(57)【要約】【課題】透光性部材とパッケージとを位置精度良く接合することができる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】パッケージの凹部内に設けられた半導体レーザ素子を凹部を透光性部材で覆うことにより封止することを含む半導体装置の製造方法であって、半導体レーザ素子が設けられた凹部の周りのパッケージの表面、又は該表面に対向する透光性部材の表面に、複数の半田ボールを間隔を開けて形成する半田ボール形成工程と、透光性部材の表面又はパッケージの表面を、半田ボール間に凹部内に通じる気道が形成されるように、軟化した状態の半田ボールの上面に接触させて仮固定する仮止め工程と、気道を介して凹部内を減圧し、減圧した後に封止用気体を注入した状態で、透光性部材とパッケージとを加熱して押圧することにより半田ボールを溶融して透光性部材と前記パッケージとを接合する接合工程と、含む。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッケージの凹部内に設けられた半導体レーザ素子を前記凹部を透光性部材で覆うことにより封止することを含む半導体装置の製造方法であって、
前記半導体レーザ素子が設けられた凹部の周りの前記パッケージの表面、又は該表面に対向する前記透光性部材の表面に、複数の半田ボールを間隔を開けて形成する半田ボール形成工程と、
前記透光性部材の表面又は前記パッケージの表面を、半田ボール間に前記凹部内に通じる気道が形成されるように、軟化した状態の半田ボールの上面に接触させて仮固定する仮止め工程と、
前記気道を介して前記凹部内を減圧し、減圧した後に封止用気体を注入した状態で、前記透光性部材と前記パッケージとを加熱して押圧することにより前記半田ボールを溶融して前記透光性部材と前記パッケージとを接合する接合工程と、を含む半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記接合工程において、前記透光性部材の加熱温度よりも前記パッケージの加熱温度を低くしたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記接合工程において、前記透光性部材を前記半田ボールの融点以上の温度に加熱する請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記接合工程において、前記透光性部材に第１温度で加熱した第１押圧体を接触させ、前記パッケージに第２温度で加熱した第２押圧体を接触させて該第１押圧体と該第２押圧体を押圧することにより前記半田ボールを溶融して前記透光性部材と前記パッケージとを接合し、前記第２温度は前記第１温度よりも低い請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記接合工程において、前記第１押圧体と前記透光性部材との間に弾性変形可能な緩衝シートを配置し、前記透光性部材を前記緩衝シートを介して加熱して押圧する請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記接合工程において、前記第２押圧体と前記パッケージとの間に弾性変形可能な緩衝シートを配置し、前記パッケージを前記緩衝シートを介して加熱して押圧する請求項４又は５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記パッケージは、セラミックパッケージである請求１〜６のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記半田ボールは、ＡｕＳｎボールである請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記仮止め工程において、前記半田ボールを該半田ボールの融点未満の温度で軟化させる請求項１〜８のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記半導体レーザ素子は、赤色のレーザ光を出射する第１半導体レーザ素子と、緑色のレーザ光を出射する第２半導体レーザ素子と、青色のレーザ光を出射する第３半導体レーザ素子を含む請求項１〜９のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記半田ボール形成工程の前に、前記凹部内に前記半導体レーザ素子を第１接合部材により実装する素子実装工程を含み、
前記接合工程において、前記パッケージを前記第１接合部材の融点より低い温度で加熱して押圧する請求項１〜１０のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記素子実装工程は、前記半導体レーザ素子を前記第１接合部材によりサブマウント上に接合する第１実装工程と前記半導体レーザ素子が接合されたサブマウントを前記凹部内に第２接合部材により実装する第２実装工程を含み、
前記接合工程において、前記パッケージを前記第１接合部材の融点及び前記第１接合部材の融点より低い温度で加熱して押圧する請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
パッケージの凹部内に設けられた半導体レーザ素子を前記凹部を透光性部材で覆うことにより封止することを含む半導体装置の製造方法であって、
前記半導体レーザ素子が設けられた凹部の周りの前記パッケージの表面、又は該表面に対向する前記透光性部材の表面に、複数の半田ボールを間隔を開けて形成する半田ボール形成工程と、
封止用気体を給気する給気口及び排気する排気口を備える容器へ、前記パッケージ及び前記透光性部材をそれぞれ分離した状態で、または、前記半田ボール間に気道が形成されるように一体化した状態で収容し、前記封止用気体を前記容器へ供給するとともに、前記半田ボールが形成された前記パッケージ又は前記透光性部材を加熱して、前記パッケージ及び前記透光性部材の少なくともいずれか一方を押圧することにより、前記半田ボールを溶融して前記透光性部材の表面と前記パッケージの表面とを接合する接合工程と、を含む半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記封止用気体の供給流量は5リットル毎分以上であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、光電変換素子（例えば、半導体レーザやフォトダイオード）が実装された基板と、パッケージを不活性雰囲気下で半田接合により気密封止された光モジュールが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３２４３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１にはパッケージと基板を接合することが記載されているが、真空引きせず、置換された雰囲気内で接合する場合、パッケージ表面や基板表面などに水分やガスなどが残留する。一方、真空引きを行うとすれば、真空チャンバー内で接合するので、位置精度よく両者を接合することは難しいと考えられる。
【０００５】
そこで、本発明は、透光性部材とパッケージとを位置精度良く接合することができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題を解決するために、本発明に係る一実施形態の半導体装置の製造方法は、パッケージの凹部内に設けられた半導体レーザ素子を前記凹部を透光性部材で覆うことにより封止することを含む半導体装置の製造方法であって、
前記半導体レーザ素子が設けられた凹部の周りの前記パッケージの表面、又は該表面に対向する前記透光性部材の表面に、複数の半田ボールを間隔を開けて形成する半田ボール形成工程と、
前記透光性部材の表面又は前記パッケージの表面を、半田ボール間に前記凹部内に通じる気道が形成されるように、軟化した状態の半田ボールの上面に接触させて仮固定する仮止め工程と、
前記気道を介して前記凹部内を減圧し、減圧した後に封止用気体を注入した状態で、前記透光性部材とパッケージとを加熱して押圧することにより前記半田ボールを溶融して前記透光性部材と前記パッケージとを接合する接合工程と、含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る一実施形態の半導体装置の製造方法によれば、透光性部材とパッケージとを位置精度良く接合することができる半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る実施形態１の半導体装置の製造方法におけるダイボンディング工程を模式的に示す斜視図である。
【図２】実施形態１の半導体装置の製造方法におけるワイヤボンディング工程を模式的に示す斜視図である。
【図３】実施形態１の半導体装置の製造方法における半田ボール形成工程を模式的に示す斜視図である。
【図４】実施形態１の半導体装置の製造方法における仮止め工程を模式的に示す斜視図である。
【図５】実施形態1の半導体装置の製造方法における接合工程を模式的に示す斜視図である。
【図６】実施形態1の半導体装置の製造方法における個片化工程を模式的に示す斜視図である。
【図７】実施形態1の半導体装置の製造方法において個片化された発光装置を示す斜視図である。
【図８】実施形態1の半導体装置の製造方法において、配線基板実装工程を模式的に示す斜視図である。
【図９】実施形態1の半導体装置の製造方法において、コリメートレンズ実装工程を模式的に示す斜視図である。
【図１０】実施形態２の半導体装置のパッケージ上面図である。
【図１１Ａ】実施形態2の透光性部材および波長変換部材の上面図である。
【図１１Ｂ】実施形態2に半導体装置の上面図である。
【図１２Ａ】実施形態２の半導体装置の製造方法における接合工程を模式的に示す断面図である。
【図１２Ｂ】実施形態２の半導体装置の製造方法における接合工程を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る実施形態
の半導体装置を製造方法について説明する。実施形態の半導体装置の製造方法は、パッケージの凹部内に設けられた半導体レーザ素子を前記凹部を透光性部材で覆うことにより気密封止することを含む半導体装置の製造方法である。
【００１０】
＜実施形態１＞
以下、実施形態１の半導体装置の製造方法について、詳細に説明する。
尚、以下の説明では、３つの半導体レーザ素子１，２，３を含む半導体装置を製造する例により説明する。ただし、実施形態１の製造方法は、３つの半導体レーザ素子１，２，３を用いたものに限定されるものではなく、少なくとも１つの半導体レーザ素子を含むものであればよい。
【００１１】
実施形態１の半導体装置の製造方法においては、まず、パッケージ１０、半導体レーザ素子１，２，３及び透光性部材２０を準備する。
（１）パッケージ１０の準備
ここでは、複数のパッケージ１０が集合状態で設けられた集合基板１００を準備する。集合基板１００は、図１に示すように、各パッケージ１０に対応する領域（以下、集合状態にある場合であっても単にパッケージという。）にそれぞれ凹部１０ｒを含む。また、凹部１０ｒの内部には半導体レーザ素子の電極が接続される正負の配線電極が設けられており、その配線電極は、各パッケージ１０においてそれぞれ、凹部１０ｒの反対側の下面に設けられた外部端子電極に接続されている。さらに、各パッケージ１０において凹部１０ｒの周りにはそれぞれ接合用金属膜１０ｍが設けられている。ここで、集合基板１００は、例えば、半導体レーザ素子が発生する熱を効率よく放熱するために熱伝導率の高いセラミックスにより構成することが好ましい。セラミックスとしては、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、又は炭化ケイ素が挙げられる。配線電極及び外部端子電極には、Ｃｕ、Ｗ、Ａｕ等の金属を用いることができる。接合用金属膜１０ｍには、Ａｕ等を用いることができる。また、集合基板１００には予め個片化用の切り込みが設けられている。
【００１２】
（２）半導体レーザ素子１，２，３の準備
半導体レーザ素子として、例えば、ＲＧＢ（赤色、緑色、青色）の三種類の半導体レーザ素子１，２，３を準備する。半導体レーザ素子１は、例えば、発光ピーク波長が６０５ｎｍ〜７５０ｎｍの範囲内にある赤色発光のレーザダイオード（ＬＤ）素子である。赤色発光のＬＤ素子としては、例えば、ＩｎＡｌＧａＰ系やＧａＡｓ系の半導体を含むものが挙げられる。赤色発光のＬＤ素子として、２以上の導波路領域を備えるものを用いることが好ましい。これにより、レーザ発振による発熱を複数の導波路領域に分散させることができるので、発熱による出力低下を抑制することができる。
【００１３】
また、半導体レーザ素子２は、例えば、発光ピーク波長が４９５ｎｍ〜５７０ｎｍの範囲内にある緑色発光のＬＤ素子である。緑色発光のＬＤ素子としては、ＧａＮ系の半導体、例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、及びＡｌＧａＮの少なくとも１つを含むものを用いることができる。
【００１４】
半導体レーザ素子３は、例えば、発光ピーク波長が４２０ｎｍ〜４９４ｎｍの範囲内にある青色発光のＬＤ素子である。青色発光のＬＤ素子としては、ＧａＮ系の半導体、例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、及びＡｌＧａＮの少なくとも１つを含むものを用いることができる。
【００１５】
（３）半導体レーザ素子１，２，３のサブマウント４ａ、４ｂへの搭載
ここでは、上記準備した半導体レーザ素子１，２，３をサブマウント４ａ、４ｂの上に搭載する。具体的には、ＧａＡｓ系のレーザダイオードである半導体レーザ素子１は、例えば、単独でサブマウント４ａの上に搭載する。また、ＧａＮ系のレーザダイオードである半導体レーザ素子２及び半導体レーザ素子３は、例えば、ツェナーダイオード等の保護素子８とともにサブマウント４ｂの上に搭載する。半導体レーザ素子２及び半導体レーザ素子３をそれぞれ保護素子８と並列接続することにより、ある一定以上の電圧が半導体レーザ素子２，３に印加されないようにすることができる。
このように、半導体レーザ素子１，２，３を、サブマウント４ａ、４ｂを介して凹部１０ｒの底面に実装するか否かは任意であるが、サブマウント４ａ、４ｂを介して凹部１０ｒの底面に実装すると、半導体レーザ素子の光出射端面における発光点から凹部１０ｒの底面までの距離をサブマウント４ａ、４ｂの厚みの分だけ大きくすることができる。これにより、ＬＤ素子から放射された光を効率よく光反射部材６０に照射することができる。各サブマウント４ａ、４ｂには配線電極が設けられており、各半導体レーザ素子はＡｕＳｎ等の接合部材により各サブマウント４ａ、４ｂ上に固定されている。
【００１６】
サブマウント４ａ、４ｂとして、例えば、窒化アルミニウム、又は炭化ケイ素を用いることができる。
【００１７】
ここで、半導体レーザ素子１を単独でサブマウント４ａの上に搭載し、半導体レーザ素子２，３を保護素子８とともにサブマウント４ｂの上に搭載する理由は、ＧａＡｓ等の結晶はＧａＮ系の結晶に比べて結晶欠陥の少ない材料であり静電耐圧が比較的高いからである。
尚、以下の説明において、サブマウント４ａ、４ｂとサブマウント４ａ、４ｂ上に搭載された半導体レーザ素子を含むものをレーザユニットという。
【００１８】
（４）光反射部材６の準備
光反射部材６は、図１に示すように、例えば、３つの側面を有しその１つの側面を反射面とする略三角柱形状であり、その反射面によりレーザ光を反射してレーザ光を所定の方向に出射させる部材である。光反射部材６は、反射面に対して各半導体レーザ素子のレーザ光が所定の角度で入射されるように凹部１０ｒの底面に設けられる。この光反射部材６を用いることにより、凹部１０ｒの底面と平行に進行する光を凹部１０ｒの底面と垂直な方向に方向転換することができる。これにより、各半導体レーザ素子のレーザ光の出射方向を凹部１０ｒの底面と平行にでき、発光装置を薄型にできる。
【００１９】
光反射部材６としては、母材に反射膜が形成されたもの、又は、反射膜を設けずに、母材そのものが反射率の高い金属等から形成されたものを用いることができる。母材としては、石英若しくはＢＫ７等のガラス、Ｓｉ等の比較的熱に強い材料を用いることができる。母材として金属を用いてもよい。反射膜としては、反射率の高い金属や誘電体多層膜等を用いることができる。反射膜は光反射面のみに形成されていてもよい。尚、光反射部材６は、複数の光反射部材に分離されていてもよく、例えば、半導体レーザ素子１，２，３にそれぞれ対応させて複数の光反射部材を用いてもよい。
【００２０】
（５）透光性部材２０の準備
透光性部材２０は、レーザ光を透過させる透光性を有する部材であり、パッケージ１０の凹部１０ｒ内に設けられた半導体レーザ素子を覆って半導体レーザ素子を気密封止するものである。透光性部材２０は、下面の外周部に接合用金属膜２０ｍが設けられており、その接合用金属膜２０ｍがパッケージ１０の凹部１０ｒの周りに設けられた接合用金属膜１０ｍに半田ボール１５を介して接合されて、パッケージ１０に固定される。透光性部材２０は、例えば、ガラスに上記接合用金属膜２０ｍが設けられたもの又はサファイアに上記接合用金属膜２０ｍが設けられたものを用いることができる。中でもサファイアに接合用金属膜２０ｍが設けられたものを用いることが好ましい。例えば、サファイアは、比較的強度が高く破損しにくいため、半導体レーザ素子が配置される凹部１０ｒ内の気密信頼性を高くできる。また、サファイアは熱伝導率がガラスより高いので、後に説明する仮接合工程や本接合工程時に熱が伝わりやすく、半田ボールの軟化および溶融させやすい。
【００２１】
実施形態1の半導体装置の製造方法では、準備したパッケージ１０に、準備したレーザユニット、光反射部材及び透光性部材２０等を以下のような工程を経て組み込んで発光装置を製造する。
【００２２】
１．実装工程
工程では、図１に示すように、集合基板１００の各パッケージ１０の凹部１０ｒの底面にそれぞれレーザユニット１ｕ，２ｕ，３ｕと光反射部材６を実装する。ここでは、例えば、各部材を以下の配置として、それぞれ実装する。半導体レーザ素子１，２，３から出射されるレーザ光が互いに平行でかつ凹部１０ｒの底面に平行に出射されるようにレーザユニット１ｕ，２ｕ，３ｕを配置する。また、半導体レーザ素子１，２，３から出射されるレーザ光が反射面６ａにより上方に反射されるように光反射部材６を配置する。尚、実装用の接合部材としては、ＡｕＳｎ、Ａｇ粒子ペースト、Ａｕ粒子ペースト等を用いることができる。
【００２３】
２．ワイヤボンディング工程
ワイヤボンディング工程では、図２に示すように、レーザユニット１ｕ，２ｕ，３ｕの配線電極と凹部１０ｒ内の配線電極とをワイヤ７によって接続する。
【００２４】
３．半田ボール形成工程
半田ボール形成工程では、図３に示すように、パッケージ１０上面の接合用金属膜１０ｍの上に、例えば、ＡｕＳｎからなる複数の半田ボール１５を間隔を開けて並べる。この半田ボール１５は、ＡｕＳｎ等の半田を用いる。半田ボール１５は、例えば、８０〜４００μｍの範囲の径で形成することができる。半田ボール１５の径及び隣接する半田ボール１５間の間隔は、後述の仮止め工程において適度の気道が確保され、本接合工程において確実に気密封止できるように適宜設定される。半田ボール１５の径は、１００〜２００μｍの範囲が好ましい。半田ボールの径が１００μｍ未満の場合、例えば、セラミックパッケージのように接合面の平坦性が良好ではないものを接合するときに、半田ボールの体積が十分ではなく、接合面の凹凸を十分埋めることが難しい。また、半田ボールの径が２００μｍ以上の場合、半田ボールの体積は過剰な状態であり、接合時に半田ボールが必要以上に広がってしまう。また、隣接する半田ボール１５間の間隔は、１００〜１０００μｍの範囲に設定されることが好ましい。上記範囲は、半田ボールの径に依存して決定される。半田ボールの径が上記範囲であれば、接合工程において、溶融状態となった半田ボールが過不足なく広がり効果的な接合が得られる。尚、半田ボール１５の形状は、球形に限定されるものではなく、楕円球、半球形、楕円半球形であってもよい。ここで、半田ボール１５の径とは、半田ボール１５の最大径をいう。また、半田ボールの径が上記範囲で形成できなかった場合、同じ位置に複数の半田ボール１５を重ねて形成してもよい。こうすれば、半田ボール１５を所望の体積で形成することができる。よって、後述する仮止め工程において、適度に気道が確保され、本接合工程において確実に気密封止できる。その際、重なった半田ボール１５の形状及び／又は径は、半田ボールが１個からなる場合と異なっていても良い。
【００２５】
以上の半田ボール形成工程において、半導体レーザ素子が設けられた凹部１０ｒの周りのパッケージ１０の表面に複数の半田ボール１５を間隔を開けて形成する例について説明した。これに限らず、例えば上下を逆転させて、透光性部材２０の外周部分に設けられた接合用金属膜２０ｍの上に複数の半田ボールを間隔を開けて形成してもよい。この場合、後述の仮止め工程では、パッケージ１０の表面に設けられた接合用金属膜１０ｍを、軟化した状態の半田ボール１５の上面に接触させて仮固定する。
【００２６】
以上のように、複数の半田ボール１５は、パッケージ１０の表面に形成してもよいし、透光性部材２０の表面に形成してもよいが、本実施形態１では、パッケージ１０及び透光性部材２０のうち熱伝導率の高い方の部材に形成することが好ましい。このようにすると、以下の仮止め工程及び接合工程において半田ボール１５に熱が伝わり易くなる。例えば、パッケージ１０を主としてＡｌＮセラミックスで構成し、透光性部材２０を主としてサファイアで構成する場合には、パッケージ１０の表面に半田ボール１５を形成するようにする。
【００２７】
４．接合工程
接合工程は、（１）半田ボール１５間に凹部１０ｒ内に通じる気道が形成されるように、透光性部材２０の表面（下面に設けられた接合用金属膜２０ｍの表面）を、軟化した状態の半田ボール１５の上面に接触させて仮固定する仮止め工程と、（２）半田ボール１５間に形成された気道を介して凹部１０ｒ内を減圧し、減圧した後に封止用気体を注入した状態で、透光性部材２０とパッケージ１０とを加熱して押圧する本接合工程とを含む。本接合工程では、半田ボール１５を溶融して透光性部材２０とパッケージ１０とを接合する。
ここで、加熱して押圧するとは、加熱するタイミングと押圧するタイミングの順序を限定するものではなく、加熱した後に加熱した状態で押圧することと、押圧した後に押圧した状態で加熱することと、加熱と押圧を同時に行うことの全てを含む。
以下、接合工程についてより具体的に説明する。
【００２８】
（１）仮止め工程
仮止め工程では、透光性部材２０を、透光性部材２０の下面の外周に形成された接合用金属膜２０ｍが複数の半田ボール１５に対向するように位置あわせをして凹部１０ｒ上に仮止めする。仮止め工程では、例えば、半田ボールの融点未満の温度で透光性部材２０を半田ボール上に押圧する。これにより容易に接合することができる。仮止め工程における接合の際、透光性部材２０の加熱温度よりパッケージ１０の加熱温度を低くすることが好ましい。このようにすれば、パッケージ１０及びレーザユニット１ｕ、２ｕ、３に設けられている電極が熱ダメージによって劣化することを低減でき、レーザユニットの駆動電圧上昇を抑制することができる。また、パッケージよりも熱伝導率が低い透光性部材２０の温度を短時間で高めることができる。例えば、半田ボール１５として、融点が２８５℃のＡｎＳｎを使用した場合、透光性部材２０の加熱温度を２３０℃〜２７０℃の範囲に設定し、パッケージ１０の加熱温度を１８０℃〜２２０℃の範囲に設定する。熱圧着時における、加熱温度、圧力、時間等の熱圧着条件は、半田ボール１５の形状及び径、隣接する半田ボール１５間の間隔を考慮して適宜設定される。
【００２９】
この仮止め工程は、例えば、ダイボンダー装置等を用いて、透光性部材２０、必要に応じて透光性部材２０とパッケージ１０とを介して半田ボール１５を融点未満の温度に加熱して軟化させる。これにより、半田ボール１５間に前記凹部１０ｒ内に通じる気道が形成されるように、透光性部材２０を軟化した状態の半田ボール１５の上面に接触させて仮止めする。仮止め工程は、半田ボールが軟化した際に、隣合った半田ボール同士が接触しないように行う。これにより、確実に凹部１０ｒ内に通じる気道を確保することができる。尚、仮止め工程は、大気中で実施することができ、以下の本接合工程のように真空チャンバー中で実施する必要はない。真空チャンバー内で仮止め又は、仮止めを行わず本接合する場合と比べて、真空チャンバー外で仮止めをする場合、位置精度よく接合することができる。また、真空外で仮止めしておくことで、パッケージ１０を搬送する時に透光性部材２０とパッケージ１０がずれることを抑制できる。
【００３０】
（２）本接合工程
本接合工程では、まず、透光性部材２０が仮止めされたパッケージ１０（集合基板１００）を真空チャンバーに搬入する。次に、真空チャンバー内を減圧することにより、半田ボール１５間に形成された気道を介して透光性部材２０で覆われた凹部１０ｒ内を減圧する。凹部１０ｒ内を減圧した後に、真空チャンバーに封止用気体を導入することにより、凹部１０ｒ内に封止用気体を注入する。そして、凹部１０ｒ内に封止用気体を注入した状態で、透光性部材２０とパッケージ１０とを加熱して押圧する。
この加熱・押圧は、例えば、減圧可能な真空チャンバーの中にそれぞれ加熱温度を調節できる上金型（第１押圧体）と下金型（第２押圧体）を備えたホットプレスを配置し、これを用いて、例えば以下のように行う。
【００３１】
最初に、図５に模式的に示すように、真空チャンバー内の上金型３１と下金型３２の間に、凹部１０ｒの上にそれぞれ透光性部材２０が載置された集合基板１００を配置する。
【００３２】
次に、半田ボール１５間に形成された気道を塞がない程度に上下から上金型３１と下金型３２とを集合基板１００に接触させる。この状態で真空チャンバー内を減圧し、減圧した後、真空チャンバー内に封止用気体を投入する。これにより、半田ボール１５間に形成された気道を介して透光性部材２０で覆われた凹部１０ｒ内に封止用気体が注入される。封止用気体としては、例えば、乾燥空気（ドライエア）とヘリウムガスとを含む混合気体を用いることができる。乾燥空気とヘリウムガスとを含む混合気体を用いる場合は、乾燥空気を構成する酸素及び窒素とヘリウムガスの比率は、例えば、酸素２０％、窒素６０％、ヘリウム２０％とする。
【００３３】
次に、封止用気体を注入した状態で、透光性部材２０とパッケージ１０とを上金型３１と下金型３２とによって加熱して押圧する。
この際、上金型３１と下金型３２とによる加熱温度は、例えば、半田ボール１５が融点以上の温度になるように加熱する。加熱の際、例えば、上金型３１の温度より下金型３２の温度を低くして、透光性部材２０の加熱温度よりもパッケージ１０の加熱温度を低くすることが好ましい。すなわち、透光性部材２０側に第１温度で加熱した上金型３１（第１押圧体）を接触させて押圧し、パッケージ１０側に第１温度よりも低い第２温度で加熱した下金型３２（第２押圧体）を接触させて押圧し、これにより半田ボール１５を溶融して透光性部材２０とパッケージ１０とを接合することが好ましい。このようにすると、パッケージ１０及びレーザユニット１ｕ、２ｕ、３ｕに設けられている電極が熱ダメージによって劣化することを低減でき、レーザユニットの駆動電圧上昇を抑制することができる。
例えば、凹部１０ｒ内に半導体レーザ素子を実装する際に用いた接合部材の融点より低い温度になるように、パッケージ１０を加熱して押圧することにより、半導体レーザ素子の所定の位置からの実装位置のずれを抑えることができる。
また、半導体レーザ素子が第１接合部材によりサブマウント４ａ、４ｂ上に接合され、そのサブマウント４ａ、４ｂが凹部１０ｒ内に第２接合部材により実装されているような場合には、例えば、パッケージ１０を第１接合部材の融点及び第２接合部材の融点より低い温度で加熱して押圧する。これにより、半導体レーザ素子の所定の位置からの実装位置のずれを抑えることができる。上記本接合工程では、例えば、上金型３１（第１押圧体）の温度を２８０℃以上４００℃以下、下金型３２（第２押圧体）の温度を１００℃以上２００℃以下の範囲であることが好ましい。また、押圧時の荷重を１ｃｍ２あたり１０Ｎ以上１００Ｎ以下の範囲とすることが好ましい。
【００３４】
以上の接合工程において、上金型３１（第１押圧体）と透光性部材２０との間に加熱温度に耐えうる耐熱性と柔軟性を有する緩衝シートを配置し、透光性部材２０を緩衝シートを介して加熱して押圧することが好ましい。このようにすると、各透光性部材２０に対して全体に均一に押圧することができ、それぞれ確実に気密封止することができる。気密封止されていることは例えば、ドライエアのリーク量で判断することができる。ドライエアのリーク量が１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ以下であれば十分気密封止できていると考えられる。また、緩衝シートを用いることにより、上金型３１（第１押圧体）と透光性部材２０の間の接触熱抵抗を低くでき、すなわち熱伝導を良好にでき、これにより、透光性部材２０を効率的に加熱することができる。
ここで、緩衝シートとしては、例えば、カーボンシートを用いることができる。カーボンシートであれば、耐熱性が高くかつ広い温度範囲で柔軟性及び圧縮復元性を有するため適している。また、カーボンシートは、例えば、ゴム等の他の弾性部材に比較すると、封止用気体を汚染するガスの発生がない点でも適している。
【００３５】
また、以上の接合工程において、上金型３１（第１押圧体）と透光性部材２０との間に配置された緩衝シートに代えて、あるいはこれに加えて、下金型３２（第２押圧体）とパッケージ１０の間に加熱温度に耐えうる耐熱性と柔軟性を有する緩衝シートを配置するようにしてもよい。
下金型３２（第２押圧体）とパッケージ１０の間に緩衝シートを配置した場合には、パッケージ１０の底面側の接触状態が良好になり効率的に放熱できるようになる。これにより、例えば、下金型３２の加熱温度を上金型３１の加熱温度より低くした場合に、上金型３１側の熱を効率的に下金型側へ逃がすことができ、パッケージ１０の温度上昇を抑えることができる。下金型３２側の緩衝シートとしては、上金型３１側の緩衝シートと同様に、カーボンシートを用いることができる。
【００３６】
５．個片化工程
以上のようにして、集合状態で作製された発光装置を、図６に示すように、例えば、ブレイク用のブレード４０を用いて素子単位に分割する。集合基板には上記したように、予め個片化用の切り込みが設けられているので、ブレイク用のブレード４０を切り込みに対して押し当てることで個片化することができる。この個片化工程では、ブレイク用のブレード４０をパッケージ側から押し当てる。このようにすれば、透光性部材２０側からブレイク用のブレード４０を押し当てる場合と比べて、透光性部材が傷つくことを抑制することができる。図７には、個片化された発光装置を示す。
以上のようにして、凹部１０ｒ内に設けられた半導体レーザ素子が透光性部材２０によって気密封止された発光装置を製造することができる。
【００３７】
以上のように構成された実施形態１の半導体装置の製造方法によれば、本接合工程の前に仮止め工程を設けているので、仮止め工程を真空チャンバー外で行うことができる。これにより、透光性部材とパッケージとを位置精度良く接合することができる。もし、仮止め工程を行わず、透光性部材とパッケージを真空チャンバー内で位置決めする場合、真空チャンバー内を観測するためには、真空チャンバーに設けられた観測用窓から視認する。そうすると、観察範囲が制限されるので、正確な位置を検知することが難しいことがある。また、汎用的なダイボンダー装置等を用いて容易に透光性部材を配置することができる。
【００３８】
また、実施形態１の半導体装置の製造方法では、本接合工程において、真空チャンバー内を減圧することにより半田ボール１５間に形成された気道を介して透光性部材２０で覆われた凹部１０ｒ内を減圧して、減圧した後に封止用気体を注入している。これにより、この減圧を利用してパッケージ１０に付着した水分や付着したガス成分を除去することが可能になる。したがって、仮止めしない場合と比較して、例えば２００℃の温度で長時間加熱することにより付着した水分や付着したガス成分を除去する必要がなく、長時間の加熱による半導体レーザ素子の劣化を抑制できる。
【００３９】
また、実施形態１の半導体装置の製造方法によれば、集合基板１００を用いて一括で気密封止を行うことが可能であるため、ＣＡＮパッケージを用いて構成された発光装置に比較して安価に製造することができる。
【００４０】
以上の実施形態１では、発光装置を製造する場合を例に、半導体装置の製造方法について説明した。ただし、実施形態１の半導体装置の製造方法は、発光装置の製造に限定されるものではなく、気密封止を必要とする他の半導体装置に適用することもできる。他の半導体装置に適用した場合も、上述の実施形態１の半導体装置の製造方法と同様に、透光性部材とパッケージを位置精度よく接合することができる。また、半導体装置を安価に製造することが可能になる。
【００４１】
なお、以上の実施形態１で説明した半導体装置は、例えば、配線基板、コリメートレンズ等の他の部材を含んでいてもよい。発光装置５０は、例えば、以下のように透光性部材２０の上にコリメートレンズ設けることにより、各半導体レーザ素子からの光を平行光にして出射させることができる。
【００４２】
例えば、コリメートレンズを有する発光装置は、実施形態１の製造方法で作製された発光装置５０を用いてさらに以下の工程を経て作製することができる。
【００４３】
６．配線基板実装工程
ここでは、図８に示すように、実施形態１の製造方法で作製された発光装置５０のパッケージ１０を配線基板１１０上に実装する。配線基板１１０は、図８に示すように、例えば、セラミックスからなり、パッケージ１０を配線基板１１０に実装する際のアライメントマークとして機能する金属膜１１２が形成された基板１１１と、発光装置５０と電気的に接続するための配線電極１１３と、パッケージ１０の放熱面と基板１１１を固定するための金属膜１１４と、を含む。基板１１１は、パッケージ１０と同一の材料で構成することが好ましく、例えば、パッケージ１０をセラミックスで構成する場合には、同一のセラミック材料で基板１１１を構成する。
【００４４】
７．コリメートレンズ取り付け工程
次に、図９に示すように、透光性部材２０の上に、コリメートレンズ７０を取り付ける。透光性部材２０の上面の四隅に接着剤９０を塗布して、コリメートレンズ７０を位置あわせして固定する。コリメートレンズ７０は、硼珪酸ガラスなどのガラス等により構成することができる。コリメートレンズ７０は、半導体レーザ素子１が出射するレーザ光を所定の方向に出射する第１レンズ部７１と、半導体レーザ素子２が出射するレーザ光を所定の方向に出射する第２レンズ部７２と、半導体レーザ素子３が出射するレーザ光を所定の方向に出射する第３レンズ部７３とが並んで設けられている。また、非レンズ部７４は第１レンズ部７１と、第２レンズ部７２と、第３レンズ部７３とを取り囲むように設けられている。
以下のように作製されたコリメートレンズを有する発光装置は、各半導体レーザ素子からの光を平行光にして出射させることができる。
【００４５】
また、半導体装置の製造方法は上記したものだけに限られない。真空引きを行わず気密封止を行う場合、例えば以下に示すような方法をとることができる。
【００４６】
＜実施形態２＞
実施形態２の半導体装置の製造方法は、パッケージの凹部内に設けられた半導体レーザ素子を前記凹部を透光性部材で覆うことにより封止することを含む半導体装置の製造方法であって、半田ボール形成工程と、接合工程とを含む。半田ボール形成工程は、半導体レーザ素子が設けられた凹部の周りのパッケージの表面、又は、該表面と対向する前記透光性部材の表面に、複数の半田ボールを間隔を開けて形成する工程である。接合工程は、封止用気体を給気する給気口及び排気する排気口を備える容器へ、パッケージ及び透光性部材をそれぞれ分離した状態で、または、半田ボール間に気道が形成されるように一体化した状態で収容し、封止用気体を容器へ供給するとともに、半田ボールが形成されたパッケージ又は透光性部材を加熱して、パッケージ及び透光性部材の少なくともいずれか一方を押圧することにより、半田ボールを溶融して透光性部材の表面とパッケージの表面とを接合する工程である。
【００４７】
実施形態２の半導体装置の製造方法によれば、真空チャンバーを用いないので、透光性部材とパッケージとを位置精度良く接合することができる半導体装置を提供することができる。
【００４８】
以下、実施形態２の半導体装置の製造方法について、詳細に説明する。ただし、前述の実施形態１と実質的に同一な事項については適宜省略することがある。
【００４９】
（１）パッケージの準備
図１０を用いてパッケージ１０について説明する。
パッケージの準備に関して、以下に示すこと以外は実施形態１に記載した事項と実質的に同一である。
ここでは、パッケージ１０を準備する。パッケージ１０は予め個片化されたされたものでもよいし、複数のパッケージ１０が集合状態で設けられた集合基板１００でもよい。
パッケージ１０は、透光性部材２０を配置するための外周部１０ｎと透光性部材２０が接合される表面と半導体レーザユニットが設けられる凹部１０ｒとを有している。外周部１０ｎの表面は透光性部材２０が接合される表面よりも高くなっている。透光性部材２０が接合される表面は角部を有する形状である。凹部１０ｒを取り囲み、透光性部材２０が接合されるパッケージ表面の角部のうち、凹部１０ｒ側の角部の曲率半径は、外周部１０ｎ側の角部の曲率半径よりも大きい。
【００５０】
パッケージ１０の材料と透光性部材２０の材料とが異なる場合、両者の線膨張係数が一致しないことがある。このような場合、両者を接合する接合材は、パッケージ１０と透光性部材２０の線膨張係数差に起因して熱応力を受け、損傷する可能性がある。
本実施形態２においては、図１０に示すように、凹部１０ｒを取り囲み、透光性部材２０が接合されるパッケージ表面の角部のうち、凹部１０ｒ側の角部の曲率半径は、外周部１０ｎ側の角部の曲率半径よりも大きいことが好ましい。凹部の曲率を上記のような形状をすることで、パッケージ１０と透光性部材２０とを接合する接合材が熱応力の影響で損傷する可能性を低減できる。パッケージ全体の大きさを小さくしたいときには、外周部側の角部の形を透光性部材２０の形に依存させることが好ましい。透光性部材２０の角部に曲率をもたせる工程が煩雑になるような材料の場合、外周部側の曲率半径を十分大きくすることは難しい。しかしながら、凹部側の角部の曲率半径を上記のようにすることで、熱応力の集中を低減できる。このような透光性部材２０としては、例えばサファイアが挙げられる。
また、上記のようなパッケージ形状をとることで、角部以外の領域と比べて半田ボールを角部へ多く配置することが可能となる。多くの半田ボール１５を配置することで、パッケージ１０と透光性部材２０との密着性を高め、封止用気体がリークしにくくなる。
【００５１】
（２）半導体レーザ素子の準備
準備する半導体レーザ素子としては、半導体レーザ素子の材料および発光ピーク波長は実施形態１と同様のものを用いることができる。ＲＧＢの三色の半導体レーザ素子１，２，３に限られない。ＲＧＢのうちいずれか１色でもよいし、２色でもよい。また、いずれか1色を複数個備えてもよい。本実施形態２では、青色発光の半導体レーザ素子を用いる場合の形態について説明する。
【００５２】
（３）半導体レーザ素子のサブマウントへの搭載及び（４）光反射部材の準備
搭載する半導体レーザ素子の数および発光色は適宜変更し、レーザユニットを形成することができるが、実施形態１において説明した事項と実質的に同一である。
【００５３】
（５）透光性部材の準備
図１１Ａを用いて透光性部材２０について説明する。
透光性部材の準備に関して、以下に説明する事項以外は実施形態１において説明した事項と実質的に同一である。
青色の半導体レーザ素子３を用いる場合、図１１Ａに示すように、半導体装置から出射される光を白色にするために、透光性部材２０は波長変換部材２１をさらに備えてもよい。波長変換部材２１は半導体レーザ素子３から発振したレーザ光により励起されて、レーザ光とは異なる波長の光を発光する。例えば、波長変換部材は単結晶もしくは多結晶の蛍光体、蛍光体と反射材の複合体もしくは、蛍光体の粉末と反射材とを成形して焼成した焼結体により形成することができる。蛍光体２１ｐとしては、賦活剤をセリウムとし、母体をイットリウム・アルミニウム・ガーネット（以下、ＹＡＧと呼ぶ。）とした所謂ＹＡＧ蛍光体を用いることができる。反射材２１ｒとしては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、賦活剤を含まないＹＡＧ、酸化イットリウムなどを用いることができる。
【００５４】
実施形態2の半導体装置の製造方法では、準備したパッケージ１０に、準備したレーザユニット３ｕ、光反射部材６及び、透光性部材２０などを以下のような工程を経て組み込んで発光装置を製造する。
【００５５】
１．実装工程、２．ワイヤボンディング工程及び３．半田ボール形成工程
実装工程、ワイヤボンディング工程及び半田ボール形成工程は実施形態１において説明した事項と実質的に同様である。半田ボール１５はパッケージ１０の凹部の周りの表面および該表面と対向する透光性部材２０の表面のいずれに設けてもよいが、本実施形態２ではパッケージ１０の凹部の周りの表面に設けた場合について説明する。
【００５６】
４．接合工程
実施形態2における接合工程では、溶融した半田ボールにより、透光性部材の表面とパッケージの表面を接合する。このとき封止用気体を給気する給気口及び排気する排気口を備える容器へ、パッケージ及び透光性部材をそれぞれ分離した状態で、または、半田ボール間に気道が形成されるように一体化した状態で収容し、封止用気体を容器へ供給するとともに、半田ボールが形成されたパッケージ又は透光性部材を加熱して、パッケージ及び透光性部材の少なくともいずれか一方を押圧する。
ここで、「それぞれ分離した状態で収容する」とは、パッケージと透光性部材とを同時に収容する場合と、異なるタイミングで収容する場合とを全て含む。また、異なるタイミングで収容する場合はパッケージと透光性部材とのいずれを先に収容してもよい。
また、半田ボールが形成されたパッケージ又は透光性部材を加熱することと、パッケージ及び透光性部材の少なくともいずれか一方を押圧することの順序はいずれが先でもよい。
【００５７】
以下、図１２Ａ及び図１２Ｂを用いて接合工程を説明する。
まず、少なくとも給気口１２３ｉｎ及び排気口１２３ｏｕｔを備える容器を、ヒータを備えるステージ１２２上へ配置する。容器１２０とステージ１２２は一体的に形成されていてもよく、この場合はこれらの部材をまとめて１つの容器と見做すことができる。
封止用気体はガスライン１２３で供給され、給気口１２３ｉｎから容器１２０の内部へ導入される。この容器１２０は排気口１２３ｏｕｔを備えているので、これを通じて封止用気体は容器外へ排気される。そのとき、もともと容器内に満たされていた水分を含む気体も排気される。これにより、容器１２０内を乾燥した気体で満たした状態で、すなわち、パッケージ１０の凹部１０ｒ内を乾燥した気体で満たした状態で、パッケージを透光性部材で気密封止することができる。その結果、水分を含んだ気体を含んで封止される場合と比べて、半導体装置の露点が下がる。
封止用気体はパッケージ１０を容器１２０内へ導入する前から接合工程が終了するまで供給し続けることが好ましい。これにより、容器１２０内の雰囲気をより確実に封止用気体に置換することができる。
封止用気体の流量は、５リットル毎分以上であることが好ましい。容器１２０内の気体を十分置換することができ、半導体装置の露点が下がる。また、封止用気体の温度の上限は、半田ボール１５の融点未満であればよい。例えば、半田ボール１５の材料がＡｕＳｎである場合は、封止用気体の温度は、２８０℃以下とする。
封止用気体は実施形態１と同様に乾燥空気とヘリウムガスとを含む混合気体を用いることができる。
【００５８】
また、ステージ１２２の温度は半田ボール１５の融点より低く、かつ、半田ボール１５の融点近傍まで温めておくことが好ましい。融点との温度差が、例えば30℃以下となるまで温めておく。好ましくは２０℃以下であり、さらに好ましくは１０℃以下である。ステージ１２２を予め加熱しておくことで、半田ボール１５が形成されたパッケージ１０をステージ１２２上へ配置した際に、パッケージ１０を配置してから加熱する場合と比べてパッケージ１０の温度が短時間で半田ボール１５の融点以上に到達できる。結果として、リードタイムを短縮することができる。
【００５９】
次に、半田ボール１５が形成されたパッケージ１０と透光性部材２０とを容器１２０内へそれぞれ収容する。図１２Bに示すように、押圧体１２４を用いて透光性部材２０を加圧することにより、パッケージ１０の表面と透光性部材２０の表面が半田ボール１５を介して接合される。ただし、パッケージ１０と透光性部材２０は封止用気体を容器１２０内に供給する前に収容してもよいし、供給した後で収容してもよい。また、透光性部材２０は押圧体１２４に取り付けた状態で容器１２０内に導入し、パッケージ１０と接合してもよい。押圧体１２４が加える荷重は１Ｎ以上、２００Ｎ以下であることが好ましい。さらに好ましくは、１Ｎ以上１００Ｎ以下である。容器内は封止用気体で満たされているために、透光性部材２０をパッケージ１０上に載せただけでは半田ボール１５は十分広がらない可能性がある。上記程度の荷重を加えることで、接合に十分な範囲まで広げることができる。
【００６０】
以上の接合工程において、凹部１０ｒを取り囲み、透光性部材２０が接合されるパッケージ表面に複数の半田ボール１５を間隔を開けて形成する例について説明した。これに限らず、例えば透光性部材２０の外周部分に設けられた接合用金属膜２０ｍの上に複数の半田ボールを間隔を開けて形成してもよい。この場合は、透光性部材２０をステージ１２２へ配置し、押圧体１２４を用いてパッケージ１０を加圧することにより接合することが考えられる。
【００６１】
５．個片化工程
個片化工程は、パッケージ準備工程において集合基板１００を準備した場合に実施する工程である。例えば、実施形態１のように行う。接合工程よりも前にすでに個片化されている場合は、ここで個片化工程を行わなくてよい。
【００６２】
以上のように構成された実施形態２の半導体装置の製造方法によれば、真空チャンバーを用いないので、透光性部材とパッケージとを位置精度良く接合することができる。
【００６３】
また、実施形態２の半導体装置の製造方法によれば、容器内部の雰囲気を封止用気体で置換することで、真空引きを行わない状態においても半導体装置内に含まれる水分量を低減した状態で発光装置と透光性部材とを気密封止することができる。
【００６４】
図１１Ｂはパッケージ１０と波長変換部材２１を備えた透光性部材２０を接合した発光装置５０の上面図である。半導体レーザから発振されたレーザ光は光反射部材６により立ち上げられ、波長変換部材２１の蛍光体２１ｐを経て白色光となり，発光装置の外へ取り出される。
【符号の説明】
【００６５】
１，２，３  半導体レーザ素子
１ｕ，２ｕ，３ｕ  レーザユニット
４ａ，４ｂ  サブマウント
６  光反射部材
６ａ  反射面
７  ワイヤ
８  保護素子
１０  パッケージ
１０ｍ，２０ｍ  接合用金属膜
１０ｎ  外周部
１０ｒ  凹部
１５  半田ボール
１５ａ  接合材
２０  透光性部材
２１  波長変換部材
２１ｒ  反射材
２１ｐ  蛍光体
３１  上金型
３２  下金型
５０  発光装置
７０  コリメートレンズ
７１  第１レンズ部
７２  第２レンズ部
７３  第３レンズ部
７４  非レンズ部
９０  接着剤
１００  集合基板
１１０  配線基板
１１１  基板
１１２  金属膜
１１３  配線電極
１１４  金属膜
１２０  容器
１２２  ステージ
１２３  ガスライン
１２３ｉｎ  給気口
１２３        ｏｕｔ  排気口
１２４  押圧体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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