JP4104032B2 - 半導体発光装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光装置、特に、金属層が積層されたヒートシンクに半導体発光素子がボンディングされてなる半導体発光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
これまで、半導体レーザなどの半導体発光素子をヒートシンクにボンディングする場合、特に、熱抵抗を小さくし、歪みを少なくすることが重要であり、このためには、比較的熱抵抗の小さい材料からなるヒートシンクを用い、この上に半導体発光素子を均一にボンディング出来るように、ボンディング面を平坦にしなければならなかった。
【０００３】
また、ヒートシンクは主に銅系の部材からなるため、長期間、大気中で放置すると酸化され、電気抵抗および熱抵抗が上昇したり、その酸化物等の不純物が半導体発光素子へ拡散しやすいという問題があった。
【０００４】
このため、ヒートシンクの表面を、研磨、化学エッチング等の表面処理により無酸化層面を形成した直後に、ヒートシンク上に、銅と直接反応しないNiやTi等のバリア金属層を設けて拡散を抑制し、その上に、腐食特性のよいAuやPtなどの薄膜を形成する等の方法がとられている。また、最上層には、半導体発光素子とヒートシンクを接着するためのInろう材との濡れ性が良い、Pt薄膜層等を形成させる必要がある。
【０００５】
上記のような条件を満たす例として、ヒートシンク上にNi、Ptが順次形成されているものがある。しかし、この構造では、ヒートシンクにおける金属膜の形成場所が半導体発光素子が接着される１面だけであるため、その端部から金属の劣化が進行し、ついには半導体発光素子を劣化させてしまう。そこで、Ni、Pt層をヒートシンク全面に形成しようとすると、成膜自体はメッキにより簡易であるが、Ptメッキに関してはメッキ液のコストが高く、また、特殊性が高いため生産性が良くない。また、蒸着、スパッタによって全面に金属薄膜を形成するには、１つのヒートシンクに対し、向きを変えながら繰り返し成膜する必要があり、生産性が良くなくコストがかかるという問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、Ni層だけをメッキにより全面に形成した後、蒸着、スパッタ成膜法によりPtを部分的に成膜する方法がとられるようになった。しかし、この方法においても、Ni膜とPt膜を連続して成膜することが出来ないために、成膜中断中にNiメッキ層表面に、Ni酸化被膜層が形成され、NiとPtとの界面で、発熱し易く密着性も悪くなり、信頼性を低下させるという問題がある。
【０００７】
さらに、Pt薄膜は他の金属膜に比べ膜応力が高いため、厚膜にすると膜応力により接着界面に歪みが発生し、接着強度の低下や、歪みによるデバイスの信頼性を低下させる。
【０００８】
上記のように、半導体発光素子をパッケージにボンディングする場合、接着面の歪みと熱抵抗を少なくし、初期特性はもちろん長期信頼性を向上させ、また、ヒートシンクの金属構造および成膜プロセスの最適化をする事でコスト生産性をも満足させることが重要である。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みて、長期的信頼性の高い、低コストな半導体発光装置とその製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体発光装置は、半導体発光素子が、ヒートシンク上の端部に、ヒートシンクの一側面に光出射面を近接させてボンディングされてなる半導体発光装置において、
ヒートシンクが、全面にNi薄膜層が施されており、かつ
ヒートシンクの半導体発光素子が接着された面および側面のNi薄膜層上に、バリア金属層および濡れ改善層が順次積層されていることを特徴とするものである。
【００１１】
上記バリア金属層は、Ni、TiまたはNiTi合金であることが望ましい。
【００１２】
また、濡れ改善金属層は、Pd、PtまたはPdPt合金であることが望ましい。
【００１３】
また、ヒートシンクは、CuまたはCuWからなることが望ましい。
【００１４】
上記、Ni薄膜層は、無電界メッキ、またはスルファミン酸浴を用いた電界メッキにより形成されており、かつ、２μm以上６μm以下の膜厚であることが望ましい。
【００１５】
また、バリア金属層と濡れ改善金属層の層の厚さは、それぞれ50ｎｍ以上150ｎｍ以下であることが望ましい。
【００１６】
なお、金属層の面積は、半導体発光素子の接着面の面積以上であることが望ましい。
【００１７】
また、Ni薄膜層が形成されたヒートシンクの平坦性は、Ｒmax６μm以下であることが望ましい。
【００１８】
また、本発明の半導体発光装置の製造方法は、全面にNi薄膜層が施されたヒートシンクの隣り合う２面に、バリア金属層および濡れ改善層を順次積層し、その後、半導体発光素子を、２面のうちの１面上に、他の１面と半導体発光素子の光出射面を近接させてボンディングする半導体発光装置の製造方法において、
バリア金属層と濡れ改善金属層とを、連続して同一真空雰囲気で成膜することを特徴とするものである。
【００１９】
上記バリア金属層および濡れ性改善金属層を、蒸着またはスパッタにより成膜することが望ましい。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の半導体発光装置によると、Ni薄膜が全面に形成されたヒートシンクを使用するため、ヒートシンクのCu部材の腐食を防き、ヒートシンクから半導体発光素子への不純物が拡散するのを抑制でき、信頼性を向上することができる。また、Ni薄膜層の形成にメッキ法を採用することにより、容易に平坦性が得られる膜を安価で作製することができる。
【００２１】
また、Ni薄膜層が形成されたヒートシンク上に、厚さ50ｎｍ以上150ｎｍ以下のNiバリア層を再形成することにより、万一、Ni薄膜層をメッキにより形成した後に、層表面に発生する不純物が、Niバリア層に拡散しても、Niバリア層がバッファ層として機能することにより、濡れ改善金属層や半導体発光素子にまで拡散することを抑制でき、半導体発光素子の劣化を防ぐことができ、信頼性を向上することができる。
【００２２】
また、Pt薄膜の膜厚を50ｎｍ以上150ｎｍ以下にすることにより、膜応力による接着界面の歪みを抑制でき、均一な濡れ性が得られる。これにより信頼性を向上することができる。
【００２３】
また、本発明の半導体発光装置の製造方法によると、Ni薄膜層とPt薄膜層を連続して真空成膜するため、Ni表面に不純物が付着しにくく、また、これらの金属層を汎用性のある工程で作製することができ、かつ、単一バッチでの形成が可能となり、工程削減およびコスト低減を実現することができる。
【００２４】
【実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面により詳細に説明する。
【００２５】
図１に本発明の実施の形態である半導体発光素子パッケージの構造図を示す。
【００２６】
図１に示すように、ヒートシンク１上全面に、メッキ法によりNi薄膜層を２μm以上６μm以下の膜厚で形成する。その後、半導体発光素子５を接着する面および光出射される側の面に、半導体発光素子５の接着底面の面積の４倍に値する領域に、蒸着およびスパッタ成膜法により、銅と直接反応しないバリア金属層２を50ｎｍ以上150ｎｍ以下の膜厚で形成する。その上に、はんだ材との濡れをよくするための濡れ改善の金属層３を50ｎｍ以上150ｎｍ以下の膜厚で、同一真空内で連続して成膜を行う。
【００２７】
ここで、半導体発光素子５を、GaAs基板上に、AlGaAs層、GaAs層、GaAsP層、InGaAs層を順次積層し、その後、AuGe/Ni/AuからなるＮ電極と、Au/Pt/Ti/Pt/TiからなるＰ電極を形成して作製する。この半導体発光素子５を、前記ヒートシンク１の接着面に１０gから３０gの加重で押し当てたまま、200℃から250℃程度の熱でInロウ材４を融解させ、その後冷却し固定する。
【００２８】
なお、ヒートシンクは、熱抵抗の小さいCuまたはCuWを用いる。
【００２９】
また、バリア金属層には、NiまたはTiを使用することが望ましく、また、濡れ改善金属層には、PdまたはPtを使用することが望ましい。
【００３０】
図２に、リッジ幅が50μm、共振器長が750μmの半導体発光素子を、温度50度、出力500ｍＷで100時間プレエージングした時の劣化率のNi膜厚依存性のグラフを示す。図２から、バリア金属層であるNi薄膜層の膜厚を、50ｎｍ以上150ｎｍ以下にすることにより、劣化率が小さくなることが判る。
【００３１】
また、図３に、図２に示す条件と同様の条件でプレエージングを行った時のPt膜厚依存性のグラフを示す。図３から、濡れ改善金属層であるPt薄膜層の膜厚を、50ｎｍ以上150ｎｍ以下にすることにより、劣化率が小さくなることが判る。
【００３２】
よって、上記のように作製された半導体発光素子パッケージによると、Ni薄膜を、メッキによりヒートシンク上全面に形成しているため、Cu部材の腐食を防ぎ、ヒートシンクから半導体発光素子への不純物の拡散を抑制することができ、平坦性が得られる膜を容易に、かつ安価で作製することができる。
【００３３】
また、Ni薄膜が形成されたヒートシンク上にNiバリア層を再度形成することにより、万一、メッキによりNi薄膜層を形成した場合の残留物等の不純物が、Niバリア層に拡散しても、Niバリア層がバッファ層として機能することにより、濡れ改善金属層や半導体発光素子にまで拡散することを抑制でき、半導体発光素子の劣化を防ぐことができ、信頼性を向上させることができる。
【００３４】
また、Ni薄膜層とPt薄膜層を真空雰囲気で行うことにより、単一バッチで薄膜形成が可能となり、工程を削減することができ、コストを低減することができる。また、この２つの層を連続して成膜することにより、Ni薄膜表面に水分等の不純物の付着を防止することができ、信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す半導体発光素子パッケージの斜傾図
【図２】本発明の半導体発光素子の劣化率のNi膜厚依存性を示すグラフ
【図３】本発明の半導体発光素子の劣化率のPt膜厚依存性を示すグラフ
【符号の説明】
１ ヒートシンク
２ Ni薄膜層
３ Pt薄膜層
４ Inロウ材
５ 半導体発光素子
６ 光出射面
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光装置、特に、金属層が積層されたヒートシンクに半導体発光素子がボンディングされてなる半導体発光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
これまで、半導体レーザなどの半導体発光素子をヒートシンクにボンディングする場合、特に、熱抵抗を小さくし、歪みを少なくすることが重要であり、このためには、比較的熱抵抗の小さい材料からなるヒートシンクを用い、この上に半導体発光素子を均一にボンディング出来るように、ボンディング面を平坦にしなければならなかった。
【０００３】
また、ヒートシンクは主に銅系の部材からなるため、長期間、大気中で放置すると酸化され、電気抵抗および熱抵抗が上昇したり、その酸化物等の不純物が半導体発光素子へ拡散しやすいという問題があった。
【０００４】
このため、ヒートシンクの表面を、研磨、化学エッチング等の表面処理により無酸化層面を形成した直後に、ヒートシンク上に、銅と直接反応しないNiやTi等のバリア金属層を設けて拡散を抑制し、その上に、腐食特性のよいAuやPtなどの薄膜を形成する等の方法がとられている。また、最上層には、半導体発光素子とヒートシンクを接着するためのInろう材との濡れ性が良い、Pt薄膜層等を形成させる必要がある。
【０００５】
上記のような条件を満たす例として、ヒートシンク上にNi、Ptが順次形成されているものがある。しかし、この構造では、ヒートシンクにおける金属膜の形成場所が半導体発光素子が接着される１面だけであるため、その端部から金属の劣化が進行し、ついには半導体発光素子を劣化させてしまう。そこで、Ni、Pt層をヒートシンク全面に形成しようとすると、成膜自体はメッキにより簡易であるが、Ptメッキに関してはメッキ液のコストが高く、また、特殊性が高いため生産性が良くない。また、蒸着、スパッタによって全面に金属薄膜を形成するには、１つのヒートシンクに対し、向きを変えながら繰り返し成膜する必要があり、生産性が良くなくコストがかかるという問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、Ni層だけをメッキにより全面に形成した後、蒸着、スパッタ成膜法によりPtを部分的に成膜する方法がとられるようになった。しかし、この方法においても、Ni膜とPt膜を連続して成膜することが出来ないために、成膜中断中にNiメッキ層表面に、Ni酸化被膜層が形成され、NiとPtとの界面で、発熱し易く密着性も悪くなり、信頼性を低下させるという問題がある。
【０００７】
さらに、Pt薄膜は他の金属膜に比べ膜応力が高いため、厚膜にすると膜応力により接着界面に歪みが発生し、接着強度の低下や、歪みによるデバイスの信頼性を低下させる。
【０００８】
上記のように、半導体発光素子をパッケージにボンディングする場合、接着面の歪みと熱抵抗を少なくし、初期特性はもちろん長期信頼性を向上させ、また、ヒートシンクの金属構造および成膜プロセスの最適化をする事でコスト生産性をも満足させることが重要である。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みて、長期的信頼性の高い、低コストな半導体発光装置とその製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体発光装置は、半導体発光素子が、ヒートシンク上の端部に、ヒートシンクの一側面に光出射面を近接させてボンディングされてなる半導体発光装置において、
ヒートシンクが、全面にNi薄膜層が施されており、かつ
ヒートシンクの半導体発光素子が接着された面および側面のNi薄膜層上に、バリア金属層および濡れ改善層が順次積層されていることを特徴とするものである。
【００１１】
上記バリア金属層は、Ni、TiまたはNiTi合金であることが望ましい。
【００１２】
また、濡れ改善金属層は、Pd、PtまたはPdPt合金であることが望ましい。
【００１３】
また、ヒートシンクは、CuまたはCuWからなることが望ましい。
【００１４】
上記、Ni薄膜層は、無電界メッキ、またはスルファミン酸浴を用いた電界メッキにより形成されており、かつ、２μm以上６μm以下の膜厚であることが望ましい。
【００１５】
また、バリア金属層と濡れ改善金属層の層の厚さは、それぞれ50ｎｍ以上150ｎｍ以下であることが望ましい。
【００１６】
なお、金属層の面積は、半導体発光素子の接着面の面積以上であることが望ましい。
【００１７】
また、Ni薄膜層が形成されたヒートシンクの平坦性は、Ｒmax６μm以下であることが望ましい。
【００１８】
また、本発明の半導体発光装置の製造方法は、全面にNi薄膜層が施されたヒートシンクの隣り合う２面に、バリア金属層および濡れ改善層を順次積層し、その後、半導体発光素子を、２面のうちの１面上に、他の１面と半導体発光素子の光出射面を近接させてボンディングする半導体発光装置の製造方法において、
バリア金属層と濡れ改善金属層とを、連続して同一真空雰囲気で成膜することを特徴とするものである。
【００１９】
上記バリア金属層および濡れ性改善金属層を、蒸着またはスパッタにより成膜することが望ましい。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の半導体発光装置によると、Ni薄膜が全面に形成されたヒートシンクを使用するため、ヒートシンクのCu部材の腐食を防き、ヒートシンクから半導体発光素子への不純物が拡散するのを抑制でき、信頼性を向上することができる。また、Ni薄膜層の形成にメッキ法を採用することにより、容易に平坦性が得られる膜を安価で作製することができる。
【００２１】
また、Ni薄膜層が形成されたヒートシンク上に、厚さ50ｎｍ以上150ｎｍ以下のNiバリア層を再形成することにより、万一、Ni薄膜層をメッキにより形成した後に、層表面に発生する不純物が、Niバリア層に拡散しても、Niバリア層がバッファ層として機能することにより、濡れ改善金属層や半導体発光素子にまで拡散することを抑制でき、半導体発光素子の劣化を防ぐことができ、信頼性を向上することができる。
【００２２】
また、Pt薄膜の膜厚を50ｎｍ以上150ｎｍ以下にすることにより、膜応力による接着界面の歪みを抑制でき、均一な濡れ性が得られる。これにより信頼性を向上することができる。
【００２３】
また、本発明の半導体発光装置の製造方法によると、Ni薄膜層とPt薄膜層を連続して真空成膜するため、Ni表面に不純物が付着しにくく、また、これらの金属層を汎用性のある工程で作製することができ、かつ、単一バッチでの形成が可能となり、工程削減およびコスト低減を実現することができる。
【００２４】
【実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面により詳細に説明する。
【００２５】
図１に本発明の実施の形態である半導体発光素子パッケージの構造図を示す。
【００２６】
図１に示すように、ヒートシンク１上全面に、メッキ法によりNi薄膜層を２μm以上６μm以下の膜厚で形成する。その後、半導体発光素子５を接着する面および光出射される側の面に、半導体発光素子５の接着底面の面積の４倍に値する領域に、蒸着およびスパッタ成膜法により、銅と直接反応しないバリア金属層２を50ｎｍ以上150ｎｍ以下の膜厚で形成する。その上に、はんだ材との濡れをよくするための濡れ改善の金属層３を50ｎｍ以上150ｎｍ以下の膜厚で、同一真空内で連続して成膜を行う。
【００２７】
ここで、半導体発光素子５を、GaAs基板上に、AlGaAs層、GaAs層、GaAsP層、InGaAs層を順次積層し、その後、AuGe/Ni/AuからなるＮ電極と、Au/Pt/Ti/Pt/TiからなるＰ電極を形成して作製する。この半導体発光素子５を、前記ヒートシンク１の接着面に１０gから３０gの加重で押し当てたまま、200℃から250℃程度の熱でInロウ材４を融解させ、その後冷却し固定する。
【００２８】
なお、ヒートシンクは、熱抵抗の小さいCuまたはCuWを用いる。
【００２９】
また、バリア金属層には、NiまたはTiを使用することが望ましく、また、濡れ改善金属層には、PdまたはPtを使用することが望ましい。
【００３０】
図２に、リッジ幅が50μm、共振器長が750μmの半導体発光素子を、温度50度、出力500ｍＷで100時間プレエージングした時の劣化率のNi膜厚依存性のグラフを示す。図２から、バリア金属層であるNi薄膜層の膜厚を、50ｎｍ以上150ｎｍ以下にすることにより、劣化率が小さくなることが判る。
【００３１】
また、図３に、図２に示す条件と同様の条件でプレエージングを行った時のPt膜厚依存性のグラフを示す。図３から、濡れ改善金属層であるPt薄膜層の膜厚を、50ｎｍ以上150ｎｍ以下にすることにより、劣化率が小さくなることが判る。
【００３２】
よって、上記のように作製された半導体発光素子パッケージによると、Ni薄膜を、メッキによりヒートシンク上全面に形成しているため、Cu部材の腐食を防ぎ、ヒートシンクから半導体発光素子への不純物の拡散を抑制することができ、平坦性が得られる膜を容易に、かつ安価で作製することができる。
【００３３】
また、Ni薄膜が形成されたヒートシンク上にNiバリア層を再度形成することにより、万一、メッキによりNi薄膜層を形成した場合の残留物等の不純物が、Niバリア層に拡散しても、Niバリア層がバッファ層として機能することにより、濡れ改善金属層や半導体発光素子にまで拡散することを抑制でき、半導体発光素子の劣化を防ぐことができ、信頼性を向上させることができる。
【００３４】
また、Ni薄膜層とPt薄膜層を真空雰囲気で行うことにより、単一バッチで薄膜形成が可能となり、工程を削減することができ、コストを低減することができる。また、この２つの層を連続して成膜することにより、Ni薄膜表面に水分等の不純物の付着を防止することができ、信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す半導体発光素子パッケージの斜傾図
【図２】本発明の半導体発光素子の劣化率のNi膜厚依存性を示すグラフ
【図３】本発明の半導体発光素子の劣化率のPt膜厚依存性を示すグラフ
【符号の説明】
１ ヒートシンク
２ Ni薄膜層
３ Pt薄膜層
４ Inロウ材
５ 半導体発光素子
６ 光出射面
Claims (3)
- 半導体発光素子が、ヒートシンク上の端部に、該ヒートシンクの一側面に光出射面を近接させてボンディングされてなる半導体発光装置において、
前記ヒートシンクが、全面にNi薄膜層が施されており、かつ
前記ヒートシンクの前記半導体発光素子が接着された面および前記側面の該Ni薄膜層上に、Niバリア金属層および濡れ改善層が順次積層されていることを特徴とする半導体発光装置。 - 前記バリア金属層の層厚が 50 ｎｍ以上 150 ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
- 前記濡れ改善金属層の層厚が 50 ｎｍ以上 150 ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体発光装置。
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP07603999A JP4104032B2 (ja) | 1999-03-19 | 1999-03-19 | 半導体発光装置およびその製造方法 |
| DE60028275T DE60028275T2 (de) | 1999-03-19 | 2000-03-17 | Lichtemittierende Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren |
| EP00105706A EP1039596B1 (en) | 1999-03-19 | 2000-03-17 | Semiconductor light emitting device and method for manufacturing the same |
| US09/531,215 US6621159B1 (en) | 1999-03-19 | 2000-03-20 | Semiconductor light emitting device and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP07603999A JP4104032B2 (ja) | 1999-03-19 | 1999-03-19 | 半導体発光装置およびその製造方法 |
Related Child Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2007263290A Division JP2008034874A (ja) | 2007-10-09 | 2007-10-09 | 半導体発光装置およびその製造方法 |
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|---|---|
| JP2000269583A JP2000269583A (ja) | 2000-09-29 |
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Family
ID=13593677
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07603999A Expired - Lifetime JP4104032B2 (ja) | 1999-03-19 | 1999-03-19 | 半導体発光装置およびその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
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| EP (1) | EP1039596B1 (ja) |
| JP (1) | JP4104032B2 (ja) |
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