專利名稱：發(fā)光元件及發(fā)光元件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光元件及發(fā)光元件的制造方法。
背景技術(shù)：
專利文獻(xiàn)l:特開平2-260671號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)2:特開平9-27498號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)3:特開2003-142731號(hào)公報(bào)
非專利文獻(xiàn)l: 「高可靠性Sn-Ag系無(wú)鉛焊料的開發(fā)」豐田中央研 究所R&D review Vol.35 No.2(2000) 39頁(yè)
以化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的發(fā)光元件，雖然長(zhǎng)期以來(lái)采用以位在光取出 面?zhèn)鹊闹鞅砻鏋榈谝恢鞅砻?、與此相反側(cè)的主表面為第二主表面，使用 銀漿將組件芯片背面的第二主表面惻的電極黏著在金屬臺(tái)的構(gòu)造(專利 文獻(xiàn)1)，但為了謀求芯片安裝步驟的效率化，亦在研究是否改變?yōu)轭愃?于所謂覆晶法、使用熔焊料的安裝步驟(專利文獻(xiàn)2)。在電子組件的構(gòu)裝 步驟中提到「焊料」時(shí)，通常是指Pb-Sn系焊料，特別是由低熔點(diǎn)的 Pb-38質(zhì)量7。Sn合金構(gòu)成的共晶焊料一直被廣泛地使用著(熔點(diǎn) 183°C)。但是，近年來(lái)，由于環(huán)境污染的問(wèn)題，使用不含Pb(或所 謂的Pb含有量少于上述共晶焊料)的低Pb焊料來(lái)代替長(zhǎng)久以來(lái)的 Sn-Pb共晶悍料的要求越來(lái)越高。
作為替代周知的Pb系焊料的低Pb焊料，在過(guò)去，雖持續(xù)研究以Sn 為主成分的焊料(非專利文獻(xiàn)1)，但由于以Sn為主成分的焊料有氧化方 面的疑慮，因此研究中并不常用作發(fā)光元件芯片安裝之用。具體而言， 由于Au-Sn系焊料亦具有良好的耐蝕性，因此提出適合將其作為發(fā)光元 件芯片安裝用的焊料(專利文獻(xiàn)3)。
專利文獻(xiàn)3的安裝結(jié)構(gòu)，是在發(fā)光元件芯片的第二主表面?zhèn)刃纬蓺W 姆接觸形成用的Au的接合合金化層(合金層)，并作為與此接合合金化層 間的擴(kuò)散防止層而設(shè)置Mo層，進(jìn)一步設(shè)置熔點(diǎn)高于Au-Su焊料的AuGe 合金層作為金屬膜，最后在此AuGe合金層上設(shè)置形成有熔焊用的Au-Su 焊料層。根據(jù)專利文獻(xiàn)3的記載，雖然過(guò)去是以Au層覆蓋Mo層，然后 在此Au層上形成Au-Sn系焊料層，但是在熔焊時(shí)Au層會(huì)被Au-Sn系悍 料層吃掉，因Au-Sn系焊料層與Mo層直接接觸而造成密合力降低，而 有Au-Sn系焊料層與Mo層之間易生剝離的問(wèn)題。因此，通過(guò)設(shè)置熔點(diǎn) 高于Au-Sn系焊料(即，熔悍時(shí)不會(huì)熔融)的AuGe合金層來(lái)代替Au層， 以避免Au-Sn系焊料層與Mo層直接接觸，并提高密合性。

發(fā)明內(nèi)容
但是，本發(fā)明人經(jīng)研究后，發(fā)現(xiàn)即使采用上述專利文獻(xiàn)3的構(gòu)成， Au-Sn系焊料層的剝離問(wèn)題亦不容易獲得解決。專利文獻(xiàn)3中，雖然舉 出Au-Sn系焊料層與Mo層間的密合不良是造成剝離的原因，但是實(shí)際 上Au-Sn系焊料層本身是硬質(zhì)且延展性低，作為密合對(duì)象的AuGe合金 的延展性也不是那么高，因此無(wú)法藉由材料的塑性變形來(lái)吸收施加沖擊、 熱加工時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)力，而造成剝離。
本發(fā)明的課題，是在以通過(guò)Au-Sn系焊料層進(jìn)行安裝為前提的發(fā)光 元件里，提供一種Au-Sn系焊料層與接合合金化層之間具有更加優(yōu)異的 接合可靠性，進(jìn)而使Au-Sn系焊料層的剝離等現(xiàn)象不易產(chǎn)生的組件構(gòu)造 (以及使用此組件構(gòu)造的發(fā)光元件模塊)與其制造方法。
本發(fā)明的發(fā)光元件，其具有發(fā)光層部的化合物半導(dǎo)體層，是以位于 光取出面?zhèn)鹊闹鞅砻鏋榈谝恢鞅砻妗⒁院偷谝恢鞅砻嫦喾磦?cè)的主表面為
第二主表面，在該化合物半導(dǎo)體層的第一主表面、第二主表面分別形成
第一電極、第二電極，通過(guò)該第二電極和作為組件安裝對(duì)象的通電支持 體形成導(dǎo)通連接而使用，其特征在于
該第二電極，具備接合合金化層與焊料層；
該接合合金化層，與該化合物半導(dǎo)體層的第二主表面接觸而設(shè)置， 用以降低與該化合物半導(dǎo)體層的接合阻抗；
該焊料層，是用以將該接合合金化層連接于該通電支持體(例如金 屬框架)，由設(shè)置在該接合合金化層側(cè)、以Sn為主成分且熔點(diǎn)低于該接
合合金化層的Sn系金屬構(gòu)成的Sn系焊料層，以及位于相對(duì)該Sn系焊料 層的該接合合金化層的相反側(cè)、與Sn系焊料層接觸設(shè)置的Au-Sn系悍料 層所構(gòu)成；
該Au-Sn系焊料層含有30質(zhì)量％ 90質(zhì)量％的Au、與10質(zhì)量％ 70質(zhì)量％的Sn， Au與Sn的合計(jì)含有量大于或等于80質(zhì)量％ 。
另外，在Sn系焊料中的似Sn作為主成分」指的是Sn的含有量大 于或等于50質(zhì)量％。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件，在位于化合物半導(dǎo)體層的安裝側(cè)的第二電 極上，采用Au-Sn系焊料層作為安裝用的焊料材，該Au-Sn系焊料層是 以Au為主成分、且按照使其將Sn含有量設(shè)定為使熔點(diǎn)在小于或等于500 'C但高于Sn系焊料層的熔點(diǎn)的方式設(shè)定Sn含有量。本發(fā)明的特征在于 第二電極內(nèi)并不將此Au-Sn系焊料層與降低接合阻抗用的接合合金化層 (后述的Au-Ge合金及Au-Be合金等， 一般是屬于硬質(zhì)的)直接接觸，而 是將Sn系焊料層置于兩者間，其中該Sn系焊料層是以Sn為主成分、且 由熔點(diǎn)低于接合合金化層的Sn系金屬所構(gòu)成。以Sn為主成分的焊料層， 不僅與Au-Sn系焊料層具有良好的密合性，比起Au-Sn系焊料層較為柔 軟，在受到因沖擊、熱加工所產(chǎn)生的應(yīng)力時(shí)，會(huì)產(chǎn)生塑性變形而吸收、 緩和該應(yīng)力，而發(fā)揮作為所謂緩沖層的功用。其結(jié)果，Au-Sn系焊料層 的剝離等現(xiàn)象將在很大程度上獲得改善。 另外，本發(fā)明的發(fā)光元件模塊其特征為，是以上述本發(fā)明的發(fā)光元 件、通電支持體，該通電支持體通過(guò)第二電極的焊料層接合于該發(fā)光元 件的化合物半導(dǎo)體層、以及在該通電支持體上覆蓋發(fā)光元件的環(huán)氧樹脂 模塑體所形成。環(huán)氧樹脂模塑體是先藉由未硬化的環(huán)氧樹脂覆蓋該發(fā)光 元件，然后使其硬化而形成。由于環(huán)氧樹脂具有較高的折射率，可將與
作為發(fā)光元件的化合物半導(dǎo)體(更詳細(xì)為in-v族化合物半導(dǎo)體或ii-vi族 化合物半導(dǎo)體)的折射率差抑制得較小，因此在模塊界面的全反射現(xiàn)象不 易發(fā)生、有助于光取出率的提升。然而，在硬化聚合時(shí)易產(chǎn)生酸性游離
物質(zhì)，當(dāng)單獨(dú)以Sn系焊料構(gòu)成焊料層時(shí)，受此酸性游離物質(zhì)的腐蝕攻擊
易加速焊料層的劣化現(xiàn)象。但本發(fā)明中，由于焊料層里、構(gòu)成與通電支
持體的接合主體的部分由Au-Sn系焊料層構(gòu)成，因此不易造成加速上述 腐蝕攻擊造成的焊料層劣化現(xiàn)象。
其次，本發(fā)明的發(fā)光元件的制造方法，是用以制造上述本發(fā)明的發(fā) 光元件的方法，其特征為以如下步驟順序?qū)嵤?br> 在化合物半導(dǎo)體層的第二主表面形成接合合金化層的原料金屬層的 原料金屬層形成步驟；
將原料金屬層與化合物半導(dǎo)體層合金化以形成接合合金化層的合金 化熱處理步驟；
在接合合金化層上形成該Sn系焊料層的Sn系焊料層成膜步驟； 在Sn系焊料層上形成該Au-Sn系焊料層的Au-Sn系焊料層成膜步 驟；以及
在接合合金化層、Sn系焊料層以及Au-Sn系焊料層依序積層而成 的電極積層構(gòu)造中，藉由加熱至大于或等于Sn系悍料層熔點(diǎn)溫度、 但未達(dá)接合合金化層以及Au-Sn系焊料層的熔點(diǎn)溫度，選擇性地使Sn 系焊料層熔融的Sn系焊料層熔融熱處理步驟。根據(jù)上述方法，是先進(jìn)行熔點(diǎn)較高的接合合金化層的形成處理，然
后，再形成Sn系焊料層以及Au-Sn系焊料層。由于Sn系焊料層的熔 點(diǎn)低于接合合金化層以及Au-Sn系焊料層，因此可選擇性地進(jìn)行將Sn 系焊料層加以熔融的熱處理，藉由經(jīng)過(guò)該Sn系焊料層的熔融一再凝 固的過(guò)程，可將Sn系焊料層與Au-Sn系焊料層緊密地密合在一起。另 外，由于Sn系焊料層與Au-Sn系焊料層的Au和Sn的含有量當(dāng)然不 同，因此在上述熔融熱處理時(shí)，兩種成分會(huì)在層間擴(kuò)散，此亦有助于密 合強(qiáng)度的提升。
優(yōu)選使Sn系焊料層的Sn含有量大于或等于75質(zhì)量％(包含100質(zhì) 量％)是較佳的。Sn含有量不滿75質(zhì)量％時(shí)，Sn系焊料層的延展性降低， Au-Sn系焊料層的剝離防止效果變得不足。Sn系焊料層中除了 Sn成分 外的剩余成分，若考慮在與Au-Sn系焊料層接觸的狀態(tài)下，實(shí)施前述 熔融熱處理步驟的話，其主要部分將被Au所占有(較具體來(lái)說(shuō)為，Sn 系焊料層中除了 Sn成分之外的剩余部分的大于或等于80質(zhì)量％變成 Au)。此種情形，當(dāng)Sn系焊料層的Sn含有量不滿75質(zhì)量7。時(shí)，剩余成 分中Au的含有量將會(huì)上升，缺乏延展性的Au-Sn系化合物(AuSn4、 AuSn2、AuSn)的生成量增加，對(duì)Sn系焊料層的延展性特別容易造成損害。
另一方面，Au-Sn系焊料層，是含有30質(zhì)量％~90質(zhì)量％的Au與 10質(zhì)量％ 70質(zhì)量％的Sn， Au與Sn的合計(jì)含有量大于或等于80質(zhì)量 %，并且將熔點(diǎn)調(diào)整為高于上述Sn系焊料層。Au含有量不滿30質(zhì)量^ 時(shí)(或Sn含有量超過(guò)70質(zhì)量7。)，焊料層的耐蝕性變得不足，Au含有量 超過(guò)90質(zhì)量％(或Sn含有量不滿10質(zhì)量％)時(shí)，焊料層的熔點(diǎn)會(huì)變得過(guò) 高，安裝組件芯片時(shí)會(huì)產(chǎn)生熔焊溫度過(guò)高的問(wèn)題。又，為進(jìn)一步降低焊 料的熔點(diǎn)，只要是小于或等于焊料全體組成的20質(zhì)量％的話，亦可添加 其它副成分(例如Zn、 Ge、 Bi、 Te、 Si、 Sb)。因此，Au與Sn的合計(jì)含 有量大于或等于80質(zhì)量％(小于或等于質(zhì)量100%)。
為了提高焊料層全體的耐蝕性，將Au-Sn系焊料層的厚度形成為大 于Sn系焊料層的厚度是較佳的，其中該Sn系焊料層的耐蝕性劣于Au-Sn 系焊料層)。特別是，如前所述以環(huán)氧樹脂模塑體覆蓋發(fā)光元件芯片時(shí)， 采用該構(gòu)成的效果是顯著的。
接著，化合物半導(dǎo)體層，在發(fā)光層部的第二主表面?zhèn)?，是可使第?電極為分散形成的結(jié)構(gòu)。第二電極的接合合金化層區(qū)域的反射率較低， 將發(fā)光層部射出的直接光束反射至第一主表面?zhèn)?或芯片側(cè)面?zhèn)?的效果 較差。但是，使第二電極分散形成的話，即能將化合物半導(dǎo)體層的第二 主表面?zhèn)鹊牡诙姌O未形成區(qū)域作為反射區(qū)域加以有效利用，而能實(shí)現(xiàn) 將直接光束反射至第一主表面?zhèn)葋?lái)提高光取出率的效果。此效果在設(shè)置 有對(duì)于發(fā)光層部所射出的發(fā)光光束具有透光性的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的透 光性化合物半導(dǎo)體層，且在該透光性化合物半導(dǎo)體層的第二主表面分散 形成有第二電極的場(chǎng)合尤其顯著。發(fā)光層部由AlGalnP發(fā)光層部構(gòu)成時(shí)， 透光性化合物半導(dǎo)體層例如可由GaP層構(gòu)成。
此時(shí)，在化合物半導(dǎo)體層的第二主表面，以圖案化成預(yù)定形狀的方 式分散形成第二電極，并且，于該第二電極，使焊料層的周側(cè)面位置與 接合合金化層一致是較佳的。根據(jù)此構(gòu)成，能在熔焊時(shí)將溢至接合合金 化層外側(cè)的熔融焊料層面積限制得較小，在相鄰的第二電極間，可確保 更多作為反射面的有效利用區(qū)域。采用本發(fā)明的制造方法時(shí)，能以下述 方式極為簡(jiǎn)單地獲得此種第二電極的構(gòu)造。
艮口，在化合物半導(dǎo)體層的第二主表面分散形成接合合金化層，并以 將接合合金化層與作為其背景的化合物半導(dǎo)體層的露出區(qū)域一起覆蓋的 方式形成Sn系焊料層。接著，進(jìn)一步形成Au-Sn系焊料層后，實(shí)施Sn 系焊料層熔融熱處理步驟，之后實(shí)施剝離步驟，即使Sn系焊料層與Au-Sn 系焊料層的積層膜中、覆蓋該接合合金化層的部分密合殘留于該接合合 金化層上，同時(shí)將覆蓋該接合合金化層背景區(qū)域的部分選擇性地剝離。 在Sn系焊料層熔融熱處理步驟中，Sn系焊料層與化合物半導(dǎo)體層露出 區(qū)域直接接觸的部分，與該化合物半導(dǎo)體層的密合力遠(yuǎn)小于相同接合合 金化層形成區(qū)域與底層金屬的密合力，接合合金化層背景區(qū)域的覆蓋部 分，例如可藉由黏著片的黏貼以及剝離，極簡(jiǎn)單地加以剝落。結(jié)果所得 到的焊料層構(gòu)造，其周側(cè)面形成為以其和該接合合金化層的接合界面的 外周緣為斷裂起點(diǎn)的層厚方向的機(jī)械斷裂面。 圖式簡(jiǎn)單說(shuō)明


圖1是顯示適用本發(fā)明的發(fā)光元件例的剖面示意圖。
圖2是顯示使用圖1的發(fā)光元件的本發(fā)明發(fā)光元件模塊例的剖面示意圖。
圖3是顯示本發(fā)明發(fā)光元件制造步驟例的第一說(shuō)明圖。
圖4是顯示本發(fā)明發(fā)光元件制造步驟例的第二說(shuō)明圖。
圖5是顯示本發(fā)明發(fā)光元件制造步驟例的第三說(shuō)明圖。
圖6是Au-Sn系二元系狀態(tài)圖。
圖7是放大顯示圖6的Sn側(cè)的狀態(tài)圖。
圖8是剝離步驟的說(shuō)明圖。
圖9是剝離步驟后的第二電極的剖面示意圖。
圖IO是設(shè)置阻障金屬層時(shí)的步驟說(shuō)明圖。
圖ll是顯示在設(shè)置阻障金屬層時(shí)的第二電極構(gòu)造的第一例的剖面示意圖。
圖12是顯示在設(shè)置阻障金屬層時(shí)的第二電極構(gòu)造的第二例的剖面示意圖。
圖13是顯示用以確認(rèn)本發(fā)明效果的檢驗(yàn)結(jié)果的第一影像。 圖14是顯示用以確認(rèn)本發(fā)明效果的檢驗(yàn)結(jié)果的第二影像。 圖15是顯示用以確認(rèn)本發(fā)明效果的檢驗(yàn)結(jié)果的第三影像。主要組件符號(hào)說(shuō)明
1發(fā)光元件4n型包覆層
活性層6p型包覆層
9第一電極16第二電極
20電流擴(kuò)散層24發(fā)光層部
31接合合金化層32阻障金屬層
33Au系輔助金屬層34焊料層
34mAu-Sn系焊料層34sSn系焊料層
34p周側(cè)面41接合合金化層
42阻障金屬層43電極本體
50發(fā)光元件模塊50m環(huán)氧樹脂模塑體
51A導(dǎo)體構(gòu)件51S絕緣環(huán)
52通電支持體52a通電端子
52g反射金屬層60點(diǎn)著片
70透光性化合物半導(dǎo)體層100化合物半導(dǎo)體層
101GaAs單晶基板102n型GaAs緩沖層
103剝離層
實(shí)施方式
以下，參照?qǐng)D式說(shuō)明本發(fā)明的發(fā)光元件制造方法的實(shí)施例。圖1是 本發(fā)明適用對(duì)象的發(fā)光元件示意概念圖。發(fā)光元件1，是以位于具有發(fā)光
層部24的化合物半導(dǎo)體層100的光取出面?zhèn)鹊闹鞅砻鏋榈谝恢鞅砻妗⑴c 此相反側(cè)的主表面為第二主表面，于第一主表面、第二主表面分別形成 第一電極9、第二電極16。第二電極16，具備接合合金化層31與焊料層 34，該接合合金化層31設(shè)置成與化合物半導(dǎo)體層100的第二主表面接觸， 用以降低與該化合物半導(dǎo)體層IOO的接合阻抗，該焊料層34則是用以將 該接合金屬層連接于通電支持體52(參照?qǐng)D2);該焊料層34是由設(shè)置在
接合合金化層31頂iK以Sn為主成分且熔點(diǎn)低于接合合金化層31的Sn 系金屬構(gòu)成的Sn系焊料層34s，以及位于相對(duì)該Sn系悍料層34s的接合 合金化層31的相反側(cè)、與Sn系焊料層34s接觸設(shè)置的Au-Sn系焊料層 34m所構(gòu)成，該Au-Sn系焊料層34m含有30質(zhì)量％~90質(zhì)量％的Au、 與10質(zhì)量％~70質(zhì)量％的Sn， Au與Sn的合計(jì)含有量大于或等于80質(zhì) 量％，且熔點(diǎn)高于Sn系焊料層34s。
本實(shí)施例的發(fā)光元件1，其發(fā)光層部24具有以p型AlGalnP形成的 p型包覆層6、與n型AlGalnP形成的n型包覆層4挾持無(wú)摻雜的AlGalnP 形成的活性層5的構(gòu)造，根據(jù)活性層5的組成，可于綠色至紅色區(qū)域(發(fā) 光波長(zhǎng)(峰值發(fā)光波長(zhǎng))在550nm 670nm)調(diào)整發(fā)光波長(zhǎng)。本實(shí)施例，化合 物半導(dǎo)體層100的第一主表面(第一電極9側(cè))為n型，第二主表面(第二 電極16側(cè))則為p型。構(gòu)成第二電極16的接合合金化層31，在本實(shí)施例 是以Au-Be合金(例如，組成:Au-l質(zhì)量7。Be)形成。另一方面，如果化合 物半導(dǎo)體層100的第二主表面?zhèn)葹閚型時(shí)，則以AuSi合金或AuGeNi合 金構(gòu)成接合合金化層31。
于發(fā)光層部24的第一主表面上，形成由n型GaP構(gòu)成的電流擴(kuò)散層 20，于第二主表面上則形成由p型GaP構(gòu)成的透光性化合物半導(dǎo)體層70。 第一電極9是形成于電流擴(kuò)散層20的第一主表面的大致中央處，在其與 GaP電流擴(kuò)散層20之間設(shè)置接合合金化層41，該接合合金化層41是由 形成歐姆接觸的AuSi合金(或AuGeNi合金)組成，其上設(shè)置由Au構(gòu)成 的電極本體43。另外，于電極本體43與接合合金化層41之間，設(shè)置防 止硅等擴(kuò)散進(jìn)入電極本體43側(cè)的阻障金屬層42(例如以Ti、 Ni、或Mo 中任一者為主成分(大于或等于50質(zhì)量％)的金屬，本實(shí)施例為Ti)。此外， 電流擴(kuò)散層20的第一主表面的光取出面?zhèn)入姌O9的周圍區(qū)域，形成為從 發(fā)光層部24取出光的光取出區(qū)域PF。另外，本實(shí)施例，雖然是以n型 包覆層4位于光取出面?zhèn)鹊姆e層形態(tài)，但是以P型包覆層6位于光取出
面?zhèn)鹊姆e層形態(tài)也可以(此種情況下，電流擴(kuò)散層20必須為p型，另外， 接合合金化層41則由AuBe合金等構(gòu)成)。
圖2是表顯示使用上述發(fā)光元件1的發(fā)光元件模塊的一例。該發(fā)光 元件模塊50，具有上述發(fā)光元件1;通電支持體52，該通電支持體52 通過(guò)第二電極16的焊料層接合于該發(fā)光元件1的化合物半導(dǎo)體層100; 以及在該通電支持體52上覆蓋發(fā)光元件1的環(huán)氧樹脂模塑體50m。通電 支持體52是由構(gòu)成作為板狀的金屬臺(tái)構(gòu)成，其第一主表面是以銀等形成 的反射金屬層52g所覆蓋，發(fā)光元件1是按照通過(guò)以透過(guò)第二電極16的 焊料層34來(lái)接合的方式安裝。另一方面，發(fā)光元件1的第一電極9，是 透過(guò)以Au導(dǎo)線等構(gòu)成的接合導(dǎo)線9w而電氣連接于導(dǎo)體構(gòu)件51A。導(dǎo)體 構(gòu)件51A是貫通金屬臺(tái)52延伸進(jìn)入背面?zhèn)?。另一方面，于金屬臺(tái)52背 面?zhèn)鹊牧硪贿厔t突出形成通電端子52a。于導(dǎo)體構(gòu)件51A與金屬臺(tái)52之 間設(shè)置有絕緣環(huán)51s。于發(fā)光層部24，透過(guò)導(dǎo)體構(gòu)件51A以及通電端子 52a施加發(fā)光驅(qū)動(dòng)電壓。在金屬臺(tái)52上，發(fā)光元件1是用上述的環(huán)氧樹 脂模塑體50m覆蓋。環(huán)氧樹脂硬化聚合時(shí)，雖然易生酸性游離物，但是 由于焊料層34的主要部分是以Au-Sn系焊料層34m(參照?qǐng)Dl)構(gòu)成，因 此即使受到上述酸性游離物的腐蝕攻擊，仍不易劣化。
在通電支持體52上構(gòu)裝發(fā)光元件1時(shí)，作業(yè)如下。S卩，以第二主表 面?zhèn)瘸碌姆绞?，將發(fā)光元件1置于通電支持體52上。于此狀態(tài)下，將 全體插入熔焊爐，升溫至既定熔焊溫度，使第二電極16的焊料層34熔 融。然后通過(guò)冷卻，第二電極16即被焊接于通電支持體52上。如圖1 所示，第二電極16是使用Au-Sn系焊料層34m作為安裝用的焊料材， 該Au-Sn系焊料層34m是以Au為主成分，且按照熔點(diǎn)較Sn系焊料層高， 但小于或等于50(TC的方式來(lái)設(shè)定Sn含有量。Au-Sn系焊料層34m，在 第二電極16內(nèi)并非與降低接合阻抗用的接合合金化層31直接接觸，而 是在兩者間，存在由Sn為主成分、且熔點(diǎn)低于接合合金化層31的Sn系
金屬構(gòu)成的Sn系焊料層34s。Sn系焊料層34s與Au-Sn系焊料層34m具 有良好的密合性。另外，Sn系焊料層34s，比起Au-Sn系焊料層34m遠(yuǎn) 更為柔軟，在受到因沖擊、熱加工所產(chǎn)生的應(yīng)力時(shí)，會(huì)產(chǎn)生塑性變形并 吸收、緩和該應(yīng)力而具有所謂緩沖層的功用。其結(jié)果，Au-Sn系焊料層 34m的剝離等現(xiàn)象將可在很大程度上得到改善。
以下，說(shuō)明上述發(fā)光元件l制造方法的具體實(shí)施例。
首先，如圖3的步驟1所示，在GaAs單晶基板lOl的主表面，使n 型GaAs緩沖層102以及由AlAs構(gòu)成的剝離層103依序進(jìn)行暴晶成長(zhǎng)。 然后，使n型包覆層4、活性層5以及p型包覆層6依序進(jìn)行磊晶成長(zhǎng)， 以形成發(fā)光層部24。并進(jìn)一步使由p型GaP構(gòu)成的透光性化合物半導(dǎo)體 層70進(jìn)行磊晶成長(zhǎng)。上述各層的磊晶成長(zhǎng)，可通過(guò)周知的MOVPE法來(lái) 進(jìn)行(透光性化合物半導(dǎo)體層70亦可使用氫化物氣相成長(zhǎng)法進(jìn)行)。
接著，如步驟2所示，除去GaAs單晶基板101。該除去可以下列形 態(tài)實(shí)施，亦即，以適當(dāng)?shù)奈g刻液(例如10%的氫氟酸水溶液)對(duì)形成于緩 沖層102與發(fā)光層部24間的AlAs剝離層i03進(jìn)行選擇性蝕刻，然后將 該GaAs單晶基板101加以剝離。此外，亦可形成由AlInP構(gòu)成的蝕刻中 止層來(lái)代替AlAs剝離層103，然后使用對(duì)GaAs具有選擇蝕刻性的蝕刻 液(例如氨/過(guò)氧化氫混合液)蝕刻掉GaAs單晶基板101全體。又，在蝕 刻步驟之前，亦可通過(guò)機(jī)械研磨除去部分的GaAs單晶基板101。
之后，將除去GaAs單晶基板101后的化合物半導(dǎo)體的成長(zhǎng)層上下反 轉(zhuǎn)，如步驟3所示，在發(fā)光層部24的第二主表面上，以氫化物氣相成長(zhǎng) 法或MOVPE法等周知的氣相成長(zhǎng)法，使由n型GaP構(gòu)成的電流擴(kuò)散層 20進(jìn)行磊晶成長(zhǎng)。以上，即完成化合物半導(dǎo)體層iOO的制造步驟。此外， 關(guān)于電流擴(kuò)散層20以及透光性化合物半導(dǎo)體層70其中的一或雙方，亦 可貼合另外準(zhǔn)備的GaP基板而形成。
接著，如步驟4所示，在化合物半導(dǎo)體層100的第一主表面上形成 第一電極9，在第二主表面上形成第二電極16。另外，為了理解上方便，
雖是以組件單體的積層形態(tài)一邊圖標(biāo)、 一邊說(shuō)明步驟，但是實(shí)際上，是 對(duì)復(fù)數(shù)個(gè)組件芯片排列成矩陣狀的晶片作處理。接著，將該晶片以通常 的方法切割成組件芯片，接著將組件芯片接合在支持體并進(jìn)行引線的打 線結(jié)合等步驟后，加以樹脂模塑而得到最終的發(fā)光組件。
由于第一電極9側(cè)的制造步驟是周知的，因此就本發(fā)明主要部分的 第二電極16的制造步驟作更詳細(xì)地說(shuō)明。首先，如圖4的步驟5所示， 在化合物半導(dǎo)體層100的第二主表面形成接合合金化層31的原料金屬層 31'(原料金屬層形成步驟)。本實(shí)施例中，原料金屬層31'是由Au-Be合 金構(gòu)成的本體層31b與上下夾著該本體層31b的Au層31a形成。接著， 如步驟6所示，進(jìn)行將原料金屬層31'與化合物半導(dǎo)體層100合金化以形 成接合合金化層31的合金化熱處理(合金化熱處理步驟)。據(jù)此，原料金 屬層31b,31a即成為接合合金化層31。合金化熱處理可在例如35(TC 600 ""C實(shí)施。
然后，如步驟7所示，在接合合金化層31上形成該Sn系焊料層(Sn 系焊料層成膜步驟)(關(guān)于焊料層的構(gòu)成要素，附帶「'」的符號(hào)是表示熔 融熱處理前的狀態(tài)，沒(méi)有「，」的符號(hào)則是表示熔融熱處理后)。接著， 在此Sn系焊料層34s，上形成該Au-Sn系焊料層34m，(Au-Sn系焊料層成 膜步驟)。該等金屬層的成膜可藉由真空蒸鍍或?yàn)R鍍等氣相成膜法 進(jìn)行，亦可采用化學(xué)鍍敷法。
接著，如圖5的步驟8 步驟9所示，對(duì)上述以接合合金化層31、 Sn系焊料層34 s'以及Au-Sn系焊料層34m'的依序積層的電極積層構(gòu) 造，進(jìn)行加熱至大于或等于Sn系焊料層34s'的熔點(diǎn)溫度、但未達(dá)接 合合金化層31以及Au-Sn系焊料層34m，的熔點(diǎn)溫度(Sn系焊料層熔融 熱處理步驟)的熱處理。藉此，選擇性地使Sn系焊料層34s，熔融。
如步驟IO所示，使此熔融狀態(tài)的Sn系焊料層34s"( 「"」是表示熔融熱
處理中)再度凝固的話，此步驟即完成。本實(shí)施例，雖是在專用的氣氛熱
處理爐F中進(jìn)行Sn系焊料層熔融熱處理，但是，例如以真空蒸鍍進(jìn)行 Sn系焊料層34s'以及Au-Sn系焊料層34m'的成膜時(shí)，亦能使用蒸鍍 裝置內(nèi)蒸鍍熱源的放熱來(lái)進(jìn)行Sn系焊料層熔融熱處理的加熱。
根據(jù)上述方法，先進(jìn)行熔點(diǎn)較高的接合合金化層31的形成處 理(合金化熱處理)，然后，再使Sn系焊料層34s，以及Au-Sn系焊料 層34m'成膜。由于Sn系焊料層34s'的熔點(diǎn)低于接合合金化層31以及 Au-Sn系焊料層34m'，因此可以進(jìn)行選擇性將Sn系焊料層34s'熔融 的熱處理。藉由經(jīng)過(guò)該Sn系焊料層34s'的熔融一再凝固的過(guò)程，于凝 固后可將Sn系焊料層34s與Au-Sn系焊料層34m緊密地密合在一起。 另外，由于Sn系悍料層34s'與Au-Sn系焊料層34m，的Au和Sn的含 有量當(dāng)然不同，因此在上述熔融熱處理時(shí)，兩種成分在層間的擴(kuò)散， 此亦有助于密合強(qiáng)度的提升。
在Sn系焊料層熔融熱處理步驟中(圖5:步驟9)，使Au-Sn系焊 料層34m"或接合合金化層31的Au成分進(jìn)行擴(kuò)散，以提高熔融的 Sn系焊料層34s"的Au濃度而使液相線溫度上升，因此，在Sn系焊料 層熔融熱處理時(shí)，可采取使該Sn系焊料層34s"再凝固的步驟。Au成分 很容易藉由擴(kuò)散，從熔融狀態(tài)的Sn系焊料層34s"中向相接合的固相狀 態(tài)的Au-Sn系焊料層34m"流入熔融狀態(tài)的Sn系焊料層34s"。此情況 下，當(dāng)Au成分往熔融狀態(tài)的Sn系焊料層34s"擴(kuò)散的擴(kuò)散量無(wú)限制變 大時(shí)，凝固后的Sn系焊料層34s的Au濃度將過(guò)度升高而使延展性降低， 剝離防止效果也變得不足。但是，只要Sn系焊料層熔融熱處理的溫度低 于Au-Sn系焊料層34m'熔點(diǎn)的溫度，當(dāng)烙融狀態(tài)的Sn系焊料層34s" 的Au濃度升高到一定程度以上，如圖6所示的Au-Sn 二元狀態(tài)圖的Sn 側(cè)組成的液相線形狀，Sn系焊料層34s"的液相線(熔點(diǎn))溫度上升，則熔
融的Sn系焊料層34s"將再凝固。其結(jié)果，之后則變成往Sn系焊料層 34s"(再凝固后)的Au的固相擴(kuò)散，其擴(kuò)散速度降低，只要熱處理時(shí)間不 延長(zhǎng)，即可有效避免最終Sn系焊料層34s的Au濃度過(guò)量的問(wèn)題。
圖1中，使最終Sn系焊料層34s的Sn含有量大于或等于75質(zhì)量^ (包含100質(zhì)量％)是較佳的。Sn含有量不滿75質(zhì)量％時(shí)，Sn系焊料層 34s的延展性將降低，Au-Sn系焊料層34m的剝離防止效果不足。圖5 的步驟9中，若考慮Sn系焊料層34s'在與Au-Sn系焊料層34m'接觸的 狀態(tài)下實(shí)施熔融熱處理步驟的話，其主要部分將被Au所占有(例如， Sn系焊料層34s中除Sn成分之外的其余部分的大于或等于80質(zhì)量％成 為Au)。此種情形，在圖1中，Sn系焊料層34s的Sn含有量不滿75質(zhì) 量％時(shí)，剩余成分中Au的含有量上升，缺乏延展性的Au-Sn系化合物 (AuSn4、 AuSn2、 AuSn)的生成量增加，對(duì)Sn系焊料層34s的延展性特別 容易造成損害。
為了盡量降低AuSn化合物的形成量，以提高熱處理后Sn系焊料層 34s的延展性來(lái)增加Au-Sn系焊料層34m的剝離防止效果，作為熔融熱 處理實(shí)施前的Sn系焊料層34s，的組成，盡量采用Sn含有量較高的組成 是較佳的，例如從溫度限制在Sn的熔點(diǎn)溫度小于或等于232t:的觀點(diǎn)來(lái) 看，設(shè)定Sn系焊料層34s，中的Sn含有量(熔融熱處理前)在85 %質(zhì)量~100 %質(zhì)量可說(shuō)是較佳的(在熔融熱處理終了后的狀態(tài)的組成，如果考慮Au 的擴(kuò)散的話，使Sn含有量在85質(zhì)量％~93質(zhì)量％左右是較妥當(dāng)?shù)?。
如圖7(符號(hào)請(qǐng)參照?qǐng)D5)所示，將Sn含有量高于共晶組成(10質(zhì)量7。 Au)的Sn系焊料層34s'熔融的情況，組成因Au-Sn系焊料層34m"中Au 的熔解而移向共晶側(cè)，熔點(diǎn)(液相線溫度)會(huì)先降低。熔融中的Sn系焊料 層34s"的Au濃度增加至高于共晶組成時(shí)，熔點(diǎn)再度轉(zhuǎn)為上升。接著， 液相中的Au濃度在二元狀態(tài)圖的液相線上，上升至對(duì)應(yīng)于熔融熱處理溫 度的Au組成，之后液相中Au濃度保持一定的同時(shí)，析出AuSru的結(jié)晶。
此結(jié)晶析出反應(yīng)，由于伴隨著從Au濃度較低的液相側(cè)往Au濃度較高的 AuSn4固相側(cè)的與濃度梯度相反的Au成分移動(dòng)，因此反應(yīng)的進(jìn)行是較緩 慢的。在AuSn4的結(jié)晶析出量還未過(guò)量時(shí)(即，在熔融熱處理后的Sn系 焊料層34s的Sn含有量還不滿75質(zhì)量％時(shí))，停止熔融熱處理然后冷卻 是較佳的。
采用Sn含量高于共晶組成的Sn系焊料層34s，時(shí)，須將用以熔融Sn 系焊料層34s'的初期溫度提高到大于或等于共晶點(diǎn)，熔融熱處理溫度保 持一定的情形下，Au-Sn系焊料層34m"的Au的擴(kuò)散開始時(shí)，Sn系焊料 層34s"中的Au濃度，不得不增加至Au濃度高于共晶組成的富Au側(cè)液 相線的組成(圖中Q點(diǎn))，其結(jié)果導(dǎo)致凝固后的Sn系焊料層34s中的AuSn4 量增加。但是，只要使用由共晶組成附近(例如Au:7質(zhì)量冗 13質(zhì)量％) 的SnAu合金構(gòu)成的焊料層，且將熔融熱處理溫度設(shè)定為稍高于共晶點(diǎn)溫 度(例如217'C 225。C)，即能將AuSri4的生成量限制在共晶組成附近的對(duì) 應(yīng)量，而得到富延展性(亦即，具有高剝離防止效果)的Sn系焊料層34s。
接著，于圖1中，將Au-Sn系焊料層34m的組成，調(diào)整成含有30 質(zhì)量％~90質(zhì)量％的Au、與10質(zhì)量％~70質(zhì)量％的Sn， Au與Sn的合 計(jì)含有量大于或等于80質(zhì)量％，且熔點(diǎn)高于前述Sn系焊料層34s。 Au 含有量不滿30質(zhì)量％時(shí)(或Sn含有量超過(guò)70質(zhì)量％ )，焊料層的耐蝕性 變得不足，Au含有量超過(guò)卯質(zhì)量"7。(或Sn含有量不滿10質(zhì)量％)時(shí)，焊 料層的熔點(diǎn)會(huì)變得過(guò)高，安裝組件芯片時(shí)會(huì)有熔焊溫度過(guò)高的問(wèn)題產(chǎn)生。 此外，為更進(jìn)一步降低焊料的熔點(diǎn)，只要是小于或等于焊料全體組成的 20質(zhì)量％的話，亦可添加其它副成分(例如Zn、 Ge、 Bi、 Te、 Si、 Sb)。 因此，使Au與Sn的合計(jì)含有量大于或等于80質(zhì)量％(小于或等于100 質(zhì)量％)。 Au-Sn系焊料層34m如后所述，其厚度只要設(shè)定為遠(yuǎn)大于Sn 系焊料層34s的話，在熔融熱處理前后，組成不會(huì)有太大變化。
將發(fā)光元件芯片安裝于通電支持體52時(shí)Au-Sn系焊料層34m的熔 焊，若以Au-Sn系焊料層34m與Sn系悍料層34s能完全熔合的溫度進(jìn) 行時(shí)，由于具有緩沖層功能的Sn系焊料層34s會(huì)消失，因此完全無(wú)法發(fā) 揮對(duì)Au-Sn系焊料層34m的剝離防止效果。此情況下，有必要考慮假設(shè) 將Au-Sn系焊料層34m全體與Sn系焊料層34s全體完全熔合時(shí)平均的 焊料組成，熔焊溫度必須采用低于此假想平均焊料組成的熔點(diǎn)溫度。例 如，用Au-Sn 二元系考慮時(shí)，如圖6之狀態(tài)圖可清楚得知，必須以低于 AuSn化合物的共熔溫度(congruent temperature:418。C)來(lái)進(jìn)行熔焊處理。
如圖6所示，在AuSn化合物的共熔點(diǎn)，富Sn側(cè)的液相線與富Au 側(cè)的液相線兩者形成臨界溫度，同時(shí)彼此連接。因此，在低于共熔溫度 時(shí)，富Sn側(cè)的液相與富Au側(cè)的液相彼此分離，形成共存的狀態(tài)。因此， 當(dāng)以Au濃度高于AuSn化合物(38質(zhì)量％ Sn)的富Au組成構(gòu)成Au-Sn系 焊料層34m時(shí)，在熔焊處理中，Au-Sn系焊料層34m側(cè)的液相與Sn系 焊料層34s側(cè)的液相不會(huì)互相混合，熔焊后亦能維持Sn系焊料層34s側(cè) 較高的Sn含有量，具有不易影響Sn系焊料層34s作為緩沖層功能的優(yōu) 點(diǎn)。以此觀點(diǎn)，Au-Sn系焊料層34m由于以Au為主成分(大于或等于60 質(zhì)量％)，且采用Sn含有量在15質(zhì)量％~35質(zhì)量％的組成，因此可在小 于或等于400'C的較低溫度進(jìn)行熔焊，并且，亦能有效地抑制與Sn系焊 料層34s之間的成分混合。在此組成區(qū)域里，由于富Au側(cè)的相(中間層 4、或準(zhǔn)安定的Au-Sn固溶體)與AuSn化合物形成共晶，尤其采用此共 晶組成(20質(zhì)量％ Sn)附近的Sn含有量(例如Sn: 17質(zhì)量％ ~23質(zhì)量％ )時(shí)， 對(duì)于熔焊溫度的降低其效果顯著。
為提高焊料層全體的耐蝕性，將Au-Sn系焊料層34m的厚度形成大 于Sn系焊料層34s的厚度是較佳的，其中該Sn系焊料層34s的耐蝕性 劣于Au-Sn系焊料層34m。特別是，在以如前述的環(huán)氧樹脂模塑體50m 覆蓋發(fā)光元件芯片時(shí)，采用該構(gòu)成的效果顯著。這種情況，將Au-Sn系
焊料層34m的厚度調(diào)整在Sn系焊料層34s厚度的5倍 20倍是較佳的。 Au-Sn系焊料層34m的厚度不滿Sn系焊料層34s厚度的5倍的話，Sn 系焊料層34s的相對(duì)厚度會(huì)變得過(guò)厚，可能會(huì)影響提高焊料層全體耐蝕 性的效果。另一方面，Au-Sn系焊料層34m的厚度超過(guò)Sn系焊料層34s 厚度的20倍時(shí)，Sn系焊料層34s的相對(duì)厚度會(huì)變得過(guò)薄，Sn系焊料層 34s作為機(jī)械緩沖層的功能不能充分實(shí)現(xiàn)，有時(shí)會(huì)有易產(chǎn)生剝離等問(wèn)題的 情況。Sn系焊料層34s的厚度在100nm l u m(本實(shí)施例為200nm)是較佳 的，而Au-Sn系焊料層34m的厚度在500nm~10 u m(本實(shí)施例為3 w m) 是較佳的。
接著，第二電極16，如圖1所示，可分散形成在化合物半導(dǎo)體層100 的發(fā)光層部24的第二主表面?zhèn)?。第二電極16的接合合金化層31區(qū)域的 反射率低，將來(lái)自發(fā)光層部24的直接光束反射至第一主表面?zhèn)?或芯片 面?zhèn)?的效果差。但是，使第二電極16分散形成的話，可將化合物半導(dǎo) 體層100的第二主表面?zhèn)鹊牡诙姌O16未形成區(qū)域作為反射區(qū)域(本實(shí) 施例中，如圖2所示，是通過(guò)反射層52g來(lái)反射發(fā)光光束)加以有效利用， 其把直接光束反射至第一主表面?zhèn)榷岣吖馊〕鲂实男Ч强梢云诖?的。此效果，如本實(shí)施例，在設(shè)置有對(duì)發(fā)光層部24所射出的發(fā)光光束具 有透光性的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的透光性化合物半導(dǎo)體層70，且在該透光 性化合物半導(dǎo)體層70的第二主表面分散形成有第二電極16時(shí)，尤其顯 著。
圖1的構(gòu)成中，在化合物半導(dǎo)體層100的第二主表面，以圖案化成 預(yù)定形狀的方式分散形成第二電極16，且于該第二電極16，使焊料層的 周側(cè)面位置與接合合金化層31—致。根據(jù)此構(gòu)成，于熔焊時(shí)可縮小溢出 至接合合金化層31外側(cè)的熔融焊料層面積，在相鄰的第二電極16之間， 可確保更多作為反射面的有效利用區(qū)域。采用本發(fā)明的制造方法時(shí)，可 如下所述，通過(guò)極簡(jiǎn)單的方法獲得此種第二電極16的構(gòu)造。
亦即，如圖4的步驟7所示，在化合物半導(dǎo)體層100的第二主表面
分散形成接合合金化層31，并以將接合合金化層31與作為其背景的化合 物半導(dǎo)體層IOO(透光性化合物半導(dǎo)體層70)露出區(qū)域一起覆蓋的方式形 成Sn系焊料層34s'。接著，進(jìn)一步形成Au-Sn系焊料層34m，。之后， 如圖5的步驟9，10，實(shí)施Sn系悍料層熔融熱處理步驟。
接著，如圖8的步驟11以及步驟12所示，對(duì)于Sn系焊料層34s與 Au-Sn系焊料層34m的積層膜，在接合合金化層31的覆蓋部分使其密合 保留在接合合金化層31上，在接合合金化層31的背景區(qū)域的覆蓋部分 34y則實(shí)施選擇性剝離此部分的剝離步驟。在Sn系焊料層熔融熱處理步 驟，在Sn系焊料層34s中，其與化合物半導(dǎo)體層IOO的露出區(qū)域直接接 觸部分的與該化合物半導(dǎo)體層100的密合力，遠(yuǎn)小于其與接合合金化層 31形成區(qū)域的基質(zhì)金屬的密合力，因此接合合金化層31背景區(qū)域的覆蓋 部分，例如可藉由黏著片60的黏貼以及剝離極簡(jiǎn)單地加以剝離。結(jié)果所 得到的焊料層構(gòu)造如圖9所示，其周側(cè)面34p是形成為以其和該接合合 金化層的接合界面的外周緣EG為斷裂起點(diǎn)的層厚方向的機(jī)械斷裂面。
于圖13 圖15，顯示為確認(rèn)上述效果所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的放大影像。 圖13是顯示形成焊料層34且進(jìn)行熔融熱處理后的第二主表面?zhèn)鹊姆糯?影像，圖中，排列成交錯(cuò)狀的圓形區(qū)域?yàn)榈诙姌O16的形成區(qū)域，其背 景則為以焊料層34覆蓋的狀態(tài)。在左上方半月形的第二電極、與其正下 方的第二電極之間的背景區(qū)域，以連結(jié)兩電極區(qū)域的形態(tài)于焊料層34產(chǎn) 生了一道裂紋(影像中是顯示為白色線狀)。此是顯示該背景區(qū)域中焊料層 34的密合力較低，焊料層34浮起來(lái)的現(xiàn)象。圖14是剝離步驟后的影像， 焊料層沿著與第二電極的圓形邊界位置斷裂，背景區(qū)域的焊料層藉剝離 步驟完全剝離去除，且此剝離完全不會(huì)對(duì)第二電極上的焊料層造成任何 影響。圖15是顯示剝離后的第二電極表面用金屬制的針尖端劃過(guò)后的狀
態(tài)，即使造成如此的劃傷，焊料層也不會(huì)產(chǎn)生剝離的現(xiàn)象，可證實(shí)焊料 層與接合合金化層確實(shí)是強(qiáng)固地密合著。
此外，如圖11所示，本發(fā)明的發(fā)光元件1，在第二電極16的接合合
金化層31與焊料層之間可設(shè)置阻障金屬層32，以抑制在接合合金化層與
焊料層間的合金成分?jǐn)U散。藉此，例如在焊料層的熔焊步驟等中，可有
效抑制由于成分的擴(kuò)散導(dǎo)致接合合金化層31或焊料層產(chǎn)生變質(zhì)等不良情 況。尤其，從焊料層側(cè)往接合合金化層31側(cè)擴(kuò)散的Sn數(shù)量多時(shí)，有可 能會(huì)對(duì)接合合金化層31與化合物半導(dǎo)體層100間的歐姆接觸特性造成不 良的影響，就此觀點(diǎn)而言，阻障金屬層32最好是以Ti、 Pt以及Mo中任 一者為主成分(大于或等于50質(zhì)量％)、由一層或一層以上構(gòu)成。圖11 的構(gòu)成中，是以Ti構(gòu)成阻障金屬層32。又，圖12是設(shè)置由兩層所形成 的阻障金屬層32A，32B的例子，在接合合金化層31側(cè)、Sn系焊料層34s 側(cè)分別形成Ti層32A、 Pt層32B。阻障金屬層亦可形成為三層或三層以 上的層數(shù)。
當(dāng)設(shè)置阻障金屬層32時(shí)，本發(fā)明的制造方法可如以下方式實(shí)施。亦 即，如圖10的步驟13所示，在接合合金化層31上形成阻障金屬層32， 以抑制在接合合金化層31與焊料層間的合金成分?jǐn)U散。接著，在該阻障 金屬層32上，形成以Au為主成分(大于或等于50質(zhì)量％)的Au系輔助 金屬層33(本實(shí)施例，Au系輔助金屬層33為Au層)。接下來(lái)，如步驟 14所示，在該Au系輔助金屬層33上，形成Sn系焊料層34s以及Au-Sn 系焊料層34m，如步驟15所示，實(shí)施Sn系焊料層熔融熱處理步驟。借 著在阻障金屬層32上預(yù)先形成Au系輔助金屬層33，可提高Sn系焊料 層34s與阻障金屬層32的密合力。此種情形，在Sn系焊料層熔融熱處 理步驟中，可將Au系輔助金屬層33溶解于Sn系焊料層34s，，中。如此， 由于熔點(diǎn)伴隨Au的熔解而上升，可輕易實(shí)施使Sn系焊料層34s 再凝固的步驟。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光元件，其是以位于具有發(fā)光層部的化合物半導(dǎo)體層的、光取出面?zhèn)鹊闹鞅砻鏋榈谝恢鞅砻?、以和第一主表面相反?cè)的主表面為第二主表面，在該化合物半導(dǎo)體層的第一主表面、第二主表面分別形成第一電極、第二電極，通過(guò)該第二電極來(lái)和作為組件安裝對(duì)象的通電支持體形成導(dǎo)通連接，其特征在于該第二電極，具備接合合金化層與焊料層；該接合合金化層，與該化合物半導(dǎo)體層的第二主表面接觸設(shè)置，同時(shí)用以降低與該化合物半導(dǎo)體層的接合阻抗；該焊料層，用于將該接合合金化層連接于該通電支持體，由設(shè)置在該接合合金化層側(cè)、以Sn為主成分且熔點(diǎn)低于該接合合金化層的Sn系金屬構(gòu)成的Sn系焊料層，以及位于相對(duì)該Sn系焊料層的該接合合金化層的相反側(cè)、并與Sn系焊料層接觸設(shè)置的Au-Sn系焊料層所構(gòu)成，其中該Au-Sn系焊料層含有30質(zhì)量％～90質(zhì)量％的Au、與10質(zhì)量％～70質(zhì)量％的Sn，Au與Sn的合計(jì)含有量大于或等于80質(zhì)量％，且熔點(diǎn)高于該Sn系焊料層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)光元件，其特征在于，該Sn系焊料層的 Sn含有量大于或等于75質(zhì)量％ 。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的的發(fā)光元件，其特征在于，該Au-Sn 系焊料層是以Au為主成分，且Sn含有量在15質(zhì)量％ 35質(zhì)量％。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1~3的任意一項(xiàng)所述的發(fā)光元件，其特征在于，該 Au-Sn系焊料層的厚度大于該Sn系焊料層的厚度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1~4的任意一項(xiàng)所述的發(fā)光元件，其特征在于，在 該化合物半導(dǎo)體層的第二主表面，分散形成有該第二電極。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光元件，其特征在于，在該化合物半導(dǎo)體層的該第二主表面，以圖案化成預(yù)定形狀的方式分散形成該第二電極， 且于該第二電極，該焊料層按照使周側(cè)面位置與該接合合金化層一致的形態(tài)來(lái)形成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)光元件，其特征在于，該焊料層的周側(cè)面， 形成為以其和該接合合金化層的接合界面的外周緣為斷裂起點(diǎn)的層厚方 向的機(jī)械斷裂面。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1~7的任意一項(xiàng)所述的發(fā)光元件，其特征在于，在 該第二電極上該接合合金化層與該焊料層之間設(shè)置阻障金屬層，以抑制 在接合合金化層與焊料層間的合金成分?jǐn)U散。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)光元件，其特征在于，該阻障金屬層是以 Ti、 Pt以及Mo中任一者為主成分的一層或二層所構(gòu)成。
10. —種發(fā)光元件模塊，其特征在于，具有 權(quán)利要求1 9項(xiàng)中任一項(xiàng)的發(fā)光元件；通電支持體，該通電支持體是通過(guò)該第二電極的焊料層接合于該發(fā) 光元件的該化合物半導(dǎo)體層；以及環(huán)氧樹脂模塑體，環(huán)氧樹脂模塑體在該通電支持體上覆蓋該發(fā)光元件。
11. 一種發(fā)光元件的制造方法，用以制造權(quán)利要求1 9中任意一項(xiàng)的 發(fā)光元件，其特征在于，依序?qū)嵤┮韵虏襟E原料金屬層形成步驟，是在該化合物半導(dǎo)體層的第二主表面形成該 接合合金化層的原料金屬層；合金化熱處理步驟，是將該原料金屬層與該化合物半導(dǎo)體層合金化， 以形成該接合合金化層；Sn系焊料層成膜步驟，是在該接合合金化層上形成該Sn系焊料層; Au-Sn系焊料層成膜步驟，是在該Sn系焊料層上形成該Au-Sn系焊 料層*，以及Sn系焊料層熔融熱處理步驟，是藉由加熱至大于或等于該Sn 系焊料層的熔點(diǎn)溫度、但未達(dá)該接合合金化層及該Au-Sn系悍料層的熔 點(diǎn)溫度，在以該接合合金化層、該Sn系焊料層以及該Au-Sn系焊料層 依序積層而成的電極積層構(gòu)造中，選擇性地使該Sn系焊料層熔融。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，在 Sn系焊料層熔融熱處理步驟中，使該Au-Sn系焊料層或該接合合金 化層的Au成分進(jìn)行擴(kuò)散，以提高熔融的Sn系焊料層中Au濃度而 使液相線溫度上升后，于該Sn系焊料層熔融熱處理時(shí)使該Sn系焊料層 再凝固。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的發(fā)光元件的制造方法，其特征在于， 是于該化合物半導(dǎo)體層的第二主表面分散形成該接合合金化層，并以將 該接合合金化層與作為其背景的化合物半導(dǎo)體層的露出區(qū)域一起覆蓋的 方式形成該Sn系焊料層，進(jìn)一步形成該Au-Sn系焊料層后，實(shí)施該Sn 系焊料層熔融熱處理步驟，之后實(shí)施剝離步驟，使該Sn系焊料層與該 Au-Sn系焊料層的積層膜中、覆蓋該接合合金化層的部分密合殘留于該 接合合金化層上，同時(shí)將覆蓋該接合合金化層背景區(qū)域的部分選擇性地 剝離。
全文摘要
形成在發(fā)光元件1的化合物半導(dǎo)體層100第二主表面的第二電極16，具備接合合金化層31與焊料層34，該接合合金化層31與化合物半導(dǎo)體層100的第二主表面接觸設(shè)置，同時(shí)用于降低與該化合物半導(dǎo)體層100的接合阻抗，該焊料層34用于將該接合金屬層連接于通電支持體52。該焊料層34，是由設(shè)置在接合合金化層31側(cè)、以Sn為主成分且熔點(diǎn)低于接合合金化層31的Sn系金屬構(gòu)成的Sn系焊料層34s，以及位在該Sn系焊料層34s的接合合金化層31的相反側(cè)、與Sn系焊料層34s接觸的Au-Sn系焊料層34m所構(gòu)成，且該Au-Sn系焊料層34m含有30質(zhì)量％～90質(zhì)量％的Au、與10質(zhì)量％～70質(zhì)量％的Sn，Au與Sn的合計(jì)含有量大于或等于80質(zhì)量％，且熔點(diǎn)高于Sn系焊料層34s。藉此，在以Au-Sn系焊料層進(jìn)行安裝為前提的發(fā)光元件中，提供一種Au-Sn系焊料層與接合合金化層之間具有更加優(yōu)異的接合可靠性，進(jìn)而不易產(chǎn)生Au-Sn系焊料層的剝離等現(xiàn)象的組件構(gòu)造。
文檔編號(hào)B23K35/26GK101111946SQ20068000370
公開日2008年1月23日 申請(qǐng)日期2006年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月31日
發(fā)明者小原正義, 池田均 申請(qǐng)人:信越半導(dǎo)體株式會(huì)社