発光モジュール及び発光モジュール製造方法
【課題】発光部５の昇温による発光性能の低下を従来よりも抑えることができるＶＣＳＥＬモジュールを提供する。
【解決手段】発光基板１０の表面上に形成された発光する発光部５と、発光部５に駆動電圧を供給するために発光部５の光出射箇所の周辺に設けられた導電性材料からなる駆動電極５ｇと、駆動電極５ｇに駆動電圧を導くための導電性材料からなる配線パターンと、発光部５の光出射箇所から出射された光を透過させるように発光基板１０に対して空間を介して対向配設されたガラス板２０とを有するＶＣＳＥＬモジュールにおいて、前記配線パターンを、ガラス板２０の両面のうち、発光部５と対向する側の面、における発光部５の光出射箇所との非対向領域に形成し、配線パターンのリング電極２６と駆動電極５ｇとを導電性材料からなる接合材２９で接合した。
【解決手段】発光基板１０の表面上に形成された発光する発光部５と、発光部５に駆動電圧を供給するために発光部５の光出射箇所の周辺に設けられた導電性材料からなる駆動電極５ｇと、駆動電極５ｇに駆動電圧を導くための導電性材料からなる配線パターンと、発光部５の光出射箇所から出射された光を透過させるように発光基板１０に対して空間を介して対向配設されたガラス板２０とを有するＶＣＳＥＬモジュールにおいて、前記配線パターンを、ガラス板２０の両面のうち、発光部５と対向する側の面、における発光部５の光出射箇所との非対向領域に形成し、配線パターンのリング電極２６と駆動電極５ｇとを導電性材料からなる接合材２９で接合した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の表面上に形成された発光部と、発光部から出射された光を透過させるように発光部に対向配設されたガラス板とを有する発光モジュールに関するものである。また、かかる発光モジュールを製造する発光モジュール製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の発光モジュールとして、例えば特許文献１に記載のようなＶＣＳＥＬ（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser）モジュールが知られている。ＶＣＳＥＬモジュールは、半導体積層構造を具備する複数の発光部から、それぞれレーザー光をモジュールのベース面に垂直な方向に放出するものである。大量生産に適した製造工程で製造することが可能であるため低コスト化に有利な光電変換電子部品として知られている。
【０００３】
図７は、従来のＶＣＳＥＬモジュールの要部を示す拡大断面図である。同図では、ＶＣＳＥＬモジュールが有する複数の発光部のうち、１つの発光部５とその周囲構成とを拡大して示している。発光部５は、半導体基板２のおもて面上に形成されている。半導体基板２のおもて面には、半導体材料からなるバッファ層３と、複数の半導体層の積層構造からなる下部分布ブラッグ反射層（下部ＤＢＲ層）４とが全面に渡って順次積層されている。そして、発光部５は、半導体基板２の全面に渡って形成された下部ＤＢＲ層４の表面から円柱状に突出するように形成されている。発光部５の円柱構造の内部においては、下部スペーサ層５ａ、活性層５ｂ、上部スペーサ層５ｃ、電流狭窄層５ｄ、複数の半導体層の積層構造からなる上部分布ブラッグ反射層（上部ＤＢＲ層）５ｅ、コンタクト層５ｆが下部ＤＢＲ層４の上に順次積層されている。これらの層は何れも、半導体材料から構成されている。発光部５の頂部には、中心に開口を有するドーナッツ状の駆動電極５ｇが上部コンタクト層５ｆの上に形成されている。この駆動電極５ｇにおける中心の開口が、発光部５の光出射箇所となっている。
【０００４】
発光部５の円柱周面や、下部ＤＢＲ層４の表面における発光部非形成領域には、ポリイミド等の絶縁性材料からなる絶縁膜６が被覆されている。また、ドーナッツ状の駆動電極５ｇには、外部からの電気信号を導くためのリード７が接続されている。このリードは、発光部５の頂部から下部に向けて円柱周面上を立ち下がった後、複数の発光部の間を通り抜けて基板の外縁部まで延びるように形成されている。また、半導体基板２の裏面には、複数の発光部５をそれぞれアースに接続するためのアース電極８が形成されている。
【０００５】
ＶＣＳＥＬモジュールの外部に設けられた図示しないドライバＩＣから出力された電圧が、リード７を介して発光部５のドーナッツ状の駆動電極５ｇに印加されると、発光部５内において、活性化した活性層５ｂから光が発生する。この光は、下部ＤＢＲ層４と上部ＤＢＲ層５ｅとの間で多重反射しながら、ドーナッツ状の駆動電極５ｇの開口からレーザー光として出射される。そして、その開口に対向するように配設されたガラス板２０を透過してＶＣＳＥＬモジュールの外部に放たれる。
【０００６】
なお、半導体基板２の図示しない外縁部とガラス板２０との間には封止材が固定されており、これによって下部ＤＲＢ層４とガラス板２０との間に形成される空間が密閉空間７０になっている。この密閉空間７０には、モジュール内での結露を抑えるなどの目的から窒素ガス等が封入されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１８８４７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような構成のＶＣＳＥＬモジュールにおいては、発光部内で光の多重反射に伴って発生した熱が、熱伝導率の高い材料である金属からなる駆動電極５ｇ及びリード７とに伝わる。複数の発光部５を避けるようにして這い回されているリード７の下に存在する絶縁膜６は、ポリイミド等の耐熱性樹脂から構成されている。この耐熱性樹脂は、リード７と下部ＤＲＢ層４との絶縁状態を確保し、昇温したリード７の熱に耐えることができ、且つ半導体からなる下部ＤＲＢ層４に対して良好に固着することが可能である。一般に、このような耐熱性樹脂は熱導電性が悪いため、絶縁膜６はリード７の熱を吸収し難い。このため、リード７は発光部５からの熱伝導によって徐々に高温になっていく。すると、発光部５が徐々に冷やされ難くなっていき、やがて発光性能に支障をきたすまで昇温してしまうことがあった。このような問題は、ＶＣＳＥＬモジュールのような発光部を複数有する発光モジュールに限らず、発光部を１つだけ有する発光モジュールにおいても同様に起こり得る。
【０００９】
本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、発光部の昇温による発光性能の低下を従来よりも抑えることができる発光モジュールを提供することである。また、かかる発光モジュールを製造することができる発光モジュール製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、電気信号に基づいて光を発する光電変換素子を備える基板の表面上に形成された発光する発光部と、該発光部に駆動電圧を供給するために該発光部の光出射箇所の周辺に設けられた導電性材料からなる駆動電極と、該駆動電極に駆動電圧を導くための導電性材料からなる配線パターンと、該光出射箇所から出射された光を透過させるように該基板に対して空間を介して対向配設されたガラス板とを有する発光モジュールにおいて、上記配線パターンを、上記ガラス板の両面のうち、上記電気信号に基づいて光を発する光電変換素子と対向する側の面、における上記光出射箇所との非対向領域に形成し、該配線パターンと該駆動電極とを導電性材料からなる接合材で接合したことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の発光モジュールにおいて、上記駆動電極、上記配線パターン、上記接合材として、それぞれ金属材料を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項２の発光モジュールにおいて、上記駆動電極の金属材料、上記配線パターンの金属材料として、それぞれ、銅、銀、金、アルミニウム、ニッケル、ベリリウム又はこれら金属の組合せを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、電気信号に基づいて光を発する光電変換素子を備える基板の表面上に形成された発光する発光部と、該発光部に駆動電圧を供給するために該発光部の光出射箇所の周辺に設けられた導電性材料からなる駆動電極と、該駆動電極に駆動電圧を導くための導電性材料からなる配線パターンと、該光出射箇所から出射された光を透過させるように該基板に対して空間を介して対向配設されたガラス板とを有する発光モジュールを製造する発光モジュール製造方法において、上記配線パターンを、上記ガラス板の両面のうち、上記電気信号に基づいて光を発する光電変換素子と対向する側の面、における上記光出射箇所との非対向領域に形成するパターン形成工程と、該配線パターンと該駆動電極とを導電性材料からなる接合材で接合する接合工程とを実施して、請求項１乃至３の何れかの発光モジュールを製造することを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項４の発光モジュール製造方法において、上記接合工程にて、レーザー光を上記ガラス板に向けて上記発光部の反対側から照射し、該ガラス板を透過した後のレーザー光によって上記配線パターン上の上記接合材を溶融させて、該配線パターンと上記駆動電極とを接合することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
これらの発明においては、発光部が形成された基板の表面上ではなく、基板に対して空間を介して対向している光透過性部材における基板と対向する側の面に、配線パターンを形成している。そして、この配線パターンと、発光部の光出射箇所の周囲に設けられた駆動電極とを導電性材料からなる接合材で接合している。発光部で発生した熱は、駆動電極と接合材とを介して配線パターンに伝わった後、配線パターンを保持しているガラス板に吸収される。このガラス板を構成するガラス材料は、従来の発光モジュールにおいて半導体基板の表面において配線パターンを保持していた絶縁膜の耐熱性樹脂材料よりも熱伝導性に優れているため、絶縁膜よりも良好に配線パターンの熱を吸収する。そして、その熱を板の厚み方向に伝えた後、反対側の面から外気に放出する。これにより、配線パターンを良好に冷却することで、発光部の昇温を従来よりも抑える。よって、発光部の昇温による発光性能の低下を従来よりも抑えることができる。
【００１２】
特に、請求項２の発明においては、金属材料からなる駆動電極、配設パターン、これら両者間に存在する接合材が、何れも熱伝導率の高い金属材料からなることで、発光部で発生した熱を速やかに吸収することができる。
【００１３】
また特に、請求項３の発明においては、発光モジュールの発光部内で発生した熱を、銅、銀、金、アルミニウム、ニッケル、ベリリウム又はこれら金属の組合せからなる駆動電極や配線パターンに速やかに伝えることができる。
【００１４】
また特に、請求項４の発明においては、パターン形成工程と接合工程とを実施することで、請求項１乃至３の発光モジュールを製造することができる。
【００１５】
また特に、請求項５の発明においては、ガラス板を透過させたレーザー光によって接合材を溶融させることで、発光モジュール全体を炉内で加熱することなく配線パターンと駆動電極とを接合することが可能となる。よって、炉内で加熱することによる発光モジュールの劣化を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を適用した発光モジュールであるＶＣＳＥＬモジュールの一実施形態について説明する。
図１は、実施形態に係るＶＣＳＥＬモジュールに用いられる発光基板１０を示す平面図である。また、図２は、発光基板１０を示す断面図である。これらの図において、発光基板１０は、ＧａＡｓ等からなる半導体基板２のおもて面上に４０個の発光部５を有している。
【００１７】
図３は、発光基板１０の要部を示す拡大断面図である。同図では、発光基板１０が有する複数の発光部のうち、１つの発光部５とその周囲構成とを拡大して示している。
【００１８】
発光基板１０の発光部５は、半導体基板２のおもて面上に形成されている。半導体基板２のおもて面には、ＧａＡｓ等の半導体材料からなるバッファ層３と、ＡｌＧａＡｓ等からなる複数の半導体層の積層構造を具備する下部ＤＢＲ層４とが全面に渡って順次積層されている。そして、発光部５は、半導体基板２の全面に渡って形成された下部ＤＢＲ層４の表面から円柱状に突出するように形成されている。発光部５の円柱構造の内部においては、ＡｌＧａＩｎＰ等の半導体材料からなる下部スペーサ層５ａ、ＧａＩｎＡｓＰ−ＧａＩｎＰ等の半導体材料からなる活性層５ｂ、ＡｌＧａＩｎＰ等の半導体材料からなる上部スペーサ層５ｃ、ＡｌＡｓ等の半導体材料からなる電流狭窄層５ｄ、ＡｌＧａＡｓ等からなる複数の半導体層の積層構造を具備する上部ＤＢＲ層５ｅ、ＧａＡｓ等の半導体材料からなるコンタクト層５ｆが下部ＤＢＲ層４の上に順次積層されている。そして、発光部５の頂部には、中心に開口を有するドーナッツ状の駆動電極５ｇが上部コンタクト層５ｆの上に形成されている。外部の電源から供給される駆動電圧を駆動電極５ｇに導くために、従来構成において駆動電極５ｇから外部に向けて延びるようにして設けられていたワイヤーボンディングによるワイヤーは、実施形態に係る発光基板１０には設けられていない。発光部５の上部にリング状の駆動電極５ｇが孤立して存在した状態になっている。
【００１９】
発光部５の円柱周面や、下部ＤＢＲ層４の表面における発光部非形成領域には、ポリイミド等の絶縁性材料からなる絶縁膜６が被覆されている。また、半導体基板２の裏面には、複数の発光部５をそれぞれアースに接続するためのアース電極８が形成されている。
【００２０】
図４は、本実施形態に係るＶＣＳＥＬモジュールに用いられるガラス板２０を示す平面図である。また、図５は、ガラス板２０と発光基板１０との要部を示す拡大断面図である。ガラス板２０は、ガラス板部２３と、配線パターン２５とを有している。そして、ガラス板部２３は、ＢＫ７、Ｄ２６３、ＣＧ−１、合成石英、あるいはソーダライムガラス等からなるガラス基層２１と、これの両面にそれぞれ被覆された反射防止膜２２とを有している。反射防止膜２２は、ガラス基層２１の表面に形成されたＳｉＯからなる厚さ１００［ｎｍ］のＳｉＯ膜と、これの表面に被覆されたＳｉＯ２からなる厚さ１００［ｎｍ］のＳｉＯ２膜とを有する２層構造のものであり、何れの膜も蒸着によって形成されている。
【００２１】
配線パターン２５は、ガラス板２０のガラス板部２３における一方の面に形成されている。そして、発光基板１０の４０個の発光部５との対向位置にそれぞれ設けられたリング電極部２６と、それぞれのリング電極部２６からガラス板２０の外縁部に向けて延びるリード部（配線部）２７と、それぞれのリード部２７の端部に設けられた矩形状のパッド部２８とを有している。なお、図４は、ガラス板２０を配線パターン非形成面側から示しているが、ガラス板部２３が透明であるため、裏面側の配線パターン２５が透けて見えている。
【００２２】
ガラス板２０の配線パターン２５における４０個のリング電極部２６の直下には、それぞれ発光基板１０の４０個の発光部５がそれぞれ位置する。リング電極部２６の表面には、はんだ、モリブデン、亜鉛、コバルト、タングステン、スズ、カドニウム等の金属材料からなる接合材２９がリング状に設けられており、これによってリング電極部２６と駆動電極５ｇとが接合されている。
【００２３】
図示しないドライバＩＣからリード７などを介して駆動電極５ｇに駆動電圧が印加されると、発光部５内において、活性化した活性層５ｂから光が発生する。この光は、下部ＤＢＲ層４と上部ＤＢＲ層５ｅとの間で多重反射しながら、ドーナッツ状の駆動電極５ｇの開口から波長７８０［ｎｍ］のレーザー光として出射される。発光部５の光出射箇所である駆動電極５ｇ開口から出射されたレーザー光は、配線パターン２５に遮られることなく、配線パターン２５におけるリング電極部２６の中央開口を通った後、ガラス板２０のガラス板部２３を透過する。このように、配線パターン２５は、ガラス板２０の両面のうち、発光基板１０の発光部（５）と対向する側の面、における駆動電極５ｇ開口（光出射箇所）との非対向領域に形成されている。
【００２４】
発光部５で発生した熱は、駆動電極５ｇと、接合材２９とを介して配線パターンたるリード２７に伝わった後、リード２７を保持しているガラス板２０に吸収される。このガラス板を構成するガラス材料は、従来の発光モジュールにおいて半導体基板の表面において配線パターンを保持していた絶縁膜の耐熱性樹脂材料よりも熱伝導性に優れているため、絶縁膜よりも良好にリード２７の熱を吸収する。そして、その熱を板の厚み方向に伝えた後、反対側の面から外気に放出する。これにより、リード２７を良好に冷却することで、発光部５の昇温を従来よりも抑える。よって、発光部５の昇温による発光性能の低下を従来よりも抑えることができる。
【００２５】
駆動電極５ｇやリード２７の金属材料としては、それぞれ熱伝導率が１４［Ｗ／ｍ・Ｋ］以上であるものを用いることが望ましい。かかる金属材料としては、銅（４２０Ｗ／ｍ・Ｋ）、銀（３９０Ｗ／ｍ・Ｋ）、金（３２０Ｗ／ｍ・Ｋ）、アルミニウム（２３６Ｗ／ｍ・Ｋ）、ニッケル（８８Ｗ／ｍ・Ｋ）、ベリリウム（２０１Ｗ／ｍ・Ｋ）などが挙げられる。但し、これらの金属材料に限られるものではない。また、本発明における駆動電極や配線パターンを構成する導電性材料としては、金属材料の他、樹脂等の絶縁性材料にカーボン粉末等の導電性材料を含有せしめた非金属材料を用いることも可能である。
【００２６】
図６は、ＶＣＳＥＬモジュールを、配線基板９０に実装した電子回路基板を示す断面図である。配線基板９０の図示しない領域には、ＶＣＳＥＬモジュールの図示しない４０個の発光部５をそれぞれ個別に駆動するための図示しないドライバＩＣが実装されている。また、配線基板９０には、ＶＣＳＥＬモジュールの発光基板１０を受け入れるための開口９０ａが形成されている。ＶＣＳＥＬモジュールは、発光基板１０を配線基板９０の開口９０ａ内に挿入しつつ、自らの外縁部を配線基板９０における開口９０ａの周囲箇所に引っ掛けるような姿勢で、配線基板９０に実装されている。
【００２７】
配線基板９０において、開口９０ａの周囲箇所には、４０個のモジュール接合用電極パッドを有する配線パターン９１が形成されている。ＶＣＳＥＬモジュールは、上述したように、ガラス板２０の配線パターン（２５）の一部であり、且つガラス板２０の外縁部に形成された４０個のパッド部（図４の２８）を有している。それら４０個のパッド部が、それぞれ接合材９２を介して、配線基板９０の開口９０ａの周囲にある４０個のモジュール接合用電極パッドに接合されている。配線基板９０において、４０個のモジュール接合用電極パッドは、それぞれ上述したドライバＩＣの出力端子にそれぞれ個別に接続されている。これにより、ドライバＩＣの４０個の出力端子からそれぞれ個別に出力される駆動電圧が、配線基板９０のモジュール接合用電極バッドと、ＶＣＳＥＬモジュールの配線パターン（２５）とを介して、発光基板１０の４０個の発光部５にそれぞれ個別に印加される。なお、発光基板１０の裏面に設けられたアース電極８は、導電性接着剤９４を介して、配線基板９０のグランド電極９３に接続されている。
【００２８】
本実施形態に係るＶＣＳＥＬモジュールを製造する発光モジュール製造方法においては、発光基板１０を製造する発光基板製造工程と、ガラス板２０を製造するガラス板製造工程と、発光基板１０をガラス板２０に接合する接合工程とを実施する。発光基板１０を製造する発光基板製造工程については、周知の従来工程と変わりないので、説明を省略する。
【００２９】
ガラス板製造工程においては、ガラス基層２１の両面に反射防止膜２２をそれぞれ形成する反射防止膜形成工程と、一方の反射防止膜２２の表面上に配線パターン２５を形成するパターン形成工程と、接合材からなる接合層を形成する接合層形成工程と、洗浄工程とを実施する。
【００３０】
反射防止膜形成工程では、まず、ガラス基層２１の無垢の表面にＳｉＯからなるＳｉＯ膜を蒸着によって１００［ｎｍ］の厚みで形成した後、そのＳｉＯ層の上にＳｉＯ２膜からなるＳｉＯ２膜を蒸着によって１００［ｎｍ］の厚みで形成する。これにより、ガラス基層２１の両面にそれぞれ厚さ２００［ｎｍ］の反射防止膜２２が形成される。
【００３１】
パターン形成工程では、配線パターン２５として、反射防止膜２２の表面から所定の厚みをもって突出するものを形成する。この配線パターン２５は、反射防止膜２２の無垢の表面に固着したアルミニウムからなるアルミニウム層と、これの表面に積層されたニッケルメッキ層と、これの表面に積層された金メッキ層との３層構造からなる。かかる３層構造の配線パターン２５を形成するための具体的な工程は次の通りである。即ち、まず、一方の反射防止膜２２の全面に、アルミニウム層をスパッタ法によって形成した後、フォトリソグラフィー法を採用したエッチング処理により、そのアルミニウム層を図４に示した配線パターン２５の形状にパターン加工する。次いで、パターン化されたアルミニウム層の表面や側面に、ニッケルメッキ層と金メッキ層とを順次積層する。スパッタ法によるアルミニウム層の形成条件は次の通りである。
（１）スパッタリング装置：
・メーカ名 ：神港精機株式会社
・型 式 ：ＳＲＶ４３１１
・性 能 ：３源マグネトロンスパッタ源(５００Ｗ以上)、
基板冷却加熱回転機構(３００°Ｃ常用以上)
（２）諸条件
・真空度：３．７×１０−５Ｐａ
・ターゲット：純アルミ
・スパッタ条件（表１参照）
・成膜厚み：経験からのアルミ成膜条件が０．６６μm/ｈであり、９０分の成膜処理で０．９９μm≒１μmのアルミ層を形成する。
【００３２】
【表１】
【００３３】
アルミ層は、はんだと接合し難い性質であるため、接合不良を引き起こすおそれがある。そこで、アルミ層の上に所定の厚さのニッケルメッキ層（例えば、厚さ：３μｍ）を形成し、更にその上に金メッキ層（例えば、厚さ：４５０ｎｍ）を形成する。この金メッキ層は、溶融はんだと良好に接合することができる。金メッキ層と、アルミ層との間に、両者に良好に固着することができるニッケルメッキ層を介在させることで、剥がれ難い金メッキ層をアルミ層上に形成することができる。
【００３４】
ニッケルメッキ層については、次の（１）〜（８）の工程で形成することができる。これらの工程において亜鉛置換を２回行うのは、亜鉛の被膜を均一にして密着性を高めるためである。
（１）脱脂：メッキ対象の表面に付着した加工油や汚れなどを除去する。
（２）エッチング：表面を薄く溶かし自然酸化被膜などを除去する。
（３）デスマット：エッチングで表面に生じた不純物を除去する。
（４）第一亜鉛置換：アルミの表面に薄い亜鉛被膜を生成する。
（５）置換層剥離：亜鉛被膜を除去する。
（６）第二亜鉛置換：再度、アルミの表面に薄い亜鉛被膜を生成する。
（７）無電解Ｎｉメッキ：次亜リン酸による還元反応でニッケルをメッキする。
（８）乾燥：水分を除去する。
【００３５】
パターン形成工程を実施した後には、接合層形成工程を実施する。この接合層形成工程では、少なくとも、印刷工程と溶融工程と固化工程とを実施する。そして、印刷工程では、周知の印刷マスクを用いた印刷法により、配線パターン２５の４０個のリング電極部２６の表面上や、４０個のパッド部２６の表面上にそれぞれクリームはんだを印刷する。また、溶融工程では、クリームはんだ印刷済みのガラス板２０をリフロー炉内で加熱して、クリームはんだ中のはんだを溶融させる。このとき、リング電極部２６やパッド部２６の表面上で溶融した溶融はんだは、それらの表面上に伝わりながら濡れ広がり、やがて電極側面やパッド側面まで至る。このようにして溶融はんだを濡れ広がらせた後、ガラス板２０をリフロー炉から取り出して冷却することで、溶融はんだを固化させる固化工程を実施すると、リング電極部２６やパッド部２６の表面上において、リングやパッドの外縁よりも外側に突出する接合層を得ることができる。
【００３６】
このような接合層形成工程を実施したら、次に、洗浄工程を実施する。この洗浄工程では、フラックスを溶解することが可能なイソプロピルアルコール、エタノールなどの有機溶媒にて、配線基板の配線パターン形成面を洗浄する。この洗浄により、接合層の表面に残留したフラックスを除去することで、残留フラックスによる発光基板１０や配線基板９０の電極劣化の発生を回避することができる。
【００３７】
以上のような工程により、ガラス板２０を製造する。そして、得られたガラス板２０に発光基板１０を接合する接合工程を実施して、ＶＣＳＥＬモジュールを得る。この接合工程では、配線パターン形成面を重力方向下方に向けた発光基板１０における配線パターン２５のリング電極部２６上に形成された接合層と、発光基板１０の発光部５の駆動電極５ｇとを接触させるように、ガラス板２０を発光基板１０の上に載置する。そして、ガラス板２０の上側からレーザー光を照射し、ガラス板２０のガラス板部２３を透過した後のレーザー光をリング電極部２６の裏面に当てる。このとき、レーザー光は、リング電極部２６の裏面だけでなく、リング電極部２６の上に形成された接合層における、リング電極２６の外縁よりも外側に突出している箇所に直接当たる。これにより、接合層を良好に溶融させることができる。
【００３８】
以上のようにしてガラス板２０と発光基板１０とを接合したら、次に、窒素ガスの存在する容器内において、図６に示したように、発光基板１０の外縁と、ガラス板２０との間に樹脂５０を固着させて、密閉空間７０内に窒素ガスを封止して、ＶＣＳＥＬモジュールを得る。
【００３９】
このようにして製造したＶＣＳＥＬモジュールを、配線基板９０に実装するときには、ＶＣＳＥＬモジュールの発光基板１０を配線基板９０の開口９０ａ内に挿入しつつ、発光基板１０の外縁部を配線基板９０の開口９０ａの周囲に引っ掛けるようにして、ＶＣＳＥＬモジュールを配線基板９０上に載置する。そして、ガラス板２０のパッド部２８上の接合層と、配線基板９０の配線パターン９１のモジュール接合用電極パッドとを接触させた状態で、ガラス板２０の配線パターン非形成面に向けてレーザー光を照射する。そして、ガラス板２０のガラス板部２３を透過した後のレーザー光をパッド部２８の裏面に当てる。このとき、レーザー光は、パッド部２８の裏面だけでなく、パッド部２６上に形成された接合層における、パッド外縁よりも外側に突出している箇所に直接当たる。これにより、接合層を良好に溶融させることができる。
【００４０】
ＶＣＳＥＬモジュールと配線基板とをレーザー照射によって接合したら、発光基板１０のアース電極８と、配線基板９０のグランド電極９３とを導電性接着剤９４によって接続する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】実施形態に係るＶＣＳＥＬモジュールに用いられる発光基板を示す平面図。
【図２】同発光基板を示す断面図。
【図３】同発光基板の要部を示す拡大構成図。
【図４】同ＶＣＳＥＬモジュールに用いられるガラス板を示す平面図。
【図５】同ガラス板と同発光基板との要部を示す拡大断面図。
【図６】同ＶＣＳＥＬモジュールを配線基板に実装した電子回路基板を示す断面図。
【図７】従来のＶＣＳＥＬモジュールの要部を示す拡大断面図。
【符号の説明】
【００４２】
２：半導体基板
３：バッファ層
４：下部ＤＢＲ層
５：発光部
５ａ：下部スペーサ層
５ｂ：活性層
５ｃ：上部スペーサ層
５ｄ：電流狭窄層
５ｅ：上部ＤＢＲ層
５ｇ：駆動電極（リング中央開口が光出射箇所）
２０：ガラス板
２５：配線パターン
２６：リング電極部
２７：リード部
２８：パッド部
２９：接合材
７０：密閉空間（空間）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の表面上に形成された発光部と、発光部から出射された光を透過させるように発光部に対向配設されたガラス板とを有する発光モジュールに関するものである。また、かかる発光モジュールを製造する発光モジュール製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の発光モジュールとして、例えば特許文献１に記載のようなＶＣＳＥＬ（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser）モジュールが知られている。ＶＣＳＥＬモジュールは、半導体積層構造を具備する複数の発光部から、それぞれレーザー光をモジュールのベース面に垂直な方向に放出するものである。大量生産に適した製造工程で製造することが可能であるため低コスト化に有利な光電変換電子部品として知られている。
【０００３】
図７は、従来のＶＣＳＥＬモジュールの要部を示す拡大断面図である。同図では、ＶＣＳＥＬモジュールが有する複数の発光部のうち、１つの発光部５とその周囲構成とを拡大して示している。発光部５は、半導体基板２のおもて面上に形成されている。半導体基板２のおもて面には、半導体材料からなるバッファ層３と、複数の半導体層の積層構造からなる下部分布ブラッグ反射層（下部ＤＢＲ層）４とが全面に渡って順次積層されている。そして、発光部５は、半導体基板２の全面に渡って形成された下部ＤＢＲ層４の表面から円柱状に突出するように形成されている。発光部５の円柱構造の内部においては、下部スペーサ層５ａ、活性層５ｂ、上部スペーサ層５ｃ、電流狭窄層５ｄ、複数の半導体層の積層構造からなる上部分布ブラッグ反射層（上部ＤＢＲ層）５ｅ、コンタクト層５ｆが下部ＤＢＲ層４の上に順次積層されている。これらの層は何れも、半導体材料から構成されている。発光部５の頂部には、中心に開口を有するドーナッツ状の駆動電極５ｇが上部コンタクト層５ｆの上に形成されている。この駆動電極５ｇにおける中心の開口が、発光部５の光出射箇所となっている。
【０００４】
発光部５の円柱周面や、下部ＤＢＲ層４の表面における発光部非形成領域には、ポリイミド等の絶縁性材料からなる絶縁膜６が被覆されている。また、ドーナッツ状の駆動電極５ｇには、外部からの電気信号を導くためのリード７が接続されている。このリードは、発光部５の頂部から下部に向けて円柱周面上を立ち下がった後、複数の発光部の間を通り抜けて基板の外縁部まで延びるように形成されている。また、半導体基板２の裏面には、複数の発光部５をそれぞれアースに接続するためのアース電極８が形成されている。
【０００５】
ＶＣＳＥＬモジュールの外部に設けられた図示しないドライバＩＣから出力された電圧が、リード７を介して発光部５のドーナッツ状の駆動電極５ｇに印加されると、発光部５内において、活性化した活性層５ｂから光が発生する。この光は、下部ＤＢＲ層４と上部ＤＢＲ層５ｅとの間で多重反射しながら、ドーナッツ状の駆動電極５ｇの開口からレーザー光として出射される。そして、その開口に対向するように配設されたガラス板２０を透過してＶＣＳＥＬモジュールの外部に放たれる。
【０００６】
なお、半導体基板２の図示しない外縁部とガラス板２０との間には封止材が固定されており、これによって下部ＤＲＢ層４とガラス板２０との間に形成される空間が密閉空間７０になっている。この密閉空間７０には、モジュール内での結露を抑えるなどの目的から窒素ガス等が封入されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１８８４７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような構成のＶＣＳＥＬモジュールにおいては、発光部内で光の多重反射に伴って発生した熱が、熱伝導率の高い材料である金属からなる駆動電極５ｇ及びリード７とに伝わる。複数の発光部５を避けるようにして這い回されているリード７の下に存在する絶縁膜６は、ポリイミド等の耐熱性樹脂から構成されている。この耐熱性樹脂は、リード７と下部ＤＲＢ層４との絶縁状態を確保し、昇温したリード７の熱に耐えることができ、且つ半導体からなる下部ＤＲＢ層４に対して良好に固着することが可能である。一般に、このような耐熱性樹脂は熱導電性が悪いため、絶縁膜６はリード７の熱を吸収し難い。このため、リード７は発光部５からの熱伝導によって徐々に高温になっていく。すると、発光部５が徐々に冷やされ難くなっていき、やがて発光性能に支障をきたすまで昇温してしまうことがあった。このような問題は、ＶＣＳＥＬモジュールのような発光部を複数有する発光モジュールに限らず、発光部を１つだけ有する発光モジュールにおいても同様に起こり得る。
【０００９】
本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、発光部の昇温による発光性能の低下を従来よりも抑えることができる発光モジュールを提供することである。また、かかる発光モジュールを製造することができる発光モジュール製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、電気信号に基づいて光を発する光電変換素子を備える基板の表面上に形成された発光する発光部と、該発光部に駆動電圧を供給するために該発光部の光出射箇所の周辺に設けられた導電性材料からなる駆動電極と、該駆動電極に駆動電圧を導くための導電性材料からなる配線パターンと、該光出射箇所から出射された光を透過させるように該基板に対して空間を介して対向配設されたガラス板とを有する発光モジュールにおいて、上記配線パターンを、上記ガラス板の両面のうち、上記電気信号に基づいて光を発する光電変換素子と対向する側の面、における上記光出射箇所との非対向領域に形成し、該配線パターンと該駆動電極とを導電性材料からなる接合材で接合したことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の発光モジュールにおいて、上記駆動電極、上記配線パターン、上記接合材として、それぞれ金属材料を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項２の発光モジュールにおいて、上記駆動電極の金属材料、上記配線パターンの金属材料として、それぞれ、銅、銀、金、アルミニウム、ニッケル、ベリリウム又はこれら金属の組合せを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、電気信号に基づいて光を発する光電変換素子を備える基板の表面上に形成された発光する発光部と、該発光部に駆動電圧を供給するために該発光部の光出射箇所の周辺に設けられた導電性材料からなる駆動電極と、該駆動電極に駆動電圧を導くための導電性材料からなる配線パターンと、該光出射箇所から出射された光を透過させるように該基板に対して空間を介して対向配設されたガラス板とを有する発光モジュールを製造する発光モジュール製造方法において、上記配線パターンを、上記ガラス板の両面のうち、上記電気信号に基づいて光を発する光電変換素子と対向する側の面、における上記光出射箇所との非対向領域に形成するパターン形成工程と、該配線パターンと該駆動電極とを導電性材料からなる接合材で接合する接合工程とを実施して、請求項１乃至３の何れかの発光モジュールを製造することを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項４の発光モジュール製造方法において、上記接合工程にて、レーザー光を上記ガラス板に向けて上記発光部の反対側から照射し、該ガラス板を透過した後のレーザー光によって上記配線パターン上の上記接合材を溶融させて、該配線パターンと上記駆動電極とを接合することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
これらの発明においては、発光部が形成された基板の表面上ではなく、基板に対して空間を介して対向している光透過性部材における基板と対向する側の面に、配線パターンを形成している。そして、この配線パターンと、発光部の光出射箇所の周囲に設けられた駆動電極とを導電性材料からなる接合材で接合している。発光部で発生した熱は、駆動電極と接合材とを介して配線パターンに伝わった後、配線パターンを保持しているガラス板に吸収される。このガラス板を構成するガラス材料は、従来の発光モジュールにおいて半導体基板の表面において配線パターンを保持していた絶縁膜の耐熱性樹脂材料よりも熱伝導性に優れているため、絶縁膜よりも良好に配線パターンの熱を吸収する。そして、その熱を板の厚み方向に伝えた後、反対側の面から外気に放出する。これにより、配線パターンを良好に冷却することで、発光部の昇温を従来よりも抑える。よって、発光部の昇温による発光性能の低下を従来よりも抑えることができる。
【００１２】
特に、請求項２の発明においては、金属材料からなる駆動電極、配設パターン、これら両者間に存在する接合材が、何れも熱伝導率の高い金属材料からなることで、発光部で発生した熱を速やかに吸収することができる。
【００１３】
また特に、請求項３の発明においては、発光モジュールの発光部内で発生した熱を、銅、銀、金、アルミニウム、ニッケル、ベリリウム又はこれら金属の組合せからなる駆動電極や配線パターンに速やかに伝えることができる。
【００１４】
また特に、請求項４の発明においては、パターン形成工程と接合工程とを実施することで、請求項１乃至３の発光モジュールを製造することができる。
【００１５】
また特に、請求項５の発明においては、ガラス板を透過させたレーザー光によって接合材を溶融させることで、発光モジュール全体を炉内で加熱することなく配線パターンと駆動電極とを接合することが可能となる。よって、炉内で加熱することによる発光モジュールの劣化を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を適用した発光モジュールであるＶＣＳＥＬモジュールの一実施形態について説明する。
図１は、実施形態に係るＶＣＳＥＬモジュールに用いられる発光基板１０を示す平面図である。また、図２は、発光基板１０を示す断面図である。これらの図において、発光基板１０は、ＧａＡｓ等からなる半導体基板２のおもて面上に４０個の発光部５を有している。
【００１７】
図３は、発光基板１０の要部を示す拡大断面図である。同図では、発光基板１０が有する複数の発光部のうち、１つの発光部５とその周囲構成とを拡大して示している。
【００１８】
発光基板１０の発光部５は、半導体基板２のおもて面上に形成されている。半導体基板２のおもて面には、ＧａＡｓ等の半導体材料からなるバッファ層３と、ＡｌＧａＡｓ等からなる複数の半導体層の積層構造を具備する下部ＤＢＲ層４とが全面に渡って順次積層されている。そして、発光部５は、半導体基板２の全面に渡って形成された下部ＤＢＲ層４の表面から円柱状に突出するように形成されている。発光部５の円柱構造の内部においては、ＡｌＧａＩｎＰ等の半導体材料からなる下部スペーサ層５ａ、ＧａＩｎＡｓＰ−ＧａＩｎＰ等の半導体材料からなる活性層５ｂ、ＡｌＧａＩｎＰ等の半導体材料からなる上部スペーサ層５ｃ、ＡｌＡｓ等の半導体材料からなる電流狭窄層５ｄ、ＡｌＧａＡｓ等からなる複数の半導体層の積層構造を具備する上部ＤＢＲ層５ｅ、ＧａＡｓ等の半導体材料からなるコンタクト層５ｆが下部ＤＢＲ層４の上に順次積層されている。そして、発光部５の頂部には、中心に開口を有するドーナッツ状の駆動電極５ｇが上部コンタクト層５ｆの上に形成されている。外部の電源から供給される駆動電圧を駆動電極５ｇに導くために、従来構成において駆動電極５ｇから外部に向けて延びるようにして設けられていたワイヤーボンディングによるワイヤーは、実施形態に係る発光基板１０には設けられていない。発光部５の上部にリング状の駆動電極５ｇが孤立して存在した状態になっている。
【００１９】
発光部５の円柱周面や、下部ＤＢＲ層４の表面における発光部非形成領域には、ポリイミド等の絶縁性材料からなる絶縁膜６が被覆されている。また、半導体基板２の裏面には、複数の発光部５をそれぞれアースに接続するためのアース電極８が形成されている。
【００２０】
図４は、本実施形態に係るＶＣＳＥＬモジュールに用いられるガラス板２０を示す平面図である。また、図５は、ガラス板２０と発光基板１０との要部を示す拡大断面図である。ガラス板２０は、ガラス板部２３と、配線パターン２５とを有している。そして、ガラス板部２３は、ＢＫ７、Ｄ２６３、ＣＧ−１、合成石英、あるいはソーダライムガラス等からなるガラス基層２１と、これの両面にそれぞれ被覆された反射防止膜２２とを有している。反射防止膜２２は、ガラス基層２１の表面に形成されたＳｉＯからなる厚さ１００［ｎｍ］のＳｉＯ膜と、これの表面に被覆されたＳｉＯ２からなる厚さ１００［ｎｍ］のＳｉＯ２膜とを有する２層構造のものであり、何れの膜も蒸着によって形成されている。
【００２１】
配線パターン２５は、ガラス板２０のガラス板部２３における一方の面に形成されている。そして、発光基板１０の４０個の発光部５との対向位置にそれぞれ設けられたリング電極部２６と、それぞれのリング電極部２６からガラス板２０の外縁部に向けて延びるリード部（配線部）２７と、それぞれのリード部２７の端部に設けられた矩形状のパッド部２８とを有している。なお、図４は、ガラス板２０を配線パターン非形成面側から示しているが、ガラス板部２３が透明であるため、裏面側の配線パターン２５が透けて見えている。
【００２２】
ガラス板２０の配線パターン２５における４０個のリング電極部２６の直下には、それぞれ発光基板１０の４０個の発光部５がそれぞれ位置する。リング電極部２６の表面には、はんだ、モリブデン、亜鉛、コバルト、タングステン、スズ、カドニウム等の金属材料からなる接合材２９がリング状に設けられており、これによってリング電極部２６と駆動電極５ｇとが接合されている。
【００２３】
図示しないドライバＩＣからリード７などを介して駆動電極５ｇに駆動電圧が印加されると、発光部５内において、活性化した活性層５ｂから光が発生する。この光は、下部ＤＢＲ層４と上部ＤＢＲ層５ｅとの間で多重反射しながら、ドーナッツ状の駆動電極５ｇの開口から波長７８０［ｎｍ］のレーザー光として出射される。発光部５の光出射箇所である駆動電極５ｇ開口から出射されたレーザー光は、配線パターン２５に遮られることなく、配線パターン２５におけるリング電極部２６の中央開口を通った後、ガラス板２０のガラス板部２３を透過する。このように、配線パターン２５は、ガラス板２０の両面のうち、発光基板１０の発光部（５）と対向する側の面、における駆動電極５ｇ開口（光出射箇所）との非対向領域に形成されている。
【００２４】
発光部５で発生した熱は、駆動電極５ｇと、接合材２９とを介して配線パターンたるリード２７に伝わった後、リード２７を保持しているガラス板２０に吸収される。このガラス板を構成するガラス材料は、従来の発光モジュールにおいて半導体基板の表面において配線パターンを保持していた絶縁膜の耐熱性樹脂材料よりも熱伝導性に優れているため、絶縁膜よりも良好にリード２７の熱を吸収する。そして、その熱を板の厚み方向に伝えた後、反対側の面から外気に放出する。これにより、リード２７を良好に冷却することで、発光部５の昇温を従来よりも抑える。よって、発光部５の昇温による発光性能の低下を従来よりも抑えることができる。
【００２５】
駆動電極５ｇやリード２７の金属材料としては、それぞれ熱伝導率が１４［Ｗ／ｍ・Ｋ］以上であるものを用いることが望ましい。かかる金属材料としては、銅（４２０Ｗ／ｍ・Ｋ）、銀（３９０Ｗ／ｍ・Ｋ）、金（３２０Ｗ／ｍ・Ｋ）、アルミニウム（２３６Ｗ／ｍ・Ｋ）、ニッケル（８８Ｗ／ｍ・Ｋ）、ベリリウム（２０１Ｗ／ｍ・Ｋ）などが挙げられる。但し、これらの金属材料に限られるものではない。また、本発明における駆動電極や配線パターンを構成する導電性材料としては、金属材料の他、樹脂等の絶縁性材料にカーボン粉末等の導電性材料を含有せしめた非金属材料を用いることも可能である。
【００２６】
図６は、ＶＣＳＥＬモジュールを、配線基板９０に実装した電子回路基板を示す断面図である。配線基板９０の図示しない領域には、ＶＣＳＥＬモジュールの図示しない４０個の発光部５をそれぞれ個別に駆動するための図示しないドライバＩＣが実装されている。また、配線基板９０には、ＶＣＳＥＬモジュールの発光基板１０を受け入れるための開口９０ａが形成されている。ＶＣＳＥＬモジュールは、発光基板１０を配線基板９０の開口９０ａ内に挿入しつつ、自らの外縁部を配線基板９０における開口９０ａの周囲箇所に引っ掛けるような姿勢で、配線基板９０に実装されている。
【００２７】
配線基板９０において、開口９０ａの周囲箇所には、４０個のモジュール接合用電極パッドを有する配線パターン９１が形成されている。ＶＣＳＥＬモジュールは、上述したように、ガラス板２０の配線パターン（２５）の一部であり、且つガラス板２０の外縁部に形成された４０個のパッド部（図４の２８）を有している。それら４０個のパッド部が、それぞれ接合材９２を介して、配線基板９０の開口９０ａの周囲にある４０個のモジュール接合用電極パッドに接合されている。配線基板９０において、４０個のモジュール接合用電極パッドは、それぞれ上述したドライバＩＣの出力端子にそれぞれ個別に接続されている。これにより、ドライバＩＣの４０個の出力端子からそれぞれ個別に出力される駆動電圧が、配線基板９０のモジュール接合用電極バッドと、ＶＣＳＥＬモジュールの配線パターン（２５）とを介して、発光基板１０の４０個の発光部５にそれぞれ個別に印加される。なお、発光基板１０の裏面に設けられたアース電極８は、導電性接着剤９４を介して、配線基板９０のグランド電極９３に接続されている。
【００２８】
本実施形態に係るＶＣＳＥＬモジュールを製造する発光モジュール製造方法においては、発光基板１０を製造する発光基板製造工程と、ガラス板２０を製造するガラス板製造工程と、発光基板１０をガラス板２０に接合する接合工程とを実施する。発光基板１０を製造する発光基板製造工程については、周知の従来工程と変わりないので、説明を省略する。
【００２９】
ガラス板製造工程においては、ガラス基層２１の両面に反射防止膜２２をそれぞれ形成する反射防止膜形成工程と、一方の反射防止膜２２の表面上に配線パターン２５を形成するパターン形成工程と、接合材からなる接合層を形成する接合層形成工程と、洗浄工程とを実施する。
【００３０】
反射防止膜形成工程では、まず、ガラス基層２１の無垢の表面にＳｉＯからなるＳｉＯ膜を蒸着によって１００［ｎｍ］の厚みで形成した後、そのＳｉＯ層の上にＳｉＯ２膜からなるＳｉＯ２膜を蒸着によって１００［ｎｍ］の厚みで形成する。これにより、ガラス基層２１の両面にそれぞれ厚さ２００［ｎｍ］の反射防止膜２２が形成される。
【００３１】
パターン形成工程では、配線パターン２５として、反射防止膜２２の表面から所定の厚みをもって突出するものを形成する。この配線パターン２５は、反射防止膜２２の無垢の表面に固着したアルミニウムからなるアルミニウム層と、これの表面に積層されたニッケルメッキ層と、これの表面に積層された金メッキ層との３層構造からなる。かかる３層構造の配線パターン２５を形成するための具体的な工程は次の通りである。即ち、まず、一方の反射防止膜２２の全面に、アルミニウム層をスパッタ法によって形成した後、フォトリソグラフィー法を採用したエッチング処理により、そのアルミニウム層を図４に示した配線パターン２５の形状にパターン加工する。次いで、パターン化されたアルミニウム層の表面や側面に、ニッケルメッキ層と金メッキ層とを順次積層する。スパッタ法によるアルミニウム層の形成条件は次の通りである。
（１）スパッタリング装置：
・メーカ名 ：神港精機株式会社
・型 式 ：ＳＲＶ４３１１
・性 能 ：３源マグネトロンスパッタ源(５００Ｗ以上)、
基板冷却加熱回転機構(３００°Ｃ常用以上)
（２）諸条件
・真空度：３．７×１０−５Ｐａ
・ターゲット：純アルミ
・スパッタ条件（表１参照）
・成膜厚み：経験からのアルミ成膜条件が０．６６μm/ｈであり、９０分の成膜処理で０．９９μm≒１μmのアルミ層を形成する。
【００３２】
【表１】
【００３３】
アルミ層は、はんだと接合し難い性質であるため、接合不良を引き起こすおそれがある。そこで、アルミ層の上に所定の厚さのニッケルメッキ層（例えば、厚さ：３μｍ）を形成し、更にその上に金メッキ層（例えば、厚さ：４５０ｎｍ）を形成する。この金メッキ層は、溶融はんだと良好に接合することができる。金メッキ層と、アルミ層との間に、両者に良好に固着することができるニッケルメッキ層を介在させることで、剥がれ難い金メッキ層をアルミ層上に形成することができる。
【００３４】
ニッケルメッキ層については、次の（１）〜（８）の工程で形成することができる。これらの工程において亜鉛置換を２回行うのは、亜鉛の被膜を均一にして密着性を高めるためである。
（１）脱脂：メッキ対象の表面に付着した加工油や汚れなどを除去する。
（２）エッチング：表面を薄く溶かし自然酸化被膜などを除去する。
（３）デスマット：エッチングで表面に生じた不純物を除去する。
（４）第一亜鉛置換：アルミの表面に薄い亜鉛被膜を生成する。
（５）置換層剥離：亜鉛被膜を除去する。
（６）第二亜鉛置換：再度、アルミの表面に薄い亜鉛被膜を生成する。
（７）無電解Ｎｉメッキ：次亜リン酸による還元反応でニッケルをメッキする。
（８）乾燥：水分を除去する。
【００３５】
パターン形成工程を実施した後には、接合層形成工程を実施する。この接合層形成工程では、少なくとも、印刷工程と溶融工程と固化工程とを実施する。そして、印刷工程では、周知の印刷マスクを用いた印刷法により、配線パターン２５の４０個のリング電極部２６の表面上や、４０個のパッド部２６の表面上にそれぞれクリームはんだを印刷する。また、溶融工程では、クリームはんだ印刷済みのガラス板２０をリフロー炉内で加熱して、クリームはんだ中のはんだを溶融させる。このとき、リング電極部２６やパッド部２６の表面上で溶融した溶融はんだは、それらの表面上に伝わりながら濡れ広がり、やがて電極側面やパッド側面まで至る。このようにして溶融はんだを濡れ広がらせた後、ガラス板２０をリフロー炉から取り出して冷却することで、溶融はんだを固化させる固化工程を実施すると、リング電極部２６やパッド部２６の表面上において、リングやパッドの外縁よりも外側に突出する接合層を得ることができる。
【００３６】
このような接合層形成工程を実施したら、次に、洗浄工程を実施する。この洗浄工程では、フラックスを溶解することが可能なイソプロピルアルコール、エタノールなどの有機溶媒にて、配線基板の配線パターン形成面を洗浄する。この洗浄により、接合層の表面に残留したフラックスを除去することで、残留フラックスによる発光基板１０や配線基板９０の電極劣化の発生を回避することができる。
【００３７】
以上のような工程により、ガラス板２０を製造する。そして、得られたガラス板２０に発光基板１０を接合する接合工程を実施して、ＶＣＳＥＬモジュールを得る。この接合工程では、配線パターン形成面を重力方向下方に向けた発光基板１０における配線パターン２５のリング電極部２６上に形成された接合層と、発光基板１０の発光部５の駆動電極５ｇとを接触させるように、ガラス板２０を発光基板１０の上に載置する。そして、ガラス板２０の上側からレーザー光を照射し、ガラス板２０のガラス板部２３を透過した後のレーザー光をリング電極部２６の裏面に当てる。このとき、レーザー光は、リング電極部２６の裏面だけでなく、リング電極部２６の上に形成された接合層における、リング電極２６の外縁よりも外側に突出している箇所に直接当たる。これにより、接合層を良好に溶融させることができる。
【００３８】
以上のようにしてガラス板２０と発光基板１０とを接合したら、次に、窒素ガスの存在する容器内において、図６に示したように、発光基板１０の外縁と、ガラス板２０との間に樹脂５０を固着させて、密閉空間７０内に窒素ガスを封止して、ＶＣＳＥＬモジュールを得る。
【００３９】
このようにして製造したＶＣＳＥＬモジュールを、配線基板９０に実装するときには、ＶＣＳＥＬモジュールの発光基板１０を配線基板９０の開口９０ａ内に挿入しつつ、発光基板１０の外縁部を配線基板９０の開口９０ａの周囲に引っ掛けるようにして、ＶＣＳＥＬモジュールを配線基板９０上に載置する。そして、ガラス板２０のパッド部２８上の接合層と、配線基板９０の配線パターン９１のモジュール接合用電極パッドとを接触させた状態で、ガラス板２０の配線パターン非形成面に向けてレーザー光を照射する。そして、ガラス板２０のガラス板部２３を透過した後のレーザー光をパッド部２８の裏面に当てる。このとき、レーザー光は、パッド部２８の裏面だけでなく、パッド部２６上に形成された接合層における、パッド外縁よりも外側に突出している箇所に直接当たる。これにより、接合層を良好に溶融させることができる。
【００４０】
ＶＣＳＥＬモジュールと配線基板とをレーザー照射によって接合したら、発光基板１０のアース電極８と、配線基板９０のグランド電極９３とを導電性接着剤９４によって接続する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】実施形態に係るＶＣＳＥＬモジュールに用いられる発光基板を示す平面図。
【図２】同発光基板を示す断面図。
【図３】同発光基板の要部を示す拡大構成図。
【図４】同ＶＣＳＥＬモジュールに用いられるガラス板を示す平面図。
【図５】同ガラス板と同発光基板との要部を示す拡大断面図。
【図６】同ＶＣＳＥＬモジュールを配線基板に実装した電子回路基板を示す断面図。
【図７】従来のＶＣＳＥＬモジュールの要部を示す拡大断面図。
【符号の説明】
【００４２】
２：半導体基板
３：バッファ層
４：下部ＤＢＲ層
５：発光部
５ａ：下部スペーサ層
５ｂ：活性層
５ｃ：上部スペーサ層
５ｄ：電流狭窄層
５ｅ：上部ＤＢＲ層
５ｇ：駆動電極（リング中央開口が光出射箇所）
２０：ガラス板
２５：配線パターン
２６：リング電極部
２７：リード部
２８：パッド部
２９：接合材
７０：密閉空間（空間）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号に基づいて光を発する光電変換素子を備える基板の表面上に形成された発光する発光部と、該発光部に駆動電圧を供給するために該発光部の光出射箇所の周辺に設けられた導電性材料からなる駆動電極と、該駆動電極に駆動電圧を導くための導電性材料からなる配線パターンと、該光出射箇所から出射された光を透過させるように該基板に対して空間を介して対向配設されたガラス板とを有する発光モジュールにおいて、
上記配線パターンを、上記ガラス板の両面のうち、上記電気信号に基づいて光を発する光電変換素子と対向する側の面、における上記光出射箇所との非対向領域に形成し、該配線パターンと該駆動電極とを導電性材料からなる接合材で接合したことを特徴とする発光モジュール。
【請求項２】
請求項１の発光モジュールにおいて、
上記駆動電極、上記配線パターン、上記接合材として、それぞれ金属材料を用いたことを特徴とする発光モジュール。
【請求項３】
請求項２の発光モジュールにおいて、
上記駆動電極の金属材料、上記配線パターンの金属材料として、それぞれ、銅、銀、金、アルミニウム、ニッケル、ベリリウム又はこれら金属の組合せを用いたことを特徴とする発光モジュール。
【請求項４】
電気信号に基づいて光を発する光電変換素子を備える基板の表面上に形成された発光する発光部と、該発光部に駆動電圧を供給するために該発光部の光出射箇所の周辺に設けられた導電性材料からなる駆動電極と、該駆動電極に駆動電圧を導くための導電性材料からなる配線パターンと、該光出射箇所から出射された光を透過させるように該基板に対して空間を介して対向配設されたガラス板とを有する発光モジュールを製造する発光モジュール製造方法において、
上記配線パターンを、上記ガラス板の両面のうち、上記電気信号に基づいて光を発する光電変換素子と対向する側の面、における上記光出射箇所との非対向領域に形成するパターン形成工程と、該配線パターンと該駆動電極とを導電性材料からなる接合材で接合する接合工程とを実施して、請求項１乃至３の何れかの発光モジュールを製造することを特徴とする発光モジュール製造方法。
【請求項５】
請求項４の発光モジュール製造方法において、
上記接合工程にて、レーザー光を上記ガラス板に向けて上記発光部の反対側から照射し、該ガラス板を透過した後のレーザー光によって上記配線パターン上の上記接合材を溶融させて、該配線パターンと上記駆動電極とを接合することを特徴とする発光モジュール製造方法。
【請求項１】
電気信号に基づいて光を発する光電変換素子を備える基板の表面上に形成された発光する発光部と、該発光部に駆動電圧を供給するために該発光部の光出射箇所の周辺に設けられた導電性材料からなる駆動電極と、該駆動電極に駆動電圧を導くための導電性材料からなる配線パターンと、該光出射箇所から出射された光を透過させるように該基板に対して空間を介して対向配設されたガラス板とを有する発光モジュールにおいて、
上記配線パターンを、上記ガラス板の両面のうち、上記電気信号に基づいて光を発する光電変換素子と対向する側の面、における上記光出射箇所との非対向領域に形成し、該配線パターンと該駆動電極とを導電性材料からなる接合材で接合したことを特徴とする発光モジュール。
【請求項２】
請求項１の発光モジュールにおいて、
上記駆動電極、上記配線パターン、上記接合材として、それぞれ金属材料を用いたことを特徴とする発光モジュール。
【請求項３】
請求項２の発光モジュールにおいて、
上記駆動電極の金属材料、上記配線パターンの金属材料として、それぞれ、銅、銀、金、アルミニウム、ニッケル、ベリリウム又はこれら金属の組合せを用いたことを特徴とする発光モジュール。
【請求項４】
電気信号に基づいて光を発する光電変換素子を備える基板の表面上に形成された発光する発光部と、該発光部に駆動電圧を供給するために該発光部の光出射箇所の周辺に設けられた導電性材料からなる駆動電極と、該駆動電極に駆動電圧を導くための導電性材料からなる配線パターンと、該光出射箇所から出射された光を透過させるように該基板に対して空間を介して対向配設されたガラス板とを有する発光モジュールを製造する発光モジュール製造方法において、
上記配線パターンを、上記ガラス板の両面のうち、上記電気信号に基づいて光を発する光電変換素子と対向する側の面、における上記光出射箇所との非対向領域に形成するパターン形成工程と、該配線パターンと該駆動電極とを導電性材料からなる接合材で接合する接合工程とを実施して、請求項１乃至３の何れかの発光モジュールを製造することを特徴とする発光モジュール製造方法。
【請求項５】
請求項４の発光モジュール製造方法において、
上記接合工程にて、レーザー光を上記ガラス板に向けて上記発光部の反対側から照射し、該ガラス板を透過した後のレーザー光によって上記配線パターン上の上記接合材を溶融させて、該配線パターンと上記駆動電極とを接合することを特徴とする発光モジュール製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１９４１５１（Ｐ２００９−１９４１５１Ａ）
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３３２０７（Ｐ２００８−３３２０７）
【出願日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【出願人】（５９３１２８１７２）リコーマイクロエレクトロニクス株式会社 (52)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【出願人】（５９３１２８１７２）リコーマイクロエレクトロニクス株式会社 (52)
【Ｆターム（参考）】
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