(57)【要約】      （修正有）【課題】ガリウムおよび窒素含有レーザダイオード装置を製造するための方法を提供する。【解決手段】ｎ−ＧａＮおよびｎ側クラッド層１０１と、活性領域１０２と、ｐ−ＧａＮおよびｐ側クラッディング１０３と、絶縁層１０４と、接触／パッド層１０５とが挙げられる。さらに、ダイ拡大プロセス中には犠牲領域１０７とボンディング材１０８とを用いる。【選択図】図２
2015154074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガリウムおよび窒素含有レーザダイオード装置を製造する方法において、前記方法が：
表面領域を有するガリウムおよび窒素含有基板を設ける工程と；
前記表面領域を覆うエピタキシャル材料を形成する工程と、を備え、前記エピタキシャル材料は：
ｎ型クラッド領域と、前記ｎ型クラッド領域を覆う少なくとも１つの活性層から成る活性領域と、前記活性層領域を覆うｐ型クラッド領域とを備え、さらに
前記エピタキシャル材料をパターン化して、複数個のダイを形成する工程を備え、前記ダイの各々は、少なくとも１つのレーザ装置に対応し、１対のダイの間の第１のピッチを特徴とし、前記第１のピッチが設計幅よりも小さく、さらに
各対のダイがその間の第２のピッチで構成されるように、前記複数のダイの各々をキャリヤウェハに転送する工程を備え、前記第２のピッチが前記設計幅に対応する前記第１のピッチよりも多きいことを特徴とする、方法。
【請求項２】
各ダイがメサとして形成され、各対のダイが、１mｍから１０mｍまでの範囲の前記第１のピッチ、１０ミクロンから５０ミクロンまでの幅、または５０mｍから３０００mｍまでの長さを有し、前記パターン化はエッチングプロセスを含み、前記キャリヤウェハ上の前記第２のピッチが、１００ミクロンから２００ミクロンまでであるか、または２００ミクロンから３００ミクロンまでであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記転送後に、前記ダイの各々を処理して、前記各ダイ上に少なくとも１つのレーザ装置を形成する工程、またはエピタキシャル材料の各ダイ上に１つまたは多数のレーザダイオード空洞を形成する工程をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記キャリヤウェハを覆う各対のダイが、前記第２のピッチで定められ、さらに、前記方法が、前記第２のピッチで定められた空間を覆う１つまたはそれ以上の構成要素を形成する工程をさらに備え、前記１つまたはそれ以上の構成要素がコンタクト領域またはボンディングパッドから選択されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記キャリヤウェハが１つまたはそれ以上のコンタクト領域のための導電材料を特徴とし、前記レーザ装置の各々が２００ｎｍから２０００ｎｍまでの範囲の波長を特徴とし、前記レーザ装置の各々が、開裂プロセスまたはエッチングプロセスから構成された１対のファセットを備え、前記エッチングプロセスが、誘導結合プラズマエッチング、化学的促進イオンビームエッチング、または反応性イオンビームエッチングから選択されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第２のピッチによって定められた空間で、各対のダイを分離して前記ダイの各々を個片化する工程をさらに備え、前記エピタキシャル材料がＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＮ、およびＩｎＡｌＧａＮ、またはそれいずれかであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ガリウムおよび窒素含有材料が極性、無極性、または半極性平面上で成長され、前記キャリヤウェハが、シリコン、ガリウムヒ素、サファイア、炭化シリコン、ダイヤモンド、窒化ガリウム、ＡｌＮ、リン化インジウムおよび金属のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記転送工程が、１つまたはそれ以上のダイを前記キャリヤウェハに選択的にボンディングする工程を備え、前記ダイの各々は、前記キャリヤウェハ上のボンディグパッドに構成され、前記転送工程が、１つまたはそれ以上のダイを前記キャリヤウェハに選択的にボンディングする工程と、１つまたはそれ以上の他のダイを前記キャリヤウェハに選択的にボンディングすることをＮ回繰り返す工程とを備え、Ｎは１から５０までの整数であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記転送工程が、１つまたはそれ以上のダイを前記キャリヤウェハに選択的にボンディングする工程と、１つまたはそれ以上の他のダイを前記キャリヤウェハに選択的にボンディングすることをＮ回繰り返す工程とを備え、Ｎは、前記キャリヤウェハにボンディングされるべき前記ダイの各々を除去するために、１から５０までの整数であり、前記キャリヤウェハは、前記ガリウムおよび窒素含有基板の直径よりも大きい直径を有し、前記ボンドの各々は、金属―金属対、酸化物―酸化物対、スピンオンガラス、半田合金、ポリマー、フォトレジストおよびワックスのうちの少なくとも１つであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記転送工程が、１つまたはそれ以上のダイを前記キャリヤウェハに選択的にボンディングする工程と、１つまたはそれ以上の他のダイを前記キャリヤウェハに選択的にボンディングすることをＮ回繰り返す工程とを備え、Ｎは、前記キャリヤウェハにボンディングされるべき前記ダイの各々を除去するために、１から５０までの整数であり、前記キャリヤウェハは、前記ガリウムおよび窒素含有基板の直径よりも大きい直径を有し、前記ボンドの各々は、金属―金属対、酸化物―酸化物対、スピンオンガラス、半田合金、ポリマー、フォトレジストおよびワックスのうちの少なくとも１つであり、さらに、前記エピタキシャル材料の一部が完全なままである間、各ダイに関連する剥離領域を分離することによって各選択的ボンディング中に前記ダイの各々を剥離する工程をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記転送工程が、１つまたはそれ以上のダイを前記キャリヤウェハに選択的にボンディングする工程と、１つまたはそれ以上の他のダイを前記キャリヤウェハに選択的にボンディングすることをＮ回繰り返す工程とを備え、Ｎは、前記キャリヤウェハにボンディングされるべき前記ダイの各々を除去するために、１から５０までの整数であり、前記キャリヤウェハは、前記ガリウムおよび窒素含有基板の直径よりも大きい直径を有し、前記ボンドの各々は、金属―金属対、酸化物―酸化物対、スピンオンガラス、半田合金、ポリマー、フォトレジストおよびワックスのうちの少なくとも１つであり、さらに、前記エピタキシャル材料の一部が完全なままである間、各ダイに関連する剥離領域を分離することによって各選択的ボンディング中に前記ダイの各々を剥離する工程をさらに備え、前記分離工程が、エピタキシャル材料の一部を備える前記剥離領域のバンドギャップ選択的光電気化学（ＰＥＣ）エッチングを利用して選択的にエッチングする工程を備えることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記剥離領域が、隣接するエピタキシャル層よりも小さいバンドギャップを有する材料から成り、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＮ、またはＩｎＡｌＧａＮから構成されることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ＰＥＣエッチングが、前記１つまたはそれ以上のダイを選択的にボンディングする前に構造を設けるための、また前記１つまたはそれ以上のダイをボンディングした後に分離するように構成された部分を完全な状態で残しながら、前記剥離領域の実質的全てを選択的に除去することを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ＰＥＣエッチングが、前記１つまたはそれ以上のダイを選択的にボンディングする前に前記ダイを支持するために、固定領域を完全なままで残しながら前記剥離領域を選択的に除去し、前記固定領域が、前記１つまたはそれ以上のダイの前記選択的ボンディング後に分離することを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ＰＥＣエッチングが、欠陥ピラー、静的な力またはファンデルワールス力が、前記１つまたはそれ以上のダイに構造上の支持を与える間、前記剥離領域を選択的に除去することを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記キャリヤウェハにボンディングされながら、前記１つまたはそれ以上のダイを完全に除去するように、付加的ＰＥＣエッチングプロセスをさらに備えることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
選択的ボンディングの後に、前記ダイの各々を選択的に破断し、そこから分離するように構成された１つまたはそれ以上の固定領域を露出したままで、転送前に前記１つまたはそれ以上のダイを覆う金属材料を形成する工程をさらに備えることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記ダイの各々を選択的に剥離するために前記ダイの各々の付近にアンダカット領域を形成するためのエッチングプロセスをさらに備え、前記ダイの各々がＰＥＣエッチングから保護するためのパッシベーション領域を備えることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記ダイの各々が１つまたはそれ以上の構成要素を含み、前記１つまたはそれ以上の構成要素が、電気コンタクト、電流波及領域、光クラッド領域、レーザリッジ、レーザリッジパッシベーションおよび１対のファセットのうちの少なくとも１つを単独でまたはいずれかの組み合わせで選択されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
１９６０年、マリブのヒューズ・リサーチ・ラボラトリーズ（Ｈｕｇｈｅｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）のテオドレ・エイチ・マイマン（Ｔｈｅｏｄｏｒｅ  Ｈ．  Ｍａｉｍａｎ）によって初めてレーザが実証された。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、半導体レーザダイオードを製造する方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
【図１】は、本発明の実施例によるレーザダイオードの概略図である。
【図２】は、本発明の実施例によるダイエキスパンデッドレーザダイオードの概略図である。
【図３】は、実施例におけるリッジレーザダイオードの概略断面図である。
【図４】は、実施例における選択領域ボンディングプロセスを示す上面図である。
【図５】は、実施例におけるエピタキシャル生成のための概略プロセスフローを示す。
【図６】は、実施例における選択領域ボンディングを示す概略側面図である。
【図７】は、実施例における活性領域を保護するエピタキシャル生成の概略プロセスフローを示す。
【図８】は、実施例において活性領域を保護し、ボンディング前にリッジを形成するエピタキシャル生成の概略プロセスフローを示す。
【図９】は、実施例における固定されたＰＥＣアンダカット（上面図）を示す概略図である。
【図１０】は、実施例における固定されたＰＥＣアンダカット（側面図）を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００４】
図１は、処理後の最新のＧａＮ系レーザダイオードを示す側面図である。レーザダイオードは、一般に、エピタキシャルｎ−ＧａＮおよびｎ側クラッド層１０１と、活性領域１０２と、ｐ−ＧａＮおよびｐ側クラッディング１０３と、絶縁層１０４と、コンタクト／パッド層１０５とを有する本来のガリウムおよび窒素含有エピタキシャル基板１００上に製造される。レーザダイピッチは、標識化されている。レーザリッジの直下には設けられていないエピタキシ材料全体は、この装置設計においては浪費される。一実施例では、ｎ型クラッドは、ＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＩｎＡｌＧａＮから構成されてもよい。
【０００５】
図２は、ダイエキスパンデッドプロセス前のガリウムおよび窒素含有エピタキシャルウェハ１００とダイエキスパンデッドプロセス後のキャリヤウェハ１０６とを示す側面図である。この図は、１つのガリウムおよび窒素含有基板ならびにそれを覆うエピタキシャル材料から製造可能であるレーザダイオードの数の、ほぼ５倍拡大され、従ってほぼ５倍改良されたことを実証している。代表的なエピタキシャル処理層の例として、ｎ−ＧａＮおよびｎ側クラッド層１０１と、活性領域１０２と、ｐ−ＧａＮおよびｐ側クラッディング１０３と、絶縁層１０４と、接触／パッド層１０５とが挙げられる。さらに、ダイ拡大プロセス中には犠牲領域１０７とボンディング材１０８とを用いる。
【０００６】
図３は、実施例におけるリッジレーザダイオードの概略断面図であり、最新のレーザダイオード構造を示す概略断面図である。この図は、単なる一例に過ぎず、ここでの請求の範囲を過度に制限するものであってはならない。図示したように、レーザ装置は、窒化ガリウム基板２０３を備えており、下層にはｎ型メタルバックコンタクト領域２０１を備えている。一実施形態では、メタルバックコンタクト領域は、以下で述べるものやそれ以外のもののように、好適な材料で形成される。一実施形態において、本装置はまた、代わりにＡｌＧａＮであってもよい上層のｎ型窒化ガリウム層２０５と、活性領域２０７と、代わりにＡｌＧａＮであってもよい、レーザストライプ領域２１１として構成された上層のｐ型窒化ガリウム層とを有する。さらに、本装置は、数ある特徴の中でも、ｎ側分離封じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ）２０６と、ｐ側導波層またはＳＣＨ２０８と、ｐ−ＡｌＧａＮ  ＥＢＬ２０９とを含む。一実施形態では、本装置は、コンタクト領域を形成するためのｐ＋＋型窒化ガリウム材料２１３を有する。
【０００７】
図４は、選択領域ボンディングプロセスの概略上面図であり、選択領域ボンディングによるダイエキスパンションプロセスを示す。最初のガリウムおよび窒素含有エピタキシャルウェハ２０１は、処理を介して定められたエピタキシャル材料および剥離層から成る個々のダイを有する。個々のエピタキシャル材料ダイは、標識化され２０２、ピッチ１の間隔を空けられている。丸いキャリヤウェハ２００は、パターン化されたボンディングパッド２０３を備えて生成されている。これらのボンディングパッドは、ピッチ２の間隔を空けられており、このピッチ２は、選択した組のエピタキシャルダイが選択領域ボンディングプロセスの各繰り返しにおいて、ボンディング可能であるように、ピッチ１の偶数倍である。選択領域ボンディングプロセスの繰り返しは、全てのエピタキシャルダイがキャリヤウェハ２０４に転送されるまで継続する。ガリウムおよび窒素含有エピタキシ基板２０１は、再利用のために任意に生成可能である。
【０００８】
一実施例では、図５は、ダイエキスパンションプロセスのためのエピタキシ生成プロセスフローの例を示す側面図を含むエピタキシャル生成のためのプロセスフローを示す概略図である。ガリウムおよび窒素含有エピタキシ基板１００および上層のエピタキシャル材料は、個々のダイ内に規定され、ボンディング材料１０８が析出され、犠牲領域１０７がアンダカットされる。代表的なエピタキシャル層は例として含まれており、ｎ−ＧａＮおよびｎ側クラッド層、例えばＧａＮまたはＡｌＧａＮ１０１、活性領域１０２、およびｐ−ＧａＮおよびｐ側クラッディング、例えばＧａＮまたはＡｌＧａＮ１０３である。
【０００９】
一実施例では、図６は、実施例における選択領域ボンディングプロセスの概略側面図である。生成したガリウムおよび窒素含有エピタキシャルウェハ１００ならびに生成したキャリヤウェハ１０６は、このプロセスの開始構成要素である。第１の選択領域ボンディング反復によって、エピタキシャルダイの断片を転送し、エピタキシャルダイ全体を転送するために必要に応じてさらなる反復が行われる。ダイエキスパンションプロセスが一旦完了すると、最新のレーザ処理がキャリヤウェハ上で継続可能になる。代表的なエピタキシャル処理層が例として含まれ、これらはｎ−ＧａＮおよびｎ側クラッディング層、例えば、ＧａＮまたはＡｌＧａＮ１０１、活性領域１０２、ｐ−ＧａＮおよびｐ側クラッディング、例えばＧａＮまたはＡｌＧａＮ１０３、絶縁層１０４およびコンタクト／パッド層１０５である。さらに、ダイエキスパンションプロセス中に、犠牲領域１０７およびボンディング材料１０８を使用する。
【００１０】
一実施例では、図７は、活性領域保護を有するエピタキシ生成プロセスを示す概略図である。いずれかのＰＥＣアンダカットエッチング工程において側壁パッシベーションを用いて活性領域を保護する代替のエピタキシャルウェハ生成プロセスフローを示す側面図である。このプロセスフローにおいては、犠牲領域の材料および組成物をより広い範囲で選択することが可能である。代表的な基板、エピタキシャル処理層は例として含まれ、ガリウムおよび窒素含有基板１００、ｎ−ＧａＮおよびｎ側クラッド層、例えば、ＧａＮまたはＡｌＧａＮ１０１、活性領域１０２、ｐ−ＧａＮおよびｐ側クラッディング、例えばＧａＮまたはＡｌＧａＮ１０３、絶縁層１０４およびコンタクト／パッド層１０５である。さらに、ダイエキスパンションプロセス中に、犠牲領域１０７およびボンディング材料１０８を使用する。
【００１１】
一実施例では、図８は、ボンディング前に活性領域保護およびリッジ形成が行われるエピタキシ生成プロセスフローを示す概略図である。いずれかのＰＥＣアンダカットエッチング工程中に側壁パッシベーションを用いて活性領域を保護し、転送前に、より稠密なエピタキシャルウェハ上にレーザリッジを定める代替のエピタキシャルウェハ生成プロセスフローを示す側面図である。このプロセスフローにおいては、より稠密なエピタキシャルウェハ上でさらなる処理工程を実施することにより、潜在的にコスト節減が可能になる。代表的な基板、エピタキシャル処理層は例として含まれ、ガリウムおよび窒素含有基板１００、ｎ−ＧａＮおよびｎ側クラッド層１０１、活性領域１０２、ｐ−ＧａＮおよびｐ側クラッディング１０３、絶縁層１０４およびコンタクト／パッド層１０５である。さらに、ダイエキスパンションプロセス中に、犠牲領域１０７およびボンディング材料１０８を使用する。
【００１２】
図９は、固定したＰＥＣアンダカットを示す簡単な例である（上面図）。選択領域ボンディング中の代替の剥離プロセスを示す上面図である。本実施形態では、トップダウンエッチングを使用して領域３００をエッチングし、その後、ボンデンィング金属３０３を析出させる。その後、ＰＥＣエッチングを使用して領域３０１をアンダカットする。犠牲領域３０２は、完全なままであり、選択領域ボンディングプロセス中に機械的支持部としての働きをする。
【００１３】
図１０は、実施例における固定されたＰＥＣアンダカットを示す概略図（側面図）である。固定されたＰＥＣアンダカットを例示する側面図である。犠牲領域のポストは、ボンディングプロセスが完了するまで、機械的支持部に対するエピタキシャルダイの各端部に含まれる。ボンディング後、ボンドパッドと完全犠牲領域との間の支持されていない薄膜領域でエピタキシャル材料が開裂し、それによってボンディングプロセスが選択される。代表的エピタキシャル処理層が、例示のために含まれ、ｎ−ＧａＮおよびｎ側クラデッィング層、例えばＧａＮまたはＡｌＧａＮ１０１、活性領域１０２、ｐ−ＧａＮおよびｐ側クラッディング、例えばＧａＮまたはＡｌＧａＮ１０３、絶縁層１０４およびコンタクト／パッド層１０５である。さらに、ダイエキスパンションプロセス中に、犠牲領域１０７およびボンディング材料１０８を使用する。エピタキシャル材料は、ガリウムおよび窒素含有エピタキシャルウェハ１００からキャリヤウェハ１０６まで転送される。本方法および構造のさらなる詳細は、以下でより特定的に見出される。
【００１４】
読者に対するさらなる背景として、窒化ガリウムおよび関連の結晶は、バルク形式での生成は困難である。ＧａＮの大面積ブールを生成することが可能な成長技術は、まだほんの初期にあり、全ての配向に対するコストは、Ｓｉ、ＧａＡｓおよびＩｎＰ等の他の半導体基板の同じウェハサイズよりもずっと高価である。大面積自立ＧａＮ基板（例えば２インチ以上の直径）は市販されているが、大面積無極性および半極性ＧａＮ基板の入手可能性は、かなり制限されている。一般に、これらの配向は、ｃ面配向ブールの成長によって生成され、その後、ｃ面に関して多少の急角度で矩形ウェハにスライスされる。これらのウェハの幅は、ｃ面配向ブールの厚さによって制限され、ブール生成方法によって順に制限される（例えば、一般に異物基板上のハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ））。このような小さいウェハサイズは、いくつかの点で制限がある。まず第１に、エピタキシャル成長は、このような小型のウェハ上で行われなければならない。それによって、ウェハエッジ近くでの成長の不均一性のために使用不可能であるウェハの面積分率が増大する。第２に、基板上の光電子装置層のエピタキシャル成長の後、小型ウェハ上で同数の処理工程が必要となり、大面積ウェハで使用されるように最終的な装置を製造する。これらの効果は両方とも、このような小型ウェハ上での装置製造コストを吊り上げることになる。製造する装置当たりのコストと使用不可能なウェハの面積分率との両方が、ウェハサイズの減少と共に増大するからである。バルクＧａＮ成長技術の相対的未成熟により、製造可能な基板の総数をさらに制限し、無極性または半極性ＧａＮ基板系装置のスケールアップの実現可能性を潜在的に制限する。
【００１５】
ＧａＮ基板の全ての配向がコスト高であり、ウェハサイズのスケールアップが困難であり、小型ウェハの処理が非効率であり、半極性および無極性ウェハに関して潜在的に供給制限が行われる場合、基板およびエピタキシャル材料の利用を最大限にすることが極めて望ましくなる。横空洞レーザダイオードを製造する際、一般に、最小のダイ長さがレーザ空洞長さによって決定されるが、最小のダイ幅は、ワイヤボンディングパッド等の他の装置の構成要素またはダイアタッチ法におけるダイハンドリングのための機械的面積等の検討事項により決定される。すなわち、レーザ空洞長さはレーザダイ長さを制限するが、レーザダイ幅は一般に、レーザ空洞幅よりもずっと大きい。ＧａＮ基板およびエピタキシャル材料は、レーザ空洞領域内で、またその近くでは臨界であるにすぎないので、これによって、これらの比較的高価な材料でレーザ空洞領域のみを形成し、さらにより安い材料でボンドパッドおよびチップの機械的構造を形成するための新規な方法を発明するのに良い機会を与えることになる。レーザ空洞幅の代用的寸法は、１ないし３０mｍであり、ワイヤボンディングパッドは１００mｍまでの幅である。これは、以下のことを意味する。すなわち、ワイヤボンディングパッド幅制限および機械的ハンドリング検討事項が、３倍から１００倍まで拡大したＧａＮチップ寸法から排除された場合、単一エピタキシャルガリウムおよび窒素含有ウェハからレーザダイオードダイを製造することが可能である。これは、エピタキシおよび基板コストが３倍から１００倍削減されたと解釈される。従来の装置設計では、比較的大きいボンディングパッドがエピタキシウェハによって機械的に支持されるが、それらは、構造上の支持体を越える半導体の材料特性を活用していない。
【００１６】
一実施例では、本発明は、ＧａＮレーザ装置の数を最大限にする方法を提供する。このＧａＮレーザ装置は、ワイヤボンディングパッドまたはそれ以外の構造上のエレメントが比較的廉価なキャリヤウェハによって機械的に支持されるように、エピタキシャル材料をキャリヤウェハ上に拡げることによって、ガリウムおよび窒素含有基板上の所与のエピタキシャル領域から製造可能であり、一方で、発光領域は、必要なエピタキシャル材料から依然として形成されたままである。本発明は、全てのガリウムおよび窒素系レーザダイオードにおけるチップコストを大幅に削減し、特に、コスト効率の高い無極性および半極性レーザダイオード技術を可能に出来る。
【００１７】
これらの装置は、半極性または無極性構造のいずれかにおいて配向した表面領域を含むガリウムおよび窒素含有基板（例えば、ＧａＮ）を備えるが、それ以外であってもよい。本装置は、表面領域上を覆うＩｎＧａＮを含むガリウムおよび窒素含有材料も有する。特定の実施形態では、本レーザ装置は、以下で述べるように、半極性または無極性ガリウム含有基板のいずれかにおいて採用することが可能である。ここで使用するように、用語“基板”は、バルク基板を意味することが出来る、または上層の成長構造、例えばガリウムおよび窒素含有エピタキシャル領域、もしくは機能領域、例えばｎ型ＧａＮ、組み合わせ等を含むことが可能である。我々は、無極性ｍ面と極性ｃ面との間に配向されている半極性結晶面上のエピタキシャル成長および開裂特性に関しても研究している。特に、我々は、結晶面の｛３０−３１｝および｛２０−２１｝族で成長させている。我々は、約４００ｎｍから緑色まで、例えば５００ｎｍから５４０ｎｍまでの波長で動作する効率的なレーザダイオードに至る経路を形成する有望なエピタキシ構造および開裂を達成している。これらの結果は、４５０ｎｍの範囲の明るい青色のエピタキシと、５２０ｎｍの範囲の明るい緑色のエピタキシと、ｃ方向の投影に直交する滑らかな開裂面とを含む。
【００１８】
特定の実施形態では、窒化ガリウム基板部材は、半極性または無極性結晶表面領域を有することを特徴とするバルクＧａＮ基板であるが、それ以外のものでもよい。特定の実施形態では、バルク窒化物ＧａＮ基板は窒素を含み、約１０Ｅ５ｃｍ−２から約１０Ｅ７ｃｍ−２または１０Ｅ５ｃｍ−２未満の表面転位密度を有する。窒化物結晶またはウェハは、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮを含むことも可能であり、この場合は０≦ｘ、ｙ、ｘ＋ｙ≦１である。一実施形態では、窒化物結晶は、ＧａＮを含む。１つまたはそれ以上の実施形態では、ＧａＮ基板は、表面に関して実質的に直交するか、または斜めの方向で、約１０Ｅ５ｃｍ−２から約１０Ｅ８ｃｍ−２までの濃度の貫通転位を有する。転位の直交または斜めの配向の結果として、表面転位密度は、約１０Ｅ５ｃｍ−２から約１０Ｅ７ｃｍ−２または約１０Ｅ５ｃｍ−２未満である。特定の実施形態では、一般に譲渡され、参照することにより本明細書に組み込まれる２００９年３月２８日に出願された米国特許仮出願番号第６１／１６４４０９号に対して優先権を主張する、２０１０年３月２９日に出願された米国特許出願第１２／７４９４６６号に記載された、僅かにオフカットされた半極性基板上で本装置を製造することが可能である。
基板には一般に、以下に示すエピタキシャル成長エレメントが１つまたはそれ以上設けられているが、これらには限定されない
Ｓｉまたは酸素のドーピングレベルが約５Ｅ１６ｃｍ−３ないし１Ｅ１９ｃｍ−３である厚さが５０ｎｍから約６０００ｎｍまでのｎ−ＧａＮクラッド領域；
インジウム含有量が高く、且つ厚い１つ以上のＩｎＧａＮ層もしくはそのいずれかのＩｎＧａＮ領域または超ＳＣＨ領域；
ＩｎＧａＮ領域を覆う、より高度なバンドギャップ歪制御領域；
任意では、ＩｎＧａＮ領域を覆うＳＣＨ領域；
【００１９】
１．５ないし１０．０ｎｍのＧａＮ障壁で分離された３つから５つ、または４つから６つの３．０ないし５．５．０ｎｍのＩｎＧａＮ量子井戸から成る多重量子井戸活性領域層；
任意では、インジウムのモル分率が１％から１０％までであり、厚さが１５ｎｍから１００ｎｍまでであるＩｎＧａＮから成るｐ側ＳＣＨ層；
【００２０】
アルミニウムのモル分率が５％から２０％までであり、厚さが１０ｎｍから１５ｎｍまでであり、ＭｇがドーピングされたＡｌＧａＮから成る電子ブロック層；
Ｍｇのドーピングレベルが５Ｅ１７ｃｍ−３ないし１Ｅ１９ｃｍ−３で厚さが４００ｎｍないし１０００ｎｍであるｐ−ＧａＮクラッド層；
Ｍｇのドーピングレベルが１Ｅ２０ｃｍ−３ないし１Ｅ２１ｃｍ−３で厚さが２０ｎｍないし４０ｎｍであるｐ＋＋−ＧａＮコンタクト層。
【００２１】
一般に、これらの領域の各々は、少なくとも有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）のエピタキシャル析出技術、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）またはＧａＮ成長に適する他のエピタキシャル成長技術を用いて形成される。活性領域は、１つまたはそれ以上の実施形態により１個ないし２０個の量子井戸領域を含むことも可能である。所定期間のｎ型ＡｌｕＩｎｖＧａ１−ｕ−ｖＮ層の堆積に続く例として、所定の厚さを達成するように、活性層を堆積する。活性層は、単一量子井戸または２個ないし１０個の量子井戸を有する多重量子井戸を備えてもよい。量子井戸は、ＩｎＧａＮ井戸およびＧａＮ障壁層とを備えてもよい。他の実施形態では、井戸層および障壁層は、ＡｌｗＩｎｘＧａ１−ｗ−ｘＮおよびＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｙ−ｚＮをそれぞれ含み、ここでは、０≦ｗ、ｘ、ｙ、ｚ、ｗ＋ｘ、ｙ＋ｚ≦１であり、またｗ＜ｕ、ｙおよびｘ＞ｖ、ｚまたはそのいずれかであるので、１つ以上の井戸層のバンドギャップは、１つ以上の障壁層およびｎ型層のそれよりも小さい。井戸層および障壁層は各々、約１ｎｍから約１５ｎｍまでの厚さを有してもよい。他の実施形態では、活性層はダブルヘテロ構造を有しており、ＩｎＧａＮまたはＡｌｗＩｎｘＧａ１−ｗ−ｘＮ層が、約１０ｎｍないし１００ｎｍの厚さであり、ＧａＮまたはＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｙ−ｚＮ層で囲まれており、ここではｗ＜ｕ、ｙおよびｘ＞ｖ、ｚまたはそのいずれかである。活性層の組成および構造は、事前に選択した波長で発光するように選ばれる。活性層は、ドープされないままであってもよい（または無作為にドープされてもよい）またはｎ型もしくはｐ型をドープしてもよい。
【００２２】
活性領域は、電子ブロック領域および別の封じ込めヘテロ構造を備えることも可能である。いくつかの実施形態では、電子ブロック層を堆積するのが好ましい。電子ブロック層は、ＡｌｓＩｎｔＧａ１−ｓ−ｔＮを備えてもよく、この場合は０≦ｓ、ｔ、ｓ＋ｔ≦１であり、活性層よりもバンドギャップが高く、さらにｐ型をドープすることも可能である。または電子ブロック層はＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子構造を備え、ＡｌＧａＮおよびＧａＮの交互層を含む。あるいは、電子ブロック層は存在しなくてもよい。上記のように、ｐ型窒化ガリウム構造が、電子ブロック層および１つ以上の活性層上に堆積される。ｐ型層は、約１０Ｅ１６ｃｍ−３から１０Ｅ２２ｃｍ−３までのレベルまでＭｇをドープしてもよく、また約５ｎｍから約１０００ｎｍまでの厚さを有してもよい。ｐ型層の最外部１ないし５０ｎｍは、電気コンタクトが改良出来るように、層の残り部分よりも大量にドープすることも可能である。
【００２３】
本発明は、半導体ウェハから電気光学装置を製造することを目的とする。特に、本発明は、ダイピッチが最初のエピタキシウェハに関してキャリヤウェハ上で増大するように、エピタキシ材料の個々のダイをキャリヤウェハに転送するための選択領域ボンディングプロセスを介する基板ウェハおよびエピタキシ材料の利用を増大する。エピタキシ材料の配置によって、高価なガリウムおよび窒素含有基板ならびにガリウムおよび窒素含有基板上に頻繁に形成される上層のエピタキシ材料の存在を必要としない装置の構成要素が、より廉価なキャリヤウェハ上に形成され、それによって、ガリウムおよび窒素含有基板ならびに上層のエピタキシ材料をより効率的に利用することが可能になる。
【００２４】
一実施形態では、ガリウムおよび窒素含有レーザダイオードエピタキシ材料のメサは、ガリウムおよび窒素含有基板上に稠密配列で形成される。このパターンピッチは、‘第１のピッチ’と呼ばれる。第１のピッチは、基板上のエピタキシャル領域の各々を形成するのに適する設計幅であることが多く、それは、完成したレーザ装置に対して十分な大きさではなく、より大きい非活性領域またはコンタクト領域等を望む場合が多い。例えば、これらのメサは、約５ミクロンから約３０ミクロンまで、または約５０ミクロンまでの第１のピッチを有する。これらのメサの各々は‘ダイ’である。
【００２５】
一実施例では、これらのダイは、その後、キャリヤウェハ上の第２のピッチがガリウムおよび窒素含有基板上の第１のピッチよりも大きくなるように第２のピッチでキャリヤウェハに転送される。一実施例では、第２のピッチは、ダイで構成され、キャリヤウェハの一部を有する各ダイが、コンタクトおよび他の構成要素を含むレーザ装置になり得る。例えば、第２のピッチは、約１００ミクロンから約２００ミクロンまで、または約３００ミクロンまでである。第２のピッチは、簡単な機械的ハンドリングや、エピタキシメサの中間に挟まれたキャリヤウェハ領域に位置決めされたワイヤボンディングパッドのための場所を許容し、それによって所与のガリウムおよび窒素含有基板ならびに上層のエピタキシ材料から、より多くのレーザダイオードを製造することが可能になる。図１および図２は、最新のダイエキスパンデッドレーザダイオードの概略側面図である。レーザリッジ幅および機械的なワイヤボンディング検討事項に必要な幅に対する代表的な寸法は、それぞれ、１mｍから３０mｍまで、および１００mｍから３００mｍまでであり、ガリウムおよび窒素含有基板ならびに上層のエピタキシ材料の利用効率が、本発明では、かなり潜在的に改良されることになる。
【００２６】
図３は、最新のレーザダイオード構造を示す概略断面図である。この図は、単に例示のものであり、ここでの請求の範囲を過度に制限するものであってはならない。当業者は、他の変更、修正、代替を認識するであろう。図示するように、レーザ装置は窒化ガリウム基板２０３を備えており、これは下層のｎ型金属バックコンタクト領域２０１を有する。一実施形態では、金属バックコンタクト領域は、以下で述べるものやそれ以外のもの等、好適な材料から成る。コンタクト領域のさらなる詳細は、本明細書を通じて、以下でより特定的に見出せる。
【００２７】
一実施形態において、装置はまた、上層のｎ型窒化ガリウム層２０５と、活性領域２０７と、レーザストライプ領域として構成された上層のｐ型窒化ガリウム層２１１とを有する。さらに、本装置は、他の特徴のなかでも特に、別個のｎ側封じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ）２０６と、ｐ側導波層またはＳＣＨ２０８と、ｐ−ＡｌＧａＮ  ＥＢＬ２０９とを含む。一実施形態では、本装置はまた、コンタクト領域を形成するためのｐ＋＋型窒化ガリウム材料２１３を有する。一実施形態では、ｐ＋＋型コンタクト領域は、好適な厚さを有し、約１０ｎｍから５０ｎｍまでの範囲であるか、またはそれ以外の厚さでおい。一実施形態では、ドーピングレベルは、ｐ型クラッド領域およびバルク領域またはそのいずれかよりも高く出来る。一実施形態では、ｐ＋＋型領域は、約１０１９ないし１０２１Ｍｇ／ｃｍ３の範囲等のドーピング濃度を有する。ｐ＋＋型領域は、半導体領域と上層の金属コンタクト領域との間でトンネル現象を生じるのが好ましい。一実施形態では、これらの領域の各々は、少なくとも有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）のエピタキシャル析出技術、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）またはＧａＮ成長に好適な他のエピタキシャル成長技術を用いて形成される。一実施形態では、エピタキシャル層は、ｎ型窒化ガリウム層を覆う高品質エピタキシャル層である。いくつかの実施形態では、高品質層は、例えば、ＳｉまたはＯが約１０１６ｃｍ−３および１０２０ｃｍ−３のドーパント濃度でドープされ、ｎ型材料を形成する。
本装置は、オフカット結晶配向表面領域の一部を覆って、レーザストライプ領域が形成されている。
【００２８】
特定の実施形態では、ファセット形成法は、パターンを形成するために、基板をレーザに曝す工程を含む。好ましい実施形態では、パターンは、１つまたはそれ以上のリッジレーザに対して１対のファセットを形成するために構成される。好ましい実施形態では、１対のファセットは対面しており、互いに平行に整列している。好ましい実施形態では、本方法は、ＵＶ（３５５ｎｍ）レーザを使用して、レーザバーをスクライブする。特定の実施形態では、レーザはシステム上で構成され、それによって、１つまたはそれ以上の異なるパターンおよびプロファイルに正確なスクライブラインが構成される。１つまたはそれ以上の実施形態では、アプリケーション次第で、裏面、前面またはその両方でレーザスクライビングが実施可能である。当然のことながら、他の変更、修正および代替が可能である。
【００２９】
特定の実施形態では、本方法は、裏面レーザスクライビング等を使用する。裏面レーザスクライビングでは、本方法は、ＧａＮ基板の裏面でレーザバーに垂直な連続ラインレーザスクライブを形成するのが好ましい。特定の実施形態では、レーザスクライブは、一般に、１５ないし２０mｍの深さであるか、またはそれ以外の好適な深さである。裏面スクライビングが有利となるのが好ましい。すなわち、レーザスクライブプロセスは、レーザバーのピッチまたはそれ以外の同様のパターンに依存しない。従って、裏面レーザスクライビングは、好ましい実施形態に従って、各基板上でのレーザバ−の密度をより高めることになる。しかし、特定の実施形態では、裏面レーザスクライビングは、１つまたはそれ以上のファセット上でテープから残留物をもたらす可能性がある。特定の実施形態では、裏面レーザスクライブは、基板がテープ上にフェースダウンすることを要求する場合が多い。前面レーザスクライビングでは、基板の裏面がテープと接触する。当然のことながら、他の変更、修正および代替も可能である。
【００３０】
レーザスクライブパターン：レーザマスクのピッチは、約２００mｍであるが、それ以外であってもよい。本方法は、２００mｍのピッチから３０mｍを引いた１７０mｍのスクライブを使用する。好ましい実施形態では、レーザの熱影響部を感熱性のレーザリッジから離した状態で、スクライブ長さを最大限にするか、または増大する。
【００３１】
レーザスクライブプロファイル：鋸歯状プロファイルは、一般に、最小ファセット粗さを生じる。鋸歯状プロファイル形状は、材料においてかなり高い応力集中を発生し、それによってより容易に且つより効率的にまたはそのいずれかで開裂が伝搬されると信じられている。
【００３２】
特定の実施形態では、ファセット形成法は、パターンを形成するために、基板を機械的スクライビングに曝す工程を含む。好ましい実施形態では、パターンは、１つまたはそれ以上のリッジレーザに対して１対のファセットを形成するために構成される。好ましい実施形態では、１対のファセットは対面しており、互いに平行に整列している。好ましい実施形態では、本方法は、ダイヤモンド先端スクライブを使用してレーザバーを物理的にスクライブするが、技術者に明らかであるように、ＧａＮよりも固い材料を先端に備えたスクライブが適切である。特定の実施形態では、レーザはシステム上で構成され、それによって、１つまたはそれ以上の異なるパターンおよびプロファイルに正確なスクライブラインが構成される。１つまたはそれ以上の実施形態では、アプリケーション次第で、裏面、前面またはその両方で機械的スクライビングが実施可能である。当然のことながら、他の変更、修正および代替が可能である。
【００３３】
特定の実施形態では、本方法は、裏面スクライビング等を使用する。裏面機械的スクライビングでは、本方法は、ＧａＮ基板の裏面でレーザバーに垂直な連続ラインスクライブを形成するのが好ましい。特定の実施形態では、レーザスクライブは、一般に、１５ないし２０mｍの深さであるか、またはそれ以外の好適な深さである。裏面スクライビングが有利となるのが好ましい。すなわち、機械的スクライブプロセスは、レーザバーのピッチまたはそれ以外の同様のパターンに依存しない。従って、裏面スクライビングは、好ましい実施形態に従って、各基板上でのレーザバ−の密度をより高めることになる。しかし、特定の実施形態では、裏面機械的スクライビングは、１つまたはそれ以上のファセット上でテープから残留物をもたらす可能性がある。特定の実施形態では、裏面機械的スクライブは、基板がテープ上にフェースダウンすることを要求する場合が多い。前面機械的スクライビングでは、基板の裏面がテープと接触する。当然のことながら、他の変更、修正および代替も可能である。
【００３４】
エッチング技術、例えば化学的促進イオンビームエッチング（ＣＡＩＢＥ）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチングまたは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）の結果、滑らかで垂直にエッチングされた側壁領域が生成され、エッチングされたファセットレーザダイオード内のファセットとしての働きを行えることは周知である。エッチング処理ファセットプロセスでは、ウェハの表面にマスキング層が堆積されてパターン化される。エッチングマスク層は、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）、その組み合わせまたは他の誘電材料等の誘電体から構成することが出来る。さらに、マスク層はＮｉまたはＣｒ等の金属層から構成可能であるが、金属化合堆積物または金属および誘電体を含む堆積物から構成可能である。他の取り組みとしては、フォトレジストマスクを単独で、または誘電体および金属もしくはそのいずれかと組み合わせて使用することが可能である。エッチングマスク層は、従来のフォトリソグラフィおよびエッチング工程を利用してパターン化される。アライメントリソグラフィは、コンタクトアライナまたはステッパアライナを用いて実施可能である。このようなリソグラフィで画定されたミラーは、高レベルの制御を設計技師に提供する。エッチングマスクの上部でのフォトレジストマスクのパターン化が完了した後、ウェットエッチングまたはドライエッチング技術を用いてパターンをエッチングマスクへ転送する。最終的に、その後、ＣＡＩＢＥ、ＩＣＰ、ＲＩＥおよび他の技術またはそのいずれかから選択したドライエッチング技術を用いて、ファセットパターンがウェハ内にエッチングされる。エッチングされたファセット表面は、ウェハの平面から約８７度から９３度まで、または約８９度から９１度までのかなり垂直に近いものでなければならない。エッチングされたファセット表面領域は、二乗平均平方根粗さ値が５０ｎｍ、２０ｎｍ、５ｎｍまたは１ｎｍ未満である、かなり滑らかなものでなければならない。ＣＡＩＢＥは、エッチングの化学的性質のため、かなり滑らかで低損傷の側壁を設けることが知られており、一方で、エッチングの際に固有角度を補償するためにウェハステージを傾ける能力により、ほぼ垂直に近いエッチングを提供することが可能である。
【００３５】
レーザストライプは、長さおよび幅を特徴とする。長さは、約５０ミクロンから約３０００ミクロンまでの範囲であるが、好ましくは、１０ミクロンから４００ミクロンまで、約４００ミクロンから８００ミクロン、または約８００ミクロンから１６００ミクロンまでであるが、それ以外であってもよい。ストライプもまた、約０．５ミクロンから約５０ミクロンまでの範囲の幅を有するが、好ましくは単一横モード動作に対しては０．８ミクロンから２．５ミクロンまで、または多重横モード動作に対しては２．５mｍから３５mｍまでであるが、これ以外の寸法でもよい。特定の実施形態では、本装置は約０．５ミクロンから約１．５ミクロンまでの範囲の幅、約１．５ミクロンから約３．０ミクロンまでの範囲の幅、３．０ミクロンから約３５ミクロンまでの範囲の幅およびこれ以外の幅を有する。特定の実施形態では、幅は実質的に一定寸法であるが、僅かな変更は可能である。幅および長さは、一般に技術で使用するマスキングおよびエッチングプロセスを用いて形成することが多い。
【００３６】
レーザストライプは、ｐ型またはｎ型クラッド層のいずれかへのドライエッチングまたはウェットエッチングから選択したエッチングプロセスにより設けられる。本装置はまた、ｐ型またはｎ型コンタクト領域を露出する上層誘電体領域を有する。コンタクト領域は、金属、導電性酸化物またはその組み合わせであってもよいコンタクト材料で覆われている。ｐ型およびｎ型電気コンタクトが熱蒸着、電子ビーム蒸着、電気めっき、スパッタリングまたは他の好適な技術によって堆積可能である。
【００３７】
ガリウムおよび窒素含有基板のコストが高く、ガリウムおよび窒素含有基板のサイズのスケールアップが困難であり、非効率的であり、しかも極性、半極性および無極性のガリウムおよび窒素含有ウェハを潜在的に供給制限する場合、利用可能なガリウムおよび窒素含有基板ならびに上層のエピタキシャル材料の利用を最大限にするのが極めて望ましい。横空洞レーザダイオードを製造する際に、一般に、レーザ空洞幅ではなく、最小のダイサイズが装置の構成要素、例えばワイヤボンディングパッドまたは機械的ハンドリング検討事項によって決定される。ダイサイズの最小化は、製造コストを削減するのに不可欠である。なぜなら、ダイサイズが小さくなると、１回の処理実行において１つのウェハ上に製造出来る装置の数が多くなるからである。本発明は、ダイエキスパンションプロセスを介してキャリヤウェハ上にエピタキシャル材料を拡げることによって所定のガリウムおよび窒素含有基板および上層のエピタキシャル材料から製造出来る装置の数を最大限にする方法である。
【００３８】
図４は、ダイエキスパンションプロセスの好ましい一実施形態のトップダウン図である。開始材料は、パターン化されたエピタキシおよびキャリヤウェハである。ここでは、‘エピタキシウェハ’または‘エピタキシャルウェハ’は、活性領域を構成するエピタキシャル材料が成長した最初のガリウムおよび窒素含有ウェハとして定義され、一方で、‘キャリヤウェハ’は、処理を便利にするために、エピタキシャル層が転送されるウェハとして定義される。キャリヤウェハは、コスト、熱伝導率、熱膨張係数、サイズ、導電率、光学的特性および処理互換性を含む多数の判断基準に基づいて選択可能であるが、それらに限定されない。ボンディングされたエピタキシ領域を後に選択的に剥離するように、パターン化されたエピタキシウェハを生成する。選択領域ボンディングプロセスを可能にするためにボンドパッドが配置されるように、パターン化されたキャリヤウェハが生成される。これらのウェハは、様々なプロセスフローによって生成可能であり、そのうちのいくつかの実施形態は以下で述べる。第１の選択領域ボンド工程では、エピタキシウェハが、キャリヤウェハ上の事前にパターン化されたボンディングパッドと整列され、圧力、熱および超音波処理またはそのいずれかの組み合わせを用いてボンディングパッドにメサをボンディングする。ボンディング材料は、金属、ポリマー、ワックスおよび酸化物を含む様々な媒体であってもよいが、それらに限定されない。キャリヤウェハ上のボンドパッドに接触しているエピタキシャルダイのみがボンディングされる。サブミクロンアライメント許容範囲は、商用ダイボンダで可能となる。エピタキシウェハがその後引き離され、望ましいエピタキシャル層がキャリヤウェハに残存するように、弱められたエピタキシャル剥離層でエピタキシ材料を破壊する。ここでは、‘選択領域ボンディング工程’は、このプロセスを一回反復するものとして定義される。図４に示す例では、エピタキシャルダイの４分の１は、この第１の選択ボンディング工程で転送され、エピタキシウェハ上に４分の３を残す。選択領域ボンディング工程をその後繰り返し、エピタキシャルダイの第２の４分の１、第３の４分の１および第４の４分の１をパターン化したキャリヤウェハに転送する。この選択領域ボンディングは、何度も繰り返し可能であるが、図４に示す４つの工程には限定されない。結果として、エピタキシウェハ上の最初のダイピッチよりも広いダイピッチで、キャリヤウェハ上のエピタキシャルダイのアレイが得られる。エピタキシャルウェハ上のダイピッチはピッチ１と呼ばれ、キャリヤウェハ上のダイピッチはピッチ２と呼ばれる。この場合、ピッチ２はピッチ１よりも大きい。この時点で、標準レーザダイオードプロセスがキャリヤウェハ上で実行可能である。図１および図２は、それぞれ、本発明で述べる最新の方法で製造された装置およびその方法を示す側面図である。本発明で可能になった装置構造は、比較的高価なエピタキシ材料を含むのみであり、この場合、光空洞がそれを必要とし、さらに比較的大きいボンディングパッドおよびキャリヤウェハ上に置かれた他の装置の構成要素またはそのいずれかを有する。レーザリッジ幅およびボンディングパッドに対する代表的な寸法は、それぞれ３０mｍよりも小さく１００mｍよりも大きく、本発明ではエピタキシ利用効率が３倍またはそれ以上改良される。
【００３９】
エキスパンデッドダイピッチを達成することが可能な方法が、数多く存在する。ＧａＮ系レーザダイオードの製造に対する一実施形態を図５および図６に示す。本実施形態は、バンドギャップ選択的光電気化学（ＰＥＣ）エッチングを利用して、エピタキシャル層内にエッチングされたメサのアレイをアンダカットし、その後、パターン化したキャリヤウェハ上で選択領域ボンディングプロセスを行う。図５はエピタキシウェハの生成を示し、図６は選択領域ボンディングプロセスを示す。このプロセスは、バンドギャップによって選択的にＰＥＣエッチング可能である埋め込み犠牲領域を含むことを必要とする。ＧａＮ系電気光学装置に対して、ＩｎＧａＮ量子井戸は、ＰＥＣエッチング中に効果的犠牲領域になるものとして示されている。図５に示す第１の工程は、犠牲層を露出するためのトップダウンエッチングであり、その後に、図５に示すボンディング金属析出が続く。犠牲領域が露出された状態では、バンドギャップ選択ＰＥＣエッチングを利用してメサをアンダカットする。犠牲領域のおよび他の全ての層のバンドギャップは、犠牲層のみが光を吸収し、そのためにＰＥＣエッチング中にエッチングを行うように選択される。エッチング速度を適当に制御する場合、薄い材料片を残して、メサをエピタキシ基板に弱く接続することが可能である。このウェハは、その後、図６に示すように整列され、パターン化したキャリヤウェハにボンディングされる。金と金の金属結合をこの作業の例として利用するが、多種多様な酸化物結合、ポリマー結合、ワックス結合等が潜在的に好適である。市販されているダイボンデンィング装置を用いることにより、サブミクロンアライメント許容範囲が可能になる。選択したメサのみがキャリヤウェハ上の金属結合パッドに接触するように、キャリヤウェハがパターン化される。エピタキシ基板が引き離されると、弱い犠牲領域で結合したメサが破損するが、一方で結合されていないメサは、エピタキシ基板に装着されたままとなる。この選択領域ボンディングプロセスは、その後、望ましい構成で残存するメサを転送することを繰り返すことが可能となる。このプロセスは、何度も反復され、図７に示すように２回の反復には限定されない。キャリヤウェハは、２インチ、３インチ、４インチ、６インチ、８インチおよび１２インチを含むいずれかのサイズでよいが、これらに限定されない。望ましい全てのメサが転送された後、第２のバンドギャップ選択ＰＥＣエッチングを任意に利用して、いずれかの残余の犠牲領域材料を除去し、滑らかな表面を形成することが可能である。この時点で、キャリヤウェハ上で標準レーザダイオードプロセスが実施可能である。
【００４０】
本発明の他の実施形態では、バンドギャップＰＥＣエッチングプロセス中に吸収を行うように、活性領域よりも高いバンドギャップを有する犠牲領域を用いる。本実施形態では、図７に示すように、側壁上の絶縁保護層を用いてバンドギャップ選択ＰＥＣエッチング中に活性領域がエッチングされないように防止することも可能である。図７に示す第１の工程は、装置の活性領域を露出するためのエッチングである。この工程の後、メサ側壁に保護絶縁層を堆積し、これが後の犠牲領域アンダカットＰＥＣエッチング工程中に活性領域のＰＥＣエッチングをブロックする働きをする。その後、犠牲層を露出するために第２のトップダウンエッチングが行われ、図７に示すようにボンディング金属が析出される。犠牲領域が露出された状態では、バンドギャップ選択ＰＥＣエッチングを利用してメサをアンダカットする。この時点で、図６に示す選択領域ボンディングプロセスを利用して、装置を製造し続ける。
【００４１】
本発明の他の実施形態では、選択領域ボンディング工程前に、稠密エピタキシウェハ上に装置の構成要素を製造することを組み入れる。図８に示す実施形態では、レーザリッジ、側壁パッシベーションおよびコンタクト金属が、ダイエキスパンションプロセス前に最初のエピタキシャルウェハ上に形成される。このプロセスフローは、例としてのみ与えられ、ダイエキスパンションプロセス前に処理可能な装置の構成要素を制限することを意味していない。この作業フローは、潜在的にコスト面で有利である。なぜなら、ダイエキスパンションプロセス前に、より高い密度のエピタキシャルウェハ上で、さらなる工程が実施されるからである。このプロセスフローの詳細は、図８に示す。
【００４２】
本発明の他の好ましい実施形態では、ガリウムおよび窒素エピタキシャル材料が、以下の配向のうちの１つのガリウムおよび窒素含有基板材料上で成長する。すなわち、ｍ面、｛５０−５１｝、｛３０−３１｝、｛２０−２１｝、｛３０−３２｝、｛５０−５―１｝、｛３０−３−１｝、｛２０−２−１｝、｛３０−３−２｝またはａ面およびｃ面またはそのいずれかに向けて＋／-５度以内でのこれらの面のオフカットである。
【００４３】
本発明の他の実施形態では、ボンディングされたメサのみの犠牲剥離層をエッチングするための各選択ボンディング工程の後に個々のＰＥＣアンダカットエッチングを利用する。どのエピタキシャルダイがアンダカットを受けるかは、現在の選択的ボンディング工程で除去するべきメサの犠牲層を露出するためにエッチングダウンを行うことによってのみ制御される。本実施形態の利点としては、ＰＥＣエッチング速度を極めて粗野に制御するだけである。これは、さらなる処理工程を犠牲にして行われ、ジオメトリが制限される。
【００４４】
本発明の他の実施形態では、ボンディング層は、金属―金属、酸化物―酸化物、はんだ合金、フォトレジスト、ポリマー、ワックス等を含む様々なボンディング対であってもよい。
【００４５】
本発明の他の実施形態では、犠牲領域がＰＥＣエッチングによって完全に除去され、メサが残りの欠陥ピラーによって所定位置に固定されたままとなる。ＰＥＣエッチングは、再結合中心として作用する欠陥の周辺に無傷材料を残すものとして知られている。犠牲エッチングを完了した後、メサが所定位置に残るさらなる機構は、静的な力またはファンデルワールス力を含む。
【００４６】
本発明の他の実施形態では、成形犠牲領域露出メサがエッチングされて、各エピタキシダイの端部近くに、より大きな領域を残す。ボンディング金属は、転送されるべきエピタキシの領域のみに配置される。その後、端部近くのより大きな領域の一部のみがアンダカットされる間、転送されるべきエピタキシダイが完全にアンダカットされるように、ＰＥＣエッチングが行われる。ダイの端部の無傷犠牲領域は、選択領域ボンディング工程を介して機械的安定性を与える。数ナノメータの厚さだけアンダカットするので、このジオメトリは標準ボンディングプロセスと両立するはずである。選択領域ボンディング工程の後、エピタキシおよびキャリヤウェハは、機械的に分離され、結合金属と無傷犠牲領域との間の弱い場所で開裂する。このプロセスの例は、図９および図１０に概略的に示す。望ましい数の繰り返しが完了した後、最新のレーザダイオード製造の手順が、ダイエキスパンデッドキャリヤウェハに適用出来る。
本発明の他の実施形態では、エピタキシャル層の剥離は、レーザリフトオフ等のＰＥＣエッチング以外の手段によって達成される。
【００４７】
本発明の他の実施形態では、キャリヤウェハは、他の半導体材料、金属材料またはセラミック材料である。いくつかの潜在的な候補は、シリコン、ガリウムヒ素、サファイア、炭化ケイ素、ダイヤモンド、窒化ガリウム、ＡｌＮ，多結晶ＡｌＮ、リン化インジウム、ゲルマニウム、石英、銅、金、銀、アルミニウム、ステンレス鋼、または鋼を含む。
【００４８】
本発明の他の実施形態では、開裂プロセスによってレーザファセットが製造される。好適なキャリヤウェハを選択する場合、キャリヤウェハを使用して、エピタキシャル材料に開裂面を定めることが可能である。これによって、開裂の歩留り、品質、容易さ、および正確さ、またはそのいずれかが改良出来る。
【００４９】
本発明の他の実施形態では、レーザファセットは、エッチングファセットプロセスによって製造される。エッチングファセットの実施形態では、リソグラフィ定義のミラーパターンが、ガリウムおよび窒素内にエッチングされてファセットを形成する。エッチングプロセスは、誘導結合プラズマエッチング（ＩＣＰ）、化学的促進イオンビームエッチング（ＣＡＩＢＥ）または反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が選択したドライエッチングプロセスであってもよい。エッチングファセットプロセスは、開裂、潜在的に改良した歩留りおよびファセット品質によってファセット形成を回避するためのダイエキスパンションプロセスと組み合わせて利用することも可能である。
【００５０】
本発明の他の実施形態では、キャリヤウェハの選択によって促進される開裂プロセスによって、ダイの個片化が達成される。例えば、シリコンまたはＧａＡｓキャリヤウェハを選択する場合、開裂によってダイ個片化に利用可能である便利な立方体開裂面のシステムが存在することになる。本実施形態では、ダイ個片化がキャリヤウェハ材料領域のみで発生するため、開裂がエピタキシ材料に転送される必要はない。
【００５１】
本発明の他の実施形態では、上記プロセスフローのいずれかは、ウェハ傾斜と組み合わせて使用することが出来る。一実施例では、７．５ｍｍ  ´  １８ｍｍの基板は、２インチのキャリヤウェハに傾斜することが可能であり、それによって上面処理および選択領域ボンディングが、さらなるコスト節減のために多数のエピタキシ基板上で同時に実施可能となる。
【００５２】
本発明の他の実施形態では、再平坦化および表面処理手順を介して選択領域ボンディング工程の後に、基板ウェハを再利用する。エピタキシウェハは、実用的回数だけ再利用可能である。
【００５３】
一実施例では、本発明は、所与のエピタキシャル表面領域から製造可能なガリウムおよび窒素含有レーザダイオード装置の数を増大する方法を提供し、ここでは、ガリウムおよび窒素含有エピタキシャル層は、ガリウムおよび窒素含有基板を覆う。エピタキシャル材料は、少なくとも以下の層から成る。すなわち、バンドギャップ選択ＰＥＣエッチングを用いて選択的にエッチングすることが可能な犠牲領域、ｎ型クラッド領域、ｎ型クラッド領域を覆う少なくとも１つの活性層から成る活性領域、および活性層領域を覆うｐ型クラッド領域である。ガリウムおよび窒素含有エピタキシャル材料は、第１のダイピッチでダイにパターン化される；第１のピッチでガリウムおよび窒素含有エピタキシャル材料から成るダイはキャリヤウェハに転送され、キャリヤウェハ上に第２のダイピッチを形成する；第２のダイピッチは、第１のダイピッチよりも大きい。
【００５４】
上記は特定の実施形態に関して充分に述べているが、様々な変更、代替の構造および均等物を用いることも可能である。一実施例では、パッケージ化された装置は、上記エレメントのいずれかの組み合わせならびに本明細書以外も含むことが可能である。ここでは、用語“基板”は、バルク基板を意味することが可能であり、または上層の成長構造、例えば、ガリウムおよび窒素含有エピタキシャル領域、もしくは機能領域、例えばｎ型ＧａＮ，組み合わせ等を含むことも可能である。
【図１】
2015154074.tif 000003
【図２】
2015154074.tif 000004
【図３】
2015154074.tif 000005
【図４】
2015154074.tif 000006
【図５】
2015154074.tif 000007
【図６】
2015154074.tif 000008
【図７】
2015154074.tif 000009
【図８】
2015154074.tif 000010
【図９】
2015154074.tif 000011
【図１０】
2015154074.tif 000012
【外国語明細書】
2015154074000001.pdf