JP2000196186A - Ｉｉｉ族窒化物レ―ザダイオ―ドおよびその製造方法 - Google Patents
Ｉｉｉ族窒化物レ―ザダイオ―ドおよびその製造方法Info
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- JP2000196186A JP2000196186A JP10376897A JP37689798A JP2000196186A JP 2000196186 A JP2000196186 A JP 2000196186A JP 10376897 A JP10376897 A JP 10376897A JP 37689798 A JP37689798 A JP 37689798A JP 2000196186 A JP2000196186 A JP 2000196186A
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- Japan
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- substrate
- group iii
- iii nitride
- laser diode
- nitride film
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Abstract
(57)【要約】
【課題】サファイア基板を用いながらも、劈開面を光共
振器面とするIII 族窒化物レーザーダイオードおよびそ
の製造方法を提供する。 【解決手段】C 面を基板面とするサファイア基板上にAl
x Gay In1-x-y N （但し、0 ≦x,y 、0 ≦x+y ≦1 ）か
らなるIII 族窒化物膜が積層された後、共振器面が形成
されるIII 族窒化物レーザダイオードの製造方法におい
て、所定のIII 族窒化物膜が積層された基板10の裏面を
研磨し薄板化した後、III 族窒化物膜の劈開面である(1
-100) 面と基板面の交線に平行に基板裏側にスクライブ
傷T を入れ、スクライブ傷に沿ってナイフエッジK によ
り割ることによって、III 族窒化物膜の劈開を行なう
（バーB2とする）。
振器面とするIII 族窒化物レーザーダイオードおよびそ
の製造方法を提供する。 【解決手段】C 面を基板面とするサファイア基板上にAl
x Gay In1-x-y N （但し、0 ≦x,y 、0 ≦x+y ≦1 ）か
らなるIII 族窒化物膜が積層された後、共振器面が形成
されるIII 族窒化物レーザダイオードの製造方法におい
て、所定のIII 族窒化物膜が積層された基板10の裏面を
研磨し薄板化した後、III 族窒化物膜の劈開面である(1
-100) 面と基板面の交線に平行に基板裏側にスクライブ
傷T を入れ、スクライブ傷に沿ってナイフエッジK によ
り割ることによって、III 族窒化物膜の劈開を行なう
（バーB2とする）。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】III 族窒化物半導体を使用し
たレーザーダイオードに関するものであり、基板にα-A
l2O3（サファイア）のC 面（(0001)面）を用いたAlx Ga
y In1-x-y N 系からなるIII 族窒化物レーザーダイオー
ドに関する。
たレーザーダイオードに関するものであり、基板にα-A
l2O3（サファイア）のC 面（(0001)面）を用いたAlx Ga
y In1-x-y N 系からなるIII 族窒化物レーザーダイオー
ドに関する。
【０００２】
【従来の技術】直接遷移型でバンドギャップが1.9 〜6.
2eV まで制御可能なAlx Gay In1-x-yN （AlGaInN と略
記する）系材料（III 族窒化物半導体）を用いたレーザ
ーダイオードが試作されている。現在良質なAlGaInN 結
晶が得られる基板はサファイアであり広く用いられてい
るが、サファイア基板とAlGaInN は劈開方向が異なるた
め従来レーザーダイオードに必要な光共振器面は劈開に
よって形成されておらず、ドライエッチング等によって
形成されている。
2eV まで制御可能なAlx Gay In1-x-yN （AlGaInN と略
記する）系材料（III 族窒化物半導体）を用いたレーザ
ーダイオードが試作されている。現在良質なAlGaInN 結
晶が得られる基板はサファイアであり広く用いられてい
るが、サファイア基板とAlGaInN は劈開方向が異なるた
め従来レーザーダイオードに必要な光共振器面は劈開に
よって形成されておらず、ドライエッチング等によって
形成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来のAlGaAs系材料を
用いたレーザーダイオードなどは基板はGaAsであり、基
板とその上に積層されたAlGaAs系膜の劈開面が一致して
おり、基板の劈開によって良好な共振器面が作成され
る。しかし、サファイア基板の(0001)面すなわちC 面上
にAlGaInN 膜を形成した場合、サファイア基板の(1-21
0) 面とAlGaInN の(1-100) 面が平行となるようにエピ
タキシャル成長するため、基板の劈開面である(1-102)
面とAlGaInN の劈開面である(1-100) 面は一致せず、基
板面の法線を軸として30°ずれ、基板面に垂直方向に約
57°傾斜した関係になる。従って従来の基板の劈開面で
割る劈開方法により光共振器を形成しようとすると、Al
GaInN 膜の割れた面には多数のステップが生じ良好な光
共振器は得られない。したがってAlGaInN 系のレーザー
ダイオードではドライエッチング等で加工して共振器面
を得ている。このためレーザーダイオードを形成するた
めの工程が増えて加工工程は煩雑になっている。
用いたレーザーダイオードなどは基板はGaAsであり、基
板とその上に積層されたAlGaAs系膜の劈開面が一致して
おり、基板の劈開によって良好な共振器面が作成され
る。しかし、サファイア基板の(0001)面すなわちC 面上
にAlGaInN 膜を形成した場合、サファイア基板の(1-21
0) 面とAlGaInN の(1-100) 面が平行となるようにエピ
タキシャル成長するため、基板の劈開面である(1-102)
面とAlGaInN の劈開面である(1-100) 面は一致せず、基
板面の法線を軸として30°ずれ、基板面に垂直方向に約
57°傾斜した関係になる。従って従来の基板の劈開面で
割る劈開方法により光共振器を形成しようとすると、Al
GaInN 膜の割れた面には多数のステップが生じ良好な光
共振器は得られない。したがってAlGaInN 系のレーザー
ダイオードではドライエッチング等で加工して共振器面
を得ている。このためレーザーダイオードを形成するた
めの工程が増えて加工工程は煩雑になっている。
【０００４】本発明の目体は、サファイア基板を用いな
がらも、劈開面を光共振器面とするIII 族窒化物レーザ
ーダイオードおよびその製造方法を提供することにあ
る。
がらも、劈開面を光共振器面とするIII 族窒化物レーザ
ーダイオードおよびその製造方法を提供することにあ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、C 面を基板面とするサファイア基板とその上に積層
されたAlx Gay In1-x-y N （但し、0 ≦x,y 、0 ≦x+y
≦1 ）からなるIII 族窒化物膜からなるIII 族窒化物レ
ーザダイオードにおいて、前記レーザダイオードの光共
振器面は前記III 族窒化物膜の劈開面であることとす
る。
め、C 面を基板面とするサファイア基板とその上に積層
されたAlx Gay In1-x-y N （但し、0 ≦x,y 、0 ≦x+y
≦1 ）からなるIII 族窒化物膜からなるIII 族窒化物レ
ーザダイオードにおいて、前記レーザダイオードの光共
振器面は前記III 族窒化物膜の劈開面であることとす
る。
【０００６】C 面を基板面とするサファイア基板上にAl
x Gay In1-x-y N （但し、0 ≦x,y、0 ≦x+y ≦1 ）か
らなるIII 族窒化物膜が積層された後、共振器面が形成
されるIII 族窒化物レーザダイオードの製造方法におい
て、所定のIII 族窒化物膜が積層された基板の裏面を研
磨し薄板化した後、III 族窒化物膜の劈開面である(1-1
00) 面と基板面の交線に平行に基板裏側にスクライブ傷
を入れ、スクライブ傷に沿って割ることによって、III
族窒化物膜の劈開を行うこととする。
x Gay In1-x-y N （但し、0 ≦x,y、0 ≦x+y ≦1 ）か
らなるIII 族窒化物膜が積層された後、共振器面が形成
されるIII 族窒化物レーザダイオードの製造方法におい
て、所定のIII 族窒化物膜が積層された基板の裏面を研
磨し薄板化した後、III 族窒化物膜の劈開面である(1-1
00) 面と基板面の交線に平行に基板裏側にスクライブ傷
を入れ、スクライブ傷に沿って割ることによって、III
族窒化物膜の劈開を行うこととする。
【０００７】前記薄板の厚さは30μm 以上150 μm 以下
であると良い。サファイア基板の劈開面は(0001)面およ
び(1-102) 面等であり、AlGaInN の劈開面は(0001)面お
よび(1-100) 等である。ところがサファイア基板におい
ては(0001)面以外の面の劈開性は弱いことから、十分に
薄く研磨加工された基板にダイヤモンドスクライバーに
よりAlGaInN の劈開面(1-100) にそって傷入れを行って
傷で割ると、AlGaInN は(1-100) 劈開面で割れ（劈開
し）、サファイア基板は劈開面(1-102) 面では割れず
に、AlGaInN の劈開面に平行な(1-210) 面で割れる。劈
開工程はエッチング工程に比べ簡便であり、歩留まりよ
くAlGaInN の劈開面が得られることが可能になる。
であると良い。サファイア基板の劈開面は(0001)面およ
び(1-102) 面等であり、AlGaInN の劈開面は(0001)面お
よび(1-100) 等である。ところがサファイア基板におい
ては(0001)面以外の面の劈開性は弱いことから、十分に
薄く研磨加工された基板にダイヤモンドスクライバーに
よりAlGaInN の劈開面(1-100) にそって傷入れを行って
傷で割ると、AlGaInN は(1-100) 劈開面で割れ（劈開
し）、サファイア基板は劈開面(1-102) 面では割れず
に、AlGaInN の劈開面に平行な(1-210) 面で割れる。劈
開工程はエッチング工程に比べ簡便であり、歩留まりよ
くAlGaInN の劈開面が得られることが可能になる。
【０００８】
【発明の実施の形態】実施例１ 図２は本発明に係るAlGaInN 膜からなるレーザーダイオ
ードの斜視図である。(0001)面を基板面とする厚さ 300
μm のサファイア基板10上に、厚さ3 μm のn-GaN のコ
ンタクト層11、n-AlGaN のクラッド層12、多重量子井戸
構造の活性層13、p-GaN のコンタクト層14およびp-GaN
のキャップ層15を積層した。そしてエッチングにより幅
8 μm のダイオード部を残すようにパターニングした
後、ダイオード部とその周縁部にSiO2からなる絶縁層16
を側面の保護と電流狭窄のために形成し、Ni/Mo/Auから
なるp 電極で被覆した。コンタクト層の他の部分にはTi
/Al からなるn 電極17を形成した。
ードの斜視図である。(0001)面を基板面とする厚さ 300
μm のサファイア基板10上に、厚さ3 μm のn-GaN のコ
ンタクト層11、n-AlGaN のクラッド層12、多重量子井戸
構造の活性層13、p-GaN のコンタクト層14およびp-GaN
のキャップ層15を積層した。そしてエッチングにより幅
8 μm のダイオード部を残すようにパターニングした
後、ダイオード部とその周縁部にSiO2からなる絶縁層16
を側面の保護と電流狭窄のために形成し、Ni/Mo/Auから
なるp 電極で被覆した。コンタクト層の他の部分にはTi
/Al からなるn 電極17を形成した。
【０００９】次に基板のブロック化と劈開工程を説明す
る。図１は本発明に係るレーザーダイオードの製造工程
を示し、（ａ）はブロック境界傷を入れたサファイア基
板の平面図、（ｂ）はIII 族窒化物膜のへき開面に平行
に傷を入れたブロックの平面図であり、（ｃ）はブロッ
クとへき開ナイフエッジの関係を示す斜視図である。
る。図１は本発明に係るレーザーダイオードの製造工程
を示し、（ａ）はブロック境界傷を入れたサファイア基
板の平面図、（ｂ）はIII 族窒化物膜のへき開面に平行
に傷を入れたブロックの平面図であり、（ｃ）はブロッ
クとへき開ナイフエッジの関係を示す斜視図である。
【００１０】上記の基板10をAlGaInN 膜面側を研磨用の
基板支持台S に接着固定し、基板裏面から基板の厚さが
100 μm 以下となるまで機械的に研磨した。そして、基
板10の研磨した面に、AlGaInN 膜の劈開面に平行（サフ
ァイア基板の[1-210] 軸方向である）に4 mm間隔に、そ
れに垂直方向に15mm間隔にダイヤモンドスクライバーを
用いて傷を入れた。4 ×15mmの長方形を1 つのブロック
B1とする（図１（ａ））。
基板支持台S に接着固定し、基板裏面から基板の厚さが
100 μm 以下となるまで機械的に研磨した。そして、基
板10の研磨した面に、AlGaInN 膜の劈開面に平行（サフ
ァイア基板の[1-210] 軸方向である）に4 mm間隔に、そ
れに垂直方向に15mm間隔にダイヤモンドスクライバーを
用いて傷を入れた。4 ×15mmの長方形を1 つのブロック
B1とする（図１（ａ））。
【００１１】基板支持台から剥離した基板を軽く叩い
て、ブロックB1に割り出した。このブロックB1のサファ
イア基板面に短辺に平行に0.3mm 間隔にダイヤモンドス
クライバーを用いて傷を入れた（図１（ｂ））。4mm ×
0.3mm のバーB2とする。最後に、AlGaInN 膜面側からナ
イフエッジK で矢印方向に突き上げることにより（図１
（ｃ））、AlGaInN 膜を劈開して、両側面が劈開面のバ
ーB2を形成した。
て、ブロックB1に割り出した。このブロックB1のサファ
イア基板面に短辺に平行に0.3mm 間隔にダイヤモンドス
クライバーを用いて傷を入れた（図１（ｂ））。4mm ×
0.3mm のバーB2とする。最後に、AlGaInN 膜面側からナ
イフエッジK で矢印方向に突き上げることにより（図１
（ｃ））、AlGaInN 膜を劈開して、両側面が劈開面のバ
ーB2を形成した。
【００１２】図３は本発明に係る実施例の基板厚さ100
μm の場合のAlGaInN 膜の劈開面の状態を示す電子顕微
鏡写真であり、（ａ）は約300 倍、（ｂ）は約10000 倍
である。AlGaInN 系膜の劈開面は(1-100) であり、極め
て平滑な劈開であることが判る。比較のため基板が厚い
場合を図３に示す。図４は基板厚さ200 μm の場合のAl
GaInN 膜の劈開面の状態を示す約10000 倍の電子顕微鏡
写真である。
μm の場合のAlGaInN 膜の劈開面の状態を示す電子顕微
鏡写真であり、（ａ）は約300 倍、（ｂ）は約10000 倍
である。AlGaInN 系膜の劈開面は(1-100) であり、極め
て平滑な劈開であることが判る。比較のため基板が厚い
場合を図３に示す。図４は基板厚さ200 μm の場合のAl
GaInN 膜の劈開面の状態を示す約10000 倍の電子顕微鏡
写真である。
【００１３】基板の厚さが200 μm 以上の場合には、基
板からAlGaInN 膜へかけて厚さ方向に多数の劈開ステッ
プが観測された。レーザーダイオードの光共振器とはな
りえない。上記のバーを幅0.4mm に割って、0.3 ×0.4m
m のレーザーダイオードチップとした。これらのチップ
にパルス電流を流したところ、電流密度約10kA/cm2でレ
ーザー発振させることができた。一方、基板の厚さが20
0 μm の場合には、電流密度50kA/cm2まで流してもレー
ザー発振は観測できなかった。
板からAlGaInN 膜へかけて厚さ方向に多数の劈開ステッ
プが観測された。レーザーダイオードの光共振器とはな
りえない。上記のバーを幅0.4mm に割って、0.3 ×0.4m
m のレーザーダイオードチップとした。これらのチップ
にパルス電流を流したところ、電流密度約10kA/cm2でレ
ーザー発振させることができた。一方、基板の厚さが20
0 μm の場合には、電流密度50kA/cm2まで流してもレー
ザー発振は観測できなかった。
【００１４】図５は研磨後のサファイア基板の厚さとAl
GaInN 系膜のバー上の単位長さ（10μm ）当たりのステ
ップの本数との関係を示すグラフである。サファイア基
板の厚さが150 μm より大きいと劈開面のステップが急
激に増加していることが判る。また、AlGaInN 系膜形成
前の基板の厚さに±10μm 程度のばらつきがあること、
研磨精度が±5 μm 程度はあること、さらに研磨後の基
板の取扱に必要な強度を保つ必要があることなどから、
研磨により薄板化できる最低サファイア基板厚さは30μ
m 程度であった。以上のことから、サファイア基板の厚
さを30μm 以上150 μm 以下とすることが必要であるこ
とが判る。
GaInN 系膜のバー上の単位長さ（10μm ）当たりのステ
ップの本数との関係を示すグラフである。サファイア基
板の厚さが150 μm より大きいと劈開面のステップが急
激に増加していることが判る。また、AlGaInN 系膜形成
前の基板の厚さに±10μm 程度のばらつきがあること、
研磨精度が±5 μm 程度はあること、さらに研磨後の基
板の取扱に必要な強度を保つ必要があることなどから、
研磨により薄板化できる最低サファイア基板厚さは30μ
m 程度であった。以上のことから、サファイア基板の厚
さを30μm 以上150 μm 以下とすることが必要であるこ
とが判る。
【００１５】
【発明の効果】本発明によれば、所定のIII 族窒化物膜
が積層されたC 面を基板面とするサファイア基板の裏面
を研磨し薄板化した後、III 族窒化物膜の劈開面である
(1-100) 面と基板面の交線に平行に基板裏側にスクライ
ブ傷を入れ、スクライブ傷に沿って割ることによって、
III 族窒化物膜の劈開を行うようにしたため、AlGaInN
の劈開面に平行な劈開性の弱い劈開面で基板を割ること
ができ、サファイア基板を用いながら、劈開面を光共振
器とするレーザーダイオードを得ることができる。
が積層されたC 面を基板面とするサファイア基板の裏面
を研磨し薄板化した後、III 族窒化物膜の劈開面である
(1-100) 面と基板面の交線に平行に基板裏側にスクライ
ブ傷を入れ、スクライブ傷に沿って割ることによって、
III 族窒化物膜の劈開を行うようにしたため、AlGaInN
の劈開面に平行な劈開性の弱い劈開面で基板を割ること
ができ、サファイア基板を用いながら、劈開面を光共振
器とするレーザーダイオードを得ることができる。
【００１６】また、劈開工程はエッチング工程に比べて
簡便であり、レーザーダイオードを歩留まり良く製造で
きるようになる。
簡便であり、レーザーダイオードを歩留まり良く製造で
きるようになる。
【図１】本発明に係るレーザーダイオードの製造工程を
示し、（ａ）はブロック境界傷を入れたサファイア基板
の平面図、（ｂ）はIII 族窒化物膜のへき開面に平行に
傷を入れたブロックの平面図であり、（ｃ）はブロック
とへき開ナイフエッジの関係を示す斜視図である。
示し、（ａ）はブロック境界傷を入れたサファイア基板
の平面図、（ｂ）はIII 族窒化物膜のへき開面に平行に
傷を入れたブロックの平面図であり、（ｃ）はブロック
とへき開ナイフエッジの関係を示す斜視図である。
【図２】本発明に係るAlGaInN 膜からなるレーザーダイ
オードの斜視図である。
オードの斜視図である。
【図３】本発明に係る実施例の基板厚さ100 μm の場合
のAlGaInN 膜の劈開面の状態を示す電子顕微鏡写真であ
り、（ａ）は約300 倍、（ｂ）は約10000 倍である。
のAlGaInN 膜の劈開面の状態を示す電子顕微鏡写真であ
り、（ａ）は約300 倍、（ｂ）は約10000 倍である。
【図４】基板厚さ200 μm の場合のAlGaInN 膜の劈開面
の状態を示す約10000 倍の電子顕微鏡写真である。
の状態を示す約10000 倍の電子顕微鏡写真である。
【図５】研磨後のサファイア基板の厚さとAlGaInN 系膜
のステップの本数との関係を示すグラフである。
のステップの本数との関係を示すグラフである。
１０ サファイア基板 １１ コンタクト層 １２ ｎ−クラッド層 １３ 活性層 １４ ｐ−クラッド層 １５ キャップ層 １６ 絶縁層 １７ ｐ電極 １８ ｎ電極 Ｂ１ ブロック Ｂ２ バー Ｓ 基板支持台 Ｋ ナイフエッジ Ｔ スクライブ傷
Claims (3)
- 【請求項１】C 面を基板面とするサファイア基板とその
上に積層されたAlxGay In1-x-y N （但し、0 ≦x,y 、0
≦x+y ≦1 ）からなるIII 族窒化物膜からなるIII 族
窒化物レーザダイオードにおいて、前記レーザダイオー
ドの光共振器面は前記III 族窒化物膜の劈開面であるこ
とを特徴とするIII 族窒化物レーザーダイオード。 - 【請求項２】C 面を基板面とするサファイア基板上にAl
x Gay In1-x-y N （但し、0 ≦x,y 、0 ≦x+y ≦1 ）か
らなるIII 族窒化物膜が積層された後、共振器面が形成
されるIII 族窒化物レーザダイオードの製造方法におい
て、所定のIII 族窒化物膜が積層された基板の裏面を研
磨し薄板化した後、III 族窒化物膜の劈開面である(1-1
00) 面と基板面の交線に平行に基板裏側にスクライブ傷
を入れ、スクライブ傷に沿って割ることによって、III
族窒化物膜の劈開を行うことを特徴とするIII 族窒化物
レーザーダイオードの製造方法。 - 【請求項３】前記薄板の厚さは30μm 以上150 μm 以下
であることを特徴とする請求項２に記載のIII 族窒化物
レーザーダイオードの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10376897A JP2000196186A (ja) | 1998-12-25 | 1998-12-25 | Ｉｉｉ族窒化物レ―ザダイオ―ドおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10376897A JP2000196186A (ja) | 1998-12-25 | 1998-12-25 | Ｉｉｉ族窒化物レ―ザダイオ―ドおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000196186A true JP2000196186A (ja) | 2000-07-14 |
Family
ID=18507914
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10376897A Pending JP2000196186A (ja) | 1998-12-25 | 1998-12-25 | Ｉｉｉ族窒化物レ―ザダイオ―ドおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000196186A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6580054B1 (en) | 2002-06-10 | 2003-06-17 | New Wave Research | Scribing sapphire substrates with a solid state UV laser |
| JP2004083316A (ja) * | 2002-08-26 | 2004-03-18 | Namiki Precision Jewel Co Ltd | 単結晶サファイア基板および単結晶サファイア基板の作製方法ならびに液晶プロジェクタ装置 |
| US6806544B2 (en) | 2002-11-05 | 2004-10-19 | New Wave Research | Method and apparatus for cutting devices from conductive substrates secured during cutting by vacuum pressure |
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| US7388172B2 (en) | 2003-02-19 | 2008-06-17 | J.P. Sercel Associates, Inc. | System and method for cutting using a variable astigmatic focal beam spot |
-
1998
- 1998-12-25 JP JP10376897A patent/JP2000196186A/ja active Pending
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