JP2008147511A - 半導体発光装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 新たな設備を導入したりすることなく、硫化や熱などによる反射層の反射率の低下を防止し、かつ半導体発光素子と反射層との接合性を変化させずに半導体発光素子を取付けることを可能にする。
【解決手段】 本発明の半導体発光装置は、所定の基板（例えばシリコン基板）３ａと、前記所定の基板３ａ上に形成された反射層３ｅと、前記反射層３ｅ上に形成された当該反射層３ｅよりも薄い膜厚のＴｉコート層３ｆと、半導体発光素子４とを有し、前記反射層３ｅは、半導体発光素子４から出射された光に対する反射面としての機能を有している。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体発光装置およびその製造方法に関する。

近年、発光素子としてＬＥＤを用いた半導体発光装置が普及してきており、光取り出し効率と耐久性のより一層の向上が求められている。半導体発光装置の一例として、特許文献１には、Ｓｉ（シリコン）ウエハに異方性エッチングで形成したホーンの中に発光素子への給電のための金属膜が施されたＬＥＤパッケージが開示されている。ホーンの中の金属膜は、給電のための電極用途だけでなく、発光素子から出射された光を効率よく上部に取り出すための反射膜としても用いられる。

すなわち、ホーンの中の金属膜は、Ｓｉウエハの表面に形成された絶縁膜としての酸化シリコン膜ＳｉＯ_２の上に、Ｔｉ（チタン）やＣｒ（クロム）などのＳｉＯ_２との密着層、その上に、Ａｕ（金）−Ｓｎ（スズ）共晶接合やハンダ接合等がＳｉウエハに拡散するのを防ぐためのＮｉ（ニッケル），Ｐｔ（白金）等でできたバリアメタル層、そして最上層が高い反射率を有する反射層から構成されており、この構成により、ＬＥＤからの光束を効率よく外部に取り出すことが出来る。

このように、シリコン基板にホーンを形成し、ホーンの中に金属膜を成膜し、この金属膜をエッチングもしくはリフトオフすることで電極パターンを形成することが出来る。ここで、ホーンの内部に成膜された金属膜は、上述したように、半導体発光素子から発する光を効率良く上部に取り出す反射膜の役割も兼ねる。

このように電極パターンを形成したシリコン基板に対し、半導体発光素子をダイボンディングした後にワイヤーボンディングにて電気的に接続するか、バンプを介して電気的に接続した後に、樹脂封止することにより、半導体発光装置を作製することが出来る。
特開２００５−２７７３８０号公報

ところで、反射層には、金属の中でも特に反射率の高いものが用いられる。

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

このように、Ａｇ（銀）は可視光領域において反射率が最も高い金属であり、光を効率良く取り出すことができるという点で半導体発光装置の反射膜（反射層）に最適な金属である。しかし、Ａｇは化学的に活性な金属であり、硫化をはじめとした耐食性に劣り、加熱による凝集が容易に起こるという欠点を有する。

そのため、本願の先願である特願２００６−０１０７３３では、Ａｇに合金元素を添加し、耐食性及び耐熱性を高めている。しかし、Ａｇに合金元素を添加しても、硫化や熱を原因とした反射率の低下は完全には避けられない。すなわち、半導体発光装置の反射膜（反射層）としてＡｇ合金を使用し、通電を繰り返した場合、周囲環境の影響を受けてＡｇ合金の反射率が低下し、結果として、光束の低下，色ムラの発生などが起こる恐れがある。

Ａｇ合金の表面反応を抑制するには、反射率を低下させないような透過率の高い酸化膜，窒化膜を用いた保護膜の形成が有効であると考えられる。しかし、酸化膜，窒化膜の作製にはＲＦスパッタリング装置やＣＶＤ装置が必要となり、従来プロセスとは異なる成膜設備が必要となる。また、酸化膜，窒化膜は絶縁性であるので、裏面電極を有する半導体発光素子を直接ダイボンディングすることが出来ない。フォトリソグラフィープロセス及びエッチング工程により、接合部分の金属部を露出させることで直接ダイボンディングすることは可能であるが、プロセス工程が増えるという問題点がある。

本発明は、新たな設備を導入したりすることなく、硫化や熱などによる反射層の反射率の低下を防止し、かつ半導体発光素子と反射層との接合性を変化させずに（すなわち、フォトリソグラフィープロセス，エッチング工程などの工程を追加することなく）半導体発光素子を取付けることの可能な半導体発光装置およびその製造方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、所定の基板と、
前記所定の基板上に形成された反射層と、
前記反射層上に形成された当該反射層よりも薄い膜厚のＴｉコート層と、
半導体発光素子とを有し、
前記反射層は、前記半導体発光素子から出射された光に対する反射面としての機能を有している、ことを特徴とする半導体発光装置である。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の半導体発光装置において、前記反射層は、ＡｇまたはＡｌまたはＡｇ合金により形成されていることを特徴としている。

また、請求項３記載の発明は、請求項２記載の半導体発光装置において、前記Ａｇ合金は、Ｂｉ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｎｄの中の少なくとも１種を含有する合金であることを特徴としている。

また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の半導体発光装置において、前記Ｔｉコート層は、Ｔｉにより形成されたものであるか、または、Ｔｉと酸素，窒素，炭素のうちの少なくとも１つとのＴｉ化合物をＴｉの一部に含むものであることを特徴としている。

また、請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の半導体発光装置において、前記Ｔｉコート層は、厚さが０．３５ｎｍ〜２ｎｍであることを特徴としている。

また、請求項６記載の発明は、請求項１記載の半導体発光装置において、前記所定の基板の表面には絶縁膜が形成され、該絶縁膜と前記反射層との間には、前記絶縁膜と前記絶縁膜の上方に形成される層との密着性を図るための密着層が形成され、前記密着層は、ＴｉまたはＴｉ合金により形成されていることを特徴としている。

また、請求項７記載の発明は、（ａ）シリコン基板表面に絶縁膜を形成する工程と、
（ｂ）前記絶縁膜上に、ＴｉまたはＴｉ−Ｎｉ合金を材料とした密着層を形成する工程と、
（ｃ）前記密着層上に、ＮｉまたはＰｔまたはＰｄを材料としたバリアメタル層を形成する工程と、
（ｄ）前記バリアメタル層上に、ＡｇまたはＡｌまたはＡｇ合金を材料とした反射層を形成する工程と、
（ｅ）前記反射層上に、Ｔｉコート層を形成する工程と、
（ｆ）半導体発光素子を取付ける工程と、
を有していることを特徴とする半導体発光装置の製造方法である。

また、請求項８記載の発明は、請求項７記載の半導体発光装置の製造方法において、前記工程（ａ）は、
（ａ−１）シリコン基板に異方性エッチングを行うことにより、（１００）面の底面と４つの（１１１）面の傾斜側面からなるホーンを形成する工程と、
（ａ−２）前記ホーンが形成されたシリコン基板表面に絶縁膜を形成する工程と、
を有していることを特徴としている。

請求項１乃至請求項８記載の発明によれば、所定の基板と、
前記所定の基板上に形成された反射層と、
前記反射層上に形成された当該反射層よりも薄い膜厚のＴｉコート層と、
半導体発光素子とを有し、
前記反射層は、前記半導体発光素子から出射された光に対する反射面としての機能を有しており、反射層上にはＴｉコート層が形成されていることにより、新たな設備を導入したりすることなく、硫化や熱などによる反射層の反射率の低下を防止し、かつ半導体発光素子と反射層との接合性を変化させずに（すなわち、フォトリソグラフィープロセス，エッチング工程などの工程を追加することなく、例えば、裏面電極を有する半導体発光素子をＴｉコート層に直接ダイボンディングするなどして）、半導体発光素子を取付けることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図２は本発明の半導体発光装置の構成例を示す図である。図２を参照すると、この半導体発光装置（例えば、ＬＥＤパッケージやＬＥＤランプ等）は、所定の基板（例えばシリコン基板）３ａと、
前記所定の基板３ａ上に形成された反射層３ｅと、
前記反射層３ｅ上に形成された当該反射層３ｅよりも薄い膜厚のＴｉコート層３ｆと、
半導体発光素子４（例えばＬＥＤチップ等）とを有し、
前記反射層３ｅは、半導体発光素子４から出射された光に対する反射面としての機能を有している。

また、図３は本発明の半導体発光装置のより具体的な構成例を示す図である。図３を参照すると、この半導体発光装置は、所定の基板（例えばシリコン基板）３ａと、
前記所定の基板３ａの表面に形成された絶縁膜（例えば酸化シリコン膜）３ｂと、
前記絶縁膜３ｂ上に形成された密着層３ｃと、
前記密着層３ｃ上に形成されたバリアメタル層３ｄと、
前記バリアメタル層３ｄ上に形成された反射層３ｅと、
前記反射層３ｅ上に形成された当該反射層３ｅよりも薄い膜厚のＴｉコート層３ｆと、
半導体発光素子４とを有し、
前記反射層３ｅは、半導体発光素子４から出射された光に対する反射面としての機能を有している。

ここで、所定の基板（例えばシリコン基板）３ａの表面は、後述する図８，図９の例では、ホーンの形状に加工され、この場合、図９に示すようにホーン２２の表面に（ホーン２２の底面のみならずホーン２２の傾斜側面（斜面）にも）、絶縁膜３ｂ，密着層３ｃ，バリアメタル層３ｄ，反射層３ｅ，Ｔｉコート層３ｆが形成される。仮に図４（ｂ）に示すようにホーン２２の斜面に絶縁膜３ｂ，密着層３ｃ，バリアメタル層３ｄ，反射層３ｅ，Ｔｉコート層３ｆが形成されないときには、半導体発光素子４から出射された光のうちホーン２２の斜面に向かう光はホーン２２の斜面に吸収されて光取り出し効率が低下してしまうが、図４（ａ）に示すようにホーン２２の斜面に絶縁膜３ｂ，密着層３ｃ，バリアメタル層３ｄ，反射層３ｅ，Ｔｉコート層３ｆが形成されるときには、半導体発光素子４から出射された光のうちホーン２２の斜面に向かう光はホーン２２の斜面で反射されて光取り出し効率を向上させることができる。

また、図２，図３の構成例において、反射層３ｅは、さらに導電性を有していても良く、この場合、Ｔｉコート層３ｆおよび反射層３ｅと半導体発光素子４とを電気的に接続することができ、反射層３ｅを、半導体発光素子４に対する反射膜兼電極として機能させることができる。具体的には、例えば、半導体発光素子４をＴｉコート層３ｆを介して反射層３ｅと電気的に接続することもできる（半導体発光素子４をＴｉコート層３ｆにボンディング（ワイヤボンディングやダイボンディング等する構造にすることもできる）し（具体例として、裏面電極を有する半導体発光素子をＴｉコート層３ｆに直接ダイボンディングすることなどもできるし））、あるいは、例えばＴｉコート層３ｆの一部に開口部を設けるなどして、半導体発光素子４を反射層３ｅと直接ワイヤボンディングする構造（反射層３ｅと直接電気的に接続する構造）にすることもできる。

具体的に、反射層３ｅは、ＡｇまたはＡｌまたはＡｇ合金により形成されている。ここで、ＡｇまたはＡｇ合金は、４００〜１０００ｎｍの波長範囲で高い反射率を有するので、半導体発光素子４として、４００〜１０００ｎｍにピーク波長を有する半導体発光素子（例えばＬＥＤ）を用いる場合の反射層３ｅの材料として適している。また、Ａｌは、２００〜１０００ｎｍの波長範囲で高い反射率を有するので、半導体発光素子４として、２００〜１０００ｎｍにピーク波長を有する半導体発光素子（例えばＬＥＤ）を用いる場合の反射層３ｅの材料として適している。

なお、上記Ａｇ合金は、Ｂｉ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｎｄの中の少なくとも１種を含有する合金である。具体的に、Ａｇ合金としては、例えばＢｉを０．０５〜０．１５ａｔ．％含有し、Ａｕ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｎｄの中の少なくとも１種をＢｉよりも多く含有する合金が耐久性の観点より望ましい。

上記のように、半導体発光素子４として、４００〜１０００ｎｍにピーク波長を有する半導体発光素子を用いる場合、反射層３ｅを、ＡｇまたはＡｌまたはＡｇ合金により形成できるが、この中でもＡｇ合金で形成されるのが好ましい。すなわち、Ａｇは４００〜７８０ｎｍの可視光領域の全ての波長範囲および赤外領域（〜約１０００ｎｍ）において高い反射率を有する金属であり、光を効率良く取り出すことができるという点で半導体発光装置の反射膜（反射層）に最適な金属である。しかし、Ａｇは化学的に活性な金属であり、硫化をはじめとした耐食性に劣り、加熱による凝集が容易に起こるという欠点を有する。換言すれば、純Ａｇの薄膜は、空気中に長時間曝された場合や高温多湿下に曝された場合等に薄膜表面の酸化等が起こりやすい。また、Ａｇ結晶粒が成長したり、Ａｇ原子が凝集したりする等の現象が生じやすく、これらに起因して、導電性の劣化や反射率の低下が生じたり、基板との密着性が劣化したりするといった問題が発生する。これに対し、反射層３ｅ（反射膜兼電極）をＡｇ合金とすることにより（Ａｇに合金元素を添加することにより）、耐食性及び耐熱性を高めることができるが、硫化や熱を原因とした反射率の低下は完全には避けられない。

そこで、本発明においては、図２，図３の構成例に示したように反射層３ｅ上に反射層３ｅよりも薄い厚さとしたＴｉコート層３ｆを形成している。Ｔｉコート層３ｆは、Ｔｉで形成されているが、その一部にＴｉが酸化，窒化，あるいは炭化した薄い膜厚の場合もＴｉコート層３ｆに含まれる。すなわち、Ｔｉコート層３ｆは、Ｔｉにより形成されたものであるか、または、Ｔｉと酸素，窒素，炭素のうちの少なくとも１つとのＴｉ化合物（例えば、ＴｉＯ_ｘやＴｉＯ_ｘＮ_ｙなど）をＴｉの一部に含むものである。

また、Ｔｉコート層３ｆは、具体的には、厚さが０．３５ｎｍ〜２ｎｍ程度の薄い膜厚のものである。

このように、Ｔｉコート層３ｆが、反射層３ｅよりも薄い膜厚のものとなっていることにより、後述のように、Ｔｉコート層３ｆは、半導体発光素子４からの光に対する反射層３ｅの反射率に影響を及ぼさず（すなわち、Ｔｉコート層３ｆの光の透過性を高く維持でき、半導体発光素子４からの光に対する反射層３ｅの反射率を低下させず）、かつ、電極としての高い導電性（小さな抵抗値）をも有しており、さらに、Ｔｉコート層３ｆが設けられることによって、反射層３ｅの表面を保護することができる。すなわち、Ｔｉコート層３ｆは、硫化や熱などによる反射層３ｅの反射率の低下を防止する表面保護層として機能する。より詳細に、前述のようにＡｇまたはＡｇ合金を反射層３ｅの材料として用いた場合、Ｔｉコート層３ｆが設けられていないときには、ＡｇまたはＡｇ合金は硫化や熱などによって反射率が低下してしまうが、Ｔｉコート層３ｆが用いられることによって、ＡｇまたはＡｇ合金の硫化や熱などによる反射率の低下を防止できる。また、Ａｌが反射層３ｅの材料として用いられる場合、ＡｌはＡｇに比べれば硫化や熱などによる反射率の低下は少ないが、それでも、Ｔｉコート層３ｆが用いられることによって、Ａｌの硫化や熱などによる反射率の低下を防止できる。

また、図３の構成例において、密着層３ｃは、シリコン基板３ａの表面に形成された絶縁膜（例えば酸化シリコン膜）３ｂと該絶縁膜３ｂの上方に形成される層（具体的には、バリアメタル層３ｄ）との密着性を図るために設けられ、ＴｉまたはＴｉ合金（例えばＴｉ−Ｎｉ合金）により形成されている。なお、このように、密着層３ｃをＴｉまたはＴｉ合金（例えばＴｉ−Ｎｉ合金）により形成することができるが、密着層３ｃがＴｉ合金（例えばＴｉ−Ｎｉ合金）によって形成される場合には、加熱がなされることによる密着層３ｃの密着性の低下を防止できる。

また、バリアメタル層３ｄは、Ａｕ（金）−Ｓｎ（スズ）共晶接合やハンダ接合等がシリコン基板３ａに拡散するのを防止するために設けられ、ＮｉまたはＰｔまたはＰｄにより形成されている。

本発明の半導体発光装置は、例えば以下の工程によって作製される。

すなわち、本発明の半導体発光装置は、
（ａ）所定の基板（例えばシリコン基板）３ａの表面に絶縁膜（例えば酸化シリコン膜）３ｂを形成する工程と、
（ｂ）前記絶縁膜３ｂ上にＴｉまたはＴｉ−Ｎｉ合金を材料とした密着層３ｃを形成する工程と、
（ｃ）前記密着層３ｃ上にＮｉまたはＰｔまたはＰｄを材料としたバリアメタル層３ｄを形成する工程と、
（ｄ）前記バリアメタル層３ｄ上にＡｇまたはＡｌまたはＡｇ合金を材料とした反射層３ｅを形成する工程と、
（ｅ）前記反射層３ｅ上にＴｉコート層３ｆを形成する工程と、
（ｆ）半導体発光素子４を取付ける工程（より具体的には、例えば、Ｔｉコート層３ｆおよび反射層３ｅに半導体発光素子４を電気的に接続する工程）と、
によって作製することができる。

ここで、密着層３ｃ、バリアメタル層３ｄ、反射層３ｅ、Ｔｉコート層３ｆは、スパッタリングまたは蒸着またはＣＶＤによって形成することができる。

また、前記工程（ａ）は、具体的には、例えば、
（ａ−１）シリコン基板３ａに異方性エッチングを行うことにより、（１００）面の底面と４つの（１１１）面の傾斜側面からなるホーンを形成する工程と、
（ａ−２）前記ホーンが形成されたシリコン基板３ａの表面に絶縁膜３ｂを形成する工程と、
を含むものにすることができる。

あるいは、前記工程（ａ）は、例えば、
（ａ−１）シリコン基板３ａに異方性エッチングを行うことにより、（１００）面の底面と４つの（１１１）面の傾斜側面からなるホーンを形成する工程と、
（ａ−２）前記ホーンの傾斜側面を等方性エッチングして該ホーンの角度に丸みを持たせる工程と、
（ａ−３）前記ホーンが形成されたシリコン基板３ａの表面に絶縁膜３ｂを形成する工程と、
を含むものにすることができる。

ここで、（１００）面の底面と４つの（１１１）面の傾斜側面からなるホーンを形成する工程は、例えば、結晶性シリコン基板をＫＯＨやＴＭＡＨ等のアルカリ性溶液にて、結晶異方性エッチング加工することによってなされる。この場合、結晶性シリコン基板をＫＯＨやＴＭＡＨ等のアルカリ性溶液にて、結晶異方性エッチング加工すると、｛１００｝に平行な底面と、底面５４．７°の角度を有する｛１１１｝に平行な４つの斜面からなるホーンが形成される。

本発明では、薄い膜厚のＴｉコート層３ｆを反射層３ｅ（ＡｇまたはＡｌまたはＡｇ合金）の表面保護層として反射層３ｅ上にコーティングすることにより、反射層３ｅ（ＡｇまたはＡｌまたはＡｇ合金）の持つ高い反射率と導電性および半導体発光素子４（例えばＬＥＤチップ等）との良好な接合性（具体的には例えばダイボンド特性）を維持したまま、酸化や硫化に対する耐食性や加熱プロセスに対する耐熱性を著しく向上させることができる。

そして、本発明では、在来の半導体発光装置の作製プロセスにＴｉコート層３ｆのコーティング工程を追加するだけの簡便な製造方法であり、フォトリソグラフィー工程等の追加は一切必要ない。特に、もともとプロセスにおいて密着層としてＴｉを使用していた場合には、追加の設備や追加の材料無しで、Ｔｉ薄膜による表面保護コーティングを実施することが可能であり、産業応用上極めて有利である。

図５に、半導体発光装置の一例として、平板状のサブマウントを用いて半導体発光素子を実装したＬＥＤパッケージを示す。図５に示すように、２つのリードを有するリードフレーム２が取付けられた樹脂ハウジング１内の一方のリード上にシリコンサブマウント３を銀ペーストでダイボンディングする。

図６に、平板状のシリコンサブマウント３の断面図を示す。平板状のシリコンサブマウント３を形成するための基体として、シリコン基板３ａを用いる。シリコン基板３ａの表面は光学研磨処理によって平坦化されている。まず、シリコン基板３ａの表面全体に、拡散炉を用いて熱酸化により絶縁膜としての酸化シリコン膜３ｂを形成する。これにより、リードにシリコンサブマウント３をダイボンドしても、シリコンサブマウント３とリードとの絶縁を保つ。次に、酸化シリコン膜３ｂで覆われたシリコン基板３ａの上面に、前述したような金属膜３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆを積層する。

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

図７に、半導体発光素子４の構成例を示す。半導体発光素子４は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）又は青（Ｂ）の発光色を有する単色ＬＥＤである。例えば、赤色の場合、半導体層のアルミガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）を用いる。緑色の場合はガリウムリン（ＧａＰ）、青色の場合はガリウムナイトライド（ＧａＮ）等が用いられる。赤色の場合、例えば、図７に示すように、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板４ｂの上に、半導体層４ｃが形成される。半導体層４ｃは、ｐ型半導体層４ｄ、発光層４ｅ、ｎ型半導体層４ｆが積層している。さらに、最下部と最上部に金属電極４ａ、４ｇが設けられる。緑色の場合は、例えば基板にＧａＰ等を用い、赤色の場合と同じように、ＧａＰ基板の上に半導体層を積層し、最下部と最上部に金属電極を設ける。青色の場合は、例えば特願２００５−１６７３１９号公報中の図１および段落「００１７」〜「００２３」に記載の構成からなっている。

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

図８に、ＬＥＤパッケージの他の構成例を示す。すなわち、図８は、シリコンサブマウント３として、ホーンタイプのシリコンサブマウントを用いて半導体発光素子４を実装したＬＥＤパッケージを示す。図８に示すように、構成は図５に示すような平板状のシリコンサブマウント３を用いた場合とほとんど同じである。ホーン付のシリコンサブマウント３を一方のリードにダイボンディングする。シリコンサブマウント３のホーンを含む上面には、金属膜３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆが積層している。このシリコンサブマウント３のホーン底部に半導体発光素子４をダイボンドし、半導体発光素子４の下面とシリコンサブマウント３上の金属膜とを電気的機械的に接続する。次に、半導体発光素子４下面に電気的に接続されたシリコンサブマウント３表面上の金属膜と、シリコンサブマウント３がダイボンディングされていない方のリードとをワイヤボンディングする。続いて、半導体発光素子４の上面と、シリコンサブマウント３がダイボンドされている方のリードとをワイヤボンディングする。最後に、樹脂ハウジング内に透明又は蛍光体入りの樹脂を充填して、ＬＥＤパッケージが完成する。

図９に、ホーンタイプのシリコンサブマウント３の断面図を示す。ホーンタイプのシリコンサブマウント３を形成するための基体として、（１００）シリコン基板３ａを用いる。シリコン基板３ａの表面は光学研磨処理によって平坦化されている。まず、シリコン基板３ａにホーン２２を形成する。ホーン２２が形成されたシリコン基板３ａの表面全体に、拡散炉を用いて熱酸化により絶縁膜としての酸化シリコン膜３ｂを形成する。これにより、リードにダイボンドしてもシリコンサブマウント３とリードとの絶縁を保つ。次に、酸化シリコン膜３ｂで覆われたシリコン基板３ａの上面に、平板状のシリコンサブマウント３を形成したのと同様に金属膜３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆを積層する。

図１０，図１１は本発明の半導体発光装置の具体的な製造工程例を示す図である。

図１０，図１１の製造工程例では、まず、図１０（Ａ）に示すように、鏡面シリコンウエハ３ａの表面に拡散炉を用いて厚さ５００ｎｍの熱酸化シリコン膜２１を作製する。次に、フォトリソグラフィー技術によってレジストパターンを形成し、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）によって熱酸化シリコン膜２１をエッチング除去することで、図１０（Ｂ）に示すような酸化シリコン膜２１のパターンを形成する。パターニングされた酸化シリコン膜２１をマスクとして、例えば２０％ＴＭＡＨ溶液による結晶異方性エッチングによって、図１０（Ｃ−１）に示すようなホーン２２を作製する。得られたホーン２２について、レジストスプレーコーティングを用いてホーン底部を酸化膜で保護し、例えばフッ酸，硝酸，水の混合溶液によってホーンの傾斜のみ等方性エッチング処理をすることによって、図１０（Ｃ−２）に示すような楕円錘状の傾斜面を作製することも出来る。

ホーン２２を作製した後、ＢＨＦ溶液によって一旦すべての熱酸化シリコン膜２１を除去し、図１０（Ｄ）に示すように再びシリコン基板表面に拡散炉を用いて厚さ５００ｎｍの熱酸化シリコン膜３ｂを作製する。続いて、立体形状へのレジスト塗布技術であるレジストスプレーコーティングによってレジストを塗布し、フォトリソグラフィー技術によって熱酸化シリコン膜３ｂ上に図１０（Ｅ）に示すようなレジストパターン２３を形成する。

次に酸化シリコン膜３ｂ上にレジストパターン２３が形成されたシリコン基板に、４層積層の金属膜（３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ）を図１０（Ｆ）に示すように表面，裏面にそれぞれ形成する。すなわち、熱酸化シリコン膜３ｂ上に密着層３ｃとしてＴｉまたはＴｉ−Ｎｉ合金膜を成膜し、バリアメタル層３ｄとしてＮｉまたはＰｔまたはＰｄ膜を成膜し、反射層３ｅとしてＡｇまたはＡｌまたはＡｇ合金膜を連続的に成膜する。そして、反射層３ｅの成膜後、連続的に再度Ｔｉをコート材（Ｔｉコート層）３ｆとして表面に極薄く成膜する。Ｔｉコート層３ｆの成膜には、スパッタリング，蒸着，ＣＶＤ等の手法を用いることが可能である。密着層３ｃとしてＴｉを用いない場合、Ｔｉコート層３ｆの成膜には反射層３ｅの成膜装置と異なる装置を用いても良いが、装置間の移動時におけるガス吸着，ダスト付着，およびタクトタイムのような問題を考慮すると、Ｔｉコート層３ｆの成膜は反射層３ｅの成膜装置を利用して連続的に行うことが望ましい。

反射層３ｅがＡｇまたはＡｇ合金で形成される場合に、ＡｇまたはＡｇ合金表面へのＴｉコートが反射層３ｅの表面保護の効果を発揮する機構としては、多結晶であるＡｇまたはＡｇ合金の粒界にＴｉが介在し、Ａｇのマイグレーションを抑制するように作用することが推測される。そのため、コート材であるＴｉは必ずしも完全に反射層３ｅを被覆するような膜である必要はない。また、Ｔｉコート層３ｆは、Ｔｉが酸素との化合物、窒素との化合物もしくは炭素との化合物、例えば大気中で熱処理を行うことでＴｉＯ_ｘ，ＴｉＮ_ｘ，ＴｉＯ_ｘＮ_ｙ，ＴｉＣ_ｘ等のＴｉ化合物が一部に形成されることなどにより、Ｔｉの一部にＴｉ化合物が含まれるものであっても良い。反射層３ｅがＡｇまたはＡｇ合金で形成される場合に、ＡｇまたはＡｇ合金表面へのＴｉコートが反射層３ｅの表面保護の効果を発揮する上記機構は、反射層３ｅがＡｌで形成される場合でも同様であると考えられる。

Ｔｉコート層３ｆは、厚さが大きくなると金属層全体としての表面反射率が低下するため、Ｔｉコート層３ｆの厚さとしては０．３５ｎｍ〜２ｎｍ程度の範囲が望ましい。

このようにしてＴｉコート層３ｆを形成した後、続いて、図１０（Ｇ）に示すように４層積層の金属膜（３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ）をリフトオフすることで、半導体発光装置の反射膜を兼ねた電極パターンを作製することが出来る。なお、図１０ではリフトオフプロセスによる電極パターニングの例を示したが、酸・アルカリ溶液によるウエットエッチングや、ＲＩＥのようなドライエッチングプロセスにより電極をパターニングすることももちろん可能である。

このように電極パターンを作製したシリコン基板に対し、図１１（Ｈ−１）に示すように、半導体発光素子４（例えばＬＥＤチップ等）をダイボンディングした後にワイヤーボンディング２５にて電気的に接続するか、あるいは、図１１（Ｈ−２）に示すように、半導体発光素子４（例えばＬＥＤチップ等）に搭載されたバンプを介して電気的に接続することにより、半導体発光装置を作製することが出来る。特に青色半導体発光素子をボンディングし、図１１（Ｉ）に示すように蛍光体などの波長変換材料が分散したような透明樹脂２６でホーン内を封止することによって、白色半導体発光装置が得られる。

以下、本発明の実施例を説明する。

実施例１では、酸化膜付き平面シリコン基板上に金属膜を成膜し、硫化試験を実施した前後における反射率の測定を行った。具体的には、酸化膜付きシリコン基板上に、Ａｇ合金膜（Ａｇ−０．８５ａｔ．％Ｂｉ−１．００ａｔ．％Ａｕ）をアルゴン圧０．２Ｐａ，ＤＣ出力５００Ｗで３００ｎｍの厚さにスパッタリングにて成膜した後に、連続的にＴｉをアルゴン圧１Ｐａ，ＤＣ出力１ｋＷで０．３５ｎｍ〜１０ｎｍの厚さに成膜した。そして、硫化試験は、硫化アンモニウム溶液（５〜６％）を室温大気で満たされたデシケ−タ内に入れ、成膜後のサンプルをデシケータ内に設置して密閉し、１０分放置することで行った。

硫化前後において、４６０ｎｍ波長の光に対する反射率を測定した結果を図１２に示す。図１２から、Ｔｉを成膜せずにＡｇ合金が最表面となるとき、硫化試験によって反射率が大きく低下するのに対し、Ｔｉをコート材として成膜したサンプルは試験前後において反射率の低下が見られず、Ｔｉコートによる耐硫化性の向上が見られた。Ｔｉコートの厚さが増加するに従い、初期反射率は低下する傾向を示しており、光取り出しの観点よりＴｉコートの厚さは０．３５ｎｍ〜２ｎｍの範囲が望ましいと考えられる。

また、Ａｇ合金は上記に挙げたＡｇ−Ｂｉ−Ａｕだけでなく、Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕや、Ａｇ−Ｂｉ−Ｎｄのように、Ｂｉ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｎｄの中から少なくとも１種を含有するものも好ましく用いられる。

実施例２では、酸化膜付き平面シリコン基板上に金属膜を成膜し、耐熱試験を実施した前後における反射率の測定を行った。具体的には、酸化膜付きシリコン基板上に、Ｔｉ膜をアルゴン圧１Ｐａ，ＤＣ出力１ｋＷで７５ｎｍの厚さに、また、Ｎｉ膜をアルゴン圧０．２Ｐａ，ＤＣ出力１ｋＷで２５０ｎｍの厚さに、また、Ａｇ合金膜（Ａｇ−０．８５ａｔ．％Ｂｉ−１．００ａｔ．％Ａｕ）をアルゴン圧１．０Ｐａ，ＤＣ出力５００Ｗで３００ｎｍの厚さに、スパッタリングにて成膜した後に、連続的にＴｉをアルゴン圧１Ｐａ，ＤＣ出力１ｋＷで、０．３５ｎｍ〜２ｎｍの厚さに成膜し、４層積層金属膜を作製した。耐熱試験は、大気中で２８５℃のホットプレート上に成膜後のサンプルを乗せ、３００秒加熱することで行った。

加熱前後において、４６０ｎｍ波長の光に対する反射率を測定した結果を図１３に示す。図１３から、Ａｇ合金が最表面のとき、耐熱試験によって反射率が大きく低下するのに対し、Ｔｉをコート材として成膜したサンプルは、試験前後において反射率の低下は見られず、Ｔｉコートによる耐熱性の向上が確認された。

実施例３では、酸化膜付き平面シリコン基板上に金属膜を成膜し、常温通電試験を実施した前後における膜の変化を観察した。具体的には、酸化膜付きシリコン基板上に、Ｔｉ膜をアルゴン圧１Ｐａ，ＤＣ出力１ｋＷで７５ｎｍの厚さに、また、Ｎｉ膜をアルゴン圧０．２Ｐａ，ＤＣ出力１ｋＷで２５０ｎｍの厚さに、また、Ａｇ合金膜（Ａｇ−０．８５ａｔ．％Ｂｉ−１．００ａｔ．％Ａｕ）をアルゴン圧１．０Ｐａ，ＤＣ出力５００Ｗで３００ｎｍの厚さに、スパッタリングにて成膜した後に、連続的にＴｉをアルゴン圧１Ｐａ，ＤＣ出力１ｋＷで、０．３５ｎｍ〜１ｎｍの厚さに成膜し、４層積層金属膜を作製した。成膜後のシリコン基板上に０．３×０．３ｍｍの大きさの青色半導体発光素子をＡｕ−Ｓｎ共晶接合した後に、シリコン基板をＴｏ−１８ステム上に実装し、Ａｕワイヤーを用いて電気的に接続した。通電試験は３０ｍＡで実施し、１１２８時間後における膜の変化を観察した。通電試験後における金属膜の変化を観察した結果を次表（表１）に示す。

表１から、Ａｇ合金が最表面のときには、通電試験によって金属膜の変色が見られるのに対し、Ｔｉをコート材として成膜したサンプルは、通電試験後においても金属膜の変化が見られず、通電による金属膜の変質が抑制されていることが確認された。

実施例４では、酸化膜付き平面シリコン基板上に金属膜を成膜し、金属膜の導電性を調査した。具体的には、酸化膜付きシリコン基板上に、Ｔｉ膜をアルゴン圧１Ｐａ，ＤＣ出力１ｋＷで７５ｎｍの厚さに、また、Ｎｉ膜をアルゴン圧０．２Ｐａ，ＤＣ出力１ｋＷで２５０ｎｍの厚さに、また、Ａｇ合金膜（Ａｇ−０．８５ａｔ．％Ｂｉ−１．００ａｔ．％Ａｕ）をアルゴン圧１．０Ｐａ，ＤＣ出力５００Ｗで３００ｎｍの厚さに、スパッタリングにて成膜した後に、連続的にＴｉをアルゴン圧１Ｐａ，ＤＣ出力１ｋＷで、０．３５ｎｍ〜１０ｎｍの厚さに成膜し、４層積層金属膜を作製した。導電性の調査は、金属膜のシート抵抗を測定することで行った。

シート抵抗を測定した結果を図１４に示す。図１４から、表面に成膜されたＴｉのシート抵抗は表面がＡｇ合金であった場合とほぼ同程度であり、Ｔｉコート層の厚さが１０ｎｍ以下であれば、抵抗値も非常に小さく、電極としての導電性に問題がないことが確認された。なお、Ｔｉコート層の厚さを２ｎｍより厚くすると次第にシート抵抗が上昇するが、前記反射層よりも薄い場合には実用上問題とならない範囲である。しかし、後述するダイシェア試験の結果とあわせると、Ｔｉコート層の厚さは５ｎｍよりも薄いことが好適である。

実施例５では、酸化膜付き平面シリコン基板上に金属膜を成膜し、ダイボンディングの接合性を調査した。具体的には、酸化膜付きシリコン基板上に、Ｔｉ膜をアルゴン圧１Ｐａ，ＤＣ出力１ｋＷで７５ｎｍの厚さに、また、Ｎｉ膜をアルゴン圧０．２Ｐａ，ＤＣ出力１ｋＷで２５０ｎｍの厚さに、また、Ａｇ合金膜（Ａｇ−０．８５ａｔ．％Ｂｉ−１．００ａｔ．％Ａｕ）をアルゴン圧１．０Ｐａ，ＤＣ出力５００Ｗで３００ｎｍの厚さに、スパッタリングにて成膜した後に、連続的にＴｉをアルゴン圧１Ｐａ，ＤＣ出力１ｋＷで、０．３５ｎｍ〜１０ｎｍの厚さに成膜し、４層積層金属膜を作製した。そして、ホーン底部の電極部に０．３×０．３ｍｍの大きさの半導体発光素子を予め塗布したフラックス上に載せ、外部荷重なくリフローピーク温度３０５℃でＡｕ−Ｓｎ共晶接合した（ダイボンドした）。そして、この場合のダイボンディング部の接合性（接合強度）を評価するため、ダイシェア試験機を用いて箭断荷重を加え、剥離時の強度を測定した。すなわち、ＬＥＤ素子を図２，図３に示すようなＳｉパッケージ上に、接合（Ａｕ−Ｓｎの共晶など）した後に、ＬＥＤ素子の横方向から押力を加えた場合におけるＬＥＤ素子の剥がれた時点の押力の強さを評価する破壊試験（ダイシェア試験）を行った。

ダイシェア試験の結果を図１５に示す。図１５から、表面に成膜されたＴｉが１ｎｍ以下の厚さであれば、ダイシェア強度は表面がＡｇ合金であった場合とほぼ同程度であり、ダイボンディングの接合性に問題はないことが確認された。また、図１５から、Ｔｉコート厚みは２ｎｍより厚くなるとダイシェア強度は低下する（すなわち剥がれ易くなる）。よってダイシェア強度の観点からも、Ｔｉコート層は、厚さが０．３５〜２ｎｍであるのが良い。

このように本発明によれば、以下のことが確認された。すなわち、
（１）Ａｇ，Ａｇ合金，Ａｌ等の反射層表面にＴｉコート層を成膜することで、耐酸化性、耐硫化性、耐熱性が向上する。
（２）Ｔｉコート層の厚さを薄い膜厚の範囲で適切に制御することにより、金属膜（反射層）の初期反射率はＴｉコート層を設けても殆ど変化しない。
（３）Ｔｉコート層の成膜は、上記反射層の成膜装置で可能であり、新たな設備導入の必要がない。
（４）Ｔｉコート層を成膜しても導電性に変化なく、半導体発光素子との接合性も変化しないので、工程を追加することなく半導体発光素子をダイボンディングすることが可能である。

前述した説明では、例えばＴｉコート層３ｆの一部に開口部を設けるなどして、半導体発光素子４を反射層３ｅと直接ワイヤボンディングする構造（反射層３ｅと直接電気的に接続する構造）にすることもできるとしたが、上記（４）の効果からもわかるように、本発明は、特に半導体発光素子４をＴｉコート層３ｆを介して反射層３ｅと電気的に接続することができる点で（半導体発光素子４をＴｉコート層３ｆにボンディング（ワイヤボンディングやダイボンディング等する構造にすることができる）点で、とりわけ有用である。

なお、反射層３ｅをＡｇ合金で形成する場合について詳述する。なお、Ａｇ合金としてＡｇ−Ｂｉ系合金を用いるとする。

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

図１６ＡにＡｇ−Ｂｉ（０．０７原子％）−Ｎｄの時間経過後の垂直反射率を、図１６ＢにＡｇ−Ｂｉ（０．１４原子％）−Ｎｄの時間経過後の垂直反射率を示す。図１６Ａ，図１６Ｂに示すように、Ａｇに含有させるＢｉの含有率が大きいほど耐久性は良いことが判った。

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

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

図１７に上記サンプルの初期垂直反射率を表したグラフを示す。図１７に示すように、Ｂｉの含有量が増えるほど初期垂直反射率は悪くなる。反射膜として用いるために好ましくはＢｉの含有率を０．１４原子％以下とするのが良いことが判った。

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

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

成膜したＡｇ−Ｂｉ系合金の反射率の、成膜時の雰囲気の圧力に対する依存性を表したグラフを図１８に示す。図１８はＡｇ−Ｂｉ−Ａｕ（膜厚０．１μｍ）をシリコン基板上に成膜した例で、縦軸に反射率、横軸に光の波長をとっている。成膜時の雰囲気が０．５Ｐａの場合は、可視域の反射率が１００％に近いのに対し、１Ｐａの場合は、可視域でも波長が短くなるに従って反射率が低下している。したがって成膜時の雰囲気の圧力は少なくとも１Ｐａより低いことが望ましい。

上記の条件で、反射層としてＡｇ合金を成膜する。なお、その膜厚は０．１〜０．６μｍが好ましい。

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

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

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

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

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

サンプル：Ｔｉ（厚さ０．１μｍ）／Ｎｉ（厚さ０．１μｍ、０．５μｍ、２μｍ）／Ａｇ−Ｂｉ−Ｎｄ（厚さ０．１μｍ）
図１９に上記金属膜の反射率を表したグラフを示す。図１９に示すように、Ｎｉが０．１μｍと０．５μｍとでは反射率がほとんど変わらないが、２μｍの場合反射率が低下することが判った。

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

上記の実験から好ましいＮｉ層の厚み範囲は０．１〜２μｍであることが判った。

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

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

サンプル：Ｔｉ（膜厚０．１μｍ）／Ｎｉ（膜厚０．２μｍ）／Ａｇ−Ｂｉ−Ａｕ（膜厚０．１μｍ）
図２０に上記サンプルの垂直反射率を表したグラフを示す。比較のために、純Ａｇの垂直反射率のデータも示す。図２０に示すように、アルゴン圧力が０．２Ｐａの場合、形成された膜は純Ａｇとほぼ同様の反射率であった。また、アルゴン圧力が１Ｐａであっても、４００ｎｍ以下の反射率は低下するが、波長４５０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲であれば反射率が９０％以上であり、反射幕として使用可能であることが判る。よって好ましいＮｉ成膜時のアルゴン圧力の範囲は０．２〜１Ｐａである。

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

図２１に、上記成膜条件で成膜したＡｇ合金の反射率を示す。測定開始直後、波長５００〜１０００ｎｍの範囲で反射率は各々９５％以上あったが、その後、Ｎｉ層の無い膜は３６０時間経過後約７０％に低下した。それに対し、Ｎｉ層のある膜は１０００時間経過後も反射率９０％以上を維持していた。

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

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

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

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

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

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

本発明により作製されるＬＥＤパッケージは、種々の発光装置として用いることができ、例えば図２２のように使用できる。すなわち、図２２では、ＬＥＤ発光体３１に作製したＬＥＤパッケージが使用され、スイッチ３２でＬＥＤパッケージへの給電を制御する。柄３３を持ってＬＥＤ発光体３１を所望の方向に向けることができる。

以上、本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。

例えば、反射層３ｅを複数の領域に分割し、これらを反射部と呼ぶこととする。そして反射部の各々の領域を半導体発光素子４と電気的に接続することにより、例えばＲＧＢ混色の半導体発光装置を作成することもできる。

また、半導体発光素子４は、反射層３ｅ上のＴｉコート層３ｆ上に搭載されることに限定されるものではなく、例えば絶縁材料に半導体発光素子４を搭載し、ワイヤーで周辺の電極と接続するという形態も可能である。すなわち、上述した説明では、反射層３ｅは、反射膜兼電極としての機能を有しているとしたが、反射膜としての機能のみを有するものであっても良い。

さらに、シリコン基板３ａにホーンを形成する際、ホーンの角部に丸みを持たせる工程を説明したが、丸みを持たせないホーンの形態も実用上あり得る形態である。

その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

本発明は、単色ＬＥＤ、蛍光体励起型白色ＬＥＤ（一般照明，ストロボ，バックライトなど）、ＲＧＢ混色型白色ＬＥＤ、調光回路搭載ＬＥＤ、受発光一体型フォトセンサ，フォトインターラプタ，フォトカプラなどに利用可能である。

各種金属の光の波長に対する反射率を表したグラフを示す図である。 本発明に係る半導体発光装置の構成例を示す図である。 本発明に係る半導体発光装置のより具体的な構成例を示す図である。 ホーンの斜面に金属膜が形成される利点を説明するための図である。 平板状のサブマウントを用いてＬＥＤチップを実装したＬＥＤパッケージを示す図である。 図５のシリコンサブマウントの断面図である。 半導体発光素子の構成例を示す図である。 ホーン付のサブマウントを用いてＬＥＤチップを実装したＬＥＤパッケージを示す図である。 図８のシリコンサブマウントの断面図である。 本発明に係る半導体発光装置の作製工程例を示す図である。 本発明に係る半導体発光装置の作製工程例を示す図である。 硫化前後において、４６０ｎｍ波長の光に対する反射率を測定した結果をを示す図である。 加熱前後において、４６０ｎｍ波長の光に対する反射率を測定した結果を示す図である。 シート抵抗を測定した結果を示す図である。 ダイシェア試験の結果を示す図である。 ＡはＡｇ−Ｂｉ（０．０７原子％）−Ｎｄの時間経過後の垂直反射率を示す図、ＢはＡｇ−Ｂｉ（０．１４原子％）−Ｎｄの時間経過後の垂直反射率を示す図である。 ５種類のＡｇ−Ｂｉ系合金サンプルの初期垂直反射率を表したグラフを示す図である。 Ａｇ−Ｂｉ系合金の反射率の、成膜時の雰囲気の圧力に対する依存性を表したグラフを示す図である。 ３種類のサンプルの反射率を表したグラフを示す図である。 ２種類のサンプルの垂直反射率を表したグラフを示す図である。 所定の成膜条件で成膜したＡｇ合金の反射率を示す図である。 ＬＥＤパッケージの使用例を示す図である。

符号の説明

３ａ 基板
３ｂ 絶縁膜
３ｃ 密着層
３ｄ バリアメタル層
３ｅ 反射層
３ｆ Ｔｉコート層
４ 半導体発光素子
２２ ホーン

Claims (8)

1. 所定の基板と、
   前記所定の基板上に形成された反射層と、
   前記反射層上に形成された当該反射層よりも薄い膜厚のＴｉコート層と、
   半導体発光素子とを有し、
   前記反射層は、前記半導体発光素子から出射された光に対する反射面としての機能を有している、ことを特徴とする半導体発光装置。
2. 請求項１記載の半導体発光装置において、前記反射層は、ＡｇまたはＡｌまたはＡｇ合金により形成されていることを特徴とする半導体発光装置。
3. 請求項２記載の半導体発光装置において、前記Ａｇ合金は、Ｂｉ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｎｄの中の少なくとも１種を含有する合金であることを特徴とする半導体発光装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の半導体発光装置において、前記Ｔｉコート層は、Ｔｉにより形成されたものであるか、または、Ｔｉと酸素，窒素，炭素のうちの少なくとも１つとのＴｉ化合物をＴｉの一部に含むものであることを特徴とする半導体発光装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の半導体発光装置において、前記Ｔｉコート層は、厚さが０．３５ｎｍ〜２ｎｍであることを特徴とする半導体発光装置。
6. 請求項１記載の半導体発光装置において、前記所定の基板の表面には絶縁膜が形成され、該絶縁膜と前記反射層との間には、前記絶縁膜と前記絶縁膜の上方に形成される層との密着性を図るための密着層が形成され、前記密着層は、ＴｉまたはＴｉ合金により形成されていることを特徴とする半導体発光装置。
7. （ａ）シリコン基板表面に絶縁膜を形成する工程と、
   （ｂ）前記絶縁膜上に、ＴｉまたはＴｉ−Ｎｉ合金を材料とした密着層を形成する工程と、
   （ｃ）前記密着層上に、ＮｉまたはＰｔまたはＰｄを材料としたバリアメタル層を形成する工程と、
   （ｄ）前記バリアメタル層上に、ＡｇまたはＡｌまたはＡｇ合金を材料とした反射層を形成する工程と、
   （ｅ）前記反射層上に、Ｔｉコート層を形成する工程と、
   （ｆ）半導体発光素子を取付ける工程と、
   を有していることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
8. 請求項７記載の半導体発光装置の製造方法において、前記工程（ａ）は、
   （ａ−１）シリコン基板に異方性エッチングを行うことにより、（１００）面の底面と４つの（１１１）面の傾斜側面からなるホーンを形成する工程と、
   （ａ−２）前記ホーンが形成されたシリコン基板表面に絶縁膜を形成する工程と、
   を有していることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。

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