JP2022002266A - Semiconductor light emitting device - Google Patents

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Abstract

To provide a semiconductor light emitting device that has desired characteristics as a heat dissipating thin film of the semiconductor light emitting device.SOLUTION: A semiconductor light emitting device comprises: a semiconductor light emitting element; a support that supports the semiconductor light emitting element; and a composite plated layer that is between the semiconductor light emitting element and the support and includes a metal layer in which diamond particles are dispersed. The diamond particles have a first particle group having a volume occupancy rate of 59 vol% or more and a particle diameter of 64 μm or more and 200 μm or less, and a second particle group having a particle diameter of 16 μm or more and 50 μm or less. The diamond particles do not substantially have particles having a particle diameter exceeding 50 μm and less than 64 μm. The particle diameter when the particles take the maximum value of the volume occupancy rate in the second particle group is one-fourth or less of the particle diameter when the particles take the maximum value of the volume occupancy rate in the first particle group. The volume occupancy rate integrated within the particle diameter range of the second particle group is smaller than the volume occupancy rate integrated within the particle diameter range of the first particle group.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

この発明は、半導体発光装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor light emitting device.

電子部品が作動時に発する熱を効率よく外部に拡散させるための放熱性材料として、以前より、ダイヤモンド粒子を含む金属層が利用されてきた。例えば、特許文献1及び特許文献2には、金属めっき層中にダイヤモンド粒子を複合させた複合めっき層が開示されている。斯かる複合めっき層の成膜方法について、特許文献1には、ダイヤモンド粒子を分散させためっき液を攪拌させながら電解めっきを行い、ダイヤモンド粒子を金属めっき層中に固定し、複合めっき層を得る方法が開示されている。この成膜方法を攪拌法という。特許文献2には、ダイヤモンド粒子を分散させためっき液の攪拌を止め、沈降するダイヤモンド粒子を最密構造に堆積させつつ電解めっきを行い、ダイヤモンド粒子を金属めっき層中に固定し、複合めっき層を得る方法が開示されている。この成膜方法を沈降法という。 A metal layer containing diamond particles has long been used as a heat-dissipating material for efficiently diffusing the heat generated by an electronic component to the outside. For example, Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose a composite plating layer in which diamond particles are composited in a metal plating layer. Regarding the method for forming such a composite plating layer, Patent Document 1 describes electrolytic plating while stirring a plating solution in which diamond particles are dispersed, and fixes the diamond particles in the metal plating layer to obtain a composite plating layer. The method is disclosed. This film forming method is called a stirring method. In Patent Document 2, stirring of the plating solution in which diamond particles are dispersed is stopped, electrolytic plating is performed while depositing the settling diamond particles in the densest structure, and the diamond particles are fixed in the metal plating layer to form a composite plating layer. Is disclosed how to obtain. This film forming method is called a sedimentation method.

また、ダイヤモンド粒子を含む金属層には、上述した複合めっき層の他に、ダイヤモンド粒子を含む複合体も知られている。特許文献3には、アルミニウム合金に、粒子径の異なる二つの粒子群からなるダイヤモンド粉末を含有させたアルミニウム−ダイヤモンド系複合体が開示されている。斯かる複合体の製造方法について、特許文献3には、高圧容器内に、ダイヤモンドの粉末を装填し、これにアルミニウム合金等の溶湯を高温、高圧下で含浸させてアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を得る、溶湯鍛造法が開示されている。 Further, as a metal layer containing diamond particles, a composite containing diamond particles is also known in addition to the above-mentioned composite plating layer. Patent Document 3 discloses an aluminum-diamond-based composite in which an aluminum alloy contains diamond powder composed of two particle groups having different particle diameters. Regarding the method for producing such a composite, Patent Document 3 describes a high-pressure container in which diamond powder is loaded and impregnated with a molten metal such as an aluminum alloy under high temperature and high pressure to form an aluminum-diamond composite. The obtained molten metal forging method is disclosed.

国際公開第2011/096432号International Publication No. 2011/096432 特開2015−160996号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-160996 国際公開第2018/123380号International Publication No. 2018/1233380

LDやLED等の半導体発光装置において、半導体発光素子から当該発光素子を支持する支持体へ熱を拡散させる放熱性薄膜として、ダイヤモンド粒子を含む金属層を使用することを考える。斯かる金属層の形成には、特許文献3に示した溶湯鍛造法よりも、特許文献1及び特許文献2に示した、電解めっきによる複合めっき層の成膜方法が使いやすい。その理由のひとつには、溶湯鍛造法が高温・高圧環境を得るための複雑・大型化した製造設備を要するのに対し、電解めっきによる成膜方法は、比較的単純・小型の製造設備でよいことが挙げられる。そのため、溶湯鍛造法で作ると高価になり、低コストが求められる半導体発光装置のような量産製品には使えないという問題があった。そこで、半導体発光装置の放熱性薄膜の形成に、電解めっきによる複合めっき層の成膜方法を採用する。 Consider using a metal layer containing diamond particles as a heat-dissipating thin film that diffuses heat from a semiconductor light-emitting element to a support that supports the light-emitting element in a semiconductor light-emitting device such as an LD or LED. For forming such a metal layer, the method for forming a composite plating layer by electrolytic plating shown in Patent Documents 1 and 2 is easier to use than the molten metal forging method shown in Patent Document 3. One of the reasons is that the molten metal forging method requires complicated and large-sized manufacturing equipment to obtain a high-temperature and high-pressure environment, whereas the film-forming method by electrolytic plating requires relatively simple and small-sized manufacturing equipment. Can be mentioned. Therefore, there is a problem that it is expensive to make by the molten metal forging method and cannot be used for mass-produced products such as semiconductor light emitting devices, which require low cost. Therefore, a method of forming a composite plating layer by electrolytic plating is adopted for forming a heat-dissipating thin film of a semiconductor light emitting device.

しかしながら、特許文献1に示された攪拌法では、複合めっき層におけるダイヤモンド粒子の体積占有率を向上させることが困難であるため、半導体発光装置として所望の特性を得ることができなかった。また、特許文献2に示された沈降法では、特許文献1よりも複合めっき層におけるダイヤモンド粒子の体積占有率を高められるものの、最大で74vol%までしか高めることができなかった。 However, with the stirring method shown in Patent Document 1, it is difficult to improve the volume occupancy of the diamond particles in the composite plating layer, so that the desired characteristics as a semiconductor light emitting device cannot be obtained. Further, in the sedimentation method shown in Patent Document 2, the volume occupancy of the diamond particles in the composite plating layer can be increased as compared with Patent Document 1, but the volume occupancy can be increased only up to 74 vol%.

本発明者は、上述した問題を解消し、半導体発光装置の放熱性薄膜として所望の特性を有する半導体発光装置を提供することを目的とする。 It is an object of the present inventor to solve the above-mentioned problems and to provide a semiconductor light emitting device having desired characteristics as a heat dissipation thin film of the semiconductor light emitting device.

本発明の半導体発光装置は、半導体発光素子と、
前記半導体発光素子を支持する支持体と、
前記半導体発光素子と前記支持体との間にあり、ダイヤモンド粒子が分散された金属層を含んで構成された複合めっき層と、を備え、
前記複合めっき層において、前記ダイヤモンド粒子の体積占有率が59vol%以上であり、
前記ダイヤモンド粒子は、粒子径が64μm以上200μm以下の第一粒子群と、粒子径が16μm以上50μm以下の第二粒子群と、を有する一方で、粒子径が50μmを超え64μm未満の粒子を実質的に有しておらず、
前記ダイヤモンド粒子の粒子径を横軸に、前記複合めっき層における前記ダイヤモンド粒子の単位粒子径幅あたりの体積占有率を縦軸にしたグラフにおいて、
前記第一粒子群及び前記第二粒子群は、それぞれ、体積占有率のピーク値を少なくとも一つ有し、
前記第二粒子群における前記ピーク値のうち、前記体積占有率の最大値をとるときの粒子径は、前記第一粒子群における前記ピーク値のうち、前記体積占有率の最大値をとるときの粒子径に対して、1/4倍以下であり、
前記第二粒子群の前記粒子径の範囲で積分した体積占有率は、前記第一粒子群の前記粒子径の範囲で積分した体積占有率よりも小さい。
The semiconductor light emitting device of the present invention includes a semiconductor light emitting device and
A support that supports the semiconductor light emitting device and
A composite plating layer, which is between the semiconductor light emitting device and the support and is configured to include a metal layer in which diamond particles are dispersed, is provided.
In the composite plating layer, the volume occupancy of the diamond particles is 59 vol% or more, and the volume occupancy is 59 vol% or more.
The diamond particles have a first particle group having a particle diameter of 64 μm or more and 200 μm or less and a second particle group having a particle diameter of 16 μm or more and 50 μm or less, while substantially particles having a particle diameter of more than 50 μm and less than 64 μm. I don't have it
In the graph in which the particle size of the diamond particles is on the horizontal axis and the volume occupancy rate per unit particle size width of the diamond particles in the composite plating layer is on the vertical axis.
The first particle group and the second particle group each have at least one peak value of volume occupancy.
The particle diameter when the maximum value of the volume occupancy is taken among the peak values in the second particle group is the maximum value of the volume occupancy among the peak values in the first particle group. It is 1/4 times or less of the particle size,
The volume occupancy integrated in the range of the particle size of the second particle group is smaller than the volume occupancy integrated in the range of the particle size of the first particle group.

詳細は後述するが、本発明は、これにより、複合めっき層におけるダイヤモンド粒子の体積占有率を高めることができ、複合めっき層の熱膨張率を半導体発光素子の熱膨張率に近づけて、その結果、半導体発光素子に与える歪みを抑制できる。加えて、複合めっき層の熱伝導率が向上し、その結果、放熱性が向上する。 Although the details will be described later, the present invention can increase the volume occupancy of diamond particles in the composite plating layer, and bring the coefficient of thermal expansion of the composite plating layer closer to the coefficient of thermal expansion of the semiconductor light emitting element, resulting in the result. , Distortion given to the semiconductor light emitting element can be suppressed. In addition, the thermal conductivity of the composite plating layer is improved, and as a result, the heat dissipation is improved.

前記ダイヤモンド粒子は、さらに、粒子径が0.5μm以上16μm未満の第三粒子群を有し、
前記ダイヤモンド粒子の粒子径を横軸に、前記ダイヤモンド粒子の前記複合めっき層における単位粒子径幅あたりの体積占有率を縦軸にしたグラフにおいて、
前記第三粒子群は、体積占有率のピーク値を少なくとも一つ有し、
前記第三粒子群におけるピーク値のうち最大値をとるときの粒子径は、前記第二粒子群におけるピーク値のうち最大値をとるときの粒子径に対して、1/4倍以下であり、
前記第三粒子群の前記粒子径の範囲で積分した体積占有率は、前記第二粒子群の前記粒子径の範囲で積分した体積占有率よりも小さいとよい。
The diamond particles further have a third particle group having a particle diameter of 0.5 μm or more and less than 16 μm.
In the graph in which the particle diameter of the diamond particles is on the horizontal axis and the volume occupancy of the diamond particles per unit particle diameter width in the composite plating layer is on the vertical axis.
The third particle group has at least one peak value of volume occupancy.
The particle diameter at the time of taking the maximum value among the peak values in the third particle group is 1/4 times or less the particle diameter at the time of taking the maximum value among the peak values in the second particle group.
The volume occupancy integrated in the particle size range of the third particle group may be smaller than the volume occupancy integrated in the particle size range of the second particle group.

前記第一粒子群の前記粒子径の範囲で積分した体積占有率は40vol%以下でも構わない。 The volume occupancy integrated in the range of the particle diameter of the first particle group may be 40 vol% or less.

前記複合めっき層の前記半導体発光素子が載置される側の表面には、前記ダイヤモンド粒子が存在しないとよい。 It is preferable that the diamond particles do not exist on the surface of the composite plating layer on the side on which the semiconductor light emitting device is placed.

前記複合めっき層を厚み方向に2分割し、前記半導体発光素子に近い第一層と前記支持体に近い第二層とに区分したとき、前記第一層におけるダイヤモンド粒子の体積占有率は、前記第二層におけるダイヤモンド粒子の体積占有率より大きくても構わない。 When the composite plating layer is divided into two in the thickness direction and divided into a first layer close to the semiconductor light emitting element and a second layer close to the support, the volume occupancy of the diamond particles in the first layer is the above. It may be larger than the volume occupancy of the diamond particles in the second layer.

前記金属層は、銅を主成分とする層であるとよい。 The metal layer may be a layer containing copper as a main component.

前記半導体発光素子は、GaAs系であるとよい。なお、本明細書において、GaAs系とは、GaAsから構成される二元化合物半導体の他、AlGaAsやInGaAs等の三元以上の化合物半導体を含む。 The semiconductor light emitting device is preferably GaAs-based. In addition, in this specification, a GaAs system includes a binary compound semiconductor composed of GaAs, as well as a ternary or more compound semiconductor such as AlGaAs or InGaAs.

これにより、高い熱伝導率を示し量産性の高い複合めっき層を有する半導体発光装置を提供できる。 This makes it possible to provide a semiconductor light emitting device having a composite plating layer showing high thermal conductivity and high mass productivity.

半導体発光装置の第一実施形態の部分断面図である。It is a partial cross-sectional view of the 1st Embodiment of a semiconductor light emitting device. 図1のA1領域の要部拡大断面図である。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the A1 region of FIG. 第一実施形態の複合めっき層の断面を模式的に示した図である。It is a figure which showed schematically the cross section of the composite plating layer of 1st Embodiment. 第一実施形態の複合めっき層に含まれるダイヤモンド粒子について、各ダイヤモンド粒子の粒子径を横軸に、各粒子径のダイヤモンド粒子の単位粒子径幅あたりの体積占有率を縦軸に表したグラフである。For the diamond particles contained in the composite plating layer of the first embodiment, the graph shows the particle size of each diamond particle on the horizontal axis and the volume occupancy rate per unit particle size width of the diamond particles of each particle size on the vertical axis. be. 第一実施形態の複合めっき層について、ダイヤモンド粒子の体積占有率ごとに、ダイヤモンド粒子径を横軸に、熱伝導率を縦軸に表したグラフである。It is a graph which showed the diamond particle diameter on the horizontal axis and thermal conductivity on the vertical axis for each volume occupancy of diamond particles about the composite plating layer of 1st Embodiment. 第一実施形態の複合めっき層について、複合めっき層におけるダイヤモンド粒子の体積占有率を横軸に、熱膨張率を縦軸に表したグラフである。It is a graph which showed the volume occupancy rate of the diamond particle in the composite plating layer on the horizontal axis, and the thermal expansion rate on the vertical axis about the composite plating layer of 1st Embodiment. 半導体装置の第二実施形態における複合めっき層周辺の要部拡大断面図である。It is an enlarged sectional view of the main part around the composite plating layer in the 2nd Embodiment of a semiconductor device. 第二実施形態の複合めっき層に含まれるダイヤモンド粒子について、各ダイヤモンド粒子の粒子径を横軸に、各粒子径のダイヤモンド粒子の単位粒子径幅あたりの体積占有率を縦軸に表したグラフである。For the diamond particles contained in the composite plating layer of the second embodiment, the graph shows the particle size of each diamond particle on the horizontal axis and the volume occupancy rate per unit particle size width of the diamond particles of each particle size on the vertical axis. be. 半導体発光装置の第三実施形態の要部拡大断面図である。It is an enlarged sectional view of the main part of the 3rd Embodiment of a semiconductor light emitting device. 半導体発光装置の参考形態の要部拡大断面図である。It is an enlarged sectional view of the main part of the reference form of a semiconductor light emitting device. 半導体発光装置の第四実施形態の上面図である。It is a top view of the 4th Embodiment of a semiconductor light emitting device. 図11の半導体発光装置のA2−A2線に沿う平面での断面図である。11 is a cross-sectional view taken along the line A2-A2 of the semiconductor light emitting device of FIG. 11 in a plane.

半導体発光装置の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書に開示された各図面は、あくまで模式的に図示されたものである。すなわち、図面上の寸法比と実際の寸法比とは必ずしも一致しておらず、また、各図面間においても寸法比は必ずしも一致していない。 An embodiment of the semiconductor light emitting device will be described with reference to the drawings. It should be noted that the drawings disclosed in the present specification are merely schematically illustrated. That is, the dimensional ratio on the drawing does not always match the actual dimensional ratio, and the dimensional ratio does not always match between the drawings.

以下において、XYZ座標系を適宜参照して説明される。また、本明細書において、方向を表現する際に、正負の向きを区別する場合には、「+X方向」、「−X方向」のように、正負の符号を付して記載される。また、正負の向きを区別せずに方向を表現する場合には、単に「X方向」と記載される。すなわち、本明細書において、単に「X方向」と記載されている場合には、「+X方向」と「−X方向」の双方が含まれる。Y方向及びZ方向についても同様である。 Hereinafter, the description will be given with reference to the XYZ coordinate system as appropriate. Further, in the present specification, when the positive and negative directions are distinguished when expressing the directions, they are described with positive and negative signs such as "+ X direction" and "-X direction". Further, when expressing a direction without distinguishing between positive and negative directions, it is simply described as "X direction". That is, in the present specification, when it is simply described as "X direction", both "+ X direction" and "-X direction" are included. The same applies to the Y direction and the Z direction.

<第一実施形態>
[半導体発光装置]
半導体発光装置の第一実施形態について説明する。図1は、半導体発光装置100の部分断面図である。半導体発光装置100は、半導体発光素子1と、半導体発光素子1を支持する支持体2とを有する。半導体発光素子1と支持体2との間には、半導体発光素子1側から順に、複合めっき層3と、シード層4とを有する。
<First Embodiment>
[Semiconductor light emitting device]
The first embodiment of the semiconductor light emitting device will be described. FIG. 1 is a partial cross-sectional view of the semiconductor light emitting device 100. The semiconductor light emitting device 100 includes a semiconductor light emitting element 1 and a support 2 that supports the semiconductor light emitting element 1. Between the semiconductor light emitting element 1 and the support 2, a composite plating layer 3 and a seed layer 4 are provided in this order from the semiconductor light emitting element 1 side.

半導体発光素子1は、GaAs系の半導体材料を使用した端面発光型のLDチップから構成される。半導体発光素子1は光出射端面1eからレーザ光L1を出射する。なお、半導体発光素子1は本実施形態に限定されず、例えば、半導体発光素子1は、GaAs系以外の半導体材料(例えばGaN系やInP系など)から構成されてもよい。また、半導体発光素子1はLEDチップでも構わない。 The semiconductor light emitting device 1 is composed of an end face light emitting type LD chip using a GaAs-based semiconductor material. The semiconductor light emitting device 1 emits the laser beam L1 from the light emitting end face 1e. The semiconductor light emitting device 1 is not limited to this embodiment, and for example, the semiconductor light emitting device 1 may be made of a semiconductor material other than the GaAs type (for example, GaN type, InP type, etc.). Further, the semiconductor light emitting device 1 may be an LED chip.

シード層4は、複合めっき層3と支持体2との密着性を高めるために使用される。例えば、支持体2の表面が導電性でない場合(例えば支持体2の表面がSiO膜)には、電気めっきによる成膜で十分な密着性を得られにくいため、支持体2上に薄い導電性層を成膜する。シード層4は、特に限定されないが、例えば、チタン/白金/金、チタン/金、クロム/白金/金、又はクロム/金をスパッタリングにより成膜した層から構成される。なお、シード層4は、なくても構わない。 The seed layer 4 is used to enhance the adhesion between the composite plating layer 3 and the support 2. For example, when the surface of the support 2 is not conductive (for example, the surface of the support 2 is a SiO 2 film), it is difficult to obtain sufficient adhesion by forming a film by electroplating, so that the surface of the support 2 is thinly conductive. A sex layer is formed. The seed layer 4 is not particularly limited, but is composed of, for example, a layer formed by sputtering titanium / platinum / gold, titanium / gold, chromium / platinum / gold, or chromium / gold. The seed layer 4 may be omitted.

支持体2は、半導体発光素子1を支持するとともに、半導体発光素子1に生じた熱を吸収し拡散させる。支持体2は、例えば、AlN基板等で構成されたサブマウントでもよい。 The support 2 supports the semiconductor light emitting device 1 and absorbs and diffuses the heat generated in the semiconductor light emitting device 1. The support 2 may be, for example, a submount made of an AlN substrate or the like.

本実施形態では、半導体発光素子1が複合めっき層3に接触しているが、半導体発光素子1と複合めっき層3との間に別の層が介在し、半導体発光素子1が複合めっき層3に接触していない形態でも構わない。別の層としては、例えば、半導体発光素子1と複合めっき層3とを接合するための半田層や、半田の他の層への流出を防止する半田ブロック層や、光反射層などが挙げられる。 In the present embodiment, the semiconductor light emitting device 1 is in contact with the composite plating layer 3, but another layer is interposed between the semiconductor light emitting element 1 and the composite plating layer 3, and the semiconductor light emitting device 1 is the composite plating layer 3. It may be in a form that is not in contact with. Examples of another layer include a solder layer for joining the semiconductor light emitting device 1 and the composite plating layer 3, a solder block layer for preventing solder from flowing out to another layer, a light reflection layer, and the like. ..

[複合めっき層の概要]
複合めっき層3について説明する。図2は、図1のA1領域(半導体発光素子1と複合めっき層3とが接する領域)の要部拡大断面図である。複合めっき層3は、金属層30中にダイヤモンド粒子(31,32)が分散された層を含む。金属層30は熱伝導性を有する材料であり、本実施形態では、金属層30は銅から構成されている。しかしながら、金属層30は、銅合金から構成されても構わないし、例えば、比較的熱伝導率の高いアルミニウム等の銅ではない材料から構成されても構わない。また、詳細は後述するが、ダイヤモンド粒子(31,32)は、粒子径の大きい順に、第一粒子群を構成するダイヤモンド粒子31と、第二粒子群を構成するダイヤモンド粒子32と、を含む。
[Overview of composite plating layer]
The composite plating layer 3 will be described. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the A1 region (region in which the semiconductor light emitting device 1 and the composite plating layer 3 are in contact with each other) in FIG. The composite plating layer 3 includes a layer in which diamond particles (31, 32) are dispersed in the metal layer 30. The metal layer 30 is a material having thermal conductivity, and in this embodiment, the metal layer 30 is made of copper. However, the metal layer 30 may be made of a copper alloy, or may be made of a non-copper material such as aluminum having a relatively high thermal conductivity. Further, as will be described in detail later, the diamond particles (31, 32) include diamond particles 31 constituting the first particle group and diamond particles 32 constituting the second particle group in descending order of particle diameter.

はじめに、金属層30にダイヤモンド粒子(31,32)を含ませることの意義について説明する。まず、ダイヤモンドは、金属層30を構成する銅よりも熱伝導性に優れる材料である。そのため、複合めっき層3におけるダイヤモンド粒子(31,32)の体積占有率が向上すると、基本的には、複合めっき層3の熱伝導特性が向上し、それに伴い半導体発光装置100の放熱性が向上する。ただし、詳細は後述するが、ダイヤモンド粒子(31,32)の粒子径によっては、複合めっき層3の熱伝導特性が上昇しない場合がある。 First, the significance of including diamond particles (31, 32) in the metal layer 30 will be described. First, diamond is a material having higher thermal conductivity than copper constituting the metal layer 30. Therefore, when the volume occupancy of the diamond particles (31, 32) in the composite plating layer 3 is improved, the heat conduction characteristics of the composite plating layer 3 are basically improved, and the heat dissipation of the semiconductor light emitting device 100 is improved accordingly. do. However, although the details will be described later, the thermal conduction characteristics of the composite plating layer 3 may not be improved depending on the particle size of the diamond particles (31, 32).

次に、ダイヤモンド粒子の粒子径について説明する。本明細書において、ダイヤモンドの粒子径は、当該ダイヤモンド粒子と同じ体積からなる真球の直径により定義される。例えば、図2における、ダイヤモンド粒子31の粒子径は、ダイヤモンド粒子31と同等の体積を有する真球(図2において、一点鎖線で示される円)の直径φ1で表される。ダイヤモンド粒子32の粒子径は、直径φ2で表される。この粒子径の測定方法の一例は、後述するダイヤモンド粒子の体積占有率計測方法にて示す。 Next, the particle size of the diamond particles will be described. As used herein, the diameter of a diamond particle is defined by the diameter of a true sphere having the same volume as the diamond particle. For example, the particle diameter of the diamond particle 31 in FIG. 2 is represented by the diameter φ1 of a true sphere (a circle represented by a alternate long and short dash line in FIG. 2) having a volume equivalent to that of the diamond particle 31. The particle diameter of the diamond particles 32 is represented by a diameter of φ2. An example of this particle size measuring method is shown in the volume occupancy measuring method of diamond particles described later.

図3は、半導体発光素子1に接する領域(例えばA1領域)における複合めっき層3の断面を模式的に示した図である。この図では、ダイヤモンド粒子(31,32)と同じ体積からなる真球をもってダイヤモンド粒子を描いている。なお、ダイヤモンド粒子(31,32)の実際の形状は複雑であり、ダイヤモンド粒子(31,32)の配置される向きは統一されていないが、図3に描かれた真球は、実際のダイヤモンド粒子(31,32)の体積を平均化させて表示したものといえる。 FIG. 3 is a diagram schematically showing a cross section of the composite plating layer 3 in a region in contact with the semiconductor light emitting device 1 (for example, an A1 region). In this figure, a diamond particle is drawn with a true sphere having the same volume as the diamond particle (31, 32). The actual shape of the diamond particles (31, 32) is complicated, and the orientation of the diamond particles (31, 32) is not unified, but the true sphere drawn in FIG. 3 is an actual diamond. It can be said that the volumes of the particles (31, 32) are averaged and displayed.

[複合めっき層におけるダイヤモンド粒子の体積占有率]
複合めっき層3におけるダイヤモンド粒子(31,32)の体積占有率について説明する。比較的大きい粒子径を有するダイヤモンド粒子31は、体積占有率を高めるために、互いに接近した状態で密に配置されている。そして、隣り合うダイヤモンド粒子31の隙間に、比較的小さい粒子径のダイヤモンド粒子32を配置することで、複合めっき層3におけるダイヤモンド粒子(31,32)の体積占有率を高めている。つまり、異なる粒子径のダイヤモンド粒子(31,32)を混在させることにより複合めっき層3における体積占有率を高め、複合めっき層3の熱伝導特性を向上させる。本明細書において、体積占有率とは、複合めっき層3全体の体積に対する、ダイヤモンド粒子の占める体積の割合を百分率で示したものである。
[Volume occupancy of diamond particles in the composite plating layer]
The volume occupancy of the diamond particles (31, 32) in the composite plating layer 3 will be described. The diamond particles 31 having a relatively large particle diameter are closely arranged close to each other in order to increase the volume occupancy. By arranging the diamond particles 32 having a relatively small particle diameter in the gaps between the adjacent diamond particles 31, the volume occupancy of the diamond particles (31, 32) in the composite plating layer 3 is increased. That is, by mixing diamond particles (31, 32) having different particle diameters, the volume occupancy in the composite plating layer 3 is increased, and the heat conduction characteristics of the composite plating layer 3 are improved. In the present specification, the volume occupancy rate indicates the ratio of the volume occupied by the diamond particles to the volume of the entire composite plating layer 3 as a percentage.

図4は、複合めっき層3に含まれるダイヤモンド粒子(31,32)について、各ダイヤモンド粒子の粒子径(μm)を横軸に、各粒子径のダイヤモンド粒子の単位粒子径幅あたりの体積占有率(vol%/μm)を縦軸にプロットしたグラフである。このグラフを任意の粒子径の範囲で積分することにより、複合めっき層3における当該粒子径の範囲のダイヤモンド粒子の体積占有率が求められる。このグラフは、後述する3次元X線顕微鏡を使用して、ダイヤモンド粒子の体積を測定し、測定結果からダイヤモンド粒子と同じ体積を有する真球の粒子径を導き、粒子径別の粒子群ごとに分類整理することにより得られる。 FIG. 4 shows the volume occupancy of the diamond particles (31, 32) contained in the composite plating layer 3 per unit particle size width of the diamond particles of each particle size with the particle size (μm) of each diamond particle as the horizontal axis. It is a graph which plotted (vol% / μm) on the vertical axis. By integrating this graph in the range of an arbitrary particle size, the volume occupancy of diamond particles in the range of the particle size in the composite plating layer 3 can be obtained. In this graph, the volume of diamond particles is measured using a three-dimensional X-ray microscope described later, and the particle size of a true sphere having the same volume as the diamond particles is derived from the measurement results, and each particle group by particle size is derived. Obtained by sorting and organizing.

ダイヤモンド粒子31は、64μm以上200μm以下の粒子径を有する第一粒子群71で構成される。ダイヤモンド粒子32は、16μm以上50μm以下の粒子径を有する第二粒子群72で構成される。図4に示されるように、各粒子群(71,72)は、粒子径が一定の範囲にあるダイヤモンド粒子の集合を表している。各粒子群(71,72)において、ダイヤモンド粒子の粒子径が全て同じである必要はない。各粒子群(71,72)は、体積占有率のピーク値を少なくとも一つ有する。本実施形態では、第一粒子群71が三つのピーク値(P11,P12,P13)を有し、第二粒子群72が二つのピーク値(P21,P22)を有する。 The diamond particle 31 is composed of a first particle group 71 having a particle diameter of 64 μm or more and 200 μm or less. The diamond particle 32 is composed of a second particle group 72 having a particle diameter of 16 μm or more and 50 μm or less. As shown in FIG. 4, each particle group (71, 72) represents a set of diamond particles having a particle diameter in a certain range. In each particle group (71, 72), it is not necessary that the particle diameters of the diamond particles are all the same. Each particle swarm (71,72) has at least one peak value of volume occupancy. In this embodiment, the first particle group 71 has three peak values (P11, P12, P13) and the second particle group 72 has two peak values (P21, P22).

第二粒子群72における二つのピーク値(P21,P22)のうち、体積占有率の最大値をとるときの粒子径(図4では、30μm)は、第一粒子群71におけるピーク値(P11,P12,P13)のうち最大値をとるときの粒子径(図4では、180μm)に対して、1/4倍以下である。そのため、隣り合う第一粒子群71のダイヤモンド粒子31の隙間に、第二粒子群72のダイヤモンド粒子32が入り込むことができる。加えて、ダイヤモンド粒子32が入り込んでも、ダイヤモンド粒子32が複合めっき層3から突出することなく、複合めっき層3の上面3aの平坦性を維持できる(図2、図3参照)。 Of the two peak values (P21, P22) in the second particle group 72, the particle diameter (30 μm in FIG. 4) when the maximum value of the volume occupancy is taken is the peak value (P11, P11, in the first particle group 71). It is 1/4 times or less the particle size (180 μm in FIG. 4) when the maximum value is taken among P12 and P13). Therefore, the diamond particles 32 of the second particle group 72 can enter the gaps between the diamond particles 31 of the adjacent first particle group 71. In addition, even if the diamond particles 32 enter, the diamond particles 32 do not protrude from the composite plating layer 3 and the flatness of the upper surface 3a of the composite plating layer 3 can be maintained (see FIGS. 2 and 3).

複合めっき層3には、粒子径が50μmを超え64μm未満のダイヤモンド粒子を実質的に有していない。ここで、「粒子径が50μmを超え64μm未満のダイヤモンド粒子を実質的に有していない」とは、ダイヤモンド粒子の粒子径範囲50〜64μmで積分した体積占有率が、1vol%未満であることを表す。これにより、第二粒子群72を構成するダイヤモンド粒子32が、第一粒子群71を構成するダイヤモンド粒子31の隙間に配置されやすい大きさと数になり、複合めっき層3におけるダイヤモンド粒子(31,32)の体積占有率を高めることができる。加えて、ダイヤモンド粒子32が複合めっき層3から突出することなく、複合めっき層3の上面3aの平坦性を維持できる(図2、図3参照)。 The composite plating layer 3 does not substantially have diamond particles having a particle diameter of more than 50 μm and less than 64 μm. Here, "substantially having no diamond particles having a particle diameter of more than 50 μm and less than 64 μm" means that the volume occupancy integrated in the particle diameter range of 50 to 64 μm of the diamond particles is less than 1 vol%. Represents. As a result, the diamond particles 32 constituting the second particle group 72 have a size and number that are easily arranged in the gaps between the diamond particles 31 constituting the first particle group 71, and the diamond particles (31, 32) in the composite plating layer 3 are formed. ) Can increase the volume occupancy. In addition, the diamond particles 32 can maintain the flatness of the upper surface 3a of the composite plating layer 3 without protruding from the composite plating layer 3 (see FIGS. 2 and 3).

第一粒子群71の上限が200μmである理由を説明する。複合めっき層3は、支持体2の一部分の面上に成膜されることが多い。このような部分的な成膜には、通常、複合めっき層3の厚み以上に厚いレジストパターンの上に複合めっき層3を設け、不要な部分の複合めっき層3をレジストパターンと共に除去するリフトオフ法が使用される。ゆえに、複合めっき層3の厚みの上限は、リフトオフ法に使用されるレジスト膜の厚みの上限に依存する。成膜しやすいレジスト膜の厚みの上限は200μmであることを踏まえると、リフトオフ法を行うためには、めっき層の厚みの上限も200μm以内であると好ましい。そして、ダイヤモンド粒子31の粒子径φ1は、複合めっき層3の厚みを上限とする。ゆえに、ダイヤモンド粒子31の粒子径は、200μm以内であると好ましい。 The reason why the upper limit of the first particle group 71 is 200 μm will be described. The composite plating layer 3 is often formed on the surface of a part of the support 2. For such partial film formation, a lift-off method is usually performed in which a composite plating layer 3 is provided on a resist pattern thicker than the thickness of the composite plating layer 3 and the composite plating layer 3 in an unnecessary portion is removed together with the resist pattern. Is used. Therefore, the upper limit of the thickness of the composite plating layer 3 depends on the upper limit of the thickness of the resist film used in the lift-off method. Considering that the upper limit of the thickness of the resist film which is easy to form a film is 200 μm, it is preferable that the upper limit of the thickness of the plating layer is also 200 μm or less in order to perform the lift-off method. The particle diameter φ1 of the diamond particles 31 is limited to the thickness of the composite plating layer 3. Therefore, the particle size of the diamond particles 31 is preferably 200 μm or less.

ところで、ダイヤモンド粒子(31,32)と金属層30との界面領域における熱伝導率は、ダイヤモンド粒子(31,32)の熱伝導率及び金属層30の熱伝導率のいずれとも異なる。本発明者は、金属層30が銅の場合、ダイヤモンド粒子(31,32)と銅との界面領域における熱伝導率は、銅の熱伝導率よりも低下することに着目した。この理由は、ダイヤモンド粒子(31,32)と銅との界面にある微小な隙間が、熱伝導を妨げるものと推察される。このことは、ダイヤモンド粒子の粒子径の大きい方が、銅とダイヤモンド粒子との界面の面積が同一体積中にダイヤモンドが占有する体積を同じにした場合、小さくなることで、熱伝導特性が高まることを意味する。本実施形態の半導体発光装置100において、第二粒子群72の16μmから50μmの粒子径の範囲で積分した体積占有率S2(図4における、横線からなるハッチング領域の合計面積)は、第一粒子群71の64μmから200μmの粒子径の範囲で積分した体積占有率S1(図4における、縦線からなるハッチング領域の合計面積)よりも小さい。すなわち、第一粒子群71を構成するダイヤモンド粒子31全体の体積占有率は、第二粒子群72を構成するダイヤモンド粒子32全体の体積占有率よりも大きくなり、複合めっき層3の熱伝導率を高めやすい。 By the way, the thermal conductivity in the interface region between the diamond particles (31, 32) and the metal layer 30 is different from both the thermal conductivity of the diamond particles (31, 32) and the thermal conductivity of the metal layer 30. The present inventor has noted that when the metal layer 30 is copper, the thermal conductivity in the interface region between the diamond particles (31, 32) and copper is lower than the thermal conductivity of copper. It is presumed that the reason for this is that the minute gaps at the interface between the diamond particles (31, 32) and copper hinder heat conduction. This means that the larger the particle size of the diamond particles, the smaller the area of the interface between the copper and the diamond particles when the volume occupied by the diamond in the same volume is the same, and the heat conduction characteristics are enhanced. Means. In the semiconductor light emitting device 100 of the present embodiment, the volume occupancy S2 (total area of the hatching region consisting of horizontal lines in FIG. 4) integrated in the particle diameter range of 16 μm to 50 μm of the second particle group 72 is the first particle. It is smaller than the volume occupancy S1 (total area of the hatching region consisting of vertical lines in FIG. 4) integrated in the particle size range of 64 μm to 200 μm of the group 71. That is, the volume occupancy of the entire diamond particles 31 constituting the first particle group 71 is larger than the volume occupancy of the entire diamond particles 32 constituting the second particle group 72, and the thermal conductivity of the composite plating layer 3 is increased. Easy to raise.

[複合めっき層の熱伝導特性]
複合めっき層の熱伝導特性について説明する。ダイヤモンド粒子を含む複合めっき層の熱伝導率の計算には、以下に示す理論式が知られている。

Figure 2022002266
[Heat conduction characteristics of composite plating layer]
The heat conduction characteristics of the composite plating layer will be described. The following theoretical formula is known for calculating the thermal conductivity of a composite plating layer containing diamond particles.
Figure 2022002266

(1)式中、k:複合めっき層の熱伝導率(W/mK)、k:金属層の熱伝導率(W/mK)、k:ダイヤモンド粒子の熱伝導率(W/mK)、V:ダイヤモンド粒子の体積占有率、α:ダイヤモンド粒子の半径(m)、h:ダイヤモンドと金属層との界面における熱伝達率(W/mK)である。 In (1), k: thermal conductivity of the composite plated layer (W / mK), k m : thermal conductivity of the metal layer (W / mK), k d : the thermal conductivity of the diamond particles (W / mK) , V d : Volume occupancy of diamond particles, α: Radius of diamond particles (m), h c : Thermal conductivity at the interface between diamond and metal layer (W / m 2 K).

(1)式を用いて、ダイヤモンド粒子を含む複合めっき層の熱伝導率の理論値を算出できる。図5は、(1)式を用いて、ダイヤモンド粒子の体積占有率Vごとに、ダイヤモンド粒子の粒子径(μm)を横軸に、複合めっき層の熱伝導率(W/mK)を縦軸に表したグラフである。このグラフから、粒子径(直径)が小さくなるほど、複合めっき層の熱伝導率kが低下することがわかる。これは、粒子径が小さくなるほど、ダイヤモンド粒子と金属層との界面の面積が大きくなり、熱伝導率が低下することに起因する。 The theoretical value of the thermal conductivity of the composite plating layer containing diamond particles can be calculated by using the equation (1). 5, using the equation (1), each volume fraction V d of the diamond particles, the particle size of the diamond particles ([mu] m) on the horizontal axis, the thermal conductivity of the composite plating layer (W / mK) Vertical It is a graph shown on the axis. From this graph, it can be seen that the smaller the particle diameter (diameter), the lower the thermal conductivity k of the composite plating layer. This is because the smaller the particle size, the larger the area of the interface between the diamond particles and the metal layer, and the lower the thermal conductivity.

図5から、ダイヤモンド粒子の粒子径が16μm以上では、銅の熱伝導率である400W/mKを超えるが、粒子径が16μm未満ではダイヤモンド粒子の熱伝導率が銅の熱伝導率を下回ることがわかる。よって、粒子径が16μm未満のダイヤモンド粒子の数を減らす、又は粒子径が16μm以上のダイヤモンド粒子の数を増やすことで、複合めっき層の熱伝導率を、銅からなる金属層の熱伝導率よりも高くすることができる。 From FIG. 5, when the particle size of the diamond particles is 16 μm or more, the thermal conductivity of copper exceeds 400 W / mK, but when the particle size is less than 16 μm, the thermal conductivity of the diamond particles is lower than the thermal conductivity of copper. Recognize. Therefore, by reducing the number of diamond particles having a particle size of less than 16 μm or increasing the number of diamond particles having a particle size of 16 μm or more, the thermal conductivity of the composite plating layer is higher than that of the metal layer made of copper. Can also be high.

[複合めっき層の熱膨張特性]
複合めっき層3は、半導体発光素子1に接して、または、半導体発光素子1の近傍に他の薄膜を介して配置されるため、半導体発光素子1と複合めっき層3との熱膨張率差が大きいと、半導体発光装置100の温度が変化したとき、半導体発光素子1が複合めっき層3に引っ張られて、歪みを受けやすくなる。複合めっき層3内のダイヤモンド粒子の量を調整することで、熱膨張に伴う半導体発光素子1の歪みを小さくする効果が得られる。これについて説明する。
[Thermal expansion characteristics of the composite plating layer]
Since the composite plating layer 3 is arranged in contact with the semiconductor light emitting device 1 or in the vicinity of the semiconductor light emitting device 1 via another thin film, the difference in thermal expansion rate between the semiconductor light emitting device 1 and the composite plating layer 3 is large. If it is large, when the temperature of the semiconductor light emitting device 100 changes, the semiconductor light emitting element 1 is pulled by the composite plating layer 3 and is easily distorted. By adjusting the amount of diamond particles in the composite plating layer 3, the effect of reducing the distortion of the semiconductor light emitting device 1 due to thermal expansion can be obtained. This will be described.

金属層30である銅の熱膨張率(Coefficient of Thermal Expansion、以下、「CTE」という。)は、16.5×10−6(/K)であるのに対し、ダイヤモンド粒子のCTEは、1.1×10−6(/K)である。つまり、銅−ダイヤモンド粒子から構成される複合めっき層3において、ダイヤモンド粒子の体積を増やすことで、複合めっき層3のCTEを引き下げることができる。 The coefficient of thermal expansion (hereinafter referred to as "CTE") of copper, which is the metal layer 30, is 16.5 × 10-6 (/ K), whereas the CTE of diamond particles is 1. .1 × 10-6 (/ K). That is, in the composite plating layer 3 composed of copper-diamond particles, the CTE of the composite plating layer 3 can be lowered by increasing the volume of the diamond particles.

図6は、横軸に複合めっき層3におけるダイヤモンド粒子の体積占有率を、縦軸にCTEをとるグラフである。グラフ中、破線G1は、複合めっき層3に含まれるダイヤモンド粒子の体積占有率を変化させたときの複合めっき層3のCTEを示す。破線G1は、計算により求めた点P1(体積占有率が50vol%、CTEが6.6×10−6/K)と点P2(体積占有率が67vol%、CTEが6.05×10−6/K)を通る直線として表される。線D1は、GaAsのCTEである5.5×10−6(/K)を表す。一点鎖線Duは、線D1のCTEに対して+15%(CTE:6.33×10−6)を表す。一点鎖線Ddは、線D1のCTEに対して−15%(CTE:4.68×10−6)を表す。 FIG. 6 is a graph in which the horizontal axis represents the volume occupancy of diamond particles in the composite plating layer 3 and the vertical axis represents CTE. In the graph, the broken line G1 indicates the CTE of the composite plating layer 3 when the volume occupancy of the diamond particles contained in the composite plating layer 3 is changed. The broken line G1 is the point P1 (volume occupancy is 50 vol%, CTE is 6.6 × 10 -6 / K) and the point P2 (volume occupancy is 67 vol%, CTE is 6.05 × 10 -6) obtained by calculation. It is represented as a straight line passing through / K). Line D1 represents 5.5 × 10-6 (/ K), which is the CTE of GaAs. The alternate long and short dash line Du represents + 15% (CTE: 6.33 × 10 −6 ) with respect to the CTE of the line D1. The alternate long and short dash line Dd represents -15% (CTE: 4.68 × 10 -6 ) with respect to the CTE of the line D1.

本発明者による研究の結果、複合めっき層3のCTEがDd以上Du以下の範囲にあると、複合めっき層3のCTEが半導体発光素子1のCTEに近づくため、半導体発光素子1に与える歪みを抑制できることが判明した。そして、この結果と図6より、半導体発光素子1に与える歪みを抑制するためには、複合めっき層3におけるダイヤモンド粒子の(各粒子径で積分した)体積占有率を、59vol%以上にするとよいことがわかった。 As a result of the research by the present inventor, when the CTE of the composite plating layer 3 is in the range of Dd or more and Du or less, the CTE of the composite plating layer 3 approaches the CTE of the semiconductor light emitting device 1, so that the distortion given to the semiconductor light emitting device 1 is caused. It turned out that it can be suppressed. From this result and FIG. 6, in order to suppress the strain applied to the semiconductor light emitting device 1, the volume occupancy of the diamond particles (integrated at each particle diameter) in the composite plating layer 3 should be 59 vol% or more. I understand.

さらに、支持体2には、通常、CTEの小さい材料が採用される。支持体2と複合めっき層3からなる複合体のCTEが半導体発光素子1と釣り合うように設計することを考慮すれば、複合めっき層3のCTEは、D1のCTEに対して+6%以下の値に設定すると、より好ましい。これより、複合めっき層3の体積占有率は76vol%以下であると、より好ましい。 Further, the support 2 is usually made of a material having a small CTE. Considering that the CTE of the composite composed of the support 2 and the composite plating layer 3 is designed to be balanced with the semiconductor light emitting device 1, the CTE of the composite plating layer 3 has a value of + 6% or less with respect to the CTE of D1. It is more preferable to set to. From this, it is more preferable that the volume occupancy of the composite plating layer 3 is 76 vol% or less.

以上より、複合めっき層3に含まれるダイヤモンド粒子の粒子径と体積占有率は、熱伝導率とCTEの観点から決定される。熱伝導率のみを考慮すれば、粒子径が16μm以上のダイヤモンド粒子のみで複合めっき層3を構成しても構わない。しかしながら、複合めっき層3のCTEをも考慮すれば、粒子径が16μm未満のダイヤモンド粒子も併用して体積占有率を高めても構わない。もちろん、粒子径が16μm以上のダイヤモンド粒子のみで、複合めっき層3の体積占有率を59vol%にして、複合めっき層3のCTEを所望の値にしてもよい。 From the above, the particle size and volume occupancy of the diamond particles contained in the composite plating layer 3 are determined from the viewpoints of thermal conductivity and CTE. Considering only the thermal conductivity, the composite plating layer 3 may be formed only of diamond particles having a particle diameter of 16 μm or more. However, if the CTE of the composite plating layer 3 is also taken into consideration, diamond particles having a particle size of less than 16 μm may be used in combination to increase the volume occupancy. Of course, only diamond particles having a particle diameter of 16 μm or more may be used, the volume occupancy of the composite plating layer 3 may be 59 vol%, and the CTE of the composite plating layer 3 may be set to a desired value.

[複合めっき層の形成方法]
複合めっき層3は、電解めっき法により成膜される。攪拌法の場合、金属層30の材料となるめっき液中に上述した粒子群から構成されるダイヤモンド粒子(31,32)を投入するとともに、めっき液中に支持体2を配置する。そして、当該めっき液を攪拌させながら電解めっきを行い、支持体2(または支持体2の表面に設けられたシード層4)の表面に、ダイヤモンド粒子(31,32)を含む金属層30(すなわち、複合めっき層3)を成膜する。
[Method for forming composite plating layer]
The composite plating layer 3 is formed by an electrolytic plating method. In the case of the stirring method, diamond particles (31, 32) composed of the above-mentioned particle group are put into the plating solution which is the material of the metal layer 30, and the support 2 is arranged in the plating solution. Then, electrolytic plating is performed while stirring the plating solution, and the metal layer 30 (that is, that is, the metal layer 30 (that is, 32) containing diamond particles (31, 32) is formed on the surface of the support 2 (or the seed layer 4 provided on the surface of the support 2). , A composite plating layer 3) is formed.

攪拌法を使用する場合、単一粒子群から構成されるダイヤモンド粒子のみを使用すると、複合めっき層3の体積占有率は40vol%が限界である。その理由は、めっき液中のダイヤモンド粒子はそれぞれ密着せずに、互いに流動可能な空間を介して存在しているためで、密接した状態の体積占有率よりも小さくなるためであると考えられる。例えば、立方体に対する真球の体積占有率は52%であるが、前述の流動空間を考慮すると、メッキ後の体積占有率はこれよりも小さくなってしまう。 When the stirring method is used, the volume occupancy of the composite plating layer 3 is limited to 40 vol% when only diamond particles composed of a single particle group are used. It is considered that the reason is that the diamond particles in the plating solution do not adhere to each other but exist through the space where they can flow with each other, and are smaller than the volume occupancy in the close contact state. For example, the volume occupancy of a true sphere with respect to a cube is 52%, but considering the above-mentioned flow space, the volume occupancy after plating becomes smaller than this.

しかしながら、本発明者らは、第一粒子群71のダイヤモンド粒子31に、第二粒子群72から構成されるダイヤモンド粒子32(小さな粒子径の粒子群のダイヤモンド粒子)を加えることで、攪拌法を使用しても、複合めっき層3全体としての体積占有率を高められることを見出した。 However, the present inventors can apply a stirring method by adding diamond particles 32 (diamond particles of a small particle group) composed of the second particle group 72 to the diamond particles 31 of the first particle group 71. It has been found that the volume occupancy of the composite plating layer 3 as a whole can be increased even if it is used.

沈降法の場合、所望の粒子群から構成されるダイヤモンド粒子を分散させためっき液の成分を沈降させて、攪拌法よりも時間をかけながら電解めっきを行い、複合めっき層3を得る。沈降法では最密充填構造をとるため、攪拌法を使用した場合よりもダイヤモンド粒子の体積占有率を高めることができる。めっき液中に投入するダイヤモンド粒子は、粒子径によって規定された市販のダイヤモンド粒子を適宜組み合わせるなどして、各粒子群を所望の配合に構成するとよい。また、はじめは攪拌法で成膜し、途中から沈降法に切り替えて成膜してもよい。以降、この方法を、攪拌沈降法という。攪拌沈降法は、沈降法のみで行う場合に比べて、短時間で成膜できる。 In the case of the settling method, the components of the plating solution in which the diamond particles composed of the desired particle group are dispersed are settled, and electrolytic plating is performed while taking longer than the stirring method to obtain the composite plating layer 3. Since the sedimentation method has a close-packed structure, the volume occupancy of the diamond particles can be increased as compared with the case of using the stirring method. The diamond particles to be charged into the plating solution may be formed into a desired composition by appropriately combining commercially available diamond particles defined by the particle size. Further, the film may be formed by the stirring method at first, and then switched to the sedimentation method in the middle to form the film. Hereinafter, this method is referred to as a stirring sedimentation method. The stirring sedimentation method can form a film in a shorter time than the case where only the sedimentation method is used.

[複合めっき層におけるダイヤモンド粒子の体積占有率計測方法]
ダイヤモンド粒子の体積占有率は、複合めっき層3の成膜時に、投入したダイヤモンド粒子の1個当たりの体積及び個数を粒子径ごとに数えるとともに、複合めっき層3の成膜厚みを求めることにより、導くことができる。成膜後の複合めっき層3からダイヤモンド粒子の体積占有率を求める方法には、3次元X線顕微鏡(X線CT、例えば、カールツァイス社製 ZEISS Xradia 510 Versa)を使用する方法がある。X線CTを使用すると、任意の領域及び厚みの複合めっき層3に含まれるダイヤモンド粒子の体積を測定し、測定された各粒子の体積と球の体積の公式(V=πD/6、ここで、Vは球の体積を表し、Dは球の直径を表す。)から同じ体積を有する真球の直径(粒子径)を求めて、粒子径別の粒子群ごとに分類整理して複合めっき層3における体積占有率を求めることで算出できる。
[Method for measuring volume occupancy of diamond particles in composite plating layer]
The volume occupancy of the diamond particles is determined by counting the volume and number of the charged diamond particles for each particle size at the time of film formation of the composite plating layer 3 and determining the film formation thickness of the composite plating layer 3. Can be guided. As a method for obtaining the volume occupancy of diamond particles from the composite plating layer 3 after film formation, there is a method using a three-dimensional X-ray microscope (X-ray CT, for example, ZEISS Xradia 510 Versa manufactured by Carl Zeiss). Using X-ray CT, and measuring the volume of the diamond particles contained in the composite plating layer 3 of an arbitrary area and thickness, the official volume of the measured volume and sphere of each particle (V = πD 3/6, where Then, V represents the volume of the sphere, and D represents the diameter of the sphere). It can be calculated by obtaining the volume occupancy in the layer 3.

<第二実施形態>
図7及び図8を参照しながら、半導体発光装置の第二実施形態について説明する。以下に説明する以外の事項は、第一実施形態と同様に実施できる。第三実施形態以降も同様である。
<Second embodiment>
A second embodiment of the semiconductor light emitting device will be described with reference to FIGS. 7 and 8. Matters other than those described below can be carried out in the same manner as in the first embodiment. The same applies to the third and subsequent embodiments.

図7は、図2と同様に、複合めっき層5周辺の要部拡大断面図である。図8は、図4と同様に、複合めっき層5に含まれるダイヤモンド粒子について、各ダイヤモンド粒子の粒子径(μm)を横軸に、各粒子径のダイヤモンド粒子の単位粒子径幅あたりの体積占有率(vol%/μm)を縦軸に表したグラフである。本実施形態の複合めっき層5は、粒子径の大きい順に、64μm以上200μm以下の粒子径を有する第一粒子群71を構成するダイヤモンド粒子31と、16μm以上50μm以下の粒子径を有する第二粒子群72を構成するダイヤモンド粒子32と、0.5μm以上16μm未満の粒子径を有する第三粒子群73を構成するダイヤモンド粒子33と、0.5μm未満の粒子径を有する第四粒子群74を構成するダイヤモンド粒子34と、を含む。また、複合めっき層5には、粒子径が50μmを超え64μm未満のダイヤモンド粒子を実質的に有していない。 FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of a main part around the composite plating layer 5, similarly to FIG. 2. As in FIG. 4, FIG. 8 shows the volume occupancy of the diamond particles contained in the composite plating layer 5 per unit particle size width of the diamond particles of each particle size with the particle size (μm) of each diamond particle as the horizontal axis. It is a graph which showed the rate (vol% / μm) on the vertical axis. In the composite plating layer 5 of the present embodiment, the diamond particles 31 constituting the first particle group 71 having a particle size of 64 μm or more and 200 μm or less and the second particles having a particle size of 16 μm or more and 50 μm or less are formed in descending order of particle size. The diamond particles 32 constituting the group 72, the diamond particles 33 constituting the third particle group 73 having a particle size of 0.5 μm or more and less than 16 μm, and the fourth particle group 74 having a particle size of less than 0.5 μm are formed. The diamond particles 34 and the like are included. Further, the composite plating layer 5 does not substantially have diamond particles having a particle diameter of more than 50 μm and less than 64 μm.

第三粒子群73は、体積占有率のピーク値を少なくとも一つ(図8では、ピーク値P31の一つ)有する。第三粒子群73におけるピーク値P31のうち最大値をとるときの粒子径(図8では1μm)は、第二粒子群72におけるピーク値(P21,P22)のうち最大値をとるときの粒子径(図8では30μm)に対して、1/4倍以下である。第四粒子群74は、体積占有率のピーク値(粒子径が0.1μm)を、少なくとも一つ(図8では、ピーク値P41の一つ)有する。第三粒子群73の体積占有率の積分値S3(左上がりの斜め線からなるハッチング領域の面積)は、第二粒子群72の体積占有率の積分値S2(横線からなるハッチング領域の面積)よりも小さい。 The third particle group 73 has at least one peak value of volume occupancy (one of the peak values P31 in FIG. 8). The particle diameter (1 μm in FIG. 8) when the maximum value of the peak value P31 in the third particle group 73 is taken is the particle diameter when the maximum value is taken among the peak values (P21, P22) in the second particle group 72. It is 1/4 times or less of (30 μm in FIG. 8). The fourth particle group 74 has at least one peak value of volume occupancy (particle diameter is 0.1 μm) (one of the peak values P41 in FIG. 8). The integrated value S3 of the volume occupancy of the third particle group 73 (the area of the hatched region consisting of diagonal lines rising to the left) is the integrated value S2 of the volume occupancy of the second particle group 72 (the area of the hatched region consisting of the horizontal lines). Smaller than.

複合めっき層5では、ダイヤモンド粒子(31,32)の隙間の金属層30を、ダイヤモンド粒子33で埋めることができる。加えて、ダイヤモンド粒子33では大きすぎて埋められないダイヤモンド粒子(31,32,33)の隙間の金属層30を、ダイヤモンド粒子34で埋めることができる。これにより、複合めっき層5における体積占有率をさらに高めて、CTEを低下させることができる。 In the composite plating layer 5, the metal layer 30 in the gaps between the diamond particles (31, 32) can be filled with the diamond particles 33. In addition, the metal layer 30 in the gaps between the diamond particles (31, 32, 33), which are too large to be filled with the diamond particles 33, can be filled with the diamond particles 34. As a result, the volume occupancy in the composite plating layer 5 can be further increased and the CTE can be lowered.

なお、本実施形態の変形例として、第四粒子群74を含まない、第一粒子群71、第二粒子群72及び第三粒子群73で構成された複合めっき層でも構わない。 As a modification of the present embodiment, a composite plating layer composed of the first particle group 71, the second particle group 72, and the third particle group 73, which does not include the fourth particle group 74, may be used.

<第三実施形態>
図9を参照しながら、第三実施形態について説明する。図9は、図2と同様に、要部拡大断面図である。本実施形態の複合めっき層6は、下層であるシード層4との境界に電着層35を有し、上層である半導体発光素子1との境界にキャップ層36を有する。
<Third embodiment>
The third embodiment will be described with reference to FIG. 9. FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of a main part, similar to FIG. 2. The composite plating layer 6 of the present embodiment has an electrodeposition layer 35 at the boundary with the seed layer 4 which is the lower layer, and has a cap layer 36 at the boundary with the semiconductor light emitting device 1 which is the upper layer.

電着層35について説明する。電着層35は、第一粒子群71を構成するダイヤモンド粒子31と金属層30のみで構成される層(又は、ダイヤモンド粒子31と比較的少量の第二粒子群72で構成されるダイヤモンド粒子32と金属層30のみで構成される層)である。複合めっき層6を成膜するはじめの段階において、ダイヤモンド粒子32を全く含まないか、比較的少量のダイヤモンド粒子32を含むめっき液により電解めっきを行うことにより、電着層35を得ることができる。電着層35の厚みは、第一粒子群71を構成するダイヤモンド粒子31の粒子径φ1よりも薄くても構わない。 The electrodeposition layer 35 will be described. The electrodeposition layer 35 is a layer composed of only the diamond particles 31 constituting the first particle group 71 and the metal layer 30 (or the diamond particles 32 composed of the diamond particles 31 and a relatively small amount of the second particle group 72). And a layer composed of only the metal layer 30). The electrodeposition layer 35 can be obtained by performing electrolytic plating with a plating solution containing no diamond particles 32 or a relatively small amount of diamond particles 32 at the initial stage of forming the composite plating layer 6. .. The thickness of the electrodeposition layer 35 may be thinner than the particle diameter φ1 of the diamond particles 31 constituting the first particle group 71.

電着層35を設けることの利点を説明する。第一粒子群71を構成するダイヤモンド粒子31と通常量の第二粒子群72を構成するダイヤモンド粒子32とを含むめっき液の場合、複合めっき層6を成膜するはじめの段階で、小さいダイヤモンド粒子32が大きいダイヤモンド粒子31と支持体2との間に数多く入り込むと、ダイヤモンド粒子31の支持体2への固着を阻害することがある。そこで、第二粒子群72を構成するダイヤモンド粒子32を含まないか、比較的少量に制限しためっき液で電着層35を成膜することで、ダイヤモンド粒子31を支持体2へ固着しやすくする。 The advantages of providing the electrodeposition layer 35 will be described. In the case of a plating solution containing diamond particles 31 constituting the first particle group 71 and diamond particles 32 constituting the second particle group 72 in a normal amount, small diamond particles are formed at the initial stage of forming the composite plating layer 6. If a large number of 32 enters between the large diamond particles 31 and the support 2, the diamond particles 31 may be prevented from sticking to the support 2. Therefore, by forming the electrodeposition layer 35 with a plating solution that does not contain the diamond particles 32 constituting the second particle group 72 or is limited to a relatively small amount, the diamond particles 31 can be easily fixed to the support 2. ..

次に、キャップ層36について説明する。キャップ層36は、ダイヤモンド粒子(31,32)を含まない金属層30のみで構成される層である。キャップ層36は、ダイヤモンド粒子(31,32)を含まないめっき液で電解めっきを行うことにより、得られる。 Next, the cap layer 36 will be described. The cap layer 36 is a layer composed of only the metal layer 30 containing no diamond particles (31, 32). The cap layer 36 is obtained by performing electrolytic plating with a plating solution containing no diamond particles (31, 32).

キャップ層36を設けることの利点を、図10に示した半導体発光装置の参考形態を参照しながら説明する。図10は、キャップ層を有さない複合めっき層7の要部拡大断面図である。図10のB1領域及びB2領域のように、複合めっき層7の上面7aから一部のダイヤモンド粒子(31,32)が突出することがある。ダイヤモンド粒子(31,32)が突出すると、複合めっき層7の上面7aの平坦性が低下し、複合めっき層7と半導体発光素子1との密着性を悪化させる。 The advantage of providing the cap layer 36 will be described with reference to the reference embodiment of the semiconductor light emitting device shown in FIG. FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the composite plating layer 7 having no cap layer. As in the B1 region and the B2 region in FIG. 10, some diamond particles (31, 32) may protrude from the upper surface 7a of the composite plating layer 7. When the diamond particles (31, 32) protrude, the flatness of the upper surface 7a of the composite plating layer 7 is lowered, and the adhesion between the composite plating layer 7 and the semiconductor light emitting device 1 is deteriorated.

そこで、複合めっき層を成膜する最後の段階で、ダイヤモンド粒子を含まない金属層のみを成膜して、キャップ層36を形成する(図9参照)。これにより、複合めっき層の半導体発光素子1と接触する表面においてダイヤモンド粒子が存在しなくなるため、ダイヤモンド粒子の突出を防ぎ、複合めっき層6の上面6aの平坦性が向上する。よって、複合めっき層6と半導体発光素子1と密着性が維持される。なお、複合めっき層6の上面6aの平坦性を高めるために、複合めっき層6の上面6aを研磨しても構わない。 Therefore, at the final stage of forming the composite plating layer, only the metal layer containing no diamond particles is formed to form the cap layer 36 (see FIG. 9). As a result, the diamond particles do not exist on the surface of the composite plating layer in contact with the semiconductor light emitting device 1, so that the diamond particles are prevented from protruding and the flatness of the upper surface 6a of the composite plating layer 6 is improved. Therefore, the adhesion between the composite plating layer 6 and the semiconductor light emitting device 1 is maintained. In addition, in order to improve the flatness of the upper surface 6a of the composite plating layer 6, the upper surface 6a of the composite plating layer 6 may be polished.

本実施形態では、電着層35及びキャップ層36の両方を設けたが、電着層35とキャップ層36のいずれか一方を設けても構わない。電着層35とキャップ層36の少なくとも一方の層を設けると、複合めっき層6を厚み方向に2分割し、半導体発光素子1に近い第一層と支持体2に近い第二層とに区分したとき、第一層におけるダイヤモンド粒子の体積占有率は、第二層におけるダイヤモンド粒子の体積占有率より大きくなる。 In the present embodiment, both the electrodeposition layer 35 and the cap layer 36 are provided, but either the electrodeposition layer 35 or the cap layer 36 may be provided. When at least one of the electrodeposition layer 35 and the cap layer 36 is provided, the composite plating layer 6 is divided into two in the thickness direction, and is divided into a first layer close to the semiconductor light emitting device 1 and a second layer close to the support 2. Then, the volume occupancy of the diamond particles in the first layer becomes larger than the volume occupancy of the diamond particles in the second layer.

<第四実施形態>
図11及び図12を参照しながら、第四実施形態について説明する。図11は、半導体発光装置200の上面図(+Z側から半導体発光装置200を見た図)である。なお、図11では、後述する光透過部材9の図示を省略している。図12は、図1のA2−A2線に沿うYZ平面での断面図である。なお、図12に示す断面図において、断面より奥側に位置する物体の図示は省略している。
<Fourth Embodiment>
A fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 11 and 12. FIG. 11 is a top view of the semiconductor light emitting device 200 (a view of the semiconductor light emitting device 200 viewed from the + Z side). Note that FIG. 11 omits the illustration of the light transmitting member 9 described later. FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the line A2-A2 of FIG. 1 in the YZ plane. In the cross-sectional view shown in FIG. 12, the illustration of the object located behind the cross section is omitted.

図12を参照して、半導体発光装置200は、+Z側の主面60aに凹部61を有し、主にシリコンから構成される半導体基板60と、凹部61の底面62の一部に載置された、レーザ光を端面から発光する半導体発光素子1と、を有する。光出射端面1eはXZ平面に平行である。 With reference to FIG. 12, the semiconductor light emitting device 200 has a recess 61 on the main surface 60a on the + Z side, and is mounted on a semiconductor substrate 60 mainly composed of silicon and a part of the bottom surface 62 of the recess 61. Further, it has a semiconductor light emitting element 1 that emits laser light from an end face. The light emitting end surface 1e is parallel to the XZ plane.

半導体基板60は、図12においてハッチングして示されている。凹部61は、板状部材から四角錘台形状を除去された跡からなる形状であり、底面62に対して傾斜した側壁65を有する。そして、凹部61の開口側の面積は、凹部61の底面62側の面積よりも大きい。半導体基板60の+Z方向からみて、側壁65は底面62を囲む四方に存在する。 The semiconductor substrate 60 is shown hatched in FIG. The recess 61 has a shape formed by removing the square pyramid shape from the plate-shaped member, and has a side wall 65 inclined with respect to the bottom surface 62. The area of the recess 61 on the opening side is larger than the area of the recess 61 on the bottom surface 62 side. When viewed from the + Z direction of the semiconductor substrate 60, the side wall 65 exists on all sides surrounding the bottom surface 62.

半導体発光素子1から出射したレーザ光L1は、エミッタ(光出射端面1e)と、エミッタに対向する側壁65との間の底面62の上に設けられた反射層80と、エミッタに対向する、傾斜した側壁65の上に設けられた反射層85で、反射する。反射したレーザ光L1は、半導体発光装置200から離れるように+Z方向へ出射される。 The laser beam L1 emitted from the semiconductor light emitting device 1 has an inclination facing the emitter and a reflection layer 80 provided on the bottom surface 62 between the emitter (light emitting end surface 1e) and the side wall 65 facing the emitter. The light is reflected by the reflective layer 85 provided on the side wall 65. The reflected laser beam L1 is emitted in the + Z direction so as to be away from the semiconductor light emitting device 200.

半導体発光素子1は、サブマウント等を介することなく、半導体基板60に直接実装されており、半導体発光素子1と半導体基板60との間には、放熱部材及び給電部材として機能する複合めっき層8がある。複合めっき層8は、上述した、ダイヤモンド粒子を含む金属層から構成される。複合めっき層8は半導体基板60の貫通孔に埋められた給電路78を通じて、半導体基板60の裏面に設けられた電極75に電気的に接続されている。なお、給電路78及び電極75は、ダイヤモンド粒子を分散させた金属層でなくても構わない。 The semiconductor light emitting element 1 is directly mounted on the semiconductor substrate 60 without using a submount or the like, and the composite plating layer 8 that functions as a heat dissipation member and a power feeding member between the semiconductor light emitting element 1 and the semiconductor substrate 60. There is. The composite plating layer 8 is composed of the above-mentioned metal layer containing diamond particles. The composite plating layer 8 is electrically connected to an electrode 75 provided on the back surface of the semiconductor substrate 60 through a feeding path 78 buried in a through hole of the semiconductor substrate 60. The feeding path 78 and the electrode 75 do not have to be a metal layer in which diamond particles are dispersed.

以上で、第一〜第四実施形態を説明した。しかしながら、本発明は、上述した各実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、上述の各実施形態を組み合わせたり、各実施形態に種々の変更又は改良を加えたりできる。 The first to fourth embodiments have been described above. However, the present invention is not limited to each of the above-described embodiments, and each of the above-described embodiments may be combined, or various changes or improvements may be made to each embodiment within a range not deviating from the gist of the present invention. You can add it.

第三粒子群73及び第四粒子群74の有無、並びに各粒子群の体積占有率を異ならせた銅−ダイヤモンド粒子の複合めっき層を、実施例及び比較例として記載する。以下に述べる以外の条件は、各実施例及び各比較例で共通している。 The presence or absence of the third particle group 73 and the fourth particle group 74, and the composite plating layer of copper-diamond particles having different volume occupancy of each particle group are described as Examples and Comparative Examples. Conditions other than those described below are common to each Example and each Comparative Example.

Figure 2022002266
Figure 2022002266

Figure 2022002266
Figure 2022002266

[実施例1〜4]
実施例1〜4について説明する。表1に記載の成膜法を使用して、複合めっき層を成膜した。複合めっき層に含まれるダイヤモンド粒子は、第一粒子群71及び第二粒子群72から構成され、第三粒子群73から構成されるダイヤモンド粒子33及び第四粒子群74から構成されるダイヤモンド粒子34は実質的に有していない。
[Examples 1 to 4]
Examples 1 to 4 will be described. The composite plating layer was formed by using the film forming method shown in Table 1. The diamond particles contained in the composite plating layer are composed of the first particle group 71 and the second particle group 72, and the diamond particles 33 composed of the third particle group 73 and the diamond particles 34 composed of the fourth particle group 74. Has virtually no.

成膜した複合めっき層を、X線CTを使用して計測したところ、各粒子群の体積占有率について表1の値を得た。実施例1〜4では、ダイヤモンド粒子の体積占有率の合計が、いずれも59vol%以上だったので、実施例1〜4では、複合めっき層のCTEが、半導体発光素子1(GaAs)のCTEの±15%以内である条件を充足した。つまり、実施例1〜4では、複合めっき層が半導体発光素子1に与える歪みを、十分に抑制できる。 When the formed composite plating layer was measured using X-ray CT, the values shown in Table 1 were obtained for the volume occupancy of each particle group. In Examples 1 to 4, the total volume occupancy of the diamond particles was 59 vol% or more. Therefore, in Examples 1 to 4, the CTE of the composite plating layer was the CTE of the semiconductor light emitting device 1 (GaAs). The condition of ± 15% or less was satisfied. That is, in Examples 1 to 4, the strain given to the semiconductor light emitting device 1 by the composite plating layer can be sufficiently suppressed.

また、各粒子群の体積占有率に基づいて、複合めっき層の熱伝導率を算出した。この算出は、次の要領で行われる。実施例1の場合、はじめに、第一粒子群が、特定の粒子径のダイヤモンド粒子から構成されると仮定して、(1)式を使用して、仮に複合めっき層が第一粒子群のみで構成された場合の複合めっき層の熱伝導率kと、仮に複合めっき層が第二粒子群のみで構成された場合の複合めっき層の熱伝導率kと、を求めた。実施例1の場合、k=533(W/mK)、k=429(W/mK)であった。次に、各粒子群の体積占有率が、ダイヤモンド粒子合計の体積占有率に占める割合を用いて、熱伝導率k及びkの重みづけ作業を行い、異なる粒子群を有する複合めっき層における熱伝導率kを求めた。例えば、実施例1の場合、熱伝導率k=36/59×k+23/59×kで求められ、熱伝導率k=492(W/mK)を得た。他の実施例及び比較例も同様に算出した。 In addition, the thermal conductivity of the composite plating layer was calculated based on the volume occupancy of each particle group. This calculation is performed as follows. In the case of Example 1, first, assuming that the first particle group is composed of diamond particles having a specific particle size, the composite plating layer is assumed to be only the first particle group by using the equation (1). The thermal conductivity k 1 of the composite plating layer when it was constructed and the thermal conductivity k 2 of the composite plating layer when the composite plating layer was composed of only the second particle group were obtained. In the case of Example 1, k 1 = 533 (W / mK) and k 2 = 429 (W / mK). Next, the volume occupancy of each particle group, in using a proportion of the volume fraction of diamond particles Sum performs weighting working thermal conductivity k 1 and k 2, the composite plating layer having a different particle groups The thermal conductivity kt was determined. For example, in the case of Example 1, obtained by the thermal conductivity k t = 36/59 × k 1 + 23/59 × k 2, to obtain the thermal conductivity k t = 492 to (W / mK). The other examples and comparative examples were calculated in the same manner.

実施例1〜4では、複合めっき層の熱伝導率ktが銅の熱伝導率の400W/mKを上回ったため、ダイヤモンド粒子を含ませることにより、熱伝導率が向上した。また、沈降法/撹拌沈降法いずれにおいても、複数の粒子群から構成されるめっき層の成膜スピードは、単一の粒子群で構成されるめっき層の成膜スピードに比べて早い。 In Examples 1 to 4, since the thermal conductivity kt of the composite plating layer exceeded the thermal conductivity of copper of 400 W / mK, the thermal conductivity was improved by including the diamond particles. Further, in both the sedimentation method and the stirring sedimentation method, the film formation speed of the plating layer composed of a plurality of particle groups is faster than the film formation speed of the plating layer composed of a single particle group.

[実施例5〜8]
実施例5〜8について説明する。表1に記載の成膜法を使用して、複合めっき層を成膜した。複合めっき層に含まれるダイヤモンド粒子は、第一粒子群71、第二粒子群72及び第三粒子群73から構成され、第四粒子群74を実質的に有していない。成膜した複合めっき層3を、X線CTを使用して計測したところ、各粒子群の体積占有率について表1の値を得た。実施例5〜8では、ダイヤモンド粒子の体積占有率の合計が、いずれも59vol%以上なので、複合めっき層が半導体発光素子1に与える歪みを、十分に抑制できる。また、複合めっき層が、銅の熱伝導率の400W/mKを上回ったため、ダイヤモンド粒子を含ませることにより、熱伝導率が向上した。特に、実施例5は、第一粒子群71の体積占有率が40vol%以下という低値であるため、攪拌法にて本発明の複合めっき層3を成膜できる。また、撹拌法においても、複数の粒子群から構成されるめっき層の成膜スピードは、単一の粒子群で構成されるめっき層の成膜スピードに比べて早い。
[Examples 5 to 8]
Examples 5 to 8 will be described. The composite plating layer was formed by using the film forming method shown in Table 1. The diamond particles contained in the composite plating layer are composed of the first particle group 71, the second particle group 72, and the third particle group 73, and do not substantially have the fourth particle group 74. When the formed composite plating layer 3 was measured using X-ray CT, the values shown in Table 1 were obtained for the volume occupancy of each particle group. In Examples 5 to 8, since the total volume occupancy of the diamond particles is 59 vol% or more, the strain given to the semiconductor light emitting device 1 by the composite plating layer can be sufficiently suppressed. Further, since the composite plating layer exceeded the thermal conductivity of copper of 400 W / mK, the thermal conductivity was improved by including the diamond particles. In particular, in Example 5, since the volume occupancy of the first particle group 71 is as low as 40 vol% or less, the composite plating layer 3 of the present invention can be formed by a stirring method. Further, even in the stirring method, the film forming speed of the plating layer composed of a plurality of particle groups is faster than the film forming speed of the plating layer composed of a single particle group.

[実施例9〜14]
実施例9〜14について説明する。表1に記載の成膜法を使用して、複合めっき層3を成膜した。複合めっき層3に含まれるダイヤモンド粒子は、第一粒子群71、第二粒子群72、第三粒子群73及び第四粒子群74から構成される。成膜した複合めっき層3を、X線CTを使用して計測したところ、各粒子群の体積占有率について表1の値を得た。実施例9〜14では、ダイヤモンド粒子の体積占有率の合計が、いずれも59vol%以上なので、複合めっき層が半導体発光素子1に与える歪みを、十分に抑制できる。また、複合めっき層が、銅の熱伝導率の400W/mKを上回ったため、ダイヤモンド粒子を含ませることにより、熱伝導率が向上した。特に、実施例9〜11は、第一粒子群71の体積占有率が40vol%以下という低値であるため、攪拌法にて本発明の複合めっき層3を成膜できる。
[Examples 9 to 14]
Examples 9 to 14 will be described. The composite plating layer 3 was formed by using the film forming method shown in Table 1. The diamond particles contained in the composite plating layer 3 are composed of a first particle group 71, a second particle group 72, a third particle group 73, and a fourth particle group 74. When the formed composite plating layer 3 was measured using X-ray CT, the values shown in Table 1 were obtained for the volume occupancy of each particle group. In Examples 9 to 14, since the total volume occupancy of the diamond particles is 59 vol% or more, the strain given to the semiconductor light emitting device 1 by the composite plating layer can be sufficiently suppressed. Further, since the composite plating layer exceeded the thermal conductivity of copper of 400 W / mK, the thermal conductivity was improved by including the diamond particles. In particular, in Examples 9 to 11, since the volume occupancy of the first particle group 71 is as low as 40 vol% or less, the composite plating layer 3 of the present invention can be formed by a stirring method.

[比較例1〜6]
比較例1〜6について説明する。表2に記載の成膜法を使用して、複合めっき層3を成膜した。成膜した複合めっき層3を、X線CTを使用して計測したところ、各粒子群の体積占有率について表2の値を得た。比較例1〜5について、複合めっき層が、銅の熱伝導率の400W/mKを上回ったため、ダイヤモンド粒子を含ませることにより、熱伝導率が向上した。比較例6では、複合めっき層が、銅の熱伝導率の400W/mKを下回った。これは、粒子径の小さいダイヤモンド粒子が比較的多く、銅(金属層)とダイヤモンド粒子との界面の面積が大きくなったことによる。そして、いずれの比較例も、ダイヤモンド粒子の体積占有率の合計が59vol%を下回った。複合めっき層のCTEが、半導体発光素子1(GaAs)のCTEの±15%以内である条件を充足しないため、いずれの比較例も、複合めっき層が半導体発光素子1に与える歪みを、十分に抑制することが難しい。
[Comparative Examples 1 to 6]
Comparative Examples 1 to 6 will be described. The composite plating layer 3 was formed by using the film forming method shown in Table 2. When the formed composite plating layer 3 was measured using X-ray CT, the values in Table 2 were obtained for the volume occupancy of each particle group. In Comparative Examples 1 to 5, since the composite plating layer exceeded the thermal conductivity of 400 W / mK of copper, the thermal conductivity was improved by including the diamond particles. In Comparative Example 6, the composite plating layer had a thermal conductivity of less than 400 W / mK of copper. This is because the number of diamond particles having a small particle size is relatively large, and the area of the interface between the copper (metal layer) and the diamond particles is large. In each of the comparative examples, the total volume occupancy of the diamond particles was less than 59 vol%. Since the condition that the CTE of the composite plating layer is within ± 15% of the CTE of the semiconductor light emitting device 1 (GaAs) is not satisfied, in each of the comparative examples, the distortion given to the semiconductor light emitting device 1 by the composite plating layer is sufficiently sufficient. Difficult to suppress.

1 :半導体発光素子
1e :光出射端面
2 :支持体
3,5,6,7,8:複合めっき層
3a :上面
4 :シード層
6a,7a :(複合めっき層の)上面
9 :光透過部材
30 :金属層
31,32,33,34 :ダイヤモンド粒子
35 :電着層
36 :キャップ層
60 :半導体基板
61 :凹部
62 :底面
65 :側壁
71 :第一粒子群
72 :第二粒子群
73 :第三粒子群
74 :第四粒子群
75 :電極
78 :給電路
80 :反射層
85 :反射層
100,200 :半導体発光装置
1: Semiconductor light emitting element 1e: Light emitting end surface 2: Support 3, 5, 6, 7, 8: Composite plating layer 3a: Top surface 4: Seed layer 6a, 7a: Top surface (of composite plating layer) 9: Light transmitting member 30: Metal layer 31, 32, 33, 34: Diamond particles 35: Electrodeposition layer 36: Cap layer 60: Semiconductor substrate 61: Recessed portion 62: Bottom surface 65: Side wall 71: First particle group 72: Second particle group 73: Third particle group 74: Fourth particle group 75: Electrode 78: Feed path 80: Reflective layer 85: Reflective layer 100, 200: Semiconductor light emitting device

Claims (7)

半導体発光素子と、
前記半導体発光素子を支持する支持体と、
前記半導体発光素子と前記支持体との間にあり、ダイヤモンド粒子が分散された金属層を含んで構成された複合めっき層と、を備え、
前記複合めっき層において、前記ダイヤモンド粒子の体積占有率が59vol%以上であり、
前記ダイヤモンド粒子は、粒子径が64μm以上200μm以下の第一粒子群と、粒子径が16μm以上50μm以下の第二粒子群と、を有する一方で、粒子径が50μmを超え64μm未満の粒子を実質的に有しておらず、
前記ダイヤモンド粒子の粒子径を横軸に、前記複合めっき層における前記ダイヤモンド粒子の単位粒子径幅あたりの体積占有率を縦軸にしたグラフにおいて、
前記第一粒子群及び前記第二粒子群は、それぞれ、体積占有率のピーク値を少なくとも一つ有し、
前記第二粒子群における前記ピーク値のうち、前記体積占有率の最大値をとるときの粒子径は、前記第一粒子群における前記ピーク値のうち、前記体積占有率の最大値をとるときの粒子径に対して、1/4倍以下であり、
前記第二粒子群の前記粒子径の範囲で積分した体積占有率は、前記第一粒子群の前記粒子径の範囲で積分した体積占有率よりも小さいことを特徴とする、半導体発光装置。
With semiconductor light emitting devices,
A support that supports the semiconductor light emitting device and
A composite plating layer, which is between the semiconductor light emitting device and the support and is configured to include a metal layer in which diamond particles are dispersed, is provided.
In the composite plating layer, the volume occupancy of the diamond particles is 59 vol% or more, and the volume occupancy is 59 vol% or more.
The diamond particles have a first particle group having a particle diameter of 64 μm or more and 200 μm or less and a second particle group having a particle diameter of 16 μm or more and 50 μm or less, while substantially particles having a particle diameter of more than 50 μm and less than 64 μm. I don't have it
In the graph in which the particle size of the diamond particles is on the horizontal axis and the volume occupancy rate per unit particle size width of the diamond particles in the composite plating layer is on the vertical axis.
The first particle group and the second particle group each have at least one peak value of volume occupancy.
The particle diameter when the maximum value of the volume occupancy is taken among the peak values in the second particle group is the maximum value of the volume occupancy among the peak values in the first particle group. It is 1/4 times or less of the particle size,
A semiconductor light emitting device, characterized in that the volume occupancy integrated in the range of the particle diameter of the second particle group is smaller than the volume occupancy integrated in the range of the particle diameter of the first particle group.
前記ダイヤモンド粒子は、さらに、粒子径が0.5μm以上16μm未満の第三粒子群を有し、
前記ダイヤモンド粒子の粒子径を横軸に、前記ダイヤモンド粒子の前記複合めっき層における単位粒子径幅あたりの体積占有率を縦軸にしたグラフにおいて、
前記第三粒子群は、体積占有率のピーク値を少なくとも一つ有し、
前記第三粒子群におけるピーク値のうち最大値をとるときの粒子径は、前記第二粒子群におけるピーク値のうち最大値をとるときの粒子径に対して、1/4倍以下であり、
前記第三粒子群の前記粒子径の範囲で積分した体積占有率は、前記第二粒子群の前記粒子径の範囲で積分した体積占有率よりも小さいことを特徴とする、請求項1に記載の半導体発光装置。
The diamond particles further have a third particle group having a particle diameter of 0.5 μm or more and less than 16 μm.
In the graph in which the particle diameter of the diamond particles is on the horizontal axis and the volume occupancy of the diamond particles per unit particle diameter width in the composite plating layer is on the vertical axis.
The third particle group has at least one peak value of volume occupancy.
The particle diameter at the time of taking the maximum value among the peak values in the third particle group is 1/4 times or less the particle diameter at the time of taking the maximum value among the peak values in the second particle group.
The first aspect of the present invention is characterized in that the volume occupancy integrated in the particle size range of the third particle group is smaller than the volume occupancy integrated in the particle size range of the second particle group. Semiconductor light emitting device.
前記第一粒子群の前記粒子径の範囲で積分した体積占有率は40vol%以下であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の半導体発光装置。 The semiconductor light emitting device according to claim 1 or 2, wherein the volume occupancy integrated in the range of the particle diameter of the first particle group is 40 vol% or less. 前記複合めっき層の前記半導体発光素子が載置される側の表面には、前記ダイヤモンド粒子が存在しないことを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の半導体発光装置。 The semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 3, wherein the diamond particles are not present on the surface of the composite plating layer on the side on which the semiconductor light emitting device is placed. 前記複合めっき層を厚み方向に2分割し、前記半導体発光素子に近い第一層と前記支持体に近い第二層とに区分したとき、前記第一層におけるダイヤモンド粒子の体積占有率は、前記第二層におけるダイヤモンド粒子の体積占有率より大きいことを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の半導体発光装置。 When the composite plating layer is divided into two in the thickness direction and divided into a first layer close to the semiconductor light emitting device and a second layer close to the support, the volume occupancy of the diamond particles in the first layer is the above. The semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 4, wherein the volume occupancy of the diamond particles in the second layer is larger than that of the second layer. 前記金属層は、銅を主成分とする層であることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の半導体発光装置。 The semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 5, wherein the metal layer is a layer containing copper as a main component. 前記半導体発光素子は、GaAs系であることを特徴とする、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の半導体発光装置。 The semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 6, wherein the semiconductor light emitting device is a GaAs type.
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