JP2007194385A - 半導体発光装置及び半導体発光装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性の高い反射膜兼電極を備えた半導体発光装置を提供する。
【解決手段】
シリコン基板表面に絶縁膜を形成する。絶縁膜上に、ＴｉまたはＣｒを材料とした密着層を形成する。密着層の上に、ＮｉまたはＰｔまたはＰｄを材料としたバリアメタル層を形成する。バリアメタル層の上に銀合金層から成る１つもしくは複数の銀合金部を形成する。銀合金部と半導体発光素子とを電気的に接続する。
【選択図】
図２

Description

本発明は、半導体発光装置及び半導体発光装置の製造方法に関し、特に耐久性が向上した半導体発光装置及び半導体発光装置の製造方法に関する。

近年、ＬＥＤを用いた半導体発光装置が普及してきており、さらなる光取り出し効率と耐久性の向上が求められている。半導体発光装置の一例として、下記の特許文献１には、Ｓｉ（シリコン）ウエハに異方性エッチングで形成したホーンの中に発光素子への給電のための金属膜が施されたＬＥＤパッケージが開示されている。ホーンの中の金属膜は、給電のための電極用途だけでなく、発光素子から出てきた光を効率よく上部に取り出すための反射膜として用いられる。

特開２００５−２７７３８０号公報 その反射膜は、Ｓｉウエハの表面に形成された酸化シリコン膜ＳｉＯ２の上にＴｉ（チタン）やＣｒ（クロム）などのＳｉＯ２との密着層、その上にＮｉ（ニッケル）、Ｐｔ（白金）等でできた、Ａｕ（金）−Ｓｎ（スズ）共晶接合やハンダ接合等がＳｉウエハに拡散するのを防ぐためのバリア層、そして最上層がＡｇ（銀）やＡｕなどの高い反射率を有する金属膜から構成されており、ＬＥＤからの光束を効率よく外部に取り出すことが出来る。

従来、ＬＥＤパッケージのリフレクター表面を形成する膜は、金属の中でも特に反射率の高いものが用いられる。

図１に、各金属の光の波長に対する反射率を表したグラフを示す。図１に示すように、Ａｇは、可視域の反射率が最も高く、ＬＥＤパッケージの主な反射膜兼電極材料として用いられている。

しかし、純銀の薄膜は、空気中に長時間曝された場合や高温多湿下に曝された場合等に薄膜表面の酸化等が起こりやすい。また、銀結晶粒が成長したり、銀原子が凝集したりする等の現象が生じやすく、これらに起因して、導電性の劣化や反射率の低下が生じたり、基板との密着性が劣化したりするといった問題が発生する。

本発明の目的は、光取り出し効率が高く、かつ耐久性が向上した反射膜兼電極が形成された半導体発光装置及び半導体発光装置の製造方法を提供することである。

本発明の一観点によれば、シリコン基板と、前記シリコン基板に形成された銀合金層から成る１つもしくは複数の銀合金部と、前記銀合金部と電気的に接続する半導体発光素子とを含み、前記銀合金部が反射面となる半導体発光装置が提供される。

本発明の他の観点によれば、シリコン基板表面に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に、ＴｉまたはＣｒを材料とした密着層を形成する工程と、前記密着層の上に、ＮｉまたはＰｔまたはＰｄを材料としたバリアメタル層を形成する工程と、前記バリアメタル層の上に銀合金層から成る１つもしくは複数の銀合金部を形成する工程と、前記銀合金部と半導体発光素子とを電気的に接続する工程とを含む半導体発光装置の製造方法が提供される。

半導体発光装置の開発にあたって、バリアメタル層及びバリアメタルと基体との密着層の材料組み合わせと成膜手法を開発することにより、反射膜として優れた耐久性をもったＡｇ−Ｂｉ（ビスマス）系合金を半導体発光素子のダイボンド用電極としても使用できる技術を確立した。本技術を用いることにより、半導体発光装置のホーン内部に形成したＡｇ−Ｂｉ系合金膜を反射膜兼ダイボンド用電極として使用することが可能となり、半導体発光装置の光取り出し効率を改善することができる。しかもＡｇ−Ｂｉ系合金の耐久性能によって従来の純Ａｇよりも高温多湿環境下での高い信頼性を確保することができる。

図２を参照して、本願の実施例による半導体発光装置について説明する。

図２Ａに、半導体発光装置の一例として、平板状のサブマウントを用いて半導体発光素子を実装したＬＥＤパッケージを示す。図２Ａに示すように、２つのリードを有するリードフレーム２が取り付けられた樹脂ハウジング１内の一方のリード上にシリコンサブマウント３を銀ペーストでダイボンディングする。

図２Ｂに、シリコンサブマウント３の断面図を示す。シリコンサブマウント３を形成するための基体として、シリコン基板３ａを用いる。シリコン基板３ａの表面は光学研磨処理によって平坦化されている。まず、シリコン基板３ａの表面全体に、拡散炉を用いて熱酸化により絶縁膜としての酸化シリコン膜３ｂを形成する。これにより、リードにシリコンサブマウント３をダイボンドしても、シリコンサブマウント３とリードとの絶縁を保つ。次に、酸化シリコン膜３ｂで覆われたシリコン基板３ａの上面に、次に述べる金属膜を積層する。

まず、ＴｉまたはＣｒを材料とする、酸化シリコン膜３ｂへの密着層３ｃを成膜する。続いて、Ｎｉ、ＰｔまたはＰｄ（パラジウム）を材料とする、拡散防止のためのバリアメタル層３ｄを成膜する。最後に、反射膜兼電極としての銀合金層３ｅを成膜する。これらの成膜は、スパッタリング法や蒸着法によって行う。

上記のような構成のシリコンサブマウント３を一方のリードの上にダイボンドした後、シリコンサブマウント３の上に半導体発光素子４をこれもダイボンディングする。

図３に、半導体発光素子４の構成例を示す。半導体発光素子４は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）又は青（Ｂ）の発光色を有する単色ＬＥＤである。例えば、赤色の場合、半導体層にアルミガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）を用いる。緑色の場合はガリウムリン（ＧａＰ）、青色の場合はガリウムナイトライド（ＧａＮ）等が用いられる。赤色の場合、例えば、図３に示すように、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板４ｂに上に、半導体層４ｃが形成される。半導体層４ｃは、ｐ型半導体層４ｄ、発光層４ｅ、ｎ型半導体層４ｆが積層している。さらに、最下部と最上部に金属電極４ａ、４ｇが設けられる。緑色の場合は、例えば基板にＧａＰ等を用い、赤色の場合と同じように、ＧａＰ基板の上に半導体層を積層し、最下部と最上部に金属電極を設ける。青色の場合は、例えば特願２００５−１６７３１９号公報中の図１および段落「００１７」〜「００２３」に記載の構成からなっている。

上記のような構成の半導体発光素子４の下部電極をシリコンサブマウント３とダイボンディングすると、シリコンサブマウント３上の銀合金層３ｅと半導体発光素子４の下部は電気的機械的に接続される。続いて、半導体発光素子４の下面に接続されているシリコンサブマウント３上の銀合金層３ｅと、シリコンサブマウント３をダイボンディングしていない側のリードとをワイヤボンディングする。そして、半導体発光素子４の上面の電極と、シリコンサブマウント３をダイボンディングしている側のリードとをワイヤボンディングする。最後に、樹脂ハウジング内に透明又は蛍光体入りの樹脂を充填して、ＬＥＤパッケージが完成する。

図４に、ＬＥＤパッケージの他の構成例を示す。図４Ａに、ホーンタイプのシリコンサブマウント１０を用いて半導体発光素子４を実装したＬＥＤパッケージを示す。図４Ａに示すように、構成は平板状のシリコンサブマウント３を用いた場合とほとんど同じである。ホーン付のシリコンサブマウント１０を一方のリードにダイボンディングする。シリコンサブマウント１０のホーンを含む上面には、図４Ｂで示すような金属膜が積層している。このシリコンサブマウント１０のホーン底部に半導体発光素子４をダイボンドし、半導体発光素子４の下面とシリコンサブマウント１０上の金属膜とを電気的機械的に接続する。次に、半導体発光素子４下面に電気的に接続されたシリコンサブマウント１０表面上の金属膜と、シリコンサブマウント１０がダイボンディングされてない方のリードとをワイヤボンディングする。続いて、半導体発光素子４の上面と、シリコンサブマウント１０がダイボンドされている方のリードとをワイヤボンディングする。最後に、樹脂ハウジング内に透明又は蛍光体入りの樹脂を充填して、ＬＥＤパッケージが完成する。

図４Ｂに、シリコンサブマウント１０の断面図を示す。シリコンサブマウント１０を形成するための基体として、（１００）シリコン基板１０ａを用いる。シリコン基板１０ａの表面は光学研磨処理によって平坦化されている。まず、シリコン基板１０ａにホーン１１ｂを形成する。ホーン形成については後に図５を参照して詳述する。ホーン１１ｂが形成されたシリコン基板１０ａの表面全体に、拡散炉を用いて熱酸化により絶縁膜としての酸化シリコン膜１０ｂを形成する。これにより、リードにダイボンドしてもシリコンサブマウント３とリードとの絶縁を保つ。次に、酸化シリコン膜１０ｂで覆われたシリコン基板１０ａの上面に、平板状のシリコンサブマウント３を形成したのと同様に金属膜を積層する。

まず、ＴｉまたはＣｒを材料とした、酸化シリコン膜１０ｂへの密着層１０ｃを成膜する。続いて、Ｎｉ、ＰｔまたはＰｄを材料とした、拡散防止のためのバリアメタル層１０ｄを成膜する。最後に、反射膜兼電極としての銀合金層１０ｅを成膜する。これらの成膜は、スパッタリング法や蒸着法によって行う。

図５に、シリコン基板１０ａにホーンを形成する工程を示す。

まず、図５（Ａ）に示すように、（１００）面のシリコン基板１０ａの表面に例えば拡散炉を用いた熱酸化により酸化シリコン膜２１を形成する。

次に、図５（Ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー技術によって酸化シリコン膜２１上に［１１０］方向の辺を有する矩形の開口を有するレジストパターン２２を形成し、その後バッファードフッ酸（以下ＢＨＦ）によって酸化シリコン膜２１をエッチング除去し、開口Ｈが設けられた酸化シリコン膜のパターン２１ａを形成する。

その後、図５（Ｃ−１）に示すように、レジストパターン２２を除去し、酸化シリコン膜パターン２１ａをマスクにして、シリコン基板１０ａに対して例えば２５％水酸化テトラメチルアンモニウム（以下ＴＭＡＨ）溶液により異方性エッチングを施す。本実施例ではシリコン基板１０ａの表面は（１００）面であり、異方性エッチングを施すことにより、シリコン基板１０ａ中にホーン１１ａが形成される。その形状は、垂直断面が台形で、水平断面が四角形である。言い換えると、ホーン１１ａは、（１００）面である底面と、４つの（１１１）面である傾斜側面によって形成されている。（１１１）面である傾斜側面は、（１００）面である底面に対して５４．７°の傾斜角を取ることになる。

この時点で、ホーン１１ａには、図５（Ｃ−２）の平面図に示すように、４つの傾斜側面の面と面の境界において稜線が存在する。

次に、図５（Ｄ）に示すように、一旦酸化シリコン膜２１及び酸化シリコン膜パターン２１ａを除去し、再び熱酸化によりシリコン基板１０ａの表面全体に酸化シリコン膜２３を形成する。

その後、図５（Ｅ）に示すように、（１００）面にレジストパターン２４を形成する。レジストパターン２４の形成は、まず、ホーンのように段差が数百μｍある立体形状においても、通常のフォトリソグラフィプロセスとほぼ同様の均一な厚みのレジストを塗布できるレジストスプレーコーティングによって、一旦酸化シリコン膜２３の上全体にレジストを塗布する。そして、マスクアライナにてパターン露光し、現像処理によってホーン傾斜側面のレジストを除去することによってレジストパターン２４が形成される。

次に、ＢＨＦ溶液を用いて上にレジストパターン２４が形成されてない部分の酸化シリコン膜２３ｂを除去する。そして、レジストパターン２４をリムーバー液により除去すると、図５（Ｆ）に示すように、シリコン基板１０ａの（１００）面に、酸化シリコン膜２３ａのハードマスクが残る。なお、この後行う等方性エッチングのオーバエッチを考慮して底面近傍の傾斜側面に酸化シリコン膜を残し、傾斜側面近傍の上面の酸化シリコン膜は除去しておく。

次に、フッ硝酸溶液を用いてホーン１１ａの傾斜側面を等方性エッチングすると、図５（Ｇ−１）に示すようにホーン１１ａの角部が丸め込まれ、結果として図５（Ｇ−２）の平面図に示すように面と面との境界の稜線がないホーン１１ｂが形成される。

そして、酸化シリコン膜２３および２３ａを除去すれば、シリコンサブマウント１０の基体としてのシリコン基板１０ａが完成する。

なお、等方性エッチングの際、酸化シリコン膜をハードマスクとして用いたが、レジスト膜をマスクとして用いてもよい。

また、等方性エッチングプロセスにおいて液相エッチングを施す代わりに、ＳＦ_６ガスをエッチャントとして用いるプラズマエッチングあるいは反応性イオンエッチングなどの等方性ドライエッチングを行っても良い。液相エッチングの場合と同様に、等方性エッチングのマスクとしては、酸化シリコン膜の他にレジスト膜も使用できる。

完成したＬＥＤパッケージに給電して発せられる光の配光パターンを評価すると、ホーン１１ｂは角が丸められて稜線がないため、稜線に由来するダークラインは観測されず、配光特性が従来よりも均一に近付く。

次に、本願の特徴である銀合金層について詳述する。銀合金としてＡｇ−Ｂｉ系合金を用いる。

まず、Ａｇ−Ｂｉ（０．０７原子％、０．１４原子％）−Ｎｄ（ネオジウム）膜（膜厚０．１μｍ）の２種類のサンプルについて耐久試験を行った。なお、双方のサンプルともＮｄの含有量は０．２原子％、Ａｇは９９原子％以上である。測定はｎ＆ｋテクノロジ社（米国）製のｎ＆ｋアナライザを用い、特許技術であるｎ＆ｋ法（Ａ．Ｒ．Ｆｏｒｏｕｈｉ ａｎｄ Ｉ．Ｂｌｏｏｍｅｒ，Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｄｅｔｅｒｍｉｎｇ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｎｓｔａｎｔｓ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ；Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ Ｎｏ．４，９０５，１７０；１９９０参照）に基づいて行った。

図６ＡにＡｇ−Ｂｉ（０．０７原子％）−Ｎｄの時間経過後の垂直反射率を、図６ＢにＡｇ−Ｂｉ（０．１４原子％）−Ｎｄの時間経過後の垂直反射率を示す。図６Ａ、６Ｂに示すように、Ａｇに含有させるＢｉの含有率が大きいほど耐久性は良いことが判った。

Ｂｉの好ましい含有率を導くために、以下のような実験を行った。ガラス基板上に、次の５種類の膜をターゲット材料を変えてスパッタ成膜した。なお、いずれのサンプルも膜厚は０．１μｍとした。

サンプルＡ Ａｇ−Ｂｉ−Ｎｄ 合金膜 （Ｂｉ原子％＝０．０７）
サンプルＢ Ａｇ−Ｂｉ−Ｎｄ 合金膜 （Ｂｉ原子％＝０．１４）
サンプルＣ Ｔｉ／Ａｇ−Ｂｉ−Ｎｄ 合金膜 （Ｂｉ原子％＝０．１４、Ｔｉ膜厚：０．０５μｍ）
サンプルＤ Ｔｉ／Ａｇ−Ｂｉ−Ｎｄ 合金膜 （Ｂｉ原子％＝０．２２、Ｔｉ膜厚：０．０５μｍ）
サンプルＥ Ｔｉ／Ａｇ−Ｂｉ−Ｎｄ 合金膜 （Ｂｉ原子％＝０．２４、Ｔｉ膜厚：０．０５μｍ）
上記５種類をそれぞれ成膜したサンプルの初期垂直反射率をｎ＆ｋアナライザを用いて測定した。

図７に上記サンプルの初期垂直反射率を表したグラフを示す。図７に示すように、Ｂｉの含有量が増えるほど初期垂直反射率は悪くなる。反射膜として用いるために好ましくはＢｉの含有率を０．１４原子％以下とするのが良いことが判った。

上記の二つの実験により、Ｂｉの含有率は０．０７原子％より大きく、０．１４原子％以下の範囲とすると、ＬＥＤパッケージとして実用的な初期反射率を高い水準にし、かつ耐久性を確保することができることが判った。半導体発光装置における銀合金層としてはＢｉの含有量が０．０５〜０．１５原子％の範囲が好適と考えられる。

このＡｇ−Ｂｉ系合金には、添加元素としてＡｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ（銅）のうち１種以上が添加される。合計の添加量としては０．５〜５．０原子％が望ましく、さらに好ましくは１．０〜２．０原子％が望ましい。また、添加元素として、希土類元素を添加しても良い。例えばＮｄを添加した場合には添加量は０．１〜１．０原子％とすることが望ましい。さらに好ましくは０．１〜０．５原子％とすることが望ましい。これらの添加量よりも多くなると初期反射率および電気抵抗率が低下するからである。また、上記した好適な範囲のＢｉを含有するＡｇ−Ｂｉ系合金においてはＢｉ添加量の原子％よりも多い原子％のＡｕ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｎｄの中の少なくとも１種を添加したほうが好適な傾向を示した。なお、上記したＡｇ合金におけるＡｇの含有量は原子％で９４％以上である。

図８に成膜したＡｇ−Ｂｉ系合金の反射率の、成膜時の雰囲気の圧力に対する依存性を表したグラフを示す。図８はＡｇ−Ｂｉ−Ａｕ（膜厚０．１μｍ）をシリコン基板上に成膜した例で、縦軸に反射率、横軸に光の波長をとっている。成膜時の雰囲気が０．５Ｐａの場合は、可視域の反射率が１００％に近いのに対し、１Ｐａの場合は、可視域でも波長が短くなるに従って反射率が低下している。したがって成膜時の雰囲気の圧力は少なくとも１Ｐａより低いことが望ましい。

上記の条件で、銀合金層を成膜する。なお、その膜厚は０．１〜０．６μｍが好ましい。

次に、バリアメタル層の厚み範囲、成膜条件について述べる。例えば、バリアメタル層としてＮｉを用いた場合、Ｎｉの膜厚はダイボンディングで用いるハンダの拡散防止機能とＡｇ−Ｂｉ系合金の高反射率維持の両立が可能な厚さが望ましい。

ハンダの拡散を防ぐための必要最低限の膜厚を調べるために以下のような実験を行った。まず、酸化シリコン膜付のシリコンウエハの上に下記を順に成膜した。
・Ｔｉ（厚さ０．１μｍ）／Ｎｉ（厚さ０．５μｍ）／Ａｇ−Ｂｉ−Ｎｄ（厚さ０．１μｍ）
そして上記の膜の上にＡｇ−Ｓｎ−Ｃｕの鉛フリーハンダをポッティングした後、リフロー炉を用いて鉛フリーハンダを溶かし、この時、鉛フリーハンダがバリア層であるＮｉに対してどのくらいの深さまで拡散したかを二次イオン質量分析計（ＳＩＭＳ）によって観察した。

その結果、拡散距離は０．５μｍ程度であることが判った。従って、Ｎｉ層の厚さは０．５μｍ以上であることが好ましい。

また、同様の実験をＡｕ−Ｓｎ共晶ハンダに対して行ったところ、Ｎｉ層の厚さは０．１μｍ以上あれば十分であることが判った。

次に、高反射率維持のための膜厚の範囲を調べるために、以下のような実験を行った。酸化シリコン膜付のシリコンウエハの上に下記の金属膜をＮｉの３種類の膜厚についてそれぞれ成膜し、ｎ＆ｋアナライザを用いて垂直反射率を測定した。

サンプル：Ｔｉ（厚さ０．１μｍ）／Ｎｉ（厚さ０．１μｍ、０．５μｍ、２μｍ）／Ａｇ−Ｂｉ−Ｎｄ（厚さ０．１μｍ）
図９に上記金属膜の反射率を表したグラフを示す。図９に示すように、Ｎｉが０．１μｍと０．５μｍとでは反射率がほとんど変わらないが、２μｍの場合反射率が低下することが判った。

ＬＥＤチップとして赤色や緑色を発するＬＥＤを用いる場合はＮｉの膜厚が２μｍでも構わないが、短波長領域での使用を考慮すると、好ましくは２μｍよりも薄い方が良いことが判った。

上記の実験から好ましいＮｉ層の厚み範囲は０．１〜２μｍであることが判った。

続いて、Ｎｉ層の成膜時の雰囲気圧力の条件について記述する。当該条件を調べるために以下の実験を行った。

酸化シリコン膜付のシリコンウエハ上に下記の金属膜をスパッタ成膜した。その際、Ｎｉの成膜条件であるアルゴンの圧力を０．２Ｐａと１．０Ｐａの２種類の場合について成膜した。このサンプルの垂直反射率をｎ＆ｋアナライザを用いて測定した。

サンプル：Ｔｉ（膜厚０．１μｍ）／Ｎｉ（膜厚０．２μｍ）／Ａｇ−Ｂｉ−Ａｕ（膜厚０．１μｍ）
図１０に上記サンプルの垂直反射率を表したグラフを示す。比較のために、純銀の垂直反射率のデータも示す。図１０に示すように、アルゴン圧力が０．２Ｐａの場合、形成された膜は純銀とほぼ同様の反射率であった。また、アルゴン圧力が１Ｐａであっても、４００ｎｍ以下の反射率は低下するが、波長４５０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲であれば反射率が９０％以上であり、反射膜として使用可能であることが判る。よって好ましいＮｉ成膜時のアルゴン圧力の範囲は０．２〜１Ｐａである。

こうして成膜したバリアメタル層は銀合金層の高温多湿下における信頼性を向上させる。その効果を確かめるために、シリコン基板の上にＴｉ（０．０５μｍ）／Ａｇ−Ｂｉ−Ｎｄ（０．１μｍ）を積層した膜と、Ｔｉ（０．０５μｍ）／Ｎｉ（２μｍ）／Ａｇ−Ｂｉ−Ｎｄ（０．１μｍ）を積層した膜の２種類を成膜した。そして、６０℃９０ＲＨ％下で放置して、放置時間と反射率の関係を測定した。

図１１に、上記成膜条件で成膜したＡｇ合金の反射率を示す。測定開始直後、波長５００〜１０００ｎｍの範囲で反射率は各々９５％以上あったが、その後、Ｎｉ層の無い膜は３６０時間経過後約７０％に低下した。それに対し、Ｎｉ層のある膜は１０００時間経過後も反射率９０％以上を維持していた。

続いて密着層の厚み範囲、成膜条件について述べる。密着層として、例えばＴｉを用いる。バリアメタル（Ｎｉ）層及び銀合金層がシリコン基板１１から剥離するのを防止するためのＴｉの膜厚を調べるために、以下の実験を行った。

まず、酸化シリコン膜付のシリコンウエハ上に次の金属膜を、Ｔｉ成膜時の雰囲気圧力を０．５Ｐａと１Ｐａの２種類に設定しスパッタ成膜した。そして、それぞれのサンプルに対しスコッチテープを用いて剥離テストを行った。
・Ｔｉ（０．０５μｍ）／Ｎｉ（０．５μｍ）／Ａｇ−Ｂｉ−Ｎｄ（０．１μｍ）
Ｔｉ層成膜時の雰囲気圧力が０．５Ｐａの場合は金属膜に剥離が生じたが、１Ｐａでは剥離しなかった。

次に、Ｔｉ成膜時の雰囲気圧力を１Ｐａとし、上記金属膜のうちＮｉ層の厚さを２μｍに変更して剥離実験を行ったところ、金属膜は剥離してしまった。

そこで、Ｔｉの膜厚を０．１μｍとして剥離実験を行ったところ、金属膜は剥離しなかった。

上記の結果から、Ｔｉ密着層の膜厚は０．０５μｍ以上で、スパッタ成膜時の圧力は０．５Ｐａよりも大きい方が好ましいことが判った。さらに、表面粗さを考慮すると、圧力は１Ｐａ以下が好ましい。

最後に、バリアメタル層と銀合金層の表面粗さＲａについて述べる。Ｒａも反射率に関わる要素として重要である。Ｒａの許容範囲はバリアメタル層で５．０ｎｍ以下であり、銀合金層で２．０ｎｍ以下であることが好ましい。これまで述べてきた成膜条件下で形成される膜の表面粗さは、この許容範囲を満たしている。

上記のように、ダイボンド時の接合によって膜が剥離せずに、反射膜として高い反射率を維持するための、バリアメタル層及び密着層の開発を行った結果、反射膜として優れたＡｇ−Ｂｉ系合金を半導体発光素子のダイボンド用の電極兼反射膜として使用することを可能にした。これにより、従来のＬＥＤパッケージよりも３〜５割光取り出し効率の高いシリコンパッケージを実現することができた。このパッケージは高反射率に加えて熱伝導性が良いため１Ｗ超級のパワーＬＥＤパッケージとしても優れた特性を発揮する。しかもＡｇ−Ｂｉ系合金の高耐久性を促進するバリアメタル層及び密着層の導入により、経時変化による反射膜の劣化のない極めて実用上安定なＬＥＤパッケージを供給することが可能となった。

このような方法で作製したＬＥＤパッケージは、種々の発光装置として用いることができ、例えば図１２のように使用できる。ＬＥＤ発光体３１に作製したＬＥＤパッケージが使用され、スイッチ３２でＬＥＤパッケージへの給電を制御する。柄３３を持ってＬＥＤ発光体３１を所望の方向に向けることができる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。

例えば、銀合金層を複数の領域に分割し、これらを銀合金部と呼ぶこととする。そして銀合金部の各々の領域を半導体発光素子と電気的に接続することにより、例えばＲＧＢ混色の半導体発光装置を作成することもできる。

また、半導体発光素子は、銀合金層上に搭載することに限定されるものではなく、例えば絶縁材料に半導体発光素子を搭載し、ワイヤーで周辺の電極と半導体発光素子を接続するという形態も可能である。その際、銀合金層は、反射膜としての役割のみを果たす場合もある。

さらに、シリコン基板にホーンを形成する際、ホーンの角部に丸みを持たせる工程を説明したが、丸みを持たせないホーンの形態も実用上あり得る形態である。

その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

図１は、各種金属の光の波長に対する反射率を表したグラフである。 図２Ａは、平板状のサブマウントを用いてＬＥＤチップを実装したＬＥＤパッケージであり、図２Ｂは、シリコンサブマウントの断面図である。 図３は、ＬＥＤチップの構成例を示した断面図である。 図４Ａは、ホーン付のサブマウントを用いてＬＥＤチップを実装したＬＥＤパッケージであり、図４Ｂは、ホーン付のシリコンサブマウントの断面図である。 図５（Ａ）〜（Ｇ−２）は、シリコン基板に稜線のないホーンを形成する製造工程を示す断面図及び平面図である。 図６Ａ、６Ｂは、各サンプルの時間経過後の垂直反射率を表したグラフである。 図７は、５種類のＡｇ−Ｂｉ系合金サンプルの初期垂直反射率を表したグラフである。 図７は、Ａｇ−Ｂｉ−Ａｕの反射率の、成膜時の雰囲気の圧力に対する依存性を表したグラフである。 図９は、３種類のサンプルの反射率を表したグラフである。 図１０は、２種類の金属膜及び純銀のサンプルの垂直反射率を表したグラフである。 図１１は、２種類の金属膜の反射率を表したグラフである。 図１２は、本願の実施例により作製したＬＥＤパッケージを用いた発光装置である。

符号の説明

１ 樹脂ハウジング
２ リードフレーム
３、１０ シリコンサブマウント
３ａ、１０ａ シリコン基板
３ｂ、１０ｂ、２１，２１ａ、２３、２３ａ、２３ｂ 酸化シリコン膜
３ｃ、１０ｃ 密着層
３ｄ、１０ｄ バリアメタル層
３ｅ、１０ｅ 銀合金層
４ 半導体発光素子
４ａ、４ｇ 金属電極
４ｂ 基板
４ｃ 半導体層
４ｄ ｐ型半導体層
４ｅ 発光層
４ｆ ｎ型半導体層
４ｗ ボンディングワイヤ
５ 樹脂
１１ａ、１１ｂ ホーン
２２、２４ レジストパターン
３１ ＬＥＤ発光体
３２ スイッチ
３３ 柄
Ｈ 開口

Claims (11)

1. シリコン基板と、
   前記シリコン基板に形成された銀合金層から成る１つもしくは複数の銀合金部と、
   前記銀合金部と電気的に接続する半導体発光素子と
   を含み、
   前記銀合金部が反射面となる半導体発光装置。
2. 前記銀合金層は、Ｂｉ（ビスマス）を０．０５〜０．１５原子％含有し、Ａｇ（銀）の原子％が９９％以上の合金である請求項１に記載の半導体発光装置。
3. 前記銀合金層は、Ａｕ（金）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｃｕ（銅）、Ｐｔ（白金）、Ｎｄ（ネオジウム）の中の少なくとも１種をＢｉよりも多い原子％含有する合金である請求項２に記載の半導体発光装置。
4. 前記シリコン基板は、異方性エッチングにより、（１００）面の底面と、（１１１）面の傾斜側面からなる面を備え、
   前記半導体発光素子は底面に搭載され、前記銀合金層は少なくとも前記傾斜側面に形成される請求項１に記載の半導体発光装置。
5. 前記シリコン基板の表面に形成された絶縁膜と、
   前記絶縁膜上に、Ｔｉ（チタン）またはＣｒ（クロム）で形成された密着層と、
   前記密着層の上に、Ｎｉ（ニッケル）またはＰｔまたはＰｄで形成されたバリアメタル層と、
   前記バリアメタル層の上に形成された前記銀合金層と
   を含む請求項１から４のいずれかに記載の半導体発光装置。
6. 前記バリアメタル層の表面粗さＲａが５．０ｎｍ以下であり、前記銀合金層の表面粗さが２．０ｎｍ以下である請求項５に記載の半導体発光装置。
7. 前記密着層の厚みが０．０５μｍ以上であり、前記バリアメタル層の厚みが０．１〜２．０μｍであり、前記銀合金層の厚みが０．１〜０．６μｍである請求項５に記載の半導体発光装置。
8. （ａ）シリコン基板表面に絶縁膜を形成する工程と、
   （ｂ）前記絶縁膜上に、ＴｉまたはＣｒを材料とした密着層を形成する工程と、
   （ｃ）前記密着層の上に、ＮｉまたはＰｔまたはＰｄを材料としたバリアメタル層を形成する工程と、
   （ｄ）前記バリアメタル層の上に銀合金層から成る１つもしくは複数の銀合金部を形成する工程と、
   （ｅ）前記銀合金部と半導体発光素子とを電気的に接続する工程と
   を含む半導体発光装置の製造方法。
9. 前記工程（ａ）は、
   （ａ−１）シリコン基板に異方性エッチングを行うことにより、（１００）面の底面と、４つの（１１１）面の傾斜側面からなるホーンを形成する工程と、
   （ａ−２）前記ホーンが形成されたシリコン基板表面に絶縁膜を形成する工程と
   を含み、
   前記密着層、前記バリアメタル層、前記銀合金層をスパッタリング法または真空蒸着法のいずれかの手法により形成する請求項８に記載の半導体発光装置の製造方法。
10. 前記工程（ａ）は、
    （ａ−１）シリコン基板に異方性エッチングを行うことにより、（１００）面の底面と、４つの（１１１）面の傾斜側面からなるホーンを形成する工程と、
    （ａ−２）前記ホーンの傾斜側面を等方性エッチングして該ホーンの角部に丸みを持たせる工程と、
    （ａ−３）前記ホーンが形成されたシリコン基板表面に絶縁膜を形成する工程と
    を含み、
    前記密着層、前記バリアメタル層、前記銀合金層をスパッタリング法または真空蒸着法のいずれかの手法により形成する請求項８に記載の半導体発光装置の製造方法。
11. 前記密着層、前記バリアメタル層、前記銀合金層を、成膜時の圧力が１Ｐａより低い状態で形成する請求項９または１０に記載の半導体発光装置の製造方法。

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