特にＡｌＧａＮ系の半導体発光素子は、環境ガスによって劣化し易い。従って、半導体発光素子の劣化を防止する環境にパッケージ内部を置換し、高い気密性を有する封止構造のパッケージが求められている。 However, semiconductor light emitting devices are required to have much higher reliability. In particular, semiconductor light-emitting devices that emit ultraviolet light, particularly AlGaN-based semiconductor light-emitting devices, are easily degraded by environmental gases. Therefore, there is a demand for a package with a sealing structure that replaces the inside of the package with an environment that prevents deterioration of the semiconductor light emitting element and that has a high airtightness.

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、パッケージにガス置換口を設けることなく、半導体発光素子が劣化し難い環境（ガス雰囲気）にパッケージ内部を置換でき、かつ高い気密性を有する半導体発光装置及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been devised in view of the above-described problems, and the package interior can be replaced with an environment (gas atmosphere) in which the semiconductor light emitting element is unlikely to deteriorate without providing a gas replacement port in the package, and the package has high airtightness. An object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same.

本発明の１実施形態による半導体発光装置は、
半導体発光素子と、
前記半導体発光素子に接続された配線と、前記半導体発光素子を囲む環形状の基板金属層が固着された基板接合面とを有する気密性の基板と、
前記半導体発光素子の放射光を透過する窓部と、前記基板金属層に対応する環形状のキャップ金属層が固着されたフランジ部とを有し、接合層によって前記キャップ金属層が前記基板金属層に接合されて前記半導体発光素子を収容する内部空間を有して前記基板に気密接合された気密性の透光キャップと、を有し、
前記接合層は、金（Ａｕ）網目構造体に接合金属が含浸した含浸接合体である。 A semiconductor light emitting device according to one embodiment of the present invention comprises:
a semiconductor light emitting device;
an airtight substrate having wiring connected to the semiconductor light emitting element and a substrate bonding surface to which a ring-shaped substrate metal layer surrounding the semiconductor light emitting element is fixed;
and a flange portion to which a ring-shaped cap metal layer corresponding to the substrate metal layer is fixed. an airtight light-transmitting cap that is airtightly bonded to the substrate and has an internal space that is bonded to the semiconductor light emitting element to accommodate the semiconductor light emitting element;
The bonding layer is an impregnated bonded body in which a gold (Au) network structure is impregnated with a bonding metal.

本発明の他の実施形態による半導体発光装置の製造方法は、上記した半導体発光装置の製造方法であって、
前記気密性の前記基板の前記基板金属層の延在方向に沿って前記基板金属層上に複数の接合材バンプを配列し、
前記複数の接合材バンプを包埋するようにナノＡｕペーストを塗布し、
前記ナノＡｕペースト上から前記キャップ金属層を載置しつつ前記フランジ部を押圧し、
第１の熱処理温度で前記ナノＡｕペーストの焼結を行ってＡｕ網目構造体を形成し、前記基板と前記気密性の前記透光キャップとを結合し、
前記基板及び前記透光キャップの結合体を減圧環境下に置いて前記内部空間内の排気を行い、
前記排気の後に、前記結合体を前記減圧環境よりも高圧かつ所定のガスの環境下に置いて前記内部空間内を前記所定のガスで置換し、
前記所定のガスによる置換後、前記第１の熱処理温度よりも高温の第２の熱処理温度で前記接合材バンプの接合材を前記Ａｕ網目構造体に含浸させる製造方法である。 A method for manufacturing a semiconductor light-emitting device according to another embodiment of the present invention is the method for manufacturing the above-described semiconductor light-emitting device,
arranging a plurality of bonding material bumps on the substrate metal layer along the extending direction of the substrate metal layer of the airtight substrate;
applying a nano Au paste so as to embed the plurality of bonding material bumps;
pressing the flange portion while placing the cap metal layer on the nano Au paste;
sintering the nano-Au paste at a first heat treatment temperature to form an Au network structure, bonding the substrate and the airtight translucent cap;
evacuating the internal space by placing the combination of the substrate and the translucent cap in a reduced pressure environment;
After the evacuation, the combined body is placed in an environment of a predetermined gas having a pressure higher than that of the reduced-pressure environment to replace the interior space with the predetermined gas;
In the manufacturing method, the bonding material of the bonding material bump is impregnated into the Au network structure at a second heat treatment temperature higher than the first heat treatment temperature after replacement with the predetermined gas.

本発明の第１の実施形態による半導体発光装置１０の上面を模式的に示す平面図である。1 is a plan view schematically showing the upper surface of a semiconductor light emitting device 10 according to a first embodiment of the invention; FIG. 半導体発光装置１０の側面を模式的に示す図である。1 is a diagram schematically showing a side surface of a semiconductor light emitting device 10; FIG. 半導体発光装置１０の裏面を模式的に示す平面図である。2 is a plan view schematically showing the back surface of the semiconductor light emitting device 10; FIG. 半導体発光装置１０の内部構造を模式的に示す図である。1 is a diagram schematically showing an internal structure of a semiconductor light emitting device 10; FIG. 図１ＡのＡ－Ａ線に沿った半導体発光装置１０の断面を模式的に示す断面図である。1B is a cross-sectional view schematically showing a cross section of the semiconductor light emitting device 10 taken along line AA of FIG. 1A; FIG. 基板１１と透光キャップ１３とが接合された部分Ｗを拡大して示す部分拡大断面図である。4 is a partially enlarged cross-sectional view showing an enlarged portion W where the substrate 11 and the translucent cap 13 are joined; FIG. 製造工程ＳＴＥＰ１～ＳＴＥＰ３におけるキャップ金属層２１と基板金属層１２との接合部を模式的に示す図である。各工程における断面図を上側に示し、当該断面図のＡ－Ａ線に平行な面における平面図を下側に示している。FIG. 3 is a diagram schematically showing a joint portion between a cap metal layer 21 and a substrate metal layer 12 in manufacturing steps STEP1 to STEP3; A cross-sectional view in each step is shown on the upper side, and a plan view on a plane parallel to line AA of the cross-sectional view is shown on the lower side. 製造工程ＳＴＥＰ４～ＳＴＥＰ６におけるキャップ金属層２１と基板金属層１２との接合部を模式的に示す図である。FIG. 10 is a diagram schematically showing a joint portion between a cap metal layer 21 and a substrate metal layer 12 in manufacturing steps STEP4 to STEP6; 本発明の第２の実施形態による半導体発光装置５０の断面を模式的に示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of a semiconductor light emitting device 50 according to a second embodiment of the invention; 基板１１と透光キャップ１３とが接合された部分Ｗを拡大して示す部分拡大断面図である。4 is a partially enlarged cross-sectional view showing an enlarged portion W where the substrate 11 and the translucent cap 13 are joined; FIG.

以下においては、本発明の好適な実施例について説明するが、これらを適宜改変し、組合せてもよい。また、以下の説明及び添付図面において、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符を付して説明する。
［第１の実施形態］
図１Ａは、本発明の第１の実施形態による半導体発光装置１０の上面を模式的に示す平面図である。図１Ｂは、半導体発光装置１０の側面を模式的に示す図である。図１Ｃは、半導体発光装置１０の裏面を模式的に示す平面図である。図１Ｄは、半導体発光装置１０の内部構造を模式的に示す図である。 Although preferred embodiments of the present invention are described below, they may be modified and combined as appropriate. Also, in the following description and accompanying drawings, substantially the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals.
[First embodiment]
FIG. 1A is a plan view schematically showing the top surface of a semiconductor light emitting device 10 according to a first embodiment of the invention. FIG. 1B is a diagram schematically showing a side surface of the semiconductor light emitting device 10. FIG. FIG. 1C is a plan view schematically showing the back surface of the semiconductor light emitting device 10. FIG. FIG. 1D is a diagram schematically showing the internal structure of the semiconductor light emitting device 10. As shown in FIG.

また、図２Ａは、図１ＡのＡ－Ａ線に沿った半導体発光装置１０の断面を模式的に示す断面図である。図２Ｂは、基板１１と透光キャップ１３とが接合された部分Ｗを拡大して示す部分拡大断面図である。 2A is a cross-sectional view schematically showing a cross section of the semiconductor light emitting device 10 taken along line AA of FIG. 1A. FIG. 2B is a partially enlarged cross-sectional view showing an enlarged portion W where the substrate 11 and the translucent cap 13 are joined.

図１Ａ及び図１Ｂに示すように、半導体発光装置１０は、矩形板形状の基板１１と、透光キャップ１３とが接合されて発光素子パッケージ１０Ａが構成されている。そして、発光素子パッケージ１０Ａ内に発光素子１５が収容されている。なお、基板１１の側面がｘ方向及びｙ方向に平行であり、基板１１の上面がｘｙ平面に平行であるとして示している。
（透光キャップ１３及びキャップ金属層２１）
図１Ａ、１Ｂ及び図２Ａに示すように、半球状のガラスからなる透光性窓である窓部１３Ａと、窓部１３Ａの底部の端部から延在するフランジ１３Ｂ（キャップ接合部）とからなる。すなわち、透光キャップ１３は気密性を有し、例えば窓部１３Ａとフランジ１３Ｂとが気密的につなぎ合わされて構成されている。 As shown in FIGS. 1A and 1B, in the semiconductor light emitting device 10, a rectangular plate-shaped substrate 11 and a translucent cap 13 are joined to form a light emitting element package 10A. A light emitting element 15 is accommodated in the light emitting element package 10A. The side surfaces of the substrate 11 are shown parallel to the x-direction and the y-direction, and the upper surface of the substrate 11 is shown parallel to the xy plane.
(Translucent cap 13 and cap metal layer 21)
As shown in FIGS. 1A, 1B, and 2A, from a window 13A, which is a translucent window made of hemispherical glass, and a flange 13B (cap joint) extending from the bottom edge of the window 13A. Become. That is, the translucent cap 13 has airtightness, and is configured by airtightly connecting the window portion 13A and the flange 13B, for example.

透光キャップ１３は、半導体発光装置１０内に配された発光素子１５からの放射光を透過する透光性のガラスからなる。例えば、石英ガラス又はホウ珪酸ガラスを好適に用いることができる。 The translucent cap 13 is made of translucent glass that transmits light emitted from the light emitting element 15 arranged in the semiconductor light emitting device 10 . For example, quartz glass or borosilicate glass can be preferably used.

フランジ１３Ｂは円環板状の形状を有している。より詳細には、フランジ１３Ｂの底面は窓部１３Ａの中心と同心の円環形状（中心：Ｃ）を有している。すなわち、フランジ１３Ｂの外縁（外周）は、フランジ１３Ｂの内縁（内周）と同心である。 The flange 13B has an annular plate shape. More specifically, the bottom surface of the flange 13B has an annular shape (center: C) concentric with the center of the window 13A. That is, the outer edge (outer periphery) of the flange 13B is concentric with the inner edge (inner periphery) of the flange 13B.

フランジ１３Ｂは、フランジ１３Ｂの底面（キャップ接合面）１３Ｓに固着された金属層であり、且つフランジ１３Ｂと同心の円環板状のキャップ金属層２１を有している。 The flange 13B is a metal layer fixed to the bottom surface (cap joint surface) 13S of the flange 13B and has an annular plate-shaped cap metal layer 21 concentric with the flange 13B.

キャップ金属層２１には、例えば、クロム／ニッケル／金（Ｃｒ／Ｎｉ／Ａｕ）層、もしくは、チタン／パラジウム／銅／ニッケル／金（Ｔｉ／Ｐｄ／Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ）層（Ａｕ層が最表面層）などを用いることができる。
（基板金属層１２、透光キャップ１３及び接合層２４）
図２Ａに示すように、基板１１の上面上には、フランジ１３Ｂ及びキャップ金属層２１と同心の円環状の金属層１２（以下、基板金属層１２ともいう。）が形成されている。キャップ金属層２１が基板金属層１２と接合層２２によって接合されることによって接合部２４が形成され、基板１１と透光キャップ１３との気密が保たれている。 The cap metal layer 21 includes, for example, a chromium/nickel/gold (Cr/Ni/Au) layer or a titanium/palladium/copper/nickel/gold (Ti/Pd/Cu/Ni/Au) layer (the Au layer is outermost surface layer) and the like can be used.
(Substrate metal layer 12, translucent cap 13 and bonding layer 24)
As shown in FIG. 2A, on the upper surface of the substrate 11, an annular metal layer 12 concentric with the flange 13B and the cap metal layer 21 (hereinafter also referred to as substrate metal layer 12) is formed. A bonding portion 24 is formed by bonding the cap metal layer 21 to the substrate metal layer 12 and the bonding layer 22 , and airtightness between the substrate 11 and the translucent cap 13 is maintained.

すなわち、キャップ金属層２１は、基板金属層１２に対応する形状及び大きさを有し、キャップ金属層２１及び基板金属層１２は、接合層２２によって互いに接合されている。 That is, the cap metal layer 21 has a shape and size corresponding to the substrate metal layer 12 , and the cap metal layer 21 and the substrate metal layer 12 are bonded together by the bonding layer 22 .

基板金属層１２は、基板１１上に、順にタングステン、ニッケル、金を積層した構造（Ｗ／Ｎｉ／Ａｕ）を有している。あるいは、ニッケルクロム、金、ニッケル、金を積層した構造（ＮｉＣｒ／Ａｕ／Ｎｉ／Ａｕ）を用いることができる。なお、基板１１の基材セラミックに接する金属に窒化（酸化物セラミックの場合は酸化）し易い金属を選択することで基板１１に対する高い固着性を得ることができる。 The substrate metal layer 12 has a structure (W/Ni/Au) in which tungsten, nickel and gold are laminated in this order on the substrate 11 . Alternatively, a structure (NiCr/Au/Ni/Au) in which nickel chromium, gold, nickel, and gold are laminated can be used. High adhesion to the substrate 11 can be obtained by selecting a metal that is easily nitrided (oxidized in the case of an oxide ceramic) as the metal in contact with the substrate ceramic of the substrate 11 .

なお、基板金属層１２が固着される基板１１の面（基板接合面）１１Ｓ及びキャップ金属層２１が固着されるキャップ接合面１３Ｓは平坦面であることが好ましい。 The surface (substrate bonding surface) 11S of the substrate 11 to which the substrate metal layer 12 is fixed and the cap bonding surface 13S to which the cap metal layer 21 is fixed are preferably flat surfaces.

接合層２２は、ナノサイズのＡｕ粒子が網目状に連結した網目構造体にＡｕＳｎ合金が含浸し、内部に空洞を含んだ構造を有している。なお、接合層２２の詳細な構造は後述する。
（基板、配線電極及び発光素子）
基板１１は、ガス等を透過しない気密性に優れたセラミック基板である。例えば、高い熱伝導率を有し、ガスに対する気密性に優れた窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が用いられる。ＡｌＮセラミックの熱伝導率は１５０～１７０（Ｗ／ｍ・Ｋ）であり、また熱膨張係数は４．５～４．６ （１０－６・Ｋ－１）である。 The bonding layer 22 has a structure in which a network structure in which nano-sized Au particles are connected in a network shape is impregnated with an AuSn alloy, and cavities are included therein. A detailed structure of the bonding layer 22 will be described later.
(Substrate, wiring electrode and light emitting element)
The substrate 11 is a ceramic substrate which is excellent in airtightness and impermeable to gases and the like. For example, aluminum nitride (AlN), which has high thermal conductivity and excellent airtightness against gas, is used. The AlN ceramic has a thermal conductivity of 150-170 (W/m·K) and a thermal expansion coefficient of 4.5-4.6 (10 −6 ·K −1 ).

なお、基板１１の基材として、熱伝導率の高い炭化ケイ素（ＳｉＣ）、反射率の高い白アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などを用いることができる。ＳｉＣの熱伝導率は２００（Ｗ／ｍ・Ｋ）であり熱膨張係数は４．４ （１０－６・Ｋ－１）である、またＡｌ２Ｏ３の熱伝導率は２９～３２（Ｗ／ｍ・Ｋ）であり熱膨張係数は７．７～８ （１０－６・Ｋ－１）である。 Silicon carbide (SiC) with high thermal conductivity, white alumina (Al 2 O 3 ) with high reflectance, or the like can be used as the base material of the substrate 11 . The thermal conductivity of SiC is 200 (W/m·K) and the thermal expansion coefficient is 4.4 (10 −6 ·K −1 ), and the thermal conductivity of Al 2 O 3 is 29-32 (W /m·K) and the coefficient of thermal expansion is 7.7 to 8 (10 −6 ·K −1 ).

図１Ｄに及び図２Ａに示すように、基板１１上には、半導体発光装置１０内の配線電極である第１配線電極（例えば、アノード電極）１４Ａ及び第２配線電極（例えば、カソード電極）１４Ｂが備えられている（以下、特に区別しない場合には、配線電極１４と称する。）。発光ダイオード（ＬＥＤ）又は半導体レーザなどの半導体発光素子１５が第１配線電極１４Ａ上に金属接合層１５Ａによって接合され、発光素子１５上のボンディングパッド１５Ｂがボンディングワイヤ１８Ｃを介して第２配線電極１４Ｂに電気的に接続されている。 As shown in FIGS. 1D and 2A, on the substrate 11, a first wiring electrode (eg, anode electrode) 14A and a second wiring electrode (eg, cathode electrode) 14B, which are wiring electrodes in the semiconductor light emitting device 10, are formed. are provided (hereinafter referred to as wiring electrodes 14 unless otherwise specified). A semiconductor light emitting element 15 such as a light emitting diode (LED) or a semiconductor laser is bonded onto the first wiring electrode 14A by a metal bonding layer 15A, and a bonding pad 15B on the light emitting element 15 is connected to the second wiring electrode 14B via a bonding wire 18C. is electrically connected to

発光素子１５は、ｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層を含む半導体構造層が形成されたアルミ窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）系の半導体発光素子（ＬＥＤ）である。また、発光素子１５は、半導体構造層が、反射層を介して導電性の支持基板（シリコン：Ｓｉ）上に形成（接合）されている。 The light-emitting device 15 is a gallium aluminum nitride (AlGaN)-based semiconductor light-emitting device (LED) in which semiconductor structural layers including an n-type semiconductor layer, a light-emitting layer, and a p-type semiconductor layer are formed. In the light emitting element 15, a semiconductor structure layer is formed (joined) on a conductive support substrate (silicon: Si) via a reflective layer.

発光素子１５は、支持基板の半導体構造層が接合された面の反対面（発光素子１５の裏面とも称する）にアノード電極を備え（図示せず）、基板１１上の第１配線電極１４Ａに電気的に接続されている。また、発光素子１５は、半導体構造層の支持基板が接合された面の反対面（発光素子１５の表面とも称する）にカソード電極（パッド１５Ｂ）を備え、ボンディングワイヤを介して第２配線電極１４Ｂに電気的に接続されている。 The light-emitting element 15 is provided with an anode electrode (not shown) on the opposite surface of the support substrate to which the semiconductor structure layer is joined (also referred to as the back surface of the light-emitting element 15), and the first wiring electrode 14A on the substrate 11 is electrically connected. properly connected. In addition, the light emitting element 15 is provided with a cathode electrode (pad 15B) on the surface opposite to the surface of the semiconductor structure layer to which the support substrate is bonded (also referred to as the surface of the light emitting element 15), and the second wiring electrode 14B is provided via a bonding wire. is electrically connected to

発光素子１５は、波長２６５～４１５ｎｍの紫外光を発光する窒化アルミ系の発光素子であることが好適である。具体的には、発光中心波長が、２６５ｎｍ、２７５ｎｍ、３５５ｎｍ、３６５ｎｍ、３８５ｎｍ、４０５ｎｍ又は４１５ｎｍの発光素子を用いた。 The light-emitting element 15 is preferably an aluminum nitride-based light-emitting element that emits ultraviolet light with a wavelength of 265 to 415 nm. Specifically, a light-emitting element having an emission center wavelength of 265 nm, 275 nm, 355 nm, 365 nm, 385 nm, 405 nm, or 415 nm was used.

窒化アルミ系の紫外線を放射する発光素子（ＵＶ-ＬＥＤ素子）を構成する半導体結晶のＡｌ組成は高く、水分（Ｈ２Ｏ）や過剰な酸素（Ｏ２）によって酸化劣化され易い。半導体発光装置１０内の封入ガスとしては、ドライな窒素ガス（又は不活性ガス）及びドライな酸素ガスを３～２０％の範囲で含む混合ガスを用いることが好適である。 The Al composition of the semiconductor crystal constituting the aluminum nitride-based light-emitting device (UV-LED device) that emits ultraviolet rays is high, and is easily oxidized and deteriorated by moisture (H 2 O) and excess oxygen (O 2 ). As the sealing gas in the semiconductor light emitting device 10, it is preferable to use a mixed gas containing dry nitrogen gas (or inert gas) and dry oxygen gas in a range of 3 to 20%.

なお、発光素子１５の第１配線電極１４Ａへの接合にフラックス等の有機物を含む接合部材を用いた場合には、接合部材の残留フラックス（有機物）による発光素子表面への炭化物の堆積が起こるが、封入ガスに若干のＯ２を混合することで防止することができる。このとき、Ｏ２は発光素子１５を劣化させる以前に不活性化されるので問題ない。 Note that when a bonding member containing an organic matter such as flux is used to bond the light emitting element 15 to the first wiring electrode 14A, residual flux (organic matter) in the bonding member causes carbide to deposit on the surface of the light emitting element. , can be prevented by mixing some O2 into the filled gas. At this time, there is no problem because O 2 is inactivated before it deteriorates the light emitting element 15 .

また、基板１１上には、第１配線電極１４Ａ及び第２配線電極１４Ｂに接続されたツェナーダイオード（ＺＤ）である保護素子１６が設けられ、発光素子１５の静電破壊を防止する。 A protection element 16, which is a Zener diode (ZD) connected to the first wiring electrode 14A and the second wiring electrode 14B, is provided on the substrate 11 to prevent the light emitting element 15 from electrostatic breakdown.

基板金属層１２は、第１配線電極１４Ａ、第２配線電極１４Ｂ、発光素子１５及び保護素子１６とは電気的に絶縁され、これらを取り囲むように形成されている。 The substrate metal layer 12 is electrically insulated from the first wiring electrode 14A, the second wiring electrode 14B, the light emitting element 15 and the protection element 16, and is formed so as to surround them.

図１Ｃに示すように、基板１１の裏面には、第１配線電極１４Ａ及び第２配線電極１４Ｂにそれぞれ接続された第１実装電極１７Ａ及び第２実装電極１７Ｂ（以下、特に区別しない場合には、実装電極１７と称する。）が設けられている。具体的には、第１配線電極１４Ａ及び第２配線電極１４Ｂの各々は、金属ビア１８Ａ、１８Ｂ（以下、特に区別しない場合には、金属ビア１８と称する。）を介してそれぞれ第１実装電極１７Ａ及び第２実装電極１７Ｂに接続されている。 As shown in FIG. 1C, a first mounting electrode 17A and a second mounting electrode 17B connected to the first wiring electrode 14A and the second wiring electrode 14B are provided on the back surface of the substrate 11 (hereinafter, unless otherwise distinguished). , referred to as mounting electrodes 17). Specifically, each of the first wiring electrode 14A and the second wiring electrode 14B is connected to the first mounting electrode via metal vias 18A and 18B (hereinafter referred to as metal vias 18 unless otherwise distinguished). 17A and the second mounting electrode 17B.

配線電極１４、実装電極１７及び金属ビア１８は、例えば、タングステン／ニッケル／金（Ｗ／Ｎｉ／Ａｕ）、もしくは、ニッケルクロム／金／ニッケル／金 （ＮｉＣｒ／Ａｕ／Ｎｉ／Ａｕ）である。すなわち、基板１１は、ビアが金属で充填されて気密が保たれた気密性の基板である。 The wiring electrodes 14, mounting electrodes 17, and metal vias 18 are, for example, tungsten/nickel/gold (W/Ni/Au) or nickel chromium/gold/nickel/gold (NiCr/Au/Ni/Au). That is, the substrate 11 is an airtight substrate in which the vias are filled with metal to maintain airtightness.

図２Ａを参照すると、半導体発光装置１０は配線回路基板（図示しない）上に実装されるように構成され、第１実装電極１７Ａ及び第２実装電極１７Ｂへの電圧印加によって、発光素子１５は発光し、発光素子１５の表面（光取り出し面）からの放射光ＬＥは透光キャップ１３を経て外部に放射される。
［発光装置１０の製造方法］
以下に、発光装置１０の製造方法について、詳細かつ具体的に説明する。
（素子接合工程）
まず、基板１１の第１配線電極１４Ａ上に、素子接合のための揮発性ソルダーペーストはんだを塗布する。揮発性ソルダーペーストとしては、融点付近に沸点を有するフラックスと金錫合金（ＡｕＳｎ）の微粒子からなる揮発性ソルダーペーストはんだを用いた。金錫合金の組成は、溶融温度が約２８０℃のＡｕ－Ｓｎ：２０ｗｔ％のものを用いた。粒子サイズは、数ｎｍ～数十μｍである。フラックスは、例えば、発光素子１５の光（３６５ｎｍ）で炭化するロジン類、アルコール類、糖類、エステル類、脂肪酸類、油脂類、重合油類、界面活性剤、有機酸、などである。 Referring to FIG. 2A, the semiconductor light emitting device 10 is configured to be mounted on a printed circuit board (not shown), and voltage application to the first mounting electrode 17A and the second mounting electrode 17B causes the light emitting element 15 to emit light. Radiated light LE from the surface (light extraction surface) of the light emitting element 15 is radiated to the outside through the translucent cap 13 .
[Manufacturing Method of Light Emitting Device 10]
A method for manufacturing the light emitting device 10 will be described in detail and specifically below.
(Element bonding process)
First, a volatile solder paste is applied onto the first wiring electrodes 14A of the substrate 11 for element bonding. As the volatile solder paste, volatile solder paste solder composed of flux having a boiling point near the melting point and fine particles of gold-tin alloy (AuSn) was used. The composition of the gold-tin alloy used was Au--Sn: 20 wt % with a melting temperature of about 280.degree. The particle size is several nm to several tens of μm. Fluxes include, for example, rosins, alcohols, sugars, esters, fatty acids, oils and fats, polymerized oils, surfactants, organic acids, etc. that are carbonized by the light (365 nm) of the light emitting element 15 .

次に、発光素子１５をＡｕＳｎペースト上に載せて、基板を３００℃まで加熱して、ＡｕＳｎを溶融・固化して第１配線電極１４Ａ上に発光素子１５を接合した。発光素子１５は溶融したＡｕＳｎ合金によりセルフアライメントされつつ接合された。なお、保護素子１６を搭載する場合には同時に行う。このとき、ＡｕＳｎペーストに含まれるフラックスは殆ど揮発する。 Next, the light-emitting element 15 was placed on the AuSn paste, and the substrate was heated to 300° C. to melt and solidify the AuSn, thereby bonding the light-emitting element 15 onto the first wiring electrode 14A. The light-emitting element 15 was bonded while being self-aligned with a melted AuSn alloy. When the protective element 16 is mounted, it is carried out at the same time. At this time, most of the flux contained in the AuSn paste is volatilized.

次に、発光素子１５の上部電極のボンディングパッド１５Ｂと第２配線電極１４Ｂとの間をボンディングワイヤ１８Ｃ（Ａｕワイヤ）によって電気的に接続する。
（透光キャップ１３と基板１１との接合）
図３Ａ及び図３Ｂを参照して透光キャップ１３と基板１１との接合工程について詳細に説明する。なお、図３Ａ及び図３Ｂはそれぞれ工程１～３（ＳＴＥＰ１～ＳＴＥＰ３）及び工程４～６（ＳＴＥＰ４～ＳＴＥＰ６）におけるキャップ金属層２１と基板金属層１２との接合部を模式的に示す図である。また、各工程における断面図を上側に示し、当該断面図のＡ－Ａ線に平行な面における平面図を下側に示している。なお、それぞれ基板金属層１２の延在方向に沿った断面及び平面を示している。
（ＳＴＥＰ１）
まず、基板１１と、透光キャップ１３とをキャップ接合装置にセットする。次に、基板１１及び透光キャップ１３の雰囲気を真空状態にし、温度２７５℃で１５分間、加熱処理（アニール処理）した。前述のように、基板１１及び透光キャップ１３は気密性である。 Next, the bonding pad 15B of the upper electrode of the light emitting element 15 and the second wiring electrode 14B are electrically connected by a bonding wire 18C (Au wire).
(Bonding of translucent cap 13 and substrate 11)
A process of bonding the translucent cap 13 and the substrate 11 will be described in detail with reference to FIGS. 3A and 3B. 3A and 3B are diagrams schematically showing joints between the cap metal layer 21 and the substrate metal layer 12 in steps 1 to 3 (STEP 1 to STEP 3) and steps 4 to 6 (STEP 4 to STEP 6), respectively. . In addition, cross-sectional views in each step are shown on the upper side, and plan views of planes parallel to line AA of the cross-sectional views are shown on the lower side. A cross section and a plane along the extending direction of the substrate metal layer 12 are shown, respectively.
(STEP1)
First, the substrate 11 and the translucent cap 13 are set in a cap bonding device. Next, the atmosphere of the substrate 11 and the translucent cap 13 was evacuated, and heat treatment (annealing treatment) was performed at a temperature of 275° C. for 15 minutes. As mentioned above, the substrate 11 and the translucent cap 13 are hermetic.

続いて、基板１１及び透光キャップ１３の雰囲気をドライ窒素（Ｎ２）ガス、１気圧（１０１．３ｋＰａ）で満たした。次に、図３Ａに示す工程１（ＳＴＥＰ１）の断面図（上側）及び平面図（下側）に示すように、ノズルＮＺ１から溶融したＡｕＳｎ融液２２Ｄを基板金属層１２上に打ち付けてＡｕＳｎバンプ２２Ｂを形成した。 Subsequently, the atmosphere of the substrate 11 and the translucent cap 13 was filled with dry nitrogen (N 2 ) gas at 1 atmosphere (101.3 kPa). Next, as shown in the cross-sectional view (upper side) and plan view (lower side) of Step 1 (STEP 1) shown in FIG. 22B was formed.

ＡｕＳｎバンプ２２Ｂは、基板金属層１２の延在方向の中心線であるＢ－Ｂ線（図１Ｄの場合では、円ＣＦ）に沿って一定周期で形成されるのが好ましい。また、ＡｕＳｎバンプ２２Ｂは、同一サイズを有することが好ましい。ＡｕＳｎバンプ２２Ｂは、円環状の基板金属層１２の延在方向の全体に亘って形成される。 The AuSn bumps 22B are preferably formed at regular intervals along the line BB (circle CF in the case of FIG. 1D) that is the center line of the substrate metal layer 12 in the extending direction. Also, the AuSn bumps 22B preferably have the same size. The AuSn bump 22B is formed over the entire extending direction of the annular substrate metal layer 12 .

図１Ａ及び図１Ｄは、上面から見たとき（上面視）のＡｕＳｎバンプ２２Ｂの配列を模式的に示している。複数のＡｕＳｎバンプ２２Ｂは、円環形状の基板金属層１２の中心Ｃを中心とする円周に沿って、特に当該円環の幅の中心を通る円周ＣＦに沿ってその全体に亘って形成されることが好ましい。 1A and 1D schematically show the arrangement of the AuSn bumps 22B when viewed from above (top view). The plurality of AuSn bumps 22B are formed along the circumference centered on the center C of the ring-shaped substrate metal layer 12, particularly along the circumference CF passing through the center of the width of the ring. preferably.

ＡｕＳｎバンプ２２Ｂは、球形状又は半球形状を有して形成されることが好ましい。例えば、非特許文献１（長瀬産業株式会社／レーザーリフロー式はんだボールジェットシステム／原理）に記載のように、溶融したはんだボールをキャピラリから射出し、半球状のはんだバンプを基板上に形成することができる。
（ＳＴＥＰ２）
続いて、ノズルＮＺ２からナノ金粒子ペースト（以下、単にナノＡｕペーストと称する。）２２Ｎを吐出し、ＡｎＳｎバンプ２２Ｂに沿ってＡｎＳｎバンプ２２Ｂを覆うように塗布した。この際、ナノＡｕペースト２２ＮはＡｎＳｎバンプ２２Ｂにガイドされて塗布された。 The AuSn bumps 22B are preferably formed with a spherical or hemispherical shape. For example, as described in Non-Patent Document 1 (Nagase & Co., Ltd./Laser Reflow Solder Ball Jet System/Principle), molten solder balls are injected from a capillary to form hemispherical solder bumps on a substrate. can be done.
(STEP2)
Subsequently, a nano-gold particle paste (hereinafter simply referred to as nano-Au paste) 22N was discharged from the nozzle NZ2 and applied along the AnSn bumps 22B so as to cover the AnSn bumps 22B. At this time, the nano-Au paste 22N was applied while being guided by the AnSn bumps 22B.

ここで、ナノＡｕペースト２２Ｎとしては、例えば、非特許文献２の田中貴金属製の低温焼成ペーストＡｕＲｏＦＵＳＥ（登録商標）を用いることができる（https://tanaka-preciousmetals.com/jp/products/detail/aurofuse/?nav=use）。当該ナノＡｕペーストは、サブミクロンサイズの金粒子と溶剤のみで構成され、低温焼結性能を有し、２００℃で金－金接合が可能なハロゲンフリーのＡｕペーストである。また、低電気抵抗及び高熱伝導度（150W/m・K）の金属接合が可能である。
（ＳＴＥＰ３，４）
次に、透光キャップ１３のフランジ金属層２１をナノＡｕペースト２２Ｎ上に載置し（ＳＴＥＰ３）、透光キャップ１３のフランジ１３Ｂ（図示は省略）を押圧した（ＳＴＥＰ４）。この際、フランジ金属層２１がＡｎＳｎバンプ２２Ｂに当接するようにフランジ１３Ｂを押圧してもよい。この場合、ＡｎＳｎバンプ２２Ｂがスペーサの機能を果たす。 Here, as the nano-Au paste 22N, for example, the low-temperature firing paste AuRoFUSE (registered trademark) manufactured by Tanaka Kikinzoku in Non-Patent Document 2 can be used (https://tanaka-preciousmetals.com/jp/products/detail /aurofuse/?nav=use). The nano-Au paste is composed only of submicron-sized gold particles and a solvent, has low-temperature sintering performance, and is a halogen-free Au paste capable of gold-gold bonding at 200°C. Also, metal bonding with low electrical resistance and high thermal conductivity (150 W/m·K) is possible.
(STEP3, 4)
Next, the flange metal layer 21 of the translucent cap 13 was placed on the nano-Au paste 22N (STEP 3), and the flange 13B (not shown) of the translucent cap 13 was pressed (STEP 4). At this time, the flange 13B may be pressed so that the flange metal layer 21 contacts the AnSn bump 22B. In this case, the AnSn bump 22B functions as a spacer.

フランジ金属層２１を押圧することにより、ＡｎＳｎバンプ２２ＢはナノＡｕペースト２２Ｎによって包埋された。また、ナノＡｕペースト２２Ｎは基板金属層１２上に帯状に拡がって形成された（図中、矢印）。
（ＳＴＥＰ５：ネッキング工程）
続いて、２００℃の熱処理（第１の熱処理）を行うことによって、フラックスは蒸発するとともに、低温焼結してナノＡｕ粒子が隣接粒子間で結合（ネッキング）する。その結果、ナノ金粒子焼結層は通気性のある網目（メッシュ）体であるＡｕ網目構造体２２Ｍになる。なお、この熱処理工程（２００℃）ではＡｕＳｎ合金は溶融しない。
（ＳＴＥＰ５：ガス置換工程）
窒素雰囲気、２００℃の熱処理下において、透光キャップ１３及び基板１１の接合体（結合体）の環境を交互に減圧及び常圧とする操作を数回繰り返して、Ａｕ網目構造体２２Ｍを介して半導体発光装置１０内のガス置換を行った。この操作により、半導体発光装置１０内のフラックスガスを排気した。 By pressing the flange metal layer 21, the AnSn bump 22B was embedded with the nano-Au paste 22N. Also, the nano-Au paste 22N was formed on the substrate metal layer 12 so as to spread in a strip shape (arrow in the figure).
(STEP5: necking process)
Subsequently, by performing a heat treatment at 200° C. (first heat treatment), the flux is evaporated and sintered at a low temperature to bond (neck) the adjacent Au nano particles. As a result, the nanogold particle sintered layer becomes an Au network structure 22M, which is a mesh body with air permeability. Note that the AuSn alloy is not melted in this heat treatment step (200° C.).
(STEP 5: gas replacement step)
Under heat treatment at 200° C. in a nitrogen atmosphere, the environment of the assembly (bonded body) of the translucent cap 13 and the substrate 11 is alternately reduced and normal pressure is repeated several times, so that the Au network structure 22M Gas replacement in the semiconductor light emitting device 10 was performed. By this operation, the flux gas in the semiconductor light emitting device 10 was exhausted.

次に、半導体発光装置１０内を減圧した後、窒素（Ｎ２）及び酸素（Ｏ２）が所望の比率（例えば４：１）からなる混合ガスを用いて常圧とすることで半導体発光装置１０内に酸素を導入した。このように、ナノＡｕ網目構造体２２Ｍを介して半導体発光装置１０内のガスの置換が可能であり、半導体発光装置１０内に所望の量の酸素（Ｏ２）ガスを導入することができる。
（ＳＴＥＰ６）
続いて、ＡｕＳｎバンプ２２Ｂの溶融温度（すなわち、第１の熱処理温度よりも高温の第２の熱処理温度）まで昇温した。例えば２８０℃まで昇温すると、溶融したＡｕＳｎ（接合金属）がナノＡｕ網目構造体２２Ｍの隙間に含浸して気密性の高いＡｕＳｎ含浸網目構造体２２Ｐが形成される。 Next, after decompressing the inside of the semiconductor light emitting device 10, a mixed gas containing nitrogen (N 2 ) and oxygen (O 2 ) at a desired ratio (for example, 4:1) is used to restore the normal pressure, thereby obtaining a semiconductor light emitting device. Oxygen was introduced into 10 . In this way, the gas in the semiconductor light emitting device 10 can be replaced via the nano-Au network structure 22M, and a desired amount of oxygen (O 2 ) gas can be introduced into the semiconductor light emitting device 10 .
(STEP6)
Subsequently, the temperature was raised to the melting temperature of the AuSn bumps 22B (that is, the second heat treatment temperature higher than the first heat treatment temperature). For example, when the temperature is raised to 280° C., molten AuSn (bonding metal) impregnates the gaps of the nano-Au network structure 22M to form the highly airtight AuSn-impregnated network structure 22P.

また、当該第２の熱処理によって、ＡｕＳｎがナノＡｕ網目構造体２２Ｍに含浸し（図中、矢印）、気密性の接合層２２が形成されると同時に、ＡｕＳｎバンプ２２Ｂの内部には含浸によってＡｕＳｎが抜けた空洞（キャビティ）２２Ｃが形成された。 In addition, due to the second heat treatment, AuSn is impregnated into the nano-Au network structure 22M (indicated by arrows in the drawing) to form an airtight bonding layer 22, and at the same time, the AuSn bumps 22B are impregnated with AuSn inside the AuSn bumps 22B. A void (cavity) 22C is formed.

すなわち、図３Ｂ及び図２Ｂに示すように、接合層２２は、ナノＡｕ網目構造体２２ＭにＡｕＳｎが含浸した接合層であり、内部にはＡｕＳｎの含浸に応じたサイズの空洞２２Ｃを含む。空洞２２Ｃは、図３Ｂに模式的に示すように、半球形状を有することが好ましい。この場合、半球面は応力分散面となるので、さらに応力耐性の高い接合を形成することができる。 That is, as shown in FIGS. 3B and 2B, the bonding layer 22 is a bonding layer in which a nano-Au network structure 22M is impregnated with AuSn, and contains cavities 22C having a size corresponding to the AuSn impregnation. Cavity 22C preferably has a hemispherical shape, as schematically shown in FIG. 3B. In this case, since the hemispherical surface serves as a stress dispersion surface, a bond with even higher stress resistance can be formed.

以上の工程により、基板１１と透光キャップ１３とが気密接合された半導体発光装置１０が製造された。上記したように、基板１１と透光キャップ１３とは、接合金属がナノＡｕ網目構造体２２Ｍに含浸して形成された気密性の高い含浸接合体である接合層２２によって接合されている。 Through the above steps, the semiconductor light-emitting device 10 in which the substrate 11 and the translucent cap 13 are hermetically bonded is manufactured. As described above, the substrate 11 and the translucent cap 13 are bonded by the bonding layer 22, which is a highly airtight impregnated bonded body formed by impregnating the nano-Au network structure 22M with a bonding metal.

より詳細には、柔らかいＡｕ網目状体と、硬いＡｕＳｎ媒質体によって、柔軟かつ高い強度の接合層を形成することができるので、応力耐性の高い接合を提供することが可能である。 More specifically, a flexible and high-strength bonding layer can be formed by the soft Au network material and the hard AuSn medium material, so bonding with high stress resistance can be provided.

すなわち、Ａｕ網目状体に含浸した接合金属（ＡｕＳｎ）媒質体構造によって、ＡｕＳｎ媒質体の残存応力がＡｕ網目状体に吸収されるので、結晶粒界破断を防止することができる（始点防止）。 That is, due to the structure of the bonding metal (AuSn) medium impregnated in the Au network, the residual stress of the AuSn medium is absorbed by the Au network, so that grain boundary fracture can be prevented (start point prevention). .

さらに、Ａｕ網目状体によって、発生したクラック（粒界破断）の成長を防止することができる（クラック成長の防止）。含浸接合体（ＡｕＳｎバンプ）内の空洞構造により、発生したクラックを寸断（または成長経路を曲げる）することができる（クラック成長の内部終焉）。 Furthermore, the Au network structure can prevent the growth of generated cracks (grain boundary rupture) (prevention of crack growth). Due to the cavity structure in the impregnated bond (AuSn bump), it is possible to fragment the generated cracks (or bend the growth path) (internal termination of crack growth).

また、ナノＡｕペーストのフラックスが除去され、パッケージ内部を所定の混合気とした構造を有する。すなわち、通気性のあるＡｕ網目状体と接合金属（ＡｕＳｎ）バンプとからなる含浸前の状態において、パッケージ内部の排気及びフラック除去を行った後、混合ガスをパッケージ内部に導入することが可能である。 Moreover, the flux of the nano-Au paste is removed, and the inside of the package has a structure in which a predetermined gas mixture is present. That is, in the state before impregnation, which is composed of the air-permeable Au mesh material and the bonding metal (AuSn) bumps, after the inside of the package is exhausted and flacks are removed, the mixed gas can be introduced into the package. be.

すなわち、基板１１及び透光キャップ１３からなる発光素子パッケージにガス置換口（脱気口）を設けることなく、発光素子パッケージ内のガス置換を行い、パッケージ内を所望のガスで封入することができる。
［第２の実施形態］
図４Ａは、本発明の第２の実施形態による半導体発光装置５０の断面を模式的に示す断面図である。第１の実施形態の半導体発光装置１０においては、透光キャップ１３が、半球状の透光性窓及び平坦なフランジからなるパッケージについて説明したが、これに限らない。第２の実施形態においては、透光キャップ１３は、円盤状の平板として構成されている。図４Ｂは、基板１１と透光キャップ１３とが接合された部分Ｗを拡大して示す部分拡大断面図である。 That is, without providing a gas replacement port (deaeration port) in the light emitting device package composed of the substrate 11 and the translucent cap 13, the gas in the light emitting device package can be replaced and the inside of the package can be sealed with a desired gas. .
[Second embodiment]
FIG. 4A is a cross-sectional view schematically showing a cross section of a semiconductor light emitting device 50 according to a second embodiment of the invention. In the semiconductor light emitting device 10 of the first embodiment, a package in which the translucent cap 13 is composed of a hemispherical translucent window and a flat flange has been described, but the present invention is not limited to this. In the second embodiment, the translucent cap 13 is configured as a disk-shaped flat plate. FIG. 4B is a partially enlarged cross-sectional view showing an enlarged portion W where the substrate 11 and the translucent cap 13 are joined.

より詳細には、透光キャップ１３の円環形状の外縁部がキャップ接合部であるフランジ１３Ｂであり、その内側が透光部である窓部１３Ａである。例えば、１枚の円盤状ガラスから形成されている。フランジ１３Ｂの底面（すなわち、透光キャップ１３の底面の円環形状外周部）には円環形状のフランジ金属層２１が固着されている。 More specifically, the annular outer edge portion of the translucent cap 13 is a flange 13B that is a cap joint portion, and the inner side thereof is a window portion 13A that is a translucent portion. For example, it is formed from a piece of disk-shaped glass. An annular flange metal layer 21 is fixed to the bottom surface of the flange 13B (that is, the annular outer peripheral portion of the bottom surface of the translucent cap 13).

図４Ｂに示すように、フランジ金属層２１が含浸接合体である接合層２２によって基板金属層１２に接合されることによって接合部２４が形成され、基板１１と透光キャップ１３との気密が保たれている。第１の実施形態の場合と同様に、気密性の基板１１と気密性の透光キャップ１３とが接合層２２によって接合されて半導体発光装置５０が形成されている。 As shown in FIG. 4B, the flange metal layer 21 is joined to the substrate metal layer 12 by the joining layer 22, which is an impregnated joining body, to form the joining portion 24, and the airtightness between the substrate 11 and the translucent cap 13 is maintained. it's dripping As in the case of the first embodiment, the airtight substrate 11 and the airtight translucent cap 13 are bonded together by the bonding layer 22 to form the semiconductor light emitting device 50 .

本実施形態の半導体発光装置５０においては、半導体発光素子１５をその内部に収容する空間ＨＳを有している。より詳細には、基板１１と、基板１１の外周部に立設されて形成された枠１１Ａと、透光キャップ１３とによって画定される円柱状の凹部である収容空間ＨＳを有するハウジング構造（枠構造）として構成されている。枠１１Ａの平坦な頂面上に透光キャップ１３が接合されている。 The semiconductor light emitting device 50 of this embodiment has a space HS in which the semiconductor light emitting element 15 is accommodated. More specifically, the housing structure (frame structure). A translucent cap 13 is joined onto the flat top surface of the frame 11A.

含浸接合体である接合層２２は、第１の実施形態と同様に形成される。すなわち、図４Ｂに示すように、接合層２２は、ナノＡｕ網目構造体にＡｕＳｎが含浸した気密性の高いＡｕＳｎ含浸網目構造体２２Ｐと、基板金属層１２上に基板金属層１２に沿って配列され、内部に形成された空洞２２Ｃを有している。 The bonding layer 22, which is an impregnated bonded body, is formed in the same manner as in the first embodiment. That is, as shown in FIG. 4B, the bonding layer 22 includes a highly airtight AuSn-impregnated network structure 22P in which a nano-Au network structure is impregnated with AuSn, and an AuSn-impregnated network structure 22P arranged on the substrate metal layer 12 along the substrate metal layer 12. and has a cavity 22C formed therein.

従って、基板１１と透光キャップ１３とは、接合金属がナノＡｕ網目構造体２２Ｍに含浸して形成された気密性の高い接合層２２によって接合されている。また、基板１１及び透光キャップ１３からなる発光素子パッケージにガス置換口（脱気口）を設けることなく、発光素子パッケージ内の半導体発光素子の収容空間ＨＳのガス置換を行い、パッケージ内を所望のガスで封入することができる。
［さらなる実施形態］
上記した実施形態においては、フランジ１３Ｂの接合面、すなわちフランジ金属層２１が円環形状を有する場合について説明したが、これに限らない。例えば、フランジ金属層２１が矩形形状、又はｎ角形（ｎは３以上の整数）の多角形状を有し、基板金属層１２がフランジ金属層２１に対応する形状及び大きさを有して接合されるように構成されていてもよい。 Therefore, the substrate 11 and the light-transmitting cap 13 are joined by a highly airtight joining layer 22 formed by impregnating the nano-Au network structure 22M with a joining metal. Further, without providing a gas replacement port (vent) in the light emitting device package composed of the substrate 11 and the translucent cap 13, gas replacement of the housing space HS of the semiconductor light emitting device in the light emitting device package can be performed, and the inside of the package can be adjusted as desired. of gas can be sealed.
[Further embodiment]
In the above-described embodiment, the joint surface of the flange 13B, that is, the case where the flange metal layer 21 has an annular shape has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the flange metal layer 21 has a rectangular shape or an n-sided (n is an integer of 3 or more) polygonal shape, and the substrate metal layer 12 has a shape and size corresponding to the flange metal layer 21 and is joined. It may be configured as

また、基板１１が半導体発光素子１５を収容する空間を有する場合、基板金属層１２及びフランジ金属層２１の形状に応じて、当該収容空間は角柱形状、多角柱形状を有していてもよく、また、角部がＲ面加工（面取り）された角柱形状を有していてもよい。 Further, when the substrate 11 has a space for accommodating the semiconductor light emitting element 15, the accommodation space may have a prismatic shape or a polygonal prismatic shape depending on the shapes of the substrate metal layer 12 and the flange metal layer 21. Moreover, the corners may have a prismatic shape with rounded (chamfered) corners.

以上、詳細に説明したように、パッケージにガス置換口を設けることなく、半導体発光素子が劣化し難い環境（ガス雰囲気）にパッケージ内部を置換でき、かつ高い気密性を有する半導体発光装置及びその製造方法を提供することができる。 As described in detail above, a semiconductor light emitting device having a high airtightness and having a high airtightness in which the inside of the package can be replaced with an environment (gas atmosphere) in which the semiconductor light emitting element is unlikely to deteriorate without providing a gas replacement port in the package, and its manufacture. can provide a method.

１０，５０ 半導体発光装置
１１ 基板
１１Ｓ 基板接合面
１２ 基板金属層
１３ 透光キャップ
１３Ａ 窓部
１３Ｂ キャップ接合部
１３Ｓ キャップ接合面
１４，１４Ａ，１４Ｂ 配線電極
１５ 半導体発光素子
２１ キャップ金属層
２２ 接合層
２２Ｂ 接合材バンプ
２２Ｃ 空洞
２２Ｍ Ａｕ網目構造体
２２Ｎ ナノＡｕペースト
２４ 接合部
ＨＳ パッケージの収容空間 REFERENCE SIGNS LIST 10, 50 semiconductor light emitting device 11 substrate 11S substrate bonding surface 12 substrate metal layer 13 translucent cap 13A window portion 13B cap bonding portion 13S cap bonding surface 14, 14A, 14B wiring electrode 15 semiconductor light emitting element 21 cap metal layer 22 bonding layer 22B Bonding material bump 22C Cavity 22M Au network structure 22N Nano Au paste 24 Joint HS package accommodation space

Claims (10)

半導体発光素子と、
前記半導体発光素子に接続された配線と、前記半導体発光素子を囲む環形状の基板金属層が固着された基板接合面とを有する気密性の基板と、
前記半導体発光素子の放射光を透過する窓部と、前記基板金属層に対応する環形状のキャップ金属層が固着されたフランジ部とを有し、接合層によって前記キャップ金属層が前記基板金属層に接合されて前記半導体発光素子を収容する内部空間を有して前記基板に気密接合された気密性の透光キャップと、を有し、
前記接合層は、金（Ａｕ）網目構造体に接合金属が含浸した含浸接合体である、半導体発光装置。 a semiconductor light emitting device;
an airtight substrate having wiring connected to the semiconductor light emitting element and a substrate bonding surface to which a ring-shaped substrate metal layer surrounding the semiconductor light emitting element is fixed;
and a flange portion to which a ring-shaped cap metal layer corresponding to the substrate metal layer is fixed. an airtight light-transmitting cap that is airtightly bonded to the substrate and has an internal space that is bonded to the semiconductor light emitting element to accommodate the semiconductor light emitting element;
The semiconductor light-emitting device, wherein the bonding layer is an impregnated bonded body in which a gold (Au) network structure is impregnated with a bonding metal. 前記含浸接合体は内部に配列された空洞を有する、請求項１に記載の半導体発光装置。 2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said impregnated assembly has cavities arranged therein. 前記空洞は半球形状を有する、請求項１又は２に記載の半導体発光装置。 3. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said cavity has a hemispherical shape. 前記内部空間には窒素及び酸素を含む混合ガスが封入されている、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の半導体発光装置。 4. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said internal space is filled with a mixed gas containing nitrogen and oxygen. 前記混合ガスは酸素を３～２０％の範囲で含む、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の半導体発光装置。 5. The semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein said mixed gas contains oxygen in a range of 3-20%. 前記半導体発光素子はＡｌＧａＮ系の発光素子である、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の半導体発光装置。 6. The semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein said semiconductor light-emitting element is an AlGaN-based light-emitting element. 請求項１ないし６のいずれか一項に記載の半導体発光装置の製造方法であって、
前記気密性の前記基板の前記基板金属層の延在方向に沿って前記基板金属層上に複数の接合材バンプを配列し、
前記複数の接合材バンプを包埋するようにナノＡｕペーストを塗布し、
前記ナノＡｕペースト上から前記キャップ金属層を載置しつつ前記フランジ部を押圧し、
第１の熱処理温度で前記ナノＡｕペーストの焼結を行ってＡｕ網目構造体を形成し、前記基板と前記気密性の前記透光キャップとを結合し、
前記基板及び前記透光キャップの結合体を減圧環境下に置いて前記内部空間内の排気を行い、
前記排気の後に、前記結合体を前記減圧環境よりも高圧かつ所定のガスの環境下に置いて前記内部空間内を前記所定のガスで置換し、
前記所定のガスによる置換後、前記第１の熱処理温度よりも高温の第２の熱処理温度で前記接合材バンプの接合材を前記Ａｕ網目構造体に含浸させる、半導体発光装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 6,
arranging a plurality of bonding material bumps on the substrate metal layer along the extending direction of the substrate metal layer of the airtight substrate;
applying a nano Au paste so as to embed the plurality of bonding material bumps;
pressing the flange portion while placing the cap metal layer on the nano Au paste;
sintering the nano-Au paste at a first heat treatment temperature to form an Au network structure, bonding the substrate and the airtight translucent cap;
evacuating the internal space by placing the combination of the substrate and the translucent cap in a reduced pressure environment;
After the evacuation, the combined body is placed in an environment of a predetermined gas having a pressure higher than that of the reduced-pressure environment to replace the interior space with the predetermined gas;
A method of manufacturing a semiconductor light-emitting device, wherein after replacement with the predetermined gas, the Au network structure is impregnated with the bonding material of the bonding material bump at a second heat treatment temperature higher than the first heat treatment temperature. 前記内部空間内の前記排気を行うステップは、前記ナノＡｕペーストに含まれるフラックスを前記内部空間から排気するステップを含む、請求項７に記載の半導体発光装置の製造方法。 8. The method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 7, wherein said step of exhausting said internal space includes a step of exhausting flux contained in said nano Au paste from said internal space. 前記接合材を前記Ａｕ網目構造体に含浸させるステップは、前記含浸接合体の内部に配列された空洞を形成するステップを含む、請求項７又は８に記載の半導体発光装置の製造方法。 9. The method of manufacturing a semiconductor light-emitting device according to claim 7, wherein the step of impregnating said Au network structure with said bonding material includes the step of forming cavities arranged inside said impregnated bonded body. 前記接合材はＡｕＳｎである、請求項７ないし９のいずれか一項に記載の半導体発光装置の製造方法。 10. The method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 7, wherein said bonding material is AuSn.
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