(57)【要約】      （修正有）【課題】高い放熱性と高い信頼性とを有する、スズを主成分とするはんだ合金からなる接合材の提供。【解決手段】接合材は、スズおよび炭素と化合物を形成し得る少なくとも１種の元素を０．１ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下含み、残部にスズを主成分として含む。少なくとも１種の元素は、スズよりも酸化しやすい元素で、スズとの化合物の融点が１０００℃以上であり、チタン、ジルコニウム、バナジウムの群から選択される少なくとも１種である接合材。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スズおよび炭素と化合物を形成し得る少なくとも１種の元素を０．１ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下含み、残部にスズを主成分として含む、接合材。
【請求項２】
前記元素を０．１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下含む、請求項１記載の接合材。
【請求項３】
前記少なくとも１種の元素は、スズよりも酸化しやすい元素である、請求項１または２に記載の接合材。
【請求項４】
前記元素のスズとの化合物の融点が、１０００℃以上である、請求項１から３のいずれか１項に記載の接合材。
【請求項５】
前記少なくとも１種の元素は、チタン、ジルコニウム、バナジウムの群から選択される少なくとも１つを含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の接合材。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の前記接合材を用いて、
発光素子と炭素基台とを接合することにより半導体装置を製造する半導体装置の製造方法。
【請求項７】
発光素子と、
炭素基台と、
前記発光素子と前記炭素基台とを接合する請求項１から５のいずれか１項に記載の前記接合材と、
を含む、半導体装置。
【請求項８】
前記元素を５ｗｔ％より高く１０ｗｔ％以下含む、請求項１に記載の接合材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化ガリウム等の発熱量が大きい半導体を冷却するために、ヒートスプレッダーやヒートシンク等に接続可能な接合材と、該接合材を用いた半導体装置と、該接合材を用いた半導体装置の製造方法と、に関する。
【背景技術】
【０００２】
化合物半導体である窒化ガリウムは、高輝度発光素子して幅広く使われている。窒化ガリウムを用いた発光ダイオード（ＬＥＤ）は、白熱電球と比較して、長寿命、低消費電力、高速応答性、省スペースなどの利点があり、急速に普及している。更なる高輝度化を行うためには、駆動電流を増加させるとよいが、発光素子の発熱量が大きくなり、冷却機構が必要となる。そのため、発光素子を放熱シートや銀ペースト、はんだ合金を用いて放熱性のよい基台に接着もしくは接合されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図３は、従来の半導体装置３０１の模式図である。発光素子３０２は、熱伝導性を有する銅合金の基台３０３に銀ペースト３０４を用いて接着されている。基台３０３の表面は電極３０５が形成され、ワイヤー３０６によって、発光素子３０２と電極３０５とが接続されることにより、電気的接続がなされている。発光素子３０２とワイヤー３０６の周りは、封止樹脂３０７によって封止されている。
つまり、従来の半導体装置３０１では、熱伝導率が高い銀がフィラーとして添加されている銀ペースト３０４で、発光素子３０２を基台３０３に接着させ、発光素子３０２から発生する熱を効率よく基台３０３に逃がしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２６５９８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的には、銀ペーストの熱伝導率が３０ｗ／ｍ・Ｋ程度で、銅合金の熱伝導率が４００Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。特許文献１に記載の銀ペーストを用いて銅合金の基台に接合した場合、銀ペーストの熱伝導率がそれほど高くないため、高輝度化のために駆動電流を増加させていくと発光素子の温度が上昇し、発光効率が低下するという問題がある。
【０００６】
また、銀ペーストを使用することで、銀のマイグレーション、硫化、ペースト樹脂の熱劣化などにより、信頼性試験後は界面にクラックが発生し、放熱性が低下するという問題がある。
【０００７】
近年、鉛フリーはんだとして高い放熱性を有するスズを主成分とするはんだ合金の研究開発が進められている。しかし、これまでスズを主成分とするはんだ合金では、未だ十分な信頼性が得られていなかった。
【０００８】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、高い放熱性と高い信頼性とを有する、スズを主成分とするはんだ合金からなる接合材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明に係る接合材は、スズおよび炭素と化合物を形成し得る少なくとも１種の元素を０．１ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下含み、残部にスズを主成分として含む。
【００１０】
本明細書において「スズおよび炭素と化合物を形成し得る少なくとも１種の元素（化合物形成性元素）」とは、スズおよび炭素と化合物を形成する任意の元素をいう。化合物形成性元素が２種類以上あるとき、接合材における化合物形成性元素の含有率（ｗｔ％）とは、接合材の総重量に対する、接合材に含まれる２種類以上の化合物形成性元素の重量の和の割合を示している。
【００１１】
本明細書において「主成分」とは、接合材に含まれる元素の中で最も存在比率が高い元素を意味する。
【００１２】
また、一実施形態の接合材において、化合物形成性元素は、チタン、ジルコニウム、バナジウムの少なくとも１つを含む。
【００１３】
また、一実施形態の接合体の製造方法において、上述した実施形態の接合材を用いて発光素子と基台とを接合することにより、半導体装置が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る接合材によれば、発光素子を熱伝導率の高い炭素基台に接合することが出来る。加えて、接合材の耐高温高湿性によって、高い熱伝導率を維持することによって、高い放熱性を確保することが出来る半導体装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の一工程の模式図である。
【図１Ｂ】実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の一工程の模式図である。
【図１Ｃ】実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の一工程の模式図である。
【図１Ｄ】実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の一工程の模式図である。
【図１Ｅ】実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の一工程の模式図である。
【図１Ｆ】実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の一工程の模式図である。
【図２】半導体装置を放熱板に設置した模式図である。
【図３】従来の発光装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
第１の態様に係る接合材は、スズおよび炭素と化合物を形成し得る少なくとも１種の元素を０．１ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下含み、残部にスズを主成分として含む。
【００１７】
第２の態様に係る接合材は、上記第１の態様において、前記元素を０．１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下含んでもよい。
【００１８】
第３の態様に係る接合材は、上記第１又は第２の態様において、前記少なくとも１種の元素は、スズよりも酸化しやすい元素であってもよい。
【００１９】
第４の態様に係る接合材は、上記第１から第３のいずれかの態様において、前記元素のスズとの化合物の融点が、１０００℃以上であってもよい。
【００２０】
第５の態様に係る接合材は、上記第１から第５のいずれかの態様において、前記少なくとも１種の元素は、チタン、ジルコニウム、バナジウムの群から選択される少なくとも１つを含んでもよい。
【００２１】
第６の態様に係る半導体装置の製造方法は、上記第１から第５のいずれかの態様の前記接合材を用いて、
発光素子と炭素基台とを接合することにより半導体装置を製造する。
【００２２】
第７の態様に係る半導体装置は、発光素子と、
炭素基台と、
前記発光素子と前記炭素基台とを接合する上記第１から第５のいずれかの態様の前記接合材と、
を含む。
【００２３】
第８の態様に係る接合材は、上記第１の態様において、前記元素を５ｗｔ％より高く１０ｗｔ％以下含んでもよい。
【００２４】
以下、実施の形態に係る接合材について添付図面を参照しながら説明する。なお、図面において実質的に同一の部材については同一の符号を付している。
【００２５】
（実施の形態１）
＜接合材＞
実施の形態１に係る接合材は、スズ及び炭素と化合物を形成可能な元素（化合物形成性元素）を０．１ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下含有し、残部にスズを主成分として含む合金である。
化合物形成性元素は、スズおよび炭素と化合物を形成し、スズよりも酸化しやすい元素であれば特に限定されない。
表１は、化合物形成性元素である各元素のスズ、炭素、酸素との化合物の例と、酸化物の標準生成ギブスエネルギーの表である。なお、化合物の化学式は例示であって、全ての化合物を示すものではない。
【００２６】
【表１】
2019098398.tif 000003
【００２７】
表１に示すように、スズおよび炭素と化合物を形成し得る元素（「化合物形成性元素」）としては、例えば、Ｔｉ、Ｙ、Ｎｂ、Ｐｒ、Ｌａ、Ｖ、Ｍｎ、Ｔｈ、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｌｉが挙げられる。これらの元素は、スズおよび炭素の両方と化合物を形成し、スズよりも酸化物の標準生成ギブスエネルギーが低いため、スズと共に存在する場合でもスズよりも酸化物を形成しやすい。化合物形成性元素としては、チタン、ジルコニウム、バナジウムの群から選択される少なくとも１つを含んでもよい。
ここで、チタン、ジルコニウム、バナジウムを選択した理由は、表１（融点追加）に示したように、Ｓｎとの化合物の融点が高いためである。融点が高いほど、接合材の強度が長期間保持される。少なくとも、１０００℃以上の化合物の融点があればよい。
また、接合材の化合物形成性元素の含有量が０．１ｗｔ％以上であることにより、接合材が炭素基台とのとの界面に十分な量の化合物が形成され、炭素基台と接合材との界面に強度の高い良好な接合層を形成することができる。
なお、化合物形成性元素の含有量は、５ｗｔ％より高くてもよい。含有量が５ｗｔ％より高い方が合金層が成長し、より強固に接合することが可能である。
【００２８】
また、接合材における化合物形成性元素の含有量が３０ｗｔ％以下であることにより、接合材と炭素基台とを接合する際の加熱時に液相成分のスズが残存し炭素基台に濡れ拡がることによって、ボイドの無い良好な接合となる。
なお、化合物形成性元素の含有量は、１０ｗｔ％以下が好ましい。
【００２９】
さらに、接合材の残部は、スズのみから成るものであってよい。このとき、接合材に含まれる化合物形成性元素が１種類であるならば、接合材は１種類の化合物形成性元素と主成分であるスズとから成る二元系合金である。
【００３０】
また、接合材の残部は、主成分であるスズを含む複数の元素から成るものであってもよい。このとき、接合材は、化合物形成性元素と主成分であるスズを含む複数の元素とから成る多元系合金である。
なお、スズおよび炭素の両方と化合物を形成する元素（化合物形成性元素）と主成分であるスズ以外の他の元素の含有量は、０．０１ｗｔ％以下がよく、０．００５ｗｔ％以下がさらによい。また、スズおよび炭素の両方と化合物を形成する元素（化合物形成性元素）は、１種類であることが好ましい。
【００３１】
＜発光素子＞
発光素子は、例えば、一般的な窒化ガリウムのダイオードを用いることができる。例えば、サファイア基板の上面にｎ型窒化がリムとＰ型窒化ガリウムを形成し、その上面にＰ型電極とＮ型電極を形成させワイヤーで電気的な接続を可能としている。サファイア基板の下面は接合材と接続可能なメタライズ（金属層形成）を行っている。メタライズは、ニッケルを施した後に、酸化防止のために金を形成している。なお、メタライズは、接合材のスズと合金層を形成する元素であればよい。
【００３２】
＜炭素基台＞
炭素基台としては、炭素粉末を成型機により形成し、焼き固めた基台を用いた。成形によって、炭素粉末が整列しており、炭素基台の厚み方向の熱伝導率が６００Ｗ／ｍ・Ｋ、面方向の熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋとなっている。
【００３３】
＜プロセス＞
以下、実施の形態１に係る接合体とその製造方法について、図面を参照しながら説明する。図１Ａ乃至図１Ｆは、実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の各工程の模式図である。
【００３４】
（１）はじめに、図１Ａに示すように、接合材１０１と炭素基台１０２とを準備し、接合する。接合条件は、以下の通りである。まず、窒素雰囲気の炉に接合材１０１と炭素基台１０２を設置し、５０℃／分の昇温速度で、１２００℃まで加熱する。それによって、図１Ｂに示すように、接合材１０１と炭素基台１０２の界面に炭素接合層１０３が形成される。炭素接合層１０３は、スズとも炭素とも化合物を形成する化合物形成性元素を含むことで、強固に接合される。
（２）次に、図１Ｃのように電極層１０４を形成する。電極層１０４は後の接合する発光素子の電気的な接続を行うために形成した。電極層１０４は絶縁性のある接着層１０５により炭素基台１０２に接着されている。
【００３５】
（３）次に、図１Ｄに示すように、発光素子１０６を接合する。発光素子１０６と接合材１０１を接合する条件は、以下の通りである。まず、窒素雰囲気の炉に発光素子１０６と図１Ｃの状態の炭素基台１０２とを設置し、５０℃／分の昇温速度で、３５０℃まで加熱する。次いで、加熱中に内部の圧力を１０Ｐａまで減圧させ、ボイドを抜いた後に、大気圧まで戻し冷却を行う。以上によって、発光素子１０６と接合材１０１とを接合する。
なお、接合後の接合材１０１と発光素子１０６との界面には、発光素子１０６の裏面にメタライズされたニッケル／金層と接合材１０１のスズが反応したニッケル・スズの発光素子接合層１０７が形成されている。
（４）次に、図１Ｅに示すように、発光素子１０６のＰ型電極とＮ型電極を電極層１０４とをワイヤー１０８で接続する。
（５）次に、図１Ｆに示すように、封止樹脂１０９により発光素子１０６の周りを封止して、半導体装置１１０を作製する。
【実施例】
【００３６】
本開示の接合体を、以下の実施例１〜１２で示すように作製した。作製条件、評価結果を表２に示す。
【００３７】
【表２】
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【実施例１】
【００３８】
接合材１０１としては、チタンを０．１ｗｔ％含有し、残部がスズのスズ−チタン合金を用いた。接合材１０１は、成形体形状で、サイズは１ｍｍｘ×１ｍｍ、厚み０．２ｍｍである。炭素基台１０２は、サイズ４ｍｍ×４ｍｍで、厚み１ｍｍのものを用いた。
この接合材を用いて以下のようにして半導体装置を製造した。
（１）接合材１０１を炭素基台１０２に設置し、炉で１２００℃に加熱、冷却し、炭素接合層１０３で、接合材１０１を、炭素基台１０２へ接合した。
（２）次に、炭素基台１０２に接着層１０５を介して電極層１０４を形成した。電極層はＣｕで、サイズは１ｍｍ×２ｍｍ、厚み：０．０５ｍｍとした。
（３）電極層１０４を形成後に、サイズが１ｍｍ×１ｍｍ、厚み０．１ｍｍの発光素子１０６を接合材１０１に載せ、炉中で、３５０℃で加熱冷却を行い接合した。
（４）次に、発光素子１０６と電極層１０４にアルミ製のワイヤー１０８を配線することで電気的な接続を取った。
（５）その後、封止樹脂１０９にて発光素子１０６を封止し、半導体装置１１０を作製した。
【００３９】
作製した半導体装置１１０は、信頼性試験後の放熱性を確認するために、まず温度８５℃、湿度８５％の恒温恒湿槽で、３０００ｈｒ放置した。
【００４０】
＜評価方法＞
その後、図２に示すように半導体装置１１０に放熱板２０１に設置し、通電させることで発光させ、発光素子１０６の上部の、封止樹脂１０９表面の温度測定部Ｔで熱電対を設置し、温度測定を行った。
封止樹脂１０９表面の温度が高いと発光素子１０６の下面から熱が逃げずに蓄積していることがわかる。
【実施例２】
【００４１】
接合材１０１としては、チタンを１ｗｔ％含有し、残部がスズのスズ−チタン合金を用いた。それ以外の条件は実施例１と同様に半導体装置を作製し、温度８５℃、湿度８５％の恒温恒湿槽で、３０００ｈｒ放置後に、温度測定を行った。
【実施例３】
【００４２】
接合材１０１としては、チタンを１０ｗｔ％含有し、残部がスズのスズ−チタン合金を用いた。それ以外の条件は実施例１と同様に半導体装置を作製し、温度８５℃、湿度８５％の恒温恒湿槽で、３０００ｈｒ放置後に、温度測定を行った。
【実施例４】
【００４３】
接合材１０１としては、チタンを１５ｗｔ％含有し、残部がスズのスズ−チタン合金を用いた。それ以外の条件は実施例１と同様に半導体装置を作製し、温度８５℃、湿度８５％の恒温恒湿槽で、３０００ｈｒ放置後に、温度測定を行った。
【実施例５】
【００４４】
接合材１０１としては、チタンを３０ｗｔ％含有し、残部がスズのスズ−チタン合金を用いた。それ以外の条件は実施例１と同様に半導体装置を作製し、温度８５℃、湿度８５％の恒温恒湿槽で、３０００ｈｒ放置後に、温度測定を行った。
【実施例６】
【００４５】
接合材１０１としては、バナジウムを０．１ｗｔ％含有し、残部がスズのスズ−バナジウム合金を用いた。それ以外の条件は実施例１と同様に半導体装置を作製し、温度８５℃、湿度８５％の恒温恒湿槽で、３０００ｈｒ放置後に、温度測定を行った。
【実施例７】
【００４６】
接合材１０１としては、バナジウムを３０ｗｔ％含有し、残部がスズのスズ−バナジウム合金を用いた。それ以外の条件は実施例１と同様に半導体装置を作製し、温度８５℃、湿度８５％の恒温恒湿槽で、３０００ｈｒ放置後に、温度測定を行った。
【実施例８】
【００４７】
接合材１０１としては、ジルコニウムを０．１ｗｔ％含有し、残部がスズのスズ−ジルコニウム合金を用いた。それ以外の条件は実施例１と同様に半導体装置を作製し、温度８５℃、湿度８５％の恒温恒湿槽で、３０００ｈｒ放置後に、温度測定を行った。
【実施例９】
【００４８】
接合材１０１としては、ジルコニウムを３０ｗｔ％含有し、残部がスズのスズ−ジルコニウム合金を用いた。それ以外の条件は実施例１と同様に半導体装置を作製し、温度８５℃、湿度８５％の恒温恒湿槽で、３０００ｈｒ放置後に、温度測定を行った。
【比較例１】
【００４９】
接合材としては、チタンを０．０１ｗｔ％含有し、残部がスズのスズ−チタン合金を用いた。それ以外の条件は実施例１と同様に半導体装置を作製し、温度８５℃、湿度８５％の恒温恒湿槽で、３０００ｈｒ放置後に、温度測定を行った。
【比較例２】
【００５０】
接合材としては、チタンを３５ｗｔ％含有し、残部がスズのスズ−チタン合金を用いた。それ以外の条件は実施例１と同様に半導体装置を作製し、温度８５℃、湿度８５％の恒温恒湿槽で、３０００ｈｒ放置後に、温度測定を行った。
【比較例３】
【００５１】
接合材としては、バナジウムを０．０１ｗｔ％含有し、残部がスズのスズ−バナジウム合金を用いた。それ以外の条件は実施例１と同様に半導体装置を作製し、温度８５℃、湿度８５％の恒温恒湿槽で、３０００ｈｒ放置後に、温度測定を行った。
【比較例４】
【００５２】
接合材としては、バナジウムを３５ｗｔ％含有し、残部がスズのスズ−バナジウム合金を用いた。それ以外の条件は実施例１と同様に半導体装置を作製し、温度８５℃、湿度８５％の恒温恒湿槽で、３０００ｈｒ放置後に、温度測定を行った。
【比較例５】
【００５３】
接合材としては、チタンを０．０１ｗｔ％含有し、残部がスズのスズ−チタン合金を用いた。それ以外の条件は実施例１と同様に半導体装置を作製し、温度８５℃、湿度８５％の恒温恒湿槽で、３０００ｈｒ放置後に、温度測定を行った。
【比較例６】
【００５４】
接合材としては、チタンを３５ｗｔ％含有し、残部がスズのスズ−チタン合金を用いた。それ以外の条件は実施例１と同様に半導体装置を作製し、温度８５℃、湿度８５％の恒温恒湿槽で、３０００ｈｒ放置後に、温度測定を行った。
【比較例７】
【００５５】
接合材としては、銀ペーストを用いた。炭素基台１０２は、サイズ４ｍｍ×４ｍｍで、厚み１ｍｍのものを用いた。
（１）炭素基台１０２に銀ペーストを厚み０．１ｍｍでサイズ１ｘ１に塗布し、塗布した銀ペースト状に発光素子を載せ、大気雰囲気で１００℃、１時間で硬化させ接着した。
（２）次に、炭素基台に接着層を介して電極層を形成した。電極層はＣｕで、サイズは１ｍｍ×２ｍｍ、厚み：０．０５ｍｍとした。
（３）次に、発光素子と電極層にアルミ製のワイヤーを配線することで電気的な接続を取った。
（４）その後、封止樹脂にて発光素子を封止し、半導体装置を作製した。
作製した半導体装置は、信頼性試験後の放熱性を確認するために、まず温度８５℃、湿度８５％の恒温恒湿槽で、３０００ｈｒ放置し、実施例１と同様の箇所で温度測定を行った。
【００５６】
＜結果及び考察＞
表２は、実施例１から９と比較例１から６の作製条件と温度測定結果、および判定結果を示している。
判定結果は、８０℃以下では発光輝度の低下が非常に少ないため◎、１００℃以下から８０℃までは発光輝度の低下が少ないため○、１００℃より高い場合は、発光輝度の低下が著しいため×とした。
【００５７】
実施例１から３では温度が７０℃、７５℃、８０℃と低温であり、判定は◎となった。これは、以下のように推測される。まず、炭素基台１０２と接合材の界面にスズ・チタン・炭素の化合物が炭素接合層１０３として形成され、また、発光素子１０６と接合材１０１の界面にもニッケル・スズの化合物が発光素子接合層１０７として形成されると考えられる。このため、接着と異なり界面の熱抵抗が減少し、発光素子１０６の熱を効率的に炭素基台１０２に伝達でき、さらに、熱伝導率が高い炭素基台１０２から放熱板２０１に熱を逃がしていると推測される。
【００５８】
実施例４、５では、温度が８９℃、９７℃と１００℃以下であり、判定は○となった。
この場合も先ほどと同様に熱を逃がしているが、スズの熱伝導率５０Ｗ／ｍ・Ｋと比較して熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋのチタンの含有量が増えたために実施例１から３と比較して、若干冷却性能が低下したと考えられる。
【００５９】
同様に、化合物形成性元素としてバナジウム、ジルコニウムを用いた実施例６、８では、６９℃、７０℃と低温であり、判定は◎となった。また、実施例７．９では、温度が９５℃、９６℃と１００℃以下であり、判定は○となった。
【００６０】
これらの結果も化合物形成性元素としてチタンを添加した場合と同様に、化合物形成により炭素基台１０２に効率的に熱を逃がしていることが分かる。一方で、バナジウムの熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ、ジルコニウムの熱伝導率が２２．６Ｗ／ｍ・Ｋであり、添加量が増えると接合層の熱伝導率が低下し、若干温度が上昇していると推測される。
【００６１】
比較例１から７では全て温度が１００℃以上となり、判定は×となった。比較例１、３、５では、化合物形成性元素であるチタン、バナジウム、ジルコニウムの含有量が０．０１ｗｔ％と少なく、炭素基台と接合材との界面に化合物層を形成しないために熱伝達が出来ず、温度が上昇したと推測される。
【００６２】
また、比較例２、４では、化合物形成性元素であるチタン、バナジウム、ジルコニウムの含有量が３０ｗｔ％と多いために、発光素子の接合時に接合材が完全に溶けずに、ボイドが抜けず接合層に空隙が残存した状態となっていた。その空隙が熱抵抗となり、温度が下がらなかったと推測される。
【００６３】
実施例１から９と、比較例１から６とでは、温度８５℃、湿度８５％の恒温恒湿槽で、３０００ｈｒも接合層の状態は変化が無かった。接合材の側面を分析したところ、化合物形成性元素であるチタン、バナジウム、ジルコニウムが側面の表面層１００ｎｍ程度に酸化物として濃化していた。スズよりも酸化物を形成しやすいチタン、バナジウム、ジルコニウムを添加すること（上記第２の態様に係る構成）で、チタン、バナジウム、ジルコニウムが酸素と接触する表面に移動し、強固な酸化物層として形成されることで、一定以上の内部への酸素の侵入を抑制していると推測される。
【００６４】
しかし、比較例７では、銀ペーストを接合材として用いたため、温度８５℃、湿度８５％の恒温恒湿槽に３０００ｈｒ放置することで、樹脂内部に酸素、水蒸気が侵入し、樹脂が劣化して、空隙が発生していた。そのため、熱伝導率が低下するため、温度が上昇し判定は×となった。
【００６５】
これらの結果より、接合材としては、化合物形成性元素を０．１ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下含有し、残部にスズを主成分として含む合金が好ましいことがわかる。また、この接合材を用いて、グラファイト基台と発光素子を接合して半導体装置を製造することが好ましい。これにより、恒温恒湿時に接合材の化合物形成性元素が側面の封止樹脂界面に酸化物として濃化することで、不動態として機能し酸化の進行を抑制し、高い信頼性を確保することができる。
なお、実施例１〜３の結果より、化合物形成性元素の濃度は、０．１ｗｔ％以上１０ｗｔ％が好ましい。このことは、Ｔｉだけでなく、Ｖ、Ｚｒも同様である。Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒは、Ｓｎより熱伝導性が悪く、多く入れると、熱特性が悪くなるためである。
【００６６】
なお、本開示においては、前述した様々な実施の形態及び／又は実施例のうちの任意の実施の形態及び／又は実施例を適宜組み合わせることを含むものであり、それぞれの実施の形態及び／又は実施例が有する効果を奏することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明に係る接合材により接合された発光素子と炭素基台とから構成される半導体装置は、高い放熱性と高い信頼性を確保し、高輝度の駆動電流に対しても使用することが可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１０１  接合材
１０２  炭素基台
１０３  炭素接合層
１０４  電極層
１０５  接着層
１０６  発光素子
１０７  発光素子接合層
１０８  ワイヤー
１０９  封止樹脂
１１０  半導体装置
２０１  放熱板
３０１  半導体装置
３０２  発光素子
３０３  基台
３０４  銀ペースト
３０５  電極
３０６  ワイヤー
３０７  封止樹脂
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図２】
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【図３】
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