JP2003338468A

JP2003338468A - 発光素子の製造方法、発光ダイオード、及び半導体レーザ素子

Info

Publication number: JP2003338468A
Application number: JP2003067264A
Authority: JP
Inventors: Fumitsugu Fukuyo; 文嗣福世; Kenji Fukumitsu; 憲志福満; Naoki Uchiyama; 直己内山
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2002-03-12
Filing date: 2003-03-12
Publication date: 2003-11-28

Abstract

(57)【要約】【課題】 III−Ｖ族化合物半導体層を有するウェハを
高精度かつ効率よく切断することができる発光素子の製
造方法、発光ダイオード、及び半導体レーザ素子を提供
する。【解決手段】基板１の表面３上にIII−Ｖ族化合物半
導体からなるｎ型半導体層１７ａ及びｐ型半導体層１７
ｂが積層されたウェハ２の基板１の内部に集光点Ｐを合
わせてレーザ光Ｌを照射することにより多光子吸収によ
る改質領域７を形成し、この改質領域７によって、ウェ
ハ２をチップ状に切断するための切断予定ライン５に沿
って基板１のレーザ光入射面から所定距離内側に切断起
点領域を形成し、切断起点領域に沿ってウェハ２を切断
する工程を備えることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光素子の製造方
法、発光ダイオード、及び半導体レーザ素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体レーザ素子や発光ダイオー
ドなどの半導体発光素子を製造する際に、例えばサファ
イア（Ａｌ₂Ｏ₃）等からなる基板上にＧａＮ等のIII−
Ｖ族化合物半導体からなる半導体動作層を結晶成長させ
た積層構造を有するウェハを高精度に切断する技術が求
められている。

【０００３】また、従来より、この積層構造を有するウ
ェハの切断には、ブレードダイシング法やダイヤモンド
スクライブ法を使用するのが一般的である。

【０００４】ブレードダイシング法とは、ダイヤモンド
ブレード等によりウェハを切削して切断する方法であ
る。一方、ダイヤモンドスクライブ法とは、ダイヤモン
ドポイントツールによりウェハの表面にスクライブライ
ンを設け、このスクライブラインに沿うようウェハの裏
面にナイフエッジを押し当てて、ウェハを割って切断す
る方法である。

【０００５】例えば、特許文献１及び特許文献２には、
このようなブレードダイシング法とダイヤモンドスクラ
イブ法とを組み合わせて形成された半導体発光素子が開
示されている。

【０００６】

【特許文献１】特許第２７８０６１８号公報

【特許文献２】特開２００１−１５６３３２号公報

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ブレー
ドダイシング法とダイヤモンドスクライブ法とを組み合
わせる方法には、次の問題点がある。すなわち、III−
Ｖ族化合物半導体は、硬度が高く結晶異方性が強いこと
から劈開により切断することが困難である。また、III
−Ｖ族化合物半導体を積層するための基板の材料も、サ
ファイア等の高硬度材料が用いられることが多い。この
ように、III−Ｖ族化合物からなる半導体層を含むウェ
ハは硬度が高く劈開も困難なため、このウェハにダイヤ
モンドスクライブ法を用いると、ウェハを割る際にチッ
ピング等が発生しやすくなる。また、基板が比較的厚い
場合には、ウェハの両面にスクライブラインを設けなけ
ればならず、両面に設けられたスクライブライン同士の
位置ずれによって切断不良が生じるおそれがある。従っ
て、ブレードダイシング法にダイヤモンドスクライブ法
を併用すると、ウェハを高精度に切断することが難しい
という問題が発生する。これに対し、ブレードダイシン
グ法のみを用いた場合には、硬度の高いIII−Ｖ族化合
物半導体層及び基板を切削する際に多大な時間を要する
とともに、ブレードの摩耗が激しくなりブレードを頻繁
に交換する必要が生じるので、製造効率が悪化するとい
う別の問題が発生する。

【０００８】そこで、本発明は、このような事情に鑑み
てなされたものであり、上述したような問題を解決し、
III−Ｖ族化合物半導体層を有するウェハを高精度かつ
効率よく切断することができる発光素子の製造方法、発
光ダイオード、及び半導体レーザ素子を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る発光素子の製造方法は、基板の表面上
にIII−Ｖ族化合物半導体からなる半導体層が積層され
たウェハの基板の内部に集光点を合わせてレーザ光を照
射することにより多光子吸収による改質領域を形成し、
この改質領域によって、ウェハをチップ状に切断するた
めの切断予定ラインに沿って基板のレーザ光入射面から
所定距離内側に切断起点領域を形成し、切断起点領域に
沿ってウェハを切断する工程を備えることを特徴とす
る。

【００１０】この発光素子の製造方法によれば、ウェハ
の基板の内部に多光子吸収という現象により形成される
改質領域でもって、切断予定ラインに沿った切断起点領
域を形成することができ、基板を切断起点領域に沿って
比較的小さな力で割って切断することができる。そし
て、基板が切断予定ラインに沿って切断されることによ
り、基板上に積層されたIII−Ｖ族化合物半導体層も切
断予定ラインに沿って切断される。したがって、この製
造方法によれば、III−Ｖ族化合物半導体層を有するウ
ェハを高精度かつ効率よく切断することができる。

【００１１】ここで、基板の表面に積層された半導体層
としては、基板に密着して設けられるものや、基板と間
隙を取って設けられるものを含む。例としては、基板上
に結晶成長により形成された半導体動作層や、基板とは
別に積層された後に基板上に固定された半導体層などで
ある。また、基板の内部とは、半導体層が設けられてい
る基板の表面上をも含む意味である。さらに、集光点と
は、レーザ光が集光した箇所のことである。そして、切
断起点領域は、改質領域が連続的に形成されることで形
成される場合もあるし、改質領域が断続的に形成される
ことで形成される場合もある。

【００１２】上述した本発明に係る発光素子の製造方法
においては、基板にレーザ光を照射する前に、切断予定
ラインに沿って半導体層に溝を形成し、溝に臨む基板の
内部に集光点を合わせることが好ましい。この製造方法
によれば、ウェハ切断後の発光素子の半導体層の下部層
に電極を設ける場合に、この電極を設けるスペースを容
易に形成することができる。

【００１３】また、上述した本発明に係る発光素子の製
造方法においては、基板にレーザ光を照射する際に、溝
の底面をレーザ光入射面とすることが好ましい。この製
造方法によれば、基板にレーザ光を照射する際に、切断
予定ラインを容易に認識することができるとともに、レ
ーザ光を溝の位置にあわせて精度良く照射することがで
きる。

【００１４】また、上述した本発明に係る発光素子の製
造方法においては、ウェハに溝を形成する際に、溝の底
面を平坦かつ滑面に形成することが好ましい。これによ
って、溝の底面におけるレーザ光の散乱を防ぐことがで
きる。

【００１５】また、上述した本発明に係る発光素子の製
造方法においては、改質領域を形成する際に、溝と交差
する方向の改質領域の幅を、溝の該方向の幅よりも狭く
形成することが好ましい。この製造方法によれば、レー
ザ光を溝の幅よりも狭い範囲に入射することで改質領域
を形成できるので、溝の周囲の半導体層がレーザ光によ
り損傷することを防止できる。

【００１６】また、上述した本発明に係る発光素子の製
造方法においては、基板にレーザ光を照射する際に、基
板の裏面をレーザ光入射面とすることが好ましい。この
製造方法によれば、溝の底面がレーザ光の入射に適さな
い場合であっても、ウェハの基板の内部に改質領域でも
って切断起点領域を形成することができる。そして、基
板の裏面が平坦かつ滑面であることがさらに好ましい。
これによって、裏面におけるレーザ光の散乱を防ぐこと
ができる。

【００１７】また、本発明に係る発光ダイオードは、基
板と、III−Ｖ族化合物半導体からなり該基板の表面上
に積層された第１導電型半導体層及び第２導電型半導体
層とを有するウェハを切断予定ラインに沿ってチップ状
に切断することにより形成された発光ダイオードであっ
て、基板の内部に集光点を合わせてレーザ光が照射され
て多光子吸収による改質領域が形成され、この改質領域
により基板のレーザ光入射面から所定距離内側に形成さ
れた切断起点領域によって切断されていることを特徴と
する。

【００１８】この発光ダイオードによれば、ウェハの基
板の内部に多光子吸収という現象により形成される改質
領域でもって形成された、切断予定ラインに沿った切断
起点領域により基板が切断起点領域に沿って比較的小さ
な力で割って切断される。そして、基板が切断予定ライ
ンに沿って切断されることにより、基板上に積層された
第１導電型半導体層（及び第２導電型半導体層）も切断
予定ラインに沿って切断される。したがって、III−Ｖ
族化合物半導体からなる第１導電型半導体層及び第２導
電型半導体層を有するウェハが高精度かつ効率よく切断
されて形成された発光ダイオードを提供することができ
る。

【００１９】また、本発明に係る半導体レーザ素子は、
基板と、III−Ｖ族化合物半導体からなり該基板の表面
上に積層された第１導電型半導体層、活性層、及び第２
導電型半導体層とを有するウェハを切断予定ラインに沿
ってチップ状に切断することにより形成された半導体レ
ーザ素子であって、基板の内部に集光点を合わせてレー
ザ光が照射されて多光子吸収による改質領域が形成さ
れ、この改質領域により基板のレーザ光入射面から所定
距離内側に形成された切断起点領域によって切断されて
いることを特徴とする。

【００２０】この半導体レーザ素子によれば、ウェハの
基板の内部に多光子吸収という現象により形成される改
質領域でもって形成された、切断予定ラインに沿った切
断起点領域により基板が切断起点領域に沿って比較的小
さな力で割って切断される。そして、基板が切断予定ラ
インに沿って切断されることにより、基板上に積層され
た第１導電型半導体層（、活性層、及び第２導電型半導
体層）も切断予定ラインに沿って切断される。したがっ
て、III−Ｖ族化合物からなるｎ型半導体層１７ａを有
するウェハが高精度かつ効率よく切断されて形成された
半導体レーザ素子を提供することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明の好適な
実施形態について詳細に説明する。本実施形態に係る発
光素子の製造方法では、ウェハの基板の内部にレーザ光
を照射して、多光子吸収による改質領域を形成する。そ
こで、このレーザ加工方法、特に多光子吸収について最
初に説明する。

【００２２】材料の吸収のバンドギャップＥ_Gよりも光
子のエネルギーｈνが小さいと光学的に透明となる。よ
って、材料に吸収が生じる条件はｈν＞Ｅ_Gである。し
かし、光学的に透明でも、レーザ光の強度を非常に大き
くするとｎｈν＞Ｅ_Gの条件（ｎ＝２，３，４，・・
・）で材料に吸収が生じる。この現象を多光子吸収とい
う。パルス波の場合、レーザ光の強度はレーザ光の集光
点のピークパワー密度（Ｗ／ｃｍ²）で決まり、例えば
ピークパワー密度が１×１０⁸（Ｗ／ｃｍ²）以上の条件
で多光子吸収が生じる。ピークパワー密度は、（集光点
におけるレーザ光の１パルス当たりのエネルギー）÷
（レーザ光のビームスポット断面積×パルス幅）により
求められる。また、連続波の場合、レーザ光の強度はレ
ーザ光の集光点の電界強度（Ｗ／ｃｍ²）で決まる。

【００２３】このような多光子吸収を利用するレーザ加
工の原理について、図１〜図６を参照して説明する。図
１はレーザ加工中の基板１の平面図であり、図２は図１
に示す基板１のII−II線に沿った断面図であり、図３は
レーザ加工後の基板１の平面図であり、図４は図３に示
す基板１のIV−IV線に沿った断面図であり、図５は図３
に示す基板１のV−V線に沿った断面図であり、図６は切
断された基板１の平面図である。

【００２４】図１及び図２に示すように、基板１には、
所望の切断予定ライン５が設定される。切断予定ライン
５は直線状に延びた仮想線であり、本実施形態ではウェ
ハを複数のチップに分割する際の各チップ間の境界線で
ある。なお、ウェハに実際に線を引いて切断予定ライン
５としてもよい。本実施形態では、多光子吸収が生じる
条件で基板１の内部に集光点Ｐを合わせた上でレーザ光
Ｌを照射し、改質領域７を形成する。なお、集光点Ｐと
はレーザ光Ｌが集光した箇所のことである。

【００２５】レーザ光Ｌを切断予定ライン５に沿って
（すなわち矢印Ａ方向に沿って）相対的に移動させるこ
とにより、集光点Ｐを切断予定ライン５に沿って移動さ
せる。これにより、図３〜図５に示すように改質領域７
が切断予定ライン５に沿って基板１の内部にのみ形成さ
れ、この改質領域７でもって切断起点領域８が形成され
る。このレーザ加工方法は、基板１がレーザ光Ｌを吸収
することにより基板１を発熱させて改質領域７を形成す
るのではない。基板１にレーザ光Ｌを透過させ基板１の
内部に多光子吸収を発生させて改質領域７を形成してい
る。よって、基板１の表面３ではレーザ光Ｌがほとんど
吸収されないので、基板１の表面３が溶融することはな
い。

【００２６】基板１の切断において、切断する箇所に起
点があると基板１はその起点から割れるので、図６に示
すように比較的小さな力で基板１を切断することができ
る。よって、基板１の表面３にチッピングなどの不必要
な割れを発生させることなく、かつ効率的に基板１の切
断が可能となる。

【００２７】なお、切断起点領域を起点とした基板の切
断には、次の２通りが考えられる。１つは、切断起点領
域形成後、基板に人為的な力が印加されることにより、
切断起点領域を起点として基板が割れ、基板が切断され
る場合である。これは、例えば基板の厚さが大きい場合
の切断である。人為的な力が印加されるとは、例えば、
基板の切断起点領域に沿って基板に曲げ応力やせん断応
力を加えたり、基板に温度差を与えることにより熱応力
を発生させたりすることである。他の１つは、切断起点
領域を形成することにより、切断起点領域を起点として
基板の断面方向（厚さ方向）に向かって自然に割れ、結
果的に基板が切断される場合である。これは、例えば基
板の厚さが小さい場合には、１列の改質領域により切断
起点領域が形成されることで可能となり、基板の厚さが
大きい場合には、厚さ方向に複数列形成された改質領域
により切断起点領域が形成されることで可能となる。な
お、この自然に割れる場合も、切断する箇所において、
切断起点領域が形成されていない部位に対応する部分の
表面上にまで割れが先走ることがなく、切断起点領域を
形成した部位に対応する部分のみを割断することができ
るので、割断を制御よくすることができる。近年、ウェ
ハの基板などの基板の厚さは薄くなる傾向にあるので、
このような制御性のよい割断方法は大変有効である。

【００２８】さて、本実施形態において多光子吸収によ
り形成される改質領域としては、次の（１）〜（３）が
ある。

【００２９】（１）改質領域が１つ又は複数のクラック
を含むクラック領域の場合例えばサファイアやガラスなどからなる基板の内部に集
光点を合わせて、集光点における電界強度が１×１０⁸
（Ｗ／ｃｍ²）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件
でレーザ光を照射する。このパルス幅の大きさは、多光
子吸収を生じさせつつ基板の表面に余計なダメージを与
えずに、基板の内部にのみクラック領域を形成できる条
件である。これにより、基板の内部には多光子吸収によ
る光学的損傷という現象が発生する。この光学的損傷に
より基板の内部に熱ひずみが誘起され、これにより基板
の内部にクラック領域が形成される。電界強度の上限値
としては、例えば１×１０¹²（Ｗ／ｃｍ²）である。パ
ルス幅は例えば１ｎｓ〜２００ｎｓが好ましい。

【００３０】本発明者は、電界強度とクラックの大きさ
との関係を実験により求めた。実験条件は次ぎの通りで
ある。（Ａ）基板：パイレックス（登録商標）ガラス（厚さ７
００μｍ）（Ｂ）レーザ光源：半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザ波長：１０６４ｎｍレーザ光スポット断面積：３．１４×１０^-8ｃｍ² 発振形態：Ｑスイッチパルス繰り返し周波数：１００ｋＨｚパルス幅：３０ｎｓ出力：出力＜１ｍＪ／パルスレーザ光品質：ＴＥＭ₀₀ 偏光特性：直線偏光（Ｃ）集光用レンズレーザ光波長に対する透過率：６０パーセント（Ｄ）基板が載置される載置台の移動速度：１００ｍｍ
／秒

【００３１】なお、レーザ光品質がＴＥＭ₀₀とは、集光
性が高くレーザ光の波長程度まで集光可能を意味する。

【００３２】図７は上記実験の結果を示すグラフであ
る。横軸はピークパワー密度であり、レーザ光がパルス
レーザ光なので電界強度はピークパワー密度で表され
る。縦軸は１パルスのレーザ光により基板の内部に形成
されたクラック部分（クラックスポット）の大きさを示
している。クラックスポットが集まりクラック領域とな
る。クラックスポットの大きさは、クラックスポットの
形状のうち最大の長さとなる部分の大きさである。グラ
フ中の黒丸で示すデータは集光用レンズ（Ｃ）の倍率が
１００倍、開口数（ＮＡ）が０．８０の場合である。一
方、グラフ中の白丸で示すデータは集光用レンズ（Ｃ）
の倍率が５０倍、開口数（ＮＡ）が０．５５の場合であ
る。ピークパワー密度が１０¹¹（Ｗ／ｃｍ²）程度から
基板の内部にクラックスポットが発生し、ピークパワー
密度が大きくなるに従いクラックスポットも大きくなる
ことが分かる。

【００３３】次に、上記したレーザ加工方法において、
クラック領域形成による基板の切断のメカニズムについ
て図８〜図１１を用いて説明する。図８に示すように、
多光子吸収が生じる条件で基板１の内部に集光点Ｐを合
わせてレーザ光Ｌを基板１に照射して切断予定ラインに
沿って内部にクラック領域９を形成する。クラック領域
９は１つ又は複数のクラックを含む領域である。このク
ラック領域９でもって切断起点領域が形成される。図９
に示すようにクラック領域９を起点として（すなわち、
切断起点領域を起点として）クラックがさらに成長し、
図１０に示すようにクラックが基板１の表面３と裏面２
１に到達し、図１１に示すように基板１が割れることに
より基板１が切断される。基板の表面と裏面に到達する
クラックは自然に成長する場合もあるし、基板に力が印
加されることにより成長する場合もある。

【００３４】（２）改質領域が溶融処理領域の場合例えばシリコンのような半導体材料からなる基板の内部
に集光点を合わせて、集光点における電界強度が１×１
０⁸（Ｗ／ｃｍ²）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条
件でレーザ光を照射する。これにより基板の内部は多光
子吸収によって局所的に加熱される。この加熱により基
板の内部に溶融処理領域が形成される。溶融処理領域と
は一旦溶融後再固化した領域や、まさに溶融状態の領域
や、溶融状態から再固化する状態の領域であり、相変化
した領域や結晶構造が変化した領域ということもでき
る。また、溶融処理領域とは単結晶構造、非晶質構造、
多結晶構造において、ある構造が別の構造に変化した領
域ということもできる。つまり、例えば、単結晶構造か
ら非晶質構造に変化した領域、単結晶構造から多結晶構
造に変化した領域、単結晶構造から非晶質構造及び多結
晶構造を含む構造に変化した領域を意味する。基板がシ
リコン単結晶構造の場合、溶融処理領域は例えば非晶質
シリコン構造である。電界強度の上限値としては、例え
ば１×１０¹²（Ｗ／ｃｍ²）である。パルス幅は例えば
１ｎｓ〜２００ｎｓが好ましい。また、シリコンに限ら
ず、例えばサファイアなどにおいても上記した溶融処理
領域を形成することが可能である。

【００３５】本発明者は、シリコンウェハの内部で溶融
処理領域が形成されることを実験により確認した。実験
条件は次の通りである。（Ａ）基板：シリコンウェハ（厚さ３５０μｍ、外径４
インチ）（Ｂ）レーザ光源：半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザ波長：１０６４ｎｍレーザ光スポット断面積：３．１４×１０^-8ｃｍ² 発振形態：Ｑスイッチパルス繰り返し周波数：１００ｋＨｚパルス幅：３０ｎｓ出力：２０μＪ／パルスレーザ光品質：ＴＥＭ₀₀ 偏光特性：直線偏光（Ｃ）集光用レンズ倍率：５０倍Ｎ．Ａ．：０．５５レーザ光波長に対する透過率：６０パーセント（Ｄ）基板が載置される載置台の移動速度：１００ｍｍ
／秒

【００３６】図１２は、上記条件でのレーザ加工により
切断されたシリコンウェハの一部における断面の写真を
表した図である。シリコンウェハ１１の内部に溶融処理
領域１３が形成されている。なお、上記条件により形成
された溶融処理領域１３の厚さ方向の大きさは１００μ
ｍ程度である。

【００３７】溶融処理領域１３が多光子吸収により形成
されたことを説明する。図１３は、レーザ光の波長とシ
リコン基板の内部の透過率との関係を示すグラフであ
る。ただし、シリコン基板の表面側と裏面側それぞれの
反射成分を除去し、内部のみの透過率を示している。シ
リコン基板の厚さｔが５０μｍ、１００μｍ、２００μ
ｍ、５００μｍ、１０００μｍの各々について上記関係
を示した。

【００３８】例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの波長である
１０６４ｎｍにおいて、シリコン基板の厚さが５００μ
ｍ以下の場合、シリコン基板の内部ではレーザ光が８０
％以上透過することが分かる。図１２に示すシリコンウ
ェハ１１の厚さは３５０μｍなので、多光子吸収による
溶融処理領域１３はシリコンウェハの中心付近、つまり
表面から１７５μｍの部分に形成される。この場合の透
過率は、厚さ２００μｍのシリコンウェハを参考にする
と、９０％以上なので、レーザ光がシリコンウェハ１１
の内部で吸収されるのは僅かであり、ほとんどが透過す
る。このことは、シリコンウェハ１１の内部でレーザ光
が吸収されて、溶融処理領域１３がシリコンウェハ１１
の内部に形成（つまりレーザ光による通常の加熱で溶融
処理領域が形成）されたものではなく、溶融処理領域１
３が多光子吸収により形成されたことを意味する。

【００３９】なお、シリコンウェハは、溶融処理領域で
もって形成される切断起点領域を起点として断面方向に
向かって割れを発生させ、その割れがシリコンウェハの
表面と裏面とに到達することにより、結果的に切断され
る。シリコンウェハの表面と裏面に到達するこの割れは
自然に成長する場合もあるし、シリコンウェハに力が印
加されることにより成長する場合もある。なお、切断起
点領域からシリコンウェハの表面と裏面とに割れが自然
に成長する場合には、切断起点領域を形成する溶融処理
領域が溶融している状態から割れが成長する場合と、切
断起点領域を形成する溶融処理領域が溶融している状態
から再固化する際に割れが成長する場合とのいずれもあ
る。ただし、どちらの場合も溶融処理領域はシリコンウ
ェハの内部のみに形成され、切断後の切断面には、図１
２のように内部にのみ溶融処理領域が形成されている。
基板の内部に溶融処理領域でもって切断起点領域を形成
すると、割断時、切断起点領域ラインから外れた不必要
な割れが生じにくいので、割断制御が容易となる。

【００４０】（３）改質領域が屈折率変化領域の場合例えばガラスなどからなる基板の内部に集光点を合わせ
て、集光点における電界強度が１×１０⁸（Ｗ／ｃｍ²）
以上で且つパルス幅が１ｎｓ以下の条件でレーザ光を照
射する。パルス幅を極めて短くして、多光子吸収を基板
の内部に起こさせると、多光子吸収によるエネルギーが
熱エネルギーに転化せずに、基板の内部にはイオン価数
変化、結晶化又は分極配向等の永続的な構造変化が誘起
されて屈折率変化領域が形成される。電界強度の上限値
としては、例えば１×１０¹²（Ｗ／ｃｍ²）である。パ
ルス幅は例えば１ｎｓ以下が好ましく、１ｐｓ以下がさ
らに好ましい。

【００４１】以上、多光子吸収により形成される改質領
域として（１）〜（３）の場合を説明したが、基板の結
晶構造やその劈開性などを考慮して切断起点領域を次の
ように形成すれば、その切断起点領域を起点として、よ
り一層小さな力で、しかも精度良く基板を切断すること
が可能になる。

【００４２】すなわち、シリコンなどのダイヤモンド構
造の単結晶半導体からなる基板の場合は、（１１１）面
（第１劈開面）や（１１０）面（第２劈開面）に沿った
方向に切断起点領域を形成するのが好ましい。また、Ｇ
ａＡｓなどの閃亜鉛鉱型構造のIII−V族化合物半導体か
らなる基板の場合は、（１１０）面に沿った方向に切断
起点領域を形成するのが好ましい。さらに、サファイア
などの六方晶系の結晶構造を有する基板の場合は、（０
００１）面（Ｃ面）を主面として（１１２０）面（Ａ
面）或いは（１１００）面（Ｍ面）に沿った方向に切断
起点領域を形成するのが好ましい。

【００４３】なお、上述した切断起点領域を形成すべき
方向（例えば、単結晶シリコン基板における（１１１）
面に沿った方向）、或いは切断起点領域を形成すべき方
向に直交する方向に沿って基板にオリエンテーションフ
ラット（後述）を形成すれば、そのオリエンテーション
フラットを基準とすることで、切断起点領域を容易且つ
正確に基板に形成することが可能になる。

【００４４】次に、上述したレーザ加工方法に使用され
るレーザ加工装置について、図１４を参照して説明す
る。図１４はレーザ加工装置１００の概略構成図であ
る。

【００４５】レーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌを発
生するレーザ光源１０１と、レーザ光Ｌの出力やパルス
幅等を調節するためにレーザ光源１０１を制御するレー
ザ光源制御部１０２と、レーザ光Ｌの反射機能を有しか
つレーザ光Ｌの光軸の向きを９０°変えるように配置さ
れたダイクロイックミラー１０３と、ダイクロイックミ
ラー１０３で反射されたレーザ光Ｌを集光する集光用レ
ンズ１０５と、集光用レンズ１０５で集光されたレーザ
光Ｌが照射されるウェハ２が載置される載置台１０７
と、載置台１０７をＸ軸方向に移動させるためのＸ軸ス
テージ１０９と、載置台１０７をＸ軸方向に直交するＹ
軸方向に移動させるためのＹ軸ステージ１１１と、載置
台１０７をＸ軸及びＹ軸方向に直交するＺ軸方向に移動
させるためのＺ軸ステージ１１３と、これら３つのステ
ージ１０９，１１１，１１３の移動を制御するステージ
制御部１１５とを備える。

【００４６】この集光点ＰのＸ（Ｙ）軸方向の移動は、
基板１をＸ（Ｙ）軸ステージ１０９（１１１）によりＸ
（Ｙ）軸方向に移動させることにより行う。Ｚ軸方向
は、ウェハ２の表面４と直交する方向なので、ウェハ２
に入射するレーザ光Ｌの焦点深度の方向となる。よっ
て、Ｚ軸ステージ１１３をＺ軸方向に移動させることに
より、ウェハ２の基板の内部にレーザ光Ｌの集光点Ｐを
合わせることができる。これにより、レーザ光入射面か
ら所定距離内側の所望の位置に集光点Ｐを合わせること
ができる。

【００４７】レーザ光源１０１はパルスレーザ光を発生
するＮｄ：ＹＡＧレーザである。レーザ光源１０１に用
いることができるレーザとして、この他、Ｎｄ：ＹＶＯ
₄レーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザやチタンサファイアレー
ザがある。本実施形態では、基板１の加工にパルスレー
ザ光を用いているが、多光子吸収を起こさせることがで
きるなら連続波レーザ光でもよい。

【００４８】レーザ加工装置１００はさらに、載置台１
０７に載置されたウェハ２を可視光線により照明するた
めに可視光線を発生する観察用光源１１７と、ダイクロ
イックミラー１０３及び集光用レンズ１０５と同じ光軸
上に配置された可視光用のビームスプリッタ１１９とを
備える。ビームスプリッタ１１９と集光用レンズ１０５
との間にダイクロイックミラー１０３が配置されてい
る。ビームスプリッタ１１９は、可視光線の約半分を反
射し残りの半分を透過する機能を有しかつ可視光線の光
軸の向きを９０°変えるように配置されている。観察用
光源１１７から発生した可視光線はビームスプリッタ１
１９で約半分が反射され、この反射された可視光線がダ
イクロイックミラー１０３及び集光用レンズ１０５を透
過し、ウェハ２の切断予定ライン５等を含む表面４を照
明する。なお、ウェハ２の裏面が集光用レンズ１０５側
となるようウェハ２が載置台１０７に載置された場合
は、ここでいう「表面」が「裏面」となるのは勿論であ
る。

【００４９】レーザ加工装置１００はさらに、ビームス
プリッタ１１９、ダイクロイックミラー１０３及び集光
用レンズ１０５と同じ光軸上に配置された撮像素子１２
１及び結像レンズ１２３を備える。撮像素子１２１とし
ては例えばＣＣＤカメラがある。切断予定ライン５等を
含むウェハ２の表面４を照明した可視光線の反射光は、
集光用レンズ１０５、ダイクロイックミラー１０３、ビ
ームスプリッタ１１９を透過し、結像レンズ１２３で結
像されて撮像素子１２１で撮像され、撮像データとな
る。

【００５０】レーザ加工装置１００はさらに、撮像素子
１２１から出力された撮像データが入力される撮像デー
タ処理部１２５と、レーザ加工装置１００全体を制御す
る全体制御部１２７と、モニタ１２９とを備える。撮像
データ処理部１２５は、撮像データを基にして観察用光
源１１７で発生した可視光の焦点をウェハ２の表面４上
に合わせるための焦点データを演算する。この焦点デー
タを基にしてステージ制御部１１５がＺ軸ステージ１１
３を移動制御することにより、可視光の焦点がウェハ２
の表面４に合うようにする。よって、撮像データ処理部
１２５はオートフォーカスユニットとして機能する。ま
た、撮像データ処理部１２５は、撮像データを基にして
表面４の拡大画像等の画像データを演算する。この画像
データは全体制御部１２７に送られ、全体制御部で各種
処理がなされ、モニタ１２９に送られる。これにより、
モニタ１２９に拡大画像等が表示される。

【００５１】全体制御部１２７には、ステージ制御部１
１５からのデータ、撮像データ処理部１２５からの画像
データ等が入力し、これらのデータも基にしてレーザ光
源制御部１０２、観察用光源１１７及びステージ制御部
１１５を制御することにより、レーザ加工装置１００全
体を制御する。よって、全体制御部１２７はコンピュー
タユニットとして機能する。

【００５２】次に、上述したレーザ加工方法及びレーザ
加工装置１００を用いた、本実施形態に係る発光素子の
製造方法について説明する。図１５は、本実施形態に係
る発光素子の製造方法において用いられるウェハ２を示
す斜視図である。また、図１６は、図１５に示されたウ
ェハ２の平面図である。また、図１７は、図１６に示さ
れたウェハ２のVI−VI断面及びVII−VII断面を示す拡大
図である。本実施形態では、発光素子として発光ダイオ
ードを製造する方法について説明する。

【００５３】図１５〜図１７を参照すると、ウェハ２
は、略円盤状を呈しており、オリエンテーションフラッ
ト（以下「ＯＦ」という）１９を有している。本実施形
態において、ウェハ２は、サファイアからなる基板１
と、基板１の表面３上に積層された第１導電型半導体層
であるｎ型半導体層１７ａと、ｎ型半導体層１７ａ上に
積層された第２導電型半導体層であるｐ型半導体層１７
ｂとを備えている。ｎ型半導体層１７ａ及びｐ型半導体
層１７ｂは、例えばＧａＮなどのIII−Ｖ族化合物半導
体からなり、互いにｐｎ接合されている。基板１が厚い
とｎ型半導体層１７ａ及びｐ型半導体層１７ｂにおける
発熱を逃がすことが困難となるので、基板１の厚さは５
０μｍ〜２００μｍ、好ましくは５０μｍ〜１５０μｍ
である。また、ｎ型半導体層１７ａ及びｐ型半導体層１
７ｂの厚さは、それぞれ例えば６μｍ、１μｍである。

【００５４】また、図１６を参照すると、ウェハ２には
切断予定ライン５が設定されている。切断予定ライン５
は、ウェハ２をチップ状に切断するために想定される。
本実施形態では、切断予定ライン５はＯＦ１９の長手方
向に平行な方向と、ＯＦ１９に垂直な方向とにそれぞれ
複数設定されている。また、前述したように、ＯＦ１９
は、サファイアからなる基板１の劈開面に沿った方向、
或いは劈開面に沿った方向と直交する方向に形成されて
いる。すなわち、切断予定ライン５の少なくとも一方向
は、サファイアからなる基板１の（１１２０）面（Ａ
面）或いは（１１００）面（Ｍ面）に沿った方向に設定
されている。なお、互いに隣り合う切断予定ライン５の
間隔は、例えば２ｍｍ程度である。

【００５５】図１８及び図１９は、本実施形態に係る発
光素子の製造方法を説明するためのフローチャートであ
る。また、図２０〜図２３は、発光素子の製造方法を説
明するためのウェハ２の断面図である。

【００５６】図１８を参照すると、まず、ウェハ２の裏
面（すなわち、基板１の裏面２１）にエキスパンドテー
プ２３を貼る（Ｓ１、図２０）。エキスパンドテープ２
３は、例えば加熱により伸びる材料からなり、後の工程
において、ウェハ２をチップ状に分離させるために用い
られる。

【００５７】続いて、図１６に示された切断予定ライン
５に沿ってウェハ２のｐ型半導体層１７ｂ側の面をエッ
チングすることにより、溝２５を形成する（Ｓ３、図２
１）。このとき、溝２５の深さが、ｐ型半導体層１７ｂ
からｎ型半導体層１７ａの途中までの深さとなるように
溝２５を形成する。また、溝２５の幅を、ｐ型半導体層
１７ｂが所望の形状寸法となるように形成するととも
に、ウェハ２をチップ状に分離した後の溝２５の底面上
にｎ型半導体層１７ａと電気的に接続される電極を設け
るスペースを確保できるように形成する。また、このと
き、溝２５の底面を、平坦かつ滑面に形成することが好
ましい。なぜなら、後の工程において溝２５の底面をレ
ーザ光入射面として基板１内部へレーザ光を照射する
が、溝２５の底面が粗いと、レーザ光が底面において散
乱してしまい基板１の内部に入射するレーザ光が適切な
強度にならないためである。

【００５８】なお、エッチング方法にはウェットエッチ
ング及びドライエッチングがあるが、溝２５を形成する
際にはそのいずれを用いてもよい。ウェットエッチング
としては例えばリン酸及び硫酸の混酸によるエッチング
がある。また、ドライエッチングとしては例えば反応性
イオンエッチング（ＲＩＥ）、反応性イオンビームエッ
チング（ＲＩＢ）、イオンミリング等がある。また、溝
２５を形成する際には、エッチング以外にも例えばブレ
ードダイシング等により形成してもよい。

【００５９】続いて、ウェハ２の基板１の内部に、溝２
５に沿って切断起点領域を形成する（Ｓ５、図２２）。
すなわち、溝２５の底面をレーザ光入射面としてｎ型半
導体層１７ａを介して基板１の内部の集光点Ｐへレーザ
光Ｌを照射することにより、基板１の内部に改質領域７
を形成する。この改質領域７が、ウェハ２を切断する際
の切断起点領域となる。

【００６０】ここで、図１９は、図１４に示されたレー
ザ加工装置１００を用いてウェハ２に切断起点領域を形
成する方法を示すフローチャートである。なお、本実施
形態において、ウェハ２は、レーザ加工装置１００の載
置台１０７に、ウェハ２のｐ型半導体層１７ｂ側の面が
集光用レンズ１０５と対向するように配置される。すな
わち、レーザ光Ｌは、ウェハ２のｐ型半導体層１７ｂ側
から入射される。

【００６１】図１４及び図１９を参照すると、まず、基
板１及びｎ型半導体層１７ａの光吸収特性を図示しない
分光光度計等により測定する。この測定結果に基づい
て、基板１及びｎ型半導体層１７ａに対して透明な波長
又は吸収の少ない波長のレーザ光Ｌを発生するレーザ光
源１０１を選定する（Ｓ１０１）。なお、このレーザ光
Ｌはウェハ２のｐ型半導体層１７ｂ側から照射されるこ
ととなるため、ウェハ２の裏面２１に例えば遮光性の電
極等が設けられている場合であっても、レーザ加工の妨
げとなるようなことはない。

【００６２】続いて、基板１及びｎ型半導体層１７ａの
厚さ、材質、及び屈折率等を考慮して、ウェハ２のＺ軸
方向の移動量を決定する（Ｓ１０３）。これは、溝２５
の底面から所定距離内側の所望の位置にレーザ光Ｌの集
光点Ｐを合わせるために、溝２５の底面に位置するレー
ザ光Ｌの集光点Ｐを基準としたウェハ２のＺ軸方向の移
動量である。この移動量は全体制御部１２７に入力され
る。

【００６３】ウェハ２をレーザ加工装置１００の載置台
１０７にウェハ２の表面４が集光用レンズ１０５側と対
向するよう載置する。そして、観察用光源１１７から可
視光を発生させてウェハ２の表面４を照明する（Ｓ１０
５）。照明されたウェハ２における溝２５の底面を撮像
素子１２１により撮像する。撮像素子１２１により撮像
された撮像データは撮像データ処理部１２５に送られ
る。この撮像データに基づいて撮像データ処理部１２５
は、観察用光源１１７の可視光の焦点がウェハ２の溝２
５の底面に位置するような焦点データを演算する（Ｓ１
０７）。

【００６４】この焦点データはステージ制御部１１５に
送られる。ステージ制御部１１５は、この焦点データを
基にしてＺ軸ステージ１１３をＺ軸方向の移動させる
（Ｓ１０９）。これにより、観察用光源１１７の可視光
の焦点がウェハ２の溝２５の底面に位置する。なお、撮
像データ処理部１２５は撮像データに基づいて、溝２５
を含むウェハ２の表面４の拡大画像データを演算する。
この拡大画像データは全体制御部１２７を介してモニタ
１２９に送られ、これによりモニタ１２９に溝２５付近
の拡大画像が表示される。

【００６５】全体制御部１２７には予めステップＳ１０
３で決定された移動量データが入力されており、この移
動量データがステージ制御部１１５に送られる。ステー
ジ制御部１１５はこの移動量データに基づいて、レーザ
光Ｌの集光点Ｐの位置が基板１の内部であって溝２５の
底面から所定距離内側となるように、Ｚ軸ステージ１１
３によりウェハ２をＺ軸方向に移動させる（Ｓ１１
１）。

【００６６】続いて、レーザ光源１０１からレーザ光Ｌ
を発生させて、レーザ光Ｌをウェハ２の溝２５の底面に
照射する。レーザ光Ｌの集光点Ｐは基板１の内部に位置
しているので、改質領域７は基板１の内部にのみ形成さ
れる。また、このとき、レーザ光Ｌを溝２５の幅よりも
狭い範囲に入射して、溝２５の長手方向と交差する方向
の改質領域７の幅を、溝２５の当該方向の幅よりも狭く
形成することが好ましい。なお、レーザ光Ｌをこのよう
に入射するためには、溝２５の底面におけるレーザ光Ｌ
の屈折率、溝２５の幅、及び基板１内部の集光点Ｐの位
置を互いに調整する必要がある。

【００６７】続いて、溝２５に沿うようにＸ軸ステージ
１０９やＹ軸ステージ１１１を移動させて、溝２５に沿
うように改質領域７を複数形成するか、あるいは溝２５
の長手方向に連続して形成し、切断予定ライン５に沿う
切断起点領域を基板１の内部に形成する（Ｓ１１３）。

【００６８】ここで、再び図１８を参照すると、ウェハ
２の基板１に切断起点領域を形成したのち、切断起点領
域に沿ってウェハ２を複数のチップに切断する（Ｓ７、
図２３）。すなわち、エキスパンドテープ２３をウェハ
２の裏面２１と平行な方向に伸ばすことにより、基板１
の内部に形成された切断起点領域を起点として基板１が
切断される。このとき、一般的にｎ型半導体層１７ａは
基板１よりも充分に薄いので、基板１が切断されると同
時に、溝２５の底面と基板１との間にあるｎ型半導体層
１７ａが切断される。このようにしてウェハ２が切断さ
れ、複数のチップ状に分割される。こうして、ｎ型半導
体層１７ａ及びｐ型半導体層１７ｂとの間にｐｎ接合を
有する発光ダイオード３１が形成される。なお、発光ダ
イオード３１に残っている溝２５の底面には、必要に応
じてｎ型半導体層１７ａに電気的に接続される電極を設
けることができる。

【００６９】以上説明したように、本実施形態に係る発
光素子の製造方法及び発光ダイオードでは、ウェハ２の
基板１の内部に多光子吸収という現象により形成される
改質領域７でもって、切断予定ライン５に沿った切断起
点領域を形成することができ、基板１を切断起点領域に
沿って比較的小さな力で割って切断することができる。
そして、基板１が切断予定ライン５に沿って切断される
ことにより、基板１上に積層されたIII−Ｖ族化合物か
らなるｎ型半導体層１７ａも切断予定ラインに沿って切
断される。したがって、この製造方法によれば、ｎ型半
導体層１７ａなどのIII−Ｖ族化合物半導体層を有する
ウェハ２を高精度かつ効率よく切断することができる。

【００７０】また、ウェハを切断する際にブレードダイ
シング法のみを用いる場合、切断中のウェハを洗浄する
ための大がかりな洗浄工程が必要となり、大型の設備が
必要となる。これに対し、本実施形態に係る発光素子の
製造方法によれば、ウェハ２の厚さの殆どを切断起点領
域により切断するので、そのような洗浄工程は必要な
く、発光素子を製造するための設備をより簡易にでき
る。

【００７１】また、本実施形態に係る発光素子の製造方
法においては、基板１にレーザ光Ｌを照射する前に、切
断予定ライン５に沿ってｎ型半導体層１７ａ及びｐ型半
導体層１７ｂに溝２５を形成することが好ましい。この
製造方法によれば、ウェハ２を切断して形成される発光
ダイオード３１のｎ型半導体層１７ａに電極を設ける場
合に、この電極を設けるためのスペースを容易に形成す
ることができる。なお、溝２５を形成しない場合には、
基板１が切断起点領域に沿って切断される際に、ｎ型半
導体層１７ａに加えてｐ型半導体層１７ｂも同時に切断
される。

【００７２】また、本実施形態に係る発光素子の製造方
法においては、基板１にレーザ光Ｌを照射する際に、溝
２５の底面をレーザ光入射面としている。この製造方法
によれば、基板１にレーザ光Ｌを照射する際に、ウェハ
２上に想定された切断予定ライン５を容易に認識するこ
とができるとともに、レーザ光Ｌを溝２５の位置にあわ
せて精度良く照射することができる。

【００７３】また、本実施形態に係る発光素子の製造方
法においては、ウェハ２に溝２５を形成する際に、溝２
５の底面を平坦かつ滑面に形成することが好ましい。こ
れによって、溝２５の底面をレーザ光入射面とする場合
に、溝２５の底面におけるレーザ光Ｌの散乱を防ぐこと
ができる。

【００７４】また、本実施形態に係る発光素子の製造方
法においては、改質領域７を形成する際に、溝２５の長
手方向と交差する方向の改質領域７の幅を、溝２５の当
該方向の幅よりも狭く形成している。この製造方法によ
れば、レーザ光Ｌを溝２５の幅よりも狭い範囲に入射す
ることで改質領域７を形成できるので、溝２５の周囲の
ｐ型半導体層１７ｂがレーザ光Ｌにより損傷することを
防止できる。

【００７５】なお、基板１の裏面２１をレーザ光入射面
として、集光点Ｐにレーザ光Ｌを照射することにより、
改質領域７を形成してもよい。このようにすれば、溝２
５の底面が粗いなどの理由によりレーザ光Ｌの入射に適
さない場合であっても、ウェハ２の基板１の内部に改質
領域７でもって切断起点領域を形成することができる。
また、前述したように、レーザ光入射面は平坦かつ滑面
であることが好ましいが、比較的狭い溝２５の底面より
も、基板１の裏面２１のほうが平坦かつ滑面に形成しや
すい場合がある。このような場合に、基板１の裏面２１
を例えば研磨するなどしてからレーザ光Ｌを入射すれ
ば、切断起点領域を容易に形成することができる。な
お、このように基板１の裏面２１からレーザ光Ｌを入射
する場合は、エキスパンドテープ２３をウェハ２の表面
４に貼るとよい。

【００７６】図２４は、本実施形態による発光素子の製
造方法の変形例を説明するための断面図である。本変形
例では、基板１の内部において、基板１の厚さ方向に複
数の改質領域７を形成する。改質領域７をこのように形
成するには、図１９に示されたフローチャートのステッ
プＳ１１１（ウェハをＺ軸方向に移動）とステップＳ１
１３（改質領域の形成）とを交互に複数回行うとよい。
また、ウェハをＺ軸方向に移動するのと改質領域の形成
とを同時に行うことにより、基板１の厚さ方向に連続し
て改質領域７を形成してもよい。

【００７７】本変形例のように改質領域７を形成するこ
とにより、基板１の厚さ方向に延びた切断起点領域を形
成することができる。従って、ウェハ２をより小さな力
で割って切断することができる。さらに、基板１の厚さ
方向に改質領域７によるクラックを成長させれば、外部
からの力を必要とせずウェハ２を分離することもでき
る。

【００７８】図２５及び図２６は、本実施形態による発
光素子の製造方法の別の変形例を説明するための断面図
である。本変形例では、発光素子として半導体レーザを
製造する方法を説明する。

【００７９】図２５を参照すると、本変形例に用いられ
るウェハ２ａは、サファイアからなる基板１と、基板１
の表面３上に積層された第１導電型半導体層であるｎ型
半導体層３３ａと、ｎ型半導体層３３ａ上に積層された
活性層３３ｂと、活性層３３ｂ上に積層された第２導電
型半導体層であるｐ型半導体層３３ｃとを備えている。
本変形例において、ｎ型半導体層３３ａ、活性層３３
ｂ、及びｐ型半導体層３３ｃは、例えばＧａＮなどのII
I−Ｖ族化合物半導体からなり、量子井戸構造を構成し
ている。なお、本変形例におけるウェハ２ａは、図１５
及び図１６に示された上記実施形態のウェハ２と同様の
外形を有している。

【００８０】本変形例による発光素子の製造方法では、
まず、ウェハ２ａの裏面２１にエキスパンドテープ２３
を貼る。そして、ウェハ２ａのｐ型半導体層３３ｃ側の
面に溝２５を形成する。このとき、溝２５を、切断予定
ライン５（図１６参照）に沿って、活性層３３ｂを分割
して基板１に達しない深さ、すなわちｐ型半導体層３３
ｃからｎ型半導体層３３ａの途中までの深さになるよう
に形成する。また、このとき、溝２５の側壁によって、
活性層３３ｂに共振面３５が形成される。共振面３５
は、活性層３３ｂを挟んで２面形成され、この２面は互
いに対向する。

【００８１】続いて、溝２５の底面をレーザ光入射面と
して基板１の内部の集光点Ｐにレーザ光Ｌを照射するこ
とにより、改質領域７を形成する。そして、この改質領
域７を形成しながら溝２５の長手方向に沿って集光点Ｐ
を移動することにより、基板１の内部に切断起点領域を
形成する。そして、図２６に示されるように、エキスパ
ンドテープ２３を伸ばすことにより、ウェハ２ａを切断
起点領域に沿ってチップ状に切断し、半導体レーザ素子
３７を得る。

【００８２】本変形例により得られる半導体レーザ素子
３７においては、ウェハ２ａの基板１の内部に多光子吸
収という現象により形成される改質領域７でもって形成
された、切断予定ライン５に沿った切断起点領域により
基板１が切断起点領域に沿って比較的小さな力で割って
切断される。そして、基板１が切断予定ライン５に沿っ
て切断されることにより、基板１上に積層されたｎ型半
導体層３３ａも切断予定ライン５に沿って切断される。
したがって、III−Ｖ族化合物からなるｎ型半導体層３
３ａを有するウェハ２が高精度かつ効率よく切断されて
形成された半導体レーザ素子３７を提供することができ
る。

【００８３】また、本変形例により得られる半導体レー
ザ素子３７においては、活性層３３ｂを分割するととも
に基板１に達しない深さの溝２５がウェハ２ａに形成さ
れることによって、ｎ型半導体層３３ａと電気的に接続
されるカソード電極のためのスペースが形成されるとと
もに、レーザ発振のための共振面３５が活性層３３ｂに
形成される。なお、溝２５を形成しない場合には、基板
１が切断起点領域に沿って切断される際に、ｎ型半導体
層３３ａに加えて活性層３３ｂ及びｐ型半導体層３３ｃ
も同時に切断される。

【００８４】以上、本発明の実施形態及び変形例につい
て詳細に説明したが、本発明は上記実施形態及び変形例
に限定されないことはいうまでもない。

【００８５】上記実施形態及び変形例では、基板の材料
としてサファイアを用いているが、これ以外にも、例え
ばＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＡｌＮ、及びＧａＡｓなどを
用いることができる。また、ｐ型半導体層、活性層、及
びｎ型半導体層の材料としてＧａＮを用いているが、こ
れ以外にも、例えばＧａＡｌＡｓ、ＧａＡｌＡｓＰ、Ｇ
ａＡｌＩｎＰなどのIII−Ｖ族化合物を用いることがで
きる。

【００８６】また、III−Ｖ族化合物のなかでも例えば
Ｉｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（Ｘ≧０、Ｙ≧０、Ｘ＋Ｙ≦
１）で表されるような窒化物系III−Ｖ族化合物（Ｇａ
Ｎも含まれる）からなる半導体層は、一般的にサファイ
ア基板上に積層されることが多い。サファイアは、他の
材料にくらべて硬度が大きく、エッチングやブレードダ
イシングに要する時間が長くなる。しかも、サファイア
及び窒化物系III−Ｖ族化合物は、ＧａＡｓなどに比べ
て劈開性が小さく、特許文献１などに開示されたダイヤ
モンドスクライブ法を用いると切断面が不規則になりや
すい。従って、サファイア基板上に窒化物系III−Ｖ族
化合物半導体が積層されたようなウェハにおいて、サフ
ァイア基板と半導体層とを同時に切断するような場合に
は、本発明による発光素子の製造方法を適用することに
より、格段に切断精度がよくなるとともに製造効率を高
めることができる。

【００８７】また、上記実施形態及び実施例における改
質領域７形成以前に、基板が薄くなるよう裏面を研磨し
てもよい。図２７（ａ）〜（ｃ）は、上記した実施形態
におけるウェハ２の基板１の裏面２１を研磨する方法の
一例を示す図である。まず、図２７（ａ）に示されるよ
うに、ウェハ２のｐ型半導体層１７ｂ側の面にテープ２
４を貼る。そして、図２７（ｂ）に示されるように、基
板１の裏面２１を研磨して、基板１の厚さを小さくす
る。このとき、ウェハ２は裏面２１側が上向いており、
図２７（ｂ）は実際とは上下逆の図になっている。続い
て、図２７（ｃ）に示されるように、テープ２４を除去
し、基板１の裏面２１にエキスパンドテープ２３を貼
る。

【００８８】基板が比較的薄い場合には、基板を切断す
る際の精度が一層向上する。さらに、基板の裏面からレ
ーザ光を入射する場合、基板を薄くすることで溝の位置
が裏面から確認できる。また、改質領域から基板の厚さ
方向にクラックを成長させることにより、外部からの力
を必要とせずウェハをチップに分離することも容易とな
る。

【００８９】また、上記実施形態及び実施例では、半導
体層としてｐ型半導体層、活性層、及びｎ型半導体層が
基板に積層されている。半導体層としてはこれ以外に
も、電極との電気的接続のためのコンタクト層などがさ
らに積層されていてもよい。また、第１導電型をｎ型と
し、第２導電型をｐ型としているが、第１導電型がｐ型
で第２導電型がｎ型であってもよい。

【００９０】また、上記実施形態では、切断起点領域が
形成されたウェハを切断するために、エキスパンドテー
プを用いている。切断起点領域が形成されたウェハを切
断するには、これ以外にも例えばナイフエッジを溝の底
面またはウェハの裏面に押し当てて切断する方法や、ブ
レーカー装置、またはローラー装置を用いて切断する方
法などがある。

【００９１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る発光
素子の製造方法、発光ダイオード、及び半導体レーザ素
子では、ウェハの基板の内部に多光子吸収という現象に
より形成される改質領域でもって、切断予定ラインに沿
った切断起点領域を形成することができ、基板を切断起
点領域に沿って比較的小さな力で割って切断することが
できる。そして、基板が切断予定ラインに沿って切断さ
れることにより、基板上に積層されたIII−Ｖ族化合物
半導体層も切断予定ラインに沿って切断される。したが
って、この製造方法によれば、III−Ｖ族化合物半導体
層を有するウェハを高精度かつ効率よく切断することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】レーザ加工中の基板１の平面図である。

【図２】図１に示す基板のII−II線に沿った断面図であ
る。

【図３】レーザ加工後の基板の平面図である。

【図４】図３に示す基板のIV−IV線に沿った断面図であ
る。

【図５】図３に示す基板のV−V線に沿った断面図であ
る。

【図６】切断された基板の平面図である。

【図７】本実施形態で用いるレーザ加工方法における電
界強度とクラックスポットの大きさとの関係を示すグラ
フである。

【図８】本実施形態で用いるレーザ加工方法の第１工程
における基板の断面図である。

【図９】本実施形態で用いるレーザ加工方法の第２工程
における基板の断面図である。

【図１０】本実施形態で用いるレーザ加工方法の第３工
程における基板の断面図である。

【図１１】本実施形態で用いるレーザ加工方法の第４工
程における基板の断面図である。

【図１２】本実施形態で用いるレーザ加工方法により切
断されたシリコンウェハの一部における断面の写真を表
した図である。

【図１３】本実施形態で用いるレーザ加工方法における
レーザ光の波長とシリコン基板の内部の透過率との関係
を示すグラフである。

【図１４】レーザ加工装置の概略構成図である。

【図１５】本実施形態に係る発光素子の製造方法におい
て用いられるウェハを示す斜視図である。

【図１６】図１５に示されたウェハの平面図である。

【図１７】図１６に示されたウェハのVI−VI断面及びVI
I−VII断面を示す拡大図である。

【図１８】本実施形態に係る発光素子の製造方法を説明
するためのフローチャートである。

【図１９】図１４に示されたレーザ加工装置を用いてウ
ェハに切断起点領域を形成する方法を示すフローチャー
トである。

【図２０】発光素子の製造方法を説明するためのウェハ
の断面図である。

【図２１】発光素子の製造方法を説明するためのウェハ
の断面図である。

【図２２】発光素子の製造方法を説明するためのウェハ
の断面図である。

【図２３】発光素子の製造方法を説明するためのウェハ
の断面図である。

【図２４】本実施形態による発光素子の製造方法の変形
例を説明するための断面図である。

【図２５】本実施形態による発光素子の製造方法の別の
変形例を説明するための断面図である。

【図２６】本実施形態による発光素子の製造方法の別の
変形例を説明するための断面図である。

【図２７】ウェハの基板の裏面を研磨する方法の一例を
示す図である。

【符号の説明】

１…基板、２、２ａ…ウェハ、３、４…表面、５…切断
予定ライン、７…改質領域、８…切断起点領域、９…ク
ラック領域、１１…シリコンウェハ、１３…溶融処理領
域、１７ａ…ｎ型半導体層、１７ｂ…ｐ型半導体層、１
９…オリエンテーションフラット、２１…裏面、２３…
エキスパンドテープ、２４…テープ、２５…溝、３１…
発光ダイオード、３３ａ…ｎ型半導体層、３３ｂ…活性
層、３３ｃ…ｐ型半導体層、３５…共振面、３７…半導
体レーザ素子、１００…レーザ加工装置、１０１…レー
ザ光源、１０２…レーザ光源制御部、１０３…ダイクロ
イックミラー、１０５…集光用レンズ、１０７…載置
台、１０９…Ｘ軸ステージ、１１１…Ｙ軸ステージ、１
１３…Ｚ軸ステージ、１１５…ステージ制御部、１１７
…観察用光源、１１９…ビームスプリッタ、１２１…撮
像素子、１２３…結像レンズ、１２５…撮像データ処理
部、１２７…全体制御部、１２９…モニタ、Ｌ…レーザ
光、Ｐ…集光点。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｂ２３Ｋ 101:40 Ｈ０１Ｌ 21/78 Ｂ (72)発明者内山直己静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内Ｆターム(参考） 4E068 AE01 DA10 5F041 AA31 AA41 AA42 CA40 CA46 CA75 CA77 5F072 AB02 JJ08 JJ12 JJ20 PP07 QQ20 RR01 YY06 5F073 AA74 CA02 CA17 CB05 DA23 DA25 DA31 DA34 DA35 EA29

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の表面上にIII−Ｖ族化合物半導体
からなる半導体層が積層されたウェハの前記基板の内部
に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより多光
子吸収による改質領域を形成し、この改質領域によっ
て、前記ウェハをチップ状に切断するための切断予定ラ
インに沿って前記基板のレーザ光入射面から所定距離内
側に切断起点領域を形成し、前記切断起点領域に沿って
前記ウェハを切断する工程を備える、発光素子の製造方
法。
【請求項２】前記基板に前記レーザ光を照射する前
に、前記切断予定ラインに沿って前記半導体層に溝を形
成し、前記溝に臨む前記基板の内部に集光点を合わせ
る、請求項１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項３】前記基板に前記レーザ光を照射する際
に、前記溝の底面を前記レーザ光入射面とする請求項２
に記載の発光素子の製造方法。
【請求項４】前記ウェハに前記溝を形成する際に、前記
溝の前記底面を平坦かつ滑面に形成する、請求項３に記
載の発光素子の製造方法。
【請求項５】前記改質領域を形成する際に、前記溝と
交差する方向の前記改質領域の幅を、前記溝の該方向の
幅よりも狭く形成する、請求項３または４に記載の発光
素子の製造方法。
【請求項６】前記基板に前記レーザ光を照射する際
に、前記基板の裏面をレーザ光入射面とする、請求項１
または２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項７】前記基板の前記裏面が平坦かつ滑面であ
る、請求項６に記載の発光素子の製造方法。
【請求項８】基板と、III−Ｖ族化合物半導体からな
り該基板の表面上に積層された第１導電型半導体層及び
第２導電型半導体層とを有するウェハを切断予定ライン
に沿ってチップ状に切断することにより形成された発光
ダイオードであって、前記基板の内部に集光点を合わせてレーザ光が照射され
て多光子吸収による改質領域が形成され、この改質領域
により前記基板のレーザ光入射面から所定距離内側に形
成された切断起点領域によって切断されている、発光ダ
イオード。
【請求項９】基板と、III−Ｖ族化合物半導体からな
り該基板の表面上に積層された第１導電型半導体層、活
性層、及び第２導電型半導体層とを有するウェハを切断
予定ラインに沿ってチップ状に切断することにより形成
された半導体レーザ素子であって、前記基板の内部に集光点を合わせてレーザ光が照射され
て多光子吸収による改質領域が形成され、この改質領域
により前記基板のレーザ光入射面から所定距離内側に形
成された切断起点領域によって切断されている、半導体
レーザ素子。