JP2017038066A - 機能素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】六方晶基板を用いた機能素子およびそれを制御良く分割する製造方法を提供する。
【解決手段】窒化物半導体発光ダイオード素子１は、［１１−２０］方向に平行な２つの辺Ｓ１およびＳ２と、［１−１００］方向に平行な２つの辺Ｔ１およびＴ２とを備える。辺Ｓ１、Ｓ２、Ｔ１、Ｔ２は、複数の改質部３４、３６をそれぞれ切断のきっかけ（分割容易部）として分割されており、辺Ｓ１、Ｓ２を構成する２つの分割面４４ａ、４４ｂは、改質部３４から［０００１］方向に対して［１−１００］方向とは反対方向に向かって５度以上１０度以下で傾斜している。
【選択図】図２

Description

本発明は、六方晶基板を用いた機能素子およびその製造方法に関し、特に、六方晶基板上に半導体層を積層したエピウエハを分割して得られる発光素子，電界効果トランジスタおよびそれらの製造方法に関する。

一般に、サファイア基板などの六方晶（下記注参照）の基板上に化合物半導体層を積層させて形成され、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）やＨＥＭＴ（Ｈｅｔｅｒｏ−ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの様々なデバイスとして機能するいわゆる機能素子が知られている。

たとえば、ｎ型の化合物半導体層とｐ型の化合物半導体層とを活性層を介して接合した半導体発光素子に電圧を加えることにより、ｎ型の化合物半導体層に含まれる電子と、ｐ型の化合物半導体層中に含まれる正孔とを再結合させることによる発光を利用した半導体発光素子が従来から知られている。

このような半導体発光素子としては、たとえば青色発光ダイオード素子が市販されており、これらの青色発光ダイオード素子は電子と正孔とが効率良く再結合する直接遷移型半導体を利用しているため、発光する効率が非常に高い。このため、現在では家電製品のディスプレイ用途や、道路の信号機の表示および照明用途などに利用されている。

たとえば上述のディスプレイや照明用途に用いられている白色発光ダイオード装置は、青色発光ダイオード素子と、黄色の領域に蛍光波長を有するＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）などの蛍光体とを組み合わせて作製されている。

ここで、青色発光ダイオード素子は、窒化物半導体層の積層構造を形成した機能素子が用いられている。青色発光ダイオード素子として、一般的に実用化されている窒化物半導体層の積層構造を形成した機能素子は、サファイア基板上に、ｎ型ＧａＮ層、活性層およびｐ型ＧａＮ層を順に積層した構造である。なお、サファイア基板は絶縁体であるため、ｐ型ＧａＮ層から少なくともｎ型ＧａＮ層に達するまでエッチングを行ない、ｎ型ＧａＮ層とオーミック接続するｎ型用電極がｎ型ＧａＮ層の露出面上に設けられる。

サファイア基板のような六方晶の基板を用いて形成した素子を個々のチップ構造に分割する場合、分割溝の中央で垂直に割る事が難しいため、分割溝のマージンを多く取ることがある。

たとえば、特許文献１では、基板の主面上に窒化ガリウム系化合物半導体を積層したウエハ（基板）から窒化ガリウム系化合物半導体チップを製造する半導体チップ製造方法において、分割溝が斜めに形成されることをあらかじめ見込んで、ウエハの上下における加工位置をずらして割る方法等が開示されている。

特許文献２には、スクライブ法やステルスダイシング法を用いて立方晶系であるＧａＡｓウエハを切断する際に、その切断面の傾きを制御し、目的の切断形状を得るためのウェハの切断方法、およびその方法を用いて得られる形状的に特徴のある発光素子アレイチップが開示されている。

特許文献３には、「六方晶基板結晶」とされるサファイア基板の分割方法が開示されている。

特許文献４及び５には、サファイア基板を分割するため、パルスレーザを照射する方法が開示されている。

なお、本発明における「六方晶」とは、三方晶コランダム構造を含むものと定義する。

サファイアの結晶系は、各種文献において三方晶コランダム構造あるいは六方晶などと記載されており、非特許文献１では図で結晶構造を「六方晶的に描いてあるが、この結晶は菱面体晶にも描け、結晶構造は、対称性にまさる後者で記述される。」という記載も見られる（菱面体晶とは三方晶系のこと）。

本発明においては、コランダム（不純物を含まないサファイア）あるいはα-Ａｌ_２Ｏ_３の結晶系を含む結晶基板を意図しており、その基本的な性質として、ｃ軸と呼ばれる結晶軸と、ｃ軸に垂直な平面に対し互いに１２０度の角度で交わるａ１軸、ａ２軸、ａ３軸の３方向の結晶軸を有し、六方晶として記述可能な結晶であることを想定している。サファイアはこの結晶軸系を用いて表記することができ、上記特許文献１では「六方晶」と記載されている。そこで、本発明の「六方晶系結晶」という用語は、サファイアを含むものとする。

一方、後述するＧａＮ、ＳｉＣは、一般に六方晶系をとる（特殊な製造方法により立方晶系をとる結晶が得られる場合もある）ため、これらも本発明の六方晶に含むものとする。

以下、これらの結晶において、ｃ軸方向を［０００１］、ａ１軸方向を［２−１−１０］、ａ２軸方向を［−１２−１０］、ａ３軸方向を［−１−１２０］と表記する。なお、“−１”との表記は、図面中で１の上にバーを記載するところを便宜上“−１”と表記しているものである。

特開２００５−１９１５５１号公報 特開２００４−２６００８３号公報 特開２００５−３３２８９２号公報 特開２００６−２４５０４３号公報 特開２００８−０９８４６５号公報

ウィキペディア ｈｔｔｐ：／／ｊａ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／コランダム （平成２２年１月１９日）

これまでの機能素子では、単にチップ分割用加工位置をずらして割る方法を用いているため、サファイア基板の割れる方向を制御することが困難であり、チップ形状に分割され形成された機能素子は、分割後の外観検査工程で不良となるものが多く、分割歩留が悪かった。

本発明は、六方晶基板を用いた機能素子およびそれを制御良く分割する製造方法を提供することを目的とする。

本発明の機能素子は、六方晶系の基板表面上に半導体層を積層して形成された機能素子であって、機能素子は、上面形状において少なくとも対向する２つの辺をなす境界を有し、境界からＸ_ｓμｍだけ位置ずれした基板表面位置からＹ_ｄμｍ（ただしＹ_ｄ＝Ｘ_ｓ・ＴＡＮ（θ）、θ≠０）の位置に分割容易部が形成されており、分割容易部を含み少なくとも一部が傾斜した分割面を備え、機能素子の上面における対向する２つの辺に沿った素子分離部の幅が同程度であることを特徴とする。

また、本発明の機能素子は、窒化物系化合物半導体層積層面側が［０００１］方向のｃ面である六方晶構造の基板を分割して得られる上面形状が四辺形の機能素子であって、基板を分割することにより露出した基板側面のうち少なくとも一面が、（１−１００）面または（０１−１０）面または（−１０１０）面であり、基板側面は、［０００１］方向のｃ面側からみて、各々、［−１１００］方向または［０−１１０］方向または［１０−１０］方向に傾斜して形成されていることを特徴とする。

また、本発明の機能素子は、対向する［１１−２０］方向の辺は前記長方形の短辺であることを特徴とする。

また、本発明の機能素子は、基板は、サファイア，窒化ガリウム、炭化ケイ素の中から選択された基板であることを特徴とする。

また、本発明の機能素子は、基板の表面は、ｃ軸に対して０．２度以上５度以下傾斜した面であることを特徴とする。

また、本発明の機能素子は、機能素子は素子分離部を有し、分割容易部は素子分離部内又はその下方にある事を特徴とする。

本発明の機能素子の製造方法は、六方晶系の基板上に作成された複数の機能素子を、個別の機能素子に分割する方法であって、素子の上面形状における少なくとも１つの辺となる境界からＸ_ｓμｍだけ位置ずれした基板表面から下方にＹ_ｄμｍ（ただしＹ_ｄ＝Ｘ_ｓ・ＴＡＮ（θ）、θ≠０）の位置に分割容易部を形成する工程と、分割容易部を含み少なくとも一部が傾斜した分割面によって複数の機能素子を分割する工程を含むことを特徴とする。

また、本発明の機能素子の製造方法は、表面がｃ面の六方晶系の基板上に作成された複数の機能素子を、上面形状が四辺形の個別の機能素子に分割する方法であって、四辺形の辺の一つは［１１−２０］方向またはそれと等価な方向の辺からなり、複数の機能素子の［１１−２０］方向またはそれと等価な辺となる境界から［１−１００］方向またはそれと等価な方向にＸ_ｓμｍだけ位置ずれした基板表面から下方にＹ_ｄμｍ（ただしＹ_ｄ＝Ｘ_ｓ・ＴＡＮ（θ）、θ≠０）の位置に複数の分割容易部を形成する工程と、分割容易部を含み、少なくとも一部が傾斜した分割面によって前記複数の機能素子を分割する工程とを含み、θが５度以上１０度以下であることを特徴とする。

また、本発明の機能素子の製造方法は、分割容易部は、素子分離部内又はその直下に配置されていることを特徴とする。

また、本発明の機能素子の製造方法は、分割容易部は、レーザ加工により形成されることを特徴とする。

また、本発明の機能素子の製造方法は、分割容易部は、基板の上下方向に少なくとも２段階に形成されることを特徴とする。

また、本発明の機能素子の製造方法は、分割容易部は、基板の裏面を機械的に加工することにより形成されることを特徴とする。

また、本発明の機能素子の製造方法は、基板の下面が凸状になるように力を加えることにより、基板を分割することを特徴とする。

本発明によれば、六方晶基板上に形成する機能素子およびその製造において、素子分割の精度が向上するため、歩留が向上するとともに、境界領域を狭くすることによりチップ取れ数が向上する。

本発明における六方晶構造の各々の軸方向を規定する定義を示す図である。 （ａ）は本発明の実施例１に記載の機能素子の上面図、（ｂ）および（ｂ‘）は正面図、（ｃ）は側面図である。 本発明の実施例１に記載の機能素子のチップ分割する前の基板状態での上面図である。 本発明の実施例１に記載の機能素子の透光性電極形成後の断面図である。 （ａ）は本発明の実施例１に記載の機能素子のｐ側・ｎ側電極形成工程後の上面図、（ｂ）は正面図である。 （ａ）は本発明の実施例１に記載の機能素子の分割溝形成工程後の上面図、（ｂ）は正面図である。 （ａ）は本発明の実施例１に記載の機能素子チップ分割のきっかけとなる分割容易部形成工程後の上面図、（ｂ）、（ｂ‘）および（ｂ’‘）は正面図である。 （ａ）は本発明の実施例１に記載の機能素子に用いられる基板の斜視図、（ｂ）は正面図である。 本発明の実施例２に記載の機能素子の正面図である。

本発明者らは、窒化物系化合物半導体層積層面側が［０００１］方向のｃ面である六方晶構造の基板を分割して上面形状が四辺形のチップを切り出す場合において、図１に記載の様に、結晶軸の方位を、ａ１軸を［２−１−１０］方向、ａ２軸を［−１２−１０］方向、ａ３軸を［−１−１２０］方向、図１の紙面に対して表面上方に垂直な方向を［０００１］方向のｃ軸と規定した場合、分割により露出する基板側面が（１−１００）面、（０１−１０）面および（−１０１０）面である場合は、［０００１］方向から各々［−１１００］方向、［０−１１０］方向および［１０−１０］方向に一定の角度θをもってナナメに割れる性質があることを見出した。（［０−１１０］方向および［１０−１０］方向は図示せず。）またこのナナメ割れの角度θは、サファイア基板の場合、約５〜１０度、好ましくは６〜８度の傾きになることがわかった。上面が長方形のチップの場合、［−１−１２０］方向（及びその逆方向）に沿った辺３について、基板の下方向（積層構造を有する基板表面を上・裏面を下とする）に行くにつれて［１−１００]方向にθの角度を持ってナナメ割れが生じる。一方、［１−１００］方向（及びその逆方向）に沿った辺４については、ナナメ割れは生じない。

この知見に基づいて、六方晶構造基板を用いた半導体素子の製造において、前記ナナメ割れ現象を用いて基板を精度（歩留まり）良く分割して得られた機能素子およびその製造方法について下記に説明する。

前記六方晶構造の基板としてはサファイア基板（上述のように三方晶とも言われる）、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板等などが挙げられる。

さらに表面が「ｃ面」である基板は、表面がｃ面から例えば［１−１００］方向または［−１１００］方向に５度以下の角度で傾斜したオフ基板をも含んでいる。［１−１００］方向または［−１１００］方向のオフ基板の場合には、そのオフ角分だけナナメ割れの角度が変化することを考慮して分割を行えば良い。

なお、下記に細述する実施例において、本発明の技術的特徴を［１−１００］方向に垂直に形成される（１−１００）面を分割により露出する基板側面として主に説明しているが、上述の通り、これらの関係を、［０１−１０］方向に垂直に形成される（０１−１０）面あるいは［−１０１０］方向に垂直に形成される（−１０１０）面に夫々置換え可能なことは言うまでもない。また、ナナメ割れの結果、側面は（１−１００）面等からずれた面になるが、「側面である（１−１００）面」等と表記している。

本実施例では、サファイア基板上に形成された窒化物半導体発光ダイオード素子の例を示す。

（素子構造）
図２（ａ）に本実施例の窒化物半導体発光ダイオード素子の模式的な上面図を示し、図２（ｂ）に正面図、図２（ｃ）に側面図を示す。

窒化物半導体発光ダイオード素子１は、ａ３軸である［−１−１２０］方向に平行な２つの辺Ｓ１およびＳ２と、［１−１００］方向に平行な２つの辺Ｔ１およびＴ２とを備える。これら辺Ｓ１、Ｓ２、Ｔ１、Ｔ２は、複数の改質部３４、３６をそれぞれ切断のきっかけ（分割容易部）として分割されており、辺Ｓ１、Ｓ２を構成する２つの分割面４４ａ、４４ｂは、上記改質部３４から［０００１］方向に対して［１−１００］方向とは反対方向の［−１１００］方向に向かって５度以上１０度以下で傾斜している。

一方、辺Ｔ１、Ｔ２を構成し、正面図に示される分割面４６は、［０００１］方向に対して略平行方向にばらつきの範囲内でしか傾斜していない。図２（ｂ）で分割面４４ａにおける改質部３４は基板での素子分割溝領域の中心部に対して［１−１００］方向にオフセットＸ_ｓの距離を離して形成されている。素子分割溝の中心部が素子の境界となって分割されることにより、分割面４４ａ、４４ｂの上部にある素子分離部３１は、ａ３軸である［−１−１２０］方向に平行な２つの辺Ｓ１およびＳ２に沿って同程度の幅で形成されている。素子分割溝がある場合においては、多数の素子を検査した場合に分割面４４ａ、４４ｂが一部の作成誤差を除いて素子分割溝内に入っていれば前記同程度に該当する。素子分割溝がない場合においても、少なくとも２個以上の素子を検査し結果を統計処理することにより本発明を実施しているか否かが推定できる。

なお、図２（ｂ）及び（ｂ’）では基板裏面に近い側に改質部３４・３６を形成しているように図示されているが、改質部の位置は適宜決めることができるため基板の表面に近い側に設けても良く、基板の厚さ方向に２段、３段と設けてもよい。

（製造方法）
本発明の実施例１に記載の機能素子の製造方法について図３を用いて説明する。まず、上面図である図３に示すサファイア基板１０を以下のように準備する。サファイア基板１０の表面はｃ面、つまり（０００１）面であり、サファイア基板１０の結晶方向を、ＯＦ（オリエンテーションフラット）を手前にして奥がａ３軸である［−１−１２０］方向、左が［１−１００］方向となるようにそろえてある。複数のウエハについて、ＯＦがあるため奥方向は一定だが、左右の方向は定まらないため、一定の方向にそろえることが好ましい。このためには、例えば表面と裏面とが明確に分かるようにする（裏面を若干粗面化する）、第２のオリエンテーションフラットを形成する、などの方法がある。

このサファイア基板１０のウエハ内領域８に対応する部分の結晶成長工程及び透光性電極形成工程後の断面図を図４に示す。図４からあきらかなように、表面がｃ面（凹凸などの形状を加工した場合を含む）であるサファイア基板１０上に、ｎ型窒化物半導体層１２、活性層１４およびｐ型窒化物半導体層１６をこの順序で積層することによって窒化物半導体積層２０を形成する。

ここで、ｎ型窒化物半導体層１２、活性層１４およびｐ型窒化物半導体層１６は、たとえば、サファイア基板１０をＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置内に設置した後に、ＭＯＣＶＤ法によってＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等の窒化物半導体結晶を結晶成長させることにより形成することができる。

その後、サファイア基板１０の表面上に窒化物半導体積層２０が形成されたウエハを熱処理することによって、ｐ型窒化物半導体層１６のｐ型ドーパントが活性化される。

ここで、ｎ型窒化物半導体層１２としては、Ａｌ_ｘ２Ｉｎ_ｙ２Ｇａ_ｚ２Ｎ（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≠０）の式で表わされる窒化物半導体結晶にｎ型不純物をドーピングして形成された層の単層または複数層などを用いることができる。なお、上記の式において、ｘ２はＡｌの組成比を示し、ｙ２はＩｎの組成比を示し、ｚ２はＧａの組成比を示す。また、ｎ型不純物としては、たとえばシリコンおよび／またはゲルマニウムなどを用いることができる。

窒化物半導体活性層１４としては、Ａｌ_ｘ３Ｉｎ_ｙ３Ｇａ_ｚ３Ｎ（０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１、０≦ｚ３≦１、ｘ３＋ｙ３＋ｚ３≠０）の式で表わされるアンドープの窒化物半導体結晶またはこの式で表わされる窒化物半導体結晶にｐ型不純物およびｎ型不純物の少なくとも一方をドーピングして形成された層の単層または複数層などを用いることができる。ｘ３はＡｌの組成比を示し、ｙ３はＩｎの組成比を示し、ｚ３はＧａの組成比を示す。また、窒化物半導体活性層は、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造または多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する構成であってもよい。

ｐ型窒化物半導体層１６としては、Ａｌ_ｘ４Ｉｎ_ｙ４Ｇａ_ｚ４Ｎ（０≦ｘ４≦１、０≦ｙ４≦１、０≦ｚ４≦１、ｘ４＋ｙ４＋ｚ４≠０）の式で表わされる窒化物半導体結晶にｐ型不純物をドーピングして形成された層の単層または複数層などを用いることができる。なお、上記の式において、ｘ４はＡｌの組成比を示し、ｙ４はＩｎの組成比を示し、ｚ４はＧａの組成比を示す。また、ｐ型不純物としては、たとえばマグネシウムおよび／または亜鉛などを用いることができる。

次に、前記ｐ型窒化物半導体層１６上に例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ
Ｏｘｉｄｅ）からなる透光性電極１８を形成する。ここで透光性電極１８はスパッタ法や真空蒸着法等を用いて形成することができる。

図５（ａ）は以下の透光性電極１８パターン化工程、ｎ型窒化物半導体層露出工程及びｐ側・ｎ側電極形成工程を終えた時点でのウエハの一部の上面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＢＢ線における素子断面図である。

透光性電極１８パターン化工程では、チップサイズに合わせて透光性電極１８の保護マスク（図示せず）を作成し、透光性電極１８の一部を例えばフッ化水素等のウエットエッチングで除去する。

透光性電極１８としては、ＩＴＯの他に、たとえば酸化インジュウム（Ｉｎｄｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ）、酸化スズ（Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）や、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｐｄ、ＡｌおよびＮｉからなる郡から少なくとも１種類を含む材料から用いることができる。

ｎ型窒化物半導体層露出工程では、前記パターン化された透光性電極１８及びその外周部の一部を含むように、ｎ型窒化物半導体層とコンタクトを取るために開口部を設けた保護マスク（図示せず）を作成し、例えばドライエッチングなどによってｐ型窒化物半導体層の一部を除去する。これにより、ｎ型窒化物半導体層露出部が作成される。また、ｎ型窒化物半導体層露出部のうち、ｎ側電極２３周辺を除く部分は素子分離部３１となり、それ以外の部分が機能素子構造部としての働きを有する窒化物半導体積層機能構造体領域２１となる。

ｐ側電極及びｎ側電極形成工程では、ｐ側電極及びｎ側電極部分に開口部を設けた保護マスク（図示せず）を形成し、ｐ側電極２２を透光性電極１８の表面上に、ｎ側電極２３をｎ型窒化物半導体層露出部の表面上に形成する。ここでｐ側電極２２およびｎ側電極２３は真空蒸着法またはスパッタ法などによって形成することができる。また、ｐ側電極形成部のみに開口部を設けた保護マスクを用いてｐ側電極２２を形成した後に、ｎ側電極形成部のみに開口部を設けた保護マスクを用いてｎ側電極２３を形成するなど、ｐ側電極２２およびｎ側電極２３形成の順番は問わない。

ｎ側電極としては、たとえば、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｐｔ（白金）、Ｔｉ（チタン）、Ｐｄ（パラジウム）、Ａｌ（アルミニウム）およびＮｉ（ニッケル）からなる群から選択された少なくとも１種を含む金属層の単層、またはその単層の金属層を複数積層してなる複数層などを用いることができる。

ｐ側電極としては、たとえば、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｐｄ、ＡｌおよびＮｉからなる群から選択された少なくとも１種を含む金属層の単層、またはその単層の金属層を複数積層してなる複数層などを用いることができる。

保護膜形成工程（図示省略）では、透明電極１８及びｎ型窒化物半導体層露出部において露出するｐ型窒化物半導体層１６、活性層１４、ｎ型窒化物半導体層１２を覆う保護層を形成する。

表面保護膜として、たとえば酸化シリコン、窒化シリコン、酸化チタンからなる群から少なくとも１種類を含む絶縁層を用いることができる。

図６（ａ）及び（ｂ）は、素子分割溝形成工程を行った状態を示す上面図及び断面図である。

ここで、素子の境界を定める素子分割溝３２は、窒化物半導体積層機能構造体領域２１の周縁に開口部を設けた保護マスクを形成した後に、たとえばドライエッチングなどによって窒化物半導体積層の周縁を除去することによって形成することができる。また、素子分割溝３２を、ダイヤモンド針やダイシングブレードなどの機械的加工によって形成してもよい。

図７（ａ）及び（ｂ）は、レーザスクライブを行った状態を示す上面図及び断面図である。素子分割溝３２に沿って、レーザスクライブにより［１１−２０］方向の辺２６及び［１−１００］方向の辺２８について、複数のチップに分割するきっかけ（分割容易部）である改質部３４・３６をそれぞれ作成し、素子分割溝３２及び改質部３４・３６に沿ってブレーキングすることによって、分割されたそれぞれのチップに相当する窒化物半導体発光ダイオード素子１が作製される。また、図７（ｂ’）に示すように、ダイヤモンド針やダイシングブレードなどの機械的加工によって、複数のチップに分割するきっかけであるケガキ３５・３７（チップ側面断面図省略のためケガキ３７は図示省略）を基板裏面に設けてもよい。

上記の素子分割溝３２に沿ってチップを分割する際、［１−１００］方向の辺２８のチップ分割のきっかけ（分割容易部）となる改質部３６は、素子分割溝３２の中心の直下に設ける。それに対し、［１１−２０］方向の辺２６のチップ分割のきっかけ（分割容易部）となる改質部３４は、素子分割溝３２の中心に対して位置ずれオフセットＸ_ｓを掛けて加工する。前記オフセット量Ｘ_ｓは、基板厚みやチップ分割のきっかけ（分割容易部）を作る位置によって定められるが、例えばサファイア基板内部に基板表面より約２４μｍの位置Ｙ_ｄにレーザでチップ分割のきっかけ（分割容易部）となる改質部３４を形成する場合、図で左方向である［１−１００］方向に約３μｍのオフセットＸ_ｓをとる事でチップは素子分割溝３２の中央で割ることが可能となる。また、サファイア基板内部に基板表面より約４８μｍの位置にレーザでチップ分割のきっかけ（分割容易部）となる改質部３４を形成する場合、約６μｍオフセットを掛ける事でチップは分割溝の中央で割ることが可能となる。一般化すると、［１１−２０］方向の辺２６の分割溝３２の下方にレーザで改質部３４を設けて素子を分割する方法において、改質部をウエハ表面から深さＹμｍの位置に形成する場合、その位置を分割溝３２の中心よりＸ_ｓμｍ（ただしＸ_ｓ＝Ｙ_ｄ・ＴＡＮ（７゜））左へずらす。また改質部３４を２箇所設けることにより更に分割し易くすることができる。２箇所の改質部３４は、上面図で同じ位置（上下方向が異なる）でもよいが、図７（ｂ’‘）に示すように、改質部３４が深さＹ_ｄの場合にオフセットＸ_ｓとなるように、傾斜した点線上に設けることが更に好ましい。同様にして、第３、第４の改質部を設けてもよく、基板の上下方向に連続する線状あるいは面状の改質部を設けてもよい。

このように改質部３４の位置にオフセットＸ_ｓを設けたのは以下の理由による。本発明者らは、辺２６の分割の際、サファイア基板１０の下にいくにつれて［１−１００］方向に約５〜１０度、特に６度から８度の傾きを持ってクラックが走っている特徴を見出した。その特徴を生かすことでチップを安定して分割する事が可能となる。また、チップ側面の傾斜面が５度以下の傾きの場合、チップ側面の傾斜面積は小さくなるため、チップ側面からの光取出し効率が悪くなる。チップ側面の傾斜面が５度以上の場合はチップ側面からの光取出し効率が向上する効果があるが、１０度以上の傾斜になると、その分、分割溝の中央に対してチップ分割のきっかけ（分割容易部）を作る場所のオフセットを大きくしなければならない。チップ分割のきっかけ（分割容易部）をレーザで作成する場合、オフセットが大きくなると分割溝より外の素子活性層直下にレーザ光を当てなければならず、素子活性層に少なからずダメージが与えられてしまう。素子活性層へのダメージは窒化物発光ダイオード素子の光出力低下の原因となるため、改質部は素子分離部の直下に形成することが好ましい。また、オフセット量が小さい１０度以下の傾斜が望ましい。斜視図である図８（ａ）に示すように、基板１０が、表面がｃ面から例えば［１−１００］方向にφ傾斜したオフ基板の場合は、オフ角を有する基板を用いたチップの正面図である図８（ｂ）に示すように、オフセットＸ_ｓ＝Ｙ_ｄ・ＴＡＮ（θａ−φ）とすればよい。ただしθａは基板にオフ角がない場合のナナメ割れ方向であり、例えば７度、好ましくは５度から１０度である。なお、オフ角の向き及びφの記号の正負（オフ方向）に注意する必要がある。

本実施例では素子分割溝３２の幅は１０μｍ（片側５μｍ）、素子分割溝３２を含むｎ型窒化物半導体層露出部の間隔は約３０μｍ程度であるため、５度から１０度の傾きに対して、エピ面より約４０μｍの位置におけるレーザ加工のオフセット位置は活性層直下を通ることは無く、活性層へのダメージの懸念は少ない。

また長方形状のチップにおいては、その短辺は長辺と比較して割りにくい特徴がある。そこでチップの短辺の方向を［１１−２０］方向、長辺を［１−１００］方向にすることで、分割を制御することが容易となり、分割歩留を向上する事ができる。

また、チップ形状は長方形状に限らず、向かい合う辺が平行である２組の辺からなる形状であればよく、例えば平行四辺形であってもよい。その時、（１−１００）面、（０１−１０）面及び（−１０１０）面（サファイア基板の場合、これらの面は結晶内に存在するｒ面と交わるｍ面に対応する。ｒ面とは、六方晶であるｃ面サファイア基板に存在する３回対称の面である。例えば、Χ＝５７．６°、２θ＝２５．５９°にて、φを３６０°回転させたｘ−ｒａｙ測定により、３箇所のｒ面を示す信号が現れる。これら３箇所の信号が現れる結晶面をｒ面（１−１０２），（０１−１２），（−１０１２）と定義するサファイア基板がｒ面に反って割れるモデルとして、結晶的に割れ易いｒ面とｍ面が複合した割れ方が推察できる。これら、２８．８°の角度に割れるｒ面と、垂直に割れるｍ面とが組み合わさることで、５〜１０度の角度で割れると考えられる。）に対して、各組の辺が平行であると、チップの全ての側面において安定した分割を行うことができ、長方形状型にチップを分割する場合と比較してさらに分割歩留を向上する事が出来る。

改質部を形成する方法は、パルス幅がフェムト秒〜ナノ秒のレーザ等で、サファイア基板表面あるいは裏面側より基板内部にレーザ光を集光して加工を行うレーザスクライブ法が好適であり、これによりサファイア基板内部の一部分に高エネルギーのレーザを集光することで、サファイアの結晶が改質され、クラックが発生しやすくなる。前記内部加工の段数や位置に関しては、上述のように多段ナナメ割れを考慮して１段以上作成することができるが、段数が増えれば増えるほど加工に時間が掛かってしまう。厚み１３０μｍのサファイア基板の場合、改質部は２段程度作成することでタクト・分割歩留の両立ができる。また、レーザのパルス幅は、例えば赤外領域にピーク波長を有するレーザのような、ピコ秒〜フェムト秒のレーザを用いると、効率的に内部加工を行うことが出来る。また、パルス幅が、例えば紫外線領域にピーク波長を有するレーザのような、ナノ秒のレーザは、ピコ秒〜フェムト秒のレーザよりやや加工性が劣るがレーザの価格が非常に安いというメリットがある。

上記のように分割容易部を形成した後、基板の下面が凸状になるように上面から力を加えることにより、前記分割容易部を含む分割面が形成され、基板が分割される。

実施例２は、半導体機能素子である電界効果トランジスタの一例で、ＳｉＣ基板上に形成した窒化物半導体ＨＥＭＴ（Ｈｅｔｅｒｏ−ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）素子である。

図９に、窒化物半導体ＨＥＭＴ素子５０の模式的な正面図及び基板の結晶方位を示す。ここで、窒化物半導体ＨＥＭＴ素子５０は、表面がｃ面のＳｉＣ基板６０と、前記ＳｉＣ基板６０上に、窒化物半導体バッファー層６２、ｉ型窒化物半導体層６４、ｎ型窒化物半導体層６６がこの順序で積層されてなる窒化物半導体積層機能構造体７０上にソース電極７２、ドレイン電極７４、ゲート電極７６を配置し各電極間に絶縁層７８が配置され、パッド電極が配置されている。また、レーザスクライブによる改質部８０を備える。

窒化物半導体ＨＥＭＴ素子５０のチップ形状は上面形状が四辺形であり、チップを分割する際、［１１−２０］方向の辺のチップ分割のきっかけ（分割容易部）となる加工位置は、分割溝中心に対して基板下方Ｙ_ｄの位置において［１−１００］方向にＸ_ｓのオフセットを掛けて加工する。前記オフセット量は、基板厚みやチップ分割のきっかけ（分割容易部）を作る位置によって定められるが、例えばＳｉＣ基板６０内部にＳｉＣ基板表面より約２４μｍの位置にレーザでチップ分割のきっかけ（分割容易部）となる改質部を形成する場合、約３μｍオフセットを掛ける事でチップは分割溝の中央で割ることが可能となる。また前記改質部はＳｉＣ基板側にもう１段設けることにより更に分割し易くすることができ、例えばＳｉＣ表面より約７０μｍの位置にも、レーザでチップ分割のきっかけ（分割容易部）となる２段目の改質部を形成すると良い。２段目の改質部は、１段目と同じオフセット（３μｍ）としてもよいが、ナナメ割れの方向を考慮して改質部の深さに応じたオフセット（９μｍ）を掛けると更に良い。

［１−１００］方向と平行な方向は、チップのナナメ割れを考慮する必要はない為、分割溝中央にチップ分割のきっかけ（分割容易部）を作る。

また、チップ形状が長方形状の場合、その短辺は長辺と比較して割りにくい特徴がある。そこで短辺を［１１−２０］方向に配置する事で、分割を制御することが容易となり、分割歩留を向上する事ができる。

また改質部を形成する方法は、実施例１と同様、パルス幅がフェムト秒〜ナノ秒のレーザ等で、ＳｉＣ基板表面又は裏面側より基板内部にレーザ光を集光して加工を行うことが出来る。ＳｉＣ基板内部の一部分に高エネルギーのレーザを集光することで、ＳｉＣの結晶が改質され、クラックが発生しやすくなる。前記内部加工の段数や位置に関しては、ナナメ割れを考慮して１段以上作成することができるが段数が増えれば増えるほど加工タクトが掛かってしまう。本実施例で用いる厚み１３０μｍのＳｉＣ基板の場合、改質部は２段作成することでタクト・分割歩留の両立ができる。但し、ＳｉＣ基板厚みに関しては制限はなく、その厚みに対して改質部の段数を増減することで、タクトと歩留を両立させて加工を行うことが出来る。

特にパルス幅がピコ秒〜フェムト秒のレーザを用いると、効率的に内部加工を行うことが出来る。また、パルス幅がナノ秒のレーザは、ピコ秒〜フェムト秒のレーザより加工性は劣るがレーザの価格が非上に安いメリットがある。

またナナメ割れを考慮し、ＳｉＣ基板面にレーザスクライブによるＶ溝加工やダイヤペンによるスクライブ方法やダイシングブレードでの切断でも歩留良く分割することが可能である。

本発明は、基板上に半導体層を積層したエピウエハを分割して得られるＬＥＤやレーザ等の窒化物系化合物半導体発光素子やＨＥＭＴなどの電界効果トランジスタ等の機能素子に好適に利用可能である。

１ 窒化物半導体発光ダイオード素子
３１ 素子分離部
３４、３６ 改質部
４４ａ ４４ｂ 辺Ｓ１、Ｓ２を構成する分割面
４６ 正面図に示される分割面
Ｓ１ Ｓ２ ａ３軸である［−１−１２０］方向に平行な辺
Ｔ１ Ｔ２ ［１−１００］方向に平行な辺

Claims (13)

1. 六方晶系の基板表面上に半導体層を積層して形成された機能素子であって、
   前記機能素子は、上面形状において少なくとも対向する２つの辺をなす境界を有し、
   前記境界からＸ_ｓμｍだけ位置ずれした前記基板表面位置からＹ_ｄμｍ（ただしＹ_ｄ＝Ｘ_ｓ・ＴＡＮ（θ）、θ≠０）の位置に分割容易部が形成されており、
   前記分割容易部を含み少なくとも一部が傾斜した分割面を備え、
   前記機能素子の上面における前記対向する２つの辺に沿った素子分離部の幅が同程度である機能素子。
2. 窒化物系化合物半導体層積層面側が［０００１］方向のｃ面である六方晶構造の基板を分割して得られる上面形状が四辺形の機能素子であって、
   前記基板を分割することにより露出した基板側面のうち少なくとも一面が、（１−１００）面または（０１−１０）面または（−１０１０）面であり、
   前記基板側面は、［０００１］方向のｃ面側からみて、各々、［−１１００］方向または［０−１１０］方向または［１０−１０］方向に傾斜して形成されていることを特徴とする機能素子。
3. 前記対向する［１１−２０］方向の辺は前記長方形の短辺であることを特徴とする請求項２に記載の機能素子。
4. 前記基板は、サファイア，窒化ガリウム、炭化ケイ素の中から選択された基板であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の機能素子。
5. 前記基板の表面は、ｃ軸に対して０．２度以上５度以下傾斜した面であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の機能素子。
6. 前記機能素子は素子分離部を有し、
   前記分割容易部は前記素子分離部内又はその下方にある事を特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の機能素子。
7. 六方晶系の基板上に作成された複数の機能素子を、個別の機能素子に分割する方法であって、
   前記素子の上面形状における少なくとも１つの辺となる境界からＸ_ｓμｍだけ位置ずれした基板表面から下方にＹ_ｄμｍ（ただしＹ_ｄ＝Ｘ_ｓ・ＴＡＮ（θ）、θ≠０）の位置に分割容易部を形成する工程と、
   前記分割容易部を含み少なくとも一部が傾斜した分割面によって前記複数の機能素子を分割する工程を含むことを特徴とする、機能素子の製造方法。
8. 表面がｃ面の六方晶系の基板上に作成された複数の機能素子を、上面形状が四辺形の個別の機能素子に分割する方法であって、
   前記四辺形の辺の一つは［１１−２０］方向またはそれと等価な方向の辺からなり、
   前記複数の機能素子の［１１−２０］方向またはそれと等価な辺となる境界から［１−１００］方向またはそれと等価な方向にＸ_ｓμｍだけ位置ずれした基板表面から下方にＹ_ｄμｍ（ただしＹ_ｄ＝Ｘ_ｓ・ＴＡＮ（θ）、θ≠０）の位置に複数の分割容易部を形成する工程と、
   前記分割容易部を含み、少なくとも一部が傾斜した分割面によって前記複数の機能素子を分割する工程とを含み、
   前記θが５度以上１０度以下であることを特徴とする、機能素子の製造方法。
9. 前記分割容易部は、前記素子分離部内又はその直下に配置されていることを特徴とする、請求項７または８に記載の機能素子の製造方法。
10. 前記分割容易部は、レーザ加工により形成されることを特徴とする、請求項７または８に記載の機能素子の製造方法。
11. 前記分割容易部は、基板の上下方向に少なくとも２段階に形成されることを特徴とする、請求項１０に記載の機能素子の製造方法。
12. 前記分割容易部は、前記基板の裏面を機械的に加工することにより形成されることを特徴とする、請求項７または８に記載の機能素子の製造方法。
13. 前記基板の下面が凸状になるように力を加えることにより、基板を分割することを特徴とする、請求項７または８に記載の機能素子の製造方法。

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