(57)【要約】【課題】光反射層の硫化を防止して高い光反射率とボンディングワイヤの良好な接合とが長期間維持される光反射/ワイヤボンディング部を具備する半導体発光装置用基材およびそれを用いた半導体発光装置を提供する。【解決手段】本発明に係る半導体発光装置用基材は、半導体発光素子を搭載しボンディングワイヤによって前記半導体発光素子と接続される金属部を有し、前記金属部は、前記半導体発光素子が搭載される面側に光反射/ワイヤボンディング部が形成され、前記光反射/ワイヤボンディング部は、銀またはニッケルからなる接合層と、チタンまたはパラジウムからなるバリア層と、アルミニウムからなる光反射層とがその順に積層された構造を有し、前記光反射層は、その厚さが0.03μm以上0.5μm以下であり、かつその平均表面粗さが0.1μm以下であることを特徴とする。【選択図】図２
2013235985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光装置用の基材であって、
前記基材は、半導体発光素子を搭載しボンディングワイヤによって前記半導体発光素子と接続される金属部を有し、
前記金属部は、前記半導体発光素子が搭載される面側に光反射/ワイヤボンディング部が形成され、
前記光反射/ワイヤボンディング部は、銀またはニッケルからなる接合層と、チタンまたはパラジウムからなるバリア層と、アルミニウムからなる光反射層とがその順に積層された構造を有し、
前記光反射層は、その厚さが0.03μm以上0.5μm以下であり、かつその平均表面粗さが0.1μm以下であることを特徴とする半導体発光装置用基板。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体発光装置用基板において、
前記接合層は銀からなりその厚さが0.5μm以上4μm未満であり、
前記接合層に対する前記光反射層の膜厚比が0.01超0.05以下であることを特徴とする半導体発光装置用基板。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体発光装置用基板において、
前記光反射/ワイヤボンディング部における前記ボンディングワイヤの接合は、前記光反射層が貫通され、前記バリア層と前記ボンディングワイヤとの金属接合、および/または前記接合層と前記ボンディングワイヤとの金属接合によってなされていることを特徴とする半導体発光装置用基板。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体発光装置用基板において、
前記光反射/ワイヤボンディング部における波長460 nmの光に対する初期反射率が90％以上であり、前記ボンディングワイヤの2ndボンディング強度が60 mN以上であることを特徴とする半導体発光装置用基板。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の半導体発光装置用基板を用いていることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項６】
請求項１に記載の半導体発光装置用基板において、
前記接合層はニッケルからなり、
前記光反射層の厚さが0.3μm以上0.5μm以下であり、
前記接合層に対する前記光反射層の膜厚比が0.42以上0.72以下であることを特徴とする半導体発光装置用基板。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体発光装置用基板において、
前記光反射/ワイヤボンディング部における前記ボンディングワイヤの接合は、少なくとも前記光反射層と前記ボンディングワイヤとの金属接合によってなされていることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の半導体発光装置用基板において、
前記光反射/ワイヤボンディング部における波長460 nmの光に対する初期反射率が90％以上であり、前記ボンディングワイヤの2ndボンディング強度が60 mN以上であることを特徴とする半導体発光装置用基板。
【請求項９】
請求項６乃至請求項８のいずれかに記載の半導体発光装置用基板を用いていることを特徴とする半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子を搭載するための基材に関し、特に長期信頼性に優れた半導体発光装置用基材およびそれを用いた半導体発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光装置（例えば、発光ダイオード（LED）やレーザーダイオード（LD））は、一般的に、接続端子が形成された基材（例えば、金属基材や金属樹脂複合基材）の上に半導体発光素子が搭載され、半導体発光素子と基材の一部とが外囲器（例えば、モールド樹脂による）で包囲された構成となっている。基材に形成された接続端子の一端は、外囲器内でボンティングワイヤ等により半導体発光素子と電気的に接続され、接続端子の他端は、外囲器から露出して外部端子となる。
【０００３】
このような構成の半導体発光装置のなかでLEDでは、半導体素子（チップ）で発生した光を効率よく外部に取り出すために、チップを搭載する基材の表面に光反射層を形成する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、一対の導電部と、一方の導電部に設けられた素子実装部上に接合されると共に、双方の導電部に対して電気的に接続された半導体発光素子とを含み、透明樹脂部、または、枠状部と枠状部内を充填する透明樹脂部にて、上記半導体発光素子及び各導電部の一部を覆う半導体発光装置において、上記各導電部は、少なくとも表面が金属層から構成され、上記各導電部は、素子実装部及びその周辺領域において、上記金属層の表面にAg（銀）層を備え、上記各導電部は、上記透明樹脂部、または、枠状部から導出される端子部において、上記金属層の最表面にAu（金）層を備え、当該Au層の上記素子実装部側の端部は、上記透明樹脂部または枠状部により覆われていることを特徴とする半導体発光装置が、開示されている。特許文献１によると、半導体発光素子から基材側に向かって出射された光が光反射率の高いAg層で反射されるため、光の取り出し効率が向上するとされている。
【０００４】
また、特許文献２には、基板と、上記基板の表面に形成された金属部と、上記基板上に搭載されたLEDチップと、上記金属部の少なくとも一部を覆う樹脂製のプライマーと、上記LEDチップと上記プライマーの少なくとも一部とを覆って上記LEDチップを封止する封止樹脂部とを備え、上記プライマーは、上記封止樹脂部よりもガス遮断性が高い樹脂で作製されていることを特徴とする発光装置が、開示されている。特許文献２によると、該プライマーは、封止樹脂部よりもガス遮断性が高い樹脂で作製されていて基板の表面に形成された金属部を覆っているので、熱や光を受ける環境下でもガス遮断性を向上でき、その結果、金属部の硫化を抑制できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１４９８２３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１０２７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された半導体発光装置では、外囲器として利用される透明樹脂部が透明エポキシ樹脂等から構成されており、硫化水素等の大気中のガスが透明樹脂部を透過してしまうことがある。その場合、該ガスと銀層とが反応して硫化物を生成して黒化するため、銀層の光反射率が大きく低下するという問題が生じる。特許文献２に記載された半導体発光装置は特許文献１の問題を解決する一方法を開示していると考えられるが、利用する外囲器樹脂材料の耐熱性・耐光性に起因した制限があるのは特許文献２に記載の通りである。
【０００７】
また、特許文献１の問題を解決する別の方法としては、銀層の表面に硫化防止用の薄い有機保護膜を施すことも提案されている。しかしながら、当該技術では、ワイヤボンディング性を安定化させるためにワイヤボンディング工程の前に通常行われるプラズマ洗浄工程等により、有機保護膜が劣化する可能性が高く、その結果、銀層の硫化防止効果が失われるという問題がある。
【０００８】
近年、半導体発光装置に対して、高輝度化の要求や高耐久性化（長期信頼性向上）の要求が、ますます強まっている。高輝度化にあたっては、前述した光反射構造の導入の他に、発光素子における発光効率の向上や大電流化が検討されている。一方、高耐久性化にあたっては、光反射層の硫化を防止して高い反射率を長期間維持することが一つの解になる。
【０００９】
特に光反射層の硫化が生じると、生成した硫化物皮膜が高抵抗層となり通電電流の低下（それによる発光輝度の低下）を引き起こすことに加えて、ワイヤボンディングの接合状態を劣化させ、経時的にボンディングワイヤの接続不良（脱離）が起きるという問題も発生する。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、上記要求を満たすために、光反射層の硫化を防止して高い光反射率とボンディングワイヤの良好な接合とが長期間維持される光反射/ワイヤボンディング部を具備する半導体発光装置用基材およびそれを用いた半導体発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（I）本発明の一態様によると、半導体発光装置用の基材であって、前記基材は、半導体発光素子を搭載しボンディングワイヤによって前記半導体発光素子と接続される金属部を有し、前記金属部は、前記半導体発光素子が搭載される面側に光反射/ワイヤボンディング部が形成され、前記光反射/ワイヤボンディング部は、銀またはニッケルからなる接合層と、チタンまたはパラジウムからなるバリア層と、アルミニウムからなる光反射層とがその順に積層された構造を有し、前記光反射層は、その厚さが0.03μm以上0.5μm以下であり、かつその平均表面粗さが0.1μm以下であることを特徴とする半導体発光装置用基板が提供される。
【００１２】
本発明は、上記の本発明に係る半導体発光装置用基板において、以下のような改良や変更を加えることができる。
（i）前記接合層は銀からなりその厚さが0.5μm以上4μm未満であり、前記接合層に対する前記光反射層の膜厚比が0.01超0.05以下である。
（ii）前記接合層が銀からなる場合に、前記光反射/ワイヤボンディング部における前記ボンディングワイヤの接合は、前記光反射層が貫通され、前記バリア層と前記ボンディングワイヤとの金属接合、および/または前記接合層と前記ボンディングワイヤとの金属接合によってなされている。
（iii）前記接合層はニッケルからなり、前記光反射層の厚さが0.3μm以上0.5μm以下であり、前記接合層に対する前記光反射層の膜厚比が0.42以上0.72以下である。
（iv）前記接合層がニッケルからなる場合に、前記光反射/ワイヤボンディング部における前記ボンディングワイヤの接合は、少なくとも前記光反射層と前記ボンディングワイヤとの金属接合によってなされている。
（v）前記光反射/ワイヤボンディング部における波長460 nmの光に対する初期反射率が90％以上であり、前記ボンディングワイヤの2ndボンディング強度が60 mN以上である。
【００１３】
（II）本発明の他の態様によると、上記の本発明に係る半導体発光装置用基板を用いていることを特徴とする半導体発光装置が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、光反射層の硫化を防止して高い光反射率とボンディングワイヤの良好な接合とが長期間維持される光反射/ワイヤボンディング部を具備する半導体発光装置用基材およびそれを用いた半導体発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る半導体発光装置の一例を示す断面模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置の2ndボンディング領域を示す拡大断面模式図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置の2ndボンディング領域を示す拡大断面模式図である。
【図４】実施例６における2ndボンディング領域を観察した平面スケッチ例である。
【図５】比較例６における2ndボンディング領域を観察した平面スケッチ例である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る半導体発光装置およびその製造方法の実施形態について、図面を参照しながら、具体的な実施例および比較例により詳細に説明する。なお、本発明はそれらの実施例に限定されるものではない。
【００１７】
（半導体発光装置）
以下では、半導体発光装置の代表としてLEDについて説明する。図１は、本発明に係る半導体発光装置の一例を示す断面模式図である。図１に示したように、半導体発光装置10は、基材に形成された金属部20（ダイパッド21、インナーリード22、アウターリード23）の上に半導体発光素子30が搭載され、半導体発光素子30と基材の金属部20の一部（ダイパッド21、インナーリード22）とが外囲器40で包囲された構成となっている。半導体発光素子30の端子とインナーリード22とは外囲器40内でボンティングワイヤ50により接続され、アウターリード23は外囲器40から露出して外部端子となる。
【００１８】
ワイヤボンディングは、通常、次のような手順で行われる。まず、ワイヤボンディング用の接合ツール（キャピラリ）の先端から突出させたボンティングワイヤ50に対して、放電によって線端に球（フリーエアーボール）を形成する。次に、該フリーエアーボールを半導体発光素子30側の電極にボールボンディングする（1stボンディング領域51）。次に、半導体発光素子30側の電極に対応するインナーリード22に該ボンディングワイヤ50をステッチボンディングする（2ndボンディング領域52）。その後、フリーエアーボールの形成工程に戻る。
【００１９】
また、前述したように、本発明に係る半導体発光装置10は、金属部20（特に、ダイパッド21、インナーリード22）における半導体発光素子30が搭載される面側に、光反射/ワイヤボンディング部が形成されている。当該光反射/ワイヤボンディング部は、銀またはニッケルからなる接合層と、チタンまたはパラジウムからなるバリア層と、アルミニウムからなる光反射層とがその順に積層された構造を有している。光反射/ワイヤボンディング部について、以下でより詳細に説明する。
【００２０】
［本発明の第１の実施形態］
図２は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置の2ndボンディング領域を示す拡大断面模式図である。図２に示したように、ワイヤボンディングされる金属部であるインナーリード22における半導体発光素子が搭載される面側には光反射/ワイヤボンディング部60が形成され、当該光反射/ワイヤボンディング部60に対してボンディングワイヤ50がステッチボンディング（2ndボンディング）されている。本実施形態では、2ndボンディング領域52において、ボンディングワイヤ50の接合は、光反射層63が貫通され、バリア層62および/または接合層61との金属接合によってなされている。
【００２１】
接合層61は、銀（Ag）からなることが好ましく、光反射/ワイヤボンディング部60を基材の金属部20に接合するための層として機能する。良好な接合性を実現するためには、接合層61（Ag層）の厚さは0.5μm以上が望ましい。一方、4μm以上になると、材料コストが増大することに加えて、接合層61（Ag層）の表面平滑性が低下して光反射層63の反射効率が低下するため、接合層61（Ag層）の厚さは4μm未満が望ましい。なお、本発明において、銀は銀合金を含むものとする。
【００２２】
光反射/ワイヤボンディング部60を構成するバリア層62は、チタン（Ti）またはパラジウム（Pd）からなることが好ましく、前述の接合層61（Ag層）と後述する光反射層63（アルミニウム層）との金属反応を抑制する層として機能する。バリア層62（Ti層またはPd層）の厚さは、0.01μm以上であれば十分機能する。一方、0.2μmを超えると、バリア層62の表面平滑性が低下し、光反射層63の反射効率が低下するため、バリア層62の厚さは0.2μm以下が望ましい。なお、本発明において、チタンはチタン合金を含み、パラジウムはパラジウム合金を含むものとする。
【００２３】
光反射/ワイヤボンディング部60を構成する光反射層63は、アルミニウム（Al）からなり、半導体発光素子30から出た光を反射する層として機能する。アルミニウムは、銀に比してはるかに硫化しにくい金属である。また、アルミニウムは高い光反射率を有し、その紫外線領域での反射率は、銀のそれの３倍以上と高い。なお、本発明において、アルミニウムはアルミニウム合金を含むものとする。また、言うまでもないが、アルミニウムは有機保護膜よりもはるかに高い耐熱性を有する。
【００２４】
光反射層63（Al層）は、その厚さや、表面平坦性（例えば、平均表面粗さ）や、接合層61との組み合わせ（接合層61の素材や、接合層61に対する光反射層63の膜厚比）により、光反射率およびワイヤボンディング性（例えば、2ndボンディング強度）に大きく影響を及ぼす。半導体発光素子30から出た光の有効活用の観点から、光反射層63（Al層）は、例えば、波長460 nmの光に対する初期反射率として90％以上が望まれている。また、ボンディングワイヤ接続不良を防止するため、光反射/ワイヤボンディング部60におけるボンディングワイヤ50の2ndボンディング強度（初期強度）は、60 mN以上であることが望まれている。
【００２５】
初期反射率の要求を満たすため、光反射層63（Al層）は、平均表面粗さが0.1μm以下であることが望ましい。さらに、その平均表面粗さと2ndボンディング初期強度とを両立させるため、光反射層63（Al層）の厚さが少なくとも0.03μm以上であり、かつ接合層61に対する光反射層63の膜厚比「(Al層の厚さ)/(Ag層の厚さ)」が0.01超0.05以下の範囲に入ることが望ましい。それらの範囲を逸脱すると、初期反射率が要求レベルを満たせなくなる。詳細は後述する。
【００２６】
半導体発光素子を搭載する基材に特段の限定はなく、従前のものを利用できる。例えば、金属リードフレームや、金属シートと樹脂材との複合材が挙げられる。金属種としては、銅、銅合金、鉄−ニッケル合金などが挙げられ、複合する樹脂材としては、ガラスエポキシ基板、ポリイミド樹脂シートなどが挙げられる。
【００２７】
（実施例１〜３および比較例１，２の半導体発光装置用基材の作製）
次のような手順により、半導体発光装置用基材を４種類作製した。まず、銅合金製のリードフレームを用意し、LED素子が搭載される面に接合層（Ag層、厚さ3μm）を電解めっきにより形成した。次に、接合層（Ag層）上に、バリア層（Ti層、厚さ0.01μm）と光反射層（Al層、厚さ0.01〜0.1μm）とを連続的にスパッタ成膜して、光反射/ワイヤボンディング部を形成した。すなわち、光反射層の厚さを種々変化させて、光反射層が厚さ0.01μmの基材（比較例２）、光反射層が厚さ0.03μmの基材（実施例１）、光反射層が厚さ0.05μmの基材（実施例２）、光反射層が厚さ0.1μmの基材（実施例３）を用意した。スパッタ成膜には、２元ターゲットのDCマグネトロンスパッタ装置を用い、低圧アルゴン雰囲気下（1 Pa）で行った。単位時間あたりの成膜厚さを事前に測定し、成膜時間を変化させることで膜厚を制御した。
【００２８】
また、Ti層とAl層とを成膜せずにAg層（厚さ3μm）のみで光反射/ワイヤボンディング部とした従来技術の基材（比較例１）を別途用意した。各基材（実施例１〜３および比較例１，２）の光反射/ワイヤボンディング部（LR/WB部）の構成を後述する表１に示す。
【００２９】
（実施例４，５および比較例３の半導体発光装置用基材の作製）
半導体発光装置用基材を更に３種類作製した。前述と同様に、銅合金製のリードフレームを用意し、LED素子が搭載される面に接合層（Ag層、厚さ1〜4μm）を電解めっきにより形成した。次に、接合層（Ag層）上に、バリア層（Ti層、厚さ0.01μm）と光反射層（Al層、厚さ0.05μm）とを連続的にスパッタ成膜して、光反射/ワイヤボンディング部を形成した。すなわち、接合層の厚さを種々変化させて、接合層が厚さ1μmの基材（実施例４）、接合層が厚さ2μmの基材（実施例５）、接合層が厚さ4μmの基材（比較例３）を用意した。各基材（実施例４，５および比較例３）の光反射/ワイヤボンディング部（LR/WB部）の構成を後述する表２に示す。なお、表２には、実施例２のデータも合わせて表記した。
【００３０】
（実施例１〜５および比較例１〜３の半導体発光装置の作製）
上記で用意した基材の光反射/ワイヤボンディング部（LR/WB部）にLED素子を搭載し、LR/WB部とLED素子とをワイヤボンディング（ボールボンディング方式）で接続して、実施例１〜５および比較例１〜３のLEDを作製した。ワイヤボンディングを行う直前に、LR/WB部に対してアルゴンプラズマ洗浄を行った。ワイヤボンディングには、マニュアルワイヤーボンダ（キューリック・アンドソファ・ジャパン株式会社、Model 4522）を使用し、接合ツールとして先端径160μmのキャピラリを用いた。ボンディング条件は、ボンディングワイヤ（金（Au）線、直径25μm）を用い、超音波パワー0.12 J/s、超音波印加時間20 ms、押付荷重395 mNで統一した。なお、後述する試験・評価の簡便化のため、モールド樹脂による外囲器の形成は省略した。
【００３１】
（実施例１〜５および比較例１〜３の試験・評価）
（１）光反射/ワイヤボンディング部の平均表面粗さ
実施例１〜５および比較例１〜３の基材に対し、光反射/ワイヤボンディング部の光反射層の平均表面粗さRaを測定した。平均表面粗さの測定には、レーザ顕微鏡を使用した。260μm×200μmの領域を観察し、該領域の中心線平均粗さを平均表面粗さRaとした。なお、使用した銅合金リードフレームの平均表面粗さは、0.05μmであった。結果を表１，２に併記する。
【００３２】
（２）光反射/ワイヤボンディング部の初期反射率
実施例１〜５および比較例１〜３の基材に対し、波長460 nmの光を利用して光反射/ワイヤボンディング部の初期反射率を測定した。光の反射率測定には、分光測色計（コニカミノルタセンシング株式会社、CM-2600d）を使用した。測定された反射率は、正反射と拡散反射との合計（全反射率）であり、当該波長（460 nm）における硫酸バリウムの反射率を基準（100％）とした。測定された反射率が、90％以上を「合格」と判定し、90％未満を「不合格」と判定した。結果を表１，２に併記する。
【００３３】
（３）2ndボンディング強度
実施例１〜５および比較例１〜３のLEDに対し、2ndボンディング強度の測定を行った。ボンディング強度の測定は、ボンドテスタ（デイジ・ジャパン株式会社、シリーズ4000）を用いてワイヤピールテストで行った。測定された強度の平均（10点平均）が、60 mN以上を「合格」と判定し、60 mN未満を「不合格」と判定した。なお、使用したボンディングワイヤ（Au線、直径25μm）単体の破断強度は、約110 mNであった。結果を表１，２に併記する。
【００３４】
（４）光反射/ワイヤボンディング部の耐硫化特性
実施例２および比較例１のLEDに対し、加速硫化試験を施した後、光反射/ワイヤボンディング部の反射率を前記と同様に測定した。加速硫化試験の条件は、相対湿度80％の雰囲気中で、硫化水素（H2S）濃度3 ppmの水溶液（温度40℃）を連続噴霧した（JIS H 8502：めっきの耐食性試験方法に準拠）。加速硫化試験後の反射率比が、初期反射率の80％以上を「合格」と判定し、80％未満を「不合格」と判定した。また、加速硫化試験を施したLEDに対して動作試験を行い、「発光」または「非発光」を判定した。結果を表１，２に併記する。
【００３５】
【表１】
2013235985.tif 000003
【００３６】
【表２】
2013235985.tif 000004
【００３７】
表１，２に示したように、本実施形態に係る実施例１〜５は、従来技術の比較例１と同等の初期反射率が得られると共に、要求される2ndボンディング強度を満たしていた。また、耐硫化特性において、本実施形態に係る実施例２は、2000時間の加速硫化試験を施した後でも、硫化試験後反射率比が高く（すなわち、反射率の低下が小さく）、動作試験も良好な結果が得られた。実施例１〜５に対して、波長350〜750 nmの範囲の光で初期反射率を別途測定したところ、全波長範囲で90％以上の反射率を示すことが確認された。
【００３８】
一方、従来技術の比較例１では、24時間の加速硫化試験で反射率が大きく低下したと共にLEDも非発光となり、従来技術の問題点が再現された。光反射層（Al層）が薄い比較例２は、初期反射率が不合格であった。接合層（Ag層）が厚い比較例３は、光反射層の平均表面粗さが大きく、初期反射率が不合格であった。
【００３９】
表１，２のような結果となった要因を確認するため、走査型電子顕微鏡（SEM）を用いて、各LEDの2ndボンディング領域の微細組織を観察した。その結果、実施例１〜５では、ボンディングワイヤ（Au線）が、光反射層（Al層）を貫通し、バリア層（Ti層）および/または接合層（Ag層）と良好な金属接合をしていた。また、硫化試験後においても、ボンディングワイヤ（Au線）は、バリア層（Ti層）および/または接合層（Ag層）と良好な金属接合をしていた。なお、2ndボンディングの接合構造（Ti層および/またはAg層との金属接合）は、ボンディング条件（例えば、超音波パワー、超音波印加時間）の影響をほとんど受けないことを別途確認した。
【００４０】
一方、比較例１では、硫化試験前において、ボンディングワイヤ（Au線）がAg層と良好な金属接合をしていたが、硫化試験後において、Ag層の表面（Au線との界面を含む）に硫化物層が形成しており、それによりAu線の接続不良が生じていることが判った。比較例２では、光反射層（Al層）が薄過ぎるため、一部分で酸化が生じたときにその影響が無視できないこと、および/または一部分で不完全な被覆が生じたときに下地のバリア層（Ti層）が露出することから、初期反射率が大きく低下したものと考えられた。
【００４１】
上記の実験から、光反射/ワイヤボンディング部における光反射層（Al層）は、平均表面粗さが0.1μm以下で、かつ厚さが0.03μm以上必要であることが判った。また、接合層が銀からなる場合、該接合層の厚さが0.5μm以上4μm未満が必要であることが判った。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態によれば、光反射層の硫化を防止して高い光反射率とボンディングワイヤの良好な接合とが長期間維持される光反射/ワイヤボンディング部を具備する半導体発光装置用基材およびそれを用いた半導体発光装置が得られることが実証された。
【００４３】
［本発明の第２の実施形態］
図３は、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置の2ndボンディング領域を示す拡大断面模式図である。図３に示したように、ワイヤボンディングされる金属部であるインナーリード22における半導体発光素子が搭載される面側には光反射/ワイヤボンディング部60’（接合層64、バリア層62、光反射層63）が形成され、当該光反射/ワイヤボンディング部60’に対してボンディングワイヤ50がステッチボンディング（2ndボンディング）されている。本実施形態では、2ndボンディング領域52’において、ボンディングワイヤ50の接合は、少なくとも光反射層63との金属接合によってなされている。
【００４４】
本実施形態では、接合層64は、ニッケル（Ni）からなることが好ましく、光反射/ワイヤボンディング部60’を基材の金属部20に接合するための層として機能する。良好な接合性を実現するためには、接合層64（Ni層）の厚さは0.5μm以上が望ましい。一方、4μm以上になると、光反射/ワイヤボンディング部60’全体としての硬さ（等価硬さ）が高くなり過ぎることに加えて、接合層64（Ni層）の表面平滑性が低下して光反射層63の反射効率が低下するため、接合層64（Ni層）の厚さは4μm未満が望ましい。なお、本発明において、ニッケルはニッケル合金を含むものとする。
【００４５】
第１の実施形態と同様に、光反射/ワイヤボンディング部60’を構成する光反射層63は、アルミニウム（Al）からなり、半導体発光素子30から出た光を反射する層として機能する。初期反射率の要求を満たすため、光反射層63（Al層）は、平均表面粗さが0.1μm以下であることが望ましい。さらに、その平均表面粗さと2ndボンディング初期強度とを両立させるため、光反射層63（Al層）の厚さが0.3μm以上0.5μm以下の範囲に入り、かつ接合層64に対する光反射層63の膜厚比「(Al層の厚さ)/(Ni層の厚さ)」が0.42以上0.72以下の範囲に入ることが望ましい。それらの範囲を逸脱すると、初期反射率または2ndボンディング初期強度が要求レベルを満たせなくなる。詳細は後述する。
【００４６】
（実施例６〜８および比較例４〜７の半導体発光装置用基材の作製）
第１の実施形態と類似の手順により、半導体発光装置用基材を７種類作製した。まず、銅合金製のリードフレームを用意し、LED素子が搭載される面に接合層（Ni層、厚さ0.7μm）を電解めっきにより形成した。次に、接合層（Ni層）上に、バリア層（Pd層、厚さ0.05μm）を電解めっきにより形成した。さらに、バリア層（Pd層）上に、光反射層（Al層、厚さ0.05〜0.6μm）をスパッタ成膜して、光反射/ワイヤボンディング部（LR/WB部）を形成した。すなわち、光反射層の厚さを種々変化させて、光反射層が厚さ0.05μmの基材（比較例４）、光反射層が厚さ0.1μmの基材（比較例５）、光反射層が厚さ0.2μmの基材（比較例６）、光反射層が厚さ0.3μmの基材（実施例６）、光反射層が厚さ0.4μmの基材（実施例７）、光反射層が厚さ0.5μmの基材（実施例８）、光反射層が厚さ0.6μmの基材（比較例７）を用意した。各基材（実施例６〜８および比較例４〜７）の光反射/ワイヤボンディング部（LR/WB部）の構成を後述する表３，４に示す。
【００４７】
（実施例６〜８および比較例４〜８の半導体発光装置の作製）
上記で用意した基材の光反射/ワイヤボンディング部（LR/WB部）にLED素子を搭載し、LR/WB部とLED素子とをワイヤボンディング（ボールボンディング方式）で接続して、実施例６〜８および比較例４〜７のLEDを作製した。ワイヤボンディングを行う直前に、LR/WB部に対してアルゴンプラズマ洗浄を行った。ワイヤボンディングに用いた装置は、前述した第１の実施形態と同じにした。接合ツールとして先端径200μmのキャピラリを用いた。ボンディング条件は、ボンディングワイヤ（金（Au）線、直径25μm）を用い、超音波パワー0.36 J/s、超音波印加時間20 ms、押付荷重519 mNで統一した。さらに、前述の第１の実施形態で用意した比較例１の基材に対して、先端径200μmのキャピラリを用いてLED素子を搭載・接続した比較例８のLEDも作製した。また、試験・評価の簡便化のため、本実施形態においてもモールド樹脂による外囲器の形成は省略した。
【００４８】
（実施例６〜８および比較例４〜８の試験・評価）
「光反射/ワイヤボンディング部（LR/WB部）の平均表面粗さ」、「LR/WB部の初期反射率」および「2ndボンディング強度」について、第１の実施形態と同様に試験・評価した。また、「LR/WB部の耐硫化特性」について、実施例７および比較例８に対して第１の実施形態と同様に試験・評価した。結果を表３，４に併記する。
【００４９】
【表３】
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【００５０】
【表４】
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【００５１】
表３，４に示したように、本実施形態に係る実施例６〜８は、従来技術の比較例８と同等の初期反射率が得られると共に、要求される2ndボンディング強度を満たしていた。また、耐硫化特性において、本実施形態に係る実施例７は、2000時間の加速硫化試験を施した後でも、硫化試験後反射率比が高く（すなわち、反射率の低下が小さく）、動作試験も良好な結果が得られた。実施例６〜８に対して、波長350〜750 nmの範囲の光で初期反射率を別途測定したところ、全波長範囲で90％以上の反射率を示すことが確認された。
【００５２】
一方、光反射層（Al層）が比較的薄い比較例４〜６は、初期反射率において合格であったが、2ndボンディング初期強度において不合格であった。光反射層（Al層）が厚い比較例７は、光反射層の平均表面粗さが大きく、初期反射率が不合格であった。従来技術の比較例８では、24時間の加速硫化試験で反射率が大きく低下したと共にLEDも非発光となり、従来技術の問題点が再現された。
【００５３】
表３，４のような結果となった要因を確認するため、走査型電子顕微鏡（SEM）を用いて、各LEDの2ndボンディング領域の微細組織を観察した。その結果、実施例６〜８および比較例４〜７で、ボンディングワイヤ（Au線）は、少なくとも光反射層（Al層）と金属接合をしていた。また、実施例７では、硫化試験後においても、ボンディングワイヤ（Au線）は、光反射層（Al層）と良好な金属接合をしていた。
【００５４】
一方、2ndボンディング（ステッチボンディング）の形状において、実施例６〜８の場合と比較例４〜６の場合とで差異が見られた。図４は、実施例６における2ndボンディング領域を観察した平面スケッチ例である。図５は、比較例６における2ndボンディング領域を観察した平面スケッチ例である。図４に示したように、実施例６〜８の場合は、2ndボンディングのステッチ幅がいずれもボンディングワイヤ径の3倍以下であった。これに対し、図５に示したように、比較例４〜６の場合は、いずれもステッチ幅がボンディングワイヤ径の3倍超であった。なお、2ndボンディングのステッチ長さは、実施例６〜８および比較例４〜７のすべてで約60μmであった。
【００５５】
前述したように本実施形態ではボンディング条件を統一していることから、ステッチ幅の差異は、光反射/ワイヤボンディング部全体としての硬さ（等価硬さ）の差異に起因すると考えられた。ステッチ幅が増大することは、ボンディングワイヤの変形量の増大であり、ボンディング部分でボンディングワイヤ厚さがより減少することを意味する。それにより、ワイヤに掛かる引張応力がボンディングワイヤの薄い部分に集中しやすくなり、2ndボンディング強度が低下したものと考えられた。
【００５６】
上記の実験から、本実施形態のように接合層がNi層である場合、2ndボンディング強度の観点から、光反射/ワイヤボンディング部における光反射層（Al層）の厚さは0.3μm以上が必要であることが判った。また、初期反射率の観点から、光反射層（Al層）は、平均表面粗さが0.1μm以下であることが必要と確認され、厚さが0.5μm以下であることが必要と判った。本実施形態の場合、接合層（Ni層）に対する光反射層（Al層）の膜厚比「(Al層の厚さ)/(Ni層の厚さ)」は、0.42以上0.72以下となる。
【００５７】
以上説明したように、本実施形態によれば、光反射層の硫化を防止して高い光反射率とボンディングワイヤの良好な接合とが長期間維持される光反射/ワイヤボンディング部を具備する半導体発光装置用基材およびそれを用いた半導体発光装置が得られることが実証された。
【００５８】
本発明に係る半導体発光装置は、幅広い波長範囲（350〜750 nm）の光に対する優れた光反射特性と高い耐硫化特性とを兼ね備えることから、長期間に渡り優れた発光特性を発揮することが可能となる。なお、詳細は省略するが、本発明の半導体発光装置は、樹脂硬化用の光照射装置、医療/衛生用の殺菌装置、位置検出装置、植物育成用の照明装置などに対して好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
10…半導体発光装置、
20…金属部、21…ダイパッド、22…インナーリード、23…アウターリード、
30…半導体発光素子、40…外囲器、50…ボンティングワイヤ、
51…1stボンディング領域、52，52’…2ndボンディング領域、
60，60’…光反射/ワイヤボンディング部、
61，65…第１下地層、62，64…第２下地層、63…光反射層。
【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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