(57)【要約】【課題】デブリが低減された化合物半導体素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】結晶基板と、化合物半導体の多層膜と、を有する積層体を備え、前記積層体の主面に対して略垂直であり、互いに対向する第１及び第２の側面は、へきかい面からなり、前記積層体の前記主面と前記第１及び第２の側面に対してそれぞれ垂直であり、互いに対向する第３の側面は、非へきかい面からなり、前記第３及び第４の側面には、前記主面からみた深さが位置により変化し、端部が前記第１及び第２の側面には達しない溝が設けられていることを特徴とする化合物半導体素子が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶基板と、化合物半導体の多層膜と、を有する積層体を備え、
前記積層体の主面に対して略垂直であり、互いに対向する第１及び第２の側面は、へきかい面からなり、
前記積層体の前記主面と前記第１及び第２の側面に対してそれぞれ垂直であり、互いに対向する第３の側面は、非へきかい面からなり、
前記第３及び第４の側面には、前記主面からみた深さが位置により変化し、端部が前記第１及び第２の側面には達しない溝が設けられていることを特徴とする化合物半導体素子。
【請求項２】
前記溝の前記端部と前記第１及び第２の側面との間隔は、２０マイクロメータ以下でゼロより大であることを特徴とする請求項１記載の化合物半導体素子。
【請求項３】
前記主面からみた前記溝の深さは、最大値が最小値の２倍以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の化合物半導体素子。
【請求項４】
前記溝の少なくとも一方の端部において深さが最大であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の化合物半導体素子。
【請求項５】
結晶基板と化合物半導体の多層膜とを有する積層体をへきかいしてバー状に分離する工程と、
前記バーのへきかい面に対して略垂直な方向に延在し前記へきかい面に達せず前記第１の主面からの深さが位置により変化する溝をレーザ光照射により前記第１の主面に形成する工程と、
前記溝に沿って前記バーを分離する工程と、
を備えたことを特徴とする化合物半導体素子の製造方法。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化合物半導体の中で窒化物系半導体は、バンドギャップが広く電子飽和速度がＧａＡｓと比べて大きいことなどから、半導体発光装置、高周波素子、高出力スイッチング素子などへの応用が拡大している。
【０００３】
この窒化物系半導体素子の結晶成長には、ＧａＮ（窒化ガリウム）、サファイヤ、ＳｉＣ（炭化珪素）などの基板が使用される。これら基板は、ＧａＡｓ及びＩｎＰなどの基板よりもヤング率が大であり硬い。さらに六方晶系結晶構造であるために、へきかい方向が直交しない。このために、直方体形状の個々の素子に分離する工程が、他の半導体材料を用いた場合よりも困難である。
【０００４】
直方体形状の素子分離方法として、スクライバーの針先端部分をダイアモンドとし、バー状半導体表面上に選択的にスクライブ溝を設ける技術開示例がある（特許文献１）。この開示例においては、スクライブ溝に沿っては非へきかい面を、スクライブ溝が形成されない領域にはへきかい面を生じる。従って、スクライブ溝を内側に形成するとことにより、素子側面の内側には非へきかい面が、素子側面の外側にはへきかい面が形成される。この結果、素子側面はへきかい面と非へきかい面とを有することになり自動組み立て工程をより困難にすると共に、スクライブ工程において生じる加工残渣の抑制が不十分となる。
【０００５】
一方、スクライブ方式に代わりＹＡＧレーザを用いた方式も考えられる。ただし、収率良く分離をするためにレーザ出力を増加すると、レーザ照射などによる加工残渣であるデブリが増えることがある。このデブリを抑制することが、半導体発光装置の信頼性を確保するために必要である。
【特許文献１】特開２００５−１３６０９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、デブリが低減された化合物半導体素子及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一形態によれば、結晶基板と、化合物半導体の多層膜と、を有する積層体を備え、前記積層体の主面に対して略垂直であり、互いに対向する第１及び第２の側面は、へきかい面からなり、前記積層体の前記主面と前記第１及び第２の側面に対してそれぞれ垂直であり、互いに対向する第３の側面は、非へきかい面からなり、前記第３及び第４の側面には、前記主面からみた深さが位置により変化し、端部が前記第１及び第２の側面には達しない溝が設けられていることを特徴とする化合物半導体素子が提供される。
【０００８】
また、本発明の他の一態様によれば、結晶基板と化合物半導体の多層膜とを有する積層体をへきかいしてバー状に分離する工程と、前記バーのへきかい面に対して略垂直な方向に延在し前記へきかい面に達せず前記第１の主面からの深さが位置により変化する溝をレーザ光照射により前記第１の主面に形成する工程と、前記溝に沿って前記バーを分離する工程と、を備たことを特徴とする化合物半導体素子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、デブリが低減された化合物半導体素子及びその製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。  
図１は、本発明の具体例にかかる化合物半導体素子の模式斜視図である。  
ＧａＮなどからなる結晶基板と、この上に結晶成長された化合物半導体の多層膜とを有する積層体５の一主面は、リッジ状ストライプ２８及びパッド電極２６を備えている。へきかい面２２及び２３は互いに対向しており、積層体５の一主面に対して垂直である。また、積層体５の一主面と、へきかい面２２及び２３とに対してそれぞれ垂直であり、互いに対向する側面８及び９は、非へきかい面からなっている。側面８及び９には、一主面からみた深さが位置により変化し、その端部がへきかい面２２及び２３には至らない分離のための溝２４が設けられている。
【００１１】
図２〜図４は、本発明の具体例にかかる化合物半導体素子の製造方法の要部を表す模式図である。以下、半導体レーザ素子を例に挙げて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。  
図２（ａ）は、表面が（０００１）面からなるＧａＮ基板１０を表す模式平面図である。結晶面方位を判定するためのオリエンテーションフラット（ＯＦ）１２が設けられている。
【００１２】
ＧａＮ基板１０の一主面上には、化合物半導体からなる多層膜が結晶成長されて積層体が形成されている。ウェーハプロセスが完了後、例えば図２（ｂ）に表したように、オリエンテーションフラット１２を基準に積層体５は矩形状に整形される。ダイアモンド針を備えたスクライバーを用いて、オリエンテーションフラット１２に沿って積層体５にスクライブ溝１６を設ける。この間隔は例えば、３００乃至１０００マイクロメータとすることができる。
【００１３】
図２（ｃ）は、スクライブ溝１６を起点としてへきかいにより、矩形状積層体５を各バー２０に分離した状態を表す。なお、素子が半導体レーザ素子である場合、へきかい面２２はミラー状とされ光共振器を構成する。さらに、必要によりへきかい面２２、２３には反射膜コーティングがなされる。例えば、へきかい面２２には高反射コーティングを設け、へきかい面２３には低反射コーティングを設けることができる。
【００１４】
続いて図３（ａ）に例示されるように、個々の素子に分離するために素子の幅に応じた溝２４をＹＡＧレーザ照射により設ける。図３（ｂ）は、その模式拡大平面図である。バー２０の表面には電極パッド２６が形成され、その下方には発光部を含むリッジストライプ２８が設けられている。溝２４は、ほぼリッジストライプ２８の中間に設けられる。本具体例においては、溝２４の一方の端部とへきかい面２２との間隔がＤ１となる溝非形成領域３０を設ける。同様に、溝２４の他方の端部とへきかい面２３との間隔がＤ２となる溝非形成領域３１を設ける。Ｄ１及びＤ２は、０より大で２０マイクロメータ以下であることが好ましい。２０マイクロメータ以上であると、溝非形成領域が大となりすぎて、分離された素子側面にへきかい面を部分的に生じたり、割れ・欠けなどを生じることがある。
【００１５】
次に、図３（ｂ）における一点鎖線ＡＡ’に沿う模式断面図を図４（ａ）及び（ｂ）に表す。まず、図４（ａ）においては溝２４の深さが溝非形成領域３１側において大であり、溝非形成領域３０側に向かって次第に小となるように設けられる。この深さは、例えば、最深部において４０マイクロメータ、最浅部で２０マイクロメータとすることができる。また図４（ｂ）においては、溝２４の深さが溝非形成領域３１で大であり、中央部に向かって次第に小とされた後再び次第に大となる。溝２４の両端部における深さは、同一でも異なっていても良い。さらに、深さが変化していれば良いので、中央部近傍において深く、溝２４の両端部において浅いものであっても良い。なお、溝２４において、最深部と最浅部の深さ比率が大であるほうが応力集中効果が大きいので、この比率が２倍以上であることが好ましい。なお、溝２４の幅は、例えば５乃至１５マイクロメータの範囲とすることができる。  
【００１６】
続いて、図４（ｃ）に例示されるように、バー２０の裏面からセラミックなどからなる分離用の刃３４などを当ててブレーキングを行い素子分離が完了する。このようにするとへきかい面が直交せず、かつ非常に硬いＧａＮ系材料においても、結晶面方位に依存することなく素子分離が可能となる。これに対して、この素子分離工程をダイアモンド針を備えたスクライバー装置を用いて行うと、ダイアモンド針の摩耗が激しく、素子形状が不規則となるために素子分離歩留まりが不十分となることが多い。なお、バー２０の両端部の２個においては外側の側面に溝２４が不要である。すなわち、図１において側面８及び側面９のいずれか一方にのみ溝２４が形成される。
【００１７】
次に、溝２４を形成するためＹＡＧレーザ光照射による溝２４の加工深さのレーザ光出力依存性について説明する。このＹＡＧレーザ光は高ピーク出力を有することが好ましい。
図５は、この実験結果を表し、縦軸は加工深さ（μｍ）であり、横軸はレーザ光出力（ｍＷ）である。レーザビームの掃引速度をパラメータとし、それぞれ２、１０、２０ｍｍ／ｓとした。加工深さは、レーザ光出力にほぼ比例して大となる。また加工深さは掃引速度を遅くするほど大となる。デブリ発生を抑制するにはレーザ光出力は低いほうが好ましい。この加工深さをより大とするには掃引速度を遅くすることが好ましい。しかし掃引速度を遅くすると生産性が低下するので、これらを考慮して適正な条件を選択することが重要である。
【００１８】
本具体例においては、溝２４が深さ変化を有している。このような場合、溝２４の深い箇所に相当応力が集中し、より小さい相当応力でも素子分離が可能となる。この結果、図４（ａ）のような断面形状を有し最深部が４０マイクロメータ、最浅部が２０マイクロメータ程度の溝２４であれば充分に分離可能であることが判明した。掃引速度が２ｍｍ／ｓ（ミリメータ毎秒）の場合にレーザ光出力は２００ｍＷ以下、１０ｍｍ／ｓの場合にレーザ光出力は３６０ｍＷ以下、２０ｍｍ／ｓの場合にレーザ光出力は５００ｍＷ以下とできる。
【００１９】
次に、素子分離の歩留まりのレーザ光出力依存性について説明する。  
図６は、その実験結果を表すグラフ図である。  
素子分離において分離面が溝２４を含む平面とは異なる平面または曲面を含む不規則な構成となる場合は、それ以降の自動組み立て工程において素子の移送または固定が困難になることがある。このような分離面を有する素子により歩留まりが低下する。図６において破線は溝の深さに変化がない場合であり、レーザ光出力が２５０ｍＷ以上としないと９９％以上の歩留まりが得られなかった。一方、実線はＤ１＝Ｄ２＝２０μｍ、最深部が４０μｍで最浅部が２０μｍである図４（ａ）のような溝の場合であり、レーザ光出力が１００ｍＷで９９％の歩留まりが得られた。
【００２０】
図６に例示されるように、溝の深さ変化が無くてもレーザ光出力を大とすれば素子分離歩留まりを上げることができる。しかしこれは加工残渣であるデブリを増加させることになるので好ましくない。  
図７は、デブリを説明する模式平面図であり、レーザ光出力が（ａ）において１００ｍＷ，（ｂ）において２５０ｍＷの場合である。（ａ）においてはレーザ光出力が小であるためデブリの発生は抑制されている。一方、レーザ光出力が大である（ｂ）の場合、ＧａＮの熱分解により生じたＧａが酸化されるなどして生じた加工残渣、すなわちデブリ４０が溝２４の近傍に生じる。
【００２１】
次に、溝非形成領域３０，３１によりデブリ４０がへきかい面２２及び２３におけるデブリ発生が抑制できることを説明する。  
図８は、溝非形成領域３０及び３１が設けられた状態を表し、（ａ）は模式平面図、（ｂ）は模式断面図である。へきかい面２２及び２３は溝２４とは直接隣接していないのでデブリが生じていない。この場合、レーザ光出力が１００ｍＷより大となり分離溝２４の近傍にデブリ４０を生じることがあっても、溝２４がへきかい面２２及び２３と直接隣接しないのへきかい面２２及び２３へのデブリ４０の付着を抑制できる。
【００２２】
一方、図９は、溝非形成領域が設けられていない比較例を表す。  
この場合、溝２５は、へきかい面２２及び２３に隣接している。この結果、レーザ光照射による加工残渣が直接へきかい面２２及び２３へ付着してデブリ４０を生じやすくなる。例えば、レーザ光出力が１００ｍＷより大である場合には、へきかい面２２及び２３にもデブリ４０を生じ、レーザ光出力となるほどデブリ４０が増加する。へきかい面２２及び２３は光共振器のミラー面を構成するので、汚れや異物の付着は好ましくない。特に数百ｍＷ以上の光出力を有する半導体レーザ装置においては、へきかい面２２及び２３でのフォトン密度が大となるため、汚れや異物が発光層近傍に集積する可能性がある。
【００２３】
本具体例において、Ｄ１及びＤ２を２０マイクロメータ以下とし、溝２４の深さの最大値が最小値の２倍以上とした場合、レーザ光出力は５０乃至１００ｍＷの範囲が好ましい。
【００２４】
以上の本具体例においては、レーザ光出力の低減によりデブリ４０が抑制できるので半導体素子の表面を清浄に保つことができる。また、分離溝２４と直接隣接しないへきかい面２２及び２３を一層清浄に保つことができる。このことは、へきかい面を光共振器として用いる半導体レーザ装置には特に好ましい。この結果、長期間にわたって安定動作が可能な半導体レーザ装置が可能となる。
【００２５】
このような効果は半導体レーザ装置に限定されない。ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）などの電子素子においてもゲート電極近傍は微細構造を有している。従って素子表面にデブリなどが付着することは好ましくなく、本具体例を適用することが可能である。
【００２６】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれら具体例に限定されない。例えば、化合物半導体素子を構成する基板、積層体、バー、分離溝などの材質、形状、サイズ、配置などに関して、当業者が各種の設計変更を行ったものであっても本発明の主旨を逸脱しない限り本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の具体例にかかる化合物半導体素子の模式斜視図である。
【図２】本発明の製造方法を説明するための図であり、（ａ）はＧａＮ基板、（ｂ）はスクライブ溝を入れた積層体、（ｃ）は分離されたバーを表す。
【図３】本発明の製造方法を説明するための図であり、（ｄ）は分離溝を入れたバー、（ｅ）は（ｄ）の部分拡大平面図である。
【図４】本発明の製造方法を説明するための図であり、（ｆ）は溝の模式断面図、（ｇ）は他の溝の模式断面図、（ｈ）は裏面に刃を当てた状態を表す模式図である。
【図５】溝の加工深さのレーザ光出力依存性の実験結果を表すグラフ図である。
【図６】素子分離歩留まりのレーザ光出力依存性の実験結果を表すグラフ図である。
【図７】デブリを説明する図であり、（ａ）はレーザ光出力が１００ｍＷ，（ｂ）は２５０ｍＷの場合である。
【図８】溝がへきかい面まで貫通していない場合のデブリを説明する図であり、（ａ）は模式平面図、（ｂ）は模式断面図である。
【図９】溝がへきかい面まで貫通している場合のデブリを説明する図であり、（ａ）は模式平面図、（ｂ）は模式断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
５・・・積層体、８・・・側面、９・・・側面、１０・・・ＧａＮ基板、１６・・・スクライブ溝、２０・・・バー、２２・・・へきかい面、２３・・・へきかい面、２４・・・溝、２５・・・溝、３０・・・溝非形成領域、３１・・・溝非形成領域、４０・・・デブリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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