JP2024056982A - 半導体装置 - Google Patents

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conductive
bonding
layer
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bonding layer
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小鵬 呉
拓一 大塚
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Rohm Co Ltd
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    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
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    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
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    • H01L2224/484—Connecting portions
    • H01L2224/4847—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond
    • H01L2224/48471—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond the other connecting portion not on the bonding area being a ball bond, i.e. wedge-to-ball, reverse stitch
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    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491—Disposition
    • H01L2224/4911—Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain
    • H01L2224/49111—Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain the connectors connecting two common bonding areas, e.g. Litz or braid wires
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    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
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    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/8338—Bonding interfaces outside the semiconductor or solid-state body
    • H01L2224/83399—Material
    • H01L2224/834—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/83438—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/83439—Silver [Ag] as principal constituent
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    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838—Bonding techniques
    • H01L2224/83801—Soldering or alloying
    • H01L2224/8382—Diffusion bonding
    • H01L2224/8383—Solid-solid interdiffusion
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    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838—Bonding techniques
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    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/85—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
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    • H01L2224/85438—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/85439—Silver (Ag) as principal constituent
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Abstract

【課題】半導体素子と導電部との適切な接合状態を維持することにより、当該接合状態に対する信頼性を向上させるのに適した半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置Ａ１０は、主面２０Ａを有する導電部２０と、前記主面２０Ａに搭載された半導体素子４０と、前記導電部２０と前記半導体素子４０との間に介在し、前記導電部２０と前記半導体素子４０とを導通接合させる導電性接合材４９と、を備える。前記導電性接合材４９は、金属基層４９０と、第１接合層４９１と、第２接合層４９２とを含む。前記第１接合層４９１は、前記金属基層４９０と前記半導体素子４０との間に介在し、金属の固相拡散により前記半導体素子４０と接合されている。前記第２接合層４９２は、前記金属基層４９０と前記導電部２０との間に介在し、金属の固相拡散により前記導電部２０と接合されている。【選択図】図５

Description

本開示は、半導体素子を備える半導体装置に関する。
従来、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどの半導体素子を搭載した半導体装置が広く知られている。特許文献１には、そのような半導体装置の一例が開示されている。当該半導体装置では、支持基板（絶縁基板）の上に金属パターン（導電部）が形成されている。半導体素子は、当該金属パターンに導電性接合材を介して接合されている。
特許文献１に開示された半導体装置の使用時には、半導体素子から熱が発生し、周囲の温度が上昇する。特に導電性接合材は、高温に晒される場合がある。導電性接合材が繰り返し高温に晒されると、当該導電性接合材の状態が変化する。その結果、半導体素子と金属パターンとの導通状態が損なわれるおそれがある。
特開２００９－１５８７８７号公報
上記した事情に鑑み、本開示は、半導体素子と導電部との適切な接合状態を維持することにより、当該接合状態に対する信頼性を向上させるのに適した半導体装置を提供することを一の課題とする。
本開示の一の側面によって提供される半導体装置は、主面を有する導電部と、前記主面に搭載された半導体素子と、前記導電部と前記半導体素子との間に介在し、前記導電部と前記半導体素子とを導通接合させる導電性接合材と、を備えており、前記導電性接合材は、金属基層と、第１接合層と、第２接合層とを含み、前記第１接合層は、前記金属基層と前記半導体素子との間に介在し、金属の固相拡散により前記半導体素子と接合されており、前記第２接合層は、前記金属基層と前記導電部との間に介在し、金属の固相拡散により前記導電部と接合されている。
本開示のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
第１実施形態に係る半導体装置を示す斜視図である。 図１に示した半導体装置の平面図である。 図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う断面図である。 図２のＩＶ－ＩＶ線に沿う断面図である。 図３の部分拡大図である。 図５の部分拡大図である。 図６のＡ部拡大図である。 図６のＢ部拡大図である。 図６のＣ部拡大図である。 図６のＤ部拡大図である。 半導体素子と導電部との接合方法を説明するための図である。 第２実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。 図１２に示した半導体装置の底面図である。 図１２のＸＩＶ－ＸＩＶ線に沿う断面図である。 図１４の部分拡大図である。 図１５の部分拡大図である。 図１６のＡ部拡大図である。 図１６のＢ部拡大図である。 図１６のＣ部拡大図である。 図１６のＤ部拡大図である。 第３実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。 図２１のＸＸＩＩ－ＸＸＩＩ線に沿う断面図である。 図２２の部分拡大図である。 図２３の部分拡大図である。 図２４のＡ部拡大図である。 図２４のＢ部拡大図である。 図２４のＣ部拡大図である。 図２４のＤ部拡大図である。
以下、本開示の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
本開示における「第１」、「第２」、「第３」等の用語は、単にラベルとして用いたものであり、必ずしもそれらの対象物に順列を付することを意図していない。
図１～図１０に基づき、第１実施形態に係る半導体装置Ａ１０について説明する。図示された半導体装置Ａ１０は、支持基板１０、複数の導電部２０、第１入力端子３１、第２入力端子３２、第１出力端子３３、第２出力端子３４、複数の半導体素子４０、および封止樹脂８０（図１では省略）を備える。これらに加え、半導体装置Ａ１０は、一対の絶縁層２６、一対のゲート配線層２７１、一対の検出配線層２７２、一対のゲート端子３５および一対の検出端子３６を備える。各半導体素子４０は、たとえばＭＯＳＦＥＴであり、半導体装置Ａ１０は、たとえば電力変換装置（パワーモジュール）である。半導体装置Ａ１０は、モータの駆動源、様々な電気製品のインバータ装置、およびＤＣ／ＤＣコンバータなどに用いられる。図２～図４において、封止樹脂８０を透過して示している（二点鎖線参照）。
半導体装置Ａ１０の説明においては、たとえば図１に示すように、支持基板１０（あるいは導電部２０）の厚みを貫通して延びる方向を「方向ｚ」とする（「厚さ方向」と称する場合もある）。方向ｚに対して直交する一の方向を「方向ｘ」とし、方向ｚおよび方向ｘの双方に対して直交する方向を「方向ｙ」とする。図２に示すように、半導体装置Ａ１０は、方向ｚに視て（換言すれば平面視で）矩形状である。また、方向ｘは、半導体装置Ａ１０の一の辺（たとえば図２における左側の辺）に平行であり、方向ｙは、半導体装置Ａ１０の別の辺（たとえば図２における下側の辺）に平行である。半導体装置Ａ１０の説明においては、任意の方向において互いに離間配置された２つの部材ＡおよびＢ（あるいは２つのグループＡおよびＢ）があるとき、「部材Ａは、（部材Ｂに対して）当該方向の一方側にある」または「部材Ｂは、（部材Ａに対して）当該方向の他方側にある」などと記述する場合がある。これによれば、図２において、たとえば、「第１入力端子３１や第２入力端子３２は、方向ｘの一方側に配置されており、第１出力端子３３や第２出力端子３４は、方向ｘの他方側に配置されている」と述べられる。なお、「一方側」および「他方側」はこの例の逆であってもよい。
支持基板１０は、図１～図４に示すように、複数の導電部２０を支持している。図示の例では、支持基板１０は、方向ｚに視て正方形状である。支持基板１０は、方向ｚにおいて互いに反対側を向く（互いに離間する）支持面１０Ａおよび底面１０Ｂを有する。支持面１０Ａは、各導電部２０に対向している。図３、図４に示すように、底面１０Ｂは、封止樹脂８０から露出している。半導体装置Ａ１０をたとえばヒートシンクに取り付ける際、底面１０Ｂが、当該ヒートシンクに対向する。図示に例では、支持基板１０は、第１支持板１１、第２支持板１２および底板１３を含んでいる。
図３および図４に示すように、第１支持板１１は、方向ｚにおいて第２支持板１２と底板１３との間に位置する。第１支持板１１は、電気絶縁性を有する。第１支持板１１の構成材料は、熱伝導性に優れたセラミックスである。当該セラミックスとして、たとえば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が挙げられる。
各第２支持板１２は、第１支持板１１に積層されており、支持面１０Ａを有する。第２支持板１２には、対応する１つの導電部２０が接合されている。第２支持板１２は、金属製であり、たとえば、金属箔により構成される。第２支持板１２は、銅（Ｃｕ）または銅合金からなり、導電性を有する。図に示す例においては、第２支持板１２は、第１領域１２１、第２領域１２２および第３領域１２３の３つの領域（支持板）を有する。これらの３つの領域は、互いに離間している。
底板１３は、第２支持板１２とは反対側において第１支持板１１に積層されている。底板１３は、底面１０Ｂを含む。底板１３は、第２支持板１２と同じく金属製であり、たとえば、銅または銅合金からなる金属箔により構成される。第２支持板１２は、導電性を有する。図３および図４から理解されるように、方向ｚに視て、底板１３の面積は、第１支持板１１の面積よりも小である。底板１３の周縁よりも外方に、第１支持板１１の周縁が位置する。これにより、方向ｚに視て、支持基板１０には、底板１３を囲む凹部１３Ａが設けられている。凹部１３Ａは、封止樹脂８０に覆われる。
支持基板１０は、たとえばＤＢＣ（Direct Bonded Copper）基板を用いることにより形成することができる。ＤＢＣ基板は、セラミックス板と、方向ｚの両側からセラミックス板を挟む一対の銅箔とにより構成される。当該セラミックス板が第１支持板１１となる。一対の銅箔をそれぞれエッチングにより部分除去することにより、第２支持板１２および底板１３が形成される。
図３および図４に示すように、第１領域１２１、第２領域１２２および第３領域１２３の各々の支持面１０Ａを覆うように接合部材１９が設けられている。すなわち、各接合部材１９は、支持基板１０の支持面１０Ａの少なくとも一部を覆っている。
図３および図４に示すように、各導電部２０は、接合部材１９を介して対応する１つの第２支持板１２に接合されている。複数の導電部２０は、第１入力端子３１、第２入力端子３２、第１出力端子３３および第２出力端子３４とともに、半導体装置Ａ１０における所定の導電経路を構成している。各導電部２０は、方向ｚにおいて互いに反対側を向く主面２０Ａおよび裏面２０Ｂを有し、裏面２０Ｂが、支持基板１０の支持面１０Ａに対向している。
半導体装置Ａ１０において、導電部２０は、たとえば金属板によって構成される。当該金属板は、たとえば銅または銅合金製である。図３、図４に示すように、導電部２０の厚さは、第２支持板１２の厚さよりも大である。導電部２０は、前記金属板の表面に、たとえば、銀めっきまたはアルミニウム層、ニッケル（Ｎｉ）層、銀層の順に積層された複数種の金属めっきが施された構成であってもよい。詳細は後述（図９、図１０参照）するが、本実施形態では、導電部２０は、金属製の基材２４と、当該基材２４上に形成された導体層２５とを具備している。
図２～図４に示すように、複数の導電部２０は、第１導電部２０１、第２導電部２０２および第３導電部２０３を含む。第１導電部２０１は、第２支持板１２の第１領域１２１に接合されている。第２導電部２０２は、第２支持板１２の第２領域１２２に接合されている。第３導電部２０３は、第２支持板１２の第３領域１２３に接合されている。このため、第１導電部２０１、第２導電部２０２および第３導電部２０３は、互いに離間している。
図１、図２および図４に示すように、一対の絶縁層２６が、第１導電部２０１および第２導電部２０２の各々の主面２０Ａに配置されている。一対の絶縁層２６は、方向ｙにおいて互いに離間している。一対の絶縁層２６は、方向ｘに延びる帯状である。絶縁層２６の構成材料は、たとえば、セラミックスまたはガラスエポキシ樹脂である。また、絶縁層２６は、少なくとも表面が絶縁性のＳｉＣなどで形成されていてもよい。
一対のゲート配線層２７１が、一対の絶縁層２６上に各別に配置されている。一対のゲート配線層２７１は、方向ｘに延びる帯状である。一対の検出配線層２７２は、一対の絶縁層２６上に各別に配置されている。一対の検出配線層２７２は、方向ｘに延びる帯状である。ゲート配線層２７１および検出配線層２７２は、各絶縁層２６上において、並んで配置されている。ゲート配線層２７１および検出配線層２７２は、たとえば、銅または銅合金からなる金属箔により構成される。
図１および図２に示すように、第１入力端子３１および第２入力端子３２は、方向ｘの一方側に位置する。第１入力端子３１および第２入力端子３２は、方向ｙにおいて互いに離間している。第１入力端子３１および第２入力端子３２には、電力変換対象となる直流電力（電圧）が入力される。第１入力端子３１は、正極（Ｐ端子）である。第２入力端子３２は、負極（Ｎ端子）である。第１入力端子３１および第２入力端子３２は、金属板により構成される。当該金属板の構成材料は、銅または銅合金である。
第１入力端子３１の方向ｘの他方側の端部には、階段状に屈曲形成された屈曲部３１１が設けられている。この屈曲部３１１が、ハンダ接合または超音波接合などにより第１導電部２０１の主面２０Ａに接続されている。これにより、第１入力端子３１は、第１導電部２０１に導通している。第２入力端子３２の方向ｘの他方側に端部には、階段状に屈曲形成された屈曲部３２１が設けられている。この屈曲部３２１が、ハンダ接合または超音波接合などにより第３導電部２０３の主面２０Ａに接続されている。これにより、第２入力端子３２は、第３導電部２０３に導通している。
図１および図２に示すように、第１出力端子３３および第２出力端子３４は、方向ｘの他方側に位置する。第１出力端子３３および第２出力端子３４は、方向ｙにおいて互いに離間している。第１出力端子３３および第２出力端子３４から、複数の半導体素子４０により電力変換された交流電力（電圧）が出力される。第１出力端子３３および第２出力端子３４は、金属板により構成される。当該金属板の構成材料は、銅または銅合金である。第１出力端子３３および第２出力端子３４の方向ｘの一方側の端部には、階段状に屈曲形成された屈曲部３３１および屈曲部３４１が設けられている。当該屈曲部３３１および屈曲部３４１が、ハンダ接合または超音波接合などにより第２導電部２０２の主面２０Ａに接続されている。これにより、第１出力端子３３および第２出力端子３４は、第２導電部２０２に導通している。なお、図示した例では２つの出力端子（第１出力端子３３および第２出力端子３４）を具備する構成であるが、これらをまとめて１つの出力端子を備える構成としてもよい。
一対のゲート端子３５および一対の検出端子３６は、一対のゲート配線層２７１および一対の検出配線層２７２にそれぞれ対応して配置されている。一対のゲート端子３５および一対の検出端子３６は、金属板により構成されており、各々が方向ｙに延びる。当該金属板の構成材料は、銅または銅合金である。
一対のゲート端子３５および一対の検出端子３６の各々の端部は、階段状に屈曲形成されている。各ゲート端子３５の端部は、ハンダ接合または超音波接合などにより、対応するゲート配線層２７１に接続されている。各検出端子３６の端部は、ハンダ接合または超音波接合などにより、対応する検出配線層２７２に接続されている。
半導体素子４０は、たとえば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を主とする半導体材料を用いて構成されたＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）である。半導体素子４０は、ＭＯＳＦＥＴに限らずＭＩＳＦＥＴ（Metal-Insulator-Semiconductor Field-Effect Transistor）を含む電界効果トランジスタや、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）のようなバイポーラトランジスタでもよい。半導体装置Ａ１０の説明においては、半導体素子４０はスイッチング素子であり、ｎチャンネル型のＭＯＳＦＥＴである場合を対象とする。
図５に示すように、半導体素子４０は、素子本体４１、主面電極４２、裏面電極４３およびゲート電極（図示略）を有する。素子本体４１は、素子主面４１１および素子裏面４１２を有する。素子主面４１１および素子裏面４１２は、方向ｚにおいて互いに反対側を向く。素子主面４１１は、方向ｚにおいて導電部２０の主面２０Ａと同じ側を向く。このため、素子裏面４１２は、主面２０Ａに対向している。
図５に示すように、主面電極４２は、素子主面４１１に設けられている。主面電極４２には、素子本体４１の内部からソース電流が流れる。裏面電極４３は、素子裏面４１２に設けられている。裏面電極４３は、たとえば、銀、またはニッケル、銀など複数種の金属層が積層された構成とされる。裏面電極４３には、素子本体４１の内部に向けてドレイン電流が流れる。裏面電極４３は、導電性接合材４９により導電部２０の主面２０Ａに電気的に接合されている。前記ゲート電極は、素子主面４１１に設けられ、当該ゲート電極には半導体素子４０を駆動するためのゲート電圧が印加される。
導電性接合材４９は、導電部２０と半導体素子４０との間に介在している。導電性接合材４９は方向ｚに視て半導体素子４０よりも大きいサイズであり、方向ｚに視て半導体素子４０の全体が導電性接合材４９と重なっている。導電性接合材４９は、複数の金属層が積層された構成である。図５および図６に示すように、半導体装置Ａ１０において、導電性接合材４９は、金属基層４９０、第１接合層４９１および第２接合層４９２を含む。図７～図１０に示すように、導電性接合材４９は、さらに第１中間層４９３および第２中間層４９４を含む。
金属基層４９０は、導電性接合材４９の体積の大半を占めている。金属基層４９０の厚さは、たとえば１０～２００μｍ程度である。金属基層４９０の構成材料は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）およびエルビウム（Ｅｒ）の少なくともいずれかを含む。本実施形態では、金属基層４９０の構成材料はアルミニウムを含む。金属基層４９０の構成材料がアルミニウムである場合、当該金属基層４９０のヤング率は、７０．３ＧＰａである。
第１接合層４９１は、金属基層４９０と半導体素子４０との間に介在している。本実施形態では、図７および図８に示すように、第１接合層４９１は第１中間層４９３上に形成されている。第１接合層４９１の構成材料は、たとえば銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）および金（Ａｕ）の少なくともいずれかを含む。本実施形態では、第１接合層４９１の構成材料は銀を含む。第１接合層４９１は、金属の固相拡散により半導体素子４０（裏面電極４３）に接合されている。裏面電極４３の構成材料は、たとえば銀を含む。裏面電極４３の厚さは第１接合層４９１の厚さよりも小であり、裏面電極４３は、たとえばスパッタリング法により形成される。
第２接合層４９２は、金属基層４９０と導電部２０との間に介在している。本実施形態では、図９および図１０に示すように、第２接合層４９２は第２中間層４９４上に形成されている。第２接合層４９２の構成材料は、たとえば銀、銅および金の少なくともいずれかを含む。本実施形態では、第２接合層４９２の構成材料は銀を含む。第２接合層４９２は、金属の固相拡散により導電部２０（導体層２５）に接合されている。本実施形態では、導電部２０は基材２４および当該基材２４上に形成された導体層２５を備えており、第２接合層４９２と導体層２５とが固相拡散により接合される。導体層２５の構成材料は、たとえば銀を含む。
第１接合層４９１および第２接合層４９２の各々の構成材料が銀である場合、当該第１接合層４９１および第２接合層４９２の各々のヤング率は、８２．７ＧＰａである。このため、先述した金属基層４９０のヤング率（７０．３ＧＰａ）が示すとおり、金属基層４９０のヤング率は、第１接合層４９１および第２接合層４９２の各々のヤング率よりも小である。第１接合層４９１および第２接合層４９２の各々の厚さは、たとえば２～５μｍ程度であり、金属基層４９０の厚さよりも小である。
図７および図８に示すように、第１中間層４９３は、金属基層４９０と第１接合層４９１との間に介在している。本実施形態では、第１中間層４９３は金属基層４９０上に形成されている。図９および図１０に示すように、第２中間層４９４は、金属基層４９０と第２接合層４９２との間に介在している。本実施形態では、第２中間層４９４は金属基層４９０上に形成されている。第１中間層４９３および第２中間層４９４の各々の構成材料は、たとえばニッケル（Ｎｉ）を含む。第１中間層４９３および第２中間層４９４の各々の構成材料がニッケルである場合、当該第１中間層４９３および第２中間層４９４の各々のヤング率は、２００ＧＰａである。第１中間層４９３および第２中間層４９４の各々の厚さは、たとえば０．２～２μｍ程度であり、第１接合層４９１や第２接合層４９２の厚さよりも小である。
前記導電性接合材４９の積層構造は、たとえばスパッタリング法やめっき処理により形成される。スパッタリング法の場合、たとえば金属基層４９０に対応するアルミニウムのシート材の表裏両面に、第１中間層４９３および第１接合層４９１、ならびに第２中間層４９４および第２接合層４９２に対応する金属層を順次形成する。めっき処理の場合、前記アルミニウムのシート材の表面全体に、第１中間層４９３、第２中間層４９４の構成材料によるめっき層と、第１接合層４９１、第２接合層４９２の構成材料によるめっき層とを順次形成する。このようにして作製されたシート状の積層構造物をカットすることにより、複数個の導電性接合材４９が得られる。
次に、導電部２０と半導体素子４０とを接合する方法について説明する。
まず、導電部２０の主面２０Ａ上に、導電性接合材４９および半導体素子４０を積み重ねる。このとき、導電部２０（導体層２５）と第２接合層４９２、および第１接合層４９１と半導体素子４０（裏面電極４３）が、それぞれ互いに接触する。
次いで、導電部２０（導体層２５）と第２接合層４９２、および第１接合層４９１と半導体素子４０（裏面電極４３）を、固相拡散により互いに接合させる。固相拡散による接合は、高温高圧下で行う。固相拡散による接合は、たとえば図１１に示すように、積層配置された半導体素子４０を平坦な押圧部材９によって押圧しつつ行う。固相拡散させるための条件として、たとえば温度が３５０℃程度、かつ圧力が４０ＭＰａ程度である。ただし、固相拡散させるための温度圧力条件は、適宜選択することが可能である。当該固相拡散接合は、大気中で行う場合を想定しているが、真空中で行ってもよい。
導電性接合材４９によって導電部２０と半導体素子４０とを固相拡散により接合すると、導電性接合材４９のうち方向ｚに視て半導体素子４０と重なる部位は、半導体素子４０側から押圧力を受けることで僅かに窪む。そうすると、図６にも表れているように、導電性接合材４９において、方向ｚに視て半導体素子４０と重なる部位と、方向ｚに視て半導体素子４０と重ならない部位との境界部分に段差が形成される。
図６、図８および図１０に示すように、方向ｚに視て導電性接合材４９が半導体素子４０に重なる部位と重ならない部位の境界付近では、第１接合層４９１と裏面電極４３（半導体素子４０）との境界面、および第２接合層４９２と導体層２５（導電部２０）との境界面において、空隙４９５が生じ得る。その一方、図６、図７および図９に示すように、方向ｚに視て導電性接合材４９が半導体素子４０に重なる部位と重ならない部位の境界部分よりも少し内側（方向ｚに視て導電性接合材４９が半導体素子４０に重なる部位）においては、第１接合層４９１と裏面電極４３（半導体素子４０）との境界面および第２接合層４９２と導体層２５（導電部２０）との境界面が視認困難である。このことは、第１接合層４９１と裏面電極４３、および第２接合層４９２と導体層２５について、いずれも構成材料が銀であって、同種金属の固相拡散接合であることに起因する。図８および図１０の拡大図では、第１接合層４９１と裏面電極４３（半導体素子４０）との境界面および第２接合層４９２と導体層２５（導電部２０）との境界面を模式的に点線で表す。このようなことから理解できるように、第１接合層４９１および裏面電極４３、ならびに第２接合層４９２および導体層２５は、それぞれ固相拡散により強固に接合された状態となる。固相拡散による強固な接合状態は、たとえば接合部断面の拡大写真（たとえばＳＥＭ写真）により確認することができる。
複数の半導体素子４０は、複数の第１素子４０１と、複数の第２素子４０２とを含む。図１、図２および図４に示すように、複数の第１素子４０１は、第１導電部２０１の主面２０Ａに電気的に接合されている。複数の第１素子４０１は、方向ｘに沿って所定の間隔で配列されている。複数の第１素子４０１は、半導体装置Ａ１０の上アーム回路を構成している。
図１～図４に示すように、複数の第２素子４０２は、第２導電部２０２の主面２０Ａに電気的に接合されている。複数の第２素子４０２は、方向ｘに沿って所定の間隔で配列されている。複数の第２素子４０２は、半導体装置Ａ１０の下アーム回路を構成している。
図２に示すように、複数の第１素子４０１は、複数の第２素子４０２に対し、方向ｘに沿ってずれた状態で設けられている。図に示す例においては、３つの第１素子４０１および３つの第２素子４０２が設けられている。第１素子４０１および第２素子４０２のそれぞれの個数は本構成に限定されず、たとえば半導体装置Ａ１０に要求される性能に応じて自在に設定可能である。
複数の第１素子４０１の主面電極４２の各々と、第２導電部２０２の主面２０Ａとは、たとえばワイヤ７０ａを介して接続されている（簡略化のため、図２では１本のワイヤ７０ａのみ示す）。これにより、複数の第１素子４０１の各主面電極４２は、前記ワイヤを介して第２導電部２０２に導通している。したがって、第１出力端子３３は、第２導電部２０２および前記ワイヤを介して複数の第１素子４０１の各主面電極４２に導通している。第１出力端子３３は、複数の第１素子４０１のソース端子に相当する。
複数の第１素子４０１の裏面電極４３の各々と、第１導電部２０１とは、導電性接合材４９を介して導通している。したがって、第１入力端子３１は、第１導電部２０１を介して複数の第１素子４０１の各裏面電極４３に導通している。第１入力端子３１は、複数の第１素子４０１のドレイン端子に相当する。
複数の第２素子４０２の主面電極４２の各々と、第３導電部２０３の主面２０Ａとは、たとえばワイヤ７０ｂを介して接続されている（簡略化のため、図２では１本のワイヤ７０ｂのみ示す）。これにより、複数の第２素子４０２の各主面電極４２は、前記ワイヤを介して第３導電部２０３に導通している。したがって、第２入力端子３２は、第３導電部２０３および前記ワイヤを介して複数の第２素子４０２の各主面電極４２に導通している。第２入力端子３２は、複数の第２素子４０２のソース端子に相当する。
複数の第２素子４０２の裏面電極４３の各々と、第２導電部２０２とは、導電性接合材４９を介して導通している。したがって、第２出力端子３４は、第２導電部２０２を介して複数の第２素子４０２の各裏面電極４３に導通している。第２出力端子３４は、複数の第２素子４０２のドレイン端子に相当する。
半導体装置Ａ１０においては、図示しないゲートワイヤおよび検出ワイヤを備える。前記ゲートワイヤは、複数の第１素子４０１および複数の第２素子４０２それぞれに対応して複数設けられている。第１素子４０１に対応する各ゲートワイヤは、第１素子４０１のゲート電極（図示略）と、第１導電部２０１の上に位置する一方のゲート配線層２７１とに接続されている。第２素子４０２に対応する各ゲートワイヤは、第２素子４０２のゲート電極（図示略）と、第２導電部２０２の上に位置する他方のゲート配線層２７１とに接続されている。そして、一対のゲート配線層２７１に接続される一対のゲート端子３５の各々には、複数の第１素子４０１および複数の第２素子４０２のどちらかを駆動させるためのゲート電圧が印加される。
前記検出ワイヤは、複数の第１素子４０１および複数の第２素子４０２それぞれに対応して複数設けられている。第１素子４０１に対応する各検出ワイヤは、第１素子４０１の主面電極４２と、第１導電部２０１の上に位置する一方の検出配線層２７２とに接続されている。第２素子４０２に対応する各検出ワイヤは、第２素子４０２の主面電極４２と、第２導電部２０２の上に位置する他方の検出配線層２７２とに接続されている。そして、一対の検出配線層２７２に接続される一対の検出端子３６の各々から、複数の第１素子４０１および複数の第２素子４０２のどちらかに該当する複数の主面電極４２に印加される電圧（ソース電流に対応した電圧）が印加される。
封止樹脂８０は、図２～図４に示すように、支持基板１０、第１入力端子３１、第２入力端子３２、第１出力端子３３および第２出力端子３４のそれぞれの一部と、導電部２０および複数の半導体素子４０を覆っている。封止樹脂８０は、一対の絶縁層２６、一対のゲート配線層２７１、一対の検出配線層２７２および前記のワイヤ類を覆っている。さらに、封止樹脂８０は、一対のゲート端子３５および一対の検出端子３６のそれぞれの一部を覆っている。封止樹脂８０の構成材料は、たとえば黒色のエポキシ樹脂である。
図３および図４に示すように、封止樹脂８０は、樹脂主面８１および樹脂底面８２を有する。樹脂主面８１は、方向ｚにおいて支持基板１０の支持面１０Ａと同じ側を向く。樹脂底面８２は、方向ｚにおいて樹脂主面８１とは反対側を向く。樹脂底面８２から底板１３（支持基板１０）の底面１０Ｂが露出している。樹脂底面８２は、底板１３を囲む枠状である。なお、一対のゲート端子３５および一対の検出端子３６において封止樹脂８０から露出する部分は、半導体装置Ａ１０の使用形態に応じて適宜屈曲させられる。
次に、半導体装置Ａ１０の作用効果について説明する。
半導体装置Ａ１０において、導電部２０と半導体素子４０との間に介在する導電性接合材４９は、金属基層４９０、第１接合層４９１および第２接合層４９２を含み、金属基層４９０が第１接合層４９１および第２接合層４９２の間に介在する。このような構成によれば、第１接合層４９１と半導体素子４０（裏面電極４３）とを接合し、また第２接合層４９２と導電部２０（導体層２５）とを接合する際に、中間の金属基層４９０がクッションとして機能する。これにより、第１接合層４９１と半導体素子４０（裏面電極４３）の境界部、および第２接合層４９２と導電部２０（導体層２５）の境界部のそれぞれに作用する押圧力が均一化される。また、第１接合層４９１と半導体素子４０（裏面電極４３）、および第２接合層４９２と導電部２０（導体層２５）が、それぞれ固相拡散接合により強固に接合される。結果として、半導体装置Ａ１０の使用時に半導体素子４０で発生した熱によって導電性接合材４９が繰り返し高温状態に晒されても、導電性接合材４９における接合状態の変化（劣化）が抑制される。したがって、導電性接合材４９を具備する半導体装置Ａ１０によれば、半導体素子４０と導電部２０との接合状態に対する信頼性を向上させることができる。
本実施形態において、金属基層４９０のヤング率は、第１接合層４９１および第２接合層４９２の各々の構成材料のヤング率よりも小である。このような構成によれば、導電性接合材４９を半導体素子４０（裏面電極４３）と導電部２０（導体層２５）とに固相拡散により接合する際、相対的に軟らかい金属基層４９０によって応力が緩和され、接合境界部の平滑化を図ることができる。これにより、第１接合層４９１と半導体素子４０（裏面電極４３）、および第２接合層４９２と導電部２０（導体層２５）は、固相拡散によってより強固に接合される。
本実施形態では金属基層４９０の厚さが第１接合層４９１および第２接合層４９２の各々の厚さよりも大である。これにより、固相拡散による接合の際、第１接合層４９１と半導体素子４０（裏面電極４３）の境界部、および第２接合層４９２と導電部２０（導体層２５）の境界部のそれぞれに作用する押圧力がより均一となる。したがって、第１接合層４９１と半導体素子４０（裏面電極４３）、および第２接合層４９２と導電部２０（導体層２５）は、それぞれより強固な導通接合状態となり得る。
導電性接合材４９は、第１中間層４９３および第２中間層４９４を含む。第１中間層４９３は金属基層４９０と第１接合層４９１との間に介在し、第２中間層４９４は金属基層４９０と第２接合層４９２との間に介在する。第１中間層４９３および第２中間層４９４を有する構成は、固相拡散による接合の際、第１接合層４９１と半導体素子４０（裏面電極４３）の境界部、および第２接合層４９２と導電部２０（導体層２５）の境界部それぞれに作用する押圧力の均一化を図るのに適している。また、第１中間層４９３および第２中間層４９４の各々の構成材料がニッケルであると、第１中間層４９３および第２中間層４９４のヤング率が比較的大きい。この場合、固相拡散接合の際に接合境界部に作用する押圧力がより均一になり、第１接合層４９１と半導体素子４０（裏面電極４３）、および第２接合層４９２と導電部２０（導体層２５）は、より強固な導通接合状態となり得る。
本実施形態では、第１接合層４９１および第２接合層４９２の各々の構成材料は銀を含む。このような構成によれば、導電性接合材４９を用いた固相拡散による接合の際、第１接合層４９１および第２接合層４９２の酸化が抑制され、良好な固相拡散接合が可能となる。また、第１接合層４９１および第２接合層４９２と接合される裏面電極４３および導体層２５の各々についても銀を含むため、より良好な固相拡散接合が可能となる。
図３および図４に示され、導電部２０と支持基板１０（第２支持板１２）との間に介在する接合部材１９について、具体的な構成は特に限定されないが、先述の導電性接合材４９と同様の構成としてもよい。接合部材１９は、たとえば複数の金属層が積層された構成であり、固相拡散により接合された複数の金属層を含む。接合部材１９は、導電性接合材４９と同様に、金属基層、第１接合層、第２接合層、第１中間層および第２中間層を含んでいてもよい。これら金属基層、第１接合層、第２接合層、第１中間層および第２中間層の具体的構成は、導電性接合材４９における金属基層４９０、第１接合層４９１、第２接合層４９２、第１中間層４９３および第２中間層４９４とそれぞれ同様である。この場合、接合部材１９の第１接合層が金属の固相拡散により導電部２０に接合され、接合部材１９の第２接合層が金属の固相拡散により支持基板１０（第２支持板１２）に接合される。
図１２～図２０に基づき、第２実施形態に係る半導体装置Ａ２０について説明する。図示された半導体装置Ａ２０は、支持部材１、導電部２、半導体レーザ素子４、スイッチング素子５、コンデンサ６、第１ワイヤ７１、第２ワイヤ７２、第３ワイヤ７３および透光樹脂８を備える。半導体装置Ａ２０は、たとえば２次元距離計測の一例であるＬｉＤＡＲのパルスレーザ光源として用いられるが、本開示がこれに限定されるわけではない。
図１２に示すように、半導体装置Ａ２０は、方向ｚに視て矩形状である。図１２においては、透光樹脂８を省略している。図１２において、括弧書きの符号８４～８７は、それぞれ透光樹脂８の４つの側面（後述する樹脂第１面、樹脂第２面、樹脂第３面および樹脂第４面）を示している。
支持部材１は、導電部２を介して半導体レーザ素子４およびスイッチング素子５を支持している。支持部材１は、絶縁材料からなる。支持部材１の材質は特に限定されず、たとえばエポキシ樹脂やガラスエポキシ樹脂が挙げられる。以降の説明においては、支持部材１がセラミックスからなる場合を例に説明する。本実施形態においては、支持部材１は、支持面１Ａ、底面１Ｂ、第１面１４、第２面１５、第３面１６および第４面１７を有しており、方向ｚに視てたとえば矩形状である。
支持面１Ａは、方向ｚ一方側を向く面であり、図示された例においては、平面である。底面１Ｂは、支持面１Ａとは反対側の方向ｚ他方側を向く面であり、図示された例においては、平面である。第１面１４は、方向ｘ一方側を向く面であり、図示された例においては、平面である。第２面１５は、第１面１４とは反対側の方向ｘ他方側を向く面であり、図示された例においては、平面である。第３面１６は、方向ｙ一方側を向く面であり、図示された例においては、平面である。第４面１７は、第３面１６とは反対側の方向ｘ他方側を向く面であり、図示された例においては、平面である。
導電部２は、半導体レーザ素子４およびスイッチング素子５等への導通経路を構成する部位である。導電部２の材質は特に限定されず、銅（Ｃｕ），ニッケル（Ｎｉ），チタン（Ｔｉ），金（Ａｕ）等の金属が挙げられる。また、導電部２の形成手法は特に限定されず、図示された例においては、たとえばめっきによって形成される。
図示された導電部２は、主面部２１、底面部２２および連絡部２３を含む。
主面部２１は、支持部材１の支持面１Ａ上に配置されている。主面部２１は、方向ｚを厚さ方向とする薄板状である。主面部２１は、複数の部分を含み、図示された例においては、第１主面部２１１、第２主面部２１２、第３主面部２１３および第４主面部２１４を含んでいる。
図１２および図１４に示すように、第１主面部２１１は、支持部材１の方向ｙにおける第４面１７側に配置されている。第１主面部２１１は、方向ｚ一方側を向く主面２１１Ａを有する。第１主面部２１１の形状は特に限定されないが、図示された例においては、方向ｘを長手方向とする長矩形に凸部２１１Ｂが組み合わされた形状である。凸部２１１Ｂは、第１主面部２１１の方向ｙにおける第３面１６側の部分が、方向ｙにおいて第３面１６側に突出した部位である。凸部２１１Ｂは、第１主面部２１１の方向ｘ中央に位置する。第１主面部２１１は、第１面１４、第２面１５および第４面１７から離間している。
図１２および図１４に示すように、第２主面部２１２は、第１主面部２１１よりも方向ｙにおいて第３面１６寄りに配置されている。第２主面部２１２は、方向ｚ一方側を向く主面２１２Ａを有する。第２主面部２１２の方向ｘ寸法は、第１主面部２１１の方向ｘ寸法と略同じである。第２主面部２１２の方向ｙ寸法は、第１主面部２１１の方向ｙ寸法よりも大きい。第２主面部２１２は、方向ｙに視て第１主面部２１１と重なる。第２主面部２１２の形状は特に限定されないが、図示された例においては、矩形状の一部が凹んだ形状である。第２主面部２１２は、凹部２１２Ｂを有する。凹部２１２Ｂは、第２主面部２１２の方向ｙにおける第４面１７側の部分が、方向ｙにおいて第３面１６側に凹んだ部位である。凹部２１２Ｂは、第２主面部２１２の方向ｘ中央に位置する。また、凹部２１２Ｂは、方向ｙに視て凸部２１１Ｂと重なる。第２主面部２１２の面積は、第１主面部２１１、第３主面部２１３および第４主面部２１４よりも大きい。第２主面部２１２は、第１面１４および第２面１５から離間している。
図１２および図１４に示すように、第３主面部２１３は、第２主面部２１２よりも方向ｙにおいて第３面１６寄りに配置されている。第３主面部２１３は、支持部材１の方向ｘにおける第１面１４側であって、方向ｙにおける第３面１６側に配置されている。第３主面部２１３は、方向ｚ一方側を向く主面２１３Ａを有する。第３主面部２１３の形状は特に限定されず、図示された例においては、方向ｘを長手方向とする長矩形状である。図示された第３主面部２１３は、第１面１４および第３面１６から離間している。
図１２に示すように、第４主面部２１４は、第３主面部２１３に対して方向ｘにおいて第２面１５寄りに位置しており、第２主面部２１２に対して方向ｙにおいて第３面１６寄りに位置している。第４主面部２１４は、方向ｚ一方側を向く主面２１４Ａを有する。第４主面部２１４の形状は特に限定されず、図示された例においては、矩形状である。図示された例においては、第４主面部２１４の方向ｙ寸法は、第３主面部２１３の方向ｙ寸法と略同じである。また、第４主面部２１４の方向ｘ寸法は、第３主面部２１３の方向ｘ寸法よりも小さい。第４主面部２１４の面積は、第３主面部２１３の面積よりも小さい。第４主面部２１４は、方向ｘに視て第３主面部２１３と重なる。また、第４主面部２１４は、方向ｙに視て第１主面部２１１および第２主面部２１２と重なる。図示された第４主面部２１４は、第２面１５および第３面１６から離間している。
図１３および図１４に示すように、底面部２２は、支持部材１の底面１Ｂ上に配置されている。図示された例においては、底面部２２は、第１底面部２２１、第２底面部２２２、第３底面部２２３および第４底面部２２４を含む。本実施形態においては、底面部２２は、半導体装置Ａ２０を回路基板（図示略）等に実装する際の実装端子として用いられる。
図１３および図１４に示すように、第１底面部２２１は、支持部材１の方向ｙにおける第４面１７側に配置されている。第１底面部２２１の形状は特に限定されず、図示された例においては、方向ｘを長手方向とする長矩形状である。図示された第１底面部２２１は、第１面１４、第２面１５および第４面１７から離間している。
図１３および図１４に示すように、第２底面部２２２は、第１底面部２２１よりも方向ｙにおいて第３面１６寄りに配置されている。第１底面部２２１の方向ｘ寸法は、第１底面部２２１の方向ｘ寸法と略同じである。第２底面部２２２の方向ｙ寸法は、第１底面部２２１の方向ｙ寸法よりも大きい。第２底面部２２２は、方向ｙに視て第１底面部２２１と重なる。第２底面部２２２の形状は特に限定されず、図示された例においては、矩形状である。第２底面部２２２の面積は、第１底面部２２１、第３底面部２２３および第４底面部２２４よりも大きい。図示された第２底面部２２２は、第１面１４および第２面１５から離間している。
図１３および図１４に示すように、第３底面部２２３は、第２底面部２２２よりも方向ｙにおいて第３面１６寄りに配置されている。第３底面部２２３は、支持部材１の方向ｘにおける第１面１４側であって、方向ｙにおける第３面１６側に配置されている。第３底面部２２３の形状は特に限定されず、図示された例においては、方向ｘを長手方向とする長矩形状である。図示された第３底面部２２３は、第１面１４および第３面１６から離間している。
図１３に示すように、第４底面部２２４は、第３底面部２２３に対して方向ｘにおいて第２面１５寄りに位置しており、第２底面部２２２に対して方向ｙにおいて第３面１６寄りに位置している。第４底面部２２４の形状は特に限定されず、図示された例においては、矩形状である。図示された例においては、第４底面部２２４の方向ｙ寸法は、第３底面部２２３の方向ｙ寸法と略同じである。また、第４底面部２２４の方向ｘ寸法は、第３底面部２２３の方向ｘ寸法よりも小さい。第４底面部２２４の面積は、第３底面部２２３の面積よりも小さい。第４底面部２２４は、方向ｘに視て第３底面部２２３と重なる。また、第４底面部２２４は、方向ｙに視て第１底面部２２１および第２底面部２２２と重なる。図示された第４底面部２２４は、第２面１５および第３面１６から離間している。
連絡部２３は、主面部２１の各部と底面部２２の各部とを導通させる。連絡部２３の具体的構成は特に限定されず、図示された例においては、図１２および図１３に示すように、第１連絡部２３１、複数の第２連絡部２３２、複数の第３連絡部２３３および第４連絡部２３４を含む。第１連絡部２３１、第２連絡部２３２、第３連絡部２３３および第４連絡部２３４の個数は、特に限定されない。
第１連絡部２３１、第２連絡部２３２、第３連絡部２３３および第４連絡部２３４の具体的構成は特に限定されず、本実施形態においては、図１２～図１４に示すように、方向ｚ視における支持部材１の内方領域（第１面１４、第２面１５、第３面１６および第４面１７から離間した領域）において、支持部材１を厚さ方向に貫通している。このような、第１連絡部２３１、第２連絡部２３２、第３連絡部２３３および第４連絡部２３４は、支持部材１に形成された貫通孔の内面に、金属からなるめっき層を形成することによって設けられており、支持面１Ａおよび底面１Ｂに到達している。図示された例においては、第１連絡部２３１、第２連絡部２３２、第３連絡部２３３および第４連絡部２３４の内部は、樹脂が充填された構成であるが、たとえば金属が充填された構成であってもよい。
図１２～図１４に示すように、第１連絡部２３１は、第１主面部２１１と第１底面部２２１とに繋がっており、第１主面部２１１と第１底面部２２１とを連結している。
図１２～図１４に示すように、複数の第２連絡部２３２は、第２主面部２１２と第２底面部２２２とに繋がっており、第２主面部２１２と第２底面部２２２とを連結している。図示された例においては、複数の第２連絡部２３２は、方向ｘおよび方向ｙに沿ったマトリクス状に配置されている。
図１２～図１４に示すように、複数の第３連絡部２３３は、第３主面部２１３と第３底面部２２３とに繋がっており、第３主面部２１３と第３底面部２２３とを連結している。本実施形態においては、複数の第３連絡部２３３は、方向ｘに沿って配列されている。複数の第３連絡部２３３は、方向ｙにおいて第３面１６寄りに配置されている。
図１２および図１３に示すように、第４連絡部２３４は、第４主面部２１４と第４底面部２２４とに繋がっており、第４主面部２１４と第４底面部２２４とを連結している。図示された例とは異なり、複数の第４連絡部２３４を有する構成であってもよい。
半導体レーザ素子４は、半導体装置Ａ２０の光源であり、半導体からなる活性層等を含む。本実施形態においては、図１４に示すように、半導体レーザ素子４は、素子本体４１、第１レーザ電極４４および第２レーザ電極４５を有する。素子本体４１は、素子主面４１１および素子裏面４１２を有する。素子主面４１１および素子裏面４１２は、方向ｚにおいて互いに反対側を向く。素子主面４１１は、方向ｚにおいて主面２１１Ａと同じ側を向く面である。素子裏面４１２は、主面２１１Ａに対向している。
第１レーザ電極４４は、素子主面４１１上に配置されている。第２レーザ電極４５は、素子裏面４１２上に配置されている。図１２においては、第１レーザ電極４４を省略している。本実施形態においては、第１レーザ電極４４がアノード電極であり、第２レーザ電極４５がカソード電極である。第２レーザ電極４５は、たとえば、銀、またはニッケル、銀など複数種の金属層が積層された構成とされる。
図１２および図１４に示すように、本実施形態においては、半導体レーザ素子４は、第１主面部２１１上に配置されている。具体的には、半導体レーザ素子４の第２レーザ電極４５が導電性接合材４９によって第１主面部２１１の主面２１１Ａに電気的に接合されている。図示された例においては、半導体レーザ素子４は、方向ｙに視て凸部２１１Ｂおよび凹部２１２Ｂと重なっている。半導体レーザ素子４は、方向ｙにおいて第４面１７が向く側にレーザ光Ｌを出射する。また、図示された例においては、半導体レーザ素子４は、方向ｚに視て第１連絡部２３１と重なっている。
導電性接合材４９は、導電部２（主面部２１の第１主面部２１１）と半導体レーザ素子４との間に介在している。導電性接合材４９は方向ｚに視て半導体レーザ素子４よりも大きいサイズであり、方向ｚに視て半導体レーザ素子４の全体が導電性接合材４９と重なっている。導電性接合材４９は、複数の金属層が積層された構成である。図１５および図１６に示すように、半導体装置Ａ２０において、導電性接合材４９は、金属基層４９０、第１接合層４９１および第２接合層４９２を含む。本実施形態においても、図１７～図２０に示すように、導電性接合材４９は、さらに第１中間層４９３および第２中間層４９４を含む。
金属基層４９０は、導電性接合材４９の体積の大半を占めている。金属基層４９０の厚さは、たとえば１０～２００μｍ程度である。金属基層４９０の構成材料は、たとえばアルミニウム、チタン、亜鉛、ハフニウムおよびエルビウムの少なくともいずれかを含む。本実施形態では、金属基層４９０の構成材料はアルミニウムを含む。金属基層４９０の構成材料がアルミニウムである場合、当該金属基層４９０のヤング率は、７０．３ＧＰａである。
第１接合層４９１は、金属基層４９０と半導体レーザ素子４との間に介在している。本実施形態では、図１７および図１８に示すように、第１接合層４９１は第１中間層４９３上に形成されている。第１接合層４９１の構成材料は、たとえば銀、銅および金の少なくともいずれかを含む。本実施形態では、第１接合層４９１の構成材料は銀を含む。第１接合層４９１は、金属の固相拡散により半導体レーザ素子４（第２レーザ電極４５）に接合されている。第２レーザ電極４５の構成材料は、たとえば銀を含む。第２レーザ電極４５の厚さは第１接合層４９１の厚さよりも小であり、第２レーザ電極４５は、たとえばスパッタリング法により形成される。
第２接合層４９２は、金属基層４９０と導電部２（第１主面部２１１）との間に介在している。本実施形態では、図１９および図２０に示すように、第２接合層４９２は第２中間層４９４上に形成されている。第２接合層４９２の構成材料は、たとえば銀、銅および金の少なくともいずれかを含む。本実施形態では、第２接合層４９２の構成材料は銀を含む。第２接合層４９２は、金属の固相拡散により導電部２（第１主面部２１１）に接合されている。
第１接合層４９１および第２接合層４９２の各々の構成材料が銀である場合、当該第１接合層４９１および第２接合層４９２の各々のヤング率は、８２．７ＧＰａである。このため、先述した金属基層４９０のヤング率（７０．３ＧＰａ）が示すとおり、金属基層４９０のヤング率は、第１接合層４９１および第２接合層４９２の各々のヤング率よりも小である。また、第１接合層４９１および第２接合層４９２の各々の厚さは、たとえば２～５μｍ程度であり、金属基層４９０の厚さよりも小である。
図１７および図１８に示すように、第１中間層４９３は、金属基層４９０と第１接合層４９１との間に介在している。本実施形態では、第１中間層４９３は金属基層４９０上に形成されている。図１９および図２０に示すように、第２中間層４９４は、金属基層４９０と第２接合層４９２との間に介在している。本実施形態では、第２中間層４９４は金属基層４９０上に形成されている。第１中間層４９３および第２中間層４９４の各々の構成材料は、たとえばニッケルを含む。第１中間層４９３および第２中間層４９４の各々の構成材料がニッケルである場合、当該第１中間層４９３および第２中間層４９４の各々のヤング率は、２００ＧＰａである。また、第１中間層４９３および第２中間層４９４の各々の厚さは、たとえば０．２～２μｍ程度であり、第１接合層４９１や第２接合層４９２の厚さよりも小である。
前記導電性接合材４９の積層構造は、たとえばスパッタリング法やめっき処理により形成される。導電性接合材４９の形成方法は、たとえば先述の半導体装置Ａ１０における導電性接合材４９の場合と同様である。導電性接合材４９を用いて導電部２（第１主面部２１１）と半導体レーザ素子４とを接合する方法についても、先述の半導体装置Ａ１０において図１１を参照して説明した方法と同様である。
導電性接合材４９によって導電部２と半導体レーザ素子４とを固相拡散により接合すると、導電性接合材４９のうち方向ｚに視て半導体レーザ素子４と重なる部位は、半導体レーザ素子４側から押圧力を受けることで僅かに窪む。すると、図１６にも表れているように、導電性接合材４９において、方向ｚに視て半導体レーザ素子４と重なる部位と、方向ｚに視て半導体レーザ素子４と重ならない部位との境界部分に段差が形成される。
図１６、図１８および図２０に示すように、方向ｚに視て導電性接合材４９が半導体レーザ素子４に重なる部位と重ならない部位の境界付近では、第１接合層４９１と第２レーザ電極４５（半導体レーザ素子４）との境界面、および第２接合層４９２と第１主面部２１１（導電部２）との境界面において、空隙４９５が生じ得る。その一方、図１６、図１７および図１９に示すように、方向ｚに視て導電性接合材４９が半導体レーザ素子４に重なる部位と重ならない部位の境界部分よりも少し内側（方向ｚに視て導電性接合材４９が半導体レーザ素子４に重なる部位）においては、第１接合層４９１と第２レーザ電極４５（半導体レーザ素子４）との境界面および第２接合層４９２と第１主面部２１１（導電部２）との境界面に空隙が存在しない。このようなことから理解できるように、第１接合層４９１および第２レーザ電極４５、ならびに第２接合層４９２および第１主面部２１１は、それぞれ固相拡散により強固に接合された状態となる。
スイッチング素子５は、半導体レーザ素子４への電流をＯＮ／ＯＦＦするための素子である。スイッチング素子５は、たとえばＳｉやＳｉＣ、あるいはＧａＮ等からなるＦＥＴ等のトランジスタである。スイッチング素子５がＳｉＣからなる場合、スイッチングの高速化を図るのに適している。スイッチング素子５は、図１２および図１４に示すように、素子本体５１、ゲート電極５２、ソース電極５３およびドレイン電極５４を有する。素子本体５１は、ＳｉやＳｉＣ等の半導体材料からなり、素子主面５１１および素子裏面５１２を有する。素子主面５１１は、方向ｚにおいて主面２１２Ａと同じ側を向く面である。素子裏面５１２は、方向ｚにおいて底面１Ｂと同じ側を向く面であり、主面２１２Ａに対向している。
ゲート電極５２は、素子主面５１１上に配置されている。図示された例においては、ゲート電極５２は、方向ｘにおいて第２面１５寄りに配置されており、方向ｙにおいて第３面１６寄りに配置されている。ゲート電極５２の形状は特に限定されず、図示された例においては、方向ｚに視て矩形状である。
ソース電極５３は、素子主面５１１上に配置されている。図示された例においては、ソース電極５３は、方向ｚに視てＬ字状であり、ゲート電極５２に対して方向ｘにおける第１面１４側の領域および方向ｙにおける第４面１７寄りの領域に配置されている。
ドレイン電極５４は、素子裏面５１２上に配置されており、図示された例においては、素子裏面５１２の略全面を覆っている。
図１２および図１４に示すように、本実施形態においては、スイッチング素子５は、第２主面部２１２上に配置されている。具体的には、スイッチング素子５のドレイン電極５４が導電性接合材５９によって第２主面部２１２の主面２１２Ａに電気的に接合されている。本実施形態においては、スイッチング素子５は、第２主面部２１２上において、方向ｘおける第１面１４寄りに配置されている。スイッチング素子５は、方向ｚに視て複数の第２連絡部２３２のすべてと重なっている。スイッチング素子５は、方向ｙに視て半導体レーザ素子４と重なる。
導電性接合材５９は、導電部２（主面部２１の第２主面部２１２）とスイッチング素子５との間に介在している。導電性接合材５９は方向ｚに視てスイッチング素子５よりも大きいサイズであり、方向ｚに視てスイッチング素子５の全体が導電性接合材５９と重なっている。導電性接合材５９は、複数の金属層が積層された構成である。導電性接合材５９は、導電性接合材４９と同様に、金属基層、第１接合層、第２接合層、第１中間層および第２中間層を含む。これら金属基層、第１接合層、第２接合層、第１中間層および第２中間層の具体的構成は、導電性接合材４９における金属基層４９０、第１接合層４９１、第２接合層４９２、第１中間層４９３および第２中間層４９４とそれぞれ同様である。導電性接合材５９の第１接合層が金属の固相拡散によりスイッチング素子５（ドレイン電極５４）に接合されており、導電性接合材５９の第２接合層が金属の固相拡散により導電部２（第２主面部２１２）に接合されている。導電性接合材５９の形成方法は、たとえば先述の半導体装置Ａ１０における導電性接合材４９の場合と同様である。導電性接合材５９を用いて導電部２（第２主面部２１２）とスイッチング素子５とを接合する方法についても、先述の半導体装置Ａ１０において図１１を参照して説明した方法と同様である。
コンデンサ６は、半導体レーザ素子４に通電する電流となるべき電荷を一時的に蓄積するためのものである。図１２に示すように、図示された例においては、コンデンサ６は、電極６１および電極６２を有する。電極６１は、接合部材（図示略）によって第１主面部２１１に導通接合されている。電極６２は、接合部材（図示略）によって第２主面部２１２に導通接合されている。前記接合部材は、たとえばハンダである。本実施形態においては、半導体装置Ａ２０は、２つのコンデンサ６を備える。２つのコンデンサ６は、互いに並列に接続されている。また、本実施形態においては、２つのコンデンサ６は、半導体レーザ素子４を挟んで方向ｘ両側に配置されている。２つのコンデンサ６は、方向ｙに視て凹部２１２Ｂおよび凸部２１１Ｂと重なっていない。
複数の第１ワイヤ７１は、図１２および図１４に示すように、スイッチング素子５のソース電極５３と半導体レーザ素子４の第１レーザ電極４４とに接続されている。第１ワイヤ７１は、たとえば、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ等の金属からなり、本実施形態においては、Ａｕからなる。複数の第１ワイヤ７１の本数は特に限定されず、図示された例においては、３本である。複数の第１ワイヤ７１は、ソース電極５３の方向ｙにおける第４面１７寄りの部分に接続されている。複数の第１ワイヤ７１は、半導体レーザ素子４の第１レーザ電極４４に、方向ｙに並ぶように接続されている。
複数の第２ワイヤ７２は、図１２および図１４に示すように、スイッチング素子５のソース電極５３と導電部２の主面部２１の第３主面部２１３とに接続されている。第２ワイヤ７２は、たとえば、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ等の金属からなり、本実施形態においては、第１ワイヤ７１と同じくＡｕからなる。複数の第２ワイヤ７２の本数は特に限定されず、図示された例においては、２本であり、複数の第１ワイヤ７１の本数よりも少ない。このため、複数の第１ワイヤ７１の抵抗値は、複数の第２ワイヤ７２の抵抗値よりも小さい。複数の第２ワイヤ７２は、ソース電極５３の方向ｙにおける第３面１６寄りの部分に接続されている。複数の第２ワイヤ７２は、第３主面部２１３に、方向ｘに並ぶように接続されている。
第３ワイヤ７３は、図１２に示すように、スイッチング素子５のゲート電極５２と導電部２の主面部２１の第４主面部２１４とに接続されている。第３ワイヤ７３は、たとえば、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ等の金属からなり、本実施形態においては、Ａｕからなる。第３ワイヤ７３の本数は特に限定されず、図示された例においては、１本である。
透光樹脂８は、支持部材１の支持面１Ａ上に配置されており、当該支持面１Ａ、半導体レーザ素子４、スイッチング素子５、複数のコンデンサ６、複数の第１ワイヤ７１、複数の第２ワイヤ７２および第３ワイヤ７３を覆っている。透光樹脂８は、半導体レーザ素子４からのレーザ光Ｌを透過させる材質からなり、たとえば透明なエポキシ樹脂やシリコーン樹脂からなる。
透光樹脂８の形状は特に限定されず、本実施形態においては、図１２および図１４に示すように、透光樹脂８は、樹脂主面８１、樹脂第１面８４、樹脂第２面８５、樹脂第３面８６および樹脂第４面８７を有する。
樹脂主面８１は、方向ｚにおいて支持面１Ａと同じ側を向く面であり、図示された例においては、平面である。樹脂第１面８４は、方向ｘにおいて第１面１４と同じ側を向く面である。図示された例においては、樹脂第１面８４は、平面であり、第１面１４と面一である。樹脂第２面８５は、方向ｘにおいて第２面１５と同じ側を向く面である。図示された例においては、樹脂第２面８５は、平面であり、第２面１５と面一である。樹脂第３面８６は、方向ｙにおいて第３面１６と同じ側を向く面である。図示された例においては、樹脂第３面８６は、平面であり、第３面１６と面一である。樹脂第４面８７は、方向ｙにおいて第４面１７と同じ側を向く面である。図示された例においては、樹脂第４面８７は、平面であり、樹脂第４面８７と面一である。本実施形態においては、半導体レーザ素子４からのレーザ光Ｌは、透光樹脂８の樹脂第４面８７から出射される。なお、樹脂第４面８７を平坦かつ平滑な面とすることにより、レーザ光Ｌの散乱を抑制し、出射効率を高めることができる。
次に、半導体装置Ａ２０の作用について説明する。
半導体装置Ａ２０において、導電部２と半導体レーザ素子４との間に介在する導電性接合材４９は、金属基層４９０、第１接合層４９１および第２接合層４９２を含む。第１接合層４９１と半導体レーザ素子４（第２レーザ電極４５）、および第２接合層４９２と導電部２（第１主面部２１１）が、それぞれ金属の固相拡散により導通接合されており、第１接合層４９１と第２接合層４９２との間に金属基層４９０が介在する。このような構成によれば、第１接合層４９１と半導体レーザ素子４（第２レーザ電極４５）、および第２接合層４９２と導電部２（第１主面部２１１）を、それぞれ固相拡散により接合させる際、金属基層４９０がクッションとして機能する。これにより、第１接合層４９１と半導体レーザ素子４（第２レーザ電極４５）の境界部、および第２接合層４９２と導電部２（第１主面部２１１）の境界部のそれぞれに作用する押圧力の均一化が図られる。したがって、第１接合層４９１と半導体レーザ素子４（第２レーザ電極４５）、および第２接合層４９２と導電部２（第１主面部２１１）は、それぞれ固相拡散接合により強固に接合されている。その結果、半導体装置Ａ２０の使用時に半導体レーザ素子４で発生した熱によって導電性接合材４９が繰り返し高温状態に晒されても、導電性接合材４９における接合状態の変化が抑制される。したがって、導電性接合材４９を具備する半導体装置Ａ２０によれば、半導体レーザ素子４と導電部２との接合状態に対する信頼性を向上させることができる。
本実施形態において、金属基層４９０のヤング率は、第１接合層４９１および第２接合層４９２の各々の構成材料のヤング率よりも小である。このような構成によれば、導電性接合材４９を半導体レーザ素子４（第２レーザ電極４５）と導電部２（第１主面部２１１）とに固相拡散による接合する際、相対的に軟らかい金属基層４９０によって応力が緩和され、接合境界部の平滑化を図ることができる。これにより、第１接合層４９１と半導体レーザ素子４（第２レーザ電極４５）、および第２接合層４９２と導電部２（第１主面部２１１）は、固相拡散によってより強固に接合される。
本実施形態では金属基層４９０の厚さが第１接合層４９１および第２接合層４９２の各々の厚さよりも大である。これにより、固相拡散による接合の際、第１接合層４９１と半導体レーザ素子４（第２レーザ電極４５）の境界部、および第２接合層４９２と導電部２（第１主面部２１１）の境界部のそれぞれに作用する押圧力がより均一となる。したがって、第１接合層４９１と半導体レーザ素子４（第２レーザ電極４５）、および第２接合層４９２と導電部２（第１主面部２１１）は、それぞれより強固な導通接合状態となり得る。
導電性接合材４９は、第１中間層４９３および第２中間層４９４を含む。第１中間層４９３は金属基層４９０と第１接合層４９１との間に介在し、第２中間層４９４は金属基層４９０と第２接合層４９２との間に介在する。第１中間層４９３および第２中間層４９４を有する構成は、固相拡散による接合の際、第１接合層４９１と半導体レーザ素子４（第２レーザ電極４５）の境界部、および第２接合層４９２と導電部２（第１主面部２１１）の境界部それぞれに作用する押圧力の均一化を図るのに適している。また、第１中間層４９３および第２中間層４９４の各々の構成材料がニッケルであると、第１中間層４９３および第２中間層４９４のヤング率が比較的大きい。この場合、固相拡散接合の際に接合境界部に作用する押圧力がより均一になり、第１接合層４９１と半導体レーザ素子４（第２レーザ電極４５）、および第２接合層４９２と導電部２（第１主面部２１１）は、より強固な導通接合状態となり得る。
本実施形態では、第１接合層４９１および第２接合層４９２の各々の構成材料は銀を含む。このような構成によれば、導電性接合材４９を用いた固相拡散による接合の際、第１接合層４９１および第２接合層４９２の酸化が抑制され、良好な固相拡散接合が可能となる。
導電部２とスイッチング素子５との間に介在する導電性接合材５９は、導電性接合材４９と同様に、金属基層、第１接合層、第２接合層、第１中間層および第２中間層を含む。これら金属基層、第１接合層、第２接合層、第１中間層および第２中間層の具体的構成は、導電性接合材４９における金属基層４９０、第１接合層４９１、第２接合層４９２、第１中間層４９３および第２中間層４９４とそれぞれ同様である。したがって、導電性接合材５９によってもスイッチング素子５と導電部２０との接合状態に対する信頼性を向上させることができる。導電性接合材５９を具備することにより、導電性接合材４９に関して先述したのと同様の効果を奏する。
図２１～図２８に基づき、第３実施形態に係る半導体装置Ａ３０について説明する。図示された半導体装置Ａ３０は、支持部材１、堰部１８、導電部２、ＬＥＤ素子４００、ワイヤ７および透光樹脂８を備える。半導体装置Ａ３０は、様々な照明装置や表示装置などにおける光源として用いられる。
図２１に示すように、半導体装置Ａ３０は、方向ｚに視て矩形状である。方向ｘおよび方向ｙは、各々、半導体装置Ａ２０の矩形状をなす辺に沿う方向に対応する。図２１においては、透光樹脂８を省略している。
支持部材１は、導電部２を介してＬＥＤ素子４００を支持している。支持部材１は、絶縁材料からなる。支持部材１の材質は特に限定されず、たとえばエポキシ樹脂やガラスエポキシ樹脂が挙げられる。以降の説明においては、支持部材１がセラミックスからなる場合を例に説明する。本実施形態においては、支持部材１は、支持面１Ａおよび底面１Ｂを有しており、方向ｚに視てたとえば矩形状である。支持面１Ａは、方向ｚ一方側を向く面であり、図示された例においては、平面である。底面１Ｂは、支持面１Ａとは反対側の方向ｚ他方側を向く面であり、図示された例においては、平面である。
導電部２は、ＬＥＤ素子４００への導通経路を構成する部位である。導電部２の材質は特に限定されず、銅（Ｃｕ），ニッケル（Ｎｉ），チタン（Ｔｉ），金（Ａｕ）等の金属が挙げられる。また、導電部２の形成手法は特に限定されず、図示された例においては、たとえばめっきによって形成される。
図示された導電部２は、主面部２１、底面部２２および連絡部２３を含む。
主面部２１は、支持部材１の支持面１Ａ上に配置されている。主面部２１は、方向ｚを厚さ方向とする薄板状である。図示された例においては、主面部２１は、第１主面部２１１および第２主面部２１２を含む。
図２１および図２２に示すように、第１主面部２１１は、支持部材１の方向ｚ視における中央に配置されている。第１主面部２１１は、方向ｚ一方側を向く主面２１１Ａを有する。第１主面部２１１の形状は特に限定されないが、図示された例においては、矩形状である。
図２１および図２２に示すように、第２主面部２１２は、第１主面部２１１よりも方向ｘ一方側寄りに配置されている。第２主面部２１２の形状は特に限定されず、図示された例においては、矩形状である。第２主面部２１２の面積は、第１主面部２１１よりも小さい。
図２２に示すように、底面部２２は、支持部材１の底面１Ｂ上に配置されている。図示された例においては、底面部２２は、第１底面部２２１および第２底面部２２２を含む。本実施形態においては、底面部２２は、半導体装置Ａ３０を回路基板（図示略）等に実装する際の実装端子として用いられる。
図２２に示すように、第１底面部２２１は、支持部材１の方向ｚ視における中央に配置されている。第１底面部２２１の形状は特に限定されず、本実施形態では矩形状である。
図２２に示すように、第２底面部２２２は、第１底面部２２１よりも方向ｘ一方側寄りに配置されている。第２底面部２２２の形状は特に限定されず、本実施形態では矩形状である。第２底面部２２２の面積は、第１底面部２２１よりも小さい。
連絡部２３は、主面部２１の各部と底面部２２の各部とを導通させる。連絡部２３の具体的構成は特に限定されず、図示された例においては、図２１および図２２に示すように、第１連絡部２３１および第２連絡部２３２を含む。図示した例では１つの第１連絡部２３１を具備するが、第１連絡部２３１の個数は、特に限定されない。
第１連絡部２３１および第２連絡部２３２の具体的構成は特に限定されず、本実施形態においては、図２１および図２２に示すように、方向ｚ視における支持部材１の内方領域において、支持部材１を厚さ方向に貫通している。このような、第１連絡部２３１および第２連絡部２３２は、支持部材１に形成された貫通孔に金属が充填されることによって設けられており、支持面１Ａおよび底面１Ｂに到達している。図示された例とは異なり、第１連絡部２３１および第２連絡部２３２を支持部材１に形成された貫通孔の内面に金属からなるめっき層を形成することによって設けてもよく、その場合、第１連絡部２３１および第２連絡部２３２の内部に樹脂が充填される。
図２２に示すように、第１連絡部２３１は、第１主面部２１１と第１底面部２２１とに繋がっており、第１主面部２１１と第１底面部２２１とを連結している。第２連絡部２３２は、第２主面部２１２と第２底面部２２２とに繋がっており、第２主面部２１２と第２底面部２２２とを連結している。
ＬＥＤ素子４００は、半導体装置Ａ３０の光源であり、半導体層からなる活性層等を含む。本実施形態においては、図２２に示すように、ＬＥＤ素子４００は、素子本体４１、電極パッド４２１および裏面電極４３を有する。素子本体４１は、たとえばＧａＮ系半導体からなり、たとえば青色光を発する。素子本体４１は、素子主面４１１および素子裏面４１２を有する。素子主面４１１および素子裏面４１２は、方向ｚにおいて互いに反対側を向く。素子主面４１１は、方向ｚにおいて主面２１１Ａと同じ側を向く面である。素子裏面４１２は、方向ｚにおいて底面１Ｂと同じ側を向く面であり、主面２１１Ａに対向している。
電極パッド４２１は、素子主面４１１上に配置されている。裏面電極４３は、素子裏面４１２上に配置されている。本実施形態においては、電極パッド４２１がアノード電極であり裏面電極４３がカソード電極である。裏面電極４３は、たとえば銀によって構成される。
図２１および図２２に示すように、本実施形態においては、ＬＥＤ素子４００は、第１主面部２１１上に配置されている。具体的にはＬＥＤ素子４００の裏面電極４３が導電性接合材４９によって第１主面部２１１の主面２１１Ａに電気的に接合されている。ＬＥＤ素子４００において、素子本体４１から発せられた光が、素子主面４１１が向く側（方向ｚ一方側）に出射される。図示された例においては、ＬＥＤ素子４００は、方向ｚに視て第１連絡部２３１と重なっている。
導電性接合材４９は、導電部２（主面部２１の第１主面部２１１）とＬＥＤ素子４００との間に介在している。導電性接合材４９は方向ｚに視てＬＥＤ素子４００よりも大きいサイズであり、方向ｚに視てＬＥＤ素子４００の全体が導電性接合材４９と重なっている。導電性接合材４９は、複数の金属層が積層された構成である。図２３および図２４に示すように、半導体装置Ａ３０において、導電性接合材４９は、金属基層４９０、第１接合層４９１および第２接合層４９２を含む。図２５～図２８に示すように、導電性接合材４９は、さらに第１中間層４９３および第２中間層４９４を含む。
金属基層４９０は、導電性接合材４９の体積の大半を占めている。金属基層４９０の厚さは、たとえば１０～２００μｍ程度である。金属基層４９０の構成材料は、たとえばアルミニウム、チタン、亜鉛、ハフニウムおよびエルビウムの少なくともいずれかを含む。本実施形態では、金属基層４９０の構成材料はアルミニウムを含む。金属基層４９０の構成材料がアルミニウムである場合、当該金属基層４９０のヤング率は、７０．３ＧＰａである。
第１接合層４９１は、金属基層４９０とＬＥＤ素子４００との間に介在している。本実施形態では、図２５および図２６に示すように、第１接合層４９１は第１中間層４９３上に形成されている。第１接合層４９１の構成材料は、たとえば銀、銅および金の少なくともいずれかを含む。本実施形態では、第１接合層４９１の構成材料は銀を含む。第１接合層４９１は、金属の固相拡散によりＬＥＤ素子４００（裏面電極４３）に接合されている。裏面電極４３の構成材料は、たとえば銀を含む。裏面電極４３の厚さは第１接合層４９１の厚さよりも小であり、裏面電極４３は、たとえばスパッタリング法により形成される。
第２接合層４９２は、金属基層４９０と導電部２（第１主面部２１１）との間に介在している。本実施形態では、図２７および図２８に示すように、第２接合層４９２は第２中間層４９４上に形成されている。第２接合層４９２の構成材料は、たとえば銀、銅および金の少なくともいずれかを含む。本実施形態では、第２接合層４９２の構成材料は銀を含む。第２接合層４９２は、金属の固相拡散により導電部２（第１主面部２１１）に接合されている。
第１接合層４９１および第２接合層４９２の各々の構成材料が銀である場合、当該第１接合層４９１および第２接合層４９２の各々のヤング率は、８２．７ＧＰａである。このため、先述した金属基層４９０のヤング率（７０．３ＧＰａ）が示すとおり、金属基層４９０のヤング率は、第１接合層４９１および第２接合層４９２の各々のヤング率よりも小である。また、第１接合層４９１および第２接合層４９２の各々の厚さは、たとえば２～５μｍ程度であり、金属基層４９０の厚さよりも小である。
図２５および図２６に示すように、第１中間層４９３は、金属基層４９０と第１接合層４９１との間に介在している。本実施形態では、第１中間層４９３は金属基層４９０上に形成されている。図２７および図２８に示すように、第２中間層４９４は、金属基層４９０と第２接合層４９２との間に介在している。本実施形態では、第２中間層４９４は金属基層４９０上に形成されている。第１中間層４９３および第２中間層４９４の各々の構成材料は、たとえばニッケルを含む。第１中間層４９３および第２中間層４９４の各々の構成材料がニッケルである場合、当該第１中間層４９３および第２中間層４９４の各々のヤング率は、２００ＧＰａである。また、第１中間層４９３および第２中間層４９４の各々の厚さは、たとえば０．２～２μｍ程度であり、第１接合層４９１や第２接合層４９２の厚さよりも小である。
前記導電性接合材４９の積層構造は、たとえばスパッタリング法やめっき処理により形成される。導電性接合材４９の形成方法は、たとえば先述の半導体装置Ａ１０における導電性接合材４９の場合と同様である。導電性接合材４９を用いて導電部２（第１主面部２１１）とＬＥＤ素子４００とを接合する方法についても、先述の半導体装置Ａ１０において図１１を参照して説明した方法と同様である。
導電性接合材４９によって導電部２とＬＥＤ素子４００とを固相拡散により接合すると、導電性接合材４９のうち方向ｚに視て半導体レーザ素子４と重なる部位は、半導体レーザ素子４側から押圧力を受けることで僅かに窪む。すると、図２４にも表れているように、導電性接合材４９において、方向ｚに視てＬＥＤ素子４００と重なる部位と、方向ｚに視てＬＥＤ素子４００と重ならない部位との境界部分に段差が形成される。
図２４、図２６および図２８に示すように、方向ｚに視て導電性接合材４９がＬＥＤ素子４００に重なる部位と重ならない部位の境界付近では、第１接合層４９１と裏面電極４３（ＬＥＤ素子４００）との境界面、および第２接合層４９２と第１主面部２１１（導電部２）との境界面において、空隙４９５が生じ得る。その一方、図２４、図２５および図２７に示すように、方向ｚに視て導電性接合材４９がＬＥＤ素子４００に重なる部位と重ならない部位の境界部分よりも少し内側（方向ｚに視て導電性接合材４９がＬＥＤ素子４００に重なる部位）においては、第１接合層４９１と裏面電極４３（ＬＥＤ素子４００）との境界面および第２接合層４９２と第１主面部２１１（導電部２）との境界面に空隙が存在しない。このようなことから理解できるように、第１接合層４９１および裏面電極４３、ならびに第２接合層４９２および第１主面部２１１は、それぞれ固相拡散により強固に接合された状態となる。
ワイヤ７は、図２１および図２２に示すように、ＬＥＤ素子４００の電極パッド４２１と導電部２の第２主面部２１２とに接続されている。ワイヤ７は、たとえば、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ等の金属からなり、本実施形態においては、Ａｕからなる。
堰部１８は、支持部材１の支持面１Ａ上に配置されている。堰部１８は、方向ｚに視て閉じた枠状であり、外縁が矩形状とされ、内縁が円形とされている。堰部１８は、方向ｚに視てＬＥＤ素子４００および透光樹脂８を囲っている。堰部１８は、たとえば白色のシリコーン樹脂からなる。
透光樹脂８は、堰部１８によって囲まれた空間に充填されており、支持部材１の支持面１Ａの一部、ＬＥＤ素子４００およびワイヤ７を覆っている。透光樹脂８は、ＬＥＤ素子４００からの光を透過させる材質からなり、たとえば透明なシリコーン樹脂あるいはエポキシ樹脂などに蛍光材料が混入された材質からなる。上記蛍光材料としては、たとえばＬＥＤ素子４００からの青色光によって励起されることにより黄色光を発するものが採用される。これにより、半導体装置Ａ３０からは、白色光が発せられる。
次に、半導体装置Ａ３０の作用について説明する。
半導体装置Ａ３０において、導電部２とＬＥＤ素子４００との間に介在する導電性接合材４９は、金属基層４９０、第１接合層４９１および第２接合層４９２を含む。第１接合層４９１とＬＥＤ素子４００（裏面電極４３）、および第２接合層４９２と導電部２（第１主面部２１１）が、それぞれ金属の固相拡散により導通接合されており、第１接合層４９１と第２接合層４９２との間に金属基層４９０が介在する。このような構成によれば、第１接合層４９１とＬＥＤ素子４００（裏面電極４３）、および第２接合層４９２と導電部２（第１主面部２１１）を、それぞれ固相拡散により接合させる際、金属基層４９０がクッションとして機能する。これにより、第１接合層４９１とＬＥＤ素子４００（裏面電極４３）の境界部、および第２接合層４９２と導電部２（第１主面部２１１）の境界部のそれぞれに作用する押圧力の均一化が図られる。したがって、第１接合層４９１とＬＥＤ素子４００（裏面電極４３）、および第２接合層４９２と導電部２（第１主面部２１１）は、それぞれ固相拡散接合により強固に接合されている。その結果、半導体装置Ａ３０の使用時にＬＥＤ素子４００で発生した熱によって導電性接合材４９が繰り返し高温状態に晒されても、導電性接合材４９における接合状態の変化が抑制される。したがって、導電性接合材４９を具備する半導体装置Ａ３０によれば、ＬＥＤ素子４００と導電部２との接合状態に対する信頼性を向上させることができる。
本実施形態において、金属基層４９０のヤング率は、第１接合層４９１および第２接合層４９２の各々の構成材料のヤング率よりも小である。このような構成によれば、導電性接合材４９をＬＥＤ素子４００（裏面電極４３）と導電部２（第１主面部２１１）とに固相拡散による接合する際、相対的に軟らかい金属基層４９０によって応力が緩和され、接合境界部の平滑化を図ることができる。これにより、第１接合層４９１とＬＥＤ素子４００（裏面電極４３）、および第２接合層４９２と導電部２（第１主面部２１１）は、固相拡散によってより強固に接合される。
本実施形態では金属基層４９０の厚さが第１接合層４９１および第２接合層４９２の各々の厚さよりも大である。これにより、固相拡散による接合の際、第１接合層４９１とＬＥＤ素子４００（裏面電極４３）の境界部、および第２接合層４９２と導電部２（第１主面部２１１）の境界部のそれぞれに作用する押圧力がより均一となる。したがって、第１接合層４９１とＬＥＤ素子４００（裏面電極４３）、および第２接合層４９２と導電部２（第１主面部２１１）は、それぞれより強固な導通接合状態となり得る。
導電性接合材４９は、第１中間層４９３および第２中間層４９４を含む。第１中間層４９３は金属基層４９０と第１接合層４９１との間に介在し、第２中間層４９４は金属基層４９０と第２接合層４９２との間に介在する。第１中間層４９３および第２中間層４９４を有する構成は、固相拡散による接合の際、第１接合層４９１とＬＥＤ素子４００（裏面電極４３）の境界部、および第２接合層４９２と導電部２（第１主面部２１１）の境界部それぞれに作用する押圧力の均一化を図るのに適している。第１中間層４９３および第２中間層４９４の各々の構成材料がニッケルであると、第１中間層４９３および第２中間層４９４のヤング率が比較的大きい。この場合、固相拡散接合の際に接合境界部に作用する押圧力がより均一になり、第１接合層４９１とＬＥＤ素子４００（裏面電極４３）、および第２接合層４９２と導電部２（第１主面部２１１）は、より強固な導通接合状態となり得る。
本実施形態では、第１接合層４９１および第２接合層４９２の各々の構成材料は銀を含む。このような構成によれば、導電性接合材４９を用いた固相拡散による接合の際、第１接合層４９１および第２接合層４９２の酸化が抑制され、良好な固相拡散接合が可能となる。
以上、本開示の具体的な実施形態を説明したが、本開示はこれに限定されるものではなく、種々な変更が可能である。本開示に係る半導体装置の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
本開示の導電性接合材を構成する各層の材質や厚さも、上記実施形態に限定されない。上記実施形態では、導電性接合材が金属基層、第１接合層、第２接合層、第１中間層および第２中間層を有する場合について説明したが、たとえば第１中間層および第２中間層を有さない構成としてもよい。導電性接合材については、前記の金属基層、第１接合層、第２接合層、第１中間層および第２中間層に加えて、たとえば金属基層と第１接合層との間や金属基層と第２接合層４９２との間において他の金属層が介在する構成としてもよい。
本開示は、以下の付記に記載された構成を含む。
付記１．
主面を有する導電部と、
前記主面に搭載された半導体素子と、
前記導電部と前記半導体素子との間に介在し、前記導電部と前記半導体素子とを導通接合させる導電性接合材と、を備え、
前記導電性接合材は、金属基層と、第１接合層と、第２接合層とを含み、前記第１接合層は、前記金属基層と前記半導体素子との間に介在し、金属の固相拡散により前記半導体素子と接合されており、前記第２接合層は、前記金属基層と前記導電部との間に介在し、金属の固相拡散により前記導電部と接合されている、半導体装置。
付記２．
前記金属基層のヤング率は、前記第１接合層および前記第２接合層の各々のヤング率よりも小である、付記１に記載の半導体装置。
付記３．
前記金属基層の厚さは、前記第１接合層および前記第２接合層の各々の厚さよりも大である、付記２に記載の半導体装置。
付記４．
前記金属基層の構成材料は、アルミニウム、チタン、亜鉛、ハフニウムおよびエルビウムの少なくともいずれかを含む、付記３に記載の半導体装置。
付記５．
前記第１接合層および前記第２接合層の各々の構成材料は、銀、銅および金の少なくともいずれかを含む、付記４に記載の半導体装置。
付記６．
前記半導体素子は、素子本体と、前記素子本体に形成された裏面電極と、を有し、
前記裏面電極と前記第１接合層とが固相拡散により互いに接合されている、付記１ないし５のいずれか１つに記載の半導体装置。
付記７．
前記第１接合層および前記第２接合層の各々の厚さは、前記裏面電極の厚さよりも大である、付記６に記載の半導体装置。
付記８．
前記導電性接合材は、第１中間層および第２中間層を含み、前記第１中間層は、前記金属基層と前記第１接合層との間に介在し、前記第２中間層は、前記金属基層と前記第２接合層との間に介在する、付記１ないし７のいずれか１つに記載の半導体装置。
付記９．
前記第１中間層および前記第２中間層の各々の構成材料は、ニッケルを含む、付記８に記載の半導体装置。
付記１０．
前記導電部と対向する支持面を有する支持基板をさらに備える、付記１ないし９のいずれか１つに記載の半導体装置。
付記１１．
前記導電部を前記支持基板に接合する接合部材をさらに備え、
前記接合部材は、固相拡散により接合された複数の金属層を含む、付記１０に記載の半導体装置。
付記１２．
前記導電部および前記半導体素子と、前記支持基板の一部と、を覆う封止樹脂をさらに備え、前記支持基板は、前記支持面と反対側の底面を有し、前記底面は、前記封止樹脂から露出している、付記１０または１１に記載の半導体装置。
付記１３．
第１入力端子と、第２入力端子と、第１出力端子と、第２出力端子とをさらに備え、
前記半導体素子は、第１スイッチング素子および第２スイッチング素子を含み、前記導電部は、前記第１スイッチング素子が導通接合される第１導電部と、前記第２スイッチング素子が導通接合される第２導電部と、を含み、
前記第１入力端子は前記第１導電部に接続され、前記第２入力端子は前記第２スイッチング素子に接続され、前記第１出力端子および前記第２出力端子は前記第２導電部に接続されており、
前記封止樹脂は、前記第１入力端子、前記第２入力端子、前記第１出力端子および前記第２出力端子の各々の一部を覆っている、付記１２に記載の半導体装置。
付記１４．
前記半導体素子を支持する支持面を有する支持部材をさらに備え、
前記導電部は、主面部と、底面部と、前記主面部および前記底面部を導通させる連絡部と、を含む、付記１ないし９のいずれか１つに記載の半導体装置。
付記１５．
前記半導体素子は、半導体レーザ素子およびスイッチング素子を含み、
前記導電部は、互いに離間する第１部および第２部を含み、
前記半導体レーザ素子は、前記第１部に導通接合され、前記スイッチング素子は、前記第２部に導通接合されている、付記１４に記載の半導体装置。
付記１６．
前記半導体レーザ素子と、前記スイッチング素子と、前記支持部材の前記支持面とを覆う透光樹脂をさらに備える、付記１５に記載の半導体装置。
付記１７．
透光樹脂をさらに備え、
前記半導体素子は、ＬＥＤ素子を含み、
前記透光樹脂は、前記ＬＥＤ素子と、前記支持部材の前記支持面の少なくとも一部とを覆う、付記１４に記載の半導体装置。
付記１８．
前記支持部材の前記支持面上に配置された枠状の堰部をさらに備え、
前記支持部材の厚さ方向に視て、前記堰部は、前記透光樹脂を囲んでいる、付記１７に記載の半導体装置。
Ａ１０，Ａ２０，Ａ３０ 半導体装置
１ 支持部材
１Ａ 支持面
１Ｂ 底面
１０ 支持基板
１０Ａ 支持面
１０Ｂ 底面
１１ 第１支持板
１２ 第２支持板
１２１ 第１領域
１２２ 第２領域
１２３ 第３領域
１３ 底板
１３Ａ 凹部
１４ 第１面
１５ 第２面
１６ 第３面
１７ 第４面
１８ 堰部
１９ 接合部材
２ 導電部
２０ 導電部
２０Ａ 主面
２０Ｂ 裏面
２０１ 第１導電部
２０２ 第２導電部
２０３ 第３導電部
２１ 主面部
２１Ａ 主面
２１１ 第１主面部
２１１Ａ 主面
２１１Ｂ 凸部
２１２ 第２主面部
２１２Ａ 主面
２１２Ｂ 凹部
２１３ 第３主面部
２１３Ａ 主面
２１４ 第４主面部
２１４Ａ 主面
２２ 底面部
２２１ 第１底面部
２２２ 第２底面部
２２３ 第３底面部
２２４ 第４底面部
２３ 連絡部
２３１ 第１連絡部
２３２ 第２連絡部
２３３ 第３連絡部
２３４ 第４連絡部
２４ 基材
２５ 導体層
２６ 絶縁層
２７１ ゲート配線層
２７２ 検出配線層
３１ 第１入力端子
３１１ 屈曲部
３２ 第２入力端子
３２１ 屈曲部
３３ 第１出力端子
３３１ 屈曲部
３４ 第２出力端子
３４１ 屈曲部
３５ ゲート端子
３６ 検出端子
４ 半導体レーザ素子
４０ 半導体素子
４００ ＬＥＤ素子
４０１ 第１素子
４０２ 第２素子
４１ 素子本体
４１１ 素子主面
４１２ 素子裏面
４２ 主面電極
４２１ 電極パッド
４３ 裏面電極
４４ 第１レーザ電極
４５ 第２レーザ電極（裏面電極）
４９ 導電性接合材
４９０ 金属基層
４９１ 第１接合層
４９２ 第２接合層
４９３ 第１中間層
４９４ 第２中間層
４９５ 空隙
５ スイッチング素子
５１ 素子本体
５１１ 素子主面
５１２ 素子裏面
５２ ゲート電極
５３ ソース電極
５４ ドレイン電極（裏面電極）
５９ 導電性接合材
６ コンデンサ
６１ 電極
６２ 電極
７ ワイヤ
７１ 第１ワイヤ
７２ 第２ワイヤ
７３ 第３ワイヤ
８ 透光樹脂
８０ 封止樹脂
８１ 樹脂主面
８２ 樹脂底面
８４ 樹脂第１面
８５ 樹脂第２面
８６ 樹脂第３面
８７ 樹脂第４面
９ 押圧部材
Ｌ レーザ光
ｘ 方向
ｙ 方向
ｚ 方向（厚さ方向）

Claims (1)

  1. 主面を有する導電部と、
    前記主面に搭載された半導体素子と、
    前記導電部と前記半導体素子との間に介在し、前記導電部と前記半導体素子とを導通接合させる導電性接合材と、を備え、
    前記導電性接合材は、金属基層と、第１接合層と、を含み、前記第１接合層は、前記金属基層と前記半導体素子との間に介在し、金属の固相拡散により前記半導体素子と接合されており、
    前記導電性接合材は厚さ方向に視て前記半導体素子よりも大きいサイズであり、且つ当該厚さ方向に視て前記半導体素子の全体が前記導電性接合材と重なっており、
    前記第１接合層は、前記厚さ方向において前記半導体素子と重なる部位と、前記厚さ方向において前記半導体素子と重ならない部位との境界部分に段差が形成されている、半導体装置。
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