(57)【要約】【課題】バー状またはチップ状に容易に分割するのが可能な半導体素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】この青紫色半導体レーザ素子１００（半導体素子）は、ＧａＮ層１１からなる第１領域１１ａと、ＧａＮ層１１と異なる材質からなりＧａＮ層１１に接合するＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２からなる第２領域１２ａとが縞状に配置された切り出し面１０ａを有する半導体基板１０と、切り出し面１０ａの領域１１ａ上に形成された素子中央部と、切り出し面１０ａの第２領域１２ａ上に形成された素子端面部１００ａとを有する半導体レーザ素子層２０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１半導体層からなる第１領域と、前記第１半導体層と異なる材質からなり前記第１半導体層に接合する第２半導体層からなる第２領域とが縞状に配置された主表面を有する半導体基板と、
前記主表面の前記第１領域上に形成された素子中央部と、前記主表面の前記第２領域上に形成された素子端面部とを有する半導体素子層とを備えた、半導体素子。
【請求項２】
前記主表面において、前記第２半導体層の前記第２領域の硬度は、前記第１半導体層の前記第１領域の硬度よりも小さい、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
前記第１半導体層は、ＧａＮを含み、前記第２半導体層は、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ（０＜Ｘ≦１）を含む、請求項１または２に記載の半導体素子。
【請求項４】
前記第１半導体層の前記第１領域と実質的に同じ幅を有し、前記半導体素子層の上面上に形成された電極部をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体素子。
【請求項５】
第１半導体層からなる第１領域と、前記第１半導体層と異なる材質の第２半導体層からなる第２領域とが縞状に配置された主表面を有する半導体基板を形成する工程と、
前記半導体基板の前記第１領域上および前記第２領域上に半導体素子層を形成する工程と、
前記半導体基板の前記第２半導体層の前記第２領域で前記半導体基板および前記半導体素子層を分割する工程とを備えた、半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記半導体基板を形成する工程は、成長用基板上に、前記第１半導体層と、前記第２半導体層とが交互に積層された半導体成長層を形成する工程と、前記半導体成長層の成長面を、前記成長面と交差する方向に沿って分割する工程とを含む、請求項５に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記第１半導体層および前記第２半導体層の主表面における硬度を、それぞれ、β１およびβ２とした場合、
前記第１半導体層および前記第２半導体層は、β１＞β２の関係を有する、請求項５または６に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項８】
前記第１半導体層は、ＧａＮを含み、前記第２半導体層は、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ（０＜Ｘ≦１）を含む、請求項５〜７のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項９】
前記第１半導体層の前記第１領域と実質的に同じ幅を有し、前記半導体素子層の上面上に電極部を形成する工程をさらに備える、請求項５〜８のいずれか１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、半導体素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、窒化ガリウム（ＧａＮ）などの窒化物系材料からなる半導体発光素子は、ディスク装置などで利用される青紫色半導体レーザ（ＬＤ）や、照明用の光源などに利用される発光ダイオード（ＬＥＤ）として実用化されている。また、窒化物系半導体発光素子の発光波長は、紫外線波長〜近赤外線波長まで広範囲であるために、プロジェクタ装置などの映像表示機器の光源にも使用可能であることから、緑色半導体発光素子も注目されている。特に、照明機器や映像表示機器での使用が実用化されると、窒化物系半導体発光素子には大規模な需要が見込まれ、窒化物系半導体発光素子の量産化および低コスト化への要求は大きい。
【０００３】
そこで、大面積を有する成長用基板上に半導体層を形成することにより、半導体発光素子の量産化および低コスト化が検討されている。このため、従来では、大面積の成長用基板の製造方法が提案されている（たとえば特許文献１参照）。
【０００４】
上記特許文献１には、ＧａＡｓ基板（元基板）上にＧａＮ層を成長させるとともに、このＧａＮ層（インゴット）を、層の成長方向と平行な面でスライス加工することにより、大面積かつ非極性面（非ｃ面）を有する単結晶ＧａＮ基板を形成する方法が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２９８９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１において提案された単結晶ＧａＮ基板の製造方法では、単結晶ＧａＮ基板は、ＧａＡｓ基板よりも硬いために、ウェハー状に形成された半導体発光素子をバー状またはチップ状に分割する分割工程の際に、割れにくい性質がある。すなわち、半導体発光素子を共振器の延びる方向に沿って平行に分割するべきところが、斜めの結晶方向に割れてしまい、発光素子を破壊する場合がある。したがって、上記特許文献１の製造方法による単結晶ＧａＮ基板を用いた半導体発光素子では、半導体発光素子を容易に分割するのが困難であるという問題点がある。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、バー状またはチップ状に容易に分割するのが可能な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および発明の効果】
【０００８】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による半導体素子は、第１半導体層からなる第１領域と、第１半導体層と異なる材質からなり第１半導体層に接合する第２半導体層からなる第２領域とが縞状に配置された主表面を有する半導体基板と、主表面の第１領域上に形成された素子中央部と、主表面の第２領域上に形成された素子端面部とを有する半導体素子層とを備える。
【０００９】
この発明の第１の局面による半導体素子では、上記のように、第１半導体層の第１領域と異なる材質からなる第２半導体層の第２領域上に形成された素子端面部を有する半導体素子層を備えることによって、たとえば、半導体基板を、第２領域の硬度が第１領域の硬度よりも小さくなるように形成した場合、半導体基板は、第１領域よりも第２領域において割れやすくなる。すなわち、硬度の小さい第２領域において、半導体素子層が形成されたウェハーを容易にバー状（またはチップ状）に分割することができるとともに、半導体素子を確実に共振器の延びる方向と実質的に平行に分割することができる。これにより、半導体素子が、共振器の延びる方向と交差するような方向へ分割が進行することにより素子中央部近傍まで破壊されるのを抑制することができるので、半導体素子製造時の歩留まりを向上させることができる。
【００１０】
上記第１の局面による半導体素子において、好ましくは、主表面において、第２半導体層の第２領域の硬度は、第１半導体層の第１領域の硬度よりも小さい。このように構成すれば、主表面のうちの硬度が小さい第２領域において、半導体素子層を容易に分割することができる。
【００１１】
上記第１の局面による半導体素子において、好ましくは、第１半導体層は、ＧａＮを含み、第２半導体層は、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ（０＜Ｘ≦１）を含む。このように構成すれば、ＧａＮの主表面における硬度よりもＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎの主表面における硬度が小さいので、半導体基板のうちのＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層領域において、容易に半導体素子を分割することができる。
【００１２】
上記第１の局面による半導体素子において、好ましくは、第１半導体層の第１領域と実質的に同じ幅を有し、半導体素子層の上面上に形成された電極部をさらに備える。このように構成すれば、ＧａＮを含む第１領域が、電極部下部の電流通路領域と実質的に同じ幅に形成され、かつ、第１半導体層の屈折率よりもＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎを含む第２半導体層の屈折率が小さいために、第１領域（素子中央部）から隣接する第２領域（素子端面部）へ光が洩れ出すのを効果的に抑制することができる。
【００１３】
この発明の第２の局面による半導体素子の製造方法は、第１半導体層からなる第１領域と、第１半導体層と異なる材質の第２半導体層からなる第２領域とが縞状に配置された主表面を有する半導体基板を形成する工程と、半導体基板の第１領域上および第２領域上に半導体素子層を形成する工程と、半導体基板の第２半導体層の第２領域で半導体基板および半導体素子層を分割する工程とを備える。
【００１４】
この発明の第２の局面による半導体素子の製造方法では、上記のように、半導体基板の第２半導体層の第２領域の部分で半導体基板および半導体素子層を分割する工程を備えることによって、たとえば、半導体基板を、第２領域の硬度が第１領域の硬度よりも小さくなるように形成した場合、半導体基板は、第１領域よりも第２領域において割れやすくなる。すなわち、硬度の小さい第２領域において、半導体素子層が形成されたウェハーから容易にバー状（またはチップ状）に分割された半導体素子を得ることができるとともに、半導体素子を確実に共振器の延びる方向と実質的に平行に分割することができる。これにより、半導体素子が、共振器の延びる方向と交差するような方向へ分割が進行することにより素子中央部近傍まで破壊されるのを抑制することができるので、半導体素子製造時の歩留まりを向上させることができる。
【００１５】
上記第２の局面による半導体素子の製造方法において、好ましくは、半導体基板を形成する工程は、成長用基板上に、第１半導体層と、第２半導体層とが交互に積層された半導体成長層を形成する工程と、半導体成長層の成長面を、成長面と交差する方向に沿って分割する工程とを含む。このように構成すれば、半導体素子層を成長させるための主表面が、第１半導体層の第１領域と第２半導体層の第２領域とによって縞状に形成された半導体基板を得ることができる。
【００１６】
上記第２の局面による半導体素子の製造方法において、好ましくは、第１半導体層および第２半導体層の主表面における硬度を、それぞれ、β１およびβ２とした場合、第１半導体層および第２半導体層は、β１＞β２の関係を有する。このように構成すれば、主表面の硬度が小さい第２半導体層の第２領域において、半導体素子層が容易に分割される半導体素子を得ることができる。
【００１７】
上記第２の局面による半導体素子の製造方法において、好ましくは、第１半導体層は、ＧａＮを含み、第２半導体層は、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ（０＜Ｘ≦１）を含む。このように構成すれば、ＧａＮの主表面における硬度よりもＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎの主表面における硬度が小さいので、半導体基板のうちのＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層領域（第２領域）において分割された半導体素子を得ることができる。
【００１８】
上記第２の局面による半導体素子の製造方法において、好ましくは、第１半導体層の第１領域と実質的に同じ幅を有し、半導体素子層の上面上に電極部を形成する工程をさらに備える。このように構成すれば、ＧａＮを含む第１領域が、電極部下部の電流通路領域と実質的に同じ幅に形成され、かつ、第１領域の屈折率よりもＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎを含む第２領域の屈折率が小さいために、第１領域（素子中央部）から隣接する第２領域（素子端面部）へ光が洩れ出すのが抑制された半導体素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による青紫色半導体レーザ素子の構造を説明するための斜視図である。図１を参照して、第１実施形態による青紫色半導体レーザ素子１００の構成について説明する。なお、第１実施形態では、半導体素子の一例である青紫色半導体レーザ素子に本発明を適用した場合について説明する。
【００２１】
本発明の第１実施形態による青紫色半導体レーザ素子１００（発振波長：約４００ｎｍ）は、図１に示すように、半導体基板１０と、半導体レーザ素子層２０および電極（ｐ側電極３０およびｎ側電極３１）とから構成されている。なお、半導体レーザ素子層２０は、本発明の「半導体素子層」の一例である。
【００２２】
ここで、第１実施形態では、図１に示すように、半導体基板１０は、ＧａＮ層１１の両端にＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ（０＜Ｘ≦１）層１２が接合された縞状の基板を形成するように構成されている。なお、以降の説明では、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ（０＜Ｘ≦１）層１２をＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２として記載する。また、半導体レーザ素子層２０の矢印Ｂ方向の中央部近傍（発光層近傍）が、ＧａＮ層１１（第１領域１１ａ）の上面上に対応する領域に形成されるように構成されている。なお、ＧａＮ層１１およびＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２は、それぞれ、本発明の「第１半導体層」および「第２半導体層」の一例である。
【００２３】
また、第１実施形態では、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２（図１参照）の第２領域１２ａにおける硬度β２は、ＧａＮ層１１（図１参照）の第１領域１１ａにおける硬度β１（約１２００ｋｇｍｍ−２〜約１７００ｋｇｍｍ−２：ヌープ硬さ測定法による）よりも小さい（β１＞β２）。
【００２４】
ここで、上記半導体層の硬度とは、一般的に、物質の硬さの程度を表す尺度として用いられる。硬度の測定方法は、たとえばビッカース硬さ測定法やヌープ硬さ測定法などがある。これらの方法は、ダイヤモンドで作られたピラミッド型の圧子を所定の荷重により測定物の表面に押し込んだ上で、荷重を取り除いたあとに残るへこみ形状から算出される面積で荷重を除した値によって測定物の硬度を測定する方法として知られている。
【００２５】
また、半導体レーザ素子層２０は、図１に示すように、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２１、活性層２２およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２３などの半導体レーザ素子層によって構成されている。また、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２１は、活性層２２よりもバンドギャップが大きく、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２３は、活性層２２よりもバンドギャップが大きい。このｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２１およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２３の材質は、上記のように窒化物系化合物などが用いられる。また、上記構成による半導体レーザ素子層２０は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＢＮ、ＴｌＮおよびこれらの混晶からなるウルツ構造の窒化物系半導体層により形成されていてもよい。
【００２６】
また、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２１と活性層２２との間に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２１と活性層２２との中間のバンドギャップを有する光ガイド層などが形成されていてもよく、活性層２２とｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２３との間に、活性層２２とｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２３との中間のバンドギャップを有する光ガイド層などが形成されていてもよい。
【００２７】
また、活性層２２は、アンドープであっても、Ｓｉなどの不純物などがドーピングされていてもよく、特に、活性層２２の材質としてＩｎＧａＮなどが用いられる。また、活性層２２は、たとえばＧａＮからなる４層の障壁層と、ＩｎＧａＮからなる３層の井戸層とが交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ）構造により形成される。なお、活性層２２は、単層または単一量子井戸（ＳＱＷ）構造などにより形成されていてもよい。
【００２８】
また、図１に示すように、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２３の上面側には、エッチング加工などにより共振器の延びる方向（矢印Ａ方向）に峰状に延びる凸部からなるリッジ部２３ａが形成されている。このリッジ部２３ａにより、導波路構造が形成されている。なお、導波路構造の形成方法はリッジ部２３ａを形成する方法に限らず、埋め込みヘテロ構造などにより、導波路構造を形成してもよい。
【００２９】
また、図１に示すように、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２３のリッジ部２３ａの上面上には、リッジ部２３ａの延びる方向（矢印Ａ方向）（図１参照）に沿って、ｐ側電極３０が形成されている。なお、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２３とｐ側電極３０との間には、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２３よりも好ましくはバンドギャップが小さいコンタクト層（図示せず）が形成されていてもよい。また、図１に示すように、研磨やエッチング加工などにより所定の厚みに調整された半導体基板１０の下面上に、ｎ側電極３１が形成されている。
【００３０】
図２〜図７は、本発明の第１実施形態による青紫色半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。次に、図１〜図７を参照して、第１実施形態による青紫色半導体レーザ素子１００の製造プロセスについて説明する。
【００３１】
本発明の第１実施形態による青紫色半導体レーザ素子１００の製造プロセスでは、まず、結晶成長の元基板となる半導体基板の形成工程と、半導体基板上への半導体レーザ素子層および電極の形成工程とを行う。そして、ウェハー状に形成された半導体レーザ素子に対して分割工程を行うことにより、図１に示すような青紫色半導体レーザ素子１００が形成される。以下、各工程順に具体的に説明する。
【００３２】
まず、半導体基板の形成工程では、図２に示すように、半導体成長層５０を形成するための成長用基板となるサファイア基板６０を準備した上で、サファイア基板６０の上面上に、有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、ＧａＮ層１１を所定の厚さ（約数１００μｍ程度）にエピタキシャル成長させる。その際、ＧａＮ層１１の成長面を極性面（ｃ面）として成長させるために、略（０００１）面を主表面とするサファイア基板６０を用いている。
【００３３】
なお、ＧａＮ層１１を成長させる成長用基板としては、上記サファイア基板６０に限らず、窒化物系半導体基板や窒化物系半導体ではない異種基板（たとえばα−ＳｉＣ基板、ＺｎＯ基板、スピネル基板およびＬｉＡｌＯ３基板など）を用いてもよい。また、略（１１１）面を主表面にもつＧａＡｓ基板を用いてもよい。
【００３４】
また、ＧａＮ層１１は、気相から固層への反応を利用した薄膜成長法により成膜されるために、上記ＭＯＣＶＤ法のほかに、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）や有機金属塩化物気相成長法（ＭＯＣ法）などを適用してもよい。
【００３５】
また、図２に示すように、ＧａＮ層１１をサファイア基板６０上に成膜するときは、通常、バッファ層（図示せず）をＧａＮ層１１の直前に積層するために、サファイア基板６０とＧａＮ層１１との格子定数の差に起因する反りは生じにくい。また、ＧａＡｓ基板上への成膜においても、ラテラル成長法を用いる場合は、ＧａＡｓ基板とＧａＮ層との格子定数の差に起因する反りは生じにくい。しかしながら、サファイア基板６０の熱膨張係数αｓｕｂ（ａ軸では約７．５×１０−６／Ｋを有し、ｃ軸では約８．５×１０−６／Ｋを有する）は、ＧａＮ層１１の熱膨張係数α１（ａ軸では約５．５９×１０−６／Ｋを有し、ｃ軸では約３．１７×１０−６／Ｋを有する）よりも大きいために、サファイア基板６０上にＧａＮ層１１のみの単層を厚く積層した場合、成長後の冷却過程における熱応力（図２の矢印Ｐ方向の応力）に起因して、ＧａＮ層１１側（図２の矢印Ｃ方向）に若干の凸の反り変形が生じる。
【００３６】
そこで、上記ＧａＮ層１１を成長させた後、図２に示すように、ＧａＮ層１１とは異なる格子定数を有するＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２を所定の厚さ（数１０μｍ程度）にエピタキシャル成長させる。このＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２の成長により、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２の格子定数ｂ２（ａ軸方向では約３．１１２を有する）がＧａＮ層１１の格子定数ｂ１（ａ軸方向では約３．１１２≦ｂ２＜３．１８９を有する）よりも小さい（ｂ１＞ｂ２）ために、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２には、図２に示すように、半導体層の内部に向かう方向（矢印Ｑ方向）の応力が生じる。このため、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２に生じる内部応力が、ＧａＮ層１１側に凸に変形するのを矢印Ｄ方向（図２参照）に引き戻す（打ち消す）役割として作用する。
【００３７】
また、図２に示すように、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２を成長させた後、再度、ＧａＮ層１１を所定の厚さ（数１００μｍ程度）にエピタキシャル成長させる。そして、さらに、ＧａＮ層１１の成長の後、再度、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２を所定の厚さ（数１０μｍ程度）にエピタキシャル成長させる。この場合も、ＧａＮ層１１の格子定数ｂ１と、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２の格子定数ｂ２とに大小関係（ｂ１＞ｂ２）を有するために、互いの半導体層内部に発生する応力を打ち消し合う作用が生じる。すなわち、図２に示すように、ＧａＮ層１１とＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２とを繰り返し積層させることによって、半導体成長層５０を、サファイア基板６０上に反りが生じない状態か、または、反りが緩和された状態で、大きな厚みを有するように形成する。また、半導体成長層５０には若干の反りが生じる場合もある。なお、半導体成長層５０には若干の反りが生じる場合でも、反りの程度は、後述する半導体基板１０の形成後に、半導体基板１０が半導体レーザ素子層２０を形成するための成長用基板または支持基板として使用される際に、支障を来たす程度ではない。
【００３８】
このようにして、サファイア基板６０上にＧａＮ層１１とＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２とが所定の回数だけ繰り返して積層されることによって、半導体成長層５０（図２参照）が形成される。
【００３９】
そして、図３に示すように、サファイア基板６０を半導体成長層５０から分離除去する。その際、スライサー（図示せず）などによってサファイア基板６０を物理的に除去してもよい。また、成長用基板がＧａＡｓ基板などの場合には、化学的エッチング処理によって除去してもよい。
【００４０】
その後、図３に示すように、ＧａＮ層１１とＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２とが繰り返し積層された半導体成長層５０の成長面（矢印Ｃ方向と垂直な面）に対して、実質的に垂直な方向（半導体成長層５０の積層方向（図３の矢印Ｃ方向））に、スライサー（図示せず）などを使用して分割線６００（破線）に沿ってスライス加工を施すことにより、半導体成長層５０から半導体基板１０を薄板状に切り出す。これにより、図４に示すように、ＧａＮ層１１の第１領域１１ａとＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２の第２領域１２ａとが横方向（矢印Ｂ方向）に交互に配置された大面積の半導体基板１０が得られる。
【００４１】
なお、第１実施形態では、図４に示すように、半導体基板１０の切り出し面１０ａ（第１領域１１ａと第２領域１２ａとが縞状に配置された面）が、ｍ面（（１−１００）面）またはａ面（（１１−２０）面）となるように切り出すことによって、無極性面（非ｃ面）からなる主表面を有する半導体基板１０を得る。ここで、無極性面（非ｃ面）とは、ＧａＮ層１１の結晶成長におけるｃ面（（０００１）面）とよばれる極性面に対して法線方向の面（ｍ面またはａ面）を示す。このようにして、縞状の半導体基板１０が形成（製造）される。なお、切り出し面１０ａは、本発明の「主表面」の一例である。
【００４２】
次に、半導体基板上への半導体レーザ素子層および電極の形成工程では、図５に示すように、半導体基板１０の上面（切り出し面１０ａ）上に、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２１、活性層２２およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２３などの半導体層を順に積層する。そして、図６に示すように、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２３の上面側に、リソグラフィによるパターン形成およびドライエッチングなどを行うことにより図面に垂直な方向（図７の矢印Ａ方向）に峰状に延びるリッジ部２３ａを形成する。
【００４３】
また、図６に示すように、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２３のリッジ部２３ａの上面上に、ｐ側電極３０を真空蒸着により形成する。また、図６に示すように、研磨やエッチング加工などにより所定の厚みに調整された半導体基板１０の下面上に、ｎ側電極３１を真空蒸着により形成する。このようにして、半導体基板１０上への半導体レーザ素子層２０および電極層（ｐ側電極３０およびｎ側電極３１）が形成される。
【００４４】
ここで、第１実施形態では、次に示す方法によって、ウェハー状に形成された半導体レーザ素子に対して分割工程を行う。具体的には、劈開面形成工程（バー状劈開）の後に、図７に示すように、半導体基板１０のＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２の第２領域１２ａに対応した領域２０ａ（破線部の領域）において、ｎ側電極３１の下面側から半導体レーザ素子層２０に向かってダイヤモンドカッタ等により共振器の延びる方向（図１の矢印Ａ方向）に複数のケガキ線（図示せず）を形成した上で、各ケガキ線に沿って順次分割を行う。このように構成すれば、ＧａＮ層１１の第１領域１１ａ（図７参照）における硬度β１よりもＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２の第２領域１２ａ（図７参照）における硬度β２が小さい（β１＞β２）ために、素子端面部１００ａ（図１参照）が形成される領域（図６に示すように、半導体レーザ素子層２０のうちのＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２の第２領域１２ａに対応した領域２０ａの略中央部）に、分割面（劈開面）が確実に形成されるので、素子端面部１００ａ（第２領域１２ａ）において共振器の延びる方向（図１の矢印Ａ方向）と実質的に平行な方向に分割されたチップ状の青紫色半導体レーザ素子１００（図１参照）を容易に得ることができる。また、図７に示すように、バー状の青紫色半導体レーザ素子１００を確実に共振器の延びる方向（矢印Ａ方向）と実質的に平行な方向に分割することができるので、意図しない方向（たとえば矢印Ａ方向と交差するような方向）へ分割が進行することにより半導体レーザ素子層２０の中央部近傍（発光層近傍領域）まで破壊されるのを抑制することが可能である。これにより、青紫色半導体レーザ素子１００の製造時の歩留まりを向上させることができる。
【００４５】
以上から、図１に示すように、チップ化された青紫色半導体レーザ素子１００が形成される。このようにして、第１実施形態による青紫色半導体レーザ素子１００が形成される。
【００４６】
第１実施形態では、上記のように、ＧａＮ層１１（第１領域１１ａ）と異なる材質からなるＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２（第２領域１２ａ）上に形成された素子端面部１００ａ（図１参照）を有する半導体レーザ素子層２０を備えることによって、たとえば、半導体基板１０を、第２領域１２ａの硬度が第１領域１１ａの硬度よりも小さくなるように形成した場合、半導体基板１０は、第１領域１１ａよりも第２領域１２ａにおいて割れやすくなる。すなわち、硬度の小さいＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２において、半導体レーザ素子層２０が形成されたウェハー（青紫色半導体レーザ素子１００（図７参照））を容易にバー状（またはチップ状）に分割することができるとともに、半導体レーザ素子層２０を確実に共振器の延びる方向（図１の矢印Ａ方向）と実質的に平行に分割することができる。これにより、半導体レーザ素子層２０が、共振器の延びる方向（図１の矢印Ａ方向）と交差するような方向へ分割が進行することにより半導体レーザ素子層２０の中央部近傍まで破壊されるのを抑制することができるので、青紫色半導体レーザ素子１００を製造する際の歩留まりを向上させることができる。
【００４７】
また、第１実施形態では、切り出し面１０ａにおいて、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２の第２領域１２ａにおける硬度β２を、ＧａＮ層１１の第１領域１１ａにおける硬度β１よりも小さくする（β１＞β２）ことによって、切り出し面１０ａのうちの硬度が小さい第２領域１２ａにおいて、半導体レーザ素子層２０をバー状に容易に分割することができる。
【００４８】
また、第１実施形態では、ＧａＮ層１１を、ＧａＮを含むように構成するとともに、ＧａＮ層１１に接合するＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２を、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ（０＜Ｘ≦１）を含ように構成することによって、切り出し面１０ａのうち、ＧａＮ層１１の第１領域１１ａにおける硬度β１よりもＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２の第２領域１２ａにおける硬度β２が小さいので、半導体基板１０のＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２の部分において、ウェハー状の青紫色半導体レーザ素子１００を容易に分割することができる。
【００４９】
（第２実施形態）
図８は、本発明の第２実施形態による緑色半導体レーザ素子の構造を説明するための斜視図である。図８を参照して、この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、本発明における半導体素子の構成を緑色半導体レーザ素子２００に適用した場合について説明する。なお、緑色半導体レーザ素子２００は、本発明の「半導体素子」の一例である。
【００５０】
本発明の第２実施形態による緑色半導体レーザ素子２００（発振波長：約５３０ｎｍ）は、上記第１実施形態と同様に、図８に示すように、ＧａＮ層１１の両端にＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２が接合された縞状の半導体基板１０と、半導体レーザ素子層２２０および電極層（ｐ側電極３０およびｎ側電極３１）とによって構成されている。なお、半導体レーザ素子層２２０は、本発明の「半導体素子層」の一例である。
【００５１】
また、半導体レーザ素子層２２０は、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２２１、活性層２２２およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２２３などの半導体レーザ素子層によって構成されている。また、活性層２２２は、たとえばＩｎＧａＮからなる４層の障壁層と、ＩｎＧａＮからなる３層の井戸層とが交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ）構造により形成される。なお、活性層２２２は、単層または単一量子井戸（ＳＱＷ）構造などにより形成されていてもよい。
【００５２】
なお、クラッド層、活性層（井戸層、障壁層、光ガイド層およびキャリアブロック層などを含む）を構成するＡｌやＩｎの組成比をそれぞれ調整することにより、上記第１実施形態における青紫色半導体レーザ素子１００（図１参照）と異なる発振波長を有する緑色半導体レーザ素子２００（図８参照）が形成される。
【００５３】
なお、第２実施形態による緑色半導体レーザ素子２００のその他の構造および製造プロセスは、上記第１実施形態と同様である。
【００５４】
第２実施形態では、上記のように、無極性面（非ｃ面）を主表面（切り出し面１０ａ（図４参照））とする縞状の半導体基板１０上に緑色のレーザ光を出射する半導体レーザ素子層２２０を形成することによって、ピエゾ電界の影響が生じないために、半導体レーザ素子層２２０の発光効率を、より一層向上させることができる。なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００５５】
（第３実施形態）
図９は、本発明の第３実施形態による青紫色発光ダイオード（ＬＥＤ）の構造を説明するための斜視図である。図９を参照して、この第３実施形態では、上記第１実施形態における半導体素子の構成を青紫色発光ダイオード３００に適用した場合について説明する。なお、青紫色発光ダイオード３００は、本発明の「半導体素子」の一例である。
【００５６】
本発明の第３実施形態による青紫色発光ダイオード３００（発振波長：約４００ｎｍ）では、上記第１実施形態と同様に、図９に示すように、ＧａＮ層１１（幅：数１００μｍ程度）の両端にＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２（幅：数１０μｍ程度）が接合された縞状の半導体基板１０（図８参照）と、発光ダイオード層３２０（ＬＥＤ部）および電極（ｐ側電極３３０およびｎ側電極３３１）とによって構成されている。
【００５７】
ここで、第３実施形態では、図９に示すように、発光ダイオード層３２０の中央部近傍（発光層近傍）が、ＧａＮ層１１（第１領域１１ａ）の上部に対応する領域に形成されるように構成されている。
【００５８】
また、発光ダイオード層３２０は、図９に示すように、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３２１、活性層３２２およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３２３などの半導体発光素子層によって構成されている。また、活性層３２２は、たとえばＧａＮからなる４層の障壁層と、ＩｎＧａＮからなる３層の井戸層とが交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ）構造により形成される。なお、活性層３２２は、単層または単一量子井戸（ＳＱＷ）構造などにより形成されていてもよい。また、図９に示すように、発光ダイオード層３２０には、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３２１の一部と、活性層３２２およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３２３の外周部をエッチング加工などにより削ることによって、凸形状のメサ部３２０ａが形成されている。
【００５９】
また、図９に示すように、発光ダイオード層３２０のメサ部３２０ａの上面上には、Ａｌ層およびＡｇ層などからなるｐ側電極３３０（反射電極）が真空蒸着により形成されている。なお、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３２３とｐ側電極３３０との間には、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３２３よりも好ましくはバンドギャップが小さく、かつ、オーミック性の良好な材質を含むコンタクト層（図示せず）が形成されてもよい。また、図９に示すように、研磨やエッチング加工などにより所定の厚みに調整された半導体基板１０の下面上に、ｎ側電極３３１が真空蒸着により形成されている。
【００６０】
なお、第３実施形態による青紫色発光ダイオード３００のその他の構造は、上記第１実施形態と同様である。
【００６１】
図１０は、本発明の第３実施形態による青紫色発光ダイオード（ＬＥＤ）の製造プロセスを説明するための図である。図９および図１０を参照して、この第３実施形態による青紫色発光ダイオード３００の製造プロセスについて説明する。
【００６２】
本発明の第３実施形態では、図１０に示すように、まず、上記第１および第２実施形態と同様の製造プロセスにより、結晶成長の元基板となる半導体基板の形成工程と、半導体基板上への発光ダイオード層および電極の形成工程とを行う。そして、ウェハー状に形成された発光ダイオードに対して分割工程を行うことにより、図９に示すような青紫色発光ダイオード３００が形成される。
【００６３】
ここで、第３実施形態では、次に示す方法によって、ウェハー状の発光ダイオードに対して分割工程を行う。具体的には、図１０に示すように、まず、半導体基板１０のＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２上の第２領域１２ａに対応する発光ダイオード層３２０の領域３２０ｂ（破線部の領域）において、ｎ側電極３３１の下面側からダイヤモンドカッタ等により領域３２０ｂと実質的に平行な方向（矢印Ｅ方向）に複数のケガキ線（図示せず）を形成した上で、各ケガキ線に沿って順次分割を行う。その後、発光ダイオード層３２０の領域３２０ｂと実質的に直行する方向の領域３２０ｃ（破線部の領域）においても、ｎ側電極３３１の下面側から発光ダイオード層３２０に向かってダイヤモンドカッタ等により複数のケガキ線（図示せず）を形成した上で、各ケガキ線に沿ってさらに分割を行う。
【００６４】
このようにして、図９に示すように、ウェハー状からチップ状に分離された青紫色発光ダイオード３００が形成される。なお、第３実施形態における青紫色発光ダイオード３００のその他の製造プロセスは、上記第１および第２実施形態と同様である。
【００６５】
第３実施形態では、上記のように、分割工程の際、ＧａＮ層１１の第１領域１１ａにおける硬度β１よりも小さな硬度β２を有するＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２の第２領域１２ａに対応した発光ダイオード層３２０の領域３２０ｂ（図１０参照）において、ｎ側電極３３１側に形成されたケガキ線（図示せず）に沿って分割を行うので、上記第１および第２実施形態と同様に、ウェハー状の青紫色発光ダイオード３００を容易に分割することができる。また、ウェハー状の青紫色発光ダイオード３００を確実にケガキ線に沿って分割することができるので、意図しない斜め方向（たとえばケガキ線に対して斜めに交差するような方向）へ分割が進行することによって、発光ダイオード層３２０の中央部近傍まで破壊されるのを抑制することができる。これにより、青紫色発光ダイオード３００（図９参照）を製造する際の歩留まりを向上させることができる。なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１および第２実施形態と同様である。
【００６６】
（第４実施形態）
図１１は、本発明の第４実施形態による青紫色半導体レーザ素子の構造を説明するための斜視図である。図１１を参照して、この第４実施形態では、上記第１実施形態（図１参照）と異なり、ＧａＮ層領域の幅よりもＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層領域の幅が広くなるように縞状の半導体基板が形成されている場合の青紫色半導体レーザ素子４００について説明する。
【００６７】
ここで、第４実施形態では、図１１に示すように、ｐ型クラッド層、活性層およびｎ型クラッド層などから構成された半導体レーザ素子層４２０のリッジ部４２０ａ、および、ｐ側電極４３０が、縞状の半導体基板４１０のＧａＮ層１１（第１領域１１ａ）の実質的に直上に対応する領域に形成されるとともに、凸部からなるリッジ部４２０ａおよびｐ側電極４３０の幅が、それぞれ、ＧａＮ層１１の幅と実質的に同じ幅を有するように形成されている。なお、半導体レーザ素子層４２０およびｐ側電極４３０は、それぞれ、本発明の「半導体素子層」および「電極部」の一例である。なお、第４実施形態による青紫色半導体レーザ素子４００のその他の構造および製造プロセスは、は、上記第１および第２実施形態と同様である。
【００６８】
第４実施形態では、上記のように、ＧａＮ層１１の第１領域１１ａと実質的に同じ幅を有し、半導体レーザ素子層４２０の上面上に形成されたｐ側電極４３０を備えることによって、窒化ガリウム（ＧａＮ）を含む第１領域１１ａが、ｐ側電極４３０下部の電流通路領域と実質的に同じ幅に形成され、かつ、ＧａＮ層１１の屈折率よりもＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎを含むＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２の屈折率が小さいために、半導体レーザ素子層４２０の中央部（発光層）からＧａＮ層１１を経て隣接するＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２（素子端面部４００ａ）へ横方向（図１１の矢印Ｂ方向）に光が洩れ出すのを効果的に抑制することができる。なお、第４実施形態のその他の効果は、上記第１および第２実施形態と同様である。
【００６９】
（第４実施形態の変形例）
図１２は、本発明の第４実施形態の変形例による青紫色半導体レーザ素子の構造を説明するための斜視図である。図１２を参照して、この第４実施形態の変形例では、上記第４実施形態（図１１参照）と異なり、半導体レーザ素子層５２０にリッジ部が形成されない場合について説明する。
【００７０】
ここで、第４実施形態の変形例では、図１２に示すように、ｐ型クラッド層、活性層およびｎ型クラッド層などから構成された半導体レーザ素子層５２０には、上記第４実施形態のようなリッジ部４２０ａ（図１１参照）が形成されていない。その一方で、ｐ側電極４３０のみが、半導体基板４１０のＧａＮ層１１（第１領域１１ａ）の実質的に直上に対応する領域に形成されるとともに、ｐ側電極４３０の幅が、ＧａＮ層１１の幅と実質的に同じ幅を有するように形成されている。
【００７１】
なお、第４実施形態の変形例による青紫色半導体レーザ素子５００のその他の構造および製造プロセスは、上記第４実施形態と同様である。
【００７２】
この第４実施形態の変形例のように構成しても、発光層からＧａＮ層１１を経て隣接するＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２へ横方向（図１２の矢印Ｂ方向）に光が洩れ出すのを抑制することができるので、半導体レーザ素子層５２０にリッジ部を形成する製造プロセスを省略することができる。したがって、青紫色半導体レーザ素子５００の生産性を向上させることができる。なお、半導体レーザ素子層５２０は、本発明の「半導体素子層」の一例である。なお、第４実施形態の変形例のその他の効果は、上記第４実施形態と同様である。
【００７３】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００７４】
また、上記第１〜第４実施形態では、サファイア基板６０に対してＧａＮ層１１（第１半導体層領域）およびＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２（第２半導体層領域）を繰り返し積層させて半導体成長層５０の形成工程を行う例について示したが、本発明はこれに限らず、サファイア基板６０に対してＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ（０＜Ｘ≦１）およびＩｎＹＧａ（１−Ｙ）Ｎ（０＜Ｙ≦１）などからなる異種の半導体層を繰り返し積層させて半導体成長層の形成工程を行うようにしてもよい。
【００７５】
また、上記第１〜第４実施形態では、縞状の半導体基板１０の成長用基板としてサファイア基板６０を用いた例について示したが、本発明はこれに限らず、サファイア基板以外のたとえばＧａＡｓ、ＳｉＣおよびＳｉなどの材質からなる基板を用いてもよい。
【００７６】
また、上記第１〜第４実施形態では、無極性面（非ｃ面）を主表面とした縞状の半導体基板１０を用いて青紫色半導体レーザ素子１００、緑色半導体レーザ素子２００、青紫色発光ダイオード３００、青紫色半導体レーザ素子４００および５００を形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、ＧａＮ層１１とＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２とが繰り返し積層された半導体成長層５０の成長面に対して、斜め方向（半導体成長層５０の積層方向（矢印Ｂ方向）に対して所定の角度で交差する方向）スライス加工を施すことにより、半導体成長層５０から半導体基板を薄板状に切り出すことにより、半極性面を主表面とした半導体基板を用いて上記の半導体素子を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第１実施形態による青紫色半導体レーザ素子の構造を説明するための斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態による青紫色半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。
【図３】本発明の第１実施形態による青紫色半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。
【図４】本発明の第１実施形態による青紫色半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。
【図５】本発明の第１実施形態による青紫色半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。
【図６】本発明の第１実施形態による青紫色半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。
【図７】本発明の第１実施形態による青紫色半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。
【図８】本発明の第２実施形態による緑色半導体レーザ素子の構造を説明するための斜視図である。
【図９】本発明の第３実施形態による青紫色発光ダイオードの構造を説明するための斜視図である。
【図１０】本発明の第３実施形態による青紫色発光ダイオードの製造プロセスを説明するための図である。
【図１１】本発明の第４実施形態による青紫色半導体レーザ素子の構造を説明するための斜視図である。
【図１２】本発明の第４実施形態の変形例による青紫色半導体レーザ素子の構造を説明するための斜視図である。
【符号の説明】
【００７８】
１０                            半導体基板
１０ａ                          切り出し面（主表面）
１１                            ＧａＮ層（第１半導体層）
１１ａ                          第１領域
１２                            ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層（第２半導体層）
１２ａ                          第２領域
２０、２２０、４２０、５２０    半導体レーザ素子層（半導体素子層）
１００ａ、４００ａ              素子端面部
３２０                          発光ダイオード層（半導体素子層）
４３０                          ｐ側電極（電極部）
【図１】
2009054813.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】
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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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