JP5887978B2 - 半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板の裏面に金属層を備える半導体発光素子およびその製造方法に関する。

従来、ワイヤを取り付けるための電極を発光面側に有した構造、すなわちフェイスアップ型の半導体発光素子として、基板と、この基板の第１主面上に積層された発光層を含む半導体素子構造体と、前記基板の第２主面側（裏側）に積層された金属層とを備えたものが提案されている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１に記載の半導体発光素子の製造方法の概略は、以下の通りである。ウェハ基板として、例えば２インチφのサファイア基板の第１主面上にＧａＮ層やＩｎＧａＮ層からなる半導体素子構造体が積層される。次いで、サファイア基板の裏側に、基板側から順番に、Ａｇ膜と、Ｎｉ膜と、Ｒｈ膜とが積層される。さらにＲｈ膜の上には、接合層としてＡｕ−Ｓｎの共晶合金膜が形成される。そして、半導体発光素子単位に分割される。そして、個々の半導体発光素子は、熱圧着などで、接合層を介して、外部の部材（パッケージや実装基板）に接合され、その後、ｐ側電極およびｎ側電極がワイヤにより、発光装置のリード電極とそれぞれ接続される。

特許文献２に、半導体発光素子の製造工程において、ウェハの基板の裏面略全面に形成された接合層として、ＡｕとＳｎとを交互に積層した多層膜が記載されている。
特許文献３に、所謂ジャンクションダウン構造の半導体発光装置の接合層として、ＡｕＳｎ等の共晶材が記載されている。
特許文献４に、半導体チップのはんだ層として、多数のすず層と金層とから成る積層体が記載されている。この積層体は、はんだ付け過程においてＡｕＳｎ合金へと融合する。

特開２００８−１５３３６２号公報 特開２００８−０６０１６７号公報 特開２００７−３１７７７１号公報 特開２００６−２８７２２６号公報

しかしながら、従来技術のように、基板の裏面全面に金属層を有するウェハを各半導体素子に分割する際に、金属層が剥がれる（引きちぎれる）ことがあった。特に、小型のダイスサイズ（例えば、５００μｍ×２９０μｍ以下の場合等）においては、金属層の剥がれ（引きちぎり）が発生し易かった。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、金属層の剥がれを低減した半導体発光素子およびその製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る半導体発光素子は、基板と、前記基板の第１主面上に積層された半導体素子構造体と、前記基板の第１主面とは反対側となる第２主面上に積層された金属層と、を備えた半導体発光素子であって、前記金属層が、前記半導体発光素子を外部の部材に接合させるための第１金属層を備え、前記第１金属層が、厚み方向に設けられた複数のＡｕＳｎ層と、前記ＡｕＳｎ層との間に接して設けられ、膜厚が０．１μｍ未満であってＲｈを主体とする金属材料からなる中間層と、を備えることを特徴とする。また、前記中間層の膜厚は、０．０１〜０．０５μｍであることが好ましい。

かかる構成によれば、半導体発光素子は、ＡｕＳｎ層の間に、ＡｕＳｎと比較して硬い、膜厚が０．１μｍ未満であってＲｈを主体とする金属材料からなる中間層を備えるので、金属層が柔らかいＡｕＳｎだけで構成されている場合と比べて、半導体発光素子を割断し易くすることができる。したがって、半導体発光素子は、基板からの金属層の剥がれを低減することができる。
また、かかる構成によれば、半導体発光素子は、第１金属層として、複数のＡｕＳｎ層と、中間層とを備えている。ここで、本発明における複数のＡｕＳｎ層の膜厚の合計を、例えば、従来の半導体発光素子における１つのＡｕＳｎ層からなる金属層の厚さと同程度の厚さとした場合、個々のＡｕＳｎ層の厚みが従来よりも薄く、かつ、ＡｕＳｎ層との間に接して設けられた中間層が従来よりも薄いＡｕＳｎ層を支えるため、基板からの金属層の剥がれを低減することができる。
また、かかる構成によれば、半導体発光素子は、第１金属層を構成する中間層の膜厚が薄いので、基板からの金属層の剥がれを効果的に低減でき、半導体発光素子を割断し易くすることができる。また、中間層の膜厚を薄くすることで、ＡｕＳｎ層を十分に加熱溶融できるため、実装が行い易くなる。

また、本発明に係る半導体発光素子は、前記第１金属層が、前記ＡｕＳｎ層と前記中間層とが交互に積層されて構成されていることが好ましい。

また、本発明に係る半導体発光素子は、前記ＡｕＳｎ層の膜厚の合計が、２．８〜４．２μｍの厚さであることが好ましい。かかる構成によれば、半導体発光素子は、ＡｕＳｎ層の膜厚の合計値が適切な範囲となり、実装が行い易くなる。

また、本発明に係る半導体発光素子は、前記基板の第２主面と前記第１金属層との間に、前記ＡｕＳｎ層よりも前記半導体素子構造体からの光に対する反射率の高い層を含む第２金属層を備えることが好ましい。かかる構成によれば、半導体発光素子は、半導体素子構造体から基板の第２の主面側に放射された光を、第２金属層で反射することができる。したがって、半導体発光素子は、基板の第１の主面側への光の取り出し効率を向上させることができる。また、半導体発光素子が、熱圧着などで、第１金属層を介して、外部の部材に接合されたときに、中間層がＡｕＳｎ層を支えるため、ＡｕＳｎ層が素子基板側の第２金属層に回り込むことを効果的に防止する。したがって、加熱により溶け出したＡｕＳｎが第２金属層を侵食することによる明るさの低下を、低減することができる。

また、前記課題を解決するために、本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、基板の第１主面上に形成された半導体積層構造体を準備する第１工程と、前記基板の第１主面とは反対側となる第２主面上に、厚み方向に設けられる複数のＡｕＳｎ層と、前記ＡｕＳｎ層の間に接して設けられ、膜厚が０．１μｍ未満であってＲｈを主体とする金属材料からなる中間層と、を備える第１金属層を形成する第２工程と、前記半導体積層構造体および前記第１金属層が形成された基板を、前記半導体発光素子ごとに分割する第３工程と、を有することを特徴とする。また、前記中間層の膜厚は、０．０１〜０．０５μｍであることが好ましい。

かかる手順によれば、本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、第１工程にて、基板の第１主面上に形成された半導体積層構造体を準備し、第２工程にて、基板の第２主面上に第１金属層を形成し、第３工程にて、この基板を半導体発光素子ごとに分割する。そして、半導体発光素子の製造方法では、第２工程にて、第１金属層として、厚み方向に複数のＡｕＳｎ層と、ＡｕＳｎ層の間に接した中間層とを積層する。ここで、第１金属層は、例えば、ＡｕＳｎ層を従来よりも薄い膜厚で積層し、この薄いＡｕＳｎ層に接するように上に中間層を積層し、さらにその上に従来よりも薄い膜厚のＡｕＳｎ層を積層した構造を備える。すなわち、第１金属層は、２つの薄いＡｕＳｎ層で中間層を挟む構造を有する。つまり、本発明に係る半導体発光素子の第１金属層は、従来の１層のＡｕＳｎ層を形成する工程を分けてその工程間に中間層を積層する工程を追加することで実現できる。したがって、工程上、作り易い方法で割断性を上げることができる。これにより、第３工程にて、基板を半導体発光素子ごとに分割する際に、割断し易くなる。そのため、第３工程にて分割する際に、基板からの金属層の剥がれを低減することができる。

また、本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、前記第２工程が、前記ＡｕＳｎ層と前記中間層とを交互に積層することが好ましい。

かかる手順によれば、本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、半導体発光素子の第１金属層において、個々のＡｕＳｎ層が従来よりも薄く積層され、かつ、ＡｕＳｎ層と交互に中間層が積層される。ここで、ＡｕＳｎ層と中間層とのいずれから積層し始めてもよい。これにより、第３工程にて、基板を半導体発光素子ごとに分割する際に、割断し易くなる。そのため、基板からの金属層の剥がれを低減することができる。

また、本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、前記第１工程と前記第２工程との間に、前記ＡｕＳｎ層よりも前記半導体素子構造体からの光に対する反射率の高い第２金属層を形成する工程を有することが好ましい。

かかる手順によれば、本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、基板の第２主面側に、光反射率を高めるための第２金属層を形成してから、半導体発光素子を外部の部材に接合させるための第１金属層を形成する。これにより、半導体発光素子は、基板の第１の主面側への光の取り出し効率を向上させることができる。また、半導体発光素子が、熱圧着などで、第１金属層を介して、外部の部材に接合されたときに、中間層がＡｕＳｎ層を支えるため、ＡｕＳｎ層が素子基板側の第２金属層に回り込むことを効果的に防止する。したがって、加熱により溶け出したＡｕＳｎが第２金属層を侵食することによる明るさの低下を、低減することができる。

本発明の半導体発光素子によれば、割断し易くなり、金属層の剥がれを低減することができる。
本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、分割する際に、割断し易くなるので、金属層の剥がれを低減することができる。そのため、歩留まりを向上させることができる。

本発明の実施形態に係る半導体発光素子の模式図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線矢視における断面図である。 比較例の発光素子の模式図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線矢視における断面図である。 本発明の実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を模式に示す断面図である。 発光素子における金属層の剥がれの説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）はＣ−Ｃ線矢視における断面図である。 （ａ）は単層のＡｕＳｎを積層したウェハを模式的に示す概念図、（ｂ）は３層のＡｕＳｎを積層したウェハを模式的に示す概念図を示している。 図５の各ウェハを加熱する試験を模式的に示す断面図である。 （ａ）は図５（ａ）のウェハの加熱後の状態を模式的に示す概念図、（ｂ）は図５（ｂ）のウェハの加熱後の状態を模式的に示す概念図を示している。

以下、本発明に係る半導体発光素子を実施するための形態を、いくつかの具体例を示した図面と共に詳細に説明する。なお、各図面が示す部材のサイズや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については、原則として同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。

［１．半導体発光素子の構成の概要］
図１は、本発明の実施形態に係る半導体発光素子１を示す。図２は、比較例の発光素子１００を示す。半導体発光素子１の構成の概要について図１および図２を参照して説明する。図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、半導体発光素子１は、図示しないワイヤを取り付けるためのｐ側電極３２およびｎ側電極３３を発光面側に有した構造、すなわちフェイスアップ構造のものである。図示するように、半導体発光素子１は、基板２と、基板２の第１主面上に積層された半導体素子構造体３と、基板２の第２主面上に積層された金属層４とを主に備える。金属層４は、図１（ｂ）に示すように、半導体発光素子１を外部の部材（図示しない）に接合させるための第１金属層５と、第２金属層６とを備える。第１金属層５は、厚み方向に設けられた複数のＡｕＳｎ層７と、ＡｕＳｎ層７の間に設けられた中間層８とを備える。

一方、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、比較例の発光素子１００も、フェイスアップ構造のものであって、基板２と、基板２の第１主面上に積層された半導体素子構造体３と、基板２の第２主面上に積層された金属層４とを備える。ただし、発光素子１００の金属層４は、図２（ｂ）に示すように、第１金属層である１つのＡｕＳｎ層７と、第２金属層６とを備える。

したがって、半導体発光素子１は、第１金属層の構造が発光素子１００と相違している。
半導体発光素子１において、第１金属層５を構成する中間層８は、ＡｕＳｎ層７に接して設けられモース硬度においてＡｕＳｎよりも硬い材料で構成された層である。そして、２つのＡｕＳｎ層７の間には中間層８が介在している。半導体発光素子１は、第１金属層５に、ＡｕＳｎよりも硬い中間層８を備えるので、発光素子１００と比べて割断性が向上する。したがって、半導体発光素子１は、基板２からの金属層４の剥がれを低減することができる。

また、同サイズの発光素子であれば、必要な接合層の膜厚は同程度なので、この例では、半導体発光素子１は、第１金属層５に設けられた個々のＡｕＳｎ層７の厚みが、比較例の発光素子１００におけるＡｕＳｎ層７の厚さの１／３程度の膜厚である。言い換えると、半導体発光素子１の第１金属層５を構成するＡｕＳｎ層７の膜厚の合計は、比較例の発光素子１００におけるＡｕＳｎ層７の膜厚程度である。そのため、半導体発光素子１の第１金属層５において、個々のＡｕＳｎ層７が薄く、かつ、中間層８が薄いＡｕＳｎ層７を支えるため、基板２からの金属層４の剥がれを、発光素子１００と比較して低減することができる。なお、基板２からの金属層４の剥がれについて発光素子１００と対比した実験結果については後記する。

［２．半導体発光素子の構成の詳細］
以下、本実施形態に係る半導体発光素子１の構成を詳細に説明する。
（基板）
基板２は、例えば、サファイア、スピネル、ＳｉＣ、ＮＧＯ（ＮｄＧａＯ₃）基板、ＬｉＡｌＯ₂基板、ＬｉＧａＯ₃基板、ＧａＮ、ＧａＡｓ等の公知の絶縁性基板及び導電性基板を用いることができる。なかでも、サファイア基板が好ましい。

（半導体素子構造体）
半導体素子構造体３は、基板２側から順に、ｎ側半導体層２１と、発光層２２と、ｐ側半導体層２３とが積層されてなる。
ｎ側半導体層２１およびｐ側半導体層２３のうちの一方または双方を複数の窒化物半導体層で構成することもできる。また、発光層２２も単層であっても多層であってもよい。従って、例えば、ｎ側半導体層２１およびｐ側半導体層２３をそれぞれ、コンタクト層、クラッド層等の必要な機能に対応させた複数の層で構成することができ、用途に応じた発光特性を実現することができる。

ｎ側半導体層２１のコンタクト層としては、例えば、Ｓｉドープのｎ型ＧａＮ層、ｎ側半導体層２１のクラッド層としては、例えば、Ｓｉドープのｎ型ＡｌＧａＮ層が挙げられる。ｐ側半導体層２３のコンタクト層としては、例えば、Ｍｇドープのｐ型ＧａＮ層、ｐ側半導体層２３のクラッド層としては、例えば、Ｍｇドープのｐ型ＡｌＧａＮ層が挙げられる。発光層２２としては、ＩｎＧａＮ層、ＧａＮとＩｎＧａＮとの単一又は多重量子井戸層、ＩｎＧａＮ障壁層とその層とは組成比の異なるＩｎＧａＮ井戸層からなる単一又は多重量子井戸層等である。また、ｎ側半導体層２１およびｐ側半導体層２３は、アンドープの窒化物半導体層をさらに含んでいてもよい。

半導体素子構造体３の上には、透明電極層３１と、ｐ側電極３２と、ｎ側電極３３と、保護層３４とが積層されている。

＜透明電極層＞
透明電極層３１は、ｐ側電極の第１層であって、ｐ側半導体層２３と直接接触するオーミック電極として機能する。透明電極層３１は、半導体発光素子１の発光する光を透過できる導電層であり、ｐ側半導体層２３の上面のほぼ全域に形成されており、ｐ側電極３２から流れ込む電流をｐ側半導体層２３の全体に均一に広げる。透明電極層３１の材料としては、例えば、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）よりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物とする。具体的には、ＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂等を挙げることができる。

＜ｐ側電極＞
ｐ側電極３２は、ワイヤ等の外部接続部材が接合されるパッド電極として機能するものであって、パッド部３２１と、延伸導電部３２２と、を備える。
パッド部３２１は、図１（ａ）に示すように略円形状であって、ワイヤ等の外部接続部材が接合される領域である。なお、外部接続部材が接合される際には、パッド部３２１の上面に積層されている保護層３４は除去される。

延伸導電部３２２は、図１（ａ）に示すように、略円形状のパッド部３２１の図中右端部から、二股に分かれて、それぞれが半導体発光素子１の周縁に沿って平行に図中左から右に延伸されてなる。これにより電流を面内方向に拡散させることができる。

ｐ側電極３２の材料としては、通常、電極として用いることができる材料を用いることができる。例えば、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、ランタン（Ｌａ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、イットリウム（Ｙ）等の金属や、Ｎｉ−Ａｕ、Ｎｉ−Ｐｔ等の合金が挙げられる。

＜ｎ側電極＞
ｎ側電極３３は、ｐ側電極３２と同様に、ワイヤ等の外部接続部材が接合されるパッド電極として機能するものであって、パッド部３３１と、延伸導電部３３２と、を備える。
パッド部３３１は、図１（ａ）に示すように略円形状であって、ワイヤが接合される領域である。なお、外部接続部材が接合される際には、パッド部３３１の上面に積層されている保護層３４は除去される。

延伸導電部３３２は、図１（ａ）に示すように、略円形状のパッド部３３１の左端部から図中右から左に延伸されてなる。図１（ａ）に示すように、平面視では、ｐ側電極３２のパッド部３２１と、ｎ側電極３３のパッド部３３１および延伸導電部３３２とが一直線上に配列されている。また、図１（ｂ）に示すように、断面視では、ｐ側電極３２はｎ側電極３３の上方に設けられている。これにより、ｐ側電極３２とｎ側電極３３との間で、電流を面内方向に拡散させることができる。

ｎ側電極３３の材料としては、通常、電極として用いることができる材料を例示することができる。また、例えば、ｎ側半導体層２１の側からＴｉ／Ａｌの順で積層した２つの金属で構成されてもよい。同様に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｖ／Ｐｔ／Ａｕのような順で積層された３つ以上の金属で構成されてもよい。

＜保護層＞
保護層３４は、ｐ側電極３２と、ｎ側電極３３と、半導体素子構造体３の上面および側面を被覆して保護するものである。保護層３４は、絶縁膜であって、特に酸化膜からなるものが好ましい。保護層３４は、例えば、Ｚｒ酸化膜（ＺｒＯ₂）やＳｉＯ₂からなる。
保護層３４は、例えば、スパッタリング法、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance：電子サイクロトロン共鳴）スパッタリング法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）法、ＥＣＲ−ＣＶＤ法、ＥＣＲ−プラズマＣＶＤ法、蒸着法、ＥＢ法（Electron Beam：電子ビーム蒸着法）等の公知の方法で形成することができる。なかでも、ＥＣＲスパッタリング法、ＥＣＲ−ＣＶＤ法、ＥＣＲ−プラズマＣＶＤ法等で形成することが好ましい。

（金属層）
金属層４は、図１（ｂ）に示すように、第１金属層５と、第２金属層６とを備えている。第１金属層５は、半導体発光素子１を外部の部材に接合させるために設けられている。
第２金属層６は、基板２の第２主面（裏面）と第１金属層５との間に積層されている。
本実施形態では、第２金属層６は、光反射層１１と、密着層１２と、第１拡散防止層１３と、第２拡散防止層１４とを備える。
これらの金属層４を構成する各層は、例えば、蒸着法、スパッタ法、イオンビームアシスト蒸着法、めっき法等によって形成することができる。なお、各層は、基板２の第２主面の全面に形成されていることが好ましい。

（第２金属層）
＜光反射層＞
光反射層１１は、基板２の裏面に接触して設けられ、半導体素子構造体３によって発光した光を、効率的に反射させて、外部に取り出すための層である。光反射層１１は、半導体素子構造体３の発光波長に対して、ＡｕＳｎ層７よりも高い反射率を有する層とするのが好ましい。具体的には、Ａｇ（銀）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｒｈ（ロジウム）等の材料からなる層又はこれらの材料の合金等の単層又は積層構造で形成されることが好ましい。

＜密着層＞
密着層１２は、光反射層１１と第１拡散防止層１３との密着性を強固にするために設けられる層である。密着層１２の材料としては、例えば、鉄族元素（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）等が適している。

＜第１拡散防止層および第２拡散防止層＞
第１拡散防止層１３および第２拡散防止層１４は、それぞれ第１金属層５からＡｕＳｎが光反射層１１に拡散することを防止するなど、光反射層１１を保護するものである。
第１拡散防止層１３の材料としては、例えば、白金族元素（Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ）及びその同族元素である鉄族元素（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）等が適している。
第２拡散防止層１４の材料としては、第１拡散防止層１３の材料、あるいは、金（Ａｕ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、マンガン（Ｍｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）等の金属又はこれらの合金等が挙げられる。

なお、第２金属層６を、光反射層１１、密着層１２および第１拡散防止層１３で構成してもよい。この場合、基板側から、例えば、Ａｇ／Ｎｉ／Ｒｈを積層した構造やＡｌ／Ｗ／Ｐｔを積層した構造等が挙げられる。

（第１金属層）
第１金属層５は、厚み方向に設けられた複数のＡｕＳｎ層７と、中間層８と、を備える。
中間層８は、ＡｕＳｎ層７に接して設けられモース硬度においてＡｕＳｎよりも硬い材料からなる層である。
２つのＡｕＳｎ層７の間には中間層８が介在している。本実施形態では、第１金属層５は、ＡｕＳｎ層７と中間層８とが交互に積層されて構成されている。なお、中間層８の膜厚は、ＡｕＳｎ層７の膜厚に比べて１桁程度以上小さいが、図１（ｂ）では誇張して示している。

図１（ｂ）に示す第１金属層５の例では、基板２の側から、ＡｕＳｎ層７、中間層８、ＡｕＳｎ層７、中間層８、ＡｕＳｎ層７の順に積層した。つまり、第１金属層５を構成する複数の層の中で最上層と最下層とは同じであって、ＡｕＳｎ層７である。また、ＡｕＳｎ層７の個数と中間層８の個数とは異なっている。

＜ＡｕＳｎ層＞
ＡｕＳｎ層７は、好ましくはＡｕとＳｎとを主成分とする共晶合金膜である。ＡｕＳｎ共晶とは、Ａｕ含有率が８０％以上のものをいう。
第１金属層５のうち複数のＡｕＳｎ層７の膜厚の合計は、発光素子１００のように１層からなるＡｕＳｎの膜厚として用いられている数値範囲と同じ程度である。第１金属層５のうち複数のＡｕＳｎ層７の膜厚の合計は、２．８〜４．２μｍの厚さであることが好ましく、さらに３．２〜３．８μｍの厚さであることが好ましく、特に３．５μｍ程度の厚さであることが好ましい。この理由は、実装可能とするためである。例えば、ＡｕＳｎ層７の膜厚の合計値が例えば２．８μｍよりも小さいと、第１金属層５にＡｕＳｎの共晶を用いた半導体発光素子を、発光装置のパッケージへ実装できない場合がある。一方、ＡｕＳｎ層７の使用量が必要以上に増加して、ＡｕＳｎ層７の膜厚の合計値が４．２μｍよりも大きくなると、実装するときに想定している加熱時間では、溶融が不充分になって密着力が低下する恐れがある。

＜中間層＞
本実施形態では、中間層８は、ＡｕＳｎよりも硬い材料で構成されている。つまり、中間層８は、ＡｕＳｎの硬度（モース硬度）よりも大きい硬度を有する材料で構成されることが望ましい。ここで、ＡｕＳｎよりも硬い材料としては、例えば、Ａｇ，Ｎｉ，Ｒｈ，Ａｌ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｒｕ，Ｍｏ，Ｎｂから構成される群から選択される少なくとも１つを主体とする金属材料を挙げることができる。
特に、Ｒｈを用いた場合、後記するようにＡｕＳｎが加熱により基板側に回りこむのを軽減することができる。また、Ｎｉを用いた場合、後記するように金属層４の剥がれを効果的に低減することができる。

第１金属層５のうち中間層８の膜厚は、材料の種類にもよるが０．１μｍよりも薄いことが好ましい。また、中間層８にＲｈを用いた場合、膜厚は、後記するように０．０１〜０．０５μｍの範囲であることが好ましい。
中間層８の膜厚が０．１μｍよりも薄い場合、例えば、リフロー方式によるパッケージへ実装性がよくなる。一方、中間層８の膜厚の下限は、０．００１μｍよりも厚いことが好ましい。その理由は、０．００１μｍ以下の膜を精度よく形成することは極めて難しいからである。

［３．半導体発光素子の製造方法の概要］
半導体発光素子１の製造方法は、第１工程と、第２工程と、第３工程と、を主として有する。第１工程は、基板２の第１主面上に形成された半導体積層構造体３を準備する工程であり、例えば、ウェハ基板の第１主面上（基板２の表側）に半導体を積層して発光層を含む半導体積層構造体３を形成する。第２工程は、ウェハ基板の第２主面上（基板２の裏側）に金属を積層して第１金属層５を含む金属積層構造体（金属層）４を形成する工程である。続いて行う第３工程は、ウェハ基板を素子１ごとに分割する工程である。第２工程は、金属積層構造体４において第１金属層５を形成する第１金属層形成工程を含む。本発明の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法は、この第１金属層形成工程に特徴がある。第１金属層形成工程では、基板裏面側の第１金属層５として、厚み方向に設けられる複数のＡｕＳｎ層７と、中間層８と、を積層する。

［４．半導体発光素子の製造方法の詳細］
以下、半導体発光素子１の製造方法の詳細について図３を参照して説明する。
第１工程にてウェハ基板に積層された半導体積層構造体の断面を図３（ａ）に示す。この第１工程は、丸いウェハ基板としてのサファイア基板２０の第１主面上に、エピタキシャル成長によってＧａＮ半導体を積層して半導体積層構造体４０を形成する工程である。ここで、半導体積層構造体４０は、ｎ側半導体層、発光層、およびｐ側半導体層を含む。また、半導体積層構造体４０には、透明電極層、ｐ側電極、ｎ側電極および保護層が順次積層されていることとする。

次に、第２および第３工程のための準備工程を行う。まず、サファイア基板２０の裏面（第２主面）を研削研磨し、サファイア基板２０を薄肉化する。薄肉化されたサファイア基板２０の断面を図３（ｂ）に示す。次に、サファイア基板２０の内部に、切断しようとする切断線に沿って、図３（ｃ）に示すように、レーザ光２００を照射する。このとき、サファイア基板２０の裏面（第２主面）側から、素子の切断線となる位置にレーザ照射される。なお、この段階では、まだ個片に割れてはいない。

図３（ｄ）に、第２工程にて基板裏面側に積層された金属積層構造体（金属層）の断面を示す。この第２工程は、サファイア基板２０の第２主面上に金属を積層して第１金属層を含む金属積層構造体５０を形成する工程である。ここで、金属積層構造体５０は、第２金属層および第１金属層をこの順番に積層したものである。つまり、第２工程は、第２金属層形成工程と、第１金属層形成工程とを有する。具体的には、まず、第２金属層形成工程にて、第２金属層を、スパッタリング法により、サファイア基板２０の裏面全面に積層する。すなわち、Ａｇ膜、Ｎｉ膜、Ｒｈ膜、Ａｕ膜を順次積層する。さらに、第１金属層形成工程にて、スパッタリング法により、第２金属層の上から第１金属層を全面に積層する。すなわち、例えば、ＡｕＳｎ層、中間層、ＡｕＳｎ層、中間層、ＡｕＳｎ層を交互に積層する。ここで、中間層の材料は、ＡｕＳｎよりも硬い材料を用いる。

図３（ｅ）に、第３工程にてウェハ基板を分割するときのウェハ基板断面を示す。この第３工程は、半導体積層構造体４０および金属積層構造体５０が形成されたサファイア基板２０を、半導体発光素子１ごとに分割する工程である。具体的には、ます、サファイア基板２０の第１主面側（半導体積層構造体４０側）を下、裏面側（金属積層構造体５０）を上として、図示しないシートの上にサファイア基板２０を載置し、サファイア基板２０の上面に図示しないフィルムを被せることで、シートとフィルムとでサファイア基板２０を挟みこむ。なお、シートの端部には、シートを段歩的に送るための金属リングが接続されており、この状態のサファイア基板２０は、ウェハを上から押してブレード２４０によりブレイクするブレイク装置のコンベア２１０上を、既にレーザ照射されたスクライブラインの位置に沿って段歩的に通過する。このとき、サファイア基板２０をスクライブラインの所定の分割地点まで進めるように動かして、ブレイク装置の固定下部２２０と固定上部２３０とで上下から挟んでからブレード２４０により割って、次の分割地点に送るという動作を繰り返す。これにより、個片化された素子となる。

なお、この半導体発光素子１を１つ以上実装することで発光装置を製造することができる。この場合、半導体発光素子をパッケージ等の外部の実装基板に固着する工程では、ＡｕＳｎ層を含む第１金属層を熱圧着するため、パッケージを加熱する加熱工程を含む。その後、半導体発光素子のｎ側電極およびｐ側電極と実装基板のインナーリードとをワイヤでそれぞれ接続する工程や、半導体発光素子をパッケージに封止する工程を主に行う。その他、必要に応じて、パッケージを作製する工程、パッケージをめっきする工程、洗浄工程、不要物除去工程、保護素子接合工程等を行う。

以上説明したように、本実施形態の半導体発光素子によれば、基板裏面側に積層される金属層を構成する第１金属層として、従来の単層のＡｕＳｎ層に比べて薄い複数のＡｕＳｎ層を積層し、ＡｕＳｎ層間に中間層を設けたので、分割し易くなる。そのため、基板からの金属層の剥がれを低減することができる。

また、本実施形態の半導体発光素子の製造方法によれば、基板を半導体発光素子ごとに分割する前に、従来の単層のＡｕＳｎ層に比べて薄いＡｕＳｎ層を形成する工程を行うと共に、この薄いＡｕＳｎ層に接する中間層を積層する工程を追加したので、基板を分割する工程にて分割し易くなる。そのため、基板からの金属層の剥がれを低減し、その結果、歩留まりを向上させることができる。

以上、本実施形態について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではなく、その趣旨を変えない範囲でさまざまに実施することができる。例えば、第１金属層５に、３層のＡｕＳｎ層と、それらの間に介在させた２層の中間層８とを設けた形態で説明したが、ＡｕＳｎ層は２層以上であればよい。ＡｕＳｎ層が２層の場合には、３層の場合のときと比べて、各ＡｕＳｎ層の膜厚を厚くする。３層のときに、例えば、ＡｕＳｎ層（１１００ｎｍ）＋中間層＋ＡｕＳｎ層（１１００ｎｍ）＋中間層＋ＡｕＳｎ層（１３００ｎｍ）であるならば、２層にしたとき、ＡｕＳｎ層（１７００ｎｍ）＋中間層＋ＡｕＳｎ層（１８００ｎｍ）としてもよい。

また、第１金属層５の変形例としては、基板２の側から、中間層８、ＡｕＳｎ層７、中間層８、ＡｕＳｎ層７、中間層８の順に積層してもよい。また、他の変形例としては、ＡｕＳｎ層７の個数と中間層８の個数とは同じでもよい。また、中間層８は、ＡｕＳｎ層間に介在すればよく、ＡｕＳｎ層を積層する前や、ＡｕＳｎ層を積層し終わった後には、中間層を設けなくてもよい。

本発明の半導体発光素子１の性能を確かめるために以下の実験１〜実験６を行った。
実験１は、本発明の半導体発光素子１において中間層８の材料の条件だけを変えたときに、後記する金属層の剥がれ発生率を測定する実験である。
実験２は、実験１に付随して金属層の剥がれ発生率とは異なる観点から中間層８として適した材料を探索する実験である。
実験３は、本発明の半導体発光素子１において中間層８の膜厚の条件だけを変えたときに、金属層の剥がれ発生率を測定する実験である。
実験４は、実験３に付随して金属層の剥がれ発生率とは異なる観点から中間層８として適した膜厚を探索する実験である。
実験５は、中間層８として、実験１〜４から導かれる特定の膜厚かつ特定の材料を用いた半導体発光素子の金属層の剥がれ発生率を検証する実験である。
実験６は、実験５に付随して、第１金属層の密着力を検証する実験である。
以下、金属層の剥がれ発生率の定義と、実験１〜実験６とについて順次説明する。

＜金属層の剥がれ発生率＞
図２（ａ）および図２（ｂ）は、比較例の発光素子１００において、金属層の剥がれがないものを示している。一方、図４（ａ）および図４（ｂ）は、この比較例の発光素子１００において、金属層の剥がれが発生したものを示している。

平面図で比較すると、図４（ａ）に平面視で示した発光素子１００は、金属層の領域３０１が露出している点が、図２（ａ）に平面視で示した発光素子１００と相違している。

また、断面図で比較すると、図４（ｂ）にＣ−Ｃ線矢視における断面で示した発光素子１００は、金属層の領域３０１が露出している点、および、基板の領域３０２が露出している点が、図２（ｂ）にＢ−Ｂ線矢視における断面で示した発光素子１００と相違している。

ここで、金属層の剥がれとは、基板２の全面に形成された金属層４がすべて剥がれ落ちるのではなく、基板裏面において金属層が積層されていない領域３０２が生じることを意味する。また、金属層の剥がれとは、図４（ｂ）に示すように、基板２の裏面側に積層された金属層４の位置があたかも水平方向にずれたような状態になることを示す。なお、ウェハを分割したときに、金属層の剥がれがないと、図２（ｂ）に示すように、基板２の裏面側に積層された金属層４の位置が基板２に面一となる。

従来から、半導体発光素子を量産する場合、ウェハ基板を分割する際に、基板裏面側の金属層が剥がれるものが一定の割合で含まれていた。予め定められた個数の集合（１ロット＝３６００個）の中で、金属層が剥がれたものの割合を、以下では金属層の剥がれ発生率と定義する。また、金属層が剥がれた素子を、割断性がよくない不良品と定義し、金属層が剥がれない素子を、割断性がよい良品と定義し、１ロット当たりの割断性がよい良品の割合（歩留まり）を、１−（金属層の剥がれ発生率）で表すこととする。

金属層の剥がれ発生率を調べる方法は、ウェハを分割した後で、各素子を整列させて、表側（デバイス面側）から、金属層の剥がれ（引きちぎり）が発生している素子をカウントする。このとき、例えば顕微鏡を用いて目視によって素子を観察して、図４（ａ）に示すような、金属層の領域３０１が露出していれば、金属層の剥がれ（引きちぎり）が発生しているとしてカウントする。なお、金属層の領域３０１が露出する箇所は、図４（ａ）において左右方向に現れるとは限らず、上下方向に金属層の領域３０１が露出する場合もある。

＜実験１＞
本発明の半導体発光素子１の金属層４において、第２金属層６（光反射層１１、密着層１２、第１拡散防止層１３、第２拡散防止層１４）として、基板側から、Ａｇ／Ｎｉ／Ｒｈ／Ａｕを積層した。そして、金属層４を構成する第１金属層５において、中間層８の材料の条件だけを変えたときの金属層の剥がれ発生率の違いを測定した。ここでは、中間層の材料として、硬度がＡｕＳｎより高い金属を用いた。また、第２金属層６として積層した金属ならば、製造工程において、第２金属層６の次に積層する第１金属層５に対して容易に準備できる。よって、密着層１２に用いたＮｉと、第１拡散防止層１３に用いたＲｈと、密着層１２に利用できるＷとをそれぞれ用意した。そして、材料および膜厚の条件を、以下の実施例１、２、３および比較例１のように変えた。

（実施例１）
中間層をＮｉとし、その膜厚を５０ｎｍ（５００Å）とした。
具体的には、本発明の実施形態に係る半導体発光素子１の第１金属層５として、サファイア基板の裏面に基板側から、ＡｕＳｎ／Ｎｉ／ＡｕＳｎ／Ｎｉ／ＡｕＳｎの順番で、それぞれの膜厚［ｎｍ］を１１００／５０／１１００／５０／１３００として積層した。ここで、３層に分けて設けたＡｕＳｎ層は、膜厚の合計値が３５００［ｎｍ］（３．５μｍ）である。その後、サファイア基板を分割して１ロットの半導体発光素子を得た。この材料条件および膜厚条件を実施例１とする。なお、Ｎｉの硬度は４．０である。測定結果の金属層の剥がれ発生率を表１に示す。なお、表１の回り込み量ｄについては、実験２で求めたものなので説明を後記する。

（実施例２）
実施例１のＮｉをＲｈに置き換えて、同様に１ロットの半導体発光素子を得た。この材料条件および膜厚条件を実施例２とする。なお、Ｒｈの硬度は６．０である。金属層の剥がれ発生率の測定結果を表１に示す。

（実施例３）
実施例１のＮｉをＷに置き換えて、同様に１ロットの半導体発光素子を得た。この材料条件および膜厚条件を実施例３とする。なお、Ｗの硬度は７．５である。金属層の剥がれ発生率の測定結果を表１に示す。

（比較例１）
発光素子１００として、第１金属層５をＡｕＳｎで構成し、その膜厚を３５００［ｎｍ］（３．５μｍ）とした。その他は、実施例１〜３と同様にして１ロットの半導体発光素子を得た。この材料条件および膜厚条件を比較例１とする。なお、Ａｕの硬度は２．５、Ｓｎの硬度は１．５である。ＡｕＳｎ共晶は、Ａｕ含有率が８０％以上なので、ここでは、ＡｕＳｎの硬度を２．５と表記したが、実際には２．５よりも小さな値となる。金属層の剥がれ発生率の測定結果を表１に示す。比較例１に中間層はないが、表１においてＡｕＳｎの硬度を２．５として示した。

表１に示すように、実施例１，２，３において、金属層の剥がれ発生率は、比較例１よりも小さくなった。すなわち、実施例１，２，３の条件によれば、半導体発光素子の基板からの金属層の剥がれを低減し、割断性がよい良品の割合を増加させることができる。

＜実験２＞
前記実施例２の条件として中間層８に用いたＲｈは、半導体発光素子１の第２金属層６を構成する第１拡散防止層１３として用いた材料と同じである。このため、前記実施例２の条件によれば、第１金属層５からＡｕＳｎが光反射層１１へ拡散することを防止する効果が向上するものと考えられる。そして、実施例１，３の条件においても、中間層８がＡｕＳｎの拡散を防止する効果があると期待される。また、ＡｕＳｎの拡散防止効果と、金属層の剥がれ発生率の低減効果との相関を調べることで、中間層８として適した材料を探索できると考えられる。

そこで、実験１により既に金属層の剥がれ発生率の低減効果が分かっている材料を用いて、ＡｕＳｎの拡散防止効果を確かめた。この目的のため、簡易的な方法で実験を行った。すなわち、ウェハ（サファイア基板）の第１主面に半導体を積層せずに第２主面（裏面）に金属層を積層し、かつ、ウェハを分割しなかった。つまり、半導体発光素子自体は作製しなかったが、半導体発光素子１の製造方法と同様に金属層を積層した。また、比較例の発光素子１００の製造方法と同様に金属層を積層した。作製したウェハの模式図を図５に示す。

図５（ａ）の上側に平面視で示すウェハ４００のＤ−Ｄ線矢視における断面を図５（ａ）の下側に示す。ウェハ４００は、サファイア基板４２０の第２主面（裏面）に、比較例１のように、第２金属層（光反射層１１、密着層１２、第１拡散防止層１３、第２拡散防止層１４）と、単層のＡｕＳｎ層７が積層されたものである。ウェハ４００は、中央に、第２金属層およびＡｕＳｎ層が積層されていない孔４１０を有する。仮に、ウェハの第１主面側（図５（ａ）の断面図において下側）から顕微鏡で観察したとすると、光反射層１１に対応した周辺領域が明るく、中央の円領域が暗くなった画像が観察されることになる。このような画像で観察される形状は、図５（ａ）の上側の平面図と同様の形状となる。

図５（ｂ）の上側に平面視で示すウェハ５００のＥ−Ｅ線矢視における断面を図５（ｂ）の下側に示す。ウェハ５００は、実施例１〜３のように３層のＡｕＳｎ層７を有する点がウェハ４００と相違する。ウェハ５００の孔５１０の径は、ウェハ４００の孔４１０の径と同じである。このウェハ５００についても第１主面側（図５（ｂ）の断面図において下側）から顕微鏡で観察したとすると、光反射層１１に対応した周辺領域が明るく、中央の円領域が暗くなった画像が同様に観察されることになる。このウェハ５００については、中間層８の材料をＮｉ，Ｒｈ，Ｗとした３種類のウェハを準備した。

各ウェハ４００，５００を以下の工程にて作製した。まず、サファイア基板の裏側を研削研磨する（ステップＳ１０１）。そして、薄肉化したサファイア基板４２０，５２０の裏側にパターニングを行った（ステップＳ１０２）。ここでは、基板裏側全面のうちほぼ中央部をマスクするようにパターニングを行った。次に、パターニングされたサファイア基板４２０，５２０の裏側に、第２金属層（光反射層１１、密着層１２、第１拡散防止層１３、第２拡散防止層１４）を順次積層する（ステップＳ１０３）。次いで、サファイア基板４２０には、第１金属層として、単層のＡｕＳｎ層７を積層する（ステップＳ１０４ａ）。一方、サファイア基板５２０には、第１金属層として、中間層８を介在させながら３層のＡｕＳｎ層７を積層する（ステップＳ１０４ｂ）。続いて、サファイア基板４２０，５２０の裏側のリフトオフを行う（ステップＳ１０５）。これにより、基板裏側の中央部のマスクと、マスクの上に積層された第１金属層および第２金属層とが取り除かれる。つまり、サファイア基板４２０，５２０の裏側の中央部に、金属層が積層されずに基板裏側が露出した孔４１０，５１０が形成された。

作製したウェハ（４００または５００、以下同様）を、図６に示す加熱手段６００で加熱した。加熱手段６００は、ホットプレート６０１と、ホットプレート６０１による加熱を補助する補助手段とを備える。補助手段は、下から順番に、アルミニウム箔６０２と、アルミニウムプレート６０３と、ＳＵＳプレート６０４とを備える。

アルミニウム箔６０２は、ホットプレート６０１とアルミニウムプレート６０３とを密着させるために設けられている。アルミニウムプレート６０３の上には、ウェハが、裏面側（第１金属層および第２金属層側）を下にして載置される。アルミニウムプレート６０３は、ウェハに下から熱を伝わり易くするために設けられている。ＳＵＳプレート６０４は、ウェハをアルミニウムプレート６０３に密着させるために設けられている。

アルミニウムプレート６０３およびＳＵＳプレート６０４でウェハを挟んだ状態にて、ホットプレート６０１で３００℃まで加熱し、３００℃のまま５分間放置した。加熱後、ＳＵＳプレート６０４を除去し、ウェハを常温まで冷却し、ウェハの第１主面側（表側）から顕微鏡でＡｕＳｎの浸食具合（回り込み）を観察した。

冷却後のウェハの模式図を図７に示す。図７（ａ）の上側に平面視で示すウェハ４００のＦ−Ｆ線矢視における断面を図７（ａ）の下側に示す。図７（ａ）に示すウェハ４００は、図５（ａ）に示すウェハ４００と比べて、孔４１０の周縁が広がり、孔４１０の底面が狭くなっている。ここで、図７（ａ）の下側に示す断面形状は、図５（ａ）の下側に示す断面図に対応させて第２金属層を区分したが、実際には加熱後に切断した断面では各層が識別できない。

このウェハ４００の第１主面側（図７（ａ）の断面図において下側）から顕微鏡で観察すると、光反射層１１に対応した周辺領域が明るく、孔４１０の底面に対応した小さい方の同心円の領域が暗く、２つの同心円に囲まれた円環領域がやや暗くなった画像が観察された。この画像の形状は、図７（ａ）の上側の平面図と同様の形状となる。円環領域がやや暗くなったのは、ＡｕＳｎが第２金属層を侵食してサファイア基板４２０側に回り込んで変色したからである。ＡｕＳｎが第２金属層を侵食すると光反射層１１の機能が損なわれるので、発光装置として作製した場合、明るさが低下することとなる。

そして、ＡｕＳｎの浸食具合を定量化するため、図７（ａ）に示す回り込み量ｄを定義した。この回り込み量ｄは、第２主面側の金属層に孔が設けられたウェハの第１主面側から顕微鏡で観察したときに、変色した領域、すなわち、孔に対応した２つの同心円に囲まれた円環領域の径方向の長さである。

図７（ｂ）の上側に平面視で示すウェハ５００のＧ−Ｇ線矢視における断面を図７（ｂ）の下側に示す。図７（ｂ）に示すウェハ５００は、図５（ｂ）に示すウェハ５００と比べて、孔５１０の周縁がやや広がり、孔５１０の底面がやや狭くなっている。ここで、図７（ｂ）の下側に示す断面形状は、図５（ｂ）の下側に示す断面図に対応させて各層を区分したが、加熱後に切断した断面は、実際のＳＴＭ画像によると、ＡｕＳｎ層７および中間層８の各層が識別できないほど一体化している。

このウェハ５００の第１主面側（図７（ｂ）の断面図において下側）から顕微鏡で観察すると、光反射層１１に対応した周辺領域が明るく、孔５１０の底面に対応した小さい方の同心円の領域が暗く、２つの同心円に囲まれた円環領域が変色してやや暗くなった画像が観察された。この画像の形状は、図７（ｂ）の上側の平面図と同様の形状となる。

このウェハ５００についての回り込み量ｄは、ウェハ４００についての回り込み量ｄよりも小さくなった。その結果を前記した表１に示す。なお、回り込み量ｄについては、半導体を積層した素子を作成して測定したものではないが、第１金属層の材料、膜厚、積層構造が同じ条件の実施例等と対応させて並べて表示した。

表１の実施例１，２，３のように接合層（第１金属層）に中間層８を設けた場合、すなわち、ウェハ５００の構造の場合には、ウェハ４００の構造と比較して、ＡｕＳｎの拡散を大きく防止する顕著な効果がみられた。ＡｕＳｎの拡散を防止する効果が最も大きかったのは、第１拡散防止層１３として用いた材料と同じ材料（Ｒｈ）を中間層８に用いた場合であった。

比較例１のように第１金属層に中間層８を設けない場合、すなわち、ウェハ４００の構造の場合、ｄ＝１１．５３μｍとなった。一方、Ｒｈを中間層８に用いた場合には、回り込み量ｄ＝４．３３μｍであった。両者を比較すると、Ｒｈを中間層８に用いた場合、変色（回り込み量）の下降分は７．２μｍである。
よって、このときの改善率は、７．２／１１．５３より、６２．４％であった。このように変色の回り込み量が小さくなっている原因として、ＡｕＳｎ溶け出しの際、Ｒｈに引き寄せられる等なんらかの反応があると考えられる。

＜実験３＞
実験２の結果をもとに、中間層８の材料をＲｈに固定して、この中間層８の膜厚の条件だけを変えたときの金属層の剥がれ発生率の違いを実験１と同様な方法で測定した。このとき、材料および膜厚の条件を、以下の実施例４、５および参考例のように変えた。

（実施例４）
前記実施例２のＲｈの膜厚を１０ｎｍ（１００Å）に置き換えて、同様に１ロットの半導体発光素子を得た。この材料条件および膜厚条件を実施例４とする。金属層の剥がれ発生率の測定結果を表２に示す。

（実施例５）
前記実施例２のＲｈの膜厚を３０ｎｍ（３００Å）に置き換えて、同様に１ロットの半導体発光素子を得た。この材料条件および膜厚条件を実施例５とする。金属層の剥がれ発生率の測定結果を表２に示す。

（参考例）
前記実施例２のＲｈの膜厚を１００ｎｍ（１０００Å）に置き換えて、同様に１ロットの半導体発光素子を得た。この材料条件および膜厚条件の場合、第１金属層を単独のＡｕＳｎ層で構成した比較例１よりも、金属層の剥がれ発生率が悪化したので、参考例とした。ただし、回り込み量ｄについては、比較例１および実施例２，４，５よりもよい結果となった。参考例についての金属層の剥がれ発生率の測定結果を表２に示す。
なお、表１に記載の比較例１および実施例２の測定結果を実施例４，５等と対比させるために、併せて表２に記載した。

表２に示すように、実施例４，５も金属層の剥がれ発生率は、比較例１よりも小さくなった。中間層８の材料にＲｈを用いた場合、膜厚が薄くなるほど、金属層の剥がれ発生率が低下する傾向にあった。参考例のようにＲｈの膜厚が１００ｎｍ（１０００Å）の場合、金属層の剥がれ発生率が大きくなった。これは、参考例の条件では、第１金属層全体の膜厚が比較例よりも５％以上大きいことも１つの要因と考えられる。

＜実験４＞
実験３の結果をもとに、実施例４，５の条件のように膜厚が薄くなった場合でも、実施例２の条件のときと同程度のＡｕＳｎの拡散防止効果があることを確かめるため、実験２と同様な方法で調べた。このとき、ウェハ５００について、中間層８の材料をＲｈとした上で、実施例４，５および参考例の条件に合わせて、膜厚が異なる３種類のウェハを準備した。

これらウェハ５００についての回り込み量ｄは、ウェハ４００についての回り込み量ｄよりも小さくなった。その結果を表２に示す。なお、回り込み量ｄについては、半導体を積層した素子を作成して測定したものではないが、第１金属層の材料、膜厚、積層構造が同じ条件の実施例と対応させて並べて表示した。

表２に示すように、中間層８の材料をＲｈとした場合、中間層８の膜厚が１０〜１０００ｎｍの範囲では、概ね厚くなるほど、ＡｕＳｎの拡散防止効果が僅かに増加する傾向にあった。これにより、実施例４，５の場合も、実施例２と同程度のＡｕＳｎの拡散防止効果があることを確かめた。

＜実験５＞
実験１の結果、金属層の剥がれ発生率が最も低かったときに中間層８に用いた材料はＮｉであった。また、実験３の結果、金属層の剥がれ発生率が最も低かったときの中間層８の膜厚は１０ｎｍであった。よって、この組み合わせのときに最良の結果が得られると予想されるので、これを検証する実験を行った。

（実施例６）
実施例１の材料（Ｎｉ）を用いて、膜厚を１０ｎｍ（１００Å）に置き換えて、同様に１ロットの半導体発光素子を得た。この材料条件および膜厚条件を実施例６とする。金属層の剥がれ発生率の測定結果を表３に示す。なお、表２に記載の比較例１および実施例４の測定結果を実施例６と対比させるために、併せて表３に記載した。

表３に示すように、実施例６の条件によれば、金属層の剥がれ発生率は、８．５％であり、予想通り最もよい結果となった。
ここで、１ロット当たりの割断性がよい良品の割合（歩留まり）に置き換える。ここでは、歩留まり［％］＝１００−（金属層の剥がれ発生率）とする。
この場合、比較例１のとき、７７．４％となり、実施例４のとき、８４．３％となり、実施例６のとき、９１．５％となる。実施例６の歩留まりは、比較例１から１４．１％上昇した。よって、このときの増加率は、１４．１／７７．４により１８．２％となった。

＜実験６＞
表３に記載の実施例４および実施例６の条件のように中間層８を設けて作成した素子の密着力を確かめるため、表３に記載の比較例１とのダイシェア強度の比較実験を行った。所定の実装基板へ実装した半導体発光素子のダイシェア時の破壊モードは、基板２と第２金属層６との界面とした。ここで、第２金属層６は、基板２の裏面に基板側から、Ａｇ／Ｎｉ／Ｒｈ／Ａｕの順番で、それぞれの膜厚［ｎｍ］を１２０／１００／２００／５００として積層した。
なお、ダイシェア強度は、常温および高温で半導体チップを横から水平方向に押し、剥がれたときの荷重として測定されたせん断強度である。この測定には、公知のダイシェア強度試験機が用いられる。なお、ダイシェア強度は、ＪＥＩＴＡ規格（ＥＩＡＪ ＥＤ４７０３）やＭＩＬ規格（ＭＩＬ−ＳＴＤ−８８３Ｃ）に定められている。

実験の結果、実施例４および実施例６の条件のように中間層８を設けて作成した素子の実装基板への密着力は、約７００ｇｆであり、比較例１の条件のように中間層を設けずに作成した素子と同程度であることが確認できた。つまり、基板からの金属層の剥がれを防止する対策（引きちぎれ対策）を行っても密着力は変わらなかった。その理由としては、本実施形態の半導体発光素子１を加熱して実装した後に切断した断面が、実際のＳＴＭ画像によると、ＡｕＳｎ層７および中間層８が層ごとにばらばらにはなっていないからであると考えられる。つまり、第１金属層５において、ＡｕＳｎ層７および中間層８が混ざってしまうので、強度自体が維持されている。

なお、前記実験では、製造工程において第２金属層６として積層した金属を、中間層の材料として用いて行ったが、中間層の材料は、これに限定されるものではない。中間層の材料として、例えば、硬度３．０のＣｕ、硬度２．７５のＡｌ、硬度２．５のＡｇなどを用いてもよい。なお、金属単体のほか、合金を使ってもよい。

本発明に係る半導体発光素子は、照明器具、バックライト、車載用発光装置、ディスプレイ、光ディスク用光源、露光用光源、その他の一般的民生用光源などに利用することができる。

１ 半導体発光素子
２ 基板
３ 半導体素子構造体
４ 金属層
５ 第１金属層
６ 第２金属層
７ ＡｕＳｎ層
８ 中間層
１１ 光反射層
１２ 密着層
１３ 第１拡散防止層
１４ 第２拡散防止層
２０ サファイア基板
２１ ｎ側半導体層
２２ 発光層
２３ ｐ側半導体層
３１ 透明電極層
３２ ｐ側電極
３２１ パッド部
３２２ 延伸導電部
３３ ｎ側電極
３３１ パッド部
３３２ 延伸導電部
３４ 保護層
４０ 半導体積層構造体
５０ 金属積層構造体

Claims (9)

1. 基板と、前記基板の第１主面上に積層された半導体素子構造体と、前記基板の第１主面とは反対側となる第２主面上に積層された金属層と、を備えた半導体発光素子であって、
   前記金属層は、前記半導体発光素子を外部の部材に接合させるための第１金属層を備え、
   前記第１金属層は、厚み方向に設けられた複数のＡｕＳｎ層と、前記ＡｕＳｎ層との間に接して設けられ、膜厚が０．１μｍ未満であってＲｈを主体とする金属材料からなる中間層と、を備えることを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記第１金属層は、前記ＡｕＳｎ層と前記中間層とが交互に積層されて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
3. 前記ＡｕＳｎ層の膜厚の合計は、２．８〜４．２μｍの厚さであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体発光素子。
4. 前記基板の第２主面と前記第１金属層との間に、前記ＡｕＳｎ層よりも前記半導体素子構造体からの光に対する反射率の高い層を含む第２金属層を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
5. 前記中間層の膜厚は、０．０１〜０．０５μｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
6. 基板の第１主面上に形成された半導体積層構造体を準備する第１工程と、
   前記基板の第１主面とは反対側となる第２主面上に、厚み方向に設けられる複数のＡｕＳｎ層と、前記ＡｕＳｎ層の間に接して設けられ、膜厚が０．１μｍ未満であってＲｈを主体とする金属材料からなる中間層と、を備える第１金属層を形成する第２工程と、
   前記半導体積層構造体および前記第１金属層が形成された基板を、前記半導体発光素子ごとに分割する第３工程と、を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
7. 前記第２工程は、前記ＡｕＳｎ層と前記中間層とを交互に積層することを特徴とする請求項６に記載の半導体発光素子の製造方法。
8. 前記第１工程と前記第２工程との間に、前記ＡｕＳｎ層よりも前記半導体素子構造体からの光に対する反射率の高い第２金属層を形成する工程を有することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の半導体発光素子の製造方法。
9. 前記中間層の膜厚は、０．０１〜０．０５μｍであることを特徴とする請求項６ないし請求項８のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。

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