JP2008034581A

JP2008034581A - サブマウント

Info

Publication number: JP2008034581A
Application number: JP2006205578A
Authority: JP
Inventors: Tomoki Inoue; 友喜井上
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2006-07-28
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2008-02-14

Abstract

【課題】光半導体素子に対する熱負荷を低減させ、かつ半田実装時にサブマウントのロウ材が溶けて光半導体素子に位置ずれが生じる可能性の低いサブマウントを提供すること。
【解決手段】絶縁基体１１と、Ａｕ、Ａｇ、ＡｌまたはＣｕからなり、絶縁基体１１上に形成された主導体層１２と、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｗ、ＭｏまたはＴｉＷからなり、主導体層１２の表面に形成されたバリア層１３と、バリア層１３上に形成された第１のＡｕ−Ｓｎ合金層１４と、第１のＡｕ−Ｓｎ合金層１４の表面に形成されたＮｉ層１５とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体レーザや発光ダイオードが搭載されるサブマウントに関するものである。

一般的に、光半導体素子（半導体レーザ、発光ダイオードなど）は、金属などからなるパッケージに、窒化アルミニウム等からなるサブマウントを介して実装される。サブマウントには、通常、光半導体素子を実装するためのロウ材が形成されている。このロウ材には、通常ＡｕとＳｎからなるＡｕＳｎ共晶ロウ材（組成比Ａｕ：Ｓｎ＝８０：２０理論上の融点２７８℃）が用いられ、組立時に３００℃〜３５０℃程度に加熱溶融される。しかしながら、光半導体素子への熱負荷は、光半導体素子の特性にダメージを与え、長期信頼性を阻害する要因になるため、組立温度を下げることができるロウ材が求められている。この課題を克服するために、例えば、下記特許文献１〜３に記載されたロウ材がある。
特開２００２−２５２３１６号公報特開２００２−３６８０２０号公報特表２００５−１０９４８４号公報

特許文献１に述べられているようなサブマウントによれば、ＡｕとＳｎとの重量％比がＡｕ：Ｓｎ＝５：９５〜１５：８５からなるロウ材が形成されているため、溶融温度が２３０℃程度となり、パッケージングされた光半導体装置がプリント基板などに半田実装される際に（いわゆる２次実装時に）、サブマウントのロウ材も溶融して、光半導体素子に位置ずれが生じる可能性があるという問題があった。これは、近年Ｐｂフリーの半田材を用いて実装されるために、半田実装の温度が２２０℃程度まで上昇していることに起因する問題である。

一方、特許文献２および特許文献３には、Ａｇを含有したロウ材が提案されている。しかしながら、Ａｇはマイグレーションを引き起こしやすく、さらにウィスカと呼ばれる針状の構造体を成長させることが知られており、このウィスカによって、光半導体装置をショートさせる可能性があるという問題がある。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、光半導体素子に対する熱負荷を低減させ、かつ半田実装時にサブマウントのロウ材が溶けて光半導体素子に位置ずれが生じる可能性の低いサブマウントを提供することにある。

本発明は、絶縁基体と、Ａｕ、Ａｇ、ＡｌまたはＣｕからなり、前記絶縁基体上に形成された主導体層と、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｗ、ＭｏまたはＴｉＷからなり、前記主導体層の表面に形成されたバリア層と、該バリア層上に形成された第１のＡｕ−Ｓｎ合金層と、該第１のＡｕ−Ｓｎ合金層の表面に形成されたＮｉ層とを備えている。

本発明は、バリア層上に形成された第１のＡｕ−Ｓｎ合金層と、第１のＡｕ−Ｓｎ合金層の表面に形成されたＮｉ層とを備えていることにより、光半導体素子に対する熱負荷を低減させることができるとともに、プリント基板などに実装する際の熱処理によって光半導体素子に位置ずれが生じる可能性を低減させることができる。

本発明のサブマウントについて図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施の形態）図１は、本発明の第１の実施の形態におけるサブマウントの構成を示す断面図である。本発明のサブマウントは、絶縁基体１１と、絶縁基体１１上に形成された主導体層１２と、主導体層１２の表面に形成されたバリア層１３と、バリア層１３上に形成されたＡｕ−Ｓｎ合金層（第１のＡｕ−Ｓｎ合金層）１４と、Ａｕ−Ｓｎ合金層の表面に形成されたＮｉ層１５とを備えている。

絶縁基体１１は、窒化アルミニウム質焼結体，炭化珪素質焼結体，ダイヤモンドまたはシリコンからなる。絶縁基体１１の材料の他の例として、酸化アルミニウム質焼結体，ガラスセラミックス焼結体，窒化珪素質焼結体，石英，サファイアまたは立方晶窒化硼素がある。本発明のサブマウント上に搭載される光半導体素子（発光ダイオード；ＬＥＤ、レーザダイオード；ＬＤ）が駆動時に発生する熱を効率的に伝導させるためには、熱伝導率が４０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料を用いる必要があるため、絶縁基体１１としては、窒化アルミニウム質焼結体，炭化珪素質焼結体，ダイヤモンドまたはシリコンからなることが望ましい。

本実施の形態のサブマウントにおいて、絶縁基体１１の表面には、密着金属層１６が形成されている。ここで、本実施の形態のサブマウントにおいて、密着金属層とは、絶縁基体１１に対して金属層（さらに上層に形成される金属層）の接合強度を向上させるために設けられている層のことをいう。本実施の形態において、密着金属層１５は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｎｉ−Ｃｒ合金またはＴａ_２Ｎからなる。図１に示したサブマウントにおいて、密着金属層１５は、接合強度の向上および剥離の低減という観点から、０．０１μｍ〜０．２μｍの厚みで形成されることが望ましい。密着金属層１５は、０．０１μｍ未満の厚みでは、強固に接合させることが困難となる傾向にあり、厚みが０．２μｍを超えると、成膜時の内部応力によって剥離が生じ易くなる傾向がある。

本実施の形態のサブマウントにおいて、密着金属層１５の表面には、バリア層１６が形成されている。ここで、本実施の形態のサブマウントにおいて、バリア層とは、加熱処理などによって上下層の間において拡散が生じないように設けられる層のことをいう。本実施の形態において、バリア層１６は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｎｉ，Ｎｉ−Ｃｒ合金またはＴｉ−Ｗ合金からなる。図１に示したサブマウントにおいて、バリア層１６は、拡散防止という機能および剥離の低減という観点から、０．０５〜１μｍの厚みで形成されることが望ましい。バリア層１６は、０．０５μｍ未満の厚みではピンホール等の欠陥のために拡散防止層としての機能を果たしにくい傾向にあり、厚みが１μｍを超えると成膜時の内部応力により剥離が生じ易くなる傾向がある。

本実施の形態のサブマウントにおいて、バリア層１６の表面には主導体層１２が形成されている。主導体層４は、Ａｕ，Ａｇ，ＣｕまたはＡｌからなり、低抵抗化および剥離の低減という観点から、０．１μｍ〜５μｍの厚みで形成されていることが望ましい。

本発明のサブマウントにおいて、主導体層１２の表面にはバリア層１３が形成されている。ここで、バリア層１３とは、さらに上層に形成されるＡｕ−Ｓｎ合金層に含まれているＳｎが、加熱処理が施されることにより、主導体層１２に拡散することを防止する層のことをいう。本発明のサブマウントにおいて、バリア層１３は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｎｉ，Ｎｉ−Ｃｒ合金またはＴｉ−Ｗ合金からなる。バリア層１３は、拡散防止の機能および剥離の低減という観点から、０．０１μｍ〜１μｍの厚みで形成されていることが望ましい。バリア層１３は、０．０１μｍ未満の厚みでは、さらに上層に形成されるＡｕ−Ｓｎ合金層１４に含まれているＳｎが主導体層１２に拡散することを防ぐことができない可能性があり、厚みが１μｍを超えると成膜時の内部応力により剥離を生じ易くなる傾向がある。

本発明のサブマウントにおいて、バリア層１３の表面にはＡｕ−Ｓｎ合金層１４が形成されている。Ａｕ−Ｓｎ合金層１３は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｎｉ，Ｎｉ−Ｃｒ合金またはＴｉ−Ｗ合金からなる。Ａｕ−Ｓｎ合金層１３は、６０〜８０ｗｔ％のＡｕと、４０〜２０ｗｔ％のＳｎとからなる。Ａｕが６０ｗｔ％未満の場合や８０ｗｔ％を超える場合には、Ａｕ−Ｓｎ合金の溶融温度が上がってしまい、本発明の目的であるロウ材の溶融温度の低温化を達成できなくなる傾向がある。

本発明のサブマウントにおいて、バリア層１３の表面にはＮｉ層１５が形成されている。下層のＡｕ−Ｓｎ合金層１４との組成比において、Ｎｉが２ｗｔ％〜５ｗｔ％となる厚みに設定されることが望ましい。Ｎｉが２％未満の場合や５％を超える場合には、Ａｕ−Ｓｎ合金層１４とＮｉ層１５とでなる合金の溶融温度が上がってしまい本発明の目的であるロウ材層の溶融温度の低温化を達成できなくなる傾向がある。

本発明のサブマウントは、バリア層１３上に形成されたＡｕ−Ｓｎ合金層１４と、Ａｕ−Ｓｎ合金層１４の表面に形成されたＮｉ層１５とを備えていることにより、光半導体素子を実装するための加熱処理を施した際に、Ａｕ−Ｓｎ合金層１４とＮｉ層１５とによって三元のロウ材層が形成されて、ＡｕＳｎ共晶ロウ材を用いた場合に比べて低温（例えば２５０℃〜２７０℃程度）で溶融させることができ光半導体素子に対する熱負荷を低減させることができるとともに、プリント基板などに実装する際の熱処理によって光半導体素子に位置ずれが生じる可能性を低減させることができる。

（第２の実施の形態）本発明の第２の実施の形態におけるサブマウントについて図２を参照して説明する。図２は、本発明の第２の実施の形態のサブマウントの構成を示す断面図である。本実施の形態のサブマウントは、図１に示した第１の実施の形態のサブマウントにおいて、Ｎｉ層１５の表面に形成されたＡｕ−Ｓｎ合金層（第２のＡｕ−Ｓｎ合金層）２４をさらに備えている。すなわち、本実施の形態のサブマウントにおいて、Ｎｉ層１５は、第１のＡｕ−Ｓｎ合金層１４および第２のＡｕ−Ｓｎ合金層２４によって挟まれている。

本実施の形態のサブマウントにおいて、第２のＡｕ−Ｓｎ合金層は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｎｉ，Ｎｉ−Ｃｒ合金またはＴｉ−Ｗ合金からなる。第２のＡｕ−Ｓｎ合金層２４は、６０〜８０ｗｔ％のＡｕと、４０〜２０ｗｔ％のＳｎとからなる。Ａｕが６０ｗｔ％未満の場合や８０ｗｔ％を超える場合には、Ａｕ−Ｓｎ合金の溶融温度が上がってしまい、本発明の目的であるロウ材の溶融温度の低温化を達成できなくなる傾向がある。

本実施の形態のサブマウントは、Ｎｉ層１５の表面に形成された第２のＡｕ−Ｓｎ合金層２４をさらに備えていることにより、Ａｕ−Ｓｎ合金とＮｉとの相互拡散が起こりやすくなり、光半導体素子に対する熱負荷をさらに低減させることができるとともに、プリント基板などに実装する際の熱処理によって光半導体素子に位置ずれが生じる可能性をさらに低減させることができる。

本発明の第１の実施の形態のサブマウントの構成を示す断面図である。本発明の第２の実施の形態のサブマウントの構成を示す断面図である。

符号の説明

１１・・・絶縁基体
１２・・・主導体層
１３，１７・・・バリア層
１４・・・第１のＡｕ−Ｓｎ合金層
１５・・・Ｎｉ層
１６・・・密着金属層

Claims

絶縁基体と、
Ａｕ、Ａｇ、ＡｌまたはＣｕからなり、前記絶縁基体上に形成された主導体層と、
Ｐｄ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｗ、ＭｏまたはＴｉＷからなり、前記主導体層の表面に形成されたバリア層と、
該バリア層上に形成された第１のＡｕ−Ｓｎ合金層と、
該第１のＡｕ−Ｓｎ合金層の表面に形成されたＮｉ層と、を備えた基板。
前記第１のＡｕ−Ｓｎ合金層は、６０〜８０ｗｔ％のＡｕと、４０〜２０ｗｔ％のＳｎとからなることを特徴とする請求項１記載の基板。
前記Ｎｉ層の表面に形成された第２のＡｕ−Ｓｎ合金層をさらに備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の基板。
前記第２のＡｕ−Ｓｎ合金層は、６０〜８０ｗｔ％のＡｕと、４０〜２０ｗｔ％のＳｎとからなることを特徴とする請求項３記載の基板。