(57)【要約】【課題】金属・ダイヤモンド複合体にその本来の熱伝導率に近い熱伝導率を発揮させることを可能にするヒートシンクを提供する。【解決手段】このヒートシンク１１は、デバイスを搭載するための搭載面１１ａを有しており該ベース１３の主面１３ａに設けられた金属領域１５を備える。この主面１３ａには、ダイヤモンド粒子１７による突起２３ａ〜２３ｃと突起２３ａ〜２３ｃの間に位置する窪み２５ａ〜２５ｄとを含むけれども、半田材と異なり該半田材より高い融点の金属からなる金属領域１５は窪み２５ａ〜２５ｄを埋めて、搭載面１１ａは突起２３ａ〜２３ｃ及び窪み２５ａ〜２５ｄによって構成されるラフネスより小さいラフネスに再構成される。これ故に、デバイスの実装面とヒートシンク１１の表面１１ａとの実効的な接触面積を、デバイスの実装面の面積に近づけることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスを搭載するためのヒートシンクであって、
ダイヤモンド粒子と金属を複合した金属・ダイヤモンド複合物からなり、前記ダイヤモンド粒子及び前記金属が現れた主面を有するベースと、
前記ベースの主面を覆うように設けられた金属層を含み、デバイスを搭載するための搭載面を有する金属領域と、
を備え、
前記金属層は、半田材と異なる金属からなり、
前記ベースの前記主面には、前記ダイヤモンド粒子による突起と前記突起の間に位置する窪みとを含み、
前記金属領域は前記窪みを埋めて、前記搭載面は前記突起及び前記窪みによるラフネスより小さいラフネスを有する、ヒートシンク。
【請求項２】
前記金属領域の前記搭載面の表面粗さは０．１５μｍ以下である、請求項１に記載されたヒートシンク。
【請求項３】
前記金属領域の厚さは前記窪みで３μｍより大きい、請求項１又は請求項２に記載されたヒートシンク。
【請求項４】
前記金属領域の前記搭載面の表面粗さは０．１μｍ以下である、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載されたヒートシンク。
【請求項５】
前記ベースの前記主面の表面粗さは３μｍより大きく、
前記金属領域の前記搭載面の表面粗さは３μｍ以下である、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載されたヒートシンク。
【請求項６】
前記金属領域の前記搭載面の表面粗さは１μｍ以下である、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載されたヒートシンク。
【請求項７】
前記ベースの前記主面は第１表面粗さ（ｒｍｓ）を有し、
前記金属領域の前記搭載面は第２表面粗さ（ｒｍｓ）を有し、
前記第１表面粗さ及び前記第２表面粗さは、レーザ顕微鏡で測定され、また５０μｍスクエア〜１００μｍスクエアの範囲内のあるエリアで規定され、
前記第２表面粗さは前記第１表面粗さより小さい、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載されたヒートシンク。
【請求項８】
前記金属層は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ及びＮｉの少なくとも一つを含む金属からなる、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載されたヒートシンク。
【請求項９】
前記金属・ダイヤモンド複合物の前記金属は、前記ダイヤモンド粒子をバインドするバインダー金属であり、
前記バインダー金属は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎの１つ以上を主成分とする金属を含む、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載されたヒートシンク。
【請求項１０】
前記バインダー金属は前記金属層の材料と異なる、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載されたヒートシンク。
【請求項１１】
前記金属・ダイヤモンド複合物は、平均粒径１〜２００μｍのダイヤモンド粒を含む、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載されたヒートシンク。
【請求項１２】
前記金属・ダイヤモンド複合物の熱膨張係数は、２．５×１０−６／Ｋ以上６．５×１０−６／Ｋ以下の範囲にある、請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載されたヒートシンク。
【請求項１３】
ヒートシンクを作製する方法であって、
ヒートシンクのベースのための金属・ダイヤモンド複合体を準備する工程と、
前記金属・ダイヤモンド複合体の主面に設けられた金属領域と前記金属・ダイヤモンド複合体とを含む複合体生産物を形成する工程と、
前記複合体生産物を加工して、半導体デバイスを搭載するための搭載面を有するヒートシンクを形成する工程と、
を備え、
複合体生産物を形成する前記工程は、金属膜を形成する工程を含み、
前記金属膜は半田材と異なる金属からなり、
前記金属領域は前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面を覆い、
前記金属・ダイヤモンド複合体は、ダイヤモンド粒子と金属を複合したものであり、
前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面には、前記ダイヤモンド粒子による突起と前記突起の間に位置する窪みとを含み、
前記金属領域は前記窪みを埋めて、前記搭載面は前記突起及び前記窪みによるラフネスより小さいラフネスを有する、ヒートシンクを作製する方法。
【請求項１４】
前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面は第１表面粗さを有し、
複合体生産物を形成する前記工程は、
前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面に前記金属領域を形成する工程と、
前記金属膜に処理を行って、前記第１表面粗さより小さい第２表面粗さを有する金属表面を前記金属領域に提供する工程とを更に含み、
前記第１表面粗さ及び前記第２表面粗さは、レーザ顕微鏡で測定され、また５０μｍスクエア〜１００μｍスクエアの範囲内のあるエリアで規定される、請求項１３に記載されたヒートシンクを作製する方法。
【請求項１５】
前記金属膜の前記処理は研磨を含む、請求項１４に記載されたヒートシンクを作製する方法。
【請求項１６】
前記金属膜の前記処理は、機械的研磨法及び機械的化学的研磨法の少なくともいずれか一方で行われる、請求項１４又は請求項１５に記載されたヒートシンクを作製する方法。
【請求項１７】
前記金属膜の形成は、蒸着法及びメッキ法の少なくともいずれかの成長法で行われる、請求項１３〜請求項１６のいずれか一項に記載されたヒートシンクを作製する方法。
【請求項１８】
前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面は第１表面粗さを有し、
前記金属膜は、蒸着法で成長された金属層を含む、請求項１３〜請求項１７のいずれか一項に記載されたヒートシンクを作製する方法。
【請求項１９】
前記金属層の厚さは前記第１表面粗さの２倍以上である、請求項１８に記載されたヒートシンクを作製する方法。
【請求項２０】
前記金属層の厚さは、前記第１表面粗さの３倍以下である、請求項１８又は請求項１９に記載されたヒートシンクを作製する方法。
【請求項２１】
前記金属層は、前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面の前記窪みを埋めており、
前記金属層は、前記窪みにおいて６μｍ以上である、請求項１８〜請求項２０のいずれか一項に記載されたヒートシンクを作製する方法。
【請求項２２】
前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面は第１表面粗さを有し、
前記金属膜は、メッキ法で成長された金属層を含む、請求項１３〜請求項１７のいずれか一項に記載されたヒートシンクを作製する方法。
【請求項２３】
前記金属層の厚さは前記第１表面粗さの３倍以上である、請求項２２に記載されたヒートシンクを作製する方法。
【請求項２４】
前記金属層の厚さは、前記第１表面粗さの６倍以上である、請求項２２又は請求項２３に記載されたヒートシンクを作製する方法。
【請求項２５】
前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面には、前記ダイヤモンド粒子による突起と金属の表面からなる窪みとを含み、
前記金属層は前記窪みを埋めており、
前記金属層は前記窪みにおいて９μｍ以上である、請求項２２〜請求項２４のいずれか一項に記載されたヒートシンクを作製する方法。
【請求項２６】
前記金属層は前記窪みにおいて１８μｍ以上である、請求項２２〜請求項２５のいずれか一項に記載されたヒートシンクを作製する方法。
【請求項２７】
前記金属領域の前記表面粗さは３μｍ未満である、請求項２２〜請求項２６のいずれか一項に記載されたヒートシンクを作製する方法。
【請求項２８】
前記金属領域の前記表面粗さは１μｍ以下である、請求項１３〜請求項２７のいずれか一項に記載されたヒートシンクを作製する方法。
【請求項２９】
前記金属領域の表面粗さは０．１５μｍ以下である、請求項１３〜請求項２８のいずれか一項に記載されたヒートシンクを作製する方法。
【請求項３０】
前記金属領域の表面粗さは０．１μｍ以下である、請求項１３〜請求項２９のいずれか一項に記載されたヒートシンクを作製する方法。
【請求項３１】
前記金属・ダイヤモンド複合体は、平均粒径１〜２００μｍのダイヤモンド粒を含む、請求項１３〜請求項３０のいずれか一項に記載されたヒートシンクを作製する方法。
【請求項３２】
前記金属・ダイヤモンド複合体の前記金属は、前記ダイヤモンド粒子をバインドするバインダー金属であり、
前記バインダー金属は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎの１つ以上を主成分とする金属を含む、請求項１３〜請求項３１のいずれか一項に記載されたヒートシンクを作製する方法。
【請求項３３】
ヒートシンクを作製する方法であって、
第１表面粗さの主面を有しヒートシンクのベースのための金属・ダイヤモンド複合体を準備する工程と、
前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面に金属膜をメッキ法で形成して、前記金属膜と前記金属・ダイヤモンド複合体とを含む複合体生産物を形成する工程と、
前記複合体生産物を加工して、デバイスを搭載するための搭載面を有するヒートシンクを形成する工程と、
を備え、
前記金属・ダイヤモンド複合体は、ダイヤモンド粒子と金属を複合したものであり、
前記金属膜は、前記ダイヤモンド粒子による突起を覆い、
前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面には、前記ダイヤモンド粒子による突起と前記金属の表面からなる窪みとを含み、
前記金属膜は前記窪みを埋めて、前記搭載面は前記突起及び前記窪みによるラフネスより小さいラフネスを有する、ヒートシンクを作製する方法。
【請求項３４】
前記金属膜の表面は第２表面粗さを有し、
前記第２表面粗さは前記第１表面粗さより小さく、
前記第１表面粗さ及び前記第２表面粗さは、レーザ顕微鏡で測定され、また５０μｍスクエアで規定される、請求項３３に記載されたヒートシンクを作製する方法。
【請求項３５】
前記金属膜の厚さは、前記第１表面粗さの３倍以上である、請求項３３又は請求項３４に記載されたヒートシンクを作製する方法。
【請求項３６】
前記金属膜の厚さは、前記第１表面粗さの６倍以上である、請求項３３〜請求項３５のいずれか一項に記載されたヒートシンクを作製する方法。
【請求項３７】
前記金属膜は前記窪みを埋めており、
前記金属膜は前記窪みにおいて９μｍ以上である、請求項３３〜請求項３６のいずれか一項に記載されたヒートシンクを作製する方法。
【請求項３８】
前記金属膜は前記窪みにおいて１８μｍ以上である、請求項３３〜請求項３７のいずれか一項に記載されたヒートシンクを作製する方法。
【請求項３９】
前記金属膜は、前記ダイヤモンド粒子による突起において前記窪みの深さ以上の厚さを有する、請求項３３〜請求項３８のいずれか一項に記載されたヒートシンクを作製する方法。
【請求項４０】
請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載されたヒートシンクと、
前記ヒートシンクの前記搭載面上に搭載された半導体デバイスと、
前記ヒートシンクの前記搭載面に前記半導体デバイスを接着する半田材と、
を備える半導体装置。
【請求項４１】
前記半導体デバイスは半導体レーザダイオードを含む、請求項４０に記載された半導体装置。
【請求項４２】
前記半導体レーザダイオードは、５００ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の波長範囲の発振波長を発生する活性層と、III族窒化物からなるｐ型クラッド層と、III族窒化物からなるｎ型クラッド層とを含み、
前記活性層は前記ｐ型クラッド層と前記ｎ型クラッド層との間に設けられる、請求項４１に記載された半導体装置。
【請求項４３】
前記半導体レーザダイオードは、前記ｎ型クラッド層、前記活性層及び前記ｐ型クラッド層を搭載する基板を含み、
前記基板は、III族窒化物からなる主面を含み、
前記基板の前記主面は、前記III族窒化物のｃ軸に直交する基準平面に対して１０度以上８０度以下又は１００度以上１７０度以下の範囲の角度で傾斜する、請求項４０〜請求項４２のいずれか一項に記載された半導体装置。
【請求項４４】
前記基板の前記主面の前記角度は６３度以上８０度以下又は１００度以上１１７度以下の範囲にある、請求項４３に記載された半導体装置。
【請求項４５】
請求項４０〜請求項４４のいずれか一項に記載された半導体装置と、
前記半導体装置を搭載するパッケージと、
を備える半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートシンク、ヒートシンクを作製する方法、半導体装置、及び半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、ダイヤモンド粒子と金属を複合した金属・ダイヤモンド複合体物らなるヒートシンクを開示する。特許文献２は、半導体素子収納用パッケージを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−３１２３６２号公報
【特許文献２】特開２００４−１４６４１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
III族窒化物半導体を用いる半極性｛２０−２１｝面ＧａＮ上に形成される緑色レーザダイオードは、高い投入電力を必要とするので、その放熱性の確保が非常に重要である。このようなレーザダイオードの実装のためのサブマウントといった実装部品が求められている。
【０００５】
金属・ダイヤモンド複合物は、優れた熱伝導性を有しており、実装部品の候補の一つである。この材料は、特許文献１に記載されるようにヒートシンクに適用され、また、特許文献２に記載されるようにパッケージに適用される。しかしながら、発明者らの知見によれば、例えばレーザダイオードの実装では、金属・ダイヤモンド複合物からなるヒートシンクは、高い熱伝導率を有するけれども、その本来の熱伝導率（５５０Ｗ／（ｍ・Ｋ））を示さない。
【０００６】
金属・ダイヤモンド複合体のうちの、例えば銅／ダイヤモンド複合体は、III族窒化物半導体の熱膨張係数に近い値を有しており、この観点からは窒化物半導体素子に高い信頼性を提供できる可能性がある。
【０００７】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、金属・ダイヤモンド複合体にその本来の熱伝導率に近い熱伝導率を発揮させることを可能にするヒートシンクを提供することを目的とし、またそのヒートシンクを作製する方法を提供することを目的とし、さらにそのヒートシンクを含む半導体装置を提供することを目的とし、またさらに半導体装置を含む半導体モジュール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】
【０００８】
本発明に係る、デバイスを搭載するためのヒートシンクは、（ａ）ダイヤモンド粒子と金属を複合した金属・ダイヤモンド複合物からなり、前記ダイヤモンド粒子及び前記金属が現れた主面を有するベースと、（ｂ）前記ベースの主面を覆うように設けられた金属層を含み、デバイスを搭載するための搭載面を有する金属領域とを備える。前記金属層は、半田材と異なり該半田材より高い融点の金属からなり、前記ベースの前記主面には、前記ダイヤモンド粒子による突起と前記突起の間に位置する窪みとを含み、前記金属領域は前記窪みを埋めて、前記搭載面は前記突起及び前記窪みによるラフネスより小さいラフネスを有する。
【０００９】
金属・ダイヤモンド複合物からなるベースを含むヒートシンクでは、金属・ダイヤモンド複合物の表面には、互いに硬度の異なるダイヤモンド及び金属が現れており、これ故に、金属・ダイヤモンド複合物の表面はラフネスを有する。ヒートシンク表面の平坦性を高めるために金属・ダイヤモンド複合物を研磨するとき、金属の削れとダイヤモンドの削れとが互いに異なり、その結果、金属・ダイヤモンド複合物の研磨面にはある程度のラフネスが残る。この研磨面上に、デバイスを実装するとき、デバイスの実装面とヒートシンクの研磨面との実効的な実装面積は、デバイスの実装面の面積に比べて小さい。
【００１０】
また、ヒートシンクの表面にメタライズを行うとき、メタライズ層は、ヒートシンク表面の形状に合わせて形成される。その結果、メタライズ金属層の表面には、金属・ダイヤモンド複合物の研磨面のラフネスと同程度のラフネスが残る。
【００１１】
一方、このヒートシンクは、デバイスを搭載するための搭載面を有しており該ベースの主面に設けられた金属領域を備える。このベース主面には、ダイヤモンド粒子による突起と突起の間に位置する窪みとを含み、金属領域は窪みを埋めて、金属領域の表面は、搭載面は突起及び窪みによるラフネスより小さいラフネスを有する。これ故に、デバイスの実装面とヒートシンクの表面との実効的な接触面積を、半導体デバイスの実装面の面積に近づけることができる。
【００１２】
本発明に係るヒートシンクでは、前記ベースの前記主面の前記表面粗さは３μｍより大きく、前記金属領域の前記搭載面の前記表面粗さは３μｍ以下であることが良い。
【００１３】
このヒートシンクによれば、搭載面におけるこの程度の表面粗さは、金属・ダイヤモンド複合物の表面粗さより小さい。レーザ顕微鏡を用いて利用可能な金属・ダイヤモンド複合物の表面粗さを測定するとき、その表面粗さは３μｍより大きい。
【００１４】
本発明に係るヒートシンクでは、前記金属領域の厚さは前記窪みで３μｍより大きいことが良い。
【００１５】
このヒートシンクによれば、これ故に、ヒートシンクの表面のラフネスに起因する接触面積（半導体デバイスの実装面とヒートシンクの表面との実効的な接触面積）の低下を避けることができる。
【００１６】
本発明に係るヒートシンクでは、前記金属領域の前記表面粗さは１μｍ以下であることが良い。
【００１７】
このヒートシンクによれば、表面粗さの低減に応じた実効接触面積の向上が提供される。
【００１８】
本発明に係るヒートシンクでは、前記金属領域の前記表面粗さは０．１５μｍ以下であることが良い。
【００１９】
このヒートシンクによれば、表面粗さの低減に応じた実効接触面積の向上により、ヒートシンクの熱伝導特性が、金属・ダイヤモンド複合物の材料自体の値にかなり近い値になる。
【００２０】
本発明に係るヒートシンクでは、前記金属領域の前記表面粗さは０．１μｍ以下であることが良い。
【００２１】
このヒートシンクによれば、表面粗さの低減に応じた実効接触面積の向上により、ヒートシンクの熱伝導特性を金属・ダイヤモンド複合物の材料自体の値に非常に近づけることができる。
【００２２】
本発明に係るヒートシンクでは、前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面は第１表面粗さ（ｒｍｓ）を有し、前記金属領域の前記搭載面は第２表面粗さ（ｒｍｓ）を有し、前記第１表面粗さ及び前記第２表面粗さは、レーザ顕微鏡で測定され、また５０μｍスクエア〜１００μｍスクエアの範囲内のエリアで規定され、前記第２表面粗さは前記第１表面粗さより小さい。
【００２３】
このヒートシンクによれば、レーザ顕微鏡は、表面粗さ計を用いた測定に比べて、金属表面及び金属・ダイヤモンド複合物の正確な表面粗さの測定を可能にする。
【００２４】
本発明に係るヒートシンクでは、前記金属層は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ及びＮｉの少なくとも一つを含む金属からなることができる。
【００２５】
このヒートシンクによれば、金属・ダイヤモンド複合物の表面に現れたダイヤモンド粒子の表面を覆うことができる。
【００２６】
本発明に係るヒートシンクでは、前記金属・ダイヤモンド複合物の前記金属は、前記ダイヤモンド粒をバインドするバインダー金属であり、前記バインダー金属は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎの１つ以上を主成分とする金属を含むことができる。
【００２７】
このヒートシンクによれば、これらのバインダー金属は、金属・ダイヤモンド複合物が様々な熱伝導性及び熱膨張性を有することを可能にする。
【００２８】
本発明に係るヒートシンクでは、前記バインダー金属は前記前記金属領域の材料と異なることが良い。
【００２９】
このヒートシンクによれば、金属領域の材料はバインダー金属と異なることができ、成膜の自由度を広げることができる。
【００３０】
本発明に係るヒートシンクでは、前記金属・ダイヤモンド複合物は、平均粒径１〜２００μｍのダイヤモンド粒を含むことができる。
【００３１】
このヒートシンクによれば、金属・ダイヤモンド複合物が、この範囲の平均粒径を有するダイヤモンド粒を含むとき、金属・ダイヤモンド複合物の表面の表面粗さを低減できる。
【００３２】
本発明に係るヒートシンクでは、前記金属・ダイヤモンド複合物の熱膨張係数は２．５×１０−６／Ｋ以上６．５×１０−６／Ｋ以下の範囲にあることができる。
【００３３】
このヒートシンクによれば、金属・ダイヤモンド複合物の熱膨張係数に近い熱膨張性をヒートシンクに提供できる。
【００３４】
本発明に係る、ヒートシンクを作製する方法は、（ａ）ヒートシンクのベースのための金属・ダイヤモンド複合体を準備する工程と、（ｂ）前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面に設けられた金属領域と前記金属・ダイヤモンド複合体とを含む複合体生産物を形成する工程と、（ｃ）前記複合体生産物を加工により分離して、半導体デバイスを搭載するための搭載面を有するヒートシンクを形成する工程とを備える。複合体生産物を形成する前記工程は、前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面を覆うように金属膜を形成する工程を含み、前記金属領域は、前記ベースの主面を覆うように設けられた金属膜を含み、前記金属膜は半田材と異なる金属からなり、前記金属・ダイヤモンド複合体は、ダイヤモンド粒子と金属を複合したものであり、前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面には、前記ダイヤモンド粒子による突起と前記突起の間に位置する窪みとを含み、前記金属領域は前記窪みを埋めて、前記搭載面は前記突起及び前記窪みによるラフネスより小さいラフネスを有する。
【００３５】
ヒートシンクを作製する方法（以下「作製方法」と記す）によれば、金属・ダイヤモンド複合体と該金属・ダイヤモンド複合体の主面に設けられた金属領域とを含む複合体生産物を形成する。ダイヤモンド粒子による突起とこれら突起の間に位置する窪みとを含む金属・ダイヤモンド複合体主面において金属領域は窪みを埋めて、突起及び窪みに起因するラフネスより小さいラフネスをヒートシンクの搭載面に提供できる。
ダイヤモンド粒子の研磨等による欠けで生じる窪みとこれら窪みの間に位置する突起とを含む金属・ダイヤモンド複合体主面において金属領域は窪みを埋めて、突起及び窪みに起因するラフネスより小さいラフネスをヒートシンクの搭載面に提供できる。
【００３６】
ヒートシンクのためのベースは、金属・ダイヤモンド複合体の表面を含み、この金属・ダイヤモンド複合物の表面にはダイヤモンド及び金属が現れており、金属及びダイヤモンドは互いに異なる硬度を有し、金属の硬度はダイヤモンドの硬度より小さい。これ故に、金属・ダイヤモンド複合物の表面にはラフネスが形成されている。ヒートシンク表面の平坦性を高めるために金属・ダイヤモンド複合体を研磨するとき、金属の削れとダイヤモンドの削れとが互いに異なり、その結果、金属・ダイヤモンド複合体の研磨面にはある程度のラフネスが残る。この研磨面にメタライズを行うとき、メタライズによる金属層は、研磨面の表面形状に合わせて形成される。その結果、メタライズ金属層の表面には、金属・ダイヤモンド複合物の研磨面のラフネスと同程度のラフネスが残る。したがって、メタライズ面上にデバイスを実装するとき、半導体デバイスの実装面とヒートシンクの研磨面との実効的な実装面積は、半導体デバイスの実装面の面積に比べて小さい。
【００３７】
しかしながら、本件のヒートシンクを作製する方法によれば、金属・ダイヤモンド複合体と金属領域とを含む複合体生産物を形成するに際して、ダイヤモンド粒子による突起とこれらの突起の間に位置する窪みとを含む金属・ダイヤモンド複合物の主面において金属領域が窪みを埋めて、突起及び窪みに起因するラフネスを低減したヒートシンク搭載面を提供できる。
【００３８】
本発明に係る作製方法では、前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面は第１表面粗さを有する。複合体生産物を形成する前記工程は、前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面に前記金属膜を含む金属被覆を形成する工程と、前記金属被覆に処理を行って、前記第１表面粗さより小さい第２表面粗さを有する金属表面を前記金属領域に提供する工程とを更に含み、前記第１表面粗さ及び前記第２表面粗さは、レーザ顕微鏡で測定され、また５０μｍスクエア〜１００μｍスクエアの範囲で規定されることができる。
【００３９】
この作製方法によれば、レーザ顕微鏡は、表面粗さ計を用いた測定に比べて、金属表面及び金属・ダイヤモンド複合物の正確な表面粗さの測定を可能にする。
【００４０】
本発明に係る作製方法では、前記金属膜の形成は、蒸着法及びメッキ法の少なくともいずれかで行われることができる。
【００４１】
この作製方法によれば、金属被覆の形成に、例えば蒸着法及びメッキ法等を用いることができる。
【００４２】
本発明に係る作製方法では、前記金属膜の前記処理は研磨を含むことができる。この作製方法によれば、金属膜の表面が所望の表面粗さに不足するときは、金属膜の処理として、金属膜の表面を研磨することができる。
【００４３】
本発明に係る作製方法では、前記金属膜の前記処理は、機械的研磨法及び機械的化学的研磨法の少なくともいずれか一方で行われることができる。この作製方法によれば、金属膜の処理として金属研磨を行うときは、例えば機械的研磨法、機械的化学的研磨法等を行うことができる。
【００４４】
本発明に係る作製方法では、前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面は第１表面粗さを有し、前記金属膜は、蒸着法で成長された金属層を含むことができる。この作製方法によれば、金属・ダイヤモンド複合体の主面を蒸着法で成膜された金属層で覆うことができる。
【００４５】
本発明に係る作製方法では、前記金属層の厚さは前記第１表面粗さの２倍以上であることができる。この作製方法によれば、金属層の厚さが第１表面粗さの２倍以上であるとき、金属膜は、平坦化処理を適用可能な厚さを有する。
【００４６】
本発明に係る作製方法では、前記金属層の厚さは、前記第１表面粗さの３倍以下であることができる。この作製方法によれば、金属層の厚さが第１表面粗さの３倍以上であるとき、金属膜は、平坦化処理を適用可能な十分な厚さを有する。
【００４７】
本発明に係る作製方法では、前記金属層は、前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面の前記窪みを埋めており、前記金属層は、前記窪みにおいて６μｍ以上であることができる。この作製方法によれば、上記の厚みの金属層は、成膜後の平坦化処理を可能にする。
【００４８】
また、本発明に係る作製方法では、前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面は第１表面粗さを有し、前記金属膜は、メッキ法で成長された金属層を含むことができる。
【００４９】
この作製方法によれば、メッキ法による金属堆積では、金属・ダイヤモンド複合体の主面における窪みにまず金属が形成されて、窪みが少し埋まる。さらに、メッキ法による金属堆積を続けるとき、窪みが徐々に埋まっていく。したがって、窪みの埋め込みが選択的・優先的に生じるころができる。
【００５０】
本発明に係る作製方法では、前記金属層の厚さは前記第１表面粗さの３倍以上であることができる。
【００５１】
この作製方法によれば、メッキ法による金属堆積では、第１表面粗さの３倍以上の厚さを有する金属層を成長するとき、金属膜の表面粗さは、金属・ダイヤモンド複合体の主面における本来の第１表面粗さより小さくなる。
【００５２】
本発明に係る作製方法では、前記金属層の厚さは、前記第１表面粗さの６倍以上であることができる。この作製方法によれば、メッキ法による金属堆積では、第１表面粗さの３倍以上の厚さを有する金属層を成長するとき、金属膜の表面粗さは、金属・ダイヤモンド複合体の主面における本来の第１表面粗さより十分に小さくできる。
【００５３】
本発明に係る作製方法では、前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面には、前記ダイヤモンド粒子による突起と金属の表面からなる窪みとを含み、前記金属層は前記窪みを埋めており、前記金属層は前記窪みにおいて６μｍ以上であることができる。
【００５４】
この作製方法によれば、メッキ法による金属堆積では、６μｍ以上の厚さで金属層を成長するとき、金属膜の表面粗さは、金属・ダイヤモンド複合体の主面における本来の第１表面粗さより小さくできる。
【００５５】
本発明に係る作製方法では、前記金属層は前記窪みにおいて９μｍ以上であることができる。
【００５６】
この作製方法によれば、メッキ法による金属堆積では、９μｍ以上の厚さで金属層を成長するとき、金属膜の表面粗さは、金属・ダイヤモンド複合体の主面における本来の第１表面粗さより十分に小さくできる。
【００５７】
本発明に係る作製方法では、前記金属領域の前記表面粗さは３μｍ未満であることが可能である。
【００５８】
この作製方法によれば、メッキ法による金属堆積においては、金属・ダイヤモンド複合体の主面における窪みの深さが、金属堆積における選択的な埋め込み作用により小さくなって、金属領域の表面粗さを縮小できる。
【００５９】
本発明に係る作製方法では、前記金属領域の前記表面粗さは１μｍ以下であることができる。
【００６０】
この作製方法によれば、表面粗さの低減に応じた実効接触面積の向上が提供される。
【００６１】
本発明に係る作製方法では、前記金属領域の前記表面粗さは０．１５μｍ以下であることができる。
【００６２】
この作製方法によれば、表面粗さの低減に応じた実効接触面積の向上により、ヒートシンクの熱伝導特性が、金属・ダイヤモンド複合物の材料自体の値にかなり近い値になる。
【００６３】
本発明に係る作製方法では、前記金属領域の前記表面粗さは０．１μｍ以下であることができる。
【００６４】
この作製方法によれば、表面粗さの低減に応じた実効接触面積の向上により、ヒートシンクの熱伝導特性を金属・ダイヤモンド複合物の材料自体の値に非常に近づけることができる。
【００６５】
本発明に係る作製方法では、前記金属・ダイヤモンド複合体は、平均粒径１〜２００μｍのダイヤモンド粒を含むことができる。
【００６６】
この作製方法によれば、金属・ダイヤモンド複合物が、この範囲の平均粒径を有するダイヤモンド粒を含むとき、金属・ダイヤモンド複合物の表面の表面粗さを低減できる。
【００６７】
本発明に係る作製方法では、前記金属・ダイヤモンド複合体の前記金属は、前記ダイヤモンド粒をバインドするバインダー金属であり、前記バインダー金属は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎの１つ以上を主成分とする金属を含むことができる。
【００６８】
この作製方法によれば、これらのバインダー金属は、金属・ダイヤモンド複合物が様々な熱伝導性及び熱膨張性を有することを可能にする。
【００６９】
本発明に係る、ヒートシンクを作製する方法は、（ａ）第１表面粗さの主面を有しヒートシンクのベースのための金属・ダイヤモンド複合体を準備する工程と、（ｂ）前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面に金属膜をメッキ法で形成して、前記金属膜と前記金属・ダイヤモンド複合体とを含む複合体生産物を形成する工程と、（ｃ）前記複合体生産物を加工して、デバイスを搭載するための搭載面を有するヒートシンクを形成する工程とを備える。前記金属膜は、前記ダイヤモンド粒子による前記突起を覆い、前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面には、前記ダイヤモンド粒子による突起と金属の表面からなる窪みとを含み、前記金属膜は前記窪みを埋めて、前記搭載面は前記突起及び前記窪みによるラフネスより小さいラフネスを有する。
【００７０】
このヒートシンクを作製する方法によれば、金属膜をメッキ法で形成するので、メッキ膜はまず金属・ダイヤモンド複合体の主面における金属表面に成長する。これ故に、メッキ膜は窪みを埋めながら成長する。また、メッキ膜は、金属表面からダイヤモンドに沿って成長していき、ダイヤモンド粒子による突起を覆って、ついには一体の金属膜を形成する。このような成長機構により、搭載面には、突起及び窪みに起因するラフネスより小さいラフネスを提供できる。
【００７１】
本発明に係る作製方法では、前記金属膜の表面は第２表面粗さを有し、前記第２表面粗さは前記第１表面粗さより小さく、前記第１表面粗さ及び前記第２表面粗さは、レーザ顕微鏡で測定され、また５０μｍスクエア〜１００μｍスクエアの範囲内のあるエリアでの測定により規定されることができる。
【００７２】
本発明に係る作製方法では、前記金属膜の厚さは、前記第１表面粗さの３倍以上であることができる。
【００７３】
この作製方法によれば、メッキ法による金属堆積では、第１表面粗さの３倍以上の厚さを有する金属層を成長するとき、金属膜の表面粗さは、金属・ダイヤモンド複合体の主面における本来の第１表面粗さより小さくなる。
【００７４】
本発明に係る作製方法では、前記金属膜の厚さは、前記第１表面粗さの６倍以上であることができる。
【００７５】
この作製方法によれば、メッキ法による金属堆積では、第１表面粗さの３倍以上の厚さを有する金属層を成長するとき、金属膜の表面粗さは、金属・ダイヤモンド複合体の主面における本来の第１表面粗さより十分に小さくできる。
【００７６】
本発明に係る作製方法では、前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面には、前記ダイヤモンド粒子による突起と金属の表面からなる窪みとを含み、前記金属膜は前記窪みを埋めており、前記金属膜は前記窪みにおいて６μｍ以上であることができる。
【００７７】
この作製方法によれば、メッキ法による金属堆積では、６μｍ以上の厚さで金属層を成長するとき、金属膜の表面粗さは、金属・ダイヤモンド複合体の主面における本来の第１表面粗さより小さくできる。
【００７８】
本発明に係る作製方法では、前記金属膜は前記窪みにおいて９μｍ以上であることができる。
【００７９】
この作製方法によれば、メッキ法による金属堆積では、９μｍ以上の厚さで金属層を成長するとき、金属膜の表面粗さは、金属・ダイヤモンド複合体の主面における本来の第１表面粗さより十分に小さくできる。
【００８０】
本発明に係る作製方法では、前記金属膜は、前記ダイヤモンド粒子による突起において前記窪みの深さ以上の厚さを有し、前記金属・ダイヤモンド複合体の前記主面には、前記ダイヤモンド粒子による突起と金属の表面からなる窪みとを含み、前記金属層は、前記窪みを埋めており、前記金属層は、前記ダイヤモンド粒子による突起において前記窪みの深さ以上の厚さを有することができる。
【００８１】
この作製方法によれば、メッキ法による金属堆積においては、金属・ダイヤモンド複合体の主面における窪みの深さが、金属堆積における選択的な埋め込み作用により小さくなっていく。
【００８２】
本発明に係る半導体装置は、（ａ）本発明に係るものとして本件に開示されたいずれかのヒートシンクと、（ｂ）前記ヒートシンクの前記搭載面上に搭載された半導体デバイスと、（ｃ）前記ヒートシンクの前記搭載面に前記半導体デバイスを接着する半田材とを備える。
【００８３】
この半導体装置によれば、金属・ダイヤモンド複合物からなるベースを含むヒートシンクでは、金属・ダイヤモンド複合物の表面は、互いに硬度の異なるダイヤモンド及び金属から成るけれども、このヒートシンクは、デバイスを搭載するための搭載面を有しており該ベースの主面上に設けられた金属領域を備える。ベースの主面には、ダイヤモンド粒子による突起と突起の間に位置する窪みとを含み、金属領域は窪みを埋めて、搭載面は突起及び窪みによるラフネスより小さいラフネスを有する。これ故に、半導体デバイスの実装面とヒートシンクの表面との実効的な実装面積を、半導体デバイスの実装面の面積に近づけることができる。このヒートシンクでは、半導体デバイスが半田材を介してヒートシンクの搭載面に接着されているとき、半田材は下地のヒートシンク表面とデバイス実装面との間を埋めることができ、実装面積をデバイスの実装面の面積に近づけることに役立つ。これ故に、優れた放熱特性を半導体装置に提供できる。
【００８４】
本発明に係る半導体装置では、前記半導体デバイスは半導体レーザダイオードを含むことができる。
【００８５】
この半導体装置によれば、半導体レーザダイオードの動作温度を低減できる。
【００８６】
本発明に係る半導体装置では、前記半導体レーザダイオードは、５００ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の波長範囲の発振波長を発生する活性層と、III族窒化物からなるｐ型クラッド層と、III族窒化物からなるｎ型クラッド層とを含み、前記活性層は前記ｐ型クラッド層と前記ｎ型クラッド層との間に設けられることができる。
【００８７】
この半導体装置によれば、５００ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の波長範囲の発振波長を発生する半導体レーザダイオードは、レーザ発振に際して比較的大きな熱を生成する。
【００８８】
本発明に係る半導体装置では、前記半導体レーザダイオードは、前記ｎ型クラッド層、前記活性層及び前記ｐ型クラッド層を搭載する基板を含み、前記基板は、III族窒化物からなる主面を含み、前記基板の前記主面は、前記III族窒化物のｃ軸に直交する基準平面に対して１０度以上８０度以下又は１００度以上１７０度以下の範囲の角度で傾斜することができる。
【００８９】
この半導体装置によれば、上記の半極性を利用する半導体レーザダイオードは、レーザ発振に際して比較的大きな熱を生成する。
【００９０】
本発明に係る半導体装置では、前記角度は６３度以上８０度以下又は１００度以上１１７度以下の範囲にあることができる。
【００９１】
この半導体装置によれば、上記の半極性を利用する半導体レーザダイオードは、レーザ発振に際して非常に大きな熱を生成する。
【００９２】
本発明に係る半導体モジュールは、（ａ）本発明に係るものとして本件に開示されたいずれかの半導体装置と、（ｂ）前記半導体装置を搭載するパッケージとを備える。
【００９３】
この半導体モジュールによれば、優れた放熱特性の半導体装置をパッケージに搭載でき、半導体デバイスでの発熱は、ヒートシンクを介してパッケージに伝搬する。
【発明の効果】
【００９４】
以上説明したように、本発明によれば、金属・ダイヤモンド複合体にその本来の熱伝導率に近い熱伝導性を発揮させることを可能にするヒートシンクを提供することができる。また、本発明によれば、そのヒートシンクを作製する方法を提供することができる。さらに、本発明によれば、そのヒートシンクを含む半導体装置を提供することができる。またさらに、本発明によれば、半導体装置を含む半導体モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】図１は、本発明に係るヒートシンク及び半導体装置を概略的に示す図面である。
【図２】図２は、本実施の形態に係る半導体モジュールを概略的に示す図面である。
【図３】図３は、本発明に係るヒートシンクを作製する方法における主要な工程を示す図面である。
【図４】図４は、本発明に係るヒートシンクを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図５】図５は、蒸着法による金属膜の成長を模式的に示す図面である。
【図６】図６は、メッキ法による金属膜の成長を模式的に示す図面である。
【図７】図７は、銅・ダイヤモンド複合体の表面に設けられた金メタライズの表面及び半田部の表面を示す図面である。
【図８】図８は、銅・ダイヤモンド複合体の表面に設けられた金メタライズの表面及び半田部の表面を示す図面である。
【図９】図９は、表面粗さを低減していない銅ダイヤモンド複合体サブマウントの外観を示す図面である。
【図１０】図１０は、この表面粗さを低減していない銅ダイヤモンド複合体サブマウント上にレーザダイオードを実装した後にレーザダイオードを剥がした外観を示す図面である。
【図１１】図１１は、サブマウントに依存した熱抵抗の変化の度数分布を示す図面である。
【図１２】図１２は、改善後の銅ダイヤモンド複合体サブマウントの外観の一例、及び改善前の銅ダイヤモンド複合体サブマウントの外観の一例を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００９６】
引き続いて、添付図面を参照しながら、ヒートシンク、ヒートシンクを作製する方法、半導体装置、及び半導体モジュールに係る本発明の実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００９７】
ヒートシンク１１はデバイスを搭載するための搭載面を有する。ヒートシンク１１は、金属・ダイヤモンド複合物１８からなるベース１３と、デバイスを搭載するための搭載面を有する金属領域１５とを備える。金属・ダイヤモンド複合物１８は、ダイヤモンド粒子１７と金属１９を複合したものである。金属・ダイヤモンド複合物１８は、平均粒径１〜２００μｍのダイヤモンド粒を含むことができる。金属・ダイヤモンド複合物１８が、この範囲の平均粒径を有するダイヤモンド粒を含むとき、ダイヤモンドの高い熱伝導性が発揮されやすい。このヒートシンク１１は、金属・ダイヤモンド複合物の熱伝導率に近い熱伝導性をヒートシンクに提供できる。また、金属・ダイヤモンド複合物の熱膨張係数は２．５×１０−６／Ｋ以上６．５×１０−６／Ｋ以下の範囲にあることができる。熱膨張係数におけるこの範囲の値は、半導体の熱膨張係数である３×１０−６／Ｋ以上６×１０−６／Ｋに近いので好ましい。
【００９８】
ベース１３は、ダイヤモンド粒子１７及び金属１９が現れた主面１３ａを有する。金属領域１５は、ベース１３の主面１３ａを覆うように設けられた金属層２１を含む。金属層２１は、半田材と異なり該半田材より高い融点の金属からなる。半田材としては、例えばＳｎＡｇ半田（融点：摂氏２３０度）を例示される。ベース１３の主面１３ａは、ダイヤモンド粒子１７による突起２３ａ、２３ｂ、２３ｃとこれらの突起２３ａ、２３ｂ、２３ｃの間に位置する窪み２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄとを含む。金属領域１５は窪み２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄを埋めて、搭載面１１ａは突起２３ａ、２３ｂ、２３ｃ及び窪み２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄによって構成されるラフネスより小さいラフネスを有する。
【００９９】
金属・ダイヤモンド複合物１８からなるベース１３を含むヒートシンク１１では、金属・ダイヤモンド複合物１８の表面１８ａには、互いに硬度の異なるダイヤモンド及び金属が現れており、金属の硬度はダイヤモンドの硬度より低い。これ故に、金属・ダイヤモンド複合物１８の表面１８ａはラフネスを有する。ヒートシンク表面１１ａの平坦性を高めるために金属・ダイヤモンド複合物の基板を研磨するとき、ある研磨材に対して金属の削れとダイヤモンドの削れとが互いに異なり、その結果、金属・ダイヤモンド複合物の研磨面にはある程度のラフネスが残る。発明者らの知見によれば、この研磨面上に、デバイスを実装するとき、デバイスの実装面とヒートシンクの研磨面との実効的な実装面積は、デバイスの実装面の面積に比べて小さい。
【０１００】
また、金属・ダイヤモンド複合物基板の研磨面にメタライズを行うとき、メタライズによって形成された金属膜は、金属・ダイヤモンド複合物基板の形状に合わせて形成される。その結果、メタライズ金属膜の表面には、金属・ダイヤモンド複合物基板の研磨面のラフネスと同程度のラフネスが残る。
【０１０１】
一方、このヒートシンク１１は、半導体デバイスを搭載するための搭載面１１ａを有すると共に該ベース１３の主面１３ａに設けられた金属領域１５を備える。ベース１３の主面１３ａには、ダイヤモンド粒子１７による突起２３ａ〜２３ｃと突起２３ａ〜２３ｃの間に位置する窪み２５ａ〜２５ｄとを含むけれども、金属領域１５は窪み２５ａ〜２５ｄを埋めて、搭載面１１ａは突起２３ａ〜２３ｃ及び窪み２５ａ〜２５ｄによって構成されるラフネスより小さいラフネスを有すエウように形成される。これ故に、半導体デバイスの実装面とヒートシンク１１の表面１１ａとの実効的な接触面積を、半導体デバイスの実装面（例えば、電極の面積）の面積に近づけることができる。
【０１０２】
さらに、金属層２１が、半田材と異なり該半田材より高い融点の金属からなるので、デバイス実装の際の処理により金属が溶融して、搭載面１１ａの平坦性が消失することはない。ここで、半田材の一例は例えばＳｎＡｇ半田（融点：摂氏２３０度）である。
【０１０３】
図１に示されたヒートシンク１１の表面１１ａは金属領域１５によって提供しているけれども、ヒートシンク１１の表面１１ａはこれに限定されない。金属領域１５の表面は、金属・ダイヤモンド複合体にその本来の熱伝導率を発揮させることを可能にするための表面粗さを提供しており、本実施の形態は、このような所望な表面粗さを得た金属表面に通常の成膜方法で追加の膜を形成して、カスタマイズされたヒートシンクを作製することができる。
【０１０４】
発明者らの知見によれば、入手可能な金属・ダイヤモンド複合物１８からなるベース１３の主面１３ａの表面粗さは３μｍより大きい。この表面粗さを低減する考慮をせずに、金属・ダイヤモンド複合物１８の表面に金属を堆積するとき、このような、堆積された金属の表面粗さにおいて、ダイヤモンド複合物１８の主面１８ａの表面粗さに対する改善はない。
【０１０５】
また、発明者らの知見によれば、金属領域１５の搭載面の表面粗さは３μｍ以下であることが良い。搭載面におけるこの程度の表面粗さは、金属・ダイヤモンド複合物の表面粗さより小さくなる。レーザ顕微鏡を用いて、利用可能な金属・ダイヤモンド複合物の表面粗さを測定するとき、その表面粗さは３μｍより大きい。一方で、この金属・ダイヤモンド複合物の表面粗さの表面粗さ計を用いて測定するとき、表面粗さ計による表面粗さは、レーザ顕微鏡を用いた測定による表面粗さ値よりかなり小さい値にある。
【０１０６】
金属領域の形成方法に依存するけれども、金属領域１５の厚さＴＬ（厚い部分で）は３μｍより大きいことが良い。ベース１３の表面１３ａのラフネスを埋め込んで、ヒートシンク１１の表面１１ａのラフネスに起因する接触面積（半導体デバイスの実装面とヒートシンクの表面との実効的な接触面積）の低下を避けることができる。
【０１０７】
ヒートシンク１１では、金属・ダイヤモンド複合体１８の主面１８ａは第１表面粗さ（ｒｍｓ：ｒｏｏｔ  ｍｅａｎ  ｓｕｑｕａｒｅ）ＲＭＳ１を有し、金属領域１５の主面１５ａは第２表面粗さ（ｒｍｓ）ＲＭＳ２を有する。第１表面粗さ及び第２表面粗さは、レーザ顕微鏡で測定され、また５０μｍスクエア〜１００μｍスクエアの範囲内のいずれかのエリアで規定される。レーザ顕微鏡は、表面粗さ計を用いた測定に比べて、金属表面及び金属・ダイヤモンド複合物の正確な表面粗さの測定を可能にする。レーザ顕微鏡の測定において、第２表面粗さＲＭＳ２は第１表面粗さＲＭＳ１より小さい。
【０１０８】
ヒートシンク１１の金属領域１５は、一又は複数の金属層からなることができる。最下層の金属層（例えば層２１）は、金属・ダイヤモンド複合物の表面に現れたダイヤモンド粒子の表面を覆うことができる。ヒートシンク１１において主面１８ａを覆う金属層２１は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ及びＮｉの少なくとも一つを含む金属からなることができる。
【０１０９】
金属・ダイヤモンド複合物１８の金属１９は、ダイヤモンド粒子１７をバインドするバインダー金属であり、このバインダー金属は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎの１つ以上を主成分とする金属を含むことができる。これらのバインダー金属は、金属・ダイヤモンド複合物が様々な熱伝導性及び熱膨張性を有することを可能にする。例えば熱伝導性の観点からは、バインダー金属は銅であることが好ましい。
【０１１０】
バインダー金属が金属領域の材料と異なるとき、金属材料の表面反応を制御することが可能となり、つまり半田材およびワイヤボンディングとの相性を考慮して設計できる利点がある。
【０１１１】
また、バインダー金属が金属領域の材料と同じとき、熱的および電気的ポテンシャルを一致させることができるという利点がある。
【０１１２】
ヒートシンク１１の金属領域１５の表面粗さは１μｍ以下であることが良い。表面粗さの低減に応じた実効接触面積の向上が提供される。
【０１１３】
ヒートシンク１１の金属領域１５の表面粗さは０．１５μｍ以下であることが良い。表面粗さの低減に応じた実効接触面積の向上により、ヒートシンクの熱伝導特性が、金属・ダイヤモンド複合物の材料自体の値にかなり近い値になる。
【０１１４】
ヒートシンク１１の金属領域１５の表面粗さは０．１μｍ以下であることが良い。表面粗さの低減に応じた実効接触面積の向上により、ヒートシンクの熱伝導特性を金属・ダイヤモンド複合物の材料自体の値に非常に近づけることができる。
【０１１５】
図１を参照すると、半導体装置３１が示されている。半導体装置３１は、本件に開示されたいずれかのヒートシンク１１と、半導体デバイス３３と、半田材３５とを備える。半導体デバイス３３は、ヒートシンク１１の搭載面１１ａ上に搭載されている。半田材３５は、ヒートシンク１１の搭載面１１ａに半導体デバイス３３を接着する。半田材３５には、例えばＳｎＡｇ（融点：２３０度）等が適用される。
【０１１６】
この半導体装置３１によれば、金属・ダイヤモンド複合物１８からなるベース１３を含むヒートシンク１１では、金属・ダイヤモンド複合物１８の表面１８ａには、互いに硬度の異なるダイヤモンド粒子１７及び金属１９が現れているけれども、このヒートシンク１１は、ベース１３の主面１３ａに設けられた金属領域１５を備え、その搭載面１１ａは半導体デバイス３３を搭載する。金属領域１５は窪み２５ａ〜２５ｄを埋めて、搭載面１１ａは突起２３ａ〜２３ｃ及び窪み２５ａ〜２５ｄによるラフネスより小さいラフネスを有する。これ故に、半導体デバイス３３の実装面３３ａとヒートシンク１１の表面１１ａとの実効的な接触面積を、半導体デバイス３３の実装面３３ａの面積に近づけることができる。半導体デバイス３３が半田材３５を介して平坦なヒートシンク搭載面１１ａに接着するとき、半田材３５は下地の平坦なヒートシンク表面１１ａとデバイス実装面３３ａとの間を無理なく埋めることができ、両者（３１、１１）の接触面積を半導体デバイス３３の実装面３３ａの面積に近づけることに役立つ。これ故に、優れた放熱特性を半導体装置３１に提供できる。
【０１１７】
この半導体装置３１では、半導体デバイス３３は半導体レーザダイオードを含むことができる。これによって、半導体レーザダイオードの動作温度を低減できる。半導体レーザダイオードは、例えばIII族窒化物半導体からなる支持体を含むことができる。図１２には、例えば半導体デバイス３３が、いわゆるｐアップ形態でヒートシンク１１上に搭載されているが、ｐダウン形態で実装されていてもよい。
【０１１８】
半導体デバイス３３の一例としての半導体レーザダイオードは、例えばｎ型クラッド層４１、ｎ側光ガイド層４２、活性層４３、ｐ側光ガイド層４４、ｐ型クラッド層４５及びｐ型コンタクト層４６を搭載する基板を含み、この基板（例えばＧａＮ）４０はIII族窒化物からなる主面４０ａを含むことができる。ｐ型コンタクト層４６上にはアノード電極４８が設けられ、基板４０の裏面４０ｂ上にカソード電極４７が設けられる。この主面（以下、「半極性主面」として参照する）４０はIII族窒化物のｃ軸Ｃｘに直交する基準平面に対して１０度以上８０度以下又は１００度以上１７０度以下の範囲の傾斜角度で傾斜することができる。この半極性主面を利用する半導体レーザダイオードは、レーザ発振に際して比較的大きな熱を生成する。さらには、傾斜角度は６３度以上８０度以下又は１００度以上１１７度以下の範囲にあることができる。半極性主面を利用する長波長発光の半導体レーザダイオードは、レーザ発振に際して非常に大きな熱を生成する。
【０１１９】
また、半導体レーザダイオードは、例えばIII族窒化物半導体からなる活性層４３を含むことができる。活性層４３は、障壁層（例えばＧａＮ又はＩｎＧａＮ））４３ａ及び井戸層（例えばＩｎＧａＮ）４３ｂを含むことができる。５００ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の波長範囲の発振波長を発生する半導体レーザダイオードは、レーザ発振に際して比較的大きな熱を生成するけれども、この半導体装置３１ではヒートシンク１１は半導体レーザダイオードの動作温度の低下に役立つ。一実施例として、半導体レーザダイオードは、５００ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の波長範囲の発振波長を発生する活性層と、III族窒化物からなるｐ型クラッド層と、III族窒化物からなるｎ型クラッド層とを含む。活性層はｐ型クラッド層とｎ型クラッド層との間に設けられることができる。
【０１２０】
本実施形態に係るIII族窒化物半導体レーザ１１を作製する方法の一例を簡単に説明する。｛２０−２１｝面ＧａＮ基板上に、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層（Ｉｎ組成：０．０３、Ａｌ組成０．１４）、ｎ型ＧａＮ光ガイド層、ｎ型ＩｎＧａＮ光ガイド層（Ｉｎ組成０．０３）、アンドープＩｎＧａＮ光ガイド層（Ｉｎ組成０．０３）、ＩｎＧａＮ活性層（Ｉｎ組成０．３０）、アンドープＩｎＧａＮ光ガイド層（Ｉｎ組成０．０３）、ｐ型ＧａＮ光ガイド層、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層（Ｉｎ組成：０．０３、Ａｌ組成０．１４）、ｐ型ＧａＮコンタクト層を成長してエピタキシャル基板を作製する。次いで、この準備されたエピタキシャル基板上に、ストライプ開口を有するＳｉＯ２膜を形成した後に、オーミック電極のためのＰｄ膜を成長する。オーミック電極のためのマスクを形成した後にＰｄ膜のドライエッチングを行い、Ｐｄ電極を形成する。この上に、Ａｕからなるパッド電極をリフトオフ法で形成する。次いで、基板研磨の後に、Ｔｉ／Ａｕからなる裏面電極を形成する。これらの工程により基板生産物が作製される。この基板生産物にスクライブ及び押厚を行って、レーザバーを作製する。レーザ端面に端面コートを形成する。端面コートとしては、例えばＳｉＯ２／ＴｉＯ２多層膜、やＳｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５多層膜を用いることができる。多層膜の繰り返し数は例えば２〜５層である。この後に、レーザバーの分離により、個々の半導体レーザを作製する。この半導体レーザをｐアップ形態でサブマウントに搭載して、半導体レーザ装置を作製する。この半導体レーザ装置をキャンケースに実装して、光モジュールを作製する。
【０１２１】
半極性面上の緑色レーザダイオードの貫通転位は、活性層で増殖する可能性が危惧されており、その増殖は歪みの制御に関連している。この緑色レーザダイオードにおける歪みの制御は、ｃ面ＧａＮ上の青紫レーザダイオードと比較して重要である。半極性面上の緑色レーザダイオードをエピ・ダウンでヒートシンクに実装する場合、ヒートシンクと半極性ＧａＮとの熱膨張係数の違いが信頼性において重要となる。
【０１２２】
図２は、本実施の形態に係る半導体モジュールを概略的に示す図面である。図２を参照すると、半導体レーザモジュール７１ａが示される。半導体レーザ装置６１ａは、ステム７３ａ上の台座（ヒートシンク）７５上に搭載される。III族窒化物半導体レーザ１１はサブマウント７に導電性接着剤１０ｂを介してしっかりと固定される。ステム７３ａ上にレンズキャップ７３ｂが設けられ、ステム７３ａ及びレンズキャップ７３ｂはパッケージ７３を構成する。ステム７３ａは例えば鉄製であり、レンズキャップ７３ｂの金属部分も鉄製である。台座（ヒートシンク）１１は熱伝導性に優れた例えば銅製である。ステム７３ａはリード端子７７ａ、７７ｂ、７７ｃを支持している。リード端子７７ａは、ボンディングワイヤ７９ａを介してヒートシンク１１に接続され、ヒートシンク１１の電極層を介してIII族窒化物半導体レーザ３３のアノード電極に接続される。リード端子７７ｂは、サブマウント１１の搭載面７ａ上の電極層７ｃにボンディングワイヤ７９ｂを介して接続される。リード端子７７ｃは、金属製のステム７３に接続される。ヒートシンク１１はIII族窒化物半導体レーザ３３のアノード電極と導電性接着剤１０ａを介してしっかりと接着される。
【０１２３】
この半導体モジュール７１ａによれば、優れた放熱特性の半導体装置をパッケージに搭載でき、半導体デバイスでの発熱は、ヒートシンク１１を介してパッケージに伝搬する。
【０１２４】
図３は、本実施の形態に係るヒートシンクを作製する方法における主要な工程を概略的に示す図面である。工程Ｓ１０１では、ヒートシンクのベースのための金属・ダイヤモンド複合体の基板を準備する。基板のサイズは、単一のヒートシンクを作製可能な面積というよりは、多数のヒートシンクを作製可能な面積以上であるであることができる。基板のサイズは、例えば２インチであることが好ましい。また、ヒートシンク単体のサイズの一例は、例えば高さ０．３ｍｍ、幅０．８ｍｍ、長さ１．０ｍｍであることができる。
【０１２５】
金属・ダイヤモンド複合物の熱膨張係数は２．５×１０−６／Ｋ以上６．５×１０−６／Ｋ以下の範囲にあることができる。また、金属・ダイヤモンド複合物は、平均粒径１〜２００μｍのダイヤモンド粒を含むことができる。金属・ダイヤモンド複合物が、この範囲の平均粒径を有するダイヤモンド粒を含むとき、金属膜が形成される金属・ダイヤモンド複合物表面の表面粗さを低減できる。金属が銅であるとき、銅とダイヤモンドの割合の例を以下に示す。
熱膨張係数２．５×１０−６／Ｋのために（銅、ダイヤモンド） = （０．０４、０９６）、モルパーセント。熱膨張係数６．５×１０−６／Ｋのために（銅、ダイヤモンド） = （０．３０、０７０）、モルパーセント。
【０１２６】
工程Ｓ１０２では、金属・ダイヤモンド複合体基板（図４において、符号４３で参照される）から複合体生産物を形成する。複合体生産物は、金属・ダイヤモンド複合体基板と、この金属・ダイヤモンド複合体基板の主面に設けられた金属領域とを含む。
【０１２７】
工程Ｓ１０３では、図４の（ａ）部に示されるように、成膜装置１０ａに金属・ダイヤモンド複合体基板４３を配置する。金属・ダイヤモンド複合体基板４３の主面４３ａには、ダイヤモンド粒子４１による突起４３ａ〜４３ｃと突起４３ａ〜４３ｃの間に位置し主に金属４０からなる窪み４５ａ〜４５ｄとを含む。このようなラフネスの表面４３ａは第１表面粗さＲＭＳ１を有する。この表面粗さ（ｒｍｓ）、及び引き続く説明において現れる表面粗さ（ｒｍｓ）は、レーザ顕微鏡で測定され、また５０μｍスクエア〜１００μｍスクエアの範囲内のあるエリアで規定されることができる。レーザ顕微鏡は、表面粗さ計を用いた測定に比べて、金属表面及び金属・ダイヤモンド複合物の表面粗さの正確な測定を可能にする。なお、実施例における表面粗さ（ｒｍｓ）の測定では、レーザ顕微鏡（装置：OLYMPUS OLS1200）が用いられる。
【０１２８】
金属・ダイヤモンド複合体基板４３の金属４０は、ダイヤモンド粒子４１をバインドするバインダー金属であり、このバインダー金属は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎの１つ以上を主成分とする金属を含むことができる。これらのバインダー金属は、金属・ダイヤモンド複合物が様々な熱伝導性及び熱膨張性を有することを可能にする。例えば熱伝導性の観点からは、バインダー金属は例えば銅であることが好ましい。
【０１２９】
工程Ｓ１０４では、図４の（ｂ）部に示されるように、成膜装置１０ａにおいて金属・ダイヤモンド複合体基板４３の主面４３ａ上に金属膜４７を形成する。金属領域に含まれる金属膜４７は、金属・ダイヤモンド複合体基板４３の主面を覆うように形成される。金属膜４７は半田材と異なる金属からなる。成膜装置１０ａでは、例えば蒸着法及びメッキ法等といった成長法が成膜のために使用されることができる。蒸着法としては、例えば抵抗加熱蒸着法、電子ビーム法等を成膜に適用でき、メッキ法としては、例えば電解メッキ法、無電解メッキ法等を成膜に適用できる。
【０１３０】
好適な実施例では、好適な堆積法を選ぶとき、金属膜４７は窪み４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄを埋めて、金属膜４７の表面４７ａは、突起４３ａ、４３ｂ、４３ｃ及び窪み４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄによって構成されるラフネスより小さいラフネス（例えば所望のラフネス以下の第２表面粗さＲＭＳ２）を有することができる。
【０１３１】
研磨を行う場合、研磨前の金属膜は、金属・ダイヤモンド複合体の凸部上において表面粗さの１倍以上の厚みであれば良く、表面粗さの３倍程度であることが好ましい。例えば、表面粗さが３μｍの場合、３μｍ以上であれば良く、９μｍであることが好ましい。
【０１３２】
（蒸着法による成膜）
本実施の形態における一実施例では、金属膜４７は、蒸着法で成長された金属層を含むことができる。蒸着法による成長は、第１表面粗さを有する金属・ダイヤモンド複合体主面を蒸着法で金属層を覆うことを可能にする。
【０１３３】
図５の（ａ）部に示されるように、蒸着法を適用可能な成膜装置１０ｃでは、蒸着源からのフラックス４９が基板４３の主面４３ａに向って進む。フラックス４９は、金属粒子を主面４３ａに提供する。主面４３ａへのフラックス４９の金属粒子の付着により、金属・ダイヤモンド複合体基板主面４３ａに金属薄膜４７ｂが堆積する。金属薄膜４７ｂは主面４３ａにほぼ一様に堆積している。このとき、金属薄膜４７ｂの表面は金属・ダイヤモンド複合体基板主面４３ａの形状とほぼ同じである。
【０１３４】
成膜装置１０ｃでは、図５の（ｂ）部に示されるように、蒸着源からのフラックス４９が基板４３の主面４３ａに向って進むので、徐々に平坦になりながら、金属・ダイヤモンド複合体基板主面４３ａに金属薄膜４７ｃが堆積する。金属・ダイヤモンド複合体基板４３の主面４３ａが、ダイヤモンド粒子４１による突起と突起の間に位置し主に金属４０からなる窪みとに起因するラフネスを有するけれども、フラックス４９により供給される金属粒子はへこんでいる窪みに堆積していく。金属の堆積により、金属薄膜４７ｃの表面ラフネスは、突起及び窪みによるラフネスはほとんど変化しない。
【０１３５】
成膜装置１０ｃでは、図５の（ｃ）部に示されるように、所望の厚さを有する金属層４７ｄが成長される。本実施例では、金属膜４７は単一の金属層４７ｄを含む。必要な場合には、所望の厚さになるように、一又は複数の金属膜を成長してもよい。本実施例では、金属の堆積に蒸着法を適用しているけれども、複数の金属層の成長を行うときには、第２層目の成膜では、蒸着法及びメッキ法等を引き続く成膜のために使用できる。
【０１３６】
金属膜４７の厚さ（金属上）は第１表面粗さＲＭＳ１の２倍以上であることができる。この作製方法によれば、金属膜４７の厚さが第１表面粗さの２倍以上であるとき、金属膜４７は、平坦化の膜減りを考慮した厚さを有する。
【０１３７】
好ましくは、金属膜４７の厚さは第１表面粗さＲＭＳ１の３倍以下であることができる。金属膜４７の厚さが第１表面粗さＲＭＳ１の３倍以上であるとき、金属膜４７は、平平坦化の膜減りを考慮した十分な厚さを有する。
【０１３８】
金属膜４７は、金属・ダイヤモンド複合体基板４３の主面４３ａの窪みを埋めており、金属膜４７は、窪みにおいて６μｍ以上であることができる。上記の厚みの金属膜４７は、成膜後の平坦化処理を可能にする。
【０１３９】
蒸着された金属膜の厚みは、金属ダイヤモンド複合体の窪みの深さ（例えば、３μｍ程度）の２倍から３倍程度であれば良い（例えば、窪みの底から６〜９μｍ程度であり、突起の上部からは３〜６μｍ程度である。蒸着された金属膜の成長後に、蒸着金属膜の表面をポリッシュにより平坦化を行う。
【０１４０】
（メッキ法による成膜）
本実施の形態における別の実施例では、金属膜４７は、メッキ法で成長された金属層を含むことができる。メッキ法による成長は、第１表面粗さを有する金属・ダイヤモンド複合体主面をメッキ法による金属層で覆うことを可能にする。また、メッキ法による金属堆積では、金属・ダイヤモンド複合体基板４３の主面４３ａにおける窪み４５ａ〜４５ｄにまず金属が形成されて、窪み４５ａ〜４５ｄが少し埋まる。さらに、メッキ法による金属堆積を続けるとき、窪み４５ａ〜４５ｄが徐々に埋まっていき、ダイヤモンド粒子の表面を覆って成長する。ついには、主面４３ａを覆う。
【０１４１】
メッキ法を適用可能な成膜装置１０ｄは、電解槽５０ａ、電極５０ｂ及び電源５０ｃを含み、電解槽５０ａには電解液５０ｄが満たされている。成膜装置１０ｄでは、図６の（ａ）部に示されるように、電解槽５０ａ内の電解液５０ｄに金属・ダイヤモンド複合体基板４３及び電極５０ｂが浸される。電源５０ｃを電極５０ｂと金属・ダイヤモンド複合体基板４３の導電部との間に接続して、電流を流す。電源５０ｃからの電流は、金属・ダイヤモンド複合体基板４３及び電解液５０ｄを介して流れる。この電流は、金属・ダイヤモンド複合体基板４３の金属４０を流れる。この流れに起因して、メッキ法による堆積は、金属・ダイヤモンド複合体基板４３の主面４３ａの金属４０上に選択的に生じて、金属・ダイヤモンド複合体基板主面４３ａに金属薄膜４７ｅが成長する。金属薄膜４７ｅは、ます金属４０上に成長される。このとき、金属薄膜４７ｅ及び金属・ダイヤモンド複合体基板主面４３ａからなる中間表面の表面粗さ（ラフネス）は、第１表面粗さより小さくなっている。これ故に、金属薄膜４７ｂの表面は金属・ダイヤモンド複合体基板主面４３ａの平坦性より改善された平坦性を有する。
【０１４２】
図６の（ｂ）部に示されるように、成膜装置１０ｄでは、電解液からの金属粒子が選択的に成長した金属薄膜４７ｅを種として引き続く堆積が進む。金属・ダイヤモンド複合体基板主面４３ａに金属薄膜４７ｆがメッキ法で形成される。金属薄膜４７ｆは金属・ダイヤモンド複合体基板主面４３ａを覆っている。図６の（ｂ）部に示されるように、金属・ダイヤモンド複合体基板主面４３ａにおける金属４０上の金属膜厚はダイヤモンド粒子上の金属膜厚より厚く、メッキ膜はまずへこんでいる窪みに成長していく。メッキ膜の成長により、金属薄膜４７ｆの表面ラフネスは、突起及び窪みによるラフネスより小さくていく。
【０１４３】
成膜装置１０ｄでは、図６の（ｃ）部に示されるように、所望の厚さを有する金属層４７ｇが成長される。本実施例では、金属膜４７は単一の金属層４７ｇを含む。必要な場合には、所望の厚さになるように、一又は複数の金属膜を成長していく。本実施例では、堆積にメッキ法を適用しているけれども、複数の金属層の成長を行うときには、第２層目の成膜では、蒸着法及びメッキ法等を引き続く成膜のために使用できる。
【０１４４】
メッキ法により成膜では、金属層４７ｇの厚さは第１表面粗さの３倍以上であることができる。メッキ法による金属堆積では、第１表面粗さの３倍以上の厚さを有する金属層を成長するとき、金属層４７ｇの表面粗さは、金属・ダイヤモンド複合体基板主面４３ａにおける本来の第１表面粗さより小さくなる。
【０１４５】
金属層４７ｇの厚さは第１表面粗さＲＭＳ１の６倍以上であることができる。メッキ法による金属堆積では、第１表面粗さＲＭＳ１の３倍以上の厚さを有する金属層を成長するとき、この金属層４７ｇの表面粗さは、金属・ダイヤモンド複合体基板主面４３ａにおける本来の第１表面粗さＲＭＳ１より十分に小さくできる。
【０１４６】
金属層４７ｇは、金属・ダイヤモンド複合体基板主面４３ａにおけるダイヤモンド粒子４１による突起と金属４０の表面からなる窪みを埋めており、金属層４７ｇは窪みにおいて６μｍ以上であることができる。メッキ法による金属堆積では、６μｍ以上の厚さで金属層を成長するとき、金属層４７ｇの表面粗さは、金属・ダイヤモンド複合体基板主面４３ａにおける元の第１表面粗さＲＭＳ１より小さくできる。
【０１４７】
金属層４７ｇは窪みにおいて９μｍ以上であることができる。メッキ法による金属堆積では、９μｍ以上の厚さで金属層を成長するとき、金属層４７ｇの表面粗さは、金属・ダイヤモンド複合体基板主面４３ａにおける本来の第１表面粗さより十分に小さくできる。
【０１４８】
金属層４７ｇの表面粗さは３μｍ未満であることが可能である。メッキ法による金属堆積においては、金属・ダイヤモンド複合体の主面における窪みの深さが、金属堆積における選択的な埋め込み作用により小さくなっていく。
【０１４９】
メッキ金属の厚みが、金属ダイヤの窪みの深さ（例えば、３μｍ）の３倍から６倍であるとき、窪みが選択的にメッキされた後に、このメッキ部分を種にして横方向にもメッキが成長して、この結果、メッキ膜の表面は自己的に平坦化される。発明者の実験によれば、凹みの底から９〜１８μｍの厚みのメッキ膜の成長により、その表面の平坦性（ｒｍｓ）を１μｍ未満にすることが可能である。メッキ膜の成長の後に、平坦化のためのポリッシュは行わなくても良い。なお、メッキ膜は窪みにおいて１８μｍ以上であってもよい。
【０１５０】
蒸着法又はメッキ法により成膜された金属膜４７の表面粗さは１μｍ以下であることができる。表面粗さの低減に応じた実効接触面積の向上が提供される。
【０１５１】
また、蒸着法又はメッキ法により成膜された金属膜４７の表面粗さは０．１５μｍ以下であることができる。表面粗さの低減に応じた実効接触面積の向上により、ヒートシンクの熱伝導特性が、金属・ダイヤモンド複合物の材料自体の値にかなり近い値になる。
【０１５２】
さらに、蒸着法又はメッキ法により成膜された金属膜４７の表面粗さは０．１μｍ以下であることができる。表面粗さの低減に応じた実効接触面積の向上により、ヒートシンクの熱伝導特性を金属・ダイヤモンド複合物の材料自体の値に非常に近づけることができる。
【０１５３】
図４の（ｃ）部を参照するとき、堆積されたものとしての金属領域４５の表面が所望のラフネスを達成していないとき、工程Ｓ１０４では、金属膜４７に表面粗さを改善するための処理装置１０ｂで処理を行って、第１表面粗さＲＭＳ１より小さい第２表面粗さＲＭＳ２を有する金属表面を金属領域に提供する。
【０１５４】
金属膜４７の処理は例えば研磨を含むことができる。具体的には、金属膜４７の表面４７ａが所望の表面粗さに不足するときは、金属膜４７の処理として、金属膜表面４７ａを研磨することができる。金属膜４７の研磨は、機械的研磨法及び機械的化学的研磨法の少なくともいずれか一方を行われることができる。この作製方法によれば、金属膜４７の処理として金属研磨を行うときは、例えば機械的研磨法、機械的化学的研磨法等を適用できる研磨器を用いることができる。
【０１５５】
研磨方法は例えば以下のように行う。定盤にワックスで金属ダイヤモンド複合生産物（又は金属ダイヤモンド複合体ヒートシンク）を貼付け、研磨装置のバフ上に配置する。バフを回転させることにより、金属ダイヤモンド複合生産物（又は金属ダイヤモンド複合体ヒートシンク）の金属膜をポリッシュする。好適な実施例では、ポリッシュは１次ポリッシュ及び２次ポリッシュを行う。
１次ポリッシュ剤：ダイヤモンドを主成分とする平均粒子径０．２５μｍと純水との混合液。
２次ポリッシュ剤：ダイヤモンドを主成分とする平均粒子径０．１μｍと純水との混合液。
【０１５６】
工程Ｓ１０６では、複合体生産物を形成した後に、複合体生産物を加工により分離して、半導体デバイスを搭載するための搭載面を有する一又は複数のヒートシンク１１を形成する。
【０１５７】
本実施の形態における作製方法によれば、金属・ダイヤモンド複合体基板４３と金属・ダイヤモンド複合体基板主面４３ａに設けられた金属領域４９とを含む複合体生産物を形成する。ダイヤモンド粒子４１による突起と突起の間に位置する窪みとを含む金属・ダイヤモンド複合体基板主面４３ａにおいて金属領域４９は窪みを埋めて、突起及び窪みに起因するラフネスより小さいラフネスをヒートシンクの搭載面に提供できる。
【０１５８】
金属・ダイヤモンド複合物基板４３から作製されたヒートシンク（図１のヒートシンク１１）では、金属・ダイヤモンド複合物基板表面４３ａにはダイヤモンド及び金属が現れており、これらは、互いに異なる硬度を有する。ヒートシンク表面の平坦性を高めるために金属・ダイヤモンド複合物基板表面４３ａを研磨するとき、金属の削れとダイヤモンドの削れとが互いに異なり、その結果、研磨された金属・ダイヤモンド複合物基板４３の研磨面にはある程度のラフネスが残る。これ故に、金属・ダイヤモンド複合物基板表面４３ａにはラフネスが形成されている。このヒートシンクの研磨面に半田等によりメタライズを行うとき、メタライズによる金属は、ヒートシンク研磨面の形状に合わせて形成される。その結果、メタライズ金属層の表面には、研磨された金属・ダイヤモンド複合物基板４３の研磨面のラフネスと同程度のラフネスが残る。したがって、メタライズ面上に半導体デバイスを実装するとき、半導体デバイスの実装面とヒートシンクの研磨面との実効的な実装面積は、半導体デバイスの実装面の面積に比べて小さい。
【０１５９】
しかしながら、本実施の形態のヒートシンクを作製する方法によれば、金属・ダイヤモンド複合体基板４３と金属領域４９とを含む複合体生産物を形成するに際して、ダイヤモンド粒子４１による突起と突起の間に位置する窪みとを含む金属・ダイヤモンド複合体基板主面４３ａにおいて金属領域４７が窪みを埋めて、突起及び窪みに起因するラフネスを低減したヒートシンク搭載面を提供できる。
【０１６０】
再び図３を参照しながら、別の実施例を説明する。工程Ｓ１０１では、第１表面粗さＲＭＳ１の主面を有しヒートシンクのベースのための金属・ダイヤモンド複合体４３を準備する。工程Ｓ１０２では、金属・ダイヤモンド複合体基板（図４において、符号４３で参照される）から複合体生産物を形成する。複合体生産物は、金属・ダイヤモンド複合体基板と、この金属・ダイヤモンド複合体基板の主面に設けられた金属膜とを含む。
【０１６１】
工程Ｓ１０７では、この金属膜がメッキ法で形成される。メッキ法の成膜は、例えば図６を参照しながら説明された実施例と同様に適用されることができるが、これに限定されるものではない。成膜装置１０ｄに金属・ダイヤモンド複合体基板４３を配置する。次いで、金属・ダイヤモンド複合体基板４３の主面４３ａに金属膜４７をメッキ法で形成して、金属膜４７と金属・ダイヤモンド複合体基板４３とを含む複合体生産物を形成する。この結果、メッキ膜が金属・ダイヤモンド複合体基板４３上に成長される。工程Ｓ１０６では、複合体生産物を加工により分離して、半導体デバイスを搭載するための搭載面を有する一又は複数のヒートシンク１１を形成する。
【０１６２】
このヒートシンクを作製する方法によれば、金属膜４７をメッキ法で形成するので、メッキ膜はまず金属・ダイヤモンド複合体基板主面４３ａにおける金属表面に成長する。これ故に、メッキ膜は窪みを埋めながら成長する。また、メッキ膜は、金属表面からダイヤモンドに沿って成長していき、ダイヤモンド粒子４１による突起を覆って、ついには一体の金属膜４７を形成する。このような成長機構により、金属・ダイヤモンド複合体基板主面４３ａ（ヒートシンク１１の搭載面１１ａ）には、突起及び窪みに起因するラフネスより小さいラフネスを提供できる。
【０１６３】
メッキ法で成長されたものとしての、つまり研磨無しの金属膜４７の表面は第２表面粗さＲＭＳ２を有し、第２表面粗さＲＭＳ２は第１表面粗さＲＭＳ１より小さい。既に説明したように、この実施例においても、第１表面粗さＲＭＳ１及び第２表面粗さＲＭＳ２は、レーザ顕微鏡で測定され、また５０μｍ〜１００スクエア内のいずれかエリアで規定されることができる。
【０１６４】
メッキ法で成長されたものとしての金属膜４７の厚さは第１表面粗さＲＭＳ１の３倍以上であることができる。メッキ法による金属堆積では、第１表面粗さＲＭＳ１の３倍以上の厚さを有する金属層を成長するとき、金属膜４７の表面粗さは、金属・ダイヤモンド複合体基板主面４３ａにおける本来の第１表面粗さより小さくなる。
【０１６５】
メッキ法で成長されたものとしての金属膜４７の厚さは第１表面粗さＲＭＳ１の６倍以上であることができる。メッキ法による金属堆積では、第１表面粗さの３倍以上の厚さを有する金属層を成長するとき、金属膜４７の表面粗さは、金属・ダイヤモンド複合体基板主面４３ａにおける本来の第１表面粗さＲＭＳ１より十分に小さくできる。
【０１６６】
メッキ法で成長されたものとしての金属膜４７は金属・ダイヤモンド複合体基板主面４３ａにおける窪みにおいて６μｍ以上であることができる。メッキ法による金属堆積では、６μｍ以上の厚さで金属層を成長するとき、金属膜４７の表面粗さは、金属・ダイヤモンド複合体基板主面４３ａにおける本来の第１表面粗さＲＭＳ１より小さくできる。
【０１６７】
メッキ法で成長されたものとしての金属膜４７は主面４３ａの窪みにおいて９μｍ以上であることができる。メッキ法による金属堆積では、９μｍ以上の厚さで金属層を成長するとき、金属膜４７の表面粗さは、金属・ダイヤモンド複合体の主面における本来の第１表面粗さＲＭＳ１より十分に小さくできる。
【０１６８】
メッキ法で成長されたものとしての金属膜４７は、ダイヤモンド粒子４１による突起において窪みの深さ以上の厚さを有し、金属・ダイヤモンド複合体基板主面４３ａには、ダイヤモンド粒子による突起と金属の表面からなる窪みとを含み、金属膜４７は窪みを埋めており、金属膜４７はダイヤモンド粒子４１による突起において窪みの深さ以上の厚さを有することができる。メッキ法による金属堆積においては、金属・ダイヤモンド複合体基板主面４３ａにおける窪みの深さが、金属堆積における選択的な埋め込み作用により小さくなっていく。
【０１６９】
（実施例）
図７は、銅・ダイヤモンド複合体の表面に設けられた金メタライズの表面及び半田部の表面を示す図面である。図７を参照すると、銅・ダイヤモンド複合体の表面を示す画像に加えて、レーザ顕微鏡で測定された表面粗さの変化が示されている。図７の画像では、画像に向かって左側がＡｕを蒸着した銅・ダイヤモンド複合体であり、画像に向かって右側がその複合体の上に蒸着したＳｎＡｇ半田である。
図７の画像には、「Ｒｅｆ１」で示されるラインが示されおり、ラインＲｅｆ１上に番号「１」、「２」及び「４」が描かれている。
表面粗さの変化では、番号「１」、「２」及び「４」で指し示される位置における表面粗さの値が以下のものである。
位置番号、          幅、        高さ、      長さ。
位置１：  １４．７９６、  ４．９５５、１５．６０４。
位置２：  １４．７９９、  ３．１０６、１６．１０１。
位置４：    ７．２７３、  １．６５２、  ７．４５８。
（単位：マイクロメートル）。
レーザ顕微鏡による測定では、表面粗さ（上記の高さ）は金メタライズ部において３．１μｍ〜５μｍ程度である。これらの位置における表面粗さは、接触式段差計による測定では、例えば０．１マイクロメートルである。
【０１７０】
図８は、銅・ダイヤモンド複合体の表面に設けられた金メタライズの表面及び半田部の表面を示す図面である。図８を参照すると、銅・ダイヤモンド複合体の表面を示す画像に加えて、レーザ顕微鏡で測定された表面粗さの変化が示されている。図８の画像では、画像に向かって左側がＡｕを蒸着した銅・ダイヤモンド複合体であり、画像に向かって右側がその複合体の上に蒸着したＳｎＡｇ半田である。
図７の画像には、「Ｒｅｆ２」で示されるラインが示されおり、半田部におけるラインＲｅｆ２上に番号「１」及び「２」が描かれている。
表面粗さの変化では、番号「１」及び「２」で指し示される位置における表面粗さの値が以下のものである。
位置番号、          幅、        高さ、      長さ。
位置１：  ２２．３１９、  ３．８９６、２２．６５７。
位置２：  ２６．３３２、  ３．８９８、２６．６１９。
（単位：マイクロメートル）。
レーザ顕微鏡による測定では、表面粗さ（上記の高さ）は半田部において３．８μｍ程度である。これらの位置における表面粗さは、接触式段差計による測定では、例えば０．１マイクロメートルである。
【０１７１】
本実施の形態では、緑色発光のレーザダイオードの寿命及び信頼性の向上の観点から、金属複合ダイヤモンド・ヒートシンクの表面粗さを検討している。
【０１７２】
発明者らは、半極性｛２０−２１}面上の緑色レーザダイオードの投入電力は高いので、その放熱性を高めることが非常に重要であることを見出した。緑色レーザダイオードの素子寿命を確保する上で、熱伝導率の観点からは、銅ダイヤモンド複合体（熱伝導率、例えば５５０Ｗ／ｍＫ程度）を含む材料をサブマウントに用いることが好ましい。
【０１７３】
しかしながら、発明者らの測定によれば、入手可能な銅ダイヤモンド複合体の表面粗さは、図７及び図８から理解されるように、銅ダイヤモンドの表面粗さが酷く、その値は３μｍを越える。この程度の表面粗さを有する銅ダイヤモンドをサブマウントとして用いる評価では、銅ダイヤモンドサブマウントは、ＡｌＮサブマウント（熱伝導率、例えば１７０Ｗ／ｍＫ程度）と同程度の放熱性能を示す。
【０１７４】
図９は、表面粗さを低減していない銅ダイヤモンド複合体サブマウントの外観を示す図面である。図９の（ａ）部を参照すると、この顕微鏡写真は、銅ダイヤモンド複合体の表面に特有の表面粗さを表している。サブマウント表面のハンダ部の表面粗さは、レーザ顕微鏡による測定で３μｍを越えており、図９の（ｂ）部を参照すると、窪みに銅が現れている。
【０１７５】
図１０は、この表面粗さを低減していない銅ダイヤモンド複合体サブマウント上にレーザダイオードを実装した後にレーザダイオードを剥がした外観を示す。図１０の（ａ）部は、剥がしたサブマウントの表面の外観を示す。図１０の（ｂ）部は、剥がしたレーザダイオードの電極表面の外観を示す。図１０の（ｂ）部を参照すると、銅ダイヤサブマウント表面の大きなラフネスが、そのままレーザダイオードチップの電極表面の半田に転写されている。また、レーザダイオードチップの電極表面に半田が濡れていない。これらの実験結果から、発明者らは、銅ダイヤモンド複合体サブマウントに固有の表面粗さに起因して、銅ダイヤモンド複合体の物性が引き出されていない、と考えている。シェア強度の測定は以下の値を示す。
銅ダイヤサブマウント：７５０ｇ。
ＡｌＮサブマウント：１０００ｇ。
銅ダイヤサブマウントおける密着性はＡｌＮサブマウントおける密着性より悪い。
【０１７６】
これまでの銅ダイヤモンドでは、発明者らの検討によれば、３μｍを越える表面粗さのため、レーザダイオードの電極と半田との接触面積が、期待されるものよりも少ない。これ故に、銅ダイヤモンド複合体のヒートシンクは、銅ダイヤモンド複合体本来の熱伝導性（熱伝導率、例えば５５０Ｗ／ｍＫ程度）を発揮していなかった。
【０１７７】
つまり、銅ダイヤモンド複合体のサブマウントの表面粗さの改善が望まれている。発明者らの検討によれば、銅ダイヤモンド複合体は硬度の異なる銅とダイヤモンド粒子を含み、銅ダイヤモンド複合体の大きな表面粗さは、硬度の異なる銅とダイヤモンドに起因する。発明者らの観察により、銅ダイヤモンド複合体表面の凹部は銅からなり、凸部はダイヤモンドからなるであることが見出された。この大きな表面粗さを改善するための手法は、管理された表面粗さの金属領域を銅ダイヤモンド複合体表面に形成すること、及び、このために正確な表面粗さの見積もりを行うことにある。
【０１７８】
実験では、銅ダイヤモンド複合体表面のラフネス（例えば３μｍを越える表面粗さ）を越える厚さの金属膜を成長する。下地のラフネス（銅ダイヤモンド複合体表面のラフネス）を越える厚さの金属を堆積することが好ましく、例えば１０μｍ程度であることが好ましい。この金属膜の表面の研磨・ポリッシュを行って、金属表面を削り、０．１μｍ以下の表面粗さ（ｒｍｓ）をサブマウント表面の金属表面に提供する。サブマウント表面の金属表面の表面粗さ（ｒｍｓ）は０．１μｍ未満であることが好ましいが、０．１５μｍ以下であっても十分に適用可能である。表面粗さ（ｒｍｓ）の上限が１．０μｍ以下であるとき、このサブマウントは、十分な効果を提供できる。また、表面粗さ（ｒｍｓ）の上限が３．０μｍ以下であるとき、サブマウントの熱伝導性を銅ダイヤモンド複合体本来の値に近づけることができる。発明者らの検討によれば、１０ｎｍ程度の表面粗さ（ｒｍｓ）をサブマウント表面の金属表面に作り込むことができる。上記の表面粗さの範囲において、銅ダイヤモンドの本来の物性を引き出すことが可能となり、この結果、緑色レーザダイオードの信頼性を改善することが可能となる。好ましくは、銅を含む金属ダイヤモンド・ヒートシンクの表面粗さ（ｒｍｓ）は例えば１０ｎｍ以上１．０μｍであり、更に好ましくは、銅を含む金属ダイヤモンド・ヒートシンクの表面粗さ（ｒｍｓ）は例えば１０ｎｍ以上であり、０．１μｍである。また、銅ダイヤモンド複合体の銅に替えて、アルミニウム、タングステン、銀などのダイヤモンドより低い硬度の材料を適用可能である。
【０１７９】
発明者らは、いくつかの表面粗さのサブマウントに緑色レーザダイオードをｐダウン形態で実装して、半導体装置を作製する。これらの半導体装置の熱抵抗を測定する。図１１は、サブマウントに依存した熱抵抗の変化の度数分布を示す図面である。図１１を参照すると、改善前の銅ダイヤモンド複合体サブマウント（表面粗さ：レーザ顕微鏡では５マイクロメートル、接触式段差計では０．１マイクロメートル）Ｃ１、改善前の銅ダイヤモンド複合体サブマウント（表面粗さ：レーザ顕微鏡では３マイクロメートル、接触式段差計では０．１マイクロメートル）Ｃ２、改善後の銅ダイヤモンド複合体サブマウント（表面粗さ：レーザ顕微鏡では０．１５マイクロメートル、接触式段差計では０．１マイクロメートル）Ａ１、ＡｌＮサブマウントの熱抵抗の相対値を示す。図１２の（ａ）部は、改善後の銅ダイヤモンド複合体サブマウントの外観の一例を示す図面であり、図１２の（ｂ）部は、改善前の銅ダイヤモンド複合体サブマウントの外観の一例を示す図面である。
【０１８０】
改善前の銅ダイヤモンド複合体サブマウントの熱抵抗は、度数を考慮した平均として見るとき、ＡｌＮサブマウントの＋７パーセント増しの値である一方、改善後の銅ダイヤモンド複合体サブマウントの熱抵抗は、頻度を考慮した平均として見るとき、ＡｌＮサブマウントの−３５パーセント低減の値である。改善前及び改善後の銅ダイヤモンド複合体の熱伝導率は同一の値である。
【０１８１】
本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１８２】
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、金属・ダイヤモンド複合体にその本来の熱伝導率を発揮させることを可能にするヒートシンクを提供することができる。また、本発明の実施の形態によれば、そのヒートシンクを作製する方法を提供することができる。さらに、本発明の実施の形態によれば、そのヒートシンクを含む半導体装置を提供することができる。またさらに、本発明の実施の形態によれば、半導体装置を含む半導体モジュールを提供することができる。
【符号の説明】
【０１８３】
１１…ヒートシンク、１３…ベース、１５…金属領域、１８…金属・ダイヤモンド複合物、１７…ダイヤモンド粒子、１９…金属、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ…突起、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ…窪み、３１…半導体装置、３３…半導体デバイス、３５…半田材。
【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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【図１１】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１２】
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