氮化物半导体发光装置制造方法
【专利摘要】一种氮化物半导体发光装置，其具备：氮化物半导体发光元件(3)；保持氮化物半导体发光元件(3)且以第一金属为主成分的基台(11)；固着于基台(11)的帽(30)；形成于基台(11)的开口部(11c)；通过开口部(11c)的引针(14a、14b)，并且，引针(14a、14b)以从该引针(14a、14b)侧顺次将绝缘构件(18a、18b)和缓冲构件(20a，20b)夹在该引针(14a、14b)与开口部(11c)的内壁之间的方式被固定于开口部(11c)的内壁，绝缘构件(18a、18b)成分中含有硅氧化物。缓冲构件(20a、20b)由比第一金属的标准氧化还原电位小的第二金属或含有该第二金属的合金构成。
【专利说明】氮化物半导体发光装置
【技术领域】
[0001]本发明是涉及在投影机等的显示器和激光加工装置所使用的半导体发光装置的发明。特别是涉及使用了发出出射光的波长为从紫外光到蓝色光的光、且出射光强度大的氮化物半导体发光元件的氮化物半导体发光装置的发明。
【背景技术】
[0002]作为激光显示器和投影机等的图像显示装置的光源，和激光划片装置、薄膜的退火装置等的工业用加工装置的光源用途，半导体激光器等使用了氮化物半导体发光元件的氮化物半导体发光装置得到积极开发。这些氮化物半导体发光元件的出射光，其波长从紫外光到蓝色光，另外也有光输出功率超过I瓦特的能量非常大的情况。因此，对于装配有氮化物半导体发光元件的封装也需要进行各种筹划。
[0003]面对这样的背景，在现有的氮化物半导体发光装置中，例如，如专利文献I中说明的，使用搭载有出射光的波长为红外和红色的半导体激光器的半导体发光装置同样的封装构造。具体来说，半导体发光装置中，将半导体发光元件装配在金属制的基台上，其后，用安装有透光窗的帽构件密封。利用此构成，不仅从外部对于半导体发光元件进行密封，而且实现了来自半导体发光元件的散热和使来自半导体发光元件的光引出到外部的并立。以下，首先，利用图11对于现有的半导体发光装置进行说明。[0004]现有的半导体发光装置1000，由半导体激光器元件1030、次基台(寸> 卜:sub-mount) 1010、封装1040、帽构件1100构成，封装1040由如下构成:由铁系材料构成的芯柱(^ r A:stem)1001 ;安装在芯柱1001上的由无氧铜构成的台座部1002 ;经由以玻璃构成的绝缘环1020而安装于芯柱1001的贯通孔1001a、IOOlb的引针1004、1005和直接安装在芯柱1001上的引针1003。半导体激光器元件1030经由次基台1010而装配在台座部1002上，通过2条导线1008、1009而与引针1004、1005电连接。另外，帽构件1100，由科伐合金(〕〃一& =Kovar)构成的金属帽1103和被低熔点玻璃1105固定的由玻璃构成的透光窗1104构成。金属帽1103具备如下:圆筒状的侧壁部1101 ;闭合侧壁部1101的一端，且形成有将来自半导体激光器元件1030的激光引出到外部的出射孔1102a的顶面部1102 ；配设于侧壁部1101的另一端，且用于在设置有半导体激光器元件1030的芯柱1001的上表面通过电阻焊而使帽构件1100密接的凸缘部1103a。另外，在出射孔1102a，透光窗1104以堵塞开口部的方式被安装于顶面部1102。
[0005]另一方面，对于这样的封装构成，在专利文献2中提出有一种散热性和气密性兼顾的封装构造。以下，使用图12对于现有的半导体发光装置2000的构成进行说明。在半导体发光装置2000中，在固定半导体激光器元件2030的封装2040的芯柱2001上，在与帽2100焊接接合的部位通过银钎焊固着形成焊接辅助构件2015。在该焊接辅助构件2015上焊接接合帽2100。由此，芯柱2001和帽2100经由焊接辅助构件2015接合，因此能够不用考虑帽2100和芯柱2001的焊接性而选择芯柱2001的构成材料。其结果是，从半导体激光器元件2030发生的热通过次基台2010、元件固定台座2002、芯柱2001的路径而被高效率地释放到外部，可以使半导体激光器元件2030的发生热的散热性提高。
[0006]先行技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:特开2009-135235号公报
[0009]专利文献2:特开2001-358398号公报
[0010]在上述这样的构成中，使用了现有的封装的氮化物半导体发光装置中可列举如下课题。首先，在图11所示的发明中，安装有帽构件的芯柱使用的是Fe系材料，因此热传导率不充分，半导体发光元件的高输出功率化困难。
[0011]另一方面，在图12所示这样的发明中，虽然芯柱可以使用热传导率高的材料，但是根据本申请
【发明者】们的研究能够确认，基于用于芯柱的材料，会产生氮化物半导体发光元件的特性劣化这一现象。
【发明内容】
[0012]本发明是解决上述课题的发明，其第一目的在于，在封装有氮化物半导体发光元件的氮化物半导体发光装置中，抑制氮化物半导体发光元件的特性劣化。此外，其第二目的在于，将由氮化物半导体发光元件发生的焦耳热高效率地向封装外部排放，从而实现使特性劣化的抑制和散热性的提高得以兼顾的半导体发光装置。
[0013]本发明的氮化物半导体发光装置，其特征在于，具备如下:氮化物半导体发光元件；保持氮化物半导体发光元件、且以第一金属为主成分的基台；固着在基台上的帽；形成于基台的开口部；通过开口部的引针，并且，引针以从该引针侧顺次将绝缘构件和缓冲构件夹在该引针与开口部的内壁之间的方式被固定于开口部的内壁，绝缘构件的成分中含有硅氧化物，缓冲构件由比第一金属的标准氧化还原电位小的第二金属或含有该第二金属的合金构成。
[0014]据此构成，基台与成分中含有硅氧化物的绝缘构件被缓冲构件分离，因此能够抑制氮化物半导体发光元件的特性劣化。
[0015]在本发明的氮化物半导体发光装置中，优选基台以Cu为主成分。
[0016]据此构成，能够将从氮化物半导体发光元件发生的焦耳热高效率地排放到封装外部，并且能够抑制氮化物半导体发光元件的特性劣化。
[0017]在本发明的氮化物半导体发光装置中，优选缓冲构件由Fe、N1、Co、Cr、T1、Al、Mg、Mo、W的任意一种或含有这些金属的任意一种的合金构成。
[0018]据此构成，能够将从氮化物半导体发光元件发生的焦耳热高效率地排放到封装外部，并且能够抑制氮化物半导体发光元件的特性劣化。
[0019]在本发明的氮化物半导体发光装置中，优选缓冲构件由Fe或Fe合金构成。
[0020]据此构成，能够有效地抑制氮化物半导体发光元件的特性劣化。
[0021]在本发明的氮化物半导体发光装置中，优选缓冲构件的热膨胀系数是与绝缘构件的热膨胀系数同等或较大。
[0022]在本发明的氮化物半导体发光装置中，优选引针的热膨胀系数是与绝缘构件的热膨胀系数同等或较小。
[0023]在本发明的氮化物半导体发光装置中，优选基台的热膨胀系数是与缓冲构件的热膨胀系数同等或较大。
[0024]在本发明的氮化物半导体发光装置中，由基台和帽所密封的气氛含有氧也可。
[0025]在本发明的氮化物半导体发光装置中，优选从氮化物半导体发光元件出射的光密度为100MW/cm2以上。
[0026]据此构成，能够使氮化物半导体发光装置的光输出功率达到瓦特以上，并且能够抑制氮化物半导体发光元件的长期驱动中的特性劣化。
[0027]在本发明的氮化物半导体发光装置中，作为优选，基台具备:形成有开口部的底座、和与底座连接的柱，底座具有:面对氮化物半导体发光元件的主面、和与该主面相反一侧的固定面，柱具有相对于底座的主面垂直的元件固定面，底座和柱均以Cu为主成分。
[0028]据此构成，能够将从氮化物半导体发光元件发生的焦耳热高效率地排热到封装外部。
[0029]在本发明的氮化物半导体发光装置中，优选缓冲构件的固定面侧的表面位于开口部的内部。
[0030]据此构成，因为缓冲构件不会从开口部突出，所以底座的固定面与固定夹具的密接性提高，能够使氮化物半导体发光装置的散热性提高。
[0031]在本发明的氮化物半导体发光装置中，作为优选，还具备保持底座的固定夹具，与固定面接触的这一侧的固定夹具，覆盖开口部的一部分。
[0032]据此构成，能够进一步提高氮化物半导体发光装置的散热性。
[0033]在本发明的氮化物半导体发光装置中，具备多个引针，且开口部和缓冲构件按多个引针设置也可。
[0034]在本发明的氮化物半导体发光装置中，具备多个引针，开口部和缓冲构件相对于多个引针是通用的，在缓冲构件上设置有多个引针通过的多个开口部也可。
[0035]根据本发明的氮化物半导体发光装置，在引针以将绝缘膜夹在引针与基台之间的方式被固定于基台的封装中，基台与成分中含有硅氧化物的绝缘构件被缓冲构件分离，因此能够抑制氮化物半导体发光元件的特性劣化。此外，基台能够使用热传导率高的材料，能够将氮化物半导体发光元件所发生的热高效率地释放到封装外部。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]图1A是第一实施例的氮化物半导体发光装置的立体图。
[0037]图1B是第一实施例的氮化物半导体发光装置的分解立体图。
[0038]图2A是图1A的氮化物半导体发光装置的Ia-1a线的剖面图。
[0039]图2B是图1A的氮化物半导体发光装置的Ib-1b线的剖面图。
[0040]图3是第一实施例的氮化物半导体发光装置所搭载的氮化物半导体发光元件的剖面图。
[0041]图4A是说明第一实施例的氮化物半导体发光装置的工作的图。
[0042]图4B是说明第一实施例的氮化物半导体发光装置的工作的图。
[0043]图5是表示用于氮化物半导体发光装置的材料的特性的图。
[0044]图6A是说明第一实施例中假定的气体发生机理的图。
[0045]图6B是说明第一实施例中假定的气体发生机理的图。[0046]图6C是说明第一实施例中假定的气体发生机理的图。
[0047]图7A是说明第一实施例的氮化物半导体发光装置和比较例的比较结果的图。
[0048]图7B是说明比较例2的氮化物半导体发光装置的SiO2堆积量和光密度的关系的图。
[0049]图7C是表示第一实施例的氮化物半导体发光装置的各零件的材料构成例的图。
[0050]图7D是表示第一实施例的氮化物半导体发光装置的各零件的材料构成例的图。
[0051]图7E是表示第一实施例的氮化物半导体发光装置的各零件的材料构成例的图。
[0052]图8A是说明第一实施例的氮化物半导体发光装置的制造方法的图。
[0053]图SB是说明第一实施例的氮化物半导体发光装置的制造方法的图。
[0054]图SC是说明第一实施例的氮化物半导体发光装置的制造方法的图。
[0055]图8D是说明第一实施例的氮化物半导体发光装置的制造方法的图。
[0056]图SE是说明第一实施例的氮化物半导体发光装置的制造方法的图。
[0057]图8F是说明第一实施例的氮化物半导体发光装置的制造方法的图。
[0058]图9A是表示第二实施例的氮化物半导体发光装置的剖面图。
[0059]图9B是表示第二实施例的氮化物半导体发光装置的等效电路的图。
[0060]图10是第三实施例的氮化物半导体发光装置的分解立体图。
[0061]图11是说明现有的半导体发光装置的构成的图。
[0062]图12是说明现有的半导体发光装置的构成的图。
【具体实施方式】
[0063]以下，使用附图对于本发明的最佳的方式进行说明。
[0064]实施例1
[0065]使用图1?图8对于第一实施例的氮化物半导体发光装置进行说明。图1A是本实施例的氮化物半导体发光装置的立体图，图1B是为了说明本实施例的氮化物半导体发光装置的构成，而从封装10上分解拆卸了帽30而成的立体图。图2A和图2B是用于详细地说明本实施例的氮化物半导体发光装置的构成的模式化的剖面图，图2A是图1A的Ia-1a线的剖面图，图2B是图1A的Ib-1b线的剖面图。图3是本实施例的氮化物半导体发光装置所搭载的氮化物半导体发光元件的模式化的剖面图。图4A和图4B是用于说明本实施例的氮化物半导体发光装置的工作的模式化的剖面图。图5是用于半导体发光装置的封装的材料的一览表。图6A?图6C是说明本实施例的氮化物半导体发光装置中假定的气体的发生机理的图。图7A?图7E是比较本实施例和比较例的氮化物半导体发光装置的热阻的图、和表示本实施例的氮化物半导体发光装置所使用的各零件的材料构成的例子的图。图8是说明本实施例的氮化物半导体发光装置的制造方法的图。
[0066]首先，使用图1A?图3，对于本实施例的氮化物半导体发光装置的构成进行说明。如图1A所示，本实施例的氮化物半导体发光装置1，是被称为所谓CAN型的封装类型。具体来说，氮化物半导体发光装置I的构成，如图1B所示，氮化物半导体发光元件3经由次基台6被固着在封装10，其后，由帽30进行气密密封。
[0067]封装10的基本的构成中，例如在由无氧铜构成的基台11上安装用于电连接的引针14a、14b。基台11，具体来说，例如由圆盘状的底座11a、和柱Ilb构成，该柱Ilb连接于底座Ila的面对氮化物半导体发光元件3的一侧的面即主面He、且用于固定氮化物半导体发光元件3。在底座Ila上形成有开口部11c，其用于固定将主面Ile侧和相反侧的固定面Ild侧进行电连接的引针。这时底座Ila和柱Ilb优选由热传导率高的相同的材料一体成型。作为具体的材料，例如可列举无氧铜、铜钨、铜钥等的铜合金(以铜为主成分的合金)。引针14a、14b，通过开口部11c，且以从引针侧顺次将绝缘构件和缓冲构件夹在引针和开口部的内壁之间的方式被固定在开口部的内壁。具体来说，就是在开口部Ilc中，例如由Fe或Fe合金(钢铁、不锈钢等)构成的环状的缓冲构件20a、20b，被例如作为银钎料的粘接层19a、19b固着。弓丨针14a、14b在缓冲构件20a、20b的内侧，经由例如在硅氧化物(Si02或SiOx)中添加有改性氧化物(modified oxide)的作为软质玻璃的环状的绝缘构件18a、18b而被固定。这时，绝缘构件18a、18b与基台11(底座Ila)由位于其间的缓冲构件20a、20b分离，因此以不直接接触的方式被固定。另外，缓冲构件20a、20b的固定面Ild侧的表面，配置在相对于固定面Ild下降一段的位置，换言之就是配置在开口部Ilc的内部。如后述，这是为了使固定面Ild和外部固定夹具有效地接触之缘故。接地引针15通过焊接或由银钎料固定在底座Ila上，接地引针15和底座Ila被电连接。此外在底座Ila的主面Ile上，例如通过使用了银钎料等的粘接层13的钎焊，以包围柱Ilb的方式固定有焊接台12。焊接台12由比底座Ila电阻率大的、适合电阻焊的材料，例如Fe:Ni合金(例如42合金)和科伐合金等构成。
[0068]在如上述这样构成的基台11的柱IIb上，如图2B所示，在垂直于主面Ile的面上，经由例如以AlN陶瓷构成的次基台6而固着有氮化物半导体发光元件3。就氮化物半导体发光元件3的构成而言，如图3所示，是通过结晶生长技术在例如作为η型GaN的基板3a上层叠有如下层:譬如由η型的缓冲层、η型包层、η型引导层的层叠构造所构成的第一氮化物半导体层3b ;例如由InGaN和GaN的多重量子阱所构成的发光层3c ;例如由p型的引导层和P型包层的层叠构造所构成的第二氮化物半导体层3d。此外，在其上下表面，还分别形成有例如由Pd、Pt、T1、N1、Al、W、Au等的任意一种金属的金属层叠膜所构成的第一电极3e及第二电极3f，经由第一和第二电极将来自外部的电力注入到发光层3c。在氮化物半导体发光元件3的前方方向和后方方向的端面，形成有由多层介质膜构成的后方端面膜3g、前方端面膜3h。该多层介质膜，例如，由A1N、BN、SiN等的氮化膜，和Si02、Al203、ZrO2,AlON等的氧化膜或氧氮化膜形成。在此构成中，从氮化物半导体发光元件3的前方端面膜3h侧发射光，该光是例如波长390nm?500nm的紫外光?蓝色光。
[0069]就帽30的构成而言，如图2A所示，例如在由科伐合金(Kovar)或Fe:Ni合金(例如42合金)或由铁构成的圆筒状的金属帽31上，通过粘接层33而固定有透光窗32。具体来说，金属帽31具有圆筒部31a、用于固定透光窗32的窗固定部31b、光引出开口部31d。另一方面，在金属帽31的封装10侧，形成有凸缘部31c，其以可容易与基台11焊接的方式向外侧展开。透光窗32例如是在BK7等的光学玻璃的表面形成防反射膜而成的，粘接层33例如由软质玻璃构成。氮化物半导体发光元件3，被帽30和封装10密封，由该帽30和封装10密封的气氛含有密封气体45，其是含氧气体，例如是氧和氮的混合气体。
[0070]接着，使用图4A和图4B说明本实施例的氮化物半导体发光装置的工作。就氮化物半导体发光装置I而言，在使其实际上在装置内发光时，在例如由铝合金和铜等的热传导率高的材料制作的具有开口部的固定夹具50上，基台11以密接的方式被固定，进而以由保持夹具51夹紧的方式被固定。在此，为了使固定夹具50与引针14a、14b不发生接触，以仅使基台11的固定面Ild的外周侧密接的方式进行。这时，缓冲构件20a、20b的固定面Ild侧的表面，处在相对于固定面Ild下降一段的位置，换言之就是位于开口部Ilc的内部，因此缓冲构件20a、20b不会对于固定夹具50和底座Ila的接触构成障碍。因此，固定夹具50和底座Ila能够在固定面Ild上以高密接性接合。此外，使固定夹具50的开口部的外径D2，比基台11上的缓冲构件存在的外径Dl小，从而可以使与固定面Ild接合一侧的固定夹具50，以覆盖开口部Ilc的一部分的方式被形成。由此能够使接触面积最大化，而使从基台11向固定夹具50的散热能力提高。
[0071]在如此配置的氮化物半导体发光装置I中，从未图示的外部电源通过引针14a、14b向氮化物半导体发光元件3供给电力。外加到氮化物半导体发光元件3的电力被转换成例如波长390nm?500nm的紫外光?蓝色光的光,并从氮化物半导体发光元件3向外部出射。从氮化物半导体发光元件3出射的光，在从氮化物半导体发光元件3朝向透光窗32的方向(主光线70a)上，成为拥有规定的发散角的出射光70，透过透光窗32出射到氮化物半导体发光装置I外部。另一方面，由氮化物半导体发光元件3将外加的电力转换成光时，一部分的电力未转换成光，而是成为焦耳热。由氮化物半导体发光元件3发生的焦耳热，如图4B的散热路径80所不，在次基台6、基台11的柱Ilb和底座Ila传递，而被释放到封装外部。这时，底座Ila的固定面lld，经由保持夹具51而与固定夹具50密接，因此焦耳热能够通过接触面55而有效率地散热。其结果是，能够抑制由于焦耳热的发生而引起的氮化物半导体发光元件3的温度上升。
[0072]接下来，为了验证本实施例的效果，说明对于本实施例和比较例进行比较验证的结果。图5是表示在研究本实施例的封装10的构成材料的基础上使用的纯金属的热传导率等的特性一览的图。另外在图7A中示出，本实施例的封装10的构成和作为比较例进行研究的构成。作为比较例I的半导体发光装置的基台11的材料，作为底座使用钢(Steel)，作为柱使用无氧铜。在比较例2中，作为热传导率更高的构成材料，底座和柱均使用无氧铜。在此，在比较例2的构成中，在引针和底座之间不插入缓冲构件，而是成为直接连接底座的无氧铜和含有硅氧化物(SiO2或SiOx)的绝缘构件的构成。于是，在比较例2中，氮化物半导体发光元件3工作，光密度非常高的光从前方端面膜放射时，长期驱动时有大量的SiO2堆积在出射部，而使氮化物半导体发光元件3的特性急剧劣化的现象就能够确认到。该SiO2的堆积物，如图7B所示，在出射部的光密度为lOOMW/cm2以上时显著呈现。另一方面，在本实施例的构成中，不会发生这样急剧的劣化。在比较例2中这样急剧劣化发生的机理虽不清楚，但根据本申请
【发明者】们的考察，作为可能性之一认为是以下这样的机理。
[0073]S卩，在比较例2中，因为引针周边的绝缘构件与底座的无氧铜直接接触，所以，首先由于图6A所示的硅氧化物(在此为SiO2)的还原反应，从而有气体的一氧化硅(SiO)微量发生，该SiO的一部分作为密封气体45的一部分悬浮。该SiO的一部分，如图6B所示，与封装内微小存在的碳(C)、水分(H2O)、有机物的任意一种反应，作为Si有机化合物气体SiO-R也悬浮。另一方面，氮化物半导体发光元件3在工作中，从前方出射端面膜放射光密度非常高的光，在光镊效果(light pincette effect)下，SiO和SiO-R在光密度高的前方出射端面膜聚集，并且如图6C所示，与O2发生反应致使SiO2堆积。为了抑制上述反应之中的图6C的反应，认为作为密封气体而不使氧混合，但这种情况下，氮化物半导体发光元件的后方端面膜3g、前方端面膜3h的氧脱离并使之劣化，因此由不同的现象使氮化物半导体发光元件3发生特性劣化。从而，优选密封气体45含有氧。但是，有意识地不使氧混入时，密封气体45中也会有自然混入的氧，由此能够导致同样的现象发生。另一方面，在本实施例中，作为与绝缘构件18a、18b接合的材料，使用比底座材料离子化倾向更高的铁合金(钢铁等)。这些离子化倾向高的金属或含有该金属的合金因为在表面形成稳定的氧化皮膜，所以构成绝缘构件的硅氧化物(Si02*Si0x)和具有还原力的缓冲构件的金属不直接接触。因此，通过将这样的缓冲构件配置在底座与绝缘构件之间，认为能够抑制图6A所示的反应，抑制氮化物半导体发光元件3的特性劣化。还有，离子化倾向能够由标准氧化还原电位表示，所谓离子化倾向高的材料，就是标准氧化还原电位小的材料。即，通过将相比作为底座的主成分的金属而标准氧化还原电位小的金属或含有该金属的合金用于缓冲构件，能够抑制氮化物半导体发光元件的特性劣化。作为验证这一机理的文献，在特开2004-289010号公报中，公开的是CAN封装内的Si有机化合物气体会引起半导体发光元件的特性劣化。但是，在该文献中阐述，这样的Si有机化合物气体，源于封装所使用的有机物粘接剂。
[0074]另外，图7A是比较基于本实施例和比较例的材料构成的热阻的测量结果的图。如图7A所示，本实施例的氮化物半导体发光装置的热阻，与比较例2所示的底座和柱均为无氧铜的同等。因此，能够使氮化物半导体发光装置I的氮化物半导体发光元件3所发生的焦耳热高效率地散热，并且能够抑制氮化物半导体发光元件3的特性劣化。另一方面，在比较例I中，虽然不能确认到比较例2这样急剧的劣化，但是或者因为用于底座的钢铁的热传导率低、热阻大，所以劣化速度比本实施例快。另一方面，在本实施例的氮化物半导体发光装置中，劣化速度比比较例I缓慢，并且即使氮化物半导体发光元件3的光出射部的光密度在lOOMW/cm2以上，也不会发生急剧的特性劣化，寿命提高一个数量级。即，在本实施例中判明，氮化物半导体发光元件3的特性劣化的抑制、和氮化物半导体发光元件3所发生的焦耳热的有效率的排热，能够高水平地兼顾并立，此外可知，这一效果在半导体发光元件的光密度大时显著。
[0075]图7C?图7E是表示能够得到与图7A的本实施例同等效果的封装的零件的材料加以组合的图。在图5中表示，作为纯金属而在表面容易形成氧化皮膜的材料，但实际上作为零件的材料多使用合金。然而，合金的特性中，因为所构成的纯金属的特性产生影响，所以可以基于图5的特性研究材料构成。
[0076]图7C表示封装的零件的材料构成例I。这种情况下，封装是压缩密封型，是在绝缘构件使用软质玻璃时的构成。在缓冲构件，选择了相比作为底座的主成分的金属而标准氧化还原电位小的金属或含有该金属的合金。在本材料构成例中，因为底座的主成分是Cu，所以基于图5，缓冲构件选择比Cu的标准氧化还原电位小的金属即可。在此，关于钥(Mo)和钨(W)，虽然标准氧化还原电位的准确的值不清楚，不过是比Cu小的值。由以上可知，底座的主成分是Cu时，缓冲构件优选为Fe、N1、Co、Cr、T1、Al、Mg、Mo、W的任意一种或含有这些金属的任意一种的合金。此外，作为缓冲构件，为了使封装的气密性提高，优选与软质玻璃比较，热膨胀系数同等或较大的铝合金、镁合金、钢铁、不锈钢、镍，钛等的材料或这些材料的合金。作为进一步优选，引针的构成材料，可列举为与软质玻璃比较而热膨胀系数同等或较小的Fe:Ni合金、科伐合金等。作为进一步优选，缓冲构件的构成材料和底座的构成材料，以构成底座的材料一方的热膨胀系数大的方法为宜。[0077]图7D是绝缘构件使用硬质玻璃时的材料构成例2。这种情况下，也优选在各零件之间，使与材料构成例I同样的热膨胀系数的关系成立。在此，以铜钥和铜钨为一例进行列举，但是在铜中使钥和钨混合，容易在表面形成氧化皮膜，能够抑制氮化物半导体发光元件的劣化。
[0078]图7E是整合密封封装时的材料构成例3。这种情况下，需要使引针和绝缘构件和缓冲构件的热膨胀系数一致同等，但在缓冲构件能够使用钥和钨等的热膨胀系数的比较小的材料。还有，缓冲构件和底座的热膨胀系数的优选关系，是与材料构成例1、2同样的。
[0079]还有，在上述的材料构成例I?3中，底座的材料均使用无氧铜，但不限于此。优选在底座使用比用于缓冲构件的材料离子化倾向低(标准氧化还原电位大)的材料，特别优选使用具有高热传导率的材料。除了铜以外，也能够使用银(Ag)、白金(Pt)、金(Au)。另夕卜，不限于纯金属，如果是比用于缓冲构件的材料离子化倾向低的材料为主成分，则是合金也可。
[0080]接下来使用图8A?图8F说明本实施例的氮化物半导体发光装置的制造方法。图8A是对于本实施例的氮化物半导体发光装置I所使用的封装10的零件进行了拆卸分解的分解图。首先，例如，利用具有基台11的底座11a、柱Ilb和开口部Ilc的形状的模具，使用无氧铜(OFCU)，一体成型底座Ila和柱lib。接着，制作环状的焊接台12后，例如使用作为银钎料的粘接层13使焊接台12固定在基台11的主面Ile上。这时同时或连续地在开口部11c，使用规定的夹具，将例如作为FeNi合金的引针14a、14b，例如作为软质玻璃的环状的绝缘构件18a、18b，例如作为铁或铁合金的缓冲构件20a、20b，例如作为环状的银钎料的粘接层19a、19b，从中心朝向外侧地在开口部Ilc内固定，且通过加热，将引针14a、14b粘接/固定于开口部11c。接着如图SB所示，将接地引针15例如通过电阻焊粘接于底座Ila的固定面Ild侧。
[0081]接着，如图8C所示，对于封装10进行未图示的例如N1、Au的镀覆，以防止表面氧化。
[0082]接着如图8D所示，在封装10的柱Ilb上经由次基台6而装配氮化物半导体发光元件3。其后，安装导线40a、40b，将氮化物半导体发光元件3和引针14a、14b进行电连接。
[0083]接着如图SE所示，将帽30配置于封装10的上部。这时帽30通过以下的制造方法制作。首先，使用例如科伐合金等的热膨胀系数接近于玻璃的材料，通过挤压加工，在筒状的金属帽31上形成光引出开口部31d和凸缘部31c。同时在凸缘部31c上形成焊接用的突起部31e。其次，将透光窗32例如通过作为低熔点玻璃的粘接层33而固定在光引出开口部31d上。透光窗32例如是玻璃，且其表面形成有对于从氮化物半导体发光元件3放射的光的波长而反射率低的防反射膜。
[0084]接着，如图8F所示，使用固定台91a和夹持件91b将封装10和帽30固定，流通规定的电流，利用突起部31e使焊接台12和帽30进行焊接。
[0085]通过以上的制造方法，能够容易地制造本实施例的氮化物半导体发光装置。
[0086]实施例2
[0087]接着，使用图9A和图9B对于第二实施例的氮化物半导体发光装置进行说明。图9A是表示第二实施例的氮化物半导体发光装置的构成的剖面图，图9B是表示第二实施例的氮化物半导体发光装置的等效电路的图。对于与第一实施例共通的构成要素，通过附加相同的编号而省略说明。
[0088]首先，在图9A中，由第二实施例的氮化物半导体发光装置1A、1B、1C这3个，和用于固定它们的固定夹具50、保持夹具51、准直透镜53、透镜夹持件52，以及电气配线58构成。
[0089]在本实施例中，如图9B所示，氮化物半导体发光装置1A、1B、1C经由电气配线58被串联连接。这时本实施例的氮化物半导体发光装置，相对于基台11，氮化物半导体发光元件3的阳极、阴极均电气分离，因此能够容易地使之串联连接。特别是因为基台11的固定面lid、与氮化物半导体发光元件3电气分离，所以能够使基台11和固定夹具50以不在这两者之间插入绝缘层的方式接触，因此能够使氮化物半导体发光装置所发生的热经由固定夹具50容易地散发到外部。另外，从氮化物半导体发光装置1A、1B、1C出射的出射光70，能够通过准直透镜53成为平行光而使之放射。
[0090]实施例3
[0091]接着，使用图10对于第三实施例的氮化物半导体发光装置201进行说明。图10是从第三实施例的氮化物半导体发光装置的封装10上拆卸分解了帽30而成的立体图。对于与第一实施例共通的构成要素，通过附加相同编号而省略说明。氮化物半导体发光装置201与第一实施例的氮化物半导体发光装置I比较，缓冲构件的个数和形状大不相同。在第一实施例中，对于多个引针，分别各自准备环状的缓冲构件，但在本实施例中，对于多个引针配置通用的缓冲构件。具体来说，在底座Ila上对于多个引针设有通用的开口部11c，在开口部11c，固着有用于固定多个引针的设有多个开口的缓冲构件20。多个引针14a、14b在缓冲构件20的开口部的内侧经由环状的绝缘构件18a、18b而被固定。这样的构成，也与第一实施例同样，绝缘构件18a、18b和基台11(底座Ila)由位于其间的缓冲构件分离，因此以不直接接触的方式被固定。由此，能够减少构成封装10的零件件数，因此可以用更低成本实现氮化物半导体发光装置。
[0092]还有，在上述的实施例1?3中，并不是限于封装的引针为两根、接地引针为一根。例如在将底座固定在外部的固定夹具、且借助该固定夹具接地时，可以不需要接地引线。另夕卜，也可以使氮化物半导体发光装置所搭载的氮化物半导体发光元件为具有多个波导管的阵列元件，使引针为三根以上，与各个波导管进行导线连接。这种情况下，由于多根引针全部适用缓冲构件环，从而能够更有效地抑制氮化物半导体发光元件的劣化。
[0093]还有，在上述的实施例1?3中，使氮化物半导体发光元件采用了例如为发光波长是380?500nm、且光输出功率超过I瓦特的高输出功率的氮化物半导体系半导体激光器或氮化物半导体系半导体激光器阵列，但也可以使用其他的氮化物半导体发光元件，此外，例如，也可以是适于图像显示装置的散斑噪声低的氮化物半导体系超发光二极管。
[0094]产业上的可利用性
[0095]本发明的半导体发光装置和光源，作为激光显示器和投影机等的图像显示装置、以及激光加工和激光退火等的工业用的激光设备这样的需要比较高的光输出功率的装置的光源特别有用。
[0096]符号说明
[0097]I氮化物半导体发光装置
[0098]3氮化物半导体发光元件[0099]6次基台
[0100]10 封装
[0101]11 基台
[0102]Ila 底座
[0103]Ilb 柱
[0104]Ilc 开口部
[0105]Ild固定面
[0106]Ile 主面
[0107]12焊接台
[0108]13粘接层
[0109]14a、14b 引针
[0110]15接地引针
[0111]18a、18b 绝缘构件
[0112]19a, 19b 粘接层
[0113]20a、20b 缓冲构件
[0114]30 帽
[0115]31金属帽
[0116]31a 圆筒部
[0117]31b窗固定部
[0118]31c凸缘部
[0119]31d光引出开口部
[0120]31e关起部
[0121]32透光窗
[0122]33粘接层
[0123]40a、40b 导线
[0124]45密封气体
[0125]50固定夹具
[0126]51保持夹具
[0127]55接触面
[0128]61输入电流
[0129]62输出电流
[0130]70出射光
[0131]70a主光线
[0132]80散热路径。
【权利要求】
1.一种氮化物半导体发光装置，其特征在于，具备: 氮化物半导体发光元件； 基台，其保持所述氮化物半导体发光元件，且以第一金属为主成分； 帽，其固着在所述基台上； 开口部，其形成于所述基台；和 引针，其通过所述开口部， 并且，所述引针以从该引针侧顺次将绝缘构件和缓冲构件夹在该引针和该开口部的内壁之间的方式被固定于所述开口部的内壁， 所述绝缘构件的成分含有硅氧化物， 所述缓冲构件由比所述第一金属的标准氧化还原电位小的第二金属、或含有该第二金属的合金构成。
2.根据权利要求1所述的氮化物半导体发光装置，其特征在于， 所述基台以Cu为主成分。
3.根据权利要求2所述的氮化物半导体发光装置，其特征在于， 所述缓冲构件由Fe、N 1、Co、Cr、T1、Al、Mg、Mo、W的任意一种或含有这些金属的任意一种的合金构成。
4.根据权利要求3所述的氮化物半导体发光装置，其特征在于， 所述缓冲构件由Fe或Fe合金构成。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的氮化物半导体发光装置，其特征在于， 所述缓冲构件的热膨胀系数，与所述绝缘构件的热膨胀系数同等或较大。
6.根据权利要求5所述的氮化物半导体发光装置，其特征在于， 所述引针的热膨胀系数与所述绝缘构件的热膨胀系数同等或较小。
7.根据权利要求5或6所述的氮化物半导体发光装置，其特征在于， 所述基台的热膨胀系数与所述缓冲构件的热膨胀系数同等或较大。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的氮化物半导体发光装置，其特征在于， 由所述基台和所述帽所密封的气氛含有氧。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的氮化物半导体发光装置，其特征在于， 从所述氮化物半导体发光元件出射的光密度为lOOMW/cm2以上。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的氮化物半导体发光装置，其特征在于， 所述基台具备:形成有所述开口部的底座、和与所述底座连接的柱， 所述底座具有:面对所述氮化物半导体发光元件的主面、和与该主面相反一侧的固定面， 所述柱具有:相对于所述底座的主面垂直的元件固定面， 所述底座和所述柱均以Cu为主成分。
11.根据权利要求10所述的氮化物半导体发光装置，其特征在于， 所述缓冲构件的所述固定面侧的表面，位于所述开口部的内部。
12.根据权利要求11所述的氮化物半导体发光装置，其特征在于， 还具备保持所述底座的固定夹具， 与所述固定面接触一侧的所述固定夹具，覆盖所述开口部的一部分。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的氮化物半导体发光装置，其特征在于， 具备多个所述引针，所述开口部和所述缓冲构件按所述多个引针设置。
14.根据权利要求1至12中任一 项所述的氮化物半导体发光装置，其特征在于， 具备多个所述引针，所述开口部和缓冲构件相对于所述多个引针通用，在所述缓冲构件上设置有所述多个引针通过的多个开口部。
【文档编号】H01S5/024GK103907249SQ201280052274
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年5月1日 优先权日:2011年11月30日
【发明者】山中一彦, 吉田真治 申请人:松下电器产业株式会社