固體元件裝置及其制造方法

文檔序號：6941276閱讀：141來源：國知局

專利名稱：固體元件裝置及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用玻璃材料來封固了光學元件的固體元件裝置，尤其涉及在玻璃材料中采用了低熔點玻璃材料的固體元件裝置。
背景技術：
以往，存在一種利用環(huán)氧樹脂等透光性樹脂材料來封固了發(fā)光二極管等固體元件的固體元件裝置。在這種固體裝置中，透光性樹脂會對強光起反應，從而產(chǎn)生泛黃等不良現(xiàn) 象，這一事實已為人們所知。尤其是，在采用發(fā)出短波長光的III族氮化物系化合物半導體發(fā)光元件的場合下，元件附近的透光性樹脂將因從該元件所發(fā)出的高能光及元件本身的發(fā) 熱而泛黃，光取出效率將因此而下降到不容忽視的程度。 JP特開平8-102553號公報及JP特開平11-177129號公報中，公開了一種為防止這種封固部件劣化而在封固部件中采用了低熔點玻璃的發(fā)光裝置。 JP特開平8-102553號公報中所述的發(fā)光裝置構成為用由透明的低熔點玻璃形
成的封固體7來被覆LED元件、導線焊接部以及引線部的上端周圍。低熔點玻璃，比如采用
加進硒、鉈、砷、硫黃等，而使熔點達到了攝氏130 350度左右的玻璃。在該場合下，最好
使用熔點為攝氏200度以下(如為150度以下則更好)的低熔點玻璃。根據(jù)JP特開平8-102553號公報中所述的發(fā)光裝置，可以避免因環(huán)氧系樹脂等所
具備的針對紫外線的惡劣特性或弱化特性的原因，其封固體隨著時間的推移而泛黃這一不
良現(xiàn)象。此外，作為被覆LED發(fā)光元件的封固體，JP特開平11-177129號公報所述的發(fā)光裝置采用與GaN系LED發(fā)光元件的折射率2. 3接近的、折射率為2左右的低熔點玻璃。
根據(jù)JP特開平11-177129號公報所述的發(fā)光裝置，利用與GaN系LED發(fā)光元件的折射率接近的低熔點玻璃，來封固LED發(fā)光元件，由此，在LED發(fā)光元件的表面進行全反射，而返回到內部的光減少，且從LED發(fā)光元件發(fā)出而入射到低熔點玻璃的光量增多。其結果是，本申請發(fā)明涉及的芯片型LED等發(fā)光效率，將高于用環(huán)氧樹脂來封固LED發(fā)光元件的以往裝置。然而，在封固部件中采用了低熔點玻璃的以往固體元件裝置存在著以下問題即，由于所謂的低熔點玻璃，就必要要進行高溫加工，且系硬質材料，因而需要延長樹脂封固加工，所以實際上樣品不成立。因此，本發(fā)明的目的在于，將實現(xiàn)無機材料封固加工的課題抽出并予以解決，且提供一種可實際獲得通過進行玻璃封固而可期待的效果的固體元件裝置及其制造方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明為達到所述目的，提供一種固體元件裝置，其特征在于，具有被倒裝安裝的固體元件；對前述固體元件進行電力接受供給的電力接受供給部；封固所述固體元件的無機封固材料。此外，本發(fā)明為達到所述目的，提供一種固體元件裝置，其特征在于，具有固體元件；對前述固體元件進行電力接受供給的電力接受供給部；耐熱部件，其被覆前述固體元件的電連接部及前述電力接受供給部的一部分；無機封固材料，其封固包含前述耐熱部件的前述固體元件。此外，本發(fā)明為達到所述目的，提供一種固體元件裝置，其特征在于，具有固體元件；對前述固體元件進行電力接受供給的電力接受供給部；玻璃封固部，其封固前述固體元件、且采用了從Si02-Nb205系、B203-F系、P205-F系、P205-Zn0系、Si02_B203-La203系、以及 Si02-B203系選擇的低熔點玻璃。此外，本發(fā)明為達到所述目的，提供一種固體元件裝置，其特征在于，具有固體元件；引線部，其對前述固體元件進行電力接受供給，且由金屬構成；封固所述固體元件的無機封固材料。此外，本發(fā)明為達到所述目的，提供一種固體元件裝置，其特征在于，具有固體元件；電力接受供給部，其對前述固體元件進行電力接受供給，且由無機材料基片構成；無機封固材料，其封固所述固體元件及前述電力接受供給部的一部分，且熱膨脹率與所述無機材料基片相同。此外，本發(fā)明為達到所述目的，提供一種固體元件裝置制造方法，其特征在于，包括安裝工序，其將固體元件安裝到電力接受供給部；封固工序，其在氧遮斷氣氛以及無機封固材料的屈服點以上的溫度下，來對前述固體元件的無機封固材料進行加壓，由此來進行封固加工。

圖1表示本發(fā)明第一實施方式涉及的發(fā)光裝置，(a)是發(fā)光裝置的縱向剖視圖， (b)是光源即GaN系LED元件的側視圖。圖2表示第一實施方式涉及的發(fā)光裝置的第一變形例，(a)是發(fā)光裝置的縱向剖視圖，(b)是光源即GaN系LED元件的側視圖。圖3是第三變形例，是表示采用了其它底層填料的發(fā)光裝置的縱向剖視圖。圖4是第四變形例，是表示設有由樹脂材料形成的模塑部的發(fā)光裝置的縱向剖視圖。圖5是表示第二實施方式涉及的發(fā)光裝置的縱向剖視圖。圖6是表示本發(fā)明第三實施方式涉及的發(fā)光裝置的縱向剖視圖。圖7是表示第三實施方式涉及的發(fā)光裝置變形例的縱向剖視圖。圖8是表示第四實施方式涉及的發(fā)光裝置的縱向剖視圖。圖9是表示第四實施方式涉及的發(fā)光裝置第一變形例的縱向剖視圖。圖10是表示第四實施方式涉及的發(fā)光裝置第二變形例的縱向剖視圖。圖11表示第五實施方式涉及的發(fā)光裝置，(a)是發(fā)光裝置的俯視圖，(b)是發(fā)光裝
置的側視圖，(c)是發(fā)光裝置的仰視圖。
圖12是表示第五實施方式涉及的發(fā)光裝置第一變形例的縱向剖視圖。圖13是表示第五實施方式涉及的發(fā)光裝置第二變形例的縱向剖視圖。圖14是表示第六實施方式涉及的發(fā)光裝置的剖視圖。圖15表示第六實施方式涉及的發(fā)光裝置的第一變形例，(a)是發(fā)光裝置的縱向剖視圖，(b)是光源即GaN系LED元件的側視圖。圖16表示第六實施方式涉及的發(fā)光裝置的第二變形例，(a)是發(fā)光裝置的縱向剖視圖，(b)是光源即GaN系LED元件的側視圖。圖17表示第七實施方式涉及的發(fā)光裝置，(a)是發(fā)光裝置的縱向剖視圖，(b)是光源即GaN系LED元件的側視圖。圖18是表示第七實施方式涉及的發(fā)光裝置第一變形例的縱向剖視圖。圖19表示第八實施方式涉及的發(fā)光裝置，(a)是發(fā)光裝置的縱向剖視圖，(b)是光
源即GaN系LED元件的側視圖。圖20是表示第八實施方式涉及的發(fā)光裝置變形例的縱向剖視圖。圖21(a)至(e)，表示在AlN基片上形成具有Au層的電路圖形的形成工序。圖22是表示第九實施方式涉及的發(fā)光裝置的縱向剖視圖。圖23是表示對引線框進行了基于熱壓加工的玻璃封固的狀態(tài)的圖。圖24是表示在用作齊納二極管的Si基層安裝件上搭載有GaN系LED元件2的狀
態(tài)的圖。圖25表示第十實施方式涉及的發(fā)光裝置，(a)是俯視圖，(b)是(a)A-A剖視圖， (c)是下部玻璃的立體圖。圖26是表示第十實施方式涉及的發(fā)光裝置第一變形例的剖視圖。圖27是表示第十實施方式涉及的發(fā)光裝置第二變形例的剖視圖。圖28表示第十一實施方式涉及的發(fā)光裝置，(a)是側視圖，(b)是針對玻璃封固的
立體圖。圖29是表示第十二實施方式涉及的發(fā)光裝置的縱向剖視圖。圖30是表示用于本發(fā)明實施例的正裝型發(fā)光元件的構成的剖視圖。圖31是表示發(fā)光元件與引線的組合體的立體圖。圖32是表示光裝置制造方法的剖視圖。圖33是表示實施例的光裝置的剖視圖。圖34是表示其它實施例的光裝置的剖視圖。圖35是表示其它實施例的光裝置的剖視圖。圖36是表示其它實施例的光裝置的剖視圖。圖37是表示光裝置的制造方法的立體圖。圖38是表示其它實施例的光裝置的剖視圖。圖39是表示其它實施例的光裝置的剖視圖。圖40是表示光裝置的制造方法的剖視圖。圖41是表示倒裝型發(fā)光元件的構成的剖視圖。圖42是表示采用了發(fā)光元件的光裝置的實施例的剖視圖。圖43是表示其它實施例的光裝置的剖視圖。
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圖44是表示其它實施例的光裝置的剖視圖。圖45是表示其它實施例的光裝置的剖視圖。圖46是表示其它實施例的光裝置的剖視圖。圖47是表示倒裝型發(fā)光元件與電力接送單元的組合體的其它方式的俯視圖。圖48是表示具有組合體的光裝置的實施例的剖視圖。圖49是表示其它實施例的光裝置的剖視圖。圖50是表示其它實施例的光裝置的剖視圖。圖51是表示其它實施例的光裝置的剖視圖。圖52是表示其它實施例的光裝置的剖視圖。圖53是表示其它實施例的光裝置的剖視圖。圖54是表示其它實施例的光裝置的剖視圖。圖55是表示其它實施例的光裝置的俯視圖。圖56是表示光學元件的結構的剖視圖。圖57是表示第十實施例的光裝置的制造方法的圖。圖58是表示光學元件相對基片的安裝狀態(tài)的圖。圖59是表示第十實施例的光裝置的構成的圖。圖60是表示其它實施例的光裝置的構成的俯視圖。圖61是圖60中的B-B線剖視圖。圖62是圖61中的C-C箭頭線剖視圖。圖63是仰視圖。圖64是表示其它實施例的光裝置的俯視圖。圖65是表示實施例的光學元件結構的剖視圖。圖66是第十二實施例的光裝置的俯視圖。圖67是圖66中的III-III線剖視圖。圖68是圖67中的主要部件放大圖。圖69是實施例的光裝置的仰視圖。圖70是表示其它實施例的光裝置的構成的圖。圖71是表示其它實施例的光裝置的構成的圖。圖72是表示其它實施例的光裝置的構成的圖。圖73是表示其它實施例的光裝置的構成的圖。圖74是表示其它實施例的光裝置的構成的圖。圖75是表示發(fā)光元件的結構的剖視圖。圖76是表示實施例的發(fā)光裝置構成的圖，(A)是剖視圖，(B)是俯視圖。圖77是表示具有封固部件的實施例的發(fā)光裝置構成的剖視圖。圖78是表示具有其它方式的封固部件的實施例中發(fā)光裝置構成的剖視圖。圖79是表示其它方式的引線框的剖視圖。圖80是表示其它方式的引線框的剖視圖。圖81是表示其它方式的引線框的剖視圖。圖82是表示其它方式的引線框的立體圖。
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圖83是表示其它方式的引線框的立體圖。圖84是表示第十三實施方式涉及的發(fā)光裝置的構成的剖視圖。圖85是表示第十三實施方式涉及的發(fā)光裝置的變形例的剖視圖。圖86是表示第十四實施方式涉及的發(fā)光裝置的剖視圖。圖87是表示第十五實施方式涉及的發(fā)光裝置的構成的剖視圖。圖88是表示第十六實施方式涉及的發(fā)光裝置的構成的剖視圖。圖89是表示第十七實施方式涉及的發(fā)光裝置的構成的剖視圖。圖90是表示第十八實施方式涉及的發(fā)光裝置的構成的剖視圖。圖91是表示第十九實施方式涉及的發(fā)光裝置的構成的剖視圖。圖92是表示標準尺寸LED元件的凸塊形成面的俯視圖。圖93是表示大尺寸LED元件的凸塊形成面的俯視圖。圖94是表示第二十實施方式涉及的發(fā)光裝置的構成的剖視圖。圖95是表示在引線框上搭載有基層安裝件的狀態(tài)的俯視圖。圖96是表示利用模具來進行玻璃封固之前的狀態(tài)的圖。圖97是表示第二十實施方式涉及的發(fā)光裝置的變形例的剖視圖。圖98是表示本發(fā)明第二十一實施方式涉及的正裝型發(fā)光裝置的剖視圖。圖99表示第二十二實施方式涉及的倒裝型發(fā)光裝置，(a)是剖視圖，(b)是從(a)
的右側面觀看的側視圖。圖IOO表示第二十三實施方式涉及的正裝型發(fā)光裝置，(a)是剖視圖，(b)是從(a) 的右側面觀看的側視圖。
具體實施例方式
以下參照附圖等，對本發(fā)明涉及的固體元件裝置作詳細說明。圖1表示本發(fā)明第一實施方式涉及的發(fā)光裝置，(a)是發(fā)光裝置的縱向剖視圖， (b)是光源即GaN系LED元件的側視圖。該發(fā)光裝置l如圖1(a)所示，具有倒裝型GaN系 LED元件2 ;搭載GaN系LED元件2的含玻璃A1203基片3 ;由鎢(W)-鎳(Ni)-金(Au)構成且在含玻璃A1203基片3上形成的電路圖形4 ;將GaN系LED元件2與電路圖形4電連接的 Au凸點5 ;封固GaN系LED元件2且與含玻璃A1203基片3粘接的P205_ZnO系玻璃封固部 6。 GaN系LED元件2如圖1(b)所示，通過在由藍寶石(A1203)形成的基片20的表面，使緩沖層21、 n型層22、包含發(fā)光層的層23、 p型層24依次晶體生長來形成，它具有設置于P型層24的表面的p電極25以及n電極26，該n電極26在通過蝕刻除去p型層24至 n型層22的一部分而露出的n型層22上形成。該GaN系LED元件2在700°C以上的溫度下外延生長，其耐熱溫度為600°C以上，且對用后述的低熔點玻璃來進行封固加工時的溫度具有穩(wěn)定性。此外，p電極25，被用作使從包含發(fā)光層的層23發(fā)出的光向基片20方向反射的下面反射鏡。另外，其尺寸為0. 34mmXO. 34mmX厚度0. 09mm。含玻璃A1A基片3的熱膨脹率為12. 3X10—7t:，它具有通孔3A。該通孔3A使在基片的表面及背面由金屬化W形成的電路圖形4導通。
玻璃封固部6，由P兆-ZnO系低熔點玻璃(熱膨脹率11. 4X 10—7°C，屈服點 415t:，折射率1. 59，內部透過率99% (470nm))來形成，具有在由基于金屬模的熱壓加工來與含玻璃八1203基片3粘接后用切割機來切割而形成的上面6八及側面68，且形成為矩形。
以與對一般樹脂而言較高的粘度相比非常高的粘度，來對低熔點玻璃進行加工。
此外，在玻璃的場合，即使屈服點超過數(shù)十t:，粘度也不低至一般的樹脂封固程度。另外，如
果要達到一般樹脂成型時程度的粘度，則溫度需要超過LED元件的晶體生長溫度，或者會在金屬模上粘附，從而難以進行封固成形加工。因此，最好在106泊以上進行加工。
以下對該發(fā)光裝置1的制造方法作以說明。首先，備好具有通孔3A的含玻璃A1203基片3，且在含玻璃A1203基片3的表面，按照電路圖形來對W漿膏進行絲網(wǎng)印刷。接下來，以IOO(TC以上的溫度，對印刷了W漿膏的含玻璃A1203基片3進行熱處理，由此將W燒結到基片3上，然后在W上實施Ni鍍覆及Au鍍覆，由此而形成電路圖形4。接下來，在含玻璃A1^基片3的電路圖形4(表面?zhèn)?上，用 Au凸點5來電連接GaN系LED元件2。接下來，對搭載有GaN系LED元件2的含玻璃A1203 基片3，平行地設置片狀P205-ZnO系低熔點玻璃，并在氮氣氛中，以60kgf壓力及465t:溫度來進行熱壓加工。該條件下的低熔點玻璃的粘度為108 109泊，低熔點玻璃與含玻璃八1203 基片3通過其中所含有的氧化物來粘接。接下來，將與低熔點玻璃一體化了的含玻璃八1203 基片3置于切割機上并進行切割，由此分離出矩形狀的發(fā)光裝置1。
根據(jù)所述第一實施方式，可得到以下效果。 (1)利用低熔點玻璃，在高粘度狀態(tài)下進行熱壓加工，由此可進行相對晶體生長溫度充分低的加工。 (2)含玻璃A1203基片3與玻璃封固部6，基于通過氧化物的化學鍵合來粘接，由此
可得到強固的封固強度。因此，即使對接合面積較小的小型封裝體也是實用的。 (3)由于封固玻璃與含玻璃A1203基片的熱膨脹率相同，因而在高溫粘接后，即使
在常溫或低溫狀態(tài)下，也難以發(fā)生剝離及裂紋等粘接不良。而且，玻璃對拉伸應力不發(fā)生裂
紋，而對壓縮應力也難以發(fā)生裂紋，封固玻璃相對含玻璃A1203基片熱膨脹率稍微小一些。
發(fā)明者確認即使進行1000循環(huán)的-4(TC—— IO(TC的液相冷熱沖擊試驗，也未發(fā)生剝離及
裂紋。此外，作為5mmX5mm尺寸的玻璃片與陶瓷基片的接合基礎確認，對玻璃及陶瓷基片
以各種熱膨脹率的組合來進行了試驗，其結果是，在熱膨脹率較低一方部件與較高一方部
件的熱膨脹率之比為O. 85以上的情況下，可進行不發(fā)生裂紋的接合。盡管還取決于部件的
剛性及尺寸或者第八實施方式的應力吸收層等，但熱膨脹率相同所表示的是這種程度的范圍。 (4)由于采用倒裝接合而可不需要導線，因而即使對于高粘度狀態(tài)下的加工，也不會發(fā)生電極不良。封固加工時的低熔點玻璃的粘度硬固為108至109泊，且熱固化處理之前的環(huán)氧樹脂為5泊左右的液狀，與此相比，物理性上大大不同，因而在封固利用導線來電連接元件表面的電極與引線等供電部件的正裝型LED元件的場合下，可防止玻璃封固加工時導線發(fā)生擠壓碎裂或變形。此外，在封固通過金(Au)等凸塊來使元件表面的電極與引線等供電部件進行倒裝接合的倒裝型LED元件的場合下，還可防止因基于玻璃粘度而向供電部件方向對LED元件加壓而發(fā)生的凸塊碎裂及凸塊之間的短路。 (5)平行地設置低熔點玻璃與含玻璃A1203基片3，并以高粘度狀態(tài)來進行熱壓加工，由此，低熔點玻璃在含玻璃A1203基片的表面上平行移動并粘貼，而封固GaN系LED元件 2，因而不會產(chǎn)生空隙。 (6)由于含玻璃A1A基片3的配線用電路圖形4經(jīng)由通孔3A而引出到背面，因而不必采取針對玻璃進入到不必要的位置以及被覆電氣端子等的特別對策，便可對多個裝置一并封固加工片狀低熔點玻璃，由此，可容易地基于切割機來批量生產(chǎn)多個發(fā)光裝置1。此外，由于低熔點玻璃在高粘度狀態(tài)下加工，因而不必像樹脂那樣采取充分對策，即使不利用通孔，只要外部端子能引出到背面，便可足以進行批量生產(chǎn)。 (7)通過對GaN系LED元件2進行倒裝安裝，還具有以下效果可以克服在實施玻璃封固時所發(fā)生的問題點，且可實現(xiàn)邊長為O. 5mm的正方形的超小型發(fā)光裝置1。其原因在于不需要導線的焊接空間，且玻璃封固部6與含玻璃A1203基片3選用熱膨脹率相同的部件，同時由于基于化學鍵合的強固接合，即使是極小空間的粘接，也不會發(fā)生界面剝離。
圖2表示第一實施方式涉及的發(fā)光裝置的第一變形例，(a)是發(fā)光裝置的縱向剖視圖，(b)是光源即GaN系LED元件的側視圖。在以下的說明中，對共同的構成部分附加相同的引用數(shù)字來說明。該發(fā)光裝置l與第一實施方式的不同點在于其構成，即將正裝型GaN系LED元件 2倒裝接合到電路圖形4上，且設有保護GaN系LED元件2的電極及Au凸點5的白色系底層填料7。底層填料7，比如可采用氮化硼(BN)等光反射性良好的充填材料，在GaN系LED元件2接合前，預先在含玻璃A1203基片3上封裝，在其上對GaN系LED元件2進行倒裝接合，由此來設置。GaN系LED元件2如圖2 (b)所示，具有設置于p型層24的表面的ITO(Indium
Tin Oxide)等透光性電極27、及設置于透光性電極27的表面的p電極25。根據(jù)所述第一變形例，即使是正裝型GaN系LED元件2，由底層填料7反射擴散的
光，也會從GaN系LED元件2的基片20輻射，因而光取出性得到提高。此外在第二實施方
式中，盡管選擇了白色系底層填料7來作為提高光取出效率的材料，但如果不重視光取出
效率，也可以采用白色系之外的其它顏色的底層填料7。作為第二變形例，也可以在玻璃封固部6的表面，實施用于提高耐濕性、耐酸堿性的表面處理。在該場合下，MgFySiOySiN表面處理是有效的。此外，也可以用防反射多層膜等來進行減小界面反射的處理。在該場合下，Ti02+Si02多層覆層是有效的。
圖3是第三變形例，是表示采用了其它底層填料的發(fā)光裝置的縱向剖視圖。在第三變形例的發(fā)光裝置1中，采用了熱傳導性良好的金剛石，來作為保護GaN系LED元件2的電極及Au凸點5的底層填料7。此外，也可以采用BN、氮化鋁(A1N)、碳化硅(SiC)，來作為其它熱傳導性良好的底層填料7。在耐熱性陶瓷被覆材料中，它們作為平均粒徑為數(shù)微米的充填劑來混入。圖4是第四變形例，是表示設有由樹脂材料形成的模塑部的發(fā)光裝置的縱向剖視圖。該發(fā)光裝置1為，將在第一實施方式中說明的發(fā)光裝置1與引線框8相接合，且設有整體由環(huán)氧樹脂形成的模塑部9。模塑部9形成為具有半球狀光學形狀表面9A，且由傳遞模塑法來形成。根據(jù)這種構成，在玻璃封固型裝置中可容易地形成光學系統(tǒng)，而且由于含玻璃
9A1203基片3及玻璃封固部6被模塑部9包圍，因而可進一步提高耐濕性。此外，模塑部9也可以由環(huán)氧樹脂之外的其它樹脂材料，比如硅樹脂來形成，也可采用傳遞模塑法之外的封裝模塑法等成型方法。也可以采用丙烯酸酯、聚碳酸酯等樹脂材料，由注塑法來形成，在該場合下可提高生產(chǎn)性。此外，模塑部9中也可以含有熒光體。作為熒光體，也可以采用YAG熒光體、硅酸鹽熒光體，或者以規(guī)定比例來混合了它們的材料等。圖5是表示第二實施方式涉及的發(fā)光裝置的縱向剖視圖。該發(fā)光裝置1的不同點
在于以下兩種構成取代第一實施方式的發(fā)光裝置1中所用的玻璃材料，而設有Si02-Nb205
系玻璃封固部6的構成；在含玻璃A1203基片3中設有Ag系電路圖形4的構成。 Si02-Nb205系玻璃封固部6，由Si02-Nb205系低熔點玻璃(熱膨脹率
12. 1 X 10—7°C ，屈服點507。C ，折射率1. 69，內部透過率98% (470nm))來形成，且具有由
熱壓加工來與含玻璃A1203基片3粘接，然后用切割機來切割而形成的上面6A及側面6B，
從而模塑成矩形。含玻璃A1A基片3的熱膨脹率為12. 3X10—7t:，具有通孔3A。該通孔3A在基片的表面及背面使基于電解鍍覆的Ag電路圖形4導通。根據(jù)所述第二實施方式，通過采用3102_恥205系低熔點玻璃，可減小透濕性，且可提高光取出性。此外，通過采用透濕性小的低熔點玻璃，比如即使在對GaN系LED元件2進行倒裝安裝的電路圖形之類的、施加電壓且圖形間隔為數(shù)十微米的場合下，即在因樹脂封固而發(fā)生移動因而難以適用的場合下，也可以采用高反射率材料即Ag。
圖6是本發(fā)明第三實施方式涉及的發(fā)光裝置的縱向剖視圖。該發(fā)光裝置1具有正裝型GaN系LED元件2 ;搭載GaN系LED元件2的含玻璃A1203基片3 ;由W構成且在含玻璃A1203基片3上形成的電路圖形4 ;將GaN系LED元件2與電路圖形4電連接的Au凸點 5 ;對GaN系LED元件2的電極與電路圖形4進行電連接的由Au形成的導線10 ;對GaN系 LED元件2、導線10、及電路圖形4進行包圍且被覆的耐熱無機材料覆層11 ;將GaN系LED 元件2與電路圖形4粘接的無機白色粘接劑12;在封固的同時與含玻璃八1203基片3粘接的P^-ZnO系玻璃封固部6。耐熱無機材料覆層11 ，是具有透光性的多孔質Si02系硬覆層，可防止在P205_ZnO 系玻璃封固加工中，導線io發(fā)生變形。無機白色粘接劑12，對從GaN系LED元件2向基片一側輻射的光進行反射，并使其從電極形成面輻射。以下，對該發(fā)光裝置1的制造方法作以說明。首先，備好具有通孔3A的含玻璃A1203基片3，且在含玻璃A1203基片3的表面，按照電路圖形來對W漿膏進行絲網(wǎng)印刷。接下來，以150(TC以上的溫度，對印刷有W漿膏的含玻璃A1203基片3進行熱處理，由此將W燒結到基片3上，進而在W上實施Ni鍍覆及Au鍍覆，由此而形成電路圖形4。接下來，在含玻璃A1^基片3的電路圖形4(表面?zhèn)?上，用無機白色粘接劑12來粘接GaN系LED元件2。接下來，利用導線10來對GaN系LED元件2 的P電極和n電極以及電路圖形4進行電連接。接下來，以包圍GaN系LED元件2及導線 10的方式，封裝Si02系覆層材料。接著，對它們實施150°C的熱處理，而形成多孔質耐熱無機材料覆層11。接下來，相對搭載有GaN系LED元件2的含玻璃A1203基片3，平行地設置
10P20「Zn0系低熔點玻璃，并以60kgf壓力，以415t:以上的溫度來進行熱壓加工。接下來，將與低熔點玻璃一體化了的含玻璃八1203基片3置于切割機上并進行切割，由此分離矩形狀的發(fā)光裝置l。根據(jù)所述第三實施方式，通過利用透光性耐熱無機材料覆層11來被覆導線IO，可以以高合格率，來對焊接有導線的GaN系LED元件2進行基于P205_ZnO系低熔點玻璃的玻璃封固加工，可實現(xiàn)玻璃封固型發(fā)光裝置1。此外，雖然不設置耐熱無機材料覆層ll，也能實現(xiàn)玻璃封固加工，但無法避免導線 10的變形，因而易于發(fā)生電氣短路，造成合格率下降。此外，除了在GaN系LED元件2上Au 導線10的球狀接合部會壓壞，易于發(fā)生電氣短路之外，還會發(fā)生膜狀Au覆蓋元件表面而妨礙光取出等問題。圖7是表示第三實施方式涉及的發(fā)光裝置變形例的縱向剖視圖。該發(fā)光裝置1與第三實施方式的不同點在于以下構成，即采用了在元件上下具有電極的AlInGaP系LED元件2。 AlInGaP系LED元件2中，上面的電極與電路圖形4由導線10來電連接，下面的電極與電路圖形4由Ag漿膏13來電連接。即使對在上面及下面配有電極的LED元件，通過實施耐熱無機材料覆層11來進行基于P205-ZnO系低熔點玻璃的玻璃封固加工，也可以以高合格率來實現(xiàn)玻璃封固型發(fā)光裝置1。圖8是表示第四實施方式涉及的發(fā)光裝置的縱向剖視圖。該發(fā)光裝置1為，對于在第一實施方式的發(fā)光裝置1中所用的GaN系LED元件2，使用基于劃線加工來形成的元件。由劃線加工來形成的GaN系LED元件2在切斷部即側面上具有尖銳的凹凸部，因而用元件被覆材料14來被覆側面而構成。元件被覆材料14比如可采用Si02系被覆材料。Si02系被覆材料按照被覆GaN系 LED元件2的側面的方式來涂布，并由15(TC的熱處理來固化。根據(jù)所述第四實施方式，由于因劃線加工而在GaN系LED元件2上產(chǎn)生的尖銳的凹凸部位易成為造成裂紋及空隙的原因，因而用元件被覆材料14來被覆凹凸部位而變得光滑，這樣便可以防止發(fā)生裂紋。此外還可抑制發(fā)生空隙。圖9是表示第四實施方式涉及的發(fā)光裝置第一變形例的縱向剖視圖。該發(fā)光裝置 l中，與第四實施方式的不同點在于以下構成，即用由Si(^系被覆材料形成的元件被覆材料 14，按照被覆GaN系LED元件2的整個周圍的方式來進行被覆。通過使元件被覆材料14的熱膨脹率處于GaN系LED元件2的熱膨脹率與P205_ZnO 系低熔點玻璃的熱膨脹率之間，從而即使在采用了高熱膨脹率玻璃的場合以及采用了大尺寸LED元件的場合等下，也可以防止發(fā)生裂紋。根據(jù)所述第一變形例，可防止因GaN系LED元件2的表面形狀引起的裂紋及空隙的產(chǎn)生，且可防止因GaN系LED元件2與低熔點玻璃的熱膨脹率之差引起的裂紋的產(chǎn)生。此外，如果考慮從GaN系LED元件2的光取出性，最好將元件被覆材料14盡量設置得薄一些。
圖10是表示第四實施方式涉及的發(fā)光裝置第二變形例的縱向剖視圖。該發(fā)光裝置1與第四實施方式的不同點在于以下構成，即用含有熒光體的熒光體層15，按照被覆GaN 系LED元件2的整個周圍的方式來進行被覆。
11
熒光體層15，是在由第一變形例中所用的Si02系被覆材料形成的元件被覆材料 14中作為熒光體而含有YAG系熒光體的層。此外，熒光體可以是單獨的熒光體，也可以使多種熒光體相混合。作為其它熒光體可采用硅酸鹽熒光體，也可以將YAG系熒光體與硅酸鹽熒光體相混合，并使熒光體層15含有它。根據(jù)所述第二變形例，除了第一變形例的良好效果之外，還利用玻璃封固來使熒光體與外部濕氣相隔離，因而可防止熒光體劣化，在長期使用中可得到穩(wěn)定的波長轉換性。
圖11表示第五實施方式涉及的發(fā)光裝置，(a)是發(fā)光裝置的俯視圖，(b)是發(fā)光裝置的側視圖，(c)是發(fā)光裝置的仰視圖。該發(fā)光裝置1具有多個倒裝型GaN系LED元件2 ; 形成為正方形且搭載GaN系LED元件2的多層結構的含玻璃A1203基片3 ;在含玻璃A1203基片3的表面及層內由鎢(W)形成的電路圖形(在基片表面的圖形中，還實施Ni、Au鍍覆)4 ; 將GaN系LED元件2與電路圖形4電連接的Au凸點5 ;封固GaN系LED元件2且與含玻璃 A1203基片3粘接的P205-Zn0系玻璃封固部6 ;在含玻璃A1203基片3的四角，從層內的中間層露出的底面電路圖形16A(陽極)、16C(陰極)；將由GaN系LED元件2發(fā)出的熱量向外部發(fā)散的、由銅箔形成的放熱圖形17，該裝置在按照具有圓形外形的方式在基片表面形成圖形的電路圖形4上，經(jīng)由Au凸點5，并按3個X 3個陣列來配置有合計9個的GaN系LED 元件2。含玻璃A1^3基片3構成為具有由W形成的層內配線的多層結構，對圖11(b)所示的列方向上的三個GaN系LED元件2進行串聯(lián)連接，而形成元件組，且將元件組的陽極與底面電路圖形16A之一相連接，并且將元件組的陰極與底面電路圖形16C相連接。此外，該陰極還與對其它兩列形成的元件組的陰極相連接。根據(jù)所述第五實施方式，即使對于采用了多個GaN系LED元件2的結構，也可以通過采用陶瓷多層基片來容易地形成串并聯(lián)電路，且可容易地形成實施電解鍍覆時的布線引繞。此外，通過從中間層取出外部電連接端子，且在底面設置放熱用金屬圖形，可以使由使密集安裝的9個GaN系LED元件2發(fā)光而產(chǎn)生的熱量從放熱用金屬圖形迅速地向散熱器等傳導。圖12是表示第五實施方式涉及的發(fā)光裝置第一變形例的縱向剖視圖。該發(fā)光裝置1與第五實施方式的不同之處在于，在&0「Zn0系玻璃封固部6的表面設置熒光體層15，而成為波長轉換型發(fā)光裝置1。根據(jù)所述第一變形例，由于在P205_ZnO系玻璃封固部6中，具有包圍GaN系LED元件2整體的熒光體層15，因而可實現(xiàn)高光輸出性的白色發(fā)光裝置1。此外，即使多元件型發(fā) 光裝置1中各LED元件特性存在偏差，其差也難以變得顯著，可實現(xiàn)具有均勻發(fā)光特性的發(fā) 光裝置l。圖13是表示第五實施方式涉及的發(fā)光裝置第二變形例的縱向剖視圖。該發(fā)光裝
置1與第五實施方式的不同點在于，將發(fā)出藍色或綠色光的倒裝型GaN系LED元件2與發(fā)
出紅色光的上下電極型AlInGaP系LED元件2進行混合，并由P205_ZnO系玻璃封固部6來
進行封固。AlInGaP系LED元件2與導線10 —起被耐熱無機材料覆層11包圍。根據(jù)所述第二變形例，即使在倒裝型與上下電極型LED元件混合存在的場合下，
也可進行基于P205_ZnO系低熔點玻璃的玻璃封固加工。此外，對于LED元件2的發(fā)光色組
合，也可以任意地設定。
圖14是表示第六實施方式涉及的發(fā)光裝置的剖視圖。該發(fā)光裝置1具有在元件的上下具有電極的AlInGaP系LED元件2 ;搭載AlInGaP系LED元件2的含玻璃A1203基片3 ;由W來構成且形成于含玻璃A1203基片3的電路圖形4 ;對AlInGaP系LED元件2的電極與電路圖形4進行電連接的由Au形成的導線10 ;包圍并被覆AlInGaP系LED元件2、導線10以及電路圖形4的由Ti0j折射率2.4)形成的高折射率材料覆層11A ;將AlInGaP系LED元件2與電路圖形4粘接且電連接的Ag漿膏13 ;封固由高折射率材料覆層IIA包圍的AlInGaP系LED元件2、且與含玻璃A1203基片3粘接的Si02_Nb205系玻璃封固部6。[one] Si02-Nb205系玻璃封固部6，由Si02-Nb205系低熔點玻璃(熱膨脹率10. 2X10—7。C，屈服點543。C，折射率:1. 92，內部透過率:81% (470nm)，91% (520nm(厚度10mm時))來形成，具有形成為半球面狀的光學形狀面6D，且將從AlInGaP系LED元件2發(fā)出且經(jīng)由高折射率材料覆層11A而到達的光向玻璃界面大致垂直入射，由此來盡量減小界面反射，并向外部輻射。此外，光學形狀面6D，如果是從AlInGaP系LED元件2發(fā)出的光入射到相對玻璃封固部6的界面的臨界角以內的形狀，則也可以是半球狀之外的其它形狀。具體地說，也可以是六面體或八面體。根據(jù)所述第六實施方式，用于用折射率為2. 4的Ti02這一高折射率材料覆層11A來包圍AlInGaP系LED元件2，并用折射率為1. 92的Si02_Nb205系玻璃封固部6來進行封固，因而可抑制在高折射率材料覆層11A與Si02-Nb205系玻璃封固部6的界面上發(fā)生界面反射損失，可提高從高折射率媒體即LED元件的光取出效率。此夕卜，由于Si02-Nb205系玻璃封固部6形成為凸面狀，因而以接近于垂直入射的角度，從AlInGaP系LED元件2向玻璃封固部6與空氣的界面進行入射，由此可得到高的外部輻射效率。圖15表示第六實施方式涉及的發(fā)光裝置的第一變形例，(a)是發(fā)光裝置的縱向剖視圖，(b)是光源即GaN系LED元件的側視圖。該發(fā)光裝置1與第六實施方式的不同點在于以下構成取代AlInGaP系LED元件2，而具有含有SiC基片29的GaN系LED元件2 ;在Si02-Nb205系玻璃封固部6的表面，配有設有具有1/4波長厚度的Si02膜6E的光學形狀面6D。 SiC基片29在底面上具有n電極26，且經(jīng)由Ag漿膏13來與電路圖形4電連接。
根據(jù)所述第一變形例，由于在光學形狀面6D上設有具有1/4波長厚度的Si02膜6E，因而在光學形狀面6D上傳導的光將由Si02膜6E來干涉，由此可減少反射。
圖16表示第六實施方式涉及的發(fā)光裝置的第二變形例，(a)是發(fā)光裝置的縱向剖視圖，(b)是光源即GaN系LED元件的側視圖。該發(fā)光裝置1與第六實施方式的不同點在于，取代AlInGaP系LED元件2，而采用具有GaN基片30的倒裝型GaN系LED元件2。
根據(jù)所述第二變形例，通過采用具有GaN基片30的GaN系LED元件2，可在LED元件內部不發(fā)生界面反射地將光有效地傳導到基片表面。傳導到基片表面的光可經(jīng)由Si02-Nb205系玻璃封固部6，從光學形狀面6D向外部輻射，由此可得到高的外部輻射效率。
圖17表示第七實施方式涉及的發(fā)光裝置，(a)是發(fā)光裝置的縱向剖視圖，(b)是光源即GaN系LED元件的側視圖。該發(fā)光裝置1與至第六實施方式為止的實施方式的不同點在于，取代含玻璃A1A，以A1A來作為基片材料，并采用與該A1A的熱膨脹率相當?shù)姆夤滩ＡР牧?。該圖表示被截斷成各個裝置之前的狀態(tài)。各個發(fā)光裝置1如圖17(a)所示，具有倒裝型GaN系LED元件2 ;搭載GaN系LED元件2的A1203基片3 ;在A1203基片3上形成的電路圖形4 ;對GaN系LED元件2與電路圖形4進行電連接的Au凸點5 ;封固GaN系LED元件2且與A1203基片3粘接的B203-F系玻璃封固部6。 GaN系LED元件2如(b)所示，為防止在B203_F系玻璃的封固加工時發(fā)生Au凸點5的損傷及電極間短路，而在與A1203基片3之間充填有底層填料7。 A1203基片3具有通孔3A，并經(jīng)由該通孔3A，來使表面與背面的電路圖形4電連接。此外，以規(guī)定的間隔形成有成為基片截斷位置的溝3B。電路圖形4在搭載GaN系LED元件2的表面，具有用于提高與B203_F系玻璃封固部6的粘接強度的粘接用圖形4A及4B，粘接用圖形4B還用作在A1203基片3的背面取出的電路圖形4的一部分。 BA-F系玻璃封固部6，由B^-F系低熔點玻璃(熱膨脹率6. 9 X 10—6/°C ，屈服點539t:，折射率1. 75，內部透過率98% (470nm))來形成，對由預塑加工來預先設有光學形狀面6D及薄壁部6B的預塑玻璃進行熱壓加工，由此來與A1203基片3的表面相粘接。薄壁部6B的形成厚度為在對劃線加工部分附加載荷并截斷時，不使對所鄰接的發(fā)光裝置1發(fā)生裂紋等損壞的厚度。發(fā)光裝置l，在安裝GaN系LED元件2且用B203_F系玻璃封固部6來進行封固后，以A1203基片3的溝3B作為截斷位置來附加載荷，由此，A1203基片3基于應力集中來斷裂，同時，B203-F系玻璃封固部6在薄壁部6B處截斷。根據(jù)所述第七實施方式，通過使用一般常用的A1A基片，可以減小白色光的吸收，提高光取出效率。此外，還易于購買且價格低廉。此外，由于對劃線加工部分附加載荷來截斷成各個發(fā)光裝置l，因而批量生產(chǎn)性良好。在基于切割的發(fā)光裝置1的截斷中，盡管在用切割機來切斷時，玻璃上會發(fā)生殘余變形，且因熱沖擊而在B203-F系玻璃封固部6中產(chǎn)生缺陷，但在基于劃線來截斷的發(fā)光裝置1中，殘余變形較少，且難以發(fā)生缺陷等不良現(xiàn)象。
此夕卜，作為B203-F系以外的低熔點玻璃，也可采用Si02-B203-La203系低熔點玻璃(熱膨脹率8. 3 X 10-6,C ，屈服點559°C ，折射率1.81，內部透過率:99% (470nm))。
此外，作為劃線之外的其它截斷方法，也可利用激光來進行截斷。
圖18是表示第七實施方式涉及的發(fā)光裝置第一變形例的縱向剖視圖。該發(fā)光裝置1與第七實施方式的不同點在于，用平坦的B^-F系低熔點玻璃，來形成BA-F系玻璃封固部6。 B203-F系Si02-B203玻璃封固部6，在與A1203基片3上所形成的溝3B相對的位置上具有劃線部6C，在附加載荷時與溝3B共同起作用而產(chǎn)生應力集中，由此截斷B203-F系玻璃封固部6與A1A基片3。根據(jù)所述第一變形例，無需B203-F系玻璃封固部6的預塑，因而可簡化制造工序，且生產(chǎn)性優(yōu)越。此外，作為可適用于玻璃封固部6的其它低熔點玻璃，也可以采用Si02-B203系低熔點玻璃。圖19表示第八實施方式涉及的發(fā)光裝置，(a)是發(fā)光裝置的縱向剖視圖，(b)是光源即GaN系LED元件的側視圖。該發(fā)光裝置1與第七實施方式的不同點在于，在GaN系LED元件2的下部具有導熱性良好的BN底層填料7，還具有搭載GaN系LED元件2的AIN基片3、以及Si02-B203系玻璃封固部6，其封固GaN系LED元件2且具有與A1N基片3粘接的AIN相同的熱膨脹率。 Si02-B203系玻璃封固部6，由Si02-B203系低熔點玻璃(熱膨脹率4. 9X 10—6/°C ，屈服點558。C，折射率1.61，內部透過率96% (380nm))來形成，且具有與GaN系LED元件2的熱膨脹率5X 10—6廣C幾乎相同的熱膨脹率。根據(jù)所述第八實施方式，基于GaN系LED元件2的發(fā)光而產(chǎn)生的熱量，經(jīng)由導熱性
良好的底層填料7以及Au凸點5，來傳導給高放熱材料A1N基片3，并向外部有效地放熱。
此外，GaN系LED元件2、A1N基片3以及Si02_B203系玻璃封固部6等主要部件具有幾乎相
同的熱膨脹率，這樣就不會發(fā)生因熱膨脹率引起的剝離及封固性下降的問題。比如，即使在主要部件之間存在熱膨脹率差的場合下，也可以通過設置具有應力
緩和效果的構成來吸收內部應力，防止封固性下降及剝離。圖20是表示第八實施方式涉及的發(fā)光裝置變形例的縱向剖視圖。該發(fā)光裝置1與第七實施方式的不同點在于，在安裝GaN系LED元件2的電路圖形4的表面，具有用于吸收內部應力的軟金屬層。圖21(a)至(e)，表示在AlN基片上形成電路圖形的形成工序。首先，如(a)所示，在預先形成有通孔3A的A1N基片3的兩面，對含有與電路圖形相應的W漿膏進行絲網(wǎng)印刷。接下來，以超過1500°C的溫度來燒結A1N基片3，而燒焊W。由此，使W與A1N基片3牢固地結合。也可以通過濺射來形成該W。此外，也可以取代W而采用Mo等高熔點金屬。接下來，如(b)所示，在A1N基片3表面?zhèn)鹊碾娐穲D形4上面，利用鍍覆法來設置鎳(Ni)層26。接下來，如(c)所示，以約70(TC的溫度來對AlN基片3加熱，而使Ni與W發(fā)生反應。由此，使電路圖形4在A1N基片3上面牢固地接合。接下來，如(d)所示，在電路圖形4的表面，利用電解鍍覆來形成Au層4C。接下來，如(e)所示，利用Au凸點5來將GaN系LED元件2安裝到規(guī)定的位置上。在按所述方法在電路圖形4上安裝有GaN系LED元件2的A1N基片3上，對Si02-B203系低熔點玻璃進行熱壓加工，并基于劃線來截斷成各個發(fā)光裝置1。
根據(jù)所述變形例，可使電路圖形4與A1N基片3牢固地接合。此外，通過在電路圖形4上面設置經(jīng)由Au凸點來安裝GaN系LED元件2用的Au圖形4C以及與低熔點玻璃接合用的Ni圖形4A，可以實現(xiàn)凸點安裝，且可緩和應力。此外，對玻璃進行經(jīng)由氧化物的接合，即雖與Au不粘接但經(jīng)由Ni表面的Ni氧化膜來與Ni接合。此外，玻璃與AIN均可得到良好接合。盡管由于A1N基片的熱傳導度高，因而在GaN系LED元件2點亮之后等時易發(fā)生與玻璃的溫度差，但即使在這種狀況下，也可以基于Au層4C的彈性變形來緩和應力，可獲得穩(wěn)定的玻璃封固性。圖22是表示第九實施方式涉及的發(fā)光裝置的縱向剖視圖。該發(fā)光裝置1具有倒裝型GaN系LED元件2 ;搭載GaN系LED元件2的A1N基層安裝件18 ;由W構成且形成于AIN基層安裝件18的電路圖形4 ;具有搭載AIN基層安裝件18的階梯部19A且由銅合金形成的引線19 ;對GaN系LED元件2與電路圖形4進行電連接的Au凸點5 ;包圍GaN系LED元件2及引線19而封固成一體的P205-F系玻璃封固部6。
AIN基層安裝件18具有被金屬化的電路圖形。 P205-F系玻璃封固部6，由P205-F系低熔點玻璃(熱膨脹率16. 9X 10—6/°C ，屈服
15點363t:，折射率1. 54，內部透過率99% (470nm))來形成，基于熱壓加工來形成有光學形狀面6D，該光學形狀面6D形成為半球面狀且在所希望的輻射范圍內輻射光。
按照夾持形成于引線框的引線19的方式，平行設置兩個&0「F系低熔點玻璃，且在氮氣氛中將壓力設為10kgf，并以41(TC以上的溫度來進行熱壓加工。該條件下的低熔點玻璃的粘度為108 109泊。圖23是表示對引線框進行了基于熱壓加工的玻璃封固的狀態(tài)的圖。該圖中表示一對引線311向一個方向引出的由片狀銅合金形成的引線框31。該引線框31具有固定A1N基層安裝件18的引線311 ;設置于引線311的支承側的開口 312 ;吸收引線框31的熱變形的橢圓孔313 ;對引線框31的輸送位置進行定位的定位孔314，引線311的周圍在沖壓片狀銅合金時被作為開口 310來除去。
以下，對發(fā)光裝置1的制造方法作以說明。首先，形成具有形成了搭載A1N基層安裝件18的階梯部19A的引線19的引線框31。接下來，使引線框31與形成有電路圖形4的A1N基層安裝件18相接合。接下來，在設置于A1N基層安裝件18的表面的電路圖形4上，經(jīng)由Au凸點5來倒裝接合GaN系LED元件2。接下來，在引線框31的上下，平行設置&0「F系低熔點玻璃。接下來，利用未圖示的金屬模，進行對P20「F系低熔點玻璃的熱壓加工。&05干系低熔點玻璃基于熱壓加工而在薄壁部6B及P205-F系玻璃封固部6上獨立地成型。接下來，剪切引線311，而作為發(fā)光裝置1來從引線框31分離。根據(jù)所述第九實施方式，可得到以下效果。 (1)由于使用P205-F系低熔點玻璃，以高粘度狀態(tài)來進行熱壓加工，因而可進行晶體生長溫度以下的玻璃封固加工。 (2)由于在氮氣氛中進行熱壓加工，因而各部件難以氧化。
(3)由于按照夾持引線的方式來設置兩片玻璃，因而可在高粘度下進行封固。
(4) P205_F系低熔點玻璃與銅合金弓|線由于熱膨脹率幾乎相同，因而難以發(fā)生剝離
及裂紋等接合不良現(xiàn)象。此外，即使熱膨脹率有多少差異，也可以基于軟金屬即銅的塑性來
吸收內部應力。盡管在第一至第八實施方式中，采用形成有電路圖形的陶瓷基片來作為電
力供應裝置，但一般可購買到的陶瓷基片的熱膨脹率相對低熔點玻璃是較低的。盡管相關
性不一定大，但分子間耦合力較弱的材料成為低熔點，同時有熱膨脹率變大的傾向。與此相
對，如果采用金屬引線來作為電力供應裝置，則即使是熱膨脹率15X 10—7°C以上的熔點更
低的玻璃，也可以實現(xiàn)發(fā)光裝置1。此外，作為低熔點玻璃，如果選擇熱膨脹率大的材料，則
與GaN系LED元件的熱膨脹率差將變大，因而最好并用針對該差的對策。 (5)由于采用倒裝安裝，因而難以發(fā)生電極部分的損傷。
(6)具有難以發(fā)生因部件之間的熱膨脹率差而引起的裂紋的結構。 S卩，在引線上形成相應于A1N基層安裝件的形狀的階差，而且利用軟金屬引線的
塑性，可緩和A1N基層安裝件長度方向上的應力。此外，盡管玻璃易于因拉伸應力而產(chǎn)生裂
紋，但難以因壓縮應力而產(chǎn)生裂紋。由于是熱膨脹率較小的GaN系LED元件為中央部，且相
比于此膨脹率高的引線以及P205-F系低熔點玻璃圍繞周圍的構成，因而應力在垂直方向上
對GaN系LED元件的各面產(chǎn)生作用，在玻璃上產(chǎn)生壓縮應力。這樣，即使低熔點玻璃的熱膨
脹率大，也可實現(xiàn)LED元件及基層安裝件。
(7) GaN系LED元件發(fā)出的熱量，通過A1N基層安裝件及引線來迅速地向外部發(fā)散。此外，由于玻璃的熱傳導率優(yōu)于樹脂封固材料的十倍左右，因而從玻璃放出的熱量也達到不可忽視的程度。 (8)此外，對引線框進行熱壓加工，在引線上進行獨立的玻璃封固，同時從引線框上截斷，由此可批量生產(chǎn)，批量生產(chǎn)性良好。此外，對于構成基層安裝件的材料，并不限于AIN，也可以用藍寶石(A1203)來形成。在采用了 A1203的場合下，由于與玻璃材料的熱膨脹率差較小，因而可抑制裂紋及剝離的發(fā)生。此外，如圖24所示，也可以由n層18B及p層18C，而在用作齊納二極管的Si基層
安裝件18上搭載GaN系LED元件2。在該場合下，可保護GaN系LED元件免受靜電破壞。
此外，對于進行Si基層安裝件18的p層18C與引線19的電連接的導線IO，通過用前述的
耐熱無機材料覆層11等保護部件來保護，可以回避伴隨玻璃封固加工的損傷。此外，對于夾持引線的兩片玻璃中的下側玻璃，也可以采用白色的。在該場合下，
可反射向下側輻射的光，使其向光學形狀形成側輻射。此外，夾持引線的兩片玻璃也可以具有不同的粘度。具體地說，上側玻璃采用 PA-F系低熔點玻璃(熱膨脹率17.3X10—7t:，屈服點31(TC，折射率1.51，內部透過率:99% (470nm))，下側玻璃采用P兆-F系低熔點玻璃(熱膨脹率16. 9 X 10—6/°C ，屈服點: 363t:，折射率1.54，內部透過率99% (470nm))。在該場合下，在熱壓加工時，上側成為高粘度，下側成為低粘度，而易于成型。圖25表示第十實施方式涉及的發(fā)光裝置，(a)是俯視圖，(b)是(a)A-A剖視圖， (c)是下部玻璃的立體圖。該發(fā)光裝置1具有正裝型GaN系LED元件2 ;具有搭載GaN系 LED元件2的引線罩部19B的引線19 ;對GaN系LED元件2與引線19電連接的導線10 ;覆蓋并保護GaN系LED元件2及導線10的硅覆層35 ;由預塑的上部玻璃60A及下部玻璃60B，來一體地封固引線19的P20s-F系玻璃封固部6。引線罩部19B由傾斜面190及底面191而形成為研缽狀，且被存放于(c)所示的下部玻璃60B的引線存放溝60C內。引線存放溝60C，是在用金屬模對下部玻璃60B進行預塑而成形時形成的。以下對發(fā)光裝置1的制造方法作以說明。首先，以銅作為材料，備好設有在表面實施了鍍銀處理的一對引線19的未圖示引線框。接下來，在引線19的引線罩部19B上搭載GaN系LED元件2。 GaN系LED元件2通過無機透明粘接劑來與引線罩部19B的底面191粘接。接下來，用導線10來對一對引線19 與GaN系LED元件2的電極進行電連接。接下來，在對一對弓|線19與GaN系LED元件2進行電連接的狀態(tài)下，存放到預塑的下部玻璃60B的引線存放溝60C內。接下來，按照覆蓋一對引線19與GaN系LED元件2的方式，封裝硅樹脂覆層35。接下來，備好上部玻璃60A，并基于熱壓加工來與下部玻璃60B成為一體。接下來，從引線框上截斷發(fā)光裝置1。
根據(jù)所述第十實施方式，可得到以下效果。硅樹脂在大約40(TC以上時，分子耦合將因熱而截斷，并產(chǎn)生氣體，但由于可在使硅樹脂覆層35不發(fā)生熱分解的36(TC中進行加工，因而可由硅樹脂來吸收玻璃封固加工時的熱量，而緩和應力。此外，通過采用存放引線罩部19B的預塑而成的下部玻璃60B，一對引線19的玻璃封固狀態(tài)穩(wěn)定。此外，對引線框進行熱壓加工，對引線進行獨立的玻璃封固，同時從引線框上切斷，由此可批量生產(chǎn)，批量生產(chǎn)性良好。圖26是表示第十實施方式涉及的發(fā)光裝置第一變形例的剖視圖。該發(fā)光裝置1與第十實施方式的不同點在于，具有倒裝型GaN系LED元件2 (0. 3mmX0. 3mm);搭載GaN系 LED元件2的AIN基層安裝件18 ;具有存放AIN基層安裝件18的階梯部19A的一對引線框 19。 —對引線框19在階梯部19A的上方具有傾斜面19D，由傾斜面19D來反射從GaN 系LED元件2輻射的光，并向外部輻射。 AIN基層安裝件18，具有對設置于表面及背面的電路圖形4進行電連接的通孔 18A。以下對發(fā)光裝置1的制造方法作以說明。首先，備好設有一對引線19的未圖示的引線框。接下來，按照位于引線19的階梯部19A的方式，用Ag漿膏將AIN基層安裝件18電連接。接下來，經(jīng)由Au凸點5，來使AIN 基層安裝件18與GaN系LED元件2接合。接下來，在使一對引線19與GaN系LED元件2 電連接的狀態(tài)下，存放到預塑的下部玻璃60B的引線存放溝60C。接下來，按照覆蓋一對引線19與GaN系LED元件2的方式，封裝硅樹脂覆層35。接下來，備好上部玻璃60A，并基于熱壓加工來與下部玻璃60B成為一體。接下來，從引線框上切離發(fā)光裝置1。
根據(jù)所述第一變形例，通過采用倒裝型GaN系LED元件2，可以從基片側有效地進行光取出。圖27是表示第十實施方式涉及的發(fā)光裝置第二變形例的剖視圖。該發(fā)光裝置1 與第十實施方式的不同點在于，具有倒裝型GaN系LED元件(大尺寸)2 ;搭載GaN系LED 元件2的AIN基層安裝件18 ;具有存放AIN基層安裝件18的階梯部19A的一對引線框19。大尺寸GaN系LED元件2的尺寸為1mm X 1mm。在第二變形例中，對采用了大尺寸芯片的構成進行了說明，但通過芯片尺寸的增大，&0「F系玻璃A1N基層安裝件18及&0「F系玻璃封固部6的熱膨脹率差增大。即使在該場合下，也能得到良好的封固性。圖28表示第十一實施方式涉及的發(fā)光裝置，(a)是側視圖，(b)是對玻璃封固時的立體圖。該發(fā)光裝置l，如圖28(a)所示，通過對由P20「F系玻璃形成的筒狀體60D進行加熱，來對GaN系LED元件2、導線10以及一對引線19進行玻璃封固。筒狀體60D，如圖28(b)所示，由切除了一部分的筒狀玻璃來構成，用未圖示的燃燒器等加熱裝置來加熱筒狀體60D，由此使玻璃熔融，并對GaN系LED元件2、導線10以及一對引線19進行玻璃封固。根據(jù)所述第十一實施方式，可基于熔融了的玻璃的表面張力，來對GaN系LED元件
2、導線10以及一對引線19進行玻璃封固。此外，雖然在本實施方式中，通過使熔融了的玻
璃附著來進行玻璃封固，但也可以在玻璃正在熔融的狀態(tài)下，進行熱壓加工。圖29表示第十二實施方式涉及的發(fā)光裝置的縱向剖視圖。對于在第九實施方式
中說明過的發(fā)光裝置1設置由環(huán)氧樹脂形成的模塑部9，由此來形成該發(fā)光裝置1。模塑部9形成為具有半球狀光學形狀表面9A，通過傳遞模塑法來形成。根據(jù)這種構成，在玻璃封固型裝置中可容易地形成光學系統(tǒng)，而且由于玻璃封固
18部6被模塑部9包圍，因而可進一步提高耐濕性。此外，由于引線引出部不是直接由玻璃形成的，因而還有可防止因引線彎曲時的應力等而造成玻璃裂紋及損傷的效果。此外，模塑部 9也可以由環(huán)氧樹脂之外的其它樹脂材料比如硅樹脂來形成，且可采用傳遞模塑法之外的封裝模塑法等成型方法。此外，也可以采用丙烯酸酯、聚碳酸酯等樹脂材料，由注塑法來形成，在該場合下可提高生產(chǎn)性。以下，對圖30至圖55所圖示的實施方式作詳細說明。
(光學元件) 光學元件包括發(fā)光二極管、激光二極管及其它發(fā)光元件和受光元件。光學元件的受發(fā)光波長也沒有特別限定，可采用對紫外光綠色系光有效的III族氮化物系化合物半導體元件及對紅色系光有效的GaAs系半導體元件等。封固部件的問題特別顯著的是放出短波長的III族氮化物系化合物半導體發(fā) 光元件。這里，III族氮化物系化合物半導體的一般結構式表示為AIXGaYInl-X-YN(O <X《1，0《Y《1，0《X+Y《1)。包含A1的化合物，其中包括A1N的所謂二元系、 AlxGal-xN及AlxInl-xN(以上0 < x < 1)的所謂三元系。在III族氮化物系化合物半導體及GaN中，也可以將III族元素的至少一部分置換為硼(B)、鉈(Tl)等，此外，氮(N)的至少一部分也可以置換為磷(P)、砷(As)、銻(Sb)、鉍(Bi)等。此外，III族氮化物系化合物半導體也可以包含任意的摻雜劑。作為n型雜質，可采用硅(Si)、鍺(Ge)、硒(Se)、碲(Te)、碳(C)等。作為p型雜質，可采用鎂(Mg)、鋅(Zn)、鈹(Be)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、鋇(Ba)等。此外，在摻雜了 p型雜質后，可對III族氮化物系化
合物半導體進行電子射線照射、等離子照射，或者由爐子加熱進行照射，但不是必須的。
III族氮化物系化合物半導體層由MOCVD(有機金屬氣相生長)法來形成。構成元件的全部半導體層不必一定用該MOCVD法來形成，也可以并用分子線晶體生長法(MBE法)、鹵化物系氣相生長法(HVPE法)、濺射法、離子鍍覆法等。作為發(fā)光元件的構成，可采用具有MIS結、PIN結及pn結的同質結構、異質構造或雙異質結構。作為發(fā)光層，也可采用量子阱結構(單一量子阱結構或多重量子阱結構)。作為前述III族氮化物系化合物半導體發(fā)光元件，可采用以主受發(fā)光方向(電極面)作為光裝置的光軸方向的正裝型元件、以及以主受發(fā)光方向作為與光軸方向相反的方向并利用反射光的倒裝型元件。 III族氮化物系化合物半導體元件的耐熱溫度為60(TC左右，此外GaAs系半導體元件的耐熱溫度為60(TC左右，它們均對模塑低熔點玻璃時的溫度具有穩(wěn)定性。
(電力接送單元) 光裝置中包含電力接送單元。該電力受送單元是向發(fā)光元件供應電力且取出接受光后在受光元件產(chǎn)生的電力的電氣部件，包含用于使光裝置與外部電氣線路連接的引線、以及對該引線與光學元件進行配線的焊接線等。焊接線大多由金線或金合金線來形成。該焊接線本身以及焊接線與引線或光學元件之間的焊接體的耐熱溫度為600°C以上，它們均對模塑了低熔點玻璃時的溫度具有穩(wěn)定性。
(第一封固部件) 第一封固部件對光學元件與電力接送單元的至少一部分進行被覆。在本發(fā)明中，作為該第一封固部件，選擇了 Si02-Nb205系、B203-F系、P205-F系、P205-ZnO系、Si02_B203-La203系或Si0廠B203系的玻璃。這些低熔點玻璃均可在350 60(TC的溫度下沖壓成型。本發(fā)明的第一封固部件也可以由自然熔接來形成。也可以在第一封固部件中分散熒光材料。作為所述熒光材料，可采用無機系熒光材料粉體，并使其混合到低熔點玻璃中。此外，也可以在低熔點玻璃中摻雜稀土族離子，由此使其發(fā)熒光。通過使發(fā)光元件與熒光材料適當?shù)亟M合，可獲得白色光為主的任意的發(fā)光色。在該第一封固部件與光學元件的組合中，最好將第一封固部件的阿貝數(shù)設為40 以下，將其折射率設為1. 6以上，并將光學元件的受發(fā)光波長設為546. lnm(Na的e線波長) 以下。即，對于在高折射材料中發(fā)出的光的外部量子效率而言，封固材料對所發(fā)出的光的波長的折射率較高則更有利。光學材料的折射率盡管由Na的d線來定義，但一般情況下，越是短波長其折射率便越高，且折射率對光的波長的變化程度由阿貝數(shù)來表示。尤其在以往的樹脂封固中成為問題的發(fā)出短波長光的發(fā)光元件中，通過選擇Na的d線上折射率較高且對于波長的折射率變化較大的材料，可以防止因樹脂泛黃而引起的光輸出下降，而且實際上可實現(xiàn)由對于短波長光折射率高的材料進行的封固，且可得到高的外部量子效率。
作為具有前述光學特性的低熔點玻璃，可舉出Si02-Nb205系玻璃，其中 Si02-Nb205-Na20玻璃最好。第一封固部件在發(fā)光元件中，最好至少配置在受發(fā)光方向并將其被覆。這是為了可靠地防止該方向上的變色。第一封固部件的形狀沒有特別限定，可按光裝置所要求的光學特性來適宜設計。
發(fā)光元件的場合，配置在光放出方向的第一封固部件最好為凸透鏡型。(第二封固部件) 在本發(fā)明中，在有的情況下，用包含所述第一封固部件的多個封固部件來封固光
學元件。這里，第二封固部件從與其主要受發(fā)光方向相反的方向來被覆光學元件。第二封固部件與第一封固部件同樣，也可以是從下列選擇的低熔點玻璃
Si02-Nb205系、B203-F系、P205_F系、P205_ZnO系、Si02-B203_La203系、以及Si02_B203系。這
里，第二封固部件的材料可以與第一封固部件相同，也可以不同。當二者為不同的低熔點玻璃材料時，最好使第一封固部件(處于光學元件的主要受發(fā)光方向上的部件)的折射率高于第二封固部件的折射率。這樣，在采用發(fā)光元件來作為光學元件的場合下，發(fā)光元件與封固部件的界面上的臨界角將增大，而可提高光效率。
由低熔點玻璃形成的第二封固部件的場合，最好與第一封固部件同樣，通過模壓或自然熔接來形成。此外，在由低熔點玻璃形成的第二封固部件中，也可以與第一封固部件同樣，分散熒光材料。也可以用非透明的材料來形成第二封固部件。作為所述第二封固部件，除了低熔點玻璃之外，還可舉出金屬片、陶瓷片等。在這種場合下，第二封固部件最好用對光進行有效反射的材料來制成。在用低熔點玻璃之外的材料來形成了第二封固部件的場合下，最好使第一封固部件的線膨脹系數(shù)值處于該第二封固部件的線膨脹系數(shù)與光學元件的線膨脹系數(shù)之間。由此，即使在光裝置在回流焊接爐等中進行了熱處理的場合下，也可以降低因異種材料線膨脹系數(shù)的不同而造成的光裝置內部應力。
以下，用實施例來說明本發(fā)明。
(第一實施例) 在該實施例中，作為光學元件，采用了圖30所示的正裝型III族氮化物系化合物
半導體發(fā)光元件1010。該發(fā)光元件可放出藍色系的光。發(fā)光元件1010各層的規(guī)格如下。層組成 p型層1015 :p-GaN:Mg 包含發(fā)光層的層1014 :包含InGaN層 n型層1013 :n-GaN:Si 緩沖層1012 :A1N 基片1011 :藍寶石在基片1011上，隔著緩沖層1012來形成由摻雜有Si這一n型雜質的GaN組成的 n型層1013。這里，盡管在基片1011上采用了藍寶石，但并非限定于此，也可以采用藍寶石、尖晶石、碳化硅、氧化鋅、氧化鎂、氧化錳、硼化鋯、III族氮化物系化合物半導體單晶體等。此外，盡管采用A1N，并用MOCVD法來形成緩沖層，但并非限定于此，作為材料，也可以采用GaN、 InN、 AlGaN、 InGaN、以及AlInGaN等，作為制造方法，可采用分子線晶體生長法(MBE 法)、鹵化物系氣相生長法(HVPE法)、濺射法、離子鍍覆法等。在將III族氮化物系化合物半導體用作基片的場合下，可省略該緩沖層。此外，基片及緩沖層在半導體元件形成后，也可以根據(jù)需要除去。這里，n型層1013由GaN來形成，但也可以采用AlGaN、 InGaN或AlInGaN。此外，在n型層1013中摻雜了 Si來作為n型雜質，但除此之外，也可以采用Ge、
Se、Te、C等來作為n型雜質。包含發(fā)光層的1014層也可以具有量子阱結構(多重量子阱結構、或單一量子阱結構)，此外作為發(fā)光元件的結構，可采用單異質型、雙異質型及同質接合型的結構等。
包含發(fā)光層的1014層，也可以包含在p型層1015側摻雜了 Mg等禁帶寬度較寬的 III族氮化物系化合物半導體層。這是為了有效地防止注入到包含發(fā)光層的1014層中的電子向P型層1015擴散。在包含發(fā)光層的層1014上，形成由摻雜了 Mg這一 p型雜質的GaN組成的p型層 1015。該p型層1015也可以采用AlGaN、 InGaN、或InAlGaN。此外，作為p型雜質，也可以采用Zn、 Be、 Ca、 Sr、 Ba。在p型雜質導入后，也可以利用電子射線照射、由爐子的加熱、等離子照射等周知的方法，來實現(xiàn)低電阻化。在所述構成的發(fā)光元件中，各III族氮化物系化合物半導體層，在一般條件下可通過執(zhí)行MOCVD來形成，或也可以采用分子線晶體生長法 (MBE法)、鹵化物系氣相生長法(HVPE法)、濺射法、離子鍍覆法等方法來形成。
n電極1018由Al與V這二層來構成，在形成p型層1015后，通過蝕刻來除去p型層1015、包含發(fā)光層的層1014以及n型層1013的一部分，在由此露出的n型層1013上蒸鍍形成。透光性電極1016是含金的薄膜，且層疊在p型層1015上面。p電極1017也由含金的材料來構成，且通過蒸鍍在透光性電極1016上形成。在由所述工序而形成了各層及各電極后，進行各芯片的分離工序。該發(fā)光元件1010如圖31所示，在用作電力接送單元的安裝引線1021上固定發(fā)光元件1010，且從發(fā)光元件1010上面的電極向安裝引線1021及用作另一電力接送單元的副引線1022，分別懸架焊接導線1023及1024。為使來自發(fā)光元件1010的光有效地反射，對安裝引線1021的表面鍍銀。此外，為確保光反射效率，也可以利用無機系白色粘接劑，來將發(fā)光元件1010固定到安裝引線1021上。進而，也可以采用與純銅相近的銅合金，來作為高放熱性材料。焊接線采用金線。圖30所示的組裝體1020如圖32所示，被作為型芯來設置到?jīng)_壓用金屬模1025 中。在該沖壓用金屬模1025的凹部1026U027內分別預先設置低熔點玻璃，然后關閉該金屬模1025，由此來形成圖33所示的封固部件1028(第一封固部件)。在該實施例中，作為低熔點玻璃，選擇&0「F系玻璃(株式會社住田光學玻璃商品名K-PG325)，成型溫度為 430°C。其結果如圖33所示，發(fā)光元件1010的全部及引線1021U022的一部分被半球型封固部件1028被覆。該封固部件1028的形狀，可按光裝置1002所要求的光學特性來適宜設計，也可以采用比如炮彈形狀。
(第二實施例) 在圖33所示的光裝置1001中，使低熔點玻璃中含有熒光材料，由此來形成圖34
所示的光裝置1003。此外，對與圖33相同的要素附加同一符號，省略其說明。在本實施例
中，作為熒光材料摻雜了稀土族元素的低熔點玻璃來形成封固部件1038。通過使低熔點玻璃含有任意的熒光材料，可控制光裝置1003的發(fā)光色。(第三實施例) 在圖4的光裝置1002中由炮彈型罩1048來被覆封固部件1028后，形成圖35所示的光裝置1004。該罩1048采用環(huán)氧樹脂及其它透光性樹脂來模塑成型。這樣通過設置罩1048，可以得到大尺寸光裝置。由此，制成標準形狀的玻璃封固體，并利用模塑型設備及易于加工的樹脂對其進行處理，由此可得到多種光學系統(tǒng)。此時，由于從發(fā)光元件輻射的光的密度較高，且溫度上升處的發(fā)光元件附近是玻璃材料，因而可將光輸出劣化抑制到可忽視的程度。并且，也可以用該罩1048來被覆圖34所示的封固部件1038。此外，也可以用該罩1048來被覆后述的圖36、圖38、圖39的各封固部件1058、 1068、 1069、 1079。也可以使該罩1048中含有熒光材料。
(第四實施例) 圖36所示的光裝置1005具有通過自然熔接而形成的封固部件1058。對與圖33 相同的要素附加同一符號，省略其說明。該封固部件1058按以下方法來形成。如圖37所示，備好由低熔點玻璃形成的筒狀體1058a，并用它來覆蓋發(fā)光元件1010與引線1021、 1022的組合體1020。將其放入爐內，使筒狀體1058a軟化。其結果是，筒狀體1058a由其材料的表面張力，以透鏡狀來被覆組合體1020。根據(jù)該實施例，不需要沖壓用金屬模，因此可提供廉價的光裝置。 [(X302](第五實施例) 在圖38所示的光裝置1006中，利用不同種類的低熔點玻璃來被覆發(fā)光元件1010及引線1021、1022。此外，圖38中，對與圖33相同的要素附加同一符號，省略其說明。
在圖38的例子中，發(fā)光元件與前述實施例同樣，采用藍色系發(fā)光元件，用由 Si02-Nb205系玻璃形成的第一封固部件6108(折射率1.8，阿貝數(shù)25)，來封固發(fā)光元件1010 的上側(主要的光放出方向)，且用由P20「F系玻璃形成的第二封固部件1069，來封固發(fā)光元件1010的下側(與主要的光放出方向相反的方向)。從提高光取出效率的觀點出發(fā)，第一封固部件1068選用高折射率材料。這樣，可由第二封固部件來緩和由此產(chǎn)生的制造上的限制，以便于實際上可制成。其結果，第一封固部件1068的折射率大于第二封固部件1069 的折射率。此外，第一封固部件1068選用阿貝數(shù)較小的材料，且相對藍色系發(fā)光元件，實際的折射率變大。圖38所示的光裝置1006，可以通過在圖32中的金屬模1025的凹部1026、 1027內充填不同材料來形成。此外，在采用紅色系發(fā)光元件的場合下，作為第一封固部件1068，選用折射率高且阿貝數(shù)大的材料，由此可以選出實際折射率較大的材料。比如，可選出折射率為1. 8，阿貝數(shù) 為45的Si02-B202-La203系玻璃。 [O307](第六實施例) 在圖39所示的光裝置1007中，采用金屬薄片(Al薄片)來作為第二封固部件 1079。對與圖38相同的要素附加同一符號，省略其說明。通過采用金屬材料來作為第二封固部件，可以有效地反射來自發(fā)光元件1010的光。該第二封固部件1079專門用作反射片，除了金屬薄片之外，還可采用樹脂片等。該光裝置1007按以下方法來制造。如圖40所示，在發(fā)光元件1010與引線1021、 1022的組合體1020的背側，粘貼金屬薄片1079。將其作為型芯來設置到金屬模1025內。此時，低熔點玻璃只充填到?jīng)_壓金屬模1025上側的凹部1026內。然后進行合模，得到圖39 所示的光裝置1007。在如該實施例所示，由異種材料來形成第一封固部件1068與第二封固部件1079 的場合下，最好使第一封固部件的線膨脹系數(shù)值，處于第二封固部件的線膨脹系數(shù)與發(fā)光元件的線膨脹系數(shù)的中間。
(第七實施例) 在該實施例中，采用倒裝型發(fā)光元件IIOO。如圖41所示，倒裝型發(fā)光元件構成為在P型層1015的整個表面，取代圖30的發(fā)光元件中的透光性電極1016及p電極1017，而層疊厚膜的P電極IIOI。此外，對與圖30相同的要素附加同一符號，省略其說明。
經(jīng)由基層安裝件1110，將該倒裝型發(fā)光元件IIOO安裝到安裝引線1021上，且用焊接線1124來連接基層安裝件1110與副引線1022，而形成組合體1120。在該基層安裝件 1110上形成有電路圖形，發(fā)光元件1100的各電極1018、1101直接或者經(jīng)由焊接線1124來與引線1021U022電連接。將該組合體1120作為型芯，與第一實施例同樣來形成封固部件 1028，而獲得圖42所示的光裝置1008。這樣，在具有倒裝型發(fā)光元件的發(fā)光裝置中，在封固工序中只采用一條細致的焊接線，因而易于工序管理，且可提高制造合格率。此外，由于焊接線不靠近發(fā)光元件的發(fā)光面，因而焊接線不再對外部輻射效率產(chǎn)生影響。
以下，對與第一實施例相同的要素附加同一符號，簡化其說明。
對于圖41所示的倒裝型發(fā)光元件1100的組合體1120，可適用第2 第6實施例中說明的封固部件。圖42 圖45示出了該例子。此外，為簡化說明，對與前述要素相同的
要素附加同一符號，省略其說明。(第八實施例) 在該實施例中，如圖47所示，在由A1N等形成的無機材料基片1200的表面，形成有用作電力接送單元的電路圖形1201、1202。對于該電路圖形1201、1202，倒裝型發(fā)光元件 1100通過凸塊1205、 1206來安裝。此外，底座1200用共晶材料來安裝到引線1021、 1022上。這樣，將該組合體1220作為型芯，與第一實施例同樣來形成封固部件1028，而得到圖48所示的光裝置1009。另外，對與第一實施例相同的要素附加同一符號，以簡化說明。對于圖47所示的組合體1220，可適用第2 第6實施例中說明的封固部件。圖
49 圖51示出了該例子。為簡化說明，對與前述要素相同的要素附加同一符號，省略其說明。在所述示例中，雖然組合體1220整體由封固部件來被覆，但也可以如圖52所示，用封固部件1228來被覆發(fā)光元件1100與電路圖形1201U202的一部分。圖53所示結構的光裝置也可以作為芯片LED來使用。在該實施例的光裝置中，不存在對熱或機械性脆弱的焊接線，此外，由于裝置內不含有機材料，因而可以以更高的溫度來沖壓成形低熔點玻璃。此外，對于回流爐等內的熱處理，也達到穩(wěn)定。因此易于制造，可適用的低熔點玻璃的選擇范圍也變寬。因而可提供廉價的光裝置。不只限于所述的共晶材料，也可進行基于金凸塊的光學元件安裝。即使這樣，也可
形成無導線且只有無機材料的穩(wěn)定的裝置。(第九實施例) 圖54表示該實施例的光裝置的剖視圖，圖55表示它的俯視圖。該光裝置1230具有倒裝型發(fā)光元件1100 ;A1N基片1231 ;金屬圖形1236及封固
部件1238。在本實施例中，采用了由A1N形成的基片作為基片1231，只要至少發(fā)光元件1100 的安裝面由A1N等絕緣材料來形成即可。比如，也可以采用由鋁片來形成基片的基部，且在其表面層疊了 A1N的基片作為基片。作為絕緣材料，除了 A1N之外，也可以采用A1203等。
在基片1231上，形成有穿通孔1231、 1232。用金屬圖形1235、1236，來被覆基片1231的幾乎整個這裝面。在該實施例中，利用金屬化方法，來形成有金屬圖形1235、1236。因此，金屬圖形1235U236與基片1231的結合力便強，通過增大與基片1231的接觸面積，提高二者的結合力。實施例中的金屬圖形 1235、 1236是在鎢上面鍍鎳而形成，發(fā)光元件安裝部及金屬圖形露出部(未實施低熔點玻璃封固的部位)是進而實施鍍金而形成。所述金屬材料，具有與基片安裝面的絕緣材料及由低熔點玻璃形成的封固部件較強的結合力。此外，玻璃與金屬材料的線熱膨脹系數(shù)大致相同(約為10 20X10—6(1/°0)，難以發(fā)生因熱收縮而引起的應力。此外，金屬圖形的形狀及形成材料，根據(jù)基片安裝面的材料及封固部件的材料來適宜地選擇。
金屬圖形1235、1236，是針對發(fā)光元件1100的電力接送單元。此外，也可以獨立于該電力接送單元來形成金屬圖形，而確?；c封固部件的結合力。
24
在倒裝型發(fā)光元件1100的電極面(圖示的下側面)上，實施共晶材料鍍覆。然后，利用通用回流爐，將發(fā)光元件1100錫焊到金屬圖形1235U236上。這里，由于在發(fā)光元件1100的電極表面，大面積且薄地形成有共晶材料鍍覆層，因而對基片側的放熱性良好。此外，即使像倒裝型發(fā)光元件那樣，縮小P電極與n電極之間的間隔，也不會發(fā)生短路。封固部件1238，由對發(fā)光元件1100的波長透明的低熔點玻璃來構成。作為所述低熔點玻璃，可采用從以下材料選擇的低熔點玻璃Si02-Nb205系、B203-F系、P205-F系、 P205-Zn0系、Si02-B203-La203系、及Si02_B203系。
封固部件1238在負壓下氮氣氛中模塑成形。根據(jù)所述光裝置1230，形成封固部件1238的低熔點玻璃與形成金屬圖形1235、 1236的金屬之間的粘接性高，且在該金屬與AIN基片1231之間也可確保高粘接性。因此，封固部件1238與基片1231可強固地接合，幾乎不再發(fā)生界面剝離。此外，在該光裝置中，不存在對熱或機械性脆弱的焊接線，而且裝置內不含有機材料，因而可以以更高的溫度來沖壓成型低熔點玻璃。此外，對于回流爐等內的熱處理，也達到穩(wěn)定。因此易于制造，可適用的低熔點玻璃的選擇范圍也得到擴大。以下，對圖56至圖64所圖示的實施方式作詳細說明。
(光學元件) 光學元件包括發(fā)光二極管、激光二極管及其它發(fā)光元件和受光元件。光學元件的受發(fā)光波長也沒有特別限定，可采用對紫外光綠色系光有效的III族氮化物系化合物半導體元件及對紅色系光有效的GaAs系半導體元件等。除此之外，還可以采用由SiC、 AlInGaP等形成的光學元件。封固部件的問題特別顯著的是放出短波長的III族氮化物系化合物半導體發(fā)光元件。這里，III族氮化物系化合物半導體的一般式表示為AIxGayInl-x-yN(O < x《1， 0《y《1，0《x+y《1)。包含A1的化合物，其中包括A1N的所謂二元系、以及AlxGal-xN 及AlxInl-xN(以上0〈x〈 1)的所謂三元系。在III族氮化物系化合物半導體及GaN中，也可將III族元素的至少一部分置換為硼(B)、鉈(Tl)等，此外，氮(N)的至少一部分也可以置換為磷(P)、砷(As)、銻(Sb)、鉍(Bi)等。此外，III族氮化物系化合物半導體也可以包含任意的摻雜劑。作為n型雜質，可采用硅(Si)、鍺(Ge)、硒(Se)、碲(Te)、碳(C)等。作為p型雜質，可采用鎂(Mg)、鋅(Zn)、鈹(Be)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、鋇(Ba)等。此外，在摻雜了 p型雜質后，可對III族氮化物系化
合物半導體進行電子射線照射、等離子照射、或者由爐子加熱進行照射，但不是必須的。
III族氮化物系化合物半導體層由MOCVD(有機金屬氣相生長)法來形成。構成元件的全部半導體層不必一定用該MOCVD法來形成，也可以并用分子線晶體生長法(MBE法)、鹵化物系氣相生長法(HVPE法)、濺射法、離子鍍覆法等。作為發(fā)光元件的構成，可采用具有MIS結、PIN結及pn結的同質結構、異質構造或雙異質結構。作為發(fā)光層，也可采用量子阱結構(單一量子阱結構或多重量子阱結構)。作為前述III族氮化物系化合物半導體發(fā)光元件，可采用以主受發(fā)光方向(電極面)作為光裝置的光軸方向的正裝型元件、以及以主受發(fā)光方向作為與光軸方向相反的方向并利用反射光的倒裝型元件。
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III族氮化物系化合物半導體元件的外延生長溫度為105(TC左右，GaAs系半導體元件的外延生長溫度耐熱溫度為60(TC以上，它們均可通過采用低熔點玻璃來進行沒有由熱引起的損傷影響的加工。
(無機材料基片) 在本發(fā)明的光裝置中，所述光學元件被安裝到無機材料基片上。盡管無機材料基的基體材料及形狀可根據(jù)光裝置的用途來適宜選擇，但比如也可以采用A1N、八1203、含玻璃 A1203等矩形片狀材料。基片中至少其表面由該基體材料來形成即可。比如，可以采用由Al或A1合金來形成中心部分，且由A1N來圍繞其表面而形成的基片。
(金屬圖形) 在無機材料基片上形成金屬圖形，且對光學元件的各電極與外部電路進行電連接，并對光學元件進行電力接送。即，在光學元件是發(fā)光元件的場合下，從外部電路向光學元件附加電力，而在光學元件是受光元件的場合下，則將光學元件所發(fā)生的電力向外部電路取出。本發(fā)明的金屬圖形，除了所述電力接受功能之外，還兼有使無機系封固部件在無機材料基片上穩(wěn)定地粘接的粘接層功能。由于封固部件被配置成圍繞光學元件，因而該金屬圖形也在圍繞光學元件的部位上形成，由此，可使介于封固部件與無機材料基片之間的金屬圖形的面積極大化。此外，圍繞光學元件的金屬圖形并不限定于連續(xù)體，也可以是非連續(xù)體。所述非連續(xù)體金屬圖形的所有部分，不必均承擔電力接送功能。由于金屬圖形還具有對光進行反射的功能，因而通過用它來圍繞光學元件，還可具有使光學元件的光無泄漏地反射而提高光取出效率的功能。由于比如由黑色A1N形成的基片會吸收來自光學元件的光，且由八1203形成的基片會透過來自光學元件的光，因而通過用所述金屬圖形來圍繞光學元件，可以使來自光學元件的光向外部有效地反射。
金屬圖形的形成材料，根據(jù)封固部件的材質及無機材料基片的材質，來適宜選擇與它們的結合性良好的材料。金屬圖形也可以形成為多層結構。比如作為金屬圖形的形成材料，可采用W、 W\Ni (在W層上層疊Ni的材料)、W\Ni\Ag(在W層上依次層疊Ni及Ag的材料)、Cu箔等。這里，通過加熱，使W層如同楔子一般進入到封固部件與基片無機材料內，從而在二者之間形成強固的結合。在W層上形成了Ni層的場合下，通過加熱，在Ni層與封固部件之間產(chǎn)生化學鍵合，而在二者之間獲得強固的結合。 Ag層是提高金屬圖形的光反射效率的高反射率層，最好在光學元件的周邊部位部分地形成。此外，也可以在安裝光學元件的部分形成Au層作為結合單元。可利用該Au層來使光學元件與金屬圖形相粘接。作為結合單元，可以采用Au凸塊。此外，除了 Au凸塊之外，還可以采用錫焊凸塊及錫焊鍍層等基于共晶材料的安裝結合單元。從降低基片的熱變形量的觀點出發(fā)，最好在基片的光學元件安裝面(表面)實質上的整個表面，形成該金屬圖形。在直至基片背面為止的部位形成金屬圖形時，在基片上形成穿通孔(通孔)，并使金屬圖形材料從中通過，由此可以使基片表面的圖形與基片背面的圖形相連接。由于電氣端子從基片的光學元件安裝面向其背面一側引出，因而不必在基片的光學元件安裝面一側特地設置用于電氣端子的未由光學元件封固部件覆蓋的部位，而可由片狀封固部件來全面封固。因此可提高批量生產(chǎn)性。另外此時，如果基片中沒有貫通孔，則光學元件安裝面一側的光學元件封固部件不會向其背面一側外伸。盡管金屬圖形的形成方法沒有特別限定，但在實施例中，在無機材料基片上絲網(wǎng) 印刷W漿膏，再對其燒結，而在無機材料基片上形成了 W金屬圖形。在該W層上鍍覆Ni層，從而形成由W\Ni組成的金屬圖形，并進行加熱處理。WWiVVg，是在所鍍覆的Ni層上再鍍覆Ag。也可以利用濺射法及其它周知方法，來形成這些金屬層。
(封固部件) 無機系封固部件，如果是對光學元件的受發(fā)光波長透明且可保護光學元件的材料，則沒有特別限定，但如果考慮到光學元件的耐熱溫度為60(TC左右這一事實，最好采用熔點(軟化點)比其低的低熔點玻璃。作為所述低熔點玻璃，除了鉛玻璃及硫族化物玻璃之外，還可以采用Si02_Nb205 系、B20fF系、&05干系、P20「ZnO系、Si02_B203-La203系或Si02_B203系玻璃。這些低熔點玻璃在350 60(TC溫度下，均可沖壓成型。也可以在封固部件中分散熒光材料。作為所述熒光材料，可采用無機系熒光材料粉體，并使其混合到低熔點玻璃中。此外，也可以在低熔點玻璃中摻雜稀土族離子，由此使其發(fā)出熒光。通過使發(fā)光元件與熒光材料適當?shù)亟M合，可獲得白色光為主的任意的發(fā)光色。
在該封固部件與光學元件的組合中，最好將封固部件的阿貝數(shù)設為40以下，將其折射率設為1.6以上，并將光學元件的受發(fā)光波長設為546. lnm(Na的e線波長)以下。即，對于在高折射材料中發(fā)出的光的外部量子效率而言，封固材料對所發(fā)出的光的波長的折射率較高則更有利。光學材料的折射率盡管由Na的d線來定義，但一般情況下，越是短波長其折射率便越高，且折射率對光的波長的變化程度由阿貝數(shù)來表示。尤其在以往的樹脂封固中成為問題的發(fā)出短波長光的發(fā)光元件中，通過選擇Na的d線上折射率較高且對于波長的折射率變化較大的材料，可以防止因樹脂泛黃而引起的光輸出下降，而且實際上可實現(xiàn) 由對于短波長光折射率高的材料進行的封固，可得到高的外部量子效率。
作為具有前述光學特性的低熔點玻璃，可舉出Si02-Nb205系玻璃，其中 Si02-Nb205-Na20玻璃最好。將由片狀低熔點玻璃形成的封固部件重疊到光學元件上并加熱，以使其軟化，由此可用封固部件來圍繞發(fā)光元件。該加熱最好在負壓氣氛下進行，從而使空氣不能進入到封固部件與光學元件之間。通過該加熱，在低熔點玻璃與金屬圖形的界面上發(fā)生化學反應，使兩者被強固地粘接。以下，通過實施例，對本發(fā)明作以說明。
(第十實施例) 在該實施例中，作為光學元件，采用了圖56所示的倒裝型III族氮化物系化合物半導體發(fā)光元件2010。該發(fā)光元件可發(fā)出藍色系光。
發(fā)光元件2010各層的規(guī)格如下。
層組成
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p型層2015 包含發(fā)光層的層2014
:p-GaN:Mg
包含InGaN層 n型層2013
緩沖層2012
基片2011
:n-GaN:Si
藍寶石在基片2011上，隔著緩沖層12來形成由摻雜有Si這一 n型雜質的GaN組成的 n型層2013。這里，盡管在基片2011上采用了藍寶石，但并非限定于此，也可以采用藍寶石、尖晶石、碳化硅、氧化鋅、氧化鎂、氧化錳、硼化鋯、III族氮化物系化合物半導體單晶體等。此外，盡管采用A1N并用M0CVD法來形成緩沖層，但并非限定于此，作為材料，也可以采用GaN、 InN、 AlGaN、 InGaN、以及AlInGaN等，作為制造方法，可采用分子線晶體生長法(MBE 法)、鹵化物系氣相生長法(HVPE法)、濺射法、離子鍍覆法等。在將III族氮化物系化合物半導體用作基片的場合下，可省略該緩沖層。此外，基片及緩沖層在半導體元件形成后，也可以根據(jù)需要除去。這里，n型層2013由GaN來形成，但也可以采用AlGaN、 InGaN或AlInGaN。此外，在n型層2013中摻雜了 Si來作為n型雜質，但除此之外，也可以采用Ge、
Se、Te、C等來作為n型雜質。包含發(fā)光層的2014層，也可以具有量子阱結構(多重量子阱結構或單一量子阱結構)，此外作為發(fā)光元件的結構，可采用單異質型、雙異質型及同質接合型的結構等。
包含發(fā)光層的2014層，也可以包含在p型層2015側摻雜了 Mg等禁帶寬度較寬的 III族氮化物系化合物半導體層。這是為了有效地防止注入到包含發(fā)光層的層2014中的電子向P型層2015擴散。在包含發(fā)光層的層2014上，形成由摻雜了 Mg這一 p型雜質的GaN組成的p型層 2015。該p型層2015也可以采用AlGaN、 InGaN、或InAlGaN。此外，作為p型雜質，也可以采用Zn、Be、Ca、Sr、Ba。在p型雜質導入后，也可以利用電子射線照射、爐子加熱、等離子照射等周知的方法，來實現(xiàn)低電阻化。在所述構成的發(fā)光元件中，各III族氮化物系化合物半導體層，在一般條件下執(zhí) 行MOCVD來形成，或也可以采用分子線晶體生長法(MBE法)、卣化物系氣相生長法(HVPE 法)、濺射法、離子鍍覆法等方法來形成。 n電極2018由A1與V這二層來構成，在形成p型層2015后，通過蝕刻來除去p型層2015、包含發(fā)光層的層2014、以及n型層2013的一部分，在由此露出的n型層2013上蒸鍍形成。 p電極2016通過蒸鍍而層疊在p型層2015上面。在由所述工序而形成了各層及各電極后，進行各芯片的分離工序。接下來，準備安裝該發(fā)光元件2010的無機材料基片。在由A1N形成的燒結前的無機材料基片2021的兩面，對含W漿膏進行絲網(wǎng)印刷，形成圖57所示的圖形2023、2024。如圖57(b)所示，在基片2021上形成穿通孔2025，經(jīng)由該穿通孔2025，來實現(xiàn)安裝面(表面)的圖形2023與背面的圖形2024電結合。
其后，以超過150(TC的溫度來燒結A1N，同時在基片2021上燒結漿膏W。由此，W 與基片被強固地結合。也可以通過濺射來形成該W。此外，也可以取代W，而采用Mo等高熔
28點金屬。接下來，利用鍍覆法，以大約700°C的溫度，在基片2021表面?zhèn)鹊腤圖形2023上面對Ni層2026加熱，使Ni與W反應。由此，在A1N基片2021上面，強固地接合金屬圖形。
接下來，如圖58所示，利用金凸塊2027、2028，將發(fā)光元件2010安裝到規(guī)定位置上。并且，凸塊2027與發(fā)光元件2010的n電極2018連接，凸塊2028與發(fā)光元件2010的 p電極2016連接。在圖58(a)的狀態(tài)下，發(fā)光元件2010呈現(xiàn)由金屬圖形2023來包圍的狀態(tài)。接下來，如圖59所示，在基片2021的表面?zhèn)?，重疊成為封固部件的片狀低熔點玻璃，并在負壓氣氛下，對其加熱并使之熔接，從而封固發(fā)光元件2010。由此，金屬圖形表面的Ni與低熔點玻璃2029通過Ni表面的氧化物來化學鍵合，而強固地結合。此外，還可防止在封固時發(fā)生殘留氣泡。此外，通過采用倒裝型元件來作為發(fā)光元件2010，可以省略焊接線，因而在這一方
面也具有機械穩(wěn)定性。因此可以說所述構成的光裝置適于批量生產(chǎn)。最后，在分割線D處對基片2021進行分割，而獲得實施例中的光裝置。(第十一實施例) 圖60 圖63表示其它實施例的光裝置。圖60是該光裝置的俯視圖。該光裝置中，基片表面(安裝面) 一側的圖形被分割成第一部分(環(huán)狀部分)2103與第二部分(結合部分)2104、2105。在第一部分2103中，形成有多個孔2107。在第一部分2103中，形成有一直延伸到基片周緣為止的導電部2108。該導電部2108用于在鍍覆時附加電場。第一部分2103，是與第十實施例同樣形成的W層與Ni層的層疊體，并在其上面粘貼無機系封固部件，由此，在基片2110-第一部分2103-封固部件2140之間可得到強固的結合。通過鍍覆來形成且由Cu來構成的第二部分2104、2105從第一基片2111中貫通。
該實施例中的基片2110，以A1203作為基體材料，使第一基片2111與第二基片 2112貼合而成。作為各基片的基體材料，可采用八1隊含玻璃八1203其它無機材料，也可以使第一基片2111的基體材料與第二基片2112的基體材料相異。在第一基片2111的基體材料中，形成貫通孔2107，在該孔2107的周面上，還層疊有金屬圖形即第一部分2103的金屬層。在第二基片2112的表面，形成有圖62所示的金屬圖形2120、2121、212。具有切口的環(huán)狀金屬圖形2120與第一基片111的孔2107對置。該金屬圖形2120與第一金屬圖形的第一部分2103同樣，由W層與Ni層的層疊體來形成。根據(jù)如此構成的金屬圖形2120，在與進入到孔2107的底部為止的封固部件的無機系材料(低熔點玻璃等)之間，可得到充分的結合力。在第二基片2112的中央形成的金屬圖形2121、2122，分別在與第一基片2111的金屬圖形中的第二部分2104、2105對置的位置上形成。在貼合了第一基片2111與第二基片 2112時，金屬圖形2121、2122分別與第二部分2104、2105電結合。該金屬圖形2121、2122，是在W層與Ni層的層疊體上面還層疊有Au層的。通過設置Au層，提高金屬圖形2121、2122 與第二部分2104、2105的結合性。在第二基片2112中，形成有貫通孔2125、2126。在第二基片2112的背面，大面積形成金屬圖形2131、2132。第二基片2112表面?zhèn)鹊慕饘賵D形2121，通過在貫通孔2125內充填的導電性金屬材料，來與背面?zhèn)鹊慕饘賵D形2131電結合。由此，通過第一基片2111的表面金屬圖形2104，從金屬圖形2131向元件2010的一個電極進行電力接送。同樣，第二基片2112表面?zhèn)鹊慕饘賵D形2122，通過在貫通孔2126內充填的導電性金屬材料，來與背面?zhèn)鹊慕饘賵D形2132電結合。由此，通過第一基片2111的表面金屬圖形2105，從金屬圖形2132向元件2010的另一個電極進行電力接送。在第二基片2112的背面形成的金屬圖形2131、2132中，分別形成有導電部2135、2136。該導電部2135、2136在金屬圖形213K2132形成覆層時使用。第二基片2112背面的金屬圖形2131、2132，是在W層與Ni層的層疊體上面還層疊Au層的。通過設置Au層，提高金屬圖形2131、2132與外部電極的結合性。貫通孔2125及2126內的金屬材料，在形成該金屬圖形2131、2132及表面?zhèn)鹊慕饘賵D形2121、2122時一并形成。在該實施例中，分別準備第一基片2111與第二基片2112，通過使它們結合來形成無機材料基片2110。第一基片2111與第二基片2112的結合方法沒有特別限定，也可以采用粘接劑。通過對基片2110進行分割，可在分割面上形成金屬圖形，因而電路設計的自由度提高。此外，如果孔2107從基片2110中貫通，則根據(jù)封固部件的材料性質，有可能與支撐基片2110的下模相粘接，而有難以脫模之虞。在該實施例中，孔2107如果有底，則可預防封固部件的材料與下模接觸。此外，如果孔2107貫通，則用于排除封固部件與基片表面之間的空氣的負壓將在整個基片上分布。而孔2107如果有底，則即使在封固部件與基片之間殘存空氣，該空氣也會流入該孔，因而可防止在封固部件與基片之間發(fā)生氣泡。這里，在第一基片2111上形成的貫通孔的一個開口部被第二基片2112堵塞，而形成有底孔2107，這與
在一個片狀基片上穿設有底孔相比，具有良好的批量生產(chǎn)性。由無機系透光性材料形成的封固部件2140在基片2110的表面被覆。封固部件2140的材料與基片2110的表面金屬圖形2103強固結合，在該實施例中，封固部件2140的材料一直進入到孔2107中為止，該封固部件2140的材料與基片2110物理性卡合。這樣，即使在封固部件2140與基片2110之間，熱膨脹系數(shù)有較大差異，兩者的變形也被物理性地抑制，可以可靠地防止封固部件2140從基片2110上剝離。這樣，通過在被覆封固部件的基片表面設置凹凸，封固部件與基片可以物理性地卡合，因而可以可靠地防止封固部件從基片上剝離。作為該凹凸，除了實施例中的有底孔之外，也可以采用溝及貫通孔。此外，通過形成粗糙的基片面(Ra二0.5ym以上)，可獲得兩者的物理性卡合。如果在基片上形成粗糙的基體材料表面，即使在其上面形成金屬圖形，該粗糙度也會反映到金屬圖形表面。此外，通過只在金屬圖形2103上設置孔，即通過使金屬圖形2103比如形成為格狀，也可以形成該凹凸。即使在不經(jīng)由任何金屬圖形，直接在無機材料基片的基體材料上被覆由無機系透光性材料形成的封固部件的場合下，該凹凸的作用也有效。圖64表示在第十實施例中光學元件的基片上穿設了有底孔2257的例子。如該圖64及圖60所示，？L即凹凸最好在基片面上均勻地分配。這是為了在整個基片面上確保封固材料與凹凸的卡合，防止兩者的剝離。
30
以下，對圖65至圖74所圖示的實施方式作詳細說明。
(光學元件) 光學元件包括發(fā)光二極管、激光二極管及其它發(fā)光元件和受光元件。光學元件的受發(fā)光波長也沒有特別限定，可采用對紫外光綠色系光有效的III族氮化物系化合物半導體元件及對紅色系光有效的GaAs系半導體元件等。除此之外，還可以采用由SiC、AlInGaP等形成的光學元件。封固部件的問題特別顯著的是輻射短波長的III族氮化物系化合物半導體發(fā)光元件。這里，III族氮化物系化合物半導體的一般式表示為AIXGaYInl-X-YN(O < X《1，0《Y《1，0《X+Y《1)。包含A1的元素的化合物，其中包括A1N的所謂二元系、以及AlxGal-xN及AlxInl-xN(以上中0 < x < 1)的所謂三元系。在III族氮化物系化合物半導體及GaN中，也可以將III族元素的至少一部分置換為硼(B)、鉈(Tl)等，此外，氮(N)的至少一部分也可以置換為磷(P)、砷(As)、銻(Sb)、鉍(Bi)等。此外，m族氮化物系化合物半導體也可以包含任意的摻雜劑。作為n型雜質，可采用硅(Si)、鍺(Ge)、硒(Se)、碲(Te)、碳(C)等。作為p型雜質，可采用鎂(Mg)、鋅(Zn)、鈹(Be)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、鋇(Ba)等。此外，在摻雜了 p型雜質后，可對III族氮化物系化
合物半導體進行電子射線照射、等離子照射，或者由爐子加熱進行照射，但不是必須的。
III族氮化物系化合物半導體層由MOCVD(有機金屬氣相生長)法來形成。構成元件的全部半導體層不必一定用該MOCVD法來形成，也可以并用分子線晶體生長法(MBE法)、鹵化物系氣相生長法(HVPE法)、濺射法、離子鍍覆法等。作為發(fā)光元件的構成，可采用具有MIS結、PIN結及pn結的同質結構、異質構造或雙異質結構。作為發(fā)光層，也可采用量子阱結構(單一量子阱結構或多重量子阱結構)。作為前述III族氮化物系化合物半導體發(fā)光元件，可采用以主受發(fā)光方向(電極面)作為光裝置的光軸方向的正裝型元件、以及以主受發(fā)光方向作為與光軸方向相反的方向并利用反射光的倒裝型元件。 III族氮化物系化合物半導體元件的外延生長溫度為105(TC左右，此外GaAs系半導體元件的外延生長溫度耐熱溫度為60(TC左右，它們均可通過采用低熔點玻璃，來進行沒有由熱引起的損傷影響的加工。
(無機材料基片) 在本發(fā)明的光裝置中，所述光學元件被安裝到無機材料基片上。盡管無機材料基片的基體材料及形狀可根據(jù)光裝置的用途來適宜選擇，但也可以采用比如A1N、八1203、含玻璃八1203等矩形片狀材料。基片中至少其表面由該基體材料來形成就可。比如，可以采用以下構成的基片用Al或Al合金來形成中心部分，且用A1N來包圍其表面。
(金屬圖形) 在無機材料基片上形成第一金屬圖形及第二金屬圖形。第一金屬圖形對光學元件的各電極與外部電路進行電連接，并對光學元件進行電力接送。即，在光學元件是發(fā)光元件的場合下，從外部電路向光學元件附加電力，而在光學元件是受光元件的場合下，則將光學元件所發(fā)生的電力向外部電路取出。
第二金屬圖形具有使無機系封固部件在無機材料基片上穩(wěn)定粘接的粘接層的功
31能。由于封固部件被配置成圍繞光學元件，因而該第二金屬圖形也被配置成圍繞安裝光學元件的第一金屬圖形，由此，可使處于封固部件與無機材料基片之間的第二金屬圖形的面積極大化。此外，第二金屬圖形并非限定于連續(xù)體，也可以是非連續(xù)體。第一金屬圖形與第二金屬圖形可以是連續(xù)的，但如果第一金屬圖形與第二金屬圖
形被絕緣，則通過獨立地附加電場，可將最適合各功能的材料進行電場鍍覆。由于金屬層還具有對光進行反射的功能，因而通過用第一金屬圖形與第二金屬圖
形來圍繞光學元件，還可具有使光學元件的光無泄漏地反射而提高光取出效率的功能。比
如由于由黑色八頂形成的基片會吸收來自光學元件的光，且由八1203形成的基片會透過來自
光學元件的光，因而通過用所述金屬圖形來圍繞光學元件，可以使來自光學元件的光向外
部有效地反射。為提高光的反射效率，最好將靠近光學元件形成的第一金屬圖形的表面，設置成Ag等高反射率金屬層。第一金屬圖形的形成材料，有必要使其表面層適合于光學元件結合用的結合材料。比如，在采用Au凸塊來作為結合材料時，用Au及Ag來形成第一金屬圖形的表面層。從提高生產(chǎn)性的觀點出發(fā)，最好用與第二金屬圖形相同的材料來形成該表面層之外的層。
作為用于結合光學元件與基片的結合材料，除了所述Au凸塊之外，還可以采用錫焊凸塊及錫焊鍍覆等共晶材料。由于Ag層具有較高的光反射率，因而最好在第一金屬圖形中，在光學元件的周邊部位部分地形成。第二金屬圖形的形成材料，根據(jù)封固部件的材質及無機材料基片的材質，來適宜選擇與它們的結合性良好的材料。金屬圖形也可以將其形成多層結構。比如，作為金屬圖形的形成材料，可采用W、 W\Ni (在W層上層疊了 Ni的材料)、W\Ni\Ag (在W層上依次層疊了 Ni及Ag的材料)、Cu箔(可通過氧化物，得到與含玻璃A1203基片的粘接強度，該基片具有13X10—6(1/°C )這一與無機系封固部件接近的熱膨脹系數(shù))等。這里，通過加熱，使W層如同楔子一般進入到封固部件與基片無機材料內，而在二者之間形成強固的結合。在W層上面形成Ni層的場合下，通過加熱，可在Ni層與封固部件之間產(chǎn)生化學鍵合，而在兩者之間得到強固的結合。第二金屬圖形的表面，最好采用與軟化狀態(tài)封固部件的濡濕性良好的材料。作為所述材料，可舉出Ni、 Cr、 Ti、 Cu或它們的合金的至少一種。接合基片表面與封固部件的第二金屬圖形，最好在基片表面上形成盡量大的面積。最好利用具有封固部件(熱膨脹系數(shù)小)與無機材料基片(熱膨脹系數(shù)大)的各熱膨脹系數(shù)中間的熱膨脹系數(shù)的材料，在基片表面形成占據(jù)大面積的第二金屬圖形。由此，封固部件與無機材料基片的各熱膨脹系數(shù)的差異可得到緩和。從用封固部件來被覆光學元件時的高溫狀態(tài)，將其冷卻到常溫時，封固部件與無機材料基片便按各自的熱膨脹系數(shù)來收縮，但如果兩者的熱膨脹系數(shù)的差異較大，則基片便可能變形，或者封固部件會從基片上剝離。通過在兩者之間插設具有其中間熱膨脹系數(shù)的第二金屬圖形，便可以緩和基于兩者的熱膨脹系數(shù)差異的應力。
當封固部件采用低熔點玻璃且基片采用A1N時，各熱膨脹系數(shù)為低熔點玻璃為17. 3X10—7°C， A1N為4. 5X10—7°C。在該場合下，Ni (熱膨脹系數(shù)12. 8 X 10—6/°C )具有中間值，最好用作這些金屬圖形的形成材料。從降低基片的熱變形量的觀點出發(fā)，最好在基片的光學元件安裝面(表面)上，大范圍形成該第二金屬圖形。此外，更好的是在基片的背面，也大范圍形成由同一或同種材料形成的金屬圖形，而抑制基片的熱變形量。在直至基片背面為止的部位延長形成基片表面的金屬圖形材料時，在基片上設置穿通孔(通孔)，而使金屬圖形材料從中通過，由此可以使基片表面的圖形與基片背面的圖形相連接。由于電氣端子從基片的光學元件安裝面向其背面一側引出，因而不必在基片的光學元件安裝面一側特地設置用于電氣端子的未由光學元件封固部件覆蓋的部位，可由片狀封固部件來全面封固。因此，可提高批量生產(chǎn)性。此時，如果基片中沒有貫通孔，則光學元件安裝面一側的光學元件封固部件便不會向其背面一側外伸。此外，如果在光學元件的安裝位置形成該穿通孔，則光學元件的熱量便可通過穿通孔內的金屬圖形材料而向外部放出。由此可提高放熱效率，尤其適于發(fā)熱量大的III族氮化物系化合物半導體發(fā)光元件。
盡管第一及第二金屬圖形的形成方法沒有特別限定，但在實施例中，在無機材料基片上絲網(wǎng)印刷W漿膏，并對其燒結，而在無機材料基片上形成了 W金屬圖形。在該W層上鍍覆Ni層，而形成由W\Ni組成的金屬圖形，并進行加熱處理。W\Ni\Ag，是在所鍍覆的Ni層上再鍍覆Ag。也可以利用濺射法及其它周知方法，來形成這些金屬層。也可以在不要求復雜且正確的圖形形狀的基片的背面，粘接Cu箔之類的金屬薄膜。(封固部件) 無機系封固部件，如果是對光學元件的受發(fā)光波長透明且可保護光學元件的材料，則沒有特別限定，但如果考慮到光學元件的耐熱溫度為60(TC左右這一事實，最好采用熔點(軟化點)低于該溫度的低熔點玻璃。作為所述低熔點玻璃，除了鉛玻璃及硫族化物玻璃之外，還可以采用Si02_Nb205系、B20fF系、&05干系、P20「ZnO系、Si02_B203-La203系或Si02_B203系玻璃。這些低熔點玻璃在350 60(TC溫度下，均可沖壓成形。也可以在封固部件中分散熒光材料。作為所述熒光材料，可采用無機系熒光材料粉體，并使其混合到低熔點玻璃中。此外，也可以在低熔點玻璃中摻雜稀土族離子，由此使其發(fā)熒光。通過使發(fā)光元件與熒光材料適當?shù)亟M合，可獲得白色光為主的任意的發(fā)光色。
在該封固部件與光學元件的組合中，最好將封固部件的阿貝數(shù)設為40以下，將其折射率設為1.6以上，并將光學元件的受發(fā)光波長設為546. lnm(Na的e線波長)以下。即，對于在高折射材料中所發(fā)出的光的外部量子效率而言，封固材料對所發(fā)出的光的波長的折射率較高則更有利。光學材料的折射率盡管由Na的d線來定義，但一般情況下，越是短波長其折射率便越高，且折射率對光的波長的變化程度由阿貝數(shù)來表示。尤其在以往的樹脂封固中成為問題的發(fā)出短波長光的發(fā)光元件中，通過選擇Na的d線上折射率較高且折射率對波長的變化較大的材料，可以防止因樹脂泛黃而引起的光輸出下降，而且實際上可實現(xiàn)由對于短波長光折射率高的材料進行的封固，且可得到高的外部量子效率。
作為具有前述光學特性的低熔點玻璃，可舉出Si02-Nb205系玻璃，其中Si02-Nb205-Na20玻璃最好。將由片狀低熔點玻璃形成的封固部件重疊到光學元件上并加熱，以使其軟化，由此可使封固部件包圍發(fā)光元件。該加熱最好在負壓氣氛下進行，從而使空氣不能進入到封固部件與光學元件之間。通過該加熱，在低熔點玻璃與第二金屬圖形的界面中發(fā)生化學反應，使兩者強固粘接。在與光學元件重疊的軟化狀態(tài)下的封固部件上，可形成凹凸。比如，沿著無機材料基片的分割線，在封固部件上設置凹部(薄壁部)，由此可使分割作業(yè)變容易。這樣，封固部件中，與芯片對應的凸部及沿著分割線的凹部便形成為細格狀。這樣，熱變形不對應于凹凸部形成前的片狀尺寸，而對應于細格狀尺寸，因而可減小封固部件的熱變形，即使封固部件與基片之間存在較大的熱膨脹系數(shù)差，基片-封固部件之間也不會發(fā)生剝離，可進一步緩和基片翹曲的問題。通過使封固部件的凸部形成為凸透鏡狀，可使來自發(fā)光元件的光向光軸方向集中。此外，還可使來自外部的光相對受光元件集中。在該場合下，作為封固部件的材料，最好采用高折射率材料。最好在負壓狀態(tài)下，將軟化狀態(tài)的封固部件貼合到光學元件上。這樣可以防止空氣被封閉在封固部件的內部。可在將片狀封固部件貼合到光學元件上后，在封固部件保持軟化狀態(tài)的期間或者再加熱而使封固部件軟化，并利用沖壓成型來形成封固部件的凹凸。
以下利用實施例，對本發(fā)明作以說明。
(第十二實施例) 在該實施例中，作為光學元件，采用了圖65所示的倒裝型III族氮化物系化合物半導體發(fā)光元件3010。該發(fā)光元件可發(fā)出藍色系的光。
發(fā)光元件3010各層的規(guī)格如下。層組成 p型層3015 :p-GaN:Mg 包含發(fā)光層的層3014 :包含InGaN層 n型層3013 :n-GaN:Si 緩沖層3012 :A1N 基片3011 :藍寶石在基片3011上，隔著緩沖層3012，來形成由摻雜有Si這一 n型雜質的GaN組成的n型層3013。這里，盡管在基片3011上采用了藍寶石，但并非限定于此，也可以采用藍寶石、尖晶石、碳化硅、氧化鋅、氧化鎂、氧化錳、硼化鋯、III族氮化物系化合物半導體單晶體等。此外，盡管采用A1N，并用MOCVD法來形成緩沖層，但并非限定于此，作為材料，也可以采用GaN、 InN、 AlGaN、 InGaN、以及AlInGaN等，作為制造方法，可采用分子線晶體生長法(MBE法)、鹵化物系氣相生長法(HVPE法)、濺射法、離子鍍覆法等。在將III族氮化物系化合物半導體用作基片的場合下，可省略該緩沖層。此外，基片及緩沖層在半導體元件形成后，也可以根據(jù)需要而除去。這里，n型層3013由GaN來形成，但也可以采用AlGaN、 InGaN或AlInGaN。此外，在n型層3013中摻雜了 Si來作為n型雜質，但除此之外，也可以采用Ge、
Se、Te、C等來作為n型雜質。
包含發(fā)光層的3014層，也可以包含量子阱結構(多重量子阱結構或單一量子阱結
構)，此外作為發(fā)光元件的結構，可采用單異質型、雙異質型及同質接合型的結構。包含發(fā)光層的3014層，也可以包含在p型層3015側摻雜了 Mg等禁帶寬度較寬的
III族氮化物系化合物半導體層。這是為了有效地防止注入到包含發(fā)光層的層3014中的電
子向P型層3015擴散。在包含發(fā)光層的3014層上，形成由摻雜了 Mg這一 p型雜質的GaN組成的p型層3015。該p型層3015也可以為AlGaN、 InGaN、或InAlGaN。此外，作為p型雜質，也可以采用Zn、Be、Ca、Sr、Ba。在p型雜質導入后，也可以利用電子射線照射、爐子加熱、等離子照射等周知的方法，來實現(xiàn)低電阻化。在所述構成的發(fā)光元件中，各III族氮化物系化合物半導體層，在一般條件下執(zhí)行MOCVD來形成，也可以用分子線晶體生長法(MBE法)、卣化物系氣相生長法(HVPE法)、濺射法、離子鍍覆法等方法來形成。 n電極3018由A1與V這二層來構成，在形成p型層3015后，通過蝕刻來除去p型層15、包含發(fā)光層的3014層以及n型層3013的一部分，在由此露出的n型層3013上蒸鍍形成。 p電極3016通過蒸鍍在p型層3015上面層疊。在由所述工序而形成了各層及各電極后，實施各芯片的分離工序。接下來，準備安裝該發(fā)光元件3010的無機材料基片。實施例的無機材料基片3021的基體材料是A1N，在其上下面形成有金屬圖形3023、3024。上面?zhèn)鹊膱D形3023如圖66所示，由第一金屬圖形3025n、3025p及第二金屬圖形26來構成。第一金屬圖形3025n通過Au凸塊3027，來與光學元件3010的n電極3018連接，第一金屬圖形3025p通過Au凸塊3028，來與光學元件的p電極3016連接。第一金屬圖形25n如圖67所示，經(jīng)由從無機材料基片3021的基體材料中穿設的穿通孔3031，來與基片背面的金屬圖形3024n電連接。同樣，第一金屬圖形3025p，經(jīng)由穿通孔3032來與基片背面的金屬圖形3024p電連接。各穿通孔3031、3032如圖68(圖67的主要部分放大圖)所示，用基于鍍覆的Cu來充填。第二金屬圖形3026形成于與第一金屬圖形3025n、3025p相隔且包繞它的環(huán)狀區(qū)。
背面?zhèn)鹊慕饘賵D形3024n及3024p如圖69所示，最好盡量以大面積來形成。這樣，使由具有封固部件與基片中間的熱膨脹系數(shù)的金屬材料形成的大面積圖形與基片3021的背面相結合，由此，可使附加熱過程時的基片3021的變形量接近于封固部件3029的變形量。這樣，可以更可靠地防止基片3021的翹曲及封固部件-基片間的剝離。
各金屬圖形按以下方法形成。首先，通過絲網(wǎng)印刷等，在形成貫通孔的燒結之前的無機材料基片3021的兩面以及形成穿通孔的貫通孔上，涂布含有W的漿膏。然后，以超過150(TC的溫度來燒結A1N，同時將漿膏內的W燒結到基片3021上。由此，使W與基片強固結合。也可以通過濺射法來形成該W。此外也可以取代W，而采用Mo等高熔點金屬。
接下來，在W圖形上面用鍍覆法來形成Ni層，并以約700°C的溫度來加熱，使Ni與W起反應。由此，使金屬圖形在A1N基片3021上強固地接合。 Ni與由無機透光性材料形成的封固部件強固地化學鍵合。此外，由于軟化狀態(tài)的封固部件無機系材料對Ni的濡潤性良好，因而該封固部件材料可與第二電極圖形全面接
35觸，而可防止發(fā)生氣泡，且兩者之間可得到強固的結合力。在第一金屬圖形3025n、3025p中，最好可在Ni層上良好地進行基于Au凸塊的焊
接，且可形成高反射率的Ag層。此外，如果發(fā)光元件在底面形成反射面，則可以只考慮基于
Au凸塊的焊接性，比如對于藍色發(fā)光元件而言，也可以在Ni層上面形成Au層。由于在第一金屬圖形3025n、3025p正下方的位置上形成有穿通孔3031、3032，因
而可經(jīng)由該穿通孔內的金屬材料，使光學元件10的熱量有效地向外部(基片3021的背面)放出。接下來，如圖67所示，利用金凸塊3027、3028，將發(fā)光元件3010安裝到規(guī)定位置上。并且，凸塊3027與發(fā)光元件3010的n電極3018連接，凸塊3028與發(fā)光元件3010的p電極3016連接。在圖66的狀態(tài)下，發(fā)光元件3010呈現(xiàn)由第一金屬圖形3025n及3025p來圍繞的狀態(tài)。接下來，如圖67所示，在基片3021的表面?zhèn)?，重疊成為封固部件的片狀低熔點玻璃，并在負壓氣氛下，對其加熱并使之熔接，而封固發(fā)光元件3010。由此，金屬圖形表面的Ni與低熔點玻璃3039通過Ni表面的氧化物來化學鍵合，而強固地結合。此外，可防止在封固時發(fā)生殘留氣泡。最好在片狀低熔點玻璃軟化時進行沖壓加工，從而在其上形成凹凸。通過使封固部件3039的凹部與基片3021的分割線3037(凹口 )相一致，可使基片的分割作業(yè)變容易。封固部件3039的凸部最好為透鏡狀，而提高光取出效率。在所述的一系列制造工序中，發(fā)光元件3010與第一金屬圖形3025n、3025p由熔點高于加工溫度的金凸塊3027、3028來連接，因而在封固溫度下，凸塊3027、3028不會軟化。這樣，在封固作業(yè)中，即使對發(fā)光元件施加了力，發(fā)光元件3010也不會從規(guī)定的位置偏離。此外，通過采用倒裝型元件來作為發(fā)光元件3010，可以省略焊接線，因而在這一點上還具有機械穩(wěn)定性。因此可以說所述構成的光裝置可適于批量生產(chǎn)。此外，占據(jù)金屬圖形的大部分膜厚的Ni層的熱膨脹系數(shù)為12.8X10—7t:，成為A1N的熱膨脹系數(shù)(4. 5X 10—7°C )與低熔點玻璃303039的熱膨脹系數(shù)(17. 3X 10—7°C )的
中間值。這樣，通過使金屬圖形處于無機系封固部件3039與無機材料基片3021之間，除了可使封固部件3039與基片3021強固地結合，還可緩和因封固部件3039與基片3021的各熱膨脹系數(shù)之差而引起的應力。由此，可以可靠地防止基片3021產(chǎn)生翹曲及裂紋或者封固部件3039與基片3021發(fā)生剝離。最后，在分割線3037處對基片3021進行分割，而獲得實施例中的光裝置。圖70 圖73表示該實施例的變形方式。在圖70 圖73中，對與圖22相同的要
素附加同一符號，省略其說明。在圖69的光裝置中，第二金屬圖形3041呈矩形環(huán)狀。
在圖70的光裝置中，第二金屬圖形43為非連續(xù)體。在圖72的示例中，作為倒裝型發(fā)光元件的基片，取代藍寶石基片，而采用了 GaN基片3011a或SiC。由于所述元件用基片具有高于藍寶石基片的高折射率，因而通過將其與高折射率封固部件(低熔點玻璃等)相組合，可以提高光取出效率。通過在GaN基片301 la的周緣部設置倒角，進一步提高光學元件3010的光取出效率。此外，在圖72的示例中，作為無機材料基片3051的基體材料，采用了熱膨脹系數(shù)大于A1N的廉價A1203 (熱膨脹系數(shù)6. 7 X lO—6)。在圖73的示例中，作為無機材料基片3061的基體材料，采用了含有玻璃的A1203。這樣，在基片3061上全面粘接了 Cu箔。在貫通孔3031及3032內，通過鍍覆來充填了 Cu。以100(TC來加熱所述無機材料基片3061時，01便與八1203化學鍵合。通過在含玻璃八1203基片的背面大范圍形成熱膨脹率與玻璃相同的Cu層，可以防止基片產(chǎn)生翹曲及封固部件-基片之間發(fā)生剝離。第一金屬圖形與第二金屬圖形具有相同的基底(Cu箔)，且通過只在發(fā)光元件的安裝區(qū)域3025n、3025p內鍍覆Ag及Au而形成。這可以通過掩蔽第二金屬圖形區(qū)域來容易地形成。此外，比如也可以在同一基底Cu箔上鍍覆Ni，并對藍色發(fā)光元件用作第二金屬圖形的反射層。這樣，即使不分離第一金屬圖形3025n、3025p與第二金屬圖形3026也行。
(第十三實施例) 圖74表示該實施例的光裝置。該實施例中所用的發(fā)光元件3100是在上下都有電極的類型，其結果是需要焊接線3101。在由A1N形成的無機材料基片3110中，形成穿通孔3111，在該穿通孔3111內，通過鍍覆充填有Cu。在基片3110的兩面大范圍形成由WVii構成的金屬圖形。該金屬圖形的形成方法與實施例12相同。從提高熱取出效率的觀點出發(fā)，在穿通孔3111之上面的第一金屬圖形3113a上，安裝發(fā)光元件3110的一個電極。焊接線3101從另一個電極引出，并焊接到第二金屬圖形3113b上。此外，備好由低熔點玻璃形成的片狀隔離片3120。在該隔離片3120上，形成有從發(fā)光元件3100及焊接線3101中通過的孔，可對它們不產(chǎn)生任何干擾地將隔離片3120在基片3110上重疊(圖74的狀態(tài))。在該狀態(tài)下，安裝由低熔點玻璃構成的封固部件3130。此時，盡管焊接線3101可能因封固部件的材料而發(fā)生變形，但該變形可由隔離片3120來限制。因此，可預防焊接線3101的切斷及短路。此外，從保護焊接線3101的觀點出發(fā)，隔離片3120最好一直包繞到焊接線3101的下側為止。以下，詳細說明圖75至圖83所示的實施方式。
(發(fā)光元件) 發(fā)光元件包括發(fā)光二極管、激光二極管及其它發(fā)光元件。發(fā)光元件的發(fā)光波長也沒有特別限定，可采用對紫外光綠色系光有效的III族氮化物系化合物半導體元件及對紅色系光有效的GaAs系半導體元件等。此外，也可以采用由SiC、AlInGaP等形成的發(fā)光元件。在上述中，提到了具有絕緣性基片的III族氮化物系化合物半導體發(fā)光元件存在排熱的課題，而且在將該發(fā)光元件用作比如白色光源的場合下，特別要求高輸出性。
這里，III族氮化物系化合物半導體的一般式表示為AIXGaYInl-X-YN(O<X《1，0《Y《1，0《X+Y《1)。包含A1的化合物，其中包括A1N的所謂二元系、以及AlxGal-xN及AlxInl-xN(以上中0 < x < 1)的所謂三元系。在III族氮化物系化合物半導體及GaN中，也可以將III族元素的至少一部分置換為硼(B)、鉈(Tl)等，此外，氮(N)的至少一部分也可以置換為磷(P)、砷(As)、銻(Sb)、鉍(Bi)等。此外，III族氮化物系化合物半導體也可以包含任意的摻雜劑。作為n型雜質，可采用硅(Si)、鍺(Ge)、硒(Se)、碲(Te)、碳(C)等。作為p型雜質，可采用鎂(Mg)、鋅(Zn)、鈹(Be)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、鋇(Ba)等。此外，在摻雜了 p型雜質后，可對III族氮化物系化
合物半導體進行電子射線照射、等離子照射，或者由爐子加熱進行照射，但不是必須的。
III族氮化物系化合物半導體層由MOCVD(有機金屬氣相生長)法來形成。構成元件的全部半導體層不必一定用該MOCVD法來形成，也可以并用分子線晶體生長法(MBE法)、鹵化物系氣相生長法(HVPE法)、濺射法、離子鍍覆法等。作為發(fā)光元件的構成，可采用具有MIS結、PIN結及pn結的同質結構、異質構造或雙異質結構。作為發(fā)光層，也可采用量子阱結構(單一量子阱結構或多重量子阱結構)。作為所述III族氮化物系化合物半導體發(fā)光元件，可采用以主發(fā)光方向(電極面)作為發(fā)光裝置的光軸方向的正裝型元件、以及以主發(fā)光方向作為與光軸方向相反的方向并利用反射光的倒裝型元件。
(基層安裝件) 如果基層安裝件的基體材料的導熱性較高，則可根據(jù)發(fā)光裝置的用途來適宜選擇。比如可選擇A1N、 A1203、 SiC、 Si3N4、 Si等無機材料。形成基層安裝件的無機材料具有處于發(fā)光元件的半導體材料與引線框的金屬材料中間的熱膨脹率。因此，即使在發(fā)光裝置的制造工序中附加了較大的熱過程(比如將基層安裝件錫焊到第一及第二引線框上等)，也可以緩和發(fā)光元件與引線框的熱膨脹率所引起的應力。基層安裝件的形狀為其一端可設置到形成于第一引線框的第一凹部內，且另一端可設置到形成于第二引線框的第二凹部內。在采用了倒裝型發(fā)光元件的場合下，由于可以省略導線，因而可向發(fā)光元件附加大電流。其結果，可以使發(fā)光元件高亮度發(fā)光的同時，發(fā)光元件的熱量也可有效地發(fā)散。此外，通過省略導線，可以提高發(fā)光裝置的耐沖擊性。取代導線，而在基層安裝件上形成穿通孔及金屬邊等配線圖形。借助于該配線圖形，安裝在基層安裝件上面的發(fā)光元件的各電極與第一引線框及第二引線框電連接。金屬圖形的形成材料，其表面層有必要適應于與發(fā)光元件結合用的結合材料。比如，在采用Au凸塊來作為結合材料時，用Au及Ag來形成金屬圖形的表面層。并且，作為用于結合發(fā)光元件與基層安裝件的配線圖形的結合材料，除了所述Au
凸塊之外，還可以采用錫焊凸塊及錫焊鍍覆等共晶材料。(第一引線框，第二引線框) 在第一引線框的一端形成第一凹部，在第二引線框的一端形成第二凹部。第一凹部及第二凹部可通過以下方法來形成，即分別在第一及第二引線框，在厚度方向通過切削或蝕刻來形成溝。此外，也可以通過沖壓第一及第二引線框的材料，來分別形成第一及第二凹部。此外，還可以在第一及第二引線框的表面設置凸部，且將該凸部所圍繞的部分作為凹部。
這些凹部成為基層安裝件的托座，其形狀及深度根據(jù)基層安裝件來適宜設計。
將基層安裝件的一端設置到所述第一凹部內，將另一端設置到第二凹部內，且利用由金屬共晶材料構成的焊料(比如Pb-Sn、Au-Sn等)或Ag漿膏等，對基層安裝件和第一及第二引線框進行機械固定。通過縮小基層安裝件與第一及第二凹部周壁之間的間隙，比如在該基層安裝件與第一及第二凹部實際上處于嵌合的狀態(tài)時，基層安裝件的安裝位置穩(wěn)定，且由此可防止發(fā)光元件的位置偏移。這樣，用透鏡狀封固部件來封固發(fā)光元件時的配光特性便達到穩(wěn)定。
此外，在設置到第一凹部與第二凹部上的狀態(tài)下，如果使基層安裝件與第一及第二引線框實際上設為同一高度，則易于控制從發(fā)光元件向側方發(fā)出的光，且可提高光取出效率。此外，基層安裝件與第一及第二引線框實際上是同一高度，且基層安裝件與第一及第二引線框之間的間隙小(嵌合狀態(tài))，即兩者實際上處于同一平面時，還可提高基于引線框的反射效率。以下，對本發(fā)明的實施例作以說明。發(fā)光元件10是III族氮化物系化合物半導體發(fā)光元件。圖75典型地表示其結構。如圖75所示，發(fā)光元件4010構成為在藍寶石基片上層疊多個III族氮化物系化合物半導體層。發(fā)光元件4010各層的規(guī)格如下。層:組成p型層4015:p-GaN:Mg包含發(fā)光層的層4014:包含InGaN層n型半導體層4013:n-GaN:Si緩沖層4012:A1N基片ll:藍寶石在基片4011上，隔著緩沖層4012，來形成由摻雜有Si這一 n型雜質的GaN組成的n型半導體層4013。這里，盡管在基片4011上采用了藍寶石，但并非限定于此，也可以采用藍寶石、尖晶石、硅、碳化硅、氧化鋅、磷化鎵、砷化鎵、氧化鎂、氧化錳、III族氮化物系化合物半導體單晶體等。此外，盡管采用A1N并用MOCVD法來形成緩沖層，但并非限定于此，作為材料，可采用GaN、InN、AlGaN、InGaN、以及AlInGaN等，作為制造方法，可采用分子線晶體生長法(MBE法)、鹵化物系氣相生長法(HVPE法)、濺射法、離子鍍覆法、電子簇射法等。在將III族氮化物系化合物半導體用作基片的場合下，可省略該緩沖層。
此外，基片及緩沖層在半導體元件形成后，也可以根據(jù)需要而除去。
這里，n型半導體層4013由GaN來形成，但也可以采用AlGaN、 InGaN或AlInGaN。
此外，在n型半導體層4013中摻雜了 Si來作為n型雜質，但除此之外，也可以采用Ge、 Se、 Te、 C等來作為n型雜質。 n型半導體層4013，也可以是由包含發(fā)光層的層4014 —側的低電子濃度n層與緩沖層12 —側的高電子濃度n+層構成的雙層結構。包含發(fā)光層的層4014，也可以包含量子阱結構(多重量子阱結構或單一量子阱結
構)，此外，作為發(fā)光元件的結構，可采用單異質型、雙異質型及同質接合型的結構。包含發(fā)光層的層4014，也可以包含在p型半導體層4015側摻雜了鎂等受主的禁帶寬度較寬的III族氮化物系化合物半導體層。這是為了有效地防止注入到包含發(fā)光層的層 4014中的電子向p型層4015擴散。在包含發(fā)光層的層4014上，形成由摻雜了 Mg這一 p型雜質的GaN組成的p型半導體層4015。該p型半導體層4015也可以為AlGaN、InGaN或InAlGaN。此外，作為p型雜質，也可以采用Zn、Be、Ca、Sr、Ba。進而，p型半導體層4015，也可以是由包含發(fā)光層的層4014—側的低空穴濃度 P-層與電極側的高空穴濃度P+層構成的雙層結構。在所述構成的發(fā)光二極管中，各III族氮化物系化合物半導體層，在一般條件下可執(zhí)行MOCVD來形成，也可以采用分子線晶體生長法(MBE法)、鹵化物系氣相生長法(HVPE 法)、濺射法、離子鍍覆法、電子簇射法等方法來形成。 n電極4018由Al與V這二層來構成，在形成p型半導體層4015后，通過蝕刻來除去P型半導體層4015、包含發(fā)光層的層4014以及n型半導體層4013的一部分，并利用蒸鍍形成在n型半導體層4013上面。 p電極4016是含金的膜狀，在p型半導體層4015上面通過蒸鍍來層疊。
在由所述工序而形成了各半導體層及各電極后，進行各芯片的分離工序。
基層安裝件4020如圖76A所示，是由A1N構成的絕緣性片狀部件，在其上側表面形成表面電極4021 、4022，在背面?zhèn)刃纬杀趁骐姌O4023、4024。通過依次層疊鈦、Ni及Au，來形成這些電極4021、4022、4023、4024，并由穿通孔4025(充填有導電性金屬)來導通。
在本實施例的基層安裝件4020中，由穿通孔來導通表面電極4021、4022與背面電極4023、4024，但也可以在基層安裝件4020的側面形成金屬層(金屬邊)，從而使兩者導通。發(fā)光元件4010的n電極，經(jīng)由Au凸塊4031來與表面電極4021電連接，p電極經(jīng) 由Au凸塊4032來與表面電極4022電連接。也可以取代凸塊，而采用錫焊球。
在第一引線框4041與第二引線框4042相互對置的端緣處，通過切削分別形成有溝4043、溝4044。各溝4043、4044的形狀為幾乎無間隙地嵌入基層安裝件4020的兩端，由此來規(guī)定基層安裝件4020的位置。第一及第二引線框4041、4042與基層安裝件4020，是利用焊錫(Sn-Ag系焊膏焊錫等)4035來固定。在本實施例中，對溝4043及溝4044的深度進行了調整，從而使第一及第二引線框 4041、4042的表面與基層安裝件4020的表面幾乎處于同一高度。這樣，便易于控制從發(fā)光元件4010發(fā)出的光(尤其是向側面發(fā)出的光)。此外，也可以構成為加深溝的深度，且由溝的側壁來反射從發(fā)光元件4010發(fā)出的光。其后，如圖77所示，用封固部件4051被覆發(fā)光元件4010，從而形成實施例的發(fā)光裝置4050。通過將熒光材料混合到封固部件4051中，可以得到白色等任意的發(fā)光色。根據(jù) 發(fā)光裝置的用途等，從可使來自發(fā)光元件的光透過的材料中，適宜選擇封固部件4051。比如，可以由環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺、硅彈性體等有機材料及低熔點玻璃等無機材料來形成。在本實施例中，用耐回流的亞胺系樹脂來形成封固部件4051，然后，將基層安裝件4020錫焊到第一及第二引線框4041、4042上。圖78表示另一種方式的封固部件4053。在該例中，第一及第二引線框4041、4042
40的端部及基層安裝件4020，均被封固部件4053所覆蓋。所述封固部件4053，將基層安裝件 4020固定到第一及第二引線框4041、4042上，然后通過鑄模成型來形成。成型材料可采用環(huán)氧樹脂。根據(jù)如此構成的實施例的發(fā)光裝置4050，在發(fā)光裝置4010產(chǎn)生的熱量，經(jīng)由基層安裝件4020，均勻地傳遞給第一及第二引線框4041、4042。因此，充分確保熱傳遞路徑，而提高散熱效率。此外，由溝4043及溝4044，來規(guī)定基層安裝件4020的位置，即發(fā)光元件4010的位置。因此，作為發(fā)光裝置的配光特性穩(wěn)定。以下，對所述實施例中各要素的變形方式作以說明。對于與圖77-78所示的要素相同的要素，附加同一符號，省略其說明。在圖80的示例中，第一引線框4041的溝4045形成得短，第二引線框4042中的溝 4046形成得長。這樣，第二引線框4042的部件(溝4046的周壁)便可處于發(fā)光元件4010 的正下方。這樣，從發(fā)光元件4010至引線框的距離達到最短，熱量可從發(fā)光元件4010更有效地散發(fā)。在圖80的示例中，溝4047及溝4048開啟至各引線框4041、4042的側面為止。由此，更易于進行基層安裝件4020針對溝4047及溝4048的設置。在圖81的示例中，在第一引線框4041的側面，形成了溝4049。如該實施例所示，
引線框中溝的形成方向及形成位置是任意的，可根據(jù)發(fā)光裝置的用途來適宜選擇。在圖82所示的示例中，在第一及第二引線框4041、4042的前端，通過沖壓加工形
成有凹部4061、4062。與圖76同樣，可對該凹部4061、4062設置基層安裝件。在圖83的示例中，在第一及第二引線框4041、4042的前端，通過沖壓加工形成有
^字形凸部4071、4072。由該凸部4071、4072圍繞的部分成為凹部4073、4074?？膳c圖76
同樣，對該凹部4073、4074設置基層安裝件。圖84是表示第十三實施方式涉及的發(fā)光裝置的結構的剖視圖。該發(fā)光裝置5010 構成為，具有作為供電部件的基片部5011 ;搭載于該基片部5011的上面的LED元件5012 ; 在基片部5011的上面按照被覆LED元件5012的方式來封固的緩沖層5013 ;按照被覆該緩沖層5013及基片部5011的上面的方式形成的封固部件5014。基片部5011具有高膨脹率的陶瓷基片5011a(絕緣性基片)；在該陶瓷基片 5011a的上面，按規(guī)定的圖形形成的配線層5011b、5011c、5011d、5011e ;在陶瓷基片5011a 的下面，按規(guī)定的圖形形成的配線層5011f、5011g ;在配線層llc的表面被覆的Au鍍膜 5011h ;在配線層5011d的表面被覆的Au鍍膜5011i ;在配線層5011f的表面被覆的Au鍍膜501 lj ;在配線層501 lg的表面被覆的Au鍍膜501 lk ;連接配線層50lib與配線層501 If 的通孔5111 ;連接配線層5011d與配線層5011g的穿通孔5011m。陶瓷基片5011a比如可采用含玻璃A1203材料(熱膨脹率13. 2X 10_6/°C )。配線層5011b、5011d、5011j、5011g，用作供給電源的電極。此外，Au鍍膜5011h、5011i、5011j、 5011k，為了提高連接性、導電性及耐腐蝕性而設置。此外，在基片部5011搭載LED元件5012 之前，有必要預先在陶瓷基片5011a上形成配線層5011b 5011g、 Au鍍膜5011h、5011i、 5011j、 Au鍍膜5011k以及穿通孔5111、5011m。 LED元件12，比如用GaN、AlInGaP等半導體來構成，其芯片尺寸為0. 3X0. 3mm(標
41準尺寸)、lXlmm(大尺寸)等。緩沖層5013采用硅樹脂。封固部件5014為比如株式會社住田光學玻璃生產(chǎn)的"K-PSK100"(熱膨脹率11.4X10—7°C )。封固部件5014采用透光性且具有低熔點特性的玻璃材料。LED元件5012在下面具有電源用電極5012a、5012b，該電極5012a、5012b被錫焊在基片部11的規(guī)定配線層上。
以下，對發(fā)光裝置10的組裝作以說明。首先，按照在基片部5011的配線層5011c、5011d上搭載電極5012a、5012b的方式，來對LED元件5012進行定位，且對配線層5011c與電極5012a，以及配線層5011d與電極5012b，分別進行錫焊。接下來，從LED元件5012中心部的正上方滴下液狀的硅樹脂材料，并層狀地覆蓋 LED元件5012的整個上面及側面，由此來形成緩沖層13。接下來，在形成有緩沖層5013的狀態(tài)下，將基片部5011及LED元件5002置于 15(TC左右溫度的氣氛中，使緩沖層5013—次固化。接下來，在緩沖層5013的表面及基片部5011的表面，封固基于玻璃材料的封固部件5014。在封固部件5014的封固中采用金屬模，并利用規(guī)定溫度氣氛及加壓沖壓，來形成圖84所示的半圓型。通過所述過程，完成發(fā)光裝置5010。此外，硅樹脂在玻璃封固加工時，化學鍵合因熱而切斷被Si02化，但不會發(fā)生黑化現(xiàn)象，也不會成為光吸收的主要原因。
在所述構成的發(fā)光裝置5010中，比如，當配線層5011f處于LED元件5012的陽極一側時，配線層5011f便與直流電源(未圖示)的正極側連接，配線層5011g與負極側連接。在經(jīng)由與墊層電極5108及n型電極5109電連接的凸塊2，對LED元件12附加正向電壓后，在LED元件5012內的發(fā)光層內，發(fā)生空穴及電子的載體再結合而發(fā)光，輸出光經(jīng)由藍寶石基片5101，向LED元件5012的外部輻射。該光幾乎全部從封固部件5014內透過，并向封固部件5014的外部出光，一部分進行內面反射，然后向封固部件5014的外部出光。
根據(jù)所述第十三實施方式，可得到以下效果。 (1)通過用基于玻璃材料的封固部件5014來進行整體封固，可以降低在樹脂封固中成為問題的因泛黃及著色而引起的光衰減。 (2)通過在LED元件5012的周圍設置緩沖層5013，可緩和在封固部件5014封固時，經(jīng)由高粘度玻璃材料施加到LED元件5012上的外力。即，通過插設緩沖層5013， LED元件5012與封固部件5014不直接接觸，因而因熱膨脹熱收縮而產(chǎn)生的應力可由緩沖層13 而吸收。 (3)通過隔著緩沖層5013來對LED元件5012進行玻璃封固，可防止在LED元件 5012附近發(fā)生裂紋。設置這樣的緩沖層5013的構成，對與封固部件5014的接觸面積變大的大尺寸(lmmX lmm)LED元件5012特別有效。 (4)通過用緩沖層5013來包圍LED元件5012，可防止因凸塊5002壓塌而引起的電極間短路。此外，由于緩沖層5013可抑制凸塊形狀的壓塌，因而可防止因玻璃封固而使 LED元件5012的光軸發(fā)生傾斜。 (5)在通過對晶片進行劃線來形成LED元件5012的場合下，在劃線后的LED元件 5012的側面，產(chǎn)生細微的凹凸。該凹凸對于玻璃封固型發(fā)光裝置5010 ，在LED元件5012與封固部件5014的界面形成應力不均衡部分，從而成為發(fā)生微小裂紋的主要原因。對這一問題而言，通過在成為LED元件5012的劃線面的側面設置緩沖層5021，可以防止封固部件5014熱收縮時發(fā)生微小裂紋。圖85是表示第十三實施方式涉及的發(fā)光裝置的變形例的剖視圖。該發(fā)光裝置 5020中，只在LED元件5012的側面設置有緩沖層5021這一構成不同。在這種構成中，也可以防止因凸塊5002壓塌而引起的電極間短路，可緩和伴隨封固部件5014的熱收縮的應力。此外，由于在LED元件12的基片側未設置緩沖層，因而不會妨礙從LED元件5012輻射的光的取出。圖86是表示第十四實施方式涉及的發(fā)光裝置的剖視圖。圖86的發(fā)光裝置5030 為正裝型，具有作為供電部件的基片部31 ;搭載于該基片部31的上面的LED元件5032 ; 覆蓋LED元件5032整體來封固的緩沖層5033 ;覆蓋該緩沖層33及基片部31的上面來形成的封固部件5034 ;連接LED元件5032的電極與基片部5031上面的配線層的導線5035a、 5035b。基片部5031具有采用了與圖84的基片部5011相同的材料的作為絕緣性基片的陶瓷基片5031a ;在陶瓷基片5031a的上面按規(guī)定圖形形成的配線層5031b、5031c ;在陶瓷基片5031a的下面按規(guī)定圖形形成的配線層5031d、5031e ;連接配線層5031b與配線層 5031d的穿通孔5031f ;連接配線層5031c與配線層5031e的穿通孔5031g。此外，配線層 5031b 5031e在表面設有Au鍍膜，但在這里省略了圖示。陶瓷基片5031a比如可采用含玻璃A1203。配線層5031b 5031e用作供給電源的電極。此外，在基片部5031搭載LED元件5032之前，有必要在陶瓷基片5031a上預先形成配線層5031b 5031e及穿通孔5031f 、5031g。封固部件5034采用透光性且具有低熔點特性的玻璃。 LED元件5032在配線層5031c上用粘接劑等來固定，LED元件5032上面的一個電極(未圖示)與配線層5031b用導線5035a來連接，LED元件5032上面的另一個電極(未圖示)與配線層5031c用導線5035b來連接。緩沖層5033，按照覆蓋LED元件5032的露出面及導線5035a、5035b的方式進行被覆。封固部件5034，按照覆蓋緩沖層5033的表面、在基片部5031的上面露出的配線層及基片部5031的部分露出部的方式，形成為半球狀。
以下，對發(fā)光裝置5030的組裝作以說明。首先，備好在陶瓷基片5031a上已形成配線層5031b 5031e及穿通孔5031f 、
5031g的基片部5031，且在該配線層5031c上的規(guī)定位置，搭載LED元件5032。接下來，利用導線5035a、5035b，來將LED元件5032與配線層5031b、5031c通過焊
接來連接。接下來，按照覆蓋LED元件5032的露出面及導線5035a、5035b的方式，滴下液狀硅并達到規(guī)定的厚度。接下來，置于具有LED元件5032及導線5035a、5035b的15(TC左右的氣氛中，來進行緩沖層5033的一次固化，然后，在緩沖層5033的周邊，形成基于玻璃材料成型的封固部件5034。由所述過程來完成發(fā)光裝置5030。在該發(fā)光裝置5030中，比如，當配線層503Id處于LED元件5032的陽極一側時，配線層5031d便與直流電源(未圖示)的正極側連接，配線層5031e與負極側連接。通過
43該通電，LED元件5032便發(fā)光。該光從圖中的LED元件5032的上面射出，且?guī)缀跞繌姆?固部件5034內通過并向外部發(fā)出光，另一部分在封固部件5034內進行內面反射，然后向封固部件5034的外部發(fā)出光。根據(jù)所述第十四實施方式，由于在以正裝形式來搭載LED元件5032的發(fā)光裝置 5030的LED元件5032周圍，設有緩沖層5033，因而可防止在玻璃封固時導線5035a、5035b 發(fā)生變形或者壓塌，而造成電極間短路，而且與第一實施方式同樣，可防止因封固部件5034 的高熱膨脹而在LED元件5012的附近發(fā)生裂紋。比如，在未設置緩沖層5033的場合下，如果玻璃封固加工后溫度設得過高，則會對LED元件造成損壞，因而對溫度有限制，且在玻璃處于高粘度的狀態(tài)下進行玻璃封固加工，因此，不能避免對導線5035a、5035b施加外力，且難以將導線5035a、5035b維持所希望的狀態(tài)。比如，在導線5035a因玻璃的加壓加工而被壓塌的場合，配線5031b與5031c便會發(fā)生短路。在該場合下，不僅不發(fā)光，而且還會影響未圖示的電源側。因此樹脂材料不會發(fā) 生這種問題。在正裝型LED元件中，在上面設有金屬部件即導線，這本身成為一種緩沖材料。然而，存在著被壓塌而造成電氣短路的問題。因此，即使沒有緩沖材料要素，也應有能防止壓塌從而防止電氣短路的要素，這一點是重要的。圖87是表示本發(fā)明第十五實施方式涉及的發(fā)光裝置的剖視圖。該發(fā)光裝置5040 中，將搭載LED元件5041的基層安裝件5043搭載到引線部5044a、5044b上。此外，在圖87 中，以非剖面狀態(tài)示出基層安裝件。該發(fā)光裝置5040具有在安裝面上設有凸塊5042的LED元件5041 ;搭載LED元件5041的基層安裝件5043 ;搭載基層安裝件5043的作為供電部件的引線部5044a、5044b ; 按照覆蓋LED元件5041的露出面的方式設置的緩沖層5045 ;封固緩沖層5045及其周圍的基于透光性玻璃的封固部件5046。基層安裝件5043比如采用高熱傳導性A1N(氮化鋁)，與凸塊5042連接的電極 5043a在LED元件5041的安裝面一側形成，在相反側面上(引線框側面)，形成有用于與一對引線部5044a、5044b連接的電極5043b。為連接電極5043a與電極5043b，在基層安裝件 5043內，設有穿通孔5043c。引線部5044a、5044b形成為作為引線框的一部分，以規(guī)定間隙比兩側的帶狀部分更靠向內側且對置的方式，相對于一個LED元件分配有一對。引線部5044a、5044b的前端部一部分按照產(chǎn)生階差的厚薄來制成，且在該階差部分載置基層安裝件5043。
按照與所述其它實施方式所示的緩沖層5013、5021、5033相同的材料及加工，來設置緩沖層5045。封固部件5046與所述的其它實施方式同樣，采用透光性且具有低熔點特性的玻璃材料。在該發(fā)光裝置5040中，如果將引線部5044a設為正(+)電源供給端子，則供給到引線部5044a的電流便經(jīng)由引線部5044a、電極5043b的一方、穿通孔5043c的一方、電極 5043a的一方、及凸塊42的一方，而流入到LED元件5041的陽極，進而，流出LED元件41的陰極的電流，則經(jīng)由凸塊5042的另一方、電極5043a的另一方、穿通孔5043c的另一方、及電極5043b的另一方，而流入到引線部5Q44b，由此，LED元件5041發(fā)光。
以下，對發(fā)光裝置5040的組裝作以說明。首先，備好已預先形成電極5043a、5043b及穿通孔5043c的基層安裝件5043，且在基層安裝件5043上的規(guī)定位置，通過凸塊5042來搭載LED元件5041。由此，使LED元件 5041電連接且機械固定。接下來，在引線部5044a、5044b前端部的凹部內，與通電方向一致地配置基層安裝件5043上搭載的LED元件5041。接下來，按照覆蓋LED元件5041的周圍的方式，滴下液狀硅并形成規(guī)定厚度。
接下來，將LED元件5032、基層安裝件5043、引線部5044a、5044b置于15(TC左右溫度的氣氛中，進行一次固化，而在LED元件5032的周圍形成緩沖層5045。
接下來，將用于形成封固部件5045的玻璃片配置到LED元件5041的上方及下方，并在LED元件5041的上側及下側，分別配置金屬模。接下來，在規(guī)定溫度的氣氛中，進行基于金屬模的加壓沖壓，由此使玻璃片形成為規(guī)定的形狀。由此來完成發(fā)光裝置5040。最后，將引線部5044a、5044b的另一端從引線框相分離，而形成單獨的各個發(fā)光裝置5040。根據(jù)所述第十五實施方式，在用玻璃材料來封固高熱傳導性基層安裝件5043上搭載的LED元件5041時，可由緩沖層5045來防止因熱膨脹率差而在LED元件5041與基層安裝件5043的周圍產(chǎn)生裂紋及剝離。此外，在發(fā)光裝置5040中，也可以在緩沖層5045中混合熒光體。在該場合下，進行基于從由LED元件5041的輻射光激勵的熒光體輻射出的激勵光與LED元件5041的輻射光的混合的波長轉換。作為熒光體，比如可采用由LED元件5041所發(fā)出的藍色光所激勵且輻射黃色光的Ce (鈰)YAG(釔鋁石榴石)。圖88是表示本發(fā)明第十六實施方式涉及的發(fā)光裝置的剖視圖。該發(fā)光裝置5050 構成為在圖87的發(fā)光裝置5040上裝有放熱部件。S卩，其特征在于在由A1N等的基層安裝件5052的下部，安裝有采用了銅等導熱性良好的金屬材料的放熱部件5051 。
發(fā)光裝置5050具有用作放熱器的放熱部件5051 ;在放熱部件5051上搭載的基層安裝件5052 ;在基層安裝件5052兩端的階差部上載置前端部的引線部5053a、5053b ;在下面具有電源供給用一對凸塊5042且搭載于基層安裝件5052上的LED元件5041 ;按照覆蓋LED元件5041的露出面的方式設置的緩沖層5054 ;封固緩沖層5054及其周圍的基于低熔點透明玻璃的封固部件5055。基層安裝件5052，按照在兩端的規(guī)定范圍內產(chǎn)生階差的厚薄來制成，且在該厚薄部上載置引線部5053a、5053b的前端部，該前端通過錫焊等來連接到配線圖形5052a、 5052b的側面。此外，在基層安裝件5052上，與一對凸塊5042接觸的配線圖形5052a、5052b 從上面設置到側面。緩沖層5054，是在Si系烴氧基金屬內混合熒光體并燒結的多孔質狀態(tài)的含熒光體Si02，因而具有應力緩沖及波長轉換的功能。熒光體，可如在第十五實施方式中所說明的那樣，采用Ce(鈰)YAG(釔鋁石榴石)等。第十六實施方式中發(fā)光裝置5050的組裝方式與第十五實施方式相同，因而這里省略重復說明，但也可以在首先完成圖88的基層安裝件5052之上的部分后，將放熱部件5051通過粘接等來安裝到下面即可。根據(jù)所述第十六實施方式，可得到以下效果。 (1)由于在基層安裝件5052的下部，設置有促使放熱的放熱部件5051，因而可將
伴隨LED元件5041點亮而發(fā)出的熱量有效地向外部發(fā)散，可抑制發(fā)生基于玻璃材料的伴隨
封固部件5055等的溫度上升而產(chǎn)生的熱膨脹熱收縮，且防止發(fā)生裂紋。 (2)通過在緩沖層5054中混合熒光體，可以進行波長轉換，且可提高光的取出效率。并且，在所述各實施方式中，也可以在基片部5011、5031及引線部5044a、5044b、 5053a、 5053b的表面形成反射面，而提高光的出射效率。此外，也可以在封固部件5014、5034內的LED元件5012、5032的上部，部分地混合熒光體，或者，在緩沖層5013、5033內，混合波長轉換用熒光體。此外，在緩沖層5054中采用了 Ti02系陶瓷材料的場合下，其折射率具有2. 4這一較大的值，因而可提高來自LED元件5041的光的取出效率。此外，在所述各實施方式中，在一個封固部件內配置的LED元件的個數(shù)為一個，但也可以制成LED元件為二個及其以上的多發(fā)光型發(fā)光裝置。所搭載的多個LED元件可構成為，設置多個不同發(fā)光色的LED元件，或者設置多個相同發(fā)光色的LED元件。此外，作為 LED元件的驅動方式，既可以對多個LED元件全部進行并聯(lián)連接或以組為單位來并聯(lián)連接，也可以按多個單位來串聯(lián)連接或全部串聯(lián)連接。此外，盡管在所述說明中，封固部件5014采用株式會社住田光學玻璃生產(chǎn)的 "K-PSKIOO"，但并非限定于此，只要是以不會對發(fā)光元件造成熱損傷的封固加工溫度來軟化的玻璃，也可以采用其它材料。此外，作為封固部件5014、5034、5046、5055的形狀，盡管所示的是半球狀，但本發(fā) 明不限定于圖示的形狀，也可以制成為沒有透鏡部的形狀、多角型、圓柱型等任意形狀。
此外，在封固部件5014、5034、5046、5055成型時，不限定于基于采用了玻璃片的加壓沖壓的成形方法，比如也可以采用向LED元件附近供給熔融玻璃，并用金屬模來加熱成型等其它封固方法。此外，緩沖層5054不限定于多孔質，也可以采用能迅速吸收應力，且熱膨脹率處
于LED元件與封固玻璃之間等具有緩沖效果和絕緣性及耐熱性的材料。圖89是表示本發(fā)明第十七實施方式涉及的發(fā)光裝置的構成的剖視圖。該發(fā)光裝
置6010具有作為供電部件的基片部6011 ;具有電源供給用的由至少一對Au形成的凸塊
6012a、6012b、且搭載于基片部6011的上面的LED元件6012 ;充填于LED元件6012的下面
與基片部6011之間的絕緣層6013 ;按照覆蓋LED元件6012及基片部6011的上面的方式
形成的封固部件6014。基片部6011具有陶瓷基片6011a ;在陶瓷基片6011a的上面按規(guī)定圖形形成的配線層6011b、6011c、6011d、6011e ;在陶瓷基片6011a的下面按規(guī)定圖形形成的配線層 601 If 、601 lg ;在配線層6011c的表面被覆的Au鍍膜6011h ;在配線層6011d的表面被覆的 Au鍍膜6011i ;在配線層6011f的表面被覆的Au鍍膜6011 j ;在配線層6011g的表面被覆的Au鍍膜6011k ;連接配線層6011b與配線層6011f的穿通孔6111 ;連接配線層6011d與配線層6011g的穿通孔6011m。
陶瓷基片6011a，比如采用含玻璃AlA材料(熱膨脹率13. 2X10—7°C)。配線層6011c、6011d、6011f、6011g，用作供給電源用的電極。此外，Au鍍膜6011h、6011i、6011j、 6011k為了提高連接性、導電性及耐腐蝕性而設置。并且，在基片部6011搭載LED元件6012 之前，有必要預先在陶瓷基片6011a上形成配線層6011b 6011g、 Au鍍膜6011h、6011i、 6011j、6011k以及通孔60111、6011m。 LED元件6012，比如用GaN、 AlInGaP等半導體來構成，其芯片尺寸為 0. 3X0. 3mm(標準尺寸)、1Xlmm(大尺寸)等。此外，LED元件6012，在下面具有電源用電極6012a、6012b，該電極6012a、6012b被錫焊在基片部6011的規(guī)定配線層上。
絕緣層6013，由硅系材料、或含有金剛石、BN、 SiC、或A1N粉末的絕緣材料來形成。在采用硅樹脂來作為硅系材料的場合下，由于伴隨封固部件6014的封固的高溫，化學鍵合切斷，由此而成為Si(^，而用作具有耐熱性的絕緣體。此外，也可以取代由硅樹脂形成的Si(^，而采用由Si系及Ti系等烴氧基金屬形成的陶瓷。并且金剛石具有高的熱傳導性。雖然BN、 SiN、 A1N的熱傳導性劣于金剛石，但價格低廉。此外，金剛石、BN、 SiC為透明或白色，具有光吸收少的特征。封固部件6014采用透光性且具有低熔點特性的玻璃材料，比如可采用株式會社住田光學玻璃生產(chǎn)的"K-PSK100"(熱膨脹率11.4X10—7°C )。此外，在發(fā)明者的試驗中，為獲得陶瓷與玻璃的良好接合，有必要使陶瓷基片6011a與封固部件6014具有大致相同的熱膨脹率(熱膨脹率差之比為15%以內)，在這里，熱膨脹率之比為O. 86。
以下，對發(fā)光裝置6010的組裝作以說明。按照Au凸塊6012a、6012b載置到配線層6011c、6011d的方式進行定位，在基片部 6011上配置了 LED元件6012后，通過滴液及充填等來形成絕緣層13。
接下來，在LED元件6012、絕緣層6013的露出面及在基片部6011的露出面上，封固基于玻璃材料的封固部件6014。在封固部件6014的封固中采用金屬模，并通過規(guī)定的溫度氣氛及加壓沖壓，來形成為圖89所示的半圓型。在該封固時，作為絕緣層6013的硅材料被Si02化，且LED元件6012的下面以及凸塊6012a、6012b處于固定狀態(tài)，因而可避免凸塊 6012a、6012b的變形及凸塊間短路等。由此來完成發(fā)光裝置6010。在該發(fā)光裝置6010中，比如當配線層6011f處于LED元件6012的陽極一側時，配線層6011f便與直流電源(未圖示)的正極側連接，配線層6011g與負極側連接。在經(jīng) 由與未圖示的P型電極及n型電極電連接的凸塊6002，對LED元件6012施加正向電壓時，在LED元件6012的活性層中，發(fā)生空穴及電子的載體再結合，從而發(fā)光，輸出光向LED元件 6012的外部輻射。該光幾乎全部從封固部件6014內透過，并向封固部件6014的外部發(fā)出光，且一部分進行內面反射，并向封固部件6014的外部發(fā)出光。
根據(jù)所述第十七實施方式，可得到以下效果。 (1)通過用基于玻璃材料的封固部件6014來進行整體封固，可以降低在樹脂封固中成為問題的因泛黃及著色而引起的光衰減。 (2)通過在LED元件6012的下側設置具有耐熱性的絕緣層13，在封固部件14封固時，封固部件6041不再會以高熱來擠壓凸塊6012a、6012b而造成LED元件6012損傷。艮卩，可以防止因封固部件14的高熱及高壓力而使凸塊6012a、6012b變形或破損從而發(fā)生凸塊間短路。
(3)在采用了包含金剛石、BN、 SiC或AlN粉末的絕緣材料的場合下，可期待釋放 LED元件6012所發(fā)出的熱量的效果，因而可提高散熱性。圖90是表示第十八實施方式涉及的發(fā)光裝置的構成的剖視圖。該發(fā)光裝置6020，是一種利用基層安裝件6022在引線框上搭載的金屬引線類型，且具有在安裝面上設有凸塊6021a、6021b的LED元件6021 ;搭載該LED元件6021的基層安裝件6022 ;搭載該基層安裝件6022的作為供電部件的引線部6023a、6023b ;充填于引線部6023a、6023b的上面與LED元件6021的下面之間的絕緣層6024 ;用于封固絕緣層6024的端部及包含LED元件 6021的表面的引線部6023a、6023b的前端部的基于透光性玻璃的封固部件6025。
基層安裝件6022比如采用高熱傳導性A1N(氮化鋁)，與凸塊6021a之一連接的配線層6022a在上面、側面及下面形成為-字形，在相反側上與凸塊6021b連接的配線層 6022b在上面、側面及下面形成為-字形。此外，基層安裝件6022，在必要時也可以內置用于防止元件破壞的齊納二極管等電路。另外，也可以取代配線層6022a、6022b，而采用設置于上下面的電極及使該上下電極相互連通的穿通孔組合的配線方法。引線部6023a、6023b由銅系及鐵系金屬來形成，且形成為作為未圖示的引線框的一部分，以規(guī)定間隙比兩側的帶狀部分更靠向內側且對置，而且對一個LED元件分配有一對。引線部6023a、6023b的部分前端部，按照形成階差的厚薄來制成，在該階差部分載置基層安裝件6022。絕緣層6024與第十七實施方式中的絕緣層6013同樣，可采用硅材料或包含金剛石及A1N粉末的絕緣材料。封固部件6025封固時化學鍵合切斷且硅材料成為Si02的生成過程、及采用包含金剛石、BN、 SiC或A1N粉末的絕緣材料場合下的放熱效果等，與絕緣層 6013的場合相同。封固部件6025與所述的實施方式同樣，采用透光性且具有低熔點特性的玻璃材料。在該發(fā)光裝置6020中，如果將引線部6023a設為正(+)電源供給端子，則供給到引線部6023a的電流便經(jīng)由引線部6023a、配線層6022a、及凸塊6021a，流入到LED元件 6021的陽極，而流出LED元件21的陰極的電流，則經(jīng)由凸塊602lb、配線層6022b，流入到弓| 線部6023b，由此，LED元件6021發(fā)光。
以下，對發(fā)光裝置6020的組裝作以說明。首先，備好已預先形成配線層6022a、6022b的基層安裝件6022。在該基層安裝件 6022上的規(guī)定位置，形成凸塊6021a、6021b，且在其上搭載LED元件6021，并對凸塊6021a 與配線層6022a、以及凸塊6021b與配線層6022b進行電連接，同時進行機械固定。
接下來，在引線部6023a、6023b前端部的凹部內，與通電方向一致地配置基層安裝件6022上搭載的LED元件6021。此外，也可以采用如下順序即，在將LED元件21搭載到基層安裝件6022上后，將該基層安裝件6022搭載到引線部6023a、6023b。
接下來，將作為絕緣層6024的硅材料充填到LED元件6021的下面與基層安裝件 6022的上面之間(也可以在將基層安裝件22搭載到引線部6023a、6023b之前，進行該充填)。在該狀態(tài)下搬入到金屬模內，將用于形成封固部件25的玻璃片(未圖示)配置到 LED元件6021的上方及下方，并利用規(guī)定的溫度及加壓沖壓來形成為半球型。在進行該封固時，硅材料被Si02化，而成為絕緣層6024，且固定LED元件6021的下面及凸塊6012a、 6012b，因而可避免凸塊6012a、6012b的變形及凸塊間短路等。由此來完成發(fā)光裝置6020。最后，使引線部6023a、6023b的另一端從未圖示的引線框分離，由此形成各個發(fā)光裝置 6020。根據(jù)所述第十八實施方式，采用與玻璃材料的粘合性良好的引線部6023a、6023b，且在LED元件6021的下側設置絕緣層6024，這樣，在封固部件6025封固時，封固部件6025 不再會對LED元件6021造成破壞，因而可防止凸塊6021a、6021b產(chǎn)生變形、移動及短路等。此外，由于利用基于玻璃材料的封固部件6025來進行了整體封固，因而可防止在封固材料是樹脂材料的場合下所發(fā)生的因泛黃及著色而引起的光衰減。圖91是表示第十九實施方式涉及的發(fā)光裝置的剖視圖。該發(fā)光裝置6030與第十八實施方式同樣，是利用基層安裝件來搭載到引線框上的金屬引線類型。這里，與圖90 同樣，只圖示了主要部件的構成，此外，所圖示的基層安裝件6032是非剖面狀態(tài)。本實施方
式與第十八實施方式的不同點在于，基層安裝件的結構、和絕緣層的構成及形成范圍。
本發(fā)光裝置30具有在安裝面上設有凸塊6031a、6031b的LED元件6031 ;搭載該 LED元件6031的基層安裝件6032 ;在前端部搭載該基層安裝件6032的作為供電部件的引線部6033a、6033b ;混合有熒光體6034a且按照覆蓋整個LED元件6031的方式來充填或滴下的絕緣層6034 ;用于封固包含LED元件6031的上面的引線部6033a、6033b的前端部且基于透光性玻璃的封固部件6035。基層安裝件6032采用比如高熱傳導性A1N(氮化鋁)，與凸塊6031a、6031b連接的電極6032a、6032b形成在LED元件6031的實裝面一側，在相反側面(引線框的側面)，形成一對用于與引線部6033a、6033b連接的電極6032c、6032d。為連接電極6032a與電極 6032c，以及電極6032c與電極6032d，在基層安裝件6032內設有穿通孔6032e、6032f 。
引線部6033a、6033b由銅系及鐵系金屬來構成，且形成為作為未圖示的引線框的一部分，比兩側的帶狀部分更靠向內側上，以規(guī)定間隙相對置，且對一個LED元件分配有一對。引線部6033a、6033b的部分前端部，按照產(chǎn)生階差的厚薄來制成，且在該階差部分載置基層安裝件6032。絕緣層6034以硅材料為主體，其中混合有熒光體6034a。并且，在封固部件6025 封固時硅材料的化學鍵合切斷且成為Si02的生成過程、以及采用包含金剛石及A1N粉末的絕緣材料的場合下的放熱效果等，與絕緣層6013的場合相同。熒光體6034a，比如在LED元件6021發(fā)出藍色光的場合下，采用具有由該藍色光激勵而輻射黃色光的特性的Ce (鈰)YAG(釔鋁石榴石)。封固部件6035，與所述的各實施方式同樣，采用透光性且具有低熔點特性的玻璃材料。在該發(fā)光裝置6030中，如果將引線部6033a設為正(+)電源供給端子，則供給到引線部6033a的電流便經(jīng)由引線部6033a、電極6032c、穿通孔6032e、電極6032a、以及凸塊6031a，流入到LED元件6031的陽極，而流出LED元件6031的陰極的電流，則經(jīng)由凸塊6031b、電極6032b、穿通孔6032f 、以及電極6032d，流入到引線部6033b，由此，LED元件 6031發(fā)光。以下，對發(fā)光裝置6030的組裝作以說明。
首先，備好已預先形成電極6032a 6032d、以及穿通孔6032e、6032f的基層安裝件6032。在該基層安裝件6032上面的規(guī)定位置上，形成凸塊6031a、6031b，并搭載LED元件6031。由此，經(jīng)由凸i央6031a、6031b，將LED元件6031與電極6032a、6032b進行電連接，同時進行機械固定。接下來，在引線部6033a、6033b前端部的凹部內，與通電方向一致地配置基層安裝件6032上搭載的LED元件6031。或者，也可以采用如下順序，即在將基層安裝件6032 搭載到引線部6033a、6033b上后，將LED元件6031安裝到基層安裝件6032上。
接下來，按照擴充到基層安裝件6032的上面、側面及上面的方式，滴下或充填已混入有熒光體6034a的絕緣層6034。接下來，搬入到金屬模內，在LED元件6031的上方及下方，配置用于形成封固部件 35的玻璃片(未圖示)，并以規(guī)定的溫度來加壓沖壓而形成為半球狀，這樣便完成發(fā)光裝置6030。在該封固時，硅材料被Si02化，而成為絕緣層6034， LED元件6031的下面及凸塊 6031a、6031b處于被固定的狀態(tài)，因而可避免凸塊6012a變形及凸塊間短路等。最后，使引線部6033a、6033b的另一端從引線框分離，而形成各個單獨的發(fā)光裝置。
根據(jù)所述第十九實施方式，可得到以下效果。 (1)通過設置絕緣層6034，在封固部件6035的封固時，封固部件6035不再對LED 元件6031造成損壞，因而可防止凸塊6031a、6031b發(fā)生變形、移動及短路等。
(2)由于在絕緣層6034中混入了熒光體6034a，因而可降低基于引線部上的電極 (或基層安裝件上的配線層)的光吸收。一般，在電極及配線層上實施Au鍍覆。該Au鍍覆，對藍色或紫色光的吸收率較高，但通過設置混入了熒光體的絕緣層6034，可對從LED元件側面輻射的光進行波長轉換，且可防止Au鍍覆面上的光吸收。 (3)對從LED元件6031的上面輻射的光，也可進行波長轉換。此夕卜，由于利用玻璃材料的封固部件6035來進行了整體封固，因而可防止在封固材料為樹脂材料的場合下所發(fā)生的因泛黃及著色而引起的光衰減。此外，也可以取代該基層安裝件6032，而采用具有圖90所示的"- "字型配線層 6022a、6022b的基層安裝件6022。反之，也可以取代圖90的基層安裝件6022，而采用圖91 所示的基層安裝件6032。圖92是表示標準尺寸LED元件的凸塊形成面的俯視圖。該LED元件6031是邊長為0. 3mm的正方形LED元件，設有與n電極連接的搭載凸塊6041的小圖形6042 ;與p電極連接的大圖形6043 ;搭載于該大圖形6043的凸塊6044a、6044b。在LED元件6031中，越是高輸出型，則流過的電流越大。因此，可將P電極側的凸塊設為多個，可與大電流容量相對應。圖93是表示大尺寸LED元件的凸塊形成面的俯視圖。該LED元件6031是邊長為 lmm的正方形LED元件，具有設有凸塊6052a、6052b的配線圖形6054 ;設有凸塊6053a 6053p的配線圖形6055。由于大尺寸LED元件與標準尺寸的元件相比，發(fā)光面積增大，因而流過更大的電流。因此，為使發(fā)光面產(chǎn)生均勻的發(fā)光，根據(jù)配線圖形6054、6055的形狀面積，將成為電極接點的各個凸塊設為多個。如圖92及圖93所示，在經(jīng)由凸塊來進行電連接的LED元件中，易于由玻璃封固時的溫度及壓力而造成凸塊壓塌。尤其，如圖93所示，在具有多個凸塊6053a 6053p的元
50件中，由于各凸塊之間的距離接近，因而如果凸塊發(fā)生變形，則更容易造成短路。對這種LED 元件6031，用絕緣層6034覆蓋凸塊形成面，而確保凸塊間的絕緣，同時通過承受玻璃封固時的壓力，來抑制凸塊6053a 6053p的變形。其結果是，可形成基于玻璃材料的封固部件 6035。此外，在所述各實施方式中，對由Au形成的凸塊6012a、6012b作了說明，但不限定于Au，也可以是由焊錫形成的凸塊。此外，也不限定于凸塊，也可以是形成于電極的錫焊鍍層。對株式會社住田光學玻璃生產(chǎn)的"K-PSK100"而言，由于在超過40(TC的溫度下進行封固加工，且加工時的玻璃粘度較高，因而Au凸塊也會發(fā)生壓塌。而對無機有機混合型低熔點玻璃而言，盡管可在更低的溫度下進行封固加工，但如果像錫焊那樣，熔點低于封固加工溫度，則即使在小壓力下，也會發(fā)生電極間短路。對這一點本發(fā)明也是有效的。
此外，在所述各實施方式中，也可以在封固部件6014、6025、6035內的LED元件 6012、6032的上部，形成用于波長轉換的熒光體層。此外，在所述各實施方式中，在一個封固部件內配置的LED元件的個數(shù)為一個，但也可以制成LED元件為二個及其以上的多發(fā)光型發(fā)光裝置。搭載的多個LED元件，既可以構成為設置多個不同發(fā)光色的LED元件，也可以構成為設置多個相同發(fā)光色的LED元件。此外，作為LED元件的驅動方式，既可以對多個LED元件全部進行并聯(lián)連接或以組為單位來并聯(lián)連接，也可以按多個單位來串聯(lián)連接或全部串聯(lián)連接。此外，封固部件6014、6025、6035的形狀，盡管所表示的是穹頂狀構成，但本發(fā)明不限于圖示的形狀，也可以制成為沒有透鏡部的形狀、多角型、圓柱型等任意形狀。
此外，在封固部件6014、6025、6035成型時，不限于基于采用了玻璃片的加壓沖壓的成型方法，也可以采用其它封固方法。圖94是表示本發(fā)明第二十實施方式涉及的發(fā)光裝置的構成的剖視圖。通常，在引線框的兩側設有連接各引線部的外側的帶狀部，但這里省略了圖示。此外，雖然在引線框上，通常安裝多個LED元件，但這里只圖示了其中的一個。此外，在圖94中，所圖示的是非剖面狀態(tài)的基層安裝件。發(fā)光裝置7010是金屬引線安裝類型，具有在安裝面上經(jīng)由凸塊7002來倒裝接合的GaN系LED元件7001 (熱膨脹率4. 5 6X 10—7°C );搭載該LED元件7001的基層安裝件7003 ;搭載基層安裝件3的作為供電部件且由Cu形成的引線部(熱膨脹率15 17X10—7。C，熱傳導率400W m—1 k—0 7004A、7004B ;以LED元件7001為中心，來封固其周圍的透明玻璃制封固部件7005。基層安裝件7003比如采用A1N (氮化鋁熱膨脹率5 X 10—7 °C ，熱傳導率 180W*m—1 *k—O，與凸塊7002連接的電極7031A、7031B形成在LED元件l的安裝面一側，在相反側面(引線框側面)，形成有用于與一對引線部7004A、7004B連接的電極7032A、7032B。引線部7004A、7004B上面的LED元件7001的搭載面被加工成比其它部分低一階，且在該凹部內配置基層安裝件7003。為連接電極7031A、7031B與電極7032A、7032B，在基層安裝件 7003內設置有穿通孔7033。封固部件7005形成透光性玻璃部，其使透明低熔點且具有熱膨脹率接近(或者處于規(guī)定的熱膨脹率差的范圍值內)引線部7004A、7004B的特性的片狀玻璃熱熔接，由此來封固LED元件7001、基層安裝件7003、以及引線部7004A、7004B的一部分。
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如果將引線部7004A設為正(+)電源供給端子，則供給到引線部7004A的電流便經(jīng)由引線部7004A、電極7032A、7032B的一方、通孔7033的一方、電極7031A、7031B的一方、凸塊7002的一方，流入到LED元件7001的陽極，而流出LED元件7001的陰極的電流，則經(jīng) 由凸塊7002的另一方、電極7031A、7031B的另一方、通孔7033的另一方、以及電極7032A、 7032B的另一方，流入到引線部704B，由此來使LED元件7001發(fā)光。圖95是表示在引線框上搭載有基層安裝件的狀態(tài)的俯視圖?；鶎影惭b件7003，在
中央部搭載有LED元件7001。引線部7004A、7004B形成為作為引線框的一部分，比兩側
的帶狀部分更靠向內側以規(guī)定的間隔相對置，且對一個LED元件分配一對。圖96是表示利用金屬模具來進行玻璃封固之前的狀態(tài)的圖。該圖表示在圖95的
A-A部分進行了切斷的狀態(tài)。以下，參照圖94至圖96，對發(fā)光裝置7010的制造方法作以說明。首先，在基層安裝件7003上定位設有凸塊7002的LED元件7001，進行回流，從而對凸塊7002與電極7031進行電連接，且機械固定。接下來，在引線部7004A、7004B前端的凹部內，使通電方向一致地來配置基層安裝件7003上搭載的LED元件7001。此外，基層安裝件7003，采用預先形成有電極7031A、 7031B、電極7032A、7032B，以及通孔7033。接下來，將引線框7006搬入到金屬模內，在LED元件7001的上方及下方，配置玻璃片7007、7008。玻璃片7007、7008用于形成封固部件7005，且其大小可以同時封固多個 LED元件7001。接下來，按照覆蓋玻璃片7007的方式來配置上金屬模7011，并且按照覆蓋玻璃片 7008的方式來配置下金屬模7012。接下來，在真空氣氛中，以45(TC溫度對玻璃片7007、 7008進行加熱而軟化了的狀態(tài)下，使上金屬模7011與下金屬模7012以圖95所示的箭頭方向來移動，由此對玻璃片7007、7008施加壓力，此時，玻璃片7007、7008沿著上金屬模7011 的凹部7011A及下金屬模7012的凹部7012A，而形成圖94所示的封固部件7005那樣的穹頂狀。接下來，除去引線框7004的帶部等不需要的部分，由此，使各個發(fā)光裝置7010從引線框7004分離。發(fā)光裝置7010中，如果通過與墊層電極7108及n型電極7109電連接的凸塊7002 來附加正向電壓，則在LED元件7001的活性層內，將發(fā)生空穴及電子的載體再結合，從而發(fā)光，輸出光經(jīng)由藍寶石基片7101向LED元件7001的外部輻射。該輸出光透過封固部件 7005，而向外部輻射。根據(jù)所述第二十實施方式，可得到以下效果。 (1)由于按照由熱膨脹率較大的玻璃封固材料7005包圍熱膨脹率較小的LED元件7001整體的方式來進行封固，因而基于熱膨脹率差產(chǎn)生的內部應力被調整成朝向LED元件7001的中心。即，即使在玻璃加工后發(fā)生基于玻璃材料熱收縮的內部應力，該內部應力也會成為朝向LED元件1的中心方向的壓縮力，因而所實現(xiàn)的玻璃封固結構，不會破壞對壓縮具有強度的玻璃材料。 (2)由于將熱膨脹率較小的LED元件7001搭載于熱膨脹率較小的基層安裝件 7003，然后搭載到熱膨脹率較大的引線部7004A、7004B上，因而對形成封固部件7005的玻璃材料而言，要求具有與熱膨脹率較小的LED元件7001和熱膨脹率較大的引線部7004A、 7004B雙方的粘接性，但最好選擇具有與LED元件7001接近的熱膨脹率的材料來進行封固。由Cu等軟金屬形成的引線部7004A、7004B，與玻璃材料相比具有豐富的彈性，因而，如果對 LED元件1及基層安裝件3而言，熱膨脹率差處于150%至400%的范圍內，則可以在維持與玻璃材料的良好粘接性的同時，結構性地吸收基于熱收縮差的應力。這樣，即使在由玻璃材料來夾持封固引線部7004A、7004B的場合下，也不會發(fā)生裂紋等不良現(xiàn)象。
(3)即使在對LED元件7001的投入電力較大，發(fā)熱溫度較高的場合下，也可以使 LED元件7001所發(fā)出的熱量向外發(fā)散，可有效地防止發(fā)光效率下降。尤其是，可通過以下方式來實現(xiàn)，即使基層安裝件7003及引線部7004A、7004B的熱傳導率處于100W m—1 k—1以上。 (4)由于采用低熔點玻璃片7007、7008來形成封固部件7005，因而可縮短加熱所需的時間，并可使用簡單的加熱裝置，從而易于玻璃封固加工。 (5)由于在加工時難以發(fā)生裂紋等不良現(xiàn)象，因而可長期穩(wěn)定地維持基于玻璃的高封固性，即使在水中及多濕條件下，發(fā)光特性也不會降低，可長期發(fā)揮良好的耐久性。
另外，在第一實施方式中，所說明的是采用GaN系LED元件7001來作為LED元件 7001的結構，但LED元件不限于GaN系，也可采用其它的LED元件。此外，在所述實施方式中，所說明的是在由Cu形成的引線部7004A、7004B上，搭載了由A1N形成的基層安裝件7003的結構，但比如也可以構成為在由黃銅形成的引線部 (熱傳導率106W m-1 k-"上，搭載由Si構成的基層安裝件3(熱傳導率170W m-1 k-"。
此外，封固部件7005，不限于以用片狀玻璃來一并封固多個LED元件7001及基層安裝件7003的方法來形成，也可以通過以下方法來形成即，將熔融玻璃供給到LED元件 7001及基層安裝件7003的周圍，且用上金屬模7011及下金屬模7012來加熱沖壓成型。此外，對所使用的玻璃材料而言，如果是具有透光性的材料，則不限定于透明材料，也可以是著色的材料。此外，封固部件7005，可按規(guī)格等制成各種形狀。比如除了圓形、橢圓形、四邊形等之外，也可以是有透鏡及無透鏡等形狀。在所述第二十實施方式中，所說明的是將金屬弓I線用作供電部件的倒裝型發(fā)光裝置，但也可適用其它方式的發(fā)光裝置。比如，也可適用采用了導線焊接的正裝(FU)型發(fā)光
裝置等。圖97是表示第二十實施方式涉及的發(fā)光裝置的變形例的剖視圖。在該發(fā)光裝置 7010中，作為防止因封固部件7005的熱膨脹熱收縮而引起的裂紋的結構，通過除去基層安裝件7003的角部來設置了傾斜部7003A。通過采用這種基層安裝件3，除了具有第二十實施方式的良好效果之外，還可實現(xiàn)難以發(fā)生裂紋的玻璃封固型發(fā)光裝置7010。
圖98是表示本發(fā)明第二i^一實施方式涉及的正裝型發(fā)光裝置的剖視圖。該發(fā)光裝置7040構成為，具有引線部7004A、7004B，其作為供電部件而在前端部設有間隔且在一條直線上水平配置；在引線部7004A前端部的上面經(jīng)由粘接劑等來搭載的GaN系LED元件
7041 ;對LED元件7041上的兩個電極(未圖示)與引線部7004A、7004B進行連接的導線
7042 ;對LED元件7041及引線部7004A、7004B的前端部進行封固的由玻璃材料形成的封固部件7005。
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封固部件7005采用透明低熔點且具有規(guī)定值內熱膨脹率的玻璃材料。尤其對正裝型而言，由于采用導線，因而在玻璃封固時，因加熱而軟化的導線7042及導線連接部 7042A易于因加壓而壓塌，因而易于發(fā)生短路等。為此，最好盡量采用低熔點玻璃材料。
以下，對發(fā)光裝置7040的組裝作以說明。首先，在引線框分離前的狀態(tài)下，在引線部7004A的前端上面搭載LED元件7041。接下來，用導線7042來連接LED元件7041上面的一個電極與引線部7004A的上面，然后再用導線7042來連接LED元件7041上面的另一個電極與引線部7004B的上面。接下來，如第二十實施方式所示，實施基于金屬模的玻璃材料成型，從而形成具有規(guī)定形狀的封固部件7005。最后，除去引線框7004的不需要部分，由此，使各發(fā)光裝置7040從引線框7004分離。圖98中，比如如果引線部7004A是陽極一側，則引線部7004A便與直流電源(未圖示)的正極側連接，引線部7004B與負極側連接。通電后，LED元件7041便發(fā)光。該光從LED元件7041的上面出射，且?guī)缀跞繌姆夤滩考?005內透過，并向外部出光，而另一部則經(jīng)由內面反射，向封固部件7005的外部出光。根據(jù)所述第二十一實施方式，除了第二十實施方式的良好效果之外，考慮到引線部7004A、7004B與封固部件7005的熱膨脹率值，而采用低熔點玻璃，從而即使是正裝型發(fā) 光裝置7040，也可防止發(fā)生剝離及裂紋。并且，在所述各實施方式中，也可以在引線部7004A、7004B的表面形成反射面，從而提高光的出射效率。此外，也可以在LED元件7001、7042上部的封固部件7005內，設置采用了由規(guī)定波長光激勵的熒光體等的波長轉換部。進而，在所述各實施方式中，在一個封固部件內配置的LED元件的個數(shù)為一個，但
也可以制成LED元件為二個及其以上的多發(fā)光型發(fā)光裝置。作為該場合下發(fā)光裝置的類
型，適用倒裝接合型即圖94所示的構成。所搭載的多個LED元件，即可以是設置多個不同
發(fā)光色的LED元件的構成，也可以是設置多個相同發(fā)光色的LED元件的構成。此外，作為LED元件的驅動方式，既可以對多個LED元件全部進行并聯(lián)連接或以組
為單位來并聯(lián)連接，也可以按多個單位來串聯(lián)連接或進行全部串聯(lián)連接。此外，作為封固部件7005的形狀，盡管所表示的是在頂部形成了透鏡部的半球狀
構成，但封固部件7005不限于圖示的形狀，也可以制成為沒有透鏡部的形狀、多角型、圓柱
型等任意形狀。此外，在封固部件7005成型時，采用了玻璃片，但不限于采用了玻璃片的方法，也可以采用其它封固方法。圖99表示本發(fā)明第二十二實施方式涉及的倒裝型發(fā)光裝置，(a)是剖視圖，(b)是從(a)的右側面觀看的側視圖。此外，對具有與第二十實施方式相同的構成的部分，附加共通的引用數(shù)字。該發(fā)光裝置7010如圖99(a)所示，具有如下構成將基層固定元件7003搭載到由Cu構成的放熱部7050上，并用由低熔點玻璃形成的封固部件7005來一體封固，此外在封固部件7005中形成有透鏡7005A。基層固定元件7003被存放到設置于放熱部7050的溝部7051內，設置于其表面的配線圖形7053與LED元件7001的電極由凸塊7002來電連接，由此來構成供電部的一部分。
54配線圖形7053在與LED元件7001接合后，與軟金屬即由Cu構成的引線部7004A、7004B錫焊連接。引線部7004B，如圖99(b)所示，在溝部7051中以長方形截面來夾設棒狀玻璃材料 7052，由此來與放熱部7050絕緣，且以該絕緣狀態(tài)來對封固部件5加熱沖壓。此時，對引線部7004A也進行與引線部7004B同樣的處理。引線部7004A、7004B，以由基于加熱沖壓而溶融了的玻璃材料7052及封固部件7005而與放熱部7050絕緣的狀態(tài)來被一體化。
根據(jù)第二十二實施方式，由于用由玻璃材料構成的封固部件7005，來對搭載有基層固定元件7003的放熱部7050進行一體封固，因而可獲得如下發(fā)光裝置7001，即除了第一實施方式的良好效果之外，還可提高從基層固定元件7003傳來的熱量的放熱性，不僅在玻璃封固加工時，即使在比如來自LED元件7001的發(fā)熱量因大電流化而增大的場合下，放熱性也良好，且難以發(fā)生因熱膨脹率差而引起的封裝裂紋。此外，在所述第二十二實施方式中，所說明的是采用了由Cu構成的放熱部7050的構成，但也可以采用比如Cu合金及鋁等傳熱性良好且與封固部件7005的熱膨脹率差較小的材料。假設，比如在采用由鋁構成的放熱部7050的場合下，對LED元件7001及基層安裝件7003，熱膨脹率差大約為500%。圖IOO表示本發(fā)明第二十三實施方式涉及的正裝型發(fā)光裝置，(a)是剖視圖，(b) 是從(a)的右側面觀看的側視圖。并且，對具有與第二十一實施方式相同構成的部分，附加共通的引用數(shù)字。該發(fā)光裝置70040如圖100 (a)所示，構成為在由Cu構成的放熱部 50的中央，粘接LED元件7040，并用導線7042，來對向該LED元件7040供給電流的引線部 7004A、7004B與LED元件7040的電極進行電連接。此外，LED元件7040、導線7042、以及引線部7004A、7004B，被由硅樹脂構成的硅被覆部7060覆蓋，從而對低熔點玻璃加工時的熱量具有耐熱性。封固部件7005覆蓋硅被覆部7060，且與放熱部7050成為一體。此外，在封固部件7005中形成有透鏡7005A。根據(jù)第二十三實施方式，即使是正裝型發(fā)光裝置7040，也可以通過由具有耐熱性及彈性的硅被覆部7060覆蓋LED元件7041的周圍，來防止因玻璃封固加工時的壓力而造成LED元件7041的電極及導線7042發(fā)生變形，而且可同時進行玻璃封固，因而可獲得如下的發(fā)光裝置7001，即除了第二十一實施方式的良好效果之外，LED元件7041的安裝性良好，不僅在玻璃封固加工時，比如即使在來自LED元件7041的發(fā)熱量因大電流而增大的場合下，放熱性也良好，且難以發(fā)生因熱膨脹率差而引起的封裝裂紋。此外，硅被覆部7060也可以含有熒光體。此外，在所述第二十三實施方式中，所說明的是從一對引線部7004A、7004B，來對搭載于放熱部7050的LED元件7041供電的構成，但比如也可以構成為使放熱部7050與一個引線部成為一體，而用玻璃材料7052來絕緣另一個引線部與放熱部7050。
此外，除了采用硅樹脂來作為被覆材料之外，也可以采用陶瓷被覆材料等其它具有耐熱性的材料。對于施用該被覆材料的結構而言，不限于正裝型LED元件，也可以采用倒裝型LED元件。此外，如果是LED之類的發(fā)光元件，且發(fā)光元件的折射率為2以上的材料，則通過用折射率為1. 5程度以上的封固材料來封固元件，則可使來自元件的光的取出效率提高約 2倍及其以上。此時，封固材料有必要具有透光性。受光元件沒有這種效果，如果用透光性材料來直接對元件進行粘接封固，則只有降低不同媒體界面上的反射的效果。如果不是光
55學元件，則不必具有透光性。此外，盡管所說明的是用玻璃來作為封固材料，但也可以是在玻璃加工后結晶化
了的材料，也可以是化學穩(wěn)定性較高的無機材料。產(chǎn)業(yè)上的可利用性如上所述，根據(jù)本發(fā)明，即使在采用了硬度為108至109泊的玻璃材料的場合下，也可以不對固體元件造成損傷地進行封固加工。因此，可采用低熔點玻璃，可在減輕施加于固體元件的熱負荷的同時，進行良好的玻璃封固加工。與樹脂材料相比，可通過實現(xiàn)需要高溫加工的硬質材料即玻璃封固固體元件裝置，面適用于要求高溫環(huán)境及耐氣候性的環(huán)境。此外，通過采用透光性玻璃，作為光學裝置可實現(xiàn)光透過率穩(wěn)定且不發(fā)生時效變化的高可靠性。此外，對固體發(fā)光元件而言，通過選擇高折射率玻璃，可提高來自發(fā)光元件的光取出效率，且可實現(xiàn)高效率發(fā)光裝置。本申請基于日本國專利申請?zhí)?2003-063015、2003-160855、2003-160867、 2003-193182、2003-342705、2003-342706、2004-010385)，本申請中參照了該日本國申請的全部內容。
權利要求
一種固體元件裝置，其特征在于，具有固體元件；對前述固體元件進行電力接受供給的形成有導電圖形的無機材料基片；以及玻璃封固部，其封固前述固體元件，且采用了從SiO2-Nb2O5系、B2O3-F系、P2O5-F系、P2O5-ZnO系、SiO2-B2O3-La2O3系、以及SiO2-B2O3系選擇的低熔點玻璃。
2. 根據(jù)權利要求1所述的固體元件裝置，其特征在于前述無機材料基片，基于與前述無機封固材料進行化學反應接合，來封固前述固體元件。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的固體元件裝置，其特征在于前述固體元件倒裝安裝在前述無機材料基片上。
4. 根據(jù)權利要求1 3中任一項所述的固體元件裝置，其特征在于具有被覆前述固體元件的電連接部及前述電力接受供給部的一部分的耐熱部件。
5. 根據(jù)權利要求1 4中任一項所述的固體元件裝置，其特征在于，前述無機材料基片上形成的導電圖形具有安裝前述固體元件一側的圖形；其背面?zhèn)鹊膱D形；電連接其兩側的圖形。
6. 根據(jù)權利要求5所述的固體元件裝置，其特征在于前述電連接的圖形是通孔。
7. 根據(jù)權利要求5或6所述的固體元件裝置，其特征在于前述無機材料基片具有向外部發(fā)散基于前述固體元件的放熱的熱量的放熱圖形。
8. 根據(jù)權利要求1 7任意一項所述的固體元件裝置，其特征在于前述無機材料基片具有與前述無機封固材料相同的熱膨脹系數(shù)。
9. 根據(jù)權利要求8所述的固體元件裝置，其特征在于前述無機封固材料其熱膨脹系數(shù)小于前述無機材料基片。
10. 根據(jù)權利要求1 9任意一項所述的固體元件裝置，其特征在于前述無機封固材料的熱膨脹系數(shù)為15X10—7r以下。
11. 根據(jù)權利要求1 10任意一項所述的固體元件裝置，其特征在于前述無機材料基片，在表面形成有裝置分割用的溝。
12. 根據(jù)權利要求1 11任意一項所述的固體元件裝置，其特征在于，前述無機材料基片由含玻璃A1203、 A1203或A1N來構成。
13. 根據(jù)權利要求1 12任意一項所述的固體元件裝置，其特征在于前述無機封固材料，在表面上實施耐濕、耐酸及堿用的被覆處理。
14. 根據(jù)權利要求1 13任意一項所述的固體元件裝置，其特征在于前述固體元件是光學元件，且前述無機封固材料是透光性材料。
15. 根據(jù)權利要求14所述的固體元件裝置，其特征在于前述光學元件是發(fā)光元件。
16. 根據(jù)權利要求14或15所述的固體元件裝置，其特征在于前述光學元件被折射率為1. 7及其以上的前述無機封固材料來封固。
17. 根據(jù)權利要求1 16任意一項所述的固體元件裝置，其特征在于前述無機封固材料，在表面上實施用于減輕無機封固材料與空氣的界面反射的被覆處理。
18. 根據(jù)權利要求1 17任意一項所述的固體元件裝置，其特征在于前述無機封固材料，在表面上實施基于樹脂的壓模成形。
全文摘要
一種固體元件裝置，其可實現(xiàn)低溫下的玻璃封固加工、且提供具有高可靠性封固結構的固體元件裝置。對于搭載有GaN系LED元件(2)的含玻璃Al2O3基片(3)，平行地設置P2O5-ZnO系低熔點玻璃，且在氮氣氛中，將壓力設為60kgf，并在415℃及其以上的溫度下進行熱壓加工。該條件下的低熔點玻璃的粘度為109泊，低熔點玻璃通過在含玻璃Al2O3基片(3)的表面上形成的氧化物而被粘接。
文檔編號H01L33/62GK101789482SQ20101011767
公開日2010年7月28日申請日期2004年3月10日優(yōu)先權日2003年3月10日
發(fā)明者東門領一, 井上光宏, 加藤英昭, 和田聰, 大塚正明, 太田光一, 山本吉記, 末廣好伸, 沢登成人, 渡部洋己, 甚目邦博, 相田和哉申請人:豐田合成株式會社;株式會社住田光學玻璃

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