(57)【要約】【課題】レーザ加工に起因する基板表面の付着物を低減して、素子の信頼性等を向上することができる窒化物半導体素子の製造方法を提供する。【解決手段】ウエハ５は、切断予定ライン７に沿って、レーザ光９による走査を受ける。レーザ光９が走査される位置において、ウエハ５の表面にレーザ光９が集光される。これにより、多光子吸収が生じ、分割ガイド溝３１が形成される。このとき、ウエハ５の材料がデブリとなって周囲に飛び散り、ウエハ５の表面に付着する。そこで、切断予定ライン７に沿って、低エネルギー密度のレーザ光９により、ウエハ５の表面が走査される。ウエハ５の表面のデブリはそのレーザ光９を吸収して昇華し、ウエハ５の表面から排除される。その後、分割ガイド溝３１から、ウエハ５が分割される。【選択図】図５
2009049390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
III族窒化物半導体層を主面に成長させた基板の表面に対して、多光子吸収が生じる波長およびエネルギー密度のレーザ光を照射し、分割ガイド溝を形成する工程と、
前記基板の表面に対して前記波長のレーザ光を前記基板での多光子吸収が実質的に生じないエネルギー密度で照射し、基板表面の付着物を除去する工程と、
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、窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２】
レーザダイオードを形成するIII族窒化物半導体層を主面に成長させた基板の表面に対して、多光子吸収が生じる波長およびエネルギー密度のレーザ光を照射し、前記レーザダイオードの共振器と平行な方向に沿って分割ガイド溝を形成する工程と、
前記基板の表面に対して前記波長のレーザ光を前記基板での多光子吸収が実質的に生じないエネルギー密度で照射し、基板表面の付着物を除去する工程と、
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、窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記基板がIII族窒化物半導体からなる基板であり、
前記分割ガイド溝を形成する工程および前記付着物を除去する工程におけるレーザ光の照射が、５００ｎｍ〜７００ｎｍの波長のレーザ光を照射する工程を含む、請求項１または２記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記分割ガイド溝を形成する工程が、所定領域内でレーザ光を走査する工程を含み、
前記基板表面の付着物を除去する工程が、レーザ光走査方向に沿って前記所定領域よりも広い領域に渡ってレーザ光を走査する工程を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記付着物を除去する工程におけるレーザ光のエネルギー密度が、前記分割ガイド溝を形成する工程におけるレーザ光のエネルギー密度よりも小さい、請求項１〜４のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記付着物を除去する工程におけるレーザ光による基板上の照射領域が、前記分割ガイド溝を形成する工程におけるレーザ光よる基板上の照射領域よりも広くなるように、前記付着物を除去する工程におけるレーザ光の焦点位置を異ならせる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項７】
基板の主面にIII族窒化物半導体層を成長させた窒化物半導体素子であって、
素子縁部に２段階のレーザ加工痕を有している、窒化物半導体素子。
【請求項８】
前記レーザ加工痕は、互いに傾斜角の異なる第１加工面および第２加工面を含む、請求項７記載の窒化物半導体素子。
【請求項９】
前記レーザ加工痕は、互いに加工深さの異なる第１領域および第２領域を含む、請求項７または８記載の窒化物半導体素子。
【請求項１０】
前記第１領域がレーザ光走査方向中央部に形成され、前記第２領域がレーザ光走査方向端部に形成されており、前記第１領域の加工深さが前記第２領域の加工深さよりも深い、請求項９記載の窒化物半導体素子。
【請求項１１】
前記III族窒化物半導体層が共振器を有するレーザダイオードを形成しており、
前記レーザ加工痕が、共振器と平行に形成されている、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板上にIII族窒化物半導体を形成した構成の窒化物半導体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。発光素子の他にも、パワートランジスタや高電子移動度トランジスタのようなトランジスタ素子にもIII族窒化物半導体が適用されている。
発光素子の場合、III族窒化物半導体層は、たとえば、ＧａＮ基板側から、ｎ型ＧａＮ層、活性層（発光層）およびｐ型ＧａＮ層を積層した積層構造を有している。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。
【特許文献１】特開２００５−１１６８４４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。
この問題を解決するために、レーザ加工によって、ＧａＮ基板に深い分割ガイド溝を形成することが考えられる（特許文献１参照）。ところが、基板の表面に溝が形成されるときに、基板材料が加熱されてデブリ（ゴミ）として周辺に飛散して基板表面に付着し、基板の表面を汚染する。このデブリは、外観不良、ダイボンディング不良、ワイヤボンディング不良等の原因となる。
【０００４】
そこで、この発明の目的は、レーザ加工に起因する基板表面の付着物を低減して、素子の信頼性等を向上することができる窒化物半導体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、III族窒化物半導体層を主面に成長させた基板の表面に対して、多光子吸収が生じる波長およびエネルギー密度のレーザ光を照射し、分割ガイド溝を形成する工程と、前記基板の表面に対して前記波長のレーザ光を前記基板での多光子吸収が実質的に生じないエネルギー密度で照射し、基板表面の付着物（とくに分割ガイド溝形成時に基板材料が変質・飛散することにより発生するデブリ）を除去する工程と、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、窒化物半導体素子の製造方法である。
【０００６】
この方法によれば、多光子吸収を利用したレーザ加工によって基板の表面に分割ガイド溝が形成される。その後、基板での多光子吸収が生じないエネルギー密度でレーザ光が照射される。このレーザ光は、基板には吸収されないが、基板表面の付着物には吸収される。基板表面の主要な付着物は、分割ガイド溝の形成時に基板材料が変質および飛散して生じるデブリである。このデブリは、基板材料の変質物であり、分割ガイド溝の近傍の基板表面に付着している。そして、このデブリは、基板材料によっては吸収されない波長のレーザ光を吸収して昇華する。こうして、基板にダメージを与えることなく基板表面の付着物を選択的に除去でき、基板表面を清浄化することができる。その結果、外観不良をなくすことができ、かつ、素子の信頼性を向上することができる。
【０００７】
請求項２記載の発明は、レーザダイオードを形成するIII族窒化物半導体層を主面に成長させた基板の表面に対して、多光子吸収が生じる波長およびエネルギー密度のレーザ光を照射し、前記レーザダイオードの共振器と平行な方向に沿って分割ガイド溝を形成する工程と、前記基板の表面に対して前記波長のレーザ光を前記基板での多光子吸収が実質的に生じないエネルギー密度で照射し、基板表面の付着物（とくに分割ガイド溝形成時に基板材料が変質・飛散することにより発生するデブリ）を除去する工程と、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、窒化物半導体素子の製造方法である。
【０００８】
この方法によれば、請求項１の発明と同様の手法によって、レーザ共振器に平行な方向に関する分割が行われる。レーザ共振器に直交する方向に関する分割は、たとえば、劈開によって行うことができる。
たとえば、共振器端面がｃ面である場合、レーザ共振器に平行な方向（たとえば、ａ面またはｍ面）に関しては、劈開による分割は困難である。そこで、多光子吸収を利用したレーザ加工によって深い分割ガイド溝を形成し、この分割ガイド溝に沿って基板が分割される。分割ガイド溝の形成によって生じる基板表面の付着物（分割ガイド溝近傍に付着しているデブリ）は、低エネルギー密度のレーザ光を照射することにより、基板表面から除去される。こうして、外観が良好で、かつ、信頼性の高い窒化物半導体レーザを提供できる。
【０００９】
請求項３に記載されているように、前記基板がIII族窒化物半導体からなる基板であり、前記分割ガイド溝を形成する工程および前記付着物を除去する工程におけるレーザ光の照射が、５００ｎｍ〜７００ｎｍの波長のレーザ光を照射する工程を含むであることが好ましい。この波長域のレーザ光を適切な強度で用いることにより、基板表面に多光子吸収による加工を施すことができ、また、基板表面の付着物を基板にダメージを与えることなく除去できる。
【００１０】
請求項４に記載されているように、前記分割ガイド溝を形成する工程が、所定領域内でレーザ光を走査する工程を含み、前記基板表面の付着物を除去する工程が、レーザ光走査方向に沿って前記所定領域よりも広い領域に渡ってレーザ光を走査する工程を含んでいてもよい。分割ガイド溝を形成するためのレーザ加工では、基板材料に多光子吸収を生じさせることができるように、高エネルギー密度のレーザ光が照射される。このとき、基板の端縁までレーザ加工を行うと、高エネルギーのレーザ光が基板を担持している担体（たとえば、基板を貼り付けた粘着シート）に照射され、この担体に損傷を与えるおそれがある。一方、デブリ除去のためのレーザ加工では、比較的低いエネルギー密度のレーザ光が照射されるので、このようなレーザ光によって前記担体が大きな損傷を受ける可能性は低い。そこで、分割ガイド溝形成のためのレーザ加工を所定領域（好ましくは、基板端縁にまで達しない中央領域）のみに関して行い、デブリ除去のためのレーザ加工を当該所定領域よりも広い範囲に関して行うとよい。これにより、担体に損傷を与えず、かつ、基板上のデブリを確実に除去できる。
【００１１】
請求項５に記載されているように、前記付着物を除去する工程におけるレーザ光のエネルギー密度は、前記分割ガイド溝を形成する工程におけるレーザ光のエネルギー密度よりも小さいことが好ましい。これにより、基板へのダメージを抑制しつつ、分割ガイド溝周辺の付着物を除去できる。
また、請求項６に記載されているように、前記付着物を除去する工程におけるレーザ光による基板上の照射領域が、前記分割ガイド溝を形成する工程におけるレーザ光よる基板上の照射領域よりも広くなるように、前記付着物を除去する工程におけるレーザ光の焦点位置を異ならせることが好ましい。これにより、分割ガイド溝の周辺の付着物をクリーニングできる。
【００１２】
分割ガイド溝は、III族窒化物半導体層が形成された側の基板表面に形成されてもよい。この場合、分割ガイド溝は、III族窒化物半導体層を貫通してその下地の基板に至る深さまで形成されることが好ましい。また、分割ガイド溝は、III族窒化物半導体層とは反対側の基板表面に形成されてもよい。
基板としては、III族窒化物半導体基板のほか、サファイア基板やＳｉＣ基板を用いてもよい。サファイア基板やＳｉＣ基板を用いるときは、たとえば波長３５５ｎｍのレーザ光を用いるとよい。このような波長のレーザ光を高エネルギー密度で照射することにより、多光子吸収を利用した分割ガイド溝の形成を行うことができる。また、そのような波長のレーザ光を低エネルギー密度で照射することにより基板材料に損傷を与えることなく基板表面の付着物を除去することができる。
【００１３】
請求項７記載の発明は、基板の主面にIII族窒化物半導体層を成長させた窒化物半導体素子であって、素子縁部に２段階のレーザ加工痕を有している、窒化物半導体素子である。
この窒化物半導体素子は、たとえば、多光子吸収を利用したレーザ加工によって基板の表面に分割ガイド溝を形成し、その後、基板での多光子吸収が生じないエネルギー密度でレーザ光を照射することによって作製できる。すなわち、分割ガイド溝で基板を分割すると、素子縁部には、２段階のレーザ加工痕が形成される。分割ガイド溝の形成時に基板材料が変質および飛散して生じるデブリは、その後のレーザ光照射によって昇華する。これにより、外観不良がなく、信頼性の高い素子を実現できる。
【００１４】
請求項８記載の発明は、前記レーザ加工痕は、互いに傾斜角の異なる第１加工面および第２加工面を含む、請求項７記載の窒化物半導体素子である。２段階のレーザ加工を行った痕跡は、互いに傾斜角の異なる第１加工面および第２加工面として現れる。たとえば、基板表面に分割ガイド溝を形成するためのレーザ加工による加工面は、デブリを除去するためのレーザ加工による加工面よりも、急峻な傾斜面となる。
【００１５】
請求項９記載の発明は、前記レーザ加工痕は、互いに加工深さの異なる第１領域および第２領域を含む、請求項７または８記載の窒化物半導体素子である。たとえば、分割ガイド溝を形成するためのレーザ加工領域と、デブリを除去するためのレーザ加工領域とが一致している必要はない。その場合に、分割ガイド溝を形成した領域では加工深さが深くなり、デブリ除去のためのレーザ加工のみが行われた領域では加工深さが浅くなる。
【００１６】
請求項１０記載の発明は、前記第１領域がレーザ光走査方向中央部に形成され、前記第２領域がレーザ光走査方向端部に形成されており、前記第１領域の加工深さが前記第２領域の加工深さよりも深い、請求項９記載の窒化物半導体素子である。分割ガイド溝を形成するためのレーザ加工では、基板材料に多光子吸収を生じさせることができるように、高エネルギー密度のレーザ光が照射される。このとき、基板の端縁までレーザ加工を行うと、高エネルギーのレーザ光が基板を担持している担体（たとえば、基板を貼り付けた粘着シート）に照射され、この担体に損傷を与えるおそれがある。一方、デブリ除去のためのレーザ加工では、比較的低いエネルギー密度のレーザ光が照射されるので、このようなレーザ光によって前記担体が大きな損傷を受ける可能性は低い。そこで、分割ガイド溝形成のためのレーザ加工をレーザ光走査方向中央部の第１領域のみに関して行い、デブリ除去のためのレーザ加工をレーザ光走査方向全域に関して行うとよい。これにより、担体に損傷を与えず、かつ、基板上のデブリを確実に除去できる。この場合、レーザ光走査方向端部の第２領域では、デブリ除去のためのレーザ加工のみが行われることになるので、加工深さが浅くなる。つまり、第１領域の加工深さが第２領域の加工深さよりも深くなる。
【００１７】
請求項１１記載の発明は、前記III族窒化物半導体層が共振器を有するレーザダイオードを形成しており、前記レーザ加工痕が、共振器と平行に形成されている、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子である。たとえば、共振器端面がｃ面である場合、レーザ共振器に平行な方向（たとえば、ａ面またはｍ面）に関しては、劈開による分割は困難である。そこで、多光子吸収を利用したレーザ加工によって深い分割ガイド溝を形成し、この分割ガイド溝に沿って基板が分割される。分割ガイド溝の形成によって生じる基板表面の付着物（分割ガイド溝近傍に付着しているデブリ）は、低エネルギー密度のレーザ光を照射することにより、基板表面から除去される。こうして、２段階のレーザ加工を経ることで、外観が良好で、かつ、信頼性の高い窒化物半導体レーザを提供できる。
【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３は、図１のIII−III線に沿う横断面図である。なお、図１〜図３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、基板１と、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、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】
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。この基板１は、たとえば、非極性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。基板１のサイズは、たとえば、ｃ軸方向（ａ面に平行な方向）の長さが２５０μｍ〜６００μｍであり、ａ軸方向（ｃ面に平行な方向）の長さが２００μｍ〜４００μｍである。
【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（第１導電型の第１層）と、ｐ型半導体層１２（第２導電型の第２層）とを備えている。ｎ型半導体層１１は発光層１０に対して基板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、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およびｐ型ＧａＮコンタクト層１９は、それぞれｎ側電極３および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、互いに平行であり、劈開面であるいずれも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、たとえばＡ１金属からなり、それぞれｐ型コンタクト層１９および基板１にオーミック接続されている。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。
【００３０】
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３においては、導波路２５を拡大して示している。
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
より具体的には、ウエハ５（ＧａＮ単結晶基板１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。
【００３３】
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、個別素子８０のｃ面およびａ面に沿うことになる。
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。
【００３４】
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５は、個別素子８０への分割方法を説明するための図解図である。なお、図５では、説明の便宜上、図４に示すように、ａ軸方向に隣接する個別素子８０ａ，８０ｂ間の分割についてのみ説明することとし、またこれらの個別素子８０の構造を簡略化して示している。また、図５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。
【００３５】
図５(a)に示すように、個別素子８０ａと個別素子８０ｂとの間を分割するには、まず、個別素子８０ａ，８０ｂ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８０ａ、８０ｂを切り出したときに、個別素子８０ａ、８０ｂ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も、III族窒化物半導体積層構造２側の表面を支持シート８に対向させた下向き姿勢でもよい。
【００３６】
次いで、レーザ加工機を用いて、ｃ軸方向に沿う（すなわち、ａ面に平行な方向の）切断予定ライン７に沿って、ウエハ５の表面に分割ガイド溝３１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２８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５には、集光レンズ２８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２８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２８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２８とウエハ５との距離の調整は、集光レンズ２８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２８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２８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２８の焦点距離の調整によっても行える。
【００３７】
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、個別素子８０におけるｃ軸に平行な切断予定ライン７に沿って、レーザ光９が走査される。
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。
【００３８】
レーザ光９が照射される位置においては、ウエハ５の表面にレーザ光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、集光点がウエハ５の表面に沿って走査されることによって、個別素子８０ａ，８０ｂの境界領域に、切断予定ライン７に沿って、分割ガイド溝３１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３１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３１が形成されることになる。ただし、図５には連続形状の分割ガイド溝３１を示してある。
【００３９】
走査されるレーザ光９の波長は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、ウエハ５の表面に分割ガイド溝３１が形成されることになる。
【００４０】
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、ウエハ５の表面を良好に加工することができ、良子な分割ガイド溝３１を形成することができる。レーザ光９のエネルギー密度は、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。
【００４１】
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３１の深さは、たとえば、１０μｍ程度である。この場合、ウエハ５を上向き姿勢で支持シート８に支持させているときには、分割ガイド溝３１は、III族窒化物半導体積層構造２を貫通してＧａＮ単結晶基板１に達する。ウエハ５を下向き姿勢で支持シート８に支持させているときには、分割ガイド溝３１はウエハ５の裏面側に形成され、III族窒化物半導体積層構造２にまでは到達しない。
【００４２】
レーザ加工による分割ガイド溝３１の形成の際、ウエハ５の表面付近のIII族窒化物半導体材料が加熱されて変質し、デブリとして分割ガイド溝３１の近傍に飛び散る。そこで、次に、図５(b)に示すように、デブリを除去するためのクリーニング工程が行われる。
クリーニング工程は、レーザ光発生ユニットの出力を下げて、ウエハ５での多光子吸収が生じない状態でのレーザ光照射によって行われる。また、ウエハ５の表面において分割ガイド溝３１の近傍の所定幅Ｗ（分割ガイド溝３１の幅よりも広い幅。たとえば、Ｗ＝１０μｍ〜５０μｍ）にレーザ光９が照射されるように、集光レンズ２８の焦点位置が調整される。さらに、ウエハ５表面でのエネルギー密度が１×１０6Ｗ／ｃｍ2〜１×１０9Ｗ／ｃｍ2（たとえば、５×１０7Ｗ／ｃｍ2）程度となるようにレーザ光発生ユニットの出力が下げられる。
【００４３】
この状態で、レーザ光９が、切断予定ライン７に沿って走査される。これにより、分割ガイド溝３１およびその両側の所定幅Ｗの領域に、低エネルギー密度のレーザ光９が照射される。
このときのレーザ光９の波長は、前述のとおり、５００ｎｍ〜７００ｎｍである。この波長域のレーザ光９は、III族窒化物半導体には吸収されないので、ＧａＮ基板１にもIII族窒化物半導体積層構造２にも影響を与えない。一方、デブリは、III族窒化物半導体から変質した物質からなり、その主要な成分は、III族窒化物半導体から窒素原子が抜けた状態のIII族元素（主要成分はＧａ）である。そのため、前述の波長域のレーザ光９は、デブリには吸収される。これにより、レーザ光９を受けたデブリは、昇華して飛散し、ウエハ５の表面から除去される。こうして、分割ガイド溝３１をレーザ加工で形成したときに生じるデブリを除去して、ウエハ５の表面をクリーニングすることができる。
【００４４】
デブリの昇華物を確実に排除するためには、レーザ光９の照射域近傍の雰囲気を吸引することによってデブリの昇華物をウエハ５の表面付近から排除する吸引機構を設けることが好ましい。
ウエハ５の表面のクリーニングが行われた後には、図６に示すように、ウエハ５に外力を加えることにより、個別素子８０ａと個別素子８０ｂとに分割される（分割工程）。具体的には、分割ガイド溝３１に沿って、ウエハ５に対して外部から応力を加え、分割ガイド溝３１から亀裂を発生させることにより、ウエハ５が分割される。
【００４５】
ａ面に沿う切断予定ライン７での分割により、ウエハ５は複数のバー状体に分割される。この複数のバー状体は、次に、ｃ面に沿う切断予定ライン７に沿って分割される。具体的には、前述の場合と同様のレーザ加工によって分割ガイド溝３１を形成し、その後に分割ガイド溝３１付近のデブリを低エネルギー密度のレーザ光でクリーニングすればよい。
ただし、ａ面またはｍ面に沿う劈開が困難であるのに対して、ｃ面に沿う劈開は比較的安定しているので、ｃ面に沿う切断予定ライン７に関しては、別の分割方法を適用してもよい。たとえば、ダイヤモンドカッタ等を用いた機械的な加工によって分割ガイド溝を形成してもよい。また、ＧａＮ基板１内部でレーザ光の多光子吸収を生じさせることによって、ＧａＮ基板１の内部に切断予定ライン７に沿って加工領域（多光子吸収による改質領域）を形成し、この加工領域を起点として亀裂を生じさせて、分割を行うようにしてもよい。複数のバー状体に分割されたウエハ５に対して外部から応力を加えることによって、ｃ面に沿う劈開を行うことができる。これにより、劈開面からなる良好な共振器端面（ｃ面）を得ることができる。
【００４６】
なお、個別素子への分割の手順は、これに限るものではない。たとえば、ｃ面に沿う劈開面でウエハをバー状体に分割した後、このバー状体をｃ面と垂直な面（たとえばａ面）に沿って分割してもよい。
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。そして、得られた個別素子８０の共振器端面２１，２２に、それぞれ前述の絶縁膜（図示せず）が形成されることによって、図１に示す半導体レーザダイオード７０が得られる。
【００４７】
以上のように、この実施形態によれば、III族窒化物半導体（個別素子８０）で吸収されない５００ｎｍ〜７００ｎｍの波長のレーザ光９によって分割ガイド溝３１が形成された後、この分割ガイド溝３１から亀裂を発生させてウエハ５の分割が行われる。このような分割工程を経て、半導体レーザダイオード７０のサイズ（チップサイズ）に分割された個別素子８０が得られる。そして、分割ガイド溝３１の形成後には、低エネルギー密度のレーザ光が分割ガイド溝３１およびその両側の所定幅Ｗの領域に照射されることによって、デブリが除去される。これにより、安定した形状の半導体レーザダイオード７０をウエハ５から切り出すことができる。そして、半導体レーザダイオード７０の表面のデブリは低エネルギー密度レーザ光照射によるクリーニングによって除去されているので、デリに起因する外観不良、ダイボンディング不良、ワイヤボンディング不良等を低減または回避できる。
【００４８】
図７は、２段階のレーザ加工によって生じるレーザ加工痕の形状を説明するための図解的な断面図である。この図７には、分割ガイド溝３１に直交する断面形状が示されている。
前述のとおり、分割ガイド溝３１を形成するための第１段階のレーザ加工（図７(a)参照。分割ガイド溝形成工程）と、この第１段階のレーザ加工によって生じたデブリ（図７(b)参照）を除去するための第２段階のレーザ加工（図７(c)参照。クリーニング工程）とが行われる。第２段階のレーザ加工は、ウエハ５での多光子吸収が生じない程度のエネルギー密度で行われるが、デブリの除去に伴ってウエハ５の材料が失われる。また、レーザ光のエネルギー吸収が若干ながら生じ、これによっても、ウエハ５の材料が失われる。
【００４９】
その結果、個別素子８０の縁部に形成されるレーザ加工痕３０は、図７(d)に示すように、第１レーザ加工面としての分割ガイド溝３１の縁部に、前記クリーニング工程に起因する第２レーザ加工面３２を有している。第１レーザ加工面（分割ガイド溝３１）は、ウエハ５の深くにまで達しており、ウエハ５の主面に対して大きな傾斜角を有している。これに対して、第２レーザ加工面３２は、ウエハ５の表面部分の材料がわずかに失われた状態となっていて、第１レーザ加工面（分割ガイド溝３１）の傾斜角に比較して緩やかな傾斜角を有している。このように、レーザ加工痕３０は、二段階のレーザ加工痕となっている。
【００５０】
図８は、この発明の他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。この実施形態では、まず、ｃ面に沿う切断予定ライン７に関してウエハ５の分割が行われて、ａ軸に沿って延びるバー状体５０が形成される。このバー状体５０が支持シート８に担持された状態で、レーザ加工によって、分割ガイド溝３１が形成される。図中、符号２０は、ｃ軸方向に沿ったリッジストライプ（共振器）を表す。
【００５１】
バー状体５０は、隣接する個別素子８０ａ，８０ｂの間に設定される切断予定ライン７（ｃ軸方向に平行な切断予定ライン）で分割される。この切断予定ライン７に沿って、前述のレーザ加工機によるレーザ加工が実行される。このレーザ加工は、分割ガイド溝３１を形成するための第１段階のレーザ加工と、分割ガイド溝３１の形成によって生じるデブリをクリーニングするための第２段階のレーザ加工とを含む。この場合に、第１段階のレーザ加工は、バー状体５０の幅方向中央部の第１領域５１に関してだけ行われ、バー状体５０の幅方向両端部の第２領域５２については行われない。これに対して、第２段階のレーザ加工は、バー状体５０の幅方向全域に渡って行われる。前記第２領域５２は、バー状体５０の端面から５μｍ〜２０μｍ（たとえば１０μｍ）の幅の領域であることが好ましい。第２領域５２の幅が５μｍよりも狭いと、レーザ光が支持シート８に損傷を与えるおそれがある。また、第２領域５２の幅が２０μｍを超えると、素子分割の際に、バリが生じるおそれがある。
【００５２】
分割ガイド溝３１を形成するための第１段階のレーザ加工では、ウエハ５の材料に多光子吸収を生じさせることができるように、高エネルギー密度のレーザ光が照射される。このとき、バー状体５０の幅方向端縁までレーザ加工を行うと、高エネルギーのレーザ光が支持シート８に照射され、この支持シート８に損傷を与えるおそれがある。一方、デブリを除去するクリーニングのための第２段階のレーザ加工では、比較的低いエネルギー密度のレーザ光が照射されるので、このようなレーザ光によって支持シート８が大きな損傷を受ける可能性は低い。そこで、分割ガイド溝３１形成のためのレーザ加工をレーザ光走査方向中央部の第１領域５１のみに関して行い、デブリ除去のためのレーザ加工をレーザ光走査方向全域に関して行う。これにより、支持シート８に損傷を与えず、かつ、バー状体５０上のデブリを確実に除去できる。
【００５３】
この場合、個別素子８０の端縁におけるレーザ加工痕３０の形状は、第１領域５１においては、前述の第１の実施形態の場合と同様（図７(d)参照）であるが、第２領域５２においては、図９に示すように、第２段階のレーザ加工面に対応した第２レーザ加工面３２のみが生じている。すなわち、レーザ加工痕３０の加工深さは、第１領域５１において比較的深く、第２領域５２において比較的浅くなる。なお、図９に、分割ガイド溝３１の断面形状を破線で示す。
【００５４】
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、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、III族窒化物半導体からなる素子であれば、たとえば、発光ダイオード（ＬＥＤ）やトランジスタのような他の種類の素子の製造にも適用することができる。
【００５５】
また、前述の実施形態では、ＧａＮ単結晶基板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、サファイア基板やＳｉＣ基板上にIII族窒化物半導体層を形成した構成の素子の製造にもこの発明を適用することができる。この場合、III族窒化物半導体層が形成されていない側の表面からレーザ加工による分割ガイド溝を形成するとよい。サファイア基板やＳｉＣ基板を用いる場合のレーザ光としては、たとえば、波長３５５ｎｍのものを用いるとよい。この波長のレーザ光を高エネルギー密度で用いることによりサファイア基板やＳｉＣ基板の表面で多光子吸収を生じさせ、分割ガイド溝を形成できる。また、波長３５５ｎｍのレーザ光を低エネルギー密度で照射することにより、サファイア基板やＳｉＣ基板にダメージを与えることなく、その表面のデブリを除去することができる。
【００５６】
また、前述の実施形態では、分割ガイド溝３１に沿って低エネルギー密度のレーザ光９でウエハ５の表面を走査することにより、デブリを除去するためのクリーニングを行っているが、ウエハ５の表面全域を低エネルギー密度のレーザ光９で走査するようにしてもよい。
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】
【００５７】
【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１のIII−III線に沿う構断面図である。
【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】分割ガイド溝の形成およびその後のクリーニングを説明するための図解的な斜視図である。
【図６】個別素子が分割された状態を示す図解的な斜視図である。
【図７】２段階のレーザ加工によって生じるレーザ加工痕の形状を説明するための図解的な断面図である。
【図８】この発明の他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。
【図９】図８の製造方法で作製された素子のレーザ光走査領域端部におけるレーザ加工痕の形状を説明するための図解的な断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１      基板（ＧａＮ単結晶基板）
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
６      絶縁層
７      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ＡｌＧａＮ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    端面
２２    端面
２５    導波路
２８    集光レンズ
３０    レーザ加工痕
３１    分割ガイド溝（第１レーザ加工面）
３２    第２レーザ加工面
５０    バー状体
５１    第１領域
５２    第２領域
８０    個別素子
８０ａ  個別素子
８０ｂ  個別素子
【図１】
2009049390.tif 000003
【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】
2009049390.tif 000008
【図７】
2009049390.tif 000009
【図８】
2009049390.tif 000010
【図９】
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