(57)【要約】【課題】半導体発光素子の放熱性をより向上させることができ、半導体発光素子の性能を劣化させない半導体発光素子接合体およびサブマウントを提供する。【解決手段】半導体発光素子を搭載するためのサブマウント、一対の電極を有する半導体発光素子、および半導体発光素子に存在する少なくとも１つの電極とサブマウントとの間に介在して両者を接合するはんだ層を含む半導体素子接合体において、はんだ層により接合される少なくとも１つの電極の１／５以下の面積を占める領域であって少なくとも半導体発光素子の発光部の直下となる部分を含む領域の下層に存在するはんだ層の厚さを、該電極の他の領域の下層に存在するはんだ層の厚さよりも薄くする。【選択図】図１
2008010597.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子を搭載するためのサブマウント、一対の電極を有する半導体発光素子、および前記半導体発光素子に存在する少なくとも１つの前記電極と前記サブマウントとの間に介在して両者を接合するはんだ層を含む半導体素子接合体において、前記はんだ層により接合される少なくとも１つの前記電極の１／５以下の面積を占める領域であって少なくとも前記半導体発光素子の発光部の直下となる部分を含む領域の下層に存在する前記はんだ層の厚さが、前記電極の他の領域の下層に存在する前記はんだ層の厚さより薄いことを特徴とする半導体発光素子接合体。
【請求項２】
前記はんだ層により接合される少なくとも１つの前記電極の１／５以下の面積を占める領域であって少なくとも前記半導体発光素子の発光部の直下となる部分を含む領域の下層に存在する前記はんだ層の厚さが、前記電極の他の領域の下層に存在する前記はんだ層の厚さの１／２以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子接合体。
【請求項３】
前記サブマウントが、サブマウント本体と高熱伝導性物質で構成される凸部とを有し、該凸部は、その上面が、前記半導体発光素子が有する少なくとも１つの前記電極の１／５以下の面積を占める領域であって少なくとも前記半導体発光素子の発光部の直下となる部分を含む領域の直下に位置するように形成されている請求項１又は２に記載の半導体素子接合体。
【請求項４】
前記サブマウント本体が、窒化アルミニウムにより構成されている請求項３に記載の半導体発光素子接合体。
【請求項５】
サブマウント本体と高熱伝導性物質で構成される凸部とを有する、半導体発光素子を搭載するためのサブマウントであって、前記凸部は、その上面が、搭載される半導体発光素子が有する少なくとも１つの電極の１／５以下の面積を占める領域であって少なくとも半導体発光素子の発光部の直下となる部分を含む領域の直下に位置するように形成されているサブマウント。
【請求項６】
サブマウント本体と、前記サブマウント本体の表面上に形成される金属電極と、該電極上に配置される、銀、銅、金、アルミニウムおよび銅−タングステン合金からなる群より選ばれる少なくとも１種の金属で構成される凸部と、前記電極および凸部上に形成されるはんだ層パターンと、を有するサブマウントであって、前記はんだ層パターンの面積に対する、前記凸部上面のはんだ層パターンに被覆された部分の面積の比が１／５以下であることを特徴とするサブマウント。
【請求項７】
少なくとも１方の主表面に凸部を有する窒化物セラミックス製のサブマウント本体と、該サブマウント本体の前記凸部が存在する面の少なくとも一部および前記凸部の露出表面上に形成された金属電極と、該電極上に形成されるはんだ層パターンと、を有するサブマウントであって、前記はんだ層パターンの面積に対する、前記凸部上面のはんだ層パターンに被覆された部分の面積の比が１／５以下であることを特徴とするサブマウント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子とサブマウントとがはんだにより接合されて構成される半導体発光素子接合体、および、その構成部材であるサブマウントに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子、特に、光通信や光ストレージシステムの発光源として用いられるレーザーダイオード素子（以下、「ＬＤ素子」と省略する場合がある。）の実装では、半導体発光素子は一旦、サブマウントに搭載され、半導体発光素子接合体としてからステムや基板などに実装されるのが一般的である。サブマウントに半導体発光素子が搭載された半導体発光素子接合体においては、動作時における素子の信頼性確保のために、サブマウントと半導体発光素子との熱膨張係数がほぼ同じであることに加えて、高い放熱性が要求される。特に、ＬＤ素子は、主に発光部となる活性層から熱を発するので、この熱を効率よく放熱することが必要とされる。
【０００３】
サブマウント材料としては、熱膨張係数が半導体発光素子の熱膨張係数に近い値を持つという理由からシリコンや窒化アルミニウムが使用されることが多い。シリコンからなるサブマウントを用いる場合には、その放熱性を改良するためにシリコン基板のチップ素子取付面と反対側の面における前記基板のチップ素子取付位置に対向する位置に設けた凹部の中にシリコンより熱伝導率の高い高熱伝導率物質を充填すること（特許文献１参照。）、あるいはサブマウント表面の半導体レーザチップマウント領域に、半導体レーザーチップの共振器長の方向に、シリコンよりも高い熱伝導率の高熱伝導部材を埋め込むこと（特許文献２参照）が行われている。
【０００４】
これに対し、窒化アルミニウムは、それ自体が非常に高い熱伝導率を有するので、窒化アルミニウム基板をそのままサブマウントとして使用することができる。窒化アルミニウム製サブマウントに半導体発光素子を搭載する場合には、窒化アルミニウム基板の素子搭載部をメタライズして電極を形成し、該電極と半導体発光素子の電極（通常半導体発光素子の下面全体に形成される）とを“はんだ付け”するのが一般的である。このとき、はんだ付け時において発光面となる半導体発光素子端面に“はんだ”が付着することがあり、それを防止するために、窒化アルミニウム基板の電極上に、半導体発光素子の電極より小面積の金属層を形成することが行われている（特許文献３および４参照）。
【特許文献１】特開平９−２６０５３９号公報
【特許文献２】特開２００５−１９１３７３号公報
【特許文献３】特開平５−１３８２０号公報
【特許文献４】特開２００２−３５９４２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
窒化アルミニウム製サブマウントは、その熱膨張係数が半導体発光素子の熱膨張係数と近似しており、放熱性も高く、さらに絶縁性を有するため回路パターンの形成が容易であるという優れた特徴を有しているが、近年、半導体素子の高出力化に伴い、更なる放熱性の向上が求められている。
【０００６】
しかしなら、工業的に入手可能な絶縁材料であって、熱膨張係数に関する前記要求を満足し、且つ窒化アルミニウムよりも高い熱伝導率を有する材料は、今の所、見出されていない。そこで、窒化アルミニウム製サブマウントについて、半導体発光素子搭載位置を最適化するなどして、少しでも放熱性を高くしようとする努力が払われているのが現状である。
【０００７】
例えば、半導体発光素子がＬＤ素子である場合には、ＬＤ素子の端部に位置する発光部において最も多く発熱するため、この位置近傍をサブマウントに触れさせて放熱させるのが望ましいが、発光点から放出されたレーザー光がサブマウントにより散乱しないようにする必要がある。このため、実際には、ＬＤ素子の端部がサブマウントの端部からわずかに（１０μｍ程度）外側にはみ出すように設置するといった工夫が成されている。しかしながら、このような素子搭載位置の最適化による放熱性向上効果にも限界がある。
【０００８】
そこで、本発明は、半導体発光素子の放熱性をより向上させることができ、半導体発光素子の性能を劣化させない半導体発光素子接合体およびサブマウントを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記課題について鋭意検討した。その結果、サブマウントと半導体発光素子とを接合する“はんだ層”が半導体発光素子の放熱性を阻害していることを見出した。即ち、例えばサブマウントが窒化アルミニウム製である場合、その熱伝導率は１５０Ｗｍ−１Ｋ−１以上と非常に高いのに対し、はんだ層の熱伝導率は通常、５７Ｗｍ−１Ｋ−１程度と低くなっており、この“はんだ層”の存在に起因する放熱性低下効果が無視できないことを見出した。そしてかかる知見に基づいてさらに検討を行い、素子の接合性を低下させることなく“はんだ層”の存在による放熱性低下効果を低減する方法として、最も発熱が大きな部分の直下に位置する限られた領域の“はんだ層”の厚さを選択的に薄くすることに想到し、以下の本発明を完成させるに到った。以下の説明において、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【００１０】
第１の本発明は、半導体発光素子を搭載するためのサブマウント（３０）、一対の電極を有する半導体発光素子（１０）、および前記半導体発光素子に存在する少なくとも１つの電極と前記サブマウントとの間に介在して両者を接合する“はんだ層（２０）”を含む半導体素子接合体において、前記はんだ層により接合される少なくとも１つの電極の１／５以下の面積を占める領域であって少なくとも半導体発光素子の発光部（１６）の直下となる部分を含む領域の下層に存在する“はんだ層”の厚さが、該電極の他の領域の下層に存在する“はんだ層”の厚さより薄いことを特徴とする半導体発光素子接合体（１００）である。
【００１１】
第１の本発明において、前記サブマウント（３０）は、サブマウント本体（３６）と高熱伝導性物質で構成される凸部（３２）とを有し、該凸部（３２）は、その上面が、前記半導体発光素子（１０）が有する少なくとも１つの電極の１／５以下の面積を占める領域であって少なくとも半導体発光素子（１０）の発光部（１６）の直下となる部分を含む領域の直下に位置するように形成されているのが好ましい。なお、凸部（３２）とは、図１に示した凸部（３２ａ）および凸部（３２ｂ）を含む上位概念である。
【００１２】
上記凸部（３２）を構成する高熱伝導性物質は、銀、銅、金、アルミニウム、および銅−タングステン合金からなる群より選ばれる少なくとも１種の金属、又は窒化アルミニウムにより構成されていることが好ましい。
【００１３】
第１の本発明において、半導体発光素子（１０）は、レーザーダイオード素子であることが好ましい。
【００１４】
第２の本発明は、サブマウント本体（３６）と高熱伝導性物質で構成される凸部（３２）とを有する半導体発光素子を搭載するためのサブマウントであって、前記凸部（３２）は、その上面が、搭載される半導体発光素子が有する少なくとも１つの電極の１／５以下の面積を占める領域であって少なくとも半導体発光素子の発光部（１６）の直下となる部分を含む領域の直下に位置するように形成されているサブマウント（３０）である。なお、上記サブマウントにおいて、少なくとも、その上にはんだ層が形成される部分の表面には、メタライズ層が形成されていることが望ましく、そのため、サブマウント本体（３６）の半導体発光素子載置面の表面には、金属電極（３４）が形成される。
【００１５】
また、第３の本発明は、サブマウント本体（３６）と、サブマウント本体（３６）の表面上に形成される金属電極（３４）と、該電極（３４）上に配置される、銀、銅、金、アルミニウムおよび銅−タングステン合金からなる群より選ばれる少なくとも１種の金属で構成される凸部（３２ａ）と、前記電極（３４）および凸部（３２ａ）上に形成される“はんだ層パターン”と、を有するサブマウントであって、前記“はんだ層パターン”の面積に対する、前記凸部上面の“はんだ層パターン”に被覆された部分の面積の比が１／５以下であることを特徴とするサブマウントである。
【００１６】
さらに、第４の本発明は、少なくとも１方の主表面に凸部（３２ｂ）を有する窒化物セラミックス製のサブマウント本体（３６）と、該サブマウント本体（３６）の凸部（３２ｂ）が存在する面の少なくとも一部および凸部（３２ｂ）の露出表面上に形成された金属電極（３４）と、該電極（３４）上に形成される“はんだ層パターン”と、を有するサブマウントであって、前記“はんだ層パターン”の面積に対する、凸部（３２ｂ）上面のはんだ層パターンに被覆された部分の面積の比が１／５以下であることを特徴とするサブマウントである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の半導体発光素子接合体では、サブマウントと一対の電極を有する半導体発光素子とが前記半導体発光素子に存在する少なくとも１つの電極と前記サブマウントとの間に介在する“はんだ層”を介して接合されているが、接合される半導体発光素子の電極の１／５以下の面積を占める領域であって少なくとも半導体発光素子の発光部（発熱部でもある）の直下となる部分を含む領域の下層に存在する“はんだ層”の厚さが、該電極の他の領域の下層に存在する“はんだ層”の厚さより薄くなっている。このため、本発明の半導体発光素子接合体は、半導体発光素子の発熱部の熱を効率的に発散させることができる。しかも、素子の接合の信頼性は損なわれることがない。
【００１８】
このような優れた効果が得られるのは、放熱性の低下を招く“はんだ層”の厚さを、素子において発熱が最も大きな部分である発光部の直下を含む限られた部分においてのみ薄くすることにより放熱性の低下を抑制するとともに、発熱量がそれほど大きくない部分の直下における“はんだ層”の厚さを、充分な接合性が保てるように厚くしたことによるものと考えられる。
【００１９】
また、本発明の半導体発光素子接合体では、半導体素発光子の発光部直下の“はんだ”を少なくすることによって、“はんだ”の硬化に起因する半導体発光素子にかかる応力を低減させることができ、これにより、特に、半導体発光素子としてＬＤ素子を搭載した場合において、ＬＤ特性の劣化を防ぐことができる。即ち、ＬＤ素子の活性層は、サブミクロンの膜を積層することにより作製されており、はんだ接合時において該活性層部分に外部応力がかかると、サブミクロンの膜が破壊・変形し、ＬＤ特性が劣化してしまう恐れがあったのに対し、本発明の半導体発光素子接合体では、このような恐れは少ない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。
＜半導体素子接合体１００＞
図１（ａ）に、本発明の半導体発光素子接合体１００の構成を説明する側面図を示した。本発明の半導体発光素子接合体１００は、一対の電極を有する半導体発光素子１０とサブマウント３０とが、半導体発光素子１０に存在する少なくとも１つの電極とサブマウント３０との間に介在して両者を接合する“はんだ層２０”を介して接合された基本構造を有する。そして、はんだ層２０により接合される少なくとも１つの電極の１／５以下の面積を占める領域であって少なくとも半導体発光素子１０の発光部１６の直下となる部分を含む領域（以下、単に「発光部下部領域」ともいう。）の下層に存在する“はんだ層”（以下、単に「発光部下部はんだ層」ともいう。）の厚さが、該電極の他の領域（以下、単に「その他領域」ともいう。）の下層に存在する“はんだ層”（以下、単に「その他領域下部はんだ層」ともいう。）の厚さより薄くなっているという特徴を有する。
【００２１】
本発明の半導体発光素子接合体１００においては、「発光部下部はんだ層」の厚さを「その他領域下部はんだ層」の厚さよりも薄くすることによって半導体発光素子１０の発熱部の熱を効率的に発散させるようにしている。また、半導体発光素子１０の発熱部である発光部１６直下の“はんだ”を少なくすることによって、“はんだ”の硬化に起因するＬＤ素子１０にかかる応力を低減させることができ、これによりＬＤ特性の劣化を防ぐことを可能としている。「発光部下部はんだ層」の厚さは、「その他領域下部はんだ層」の厚さよりも薄ければ、その厚さ自体は特に限定されるものではないが、放熱性および接合の信頼性の観点から「その他領域下部はんだ層」の厚さに対する相対的な厚さで表せば、「その他領域下部はんだ層」の厚さの１／２以下、特に１／５以下であるのが好ましく、１／１０以下であるのが最も好ましい。また、絶対値で表せば、「発光部下部はんだ層」の厚さは、放熱性および接合の信頼性の観点から、０．０５〜１．００μｍ、特に０．１〜０．５μｍであるのが好ましい。また、接合の信頼性の観点から、「その他領域下部はんだ層」の厚さは、１〜１０μｍ、特に２〜５μｍであるのが好ましい。
【００２２】
本発明の半導体発光素子接合体１００においては、素子接合の信頼性を確保するために、「発光部下部領域」の面積は、半導体発光素子１０の少なくとも１つの電極の面積（即ち、「発光部下部領域」の面積＋「その他領」の面積）の１／５以下である必要がある。前記割合が１／５を超える場合には、素子の接合強度が低下する場合があり、接合の信頼性が低下する。接合の信頼性の観点から、前記割合は１／８以下、特に１／１０以下であることが好ましい。
【００２３】
「発光部下部はんだ層」の厚さを「その他領域下部はんだ層」の厚さよりも薄くするためには、図１（ａ）および（ｂ）に示されるように、サブマウントとして「サブマウント本体３６と高熱伝導性物質で構成される凸部３２を有し、該凸部３２は、その上面が、半導体発光素子１０が有する少なくとも１つの電極の１／５以下の面積を占める領域であって少なくとも半導体発光素子１０の発光部１６の直下となる部分を含む領域の直下に位置するように形成されている」ものを使用すればよい。なお、図１（ａ）および（ｂ）は、本発明の半導体発光素子接合体１００の側面図であり発光部１６についてもその端面として示されている。この端面が発光面１２となり、該発光面１２から光が放射されることになる。
【００２４】
以下、本発明の半導体素子接合体１００を構成する各部材について詳しく説明する。
（半導体発光素子１０）
サブマウント３０上に実装する半導体発光素子１０としては、一対の電極を有し、内部に活性層を有する半導体発光素子であれば特に限定されず、発熱量の多い発光素子であれば適用することができ、本発明の効果を得ることができる。以下、半導体発光素子１０として、ＬＤ素子１０を使用した場合について、具体的に説明する。
【００２５】
ＬＤ素子１０は、活性層を介して２つのクラッド層、すなわちｎ型半導体層とｐ型半導体層とが接合された積層構造、および両クラッド層と電気的に接続する一対の電極を有する。活性層とは、電子や正孔などのキャリアが集中して効率よく再結合できるようにするために設けられた層であり、ダブルへテロ接合の場合には、クラッド層よりもバンドギャップの小さいｎ型もしくはｐ型の半導体からなり、量子井戸接合の場合には半導体層を重ねた超格子からなる。一対の電極を介して外部から電圧を印加することにより活性層に電流注入されると、その部分で効率的に電子と正孔の再結合が起こり、発光が起こる。活性層における電流注入部位（即ち発光部）は、ＬＤ素子構造をどのように設計するかによって決めることができる。活性層全体に電流注入される場合もあるが、閾値電流や駆動電流を小さくしたり漏れ電流を少なくしたりするために活性層の一部に選択的に電流注入するか、あるいは電流が注入される特定の位置にのみ活性層を形成することが多い。
【００２６】
本発明の半導体発光素子接合体１００においてもこのようなタイプのＬＤ素子１０が好適に使用できる。図２に、本発明の半導体発光素子接合体１００で好適に使用されるＬＤ素子１０の代表的な構成を示す。図示したＬＤ素子１０では、サブマウント３０に搭載する側の面の全面に電極１４が形成さるとともに、反対側の面にも電極（図示せず）が形成されており、これら電極に外部から電力を供給することにより、活性層に電流を注入できるようになっている。該ＬＤ素子１０においては、電極１４よりわずかに上に活性層が形成されており、そのほぼ中心部分（発光部１６として示す）に選択的に電流が注入されることにより、その部分が発光し、端面（発光面１２）から光が放射されるようになっている。この活性層の電流注入部位（発光部１６に対応する）において電気エネルギーが光エネルギーへと変換され、そのロスが発熱される。このため発光部１６から最も多く熱が発生することになるが、本発明の半導体発光素子接合体１００は、この熱を効率よく発散できるような構成となっている。
【００２７】
なお、図２には、１対の電極がＬＤ素子の上面および下面に形成され、夫々の電極の露出面が互いに反対方向を向くＬＤ素子を示したが、ＬＤ素子、延いては半導体発光素子１０における電極の配置はこのような態様に限定されるものではない。例えば、１つのクラッド層を広く設計して、そのクラッド層の一部が露出するステップとし、該ステップ上に電極を形成することにより、１対の電極がともに同じ方向を向くように形成することも可能である。この場合、２つの電極が電気的に接続しないように（短絡しないように）して夫々をはんだ付けすることにより半導体発光素子１０とサブマウント３０とを接合することになるが、発光部１６の下に位置する電極１４の下部に存在する“はんだ層”について、「発光部下部領域」の面積が該電極の面積（即ち、「発光部下部領域」の面積＋「その他領域」の面積）の１／５で、且つ「発光部下部はんだ層」の厚さが「その他領域下部はんだ層」の厚さよりも薄いという条件を満足すればよい。
【００２８】
（サブマウント３０）
本発明の代表的なサブマウント３０の斜視図を図３に示す。本発明のサブマウント３０は、サブマウント本体３６と高熱伝導性物質で構成される凸部３２とを有する。そして該凸部３２は、その上面が、発光部の直下に位置するように形成されている。
【００２９】
サブマウント本体３６としては、公知のセラミックスからなる基板を特に制限なく使用することができる。セラミックスとしては、例えば（ｉ）酸化アルミニウム系セラミックス、酸化ケイ素系セラミックス、酸化カルシウム系セラミックス、酸化マグネシウム系セラミックスなどの酸化物系セラミックス；（ｉｉ）窒化アルミニウム系セラミックス、窒化ケイ素系セラミックス、窒化ホウ素系セラミックスなどの窒化物系セラミックス；（ｉｉｉ）酸化ベリリウム、炭化ケイ素、ムライト、ホウケイ酸ガラス等を使用することができる。中でも、（ｉｉ）窒化物系セラミックスが好ましく、特に窒化アルミニウム系セラミックスが、熱伝導率が高いため好ましく使用することができる。
【００３０】
凸部３２を構成する高熱伝導性物質とは、その熱伝導率がはんだ層を構成する金属（はんだ合金など）の熱伝導率よりも高い物質であれば特に限定されるものではないが、窒化アルミニウムをサブマウント本体３６に用いる場合、サブマウント本体３６と同等もしくはそれよりも高い熱伝導率を有するものであるのが好ましく、２００〜５００Ｗｍ−１Ｋ−１の物質を用いるのが好ましい。このような観点から、高熱伝導性物質からなる凸部３２は、熱伝導性が高いセラミックである窒化アルミニウム、あるいは、熱伝導性が高く、かつ、はんだに対してある程度の耐溶融性を有する金属で形成するのが好ましい。ここでいう「ある程度の耐溶融性」とは、はんだ付けした際に、はんだに溶融しない部分が８０％以上あり、凸型の部材３２が凸型の形状を保つことができることをいう。具体的には、凸型の部材３２がはんだの融点＋５０℃の温度を有するはんだに囲まれた場合において、凸型の部材３２の８０％以上が溶融せずに固体の形状を保つことができることをいう。このような条件を満足する金属としては、銀、銅、金、アルミニウム、銅−タングステン合金を挙げることができる。
【００３１】
凸部３２をこれら金属を用いて形成する場合には、フォトリソグラフィー法を用いてサブマウント本体３６上、あるいは電極３４上に開口部を有するレジストパターンを形成し、開口部およびレジストパターン上に蒸着法やスパッタ法にて該金属膜を形成したのち、レジスト膜を除去することにより凸部を形成すればよい。なお、サブマウント本体上に直接金属膜を形成することで密着力の低下が懸念される場合、該金属膜の下部にチタンやクロムなどの接着層を形成しても良い。但し、これらの金属は熱伝導率が該金属膜よりも低く、熱の伝達を阻害する恐れがあるため、０．１μｍ以下の膜厚が好ましい。
【００３２】
同様に凸部３２をセラミックで形成する場合も、スパッタ時のターゲット材料や雰囲気、蒸着時の材料と雰囲気を変更することで作製することが可能である。
【００３３】
また、図１（ｂ）に示したように、高熱伝導性物質からなる凸部３２ｂは、基板３６と一体として形成してもよい。このような構成とすることで、基板３６の作製段階において凸部３２ｂを形成することができるので、半導体素子１０の搭載段階における作業を簡便にすることができる。
【００３４】
凸型の部材３２ｂの形成方法としては、例えば、基板３６を構成するシート上に、印刷法によって、セラミックペーストからなる凸型を形成し、基板３６と同時に焼成することによって形成することができる。また、焼結体基板上に凸部最表部予定箇所をレジストにて保護層を形成したのち、サンドブラストによって段差を形成してもよいし、さらに、焼結体基板上にセラミックペーストからなる凸型を形成し、基板３６を焼成することによって形成してもよい。凸形成位置精度の観点からは、焼結体基板上に凸部を形成する方法（直前に例示した２つの方法の何れか）を採用するのが好ましい。特に、基板３６を熱伝導率の高い窒化アルミニウムにより形成するとともに、凸部３２ｂを窒化アルミニウムにより形成した場合は、半導体素子１０の放熱性を良好にすることができる。
【００３５】
サブマウント本体３６の表面には、半導体発光素子１０をはんだ付けするための金属電極３４が形成される。該金属電極３４は、通常接合される半導体発光素子１０の電極１４より若干大きめに形成されるのが一般的である。図３には、サブマウント本体３６の素子搭載面の前面に金属電極３４が形成された態様を示した。
【００３６】
図１（ａ）に示されるように前記凸部３２ａが金属材料で構成される場合には、該凸部３２ａを接合するために金属電極３４は凸部３２ａの下地にも形成されていることが好ましい。また、図１（ｂ）に示されるように前記凸部３２ｂがセラミックス材料で構成される場合には、はんだ濡れ性の観点から、金属電極３４は凸部の露出面（上面および側面）を被覆するように形成されていることが好ましい。
【００３７】
金属電極３４は、例えば、薄膜法や厚膜法といったセラミックス材料に対するメタライズ法を用いて形成すればよい。例えば、スパッタ法を用いて金属電極層を形成することができる。金属電極層３４を形成する金属は特に限定されないが、はんだ濡れ性の観点から、金属電極の露出面は金で構成されるのが好ましい。
【００３８】
なお、図３には、サブマウント本体３６の素子搭載面の前面に金属電極３４が形成された態様を示したが、金属電極３４の大きさおよび形状は搭載される半導体発光素子１０の電極形状に応じて適宜変更可能である。たとえば、半導体発光素子１０として、前記したような、１対の電極がともに同じ方向を向くように形成されているものを使用する場合には、サブマウント本体には、これら電極に対応するように、互いに絶縁された２つの電極を形成する必要がある。また、この場合には、素子の発光部１６の下に位置する電極部にのみ凸部３２を形成すればよい。
【００３９】
（はんだ層２０）
半導体発光素子１０とサブマウント３０とを接合する“はんだ層２０”を構成する“はんだ金属（若しくは合金）”としては、素子接合用に通常使用されている、はんだ金属（若しくは合金）が特に制限なく使用できるが、Ｐｂフリーという観点から、金−錫はんだ、銀−錫はんだ、銀−錫−銅はんだ、錫はんだ等を用いることができる。この中でも、熱伝導率の点から、錫が約６７Ｗ／ｍ・Ｋと高く好ましいが、実際には電極の金が錫中に混入することで熱伝導率は低下し、金−錫と同様になることと、溶融温度が錫単体では高いことから金−錫はんだを使用することが好ましい。金−錫はんだは、鉛−錫はんだと比べて硬度が高いため、はんだ接合時（はんだを溶融させて硬化させる時）において、ＬＤ素子１０の発光部１６にかかる応力が高くなるという問題がある。本発明においては、ＬＤ素子１０の発熱部である発光部１６直下の“はんだ層”２０の厚みを減少させて、これにより、発光部１６にかかる応力を低減させている。
【００４０】
“はんだ層２０”は、サブマウント３０の金属電極３４と半導体発光素子１０の電極１４との間に“はんだ金属（若しくは合金）”を介在させて加熱することにより該“はんだ金属（若しくは合金）”を溶融させた後に冷却して硬化するという所謂“はんだ付け”操作により形成される。位置精度の高い“はんだ付け”を行うためには、あらかじめ素子が接合される個所に“はんだ金属（若しくは合金）層”からなるパターンを形成し、該パターン上に半導体発光素子１０を載置してから加熱・冷却する“リフローはんだ付け”が採用されることが多い。本発明の半導体発光素子接合体１００を製造する場合においても、“リフローはんだ付け”をするのが好ましい。
【００４１】
“リフローはんだ付け”を行うには、サブマウント３０として金属電極３４上にあらかじめ“はんだ金属（若しくは合金）層”からなるパターンを形成したもの（はんだ層付きサブマウントともいう）用いるのが好適である。本発明で好適に使用できる“はんだ層付きサブマウント”としては、次に示すようなものを挙げることができる。
【００４２】
即ち、図１（ａ）に示す半導体発光素子接合体１００を与えるものとして、サブマウント本体３６と、サブマウント本体３６の表面上金属電極３４と、該電極上に配置される、銀、銅、金、アルミニウムおよび銅−タングステン合金からなる群より選ばれる少なくとも１種の金属で構成される凸部３２ａと、電極３４および凸部３２ａ上に形成される“はんだ層パターン”と、を有するサブマウントであって、“はんだ層パターン”の面積に対する、凸部３２ａ上面の“はんだ層パターン”に被覆された部分の面積の比が１／５以下であることを特徴とするサブマウントを挙げることができる。
【００４３】
また、図１（ｂ）に示す半導体発光素子接合体を与えるものとして、少なくとも１方の主表面に凸部３２ｂを有する窒化物セラミックス製のサブマウント本体３６と、該サブマウント本体３６の凸部３２ｂが存在する面の少なくとも一部および凸部３２ｂの露出表面上に形成された金属電極３４と、該電極上に形成される“はんだ層パターン”と、を有するサブマウントであって、前記“はんだ層パターン”の面積に対する、凸部３２ｂ上面の“はんだ層パターン”に被覆された部分の面積の比が１／５以下であることを特徴とするサブマウントを挙げることができる。
【００４４】
上記２種のはんだ層付きサブマウントにおける“はんだ層パターン”とは、あらかじめ素子が接合される個所に形成された“はんだ金属（若しくは合金）層”からなるパターンを意味し、溶融前の状態を示すという点で、図１（ａ）および（ｂ）における、“はんだ層２０”（該はんだ層２０は、はんだ接合後のはんだ層として示されている）とは異なる。前記“はんだ層パターン”は、通常、搭載される半導体発光素子１０の電極１４と実質的に同一の形状を有するように形成される。“はんだ層パターン”の形成方法としては、フォトリソグラフィーによるリフトオフ方法が好適に採用される。また、“はんだ層パターン”の厚さは特に限定されるものではないが、通常は２〜５μｍの範囲であり、熱伝導率が悪いという理由から、２〜３．５μｍ、特に２〜３μｍであるのが好ましい。
【００４５】
以上、現時点において、最も、実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う半導体素子接合体およびサブマウントもまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１（ａ）は、本発明の半導体素子接合体の第１実施形態の側面図である。図１（ｂ）は、本発明の半導体素子接合体の第２実施形態の側面図である。
【図２】発光部１６を透視して示したＬＤ素子１０の斜視図である。
【図３】本発明のサブマウントの斜視図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０  半導体発光素子、ＬＤ素子
１２  発光面
１４  電極
１６  発光部
２０  はんだ層
３０  サブマウント
３２、３２ａ、３２ｂ  高熱伝導性物質からなる凸部
３４  電極
３６  サブマウント本体
１００  半導体発光素子接合体
【図１】
2008010597.tif 000003
【図２】
2008010597.tif 000004
【図３】
2008010597.tif 000005