(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に３族窒化物半導体からなる１以上の結晶層を順に積層して得られる窒化物半導体ウエハから窒化物半導体素子を分離する分離方法であって、
基板上に成膜された下地層上に結晶層の複数を形成する結晶層形成工程と、
前記結晶層の最表面上に電極層を形成する電極層形成工程と、
メッキ接合面を生成すべく前記電極層上に絶縁ストライプを形成する工程と、
前記絶縁ストライプ以外の前記電極層上に金属膜をメッキして前記絶縁ストライプ上に金属膜のメッキ接合面を生成して、一体となった金属膜からなる補助基板を形成する工程と、
前記補助基板の形成後に、前記基板及び下地層間の界面に向け、前記基板側から光を照射して、窒化物半導体の分解物領域を形成する光照射工程と、
前記結晶層を担持した前記下地層を前記分解物領域に沿って前記基板から剥離する剥離工程と、
前記剥離工程後に、前記金属膜の補助基板を前記メッキ接合面にて裂割して複数の窒化物半導体素子の構造に分離する分離工程と、
を含むことを特徴とする分離方法。
【請求項２】
前記金属膜は、銅であることを特徴とする請求項１記載の分離方法。
【請求項３】
前記光は、前記基板を透過しかつ前記界面近傍の結晶層に吸収される波長を有する光から選択されることを特徴とする請求項１記載の分離方法。
【請求項４】
前記光照射工程において、前記光は前記基板及び下地層間の界面に一様に又はスポット状若しくはライン状に走査され照射されることを特徴とする請求項１記載の分離方法。
【請求項５】
前記光照射工程において、前記光はＹＡＧレーザの４倍波である紫外光であることを特徴とする請求項１記載の分離方法。
【請求項６】
前記分離工程の前に、前記金属膜の補助基板に保持板を貼り付ける工程を含むことを特徴とする請求項１記載の分離方法。
【請求項７】
前記分離工程において、前記金属膜の補助基板とともに前記結晶層を担持した前記下地層を劈開し、劈開面を形成する劈開工程を含むことを特徴とする請求項１記載の分離方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３族窒化物半導体素子（以下、単に素子とも記述する）に関し、特に、同材料系を用いた半導体レーザ素子の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ素子を動作させるには、光学的共振器を形成するための一対の反射鏡が必要である。ＧａＡｓなどの半導体結晶材料を用いて半導体レーザ素子（ファブリペロ型）を作製する場合、こうした反射面はほとんどＧａＡｓ結晶基板の劈開により形成されている。
【０００３】
３族窒化物半導体の結晶系は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体の閃亜鉛鉱型とは異なってウルツ鉱型という６方晶系類似の結晶系であるが、やはり明確な劈開面を有している。従って、例えばＧａＮなどの結晶基板上にレーザ素子構造を形成することができれば最善である。
しかしながら、３族窒化物材料を用いて半導体レーザ素子を作製する場合、基板に用いるべき窒化物バルク結晶が製造されていないため、サファイアやＳｉＣといった別種の基板上に窒化物結晶膜を下地層としてエピタキシャル成長させることによって素子を作製せざるを得ない。
【０００４】
従来、基板上の窒化物レーザの反射鏡面作製方法としては、以下の４通りの方法１）〜４）が知られている。
１）  基板上に窒化物成長膜レーザ構造を作製し、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などのドライエッチングにより削って、反射鏡面を得る。
２）  サファイア基板のＣ面すなわち（０００１）面又はＡ面すなわち
【０００５】
【外１】
0004060511.tif 000002
［以下、（１１−２０）面と記載する］上に成長し、サファイアの
【０００６】
【外２】
0004060511.tif 000003
［以下、（１−１００）面又は（１−１０２）面と記載する］に沿って割って、反射鏡面を得る。
【０００７】
３）  ＳｉＣ基板上に窒化物成長膜のレーザ構造を作製し、裏面を研磨して薄くした後、基板と一緒に劈開して、反射鏡面を得る。
４）  サファイア基板上に厚い例えば、１００ｎｍ〜μｍの厚さのＧａＮ膜を形成した後、研磨などによりサファイアを除去し、残ったＧａＮを基板結晶として用いて再度レーザ構造をその上に形成する。
【０００８】
サファイアのＣ面及びＡ面上で良好な単結晶膜が得られている。従来から半導体レーザなどに用いられているＧａＡｓ基板などと比較してサファイア基板は極めて割りにくいため、上記の劈開による方法を避け、反射面をＲＩＥなどのエッチングによって得ることも行なわれている。サファイアには、ＳｉやＧａＡｓなどのような明瞭な劈開面は存在しないが、Ｃ面に関しては（１−１００）面で一応割ることができ、Ａ面に関しては（１−１０２）面すなわち通称Ｒ面で通常の結晶の劈開にかなり近い状態で良好に割ることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の形成方法１）〜４）にはそれぞれ以下に述べる欠点がある。
形成方法１）のＲＩＥを用いる方法に関しては、導波路に対して垂直な反射面を得るのが困難であり、反射面の面粗さを平滑にして良好にするのが困難であり、出射光の遠視野像が多スポットになってしまう問題がある。特に、出射光の多スポット化は、ＲＩＥなどのドライエッチングを用いてもサファイアを有効にエッチングできないことに起因している。図１に示すように、エッチングによってレーザ構造１の反射鏡面２を形成して作製したレーザ素子において、図中に（ｓ）で示した部分のサファイア基板３（エッチングされずに残った部分）に出射ビームが反射し、この反射光と主ビームが干渉し、遠視野がマルチスポットになってしまうのである。この遠視野像のマルチスポット化は、光ディスクの読取り光源としては致命的であるので、このままでは全く実用にならない。
【００１０】
上記の形成方法２）の内、サファイアＣ面上成長に関しては、サファイア基板の裏面を削って、薄くしないと割れないという煩雑性や、再現性よく劈開ができない問題がある。これら問題は、サファイア（１−１００）面が劈開面では無いことに起因している。サファイアは極めて結晶が硬いため、薄くしないとケガキ線に沿って割ることができず、そこで、レーザ素子として実用になる程度の劈開面を得ようとすると、サファイア基板の厚さを１００μｍ程度まで薄くする必要がある。既にレーザ構造を表面に作り込んだウエハの裏面を研磨していくと、サファイアと窒化物の熱膨張係数差や研磨に伴う残留応力でウエハに反り及び歪みが生ずる。これらのため、ウエハを裏面研磨すると研磨作業中にウエハが割れてしまうトラブルが極めて生じやすく、量産上極めて不利である。
【００１１】
また、サファイアＣ面上に成長した窒化物（代表的２元化合物はＧａＮであり、以下ＧａＮと記す）の、結晶方位は基板であるサファイアに対して３０度回転しており、基板であるサファイアを（１−１００）面で割ると、その上のＧａＮとしては（１１−２０）面で割ることになる。ＧａＮ結晶の劈開面は（１−１００）面であるので、この場合、ＧａＮは劈開面でない結晶面でやや無理をして割っていることになるが、ＧａＮ結晶の対称性のため、正確に（１１−２０）面に沿った方向に割れが入っていけば、極めて良好な破断面が得られる。
【００１２】
しかるに、サファイアも（１−１００）面は劈開面でないため、ややズレた角度でケガキ線を入れても割ることができる。この場合、ＧａＮは（１１−２０）面からずれた方向に割れることになるので、反射率の低下や出射光の波面の乱れを引き起こし、レーザ用の反射面としての品質が劣化する。
さらに、上記の形成方法２）の内、サファイアＡ面上の成長に関しては、ＧａＮの破断面の品質が十分でない問題がある。
【００１３】
サファイアの裂開面である（１−１０２）面のＲ面は極めて割りやすいため、通常に基板として用いられる２５０〜３５０μｍの厚さでも容易に裂開ができる。しかし、図２に示すように、サファイア基板Ａ面上にレーザ構造を形成して矢印方向から裂開した場合、ＧａＮの側面表面に細かな複数の筋が入る。複数の筋の発現は、ウエハの全厚の大部分はサファイアであり、サファイアはＲ面で割れるためである。サファイア基板はそのＲ面に沿って割れていくが、サファイアＡ面上に成長したＧａＮの（１−１００）面とサファイアＲ面とは互いに２．４度ずれているので、裂開による割れ（クラック）がサファイア／ＧａＮ界面に到達した後も、ＧａＮのわずかな深さまでは下地のサファイアのＲ面に沿ってクラックは伝搬する。しかしながら、ＧａＮはその劈開面である（１−１００）面で割れようとするため、複数の（１−１００）面が階段状になった破断面を形成することとなる。このようにサファイアＣ面上の場合と同様に、ＧａＮの（１−１００）面が階段状に現れているのである。このため、第２のサファイアＡ面上の成長による反射鏡面作製方法に関しても、ＧａＮの破断面の品質がそれほど良くならない。
【００１４】
上記の作製方法３）の方法においては、ＳｉＣ基板は価格が極めて高く、成長条件などの各種検討を行なう際に負担が大きい問題がある。また、劈開工程に先立ち裏面を研磨する際に、ＳｉＣの硬度が極めて高いため著しい困難を伴う。更に、熱膨張係数差の関係でその上に形成する窒化物層に割れが入り易いため、窒化物層の膜厚を自由に設計できないという問題がある。
【００１５】
上記の形成方法４）の方法は、前述したように劈開状態に関しては理想的であるが、厚いＧａＮ層を気相成長法で形成するのが難しい上、サファイアを研磨で除去する工程が極めて煩雑であるため、口径の大きな結晶基板を歩留まりよく得られるには至っていない。
そこで、本発明では、レーザ構造において高品質な反射鏡面を再現性良く得られる３族窒化物半導体レーザ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明による分離方法は、基板上に３族窒化物半導体からなる１以上の結晶層を順に積層して得られる窒化物半導体ウエハから窒化物半導体素子を分離する分離方法であって、
基板上に成膜された下地層上に結晶層の複数を形成する結晶層形成工程と、
前記結晶層の最表面上に電極層を形成する電極層形成工程と、
メッキ接合面を生成すべく前記電極層上に絶縁ストライプを形成する工程と、
前記絶縁ストライプ以外の前記電極層上に金属膜をメッキして前記絶縁ストライプ上に金属膜のメッキ接合面を生成して、一体となった金属膜からなる補助基板を形成する工程と、
前記補助基板の形成後に、前記基板及び下地層間の界面に向け、前記基板側から光を照射して、窒化物半導体の分解物領域を形成する光照射工程と、
前記結晶層を担持した前記下地層を前記分解物領域に沿って前記基板から剥離する剥離工程と、
前記剥離工程後に、前記金属膜の補助基板を前記メッキ接合面にて裂割して複数の窒化物半導体素子の構造に分離する工程と、
を含むことを特徴とする。
【００２０】
本発明の分離方法においては、前記金属膜は、銅であることを特徴とする。
本発明の分離方法においては、前記基板を透過しかつ前記界面近傍の結晶層に吸収される波長を有する光から選択されることを特徴とする。
本発明の分離方法においては、前記光照射工程において、前記光は前記基板及び下地層間の界面に一様に又はスポット状若しくはライン状に走査され照射されることを特徴とする。
【００２１】
本発明の分離方法においては、前記光照射工程において、前記光はＹＡＧレーザの４倍波である紫外光であることを特徴とする。
【００２２】
【作用】
本発明によれば、ＧａＮ結晶側から保持して、サファイア基板とＧａＮ結晶間との結晶結合を全面又は局所的に解いた分解領域を形成することより、サファイア基板をＧａＮ結晶下地層から剥離できるので、窒化物半導体レーザを再現性良く得ることができる。
【００２３】
劈開工程において、裂割される結晶部分が実質的にＧａＮ系材料のみで構成されるので、劈開性を改善して良質で安定な反射鏡面を得ることができる。ＧａＮ系結晶部分の強度維持のために、補助基板である金属膜を、レーザ構造の上に形成する。補助基板は、メッキ法により、作製中のレーザ構造の電極を下地電極としてその上に金属材料を電着して形成される。メッキ法は、電解メッキ法の他、無電解メッキ法を含む。
【００２４】
更に、メッキ工程において、ＧａＮ系結晶の劈開を予定している線に対応する部分の下地電極上に絶縁物質からなる帯状パターンの絶縁ストライプを形成する。この絶縁ストライプを形成することにより、劈開線部分の補助基板の強度を部分的に低下させることができる。
金属膜の堆積すなわち補助基板の形成後、サファイア基板の裏面側から高出力紫外レーザを照射し、サファイア基板とＧａＮ結晶層を分離する。サファイア基板を除去した面に電極を形成し、しかる後に、上述の絶縁ストライプにそって金属膜を割り、同時にＧａＮ結晶を劈開してレーザバーを得ることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明による実施例の３族窒化物半導体レーザについて実施の形態の一例を図面を用いて説明する。
＜活性層を含む３族窒化物半導体からなる複数の結晶層の作製＞
有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により、図３に示す３族窒化物半導体レーザ素子構造すなわちレーザ素子用の層構造を、以下の作製工程にて両面が鏡面研磨されたサファイアＡ面基板上に作製する。
【００２６】
まず、単結晶サファイア基板１０１を成膜用ＭＯＣＶＤ成長炉に装填し、１０５０℃の温度において３００Torrの圧力の水素気流中で１０分間保持し、サファイア基板１０１の表面の熱クリーニングを行なう。この後、サファイア基板１０１をその温度が６００℃になるまで降温し、窒素原料であるアンモニア（ＮＨ3）と、Ａｌ原料であるトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を成長炉内に導入し、ＡｌＮからなるバッファ層１０２を２０ｎｍの厚さに堆積させる。
【００２７】
続いてＴＭＡの供給を止め、ＮＨ3のみを流したまま、バッファ層１０２が成膜されたサファイア基板１０１の温度を再び１０５０℃に昇温し、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）を導入してｎ型ＧａＮ下地層１０３を積層する。この時、ｎ型不純物であるＳｉの原料としてメチルシラン（Ｍｅ−ＳｉＨ3）を成長雰囲気ガスに添加する。
【００２８】
ｎ型ＧａＮ下地層１０３が４μｍ程度成長した時点で、ＴＭＧの供給のみを停止する。一方、Ｍｅ−ＳｉＨ3はその供給量を増加してそのまま供給し続ける。５分間この状態を保持した後、Ｍｅ−ＳｉＨ3供給量をｎ型層として必要な量まで減らすと共に、ＴＭＧを再度導入し、同時にＴＭＡを導入してｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０４の成膜を行なう。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０４が０．５μｍ程度成長した時点でＴＭＡの供給を停止し、ｎ型ＧａＮガイド層１０５を０．１μｍ成長する。ｎ型ＧａＮガイド層１０５の成長が完了した時点でＴＭＧ，Ｍｅ-ＳｉＨ3の供給を停止して降温を開始し、基板温度を７５０℃とする。
【００２９】
基板温度が７５０℃となった時点でキャリアガスを水素から窒素に切換え、ガス流の状態が安定した時点でＴＭＧ、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）及びＭｅ-ＳｉＨ3を導入してバリア層（障壁層）の成長を行なう。
次に、Ｍｅ-ＳｉＨ3の供給を停止するとともにＴＭＩの流量を増加して、バリア層よりインジウム（Ｉｎ）組成の高い井戸層を成長する。バリア層と井戸層の成長は、多重量子井戸の設計繰返し数に合わせて繰り返す。このようにして、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する活性層１０６の成長を行なう。
【００３０】
最後の井戸層上にバリア（障壁）層を成膜し該活性層を成膜した時点でＴＭＧ，ＴＭＩ，Ｍｅ-ＳｉＨ3の供給を停止すると共に、キャリアガスを窒素から水素に切換え、ＮＨ3を流しつつ、ガス流の状態が安定した時点で基板温度を再び１０５０℃に昇温し、ＴＭＧ，ＴＭＡとｐ型不純物であるＭｇの原料としてエチル−シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｅｔ−Ｃｐ2Ｍｇ）を導入してｐ型ＡｌＧａＮ層１０７を０．０１μｍ積層する。続いてＴＭＡの供給を停止し、ｐ型ＧａＮガイド層１０８を０．１μｍ成長し、再びＴＭＡを導入してｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０９を０．５μｍ成長する。更にこの上にｐ型ＧａＮコンタクト層１１０を０．１μｍ成長させる。その後、ＴＭＧ及びＥｔ−Ｃｐ2Ｍｇの供給を停止し、降温を開始し、基板温度が４００℃になった時点で、ＮＨ3の供給も停止し、基板温度が室温になった時点でウエハを反応炉より取り出す。
＜ｐ型発現処理＞
成膜の完了したウエハを熱処理炉に設置し、処理温度は８００℃、時間は２０分、雰囲気は大気圧の窒素雰囲気中でｐ型発現処理を行なう。
【００３１】
このようにして図３に示すウエハを作製する。
＜リッジ導波路の作製＞
得られたウエハに対して、電流狭窄を兼ねた屈折率導波構造としてリッジ構造の導波路を形成する。
まず、ｐ型発現処理の完了したウエハを蒸着装置に装填し、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１０上にニッケル（Ｎｉ）膜（ｐ側電極）１１１を膜厚０．２μｍ程度形成する。一般的なフォトリソグラフィ手法を用いて、図４に示すように、５μｍ幅のストライプ状のＮｉ膜１１１を残す。続いて、このＮｉストライプをマスクに用いて反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行ない、５μｍ幅以外の部分をｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０９を約０．１μｍ残して除去し、図５に示すように、狭リッジ構造のリッジ部２０２を形成する。
【００３２】
この状態になったウエハのリッジ部２０２及びｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０９上に、図６に示すように、ＳｉＯ2保護膜１１２をスパッタリングなどの方法によって堆積する。その後、通常のフォトリソグラフィ法によって、図７に示すように、ｐ型リッジ部２０２の頂面のＳｉＯ2保護膜１１２に、リッジ部伸長方向に沿って３μｍ幅のＮｉ膜１１１を露出させる電極用窓部１１３ａを形成する。
＜電極層形成工程＞
Ｎｉ膜１１１が露出している部分を含め、全面にチタン（Ｔｉ）を０．０５μｍ、金（Ａｕ）を０．２μｍの膜厚で順に蒸着してｐ側電極１１３を形成する。このようにして、ウエハ上の個々の素子部分においては、図８に示すような素子構造が形成される。
＜メッキ工程＞
こうして作製されたウエハのｐ側電極１１３のＡｕ面上に、図９に示すように、例えばＳｉＯ2などの絶縁材料からなる幅５〜２０μｍ程度の帯状パターンの複数の絶縁ストライプ２０１を形成する。この時、絶縁ストライプ２０１の伸長方向がレーザ素子のリッジ部２０２と垂直、すなわち、後に劈開される劈開面と平行になるようにストライプ２０１を形成する。
【００３３】
図１０は、ｐ側電極１１３のＡｕ面上に絶縁ストライプを形成した後のウエハ平面図を示している。絶縁ストライプ２０１の間隔Ｐは、最終的に作製されるレーザ素子の共振器長と同一の寸法に設定する。
次に、絶縁ストライプを設けた状態で、ｐ側電極１１３のＡｕ面上に銅（Ｃｕ）の電解メッキを開始する。Ｃｕメッキ不要の部分には予め保護膜を設けておく。図１１に示すように、Ｃｕイオンを含む溶液５１で満たされた陽極４９付きのメッキ槽５０を用意し、得られたウエハ１０をこの槽中に浸して、ウエハ１０のｐ側電極１１３のＡｕ面を陰極として、一定時間、陽極陰極間に直流を流して、Ｃｕを電解メッキする。メッキされたＣｕ膜１２０すなわち金属膜の補助基板の膜厚としては５０〜１００μｍ程度に設定する。劈開工程までの補助基板材料としては、必ずしもＣｕである必要はないが、最終的にレーザ素子をヒートシンクにマウントする際の熱伝導性を考慮すると金属ではＣｕが最も好ましい。
【００３４】
電解メッキを開始すると、絶縁ストライプ２０１の付着している部分には電流が流れないためこの部分にはＣｕが析出しない。析出するＣｕ１２０は最初、図１２中のａで示したような断面形状となっているが、メッキ時間の進行とともに、図１２中のｂで示したように、膜厚方向のみでなく横方向にも堆積していく。更にメッキを継続すると、図１２中のｃで示したように、絶縁ストライプ２０１の両側からのＣｕ膜１２０が互いに接するようになる。これ以降はほぼ二次元的な膜の堆積状況となる。本実施例のように幅１０μｍ程度の絶縁ストライプの場合、十分な膜厚（５０〜１００μｍ）で形成するとほぼ平坦な表面が得られる。
【００３５】
図１２中でｄで示した合体部分は互いに別々に成長してきたＣｕ膜が出会っただけのものであるため、結晶として完全につながっているわけではない。また、絶縁ストライプのパターン幅を広く設定するとＣｕ膜の合体が遅れるためこの部分でのＣｕの強度低下が大きく、劈開が容易になる。
上記した絶縁ストライプ２０１の形成時に、図１３に示すように、ストライプパターンの幅をリッジ近傍２０１−ａの部分よりそれ以外の部分２０１−ｂで太くしておくことができる。メッキ工程時に、図１４に示すように、幅が広く設定されている部分２０１−ｂ近傍の合体のみを遅れさせることができる。
【００３６】
メッキ工程完了後、ウエハに対し所定の洗浄を行ない、Ｃｕ膜１２０上に、蒸着によりＡｕベース薄膜１２１を形成する。このようにして、ウエハ上の個々の素子部分においては、図１５に示すような素子構造が形成される。Ｃｕは比較的酸化しやすいので、最終的に作製したレーザチップのボンディング性を考慮すると、Ｃｕ膜１２０表面を保護しておいた方が望ましく、このためＣｕ膜１２０の表面にＡｕ膜１２１を蒸着などの方法で形成しておくのである。その際、中間に付着強度増大用を目的としてクロム（Ｃｒ）、Ｔｉなどの薄い金属膜を介しておくと更によい。
【００３７】
このように、メッキ工程においては、後の劈開工程において得られる積層結晶層の所望のレーザ共振器となるべき劈開面とほぼ揃ったメッキ接合面ｄを発現するように、ＧａＮ系結晶層の結晶方位とストライプ伸長方向とを合わせておく。＜メッキされた金属膜への貼着＞
次に、図１６に示すように、ウエハに形成されたＧａＮ系レーザ構造の電極上のＣｕ膜１２０のＡｕベース薄膜１２１上に、Ｉｎなどの低融点金属を介して、厚さ０．１ｍｍ程度の保持金属板１４０を貼り付ける。
＜サファイア側からのウエハへの光照射＞
次に、例えば、ＹＡＧレーザの４倍波（波長２６６ｎｍ）、ＫｒＦエキシマ（波長２４８ｎｍ）など紫外線域の短波長高出力レーザによって、図１７に示すように、サファイア基板１０１の裏面側すなわち下地層１０３の外側から、下地層に向け、集光レンズで絞って光ビームＬａを照射する。光ビーム照射は下地層全面に一様に照射してもよいが、所定ピッチ又はランダムにスポット状又はライン状に一様に走査して照射してもよい。
【００３８】
照射に用いるレーザ光の波長例えば２４８ｎｍにおいて基板のサファイアがほとんど透明であるのに対して、ＧａＮの吸収端は３６５ｎｍであるため、わずかな浸透深さで照射光が吸収される。また、サファイア基板とＧａＮ間に存在する大きな格子不整合のため、界面近傍のＧａＮには極めて結晶欠陥が多く存在するため、吸収された光のエネルギーは熱に変換され、界面近傍のＧａＮの温度が急激に上昇し、金属Ｇａと窒素に分解することになる。サファイア基板１０１と下地層１０３との界面において、窒化物半導体の分解物領域１５０が形成される。
【００３９】
この窒化物半導体の分解物領域１５０は、製造用に用いられるサファイア基板１０１とＧａＮ又はＡｌＮなどの下地層１０３の結晶とを分離するために、設けられている。すなわち、レーザ光ビームの波長は、サファイアなどの成長用基板を透過しかつ界面に接するＧａＮなどのレーザ構造の下地となる結晶層に吸収される波長から選択される。かかる光ビームによって、サファイア基板１０１とＧａＮなどの下地層１０３結晶と間の結晶結合が破壊される。よって、下地層１０３側は分解物領域に沿ってサファイア基板１０１から剥がれ易くなる。
＜サファイア及びレーザ構造部分の剥離＞
その後、ウエハのサファイア基板１０１を少し加熱する。分解によって生じた金属Ｇａが溶融すればよいので、加熱温度は４０℃程度で足りる。
【００４０】
この加熱によって、下地層１０３側の分解物領域においてガリウムと窒素の結合が解けすなわちＧａＮの結合がはずれているので、図１８に示すように、サファイア基板１０１は、レーザ構造部分及びＣｕ膜１２０の一体から分離する。
レーザ構造部分のＧａＮ膜１０３などは合計数μｍ程度の厚さであるが、厚いＣｕ膜１２０で裏打ちされているので離散することはない。ＧａＮ結晶部分の膜厚は数μｍ程度のものであるので、もし、何も貼らずにサファイア基板１０１から分離すると極めて容易に破損してしまうはずである。しかしながら、数１０μｍ程度の厚さのＣｕ膜１２０が付着している上、保持金属板１４０に貼り付けてあるため、レーザ構造部分は容易には破損しない。
【００４１】
その後に、サファイア基板を除去したレーザ構造部分及びＣｕ膜１２０を保持金属板に貼り付けたまま希酸に浸し、残留している金属Ｇａを除去する。
しかる後に、保持金属板１４０ごと蒸着機に装填し、図１９に示すように、サファイア基板除去部分にはｎ型ＧａＮ膜１０３が露出しているので、ここにチタン（Ｔｉ）を０．０５μｍ厚、続いてアルミニウム（Ａｌ）を０．２μｍ厚で蒸着してｎ側電極１０３ａを形成する。
＜ＧａＮ下地層の劈開＞
でき上がったレーザ構造部分及びＣｕ膜１２０の下地層１０３のＧａＮ側から、図２０に示すように、絶縁ストライプの位置に合わせてｎ側電極１０３ａ上に、ダイヤモンドポイントで傷ｊを入れる。
【００４２】
その後、図２１に示すように、保持金属板１４０を湾曲させることによってＧａＮ膜１０３を劈開するとともにＣｕ膜をメッキ接合面ｄにて裂割して複数本のレーザバー３００を形成する。このようにして、Ｃｕ膜１２０とともに下地層１０３を、リッジ導波路伸長方向に垂直な方向（矢印の方向）に素子長ピッチで劈開する。
【００４３】
また、ダイヤモンドポイントの他に、高出力レーザポイント照射でスクライビング（いわゆるケガキ）を行なうこともできる。
前述したように絶縁ストライプの存在する部位のＣｕ膜は完全に一体化しているわけではないため、Ｃｕ膜はその合体部分すなわちメッキ接合面ｄで容易に分離してしまう。更に、図１３に示したように、絶縁ストライプ２０１の幅を変えておくと更にいっそう割り易く設定できるため、ダイヤモンドポイントでケガキ線をいれなくても劈開することが可能になる。
【００４４】
その劈開作業終了後、レーザバーを担持する保持金属板１４０を、Ｉｎの融点以上に加熱することで、保持金属板１４０から個々のレーザバーを分離する。
＜反射膜を被覆＞
その後、必要に応じて、作製されたレーザバー３００の破断面（ＧａＮの多層１０３〜１１１の劈開面）に対し、スパッタ装置などを用いて誘電体多層反射膜を形成する。
＜レーザチップ化＞
図２２に示すように、レーザーバー３００を切断して、個々のレーザチップに分離する。
＜組立＞
本発明により作製したレーザチップをヒートシンクにマウントする場合、Ｃｕ膜１２０側をヒートシンク側にしてボンディングし、さらに所定工程を経て、図２３に示す屈折率導波型の３族窒化物半導体レーザ素子が完成する。この場合、サブマウントを必要としないため好適である。Ｃｕという極めて熱伝導率のよいサブマウントがすでに取り付けられているのと等価であり、レーザの発光点からヒートシンクまでの距離も数１０μｍ以上得られるので、放射ビームのヒートシンクとの干渉も避けられる。
【００４５】
図２３に示す素子は、レーザ基板と、その上に接着されたＣｕ膜１２０の結合したチップからなり、Ｃｕ膜１２０側がヒートシンクとなる電気伝導性チップキャリア１１上に接着されている。レーザ基板は、３族窒化物半導体（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）からなる結晶層の複数１０４〜１１０及び電極層１１３を、（Ａｌx'Ｇａ1-x'）1-y'Ｉｎy'Ｎ（０≦ｘ’≦１，０≦ｙ’≦１）の下地層１０３上に、順に積層してなる。積層した結晶層には活性層が含まれている。Ｃｕ膜１２０はメッキによって形成されている。積層した結晶層に対して下地層１０３の反対側に形成されたＣｕ膜１２０は、積層した結晶層のレーザ共振器となるべき劈開面とほぼ揃った疑似の劈開性又は裂開性のメッキ接合面を有している。メッキ工程において、絶縁ストライプにより制限された電着が行われたためである。レーザ基板の下地層１０３側はヒートシンクチップキャリア１１に接着されこれを介して外部電極へ接続されている。窒化物半導体の劈開面の法線方向（図面の法線方向）に伸長するリッジ導波路を有している。
【００４６】
図１９に示すように、この半導体レーザ素子のレーザ基板は複数の結晶層からなり、ｎ型ＧａＮ下地層１０３上に順に積層された、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１０４、ｎ型ＧａＮ層１０５、ＩｎＧａＮを主たる構成要素とする活性層１０６、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層１０７、ｐ型ＧａＮ層１０８、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１０９、及びｐ型ＧａＮ層１１０からなる。ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１０９にはリッジストライプ部２０２が形成されており、窒化物半導体の劈開面の法線方向に伸長する導波路を有するようになっており、電極以外、ＳｉＯ2の絶縁膜１１２で被覆保護されている。ｎ側電極はｎ型ＧａＮ層１０３の下地層側にチップキャリア１１を介して接続され、ｐ側電極はｐ型ＧａＮコンタクト層１１０側にＣｕ膜１２０を介して接続される。
【００４７】
この半導体レーザ素子では、活性層１０６において電子と正孔を再結合させることによって発光する。ｎ型ＧａＮ層１０５及びｐ型ＧａＮ層１０８はガイド層であり、活性層１０６で発生した光をここに導波するとともに活性層１０６よりバンドギャップが大きく設定することによって電子及び正孔を活性層１０６内に効果的に閉じ込めるようになっている。ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層１０７は注入されたキャリア（特に電子）の閉じ込めを更に強化する障壁層であり、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１０４及びｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１０９はガイド層１０５，１０８より低屈折率で作製されているクラッド層であり、ガイド層との屈折率差によって導波が行なわれる。リッジストライプ部２０２はクラッド層１０９の厚さを変化させることで実効屈折率に横方向の段差を生じさせて、発生した光を横方向に閉じ込めるために設けてある。
【００４８】
上記実施例では、サファイアＡ面基板上にレーザ構造を形成した素子を説明したが、さらに、サファイア基板Ｃ面上に上記したリッジ型レーザ構造を形成した素子を形成することもできる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、光照射による成長用基板の剥離を可能としているので、共振器部分はその構成半導体材料である窒化半導体の劈開面そのもので形成するようにできる。これにより、原子レベルで平坦な反射鏡面が得られる。散乱損失を低減できる。この結果、連続発振が達成されるとともに、実用的な素子寿命が確保される。さらに、両極に対して電気伝導性の基板への接着が可能となり、電極構造が簡素になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  サファイア基板上に形成された半導体レーザの概略断面図。。
【図２】  サファイア基板上に成膜されたＧａＮ結晶層の破断面を示す概略斜視図。
【図３】  本発明による実施例の半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板ウエハの概略断面図。
【図４】  本発明による実施例の半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板ウエハの概略断面図。
【図５】  本発明による実施例の半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板ウエハの概略斜視図。
【図６】  本発明による実施例の半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板ウエハの概略斜視図。
【図７】  本発明による実施例の半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板ウエハの概略斜視図。
【図８】  本発明による実施例の半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板ウエハの概略斜視図。
【図９】  本発明による実施例の半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板ウエハの概略斜視図。
【図１０】  本発明による実施例の半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板ウエハの概略平面図。
【図１１】  本発明による実施例の半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板ウエハ用のメッキ浴槽の概略断面図。
【図１２】  本発明による実施例の半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板ウエハの概略拡大断面図。
【図１３】  本発明による実施例の半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板ウエハの概略拡大平面図。
【図１４】  本発明による実施例の半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板ウエハの概略拡大断面図。
【図１５】  本発明による実施例の半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板ウエハの概略斜視図。
【図１６】  本発明による実施例の半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板ウエハの概略斜視図。
【図１７】  本発明による実施例の半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板ウエハの概略斜視図。
【図１８】  本発明による実施例の半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板ウエハの概略斜視図。
【図１９】  本発明による実施例の半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板ウエハの概略断面図。
【図２０】  本発明による実施例の半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板ウエハの概略斜視図。
【図２１】  本発明による実施例の半導体レーザの製造工程中におけるレーザ基板ウエハの概略断面図。
【図２２】  本発明による実施例の半導体レーザの製造工程中におけるレーザバーの概略斜視図。
【図２３】  本発明による実施例の半導体レーザの概略断面図。
【符号の説明】
１０１  単結晶サファイア基板
１０２  低温成膜ＧａＮ（又はＡｌＮ）層
１０３  ｎ型ＧａＮ層
１０４  ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層
１０５  ｎ型ＧａＮ層
１０６  ＩｎＧａＮ活性層
１０７  ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層
１０８  ｐ型ＧａＮ層
１０９  ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層
１１０  ｐ型ＧａＮ層
１１１  ｐ側電極
１１２  ＳｉＯ2絶縁膜
１１３  電極層
１２０  メッキされた金属膜
１４０  保持金属板
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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