JP2006286703A - Ｉｉｉ族窒化物半導体素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、III族窒化物半導体基板上にIII族窒化物半導体層を形成した半導体ウエハから素子に分割する製造方法において、その分割の端面が平坦で歩留まり良く製造する方法を提供することを目的とする。また、III族窒化物半導体レーザダイオードにおいて、良好な共振端面を得るように分割される製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 ＧａＮ基板１上にIII族窒化物半導体層１０を形成した半導体ウエハ１００から半導体レーザダイオードを得るための半導体素子の製造方法において、半導体ウエハ１００の端面の一部に劈開面を得るための劈開導入溝２０を形成する工程と、劈開導入溝２０を起点として複数に分割する工程を有することを特徴とする半導体素子の製造方法である。
上記製造方法により、半導体レーザダイオードの共振器長を精度良く形成することができ、さらに歩止り良く個々の半導体レーザダイオードを分割することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、レーザダイオードや発光ダイオードに用いられるIII族窒化物半導体素子の製造方法に関するもので、特に、III族窒化物半導体を基板とするIII族窒化物半導体素子の製造に関する。

従来III族窒化物半導体素子は、サファイア基板等の異種基板上に結晶を成長させていた。このため、基板上に成長させたIII族窒化物半導体薄膜には、１０⁸〜１０¹⁰ｃｍ^-2もの非常に多数の転位が生じていた。この多数の転位により、III族窒化物半導体を用いた発光素子の素子特性は悪影響を受けていた。また、サファイア基板は非常に硬く、その上に成長されるIII族窒化物半導体層の劈開方向が３０°ずれた関係になるため、個々の素子に分割する場合、分割の方向を基板側、積層物側のいずれの層に合わせても端面の凹凸を小さくすることが難しい。

そこで、III族窒化物半導体層を積層する基板として、劈開性を有し、かつ、表面上に積層されたIII族窒化物半導体層と同一な劈開方向を持つIII族窒化物半導体基板を使用し、端面を劈開で作製することが着目されている。ここで、III族窒化物半導体基板とはIII族窒化物半導体により構成される基板のことである。このIII族窒化物半導体基板を用いた場合、III族窒化物半導体層及びIII族窒化物半導体基板それぞれの劈開方向が一致するので、端面が平坦になることが期待される。さらに、III族窒化物半導体基板を用いた場合、積層したIII族窒化物半導体層とIII族窒化物半導体基板との格子整合性が良く、熱膨張率差も存在しないため、III族窒化物半導体素子にかかる歪や欠陥等を減少させることができ、III族窒化物半導体素子の寿命が長くなることも期待されている。

このような、III族窒化物半導体基板を用いたIII族窒化物半導体素子を示したものとして、以下の出願がある。
特開２００３−１５８２９５ 特開２００１−２７４５２１

上記の特許文献１には、ＧａＮ基板を用いた窒化物半導体素子を開示しているが、共振器端面作製法およびチップ分割法に関しての詳細な記述はなかった。

また、特許文献２には、ＧａＮ基板を用いた窒化物半導体素子が開示され、その素子の分割方法について記載されている。

しかし、本発明者らが特許文献２のような方法で素子の分割を試みたところ、実際には共振器長をばらつきなく一定の長さで歩留まり良く分割することは困難であった。

すなわち、前記分割方法では、複数箇所の劈開用の溝を形成するためスクライブの形状がばらつき、図５、図６に示すように各々で斜めに割れ等が発生し、共振器の長さにばらつきが生じるという問題があった。

本発明は、III族窒化物半導体基板上にIII族窒化物半導体層を形成した半導体ウエハからIII族窒化物半導体素子に分割する製造方法において、その分割の端面が平坦で歩留まり良く製造する方法を提供することを目的とする。また本発明は、III族窒化物半導体レーザダイオードにおいて、共振器端面が平坦に生るように分割される製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための発明の構成は以下の通りである。

請求項１の発明は、III族窒化物半導体基板上にIII族窒化物半導体層を形成した半導体ウエハからIII族窒化物半導体素子を得るためのIII族窒化物半導体素子の製造方法において、半導体ウエハの端面の一部に劈開面を得るための劈開導入溝を形成する工程と、劈開導入溝を起点として複数に分割する工程を有することを特徴とするIII族窒化物半導体素子の製造方法である。

この方法により、半導体ウエハの端部の一部に劈開面を得るために形成された劈開導入溝により、これを起点として、マイクロクラックが発生し劈開面で容易に分割することができる。

ここで、III族窒化物半導体素子とは、基板上に半導体層を形成し、半導体層及び、又は基板上に電極を形成した構成の半導体素子である。半導体層は、ｐ型半導体でもｎ型半導体でもいづれでも良い。

また、III族窒化物半導体基板及びIII族窒化物半導体層は、少なくともＡｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）にて表される２元系、３元系若しくは４元系の半導体から成るIII−Ｖ族窒化物半導体で形成することができる。また、これらのIII族元素の一部は、ボロン（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）で置き換えても良く、また、窒素（Ｎ）の一部をリン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）で置き換えても良い。

更に、これらの半導体を用いてｎ型の層を形成する場合には、ｎ型不純物として、ＳｉＧｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を添加し、ｐ型の層を形成する場合には、ｐ型不純物としては、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等を添加することができる。基板としては、たとえば、サファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）、シリコン（Ｓｉ）、炭化硅素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化マンガン（ＭｎＯ）、一般式Ａｌ_xＧａ_y Ｉｎ_1-x-y Ｎで表される４元、３元、２元の半導体を用いることができる。

請求項２の発明は、劈開導入溝は、＜１１−２０＞方向に形成されることを特徴とす請求項１に記載のIII族窒化物半導体素子の製造方法である。

この方法によれば、III族窒化物半導体の劈開方向に従って、容易に半導体ウエハを分割することが。

請求項３の発明は、前記劈開導入溝の長さは、０．３ｍｍ以上２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のIII族窒化物半導体素子の製造方法である。

この方法によれば、劈開導入溝を半導体ウエハの端部の一部の０．３ｍｍ以上２ｍｍ以下に設けられているため、製品に対する影響がほとんどなく、製品端面は劈開面の良好な面を得ることができる。好ましくは、０．４ｍｍ以上１．５ｍｍ以下、さらに好ましくは０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下である。

請求項４の発明は、劈開導入溝の先端部は、テーパ状の鋭角な形状を有することを特徴とする請求項１又は請求項３に記載のIII族窒化物半導体素子の製造方法である。

請求項５の発明は、劈開導入溝の先端部の長さは、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項４に記載のIII族窒化物半導体素子の製造方法である。

これらの方法によれば、テーパ状の鋭角な形状によりねらいの劈開方向のみにマイクロクラックが発生し、歩止り良く半導体ウエハの分割を行うことができる。この劈開導入溝の先端部の長さは好ましくは、０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下、さらに好ましくは０．２ｍｍ以上１ｍｍ以下である。

請求項６の発明は、劈開導入溝は、III族窒化物半導体基板のIII族窒化物半導体層が形成された表面側に形成することを特徴とする請求項１又は請求項５に記載のIII族窒化物半導体素子の製造方法である。

この方法によれば、III族窒化物半導体層にマイクロクラックが発生し、III族窒化物半導体層が確実に劈開面で分離される。

請求項７の発明は、III族窒化物半導体基板は、ＧａＮであることを特徴とする請求項１又は請求項６に記載のIII族窒化物半導体素子の製造方法である。

この方法によれば、良質な基板の作製が容易なＧａＮ基板を用いるためその上に形成されるＩＩＩ族窒化物半導体層も良質なものが得られる。

請求項８の発明は、前記III族窒化物半導体素子は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項１又は請求項７に記載のIII族窒化物半導体素子の製造方法である。

この方法によれば、良質な分割端面を有する発光素子を得ることができきるとともに、歩止り良く発光素子を得ることができる。

請求項９の発明は、III族窒化物半導体素子は、半導体レーザダイオードであることを特徴とする請求項１又は請求項７に記載のIII族窒化物半導体素子の製造方法である。
この方法によれば、良質な共振器の端面を得ることができ、高出力で長寿命の半導体レーザダイオードを得ることができる。

本発明によれば、III族窒化物半導体基板上にIII族窒化物半導体層を形成した半導体ウエハからIII族窒化物半導体素子を得るためのIII族窒化物半導体素子の製造方法において、半導体ウエハの端面の一部に劈開面を得るための劈開導入溝を形成する工程と、劈開導入溝を起点として複数に分割する工程を有するので、III族窒化物半導体基板及びIII族窒化物半導体層が劈開面で分離され、良好な端面が得られるとともに、歩留り良く半導体素子を分離することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

本件発明の製造方法により製造される半導体素子として、図１に示すようにIII族窒化物半導体レーザダイオードの構成について簡単に説明する。このIII族窒化物半導体レーザダイオードは図1に示すように、ＧａＮ基板１上に、ｎ層３、活性層４、ｐ層４からなる半導体層１０が形成されており、この半導体層には、既存の方法により共振器が形成されるリッジ部１１が形成されている。また、半導体層の上面には、リッジ部１１の電極が形成される一部を除き絶縁層６が設けられている。リッジ部１１のｐ層４の上端部を覆い、ｐ電極７が形成され、対向するｎ側にはｎ電極８が形成されている。

次に、上記III族窒化物半導体レーザダイオードの製造方法について説明する。

図２に示すように、上記構造を有するIII族窒化物半導体レーザダイオードの分割する前の半導体ウエハ１００の一端部に劈開導入溝２０を半導体ウエハの＜１１−２０＞方向に形成する。この半導体ウエハのＧａＮ基板は、III族窒化物半導体層形成する時には３００μｍの厚さを有しているが、III族窒化物半導体層形成後に１００μｍの厚さに研磨されている。この半導体ウエハ１００をスクライブ装置に固定し、半導体ウエハ１００の一端部にダイアモンドポイントによりスクライブし劈開導入溝２０を形成する。この劈開導入溝２０の間隔は、図２の半導体ウエハ１００の左右の両端を除き、リッジ部の共振器長の長さ７００μｍに設定されている。

この劈開導入溝２０の形状を図３の（ａ）、（ｂ）に示す。この劈開導入溝２０は形成するときダイアモンドポイントは、半導体ウエハの端部手前より動作させ、劈開導入溝２０の幅Ｗは４μｍで、その全体の長さＬ１は０．６ｍｍ、先端部はテーパ状の鋭角なくさび形状を有し、その先端部の長さＬ２は０．２ｍｍに形成されている。なお、この劈開導入溝２０の幅Ｗの最適値は、２μｍ以上６μｍ以下で、さらに好ましくは、３μｍ以上５μｍ以下である。また、この劈開導入溝２０の深さ方向の形状は、図３（ｂ）に示すような形状を有し、劈開導入溝２０の先端部は下方向に凸状を有している。

この劈開導入溝２０を形成後、この劈開導入溝２０の形成された位置にブレーキング刃をＧａＮ基板１の裏面側から当てて、図４に示すように半導体ウエハ１００をバー状に分割する。さらに、このバー状の半導体バー３０を裏面又は表面より＜１−１００＞方向にスクライブして、個々のIII族窒化物半導体レーザダイオードに分割する。

このような方法により、劈開導入溝２０の間隔で半導体ウエハが劈開面で分割され、リッジ部の共振器長の長さ７００μｍを精度良く得ることができる。

本発明の製造方法は、半導体レーザダイオード、発光ダイオード、電界効果トランジスタなど、III族窒化物半導体基板（例えばＧａＮ基板）を用いたIII族窒化物半導体層を有する半導体素子に用いることができ、精度良く各半導体素子を分離するとともに、歩留り良く製造することができる。

本発明により製造される半導体レーザダイオードの具体的な実施例にかかる断面図。 本発明の具体的な製造方法を示す側面及び上面図。 本発明の具体的な劈開導入溝を示す上面図及び断面図。 本発明の製造方法により製造されたバー状のIII族窒化物半導体レーザダイオードを示す上面図。 従来技術の製造方法を示す上面図。 従来技術により製造されたバー状のIII族窒化物半導体レーザダイオードを示す上面図。

符号の説明

１…ＧａＮ基板
２…ｎ層
３…活性層
４…ｐ層
５…絶縁層
６…ｐ電極
７…ｎ電極
１０…半導体層
１１…リッジ部
２０…劈開導入溝
３０…半導体バー
１００…半導体ウエハ
１１１…リッジ部
１２０…分離溝
１３０…半導体バー
Ｄ…劈開導入溝の深さ
Ｌ１…劈開導入溝の長さ
Ｌ２…劈開導入溝の先端部の長さ
Ｗ…劈開導入溝の幅

Claims (9)

1. III族窒化物半導体基板上にIII族窒化物半導体層を形成した半導体ウエハからIII族窒化物半導体素子を得るためのIII族窒化物半導体素子の製造方法において、
   前記半導体ウエハの端面の一部に劈開面を得るための劈開導入溝を形成する工程と、
   前記劈開導入溝を起点として複数に分割する工程を有することを特徴とするIII族窒化物半導体素子の製造方法。
2. 前記劈開導入溝は、＜１１−２０＞方向に形成されることを特徴とす請求項１に記載のIII族窒化物半導体素子の製造方法。
3. 前記劈開導入溝の長さは、０．３ｍｍ以上２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のIII族窒化物半導体素子の製造方法。
4. 前記劈開導入溝の先端部は、テーパ状の鋭角な形状を有することを特徴とする請求項１又は請求項３に記載のIII族窒化物半導体素子の製造方法。
5. 前記劈開導入溝の先端部の長さは、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項４に記載のIII族窒化物半導体素子の製造方法。
6. 前記劈開導入溝は、III族窒化物半導体基板のIII族窒化物半導体層が形成された表面側に形成することを特徴とする請求項１又は請求項５に記載のIII族窒化物半導体素子の製造方法。
7. 前記III族窒化物半導体基板は、ＧａＮであることを特徴とする請求項１又は請求項６に記載のIII族窒化物半導体素子の製造方法。
8. 前記III族窒化物半導体素子は、発光素子であることを特徴とする請求項１又は請求項７に記載のIII族窒化物半導体素子の製造方法。
9. 前記III族窒化物半導体素子は、レーザダイオードであることを特徴とする請求項１又は請求項８に記載のIII族窒化物半導体素子の製造方法。

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