(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に少なくとも１層以上の３−５族化合物半導体の成長層を積層した窒化ガリウム系半導体ウエハであって、
前記基板の主面に平行な方向に先鋭な先端部を備えた形状を有する複数の凹部を具備し、
前記凹部は、前記先端部が、前記各凹部間において互いに対向していると共に、互いに対向している前記先端部を結ぶ線で囲まれた部分が窒化ガリウム系半導体素子の１チップとなるように所定間隔離して規則的に配置されていることを特徴とする窒化ガリウム系半導体ウエハ。
【請求項２】
請求項１に記載の窒化ガリウム系半導体ウエハにおける前記凹部の先端部を結ぶ線で囲まれた部分を取り出して形成されたことを特徴とする窒化ガリウム系半導体素子。
【請求項３】
基板上に少なくとも１層以上の３−５族化合物半導体の成長層を積層した窒化ガリウム系半導体ウエハであって、
前記基板の主面に平行な方向に先鋭な先端部を備えた形状を有する複数の凸部を具備し、
前記凸部は、前記先端部が、前記各凸部間において互いに対向していると共に、互いに対向している前記先端部を結ぶ線で囲まれた部分が窒化ガリウム系半導体素子の１チップとなるように所定間隔離して規則的に配置されていることを特徴とする窒化ガリウム系半導体ウエハ。
【請求項４】
請求項３に記載の窒化ガリウム系半導体ウエハにおける前記凸部の先端部を結ぶ線で囲まれた部分を取り出して形成されたことを特徴とする窒化ガリウム系半導体素子。
【請求項５】
基板上に少なくとも１層以上の３−５族化合物半導体の成長層を積層した窒化ガリウム系半導体ウエハであって、
前記基板の主面に平行な方向に延びる複数の帯状の突起領域を具備し、
前記帯状の突起領域は、前記帯状の突起領域で囲まれた部分が窒化ガリウム系半導体素子の１チップとなるように所定間隔離して規則的に配置されていることを特徴とする窒化ガリウム系半導体ウエハ。
【請求項６】
基板上に少なくとも１層以上の３−５族化合物半導体の成長層を積層した窒化ガリウム系半導体ウエハであって、
前記基板の主面に平行な方向に延びる複数の帯状の輻射熱吸収領域を具備し、
前記帯状の輻射熱吸収領域は、前記帯状の輻射熱吸収領域で囲まれた部分が窒化ガリウム系半導体素子の１チップとなるように所定間隔離して規則的に配置されていることを特徴とする窒化ガリウム系半導体ウエハ。
【請求項７】
請求項５あるいは６に記載の窒化ガリウム系半導体ウエハにおける前記帯状の突起領域あるいは帯状の輻射熱吸収領域で囲まれた部分を取り出して形成されたことを特徴とする窒化ガリウム系半導体素子。
【請求項８】
前記成長層の最上層は、ＡｌＮ層であることを特徴とする請求項１、３、５、６のいずれか１つに記載の窒化ガリウム系半導体ウエハ。
【請求項９】
窒化ガリウム系半導体ウエハの製造方法であって、
基板を用意する工程と、
前記基板の主面に平行な方向に先鋭な先端部を備えた形状を有する複数の凹部を設ける工程と、
前記基板上に少なくとも１層以上の３−５族化合物半導体の成長層を積層する工程と、を具備し、
前記凹部は、前記先端部が、前記各凹部間において互いに対向していると共に、互いに対向している前記先端部を結ぶ線で囲まれた部分が窒化ガリウム系半導体素子の１チップとなるように所定間隔離して規則的に配置されていることを特徴とする窒化ガリウム系半導体ウエハの製造方法。
【請求項１０】
窒化ガリウム系半導体素子の製造方法であって、
基板を用意する工程と、
前記基板の主面に平行な方向に先鋭な先端部を備えた形状を有すると共に、前記先端部が、前記各凹部間において互いに対向していると共に、互いに対向している前記先端部を結ぶ線で囲まれた部分が窒化ガリウム系半導体素子の１チップとなるように所定間隔離して規則的に配置されている複数の凹部を設ける工程と、
前記基板上に少なくとも１層以上の３−５族化合物半導体の成長層を積層する工程と、
互いに対向している前記先端部を結ぶ線で囲まれた部分を裁断して窒化ガリウム系半導体素子の１チップとして取り出す工程と、を具備したことを特徴とする窒化ガリウム系半導体素子の製造方法。
【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３−５族化合物半導体成長層を有する窒化ガリウム系半導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、紫外から可視光領域までの発光が得られる３−５族化合物半導体材料として、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＮ、ＡｌＮ等が知られている。図１４はこれらを用いて製造された発光機能を有する従来の窒化ガリウム系半導体素子で、活性層にＩｎＧａＮ層を用いたダブルヘテロ構造の発光ダイオードの構造例を示した断面図である。単結晶のサファイア基板１１上には、ＧａＮバッファー層１２、ｎ型のＧａＮ層１３、ｎ型のＡｌＧａＮクラッド層１４、ＩｎＧａＮ活性層１５、ｐ型のＡｌＧａＮクラッド層１６、ｐ＋型のＧａＮ（コンタクト）層１７を成長させて素子を形成する。
【０００３】
このような窒化ガリウム系半導体素子の結晶成長方法としては、ＭＯ−ＣＶＤ法を用い、キャリアガスとしてＨ２、Ｎ２のどちらか一方、或いは両者の混合ガスを用いている。原料ガスとして３族にはＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＩ（トリメチルインディウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）のバブリングガスを、５族にはＮＨ３(アンモニア）を用いる。この他に、ドーピングガスとしてｎ型不純物にはＳｉをＳｉＨ４(モノシラン）のバブリングガスとして、ｐ型不純物にはＭｇをＣｐ２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）のバブリングガスとして供給する。
【０００４】
こうして得られた構造のサファイア基板１１のｎ型ＧａＮ層１３のｎ層表面をエッチングによって露出した後、ｎ電極２２を形成し、ｐ＋型のＧａＮコンタクト層１７にｐ電極２１を形成して、図１５に示すような素子構造を得る。このｐ電極２１とｎ電極２２間に、電圧を印加することにより、ＩｎＧａＮ活性層１５を発光させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような窒化物系３−５族化合物半導体成長層を有する半導体素子では、例えばＡｌＧａＮクラッド層１４を高Ａｌ組成にしたり、膜厚を厚く形成すると、各層の格子不整合や、熱膨張係数差に起因する応力で成長層にクラックが生じるという問題があった。これは、ＡｌＧａＮ又はＧａＮ系成長層が適当層の強度限界が破断圧縮強度よりも引張り強度限界のほうが低いため、引張り歪みを持つＡｌＧａＮクラッド層１４、若しくは隣接する層に、比較的容易にクラックが発生するためである。
【０００６】
このクラックが素子化工程を経て得られるチップの表面にあると、チップが不良となる。また、クラックが入らなかった場合、チップは不良にはならないが、素子内に残留応力が内在しており信頼性の観点から望ましくない。このため、ＡｌＧａＮクラッド層１４などのＡｌ組成や膜厚には、クラックが入らない臨界値が発生し、この臨界値が実際のデバイスを設計する際の自由度を下げることになる。またＡｌ組成や膜厚の臨界値以下でも、残留応力が成長層に内在しているため、この残留応力に起因する欠陥が成長する可能性があり、この場合でも素子の信頼性が低くなるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述の如き従来の課題を解決するためになされたもので、その目的は、ウェハー上の素子領域の周辺にクラックを発生させることにより、素子自体にはクラックが発生しないようにして素子の収率を向上させることができる共に、素子自体の残留応力を解消して信頼性を向上させることができる窒化ガリウム系化合物半導体素子を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明の特徴は、基板上に少なくとも１層以上の３−５族化合物半導体の成長層を積層した窒化ガリウム系半導体ウエハであって、前記基板の主面に平行な方向に先鋭な先端部を備えた形状を有する複数の凹部を具備し、前記凹部は、前記先端部が、前記各凹部間において互いに対向していると共に、互いに対向している前記先端部を結ぶ線で囲まれた部分が窒化ガリウム系半導体素子の１チップとなるように所定間隔離して規則的に配置されていることである。
【００１０】
第２の発明の特徴は、基板上に少なくとも１層以上の３−５族化合物半導体の成長層を積層した窒化ガリウム系半導体ウエハであって、前記基板の主面に平行な方向に先鋭な先端部を備えた形状を有する複数の凸部を具備し、前記凸部は、前記先端部が、前記各凸部間において互いに対向していると共に、互いに対向している前記先端部を結ぶ線で囲まれた部分が窒化ガリウム系半導体素子の１チップとなるように所定間隔離して規則的に配置されていることである。
【００１２】
第３の発明の特徴は、基板上に少なくとも１層以上の３−５族化合物半導体の成長層を積層した窒化ガリウム系半導体ウエハであって、前記基板の主面に平行な方向に延びる複数の帯状の突起領域を具備し、前記帯状の突起領域は、前記帯状の突起領域で囲まれた部分が窒化ガリウム系半導体素子の１チップとなるように所定間隔離して規則的に配置されていることである。
【００１３】
第４の発明の特徴は、基板上に少なくとも１層以上の３−５族化合物半導体の成長層を積層した窒化ガリウム系半導体ウエハであって、前記基板の主面に平行な方向に延びる複数の帯状の輻射熱吸収領域を具備し、前記帯状の輻射熱吸収領域は、前記帯状の輻射熱吸収領域で囲まれた部分が窒化ガリウム系半導体素子の１チップとなるように所定間隔離して規則的に配置されていることである。
【００１４】
第５の発明の特徴は、窒化ガリウム系半導体ウエハの製造方法であって、基板を用意する工程と、前記基板の主面に平行な方向に先鋭な先端部を備えた形状を有する複数の凹部を設ける工程と、前記基板上に少なくとも１層以上の３−５族化合物半導体の成長層を積層する工程と、を具備し、前記凹部は、前記先端部が、前記各凹部間において互いに対向していると共に、互いに対向している前記先端部を結ぶ線で囲まれた部分が窒化ガリウム系半導体素子の１チップとなるように所定間隔離して規則的に配置されていることである。
【００１５】
第６の発明の特徴は、窒化ガリウム系半導体素子の製造方法であって、基板を用意する工程と、前記基板の主面に平行な方向に先鋭な先端部を備えた形状を有すると共に、前記先端部が、前記各凹部間において互いに対向していると共に、互いに対向している前記先端部を結ぶ線で囲まれた部分が窒化ガリウム系半導体素子の１チップとなるように所定間隔離して規則的に配置されている複数の凹部を設ける工程と、前記基板上に少なくとも１層以上の３−５族化合物半導体の成長層を積層する工程と、互いに対向している前記先端部を結ぶ線で囲まれた部分を裁断して窒化ガリウム系半導体素子の１チップとして取り出す工程と、を具備したことである。
【００１６】
第５の発明の特徴は、サファイア基板と、前記サファイア基板の主面に形成され、所定形状を有する複数の帯状の溝と、前記複数の帯状の溝を含む前記主面上に形成された、３−５族化合物半導体からなる半導体層とを有することにある。
【００１７】
この第５の発明によれば、前記サファイア基板上の複数の帯状の溝に沿って、この上に積層された３−５族化合半導体層にクラックが入り、前記複数の帯状の溝に囲まれた、即ち前記クラックで囲まれた領域にはクラックが入らないだけでなく、残留応力も解放される。これにより、素子層内部に残留する応力に起因して成長する欠陥が著しく減少する。
【００１８】
第６の発明の特徴は、前記帯状の溝は規則的に配置されていることにある。
【００１９】
第６の発明によれば、前記帯状の溝は規則的に配置されているため、前記帯状の溝で囲まれた領域も規則的になるため、規則的に配置され、クラックが入らないだけでなく、素子層内部に残留する応力に起因して成長する欠陥が著しく減少した規則的に配置された領域を確保することができる。
【００２０】
第７の発明の特徴は、サファイア基板と、前記サファイア基板の主面に形成され、所定形状を有する複数の帯状の突起と、前記複数の複数の帯状の突起を含む前記主面上に形成された、３−５族化合物半導体からなる半導体層とを有することにある。
【００２１】
第７の発明によれば、前記サファイア基板上の複数の帯状の突起に沿って、この上に積層された３−５族化合半導体層にクラックが入り、前記複数の帯状の突起に囲まれた、即ち前記クラックで囲まれた領域にはクラックが入らないだけでなく、残留応力も解放される。これにより、素子層内部に残留する応力に起因して成長する欠陥が著しく減少する。
【００２２】
第８の発明の特徴は、前記帯状の突起は規則的に配置されていることにある
【００２３】
第８の発明によれば、前記帯状の突起は規則的に配置されているため、前記帯状の突起で囲まれた領域も規則的になるため、規則的に配置され、クラックが入らないだけでなく、素子層内部に残留する応力に起因して成長する欠陥が著しく減少した規則的に配置された領域を確保することができる。
第９の発明の特徴は、基板上に少なくとも１層以上の３−５族化合物半導体の成長層を積層した窒化ガリウム系半導体素子において、前記基板の主面に、規則的に配列された帯状の輻射熱吸収領域を形成することにある。
この第９の発明によれば、前記基板上の帯状の輻射熱吸収領域に沿って、この上に積層された窒化ガリウム半導体層にクラックが入り、このクラックで囲まれた素子領域にはクラックが入らないだけでなく残留応力も解放される。これにより、素子層内部に残留する応力に起因して成長する欠陥が著しく減少する。
第１０の発明の特徴は、基板上に少なくとも１層以上の３−５族化合物半導体の成長層を積層した窒化ガリウム系半導体素子において、前記基板の背面に、規則的に配列された帯状の輻射熱吸収領域を形成することにある。
この第１０の発明によれば、前記基板背面の帯状の輻射熱吸収領域に対応した前記基板主面の帯状領域も幅射熱の吸収が高くなるため、この上に積層された窒化ガリウム半導体層の前記帯状領域に沿った部分に前記クラックが入り、このクラックで囲まれた素子領域にはクラックが入らないだけでなく、残留応力も解放される。これにより、素子層内部に残留する応力に起因して成長する欠陥が著しく減少する。
第１１の発明の特徴は、前記輻射熱吸収領域は残りの基板面に対して前記領域面の細かい凹凸を付けることにより形成することにある。
この第１１の発明によれば、細かい凹凸を付けられた面、例えば鏡面仕上げをしていない面などは、鏡面仕上げをした回りの面に比べて輻射熱をよく吸収する。
第１２の発明の特徴は、前記成長層の最上層は、ＡＩＮ層であることにある。
この第１２の発明によれば、ＡＩＮ層では強い引っ張り応力、熱歪みが得られるため、容易に破断強度限界以上の引っ張り応力が得られ、上記クラックが容易に入る。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の窒化ガリウム系半導体素子の第１の実施の形態を示した平面図である。サファイア基板１１の主面上に複数の十字状の溝３１を形成し、且つこの十字溝３１を形成する２つの溝は互いに直交するように配置して、十字溝３１を形成している。また、これら複数の十字溝３１はそれぞれの先端部分を互いに向かい合わせるように配置し、且つそれぞれの中心点が四角形の頂点に位置するように配置されている。
【００２５】
図２は上記した十字溝３１を有するサファイア基板１１の断面図である。十字溝３１は断面がＶ字状となっている。
【００２６】
このような十字溝３１を表面に有するサファイア基板１１主面上に、エピタキシャル法により、図示しない、ｎ型のＧａＮ層、ｎ型のＡｌＧａＮ層などの３−５族化合物半導体層が順次積層されて、ＬＥＤやレーザーなどの窒化ガリウム系半導体素子が形成される。尚、各十字溝３１の向かい合う先端を結んだ破線で囲まれた四角形の内部３２が１チップ分で、１個の窒化ガリウム系半導体素子が形成される素子領域である。
【００２７】
次に本実施の形態の基板を用いて結晶を成長させた時のクラックの発生の仕方について説明する。上記のような十字溝３１付きサファイア基板１１にｎ型のＧａＮ層、ｎ型のＡｌＧａＮ層などの３−５族化合物半導体層の結晶成長を行うと、十字溝３１の形状に沿って成長が進む。この際、溝を形成する斜面で囲まれた部分は実効的に成長速度が速く、成長面は略平坦に形成されていく。このため、この十字溝３１の部分には特に応力が集中しやすくなる。
【００２８】
図１のサファイア基板１１主面上に図１４の従来例と同様にＧａＮバッフアー層、ｎ−ＧａＮ層、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層、ＩｎＧａＮ活性層、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ−ＧａＮコンタクト層を順次エピタキシヤル成長で形成する。図３はこれら成長層の最下層から３層の断面図である。
【００２９】
さて、一般にＡｌＧａＮ層４１には面内で引っ張られる方向４４に歪みが生じるが、この歪みに加わり、昇温／降温時の熱膨張係数差による歪みが加わることで、ＡｌＧａＮ層４１自身、或いはこのＡｌＧａＮ層４１に隣接する層、例えばＧａＮ層４２又はＩｎＧａＮ層４３にクラック３３が発生する。このクラツク３３は、ＡｌＧａＮ層４１のＡｌ組成が高ければ高いほど、頻度及び数量共に大きくなる。
【００３０】
ここで、図１に示したようにサファイア基板１１には十字溝３１が形成してあり、この十字溝３１の部分、或いは十字溝３１の上部に形成される層には応力が集中しやすいため、優先的に、この部分にクラック３３が発生する。また、面内方向では更に先鋭な部分にクラックが発生しやすいため、この十字溝３１の各先端部分より破線で示したように図１に示すようにクラック３３が発生する。このクラック３３は、最も近い場所に設定された対向する十字溝３１の先端部分に終結する。よって、十字溝３１に囲まれた四角形の素子領域３２にはクラックは発生しないことになる。
【００３１】
既に述べたように、この十字溝３１で囲まれた内側３２が１チップの窒化ガリウム系半導体素子となるわけであるから、ウェハー領域内にはクラック３３は存在するものの、発光素子として機能する素子領域３２にはクラックが存在しないウェハーが得られる。その後、ウェハーは図１に示したクラック３３に沿って裁断され、個々の窒化ガリウム系化合物半導体が取り出される。
【００３２】
本実施の形態によれば、サファイア基板１１上に複数の十字溝３１を互いの先端部が対抗するように且つその中心が四角形の頂点に一致するように配置し、その上に、ＧａＮバッフアー層４３、ｎ型のＧａＮ層４１、ｎ型のＡｌＧａＮクラッド層４２等を結晶成長させて素子を製造することにより、個々の半導体素子を形成する素子領域３２の境界部分にクラック３３が入り、一方、素子領域３２内にはクラックが生じないようにすることができる。
【００３３】
これにより、窒化ガリウム系半導体素子の性能に影響のない素子の周囲にクラックが発生するため、素子の収率を向上させることができる共に、素子の周囲にクラックが発生しているため、素子を形成する窒化物系３−５族化合物半導体層の残留応力を解放することができる。このために、素子層内部に残留する応力に起因して成長する欠陥を著しく減少させることができ、素子の信頼性を向上させることができる。又、ＡｌＧａＮクラッド層４４などのＡｌ組成や膜厚の臨界値を無視し得るか、なくなるため、デバイスを設計する際の自由度を向上させることができる。
【００３４】
尚、上記した十字溝３１の代わりに、図４に示すように断面が三角形状の十字突起３５であっても、同様の効果がある。又、図５に示すように断面が三角形状の帯状の凸部７１をサファイア基板１１の表面に格子を形成するように配列しても同様の効果がある。この場合、帯状の凸部７１で囲まれた領域７２に素子が形成され、凸部７１に沿って、その上に積層される成長層にクラックが入り、同様の効果がある。又、凸部７１の配列は直行する格子でなく、斜交する格子であっても同様の効果があり、この場合は、前記凸部７１がサファイア基板１１の劈開方向に沿っているため、素子を切り出し易くすることができる。更に、凸部７１の代わりに、凹分をサファイア基板１１の表面に格子を形成するように配列しても同様の効果がある。
【００３５】
図６は本発明の窒化ガリウム系半導体素子の第２の実施の形態を示した平面図である。本例も、サファイア基板１１に複数の十字状溝５１を付け、互いの先端部が向き合うように配置してある。この十字状溝５１は２本の溝が互いに直交せず、６０度の角度で交差している。従って、４個の十字状溝５１の中心がひとつの平行四辺形の頂点に位置するように配置され、このひとつの平行四辺形でできた領域５３が１個の窒化ガリウム系半導体素子となる素子領域である。
【００３６】
これは、サファイア基板１１は六方晶であり、通常の半導体の様に直交する方向に劈開性を有していない。そこで、十字状溝５１の２個の溝の斜交角度を基板１１の割れる方向及び角度に合わせて設定して、上記したように４個の十字状溝５１が平行四辺形を形成するように配置することにより、１個の窒化ガリウム系半導体素子を切り出す時に、切り出しやすいようにしている。
【００３７】
ここで、上記のようなサファイア基板１１上に、複数の窒化物系３−５族化合物半導体層のデバイス構造を順次形成すると、図１に示した第１の実施の形態と同様の理由により、溝部分５１に沿って破線のようにクラック５２が発生し、ここでも素子として機能する素子領域５３を囲むようにクラックが発生する。
【００３８】
本実施の形態によれば、サファイア基板１１の劈開方向に合わせて、十字状溝５１の２個の溝の斜交角度を設定して４個の十字状溝５１が平行四辺形の頂点に位置するように配置することにより、第１の実施の形態よりも、規則的にクラック５２が発生しやすくなり、クラックが素子領域５３を囲むように入り、素子領域５３の内部には入らないようにすることができる。
【００３９】
これにより、１個のウエハーから取れる窒化ガリウム系半導体素子の収率を第１の実施の形態よりも向上させることができると共に、窒化ガリウム系半導体素子の各成長層内の残留応力の解放度も高いため、素子の信頼性をより向上させることができる。又、成長層にはサファイアの割れ易い面に沿ってクラックが入っている訳であるから、クラック５２に沿って素子分離を行う場合、容易に素子を分離することができ、素子形状も比較的きれいなものを得ることができる。
【００４０】
尚、本実施の形態の十字状溝５１に代わり、断面が凸部の十字状突起を用いても、同様の効果がある。
【００４１】
図７は本発明の窒化ガリウム系半導体素子の第３の実施の形態を示した平面図である。本例は、溝の形状を３本の溝を放射状に配置した形状の溝形６１とし、各溝形６１の先端が互いに向き合うように、且つ溝形６１の中心が六角形の各頂点に位置するように配置してある。
【００４２】
このようなサファイア基板１１上に、複数の窒化物系３−５族化合物半導体層のデバイス構造を順次形成すると、図１に示した第１の実施の形態と同様の理由により、前記した六角形の辺に沿ってクラックが発生し、ここでも素子として機能する六角形の素子領域６２を囲むようにクラックが発生し、このクラックに沿って基板１１であるサフアイアは割れやすく、基板１１を裏面研磨等で薄くすることにより、ブレーキング＆エキスバンドのみで素子分離が可能となり、図６に示した第２の実施の形態と同様の効果がある。
【００４３】
図８は本発明の窒化ガリウム系半導体素子の第４の実施の形態を示した平面図である。本例は、サファイア基板１１の表面に、格子状に熱輻射吸収の高い帯状の輻射熱吸収領域８１を形成してある。この輻射熱吸収領域８１に囲まれた四角形の領域８２が１個の窒化ガリウム化合物半導体が形成される素子領域となる。この輻射熱吸収領域８１の部分は残りの部分に比べて、その表面が図９に示すように凸凹になっていて、曇り又は不透明になっており、熱輻射の吸収が鏡面仕上げをしてある残りの表面部分よりも大きくなっている。
【００４４】
上記のような曇った輻射熱吸収領域８１付きのサファイア基板１１に、窒化物系３−５族化合物半導体層の結晶成長を行うと、輻射熱吸収領域８１部分では実効的な成長温度が高く、従って半導体層のＡｌ組成が高くなる。この結果、ＡｌＧａＮ層は面方向で、Ａｌ組成に図１０に示すような疎密を生じることになる。図１０において、Ａｌ組成層の真ん中下部に輻射熱吸収領域があると、この部分のＡｌ組成密度が高くなる。
【００４５】
このため、この面方向に発生したＡｌ組成の疎密に従って、格子不整合差や熱膨張係数差が上下の成長層との間のみならず、同一成長層の面内で発生する。この結果、成長層間、成長層面内での残留歪みは、サファイア基板１１に施した輻射熱吸収領域８１部分の上部で極大となる。これにより、図１０の８９で示すように輻射熱吸収領域に沿ってクラックが入ることになる。
【００４６】
従って、本実施の形態でも、クラックは、図８に示すように輻射熱吸収領域８１に沿って格子状に入り、素子領域８２の部分には入らないことになるため、１枚のウェハーから取れる素子の収率を向上させることができると共に、クラックの発生に伴って素子内に残留する応力の解放が行われ、素子の信頼性が向上する。
【００４７】
図１１は本発明の窒化ガリウム系半導体素子の第５の実施の形態を示した平面図である。サファイア基板１１の表面に、格子状に熱輻射の吸収の高い輻射熱吸収領域１１１を縦横に且つ斜向するように配列してある。これにより、本実施の形態では素子領域１１２に成長されるＡｌ組成の半導体層にクラックがサフアイア基板１１の割れ易い方向に沿って入るため、図８の第４の実施の形態よりも素子分離を容易に行うことができるが、他の効果は同様である。
【００４８】
図１２は本発明の窒化ガリウム系半導体素子の第６の実施の形態を示した平面図である。サファイア基板１１の表面に、熱輻射吸収の高い輻射熱吸収領域９１を蜂の巣状に配列してある。これにより、本実施の形態では、サファイア基板１１上に成長する半導体層に、クラックが６方晶形であるサファイア基板１１の最も割れ易い方向に沿って入るため、素子分離を極めて容易に行うことができ、他の効果は図１１の第５の実施の形態と同様である。
【００４９】
なお、上記した第４〜第６の実施の形態の輻射熱吸収領域８１、１１１、９１は、表面が凸凹した領域で形成されているが、基板１１の主面上に別途形成した熱吸収効率の高い金属・セラミック・半導体層等であっても同様の効果が得られる。又、第４〜第６の実施の形態で示した輻射熱吸収領域８１、１１１、９１はサファイア基板１１の背面に形成しても、同様の効果がある。
【００５０】
図１３は本発明の窒化ガリウム系半導体素子の第７の実施の形態を示した断面図である。単結晶のサファイア基板１０８上には、ＧａＮバッファー層１０７、ｎ型のＧａＮ層１０６、ｎ型のＡｌＧａＮクラッド層１０５、ＩｎＧａＮ活性層１０４、ｐ型のＡｌＧａＮクラッド層１０３、ｐ＋型のＧａＮ（コンタクト）層１０２及び最上層にＡｌＮ層１０１を成長させて素子を形成する。
【００５１】
本例も、サファイア基板１０８の主面には、上記した第１〜第６の実施の形態で示した十字溝とか、輻射熱吸収領域が施されており、素子領域の周囲にクラックが入るようにしてある。特に、強い引張り応力、熱歪みが得られるＡｌＮ層１０１を最上層に積層してあるため、容易に破断強度限界以上の引っ張り応力が得られ、上記クラックを入り易くすることができると共に、この層１０１により素子の表面を保護することができる。
【００５２】
以上、第１〜第７の実施の形態を用いて本発明を説明したが、本発明の範囲はこれら実施の形態にのみ限定されるものでなく、本発明はその要旨を逸脱することなく、サファイア基板上に形成された溝、凹部、凸部。突起、輻射熱吸収領域の形状および配列において異なる種々の形態および配列にも実施することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の窒化ガリウム系半導体素子によれば、ウェハー上の素子領域の周囲にクラックを発生させることにより、素子自体にはクラックが発生しないようにして素子の収率を向上させることができると共に、素子自体の残留応力を解消して信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の窒化ガリウム系半導体素子の第１の実施の形態を示した平面図である。
【図２】図１に示した十字溝を有するサファイア基板の断面図である。
【図３】図１に示した十字溝を有するサファイア基板上に積層された成長層の一部を示した断面図である。
【図４】図１に示した十字溝を有するサファイア基板の他の例を示した断面図である。
【図５】図１に示したサファイア基板上に形成され、格子状に配列された帯状の凸部を示した斜視図である。
【図６】本発明の窒化ガリウム系半導体素子の第２の実施の形態を示した平面図である。
【図７】本発明の窒化ガリウム系半導体素子の第３の実施の形態を示した平面図である。
【図８】本発明の窒化ガリウム系半導体素子の第４の実施の形態を示した平面図である。
【図９】図８に示したサファイア基板の断面図である。
【図１０】図８に示したサファイア基板上の成長層のＡｌ組成の疎密を示した摸式図である。
【図１１】本発明の窒化ガリウム系半導体素子の第５の実施の形態を示した平面図である。
【図１２】本発明の窒化ガリウム系半導体素子の第６の実施の形態を示した平面図である。
【図１３】本発明の窒化ガリウム系半導体素子の第７の実施の形態を示した断面図である。
【図１４】従来の窒化ガリウム系半導体素子の構成例を示した断面図である。
【図１５】従来の窒化ガリウム系半導体素子の構成例を示した断面図である。
【符号の説明】
１１、１０８  サファイア基板
３１  十字溝
３２、５３、６２、７２、８２、９２、１１２  素子領域
３３、５２、８９  クラック
３５  十字突起
４１  ＡｌＧａＮ層
４２  ＧａＮ層
４３  ＩｎＧａＮ層
５１  十字状溝
６１  溝形
７１  凸部
８１、９１、１１１  輻射熱吸収領域
１０１  ＡｌＮ層
１０２  ｐ型のＧａＮコンタクト層
１０３  ｐ型のＡｌＧａＮクラッド層
１０４  ＩｎＧａＮ活性層
１０５  ｎ型のＡｌＧａＮクラッド層
１０６  ｎ型のＧａＮ層
１０７  ＧａＮバッファー層
【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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