放熱部材および半導体装置
【課題】基体を含金属材料によって形成しているにも拘らず、他部材との接続時に、溶融した半田が、前記基体の側面を這い上がりにくいため、半導体レーザの短絡や、半導体レーザの出射面から出射されるレーザ光の光束が遮られたりするのを抑制できる放熱部材と、それを用いた半導体装置とを提供する。
【解決手段】放熱部材１は、基体７の他部材接続面６に、半田に対する濡れ性を付与すると共に、側面１３の、少なくとも他部材接続面６と隣接する領域、および他部材接続面６の、側面１３と隣接する領域のうちの少なくとも一方に、前記半田の流れを阻止するための半田ブロック層１４を形成した。半導体装置は、素子接続面に、半田からなる素子接続層を介して半導体素子を接続し、他部材接続面に、前記素子接続層を形成する半田より融点の低い半田からなる他部材接続層を介して他部材を接続した。
【解決手段】放熱部材１は、基体７の他部材接続面６に、半田に対する濡れ性を付与すると共に、側面１３の、少なくとも他部材接続面６と隣接する領域、および他部材接続面６の、側面１３と隣接する領域のうちの少なくとも一方に、前記半田の流れを阻止するための半田ブロック層１４を形成した。半導体装置は、素子接続面に、半田からなる素子接続層を介して半導体素子を接続し、他部材接続面に、前記素子接続層を形成する半田より融点の低い半田からなる他部材接続層を介して他部材を接続した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、レーザ加工用の高出力の半導体レーザ等の、高い放熱性が求められる半導体素子の放熱用として、好適に使用することができる放熱部材と、前記放熱部材を用いた半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザや発光ダイオード等の半導体発光素子に代表される、半導体素子の動作時に発生する熱を、前記素子外、より詳しくは、さらにヒートシンク、ステム等の他部材を通して環境中等に放熱するために、前記半導体素子と他部材との間に介在させて用いる、サブマウント、ヒートシンク、放熱基板等の放熱部材としては、従来、切断等の加工のしやすさや、半導体素子への配線のパターン形成の容易さ、あるいは製造コストの低さ等を考慮して、Ｓｉやセラミックス等からなるものが、広く用いられてきた（例えば特許文献１、２参照）。
【０００３】
図１５は、前記従来の放熱部材としてのサブマウント１に、半導体素子としての半導体レーザ２と、他部材としてのヒートシンク３とを接続して構成され、前記半導体レーザ２の動作時に発生する熱を、サブマウント１を介してヒートシンク３に伝達して環境中に放熱するための、従来の半導体装置４の一例を示す断面図である。図１５を参照して、この例の半導体装置４のうち、サブマウント１は、前記のようにＳｉやセラミックスによって形成されていると共に、図において上側の面が、半導体レーザ２を接続するための素子接続面５、下面が、ヒートシンク３を接続するための他部材接続面６とされた平板状の基体７を備えている。
【０００４】
また、前記基体７の素子接続面５の、半導体レーザ２を接続する領域には、半田からなる素子接続層８が被覆されており、他部材接続面６には、前記素子接続層８を形成する半田よりも融点の低い半田からなる他部材接続層９が被覆されている。また、基体７の素子接続面５には、素子接続層８を形成する半田に対する良好な濡れ性を付与するため、前記素子接続層８を被覆するに先立って、図示していないが、例えばＡｕ等の金属層を、スパッタリング法、真空蒸着法、湿式メッキ法等によって被覆しておくこともある。
【０００５】
半導体レーザ２は、図において上下方向に、複数の半導体層や電極層等を積層して形成されていると共に、前記積層方向と交差する一側面が、積層方向の途中に設けた活性層１０で発生したレーザ光１１を出射するための出射面１２とされたものである。また、ヒートシンク３は、半導体レーザ２の動作時に発生して、素子接続層８、サブマウント１、他部材接続層９を介して伝えられた熱を環境中に放出したり、さらに別部材に伝達したりするためのものであり、通常は、Ｃｕ等によって形成されるのが一般的である。
【０００６】
前記各部を備えた、図の例の半導体装置４は、例えば、サブマウント１と半導体レーザ２とを、素子接続層８を挟んで積層した状態で加熱して、前記素子接続層８を形成する半田を溶融させて、半導体レーザ２の下面に半田接合させることで、前記サブマウント１と半導体レーザ２とを接続した後、サブマウント１とヒートシンク３とを、他部材接続層９を挟んで積層した状態で、素子接続層８を形成する半田の溶融温度以下で、かつ他部材接続層９を形成する半田の溶融温度以上の温度に加熱して、前記他部材接続層９を選択的に溶融させて、ヒートシンク３の上面に半田接合させることで、サブマウント１とヒートシンク３と接続して製造される。
【０００７】
サブマウント１と半導体レーザ２とは、出射面１２から出射されるレーザ光１１の光束が、サブマウント１によって遮られるのを防止するため、図に見るように、前記出射面１２と、サブマウント１の基体７の、素子接続面５および他部材接続面６と交差する各側面のうち、出射面１２と同じ側の側面１３とが同一平面となるように位置合わせした状態で、接続されるのが一般的である。しかし、サブマウント１と半導体レーザ２とを接続する際に、素子接続層８を形成する半田が、加熱によって溶融して、前記出射面１２側にはみ出した状態で固化される場合があり、その場合には、はみ出した半田によって、出射面１２から出射されるレーザ光１１の光束が遮られたり、半導体レーザ２が短絡したりするという問題を生じるおそれがある。
【０００８】
そこで、基体７の素子接続面５に、半田に対する良好な濡れ性を付与するために形成する、Ａｕ等の金属層を、前記素子接続面５だけでなく、側面１３にも連続させて形成することで、前記側面１３にも、半田に対する良好な濡れ性を付与しておき、サブマウント１と半導体レーザ２とを接続する際に溶融してはみ出した半田を、前記金属層の機能によって、側面１３側に流れるように誘導して、出射面１２側にはみ出すのを防止することが、先に説明した特許文献１や、あるいは特許文献３等に記載されている。また、同様の効果を得るため、特許文献２、４には、側面１３に形成した金属層上に、あらかじめ、素子接続層８と連続させて、半田の層を形成しておくことが記載されている。
【０００９】
近年、特に半導体レーザ等の半導体素子の高出力化に伴って、前記半導体素子に、大電流を流す必要が生じてきたことから、サブマウント等の放熱部材の基体を、金属を含み、導電性を有する材料で形成して、それ自体を素子の電極としても機能させることが試みられている。例えば特許文献５には、サブマウント等の放熱部材の基体を、Ｗからなる多孔質体の細孔内に、Ｃｕを溶浸させて形成した複合構造を有するＣｕ−Ｗ複合材料によって形成することが記載されている。
【特許文献１】特開平６−３５０２０２号公報
【特許文献２】特開２００３−４６１８１号公報
【特許文献３】特開平５−２４３６９０号公報
【特許文献４】特開平８−３３０６７２号公報
【特許文献５】特開２００３−１５２１４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
基体を、前記Ｃｕ−Ｗ複合材料等の、金属を含む材料（以下「含金属材料」と記載することがある）によって形成した放熱部材を用いて半導体装置を構成する場合も、その基本的な構造は、図１５に示すとおりとされるのが一般的である。放熱部材としてのサブマウント１と、半導体素子としての半導体レーザ２とを接続する際に、溶融した半田が、半導体レーザ２の出射面１２側にはみ出すのを防止するための構造も、基本的には、従来と同じでよいと考えられている。
【００１１】
ところが、前記含金属材料からなる基体７は、それ自体が、従来の、Ｓｉやセラミックス等からなるものと比較して半田に対する濡れ性が良いことから、サブマウント１をヒートシンク３と接続する際に、他部材接続層９を形成する半田が、加熱によって溶融した状態で、基体７の側面１３を、半導体レーザ２の出射面１２の近傍まで這い上がって、前記半導体レーザ２を短絡させたり、前記出射面１２から出射されるレーザ光１１の光束を遮ったりする不良を生じやすいという問題がある。
【００１２】
特に、他部材接続層９を形成する半田として、放熱の妨げとなるボイド等のハンダ濡れ不良を生じにくく、良好な半田接合を得ることができるため、半導体装置４の製造の歩留まりを向上させる効果に優れた、低温での流れ性のよい半田や、ペースト状、箔状の半田を使用した際に、前記の不良を生じやすい。ペースト状、箔状の半田を使用した際に、前記の不良を生じやすいのは、その量の制御が容易でなく、過剰量の半田が発生しやすいためである。
【００１３】
本発明の目的は、基体を含金属材料によって形成しているにも拘らず、他部材との接続時に、溶融した半田が、前記基体の側面を、半導体素子の近傍まで這い上がったりしにくいため、例えば、前記半田として、低温での流れ性のよい半田や、ペースト状、箔状の半田等を使用した場合であっても、前記這い上がりによる、半導体素子の短絡や、半導体素子が半導体レーザ等である場合に、その出射面から出射されるレーザ光等の光束が遮られたりする不良が発生するのを、これまでよりも抑制しながら、放熱の妨げとなるボイド等のハンダ濡れ不良の少ない、良好な半田接合を得ることができる放熱部材と、それを用いた半導体装置とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、片面が、半導体素子との接続のための素子接続面、反対面が、他部材との接続のための他部材接続面とされた、少なくとも金属を含む材料からなる平板状の基体を備え、前記他部材接続面に、半田に対する濡れ性が付与されていると共に、前記基体の、素子接続面および他部材接続面と交差する側面の、少なくとも一部の領域、および他部材接続面の、側面と隣接する領域のうちの少なくとも一方に、前記半田の流れを阻止するための半田ブロック処理が施されていることを特徴とする放熱部材である。
【００１５】
本発明によれば、含金属材料からなる基体の他部材接続面に、半田に対する良好な濡れ性を付与したことと、前記基体の側面の、少なくとも一部の領域、および他部材接続面の、側面と隣接する領域のうちの少なくとも一方に、前記半田の流れを阻止するための半田ブロック処理を施したこととの相乗効果によって、基体として含金属材料からなるものを使用しているにも拘らず、他部材との接続時に、溶融した半田が、前記基体の側面を、半導体素子の近傍まで這い上がったりしにくくすることができる。
【００１６】
そのため、本発明によれば、例えば、他部材接続層を形成する半田として、低温での流れ性のよい半田や、ペースト状、箔状の半田等を使用した場合であっても、前記半田の這い上がりによる、半導体素子の短絡や、半導体素子が半導体レーザ等である場合に、その出射面から出射されるレーザ光等の光束が遮られたりする不良が発生するのを、これまでよりも抑制しながら、放熱の妨げとなるボイド等のハンダ濡れ不良の少ない、良好な半田接合を得ることができる放熱部材を提供することが可能となる。なお、前記基体の側面の、少なくとも一部の領域、および他部材接続面の、側面と隣接する領域のうちの少なくとも一方を半田ブロック処理するためには、前記いずれかの領域を、半田に対する濡れ性、および半田の流れ性の低い材料からなる半田ブロック層によって被覆するのが好ましい。
【００１７】
前記材料としては、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ｃｒ、およびＡｌからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属、またはこれら金属の少なくとも１種を含む化合物が挙げられる。また、基体の素子接続面の少なくとも一部には、半導体素子との良好な接続を図るために、半田からなる素子接続層を被覆するのが好ましく、前記半田が、半導体素子としての半導体レーザ等の出射面にはみ出すのを防止するためには、基体の側面の、少なくとも素子接続面と隣接する領域にも、前記素子接続層を被覆して、溶融した半田を、側面側へ誘導できるようにしておくのが好ましい。
【００１８】
基体の側面は、表面粗さを示す、粗さ曲線の算術平均粗さＲaが０．１〜１．６μｍとなるように仕上げるのが好ましい。算術平均粗さＲaが前記範囲未満では、側面の、少なくとも一部の領域、および他部材接続面の、側面と隣接する領域のうちの少なくとも一方を、半田ブロック層で被覆しているにも拘らず、他部材との接続時に、溶融した半田が、側面を、半導体素子の近傍まで這い上がるおそれがある。これは、側面の平滑性が高いため、溶融した半田の這い上がりを阻止する凹凸が小さく、かつ少ないことに起因すると考えられる。そのため、這い上がった半田が半導体素子を短絡させたり、半導体素子が半導体レーザ等である場合に、その出射面から出射されるレーザ光等の光束を遮ったりする不良が発生するのを、十分に抑制できなくなるおそれがある。
【００１９】
また、算術平均粗さＲaが前記範囲未満となるように仕上げるには、切断および研磨加工に長時間を要することから、基体の、ひいては放熱部材や半導体装置の生産性を低下させて、製造コストを高騰させる要因ともなる。一方、算術平均粗さＲaが前記範囲を超える場合には、半導体素子の接続時に溶融した半田が、側面を伝って流れ落ちにくくなる傾向がある。これは、先の場合と逆に、溶融した半田の流れ落ちを阻害する凹凸が大きく、かつ多いことに起因すると考えられる。そのため、たとえ、前記側面に素子接続層を被覆しておいても、溶融してはみ出した半田が側面側に誘導されずに、半導体素子の側にはみ出して、前記半導体素子を短絡させたり、半導体素子が半導体レーザ等である場合に、その出射面から出射されるレーザ光等の光束を遮ったりする不良が発生しやすくなるおそれがある。
【００２０】
基体を、導電性を有する含金属材料で形成して、それ自体を素子の電極としても機能させる効果を、より一層、向上することを考慮すると、前記含金属材料からなる基体の比抵抗は１．６×１０-8〜１．０×１０-3Ωｍであるのが好ましい。比抵抗が前記範囲を超える場合には、それ自体を素子の電極として機能させる効果が十分に得られないだけでなく、電極として機能させた際に、基体自体が発熱するおそれもある。また、比抵抗が前記範囲未満である材料（複合材料を含む）は、特別なものに限られており、高価で、しかも製造が容易でないことから、基体の、ひいては放熱部材や半導体装置の生産性を低下させ、製造コストを高騰させる要因となる。
【００２１】
前記基体の、比抵抗以外の特性は、特に限定されないものの、特にレーザ加工用の高出力の半導体レーザ等の、高い放熱性が求められる半導体素子の放熱用として用いる基体において、前記半導体素子の動作時に発生する熱を、できるだけスムースに放熱することを考慮すると、基体の熱伝導率は１５０〜６５０Ｗ／ｍ・Ｋであるのが好ましい。また、半導体素子の動作時に発生する熱によって大きく膨張したり、その後の冷却によって大きく収縮したりして、半導体素子に過剰な応力を生じさせて、その特性を劣化させたり、半導体素子を破損させたり、半導体素子や他部材との接続が破断したりするのを防止することを考慮すると、前記基体の熱膨張係数は２．０×１０-6〜１０×１０-6／Ｋであるのが好ましい。
【００２２】
また、前記各特性を満足する、含金属材料からなる基体としては、Ｗ、Ｍｏ、ＳｉＣ、およびダイヤモンドからなる群より選ばれた少なくとも１種と、Ｃｕ、Ａｌ、およびＡｇからなる群より選ばれた少なくとも１種とからなるものが好ましい。本発明の放熱部材の、具体的な構成の一例としては、前記複合材料等の、含金属材料からなる基体の素子接続面、他部材接続面、および側面が、ＮｉまたはＮｉを含む化合物からなり、基体の各面と、先に説明した半田ブロック層、素子接続層、他部材接続層や、次に述べる拡散防止層、半田濡れ層、あるいは基体自体を素子の電極として機能させるための電極層等の、各層との密着性を向上する機能に優れ、かつ、半田に対する濡れ性にも優れた密着層によって被覆されていると共に、他部材接続面において、前記密着層が露出されることで、前記他部材接続面に、半田に対する濡れ性が付与されたものが挙げられる。
【００２３】
また、本発明の放熱部材の、具体的な構成の他の例としては、前記基体の素子接続面、他部材接続面、および側面が、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、およびＣｕからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属、またはこれら金属の少なくとも１種を含む化合物からなり、基体の各面と、先に説明した半田ブロック層、素子接続層、他部材接続層や、次に述べる拡散防止層、半田濡れ層、あるいは基体自体を素子の電極として機能させるための電極層等の、各層との密着性を向上する機能に優れた密着層と、Ｐｔ、Ｍｏ、およびＰｄからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属、またはこれら金属の少なくとも１種を含む化合物からなり、前記密着層を形成する金属の、半導体素子を接続するための半田や、他部材との接続のための半田への拡散による、前記半田の、組成の変化を防止する機能を有すると共に、半田に対する濡れ性の低い材料からなる拡散防止層とで、この順に被覆されており、なおかつ、側面の、少なくとも他部材接続面と隣接する領域、および他部材接続面の、側面と隣接する領域のうちの少なくとも一方において、前記拡散防止層が、半田ブロック層として露出されることで、前記領域が半田ブロック処理されたものも挙げられる。
【００２４】
また、前記例の放熱部材においては、他部材接続面に、半田に対する濡れ性を付与するために、前記他部材接続面のうち、拡散防止層が露出されている必要がある領域以外の領域を、Ａｕ、Ｎｉ、およびＡｇからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属、またはこれら金属の少なくとも１種を含む化合物からなる半田濡れ層によって被覆するのが好ましい。
【００２５】
本発明は、前記本発明の放熱部材の、基体の素子接続面に、半田からなる素子接続層を介して、半導体素子が接続されていると共に、他部材接続面に、前記素子接続層を形成する半田よりも融点の低い半田からなる他部材接続層を介して、他部材が接続されていることを特徴とする半導体装置である。本発明によれば、先に説明した放熱部材の機能によって、半導体素子の短絡や、半導体素子が半導体レーザ等である場合に、その出射面から出射されるレーザ光等の光束が遮られたりする不良が生じにくい、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【００２６】
半導体素子との接続のための半田としては、Ａｕ−Ｓｎ系、またはＡｕ−Ｇｅ系の半田を用いるのが好ましく、前記半田よりも融点の低い、他部材との接続のための半田としては、半田ブロック処理の効果によって、前記半田が、基体の側面を這い上がりにくいことから、低温での流れ性がよく、放熱の妨げとなるボイド等のハンダ濡れ不良を生じにくい、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ｇｅ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系、またはＳｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系の半田を用いるのが好ましい。さらに、本発明の構成は、特に、レーザ加工用の高出力の半導体レーザ等の、高い放熱性が求められる半導体発光素子に適用した際に、より一層、良好な効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、基体を含金属材料によって形成しているにも拘らず、他部材との接続時に、溶融した半田が、前記基体の側面を、半導体素子の近傍まで這い上がったりしにくいため、例えば、前記半田として、低温での流れ性のよい半田や、ペースト状、箔状の半田等を使用した場合であっても、前記這い上がりによる、半導体素子の短絡や、半導体素子が半導体レーザ等である場合に、その出射面から出射されるレーザ光等の光束が遮られたりする不良が発生するのを、これまでよりも抑制しながら、放熱の妨げとなるボイド等のハンダ濡れ不良の少ない、良好な半田接合を得ることができる放熱部材と、それを用いた半導体装置とを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１は、本発明の放熱部材の一例としてのサブマウント１と、前記サブマウント１に接続される半導体素子としての、半導体レーザ２の外観を示す斜視図である。図２は、前記サブマウント１の、図１におけるII−II線断面図である。両図を参照して、この例のサブマウント１は、両図において上側の面が、半導体レーザ２を接続するための素子接続面５、下面が、他部材としてのヒートシンク３（図１４参照）を接続するための他部材接続面６とされた、平面形状が矩形状で、かつ平板状の基体７を備えている。図１を参照して、半導体レーザ２は、図において上下方向に、複数の半導体層や電極層等を積層して形成されていると共に、前記積層方向と交差する一側面が、積層方向の途中に設けた活性層で発生したレーザ光を出射するための出射面１２とされたものである。
【００２９】
前記サブマウント１と半導体レーザ２とは、出射面１２から出射されるレーザ光の光束が、サブマウント１によって遮られるのを防止するため、図に一点鎖線の矢印で示すように、前記出射面１２と、サブマウント１の基体７の、素子接続面５および他部材接続面６と交差する各側面のうち、出射面１２と同じ側の側面１３とが同一平面となるように位置合わせした状態で接続される。基体７は、それ自体を素子の電極としても機能させるために、含金属材料によって形成される。前記含金属材料としては、Ｃｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌ等の金属単体、前記金属の２種以上の合金または複合材料、前記金属の１種または２種以上と、Ｓｉ、ＳｉＣ、ダイヤモンド等との複合材料等が挙げられる。
【００３０】
前記複合材料の具体例としては、
(1) ＷまたはＭｏからなる多孔質体の細孔内に、Ｃｕを溶浸させて形成した複合構造を有するＣｕ−Ｗ複合材料、Ｃｕ−Ｍｏ複合材料や、
(2) 多数の微小なダイヤモンド粒子を、結合材としてのＣｕで結合した複合構造を有するＣｕ−ダイヤモンド複合材料、
(3) Ａｌ中に、ＳｉＣが粒子状に分散して存在する複合構造を有するＡｌ−ＳｉＣ複合材料、
(4) Ａｌ中に、Ｓｉが粒子状に分散して存在する複合構造を有するＡｌ−Ｓｉ合金、
等が挙げられる。
【００３１】
また、前記いずれかの金属や合金、複合材料等からなる２種以上の層を積層した積層構造を有するクラッド材も、基体７を形成する含金属材料として、好適に使用することができる。前記クラッド材の具体例としては、
(5) 前記(1)の、Ｍｏからなる多孔質体の細孔内に、Ｃｕを溶浸させて形成した複合構造を有するＣｕ−Ｍｏ複合材料層の両面に、Ｃｕ層を積層したＣｕ／Ｃｕ−Ｍｏ／Ｃｕクラッド材や、
(6) Ｃｕ層とＭｏ層とＣｕ層とをこの順に積層したＣｕ／Ｍｏ／Ｃｕクラッド材、
(7) 前記(2)の、多数の微小なダイヤモンド粒子を、結合材としてのＣｕで結合した複合構造を有するＣｕ−ダイヤモンド複合材料層の両面に、Ｃｕ層を積層したＣｕ／Ｃｕ−ダイヤモンド／Ｃｕクラッド材、
(8) 前記(3)の、Ａｌ中に、ＳｉＣが粒子状に分散して存在する複合構造を有するＡｌ−ＳｉＣ複合材料層の両面に、Ａｌ層を積層したＡｌ／Ａｌ−ＳｉＣ／Ａｌクラッド材、
等が挙げられる。
【００３２】
前記複合材料やクラッド材等の、含金属材料によって形成される基体７は、それ自体を素子の電極としても機能させる効果を、より一層、向上することを考慮すると、比抵抗が１．６×１０-8〜１．０×１０-3Ωｍ、特に１．６×１０-8〜４．０×１０-4Ωｍであるのが好ましい。比抵抗が前記範囲を超える場合には、それ自体を素子の電極として機能させる効果が十分に得られないだけでなく、電極として機能させた際に、発熱するおそれもある。また、比抵抗が前記範囲未満である材料は、特別なものに限られており、高価で、しかも製造が容易でないことから、基体の、ひいてはサブマウント１や、前記サブマウント１を用いて形成される半導体装置４（図１４参照）の生産性を低下させて、製造コストを高騰させる要因となる。
【００３３】
また、前記基体７は、特にレーザ加工用の高出力の半導体レーザ２の放熱用として用いる場合に、その動作時に発生する熱を、できるだけスムースに放熱することを考慮すると、熱伝導率が１５０〜６５０Ｗ／ｍ・Ｋ、特に３００〜６５０Ｗ／ｍ・Ｋであるのが好ましい。熱伝導率が前記範囲未満であるものは、半導体レーザ２が発する熱を、効率的に、ヒートシンク３に逃がすことができないため、半導体レーザ２の動作効率を低下させたり、寿命を短くしたり、寿命前に、半導体レーザ２を破損させたりするおそれがある。また、熱伝導率が前記範囲を超えるものは、金属を含む含金属材料としては作製することが困難である。
【００３４】
また、基体７は、前記動作時に発生する熱によって大きく膨張したり、その後の冷却によって大きく収縮したりして、半導体レーザ２に過剰な応力を生じさせて、その特性を劣化させたり、破損させたり、接続が破断したりするのを防止することを考慮すると、熱膨張係数が２．０×１０-6〜１０×１０-6／Ｋであるのが好ましく、特に、半導体レーザ２としてＧａＡｓ系やＧａＮ系の半導体材料からなるものを用いる場合には、前記半導体材料の熱膨張係数と近い４．０×１０-6〜８．０×１０-6／Ｋであるのが好ましい。
【００３５】
前記各特性を、好適な範囲内に調整するためには、基体７を形成する含金属材料の組成を調整したり、複合材料の複合構造を調整したり、クラッド材の複合構造、および各層の厚みを調整したりすればよい。かかる調整によって、各特性が、いずれも前記範囲を満足する基体７を形成することができる、好適な含金属材料としては、先に説明した各種の材料のうち、Ｗ、Ｍｏ、ＳｉＣ、およびダイヤモンドからなる群より選ばれた少なくとも１種と、Ｃｕ、Ａｌ、およびＡｇからなる群より選ばれた少なくとも１種とからなるものが挙げられる。特に、熱伝導率の観点からは、前記(2)のＣｕ−ダイヤモンド複合材料が好ましい。一方、比抵抗の観点、および製造コストの観点からは、(1)のＣｕ−Ｗ複合材料やＣｕ−Ｍｏ複合材料、(5)のＣｕ／Ｃｕ−Ｍｏ／Ｃｕクラッド材等が好ましい。
【００３６】
図２を参照して、図の例のサブマウント１は、前記複合材料等の、含金属材料によって形成される基体７の他部材接続面６に、半田に対する濡れ性が付与されていると共に、前記基体７の、半導体レーザ２との接続時に、その出射面１２側とされる側面１３のうち、前記他部材接続面６と隣接する、図において下側の領域が、前記半田に対する濡れ性、および半田の流れ性の低い材料からなり、その流れを阻止する機能を有する半田ブロック層１４によって被覆されて、半田ブロック処理されたものである。
【００３７】
前記半田ブロック層１４を形成する等して側面１３を半田ブロック処理すると、基体７の他部材接続面６に、半田に対する濡れ性を付与したこととの相乗効果によって、ヒートシンク３との接続時に、溶融した半田が、他部材接続面６から側面１３にはみ出したり、はみ出した半田が、側面１３を、半導体レーザ２の出射面１２の近傍まで這い上がったりしにくいため、例えば、前記半田として、低温での流れ性のよい半田や、ペースト状、箔状の半田等を使用した場合であっても、這い上がった半田によって半導体レーザ２が短絡したり、前記半導体レーザ２の出射面１２から出射されるレーザ光の光束が遮られたりする不良が発生するのを、これまでよりも抑制しながら、放熱の妨げとなるボイド等のハンダ濡れ不良の少ない、良好な半田接合を得ることができる。
【００３８】
半田ブロック層１４を形成する、半田に対する濡れ性、および半田の流れ性の低い材料としては、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ｃｒ、およびＡｌからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属、またはこれら金属の少なくとも１種を含む化合物が挙げられる。特に、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｐｄ等を、単独で使用して、半田ブロック層１４を形成するのが好ましい。前記いずれか単独の金属からなる半田ブロック層１４は、半田をブロックする機能に優れている上、真空蒸着法等によって形成するのが容易であるという利点がある。また、拡散防止層と兼用させることも容易である。
【００３９】
半田ブロック層１４の厚みは０．０１〜１μｍであるのが好ましい。厚みが前記範囲未満では、前記半田ブロック層１４による、半田の流れを阻止する効果が十分に得られないおそれがある。また、厚みが前記範囲を超えても、それ以上の効果が得られないだけでなく、サブマウント１の、ひいては半導体装置４の製造コストを高騰させる要因ともなる。また、半田ブロック層１４の、基体７の厚み方向における形成幅Ｗ1は０．０２５ｍｍ以上であるのが好ましい。形成幅Ｗ1が前記範囲未満では、半田ブロック層としての、半田の流れを阻止する効果が十分に得られないおそれがある。
【００４０】
形成幅Ｗ1の上限は、基体７の厚みまで、つまり、基体７の側面１３の全面に、半田ブロック層１４を形成してもよい。ただし、前記側面１３の、素子接続面５と接する上側の領域には、図に見るように、基体７の厚み方向の幅が０．０７５ｍｍ以上の、半田ブロック層１４を形成しない領域を設けるのが好ましい。これにより、半導体レーザ２の接続時に溶融した半田が、側面を伝って流れ落ちるのを助けて、前記半田が、半導体レーザ２の出射面１２にはみ出すのを防止することができる。半田ブロック層１４は、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、湿式メッキ法等の種々の成膜方法によって形成することができる。
【００４１】
基体７の他部材接続面６に、半田に対する濡れ性を付与するためには、前記他部材接続面６を、図示していないが、前記半田の濡れ性のよい材料からなる層によって被覆すればよい。前記層を形成する、半田の濡れ性のよい材料としては、Ａｕ、Ｎｉ、およびＡｇからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属、またはこれら金属の少なくとも１種を含む化合物が挙げられる。基体７の側面１３は、望ましくはその全面を、日本工業規格ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１「製品の幾何特性仕様（ＧＰＳ）−表面性状：輪郭曲線方式−用語，定義及び表面性状パラメータ」において規定された、表面粗さを示す、粗さ曲線の算術平均粗さＲaが０．１〜１．６μｍ、特に０．１〜０．９μｍとなるように仕上げるのが好ましい。
【００４２】
算術平均粗さＲaが前記範囲未満では、側面１３の前記領域を、半田ブロック層１４で被覆する等して半田ブロック処理しているにも拘らず、ヒートシンク３との接続時に、溶融した半田が、側面１３を、半導体レーザ２の出射面１２の近傍まで這い上がるおそれがある。これは、側面１３の平滑性が高いため、溶融した半田の這い上がりを阻止する凹凸が小さく、かつ少ないことに起因すると考えられる。そのため、這い上がった半田が半導体レーザ２を短絡させたり、その出射面１２から出射されるレーザ光の光束を遮ったりする不良が発生するのを、十分に抑制できなくなるおそれがある。
【００４３】
また、算術平均粗さＲaが前記範囲未満となるように側面１３を仕上げるには、切断および研磨加工に長時間を要することから、基体７の、ひいてはサブマウント１や半導体装置４の生産性を低下させて、製造コストを高騰させる要因ともなる。一方、算術平均粗さＲaが前記範囲を超える場合には、半導体レーザ２の接続時に溶融した半田が、側面を伝って流れ落ちにくくなる傾向がある。これは、先の場合と逆に、溶融した半田の流れ落ちを阻害する凹凸が大きく、かつ多いことに起因すると考えられる。そのため、溶融してはみ出した半田が側面１３側に誘導されずに、半導体レーザ２の出射面１２側にはみ出して、出射面１２から出射されるレーザ光等の光束を遮ったりする不良が発生しやすくなるおそれがある。
【００４４】
基体７の、その他の構成は、特に限定されないが、素子接続面５、および他部材接続面６の算術平均粗さＲaは１．６μｍ以下、特に０．０１〜０．９μｍであるのが好ましい。算術平均粗さＲaが前記範囲を超える場合には、前記両面５、６の凹凸が大きくなって、半導体レーザ２やヒートシンク３を接続する際に、その接続界面に、前記凹凸が、熱伝導を妨げるボイドとして残留しやすい。そのため、半導体レーザ２が発する熱を、効率的に、ヒートシンク３に逃がすことができず、半導体レーザ２の動作効率が低下したり、寿命が短くなったり、寿命前に、半導体レーザ２が破損したりするおそれがある。
【００４５】
一方、算術平均粗さＲaが前記範囲未満となるように、素子接続面５や他部材接続面６を仕上げるには、研磨加工に長時間を要することから、基体７の、ひいてはサブマウント１や半導体装置４の生産性を低下させて、製造コストを高騰させる要因ともなる。基体７の厚みは、０．１５〜１０ｍｍであるのが好ましい。厚みが、前記範囲未満では、たとえ、その側面１３を、半田ブロック層１４で被覆する等して半田ブロック処理したとしても、ヒートシンク３との接続時に、溶融した半田が、側面１３を、半導体レーザ２の出射面１２の近傍まで這い上がるおそれがある。これは、側面１３によって隔てられる、素子接続面５と他部材接続面６との距離が近いことに起因すると考えられる。
【００４６】
そのため、這い上がった半田が半導体レーザ２を短絡させたり、その出射面１２から出射されるレーザ光の光束を遮ったりする不良が発生するのを、十分に抑制できなくなるおそれがある。一方、厚みが、前記範囲を超えても、それ以上の、半田の這い上がりを防止する効果や、放熱量を増加させる効果が得られにくいと共に、材料費が嵩むため、基体７の、ひいてはサブマウント１や半導体装置４の製造コストを高騰させる要因ともなる。
【００４７】
基体７を、所定の形状と、所定の表面粗さとに加工するためには、種々の加工方法を採用することができる。例えば、先に説明した(1)のＣｕ−Ｗ複合材料やＣｕ−Ｍｏ複合材料、(2)のＣｕ−ダイヤモンド複合材料、(5)のＣｕ／Ｃｕ−Ｍｏ／Ｃｕクラッド材等の場合は、平板状に形成した基体前駆体を、ワイヤ放電加工によって、所定の平面形状に切り出したり、その側面を、所定の表面粗さに仕上げたりすることが可能である。特に、ワイヤ放電加工を切断工程、切断面の粗仕上げ工程、および切断面の最終仕上げ工程に分け、それぞれの工程において、放電条件を変えながら加工するようにすると、側面を、容易に、所定の表面粗さに仕上げることができる。
【００４８】
基体７の所定の面に、前記各処理を施した、本発明の放熱部材としてのサブマウント１は、素子接続面５側の平面の、対角線方向の反り量が、前記対角線方向の長さ１ｍｍあたり１μｍ以下、特に０．５μｍ以下であるのが好ましい。反り量が、前記範囲を超える場合には、サブマウント１と、半導体レーザ２やヒートシンク３とを隙間なく密着させることができず、その接続界面に隙間を生じやすい。そのため、半導体レーザ２が発する熱を、効率的に、ヒートシンク３に逃がすことができず、半導体レーザ２の動作効率が低下したり、寿命が短くなったり、寿命前に、半導体レーザ２が破損したりするおそれがある。なお、反り量の最小値は、１ｍｍあたり０μｍであり、反りがないのが最も好ましい。
【００４９】
図３は、サブマウント１の変形例を示す断面図である。図３を参照して、この例のサブマウント１は、半田ブロック層１４が、側面１３の、厚み方向の中間の領域に形成されている点が、先の図２の例と相違している。ただし、基体７自体の構成は、先の図２の例と同様である。他部材接続面６の、半田ブロック層１４を形成していない領域に、半田との濡れ性のよい層が被覆される等して濡れ性が付与されることや、側面１３が、所定の表面粗さに仕上げられるのが好ましいこと等も同様である。半田ブロック層１４の厚みも、同程度であるのが好ましい。半田ブロック層１４の、基体７の厚み方向における形成幅Ｗ1は０．０２５ｍｍ以上であるのが好ましい。形成幅Ｗ1が前記範囲未満では、半田ブロック層としての、半田の流れを阻止する効果が十分に得られないおそれがある。
【００５０】
この例においても、基体７の他部材接続面６に、ヒートシンク３との接続のための半田に対する濡れ性を付与したことと、半田ブロック層１４を形成したこととの相乗効果によって、ヒートシンク３との接続時に、溶融した半田が、他部材接続面６から側面１３にはみ出したり、はみ出した半田が、側面１３を、半導体レーザ２の出射面１２の近傍まで這い上がったりしにくいため、例えば、前記半田として、低温での流れ性のよい半田や、ペースト状、箔状の半田等を使用した場合であっても、這い上がった半田によって半導体レーザ２が短絡したり、前記半導体レーザ２の出射面１２から出射されるレーザ光の光束が遮られたりする不良が発生するのを、これまでよりも抑制しながら、放熱の妨げとなるボイド等のハンダ濡れ不良の少ない、良好な半田接合を得ることができる。
【００５１】
図４は、サブマウント１の、他の変形例を示す断面図である。図４を参照して、この例のサブマウント１は、半田ブロック層１４が、側面１３ではなく、他部材接続面６の、側面１３と隣接する領域に形成されている点が、先の図２、３の例と相違している。ただし、基体７自体の構成は、先の図２の例と同様である。他部材接続面６の、半田ブロック層１４を形成していない領域に、半田との濡れ性のよい層が被覆される等して濡れ性が付与されることや、側面１３が、所定の表面粗さに仕上げられるのが好ましいこと等も同様である。
【００５２】
半田ブロック層１４の厚みも、同程度であるのが好ましい。なお、半田ブロック層１４の、基体７の幅方向における形成幅Ｗ2は０．０２５〜０．５ｍｍであるのが好ましい。形成幅Ｗ2が前記範囲未満では、半田ブロック層としての、半田の流れを阻止する効果が十分に得られないおそれがある。また、形成幅Ｗ2が前記範囲を超えても、それ以上の効果が得られないおそれがある。
【００５３】
この例においても、基体７の他部材接続面６に、ヒートシンク３との接続のための半田に対する濡れ性を付与したことと、半田ブロック層１４を形成したこととの相乗効果によって、ヒートシンク３との接続時に、溶融した半田が、他部材接続面６から側面１３にはみ出したり、はみ出した半田が、側面１３を、半導体レーザ２の出射面１２の近傍まで這い上がったりしにくいため、例えば、前記半田として、低温での流れ性のよい半田や、ペースト状、箔状の半田等を使用した場合であっても、這い上がった半田によって半導体レーザ２が短絡したり、前記半導体レーザ２の出射面１２から出射されるレーザ光の光束が遮られたりする不良が発生するのを、これまでよりも抑制しながら、放熱の妨げとなるボイド等のハンダ濡れ不良の少ない、良好な半田接合を得ることができる。
【００５４】
図５は、サブマウント１の、さらに他の変形例を示す断面図である。図５を参照して、この例のサブマウント１は、半田ブロック層１４が、側面１３の、他部材接続面６と隣接する、図において下半分の領域と、他部材接続面６の、側面１３と隣接する領域に、互いに連続させて形成されている点が、先の図２〜４の例と相違している。この例においても、基体７自体の構成は、先の図２の例と同様である。他部材接続面６の、半田ブロック層１４を形成していない領域に、図示していないものの、半田との濡れ性のよい層が被覆される等して濡れ性が付与されることや、側面１３が、所定の表面粗さに仕上げられるのが好ましいこと等も同様である。
【００５５】
半田ブロック層１４の厚みも、同程度であるのが好ましい。また、半田ブロック層１４の、基体７の幅方向および厚み方向における形成幅Ｗ3は、前記と同様に０．０２５〜０．５ｍｍであるのが好ましい。形成幅Ｗ3が前記範囲未満では、半田ブロック層としての、半田の流れを阻止する効果が十分に得られないおそれがある。また、形成幅Ｗ3が前記範囲を超えても、それ以上の効果が得られないおそれがある。基体７の側面１３の半田ブロック層１４は、その全面に形成してもよい。しかし、図２の例の場合と同じ理由で、側面１３の、素子接続面５と接する上側の領域には、基体７の厚み方向の幅が０．０７５ｍｍ以上の、半田ブロック層１４を形成しない領域を設けるのが好ましい。
【００５６】
この例においても、基体７の他部材接続面６に、ヒートシンク３との接続のための半田に対する濡れ性を付与したことと、半田ブロック層１４を形成したこととの相乗効果によって、ヒートシンク３との接続時に、溶融した半田が、他部材接続面６から側面１３にはみ出したり、はみ出した半田が、側面１３を、半導体レーザ２の出射面１２の近傍まで這い上がったりしにくいため、例えば、前記半田として、低温での流れ性のよい半田や、ペースト状、箔状の半田等を使用した場合であっても、這い上がった半田によって半導体レーザ２が短絡したり、前記半導体レーザ２の出射面１２から出射されるレーザ光の光束が遮られたりする不良が発生するのを、これまでよりも抑制しながら、放熱の妨げとなるボイド等のハンダ濡れ不良の少ない、良好な半田接合を得ることができる。
【００５７】
図６は、前記図２〜図５のサブマウント１を形成するための基体７の、変形例を示す断面図である。図６を参照して、この例の基体７は、側面１３と、他部材接続面６との稜線にＣ面１５を設けた点が、先の各例の基体７と相違している。前記位置にＣ面１５を設けた場合には、サブマウント１とヒートシンク３との接続時に、前記Ｃ面１５の部分が、基体７の側面１３から凹入した半田溜りとして、溶融した半田を受容するために機能する。
【００５８】
そのため、這い上がった半田が半導体レーザ２を短絡させたり、その出射面１２から出射されるレーザ光の光束を遮ったりする不良が発生するのを、より一層、確実に防止することができる。前記Ｃ面１５の大きさは０．０５〜０．３ｍｍであるのが好ましい。半田ブロック層１４は、側面１３の、少なくともＣ面１５と隣接する、図において下側の領域、Ｃ面１５、および他部材接続面６の、Ｃ面１５と隣接する領域のうちの、少なくとも１個所に形成すればよい。
【００５９】
図７〜図９は、それぞれ、サブマウント１の、さらに他の変形例を示す断面図である。図７を参照して、この例のサブマウント１は、基体７の素子接続面５のうち、半導体レーザ２が接続される領域が、前記半導体レーザ２との接続のための半田からなる素子接続層１６によって被覆されている点が、先の図２の例と相違している。素子接続層１６を形成する半田としては、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｇ、Ａｕ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｃｕ、およびＡｌからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属、またはこれら金属の少なくとも１種を含む化合物からなり、ヒートシンク３を接続するための半田よりも融点が高い、種々の半田が使用可能である。
【００６０】
特に、融点が２７０℃以上の、Ａｕ−Ｓｎ系、またはＡｕ−Ｇｅ系の半田が、好適に使用される。前記半田は、融点が高く、比較的流れにくいため、例えば箔状の半田プリフォームを加熱して溶融させることで、均一に膜化するのは容易でないが、前記半田を、真空蒸着法等によって、あらかじめ、素子接続面５に、素子接続層１６として被覆しておけば、必要最小限の量の半田で、半導体レーザ２との良好な接続を図ることが可能となる。素子接続層１６の厚みは１〜１５μｍ、特に３〜７μｍであるのが好ましい。
【００６１】
厚みが、前記範囲未満では、半田の量が不足して、サブマウント１と半導体レーザ２の接続面に、熱伝導の妨げとなるボイドが生じやすい。また、厚みが前記範囲を超える場合には、半田が、熱抵抗として働いて、熱伝導の妨げとなりやすい。そのため、いずれの場合にも、半導体レーザ２が発する熱を、効率的に、ヒートシンク３に逃がすことができず、半導体レーザ２の動作効率が低下したり、寿命が短くなったり、寿命前に、半導体レーザ２が破損したりするおそれがある。
【００６２】
素子接続層１６は、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、湿式メッキ法等の種々の成膜方法によって形成することができる。また、箔状の半田プリフォームを、基体７の所定の位置に重ねた状態で、加熱して溶着させて、素子接続層１６を形成することもできる。特に、厚みおよび組成が均一な素子接続層１６を形成するためには、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法が好ましい。素子接続層１６は、組成の異なる半田からなる２層以上の積層構造としてもよい。
【００６３】
前記素子接続層１６は、図８に示すように、基体７の素子接続面５のうち、半導体レーザ２が接続される領域と、側面１３のうち、素子接続面５に隣接する、半田ブロック層１４を形成した領域より上側の領域とに、連続させて形成してもよい。これにより、素子接続面５への半導体レーザ２の接続時に溶融してはみ出した半田を、素子接続層１６の機能によって、側面１３側に流れるように誘導して、前記半導体レーザ２の出射面１２側にはみ出すのを防止することができる。
【００６４】
また、図９に示すように、素子接続層１６は、基体７の素子接続面５の全面と、側面１３のうち、素子接続面５に隣接する、半田ブロック層１４を形成した領域より上側の領域だけでなく、その他の側面１７の、素子接続面５に隣接する上側の領域等にも、連続させて形成することができる。これにより、素子接続面５への半導体レーザ２の接続時に溶融してはみ出した半田を、素子接続層１６の機能によって、側面１３、１７側に流れるように誘導して、前記半導体レーザ２の出射面１２側にはみ出すのを防止することができる。なお、図の例では、側面１３だけでなく、側面１７の、他部材接続面６に隣接する下側の領域にも、半田ブロック層１４を形成しているが、前記半田ブロック層１４は、先の２つの例と同様に、側面１３側だけに形成してもよいし、全ての側面に形成してもよい。
【００６５】
図１０は、サブマウント１の、さらに他の変形例を示す断面図である。図１０を参照して、この例のサブマウント１は、基体７の全表面、すなわち素子接続面５、他部材接続面６、側面１３、および側面１７等が、基体７の各面と、その上に形成される種々の層との密着性を向上する機能に優れ、かつ、半田に対する濡れ性にも優れた材料からなる密着層１８によって被覆されていると共に、他部材接続面６において、前記密着層１８が露出されることで、前記他部材接続面６に、半田に対する濡れ性が付与されたものである。前記密着層１８を形成する、前記機能を有する材料としては、ＮｉまたはＮｉを含む化合物が挙げられる。
【００６６】
密着層１８の厚みは０．０１〜５μｍであるのが好ましい。厚みが前記範囲未満では、前記密着層１８による、半田の密着性を向上させる効果が十分に得られないおそれがある。また、厚みが前記範囲を超える場合には、密着層１８が熱抵抗として働いて、熱伝導の妨げとなりやすい。そのため、半導体レーザ２が発する熱を、効率的に、ヒートシンク３に逃がすことができず、半導体レーザ２の動作効率が低下したり、寿命が短くなったり、寿命前に、半導体レーザ２が破損したりするおそれがある。また、密着層が剥離しやすくなるという問題を生じるおそれもある。密着層１８は、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、湿式メッキ法等の種々の成膜方法によって形成することができる。
【００６７】
基体７の、前記他部材接続面６以外の表面、すなわち素子接続面５、側面１３、および側面１７等の密着層１８は、その上に被覆された、前記密着層１８を形成する金属の、半田への拡散による、前記半田の、組成の変化を防止する機能を有すると共に、半田に対する濡れ性の低い材料からなる拡散防止層１９によって被覆されて隠蔽されている。前記拡散防止層１９を形成する、前記機能を有する材料としては、Ｐｔ、Ｍｏ、およびＰｄからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属、またはこれら金属の少なくとも１種を含む化合物が挙げられる。そして、図の例では、基体７の側面１３、１７等において、前記拡散防止層１９が、半田ブロック層として露出されることで、前記両側面１３、１７等が、半田ブロック処理されている。また、素子接続面５の、拡散防止層１９の上には、半導体レーザ２との接続のための半田からなる素子接続層１６が被覆されている。
【００６８】
拡散防止層１９の厚みは０．０１〜１μｍであるのが好ましい。厚みが前記範囲未満では、前記拡散防止層１９による、密着層１８を形成する金属の拡散を防止する効果が十分に得られないおそれがある。また、厚みが前記範囲を超えても、それ以上の効果が得られないだけでなく、サブマウント１の、ひいては半導体装置４の製造コストを高騰させる要因ともなる。拡散防止層１９は、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、湿式メッキ法等の種々の成膜方法によって形成することができる。
【００６９】
前記例のサブマウント１によれば、基体７の他部材接続面６において密着層１８を露出させて、ヒートシンク３との接続のための半田に対する濡れ性を付与したことと、両側面１３、１７等において拡散防止層１９を露出させて、半田ブロック処理をしたこととの相乗効果によって、ヒートシンク３との接続時に、溶融した半田が、他部材接続面６から側面１３、１７にはみ出したり、はみ出した半田が、側面１３、１７を、半導体レーザ２の出射面１２の近傍まで這い上がったりするのを抑制して、這い上がった半田によって半導体レーザ２が短絡したり、前記半導体レーザ２の出射面１２から出射されるレーザ光の光束が遮られたりする不良が発生するのを防止することができる。
【００７０】
図１１は、サブマウント１の、さらに他の変形例を示す断面図である。図１１を参照して、この例のサブマウント１は、素子接続層１６が、基体７の素子接続面５の全面と、側面１３、１７等のうち、素子接続面５に隣接する上側の領域にも連続させて形成された点が、先の図１０の例と相違している。素子接続層１６を、図のように形成すると、素子接続面５への半導体レーザ２の接続時に溶融してはみ出した半田を、前記素子接続層１６の機能によって、側面１３、１７側に流れるように誘導して、前記半導体レーザ２の出射面１２側にはみ出すのを防止することができる。
【００７１】
図１２は、サブマウント１の、さらに他の変形例を示す断面図である。図１２を参照して、この例のサブマウント１は、基体７の全表面、すなわち素子接続面５、他部材接続面６、側面１３、および側面１７等が、基体７の各面と、その上に形成される種々の層との密着性を向上する機能に優れた密着層１８と、先に説明した拡散防止層１９とで、この順に被覆されていると共に、側面１３、１７等の、他部材接続面６と隣接する領域、および他部材接続面６の、側面１３、１７等と隣接する領域において、前記拡散防止層１９が、半田ブロック層として露出されることで、前記領域が半田ブロック処理されたものである。前記密着層１８を形成する、前記機能を有する材料としては、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、およびＣｕからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属、またはこれら金属の少なくとも１種を含む化合物が挙げられる。
【００７２】
他部材接続面６のうち、拡散防止層１９が露出された領域以外の領域には、半田濡れ層２０が被覆されて、半田に対する濡れ性が付与されている。前記半田濡れ層２０を形成する、半田の濡れ性のよい材料としては、Ａｕ、Ｎｉ、およびＡｇからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属、またはこれら金属の少なくとも１種を含む化合物が挙げられる。
半田濡れ層２０の厚みは０．０１〜５μｍであるのが好ましい。厚みが前記範囲未満では、前記半田濡れ層２０による、半田の濡れ性を向上させる効果が十分に得られないおそれがある。また、厚みが前記範囲を超えても、それ以上の効果が得られないだけでなく、サブマウント１の、ひいては半導体装置４の製造コストを高騰させる要因ともなる。半田濡れ層２０は、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、湿式メッキ法等の種々の成膜方法によって形成することができる。
【００７３】
図１３は、サブマウント１の、さらに他の変形例を示す断面図である。図１３を参照して、この例のサブマウント１は、拡散防止層１９が、基体７の素子接続面５、および他部材接続面６の全面と、側面１３、１７等のうち、素子接続面５に隣接する上側の領域にのみ、選択的に形成されていると共に、前記素子接続面５と、側面１３、１７等の拡散防止層１９が、素子接続層１６で被覆され、かつ、他部材接続層６の拡散防止層１９が、前記他部材接続面６の、側面１３、１７等と隣接する領域においてのみ露出されることで、前記領域が半田ブロック処理されている点が、図１２の例と相違している。他部材接続層６のうち、拡散防止層１９が露出された領域以外の領域には、半田濡れ層２０が被覆されて、半田に対する濡れ性が付与されている。
【００７４】
前記図１０〜図１３の例のサブマウント１において、他部材接続面６で露出させた密着層１８や、半田濡れ層２０の表面には、先に説明した、ヒートシンク３との接続のための半田からなる他部材接続層を形成してもよいが、製造コストの低減のためには、前記他部材接続層を形成せず、ヒートシンク３との接続時に、前記各層の表面に、ペースト状の半田を塗布したり、箔状の半田プリフォームを挟んだりするのが好ましい。
【００７５】
図１４は、図１１のサブマウント１を用いて形成した、本発明の半導体装置４の一例を示す断面図である。すなわち、この例の半導体装置４は、前記サブマウント１の基体７の素子接続面５に、素子接続層１６を介して、半導体レーザ２が接続されていると共に、前記基体７の他部材接続面６に、前記素子接続層１６を形成する半田よりも融点の低い半田からなる他部材接続層２１を介して、ヒートシンク３が接続されたものである。
【００７６】
前記例の半導体装置４においては、サブマウント１の素子接続層１６を、素子接続面５だけでなく、側面１３、１７等にも連続して形成しているため、半導体レーザ２の接続時に溶融してはみ出した半田を、前記素子接続層１６の機能によって、側面１３、１７側に流れるように誘導して、前記半導体レーザ２の出射面１２側にはみ出すのを抑制することができ、はみ出した半田によって、出射面１２から出射されるレーザ光１１の光束が遮られたり、半導体レーザ２が短絡したりするのを防止することができる。
【００７７】
また、基体７の他部材接続面６において密着層１８を露出させて、ヒートシンク３との接続のための半田に対する濡れ性を付与したことと、両側面１３、１７等において拡散防止層１９を露出させて、半田ブロック処理をしたこととの相乗効果によって、ヒートシンク３との接続時に、溶融した半田が、他部材接続面６から側面１３、１７にはみ出したり、はみ出した半田が、側面１３、１７を、半導体レーザ２の出射面１２の近傍まで這い上がったりしにくいため、例えば、前記半田として、低温での流れ性のよい半田や、ペースト状、箔状の半田等を使用した場合であっても、這い上がった半田によって半導体レーザ２が短絡したり、前記半導体レーザ２の出射面１２から出射されるレーザ光の光束が遮られたりする不良が発生するのを、これまでよりも抑制しながら、放熱の妨げとなるボイド等のハンダ濡れ不良の少ない、良好な半田接合を得ることができる。そのため、前記各種の不良を生じにくい、信頼性の高い半導体装置４を、高い歩留まりで製造することができる。
【００７８】
他部材接続層２１を形成する、ヒートシンク３との接続のための半田としては、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｇ、Ａｕ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｂｉ、Ｓｂ、およびＺｎからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属、特にＩｎ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｂｉ、Ｓｂ、およびＺｎからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属からなり、融点が２７０℃未満であって、低温での流れ性がよく、放熱の妨げとなるボイド等のハンダ濡れ不良を生じにくい半田が好適に使用される。前記半田としては、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ｇｅ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系、またはＳｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系の半田が挙げられる。前記半田は、ペースト状、箔状等の状態で使用することもできる。他部材接続面６で露出させた密着層１８の表面に、前記ペースト状の半田を塗布したり、箔状の半田プリフォームを挟んだりすることで、他部材接続層２１が形成される。
【００７９】
本発明の構成は、以上で説明した各図の例のものには限定されず、本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。
【実施例】
【００８０】
《実施例１》
特開昭５９−２１０３２号公報に記載の製造方法に準拠して、Ｗからなる多孔質体の細孔内に、Ｃｕを溶浸させて形成した複合構造を有するＣｕ−Ｗ複合材料（Ｃｕ含量：１０重量％）からなる、縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚み１．５ｍｍの基体前駆体を形成した。次に、前記基体前駆体を、＃４００のＷＡ砥石をセットした両頭研磨機を使用して、厚みが１．０ｍｍになるまで平面粗研磨し、次いで、厚みが０．６ｍｍ、粗さ曲線の算術平均粗さＲaが０．４μｍになるまで、アルミナ遊離砥粒を用いてラッピング加工して仕上げ、さらに、ワイヤ放電加工によって切断後に、放電出力を変えながら、切断面の粗加工と仕上げ加工を行って、縦２ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．６ｍｍの平板状で、かつ、切断面である側面の算術平均粗さＲaが０．７μｍである基体を作製した。基体７の比抵抗は５．３×１０-8Ωｍ、熱伝導率は１８０Ｗ／ｍ・Ｋ、熱膨張係数は６．５×１０-6／Ｋであった。
【００８１】
そして、前記基体７を用いて、図１２に示す層構造を有する、放熱部材としてのサブマウント１を製造した。すなわち、前記基体７の全表面に、厚み２μｍのＮｉめっき層を被覆して密着層１８とし、前記密着層１８の上に、スパッタリング法によって、厚み０．２μｍのＰｔ層を被覆して拡散防止層１９とした。次に、前記基体７の側面１３、１７等と、素子接続面５とを、治具で隠蔽すると共に、他部材接続面６の中央の、縦１．６ｍｍ×横９．６ｍｍの領域を露出させ、その周囲の領域を、メタルマスクで隠蔽した状態で、真空蒸着法によって、前記露出させた領域に、厚み０．１μｍのＡｕ層を被覆して半田濡れ層２０とした。
【００８２】
次に、前記基体７の他部材接続面６と、側面１３、１７等の、前記他部材接続面６側の端縁から、基体７の厚み方向の幅０．３ｍｍの領域とを治具で隠蔽して、素子接続面５と、側面１３、１７等の、前記素子接続面５側の端縁から、基体の厚み方向の幅０．３ｍｍの領域とを露出させた状態で、真空蒸着法によって、前記露出させた領域に、厚み３μｍのＡｕ−Ｓｎ半田（Ｓｎ含量：２０重量％）からなる素子接続層１６を被覆して、図１２に示すように、側面１３、１７等の、他部材接続面６と隣接する領域と、他部材接続面６の、側面１３、１７等と隣接する領域とにおいて、拡散防止層１９が、半田ブロック層として露出されたサブマウント１を製造した。
【００８３】
《反り量の測定》
製造したサブマウント１の、素子接続面５側の平面の、対角線方向の表面形状を、長さ１０ｍｍに亘って、表面粗さ形状測定機〔(株)東京精密製のサーフコム（登録商標）１４００Ｄ〕を用いて測定した測定結果から、日本工業規格ＪＩＳ Ｂ ０６１０：２００１「製品の幾何特性仕様（ＧＰＳ）−表面性状：輪郭曲線方式−転がり円うねりの定義及び表示」において規定された転がり円最大高さうねりＷEMを、前記対角線方向の長さ１ｍｍあたりの反り量として求めたところ０．３５μｍであった。
【００８４】
《実施例２》
基体７の他部材接続面６の全面を、Ａｕ層を被覆して半田濡れ層２０としたこと以外は実施例１と同様にして、側面１３、１７等の、他部材接続面６と隣接する領域においてのみ、拡散防止層１９が、半田ブロック層として露出されたサブマウント１を製造した。製造したサブマウント１の、対角線方向の長さ１ｍｍあたりの反り量は０．２２μｍであった。
【００８５】
《実施例３》
実施例１で使用したのと同じ基体７を用いて、図１３に示す層構造を有する、放熱部材としてのサブマウント１を製造した。すなわち、前記基体７の全表面に、厚み２μｍのＮｉめっき層を被覆して密着層１８とし、次に、前記基体７の側面１３、１７等と、素子接続面５とを、治具で隠蔽すると共に、他部材接続面６を露出させた状態で、前記他部材接続面６の全面に、スパッタリング法によって、厚み０．２μｍのＰｔ層を被覆して拡散防止層１９とした。次に、前記基体７の側面１３、１７等と、素子接続面５とを、治具で隠蔽すると共に、他部材接続面６の中央の、縦１．６ｍｍ×横９．６ｍｍの領域を露出させ、その周囲の領域を、メタルマスクで隠蔽した状態で、真空蒸着法によって、前記露出させた領域に、厚み０．１μｍのＡｕ層を被覆して半田濡れ層２０とした。
【００８６】
次に、前記基体７の他部材接続面６と、側面１３、１７等の、前記他部材接続面６側の端縁から、基体７の厚み方向の幅０．３ｍｍの領域とを治具で隠蔽して、素子接続面５と、側面１３、１７等の、前記素子接続面５側の端縁から、基体の厚み方向の幅０．３ｍｍの領域とを露出させた状態で、スパッタリング法によって、前記露出させた領域に、厚み０．２μｍのＰｔ層を被覆して拡散防止層１９とした。次に、前記露出させた領域に、引き続いて、真空蒸着法によって、厚み３μｍのＡｕ−Ｓｎ半田（Ｓｎ含量：２０重量％）からなる素子接続層１６を被覆して、図１３に示すように、他部材接続面６の、側面１３、１７等と隣接する領域においてのみ、拡散防止層１９が、半田ブロック層として露出されたサブマウント１を製造した。製造したサブマウント１の、対角線方向の長さ１ｍｍあたりの反り量は０．２２μｍであった。
【００８７】
《実施例４》
基体前駆体を平面粗研磨し、ラッピング加工して仕上げた後、ワイヤ放電加工によって切断して作製した、縦２ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．６ｍｍの平板状で、かつ、切断面である側面の算術平均粗さＲaが２．０μｍである基体を使用したこと以外は実施例１と同様にして、側面１３、１７等の、他部材接続面６と隣接する領域と、他部材接続面６の、側面１３、１７等と隣接する領域とにおいて拡散防止層１９が、半田ブロック層として露出されたサブマウント１を製造した。製造したサブマウント１の、対角線方向の長さ１ｍｍあたりの反り量は０．２２μｍであった。
【００８８】
《実施例５》
基体前駆体を平面粗研磨し、ラッピング加工して仕上げ、さらに、ワイヤ放電加工によって切断後に、放電出力を変えながら、切断面の粗加工と仕上げ加工を行って作製した、縦２ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．６ｍｍの平板状で、かつ、切断面である側面の算術平均粗さＲaが０．０２μｍである基体を使用したこと以外は実施例１と同様にして、側面１３、１７等の、他部材接続面６と隣接する領域と、他部材接続面６の、側面１３、１７等と隣接する領域とにおいて拡散防止層１９が、半田ブロック層として露出されたサブマウント１を製造した。製造したサブマウント１の、対角線方向の長さ１ｍｍあたりの反り量は０．３５μｍであった。
【００８９】
《実施例６》
実施例１で使用したのと同じ基体７を用いて、図１１に示す層構造を有する、放熱部材としてのサブマウント１を製造した。すなわち、前記基体７の全表面に、厚み２μｍのＮｉめっき層を被覆して密着層１８とし、次に、前記基体７の他部材接続面６を治具で隠蔽すると共に、側面１３、１７等と、素子接続面５とを露出させた状態で、前記各面の全面に、スパッタリング法によって、厚み０．２μｍのＰｔ層を被覆して拡散防止層１９とした。また、他部材接続面６において、密着層１８を露出させて、前記他部材接続面６に半田に対する濡れ性を付与した。
【００９０】
次に、前記基体７の他部材接続面６と、側面１３、１７等の、前記他部材接続面６側の端縁から、基体７の厚み方向の幅０．３ｍｍの領域とを治具で隠蔽して、素子接続面５と、側面１３、１７等の、前記素子接続面５側の端縁から、基体の厚み方向の幅０．３ｍｍの領域とを露出させた状態で、スパッタリング法によって、前記露出させた領域に、真空蒸着法によって、厚み３μｍのＡｕ−Ｓｎ半田（Ｓｎ含量：２０重量％）からなる素子接続層１６を被覆して、図１１に示すように、側面１３、１７等の、他部材接続面６と隣接する領域においてのみ、拡散防止層１９が、半田ブロック層として露出されたサブマウント１を製造した。製造したサブマウント１の、対角線方向の長さ１ｍｍあたりの反り量は０．２２μｍであった。
【００９１】
《比較例１》
他部材接続面６に拡散防止層１９を形成せず、かつ、半田濡れ層２０を、前記他部材接続面６の全面に形成したこと以外は実施例３と同様にして、拡散防止層１９が、いずれの面においても半田ブロック層として露出されていないサブマウント１を製造した。製造したサブマウント１の、対角線方向の長さ１ｍｍあたりの反り量は０．２２μｍであった。
【００９２】
《比較例２》
他部材接続面６に半田濡れ層２０を形成しなかったこと以外は比較例１と同様にして、拡散防止層１９が、いずれの面においても半田ブロック層として露出されていないサブマウント１を製造した。製造したサブマウント１の、対角線方向の長さ１ｍｍあたりの反り量は０．２２μｍであった。
【００９３】
《半導体装置の製造》
前記各実施例、比較例で製造したサブマウントの素子接続面に、素子接続層を介して、半導体レーザを、その出射面が、基体の一側面と同一平面となるように位置合わせをして重ねて固定した状態で、Ｎ2中に１５体積％のＨ2を含有させた還元性雰囲気中で、３００℃×２分間の加熱をして、素子接続層を形成する半田を溶融させて、半導体レーザの下面に半田接合させることで、前記サブマウントと半導体レーザとを接続した。
【００９４】
次に、前記サブマウントと、縦１５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚み３ｍｍのＣｕ製のヒートシンクとの間に、他部材接続層として、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ半田（Ａｇ含量：３．０重量％、Ｃｕ含量：０．５重量％）からなる、縦２ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．０５ｍｍの箔状の半田プリフォームを挟み、基体の、半導体レーザの出射面と同一平面に位置合わせした側面と、ヒートシンクの一側面とが同一平面となるように、前記各部を位置合わせして固定した状態で、Ｎ2雰囲気中で、２４０℃×３分間の加熱をして、他部材接続層を形成する半田を溶融させて、サブマウントの基体の下面に設けた半田濡れ層と、ヒートシンクの上面とに、それぞれ半田接合させることで、サブマウントと他部材と接続して半導体装置を製造した。
【００９５】
《特性評価》
各実施例、比較例のサブマウントごとに、それぞれ５０個ずつ製造した半導体装置の半導体レーザに通電した際に、前記半導体レーザを動作させることができなかったもの、あるいは、動作はさせることができたものの、出射面から出射されたレーザ光の光束の断面形状を観察したところ、光束が、半田によって遮られて所定の断面形状になっていなかったものを不良品として、半導体装置の全個数に占める不良品の個数の割合を、不良率として算出した。結果を表１に示す。
【００９６】
【表１】
【００９７】
表より、基体の、側面および他部材接続面のいずれにおいても、拡散防止層を、半田ブロック層として露出させなかった比較例１、２のサブマウントを用いた場合には、不良率が８２％と高かったことから、側面での半田の這い上がりを阻止して、前記不良のない、良好な半田接合が、歩留まり良く得られないことが判った。これに対し、基体の、側面および他部材接続面のいずれかにおいて、拡散防止層を、半田ブロック層として露出させた実施例１〜６のサブマウントを用いた場合には、不良率が３６％以下であったことから、側面での半田の這い上がりを阻止して、前記不良のない、良好な半田接合が、高い歩留まりで得られることが確認された。また、実施例１〜３、６を比較した結果から、拡散防止層は、基体の側面および他部材接続面の、いずれにおいて露出させても、ほぼ同様の効果が得られることが判った。また、実施例１、４、５を比較した結果から、基体の側面の算術平均粗さＲaは、０．１〜１．６μｍであるのが好ましいことが判った。
【００９８】
《実施例７〜１２、比較例３、４》
基体前駆体として、特開昭５９−２１０３２号公報に記載の製造方法に準拠して作製した、Ｍｏからなる多孔質体の細孔内に、Ｃｕを溶浸させて形成した複合構造を有するＣｕ−Ｍｏ複合材料（Ｃｕ含量：１５重量％）からなるものを用いたこと以外は実施例１〜６、比較例１、２と同様にして、表２に示すサブマウントを製造し、前記サブマウントを用いて半導体装置を製造して、不良率を求めた。結果を表２に示す。なお基体の比抵抗は５．３×１０-8Ωｍ、熱伝導率は１６０Ｗ／ｍ・Ｋ、熱膨張係数は７．０×１０-6／Ｋであった。
【００９９】
【表２】
【０１００】
表より、基体の、側面および他部材接続面のいずれにおいても、拡散防止層を、半田ブロック層として露出させなかった比較例３、４のサブマウントを用いた場合には、不良率が９０％と高かったことから、側面での半田の這い上がりを阻止して、前記不良のない、良好な半田接合が、歩留まり良く得られないことが判った。これに対し、基体の、側面および他部材接続面のいずれかにおいて、拡散防止層を、半田ブロック層として露出させた実施例７〜１２のサブマウントを用いた場合には、不良率が４２％以下であったことから、側面での半田の這い上がりを阻止して、前記不良のない、良好な半田接合が、高い歩留まりで得られることが確認された。また、実施例７〜９、１２を比較した結果から、拡散防止層は、基体の側面および他部材接続面の、いずれにおいて露出させても、ほぼ同様の効果が得られることが判った。また、実施例７、１０、１１を比較した結果から、基体の側面の算術平均粗さＲaは、０．１〜１．６μｍであるのが好ましいことが判った。
【０１０１】
《実施例１３、比較例５》
特開２００４−１７５６２６号公報に記載の製造方法に準拠して、多数の微小なダイヤモンド粒子を、結合材としてのＣｕで結合した複合構造を有する複合材料（Ｃｕ含量：５０重量％）からなる、直径５０ｍｍ、厚み１．０ｍｍの基体前駆体を形成した。次に、前記基体前駆体を、＃４００のダイヤモンド砥石をセットした平面研磨機を使用して、厚みが０．６ｍｍ、粗さ曲線の算術平均粗さＲaが０．５μｍになるまで平面研磨して仕上げ、ワイヤ放電加工によって切断した後、放電出力を変えながら切断面の粗加工と仕上げ加工を行って、縦２ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．６ｍｍの平板状で、かつ、切断面である側面の算術平均粗さＲaが０．７μｍであるの基体を作製した。前記基体の比抵抗は２．６×１０-4Ωｍ、熱伝導率は５５０Ｗ／ｍ・Ｋ、熱膨張係数は６．０×１０-6／Ｋであった。そして、前記基体を使用したこと以外は実施例１、比較例１と同様にしてサブマウントを製造し、前記サブマウントを用いて半導体装置を製造して、不良率を求めた。結果を表３に示す。
【０１０２】
《実施例１４、比較例６》
特開平１０−３３５５３８号公報に記載の製造方法に準拠して、Ａｌ中に、ＳｉＣが粒子状に分散して存在する複合構造を有する複合材料（Ａｌ含量：３０重量％）からなる、縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚み１．５ｍｍの基体前駆体を形成した。次に、前記基体前駆体を、＃８００のダイヤモンド砥石をセットした両頭研磨機を使用して、厚みが０．６ｍｍ、粗さ曲線の算術平均粗さＲaが０．８μｍになるまで平面研磨し、ワイヤ放電加工によって切断した後、放電出力を変えながら切断面の粗加工と仕上げ加工を行って、縦２ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．６ｍｍの平板状で、かつ、切断面である側面の算術平均粗さＲaが１．０μｍである基体を作製した。前記基体の比抵抗は２．０×１０-8Ωｍ、熱伝導率は１５０Ｗ／ｍ・Ｋ、熱膨張係数は８．０×１０-6／Ｋであった。そして、前記基体を使用したこと以外は実施例１、比較例１と同様にしてサブマウントを製造し、前記サブマウントを用いて半導体装置を製造して、不良率を求めた。結果を表３に示す。
【０１０３】
《実施例１５、比較例７》
特開平６−２６８１１７号公報に記載の製造方法に準拠して、Ｃｕ層と、Ｍｏからなる多孔質体の細孔内に、Ｃｕを溶浸させて形成した複合構造を有するＣｕ−Ｍｏ複合材料層（Ｃｕ含量：４０重量％）と、Ｃｕ層とをこの順に積層した複合構造を有するクラッド材からなる、縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚み０．６ｍｍの基体前駆体を形成した。次に、前記基体前駆体を、縦３ｍｍ×横１１ｍｍの平板状に打ち抜き加工した後、その側面を、＃４００のＷＡ砥石を用いて研磨して、縦２ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．６ｍｍの平板状で、かつ、側面の算術平均粗さＲaが０．６μｍである基体を作製した。前記基体の比抵抗は４．０×１０-8Ωｍ、熱伝導率は２２０Ｗ／ｍ・Ｋ、熱膨張係数は８．３×１０-6／Ｋであった。そして、前記基体を使用したこと以外は実施例１、比較例１と同様にしてサブマウントを製造し、前記サブマウントを用いて半導体装置を製造して、不良率を求めた。結果を表３に示す。
【０１０４】
【表３】
【０１０５】
表の各実施例、比較例の結果より、各種の材料からなる基体前駆体を用いた場合でも、基体の、側面および他部材接続面において、拡散防止層を、半田ブロック層として露出させることによって、側面での半田の這い上がりを阻止して、前記不良のない、良好な半田接合が得られることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の放熱部材の一例としてのサブマウントと、前記サブマウントに接続される半導体素子としての、半導体レーザの外観を示す斜視図である。
【図２】前記例のサブマウントの、図１におけるII−II線断面図である。
【図３】サブマウントの変形例を示す断面図である。
【図４】サブマウントの、他の変形例を示す断面図である。
【図５】サブマウントの、さらに他の変形例を示す断面図である。
【図６】図２〜図５のサブマウントを形成するための基体の、変形例を示す断面図である。
【図７】サブマウントの、さらに他の変形例を示す断面図である。
【図８】サブマウントの、さらに他の変形例を示す断面図である。
【図９】サブマウントの、さらに他の変形例を示す断面図である。
【図１０】サブマウントの、さらに他の変形例を示す断面図である。
【図１１】サブマウントの、さらに他の変形例を示す断面図である。
【図１２】サブマウントの、さらに他の変形例を示す断面図である。
【図１３】サブマウントの、さらに他の変形例を示す断面図である。
【図１４】図１１のサブマウントを用いて形成した、本発明の半導体装置の一例を示す断面図である。
【図１５】従来のサブマウントを用いて形成した、従来の半導体装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１ サブマウント
２ 半導体レーザ
３ ヒートシンク
４ 半導体装置
５ 素子接続面
６ 他部材接続面
７ 基体
８ 素子接続層
９ 他部材接続層
１０ 活性層
１１ レーザ光
１２ 出射面
１３ 側面
１４ 半田ブロック層
１５ Ｃ面
１６ 素子接続層
１７ 側面
１８ 密着層
１９ 拡散防止層
２０ 半田濡れ層
２１ 他部材接続層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、レーザ加工用の高出力の半導体レーザ等の、高い放熱性が求められる半導体素子の放熱用として、好適に使用することができる放熱部材と、前記放熱部材を用いた半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザや発光ダイオード等の半導体発光素子に代表される、半導体素子の動作時に発生する熱を、前記素子外、より詳しくは、さらにヒートシンク、ステム等の他部材を通して環境中等に放熱するために、前記半導体素子と他部材との間に介在させて用いる、サブマウント、ヒートシンク、放熱基板等の放熱部材としては、従来、切断等の加工のしやすさや、半導体素子への配線のパターン形成の容易さ、あるいは製造コストの低さ等を考慮して、Ｓｉやセラミックス等からなるものが、広く用いられてきた（例えば特許文献１、２参照）。
【０００３】
図１５は、前記従来の放熱部材としてのサブマウント１に、半導体素子としての半導体レーザ２と、他部材としてのヒートシンク３とを接続して構成され、前記半導体レーザ２の動作時に発生する熱を、サブマウント１を介してヒートシンク３に伝達して環境中に放熱するための、従来の半導体装置４の一例を示す断面図である。図１５を参照して、この例の半導体装置４のうち、サブマウント１は、前記のようにＳｉやセラミックスによって形成されていると共に、図において上側の面が、半導体レーザ２を接続するための素子接続面５、下面が、ヒートシンク３を接続するための他部材接続面６とされた平板状の基体７を備えている。
【０００４】
また、前記基体７の素子接続面５の、半導体レーザ２を接続する領域には、半田からなる素子接続層８が被覆されており、他部材接続面６には、前記素子接続層８を形成する半田よりも融点の低い半田からなる他部材接続層９が被覆されている。また、基体７の素子接続面５には、素子接続層８を形成する半田に対する良好な濡れ性を付与するため、前記素子接続層８を被覆するに先立って、図示していないが、例えばＡｕ等の金属層を、スパッタリング法、真空蒸着法、湿式メッキ法等によって被覆しておくこともある。
【０００５】
半導体レーザ２は、図において上下方向に、複数の半導体層や電極層等を積層して形成されていると共に、前記積層方向と交差する一側面が、積層方向の途中に設けた活性層１０で発生したレーザ光１１を出射するための出射面１２とされたものである。また、ヒートシンク３は、半導体レーザ２の動作時に発生して、素子接続層８、サブマウント１、他部材接続層９を介して伝えられた熱を環境中に放出したり、さらに別部材に伝達したりするためのものであり、通常は、Ｃｕ等によって形成されるのが一般的である。
【０００６】
前記各部を備えた、図の例の半導体装置４は、例えば、サブマウント１と半導体レーザ２とを、素子接続層８を挟んで積層した状態で加熱して、前記素子接続層８を形成する半田を溶融させて、半導体レーザ２の下面に半田接合させることで、前記サブマウント１と半導体レーザ２とを接続した後、サブマウント１とヒートシンク３とを、他部材接続層９を挟んで積層した状態で、素子接続層８を形成する半田の溶融温度以下で、かつ他部材接続層９を形成する半田の溶融温度以上の温度に加熱して、前記他部材接続層９を選択的に溶融させて、ヒートシンク３の上面に半田接合させることで、サブマウント１とヒートシンク３と接続して製造される。
【０００７】
サブマウント１と半導体レーザ２とは、出射面１２から出射されるレーザ光１１の光束が、サブマウント１によって遮られるのを防止するため、図に見るように、前記出射面１２と、サブマウント１の基体７の、素子接続面５および他部材接続面６と交差する各側面のうち、出射面１２と同じ側の側面１３とが同一平面となるように位置合わせした状態で、接続されるのが一般的である。しかし、サブマウント１と半導体レーザ２とを接続する際に、素子接続層８を形成する半田が、加熱によって溶融して、前記出射面１２側にはみ出した状態で固化される場合があり、その場合には、はみ出した半田によって、出射面１２から出射されるレーザ光１１の光束が遮られたり、半導体レーザ２が短絡したりするという問題を生じるおそれがある。
【０００８】
そこで、基体７の素子接続面５に、半田に対する良好な濡れ性を付与するために形成する、Ａｕ等の金属層を、前記素子接続面５だけでなく、側面１３にも連続させて形成することで、前記側面１３にも、半田に対する良好な濡れ性を付与しておき、サブマウント１と半導体レーザ２とを接続する際に溶融してはみ出した半田を、前記金属層の機能によって、側面１３側に流れるように誘導して、出射面１２側にはみ出すのを防止することが、先に説明した特許文献１や、あるいは特許文献３等に記載されている。また、同様の効果を得るため、特許文献２、４には、側面１３に形成した金属層上に、あらかじめ、素子接続層８と連続させて、半田の層を形成しておくことが記載されている。
【０００９】
近年、特に半導体レーザ等の半導体素子の高出力化に伴って、前記半導体素子に、大電流を流す必要が生じてきたことから、サブマウント等の放熱部材の基体を、金属を含み、導電性を有する材料で形成して、それ自体を素子の電極としても機能させることが試みられている。例えば特許文献５には、サブマウント等の放熱部材の基体を、Ｗからなる多孔質体の細孔内に、Ｃｕを溶浸させて形成した複合構造を有するＣｕ−Ｗ複合材料によって形成することが記載されている。
【特許文献１】特開平６−３５０２０２号公報
【特許文献２】特開２００３−４６１８１号公報
【特許文献３】特開平５−２４３６９０号公報
【特許文献４】特開平８−３３０６７２号公報
【特許文献５】特開２００３−１５２１４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
基体を、前記Ｃｕ−Ｗ複合材料等の、金属を含む材料（以下「含金属材料」と記載することがある）によって形成した放熱部材を用いて半導体装置を構成する場合も、その基本的な構造は、図１５に示すとおりとされるのが一般的である。放熱部材としてのサブマウント１と、半導体素子としての半導体レーザ２とを接続する際に、溶融した半田が、半導体レーザ２の出射面１２側にはみ出すのを防止するための構造も、基本的には、従来と同じでよいと考えられている。
【００１１】
ところが、前記含金属材料からなる基体７は、それ自体が、従来の、Ｓｉやセラミックス等からなるものと比較して半田に対する濡れ性が良いことから、サブマウント１をヒートシンク３と接続する際に、他部材接続層９を形成する半田が、加熱によって溶融した状態で、基体７の側面１３を、半導体レーザ２の出射面１２の近傍まで這い上がって、前記半導体レーザ２を短絡させたり、前記出射面１２から出射されるレーザ光１１の光束を遮ったりする不良を生じやすいという問題がある。
【００１２】
特に、他部材接続層９を形成する半田として、放熱の妨げとなるボイド等のハンダ濡れ不良を生じにくく、良好な半田接合を得ることができるため、半導体装置４の製造の歩留まりを向上させる効果に優れた、低温での流れ性のよい半田や、ペースト状、箔状の半田を使用した際に、前記の不良を生じやすい。ペースト状、箔状の半田を使用した際に、前記の不良を生じやすいのは、その量の制御が容易でなく、過剰量の半田が発生しやすいためである。
【００１３】
本発明の目的は、基体を含金属材料によって形成しているにも拘らず、他部材との接続時に、溶融した半田が、前記基体の側面を、半導体素子の近傍まで這い上がったりしにくいため、例えば、前記半田として、低温での流れ性のよい半田や、ペースト状、箔状の半田等を使用した場合であっても、前記這い上がりによる、半導体素子の短絡や、半導体素子が半導体レーザ等である場合に、その出射面から出射されるレーザ光等の光束が遮られたりする不良が発生するのを、これまでよりも抑制しながら、放熱の妨げとなるボイド等のハンダ濡れ不良の少ない、良好な半田接合を得ることができる放熱部材と、それを用いた半導体装置とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、片面が、半導体素子との接続のための素子接続面、反対面が、他部材との接続のための他部材接続面とされた、少なくとも金属を含む材料からなる平板状の基体を備え、前記他部材接続面に、半田に対する濡れ性が付与されていると共に、前記基体の、素子接続面および他部材接続面と交差する側面の、少なくとも一部の領域、および他部材接続面の、側面と隣接する領域のうちの少なくとも一方に、前記半田の流れを阻止するための半田ブロック処理が施されていることを特徴とする放熱部材である。
【００１５】
本発明によれば、含金属材料からなる基体の他部材接続面に、半田に対する良好な濡れ性を付与したことと、前記基体の側面の、少なくとも一部の領域、および他部材接続面の、側面と隣接する領域のうちの少なくとも一方に、前記半田の流れを阻止するための半田ブロック処理を施したこととの相乗効果によって、基体として含金属材料からなるものを使用しているにも拘らず、他部材との接続時に、溶融した半田が、前記基体の側面を、半導体素子の近傍まで這い上がったりしにくくすることができる。
【００１６】
そのため、本発明によれば、例えば、他部材接続層を形成する半田として、低温での流れ性のよい半田や、ペースト状、箔状の半田等を使用した場合であっても、前記半田の這い上がりによる、半導体素子の短絡や、半導体素子が半導体レーザ等である場合に、その出射面から出射されるレーザ光等の光束が遮られたりする不良が発生するのを、これまでよりも抑制しながら、放熱の妨げとなるボイド等のハンダ濡れ不良の少ない、良好な半田接合を得ることができる放熱部材を提供することが可能となる。なお、前記基体の側面の、少なくとも一部の領域、および他部材接続面の、側面と隣接する領域のうちの少なくとも一方を半田ブロック処理するためには、前記いずれかの領域を、半田に対する濡れ性、および半田の流れ性の低い材料からなる半田ブロック層によって被覆するのが好ましい。
【００１７】
前記材料としては、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ｃｒ、およびＡｌからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属、またはこれら金属の少なくとも１種を含む化合物が挙げられる。また、基体の素子接続面の少なくとも一部には、半導体素子との良好な接続を図るために、半田からなる素子接続層を被覆するのが好ましく、前記半田が、半導体素子としての半導体レーザ等の出射面にはみ出すのを防止するためには、基体の側面の、少なくとも素子接続面と隣接する領域にも、前記素子接続層を被覆して、溶融した半田を、側面側へ誘導できるようにしておくのが好ましい。
【００１８】
基体の側面は、表面粗さを示す、粗さ曲線の算術平均粗さＲaが０．１〜１．６μｍとなるように仕上げるのが好ましい。算術平均粗さＲaが前記範囲未満では、側面の、少なくとも一部の領域、および他部材接続面の、側面と隣接する領域のうちの少なくとも一方を、半田ブロック層で被覆しているにも拘らず、他部材との接続時に、溶融した半田が、側面を、半導体素子の近傍まで這い上がるおそれがある。これは、側面の平滑性が高いため、溶融した半田の這い上がりを阻止する凹凸が小さく、かつ少ないことに起因すると考えられる。そのため、這い上がった半田が半導体素子を短絡させたり、半導体素子が半導体レーザ等である場合に、その出射面から出射されるレーザ光等の光束を遮ったりする不良が発生するのを、十分に抑制できなくなるおそれがある。
【００１９】
また、算術平均粗さＲaが前記範囲未満となるように仕上げるには、切断および研磨加工に長時間を要することから、基体の、ひいては放熱部材や半導体装置の生産性を低下させて、製造コストを高騰させる要因ともなる。一方、算術平均粗さＲaが前記範囲を超える場合には、半導体素子の接続時に溶融した半田が、側面を伝って流れ落ちにくくなる傾向がある。これは、先の場合と逆に、溶融した半田の流れ落ちを阻害する凹凸が大きく、かつ多いことに起因すると考えられる。そのため、たとえ、前記側面に素子接続層を被覆しておいても、溶融してはみ出した半田が側面側に誘導されずに、半導体素子の側にはみ出して、前記半導体素子を短絡させたり、半導体素子が半導体レーザ等である場合に、その出射面から出射されるレーザ光等の光束を遮ったりする不良が発生しやすくなるおそれがある。
【００２０】
基体を、導電性を有する含金属材料で形成して、それ自体を素子の電極としても機能させる効果を、より一層、向上することを考慮すると、前記含金属材料からなる基体の比抵抗は１．６×１０-8〜１．０×１０-3Ωｍであるのが好ましい。比抵抗が前記範囲を超える場合には、それ自体を素子の電極として機能させる効果が十分に得られないだけでなく、電極として機能させた際に、基体自体が発熱するおそれもある。また、比抵抗が前記範囲未満である材料（複合材料を含む）は、特別なものに限られており、高価で、しかも製造が容易でないことから、基体の、ひいては放熱部材や半導体装置の生産性を低下させ、製造コストを高騰させる要因となる。
【００２１】
前記基体の、比抵抗以外の特性は、特に限定されないものの、特にレーザ加工用の高出力の半導体レーザ等の、高い放熱性が求められる半導体素子の放熱用として用いる基体において、前記半導体素子の動作時に発生する熱を、できるだけスムースに放熱することを考慮すると、基体の熱伝導率は１５０〜６５０Ｗ／ｍ・Ｋであるのが好ましい。また、半導体素子の動作時に発生する熱によって大きく膨張したり、その後の冷却によって大きく収縮したりして、半導体素子に過剰な応力を生じさせて、その特性を劣化させたり、半導体素子を破損させたり、半導体素子や他部材との接続が破断したりするのを防止することを考慮すると、前記基体の熱膨張係数は２．０×１０-6〜１０×１０-6／Ｋであるのが好ましい。
【００２２】
また、前記各特性を満足する、含金属材料からなる基体としては、Ｗ、Ｍｏ、ＳｉＣ、およびダイヤモンドからなる群より選ばれた少なくとも１種と、Ｃｕ、Ａｌ、およびＡｇからなる群より選ばれた少なくとも１種とからなるものが好ましい。本発明の放熱部材の、具体的な構成の一例としては、前記複合材料等の、含金属材料からなる基体の素子接続面、他部材接続面、および側面が、ＮｉまたはＮｉを含む化合物からなり、基体の各面と、先に説明した半田ブロック層、素子接続層、他部材接続層や、次に述べる拡散防止層、半田濡れ層、あるいは基体自体を素子の電極として機能させるための電極層等の、各層との密着性を向上する機能に優れ、かつ、半田に対する濡れ性にも優れた密着層によって被覆されていると共に、他部材接続面において、前記密着層が露出されることで、前記他部材接続面に、半田に対する濡れ性が付与されたものが挙げられる。
【００２３】
また、本発明の放熱部材の、具体的な構成の他の例としては、前記基体の素子接続面、他部材接続面、および側面が、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、およびＣｕからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属、またはこれら金属の少なくとも１種を含む化合物からなり、基体の各面と、先に説明した半田ブロック層、素子接続層、他部材接続層や、次に述べる拡散防止層、半田濡れ層、あるいは基体自体を素子の電極として機能させるための電極層等の、各層との密着性を向上する機能に優れた密着層と、Ｐｔ、Ｍｏ、およびＰｄからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属、またはこれら金属の少なくとも１種を含む化合物からなり、前記密着層を形成する金属の、半導体素子を接続するための半田や、他部材との接続のための半田への拡散による、前記半田の、組成の変化を防止する機能を有すると共に、半田に対する濡れ性の低い材料からなる拡散防止層とで、この順に被覆されており、なおかつ、側面の、少なくとも他部材接続面と隣接する領域、および他部材接続面の、側面と隣接する領域のうちの少なくとも一方において、前記拡散防止層が、半田ブロック層として露出されることで、前記領域が半田ブロック処理されたものも挙げられる。
【００２４】
また、前記例の放熱部材においては、他部材接続面に、半田に対する濡れ性を付与するために、前記他部材接続面のうち、拡散防止層が露出されている必要がある領域以外の領域を、Ａｕ、Ｎｉ、およびＡｇからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属、またはこれら金属の少なくとも１種を含む化合物からなる半田濡れ層によって被覆するのが好ましい。
【００２５】
本発明は、前記本発明の放熱部材の、基体の素子接続面に、半田からなる素子接続層を介して、半導体素子が接続されていると共に、他部材接続面に、前記素子接続層を形成する半田よりも融点の低い半田からなる他部材接続層を介して、他部材が接続されていることを特徴とする半導体装置である。本発明によれば、先に説明した放熱部材の機能によって、半導体素子の短絡や、半導体素子が半導体レーザ等である場合に、その出射面から出射されるレーザ光等の光束が遮られたりする不良が生じにくい、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【００２６】
半導体素子との接続のための半田としては、Ａｕ−Ｓｎ系、またはＡｕ−Ｇｅ系の半田を用いるのが好ましく、前記半田よりも融点の低い、他部材との接続のための半田としては、半田ブロック処理の効果によって、前記半田が、基体の側面を這い上がりにくいことから、低温での流れ性がよく、放熱の妨げとなるボイド等のハンダ濡れ不良を生じにくい、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ｇｅ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系、またはＳｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系の半田を用いるのが好ましい。さらに、本発明の構成は、特に、レーザ加工用の高出力の半導体レーザ等の、高い放熱性が求められる半導体発光素子に適用した際に、より一層、良好な効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、基体を含金属材料によって形成しているにも拘らず、他部材との接続時に、溶融した半田が、前記基体の側面を、半導体素子の近傍まで這い上がったりしにくいため、例えば、前記半田として、低温での流れ性のよい半田や、ペースト状、箔状の半田等を使用した場合であっても、前記這い上がりによる、半導体素子の短絡や、半導体素子が半導体レーザ等である場合に、その出射面から出射されるレーザ光等の光束が遮られたりする不良が発生するのを、これまでよりも抑制しながら、放熱の妨げとなるボイド等のハンダ濡れ不良の少ない、良好な半田接合を得ることができる放熱部材と、それを用いた半導体装置とを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１は、本発明の放熱部材の一例としてのサブマウント１と、前記サブマウント１に接続される半導体素子としての、半導体レーザ２の外観を示す斜視図である。図２は、前記サブマウント１の、図１におけるII−II線断面図である。両図を参照して、この例のサブマウント１は、両図において上側の面が、半導体レーザ２を接続するための素子接続面５、下面が、他部材としてのヒートシンク３（図１４参照）を接続するための他部材接続面６とされた、平面形状が矩形状で、かつ平板状の基体７を備えている。図１を参照して、半導体レーザ２は、図において上下方向に、複数の半導体層や電極層等を積層して形成されていると共に、前記積層方向と交差する一側面が、積層方向の途中に設けた活性層で発生したレーザ光を出射するための出射面１２とされたものである。
【００２９】
前記サブマウント１と半導体レーザ２とは、出射面１２から出射されるレーザ光の光束が、サブマウント１によって遮られるのを防止するため、図に一点鎖線の矢印で示すように、前記出射面１２と、サブマウント１の基体７の、素子接続面５および他部材接続面６と交差する各側面のうち、出射面１２と同じ側の側面１３とが同一平面となるように位置合わせした状態で接続される。基体７は、それ自体を素子の電極としても機能させるために、含金属材料によって形成される。前記含金属材料としては、Ｃｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌ等の金属単体、前記金属の２種以上の合金または複合材料、前記金属の１種または２種以上と、Ｓｉ、ＳｉＣ、ダイヤモンド等との複合材料等が挙げられる。
【００３０】
前記複合材料の具体例としては、
(1) ＷまたはＭｏからなる多孔質体の細孔内に、Ｃｕを溶浸させて形成した複合構造を有するＣｕ−Ｗ複合材料、Ｃｕ−Ｍｏ複合材料や、
(2) 多数の微小なダイヤモンド粒子を、結合材としてのＣｕで結合した複合構造を有するＣｕ−ダイヤモンド複合材料、
(3) Ａｌ中に、ＳｉＣが粒子状に分散して存在する複合構造を有するＡｌ−ＳｉＣ複合材料、
(4) Ａｌ中に、Ｓｉが粒子状に分散して存在する複合構造を有するＡｌ−Ｓｉ合金、
等が挙げられる。
【００３１】
また、前記いずれかの金属や合金、複合材料等からなる２種以上の層を積層した積層構造を有するクラッド材も、基体７を形成する含金属材料として、好適に使用することができる。前記クラッド材の具体例としては、
(5) 前記(1)の、Ｍｏからなる多孔質体の細孔内に、Ｃｕを溶浸させて形成した複合構造を有するＣｕ−Ｍｏ複合材料層の両面に、Ｃｕ層を積層したＣｕ／Ｃｕ−Ｍｏ／Ｃｕクラッド材や、
(6) Ｃｕ層とＭｏ層とＣｕ層とをこの順に積層したＣｕ／Ｍｏ／Ｃｕクラッド材、
(7) 前記(2)の、多数の微小なダイヤモンド粒子を、結合材としてのＣｕで結合した複合構造を有するＣｕ−ダイヤモンド複合材料層の両面に、Ｃｕ層を積層したＣｕ／Ｃｕ−ダイヤモンド／Ｃｕクラッド材、
(8) 前記(3)の、Ａｌ中に、ＳｉＣが粒子状に分散して存在する複合構造を有するＡｌ−ＳｉＣ複合材料層の両面に、Ａｌ層を積層したＡｌ／Ａｌ−ＳｉＣ／Ａｌクラッド材、
等が挙げられる。
【００３２】
前記複合材料やクラッド材等の、含金属材料によって形成される基体７は、それ自体を素子の電極としても機能させる効果を、より一層、向上することを考慮すると、比抵抗が１．６×１０-8〜１．０×１０-3Ωｍ、特に１．６×１０-8〜４．０×１０-4Ωｍであるのが好ましい。比抵抗が前記範囲を超える場合には、それ自体を素子の電極として機能させる効果が十分に得られないだけでなく、電極として機能させた際に、発熱するおそれもある。また、比抵抗が前記範囲未満である材料は、特別なものに限られており、高価で、しかも製造が容易でないことから、基体の、ひいてはサブマウント１や、前記サブマウント１を用いて形成される半導体装置４（図１４参照）の生産性を低下させて、製造コストを高騰させる要因となる。
【００３３】
また、前記基体７は、特にレーザ加工用の高出力の半導体レーザ２の放熱用として用いる場合に、その動作時に発生する熱を、できるだけスムースに放熱することを考慮すると、熱伝導率が１５０〜６５０Ｗ／ｍ・Ｋ、特に３００〜６５０Ｗ／ｍ・Ｋであるのが好ましい。熱伝導率が前記範囲未満であるものは、半導体レーザ２が発する熱を、効率的に、ヒートシンク３に逃がすことができないため、半導体レーザ２の動作効率を低下させたり、寿命を短くしたり、寿命前に、半導体レーザ２を破損させたりするおそれがある。また、熱伝導率が前記範囲を超えるものは、金属を含む含金属材料としては作製することが困難である。
【００３４】
また、基体７は、前記動作時に発生する熱によって大きく膨張したり、その後の冷却によって大きく収縮したりして、半導体レーザ２に過剰な応力を生じさせて、その特性を劣化させたり、破損させたり、接続が破断したりするのを防止することを考慮すると、熱膨張係数が２．０×１０-6〜１０×１０-6／Ｋであるのが好ましく、特に、半導体レーザ２としてＧａＡｓ系やＧａＮ系の半導体材料からなるものを用いる場合には、前記半導体材料の熱膨張係数と近い４．０×１０-6〜８．０×１０-6／Ｋであるのが好ましい。
【００３５】
前記各特性を、好適な範囲内に調整するためには、基体７を形成する含金属材料の組成を調整したり、複合材料の複合構造を調整したり、クラッド材の複合構造、および各層の厚みを調整したりすればよい。かかる調整によって、各特性が、いずれも前記範囲を満足する基体７を形成することができる、好適な含金属材料としては、先に説明した各種の材料のうち、Ｗ、Ｍｏ、ＳｉＣ、およびダイヤモンドからなる群より選ばれた少なくとも１種と、Ｃｕ、Ａｌ、およびＡｇからなる群より選ばれた少なくとも１種とからなるものが挙げられる。特に、熱伝導率の観点からは、前記(2)のＣｕ−ダイヤモンド複合材料が好ましい。一方、比抵抗の観点、および製造コストの観点からは、(1)のＣｕ−Ｗ複合材料やＣｕ−Ｍｏ複合材料、(5)のＣｕ／Ｃｕ−Ｍｏ／Ｃｕクラッド材等が好ましい。
【００３６】
図２を参照して、図の例のサブマウント１は、前記複合材料等の、含金属材料によって形成される基体７の他部材接続面６に、半田に対する濡れ性が付与されていると共に、前記基体７の、半導体レーザ２との接続時に、その出射面１２側とされる側面１３のうち、前記他部材接続面６と隣接する、図において下側の領域が、前記半田に対する濡れ性、および半田の流れ性の低い材料からなり、その流れを阻止する機能を有する半田ブロック層１４によって被覆されて、半田ブロック処理されたものである。
【００３７】
前記半田ブロック層１４を形成する等して側面１３を半田ブロック処理すると、基体７の他部材接続面６に、半田に対する濡れ性を付与したこととの相乗効果によって、ヒートシンク３との接続時に、溶融した半田が、他部材接続面６から側面１３にはみ出したり、はみ出した半田が、側面１３を、半導体レーザ２の出射面１２の近傍まで這い上がったりしにくいため、例えば、前記半田として、低温での流れ性のよい半田や、ペースト状、箔状の半田等を使用した場合であっても、這い上がった半田によって半導体レーザ２が短絡したり、前記半導体レーザ２の出射面１２から出射されるレーザ光の光束が遮られたりする不良が発生するのを、これまでよりも抑制しながら、放熱の妨げとなるボイド等のハンダ濡れ不良の少ない、良好な半田接合を得ることができる。
【００３８】
半田ブロック層１４を形成する、半田に対する濡れ性、および半田の流れ性の低い材料としては、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ｃｒ、およびＡｌからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属、またはこれら金属の少なくとも１種を含む化合物が挙げられる。特に、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｐｄ等を、単独で使用して、半田ブロック層１４を形成するのが好ましい。前記いずれか単独の金属からなる半田ブロック層１４は、半田をブロックする機能に優れている上、真空蒸着法等によって形成するのが容易であるという利点がある。また、拡散防止層と兼用させることも容易である。
【００３９】
半田ブロック層１４の厚みは０．０１〜１μｍであるのが好ましい。厚みが前記範囲未満では、前記半田ブロック層１４による、半田の流れを阻止する効果が十分に得られないおそれがある。また、厚みが前記範囲を超えても、それ以上の効果が得られないだけでなく、サブマウント１の、ひいては半導体装置４の製造コストを高騰させる要因ともなる。また、半田ブロック層１４の、基体７の厚み方向における形成幅Ｗ1は０．０２５ｍｍ以上であるのが好ましい。形成幅Ｗ1が前記範囲未満では、半田ブロック層としての、半田の流れを阻止する効果が十分に得られないおそれがある。
【００４０】
形成幅Ｗ1の上限は、基体７の厚みまで、つまり、基体７の側面１３の全面に、半田ブロック層１４を形成してもよい。ただし、前記側面１３の、素子接続面５と接する上側の領域には、図に見るように、基体７の厚み方向の幅が０．０７５ｍｍ以上の、半田ブロック層１４を形成しない領域を設けるのが好ましい。これにより、半導体レーザ２の接続時に溶融した半田が、側面を伝って流れ落ちるのを助けて、前記半田が、半導体レーザ２の出射面１２にはみ出すのを防止することができる。半田ブロック層１４は、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、湿式メッキ法等の種々の成膜方法によって形成することができる。
【００４１】
基体７の他部材接続面６に、半田に対する濡れ性を付与するためには、前記他部材接続面６を、図示していないが、前記半田の濡れ性のよい材料からなる層によって被覆すればよい。前記層を形成する、半田の濡れ性のよい材料としては、Ａｕ、Ｎｉ、およびＡｇからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属、またはこれら金属の少なくとも１種を含む化合物が挙げられる。基体７の側面１３は、望ましくはその全面を、日本工業規格ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１「製品の幾何特性仕様（ＧＰＳ）−表面性状：輪郭曲線方式−用語，定義及び表面性状パラメータ」において規定された、表面粗さを示す、粗さ曲線の算術平均粗さＲaが０．１〜１．６μｍ、特に０．１〜０．９μｍとなるように仕上げるのが好ましい。
【００４２】
算術平均粗さＲaが前記範囲未満では、側面１３の前記領域を、半田ブロック層１４で被覆する等して半田ブロック処理しているにも拘らず、ヒートシンク３との接続時に、溶融した半田が、側面１３を、半導体レーザ２の出射面１２の近傍まで這い上がるおそれがある。これは、側面１３の平滑性が高いため、溶融した半田の這い上がりを阻止する凹凸が小さく、かつ少ないことに起因すると考えられる。そのため、這い上がった半田が半導体レーザ２を短絡させたり、その出射面１２から出射されるレーザ光の光束を遮ったりする不良が発生するのを、十分に抑制できなくなるおそれがある。
【００４３】
また、算術平均粗さＲaが前記範囲未満となるように側面１３を仕上げるには、切断および研磨加工に長時間を要することから、基体７の、ひいてはサブマウント１や半導体装置４の生産性を低下させて、製造コストを高騰させる要因ともなる。一方、算術平均粗さＲaが前記範囲を超える場合には、半導体レーザ２の接続時に溶融した半田が、側面を伝って流れ落ちにくくなる傾向がある。これは、先の場合と逆に、溶融した半田の流れ落ちを阻害する凹凸が大きく、かつ多いことに起因すると考えられる。そのため、溶融してはみ出した半田が側面１３側に誘導されずに、半導体レーザ２の出射面１２側にはみ出して、出射面１２から出射されるレーザ光等の光束を遮ったりする不良が発生しやすくなるおそれがある。
【００４４】
基体７の、その他の構成は、特に限定されないが、素子接続面５、および他部材接続面６の算術平均粗さＲaは１．６μｍ以下、特に０．０１〜０．９μｍであるのが好ましい。算術平均粗さＲaが前記範囲を超える場合には、前記両面５、６の凹凸が大きくなって、半導体レーザ２やヒートシンク３を接続する際に、その接続界面に、前記凹凸が、熱伝導を妨げるボイドとして残留しやすい。そのため、半導体レーザ２が発する熱を、効率的に、ヒートシンク３に逃がすことができず、半導体レーザ２の動作効率が低下したり、寿命が短くなったり、寿命前に、半導体レーザ２が破損したりするおそれがある。
【００４５】
一方、算術平均粗さＲaが前記範囲未満となるように、素子接続面５や他部材接続面６を仕上げるには、研磨加工に長時間を要することから、基体７の、ひいてはサブマウント１や半導体装置４の生産性を低下させて、製造コストを高騰させる要因ともなる。基体７の厚みは、０．１５〜１０ｍｍであるのが好ましい。厚みが、前記範囲未満では、たとえ、その側面１３を、半田ブロック層１４で被覆する等して半田ブロック処理したとしても、ヒートシンク３との接続時に、溶融した半田が、側面１３を、半導体レーザ２の出射面１２の近傍まで這い上がるおそれがある。これは、側面１３によって隔てられる、素子接続面５と他部材接続面６との距離が近いことに起因すると考えられる。
【００４６】
そのため、這い上がった半田が半導体レーザ２を短絡させたり、その出射面１２から出射されるレーザ光の光束を遮ったりする不良が発生するのを、十分に抑制できなくなるおそれがある。一方、厚みが、前記範囲を超えても、それ以上の、半田の這い上がりを防止する効果や、放熱量を増加させる効果が得られにくいと共に、材料費が嵩むため、基体７の、ひいてはサブマウント１や半導体装置４の製造コストを高騰させる要因ともなる。
【００４７】
基体７を、所定の形状と、所定の表面粗さとに加工するためには、種々の加工方法を採用することができる。例えば、先に説明した(1)のＣｕ−Ｗ複合材料やＣｕ−Ｍｏ複合材料、(2)のＣｕ−ダイヤモンド複合材料、(5)のＣｕ／Ｃｕ−Ｍｏ／Ｃｕクラッド材等の場合は、平板状に形成した基体前駆体を、ワイヤ放電加工によって、所定の平面形状に切り出したり、その側面を、所定の表面粗さに仕上げたりすることが可能である。特に、ワイヤ放電加工を切断工程、切断面の粗仕上げ工程、および切断面の最終仕上げ工程に分け、それぞれの工程において、放電条件を変えながら加工するようにすると、側面を、容易に、所定の表面粗さに仕上げることができる。
【００４８】
基体７の所定の面に、前記各処理を施した、本発明の放熱部材としてのサブマウント１は、素子接続面５側の平面の、対角線方向の反り量が、前記対角線方向の長さ１ｍｍあたり１μｍ以下、特に０．５μｍ以下であるのが好ましい。反り量が、前記範囲を超える場合には、サブマウント１と、半導体レーザ２やヒートシンク３とを隙間なく密着させることができず、その接続界面に隙間を生じやすい。そのため、半導体レーザ２が発する熱を、効率的に、ヒートシンク３に逃がすことができず、半導体レーザ２の動作効率が低下したり、寿命が短くなったり、寿命前に、半導体レーザ２が破損したりするおそれがある。なお、反り量の最小値は、１ｍｍあたり０μｍであり、反りがないのが最も好ましい。
【００４９】
図３は、サブマウント１の変形例を示す断面図である。図３を参照して、この例のサブマウント１は、半田ブロック層１４が、側面１３の、厚み方向の中間の領域に形成されている点が、先の図２の例と相違している。ただし、基体７自体の構成は、先の図２の例と同様である。他部材接続面６の、半田ブロック層１４を形成していない領域に、半田との濡れ性のよい層が被覆される等して濡れ性が付与されることや、側面１３が、所定の表面粗さに仕上げられるのが好ましいこと等も同様である。半田ブロック層１４の厚みも、同程度であるのが好ましい。半田ブロック層１４の、基体７の厚み方向における形成幅Ｗ1は０．０２５ｍｍ以上であるのが好ましい。形成幅Ｗ1が前記範囲未満では、半田ブロック層としての、半田の流れを阻止する効果が十分に得られないおそれがある。
【００５０】
この例においても、基体７の他部材接続面６に、ヒートシンク３との接続のための半田に対する濡れ性を付与したことと、半田ブロック層１４を形成したこととの相乗効果によって、ヒートシンク３との接続時に、溶融した半田が、他部材接続面６から側面１３にはみ出したり、はみ出した半田が、側面１３を、半導体レーザ２の出射面１２の近傍まで這い上がったりしにくいため、例えば、前記半田として、低温での流れ性のよい半田や、ペースト状、箔状の半田等を使用した場合であっても、這い上がった半田によって半導体レーザ２が短絡したり、前記半導体レーザ２の出射面１２から出射されるレーザ光の光束が遮られたりする不良が発生するのを、これまでよりも抑制しながら、放熱の妨げとなるボイド等のハンダ濡れ不良の少ない、良好な半田接合を得ることができる。
【００５１】
図４は、サブマウント１の、他の変形例を示す断面図である。図４を参照して、この例のサブマウント１は、半田ブロック層１４が、側面１３ではなく、他部材接続面６の、側面１３と隣接する領域に形成されている点が、先の図２、３の例と相違している。ただし、基体７自体の構成は、先の図２の例と同様である。他部材接続面６の、半田ブロック層１４を形成していない領域に、半田との濡れ性のよい層が被覆される等して濡れ性が付与されることや、側面１３が、所定の表面粗さに仕上げられるのが好ましいこと等も同様である。
【００５２】
半田ブロック層１４の厚みも、同程度であるのが好ましい。なお、半田ブロック層１４の、基体７の幅方向における形成幅Ｗ2は０．０２５〜０．５ｍｍであるのが好ましい。形成幅Ｗ2が前記範囲未満では、半田ブロック層としての、半田の流れを阻止する効果が十分に得られないおそれがある。また、形成幅Ｗ2が前記範囲を超えても、それ以上の効果が得られないおそれがある。
【００５３】
この例においても、基体７の他部材接続面６に、ヒートシンク３との接続のための半田に対する濡れ性を付与したことと、半田ブロック層１４を形成したこととの相乗効果によって、ヒートシンク３との接続時に、溶融した半田が、他部材接続面６から側面１３にはみ出したり、はみ出した半田が、側面１３を、半導体レーザ２の出射面１２の近傍まで這い上がったりしにくいため、例えば、前記半田として、低温での流れ性のよい半田や、ペースト状、箔状の半田等を使用した場合であっても、這い上がった半田によって半導体レーザ２が短絡したり、前記半導体レーザ２の出射面１２から出射されるレーザ光の光束が遮られたりする不良が発生するのを、これまでよりも抑制しながら、放熱の妨げとなるボイド等のハンダ濡れ不良の少ない、良好な半田接合を得ることができる。
【００５４】
図５は、サブマウント１の、さらに他の変形例を示す断面図である。図５を参照して、この例のサブマウント１は、半田ブロック層１４が、側面１３の、他部材接続面６と隣接する、図において下半分の領域と、他部材接続面６の、側面１３と隣接する領域に、互いに連続させて形成されている点が、先の図２〜４の例と相違している。この例においても、基体７自体の構成は、先の図２の例と同様である。他部材接続面６の、半田ブロック層１４を形成していない領域に、図示していないものの、半田との濡れ性のよい層が被覆される等して濡れ性が付与されることや、側面１３が、所定の表面粗さに仕上げられるのが好ましいこと等も同様である。
【００５５】
半田ブロック層１４の厚みも、同程度であるのが好ましい。また、半田ブロック層１４の、基体７の幅方向および厚み方向における形成幅Ｗ3は、前記と同様に０．０２５〜０．５ｍｍであるのが好ましい。形成幅Ｗ3が前記範囲未満では、半田ブロック層としての、半田の流れを阻止する効果が十分に得られないおそれがある。また、形成幅Ｗ3が前記範囲を超えても、それ以上の効果が得られないおそれがある。基体７の側面１３の半田ブロック層１４は、その全面に形成してもよい。しかし、図２の例の場合と同じ理由で、側面１３の、素子接続面５と接する上側の領域には、基体７の厚み方向の幅が０．０７５ｍｍ以上の、半田ブロック層１４を形成しない領域を設けるのが好ましい。
【００５６】
この例においても、基体７の他部材接続面６に、ヒートシンク３との接続のための半田に対する濡れ性を付与したことと、半田ブロック層１４を形成したこととの相乗効果によって、ヒートシンク３との接続時に、溶融した半田が、他部材接続面６から側面１３にはみ出したり、はみ出した半田が、側面１３を、半導体レーザ２の出射面１２の近傍まで這い上がったりしにくいため、例えば、前記半田として、低温での流れ性のよい半田や、ペースト状、箔状の半田等を使用した場合であっても、這い上がった半田によって半導体レーザ２が短絡したり、前記半導体レーザ２の出射面１２から出射されるレーザ光の光束が遮られたりする不良が発生するのを、これまでよりも抑制しながら、放熱の妨げとなるボイド等のハンダ濡れ不良の少ない、良好な半田接合を得ることができる。
【００５７】
図６は、前記図２〜図５のサブマウント１を形成するための基体７の、変形例を示す断面図である。図６を参照して、この例の基体７は、側面１３と、他部材接続面６との稜線にＣ面１５を設けた点が、先の各例の基体７と相違している。前記位置にＣ面１５を設けた場合には、サブマウント１とヒートシンク３との接続時に、前記Ｃ面１５の部分が、基体７の側面１３から凹入した半田溜りとして、溶融した半田を受容するために機能する。
【００５８】
そのため、這い上がった半田が半導体レーザ２を短絡させたり、その出射面１２から出射されるレーザ光の光束を遮ったりする不良が発生するのを、より一層、確実に防止することができる。前記Ｃ面１５の大きさは０．０５〜０．３ｍｍであるのが好ましい。半田ブロック層１４は、側面１３の、少なくともＣ面１５と隣接する、図において下側の領域、Ｃ面１５、および他部材接続面６の、Ｃ面１５と隣接する領域のうちの、少なくとも１個所に形成すればよい。
【００５９】
図７〜図９は、それぞれ、サブマウント１の、さらに他の変形例を示す断面図である。図７を参照して、この例のサブマウント１は、基体７の素子接続面５のうち、半導体レーザ２が接続される領域が、前記半導体レーザ２との接続のための半田からなる素子接続層１６によって被覆されている点が、先の図２の例と相違している。素子接続層１６を形成する半田としては、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｇ、Ａｕ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｃｕ、およびＡｌからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属、またはこれら金属の少なくとも１種を含む化合物からなり、ヒートシンク３を接続するための半田よりも融点が高い、種々の半田が使用可能である。
【００６０】
特に、融点が２７０℃以上の、Ａｕ−Ｓｎ系、またはＡｕ−Ｇｅ系の半田が、好適に使用される。前記半田は、融点が高く、比較的流れにくいため、例えば箔状の半田プリフォームを加熱して溶融させることで、均一に膜化するのは容易でないが、前記半田を、真空蒸着法等によって、あらかじめ、素子接続面５に、素子接続層１６として被覆しておけば、必要最小限の量の半田で、半導体レーザ２との良好な接続を図ることが可能となる。素子接続層１６の厚みは１〜１５μｍ、特に３〜７μｍであるのが好ましい。
【００６１】
厚みが、前記範囲未満では、半田の量が不足して、サブマウント１と半導体レーザ２の接続面に、熱伝導の妨げとなるボイドが生じやすい。また、厚みが前記範囲を超える場合には、半田が、熱抵抗として働いて、熱伝導の妨げとなりやすい。そのため、いずれの場合にも、半導体レーザ２が発する熱を、効率的に、ヒートシンク３に逃がすことができず、半導体レーザ２の動作効率が低下したり、寿命が短くなったり、寿命前に、半導体レーザ２が破損したりするおそれがある。
【００６２】
素子接続層１６は、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、湿式メッキ法等の種々の成膜方法によって形成することができる。また、箔状の半田プリフォームを、基体７の所定の位置に重ねた状態で、加熱して溶着させて、素子接続層１６を形成することもできる。特に、厚みおよび組成が均一な素子接続層１６を形成するためには、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法が好ましい。素子接続層１６は、組成の異なる半田からなる２層以上の積層構造としてもよい。
【００６３】
前記素子接続層１６は、図８に示すように、基体７の素子接続面５のうち、半導体レーザ２が接続される領域と、側面１３のうち、素子接続面５に隣接する、半田ブロック層１４を形成した領域より上側の領域とに、連続させて形成してもよい。これにより、素子接続面５への半導体レーザ２の接続時に溶融してはみ出した半田を、素子接続層１６の機能によって、側面１３側に流れるように誘導して、前記半導体レーザ２の出射面１２側にはみ出すのを防止することができる。
【００６４】
また、図９に示すように、素子接続層１６は、基体７の素子接続面５の全面と、側面１３のうち、素子接続面５に隣接する、半田ブロック層１４を形成した領域より上側の領域だけでなく、その他の側面１７の、素子接続面５に隣接する上側の領域等にも、連続させて形成することができる。これにより、素子接続面５への半導体レーザ２の接続時に溶融してはみ出した半田を、素子接続層１６の機能によって、側面１３、１７側に流れるように誘導して、前記半導体レーザ２の出射面１２側にはみ出すのを防止することができる。なお、図の例では、側面１３だけでなく、側面１７の、他部材接続面６に隣接する下側の領域にも、半田ブロック層１４を形成しているが、前記半田ブロック層１４は、先の２つの例と同様に、側面１３側だけに形成してもよいし、全ての側面に形成してもよい。
【００６５】
図１０は、サブマウント１の、さらに他の変形例を示す断面図である。図１０を参照して、この例のサブマウント１は、基体７の全表面、すなわち素子接続面５、他部材接続面６、側面１３、および側面１７等が、基体７の各面と、その上に形成される種々の層との密着性を向上する機能に優れ、かつ、半田に対する濡れ性にも優れた材料からなる密着層１８によって被覆されていると共に、他部材接続面６において、前記密着層１８が露出されることで、前記他部材接続面６に、半田に対する濡れ性が付与されたものである。前記密着層１８を形成する、前記機能を有する材料としては、ＮｉまたはＮｉを含む化合物が挙げられる。
【００６６】
密着層１８の厚みは０．０１〜５μｍであるのが好ましい。厚みが前記範囲未満では、前記密着層１８による、半田の密着性を向上させる効果が十分に得られないおそれがある。また、厚みが前記範囲を超える場合には、密着層１８が熱抵抗として働いて、熱伝導の妨げとなりやすい。そのため、半導体レーザ２が発する熱を、効率的に、ヒートシンク３に逃がすことができず、半導体レーザ２の動作効率が低下したり、寿命が短くなったり、寿命前に、半導体レーザ２が破損したりするおそれがある。また、密着層が剥離しやすくなるという問題を生じるおそれもある。密着層１８は、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、湿式メッキ法等の種々の成膜方法によって形成することができる。
【００６７】
基体７の、前記他部材接続面６以外の表面、すなわち素子接続面５、側面１３、および側面１７等の密着層１８は、その上に被覆された、前記密着層１８を形成する金属の、半田への拡散による、前記半田の、組成の変化を防止する機能を有すると共に、半田に対する濡れ性の低い材料からなる拡散防止層１９によって被覆されて隠蔽されている。前記拡散防止層１９を形成する、前記機能を有する材料としては、Ｐｔ、Ｍｏ、およびＰｄからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属、またはこれら金属の少なくとも１種を含む化合物が挙げられる。そして、図の例では、基体７の側面１３、１７等において、前記拡散防止層１９が、半田ブロック層として露出されることで、前記両側面１３、１７等が、半田ブロック処理されている。また、素子接続面５の、拡散防止層１９の上には、半導体レーザ２との接続のための半田からなる素子接続層１６が被覆されている。
【００６８】
拡散防止層１９の厚みは０．０１〜１μｍであるのが好ましい。厚みが前記範囲未満では、前記拡散防止層１９による、密着層１８を形成する金属の拡散を防止する効果が十分に得られないおそれがある。また、厚みが前記範囲を超えても、それ以上の効果が得られないだけでなく、サブマウント１の、ひいては半導体装置４の製造コストを高騰させる要因ともなる。拡散防止層１９は、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、湿式メッキ法等の種々の成膜方法によって形成することができる。
【００６９】
前記例のサブマウント１によれば、基体７の他部材接続面６において密着層１８を露出させて、ヒートシンク３との接続のための半田に対する濡れ性を付与したことと、両側面１３、１７等において拡散防止層１９を露出させて、半田ブロック処理をしたこととの相乗効果によって、ヒートシンク３との接続時に、溶融した半田が、他部材接続面６から側面１３、１７にはみ出したり、はみ出した半田が、側面１３、１７を、半導体レーザ２の出射面１２の近傍まで這い上がったりするのを抑制して、這い上がった半田によって半導体レーザ２が短絡したり、前記半導体レーザ２の出射面１２から出射されるレーザ光の光束が遮られたりする不良が発生するのを防止することができる。
【００７０】
図１１は、サブマウント１の、さらに他の変形例を示す断面図である。図１１を参照して、この例のサブマウント１は、素子接続層１６が、基体７の素子接続面５の全面と、側面１３、１７等のうち、素子接続面５に隣接する上側の領域にも連続させて形成された点が、先の図１０の例と相違している。素子接続層１６を、図のように形成すると、素子接続面５への半導体レーザ２の接続時に溶融してはみ出した半田を、前記素子接続層１６の機能によって、側面１３、１７側に流れるように誘導して、前記半導体レーザ２の出射面１２側にはみ出すのを防止することができる。
【００７１】
図１２は、サブマウント１の、さらに他の変形例を示す断面図である。図１２を参照して、この例のサブマウント１は、基体７の全表面、すなわち素子接続面５、他部材接続面６、側面１３、および側面１７等が、基体７の各面と、その上に形成される種々の層との密着性を向上する機能に優れた密着層１８と、先に説明した拡散防止層１９とで、この順に被覆されていると共に、側面１３、１７等の、他部材接続面６と隣接する領域、および他部材接続面６の、側面１３、１７等と隣接する領域において、前記拡散防止層１９が、半田ブロック層として露出されることで、前記領域が半田ブロック処理されたものである。前記密着層１８を形成する、前記機能を有する材料としては、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、およびＣｕからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属、またはこれら金属の少なくとも１種を含む化合物が挙げられる。
【００７２】
他部材接続面６のうち、拡散防止層１９が露出された領域以外の領域には、半田濡れ層２０が被覆されて、半田に対する濡れ性が付与されている。前記半田濡れ層２０を形成する、半田の濡れ性のよい材料としては、Ａｕ、Ｎｉ、およびＡｇからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属、またはこれら金属の少なくとも１種を含む化合物が挙げられる。
半田濡れ層２０の厚みは０．０１〜５μｍであるのが好ましい。厚みが前記範囲未満では、前記半田濡れ層２０による、半田の濡れ性を向上させる効果が十分に得られないおそれがある。また、厚みが前記範囲を超えても、それ以上の効果が得られないだけでなく、サブマウント１の、ひいては半導体装置４の製造コストを高騰させる要因ともなる。半田濡れ層２０は、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、湿式メッキ法等の種々の成膜方法によって形成することができる。
【００７３】
図１３は、サブマウント１の、さらに他の変形例を示す断面図である。図１３を参照して、この例のサブマウント１は、拡散防止層１９が、基体７の素子接続面５、および他部材接続面６の全面と、側面１３、１７等のうち、素子接続面５に隣接する上側の領域にのみ、選択的に形成されていると共に、前記素子接続面５と、側面１３、１７等の拡散防止層１９が、素子接続層１６で被覆され、かつ、他部材接続層６の拡散防止層１９が、前記他部材接続面６の、側面１３、１７等と隣接する領域においてのみ露出されることで、前記領域が半田ブロック処理されている点が、図１２の例と相違している。他部材接続層６のうち、拡散防止層１９が露出された領域以外の領域には、半田濡れ層２０が被覆されて、半田に対する濡れ性が付与されている。
【００７４】
前記図１０〜図１３の例のサブマウント１において、他部材接続面６で露出させた密着層１８や、半田濡れ層２０の表面には、先に説明した、ヒートシンク３との接続のための半田からなる他部材接続層を形成してもよいが、製造コストの低減のためには、前記他部材接続層を形成せず、ヒートシンク３との接続時に、前記各層の表面に、ペースト状の半田を塗布したり、箔状の半田プリフォームを挟んだりするのが好ましい。
【００７５】
図１４は、図１１のサブマウント１を用いて形成した、本発明の半導体装置４の一例を示す断面図である。すなわち、この例の半導体装置４は、前記サブマウント１の基体７の素子接続面５に、素子接続層１６を介して、半導体レーザ２が接続されていると共に、前記基体７の他部材接続面６に、前記素子接続層１６を形成する半田よりも融点の低い半田からなる他部材接続層２１を介して、ヒートシンク３が接続されたものである。
【００７６】
前記例の半導体装置４においては、サブマウント１の素子接続層１６を、素子接続面５だけでなく、側面１３、１７等にも連続して形成しているため、半導体レーザ２の接続時に溶融してはみ出した半田を、前記素子接続層１６の機能によって、側面１３、１７側に流れるように誘導して、前記半導体レーザ２の出射面１２側にはみ出すのを抑制することができ、はみ出した半田によって、出射面１２から出射されるレーザ光１１の光束が遮られたり、半導体レーザ２が短絡したりするのを防止することができる。
【００７７】
また、基体７の他部材接続面６において密着層１８を露出させて、ヒートシンク３との接続のための半田に対する濡れ性を付与したことと、両側面１３、１７等において拡散防止層１９を露出させて、半田ブロック処理をしたこととの相乗効果によって、ヒートシンク３との接続時に、溶融した半田が、他部材接続面６から側面１３、１７にはみ出したり、はみ出した半田が、側面１３、１７を、半導体レーザ２の出射面１２の近傍まで這い上がったりしにくいため、例えば、前記半田として、低温での流れ性のよい半田や、ペースト状、箔状の半田等を使用した場合であっても、這い上がった半田によって半導体レーザ２が短絡したり、前記半導体レーザ２の出射面１２から出射されるレーザ光の光束が遮られたりする不良が発生するのを、これまでよりも抑制しながら、放熱の妨げとなるボイド等のハンダ濡れ不良の少ない、良好な半田接合を得ることができる。そのため、前記各種の不良を生じにくい、信頼性の高い半導体装置４を、高い歩留まりで製造することができる。
【００７８】
他部材接続層２１を形成する、ヒートシンク３との接続のための半田としては、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｇ、Ａｕ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｂｉ、Ｓｂ、およびＺｎからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属、特にＩｎ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｂｉ、Ｓｂ、およびＺｎからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属からなり、融点が２７０℃未満であって、低温での流れ性がよく、放熱の妨げとなるボイド等のハンダ濡れ不良を生じにくい半田が好適に使用される。前記半田としては、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ｇｅ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系、またはＳｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系の半田が挙げられる。前記半田は、ペースト状、箔状等の状態で使用することもできる。他部材接続面６で露出させた密着層１８の表面に、前記ペースト状の半田を塗布したり、箔状の半田プリフォームを挟んだりすることで、他部材接続層２１が形成される。
【００７９】
本発明の構成は、以上で説明した各図の例のものには限定されず、本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。
【実施例】
【００８０】
《実施例１》
特開昭５９−２１０３２号公報に記載の製造方法に準拠して、Ｗからなる多孔質体の細孔内に、Ｃｕを溶浸させて形成した複合構造を有するＣｕ−Ｗ複合材料（Ｃｕ含量：１０重量％）からなる、縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚み１．５ｍｍの基体前駆体を形成した。次に、前記基体前駆体を、＃４００のＷＡ砥石をセットした両頭研磨機を使用して、厚みが１．０ｍｍになるまで平面粗研磨し、次いで、厚みが０．６ｍｍ、粗さ曲線の算術平均粗さＲaが０．４μｍになるまで、アルミナ遊離砥粒を用いてラッピング加工して仕上げ、さらに、ワイヤ放電加工によって切断後に、放電出力を変えながら、切断面の粗加工と仕上げ加工を行って、縦２ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．６ｍｍの平板状で、かつ、切断面である側面の算術平均粗さＲaが０．７μｍである基体を作製した。基体７の比抵抗は５．３×１０-8Ωｍ、熱伝導率は１８０Ｗ／ｍ・Ｋ、熱膨張係数は６．５×１０-6／Ｋであった。
【００８１】
そして、前記基体７を用いて、図１２に示す層構造を有する、放熱部材としてのサブマウント１を製造した。すなわち、前記基体７の全表面に、厚み２μｍのＮｉめっき層を被覆して密着層１８とし、前記密着層１８の上に、スパッタリング法によって、厚み０．２μｍのＰｔ層を被覆して拡散防止層１９とした。次に、前記基体７の側面１３、１７等と、素子接続面５とを、治具で隠蔽すると共に、他部材接続面６の中央の、縦１．６ｍｍ×横９．６ｍｍの領域を露出させ、その周囲の領域を、メタルマスクで隠蔽した状態で、真空蒸着法によって、前記露出させた領域に、厚み０．１μｍのＡｕ層を被覆して半田濡れ層２０とした。
【００８２】
次に、前記基体７の他部材接続面６と、側面１３、１７等の、前記他部材接続面６側の端縁から、基体７の厚み方向の幅０．３ｍｍの領域とを治具で隠蔽して、素子接続面５と、側面１３、１７等の、前記素子接続面５側の端縁から、基体の厚み方向の幅０．３ｍｍの領域とを露出させた状態で、真空蒸着法によって、前記露出させた領域に、厚み３μｍのＡｕ−Ｓｎ半田（Ｓｎ含量：２０重量％）からなる素子接続層１６を被覆して、図１２に示すように、側面１３、１７等の、他部材接続面６と隣接する領域と、他部材接続面６の、側面１３、１７等と隣接する領域とにおいて、拡散防止層１９が、半田ブロック層として露出されたサブマウント１を製造した。
【００８３】
《反り量の測定》
製造したサブマウント１の、素子接続面５側の平面の、対角線方向の表面形状を、長さ１０ｍｍに亘って、表面粗さ形状測定機〔(株)東京精密製のサーフコム（登録商標）１４００Ｄ〕を用いて測定した測定結果から、日本工業規格ＪＩＳ Ｂ ０６１０：２００１「製品の幾何特性仕様（ＧＰＳ）−表面性状：輪郭曲線方式−転がり円うねりの定義及び表示」において規定された転がり円最大高さうねりＷEMを、前記対角線方向の長さ１ｍｍあたりの反り量として求めたところ０．３５μｍであった。
【００８４】
《実施例２》
基体７の他部材接続面６の全面を、Ａｕ層を被覆して半田濡れ層２０としたこと以外は実施例１と同様にして、側面１３、１７等の、他部材接続面６と隣接する領域においてのみ、拡散防止層１９が、半田ブロック層として露出されたサブマウント１を製造した。製造したサブマウント１の、対角線方向の長さ１ｍｍあたりの反り量は０．２２μｍであった。
【００８５】
《実施例３》
実施例１で使用したのと同じ基体７を用いて、図１３に示す層構造を有する、放熱部材としてのサブマウント１を製造した。すなわち、前記基体７の全表面に、厚み２μｍのＮｉめっき層を被覆して密着層１８とし、次に、前記基体７の側面１３、１７等と、素子接続面５とを、治具で隠蔽すると共に、他部材接続面６を露出させた状態で、前記他部材接続面６の全面に、スパッタリング法によって、厚み０．２μｍのＰｔ層を被覆して拡散防止層１９とした。次に、前記基体７の側面１３、１７等と、素子接続面５とを、治具で隠蔽すると共に、他部材接続面６の中央の、縦１．６ｍｍ×横９．６ｍｍの領域を露出させ、その周囲の領域を、メタルマスクで隠蔽した状態で、真空蒸着法によって、前記露出させた領域に、厚み０．１μｍのＡｕ層を被覆して半田濡れ層２０とした。
【００８６】
次に、前記基体７の他部材接続面６と、側面１３、１７等の、前記他部材接続面６側の端縁から、基体７の厚み方向の幅０．３ｍｍの領域とを治具で隠蔽して、素子接続面５と、側面１３、１７等の、前記素子接続面５側の端縁から、基体の厚み方向の幅０．３ｍｍの領域とを露出させた状態で、スパッタリング法によって、前記露出させた領域に、厚み０．２μｍのＰｔ層を被覆して拡散防止層１９とした。次に、前記露出させた領域に、引き続いて、真空蒸着法によって、厚み３μｍのＡｕ−Ｓｎ半田（Ｓｎ含量：２０重量％）からなる素子接続層１６を被覆して、図１３に示すように、他部材接続面６の、側面１３、１７等と隣接する領域においてのみ、拡散防止層１９が、半田ブロック層として露出されたサブマウント１を製造した。製造したサブマウント１の、対角線方向の長さ１ｍｍあたりの反り量は０．２２μｍであった。
【００８７】
《実施例４》
基体前駆体を平面粗研磨し、ラッピング加工して仕上げた後、ワイヤ放電加工によって切断して作製した、縦２ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．６ｍｍの平板状で、かつ、切断面である側面の算術平均粗さＲaが２．０μｍである基体を使用したこと以外は実施例１と同様にして、側面１３、１７等の、他部材接続面６と隣接する領域と、他部材接続面６の、側面１３、１７等と隣接する領域とにおいて拡散防止層１９が、半田ブロック層として露出されたサブマウント１を製造した。製造したサブマウント１の、対角線方向の長さ１ｍｍあたりの反り量は０．２２μｍであった。
【００８８】
《実施例５》
基体前駆体を平面粗研磨し、ラッピング加工して仕上げ、さらに、ワイヤ放電加工によって切断後に、放電出力を変えながら、切断面の粗加工と仕上げ加工を行って作製した、縦２ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．６ｍｍの平板状で、かつ、切断面である側面の算術平均粗さＲaが０．０２μｍである基体を使用したこと以外は実施例１と同様にして、側面１３、１７等の、他部材接続面６と隣接する領域と、他部材接続面６の、側面１３、１７等と隣接する領域とにおいて拡散防止層１９が、半田ブロック層として露出されたサブマウント１を製造した。製造したサブマウント１の、対角線方向の長さ１ｍｍあたりの反り量は０．３５μｍであった。
【００８９】
《実施例６》
実施例１で使用したのと同じ基体７を用いて、図１１に示す層構造を有する、放熱部材としてのサブマウント１を製造した。すなわち、前記基体７の全表面に、厚み２μｍのＮｉめっき層を被覆して密着層１８とし、次に、前記基体７の他部材接続面６を治具で隠蔽すると共に、側面１３、１７等と、素子接続面５とを露出させた状態で、前記各面の全面に、スパッタリング法によって、厚み０．２μｍのＰｔ層を被覆して拡散防止層１９とした。また、他部材接続面６において、密着層１８を露出させて、前記他部材接続面６に半田に対する濡れ性を付与した。
【００９０】
次に、前記基体７の他部材接続面６と、側面１３、１７等の、前記他部材接続面６側の端縁から、基体７の厚み方向の幅０．３ｍｍの領域とを治具で隠蔽して、素子接続面５と、側面１３、１７等の、前記素子接続面５側の端縁から、基体の厚み方向の幅０．３ｍｍの領域とを露出させた状態で、スパッタリング法によって、前記露出させた領域に、真空蒸着法によって、厚み３μｍのＡｕ−Ｓｎ半田（Ｓｎ含量：２０重量％）からなる素子接続層１６を被覆して、図１１に示すように、側面１３、１７等の、他部材接続面６と隣接する領域においてのみ、拡散防止層１９が、半田ブロック層として露出されたサブマウント１を製造した。製造したサブマウント１の、対角線方向の長さ１ｍｍあたりの反り量は０．２２μｍであった。
【００９１】
《比較例１》
他部材接続面６に拡散防止層１９を形成せず、かつ、半田濡れ層２０を、前記他部材接続面６の全面に形成したこと以外は実施例３と同様にして、拡散防止層１９が、いずれの面においても半田ブロック層として露出されていないサブマウント１を製造した。製造したサブマウント１の、対角線方向の長さ１ｍｍあたりの反り量は０．２２μｍであった。
【００９２】
《比較例２》
他部材接続面６に半田濡れ層２０を形成しなかったこと以外は比較例１と同様にして、拡散防止層１９が、いずれの面においても半田ブロック層として露出されていないサブマウント１を製造した。製造したサブマウント１の、対角線方向の長さ１ｍｍあたりの反り量は０．２２μｍであった。
【００９３】
《半導体装置の製造》
前記各実施例、比較例で製造したサブマウントの素子接続面に、素子接続層を介して、半導体レーザを、その出射面が、基体の一側面と同一平面となるように位置合わせをして重ねて固定した状態で、Ｎ2中に１５体積％のＨ2を含有させた還元性雰囲気中で、３００℃×２分間の加熱をして、素子接続層を形成する半田を溶融させて、半導体レーザの下面に半田接合させることで、前記サブマウントと半導体レーザとを接続した。
【００９４】
次に、前記サブマウントと、縦１５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚み３ｍｍのＣｕ製のヒートシンクとの間に、他部材接続層として、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ半田（Ａｇ含量：３．０重量％、Ｃｕ含量：０．５重量％）からなる、縦２ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．０５ｍｍの箔状の半田プリフォームを挟み、基体の、半導体レーザの出射面と同一平面に位置合わせした側面と、ヒートシンクの一側面とが同一平面となるように、前記各部を位置合わせして固定した状態で、Ｎ2雰囲気中で、２４０℃×３分間の加熱をして、他部材接続層を形成する半田を溶融させて、サブマウントの基体の下面に設けた半田濡れ層と、ヒートシンクの上面とに、それぞれ半田接合させることで、サブマウントと他部材と接続して半導体装置を製造した。
【００９５】
《特性評価》
各実施例、比較例のサブマウントごとに、それぞれ５０個ずつ製造した半導体装置の半導体レーザに通電した際に、前記半導体レーザを動作させることができなかったもの、あるいは、動作はさせることができたものの、出射面から出射されたレーザ光の光束の断面形状を観察したところ、光束が、半田によって遮られて所定の断面形状になっていなかったものを不良品として、半導体装置の全個数に占める不良品の個数の割合を、不良率として算出した。結果を表１に示す。
【００９６】
【表１】
【００９７】
表より、基体の、側面および他部材接続面のいずれにおいても、拡散防止層を、半田ブロック層として露出させなかった比較例１、２のサブマウントを用いた場合には、不良率が８２％と高かったことから、側面での半田の這い上がりを阻止して、前記不良のない、良好な半田接合が、歩留まり良く得られないことが判った。これに対し、基体の、側面および他部材接続面のいずれかにおいて、拡散防止層を、半田ブロック層として露出させた実施例１〜６のサブマウントを用いた場合には、不良率が３６％以下であったことから、側面での半田の這い上がりを阻止して、前記不良のない、良好な半田接合が、高い歩留まりで得られることが確認された。また、実施例１〜３、６を比較した結果から、拡散防止層は、基体の側面および他部材接続面の、いずれにおいて露出させても、ほぼ同様の効果が得られることが判った。また、実施例１、４、５を比較した結果から、基体の側面の算術平均粗さＲaは、０．１〜１．６μｍであるのが好ましいことが判った。
【００９８】
《実施例７〜１２、比較例３、４》
基体前駆体として、特開昭５９−２１０３２号公報に記載の製造方法に準拠して作製した、Ｍｏからなる多孔質体の細孔内に、Ｃｕを溶浸させて形成した複合構造を有するＣｕ−Ｍｏ複合材料（Ｃｕ含量：１５重量％）からなるものを用いたこと以外は実施例１〜６、比較例１、２と同様にして、表２に示すサブマウントを製造し、前記サブマウントを用いて半導体装置を製造して、不良率を求めた。結果を表２に示す。なお基体の比抵抗は５．３×１０-8Ωｍ、熱伝導率は１６０Ｗ／ｍ・Ｋ、熱膨張係数は７．０×１０-6／Ｋであった。
【００９９】
【表２】
【０１００】
表より、基体の、側面および他部材接続面のいずれにおいても、拡散防止層を、半田ブロック層として露出させなかった比較例３、４のサブマウントを用いた場合には、不良率が９０％と高かったことから、側面での半田の這い上がりを阻止して、前記不良のない、良好な半田接合が、歩留まり良く得られないことが判った。これに対し、基体の、側面および他部材接続面のいずれかにおいて、拡散防止層を、半田ブロック層として露出させた実施例７〜１２のサブマウントを用いた場合には、不良率が４２％以下であったことから、側面での半田の這い上がりを阻止して、前記不良のない、良好な半田接合が、高い歩留まりで得られることが確認された。また、実施例７〜９、１２を比較した結果から、拡散防止層は、基体の側面および他部材接続面の、いずれにおいて露出させても、ほぼ同様の効果が得られることが判った。また、実施例７、１０、１１を比較した結果から、基体の側面の算術平均粗さＲaは、０．１〜１．６μｍであるのが好ましいことが判った。
【０１０１】
《実施例１３、比較例５》
特開２００４−１７５６２６号公報に記載の製造方法に準拠して、多数の微小なダイヤモンド粒子を、結合材としてのＣｕで結合した複合構造を有する複合材料（Ｃｕ含量：５０重量％）からなる、直径５０ｍｍ、厚み１．０ｍｍの基体前駆体を形成した。次に、前記基体前駆体を、＃４００のダイヤモンド砥石をセットした平面研磨機を使用して、厚みが０．６ｍｍ、粗さ曲線の算術平均粗さＲaが０．５μｍになるまで平面研磨して仕上げ、ワイヤ放電加工によって切断した後、放電出力を変えながら切断面の粗加工と仕上げ加工を行って、縦２ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．６ｍｍの平板状で、かつ、切断面である側面の算術平均粗さＲaが０．７μｍであるの基体を作製した。前記基体の比抵抗は２．６×１０-4Ωｍ、熱伝導率は５５０Ｗ／ｍ・Ｋ、熱膨張係数は６．０×１０-6／Ｋであった。そして、前記基体を使用したこと以外は実施例１、比較例１と同様にしてサブマウントを製造し、前記サブマウントを用いて半導体装置を製造して、不良率を求めた。結果を表３に示す。
【０１０２】
《実施例１４、比較例６》
特開平１０−３３５５３８号公報に記載の製造方法に準拠して、Ａｌ中に、ＳｉＣが粒子状に分散して存在する複合構造を有する複合材料（Ａｌ含量：３０重量％）からなる、縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚み１．５ｍｍの基体前駆体を形成した。次に、前記基体前駆体を、＃８００のダイヤモンド砥石をセットした両頭研磨機を使用して、厚みが０．６ｍｍ、粗さ曲線の算術平均粗さＲaが０．８μｍになるまで平面研磨し、ワイヤ放電加工によって切断した後、放電出力を変えながら切断面の粗加工と仕上げ加工を行って、縦２ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．６ｍｍの平板状で、かつ、切断面である側面の算術平均粗さＲaが１．０μｍである基体を作製した。前記基体の比抵抗は２．０×１０-8Ωｍ、熱伝導率は１５０Ｗ／ｍ・Ｋ、熱膨張係数は８．０×１０-6／Ｋであった。そして、前記基体を使用したこと以外は実施例１、比較例１と同様にしてサブマウントを製造し、前記サブマウントを用いて半導体装置を製造して、不良率を求めた。結果を表３に示す。
【０１０３】
《実施例１５、比較例７》
特開平６−２６８１１７号公報に記載の製造方法に準拠して、Ｃｕ層と、Ｍｏからなる多孔質体の細孔内に、Ｃｕを溶浸させて形成した複合構造を有するＣｕ−Ｍｏ複合材料層（Ｃｕ含量：４０重量％）と、Ｃｕ層とをこの順に積層した複合構造を有するクラッド材からなる、縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚み０．６ｍｍの基体前駆体を形成した。次に、前記基体前駆体を、縦３ｍｍ×横１１ｍｍの平板状に打ち抜き加工した後、その側面を、＃４００のＷＡ砥石を用いて研磨して、縦２ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．６ｍｍの平板状で、かつ、側面の算術平均粗さＲaが０．６μｍである基体を作製した。前記基体の比抵抗は４．０×１０-8Ωｍ、熱伝導率は２２０Ｗ／ｍ・Ｋ、熱膨張係数は８．３×１０-6／Ｋであった。そして、前記基体を使用したこと以外は実施例１、比較例１と同様にしてサブマウントを製造し、前記サブマウントを用いて半導体装置を製造して、不良率を求めた。結果を表３に示す。
【０１０４】
【表３】
【０１０５】
表の各実施例、比較例の結果より、各種の材料からなる基体前駆体を用いた場合でも、基体の、側面および他部材接続面において、拡散防止層を、半田ブロック層として露出させることによって、側面での半田の這い上がりを阻止して、前記不良のない、良好な半田接合が得られることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の放熱部材の一例としてのサブマウントと、前記サブマウントに接続される半導体素子としての、半導体レーザの外観を示す斜視図である。
【図２】前記例のサブマウントの、図１におけるII−II線断面図である。
【図３】サブマウントの変形例を示す断面図である。
【図４】サブマウントの、他の変形例を示す断面図である。
【図５】サブマウントの、さらに他の変形例を示す断面図である。
【図６】図２〜図５のサブマウントを形成するための基体の、変形例を示す断面図である。
【図７】サブマウントの、さらに他の変形例を示す断面図である。
【図８】サブマウントの、さらに他の変形例を示す断面図である。
【図９】サブマウントの、さらに他の変形例を示す断面図である。
【図１０】サブマウントの、さらに他の変形例を示す断面図である。
【図１１】サブマウントの、さらに他の変形例を示す断面図である。
【図１２】サブマウントの、さらに他の変形例を示す断面図である。
【図１３】サブマウントの、さらに他の変形例を示す断面図である。
【図１４】図１１のサブマウントを用いて形成した、本発明の半導体装置の一例を示す断面図である。
【図１５】従来のサブマウントを用いて形成した、従来の半導体装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１ サブマウント
２ 半導体レーザ
３ ヒートシンク
４ 半導体装置
５ 素子接続面
６ 他部材接続面
７ 基体
８ 素子接続層
９ 他部材接続層
１０ 活性層
１１ レーザ光
１２ 出射面
１３ 側面
１４ 半田ブロック層
１５ Ｃ面
１６ 素子接続層
１７ 側面
１８ 密着層
１９ 拡散防止層
２０ 半田濡れ層
２１ 他部材接続層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
片面が、半導体素子との接続のための素子接続面、反対面が、他部材との接続のための他部材接続面とされた、少なくとも金属を含む材料からなる平板状の基体を備え、
前記他部材接続面に、半田に対する濡れ性が付与されていると共に、
前記基体の、素子接続面および他部材接続面と交差する側面の、少なくとも一部の領域、および他部材接続面の、側面と隣接する領域のうちの少なくとも一方に、前記半田の流れを阻止するための半田ブロック処理が施されていることを特徴とする放熱部材。
【請求項２】
前記側面の、少なくとも一部の領域、および他部材接続面の、側面と隣接する領域のうちの少なくとも一方が、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ｃｒ、およびＡｌからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属、またはこれら金属の少なくとも１種を含む化合物からなる半田ブロック層によって被覆されて、半田ブロック処理されていることを特徴とする請求項１に記載の放熱部材。
【請求項３】
前記素子接続面の少なくとも一部が、半田からなる素子接続層によって被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の放熱部材。
【請求項４】
前記側面の、少なくとも素子接続面と隣接する領域にも、素子接続層が被覆されていることを特徴とする請求項３に記載の放熱部材。
【請求項５】
基体の側面の、表面粗さを示す、粗さ曲線の算術平均粗さＲaが０．１〜１．６μｍであることを特徴とする請求項１に記載の放熱部材。
【請求項６】
基体の比抵抗が１．６×１０-8〜１．０×１０-3Ωｍであることを特徴とする請求項１に記載の放熱部材。
【請求項７】
基体の熱伝導率が１５０〜６５０Ｗ／ｍ・Ｋ、熱膨張係数が２．０×１０-6〜１０×１０-6／Ｋであることを特徴とする請求項１に記載の放熱部材。
【請求項８】
基体が、Ｗ、Ｍｏ、ＳｉＣ、およびダイヤモンドからなる群より選ばれた少なくとも１種と、Ｃｕ、Ａｌ、およびＡｇからなる群より選ばれた少なくとも１種とからなることを特徴とする請求項１に記載の放熱部材。
【請求項９】
基体の、素子接続面、他部材接続面、および側面が、ＮｉまたはＮｉを含む化合物からなる密着層によって被覆されていると共に、他部材接続面において、前記密着層が露出されることで、前記他部材接続面に、半田に対する濡れ性が付与されていることを特徴とする請求項１に記載の放熱部材。
【請求項１０】
基体の、素子接続面、他部材接続面、および側面が、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、およびＣｕからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属、またはこれら金属の少なくとも１種を含む化合物からなる密着層と、Ｐｔ、Ｍｏ、およびＰｄからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属、またはこれら金属の少なくとも１種を含む化合物からなる拡散防止層とで、この順に被覆されていると共に、側面の、少なくとも他部材接続面と隣接する領域、および他部材接続面の、側面と隣接する領域のうちの少なくとも一方において、前記拡散防止層が、半田ブロック層として露出されることで、前記領域が半田ブロック処理されていることを特徴とする請求項１に記載の放熱部材。
【請求項１１】
他部材接続面のうち、拡散防止層が露出された領域以外の領域が、Ａｕ、Ｎｉ、およびＡｇからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属、またはこれら金属の少なくとも１種を含む化合物からなる半田濡れ層によって被覆されて、半田に対する濡れ性が付与されていることを特徴とする請求項１０に記載の放熱部材。
【請求項１２】
請求項１に記載の放熱部材の、基体の素子接続面に、半田からなる素子接続層を介して、半導体素子が接続されていると共に、他部材接続面に、前記素子接続層を形成する半田よりも融点の低い半田からなる他部材接続層を介して、他部材が接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】
素子接続層を形成する半田が、Ａｕ−Ｓｎ系、またはＡｕ−Ｇｅ系の半田であることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１４】
他部材接続層を形成する半田が、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ｇｅ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系、またはＳｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系の半田であることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１５】
半導体素子が、半導体発光素子であることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１】
片面が、半導体素子との接続のための素子接続面、反対面が、他部材との接続のための他部材接続面とされた、少なくとも金属を含む材料からなる平板状の基体を備え、
前記他部材接続面に、半田に対する濡れ性が付与されていると共に、
前記基体の、素子接続面および他部材接続面と交差する側面の、少なくとも一部の領域、および他部材接続面の、側面と隣接する領域のうちの少なくとも一方に、前記半田の流れを阻止するための半田ブロック処理が施されていることを特徴とする放熱部材。
【請求項２】
前記側面の、少なくとも一部の領域、および他部材接続面の、側面と隣接する領域のうちの少なくとも一方が、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ｃｒ、およびＡｌからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属、またはこれら金属の少なくとも１種を含む化合物からなる半田ブロック層によって被覆されて、半田ブロック処理されていることを特徴とする請求項１に記載の放熱部材。
【請求項３】
前記素子接続面の少なくとも一部が、半田からなる素子接続層によって被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の放熱部材。
【請求項４】
前記側面の、少なくとも素子接続面と隣接する領域にも、素子接続層が被覆されていることを特徴とする請求項３に記載の放熱部材。
【請求項５】
基体の側面の、表面粗さを示す、粗さ曲線の算術平均粗さＲaが０．１〜１．６μｍであることを特徴とする請求項１に記載の放熱部材。
【請求項６】
基体の比抵抗が１．６×１０-8〜１．０×１０-3Ωｍであることを特徴とする請求項１に記載の放熱部材。
【請求項７】
基体の熱伝導率が１５０〜６５０Ｗ／ｍ・Ｋ、熱膨張係数が２．０×１０-6〜１０×１０-6／Ｋであることを特徴とする請求項１に記載の放熱部材。
【請求項８】
基体が、Ｗ、Ｍｏ、ＳｉＣ、およびダイヤモンドからなる群より選ばれた少なくとも１種と、Ｃｕ、Ａｌ、およびＡｇからなる群より選ばれた少なくとも１種とからなることを特徴とする請求項１に記載の放熱部材。
【請求項９】
基体の、素子接続面、他部材接続面、および側面が、ＮｉまたはＮｉを含む化合物からなる密着層によって被覆されていると共に、他部材接続面において、前記密着層が露出されることで、前記他部材接続面に、半田に対する濡れ性が付与されていることを特徴とする請求項１に記載の放熱部材。
【請求項１０】
基体の、素子接続面、他部材接続面、および側面が、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、およびＣｕからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属、またはこれら金属の少なくとも１種を含む化合物からなる密着層と、Ｐｔ、Ｍｏ、およびＰｄからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属、またはこれら金属の少なくとも１種を含む化合物からなる拡散防止層とで、この順に被覆されていると共に、側面の、少なくとも他部材接続面と隣接する領域、および他部材接続面の、側面と隣接する領域のうちの少なくとも一方において、前記拡散防止層が、半田ブロック層として露出されることで、前記領域が半田ブロック処理されていることを特徴とする請求項１に記載の放熱部材。
【請求項１１】
他部材接続面のうち、拡散防止層が露出された領域以外の領域が、Ａｕ、Ｎｉ、およびＡｇからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属、またはこれら金属の少なくとも１種を含む化合物からなる半田濡れ層によって被覆されて、半田に対する濡れ性が付与されていることを特徴とする請求項１０に記載の放熱部材。
【請求項１２】
請求項１に記載の放熱部材の、基体の素子接続面に、半田からなる素子接続層を介して、半導体素子が接続されていると共に、他部材接続面に、前記素子接続層を形成する半田よりも融点の低い半田からなる他部材接続層を介して、他部材が接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】
素子接続層を形成する半田が、Ａｕ−Ｓｎ系、またはＡｕ−Ｇｅ系の半田であることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１４】
他部材接続層を形成する半田が、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ｇｅ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系、またはＳｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系の半田であることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１５】
半導体素子が、半導体発光素子であることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００８−１６６５７９（Ｐ２００８−１６６５７９Ａ）
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３５５７３１（Ｐ２００６−３５５７３１）
【出願日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【出願人】（０００２２０１０３）株式会社アライドマテリアル (192)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【出願人】（０００２２０１０３）株式会社アライドマテリアル (192)
【Ｆターム（参考）】
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