(57)【要約】【課題】半導体チップの光取り出し面がレンズの入射面に非晶質フッ素樹脂で接合された紫外線発光素子の、レンズと半導体チップとの接着性能を向上させる。【解決手段】紫外線発光素子１は、紫外線を発光する半導体チップ１１０と、紫外線透過性のレンズ１２０と、入射面１２１と光取り出し面１１０ａとを接合する接合層１３１とを有する。接合層１３１は非晶質フッ素樹脂層である。接合層１３１による光取り出し面１１０ａと入射面１２１との接着強度が、ＥＩＡＪ−ＥＤ−４７０３に準拠して測定される剪断強度で６Ｎ／ｍｍ2以上４０Ｎ／ｍｍ2以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線を発光する半導体チップと、
紫外線透過性のレンズと、
前記半導体チップの光取り出し面と前記レンズの入射面とを接合する紫外線透過性の接合層と、
を有し、
前記接合層は非晶質フッ素樹脂層であり、
前記接合層による前記光取り出し面と前記入射面との接着強度が、ＥＩＡＪ−ＥＤ−４７０３に準拠して測定される剪断強度で６Ｎ／ｍｍ2以上４０Ｎ／ｍｍ2以下である紫外線発光素子。
【請求項２】
前記入射面は前記光取り出し面より大きく、
前記入射面の前記光取り出し面と対向しない部分の全てを覆う入射面被覆層を有し、
前記入射面被覆層は、前記接合層に連続して形成された非晶質フッ素樹脂層である請求項１記載の紫外線発光素子
【請求項３】
前記入射面の前記光取り出し面と対向しない部分は粗面を有し、前記粗面の算術平均粗さＲａが１００ｎｍ以上１０μｍ以下である請求項１または２記載の紫外線発光素子。
【請求項４】
前記レンズの前記入射面からの立ち上がり面を覆う立ち上がり面被覆層を有し、
前記立ち上がり面被覆層は、前記入射面被覆層に連続して形成された非晶質フッ素樹脂層である請求項１〜３のいずれか一項に記載の紫外線発光素子。
【請求項５】
前記立ち上がり面被覆層で覆われている前記立ち上がり面は粗面を有し、前記粗面の算術平均粗さＲａが１００ｎｍ以上１０μｍ以下である請求項４記載の紫外線発光素子。
【請求項６】
前記半導体チップの側面を覆うチップ側面被覆層を有し、
前記チップ側面被覆層は、前記接合層および前記入射面被覆層に連続して形成された非晶質フッ素樹脂層である請求項１〜５のいずれか一項に記載の紫外線発光素子。
【請求項７】
前記チップ側面被覆層で覆われている前記半導体チップの側面は粗面を有し、前記粗面の算術平均粗さＲａが１００ｎｍ以上１０μｍ以下である請求項６記載の紫外線発光素子。
【請求項８】
前記レンズの前記入射面以外の全面を覆うレンズ被覆層を有し、
前記レンズ被覆層は、前記入射面被覆層に連続して形成された非晶質フッ素樹脂層である請求項１〜７のいずれか一項に記載の紫外線発光素子。
【請求項９】
前記レンズが半球レンズであり、前記入射面は平面である請求項１〜８のいずれか一項に記載の紫外線発光素子。
【請求項１０】
前記レンズが石英製またはサファイア製である請求項１〜９のいずれか一項に記載の紫外線発光素子。
【請求項１１】
発光波長が２８０ｎｍ以下である請求項１〜１０のいずれか一項に記載の紫外線発光素子。
【請求項１２】
前記接合層の厚さが０．１μｍ以上１．０ｍｍ以下である請求項１〜１１のいずれか一項に記載の紫外線発光素子。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の紫外線発光素子と、
前記紫外線発光素子の第一電極および第二電極が形成されている面と向かい合う面に、第三電極および第四電極が形成されている基体と、
前記紫外線発光素子の第一電極と前記基体の前記第三電極とを電気的に接続する第一接続体と、
前記紫外線発光素子の第二電極と前記基体の前記第四電極とを電気的に接続する第二接続体と、を備えた紫外線発光装置。
【請求項１４】
前記半導体チップと前記レンズと前記基体と前記第一接続体と前記第二接続体とで形成される空間を構成する面の全てが、連続する非晶質フッ素樹脂層で覆われているとともに、
前記半導体チップと前記基体と前記第一接続体と前記第二接続体とで形成される空間を構成する面の全てが、連続する非晶質フッ素樹脂層で覆われている請求項１３記載の紫外線発光装置。
【請求項１５】
紫外線を発光する半導体チップの光取り出し面の全体に、熱可塑性の非晶質フッ素樹脂と溶媒とを含む封止材の液層を形成する第一工程と、
前記第一工程後の前記液層を加熱することで前記溶媒を前記液層の表面から均一に蒸発させて、前記液層を表面張力で盛り上がった形状の樹脂層にする第二工程と、
前記第二工程後の前記樹脂層を加熱することで、前記樹脂層を表面張力で盛り上がった形状の流動性樹脂層にする第三工程と、
前記半導体チップを加熱しながら、前記第三工程後の前記流動性樹脂層の上にレンズの平面を押し付ける第四工程と、
前記第四工程後に、前記半導体チップの加熱を止めて冷却することで、前記非晶質フッ素樹脂により、前記平面と前記光取り出し面との間に接合層を形成する第五工程と、
を有する半導体チップとレンズの接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線発光素子、および半導体チップとレンズの接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
チップ状の紫外線発光素子の光取り出し効率を改善することを目的として、光取り出し面（素子が形成されている基板の裏面）にレンズを接合することが提案されている（例えば、非特許文献１、特許文献１および２を参照）。
非特許文献１には、ＡｌＧａＮ系窒化物半導体を用いた深紫外ＬＥＤが記載されているとともに、ＬＥＤチップのサファイア研磨面とレンズを室温で直接接合することが記載されている。
特許文献１には、例えば、シリコーンオイルおよび／またはシリコーン樹脂からなる封止剤の薄層を使用して、半球レンズをＬＥＤダイに直接取り付ける方法が記載されている。特許文献１に記載された紫外線発光素子では、半球レンズの平面がＬＥＤダイの光取り出し面より大きく、封止剤の薄層はＬＥＤダイの光取り出し面のみを覆っている。
【０００３】
特許文献２には、非晶質フッ素樹脂を用いて、紫外線発光素子であるチップにレンズを接合することが記載されている。具体的には、レンズの底面とチップの光取り出し面とのせん断強さが１．０〜５．０Ｎ／ｍｍ2となるように接合すると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１７−５２１８７２号公報
【特許文献２】特開２０１６−１１１０８５号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】第62回応用物理学会春季学術講演会 講演予稿集 17-255  2015年（講演番号14p-B1-5）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１の接合方法は量産性が低いことが課題となっている。特許文献１および２に記載された方法では、接着性が不十分であることが課題となっている。
本発明の課題は、半導体チップの光取り出し面がレンズの入射面に非晶質フッ素樹脂で接合された紫外線発光素子の、レンズと半導体チップとの接着性能を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の第一態様の紫外線発光素子は、紫外線を発光する半導体チップと、紫外線透過性のレンズと、半導体チップの光取り出し面とレンズの入射面とを接合する紫外線透過性の接合層と、を有する。接合層は非晶質フッ素樹脂層であり、接合層による光取り出し面と入射面との接着強度が、ＥＩＡＪ−ＥＤ−４７０３に準拠して測定される剪断強度で６Ｎ／ｍｍ2以上４０Ｎ／ｍｍ2以下である。
【０００８】
本発明の第二態様は、半導体チップとレンズの接合方法であって、下記の第一工程、第二工程、第三工程、第四工程、および第五工程を有する。
第一工程は、紫外線を発光する半導体チップの光取り出し面に、熱可塑性の非晶質フッ素樹脂と溶媒とを含む封止材の液層を形成する工程である。
第二工程は、第一工程後の液層を加熱することで、溶媒を液層の表面から均一に蒸発させて、液層を表面張力で盛り上がった形状の樹脂層にする工程である。
第三工程は、第二工程後の樹脂層を加熱することで、樹脂層を表面張力で盛り上がった形状の流動性樹脂層にする工程である。
第四工程は、半導体チップを加熱しながら、第三工程後の流動性樹脂層の上にレンズの平面を押し付ける工程である。
第五工程は、第四工程後に、半導体チップの加熱を止めて冷却することで、封止材に含まれる非晶質フッ素樹脂により、レンズの平面と半導体チップの光取り出し面との間に接合層を形成する工程である。
【発明の効果】
【０００９】
第一態様の紫外線発光素子は、レンズと半導体チップとの接着性能が高いものである。
第二態様の半導体チップとレンズの接合方法によれば、レンズと半導体チップとの間に形成される非晶質フッ素樹脂による接合層に気泡やしわが入ることが抑制されることで、密着性が増して分子間力による接合強度が上昇するため、非晶質フッ素樹脂層によるレンズと半導体チップとの接着性能が向上することが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第一実施形態の紫外線発光素子を備えた紫外線発光装置を示す断面図である。
【図２】第一実施形態の紫外線発光素子を構成する半導体チップを示す断面図である。
【図３】図２の半導体チップがパッケージ基板に実装された状態を示す部分破断断面図である。
【図４】図１の紫外線発光装置の製造方法であって、半導体チップとレンズの接合方法の一例を説明する図である。
【図５】図４に示す方法の詳細を説明する図である。
【図６】第二実施形態の紫外線発光素子を示す断面図である。
【図７】図６の紫外線発光装置の製造方法であって、半導体チップとレンズの接合方法の一例を説明する図である。
【図８】図６の紫外線発光装置の製造方法であって、半導体チップとレンズの接合方法の一例を説明する図である。
【図９】第三実施形態の紫外線発光素子を示す断面図である。
【図１０】第四実施形態の紫外線発光素子を示す断面図である。
【図１１】第五実施形態の紫外線発光素子を示す断面図である。
【図１２】第六実施形態の紫外線発光素子を備えた紫外線発光装置を示す断面図である。
【図１３】図１２の紫外線発光装置の製造方法であって、レンズ被覆層を形成する方法を説明する図である。
【図１４】第七実施形態の紫外線発光素子を示す断面図である。
【図１５】第八実施形態の紫外線発光素子を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明の実施形態について説明するが、この発明は以下に示す実施形態に限定されない。以下に示す実施形態では、この発明を実施するために技術的に好ましい限定がなされているが、この限定はこの発明の必須要件ではない。
【００１２】
［第一実施形態］
〔構成〕
図１に示す紫外線発光装置１０は、紫外線発光素子１およびパッケージ基板（基体）２と、紫外線発光素子１とパッケージ基板２とを電気的に接続する第一接続体３および第二接続体４を有する。
紫外線発光素子１は、紫外線を発光する半導体チップ１１０と、石英製またはサファイア製の半球レンズ１２０と、接合層１３１を有する。半球レンズ１２０の平面（入射面）１２１が、半導体チップ１１０の光取り出し面１１０ａより大きい。
接合層１３１は、半球レンズ１２０の平面（入射面）１２１と半導体チップ１００の光取り出し面１１０ａとを接合する層である。接合層１３１は非晶質フッ素樹脂層であり、接合層１３１による光取り出し面１１０ａと半球レンズ１２０の平面（入射面）１２１との剪断接着強度が６Ｎ／ｍｍ2以上４０Ｎ／ｍｍ2以下である。
【００１３】
図２に示すように、半導体チップ１１０は、基板１１１、半導体層１１２、第一電極１１３、および第二電極１１４を有する。半導体チップ１１０は、例えば、波長が２８０ｎｍ以下であるＵＶＣを発光可能である。
基板１１１は、例えばＡｌＮ基板である。半導体層１１２は、ｎ型窒化物半導体層（第一導電型の窒化物半導体層）、窒化物半導体発光層、およびｐ型窒化物半導体層（第二導電型の窒化物半導体層）を有する積層体である。ｎ型窒化物半導体層は例えばｎ−ＡｌＧａＮ層である。窒化物半導体発光層は、例えば、ＡｌＧａＮからなる量子井戸層とＡｌＮからなる電子バリア層とからなる多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を有する層である。ｐ型窒化物半導体層は例えばｐ−ＧａＮ層である。第一電極１１３はｎ型窒化物半導体層上に、第二電極１１４はｐ型窒化物半導体層上に形成されている。
半導体チップ１１０の光取り出し面１１０ａは基板１１１の裏面（半導体層１１２が形成されている面である表面１１１ａの反対面）である。
【００１４】
〔製造方法〕
図１に示す紫外線発光装置１０は、以下の方法で製造することができる。
先ず、半導体チップ１１０との対向面２０に第三電極２１および第四電極２２が形成されたパッケージ基板２を用意する。次に、パッケージ基板２の第三電極２１と半導体チップ１１０の第一電極１１３とを第一接続体３で、パッケージ基板２の第四電極２２と半導体チップ１１０の第二電極１１４とを第二接続体４で、それぞれ電気的に接続する。
つまり、半導体チップ１１０をパッケージ基板２に対してフリップチップ実装して、図３に示す状態にする。接続方法としては、例えば、第一接続体３および第二接続体４として金属バンプを使用した超音波接合法を採用する。
【００１５】
次に、半導体チップ１１０の光取り出し面１１０ａに半球レンズ１２０を接合する。この接合方法について、図４および図５を用いて説明する。
先ず、図４（ａ）に示すように、半導体チップ１１０が実装された状態のパッケージ基板２を、ホットプレート５上に置く。この段階ではホットプレート５のスイッチを入れない。
次に、図４（ｂ）に示すように、半導体チップ１１０の光取り出し面１１０ａの全体に、熱可塑性の非晶質フッ素樹脂と溶媒とを含む封止材の液層６を形成する。これが第一工程に相当する。
【００１６】
次に、ホットプレート５のスイッチを入れてパッケージ基板２を加熱し、第一工程で形成された液層６を加熱することで、液層６に含まれる溶媒を蒸発させて、表面張力で盛り上がった形状の樹脂層６１にする。これが第二工程に相当する。図４（ｃ）は、この状態を示す。この第二工程では、例えば、１２０〜２００℃で０．５〜２時間放置することで、樹脂層６１に含まれる溶媒の含有率を１質量％以下にする。
次に、ホットプレート５の設定温度を上げて、第二工程後の樹脂層６１の温度を２６０〜２７０℃程度に上昇させて、所定時間保持する。これが第三工程に相当する。その結果、樹脂層６１の流動性が高くなり、光取り出し面１１０ａの全面に、表面張力で盛り上がった形状の流動性樹脂層６２が形成される。図４（ｄ）は、この状態を示す。
次に、ホットプレート５の設定温度を変えずに、半導体チップ１１０が加熱された状態を保持しながら、流動性樹脂層６２の上に半球レンズ１２０の平面１２１を押し付ける。これが第四工程に相当する。図４（ｅ）は、この状態を示す。
【００１７】
次に、ホットプレート５のスイッチを切って、半導体チップ１１０の加熱を止めて放置することで冷却する。この工程が第五工程に相当する。その結果、図１に示すような接合層１３１が形成される。
第二工程の加熱の際には、図５（ａ）に矢印で示すように、溶媒が液層６の表面から均一に蒸発する。これにより、第三工程後に、図５（ｂ）に示すように、流動性樹脂層６２に気泡やしわができることが抑制される。
第四工程では、図５（ｃ）に示すように、盛り上がった形状の流動性樹脂層６２が、半球レンズ１２０の平面１２１で押しつぶされる。そのため、第四工程で流動性樹脂層６２に気泡やしわが入ることも抑制される。
【００１８】
その結果、第五工程で冷却された後に、非晶質フッ素樹脂層である接合層１３１により、半導体チップ１１０の光取り出し面１１０ａに半球レンズ１２０が接合される。
接合層１３１の厚さは０．１μｍ以上１．０ｍｍ以下とする。
熱可塑性の非晶質フッ素樹脂と溶媒を含む封止材としては、旭硝子製の「サイトップ（登録商標）」を使用することができる。例えば、サイトップ（登録商標）ＣＴＸ−８０９ＳＰ２に含まれる樹脂は、パーフルオロアルキル基を有する非晶質フッ素樹脂である。この樹脂は、厚さ５０μｍで、波長２６５ｎｍにおける透過率が９８％であり、２１０ｎｍ以上３００ｎｍ未満の全範囲における透過率は９０％以上である。
【００１９】
〔作用、効果〕
第一実施形態の紫外線発光装置１０は、上述の方法で製造されることにより、接合層１３１に気泡やしわが入ることが抑制されるため、非晶質フッ素樹脂層である接合層１３１による、半導体チップ１１０の光取り出し面１１０ａと半球レンズ１２０の平面（入射面）１２１との接合強度が高くなる。つまり、剪断接着強度を６Ｎ／ｍｍ2以上４０Ｎ／ｍｍ2以下にすることができる。
【００２０】
［第二実施形態］
図６に示す第二実施形態の紫外線発光装置１０Ａは、以下の点を除いて第一実施形態の紫外線発光装置１０と同じである。
紫外線発光素子１Ａは、紫外線を発光する半導体チップ１１０と、石英製またはサファイア製の半球レンズ１２０と、非晶質フッ素樹脂層１３０を有する。
非晶質フッ素樹脂層１３０は、接合層１３１と入射面被覆層１３２とチップ側面被覆層１３３が連続して形成されたものである。入射面被覆層１３２は、半球レンズ１２０の平面（入射面）１２１の外縁部（光取り出し面１１０ａと対向しない部分）１２１ａの全てを覆う層である。チップ側面被覆層１３３は、半導体チップ１１０の側面１１０ｂを覆う層である。つまり、入射面被覆層１３２は、接合層１３１に接続して形成された非晶質フッ素樹脂層であり、チップ側面被覆層１３３は、接合層１３１および入射面被覆層１３２に連続して形成された非晶質フッ素樹脂層である。
【００２１】
図６に示す紫外線発光装置１０Ａは、図７に示す方法や図８に示す方法で製造することができる。
図７に示す方法では、先ず、図７（ａ）に示すように、半球レンズ１２０を、平面１２１を上に向けて置き、平面１２１を水平に保持した状態で、平面１２１上に、熱可塑性の非晶質フッ素樹脂と溶媒とを含む封止材の液層６を形成する。次に、図７（ｂ）に示すように、半球レンズ１２０を加熱することで、液層６の溶媒を液層６の表面から均一に蒸発させて、液層６を表面張力で盛り上がった形状の樹脂層６１にする。この工程では、例えば、１２０〜２００℃で０．５〜２時間放置することで、樹脂層６１に含まれる溶媒の含有率を１質量％以下にする。
【００２２】
次に、半球レンズ１２０の加熱温度を上げて、樹脂層６１の温度を２６０〜２７０℃程度に上昇させて、所定時間保持する。これにより、平面１２１の全面に、表面張力で盛り上がった形状の流動性樹脂層６２が形成される。図７（ｃ）はこの状態を示す。
次に、図７（ｄ）に示すように、予め、半導体チップ１１０が実装された状態のパッケージ基板２をホットプレート５上に置き、ホットプレート５で半導体チップ１１０の温度を２６０〜２７０℃程度に上昇させておく。この状態で、半球レンズ１２０を、半導体チップ１１０の光取り出し面１１０ａ上に流動性樹脂層６２が接触するように置く。次に、半球レンズ１２０を押し付けて、流動性樹脂層６２の一部を半導体チップ１１０の側面１１０ｂに至らせる。図７（ｅ）は、この状態を示す。
次に、ホットプレート５のスイッチを切り、半導体チップ１１０の加熱を止めて放置することで冷却する。その結果、図６に示すような非晶質フッ素樹脂層１３０が形成される。
【００２３】
図８に示す方法は、図４に示す第一実施形態の紫外線発光装置１０の製造方法と略同じであるが、図４（ｂ）に対応する図８（ｂ）の工程で、液層６の形成量を図４の方法よりも多くする。そして、図４（ｅ）に対応する図８（ｅ）の工程で、流動性樹脂層６２の上に半球レンズ１２０の平面１２１を押し付けて、流動性樹脂層６２の一部を半導体チップ１１０の光取り出し面１１０ａからはみ出させ、平面１２１の周縁部１２１ａと半導体チップ１１０の側面１１０ｂに至らせる。これにより、入射面被覆層１３２とチップ側面被覆層１３３を接合層１３１に連続して形成する。
【００２４】
［第三実施形態］
図９に示す第三実施形態の紫外線発光素子１Ｂは、以下の点を除いて第二実施形態の紫外線発光素子１Ａと同じである。
チップ側面被覆層１３３を有さず、半球レンズ１２０の入射面１２１からの立ち上がり面１２３を覆う立ち上がり面被覆層１３４を有する。立ち上がり面被覆層１３４は、連結層１３５を介して入射面被覆層１３２に連続している。
つまり、紫外線発光素子１Ｂが有する非晶質フッ素樹脂層１３０Ａは、接合層１３１と、接合層１３１に連続する入射面被覆層１３２と、入射面被覆層１３２に連続する連結層１３５と、連結層１３５に連続する立ち上がり面被覆層１３４と、で構成されている。
【００２５】
第三実施形態の紫外線発光素子１Ｂは、入射面被覆層１３２に連続して形成された立ち上がり面被覆層１３４を有することで、これを有さない場合と比較して、非晶質フッ素樹脂層１３０Ａによる半導体チップ１１０の光取り出し面１１０ａと半球レンズ１２０との接合強度が高くなる。
立ち上がり面被覆層１３４は、第二実施形態の紫外線発光素子１Ａの図７に示す方法で、平面１２１上に液層６を形成する際に、平面１２１から液層６の一部が立ち上がり面１２３に至るように形成し、この状態を保持して樹脂層６１とした後に、流動性樹脂層６２にすることで形成できる。
【００２６】
［第四実施形態］
図１０に示す第四実施形態の紫外線発光素子１Ｃは、以下の点を除いて第二実施形態の紫外線発光素子１Ａと同じである。
半導体チップ１１０の基板１１１の側面１１１ｂの一部が粗面１１１ｃになっている。粗面１１１ｃになっている部分は、光取り出し面１１０ａに近い部分である。粗面１１１ｃになっている部分のみがチップ側面被覆層１３３Ａで覆われている。この粗面１１１ｃの算術平均粗さＲａは１００ｎｍ以上１０μｍ以下である。
【００２７】
粗面１１１ｃの形成方法としては、ウェハから半導体チップ１１０を切り出す際のレーザースクライブ、ダイシング、またはブレーキングで形成された凹凸をそのまま利用する方法や、ブラスト処理を施す方法が挙げられる。
第四実施形態の紫外線発光素子１Ｃは、半導体チップ１１０の粗面１１１ｃになっている部分がチップ側面被覆層１３３Ａで覆われているため、粗面１１１ｃを設けずにチップ側面被覆層を設けた場合と比較して、チップ側面被覆層１３３Ａの半導体チップ１１０に対する結合強度が高くなる。これに伴い、非晶質フッ素樹脂層１３０Ｂによる半導体チップ１１０の光取り出し面１１０ａと半球レンズ１２０との接合強度が高くなる。
【００２８】
［第五実施形態］
図１１に示す第五実施形態の紫外線発光素子１Ｄは、以下の点を除いて第二実施形態の紫外線発光素子１Ａと同じである。
半球レンズ１２０の平面１２１の周縁部１２１ａの一部が粗面１２１ｂになっている。周縁部１２１ａの粗面１２１ｂになっている部分は、光取り出し面１１０ａと向かい合う面に近い部分である。また、立ち上がり面被覆層１３４で覆われている立ち上がり面１２３も、粗面１２３ａになっている。これらの粗面１２１ｂ，１２３ａの算術平均粗さＲａは１００ｎｍ以上１０μｍ以下である。
【００２９】
粗面１２１ｂ，１２３ａの形成方法としては、半球レンズ１２０の平面１２１の周縁部１２１ａの一部および立ち上がり面１２３にブラスト処理を施す方法が挙げられる。
第五実施形態の紫外線発光素子１Ｄは、粗面１２１ｂ，１２３ａを設けたことで、平面１２１の周縁部１２１ａと入射面被覆層１３２との結合強度、および立ち上がり面１２３と立ち上がり面被覆層１３４との結合強度が、第二実施形態の紫外線発光素子１Ａよりも高くなる。つまり、非晶質フッ素樹脂層１３０Ｃの端部が半球レンズ１２０から剥がれにくくなっている。
【００３０】
［第六実施形態］
〔構成〕
図１２に示す第六実施形態の紫外線発光装置１０Ｂは、以下の点を除いて第二実施形態の紫外線発光装置１０Ａと同じである。
紫外線発光装置１０Ｂを構成する紫外線発光素子１Ｅは、半球レンズ１２０の半球面（入射面以外の全面）１２５を覆うレンズ被覆層１３６を有する。レンズ被覆層１３６は、連結層１３５を介して入射面被覆層１３２に連続している。
つまり、紫外線発光素子１Ｅが有する非晶質フッ素樹脂層１３０Ｄは、接合層１３１と、接合層１３１に連続する入射面被覆層１３２と、接合層１３１および入射面被覆層１３２に連続するチップ側面被覆層１３３と、入射面被覆層１３２に連続する連結層１３５と、連結層１３５に連続するレンズ被覆層１３６と、で構成されている。また、半球レンズ１２０の全面が非晶質フッ素樹脂層（連続して形成された、接合層１３１、入射面被覆層１３２、連結層１３５、およびレンズ被覆層１３６）で覆われている。
【００３１】
〔製造方法〕
図１２の紫外線発光装置１０Ｂは、以下の方法で製造することができる。
先ず、第二実施形態の紫外線発光装置１０Ａの製造方法で説明した図７または図８に示す方法で、図３に示す状態の半導体チップ１１０の光取り出し面１１０ａに半球レンズ１２０を接合する。これにより、非晶質フッ素樹脂層１３０が形成される。
次に、図１３（ａ）に示すように、半球レンズ１２０の半球面１２５の最も高い部分に、非晶質フッ素樹脂層１３０を形成する際に使用したものと同じ液層６を塗布する。そのまま放置しておくと、図１３（ｂ）に示すように、液層６が徐々に降りてきて半球レンズ１２０の半球面１２５を覆う面積が増加する。図１３（ｃ）に示すように、液層６により半球面１２５の全体と、非晶質フッ素樹脂層１３０の外周面１３０ａが覆われた状態になった時点で、液層６の溶媒を蒸発させる。
【００３２】
これにより、半球面１２５にレンズ被覆層１３６が形成され、連結層１３５によりレンズ被覆層１３６が非晶質フッ素樹脂層１３０と結合された状態となる。その結果、図１２に示すように、接合層１３１と入射面被覆層１３２とレンズ被覆層１３６とが連続する非晶質フッ素樹脂層１３０Ｄが形成される。つまり、半球レンズ１２０の全面が非晶質フッ素樹脂層１３０Ｄで覆われた状態となる。
第六実施形態の紫外線発光装置１０Ｂは、入射面被覆層１３２に連続して形成されたレンズ被覆層１３６を有することで、これを有さない第二実施形態の紫外線発光装置１０Ａと比較して、非晶質フッ素樹脂層１３０Ｄによる半導体チップ１１０の光取り出し面１１０ａと半球レンズ１２０との接合強度が高くなる。
【００３３】
［第七実施形態］
図１４に示す第七実施形態の紫外線発光素子１Ｆは、以下の点を除いて第六実施形態の紫外線発光素子１Ｅと同じである。
チップ側面被覆層１３３Ｂによる半導体チップ１１０の側面の被覆範囲が、第六実施形態の紫外線発光素子１Ｅのチップ側面被覆層１３３よりも小さい。チップ側面被覆層１３３Ｂが、入射面被覆層１３２の全面と連結層１３５の全面に渡って形成されている。
【００３４】
［第八実施形態］
図１５に示す第八実施形態の紫外線発光装置１０Ｃは、以下の点を除いて第六実施形態の紫外線発光装置１０Ｂと同じである。
チップ側面被覆層１３３Ｃが、入射面被覆層１３２の全面と連結層１３５の全面に渡って形成されている。チップ側面被覆層１３３Ｃに連続してパッケージ基板２に至る外部層１３７を有する。半導体チップ１１０の光取り出し面１１０ａの反対面１１０ｄと、パッケージ基板２と、第一接続体３と、第二接続体４と、で形成される空間に、内部層１３８が存在する。
【００３５】
つまり、紫外線発光装置１０Ｃは、半球レンズ１２０の全面を覆う非晶質フッ素樹脂層１３０Ｆとして、連続して形成された、接合層１３１、入射面被覆層１３２、連結層１３５、およびレンズ被覆層１３６を有する。また、非晶質フッ素樹脂層１３０Ｆの入射面被覆層１３２および連結層１３５に、チップ側面被覆層１３３Ｃが連続している。
そして、紫外線発光装置１０Ｃでは、半導体チップ１１０と半球レンズ１２０とパッケージ基板２と第一接続体３と第二接続体４とで形成される空間を構成する面の全てが、非晶質フッ素樹脂層（連続して形成された、入射面被覆層１３２、チップ側面被覆層１３３Ｃ、および外部層１３７）で覆われている。また、半導体チップ１１０とパッケージ基板２と第一接続体３と第二接続体４とで形成される空間を構成する面の全てが、非晶質フッ素樹脂層（内部層１３８）で覆われている。
【００３６】
紫外線発光装置１０Ｃは、以下の方法で製造することができる。先ず、第六実施形態の紫外線発光装置１０Ｂと同様に、図７または図８に示す方法で半導体チップ１１０の光取り出し面１１０ａに半球レンズ１２０を接合する。次に、半球レンズ１２０とパッケージ基板２との間の半導体チップ１１０、第一接続体３、および第二接続体４の外側に、熱可塑性の非晶質フッ素樹脂と溶媒とを含む封止材の液層を付着させるとともに、半導体チップ１１０とパッケージ基板２との間に同じ液層を充填した後、これらの液層の溶媒を蒸発させる。
第八実施形態の紫外線発光装置１０Ｃは、第六実施形態の紫外線発光装置１０Ｂと比較して、非晶質フッ素樹脂層による半導体チップ１１０の光取り出し面１１０ａと半球レンズ１２０との接合強度が高くなる。
【００３７】
［備考］
上記実施形態では、半導体チップ１１０をパッケージ基板２に実装した後に、半導体チップ１１０の光取り出し面１１０ａに半球レンズ１２０を接合することで、紫外線発光装置を製造している。しかし、パッケージ基板２に実装する前の半導体チップ１１０の光取り出し面１１０ａに、図４、図７、または図８に示す方法で半球レンズ１２０を接合した後に、半導体チップ１１０をパッケージ基板２に実装することもできる。この実装は、半球レンズ１２０が接合されていない半導体チップ１１０と同じ方法で行うことができる。
レンズと基板を接合する非晶質フッ素樹脂としては、半導体発光素子の第一電極１３および第二電極１４を構成する金属に対する結合性を呈しない、非反応性の末端官能基を有するものを用いることがより好ましい。
【実施例】
【００３８】
［実施例１］
実施例１では、図１に示す構造の半導体発光装置１０を作製した。
半導体チップ１１０の基板１１１はＡｌＮ基板であり、基板１１１の裏面である半導体チップ１１０の光取り出し面１１０ａに、図４に示す方法で半球レンズ１２０を接合した。光取り出し面１１０ａは一辺が０．９ｍｍの正方形であり、半球レンズ１２０の平面１２１の直径は２ｍｍの円形である。
先ず、パッケージ基板２に半導体チップ１１０をフリップチップ実装して、ホットプレート５上に置き、図４（ａ）に示す状態とした。次に、半導体チップ１１０の光取り出し面１１０ａの全体に、サイトップ（登録商標）ＣＴＸ−８０９ＳＰ２を専用の希釈溶媒で薄めた液体を塗布することで、液層６を形成し、図４（ｂ）に示す状態とした。
【００３９】
この状態で、ホットプレート５のスイッチを入れて設定温度を２００℃とし、パッケージ基板２を２００℃で０．５時間加熱した。これにより、液層６が加熱され、液層６の表面から溶媒が均一に蒸発して、図４（ｃ）に示すように、表面張力で盛り上がった形状の樹脂層６１になり、溶媒の含有率が1質量％以下になった。
次に、ホットプレート５の設定温度を上げて樹脂層６１の温度を２６０℃程度に上昇させ、０．５時間保持した。これにより、樹脂層６１が加熱されて流動性が高くなり、表面張力で盛り上がった形状の流動性樹脂層６２となった。流動性樹脂層６２には気泡やしわが生じなかった。
【００４０】
次に、ホットプレート５の設定温度を変えずに、半導体チップ１１０が加熱された状態を保持しながら、流動性樹脂層６２の上に半球レンズ１２０の平面１２１を押し付けた。
次に、ホットプレート５のスイッチを切って、半導体チップ１１０の加熱を止めて放置することで冷却した。これにより、気泡やしわの無い非晶質フッ素樹脂層である接合層１３１が形成された。つまり、気泡やしわの無い非晶質フッ素樹脂層で半球レンズ１２０と半導体チップ１１０が接合された。
得られた半導体発光装置１０の半球レンズ１２０と半導体チップ１１０との接着強度を、ＥＩＡＪ−ＥＤ−４７０３に規定された方法で測定した。具体的には、上述の方法で半導体発光装置１０を５サンプル以上作製して、各サンプルについて、センサ付きのツールで半球レンズ１２０を半導体チップ１１０上から横に移動させる方法により、剪断強度を測定し、最も高い測定値を接着強度とした。その結果、実施例１の接着強度は１３．６Ｎ／ｍｍ2であった。
【００４１】
［実施例２］
実施例２では、図１２に示す構造の半導体発光装置１０Ｂを作製した。
最初の工程として、実施例１と同じ半球レンズ１２０、半導体チップ１１０が実装されたパッケージ基板２を用い、半導体チップ１１０の光取り出し面１１０ａに、図７に示す方法で半球レンズ１２０を接合した。
この工程では、先ず、半球レンズ１２０を、平面１２１を上に向けて置き、平面１２１を水平に保持した状態で、平面１２１上に、サイトップ（登録商標）ＣＴＸ−８０９ＳＰ２を専用の希釈溶媒で薄めた液体を塗布することで、図７（ａ）に示す状態とした。つまり、平面１２１上に液層６を形成した。
【００４２】
次に、半球レンズ１２０を２００℃で０．５時間加熱した。これにより、液層６が加熱され、液層６の表面から溶媒が均一に蒸発して、図７（ｂ）に示すように、表面張力で盛り上がった形状の樹脂層６１になり、溶媒の含有率が1質量％以下になった。
次に、半球レンズ１２０の加熱温度を上げて樹脂層６１の温度を２６０℃程度に上昇させ、０．５時間保持した。これにより、樹脂層６１が加熱されて流動性が高くなり、図７（ｃ）に示すように、表面張力で盛り上がった形状の流動性樹脂層６２となった。流動性樹脂層６２には気泡やしわが生じなかった。
【００４３】
なお、半球レンズ１２０に液層６を形成する前に、半導体チップ１１０がフリップチップ実装されたパッケージ基板２を、ホットプレート５上に置き、ホットプレート５で半導体チップ１１０の温度を２６０℃に保持しておいた。
次に、このようにして加熱された状態の半導体チップ１１０の光取り出し面１１０ａ上に、平面１２１に流動性樹脂層６２が形成された半球レンズ１２０を、流動性樹脂層６２が接触するように置き、図７（ｄ）に示す状態とした。次に、半球レンズ１２０を押し付けて、流動性樹脂層６２の一部を半導体チップ１１０の側面に至らせて、図７（ｅ）に示す状態とした。
【００４４】
次に、ホットプレート５のスイッチを切って、半導体チップ１１０の加熱を止めて放置することで冷却した。これにより、接合層１３１と入射面被覆層１３２とチップ側面被覆層１３３とが連続した非晶質フッ素樹脂層１３０が形成され、非晶質フッ素樹脂層１３０には気泡やしわが生じなかった。つまり、気泡やしわの無い非晶質フッ素樹脂層で半球レンズ１２０と半導体チップ１１０が接合された。
次の工程として、図１３に示す方法でレンズ被覆層１３６を形成した。
この工程では、先ず、図１３（ａ）に示すように、半球レンズ１２０の半球面１２５の最も高い部分に、非晶質フッ素樹脂層１３０を形成する際に使用したものと同じ液層６を塗布した。そのまま放置して、図１３（ｃ）に示すように、液層６により半球面１２５の全体と、非晶質フッ素樹脂層１３０の外周面１３０ａが覆われた状態になった時点で、液層６を２００℃で０．５時間加熱することにより、液層６の溶媒を蒸発させた。
【００４５】
これにより、半球面１２５にレンズ被覆層１３６が形成され、連結層１３５によりレンズ被覆層１３６が非晶質フッ素樹脂層１３０と結合された状態となった。その結果、図１２に示すように、接合層１３１と入射面被覆層１３２とレンズ被覆層１３６とが連続する非晶質フッ素樹脂層１３０Ｄが形成された。つまり、半球レンズ１２０の全面が非晶質フッ素樹脂層１３０Ｄで覆われた状態となった。
得られた半導体発光装置１０Ｂの半球レンズ１２０と半導体チップ１１０との接着強度を、実施例１と同じ方法で測定したところ、２４．１Ｎ／ｍｍ2であった。
【００４６】
［比較例１］
比較例１では、図１に示す半導体発光装置１０と同じ構造の半導体発光装置を作製した。
実施例１と同じ半球レンズ１２０、半導体チップ１１０が実装されたパッケージ基板２を用い、半導体チップ１１０の光取り出し面１１０ａに、以下の方法で半球レンズ１２０を接合した。
先ず、実施例１と同じ方法で液層６を形成し、図４（ｂ）に示す状態とした。この状態で、液層６の上に半球レンズ１２０の平面１２１を押し付け、ホットプレート５により２００℃で０．５時間放置することで、液層６内の溶媒を蒸発させた。これにより、非晶質フッ素樹脂層である接合層１３１が形成され、非晶質フッ素樹脂層で半球レンズ１２０と半導体チップ１１０が接合された。接合層１３１には気泡やしわが存在していた。
得られた半導体発光装置の半球レンズ１２０と半導体チップ１１０との接着強度を、実施例１と同じ方法で測定したところ、５．１Ｎ／ｍｍ2であった。
【符号の説明】
【００４７】
１  紫外線発光素子
１０  紫外線発光装置
１１０  半導体チップ
１１０ａ  半導体チップの光取り出し面
１１０ｂ  半導体チップの側面
１１０ｄ  半導体チップの光取り出し面の反対面
１１１  基板
１１２  半導体層
１１３  第一電極
１１４  第二電極
１２０  半球レンズ
１２１  平面（入射面）
１２１ａ  平面の周縁部（入射面の光取り出し面と対向しない部分）
１３０  非晶質フッ素樹脂層
１３１  接合層
１３２  入射面被覆層
１３３  チップ側面被覆層
１３４  立ち上がり面被覆層
１３５  連結層
１３６  レンズ被覆層
１３７  外部層
１３８  内部層
２  パッケージ基板
２１  第三電極
２２  第四電極
３  第一接続体
４  第二接続体
５  ホットプレート
６  液層
６１  樹脂層
６２  流動性樹脂層
【図１】
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【図２】
2019212871.tif 000004
【図３】
2019212871.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2019212871.tif 000011
【図１０】
2019212871.tif 000012
【図１１】
2019212871.tif 000013
【図１２】
2019212871.tif 000014
【図１３】
2019212871.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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