(57)【要約】【課題】チップ形状を安定化して歩留まりを向上することができる半導体発光素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】III族窒化物半導体基板１上にＡｌＧａＮ層を含むｎ型半導体層１１、Ｉｎを含む発光層１０およびｐ型半導体層１２が順に積層形成されたウエハ５に対して、切断予定ライン７に沿ってｐ型半導体層１２側から選択的にエッチングを施すことにより、ＡｌＧａＮ層１４を切断予定ライン７に沿って露出させるエッチング溝３０が形成される。この露出したＡｌＧａＮ層１４に、切断予定ライン７に沿う分割ガイド溝３５が形成される。この分割ガイド溝３５に沿ってウエハ５が分割されることにより、個別素子８０が得られる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡｌＧａＮよりも格子定数の大きなIII族窒化物半導体基板上にＡｌＧａＮ層を含むｎ型半導体層、Ｉｎを含む発光層およびｐ型半導体層が順に積層形成された基板に対して、切断予定ラインに沿って前記ｐ型半導体層側から選択的にエッチングを施すことにより、前記ＡｌＧａＮ層を前記切断予定ラインに沿って露出させる工程と、
前記露出したＡｌＧａＮ層に、前記切断予定ラインに沿う分割ガイド溝を形成する工程と、
前記分割ガイド溝に沿って前記基板を分割する工程とを含む、半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記基板は、前記III族窒化物半導体基板と前記ＡｌＧａＮ層との間に、Ｉｎを含む層のないものである、請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記分割ガイド溝を形成する工程が、レーザ加工によって前記分割ガイド溝を形成するレーザ加工工程を含む、請求項１または２記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記レーザ加工工程が、５００ｎｍ〜７００ｎｍの波長のレーザ光によって前記分割ガイド溝を形成する工程を含む、請求項３記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記ＡｌＧａＮ層が、ＡｌＧａＮからなる層とＧａＮからなる層とを交互に積層した超格子構造を有している、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
ＡｌＧａＮよりも格子定数の大きなIII族窒化物半導体基板と、
前記半導体基板上に順に積層された、ＡｌＧａＮ層を含むｎ型半導体層、Ｉｎを含む発光層およびｐ型半導体層とを含み、
素子表面の周縁部において前記ｐ型半導体層側および発光層をエッチング除去して形成され、前記ＡｌＧａＮ層の表面を露出させるエッチング溝が形成されている、半導体発光素子。
【請求項７】
前記基板は、前記III族窒化物半導体基板と前記ＡｌＧａＮ層との間に、Ｉｎを含む層のないものである、請求項６記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記エッチング溝底部において露出している前記ＡｌＧａＮ層のエッジ部に、段差部が形成されている、請求項６または７記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記半導体発光素子が、レーザ共振器を有する半導体レーザ素子であり、
前記エッチング溝が、前記レーザ共振器を回避した領域に形成されている、請求項６〜８のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記エッチング溝底部のエッジ部に段差部が形成されている、請求項６〜９のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、III族窒化物半導体基板上にｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層（たとえば、いずれもIII族窒化物半導体からなるもの）を形成した構成の半導体発光素子およびその製造方法に関する。III族窒化物半導体とは、III-Ｖ族半導体においてＶ族元素として窒素を用いた半導体であり、その代表例は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）である。一般には、ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）と表わすことができる。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ基板上にIII族窒化物半導体層を成長させた構成の半導体発光素子が知られている。青色系の発光ダイオードや半導体レーザがその典型例である。半導体レーザの場合、III族窒化物半導体層は、たとえば、ＧａＮ基板側から、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｎ型ＧａＮガイド層、活性層（発光層）、ｐ型ＧａＮガイド層、ｐ型ＧａＮ電子ブロック層、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ型ＧａＮコンタクト層を順に積層した積層構造を有している。活性層は、たとえば、ＩｎＧａＮ層からなる量子井戸層と、ノンドープＧａＮ層からなるバリア層とを交互に繰り返し積層した多重量子井戸構造を有している。この構成により、活性層で電子および正孔が再結合して発光が生じる。発光波長は、量子井戸層のＩｎ組成によって調整できる。
【特許文献１】特開平６−２８３７５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＧａＮ等のIII族窒化物半導体基板は、発光ダイオードやレーザダイオードに従来から適用されてきたＧａＡｓ等の基板に比較して、劈開性が乏しい。そのため、個別のチップに分割する工程で、スクライブ傷等の分割ガイド溝を形成しても、その後のブレーク工程では、分割位置が分割ガイド溝からずれてしまい、チップ形状が安定しない。したがって、歩留まりが悪いという問題がある。
【０００４】
そこで、この発明の目的は、チップ形状を安定化して歩留まりを向上することができる半導体発光素子およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、ＡｌＧａＮよりも格子定数の大きなIII族窒化物半導体基板上にＡｌＧａＮ層を含むｎ型半導体層、Ｉｎを含む発光層およびｐ型半導体層が順に積層形成された基板（ウエハ）に対して、切断予定ラインに沿って前記ｐ型半導体層側から選択的にエッチングを施すことにより、前記ＡｌＧａＮ層を前記切断予定ラインに沿って露出させる工程と、前記露出したＡｌＧａＮ層に、前記切断予定ラインに沿う分割ガイド溝を形成する工程と、前記分割ガイド溝に沿って前記基板を分割する工程とを含む、半導体発光素子の製造方法である。
【０００６】
この方法によれば、III族窒化物半導体基板上に形成された半導体積層構造部（たとえばIII族窒化物半導体積層構造部）が、切断予定ラインに沿って、ｎ型半導体層に含まれるＡｌＧａＮ層までエッチングされる。そして、このエッチングによって露出したＡｌＧａＮ層に、切断予定ラインに沿う分割ガイド溝が形成され、この分割ガイド溝に沿って基板が分割される。
【０００７】
ＡｌＧａＮ層はIII族窒化物半導体基板（たとえばＧａＮ基板）よりも格子定数が小さいため、III族窒化物半導体基板の主面に沿って収縮方向の応力を生じる。そこで、ＡｌＧａＮ層をエッチングによって露出させ、この露出したＡｌＧａＮ層に分割ガイド溝を形成すると、ＡｌＧａＮ層の応力を効果的に利用して、分割ガイド溝を起点として、基板を半ば自発的に分割させることができる。とくに、Ｉｎを含む発光層は格子定数が大きいので、切断予定ライン上の発光層を予め除去しておくことにより、ＡｌＧａＮ層が生じる応力を基板分割のために効果的に利用することができ、切断予定ラインに沿って基板を確実に分割できる。したがって、基板を分割して得られるチップの形状が安定するので、半導体発光素子を良好な歩留まりで作製することができる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、前記基板は、前記III族窒化物半導体基板と前記ＡｌＧａＮ層との間に、Ｉｎを含む層のないものである、請求項１記載の半導体発光素子の製造方法である。前述のとおり、Ｉｎを含む層は格子定数が大きい。そこで、エッチングによって露出されるＡｌＧａＮ層とIII族窒化物半導体基板との間にＩｎを含む層がない状態とすることで、ＡｌＧａＮ層の応力を効果的に利用できる。これにより、基板の分割をより一層良好に行うことができ、チップ形状をさらに安定化できる。
【０００９】
請求項３記載の発明は、前記分割ガイド溝を形成する工程が、レーザ加工によって前記分割ガイド溝を形成するレーザ加工工程を含む、請求項１または２記載の半導体発光素子の製造方法である。この方法では、レーザ光をＡｌＧａＮ層に吸収させて加工することによって、分割ガイド溝を形成することができる。レーザ加工を適用することによって、硬いＡｌＧａＮ層に対して、確実に所望の深さの分割ガイド溝を形成できる。
【００１０】
請求項４記載の発明は、前記レーザ加工工程が、５００ｎｍ〜７００ｎｍの波長のレーザ光によって前記分割ガイド溝を形成する工程を含む、請求項３記載の半導体発光素子の製造方法である。この方法では、多光子吸収を利用したレーザ加工によってＡｌＧａＮ層に分割ガイド溝を形成することができる。具体的には、レーザ光を切断予定ライン上に集光させ、集光点を切断予定ラインに沿って走査させることで、分割ガイド溝を形成することができる。
【００１１】
５００ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲のレーザ光は、集光点以外ではIII族窒化物半導体に吸収されない。集光点では、エネルギー密度が高いので、多光子吸収が生じる。すなわち、光子の入射によって基底準位と励起準位との間の仮想準位まで励起されたIII族窒化物半導体材料が或る時定数を経て基底準位に戻るよりも前に次の光子が入射する。これにより、III族窒化物半導体材料が励起準位へと励起される（２光子吸収）。このような多光子吸収が生じることにより、切断予定ラインに層分割ガイド溝を確実に形成できる。
【００１２】
前記分割ガイド溝を形成する工程は、ダイヤモンドカッタによって前記分割ガイド溝を形成する工程を含んでもよい。この場合、ダイヤモンドカッタを用いた罫書き傷によって分割ガイド溝が形成されるので、分割ガイド溝の形成のための加工を簡単な構成の装置で行える。
また、前記分割ガイド溝を形成する工程は、ダイサーによって前記分割ガイド溝を形成する工程を含んでもよい。この場合、半導体ウエハの分割のために従来から用いられてきたダイシングによって分割ガイド溝が形成される。
【００１３】
請求項５記載の発明は、前記ＡｌＧａＮ層が、ＡｌＧａＮからなる層とＧａＮからなる層とを交互に積層した超格子構造を有している、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法である。このような超格子構造のＡｌＧａＮ層の場合でも、その応力を利用して、基板を自発的に分割させることができる。
ＡｌＧａＮよりも格子定数の大きなIII族窒化物半導体基板としては、ＧａＮ基板の他、ＩｎＧａＮ基板などを例示できる。
【００１４】
請求項６記載の発明は、ＡｌＧａＮよりも格子定数の大きなIII族窒化物半導体基板と、前記半導体基板上に順に積層された、ＡｌＧａＮ層を含むｎ型半導体層、Ｉｎを含む発光層およびｐ型半導体層とを含み、素子表面の周縁部において前記ｐ型半導体層側および発光層をエッチング除去して形成され、前記ＡｌＧａＮ層の表面を露出させるエッチング溝が形成されている、半導体発光素子である。この半導体素子は、請求項１の方法によって作製でき、安定なチップ形状を有することができるので、良好な歩留まりで作製できる。
【００１５】
請求項７記載の発明は、前記基板は、前記III族窒化物半導体基板と前記ＡｌＧａＮ層との間に、Ｉｎを含む層のないものである、請求項６記載の半導体発光素子である。
請求項８記載の発明は、前記エッチング溝底部において露出している前記ＡｌＧａＮ層のエッジ部に、段差部が形成されている、請求項６または７記載の半導体発光素子である。前記段差部は、分割ガイド溝に対応するものである。
【００１６】
請求項９記載の発明は、前記半導体発光素子が、レーザ共振器を有する半導体レーザ素子であり、前記エッチング溝が、前記レーザ共振器を回避した領域に形成されている、請求項６〜８のいずれか一項に記載の半導体発光素子である。この構成では、レーザ共振器に損傷を与えることなく、安定なチップ形状の半導体レーザ素子を良好な歩留まりで作製できる。
【００１７】
請求項１０記載の発明は、前記エッチング溝底部のエッジ部に段差部が形成されている、請求項６〜９のいずれか一項に記載の半導体発光素子である。前記段差部は、分割ガイド溝に対応するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１はこの発明の一実施形態に係る製造方法により製造される半導体レーザダイオードの構成を説明するための斜視図であり、図２は図１のII−II線に沿う縦断面図であり、図３Ａは、図１のIII−III線に沿う横断面図であり、図３Ｂは前記半導体レーザダイオードの平面図である。なお、図１、図２、図３Ａおよび図３Ｂにおいて、矢印で示したｃ、ｍおよびａは、それぞれｃ軸方向、ｍ軸方向およびａ軸方向を示している。
【００１９】
この半導体レーザダイオード７０は、III族窒化物半導体基板１と、III族窒化物半導体基板１上に結晶成長によって形成されたIII族窒化物半導体積層構造２（III族窒化物半導体層）と、III族窒化物半導体基板１の裏面（III族窒化物半導体積層構造２と反対側の表面）に接触するように形成されたｎ側電極３と、III族窒化物半導体積層構造２の表面に接触するように形成されたｐ側電極４とを備えたファブリペロー型のものである。
【００２０】
III族窒化物半導体基板１は、この実施形態では、ＧａＮ単結晶基板で構成されている。このIII族窒化物半導体基板１は、たとえば、非極性面（この実施形態ではｍ面）を主面としたものである。非極性面とは、ａ面またはｍ面である。この主面上における結晶成長によって、III族窒化物半導体積層構造２が形成されている。したがって、III族窒化物半導体積層構造２は、非極性面を結晶成長主面とするIII族窒化物半導体からなる。非結晶面（とくにｍ面）を主面とするＧａＮ単結晶基板上にIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長させると、転位のほとんどない良好なIII族窒化物半導体結晶を成長させることができる。
【００２１】
III族窒化物半導体積層構造２は、発光層１０と、ｎ型半導体層１１と、ｐ型半導体層１２とを備えている。ｎ型半導体層１１は発光層１０に対してIII族窒化物半導体基板１側に配置されており、ｐ型半導体層１２は発光層１０に対してｐ側電極４側に配置されている。こうして、発光層１０が、ｎ型半導体層１１およびｐ型半導体層１２によって挟持されていて、ダブルヘテロ接合が形成されている。発光層１０には、ｎ型半導体層１１から電子が注入され、ｐ型半導体層１２から正孔が注入される。これらが発光層１０で再結合することにより、光が発生するようになっている。
【００２２】
ｎ型半導体層１１は、III族窒化物半導体基板１側から順に、ｎ型ＧａＮコンタクト層１３（たとえば２μｍ厚）、ｎ型ＡＩＧａＮクラッド層１４（１．５μｍ厚以下。たとえば１．０μｍ厚）およびｎ型ＧａＮガイド層１５（たとえば０．１μｍ厚）を積層して構成されている。一方、ｐ型半導体層１２は、発光層１０の上に、順にｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層１６（たとえば２０ｎｍ厚）、ｐ型ＧａＮガイド層１７（たとえば０．１μｍ厚）、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１８（１．５μｍ厚以下。たとえば０．４μｍ厚）およびｐ型ＧａＮコンタクト層１９（たとえば０．３μｍ厚）を積層して構成されている。
【００２３】
ｎ型ＧａＮコンタクト層１３は低抵抗層である。ｐ型ＧａＮコンタクト層１９は、ｐ側電極４とのオーミックコンタクトをとるための低抵抗層である。ｎ型ＧａＮコンタクト層１３は、ＧａＮにたとえばｎ型ドーパントとしてのＳｉを高濃度にドープ（ドーピング濃度は、たとえば、３×１０18ｃｍ-3）することによってｎ型半導体とされている。また、ｐ型ＧａＮコンタクト層１９は、ｐ型ドーパントとしてのＭｇを高濃度にドープ（ドーピング濃度は、たとえば、３×１０19ｃｍ-3）することによってｐ型半導体層とされている。
【００２４】
ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１４およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１８は、発光層１０からの光をそれらの間に閉じ込める光閉じ込め効果を生じるものである。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１４は、ＡｌＧａＮにたとえばｎ型ドーパントとしてのＳｉをドープ（ドーピング濃度は、たとえば、１×１０18ｃｍ-3）することによってｎ型半導体とされている。また、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１８は、ｐ型ドーパントとしてのＭｇをドープ（ドーピング濃度は、たとえば、１×１０19ｃｍ-3）することによってｐ型半導体層とされている。
【００２５】
ｎ型ＧａＮガイド層１５およびｐ型ＧａＮガイド層１７は、発光層１０にキャリア（電子および正孔）を閉じ込めるためのキャリア閉じ込め効果を生じる半導体層である。これにより、発光層１０における電子および正孔の再結合の効率が高められるようになっている。ｎ型ＧａＮガイド層１５は、ＧａＮにたとえばｎ型ドーパントとしてのＳｉをドープ（ドーピング濃度は、たとえば、１×１０18ｃｍ-3）することによりｎ型半導体とされており、ｐ型ＧａＮガイド層１７は、ＧａＮにたとえばｐ型ドーパントとしてのＭｇをドープする（ドーピング濃度は、たとえば、５×１０18ｃｍ-3）ことによってｐ型半導体とされている。
【００２６】
ｐ型ＡＩＧａＮ電子ブロック層１６は、ＡｌＧａＮにｐ型ドーパントとしてのたとえばＭｇをドープ（ドーピング濃度は、たとえば、５×１０18ｃｍ-3）して形成されたｐ型半導体であり、発光層１０からの電子の流出を防いで、電子および正孔の再結合効率を高めている。
発光層１０は、たとえばＩｎＧａＮを含むＭＱＷ(multiple-quantum well)構造を有しており、電子と正孔とが再結合することにより光が発生し、その発生した光を増幅させるための層である。発光層１０は、具体的には、ＩｎＧａＮ層（たとえば３ｎｍ厚）とＧａＮ層（たとえば９ｎｍ厚）とを交互に複数周期繰り返し積層して構成されている。この場合に、ＩｎＧａＮ層は、Ｉｎの組成比が５％以上とされることにより、バンドギャップが比較的小さくなり、量子井戸層を構成する。一方、ＧａＮ層は、バンドギャップが比較的大きなバリア層として機能する。たとえば、ＩｎＧａＮ層とＧａＮ層とは交互に２〜７周期繰り返し積層されて、ＭＱＷ構造の発光層１０が構成されている。発光波長は、量子井戸層（ＩｎＧａＮ層）におけるＩｎの組成を調整することによって、たとえば、４００ｎｍ〜５５０ｎｍとされている。
【００２７】
ｐ型半導体層１２は、その一部が除去されることによって、リッジストライプ２０を形成している。より具体的には、ｐ型コンタクト層１９、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１８およびｐ型ＧａＮガイド層１７の一部がエッチング除去され、横断面視ほぼ台形形状のリッジストライプ２０が形成されている。このリッジストライプ２０は、ｃ軸方向に沿って形成されている。
【００２８】
III族窒化物半導体積層構造２は、リッジストライプ２０の長手方向両端における劈開により形成された一対の端面２１，２２を有している。この一対の端面２１，２２は、互いに平行な劈開面であって、いずれもｃ軸に垂直である。こうして、ｎ型ＧａＮガイド層１５、発光層１０およびｐ型ＧａＮガイド層１７によって、端面２１，２２を共振器端面とするファブリペロー共振器が形成されている。すなわち、発光層１０で発生した光は、共振器端面２１，２２の間を往復しながら、誘導放出によって増幅される。そして、増幅された光の一部が、共振器端面２１，２２からレーザ光として素子外に取り出される。
【００２９】
ｎ側電極３およびｐ側電極４は、それぞれIII族窒化物半導体基板１およびｐ型コンタクト層１９にオーミック接続されている。ｎ側電極３は、たとえば、基板１に接する側をＴｉとし、その上にＡｕを積層した構造とする。ｐ側電極４は、たとえば、ｐ型コンタクト層１９に接する側をＰｄ，Ｐｔ，Ｎｉのいずれかとし、その上にＡｕを積層した構造とする。または、ｐ側電極４は、Ａｕの単層としてもよい。
【００３０】
ｐ側電極４がリッジストライプ２０の頂面のｐ型ＧａＮコンタクト層１９だけに接触するように、ｎ型ＧａＮガイド層１７およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１８の露出面を覆う絶縁層６が設けられている。これにより、リッジストライプ２０に電流を集中させることができるので、効率的なレーザ発振が可能になる。半導体レーザダイオード７０では、この電流が集中するリッジストライプ２０の直下の部分が、光を伝送するための導波路２５（光導波路）となっている。つまり、導波路２５も、リッジストライプ２０と同様に、共振器端面２１，２２（ｃ面）と直交している。
【００３１】
また、導波路２５は、たとえば、１μｍ〜２μｍ幅で形成されている。なお、図１および図３Ａにおいては、導波路２５を拡大して示している。また、ｐ側電極４に関連して、リッジストライプ２０およびその周辺のみを覆う、図示しないコンタクト電極をｐ側電極４の下に設けてもよい。
本実施形態の場合、共振器端面２１，２２は、ｃ面（＋ｃ面または−ｃ面）であり、共振器端面２１は、たとえば＋ｃ軸側端面であり、共振器端面２２は、たとえばｃ軸側端面である。この場合、共振器端面２１の結晶面は＋ｃ面であり、共振器端面２２の結晶面は−ｃ面である。そして、共振器端面２１，２２には、それぞれ反射率の異なる絶縁膜２３，２４（図２参照）が形成されている。より具体的には、＋ｃ軸側端面２１に反射率が小さい絶縁膜２３が形成され、−ｃ軸側端面２２に反射率が大きい絶縁膜２４が形成されている。したがって、＋ｃ軸側端面２１から、より大きなレーザ出力が出射されることになる。すなわち、この半導体レーザダイオード７０では、＋ｃ軸側端面２１が、レーザ出射端面とされている。
【００３２】
このような構成によって、ｎ側電極３およびｐ側電極４を電源に接続し、ｎ型半導体層１１およびｐ型半導体層１２から電子および正孔を発光層１０に注入することによって、この発光層１０内で電子および正孔の再結合を生じさせ、波長４００ｎｍ〜５５０ｎｍの光を発生させることができる。この光は、共振器端面２１，２２の間をガイド層１５，１７に沿って往復しながら、誘導放出によって増幅される。そして、レーザ出射端面である共振器端面２１から、より多くのレーザ出力が外部に取り出されることになる。
【００３３】
図３Ａおよび図３Ｂに示されているように、リッジストライプ２０の両側方には、ｐ側電極４上に、一対のリッジ保護電極２７（図１では図示を省略した。）が形成されている。リッジ保護電極２７は、たとえば、ＴｉとＡｕとを積層した構造で、リッジストライプ２０に平行に形成され、リッジストライプ２０よりも高い頂面２７ａを有している。このリッジ保護電極２７の頂面２７ａに対して、ボンディングワイヤ２８が接合されるようになっている。ボンディングワイヤ２８の接続時において、リッジ保護電極２７がボンディングヘッドからの衝撃を受け止める。これにより、リッジストライプ２０を衝撃から保護することができる。
【００３４】
リッジ保護電極２７の形成は、たとえば、リフトオフ法によって行うことができる。すなわち、ｐ側電極４の形成後に、リッジ保護電極２７の配置に対応する開口パターンを有するレジスト膜が基板全面に形成される。この状態で、リッジ保護電極２７の材料からなる材料膜がレジスト膜上およびレジスト膜内に形成される。その後、レジスト膜とともに、その上の材料膜がリフトオフされる。これにより、リッジストライプ２０の両側にリッジ保護電極２７が形成されることになる。
【００３５】
次に、この半導体レーザダイオード７０の製造方法について説明する。
半導体レーザダイオード７０を製造するには、まず、図４に図解的に示すように、前述のＧａＮ単結晶基板からなるIII族窒化物半導体基板１を構成するウエハ５の上に、半導体レーザダイオード７０を構成する個別素子８０（III族窒化物半導体基板）が形成される。
【００３６】
より具体的には、ウエハ５（ＧａＮ単結晶基板の状態）の上に、ｎ型半導体層１１、発光層１０およびｐ型半導体層１２がエピタキシャル成長させられることによって、III族窒化物半導体積層構造２が形成される。III族窒化物半導体積層構造２が形成された後には、たとえばドライエッチングによりリッジストライプ２０が形成される。次いで、絶縁層６、ｐ側電極４およびｎ側電極３ならびにリッジ保護電極２７が形成される。こうして、個別素子８０が形成された状態のウエハ５が得られる。必要に応じて、ｎ側電極３の形成に先だって、ウエハ５を薄型化するために、その裏面側からの研削・研磨処理（たとえば、化学的機械的研磨）が行われる。
【００３７】
各個別素子８０は、ウエハ５上に仮想される碁盤目状の切断予定ライン７（仮想的な線）によって区画される各矩形領域に形成されている。したがって、切断予定ライン７は、ｃ軸に沿う（ａ面に沿う）切断予定ライン７ａと、ａ軸に沿う（ｃ面に沿う）切断予定ライン７ｂとを有することになる。
このような切断予定ライン７に沿って、ウエハ５が各個別素子８０へと分割される。すなわち、ウエハ５を切断予定ライン７に沿って劈開して、個別素子８０が切り出される。
【００３８】
次に、個別素子８０への分割方法について、具体的に説明する。
図５Ａおよび図５Ｂは、ウエハ５を個別素子８０に分割する手順の概略を説明するための図解的な斜視図である。ウエハ５は、まず、共振器方向（ｃ軸方向）に直交する（すなわち、ｃ面に平行な）切断予定ライン７ｂに沿って劈開される。これにより、図５Ａに示すように、複数本のバー状体９０が得られる。このバー状体９０の両側面９１は、共振器端面２１，２２となる結晶面である。このバー状体９０の側面９１に、前述の絶縁膜２３，２４（反射率調整用の端面コート膜。図２参照）が形成される。
【００３９】
次に、各バー状体９０は、共振器方向（ｃ軸方向）に平行な切断予定ライン７ａに沿って切断される。これにより、図５Ｂに示すように、バー状体９０が個別素子８０毎に分割され、複数のチップが得られる。
図６Ａ、図６Ｂおよび図６Ｃは、ウエハ５の個別素子８０への分割方法を説明するための図解的な斜視図である。ただし、図６Ａ、図６Ｂおよび図６Ｃでは、ｎ側電極３、ｐ側電極４、絶縁層６、およびリッジ保護電極２７の図示を省略してある。
【００４０】
まず、図６Ａに示すように、切断予定ライン７に沿う所定幅の領域において、III族窒化物半導体積層構造２が選択的にエッチングされる。このエッチングは、ｐ型半導体層１２および発光層１０を貫通し、さらに、ｎ型半導体層１１のｎ型ＧａＮガイド層１５を貫通して、ｎ型ＡＩＧａＮクラッド層１４が露出する深さまで行われる。すなわち、切断予定ライン７に沿って、ｎ型ＡＩＧａＮクラッド層１４を露出させる深さのエッチング溝３０が形成される。このエッチング溝３０の底面部３１（ｎ型ＡＩＧａＮクラッド層１４の露出部）の幅３２は、２０μｍ程度とされる。
【００４１】
エッチング溝３０は、図７に示すように、ｃ軸に平行な切断予定ライン７ａおよびｃ軸に垂直な切断予定ライン７ｂの両方に沿って形成される。ただし、ｃ軸に垂直な切断予定ライン７ｂに沿うエッチング溝３０は、導波路２５が形成されるリッジストライプ２０の領域で分断されるミシン目パターンに形成されている。これにより、導波路２５の領域にエッチング溝３０が形成されないようになっている。ｐ側電極４は、エッチング溝３０の形成領域よりも内側に選択的に形成されている。このｐ側電極４上において、リッジストライプ２０の両側にリッジ保護電極２７が形成されている。
【００４２】
次に、図６Ｂに示すように、エッチング溝３０の底面部３１において、ｎ型ＡＩＧａＮクラッド層１４に、切断予定ライン７に沿う分割ガイド溝３５が形成される。分割ガイド溝３５の深さは、ｎ型ＡｌＧａＮ層１４の層厚途中までにとどめられてもよいが、少なくともｎ型ＡｌＧａＮ層１４を貫通してｎ型ＧａＮコンタクト層１３に達する深さであることが好ましく、さらに、ｎ型ＧａＮコンタクト層１３を貫通してIII族窒化物半導体基板１に達する深さであることが好ましい。
【００４３】
図７に太線で示すように、分割ガイド溝３５は、エッチング溝３０の底部において、ｃ軸に平行な切断予定ライン７ａおよびｃ軸に垂直な切断予定ライン７ｂの両方に沿って形成される。ｃ軸に垂直な切断予定ライン７ｂに沿う分割ガイド溝３５は、エッチング溝３０と同様に、リッジストライプ２０の領域で分断されるミシン目パターンに形成される。より具体的には、切断予定ライン７ｂに沿う分割ガイド溝３５は、エッチング溝３０の両端部に余裕を持たせるように、当該エッチング溝３０よりも短い線分パターンに形成される。
【００４４】
この実施形態では、分割ガイド溝３５は、レーザ加工機によって形成されるようになっている。具体的には、まず、複数の個別素子８０を含むウエハ５が支持シート８に貼り付けられる。この支持シート８は、ウエハ５から個別素子８０を切り出したときに、個別素子８０が散乱しないようにするための粘着シートである。
支持シート８に支持されたウエハ５の姿勢は、III族窒化物半導体積層構造２とは反対側の表面（ｎ側電極３側）を支持シート８に対向させた上向き姿勢である。
【００４５】
次いで、レーザ加工機を用いて、切断予定ライン７に沿って、エッチング溝３０の底面部３１に分割ガイド溝３５が形成される。詳細な構成の図示は省略するが、レーザ加工機は、レーザ光発生ユニットと、このレーザ光発生ユニットから発生したレーザ光を集光する集光レンズ３３を含むレーザ照射ヘッドと、ＸＹステージ機構とを備えている。これらのうち、図６Ａ〜図６Ｃには、集光レンズ３３のみが示されている。レーザ光発生ユニットとしては、たとえば、ＹＡＧレーザ、エキシマレーザなどを用いることができる。ＸＹステージ機構は、支持シート８を介してウエハ５を保持するステージと、このステージを直交する２つの方向（たとえば水平方向）であるＸ方向およびＹ方向に二次元移動させる移動機構とを備えている。ＸＹステージ機構は、必要に応じて、集光レンズ３３に接近／離反する方向であるＺ方向（たとえば上下方向）に沿ってステージを移動させる機構をさらに備えていてもよい。集光レンズ３３は、レーザ光９を集光させることができ、また、必要に応じて、その焦点距離を調整することができるものとされていてもよい。集光レンズ３３とウエハ５との距離の調整は、集光レンズ３３をＸＹステージ機構のステージに対して接近／離反させて行ってもよいし、ＸＹステージ機構のステージを集光レンズ３３に対して接近／離反させて行ってもよい。これにより、集光レンズ３３の集光点とウエハ５との位置関係を調整できる。この位置関係の調整は、むろん、集光レンズ３３の焦点距離の調整によっても行える。
【００４６】
このような構成のレーザ加工機を用いて、ウエハ５に対してレーザ光９が走査される。より具体的には、切断予定ライン７に沿って、レーザ光９が走査され、エッチング溝３０の底面部３１に分割ガイド溝３５が形成される。
走査の過程において、レーザ光９は常時照射されていてもよいし、レーザ光発生ユニットをオン／オフすることによって、間欠的にレーザ光９が照射されるようにしてもよい。
【００４７】
レーザ光９が照射される位置においては、分割ガイド溝３５の底面部３１にレーザ光９が集光されて、その集光点で多光子吸収が発生する。そして、集光点が分割ガイド溝３５の底面部３１に沿って走査されることによって、個別素子８０の境界領域に、切断予定ライン７に沿って、分割ガイド溝３５が形成される。走査時にレーザ光９を常時照射していれば、分割ガイド溝３５は連続形状の溝となり、走査時に間欠的にレーザ光９を照射すれば走査方向に所定の間隔を隔ててミシン目状に分割された分割ガイド溝３５が形成されることになる。ただし、図６Ｂおよび図６Ｃには連続形状の分割ガイド溝３５を示してある。
【００４８】
走査されるレーザ光９の波長は、たとえば、５００ｎｍ〜７００ｎｍである。この範囲の波長のレーザ光は、集光点以外ではIII族窒化物半導体に吸収されない。集光点では、エネルギー密度が高いので、多光子吸収が生じる。すなわち、光子の入射によって基底準位と励起準位との間の仮想準位まで励起されたIII族窒化物半導体材料が或る時定数を経て基底準位に戻るよりも前に次の光子が入射する。これにより、III族窒化物半導体材料が励起準位へと励起される（２光子吸収）。こうして、多光子吸収が生じることにより、エッチング溝３０の底面部３１に分割ガイド溝３５が形成されることになる。
【００４９】
レーザ光９のエネルギー密度は、集光点において、たとえば、１×１０8Ｗ／ｃｍ2〜１×１０12Ｗ／ｃｍ2（たとえば、３．０×１０10Ｗ／ｃｍ2）であることが好ましい。集光点におけるレーザ光９のエネルギー密度がこの範囲であれば、エッチング溝３０の底面部３１を良好に加工することができ、良好な分割ガイド溝３５を形成することができる。レーザ光９のエネルギー密度の調整は、レーザ光発生ユニットの出力を調整することによって行える。
【００５０】
レーザ光９を切断予定ライン７に沿って走査させるときのウエハ５の移動速度（すなわち、ステージの移動速度）は、たとえば、３ｍｍ／秒とされる。
分割ガイド溝３５の深さは、たとえば、１０μｍ程度である。この場合、分割ガイド溝３５は、ｎ型ＡＩＧａＮクラッド層１４およびｎ型ＧａＮコンタクト層１３を貫通してIII族窒化物半導体基板１に達する。
【００５１】
こうして分割ガイド溝３５が形成された後には、図６Ｃに示すように、ウエハ５に外力を加えることにより、ウエハ５が分割される（分割工程）。より具体的には、分割ガイド溝３５に沿って、支持シート８側からブレード４０をあてがい、ウエハ５に対して外部応力（ウエハ５の主面に垂直な方向の外力）を加える。これにより、分割ガイド溝３５から亀裂が発生して、ウエハ５が分割される。このとき、ｎ型ＡＩＧａＮクラッド層１４における、ウエハ５の主面に沿う方向への収縮方向の応力が効果的に利用され、分割ガイド溝３５を起点とするウエハ５の分割は、半ば自発的に生じることになる。これにより、分割後のウエハ５は良好な切断端面を有することになり、分割後の形状が安定する。
【００５２】
前述のとおり、まず、ａ軸に沿う切断予定ライン７ｂでの分割により、ウエハ５は複数のバー状体９０（図５Ａ参照）に分割される。この複数のバー状体９０は、前述の反射膜としての絶縁膜２３，２４の形成処理を受けた後に、ｃ軸に沿う切断予定ライン７ａに沿って分割される（図５Ｂ参照）。こうして、ウエハ５から分離した半導体レーザダイオード７０と同サイズの複数個の個別素子８０が得られる。
【００５３】
こうして得られた半導体レーザダイオード７０は、図１に示すように、リッジストライプ２０（レーザ共振器）を避けた上面周縁部にエッチング溝３０を有している。より詳細には、エッチング溝３０は、リッジストライプ２０に平行な両側辺全域に渡っており、さらに、リッジストライプ２０に垂直な両端辺には、リッジストライプ２０を回避した領域に形成されている。そして、このエッチング溝３０の底面のエッジ部には、分割ガイド溝３５に対応した段差部３５ａが形成されている。段差部３５ａは、リッジストライプ２０に平行な両側面部においては全域に渡っており、リッジストライプ２０に垂直な両端面部においては、エッチング溝３０の底面部よりも外側の領域に形成されている。そして、段差部３５ａ以外の部分における素子側面は、劈開面となっている。
【００５４】
以上のようにこの実施形態によれば、III族窒化物半導体基板１上にレーザ構造を形成するIII族窒化物半導体積層構造２が形成された後に、切断予定ライン７に沿って、ｎ型ＡＩＧａＮクラッド層１４を露出させるエッチング溝３０が形成される。これにより、ｎ型ＡＩＧａＮクラッド層１４よりも上のIII族窒化物半導体層が、ａ軸方向に関しては完全に分断され、ｃ軸方向に関しては導波路２５の部分を残して分断される。この状態で、エッチング溝３０の底面部３１に切断予定ライン７に沿って分割ガイド溝３５が形成され、この分割ガイド溝３５を起点としてウエハ５がブレークされる。
【００５５】
ｎ型ＡＩＧａＮクラッド層１４は、ＧａＮからなるIII族窒化物半導体基板１よりも格子定数が小さいので、ウエハ５の主面に沿って収縮方向の応力を生じる。したがって、ウエハ５が支持シート８に支持されてほぼ平坦な形状（反りがほとんど生じていない形状）に保持されている状態では、分割ガイド溝３５を起点として容易に亀裂が生じる。これを利用して、ウエハ５が半ば自発的に分割されるので、ｃ面に沿う切断予定ライン７においてはもちろんのこと、ａ面に沿う切断予定ライン７においても、良好な切断端面が得られる。こうして、チップ形状を安定化させることができるので、III族窒化物半導体を用いた窒化物半導体レーザダイオード７０を良好な歩留まりで作製することができる。
【００５６】
図８は、この発明の第２の実施形態に係る製造方法を説明するための図解的な平面図である。この図８において、前述の図７に示された各部に対応する部分には同一の参照符号を付して示す。
この実施形態では、ｎ型ＡＩＧａＮクラッド層１４を露出させるエッチング溝３０は、ａ面に平行な（すなわち共振器方向に平行な）切断予定ライン７ａに沿って形成され、ｃ面に平行な（すなわち共振器方向に直交する）切断予定ライン７ｂに沿う同様なエッチング溝は形成されない。
【００５７】
ｃ面に沿う切断予定ライン７ｂでの劈開は、従来からの方法によっても安定に行える。そこで、この実施形態ではａ面に沿う切断予定ライン７ａでのウエハ分割に対して、ｎ型ＡＩＧａＮクラッド層１４を露出させるエッチング溝３０を形成する工程が適用される。ｃ面に沿う切断予定ライン７ｂでのウエハ分割は、たとえば、III族窒化物半導体積層構造２とは反対側の表面に当該切断予定ライン７ｂに沿う分割ガイド溝を形成し、この分割ガイド溝を起点としてウエハ５をブレークすればよい。この分割ガイド溝の形成には、レーザ加工のほか、ダイヤモンドカッタによる罫書き、ダイサーによる溝形成加工などを適用することができる。
【００５８】
この実施形態の構成の場合には、最終的に得られる半導体レーザダイオード７０は、リッジストライプ２０に平行な両側辺全域に渡るエッチング溝３０を有している。リッジストライプ２０に垂直な両端辺には、エッチング溝は形成されていない。エッチング溝３０の底面のエッジ部には、分割ガイド溝３５に対応した段差部が形成されることになる。この段差部は、リッジストライプ２０に平行な両側面部において全域に渡る。
【００５９】
以上、この発明の２つの実施形態について説明したが、この発明は、さらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、エッチング溝３０の底面部３１に分割ガイド溝３５を形成するときにレーザ加工を適用しているが、たとえば、ダイヤモンドカッタやダイサーを用いた機械的な加工によって同様な分割ガイド溝３５を形成してもよい。
【００６０】
また、前述の実施形態ではｎ型ＡＩＧａＮクラッド層１４がＡｌＧａＮ単層で形成された例について説明したが、ｎ型ＡＩＧａＮクラッド層１４は、ＡｌＧａＮ層とＧａＮ層とを交互に積層した超格子構造を有していても良い。
また、前述の実施形態では、ＧａＮ単結晶基板からなるIII族窒化物半導体基板１上にIII族窒化物半導体積層構造２が形成された構成の素子を例にとったが、ＧａＮ基板以外にもＡｌＧａＮよりも格子定数の大きなIII族窒化物半導体基板が適用される場合に、この発明を適用して基板の分割を良好に行うことができる。
【００６１】
また、III族窒化物半導体基板の主面は、ｍ面である必要はなく、他の非極性面であるａ面であってもよいし、半極性面であってもよいし、極性面であるｃ面であってもよい。基板の主面がｃ面である場合には、たとえば、図４、図５Ａおよび図５Ｂにおいて、ｃ軸とｍ軸とを交換した配置とすればよい。
さらに、上述の実施形態では、半導体レーザダイオードの製造にこの発明が適用された例について説明したが、この発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような他の種類の発光素子の製造にも適用することができる。
【００６２】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】この発明の製造方法により製造される半導体レーザダイオードの構成を説明するための斜視図である。
【図２】図１のII−II線に沿う縦断面図である。
【図３】図３Ａは図１のIII−III線に沿う構断面図であり、図３Ｂは前記半導体レーザダイオードの図解的な平面図である。
【図４】個別素子が形成された状態のウエハを図解的に示す斜視図である。
【図５】図５Ａおよび図５Ｂは、ウエハを個別素子に分割する手順の概略を説明するための図解的な斜視図である。
【図６】図６Ａ、図６Ｂおよび図６Ｃは、ウエハの個別素子への分割方法を説明するための図解的な斜視図である。
【図７】エッチング溝の形成領域を説明するための図解的な平面図である。
【図８】この発明の第２の実施形態に係る製造方法を説明するための図解的な平面図であり、エッチング溝の形成領域を示す。
【符号の説明】
【００６４】
１    III族窒化物半導体基板
２    III族窒化物半導体積層構造
３    ｎ側電極
４    ｐ側電極
５    ウエハ（基板）
６    絶縁層
７，７ａ，７ｂ    切断予定ライン
８    支持シート
９    レーザ光
１０    発光層
１１    ｎ型半導体層
１２    ｐ型半導体層
１３    ｎ型ＧａＮコンタクト層
１４    ｎ型ＡＩＧａＮクラッド層
１５    ｎ型ＧａＮガイド層
１６    ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層
１７    ｐ型ＧａＮガイド層
１８    ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
１９    ｐ型ＧａＮコンタクト層
２０    リッジストライプ
２１，２２    共振器端面
２３，２４    絶縁膜（反射膜）
２５    導波路
２７    リッジ保護電極
２７ａ  頂面
２８    ボンディングワイヤ
３０    エッチング溝
３１    底面部（ｎ型ＡＩＧａＮクラッド層の露出部）
３２    底面部の幅
３３    集光レンズ
３５    分割ガイド溝
３５ａ  段差部
４０    ブレード（ウエハに外力を加える部材）
７０    半導体レーザダイオード
８０    個別素子
９０    バー状体
９１    側面
【図１】
2009081428.tif 000003
【図２】
2009081428.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2009081428.tif 000007
【図６】
2009081428.tif 000008
【図７】
2009081428.tif 000009
【図８】
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