JPH1192282A - 拡散防止方法および拡散防止層を設けたダイヤモンド構成体 - Google Patents
拡散防止方法および拡散防止層を設けたダイヤモンド構成体Info
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- JPH1192282A JPH1192282A JP27496397A JP27496397A JPH1192282A JP H1192282 A JPH1192282 A JP H1192282A JP 27496397 A JP27496397 A JP 27496397A JP 27496397 A JP27496397 A JP 27496397A JP H1192282 A JPH1192282 A JP H1192282A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ダイヤモンド上に形成させたメタライズ層と
ろう付け層が相互に熱拡散することを防止する方法、お
よびメタライズ層とろう付け層の相互熱拡散を防止した
ダイヤモンド構成体を提供する。 【解決手段】 ダイヤモンド面上にメタライズ層を設
け、次いでメタライズ層とさらに上層に設けられるろう
付け層が相互に熱拡散することを防止するための拡散防
止層をメタライズ層上に設け、その後ろう付け層を拡散
防止層上に設ける。
ろう付け層が相互に熱拡散することを防止する方法、お
よびメタライズ層とろう付け層の相互熱拡散を防止した
ダイヤモンド構成体を提供する。 【解決手段】 ダイヤモンド面上にメタライズ層を設
け、次いでメタライズ層とさらに上層に設けられるろう
付け層が相互に熱拡散することを防止するための拡散防
止層をメタライズ層上に設け、その後ろう付け層を拡散
防止層上に設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はダイヤモンドデバイ
スのメタライズ層とろう付け層の拡散防止方法、および
拡散防止層を設けたダイヤモンド構成体に関する。より
詳細には、ダイヤモンド上にメタライズ層とろう付け層
を設けてなるダイヤモンドデバイスにおいて、ダイヤモ
ンドが外部から加熱された際に、メタライズ層とろう付
け層が相互に熱拡散することを防止するために、メタラ
イズ層とろう付け層の間に拡散防止層を設けて相互拡散
を防止する方法、および拡散防止層を設けたダイヤモン
ド構成体に関する。
スのメタライズ層とろう付け層の拡散防止方法、および
拡散防止層を設けたダイヤモンド構成体に関する。より
詳細には、ダイヤモンド上にメタライズ層とろう付け層
を設けてなるダイヤモンドデバイスにおいて、ダイヤモ
ンドが外部から加熱された際に、メタライズ層とろう付
け層が相互に熱拡散することを防止するために、メタラ
イズ層とろう付け層の間に拡散防止層を設けて相互拡散
を防止する方法、および拡散防止層を設けたダイヤモン
ド構成体に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザーに用いられるヒートシン
クや、センサ、ＩＣなどには、優れた熱伝導性と絶縁特
性を有するダイヤモンドが使用されている。そしてこの
ダイヤモンド面上には、導電性を付与するため、および
半導体レーザーなどを接着するためにメタライズ層が設
けられる。このメタライズ層はそのまま接着層として用
いることも可能であるが、低温での加熱接着を容易にす
るために、メタライズ層のさらに上層としてろう付け層
を設けることが行われている。
クや、センサ、ＩＣなどには、優れた熱伝導性と絶縁特
性を有するダイヤモンドが使用されている。そしてこの
ダイヤモンド面上には、導電性を付与するため、および
半導体レーザーなどを接着するためにメタライズ層が設
けられる。このメタライズ層はそのまま接着層として用
いることも可能であるが、低温での加熱接着を容易にす
るために、メタライズ層のさらに上層としてろう付け層
を設けることが行われている。
【０００３】例として、半導体レーザーのヒートシンク
として用いられるダイヤモンドヒートシンクにおいて
は、メタライズ層としてＴｉ、Ｐｔ、Ａｕの３層を形成
させたその上に、ろう付け層としてＡｕ−Ｓｎ合金層
が、それぞれスパッタ法を用いて形成される。このよう
にしてメタライズ層、およびろう付け層が形成されたダ
イヤモンドヒートシンクは、ろう付け層を接着層として
加熱溶融させて半導体レーザーに実装される。しかし、
このろう付け層を加熱溶融させた際にろう付け層とメタ
ライズ層が相互に熱拡散することにより、ろう付け層を
構成する合金の組成が変化し、融点が高温側へ移行し、
融着に必要な液相が生成せず、十分な接着効果が得られ
ないことがある。
として用いられるダイヤモンドヒートシンクにおいて
は、メタライズ層としてＴｉ、Ｐｔ、Ａｕの３層を形成
させたその上に、ろう付け層としてＡｕ−Ｓｎ合金層
が、それぞれスパッタ法を用いて形成される。このよう
にしてメタライズ層、およびろう付け層が形成されたダ
イヤモンドヒートシンクは、ろう付け層を接着層として
加熱溶融させて半導体レーザーに実装される。しかし、
このろう付け層を加熱溶融させた際にろう付け層とメタ
ライズ層が相互に熱拡散することにより、ろう付け層を
構成する合金の組成が変化し、融点が高温側へ移行し、
融着に必要な液相が生成せず、十分な接着効果が得られ
ないことがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する技術課題は、ダイヤモンド上に形成させたメタライ
ズ層とろう付け層が相互に熱拡散することを防止する方
法、およびメタライズ層とろう付け層の相互熱拡散を防
止するダイヤモンド構成体を提供することにある。
する技術課題は、ダイヤモンド上に形成させたメタライ
ズ層とろう付け層が相互に熱拡散することを防止する方
法、およびメタライズ層とろう付け層の相互熱拡散を防
止するダイヤモンド構成体を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、ダイヤモンド
面上にメタライズ層を設け、さらにその上層にろう付け
層を設けてなるダイヤモンド構成体において、前記メタ
ライズ層と前記ろう付け層の間に、前記メタライズ層と
前記ろう付け層が相互に熱拡散することを防止するため
の拡散防止層を設けることを特徴とする拡散防止方法で
あり、また前記拡散防止層が、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｍ
ｏ、Ｗのいずれかの１種、または２種以上からなる皮膜
であることを特徴とする。また、本発明は、ダイヤモン
ド面上にメタライズ層を設け、さらにその上層にろう付
け層を設けてなるダイヤモンド構成体において、前記メ
タライズ層と前記ろう付け層の間に、前記メタライズ層
と前記ろう付け層が相互に熱拡散することを防止するた
めの拡散防止層を設けてなるダイヤモンド構成体であ
り、前記拡散防止層が、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｗの
いずれかの１種、または２種以上からなる層であること
を特徴とし、また前記ダイヤモンド構成体がダイヤモン
ドヒートシンクであることを特徴とする。
面上にメタライズ層を設け、さらにその上層にろう付け
層を設けてなるダイヤモンド構成体において、前記メタ
ライズ層と前記ろう付け層の間に、前記メタライズ層と
前記ろう付け層が相互に熱拡散することを防止するため
の拡散防止層を設けることを特徴とする拡散防止方法で
あり、また前記拡散防止層が、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｍ
ｏ、Ｗのいずれかの１種、または２種以上からなる皮膜
であることを特徴とする。また、本発明は、ダイヤモン
ド面上にメタライズ層を設け、さらにその上層にろう付
け層を設けてなるダイヤモンド構成体において、前記メ
タライズ層と前記ろう付け層の間に、前記メタライズ層
と前記ろう付け層が相互に熱拡散することを防止するた
めの拡散防止層を設けてなるダイヤモンド構成体であ
り、前記拡散防止層が、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｗの
いずれかの１種、または２種以上からなる層であること
を特徴とし、また前記ダイヤモンド構成体がダイヤモン
ドヒートシンクであることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明者らは、ダイヤモンド上に
メタライズ層とろう付け層を設けてなるダイヤモンド構
成体において、メタライズ層とろう付け層の間に熱拡散
防止層を設けることにより、メタライズ層とろう付け層
が設けられたダイヤモンド構成体を他の素子に熱融着す
る際のメタライズ層とろう付け層の相互熱拡散を防止す
ることが可能であり、ダイヤモンド構成体と他の素子と
の優れた接着力が得られるることを見出した。
メタライズ層とろう付け層を設けてなるダイヤモンド構
成体において、メタライズ層とろう付け層の間に熱拡散
防止層を設けることにより、メタライズ層とろう付け層
が設けられたダイヤモンド構成体を他の素子に熱融着す
る際のメタライズ層とろう付け層の相互熱拡散を防止す
ることが可能であり、ダイヤモンド構成体と他の素子と
の優れた接着力が得られるることを見出した。
【０００７】以下、ダイヤモンド構成体としてダイヤモ
ンドヒートシンクを、素子としての半導体レーザーに実
装する場合を想定して、本発明を詳細に説明する。ま
ず、本発明の保護膜を被覆するダイヤモンドについて説
明する。本発明においては、ダイヤモンド素材は合成ダ
イヤモンド、高圧合成ダイヤモンド、あるいは天然ダイ
ヤモンドのいずれでも差し支えなく、また単結晶体ある
いは多結晶体のいずれの構造を有していても差し支えな
い。しかし、生産性の観点から、マイクロ波プラズマＣ
ＶＤ法などの気相合成法を用いて製造されたダイヤモン
ドを用いることが好ましい。
ンドヒートシンクを、素子としての半導体レーザーに実
装する場合を想定して、本発明を詳細に説明する。ま
ず、本発明の保護膜を被覆するダイヤモンドについて説
明する。本発明においては、ダイヤモンド素材は合成ダ
イヤモンド、高圧合成ダイヤモンド、あるいは天然ダイ
ヤモンドのいずれでも差し支えなく、また単結晶体ある
いは多結晶体のいずれの構造を有していても差し支えな
い。しかし、生産性の観点から、マイクロ波プラズマＣ
ＶＤ法などの気相合成法を用いて製造されたダイヤモン
ドを用いることが好ましい。
【０００８】これらのダイヤモンドの上下面を研磨し、
次いで水素プラズマクリーニング、または酸素プラズマ
クリーニングを施した後、ＤＣマグネトロンスパッタ
法、またはＲＦマグネトロンスパッタ法を用いてメタラ
イズ層を形成させる。Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｐ
ｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕの１種以上で１層以上の単
体膜、合金膜、または複合膜であることが好ましく、ダ
イヤモンドと化学的に反応して接着力を向上させ、耐熱
性を有するものであることが必要である。
次いで水素プラズマクリーニング、または酸素プラズマ
クリーニングを施した後、ＤＣマグネトロンスパッタ
法、またはＲＦマグネトロンスパッタ法を用いてメタラ
イズ層を形成させる。Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｐ
ｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕの１種以上で１層以上の単
体膜、合金膜、または複合膜であることが好ましく、ダ
イヤモンドと化学的に反応して接着力を向上させ、耐熱
性を有するものであることが必要である。
【０００９】上記のメタライズ層を形成させた上下面の
どちらかの１面に、メタライズ層を構成する元素、およ
び上層となるろう付け層を構成する元素と熱拡散し難い
元素からなる熱拡散防止層を設ける。そのような元素と
して比較的安価で容易に適用可能なものとして、Ｎｉ、
Ｃｒ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｗなどを挙げることができる。これ
らの元素からなる熱拡散防止層は、ＤＣマグネトロンス
パッタ法、またはＲＦマグネトロンスパッタ法を用いて
上記のメタライズ層上に形成される。この熱拡散防止層
は、前記の元素の１種からなる単層であってもよいし、
２種以上からなる複層であってもよい。
どちらかの１面に、メタライズ層を構成する元素、およ
び上層となるろう付け層を構成する元素と熱拡散し難い
元素からなる熱拡散防止層を設ける。そのような元素と
して比較的安価で容易に適用可能なものとして、Ｎｉ、
Ｃｒ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｗなどを挙げることができる。これ
らの元素からなる熱拡散防止層は、ＤＣマグネトロンス
パッタ法、またはＲＦマグネトロンスパッタ法を用いて
上記のメタライズ層上に形成される。この熱拡散防止層
は、前記の元素の１種からなる単層であってもよいし、
２種以上からなる複層であってもよい。
【００１０】このようにしてメタライズ層および熱拡散
防止層を形成させたその上に、高温で破壊しやすい半導
体レーザーチップを、低温でろう付けすることがが可能
な接着層を形成させる。このようなろう付け層として
は、例えばＤＣマグネトロンスパッタ法、またはＲＦマ
グネトロンスパッタ法を用いて形成されるＡｕ−Ｓｎ合
金層、あるいは湿式めっき法、またはスパッタ法のいず
れかによる半田層であることが好ましい。
防止層を形成させたその上に、高温で破壊しやすい半導
体レーザーチップを、低温でろう付けすることがが可能
な接着層を形成させる。このようなろう付け層として
は、例えばＤＣマグネトロンスパッタ法、またはＲＦマ
グネトロンスパッタ法を用いて形成されるＡｕ−Ｓｎ合
金層、あるいは湿式めっき法、またはスパッタ法のいず
れかによる半田層であることが好ましい。
【００１１】上記のようにしてメタライズ層、熱拡散防
止層、およびろう付け層形成されたダイヤモンドヒート
シンクをろう付け層の融点以上の温度に加熱し、これに
半導体レーザーチップを熱融着する。
止層、およびろう付け層形成されたダイヤモンドヒート
シンクをろう付け層の融点以上の温度に加熱し、これに
半導体レーザーチップを熱融着する。
【００１２】
【実施例】以下、本発明について、実施例によりさらに
具体的に説明する。 [ダイヤモンドの作成]マイクロ波ＣＶＤ法を用いて、厚
さ ０.３５ｍｍ、縦２５ｍｍ、横２５ｍｍのダイヤモン
ドを作成した。このダイヤモンドの上下面を研磨し、
０.２５ｍｍの厚さとした。
具体的に説明する。 [ダイヤモンドの作成]マイクロ波ＣＶＤ法を用いて、厚
さ ０.３５ｍｍ、縦２５ｍｍ、横２５ｍｍのダイヤモン
ドを作成した。このダイヤモンドの上下面を研磨し、
０.２５ｍｍの厚さとした。
【００１３】[メタライズ層の形成]研磨されたダイヤモ
ンドを水素プラズマでクリーニングした後、この上下面
にＤＣマグネトロンスパッタ法を用いて、Ｔｉ、Ｐｔ、
Ａｕの順に各層を形成させた。各層の厚さはＴｉ：１０
０ｎｍ、Ｐｔ：１００ｎｍ、Ａｕ：５００ｎｍとした。
ンドを水素プラズマでクリーニングした後、この上下面
にＤＣマグネトロンスパッタ法を用いて、Ｔｉ、Ｐｔ、
Ａｕの順に各層を形成させた。各層の厚さはＴｉ：１０
０ｎｍ、Ｐｔ：１００ｎｍ、Ａｕ：５００ｎｍとした。
【００１４】[拡散防止層の形成]上記のようにしてメタ
ライズ層が形成されたダイヤモンドの両面に、ＤＣマグ
ネトロンスパッタ法を用いて表１〜２に示す条件で各種
の拡散防止層を形成させた。
ライズ層が形成されたダイヤモンドの両面に、ＤＣマグ
ネトロンスパッタ法を用いて表１〜２に示す条件で各種
の拡散防止層を形成させた。
【００１５】[ろう付け層の形成]上記のようにメタライ
ズ層および拡散防止層が形成されたさらにその上層に、
ろう付け層を形成させた。すなわち、拡散防止層が形成
されたダイヤモンドの片面に、ＤＣマグネトロンスパッ
タ法を用いてＡｕ−Ｓｎ合金層（Ａｕ／Ｓｎ＝８０重量
％／２０重量％）を ２.８μｍの厚さで形成させた。上
記のようにしてダイヤモンド構成体（ヒートシンク）が
得られた。
ズ層および拡散防止層が形成されたさらにその上層に、
ろう付け層を形成させた。すなわち、拡散防止層が形成
されたダイヤモンドの片面に、ＤＣマグネトロンスパッ
タ法を用いてＡｕ−Ｓｎ合金層（Ａｕ／Ｓｎ＝８０重量
％／２０重量％）を ２.８μｍの厚さで形成させた。上
記のようにしてダイヤモンド構成体（ヒートシンク）が
得られた。
【００１６】[分割切断]上記のようにして各種の熱拡散
防止層が形成されたダイヤモンド構成体を、レーザーを
用いて分割切断した。
防止層が形成されたダイヤモンド構成体を、レーザーを
用いて分割切断した。
【００１７】[半導体チップへの熱融着]上記のようにし
て分割切断されたダイヤモンド構成体上に半導体チップ
を載せ、高純度アルゴン中でろう付け層の溶融温度以上
に加熱し、半導体チップをダイヤモンド構成体上に熱融
着させた。この熱融着作業を６００倍の顕微鏡で観察
し、熱融着状態を下記の評価基準で評価した。 ○：良好（ろう付け層が溶融し、十分な液相が出現する
のが観察される） △：やや不良（ろう付け層が溶融するが、液相の出現が
乏しい） ×：不良（ろう付けの溶融が観察されず、液相の出現が
認められない） 結果を表１〜２に示す。
て分割切断されたダイヤモンド構成体上に半導体チップ
を載せ、高純度アルゴン中でろう付け層の溶融温度以上
に加熱し、半導体チップをダイヤモンド構成体上に熱融
着させた。この熱融着作業を６００倍の顕微鏡で観察
し、熱融着状態を下記の評価基準で評価した。 ○：良好（ろう付け層が溶融し、十分な液相が出現する
のが観察される） △：やや不良（ろう付け層が溶融するが、液相の出現が
乏しい） ×：不良（ろう付けの溶融が観察されず、液相の出現が
認められない） 結果を表１〜２に示す。
【００１８】
【表１】
【００１９】
【表２】
【００２０】
【発明の効果】本発明は、ダイヤモンド上にメタライズ
層とろう付け層を設けてなるダイヤモンド構成体におい
て、メタライズ層とろう付け層の間に熱拡散防止層を設
け、メタライズ層とろう付け層が設けられたダイヤモン
ド構成体を他の素子に熱融着する際に、メタライズ層と
ろう付け層が相互に熱拡散することを防止する方法、お
よびメタライズ層とろう付け層の間に、メタライズ層と
ろう付け層が相互に熱拡散することを防止するための拡
散防止層を設けてなるダイヤモンド構成体であり、本発
明の方法を用いることにより、ろう付け層を加熱溶融さ
せた際にろう付け層とメタライズ層の相互熱拡散が防止
され、ろう付け層を構成する合金組成が変化することが
なく、融着に必要な液相が生成し、十分な接着効果が得
られる。
層とろう付け層を設けてなるダイヤモンド構成体におい
て、メタライズ層とろう付け層の間に熱拡散防止層を設
け、メタライズ層とろう付け層が設けられたダイヤモン
ド構成体を他の素子に熱融着する際に、メタライズ層と
ろう付け層が相互に熱拡散することを防止する方法、お
よびメタライズ層とろう付け層の間に、メタライズ層と
ろう付け層が相互に熱拡散することを防止するための拡
散防止層を設けてなるダイヤモンド構成体であり、本発
明の方法を用いることにより、ろう付け層を加熱溶融さ
せた際にろう付け層とメタライズ層の相互熱拡散が防止
され、ろう付け層を構成する合金組成が変化することが
なく、融着に必要な液相が生成し、十分な接着効果が得
られる。
Claims (5)
- 【請求項１】 ダイヤモンド面上にメタライズ層を設
け、さらにその上層にろう付け層を設けてなるダイヤモ
ンド構成体において、前記メタライズ層と前記ろう付け
層の間に、前記メタライズ層と前記ろう付け層が相互に
熱拡散することを防止するための拡散防止層を設けるこ
とを特徴とする、拡散防止方法。 - 【請求項２】 前記拡散防止層が、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｚ
ｒ、Ｍｏ、Ｗのいずれかの１種、または２種以上からな
る皮膜であることを特徴とする、請求項１に記載の拡散
防止方法。 - 【請求項３】 ダイヤモンド面上にメタライズ層を設
け、さらにその上層にろう付け層を設けてなるダイヤモ
ンド構成体において、前記メタライズ層と前記ろう付け
層の間に、前記メタライズ層と前記ろう付け層が相互に
熱拡散することを防止するための拡散防止層を設けてな
るダイヤモンド構成体。 - 【請求項４】 前記拡散防止層が、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｚ
ｒ、Ｍｏ、Ｗのいずれかの１種、または２種以上からな
る層であることを特徴とする、請求項３に記載のダイヤ
モンド構成体。 - 【請求項５】 前記ダイヤモンド構成体がダイヤモン
ドヒートシンクであることを特徴とする、請求項３また
は４に記載のダイヤモンド構成体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27496397A JP3466438B2 (ja) | 1997-09-24 | 1997-09-24 | 拡散防止方法および拡散防止層を設けたダイヤモンド構成体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27496397A JP3466438B2 (ja) | 1997-09-24 | 1997-09-24 | 拡散防止方法および拡散防止層を設けたダイヤモンド構成体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1192282A true JPH1192282A (ja) | 1999-04-06 |
| JP3466438B2 JP3466438B2 (ja) | 2003-11-10 |
Family
ID=17549018
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27496397A Expired - Fee Related JP3466438B2 (ja) | 1997-09-24 | 1997-09-24 | 拡散防止方法および拡散防止層を設けたダイヤモンド構成体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3466438B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007176754A (ja) * | 2005-12-28 | 2007-07-12 | Hitachi Zosen Corp | 光学素子の接合方法 |
| CN113445042A (zh) * | 2020-03-27 | 2021-09-28 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种基于低活化钢基材的钨铬合金涂层及其制备方法 |
-
1997
- 1997-09-24 JP JP27496397A patent/JP3466438B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007176754A (ja) * | 2005-12-28 | 2007-07-12 | Hitachi Zosen Corp | 光学素子の接合方法 |
| CN113445042A (zh) * | 2020-03-27 | 2021-09-28 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种基于低活化钢基材的钨铬合金涂层及其制备方法 |
| CN113445042B (zh) * | 2020-03-27 | 2023-03-31 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种基于低活化钢基材的钨铬合金涂层及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3466438B2 (ja) | 2003-11-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20030819 |
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