JP2013098491A - Heat sink, method of manufacturing heat sink, semiconductor device and semiconductor module - Google Patents

Heat sink, method of manufacturing heat sink, semiconductor device and semiconductor module Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat sink which enables a metal/diamond complex to present heat conductivity close to its original heat conductivity.SOLUTION: A heat sink 11 includes a mounting plane 11a for mounting a device thereon and comprises a metal region 15 which is provided on a principal surface 13a of a base 13. The principal surface 13a includes projections 23a-23c formed from diamond particles 17 and recesses 25a-25c which are positioned between the projections 23a-23c and differently from a solder material, the recesses 25a-25d are filled by the metal region 15 comprised of a metal of which the fusion point is higher than that of the solder material, and the mounting plane 11a is reconfigured into roughness smaller than roughness comprised of the projections 23a-23c and the recesses 25a-25d. Therefore, an effective contact area between a mounting plane of the device and the surface 11a of the heat sink 11 can be made closer to an area of the mounting plane of the device.

Description

本発明は、ヒートシンク、ヒートシンクを作製する方法、半導体装置、及び半導体モジュールに関する。   The present invention relates to a heat sink, a method for manufacturing a heat sink, a semiconductor device, and a semiconductor module.

特許文献1は、ダイヤモンド粒子と金属を複合した金属・ダイヤモンド複合体物らなるヒートシンクを開示する。特許文献2は、半導体素子収納用パッケージを開示する。   Patent Document 1 discloses a heat sink made of a metal / diamond composite material in which diamond particles and a metal are combined. Patent Document 2 discloses a package for housing a semiconductor element.

特開平9−312362号公報JP-A-9-312362 特開2004−146413号公報JP 2004-146413 A

III族窒化物半導体を用いる半極性{20−21}面GaN上に形成される緑色レーザダイオードは、高い投入電力を必要とするので、その放熱性の確保が非常に重要である。このようなレーザダイオードの実装のためのサブマウントといった実装部品が求められている。   Since a green laser diode formed on semipolar {20-21} plane GaN using a group III nitride semiconductor requires high input power, it is very important to ensure its heat dissipation. A mounting component such as a submount for mounting such a laser diode is required.

金属・ダイヤモンド複合物は、優れた熱伝導性を有しており、実装部品の候補の一つである。この材料は、特許文献1に記載されるようにヒートシンクに適用され、また、特許文献2に記載されるようにパッケージに適用される。しかしながら、発明者らの知見によれば、例えばレーザダイオードの実装では、金属・ダイヤモンド複合物からなるヒートシンクは、高い熱伝導率を有するけれども、その本来の熱伝導率(550W/(m・K))を示さない。   The metal / diamond composite has excellent thermal conductivity and is one of the candidates for mounting components. This material is applied to a heat sink as described in Patent Document 1 and applied to a package as described in Patent Document 2. However, according to the knowledge of the inventors, for example, in the mounting of a laser diode, a heat sink made of a metal / diamond composite has a high thermal conductivity, but its original thermal conductivity (550 W / (m · K). ) Is not shown.

金属・ダイヤモンド複合体のうちの、例えば銅/ダイヤモンド複合体は、III族窒化物半導体の熱膨張係数に近い値を有しており、この観点からは窒化物半導体素子に高い信頼性を提供できる可能性がある。   Among the metal / diamond composites, for example, a copper / diamond composite has a value close to the thermal expansion coefficient of the group III nitride semiconductor, and from this point of view, it can provide high reliability to the nitride semiconductor device. there is a possibility.

本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、金属・ダイヤモンド複合体にその本来の熱伝導率に近い熱伝導率を発揮させることを可能にするヒートシンクを提供することを目的とし、またそのヒートシンクを作製する方法を提供することを目的とし、さらにそのヒートシンクを含む半導体装置を提供することを目的とし、またさらに半導体装置を含む半導体モジュールを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a heat sink that enables a metal / diamond composite to exhibit a thermal conductivity close to its original thermal conductivity. It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing the heat sink, to provide a semiconductor device including the heat sink, and to provide a semiconductor module including the semiconductor device.

本発明に係る、デバイスを搭載するためのヒートシンクは、(a)ダイヤモンド粒子と金属を複合した金属・ダイヤモンド複合物からなり、前記ダイヤモンド粒子及び前記金属が現れた主面を有するベースと、(b)前記ベースの主面を覆うように設けられた金属層を含み、デバイスを搭載するための搭載面を有する金属領域とを備える。前記金属層は、半田材と異なり該半田材より高い融点の金属からなり、前記ベースの前記主面には、前記ダイヤモンド粒子による突起と前記突起の間に位置する窪みとを含み、前記金属領域は前記窪みを埋めて、前記搭載面は前記突起及び前記窪みによるラフネスより小さいラフネスを有する。   A heat sink for mounting a device according to the present invention comprises (a) a base comprising a metal / diamond composite in which diamond particles and a metal are combined, and having a main surface on which the diamond particles and the metal appear; And a metal region including a metal layer provided so as to cover the main surface of the base and having a mounting surface for mounting the device. Unlike the solder material, the metal layer is made of a metal having a melting point higher than that of the solder material, and the main surface of the base includes a protrusion formed by the diamond particles and a recess positioned between the protrusion, and the metal region Fills the depression, and the mounting surface has a roughness smaller than that of the protrusion and the depression.

金属・ダイヤモンド複合物からなるベースを含むヒートシンクでは、金属・ダイヤモンド複合物の表面には、互いに硬度の異なるダイヤモンド及び金属が現れており、これ故に、金属・ダイヤモンド複合物の表面はラフネスを有する。ヒートシンク表面の平坦性を高めるために金属・ダイヤモンド複合物を研磨するとき、金属の削れとダイヤモンドの削れとが互いに異なり、その結果、金属・ダイヤモンド複合物の研磨面にはある程度のラフネスが残る。この研磨面上に、デバイスを実装するとき、デバイスの実装面とヒートシンクの研磨面との実効的な実装面積は、デバイスの実装面の面積に比べて小さい。   In a heat sink including a base made of a metal / diamond composite, diamond and metal having different hardness appear on the surface of the metal / diamond composite, and therefore the surface of the metal / diamond composite has roughness. When a metal / diamond composite is polished to improve the flatness of the heat sink surface, the metal scraping and the diamond scraping are different from each other. As a result, a certain degree of roughness remains on the polished surface of the metal / diamond composite. When a device is mounted on this polished surface, the effective mounting area between the device mounting surface and the heat sink polishing surface is smaller than the area of the device mounting surface.

また、ヒートシンクの表面にメタライズを行うとき、メタライズ層は、ヒートシンク表面の形状に合わせて形成される。その結果、メタライズ金属層の表面には、金属・ダイヤモンド複合物の研磨面のラフネスと同程度のラフネスが残る。   Further, when metallizing is performed on the surface of the heat sink, the metallized layer is formed in accordance with the shape of the surface of the heat sink. As a result, the same level of roughness as the polished surface of the metal / diamond composite remains on the surface of the metallized metal layer.

一方、このヒートシンクは、デバイスを搭載するための搭載面を有しており該ベースの主面に設けられた金属領域を備える。このベース主面には、ダイヤモンド粒子による突起と突起の間に位置する窪みとを含み、金属領域は窪みを埋めて、金属領域の表面は、搭載面は突起及び窪みによるラフネスより小さいラフネスを有する。これ故に、デバイスの実装面とヒートシンクの表面との実効的な接触面積を、半導体デバイスの実装面の面積に近づけることができる。   On the other hand, this heat sink has a mounting surface for mounting a device and includes a metal region provided on the main surface of the base. The base main surface includes a protrusion formed by diamond particles and a recess positioned between the protrusions, the metal region fills the recess, and the surface of the metal region has a roughness smaller than the roughness due to the protrusion and the recess. . Therefore, the effective contact area between the mounting surface of the device and the surface of the heat sink can be brought close to the area of the mounting surface of the semiconductor device.

本発明に係るヒートシンクでは、前記ベースの前記主面の前記表面粗さは3μmより大きく、前記金属領域の前記搭載面の前記表面粗さは3μm以下であることが良い。   In the heat sink according to the present invention, the surface roughness of the main surface of the base is preferably greater than 3 μm, and the surface roughness of the mounting surface of the metal region is preferably 3 μm or less.

このヒートシンクによれば、搭載面におけるこの程度の表面粗さは、金属・ダイヤモンド複合物の表面粗さより小さい。レーザ顕微鏡を用いて利用可能な金属・ダイヤモンド複合物の表面粗さを測定するとき、その表面粗さは3μmより大きい。   According to this heat sink, this degree of surface roughness on the mounting surface is smaller than the surface roughness of the metal / diamond composite. When measuring the surface roughness of available metal-diamond composites using a laser microscope, the surface roughness is greater than 3 μm.

本発明に係るヒートシンクでは、前記金属領域の厚さは前記窪みで3μmより大きいことが良い。   In the heat sink according to the present invention, the thickness of the metal region is preferably greater than 3 μm at the depression.

このヒートシンクによれば、これ故に、ヒートシンクの表面のラフネスに起因する接触面積(半導体デバイスの実装面とヒートシンクの表面との実効的な接触面積)の低下を避けることができる。   According to this heat sink, therefore, it is possible to avoid a decrease in contact area (effective contact area between the mounting surface of the semiconductor device and the surface of the heat sink) due to the roughness of the surface of the heat sink.

本発明に係るヒートシンクでは、前記金属領域の前記表面粗さは1μm以下であることが良い。   In the heat sink according to the present invention, the surface roughness of the metal region is preferably 1 μm or less.

このヒートシンクによれば、表面粗さの低減に応じた実効接触面積の向上が提供される。   According to this heat sink, an improvement in effective contact area corresponding to a reduction in surface roughness is provided.

本発明に係るヒートシンクでは、前記金属領域の前記表面粗さは0.15μm以下であることが良い。   In the heat sink according to the present invention, the surface roughness of the metal region is preferably 0.15 μm or less.

このヒートシンクによれば、表面粗さの低減に応じた実効接触面積の向上により、ヒートシンクの熱伝導特性が、金属・ダイヤモンド複合物の材料自体の値にかなり近い値になる。   According to this heat sink, due to the improvement of the effective contact area according to the reduction of the surface roughness, the heat conduction characteristic of the heat sink becomes a value very close to the value of the material of the metal / diamond composite itself.

本発明に係るヒートシンクでは、前記金属領域の前記表面粗さは0.1μm以下であることが良い。   In the heat sink according to the present invention, the surface roughness of the metal region is preferably 0.1 μm or less.

このヒートシンクによれば、表面粗さの低減に応じた実効接触面積の向上により、ヒートシンクの熱伝導特性を金属・ダイヤモンド複合物の材料自体の値に非常に近づけることができる。   According to this heat sink, the heat conduction characteristic of the heat sink can be made very close to the value of the material of the metal / diamond composite by improving the effective contact area according to the reduction of the surface roughness.

本発明に係るヒートシンクでは、前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面は第1表面粗さ(rms)を有し、前記金属領域の前記搭載面は第2表面粗さ(rms)を有し、前記第1表面粗さ及び前記第2表面粗さは、レーザ顕微鏡で測定され、また50μmスクエア〜100μmスクエアの範囲内のエリアで規定され、前記第2表面粗さは前記第1表面粗さより小さい。   In the heat sink according to the present invention, the main surface of the metal / diamond composite has a first surface roughness (rms), and the mounting surface of the metal region has a second surface roughness (rms), The first surface roughness and the second surface roughness are measured with a laser microscope and are defined by an area within a range of 50 μm square to 100 μm square, and the second surface roughness is smaller than the first surface roughness. .

このヒートシンクによれば、レーザ顕微鏡は、表面粗さ計を用いた測定に比べて、金属表面及び金属・ダイヤモンド複合物の正確な表面粗さの測定を可能にする。   According to this heat sink, the laser microscope makes it possible to accurately measure the surface roughness of the metal surface and the metal / diamond composite as compared with the measurement using a surface roughness meter.

本発明に係るヒートシンクでは、前記金属層は、Cu、Al、Ag、Au及びNiの少なくとも一つを含む金属からなることができる。   In the heat sink according to the present invention, the metal layer may be made of a metal including at least one of Cu, Al, Ag, Au, and Ni.

このヒートシンクによれば、金属・ダイヤモンド複合物の表面に現れたダイヤモンド粒子の表面を覆うことができる。   According to this heat sink, the surface of the diamond particles appearing on the surface of the metal / diamond composite can be covered.

本発明に係るヒートシンクでは、前記金属・ダイヤモンド複合物の前記金属は、前記ダイヤモンド粒をバインドするバインダー金属であり、前記バインダー金属は、Cu、Al、Ag、Au、W、Ni、Co、Mnの1つ以上を主成分とする金属を含むことができる。   In the heat sink according to the present invention, the metal of the metal / diamond composite is a binder metal that binds the diamond grains, and the binder metal is made of Cu, Al, Ag, Au, W, Ni, Co, or Mn. One or more metals can be included as a main component.

このヒートシンクによれば、これらのバインダー金属は、金属・ダイヤモンド複合物が様々な熱伝導性及び熱膨張性を有することを可能にする。   According to this heat sink, these binder metals allow the metal-diamond composite to have various thermal conductivities and thermal expansivities.

本発明に係るヒートシンクでは、前記バインダー金属は前記前記金属領域の材料と異なることが良い。   In the heat sink according to the present invention, the binder metal may be different from the material of the metal region.

このヒートシンクによれば、金属領域の材料はバインダー金属と異なることができ、成膜の自由度を広げることができる。   According to this heat sink, the material of the metal region can be different from that of the binder metal, and the degree of freedom in film formation can be expanded.

本発明に係るヒートシンクでは、前記金属・ダイヤモンド複合物は、平均粒径1〜200μmのダイヤモンド粒を含むことができる。   In the heat sink according to the present invention, the metal / diamond composite may include diamond grains having an average particle diameter of 1 to 200 μm.

このヒートシンクによれば、金属・ダイヤモンド複合物が、この範囲の平均粒径を有するダイヤモンド粒を含むとき、金属・ダイヤモンド複合物の表面の表面粗さを低減できる。   According to this heat sink, the surface roughness of the surface of the metal / diamond composite can be reduced when the metal / diamond composite includes diamond grains having an average particle diameter in this range.

本発明に係るヒートシンクでは、前記金属・ダイヤモンド複合物の熱膨張係数は2.5×10−6/K以上6.5×10−6/K以下の範囲にあることができる。 In the heat sink according to the present invention, the metal / diamond composite may have a thermal expansion coefficient in a range of 2.5 × 10 −6 / K to 6.5 × 10 −6 / K.

このヒートシンクによれば、金属・ダイヤモンド複合物の熱膨張係数に近い熱膨張性をヒートシンクに提供できる。   According to this heat sink, the thermal expansion property close to the thermal expansion coefficient of the metal / diamond composite can be provided to the heat sink.

本発明に係る、ヒートシンクを作製する方法は、(a)ヒートシンクのベースのための金属・ダイヤモンド複合体を準備する工程と、(b)前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面に設けられた金属領域と前記金属・ダイヤモンド複合体とを含む複合体生産物を形成する工程と、(c)前記複合体生産物を加工により分離して、半導体デバイスを搭載するための搭載面を有するヒートシンクを形成する工程とを備える。複合体生産物を形成する前記工程は、前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面を覆うように金属膜を形成する工程を含み、前記金属領域は、前記ベースの主面を覆うように設けられた金属膜を含み、前記金属膜は半田材と異なる金属からなり、前記金属・ダイヤモンド複合体は、ダイヤモンド粒子と金属を複合したものであり、前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面には、前記ダイヤモンド粒子による突起と前記突起の間に位置する窪みとを含み、前記金属領域は前記窪みを埋めて、前記搭載面は前記突起及び前記窪みによるラフネスより小さいラフネスを有する。   The method for producing a heat sink according to the present invention includes: (a) a step of preparing a metal / diamond composite for the base of the heat sink; and (b) a metal provided on the main surface of the metal / diamond composite. Forming a composite product including a region and the metal / diamond composite; and (c) separating the composite product by processing to form a heat sink having a mounting surface for mounting a semiconductor device. And a step of performing. The step of forming a composite product includes a step of forming a metal film so as to cover the main surface of the metal / diamond composite, and the metal region is provided to cover the main surface of the base. The metal film is made of a metal different from the solder material, and the metal / diamond composite is a composite of diamond particles and metal, and the main surface of the metal / diamond composite is The metal region includes a protrusion formed by the diamond particles and a recess positioned between the protrusions, the metal region fills the recess, and the mounting surface has a roughness smaller than that of the protrusion and the recess.

ヒートシンクを作製する方法(以下「作製方法」と記す)によれば、金属・ダイヤモンド複合体と該金属・ダイヤモンド複合体の主面に設けられた金属領域とを含む複合体生産物を形成する。ダイヤモンド粒子による突起とこれら突起の間に位置する窪みとを含む金属・ダイヤモンド複合体主面において金属領域は窪みを埋めて、突起及び窪みに起因するラフネスより小さいラフネスをヒートシンクの搭載面に提供できる。
ダイヤモンド粒子の研磨等による欠けで生じる窪みとこれら窪みの間に位置する突起とを含む金属・ダイヤモンド複合体主面において金属領域は窪みを埋めて、突起及び窪みに起因するラフネスより小さいラフネスをヒートシンクの搭載面に提供できる。
According to a method of manufacturing a heat sink (hereinafter referred to as “manufacturing method”), a composite product including a metal / diamond composite and a metal region provided on the main surface of the metal / diamond composite is formed. In the metal / diamond composite main surface including the projections formed by the diamond particles and the depressions located between the projections, the metal region can fill the depressions and provide a roughness smaller than the roughness caused by the projections and depressions on the mounting surface of the heat sink. .
In the main surface of the metal / diamond composite including the depressions caused by chipping due to diamond particle polishing and the projections located between these depressions, the metal region fills the depressions, and the heat sink has a roughness smaller than the roughness caused by the projections and depressions. Can be provided on the mounting surface.

ヒートシンクのためのベースは、金属・ダイヤモンド複合体の表面を含み、この金属・ダイヤモンド複合物の表面にはダイヤモンド及び金属が現れており、金属及びダイヤモンドは互いに異なる硬度を有し、金属の硬度はダイヤモンドの硬度より小さい。これ故に、金属・ダイヤモンド複合物の表面にはラフネスが形成されている。ヒートシンク表面の平坦性を高めるために金属・ダイヤモンド複合体を研磨するとき、金属の削れとダイヤモンドの削れとが互いに異なり、その結果、金属・ダイヤモンド複合体の研磨面にはある程度のラフネスが残る。この研磨面にメタライズを行うとき、メタライズによる金属層は、研磨面の表面形状に合わせて形成される。その結果、メタライズ金属層の表面には、金属・ダイヤモンド複合物の研磨面のラフネスと同程度のラフネスが残る。したがって、メタライズ面上にデバイスを実装するとき、半導体デバイスの実装面とヒートシンクの研磨面との実効的な実装面積は、半導体デバイスの実装面の面積に比べて小さい。   The base for the heat sink includes a surface of a metal / diamond composite, and diamond and metal appear on the surface of the metal / diamond composite, the metal and diamond have different hardnesses, and the hardness of the metal is Less than the hardness of diamond. Therefore, roughness is formed on the surface of the metal / diamond composite. When a metal / diamond composite is polished to improve the flatness of the heat sink surface, the metal scraping and the diamond scraping are different from each other. As a result, a certain degree of roughness remains on the polished surface of the metal / diamond composite. When metallizing the polished surface, the metallized metal layer is formed in accordance with the surface shape of the polished surface. As a result, the same level of roughness as the polished surface of the metal / diamond composite remains on the surface of the metallized metal layer. Therefore, when a device is mounted on the metallized surface, the effective mounting area between the mounting surface of the semiconductor device and the polished surface of the heat sink is smaller than the area of the mounting surface of the semiconductor device.

しかしながら、本件のヒートシンクを作製する方法によれば、金属・ダイヤモンド複合体と金属領域とを含む複合体生産物を形成するに際して、ダイヤモンド粒子による突起とこれらの突起の間に位置する窪みとを含む金属・ダイヤモンド複合物の主面において金属領域が窪みを埋めて、突起及び窪みに起因するラフネスを低減したヒートシンク搭載面を提供できる。   However, according to the method of manufacturing the heat sink of the present invention, in forming a composite product including a metal / diamond composite and a metal region, a protrusion formed by diamond particles and a depression positioned between the protrusions are included. It is possible to provide a heat sink mounting surface in which the metal region fills the depression on the main surface of the metal / diamond composite, and the roughness caused by the protrusion and the depression is reduced.

本発明に係る作製方法では、前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面は第1表面粗さを有する。複合体生産物を形成する前記工程は、前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面に前記金属膜を含む金属被覆を形成する工程と、前記金属被覆に処理を行って、前記第1表面粗さより小さい第2表面粗さを有する金属表面を前記金属領域に提供する工程とを更に含み、前記第1表面粗さ及び前記第2表面粗さは、レーザ顕微鏡で測定され、また50μmスクエア〜100μmスクエアの範囲で規定されることができる。   In the manufacturing method according to the present invention, the main surface of the metal / diamond composite has a first surface roughness. The step of forming a composite product includes: forming a metal coating including the metal film on the main surface of the metal / diamond composite; treating the metal coating; Providing the metal region with a metal surface having a small second surface roughness, wherein the first surface roughness and the second surface roughness are measured with a laser microscope and are also 50 μm square to 100 μm square. Can be specified in the range of

この作製方法によれば、レーザ顕微鏡は、表面粗さ計を用いた測定に比べて、金属表面及び金属・ダイヤモンド複合物の正確な表面粗さの測定を可能にする。   According to this manufacturing method, the laser microscope can measure the surface roughness of the metal surface and the metal / diamond composite more accurately than the measurement using the surface roughness meter.

本発明に係る作製方法では、前記金属膜の形成は、蒸着法及びメッキ法の少なくともいずれかで行われることができる。   In the manufacturing method according to the present invention, the metal film can be formed by at least one of a vapor deposition method and a plating method.

この作製方法によれば、金属被覆の形成に、例えば蒸着法及びメッキ法等を用いることができる。   According to this manufacturing method, for example, a vapor deposition method or a plating method can be used for forming the metal coating.

本発明に係る作製方法では、前記金属膜の前記処理は研磨を含むことができる。この作製方法によれば、金属膜の表面が所望の表面粗さに不足するときは、金属膜の処理として、金属膜の表面を研磨することができる。   In the manufacturing method according to the present invention, the treatment of the metal film may include polishing. According to this manufacturing method, when the surface of the metal film is insufficient for the desired surface roughness, the surface of the metal film can be polished as a treatment of the metal film.

本発明に係る作製方法では、前記金属膜の前記処理は、機械的研磨法及び機械的化学的研磨法の少なくともいずれか一方で行われることができる。この作製方法によれば、金属膜の処理として金属研磨を行うときは、例えば機械的研磨法、機械的化学的研磨法等を行うことができる。   In the manufacturing method according to the present invention, the treatment of the metal film can be performed by at least one of a mechanical polishing method and a mechanical chemical polishing method. According to this manufacturing method, when metal polishing is performed as the treatment of the metal film, for example, a mechanical polishing method, a mechanical chemical polishing method, or the like can be performed.

本発明に係る作製方法では、前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面は第1表面粗さを有し、前記金属膜は、蒸着法で成長された金属層を含むことができる。この作製方法によれば、金属・ダイヤモンド複合体の主面を蒸着法で成膜された金属層で覆うことができる。   In the manufacturing method according to the present invention, the main surface of the metal / diamond composite has a first surface roughness, and the metal film may include a metal layer grown by an evaporation method. According to this production method, the main surface of the metal / diamond composite can be covered with the metal layer formed by vapor deposition.

本発明に係る作製方法では、前記金属層の厚さは前記第1表面粗さの2倍以上であることができる。この作製方法によれば、金属層の厚さが第1表面粗さの2倍以上であるとき、金属膜は、平坦化処理を適用可能な厚さを有する。   In the manufacturing method according to the present invention, the thickness of the metal layer may be twice or more the first surface roughness. According to this manufacturing method, when the thickness of the metal layer is twice or more the first surface roughness, the metal film has a thickness to which a planarization process can be applied.

本発明に係る作製方法では、前記金属層の厚さは、前記第1表面粗さの3倍以下であることができる。この作製方法によれば、金属層の厚さが第1表面粗さの3倍以上であるとき、金属膜は、平坦化処理を適用可能な十分な厚さを有する。   In the manufacturing method according to the present invention, the thickness of the metal layer may be three times or less of the first surface roughness. According to this manufacturing method, when the thickness of the metal layer is three times or more of the first surface roughness, the metal film has a sufficient thickness to which a planarization process can be applied.

本発明に係る作製方法では、前記金属層は、前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面の前記窪みを埋めており、前記金属層は、前記窪みにおいて6μm以上であることができる。この作製方法によれば、上記の厚みの金属層は、成膜後の平坦化処理を可能にする。   In the manufacturing method according to the present invention, the metal layer fills the recess in the main surface of the metal / diamond composite, and the metal layer may be 6 μm or more in the recess. According to this manufacturing method, the metal layer having the above-described thickness enables a flattening process after film formation.

また、本発明に係る作製方法では、前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面は第1表面粗さを有し、前記金属膜は、メッキ法で成長された金属層を含むことができる。   In the manufacturing method according to the present invention, the main surface of the metal / diamond composite has a first surface roughness, and the metal film may include a metal layer grown by a plating method.

この作製方法によれば、メッキ法による金属堆積では、金属・ダイヤモンド複合体の主面における窪みにまず金属が形成されて、窪みが少し埋まる。さらに、メッキ法による金属堆積を続けるとき、窪みが徐々に埋まっていく。したがって、窪みの埋め込みが選択的・優先的に生じるころができる。   According to this manufacturing method, in the metal deposition by the plating method, the metal is first formed in the depression on the main surface of the metal / diamond composite, and the depression is slightly filled. Furthermore, when the metal deposition by the plating method is continued, the dent gradually fills. Therefore, the depression can be selectively and preferentially generated.

本発明に係る作製方法では、前記金属層の厚さは前記第1表面粗さの3倍以上であることができる。   In the manufacturing method according to the present invention, the thickness of the metal layer may be three times or more the first surface roughness.

この作製方法によれば、メッキ法による金属堆積では、第1表面粗さの3倍以上の厚さを有する金属層を成長するとき、金属膜の表面粗さは、金属・ダイヤモンド複合体の主面における本来の第1表面粗さより小さくなる。   According to this manufacturing method, in the metal deposition by the plating method, when a metal layer having a thickness of three times or more of the first surface roughness is grown, the surface roughness of the metal film is the main one of the metal / diamond composite. It becomes smaller than the original first surface roughness on the surface.

本発明に係る作製方法では、前記金属層の厚さは、前記第1表面粗さの6倍以上であることができる。この作製方法によれば、メッキ法による金属堆積では、第1表面粗さの3倍以上の厚さを有する金属層を成長するとき、金属膜の表面粗さは、金属・ダイヤモンド複合体の主面における本来の第1表面粗さより十分に小さくできる。   In the manufacturing method according to the present invention, the thickness of the metal layer may be 6 times or more the first surface roughness. According to this manufacturing method, in the metal deposition by the plating method, when a metal layer having a thickness of three times or more of the first surface roughness is grown, the surface roughness of the metal film is the main one of the metal / diamond composite. It can be made sufficiently smaller than the original first surface roughness on the surface.

本発明に係る作製方法では、前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面には、前記ダイヤモンド粒子による突起と金属の表面からなる窪みとを含み、前記金属層は前記窪みを埋めており、前記金属層は前記窪みにおいて6μm以上であることができる。   In the manufacturing method according to the present invention, the main surface of the metal / diamond composite includes a protrusion made of the diamond particles and a depression made of a metal surface, and the metal layer fills the depression, and the metal The layer may be 6 μm or more in the depression.

この作製方法によれば、メッキ法による金属堆積では、6μm以上の厚さで金属層を成長するとき、金属膜の表面粗さは、金属・ダイヤモンド複合体の主面における本来の第1表面粗さより小さくできる。   According to this manufacturing method, in metal deposition by plating, when a metal layer is grown with a thickness of 6 μm or more, the surface roughness of the metal film is the original first surface roughness on the main surface of the metal / diamond composite. It can be smaller than this.

本発明に係る作製方法では、前記金属層は前記窪みにおいて9μm以上であることができる。   In the manufacturing method according to the present invention, the metal layer may be 9 μm or more in the depression.

この作製方法によれば、メッキ法による金属堆積では、9μm以上の厚さで金属層を成長するとき、金属膜の表面粗さは、金属・ダイヤモンド複合体の主面における本来の第1表面粗さより十分に小さくできる。   According to this manufacturing method, in metal deposition by plating, when a metal layer is grown with a thickness of 9 μm or more, the surface roughness of the metal film is the original first surface roughness on the main surface of the metal / diamond composite. It can be made sufficiently smaller.

本発明に係る作製方法では、前記金属領域の前記表面粗さは3μm未満であることが可能である。   In the manufacturing method according to the present invention, the surface roughness of the metal region can be less than 3 μm.

この作製方法によれば、メッキ法による金属堆積においては、金属・ダイヤモンド複合体の主面における窪みの深さが、金属堆積における選択的な埋め込み作用により小さくなって、金属領域の表面粗さを縮小できる。   According to this manufacturing method, in the metal deposition by the plating method, the depth of the depression in the main surface of the metal / diamond composite is reduced by the selective embedding action in the metal deposition, thereby reducing the surface roughness of the metal region. Can be reduced.

本発明に係る作製方法では、前記金属領域の前記表面粗さは1μm以下であることができる。   In the manufacturing method according to the present invention, the surface roughness of the metal region may be 1 μm or less.

この作製方法によれば、表面粗さの低減に応じた実効接触面積の向上が提供される。   According to this manufacturing method, the improvement of the effective contact area according to the reduction of the surface roughness is provided.

本発明に係る作製方法では、前記金属領域の前記表面粗さは0.15μm以下であることができる。   In the manufacturing method according to the present invention, the surface roughness of the metal region may be 0.15 μm or less.

この作製方法によれば、表面粗さの低減に応じた実効接触面積の向上により、ヒートシンクの熱伝導特性が、金属・ダイヤモンド複合物の材料自体の値にかなり近い値になる。   According to this manufacturing method, the effective contact area is improved in accordance with the reduction of the surface roughness, so that the heat conduction characteristic of the heat sink becomes a value very close to the value of the material of the metal / diamond composite itself.

本発明に係る作製方法では、前記金属領域の前記表面粗さは0.1μm以下であることができる。   In the manufacturing method according to the present invention, the surface roughness of the metal region may be 0.1 μm or less.

この作製方法によれば、表面粗さの低減に応じた実効接触面積の向上により、ヒートシンクの熱伝導特性を金属・ダイヤモンド複合物の材料自体の値に非常に近づけることができる。   According to this manufacturing method, by improving the effective contact area according to the reduction in surface roughness, the heat conduction characteristics of the heat sink can be made very close to the value of the material of the metal / diamond composite itself.

本発明に係る作製方法では、前記金属・ダイヤモンド複合体は、平均粒径1〜200μmのダイヤモンド粒を含むことができる。   In the production method according to the present invention, the metal / diamond composite may include diamond particles having an average particle diameter of 1 to 200 μm.

この作製方法によれば、金属・ダイヤモンド複合物が、この範囲の平均粒径を有するダイヤモンド粒を含むとき、金属・ダイヤモンド複合物の表面の表面粗さを低減できる。   According to this manufacturing method, when the metal / diamond composite includes diamond grains having an average particle diameter in this range, the surface roughness of the surface of the metal / diamond composite can be reduced.

本発明に係る作製方法では、前記金属・ダイヤモンド複合体の前記金属は、前記ダイヤモンド粒をバインドするバインダー金属であり、前記バインダー金属は、Cu、Al、Ag、Au、W、Ni、Co、Mnの1つ以上を主成分とする金属を含むことができる。   In the manufacturing method according to the present invention, the metal of the metal / diamond composite is a binder metal that binds the diamond grains, and the binder metal is Cu, Al, Ag, Au, W, Ni, Co, Mn. The metal which has as a main component one or more of these can be included.

この作製方法によれば、これらのバインダー金属は、金属・ダイヤモンド複合物が様々な熱伝導性及び熱膨張性を有することを可能にする。   According to this fabrication method, these binder metals allow the metal / diamond composite to have various thermal conductivities and thermal expansivities.

本発明に係る、ヒートシンクを作製する方法は、(a)第1表面粗さの主面を有しヒートシンクのベースのための金属・ダイヤモンド複合体を準備する工程と、(b)前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面に金属膜をメッキ法で形成して、前記金属膜と前記金属・ダイヤモンド複合体とを含む複合体生産物を形成する工程と、(c)前記複合体生産物を加工して、デバイスを搭載するための搭載面を有するヒートシンクを形成する工程とを備える。前記金属膜は、前記ダイヤモンド粒子による前記突起を覆い、前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面には、前記ダイヤモンド粒子による突起と金属の表面からなる窪みとを含み、前記金属膜は前記窪みを埋めて、前記搭載面は前記突起及び前記窪みによるラフネスより小さいラフネスを有する。   A method of manufacturing a heat sink according to the present invention includes: (a) preparing a metal / diamond composite having a first surface roughness main surface and a base of the heat sink; and (b) the metal / diamond. Forming a metal film on the main surface of the composite by plating to form a composite product including the metal film and the metal / diamond composite; and (c) processing the composite product. Forming a heat sink having a mounting surface for mounting the device. The metal film covers the protrusions by the diamond particles, and the main surface of the metal / diamond composite includes protrusions by the diamond particles and a recess made of a metal surface, and the metal film has the recesses. The mounting surface has a roughness smaller than the roughness due to the protrusion and the depression.

このヒートシンクを作製する方法によれば、金属膜をメッキ法で形成するので、メッキ膜はまず金属・ダイヤモンド複合体の主面における金属表面に成長する。これ故に、メッキ膜は窪みを埋めながら成長する。また、メッキ膜は、金属表面からダイヤモンドに沿って成長していき、ダイヤモンド粒子による突起を覆って、ついには一体の金属膜を形成する。このような成長機構により、搭載面には、突起及び窪みに起因するラフネスより小さいラフネスを提供できる。   According to the method of manufacturing the heat sink, the metal film is formed by the plating method. Therefore, the plating film first grows on the metal surface on the main surface of the metal / diamond composite. Therefore, the plating film grows while filling the recess. Further, the plating film grows along the diamond from the metal surface, covers the protrusions of the diamond particles, and finally forms an integral metal film. With such a growth mechanism, the mounting surface can be provided with a roughness smaller than the roughness caused by the protrusions and the depressions.

本発明に係る作製方法では、前記金属膜の表面は第2表面粗さを有し、前記第2表面粗さは前記第1表面粗さより小さく、前記第1表面粗さ及び前記第2表面粗さは、レーザ顕微鏡で測定され、また50μmスクエア〜100μmスクエアの範囲内のあるエリアでの測定により規定されることができる。   In the manufacturing method according to the present invention, the surface of the metal film has a second surface roughness, the second surface roughness is smaller than the first surface roughness, and the first surface roughness and the second surface roughness. The thickness is measured with a laser microscope and can be defined by measurement in an area within the range of 50 μm square to 100 μm square.

本発明に係る作製方法では、前記金属膜の厚さは、前記第1表面粗さの3倍以上であることができる。   In the manufacturing method according to the present invention, the thickness of the metal film may be three times or more the first surface roughness.

この作製方法によれば、メッキ法による金属堆積では、第1表面粗さの3倍以上の厚さを有する金属層を成長するとき、金属膜の表面粗さは、金属・ダイヤモンド複合体の主面における本来の第1表面粗さより小さくなる。   According to this manufacturing method, in the metal deposition by the plating method, when a metal layer having a thickness of three times or more of the first surface roughness is grown, the surface roughness of the metal film is the main one of the metal / diamond composite. It becomes smaller than the original first surface roughness on the surface.

本発明に係る作製方法では、前記金属膜の厚さは、前記第1表面粗さの6倍以上であることができる。   In the manufacturing method according to the present invention, the thickness of the metal film may be 6 times or more the first surface roughness.

この作製方法によれば、メッキ法による金属堆積では、第1表面粗さの3倍以上の厚さを有する金属層を成長するとき、金属膜の表面粗さは、金属・ダイヤモンド複合体の主面における本来の第1表面粗さより十分に小さくできる。   According to this manufacturing method, in the metal deposition by the plating method, when a metal layer having a thickness of three times or more of the first surface roughness is grown, the surface roughness of the metal film is the main one of the metal / diamond composite. It can be made sufficiently smaller than the original first surface roughness on the surface.

本発明に係る作製方法では、前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面には、前記ダイヤモンド粒子による突起と金属の表面からなる窪みとを含み、前記金属膜は前記窪みを埋めており、前記金属膜は前記窪みにおいて6μm以上であることができる。   In the manufacturing method according to the present invention, the main surface of the metal / diamond composite includes a protrusion formed by the diamond particles and a depression made of a metal surface, and the metal film fills the depression, and the metal The membrane may be 6 μm or more in the depression.

この作製方法によれば、メッキ法による金属堆積では、6μm以上の厚さで金属層を成長するとき、金属膜の表面粗さは、金属・ダイヤモンド複合体の主面における本来の第1表面粗さより小さくできる。   According to this manufacturing method, in metal deposition by plating, when a metal layer is grown with a thickness of 6 μm or more, the surface roughness of the metal film is the original first surface roughness on the main surface of the metal / diamond composite. It can be smaller than this.

本発明に係る作製方法では、前記金属膜は前記窪みにおいて9μm以上であることができる。   In the manufacturing method according to the present invention, the metal film may be 9 μm or more in the depression.

この作製方法によれば、メッキ法による金属堆積では、9μm以上の厚さで金属層を成長するとき、金属膜の表面粗さは、金属・ダイヤモンド複合体の主面における本来の第1表面粗さより十分に小さくできる。   According to this manufacturing method, in metal deposition by plating, when a metal layer is grown with a thickness of 9 μm or more, the surface roughness of the metal film is the original first surface roughness on the main surface of the metal / diamond composite. It can be made sufficiently smaller.

本発明に係る作製方法では、前記金属膜は、前記ダイヤモンド粒子による突起において前記窪みの深さ以上の厚さを有し、前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面には、前記ダイヤモンド粒子による突起と金属の表面からなる窪みとを含み、前記金属層は、前記窪みを埋めており、前記金属層は、前記ダイヤモンド粒子による突起において前記窪みの深さ以上の厚さを有することができる。   In the manufacturing method according to the present invention, the metal film has a thickness greater than or equal to the depth of the recess in the projection by the diamond particle, and the main surface of the metal / diamond composite has a projection by the diamond particle. And a depression made of a metal surface, the metal layer filling the depression, and the metal layer may have a thickness equal to or greater than the depth of the depression in the projection of the diamond particles.

この作製方法によれば、メッキ法による金属堆積においては、金属・ダイヤモンド複合体の主面における窪みの深さが、金属堆積における選択的な埋め込み作用により小さくなっていく。   According to this manufacturing method, in the metal deposition by the plating method, the depth of the depression in the main surface of the metal / diamond composite is reduced by the selective burying action in the metal deposition.

本発明に係る半導体装置は、(a)本発明に係るものとして本件に開示されたいずれかのヒートシンクと、(b)前記ヒートシンクの前記搭載面上に搭載された半導体デバイスと、(c)前記ヒートシンクの前記搭載面に前記半導体デバイスを接着する半田材とを備える。   A semiconductor device according to the present invention includes: (a) any of the heat sinks disclosed in the present case as according to the present invention; (b) a semiconductor device mounted on the mounting surface of the heat sink; A solder material for bonding the semiconductor device to the mounting surface of the heat sink.

この半導体装置によれば、金属・ダイヤモンド複合物からなるベースを含むヒートシンクでは、金属・ダイヤモンド複合物の表面は、互いに硬度の異なるダイヤモンド及び金属から成るけれども、このヒートシンクは、デバイスを搭載するための搭載面を有しており該ベースの主面上に設けられた金属領域を備える。ベースの主面には、ダイヤモンド粒子による突起と突起の間に位置する窪みとを含み、金属領域は窪みを埋めて、搭載面は突起及び窪みによるラフネスより小さいラフネスを有する。これ故に、半導体デバイスの実装面とヒートシンクの表面との実効的な実装面積を、半導体デバイスの実装面の面積に近づけることができる。このヒートシンクでは、半導体デバイスが半田材を介してヒートシンクの搭載面に接着されているとき、半田材は下地のヒートシンク表面とデバイス実装面との間を埋めることができ、実装面積をデバイスの実装面の面積に近づけることに役立つ。これ故に、優れた放熱特性を半導体装置に提供できる。   According to this semiconductor device, in a heat sink including a base made of a metal / diamond composite, the surface of the metal / diamond composite is made of diamond and metal having different hardnesses, but this heat sink is used for mounting a device. It has a mounting surface and a metal region provided on the main surface of the base. The main surface of the base includes a protrusion made of diamond particles and a recess located between the protrusions, the metal region fills the recess, and the mounting surface has a roughness smaller than the roughness due to the protrusion and the recess. Therefore, the effective mounting area between the mounting surface of the semiconductor device and the surface of the heat sink can be brought close to the area of the mounting surface of the semiconductor device. In this heat sink, when the semiconductor device is bonded to the mounting surface of the heat sink via the solder material, the solder material can fill the space between the underlying heat sink surface and the device mounting surface, and the mounting area is reduced to the device mounting surface. It helps to get closer to the area. Therefore, excellent heat dissipation characteristics can be provided to the semiconductor device.

本発明に係る半導体装置では、前記半導体デバイスは半導体レーザダイオードを含むことができる。   In the semiconductor device according to the present invention, the semiconductor device may include a semiconductor laser diode.

この半導体装置によれば、半導体レーザダイオードの動作温度を低減できる。   According to this semiconductor device, the operating temperature of the semiconductor laser diode can be reduced.

本発明に係る半導体装置では、前記半導体レーザダイオードは、500nm以上540nm以下の波長範囲の発振波長を発生する活性層と、III族窒化物からなるp型クラッド層と、III族窒化物からなるn型クラッド層とを含み、前記活性層は前記p型クラッド層と前記n型クラッド層との間に設けられることができる。   In the semiconductor device according to the present invention, the semiconductor laser diode includes an active layer that generates an oscillation wavelength in a wavelength range of 500 nm or more and 540 nm or less, a p-type cladding layer made of a group III nitride, and an n layer made of a group III nitride. The active layer may be provided between the p-type cladding layer and the n-type cladding layer.

この半導体装置によれば、500nm以上540nm以下の波長範囲の発振波長を発生する半導体レーザダイオードは、レーザ発振に際して比較的大きな熱を生成する。   According to this semiconductor device, a semiconductor laser diode that generates an oscillation wavelength in the wavelength range of 500 nm or more and 540 nm or less generates relatively large heat during laser oscillation.

本発明に係る半導体装置では、前記半導体レーザダイオードは、前記n型クラッド層、前記活性層及び前記p型クラッド層を搭載する基板を含み、前記基板は、III族窒化物からなる主面を含み、前記基板の前記主面は、前記III族窒化物のc軸に直交する基準平面に対して10度以上80度以下又は100度以上170度以下の範囲の角度で傾斜することができる。   In the semiconductor device according to the present invention, the semiconductor laser diode includes a substrate on which the n-type cladding layer, the active layer, and the p-type cladding layer are mounted, and the substrate includes a main surface made of a group III nitride. The main surface of the substrate may be inclined at an angle in the range of 10 degrees to 80 degrees or 100 degrees to 170 degrees with respect to a reference plane orthogonal to the c-axis of the group III nitride.

この半導体装置によれば、上記の半極性を利用する半導体レーザダイオードは、レーザ発振に際して比較的大きな熱を生成する。   According to this semiconductor device, the semiconductor laser diode using the semipolarity generates relatively large heat during laser oscillation.

本発明に係る半導体装置では、前記角度は63度以上80度以下又は100度以上117度以下の範囲にあることができる。   In the semiconductor device according to the present invention, the angle may be in a range of 63 degrees to 80 degrees or 100 degrees to 117 degrees.

この半導体装置によれば、上記の半極性を利用する半導体レーザダイオードは、レーザ発振に際して非常に大きな熱を生成する。   According to this semiconductor device, the semiconductor laser diode using the semipolarity generates very large heat during laser oscillation.

本発明に係る半導体モジュールは、(a)本発明に係るものとして本件に開示されたいずれかの半導体装置と、(b)前記半導体装置を搭載するパッケージとを備える。   A semiconductor module according to the present invention includes: (a) any one of the semiconductor devices disclosed in the present case as relating to the present invention; and (b) a package on which the semiconductor device is mounted.

この半導体モジュールによれば、優れた放熱特性の半導体装置をパッケージに搭載でき、半導体デバイスでの発熱は、ヒートシンクを介してパッケージに伝搬する。   According to this semiconductor module, a semiconductor device having excellent heat dissipation characteristics can be mounted on the package, and heat generated in the semiconductor device propagates to the package via the heat sink.

以上説明したように、本発明によれば、金属・ダイヤモンド複合体にその本来の熱伝導率に近い熱伝導性を発揮させることを可能にするヒートシンクを提供することができる。また、本発明によれば、そのヒートシンクを作製する方法を提供することができる。さらに、本発明によれば、そのヒートシンクを含む半導体装置を提供することができる。またさらに、本発明によれば、半導体装置を含む半導体モジュールを提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a heat sink that enables a metal / diamond composite to exhibit thermal conductivity close to its original thermal conductivity. Further, according to the present invention, a method for producing the heat sink can be provided. Furthermore, according to the present invention, a semiconductor device including the heat sink can be provided. Furthermore, according to the present invention, a semiconductor module including a semiconductor device can be provided.

図1は、本発明に係るヒートシンク及び半導体装置を概略的に示す図面である。FIG. 1 is a schematic view illustrating a heat sink and a semiconductor device according to the present invention. 図2は、本実施の形態に係る半導体モジュールを概略的に示す図面である。FIG. 2 is a drawing schematically showing a semiconductor module according to the present embodiment. 図3は、本発明に係るヒートシンクを作製する方法における主要な工程を示す図面である。FIG. 3 is a drawing showing main steps in a method for producing a heat sink according to the present invention. 図4は、本発明に係るヒートシンクを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。FIG. 4 is a drawing schematically showing main steps in a method for producing a heat sink according to the present invention. 図5は、蒸着法による金属膜の成長を模式的に示す図面である。FIG. 5 is a drawing schematically showing the growth of a metal film by a vapor deposition method. 図6は、メッキ法による金属膜の成長を模式的に示す図面である。FIG. 6 is a drawing schematically showing the growth of a metal film by a plating method. 図7は、銅・ダイヤモンド複合体の表面に設けられた金メタライズの表面及び半田部の表面を示す図面である。FIG. 7 is a drawing showing the surface of a gold metallization and the surface of a solder part provided on the surface of a copper / diamond composite. 図8は、銅・ダイヤモンド複合体の表面に設けられた金メタライズの表面及び半田部の表面を示す図面である。FIG. 8 is a drawing showing the surface of a gold metallization and the surface of a solder part provided on the surface of a copper / diamond composite. 図9は、表面粗さを低減していない銅ダイヤモンド複合体サブマウントの外観を示す図面である。FIG. 9 is a drawing showing the appearance of a copper diamond composite submount whose surface roughness is not reduced. 図10は、この表面粗さを低減していない銅ダイヤモンド複合体サブマウント上にレーザダイオードを実装した後にレーザダイオードを剥がした外観を示す図面である。FIG. 10 is a view showing an appearance in which the laser diode is peeled off after the laser diode is mounted on the copper diamond composite submount whose surface roughness is not reduced. 図11は、サブマウントに依存した熱抵抗の変化の度数分布を示す図面である。FIG. 11 is a diagram showing a frequency distribution of changes in thermal resistance depending on the submount. 図12は、改善後の銅ダイヤモンド複合体サブマウントの外観の一例、及び改善前の銅ダイヤモンド複合体サブマウントの外観の一例を示す図面である。FIG. 12 is a drawing showing an example of the appearance of the copper diamond composite submount after the improvement and an example of the appearance of the copper diamond composite submount before the improvement.

引き続いて、添付図面を参照しながら、ヒートシンク、ヒートシンクを作製する方法、半導体装置、及び半導体モジュールに係る本発明の実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。   Subsequently, embodiments of the present invention relating to a heat sink, a method of manufacturing a heat sink, a semiconductor device, and a semiconductor module will be described with reference to the accompanying drawings. Where possible, the same parts are denoted by the same reference numerals.

ヒートシンク11はデバイスを搭載するための搭載面を有する。ヒートシンク11は、金属・ダイヤモンド複合物18からなるベース13と、デバイスを搭載するための搭載面を有する金属領域15とを備える。金属・ダイヤモンド複合物18は、ダイヤモンド粒子17と金属19を複合したものである。金属・ダイヤモンド複合物18は、平均粒径1〜200μmのダイヤモンド粒を含むことができる。金属・ダイヤモンド複合物18が、この範囲の平均粒径を有するダイヤモンド粒を含むとき、ダイヤモンドの高い熱伝導性が発揮されやすい。このヒートシンク11は、金属・ダイヤモンド複合物の熱伝導率に近い熱伝導性をヒートシンクに提供できる。また、金属・ダイヤモンド複合物の熱膨張係数は2.5×10−6/K以上6.5×10−6/K以下の範囲にあることができる。熱膨張係数におけるこの範囲の値は、半導体の熱膨張係数である3×10−6/K以上6×10−6/Kに近いので好ましい。 The heat sink 11 has a mounting surface for mounting a device. The heat sink 11 includes a base 13 made of a metal / diamond composite 18 and a metal region 15 having a mounting surface for mounting a device. The metal / diamond composite 18 is a composite of diamond particles 17 and metal 19. The metal / diamond composite 18 may include diamond grains having an average particle diameter of 1 to 200 μm. When the metal / diamond composite 18 includes diamond grains having an average grain size in this range, the high thermal conductivity of diamond tends to be exhibited. The heat sink 11 can provide the heat sink with thermal conductivity close to that of the metal / diamond composite. The thermal expansion coefficient of the metal / diamond composite may be in the range of 2.5 × 10 −6 / K to 6.5 × 10 −6 / K. The value of this range in the thermal expansion coefficient is preferable because it is 3 × 10 −6 / K or more and close to 6 × 10 −6 / K, which is the thermal expansion coefficient of the semiconductor.

ベース13は、ダイヤモンド粒子17及び金属19が現れた主面13aを有する。金属領域15は、ベース13の主面13aを覆うように設けられた金属層21を含む。金属層21は、半田材と異なり該半田材より高い融点の金属からなる。半田材としては、例えばSnAg半田(融点:摂氏230度)を例示される。ベース13の主面13aは、ダイヤモンド粒子17による突起23a、23b、23cとこれらの突起23a、23b、23cの間に位置する窪み25a、25b、25c、25dとを含む。金属領域15は窪み25a、25b、25c、25dを埋めて、搭載面11aは突起23a、23b、23c及び窪み25a、25b、25c、25dによって構成されるラフネスより小さいラフネスを有する。   The base 13 has a main surface 13a on which diamond particles 17 and a metal 19 appear. Metal region 15 includes a metal layer 21 provided to cover main surface 13a of base 13. Unlike the solder material, the metal layer 21 is made of a metal having a melting point higher than that of the solder material. Examples of the solder material include SnAg solder (melting point: 230 degrees Celsius). The main surface 13a of the base 13 includes projections 23a, 23b, 23c made of diamond particles 17 and depressions 25a, 25b, 25c, 25d located between the projections 23a, 23b, 23c. The metal region 15 fills the depressions 25a, 25b, 25c and 25d, and the mounting surface 11a has a roughness smaller than the roughness constituted by the protrusions 23a, 23b and 23c and the depressions 25a, 25b, 25c and 25d.

金属・ダイヤモンド複合物18からなるベース13を含むヒートシンク11では、金属・ダイヤモンド複合物18の表面18aには、互いに硬度の異なるダイヤモンド及び金属が現れており、金属の硬度はダイヤモンドの硬度より低い。これ故に、金属・ダイヤモンド複合物18の表面18aはラフネスを有する。ヒートシンク表面11aの平坦性を高めるために金属・ダイヤモンド複合物の基板を研磨するとき、ある研磨材に対して金属の削れとダイヤモンドの削れとが互いに異なり、その結果、金属・ダイヤモンド複合物の研磨面にはある程度のラフネスが残る。発明者らの知見によれば、この研磨面上に、デバイスを実装するとき、デバイスの実装面とヒートシンクの研磨面との実効的な実装面積は、デバイスの実装面の面積に比べて小さい。   In the heat sink 11 including the base 13 made of the metal / diamond composite 18, diamond and metal having different hardness appear on the surface 18a of the metal / diamond composite 18, and the hardness of the metal is lower than that of the diamond. Therefore, the surface 18a of the metal / diamond composite 18 has roughness. When a metal / diamond composite substrate is polished to improve the flatness of the heat sink surface 11a, the metal scraping and the diamond scraping are different from each other for a certain abrasive, and as a result, the metal / diamond composite polishing is performed. Some roughness remains on the surface. According to the knowledge of the inventors, when a device is mounted on this polishing surface, the effective mounting area between the device mounting surface and the heat sink polishing surface is smaller than the area of the device mounting surface.

また、金属・ダイヤモンド複合物基板の研磨面にメタライズを行うとき、メタライズによって形成された金属膜は、金属・ダイヤモンド複合物基板の形状に合わせて形成される。その結果、メタライズ金属膜の表面には、金属・ダイヤモンド複合物基板の研磨面のラフネスと同程度のラフネスが残る。   Further, when metallization is performed on the polished surface of the metal / diamond composite substrate, the metal film formed by metallization is formed in accordance with the shape of the metal / diamond composite substrate. As a result, roughness equal to the roughness of the polished surface of the metal / diamond composite substrate remains on the surface of the metallized metal film.

一方、このヒートシンク11は、半導体デバイスを搭載するための搭載面11aを有すると共に該ベース13の主面13aに設けられた金属領域15を備える。ベース13の主面13aには、ダイヤモンド粒子17による突起23a〜23cと突起23a〜23cの間に位置する窪み25a〜25dとを含むけれども、金属領域15は窪み25a〜25dを埋めて、搭載面11aは突起23a〜23c及び窪み25a〜25dによって構成されるラフネスより小さいラフネスを有すエウように形成される。これ故に、半導体デバイスの実装面とヒートシンク11の表面11aとの実効的な接触面積を、半導体デバイスの実装面(例えば、電極の面積)の面積に近づけることができる。   On the other hand, the heat sink 11 has a mounting surface 11 a for mounting a semiconductor device and a metal region 15 provided on the main surface 13 a of the base 13. The main surface 13a of the base 13 includes the projections 23a to 23c formed by the diamond particles 17 and the depressions 25a to 25d located between the projections 23a to 23c, but the metal region 15 fills the depressions 25a to 25d, and the mounting surface 11a is formed so as to have a roughness smaller than the roughness constituted by the protrusions 23a to 23c and the depressions 25a to 25d. Therefore, the effective contact area between the mounting surface of the semiconductor device and the surface 11a of the heat sink 11 can be made close to the area of the mounting surface of the semiconductor device (for example, the area of the electrode).

さらに、金属層21が、半田材と異なり該半田材より高い融点の金属からなるので、デバイス実装の際の処理により金属が溶融して、搭載面11aの平坦性が消失することはない。ここで、半田材の一例は例えばSnAg半田(融点:摂氏230度)である。   Furthermore, since the metal layer 21 is made of a metal having a melting point higher than that of the solder material, unlike the solder material, the metal is not melted by the process during device mounting, and the flatness of the mounting surface 11a is not lost. Here, an example of the solder material is SnAg solder (melting point: 230 degrees Celsius), for example.

図1に示されたヒートシンク11の表面11aは金属領域15によって提供しているけれども、ヒートシンク11の表面11aはこれに限定されない。金属領域15の表面は、金属・ダイヤモンド複合体にその本来の熱伝導率を発揮させることを可能にするための表面粗さを提供しており、本実施の形態は、このような所望な表面粗さを得た金属表面に通常の成膜方法で追加の膜を形成して、カスタマイズされたヒートシンクを作製することができる。   Although the surface 11a of the heat sink 11 shown in FIG. 1 is provided by the metal region 15, the surface 11a of the heat sink 11 is not limited thereto. The surface of the metal region 15 provides a surface roughness for allowing the metal / diamond composite to exhibit its original thermal conductivity, and the present embodiment provides such a desired surface. A customized heat sink can be produced by forming an additional film on the roughened metal surface by a conventional film forming method.

発明者らの知見によれば、入手可能な金属・ダイヤモンド複合物18からなるベース13の主面13aの表面粗さは3μmより大きい。この表面粗さを低減する考慮をせずに、金属・ダイヤモンド複合物18の表面に金属を堆積するとき、このような、堆積された金属の表面粗さにおいて、ダイヤモンド複合物18の主面18aの表面粗さに対する改善はない。   According to the knowledge of the inventors, the surface roughness of the main surface 13a of the base 13 made of the available metal / diamond composite 18 is larger than 3 μm. When the metal is deposited on the surface of the metal / diamond composite 18 without taking into account the reduction of the surface roughness, the main surface 18a of the diamond composite 18 in such a surface roughness of the deposited metal. There is no improvement to the surface roughness.

また、発明者らの知見によれば、金属領域15の搭載面の表面粗さは3μm以下であることが良い。搭載面におけるこの程度の表面粗さは、金属・ダイヤモンド複合物の表面粗さより小さくなる。レーザ顕微鏡を用いて、利用可能な金属・ダイヤモンド複合物の表面粗さを測定するとき、その表面粗さは3μmより大きい。一方で、この金属・ダイヤモンド複合物の表面粗さの表面粗さ計を用いて測定するとき、表面粗さ計による表面粗さは、レーザ顕微鏡を用いた測定による表面粗さ値よりかなり小さい値にある。   According to the knowledge of the inventors, the surface roughness of the mounting surface of the metal region 15 is preferably 3 μm or less. This level of surface roughness on the mounting surface is smaller than the surface roughness of the metal / diamond composite. When measuring the surface roughness of an available metal / diamond composite using a laser microscope, the surface roughness is greater than 3 μm. On the other hand, when measuring the surface roughness of this metal / diamond composite using a surface roughness meter, the surface roughness measured by the surface roughness meter is considerably smaller than the surface roughness measured by a laser microscope. It is in.

金属領域の形成方法に依存するけれども、金属領域15の厚さTL(厚い部分で)は3μmより大きいことが良い。ベース13の表面13aのラフネスを埋め込んで、ヒートシンク11の表面11aのラフネスに起因する接触面積(半導体デバイスの実装面とヒートシンクの表面との実効的な接触面積)の低下を避けることができる。   Although it depends on the method of forming the metal region, the thickness TL (in the thick portion) of the metal region 15 is preferably larger than 3 μm. By embedding the roughness of the surface 13a of the base 13, it is possible to avoid a decrease in contact area (effective contact area between the mounting surface of the semiconductor device and the surface of the heat sink) due to the roughness of the surface 11a of the heat sink 11.

ヒートシンク11では、金属・ダイヤモンド複合体18の主面18aは第1表面粗さ(rms:root mean suquare)RMS1を有し、金属領域15の主面15aは第2表面粗さ(rms)RMS2を有する。第1表面粗さ及び第2表面粗さは、レーザ顕微鏡で測定され、また50μmスクエア〜100μmスクエアの範囲内のいずれかのエリアで規定される。レーザ顕微鏡は、表面粗さ計を用いた測定に比べて、金属表面及び金属・ダイヤモンド複合物の正確な表面粗さの測定を可能にする。レーザ顕微鏡の測定において、第2表面粗さRMS2は第1表面粗さRMS1より小さい。   In the heat sink 11, the main surface 18a of the metal / diamond composite 18 has a first surface roughness (rms) RMS1, and the main surface 15a of the metal region 15 has a second surface roughness (rms) RMS2. Have. The first surface roughness and the second surface roughness are measured with a laser microscope and are defined in any area within a range of 50 μm square to 100 μm square. Laser microscopes allow accurate surface roughness measurements of metal surfaces and metal / diamond composites as compared to measurements using surface roughness meters. In the measurement with the laser microscope, the second surface roughness RMS2 is smaller than the first surface roughness RMS1.

ヒートシンク11の金属領域15は、一又は複数の金属層からなることができる。最下層の金属層(例えば層21)は、金属・ダイヤモンド複合物の表面に現れたダイヤモンド粒子の表面を覆うことができる。ヒートシンク11において主面18aを覆う金属層21は、Cu、Al、Ag、Au及びNiの少なくとも一つを含む金属からなることができる。   The metal region 15 of the heat sink 11 can be composed of one or more metal layers. The lowermost metal layer (for example, the layer 21) can cover the surface of the diamond particles appearing on the surface of the metal / diamond composite. The metal layer 21 covering the main surface 18a in the heat sink 11 can be made of a metal containing at least one of Cu, Al, Ag, Au, and Ni.

金属・ダイヤモンド複合物18の金属19は、ダイヤモンド粒子17をバインドするバインダー金属であり、このバインダー金属は、Cu、Al、Ag、Au、W、Ni、Co、Mnの1つ以上を主成分とする金属を含むことができる。これらのバインダー金属は、金属・ダイヤモンド複合物が様々な熱伝導性及び熱膨張性を有することを可能にする。例えば熱伝導性の観点からは、バインダー金属は銅であることが好ましい。   The metal 19 of the metal / diamond composite 18 is a binder metal that binds the diamond particles 17, and the binder metal mainly includes one or more of Cu, Al, Ag, Au, W, Ni, Co, and Mn. Metal can be included. These binder metals allow the metal / diamond composite to have various thermal conductivities and thermal expansivities. For example, from the viewpoint of thermal conductivity, the binder metal is preferably copper.

バインダー金属が金属領域の材料と異なるとき、金属材料の表面反応を制御することが可能となり、つまり半田材およびワイヤボンディングとの相性を考慮して設計できる利点がある。   When the binder metal is different from the material of the metal region, it is possible to control the surface reaction of the metal material, that is, there is an advantage that it can be designed in consideration of compatibility with the solder material and wire bonding.

また、バインダー金属が金属領域の材料と同じとき、熱的および電気的ポテンシャルを一致させることができるという利点がある。   In addition, when the binder metal is the same as the material of the metal region, there is an advantage that the thermal and electrical potentials can be matched.

ヒートシンク11の金属領域15の表面粗さは1μm以下であることが良い。表面粗さの低減に応じた実効接触面積の向上が提供される。   The surface roughness of the metal region 15 of the heat sink 11 is preferably 1 μm or less. An increase in effective contact area corresponding to a reduction in surface roughness is provided.

ヒートシンク11の金属領域15の表面粗さは0.15μm以下であることが良い。表面粗さの低減に応じた実効接触面積の向上により、ヒートシンクの熱伝導特性が、金属・ダイヤモンド複合物の材料自体の値にかなり近い値になる。   The surface roughness of the metal region 15 of the heat sink 11 is preferably 0.15 μm or less. By improving the effective contact area in accordance with the reduction in surface roughness, the heat conduction characteristics of the heat sink become values that are very close to those of the metal / diamond composite material itself.

ヒートシンク11の金属領域15の表面粗さは0.1μm以下であることが良い。表面粗さの低減に応じた実効接触面積の向上により、ヒートシンクの熱伝導特性を金属・ダイヤモンド複合物の材料自体の値に非常に近づけることができる。   The surface roughness of the metal region 15 of the heat sink 11 is preferably 0.1 μm or less. By improving the effective contact area according to the reduction in surface roughness, the heat conduction characteristics of the heat sink can be made very close to the value of the metal / diamond composite material itself.

図1を参照すると、半導体装置31が示されている。半導体装置31は、本件に開示されたいずれかのヒートシンク11と、半導体デバイス33と、半田材35とを備える。半導体デバイス33は、ヒートシンク11の搭載面11a上に搭載されている。半田材35は、ヒートシンク11の搭載面11aに半導体デバイス33を接着する。半田材35には、例えばSnAg(融点:230度)等が適用される。   Referring to FIG. 1, a semiconductor device 31 is shown. The semiconductor device 31 includes any one of the heat sinks 11 disclosed in the present case, a semiconductor device 33, and a solder material 35. The semiconductor device 33 is mounted on the mounting surface 11 a of the heat sink 11. The solder material 35 adheres the semiconductor device 33 to the mounting surface 11 a of the heat sink 11. For example, SnAg (melting point: 230 degrees) is applied to the solder material 35.

この半導体装置31によれば、金属・ダイヤモンド複合物18からなるベース13を含むヒートシンク11では、金属・ダイヤモンド複合物18の表面18aには、互いに硬度の異なるダイヤモンド粒子17及び金属19が現れているけれども、このヒートシンク11は、ベース13の主面13aに設けられた金属領域15を備え、その搭載面11aは半導体デバイス33を搭載する。金属領域15は窪み25a〜25dを埋めて、搭載面11aは突起23a〜23c及び窪み25a〜25dによるラフネスより小さいラフネスを有する。これ故に、半導体デバイス33の実装面33aとヒートシンク11の表面11aとの実効的な接触面積を、半導体デバイス33の実装面33aの面積に近づけることができる。半導体デバイス33が半田材35を介して平坦なヒートシンク搭載面11aに接着するとき、半田材35は下地の平坦なヒートシンク表面11aとデバイス実装面33aとの間を無理なく埋めることができ、両者(31、11)の接触面積を半導体デバイス33の実装面33aの面積に近づけることに役立つ。これ故に、優れた放熱特性を半導体装置31に提供できる。   According to the semiconductor device 31, in the heat sink 11 including the base 13 made of the metal / diamond composite 18, the diamond particles 17 and the metal 19 having different hardness appear on the surface 18 a of the metal / diamond composite 18. However, the heat sink 11 includes a metal region 15 provided on the main surface 13 a of the base 13, and the mounting surface 11 a mounts the semiconductor device 33. The metal region 15 fills the depressions 25a to 25d, and the mounting surface 11a has a roughness smaller than the roughness due to the protrusions 23a to 23c and the depressions 25a to 25d. Therefore, the effective contact area between the mounting surface 33 a of the semiconductor device 33 and the surface 11 a of the heat sink 11 can be brought close to the area of the mounting surface 33 a of the semiconductor device 33. When the semiconductor device 33 is bonded to the flat heat sink mounting surface 11a via the solder material 35, the solder material 35 can easily fill the space between the underlying flat heat sink surface 11a and the device mounting surface 33a. 31, 11) helps to bring the contact area of the semiconductor device 33 close to the area of the mounting surface 33 a. Therefore, excellent heat dissipation characteristics can be provided to the semiconductor device 31.

この半導体装置31では、半導体デバイス33は半導体レーザダイオードを含むことができる。これによって、半導体レーザダイオードの動作温度を低減できる。半導体レーザダイオードは、例えばIII族窒化物半導体からなる支持体を含むことができる。図12には、例えば半導体デバイス33が、いわゆるpアップ形態でヒートシンク11上に搭載されているが、pダウン形態で実装されていてもよい。   In the semiconductor device 31, the semiconductor device 33 can include a semiconductor laser diode. Thereby, the operating temperature of the semiconductor laser diode can be reduced. The semiconductor laser diode can include a support made of, for example, a group III nitride semiconductor. In FIG. 12, for example, the semiconductor device 33 is mounted on the heat sink 11 in a so-called p-up configuration, but may be mounted in a p-down configuration.

半導体デバイス33の一例としての半導体レーザダイオードは、例えばn型クラッド層41、n側光ガイド層42、活性層43、p側光ガイド層44、p型クラッド層45及びp型コンタクト層46を搭載する基板を含み、この基板(例えばGaN)40はIII族窒化物からなる主面40aを含むことができる。p型コンタクト層46上にはアノード電極48が設けられ、基板40の裏面40b上にカソード電極47が設けられる。この主面(以下、「半極性主面」として参照する)40はIII族窒化物のc軸Cxに直交する基準平面に対して10度以上80度以下又は100度以上170度以下の範囲の傾斜角度で傾斜することができる。この半極性主面を利用する半導体レーザダイオードは、レーザ発振に際して比較的大きな熱を生成する。さらには、傾斜角度は63度以上80度以下又は100度以上117度以下の範囲にあることができる。半極性主面を利用する長波長発光の半導体レーザダイオードは、レーザ発振に際して非常に大きな熱を生成する。   A semiconductor laser diode as an example of the semiconductor device 33 includes an n-type cladding layer 41, an n-side light guide layer 42, an active layer 43, a p-side light guide layer 44, a p-type cladding layer 45, and a p-type contact layer 46, for example. The substrate (eg, GaN) 40 may include a main surface 40a made of a group III nitride. An anode electrode 48 is provided on the p-type contact layer 46, and a cathode electrode 47 is provided on the back surface 40 b of the substrate 40. This main surface (hereinafter referred to as “semipolar main surface”) 40 has a range of 10 ° to 80 ° or 100 ° to 170 ° with respect to a reference plane perpendicular to the c-axis Cx of the group III nitride. It can be inclined at an inclination angle. A semiconductor laser diode using this semipolar main surface generates relatively large heat during laser oscillation. Furthermore, the inclination angle can be in the range of 63 degrees to 80 degrees or 100 degrees to 117 degrees. A semiconductor laser diode having a long wavelength emission that uses a semipolar main surface generates very large heat during laser oscillation.

また、半導体レーザダイオードは、例えばIII族窒化物半導体からなる活性層43を含むことができる。活性層43は、障壁層(例えばGaN又はInGaN))43a及び井戸層(例えばInGaN)43bを含むことができる。500nm以上540nm以下の波長範囲の発振波長を発生する半導体レーザダイオードは、レーザ発振に際して比較的大きな熱を生成するけれども、この半導体装置31ではヒートシンク11は半導体レーザダイオードの動作温度の低下に役立つ。一実施例として、半導体レーザダイオードは、500nm以上540nm以下の波長範囲の発振波長を発生する活性層と、III族窒化物からなるp型クラッド層と、III族窒化物からなるn型クラッド層とを含む。活性層はp型クラッド層とn型クラッド層との間に設けられることができる。   Further, the semiconductor laser diode can include an active layer 43 made of, for example, a group III nitride semiconductor. The active layer 43 may include a barrier layer (eg, GaN or InGaN) 43a and a well layer (eg, InGaN) 43b. Although a semiconductor laser diode that generates an oscillation wavelength in the wavelength range of 500 nm or more and 540 nm or less generates relatively large heat during laser oscillation, the heat sink 11 in this semiconductor device 31 is useful for lowering the operating temperature of the semiconductor laser diode. As an example, a semiconductor laser diode includes an active layer that generates an oscillation wavelength in a wavelength range of 500 nm or more and 540 nm or less, a p-type cladding layer made of group III nitride, and an n-type cladding layer made of group III nitride. including. The active layer can be provided between the p-type cladding layer and the n-type cladding layer.

本実施形態に係るIII族窒化物半導体レーザ11を作製する方法の一例を簡単に説明する。{20−21}面GaN基板上に、n型InAlGaNクラッド層(In組成:0.03、Al組成0.14)、n型GaN光ガイド層、n型InGaN光ガイド層(In組成0.03)、アンドープInGaN光ガイド層(In組成0.03)、InGaN活性層(In組成0.30)、アンドープInGaN光ガイド層(In組成0.03)、p型GaN光ガイド層、n型InAlGaNクラッド層(In組成:0.03、Al組成0.14)、p型GaNコンタクト層を成長してエピタキシャル基板を作製する。次いで、この準備されたエピタキシャル基板上に、ストライプ開口を有するSiO膜を形成した後に、オーミック電極のためのPd膜を成長する。オーミック電極のためのマスクを形成した後にPd膜のドライエッチングを行い、Pd電極を形成する。この上に、Auからなるパッド電極をリフトオフ法で形成する。次いで、基板研磨の後に、Ti/Auからなる裏面電極を形成する。これらの工程により基板生産物が作製される。この基板生産物にスクライブ及び押厚を行って、レーザバーを作製する。レーザ端面に端面コートを形成する。端面コートとしては、例えばSiO/TiO多層膜、やSiO/Ta多層膜を用いることができる。多層膜の繰り返し数は例えば2〜5層である。この後に、レーザバーの分離により、個々の半導体レーザを作製する。この半導体レーザをpアップ形態でサブマウントに搭載して、半導体レーザ装置を作製する。この半導体レーザ装置をキャンケースに実装して、光モジュールを作製する。 An example of a method for producing the group III nitride semiconductor laser 11 according to this embodiment will be briefly described. On a {20-21} plane GaN substrate, an n-type InAlGaN cladding layer (In composition: 0.03, Al composition 0.14), an n-type GaN light guide layer, and an n-type InGaN light guide layer (In composition 0.03) ), Undoped InGaN light guide layer (In composition 0.03), InGaN active layer (In composition 0.30), undoped InGaN light guide layer (In composition 0.03), p-type GaN light guide layer, n-type InAlGaN cladding An epitaxial substrate is produced by growing a layer (In composition: 0.03, Al composition 0.14) and a p-type GaN contact layer. Next, after forming a SiO 2 film having a stripe opening on the prepared epitaxial substrate, a Pd film for an ohmic electrode is grown. After forming a mask for the ohmic electrode, dry etching of the Pd film is performed to form a Pd electrode. On this, a pad electrode made of Au is formed by a lift-off method. Next, after polishing the substrate, a back electrode made of Ti / Au is formed. A substrate product is produced by these steps. The substrate product is scribed and pressed to produce a laser bar. An end face coat is formed on the laser end face. As the end face coating, for example, a SiO 2 / TiO 2 multilayer film or a SiO 2 / Ta 2 O 5 multilayer film can be used. The number of repetitions of the multilayer film is, for example, 2 to 5 layers. Thereafter, individual semiconductor lasers are manufactured by separating the laser bars. The semiconductor laser is mounted on the submount in a p-up form to manufacture a semiconductor laser device. This semiconductor laser device is mounted on a can case to produce an optical module.

半極性面上の緑色レーザダイオードの貫通転位は、活性層で増殖する可能性が危惧されており、その増殖は歪みの制御に関連している。この緑色レーザダイオードにおける歪みの制御は、c面GaN上の青紫レーザダイオードと比較して重要である。半極性面上の緑色レーザダイオードをエピ・ダウンでヒートシンクに実装する場合、ヒートシンクと半極性GaNとの熱膨張係数の違いが信頼性において重要となる。   The threading dislocations in the green laser diode on the semipolar plane are feared to grow in the active layer, and the growth is related to strain control. Control of the strain in this green laser diode is important compared to the blue-violet laser diode on c-plane GaN. When the green laser diode on the semipolar surface is mounted on the heat sink epi-down, the difference in thermal expansion coefficient between the heat sink and the semipolar GaN is important in reliability.

図2は、本実施の形態に係る半導体モジュールを概略的に示す図面である。図2を参照すると、半導体レーザモジュール71aが示される。半導体レーザ装置61aは、ステム73a上の台座(ヒートシンク)75上に搭載される。III族窒化物半導体レーザ11はサブマウント7に導電性接着剤10bを介してしっかりと固定される。ステム73a上にレンズキャップ73bが設けられ、ステム73a及びレンズキャップ73bはパッケージ73を構成する。ステム73aは例えば鉄製であり、レンズキャップ73bの金属部分も鉄製である。台座(ヒートシンク)11は熱伝導性に優れた例えば銅製である。ステム73aはリード端子77a、77b、77cを支持している。リード端子77aは、ボンディングワイヤ79aを介してヒートシンク11に接続され、ヒートシンク11の電極層を介してIII族窒化物半導体レーザ33のアノード電極に接続される。リード端子77bは、サブマウント11の搭載面7a上の電極層7cにボンディングワイヤ79bを介して接続される。リード端子77cは、金属製のステム73に接続される。ヒートシンク11はIII族窒化物半導体レーザ33のアノード電極と導電性接着剤10aを介してしっかりと接着される。   FIG. 2 is a drawing schematically showing a semiconductor module according to the present embodiment. Referring to FIG. 2, a semiconductor laser module 71a is shown. The semiconductor laser device 61a is mounted on a pedestal (heat sink) 75 on the stem 73a. The group III nitride semiconductor laser 11 is firmly fixed to the submount 7 via the conductive adhesive 10b. A lens cap 73 b is provided on the stem 73 a, and the stem 73 a and the lens cap 73 b constitute a package 73. The stem 73a is made of, for example, iron, and the metal portion of the lens cap 73b is also made of iron. The base (heat sink) 11 is made of, for example, copper having excellent thermal conductivity. The stem 73a supports lead terminals 77a, 77b, and 77c. Lead terminal 77 a is connected to heat sink 11 through bonding wire 79 a and is connected to the anode electrode of group III nitride semiconductor laser 33 through the electrode layer of heat sink 11. The lead terminal 77b is connected to the electrode layer 7c on the mounting surface 7a of the submount 11 via a bonding wire 79b. The lead terminal 77c is connected to a metal stem 73. The heat sink 11 is firmly bonded to the anode electrode of the group III nitride semiconductor laser 33 via the conductive adhesive 10a.

この半導体モジュール71aによれば、優れた放熱特性の半導体装置をパッケージに搭載でき、半導体デバイスでの発熱は、ヒートシンク11を介してパッケージに伝搬する。   According to the semiconductor module 71a, a semiconductor device having excellent heat dissipation characteristics can be mounted on the package, and heat generated in the semiconductor device propagates to the package via the heat sink 11.

図3は、本実施の形態に係るヒートシンクを作製する方法における主要な工程を概略的に示す図面である。工程S101では、ヒートシンクのベースのための金属・ダイヤモンド複合体の基板を準備する。基板のサイズは、単一のヒートシンクを作製可能な面積というよりは、多数のヒートシンクを作製可能な面積以上であるであることができる。基板のサイズは、例えば2インチであることが好ましい。また、ヒートシンク単体のサイズの一例は、例えば高さ0.3mm、幅0.8mm、長さ1.0mmであることができる。   FIG. 3 is a drawing schematically showing main steps in the method of manufacturing the heat sink according to the present embodiment. In step S101, a metal / diamond composite substrate for the base of the heat sink is prepared. The size of the substrate can be greater than the area where multiple heat sinks can be made, rather than the area where a single heat sink can be made. The size of the substrate is preferably 2 inches, for example. An example of the size of the heat sink alone can be, for example, a height of 0.3 mm, a width of 0.8 mm, and a length of 1.0 mm.

金属・ダイヤモンド複合物の熱膨張係数は2.5×10−6/K以上6.5×10−6/K以下の範囲にあることができる。また、金属・ダイヤモンド複合物は、平均粒径1〜200μmのダイヤモンド粒を含むことができる。金属・ダイヤモンド複合物が、この範囲の平均粒径を有するダイヤモンド粒を含むとき、金属膜が形成される金属・ダイヤモンド複合物表面の表面粗さを低減できる。金属が銅であるとき、銅とダイヤモンドの割合の例を以下に示す。
熱膨張係数2.5×10−6/Kのために(銅、ダイヤモンド) = (0.04、096)、モルパーセント。熱膨張係数6.5×10−6/Kのために(銅、ダイヤモンド) = (0.30、070)、モルパーセント。
The coefficient of thermal expansion of the metal / diamond composite may be in the range of 2.5 × 10 −6 / K to 6.5 × 10 −6 / K. In addition, the metal / diamond composite may include diamond grains having an average particle diameter of 1 to 200 μm. When the metal / diamond composite includes diamond grains having an average particle diameter in this range, the surface roughness of the surface of the metal / diamond composite on which the metal film is formed can be reduced. When the metal is copper, an example of the ratio of copper to diamond is shown below.
For a coefficient of thermal expansion of 2.5 × 10 −6 / K (copper, diamond) = (0.04,096), mole percent. For the coefficient of thermal expansion of 6.5 × 10 −6 / K (copper, diamond) = (0.30,070), mole percent.

工程S102では、金属・ダイヤモンド複合体基板(図4において、符号43で参照される)から複合体生産物を形成する。複合体生産物は、金属・ダイヤモンド複合体基板と、この金属・ダイヤモンド複合体基板の主面に設けられた金属領域とを含む。   In step S102, a composite product is formed from a metal / diamond composite substrate (referred to by reference numeral 43 in FIG. 4). The composite product includes a metal / diamond composite substrate and a metal region provided on the main surface of the metal / diamond composite substrate.

工程S103では、図4の(a)部に示されるように、成膜装置10aに金属・ダイヤモンド複合体基板43を配置する。金属・ダイヤモンド複合体基板43の主面43aには、ダイヤモンド粒子41による突起43a〜43cと突起43a〜43cの間に位置し主に金属40からなる窪み45a〜45dとを含む。このようなラフネスの表面43aは第1表面粗さRMS1を有する。この表面粗さ(rms)、及び引き続く説明において現れる表面粗さ(rms)は、レーザ顕微鏡で測定され、また50μmスクエア〜100μmスクエアの範囲内のあるエリアで規定されることができる。レーザ顕微鏡は、表面粗さ計を用いた測定に比べて、金属表面及び金属・ダイヤモンド複合物の表面粗さの正確な測定を可能にする。なお、実施例における表面粗さ(rms)の測定では、レーザ顕微鏡(装置:OLYMPUS OLS1200)が用いられる。   In step S103, as shown in part (a) of FIG. 4, a metal / diamond composite substrate 43 is placed in the film forming apparatus 10a. The main surface 43a of the metal / diamond composite substrate 43 includes protrusions 43a to 43c formed by the diamond particles 41 and depressions 45a to 45d mainly made of the metal 40 located between the protrusions 43a to 43c. The roughness surface 43a has a first surface roughness RMS1. This surface roughness (rms), and the surface roughness (rms) that appears in the following description, are measured with a laser microscope and can be defined in an area within the range of 50 μm square to 100 μm square. Laser microscopes allow more accurate measurement of the surface roughness of metal surfaces and metal / diamond composites as compared to measurements using surface roughness meters. In the measurement of the surface roughness (rms) in the examples, a laser microscope (apparatus: OLYMPUS OLS1200) is used.

金属・ダイヤモンド複合体基板43の金属40は、ダイヤモンド粒子41をバインドするバインダー金属であり、このバインダー金属は、Cu、Al、Ag、Au、W、Ni、Co、Mnの1つ以上を主成分とする金属を含むことができる。これらのバインダー金属は、金属・ダイヤモンド複合物が様々な熱伝導性及び熱膨張性を有することを可能にする。例えば熱伝導性の観点からは、バインダー金属は例えば銅であることが好ましい。   The metal 40 of the metal / diamond composite substrate 43 is a binder metal that binds the diamond particles 41, and the binder metal is mainly composed of one or more of Cu, Al, Ag, Au, W, Ni, Co, and Mn. It can contain a metal. These binder metals allow the metal / diamond composite to have various thermal conductivities and thermal expansivities. For example, from the viewpoint of thermal conductivity, the binder metal is preferably copper, for example.

工程S104では、図4の(b)部に示されるように、成膜装置10aにおいて金属・ダイヤモンド複合体基板43の主面43a上に金属膜47を形成する。金属領域に含まれる金属膜47は、金属・ダイヤモンド複合体基板43の主面を覆うように形成される。金属膜47は半田材と異なる金属からなる。成膜装置10aでは、例えば蒸着法及びメッキ法等といった成長法が成膜のために使用されることができる。蒸着法としては、例えば抵抗加熱蒸着法、電子ビーム法等を成膜に適用でき、メッキ法としては、例えば電解メッキ法、無電解メッキ法等を成膜に適用できる。   In step S104, as shown in part (b) of FIG. 4, a metal film 47 is formed on the main surface 43a of the metal / diamond composite substrate 43 in the film forming apparatus 10a. The metal film 47 included in the metal region is formed so as to cover the main surface of the metal / diamond composite substrate 43. The metal film 47 is made of a metal different from the solder material. In the film forming apparatus 10a, a growth method such as a vapor deposition method and a plating method can be used for film formation. As the vapor deposition method, for example, a resistance heating vapor deposition method or an electron beam method can be applied to the film formation, and as the plating method, for example, an electrolytic plating method, an electroless plating method, or the like can be applied to the film formation.

好適な実施例では、好適な堆積法を選ぶとき、金属膜47は窪み45a、45b、45c、45dを埋めて、金属膜47の表面47aは、突起43a、43b、43c及び窪み45a、45b、45c、45dによって構成されるラフネスより小さいラフネス(例えば所望のラフネス以下の第2表面粗さRMS2)を有することができる。   In a preferred embodiment, when a suitable deposition method is selected, the metal film 47 fills the depressions 45a, 45b, 45c, 45d, and the surface 47a of the metal film 47 has projections 43a, 43b, 43c and depressions 45a, 45b, It is possible to have a roughness smaller than the roughness constituted by 45c and 45d (for example, the second surface roughness RMS2 below the desired roughness).

研磨を行う場合、研磨前の金属膜は、金属・ダイヤモンド複合体の凸部上において表面粗さの1倍以上の厚みであれば良く、表面粗さの3倍程度であることが好ましい。例えば、表面粗さが3μmの場合、3μm以上であれば良く、9μmであることが好ましい。   In the case of polishing, the metal film before polishing may have a thickness of 1 or more times the surface roughness on the convex portion of the metal / diamond composite, and preferably about 3 times the surface roughness. For example, when the surface roughness is 3 μm, it may be 3 μm or more, and preferably 9 μm.

(蒸着法による成膜)
本実施の形態における一実施例では、金属膜47は、蒸着法で成長された金属層を含むことができる。蒸着法による成長は、第1表面粗さを有する金属・ダイヤモンド複合体主面を蒸着法で金属層を覆うことを可能にする。
(Deposition by vapor deposition)
In one example of the present embodiment, the metal film 47 can include a metal layer grown by a vapor deposition method. The growth by the vapor deposition method enables the metal / diamond composite main surface having the first surface roughness to be covered by the vapor deposition method.

図5の(a)部に示されるように、蒸着法を適用可能な成膜装置10cでは、蒸着源からのフラックス49が基板43の主面43aに向って進む。フラックス49は、金属粒子を主面43aに提供する。主面43aへのフラックス49の金属粒子の付着により、金属・ダイヤモンド複合体基板主面43aに金属薄膜47bが堆積する。金属薄膜47bは主面43aにほぼ一様に堆積している。このとき、金属薄膜47bの表面は金属・ダイヤモンド複合体基板主面43aの形状とほぼ同じである。   As shown in part (a) of FIG. 5, in the film forming apparatus 10 c to which the vapor deposition method can be applied, the flux 49 from the vapor deposition source proceeds toward the main surface 43 a of the substrate 43. The flux 49 provides metal particles to the main surface 43a. The metal thin film 47b is deposited on the metal / diamond composite substrate main surface 43a by the adhesion of the metal particles of the flux 49 to the main surface 43a. The metal thin film 47b is deposited almost uniformly on the main surface 43a. At this time, the surface of the metal thin film 47b is substantially the same as the shape of the metal / diamond composite substrate main surface 43a.

成膜装置10cでは、図5の(b)部に示されるように、蒸着源からのフラックス49が基板43の主面43aに向って進むので、徐々に平坦になりながら、金属・ダイヤモンド複合体基板主面43aに金属薄膜47cが堆積する。金属・ダイヤモンド複合体基板43の主面43aが、ダイヤモンド粒子41による突起と突起の間に位置し主に金属40からなる窪みとに起因するラフネスを有するけれども、フラックス49により供給される金属粒子はへこんでいる窪みに堆積していく。金属の堆積により、金属薄膜47cの表面ラフネスは、突起及び窪みによるラフネスはほとんど変化しない。   In the film forming apparatus 10c, as shown in part (b) of FIG. 5, the flux 49 from the vapor deposition source proceeds toward the main surface 43a of the substrate 43, so that the metal / diamond composite is gradually flattened. A metal thin film 47c is deposited on the substrate main surface 43a. Although the main surface 43a of the metal / diamond composite substrate 43 has a roughness due to a depression mainly made of the metal 40 located between the protrusions formed by the diamond particles 41, the metal particles supplied by the flux 49 are It accumulates in the hollow which is dented. Due to metal deposition, the surface roughness of the metal thin film 47c hardly changes due to protrusions and depressions.

成膜装置10cでは、図5の(c)部に示されるように、所望の厚さを有する金属層47dが成長される。本実施例では、金属膜47は単一の金属層47dを含む。必要な場合には、所望の厚さになるように、一又は複数の金属膜を成長してもよい。本実施例では、金属の堆積に蒸着法を適用しているけれども、複数の金属層の成長を行うときには、第2層目の成膜では、蒸着法及びメッキ法等を引き続く成膜のために使用できる。   In the film forming apparatus 10c, as shown in FIG. 5C, a metal layer 47d having a desired thickness is grown. In the present embodiment, the metal film 47 includes a single metal layer 47d. If necessary, one or more metal films may be grown to a desired thickness. In this embodiment, the vapor deposition method is applied to the metal deposition. However, when a plurality of metal layers are grown, the second layer is formed for the subsequent film formation by the vapor deposition method and the plating method. Can be used.

金属膜47の厚さ(金属上)は第1表面粗さRMS1の2倍以上であることができる。この作製方法によれば、金属膜47の厚さが第1表面粗さの2倍以上であるとき、金属膜47は、平坦化の膜減りを考慮した厚さを有する。   The thickness of the metal film 47 (on the metal) can be more than twice the first surface roughness RMS1. According to this manufacturing method, when the thickness of the metal film 47 is twice or more of the first surface roughness, the metal film 47 has a thickness that takes into account the reduction in planarization.

好ましくは、金属膜47の厚さは第1表面粗さRMS1の3倍以下であることができる。金属膜47の厚さが第1表面粗さRMS1の3倍以上であるとき、金属膜47は、平平坦化の膜減りを考慮した十分な厚さを有する。   Preferably, the thickness of the metal film 47 can be three times or less the first surface roughness RMS1. When the thickness of the metal film 47 is three times or more the first surface roughness RMS1, the metal film 47 has a sufficient thickness in consideration of flattening film reduction.

金属膜47は、金属・ダイヤモンド複合体基板43の主面43aの窪みを埋めており、金属膜47は、窪みにおいて6μm以上であることができる。上記の厚みの金属膜47は、成膜後の平坦化処理を可能にする。   The metal film 47 fills the depression of the main surface 43a of the metal / diamond composite substrate 43, and the metal film 47 can be 6 μm or more in the depression. The metal film 47 having the above thickness enables a flattening process after the film formation.

蒸着された金属膜の厚みは、金属ダイヤモンド複合体の窪みの深さ(例えば、3μm程度)の2倍から3倍程度であれば良い(例えば、窪みの底から6〜9μm程度であり、突起の上部からは3〜6μm程度である。蒸着された金属膜の成長後に、蒸着金属膜の表面をポリッシュにより平坦化を行う。   The thickness of the deposited metal film may be about 2 to 3 times the depth (for example, about 3 μm) of the depression of the metal diamond composite (for example, about 6 to 9 μm from the bottom of the depression, The surface of the deposited metal film is planarized by polishing after growth of the deposited metal film.

(メッキ法による成膜)
本実施の形態における別の実施例では、金属膜47は、メッキ法で成長された金属層を含むことができる。メッキ法による成長は、第1表面粗さを有する金属・ダイヤモンド複合体主面をメッキ法による金属層で覆うことを可能にする。また、メッキ法による金属堆積では、金属・ダイヤモンド複合体基板43の主面43aにおける窪み45a〜45dにまず金属が形成されて、窪み45a〜45dが少し埋まる。さらに、メッキ法による金属堆積を続けるとき、窪み45a〜45dが徐々に埋まっていき、ダイヤモンド粒子の表面を覆って成長する。ついには、主面43aを覆う。
(Deposition by plating method)
In another example of the present embodiment, the metal film 47 may include a metal layer grown by a plating method. The growth by the plating method makes it possible to cover the metal / diamond composite main surface having the first surface roughness with the metal layer by the plating method. In metal deposition by plating, metal is first formed in the depressions 45a to 45d in the main surface 43a of the metal / diamond composite substrate 43, and the depressions 45a to 45d are slightly filled. Furthermore, when the metal deposition by the plating method is continued, the recesses 45a to 45d are gradually filled and grow over the surface of the diamond particles. Finally, the main surface 43a is covered.

メッキ法を適用可能な成膜装置10dは、電解槽50a、電極50b及び電源50cを含み、電解槽50aには電解液50dが満たされている。成膜装置10dでは、図6の(a)部に示されるように、電解槽50a内の電解液50dに金属・ダイヤモンド複合体基板43及び電極50bが浸される。電源50cを電極50bと金属・ダイヤモンド複合体基板43の導電部との間に接続して、電流を流す。電源50cからの電流は、金属・ダイヤモンド複合体基板43及び電解液50dを介して流れる。この電流は、金属・ダイヤモンド複合体基板43の金属40を流れる。この流れに起因して、メッキ法による堆積は、金属・ダイヤモンド複合体基板43の主面43aの金属40上に選択的に生じて、金属・ダイヤモンド複合体基板主面43aに金属薄膜47eが成長する。金属薄膜47eは、ます金属40上に成長される。このとき、金属薄膜47e及び金属・ダイヤモンド複合体基板主面43aからなる中間表面の表面粗さ(ラフネス)は、第1表面粗さより小さくなっている。これ故に、金属薄膜47bの表面は金属・ダイヤモンド複合体基板主面43aの平坦性より改善された平坦性を有する。   The film forming apparatus 10d to which the plating method can be applied includes an electrolytic cell 50a, an electrode 50b, and a power source 50c, and the electrolytic solution 50d is filled in the electrolytic cell 50a. In the film forming apparatus 10d, as shown in part (a) of FIG. 6, the metal / diamond composite substrate 43 and the electrode 50b are immersed in the electrolytic solution 50d in the electrolytic bath 50a. A power source 50c is connected between the electrode 50b and the conductive portion of the metal / diamond composite substrate 43 to pass a current. The current from the power source 50c flows through the metal / diamond composite substrate 43 and the electrolytic solution 50d. This current flows through the metal 40 of the metal / diamond composite substrate 43. Due to this flow, the deposition by the plating method selectively occurs on the metal 40 of the main surface 43a of the metal / diamond composite substrate 43, and the metal thin film 47e grows on the metal / diamond composite substrate main surface 43a. To do. The metal thin film 47e is grown on the metal 40 increasingly. At this time, the surface roughness (roughness) of the intermediate surface composed of the metal thin film 47e and the metal / diamond composite substrate main surface 43a is smaller than the first surface roughness. Therefore, the surface of the metal thin film 47b has a flatness that is improved over the flatness of the metal / diamond composite substrate main surface 43a.

図6の(b)部に示されるように、成膜装置10dでは、電解液からの金属粒子が選択的に成長した金属薄膜47eを種として引き続く堆積が進む。金属・ダイヤモンド複合体基板主面43aに金属薄膜47fがメッキ法で形成される。金属薄膜47fは金属・ダイヤモンド複合体基板主面43aを覆っている。図6の(b)部に示されるように、金属・ダイヤモンド複合体基板主面43aにおける金属40上の金属膜厚はダイヤモンド粒子上の金属膜厚より厚く、メッキ膜はまずへこんでいる窪みに成長していく。メッキ膜の成長により、金属薄膜47fの表面ラフネスは、突起及び窪みによるラフネスより小さくていく。   As shown in part (b) of FIG. 6, in the film forming apparatus 10d, the subsequent deposition proceeds using the metal thin film 47e on which the metal particles from the electrolytic solution are selectively grown as seeds. A metal thin film 47f is formed on the metal / diamond composite substrate main surface 43a by a plating method. The metal thin film 47f covers the metal / diamond composite substrate main surface 43a. As shown in part (b) of FIG. 6, the metal film thickness on the metal 40 in the metal / diamond composite substrate main surface 43a is larger than the metal film thickness on the diamond particles, and the plating film is first formed in a concave recess. Growing up. Due to the growth of the plating film, the surface roughness of the metal thin film 47f becomes smaller than the roughness due to the protrusions and depressions.

成膜装置10dでは、図6の(c)部に示されるように、所望の厚さを有する金属層47gが成長される。本実施例では、金属膜47は単一の金属層47gを含む。必要な場合には、所望の厚さになるように、一又は複数の金属膜を成長していく。本実施例では、堆積にメッキ法を適用しているけれども、複数の金属層の成長を行うときには、第2層目の成膜では、蒸着法及びメッキ法等を引き続く成膜のために使用できる。   In the film forming apparatus 10d, a metal layer 47g having a desired thickness is grown as shown in part (c) of FIG. In this embodiment, the metal film 47 includes a single metal layer 47g. If necessary, one or more metal films are grown so as to have a desired thickness. In this embodiment, the plating method is applied to the deposition. However, when a plurality of metal layers are grown, the second layer can be used for the subsequent deposition by the vapor deposition method and the plating method. .

メッキ法により成膜では、金属層47gの厚さは第1表面粗さの3倍以上であることができる。メッキ法による金属堆積では、第1表面粗さの3倍以上の厚さを有する金属層を成長するとき、金属層47gの表面粗さは、金属・ダイヤモンド複合体基板主面43aにおける本来の第1表面粗さより小さくなる。   In the film formation by the plating method, the thickness of the metal layer 47g can be three times or more the first surface roughness. In the metal deposition by the plating method, when a metal layer having a thickness of three times or more the first surface roughness is grown, the surface roughness of the metal layer 47g is the original first in the metal / diamond composite substrate main surface 43a. Less than 1 surface roughness.

金属層47gの厚さは第1表面粗さRMS1の6倍以上であることができる。メッキ法による金属堆積では、第1表面粗さRMS1の3倍以上の厚さを有する金属層を成長するとき、この金属層47gの表面粗さは、金属・ダイヤモンド複合体基板主面43aにおける本来の第1表面粗さRMS1より十分に小さくできる。   The thickness of the metal layer 47g may be 6 times or more the first surface roughness RMS1. In the metal deposition by the plating method, when a metal layer having a thickness of three times or more of the first surface roughness RMS1 is grown, the surface roughness of the metal layer 47g is inherent to the metal / diamond composite substrate main surface 43a. The first surface roughness RMS1 can be made sufficiently smaller.

金属層47gは、金属・ダイヤモンド複合体基板主面43aにおけるダイヤモンド粒子41による突起と金属40の表面からなる窪みを埋めており、金属層47gは窪みにおいて6μm以上であることができる。メッキ法による金属堆積では、6μm以上の厚さで金属層を成長するとき、金属層47gの表面粗さは、金属・ダイヤモンド複合体基板主面43aにおける元の第1表面粗さRMS1より小さくできる。   The metal layer 47g fills the depression formed by the projections of the diamond particles 41 and the surface of the metal 40 on the metal / diamond composite substrate main surface 43a, and the metal layer 47g can be 6 μm or more in the depression. In metal deposition by plating, when a metal layer is grown with a thickness of 6 μm or more, the surface roughness of the metal layer 47g can be made smaller than the original first surface roughness RMS1 on the metal / diamond composite substrate main surface 43a. .

金属層47gは窪みにおいて9μm以上であることができる。メッキ法による金属堆積では、9μm以上の厚さで金属層を成長するとき、金属層47gの表面粗さは、金属・ダイヤモンド複合体基板主面43aにおける本来の第1表面粗さより十分に小さくできる。   The metal layer 47g can be 9 μm or more in the depression. In metal deposition by plating, when a metal layer is grown with a thickness of 9 μm or more, the surface roughness of the metal layer 47g can be sufficiently smaller than the original first surface roughness of the metal / diamond composite substrate main surface 43a. .

金属層47gの表面粗さは3μm未満であることが可能である。メッキ法による金属堆積においては、金属・ダイヤモンド複合体の主面における窪みの深さが、金属堆積における選択的な埋め込み作用により小さくなっていく。   The surface roughness of the metal layer 47g can be less than 3 μm. In metal deposition by the plating method, the depth of the depression in the main surface of the metal / diamond composite is reduced by the selective filling action in the metal deposition.

メッキ金属の厚みが、金属ダイヤの窪みの深さ(例えば、3μm)の3倍から6倍であるとき、窪みが選択的にメッキされた後に、このメッキ部分を種にして横方向にもメッキが成長して、この結果、メッキ膜の表面は自己的に平坦化される。発明者の実験によれば、凹みの底から9〜18μmの厚みのメッキ膜の成長により、その表面の平坦性(rms)を1μm未満にすることが可能である。メッキ膜の成長の後に、平坦化のためのポリッシュは行わなくても良い。なお、メッキ膜は窪みにおいて18μm以上であってもよい。   When the thickness of the plated metal is 3 to 6 times the depth of the metal diamond recess (for example, 3 μm), after the recess is selectively plated, the plated portion is used as a seed for lateral plating. As a result, the surface of the plating film is flattened by itself. According to the inventor's experiment, it is possible to make the surface flatness (rms) less than 1 μm by growing a plating film having a thickness of 9 to 18 μm from the bottom of the recess. Polishing for planarization may not be performed after the growth of the plating film. The plating film may be 18 μm or more in the depression.

蒸着法又はメッキ法により成膜された金属膜47の表面粗さは1μm以下であることができる。表面粗さの低減に応じた実効接触面積の向上が提供される。   The surface roughness of the metal film 47 formed by vapor deposition or plating can be 1 μm or less. An increase in effective contact area corresponding to a reduction in surface roughness is provided.

また、蒸着法又はメッキ法により成膜された金属膜47の表面粗さは0.15μm以下であることができる。表面粗さの低減に応じた実効接触面積の向上により、ヒートシンクの熱伝導特性が、金属・ダイヤモンド複合物の材料自体の値にかなり近い値になる。   Further, the surface roughness of the metal film 47 formed by vapor deposition or plating can be 0.15 μm or less. By improving the effective contact area in accordance with the reduction in surface roughness, the heat conduction characteristics of the heat sink become values that are very close to those of the metal / diamond composite material itself.

さらに、蒸着法又はメッキ法により成膜された金属膜47の表面粗さは0.1μm以下であることができる。表面粗さの低減に応じた実効接触面積の向上により、ヒートシンクの熱伝導特性を金属・ダイヤモンド複合物の材料自体の値に非常に近づけることができる。   Furthermore, the surface roughness of the metal film 47 formed by vapor deposition or plating can be 0.1 μm or less. By improving the effective contact area according to the reduction in surface roughness, the heat conduction characteristics of the heat sink can be made very close to the value of the metal / diamond composite material itself.

図4の(c)部を参照するとき、堆積されたものとしての金属領域45の表面が所望のラフネスを達成していないとき、工程S104では、金属膜47に表面粗さを改善するための処理装置10bで処理を行って、第1表面粗さRMS1より小さい第2表面粗さRMS2を有する金属表面を金属領域に提供する。   Referring to part (c) of FIG. 4, when the surface of the deposited metal region 45 does not achieve the desired roughness, in step S104, the metal film 47 has a surface roughness for improving the surface roughness. Processing is performed by the processing apparatus 10b to provide a metal surface with a metal surface having a second surface roughness RMS2 smaller than the first surface roughness RMS1.

金属膜47の処理は例えば研磨を含むことができる。具体的には、金属膜47の表面47aが所望の表面粗さに不足するときは、金属膜47の処理として、金属膜表面47aを研磨することができる。金属膜47の研磨は、機械的研磨法及び機械的化学的研磨法の少なくともいずれか一方を行われることができる。この作製方法によれば、金属膜47の処理として金属研磨を行うときは、例えば機械的研磨法、機械的化学的研磨法等を適用できる研磨器を用いることができる。   The treatment of the metal film 47 can include polishing, for example. Specifically, when the surface 47a of the metal film 47 is insufficient to have a desired surface roughness, the metal film surface 47a can be polished as a treatment of the metal film 47. The metal film 47 can be polished by at least one of a mechanical polishing method and a mechanical chemical polishing method. According to this manufacturing method, when metal polishing is performed as the treatment of the metal film 47, for example, a polisher to which a mechanical polishing method, a mechanical chemical polishing method, or the like can be applied can be used.

研磨方法は例えば以下のように行う。定盤にワックスで金属ダイヤモンド複合生産物(又は金属ダイヤモンド複合体ヒートシンク)を貼付け、研磨装置のバフ上に配置する。バフを回転させることにより、金属ダイヤモンド複合生産物(又は金属ダイヤモンド複合体ヒートシンク)の金属膜をポリッシュする。好適な実施例では、ポリッシュは1次ポリッシュ及び2次ポリッシュを行う。
1次ポリッシュ剤:ダイヤモンドを主成分とする平均粒子径0.25μmと純水との混合液。
2次ポリッシュ剤:ダイヤモンドを主成分とする平均粒子径0.1μmと純水との混合液。
The polishing method is performed as follows, for example. A metal diamond composite product (or metal diamond composite heat sink) is affixed to a surface plate with wax and placed on a buff of a polishing apparatus. By rotating the buff, the metal film of the metal diamond composite product (or metal diamond composite heat sink) is polished. In the preferred embodiment, the polish performs a primary polish and a secondary polish.
Primary polishing agent: Mixed liquid of an average particle size of 0.25 μm mainly composed of diamond and pure water.
Secondary polish agent: A mixture of an average particle size of 0.1 μm mainly composed of diamond and pure water.

工程S106では、複合体生産物を形成した後に、複合体生産物を加工により分離して、半導体デバイスを搭載するための搭載面を有する一又は複数のヒートシンク11を形成する。   In step S106, after forming the composite product, the composite product is separated by processing to form one or a plurality of heat sinks 11 having a mounting surface for mounting a semiconductor device.

本実施の形態における作製方法によれば、金属・ダイヤモンド複合体基板43と金属・ダイヤモンド複合体基板主面43aに設けられた金属領域49とを含む複合体生産物を形成する。ダイヤモンド粒子41による突起と突起の間に位置する窪みとを含む金属・ダイヤモンド複合体基板主面43aにおいて金属領域49は窪みを埋めて、突起及び窪みに起因するラフネスより小さいラフネスをヒートシンクの搭載面に提供できる。   According to the manufacturing method in the present embodiment, a composite product including the metal / diamond composite substrate 43 and the metal region 49 provided on the metal / diamond composite substrate main surface 43a is formed. In the metal / diamond composite substrate main surface 43a including the protrusions formed by the diamond particles 41 and the recesses located between the protrusions, the metal region 49 fills the recesses, and the heat sink mounting surface has a roughness smaller than the roughness caused by the protrusions and the recesses. Can be provided.

金属・ダイヤモンド複合物基板43から作製されたヒートシンク(図1のヒートシンク11)では、金属・ダイヤモンド複合物基板表面43aにはダイヤモンド及び金属が現れており、これらは、互いに異なる硬度を有する。ヒートシンク表面の平坦性を高めるために金属・ダイヤモンド複合物基板表面43aを研磨するとき、金属の削れとダイヤモンドの削れとが互いに異なり、その結果、研磨された金属・ダイヤモンド複合物基板43の研磨面にはある程度のラフネスが残る。これ故に、金属・ダイヤモンド複合物基板表面43aにはラフネスが形成されている。このヒートシンクの研磨面に半田等によりメタライズを行うとき、メタライズによる金属は、ヒートシンク研磨面の形状に合わせて形成される。その結果、メタライズ金属層の表面には、研磨された金属・ダイヤモンド複合物基板43の研磨面のラフネスと同程度のラフネスが残る。したがって、メタライズ面上に半導体デバイスを実装するとき、半導体デバイスの実装面とヒートシンクの研磨面との実効的な実装面積は、半導体デバイスの実装面の面積に比べて小さい。   In the heat sink produced from the metal / diamond composite substrate 43 (heat sink 11 in FIG. 1), diamond and metal appear on the metal / diamond composite substrate surface 43a, and these have different hardnesses. When the metal / diamond composite substrate surface 43a is polished in order to enhance the flatness of the heat sink surface, the metal scraping and the diamond scraping are different from each other. As a result, the polished surface of the polished metal / diamond composite substrate 43 Some roughness remains. Therefore, roughness is formed on the metal / diamond composite substrate surface 43a. When metallization is performed on the polished surface of the heat sink with solder or the like, the metalized metal is formed in accordance with the shape of the heat sink polished surface. As a result, a roughness comparable to that of the polished surface of the polished metal / diamond composite substrate 43 remains on the surface of the metallized metal layer. Therefore, when a semiconductor device is mounted on the metallized surface, the effective mounting area between the mounting surface of the semiconductor device and the polished surface of the heat sink is smaller than the area of the mounting surface of the semiconductor device.

しかしながら、本実施の形態のヒートシンクを作製する方法によれば、金属・ダイヤモンド複合体基板43と金属領域49とを含む複合体生産物を形成するに際して、ダイヤモンド粒子41による突起と突起の間に位置する窪みとを含む金属・ダイヤモンド複合体基板主面43aにおいて金属領域47が窪みを埋めて、突起及び窪みに起因するラフネスを低減したヒートシンク搭載面を提供できる。   However, according to the method of manufacturing the heat sink of the present embodiment, when the composite product including the metal / diamond composite substrate 43 and the metal region 49 is formed, the diamond particles 41 are positioned between the protrusions. In the metal / diamond composite substrate main surface 43a including the recess, the metal region 47 fills the recess, thereby providing a heat sink mounting surface with reduced roughness due to the protrusion and the recess.

再び図3を参照しながら、別の実施例を説明する。工程S101では、第1表面粗さRMS1の主面を有しヒートシンクのベースのための金属・ダイヤモンド複合体43を準備する。工程S102では、金属・ダイヤモンド複合体基板(図4において、符号43で参照される)から複合体生産物を形成する。複合体生産物は、金属・ダイヤモンド複合体基板と、この金属・ダイヤモンド複合体基板の主面に設けられた金属膜とを含む。   With reference to FIG. 3 again, another embodiment will be described. In step S101, a metal / diamond composite 43 having a main surface with a first surface roughness RMS1 and for a heat sink base is prepared. In step S102, a composite product is formed from a metal / diamond composite substrate (referred to by reference numeral 43 in FIG. 4). The composite product includes a metal / diamond composite substrate and a metal film provided on the main surface of the metal / diamond composite substrate.

工程S107では、この金属膜がメッキ法で形成される。メッキ法の成膜は、例えば図6を参照しながら説明された実施例と同様に適用されることができるが、これに限定されるものではない。成膜装置10dに金属・ダイヤモンド複合体基板43を配置する。次いで、金属・ダイヤモンド複合体基板43の主面43aに金属膜47をメッキ法で形成して、金属膜47と金属・ダイヤモンド複合体基板43とを含む複合体生産物を形成する。この結果、メッキ膜が金属・ダイヤモンド複合体基板43上に成長される。工程S106では、複合体生産物を加工により分離して、半導体デバイスを搭載するための搭載面を有する一又は複数のヒートシンク11を形成する。   In step S107, this metal film is formed by a plating method. The film formation by the plating method can be applied, for example, in the same manner as the embodiment described with reference to FIG. 6, but is not limited thereto. A metal / diamond composite substrate 43 is disposed in the film forming apparatus 10d. Next, a metal film 47 is formed on the main surface 43a of the metal / diamond composite substrate 43 by plating to form a composite product including the metal film 47 and the metal / diamond composite substrate 43. As a result, a plating film is grown on the metal / diamond composite substrate 43. In step S106, the composite product is separated by processing to form one or a plurality of heat sinks 11 having a mounting surface for mounting a semiconductor device.

このヒートシンクを作製する方法によれば、金属膜47をメッキ法で形成するので、メッキ膜はまず金属・ダイヤモンド複合体基板主面43aにおける金属表面に成長する。これ故に、メッキ膜は窪みを埋めながら成長する。また、メッキ膜は、金属表面からダイヤモンドに沿って成長していき、ダイヤモンド粒子41による突起を覆って、ついには一体の金属膜47を形成する。このような成長機構により、金属・ダイヤモンド複合体基板主面43a(ヒートシンク11の搭載面11a)には、突起及び窪みに起因するラフネスより小さいラフネスを提供できる。   According to the method of manufacturing the heat sink, the metal film 47 is formed by the plating method. Therefore, the plating film first grows on the metal surface of the metal / diamond composite substrate main surface 43a. Therefore, the plating film grows while filling the recess. Further, the plating film grows along the diamond from the metal surface, covers the protrusions of the diamond particles 41, and finally forms an integral metal film 47. By such a growth mechanism, the metal / diamond composite substrate main surface 43a (mounting surface 11a of the heat sink 11) can be provided with a roughness smaller than the roughness caused by the protrusions and the depressions.

メッキ法で成長されたものとしての、つまり研磨無しの金属膜47の表面は第2表面粗さRMS2を有し、第2表面粗さRMS2は第1表面粗さRMS1より小さい。既に説明したように、この実施例においても、第1表面粗さRMS1及び第2表面粗さRMS2は、レーザ顕微鏡で測定され、また50μm〜100スクエア内のいずれかエリアで規定されることができる。   The surface of the metal film 47 grown by plating, that is, without polishing, has a second surface roughness RMS2, and the second surface roughness RMS2 is smaller than the first surface roughness RMS1. As already explained, also in this embodiment, the first surface roughness RMS1 and the second surface roughness RMS2 are measured with a laser microscope and can be defined in any area within 50 μm to 100 squares. .

メッキ法で成長されたものとしての金属膜47の厚さは第1表面粗さRMS1の3倍以上であることができる。メッキ法による金属堆積では、第1表面粗さRMS1の3倍以上の厚さを有する金属層を成長するとき、金属膜47の表面粗さは、金属・ダイヤモンド複合体基板主面43aにおける本来の第1表面粗さより小さくなる。   The thickness of the metal film 47 grown by the plating method can be three times or more the first surface roughness RMS1. In the metal deposition by the plating method, when a metal layer having a thickness of three times or more the first surface roughness RMS1 is grown, the surface roughness of the metal film 47 is the original surface roughness of the metal / diamond composite substrate main surface 43a. It becomes smaller than the first surface roughness.

メッキ法で成長されたものとしての金属膜47の厚さは第1表面粗さRMS1の6倍以上であることができる。メッキ法による金属堆積では、第1表面粗さの3倍以上の厚さを有する金属層を成長するとき、金属膜47の表面粗さは、金属・ダイヤモンド複合体基板主面43aにおける本来の第1表面粗さRMS1より十分に小さくできる。   The thickness of the metal film 47 grown by the plating method can be 6 times or more the first surface roughness RMS1. In the metal deposition by the plating method, when a metal layer having a thickness of three times or more the first surface roughness is grown, the surface roughness of the metal film 47 is the original first surface of the metal / diamond composite substrate main surface 43a. It can be made sufficiently smaller than one surface roughness RMS1.

メッキ法で成長されたものとしての金属膜47は金属・ダイヤモンド複合体基板主面43aにおける窪みにおいて6μm以上であることができる。メッキ法による金属堆積では、6μm以上の厚さで金属層を成長するとき、金属膜47の表面粗さは、金属・ダイヤモンド複合体基板主面43aにおける本来の第1表面粗さRMS1より小さくできる。   The metal film 47 grown by the plating method can have a thickness of 6 μm or more in the depression in the metal / diamond composite substrate main surface 43a. In metal deposition by plating, when a metal layer is grown with a thickness of 6 μm or more, the surface roughness of the metal film 47 can be made smaller than the original first surface roughness RMS1 on the metal / diamond composite substrate main surface 43a. .

メッキ法で成長されたものとしての金属膜47は主面43aの窪みにおいて9μm以上であることができる。メッキ法による金属堆積では、9μm以上の厚さで金属層を成長するとき、金属膜47の表面粗さは、金属・ダイヤモンド複合体の主面における本来の第1表面粗さRMS1より十分に小さくできる。   The metal film 47 grown by the plating method can be 9 μm or more in the depression of the main surface 43a. In metal deposition by plating, when a metal layer is grown with a thickness of 9 μm or more, the surface roughness of the metal film 47 is sufficiently smaller than the original first surface roughness RMS1 on the main surface of the metal / diamond composite. it can.

メッキ法で成長されたものとしての金属膜47は、ダイヤモンド粒子41による突起において窪みの深さ以上の厚さを有し、金属・ダイヤモンド複合体基板主面43aには、ダイヤモンド粒子による突起と金属の表面からなる窪みとを含み、金属膜47は窪みを埋めており、金属膜47はダイヤモンド粒子41による突起において窪みの深さ以上の厚さを有することができる。メッキ法による金属堆積においては、金属・ダイヤモンド複合体基板主面43aにおける窪みの深さが、金属堆積における選択的な埋め込み作用により小さくなっていく。   The metal film 47 grown by the plating method has a thickness that is equal to or greater than the depth of the depressions in the projections formed by the diamond particles 41. The metal-diamond composite substrate main surface 43a has projections and metal formed by the diamond particles. The metal film 47 fills the depression, and the metal film 47 can have a thickness greater than the depth of the depression in the projections of the diamond particles 41. In the metal deposition by the plating method, the depth of the recess in the metal / diamond composite substrate main surface 43a is reduced by the selective burying action in the metal deposition.

(実施例)
図7は、銅・ダイヤモンド複合体の表面に設けられた金メタライズの表面及び半田部の表面を示す図面である。図7を参照すると、銅・ダイヤモンド複合体の表面を示す画像に加えて、レーザ顕微鏡で測定された表面粗さの変化が示されている。図7の画像では、画像に向かって左側がAuを蒸着した銅・ダイヤモンド複合体であり、画像に向かって右側がその複合体の上に蒸着したSnAg半田である。
図7の画像には、「Ref1」で示されるラインが示されおり、ラインRef1上に番号「1」、「2」及び「4」が描かれている。
表面粗さの変化では、番号「1」、「2」及び「4」で指し示される位置における表面粗さの値が以下のものである。
位置番号、 幅、 高さ、 長さ。
位置1: 14.796、 4.955、15.604。
位置2: 14.799、 3.106、16.101。
位置4: 7.273、 1.652、 7.458。
(単位:マイクロメートル)。
レーザ顕微鏡による測定では、表面粗さ(上記の高さ)は金メタライズ部において3.1μm〜5μm程度である。これらの位置における表面粗さは、接触式段差計による測定では、例えば0.1マイクロメートルである。
(Example)
FIG. 7 is a drawing showing the surface of a gold metallization and the surface of a solder part provided on the surface of a copper / diamond composite. Referring to FIG. 7, in addition to an image showing the surface of a copper / diamond composite, the change in surface roughness measured with a laser microscope is shown. In the image of FIG. 7, the left side of the image is a copper / diamond composite having Au deposited thereon, and the right side of the image is SnAg solder deposited on the composite.
In the image of FIG. 7, a line indicated by “Ref1” is shown, and numbers “1”, “2”, and “4” are drawn on the line Ref1.
In the change of the surface roughness, the values of the surface roughness at the positions indicated by the numbers “1”, “2” and “4” are as follows.
Position number, width, height, length.
Position 1: 14.796, 4.955, 15.604.
Position 2: 14.799, 3.106, 16.101.
Position 4: 7.273, 1.652, 7.458.
(Unit: micrometer).
In the measurement with a laser microscope, the surface roughness (the height described above) is about 3.1 μm to 5 μm in the gold metallized portion. The surface roughness at these positions is, for example, 0.1 micrometers as measured by a contact-type step gauge.

図8は、銅・ダイヤモンド複合体の表面に設けられた金メタライズの表面及び半田部の表面を示す図面である。図8を参照すると、銅・ダイヤモンド複合体の表面を示す画像に加えて、レーザ顕微鏡で測定された表面粗さの変化が示されている。図8の画像では、画像に向かって左側がAuを蒸着した銅・ダイヤモンド複合体であり、画像に向かって右側がその複合体の上に蒸着したSnAg半田である。
図7の画像には、「Ref2」で示されるラインが示されおり、半田部におけるラインRef2上に番号「1」及び「2」が描かれている。
表面粗さの変化では、番号「1」及び「2」で指し示される位置における表面粗さの値が以下のものである。
位置番号、 幅、 高さ、 長さ。
位置1: 22.319、 3.896、22.657。
位置2: 26.332、 3.898、26.619。
(単位:マイクロメートル)。
レーザ顕微鏡による測定では、表面粗さ(上記の高さ)は半田部において3.8μm程度である。これらの位置における表面粗さは、接触式段差計による測定では、例えば0.1マイクロメートルである。
FIG. 8 is a drawing showing the surface of a gold metallization and the surface of a solder part provided on the surface of a copper / diamond composite. Referring to FIG. 8, in addition to an image showing the surface of a copper / diamond composite, the change in surface roughness measured with a laser microscope is shown. In the image of FIG. 8, the left side of the image is a copper / diamond composite with Au deposited, and the right side of the image is SnAg solder deposited on the composite.
In the image of FIG. 7, a line indicated by “Ref2” is shown, and numbers “1” and “2” are drawn on the line Ref2 in the solder portion.
In the change of the surface roughness, the values of the surface roughness at the positions indicated by the numbers “1” and “2” are as follows.
Position number, width, height, length.
Position 1: 22.319, 3.896, 22.657.
Position 2: 26.332, 3.898, 26.619.
(Unit: micrometer).
In the measurement with a laser microscope, the surface roughness (the height described above) is about 3.8 μm at the solder portion. The surface roughness at these positions is, for example, 0.1 micrometers as measured by a contact-type step gauge.

本実施の形態では、緑色発光のレーザダイオードの寿命及び信頼性の向上の観点から、金属複合ダイヤモンド・ヒートシンクの表面粗さを検討している。   In the present embodiment, the surface roughness of the metal composite diamond heat sink is examined from the viewpoint of improving the lifetime and reliability of the green laser diode.

発明者らは、半極性{20−21}面上の緑色レーザダイオードの投入電力は高いので、その放熱性を高めることが非常に重要であることを見出した。緑色レーザダイオードの素子寿命を確保する上で、熱伝導率の観点からは、銅ダイヤモンド複合体(熱伝導率、例えば550W/mK程度)を含む材料をサブマウントに用いることが好ましい。   The inventors have found that since the input power of the green laser diode on the semipolar {20-21} plane is high, it is very important to improve its heat dissipation. From the viewpoint of thermal conductivity, it is preferable to use a material containing a copper diamond composite (thermal conductivity, for example, about 550 W / mK) for the submount in order to ensure the element lifetime of the green laser diode.

しかしながら、発明者らの測定によれば、入手可能な銅ダイヤモンド複合体の表面粗さは、図7及び図8から理解されるように、銅ダイヤモンドの表面粗さが酷く、その値は3μmを越える。この程度の表面粗さを有する銅ダイヤモンドをサブマウントとして用いる評価では、銅ダイヤモンドサブマウントは、AlNサブマウント(熱伝導率、例えば170W/mK程度)と同程度の放熱性能を示す。   However, according to the measurement by the inventors, the surface roughness of the available copper diamond composite is as shown in FIGS. 7 and 8, and the surface roughness of the copper diamond is severe, and the value is 3 μm. Over. In the evaluation using copper diamond having such a surface roughness as a submount, the copper diamond submount exhibits a heat radiation performance comparable to that of an AlN submount (thermal conductivity, for example, about 170 W / mK).

図9は、表面粗さを低減していない銅ダイヤモンド複合体サブマウントの外観を示す図面である。図9の(a)部を参照すると、この顕微鏡写真は、銅ダイヤモンド複合体の表面に特有の表面粗さを表している。サブマウント表面のハンダ部の表面粗さは、レーザ顕微鏡による測定で3μmを越えており、図9の(b)部を参照すると、窪みに銅が現れている。   FIG. 9 is a drawing showing the appearance of a copper diamond composite submount whose surface roughness is not reduced. Referring to part (a) of FIG. 9, this photomicrograph represents the surface roughness specific to the surface of the copper diamond composite. The surface roughness of the solder portion of the submount surface exceeds 3 μm as measured by a laser microscope, and copper appears in the recess when referring to the portion (b) of FIG.

図10は、この表面粗さを低減していない銅ダイヤモンド複合体サブマウント上にレーザダイオードを実装した後にレーザダイオードを剥がした外観を示す。図10の(a)部は、剥がしたサブマウントの表面の外観を示す。図10の(b)部は、剥がしたレーザダイオードの電極表面の外観を示す。図10の(b)部を参照すると、銅ダイヤサブマウント表面の大きなラフネスが、そのままレーザダイオードチップの電極表面の半田に転写されている。また、レーザダイオードチップの電極表面に半田が濡れていない。これらの実験結果から、発明者らは、銅ダイヤモンド複合体サブマウントに固有の表面粗さに起因して、銅ダイヤモンド複合体の物性が引き出されていない、と考えている。シェア強度の測定は以下の値を示す。
銅ダイヤサブマウント:750g。
AlNサブマウント:1000g。
銅ダイヤサブマウントおける密着性はAlNサブマウントおける密着性より悪い。
FIG. 10 shows an appearance in which the laser diode is peeled off after mounting the laser diode on the copper diamond composite submount whose surface roughness is not reduced. Part (a) of FIG. 10 shows the appearance of the surface of the peeled submount. Part (b) of FIG. 10 shows the appearance of the electrode surface of the laser diode that has been peeled off. Referring to part (b) of FIG. 10, the large roughness of the copper diamond submount surface is directly transferred to the solder on the electrode surface of the laser diode chip. Further, the solder is not wet on the electrode surface of the laser diode chip. From these experimental results, the inventors believe that the physical properties of the copper diamond composite have not been drawn due to the surface roughness inherent in the copper diamond composite submount. The measurement of the shear strength shows the following values.
Copper diamond submount: 750 g.
AlN submount: 1000 g.
The adhesion in the copper diamond submount is worse than the adhesion in the AlN submount.

これまでの銅ダイヤモンドでは、発明者らの検討によれば、3μmを越える表面粗さのため、レーザダイオードの電極と半田との接触面積が、期待されるものよりも少ない。これ故に、銅ダイヤモンド複合体のヒートシンクは、銅ダイヤモンド複合体本来の熱伝導性(熱伝導率、例えば550W/mK程度)を発揮していなかった。   In the conventional copper diamond, according to the examination by the inventors, the contact area between the electrode of the laser diode and the solder is smaller than expected because of the surface roughness exceeding 3 μm. For this reason, the heat sink of the copper diamond composite did not exhibit the original thermal conductivity (thermal conductivity, for example, about 550 W / mK) of the copper diamond composite.

つまり、銅ダイヤモンド複合体のサブマウントの表面粗さの改善が望まれている。発明者らの検討によれば、銅ダイヤモンド複合体は硬度の異なる銅とダイヤモンド粒子を含み、銅ダイヤモンド複合体の大きな表面粗さは、硬度の異なる銅とダイヤモンドに起因する。発明者らの観察により、銅ダイヤモンド複合体表面の凹部は銅からなり、凸部はダイヤモンドからなるであることが見出された。この大きな表面粗さを改善するための手法は、管理された表面粗さの金属領域を銅ダイヤモンド複合体表面に形成すること、及び、このために正確な表面粗さの見積もりを行うことにある。   That is, it is desired to improve the surface roughness of the submount of the copper diamond composite. According to the study by the inventors, the copper diamond composite includes copper and diamond particles having different hardness, and the large surface roughness of the copper diamond composite is attributed to copper and diamond having different hardness. According to the observation by the inventors, it was found that the concave portion on the surface of the copper diamond composite was made of copper and the convex portion was made of diamond. The approach to improving this large surface roughness is to form a controlled surface roughness metal region on the surface of the copper diamond composite, and for this purpose an accurate surface roughness estimate is made. .

実験では、銅ダイヤモンド複合体表面のラフネス(例えば3μmを越える表面粗さ)を越える厚さの金属膜を成長する。下地のラフネス(銅ダイヤモンド複合体表面のラフネス)を越える厚さの金属を堆積することが好ましく、例えば10μm程度であることが好ましい。この金属膜の表面の研磨・ポリッシュを行って、金属表面を削り、0.1μm以下の表面粗さ(rms)をサブマウント表面の金属表面に提供する。サブマウント表面の金属表面の表面粗さ(rms)は0.1μm未満であることが好ましいが、0.15μm以下であっても十分に適用可能である。表面粗さ(rms)の上限が1.0μm以下であるとき、このサブマウントは、十分な効果を提供できる。また、表面粗さ(rms)の上限が3.0μm以下であるとき、サブマウントの熱伝導性を銅ダイヤモンド複合体本来の値に近づけることができる。発明者らの検討によれば、10nm程度の表面粗さ(rms)をサブマウント表面の金属表面に作り込むことができる。上記の表面粗さの範囲において、銅ダイヤモンドの本来の物性を引き出すことが可能となり、この結果、緑色レーザダイオードの信頼性を改善することが可能となる。好ましくは、銅を含む金属ダイヤモンド・ヒートシンクの表面粗さ(rms)は例えば10nm以上1.0μmであり、更に好ましくは、銅を含む金属ダイヤモンド・ヒートシンクの表面粗さ(rms)は例えば10nm以上であり、0.1μmである。また、銅ダイヤモンド複合体の銅に替えて、アルミニウム、タングステン、銀などのダイヤモンドより低い硬度の材料を適用可能である。   In the experiment, a metal film having a thickness exceeding the roughness of the copper diamond composite surface (for example, a surface roughness exceeding 3 μm) is grown. It is preferable to deposit a metal having a thickness exceeding the roughness of the base (roughness of the surface of the copper diamond composite), for example, about 10 μm. The surface of the metal film is polished and polished to scrape the metal surface and provide a surface roughness (rms) of 0.1 μm or less to the metal surface of the submount surface. The surface roughness (rms) of the metal surface of the submount surface is preferably less than 0.1 μm, but even if it is 0.15 μm or less, it is sufficiently applicable. When the upper limit of the surface roughness (rms) is 1.0 μm or less, this submount can provide a sufficient effect. Further, when the upper limit of the surface roughness (rms) is 3.0 μm or less, the thermal conductivity of the submount can be brought close to the original value of the copper diamond composite. According to the study by the inventors, a surface roughness (rms) of about 10 nm can be formed in the metal surface of the submount surface. In the above surface roughness range, the original physical properties of copper diamond can be extracted, and as a result, the reliability of the green laser diode can be improved. Preferably, the surface roughness (rms) of the metal diamond heat sink containing copper is, for example, 10 nm or more and 1.0 μm, and more preferably, the surface roughness (rms) of the metal diamond heat sink containing copper is, for example, 10 nm or more. Yes, it is 0.1 μm. Further, a material having a hardness lower than that of diamond, such as aluminum, tungsten, and silver, can be applied instead of copper in the copper diamond composite.

発明者らは、いくつかの表面粗さのサブマウントに緑色レーザダイオードをpダウン形態で実装して、半導体装置を作製する。これらの半導体装置の熱抵抗を測定する。図11は、サブマウントに依存した熱抵抗の変化の度数分布を示す図面である。図11を参照すると、改善前の銅ダイヤモンド複合体サブマウント(表面粗さ:レーザ顕微鏡では5マイクロメートル、接触式段差計では0.1マイクロメートル)C1、改善前の銅ダイヤモンド複合体サブマウント(表面粗さ:レーザ顕微鏡では3マイクロメートル、接触式段差計では0.1マイクロメートル)C2、改善後の銅ダイヤモンド複合体サブマウント(表面粗さ:レーザ顕微鏡では0.15マイクロメートル、接触式段差計では0.1マイクロメートル)A1、AlNサブマウントの熱抵抗の相対値を示す。図12の(a)部は、改善後の銅ダイヤモンド複合体サブマウントの外観の一例を示す図面であり、図12の(b)部は、改善前の銅ダイヤモンド複合体サブマウントの外観の一例を示す図面である。   The inventors mount a green laser diode in a p-down form on several surface roughness submounts to produce a semiconductor device. The thermal resistance of these semiconductor devices is measured. FIG. 11 is a diagram showing a frequency distribution of changes in thermal resistance depending on the submount. Referring to FIG. 11, copper diamond composite submount before improvement (surface roughness: 5 micrometers for laser microscope, 0.1 micrometer for contact level meter) C1, copper diamond composite submount before improvement ( Surface roughness: 3 micrometer for laser microscope, 0.1 micrometer for contact level meter C2; improved copper diamond composite submount (surface roughness: 0.15 micrometer for laser microscope, contact level difference (The total is 0.1 micrometer) A1 and the relative value of the thermal resistance of the AlN submount. FIG. 12 (a) is a drawing showing an example of the appearance of the improved copper diamond composite submount, and FIG. 12 (b) is an example of the appearance of the copper diamond composite submount before improvement. It is drawing which shows.

改善前の銅ダイヤモンド複合体サブマウントの熱抵抗は、度数を考慮した平均として見るとき、AlNサブマウントの+7パーセント増しの値である一方、改善後の銅ダイヤモンド複合体サブマウントの熱抵抗は、頻度を考慮した平均として見るとき、AlNサブマウントの−35パーセント低減の値である。改善前及び改善後の銅ダイヤモンド複合体の熱伝導率は同一の値である。   The thermal resistance of the copper diamond composite submount before improvement, when viewed as an average considering power, is + 7% higher than the AlN submount, while the thermal resistance of the copper diamond composite submount after improvement is When viewed as an average considering frequency, it is a value of -35 percent reduction of the AlN submount. The thermal conductivity of the copper diamond composite before and after the improvement is the same value.

本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。   The present invention is not limited to the specific configuration disclosed in the present embodiment.

以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、金属・ダイヤモンド複合体にその本来の熱伝導率を発揮させることを可能にするヒートシンクを提供することができる。また、本発明の実施の形態によれば、そのヒートシンクを作製する方法を提供することができる。さらに、本発明の実施の形態によれば、そのヒートシンクを含む半導体装置を提供することができる。またさらに、本発明の実施の形態によれば、半導体装置を含む半導体モジュールを提供することができる。   As described above, according to the embodiment of the present invention, it is possible to provide a heat sink that enables a metal / diamond composite to exhibit its original thermal conductivity. Moreover, according to the embodiment of the present invention, a method for producing the heat sink can be provided. Furthermore, according to the embodiment of the present invention, a semiconductor device including the heat sink can be provided. Furthermore, according to the embodiment of the present invention, a semiconductor module including a semiconductor device can be provided.

11…ヒートシンク、13…ベース、15…金属領域、18…金属・ダイヤモンド複合物、17…ダイヤモンド粒子、19…金属、23a、23b、23c…突起、25a、25b、25c、25d…窪み、31…半導体装置、33…半導体デバイス、35…半田材。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Heat sink, 13 ... Base, 15 ... Metal region, 18 ... Metal-diamond composite, 17 ... Diamond particle, 19 ... Metal, 23a, 23b, 23c ... Projection, 25a, 25b, 25c, 25d ... Depression, 31 ... Semiconductor device, 33... Semiconductor device, 35. Solder material.

Claims (45)

半導体デバイスを搭載するためのヒートシンクであって、
ダイヤモンド粒子と金属を複合した金属・ダイヤモンド複合物からなり、前記ダイヤモンド粒子及び前記金属が現れた主面を有するベースと、
前記ベースの主面を覆うように設けられた金属層を含み、デバイスを搭載するための搭載面を有する金属領域と、
を備え、
前記金属層は、半田材と異なる金属からなり、
前記ベースの前記主面には、前記ダイヤモンド粒子による突起と前記突起の間に位置する窪みとを含み、
前記金属領域は前記窪みを埋めて、前記搭載面は前記突起及び前記窪みによるラフネスより小さいラフネスを有する、ヒートシンク。
A heat sink for mounting a semiconductor device,
A base comprising a metal / diamond composite in which diamond particles and a metal are combined, and having a main surface on which the diamond particles and the metal appear;
A metal region including a metal layer provided to cover the main surface of the base, and having a mounting surface for mounting a device;
With
The metal layer is made of a metal different from the solder material,
The main surface of the base includes a projection formed by the diamond particles and a depression located between the projections,
The heat sink, wherein the metal region fills the depression, and the mounting surface has a roughness smaller than that of the protrusion and the depression.
前記金属領域の前記搭載面の表面粗さは0.15μm以下である、請求項1に記載されたヒートシンク。   2. The heat sink according to claim 1, wherein a surface roughness of the mounting surface of the metal region is 0.15 μm or less. 前記金属領域の厚さは前記窪みで3μmより大きい、請求項1又は請求項2に記載されたヒートシンク。   The heat sink according to claim 1 or 2, wherein the thickness of the metal region is larger than 3 µm in the depression. 前記金属領域の前記搭載面の表面粗さは0.1μm以下である、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載されたヒートシンク。   The heat sink as described in any one of Claims 1-3 whose surface roughness of the said mounting surface of the said metal area | region is 0.1 micrometer or less. 前記ベースの前記主面の表面粗さは3μmより大きく、
前記金属領域の前記搭載面の表面粗さは3μm以下である、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載されたヒートシンク。
The surface roughness of the main surface of the base is greater than 3 μm,
The heat sink as described in any one of Claims 1-4 whose surface roughness of the said mounting surface of the said metal area | region is 3 micrometers or less.
前記金属領域の前記搭載面の表面粗さは1μm以下である、請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載されたヒートシンク。   The heat sink as described in any one of Claims 1-5 whose surface roughness of the said mounting surface of the said metal area | region is 1 micrometer or less. 前記ベースの前記主面は第1表面粗さ(rms)を有し、
前記金属領域の前記搭載面は第2表面粗さ(rms)を有し、
前記第1表面粗さ及び前記第2表面粗さは、レーザ顕微鏡で測定され、また50μmスクエア〜100μmスクエアの範囲内のあるエリアで規定され、
前記第2表面粗さは前記第1表面粗さより小さい、請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載されたヒートシンク。
The main surface of the base has a first surface roughness (rms);
The mounting surface of the metal region has a second surface roughness (rms);
The first surface roughness and the second surface roughness are measured with a laser microscope and are defined in an area within a range of 50 μm square to 100 μm square;
The heat sink according to any one of claims 1 to 6, wherein the second surface roughness is smaller than the first surface roughness.
前記金属層は、Cu、Al、Ag、Au及びNiの少なくとも一つを含む金属からなる、請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載されたヒートシンク。   The heat sink according to claim 1, wherein the metal layer is made of a metal including at least one of Cu, Al, Ag, Au, and Ni. 前記金属・ダイヤモンド複合物の前記金属は、前記ダイヤモンド粒子をバインドするバインダー金属であり、
前記バインダー金属は、Cu、Al、Ag、Au、W、Ni、Co、Mnの1つ以上を主成分とする金属を含む、請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載されたヒートシンク。
The metal of the metal-diamond composite is a binder metal that binds the diamond particles;
The heat sink according to any one of claims 1 to 8, wherein the binder metal includes a metal mainly composed of one or more of Cu, Al, Ag, Au, W, Ni, Co, and Mn. .
前記バインダー金属は前記金属層の材料と異なる、請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載されたヒートシンク。   The heat sink according to any one of claims 1 to 9, wherein the binder metal is different from a material of the metal layer. 前記金属・ダイヤモンド複合物は、平均粒径1〜200μmのダイヤモンド粒を含む、請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載されたヒートシンク。   The heat sink according to any one of claims 1 to 10, wherein the metal / diamond composite includes diamond grains having an average particle diameter of 1 to 200 µm. 前記金属・ダイヤモンド複合物の熱膨張係数は、2.5×10−6/K以上6.5×10−6/K以下の範囲にある、請求項1〜請求項11のいずれか一項に記載されたヒートシンク。 The coefficient of thermal expansion of the metal / diamond composite is in a range of 2.5 × 10 −6 / K or more and 6.5 × 10 −6 / K or less, according to claim 1. The listed heat sink. ヒートシンクを作製する方法であって、
ヒートシンクのベースのための金属・ダイヤモンド複合体を準備する工程と、
前記金属・ダイヤモンド複合体の主面に設けられた金属領域と前記金属・ダイヤモンド複合体とを含む複合体生産物を形成する工程と、
前記複合体生産物を加工して、半導体デバイスを搭載するための搭載面を有するヒートシンクを形成する工程と、
を備え、
複合体生産物を形成する前記工程は、金属膜を形成する工程を含み、
前記金属膜は半田材と異なる金属からなり、
前記金属領域は前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面を覆い、
前記金属・ダイヤモンド複合体は、ダイヤモンド粒子と金属を複合したものであり、
前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面には、前記ダイヤモンド粒子による突起と前記突起の間に位置する窪みとを含み、
前記金属領域は前記窪みを埋めて、前記搭載面は前記突起及び前記窪みによるラフネスより小さいラフネスを有する、ヒートシンクを作製する方法。
A method of making a heat sink,
Preparing a metal-diamond composite for the base of the heat sink;
Forming a composite product comprising a metal region provided on a main surface of the metal / diamond composite and the metal / diamond composite;
Processing the composite product to form a heat sink having a mounting surface for mounting a semiconductor device; and
With
Said step of forming a composite product includes forming a metal film;
The metal film is made of a metal different from the solder material,
The metal region covers the main surface of the metal-diamond composite;
The metal / diamond composite is a composite of diamond particles and metal,
The main surface of the metal / diamond composite includes a protrusion formed by the diamond particles and a depression located between the protrusions,
The method for producing a heat sink, wherein the metal region fills the depression, and the mounting surface has a roughness smaller than that of the protrusion and the depression.
前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面は第1表面粗さを有し、
複合体生産物を形成する前記工程は、
前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面に前記金属領域を形成する工程と、
前記金属膜に処理を行って、前記第1表面粗さより小さい第2表面粗さを有する金属表面を前記金属領域に提供する工程とを更に含み、
前記第1表面粗さ及び前記第2表面粗さは、レーザ顕微鏡で測定され、また50μmスクエア〜100μmスクエアの範囲内のあるエリアで規定される、請求項13に記載されたヒートシンクを作製する方法。
The main surface of the metal / diamond composite has a first surface roughness;
Said step of forming a composite product comprises:
Forming the metal region on the main surface of the metal-diamond composite;
Providing the metal region with a metal surface having a second surface roughness less than the first surface roughness by treating the metal film;
14. The method of making a heat sink according to claim 13, wherein the first surface roughness and the second surface roughness are measured with a laser microscope and are defined in an area within a range of 50 [mu] m square to 100 [mu] m square. .
前記金属膜の前記処理は研磨を含む、請求項14に記載されたヒートシンクを作製する方法。   The method of making a heat sink according to claim 14, wherein the treatment of the metal film includes polishing. 前記金属膜の前記処理は、機械的研磨法及び機械的化学的研磨法の少なくともいずれか一方で行われる、請求項14又は請求項15に記載されたヒートシンクを作製する方法。   The method for producing a heat sink according to claim 14 or 15, wherein the treatment of the metal film is performed by at least one of a mechanical polishing method and a mechanical chemical polishing method. 前記金属膜の形成は、蒸着法及びメッキ法の少なくともいずれかの成長法で行われる、請求項13〜請求項16のいずれか一項に記載されたヒートシンクを作製する方法。   The method for producing a heat sink according to any one of claims 13 to 16, wherein the metal film is formed by a growth method of at least one of an evaporation method and a plating method. 前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面は第1表面粗さを有し、
前記金属膜は、蒸着法で成長された金属層を含む、請求項13〜請求項17のいずれか一項に記載されたヒートシンクを作製する方法。
The main surface of the metal / diamond composite has a first surface roughness;
The method for producing a heat sink according to any one of claims 13 to 17, wherein the metal film includes a metal layer grown by an evaporation method.
前記金属層の厚さは前記第1表面粗さの2倍以上である、請求項18に記載されたヒートシンクを作製する方法。   The method of manufacturing a heat sink according to claim 18, wherein the thickness of the metal layer is twice or more the first surface roughness. 前記金属層の厚さは、前記第1表面粗さの3倍以下である、請求項18又は請求項19に記載されたヒートシンクを作製する方法。   The method for producing a heat sink according to claim 18 or 19, wherein the thickness of the metal layer is three times or less of the first surface roughness. 前記金属層は、前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面の前記窪みを埋めており、
前記金属層は、前記窪みにおいて6μm以上である、請求項18〜請求項20のいずれか一項に記載されたヒートシンクを作製する方法。
The metal layer fills the depression of the main surface of the metal / diamond composite,
The method for producing a heat sink according to any one of claims 18 to 20, wherein the metal layer has a thickness of 6 µm or more in the depression.
前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面は第1表面粗さを有し、
前記金属膜は、メッキ法で成長された金属層を含む、請求項13〜請求項17のいずれか一項に記載されたヒートシンクを作製する方法。
The main surface of the metal / diamond composite has a first surface roughness;
The method for producing a heat sink according to claim 13, wherein the metal film includes a metal layer grown by a plating method.
前記金属層の厚さは前記第1表面粗さの3倍以上である、請求項22に記載されたヒートシンクを作製する方法。   The method for producing a heat sink according to claim 22, wherein the thickness of the metal layer is three times or more of the first surface roughness. 前記金属層の厚さは、前記第1表面粗さの6倍以上である、請求項22又は請求項23に記載されたヒートシンクを作製する方法。   24. The method for producing a heat sink according to claim 22 or claim 23, wherein a thickness of the metal layer is six times or more of the first surface roughness. 前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面には、前記ダイヤモンド粒子による突起と金属の表面からなる窪みとを含み、
前記金属層は前記窪みを埋めており、
前記金属層は前記窪みにおいて9μm以上である、請求項22〜請求項24のいずれか一項に記載されたヒートシンクを作製する方法。
The main surface of the metal / diamond composite includes a protrusion made of the diamond particles and a depression made of a metal surface,
The metal layer fills the depression;
The method for producing a heat sink according to any one of claims 22 to 24, wherein the metal layer is 9 µm or more in the depression.
前記金属層は前記窪みにおいて18μm以上である、請求項22〜請求項25のいずれか一項に記載されたヒートシンクを作製する方法。   26. The method for producing a heat sink according to any one of claims 22 to 25, wherein the metal layer is 18 [mu] m or more in the depression. 前記金属領域の前記表面粗さは3μm未満である、請求項22〜請求項26のいずれか一項に記載されたヒートシンクを作製する方法。   27. A method for making a heat sink as claimed in any one of claims 22 to 26, wherein the surface roughness of the metal region is less than 3 [mu] m. 前記金属領域の前記表面粗さは1μm以下である、請求項13〜請求項27のいずれか一項に記載されたヒートシンクを作製する方法。   The method for producing a heat sink according to any one of claims 13 to 27, wherein the surface roughness of the metal region is 1 µm or less. 前記金属領域の表面粗さは0.15μm以下である、請求項13〜請求項28のいずれか一項に記載されたヒートシンクを作製する方法。   The method for producing a heat sink according to any one of claims 13 to 28, wherein a surface roughness of the metal region is 0.15 µm or less. 前記金属領域の表面粗さは0.1μm以下である、請求項13〜請求項29のいずれか一項に記載されたヒートシンクを作製する方法。   30. The method for producing a heat sink according to any one of claims 13 to 29, wherein a surface roughness of the metal region is 0.1 [mu] m or less. 前記金属・ダイヤモンド複合体は、平均粒径1〜200μmのダイヤモンド粒を含む、請求項13〜請求項30のいずれか一項に記載されたヒートシンクを作製する方法。   The method for producing a heat sink according to any one of claims 13 to 30, wherein the metal / diamond composite includes diamond grains having an average particle diameter of 1 to 200 µm. 前記金属・ダイヤモンド複合体の前記金属は、前記ダイヤモンド粒子をバインドするバインダー金属であり、
前記バインダー金属は、Cu、Al、Ag、Au、W、Ni、Co、Mnの1つ以上を主成分とする金属を含む、請求項13〜請求項31のいずれか一項に記載されたヒートシンクを作製する方法。
The metal of the metal-diamond composite is a binder metal that binds the diamond particles,
The heat sink according to any one of claims 13 to 31, wherein the binder metal includes a metal mainly composed of one or more of Cu, Al, Ag, Au, W, Ni, Co, and Mn. How to make.
ヒートシンクを作製する方法であって、
第1表面粗さの主面を有しヒートシンクのベースのための金属・ダイヤモンド複合体を準備する工程と、
前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面に金属膜をメッキ法で形成して、前記金属膜と前記金属・ダイヤモンド複合体とを含む複合体生産物を形成する工程と、
前記複合体生産物を加工して、デバイスを搭載するための搭載面を有するヒートシンクを形成する工程と、
を備え、
前記金属・ダイヤモンド複合体は、ダイヤモンド粒子と金属を複合したものであり、
前記金属膜は、前記ダイヤモンド粒子による突起を覆い、
前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面には、前記ダイヤモンド粒子による突起と前記金属の表面からなる窪みとを含み、
前記金属膜は前記窪みを埋めて、前記搭載面は前記突起及び前記窪みによるラフネスより小さいラフネスを有する、ヒートシンクを作製する方法。
A method of making a heat sink,
Providing a metal-diamond composite for a base of a heat sink having a first surface roughness major surface;
Forming a metal film on the main surface of the metal / diamond composite by plating to form a composite product including the metal film and the metal / diamond composite;
Processing the composite product to form a heat sink having a mounting surface for mounting the device; and
With
The metal / diamond composite is a composite of diamond particles and metal,
The metal film covers the protrusions of the diamond particles;
The main surface of the metal-diamond composite includes a protrusion formed by the diamond particles and a depression made of the surface of the metal,
The method for producing a heat sink, wherein the metal film fills the depression, and the mounting surface has a roughness smaller than that of the protrusion and the depression.
前記金属膜の表面は第2表面粗さを有し、
前記第2表面粗さは前記第1表面粗さより小さく、
前記第1表面粗さ及び前記第2表面粗さは、レーザ顕微鏡で測定され、また50μmスクエアで規定される、請求項33に記載されたヒートシンクを作製する方法。
The surface of the metal film has a second surface roughness;
The second surface roughness is less than the first surface roughness;
34. The method of making a heat sink according to claim 33, wherein the first surface roughness and the second surface roughness are measured with a laser microscope and are defined by 50 [mu] m square.
前記金属膜の厚さは、前記第1表面粗さの3倍以上である、請求項33又は請求項34に記載されたヒートシンクを作製する方法。   35. The method for producing a heat sink according to claim 33 or claim 34, wherein a thickness of the metal film is three times or more of the first surface roughness. 前記金属膜の厚さは、前記第1表面粗さの6倍以上である、請求項33〜請求項35のいずれか一項に記載されたヒートシンクを作製する方法。   36. The method for producing a heat sink according to any one of claims 33 to 35, wherein a thickness of the metal film is six times or more of the first surface roughness. 前記金属膜は前記窪みを埋めており、
前記金属膜は前記窪みにおいて9μm以上である、請求項33〜請求項36のいずれか一項に記載されたヒートシンクを作製する方法。
The metal film fills the depression,
37. The method for producing a heat sink according to any one of claims 33 to 36, wherein the metal film is 9 [mu] m or more in the depression.
前記金属膜は前記窪みにおいて18μm以上である、請求項33〜請求項37のいずれか一項に記載されたヒートシンクを作製する方法。   The method for producing a heat sink according to any one of claims 33 to 37, wherein the metal film is 18 µm or more in the depression. 前記金属膜は、前記ダイヤモンド粒子による突起において前記窪みの深さ以上の厚さを有する、請求項33〜請求項38のいずれか一項に記載されたヒートシンクを作製する方法。   39. The method for producing a heat sink according to any one of claims 33 to 38, wherein the metal film has a thickness equal to or greater than a depth of the depression in the projection of the diamond particles. 請求項1〜請求項12のいずれか一項に記載されたヒートシンクと、
前記ヒートシンクの前記搭載面上に搭載された半導体デバイスと、
前記ヒートシンクの前記搭載面に前記半導体デバイスを接着する半田材と、
を備える半導体装置。
A heat sink according to any one of claims 1 to 12,
A semiconductor device mounted on the mounting surface of the heat sink;
A solder material for bonding the semiconductor device to the mounting surface of the heat sink;
A semiconductor device comprising:
前記半導体デバイスは半導体レーザダイオードを含む、請求項40に記載された半導体装置。   41. The semiconductor device according to claim 40, wherein the semiconductor device includes a semiconductor laser diode. 前記半導体レーザダイオードは、500nm以上540nm以下の波長範囲の発振波長を発生する活性層と、III族窒化物からなるp型クラッド層と、III族窒化物からなるn型クラッド層とを含み、
前記活性層は前記p型クラッド層と前記n型クラッド層との間に設けられる、請求項41に記載された半導体装置。
The semiconductor laser diode includes an active layer that generates an oscillation wavelength in a wavelength range of 500 nm or more and 540 nm or less, a p-type cladding layer made of group III nitride, and an n-type cladding layer made of group III nitride,
42. The semiconductor device according to claim 41, wherein the active layer is provided between the p-type cladding layer and the n-type cladding layer.
前記半導体レーザダイオードは、前記n型クラッド層、前記活性層及び前記p型クラッド層を搭載する基板を含み、
前記基板は、III族窒化物からなる主面を含み、
前記基板の前記主面は、前記III族窒化物のc軸に直交する基準平面に対して10度以上80度以下又は100度以上170度以下の範囲の角度で傾斜する、請求項40〜請求項42のいずれか一項に記載された半導体装置。
The semiconductor laser diode includes a substrate on which the n-type cladding layer, the active layer, and the p-type cladding layer are mounted,
The substrate includes a main surface made of a group III nitride,
The main surface of the substrate is inclined at an angle in a range of 10 degrees to 80 degrees or 100 degrees to 170 degrees with respect to a reference plane orthogonal to the c-axis of the group III nitride. Item 43. The semiconductor device according to any one of Items 42.
前記基板の前記主面の前記角度は63度以上80度以下又は100度以上117度以下の範囲にある、請求項43に記載された半導体装置。   44. The semiconductor device according to claim 43, wherein the angle of the main surface of the substrate is in a range of 63 degrees to 80 degrees or 100 degrees to 117 degrees. 請求項40〜請求項44のいずれか一項に記載された半導体装置と、
前記半導体装置を搭載するパッケージと、
を備える半導体モジュール。
A semiconductor device according to any one of claims 40 to 44;
A package for mounting the semiconductor device;
A semiconductor module comprising:
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