CN101136535A - 半导体激光装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种使用氮化物半导体等六方晶体系的半导体材料且具有结构稳定的解理面的半导体激光装置及其制造方法。半导体激光装置包括衬底(11)及形成在该衬底上的半导体层层叠体(12)的一部分被切割而成的、具有与导波部(23a)相交叉方向上的两个芯片端面(13)和与该导波部平行方向上的两个芯片侧面(14)的芯片。在这两个芯片端面中的至少一个的解理面(13a)的两侧区域中芯片的一部分被切掉，分别形成有露出与该芯片端面接触的第一壁面(31a)及与该芯片侧面接触的第二壁面(31b)的缺口部(31)，这两个缺口部中的至少一个的上述第一壁面延伸的方向、与上述解理面延伸的方向所成的角度θ在10度以上且40度以下。

Description

半导体激光装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种半导体激光装置及其制造方法，特别是关于通过解理形成了芯片端面的半导体激光装置及其制造方法。

背景技术

作为通讯装置用的元件或者CD(光盘)或DVD(数字多功能光碟)用的读出用及写入用的元件，砷化铝镓(AlGaAs)系红外激光装置或者磷化镓铟(InGaP)系红色激光装置等的III-V族化合物半导体激光装置正被广泛应用。近年来，通过使用通式为AlxGayIn(1-x-y)N(0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x+y≤1)表示的氮化物半导体，从而进一步实现了短波长的蓝色和紫外半导体激光装置。使用了氮化物半导体的半导体激光装置作为Blu-Ray Disc(蓝光光盘)等下一代高密度光盘的写入及读出用的光源被不断地加以应用。现在，数十mW的蓝色激光装置在市场上出售，今后面对记录速度的提高要求更进一步实现高输出化，100mW级的激光装置也不断地在市场上出现。

一般来说半导体激光装置是通过解理来形成共振器端面的。在由AlGa As系、GaInP系的闪锌矿结构的半导体材料形成的、红外及红色半导体激光装置中，因为每间隔90度形成有解理面所以解理性非常高。然而，因为GaN等氮化物半导体的结晶结构是六方晶体系的纤锌矿结构，所以与作为解理面的(1-100)面相差60度的面也成为等价的解理面。因此，在解理时相对于解理方向而言偏移60度的方向上也产生了裂痕，从而形成结构稳定的解理面是很困难的。

作为解决此问题的尝试，在专利文献1中公开了一种在氮化物半导体层中用金刚石笔等形成虚线状的划线痕、将已形成的划线痕用作解理导轨(cleavage guide)、通过断开(breaking)来进行解理的方法。然而，当通过划线(scribe)来形成解理导槽时，因为对氮化物半导体层造成损伤，所以存在沟槽本身上多产生端面裂纹、凹凸、裂痕及缺口等，且从这些地方开始出现解理面偏移的问题。还有，因为利用划线所形成的沟槽的形状不一定是固定的，所以难于以高精度对解理的位置进行控制。

另一方面，在专利文献2、专利文献3中所公开的是利用蚀刻来形成解理导槽的方法。在利用蚀刻来形成解理导槽时，能够以高精度对沟槽的位置以及形状进行控制。

[专利文献1]日本专利公开2003-17791号公报

[专利文献2]日本专利公开昭59-14914号公报

[专利文献3]日本专利公开平11-251265号公报

(发明所要解决的课题)

然而，通过本申请发明人的研究从而发现了下述情况，也就是在氮化物半导体中，如上所述因为本质上解理性低且在60度方向上也具有解理面，所以即使形成解理导槽，也依然出现沿着沟槽没有发生解理、或从沟槽的端部以外的部分开始解理从而不能够获得所期望的解理面的问题。

发明内容

本发明的目的在于：解决上述以往的问题，能够实现使用氮化物半导体等的六方晶体系的半导体材料并且具有结构稳定的解理面的半导体激光装置及其制造方法。

(解决课题的方法)

为了实现上述目的，本发明将半导体激光装置设定为解理导槽具有平面V字型的顶端部的结构。

具体来说，本发明所涉及的半导体激光装置的特征在于：包括对衬底以及在该衬底之上形成的半导体层层叠体进行切割而形成的芯片，半导体层层叠体是由包含条状的导波部的、利用具有六方晶体结构的半导体材料构成的多个半导体层形成的，芯片具有与导波部交叉的方向上的两个芯片端面、和与导波部平行的方向上的两个芯片侧面，各个芯片端面中的包含导波部的区域是半导体层层叠体被解理的解理面，至少一个芯片端面中的导波部的两侧区域分别形成了芯片的一部分被切掉后、露出与芯片端面相接触的第一壁面以及与芯片侧面相接触的第二壁面的缺口部，两个缺口部中的至少一个缺口部的第一壁面延伸的方向、与解理面延伸的方向之间所成的角度在10度以上且在40度以下。

在本发明所涉及的半导体激光装置中，因为第一壁面延伸的方向、与解理面延伸的方向之间所成的角度在10度以上且在40度以下，所以作为解理导轨的第一壁面延伸的方向成为在很大程度上不同于与解理面等价的结晶面的方向。因此，由于能够对在与解理面不同的方向上进行解理的情况加以抑制，所以能够形成正确的解理面。其结果是能够实现具有结构稳定的解理面的半导体激光装置。

在本发明的半导体激光装置中，最好在芯片中的导波部和缺口部之间的部分形成与导波部及缺口部之间保持间隔并与导波部平行延伸的阶梯部。通过设定为这种结构，从而不仅是在缺口部的端部即使在阶梯部也能够使解理裂纹等集中地产生，因而能够使阶梯部之间的部分的解理面的精度得以提高。

在本发明的半导体激光装置中，从各个缺口部的第二壁面到将解理面进行延长后的位置为止的距离最好在5μm以上且在25μm以下。

在本发明的半导体激光装置中，最好为各个缺口部具有设置在导波部侧的第一部分、和设置在芯片侧面侧的第二部分，在第一部分中第一壁面、和与该第一壁面相接触且与第二壁面平行的第三壁面露出，在第二部分中第二壁面、和与该第二壁面及第三壁面相接触的第四壁面露出，从第三壁面到将解理面进行延长后的位置为止的距离在1μm以上且在5μm以下，从第二壁面到将解理面进行延长后的位置为止的距离在10μm以上且在25μm以下，第四壁面延伸的方向、与解理面延伸的方向之间所成的角度在10度以上且在40度以下。通过设定为这种结构，从而在解理线一旦偏离解理导轨时，也能够对解理线进行修正。

在本发明的半导体激光装置中，各个缺口部的深度最好在1μm以上且在10μm以下。

在本发明的半导体激光装置中，各个缺口部在导波部侧的端部处的深度最好比其他部分的深度深。通过设定为这种结构，因为能够使应力集中在缺口部的顶端的底部，所以能够使解理面的精度得以提高。

在本发明的半导体激光装置中，最好为各个缺口部中的导波部侧的部分是通过蚀刻形成的浅缺口部，缺口部的其他部分是通过划线形成的深缺口部，浅缺口部的深度在2μm以下。通过设定为这种结构，从而在保持缺口部顶端部的形状精度的状态下，能够形成深的沟槽。

在本发明的半导体激光装置中，形成在解理面的两侧的两个缺口部之间的间隔最好在30μm以上且在100μm以下。

在本发明的半导体激光装置中，各个缺口部最好是从芯片的半导体层层叠体侧开始形成的。

在本发明的半导体激光装置中，各个缺口部最好是从芯片的衬底侧开始形成的。

在本发明的半导体激光装置中，最好为两个缺口部中的一个缺口部的第一壁面延伸的方向、与解理面延伸的方向之间所成的角度在10度以上且在40度以下，两个缺口部中的另一个缺口部的第一壁面延伸的方向、与解理面延伸的方向之间所成的角度是90度。通过设定为这种结构，能够对由于顶端部的位置偏离而导致的解理裂纹的产生进行抑制。

本发明所涉及的半导体激光装置的制造方法的特征在于：包括工序(a)、工序(b)和工序(c)，且该工序(a)为在衬底之上结晶生长了包含n型包覆(clad)层、活性层及p型包覆层的半导体层层叠体以后、通过对p型包覆层进行有选择地蚀刻从而形成了具有彼此保持间隔并且沿一个方向延伸的多个条状导波部的半导体晶片，该工序(b)是对具有多个导波部的半导体晶片进行有选择地蚀刻、在与导波部交叉的方向上除去导波部以外形成了配置为列状的多个凹部，该工序(c)为将配置为一列的多个凹部作为解理导轨，沿着解理导轨形成导波部露出的解理面；各个凹部的与导波部交叉的方向上的两个端部中的至少一个端部具有平面V字型的顶端部，围成顶端部的两条边所成的角度在20度以上且在80度以下，围成顶端部的两条边中的至少一条边延伸的方向、和形成解理面的方向之间所成的角度在10度以上且在40度以下。

根据本发明所涉及的半导体激光装置的制造方法，因为包括对半导体晶片进行有选择地蚀刻、而在与导波部交叉的方向上除去导波部以外形成配置为列状的多个凹部的工序，且各个凹部的与导波部交叉的方向上的两个端部中的至少一个端部具有平面V字型的顶端部，围成顶端部的两条边所成的角度在20度以上且在80度以下，围成顶端部的两条边中的至少一条边延伸的方向、和形成解理面的方向之间所成的角度在10度以上且在40度以下，所以作为解理导轨的凹部的顶端部的方向成为在很大程度上不同于与解理面等价的结晶面的方向。因此，能够对沿解理面以外的方向进行解理的情况加以抑制，且能够沿着连结凹部的顶端之间的解理线正确地进行解理。其结果是能够以高成品率制造半导体激光装置。

在本发明的半导体激光装置的制造方法中，各个凹部的与导波部交叉的方向上的两个端部最好都具有顶端部。

在本发明的半导体激光装置的制造方法中，最好为各个凹部的平面形状是在与导波部平行的两个方向上分别具有突出形成为平面梯形形状的突出部的形状，突出部的、与导波部平行的方向上的宽度在20μm以上且在50μm以下，凹部的除去突出部以外的部分的、与导波部平行的方向上的宽度在2μm以上且在10μm以下，突出部的斜边延伸的方向、和形成解理面的方向之间所成的角度在10以上且在40度以下。

在本发明的半导体激光装置的制造方法中，在工序(b)之后且在工序(c)之前最好进一步包括工序(d)，在该工序(d)中通过对各个凹部中的至少除去顶端部的部分进行划线，从而使顶端部以外的部分的深度比顶端部深。

在本发明的半导体激光装置的制造方法中，划线最好是利用金刚石笔进行的。

在本发明的半导体激光装置的制造方法中，划线最好是利用激光或者电子束进行的。

在本发明的半导体激光装置的制造方法中，最好为工序(a)包含通过对半导体层层叠体中的各个导波部的两侧的部分进行有选择地蚀刻从而形成台地形状的阶梯部的工序，在工序(b)中各个凹部是避开阶梯部而形成的。

在本发明的半导体激光装置的制造方法中，工序(b)最好包含在半导体晶片中的各个导波部和各个凹部之间的区域分别形成在与导波部平行的方向上延伸的沟槽部的工序。

在本发明的半导体激光装置的制造方法中，最好是围成顶端部的两条边中的一条边延伸的方向、和形成解理面的方向之间所成的角度在10度以上且在40度以下，围成顶端部的两条边中的另一条边延伸的方向、和形成解理面的方向一致。

在本发明的半导体激光装置的制造方法中，各个凹部最好形成在晶片的半导体层层叠体侧。

在本发明的半导体激光装置的制造方法中，各个凹部最好形成在晶片中的衬底的与半导体层层叠体相反的一侧。

(发明的效果)

根据本发明所涉及的半导体激光装置及其制造方法，能够实现使用氮化物半导体等的六方晶体系的半导体材料并且具有结构稳定的解理面的半导体激光装置及其制造方法。

附图说明

图1(a)～图1(c)表示的是本发明的第一实施例所涉及的半导体激光装置，图1(a)是立体图，图1(b)是平面图，图1(c)是芯片端面侧的剖面图。

图2(a)～图2(c)表示的是用来制造本发明的第一实施例所涉及的半导体激光装置的半导体晶片，图2(a)是平面图，图2(b)是图2(a)的IIb-IIb线的剖面图，图2(c)是图2(a)的IIc-IIc线的剖面图。

图3(a)及图3(b)表示的是本发明的第一实施例所涉及的半导体激光装置的解理面，图3(a)是平面图，图3(b)是剖面图。

图4(a)～图4(c)是表示本发明的第一实施例所涉及的半导体激光装置的凹部的顶端角度和解理线之间的关系的平面图。

图5是表示本发明第一实施例所涉及的半导体激光装置的凹部的顶端角度和解理导轨(cleavage guide)的作用率(functioning ratio)之间相互关系的坐标图。

图6是表示本发明第一实施例所涉及的半导体激光装置的凹部宽度和解理导轨的作用率之间相互关系的坐标图。

图7是表示本发明第一实施例所涉及的半导体激光装置的凹部之间的间隔和解理导轨的作用率之间相互关系的坐标图。

图8是表示本发明的第一实施例所涉及的半导体激光装置的变形例的立体图。

图9(a)及图9(b)表示的是本发明第一实施例所涉及的半导体激光装置的变形例中的解理面，图9(a)是平面图，图9(b)是剖面图。

图10(a)及图10(b)表示的是本发明的第一实施例所涉及的半导体激光装置的变形例中的解理面，图10(a)是平面图，图10(b)是剖面图。

图11(a)及图11(b)表示的是本发明第一实施例所涉及的半导体激光装置的变形例中的解理面，图11(a)是平面图，图11(b)是剖面图。

图12是本发明的第二实施例所涉及的半导体激光装置的立体图。

图13(a)及图13(b)表示的是本发明的第二实施例所涉及的半导体激光装置的解理面，图13(a)是平面图，图13(b)是剖面图。

图14(a)及图14(b)表示的是本发明的第二实施例所涉及的半导体激光装置的变形例中的解理面，图14(a)是平面图，图14(b)是剖面图。

图15(a)及图15(b)表示的是本发明的第三实施例所涉及的半导体激光装置的解理面，图15(a)是平面图，图15(b)是剖面图。

图16(a)及图16(b)表示的是本发明的第四实施例所涉及的半导体激光装置的解理面，图16(a)是平面图，图16(b)是剖面图。

(符号说明)

10    半导体晶片

11    衬底

12    氮化物半导体层层叠体

13    芯片端面

13a   解理面

14    芯片侧面

21    n型半导体层

22    活性层

23    p型半导体层

23a   隆起(ridge)条状(stripe)部

24    介电层

25    p侧电极

26    n侧电极

31    缺口部

31a   第一壁面

31b   第二壁面

32    凹部

32A   凹部

32B   凹部

32C   第一区域

32D   第二区域

32a   基部

32b   顶端部

33    解理导槽

35    阶梯部

41    芯片

51    解理线

具体实施方式

(第一实施例)

参照附图对本发明的第一实施例进行说明。图1(a)～图1(c)表示的是第一实施例所涉及的半导体激光装置的结构，图1(a)表示整体结构，图1(b)表示平面结构，图1(c)表示共振器端面侧的剖面结构。本实施例的半导体激光装置是从具有由氮化物半导体构成的半导体层的层叠体的半导体晶片上切割下来的半导体芯片。

如图1所示本实施例的半导体激光装置包括由氮化镓(GaN)构成的衬底11、和在衬底11之上形成的氮化物半导体层层叠体12。氮化物半导体层层叠体12具有在衬底11之上依次结晶生长的n型半导体层21、由InGaN构成的多量子阱结构的活性层22、及p型半导体层23。P型半导体层23被有选择地蚀刻，形成了隆起条状部23a。

在p型半导体层23之上，除了隆起条状部23a的上表面以外，形成了用以限定电流的介电层24。在介电层24之上，与隆起条状部23a的上表面相接触地形成了p侧电极25，在衬底11的与氮化物半导体层层叠体12相反一侧的面(背面)形成了n侧电极26。

在本实施例的半导体激光装置中，与隆起条状部23a大致垂直的芯片端面13是解理半导体晶片而形成的面。另一方面，与隆起条状部23a大致平行的芯片侧面14是通过切割(dicing)而形成的面。在本实施例中，芯片端面13中包含隆起条状部23a的中央部成为氮化物半导体层层叠体12的(1-100)面露出的平滑的解理面13a。芯片端面13中的解理面13a的两侧区域是由解理形成的，但并没有成为完全的解理面，产生了解理裂纹及高低起伏等。下面所谓的解理面并不是单纯通过解理而形成的面，指的是通过解理而使单一的结晶面露出的面。

当从芯片端面13侧来看本实施例的半导体激光装置时，在解理面13a两侧的部分形成有氮化物半导体层层叠体12的一部分被切掉后而形成的缺口部31。缺口部31的平面形状是近似直角梯形形状，由于缺口部31使得与芯片端面13接触的第一壁面31a、和与芯片侧面14接触的第二壁面31b露出。第一壁面31a延伸的方向与解理面13a延伸的方向之间所成的角度θ在10度以上且在40度以下。关于缺口部31的具体情况在下文中加以说明。

图2(a)～图2(c)表示的是用来形成第一实施例所涉及的半导体激光装置的解理前的半导体晶片的结构，图2(a)表示的是平面结构，图2(b)表示的是图2(a)的IIb-IIb线的剖面结构，图2(c)表示的是图2(a)的IIc-IIc线的剖面结构。

如图2所示第一实施例的半导体晶片10包括衬底11和氮化物半导体层层叠体12，且该氮化物半导体层层叠体12在衬底11的(0001)面之上具有彼此保持间隔并沿衬底的<1-100>方位延伸形成的多个隆起条状部23a。在氮化物半导体层层叠体12上，对除去隆起条状部23a以外的部分进行蚀刻而形成的多个凹部32沿着衬底的<11-20>方位布置为一列，从而形成了解理导槽33。形成了多个彼此之间具有间隔的解理导槽33，沿着各个解理导槽33，解理氮化物半导体层层叠体12而形成了芯片端面13以后，在与隆起条状部23a平行的方向上进行切割(dicing)，从而分割出半导体激光装置的芯片41。在分割出的各个芯片41中，残留有凹部32的大约四分之一，成为缺口部31。

各个凹部32是通过对氮化物半导体层层叠体12进行干蚀刻而形成的，在两端部具有平面V字型形状的顶端部。通过利用干蚀刻而形成了凹部32，从而与利用划线形成导槽的情况不同，能够正确地控制凹部32的位置以及形状。由此，能够形成可将作为解理导轨的作用加以最大限度发挥的形状，从而能够大幅度提高解理成品率。

还有，因为将凹部32的平面形状设定为与隆起条状部23a交叉的方向上的两端部尖的、扁平的六角形状，所以容易以将凹部32顶端之间连结起来的方式产生解理，且容易产生理想方位上的解理面。

下面，关于凹部32的形状作进一步的详细说明。图3(a)及图3(b)表示的是在对图2所示的半导体晶片10进行了解理的情况下凹部32之间的部分的结构，图3(a)表示平面结构，图3(b)表示剖面结构。通过解理使得凹部32断裂成一半而成为缺口部31，在下文中对断裂之前的凹部32的状态进行说明。

当结晶结构为六方晶体的氮化物半导体时，即使形成了由配置为一列的平面形状为方形形状的凹部构成的解理导轨，也难于形成正确地沿着解理导轨的解理线。本实施例的凹部32的平面形状成为在平面方形形状的基部32a的两端组合有平面V字型的顶端部32b从而形成在与隆起条状部23a交叉的方向上具有尖的顶端的形状。因此，如图3所示即使在解理线51中出现了偏移时，也能够沿着顶端部32b的壁面对解理线的方向进行修正，所以能够从凹部32的顶端进行解理，并能够在包含隆起条状部23a的区域形成正确的解理线。

在顶端部32b，解理线51的方向被壁面进行修正的理由是因为在解理线51和顶端部32b的壁面之间相交叉的区域中出现了解理裂纹及高低起伏。由于细微的解理裂纹等沿着顶端部32b的壁面产生，因而解理线51在沿着顶端部32b的壁面的方向上被引导。因此，顶端部32b的壁面和成为解理面的解理线51之间交叉所成的角度变得非常重要。

图4(a)～图4(c)是表示在由GaN构成的衬底11之上形成的氮化物半导体层层叠体12上、形成了端部的两个壁面所成的顶端角度2θ不同的各种凹部32以后进行了解理的结果的模式图。

如图4(b)所示凹部32的顶端角度2θ为60度时，即使在凹部32的基部32a中解理线偏移，在顶端部32b处解理线51也沿着壁面被进行了修正，从而能够获得将凹部32的顶端之间连结起来的解理线51。另一方面，如图4(a)或者图4(c)所示，当顶端角度2θ在20度以下或者在80度以上时，在顶端部32b中几乎不存在对解理线进行修正的效果。

图5表示的是凹部32的顶端角度2θ与解理导轨的作用率之间的相互关系。所谓解理导轨的作用率是能够获得将凹部32的顶端之间连结起来的解理线的比例，在图5中将顶端角度2θ约为60度的情况作为1进行了规范化表示。关于是否已经获得了将顶端之间连结起来的解理线的判定是通过显微镜观察来进行的，对于大约100个样品进行了观察。还有，对于图3所示的凹部32的宽度w为20μm、深度t为2μm、凹部32的顶端之间的间隔d为50μm的情况进行了观察。

如图5所示，当顶端角度2θ超过80度时或者比20度小时，进行规范化表示的解理导轨的作用率在0.5以下，表示凹部32作为解理导轨没有充分地发挥作用。这是结晶结构为六方晶体的氮化物半导体所特有的现象。因为氮化物半导体是六方晶体的纤锌矿结构，所以每隔60度都存在与作为解理面的<1-100>方位的面等价的面。当顶端角度2θ为60度时，与<11-20>方位平行的凹部32的中心轴和顶端部32b的壁面之间所成的角度θ分别为30度，顶端部32b的壁面方向成为最偏离于解理面的方向。

因此，凹部32的顶端角度2θ最好使得顶端部32b的壁面方向成为尽可能地从解理面及与解理面等价的面偏离开的方向。具体来说，可以在20度以上且在80度以下，理想的是在解理导轨的作用率成为0.9以上的40度以上且在70度以下，更为理想的是成为60度。还有，顶端部32b的壁面延伸的方向和解理面延伸的方向之间所成的角度θ成为上述范围的二分之一即在10度以上且在40度以下即可。

然后，关于凹部32的宽度w进行了探讨。当在凹部32的内侧形成了解理线51的情况下，凹部32的宽度w对于修正解理线偏移的这一作用几乎没有带来影响。然而，已经清楚的是当凹部32的宽度w在10μm以下时由于微小的缺陷或附着物等的影响存在解理线51有可能越出凹部32的问题。一旦解理线51向凹部32的外侧越出时，则解理线51不能返回到凹部32的内侧，从而凹部32失去了作为解理导轨的作用，形成为一列的芯片41的大部分将出现解理不良。

图6表示的是凹部的宽度w和解理导轨的作用率之间的关系。在图6中，将凹部的宽度w为20μm时的解理导轨的作用率作为1而进行了规范化表示。还有，将凹部的顶端角度2θ设定为大约60度、深度t设定为2μm，将凹部32的顶端之间的间隔d设定为50μm。

如图6所示，一旦导轨的宽度w在10μm以下则解理导轨的作用下降。这是因为解理线容易向凹部32的外侧越出的缘故造成的。另一方面，一旦将凹部32的宽度w设定得过宽时，则因为在凹部32中无法形成布线用的镀金等，所以导致端面部的放热性劣化、元件特性下降的结果。因此，实际上最好将凹部32的宽度w设定在50μm以下。

下面，针对凹部32的顶端之间的间隔d对作为解理导槽的作用所产生的影响进行探讨的结果加以说明。已经清楚的是在由GaN构成的衬底11之上形成的氮化物半导体层层叠体12上以改变间隔的方式形成了凹部32以后进行了解理时，一旦凹部32的顶端之间的间隔d在100μm以上，则在凹部32之间解理线容易产生偏移。

图7表示的是凹部的顶端之间的间隔d和解理导轨的作用率之间的关系。在图7中，将间隔d为20μm时的解理导轨的作用率设定为1而进行了规范化表示。可以看出如图7所示随着凹部的间隔d的加宽，解理导轨的作用率随之下降。凹部32的方向、与作为解理面的(1-100)方向的结晶面之间严格来说并不是一致的，存在若干角度的偏差。因此，可以想到一旦凹部32之间的间隔变大则在凹部和凹部之间产生解理裂纹的可能性提高、从而解理导轨的作用率下降。因此，凹部32之间的间隔d可以是在100μm以下，理想的是在40μm以下。然而，一旦使凹部32之间的间隔d过窄，则凹部32的顶端太过接近于隆起条状部23a，从而存在形成在凹部32的顶端部的解理裂纹对激光特性产生影响的问题。由此，凹部32之间的间隔d最好在20μm以上。

下面，关于凹部32的深度t进行了探讨。针对深度t不同的凹部32的解理导轨的作用进行调查的结果是已经清楚地知道当深度t不满1μm时，解理导轨的作用大幅度降低，而当深度t在1μm以上时，能够充分发挥作为解理导轨的作用。还有，可以看出凹部32的深度t越深则解理导轨的作用就越高。然而，当通过干蚀刻制作10μm以上深度的凹部32时，因为相对于GaN而言能够获得大选择比的掩膜材料基本上不存在，所以必须加厚掩膜材料的厚度。可以看出一旦增加掩膜材料的厚度，则图案的解像度及精度下降，所以凹部32的顶端形状变圆，从而对解理位置无法进行精密地控制。因此，凹部32的深度t可以在1μm以上且在10μm以下，理想的是在2μm以上且在5μm以下。

另一方面，本实施例中的氮化物半导体层层叠体12的厚度大约为4μm。可以使凹部32的深度t大于氮化物半导体层层叠体12的厚度，成为图8所示的结构。这样一来，能够使解理成品率得以提高。可以想到这是由于导槽顶端底部的、加以最大应力的部分不是氮化物半导体层层叠体12而是衬底11的内部，因而在解理时能够避免对氮化物半导体层层叠体12施加过度的应力。

还有，通过设定干蚀刻的功率、压力及气体种类等条件从而能够使利用干蚀刻制成的凹部32的底部形状产生变化。如图9所示一旦使在顶端部32b处的凹部32的深度大于基部32a处的深度时，则在解理中解理裂纹和高低起伏在凹部32的最顶端部集中地产生。因此，已经清楚的是在包含隆起条状部23a的区域中能够形成良好的解理面13a，使得成品率得以提高。可以想到这大概是由于凹部32顶端底部的角度成为尖角，而使得应力集中在顶端的底部，从而容易产生解理裂纹等的缘故。这样一来通过控制而使得解理裂纹及高低起伏在特定的位置处产生，从而能够对在作为条状导波部的隆起条状部23a处产生的解理不良进行抑制，并能够使成品率得以提高。

在本实施例中，凹部32在平面方形形状的基部32a的两侧具有平面V字型的顶端部32b。然而，如图10所示也可以设定成仅在基部32a的一端设置有顶端部32b的形状。当对相邻的两个凹部32的顶端进行相向配置时，则容易形成连结两个顶端的解理线。由此，能够获得可正确地控制解理线的位置的这一效果。然而，一旦在相向的顶端位置上产生偏离时，则解理线和结晶面之间出现偏差，成为产生裂纹的原因。由此，通过将一个凹部32制成没有顶端的形状，则能够对由于凹部32顶端位置偏离而导致裂纹产生的这一现象进行抑制。还有，也可以将在基部32a的两侧组合有顶端部32b的凹部、和只有基部32a的凹部相互交替地进行配置。

还有，将凹部32的顶端部32b制成两条边的长度相等的平面V字型，而如图11所示也可以制成下记形状，即仅从凹部32的一侧来实现顶端部变窄的这一形状。此时，引导解理线的边为一条。所以，顶端角度不是2θ而成为θ。

下面，对第一实施例所涉及的半导体激光装置的制造方法的一个示例进行说明。首先，在载流子浓度为1018cm-3左右的n型GaN衬底11之上，利用有机金属化学汽相淀积(MOCVD)法，形成了200nm厚的n-GaN缓冲层(无图示)以后，形成了包含厚度为1μm的n-GaN层、厚度为1.8μm的n-A10.04Ga0.96N包覆层、和厚度为150nm的n-GaN光导层的n型半导体层21。然后，形成了具有厚度为3nm的In0.10Ga0.90N阱层、和厚度为7.5nm的In0.02Ga0.98N阻挡层的三量子阱结构的活性层22。这以后，形成了包含厚度为120nm的p-GaN光导层、厚度为0.5μm的p-A10.05Ga0.95N包覆层、和厚度为100nm的p-GaN接触层的p型半导体层23。在n型半导体层21中作为施主杂质掺杂了5×1017cm-3左右的硅(Si)，在p型半导体层23中作为受主杂质掺杂了1×1019cm-3左右的镁(Mg)。还有，在最表面的p型接触层中以1×1020cm-3左右的高浓度掺杂了Mg。再者，本实施例中的半导体层叠结构是一个示例，半导体层叠结构及生长方法并不仅局限于此。

然后，在p型接触层之上，利用常压CVD堆积厚度为200nm的氧化硅(SiO2)膜。其后，在N2环境中利用800℃的温度进行30分钟的热处理，来活化p型半导体层23的Mg。然后，通过使用了光刻法及反应性离子蚀刻(RIE)的干蚀刻，形成条状的SiO2掩膜。其后，将SiO2作为掩膜并采用了使用Cl2气体来进行电感耦合等离子体(ICP)的干蚀刻，对p型半导体层23进行了蚀刻深度为0.5μm左右的蚀刻，从而形成了隆起条状部23a。然后，以修复ICP干蚀刻的损伤为目的，在N2环境中利用800℃的温度进行30分钟的热处理。其后，用缓冲氢氟酸(BHF)将用作为掩膜的SiO2膜去除以后，再堆积了厚度为200nm的SiO2膜作为SiO2介电层24。

然后，通过利用光刻法及缓冲氢氟酸溶液(BHF)的湿蚀刻，在SiO2介电层24上形成仅露出隆起条状部23a的上部的开口部。接着，利用光刻法和电子束蒸涂，形成由钯(Pd)和铂(Pt)构成的p侧电极25。Pd及Pt的膜厚分别为40nm及35nm，在将衬底加热到70℃的状态下进行蒸涂。其后，通过加以400℃的热处理，从而能够获得5×10-4Ωcm2以下的良好的接触电阻。关于蒸涂时的温度进行探讨的结果是已经清楚地知道当加热到70℃～100℃左右时接触电阻最佳。当对用于图案形成的抗蚀剂的耐热性也加以考虑时，则用70℃进行的蒸涂可以说是在没有降低工序的成品率的情况下还可实现接触电阻最佳化的最为适当的条件。

然后，通过利用光刻法及ICP的干蚀刻，如图3所示，在形成芯片端面的线上，避开隆起条状部而形成了凹部32，从而形成了虚线状的解理导槽33。其后，在p侧电极之上形成布线用的镀金以后，对衬底11的背面进行磨削及研磨，使衬底11的厚度大约为100μm。其次，在衬底11的背面形成由钛(Ti)、铂(Pt)和金(Au)构成的n侧电极。Ti、Pt及Au的膜厚分别为5nm、100nm及500nm。由此，能够实现大约在10-4Ωcm-2以下的良好的接触电阻。

最后，沿着解理导槽33从衬底11的背面侧通过断开(breaking)来进行解理，从而形成芯片端面。再者，通过切割(dicing)而与隆起条状部23a平行地分割出芯片，从而获得半导体激光装置。

(第二实施例)

下面，参照附图对本发明的第二实施例进行说明。图12表示的是第二实施例所涉及的半导体激光装置。在图12中对与图1相同的构成要素标注同一符号从而省略了对它们的说明。

如图12所示本实施例的半导体激光装置是在隆起条状部23a的两侧对p型半导体层23、活性层22和n型半导体层21的一部分进行蚀刻、从而形成了用来进行元件分离的台地形状的阶梯部35。

本实施例中，在凹部32和隆起条状部23a之间，台地形状的阶梯部35在与隆起条状部23a平行的方向上形成。这样一来，通过在凹部32和隆起条状部23a之间形成沿着与隆起条状部23a平行的方向延伸的阶梯部35，从而能够对在解理面13a产生解理裂纹等的情况进行抑制。

下面，关于通过形成阶梯部35从而能够对解理裂纹的产生进行抑制的理由进行说明。图13(a)及图13(b)表示的是本实施例所涉及的半导体激光装置的凹部32之间的部分的结构，图13(a)表示的是平面结构，图13(b)表示的是剖面结构。

如图13所示当对半导体晶片进行了解理时，在凹部32的顶端部32b的附近集中地产生了解理裂纹及高低起伏等。在本实施例中，在凹部32和隆起条状部23a之间设置的阶梯部35的位置上也集中产生了解理裂纹。其结果是在阶梯部35和阶梯部35之间的部分，能够获得正确的解理线，并能够对在包含隆起条状部23a的部分处产生解理裂纹的情况进行抑制。

在本实施例中将阶梯部35设定为沿着与隆起条状部23a平行的方向延伸的台地形状的阶梯部，而只要在凹部32和隆起条状部23a之间存在数μm的高低起伏即可，也可以如图14所示在凹部32和隆起条状部23a之间通过形成与隆起条状部23a平行的沟槽部的方法来形成阶梯部35。此时，因为能够同时进行蚀刻来形成凹部32和阶梯部35，所以没有增加工序数量从而在成本上存有优势。还有，只要是在凹部32和隆起条状部23a之间能够在与隆起条状部23a平行的方向上形成数μm的高低起伏的话，也可以采用其他的结构。

(第三实施例)

下面，参照附图对本发明的第三实施例进行说明。图15(a)及图15(b)表示的是第三实施例所涉及的半导体激光装置的凹部32之间的部分的结构，图15(a)表示的是平面结构，图15(b)表示的剖面结构。在图15中对与图3相同的构成要素标注了同一符号从而省略了对它们的说明。

如图15所示本实施例的半导体激光装置的凹部32是由利用干蚀刻而形成的浅凹部32A、和对浅凹部32A的中央部进行划线而形成的深凹部32B构成的。

一旦利用划线来形成凹部的话则能够容易地加深凹部的深度。然而，因为不能使利用划线所形成的凹部的形状固定，所以容易产生解理裂纹等，从而不能正确地控制解理线。另一方面，当利用蚀刻形成凹部时，难于形成深的凹部，而一旦凹部的深度过浅的话，则在凹部的顶端之间难于形成正确的解理线。还有，也有可能出现解理线从凹部越出而导致丧失作为解理导槽的作用的这一问题。

通过将不要求解理线精度的凹部32的中央部设定为利用划线而形成的深凹部32B，将要求正确的顶端形状的端部设定为是利用蚀刻而形成的浅凹部32A，从而即使降低浅凹部32A部分的深度，也能够在凹部32之间的部分实现正确的解理线。

深凹部32B能够通过在利用干蚀刻形成了浅凹部32A以后使用金刚石笔对浅凹部32A的中央部进行划线的方法来形成。还有，也可以使用激光或者电子束等来形成。通过对激光或者电子束等的光斑尺寸(spot-size)和功率进行适当地设定，则能够形成与利用金刚石笔所形成的划线相同的深导槽。还有，与利用金刚石笔所形成的划线相比，使用激光或者电子束的划线能够使扫描速度得以提高，从而能够大幅度地缩短作业时间。

(第四实施例)

下面，参照附图对本发明的第四实施例进行说明。图16(a)及图16(b)表示的是第四实施例所涉及的半导体激光装置的凹部32之间的部分的结构，图16(a)表示的是平面结构，图16(b)表示的是剖面结构。在图16中对与图3相同的构成要素标注了同一符号从而省略了对它们的说明。

如图16所示本实施例的半导体激光装置的凹部32的宽度进行2阶变化，即该凹部32是由宽度宽的第一区域32C、和形成在第一区域32C的两侧且宽度比第一区域窄的第二区域32D构成的。

如上所说明的那样，一旦凹部32的宽度变窄的话，则解理导轨的作用率降低。这是由于宽度w窄而一旦造成了解理线51偏移时，则不能使解理线51返回到凹部32的内侧，从而一整列的共振器几乎全部成为解理不良的缘故造成的。仅对在凹部32的内侧能够维持解理线51的情况进行比较，当宽度窄时解理线51的精度提高。因此，在本实施例中，通过将宽度w宽的第一区域、和宽度w窄的第二区域结合起来形成凹部32，从而凹部32的顶端间的解理线51的精度得以提高，并且即使一旦解理线51偏离开时，也能够使解理线51返回到凹部32的内侧。第一区域32C中的宽度w1可以设定为20μm以上且在50μm以下，第二区域32D的宽度w2可以设定在从2μm到10μm。

还有，如图16所示在第一区域32C和第二区域32D之间，最好设置有宽度w渐渐变窄的部分。由此，凹部32的平面形状成为在与隆起条状部23a平行的两个方向上分别具有突出形成为平面梯形形状的突出部即第一区域32C的形状。第一区域32C的平面形状最好是等腰梯形形状。第一区域32C的宽度w渐渐变窄的部分、也就是相当于梯形的斜边的部分中的、倾斜的角度最好与顶端部的角度θ相同在10度以上且在40度以下。这样一来，在凹部32的内侧产生偏移的解理线51的方向被进行修正，从而能够提高被顶端所引导的几率。然而，也可以不与顶端部的角度θ相同。

在第一实施例～第三实施例中，关于脊型半导体激光装置已经进行了说明，而也能够适用于电极条型半导体激光装置及埋入式条型半导体激光装置等。还有，对从氮化物半导体层层叠体12侧形成凹部32的示例进行了举例，而即使是从衬底11的背面侧形成凹部32时也能够获得同样的效果。

(产业上的利用可能性)

本发明所涉及的半导体激光装置及其制造方法能够实现使用氮化物半导体等的六方晶体系列的半导体材料并且具有结构稳定的解理面的半导体激光装置，特别是作为通过解理形成了共振器端面的半导体激光装置及其制造方法等是有用的。

Claims (22)

1.一种半导体激光装置，该半导体激光装置包括对衬底以及在该衬底之上形成的半导体层层叠体进行切割而形成的芯片，该半导体层层叠体是由包含条状的导波部、且利用具有六方晶体结构的半导体材料构成的半导体层层叠而成的，其特征在于：

上述芯片具有与上述导波部交叉的方向上的两个芯片端面、和与上述导波部平行的方向上的两个芯片侧面，

上述各个芯片端面中的包含上述导波部的区域是上述半导体层层叠体被解理的解理面，

至少一个上述芯片端面中的上述导波部的两侧区域分别具有由于上述芯片的一部分被切掉而形成的缺口部，上述缺口部露出与上述芯片端面相接触的第一壁面以及与上述芯片侧面相接触的第二壁面，

两个上述缺口部中的至少一个缺口部的上述第一壁面延伸的方向、与上述解理面延伸的方向之间所成的角度在10度以上且在40度以下。

2.根据权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于：

在上述芯片中的上述导波部和上述缺口部之间的部分形成了与上述导波部及上述缺口部之间具有间隔并与上述导波部平行延伸的阶梯部。

3.根据权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于：

从上述各个缺口部的上述第二壁面到将上述解理面进行延长后的位置为止的距离在5μm以上且在25μm以下。

4.根据权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于：

上述各个缺口部具有设置在上述导波部侧的第一部分、和设置在上述芯片侧面侧的第二部分，

在上述第一部分中，上述第一壁面、和与该第一壁面相接触并且与上述第二壁面平行的第三壁面露出，

在上述第二部分中，上述第二壁面、和与该第二壁面及上述第三壁面相接触的第四壁面露出，

从上述第三壁面到将上述解理面进行延长后的位置为止的距离在1μm以上且在5μm以下，

从上述第二壁面到将上述解理面进行延长后的位置为止的距离在10μm以上且在25μm以下，

上述第四壁面延伸的方向、与上述解理面延伸的方向之间所成的角度在10度以上且在40度以下。

5.根据权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于：

上述各个缺口部的深度在1μm以上且在10μm以下。

6.根据权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于：

上述各个缺口部在上述导波部侧的端部处的深度比其他部分的深度深。

7.根据权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于：

上述各个缺口部中的上述导波部侧的部分是通过蚀刻形成的浅缺口部，上述缺口部的其他部分是通过划线形成的深缺口部，上述浅缺口部的深度在2μm以下。

8.根据权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于：

形成在上述解理面的两侧的两个缺口部之间的间隔在30μm以上且在100μm以下。

9.根据权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于：

上述各个缺口部是从上述芯片的上述半导体层层叠体侧开始形成的。

10.根据权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于：

上述各个缺口部是从上述芯片的上述衬底侧开始形成的。

11.根据权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于：

两个上述缺口部中的一个缺口部的上述第一壁面延伸的方向、与上述解理面延伸的方向之间所成的角度在10度以上且在40度以下，

两个上述缺口部中的另一个缺口部的上述第一壁面延伸的方向、与上述解理面延伸的方向之间所成的角度是90度。

12.一种半导体激光装置的制造方法，其特征在于：

包括：

工序a，在衬底之上形成了包含n型包覆层、活性层及p型包覆层的半导体层层叠体以后，通过对上述p型包覆层进行有选择地蚀刻来形成具有彼此保持间隔并且沿一个方向延伸的多个条状导波部的半导体晶片，

工序b，对具有上述多个导波部的半导体晶片进行有选择地蚀刻，在与上述导波部交叉的方向上除去上述导波部以外形成配置为列状的多个凹部，以及

工序c，将上述配置为一列的多个凹部作为解理导轨，沿着上述解理导轨形成上述导波部露出的解理面；

上述各个凹部的与上述导波部交叉的方向上的两个端部中的至少一个端部具有平面V字型的顶端部，

围成上述顶端部的两条边所成的角度在20度以上且在80度以下，围成上述顶端部的两条边中的至少一条边延伸的方向、和形成上述解理面的方向之间所成的角度在10度以上且在40度以下。

13.根据权利要求12所述的半导体激光装置的制造方法，其特征在于：

上述各个凹部的与上述导波部交叉的方向上的两个端部都具有上述顶端部。

14.根据权利要求12所述的半导体激光装置的制造方法，其特征在于：

上述各个凹部的平面形状是在与上述导波部平行的两个方向上分别具有突出形成为平面梯形形状的突出部的形状，

上述突出部的、与上述导波部平行的方向上的宽度在20μm以上且在50μm以下，

上述凹部的除去上述突出部以外的部分的、与上述导波部平行的方向上的宽度在2μm以上且在10μm以下，

上述突出部的斜边延伸的方向、和形成上述解理面的方向之间所成的角度在10度以上且在40度以下。

15.根据权利要求12所述的半导体激光装置的制造方法，其特征在于：

在上述工序b之后且在上述工序c之前进一步包括工序d，在该工序d中通过对上述各个凹部中的至少除去上述顶端部的部分进行划线，从而使上述顶端部以外的部分的深度比上述顶端部深。

16.根据权利要求15所述的半导体激光装置的制造方法，其特征在于：

上述划线是利用金刚石笔进行的。

17.根据权利要求15所述的半导体激光装置的制造方法，其特征在于：

上述划线是利用激光或者电子束进行的。

18.根据权利要求12所述的半导体激光装置的制造方法，其特征在于：

上述工序a包含通过对上述半导体层层叠体中的上述各个导波部的两侧的部分进行有选择地蚀刻从而形成台地形状的阶梯部的工序，

在上述工序b中，上述各个凹部是避开上述阶梯部而形成的。

19.根据权利要求12所述的半导体激光装置的制造方法，其特征在于：

上述工序b包含在上述半导体晶片中的上述各个导波部和上述各个凹部之间的区域分别形成在与上述导波部平行的方向上延伸的沟槽部的工序。

20.根据权利要求12所述的半导体激光装置的制造方法，其特征在于：

围成上述顶端部的两条边中的一条边延伸的方向、和形成上述解理面的方向之间所成的角度在10度以上且在40度以下，

围成上述顶端部的两条边中的另一条边延伸的方向、和形成上述解理面的方向一致。

21.根据权利要求12所述的半导体激光装置的制造方法，其特征在于：

上述各个凹部形成在上述晶片的上述半导体层层叠体侧。

22.根据权利要求12所述的半导体激光装置的制造方法，其特征在于：

上述各个凹部形成在上述晶片中的上述衬底的与上述半导体层层叠体相反的一侧。

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