JP4637495B2

JP4637495B2 - サブマウント

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Publication number: JP4637495B2
Application number: JP2004095513A
Authority: JP
Inventors: 友喜井上
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2024-03-29
Also published as: JP2005285966A

Description

本発明は複数個の発光素子を搭載するサブマウントおよび発光装置に関し、特に、波長の異なる発光素子等を複数個搭載するサブマウントおよび発光装置に関する。

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り、大幅なコストダウンがされるようになった。

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していた。
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、複数個の発光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。

本発明のサブマウントは、絶縁基板の上面に、密着金属層とＡｕから成る主導体層とが前記Ａｕの拡散を防止する第１の拡散防止層を介して順次積層されて成る配線層と、この配線層の上面にＰｔから成る、前記Ａｕの拡散を防止する第２の拡散防止層およびロウ材層が順次積層されて成る、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、前記複数の搭載部は、前記ロウ材層がＡｕ層およびＡｕ−Ｓｎ合金層が順次積層されて成る第１のロウ材層である前記搭載部と、前記ロウ材層がＡｕ−Ｓｎ合金層から成る第２のロウ材層である前記搭載部とが混在しており、前記第１
のロウ材層の前記Ａｕ−Ｓｎ合金層のＡｕの含有量と前記第２のロウ材層の前記Ａｕ−Ｓｎ合金層のＡｕの含有量とは、前記第２のロウ材層の前記Ａｕ−Ｓｎ合金層が溶融する温度まで加熱されることにより前記第１のロウ材層の前記Ａｕ層のＡｕが拡散して生成される前記第１のロウ材層の前記Ａｕ−Ｓｎ合金層の溶融温度が、前記第２のロウ材層の前記Ａｕ−Ｓｎ合金層の溶融温度よりも低くなる値とされていることを特徴とする。

本発明のサブマウントによれば、絶縁基板の上面に、密着金属層とＡｕから成る主導体層とがＡｕの拡散を防止する第１の拡散防止層を介して順次積層されて成る配線層と、この配線層の上面にＰｔから成る、Ａｕの拡散を防止する第２の拡散防止層およびロウ材層が順次積層されて成る、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、ロウ材層がＡｕ層およびＡｕ−Ｓｎ合金層が順次積層されて成る第１のロウ材層である搭載部と、ロウ材層がＡｕ−Ｓｎ合金層から成る第２のロウ材層である搭載部とが混在しており、第１のロウ材層のＡｕ−Ｓｎ合金層のＡｕの含有量と第２のロウ材層のＡｕ−Ｓｎ合金層のＡｕの含有量とは、第２のロウ材層のＡｕ−Ｓｎ合金層が溶融する温度まで加熱されることにより第１のロウ材層のＡｕ層のＡｕが拡散して生成される第１のロウ材層のＡｕ−Ｓｎ合金層の溶融温度が、第２のロウ材層のＡｕ−Ｓｎ合金層の溶融温度よりも低くなる値とされていることから、Ａｕ−Ｓｎ合金層を溶融させた際にＡｕ層およびＡｕ−Ｓｎ合金層が順次積層されて成る搭載部ではＡｕ層のＡｕをＡｕ−Ｓｎ合金層に溶け込ませて溶融温度を変化させることができるので、例えば２個の発光素子を１個ずつ搭載する際は、１個目の発光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個目の発光素子を搭載することで、２個の発光素子が両方とも強固に接続され搭載されたサブマウントを得ることができる。すなわち、第２のロウ材層の上面に第２の発光素子を搭載してＡｕ−Ｓｎ合金層が溶融する温度まで加熱し、第２のロウ材層に第２の発光素子を接続して搭載し、次いで、第１の発光素子を第１のロウ材層の上面に搭載し、低くなっている第１のロウ材層のＡｕ−Ｓｎ合金層の溶融温度まで加熱することで、第１のロウ材層の搭載部に第１の発光素子を接続して搭載することができ、この際、第２のロウ材層のＡｕ−Ｓｎ合金層は溶融温度が高いままなので、溶融することは無く、第２の発光素子は強固に接合されたままとなる。

また、本発明のサブマウントによれば、搭載部の配線層の上面に、Ｐｔから成る第２の拡散防止層を形成していることにより、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ことができ、Ａｕ−Ｓｎ合金層のＡｕとＳｎとの質量比を所望のものとすることができるので、Ａｕ−Ｓｎ合金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、２個の発光素子が強固に接続されたサブマウントを得ることができる。

本発明のサブマウントおよびそれを用いた発光装置について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明のサブマウントの実施の形態の一例を示す断面図、図２は本発明のサブマウントを用いた半導体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の上面に積層された密着金属層、３は密着金属層２の上面に積層された第１の拡散防止層、４は第１の拡散防止層３の上面に積層された金（Ａｕ）から成る主導体層、５は絶縁基板１の上面に、密着金属層２，第１の拡散防止層３および主導体層４が順次積層されて成る配線層の上面の複数の搭載部に積層された白金（Ｐｔ）から成る第２の拡散防止層、６はＡｕ層６ａおよび金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）合金層６ｂが順次積層されて成る第１のロウ材層、７はＡｕ−Ｓｎ合金層６ｂから成る第２のロウ材層である。

また、図２において、８は第１のロウ材層６に接続され搭載された第１の発光素子であり、９は第２のロウ材層７に接続され搭載された第２の発光素子である。

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２、第１の拡散防止層３およびＡｕから成る主導体層４は、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。

密着金属層２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３は、例えば、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２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２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２の成膜時の内部応力によって密着金属層２の剥離が生じ易くなる。

また、第１の拡散防止層３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３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３の剥離が生じ易くなる。

さらに、Ａｕから成る主導体層４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４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２、第１の拡散防止層３、主導体層４が順次積層されて成る配線層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は、Ｐｔから成る第２の拡散防止層５およびロウ材層６，７が順次積層される。

Ｐｔから成る第２の拡散防止層５の厚みは0.01〜１μｍ程度が良い。第２の拡散防止層５の厚みが0.01μｍ未満では、主導体層４を形成するＡｕが第２の拡散防止層５を超えて上面のロウ材層６，７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内部応力により第２の拡散防止層５の剥離を生じ易くなる。

また、第２の拡散防止層５の上面に積層されるロウ材層６，７のうち、第１のロウ材層６は、ロウ材層がＡｕ層６ａおよびＡｕ−Ｓｎ合金層６ｂが順次積層されて成り、第２のロウ材層７は、ロウ材層がＡｕ−Ｓｎ合金層６ｂから成る。

第２の拡散防止層５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、配線層の上面の所定の搭載部に積層される。

また、Ａｕ層６ａも同様に、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、第１のロウ材層６の第２の拡散防止層５の上面に積層される。

さらに、Ａｕ−Ｓｎ合金層６ｂ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１のロウ材層６のＡｕ層６ａの上面および第２のロウ材層７の第２の拡散防止層５の上面に積層される。

第１のロウ材層６のＡｕ層６ａの厚みは0.01〜0.5μｍ程度が良く、その上面に積層されるＡｕ−Ｓｎ合金層６ｂの厚みは0.5〜３μｍ程度が良い。

Ａｕ層６ａの厚みが0.01μｍ未満では、上層のＡｕ−Ｓｎ合金層６ｂと合わせた第１のロウ材層６のＡｕ−Ｓｎ合金の組成と第２ロウ材層７の組成との違いによる溶融温度の差が生じ難く、２個の発光素子が強固に接続され難い傾向があり、0.5μｍを超える場合は、第１のロウ材層６のＡｕ−Ｓｎ合金の組成においてＡｕの含有量が大きくなりすぎ、第1のロウ材層６が溶融し難くなる傾向がある。

Ａｕ−Ｓｎ合金層６ｂの厚みが0.5μｍ未満では、発光素子８，９等の電子部品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発光素子８，９等の電子部品を接着固定させた際、第１のロウ材層６が発光素子８，９等の電子部品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。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６のＡｕ層６ａと上層のＡｕ−Ｓｎ合金層６ｂとを合わせたＡｕとＳｎとの質量比が、85：15〜65：35の範囲になるようにＡｕ−Ｓｎ合金層６ｂのＡｕとＳｎの質量比および厚みとＡｕ層６aの厚みとを調整することが好ましい。Ａｕ層６ａおよびＡｕ−Ｓｎ合金層６ｂ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層６ａおよびＡｕ−Ｓｎ合金層６ｂのＡｕが、質量比において80％のときに、これらの溶融温度は最低の280℃となる。従い、第１のロウ材層６および第２のロウ材層７のＡｕ−Ｓｎ合金層６ｂ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６のＡｕ−Ｓｎ合金層６ｂを溶融させると、Ａｕ−Ｓｎ合金層６ｂにＡｕ層６ａのＡｕが拡散してＡｕ−Ｓｎ合金層６ｂの溶融温度は元のＡｕ−Ｓｎ合金層６ｂ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６のＡｕ−Ｓｎ合金層６ｂを溶融させると、Ａｕ−Ｓｎ合金層６ｂにＡｕ層６ａのＡｕが拡散してＡｕ−Ｓｎ合金層６ｂの溶融温度は元のＡｕ−Ｓｎ合金層６ｂの溶融温度より低くなる。従って、Ａｕ−Ｓｎ合金層６ｂのＡｕの含有量は80％未満としておく。

他方、第２のロウ材層７のＡｕ−Ｓｎ合金層６ｂは、第１のロウ材層６のＡｕ−Ｓｎ合金層６ｂ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６のＡｕ−Ｓｎ合金層６ｂと同じである。また、第２のロウ材層７のＡｕ−Ｓｎ合金層６ｂは溶融したときにＡｕとＳｎとの質量比が変化することは無く、溶融温度は変化しない。また、Ａｕ−Ｓｎ合金層６ｂと第２ロウ材層７を同時に成膜することにより、厚みの厚いＡｕ−Ｓｎ合金層６ｂの成膜回数が１回になるため、コスト的なメリットも大きくなる。

そして、本発明のサブマウントの第２のロウ材層７の上面に第２の発光素子９を搭載してＡｕ−Ｓｎ合金層６ｂが溶融する温度まで加熱し、第２のロウ材層７に第２の発光素子９を接続して搭載する際に、第１のロウ材層６のＡｕ層６ａのＡｕが拡散して第１のロウ材層６のＡｕ−Ｓｎ合金層６ｂの方が第２のロウ材層７のＡｕ−Ｓｎ合金層６ｂよりＡｕの含有量が多くなる。これにより、第１のロウ材層６のＡｕ−Ｓｎ合金層６ｂは第２のロウ材層７のＡｕ−Ｓｎ合金層６ｂより溶融温度が低くなる。

次に、第１の発光素子を第１のロウ材層６の上面に搭載し、低くなっている第１のロウ材層６のＡｕ−Ｓｎ合金層６ｂの溶融温度まで加熱することで、第１のロウ材層６の搭載部に第１の発光素子を接続して搭載することができる。この際、第２のロウ材層７のＡｕ−Ｓｎ合金層６ｂは溶融温度が高いままなので、溶融することは無く、第２の発光素子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、本発明のサブマウントの複数の搭載部にそれぞれの発光素子８，９が搭載されていることから、それぞれの発光素子８，９を本発明の複数の搭載部にＡｕ−Ｓｎ合金層６ｂから成るロウ材層で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。

なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更は可能である。

本発明のサブマウントの実施の形態の一例を示す断面図である。本発明における半導体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・・・・・・・・・密着金属層
３・・・・・・・・・第１の拡散防止層
４・・・・・・・・・主導体層
５・・・・・・・・・第２の拡散防止層
６・・・・・・・・・第１ロウ材層
６ａ・・・・・・・・Ａｕ層
６ｂ・・・・・・・・Ａｕ−Ｓｎ合金層
７・・・・・・・・・第２ロウ材層
８・・・・・・・・・第１の発光素子
９・・・・・・・・・第２の発光素子

Claims

絶縁基板の上面に、密着金属層とＡｕから成る主導体層とが前記Ａｕの拡散を防止する第１の拡散防止層を介して順次積層されて成る配線層と、該配線層の上面にＰｔから成る、前記Ａｕの拡散を防止する第２の拡散防止層およびロウ材層が順次積層されて成る、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、前記複数の搭載部は、前記ロウ材層がＡｕ層およびＡｕ−Ｓｎ合金層が順次積層されて成る第１のロウ材層である前記搭載部と、前記ロウ材層がＡｕ−Ｓｎ合金層から成る第２のロウ材層である前記搭載部とが混在しており、前記第１のロウ材層の前記Ａｕ−Ｓｎ合金層のＡｕの含有量と前記第２のロウ材層の前記Ａｕ−Ｓｎ合金層のＡｕの含有量とは、前記第２のロウ材層の前記Ａｕ−Ｓｎ合金層が溶融する温度まで加熱されることにより前記第１のロウ材層の前記Ａｕ層のＡｕが拡散して生成される前記第１のロウ材層の前記Ａｕ−Ｓｎ合金層の溶融温度が、前記第２のロウ材層の前記Ａｕ−Ｓｎ合金層の溶融温度よりも低くなる値とされていることを特徴とするサブマウント。