JP7108179B2 - キャップの製造方法と、発光装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、キャップの製造方法と、発光装置及びその製造方法に関する。

特許文献１には、素子が搭載されたセラミック基板と、該基板に接続された窓とを有する気密封止パッケージが記載されている。セラミック基板の表面及び窓の表面にはそれぞれメタライズ層が形成され、セラミック基板表面のメタライズ層と窓表面のメタライズ層ははんだ材料で接続されている。

特開２０１４－８２４５２号公報

窓における光の反射を低減するためには、窓の表面に反射防止膜を設けることが有効である。しかしながら、窓に反射防止膜を設けると、レーザスクライブ等を行う際における位置検出用レーザ光も反射抑制してしまう。例えば、レーザスクライブする際に、検出用レーザ光を加工対象物に照射し、その反射光によって加工対象物の位置を検出する。しかし、加工対象物に反射防止膜が形成されていると、この反射防止膜により検出用レーザ光が透過するため、反射光が減少し、加工対象物の位置の検出が困難となる場合がある。

本開示は以下の発明を含む。
第１主面を有する透光性部材と、前記第１主面に設けられた枠状の複数の金属膜と、少なくとも前記第１主面の前記金属膜に囲まれた領域にそれぞれ設けられた複数の反射防止膜と、を有する透光性部材複合体を準備する準備工程と、
隣接する前記金属膜間の前記反射防止膜が設けられていない領域を分割予定位置とし、前記第１主面をレーザ光照射面としてレーザスクライブを行うことにより、前記透光性部材複合体を個片化してキャップを得る個片化工程と、
を備える発光装置用のキャップの製造方法。

上述の方法により製造したキャップと、凹部が設けられた本体及び前記凹部の周りの前記本体の表面に設けられた金属膜とを含むパッケージと、前記パッケージの凹部内に配置された発光素子と、を準備する第２準備工程と、
前記キャップの金属膜と前記パッケージの金属膜とを、金属材料を含有する接合材を介して接合する接合工程と、
を備える発光装置の製造方法。

第１主面を有する透光性部材と、前記第１主面に設けられた枠状の第１金属膜と、前記第１主面の前記第１金属膜に囲まれた領域のみに前記第１金属膜から離間して設けられた反射防止膜と、を有するキャップと、
凹部が設けられた本体と、前記凹部の周りの前記本体の表面に設けられた第２金属膜と、を有するパッケージと、
前記第１金属膜と前記第２金属膜とを接合する、金属材料を含有する接合材と、
前記キャップと前記パッケージに囲まれた空間内に配置された発光素子と、
を備える発光装置。

これにより、反射防止膜を設けた発光装置用のキャップを精度よく製造することができ、そのキャップを用いた発光装置を製造することができる。また、接合材が反射防止膜に付着する可能性が低減された発光装置を得ることができる。

実施形態に係る発光装置の製造工程を概略的に示すフローチャートである。 透光性部材複合体の模式的平面図である。 図２Ａ中のＩＩＢ－ＩＩＢ線における模式的断面図である。 個片化工程を説明するための模式的平面図である。 個片化工程を説明するための模式的断面図である。 個片化工程を説明するための模式的断面図である。 キャップの模式的断面図である。 パッケージ及び発光素子の模式的断面図である。 発光装置の模式的断面図である。 反射防止膜の透過率の一例を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための方法を例示するものであって、本発明を以下の実施形態に特定するものではない。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。

図１は、実施形態に係る発光装置の製造工程を概略的に示すフローチャートである。図１に示すとおり、実施形態の発光装置の製造方法は、キャップの製造工程Ｓ１００と、キャップとパッケージと発光素子とを準備する第２準備工程Ｓ２０１と、キャップとパッケージとを接合する接合工程Ｓ２０２とを有する。キャップの製造工程Ｓ１００は、透光性部材複合体を準備する第１準備工程Ｓ１０１と、透光性部材複合体を個片化してキャップを得る個片化工程Ｓ１０２と、を含む。

（第１準備工程Ｓ１０１）
第１準備工程Ｓ１０１では、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、透光性部材複合体１０を準備する。図２Ａは透光性部材複合体１０の模式的平面図であり、図２Ｂは図２Ａ中のＩＩＢ－ＩＩＢ線における模式的断面図である。透光性部材複合体１０は、第１主面１１ａ及び第２主面１１ｂを有する透光性部材１１と、第１主面１１ａに設けられた複数の第１金属膜１２と、複数の反射防止膜１３と、を有する。図２Ａにおいて、第１金属膜１２は枠状である。反射防止膜１３は、少なくとも第１主面１１ａの第１金属膜１２に囲まれた領域にそれぞれ設けられている。

反射防止膜１３は、隣接する第１金属膜１２間を避けて形成する。このような形状の反射防止膜１３は、フォトリソグラフィ法によって形成することが好ましい。フォトリソグラフィ法以外の手法としては、例えば、まず第１主面１１ａの全面に反射防止膜１３を形成し、その後、ブレードで反射防止膜１３の一部を除去する手法が挙げられる。しかし、この場合、ブレードによって反射防止膜１３の意図しない剥離が発生することが懸念される。また、ブレードにより透光性部材１１の一部も除去され、透光性部材１１の平滑性が劣化する懸念がある。そうすると透光性部材１１の内部に加工用レーザ光Ｌ２を集光し難くなる。したがって、このような懸念がないフォトリソグラフィ法によって反射防止膜１３をパターニングすることが好ましい。また、透光性部材１１がサファイアである場合には、ブレードによって透光性部材１１に溝を形成すると、その溝を起点として亀裂が生じることがある。この亀裂がレーザスクライブによって生じる亀裂とは異なる方向に伸展すると、透光性部材１１の割断面の平滑性が損なわれる。この観点からも、フォトリソグラフィ法によって反射防止膜１３をパターニングすることが好ましい。

図２Ａに示すように、第１金属膜１２は透光性部材１１に直接接触していることが好ましい。第１金属膜１２と反射防止膜１３との密着性は、第１金属膜１２と透光性部材１１との密着性よりも劣る傾向がある。したがって、第１金属膜１２を透光性部材１１と接触させて設けることにより、第１金属膜１２の剥離の可能性を低減することができる。また、第１金属膜１２がＡｕを含有する場合、このＡｕと反射防止膜１３を構成するＳｉＯ_２等との密着性は低い傾向がある。したがってこの場合は、Ａｕと反射防止膜１３との間にＡｕの拡散防止層を十分な厚みで設けることが好ましい。第１金属膜１２と反射防止膜１３とが接触しない場合は、このような十分な厚みの拡散防止層を不要とすることができるため、第１金属膜１２の合計膜厚を薄くすることができる。

第１金属膜１２は、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕが透光性部材１１側からこの順に積層された構造を有する。反射防止膜１３として、Ｔａ_２Ｏ_５とＳｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５とＳｉＯ_２、又は、ＴｉＯ_２とＳｉＯ_２等の異なる材料が交互に積層された誘電体多層膜を用いることができる。反射防止膜１３は、例えば、透光性部材１１に最も近い層と最も遠い層の両方をＳｉＯ_２膜とする。透光性部材１１は、例えばサファイアである。

図２Ａに示すように、複数の反射防止膜１３はそれぞれ、第１主面１１ａの第１金属膜１２に囲まれた領域のみに設けられることが好ましい。加えて、第１金属膜１２から離間していることが好ましい。このように、第１金属膜１２と反射防止膜１３との間に隙間を設けることにより、後述する接合材がもし第１金属膜１２からはみ出したとしても隙間に止めることが可能である。したがって、接合材が反射防止膜１３の表面に付着する可能性を低減することができる。

透光性部材１１は、後述する発光素子からの光に対して透光性を有する材料からなる。このような透光性部材１１の材料としては例えばサファイアが挙げられる。隣接する第１金属膜１２間の最短距離は、レーザスクライブを行うためには３０μｍ以上が適している。また、第１金属膜１２間の最短距離の上限は、例えば８００μｍ以下とすることができる。図２Ｂに示すように、透光性部材複合体１０は、透光性部材１１の第２主面１１ｂに設けられた反射防止膜１４をさらに有していてもよい。

（個片化工程Ｓ１０２）
図３に示すように、隣接する第１金属膜１２間の反射防止膜１３が設けられていない領域を分割予定位置Ｄ１、Ｄ２とする。個片化工程Ｓ１０２では、図４及び図５に示すように、分割予定位置Ｄ１にレーザスクライブを行う。分割予定位置Ｄ２についても同様にレーザスクライブを行う。これにより透光性部材複合体１０を個片化し、図６に示すキャップ２０を得る。図３は個片化工程Ｓ１０２を説明するための模式的平面図であり、図４及び図５は個片化工程Ｓ１０２を説明するための模式的断面図であり、図６はキャップ２０の模式的断面図である。

レーザスクライブにおいて、第１主面１１ａをレーザ光照射面とする。すなわち、第１主面１１ａの側からレーザスクライブにおけるレーザ光を照射する。図４に示すように、まず検出用レーザ光Ｌ１を第１主面１１ａに照射する。分割予定位置Ｄ１には反射防止膜１３が設けられていないため、検出用レーザ光Ｌ１は第１主面１１ａで反射しやすい。これにより、第１主面１１ａの位置をより精度よく検知することができる。そして、図５に示すように、同じく第１主面１１ａの側から加工用レーザ光Ｌ２を照射する。加工用レーザ光Ｌ２の焦点位置は例えば透光性部材１１の内部に設定する。この場合、加工用レーザ光Ｌ２の波長としては透光性部材１１を透過可能な波長が選択される。透光性部材１１がサファイアである場合、加工用レーザ光Ｌ２のピーク波長は４００ｎｍ以上であることが好ましく、例えばピーク波長が１０６４ｎｍのレーザ光を加工用レーザ光Ｌ２として用いることができる。検出用レーザ光Ｌ１としては、例えばピーク波長が６３５ｎｍ、又は８１０～８７０ｎｍの範囲内であるレーザ光を用いることができる。

加工用レーザ光Ｌ２を透光性部材１１に照射することにより、加工用レーザ光Ｌ２の焦点位置及びその近傍に亀裂が生じる。加工用レーザ光Ｌ２の照射は、分割予定位置Ｄ１、Ｄ２のそれぞれに沿って断続的に行う。各照射で生じた亀裂は、時間経過により及び／又はブレイク工程を行うことにより、上下左右に伸展する。これらの亀裂同士が繋がり、第１主面１１ａ及び第２主面１１ｂの両方に到達することによって、透光性部材複合体１０が個片化される。検出用レーザ光Ｌ１による位置検出が高精度であることで、焦点位置をより精度良く設定することができる。したがって、透光性部材１１をより精度良く個片化することができる。

なお、反射防止膜１４は透光性部材１１と比較して薄膜であるため、透光性部材１１に生じた亀裂によって分離され得る。あるいは、ブレイク工程を行うことで完全に分離してもよい。反射防止膜１４は、反射防止膜１３と同様に、分割予定位置Ｄ１、Ｄ２を避けて設けてもよい。反射防止膜１３を分割予定位置Ｄ１、Ｄ２を避けて設けることにより、個片化のための亀裂が反射防止膜１３に到達する可能性が低いため、反射防止膜１３の剥離が抑制できると考えられる。反射防止膜１４についても同様に、分割予定位置Ｄ１、Ｄ２を避けて設ければ、反射防止膜１４の透光性部材１１からの剥離を抑制可能であると考えられる。

レーザスクライブを行う前に、第１金属膜１２に保護膜を設けてもよい。このようにすれば、レーザスクライブによって透光性部材１１等の破片が飛散したとしても第１金属膜１２への付着を防止することができる。保護膜は、接合工程の前までに除去する。

（第２準備工程Ｓ２０１）
第２準備工程Ｓ２０１においては、以上の工程により得られたキャップ２０の他に、図７に示すように、パッケージ３０と、発光素子４０とを準備する。図７はパッケージ３０及び発光素子４０の模式的断面図である。パッケージ３０は、凹部が設けられた本体３１と、凹部の周りの本体３１の表面に設けられた第２金属膜３２と、を含む。発光素子４０は、パッケージ３０の凹部内に配置されている。

パッケージ３０の本体３１は、例えば主材料をセラミックスとする。セラミックスとしては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、又は炭化ケイ素等が挙げられる。例えば、セラミックスの表面や内部に金属層を形成し、この金属層を介して発光素子４０に通電することができる。

発光素子４０として、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオードが挙げられる。発光素子４０にはＩＩＩ－Ｖ族などの化合物半導体を用いることができる。発光素子４０として、例えば、ＩｎＧａＮ、ＧａＮ等の窒化物半導体からなる半導体積層体を有する半導体レーザダイオードを用いることができる。発光素子４０は、サブマウント５０を介してパッケージ３０に固定されていてもよい。また、発光素子４０が発する光を透光性部材１１に向かって反射させる反射部材６０を設けていてもよい。発光素子４０は複数でもよい。例えば、赤色と緑色と青色の光を発する発光素子４０をそれぞれ１つずつ配置してもよい。

（接合工程Ｓ２０２）
接合工程Ｓ２０２においては、キャップ２０の第１金属膜１２とパッケージ３０の第２金属膜３２とを、接合材７０を介して接合する。これにより、図８に示すように、発光装置８０を得ることができる。図８は発光装置の模式的断面図である。発光装置８０は、キャップ２０と、パッケージ３０と、キャップ２０とパッケージ３０に囲まれた空間内に配置された発光素子４０と、を有する。キャップ２０の第１金属膜１２とパッケージ３０の第２金属膜３２とは接合材７０によって接合されている。

接合材７０としては、第１金属膜１２に対する濡れ性が透光性部材１１に対する濡れ性よりも高く、且つ、第２金属膜３２に対する濡れ性が本体３１に対する濡れ性よりも高い材料を選択することができる。接合材７０は例えば金属材料を含有する。

上述のように、反射防止膜１３は、第１主面１１ａのうち第１金属膜１２に囲まれた領域のみに、第１金属膜１２から離間して設けられていることが好ましい。これにより、接合材７０が反射防止膜１３の表面に付着する可能性を低減することができるため、そのような付着による発光装置８０の光出力低下を抑制することができる。第１金属膜１２と反射防止膜１３との最短距離は、例えば２μｍ以上とすることができる。反射防止膜１３は、少なくとも発光素子４０からの光の主要部分が照射される領域に設けることが好ましく、第１金属膜１２と反射防止膜１３との最短距離は、例えば１４０μｍ以下とする。

発光素子４０としてＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を主材料とする半導体レーザダイオードを用いる場合は、半導体レーザダイオードをパッケージ３０とキャップ２０で包囲することにより気密封止することが好ましい。これにより、集塵による光出力低下を抑制することができる。気密封止を行わない場合は、第１金属膜１２は枠状でなくてもよいが、気密封止を行う場合は、第１金属膜１２は枠状であることが好ましい。第２金属膜３２も同様である。第１金属膜１２及び第２金属膜３２が枠状であることにより、これらの実質的に全面に接合材７０を接触させることで気密封止が可能である。

以上の実施形態では、第１金属膜１２が設けられた第１主面１１ａをレーザスクライブ時のレーザ光照射面としたが、第２主面１１ｂをレーザ光照射面としてもよい。このようにすれば、レーザスクライブによって透光性部材１１等の破片が飛散したとしても、接合面である第１金属膜１２の表面にはそのような破片が付着し難い。第２主面１１ｂをレーザ光照射面とする場合は、第２主面１１ｂに設けられた反射防止膜１４を、レーザスクライブする位置には設けないことが好ましい。これにより、検出用レーザ光による位置検出が反射防止膜１４によって妨げられることがない。

また、反射防止膜として、発光素子４０からの光は透過するが検出用レーザ光は透過し難い透過率を有する膜を用いてもよい。すなわち、発光素子４０からの光に対する透過率が検出用レーザ光に対する透過率よりも高い反射防止膜を用いてもよい。このような反射防止膜を用いる場合は、分割予定位置の反射防止膜を除去しなくてよいため、パターニング工程を省略することができる。このような反射防止膜の透過率の一例を図９に示す。図９において、「赤」は赤色レーザ光のピーク波長範囲の一例であり、「緑」は緑色レーザ光のピーク波長範囲の一例であり、「青」は青色レーザ光のピーク波長範囲の一例である。発光素子４０としてこのように３種類のレーザダイオードを用いる場合は、それぞれの光に対して透過率を高くする。各発光素子４０からの光のピーク波長に対する透過率は、反射防止膜の主面に対して垂直な方向から０度、２０度、４０度のすべての角度範囲において、例えば９５％以上、好ましくは９８％以上とする。検出用レーザ光としては、そのピーク波長が発光素子４０のピーク波長の範囲内に含まれないレーザ光を用いることが好ましい。反射防止膜の検出用レーザ光のピーク波長に対する透過率は、反射防止膜を設けない状態の透光性部材１１の当該波長に対する透過率と同程度とすることが好ましい。例えば、当該波長に対する透過率について、反射防止膜の方を、透光性部材１１の方と同じか、あるいは＋５％以下の範囲内で高くすることができる。発光素子４０の発光色が少ないほど、このような透過率を有する反射防止膜は形成しやすい。このため、発光素子４０は１種類としてもよい。

実施形態に記載の発光装置は、プロジェクタ、車載ヘッドライト、照明、ディスプレイのバックライト等に使用することができる。

１０ 透光性部材複合体
１１ 透光性部材
１１ａ 第１主面、１１ｂ 第２主面
１２ 第１金属膜
１３、１４ 反射防止膜
２０ キャップ
３０ パッケージ
３１ 本体
３２ 第２金属膜
４０ 発光素子
５０ サブマウント
６０ 反射部材
７０ 接合材
８０ 発光装置
Ｄ１、Ｄ２ 分割予定位置
Ｌ１ 検出用レーザ光
Ｌ２ 加工用レーザ光

Claims (7)

1. 第１主面を有する透光性部材と、前記第１主面に直接接触して設けられた枠状の複数の金属膜と、前記金属膜から離れた位置であって前記第１主面の前記金属膜に囲まれた領域のみにそれぞれ設けられた複数の反射防止膜と、を有する透光性部材複合体を準備する準備工程と、
   隣接する前記金属膜間の前記反射防止膜が設けられていない領域を分割予定位置とし、前記第１主面をレーザ光照射面としてレーザスクライブを行うことにより、前記透光性部材複合体を個片化してキャップを得る個片化工程と、
   を備える発光装置用のキャップの製造方法。
2. 前記準備工程において、前記反射防止膜は、隣接する前記金属膜間に前記反射防止膜が設けられていない領域が位置するように、フォトリソグラフィ法によって形成される、請求項１に記載の発光装置用のキャップの製造方法。
3. 前記準備工程において、前記透光性部材はサファイアである、請求項１又は２に記載の発光装置用のキャップの製造方法。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の方法により製造したキャップと、凹部が設けられた本体及び前記凹部の周りの前記本体の表面に設けられた金属膜とを含むパッケージと、前記パッケージの凹部内に配置された発光素子と、を準備する第２準備工程と、
   前記キャップの金属膜と前記パッケージの金属膜とを、金属材料を含有する接合材を介して接合する接合工程と、
   を備える発光装置の製造方法。
5. 第１主面を有する透光性部材と、前記第１主面に設けられた枠状の第１金属膜と、前記第１主面の前記第１金属膜に囲まれた領域のみに前記第１金属膜から離間して設けられた反射防止膜と、を有するキャップと、
   凹部が設けられた本体と、前記凹部の周りの前記本体の表面に設けられた第２金属膜と、を有するパッケージと、
   前記第１金属膜と前記第２金属膜とを接合する、金属材料を含有する接合材と、
   前記キャップと前記パッケージに囲まれた空間内に配置された発光素子と、
   を備える発光装置。
6. 第１主面を有する透光性部材と、前記第１主面に設けられた枠状の第１金属膜と、前記第１金属膜から離れた位置であって前記第１主面の前記第１金属膜に囲まれた領域のみに設けられた反射防止膜と、を有するキャップと、
   本体と、前記本体の表面に設けられた枠状の第２金属膜と、を有するパッケージと、
   前記第１金属膜と前記第２金属膜とを接合する、金属材料を含有する接合材と、
   前記キャップと前記パッケージに囲まれた空間内に配置された半導体レーザダイオードと、
   を備える発光装置。
7. 前記第１金属膜と前記反射防止膜との最短距離は、２μｍ以上１４０μｍ以下である、請求項５又は６に記載の発光装置。

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