(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、リッジを有する半導体素子構造を形成する工程と、
前記リッジの両側において、前記リッジから離間し、前記リッジと直交する方向に延びる第１の補助溝を形成する工程と、
前記第１の補助溝よりも前記リッジから離れた位置に、前記第１の補助溝に重なり、かつ、前記第１の補助溝よりも深い第２の補助溝を形成する工程と、
前記第１の補助溝及び前記第２の補助溝に沿う方向に、前記基板及び前記半導体素子構造を分割する工程と、を備える半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記第１の補助溝がエッチングで形成され、前記第２の補助溝がレーザ加工により形成される請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記第１の補助溝が前記半導体素子構造の途中までの深さであり、前記第２の補助溝が前記基板に達する深さである請求項１又は２に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記第２の補助溝が、第１の補助溝より幅広である請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記第１の補助溝は前記第２の補助溝の両端に連通するように設けられている請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記第２の補助溝を形成する工程において、第１の補助溝の上に、該第１の補助溝より短い第２の補助溝を形成する請求項１乃至５のいずれか一項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記基板及び前記半導体素子構造は窒化物半導体からなる請求項１乃至６のいずれか一項に記載の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、半導体素子の製造方法に係り、特に窒化物半導体レーザ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体は、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、０≦ｘ＋ｙ≦１）の化合物半導体によって形成されており、これを用いた半導体レーザ素子は、次世代ＤＶＤなどの大容量・高密度の情報記録・再生が可能な光ディスクシステムへの利用、パーソナルコンピュータ等の電子機器への利用など、種々の要求が高まりつつある。このため、窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子を、安定な特性を維持しながら、再現性よく製造する研究が盛んに行われている。
【０００３】
例えば、共振器面を劈開により形成しても、基板における転位集中領域からの伝搬に起因するリッジの欠け、粉砕等を防止して、窒化物半導体レーザ素子のダメージを低減するとともに、電流−電圧特性を確保する方法として、レーザ素子の共振器方向に延び、窒化物半導体成長層の上面から、ｐｎ接合を構成する界面まで掘り込んだ溝部を形成する方法が提案されている（例えば、特許文献４）。
【０００４】
【特許文献１】特開2004-165226
【特許文献２】特開2004-165227
【特許文献３】特開2004-259846
【特許文献４】特開2004-327879
【特許文献２】特開2005-159278
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、このような溝部による劈開（特許文献４）を行っても、基板又は窒化物半導体層内の転位密度、結晶欠陥等の影響により、劈開面が意図する位置から外れて、十分に安定した歩留まりを得ることが困難である。
【０００６】
また、特許文献１〜３に開示される破線状、十字条、などのレーザ加工による分割予定線上に部分的な溝を形成する場合には、例えばLEDの外周部を素子領域から外した切り代領域として、その幅を広くとるため、高い精度を要求されない。このため、高い精度の分割に適用することができない。また、通常のスクライブ、それと同様にレーザ加工により、分割線を罫書く場合、分割位置がスクライブ痕による汚染、破壊、形状変化を受け、また、それらの加工幅が広く、精度が低いため、同様に高い精度の分割とすることができず、素子領域を切断する分割に適用できない。
【０００７】
特に、半導体レーザ素子においては、通常ウエハをバー状に分割（以下、一次劈開と記載することがある）し、バー状の半導体素子をチップ状に分割（以下、二次劈開と記載することがある）する二段階の分割工程を備え、バー状に劈開することで共振器面を形成し、その共振器端面に端面保護膜を形成する。すなわち、一次劈開で形成された共振器端面からレーザ光が出射される。そのため、一次劈開には高い精度、言い換えると平滑な共振器端面を形成することが要求される。
【０００８】
また、半導体素子構造の形成に用いられる半導体基板の劈開性を利用して、分割する方法があるが、基板の結晶性に依存してその劈開性が制御困難な問題を引き起こすことがある。例えば、窒化物半導体基板では、基板結晶をＥＬＯ成長など結晶の面内方位が異なる成長により単体化されたものでは、その劈開制御性の問題が顕著となる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は以下の構成を有する。
半導体基板上に設けられた半導体の素子構造に、第１の補助溝を形成する工程と、半導体素子構造に第２の補助溝を形成する工程と、第１の補助溝及び第２の補助溝に沿う分割方向に、半導体基板及び半導体素子構造を分割する工程と、を備え、分割方向において、第２の補助溝が分離して複数設けられると共に、複数の第２の補助溝の内、少なくとも１組の隣接する第２の補助溝間に、少なくとも２つの第１の補助溝が互いに離間されて設けられると共に、分割工程において、２つの第１の補助溝の離間領域を分割する半導体素子の製造方法である。
第２の補助溝が、第１の補助溝より深い溝である。
第１の補助溝が素子構造途中までの深さ、第２の補助溝の深さが基板に達する深さである。
第２の補助溝が、分割方向において、第２の補助溝に隣接する第１の補助溝より長い。
第２の補助溝が、第１の補助溝より幅広である。
第２の補助溝が第１の補助溝に連通する。
分割方向において、第２の補助溝と両端に連通する第１の補助溝を単位とする第１，２の補助溝単位が、離間領域で分離されて複数設けられている。
第２の補助溝がレーザ加工により形成される。
第２の補助溝を形成する工程において、第１の補助溝の上に、第１の補助溝より短い第２の補助溝を形成する。
半導体素子構造が、第１導電型半導体層、活性層、第２導電型半導体層を少なくとも積層したレーザ素子構造である。
第１の補助溝が、上面側の第２導電型半導体層から第１導電型半導体層を露出させて設けられている。
分割工程により、２つの第１の補助溝の離間領域に、レーザ素子の共振器面を形成する。
半導体素子が、窒化物半導体レーザ素子であり、基板がＧａＮ基板であり、２つの第１の補助溝の離間領域にレーザ出射端部を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の半導体素子の製造方法によれば、劈開予定位置に沿って２種類の分割補助溝が隣接して設けられていることで劈開位置を制御し、高い精度で所望の位置で基板及び半導体積層構造を分割することができ、歩留まりを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の半導体素子の製造方法について、図１に係る一実施形態を以下に説明する。
図１は、レーザ素子の共振器端面を形成する例を示すものであり、共振器方向のリッジ１４に対して、それに略垂直な分割位置ＬＢで基板及び半導体素子構造を分割する例を示す。図１（ａ）は、半導体ウエハの上面一部を模式的に示すものであり、図１（ｂ），（ｃ）は、その模式図のＡＡ断面、ＢＢ断面の模式的に示すものである。
【００１２】
図１から分かるように、この実施形態において、ウエハ分割位置LBの分割方向に、第１の補助溝同士、第２の補助溝同士がそれぞれ、互いに分離されて複数配置され、分割線LB上に配列されている。このように、少なくとも２種類の補助溝を分割位置方向に配置して、それに沿って分割する。特に、レーザ素子の例では、共振器端面の領域１は、隣接する第１の補助溝間の領域に設けられ、その領域において、補助溝に沿った分割により、分割端面が形成される。このように、所望の分割端面を、補助溝から離間した分割領域１に、高い精度で設けることを一つの特徴としている。また、この図示する例では、溝の深さが第１の補助溝で浅く、第２の補助溝で深く、なっており（図１(b)，(c)）、また溝の長さ（分割方向の長さ）が第１の補助溝より第２の補助溝の方が長くなっており、さらに、溝幅（分割方向に略垂直な方向）も第１の補助溝より第2の補助溝の方が長くなっている。以下、各溝の長さ、幅、深さについても、説明する。
【００１３】
本発明は、１種類の補助溝による分割では、高い精度の分割が困難であった問題を解決するものである。具体的には、図１の本実施形態の第２の補助溝17だけを分割予定線LB上で、破線状の形態で配置した図２Ａに示す例で説明する。これは、分割線に対して溝幅（分割線の幅方向）の広い補助溝のため、図中の一点鎖線bbで示す分割方向、劈開方向が補助溝17の配列方向から傾くこと、位置ズレすることに対して、幅広な溝幅により、傾き、位置ズレが大きくなっても、溝内に引き込むことができる。他方、幅広な溝幅により、溝内において、分割方向、劈開方向の制御が困難となる。
【００１４】
別の例として、図２Ｂに示す本実施形態の第１の補助溝16だけを分割予定線LB上で、破線状の形態で配置する形態では、幅狭な溝幅であるため、上記分割線LBからの分割方向、劈開方向の傾き、位置ズレが僅かでも、溝の外側で矯正困難な領域にまで逸れることになる。
すなわち、第２の補助溝が幅広な溝幅であることで、分割、劈開の方向の傾き若しくはそれらの位置のズレに広く対応でき、第１の補助溝がそれより幅狭な溝幅であることで、第２の補助溝による矯正により、第1の補助溝で矯正可能な範囲に導入され、その第２の補助溝より細かな分割、劈開の方向の傾き若しくはその位置ズレの矯正を可能とする。従って、そのような第１，２の補助溝の機能を効果的に結合して、高い精度の分割を実現するには、図１，２C，３，４に示すように、隣接する第１の補助溝16B, 16C（30B, 30C）の離間領域に分割領域1〜3を設けることである。また、同図に示すように、その分割領域を挟む第１の補助溝に隣接して第2の補助溝17（31）を設けることで分割、劈開の広範囲の矯正を可能ならしめ、好ましくは、隣接する第２の補助溝間に、その分割領域を挟む２つの第１の補助溝を設けることである。
【００１５】
図１の例では、別の特徴として、断面図（図１(b)，(c)）に示すように、溝の深さが第１の補助溝16で浅く、第２の補助溝17で深くなっている。第２の補助溝17が深溝であることにより、図２Ａに示すように、分割予定線LBからの分割、劈開方向の傾き、位置ズレに対して、溝内への誘引作用を高めることができ、溝の範囲内にその分割、劈開方向、位置を矯正できる。一方で、深溝であることにより、半導体素子構造に対して、深い領域を露出させることになるため、素子構造への制約が大きくなり、その端面の加工面の荒れなどによる素子構造への影響が大きくなる問題がある。他方、浅溝の第１の補助溝は、そのような問題が軽減されるが、図２Ｂに示すように、上記誘引作用、すなわち補助溝作用も小さくなる。また、半導体基板とその上の半導体素子構造を検討すると、そのウエハにおいて、深溝の第２の補助溝とそれに直接隣り合う素子構造及び基板領域では、図１(c)に示すように、溝におけるウエハの残し厚さとの違いが大きく、その分割、劈開の衝撃が大きく、その面の荒れ、欠けなどの問題が起こりやすくなる。他方、第１の補助溝では、図１(b)に示すように、溝における残し厚さとその隣接領域の厚さとの違いが小さく、従ってそのような問題も抑えることができる。また、別の観点では、これらの溝におけるウエハ残し厚さとその隣接素子構造（基板）領域の厚さの差が、第１，２の補助溝で相違することを利用して、第２の補助溝から第１の補助溝へ、ウエハの分割、劈開の方向若しくは位置を導引することができる。具体的には、第２の補助溝の深溝から、図１(b)，(c)に示すように、厚さの差が大きな素子構造及び基板の隣接領域（図１(c)）よりも、浅溝の第１の補助溝（図１(b)）に分割、劈開が誘引されやすく、これを利用すること、すなわち、第２の補助溝の近くに第１の補助溝を配置し、好ましくは溝が相互に連通することで、好適な誘引作用を引き出すことができる。従って、図１に示すように、分割領域を挟んで両側に第１の補助溝、その外側にそれぞれ第２の補助溝が配置されることで、好適な分割が可能となる。
ここで、近くに配置とは、図１に示すように第１，２の補助溝が相互に結合する形態の他、図４に示すように隣接する第１，２の補助溝が互いに分離して配置される場合には、配列方向で各溝の離間距離、具体的には第１の補助溝において隣接する第１の補助溝の離間距離、第２の補助溝における隣接する第２の補助溝の離間距離、のいずれか長い方、好ましくは両方に対して、それより短い距離（離間領域４）で、更に好ましくは分割領域１よりも短い距離で、第１，２の補助溝が離間して配置されることである。
【００１６】
ここで、素子構造への特別な分割面の形成、具体的にはレーザ素子の共振器端面の形成、を考えると、図１に示すように、分割領域１と第２の補助溝との間に第１の補助溝を配置して、分割領域１から順に第１の補助溝、第２の補助溝を配置することが好ましい。これは、レーザ素子の共振器端面は、素子構造の積層方向ではそのコア領域に、水平方向ではリッジなどの特定の共振器領域に、対応する端面として設けられている。従って、上記各溝の配置により、溝深さが分割領域に近づくに従って浅くなることである。具体的には、共振器端面が半導体素子構造中に設けられ、それよりも深い第１の補助溝、第１の補助溝よりも深い第２の補助溝が、分割領域１の共振器端面から順に配置されることである。これにより、第２の補助溝から分割領域１に向かって、溝深さが浅く、ウエハ残し厚さが厚くなり、そのウエハ分割断面の上面（溝の底面）が、共振器端面が設けられるウエハの表面側に近づくこととなり、上位衝撃による面荒れ、欠けなどを抑えた良好な分割面が形成される。
【００１７】
以上説明したように、第１の補助溝、第２の補助溝を、それぞれ浅溝且つ幅狭、深溝且つ幅広、の組み合わせとすることが好ましく、分割領域に対して各溝を上述に従って配置することが好ましい。また、溝幅、溝深さは、いずれか一方だけ満たす形態であっても良い。
また、上述したように、第１の補助溝、第２の補助溝は、その性質の違いにより、各溝の間隔も相違する。具体的には、第２の補助溝は、深溝、若しくは幅広な溝であることで、上述したように、その機能上、その第２の補助溝同士の間隔は、第１の補助溝同士の間隔よりも広くとることができる。溝長さ（分割方向）においても同様に第１，２の補助溝において、その長さを異ならせることができる。具体的には、第１の補助溝は、図２Bのように、また上述したように、その機能上、溝長さを比較的長くする方が良く、また図１，３などに示すように、具体的には第２の補助溝を介して互いに連結された第１の補助溝16B,30C（30B,30C）と残部16A（30A）の両端部間距離を、第２の補助溝より長くする、更に好ましくはそれら溝部の長さの総和を第２の補助溝より長くすることが好ましい。他方、第２の補助溝は、上述したように、その第２の補助溝同士の間隔が広めにとられるため、一つ一つの溝長さは、第１の補助溝より長いことが機能上好ましい。
【００１８】
各溝の配置については、第１の補助溝は、互いに分離して複数配置され、具体的には分割予定線LBに沿って配置され、第２の補助溝も同様に配置される。また、その分割予定線ＬＢは、図１に示すように、ウエハに対して複数本設けることができ、所望の間隔、本数で設けることができる。また、図１の例では、一方向の分割予定線LBを示しているが、２方向、例えば格子状など、それ以上の方向に設けても良く、例えば、図１の素子領域１５を画定するように２方向、図中の一点鎖線LBとそれに略垂直な方向、に設けることができる。２方向以上の場合は、各方向の溝が互いに重なっても、分離されていても良いが、各方向の分割精度を高めるには、少なくとも第１の補助溝を分離すること、好ましくは第１，２の補助溝を分離して配置されることで相互の機能を高められる。例えば、図１の例では、一方向LBに垂直な方向への各溝の配列は、その一方向に配列された第１，２の補助溝に離間して、その配列間に、垂直方向への第１，２の補助溝を配列することができる。
【００１９】
図１，２Ｃ，３，４の例では、第２の補助溝の両側に第１の補助溝、また１つの第２の補助溝に対して２つの第１の補助溝を有しているが、これは上述したように、分割領域1〜3を挟んで第１の補助溝を配して、その第１の補助溝に隣接して第２の補助溝を配置して分割精度を高めているため、である。これに限らず、第２の補助溝の片側のみに第１の補助溝を配置すること、１つの第２の補助溝に１つの第１の補助溝、を配置することもできる。この場合、分割領域は、第１，２の補助溝で挟まれる形態となり、上述したように、その領域の第１の補助溝の近くでは高い精度の分割とできるが、第２の補助溝に近くではその精度が低下し、上述した分割面損傷の問題も大きくなる。さらに、第１，２の補助溝を、一方が１つに対して他方が３つ以上（１対３）、ｎ対ｍ（ｎ≠ｍ、ｎとｍは共に正の整数）とすることもでき、各溝を同数ずつの群として交互に配置すること、すなわちｎ対ｎ（ｎ＞１、ｎは正の整数）とすることもできる。このように、上記１（第２の補助溝）対２（第１の補助溝）を除いて、一方の溝の隣接間に、他方の溝を複数配列すると、上述した各溝の機能、特に一方の溝の機能が低下する傾向にあるが、素子構造に応じて所望の精度、端面粗さ、損傷の程度、とした分割が可能となる。
【００２０】
また、後述する窒化物半導体の実施の形態、実施例にて用いられる半導体基板について、種々の方法により窒化物半導体基板が作製されるが、その結晶性、劈開性は、基板の作製方法ごとに様々に変化する。特に、ＥＬＯ法などの横方向成長を用いて成長させ、単体化させたもの、またそのような作製方法の基板において高転位密度領域が基板面内に分布した基板など、では、それが顕著となる。このような基板では、高精度の基板分割が困難となる傾向にあり、そのような基板に対して、本発明の分割方法では高精度の基板分割、平滑な分割端面を実現できる。本発明は、半導体基板に限らず、上記結晶性、劈開性が課題となる結晶性基板であれば、同様に適用できる。
【００２１】
図２は、基板の分割、劈開方向若しくは位置（図中bb線）と、分割予定線LBとの関係を説明する模式的な平面図であり、上記結晶性、劈開性の課題を有する基板において、予定線LBから分割、劈開ズレの形態を説明している。
上述したように、第１，２の補助溝は、各溝の形態、溝幅、溝深さ、により、各機能を有し、それによって、特に第２の補助溝において深溝、若しくは幅広な溝幅、好ましくは両者を備えた溝であることによって、上記結晶性、劈開性に難のある基板、すなわち予定線LBからのズレが大きな基板、において、その修正に効果的に機能する。例えば、後述するレーザ素子の実施形態、実施例における転位束領域、若しくは高転位密度領域などで、それを横断する分割予定線の場合には、その転位束領域横断時に、分割位置の方向が転換されたり、位置が変位したり、することで、その分割ズレの傾向が変化する傾向が観られる。これに対して、第２の補助溝により、その領域における分割ズレ傾向を抑えたり、その領域を分断する溝を設けてそれを抑えたり、することができる。具体的には、その転位束領域に並設して、若しくは一部が重なり合って第２の補助溝を設けて、その領域による分割ズレへの影響を小さく抑えたり、その領域の半分以上、好ましくは全部に重なって、更に好ましくはその領域を分断するように第２の補助溝を設けて、分割がその領域を横断する幅、その影響を小さくしたり、することである。第１の補助溝についてもその転位束、高転位密度領域に対して、それに近接、その上に重なって設けて、その領域による影響を抑えることができるが、上述の通り、その機能は第２の補助溝より小さいため、好ましくは第２の補助溝と組み合わせて用いること、例えば、その領域に対して、一部、好ましくは全部に重なり合って、互いに連通する第１，２の補助溝とを設けること、更に好ましくはその領域を横断する第２の補助溝とそれに連通する第１の補助溝を設けることで、各溝の効果を最大限に引き出すことができ好ましい。
【００２２】
上述したような基板面内で、結晶性等の違いが明確な領域が無い基板で、同様な課題を有する基板の場合を考える。このような基板は、例えば、ＨＶＰＥ成長により、ドメイン成長、成長速度等の2段階成長、などによる結晶性の低い、若しくは基板面内で結晶面方位、軸配向に分布、揺らぎのある結晶基板がある。そのような領域が不特定、不確定の基板に対しても、各補助溝、特に第２の補助溝を好適に機能させて、その課題を解決することができる。例えば図２では、そのような基板による分割ズレ、分割方向及び位置bbが予定線LBより傾き、ズレがある様を示しているが、各補助溝、特に幅広な溝幅若しくは深溝、好ましくは両者を備えた第２の補助溝により、上記転位束、高転位密度の領域と同様に、その溝領域に到達した分割を、方向を転換したり、位置を変位させたり、することができる。これは、上述したように、分割が補助溝に導引されることにより、溝の方向に沿って、方向を転換したり、位置を変位させたり、することができるため、これにより、分割方向・位置bbが予定線LBよりずれても、その補助溝に捕らえられることで、その予定線LB上に方向転換、変位させることができるためである。この時、溝幅が幅広であると、その分割bbを好適に捕らえられ、深溝であることで、その方向転換、変位機能を高めることができるため、第１の補助溝より第２の補助溝を用いることが好ましく、また、第２の補助溝を幅広、深溝のいずれか、好ましくは両方を備えると良い。第１の補助溝は上記転位束領域の場合と同様に第２の補助溝と組み合わせて用いると良い。
また、図４では、第２の補助溝の長手方向を分割予定線LB方向と異なる方向、具体的にはそれに略垂直な方向としているが、上記転位領域と似通った領域として機能に着目すれば、すなわち分割予定線LB方向への分割補助よりその機能を優先する場合に好ましい形態となる。
【００２３】
第１の補助溝１６は、半導体素子の分割予定位置bbに破線状に複数形成される。特に、図１，３に示すような半導体レーザ素子の場合、光導波路構造を構成するリッジ14を挟んで形成されると好ましい。また、図示するように第１の補助溝16の一部が第２の補助溝16と重なるようにして形成されると好ましく、これに限らず、図４に示すように分離していてもよい。
【００２４】
第１の補助溝16は、後述のレーザ素子の例では、少なくとも第１導電型半導体層11が露出する以上の深さであればよく、第２導電型半導体層13側から、少なくとも第２導電型半導体層11及び活性層12を除去することによって形成される。また、任意に第１導電型半導体層11、さらには半導体基板10の一部を除去することにより形成してもよい。具体的には、露出領域29と同程度の深さ又は半導体基板10が露出する程度の深さが挙げられる。このように基板上の半導体素子構造内に設けられる深さ、または基板との界面付近であることが好ましく、これにより、素子構造中への高精度、平滑な端面の形成に有利となる。例えばレーザ素子では、半導体積層体のコア領域よりも深い溝であることで、そのコア領域に対して好適な端面が形成され、好適にはその近傍、すなわち、上記第1導電型層内でそのコア領域よりも深い溝とする、ことで、第１の補助溝の作用を最大限に発揮させることができる。
第１の補助溝16の幅（分割方向bbに略垂直な方向の長さ）は特に限定されるものではないが、例えば、１〜５μｍ程度が挙げられる。長さ（分割方向bb）は、特に限定されないが、３〜１０μｍ程度が挙げられる。
【００２５】
第２の補助溝17は、第１の補助溝16より溝幅が、幅広に形成されることが好ましい。これにより、上述したように、分割、劈開方向の適切な誘導を行い、その位置ズレを抑制することができる。具体的には、５〜１５μｍ程度の幅（分割方向bbに略垂直な方向の長さ）が挙げられる。長さ（分割方向bb）は２０〜８０μｍ程度が挙げられる。また、上述したように第２の補助溝17の一部が第１の補助溝16と重なるようにして形成されていると好ましい。
【００２６】
第２の補助溝17は、少なくとも第１の補助溝16より深く形成されることが好ましく、後述のレーザ素子の例では、第２導電型半導体層13側から少なくとも半導体基板10に達する深さで形成されることが好ましい。なぜなら、上述した結晶性、劈開性に難がある基板において、その基板に到達する溝であることでその制御性を高めることができるからである。具体的には、第２導電型半導体層13、すなわち素子構造の表面から３〜５０μｍ程度、さらに５〜４０μｍ程度の深さが挙げられる。
また、後述するように第２の補助溝をレーザ加工により形成すると、比較的に分割性、劈開性の強い溝となる傾向にある。具体的には、実施例２などに示すように、３〜８０μｍの範囲で分割可能であり、好ましくは、３〜５０μｍの範囲、更に好ましくは５〜４０μｍの範囲である。この範囲における浅い領域、例えば深さ３μｍ、では、基板上の半導体素子構造の膜厚と同程度か、それよりも浅くなる場合があるが、そのような場合でも、分割することができる。
【００２７】
以上の各補助溝の寸法は、後述の実施例等から導き出されるものであるが、これに限らず、本発明の補助溝の各機能、作用を、種々の素子、基板に適用する場合に、各寸法は適宜設定されることができる。
各溝の形状は特に限定されないが、平面視において、例えば矩形状、正方形状、円形状楕円形状、三角形などの尖形状、多角形状、など種々の形状とでき、図１，３などに示すように、分割予定線LB方向に長手方向を有する長手形状、例えば長方形状、長楕円形状、トラック形状、尖形状が好ましい。分割断面においては、特に限定されないが、例えば、図１，３に示すように矩形状、台形状が好ましく、その他、多角形状、円形状などとすることもできる。
【００２８】
各溝の形成方法は、特に限定されないが、例えばウェットエッチング、ドライエッチングなどのエッチング手段、ダイサー、スクライバーなどの機械的加工、レーザ加工等を用いることができる。好ましくは、実施例で示すように、第１の補助溝はエッチング、特にドライエッチングであり、第２の補助溝はレーザスクライブ装置により加工すること良い。第１，２の補助溝は同一工程で形成しても良く、この場合、同一深さとなるため、好ましくは別々の工程で形成すると良い。その他、後述の実施例等で示すように、2段階、それ以上の工数の多段階で、溝を設けることもでき、例えば図２Cの点線16Aと16Bの長方形状の第１の補助溝を形成後に、その一部に第２の補助溝を設けるなど、また図３(a)の第１の補助溝30の長さ方向一部の点線部31に図３(b)の第２の補助溝31を設けるなど、第２の補助溝などの深溝の場合に好適に適用できる。ここでは、第１の補助溝を形成後に第２の補助溝を形成する例を示したが、その逆で有っても良く、その場合は、第１，２の補助溝が互いに離間する形態に好適に適用できる。そのため、互いに連通させる場合は、上記第１の補助溝形成後に第２の補助溝を形成することが好ましい。この時、第２の補助溝を、第１の補助溝の少なくとも一部に重なること、好ましくは第１の補助溝内にそれより短く設けること、更に好ましくはその第１の補助溝を分断し、それを第２の補助溝の両端に連通させることである。
【００２９】
図５は、後述のレーザ素子の実施形態、実施例に示す方法、すなわち、第１の補助溝16A〜16Cの一部16Aに第２の補助溝17をレーザ加工して得られる素子の分割断面の様子を説明する模式断面図であり、図１に示す構造、その囲み領域Cより広い領域（２つの素子領域15を包含する領域）に対応して、別の形態の概略断面を説明している。この時、レーザ走査方向は、図の白抜き矢印に示すように同図において右から左方向であり、主に基板10中を縦断する線は、光学顕微鏡観察により観られる亀裂４１の様子を示すものである。
【００３０】
図からわかるように、レーザ走査方向に依存して亀裂が横方向に伸びており、具体的には溝側（素子構造側）で亀裂が走査方向に斜走して、そこから基板裏面側に向けて縦断しており、特に走査方向終端側、その側面40Aからそのような亀裂が多く観られる。他方、始端側、その側面40Bでは、そのような横方向の広がりが無く、ほぼ下方に縦断している。尚、亀裂の発生数、頻度は、溝の条件、レーザ加工条件に依存するため、亀裂を減らすように所望の条件とすることが好ましいことはいうまでもない。また、最適な条件下においても、亀裂、若しくは微細なクラック等の損傷を完全になくすことが困難な場合がある。
【００３１】
そのような亀裂発生の場合において、上記斜走領域は、図に示すように隣接する第１の補助溝16（16B, 16C）の領域に設けられることになるため、これを利用して、第１の補助溝16を亀裂領域に対応して設けることが好ましい。例えば、リッジ14を含む分割領域を挟む第１の補助溝16（16B, 16C）において、走査方向の始端側の溝16C、すなわち、図５の例では第２の溝17に隣接する側の溝16C、を他方の溝16Bに比して溝長さを長くすることで、分割領域、素子構造部に対して、上記亀裂、損傷の影響を回避、若しくは低く抑えることができる。また、隣接する第２の補助溝間にあっては、一方の溝に近く、他方の溝の遠くに、すなわち溝間中央より一方の溝側に、素子構造部、分割領域を配置することで、同様な効果が得られる。
【００３２】
また、後述する図５の第２の補助溝17の例において、溝17をレーザ加工により形成する場合には、上述した溝による分割時の導引性等がそのレーザ走査方向に依存する場合がある。この場合、例えば、レーザ走査方向が、それに垂直な方向に対してその分割性が強い場合には、図４における溝17の分割線LB方向に走査し、その逆の分割性の場合には、溝17の長手方向に走査すると良い。後者の場合、分割方向LBから傾斜した方向、好適には略垂直な方向であると、上記亀裂の問題が解決でき、好ましい。
【００３３】
後述のレーザ素子の実施形態、実施例に示すように、第１の補助溝と同一工程で、種々の溝部、露出部、特に第１の補助溝に結合、連通するものを設けることができる。
具体的には、素子領域15間を一部若しくは全部分離する分離溝、分割方向若しくは位置に露出される分割露出領域などを設けることができる。具体的には、図３の例に示すように、第２の補助溝31形成領域の島状部28と、それを囲む囲み溝29B、分割線LBに略垂直な露出領域29Aがある。ここで図３は、図１(a)の領域Cに対応する領域の別形態を示す。露出領域29Aは、素子領域15を分離、具体的には分割線LB方向の素子領域15を互いに分離、する分離溝として機能し、電気的な分離の他、分割時の分離溝、として機能させることができる。特に分割時の分離溝としては、その露出領域29Aにスクライバーなどの罫書きを設けて分割することもできる。また、囲み溝29B、島状部28は、その領域内に第２の補助溝31を設け、その溝形成による上述したような損傷が素子（領域15）へ与える影響を抑える機能を有する。この時、囲み溝は、図示するように溝領域の略全域を囲むことが好ましいが、一部が囲まれる形態、特に素子領域と溝が対向する領域が分断されるように設けられる形態でも良い。島状部28は、図示するように溝部30Aなどにより分離されていても良く、島状部28内の溝領域31から残された領域が保護壁の役割を果たし、上記囲み溝部とこの保護壁とにより、溝加工による汚染、損傷、それによるリークから保護する効果を高められる。このため、島状部も囲み溝部と同様に、溝31の略全域を囲むように、残し島状部があることが好ましく、一部領域に残し島状部が、特に素子領域と溝が対向する領域を分断するように設けられる形態でも良い。また島状部、その残し領域は、囲み溝29B、分離領域29Aと、第２の補助溝との間で、第２の補助溝側に配置されることが好ましい。
図３の例では、各領域、第１の補助溝31、分離領域29は、同一の露出領域として相互に接続されているが、互いに分離されていても良く、後述の実施例では同一工程で形成しているが、別々の工程で形成することもできる。
【００３４】
以下に、窒化物半導体レーザ素子に用いる実施の形態について、説明する。本発明はレーザ素子に限らず、発光素子、HEMTなどの電子素子などにも適用できる。
本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法を行うために、まず、基板上に、第１導電型窒化物半導体層、活性層及び第２導電型窒化物半導体層が形成された積層体の素子構造を用いる。具体的な構造は、基板の第１主面上に素子構造が設けられ、基板の第２主面に電極が形成される。
【００３５】
ここで用いる半導体積層用の基板としては、サファイア、スピネル（ＭｇＡ１２Ｏ４）のような絶縁性基板でもよいし、炭化珪素、シリコン、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド及び窒化物半導体と格子接合するニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジウム等の酸化物基板でもよい。本発明では特に半導体基板、窒化物半導体基板（ＧａＮ、ＡｌＮ等）であることが好ましい。半導体材料と異種材料の基板の場合には、積層用の基板を除去して、半導体積層体を単体化して、その一部を半導体基板と用いることもできる。窒化物半導体基板は、例えば、第１主面及び／又は第２主面に０．０３〜１０°程度のオフ角を有するものであることがより好ましい。その厚みは５０μｍから１０ｍｍ程度が挙げられる。窒化物半導体基板は、ＭＯＣＶＤ法、ＨＶＰＥ法、ＭＢＥ法等の気相成長法、水熱合成法、高圧法、フラックス法、溶融法等により形成することができる。
【００３６】
単体化半導体基板として、例えば、ＥＬＯ法を用いて低転位密度領域（例えば、第１領域）と高転位密度領域（例えば、第２領域）とを周期的に、交互に、その他の形態で面内に分布したもの、その他のラテラル成長により半導体層を形成し、この半導体層を基板として用いることにより、結晶欠陥密度、結晶方向等が異なる領域が同様に分布したものが挙げられる。
その一例として、転位密度が面内でストライプ状に周期的に分布しているもの、極性が異なる領域が分布しているもの、例えば、上記第１領域と第２領域とで、ストライプ状に極性が分断されていてもよい。ここで、低転位密度領域とは、単位面積当たりの転位数が１×１０7／ｃｍ2以下、好ましくは１×１０6／ｃｍ2以下の領域であり、高転位密度領域とは、これよりも転位密度が高い領域であればよい。その基板のストライプ状分布の寸法としては、第１領域の幅は１０μｍ〜５００μｍ、さらに１００μｍ〜５００μｍ、第２領域の幅は２μｍ〜１００μｍ、１０μｍ〜５０μｍが挙げられる。ストライプ形状は、ストライプ方向に破線状に各領域が分布しても良い。これらの転位測定はＣＬ観察やＴＥＭ観察等で行うことができる。
【００３７】
また、窒化物半導体基板は、上述したように、異なる結晶成長面の分布、結晶面方位の分布、揺らぎを有していてもよい。例えば、上記例の第１領域が（０００１）面とすれば、第２領域は（０００１）面と異なる（０００ -1）面、（１０ -1 ０）面、（１１ -2 ０）面、（１０ -1 ４）面、（１０ -1 ５）面、（１１ -2 ４）面等の結晶成長面が挙げられる。特に、（０００ -1）面が好ましい。
【００３８】
この基板の第１主面上に形成する積層体の窒化物半導体層としては、一般式がＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で示されるものを用いることができる。これに加えて、III族元素としてＢが一部に置換されたものを用いてもよいし、Ｖ族元素としてＮの一部をＰ、Ａｓで置換されたものを用いてもよい。第１導電型及び第２導電型は、いずれか一方がｎ型、他方がp型を意味する。ｎ型半導体層は、ｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＣｄなどのＩＶ族元素又はＶＩ族元素等を１種類以上含有していてもよい。また、ｐ型半導体層は、ｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｒ等を含有している。不純物は、例えば、５×１０16／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3程度の濃度範囲で含有されていることが好ましい。なお、第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層の一部の層、領域に上記ｎ型、ｐ型層が設けられていても良い。
なお、基板上には、レーザ素子として機能する積層体を形成する前に、バッファ層、中間層等（例えば、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）等）を設けても良い。
【００３９】
積層体は、例えば、第１導電型窒化物半導体層（以下、「ｎ型半導体層」と記すことがある）、活性層、第２導電型窒化物半導体層（以下、「ｐ型半導体層」と記すことがある）を、この順に成長させる。なお、ｎ型半導体層、ｐ型半導体層は、単一膜構造、多層膜構造又は組成比が互いに異なる２層からなる超格子構造を備えていてもよい。また、これらの層に組成傾斜層や濃度傾斜層を備えたものであってもよい。これらの積層体が、活性層で発生した光を増幅、共振させるように機能する。具体的には、各導電型半導体層に、それぞれ光閉込めのクラッド層が設けられ、両クラッド層に間のコア領域で光の増幅、共振がなされる導波路領域が設けられる。
積層体は、第１導電型半導体層及び／又は第２導電型半導体層に光ガイド層を有して、ＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）構造とすることができる。第１導電型半導体層の光ガイド層と第２導電型半導体層の光ガイド層とは、互いに組成及び／又は膜厚が異なる構造であってもよい。また、光ガイドは、一方の導電型半導体層側、特に第2導電型層側、両方を省略することもできる。
【００４０】
ｎ型半導体層は、組成及び／又は不純物濃度が異なる２層以上の構造であってもよく、例えば、以下に示す第１層のクラッド層、第２層の光ガイド層の２層構造とすることができ、その他の層を加えることもできる。第１のｎ型半導体層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．５）、好ましくはＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦０．３）によって形成することができ、クラッド層の膜厚としては０．５〜５μｍ程度が適当である。第２のｎ型半導体層は、光ガイド層として例えばＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮによって形成することができ、膜厚は０．１〜５μｍが適当である。
【００４１】
活性層は、多重量子井戸構造又は単一量子井戸構造のいずれでもよい。井戸層は、少なくともＩｎを含有している一般式ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ≦１）を有することが好ましい。Ａｌ含有量を高くすることで紫外域の発光が可能となる。３００ｎｍ〜６５０ｎｍ程度の波長域での発光が可能である。量子井戸構造以外のｐｎ接合構造、ダブルヘテロ構造でも良い。
【００４２】
活性層上にｐ型半導体層を積層として、は、単一層でも良いが、多層構造、例えば下記第１層の電子閉じ込め層、第２層の光ガイド層、第３層の光閉じ込め層、第４層のコンタクト層、とでき、その他の層を加えることもできる。
第１のｐ型半導体層は、ｐ側電子閉じ込め層として、ｐ型不純物を含有したＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．５）を形成する。第２のｐ型半導体層は、光ガイド層として、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮで形成できる。第３のｐ型半導体層は、クラッド層として、ｐ型不純物を含有したＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．５）で形成することができ、その他にＧａＮ若しくはＡｌＧａＮと、ＡｌＧａＮとからなる超格子の多層膜構造であることが好ましい。第４のｐ型半導体層は、コンタクト層として、ｐ型不純物を含有したＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）で形成できる。なお、第１のｐ型半導体層、第２のｐ型半導体層は省略可能である。各層の膜厚は、３ｎｍ〜５μｍ程度が適当である。
【００４３】
窒化物半導体層の成長方法は、特に限定されないが、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）など、窒化物半導体の成長方法として知られている全ての方法を用いることができる。特に、ＭＯＣＶＤは、減圧〜大気圧の条件で、結晶性良く成長させることができるので好ましい。
【００４４】
次いで、露出領域を形成する。
露出領域29A, 29Bは、例えば、図１，３（ａ）に示すように、積層体表面においてレーザ素子を形成する領域15の外縁の一部、全部を囲むように形成される。分離領域29Aは、共振器方向に対して略平行に、素子領域に隣接する片側又は両側の領域に形成される。これにより、例えば、積層体の第２導電型窒化物半導体層は、素子領域15と島状部28とに分離される。素子領域15とは、主に積層体のうちレーザ素子として機能する領域であり、素子構造の積層体を有し、その積層体内に光導波路を有する領域を指す。
露出領域29A, 29Bは、第２導電型窒化物半導体層側から、少なくとも第２導電型窒化物半導体層及び活性層を除去することによって形成される。また、任意に第１導電型窒化物半導体層、さらには基板の一部を除去することにより形成することもできる。これらの層の除去は、リッジの形成と同様に、所望のマスクパターンを形成し、それをマスクとして積層体の厚み方向にエッチングすることにより実現できる。
【００４５】
分離露出領域29Aの形状は特に限定されないが、レーザ素子領域の形状に応じて、四角形等種々の形状でその領域外縁の少なくとも一部に設けられる。分離露出領域29Aの長さ（共振器方向の長さ）は、共振器長に対応して適宜決定することができる。ここで、レーザ素子の各寸法として、共振器長は、２００〜１２００μｍ程度、レーザ素子領域の幅（共振面方向）は、１００〜５００μｍ程度、素子領域15の幅（共振面方向）は、３０〜４００μｍ程度であることが好ましい。図１に示すように、通常ウエハ内に複数の素子領域が形成され、露出領域もその各素子領域15、若しくはその領域間に対応して設けられる。例えば、図３に示すように、複数の素子が隣接してウエハ上に形成される場合には、隣接する素子間に分離露出領域29Aを形成して、二次劈開の際に、露出領域において分割して素子を得ることもできる。
【００４６】
露出領域29（29A, 29B）全体の幅（共振面、分割線LB方向）を図３に示すように変化させることで、特定の窒化物半導体基板、例えば上述した第１領域及び／又は第２領域等の配置、転位密度、結晶欠陥密度、不純物濃度、凹凸の程度、結晶面等の差異に対応して、基板上に形成される窒化物半導体層による積層体が良好なレーザ特性を実現できるように、露出領域の幅を適宜調整できる。このように露出領域の幅を、第１領域及び／又は第２領域等の配置等に対応させて形成することにより、基板及びその上に積層された半導体層における結晶欠陥、転位密度等の比較的多い領域と、共振器を構成する活性層等とを分離することができ、活性層における転位、結晶欠陥等によるリーク電流等を防止することが可能となる。
【００４７】
島状部28は、露出領域、第1の補助溝を形成する際、露出領域内の一部において、島状に分離された活性層及び第２導電型窒化物半導体層を残存させることにより、形成することができる。ここで島状部28の形態は、第２導電型窒化物半導体層及び活性層が、素子領域から分離されており、かつ、共振器方向において共振器長さよりも短い長さで形成されると良い。図３に示す例では、島状部28が分割予定位置LBを、その第１の補助溝を挟むように形成する。島状部の寸法としては、島状部の長さ（共振器方向の長さ）が、共振器長Ｌに対して、１／１００〜１／５程度、幅（共振面方向、分割方向LBの長さ）は、素子領域の幅の１／５０〜１／２程度、具体的には、長さは、３〜１００μｍ程度、好ましくは、５〜５０μｍ程度、幅は、３〜１００μｍ程度、好ましくは、５〜５０μｍ程度のものである。島状部を図３に示すような矩形で形成する場合、島状部の幅：長さ＝１０：１〜１：１０程度であることが適している。島状層は、素子の片側に形成された１つの露出領域内に、単数又は複数形成されても良く、具体的には図３に示すように第１の補助溝を挟んで配置され、分離領域29Aの二次分割方向の溝を挟んで配置されるような形態とできる。
島状部は、第１の補助溝30Cよりも素子領域外側に配置されることが好ましい。以上のような露出領域は、基板上への積層体形成による応力、ひずみの発生、ウエハに反りの発生に対して、露出領域で積層体を一部除去することによって、それらを緩和することができる。特に、共振器、リッジ24等の素子領域15の中心付近の積層体を除去することによって、クラックの発生を抑制しながら効果的に反りを緩和でき、製造工程上のウエハのハンドリングを円滑に行うことができ、安定した品質のレーザ素子を効率的に製造することが可能となる。
【００４８】
通常、半導体レーザ素子では、共振器面を形成する図中LBの一次分割工程（一次劈開）以外に、共振器方向に分割する二次分割工程（二次劈開工程）を有する。二次分割方向の分離領域29Aに対応して設けられる溝部により、上述した島状部28の分離されることで、その島状部に挟まれた露出領域の溝部が二次劈開の補助溝の役割を果たすため、二次劈開工程での歩留まりを向上させることができる。
島状部による素子間、素子領域と第２の補助溝間における電気的、物理的分離の作用により、例えば二次分割時や以降の工程でチップ側面にごみの付着等が発生しても、上述したように素子領域と島状部とが絶縁されているため、リーク電流の発生および、その部分からの結晶の破壊を阻止することができる。
【００４９】
島状部は、少なくとも共振器の光出射側の端面に配置すればよいが、それとは反対側にも配置することが好ましい。また、島状部は、少なくとも共振器の光出射側の端面において、リッジ挟んで対向して、好ましくはそれに対して対称に配置していることが好ましい。これにより、分割時の精度を高め、良好な共振器端面を形成することができる。
【００５０】
続いて、第１の補助溝を形成する。補助溝は共振器方向に直交する方向に延設される。図３の例では、第１の補助溝は、ウエハ状態においては、島状部内に又は島状部に隣接して形成され、具体的には島状部を分離してそれよりも幅広に形成される。第１の補助溝は、少なくとも一方の共振器面に形成されていればよい。また、露出領域から離間して配置してもよい。第１の補助溝は、島状部28から素子領域15にかけて連続して設けられることが好ましい。
さらに、素子領域において、第１の補助溝は、分離露出領域29Aから離間して配置してもよいし、図３に示すように、露出領域に連結するように配置してもよい。リッジ部24から離間して、リッジを挟んで、その共振器端面が設けられる分割領域2を挟んで配置されるが好ましい。
【００５１】
次いで、積層体の表面、つまり第２導電型半導体層の表面に、導波路領域として機能するリッジが形成されたレーザ素子構造が好ましく、リッジの幅は１．０μｍ〜５０．０μｍ程度が適当であり、ビーム形状をシングルモードとする場合にはリッジの幅は１．０μｍ〜３．０μｍ程度とする。その高さ（エッチングの深さ）は、ｐ型半導体層を構成する層の膜厚、縦方向の積層体の構造、横方向の埋込層との関係等によって適宜調整することができ、例えば、０．１〜２μｍが挙げられる。
リッジの形成は、窒化物半導体層上にマスクパターンを形成し、このマスクを用いてエッチングすることにより形成することができる。マスクは、例えば、レジスト、ＳｉＯ２等の酸化膜、ＳｉＮ等の窒化膜を、例えば、ＣＶＤ装置等を用いて形成し、この膜をフォトリソグラフィ及びエッチング工程等の公知の方法を利用して、所望の形状に形成することができる。マスクの膜厚は、リッジが形成された後に、リッジ上に残存するマスクが、後の工程でリフトオフ法により除去することができるような膜厚であることが適当である。例えば、０．１〜５.０μｍ程度が挙げられる。パターニングは、例えば、ＲＩＥ法等を用いることが好ましく、この際のエッチングは、ハロゲン系ガスを用いて行うことが適している。例えば、Ｃｌ2、ＣＣｌ4、ＳｉＣｌ4及び／又はＢＣｌ3等のような塩素系のガス、ＣＦ4、ＣＨＦ3、ＳｉＦ4等のようなフッ素系等のガスを用いて行うことが適している。その後、マスクパターンを利用して、窒化物半導体層をエッチングすることによりリッジ（図１及び図２中、１４参照）を形成する。エッチングは、ＲＩＥ法を用い、例えば、塩素系のガスを用いることが適している。尚、リッジは、露出領域及び各補助溝の形成前後のいずれの段階で形成してもよい。
また、レーザ素子構造として、リッジ導波路に代えて、若しくはリッジを有して電流狭窄層を用いる構造でもよい。その他のレーザ素子構造を用いることもできる。
【００５２】
続いて、第２の補助溝を形成する。第２の補助溝は、基板の第２主面に電極を形成した後、一次劈開を行う前に形成することが好ましい。製造工程上のウエハのハンドリングを円滑に行うことができ、安定した品質のレーザ素子を効率的に製造することができるためである。第２の補助溝は、例えば、図３(a)に示すように、一部が第１の補助溝30と重なるようにして形成され、その深さが補助溝よりも深く形成されることが好ましく、更に島状部を有する場合には島状部の形成領域28に内包されて設けられることが好ましい。
また、上述したように、結晶欠陥、転位密度等の比較的多い領域（第１，２領域の分布）を有するような窒化物半導体基板を用いる場合には、それにより意図しない方向への劈開により素子が破損することがあるが、第２の補助溝を設けることにより、このような破損を抑制し、劈開歩留まりを向上させることができる。
【００５３】
露出領域及び第１の補助溝と、同様の方法でエッチングにより形成してもよいし、別の方法で形成してもよい。エッチングにより形成する場合、同一のエッチング工程で同時に形成してもよいし、別工程で形成してもよい。また、別の方法として、レーザ加工、具体的にはレーザスクライバー（ＤＩＳＣＯ社製装置、レーザソリューション社製装置、オプトシステム社製装置等）によって形成することができる。第２の補助溝形成の際には、用いるレーザ光の集光スポットを、入射するレーザ光の大きさ、伝播時に発生する発散角、焦点距離などを調整するとともに、焦点深度を、波長、集光スポットサイズ、焦点距離等によって適宜調整することが好ましい。一例として、用いるレーザ光の波長を１５０μｍ〜６００μｍ程度、エネルギーを０．１Ｗ〜１０Ｗ程度とすることが挙げられる。レーザスクライブにより第２の補助溝を設ける場合、その形成条件によってはｐｎ接合が破壊され、リークが発生する恐れがある。しかし、島状部の領域内に第二の補助溝を形成することにより、リークの発生を抑制することができる。
第２の補助溝は、基板（ウエハ）上にレーザ素子の素子領域が、共振器方向又はそれに略直交する方向にあるいは格子状に複数形成される場合には、基板全体にわたって、この工程で一度に形成することが好ましい。このように、第２の補助溝を形成する場合には、ウエハ全体の溝形成部分を、ウエハ単位で画像認識することができるために、一回の操作によって、ウエハ上の全部の素子領域に対して第２の補助溝を形成することができる。そのため、加工工程を簡略化し、ウエハ全体に第２の補助溝を形成するのにかかる加工時間の短縮を図ることが可能となる。
【００５４】
任意に、第２の補助溝を形成した後、洗浄を行ってもよい。つまり、第２の補助溝を形成した後、レーザ光のエネルギーにより、溝内部の表面又は溝周辺の露出領域の表面等に、窒化物半導体層を構成する金属元素の飛散物等が付着して、その汚染により特性に影響を与える場合がある。従って、このような飛散物等を、例えば、硝酸、フッ化水素酸、硫酸、塩酸、酢酸、過酸化水素等の酸の単独又は２種以上の混合液、アンモニア等のアルカリの単独又はアンモニアと過酸化水素等の混合液、各種界面活性剤等の適当なエッチャントを用いて、浸漬、リンシング、超音波洗浄等、公知の方法によって、洗浄することが好ましい。分割前、共振器形成前にこの洗浄を実施すると、共振器面をエッチャントにさらすことがなく、共振器面にダメージを与えずに、飛散物を有効に除去することが可能となる。
【００５５】
リッジストライプを形成した後の任意の段階で、リッジの両側面及び第２導電型半導体層の表面に、第１の保護膜として形成することが好ましい。第1の保護膜はリッジの埋込層として機能させることができる。第１の保護膜の材料はＴｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｇａ、Ｓｉ等の酸化物や窒化物が挙げられる。第１の保護膜の形成方法は、当該分野で公知、例えば、ＣＶＤ法、蒸着法、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴プラズマ）スパッタ法、マグネトロンスパッタ法等種々の方法によって単層又は積層構造で形成することができる。なお、単層の膜に限らず、組成、膜質の異なる膜の積層膜としてもよい。また、第１の保護膜形成後に下記電極、ｐ型層のためのアニールをしてもよい。
【００５６】
任意の段階で、第２導電型半導体層の表面（リッジが形成されている場合にはその表面）に、ｐ電極を形成することが好ましい。ｐ電極として、例えば、ＮｉとＡｕとからなる２層構造を用いる場合には、まず、ｐ型半導体層上にＮｉを５〜２０ｎｍ程度の膜厚で形成し、次に、Ａｕを５０〜３００ｎｍ程度の膜厚で形成する。また、ｐ電極を３層構造とする場合にはＮｉ−Ａｕ−Ｐｔ又はＮｉ−Ａｕ−Ｐｄの順に形成する。
【００５７】
ｐ電極の上には、任意にパッド電極を形成してもよい。パッド電極は、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ等の金属からなる積層膜とすることが好ましい。具体的には、ｐ電極側からＷ−Ｐｄ−Ａｕ又はＮｉ−Ｔｉ−Ａｕ、Ｎｉ−Ｐｄ−Ａｕの順に形成した膜が挙げられる。任意の段階で、例えば、ｐ電極を形成した後には、オーミックアニールすることが好ましい。例えば、窒素及び／又は酸素含有雰囲気下で、３００℃程度以上、好ましくは４００℃程度以上の条件が適当である。
【００５８】
また、任意の段階で、例えば、第１の保護膜を形成した後、この第１の保護膜の上に、第1の保護膜と同様な材料、誘電体膜、絶縁体膜などによる別の保護膜（第２の保護膜）を形成してもよい。
任意の段階で、例えば、ｎ電極を形成する前に、基板の第２主面を研磨することが好ましい。さらに、ｎ電極は、基板の第２主面に、部分的又は全面に、ｎ電極を形成することが好ましい。ｎ電極は、例えば、スパッタ法、ＣＶＤ、蒸着等で形成することができる。ｎ電極の形成には、リフトオフ法を利用することが好ましく、ｎ電極を形成した後、３００℃程度以上でアニールを行うことが好ましい。ｎ電極としては、例えば、総膜厚が１μｍ程度以下で、基板側から、Ｖ（膜厚１０ｎｍ）−Ｐｔ（膜厚２００ｎｍ）−Ａｕ（膜厚３００ｎｍ）、Ｔｉ（同１０ｎｍ）−Ａｌ（同５００ｎｍ）、Ｔｉ（同６ｎｍ）−Ｐｔ（同１００ｎｍ）−Ａｕ（３００ｎｍ）、その他、Ｔｉ−Ｍｏ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｈｆ−Ｐｔ）−Ａｕ、Ｗ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｗ−Ａｌ−Ｗ−Ａｕ、等の膜が例示される。なお、ｎ電極は、後述するレーザスクライブ溝上及び／又は後述する共振器端面形成のための劈開線又はスクライブ領域等に対向する基板の第２主面領域を露出させてｎ電極を区画することが好ましい。なお、ｎ電極は、基板の第２主面でなく、この段階又はそれ以降の任意の段階で、第１導電型半導体層の露出領域に形成してもよい。
その後又は任意の段階で、反応容器内において、ウエハを窒素雰囲気中、７００℃程度以上の温度でアニールして、ｐ型半導体層を低抵抗化してもよい。
【００５９】
第１，２の補助溝において、バー状の基板及び積層体を共振器方向に分割する。ここでの分割は、公知の方法により行うことができる。例えば、ブレードブレイク、ローラーブレイク又はプレスブレイク等、種々の方法を利用することができる。また、溝方向以外の分割では、基板側に円形ローラー又は刃物等を当てて、露出領域に応力集中を与えることにより、基板及び積層体を劈開して分割することもできる。
これによって、半導体レーザ素子の１単位を構成するチップを得ることができる。
【００６０】
また、任意に、共振器端面を形成した場合には、得られた共振器端面、つまり、共振器面の光反射側及び／又は光出射面に、誘電体膜を形成することが好ましい。誘電体膜はＳｉＯ2、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｎｂ2Ｏ5、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ等からなる単層膜又は多層膜とすることが好ましい。
【００６１】
〔実施例１〕
本発明の実施例１として、以下にレーザ素子の構造、及びその製造方法を説明する。
まず、厚さ４００μｍのｎ型ＧａＮからなる半導体基板をＭＯＶＰＥ反応容器内にセットし、以下の窒化物半導体層を積層して、素子構造を形成する。基板表面はＣ面であり、下記半導体結晶をｃ軸成長させる。
第１導電型半導体層11として、Ｓｉを約１０18／ｃｍ3ドープしたｎ−Ａｌ0.02Ｇａ0.98Ｎよりなる第１層、Ｓｉを約１０18／ｃｍ3ドープしたｎ−Ｉｎ0.04Ｇａ0.96Ｎよりなる第２層を成長させ、その上にＳｉを約１０18／ｃｍ3ドープしたＡｌ0.11Ｇａ0.89Ｎよりなるｎ型クラッド層、アンドープのＡｌ0.06Ｇａ0.94Ｎよりなるｎ側光ガイド層を成長させる。
次に活性層12として、Ｓｉを約１０19／ｃｍ3ドープしたＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎよりなる障壁層と、アンドープのＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｎよりなる井戸層と、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎよりなる障壁層を成長させて、単一量子井戸（ＳＱＷ）とする。
次に第２導電型半導体層13として、Ｍｇを約１０20／ｃｍ3ドープしたｐ型Ａｌ0.30Ｇａ0.70Ｎよりなるｐ側電子閉込め層、アンドープＡｌ0.06Ｇａ0.94Ｎよりなるｐ側光ガイド層（ｐ側電子閉込め層からのＭｇの拡散により、Ｍｇ濃度が約１０17／ｃｍ3となる）、２．５ｎｍのアンドープＡｌ0.13Ｇａ0.87Ｎ層とＭｇ濃度約１０19／ｃｍ3からなる２．５ｎｍのＡｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ層の対を１２０対、総膜厚０．６μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層、Ｍｇを約１０20／ｃｍ3ドープした１５ｎｍのｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層を成長させる。
【００６２】
次いで、上記基板10上に窒化物半導体層の素子構造を有する半導体ウエハを、反応容器から取り出し、ｐ側コンタクト層上に所望の形状、パターンのＳｉＯ2のマスクを形成し、このマスクを介して、ｐ側コンタクト層側から、ｎ側クラッド層の途中までエッチングし、ｎ側クラッド層の露出領域（図３に示すような分離領域29A）及び図１に示すような第１の補助溝16を形成する。続いて、素子領域の最上層のｐ側コンタクト層の表面に、幅２．３μｍのストライプ状のＳｉＯ２よりなるマスクパターンを形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用い、ｐ側クラッド層とｐ側光ガイド層との界面付近までエッチングを行い、ストライプ状のリッジを形成する（図１中のリッジ14参照）
【００６３】
次に、前記マスクを有する状態で、窒化物半導体層の表面に膜厚２０ｎｍのＡｌ2Ｏ3、１８０ｎｍのＺｒＯ2の積層層からなる保護膜を形成し、４００℃でアニールする。続いて、ｐ側コンタクト層上に形成されているマスクパターンを溶解除去し、リフトオフ法によりＳｉＯ2よりなるマスクとともに、ｐ側コンタクト層上に形成されている保護膜を除去する。これにより、素子領域のリッジ側面とその横に露出されるｐ側ガイド層に、ＳｉＯ2とＺｒＯ2の埋込層（図３に示すような層25）が設けられる。
続いて、ｐ側コンタクト層のリッジ最表面に、リッジよりも幅広のストライプ状で、上記保護膜を覆ってｐ側オーミック電極を形成し、その上に、ｐ側オーミック電極と電気的に接続したｐ側パッド電極を形成する。
【００６４】
更に、レーザスクライブ装置で、破線状にレーザ光を走査して、第１の補助溝の中央部分に第２の補助溝を形成する。
この例における各寸法は、共振器の長さが約６００μｍ、分離露出領域29Aの幅が約３０μｍ、第２の補助溝の幅（劈開方向）が約６０μｍ、長さ（劈開方向に垂直な方向）が約１０μｍ、第２の補助溝の両端部における第１の補助溝の幅（劈開方向）がそれぞれ約２５μｍ、長さ（劈開方向に垂直な方向）が約１μｍ（第１の補助溝形成時の長さが約１１０μｍ）、補助溝の長手方向における第２の補助溝とリッジ14までの距離を約３０μｍ、リッジを含む素子領域の幅が約１４０μｍとする。
また、基板の裏面を研磨して厚さ約８０μｍとし、ｎ型ＧａＮ基板の裏面（研磨面）にｎ側オーミック電極を形成する。
その後、ＧａＮ基板を、例えば、図１の分割予定線LBに沿って、劈開してウエハをバー状とし、そのレーザバーの劈開面に共振器面が得られる。
【００６５】
上記レーザバーの共振器面に誘電体膜として、光出射側には膜厚７０ｎｍのＡｌ2Ｏ3を、反対側の反射側にはＺｒＯ2及びＳｉＯ2（総膜厚７００ｎｍ）の積層膜を形成する。
その後、共振器方向に略平行な方向に、例えば、図１のリッジ14方向に沿って、素子領域15間領域［図３に示す分離領域29A］で、分割し、バー状のウエハをチップ化する。
【００６６】
このようにして得られる半導体レーザ素子の構造は、発振波長３７５ｎｍ、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、基板10上に、ｎ型半導体層11、活性層12、表面にリッジ14が形成されたｐ型半導体層13が積層され、リッジ14の両側に保護膜（不図示）が設けられている。また、リッジ14に電気的に接続するｐ電極（不図示）と、基板10に電気的に接続するｎ電極（不図示）とが設けられている。さらに、レーザ素子の四隅に第２の補助溝が配置され、その第２の補助溝の長さは、半分の約３０μｍである。
このレーザ素子は、第１，２の補助溝による分割工程における不良発生率は、第１の補助溝だけの分割工程のものに比して、その不良率を低く抑えることができ、その他のレーザ素子の特性は両者ともほぼ同等のものとすることができる。
【００６７】
〔実施例２〕
実施例１と同様に、基板上に窒化物半導体層の素子構造を有するウエハを反応容器から取り出し、ｐ側コンタクト層上に所望の形状のマスクパターンを形成し、このマスクパターンを用いて、ｐ側コンタクト層側から、ｎ側クラッド層の途中までエッチングし、補助溝30を形成する。実施例１とは異なり、ｎ側クラッド層の露出領域の形成により、図３に示すように、島状部28と、その島状部28に挟まれて、前記露出領域29Bにより分離され、素片化された３つの第１の補助溝30A〜30Cを形成している。ここで、露出領域29Bは、第２の補助溝31を囲むように設けられ、素子領域15間及び第２の補助溝と素子領域15の間で互いを分離している。ここで、露出領域29Aの幅（劈開方向の長さ）を約３０μｍとし、露出領域内において、２つの島状部の幅（同上）はそれぞれ約６２μｍ、約１２μｍ幅で形成し、島状部28の長さ（劈開方向に垂直な方向）は、７μｍで形成し、溝状の露出領域２９及び第１の補助溝30の幅（劈開方向に垂直な方向）は約１μｍとする。続いて、実施例１と同様に、リッジ24を形成して、その側面側の埋込層２５（図３(b)に図示、図３(a)に不図示）と、その埋込層25及びリッジ24の上にｐ電極２６（図３(a)に図示、図３(b)に不図示）、ｐ電極26上にパッド電極27（同左）を形成する。次に、実施例１と同様に、第２の補助溝３１を第１の補助溝の幅方向一部に形成し、その両端部に実施例１と同様の第１の補助溝30B, 30Cを残し、中央部30Aをその第２の補助溝31内として配置し、その両端部の第１の補助溝の幅30B, 30C及び第２の補助溝31とリッジとの距離を実施例１と同様として形成する（図３(a)，(b)）。
次に、実施例１と同様に、点線で基板及び素子構造を劈開して、共振器端面を有するレーザバーを形成し、その端面に上記誘電体膜等の端面膜を形成し、上記露出領域２９Aの中央部で、ここでは大きさの異なる島状部間の溝状の露出領域に沿って、レーザバーを分割して、チップ化して、レーザ素子を作製する。
【００６８】
〔比較例１〕
実施例２において、第２の補助溝を形成せずに、劈開する他は同様にして、レーザ素子を作製する。
このようにして、得られる比較例１のレーザ素子は、上記劈開工程における不良率が、約１０〜４０％となり、これは、基板の結晶性のバラツキに応じて変化したものと考えられる。最も悪いもので、不良率約６０％となるものもある。
一方、上記実施例２においては、第２の補助溝の深さ、長さにも依るが、不良率を５％以下に抑えることができる。その他のレーザ素子の特性、寿命試験、ＣＯＤレベル、ＥＳＤ特性は同等のものが得られ、このことから、レーザスクライブによる破損等の影響がほとんど無いことがわかる。
実施例２において、第２の補助溝の深さを約１３μｍ、約２３μｍ、約３３μｍとし、その他は同様としてレーザ素子と、比較例１の素子を作製し、上記劈開工程の不良率、レーザ素子の上記各特性を評価すると、いずれの深さのレーザ素子も、不良率、各特性は、ほぼ同等のものが得られる。尚、比較例１の素子では、不良率約３０％となる。
【００６９】
次に、実施例２において、第２の補助溝の深さと長さを変化させ、更に上記比較例１と共に評価する。実施例２の試験例は、長さ約６０μｍで深さを約１３μｍと約２３μｍと約３３μｍ、長さ約４０μｍで深さを約２０μｍと約３０μｍ、のものと、上記比較例１のものを用意して比較する。その結果、長さ約４０μｍでは、深さに応じて劈開工程の不良率が、約１４％（深さ３０μｍ）、約２２％（深さ約２０μｍ）と変化し、他方、長さ６０μｍでは、３つの深さのものとも、およそ１％程度と、ほぼ変化しないことがわかる。尚、比較例１は不良率約３５％となる。以上の結果を図示するとわかるように、長さ約４０μｍでは、深さに依存して不良率が変化し、深さ０の比較例１との間で線形性を見出すことができ、他方、長さ約６０μｍではそのような変化を示さない。このことから、第２の補助溝長さが、臨界値を超えると、上記長さ約６０μｍの例では、深さの依存性がほぼ無くなり、一方、その臨界値より短いと、上記長さ約４０μｍの例では、深さに依存する関係が観られ、比較例１の第２の補助溝が無いものとも同様な関係性になると考えられる。
【００７０】
更に、第２の補助溝について、長さ約６０μｍで、深さの範囲を３〜８０μｍに広げて検討してみると、上記３０μｍ付近を超える深さ、具体的には４０μｍ、それよりも深い領域では、不良率が上昇する傾向が観られる。一方、深さが３〜１０μｍの浅い領域では、上記深さ１３〜３３μｍのものと同様に、不良率があまり変化せず、良好な劈開工程になることがわかる。この深い領域における不良率増の原因としては、第２の補助溝の観察により、レーザ加工痕による影響、特に溝底面における形状変化が大きくなることによる影響と、レーザ加工による付着物増による影響が考えられる。
【００７１】
〔実施例３〕
実施例１において、半導体基板として、転位束領域をストライプ状に分布して有し、２つのリッジを挟んでその領域が配置されるものを用い、第２の補助溝をその領域に対して、それより幅広な溝長さ（分割方向の長さ）に、その領域を分断して設ける他は、実施例１と同様に形成する。
このように、基板面内に、結晶性の大きく異なる領域、それを複数横断する分割において、その領域の両側の素子領域を架橋するような第２の補助溝を形成することにより、その領域横断の分割による悪影響を抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、窒化物半導体材料に限らず、ＡｌＧａＡｓ系、ＡｌＩｎＧａＰ系材料など他の半導体材料にも利用することができ、更に素子としてはレーザ素子、発光素子の他、ＦＥＴ、ＨＥＭＴなどの電子素子にも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明に係る一実施形態を説明する概略平面図（ａ）と、ＡＡ断面の概略断面図（ｂ）と、ＢＢ断面の概略断面図（ｃ）。
【図２Ａ】本発明に係る一実施形態の第２の補助溝を説明する概略平面図。
【図２Ｂ】本発明に係る一実施形態の第１の補助溝を説明する概略平面図。
【図２Ｃ】本発明に係る一実施形態の第１，２の補助溝を説明する概略平面図。
【図３】本発明に係る一実施形態を説明する概略平面図（ａ）と、分割ＬＢ断面の概略断面図（ｂ）。
【図４】本発明に係る一実施形態を説明する概略平面図。
【図５】本発明に係る一実施形態を説明する概略断面図。
【符号の説明】
【００７４】
１〜５…分割領域（溝離間領域）、１０，２０…半導体基板、  １１，２１…第１導電型半導体層、  １２，２２…活性層、  １３，２３…第２導電型半導体層、  １４，２４…リッジ、  １５…素子領域、
１６（１６Ａ，１６Ｂ），３０（３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ）…第１の補助溝、
１７，３１…第２の補助溝、
２５…埋込層、  ２６…第２電極、  ２７…パッド電極（第２電極）、  ２８…島状部、  ２９（２９Ａ，２９Ｂ）…露出領域
【図１】
0005151400.tif 000002
【図２Ａ】
0005151400.tif 000003
【図２Ｂ】
0005151400.tif 000004
【図２Ｃ】
0005151400.tif 000005
【図３】
0005151400.tif 000006
【図４】
0005151400.tif 000007
【図５】
0005151400.tif 000008