JP2008294213A - 半導体素子およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】動作時における絶縁不良の発生が十分に抑制された半導体素子を提供する。
【解決手段】青紫色半導体レーザ素子１００においては、窒化物系半導体層１０からなる半導体素子構造１０Ｕの一対の側面が、Ｇｅ基板４２からなる基板部分４２Ｕの一対の側面のそれぞれ内側に位置する。これにより、半導体素子構造１０Ｕの一対の側面と直交する方向において、半導体素子構造１０Ｕの一対の側面と基板部分４２Ｕとの一対の側面とがそれぞれ所定の距離離間する。また、基板部分４２Ｕ上で、基板部分４２Ｕの一対の側面と半導体素子構造１０Ｕの一対の側面との間の領域には、電流ブロック層２１が形成されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、化合物半導体層を有する半導体発光素子およびその製造方法に関する。
近年、波長４０５ｎｍ程度の青紫色光を用いて記録および再生可能なＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）が実用化されている。このようなＤＶＤの記録および再生のために、波長４０５ｎｍ程度の青紫色光を出射する半導体レーザ素子（青紫色半導体レーザ素子）を用いたＤＶＤドライブも実用化されている。
青紫色半導体レーザ素子は、例えばＧａＮ（窒化ガリウム）基板またはサファイア基板等の基板上に窒化物系半導体層を形成することにより作製される。
窒化物系半導体層を形成するための基板としては、ＧａＮ基板を用いることが好ましい。ＧａＮ基板上に窒化物系半導体層を形成する場合、サファイア基板等の他の基板上に窒化物系半導体層を形成する場合に比べて、窒化物系半導体層の形成時に窒化物系半導体層に発生するひずみおよび結晶欠陥を低減することができる。したがって、ＧａＮ基板を用いることにより、高い信頼性を有する高出力の青紫色半導体レーザ素子を得ることができる。
しかしながら、ＧａＮ基板は窒化物系半導体層を形成可能な他の基板（例えば、サファイア基板等）に比べて高価である。
そこで、特許文献１には、窒化物系半導体層の成長基板としてＧａＮ基板を繰り返し利用することができる半導体発光素子の製造方法が記載されている。この製造方法においては、成長基板としてのＧａＮ基板上に、ＧａＮ基板のバンドギャップエネルギーよりも低いバンドギャップエネルギーを有する剥離層が形成される。さらに、その剥離層上に窒化物系半導体層が形成される。その後、剥離層のバンドギャップエネルギーよりも高くＧａＮ基板のバンドギャップエネルギーよりも低いエネルギーを有するレーザ光がＧａＮ基板を通して剥離層に照射される。これにより、ＧａＮ基板が窒化物系半導体層から分離される（レーザリフトオフ）。
このように、特許文献１の半導体発光素子の製造方法によれば、窒化物系半導体層の形成後、レーザリフトオフにより分離されたＧａＮ基板を窒化物系半導体層の成長基板として繰り返し利用することができる。したがって、特許文献１の製造方法を用いることにより、青紫色半導体レーザ素子の低コスト化が実現できる。
特開２００５−９３９８８号公報 特開２００５−１２１８８号公報
図１０および図１１は、従来の青紫色半導体レーザ素子の製造工程の一例を示す模式的断面図である。図１０および図１１においては、青紫色半導体レーザ素子の製造工程が縦断面図により示されている。
図１０（ａ）に示すように、初めに、ＧａＮ基板５０を用意し、そのＧａＮ基板５０の一面上に剥離層５１および下地層５２を形成する。さらに、下地層５２上に、活性層を含む窒化物系半導体層１０を形成する。
そして、窒化物系半導体層１０の上面に複数のストライプ状のリッジ部Ｒｉを形成する。図１０には、２本のリッジ部Ｒｉが示されている。また、リッジ部Ｒｉの上面にオーミック電極１７を形成するとともに、リッジ部Ｒｉの側面およびリッジ部Ｒｉを除く窒化物系半導体層１０上の領域にＳｉＯ２（酸化ケイ素）からなる絶縁層２１を形成する。
続いて、図１０（ｂ）に示すように、一面側にコンタクト電極４１が形成されたＧｅ（ゲルマニウム）基板４２を用意し、そのＧｅ基板４２のコンタクト電極４１上に融着層３０を形成する。そして、融着層３０上に窒化物系半導体層１０を貼り合わせる。
次に、図１０（ｃ）に示すように、ＧａＮ基板５０を通して剥離層５１にレーザ光ＬＡを照射し、剥離層５１を熱分解させることによりＧａＮ基板５０を窒化物系半導体層１０から分離する。それにより、図１１（ｄ）に示すようにＧｅ基板４２上に支持された窒化物系半導体層１０を得る。
その後、図１１（ｅ）に示すように、窒化物系半導体層１０の露出した面に電極１９を形成する。続いて、図１１（ｆ）に矢印で示すように、窒化物系半導体層１０側からＧｅ基板４２にレーザスクライブまたはダイヤモンドポイントスクライブによりスクライブ傷を形成する。
最後に、図１１（ｇ）に示すように、スクライブ傷に沿ってＧｅ基板４２をへき開により分離し、Ｇｅ基板４２の露出面に裏面電極４３を形成する。それにより、複数の青紫色半導体レーザ素子９００を得ることができる。
上記青紫色半導体レーザ素子の製造工程において、ダイヤモンドポイントスクライブによりスクライブ傷を形成する場合には、スクライブ時の衝撃により窒化物系半導体層１０に内部応力が発生し、窒化物系半導体層１０が損傷するおそれがある。
また、レーザスクライブによりスクライブ傷を形成する場合には、窒化物系半導体層１０、絶縁層２１、および融着層３０を通してＧｅ基板４２にレーザ光が照射される。このとき、図１１（ｇ）に示すように、窒化物系半導体層１０および融着層３０の溶融物または昇華物等がデブリＤＰとして青紫色半導体レーザ素子９００の側面に付着する場合がある。それにより、窒化物系半導体層１０と融着層３０とが電気的に短絡され、窒化物系半導体層１０と融着層３０との間で絶縁不良が生じる。その結果、半導体レーザ素子の歩留まりが低下し、製造コストが高くなる。
一方、特許文献２には、ウェットエッチングにより半導体素子の分離を行う製造方法が記載されている。この場合、窒化物系半導体層に衝撃を与えることなく、かつデブリの発生を伴うことなく半導体素子を分離することができる。
そこで、図１０および図１１を用いて説明した青紫色半導体レーザ素子の製造工程において、ウェットエッチングにより青紫色半導体レーザ素子９００を分離することが考えられる。この場合、青紫色半導体レーザ素子９００の製造の際の歩留まりが向上する。
しかしながら、このように製造された青紫色半導体レーザ素子９００であっても、その動作時に、レーザ発振により発生する熱の影響で融着層３０が溶融し、その溶融物が青紫色半導体レーザ素子９００の側面に沿って窒化物系半導体層１０まで回り込む場合がある。この場合、窒化物系半導体層１０と融着層３０との間で絶縁不良が生じる。
本発明の目的は、動作時における絶縁不良の発生が十分に抑制された半導体素子を提供することである。
本発明の他の目的は、歩留まりの向上が実現されるとともに、製造時および動作時における絶縁不良の発生が十分に抑制される半導体素子の製造方法を提供することである。
（１）第１の発明に係る半導体素子は、支持面および一対の第１の側面を有する支持基板と、支持基板の支持面上に設けられるとともに、支持基板の一対の第１の側面よりもそれぞれ内側に位置する一対の第２の側面を有する半導体層と、支持基板の一対の第１の側面と、半導体層の一対の第２の側面との間における支持面の領域を覆うように形成される絶縁層とを備えたものである。
この半導体素子においては、半導体層の一対の第２の側面が、支持基板の一対の第１の側面のそれぞれ内側に位置する。これにより、半導体層の一対の第２の側面と直交する方向において、半導体層の一対の第２の側面と支持基板の一対の第１の側面とがそれぞれ所定の距離離間する。また、支持基板の一対の第１の側面と半導体層の一対の第２の側面との間における支持面の領域を覆うように絶縁層が形成されている。
それにより、半導体素子の動作時の発熱による溶融物が支持基板の一対の第１の側面および半導体層の一対の第２の側面に付着した場合でも、支持基板の側面と半導体層の側面とが溶融物により電気的に短絡されることが防止される。その結果、半導体素子の動作時における絶縁不良の発生が十分に抑制される。
（２）半導体素子は、支持基板と半導体層との間に形成される融着層をさらに備えてもよい。
この場合、半導体素子の動作時の発熱により融着層の一部が溶融し、その溶融物が支持基板の一対の第１の側面および半導体層の一対の第２の側面に付着した場合でも、支持基板の側面と半導体層の側面とが溶融物により電気的に短絡されることが防止される。その結果、半導体素子の動作時における絶縁不良の発生が十分に抑制される。
（３）半導体層は、光を発生する発光層を含んでもよい。
この場合、半導体素子の動作時に発光層の発熱による溶融物が支持基板の一対の第１の側面および半導体層の一対の第２の側面に付着した場合でも、支持基板の側面と半導体層の側面とが溶融物により電気的に短絡されることが防止される。その結果、発光時における絶縁不良の発生が十分に抑制される。
（４）発光層は、レーザ発振を行う共振器を有してもよい。この場合、半導体素子が動作することにより共振器内でレーザ発振が行われ、その共振器端面からレーザ光が出射される。
半導体素子の動作時にレーザ発振により発生する熱による溶融物が支持基板の一対の第１の側面および半導体層の一対の第２の側面に付着した場合でも、支持基板の側面と半導体層の側面とが溶融物により電気的に短絡されることが防止される。その結果、レーザ光の出射時における絶縁不良の発生が十分に抑制される。
（５）支持基板は、一対の第１の側面と交差する一対の第３の側面をさらに有し、半導体層は、一対の第２の側面と交差しかつ一対の第３の側面よりもそれぞれ内側に位置する一対の第４の側面をさらに有し、絶縁層は、支持基板の一対の第３の側面と、半導体層の一対の第４の側面との間における支持面の領域を覆うように形成されてもよい。
この場合、半導体層の一対の第４の側面が、支持基板の一対の第３の側面のそれぞれ内側に位置する。これにより、半導体層の一対の第４の側面と直交する方向において、半導体層の一対の第４の側面と支持基板の一対の第３の側面とがそれぞれ所定の距離離間する。また、支持基板の一対の第３の側面と半導体層の一対の第４の側面との間における支持面の領域を覆うように絶縁層が形成されている。
それにより、半導体素子の動作時の発熱による溶融物が支持基板の一対の第３の側面および半導体層の一対の第４の側面に付着した場合でも、支持基板の側面と半導体層の側面とが溶融物により電気的に短絡されることが防止される。その結果、半導体素子の動作時における絶縁不良の発生がより十分に抑制される。
（６）半導体層は、窒化物系半導体を含んでもよい。この場合、半導体素子の耐熱性が向上する。
（７）第２の発明に係る半導体素子の製造方法は、成長用基板上に半導体層を形成する工程と、半導体層の所定領域上に絶縁層を形成する工程と、成長用基板と、半導体層を支持するための支持基板とを絶縁層を介して貼り合わせる工程と、半導体層から成長用基板を分離する工程と、絶縁層が露出するように半導体層の一部領域を除去することにより半導体層を各々が一対の第２の側面を有する複数の半導体素子構造に分割する工程と、複数の半導体素子構造の間で支持基板を切断することにより支持基板をそれぞれ一対の第１の側面を有する複数の基板部分に分割する工程とを備え、支持基板を分割する工程は、各半導体素子構造の一対の第２の側面が各基板部分の一対の第１の側面よりもそれぞれ内側に位置するとともに絶縁層が各基板部分の一対の第１の側面と各半導体素子構造の一対の第２の側面との間の領域を覆うように支持基板を切断することを含んでもよい。
この半導体素子の製造方法においては、成長用基板上に半導体層が形成され、その半導体層の所定領域上に絶縁層が形成され、成長用基板と支持基板とが絶縁層を介して貼り合わされる。続いて、半導体層から成長用基板が分離され、一部の領域の半導体層が除去される。これにより、絶縁層が露出するとともに、半導体層がそれぞれ一対の第２の側面を有する複数の半導体素子構造に分割される。その後、複数の半導体素子構造の間で支持基板が切断される。これにより、支持基板がそれぞれ一対の第１の側面を有する複数の基板部分に分割される。
このように、複数の半導体素子構造の間で支持基板が切断されるので、支持基板を物理的に切断する場合、切断により半導体素子構造に衝撃が加わることが抑制される。
また、支持基板をレーザスクライブにより切断する場合には、半導体層にレーザ光が照射されないので、半導体層の溶融物または昇華物が半導体素子の側面に付着することが防止される。これにより、基板部分の側面と半導体素子構造の側面とが溶融物により電気的に短絡されることが防止される。その結果、半導体素子の歩留まりが十分に向上する。
支持基板の分割時には、各半導体素子構造の一対の第２の側面が、分割された各基板部分の一対の第１の側面よりもそれぞれ内側に位置するように支持基板が切断される。
この場合、半導体素子構造の一対の第２の側面と直交する方向において、半導体素子構造の一対の第２の側面と基板部分の一対の第１の側面とがそれぞれ所定の距離離間する。また、絶縁層が各基板部分の一対の第１の側面と各半導体素子構造の一対の第２の側面との間の領域を覆うように支持基板が切断される。
それにより、半導体素子の動作時の発熱による溶融物が基板部分の一対の第１の側面および半導体素子構造の一対の第２の側面に付着した場合でも、基板部分の側面と半導体素子構造の側面とが溶融物により電気的に短絡されることが防止される。その結果、半導体素子の動作時における絶縁不良の発生が十分に抑制される。
本発明に係る半導体素子によれば、動作時における絶縁不良の発生が十分に抑制される。
また、本発明に係る半導体素子の製造方法によれば、歩留まりの向上が実現されるとともに、製造時および動作時における絶縁不良の発生が十分に抑制される。
［１］第１の実施の形態
本実施の形態においては、半導体素子の一例として、波長約４００ｎｍのレーザ光を出射する半導体レーザ素子（以下、青紫色半導体レーザ素子と略記する）およびその製造方法を説明する。
（１）半導体レーザ素子の製造方法
図１〜図４は、第１の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子の製造方法を説明するための模式的工程図である。
なお、図１〜図４において、図１（ａ），（ｃ）および図３（ｈ）は基板の上面図であり、図３（ｇ），（ｉ）および図４（ｊ）は素子構造を示す模式的断面図であり、図４（ｋ）は図４（ｊ）の素子構造の上面図である。
本実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子は、主として、Ｇｅ（ゲルマニウム）基板４２と、窒化物系半導体層１０とが貼り合わされた構造を有する。
（１−ａ）窒化物系半導体層
まず、窒化物系半導体層１０の形成について説明する。初めに、図１（ａ）に示すように、円形状を有するＧａＮ（窒化ガリウム）基板５０を用意する。
次に、図１（ｂ）に示すように、用意したＧａＮ基板５０上に剥離層５１を形成し、剥離層５１上に、第１の半導体層１１、活性層１２、および第２の半導体層１３を例えばＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気相成長法）により順に成長させる。これにより、第１の半導体層１１、活性層１２、および第２の半導体層１３が積層された構造を有する窒化物系半導体層１０が形成される。
この窒化物系半導体層１０に、複数のリッジ部Ｒｉをストライプ状に形成する。これにより、図１（ｃ）に示すように、ＧａＮ基板５０上に形成される窒化物系半導体層１０には、複数のリッジ部Ｒｉがストライプ状に形成される。
その後、窒化物系半導体層１０上にオーミック電極１７および電流ブロック層２１を形成する。さらに、オーミック電極１７および電流ブロック層２１上にパッド電極１８を形成する。なお、本実施の形態では、電流ブロック層２１としてＳｉＯ２（酸化ケイ素）膜を形成する。
（１−ｂ）Ｇｅ基板
一方、図２（ｄ）に示すように、Ｇｅ基板４２を用意する。Ｇｅ基板４２は、図１（ａ）のＧａＮ基板５０と同じ直径の円形状を有する。このＧｅ基板４２の一面上にコンタクト電極４１を形成する。さらに、コンタクト電極４１上に、融着層３０を形成する。
（１−ｃ）窒化物系半導体層とＧｅ基板との貼り合わせ
次に、図２（ｅ）に示すように、図１（ｂ）の窒化物系半導体層１０と図２（ｄ）のＧｅ基板４２とを熱圧着により貼り合わせる。
熱圧着に用いられる融着層３０には、Ａｕ（金）およびＳｎ（すず）からなるはんだ、ＡｕおよびＧｅからなるはんだ、またはＡｇ（銀）からなる導電性ペースト等を用いることができる。
（１−ｄ）ＧａＮ基板の分離
次に、図２（ｆ）に示すように、窒化物系半導体層１０とＧｅ基板４２とが貼り合わされた積層体に、ＧａＮ基板５０側からレーザ光ＬＡを照射する。これにより、ＧａＮ基板５０の一面に形成された剥離層５１がレーザアブレーションにより分解され、窒化物系半導体層１０からＧａＮ基板５０が分離される（図２（ｆ）点線矢印参照）。
（１−ｅ）電極の形成
ＧａＮ基板５０の分離後、図３（ｇ）に示すように、窒化物系半導体層１０の一面上に、電極１９および絶縁層２２を所定のパターンで形成する。なお、本実施の形態においては、絶縁層２２としてＳｉＯ２膜を形成する。
（１−ｆ）裏面電極
また、窒化物系半導体層１０が形成されていない側のＧｅ基板４２の露出する他面上に裏面電極４３を形成する。
（１−ｇ）素子の分離
続いて、図３（ｈ）に示すように、レーザスクライブまたはダイヤモンドポイントスクライブにより、リッジ部Ｒｉに直交するスクライブラインＳＳに沿って複数のスクライブ傷を形成する。そして、スクライブ傷に沿ってＧｅ基板４２をへき開により棒状に分離する。
ここで、リッジ部Ｒｉとその両側の一定幅の部分とを含む領域を素子領域と呼ぶ。また、隣接する素子領域間にリッジ部Ｒｉに平行な一定幅の領域（以下、素子間領域と呼ぶ。）を設定する。
その後、図３（ｉ）に示すように、棒状に分離されたＧｅ基板４２上の窒化物系半導体層１０をパターニングする。具体的には、窒化物系半導体層１０上に形成された電極１９および絶縁層２２上にレジストを塗布し、素子間領域のレジストを除去する。それにより、素子間領域の絶縁層２２が露出する。そして、ＢＨＦ（バッファードフッ酸）を用いて絶縁層２２の露出部分を除去する。
さらに、Ｃｌ２（塩素）系ガスの雰囲気中でＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を行うことにより、素子間領域の窒化物系半導体層１０を除去する。これにより、素子間領域で電流ブロック層２１の一面が露出する。このようにして、複数の半導体素子構造１０Ｕが作製される。
次に、図４（ｊ），（ｋ）に示すように、レーザスクライブまたはダイヤモンドポイントスクライブにより、素子間領域の中央部のスクライブラインＳＬに沿って電流ブロック層２１の露出面からＧｅ基板４２に達する複数のスクライブ傷を形成する（太線矢印参照）。そして、Ｇｅ基板４２をへき開装置を用いてスクライブ傷に沿ってへき開する。このようにして、複数の基板部分４２Ｕが作製される。これにより、Ｇｅ基板４２を半導体素子構造１０Ｕおよび基板部分４２Ｕからなる素子単位で分離する。
（２）半導体レーザ素子の構造
図５（ａ），（ｂ）は、第１の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子を示す模式的断面図および上面図である。この青紫色半導体レーザ素子１００においては、電極１９と裏面電極４３との間に電圧が印加されることにより、活性層１２におけるリッジ部Ｒｉの上方の領域（発光点）ＬＳから波長約４００ｎｍのレーザ光が出射される。
上述のように、本実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子１００の製造時には、スクライブラインＳＬに沿って素子の分離を行う前に、素子間領域の窒化物系半導体層１０が除去される。
これにより、この青紫色半導体レーザ素子１００においては、図５（ａ），（ｂ）に示すように、窒化物系半導体層１０の大きさと、Ｇｅ基板４２の大きさとが異なる。具体的には、Ｇｅ基板４２に平行でかつ窒化物系半導体層１０のリッジ部Ｒｉに直交する方向において、窒化物系半導体層１０の幅Ｗ１がＧｅ基板４２の幅Ｗ２よりも小さく形成されている。
そのため、窒化物系半導体層１０の両側方における電流ブロック層２１の上面、および窒化物系半導体層１０上の絶縁層２２の上面からなる段差が形成されている。
本実施の形態において、リッジ部Ｒｉに直交する方向において、窒化物系半導体層１０の側面と融着層３０の側面との間の距離Ｄは、約５μｍ以上約５０μｍ以下に設定することが好ましい。
（３）第１の実施の形態における効果
（３−ａ）
本実施の形態では、リッジ部Ｒｉに平行なスクライブ傷の形成前に、素子間領域の窒化物系半導体層１０が除去される。これにより、スクライブ傷の形成時に窒化物系半導体層１０をスクライブにより分離する必要がなくなる。
そのため、スクライブラインＳＬに沿ってダイヤモンドポイントスクライブを行う場合、窒化物系半導体層１０に衝撃が加わることが防止される。それにより、窒化物系半導体層１０の損傷が抑制される。その結果、青紫色半導体レーザ素子１００の歩留まりが向上する。
また、スクライブラインＳＬに沿ってレーザスクライブを行う場合、窒化物系半導体層１０にレーザ光が照射されないので、窒化物系半導体層１０の溶融物または昇華物がデブリとして青紫色半導体レーザ素子１００の側面に付着することが防止される。
これにより、デブリの付着により、窒化物系半導体層１０と融着層３０との電気的な短絡が発生することが抑制される。その結果、製造時における絶縁不良の発生が十分に抑制されるとともに、青紫色半導体レーザ素子１００の歩留まりが向上する。
（３−ｂ）
本実施の形態では、リッジ部Ｒｉに直交する方向において、窒化物系半導体層１０の露出する側面と融着層３０の露出する側面とが距離Ｄ離間する。
それにより、青紫色半導体レーザ素子１００の動作時に、レーザ発振により発生する熱の影響で融着層３０の一部が溶融した場合でも、その溶融物が青紫色半導体レーザ素子１００の側面に沿って窒化物系半導体層１０まで回り込むことが十分に抑制される。その結果、動作時における絶縁不良の発生が十分に抑制される。
（４）各構成要素の具体例および変形例
（４−ａ）
本実施の形態では、窒化物系半導体層１０を成長させるための窒化物系半導体基板としてＧａＮ基板５０を用いているが、窒化物系半導体基板の代わりに、α−ＳｉＣ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板、ＩｎＰ基板、Ｓｉ基板、サファイア基板、スピネル基板、またはＬｉＡｌＯ３基板等の異種基板を用いてもよい。なお、結晶性に優れたＡｌＧａＩｎＮ系の半導体層を得るためには、窒化物系半導体基板を用いることが好ましい。
（４−ｂ）
剥離層５１の材料としては、窒化物系半導体層１０と比較して低い融点または沸点を有する材料を用いてもよいし、窒化物系半導体層１０と比較して分解しやすい材料を用いてもよい。また、窒化物系半導体層１０と比較して溶解しやすい材料を用いてもよいし、窒化物系半導体層１０と比較して反応しやすい材料を用いてもよい。
（４−ｃ）
活性層１２は、単層構造を有してもよいし、ＳＱＷ（単一量子井戸）構造またはＭＱＷ（多重量子井戸）構造を有してもよい。
（４−ｄ）
第１の半導体層１１は、活性層１２のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する第１クラッド層を含む。
第１の半導体層１１において、第１クラッド層と活性層１２との間には、活性層１２のバンドギャップエネルギーよりも大きく、第１クラッド層のバンドギャップエネルギーよりも小さいバンドギャップエネルギーを有する光ガイド層が形成されてもよい。さらに、第１の半導体層１１において、第１クラッド層と剥離層５１との間にはバッファ層が形成されてもよい。
（４−ｅ）
第２の半導体層１３は、活性層１２のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する第２クラッド層を含む。
第２の半導体層１３において、第２クラッド層と活性層１２との間には、活性層１２のバンドギャップエネルギーよりも大きく、第２クラッド層のバンドギャップエネルギーよりも小さいバンドギャップエネルギーを有する光ガイド層が形成されてもよい。
さらに、第２の半導体層１３において、電極１９と第２クラッド層との間には、コンタクト層が形成されてもよい。コンタクト層のバンドギャップエネルギーは、第２クラッド層のバンドギャップエネルギーよりも小さいことが好ましい。
（４−ｆ）
窒化物系半導体層１０には、Ｇａ（ガリウム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｉｎ（インジウム）、Ｔｌ（タリウム）およびＢ（ホウ素）のうち少なくとも一つを含む１３族元素の窒化物を用いることができる。具体的には、窒化物系半導体層１０として、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＢＮ、ＴｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮまたはこれらの混晶からなる窒化物系半導体を用いることができる。あるいは、窒化物系半導体層１０の代わりにＡｌＧａＡｓ系、ＧａＩｎＡｓ系、ＡｌＧａＩｎＰ系、ＡｌＧａＩｎＮＡｓ系、ＡｌＧａＳｂ系、ＡｌＧａＩｎＡｓＰ系、ＭｇＺｎＳＳｅ系、またはＺｎＯ系の半導体層を用いてもよい。
（４−ｇ）
本実施の形態では、窒化物系半導体層１０のための支持基板として導電性を有するＧｅ基板４２を用いたが、支持基板は導電性を有してもよいし、絶縁性を有してもよい。
導電性を有する支持基板としては、例えばＣｕ−Ｗ基板、Ａｌ基板またはＦｅ−Ｎｉ基板等の金属基板を用いることができる。また、単結晶のＳｉ、ＳｉＣ、ＧａＡｓまたはＺｎＯ等の半導体基板を用いることができる。さらに、多結晶のＡｌＮ基板を用いることもできる。この他、金属材料等の導電性材料の微粒子を分散させた導電性樹脂フィルムを用いてもよいし、金属と金属酸化物との複合材料を用いてもよい。また、金属を含浸した黒鉛粒子焼結体により構成される炭素と金属との複合材料を用いてもよい。
（４−ｈ）
電流ブロック層２１の材料として、Ｓｉ３Ｎ４（窒化ケイ素）等の他の絶縁材料を用いてもよい。絶縁層２２の材料として、Ｓｉ３Ｎ４等の他の絶縁材料を用いてもよい。
［２］第２の実施の形態
本実施の形態においては、半導体素子の一例として、波長約４００ｎｍの光を出射する発光ダイオード（以下、青紫色ＬＥＤと略記する）を説明する。
（１）半導体素子の製造方法
本実施の形態に係る青紫色ＬＥＤの製造方法について、第１の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子１００の製造方法と異なる点を説明する。図６〜図８は、第２の実施の形態に係る青紫色ＬＥＤの製造方法を説明するための模式的工程図である。
なお、図６〜図８において、図６（ａ），（ｃ）は基板の模式的断面図であり、図６（ｂ）は基板の上面図であり、図７（ｅ）および図８（ｇ）は基板の拡大上面図であり、図７（ｆ）および図８（ｈ）は素子構造の模式的断面図である。
本実施の形態に係る青紫色ＬＥＤも、第１の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子１００と同様に、主として、Ｇｅ基板４２と、窒化物系半導体層１０とが貼り合わされた構造を有する。
（１−ａ）窒化物系半導体層
まず、第１の実施の形態と同様に、ＧａＮ基板５０を用意し、用意したＧａＮ基板５０上に剥離層５１、第１の半導体層１１、活性層１２、および第２の半導体層１３を例えばＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気相成長法）により順に成長させる。
そして、図６（ａ），（ｂ）に示すように、ＧａＮ基板５０上の窒化物系半導体層１０に矩形の突出部Ｊを複数個形成し、各突出部Ｊの上面を除いて窒化物系半導体層１０の上面および突出部Ｊの側面に絶縁層２３を形成する。図６（ｂ）に示すように、窒化物系半導体層１０の矩形の突出部Ｊは、ＧａＮ基板５０のほぼ全域に渡って配置される。なお、本実施の形態では、絶縁層２３としてＳｉＯ２膜を形成する。
（１−ｂ）窒化物系半導体層とＧｅ基板との貼り合わせ
一方、第１の実施の形態と同様に、Ｇｅ基板４２を用意し、そのＧｅ基板４２の一面上にコンタクト電極４１を形成する。さらに、コンタクト電極４１上に、融着層３０を形成する。
そして、図６（ｃ）に示すように、図６（ａ）の窒化物系半導体層１０とＧｅ基板４２とを熱圧着により貼り合わせる。
（１−ｃ）ＧａＮ基板の分離および電極の形成
その後、図７（ｄ）に示すように、レーザ光を剥離層５１に照射することにより窒化物系半導体層１０からＧａＮ基板５０を分離し、窒化物系半導体層１０の一面上に、透光性の電極１９および絶縁層２２を所定のパターンで形成する。
（１−ｄ）裏面電極
また、窒化物系半導体層１０が形成されていない側のＧｅ基板４２の露出する他面上に裏面電極４３を形成する。
（１−ｅ）素子の分離
ここで、矩形の突出部Ｊとその周囲の一定幅の部分とを含む領域を素子領域と呼ぶ。素子領域は、各突出部Ｊの上方の電極１９と、その周囲の一定幅の絶縁層２２の部分とを含む。また、複数の素子領域の間に一定幅を有する格子状の領域（以下、素子間領域と呼ぶ）を設定する。
続いて、図７（ｅ）に示すように、窒化物系半導体層１０の突出部Ｊ（図７の点線部分）を含む素子領域上にレジストＲＥを形成する。
そして、図７（ｆ）に示すように、素子間領域で露出した絶縁層２２の部分をＢＨＦにより除去し、Ｃｌ２系ガスの雰囲気中でＲＩＥを行うことにより素子間領域の窒化物系半導体層１０を除去し、レジストＲＥを除去する。それにより、素子間領域の絶縁層２２で絶縁層２３が露出する。このようにして、複数の半導体素子構造１０Ｕが作製される。
その後、図８（ｇ），（ｈ）の一点鎖線で示すように、素子間領域の中央部にレーザスクライブまたはダイヤモンドポイントスクライブにより絶縁層２３の露出面からＧｅ基板４２に達するスクライブ傷を形成する。その後、Ｇｅ基板４２をへき開装置を用いてスクライブ傷に沿ってへき開する。このようにして、複数の基板部分４２Ｕが作製される。これにより、Ｇｅ基板４２を半導体素子構造１０Ｕおよび基板部分４２Ｕからなる素子単位で分離する。
（２）青紫色ＬＥＤの構造
図９は、第２の実施の形態に係る青紫色ＬＥＤを示す模式的断面図および上面図である。この青紫色ＬＥＤ２００においては、電極１９と裏面電極４３との間に電圧が印加されることにより、活性層１２から波長約４００ｎｍの光が放射状に出射される。
この青紫色ＬＥＤ２００においては、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、窒化物系半導体層１０の大きさが、Ｇｅ基板４２の大きさよりも小さい。また、窒化物系半導体層１０は、Ｇｅ基板４２の中央部に位置する。
これにより、窒化物系半導体層１０の周囲における絶縁層２３の上面、および窒化物系半導体層１０上の絶縁層２２の上面からなる段差が形成されている。
本実施の形態において、窒化物系半導体層１０の側面と融着層３０の側面との間の距離Ｄは、約５μｍ以上約５０μｍ以下に設定することが好ましい。
（３）第２の実施の形態における効果
（３−ａ）
本実施の形態においては、スクライブ傷の形成前に、素子領域の窒化物系半導体層１０が全て除去される。これにより、スクライブ傷の形成時に窒化物系半導体層１０をスクライブにより分離する必要がなくなる。
そのため、スクライブラインに沿ってダイヤモンドポイントスクライブを行う場合、窒化物系半導体層１０に衝撃が加わることが防止される。それにより、窒化物系半導体層１０の損傷が防止される。その結果、青紫色半導体レーザ素子１００の歩留まりが確実に向上する。
また、スクライブラインに沿ってレーザスクライブを行う場合、窒化物系半導体層１０にレーザ光が照射されないので、窒化物系半導体層１０の溶融物または昇華物がデブリとして青紫色半導体レーザ素子１００の側面に付着することが防止される。
これにより、デブリの付着により窒化物系半導体層１０と融着層３０との電気的な短絡が発生することが抑制される。その結果、製造時における絶縁不良の発生がより十分に抑制されるとともに、青紫色半導体レーザ素子１００の歩留まりが十分に向上する。
（３−ｂ）
本実施の形態では、窒化物系半導体層１０の側面（外周面）がＧｅ基板４２の側面（外周面）の内側に位置する。これにより、窒化物系半導体層１０の側面と融着層３０の露出する側面とが距離Ｄ離間する。
それにより、青紫色ＬＥＤ２００の動作時に、熱の影響で融着層３０の一部が溶融した場合でも、その溶融物が青紫色ＬＥＤ２００の側面に沿って窒化物系半導体層１０まで回り込むことが十分に抑制される。その結果、動作時における絶縁不良の発生がより十分に抑制される。
（４）各構成要素の具体例および変形例
本実施の形態に係る青紫色ＬＥＤ２００の各構成要素にも、第１の実施の形態において説明した具体例および変形例を適用することができる。
なお、青紫色ＬＥＤ２００において、窒化物系半導体層１０の第１の半導体層１１および第２の半導体層１３には、光ガイド層は形成されなくてもよい。
［３］素子の製造試験
（１）実施例
本発明者は、第１または第２の実施の形態に示す半導体素子の製造方法により、以下に示す実施例１〜３の半導体素子を作製し、作製された半導体素子を動作させることにより、歩留まりの確認を行った。
（１−ａ）実施例１
本発明者は、実施例１の半導体素子として、第１の実施の形態で説明した製造方法により、図５の青紫色半導体レーザ素子１００を作製した。実施例１の青紫色半導体レーザ素子１００の製造時には、ダイヤモンドポイントスクライブによりＧｅ基板４２にスクライブ傷を形成した。
作製した２０個の青紫色半導体レーザ素子１００をそれぞれ動作させた。この場合、２０個の青紫色半導体レーザ素子１００のうち、１６個の青紫色半導体レーザ素子１００が発光した。歩留まりは８０％であった。
（１−ｂ）実施例２
本発明者は、実施例２の半導体素子として、第１の実施の形態で説明した製造方法により、図５の青紫色半導体レーザ素子１００を作製した。実施例２の青紫色半導体レーザ素子１００の製造時には、レーザスクライブによりＧｅ基板４２にスクライブ傷を形成した。
作製した３０個の青紫色半導体レーザ素子１００をそれぞれ動作させた。この場合、３０個の青紫色半導体レーザ素子１００のうち、２６個の青紫色半導体レーザ素子１００が発光した。歩留まりは８７％であった。
（１−ｃ）実施例３
本発明者は、実施例３の半導体素子として、第２の実施の形態で説明した製造方法により、図９の青紫色ＬＥＤ２００を作製した。実施例３の青紫色ＬＥＤ２００の製造時には、レーザスクライブによりＧｅ基板４２にスクライブ傷を形成した。
作製した４３個の青紫色ＬＥＤ２００をそれぞれ動作させた。この場合、４３個の青紫色ＬＥＤ２００のうち、３８個の青紫色ＬＥＤ２００が発光した。歩留まりは８８％であった。
（２）比較例
本発明者は、以下に示す方法で比較例１〜３の半導体素子を作製し、作製した半導体素子を動作させることにより、歩留まりの確認を行った。
（２−ａ）比較例１
本発明者は、比較例１の半導体素子として、Ｇｅ基板４２へのスクライブ傷の形成前に素子領域の窒化物系半導体層１０を除去しない以外は、実施例１の青紫色半導体レーザ素子１００と同じ製造方法により、比較例１の青紫色半導体レーザ素子を作製した。
作製した１６個の青紫色半導体レーザ素子をそれぞれ動作させた。この場合、１６個の青紫色半導体レーザ素子のうち、１０個の青紫色半導体レーザ素子が発光した。歩留まりは６３％であった。
（２−ｂ）比較例２
本発明者は、比較例２の半導体素子として、Ｇｅ基板４２へのスクライブ傷の形成前に素子領域の窒化物系半導体層１０を除去しない以外は、実施例２の青紫色半導体レーザ素子１００と同じ製造方法により、比較例２の青紫色半導体レーザ素子を作製した。
作製した２０個の青紫色半導体レーザ素子をそれぞれ動作させた。この場合、２０個の青紫色半導体レーザ素子１００のうち、１２個の青紫色半導体レーザ素子が発光した。歩留まりは６０％であった。
（２−ｃ）比較例３
本発明者は、比較例３の半導体素子として、Ｇｅ基板４２へのスクライブ傷の形成前に素子領域間の窒化物系半導体層１０を除去しない以外は、実施例３の青紫色ＬＥＤ２００と同じ製造方法により、比較例３の青紫色ＬＥＤを作製した。
作製した２６個の青紫色ＬＥＤをそれぞれ動作させた。この場合、２６個の青紫色ＬＥＤのうち、１３個の青紫色ＬＥＤが発光した。歩留まりは５０％であった。
（３）評価
（３−ａ）
実施例１と比較例１とを比較すると、実施例１の青紫色半導体レーザ素子１００の歩留まりは、比較例１の青紫色半導体レーザ素子の歩留まりよりも高い。これにより、スクライブ傷の形成前に予め素子領域間の窒化物系半導体層１０を除去することにより、半導体素子の歩留まりが向上することが明らかとなった。
（３−ｂ）
実施例２と比較例２とを比較すると、実施例２の青紫色半導体レーザ素子１００の歩留まりは、比較例２の青紫色半導体レーザ素子の歩留まりよりも高い。これにより、スクライブ傷の形成前に予め素子領域間の窒化物系半導体層１０を除去することにより、半導体素子の歩留まりが向上することが明らかとなった。
比較例２の青紫色半導体レーザ素子の歩留まりが実施例２の青紫色半導体レーザ素子１００の歩留まりに比べて低いのは、レーザスクライブにより発生するデブリが、青紫色半導体レーザ素子の側面で窒化物系半導体層１０から融着層３０に渡って付着し、窒化物系半導体層１０と融着層３０との間で絶縁不良が生じたためであると考えられる。
（３−ｃ）
実施例３と比較例３とを比較すると、実施例３の青紫色ＬＥＤ２００の歩留まりは、比較例３の青紫色ＬＥＤの歩留まりよりも高い。これにより、スクライブ傷の形成前に予め素子領域間の窒化物系半導体層１０を除去することにより、半導体素子の歩留まりが向上することが明らかとなった。
比較例３の青紫色ＬＥＤの歩留まりが比較例３の青紫色ＬＥＤ２００の歩留まりに比べて低いのは、レーザスクライブにより発生するデブリが、青紫色ＬＥＤの側面で窒化物系半導体層１０から融着層３０に渡って付着し、窒化物系半導体層１０と融着層３０との間で絶縁不良が生じたためであると考えられる。
（３−ｄ）
実施例１と実施例２とを比較すると、実施例２の青紫色半導体レーザ素子１００の歩留まりは、実施例１の青紫色半導体レーザ素子１００の歩留まりよりも高い。これは、レーザスクライブを行う際に窒化物系半導体層１０に与えられる衝撃が、ダイヤモンドポイントスクライブを行う際に窒化物系半導体層１０に与えられる衝撃よりも小さいためであると考えられる。
[４] 他の実施の形態
本発明は、半導体レーザ素子およびＬＥＤに限らず、トランジスタ、ダイオード、受光素子等の種々の半導体素子に適用することができる。
[５] 請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
上記各実施の形態においては、Ｇｅ基板４２の窒化物系半導体層１０が貼り合わされる側の面が支持面の例であり、基板部分４２Ｕの対向する一対の側面が一対の第１および第３の側面の例であり、Ｇｅ基板４２が支持基板の例であり、窒化物系半導体層１０が半導体層の例であり、半導体素子構造１０Ｕの対向する一対の側面が一対の第２および第４の側面の例であり、電流ブロック層２１および絶縁層２３が絶縁層の例であり、活性層１２が発光層の例であり、図４および図５の半導体素子構造１０Ｕが共振器の例であり、ＧａＮ基板５０が成長用基板の例である。
請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。
本発明に係る半導体素子およびその製造方法は、光ピックアップ装置、表示装置、光源等ならびにそれらの製造に有効に利用できる。
第１の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子の製造方法を説明するための模式的工程図である。 第１の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子の製造方法を説明するための模式的工程図である。 第１の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子の製造方法を説明するための模式的工程図である。 第１の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子の製造方法を説明するための模式的工程図である。 第１の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子を示す模式的断面図および上面図である。 第２の実施の形態に係る青紫色ＬＥＤの製造方法を説明するための模式的工程図である。 第２の実施の形態に係る青紫色ＬＥＤの製造方法を説明するための模式的工程図である。 第２の実施の形態に係る青紫色ＬＥＤの製造方法を説明するための模式的工程図である。 第２の実施の形態に係る青紫色ＬＥＤを示す模式的断面図および上面図である。 従来の青紫色半導体レーザ素子の製造工程の一例を示す模式的断面図である。 従来の青紫色半導体レーザ素子の製造工程の一例を示す模式的断面図である。
符号の説明
４２ Ｇｅ基板
１０ 窒化物系半導体層
４２Ｕ 基板部分
４２ Ｇｅ基板
２１ 電流ブロック層
２３ 絶縁層
３０ 融着層
１２ 活性層
５０ ＧａＮ基板
１００ 青紫色半導体レーザ素子
２００ 青紫色ＬＥＤ

Claims (7)

  1. 支持面および一対の第１の側面を有する支持基板と、
    前記支持基板の前記支持面上に設けられるとともに、前記支持基板の前記一対の第１の側面よりもそれぞれ内側に位置する一対の第２の側面を有する半導体層と、
    前記支持基板の前記一対の第１の側面と、前記半導体層の前記一対の第２の側面との間における前記支持面の領域を覆うように形成される絶縁層とを備えたことを特徴とする半導体素子。
  2. 前記支持基板と前記半導体層との間に形成される融着層をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の半導体素子。
  3. 前記半導体層は、光を発生する発光層を含むことを特徴とする請求項１または２記載の半導体素子。
  4. 前記発光層は、レーザ発振を行う共振器を有することを特徴とする請求項３記載の半導体素子。
  5. 前記支持基板は、前記一対の第１の側面と交差する一対の第３の側面をさらに有し、
    前記半導体層は、前記一対の第２の側面と交差しかつ前記支持基板の前記一対の第３の側面よりもそれぞれ内側に位置する一対の第４の側面をさらに有し、
    前記絶縁層は、前記支持基板の前記一対の第３の側面と前記半導体層の一対の第４の側面との間における前記支持面の領域を覆うように形成されたことを特徴とする請求項３記載の半導体素子。
  6. 前記半導体層は、窒化物系半導体を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の半導体素子。
  7. 成長用基板上に半導体層を形成する工程と、
    前記半導体層の所定領域上に絶縁層を形成する工程と、
    前記成長用基板と、前記半導体層を支持するための支持基板とを前記絶縁層を介して貼り合わせる工程と、
    前記半導体層から前記成長用基板を分離する工程と、
    前記絶縁層が露出するように前記半導体層の一部領域を除去することにより前記半導体層を各々が一対の第２の側面を有する複数の半導体素子構造に分割する工程と、
    前記複数の半導体素子構造の間で前記支持基板を切断することにより前記支持基板をそれぞれ一対の第１の側面を有する複数の基板部分に分割する工程とを備え、
    前記支持基板を分割する工程は、各半導体素子構造の前記一対の第２の側面が各基板部分の前記一対の第１の側面よりもそれぞれ内側に位置するとともに前記絶縁層が各基板部分の前記一対の第１の側面と各半導体素子構造の前記一対の第２の側面との間の領域を覆うように前記支持基板を切断することを含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
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