JP2008263248A - 半導体発光素子搭載部材およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 電極層および／または反射層として機能する金属膜における、光の実効的な反射率を、これまでよりも向上した半導体発光素子搭載部材と、その製造方法とを提供する。
【解決手段】 基材１０上に、Ａｇ、Ａｌまたはこれらの金属を含む合金からなり、その結晶粒の粒径が０．５μｍ以下で、かつ表面の中心線平均粗さＲａが０．１μｍ以下である金属膜１１、１２を、基板温度１２０℃以下、蒸着速度１．０ｎｍ／ｓ以上の条件で、物理蒸着法によって形成した。
【選択図】 図１
【解決手段】 基材１０上に、Ａｇ、Ａｌまたはこれらの金属を含む合金からなり、その結晶粒の粒径が０．５μｍ以下で、かつ表面の中心線平均粗さＲａが０．１μｍ以下である金属膜１１、１２を、基板温度１２０℃以下、蒸着速度１．０ｎｍ／ｓ以上の条件で、物理蒸着法によって形成した。
【選択図】 図１
Description
この発明は、半導体発光素子を搭載するための半導体発光素子搭載部材およびその製造方法に関するものである。
半導体発光素子搭載部材を構成する基材の素子搭載面、反射面などに形成する、素子搭載のための電極層、および／または素子からの光を反射するための反射層として機能する金属膜を、半導体発光装置の実効的な発光効率を高めるべく、材料特性として光の反射率に優れたＡｇやＡｌなどで形成することが行われる（例えば特許文献１〜３参照）。
特開平９−２９３９０４号公報（請求項１、２、第００１５欄〜第００１７欄、図１、図２）
特開２００２−２１７４５６号公報（第００１３欄〜第００１４欄、図１、図２）
特開２００２−２３２０１７号公報（請求項１、第００１６欄〜第００２１欄、図１）
ところがＡｇやＡｌなどは、確かに材料特性としては光の反射率に優れているものの、実際に基材上の素子搭載面、反射面などに形成した金属膜は、多くの場合、表面の平滑性が十分でなく光が乱反射するために、実効的な高い反射率が得られないという問題がある。
特に近年、実用化が進行しつつある、出力が１Ｗ以上といった大出力の半導体発光装置では、大電流を流すために、電極層として用いる金属膜の膜厚を大きくして抵抗値を下げなければならないが、膜厚の大きい金属膜ほど、その表面には凹凸が発生しやすいことから、高い反射率が得られないのが現状である。
また、この光の反射率の低下は、紫外線発光用の半導体発光装置や、あるいは蛍光体と組み合わせて白色発光させる半導体発光装置などにおける、４５０ｎｍ以下の短波長の光において特に顕著であり、金属膜表面の凹凸が大きいほど、かかる短波長の光の実効的な反射率が大幅に低下してしまうという問題がある。
この発明の目的は、電極層および／または反射層として機能する金属膜における、光の実効的な反射率を、これまでよりも向上した半導体発光素子搭載部材と、その製造方法とを提供することにある。
請求項１記載の発明は、基材と、当該基材の表面に形成した、半導体発光素子搭載のための電極層、および半導体発光素子からの光を反射するための反射層のうちの少なくとも一方として機能する、Ａｇ、Ａｌまたはこれらの金属を含む合金からなる金属膜とを備えるとともに、上記金属膜を、基板温度１２０℃以下、蒸着速度１．０ｎｍ／ｓ以上の条件で、物理蒸着法によって形成することにより、金属膜を構成する金属または合金の結晶粒の、金属膜の面方向の粒径を０．５μｍ以下、当該金属膜の表面の中心線平均粗さＲａを０．１μｍ以下としたことを特徴とする半導体発光素子搭載部材である。
請求項２記載の発明は、基材と、当該基材の表面に形成した、半導体発光素子搭載のための電極層、および半導体発光素子からの光を反射するための反射層のうちの少なくとも一方として機能する、Ａｇ、Ａｌまたはこれらの金属を含む合金からなる金属膜とを備えるとともに、上記金属膜を構成する金属または合金の結晶粒の、金属膜の面方向の粒径を０．５μｍ以下、当該金属膜の表面の中心線平均粗さＲａを０．１μｍ以下とした半導体発光素子搭載部材の製造方法であって、上記金属膜を、基板温度１２０℃以下、蒸着速度１．０ｎｍ／ｓ以上の条件で、物理蒸着法によって形成することを特徴とする半導体発光素子搭載部材の製造方法である。
請求項１、２の構成によれば、金属膜の表面をこれまでよりも平滑化することができる。すなわち金属膜は、当該金属膜を構成する金属または合金の結晶粒の、面方向の粒径が大きいほど、個々の結晶粒の、金属膜の表面に露出した部分の形状に基づいて、その表面の凹凸が大きくなる傾向がある。また金属膜の表面形状は、下地としての基材の表面形状などの影響も受け、基材の表面粗さが大きいほど、金属膜表面の凹凸が大きくなる傾向がある。そして金属膜表面の凹凸が大きくなるほど、前記のように光が乱反射しやすくなるため、反射率が低下する傾向がある。
これに対し、請求項１、２に記載したように金属膜を、基板温度１２０℃以下、蒸着速度１．０ｎｍ／ｓ以上の条件で、物理蒸着法によって形成することにより、上記金属膜を構成する個々の結晶粒の、金属膜の面方向の粒径を０．５μｍ以下として、当該個々の結晶粒の、金属膜の表面に露出した部分の形状に基づく金属膜表面の凹凸をできるだけ小さくするとともに、基材表面の表面形状などを調整することによって、金属膜の表面の中心線平均粗さＲａを０．１μｍ以下にすると、金属膜の表面をこれまでよりも平滑化して、光の反射率を向上することができる。
したがって請求項１、２記載の発明によれば、Ａｇ、Ａｌまたはこれらの金属を含む合金からなる金属膜における、実効的な光の反射率、特に波長４５０ｎｍ以下の、短波長の光の反射率をこれまでよりも向上することが可能となる。
図１(a)は、この発明の製造方法によって製造される、この発明の半導体発光素子搭載部材の、実施の形態の一例としてのサブマウント１を示す断面図である。また図１(b)は、上記サブマウント１に半導体発光素子ＬＥ１を搭載した半導体発光装置ＬＥ２を示す断面図である。
これらの図に見るようにこの例のサブマウント１は、平板状の基材１０の、図において上面側に、面方向の中央に狭いギャップを設けて互いに絶縁した状態で、半導体発光素子ＬＥ１を搭載するための電極層と、半導体発光素子からの光を反射するための反射層とを兼ねる２つの金属膜１１、１２を形成してなる。
かかる２つの金属膜１１、１２はそれぞれ、半導体発光素子ＬＥ１の２つの極ＬＥ１ａ、ＬＥ１ｂに対応しており、両極ＬＥ１ａ、ＬＥ１ｂと、例えば図に見るようにＡｕバンプＢＰを介して接合される。そしてそれによって半導体発光素子ＬＥ１をサブマウント１上にフリップチップ実装して、半導体発光装置ＬＥ２を構成する。
上記のうち基材１０は、絶縁性である種々の材料にて形成することができるが、先に述べたように半導体発光素子ＬＥ１の搭載時や実使用時の熱履歴によって生じる熱応力を低減することを考慮すると、その熱膨張係数は、前記のように１×１０−６／Ｋ〜１０×１０−６／Ｋとするのが好ましい。
また基材１０は、半導体発光装置の大出力化に対応すべく放熱性を高めることを考慮すると、その熱伝導率が、これも前記のように８０Ｗ／ｍＫ以上とするのが好ましい。
また基材１０は、半導体発光装置の大出力化に対応すべく放熱性を高めることを考慮すると、その熱伝導率が、これも前記のように８０Ｗ／ｍＫ以上とするのが好ましい。
かかる好適な熱膨張係数と熱伝導率とをともに満足する基材１０を形成しうる材料としては、例えばＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＢｅＯ、ＢＮ等の絶縁性のセラミック、および絶縁性のＳｉ、ならびにこられの複合材料などを挙げることができ、中でもコストの点ではＡｌ２Ｏ３や、絶縁性のＳｉが好ましい。
しかし放熱性を考慮すると、基材１０の熱伝導率は、前記の範囲内でも１２０Ｗ／ｍＫ以上、中でも１６０Ｗ／ｍＫ以上、特に２００Ｗ／ｍＫ以上とするのが好ましく、このように高い熱伝導率を達成するためにはＡｌＮまたはＳｉＣが好ましい。
また半導体発光素子ＬＥ１との熱膨張係数の差をできる限り小さくすることを考慮すると、基材１０の熱膨張係数は、前記の範囲内でも特に４×１０−６／Ｋ〜７×１０−６／Ｋとするのが好ましく、かかる熱膨張係数を達成するためにはＡｌＮまたはＡｌ２Ｏ３が好ましい。
また半導体発光素子ＬＥ１との熱膨張係数の差をできる限り小さくすることを考慮すると、基材１０の熱膨張係数は、前記の範囲内でも特に４×１０−６／Ｋ〜７×１０−６／Ｋとするのが好ましく、かかる熱膨張係数を達成するためにはＡｌＮまたはＡｌ２Ｏ３が好ましい。
したがって半導体発光装置の大出力化に対応するための放熱機能などを最優先するならば、上記のうちでもＡｌＮにて基材１０を形成するのが特に好ましく、放熱機能がさほど要求されない場合にはＡｌ２Ｏ３や絶縁性のＳｉにて基材１０を形成するのが好ましい。
上記基材１０とともにサブマウント１を構成する金属膜１１、１２は、その表面をこれまでよりも平滑化して実効的な光の反射率を向上するため、前記のように、当該金属膜１１、１２を構成する金属または合金の結晶粒の、面方向の粒径を０．５μｍ以下に限定するとともに、基材１０の表面の表面粗さを調整するなどして、金属膜１１、１２の表面の中心線平均粗さＲａを０．１μｍ以下にする必要がある。
結晶粒の粒径が０．５μｍを超える場合には、個々の結晶粒の、金属膜の表面に露出した部分の形状に基づいて、例えば図３(b)に示すように、基材１０上に形成した金属膜１１、１２の表面の凹凸が大きくなって、表面の中心線平均粗さＲａが０．１μｍを超えてしまい、図中に実線の矢印で示すように光が乱反射しやすくなるため、反射率が低下してしまう。
これに対し、上記のように結晶粒の粒径を０．５μｍ以下の範囲とした場合には、例えば図３(a)に示すように個々の結晶粒の、金属膜の表面に露出した部分の形状に基づく、基材１０上に形成した金属膜１１、１２の表面の凹凸をできるだけ小さくして、当該表面を平滑化、すなわち金属膜１１、１２の表面の中心線平均粗さＲａを０．１μｍ以下に抑制できるため、図中に実線の矢印で示すように光の乱反射を抑えて、反射率を向上することができる。
なお金属膜１１、１２の表面の中心線平均粗さＲａは、当該表面をさらに平滑化して、光の反射率をより一層、向上することを考慮すると、上記の範囲内でも０．０５μｍ以下とするのが好ましく、特に０．０３μｍ以下とするのが好ましい。そしてそのためには結晶粒の粒径を、上記の範囲内でも０．３μｍ以下とするのが好ましく、特に０．１μｍ以下とするのが好ましい。
結晶粒の粒径は、例えば真空蒸着法やスパッタリング法などの物理蒸着法によって金属膜１１、１２を形成する場合、その蒸着速度をできるだけ高くすると共に、基板温度をできるだけ低くすることによって、小さくすることができる。
すなわち物理蒸着法において、蒸着速度をできるだけ高くして金属膜１１、１２を形成すると、図４(a)に示すように、蒸着速度が低い図４(b)の場合に比べて、蒸着初期の段階で、基材１０の表面により多数の、金属の粒子Ｍ１が生成し、そのそれぞれが膜成長の核Ｍ２として別個に成長して金属膜１１、１２が形成されるため、個々の結晶粒Ｍ３の粒径を小さくすることができる。
また物理蒸着法において、基板温度をできるだけ低くして金属膜１１、１２を形成すると、図５(a)に示すように、基板温度が高い図５(b)の場合に比べて、蒸着初期の段階で、基材１０の表面に生成した金属の粒子Ｍ１の、図中に実線の矢印で示す移動、拡散やそれにともなう複数の粒子Ｍ１の合体などが抑制された状態で核Ｍ２が成長して金属膜１１、１２が形成されるため、個々の結晶粒Ｍ３の粒径を小さくすることができる。
したがって物理蒸着法によって金属膜１１、１２を形成する場合は、基材１０の種類や表面状態、形成する金属膜１１、１２の組成などを考慮に入れつつ、結晶粒の粒径が目的とする値になるように、蒸着速度や基板温度などの条件を設定すればよい。
その具体的な数値としては、蒸着速度が１．０ｎｍ／ｓ以上である必要があり、中でも１．５ｎｍ／ｓ以上、特に２．０ｎｍ／ｓ以上とするのが好ましい。また基板温度は１２０℃以下である必要があり、中でも９０℃以下、特に６０℃以下とするのが好ましい。
その具体的な数値としては、蒸着速度が１．０ｎｍ／ｓ以上である必要があり、中でも１．５ｎｍ／ｓ以上、特に２．０ｎｍ／ｓ以上とするのが好ましい。また基板温度は１２０℃以下である必要があり、中でも９０℃以下、特に６０℃以下とするのが好ましい。
金属膜１１、１２を構成する結晶粒の粒径は、下記の方法で測定した値とする。
すなわち、形成した金属膜１１、１２の表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などを用いて写真撮影し、次いで撮影した写真の、所定面積の範囲内に写り込んだ結晶粒の個数を計数した後、上記の所定面積を結晶粒の個数で除算して結晶粒１個あたりの平均面積を求め、その平均面積から、結晶粒の平面形状が円形であると仮定して粒径を算出する。
すなわち、形成した金属膜１１、１２の表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などを用いて写真撮影し、次いで撮影した写真の、所定面積の範囲内に写り込んだ結晶粒の個数を計数した後、上記の所定面積を結晶粒の個数で除算して結晶粒１個あたりの平均面積を求め、その平均面積から、結晶粒の平面形状が円形であると仮定して粒径を算出する。
また金属膜１１、１２の表面の中心線平均粗さＲａは、前述したように下地としての基材１０の、表面粗さの影響も受け、結晶粒の粒径が前記の範囲内であっても、基材１０の表面粗さが大きいと、中心線平均粗さＲａを０．１μｍ以下にできないおそれがある。
よって金属膜１１、１２の表面の中心線平均粗さＲａを０．１μｍ以下にするためには、基材１０の表面を研磨するなどしてその表面粗さをできるだけ小さくしておくのが好ましい。
具体的には基材１０の、金属膜１１、１２を形成する表面を研磨して、その中心線平均粗さＲａを０．１μｍ以下、中でも０．０５μｍ以下、特に０．０３μｍ以下とするのが好ましい。
よって金属膜１１、１２の表面の中心線平均粗さＲａを０．１μｍ以下にするためには、基材１０の表面を研磨するなどしてその表面粗さをできるだけ小さくしておくのが好ましい。
具体的には基材１０の、金属膜１１、１２を形成する表面を研磨して、その中心線平均粗さＲａを０．１μｍ以下、中でも０．０５μｍ以下、特に０．０３μｍ以下とするのが好ましい。
なお金属膜１１、１２の表面や基材１０の表面の中心線平均粗さＲａは、従来公知の種々の測定方法によって測定した表面形状から、日本工業規格ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４「表面粗さの定義と表示」に規定された方法によって求めることができる。
上記の性状を有する金属膜１１、１２は、Ａｇ、Ａｌまたはこれらの金属を含む合金にて形成する。詳しくは、Ａｇ単独、Ａｌ単独、Ａｇと他の金属との合金、Ａｌと他の金属との合金、またはＡｇとＡｌと他の金属との合金のいずれかによって金属膜１１、１２を形成する。
金属膜１１、１２を形成する主体金属としては、Ａｇ、Ａｌのいずれか一方、または両方を用いることができるが、特に波長４００ｎｍ以下という短波長の光を発する半導体発光素子と組み合わせて使用する場合には、かかる短波長の光の反射性に特に優れたＡｌが好ましい。またＡｌはＡｇより安価であるため、サブマウント１の生産コストを引き下げることができるという利点もある。
Ａｇおよび／またはＡｌとともに合金を形成する他の金属としては、金属膜１１、１２の強度を向上するとともに、ＡｇやＡｌのマイグレーションを防止する機能を有する、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、およびＣｒからなる群より選ばれた少なくとも一種を挙げることができる。
かかる他の金属の含有割合は、０．００１〜１０重量％とするのが好ましい。
他の金属の含有割合が０．００１重量％未満では、当該他の金属を含有させて合金化したことによる、上述した、金属膜１１、１２を高強度化したり、ＡｇやＡｌのマイグレーションを防止したりする効果が十分に得られないおそれがある。また１０重量％を超える場合には、相対的にＡｇおよび／またはＡｌの含有割合が少なくなるため、金属膜１１、１２の、特に波長４５０ｎｍ以下の短波長の光の反射率が低下するおそれがある。
他の金属の含有割合が０．００１重量％未満では、当該他の金属を含有させて合金化したことによる、上述した、金属膜１１、１２を高強度化したり、ＡｇやＡｌのマイグレーションを防止したりする効果が十分に得られないおそれがある。また１０重量％を超える場合には、相対的にＡｇおよび／またはＡｌの含有割合が少なくなるため、金属膜１１、１２の、特に波長４５０ｎｍ以下の短波長の光の反射率が低下するおそれがある。
なお他の金属による上記の効果をより確実なものとするためには、当該他の金属の含有割合は、上記の範囲内でも０．０１重量％以上とするのが好ましく、特に０．１重量％以上とするのが好ましい。
また光の反射率の低下をより確実に防止するためには、他の金属の含有割合は、上記の範囲内でも５重量％以下、特に３重量％以下とするのが好ましい。
他の金属を２種以上、併用する場合は、全ての他の金属の、含有割合の合計量が上記の範囲内になるように、その組成を設定すればよい。
また光の反射率の低下をより確実に防止するためには、他の金属の含有割合は、上記の範囲内でも５重量％以下、特に３重量％以下とするのが好ましい。
他の金属を２種以上、併用する場合は、全ての他の金属の、含有割合の合計量が上記の範囲内になるように、その組成を設定すればよい。
金属膜１１、１２の、光の反射率は特に限定されないものの、半導体発光装置ＬＥ２の発光効率をこれまでよりもさらに向上することなどを考慮すると、例えば波長４００ｎｍの光の反射率を７０％以上、中でも８０％以上、特に９０％以上とするのが好ましい。光の反射率は、日本工業規格ＪＩＳ Ｚ８７２２−２０００「色の測定方法−反射及び透過物体色」に準じて測定した値とする。
また金属膜１１、１２の膜厚は、半導体発光装置ＬＥ２の大出力化に対応すべく抵抗値を下げることを考慮すると、０．５〜３μｍとするのが好ましい。
膜厚が０．５μｍ未満では、金属膜１１、１２の抵抗値を十分に低くできないため、例えば出力が１Ｗ以上といった大出力の半導体発光装置に必要な大電流を流すことができないおそれがある。また３μｍを超える場合には、たとえ前記のような方法を講じたとしても、金属膜１１、１２の表面の平滑性を維持できなくなって、光の反射率が低下するおそれがある。
膜厚が０．５μｍ未満では、金属膜１１、１２の抵抗値を十分に低くできないため、例えば出力が１Ｗ以上といった大出力の半導体発光装置に必要な大電流を流すことができないおそれがある。また３μｍを超える場合には、たとえ前記のような方法を講じたとしても、金属膜１１、１２の表面の平滑性を維持できなくなって、光の反射率が低下するおそれがある。
なお、半導体発光装置ＬＥ２の大出力化に対応すべく抵抗値を十分に下げることを考慮すると、金属膜１１、１２の膜厚は、上記の範囲内でも特に０．８μｍ以上とするのが好ましい。
また金属膜１１、１２の表面の平滑性をさらに向上することを考慮すると、その膜厚は、上記の範囲内でも特に１．５μｍ以下とするのが好ましい。
また金属膜１１、１２の表面の平滑性をさらに向上することを考慮すると、その膜厚は、上記の範囲内でも特に１．５μｍ以下とするのが好ましい。
金属膜１１、１２は、基材１０の表面に直接に形成しても良い。しかし、フリップチップ実装に対応すべく密着力を向上することを考慮すると、前記のように基材１０上に、Ｔｉ、Ｃｒ、ＮｉＣｒ、Ｔａ、Ｃｕおよびこれら金属の化合物などからなり、基材１０との密着力に優れた密着層を形成した上に、金属膜１１、１２を形成するのが好ましい。また、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｍｏ、ＮｉＣｒ、Ｃｕなどからなり、ＡｇやＡｌなどの、密着層への拡散を防止する機能を有するバリア層を、密着層と金属膜１１、１２との間に形成してもよい。
また密着層の膜厚は０．０１〜１．０μｍ程度、バリア層の膜厚は０．０１〜１．５μｍ程度とするのが好ましい。
さらに金属膜１１、１２の表面には、素子をはんだ付けするためのはんだバリア層やはんだ層を積層しても良い。
さらに金属膜１１、１２の表面には、素子をはんだ付けするためのはんだバリア層やはんだ層を積層しても良い。
金属膜１１、１２やその上下の各層をパターン形成するには、例えばメタルマスクや、あるいはフォトリソグラフィーによるマスクなどを使用して、当該マスクで覆われずに露出した基材１０の表面を、前記物理蒸着法などによって選択的にメタライズすればよい。
金属膜１１、１２の、基材１０への密着力や機械的な強度は、前記のように高ければ高いほど良く、例えばダイシェア強度は１０ＭＰａ以上、特に３０ＭＰａ以上とするのが好ましい。またフリップチップ実装を考慮したボールシェア強度は３０ＭＰａ以上、特に６０ＭＰａ以上とするのが好ましい。
半導体発光素子をフリップチップ実装によって搭載した場合には、高輝度で、なおかつ信頼性の高い半導体発光装置を得ることができる。
半導体発光素子をフリップチップ実装によって搭載した場合には、高輝度で、なおかつ信頼性の高い半導体発光装置を得ることができる。
なおダイシェア強度は、ＭＩＬ規格ＭＩＬ−ＳＴＤ−８８３Ｃ ＭＥＴＨＯＤ ２０１９．４に準じて測定した値とする。すなわちダイシェア強度は、金属膜１１、１２上にチップを実装し、テンションゲージを応用したツールを用いて、チップの側面を、金属膜１１、１２の面方向と平行方向に押した際に、金属膜１１、１２が基材１０からはく離した時の、テンションゲージの値で表すこととする。またボールシェア強度は、金属膜１１、１２上にＡｕワイヤをボールボンドし、専用のテンションゲージを用いて、１ｓｔボンディング部のボールを横からスライドするように押した際に、ボールが取れた時の、テンションゲージの値で表すこととする。なおボールシェア強度は、φ３０μｍのＡｕワイヤをボールボンドし、ボール潰れ径をφ９０μｍにした時の値とする。
上記各部からなる図の例のサブマウント１は、例えば当該サブマウント１の複数個分の大きさを有するセラミック板の片面を所定の表面粗さに研磨し、次いで個々のサブマウント１となる領域ごとの、金属膜１１、１２やその上下の各層を、それぞれセラミック板の全面にわたって同時にパターン形成した後、セラミック板をダイシングして個々のサブマウント１を切り出すことによって製造することができる。
上記各部からなるサブマウント１上に半導体発光素子ＬＥ１をフリップチップ実装によって搭載した、前記図１(b)の例の半導体発光装置ＬＥ２は、金属膜１１、１２が光の反射率に優れる上、当該金属膜１１、１２を所定の配合比率の合金にて形成したり、その下に密着層やバリア層を積層したりすることによって、かかる金属膜１１、１２の密着力、機械的な強度、並びに信頼性にすぐれたものとすることができるため、前記のようにその出力が１Ｗ以上、中でも２Ｗ以上、特に５Ｗ以上といった大出力の装置に好適である。
また上記半導体発光装置ＬＥ２は、前記のように半導体発光素子ＬＥ１の発光部にサイズの近いサブマウント１を用いたものであるため、従来は半導体発光素子を直接に搭載していた安価なパッケージなどにそのまま搭載することができる。
図２は、上記半導体発光装置ＬＥ２を、かかるパッケージ３の一例に搭載した状態を示す断面図である。
すなわち図の例では、パッケージ３の凹部３ｂの、開口３ｃと対向する底面に設けた搭載部３ａに、半導体発光装置ＬＥ２を接着剤などによって接着、固定し、次いで金属膜１１、１２を、それぞれワイヤーボンドＷＢ、ＷＢを介して、パッケージ３に設けた一対の引き出し用のリード３２ａ、３２ｂと電気的に結線するとともに、上記凹部３ｂに蛍光体および／または保護樹脂ＦＲを充てんし、さらに開口３ｃを、半導体発光素子ＬＥ１からの光を透過しうる材料にて形成した封止キャップまたはレンズＬＳで閉じることによって、半導体発光装置ＬＥ２をパッケージ３に搭載している。
すなわち図の例では、パッケージ３の凹部３ｂの、開口３ｃと対向する底面に設けた搭載部３ａに、半導体発光装置ＬＥ２を接着剤などによって接着、固定し、次いで金属膜１１、１２を、それぞれワイヤーボンドＷＢ、ＷＢを介して、パッケージ３に設けた一対の引き出し用のリード３２ａ、３２ｂと電気的に結線するとともに、上記凹部３ｂに蛍光体および／または保護樹脂ＦＲを充てんし、さらに開口３ｃを、半導体発光素子ＬＥ１からの光を透過しうる材料にて形成した封止キャップまたはレンズＬＳで閉じることによって、半導体発光装置ＬＥ２をパッケージ３に搭載している。
また図の例のパッケージ３は、底面に上記搭載部３ａを備えるとともに、この搭載部３ａ側から開口３ｃ側へ向けて外方に拡がった形状（すり鉢状）の凹部３０ａを有する反射部材３０と、当該反射部材３０の外周を囲むように接合、一体化した、その一端を凹部３ｂの開口３ｃとした筒状の枠体３１と、枠体３１の、図において左右両側に、当該枠体３１を貫通させて配設した前記リード３２ａ、３２ｂとで構成してある。また凹部３０ａの内面は反射面３０ｂとしてある。
そして半導体発光素子ＬＥ１からの光を、この反射面３０ｂによって開口３ｃの方向に反射して、レンズＬＳを通してパッケージ３の外部に、より効率よく放射できるようにしてある。
そして半導体発光素子ＬＥ１からの光を、この反射面３０ｂによって開口３ｃの方向に反射して、レンズＬＳを通してパッケージ３の外部に、より効率よく放射できるようにしてある。
反射部材３０としては、半導体発光素子ＬＥ１からの光を効率よく反射するために、その全体または少なくとも反射面３０ｂを金属にて形成したものを用いる。また枠体３１としては、一対のリード３２ａ、３２ｂを絶縁するために、樹脂製またはセラミック製の枠体を用いる。
この発明の構成は、以上で説明した各図の例に限定されるものではない。
例えば図の例では、金属膜１１、１２を、ワイヤーボンドＷＢによってパッケージ３のリード３２ａ、３２ｂと結線していたが、サブマウント１の裏面とパッケージ３の搭載部３ａとにそれぞれ電極層を設けて、両電極層をはんだ付けなどして結線するようにしても良い。その場合、サブマウント１の金属膜１１、１２と電極層とは、例えばＶｉａを介して電気的に接続すればよい。
例えば図の例では、金属膜１１、１２を、ワイヤーボンドＷＢによってパッケージ３のリード３２ａ、３２ｂと結線していたが、サブマウント１の裏面とパッケージ３の搭載部３ａとにそれぞれ電極層を設けて、両電極層をはんだ付けなどして結線するようにしても良い。その場合、サブマウント１の金属膜１１、１２と電極層とは、例えばＶｉａを介して電気的に接続すればよい。
また図の例はサブマウント１であって、金属膜１１、１２が、フリップチップ実装に対応した電極層と反射層の機能を兼ね備えていたが、この発明の半導体発光素子搭載部材はサブマウント１には限定されず、半導体発光素子を直接に搭載するパッケージなどであっても良い。その際にはパッケージの電極層や反射層を、この発明で規定した特性を有する金属膜にて形成すればよい。
また金属膜が、電極層としての機能を求められず、反射層としてのみ機能すればよい場合には、膜厚は前記の限りではない。反射層としてのみ機能する金属膜の膜厚は、表面の平滑性をさらに向上することなどを考慮すると、前記の範囲よりさらに小さい値としても構わない。
また反射層としてのみ機能する金属膜には強固な密着力が求められないため、金属膜は単層構造でも良い。
さらに反射層としてのみ機能する金属膜には機械的な強度や信頼性なども求められないため、金属膜は合金でなくＡｇおよび／またはＡｌ単独で、あるいは両者のみを含む合金で形成しても良い。
その他、この発明の要旨を変更しない範囲で、種々の設計変更を施すことができる。
さらに反射層としてのみ機能する金属膜には機械的な強度や信頼性なども求められないため、金属膜は合金でなくＡｇおよび／またはＡｌ単独で、あるいは両者のみを含む合金で形成しても良い。
その他、この発明の要旨を変更しない範囲で、種々の設計変更を施すことができる。
以下に、この発明を、実施例、比較例に基づいて説明する。
実施例１：
熱伝導率が２３０Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数が４．５×１０−６／℃である窒化アルミニウム（ＡｌＮ）製で、かつ縦５０．８ｍｍ、横５０．８ｍｍ、厚み０．３ｍｍの基材の両面（主面）にラップ研磨およびポリッシュ研磨を施して、中心線平均粗さＲａを０．０２μｍに仕上げたものを２０個用意した。
熱伝導率が２３０Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数が４．５×１０−６／℃である窒化アルミニウム（ＡｌＮ）製で、かつ縦５０．８ｍｍ、横５０．８ｍｍ、厚み０．３ｍｍの基材の両面（主面）にラップ研磨およびポリッシュ研磨を施して、中心線平均粗さＲａを０．０２μｍに仕上げたものを２０個用意した。
次に、図１(a)に示すように、各基材１０の一方の主面に、真空蒸着法によって、面方向の中央に狭いギャップを設けて互いに絶縁した状態で、２つの純アルミニウム膜１１、１２を成膜して、半導体発光素子搭載部材としてのサブマウント１を製造した。成膜の手順は、まず、純アルミニウム膜１１、１２と同じ平面形状を有する厚み０．１μｍのチタニウム製の密着層と、厚み０．２μｍの白金製のバリア層とを、この順に、基材１０の一方の主面に形成した上に、厚み２μｍの純アルミニウム膜１１、１２を積層した。純アルミニウム膜１１、１２の成膜条件は、基材の温度：５０℃、蒸着速度：２．２ｎｍ／ｓとした。
形成した純アルミニウム膜１１、１２を構成するアルミニウムの結晶粒の、膜の面方向の平均粒径を、前記の方法によって測定した。測定は、２０個の基板の全てについて行い、その平均値を求めたところ、０．０５μｍであった。また、純アルミニウム膜１１、１２の表面の表面形状を測定し、その結果から、前記の方法によって中心線平均粗さＲａを求めた。測定は、２０個の基板の全てについて行い、求めた中心線平均粗さＲａの平均値を計算したところ、０．０２７μｍであった。
また、上記純アルミニウム膜１１、１２の表面の、光の反射率、ダイシェア強度およびボールシェア強度を、それぞれ前記の方法によって測定した。測定は、光の反射率については、２０個の基板の全てについて行い、測定値の平均値を求めた。また、ダイシェア強度とボールシェア強度については５個の基板について測定し、測定値の平均値を求めた。その結果、光の反射率は９５％、ダイシェア強度は４２ＭＰａ、ボールシェア強度は５０ＭＰａであった。
実施例２：
成膜条件のうち、基材の温度を８０℃としたこと以外は実施例１と同様にして、窒化アルミニウム製の基材１０の、一方の主面の、厚み０．１μｍのチタニウム製の密着層と、厚み０．２μｍの白金製のバリア層とを積層した上に、厚み２μｍの純アルミニウム膜１１、１２を成膜してサブマウント１を製造した。
成膜条件のうち、基材の温度を８０℃としたこと以外は実施例１と同様にして、窒化アルミニウム製の基材１０の、一方の主面の、厚み０．１μｍのチタニウム製の密着層と、厚み０．２μｍの白金製のバリア層とを積層した上に、厚み２μｍの純アルミニウム膜１１、１２を成膜してサブマウント１を製造した。
そして、前記と同様にして、純アルミニウム膜１１、１２を構成するアルミニウムの結晶粒の、膜の面方向の平均粒径の平均値を求めたところ、０．２０μｍであった。また、中心線平均粗さＲａの平均値を計算したところ、０．０４２μｍであった。また、光の反射率は８８％、ダイシェア強度は４５ＭＰａ、ボールシェア強度は５２ＭＰａであった。
実施例３：
成膜条件のうち、基材の温度を１００℃としたこと以外は実施例１と同様にして、窒化アルミニウム製の基材１０の、一方の主面の、厚み０．１μｍのチタニウム製の密着層と、厚み０．２μｍの白金製のバリア層とを積層した上に、厚み２μｍの純アルミニウム膜１１、１２を成膜してサブマウント１を製造した。
成膜条件のうち、基材の温度を１００℃としたこと以外は実施例１と同様にして、窒化アルミニウム製の基材１０の、一方の主面の、厚み０．１μｍのチタニウム製の密着層と、厚み０．２μｍの白金製のバリア層とを積層した上に、厚み２μｍの純アルミニウム膜１１、１２を成膜してサブマウント１を製造した。
そして、前記と同様にして、純アルミニウム膜１１、１２を構成するアルミニウムの結晶粒の、膜の面方向の平均粒径の平均値を求めたところ、０．４０μｍであった。また、中心線平均粗さＲａの平均値を計算したところ、０．０８５μｍであった。また、光の反射率は７５％、ダイシェア強度は４０ＭＰａ、ボールシェア強度は６１ＭＰａであった。
比較例１：
成膜条件のうち、基材の温度を１３０℃としたこと以外は実施例１と同様にして、窒化アルミニウム製の基材１０の、一方の主面の、厚み０．１μｍのチタニウム製の密着層と、厚み０．２μｍの白金製のバリア層とを積層した上に、厚み２μｍの純アルミニウム膜１１、１２を成膜してサブマウント１を製造した。
成膜条件のうち、基材の温度を１３０℃としたこと以外は実施例１と同様にして、窒化アルミニウム製の基材１０の、一方の主面の、厚み０．１μｍのチタニウム製の密着層と、厚み０．２μｍの白金製のバリア層とを積層した上に、厚み２μｍの純アルミニウム膜１１、１２を成膜してサブマウント１を製造した。
そして、前記と同様にして、純アルミニウム膜１１、１２を構成するアルミニウムの結晶粒の、膜の面方向の平均粒径の平均値を求めたところ、０．７０μｍであった。また、中心線平均粗さＲａの平均値を計算したところ、０．１５μｍであった。また、光の反射率は６２％、ダイシェア強度は４３ＭＰａ、ボールシェア強度は６２ＭＰａであった。
実施例４：
成膜条件のうち、蒸着速度を１．２ｎｍ／ｓとしたこと以外は実施例１と同様にして、窒化アルミニウム製の基材１０の、一方の主面の、厚み０．１μｍのチタニウム製の密着層と、厚み０．２μｍの白金製のバリア層とを積層した上に、厚み２μｍの純アルミニウム膜１１、１２を成膜してサブマウント１を製造した。
成膜条件のうち、蒸着速度を１．２ｎｍ／ｓとしたこと以外は実施例１と同様にして、窒化アルミニウム製の基材１０の、一方の主面の、厚み０．１μｍのチタニウム製の密着層と、厚み０．２μｍの白金製のバリア層とを積層した上に、厚み２μｍの純アルミニウム膜１１、１２を成膜してサブマウント１を製造した。
そして、前記と同様にして、純アルミニウム膜１１、１２を構成するアルミニウムの結晶粒の、膜の面方向の平均粒径の平均値を求めたところ、０．１０μｍであった。また、中心線平均粗さＲａの平均値を計算したところ、０．０３５μｍであった。また、光の反射率は９０％、ダイシェア強度は４８ＭＰａ、ボールシェア強度は５９ＭＰａであった。
実施例５：
成膜条件のうち、蒸着速度を１．８ｎｍ／ｓとしたこと以外は実施例１と同様にして、窒化アルミニウム製の基材１０の、一方の主面の、厚み０．１μｍのチタニウム製の密着層と、厚み０．２μｍの白金製のバリア層とを積層した上に、厚み２μｍの純アルミニウム膜１１、１２を成膜してサブマウント１を製造した。
成膜条件のうち、蒸着速度を１．８ｎｍ／ｓとしたこと以外は実施例１と同様にして、窒化アルミニウム製の基材１０の、一方の主面の、厚み０．１μｍのチタニウム製の密着層と、厚み０．２μｍの白金製のバリア層とを積層した上に、厚み２μｍの純アルミニウム膜１１、１２を成膜してサブマウント１を製造した。
そして、前記と同様にして、純アルミニウム膜１１、１２を構成するアルミニウムの結晶粒の、膜の面方向の平均粒径の平均値を求めたところ、０．３５μｍであった。また、中心線平均粗さＲａの平均値を計算したところ、０．０８μｍであった。また、光の反射率は７８％、ダイシェア強度は４１ＭＰａ、ボールシェア強度は５０ＭＰａであった。
比較例２：
成膜条件のうち、蒸着速度を０．７ｎｍ／ｓとしたこと以外は実施例１と同様にして、窒化アルミニウム製の基材１０の、一方の主面の、厚み０．１μｍのチタニウム製の密着層と、厚み０．２μｍの白金製のバリア層とを積層した上に、厚み２μｍの純アルミニウム膜１１、１２を成膜してサブマウント１を製造した。
成膜条件のうち、蒸着速度を０．７ｎｍ／ｓとしたこと以外は実施例１と同様にして、窒化アルミニウム製の基材１０の、一方の主面の、厚み０．１μｍのチタニウム製の密着層と、厚み０．２μｍの白金製のバリア層とを積層した上に、厚み２μｍの純アルミニウム膜１１、１２を成膜してサブマウント１を製造した。
そして、前記と同様にして、純アルミニウム膜１１、１２を構成するアルミニウムの結晶粒の、膜の面方向の平均粒径の平均値を求めたところ、０．６０μｍであった。また、中心線平均粗さＲａの平均値を計算したところ、０．１２μｍであった。また、光の反射率は６６％、ダイシェア強度は４０ＭＰａ、ボールシェア強度は５３ＭＰａであった。
実施例６：
窒化アルミニウム製の基材１０の両面の、中心線平均粗さＲａを０．０４μｍに仕上げたこと以外は実施例１と同様にして、同基材１０の、一方の主面に、厚み０．１μｍのチタニウム製の密着層と、厚み０．２μｍの白金製のバリア層と、厚み２μｍの純アルミニウム膜１１、１２とを積層、形成してサブマウント１を製造した。
窒化アルミニウム製の基材１０の両面の、中心線平均粗さＲａを０．０４μｍに仕上げたこと以外は実施例１と同様にして、同基材１０の、一方の主面に、厚み０．１μｍのチタニウム製の密着層と、厚み０．２μｍの白金製のバリア層と、厚み２μｍの純アルミニウム膜１１、１２とを積層、形成してサブマウント１を製造した。
そして、前記と同様にして、純アルミニウム膜１１、１２を構成するアルミニウムの結晶粒の、膜の面方向の平均粒径の平均値を求めたところ、０．０７μｍであった。また、中心線平均粗さＲａの平均値を計算したところ、０．０５μｍであった。また、光の反射率は８７％、ダイシェア強度は４３ＭＰａ、ボールシェア強度は６０ＭＰａであった。
実施例７：
窒化アルミニウム製の基材１０の両面の、中心線平均粗さＲａを０．０８μｍに仕上げたこと以外は実施例１と同様にして、同基材１０の、一方の主面に、厚み０．１μｍのチタニウム製の密着層と、厚み０．２μｍの白金製のバリア層と、厚み２μｍの純アルミニウム膜１１、１２とを積層、形成してサブマウント１を製造した。
窒化アルミニウム製の基材１０の両面の、中心線平均粗さＲａを０．０８μｍに仕上げたこと以外は実施例１と同様にして、同基材１０の、一方の主面に、厚み０．１μｍのチタニウム製の密着層と、厚み０．２μｍの白金製のバリア層と、厚み２μｍの純アルミニウム膜１１、１２とを積層、形成してサブマウント１を製造した。
そして、前記と同様にして、純アルミニウム膜１１、１２を構成するアルミニウムの結晶粒の、膜の面方向の平均粒径の平均値を求めたところ、０．１１μｍであった。また、中心線平均粗さＲａの平均値を計算したところ、０．０９μｍであった。また、光の反射率は７５％、ダイシェア強度は４０ＭＰａ、ボールシェア強度は５６ＭＰａであった。
比較例３：
窒化アルミニウム製の基材１０の両面の、中心線平均粗さＲａを０．１５μｍに仕上げたこと以外は実施例１と同様にして、同基材１０の、一方の主面に、厚み０．１μｍのチタニウム製の密着層と、厚み０．２μｍの白金製のバリア層と、厚み２μｍの純アルミニウム膜１１、１２とを積層、形成してサブマウント１を製造した。
窒化アルミニウム製の基材１０の両面の、中心線平均粗さＲａを０．１５μｍに仕上げたこと以外は実施例１と同様にして、同基材１０の、一方の主面に、厚み０．１μｍのチタニウム製の密着層と、厚み０．２μｍの白金製のバリア層と、厚み２μｍの純アルミニウム膜１１、１２とを積層、形成してサブマウント１を製造した。
そして、前記と同様にして、純アルミニウム膜１１、１２を構成するアルミニウムの結晶粒の、膜の面方向の平均粒径の平均値を求めたところ、０．１５μｍであった。また、中心線平均粗さＲａの平均値を計算したところ、０．１７μｍであった。また、光の反射率は５９％、ダイシェア強度は４５ＭＰａ、ボールシェア強度は５２ＭＰａであった。
実施例８：
基材１０として、熱伝導率が２５０Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数が３．７×１０−６／℃である高熱伝導性炭化ケイ素（ＳｉＣ）製で、かつ、その両面（主面）にラップ研磨およびポリッシュ研磨を施して、中心線平均粗さＲａを０．０２μｍに仕上げたものを用いたこと以外は実施例１と同様にして、上記高熱伝導性炭化ケイ素製の基材１０の、一方の主面に、厚み０．１μｍのチタニウム製の密着層と、厚み０．２μｍの白金製のバリア層と、厚み２μｍの純アルミニウム膜１１、１２とを積層、形成してサブマウント１を製造した。
基材１０として、熱伝導率が２５０Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数が３．７×１０−６／℃である高熱伝導性炭化ケイ素（ＳｉＣ）製で、かつ、その両面（主面）にラップ研磨およびポリッシュ研磨を施して、中心線平均粗さＲａを０．０２μｍに仕上げたものを用いたこと以外は実施例１と同様にして、上記高熱伝導性炭化ケイ素製の基材１０の、一方の主面に、厚み０．１μｍのチタニウム製の密着層と、厚み０．２μｍの白金製のバリア層と、厚み２μｍの純アルミニウム膜１１、１２とを積層、形成してサブマウント１を製造した。
そして、前記と同様にして、純アルミニウム膜１１、１２を構成するアルミニウムの結晶粒の、膜の面方向の平均粒径の平均値を求めたところ、０．０５μｍであった。また、中心線平均粗さＲａの平均値を計算したところ、０．０２８μｍであった。また、光の反射率は９４％、ダイシェア強度は４０ＭＰａ、ボールシェア強度は５３ＭＰａであった。
実施例９：
基材１０として、熱伝導率が９０Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数が３．０×１０−６／℃である高熱伝導性窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）製で、かつ、その両面（主面）にラップ研磨およびポリッシュ研磨を施して、中心線平均粗さＲａを０．０２μｍに仕上げたものを用いたこと以外は実施例１と同様にして、上記高熱伝導性窒化ケイ素製の基材１０の、一方の主面に、厚み０．１μｍのチタニウム製の密着層と、厚み０．２μｍの白金製のバリア層と、厚み２μｍの純アルミニウム膜１１、１２とを積層、形成してサブマウント１を製造した。
基材１０として、熱伝導率が９０Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数が３．０×１０−６／℃である高熱伝導性窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）製で、かつ、その両面（主面）にラップ研磨およびポリッシュ研磨を施して、中心線平均粗さＲａを０．０２μｍに仕上げたものを用いたこと以外は実施例１と同様にして、上記高熱伝導性窒化ケイ素製の基材１０の、一方の主面に、厚み０．１μｍのチタニウム製の密着層と、厚み０．２μｍの白金製のバリア層と、厚み２μｍの純アルミニウム膜１１、１２とを積層、形成してサブマウント１を製造した。
そして、前記と同様にして、純アルミニウム膜１１、１２を構成するアルミニウムの結晶粒の、膜の面方向の平均粒径の平均値を求めたところ、０．０５μｍであった。また、中心線平均粗さＲａの平均値を計算したところ、０．０３０μｍであった。また、光の反射率は９１％、ダイシェア強度は４７ＭＰａ、ボールシェア強度は４８ＭＰａであった。
実施例１０：
基材１０として、熱伝導率が１４０Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数が３．０×１０−６／℃である電気絶縁性のケイ素（Ｓｉ）製で、かつ、その両面（主面）にラップ研磨およびポリッシュ研磨を施して、中心線平均粗さＲａを０．０２μｍに仕上げたものを用いたこと以外は実施例１と同様にして、上記ケイ素製の基材１０の、一方の主面に、厚み０．１μｍのチタニウム製の密着層と、厚み０．２μｍの白金製のバリア層と、厚み２μｍの純アルミニウム膜１１、１２とを積層、形成してサブマウント１を製造した。
基材１０として、熱伝導率が１４０Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数が３．０×１０−６／℃である電気絶縁性のケイ素（Ｓｉ）製で、かつ、その両面（主面）にラップ研磨およびポリッシュ研磨を施して、中心線平均粗さＲａを０．０２μｍに仕上げたものを用いたこと以外は実施例１と同様にして、上記ケイ素製の基材１０の、一方の主面に、厚み０．１μｍのチタニウム製の密着層と、厚み０．２μｍの白金製のバリア層と、厚み２μｍの純アルミニウム膜１１、１２とを積層、形成してサブマウント１を製造した。
そして、前記と同様にして、純アルミニウム膜１１、１２を構成するアルミニウムの結晶粒の、膜の面方向の平均粒径の平均値を求めたところ、０．０５μｍであった。また、中心線平均粗さＲａの平均値を計算したところ、０．０３０μｍであった。また、光の反射率は９０％、ダイシェア強度は４８ＭＰａ、ボールシェア強度は５２ＭＰａであった。
実施例１１：
基材１０として、炭化ケイ素（ＳｉＣ）に３０体積％のケイ素（Ｓｉ）を溶浸させた、熱伝導率が８０Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数が３．０×１０−６／℃である複合材（Ｓｉ−ＳｉＣ）製で、かつ、その両面（主面）にラップ研磨およびポリッシュ研磨を施して、中心線平均粗さＲａを０．０２μｍに仕上げたものを用いたこと以外は実施例１と同様にして、上記複合材製の基材１０の、一方の主面に、厚み０．１μｍのチタニウム製の密着層と、厚み０．２μｍの白金製のバリア層と、厚み２μｍの純アルミニウム膜１１、１２とを積層、形成してサブマウント１を製造した。
基材１０として、炭化ケイ素（ＳｉＣ）に３０体積％のケイ素（Ｓｉ）を溶浸させた、熱伝導率が８０Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数が３．０×１０−６／℃である複合材（Ｓｉ−ＳｉＣ）製で、かつ、その両面（主面）にラップ研磨およびポリッシュ研磨を施して、中心線平均粗さＲａを０．０２μｍに仕上げたものを用いたこと以外は実施例１と同様にして、上記複合材製の基材１０の、一方の主面に、厚み０．１μｍのチタニウム製の密着層と、厚み０．２μｍの白金製のバリア層と、厚み２μｍの純アルミニウム膜１１、１２とを積層、形成してサブマウント１を製造した。
そして、前記と同様にして、純アルミニウム膜１１、１２を構成するアルミニウムの結晶粒の、膜の面方向の平均粒径の平均値を求めたところ、０．０５μｍであった。また、中心線平均粗さＲａの平均値を計算したところ、０．０３５μｍであった。また、光の反射率は８９％、ダイシェア強度は４５ＭＰａ、ボールシェア強度は５０ＭＰａであった。
実施例１２：
基材１０として、実施例８で使用した高熱伝導性炭化ケイ素の粉末７０重量％と、マグネシウムを０．３重量％の割合で含むアルミニウム−マグネシウム合金の粉末３０重量％とを混合後、溶解鋳造して製造した、熱伝導率が１８０Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数が８．０×１０−６／℃である複合材（Ａｌ−ＳｉＣ）製で、かつ、その両面（主面）にラップ研磨およびポリッシュ研磨を施して、中心線平均粗さＲａを０．０２μｍに仕上げたものを用いたこと以外は実施例１と同様にして、上記複合材製の基材１０の、一方の主面に、厚み０．１μｍのチタニウム製の密着層と、厚み０．２μｍの白金製のバリア層と、厚み２μｍの純アルミニウム膜１１、１２とを積層、形成してサブマウント１を製造した。
基材１０として、実施例８で使用した高熱伝導性炭化ケイ素の粉末７０重量％と、マグネシウムを０．３重量％の割合で含むアルミニウム−マグネシウム合金の粉末３０重量％とを混合後、溶解鋳造して製造した、熱伝導率が１８０Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数が８．０×１０−６／℃である複合材（Ａｌ−ＳｉＣ）製で、かつ、その両面（主面）にラップ研磨およびポリッシュ研磨を施して、中心線平均粗さＲａを０．０２μｍに仕上げたものを用いたこと以外は実施例１と同様にして、上記複合材製の基材１０の、一方の主面に、厚み０．１μｍのチタニウム製の密着層と、厚み０．２μｍの白金製のバリア層と、厚み２μｍの純アルミニウム膜１１、１２とを積層、形成してサブマウント１を製造した。
そして、前記と同様にして、純アルミニウム膜１１、１２を構成するアルミニウムの結晶粒の、膜の面方向の平均粒径の平均値を求めたところ、０．０５μｍであった。また、中心線平均粗さＲａの平均値を計算したところ、０．０３２μｍであった。また、光の反射率は９２％、ダイシェア強度は４０ＭＰａ、ボールシェア強度は５８ＭＰａであった。
実施例１３：
基材１０として、熱伝導率が２０Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数が６．５×１０−６／℃であるアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）製で、かつ、その両面（主面）にラップ研磨およびポリッシュ研磨を施して、中心線平均粗さＲａを０．０２μｍに仕上げたものを用いたこと以外は実施例１と同様にして、上記アルミナ製の基材１０の、一方の主面に、厚み０．１μｍのチタニウム製の密着層と、厚み０．２μｍの白金製のバリア層と、厚み２μｍの純アルミニウム膜１１、１２とを積層、形成してサブマウント１を製造した。
基材１０として、熱伝導率が２０Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数が６．５×１０−６／℃であるアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）製で、かつ、その両面（主面）にラップ研磨およびポリッシュ研磨を施して、中心線平均粗さＲａを０．０２μｍに仕上げたものを用いたこと以外は実施例１と同様にして、上記アルミナ製の基材１０の、一方の主面に、厚み０．１μｍのチタニウム製の密着層と、厚み０．２μｍの白金製のバリア層と、厚み２μｍの純アルミニウム膜１１、１２とを積層、形成してサブマウント１を製造した。
そして、前記と同様にして、純アルミニウム膜１１、１２を構成するアルミニウムの結晶粒の、膜の面方向の平均粒径の平均値を求めたところ、０．０５μｍであった。また、中心線平均粗さＲａの平均値を計算したところ、０．０２６μｍであった。また、光の反射率は８０％、ダイシェア強度は４７ＭＰａ、ボールシェア強度は５６ＭＰａであった。
実施例１４：
熱伝導率が２３０Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数が４．５×１０−６／℃である窒化アルミニウム（ＡｌＮ）製で、かつ縦５０．８ｍｍ、横５０．８ｍｍ、厚み０．３ｍｍの基材１０の両面（主面）にラップ研磨およびポリッシュ研磨を施して、中心線平均粗さＲａを０．０２μｍに仕上げたものを２０個用意した。
熱伝導率が２３０Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数が４．５×１０−６／℃である窒化アルミニウム（ＡｌＮ）製で、かつ縦５０．８ｍｍ、横５０．８ｍｍ、厚み０．３ｍｍの基材１０の両面（主面）にラップ研磨およびポリッシュ研磨を施して、中心線平均粗さＲａを０．０２μｍに仕上げたものを２０個用意した。
次に、各基材１０の、表面の全面を薄く酸化した後、その一方の主面に直接に、真空蒸着法によって、面方向の中央に狭いギャップを設けて互いに絶縁した状態で、厚み２μｍの２つの純アルミニウム膜１１、１２を成膜してサブマウント１を製造した。純アルミニウム膜１１、１２の成膜条件は、基材の温度：５０℃、蒸着速度：２．２ｎｍ／ｓとした。
そして、前記と同様にして、純アルミニウム膜１１、１２を構成するアルミニウムの結晶粒の、膜の面方向の平均粒径の平均値を求めたところ、０．１５μｍであった。また、中心線平均粗さＲａの平均値を計算したところ、０．０４０μｍであった。また、光の反射率は８８％、ダイシェア強度は２２ＭＰａ、ボールシェア強度は３２ＭＰａであった。
以上の結果を表１、表２にまとめた。
実装試験：
図１(b)に示すように、上記実施例、比較例で製造したサブマウント１の、純アルミニウム膜１１、１２と、半導体発光素子ＬＥ１の２つの極ＬＥ１ａ、ＬＥ１ｂとを、ＡｕバンプＢＰを介して接合することで、当該半導体発光素子ＬＥ１をサブマウント１上にフリップチップ実装して、半導体発光装置ＬＥ２を構成した。
図１(b)に示すように、上記実施例、比較例で製造したサブマウント１の、純アルミニウム膜１１、１２と、半導体発光素子ＬＥ１の２つの極ＬＥ１ａ、ＬＥ１ｂとを、ＡｕバンプＢＰを介して接合することで、当該半導体発光素子ＬＥ１をサブマウント１上にフリップチップ実装して、半導体発光装置ＬＥ２を構成した。
そして、この半導体発光装置ＬＥ２を、各実施例、比較例ごとに１０個ずつ用意し、それを、それぞれ図２に示すパッケージ３に搭載して発光効率（ｌｍ／Ｗ）を測定したところ、各実施例のサブマウント１を使用した場合は、いずれも、最も発光効率の高かった実施例１における発光効率の９０〜１００％という高い発光効率を示した。しかし、各比較例のサブマウント１を使用した場合は、いずれも、実施例１における発光効率の９０％未満の低い発光効率しか得られなかった。
以上の試作と試験とを、金属膜として銀膜、銀に１重量％の銅を添加した鋳造合金膜、アルミニウムに１重量％のケイ素を添加した鋳造合金膜についても行ったところ、ほぼ同じ傾向の結果が得らた。
１ サブマウント（半導体発光素子搭載部材）
１０ 基材
１１、１２ 金属膜
ＬＥ１ 半導体発光素子
ＬＥ２ 半導体発光装置
１０ 基材
１１、１２ 金属膜
ＬＥ１ 半導体発光素子
ＬＥ２ 半導体発光装置
Claims (2)
- 基材と、当該基材の表面に形成した、半導体発光素子搭載のための電極層、および半導体発光素子からの光を反射するための反射層のうちの少なくとも一方として機能する、Ａｇ、Ａｌまたはこれらの金属を含む合金からなる金属膜とを備えるとともに、上記金属膜を、基板温度１２０℃以下、蒸着速度１．０ｎｍ／ｓ以上の条件で、物理蒸着法によって形成することにより、金属膜を構成する金属または合金の結晶粒の、金属膜の面方向の粒径を０．５μｍ以下、当該金属膜の表面の中心線平均粗さＲａを０．１μｍ以下としたことを特徴とする半導体発光素子搭載部材。
- 基材と、当該基材の表面に形成した、半導体発光素子搭載のための電極層、および半導体発光素子からの光を反射するための反射層のうちの少なくとも一方として機能する、Ａｇ、Ａｌまたはこれらの金属を含む合金からなる金属膜とを備えるとともに、上記金属膜を構成する金属または合金の結晶粒の、金属膜の面方向の粒径を０．５μｍ以下、当該金属膜の表面の中心線平均粗さＲａを０．１μｍ以下とした半導体発光素子搭載部材の製造方法であって、上記金属膜を、基板温度１２０℃以下、蒸着速度１．０ｎｍ／ｓ以上の条件で、物理蒸着法によって形成することを特徴とする半導体発光素子搭載部材の製造方法。
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