JP3303645B2 - 窒化物半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
窒化物半導体発光素子の製造方法Info
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Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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、ほぼ５８
゜にスクライブラインを入れてＲ面で割り、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。
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、ほぼ５８
゜にスクライブラインを入れてＲ面で割り、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。
【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。
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。
【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
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
【数１】 と示すことができる。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
゜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。
【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。
゜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。
【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。
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。
【図１】 本発明の方法を説明するサファイア基板の平
面図。
面図。
【図２】 サファイア単結晶の面方位を示すユニットセ
ル図。
ル図。
【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。
式断面図。
【図４】 図３のＬＤの形状を示す斜視図。
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
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−88201（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−297495（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−291147（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−330628（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−191171（ＪＰ，Ａ) Ｊ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．，Ｖ ｏｌ．52 Ｎｏ．９（1969），ｐ．485 −491 Ｊ．Ｃｒｙｓｔ．Ｇｒｏｗｔｈ，Ｖｏ ｌ．40 Ｎｏ．２（1977），ｐ．239− 252 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 H01L 33/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (1)
- 【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、ほぼ５８゜にスク
ライブラインを入れてＲ面で割り、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窒化物
半導体レーザの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP630096A JP3303645B2 (ja) | 1995-12-04 | 1996-01-18 | 窒化物半導体発光素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31500695 | 1995-12-04 | ||
| JP7-315006 | 1995-12-04 | ||
| JP630096A JP3303645B2 (ja) | 1995-12-04 | 1996-01-18 | 窒化物半導体発光素子の製造方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000393193A Division JP2001210905A (ja) | 1995-12-04 | 2000-12-25 | 窒化物半導体発光素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09219560A JPH09219560A (ja) | 1997-08-19 |
| JP3303645B2 true JP3303645B2 (ja) | 2002-07-22 |
Family
ID=26340397
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP630096A Expired - Fee Related JP3303645B2 (ja) | 1995-12-04 | 1996-01-18 | 窒化物半導体発光素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3303645B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3795298B2 (ja) | 2000-03-31 | 2006-07-12 | 豊田合成株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法 |
| JP5060732B2 (ja) * | 2006-03-01 | 2012-10-31 | ローム株式会社 | 発光素子及びこの発光素子の製造方法 |
| EP2020690A4 (en) * | 2006-04-27 | 2012-08-29 | Panasonic Corp | SEMICONDUCTOR LUMINOUS ELEMENT AND WAFER |
| JP5286723B2 (ja) * | 2007-09-14 | 2013-09-11 | 国立大学法人京都大学 | 窒化物半導体レーザ素子 |
| JPWO2009054088A1 (ja) * | 2007-10-23 | 2011-03-03 | パナソニック株式会社 | 半導体発光素子およびそれを用いた半導体発光装置とその製造方法 |
| JP5222012B2 (ja) * | 2008-04-24 | 2013-06-26 | スタンレー電気株式会社 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
| KR101016317B1 (ko) * | 2008-12-01 | 2011-02-18 | (주)더리즈 | 반도체 소자의 칩 제조 방법 및 그 방법에 사용하는 웨이퍼 |
-
1996
- 1996-01-18 JP JP630096A patent/JP3303645B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Ｊ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．，Ｖｏｌ．５２ Ｎｏ．９（１９６９），ｐ．４８５−４９１ |
| Ｊ．Ｃｒｙｓｔ．Ｇｒｏｗｔｈ，Ｖｏｌ．４０ Ｎｏ．２（１９７７），ｐ．２３９−２５２ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09219560A (ja) | 1997-08-19 |
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