(57)【要約】【課題】新規ＧａＮ基板上に積層構造を設けて窒化物半導体素子を製造するに当たり、新規ＧａＮ基板の薄膜化及び劈開加工に最適な工程を有する製造方法を提供することである。【解決手段】従来と同様にして、ＧａＮ基板上にレーザ積層構造を形成する。薄膜化工程に移行し、ウエハのＧａＮ基板側を荒削り加工し、次いで中削り加工で、粒径が０．５μｍ以上３μｍ以下のダイヤ砥粒でウエハを研磨して基板厚を調整する。仕上げ削り加工ではバフ研磨定盤を使い、研磨材として粒径０．３μｍ以上１５μｍ以下のアルミナ研磨粒を、研磨液として水を使用するするアルミナ研磨によりウエハを研磨して、研磨面を鏡面に近い仕上げ面にすると共に所定の基板厚にする。劈開工程では、スクライブ装置を使ってウエハの積層構造側のウエハ面４８にケガキ線５０を設ける。ケガキ線は、ＧａＮ基板のコア部３８とコア部との間を間隙にしてコア部上をレーザストライプに直交する方向にけがき、コア部上のケガキ短線５２からなる破線状のケガキ線をウエハ全長にわたり設ける。【選択図】　　　　図１
2004022785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周囲の低密度欠陥領域より結晶欠陥密度が高い高密度欠陥領域が周期的な基板面上配列で基板を貫通しているＧａＮ基板を基板とする窒化ガリウム系半導体素子の製造方法であって、
ＧａＮ基板からなるウエハ上に窒化ガリウム系半導体素子の積層構造を形成した後、ＧａＮ基板側のウエハ面を研磨して薄膜化する薄膜化工程では、ＧａＮ基板側のウエハ面の荒削り加工及び中削り加工に続く仕上げ削り加工で、研磨材として粒径０．３μｍ以上１５μｍ以下のアルミナ研磨粒を、研磨液として水を使用するアルミナ研磨によりウエハのＧａＮ基板側を研磨することを特徴とする窒化ガリウム系半導体素子の製造方法。
【請求項２】
仕上げ削り加工の前の中削り加工では、粒径が０．５μｍ以上３μｍ以下のダイヤ砥粒でＧａＮ基板側のウエハ面を研磨することを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系半導体素子の製造方法。
【請求項３】
仕上げ削り加工では、研磨するウエハ面を接触させる研磨板としてバフ定盤を使うことを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化ガリウム系半導体素子の製造方法。
【請求項４】
周囲の低密度欠陥領域より結晶欠陥密度が高い高密度欠陥領域（以下、コア部と言う）が周期的な基板面上配列で基板を貫通しているＧａＮ基板を基板とする窒化ガリウム系半導体素子の製造方法であって、
ＧａＮ基板からなるウエハ上に窒化ガリウム系半導体素子の積層構造を形成し、ウエハを薄膜化した後、ウエハを劈開する劈開工程でケガキ線をウエハに入れる際に、ＧａＮ基板のコア部とコア部との間で間隙を設けてコア部上をレーザストライプに直交する方向のケガキ短線でけがき、コア部上のケガキ短線からなる破線状のケガキ線をウエハ全長にわたり入れることを特徴とする窒化ガリウム系半導体素子の製造方法。
【請求項５】
ケガキ短線の長さは、ストライプ状のコア部の幅又はドット状のコア部の径より長く、かつ３０μｍ以上であり、ケガキ短線とケガキ短線との間隙は窒化ガリウム系半導体素子のレーザストライプ部の端面幅以上であることを特徴とする請求項４に記載の窒化ガリウム系半導体素子の製造方法。
【請求項６】
コア部上を複数回けがいてコア部上にケガキ短線を形成することを特徴とする請求項４又は５に記載の窒化ガリウム系半導体素子の製造方法。
【請求項７】
劈開する際には、ケガキ線を入れたウエハ面がＧａＮ基板側のウエハ面又は積層構造側のウエハ面であるかにかかわらず、積層構造側のウエハ面を下にして支持板上に載置し、ＧａＮ基板側のウエハ面上をローラで支持板に向け押圧しつつＧａＮ基板側のウエハ面上でローラを走行させ、ウエハを劈開することを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の窒化ガリウム系半導体素子の製造方法。
【請求項８】
ウエハを劈開する劈開工程の前の薄膜化工程では、ＧａＮ基板側のウエハ面の荒削り加工及び中削り加工に続く仕上げ削り加工で、研磨材として粒径０．３μｍ以上１５μｍ以下のアルミナ研磨粒を、研磨液として水を使用するアルミナ研磨によりＧａＮ基板側のウエハ面を研磨することを特徴とする請求項７に記載の窒化ガリウム系半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、窒化ガリウム系半導体素子の製造方法に関し、更に詳細には、新規な構成のＧａＮ基板を基板とする窒化ガリウム系半導体素子を製造するに当たり、ウエハを研磨して薄膜化する工程では、研磨欠陥を生じさせることなく薄膜化でき、次いで劈開工程では、平坦で平滑な劈開面を形成するように劈開できる、窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法に関するものである。
【発明の属する技術分野】
【０００２】
【従来の技術】
窒化ガリウム系（以下、ＧａＮ系と言う）半導体レーザ素子は、青色から紫外域のレーザ光を出射できる半導体レーザ素子として注目を集めている。
半導体レーザ素子は、発光層の一部のみに光を閉じ込めて横モードを制御するために、レーザストライプ構造を形成してレーザストライプ構造に光を閉じ込める構成を備えている。ＧａＮ系半導体レーザ素子も、レーザストライプ構造に従って、基本的には、利得導波型ＧａＮ系半導体レーザ素子と屈折率導波型ＧａＮ系半導体レーザ素子とに大別される。
【０００３】
ここで、図４を参照して、例えば、ｎ型ＧａＮ基板上に形成され、屈折率導波型のレーザストライプ構造を備えるＧａＮ系半導体レーザ素子の基本的構成を説明する。図４は屈折率導波型のストライプ構造を備えたＧａＮ系半導体レーザ素子の基本的構成を説明する基板断面図である。
屈折率導波型ＧａＮ系半導体レーザ素子１０は、図４に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１２上に、順次成長した、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１４、ｎ型ＧａＮ光ガイド層１６、ＩｎＧａＮ活性層１８、ｐ型ＧａＮ光ガイド層２０、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２２、及びｐ型ＧａＮコンタクト層２４の積層構造を有している。
【０００４】
ｐ型ＧａＮコンタクト層２４及びｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２２の上部は、横方向の実効屈折率が異なるリッジ構造として形成され、レーザストライプ方向に延在して実効屈折率差により横方向の光閉じ込めを行うレーザストライプ部２６を構成している。
ｐ側電極３０がｐ型ＧａＮコンタクト層２４上にオーミックに接続され、ｎ型ＧａＮ基板１２の裏面には、ｎ側電極３２がオーミックに接続されている。図４中、２８はＳｉＯ２　膜等の絶縁膜である。
【０００５】
図示しないが、利得導波型のＧａＮ系半導体レーザ素子は、基本的には、屈折率導波型ＧａＮ系半導体レーザ素子１０と同じ積層構造を備え、例えば埋め込み型であれば、メサ状の活性層領域が、レーザストライプ方向に形成されたｐｎ接合分離等による電流狭窄構造により埋め込まれて電流狭窄され、レーザストライプ部を構成している。
【０００６】
次いで、図５を参照して、積層構造の形成後の加工を主にして、ＧａＮ系半導体レーザ素子１０の作製方法を説明する。図５（ａ）から（ｅ）は、それぞれ、ＧａＮ系半導体レーザ素子を製造する際の研磨及び劈開手順を説明する斜視図である。
先ず、ｎ型ＧａＮ基板１２上に、つまりｎ型ＧａＮからなるウエハ上に、ＧａＮ系化合物半導体層をＭＯＣＶＤ法等によりエピタキシャル成長させて、図４に示す積層構造を形成し、次いでフォトリソグラフィ処理、エッチング加工等を行ってリッジ構造を形成し、続いてリッジ構造上にｐ側電極３０を形成し、図５（ａ）に示すように、ｎ側電極３２を形成する前の状態のウエハを作製する。
【０００７】
ｎ側電極３２を形成するに当たり、ｎ型ＧａＮ基板１２の裏面を研磨して、図５（ｂ）に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１２の基板厚を１００μｍ程度に基板の薄膜化する。薄膜化工程の最終仕上げステップでは、鏡面を出すために、研磨粒としてコロイダルシリカなどを、研磨液としてアルカリ系の溶液などを使ったメカノケミカルポリッシュ（以下、ＭＣＰと表記する）という化学的研磨（エッチング）と物理的研磨を併せた方法が用いられる。
次いで、研磨した基板裏面にｎ側電極３２を構成する金属膜を蒸着させる。
【０００８】
次いで、図５（ｃ）に示すように、レーザストライプ方向に直交する方向にダイアモンド・カッタでウエハの端部にケガキ線を入れる。ケガキ線の間隔がレーザ共振器長になる。
次に、ケガキ線を入れた面の裏側からウエハを押圧して、ケガキ線を拡開するようにして、劈開し、図５（ｄ）に示すように、劈開面を出射端面とするレーザ・バーを形成する。
続いて、レーザ・バーの劈開面に直交する方向、つまりレーザストライプ方向にケガキ線を入れて分割し、図５（ｅ）に示すように、チップ化する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＧａＮ系半導体レーザ素子の基板とすることができるような、結晶欠陥の少ない大径のＧａＮ単結晶基板を工業的に作製することは、従来、極めて難しかったが、最近、新規な技術に基づく大径のＧａＮ単結晶基板が開発されつつある。
新規な構成のＧａＮ単結晶基板３４は、図６に示すように、周囲の低密度欠陥領域３６より結晶欠陥密度が高い高密度欠陥領域（以下、コア部と言う）３８が、周期的な基板面上配列で基板を貫通している。図６（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、コア部及び低密度欠陥領域を説明するＧａＮ基板の斜視図及び断面図である。
コア部の配列パターンは、自在であって、例えばドット状の分散型パターンとして、図７（ａ）に示すような六方格子状の配列、図７（ｂ）に示すような正方形格子状の配列、及び図７（ｃ）に示すような長方形格子状の配列等がある。
【００１０】
また、コア部の配列パターンは、上述のような分散型パターンだけではなく、例えば図８（ａ）に示すように、点状のコア部が断続して線状に配置されたもの、更には図８（ｂ）に示すように、コア部が線状に連続しているものも作製可能である。
図７及び図８中、４０は後述する半導体レーザ素子の積層構造が形成される基板領域のＧａＮ基板、４２はＧａＮ基板４０に形成された半導体レーザ素子のレーザストライプ部を示す。
【００１１】
上述のＧａＮ単結晶基板は、特開２００１−１０２３０７号公報に開示された技術を改良し、低密度欠陥領域中に発生するコア部の位置を制御することにより、開発されたものである。
ＧａＮ単結晶の基本的な結晶成長メカニズムは、ＧａＮ単結晶がファセット面からなる斜面を維持して成長することにより、転位を伝播させ、所定の位置に転位を集合させる。このファセット面により成長した領域は、転位の移動により、低欠陥領域となる。
一方、そのファセット面斜面下部には、明確な境界を持った高密度の欠陥領域を生成しつつ成長が行われ、転位は、高密度の欠陥領域の境界あるいはその内部に集合し、ここで消滅あるいは蓄積する。
【００１２】
この高密度の欠陥領域の形状によって、ファセット面の形状も異なる。欠陥領域が、ドット状の場合は、そのドットを底としてファセット面が取り巻き、ファセット面からなるピットを形成する。
また、欠陥領域が、ストライプ状の場合は、ストライプを谷底としてその両側にファセット面傾斜面を有し、横に倒した３角形のプリズム状のファセット面となる。
【００１３】
この高密度の欠陥領域は、いくつかの状態があり得る。例えば、多結晶からなる場合がある。また、単結晶であるが、周りの低密度欠陥領域に対して、微傾斜している場合もある。また、周りの低欠陥領域に対して、Ｃ軸が反転している場合もある。こうして、この高密度の欠陥領域は、明確な境界を有しており、周りと区別される。
この高欠陥密度領域を有して成長することにより、その周りのファセット面を埋め込むことなく、ファセット面を維持して成長を進行させることができる。
その後、ＧａＮ成長層の表面を研削、研磨を施すことにより、表面を平坦化し、基板として使用できる形態とすることができる。
【００１４】
この高密度の欠陥領域を形成する方法は、下地基板上にＧａＮを結晶成長する際に、コア部を形成する場所に種を予め形成しておくことにより、コア部を生成させることができる。その種としては、種となる微小領域に、非晶質あるいは多結晶の層を形成する。その上から、ＧａＮを成長することで、丁度その種の領域に高密度の欠陥領域、つまりコア部を形成することが出来る。
【００１５】
ＧａＮ単結晶基板の具体的な製造方法としては、次の通りである。まず、ＧａＮ層を成長させる下地基板を用いる。下地基板は、必ずしも特定せず、一般的なサファイア基板でも良いが、後工程で下地基板を除去することを考慮すると、ＧａＡｓ基板等が好ましい。
下地基板の上に、例えば、ＳｉＯ２　層からなる種を規則的に、例えば周期的に形成する。種の形状は、コア部の配列、形状に従って、ドット状、あるいはストライプ状である。
【００１６】
その後、ＨＶＰＥ法（Ｈｙｄｒｉｄｅ　Ｖａｐｏｒ　Ｐｈａｓｅ　Ｅｐｉｔａｘｙ　）にて、ＧａＮを厚膜成長する。成長後、表面には、種のパターン形状に応じたファセット面が形成される。例えば、種がドット状のパターンの場合は、ファセット面からなるピットが規則正しく形成され、種がストライプ状の場合は、プリズム状のファセット面が形成される。
【００１７】
ＧａＮ層を成長させた後、下地基板を除去し、さらに、ＧａＮの厚膜層を研削加工、研磨加工して表面を平坦化する。それによって、ＧａＮ基板を製造することができる。ＧａＮ基板の厚さは、自由に設定出来る。
この様にして作製されたＧａＮ基板は、ｃ面が主面であり、その中に、所定のサイズのドット状あるいはストライプ状のコア部が規則正しく形成された基板となっている。コア部以外の単結晶領域は、コア部に比べて、転位密度が著しく低い低密度欠陥領域となっている。
【００１８】
しかし、上述のようにして製造された新規な構成のＧａＮ基板（以下、新規ＧａＮ基板と言う）上にＧａＮ系半導体レーザ素子の積層構造を形成したウエハを、前述した従来の研磨法及びケガキ法を適用して、薄膜化し、劈開しようとしたとき、以下のような問題が生じた。
第１の問題は、薄膜化の際、コア部の欠陥密度及び極性が低欠陥密度領域と異なるために、コア部が研磨され難く、研磨面から突出した高い突起として残ることである。その結果、突起が電極蒸着或いは劈開加工の邪魔になる。例えば突起がピンポイントとなって、ウエハの劈開が不規則になったり、割れ易くなったりする。また、劈開のためのケガキ線を正確に入れることが難しい。
【００１９】
第２の問題はケガキ線形成の問題である。薄膜化後、レーザ・バー形成の際に、ＧａＡｓ基板等の劈開性の高い基板であれば、前述のように、ウエハ端部にケガキ線を入れるだけで、ウエハを劈開することができるが、ＧａＮ基板等の比較的劈開性の弱い基板は、ウエハの全長にわたって劈開予定線に沿ってケガキ線を入れないと、劈開予定線に沿って直線状に劈開することが難しい。
しかし、ウエハの全長にわたりケガキ線を入れようとしても、基板の積層構造側にはレーザストライプが設けてあるために、ウエハ全長にわたり直線のケガキ線を入れることは許されない。
また、ウエハ裏面、つまり研磨した側のウエハ面にケガキ線を入れようとすると、上述の突起が邪魔して、ケガキ線を直線で入れることが難しい。そのため、ケガキ線のガタツキが劈開面に影響して、平坦で平滑な劈開面を得ることができない。
【００２０】
以上の説明では、ＧａＮ系半導体レーザ素子を例に挙げて説明したが、この問題はＧａＮ系半導体レーザ素子に限らず、新規ＧａＮ基板を基板とする窒化ガリウム系半導体素子の製造全般に該当する問題である。
そこで、本発明の目的は、新規ＧａＮ基板上に化合物半導体積層構造を設けて、窒化物半導体素子を製造するにあたり、新規ＧａＮ基板の薄膜化及び劈開加工に最適な工程を有する製造方法を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、新規ＧａＮ基板の薄膜化に際し、コア部が突起として残留しないようにするために、従来のＭＰＣに代わる仕上げ研磨ステップの研磨方法を開発することにした。そして、種々の研磨材、研磨液、及び研磨定盤による研磨方法を開発し、試験した結果、特定粒径のアルミナを研磨材とし、水を研磨液とする物理研磨により、コア部を残留させないように研磨できることを見い出した。
一方、ウエハの劈開に関して、本発明者は、ＧａＮ基板は劈開性に乏しいために、従来のようにウエハ端部のみならず劈開予定線の全線に沿ってけがくことが必要であるものの、ＧａＮ基板にケガキ線を入れて劈開すると、ケガキ線を入れた部分の劈開面は平滑面になり難く、ケガキ線を入れていない部分の劈開面は平坦面になることを見い出した。
【００２２】
更に、ケガキ線と劈開面との関係に関連して、本発明者は、前述の新規ＧａＮ基板４０上に形成されたＧａＮ系半導体レーザ素子４４のレーザストライプ部４２が、図９に示すように、コア部３８上ではなく、コア部３８の間の低欠陥密度領域３６に形成されていることに注目した。図９は新規ＧａＮ基板を基板とするＧａＮ系半導体レーザ素子の構成を説明する基板断面図である。尚、図９中の４６は積層構造に転移した高密度欠陥領域を示す。
新規ＧａＮ基板４０上にＧａＮ系半導体レーザ素子を形成するときには、レーザストライプ部４２は、コア部３８の配列のいかんを問わず、平面的には、図７（ａ）から（ｃ）並びに図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、それぞれ、コア部３８とコア部３８との間の低欠陥密度領域３６に形成される。
そこで、本発明者は、平滑で平坦な劈開面を形成するようにウエハにケガキ線を入れるに当たり、ウエハの劈開予定線全線上に存在する全てのコア部３８上にケガキ短線をけがいて、コア部３８上のケガキ短線の直線的配列からなる断続的な破線状のケガキ線を形成し、次いでケガキ線に沿ってウエハを劈開することを着想した。
【００２３】
そして、本発明者は、レーザストライプ部４２がコア部３８とコア部３８との間に形成されているので、コア部３８上にケガキ線を入れても、レーザストライプ部４２の構造、特性がケガキ線のために影響されるようなことがないことを実験により確認した。
更に、本発明者は、コア部３８上にケガキ線を入れることによりコア部３８の劈開面が平滑面にならなくても、コア部３８の劈開面は出射端面ではないので、レーザ特性に与える影響が殆ど無いことも確認した。
【００２４】
上記目的を達成するために、上述の知見に基づいて、本発明に係る窒化ガリウム系半導体素子の製造方法（以下、第１の発明方法と言う）は、周囲の低密度欠陥領域より結晶欠陥密度が高い高密度欠陥領域が周期的な基板面上配列で基板を貫通しているＧａＮ基板を基板とする窒化ガリウム系半導体素子の製造方法であって、
ＧａＮ基板からなるウエハ上に窒化ガリウム系半導体素子の積層構造を形成した後、ＧａＮ基板側のウエハ面を研磨して薄膜化する薄膜化工程では、ＧａＮ基板側のウエハ面の荒削り加工及び中削り加工に続く仕上げ削り加工で、研磨材として粒径０．３μｍ以上１５μｍ以下のアルミナ研磨粒を、研磨液として水を使用するアルミナ研磨によりウエハのＧａＮ基板側を研磨することを特徴としている。
【００２５】
第１の発明方法の薄膜化工程のアルミナ研磨で、粒径０．３μｍ以上１５μｍ以下のアルミナ研磨粒を研磨材に使うのは、粒径０．３μｍ以下のアルミナ研磨粒を研磨材として使うと、ＭＣＰと同様のコア部残りが発生するからである。また、粒径１５μｍ以上のアルミナ研磨粒を研磨材として使うと、研磨粒が大き過ぎて、鏡面仕上げを行うことが難しくなるからである。更には、物理研磨とするために、アルカリ研磨液に代えて水を研磨液としている。尚、粒径が小さいと、研磨に要する時間が長くなるので、望ましくは、粒径は１０μｍ以上１５μｍである。
第１の発明方法では、ダイヤ砥粒で研磨する荒削り及び中削りの後に、鏡面出しのための仕上げ研磨で、従来のＭＣＰに代えて、アルミナ研磨を行うことのより、コア部残り、ウエハ反り、研磨傷の発生等のない薄膜化を行うことができる。
【００２６】
仕上げ削り加工の前の中削り加工では、粒径が０．５μｍ以上３μｍ以下のダイヤ砥粒でＧａＮ基板側のウエハ面を研磨する。中削り加工で粒径が３μｍ以上のダイヤ砥粒で研磨すると、仕上げ削りに要する時間が長くなり、作業能率が悪くなるからである。逆に粒径が０．５μｍ以下のダイヤ砥粒で研磨すると、ＭＣＰと同様なコア部残りが仕上げ工程の前に発生し、仕上げ工程で除去することが難しくなるからである。
仕上げ削り加工では、研磨するウエハ面を接触させる研磨板としてバフ研磨定盤を使う。バフ研磨定盤を使ってアルミナ研磨を行うことにより、良好な鏡面研磨を行うことができる。
【００２７】
上記目的を達成するために、本発明に係る窒化ガリウム系半導体素子の別の製造方法（以下、第２の発明方法と言う）は、周囲の低密度欠陥領域より結晶欠陥密度が高い高密度欠陥領域（以下、コア部と言う）が周期的な基板面上配列で基板を貫通しているＧａＮ基板を基板とする窒化ガリウム系半導体素子の製造方法であって、
ＧａＮ基板からなるウエハ上に窒化ガリウム系半導体素子の積層構造を形成し、ウエハを薄膜化した後、ウエハを劈開する劈開工程でケガキ線をウエハに入れる際に、ＧａＮ基板のコア部とコア部との間で間隙を設けてコア部上をレーザストライプに直交する方向のケガキ短線でけがき、コア部上のケガキ短線からなる破線状のケガキ線をウエハ全長にわたり入れることを特徴としている。
【００２８】
連続した直線状のケガキ線をウエハ全長にわたって入れると、劈開面が良好な平滑面でなくなり、逆にウエハの周辺部にのみケガキ線を設けた場合には、ウエハの劈開予定線に沿って劈開することが難しくなる。
第２の発明方法では、ＧａＮ基板のコア部上をレーザストライプに直交する方向にけがき、ウエハの劈開予定線の全長にわたりケガキ線を形成しているので、劈開性に乏しいＧａＮ基板を正確に劈開することができる。しかも、コア部とコア部との間を間隙にして、つまりコア部とコア部との間を飛ばしているので、コア部とコア部との間を形成されているレーザストライプの部分の劈開面にケガキ線による損傷を与えることがない。
【００２９】
第２の発明方法の好適な実施態様では、コア部上を複数回、例えば２回ないし３回けがいてコア部上のケガキ短線を形成する。コア部上は比較的硬度が高く、１回で所要深さのケガキ線を入れると、クラックが発生するおそれがあるので、浅いケガキ線を複数回けがいて、所要深さのケガキ短線を設けることが望ましい。
また、ケガキ短線の長さは、ストライプ状のコア部の幅又はドット状のコア部の径より長く、かつ３０μｍ以上であり、ケガキ短線どケガキ短線との間隙は窒化ガリウム系半導体素子のレーザストライプ部の端面幅以上である。
ケガキ線を入れるウエハ面は、ＧａＮ基板側のウエハ面でも、また、積層構造側のウエハ面でも良いが、ＧａＮ基板側のウエハ面にケガキ線を入れるときには、積層構造側のウエハ面の周辺部に劈開の開始点となる短いケガキ線を入れることが好ましい。
【００３０】
劈開する際には、ケガキ線を入れたウエハ面がＧａＮ基板側のウエハ面又は積層構造側のウエハ面であるかにかかわらず、積層構造側のウエハ面を下にして支持板上に載置し、ＧａＮ基板側のウエハ面上をローラで支持板に向け押圧しつつＧａＮ基板側のウエハ面上でローラを走行させ、ウエハを劈開する。
ウエハのＧａＮ基板側を下にしローラで押圧すると、ウエハのＧａＮ基板側をローラで下方に押圧する場合に比べて、劈開面の平滑度が悪いからである。
尚、第１の発明方法に次いで第２の発明方法を適用することもできる。
【００３１】
第１及び第２の発明方法は、コア部が周期的な基板面上配列で基板を貫通しているＧａＮ基板を基板として窒化ガリウム系半導体素子を製造する限り、半導体レーザ素子、発光ダイオード、電子デバイス等の窒化ガリウム系半導体素子の構成に制約なく適用できる。
また、窒化ガリウム系半導体レーザ素子を製造する際には、窒化ガリウム系半導体レーザ素子の構成、例えば光閉じ込め構造、電流狭窄構造等の構成に制約なく適用でき、また利得導波型及び屈折率導波型の区別なく適用できる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照し、実施形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。
実施形態例
本実施形態例は、第１及び第２の発明方法に係る窒化ガリウム系半導体素子の製造方法をＧａＮ系半導体レーザ素子の製造に適用した実施形態の一例である。図１は本実施形態例の方法に従ってＧａＮ基板からなるウエハ上にケガキ線を入れる際のけがき方法を説明する平面図、図２（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、劈開する際の各工程を説明する図である。
本実施形態例では、周囲の低密度欠陥領域３６より結晶欠陥密度が高いコア部３８が周期的な基板面上配列で基板を貫通しているＧａＮ基板４０を基板として用い、図９に示す構成のＧａＮ系半導体レーザ素子４４を製造する。本実施形態例では、図８（ｂ）に示すＧａＮ基板４０を基板としている。
【００３３】
先ず、従来と同様にして、ＧａＮ系半導体レーザ素子４４を構成する積層構造、光閉じ込め構造、及び電流狭窄構造をＧａＮ基板４０からなるウエハのｃ面上に形成する。
続いて、絶縁膜２８を成膜し、絶縁膜２８を開口してｐ型ＧａＮコンタクト層２４上にｐ側電極３０をウエハのａ面と平行な方向に形成する。これにより、劈開し易いウエハのｍ面を劈開面とすることができる。
【００３４】
次いで、薄膜化工程に移行し、ＧａＮ基板側のウエハ面を研磨して薄膜化する。本実施形態例の薄膜化工程では、ウエハのＧａＮ基板側を荒削り加工し、次いで中削り加工で、粒径が０．５μｍ以上３μｍ以下のダイヤ砥粒でＧａＮ基板側のウエハ面を研磨して、所定の設計厚さ＋仕上げ研磨しろの厚さ、例えば６０μｍから１２０μｍに基板厚を調整する。仕上げ研磨しろは、通常、５μｍ〜１０μｍである。
【００３５】
中削り加工に続く仕上げ削り加工では、研磨定盤としてバフ研磨定盤を使い、研磨材として粒径０．３μｍ以上１５μｍ以下のアルミナ研磨粒を、研磨液として水を使用するするアルミナ研磨により研磨する。そして、ＧａＮ基板側のウエハ面を５μｍから１０μｍ程度研磨して、研磨面を鏡面に近い仕上げ面にすると共に基板厚を所定の設計厚さ５０μｍ〜１２０μｍにする。ウエハを研磨し過ぎて薄くなると、研磨作業中に割れることもあるので、注意を要する。
研磨装置は、既知の構成であって、回転するバフ研磨定盤にアルミナ研磨粒と水とを供給し、バフ研磨定盤と反対方向にウエハを回転させつつＧａＮ基板側のウエハ面をバフ研磨定盤に接触させて研磨する。
【００３６】
次いで、劈開工程に移行する。劈開工程では、先ず、スクライブ装置を使って、図１に示すように、積層構造側のウエハ面４８にケガキ線５０を入れる。
ケガキ線５０を入れる際には、ＧａＮ基板４０のコア部３８とコア部３８との間を間隙にしてコア部３８上をレーザストライプ部４２に直交する方向にけがいてケガキ短線５０を入れ、コア部３８上のケガキ短線５２からなる破線状のケガキ線５９をウエハの劈開予定線の全長にわたり形成する。尚、ウエハの積層構造側のウエハ面４８にケガキ線を入れる場合には、コア部３８上とは、実際にはコア部３８の延長部４６上を意味する。以下も、同様である。
【００３７】
本実施形態例では、ケガキ短線５２の長さは、コア部３８の幅より長く、レーザストライプ部４２に達しない長さ、例えば３０μｍである。また、ケガキ短線５２と隣のケガキ短線５２との間隔ｄは、ＧａＮ系半導体レーザ素子４４のレーザストライプ部４２のレーザストライプ幅Ｗ（図９参照）以上である。本実施形態例では、レーザストライプ幅Ｗが１．６μｍであって、間隔ｄは３００μｍである。尚、ＧａＮ系半導体レーザ素子４４のチップ幅は３８４μｍである。
ケガキ線５０とケガキ線５０との間隔Ｄは、ＧａＮ系半導体レーザ素子４４の共振器長、例えば７００μｍである。
ケガキ短線５２を入れる際には、コア部３８上を複数回、例えば２回ないし３回けがいてケガキ短線５２を形成する。
【００３８】
次いで、劈開作業に移る。劈開するやり方には種々あるものの、例えば次のようにして劈開する。
先ず、図２（ａ）に示すように、ケガキ線５０を入れた積層構造側のウエハ面４８と反対側の面を粘着シート５４に粘着させる。
次いで、図２（ｂ）に示すように、積層構造側のウエハ面４８を下にしてウエハ４０をゴム台５６上に固定する。つまり、ケガキ線５０を入れた積層構造側のウエハ面４８をゴム台５６上に接触させる。続いて、ウエハ面４８の劈開予定線より長い長さのローラ５８で粘着シート５４上からウエハ４０をゴム台５６に押圧しつつローラ５８を回転させてケガキ線５０に直交する方向に走行させる。
これにより、ケガキ線５０を拡開してウエハ４０を劈開し、図２（ｃ）に示すように、バー幅が共振器長に等しいレーザバー６０を作製することができる。作製されたレーザバー６０は、コア部３８の端部劈開面６２が平滑面でないものの、レーザストライプ４２の端部劈開面６４は極めて平滑で平坦な面として劈開されている。
【００３９】
次いで、従来と同様にして、レーザバー６０をレーザストライプ方向にチップ幅毎に分割してチップ化する。
これにより、新規なＧａＮ基板４０上に形成されたＧａＮ系半導体レーザ素子４４を作製することができる。
【００４０】
本実施形態例では、中削り加工で、粒径が０．５μｍ以上３μｍ以下のダイヤ砥粒でＧａＮ基板側のウエハ面を研磨し、次いで仕上げ削り加工で、研磨定盤としてバフ研磨定盤を使い、研磨材として粒径０．３μｍ以上１５μｍ以下のアルミナ研磨粒を、研磨液として水を使用するアルミナ研磨により、ＧａＮ基板側のウエハ面を５μｍから１０μｍ程度研磨している。
これにより、クラック、コア部残り、基板反り等の研磨欠陥を発生させることなく、基板厚が所定の設計厚さ５０μｍ〜１２０μｍであって、鏡面に近い仕上げ面に有するようにウエハを薄膜化することができる。
【００４１】
また、ＧａＮ基板のコア部３８とコア部３８との間を間隙にしてコア部３８上をレーザストライプ部４２に直交する方向にけがいてケガキ短線５０を入れ、コア部３８上のケガキ短線５２からなる破線状のケガキ線５０をウエハの劈開予定線の全長にわたり設けている。
これにより、平滑かつ平坦な劈開面をレーザストライプ部４２の端部に有するレーザバー６０を作製することができる。
【００４２】
本実施形態例では、コア部３８がストライプ状に形成されているＧａＮ基板４０を例にしているが、図６（ａ）から（ｃ）に示すようなドット状のコア部を有するＧａＮ基板であっても、例えば図３に示すように、ドット状のコア部３８上にケガキ短線５２をけがき、ケガキ短線５２からなる破線状のケガキ線５０を設けることにより、本実施形態例と同様にしてウエハを劈開することができる。
また、本実施形態例では、積層構造側のウエハ面４８にケガキ線５０を設けているが、ウエハ面４８とは反対側、つまりＧａＮ基板側のウエハ面にケガキ線を設けても良い。但し、ＧａＮ基板側のウエハ面にケガキ線を設けるときにも、積層構造側のウエハ面４８の周辺部に劈開基端となるケガキ短線を設け、かつ積層構造側のウエハ面４８を下にして、ケガキ線を設けたＧａＮ基板側のウエハ面をローラで押圧する。
【００４３】
【発明の効果】
第１の発明方法によれば、ウエハのＧａＮ基板側の荒削り加工、及び中削り加工に続く仕上げ削り加工で、研磨材として粒径０．３μｍ以上１５μｍ以下のアルミナ研磨粒を、研磨液として水を使用するアルミナ研磨によりウエハの基板側を研磨することにより、クラック、コア部残り、基板反り等の研磨欠陥を発生させることなく、所定の基板厚で、鏡面に近い仕上げ面に有するようにウエハを薄膜化することができる。
【００４４】
第２の発明方法によれば、コア部とコア部との間を間隙にしてＧａＮ基板のコア部上をレーザストライプ部に直交する方向にけがいてケガキ短線を入れ、コア部上のケガキ短線からなる破線状のケガキ線をウエハの劈開予定線の全長にわたり設け、次いでケガキ線に沿って劈開する。
これにより、コア部を有するＧａＮ基板であっても、平滑で平坦な劈開面をレーザストライプ部の端面として形成することができる。従って、平坦性の良い光共振面を有する窒化ガリウム系半導体素子、例えば良好なレーザ発振が可能な窒化ガリウム系半導体レーザ素子を高い歩留まりで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例の方法に従ってＧａＮ基板からなるウエハ上にケガキ線を入れる際のけがき方法を説明する平面図である。
【図２】図２（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、劈開する際の各工程を説明する図である。
【図３】実施形態例の方法に従って別のコア部配列のＧａＮ基板からなるウエハ上にケガキ線を入れる際のけがき方法を説明する平面図である。
【図４】屈折率導波型のストライプ構造を備えたＧａＮ系半導体レーザ素子の基本的構成を説明する基板断面図である。
【図５】図５（ａ）から（ｅ）は、それぞれ、ＧａＮ系半導体レーザ素子を製造する際の研磨及び劈開手順を説明する斜視図である。
【図６】図６（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、コア部を説明するＧａＮ基板の斜視図及び断面図である。
【図７】図７（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、コア部の配列を示す基板の平面図である。
【図８】図８（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、コア部の配列を示す基板の平面図である。
【図９】新規ＧａＮ基板を基板とするＧａＮ系半導体レーザ素子の構成を説明する基板断面図である。
【符号の説明】
１０……屈折率導波型ＧａＮ系半導体レーザ素子、１２……ｎ型ＧａＮ基板、１４……ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、１６……ｎ型ＧａＮ光ガイド層、１８……ＩｎＧａＮ活性層、２０……ｐ型ＧａＮ光ガイド層、２２……ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、２４……ｐ型ＧａＮコンタクト層、２６……レーザストライプ部、２８……ＳｉＯ２　膜、３０……ｐ側電極、３２……ｎ側電極、３４……新規な構成のＧａＮ単結晶基板、３６……低密度欠陥領域、３８……高密度欠陥領域（コア部）、４０……ＧａＮ基板の基板領域、４２……レーザストライプ部、４４……ＧａＮ系半導体レーザ素子、４６……積層構造に転移した高密度欠陥領域、４８……ウエハの積層構造側のウエハ面、５０……ケガキ線、５２……ケガキ短線、５４……粘着シート、５６……ゴム台、５８……ローラ、６０……レーザバー、６２……コア部の端部劈開面、６４……レーザストライプの端部劈開面。
【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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