JP4549103B2

JP4549103B2 - 発光装置の製造方法

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Publication number: JP4549103B2
Application number: JP2004156189A
Authority: JP
Inventors: 友喜井上
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-05-26
Filing date: 2004-05-26
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2024-05-26
Also published as: JP2005340440A

Description

本発明は、複数個の電子素子を搭載する発光装置の製造方法に関し、特に、波長の異なる発光素子等を複数個搭載する発光装置の製造方法に関する。

近年、ＣＤプレーヤやＤＶＤプレーヤ等の光ディスク装置に加えて、さらに記録密度の大きい次世代ＤＶＤプレーヤと呼ばれる光ディスク装置の開発が進められている。ＣＤプレーヤに用いられる発光素子は、一般的にＧａＡｓ基板上に形成され、その発光波長は、780ｎｍ前後であり、ＤＶＤプレーヤに用いられる発光素子は、一般的にＧａＡｓ基板上に形成され、その発光波長は650ｎｍ前後である。そして、ＤＶＤプレーヤにはＣＤの読み取り機能も付加するために、当初は、これら650ｎｍと780ｎｍの２つの発光素子による２系統の光学系を備えてそれぞれＣＤおよびＤＶＤプレーヤ機能を持たせていたが、最近は、一つのＧａＡｓ基板上に２つの発光素子を集積化した１チップで２波長に対応できる発光素子が開発され、この発光素子による１系統の光学系でＣＤおよびＤＶＤの両方式に対応できるようになったため、大幅なコストダウンが可能になった。

ところが、次世代ＤＶＤプレーヤは、より記録密度を大きくするために、さらに発光波長の短い発光素子を用いる必要があり、現在、発光波長が405ｎｍ前後の発光素子の開発が進められている。この次世代ＤＶＤプレーヤの発光素子は、発光波長が650ｎｍおよび780ｎｍの発光素子に用いられる従来のＧａＡｓ基板上に形成されず、サファイア基板上やＧａＮ基板上に形成される。このために、次世代ＤＶＤプレーヤに用いられる発光素子は、従来のＤＶＤプレーヤおよびＣＤプレーヤの読み取りも可能な発光素子と同一基板上に形成して１チップとし、３波長の発光が可能な１チップの発光素子とすることは非常に困難であるという問題があった。

そこで、例えば、発光波長が650ｎｍと780ｎｍとの２波長に対応できる１チップの発光素子と、次世代ＤＶＤ用の発光波長が405ｎｍの別チップの発光素子との２個の発光素子を一つのサブマウントにロウ材を用いて別々に接合し、搭載することにより、ＣＤ，ＤＶＤ，次世代ＤＶＤに用いられる３波長に対応できる発光装置とされる。
特開2000−183441号公報特開2000−196174号公報

しかしながら、２個の発光素子を用いて１系統の光学系で対応できるようにするためには、サブマウントに搭載される２個の発光素子の相対位置精度が数μｍになるようにそれぞれの発光素子が搭載される必要がある。そこで、１個目の発光素子を搭載し接合した後に、１個目の発光素子の位置を基準に２個目の発光素子を搭載しようとすると、ロウ材を２度溶融させる必要があるため、サブマウント上に形成されたロウ材層がその間に酸化したり、ロウ材層の下に形成されている金属層の金属成分や発光素子側の金属層の金属成分がロウ材層に拡散したりすることによりロウ材層の組成が変化し、ロウ材の溶融温度が当初の溶融温度から変化してしまったりロウ材の流れ性が悪くなってしまったりするなど溶融性が劣化してしまうという問題点があった。

その結果、最初の発光素子の接続状態と２番目の発光素子の接続状態とが異なり、２種の発光素子とサブマウントとの接続強度を両方とも同じように強固な接続とするとともに相対位置精度よく搭載することが困難であるという問題点があった。

本発明は、上記問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、複数個の電子素子を良好に接続できるサブマウントおよびそのサブマウントを用いた発光装置を提供することにある。

本発明におけるサブマウントは、絶縁基板と、Ａｕからなる層を表面に有しており、前
記絶縁基板上に設けられた第１の配線層と、Ａｕ−Ｓｎ合金からなり、前記第１の配線層の前記表面に設けられた第１のロウ材層と、Ａｕからなる層を表面に有しており、前記絶縁基板上に設けられた第２の配線層と、Ａｕ−Ｓｎ合金からなり、Ｐｔからなる拡散防止層を介して、前記第２の配線層上に形成された第２のロウ材層とを有することを特徴とする。

また、本発明における発光装置は、絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成された第１の配線層と、Ａｕ−Ｓｎ合金からなる第１のロウ材層を介して、前記第１の配線層と接合された第２の発光素子と、前記絶縁基板上に形成された第２の配線層と、Ａｕ−Ｓｎ合金からなるとともに前記第１のロウ材層よりも高い融点を有する第２のロウ材層を介して、前記第２の配線層と接合された第１の発光素子とを有することを特徴とする。
そして、本発明の発光装置の製造方法は、Ａｕ−Ｓｎ合金からなる第１のロウ材層を表面に有する第１の配線層とＡｕ−Ｓｎ合金からなるとともに前記第１のロウ材層より融点が高い第２のロウ材層を表面に有する第２の配線層とを備えた絶縁基板と、第１の発光素子と、第２の発光素子とを準備する工程と、前記第１の発光素子を、前記第２のロウ材層を介して前記第２の配線層と接合した後、前記第２の発光素子を、前記第１のロウ材層を介して前記第１の配線層と接合する工程とを有し、前記第１の配線層はＡｕからなる層を表面に有しており、前記第２の発光素子と前記第１の配線層とを接合する工程において、前記第１の配線層の前記Ａｕを前記第１のロウ材層に拡散させることを特徴とする。

本発明におけるサブマウントによれば、絶縁基板の上面に、密着金属層、第１の拡散防止層およびＡｕから成る主導体層が順次積層されて成る配線層と、この配線層の上面にロウ材層が積層されて成る、電子部品が電気的に接続され搭載される複数の搭載部とを具備しているサブマウントであって、複数の搭載部は、配線層の上面にＡｕ−Ｓｎ合金から成るロウ材層が積層されて成るものと、配線層の上面にＰｔから成る第２の拡散防止層を介してＡｕ−Ｓｎ合金から成るロウ材層が積層されて成るものとが混在していることから、Ａｕ−Ｓｎ合金層を溶融させた際に、配線層の上面にＡｕ−Ｓｎ合金から成るロウ材層が積層されて成る搭載部は、配線層に積層された主導体層のＡｕがＡｕ−Ｓｎ合金から成るロウ材層に溶け込んでロウ材層の溶融温度を変化させることができる一方、配線層の上面にＰｔから成る第２の拡散防止層を介してＡｕ−Ｓｎ合金から成るロウ材層が積層されて成る搭載部は、第２の拡散防止層によって配線層に積層された主導体層のＡｕが、Ａｕ−Ｓｎ合金層に拡散することを防ぐので、Ａｕ−Ｓｎ合金のＡｕとＳｎとの質量比が変化せず、ロウ材層の溶融温度が変化しない。

従って、ロウ材層を溶融させて電子素子を搭載する際に、各々の搭載部のロウ材層の溶融温度や接合強度を所望のものに調節することができ、例えば２個の電子素子を１個ずつ搭載する際は、１個目の電子素子を溶融温度の高い搭載部に搭載し、次に溶融温度の低い搭載部に２個目の電子素子を搭載することで、２個の電子素子が両方とも強固に接続され搭載されるサブマウントを得ることができる。

本発明における発光装置は、電子部品は発光素子であり、上記のサブマウントの複数の搭載部にそれぞれ発光素子が搭載されていることから、接続信頼性が高い発光装置を得ることができる。

本発明におけるサブマウントおよびそれを用いた発光装置ならびに本発明の発光装置の製造方法について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明におけるサブマウントの実施の形態の一例を示す断面図、図２は本発明におけるサブマウントを用いた発光装置の実施の形態の一例を示す断面図である。

図１において、１は絶縁基板、２は絶縁基板１の上面に積層されて成る配線層であり、２ａは配線層２の密着金属層、２ｂは配線層２の密着金属層２ａの上面に積層された第１の拡散防止層、２ｃは配線層２の第１の拡散防止層２ｂの上面に積層された金（Ａｕ）から成る主導体層、３は配線層２の上面に積層された白金（Ｐｔ）から成る第２の拡散防止層、４はロウ材層であり、４ａは配線層２の上面に積層されて成る金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）合金から成るロウ材層４（第１のロウ材層）であり、４ｂは配線層２の上面に第２の拡散防止層３を介して金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）合金から成るロウ材層４（第２のロウ材層）である。また、図２において、５は電子部品であり、５ａは第２のロウ材層４ｂに電気的に接続され搭載された電子部品５（第１の発光素子）であり、５ｂは第１のロウ材層４ａに電気的に接続され搭載された電子部品５（第２の発光素子）である。

なお、区別しやすくするため、複数の搭載部のうち、配線層（第1の配線層）の上面にＡｕ−Ｓｎ合金から成るロウ材層４が積層されて成るロウ材層４を第１のロウ材層４ａ、配線層（第2の配線層）の上面に第２の拡散防止層３を介してＡｕ−Ｓｎ合金から成るロウ材層４が積層されて成るロウ材層４を第２のロウ材層４ｂと称して説明する。また、電子部品５は発光素子である場合において、第２のロウ材層４ｂが積層されて成る搭載部に電気的に接続され搭載される電子部品５を第１の発光素子、第１のロウ材層４ａが積層されて成る搭載部に電気的に接続され搭載される電子部品５を第２の発光素子と称して説明する。

絶縁基板１は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体，炭化珪素（ＳｉＣ）質焼結体，ガラスセラミック焼結体，窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）質焼結体等のセラミックスや、石英、ダイヤモンド、サファイア、立方晶窒化硼素、または熱酸化膜を形成したシリコンのうち少なくとも１種から成る。これらは体積抵抗率ρが10¹⁰Ωｍ以上の良好な絶縁性が得られるので絶縁基板１に好適である。

なお、絶縁基板１は、窒化アルミニウム質焼結体，炭化珪素質焼結体，ダイヤモンド，表面に熱酸化膜を形成したシリコンから成るのがより好ましい。これらの絶縁基板１の熱伝導率は40Ｗ／ｍ・Ｋ以上と高いため、絶縁基板１の上面に接着固定される発光素子等の電子部品が駆動時に熱を発しても、その熱は絶縁基板１を介して良好に外部に伝達されるため、電子部品を長時間にわたり正常かつ安定に作動させることが可能となる。

絶縁基板１の上面に順次積層される密着金属層２ａ、第１の拡散防止層２ｂおよびＡｕから成る主導体層２ｃは、蒸着法，スパッタリング法，ＣＶＤ法等の薄膜形成法により積層され、パターン加工が必要な場合は、フォトリソグラフィ法，エッチング法，リフトオフ法等の加工方法を組み合わせることによってパターン加工される。

密着金属層２ａは、例えばチタン（Ｔｉ），クロム（Ｃｒ），タンタル（Ｔａ），ニオブ（Ｎｂ），ニクロム（Ｎｉ−Ｃｒ）合金または窒化タンタル（Ｔａ_２Ｎ）等のうち少なくとも１種類から成るのがよく、第１の拡散防止層２ｂは、例えば、白金（Ｐｔ），パラジウム（Ｐｄ），ロジウム（Ｒｈ），ルテニウム（Ｒｕ），ニッケル（Ｎｉ），Ｎｉ−Ｃｒ合金またはチタン（Ｔｉ）−タングステン（Ｗ）合金等のうち少なくとも１種類から成るのがよい。

密着金属層２ａの厚さは0.01〜0.2μｍ程度が良い。0.01μｍ未満では、絶縁基板１の上面に密着金属層２ａを強固に密着させることが困難となる傾向にあり、0.2μｍを超えると、密着金属層２ａの成膜時の内部応力によって密着金属層２ａの剥離が生じ易くなる。

また、第１の拡散防止層２ｂの厚さは0.05〜１μｍ程度が良く、0.05μｍ未満ではピンホール等の欠陥が発生して第１の拡散防止層２ｂとしての機能を果たしにくくなる傾向にあり、１μｍを超えると成膜時の内部応力により第１の拡散防止層２ｂの剥離が生じ易くなる。

さらに、Ａｕから成る主導体層２ｃの厚さは0.1〜５μｍ程度が良い。0.1μｍ未満では、電気抵抗が大きくなる傾向にあり、５μｍを超えると成膜時の内部応力により主導体層２ｃの剥離を生じ易くなる。また、Ａｕは貴金属で高価であることから、低コスト化の点で薄く形成することが好ましい。

そして、絶縁基板１の上面に、密着金属層２ａ、第１の拡散防止層２ｂ、主導体層２ｃが順次積層されて成る配線層２の上面の電子部品が電気的に接続され搭載される複数の搭載部において、第１の搭載部には配線層２の上面にロウ材層４（第１のロウ材層４ａ）のみが形成され、第２の搭載部には配線層２の上面にＰｔから成る第２の拡散防止層３を介してロウ材層４（第２のロウ材層４ｂ）が順次積層される。

Ｐｔから成る第２の拡散防止層３の厚みは0.01〜１μｍ程度が良い。第２の拡散防止層３の厚みが0.01μｍ未満では、主導体層２ｃを形成するＡｕが第２の拡散防止層３を超えて上面の第２のロウ材層４ｂ内へ拡散するのを十分に抑え難い傾向にあり、１μｍを超えると成膜時の第２の拡散防止層３の内部応力により第２の拡散防止層３の剥離を生じ易くなる。

第２の拡散防止層３は、蒸着法，スパッタリング法，ＣＶＤ法等の薄膜形成法により形成され、パターン加工が必要な場合は、フォトリソグラフィ法，エッチング法，リフトオフ法等の加工方法を組み合わせることによってパターン加工されることにより、配線層２の上面の所定の搭載部に積層される。

また、第１のロウ材層４ａおよび第２のロウ材層４ｂも同じように蒸着法，スパッタリング法，ＣＶＤ法等の薄膜形成法によりなされ、パターン加工が必要な場合は、フォトリソグラフィ法，エッチング法，リフトオフ法等の加工方法を組み合わせることによってパターン加工されることにより、第２の拡散防止層３の上面および配線層２の主導体層２ｃの上面に積層される。

Ａｕ−Ｓｎ合金から成る第１のロウ材層４ａおよび第２のロウ材層４ｂの厚みが0.5μｍ未満では、第１および第２の発光素子５ａ，５ｂ等の電子部品５を強固に接着することが困難となり、３μｍを超えると、ロウ材の量が多くなり過ぎ第１および第２の発光素子５ａ，５ｂ等の電子部品５を接着固定させた際、第１のロウ材層４ａおよび第２のロウ材層４ｂが第１および第２の発光素子５ａ，５ｂ等の電子部品５の接合面から側面へ這い上がり、その側面に設けられたレーザ発光部等が塞がれるという不具合が生じ易い。従って、ロウ材層４は0.5μｍ〜３μｍの厚みにするのが好ましい。また、Ａｕは貴金属で高価であることから、薄く形成する方が低コスト化の点で好ましい。

また第１のロウ材層４ａのＡｕとＳｎとの質量比が、第１のロウ材層４ａの直下部の主導体層２ｃのＡｕを加えて85：15〜65：35の範囲になるように第１のロウ材層４ａのＡｕとＳｎの質量比および厚みと主導体層２ｃのＡｕの厚みとを調整することが好ましい。主導体層２ｃのＡｕおよび第１のロウ材層４ａのＡｕが、質量比において85％を超える含有量となる場合、Ａｕ−Ｓｎ合金の状態図からも明らかなように溶融温度が300℃以上となって、例えば300℃での実装温度では溶融し難い状態となり、また質量比においてＡｕが65％未満の含有量となる場合も、溶融温度が300℃以上となって溶融しにくくなる。

また、Ａｕ−Ｓｎ合金においてＡｕリッチの場合、ＡｕとＳｎの質量比がそれぞれ80％と20％のときに、Ａｕ−Ｓｎ合金の溶融温度は最低の280℃となる。従い、第１のロウ材層４ａおよび第２のロウ材層４ｂのＡｕの含有量を質量比において80％以上となるようにしておき、第１のロウ材層４ａを溶融させると、Ａｕ−Ｓｎ合金から成る第１のロウ材層４ａの直下部の主導体層３ｃのＡｕが拡散して第１のロウ材層４ａのＡｕ−Ｓｎ合金の溶融温度は元の第１のロウ材層４ａの溶融温度より高くなり、一方、80％未満となるようにしておき、第１のロウ材層４ａを溶融させると、Ａｕ−Ｓｎ合金から成る第１のロウ材層４ａの直下部の主導体層２ｃのＡｕが拡散してＡｕの含有量が80％に近くなり、第１のロウ材層４ａのＡｕ−Ｓｎ合金の溶融温度は元の第１のロウ材層４ａの溶融温度より低くなる。従って、第１のロウ材層４ａのＡｕの含有量は80％未満としておく。

他方、第２のロウ材層４ｂのＡｕ−Ｓｎ合金は、第１のロウ材層４ａと同時に形成されるため、厚みおよび組成条件は第１のロウ材層４ａのＡｕ−Ｓｎ合金と同じである。また、第２のロウ材層４ｂは、下層に第２の拡散防止層３が形成されているため、溶融したときにＡｕとＳｎとの質量比が変化することはなく、溶融温度は変化しない。また、第１のロウ材層４ａと第２のロウ材層４ｂとを同時に成膜することにより、厚みの厚いＡｕ−Ｓｎ合金層の成膜回数が１回になるため、工程数が少なくなるメリットも大きくなる。

そして、本発明におけるサブマウントの第２のロウ材層４ｂの上面に第１の発光素子５ａを搭載してＡｕ−Ｓｎ合金が溶融する温度まで加熱し、第２のロウ材層４ｂに第１の発光素子５ａを接続して搭載する際に、第１のロウ材層４ａの直下部の主導体層２ｃのＡｕが拡散して第１のロウ材層４ａのＡｕ−Ｓｎ合金の方が第２のロウ材層４ｂのＡｕ−Ｓｎ合金よりＡｕの含有量が多くなる。これにより、第１のロウ材層４ａのＡｕ−Ｓｎ合金は第２のロウ材層４ｂのＡｕ−Ｓｎ合金より溶融温度が低くなる。

次に、第２の発光素子５ｂを第１の発光素子５ａの位置を基準に位置合わせして第１のロウ材層４ａの上面に搭載し、低くなっている第１のロウ材層４ａのＡｕ−Ｓｎ合金の溶融温度まで加熱することで、第１のロウ材層４ａの搭載部に第２の発光素子５ｂを第１の発光素子５ａと相対位置精度のよい状態で接続して搭載することができる。この際、第２のロウ材層４ｂのＡｕ−Ｓｎ合金は溶融温度が高いままなので、溶融することは無く、第１の発光素子５ａは強固に接合されたままとなる。

かくして、本発明における発光装置によれば、本発明におけるサブマウントの複数の搭載部にそれぞれの発光素子５ａ，５ｂが搭載されていることから、それぞれの発光素子５ａ，５ｂが本発明の複数の搭載部にＡｕ−Ｓｎ合金から成るロウ材層４で互いの相対位置精度よく強固に接合され搭載されている、接続信頼性が高い発光装置とすることができる。

本発明におけるサブマウントの実施の形態の一例を示す断面図である。本発明における発光装置の実施の形態の一例を示す断面図である。

符号の説明

１：絶縁基板
２：配線層
２ａ：密着金属層
２ｂ：第１の拡散防止層
２ｃ：主導体層
３：第２の拡散防止層
４：ロウ材層
４ａ：第１のロウ材層
４ｂ：第２のロウ材層
５：電子部品
５ａ：第１の発光素子
５ｂ；第２の発光素子

Claims

Ａｕ−Ｓｎ合金からなる第１のロウ材層を表面に有する第１の配線層とＡｕ−Ｓｎ合金からなるとともに前記第１のロウ材層よりも融点が高い第２のロウ材層を表面に有する第２の配線層とを備えた絶縁基板と、第１の発光素子と、第２の発光素子とを準備する工程と、
前記第１の発光素子を、前記第２のロウ材層を介して前記第２の配線層と接合した後、前記第２の発光素子を、前記第１のロウ材層を介して前記第１の配線層と接合する工程とを有し、前記第１の配線層はＡｕからなる層を表面に有しており、前記第２の発光素子と前記第１の配線層とを接合する工程において、前記第１の配線層の前記Ａｕを前記第１のロウ材層に拡散させることを特徴とする発光装置の製造方法。