(57)【要約】【課題】確実に半導体発光素子を取りつけることができるサブマウントを提供する。【解決手段】サブマウント３は、基板４と、基板４の主表面４ｆ上に形成されたはんだ層８とを備える。溶融前のはんだ層８の表面粗さＲａは０．１８μｍ以下である。好ましくは、はんだ層８の表面粗さＲａが０．１５μｍ以下である。さらに好ましくは、はんだ層８の表面粗さＲａが０．１０μｍ以下である。半導体装置１は、サブマウント３のはんだ層８上に搭載されたレーザダイオード２を備える。【選択図】図１
2007134744.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サブマウント基板と、
前記サブマウント基板の主表面上に形成されたはんだ層とを備え、
溶融前の前記はんだ層の、表面粗さＲａは０．１８μｍ以下、膜厚が０．１μｍ以上１０μｍ以下であり、
前記サブマウント基板の主表面の、平面度が５μｍ以下、表面粗さＲａが０．１０μｍ以下である、サブマウント。
【請求項２】
溶融前の前記はんだ層の表面粗さＲａが０．１５μｍ以下である、請求項１に記載のサブマウント。
【請求項３】
溶融前の前記はんだ層の表面粗さＲａが０．１０μｍ以下である、請求項１に記載のサブマウント。
【請求項４】
溶融前の前記はんだ層が薄膜形成法により形成された、請求項１から３のいずれか１項に記載のサブマウント。
【請求項５】
前記はんだ層に含まれるはんだの平均粒径が３．５μｍ以下である、請求項１から４のいずれか１項に記載のサブマウント。
【請求項６】
前記サブマウント基板と前記はんだ層との間に形成されたはんだバリア層をさらに備えた、請求項１から５のいずれか１項に記載のサブマウント。
【請求項７】
前記サブマウント基板と前記はんだバリア層との間に形成された電極層をさらに備えた、請求項６に記載のサブマウント。
【請求項８】
前記サブマウント基板と前記はんだバリア層との間において、前記サブマウント基板の主表面に接触するように形成された密着層と、
前記密着層上に形成された拡散防止層とをさらに備え、
前記電極層は前記拡散防止層上に配置されている、請求項７に記載のサブマウント。
【請求項９】
前記密着層はチタンを含み、前記拡散防止層は白金を含み、前記電極層は金を含み、前記はんだバリア層は白金を含み、前記はんだ層は金錫系はんだを含む、請求項８に記載のサブマウント。
【請求項１０】
前記サブマウント基板は窒化アルミニウム焼結体を含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載のサブマウント。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のサブマウントを用いた半導体装置であって、前記はんだ層上に搭載された半導体発光素子を備える、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、サブマウントおよびそれを用いた半導体装置に関し、より特定的には、半導体発光素子を搭載するサブマウントおよびこのサブマウントを用いた半導体装置に関する。なお、本発明の「半導体発光素子」とは、たとえば、レーザーダイオードや発光ダイオードのようなものを指す。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体発光素子を備える半導体装置が知られている。このような半導体装置の一種は、図５に示すようにサブマウント１０３に半導体発光素子を搭載することにより製造される。図５および図６は、従来の半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。図５を参照して、従来の半導体装置の製造方法を説明する。
【０００３】
図５に示すように、従来の半導体装置の製造方法では、まず半導体発光素子を搭載するためのサブマウント１０３を準備する。サブマウント１０３は、セラミックの基板１０４と、基板１０４上に形成されたチタン（Ｔｉ）を含む膜および白金（Ｐｔ）を含む膜の積層膜１０５（Ｔｉ／Ｐｔ積層膜１０５）と、このＴｉ／Ｐｔ積層膜１０５上に形成された電極層としての金（Ａｕ）膜１０６と、このＡｕ膜１０６上に形成された白金（Ｐｔ）を含むはんだバリア層１０７と、はんだバリア層１０７上に形成された金（Ａｕ）錫（Ｓｎ）系はんだを含むはんだ１０８とからなる。サブマウント１０３において、Ｔｉ／Ｐｔ積層膜１０５、Ａｕ膜１０６、はんだバリア層１０７およびはんだ１０８を形成する方法は、従来の蒸着法、スパッタリング法あるいはめっき法などの成膜方法およびフォトリソグラフィ法あるいはメタルマスク法などのパターニング方法を用いることができる。
【０００４】
図５に示したようなサブマウント１０３を準備した後、サブマウント１０３のはんだ１０８を加熱・溶融する。検出手段２００が、はんだ１０８が溶融したかどうかを画像認識する。具体的には、はんだ１０８が溶融する前は、はんだからの反射光が多いので、画像認識の２値化手法により、はんだ１０８の色を「白」と認識する。はんだ１０８が溶融すると、はんだ１０８からの反射光が少なくなるので、同様に、はんだ１０８の色を「黒」と認識する。
【０００５】
図６で示すように、検出手段２００がはんだ１０８の色を「黒」と認識した後、半導体発光素子としてのレーザーダイオード１０２をはんだ１０８上の所定の位置に搭載する（ダイボンド工程を実施する）。この後、はんだ１０８を冷却して凝固させる。この結果、はんだ１０８によってレーザーダイオード１０２がサブマウント１０３上に接着固定される。この後、図示しないヒートシンクにサブマウント１０３の裏面側をはんだなどで接続・固定することにより、半導体発光素子を備える半導体装置を得ることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図５および図６に示したような工程により製造される従来の半導体装置では、以下のような問題があった。すなわち、検出手段２００ではんだ１０８の色を認識する場合に、はんだ１０８の表面粗さが大きいと、はんだ１０８の表面で光が乱反射して、検出手段２００に十分な量の光が入射しない。そのため、検出手段２００が溶融前のはんだ１０８の色を黒と認識してしまう。その結果、ダイボンド装置にエラーが発生し停止してしまうか、溶融前のはんだ１０８にレーザーダイオード１０２が押し付けられ、レーザーダイオード１０２がサブマウント１０３に取りつけられないという問題があった。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、高い歩留りで半導体発光素子を正常に取り付けることができる溶融前はんだ層を具備したサブマウントおよびそのサブマウントを用いた半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、サブマウント基板と、サブマウント基板の主表面上に形成されたはんだ層とを備え、溶融前のはんだ層の、表面粗さＲａは０．１８μｍ以下、膜厚が０．１μｍ以上１０μｍ以下であり、サブマウント基板の主表面の、平面度が５μｍ以下、表面粗さＲａが０．１０μｍ以下である、サブマウントに関する。
【０００９】
好ましくは、溶融前のはんだ層の表面粗さＲａが０．１５μｍ以下である。
好ましくは、溶融前のはんだ層の表面粗さＲａが０．１０μｍ以下である。
【００１０】
好ましくは、溶融前のはんだ層が薄膜形成法により形成される。
好ましくは、はんだ層に含まれるはんだの平均粒径が３．５μｍ以下である。
【００１１】
好ましくは、サブマウント基板とはんだ層との間に形成されたはんだバリア層をさらに備える。
【００１２】
好ましくは、サブマウント基板とはんだバリア層との間に形成された電極層をさらに備える。
【００１３】
好ましくは、サブマウント基板とはんだバリア層との間において、サブマウント基板の主表面に接触するように形成された密着層と、密着層上に形成された拡散防止層とをさらに備え、電極層は拡散防止層上に配置されている。
【００１４】
好ましくは、密着層はチタンを含み、拡散防止層は白金を含み、電極層は金を含み、はんだバリア層は白金を含み、はんだ層は金錫系はんだを含む。
【００１５】
好ましくは、サブマウント基板は窒化アルミニウム焼結体を含む。
好ましくは、この発明は、上記のサブマウントを用いた半導体装置であって、はんだ層上に搭載された半導体発光素子を備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００１７】
図１は、本発明による半導体装置の実施の形態１を示す断面模式図である。
図１に示すように、半導体装置１は、サブマウント３に半導体発光素子としてのレーザーダイオード２が搭載された構造を有している。サブマウント３は、たとえば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含む焼結体からなるサブマウント用の基板４と、密着層としてのチタン（Ｔｉ）膜５ｂおよび拡散防止層としての白金（Ｐｔ）膜５ａの積層膜５（Ｔｉ／Ｐｔ積層膜５）と、このＴｉ／Ｐｔ積層膜５上に形成された電極層としての金（Ａｕ）膜６と、このＡｕ膜６上に形成され、白金（Ｐｔ）を含むはんだバリア層７と、はんだバリア層７上に形成された金（Ａｕ）錫（Ｓｎ）系はんだを含むはんだ層８とからなる。
【００１８】
図１に示すように、レーザーダイオード２と、サブマウント３とは、はんだ層８によって接続されている。レーザーダイオード２の幅と、はんだ層８の幅と、はんだバリア層７の幅は、ほぼ等しい。はんだ層８の幅および長さは、レーザーダイオード２の幅および長さより大きくても小さくてもかまわない。また、はんだバリア層７の幅および長さは、はんだ層８の幅および長さよりも大きくても小さくてもかまわない。
【００１９】
図１および図２に示した半導体装置においては、サブマウント３を構成する基板４の材料として、セラミック、半導体、あるいは金属を用いてもよい。基板４を構成する材料としてのセラミックとしては、たとえば上述した窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）などを主成分としたものを挙げることができる。また基板４を構成する材料としての半導体としては、たとえばシリコン（Ｓｉ）を挙げることができる。また基板４を構成する材料としての金属としては、たとえば銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）およびこれらを含む合金ならびに複合材料を用いることができる。
【００２０】
基板４としては、熱伝導率の高い材料を用いることが好ましい。基板４の熱伝導率としては、好ましくは１００Ｗ／ｍＫ以上であり、より好ましくは１７０Ｗ／ｍＫ以上である。また、基板４の熱膨張係数は、レーザーダイオード２を構成する材料の熱膨張係数に近似していることが好ましい。たとえば、レーザーダイオード２を構成する材料としてガリウム砒素（ＧａＡｓ）あるいはインジウムリン（ＩｎＰ）などを用いる場合、基板４の熱膨張係数は、好ましくは１０×１０-6／Ｋ以下であり、より好ましくは５×１０-6／Ｋ以下である。
【００２１】
基板４としてセラミックを用いた場合、基板４の上面とその上面に対向する下面との間を接続するようなスルーホールあるいはその内部に導体（ビアフィル）が充填されたビアホールが形成されていてもよい。ビアホールに充填される導体（ビアフィル）の主成分としては、望ましくは高融点金属、特にタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）を用いることができる。なお、上述の導体としては、タングステンやモリブデンなどの金属導体にさらにチタン（Ｔｉ）などの遷移金属、あるいはガラス成分や基板４を形成する基材の材料（たとえば窒化アルミニウム（ＡｌＮ））が含まれていてもよい。
【００２２】
また、基板４の平面度は５μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１μｍ以下である。平面度が５μｍを超える場合、レーザーダイオード２の接合時にサブマウント３とレーザーダイオード２との間に隙間が発生し、レーザーダイオード２を冷却する効果が低下することがある。なお、平面度とは平面形体の幾何学的に正しい平面からの狂いの大きさを言い、ＪＩＳ規格（ＪＩＳＢ０６２１）に規定されている。
【００２３】
また、Ｔｉ／Ｐｔ積層膜５を構成するＴｉ膜（チタン（Ｔｉ）を含む膜）は、基板４の上部表面に接触するように形成された、基板４との密着性が良好な材料からなるいわゆる密着層である。この密着層を構成する材料としては、たとえば、上述したチタン（Ｔｉ）、さらにクロム（Ｃｒ）、ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）、タンタル（Ｔａ）、およびこれらの化合物を用いることができる。
【００２４】
また、Ｔｉ／Ｐｔ積層膜５を構成する白金（Ｐｔ）膜は、Ｔｉ膜の上部表面上に形成されたいわゆる拡散防止層である。拡散防止層の材料としては、たとえば、上述した白金（Ｐｔ）、さらにパラジウム（Ｐｄ）、ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）、タングステンチタニウム（ＴｉＷ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）などを用いることができる。また、Ａｕ膜６はいわゆる電極層であって、通常はＡｕを主成分とした膜が用いられる。
【００２５】
はんだバリア層７の材料としては、たとえば、白金（Ｐｔ）、ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）、ニッケル（Ｎｉ）などを用いることができる。また、はんだ層８の材料としては、たとえば、金錫（ＡｕＳｎ）系はんだ、金ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）系はんだ、鉛錫（ＰｂＳｎ）系はんだ、インジウム錫（ＩｎＳｎ）系はんだ、銀錫（ＡｇＳｎ）系はんだなどの合金はんだ、あるいはこれらの合金はんだもしくは上述の合金はんだを構成する金属の積層体を用いることができる。なお、はんだ層８として金錫（ＡｕＳｎ）系はんだを用いる場合、その組成比としては金（Ａｕ）が６５質量％以上８５質量％以下あるいは金（Ａｕ）が５質量％以上２０質量％以下であることが好ましい。
【００２６】
なお、上述のＴｉ／Ｐｔ積層膜５、Ａｕ膜６、はんだバリア層７およびはんだ層８を、以下メタライズ層ともいう。そして、これらのメタライズ層の形成方法としては、従来用いられる成膜方法を適宜用いることができる。具体的には、上述のメタライズ層の形成方法として、蒸着法、スパッタリング法などの薄膜形成方法、あるいはめっき法などを用いることができる。また、上述のＴｉ／Ｐｔ積層膜５、Ａｕ膜６、はんだバリア層７およびはんだ層８を、所定のパターンを有するように形成するパターニング方法としては、フォトリソグラフィを用いたリフトオフ法、化学エッチング法、ドライエッチング法や、メタルマスク法などを用いることができる。
【００２７】
上述のＴｉ／Ｐｔ積層膜５を構成する密着層としてのチタン（Ｔｉ）膜５ｂの厚さは、好ましくは０．０１μｍ以上１．０μｍ以下である。Ｔｉ／Ｐｔ積層膜５を構成する拡散防止層としての白金（Ｐｔ）膜５ａの厚さは好ましくは０．０１μｍ以上１．５μｍ以下である。電極層としてのＡｕ膜６の厚さは好ましくは０．１μｍ以上１０μｍ以下である。はんだバリア層７の厚さは好ましくは０．０１μｍ以上１．５μｍ以下である。はんだ層８の厚さは好ましくは０．１μｍ以上１０μｍ以下である。
【００２８】
本発明の半導体発光素子とは、たとえばレーザーダイオードや発光ダイオードのようなものを指す。その半導体材料としては、たとえば、ＧａＡｓ半導体あるいはＩｎＰ半導体、すなわち、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であってもよく、また、上面発光型もしくは下面発光型のいずれでもよい。なお、図１のレーザーダイオード２として、下面発光型（レーザーダイオード２とはんだ層８との接合部に対向するレーザーダイオード２の側面側においてレーザーダイオード２の発光部が形成されている方式）を用いた場合、発熱部である発光部が基板４により近い位置に配置されることから、半導体装置１の放熱性をより向上させることができる。
【００２９】
レーザーダイオード２の表面にはシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）などの絶縁層および金（Ａｕ）などの電極層といったメタライズ層が形成される。電極層としての金（Ａｕ）層の厚さは、はんだ層８との良好な濡れ性を確保するために、０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。
【００３０】
なお、図１に示した半導体装置１は、ヒートシンクにはんだなどを用いて接続されていてもよい。具体的には、基板４においてＴｉ／Ｐｔ積層膜５が形成された表面とは反対側に位置する裏面上に密着層、拡散防止層などを形成した後、基板４の裏面側にシート状のはんだを介してヒートシンクを配置する。ヒートシンクと基板４とは、基板４の裏面側に配置された上記はんだにより接続・固定される。なお、ヒートシンクと基板４とを接合するためのはんだについては、上記のようなシート状のはんだ（はんだ箔）を用いてもよいし、あらかじめヒートシンクの表面上にはんだを配置しておいてもよい。また、あらかじめ基板４の裏面のメタライズ層上にはんだ層を形成してもよい。その場合は、レーザーダイオード２とヒートシンクを同時に基板４に接合することが好ましい。
【００３１】
ヒートシンクの材料としては、たとえば金属あるいはセラミックなどを用いることができる。ヒートシンクを構成する金属としては、たとえば銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、これらの金属を含む合金および複合材料を用いることができる。なお、ヒートシンクの表面にはニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）およびこれらの金属を含む膜を形成するのが好ましい。これらの膜は、蒸着法やめっき法で形成することができる。ヒートシンクの熱伝導率は高いことが好ましい。ヒートシンクの熱伝導率としては、好ましくは１００Ｗ／ｍＫ以上である。
【００３２】
次に、図１に示した半導体装置の製造方法を、窒化アルミニウム焼結体を基板とした場合を想定して説明する。図２は、図１に示した半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。
【００３３】
まず第１工程として基板を製造する。基板のサイズとしては、たとえば幅を５０ｍｍ、長さを５０ｍｍ、厚さを０．４ｍｍとすることができる。このように、サブマウント３の基板４よりサイズの大きな基板を準備して、その基板の表面に必要な構造を形成し、当該基板を後述する切断工程で切断、分割することにより、サブマウント３を得ることができる。サブマウント３の基板４となるべき基板は、通常の基板製造方法に基づいて作製される。基板４の材料としては窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体を用いる。窒化アルミニウム焼結体のようなセラミックからなる基板４の製造方法としては、通常のセラミック構造体の製造方法を適用することができる。
【００３４】
次に、第２工程として、第１工程である基板製造工程において製造した窒化アルミニウム焼結体からなる基板の表面を研磨する。ここで、基板４となるべき窒化アルミニウム基板の表面粗さがＲａで０．１０μｍ以下、より好ましくは０．０５μｍ以下となるまで研磨を行なうのが望ましい。研磨方法としては、たとえば、研磨方法として、研削盤による研磨、サンドブラスト、サンドペーパーや砥粒による研磨などの通常の方法を適用することができる。
【００３５】
次に、図２で示すように、密着層としてのＴｉ膜５ｂ、拡散防止層としてのＰｔ膜５ａおよび電極層としてのＡｕ膜６を所定のパターンで形成するため、第３工程としてパターニング工程を行なう。このパターニング工程においては、フォトリソグラフィ法を用いて、Ｔｉ膜５ｂ、Ｐｔ膜５ａおよびＡｕ膜６が形成されるべき領域以外の領域について、基板表面にレジスト膜を形成する。
【００３６】
次に、第４工程として、密着層を蒸着する。具体的には、密着層としてのＴｉ膜５ｂとなるべきＴｉ膜を基板表面に蒸着する。このとき形成されるＴｉ膜の厚さはたとえば０．１μｍとすることができる。
【００３７】
次に、第５工程として、密着層としてのＴｉ膜５ｂとなるべきＴｉ膜上に、拡散防止層としてのＰｔ膜５ａとなるべきＰｔ膜を形成する。Ｐｔ膜の厚さとしては、たとえば０．２μｍという値を用いることができる。
【００３８】
次に、第６工程として、電極層としてのＡｕ膜６を蒸着法によって形成する。Ａｕ膜の厚さとしては、たとえば０．６μｍとすることができる。
【００３９】
次いで、第７工程としてリフトオフ工程を実施する。この工程では、第３工程のパターニング工程において形成したレジスト膜を、レジスト剥離液によって、そのレジスト膜上に位置していたＴｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜の一部分をレジスト膜とともに除去する。この結果、基板上に所定のパターンを有するＴｉ膜５ｂ、Ｐｔ膜５ａおよびＡｕ膜６を形成することができる。
【００４０】
次に、第８工程としてはんだバリア層７を形成する。ここでは、メタルマスク法を用いて、Ａｕ膜６上に白金（Ｐｔ）からなるはんだバリア層７を形成する。はんだバリア層７の厚さは０．２μｍとする。
【００４１】
次に、第９工程として、真空蒸着法により、はんだバリア層７上にはんだ層８を形成する。
【００４２】
はんだ層８を形成する工程において、成膜前雰囲気であるチャンバ内の圧力（到達真空度）を小さくすると、はんだの結晶粒径が小さくなる。到達真空度は５．０×１０-4Ｐａ以下とするのが好ましい。到達真空度が５．０×１０-4Ｐａを超えると、水分や酸素などの不純物ガスがはんだ層中に残存し易くなり、はんだ層８中に、粒径の大きい異物が混入するおそれがある。より好ましくは、到達真空度は１．０×１０-4Ｐａ以下である。
【００４３】
また、はんだの成膜速度（成膜レート）を変化させることにより、結晶粒径および表面粗さＲａを変化させることができる。成膜速度は、０．１ｎｍ／秒以上１．０ｎｍ／秒以下であることが好ましい。さらに好ましくは、成膜速度は０．３ｎｍ／秒以上０．７ｎｍ／秒以下である。成膜速度が、０．１ｎｍ／秒未満であれば、核成長が促進され、結晶粒径が大きくなるとともに、表面粗さＲａも大きくなる。成膜速度が１．０ｎｍ／秒を超えると、基板温度が上昇し、後述の理由により、結晶粒径が大きくなり易く、その結果、表面粗さＲａも大きくなり易い。
【００４４】
また、基板４の表面温度を変化させることにより、結晶粒径および表面粗さＲａを変化させることができる。その温度は、２０℃以上１５０℃以下、さらには２０℃以上１２０℃以下が好ましい。温度が１５０℃を超えると、基板温度が上昇し、核成長が促進されることにより、結晶粒径が大きくなるとともに、表面粗さＲａも大きくなる。
【００４５】
なお、所定のパターンを有するはんだ層８の形成方法としては、メタルマスク法あるいは本発明による半導体装置の製造方法の第３工程から第７工程に示したようなフォトリソグラフィ法を用いてもよい。
【００４６】
次に、第１０工程として、上述のように第１工程で準備した基板の表面に所定の構造が形成された後、その基板を切断する切断工程を実施する。この結果、図１に示すサブマウント３を得ることができる。
【００４７】
次に、第１１工程として、半導体発光素子としてのレーザーダイオード２の接合工程を実施する。具体的には、加熱によりはんだ層８を溶融させる。検出手段２００が、はんだ層８が溶融したかどうかを画像認識する。具体的には、たとえば、検出手段に入射する光の照度の階調を２５６段階に分け、基板４の最も暗い部分の階調を０とし、Ａｕ膜６の最も明るい部分の階調を２５５とする。はんだ層８から入射光の階調が５０を超えた時に、はんだ層８の色を「白」と認識し、はんだ層８が溶融していないと判断する。はんだ層８から入射光の階調が５０以下の時に、はんだ層８の色を「黒」と認識し、はんだ層８が溶融したと判断する。このように画像認識の２値化手法により、はんだ層８の溶融のＹｅｓ，Ｎｏを判定する。
【００４８】
溶融したと判断されたはんだ層８に、レーザーダイオード２を配置する。このようにして、ＧａＡｓを用いたチップであるレーザーダイオード２をはんだ層８によってサブマウント３に接合する。このようにして、図１の半導体装置１が完成する。
【００４９】
以上のような本発明のサブマウントでは、溶融前のはんだ層８の表面８ｆの表面粗さＲａが０．１８μｍと小さいので、はんだ層８の表面での光の乱反射を小さく抑えることができる。そのため、多くの反射光が検出手段２００に入射する。その結果、ダイボンド工程において、検出手段２００が溶融前のはんだ層８を「黒」、すなわち溶融状態と誤認する確率を小さく抑えることができるため、はんだ層８が溶融したかどうかをより高い確率でＹｅｓ，Ｎｏ判定することができる。その結果、レーザーダイオード２をはんだ層の溶融した状態でタイミングよくサブマウント３にはんだづけすることができる。
【実施例】
【００５０】
（サンプルの作製と評価）
以下の手法により、表１および２で示す試料１から３０を製造した。試料１から２０が実施例に対応し、試料２１から３０が比較例に対応する。
【００５１】
【表１】
2007134744.tif 000003
【００５２】
【表２】
2007134744.tif 000004
【００５３】
まず、基板として、縦×横×厚みが５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．４ｍｍの窒化アルミニウム焼結体を準備した。この窒化アルミニウム焼結体の表面を研磨して、主表面４ｆの粗さＲａを表２で示す値とした。次に、フォトリソグラフィーを用いたリフトオフ法と真空蒸着により、厚みが０．１μｍのＴｉ膜５ｂと厚みが０．２μｍのＰｔ膜５ａと厚みが０．６μｍのＡｕ膜６からなるメタライズ層を形成した。次に、試料１０から１２および２７以外の試料に、厚みが０．２μｍの白金からなるはんだバリア層７をメタルマスク法と真空蒸着でメタライズ層上に形成した。
【００５４】
その後、すべての試料に対し、厚みが３μｍのはんだ層８をメタルマスク法と真空蒸着で形成した。はんだ層８の組成および蒸着の条件は表１に示した通りである。表１中の「はんだ組成」は、はんだ層８を構成する元素の質量比を示す。さらに、基板４を切断することにより、縦×横×厚みが１．２ｍｍ×１．５ｍｍ×０．３ｍｍのサブマウントを、それぞれの試料１から３０について、２０個ずつ作製した。そして、それぞれの試料について、レーザーダイオード２をはんだづけするときに、検出手段２００を用いた画像認識が成功した割合を調べた。その結果も表２に示されている。
【００５５】
表２中、「画像認識良品」とは、はんだ層８が溶融したと検出手段２００が判断した場合に、実際にはんだ層８が溶融していた試料の数量割合をいう。この割合が１に近いほど、検出手段２００が繰り返し実態に即しはんだ層８の溶融を検出できた確率が高いことを意味する。表２に示した結果より、本発明による半導体装置１（図１参照）を構成するサブマウント３においては、この確率を高めるためには、はんだ層８の表面８ｆの表面粗さＲａは０．１８μｍ以下であり、好ましくは、表面８ｆの表面粗さＲａは０．１５μｍ以下であり、さらに好ましくは、表面８ｆの表面粗さＲａは０．１０μｍ以下であることがわかる。さらに、同じ理由ではんだ層８を構成するはんだの平均粒径は、好ましくは３．５μｍ以下、さらに好ましくは２．０μｍ以下であること、さらに、基板４の主表面４ｆの表面粗さＲａは、好ましくは０．１０μｍ以下、さらに好ましくは０．０５μｍ以下であることもわかる。
【００５６】
（階調の具体的データ）
本発明の実施例である試料１について、検出手段２００がサブマウント基板としての基板４、溶融前のはんだ層８およびＡｕ膜６で反射した光の強度（照度）を測定した。その結果の一部を図３に示す。
【００５７】
図３の縦軸は、反射光の照度を２５６階調で示す。横軸は、サブマウント上での位置を示し、たとえば「４」、「８」および「６」は、それぞれ、図１および２の基板４、はんだ層８およびＡｕ膜６での反射光の強度を示す。
【００５８】
図３より、本発明では、はんだ層８での反射光の強度が大きいため、検出手段２００は、はんだ層８を溶融前の状態と認識しやすい。
【００５９】
また、比較例である試料２１について、検出手段２００が基板１０４、溶融前のはんだ１０８およびＡｕ膜１０６で反射した光の強度（照度）を測定した。その結果の一部を図４に示す。
【００６０】
図４の縦軸は、反射光の照度を２５６階調で示す。横軸は、サブマウント上での位置を示し、たとえば「１０４」、「１０８」および「１０６」は、それぞれ、図５および図６の基板１０４、はんだ層１０８およびＡｕ膜１０６での反射光の強度を示す。
【００６１】
図４より、比較例の試料２１では、はんだ層１０８での反射光の強度が小さいため、検出手段２００は、はんだ層８を溶融前の状態と正常に認識することが困難である。
【００６２】
このように、本発明によれば、検出手段を用いてはんだ層の溶融を認識することにより、半導体発光素子を確実に搭載することができる半導体装置を得ることができる。
【００６３】
この発明に従ったサブマウントは、サブマウント基板と、サブマウント基板の主表面上に形成されたはんだ層とを備える。このはんだ層の溶融前の表面粗さＲａは０．１８μｍ以下である。
【００６４】
このように構成されたサブマウントでは、溶融前のはんだ層の表面粗さＲａが０．１８μｍ以下と小さいため、はんだ層の表面での光の乱反射が少ない。このため、検出手段ではんだ層表面の色を画像認識する際に、層表面の状態変化に対し、より忠実に反応することができる。その結果、半導体発光素子が正常にはんだづけされる確率を高めることができる。好ましくは、はんだ層の表面粗さＲａが０．１５μｍ以下であり、さらに好ましくは、Ｒａが０．１０μｍ以下である。なお、はんだ層の表面粗さＲａは、ＪＩＳＢ０６０１で規定される方法で測定される。
【００６５】
好ましくは、溶融前のはんだ層に含まれるはんだの平均粒径が３．５μｍ以下であり、さらに好ましくは、２μｍ以下である。この場合、はんだの平均粒径が小さくなるため、はんだ層の表面で、光の乱反射をさらに防止することができる。
【００６６】
好ましくは、サブマウント基板の主表面の表面粗さＲａは０．１０μｍ以下、さらに好ましくは０．０５μｍ以下である。基板の表面粗さＲａが小さい程、基板の凹凸がはんだ層に転写されて、はんだ層の表面粗さＲａが大きくなることを抑制することができる。その結果、はんだ層の表面での光の乱反射をより一層少なくすることができる。
【００６７】
また、サブマウント基板とはんだ層との間に形成されたはんだバリア層をさらに備えていてもよい。
【００６８】
また、サブマウント基板とはんだバリア層との間に形成された電極層をさらに備えていてもよい。この場合、電極層を、はんだ層の下地膜として利用することもできる。
【００６９】
また、サブマウント基板とはんだバリア層との間において、サブマウント基板の表面に接触するように形成された密着層と、密着層上に形成された拡散防止層とを備えていてもよい。この場合、電極層は拡散防止層上に配置されている。
【００７０】
また、密着層はチタンを含み、拡散防止層は白金を含み、電極層は金を含み、はんだバリア層は白金を含み、はんだ層は金錫系はんだを含む構成としてもよい。
【００７１】
好ましくは、サブマウント基板は窒化アルミニウム焼結体を含む。この場合、窒化アルミニウムは熱伝導率が高いため、放熱特性の優れたサブマウントを得ることができる。
【００７２】
この発明に従った半導体装置は、上述のいずれかのサブマウントと、はんだ層上に搭載された半導体発光素子を備える。このような半導体装置では、正常なはんだ層の状態でタイミングよくサブマウント上に半導体発光素子を搭載することができる。
【００７３】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明による半導体装置の実施の形態１を示す断面模式図である。
【図２】図１に示した半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。
【図３】試料１に従ったサンプルの階調特性を示すグラフである。
【図４】試料２１に従ったサンプルの階調特性を示すグラフである。
【図５】従来の半導体装置の製造方法の第１工程を説明するための断面模式図である。
【図６】従来の半導体装置の製造方法の第２工程を説明するための断面模式図である。
【符号の説明】
【００７５】
１  半導体装置、２  レーザーダイオード、３  サブマウント、４  基板、４ｆ  主表面、５  Ｔｉ／Ｐｔ積層膜、５ａ  Ｐｔ膜、５ｂ  Ｔｉ膜、６  Ａｕ膜、７  はんだバリア層、８  はんだ層、８ｆ  表面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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