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JP2013168464A - Semiconductor light-emitting element and manufacturing method of the same - Google Patents

Semiconductor light-emitting element and manufacturing method of the same Download PDF

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JP2013168464A JP2012030208A JP2012030208A JP2013168464A JP 2013168464 A JP2013168464 A JP 2013168464A JP 2012030208 A JP2012030208 A JP 2012030208A JP 2012030208 A JP2012030208 A JP 2012030208A JP 2013168464 A JP2013168464 A JP 2013168464A
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metal layer
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semiconductor light
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紘介 佐藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor light-emitting element in which peeling of a metal layer is reduced.SOLUTION: A semiconductor light-emitting element 1 comprises: a substrate 2; a semiconductor element structure 3 stacked on a first principal surface of the substrate 2; and a metal layer 4 stacked on a second principal surface of the substrate 2 on the opposite side to the first principal surface. The metal layer 4 includes a first metal layer 5 for bonding the semiconductor light-emitting element 1 to an external component. The first metal layer 5 includes a plurality of AuSn layers 7 provided in a thickness direction, and an intermediate layer 8 which is provided in contact with the AuSn layer 7 and composed of a metallic material harder than AuSn.

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。   The present invention relates to a semiconductor light emitting device including a metal layer on the back surface of a substrate and a method for manufacturing the same.

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)。   2. Description of the Related Art Conventionally, a structure having an electrode for attaching a wire on the light emitting surface side, that is, a face-up type semiconductor light emitting device, including a substrate and a light emitting layer laminated on the first main surface of the substrate And a metal layer laminated on the second main surface side (back side) of the substrate has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

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。   The outline of the manufacturing method of the semiconductor light emitting device described in Patent Document 1 is as follows. As the wafer substrate, for example, a semiconductor element structure made of a GaN layer or an InGaN layer is stacked on the first main surface of a 2-inch φ sapphire substrate. Next, an Ag film, a Ni film, and an Rh film are stacked on the back side of the sapphire substrate in order from the substrate side. Further, an Au—Sn eutectic alloy film is formed as a bonding layer on the Rh film. And it divides | segments into a semiconductor light emitting element unit. Each semiconductor light-emitting element is bonded to an external member (package or mounting substrate) through a bonding layer by thermocompression bonding or the like, and then the p-side electrode and the n-side electrode are connected to the lead of the light-emitting device. Each is connected to an electrode.

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。
Patent Document 2 describes a multilayer film in which Au and Sn are alternately stacked as a bonding layer formed on substantially the entire back surface of a wafer substrate in a manufacturing process of a semiconductor light emitting device.
Patent Document 3 describes a eutectic material such as AuSn as a bonding layer of a semiconductor light-emitting device having a so-called junction-down structure.
Patent Document 4 describes a laminate composed of a large number of tin layers and gold layers as a solder layer of a semiconductor chip. This laminate fuses into an AuSn alloy during the soldering process.

特開2008−153362号公報JP 2008-153362 A 特開2008−060167号公報JP 2008-060167 A 特開2007−317771号公報JP 2007-317771 A 特開2006−287226号公報JP 2006-287226 A

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。   However, as in the prior art, when a wafer having a metal layer on the entire back surface of the substrate is divided into semiconductor elements, the metal layer may be peeled off. In particular, in the case of a small die size (for example, in the case of 500 μm × 290 μm or less, etc.), the metal layer is easily peeled off.

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。   This invention is made | formed in view of the problem mentioned above, and makes it a subject to provide the semiconductor light-emitting device which reduced peeling of the metal layer, and its manufacturing method.

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、AuSnよりも硬い金属材料からなる中間層と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a semiconductor light emitting device according to the present invention includes a substrate, a semiconductor element structure stacked on the first main surface of the substrate, and a side opposite to the first main surface of the substrate. A metal layer laminated on the second main surface, wherein the metal layer comprises a first metal layer for joining the semiconductor light emitting device to an external member, The first metal layer includes a plurality of AuSn layers provided in a thickness direction, and an intermediate layer provided in contact with the AuSn layer and made of a metal material harder than AuSn.

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。
According to such a configuration, since the semiconductor light emitting device includes the intermediate layer made of a material harder than AuSn between the AuSn layers, the semiconductor light emitting device emits light compared with the case where the metal layer is composed only of soft AuSn. The element can be easily cleaved. Therefore, the semiconductor light emitting device can reduce peeling of the metal layer from the substrate.
According to such a configuration, the semiconductor light emitting device includes the plurality of AuSn layers and the intermediate layer as the first metal layer. Here, when the total thickness of the plurality of AuSn layers in the present invention is set to a thickness similar to the thickness of a metal layer made of one AuSn layer in a conventional semiconductor light emitting device, for example, the thickness of each AuSn layer Is thinner than the conventional one and the intermediate layer provided in contact with the AuSn layer supports the AuSn layer thinner than the conventional one, so that peeling of the metal layer from the substrate can be reduced.

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、前記中間層が、Ag,Ni,Rh,Al,W,Pt,Ti,Ru,Mo,Nbから選択される少なくとも1つを主体とする金属材料からなることが好ましい。
In the semiconductor light emitting device according to the present invention, the first metal layer is preferably configured by alternately stacking the AuSn layer and the intermediate layer.
In the semiconductor light emitting device according to the present invention, the intermediate layer is made of a metal material mainly composed of at least one selected from Ag, Ni, Rh, Al, W, Pt, Ti, Ru, Mo, and Nb. It is preferable.

また、本発明に係る半導体発光素子は、前記中間層の膜厚が、0.1μmよりも薄いことが好ましい。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。   In the semiconductor light emitting device according to the present invention, the intermediate layer preferably has a thickness of less than 0.1 μm. According to such a configuration, in the semiconductor light emitting device, since the intermediate layer constituting the first metal layer is thin, peeling of the metal layer from the substrate can be effectively reduced, and the semiconductor light emitting device can be easily cleaved. Can do. In addition, since the AuSn layer can be sufficiently heated and melted by reducing the thickness of the intermediate layer, mounting is facilitated.

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。   In the semiconductor light emitting device according to the present invention, the total thickness of the AuSn layers is preferably 2.8 to 4.2 μm. According to this configuration, the total value of the film thickness of the AuSn layer is in an appropriate range, and the semiconductor light emitting device can be easily mounted.

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。   In addition, the semiconductor light emitting device according to the present invention includes a layer having a higher reflectance with respect to light from the semiconductor device structure than the AuSn layer, between the second main surface of the substrate and the first metal layer. It is preferable to provide a second metal layer. According to this configuration, the semiconductor light emitting element can reflect the light emitted from the semiconductor element structure to the second main surface side of the substrate by the second metal layer. Therefore, the semiconductor light emitting device can improve the light extraction efficiency to the first main surface side of the substrate. In addition, when the semiconductor light emitting element is bonded to an external member via the first metal layer by thermocompression bonding or the like, the intermediate layer supports the AuSn layer, so that the AuSn layer is the second metal layer on the element substrate side. It effectively prevents you from getting around. Therefore, it is possible to reduce a decrease in brightness due to AuSn dissolved by heating eroding the second metal layer.

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、AuSnよりも硬い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。   In order to solve the above problems, a method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention includes a first step of preparing a semiconductor multilayer structure formed on a first main surface of a substrate, and a first step of the substrate. On the second main surface opposite to the main surface, a plurality of AuSn layers provided in the thickness direction, and an intermediate layer provided between and in contact with the AuSn layer and made of a metal material harder than AuSn, A second step of forming a first metal layer, and a third step of dividing the semiconductor multilayer structure and the substrate on which the first metal layer is formed for each of the semiconductor light emitting elements. To do.

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。   According to such a procedure, the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention prepares a semiconductor multilayer structure formed on the first main surface of the substrate in the first step, and performs the substrate in the second step. A first metal layer is formed on the second main surface, and the substrate is divided into semiconductor light emitting elements in a third step. In the method for manufacturing a semiconductor light emitting device, in the second step, as the first metal layer, a plurality of AuSn layers and an intermediate layer in contact with the AuSn layers are stacked in the thickness direction. Here, as for the first metal layer, for example, an AuSn layer is laminated with a thinner film thickness than before, an intermediate layer is laminated on the thin AuSn layer so as to be in contact with the thin AuSn layer, and further, a thinner film thickness than before. The AuSn layer is laminated. That is, the first metal layer has a structure in which the intermediate layer is sandwiched between two thin AuSn layers. That is, the first metal layer of the semiconductor light emitting device according to the present invention can be realized by dividing the conventional process of forming one AuSn layer and adding a process of laminating an intermediate layer between the processes. Therefore, the cleaving property can be improved by a method that is easy to make in the process. Thereby, in a 3rd process, when dividing | segmenting a board | substrate for every semiconductor light-emitting element, it becomes easy to cleave. Therefore, when dividing in the third step, peeling of the metal layer from the substrate can be reduced.

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。   In the method for manufacturing a semiconductor light emitting element according to the present invention, it is preferable that the second step alternately stacks the AuSn layer and the intermediate layer.

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。   According to such a procedure, in the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, in the first metal layer of the semiconductor light emitting device, the individual AuSn layers are laminated thinner than before, and the intermediate layers alternately with the AuSn layers are provided. Laminated. Here, the lamination may start from either the AuSn layer or the intermediate layer. Thereby, in a 3rd process, when dividing | segmenting a board | substrate for every semiconductor light-emitting element, it becomes easy to cleave. Therefore, peeling of the metal layer from the substrate can be reduced.

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、Ag,Ni,Rh,Al,W,Pt,Ti,Ru,Mo,Nbから選択される少なくとも1つを主体とする金属材料で前記中間層を形成することが好ましい。   In the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, the second step mainly includes at least one selected from Ag, Ni, Rh, Al, W, Pt, Ti, Ru, Mo, and Nb. The intermediate layer is preferably formed of a metal material.

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。   Also, in the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, the second metal layer having higher reflectivity with respect to light from the semiconductor device structure than the AuSn layer is provided between the first step and the second step. It is preferable to have the process of forming.

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。   According to this procedure, in the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, the second metal layer for increasing the light reflectance is formed on the second main surface side of the substrate, and then the semiconductor light emitting device is externally mounted. A first metal layer for bonding to the member is formed. Thereby, the semiconductor light emitting element can improve the light extraction efficiency to the first main surface side of the substrate. In addition, when the semiconductor light emitting element is bonded to an external member via the first metal layer by thermocompression bonding or the like, the intermediate layer supports the AuSn layer, so that the AuSn layer is the second metal layer on the element substrate side. It effectively prevents you from getting around. Therefore, it is possible to reduce a decrease in brightness due to AuSn dissolved by heating eroding the second metal layer.

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。
According to the semiconductor light emitting device of the present invention, it becomes easy to cleave and the peeling of the metal layer can be reduced.
According to the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, it is easy to cleave when dividing, so that peeling of the metal layer can be reduced. Therefore, the yield can be improved.

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。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram of the semiconductor light-emitting device concerning embodiment of this invention, Comprising: (a) is a top view, (b) is sectional drawing in the AA arrow. 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。It is a schematic diagram of the light emitting element of a comparative example, Comprising: (a) is a top view, (b) is sectional drawing in the BB arrow. 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。It is sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the semiconductor light-emitting device which concerns on embodiment of this invention. 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。It is explanatory drawing of peeling of the metal layer in a light emitting element, Comprising: (a) is a top view, (b) is sectional drawing in CC arrow. (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。(A) is a conceptual diagram schematically showing a wafer laminated with a single layer of AuSn, and (b) is a conceptual diagram schematically showing a wafer laminated with three layers of AuSn. 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。It is sectional drawing which shows typically the test which heats each wafer of FIG. (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。FIG. 5A is a conceptual diagram schematically showing the state after the wafer of FIG. 5A is heated, and FIG. 5B is a conceptual diagram schematically showing the state after the wafer of FIG. 5B is heated. Yes.

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。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for implementing a semiconductor light emitting device according to the present invention will be described in detail with reference to drawings showing some specific examples. Note that the size, positional relationship, and the like of the members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation. Further, in the following description, the same name and reference sign indicate the same or the same members in principle, and the detailed description will be omitted as appropriate.

[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。
[1. Overview of semiconductor light emitting device configuration]
FIG. 1 shows a semiconductor light emitting device 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a light emitting device 100 of a comparative example. An outline of the configuration of the semiconductor light emitting device 1 will be described with reference to FIGS. 1 and 2. As shown in FIGS. 1A and 1B, the semiconductor light emitting device 1 has a structure having a p-side electrode 32 and an n-side electrode 33 for attaching a wire (not shown) on the light emitting surface side, that is, face-up. Of structure. As illustrated, the semiconductor light emitting device 1 includes a substrate 2, a semiconductor element structure 3 stacked on the first main surface of the substrate 2, and a metal layer 4 stacked on the second main surface of the substrate 2. Is mainly provided. As shown in FIG. 1B, the metal layer 4 includes a first metal layer 5 and a second metal layer 6 for joining the semiconductor light emitting element 1 to an external member (not shown). The first metal layer 5 includes a plurality of AuSn layers 7 provided in the thickness direction and an intermediate layer 8 provided between the AuSn layers 7.

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。   On the other hand, as shown in FIGS. 2A and 2B, the light emitting device 100 of the comparative example is also of a face-up structure, and is laminated on the substrate 2 and the first main surface of the substrate 2. The semiconductor element structure 3 and the metal layer 4 laminated on the second main surface of the substrate 2 are provided. However, the metal layer 4 of the light emitting element 100 includes one AuSn layer 7 that is a first metal layer and a second metal layer 6 as shown in FIG.

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。
Therefore, the semiconductor light emitting device 1 is different from the light emitting device 100 in the structure of the first metal layer.
In the semiconductor light emitting device 1, the intermediate layer 8 constituting the first metal layer 5 is a layer that is provided in contact with the AuSn layer 7 and made of a material harder than AuSn in Mohs hardness. An intermediate layer 8 is interposed between the two AuSn layers 7. Since the semiconductor light emitting element 1 includes the intermediate layer 8 harder than AuSn in the first metal layer 5, the cleaving property is improved as compared with the light emitting element 100. Therefore, the semiconductor light emitting element 1 can reduce peeling of the metal layer 4 from the substrate 2.

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。   In addition, since the required thickness of the bonding layer is approximately the same for light emitting elements of the same size, in this example, the semiconductor light emitting element 1 has the thickness of each AuSn layer 7 provided on the first metal layer 5. The film thickness is about 1/3 of the thickness of the AuSn layer 7 in the light emitting device 100 of the comparative example. In other words, the total film thickness of the AuSn layer 7 constituting the first metal layer 5 of the semiconductor light emitting element 1 is about the film thickness of the AuSn layer 7 in the light emitting element 100 of the comparative example. Therefore, in the first metal layer 5 of the semiconductor light emitting device 1, the individual AuSn layers 7 are thin and the intermediate layer 8 supports the thin AuSn layer 7, so that the metal layer 4 is peeled off from the substrate 2. It can reduce compared with. In addition, the experimental result compared with the light emitting element 100 about peeling of the metal layer 4 from the board | substrate 2 is mentioned later.

[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。
[2. Details of the structure of the semiconductor light emitting device]
Hereinafter, the configuration of the semiconductor light emitting device 1 according to the present embodiment will be described in detail.
(substrate)
As the substrate 2, for example, a known insulating substrate such as sapphire, spinel, SiC, NGO (NdGaO 3 ) substrate, LiAlO 2 substrate, LiGaO 3 substrate, GaN, GaAs or the like can be used. Of these, a sapphire substrate is preferable.

(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。
(Semiconductor element structure)
The semiconductor element structure 3 is formed by laminating an n-side semiconductor layer 21, a light emitting layer 22, and a p-side semiconductor layer 23 in order from the substrate 2 side.
One or both of the n-side semiconductor layer 21 and the p-side semiconductor layer 23 may be composed of a plurality of nitride semiconductor layers. The light emitting layer 22 may be a single layer or a multilayer. Therefore, for example, each of the n-side semiconductor layer 21 and the p-side semiconductor layer 23 can be composed of a plurality of layers corresponding to necessary functions such as a contact layer and a clad layer, thereby realizing light emission characteristics according to applications. can do.

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。   Examples of the contact layer of the n-side semiconductor layer 21 include a Si-doped n-type GaN layer, and examples of the cladding layer of the n-side semiconductor layer 21 include a Si-doped n-type AlGaN layer. Examples of the contact layer of the p-side semiconductor layer 23 include an Mg-doped p-type GaN layer, and examples of the cladding layer of the p-side semiconductor layer 23 include an Mg-doped p-type AlGaN layer. The light emitting layer 22 includes an InGaN layer, a single or multiple quantum well layer of GaN and InGaN, a single or multiple quantum well layer composed of an InGaN barrier layer and an InGaN well layer having a different composition ratio. The n-side semiconductor layer 21 and the p-side semiconductor layer 23 may further include an undoped nitride semiconductor layer.

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。   On the semiconductor element structure 3, a transparent electrode layer 31, a p-side electrode 32, an n-side electrode 33, and a protective layer 34 are stacked.

<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、In23、SnO2等を挙げることができる。
<Transparent electrode layer>
The transparent electrode layer 31 is a first layer of the p-side electrode and functions as an ohmic electrode that is in direct contact with the p-side semiconductor layer 23. The transparent electrode layer 31 is a conductive layer that can transmit the light emitted from the semiconductor light emitting element 1, and is formed on almost the entire upper surface of the p-side semiconductor layer 23, and current flowing from the p-side electrode 32 is supplied to the p-side semiconductor layer. Spread evenly across 23. The material of the transparent electrode layer 31 is, for example, an oxide containing at least one element selected from the group consisting of zinc (Zn), indium (In), and tin (Sn). Specifically, mention may be made of ITO, ZnO, and In 2 O 3, SnO 2 or the like.

<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。
<P-side electrode>
The p-side electrode 32 functions as a pad electrode to which an external connection member such as a wire is bonded, and includes a pad portion 321 and an extended conductive portion 322.
The pad portion 321 has a substantially circular shape as shown in FIG. 1A and is a region to which an external connection member such as a wire is joined. When the external connection member is joined, the protective layer 34 laminated on the upper surface of the pad portion 321 is removed.

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。   As shown in FIG. 1A, the stretched conductive portion 322 is divided into two forks from the right end portion of the substantially circular pad portion 321 in the drawing, and each of them is parallel to the periphery of the semiconductor light emitting element 1 in the drawing. Stretched from left to right. Thereby, the current can be diffused in the in-plane direction.

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。   As a material of the p-side electrode 32, a material that can be normally used as an electrode can be used. For example, zinc (Zn), nickel (Ni), platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), osmium (Os), iridium (Ir), titanium (Ti), zirconium (Zr) ), Hafnium (Hf), vanadium (V), niobium (Nb), tantalum (Ta), cobalt (Co), iron (Fe), manganese (Mn), molybdenum (Mo), chromium (Cr), tungsten (W ), Lanthanum (La), copper (Cu), silver (Ag), yttrium (Y) and other metals, and alloys such as Ni—Au and Ni—Pt.

<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。
<N-side electrode>
Similar to the p-side electrode 32, the n-side electrode 33 functions as a pad electrode to which an external connection member such as a wire is joined, and includes a pad portion 331 and an extended conductive portion 332.
The pad portion 331 is a substantially circular shape as shown in FIG. 1A, and is a region where wires are joined. When the external connection member is joined, the protective layer 34 laminated on the upper surface of the pad portion 331 is removed.

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。   As shown in FIG. 1A, the stretched conductive portion 332 is stretched from the left end portion of the substantially circular pad portion 331 to the left in the drawing. As shown in FIG. 1A, in a plan view, the pad portion 321 of the p-side electrode 32, the pad portion 331 of the n-side electrode 33, and the extended conductive portion 332 are arranged in a straight line. In addition, as shown in FIG. 1B, the p-side electrode 32 is provided above the n-side electrode 33 in a cross-sectional view. Thereby, the current can be diffused in the in-plane direction between the p-side electrode 32 and the n-side electrode 33.

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。   Examples of the material for the n-side electrode 33 include materials that can be used as electrodes. Further, for example, it may be composed of two metals laminated in the order of Ti / Al from the n-side semiconductor layer 21 side. Similarly, it may be composed of three or more metals laminated in order such as Ti / Pt / Au, Ti / Al / Pt / Au, W / Pt / Au, and V / Pt / Au.

<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。
<Protective layer>
The protective layer 34 covers and protects the p-side electrode 32, the n-side electrode 33, and the upper surface and side surfaces of the semiconductor element structure 3. The protective layer 34 is an insulating film and is particularly preferably made of an oxide film. The protective layer 34 is made of, for example, a Zr oxide film (ZrO 2 ) or SiO 2 .
The protective layer 34 is formed by, for example, sputtering, ECR (Electron Cyclotron Resonance) sputtering, CVD (Chemical Vapor Deposition), ECR-CVD, ECR-plasma CVD, vapor deposition, It can be formed by a known method such as an EB method (Electron Beam). Especially, it is preferable to form by ECR sputtering method, ECR-CVD method, ECR-plasma CVD method, etc.

(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。
(Metal layer)
As shown in FIG. 1B, the metal layer 4 includes a first metal layer 5 and a second metal layer 6. The first metal layer 5 is provided for bonding the semiconductor light emitting element 1 to an external member.
The second metal layer 6 is laminated between the second main surface (back surface) of the substrate 2 and the first metal layer 5.
In the present embodiment, the second metal layer 6 includes a light reflection layer 11, an adhesion layer 12, a first diffusion prevention layer 13, and a second diffusion prevention layer 14.
Each layer constituting these metal layers 4 can be formed by, for example, vapor deposition, sputtering, ion beam assisted vapor deposition, plating, or the like. Each layer is preferably formed on the entire second main surface of the substrate 2.

(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。
(Second metal layer)
<Light reflection layer>
The light reflecting layer 11 is provided in contact with the back surface of the substrate 2 and is a layer for efficiently reflecting the light emitted by the semiconductor element structure 3 and taking it out to the outside. The light reflection layer 11 is preferably a layer having a higher reflectance than the AuSn layer 7 with respect to the emission wavelength of the semiconductor element structure 3. Specifically, it is preferably formed of a layer made of a material such as Ag (silver), Al (aluminum), Rh (rhodium), or a single layer or a laminated structure such as an alloy of these materials.

<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。
<Adhesion layer>
The adhesion layer 12 is a layer provided in order to strengthen the adhesion between the light reflection layer 11 and the first diffusion prevention layer 13. Suitable materials for the adhesion layer 12 include, for example, iron group elements (Fe, Co, Ni), tungsten (W), chromium (Cr), molybdenum (Mo), manganese (Mn), and the like.

<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。
<First diffusion preventing layer and second diffusion preventing layer>
The first diffusion preventing layer 13 and the second diffusion preventing layer 14 protect the light reflecting layer 11 such as preventing AuSn from diffusing from the first metal layer 5 to the light reflecting layer 11.
As a material of the first diffusion preventing layer 13, for example, a platinum group element (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt) and an iron group element (Fe, Co, Ni) that is a similar element are suitable. .
As the material of the second diffusion prevention layer 14, the material of the first diffusion prevention layer 13, or gold (Au), tungsten (W), titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), vanadium (V ), Niobium (Nb), tantalum (Ta), manganese (Mn), molybdenum (Mo), chromium (Cr), and the like, or alloys thereof.

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。   The second metal layer 6 may be composed of the light reflecting layer 11, the adhesion layer 12, and the first diffusion preventing layer 13. In this case, from the substrate side, for example, a structure in which Ag / Ni / Rh is laminated, a structure in which Al / W / Pt is laminated, or the like can be given.

(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。
(First metal layer)
The first metal layer 5 includes a plurality of AuSn layers 7 provided in the thickness direction and an intermediate layer 8.
The intermediate layer 8 is a layer that is provided in contact with the AuSn layer 7 and is made of a material harder than AuSn in terms of Mohs hardness.
An intermediate layer 8 is interposed between the two AuSn layers 7. In the present embodiment, the first metal layer 5 is configured by alternately stacking AuSn layers 7 and intermediate layers 8. The film thickness of the intermediate layer 8 is smaller by about one digit than the film thickness of the AuSn layer 7, but is exaggerated in FIG.

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。   In the example of the first metal layer 5 shown in FIG. 1B, the AuSn layer 7, the intermediate layer 8, the AuSn layer 7, the intermediate layer 8, and the AuSn layer 7 are laminated in this order from the substrate 2 side. That is, among the plurality of layers constituting the first metal layer 5, the uppermost layer and the lowermost layer are the same and are the AuSn layer 7. The number of AuSn layers 7 and the number of intermediate layers 8 are different.

<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。
<AuSn layer>
The AuSn layer 7 is preferably a eutectic alloy film containing Au and Sn as main components. AuSn eutectic means an Au content of 80% or more.
The sum of the film thicknesses of the plurality of AuSn layers 7 in the first metal layer 5 is about the same as the numerical range used as the film thickness of AuSn consisting of one layer like the light emitting element 100. The total thickness of the plurality of AuSn layers 7 in the first metal layer 5 is preferably 2.8 to 4.2 μm, and more preferably 3.2 to 3.8 μm. The thickness is particularly preferably about 3.5 μm. The reason for this is to enable mounting. For example, if the total thickness of the AuSn layer 7 is smaller than, for example, 2.8 μm, a semiconductor light emitting element using AuSn eutectic for the first metal layer 5 may not be mounted on the package of the light emitting device. On the other hand, if the usage amount of the AuSn layer 7 is increased more than necessary and the total value of the film thickness of the AuSn layer 7 is larger than 4.2 μm, the heating time assumed for mounting is insufficient for melting. There is a risk that the adhesion will be reduced.

<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。
<Intermediate layer>
In the present embodiment, the intermediate layer 8 is made of a material harder than AuSn. That is, the intermediate layer 8 is preferably made of a material having a hardness larger than the hardness (Mohs hardness) of AuSn. Here, as a material harder than AuSn, for example, a metal material mainly composed of at least one selected from the group consisting of Ag, Ni, Rh, Al, W, Pt, Ti, Ru, Mo, and Nb Can be mentioned.
In particular, when Rh is used, it is possible to reduce AuSn from turning around to the substrate side by heating as will be described later. When Ni is used, peeling of the metal layer 4 can be effectively reduced as will be described later.

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。
Of the first metal layer 5, the thickness of the intermediate layer 8 is preferably less than 0.1 μm although it depends on the type of material. Further, when Rh is used for the intermediate layer 8, the film thickness is preferably in the range of 0.01 to 0.05 μm as described later.
When the thickness of the intermediate layer 8 is thinner than 0.1 μm, for example, the mountability to a reflow type package is improved. On the other hand, the lower limit of the film thickness of the intermediate layer 8 is preferably thicker than 0.001 μm. This is because it is extremely difficult to form a film of 0.001 μm or less with high accuracy.

[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。
[3. Outline of Manufacturing Method of Semiconductor Light Emitting Element]
The manufacturing method of the semiconductor light emitting element 1 mainly includes a first step, a second step, and a third step. The first step is a step of preparing the semiconductor multilayer structure 3 formed on the first main surface of the substrate 2. For example, a semiconductor is stacked on the first main surface of the wafer substrate (the front side of the substrate 2). Thus, the semiconductor multilayer structure 3 including the light emitting layer is formed. The second step is a step of forming a metal laminated structure (metal layer) 4 including the first metal layer 5 by laminating metal on the second main surface of the wafer substrate (the back side of the substrate 2). The subsequent third step is a step of dividing the wafer substrate into each element 1. The second step includes a first metal layer forming step for forming the first metal layer 5 in the metal laminated structure 4. The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the embodiment of the present invention is characterized by this first metal layer forming step. In the first metal layer forming step, as the first metal layer 5 on the back side of the substrate, a plurality of AuSn layers 7 provided in the thickness direction and an intermediate layer 8 are stacked.

[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。
[4. Details of Manufacturing Method of Semiconductor Light Emitting Element]
Hereinafter, the details of the manufacturing method of the semiconductor light emitting device 1 will be described with reference to FIG.
FIG. 3A shows a cross section of the semiconductor multilayer structure laminated on the wafer substrate in the first step. This first step is a step of forming the semiconductor multilayer structure 40 by stacking GaN semiconductors by epitaxial growth on the first main surface of the sapphire substrate 20 as a round wafer substrate. Here, the semiconductor stacked structure 40 includes an n-side semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-side semiconductor layer. In addition, a transparent electrode layer, a p-side electrode, an n-side electrode, and a protective layer are sequentially stacked on the semiconductor stacked structure 40.

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。   Next, preparatory steps for the second and third steps are performed. First, the back surface (second main surface) of the sapphire substrate 20 is ground and polished to thin the sapphire substrate 20. A cross section of the thinned sapphire substrate 20 is shown in FIG. Next, as shown in FIG. 3C, the laser beam 200 is irradiated inside the sapphire substrate 20 along a cutting line to be cut. At this time, laser irradiation is performed from the back surface (second main surface) side of the sapphire substrate 20 to a position to be a cutting line of the element. At this stage, it is not yet broken into individual pieces.

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。   FIG. 3D shows a cross section of the metal laminated structure (metal layer) laminated on the back side of the substrate in the second step. The second step is a step of forming a metal laminated structure 50 including a first metal layer by laminating a metal on the second main surface of the sapphire substrate 20. Here, the metal laminated structure 50 is obtained by laminating the second metal layer and the first metal layer in this order. That is, the second step includes a second metal layer forming step and a first metal layer forming step. Specifically, first, in the second metal layer forming step, the second metal layer is laminated on the entire back surface of the sapphire substrate 20 by sputtering. That is, an Ag film, Ni film, Rh film, and Au film are sequentially stacked. Further, in the first metal layer forming step, the first metal layer is laminated on the entire surface from above the second metal layer by sputtering. That is, for example, AuSn layers, intermediate layers, AuSn layers, intermediate layers, and AuSn layers are alternately stacked. Here, a material harder than AuSn is used as the material of the intermediate layer.

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。   FIG. 3E shows a wafer substrate cross section when the wafer substrate is divided in the third step. The third step is a step of dividing the sapphire substrate 20 on which the semiconductor multilayer structure 40 and the metal multilayer structure 50 are formed for each semiconductor light emitting element 1. More specifically, the sapphire substrate 20 is placed on a sheet (not shown) with the first main surface side (semiconductor multilayer structure 40 side) of the sapphire substrate 20 facing down and the back surface side (metal multilayer structure 50) facing up. The sapphire substrate 20 is sandwiched between the sheet and the film by placing and placing a film (not shown) on the upper surface of the sapphire substrate 20. A metal ring for stepwise feeding of the sheet is connected to the end of the sheet, and the sapphire substrate 20 in this state is on the conveyor 210 of the breaking device that breaks with the blade 240 by pushing the wafer from above. In a stepwise manner along the position of the scribe line that has already been irradiated with the laser. At this time, the sapphire substrate 20 is moved so as to advance to a predetermined dividing point of the scribe line, and is sandwiched from above and below by the fixed lower part 220 and the fixing upper part 230 of the breaking device, and then divided by the blade 240 and sent to the next dividing point. Repeat the operation. Thereby, it becomes an element separated into pieces.

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。   A light emitting device can be manufactured by mounting one or more semiconductor light emitting elements 1. In this case, the step of fixing the semiconductor light emitting element to an external mounting substrate such as a package includes a heating step of heating the package in order to thermocompress the first metal layer including the AuSn layer. Thereafter, a process of connecting the n-side electrode and the p-side electrode of the semiconductor light emitting element and the inner leads of the mounting substrate with wires, and a process of sealing the semiconductor light emitting element in a package are mainly performed. In addition, a package manufacturing process, a package plating process, a cleaning process, an unnecessary object removing process, a protective element bonding process, and the like are performed as necessary.

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。   As described above, according to the semiconductor light emitting device of the present embodiment, a plurality of AuSn layers that are thinner than the conventional single AuSn layer are used as the first metal layer constituting the metal layer laminated on the back side of the substrate. Since the intermediate layer is provided between the AuSn layers, it is easy to divide. Therefore, peeling of the metal layer from the substrate can be reduced.

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。   In addition, according to the method of manufacturing a semiconductor light emitting device of this embodiment, before the substrate is divided for each semiconductor light emitting device, a process of forming a thin AuSn layer as compared with a conventional single layer AuSn layer is performed. Since the step of laminating the intermediate layer in contact with the thin AuSn layer is added, it is easy to divide in the step of dividing the substrate. Therefore, peeling of the metal layer from the substrate can be reduced, and as a result, the yield can be improved.

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。   As mentioned above, although this embodiment was described, this invention is not limited to these, It can implement variously in the range which does not change the meaning. For example, the first metal layer 5 has been described as having three AuSn layers and two intermediate layers 8 interposed therebetween, but the AuSn layer may be two or more. In the case of two AuSn layers, the thickness of each AuSn layer is increased compared to the case of three layers. If there are three layers, for example, AuSn layer (1100 nm) + intermediate layer + AuSn layer (1100 nm) + intermediate layer + AuSn layer (1300 nm), when two layers are formed, AuSn layer (1700 nm) + intermediate layer + AuSn layer (1800 nm) may be used.

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。   As a modification of the first metal layer 5, the intermediate layer 8, the AuSn layer 7, the intermediate layer 8, the AuSn layer 7, and the intermediate layer 8 may be laminated in this order from the substrate 2 side. As another modification, the number of AuSn layers 7 and the number of intermediate layers 8 may be the same. The intermediate layer 8 may be interposed between the AuSn layers, and the intermediate layer may not be provided before the AuSn layer is stacked or after the AuSn layer is stacked.

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。
In order to confirm the performance of the semiconductor light emitting device 1 of the present invention, the following experiments 1 to 6 were performed.
Experiment 1 is an experiment in which the rate of occurrence of peeling of the metal layer described later is measured when only the material conditions of the intermediate layer 8 are changed in the semiconductor light emitting device 1 of the present invention.
Experiment 2 is an experiment for searching for a material suitable as the intermediate layer 8 from a viewpoint different from the peeling rate of the metal layer accompanying Experiment 1.
Experiment 3 is an experiment in which the peeling rate of the metal layer is measured when only the film thickness condition of the intermediate layer 8 is changed in the semiconductor light emitting device 1 of the present invention.
Experiment 4 is an experiment for finding a film thickness suitable as the intermediate layer 8 from a viewpoint different from the occurrence rate of peeling of the metal layer accompanying Experiment 3.
Experiment 5 is an experiment for verifying the peeling rate of the metal layer of the semiconductor light emitting element using the specific film thickness and the specific material derived from Experiments 1 to 4 as the intermediate layer 8.
Experiment 6 is an experiment accompanying the experiment 5 to verify the adhesion of the first metal layer.
Hereinafter, the definition of the metal layer peeling occurrence rate and Experiments 1 to 6 will be described in order.

<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。
<Rate of metal layer peeling>
2A and 2B show a light emitting device 100 of a comparative example in which the metal layer is not peeled off. On the other hand, FIG. 4A and FIG. 4B show the light emitting device 100 of this comparative example in which the metal layer peeled off.

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。   Compared with the plan view, the light emitting element 100 shown in plan view in FIG. 4A is different from the light emitting element 100 shown in plan view in FIG. 2A in that the metal layer region 301 is exposed. It is different.

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。   Further, in comparison with the cross-sectional views, in the light-emitting element 100 shown in the cross-section taken along the line CC in FIG. 4B, the region 301 of the metal layer is exposed and the region 302 of the substrate is exposed. This is different from the light emitting element 100 shown in FIG. 2B as a cross section taken along line BB.

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。   Here, the peeling of the metal layer means that not all of the metal layer 4 formed on the entire surface of the substrate 2 is peeled off, but a region 302 where the metal layer is not laminated is formed on the back surface of the substrate. Further, the peeling of the metal layer means that the position of the metal layer 4 laminated on the back side of the substrate 2 is as if shifted in the horizontal direction, as shown in FIG. If the metal layer is not peeled off when the wafer is divided, the position of the metal layer 4 laminated on the back surface side of the substrate 2 is flush with the substrate 2 as shown in FIG.

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。   Conventionally, when mass-producing semiconductor light-emitting elements, when a wafer substrate is divided, a part where the metal layer on the back side of the substrate is peeled is included at a certain ratio. The ratio of the metal layer peeled in a predetermined number of sets (1 lot = 3600) is defined as the metal layer peeling occurrence rate below. Moreover, the element from which the metal layer has been peeled is defined as a defective product having poor cleaving property, and the element from which the metal layer is not peeled is defined as a good product having good cleaving property. (Yield) is represented by 1- (rate of occurrence of peeling of metal layer).

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。   The method of checking the rate of occurrence of metal layer peeling is to divide the wafer, align the elements, and count the elements on which the metal layer is peeled off (tearing) from the front side (device side). . At this time, for example, when the element is visually observed using a microscope and the metal layer region 301 is exposed as shown in FIG. 4A, the metal layer is peeled off (stripped). Count as you are. Note that the portion where the metal layer region 301 is exposed does not necessarily appear in the left-right direction in FIG. 4A, and the metal layer region 301 may be exposed in the vertical direction.

<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。
<Experiment 1>
In the metal layer 4 of the semiconductor light emitting device 1 of the present invention, the second metal layer 6 (light reflecting layer 11, adhesion layer 12, first diffusion preventing layer 13, second diffusion preventing layer 14) is formed from the substrate side by Ag / Ni / Rh / Au was laminated. And in the 1st metal layer 5 which comprises the metal layer 4, the difference in peeling rate of a metal layer when only the material conditions of the intermediate | middle layer 8 were changed was measured. Here, a metal having a higher hardness than AuSn was used as the material of the intermediate layer. If the metal is laminated as the second metal layer 6, it can be easily prepared for the first metal layer 5 to be laminated next to the second metal layer 6 in the manufacturing process. Therefore, Ni used for the adhesion layer 12, Rh used for the first diffusion prevention layer 13, and W that can be used for the adhesion layer 12 were prepared. And the conditions of material and film thickness were changed like the following Examples 1, 2, 3 and Comparative Example 1.

(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。
Example 1
The intermediate layer was Ni and the film thickness was 50 nm (500 mm).
Specifically, as the first metal layer 5 of the semiconductor light emitting device 1 according to the embodiment of the present invention, each film thickness in the order of AuSn / Ni / AuSn / Ni / AuSn from the substrate side to the back surface of the sapphire substrate. [Nm] was laminated as 1100/50/1100/50/1300. Here, the AuSn layer provided in three layers has a total thickness of 3500 [nm] (3.5 μm). Thereafter, the sapphire substrate was divided to obtain one lot of semiconductor light emitting devices. This material condition and film thickness condition are defined as Example 1. The hardness of Ni is 4.0. Table 1 shows the peeling rate of the metal layer as a measurement result. The wraparound amount d in Table 1 was obtained in Experiment 2 and will be described later.

Figure 2013168464
Figure 2013168464

(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。
(Example 2)
Ni in Example 1 was replaced with Rh to obtain one lot of semiconductor light emitting devices in the same manner. This material condition and film thickness condition are defined as Example 2. The hardness of Rh is 6.0. Table 1 shows the measurement results of the rate of occurrence of peeling of the metal layer.

(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。
(Example 3)
Ni in Example 1 was replaced with W to obtain one lot of semiconductor light emitting devices in the same manner. This material condition and film thickness condition are defined as Example 3. The hardness of W is 7.5. Table 1 shows the measurement results of the rate of occurrence of peeling of the metal layer.

(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。
(Comparative Example 1)
As the light emitting element 100, the first metal layer 5 was made of AuSn, and the thickness thereof was 3500 [nm] (3.5 μm). Other than that, one lot of semiconductor light emitting devices was obtained in the same manner as in Examples 1 to 3. This material condition and film thickness condition are referred to as Comparative Example 1. The hardness of Au is 2.5, and the hardness of Sn is 1.5. Since the AuSn eutectic has an Au content of 80% or more, the hardness of AuSn is expressed as 2.5 here, but it is actually a value smaller than 2.5. Table 1 shows the measurement results of the rate of occurrence of peeling of the metal layer. Although Comparative Example 1 does not have an intermediate layer, Table 1 shows the hardness of AuSn as 2.5.

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。   As shown in Table 1, in Examples 1, 2, and 3, the occurrence rate of metal layer peeling was smaller than that in Comparative Example 1. That is, according to the conditions of Examples 1, 2, and 3, it is possible to reduce the peeling of the metal layer from the substrate of the semiconductor light emitting element and increase the ratio of non-defective products having good cleaving properties.

<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。
<Experiment 2>
Rh used for the intermediate layer 8 as the condition of Example 2 is the same as the material used for the first diffusion prevention layer 13 constituting the second metal layer 6 of the semiconductor light emitting device 1. For this reason, according to the conditions of Example 2, it is considered that the effect of preventing AuSn from diffusing from the first metal layer 5 to the light reflecting layer 11 is improved. Even under the conditions of Examples 1 and 3, the intermediate layer 8 is expected to have an effect of preventing the diffusion of AuSn. Further, it is considered that a material suitable for the intermediate layer 8 can be searched by examining the correlation between the effect of preventing diffusion of AuSn and the effect of reducing the peeling rate of the metal layer.

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。   Therefore, the effect of preventing the diffusion of AuSn was confirmed by using a material that was already known from Experiment 1 to reduce the metal layer peeling rate. For this purpose, a simple method was used for the experiment. That is, the semiconductor layer was not laminated on the first main surface of the wafer (sapphire substrate), the metal layer was laminated on the second main surface (back surface), and the wafer was not divided. That is, the semiconductor light emitting device itself was not manufactured, but the metal layer was laminated in the same manner as the method for manufacturing the semiconductor light emitting device 1. Moreover, the metal layer was laminated | stacked similarly to the manufacturing method of the light emitting element 100 of a comparative example. A schematic view of the produced wafer is shown in FIG.

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。   A cross section of the wafer 400 shown in a plan view on the upper side of FIG. 5A in a DD line is shown on the lower side of FIG. The wafer 400 is formed on the second main surface (back surface) of the sapphire substrate 420, as in Comparative Example 1, with the second metal layer (the light reflecting layer 11, the adhesion layer 12, the first diffusion preventing layer 13, and the second diffusion preventing layer). 14) and a single AuSn layer 7 are laminated. The wafer 400 has a hole 410 at the center where the second metal layer and the AuSn layer are not stacked. Assuming that the first principal surface side of the wafer (lower side in the sectional view of FIG. 5A) is observed with a microscope, the peripheral region corresponding to the light reflecting layer 11 is bright and the central circular region is dark. An image will be observed. The shape observed in such an image is the same shape as the upper plan view of FIG.

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。   A cross section of the wafer 500 taken along the line E-E shown in plan view on the upper side of FIG. 5B is shown on the lower side of FIG. The wafer 500 is different from the wafer 400 in that it has the three AuSn layers 7 as in the first to third embodiments. The diameter of the hole 510 of the wafer 500 is the same as the diameter of the hole 410 of the wafer 400. If this wafer 500 is also observed with a microscope from the first main surface side (lower side in the sectional view of FIG. 5B), the peripheral region corresponding to the light reflecting layer 11 is bright and the central circular region is dark. The same image will be observed as well. For this wafer 500, three types of wafers were prepared in which the material of the intermediate layer 8 was Ni, Rh, W.

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。   Each wafer 400, 500 was fabricated by the following process. First, the back side of the sapphire substrate is ground and polished (step S101). Then, patterning was performed on the back side of the thinned sapphire substrates 420 and 520 (step S102). Here, patterning was performed so as to mask almost the center of the entire back side of the substrate. Next, the second metal layer (the light reflection layer 11, the adhesion layer 12, the first diffusion prevention layer 13, and the second diffusion prevention layer 14) is sequentially laminated on the back side of the patterned sapphire substrates 420 and 520 (step S103). ). Next, a single AuSn layer 7 is stacked on the sapphire substrate 420 as a first metal layer (step S104a). On the other hand, the three AuSn layers 7 are stacked on the sapphire substrate 520 as the first metal layer with the intermediate layer 8 interposed (step S104b). Subsequently, the back side of the sapphire substrates 420 and 520 is lifted off (step S105). As a result, the central mask on the back side of the substrate and the first metal layer and the second metal layer laminated on the mask are removed. That is, the holes 410 and 510 were formed in the central part on the back side of the sapphire substrates 420 and 520, with the metal layer not being laminated and the back side of the substrate being exposed.

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。   The produced wafer (400 or 500, the same applies hereinafter) was heated by the heating means 600 shown in FIG. The heating means 600 includes a hot plate 601 and auxiliary means for assisting heating by the hot plate 601. The auxiliary means includes an aluminum foil 602, an aluminum plate 603, and a SUS plate 604 in order from the bottom.

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。   The aluminum foil 602 is provided to bring the hot plate 601 and the aluminum plate 603 into close contact. On the aluminum plate 603, the wafer is placed with the back side (the first metal layer and the second metal layer side) facing down. The aluminum plate 603 is provided to facilitate heat transfer from below to the wafer. The SUS plate 604 is provided to bring the wafer into close contact with the aluminum plate 603.

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。   With the wafer sandwiched between the aluminum plate 603 and the SUS plate 604, the wafer was heated to 300 ° C. with the hot plate 601 and left at 300 ° C. for 5 minutes. After the heating, the SUS plate 604 was removed, the wafer was cooled to room temperature, and AuSn erosion (wraparound) was observed with a microscope from the first main surface side (front side) of the wafer.

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。   A schematic diagram of the cooled wafer is shown in FIG. A cross section of the wafer 400 taken along the line F-F shown in plan view on the upper side of FIG. 7A is shown on the lower side of FIG. The wafer 400 shown in FIG. 7A has a wider peripheral edge of the hole 410 and a lower bottom surface of the hole 410 than the wafer 400 shown in FIG. Here, the cross-sectional shape shown on the lower side of FIG. 7A is the cross section cut off after heating, although the second metal layer is divided corresponding to the cross-sectional view shown on the lower side of FIG. Then, each layer cannot be identified.

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。   When observed with a microscope from the first main surface side of this wafer 400 (lower side in the sectional view of FIG. 7A), the peripheral region corresponding to the light reflecting layer 11 is bright, and the smaller one corresponding to the bottom surface of the hole 410 is used. An image was observed in which the concentric region was dark and the annular region surrounded by two concentric circles was slightly dark. The shape of this image is the same as that of the upper plan view of FIG. The reason why the annular region became slightly dark is that AuSn eroded the second metal layer and turned around to the sapphire substrate 420 side and changed its color. When AuSn erodes the second metal layer, the function of the light reflecting layer 11 is impaired. Therefore, when manufactured as a light emitting device, the brightness decreases.

そして、AuSnの浸食具合を定量化するため、図5(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。   Then, in order to quantify the degree of AuSn erosion, a wraparound amount d shown in FIG. 5A was defined. This wraparound amount d is surrounded by two concentric circles corresponding to the discolored region, that is, the holes when observed with a microscope from the first main surface side of the wafer provided with holes in the metal layer on the second main surface side. This is the length of the circular region in the radial direction.

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。   A cross section taken along line GG of the wafer 500 shown in plan view on the upper side of FIG. 7B is shown on the lower side of FIG. In the wafer 500 shown in FIG. 7B, the peripheral edge of the hole 510 is slightly expanded and the bottom surface of the hole 510 is slightly narrower than the wafer 500 shown in FIG. Here, the cross-sectional shape shown on the lower side of FIG. 7B is divided into layers corresponding to the cross-sectional view shown on the lower side of FIG. 5B, but the cross section cut after heating is an actual STM image. According to this, the AuSn layer 7 and the intermediate layer 8 are integrated so that they cannot be distinguished.

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。   When observed with a microscope from the first main surface side of this wafer 500 (lower side in the sectional view of FIG. 7B), the peripheral region corresponding to the light reflecting layer 11 is bright, and the smaller one corresponding to the bottom surface of the hole 510 is shown. An image in which the region of the concentric circles was dark and the ring region surrounded by the two concentric circles was discolored and slightly darkened was observed. The shape of this image is the same as that of the upper plan view of FIG.

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。   The wraparound amount d for the wafer 500 is smaller than the wraparound amount d for the wafer 400. The results are shown in Table 1 above. Note that the wraparound amount d is not measured by creating an element in which semiconductors are stacked, but is displayed side by side in correspondence with the example of the first metal layer having the same material, film thickness, and stacked structure. .

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。   When the intermediate layer 8 is provided in the bonding layer (first metal layer) as in Examples 1, 2, and 3 in Table 1, that is, in the case of the structure of the wafer 500, compared with the structure of the wafer 400, A remarkable effect of greatly preventing the diffusion of AuSn was observed. The effect of preventing the diffusion of AuSn was greatest when the same material (Rh) as that used for the first diffusion prevention layer 13 was used for the intermediate layer 8.

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。
In the case where the intermediate layer 8 is not provided on the first metal layer as in Comparative Example 1, that is, in the case of the structure of the wafer 400, d = 11.53 μm. On the other hand, when Rh was used for the intermediate layer 8, the amount of wraparound d was 4.33 μm. When both are compared, when Rh is used for the intermediate layer 8, the amount of decrease in discoloration (wraparound amount) is 7.2 μm.
Therefore, the improvement rate at this time was 62.4% from 7.2 / 11.53. As a cause of such a small amount of discoloration wrapping, it is considered that there is some reaction such as being drawn to Rh during AuSn dissolution.

<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。
<Experiment 3>
Based on the result of Experiment 2, when the material of the intermediate layer 8 is fixed to Rh and only the film thickness condition of the intermediate layer 8 is changed, the difference in the occurrence rate of peeling of the metal layer is the same as in Experiment 1. Measured by the method. At this time, the conditions of the material and the film thickness were changed as in Examples 4 and 5 and Reference Examples below.

(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。
Example 4
The film thickness of Rh in Example 2 was replaced with 10 nm (100 mm), and similarly, one lot of semiconductor light emitting devices was obtained. This material condition and film thickness condition are referred to as Example 4. Table 2 shows the measurement results of the metal layer peeling rate.

Figure 2013168464
Figure 2013168464

(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。
(Example 5)
The film thickness of Rh in Example 2 was replaced with 30 nm (300 mm), and similarly, one lot of semiconductor light emitting devices was obtained. This material condition and film thickness condition are referred to as Example 5. Table 2 shows the measurement results of the metal layer peeling rate.

(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。
(Reference example)
The film thickness of Rh in Example 2 was replaced with 100 nm (1000 mm), and similarly, one lot of semiconductor light emitting devices was obtained. In the case of these material conditions and film thickness conditions, the metal layer peeling occurrence rate was worse than that of Comparative Example 1 in which the first metal layer was composed of a single AuSn layer. However, the wraparound amount d was better than that of Comparative Example 1 and Examples 2, 4, and 5. Table 2 shows the measurement results of the metal layer peeling rate for the reference example.
In addition, in order to contrast the measurement results of Comparative Example 1 and Example 2 shown in Table 1 with Examples 4 and 5 and the like, they are shown together in Table 2.

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。   As shown in Table 2, in Examples 4 and 5, the occurrence rate of peeling of the metal layer was smaller than that in Comparative Example 1. When Rh was used as the material for the intermediate layer 8, the metal layer peeling tendency tended to decrease as the film thickness decreased. When the Rh film thickness was 100 nm (1000 mm) as in the reference example, the metal layer peeling rate increased. One possible reason for this is that the film thickness of the entire first metal layer is 5% or more larger than that of the comparative example under the conditions of the reference example.

<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。
<Experiment 4>
Based on the result of Experiment 3, in order to confirm that even when the film thickness is reduced as in the conditions of Examples 4 and 5, there is the same effect of preventing diffusion of AuSn as in the condition of Example 2. The same method as in Experiment 2 was examined. At this time, with respect to the wafer 500, three kinds of wafers having different film thicknesses were prepared in accordance with the conditions of Examples 4 and 5 and the reference example after setting the material of the intermediate layer 8 to Rh.

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。   The wraparound amount d for the wafer 500 is smaller than the wraparound amount d for the wafer 400. The results are shown in Table 2. Note that the wraparound amount d was not measured by creating an element in which semiconductors were stacked, but was displayed side by side in correspondence with an example in which the material, film thickness, and stacked structure of the first metal layer were the same.

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。   As shown in Table 2, when the material of the intermediate layer 8 is Rh, the diffusion preventing effect of AuSn tends to increase slightly as the thickness of the intermediate layer 8 is in the range of 10 to 1000 nm. . As a result, it was confirmed that Examples 4 and 5 also had the same effect of preventing diffusion of AuSn as in Example 2.

<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。
<Experiment 5>
As a result of Experiment 1, when the rate of occurrence of peeling of the metal layer was the lowest, the material used for the intermediate layer 8 was Ni. As a result of Experiment 3, the thickness of the intermediate layer 8 when the peeling rate of the metal layer was the lowest was 10 nm. Therefore, it is expected that the best result can be obtained with this combination, so an experiment was conducted to verify this.

(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。
(Example 6)
Using the material (Ni) of Example 1, the film thickness was replaced with 10 nm (100 mm), and similarly, one lot of semiconductor light emitting devices was obtained. This material condition and film thickness condition are defined as Example 6. Table 3 shows the measurement results of the metal layer peeling occurrence rate. In addition, in order to contrast the measurement results of Comparative Example 1 and Example 4 shown in Table 2 with Example 6, they are also shown in Table 3.

Figure 2013168464
Figure 2013168464

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。
As shown in Table 3, according to the conditions of Example 6, the metal layer peeling occurrence rate was 8.5%, which was the best result as expected.
Here, it is replaced with a ratio (yield) of good products with good cleaving property per lot. Here, the yield [%] = 100− (the occurrence rate of peeling of the metal layer).
In this case, 77.4% is obtained in Comparative Example 1, 84.3% is obtained in Example 4, and 91.5% is obtained in Example 6. The yield of Example 6 increased by 14.1% from Comparative Example 1. Therefore, the increase rate at this time was 18.2% due to 14.1 / 77.4.

<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。
<Experiment 6>
In order to confirm the adhesion of the element formed by providing the intermediate layer 8 as in the conditions of Example 4 and Example 6 described in Table 3, a comparative experiment of die shear strength with Comparative Example 1 described in Table 3 was performed. It was. The destruction mode at the time of die sharing of the semiconductor light emitting device mounted on a predetermined mounting substrate was the interface between the substrate 2 and the second metal layer 6. Here, the second metal layer 6 was laminated on the back surface of the substrate 2 from the substrate side in the order of Ag / Ni / Rh / Au with the respective film thicknesses [nm] being 120/100/200/500.
The die shear strength is a shear strength measured as a load when the semiconductor chip is pushed from the side in the horizontal direction at a normal temperature and a high temperature and peeled off. A known die shear strength tester is used for this measurement. The die shear strength is defined in the JEITA standard (EIAJ ED4703) and the MIL standard (MIL-STD-883C).

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。   As a result of the experiment, the adhesion force to the mounting substrate of the element prepared by providing the intermediate layer 8 as in the conditions of Example 4 and Example 6 is about 700 gf, and the intermediate layer is applied as in the condition of Comparative Example 1. It was confirmed that it was almost the same as the element prepared without providing. That is, even when a measure for preventing the metal layer from peeling off from the substrate (a measure against tearing) was taken, the adhesion did not change. The reason is that the section cut after heating and mounting the semiconductor light emitting device 1 of the present embodiment is not separated from layer to layer in the AuSn layer 7 and the intermediate layer 8 according to the actual STM image. It is thought that. That is, since the AuSn layer 7 and the intermediate layer 8 are mixed in the first metal layer 5, the strength itself is maintained.

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。   In addition, in the said experiment, although the metal laminated | stacked as the 2nd metal layer 6 in the manufacturing process was performed as a material of an intermediate | middle layer, the material of an intermediate | middle layer is not limited to this. As the material for the intermediate layer, for example, Cu having a hardness of 3.0, Al having a hardness of 2.75, Ag having a hardness of 2.5, or the like may be used. An alloy may be used in addition to a single metal.

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。   The semiconductor light emitting device according to the present invention can be used for lighting fixtures, backlights, in-vehicle light emitting devices, displays, optical disc light sources, exposure light sources, and other general consumer light sources.

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor light emitting element 2 Board | substrate 3 Semiconductor element structure 4 Metal layer 5 1st metal layer 6 2nd metal layer 7 AuSn layer 8 Intermediate layer 11 Light reflection layer 12 Adhesion layer 13 1st diffusion prevention layer 14 2nd diffusion prevention layer 20 Sapphire substrate 21 n-side semiconductor layer 22 light-emitting layer 23 p-side semiconductor layer 31 transparent electrode layer 32 p-side electrode 321 pad portion 322 stretched conductive portion 33 n-side electrode 331 pad portion 332 stretched conductive portion 34 protective layer 40 semiconductor multilayer structure 50 Metal laminated structure

Claims (10)

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、AuSnよりも硬い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。
A substrate, a semiconductor element structure stacked on the first main surface of the substrate, and a metal layer stacked on the second main surface opposite to the first main surface of the substrate. A semiconductor light emitting device,
The metal layer includes a first metal layer for bonding the semiconductor light emitting element to an external member,
The first metal layer includes a plurality of AuSn layers provided in a thickness direction, and an intermediate layer provided in contact with the AuSn layer and made of a metal material harder than AuSn. Semiconductor light emitting device.
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。   The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the first metal layer is configured by alternately stacking the AuSn layer and the intermediate layer. 前記中間層は、Ag,Ni,Rh,Al,W,Pt,Ti,Ru,Mo,Nbから選択される少なくとも1つを主体とする金属材料からなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体発光素子。   The intermediate layer is made of a metal material mainly composed of at least one selected from Ag, Ni, Rh, Al, W, Pt, Ti, Ru, Mo, and Nb. 2. The semiconductor light emitting device according to 2. 前記中間層の膜厚は、0.1μmよりも薄い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。   4. The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the intermediate layer has a thickness of less than 0.1 μm. 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4に記載の半導体発光素子。   5. The semiconductor light emitting device according to claim 4, wherein the total film thickness of the AuSn layer is 2.8 to 4.2 μm. 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5のいずれか一項に記載の半導体発光素子。   A second metal layer including a layer having a higher reflectance with respect to light from the semiconductor element structure than the AuSn layer is provided between the second main surface of the substrate and the first metal layer. The semiconductor light emitting element according to claim 1. 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、AuSnよりも硬い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。
A first step of preparing a semiconductor multilayer structure formed on a first main surface of a substrate;
On the second main surface opposite to the first main surface of the substrate, a plurality of AuSn layers provided in the thickness direction and provided between the AuSn layers and made of a metal material harder than AuSn A second step of forming a first metal layer comprising an intermediate layer;
And a third step of dividing the substrate on which the semiconductor multilayer structure and the first metal layer are formed for each of the semiconductor light emitting elements.
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7に記載の半導体発光素子の製造方法。   8. The method of manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 7, wherein in the second step, the AuSn layer and the intermediate layer are alternately stacked. 前記第2工程は、Ag,Ni,Rh,Al,W,Pt,Ti,Ru,Mo,Nbから選択される少なくとも1つを主体とする金属材料で前記中間層を形成することを特徴とする請求項7または請求項8に記載の半導体発光素子の製造方法。   The second step is characterized in that the intermediate layer is formed of a metal material mainly composed of at least one selected from Ag, Ni, Rh, Al, W, Pt, Ti, Ru, Mo, and Nb. The manufacturing method of the semiconductor light-emitting device according to claim 7 or 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7ないし請求項9のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。   8. The method according to claim 7, further comprising a step of forming a second metal layer having a higher reflectance with respect to light from the semiconductor element structure than the AuSn layer between the first step and the second step. The manufacturing method of the semiconductor light-emitting device as described in any one of Claim 9 thru | or 9.
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