JP2001210905A - Method of manufacturing nitride semiconductor light- emitting element - Google Patents

Method of manufacturing nitride semiconductor light- emitting element

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JP2001210905A
JP2001210905A JP2000393193A JP2000393193A JP2001210905A JP 2001210905 A JP2001210905 A JP 2001210905A JP 2000393193 A JP2000393193 A JP 2000393193A JP 2000393193 A JP2000393193 A JP 2000393193A JP 2001210905 A JP2001210905 A JP 2001210905A
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JP
Japan
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nitride semiconductor
layer
grown
substrate
type
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Application number
JP2000393193A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinichi Nagahama
慎一 長濱
Yasunobu Sugimoto
康宜 杉本
Shuji Nakamura
修二 中村
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Nichia Chemical Industries Ltd
Original Assignee
Nichia Chemical Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new manufacturing method of a chip of which cut surface is smooth, from a wafer where nitride semiconductor is grown on a sapphire substrate, manufacture nitride semiconductor light-emitting elements with a high yield, and realize a light-emitting element which can be turned into a laser element. SOLUTION: After nitride semiconductor containing a light-emitting active layer is grown on a surface A of the sapphire substrate, the substrate is split at an angle of 58±5 deg. or 40±5 deg. from the direction which is perpendicular to the C axis of the sapphire substrate surface, so that plane divided surfaces, which are in parallel with each other, can be obtained. As a result, a laser element using the surfaces as resonance surfaces can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はサファイア基板のA面に
窒化物半導体(InXAlYGa1-X-YN、0≦X、0≦
Y、X+Y≦1)が積層されてなる発光ダイオード(LE
D)、レーザダイオード(LD)等の発光素子の製造方
法に関する。
This invention relates to a nitride semiconductor (InXAlYGa1-X-YN, 0 ≦ X, 0 ≦
Y, X + Y ≦ 1) stacked light emitting diode (LE
D), a method for manufacturing a light emitting element such as a laser diode (LD).

【0002】[0002]

【従来の技術】LD、LED等の発光素子の材料とし
て、ワイドバンドギャップ半導体の窒化物半導体(In
XAlYGa1-X-YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)が知ら
れている。この半導体は通常サファイア基板の上にMO
VPE(有機金属気相成長法)、MBE(分子線気相成
長法)等の気相成長法を用いて成長される。サファイア
にはA面、C面、R面、M面等の面方位があるが、窒化
物半導体はC面に専ら成長される。
2. Description of the Related Art As a material for light emitting devices such as LDs and LEDs, a wide band gap semiconductor nitride semiconductor (InN) is used.
XAlYGa1-X-YN, 0≤X, 0≤Y, X + Y≤1) are known. This semiconductor is usually MO on a sapphire substrate.
It grows using vapor phase growth methods, such as VPE (organic metal vapor phase epitaxy) and MBE (molecular beam vapor phase epitaxy). Sapphire has a plane orientation such as an A plane, a C plane, an R plane, and an M plane, but a nitride semiconductor is exclusively grown on the C plane.

【0003】一般に、サファイア基板の上に成長された
窒化物半導体ウェーハは、サファイア基板が劈開性を有
していないため、他のGaAs、Si、GaP等の劈開
性のある基板を有するウェーハに比べて、チップ状にす
るのが非常に難しいという問題がある。さらにサファイ
アはモース光度が9以上に硬い物質であるので、ダイサ
ーで切断しても、切断面にチップの割れ、欠け等のいわ
ゆるチッピングが多く発生し、切断面が平坦なチップを
得ることは難しかった。
[0003] Generally, a nitride semiconductor wafer grown on a sapphire substrate has a lower cleavability than a GaAs, Si, GaP or other wafer having a cleavable substrate because the sapphire substrate does not have the cleavage. Therefore, there is a problem that it is very difficult to form a chip. Furthermore, since sapphire is a substance having a Mohs luminous intensity of 9 or more, even when cut with a dicer, so-called chipping such as chip breakage or chipping occurs on the cut surface, and it is difficult to obtain a chip with a flat cut surface. Was.

【0004】ところで、窒化物半導体よりなるレーザ素
子も色々提案されている。レーザ素子の場合、活性層の
光を内部で反射させる共振面を形成する必要がある。G
aAs基板を用いた赤外、赤色レーザであれば、基板の
劈開性が利用された劈開面が共振面とされている。しか
しながら、前記のようにサファイアC面を基板とする窒
化物半導体ウェーハでは劈開性がほとんどないので、基
板を割って共振面を形成することは非常に難しかった。
[0004] By the way, various laser devices made of a nitride semiconductor have been proposed. In the case of a laser device, it is necessary to form a resonance surface that reflects the light of the active layer inside. G
In the case of an infrared or red laser using an aAs substrate, a cleavage plane using the cleavage of the substrate is used as a resonance plane. However, since a nitride semiconductor wafer having a sapphire C-plane as a substrate has almost no cleavage property, it has been very difficult to form a resonance surface by breaking the substrate.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】サファイアを基板とす
る窒化物半導体発光素子のウェーハをチップ状に分割す
る場合、そのチップ分割面がチッピングが発生していな
い平滑面であることが好ましい。平滑面となるようにチ
ップが分割できればチップ歩留まりが向上する。さら
に、レーザ素子では共振面は平行鏡である必要があり、
そのためにもチップ分割面が平行で平滑な面であること
が望ましい。従って、本発明はこのような事情を鑑みて
成されたものであって、その目的とするところは、サフ
ァイア基板の上に窒化物半導体が成長されたウェーハよ
り、切断面が平滑なチップの新規な製造方法を提供し、
歩留まりよく窒化物半導体発光素子を製造すると共に、
またレーザ素子となりうる発光素子を実現するにある。
When a wafer of a nitride semiconductor light emitting device using sapphire as a substrate is divided into chips, it is preferable that the chip division surface is a smooth surface free from chipping. If the chip can be divided into a smooth surface, the chip yield will be improved. Furthermore, in a laser device, the resonance surface must be a parallel mirror,
For that purpose, it is desirable that the chip dividing plane is a parallel and smooth plane. Accordingly, the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a new chip having a smoother cut surface than a wafer having a nitride semiconductor grown on a sapphire substrate. Provide a simple manufacturing method,
While producing nitride semiconductor light emitting devices with good yield,
Another object is to realize a light-emitting element that can be a laser element.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】我々は窒化物半導体を特
定のサファイア基板面に成長させた後、さらに特定の方
向でその基板を割ることにより前記問題が解決できるこ
とを見いだし本発明を成すに至った。即ち、本発明の窒
化物半導体発光素子の製造方法は、サファイア基板のA
面の上に発光する活性層を含む窒化物半導体を成長させ
た後、その基板A面をC軸に垂直な方向から58±5゜
若しくは40±5゜の角度で割ることを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION We have found that the above problem can be solved by growing a nitride semiconductor on a specific sapphire substrate surface and then cracking the substrate in a specific direction. Was. That is, the method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device of the present invention uses the sapphire substrate A
After growing a nitride semiconductor including a light emitting active layer on the surface, the surface of the substrate A is divided at an angle of 58 ± 5 ° or 40 ± 5 ° from a direction perpendicular to the C axis.

【0007】さらに本発明の発光素子の製造方法は、窒
化物半導体が成長された基板を割った後、その分割面に
反射鏡を形成して光共振面を作製することを特徴とす
る。
Further, a method of manufacturing a light emitting device according to the present invention is characterized in that after a substrate on which a nitride semiconductor has been grown is split, a reflection mirror is formed on the split surface to form an optical resonance surface.

【0008】図2にサファイア単結晶の面方位を示すユ
ニットセル図を示す。サファイアは正確には菱面体構造
を有しているが、この図に示すように六方晶系で近似で
きる。本発明の製造方法では、窒化物半導体をこの図の
斜線部に示すようにサファイアのA面に成長する。A面
は面方位で示すと図2に示すように、例えば6種類の面
方位で示すことができるが、全て同じ面を示し、この図
の斜線部は例えば
FIG. 2 is a unit cell diagram showing the plane orientation of the sapphire single crystal. Sapphire has a rhombohedral structure to be precise, but can be approximated by a hexagonal system as shown in this figure. In the manufacturing method of the present invention, a nitride semiconductor is grown on the A-plane of sapphire as shown by the hatched portion in the figure. As shown in FIG. 2, the A-plane can be represented by, for example, six types of plane orientations as shown in FIG. 2, but all represent the same plane.

【数1】 と示すことができる。(Equation 1) It can be shown.

【0009】サファイアのA面に窒化物半導体を成長さ
せた後、A面のC軸に垂直な方向、図3に示すA面の縦
方向と垂直な方向より、58±5゜若しくは40±5゜
の角度で基板を割る。好ましい方向としては58±5゜
の方が、40±5゜よりも平滑な分割面が得られる。な
お58゜はサファイアのおよそR面に相当する。図1は
サファイア基板の平面図であり、この図ではサファイア
基板A面が成長面で、オリエンテーションフラット面が
C面とされている。本発明ではA面のC軸に垂直な方
向、つまりオリフラ面がC面であれば、そのオリフラ面
がC軸に垂直な方向に相当し、そのオリフラ面に対して
θの角度で示す破線で基板を割る。この場合、θが例え
ば58゜であればおよそR面に相当する。この図ではオ
リフラ面をC面としているが、本発明の方法は結晶成長
面がA面であることを規定するものであって、オリフラ
面を規定するものではない。
After a nitride semiconductor is grown on the A-plane of sapphire, the direction perpendicular to the C-axis of the A-plane and the vertical direction of the A-plane shown in FIG. Break the board at an angle of ゜. A preferred direction is 58 ± 5 ° to obtain a smoother divided surface than 40 ± 5 °. Note that 58 ° corresponds to approximately the R surface of sapphire. FIG. 1 is a plan view of a sapphire substrate. In this figure, the sapphire substrate A surface is a growth surface, and the orientation flat surface is a C surface. In the present invention, if the orientation flat surface is a direction perpendicular to the C axis, that is, if the orientation flat surface is the C surface, the orientation flat surface corresponds to a direction perpendicular to the C axis, and the broken line indicated by an angle θ with respect to the orientation flat surface. Crack the board. In this case, if θ is, for example, 58 °, it substantially corresponds to the R plane. In this drawing, the orientation flat surface is a C-plane. However, the method of the present invention specifies that the crystal growth surface is the A-plane, but does not specify the orientation flat surface.

【0010】基板を割るには、例えばスクライブ、ダイ
シング等の通常のウェーハ切断装置を用いることができ
る。ダイシングでは基板をフルカット(割る工程を含ま
ず全てダイシングで切断すること)せず、窒化物半導体
を形成していないサファイア基板側をハーフカットする
状態で切り込み線を入れ、その切り込み線に沿って、外
力でウェーハを割ることによりチップ状に分離できる。
スクライブ、ダイシング等で切り込み線を入れる場合、
前記のように窒化物半導体を成長させていない基板側に
入れることが望ましい。窒化物半導体層側をスクライ
ブ、またはハーフカットすると、窒化物半導体層に傷が
入りやすくなり、例えばレーザ素子の共振面となるよう
な面を得ることが難しい。またスクライバーを用いる場
合、基板側をスクライブする前に、窒化物半導体を成長
させていない方の基板を研磨して、基板の厚さを200
μm以下、さらに好ましくは150μm以下、最も好ま
しくは100μm以下にすることが望ましい。基板を研
磨して薄くすることにより、スクライブラインより基板
を割る際に、まっすぐ割れやすくなる。
For breaking the substrate, a usual wafer cutting apparatus such as scribing and dicing can be used. In dicing, a cut line is made in a state where the sapphire substrate side on which the nitride semiconductor is not formed is not cut completely but the sapphire substrate side on which the nitride semiconductor is not formed is cut in half without cutting. The wafer can be separated into chips by breaking the wafer with an external force.
When cutting lines by scribing, dicing, etc.,
As described above, it is desirable to put the nitride semiconductor on the side where the nitride semiconductor is not grown. When the nitride semiconductor layer side is scribed or cut in half, the nitride semiconductor layer is easily damaged, and it is difficult to obtain a surface that becomes a resonance surface of a laser element, for example. When a scriber is used, before scribing the substrate side, the substrate on which the nitride semiconductor is not grown is polished to reduce the thickness of the substrate to 200.
It is desirable that the thickness be not more than 150 μm, more preferably not more than 150 μm, and most preferably not more than 100 μm. When the substrate is polished and thinned, the substrate is easily broken straight when the substrate is split from the scribe line.

【0011】さらに本発明の第二は、以上のようにして
割った基板の分割面に、活性層の光を反射させる反射鏡
となる光共振面を形成することを特徴とする。これは窒
化物半導体よりなるレーザ素子を作製する上で非常に有
効な製造方法である。光共振面となる反射鏡は例えばT
iO2、SiO2、ZrO2等の薄膜を積層した誘電体多
層膜、また活性層の光を反射する金属よりなる金属薄膜
を形成する。反射鏡は基板の分割面に形成されて共振面
となり、活性層の光を半導体層内部で共振させレーザ発
振を容易にする。反射鏡を形成するには例えばスパッ
タ、蒸着、プラズマCVD等の通常用いられている薄膜
成長装置を用いて形成することができる。
A second feature of the present invention is that an optical resonance surface serving as a reflecting mirror for reflecting light of the active layer is formed on the divided surface of the substrate divided as described above. This is a very effective manufacturing method for manufacturing a laser device made of a nitride semiconductor. The reflecting mirror serving as the optical resonance surface is, for example, T
A dielectric multilayer film in which thin films of iO2, SiO2, ZrO2 and the like are laminated, and a metal thin film made of a metal that reflects light of the active layer are formed. The reflecting mirror is formed on the divided surface of the substrate to form a resonance surface, and resonates light of the active layer inside the semiconductor layer to facilitate laser oscillation. The reflection mirror can be formed by using a commonly used thin film growth apparatus such as sputtering, vapor deposition, and plasma CVD.

【0012】[0012]

【作用】サファイアは菱面体構造であるため、基本的に
は劈開性を有していない。しかしながら、我々はA面の
特定の方向に対してのみ、わずかに劈開性があることを
見いだした。従ってA面のC軸に垂直な方向に対して、
58±5゜若しくは40±5゜の方向で、例えばスクラ
イブ、ダイサー等を用いて基板を割ることにより、A面
上に成長させた窒化物半導体を正確に分離することがで
きる。特に、58±5゜はおよそR面に相当する面であ
り、窒化物半導体層の劈開面も鏡面に近い平坦面が得ら
れ、さらに基板に対してほぼ垂直な面ができるので、レ
ーザ素子の共振面とするには最適の面となる。つまり、
レーザ素子を作成するにはサファイアのA面に結晶成長
させ、R面で劈開するのが最も優れた共振面が形成でき
る。
[Function] Since sapphire has a rhombohedral structure, it basically does not have cleavage. However, we have found that it is only slightly cleavable in a particular direction of the A-plane. Therefore, with respect to the direction perpendicular to the C axis of the A surface,
By splitting the substrate in the direction of 58 ± 5 ° or 40 ± 5 ° using, for example, a scribe, a dicer, or the like, the nitride semiconductor grown on the A-plane can be accurately separated. In particular, 58 ± 5 ° is a plane substantially corresponding to the R plane, and a cleavage plane of the nitride semiconductor layer can be obtained as a flat plane close to a mirror surface and a plane almost perpendicular to the substrate is formed. This is the most suitable surface for the resonance surface. That is,
In order to form a laser device, it is possible to form a resonance surface which is most preferably grown on the A-plane of sapphire and cleaved on the R-plane.

【0013】[0013]

【実施例】図1はサファイア基板の平面図であり、C軸
に垂直な面、つまりC面がオリフラ面とされている。以
下、この基板の上にMOVPE法を用いて窒化物半導体
を成長させて発光素子とする方法について詳説する。な
お図3は本発明の一実施例によるレーザ素子の構造を示
す模式的な断面図であり、共振面からの図を示してい
る。また図4は図3のレーザ素子の形状を示す斜視図で
ある。
FIG. 1 is a plan view of a sapphire substrate, and a plane perpendicular to the C axis, that is, the C plane is an orientation flat surface. Hereinafter, a method of growing a nitride semiconductor on the substrate by using the MOVPE method to form a light emitting element will be described in detail. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the laser device according to one embodiment of the present invention, and shows a view from the resonance surface. FIG. 4 is a perspective view showing the shape of the laser device of FIG.

【0014】[実施例1]2インチφ、厚さ500μm
で、A面(数1)を主面とし、C面をオリフラ面とする
サファイア基板をよく洗浄した後、MOVPE装置の反
応容器内に設置し、原料ガスにTMG(トリメチルガリ
ウム)と、アンモニアを用い、温度500℃でサファイ
ア基板1の表面にGaNよりなるバッファ層2を200
オングストロームの膜厚で成長させた。バッファ層2は
他にGaAlN、AlN等でもよい。
[Example 1] 2 inches φ, thickness 500 μm
After thoroughly cleaning the sapphire substrate having the surface A (Formula 1) as the main surface and the surface C as the orientation flat surface, the substrate is placed in a reaction vessel of a MOVPE apparatus, and TMG (trimethylgallium) and ammonia are added to the raw material gas. A GaN buffer layer 2 was formed on the surface of a sapphire substrate 1 at a temperature of 500 ° C.
It was grown to a thickness of Å. The buffer layer 2 may be made of GaAlN, AlN, or the like.

【0015】次に温度を1050℃に上げ、原料ガスに
TMG、アンモニア、ドナー不純物としてSiH4(シ
ラン)ガスを用いて、SiドープGaNよりなる第一の
n型層3を4μmの膜厚で成長させた。この第一のn型
層3はコンタクト層として作用し、特にn型GaNとす
ることにより、高キャリア濃度が得られ、負電極材料と
好ましいオーミック接触が得られる。
Next, the temperature is raised to 1050 ° C., and a first n-type layer 3 made of Si-doped GaN is grown to a thickness of 4 μm using TMG, ammonia as a source gas and SiH 4 (silane) gas as a donor impurity. I let it. The first n-type layer 3 functions as a contact layer. Particularly, by using n-type GaN, a high carrier concentration can be obtained, and a favorable ohmic contact with the negative electrode material can be obtained.

【0016】次に温度を750℃まで下げ、原料ガスに
TEG、TMI(トリメチルインジウム)、アンモニ
ア、不純物ガスにシランガスを用い、SiドープIn0.
1Ga0.9Nよりなる第二のn型層4を200オングスト
ロームの膜厚で成長させた。第二のn型層4は少なくと
もインジウムを含む窒化物半導体、好ましくはInYG
a1-YN(0<Y≦1)の三元混晶又は二元混晶とする方
が結晶性の良いものが得られる。さらに好ましくは10
0オングストローム以上、0.5μm以下の膜厚で成長
させることにより、この層が第二のバッファ層として作
用し、次にAlを含む第三のn型層5を成長させる際に
厚膜で結晶性良く成長できる。なおこの層は省略可能で
ある。
Next, the temperature is lowered to 750 ° C., and TEG, TMI (trimethylindium) and ammonia are used as source gases, silane gas is used as impurity gas, and Si-doped In0.
A second n-type layer 4 of 1Ga0.9N was grown to a thickness of 200 Å. The second n-type layer 4 is a nitride semiconductor containing at least indium, preferably InYG
A ternary mixed crystal or a binary mixed crystal of a1-YN (0 <Y ≦ 1) gives a better crystallinity. More preferably, 10
This layer acts as a second buffer layer by growing with a film thickness of not less than 0 Å and not more than 0.5 μm, and when growing a third n-type layer 5 containing Al, a thick film is formed. You can grow well. This layer can be omitted.

【0017】次に温度を1050℃にして、原料ガスに
TEG、TMA(トリメチルアルミニウム)、アンモニ
ア、不純物ガスにシランガスを用いて、Siドープn型
Al0.3Ga0.7Nよりなる第三のn型層5を0.5μm
の膜厚で成長させた。この第三のn型層5は、LDの場
合光閉じ込め層として作用し、0.1μm〜1μmの膜
厚で成長させることが好ましく、Alを含む窒化物半導
体を成長させることが望ましい。
Next, the temperature is set to 1050 ° C., and a third n-type layer made of Si-doped n-type Al0.3Ga0.7N is formed by using TEG, TMA (trimethylaluminum), ammonia as a source gas and silane gas as an impurity gas. 5 to 0.5 μm
The thickness was grown. The third n-type layer 5 functions as an optical confinement layer in the case of LD, and is preferably grown to a thickness of 0.1 μm to 1 μm, and is preferably grown to a nitride semiconductor containing Al.

【0018】続いて、原料ガスにTMG、アンモニア、
不純物ガスにシランガスを用い、Siドープn型GaN
よりなる第四のn型層6を500オングストロームの膜
厚で成長させた。この第四のn型層6は、LDの場合光
ガイド層として作用し、通常100オングストローム〜
1μmの膜厚で成長させることが望ましく、GaNの他
にInGaN等のInを含むn型窒化物半導体で成長さ
せることもでき、特にInGaN、GaNとすることに
より次の活性層を量子井戸構造とすることが可能にな
る。
Subsequently, TMG, ammonia,
Si-doped n-type GaN using silane gas as impurity gas
A fourth n-type layer 6 was grown to a thickness of 500 Å. The fourth n-type layer 6 functions as a light guide layer in the case of LD, and usually has a thickness of 100 Å to
It is desirable to grow with a film thickness of 1 μm, and it is also possible to grow with an n-type nitride semiconductor containing In such as InGaN other than GaN. In particular, by using InGaN or GaN, the next active layer has a quantum well structure. It becomes possible to do.

【0019】次に原料ガスにTMG、TMI、アンモニ
アを用いて活性層7を成長させた。活性層7は温度を7
50℃に保持して、まずノンドープIn0.2Ga0.8Nよ
りなる井戸層を25オングストロームの膜厚で成長させ
る。次にTMIのモル比を変化させて、ノンドープIn
0.01Ga0.95Nよりなる障壁層を50オングストローム
の膜厚で成長させる。この操作を13回繰り返し、最後
に井戸層を成長させ総膜厚0.1μmの膜厚の多重量子
井戸構造よりなる活性層7を成長させた。井戸層の好ま
しい膜厚は100オングストローム以下、障壁層は15
0オングストローム以下の膜厚で成長することにより、
井戸層、障壁層が弾性的に変形して結晶欠陥が少なくな
り、素子の出力が飛躍的に向上するので、レーザ発振が
可能となる。さらに井戸層はInGaN等のInGaN
を含む窒化物半導体、障壁層はGaN、InGaN等で
構成することが望ましく、特に井戸層、障壁層ともIn
GaNとすると、成長温度が一定に保持できるので生産
技術上非常に好ましい。
Next, an active layer 7 was grown using TMG, TMI, and ammonia as source gases. The active layer 7 has a temperature of 7
While maintaining the temperature at 50 ° C., first, a well layer made of non-doped In0.2Ga0.8N is grown to a thickness of 25 Å. Next, by changing the molar ratio of TMI, the non-doped In
A barrier layer of 0.01 Ga 0.95 N is grown to a thickness of 50 Å. This operation was repeated 13 times, and finally, a well layer was grown to grow an active layer 7 having a multiple quantum well structure with a total thickness of 0.1 μm. The preferred thickness of the well layer is 100 Å or less, and the thickness of the barrier layer is 15 Å.
By growing with a film thickness of 0 Å or less,
Since the well layer and the barrier layer are elastically deformed and crystal defects are reduced, and the output of the element is dramatically improved, laser oscillation becomes possible. Further, the well layer is made of InGaN such as InGaN.
It is desirable that the nitride semiconductor and the barrier layer are composed of GaN, InGaN, or the like.
GaN is very preferable in terms of production technology because the growth temperature can be kept constant.

【0020】活性層7成長後、温度を1050℃にして
TMG、TMA、アンモニア、アクセプター不純物源と
してCp2Mg(シクロペンタジエニルマグネシウム)
を用い、Mgドープp型Al0.2Ga0.8Nよりなる第一
のp型層8を100オングストロームの膜厚で成長させ
た。この第一のp型層8は0.1μm以下の膜厚で成長
させることにより、InGaNよりなる活性層が分解す
るのを防止するキャップ層としての作用があり、また活
性層の上にAlを含むp型窒化物半導体よりなる第一の
p型層を成長させることにより、発光出力が向上する。
またp型窒化物半導体層はZn、Mg、Cd、Ca、B
e、C等のアクセプター不純物を成長中にドープするこ
とにより得られるが、その中でもMgが最も好ましいp
型特性を示す。さらに、アクセプター不純物をドープし
た後、不活性ガス雰囲気中で400℃以上のアニーリン
グを行うとさらに好ましいp型が得られる。なおこの層
は省略しても良い。
After the growth of the active layer 7, the temperature is raised to 1050 ° C., and TMG, TMA, ammonia and Cp 2 Mg (cyclopentadienyl magnesium) are used as acceptor impurity sources.
Was used to grow a first p-type layer 8 made of Mg-doped p-type Al0.2 Ga0.8 N to a thickness of 100 Å. By growing this first p-type layer 8 to a thickness of 0.1 μm or less, the first p-type layer 8 acts as a cap layer for preventing the active layer made of InGaN from being decomposed. By growing the first p-type layer made of a p-type nitride semiconductor containing the compound, the light emission output is improved.
The p-type nitride semiconductor layer is made of Zn, Mg, Cd, Ca, B
can be obtained by doping an acceptor impurity such as e or C during the growth. Among them, Mg is the most preferable p.
Shows type characteristics. Further, after doping with an acceptor impurity, annealing at 400 ° C. or higher in an inert gas atmosphere provides a more preferable p-type. This layer may be omitted.

【0021】次に温度を1050℃に保持しながら、T
MG、アンモニア、Cp2Mgを用いMgドープp型G
aNよりなる第二のp型層9を500オングストローム
の膜厚で成長させた。この第二のp型層9はLDの場
合、光ガイド層として作用し、通常100オングストロ
ーム〜1μmの膜厚で成長させることが望ましく、Ga
Nの他にInGaN等のInを含むp型窒化物半導体で
成長させることもでき、特にInGaN、GaNとする
ことにより次のAlを含む第三のp型層10を結晶性良
く成長できる。
Next, while maintaining the temperature at 1050 ° C., T
Mg-doped p-type G using MG, ammonia, Cp2Mg
A second p-type layer 9 of aN was grown to a thickness of 500 Å. In the case of LD, the second p-type layer 9 functions as a light guide layer, and it is preferable that the second p-type layer 9 is grown to a thickness of 100 Å to 1 μm.
In addition to N, it can be grown by a p-type nitride semiconductor containing In such as InGaN. In particular, by using InGaN or GaN, the following third p-type layer 10 containing Al can be grown with good crystallinity.

【0022】続いて、TMG、TMA、アンモニア、C
p2Mgを用いてMgドープAl0.3Ga0.7Nよりなる
第三のp型層10を0.5μmの膜厚で成長させた。こ
の第三のp型層10はLDの場合、光閉じ込め層として
作用し、0.1μm〜1μmの膜厚で成長させることが
望ましく、AlGaNのようなAlを含むp型窒化物半
導体とすることにより、好ましく光閉じ込め層として作
用する。
Subsequently, TMG, TMA, ammonia, C
Using p2Mg, a third p-type layer 10 of Mg-doped Al0.3Ga0.7N was grown to a thickness of 0.5 .mu.m. In the case of LD, the third p-type layer 10 functions as a light confinement layer, and is preferably grown to a thickness of 0.1 μm to 1 μm, and is preferably a p-type nitride semiconductor containing Al such as AlGaN. Thereby, it preferably functions as a light confinement layer.

【0023】続いて、TMG、アンモニア、Cp2Mg
を用い、Mgドープp型GaNよりなるp型コンタクト
層11を0.5μmの膜厚で成長させた。このp型コン
タクト層はMgを含むGaNとすると、最もキャリア濃
度の高いp型層が得られて、正電極の材料と良好なオー
ミック接触が得られる。
Subsequently, TMG, ammonia, Cp2Mg
The p-type contact layer 11 made of Mg-doped p-type GaN was grown to a thickness of 0.5 μm. If the p-type contact layer is made of GaN containing Mg, a p-type layer having the highest carrier concentration is obtained, and good ohmic contact with the material of the positive electrode is obtained.

【0024】以上のようにして窒化物半導体を積層した
ウェーハを反応容器から取り出し、図3に示すように最
上層のp型コンタクト層11より選択エッチングを行
い、n型コンタクト層3の表面を露出させ、露出したn
型コンタクト層3と、p型コンタクト層11の表面にそ
れぞれストライプ状の電極を形成した。なお電極を形成
する際は、ウェーハの分割を考慮して、ストライブ幅が
ウェーハを割る角度θと直交するように形成している。
The wafer on which the nitride semiconductor has been laminated as described above is taken out of the reaction vessel and selectively etched from the uppermost p-type contact layer 11 to expose the surface of the n-type contact layer 3 as shown in FIG. Let and exposed n
Stripe-shaped electrodes were formed on the surfaces of the mold contact layer 3 and the p-type contact layer 11, respectively. When the electrodes are formed, the stripe width is formed so as to be orthogonal to the angle θ at which the wafer is divided in consideration of the division of the wafer.

【0025】次にウェーハのサファイア基板側を研磨機
を用いて80μmまで研磨した後、ウェーハをスクライ
バーのテーブルに設置して、基板の研磨面のオリフラ面
に対し、図1に示すようにθ=58゜で平行にスクライ
ブラインを入れた。スクライブライン形成後、ウェーハ
をローラで押し割り、ストライブ状の電極に直交する分
割面を有するバーを得た。このバーの分割面は非常に平
坦で鏡面に近い面が得られており、さらに対向する分割
面同士もほぼ平行な面が得られており、バーの状態で不
良品となるものはなかった。この58゜はほぼR面に相
当する。
Next, after the sapphire substrate side of the wafer is polished to 80 μm using a polishing machine, the wafer is set on a table of a scriber, and θ = θ as shown in FIG. A scribe line was made parallel at 58 °. After the formation of the scribe line, the wafer was pressed with a roller to obtain a bar having a division surface orthogonal to the scribe-like electrodes. The split surface of this bar was very flat and a surface close to a mirror surface was obtained, and the opposing split surfaces were almost parallel surfaces. There was no defective bar in the bar state. This 58 ° substantially corresponds to the R plane.

【0026】次にバーの分割面にCVD装置を用いて誘
電体多層膜よりなる反射鏡を形成して共振面を形成し
た。次に電極に平行な位置でバーの基板側をスクライブ
した後、バーを割り、共振器長1mm、幅500μmの
図2に示す形状を有するレーザ素子を得た。このレーザ
素子をヒートシンクに設置し、LDとしたところ、しき
い値電流密度4.0kA/cm2で発光波長410nm、
半値幅2nmのレーザ発振を示した。
Next, a reflector made of a dielectric multilayer film was formed on the divided surface of the bar using a CVD apparatus to form a resonance surface. Next, after scribing the substrate side of the bar at a position parallel to the electrode, the bar was split to obtain a laser element having a resonator length of 1 mm and a width of 500 μm and having the shape shown in FIG. When this laser element was placed on a heat sink and made into an LD, the threshold current density was 4.0 kA / cm 2 and the emission wavelength was 410 nm.
Laser oscillation having a half value width of 2 nm was shown.

【0027】[実施例2]ウェーハをスクライブして割
る際、図1に示すスクライブ角θを40゜とする他は実
施例1と同様にしてLDを得たところ、バーの状態で分
割面が不良であるものはほとんどなく、同様にしきい値
電流密度4.0kA/cm2で発光波長410nm、半値
幅2nmのレーザ発振を示した。なお、スクライブ角を
変更しているため、ストライプ状の電極も同様にスクラ
イブ角と直交する方向で形成し直されていることは云う
までもない。
Example 2 When a wafer was scribed and divided, an LD was obtained in the same manner as in Example 1 except that the scribe angle θ shown in FIG. 1 was set to 40 °. There were almost no defects, and similarly, laser oscillation having a light emission wavelength of 410 nm and a half value width of 2 nm was shown at a threshold current density of 4.0 kA / cm2. Since the scribe angle is changed, it is needless to say that the stripe-shaped electrodes are similarly formed in a direction orthogonal to the scribe angle.

【0028】[実施例3]ウェーハをスクライブして割
る際、θ=34゜とする他は同様にしてバーを得たとこ
ろ、互いに平行な分割面が得られたものはほとんどなか
ったが、θに直交する角度、つまりストライプ状の電極
に平行となる角度でハーフカットして割った分割面は、
C軸に対しての角度が56゜に相当するため、非常に平
滑な分割面が得られていた。このため、この素子はレー
ザ素子としてでなく、LED素子として十分に使用でき
た。
Example 3 When a wafer was scribed and divided, bars were obtained in the same manner except that θ = 34 °, and almost no divided planes were obtained. The half-cut divided face at an angle perpendicular to
Since the angle with respect to the C-axis was equal to 56 °, a very smooth divided surface was obtained. For this reason, this element could be sufficiently used as an LED element, not as a laser element.

【0029】[実施例4]次はLED素子について説明
する。実施例1と同じくA面を主面とし、C面をオリフ
ラ面に有するサファイア基板の上にGaNよりなるバッ
ファ層を200オングストロームの膜厚で成長させた。
[Embodiment 4] Next, an LED element will be described. As in Example 1, a buffer layer made of GaN was grown to a thickness of 200 Å on a sapphire substrate having the A surface as the main surface and the C surface as the orientation flat surface.

【0030】バッファ層の上にSiドープn型GaNよ
りなるn型コンタクト層を4μmと、ノンドープIn0.
2Ga0.8Nよりなる単一量子井戸構造の活性層を40オ
ングストロームと、Mgドープp型Al0.2Ga0.8Nよ
りなるp型クラッド層を0.2μmと、Mgドープp型
GaNよりなるp型コンタクト層を0.5μmの膜厚で
成長させた。
An n-type contact layer made of Si-doped n-type GaN having a thickness of 4 μm and a non-doped In0.
An active layer having a single quantum well structure made of 2Ga0.8N is 40 angstroms, a p-type cladding layer made of Mg-doped p-type Al0.2Ga0.8N is 0.2 μm, and a p-type contact layer made of Mg-doped p-type GaN. Was grown to a thickness of 0.5 μm.

【0031】このウェーハのp型コンタクト層より選択
エッチングを行い、n型コンタクト層の表面を露出さ
せ、露出したn型コンタクト層と、p型コンタクト層の
表面にそれぞれ電極を形成した。この場合は先ほどのレ
ーザ素子と異なり、通常のLEDの電極形状である。
Selective etching was performed from the p-type contact layer of the wafer to expose the surface of the n-type contact layer, and electrodes were formed on the exposed n-type contact layer and the surface of the p-type contact layer, respectively. In this case, unlike the above-described laser element, it has a normal LED electrode shape.

【0032】次にウェーハのサファイア基板側を研磨機
を用いて80μmまで研磨した後、ウェーハをスクライ
バーのテーブルに設置して、基板の研磨面のオリフラ面
に対し、θ=62゜で350μmピッチで平行にスクラ
イブラインを入れ、このスクライブラインと直交する方
向で同様にして350μmピッチでスクライブライン入
れた。スクライブライン形成後、ウェーハをローラで押
し割り、350μm角のLEDチップとした。このよう
にして得られたLEDチップから、断面の割れ、欠け等
が発生しているものを除去したところ、歩留まりは95
%以上であった。
Next, after the sapphire substrate side of the wafer is polished to 80 μm using a polishing machine, the wafer is set on a table of a scriber, and θ = 62 ° at a pitch of 350 μm with respect to the orientation flat surface of the substrate. A scribe line was inserted in parallel, and a scribe line was inserted at a pitch of 350 μm in a direction perpendicular to the scribe line in the same manner. After the formation of the scribe line, the wafer was pressed with a roller to form LED chips of 350 μm square. From the LED chip obtained in this way, a chip having a cross section crack, chipping or the like was removed, and the yield was 95%.
% Or more.

【0033】[実施例5]実施例4において、θ=54
゜とする他は同様にして350μm角のLED素子を得
たところ、歩留まりは同じく95%以上であった。
Fifth Embodiment In the fourth embodiment, θ = 54.
A 350 μm-square LED element was obtained in the same manner except that Δ was given, and the yield was also 95% or more.

【0034】[実施例6]実施例4において、θ=44
゜とする他は同様にしてLED素子としたところ歩留ま
りは90%以上であった。
[Embodiment 6] In Embodiment 4, θ = 44
The yield was 90% or more when the LED element was made in the same manner except that the symbol “゜” was used.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上説明したように本発明の方法による
と、サファイア基板の上に成長させた窒化物半導体を歩
留まり良くチップ状に分割できる。しかも本発明に示す
角度はレーザ素子として共振面を形成する上で、非常に
好ましい分割面が得られるため、窒化物半導体でレーザ
発振を可能とした。このように本発明の方法でLDが実
現されたことは、短波長半導体レーザを実用化するうえ
において、非常にその利用価値は大きい。
As described above, according to the method of the present invention, a nitride semiconductor grown on a sapphire substrate can be divided into chips with a high yield. In addition, the angle shown in the present invention makes it possible to obtain a very preferable divided surface for forming a resonance surface as a laser element, and thus enables laser oscillation with a nitride semiconductor. The fact that the LD is realized by the method of the present invention has a great value in practical use of a short-wavelength semiconductor laser.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の方法を説明するサファイア基板の平
面図。
FIG. 1 is a plan view of a sapphire substrate illustrating a method of the present invention.

【図2】 サファイア単結晶の面方位を示すユニットセ
ル図。
FIG. 2 is a unit cell diagram showing a plane orientation of a sapphire single crystal.

【図3】 本発明の一実施例によるLDの構造を示す模
式断面図。
FIG. 3 is a schematic sectional view showing a structure of an LD according to one embodiment of the present invention.

【図4】 図3のLDの形状を示す斜視図。FIG. 4 is a perspective view showing the shape of the LD in FIG. 3;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・サファイア基板 2・・・バッファ層 3・・・第一のn型層 4・・・第二のn型層 5・・・第三のn型層 6・・・第四のn型層 7・・・活性層 8・・・第一のp型層 9・・・第二のp型層 10・・・第三のp型層 11・・・p型コンタクト層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sapphire substrate 2 ... Buffer layer 3 ... 1st n-type layer 4 ... 2nd n-type layer 5 ... 3rd n-type layer 6 ... 4th n Mold layer 7 Active layer 8 First p-type layer 9 Second p-type layer 10 Third p-type layer 11 P-type contact layer

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 サファイア基板のA面の上に発光する活
性層を含む窒化物半導体を成長させた後、そのサファイ
ア基板A面をC軸に垂直な方向から58±5゜若しくは
40±5゜の角度で割ることを特徴とする窒化物半導体
発光素子の製造方法。
After a nitride semiconductor including a light emitting active layer is grown on a surface A of a sapphire substrate, the surface of the sapphire substrate A is 58 ± 5 ° or 40 ± 5 ° from a direction perpendicular to the C axis. A method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device, characterized by dividing by an angle.
【請求項2】 前記基板を割った後、その分割面に反射
鏡を形成して光共振面を作製することを特徴とする請求
項1に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
2. The method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein after the substrate is split, a reflection mirror is formed on the split surface to form an optical resonance surface.
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