(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶欠陥密度が周囲より高い領域として、周期的な基板面上配列で基板を貫通している高密度欠陥領域を有する半導体結晶基板上への、窒化物系化合物半導体の積層構造を備える窒化物系化合物半導体素子の実装方法であって、
前記高密度欠陥領域内で欠陥密度が最も高いコア領域を貫通する、又は未貫通するように孔を設け、次いで前記半導体結晶基板上に前記積層構造を形成し、チップ化して窒化物系化合物半導体素子を作製した後、当該窒化物系化合物半導体素子を基台上にダイボンディングする際、
前記窒化物系化合物半導体素子を前記基台上に位置決めするに当たり、前記窒化物系化合物半導体素子に光を照射して前記孔の位置を検出し、前記孔を位置決めマークとして使用することにより前記窒化物系化合物半導体素子を前記基台上に位置決めすることを特徴とする窒化物系化合物半導体素子の実装方法。
【請求項２】
前記窒化物系化合物半導体素子をダイボンディングする前記基台が、サブマウント又はヒートシンクであることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系化合物半導体素子の実装方法。
【請求項３】
前記窒化物系化合物半導体素子が窒化物系半導体レーザ素子であり、前記基台が受光素子を面上に備えたフォトダイオード集積回路であって、
前記窒化物系半導体レーザ素子を前記フォトダイオード集積回路上に位置決めするに当たり、前記窒化物系半導体レーザ素子に光を照射して前記孔の位置を検出し、前記孔を位置決めマークとして使用して、前記窒化物系半導体レーザ素子を前記基台上の前記受光素子に対して位置決めすることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系化合物半導体素子の実装方法。
【請求項４】
前記高密度欠陥領域が、前記半導体結晶基板の基板面上で周期的に点在していることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系化合物半導体素子の実装方法。
【請求項５】
前記高密度欠陥領域が、前記半導体結晶基板の基板面上で正方形格子状、長方形格子状、及び六方格子状のいずれかの配置で点在していることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系化合物半導体素子の実装方法。
【請求項６】
前記高密度欠陥領域が、前記半導体結晶基板の基板面上で相互に離隔して平行に、かつ周期的に配置された線状の高密度欠陥領域であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系化合物半導体素子の実装方法。
【請求項７】
前記線状の高密度欠陥領域は、点状の高密度欠陥領域が相互に接して、又は断続して線状に配置されてなる高密度欠陥領域、又は高密度欠陥領域が連続して線状に延在してなる高密度欠陥領域であることを特徴とする請求項６に記載の窒化物系化合物半導体素子の実装方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化物系化合物半導体素子を実装する方法に関し、更に詳細には、特別の位置決めマークを必要とすることなく、正確な位置合わせを可能とする、窒化物系化合物半導体素子の実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＡｌＢＧａＩｎＮなどのナイトライド化合物半導体（以下、窒化物系化合物半導体と言う）は、ＡｌＧａＩｎＡｓ系やＡｌＧａＩｎＰ系などのIII −Ｖ族化合物半導体に比べて、一般に、バンドギャップエネルギーＥｇが大きく、かつ直接遷移型半導体であるという特徴を有している。
この特徴により、これらの窒化物系化合物半導体は、紫外領域から赤色に至る広い波長範囲において発光する半導体レーザ素子や、発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）などの半導体発光素子を作製する材料として注目されている。
そして、これらの半導体発光素子は、高密度光ディスクの記録／再生光ピックアップ用の光源、フルカラー・ディスプレイの発光素子、その他、環境・医療などの分野の発光デバイスとして、広く応用されつつある。
【０００３】
また、これらの窒化物系化合物半導体には、例えば高電界域でＧａＮの飽和速度が大きいこと、或いはＭＩＳ（Metal-Insulator-Semiconductor ）構造の作製に際し、半導体層として窒化物系化合物半導体を、絶縁層として窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用い、半導体層及び絶縁層を連続して結晶成長させることが出来るというような特徴がある。
この特徴により、窒化物系化合物半導体素子は、飽和ドリフト速度や静電破壊電圧が大きく、高速動作性、高速スイッチング性、大電流動作性などに優れた電子素子として注目されている。
【０００４】
更に、窒化物系化合物半導体は、（１）熱伝導性がＧａＡｓ系などより高いので、ＧａＡｓ系に比べて高温下の高出力素子の材料として有利である、（２）化学的に安定した材料であり、また硬度も高いので、信頼性の高い素子材料であると評価できる。
【０００５】
一般に、半導体膜を基板上に成長させる時には、成長膜と同類あるいは格子定数の近いバルク基板を基板として用いる。従って、窒化物系半導体素子の場合には、例えば同じ窒化物系半導体からなるＧａＮ基板等が望ましいが、ＧａＮ基板の作製は超高圧、超高温のもとで小さなサイズの基板ができているに過ぎず、実用的に大きなサイズの基板を作製することは極めて困難である。
窒化物系半導体素子の基板としてＳｉＣ基板、ＺｎＯ基板、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 基板も使用されてきたが、一般的には、窒化物系半導体素子はサファイア基板上に作製されることが最も多い。
【０００６】
サファイア基板は、高品質かつ安価で２インチ以上のサイズのものが供給されているが、窒化物系半導体の典型であるＧａＮとは、格子不整合と熱膨張係数差が大きいという問題を有する。また、サファイア基板は、劈開性がなく、電気伝導性が小さく電気的に絶縁である。
例えば、サファイアとＧａＮとの格子不整合は約１３％であって大きいので、サファイア基板とＧａＮ層の間に緩衝層を設けて不整合を緩和し、良好な単結晶のＧａＮ層をエピタキシャル成長させるようにしているものの、その欠陥密度は、例えば１０8 〜１０9 ｃｍ-2程度にも達していて、半導体素子の動作信頼性にとって悪影響を与えている。
【０００７】
更に、（１）サファイア基板とＧａＮ層との熱膨張係数の差が大きいので、結晶成長膜が厚いと、室温でも基板反りが大きくなって、クラックの発生が心配される等の素子形成プロセス上で制約が多く、また、（２）サファイア基板には劈開性が無く、鏡面性の高いレーザ端面を安定して形成することが難しい、更には、（３）サファイアが絶縁性のために、ＧａＡｓ系半導体レーザ素子のように基板裏面に一方の電極を設けることが難しく、ｐ側電極及びｎ側電極の双方を基板上の窒化物系化合物半導体の積層構造側に設けることが必要となり、素子面積が広くなり、工程が複雑になる。
【０００８】
そこで、窒化物系化合物半導体、特にＧａＮ系化合物半導体と格子整合するＧａＮ単結晶基板を工業的に容易な方法で作製する研究が盛んに行われている。
その一つとして、例えば、特開２００１−１０２３０７号公報は、気相成長の成長表面が平面状態でなく、三次元的なファセット構造を持つようにし、ファセット構造を持ったまま、ファセット構造を埋め込まないで成長させることにより転位を低減するようにした単結晶窒化ガリウムの結晶成長方法を開示している。本方法によれば、窓付きマスクを介してＧａＡｓ基板上にＧａＮ単結晶層を成長させ、成長させたＧａＮ単結晶層をスライシングすることにより、ＧａＮ単結晶基板を作製することができる。
【０００９】
ところで、窒化物系化合物半導体素子をシステムの構成要素として組み込むときには、システムの目的に適したパッケージ化が必要となる。
例えば半導体レーザ素子等の光学系素子の場合、パッケージ実装するに当たり、パッケージ実装する基台に対する光発射位置、つまり出射端面の位置決めは、光波面精度、高速変調、光ファイバとの結合等の直接の光電気特性に影響するので、位置決めの正確な制御が要求されている。更には、パッケージ実装自体が、半導体レーザ素子の耐震性、放熱性、耐湿性等に大きな影響を及ぼす重要な作業であるから、十分な配慮を必要とする。
例えば、半導体レーザ素子は、極めて小さく、外的な力に弱いので、ＡｌＮ製等のサブマウント上にダイボンディングされている。また、半導体レーザ素子は、発熱性が高いので、半導体レーザ素子をダイボンディングしたサブマウントを、更に、ヒートシンク上に接合して放熱性を高めている。
【００１０】
半導体レーザ素子を半導体基板や光学結晶基板等上に集積して集積素子を作製するとき、プロセス工程の組み合わせにより、半導体基板や光学結晶基板等の基台上に半導体レーザ素子を一体的に集積するモノリシック集積と、半導体レーザ素子を形成する工程とは別の工程で作製した半導体基板や光学結晶基板等の基台上に、実装工程で半導体レーザ素子をダイボンディングして集積するハイブリッド集積がある。
ハイブリッド集積は、幅広い材料の組み合せが可能となり、モノリシック集積より高機能複雑な集積素子を作製できるという利点がある。
【００１１】
ハイブリッド集積やパッケージ実装の際、素子、例えば半導体レーザ素子の位置決め方式には、マニュアルタイプと自動化タイプとがある。
マニュアルタイプの方式は、人間が半導体レーザ素子と基台とを目視で位置合わせする方式である。例えば、図７（ａ）に示すように、半導体レーザ素子８０をヒートシンク８２に実装する際には、半導体レーザ素子８０の出射端面とヒートシンク８２の前面とを面一に整合し、次いでヒートシンク８２上の位置決めマーク８４と半導体レーザ素子８０の側壁との距離を目視で測定して、半導体レーザ素子８０を所定の位置に位置決めしている。
【００１２】
また、図７（ｂ）に示すように、サブマウント８６を介して半導体レーザ素子８０をヒートシンク８２に実装する際には、半導体レーザ素子８０の出射端面、サブマウント８６の前面、及びヒートシンク８２の前面を面一に整合し、次いで、ヒートシンク８２にサブマウント８６を位置決めし、続いてサブマウント８６上のマーク８８と半導体レーザ素子８０の側壁との距離を目視で測定して、半導体レーザ素子８０を所定の位置に位置決めしている。
【００１３】
一方、自動化タイプの方式は、半導体レーザ素子及び基台の双方に位置決めマークを設け、基台をＸ−Ｙステージに載置し、位置決めマークを基準にしてその位置をＣＣＤカメラを用いて信号として取り込み、ソフトウェア及びＸ−Ｙステージにより位置制御を行って、位置決めを自動的に行う方式である。
つまり、マニュアルタイプの方式と自動化タイプの方式との双方とも、マークを必要とし、両者の違いは、半導体レーザ素子の位置決めマークと基台の位置決めマークとの距離を目視で行うか、ＣＣＤカメラで行うかの違いのみである。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、窒化物系化合物半導体素子単体及び集積素子の高機能化、複雑化、集積する素子数の増加等に伴い、精密な位置制御が要求され、位置決めの要求精密度も著しく高くなっている。
位置決め不良による位置ずれは、製品の歩留まりやコストに大きな影響を与えるので、素子の実装に際し、従来に比べてより高い精度で位置決めできる、素子の実装方法が求められている。
しかも、窒化物系化合物半導体素子は、ＧａＡｓ基板上やＩｎＰ基板上に形成した化合物半導体素子とは異なり、劈開性が乏しく、位置決めマークとなる素子外縁を正確にかつ再現性よく形成することが難しく、個体差が極めて大きい。従って、前述した従来の位置決め方法では、距離測定に誤差が生じ易く、正確に位置決めすることが難しかった。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、窒化物系化合物半導体素子の実装の際、半導体基板の特質を利用して、位置決めを正確に出来るようにした窒化物系化合物半導体素子の実装方法を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上述の課題を解決する研究の過程で、低密度欠陥領域中に高密度欠陥領域が規則的、例えば周期的に配列されている、新規な構成の半導体基板として開発されたＧａＮ単結晶基板に注目した。
この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高密度欠陥領域の位置を制御することにより、開発されたものである。
【００１７】
開発された半導体基板の高密度欠陥領域の配列パターンは、自在であって、例えば、図８に示すような正方形格子状の配列、図９（ａ）に示すような長方形格子状の配列、図９（ｂ）に示すように六方格子状の配列等がある。図８（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、高密度欠陥領域を説明するＧａＮ基板の平面図及び断面図である。
また、高密度欠陥領域の配列パターンは、上述のような分散型パターンだけではなく、例えば図１０（ａ）に示すように、点状の高密度欠陥領域が断続して線状に配置されたもの、更には図１０（ｂ）に示すように、高密度欠陥領域が線状に連続しているものも作製可能である。
【００１８】
ここで、ＧａＮ単結晶基板の作製方法を説明する。
ＧａＮ単結晶の基本的な結晶成長メカニズムは、ファセット面からなる斜面を有して成長し、そのファセット面斜面を維持して、成長することで、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有して成長が行われ、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。
【００１９】
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。
【００２０】
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することができる。
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。
【００２１】
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、高密度欠陥領域を形成する場所に、種を予め形成しておくことにより、発生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、高密度の欠陥領域を形成することが出来る。
【００２２】
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、高密度欠陥領域の配列、形状に従って、ドット状、あるいはストライプ状である。
その後、Hydride Vapor Phase Epitaxy(ＨＶＰＥ)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。
【００２３】
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高欠陥密度領域が規則正しく、形成された基板となっている。高欠陥密度領域以外の単結晶領域は、高欠陥密度領域に比べ、転位密度が著しく低い低転位密度領域となっている。
【００２４】
本発明者は、上述のＧａＮ基板の高密度欠陥領域は、結晶欠陥が多いために、本来、窒化物系化合物半導体素子の構成要素を設けるべきでない領域であるものの、上述のように正確な位置決めで、そこに高密度欠陥領域が生成していることに注目した。
そして、高密度欠陥領域を位置決めマークとして利用して、窒化物系化合物半導体素子を実装することを着想し、実験の末に、本発明を発明するに到った。
以上の説明では、主として、半導体レーザ素子を例にして説明したが、これは、窒化物系化合物半導体素子全般に該当することである。
【００２５】
上記目的を達成するために、本発明に係る窒化物系化合物半導体素子の実装方法は、結晶欠陥密度が周囲より高い領域として、周期的な基板面上配列で基板を貫通している高密度欠陥領域を有する半導体結晶基板上に、窒化物系化合物半導体の積層構造を備える窒化物系化合物半導体素子を実装する方法であって、
高密度欠陥領域内で欠陥密度が最も高いコア領域の基板を貫通する、又は未貫通するように孔を設け、次いで基板上に窒化物系化合物半導体の積層構造を形成し、チップ化して窒化物系化合物半導体素子を作製した後、窒化物系化合物半導体素子を基台上にダイボンディングする際、
窒化物系化合物半導体素子を基台上に位置決めするに当たり、窒化物系化合物半導体素子に光を照射して孔の位置を検出し、孔を位置決めマークとして使用することにより窒化物系化合物半導体素子を基台上に位置決めすることを特徴としている。
【００２６】
本発明で、コア領域の基板を開孔する孔として貫通孔である必要は、必ずしもなく、基板途中までの盲孔でも良い。尚、貫通孔、盲孔の径は、任意であって、照射した光によって孔を検出できる限り、制約はない。
尚、高密度欠陥領域は、基板を貫通する柱状の領域であり、高密度欠陥領域の断面形状は任意である。
本発明で、窒化物系化合物半導体素子を構成する窒化物系化合物半導体層の積層構造の能動領域は、高密度欠陥領域と高密度欠陥領域との間の低密度欠陥領域上に設けてある。
【００２７】
本発明の窒化物系化合物半導体素子は、窒化物系半導体レーザ素子、窒化物系半導体発光ダイオード、窒化物系化合物半導体電子素子等を含む概念である。
また、半導体結晶基板とは、結晶欠陥密度が周囲より高い領域として、周期的な基板面上配列で基板を貫通している高密度欠陥領域を有する限り、その組成に制約はない。
窒化物系化合物半導体とは、Ａｌa Ｂb Ｇａc Ｉｎd Ｎ（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、０≦ａ、ｂ、ｃ、ｄ≦１）を言う。
【００２８】
本発明に係る窒化物系化合物半導体素子の実装方法は、正確にしかも高い再現性で生成している高密度欠陥領域に設けた孔を位置決めマークとして利用することにより、窒化物系化合物半導体素子に別途位置決め用マークを設けることなく、窒化物系化合物半導体素子を基台上に正確に位置決めすることができる。
【００２９】
本発明方法では、高密度欠陥領域の配列パターンは自在であって、具体的には、高密度欠陥領域が、半導体結晶基板の基板面上で周期的に、例えば正方形格子状、長方形格子状、及び六方格子状のいずれかの配置で点在していても良い。
また、高密度欠陥領域が、半導体結晶基板の基板面上で相互に離隔して平行に、かつ周期的に配置された線状の高密度欠陥領域であって、点状の高密度欠陥領域が相互に接して、又は断続して線状に配置されてなる高密度欠陥領域、又は高密度欠陥領域が連続して線状に延在してなる高密度欠陥領域であっても良い。
【００３０】
【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。尚、以下の実施形態例で示す化合物半導体層の組成及びプロセス条件等は、本発明の理解を容易にするための一つの例示であって、本発明はこの例示に限定されるものではない。
実施形態例１
本実施形態例は、本発明に係る窒化物系化合物半導体素子の実装方法の実施形態の一例であって、図１は本実施形態例の方法を適用する窒化物系半導体レーザ素子の構成を示す断面図、図２（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、本実施形態例の方法を適用する窒化物系半導体レーザ素子を作製する際の工程毎の断面図又は斜視図である。図３はチップ化工程及び実装工程を説明するフローチャート、及び図４は本実施形態例の方法を適用して窒化物系半導体レーザ素子を位置決めする様子を説明する斜視図である。また、図８（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本実施形態例の窒化物系半導体レーザ素子のＧａＮ基板の高密度欠陥領域の配置を示す平面図及び断面図である。
【００３１】
本実施形態例の窒化物系半導体レーザ素子１０が形成されるＧａＮ基板７６は、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、結晶欠陥密度が周囲の領域より高い、いわゆる高密度欠陥領域７８がＧａＮ基板７６を貫通して、かつ、平面的には基板面上で周期的な正方形格子状配列で存在しているという特質を有している。尚、次のｎ型ＧａＮ基板１２は、図１１（ａ）に示すように、ＧａＮ基板７６の一部であり、また、９０はレーザストライプを示す。
【００３２】
本実施形態例で実装する窒化物系半導体レーザ素子１０は、６００μｍの共振器長の端面出射型の半導体レーザ素子であって、図１に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１２上に、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層１４、Ｓｉドープｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１６、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ光導波層１８、多重量子井戸構造を有する活性層２０、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ光導波層２２、Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２４、及びＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層２６の積層構造を備えている。
また、窒化物系半導体レーザ素子１０は、ｐ型ＧａＮコンタクト層２６上にストライプ状ｐ側電極２８、及びｎ型ＧａＮ基板１２の裏面にストライプ状ｎ側電極３０を備えている。
【００３３】
更に、窒化物系半導体レーザ素子１０は、型ＧａＮ基板１２の高密度欠陥領域のコア部１２ａの少なくとも一方の列を貫通する直径５０μｍの貫通孔３２を備えている。コア部１２ａは、高密度欠陥領域のなかでも、特に結晶欠陥密度が高い部位であり、貫通孔３２間の領域は、低密度欠陥領域である。
本実施形態例では、貫通孔３２の直径を５０μｍにしているものの、５０μｍである必要はなく、照射した光によって孔を検出できる限り、制約はない。例えば、数μｍから１００μｍ程度、好ましくはコア部１２ａの直径以下とする。尚、コア部１２ａの直径以下が好ましいのは、コア部は結晶欠陥密度が高いので、貫通孔を設け易いからである。
そして、ｎ側電極３０は、コア部１２ａと隣のコア部１２ａの間に位置するように設けてあり、また、ｐ側電極２８は、ｎ側電極３０の丁度真上に設けてある。
【００３４】
本実施形態例の方法では、先ず、図２（ａ）に示すように、結晶欠陥密度が周囲の領域より高い高密度欠陥領域を周期的に有するｎ型ＧａＮ基板１２の高密度欠陥領域のコア部１２ａの一方の列に貫通孔３２を設ける。コア部１２ａは、高密度欠陥領域内でも特に結晶欠陥密度が高い部分であり、コア部１２ａとコア部１２ａとの間の領域は結晶欠陥密度が低い低密度欠陥領域である。
貫通孔３２を開孔するに当たっては、結晶欠陥密度の大小を利用して、ＫＯＨ又はリン酸をエッチャントとして用いたウエットエッチングによりコア部１２ａを貫通する直径５０μｍの貫通孔３２を容易に形成することができる。尚、本実施形態例では、コア部１２ａの径より貫通孔３２の径が小さい。
【００３５】
貫通孔３２を開孔する際のエッチング方法は、ＫＯＨ又はリン酸をエッチャントとして用いたウエットエッチング法に限らず、ドライエッチング法或いはサーマルエッチング法を適用することができる。
【００３６】
次に、ｎ型ＧａＮ基板１２上に、図２（ｂ）のように、例えばＭＯＣＶＤ法（Metalorganic Chemical Vapor Deposition：有機金属化学気相成長法）により、例えば成長温度１０００℃で、順次、ＳｉドープＧａＮ層１４を膜厚３．０μｍ、Ｓｉドープｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１６を膜厚０．５μｍ、及びＳｉドープｎ型ＧａＮ光導波層１８を膜厚０．１μｍ成長させる。
続いて、成長温度８００℃で、例えばＧａ1-x ＩｎxＮ（井戸層）およびＧａ1-yＩｎyＮ（障壁層）よりなる多重量子井戸構造を有する活性層２０を膜厚４０ｎｍ成長させる。
更に、成長温度１０００℃で、順次、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ光導波層２２を膜厚０．１μｍ、Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２４を膜厚０．５μｍ、及びＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層２６を膜厚０．５μｍ成長させる。
【００３７】
次に、図２（ｃ）に示すように、ｐ型コンタクト層２６の上に例えばパラジウム、白金、金を順次蒸着して、ストライプ状のｐ側電極２８を形成する。次いで、ｎ型ＧａＮ基板１２の裏面を研磨して薄板化し、続いて基板裏面に、例えばチタン、白金、金を順次蒸着してストライプ状のｎ側電極３０を形成する。
【００３８】
次いで、図３に示すように、共振器長が６００μｍになるように、上述の構造を備える基板（ウエハ）を劈開してバー化し、次いで共振器端面に端面反射膜（図示せず）を成膜する。これにより、図１に示す窒化物系半導体レーザ素子１０を完成することができる。
次いで、図４に示すように、窒化物系半導体レーザ素子１０をヒートシンク４０上にジャンクションダウン方式でダイボンディングし、続いて窒化物系半導体レーザ素子１０のｎ側電極３０とヒートシンク４０上に設けられている外部端子（図示せず）とをワイヤボンディングする。ここで、ジャンクションダウン方式とは、ｐ側電極２８をヒートシンク４０上に接合する方式である。尚、ｎ側電極３０をヒートシンク４０上に接合するジャンクションアップ方式でも、勿論良い。
そして、ヒートシンク４０上にダイボンディングした窒化物系半導体レーザ素子１０の特性測定を行う。尚、劈開した後、或いはダイボンディングする前に、特性測定を行っても良い。
【００３９】
本実施形態例では、ヒートシンク４０上に窒化物系半導体レーザ素子１０をダイボンディングする際、図４に示すように、窒化物系半導体レーザ素子１０の出射端面３４とヒートシンク４０の前面４２とを面一に合わせる。
尚、本実施形態例では、窒化物系半導体レーザ素子１０の出射端面３４とヒートシンク４０の前面４２とを面一に合わせているが、これは必ずしもそうする必要はなく、窒化物系半導体レーザ素子１０の出射端面３４がヒートシンク４０の前面４２から後退していても良い。
次いで、窒化物系半導体レーザ素子１０上に、光、例えばレーザ光をレンズで絞って照射して、貫通孔３２の位置を検出し、これを窒化物系半導体レーザ素子１０の位置決めマークとする。そして、貫通孔３２とヒートシンク４０上の位置決めマーク４４との距離が、所定の距離になるように、窒化物系半導体レーザ素子１０をヒートシンク４０上で位置決めする。
【００４０】
実施形態例２
本実施形態例は、本発明に係る窒化物系化合物半導体素子の実装方法の実施形態の別の例であって、図５は本実施形態例の方法を適用して位置決めする様子を説明する斜視図である。
本実施形態例の方法は、実施形態例１と同様に作製した窒化物系半導体レーザ素子１０を、サブマウント４６を介してヒートシンク４０上にダイボンディングすることを除いて、実施形態例１と同じ構成である。
本実施形態例では、サブマウント４６を介してヒートシンク４０上に窒化物系半導体レーザ素子１０をダイボンディングする際、図５に示すように、窒化物系半導体レーザ素子１０をジャンクションダウン方式でサブマウント４６上に載せ、窒化物系半導体レーザ素子１０の出射端面３４、ヒートシンク４０の前面４２、及びサブマウント４６の前面４８を面一に合わせる。
【００４１】
次いで、窒化物系半導体レーザ素子１０上に、光、例えばレーザ光をレンズで絞って照射して、貫通孔３２の位置を検出し、これを窒化物系半導体レーザ素子１０の位置決めマークとする。そして、貫通孔３２とサブマウント４６上の位置決めマーク５０との距離が、所定の距離になるように、窒化物系半導体レーザ素子１０をサブマウント４６上で位置決めする。
【００４２】
実施形態例１及び２の方法では、正確な位置に再現性良く生成している高密度欠陥領域に設けた貫通孔３２を位置決めマークとして利用することにより、窒化物系半導体レーザ素子１０に別途位置決めマークを設けることなく、窒化物系半導体レーザ素子１０を正確に位置決めすることができる。
【００４３】
実施形態例３
本実施形態例は、本発明に係る窒化物系化合物半導体素子の実装方法の実施形態の更に別の例であって、図６（ａ）は本実施形態例の方法を適用して窒化物系半導体レーザ素子を位置決めする様子を説明する斜視図であり、図６（ｂ）は従来の位置決め方法を説明する斜視図である。
本実施形態例の方法は、実施形態例１の方法によってヒートシンク４０上にダイボンディングした窒化物系半導体レーザ素子１０をＰＤＩＣ５２上に実装する際に適用される。ここで、ＰＤＩＣとは、フォトダイオード集積回路である。
ヒートシンク４０上にダイボンディングした窒化物系半導体レーザ素子１０をＰＤＩＣ５２上のフォトダイオード５４に対して位置決めするに当たり、図６（ａ）に示すように、窒化物系半導体レーザ素子１０上に、光、例えばレーザ光をレンズで絞って照射して貫通孔３２の位置を検出する。
そして、貫通孔３２を位置決めマークとして使用して、窒化物系半導体レーザ素子１０をＰＤＩＣ上の位置決めマーク５６に対して位置決めする。位置決めマーク５６は、ＰＤＩＣ５２上のフォトダイオード５４に対して所定の位置に設けてある。図６中、５８は、端子である。
【００４４】
一方、従来の方法では、ヒートシンク４０上にダイボンディングした窒化物系半導体レーザ素子１０をＰＤＩＣ５２上のフォトダイオード５４に対して位置決めするに当たり、図６（ｂ）に示すように、窒化物系半導体レーザ素子１０の出射端面３４とＰＤＩＣ上の位置決めマーク５６との間が所定の距離になるように、窒化物系半導体レーザ素子１０をフォトダイオード５４に対して位置決めする。
【００４５】
窒化物系半導体レーザ素子は、劈開性が劣るために出射端面の直線性が悪く、また劈開の再現性が悪いので、個体差が大きい。従って、出射端面３４を位置決め基準とする従来の方法では、窒化物系半導体レーザ素子１０をフォトダイオード５４に対して正確に位置決めすることが難しかったが、本実施形態例では、正確な位置に高い再現性で設けられている貫通孔３２を位置決め基準にしているので、窒化物系半導体レーザ素子１０をフォトダイオード５４に対して正確に位置決めすることができる。
【００４６】
上述の実施形態例では、ＧａＮ基板として、高密度欠陥領域が正方形格子状に配列されているＧａＮ基板７６を用いているが、これに限らず、例えば図１１（ｂ）に示すように、高密度欠陥領域が長方形格子状に配置されているＧａＮ基板９２、また、図１１（ｃ）に示すように、高密度欠陥領域が六方格子状に配置されているＧａＮ基板９４を用いることができる。
更には、図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、高密度欠陥領域が線状に配置されているＧａＮ基板９６、９８を用いることができる。図１１及び図１２は高密度欠陥領域とレーザストライプとの位置関係を示している。尚、図１１及び図１２中、９０はレーザストライプを示す。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、高密度欠陥領域内で欠陥密度が最も高いコア領域の基板を貫通する、又は未貫通する孔を設け、ヒートシンク、サブマウント、パッケージ本体等にダイボンディングする際、レーザ光等の光を窒化物系化合物半導体素子に照射して孔を検出して、これを位置決めマークとして使用することにより、窒化物系化合物半導体素子の精密な位置制御が可能となる。これにより、製品の歩留まりが向上し、コスト低減を図ることできる。
また、窒化物系半導体レーザ素子をＰＤＩＣ上に実装する際も同様に窒化物系半導体レーザ素子の精密な位置制御が可能となり、集積した窒化物系半導体レーザ素子の素子特性自体が向上する。これにより、製品の歩留まりが向上し、コスト低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１の方法を適用するＧａＮ系半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
【図２】図２（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、実施形態例１の方法を適用してＧａＮ系半導体レーザ素子をダイボンディングする際の工程毎の断面図又は斜視図である。
【図３】チップ化工程及び実装工程を説明するフローチャートである。
【図４】実施形態例１の方法を適用して窒化物系半導体レーザ素子の位置決めする様子を説明する斜視図である。
【図５】実施形態例２の方法を適用して窒化物系半導体レーザ素子の位置決めする様子を説明する斜視図である。
【図６】図６（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、実施形態例３の方法、及び従来の方法を適用して窒化物系半導体レーザ素子をＰＤＩＣ上のフォトダイオードに対して位置決めする様子を説明する斜視図である。
【図７】図７（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、窒化物系半導体レーザ素子をヒートシンク及びサブマウント上に位置決めする従来の方法を示す斜視図である。
【図８】図８（ａ）及び（ｂ）は、高密度欠陥領域を説明するＧａＮ基板の平面図及び断面図である。
【図９】図９（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、長方形格子状の配列、及び六方格子状の配列を示す図である。
【図１０】図１０（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、点状の高密度欠陥領域が断続して線状に配置された配列、高密度欠陥領域が線状に連続して配列を示す図である。
【図１１】図１１（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、高密度欠陥領域が、正方形格子状配置、長方形格子状配置、及び六方格子状配置のＧａＮ基板でのＧａＮ系半導体レーザ素子の区画を示す図である。
【図１２】図１２（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、高密度欠陥領域が線状に配置されているＧａＮ基板でのＧａＮ系半導体レーザ素子の区画を示す図である。
【符号の説明】
１０……実施形態例１のＧａＮ系半導体レーザ素子、１２……ｎ型ＧａＮ基板、１２ａ……コア部、１４……ｎ型ＧａＮ層、１６……ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、１８……ｎ型ＧａＮ光導波層、２０……Ｇａ1-xＩｎxＮ（井戸層）およびＧａ1-yＩｎyＮ（障壁層）よりなる多重量子井戸構造を有する活性層、２２……ｐ型ＧａＮ光導波層、２４……ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、２６……ｐ型ＧａＮコンタクト層、２８……ｐ側電極、３０……ｎ側電極、３２……貫通孔、３４……出射端面、４０……ヒートシンク、４２……前面、４４……位置決めマーク、４６……サブマウント、４８……前面、５０……位置決めマーク、５２……ＰＤＩＣ、５４……フォトダイオード、５６……位置決めマーク、５８……端子、７６……ＧａＮ基板、７８……高密度欠陥領域、８０……半導体レーザ素子、８２……ヒートシンク、８４……位置決めマーク、８６……サブマウント、８８……位置決めマーク、９０……レーザストライプ、９２……高密度欠陥領域が長方形格子状に配置されているＧａＮ基板、９４……高密度欠陥領域が六方格子状に配置されているＧａＮ基板、９６、９８……高密度欠陥領域が線状に配置されているＧａＮ基板。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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