(57)【要約】【課題】放熱性が高く、半導体チップと接続基板との電気的接続の信頼性に優れた発光装置を提供する。【解決手段】窒化アルミニウム基板１１と、窒化アルミニウム基板１１の第１主面１１ａ側に形成された半導体積層部１３と、窒化アルミニウム基板１１の第１主面１１ａ側に形成されて半導体積層部１３に電気的に接続する第１電極部１５とを有する半導体チップ１０と、セラミックス基板３１の第１主面３１ａ側に形成された第２電極部３３を有する接続基板３０と、を備える。窒化アルミニウム基板１１の第１主面１１ａとセラミックス基板３１の第１主面３１ａとが対向し、且つ第１電極部１５と第２電極部３３とが接触した状態で、半導体積層部１３とセラミックス基板３１の第１主面３１ａとの間に、該間の距離が１０μｍ以下の隙間が設けられている。そして、この隙間に、樹脂と平均粒子径が１μｍ以下のフィラーとを含むアンダーフィル５０が充填されている。【選択図】図１
2016111364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板の第１主面側に形成された半導体積層部と、前記基板の第１主面側に形成されて前記半導体積層部に電気的に接続する第１電極部とを有する半導体チップと、
基材の第１主面側に形成された第２電極部を有する接続基板と、を備え、
前記基板の第１主面と前記接続基板の第１主面とが対向し、且つ前記第１電極部と前記第２電極部とが接触した状態で、
前記半導体チップと前記接続基板との間に、該間の距離が１０μｍ以下の隙間が設けられており、
前記隙間に、樹脂と平均粒子径が１μｍ以下のフィラーとを含む充填材が充填されている発光装置。
【請求項２】
前記フィラーの主成分はシリカである請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記樹脂は、ガラス転移温度が１００℃以上のエポキシ樹脂である請求項１又は２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記基板は、第１主面を含む第１の部位と、第１主面の反対側の第２主面を含む第２の部位とを有し、
前記基板を断面視したとき、前記第１の部位の両側面間の距離は前記第２の部位の両側面間の距離よりも短く、前記第２の部位の厚みは２μｍ以上１００μｍ以下である請求項１〜３の何れか一項に記載の発光装置。
【請求項５】
前記半導体積層部は、予め設定した電圧が印加されると波長が２４０ｎｍ以上３２０ｎｍ以下の紫外線を発光する請求項１〜４の何れか一項に記載の発光装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の発光装置を備える装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光装置、及びこの発光装置を備える装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物基板をベースとする半導体装置は、その広いバンドギャップを有する特徴を活かし、光を発光する発光装置や光を受光する受光装置、パワーデバイスへの適用が期待されている。特に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板を有する半導体発光装置は、波長が２８０ｎｍ以下の深紫外線を発光することができ、殺菌用途に利用可能な高出力・長寿命の深紫外ＬＥＤ（以下、ＵＶＣ−ＬＥＤ：ＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ  Ｃ  −  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）につながるものとして、その開発が期待されている。
【０００３】
なお、発光装置に関する従来の技術として、例えば特許文献１〜３に開示されたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２７７４２３号公報
【特許文献２】特開２００６−９３６３２号公報
【特許文献３】特開２００４−１７２１６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＵＶＣ−ＬＥＤは発熱し易く、使用方法によっては発熱により素子温度が１００℃近くまで上昇する場合がある。また、ＬＥＤを構成する半導体チップをフリップチップ方式で接続基板等に実装した場合、半導体チップの発熱によって、半導体チップと接続基板との接合部（例えば、半導体チップが有する第１の電極部と、接続基板が有する第２電極部との接合部）にストレスが掛かり、接合部が破断して電気不良（例えば、オープン不良やショート不良）を起こす可能性がある。
そこで、この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、放熱性が高く、半導体チップと接続基板との電気的接続の信頼性に優れた発光装置、及びこの発光装置を備える装置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】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る発光装置は、基板と、前記基板の第１主面側に形成された半導体積層部と、前記基板の第１主面側に形成されて前記半導体積層部に電気的に接続する第１電極部とを有する半導体チップと、基材の第１主面側に形成された第２電極部を有する接続基板と、を備え、前記基板の第１主面と前記接続基板の第１主面とが対向し、且つ前記第１電極部と前記第２電極部とが接触した状態で、前記半導体チップと前記接続基板との間に、該間の距離が１０μｍ以下の隙間が設けられており、前記隙間に、樹脂と平均粒子径が１μｍ以下のフィラーとを含む充填材が充填されていることを特徴とする。
本発明の一態様に係る装置は、上記の発光装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一態様によれば、放熱性が高く、半導体チップと接続基板との電気的接続の信頼性に優れた発光装置、及びこの発光装置を備える装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係る発光装置本体１００の構成例を示す断面図である。
【図２】半導体積層部１３の構成例を示す断面図である。
【図３】発光装置２００の構成例を示す断面図である。
【図４】本実施形態の実装工程を示す概念図である。
【図５】本実施形態の変形例に係る発光装置本体１００Ａの構成例を示す断面図である。
【図６】実施例１の発光装置の一部を撮影したＳＥＭ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
＜発光装置＞  
［全体構成］
本発明を実施するための形態（以下、本実施形態）に係る発光装置は、半導体チップと接続基板とを備える。半導体チップは、基板と、基板の第１主面上に形成された半導体積層部と、半導体積層部上に形成された第１電極部とを有する。半導体積層部は発光層を含む。また、接続基板は、基材と、基材の第１主面側に形成された第２電極部とを有する。この発光装置では、基板の第１主面と接続基板の第１主面とが対向し、且つ第１電極部と第２電極部とが接触した状態で、半導体チップと接続基板との間に、該間の距離（すなわち、離間距離）が１０μｍ以下の隙間が設けられている。そして、この隙間に充填材が充填されている。充填材は、樹脂と、平均粒子径が１μｍ以下のフィラーとを含む。
【００１０】
本実施形態において、基板は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板であってもよい。また、基板は、サファイヤ（Ａｌ２Ｏ３）基板であってもよい。また、接続基板は、半導体チップが有する基板とは別個の基板であり、サブマウントともいう。接続基板は熱放散性の高いセラミックス基板であってもよい。セラミックス基板の一例として、アルミナ基板や窒化アルミニウム基板が挙げられる。また、第２電極部はバンプを有してもよい。また、フィラーの主成分はシリカであってもよい。ここで、主成分とは、フィラー全体の中で占める割合が高い成分のことを意味する。フィラー全体の中でシリカが占める割合は、例えば５０質量％以上、１００質量％以下である。
【００１１】
また、本実施形態において、充填材の樹脂は、ガラス転移温度が１００℃以上のエポキシ樹脂であってよい。
また、本実施形態において、基板は、基板の第１主面を含む第１の部位と、基板の第１主面の反対側の第２主面を含む第２の部位とを有してもよい。基板を断面視（又は、側面視）したとき、第１の部位の両側面間の距離は第２の部位の両側面間の距離よりも短く、第２の部位の厚みは２μｍ以上１００μｍ以下であってもよい。
【００１２】
また、本実施形態において、半導体積層部は、予め設定した電圧が印加されると波長が２４０ｎｍ以上３２０ｎｍ以下の紫外線を発光してもよい。すなわち、本実施形態に係る発光装置は、波長が２４０ｎｍ以上３２０ｎｍ以下の紫外線を発光する紫外線発光装置であってもよい。波長が２４０ｎｍ以上３２０ｎｍ以下の紫外線を発光する紫外線発光装置は、殺菌やタンパク質成分の分離などさまざまなアプリケションに適用することができる。以下、本実施形態に係る発光装置について、図面を参照しながらより具体的に説明する。
【００１３】
［具体例］
（１）発光装置本体
図１は、本実施形態に係る発光装置本体１００の構成例を示す断面図である。この発光装置本体１００は、例えば、波長が２４０ｎｍ以上３２０ｎｍ以下の紫外線を発光する紫外線発光装置である。
【００１４】
図１に示すように、この発光装置本体１００は、半導体チップ１０と接続基板３０とを備える。半導体チップ１０は、窒化アルミニウム基板１１と、窒化アルミニウム基板１１の第１主面（例えば、表面）１１ａ上に形成された半導体積層部１３と、半導体積層部１３上に形成された第１電極部１５と、を有する。また、接続基板３０は、セラミックス基板３１を基材とし、このセラミックス基板３１の第１主面（例えば、表面）３１ａ上に形成された第２電極部３３を有する。
【００１５】
この発光装置本体１００では、窒化アルミニウム基板１１の第１主面１１ａとセラミックス基板３１の第１主面３１ａとが対向し、且つ第１電極部１５と第２電極部３３とが接触した状態で、半導体積層部１３とセラミックス基板３１の第１主面３１ａとの間に、該間の距離Ｌ１が１０μｍ以下の隙間が設けられている。そして、この隙間に、充填材として、樹脂と平均粒子径が１μｍ以下のフィラーとを含むアンダーフィル５０が充填されている。
【００１６】
（２）窒化アルミニウム基板
窒化アルミニウム基板１１は、例えば、単結晶からなる基板（すなわち、窒化アルミニウム単結晶基板）である。窒化アルミニウム基板１１の製造方法は特に制限されないが、高品質な窒化アルミニウム単結晶基板を得る観点から窒化アルミニウムセラミックスを原料とする昇華法により製造することが好ましい。窒化アルミニウム基板１１の転位密度は１０７ｃｍ-2未満であることが好ましく、特に１０５ｃｍ-2未満であることが好ましい。
【００１７】
窒化アルミニウム基板１１に対する不完全な表面処理は、その上に形成される半導体積層部１３（その中でも、後述の図２に示す第１半導体層２１）の転位密度を増大させる。これを防ぐため、窒化アルミニウム基板１１の第１主面１１ａのＲＭＳ表面粗さは、縦×横＝１０μｍ×１０μｍの面積に対して約０．５ｎｍ未満であることが好ましい。
また、窒化アルミニウム基板１１は、第１主面１１ａを含む第１の部位１１１と、第１主面１１ａの反対側の第２主面（例えば、裏面）１１ｂを含む第２の部位１１２とを有する。そして、窒化アルミニウム基板１１を断面視（又は、側面視）したとき、第１の部位１１１の両側面間の距離Ｌ１１は第２の部位１１２の両側面間の距離Ｌ１２よりも短くなっている。また、第２の部位１１２の厚みＴ１２は、２μｍ以上１００μｍ以下となっている。
【００１８】
（２．１）半導体積層部
図２は、半導体積層部１３の構成例を示す断面図である。
図２に示すように、半導体積層部１３は、窒化アルミニウム基板１１の第１主面１１ａ上に形成された第１導電型の第１半導体層２１と、この第１半導体層２１上に形成された発光層２２と、発光層２２上に形成された第２導電型の第２半導体層２３とを有する。第１導電型はｐ型又はｎ型の一方であり、第２導電型はｐ型又はｎ型の他方である。
また、図示しないが、窒化アルミニウム基板１１と半導体積層部１３との間には、バッファ層が設けられていてもよい。バッファ層は、例えば、窒化アルミニウム基板１１上にホモエピタキシャル成長で形成された窒化アルミニウム層から構成されている。
【００１９】
（２．１．１）第１半導体層
第１半導体層２１は、例えば、不純物でドープされた窒化インジウムアルミニウムガリウム（ＩｎＡｌＧａＮ）、又は、不純物でドープされた窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）から構成されている。不純物としては、ｐ型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）が例示され、ｎ型不純物としてシリコン（Ｓｉ）が例示される。
【００２０】
例えば、第１半導体層２１は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＋ｙ≦１）から構成される複数の層を有し、これら複数の層の少なくとも一部は発光層２２の格子パラメータに近づくように擬似格子整合的に歪まされている。または、第１半導体層２１は、一層又は複数層のＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＋ｙ≦１）を有し、組成式のｘｙが厚みと共に変化する（すなわち、厚み方向に沿って線形的又は段階的に変化する）組成であってもよい。
【００２１】
第１半導体層２１のうち、窒化アルミニウム基板１１との界面を含む部位は、窒化アルミニウム基板１１とほぼ同一の組成を有していることが好ましい。これにより、第１半導体層２１の２次元の成長が促進され、不都合なアイランド形成を回避することができる。また、そのようなアイランド形成を回避することにより、第１半導体層２１及び後続の成長層での不都合な弾性の歪み緩和が起こることを回避することができる。
【００２２】
（２．１．２）発光層
発光層２２は、例えば多重量子井戸（「ＭＱＷ」）層を含む。ＭＱＷ層は、複数の量子井戸を含み、その量子井戸のそれぞれは、例えばＩｎＡｌＧａＮ、又は、ＡｌＧａＮから構成されている。
一例を挙げると、ＭＱＷ層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ量子井戸及びＡｌｙＧａ１−ｙＮ量子井戸を含み、その一方が他方の上に積層された構造を有する。ここで、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ量子井戸のｘと、ＡｌｙＧａ１−ｙＮ量子井戸のｙは、互いに異なる値である。ｘとｙの差は、活性領域での電子及び正孔の良好な閉じ込めが得られるように十分に大きくなっていることが好ましい。これにより、放射性の再結合の、非放射性の再結合に対する比を高くすることができる。
【００２３】
ＡｌｘＧａ１−ｘＮ量子井戸及びＡｌｙＧａ１−ｙＮ量子井戸を含むＭＱＷ層において、ｘとｙの値を例示すると、ｘとｙとの差は約０．０５であり、ｘは約０．３５で、ｙは約０．４である。なお、ｘとｙの差が過度に大きい（例えば、約０．３より大きい）と、ＭＱＷ層の形成中に不都合なアイランド形成が起こってしまう。このため、ｘとｙの差は例えば０．３以下であることが好ましい。
【００２４】
また、ＭＱＷ層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ量子井戸及びＡｌｙＧａ１−ｙＮ量子井戸の対を１周期として複数の周期を含んでもよく、全体の厚み（すなわち、総厚）が約５０ｎｍ未満であってもよい。
また、発光層２２は任意の薄い電子ブロック（又はｎ型コンタクトがデバイスの上部に置かれている場合には正孔ブロック）層を有していてもよい。この電子ブロック層は、例えば、Ｍｇのような１つ以上の不純物でドーピングされたＡｌｘＧａ１−ｘＮから構成されていてもよい。電子ブロック層の厚みは、例えば約２０ｎｍである。
【００２５】
（２．１．３）第２半導体層
発光層２２上に形成される第２半導体層２３は、例えば、不純物でドープされたＩｎＡｌＧａＮ、又は、不純物でドープされたＡｌＧａＮから構成されている。不純物としては、ｐ型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）が例示され、ｎ型不純物としてシリコン（Ｓｉ）が例示される。
【００２６】
第２半導体層２３はｎ型又はｐ型にドープされているが、第１半導体層２１とは反対の導電性を有している。例えば、第１半導体層２１はＳｉ等のｎ型不純物がドープされてｎ型の導電性を示している場合、第２半導体層２３はＭｇ等のｐ型不純物がドープされてｐ型の導電性を示している。第２半導体層２３の厚みは、例えば約５０ｎｍ〜約１００ｎｍである。
また、第２半導体層２３は、第２導電型にドープされた半導体材料を含むキャップ層を有していてもよい。第２半導体層２３がｐ型の導電性を示している場合、このキャップ層は、例えばＭｇでドープされたＧａＮを含み、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍの厚み、好ましくは約５０ｎｍの厚みを有する。
【００２７】
（２．１．４）半導体積層部の数、形状
図１では、半導体チップ１０が有する半導体積層部１３を１つだけ示している。しかしながら、本実施形態において半導体チップ１０が有する半導体積層部１３の数は１つでもよいし、複数であってもよい。単位面積当たりの発光量を向上させる観点から、半導体チップ１０は並列接続された複数の半導体積層部１３を備えることが好ましい場合もある。また、半導体積層部１３の形状も特に制限されず、例えば平面視で矩形状、円形状または楕円形状、多角形状、またはそれらを組み合わせた形状等でもよい。
【００２８】
（２．２）第１電極部
図１に示す第１電極部１５は、半導体積層部１３の発光層に電力を供給するための電極部である。本実施形態において、第１電極部１５の形状や配置については特に制限されないが、半導体積層部１３がメサ型構造の場合、メサ頂部とメサ底部にそれぞれ電極部の一端が配置される例が挙げられる。また、他には素子上面と下面にそれぞれ電極部の一端が配置される例などがある。
【００２９】
図１では、２個の第１電極部１５のうちの一方がメサ頂部の第２半導体層２３（図２参照）に電気的に接続し、２個の第１電極部１５のうちの他方がメサ底部の第１半導体層２１（図２参照）に電気的に接続している。また、半導体積層部１３は図示しない絶縁層で部分的に覆われている。この図示しない絶縁層により、第１電極部１５の一方（すなわち、メサ頂部の第２半導体層２３に電気的に接続する電極部）は発光層２２及びメサ底部の第１半導体層２１から電気的に絶縁されている。
【００３０】
第１電極部１５は導電性の材料からなり、例えば金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）又はそれらの組み合わせなどで構成されている。一例を挙げると、ｐ型の半導体層に接続する第１電極部１５はＮｉ／Ａｕ合金で構成されており、ｎ型の半導体層に接続する第１電極部１５はＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕスタックで構成されている。第１電極部１５は、例えばスパッタリング又は蒸着によって形成される。
【００３１】
また、第１電極部１５は紫外線（「ＵＶ」）反射器としての機能も含んでいてよい。ＵＶ反射器は、第１電極部１５に向かって発光する光子を再度方向付けする（すなわち、光子が半導体積層部１３から逃げないようにする）こと及び、所望の発光面（例えば、底部表面）に向けて光子を再度方向付けることによって、デバイスの活性領域において生成される光子の抽出効率を改善するように設計される。
【００３２】
（３）発光装置
図３は、発光装置２００の構成例を示す断面図である。図３に示すように、この発光装置２００は、発光装置本体１００と、発光装置本体１００を収容するパッケージ１５０と、を備える。
（３.１）パッケージ
図３に示すように、発光装置本体１００を収納するパッケージ１５０は、例えばＴＯ−３９の缶パッケージである。このパッケージ１５０は、台座１６０と、台座１６０の上面１６０ａ側に配置されるキャップ１７０と、台座１６０の下面１６０ｂ側に設けられた外部接続端子１８０と、を備える。また、キャップ１７０は、その上部に設けられた石英レンズ１７５を有する。発光装置本体１００は、台座１６０の上面１６０ａ側に取り付けられており、キャップ１７０で覆われている。例えば、セラミックス基板３１の第１主面３１ａの反対側の第２主面（例えば、裏面）３１ｂが、銀ペーストを介して台座１６０の上面１６０ａに接合されている。この状態で、石英レンズ１７５と、窒化アルミニウム基板１１の第２主面１１ａとが向かい合っている。
【００３３】
＜発光装置の製造方法＞
［全体構成］
本実施形態に係る発光装置の製造方法は、基板の第１主面上に半導体積層部および第１電極部を形成する工程（前工程）と、基板の第１主面に対向する第２主面にＣＭＰ処理を施して、第２主面の算術平均粗さＲａを２０ｎｍ以下に加工する工程（加工工程）と、第２主面側から基板にレーザ光を照射して、基板を複数の半導体チップに個片化する工程（個片化工程）と、を備える。本実施形態では、上記の加工工程及び個片化工程を合わせて後工程と称する。
【００３４】
また、本実施形態に係る発光装置の製造方法は、後工程の後で、上記の個片化された半導体チップを接続基板に実装する工程（実装工程）、を備える。この実装工程では、半導体チップを接続基板にフリップチップ方式で電気的に接続する。すなわち、基板の第１電極部を有する第１主面と、接続基板の第２電極部を有する第１主面とを対向させて、第１電極部と第２電極部とを電気的に接続する。
【００３５】
さらに、本実施形態に係る発光装置の製造方法は、実装工程の後で、半導体チップと接続基板とからなる装置（すなわち、発光装置本体）をパッケージに収納する工程（パッケージ収納工程）、を備える。
図３に示したように、発光装置本体を収納するパッケージは、例えばＴＯ−３９の缶パッケージである。パッケージ収納工程では、例えば缶パッケージの台座上面に銀ペーストを介して接続基板の第２主面を接合する。この接合を行った後で、石英レンズ付きのキャップを台座に溶接することで発光装置が完成する。次に、本実施形態に係る発光装置の製造方法について、より具体的に説明する。
【００３６】
［具体例］
（１）前工程
まず、図１に示したように、基板として、例えば窒化アルミニウム基板１１を用意する。この窒化アルミニウム基板１１は、個片化工程を行うまではウェハである。次に、窒化アルミニウム基板１１の第１主面１１ａ上に半導体薄膜を形成する。半導体薄膜は、図２に示したように、第１導電型の第１半導体層２１と、発光層２２と、第２導電型の第２半導体層２３とを含む積層構造の半導体薄膜である。
【００３７】
本実施形態に係る発光装置を深紫外発光装置とする場合には、半導体薄膜の構造は深紫外光が発光できる構造にし、半導体薄膜の組成は所望の深紫外光の波長に合致した窒化物半導体の組成にする。発光層２２を量子井戸構造としてもよい。また、窒化アルミニウム基板１１と半導体薄膜との間にバッファ層を設けてもよい。このバッファ層は、格子不整合を緩和させるための層である。半導体薄膜は、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）法で形成することができる。
【００３８】
次に、半導体薄膜をパターニングして、図１に示したように、窒化アルミニウム基板１１の第１主面１１ａ上にメサ構造の半導体積層部１３を形成する。半導体薄膜のパターニングは、例えばフォトリソグラフィ及びドライエッチング技術で行うことができる。その後、メサ構造の半導体積層部１３に電気的に接続する第１電極部１５を形成する。第１電極部１５は、例えばスパッタリング又は蒸着と、リフトオフ技術を用いて形成する。
【００３９】
（２）後工程
半導体積層部１３、第１電極部１５を第１主面１１ａ上に形成した窒化アルミニウム基板１１において、対向する第２主面１１ｂを機械的、化学的な手法で研削する。これにより、窒化アルミニウム基板１１の厚さを研削前の厚さ（すなわち、元厚）の半分以下にまで薄く加工する。例えば、元厚から１００μｍ以上薄くする場合は、機械的に研削する。窒化アルミニウム基板１１はダイヤモンドと同等の高度を有するため、細かい砥粒のダイヤモンドで削る。但し機械的に研削する場合は、その被研削面（すなわち、第２主面１１ｂ）にサブミクロン（μｍ）オーダーでの擦り傷が残存してしまう。そこで、このような擦り傷が第２主面１１ｂに残存した場合は、第２主面１１ｂを機械的化学的研磨法（ＣＭＰ）法で研磨することによって、擦り傷を除去してもよい。
【００４０】
また、素子化を行うためには窒化アルミニウム基板１１の個片化が重要である。通常のＬＳＩのような半導体素子はブレードダイシングで加工されるが、窒化アルミニウム基板１１は硬度が高く、ブレードダイシングでの加工は困難である。このため、窒化アルミニウム基板１１にレーザ光を照射して溝を形成し、その後、この溝に沿って窒化アルミニウム基板１１を機械的に分断することで、窒化アルミニウム基板１１の個片化を実施する。この加工に使用するレーザ光の種類は特には限定されないが、窒化アルミニウム基板１１への熱負荷を減らすために高密度なレーザ光が望ましく、例えば、波長３６５ｎｍのレーザ光や、波長２６５ｎｍのレーザ光が望ましい。また、このレーザ光を用いたダイシングは、ステルスダイシング法で行ってもよい。
【００４１】
本実施形態では、窒化アルミニウム基板１１にレーザースクライブを実施したあと、スクライブ面（第２主面１１ｂ）に対向する第１主面１１ａの側に刃先を当てて、窒化アルミニウム基板１１を素子パターンに沿って個片化する。
この個片化により、図１に示したように、窒化アルミニウム基板１１の第１の部位１１１と第２の部位１１２とが形成される。
【００４２】
（３）実装工程
図４は本実施形態の実装工程を示す概念図である。図４に示すように、本実施形態の実装工程では、個片化した半導体チップ１０をサブマウントと呼ばれる接続基板３０にフリップチップ方式で実装する。フリップチップ方式による電気的接続では、半導体チップ１０の第１電極部１５と接続基板３０の第２電極部３３とに適切な熱、超音波、加重を加えて、第１電極部１５と第２電極部３３とを接合する。接続基板３０の第２電極部３３は熱放散性が高く、かつ半導体チップ１０と良好に接合できる材料で構成されていることが好ましい。このような材料として、例えば金、銀、銅、金錫などの材料が挙げられる。また、第２電極部３３は、これら各材料の何れか一つ又はそれらの組み合わせからなるバンプ部を有していてもよい。
【００４３】
なお、接続基板の電極部として、一般的には金錫半田が用いられるが、金錫の場合は半田を用いているため薄く形成することができず、接合後の電極部の厚みは３０μｍ程度が限界である。さらに、加熱により溶融させて電極部同士を接合するため、隣り合う電極部の間隔が狭い半導体チップでは、電極部同士が電気的にショートしてしまう可能性があり、好ましくない。
【００４４】
それゆえ、本実施形態では、接続基板３０の第２電極部３３には金、銀又は銅などをめっきで形成することが好ましい。また、これらの中でも、フリップチップ方式で接合するために、第２電極部３３の材料は柔らかく、かつ、電気抵抗が低い特性の金や銀が望ましい。本実施形態では、半導体チップ１０と接続基板３０とをフリップチップ方式で接合した素子を、ＣｏＳ（Ｃｈｉｐ  ｏｎ  Ｓｕｂｍｏｕｎｔ）素子ともいう。
【００４５】
その後、ＣｏＳ素子の半導体チップ１０と接続基板３０との間にアンダーフィルを注入する。例えば、シリンジに充填されたアンダーフィルを加熱しながら、ディスペンサーのノズル先端を半導体チップ１０の側面に配置し、表面張力を利用して半導体チップ１０と接続基板３０との間アンダーフィルを充填する。
アンダーフィルは、高い流動性と、線膨張係数を調整するためのフィラーの選定が重要である。通常、アンダーフィルで充填する隙間（空隙）は３０μｍ程度であるが、本実施形態では半導体チップ１０と接続基板３０との間の隙間の距離Ｌ１は１０μｍ以下と非常に狭い。
【００４６】
ここで、アンダーフィルのフィラー径が隙間よりも大きい場合、アンダーフィルの充填が妨げられる。そのため、アンダーフィルのフィラー径は、この隙間より小さいことが好ましい。本実施形態では、半導体チップ１０と接続基板３０との間の隙間の距離Ｌ１は１０μｍ以下であるため、フィラー径は１０μｍ以下であることが好ましい。
また、バンプはフリップチップ方式による接合時に潰れるため、接合時のバンプの潰れ量も考慮する必要がある。本発明者がフリップチップ方式による接合を実施したところ、バンプは最大で３μｍの高さまで潰れた。このため、本実施形態では、フィラー径が３μｍ以下であることが保証されたアンダーフィルを用いることが好ましい。
【００４７】
また、発光装置本体１００は通電時に発熱する。このため、アンダーフィルに含まれる樹脂のガラス転移温度が低い場合、通電時のアンダーフィルの樹脂が膨張して、半導体チップの電極部と接続基板の電極部との接合部に、この接合を離す方向に力がかかり、接合部が破断して電気的にショートしてしまう可能性がある。この点を考慮し、本実施形態では、アンダーフィルに含まれる樹脂のガラス転移温度は、発光装置の通電時の温度よりも低いことが好ましい。また、このような樹脂として、高いガラス転移温度を有するエポキシ樹脂が好ましい。本実施形態では、例えば、ガラス転移温度が約１２５℃のエポキシ樹脂を主成分とするアンダーフィルを用いて、発光装置本体１００を作成してよい。
【００４８】
（４）パッケージ収納工程
パッケージ収納工程では、アンダーフィルで隙間を充填した後のＣｏＳ素子（即ち、発光装置本体１００）を、パッケージ１５０に収納する。例えば、パッケージ１５０として、
銀ペーストを介して缶パッケージの台座に接合する。また、このパッケージ１５０と発光装置本体１００とを電気的に接続するために、パッケージ１５０と発光装置本体１００とをワイヤーボンドで接続する。その後、石英レンズ１７５付のキャップ１７０を台座１６０に溶接することで、気密性のあるパッケージ１５０を形成する。
なお、本実施形態において、パッケージ１５０は缶パッケージのような気密パッケージだけではなく、樹脂封止などを用いた表面実装タイプや、セラミックパッケージでも構わない。
【００４９】
＜本実施形態の効果＞
本実施形態は以下の効果を奏する。
（１）深紫外線を発光する半導体チップ１０と接続基板３０との間の距離Ｌ１は１０μｍ以下であり、十分に短い。そして、この短い隙間にアンダーフィル５０が充填されている。これにより、半導体チップ１０の温度が例えば１００℃近くまで上昇した場合でも、半導体チップ１０と接続基板３０との間の距離Ｌ１が短いため、半導体チップ１０からアンダーフィル５０を介して接続基板３０へ放熱することが容易となり、半導体チップ１０の放熱性を高めることができる。
【００５０】
また、アンダーフィル５０に含まれるフィラーの平均粒子径は１μｍ以下である。これにより、半導体チップ１０と接続基板３０との間の隙間にアンダーフィル５０を気泡少なく（理想的には、気泡ゼロで）充填することができる。それゆえ、アンダーフィル５０の温度が上昇した場合でも気泡が膨張することを防ぐことができ、気泡の膨張により半導体チップ１０と接続基板３０との間が押し広げられることを防ぐことができる。これにより、第１電極部１５と第２電極部３３との接合部に、この接合を離す方向に力が加わることを抑制することができ、接合部が破断して電気不良が生じることを防ぐことができる。
したがって、放熱性が高く、半導体チップ１０と接続基板３０との電気的接続の信頼性に優れた発光装置を提供することができる。
【００５１】
（２）また、アンダーフィル５０に含まれる樹脂のガラス転移温度は１００℃以上である。これにより、発光装置本体１００の通電時に、アンダーフィル５０に含まれる樹脂が膨張することができる。したがって、樹脂の膨張により、第１電極部１５と第２電極部３３との接合部に、この接合を離す方向に力が加わることをさらに抑制することができる。
【００５２】
（３）また、窒化アルミニウム基板１１を断面視（又は、側面視）したとき、第１の部位１１１の両側面間の距離Ｌ１１は、第２の部位１１２の両側面間の距離Ｌ１２よりも短くなっている。また、第２の部位１１２の厚みＴ１２は、２μｍ以上１００μｍ以下となっている。
これにより、半導体チップが多数形成された窒化アルミニウム基板（ウェハ）から半導体チップを個片化する際に、ブレード等によるチッピングなどの不良が発生しないようにすることができ、窒化アルミニウム基板１１の第１主面１１ａ直近の半導体積層部１３にダメージを与えないようにすることができる。
【００５３】
＜変形例＞
図１では、セラミックス基板３１の第１主面３１ａのうち、半導体積層部１３のメサ頂部と対向する領域（以下、対向領域という。）に、第２電極部３３が配置されていない場合について示した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。上記の対向領域には、例えば、第２電極部３３の一部が配置されていてもよい。
【００５４】
図５は、本発明の実施形態の変形例である、発光装置本体１００Ａの構成例を示す断面図である。図５に示すように、この発光装置本体１００Ａでは、セラミックス基板３１の第１主面３１ａのうち、半導体積層部１３のメサ頂部と対向する対向領域に、第２電極部３３の一部３３１が配置されている。この一部３３１は、第１電極部１５と直接には接合していない非接合部である。
【００５５】
この発光装置本体１００Ａでは、第２電極部３３の一部３３１と半導体積層部１３のメサ頂部との間に、該間の距離Ｌ１’が１０μｍ以下の隙間が設けられている。発光装置本体１００Ａでは、この距離Ｌ１’の隙間が、半導体チップ１０と接続基板３０との間の隙間である。そして、この隙間にアンダーフィル５０が充填されている。このような構成であっても、上記の実施形態の効果（１）〜（３）と同様の効果を奏する。
【００５６】
或いは、図示しないが、半導体積層部１３のメサ頂部に第１電極部１５の一部が配置されていてもよい。そして、この第１電極部１５の一部と第２電極部３３の一部３３１との間に、該間の距離が１０μｍ以下の隙間が設けられていてもよい。この場合は、この第１電極部１５の一部と第２電極部３３の一部３３１との間の隙間が、半導体チップ１０と接続基板３０との間の隙間である。そして、この隙間にアンダーフィル５０が充填されていてもよい。このような構成であっても、上記の実施形態の効果（１）〜（３）と同様の効果を奏する。
＜装置＞
本発明の装置は、本発明の発光装置を備えるものである。
本発明の発光装置は、各種の装置に適用可能である。
本発明の発光装置は、紫外線ランプが用いられている既存のすべての装置に適用・置換可能である。特に、波長２８０ｎｍ以下の深紫外線を用いている装置に適用可能である。
本発明の発光装置は、例えば、医療・ライフサイエンス分野、環境分野、産業・工業分野、生活・家電分野、農業分野、その他分野の装置に適用可能である。
本発明の発光装置は、薬品や化学物質の合成・分解装置、液体・気体・固体（容器、食品、医療機器等）殺菌装置、半導体等の洗浄装置、フィルム・ガラス・金属等の表面改質装置、半導体・FPD・PCB・その他電子品製造用の露光装置、印刷・コーティング装置、接着・シール装置、フィルム・パターン・モックアップ等の転写・成形装置、紙幣・傷・血液・化学物質等の測定・検査装置に適用可能である。
液体殺菌装置の例としては、冷蔵庫内の自動製氷装置・製氷皿および貯氷容器・製氷機用の給水タンク、冷凍庫、製氷機、加湿器、除湿器、ウォーターサーバの冷水タンク・温水タンク・流路配管、据置型浄水器、携帯型浄水器、給水器、給湯器、排水処理装置、ディスポーザ、便器の排水トラップ、洗濯機、透析用水殺菌モジュール、腹膜透析のコネクタ殺菌器、災害用貯水システム等が挙げられるがこの限りではない。
気体殺菌装置の例としては、空気清浄器、エアコン、天井扇、床面用や寝具用の掃除機、布団乾燥機、靴乾燥機、洗濯機、衣類乾燥機、室内殺菌灯、保管庫の換気システム、靴箱、タンス等が挙げられるがこの限りではない。
固体殺菌装置(表面殺菌装置を含む）の例としては、真空パック器、ベルトコンベヤ、医科用・歯科用・床屋用・美容院用のハンドツール殺菌装置、歯ブラシ、歯ブラシ入れ、箸箱、化粧ポーチ、排水溝のふた、便器の局部洗浄器、便器フタ等が挙げられるがこの限りではない。
【実施例】
【００５７】
次に、本発明の実施例１、２と、参考例とについて説明する。なお、本発明は、実施例１、２に限定されるものではない。
＜実施例１、参考例＞
本発明の実施例１の構造について説明する。半導体積層部、第１電極部を第１主面上に形成した単結晶の窒化アルミニウム基板（すなわち、ＡｌＮ単結晶基板）において、対向する第２主面を研削することで基板を２００μｍ薄く研磨した。フリップチップ方式による接合を行うため、第１電極部の最表面は１μｍの厚みの金を蒸着で形成した。
【００５８】
また、接続基板（すなわち、サブマウント）には通電層がパターニングされた窒化アルミニウム基板を用い、半導体チップと接合するためのバンプは金めっきで形成した。金めっきは、その厚みが１０μｍ以上になるように形成した。また金からなるバンプ（以下、金バンプ）は１００μｍの間隔を有している。
金バンプを形成したサブマウントをステージに載置し、このステージを２００℃に加熱しながら、サブマウントの金バンプと半導体チップの第１主面上に形成した金からなる第１電極部（以下、金電極）とを超音波接合した。
【００５９】
フリップチップ方式による接合時に５００ｍＷの超音波を加えることで、サブマウント上の金バンプは潰れ、半導体チップとサブマウント上の第２電極部との間隔（すなわち、半導体積層部のメサ頂部に配置された第１電極部の一部と、サブマウントのうちメサ頂部と対向する対向領域に配置された第２電極部の一部との間隔）は、図６に示すように４μｍとなった。アンダーフィルは、フィラー径が平均０．１μｍ、最大１μｍにフィルタリングされ、樹脂のガラス転移温度は１２７℃であるのものを用いた。
【００６０】
シリンジに充填されたアンダーフィルを５５℃に加熱しながら、ディスペンサーのノズル先端を半導体チップの側面に配置し、表面張力を利用して、半導体チップとサブマウントとの間の隙間（空隙）にアンダーフィルを充填した。充填時に気泡があれば丸状のコントラストが見えるのに対し、本実施例１では図６に示すように４μｍの隙間でもアンダーフィルは気泡なく充填されていることを確認した。
【００６１】
その後、１５０℃２時間でキュアを行い、アンダーフィルを硬化させた。今回はＣｏＳ素子を表面実装構造のパッケージに銀ペーストでダイボンドし、金線を用いてＣｏＳ素子とパッケージとを電気的に接続して、発光装置を作成した。ここでは、上記の製造工程で、アンダーフィル有りの発光装置と、アンダーフィル無しの発光装置の２種類を作成した。アンダーフィル有りの発光装置が実施例１であり、アンダーフィル無しの発光装置を参考例とした。
【００６２】
実施例１の発光装置と、参考例の発光装置とをそれぞれ評価用ボードに実装し、常温で１００ｍＡ連続通電試験に投入して電気特性をそれぞれ評価した。１０００時間連続通電を実施したところ、アンダーフィル無しの発光装置（参考例）では５５個中１１個のショートモードの不良が発生した。これに対し、アンダーフィル有りの発光装置（実施例１）は５５個全てが正常で、ショート不良無しを確認した。アンダーフィル無しの発光装置（参考例）の故障原因を確認したところ、電極部の破断によるショートを確認した。
【００６３】
以上の結果から、アンダーフィルを充填することで、電極部とバンプとの接合部のダメージを抑えることができることを確認した。また通電時の接合部の温度を測定したところ、８６℃であり、アンダーフィルのガラス転移温度以下の温度であることを確認した。この結果から、実施例１の発光装置の信頼性が高いことを確認した。
【００６４】
＜実施例２＞
実施例１に記載の方法でアンダーフィルを充填したＣｏＳ素子を、表面実装構造のパッケージではなく、ＴＯ−３９の缶パッケージの台座上面に銀ペーストで接合し、金線を用いてＣｏＳ素子と缶パッケージとを電気的に接続し、その後、石英レンズ付きのキャップを台座と溶接することで、発光装置を作成した。この発光装置が実施例２である。この実施例２の発光装置を２２個用意し、１００℃での高温放置試験と、温度５５℃、湿度８５％、１００ｍＡ連続通電試験とをそれぞれ１０００時間実施したところ、オープン不良やショート不良の発生がそれぞれゼロで有ることを確認できた。この結果から、実施例２の発光装置の信頼性が高いことを確認した。
【００６５】
＜その他＞
本発明は、以上に記載した実施形態やその具体例、実施例に限定されるものではない。当業者の知識に基づいて実施形態やその具体例、実施例に設計の変更等を加えてもよく、また、実施形態やその具体例、実施例を任意に組み合わせてもよく、そのような変更等を加えた態様も本発明の範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本実施形態に係る発光装置は、例えば、波長が２８０ｎｍ以下の深紫外線を発光することができ、殺菌用途に利用可能な高出力・長寿命のＵＶＣ−ＬＥＤに適用することができる。また、本実施形態に係る発光装置は、ＵＶＣ−ＬＥＤに限定されず、深紫外線以外の紫外線や、紫外線以外の光（例えば、可視光、赤外線）を発光可能なＬＥＤにも適用することができる。本実施形態に係る発光装置は、殺菌用途に限定されず、例えば照明用途や、センサ用途など、種々の用途に適用可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１０  半導体チップ
１１  窒化アルミニウム基板
１１ａ  第１主面
１１ｂ  第２主面
１３  半導体積層部
１５  第１電極部
２１  第１半導体層
２２  発光層
２３  第２半導体層
３０  接続基板
３１  セラミックス基板
３１ａ  第１主面
３１ｂ  第２主面
３３  第２電極部
５０  アンダーフィル
１００、１００Ａ  発光装置本体
１１１  第１の部位
１１２  第２の部位
１５０  パッケージ
１６０  台座
１６０ａ  上面
１６０ｂ  下面
１７０  キャップ
１７５  石英レンズ
１８０  外部接続端子
２００  発光装置
３３１  第２電極部３３の一部
【図１】
2016111364.tif 000003
【図２】
2016111364.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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