JP4159828B2 - 二硼化物単結晶基板、それを用いた半導体レーザダイオード及び半導体装置並びにそれらの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、窒化物系化合物半導体に必要な基板と、それを用いた半導体レーザダイオード及び半導体装置並びにそれらの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザダイオード（以下、ＬＤと呼ぶ）や、発光ダイオード（以下、ＬＥＤと呼ぶ）素子は、光ディスク装置などの様々な機器に応用されている。
近年、これらの光ディスク装置の記憶容量を増大させるために波長の短い青〜紫外域の発光ができる窒化物系化合物半導体材料を用いたＬＥＤやＬＤが、開発されている。窒化物系化合物半導体は、禁制帯幅が大きいので降伏電圧が高い。また、移動度が大きいので、高周波特性に優れることから各種のトランジスタの開発が行われている。
従来の窒化物系化合物半導体を用いたＬＤや高周波用トランジスタは、窒化物系化合物半導体の、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）の品質の良い基板が得られていないので、サファイア単結晶基板上に、窒化物系化合物半導体装置を形成していた。
【０００３】
窒化物系化合物半導体を用いたＬＤの製造方法の第１の従来例として、特開平７−２９７４９５号公報による技術がある。図１９は、この第１の従来例のＬＤの構成を示す断面図である。このＬＤ４０は、サファイア単結晶基板４１の（１１−２０）面上に、ＬＤの動作層として、ＡｌＮバッファ層４２，ｎ+ ＧａＮ層４３，ｎＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層４４，ＧａＮ層４５，ｐＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層４６からなる多重層が、順次積層されている。最上層のｐＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層４６上にＳｉＯ2 膜４７が堆積され、電極用の窓が開けられて、ｐ層４６の電極４８Ａが形成されている。ｎ層４４の電極４８Ｂは、ｎ+ ＧａＮ層４３上に形成されている。
【０００４】
ＬＤ４０のファブリペロー共振器の共振面は、レーザ発光の光路（紙面の垂直方向）に垂直な対向端面に構成されている。
第１の従来例には、共振器となる対向端面は、単結晶サファイア基板４１を＜０００１＞軸（ｃ軸）に沿って劈開し、分割することによって得ることが開示されている。これにより、対向端面を精密な鏡面とすることにより、窒化物系化合物半導体によるＬＤ４０の発振効率を向上させることが示されている。
【０００５】
一方、第２の従来例として、二硼化ジルコニウム（ＺｒＢ2 ）基板が、窒化物系化合物半導体の基板として有望であることが報告されている（Ｊ．Ｓｕｄａ、Ｈ．Ｍａｔｓｕｎａｍｉ、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ、Ｖｏｌ．２３７−２３９、ｐｐ．２１０−２１３、２００２年）。
ＺｒＢ2 基板は、高周波加熱の浮遊帯溶解法（ＦＺ法）により単結晶が得られ、窒化物系化合物半導体と良好に格子整合し、かつ、優れた導電性を有している。また、窒化物系化合物半導体は、ＺｒＢ2 基板上に、エピタキシャル成長させることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
第１の従来例のＬＤの製造方法において、サファイア基板４１をｃ軸に沿って劈開した場合、サファイア基板４１は、その劈開面が（１０−１２）面とされているが、この結晶面は、窒化物系化合物半導体の劈開面である（１０−１０）面とは異なるので、安定した劈開面が得られないという課題がある。
そのために、窒化物系化合物半導体のファブリペロー共振器となる対向端面の面精度、平行度を高くすることができないため、歩留まり良く、発振効率の高いＬＤを得ることができないという課題がある。
【０００７】
III−Ｖ族化合物系半導体を用いたＬＤは、動作層の表面と基板裏面とにオーミック電極を設け、基板の表面側から裏面へ電流を流す、いわゆる縦構造素子である。しかし、サファイア単結晶基板４１は絶縁物であるために、サファイア基板４１の裏面をオーミック電極とすることはできないので、縦型構造素子は実現できない。従って、ＬＤ４０において、多重層の下部であるｎ+ 層４３に、電極４８Ｂを、素子上面部に形成する必要がある。
このｎ+ 層４３を素子上面に露出させるためには、例えばＬＤの多重層を結晶成長させるときに、ｎ+ 層４３の成長が済んだら、結晶成長を中止して、電極となる部分を結晶成長されないＳｉＯ2 ４７などの絶縁物で被覆し、さらに多重層を成長させるという、いわゆる選択成長を行う必要がある。または、多重層を形成した後に、電極となるｎ+ 領域をエッチングにより素子表面へ露出させる工程などにより行う。これにより、工程が増えるために、歩留まりが低下しコストが増大するという課題がある。
【０００８】
また、サファイア単結晶基板４１は、熱伝導率が小さいので、サファイア単結晶基板４１を用いた窒化物系化合物半導体のＬＤ４０や各種の半導体装置の動作時の温度が上昇し易い。そのために、ＬＤ４０の寿命が短くなったり、また、高周波用トランジスタの出力と効率が上がらないといった、窒化物系化合物半導体装置の有する本来の性能を十分に発揮できないという課題がある。
【０００９】
また、第２の従来例において、ＺｒＢ2 結晶基板を例えばＬＤの基板として使用した場合に、ＬＤの共振面を形成するときにＺｒＢ2 基板も同時に劈開することが必要である。しかし、ＺｒＢ2 基板の明瞭な劈開面は確認されていないという課題がある。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑み、窒化物系化合物半導体の劈開面と同じ劈開面を有し、かつ、導電性を有する基板と、それを用いた半導体レーザダイオード及び半導体装置、並びにそれらの製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の基板は、二硼化物ＸＢ２（ここで、Ｘは、ＺｒまたはＴｉ）の単結晶基板であって、基板の面方位が（０００１）面であり、基板が（１０−１０）面または（１１−２０）面を示すオリエンテーションフラットを有し、基板の厚さが０．１ｍｍ以下とし、（１０−１０）面で劈開されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の半導体レーザダイオードは、二硼化物ＸＢ２（ここで、Ｘは、ＺｒまたはＴｉ）単結晶の（０００１）面を方位とする二硼化物ＸＢ２単結晶基板上に、多重層からなる半導体レーザ動作層が形成された半導体レーザダイオードであって、多重層における半導体レーザ光の共振器をなす２つの対向端面及び上記二硼化物ＸＢ ２ 単結晶基板の対向端面が、共に、上記基板の（１０−１０）面に平行な劈開面であることを特徴とする。
二硼化物ＸＢ２単結晶基板の厚さは、０．１ｍｍ以下であればよい。
また、二硼化物ＸＢ２単結晶基板はＺｒＢ２単結晶基板であり、半導体レーザダイオードの動作層となる多重層は、窒化物系化合物半導体（ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ、ここで、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）から構成される。
この構成によれば、半導体レーザダイオードを形成する以前若しくは形成した後に二硼化物ＸＢ２基板を０．１ｍｍ以下の厚さにしておけば、二硼化物ＸＢ２基板並びに半導体レーザダイオードを、二硼化物ＸＢ２並びに半導体レーザダイオードを構成する窒化物系化合物半導体の（１０−１０）面に沿って良好な直線性を以て容易に分割することができ、半導体レーザダイオードの共振器を構成する対向端面を容易に形成することができる。
また、素子分割の観点からも、切断しろのない素子の分割方法を実現することができる。
【００１３】
本発明の半導体装置は、二硼化物ＸＢ２（ここで、Ｘは、ＺｒまたはＴｉ）単結晶の（０００１）面を方位とする二硼化物ＸＢ ２ 単結晶基板上に半導体素子が形成された半導体装置であって、二硼化物ＸＢ２単結晶基板及び上記素子の少なくとも一側面が、共に、二硼化物ＸＢ ２ 単結晶基板の（１０−１０）面に沿って劈開される切断面を有することを特徴とする。
半導体素子は、半導体レーザダイオード、発光ダイオード、フォトディテクタ、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、集積回路の何れかであってもよい。
また、二硼化物ＸＢ２単結晶基板の厚さは、好ましくは、０．１ｍｍ以下である。
また、二硼化物ＸＢ ２ 単結晶基板は、ＺｒＢ２単結晶基板であり、半導体素子は、窒化物系化合物半導体（ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ、ここで、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなることが好ましい。
この構成によれば、半導体装置を形成する以前若しくは形成した後に、二硼化物ＸＢ２基板を０．１ｍｍ以下の厚さにしておけば、二硼化物ＸＢ２基板並びに半導体装置を、二硼化物ＸＢ２並びに半導体装置を構成する窒化物の（１０−１０）面に沿って良好な直線性を保って容易に分割することができる。
また、この構成によれば、ＺｒＢ２を窒化物系化合物半導体の基板として用い、基板側に電極を形成する縦型構造の窒化物系化合物半導体素子を形成することができる。
【００１４】
さらに、本発明による半導体レーザダイオードの製造方法は、二硼化物単結晶ＸＢ2 （ここで、Ｘは、ＺｒまたはＴｉ）の（０００１）面を方位とする基板上に半導体レーザダイオードの動作層を形成する工程と、二硼化物単結晶ＸＢ2 基板及び半導体レーザダイオードの動作層を二硼化物単結晶ＸＢ2 基板の（１０−１０）面に沿って劈開して多数個に分割する工程からなることを特徴とする。
前記二硼化物単結晶ＸＢ2 基板及び半導体レーザダイオードの動作層がＸＢ2 単結晶基板の（１０−１０）面に沿って劈開して多数個に分割される工程の前に、二硼化物単結晶ＸＢ2 基板を、少なくとも０．１ｍｍ以下の厚さにする工程を含んでいてもよい。
二硼化物単結晶ＸＢ2 基板の厚さは、好ましくは、０．１ｍｍ以下とされる。
前記二硼化物単結晶ＸＢ2 基板は、好ましくは、ＺｒＢ2 単結晶基板であり、半導体レーザダイオードの動作層となる多重層は、好ましくは、、窒化物系化合物半導体（Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ、ここで、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなる。
この構成によれば、半導体レーザダイオードを形成する以前若しくは形成した後にＸＢ2 単結晶基板を０．１ｍｍ以下の厚さにしておけば、ＸＢ2 単結晶基板並びに半導体レーザダイオードを、ＸＢ2 単結晶基板並びに半導体レーザダイオードを構成する窒化物の（１０−１０）面に沿って良好な直線性を保って容易に分割することができ、半導体レーザーダイオードの共振器を構成する対向端面を容易に形成することができる。
また、素子分割の観点からも、切断しろのない素子の分割方法を実現することができる。
【００１５】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、二硼化物単結晶ＸＢ2 （ここで、Ｘは、ＺｒまたはＴｉ）の（０００１）面を方位とする基板上に半導体素子を形成する工程と、二硼化物単結晶ＸＢ2 基板上の半導体素子を分離する際に、二硼化物単結晶ＸＢ2 基板の（１０−１０）面に平行に素子を切断する工程からなることを特徴とする。
前記素子を切断する工程は、好ましくは、劈開によって行う。また、二硼化物単結晶ＸＢ2 基板上の半導体素子を分離する際に、ＸＢ2 単結晶基板の（１０−１０）面に平行に素子を切断する工程の前に、ＸＢ2 単結晶基板を、少なくとも０．１ｍｍ以下の厚さにする工程を含むことを特徴とする。前記二硼化物単結晶ＸＢ2 基板の厚さは、好ましくは、０．１ｍｍ以下となっている。
また、二硼化物単結晶ＸＢ2 基板は、ＺｒＢ2 単結晶基板であり、半導体素子は、窒化物系化合物半導体（Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ、ここで、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなっていれば好ましい。
この構成によれば、半導体装置を形成する以前若しくは形成した後にＸＢ2 単結晶基板を０．１ｍｍ以下の厚さにしておけば、ＸＢ2 単結晶基板並びに半導体装置を、ＸＢ2 単結晶基板並びに半導体装置を構成する窒化物の（１０−１０）面に沿って良好な直線性を保って容易に分割することができる。
また、ＺｒＢ2 を窒化物系化合物半導体の基板として用いれば、基板側に電極を形成する縦型構造の窒化物系化合物半導体素子を形成することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
初めに本発明の基板の第１の実施の形態を示す。
図１は本発明に係る第１の実施の形態による基板の構成を示す図である。図１（ａ）は二硼化物ＸＢ2 単結晶基板の平面図であり、図１（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。図１において、単結晶基板１は、二硼化物ＸＢ2 （Ｘは、Ｚｒ（ジルコニウム）またはＴｉ（チタン）のいずれか一つであり、Ｂは硼素である。）からなっている。
ここで単結晶基板１として、ＸがＺｒであるＺｒＢ2 を例にとって説明する。このＺｒＢ2 単結晶基板１は、（０００１）面２を主表面とし、短辺がＬ１で、長辺がＬ２の寸法を有している。短辺の側面４は、（１０−１０）面、または、（１１−２０）面であり、オリエンテーションフラットとなっている。
【００１７】
図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面である。基板の裏面は３で示している。基板１の厚さｔは、後述するように、劈開し易いように、厚さが、０．１ｍｍ以下が好適である。
【００１８】
次に、本発明のＺｒＢ2 単結晶基板の劈開について説明する。
図１に示すように、厚さが０．０６ｍｍのＺｒＢ2 単結晶基板１の表面２もしくは裏面３において、この結晶の（１０−１０）面４に平行に、表面２もしくは裏面３を、ダイヤモンドペンを用いてスクライブし、スクライブ線５が劈開の基線となるように（０００１）面２に応力をかけて切断する。
【００１９】
次に、本発明の基板の作用効果を説明する。
多数のＺｒＢ2 単結晶基板を作製し、機械的もしくは熱的な衝撃を与えて劈開した切断面について綿密な観察を行った結果、（０００１）面２を主表面とするＺｒＢ2 単結晶基板１の厚さを０．１ｍｍ以下にすれば、切断面が（１０−１０）面４に平行で、かつ、（０００１）面２において（１０−１０）面４と（１０−１１）面が交わる交線に沿って、直線的に割れることが判明した。
これにより、従来劈開が困難であった（０００１）面２を有するＺｒＢ2 単結晶基板１において、おおよそ０．１ｍｍ以下の厚さにしたＺｒＢ2 単結晶基板は、（０００１）面２を主表面とするＺｒＢ2 単結晶基板１の本来の劈開面である（１０−１１）面での切断面は得られず、（１０−１０）面４で良好な切断面が得られる。
【００２０】
上述したＺｒＢ2 単結晶基板１の切断面が、本来の劈開面である（１０−１１）面とならないで（１０−１０）面４となる理由を説明する。
始めに、ＺｒＢ2 単結晶基板１の（１０−１１）面と、（１０−１０）面４の位置関係について説明する。
図２は、ＺｒＢ2 結晶における主要な面の相対関係を示す図である。ＺｒＢ2 は、六方晶系の結晶構造を有している。六角柱の底面上に、ａ１軸，ａ２軸，ａ３軸があり、この底面に垂直な方向がｃ軸である。図示するように、六角柱の底面が（０００１）面２である。この底面の六角形の一辺が格子定数ａである。
また、図に示すように（０００１）面２に対して、（１０−１０）面４は、９０°の角をなしている。また、（０００１）面２と（１０−１１）面７のなす角度は、５２．１５°である。そして、（１０−１１）面７と（１０−１０）面４は、（０００１）面２において交線８で交わっている。
【００２１】
図３は、ＺｒＢ2 単結晶基板の（０００１）面基板における（１０−１１）面の相対位置を示した斜視図である。図示するように、本来の劈開面である（１０−１１）面７と、（０００１）面２のなす角度は、５２．１５°で、垂直ではない。従って、（１０−１１）面７と、ＺｒＢ2 単結晶基板１の表面２と裏面３との交線は、図中に示したＬというずれが生じる。
【００２２】
ＺｒＢ2 単結晶基板１の劈開面が、本来の劈開面である（１０−１１）面７とならずに（１０−１０）面４となる理由は、まず第１に本来の劈開面である（１０−１１）面７が（０００１）面２に垂直ではないために、スクライブの後に加えられる応力が（１０−１１）面７には加わりにくいことによる。
次に、スクライブの後に加えられる応力に対する（１０−１１）面７の降伏点が、（０００１）主表面２に垂直な（１０−１０）面４に対する応力の降伏点よりも高いので、（１０−１０）面４に沿って切断され易いものと考えられる。
すなわち、基板の厚さを薄くすると、切断し易い（１０−１０）面２と、切断されにくい（１０−１１）面７との応力に対する降伏点の差が僅差であっても、切断し易い（１０−１０）面４での切断が先に発生するものと推測される。
一方、ＺｒＢ2 単結晶基板１が厚くなると、薄い場合には切断し易かった（１０−１０）面４も応力に対する降伏点が向上し、容易に切断しにくくなり、切断面が（１０−１０）面４から屈曲して割れるようになると推測される。
【００２３】
なお、ＴｉＢ2 単結晶基板の場合には、上記の（１０−１１）面７と、（０００１）面２のなす角度は、５０．９°であり、ＺｒＢ2 単結晶基板１と同様に基板の厚さがおおよそ０．１ｍｍ以下で、（１０−１０）面４の劈開による切断面が安定して得られる。
【００２４】
ＺｒＢ2 単結晶基板の格子定数は、ａ＝３．１６９Åである。窒化物系化合物半導体のＧａＮと、ＡｌＮの格子定数は、それぞれ、３．１８９Å，３．１１２Åであるので、ＺｒＢ2 単結晶基板とほぼ格子整合がとれる。
また、Ｇａx Ａｌ1-x Ｎのような窒化物系化合物半導体の混晶は、その格子定数が組成比によって変化し、所謂ベガード則によってＧａＮとＡｌＮの格子定数の中間の値となるので、ＺｒＢ2 単結晶基板と良好に格子整合がとれる。
【００２５】
ＺｒＢ2 単結晶基板は化学的に安定で、抵抗率は数μΩ・ｃｍであり、窒化物系化合物半導体を用いたダイオードや、バイポーラトランジスタのような基板を電極として使用し、素子の表面側から基板に縦方向に電流を流す縦型構造素子の基板として最適である。また、ＺｒＢ2 単結晶基板１の熱伝導率は、ほぼＳｉと同じであり、ＧａＡｓやサファイア基板の約３倍の値である。従って、ＺｒＢ2 単結晶基板上に形成した窒化物系化合物半導体装置の放熱に適している。
【００２６】
また、ＴｉＢ2 単結晶基板の格子定数は、ａ＝３．０３０Åであり、ＺｒＢ2 単結晶基板１よりは若干小さいが、ＧａＮとＡｌＮとほぼ格子整合がとれる。また、ＺｒＢ2 とＴｉＢ2 の固溶体（Ｚｒx Ｔｉ1-x Ｂ2 ）も、窒化物系化合物半導体の基板として使用できる。
本発明において、厚さを０．１ｍｍ以下とした（０００１）面ＸＢ2 単結晶基板１によれば、窒化物系化合物半導体の劈開面である（１０−１０）面と一致する（１０−１０）面４の劈開面が、安定して得られる。また、ＸＢ2 単結晶基板１の抵抗が小さく、熱伝導率も大きいので、窒化物系化合物半導体の基板として好適である。
【００２７】
次に、本発明のＺｒＢ2 単結晶基板の実施例について説明する。
図４は本発明のＺｒＢ2 基板の実施例を示す図である。図４（ａ）は、本発明の基板であるＺｒＢ2 の円形単結晶基板の平面図であり、図４（ｂ）は、そのＢ−Ｂ断面図である。図４（ａ）で示されるＺｒＢ2 の円形単結晶基板は、図１と同様に（０００１）面２を主表面としている。劈開面となる（１０−１０）面４、または、（１１−２０）面の位置は、オリエンテーションフラット６により示される。図４（ｂ）に示す断面は、図１（ｂ）と同様であるので、説明は省略する。
【００２８】
つぎに、図１に示すＺｒＢ2 単結晶基板の製造方法について説明する。
市販のＺｒＢ2 粉末を粉末成形し、１４００℃程度で真空焼成してＺｒＢ2 結晶の原料棒を作製する。高周波ＦＺ法により、この原料棒を単結晶化する。高周波ＦＺ法は、アルゴンガス雰囲気中で行い、原料棒の下部に種結晶を配置し、原料棒の下部から上方に沿って単結晶を育生する。
このようにして得たＺｒＢ2 単結晶の結晶方位をＸ線で確認し、（０００１）面の板を切り出す。ＺｒＢ2 板の厚さは、切断時点では、０．４ｍｍ〜０．５５ｍｍ程度で、これを研削加工して０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度の厚さにする。
【００２９】
次に、図１に示すように基板側面となる部位の結晶方位を測定して、外辺の側面を（１０−１０）面４、または、（１１−２０）面に正確に合わせ、外形形状を整える研削加工を行う。
【００３０】
そして、上記基板をコロイダルシリカなどの砥粒を用いて研磨加工し、厚さを０．０６〜０．１ｍｍ程度にする。本発明のＺｒＢ2 単結晶基板１は、０．１ｍｍを越える厚さでは安定に劈開することは困難であるため、加工による厚さのばらつきを考慮すると、０．１ｍｍ程度以下の厚さに加工することが好ましい。
【００３１】
次に、本発明のＺｒＢ2 単結晶基板の劈開についての実施例を説明する。
図１に示すように、厚さが０．０６ｍｍのＺｒＢ2 単結晶基板１を、この結晶の（１０−１０）面４に沿って、表面２もしくは裏面３をダイヤモンドペンを用いてスクライブし、スクライブ線５が劈開の基線となるように応力をかけて切断する。
【００３２】
図５は、厚さ０．０６ｍｍの（０００１）面ＺｒＢ2 単結晶基板を（１０−１０）面に平行に切断した切断部を基板の斜め上方から観察した拡大写真を示す図である。図において、写真中央部下部から斜め左方向の矢印で示した線が、（０００１）面２と（１０−０）面と、（１０−１１）面７との交線８に相当する。この交線８の下部の矢印で示した部位が、ＺｒＢ2 単結晶基板１にスクライブした跡５である。上記交線８の右側の切断面は（１０−１０）面４であり、基板表面に該当する（０００１）面２との交線８に対して良好な直線性を保っている。
【００３３】
この方法においては、破断しようとする破断面の始点から終点まで完全に基板裏面３にスクライブ加工しても良いが、基板裏面３または表面２の一部に２〜３ｍｍ程度の長さのスクライブ加工を施して、このスクライブ線に応力をかけると、スクライブしていない部分にも自発的に（１０−１０）面４に沿った切断が起きる。このように、ダイヤモンドペンなどを用いてスクライブし、応力をかけて割った場合には、基板表面の（０００１）面２との交線８で良好な直線を保って切断できる。
【００３４】
図６は、ＺｒＢ2 単結晶基板の厚さを０．１ｍｍ以下として良好な切断面が得られたときの切断面のＸ線による背面ラウエ写真を示す図である。このＸ線によるラウエ斑点のパターンによれば、切断面は、（１０−１０）面４からなることを示しており、ＺｒＢ2 単結晶基板１の本来の劈開面に相当する（１０−１１）面７のものではない。
【００３５】
次に、本発明のＺｒＢ2 単結晶基板の機械的な切断についての実施例を説明する。
上記の本発明のＺｒＢ2 単結晶基板の劈開に対して、素子の分割に一般に使用されるダイヤモンドブレードを使ったダイサーで基板を切断した例を示す。
図１に示した形状の０．０６ｍｍのＺｒＢ2 単結晶基板１の（０００１）面２を、この結晶の（１０−１０）面４に沿ってダイサーを用いて切断した。図７は、厚さ０．０６ｍｍの（０００１）面ＺｒＢ2 単結晶基板を（１０−１０）面に沿って、ダイサーにより切断した切断面の拡大写真を示す図である。図示するように、（１０−１０）面４には、磨りガラス状の細かい破面が観察され、スクライブによる切断面とは明確に識別することができる。
【００３６】
次に、本発明のＺｒＢ2 単結晶基板の破断について、基板の厚さを厚くした場合の比較例を説明する。
厚さが０．３３ｍｍのＺｒＢ2 単結晶基板の（０００１）面を、この結晶の（１０−１０）面に沿って、表面もしくは裏面に、基板の側面から２〜３ｍｍのスクライブ加工を行い、スクライブ線に沿って応力をかけて切断する。
図８は、厚さ０．３３ｍｍの（０００１）面ＺｒＢ2 単結晶基板を（１０−１０）面に沿って破断した比較例の破断部を基板斜め上方から撮影した写真を示す図である。基板が０．３３ｍｍと厚いときには破断面は屈曲し、（１０−１０）面４に沿った直線性を保つ破断が起こらない。
【００３７】
図９は、厚さ０．３３ｍｍの（０００１）面ＺｒＢ2 単結晶基板裏面に、破断しようとする個所の始点から終点まで完全にスクライブ加工を行い破断した比較例の破断部を基板斜め上方から撮影した写真を示す図である。
基板が厚いときでも、基板裏面に完全にスクライブ加工を行うと、半導体レーザーダイオードの共振器の形成には使用できないものの、半導体装置の種類によっては、素子分割には問題が無い程度の破断は可能である。
【００３８】
次に、本発明の基板を用いた半導体レーザダイオード（ＬＤ）に係る第２の実施の形態を示す。
図１０は、本発明に係る第２の実施の形態によるＬＤの構造を示す斜視図であり、図１１は図１０の光路方向の断面を示す断面図である。
本発明のＬＤ１０は、（０００１）面を方位とするＺｒＢ2 単結晶基板１上にＬＤ構造１１が形成されている。ＬＤ構造１１の最上部にスライプ状の電極１７と、ＺｒＢ2 基板１の裏面に電極１８が設けられている。
ＺｒＢ2 基板１の厚さは、０．１ｍｍ以下が好ましい。
光路２１に垂直な面である対向端面部１９（１９Ａ，１９Ｂ）と、２０（２０Ａ，２０Ｂ）が劈開により形成される。
ここで、ＬＤ１０のファブリペロー共振器は、窒化物系化合物半導体によるＬＤ構造１１の対向端面１９Ａ，２０Ａが（１０−１０）面４からなり、そして、ＺｒＢ2 単結晶基板１の対向端面１９Ｂ，２０Ｂが同じ（１０−１０）面４を有している。
【００３９】
ＬＤ構造１１は、窒化物系化合物半導体の多重層からなり、ＺｒＢ2 単結晶基板１上に、低抵抗化されたｎ型（ｎ+ ）ＧａＮ層１２，ｎ型Ａｌ0. 1Ｇａ0. 9Ｎ層１３，Ｇａ0.9 Ｉｎ0.1 Ｎ活性層１４，ｐ型Ａｌ0. 1Ｇａ0. 9Ｎ層１５，低抵抗化されたｐ型（ｐ+ ）ＧａＮ層１６が、順次積層されて形成される。
ｎ+ ＧａＮ層１２とＺｒＢ2 単結晶基板１との界面に空乏層が形成されないように、ｎ+ ＧａＮ層１２へは、できるだけ高濃度のＳｉによる不純物添加を行うことが好ましい。
さらに、動作層１１の最上層のｐ+ 型ＧａＮ層１６上に、ｐ層へのオーミック電極１７が設けられ、ＺｒＢ2 基板１の裏面に、ｎ層へのオーミック電極１８が設けられている。
ここで、ＬＤ構造１１となる窒化物系化合物半導体の多重層は、Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（ここで、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を用いることができる。
また、本例のＬＤ構造１１は、所謂ダブルヘテロ構造であるが、ＬＤ構造１１は、例えば、量子井戸構造あるいは多重量子井戸構造などを用いてよい。
【００４０】
次に、上記構成の実施の形態２のＬＤの特徴を説明する。
ファブリペロー共振器を形成する窒化物系化合物半導体の劈開面である（１０−１０）面は、厚さが０．１ｍｍ以下としたＺｒＢ2 単結晶基板１の劈開面である（１０−１０）面と同じであることから、容易に劈開されると共に、平坦性の高い鏡面が得られる。
【００４１】
従って、本発明のＬＤ１０のファブリペロー共振器の劈開面において、第１の従来例であるサファイア基板を用いた窒化物系化合物半導体によるＬＤ４０の劈開面に比べて、非常に平坦性の高い鏡面を有する劈開面１９Ａ，２０Ａが再現性よく得られる。これにより、ＬＤ１０のファブリペロー共振器の損失が減少してＱが向上し、ＬＤ１０のレーザ発光の閾値電流を低下させることができる。
また、第１の従来例によるサファイア基板４１を用いた窒化物系化合物半導体によるＬＤ４０と比較すると、導電性のＺｒＢ2 単結晶基板１の裏面にｎ層へのオーミック電極１８を形成することができる。
これにより、本発明のＬＤ１０は、 III−Ｖ族化合物系半導体によるＬＤと同じ縦構造が実現できる。
【００４２】
本発明のＬＤ１０によれば、窒化物系化合物半導体による縦構造ＬＤが実現できることから、第１の従来例のＬＤ４０のように、ｎ層の電極４８Ｂを素子上面に形成する必要がない。これにより、本発明のＬＤ１０によれば、第１の従来例のようにｎ+ ＧａＮ層４３を素子上面に露出させるための工程が不要となり、工程処理時間を短縮できるので、歩留まりが向上し、コストが低下する。
また、ＺｒＢ2 単結晶基板１の熱伝導率は、サファイア基板４１よりも大きいので、本発明のＬＤ１０の放熱が良好に行われる。これにより、本発明のＬＤ１０によれば、第１の従来例によるＬＤ４０と同じレーザ光出力が、より低い接合温度で得られるので、ＬＤ１０の連続動作時間を長くでき、長寿命化を達成できるので、信頼性が著しく向上する。
【００４３】
次に、本発明の基板を用いたＬＤの製造方法である第３の実施の形態を示す。図１２は本発明に係る第３の実施の形態によるＬＤの製造方法を示す図である。図１２（ａ）に示すように、最初に（０００１）面２を方位とするＺｒＢ2 単結晶基板１に、有機金属化合物を用いたＣＶＤ法（ＭＯＣＶＤ法）、または、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）によって、ｎ+ 型ＧａＮ層１２，ｎ型Ａｌ0. 1Ｇａ0. 9Ｎ層１３，Ｇａ0.9 Ｉｎ0.1 Ｎ活性層１４，ｐ型Ａｌ0. 1Ｇａ0. 9Ｎ層１５，ｐ+ ＧａＮ層１６を順次に結晶成長させ、窒化物系化合物半導体のＬＤ動作層１１を形成する。
ＺｒＢ2 単結晶基板１は、図１で説明した角形の基板や図２に示すような円形の円盤形の基板を使用する。ＺｒＢ2 と窒化物系化合物半導体は、同じ六方晶であり、ＺｒＢ2 単結晶基板の（０００１）面２に成長させた窒化物系化合物半導体は、（０００１）軸方向、（１０−１０）および（１１−２０）方向において、ＺｒＢ2 単結晶基板１の結晶方位と一致するエピタキシャル成長を行う。
【００４４】
次に、図１２（ｂ）で示すように、ＬＤ動作層１１の最上層のｐ+ ＧａＮ層１６に、オーミック電極となる金属層を、スパッタ法あるいは電子ビーム蒸着法によって形成し、熱処理してオーミック電極１７を形成する。
ＬＤ動作層１１のエピタキシャル成長の後に、ＳｉＯ2 のような絶縁物をＣＶＤ法により堆積して、窓開けした領域のみにオーミック電極１７をストライプ状に形成してもよい。
【００４５】
次に、図１２（ｃ）で示すように、ＺｒＢ2 単結晶基板１が、おおよそ０．１ｍｍ以下である場合には、ＺｒＢ2 単結晶基板１の裏面に、ｎ層へのオーミック電極１８となる金属層を、スパッタ法あるいは電子ビーム蒸着法によって形成し、熱処理してオーミック電極１８を形成する。また、ＺｒＢ2 単結晶基板の厚さが、例えば０．３ｍｍである場合には、ＺｒＢ2 基板の厚さが０．１ｍｍ以下になるように研磨した工程の後で、オーミック電極１８を形成すればよい。
次に、このように加工したＺｒＢ2 単結晶基板１及びＬＤ動作層１１を光路方向と垂直に、裏面からスクライブやポイントスクライブなどを行い、図示するようにＡの破線で表わす個所で、劈開を用いて切断する。この切断面は、ＺｒＢ2 単結晶基板１の（１０−１０）面４となるようにする。
【００４６】
次に、図１２（ｄ）で示すように、ＺｒＢ2 基板１の（１１−２０）面に沿って図のＢの破線で表わす個所を、ダイヤモンドブレードによる切断機によって切断し多数個に分割する。
図１２（ｅ）に示すように、窒化物系化合物半導体の対向端面１９Ａ，２０Ａは、窒化物系化合物半導体からなる素子構造の（１０−１０）面の劈開面であり、１９Ｂ，２０Ｂは、ＺｒＢ2 基板３１の（１０−１０）面４である。
【００４７】
このように、（０００１）面２を主表面とするＺｒＢ2 単結晶基板１を（１０−１０）面４に平行に分割すると、ＬＤ動作層１１の窒化物系化合物半導体の多重層の対向端面１９Ａ、２０Ａは滑らかで平行度の高い面とすることができる。これにより、ＺｒＢ2 単結晶基板１上に形成したＬＤ１０は、対向端面１９Ａ、２０Ａ間により損失の少ないファブリペロー共振器を形成できるので、ＬＤ１０の発振効率を向上させることができる。
【００４８】
次に、本発明の基板を用いた半導体装置に係る第４の実施の形態を示す。
図１３は、本発明に係る第４の実施の形態による半導体装置の構成を示す断面図である。本発明の半導体装置３０は、（０００１）面２を方位とするＺｒＢ2 単結晶基板３１上に、素子構造３２が形成されている。素子構造３２は、Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎの少なくとも一つを含む窒化物系化合物半導体（Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ、ここで、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなるＬＥＤ，フォトディテクタ，ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ），電界効果トランジスタ（ＦＥＴ），これらの半導体装置による集積回路などの半導体素子である。
これらの半導体装置のＺｒＢ2 単結晶基板３１の厚さは、ＬＥＤ、フォトディテクタ、ＨＢＴ、ＦＥＴのように、図９に示す程度の厳密な破断線でなくとも素子分離に問題がない場合には、０．３ｍｍ程度の厚さであれば、多少の起伏はあるものの（１０−１０）面４に平行に素子分割することができる。
また、例えばマイクロ波帯以上の動作周波数の電力用トランジスタのＨＢＴやＦＥＴのような場合には、放熱を考慮して、ＺｒＢ2 単結晶基板３１の厚さは、０．１ｍｍ以下が好ましい。
【００４９】
図１４は、本発明に係る第４の実施の形態によるＨＢＴの構成を示す断面図である。図示するように、素子構造３２の表面の電極３３Ａ，３３Ｂは、それぞれエミッタ電極，ベース電極である。ＺｒＢ2 単結晶基板３の裏面の電極３４は、コレクタ電極である。本発明のＨＢＴは、ＺｒＢ2 単結晶基板３１が導電性があるので、この裏面にコレクタ電極を形成できる。
本発明のＨＢＴによれば、第１の従来例のサファイア基板によるＨＢＴにおいて実現できない縦構造のＨＢＴが、容易に実現できる。
【００５０】
図１５は、本発明に係る第４の実施の形態によるＦＥＴの構成を示す断面図である。図示するように、素子構造３２の表面の電極３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃは、それぞれ、ＨＢＴのエミッタ電極，ベース電極，コレクタ電極に相当するソース電極，ゲート電極，ドレイン電極である。ここで、基板裏面へ電極３４を形成し、接地電極とすることができる。ソース電極３３Ａ、または、ゲート電極３３Ｂは、例えばバイアホールにより基板電極へ接続できる。このようにすることで、ソース、または、ゲートの寄生インダクタンスを著しく減少できる。
本発明のＦＥＴによれば、ＺｒＢ2 単結晶基板を接地できるので、寄生インダクタンスを著しく減少させることができ、動作周波数を容易に高めることができる。また、基板からの放熱が良好に行われるので、出力電力と効率の向上が達成できる。
【００５１】
図１６は、本発明に係る第４の実施の形態によるダイオードの構成を示す断面図である。図示するように、素子構造３２の表面の電極３３と、ＺｒＢ2 基板３１の裏面の電極３４は、それぞれ、アノード，カソードである。アノードとカソードは逆にしてもよい。ここで、ダイオードは、ＬＥＤやフォトディテクタとしてのｐｉｎフォトダイオードやアバランシェフォトダイオード、あるいは、バラクタダイオードなどが好適である。
ここで、基板裏面の電極３４は、アノードまたはカソードとなるので、第１の従来例のサファイア基板ではできない縦構造のダイードが容易に実現できる。
本発明のダイオードによれば、ＺｒＢ2 を窒化物系化合物半導体装置の基板として用いるので、基板側に電極を形成する縦型構造のダイオードを容易に、低コストで製作することができる。
【００５２】
次に、上記構成の実施の形態４の半導体装置の特徴を説明する。
第１の従来例によるサファイア基板を用いた窒化物系化合物半導体装置と比較すると、導電性のＺｒＢ2 単結晶基板３１の裏面にオーミック電極を形成することができる。
これにより、本発明の半導体装置３０は、 III−Ｖ族化合物系半導体による縦構造のＬＥＤやＨＢＴが容易に実現できる。
【００５３】
本発明のＬＥＤやＨＢＴのような半導体装置３０によれば、窒化物系化合物半導体による縦構造半導体装置が実現できることから、第１の従来例のＬＤ４０のように、ＬＥＤの基板に形成するアノードあるいはカソード電極やＨＢＴのドレイン電極を素子上面に形成する必要がない。これにより、本発明のＬＥＤやＨＢＴのような縦構造の半導体装置３０によれば、全ての電極を素子上面に露出させるための工程が不要となり、工程処理時間を短縮することができるので、歩留まりが向上する。
また、ＺｒＢ2 単結晶基板３１の熱伝導率は、サファイア基板４１よりも大きいので、本発明の半導体装置３０の放熱が良好に行われる。これにより、本発明の半導体装置３０によれば、第１の従来例によるサファイア基板を用いた半導体装置と比べて、より低い温度で動作させられるので、ＨＢＴやＦＥＴの出力，効率，信頼性の著しい向上が達成できる。
【００５４】
次に、本発明の基板を用いた半導体装置の製造方法である第５の実施の形態を示す。図１７は、本発明に係る第５の実施の形態による半導体装置の製造方法を示す図である。
図１７（ａ）に示すように、最初に（０００１）面２を方位とするＺｒＢ2 単結晶基板３１に、有機金属化合物を使ったＣＶＤ法（ＭＯＣＶＤ法）あるいは分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）によって、窒化物系化合物半導体（Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ、ここで、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなる半導体装置の素子構造３２となるエピタキシャル層を形成する。ＺｒＢ2 単結晶基板１は、図１で説明した角形の基板や図２に示すような円形の円盤形の基板を使用する。
【００５５】
次に、図１７（ｂ）で示すように、素子表面の電極形成などの所定の加工の後で、素子構造３２に電極３３となるオーミック電極となる金属層を、スパッタ法あるいは電子ビーム蒸着法によって形成し、熱処理してオーミック電極を形成する。
図示しないが、素子構造３２のエピタキシャル成長の後に、ＳｉＯ2 のような絶縁物をＣＶＤ法により堆積して、窓開けした領域のみに電極３３を形成してもよい。
【００５６】
次に、図１７（ｃ）で示すように、ＺｒＢ2 単結晶基板１が、おおよそ０．１ｍｍ以下である場合には、ＺｒＢ2 単結晶基板１の裏面に、オーミック電極となる金属層を、スパッタ法あるいは電子ビーム蒸着法によって形成し、熱処理してオーミック電極３４を形成する。
また、ＺｒＢ2 単結晶基板１の厚さが０．１ｍｍ以上の、例えば０．３ｍｍである場合には、ＺｒＢ2 単結晶基板の厚さが０．１ｍｍ以下になるように研磨した工程の後で、オーミック電極３４を形成すればよい。
次に、このように加工したＺｒＢ2 単結晶基板１及び素子構造３２を、図のＡの破線で表わす個所で、高速回転するダイヤモンドブレードを用いたダイサーで切断する。この切断面は、（１０−１０）面４に直角な面である（１１−２０）面がよい。
一枚の基板上に２以上の素子を形成した場合に分離を行う際に、分離する切断線の少なくとも一つを（１０−１０）面４に平行にする。正方形もしくは長方形の素子の場合には、外辺の２辺が（１０−１０）面４に平行になるようにし、残りの２辺が先の外辺に直交する（１１−２０）面に平行になるようにする。
【００５７】
次に、図１７（ｄ）で示すように、ＺｒＢ2 単結晶基板の（１０−１０）面４に沿って図のＢの点線の個所を劈開し多数個に分割することにより、本発明の半導体装置３０（図１７（ｅ））を製造することができる。
図１７（ｅ）に示すように、３５Ａ，３６Ａは、窒化物系化合物半導体からなる素子構造の（１０−１０）面４であり、３５Ｂ，３６Ｂは、ＺｒＢ2 基板３１の（１０−１０）面４である。
（１０−１０）面４に平行に分離する際にはダイヤモンドペンなどを用いたスクライバにてスクライブし、応力をかけて割ることにより容易に分割でき、切りしろが不要となる。
【００５８】
次に、本発明の基板を用いた半導体装置の製造方法である第５の実施の形態の別の実施例を示す。
図１８は、本発明に係る第５の実施の形態によるＬＥＤの製造方法を示す図である。
図１８（ａ）に示すように、最初に（０００１）面２を有するＺｒＢ2 単結晶基板３１に、有機金属化合物を使ったＣＶＤ法（ＭＯＣＶＤ法）によって、窒化物系化合物半導体（Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ、ここで、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなるＬＥＤの素子構造３２となるエピタキシャル層を形成する。
ＺｒＢ2 単結晶基板１は、図１で説明した角形の基板や図４に示すような円形の円盤形の基板を使用する。ＺｒＢ2 単結晶基板１の厚さは、０．３から０．３５ｍｍ程度でよい。
【００５９】
次に図１８（ｂ）で示すように、所定の加工の後で、素子構造３２に電極３３となるオーミック電極となる金属層を、金属マスクを介してスパッタ法あるいは電子ビーム蒸着法によって形成し、熱処理してオーミック電極３３を形成する。図示しないが、素子構造３２のエピタキシャル成長の後に、ＳｉＯ2 のような絶縁物をＣＶＤ法により堆積して、窓開けした領域のみに電極３３を形成してもよい。
【００６０】
次に、図１８（ｃ）で示すように、ＺｒＢ2 単結晶基板１の裏面に、オーミック電極となる金属層をスパッタ法あるいは電子ビーム蒸着法によって形成し、熱処理してオーミック電極３４を形成する。次に、ＬＥＤ構造３２の表面側から、高速回転するダイヤモンドブレードを用いたダイサーで、賽の目状に切断する。この切断領域が３５である。このときの、切り込み深さは、例えば０．２ｍｍから０．２５ｍｍ程度でよい。この切断面は、（１０−１０）面４及びこの面に直角な面である（１１−２０）面がよい。一枚の基板上に２以上の素子を形成した場合に分離を行う際に、分離する切断線の少なくとも一つを（１０−１０）面４に平行にする。
正方形もしくは長方形の素子の場合には、外辺の２辺が（１０−１０）面４に平行になるようにし、残りの２辺が先の外辺に直交する（１１−２０）面に平行になるようにする。切断後に、窒化物系化合物半導体のＬＥＤ構造３２のメサエッチングを行なってもよい。
最後に、上記の切断領域に沿って劈開し多数個に分割する。
【００６１】
図１８（ｄ）は、このようにして製造した、ＬＥＤの斜視図である。
この際、ＬＥＤにおいては直線性に優れた破断面が必ずしも必要でないので、基板厚さは、特に０．１ｍｍ以下である必要はない。
本発明のＬＥＤの製造方法によれば、ＺｒＢ2 単結晶基板１を用いた窒化物系化合物半導体の縦構造のＬＥＤが容易に実現できる。また、この製造方法によれば、第１の従来例のサファイア基板では実現できない縦構造のＬＥＤが、より少ない工程で実現できる。
【００６２】
本発明は、上記実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。例えば、上記実施の形態で説明したＬＤの積層構造や製造方法については、例えば多重量子井戸構造等を構成しても、窒化物系化合物半導体の結晶方位は各層間で常に結晶方位を一致させたエピタキシャルな関係が保持されている限り、破断したときの結晶方位に依存する特徴は、窒化物半導体多重層の積層構造に関わらず適用し得ることは勿論である。
【００６３】
【本発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明によれば、厚さが０．１ｍｍ以下の（０００１）面ＸＢ2 単結晶基板の（１０−１０）面に沿った、平坦な劈開面を容易に得ることができ、伝導性が高く、かつ熱伝導率が大きいので、窒化物系化合物半導体装置に最適な基板を提供することができる。
【００６４】
また本発明によれば、（１０−１０）面に沿った２つの劈開面を有するＸＢ2 単結晶基板の主表面上に、ＬＤ構造をなす窒化物系化合物半導体の多重層を備えたＬＤを縦構造で実現できる。ＬＤのファブリペロー共振器をなす二つの対抗端面が、ＸＢ2 単結晶基板の（１０−１０）面に沿った劈開面に連なることによって、対向端面の面精度、平行度を高くすることができ、損失の少ないファブリペロー共振器を実現でき、レーザーの発振効率向上と長寿命化を達成できる。
【００６５】
また、本発明によれば、ＸＢ2 単結晶基板上に、ＬＤとなる窒化物系化合物半導体の多重層を形成した後、ＸＢ2 単結晶基板および窒化物系化合物半導体の多重層を、ＸＢ2 単結晶基板の（１０−１０）面に沿って劈開して多数個に分割する工程により、きわめて簡単な工程で、高性能な窒化物系化合物半導体のＬＤを製造することができる。
【００６６】
また、本発明によれば、ＸＢ2 基板単結晶上に、窒化物系化合物半導体によるＬＥＤ、受光素子、ＨＢＴ、ＦＥＴなどの半導体装置を形成でき、特にＬＥＤやＨＢＴにおいて縦構造の半導体装置を実現できる。
【００６７】
さらに、本発明によれば、ＸＢ2 単結晶基板上に、窒化物系化合物半導体によるＬＤ、もしくは、ＬＥＤ、受光素子、ＨＢＴ、ＦＥＴなどの半導体装置を形成した後、ＸＢ2 単結晶基板および窒化物系化合物半導体装置を、ＸＢ2 単結晶基板の（１０−１０）面に沿って劈開して多数個に分割する工程により、きわめて簡単な工程で、高性能な窒化物系化合物半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態によるＸＢ2 単結晶基板の構成を示す概略図である。
【図２】ＺｒＢ2 単結晶における主要な面の相対関係を示す図である。
【図３】ＺｒＢ2 単結晶基板の（０００１）面を有する基板における（１０−１１）面の相対位置を示した斜視図である。
【図４】本発明のＺｒＢ2 単結晶基板の実施例を示す図である。
【図５】厚さ０．０６ｍｍの（０００１）面ＺｒＢ2 単結晶基板を（１０−１０）面に平行に切断した切断部を基板の斜め上方から観察した拡大写真を示す図である。
【図６】ＺｒＢ2 単結晶基板の厚さを０．１ｍｍ以下として良好な切断面が得られたときの切断面のＸ線による背面ラウエ写真を示す図である。
【図７】厚さ０．０６ｍｍの（０００１）面ＺｒＢ2 単結晶基板を（１０−１０）面に沿って、切断機により切断した切断面の拡大写真を示す図である。
【図８】厚さ０．３３ｍｍの（０００１）面ＺｒＢ2 単結晶基板を、（１０−１０）面に沿って破断した比較例の破断部を基板斜め上方から撮影した写真を示す図である。
【図９】厚さ０．３３ｍｍの（０００１）面ＺｒＢ2 単結晶基板裏面に、破断しようとする箇所の始点から終点まで完全にスクライブ加工を行い破断した比較例の破断部を基板斜め上方から撮影した写真を示す図である。
【図１０】本発明に係る第２の実施の形態によるＬＤの構造を示す斜視図である。
【図１１】本発明のＬＤ構造の光路方向の断面を示す断面図である。
【図１２】本発明に係る第３の実施の形態による半導体レーザダイオードの製造方法を示す図である。
【図１３】本発明に係る第４の実施の形態による半導体装置の構成を示す概略断面図である。
【図１４】本発明に係る第４の実施の形態によるＨＢＴの構成を示す断面図である。
【図１５】本発明に係る第４の実施の形態によるＦＥＴの構成を示す断面図である。
【図１６】本発明に係る第４の実施の形態によるダイオードの構成を示す断面図である。
【図１７】本発明に係る第５の実施の形態による半導体装置の製造方法を示す図である。
【図１８】本発明に係る第５の実施の形態によるＬＥＤの製造方法を示す図である。
【図１９】従来のサファイア基板を用いた窒化物系化合物半導体によるＬＤの一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ （０００１）面ＸＢ2 基板
２ （０００１）面
３ ＸＢ2 基板の裏面
４ （１０−１０）面
５ 基板にスクライブした跡
６ オリエンテーションフラット
７ （１０−１１）面
８ （０００１）面と（１０−１１）面の交線
１０ 半導体レーザダイオード
１１ 動作層
１２ ｎ+ 型ＧａＮ層
１３ ｎ型Ａｌ0. 1Ｇａ0. 9Ｎ層
１４ ＩｎＧａＮ活性層
１５ ｐ型Ａｌ0. 1Ｇａ0. 9Ｎ層
１６ ｐ+ 型ＧａＮ層
１７，１８ 電極
１９，２０，３５，３６ 半導体レーザダイオードの対向端面
１９Ａ，２０Ａ，３５Ａ，３６Ａ 窒化物系化合物半導体の対抗端面
１９Ｂ，２０Ｂ，３５Ｂ，３６Ｂ ＺｒＢ2 基板の対抗端面
３０ 本発明のＺｒＢ2 基板を用いた半導体装置
３１ ＺｒＢ2 単結晶基板
３２ 素子構造
３３，３４ 電極
３３Ａ エミッタ（ソース）
３３Ｂ ベース（ゲート）
３３Ｃ ドレイン
３５ 切断領域
４０ 第１の従来例のサファイア基板を用いたＬＤ
【産業上の利用分野】
本発明は、窒化物系化合物半導体に必要な基板と、それを用いた半導体レーザダイオード及び半導体装置並びにそれらの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザダイオード（以下、ＬＤと呼ぶ）や、発光ダイオード（以下、ＬＥＤと呼ぶ）素子は、光ディスク装置などの様々な機器に応用されている。
近年、これらの光ディスク装置の記憶容量を増大させるために波長の短い青〜紫外域の発光ができる窒化物系化合物半導体材料を用いたＬＥＤやＬＤが、開発されている。窒化物系化合物半導体は、禁制帯幅が大きいので降伏電圧が高い。また、移動度が大きいので、高周波特性に優れることから各種のトランジスタの開発が行われている。
従来の窒化物系化合物半導体を用いたＬＤや高周波用トランジスタは、窒化物系化合物半導体の、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）の品質の良い基板が得られていないので、サファイア単結晶基板上に、窒化物系化合物半導体装置を形成していた。
【０００３】
窒化物系化合物半導体を用いたＬＤの製造方法の第１の従来例として、特開平７−２９７４９５号公報による技術がある。図１９は、この第１の従来例のＬＤの構成を示す断面図である。このＬＤ４０は、サファイア単結晶基板４１の（１１−２０）面上に、ＬＤの動作層として、ＡｌＮバッファ層４２，ｎ+ ＧａＮ層４３，ｎＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層４４，ＧａＮ層４５，ｐＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層４６からなる多重層が、順次積層されている。最上層のｐＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層４６上にＳｉＯ2 膜４７が堆積され、電極用の窓が開けられて、ｐ層４６の電極４８Ａが形成されている。ｎ層４４の電極４８Ｂは、ｎ+ ＧａＮ層４３上に形成されている。
【０００４】
ＬＤ４０のファブリペロー共振器の共振面は、レーザ発光の光路（紙面の垂直方向）に垂直な対向端面に構成されている。
第１の従来例には、共振器となる対向端面は、単結晶サファイア基板４１を＜０００１＞軸（ｃ軸）に沿って劈開し、分割することによって得ることが開示されている。これにより、対向端面を精密な鏡面とすることにより、窒化物系化合物半導体によるＬＤ４０の発振効率を向上させることが示されている。
【０００５】
一方、第２の従来例として、二硼化ジルコニウム（ＺｒＢ2 ）基板が、窒化物系化合物半導体の基板として有望であることが報告されている（Ｊ．Ｓｕｄａ、Ｈ．Ｍａｔｓｕｎａｍｉ、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ、Ｖｏｌ．２３７−２３９、ｐｐ．２１０−２１３、２００２年）。
ＺｒＢ2 基板は、高周波加熱の浮遊帯溶解法（ＦＺ法）により単結晶が得られ、窒化物系化合物半導体と良好に格子整合し、かつ、優れた導電性を有している。また、窒化物系化合物半導体は、ＺｒＢ2 基板上に、エピタキシャル成長させることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
第１の従来例のＬＤの製造方法において、サファイア基板４１をｃ軸に沿って劈開した場合、サファイア基板４１は、その劈開面が（１０−１２）面とされているが、この結晶面は、窒化物系化合物半導体の劈開面である（１０−１０）面とは異なるので、安定した劈開面が得られないという課題がある。
そのために、窒化物系化合物半導体のファブリペロー共振器となる対向端面の面精度、平行度を高くすることができないため、歩留まり良く、発振効率の高いＬＤを得ることができないという課題がある。
【０００７】
III−Ｖ族化合物系半導体を用いたＬＤは、動作層の表面と基板裏面とにオーミック電極を設け、基板の表面側から裏面へ電流を流す、いわゆる縦構造素子である。しかし、サファイア単結晶基板４１は絶縁物であるために、サファイア基板４１の裏面をオーミック電極とすることはできないので、縦型構造素子は実現できない。従って、ＬＤ４０において、多重層の下部であるｎ+ 層４３に、電極４８Ｂを、素子上面部に形成する必要がある。
このｎ+ 層４３を素子上面に露出させるためには、例えばＬＤの多重層を結晶成長させるときに、ｎ+ 層４３の成長が済んだら、結晶成長を中止して、電極となる部分を結晶成長されないＳｉＯ2 ４７などの絶縁物で被覆し、さらに多重層を成長させるという、いわゆる選択成長を行う必要がある。または、多重層を形成した後に、電極となるｎ+ 領域をエッチングにより素子表面へ露出させる工程などにより行う。これにより、工程が増えるために、歩留まりが低下しコストが増大するという課題がある。
【０００８】
また、サファイア単結晶基板４１は、熱伝導率が小さいので、サファイア単結晶基板４１を用いた窒化物系化合物半導体のＬＤ４０や各種の半導体装置の動作時の温度が上昇し易い。そのために、ＬＤ４０の寿命が短くなったり、また、高周波用トランジスタの出力と効率が上がらないといった、窒化物系化合物半導体装置の有する本来の性能を十分に発揮できないという課題がある。
【０００９】
また、第２の従来例において、ＺｒＢ2 結晶基板を例えばＬＤの基板として使用した場合に、ＬＤの共振面を形成するときにＺｒＢ2 基板も同時に劈開することが必要である。しかし、ＺｒＢ2 基板の明瞭な劈開面は確認されていないという課題がある。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑み、窒化物系化合物半導体の劈開面と同じ劈開面を有し、かつ、導電性を有する基板と、それを用いた半導体レーザダイオード及び半導体装置、並びにそれらの製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の基板は、二硼化物ＸＢ２（ここで、Ｘは、ＺｒまたはＴｉ）の単結晶基板であって、基板の面方位が（０００１）面であり、基板が（１０−１０）面または（１１−２０）面を示すオリエンテーションフラットを有し、基板の厚さが０．１ｍｍ以下とし、（１０−１０）面で劈開されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の半導体レーザダイオードは、二硼化物ＸＢ２（ここで、Ｘは、ＺｒまたはＴｉ）単結晶の（０００１）面を方位とする二硼化物ＸＢ２単結晶基板上に、多重層からなる半導体レーザ動作層が形成された半導体レーザダイオードであって、多重層における半導体レーザ光の共振器をなす２つの対向端面及び上記二硼化物ＸＢ ２ 単結晶基板の対向端面が、共に、上記基板の（１０−１０）面に平行な劈開面であることを特徴とする。
二硼化物ＸＢ２単結晶基板の厚さは、０．１ｍｍ以下であればよい。
また、二硼化物ＸＢ２単結晶基板はＺｒＢ２単結晶基板であり、半導体レーザダイオードの動作層となる多重層は、窒化物系化合物半導体（ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ、ここで、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）から構成される。
この構成によれば、半導体レーザダイオードを形成する以前若しくは形成した後に二硼化物ＸＢ２基板を０．１ｍｍ以下の厚さにしておけば、二硼化物ＸＢ２基板並びに半導体レーザダイオードを、二硼化物ＸＢ２並びに半導体レーザダイオードを構成する窒化物系化合物半導体の（１０−１０）面に沿って良好な直線性を以て容易に分割することができ、半導体レーザダイオードの共振器を構成する対向端面を容易に形成することができる。
また、素子分割の観点からも、切断しろのない素子の分割方法を実現することができる。
【００１３】
本発明の半導体装置は、二硼化物ＸＢ２（ここで、Ｘは、ＺｒまたはＴｉ）単結晶の（０００１）面を方位とする二硼化物ＸＢ ２ 単結晶基板上に半導体素子が形成された半導体装置であって、二硼化物ＸＢ２単結晶基板及び上記素子の少なくとも一側面が、共に、二硼化物ＸＢ ２ 単結晶基板の（１０−１０）面に沿って劈開される切断面を有することを特徴とする。
半導体素子は、半導体レーザダイオード、発光ダイオード、フォトディテクタ、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、集積回路の何れかであってもよい。
また、二硼化物ＸＢ２単結晶基板の厚さは、好ましくは、０．１ｍｍ以下である。
また、二硼化物ＸＢ ２ 単結晶基板は、ＺｒＢ２単結晶基板であり、半導体素子は、窒化物系化合物半導体（ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ、ここで、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなることが好ましい。
この構成によれば、半導体装置を形成する以前若しくは形成した後に、二硼化物ＸＢ２基板を０．１ｍｍ以下の厚さにしておけば、二硼化物ＸＢ２基板並びに半導体装置を、二硼化物ＸＢ２並びに半導体装置を構成する窒化物の（１０−１０）面に沿って良好な直線性を保って容易に分割することができる。
また、この構成によれば、ＺｒＢ２を窒化物系化合物半導体の基板として用い、基板側に電極を形成する縦型構造の窒化物系化合物半導体素子を形成することができる。
【００１４】
さらに、本発明による半導体レーザダイオードの製造方法は、二硼化物単結晶ＸＢ2 （ここで、Ｘは、ＺｒまたはＴｉ）の（０００１）面を方位とする基板上に半導体レーザダイオードの動作層を形成する工程と、二硼化物単結晶ＸＢ2 基板及び半導体レーザダイオードの動作層を二硼化物単結晶ＸＢ2 基板の（１０−１０）面に沿って劈開して多数個に分割する工程からなることを特徴とする。
前記二硼化物単結晶ＸＢ2 基板及び半導体レーザダイオードの動作層がＸＢ2 単結晶基板の（１０−１０）面に沿って劈開して多数個に分割される工程の前に、二硼化物単結晶ＸＢ2 基板を、少なくとも０．１ｍｍ以下の厚さにする工程を含んでいてもよい。
二硼化物単結晶ＸＢ2 基板の厚さは、好ましくは、０．１ｍｍ以下とされる。
前記二硼化物単結晶ＸＢ2 基板は、好ましくは、ＺｒＢ2 単結晶基板であり、半導体レーザダイオードの動作層となる多重層は、好ましくは、、窒化物系化合物半導体（Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ、ここで、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなる。
この構成によれば、半導体レーザダイオードを形成する以前若しくは形成した後にＸＢ2 単結晶基板を０．１ｍｍ以下の厚さにしておけば、ＸＢ2 単結晶基板並びに半導体レーザダイオードを、ＸＢ2 単結晶基板並びに半導体レーザダイオードを構成する窒化物の（１０−１０）面に沿って良好な直線性を保って容易に分割することができ、半導体レーザーダイオードの共振器を構成する対向端面を容易に形成することができる。
また、素子分割の観点からも、切断しろのない素子の分割方法を実現することができる。
【００１５】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、二硼化物単結晶ＸＢ2 （ここで、Ｘは、ＺｒまたはＴｉ）の（０００１）面を方位とする基板上に半導体素子を形成する工程と、二硼化物単結晶ＸＢ2 基板上の半導体素子を分離する際に、二硼化物単結晶ＸＢ2 基板の（１０−１０）面に平行に素子を切断する工程からなることを特徴とする。
前記素子を切断する工程は、好ましくは、劈開によって行う。また、二硼化物単結晶ＸＢ2 基板上の半導体素子を分離する際に、ＸＢ2 単結晶基板の（１０−１０）面に平行に素子を切断する工程の前に、ＸＢ2 単結晶基板を、少なくとも０．１ｍｍ以下の厚さにする工程を含むことを特徴とする。前記二硼化物単結晶ＸＢ2 基板の厚さは、好ましくは、０．１ｍｍ以下となっている。
また、二硼化物単結晶ＸＢ2 基板は、ＺｒＢ2 単結晶基板であり、半導体素子は、窒化物系化合物半導体（Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ、ここで、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなっていれば好ましい。
この構成によれば、半導体装置を形成する以前若しくは形成した後にＸＢ2 単結晶基板を０．１ｍｍ以下の厚さにしておけば、ＸＢ2 単結晶基板並びに半導体装置を、ＸＢ2 単結晶基板並びに半導体装置を構成する窒化物の（１０−１０）面に沿って良好な直線性を保って容易に分割することができる。
また、ＺｒＢ2 を窒化物系化合物半導体の基板として用いれば、基板側に電極を形成する縦型構造の窒化物系化合物半導体素子を形成することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
初めに本発明の基板の第１の実施の形態を示す。
図１は本発明に係る第１の実施の形態による基板の構成を示す図である。図１（ａ）は二硼化物ＸＢ2 単結晶基板の平面図であり、図１（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。図１において、単結晶基板１は、二硼化物ＸＢ2 （Ｘは、Ｚｒ（ジルコニウム）またはＴｉ（チタン）のいずれか一つであり、Ｂは硼素である。）からなっている。
ここで単結晶基板１として、ＸがＺｒであるＺｒＢ2 を例にとって説明する。このＺｒＢ2 単結晶基板１は、（０００１）面２を主表面とし、短辺がＬ１で、長辺がＬ２の寸法を有している。短辺の側面４は、（１０−１０）面、または、（１１−２０）面であり、オリエンテーションフラットとなっている。
【００１７】
図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面である。基板の裏面は３で示している。基板１の厚さｔは、後述するように、劈開し易いように、厚さが、０．１ｍｍ以下が好適である。
【００１８】
次に、本発明のＺｒＢ2 単結晶基板の劈開について説明する。
図１に示すように、厚さが０．０６ｍｍのＺｒＢ2 単結晶基板１の表面２もしくは裏面３において、この結晶の（１０−１０）面４に平行に、表面２もしくは裏面３を、ダイヤモンドペンを用いてスクライブし、スクライブ線５が劈開の基線となるように（０００１）面２に応力をかけて切断する。
【００１９】
次に、本発明の基板の作用効果を説明する。
多数のＺｒＢ2 単結晶基板を作製し、機械的もしくは熱的な衝撃を与えて劈開した切断面について綿密な観察を行った結果、（０００１）面２を主表面とするＺｒＢ2 単結晶基板１の厚さを０．１ｍｍ以下にすれば、切断面が（１０−１０）面４に平行で、かつ、（０００１）面２において（１０−１０）面４と（１０−１１）面が交わる交線に沿って、直線的に割れることが判明した。
これにより、従来劈開が困難であった（０００１）面２を有するＺｒＢ2 単結晶基板１において、おおよそ０．１ｍｍ以下の厚さにしたＺｒＢ2 単結晶基板は、（０００１）面２を主表面とするＺｒＢ2 単結晶基板１の本来の劈開面である（１０−１１）面での切断面は得られず、（１０−１０）面４で良好な切断面が得られる。
【００２０】
上述したＺｒＢ2 単結晶基板１の切断面が、本来の劈開面である（１０−１１）面とならないで（１０−１０）面４となる理由を説明する。
始めに、ＺｒＢ2 単結晶基板１の（１０−１１）面と、（１０−１０）面４の位置関係について説明する。
図２は、ＺｒＢ2 結晶における主要な面の相対関係を示す図である。ＺｒＢ2 は、六方晶系の結晶構造を有している。六角柱の底面上に、ａ１軸，ａ２軸，ａ３軸があり、この底面に垂直な方向がｃ軸である。図示するように、六角柱の底面が（０００１）面２である。この底面の六角形の一辺が格子定数ａである。
また、図に示すように（０００１）面２に対して、（１０−１０）面４は、９０°の角をなしている。また、（０００１）面２と（１０−１１）面７のなす角度は、５２．１５°である。そして、（１０−１１）面７と（１０−１０）面４は、（０００１）面２において交線８で交わっている。
【００２１】
図３は、ＺｒＢ2 単結晶基板の（０００１）面基板における（１０−１１）面の相対位置を示した斜視図である。図示するように、本来の劈開面である（１０−１１）面７と、（０００１）面２のなす角度は、５２．１５°で、垂直ではない。従って、（１０−１１）面７と、ＺｒＢ2 単結晶基板１の表面２と裏面３との交線は、図中に示したＬというずれが生じる。
【００２２】
ＺｒＢ2 単結晶基板１の劈開面が、本来の劈開面である（１０−１１）面７とならずに（１０−１０）面４となる理由は、まず第１に本来の劈開面である（１０−１１）面７が（０００１）面２に垂直ではないために、スクライブの後に加えられる応力が（１０−１１）面７には加わりにくいことによる。
次に、スクライブの後に加えられる応力に対する（１０−１１）面７の降伏点が、（０００１）主表面２に垂直な（１０−１０）面４に対する応力の降伏点よりも高いので、（１０−１０）面４に沿って切断され易いものと考えられる。
すなわち、基板の厚さを薄くすると、切断し易い（１０−１０）面２と、切断されにくい（１０−１１）面７との応力に対する降伏点の差が僅差であっても、切断し易い（１０−１０）面４での切断が先に発生するものと推測される。
一方、ＺｒＢ2 単結晶基板１が厚くなると、薄い場合には切断し易かった（１０−１０）面４も応力に対する降伏点が向上し、容易に切断しにくくなり、切断面が（１０−１０）面４から屈曲して割れるようになると推測される。
【００２３】
なお、ＴｉＢ2 単結晶基板の場合には、上記の（１０−１１）面７と、（０００１）面２のなす角度は、５０．９°であり、ＺｒＢ2 単結晶基板１と同様に基板の厚さがおおよそ０．１ｍｍ以下で、（１０−１０）面４の劈開による切断面が安定して得られる。
【００２４】
ＺｒＢ2 単結晶基板の格子定数は、ａ＝３．１６９Åである。窒化物系化合物半導体のＧａＮと、ＡｌＮの格子定数は、それぞれ、３．１８９Å，３．１１２Åであるので、ＺｒＢ2 単結晶基板とほぼ格子整合がとれる。
また、Ｇａx Ａｌ1-x Ｎのような窒化物系化合物半導体の混晶は、その格子定数が組成比によって変化し、所謂ベガード則によってＧａＮとＡｌＮの格子定数の中間の値となるので、ＺｒＢ2 単結晶基板と良好に格子整合がとれる。
【００２５】
ＺｒＢ2 単結晶基板は化学的に安定で、抵抗率は数μΩ・ｃｍであり、窒化物系化合物半導体を用いたダイオードや、バイポーラトランジスタのような基板を電極として使用し、素子の表面側から基板に縦方向に電流を流す縦型構造素子の基板として最適である。また、ＺｒＢ2 単結晶基板１の熱伝導率は、ほぼＳｉと同じであり、ＧａＡｓやサファイア基板の約３倍の値である。従って、ＺｒＢ2 単結晶基板上に形成した窒化物系化合物半導体装置の放熱に適している。
【００２６】
また、ＴｉＢ2 単結晶基板の格子定数は、ａ＝３．０３０Åであり、ＺｒＢ2 単結晶基板１よりは若干小さいが、ＧａＮとＡｌＮとほぼ格子整合がとれる。また、ＺｒＢ2 とＴｉＢ2 の固溶体（Ｚｒx Ｔｉ1-x Ｂ2 ）も、窒化物系化合物半導体の基板として使用できる。
本発明において、厚さを０．１ｍｍ以下とした（０００１）面ＸＢ2 単結晶基板１によれば、窒化物系化合物半導体の劈開面である（１０−１０）面と一致する（１０−１０）面４の劈開面が、安定して得られる。また、ＸＢ2 単結晶基板１の抵抗が小さく、熱伝導率も大きいので、窒化物系化合物半導体の基板として好適である。
【００２７】
次に、本発明のＺｒＢ2 単結晶基板の実施例について説明する。
図４は本発明のＺｒＢ2 基板の実施例を示す図である。図４（ａ）は、本発明の基板であるＺｒＢ2 の円形単結晶基板の平面図であり、図４（ｂ）は、そのＢ−Ｂ断面図である。図４（ａ）で示されるＺｒＢ2 の円形単結晶基板は、図１と同様に（０００１）面２を主表面としている。劈開面となる（１０−１０）面４、または、（１１−２０）面の位置は、オリエンテーションフラット６により示される。図４（ｂ）に示す断面は、図１（ｂ）と同様であるので、説明は省略する。
【００２８】
つぎに、図１に示すＺｒＢ2 単結晶基板の製造方法について説明する。
市販のＺｒＢ2 粉末を粉末成形し、１４００℃程度で真空焼成してＺｒＢ2 結晶の原料棒を作製する。高周波ＦＺ法により、この原料棒を単結晶化する。高周波ＦＺ法は、アルゴンガス雰囲気中で行い、原料棒の下部に種結晶を配置し、原料棒の下部から上方に沿って単結晶を育生する。
このようにして得たＺｒＢ2 単結晶の結晶方位をＸ線で確認し、（０００１）面の板を切り出す。ＺｒＢ2 板の厚さは、切断時点では、０．４ｍｍ〜０．５５ｍｍ程度で、これを研削加工して０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度の厚さにする。
【００２９】
次に、図１に示すように基板側面となる部位の結晶方位を測定して、外辺の側面を（１０−１０）面４、または、（１１−２０）面に正確に合わせ、外形形状を整える研削加工を行う。
【００３０】
そして、上記基板をコロイダルシリカなどの砥粒を用いて研磨加工し、厚さを０．０６〜０．１ｍｍ程度にする。本発明のＺｒＢ2 単結晶基板１は、０．１ｍｍを越える厚さでは安定に劈開することは困難であるため、加工による厚さのばらつきを考慮すると、０．１ｍｍ程度以下の厚さに加工することが好ましい。
【００３１】
次に、本発明のＺｒＢ2 単結晶基板の劈開についての実施例を説明する。
図１に示すように、厚さが０．０６ｍｍのＺｒＢ2 単結晶基板１を、この結晶の（１０−１０）面４に沿って、表面２もしくは裏面３をダイヤモンドペンを用いてスクライブし、スクライブ線５が劈開の基線となるように応力をかけて切断する。
【００３２】
図５は、厚さ０．０６ｍｍの（０００１）面ＺｒＢ2 単結晶基板を（１０−１０）面に平行に切断した切断部を基板の斜め上方から観察した拡大写真を示す図である。図において、写真中央部下部から斜め左方向の矢印で示した線が、（０００１）面２と（１０−０）面と、（１０−１１）面７との交線８に相当する。この交線８の下部の矢印で示した部位が、ＺｒＢ2 単結晶基板１にスクライブした跡５である。上記交線８の右側の切断面は（１０−１０）面４であり、基板表面に該当する（０００１）面２との交線８に対して良好な直線性を保っている。
【００３３】
この方法においては、破断しようとする破断面の始点から終点まで完全に基板裏面３にスクライブ加工しても良いが、基板裏面３または表面２の一部に２〜３ｍｍ程度の長さのスクライブ加工を施して、このスクライブ線に応力をかけると、スクライブしていない部分にも自発的に（１０−１０）面４に沿った切断が起きる。このように、ダイヤモンドペンなどを用いてスクライブし、応力をかけて割った場合には、基板表面の（０００１）面２との交線８で良好な直線を保って切断できる。
【００３４】
図６は、ＺｒＢ2 単結晶基板の厚さを０．１ｍｍ以下として良好な切断面が得られたときの切断面のＸ線による背面ラウエ写真を示す図である。このＸ線によるラウエ斑点のパターンによれば、切断面は、（１０−１０）面４からなることを示しており、ＺｒＢ2 単結晶基板１の本来の劈開面に相当する（１０−１１）面７のものではない。
【００３５】
次に、本発明のＺｒＢ2 単結晶基板の機械的な切断についての実施例を説明する。
上記の本発明のＺｒＢ2 単結晶基板の劈開に対して、素子の分割に一般に使用されるダイヤモンドブレードを使ったダイサーで基板を切断した例を示す。
図１に示した形状の０．０６ｍｍのＺｒＢ2 単結晶基板１の（０００１）面２を、この結晶の（１０−１０）面４に沿ってダイサーを用いて切断した。図７は、厚さ０．０６ｍｍの（０００１）面ＺｒＢ2 単結晶基板を（１０−１０）面に沿って、ダイサーにより切断した切断面の拡大写真を示す図である。図示するように、（１０−１０）面４には、磨りガラス状の細かい破面が観察され、スクライブによる切断面とは明確に識別することができる。
【００３６】
次に、本発明のＺｒＢ2 単結晶基板の破断について、基板の厚さを厚くした場合の比較例を説明する。
厚さが０．３３ｍｍのＺｒＢ2 単結晶基板の（０００１）面を、この結晶の（１０−１０）面に沿って、表面もしくは裏面に、基板の側面から２〜３ｍｍのスクライブ加工を行い、スクライブ線に沿って応力をかけて切断する。
図８は、厚さ０．３３ｍｍの（０００１）面ＺｒＢ2 単結晶基板を（１０−１０）面に沿って破断した比較例の破断部を基板斜め上方から撮影した写真を示す図である。基板が０．３３ｍｍと厚いときには破断面は屈曲し、（１０−１０）面４に沿った直線性を保つ破断が起こらない。
【００３７】
図９は、厚さ０．３３ｍｍの（０００１）面ＺｒＢ2 単結晶基板裏面に、破断しようとする個所の始点から終点まで完全にスクライブ加工を行い破断した比較例の破断部を基板斜め上方から撮影した写真を示す図である。
基板が厚いときでも、基板裏面に完全にスクライブ加工を行うと、半導体レーザーダイオードの共振器の形成には使用できないものの、半導体装置の種類によっては、素子分割には問題が無い程度の破断は可能である。
【００３８】
次に、本発明の基板を用いた半導体レーザダイオード（ＬＤ）に係る第２の実施の形態を示す。
図１０は、本発明に係る第２の実施の形態によるＬＤの構造を示す斜視図であり、図１１は図１０の光路方向の断面を示す断面図である。
本発明のＬＤ１０は、（０００１）面を方位とするＺｒＢ2 単結晶基板１上にＬＤ構造１１が形成されている。ＬＤ構造１１の最上部にスライプ状の電極１７と、ＺｒＢ2 基板１の裏面に電極１８が設けられている。
ＺｒＢ2 基板１の厚さは、０．１ｍｍ以下が好ましい。
光路２１に垂直な面である対向端面部１９（１９Ａ，１９Ｂ）と、２０（２０Ａ，２０Ｂ）が劈開により形成される。
ここで、ＬＤ１０のファブリペロー共振器は、窒化物系化合物半導体によるＬＤ構造１１の対向端面１９Ａ，２０Ａが（１０−１０）面４からなり、そして、ＺｒＢ2 単結晶基板１の対向端面１９Ｂ，２０Ｂが同じ（１０−１０）面４を有している。
【００３９】
ＬＤ構造１１は、窒化物系化合物半導体の多重層からなり、ＺｒＢ2 単結晶基板１上に、低抵抗化されたｎ型（ｎ+ ）ＧａＮ層１２，ｎ型Ａｌ0. 1Ｇａ0. 9Ｎ層１３，Ｇａ0.9 Ｉｎ0.1 Ｎ活性層１４，ｐ型Ａｌ0. 1Ｇａ0. 9Ｎ層１５，低抵抗化されたｐ型（ｐ+ ）ＧａＮ層１６が、順次積層されて形成される。
ｎ+ ＧａＮ層１２とＺｒＢ2 単結晶基板１との界面に空乏層が形成されないように、ｎ+ ＧａＮ層１２へは、できるだけ高濃度のＳｉによる不純物添加を行うことが好ましい。
さらに、動作層１１の最上層のｐ+ 型ＧａＮ層１６上に、ｐ層へのオーミック電極１７が設けられ、ＺｒＢ2 基板１の裏面に、ｎ層へのオーミック電極１８が設けられている。
ここで、ＬＤ構造１１となる窒化物系化合物半導体の多重層は、Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（ここで、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を用いることができる。
また、本例のＬＤ構造１１は、所謂ダブルヘテロ構造であるが、ＬＤ構造１１は、例えば、量子井戸構造あるいは多重量子井戸構造などを用いてよい。
【００４０】
次に、上記構成の実施の形態２のＬＤの特徴を説明する。
ファブリペロー共振器を形成する窒化物系化合物半導体の劈開面である（１０−１０）面は、厚さが０．１ｍｍ以下としたＺｒＢ2 単結晶基板１の劈開面である（１０−１０）面と同じであることから、容易に劈開されると共に、平坦性の高い鏡面が得られる。
【００４１】
従って、本発明のＬＤ１０のファブリペロー共振器の劈開面において、第１の従来例であるサファイア基板を用いた窒化物系化合物半導体によるＬＤ４０の劈開面に比べて、非常に平坦性の高い鏡面を有する劈開面１９Ａ，２０Ａが再現性よく得られる。これにより、ＬＤ１０のファブリペロー共振器の損失が減少してＱが向上し、ＬＤ１０のレーザ発光の閾値電流を低下させることができる。
また、第１の従来例によるサファイア基板４１を用いた窒化物系化合物半導体によるＬＤ４０と比較すると、導電性のＺｒＢ2 単結晶基板１の裏面にｎ層へのオーミック電極１８を形成することができる。
これにより、本発明のＬＤ１０は、 III−Ｖ族化合物系半導体によるＬＤと同じ縦構造が実現できる。
【００４２】
本発明のＬＤ１０によれば、窒化物系化合物半導体による縦構造ＬＤが実現できることから、第１の従来例のＬＤ４０のように、ｎ層の電極４８Ｂを素子上面に形成する必要がない。これにより、本発明のＬＤ１０によれば、第１の従来例のようにｎ+ ＧａＮ層４３を素子上面に露出させるための工程が不要となり、工程処理時間を短縮できるので、歩留まりが向上し、コストが低下する。
また、ＺｒＢ2 単結晶基板１の熱伝導率は、サファイア基板４１よりも大きいので、本発明のＬＤ１０の放熱が良好に行われる。これにより、本発明のＬＤ１０によれば、第１の従来例によるＬＤ４０と同じレーザ光出力が、より低い接合温度で得られるので、ＬＤ１０の連続動作時間を長くでき、長寿命化を達成できるので、信頼性が著しく向上する。
【００４３】
次に、本発明の基板を用いたＬＤの製造方法である第３の実施の形態を示す。図１２は本発明に係る第３の実施の形態によるＬＤの製造方法を示す図である。図１２（ａ）に示すように、最初に（０００１）面２を方位とするＺｒＢ2 単結晶基板１に、有機金属化合物を用いたＣＶＤ法（ＭＯＣＶＤ法）、または、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）によって、ｎ+ 型ＧａＮ層１２，ｎ型Ａｌ0. 1Ｇａ0. 9Ｎ層１３，Ｇａ0.9 Ｉｎ0.1 Ｎ活性層１４，ｐ型Ａｌ0. 1Ｇａ0. 9Ｎ層１５，ｐ+ ＧａＮ層１６を順次に結晶成長させ、窒化物系化合物半導体のＬＤ動作層１１を形成する。
ＺｒＢ2 単結晶基板１は、図１で説明した角形の基板や図２に示すような円形の円盤形の基板を使用する。ＺｒＢ2 と窒化物系化合物半導体は、同じ六方晶であり、ＺｒＢ2 単結晶基板の（０００１）面２に成長させた窒化物系化合物半導体は、（０００１）軸方向、（１０−１０）および（１１−２０）方向において、ＺｒＢ2 単結晶基板１の結晶方位と一致するエピタキシャル成長を行う。
【００４４】
次に、図１２（ｂ）で示すように、ＬＤ動作層１１の最上層のｐ+ ＧａＮ層１６に、オーミック電極となる金属層を、スパッタ法あるいは電子ビーム蒸着法によって形成し、熱処理してオーミック電極１７を形成する。
ＬＤ動作層１１のエピタキシャル成長の後に、ＳｉＯ2 のような絶縁物をＣＶＤ法により堆積して、窓開けした領域のみにオーミック電極１７をストライプ状に形成してもよい。
【００４５】
次に、図１２（ｃ）で示すように、ＺｒＢ2 単結晶基板１が、おおよそ０．１ｍｍ以下である場合には、ＺｒＢ2 単結晶基板１の裏面に、ｎ層へのオーミック電極１８となる金属層を、スパッタ法あるいは電子ビーム蒸着法によって形成し、熱処理してオーミック電極１８を形成する。また、ＺｒＢ2 単結晶基板の厚さが、例えば０．３ｍｍである場合には、ＺｒＢ2 基板の厚さが０．１ｍｍ以下になるように研磨した工程の後で、オーミック電極１８を形成すればよい。
次に、このように加工したＺｒＢ2 単結晶基板１及びＬＤ動作層１１を光路方向と垂直に、裏面からスクライブやポイントスクライブなどを行い、図示するようにＡの破線で表わす個所で、劈開を用いて切断する。この切断面は、ＺｒＢ2 単結晶基板１の（１０−１０）面４となるようにする。
【００４６】
次に、図１２（ｄ）で示すように、ＺｒＢ2 基板１の（１１−２０）面に沿って図のＢの破線で表わす個所を、ダイヤモンドブレードによる切断機によって切断し多数個に分割する。
図１２（ｅ）に示すように、窒化物系化合物半導体の対向端面１９Ａ，２０Ａは、窒化物系化合物半導体からなる素子構造の（１０−１０）面の劈開面であり、１９Ｂ，２０Ｂは、ＺｒＢ2 基板３１の（１０−１０）面４である。
【００４７】
このように、（０００１）面２を主表面とするＺｒＢ2 単結晶基板１を（１０−１０）面４に平行に分割すると、ＬＤ動作層１１の窒化物系化合物半導体の多重層の対向端面１９Ａ、２０Ａは滑らかで平行度の高い面とすることができる。これにより、ＺｒＢ2 単結晶基板１上に形成したＬＤ１０は、対向端面１９Ａ、２０Ａ間により損失の少ないファブリペロー共振器を形成できるので、ＬＤ１０の発振効率を向上させることができる。
【００４８】
次に、本発明の基板を用いた半導体装置に係る第４の実施の形態を示す。
図１３は、本発明に係る第４の実施の形態による半導体装置の構成を示す断面図である。本発明の半導体装置３０は、（０００１）面２を方位とするＺｒＢ2 単結晶基板３１上に、素子構造３２が形成されている。素子構造３２は、Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎの少なくとも一つを含む窒化物系化合物半導体（Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ、ここで、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなるＬＥＤ，フォトディテクタ，ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ），電界効果トランジスタ（ＦＥＴ），これらの半導体装置による集積回路などの半導体素子である。
これらの半導体装置のＺｒＢ2 単結晶基板３１の厚さは、ＬＥＤ、フォトディテクタ、ＨＢＴ、ＦＥＴのように、図９に示す程度の厳密な破断線でなくとも素子分離に問題がない場合には、０．３ｍｍ程度の厚さであれば、多少の起伏はあるものの（１０−１０）面４に平行に素子分割することができる。
また、例えばマイクロ波帯以上の動作周波数の電力用トランジスタのＨＢＴやＦＥＴのような場合には、放熱を考慮して、ＺｒＢ2 単結晶基板３１の厚さは、０．１ｍｍ以下が好ましい。
【００４９】
図１４は、本発明に係る第４の実施の形態によるＨＢＴの構成を示す断面図である。図示するように、素子構造３２の表面の電極３３Ａ，３３Ｂは、それぞれエミッタ電極，ベース電極である。ＺｒＢ2 単結晶基板３の裏面の電極３４は、コレクタ電極である。本発明のＨＢＴは、ＺｒＢ2 単結晶基板３１が導電性があるので、この裏面にコレクタ電極を形成できる。
本発明のＨＢＴによれば、第１の従来例のサファイア基板によるＨＢＴにおいて実現できない縦構造のＨＢＴが、容易に実現できる。
【００５０】
図１５は、本発明に係る第４の実施の形態によるＦＥＴの構成を示す断面図である。図示するように、素子構造３２の表面の電極３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃは、それぞれ、ＨＢＴのエミッタ電極，ベース電極，コレクタ電極に相当するソース電極，ゲート電極，ドレイン電極である。ここで、基板裏面へ電極３４を形成し、接地電極とすることができる。ソース電極３３Ａ、または、ゲート電極３３Ｂは、例えばバイアホールにより基板電極へ接続できる。このようにすることで、ソース、または、ゲートの寄生インダクタンスを著しく減少できる。
本発明のＦＥＴによれば、ＺｒＢ2 単結晶基板を接地できるので、寄生インダクタンスを著しく減少させることができ、動作周波数を容易に高めることができる。また、基板からの放熱が良好に行われるので、出力電力と効率の向上が達成できる。
【００５１】
図１６は、本発明に係る第４の実施の形態によるダイオードの構成を示す断面図である。図示するように、素子構造３２の表面の電極３３と、ＺｒＢ2 基板３１の裏面の電極３４は、それぞれ、アノード，カソードである。アノードとカソードは逆にしてもよい。ここで、ダイオードは、ＬＥＤやフォトディテクタとしてのｐｉｎフォトダイオードやアバランシェフォトダイオード、あるいは、バラクタダイオードなどが好適である。
ここで、基板裏面の電極３４は、アノードまたはカソードとなるので、第１の従来例のサファイア基板ではできない縦構造のダイードが容易に実現できる。
本発明のダイオードによれば、ＺｒＢ2 を窒化物系化合物半導体装置の基板として用いるので、基板側に電極を形成する縦型構造のダイオードを容易に、低コストで製作することができる。
【００５２】
次に、上記構成の実施の形態４の半導体装置の特徴を説明する。
第１の従来例によるサファイア基板を用いた窒化物系化合物半導体装置と比較すると、導電性のＺｒＢ2 単結晶基板３１の裏面にオーミック電極を形成することができる。
これにより、本発明の半導体装置３０は、 III−Ｖ族化合物系半導体による縦構造のＬＥＤやＨＢＴが容易に実現できる。
【００５３】
本発明のＬＥＤやＨＢＴのような半導体装置３０によれば、窒化物系化合物半導体による縦構造半導体装置が実現できることから、第１の従来例のＬＤ４０のように、ＬＥＤの基板に形成するアノードあるいはカソード電極やＨＢＴのドレイン電極を素子上面に形成する必要がない。これにより、本発明のＬＥＤやＨＢＴのような縦構造の半導体装置３０によれば、全ての電極を素子上面に露出させるための工程が不要となり、工程処理時間を短縮することができるので、歩留まりが向上する。
また、ＺｒＢ2 単結晶基板３１の熱伝導率は、サファイア基板４１よりも大きいので、本発明の半導体装置３０の放熱が良好に行われる。これにより、本発明の半導体装置３０によれば、第１の従来例によるサファイア基板を用いた半導体装置と比べて、より低い温度で動作させられるので、ＨＢＴやＦＥＴの出力，効率，信頼性の著しい向上が達成できる。
【００５４】
次に、本発明の基板を用いた半導体装置の製造方法である第５の実施の形態を示す。図１７は、本発明に係る第５の実施の形態による半導体装置の製造方法を示す図である。
図１７（ａ）に示すように、最初に（０００１）面２を方位とするＺｒＢ2 単結晶基板３１に、有機金属化合物を使ったＣＶＤ法（ＭＯＣＶＤ法）あるいは分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）によって、窒化物系化合物半導体（Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ、ここで、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなる半導体装置の素子構造３２となるエピタキシャル層を形成する。ＺｒＢ2 単結晶基板１は、図１で説明した角形の基板や図２に示すような円形の円盤形の基板を使用する。
【００５５】
次に、図１７（ｂ）で示すように、素子表面の電極形成などの所定の加工の後で、素子構造３２に電極３３となるオーミック電極となる金属層を、スパッタ法あるいは電子ビーム蒸着法によって形成し、熱処理してオーミック電極を形成する。
図示しないが、素子構造３２のエピタキシャル成長の後に、ＳｉＯ2 のような絶縁物をＣＶＤ法により堆積して、窓開けした領域のみに電極３３を形成してもよい。
【００５６】
次に、図１７（ｃ）で示すように、ＺｒＢ2 単結晶基板１が、おおよそ０．１ｍｍ以下である場合には、ＺｒＢ2 単結晶基板１の裏面に、オーミック電極となる金属層を、スパッタ法あるいは電子ビーム蒸着法によって形成し、熱処理してオーミック電極３４を形成する。
また、ＺｒＢ2 単結晶基板１の厚さが０．１ｍｍ以上の、例えば０．３ｍｍである場合には、ＺｒＢ2 単結晶基板の厚さが０．１ｍｍ以下になるように研磨した工程の後で、オーミック電極３４を形成すればよい。
次に、このように加工したＺｒＢ2 単結晶基板１及び素子構造３２を、図のＡの破線で表わす個所で、高速回転するダイヤモンドブレードを用いたダイサーで切断する。この切断面は、（１０−１０）面４に直角な面である（１１−２０）面がよい。
一枚の基板上に２以上の素子を形成した場合に分離を行う際に、分離する切断線の少なくとも一つを（１０−１０）面４に平行にする。正方形もしくは長方形の素子の場合には、外辺の２辺が（１０−１０）面４に平行になるようにし、残りの２辺が先の外辺に直交する（１１−２０）面に平行になるようにする。
【００５７】
次に、図１７（ｄ）で示すように、ＺｒＢ2 単結晶基板の（１０−１０）面４に沿って図のＢの点線の個所を劈開し多数個に分割することにより、本発明の半導体装置３０（図１７（ｅ））を製造することができる。
図１７（ｅ）に示すように、３５Ａ，３６Ａは、窒化物系化合物半導体からなる素子構造の（１０−１０）面４であり、３５Ｂ，３６Ｂは、ＺｒＢ2 基板３１の（１０−１０）面４である。
（１０−１０）面４に平行に分離する際にはダイヤモンドペンなどを用いたスクライバにてスクライブし、応力をかけて割ることにより容易に分割でき、切りしろが不要となる。
【００５８】
次に、本発明の基板を用いた半導体装置の製造方法である第５の実施の形態の別の実施例を示す。
図１８は、本発明に係る第５の実施の形態によるＬＥＤの製造方法を示す図である。
図１８（ａ）に示すように、最初に（０００１）面２を有するＺｒＢ2 単結晶基板３１に、有機金属化合物を使ったＣＶＤ法（ＭＯＣＶＤ法）によって、窒化物系化合物半導体（Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ、ここで、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなるＬＥＤの素子構造３２となるエピタキシャル層を形成する。
ＺｒＢ2 単結晶基板１は、図１で説明した角形の基板や図４に示すような円形の円盤形の基板を使用する。ＺｒＢ2 単結晶基板１の厚さは、０．３から０．３５ｍｍ程度でよい。
【００５９】
次に図１８（ｂ）で示すように、所定の加工の後で、素子構造３２に電極３３となるオーミック電極となる金属層を、金属マスクを介してスパッタ法あるいは電子ビーム蒸着法によって形成し、熱処理してオーミック電極３３を形成する。図示しないが、素子構造３２のエピタキシャル成長の後に、ＳｉＯ2 のような絶縁物をＣＶＤ法により堆積して、窓開けした領域のみに電極３３を形成してもよい。
【００６０】
次に、図１８（ｃ）で示すように、ＺｒＢ2 単結晶基板１の裏面に、オーミック電極となる金属層をスパッタ法あるいは電子ビーム蒸着法によって形成し、熱処理してオーミック電極３４を形成する。次に、ＬＥＤ構造３２の表面側から、高速回転するダイヤモンドブレードを用いたダイサーで、賽の目状に切断する。この切断領域が３５である。このときの、切り込み深さは、例えば０．２ｍｍから０．２５ｍｍ程度でよい。この切断面は、（１０−１０）面４及びこの面に直角な面である（１１−２０）面がよい。一枚の基板上に２以上の素子を形成した場合に分離を行う際に、分離する切断線の少なくとも一つを（１０−１０）面４に平行にする。
正方形もしくは長方形の素子の場合には、外辺の２辺が（１０−１０）面４に平行になるようにし、残りの２辺が先の外辺に直交する（１１−２０）面に平行になるようにする。切断後に、窒化物系化合物半導体のＬＥＤ構造３２のメサエッチングを行なってもよい。
最後に、上記の切断領域に沿って劈開し多数個に分割する。
【００６１】
図１８（ｄ）は、このようにして製造した、ＬＥＤの斜視図である。
この際、ＬＥＤにおいては直線性に優れた破断面が必ずしも必要でないので、基板厚さは、特に０．１ｍｍ以下である必要はない。
本発明のＬＥＤの製造方法によれば、ＺｒＢ2 単結晶基板１を用いた窒化物系化合物半導体の縦構造のＬＥＤが容易に実現できる。また、この製造方法によれば、第１の従来例のサファイア基板では実現できない縦構造のＬＥＤが、より少ない工程で実現できる。
【００６２】
本発明は、上記実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。例えば、上記実施の形態で説明したＬＤの積層構造や製造方法については、例えば多重量子井戸構造等を構成しても、窒化物系化合物半導体の結晶方位は各層間で常に結晶方位を一致させたエピタキシャルな関係が保持されている限り、破断したときの結晶方位に依存する特徴は、窒化物半導体多重層の積層構造に関わらず適用し得ることは勿論である。
【００６３】
【本発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明によれば、厚さが０．１ｍｍ以下の（０００１）面ＸＢ2 単結晶基板の（１０−１０）面に沿った、平坦な劈開面を容易に得ることができ、伝導性が高く、かつ熱伝導率が大きいので、窒化物系化合物半導体装置に最適な基板を提供することができる。
【００６４】
また本発明によれば、（１０−１０）面に沿った２つの劈開面を有するＸＢ2 単結晶基板の主表面上に、ＬＤ構造をなす窒化物系化合物半導体の多重層を備えたＬＤを縦構造で実現できる。ＬＤのファブリペロー共振器をなす二つの対抗端面が、ＸＢ2 単結晶基板の（１０−１０）面に沿った劈開面に連なることによって、対向端面の面精度、平行度を高くすることができ、損失の少ないファブリペロー共振器を実現でき、レーザーの発振効率向上と長寿命化を達成できる。
【００６５】
また、本発明によれば、ＸＢ2 単結晶基板上に、ＬＤとなる窒化物系化合物半導体の多重層を形成した後、ＸＢ2 単結晶基板および窒化物系化合物半導体の多重層を、ＸＢ2 単結晶基板の（１０−１０）面に沿って劈開して多数個に分割する工程により、きわめて簡単な工程で、高性能な窒化物系化合物半導体のＬＤを製造することができる。
【００６６】
また、本発明によれば、ＸＢ2 基板単結晶上に、窒化物系化合物半導体によるＬＥＤ、受光素子、ＨＢＴ、ＦＥＴなどの半導体装置を形成でき、特にＬＥＤやＨＢＴにおいて縦構造の半導体装置を実現できる。
【００６７】
さらに、本発明によれば、ＸＢ2 単結晶基板上に、窒化物系化合物半導体によるＬＤ、もしくは、ＬＥＤ、受光素子、ＨＢＴ、ＦＥＴなどの半導体装置を形成した後、ＸＢ2 単結晶基板および窒化物系化合物半導体装置を、ＸＢ2 単結晶基板の（１０−１０）面に沿って劈開して多数個に分割する工程により、きわめて簡単な工程で、高性能な窒化物系化合物半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態によるＸＢ2 単結晶基板の構成を示す概略図である。
【図２】ＺｒＢ2 単結晶における主要な面の相対関係を示す図である。
【図３】ＺｒＢ2 単結晶基板の（０００１）面を有する基板における（１０−１１）面の相対位置を示した斜視図である。
【図４】本発明のＺｒＢ2 単結晶基板の実施例を示す図である。
【図５】厚さ０．０６ｍｍの（０００１）面ＺｒＢ2 単結晶基板を（１０−１０）面に平行に切断した切断部を基板の斜め上方から観察した拡大写真を示す図である。
【図６】ＺｒＢ2 単結晶基板の厚さを０．１ｍｍ以下として良好な切断面が得られたときの切断面のＸ線による背面ラウエ写真を示す図である。
【図７】厚さ０．０６ｍｍの（０００１）面ＺｒＢ2 単結晶基板を（１０−１０）面に沿って、切断機により切断した切断面の拡大写真を示す図である。
【図８】厚さ０．３３ｍｍの（０００１）面ＺｒＢ2 単結晶基板を、（１０−１０）面に沿って破断した比較例の破断部を基板斜め上方から撮影した写真を示す図である。
【図９】厚さ０．３３ｍｍの（０００１）面ＺｒＢ2 単結晶基板裏面に、破断しようとする箇所の始点から終点まで完全にスクライブ加工を行い破断した比較例の破断部を基板斜め上方から撮影した写真を示す図である。
【図１０】本発明に係る第２の実施の形態によるＬＤの構造を示す斜視図である。
【図１１】本発明のＬＤ構造の光路方向の断面を示す断面図である。
【図１２】本発明に係る第３の実施の形態による半導体レーザダイオードの製造方法を示す図である。
【図１３】本発明に係る第４の実施の形態による半導体装置の構成を示す概略断面図である。
【図１４】本発明に係る第４の実施の形態によるＨＢＴの構成を示す断面図である。
【図１５】本発明に係る第４の実施の形態によるＦＥＴの構成を示す断面図である。
【図１６】本発明に係る第４の実施の形態によるダイオードの構成を示す断面図である。
【図１７】本発明に係る第５の実施の形態による半導体装置の製造方法を示す図である。
【図１８】本発明に係る第５の実施の形態によるＬＥＤの製造方法を示す図である。
【図１９】従来のサファイア基板を用いた窒化物系化合物半導体によるＬＤの一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ （０００１）面ＸＢ2 基板
２ （０００１）面
３ ＸＢ2 基板の裏面
４ （１０−１０）面
５ 基板にスクライブした跡
６ オリエンテーションフラット
７ （１０−１１）面
８ （０００１）面と（１０−１１）面の交線
１０ 半導体レーザダイオード
１１ 動作層
１２ ｎ+ 型ＧａＮ層
１３ ｎ型Ａｌ0. 1Ｇａ0. 9Ｎ層
１４ ＩｎＧａＮ活性層
１５ ｐ型Ａｌ0. 1Ｇａ0. 9Ｎ層
１６ ｐ+ 型ＧａＮ層
１７，１８ 電極
１９，２０，３５，３６ 半導体レーザダイオードの対向端面
１９Ａ，２０Ａ，３５Ａ，３６Ａ 窒化物系化合物半導体の対抗端面
１９Ｂ，２０Ｂ，３５Ｂ，３６Ｂ ＺｒＢ2 基板の対抗端面
３０ 本発明のＺｒＢ2 基板を用いた半導体装置
３１ ＺｒＢ2 単結晶基板
３２ 素子構造
３３，３４ 電極
３３Ａ エミッタ（ソース）
３３Ｂ ベース（ゲート）
３３Ｃ ドレイン
３５ 切断領域
４０ 第１の従来例のサファイア基板を用いたＬＤ
Claims (22)
- 二硼化物ＸＢ２（ここで、Ｘは、ＺｒまたはＴｉ）の単結晶基板であって、
上記基板の面方位が（０００１）面であり、上記基板が（１０−１０）面または（１１−２０）面を示すオリエンテーションフラットを有し、上記基板の厚さを０．１ｍｍ以下とし、（１０−１０）面で劈開されていることを特徴とする、二硼化物単結晶基板。 - 二硼化物ＸＢ２（ここで、Ｘは、ＺｒまたはＴｉ）単結晶の（０００１）面を方位とする二硼化物ＸＢ ２ 単結晶基板上に、多重層からなる半導体レーザ動作層が形成された半導体レーザダイオードであって、
上記多重層における半導体レーザ光の共振器をなす対向端面及び上記二硼化物ＸＢ ２ 単結晶基板の対向端面が、共に、上記基板の（１０−１０）面に平行な劈開面であることを特徴とする、半導体レーザダイオード。 - 前記二硼化物ＸＢ２単結晶基板の厚さは、０．１ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項２に記載の半導体レーザダイオード。
- 前記二硼化物ＸＢ２単結晶基板はＺｒＢ２単結晶基板であり、前記半導体レーザダイオードの動作層となる多重層は、窒化物系化合物半導体（ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ、ここで、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなることを特徴とする、請求項２または３に記載の半導体レーザダイオード。
- 二硼化物ＸＢ２（ここで、Ｘは、ＺｒまたはＴｉ）単結晶の（０００１）面を方位とする二硼化物ＸＢ ２ 単結晶基板上に半導体素子が形成された半導体装置であって、
上記二硼化物ＸＢ２単結晶基板及び上記半導体素子の少なくとも一側面が、共に、上記二硼化物ＸＢ ２ 単結晶基板の（１０−１０）面に沿って劈開される切断面を有することを特徴とする、半導体装置。 - 前記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５に記載の半導体装置。
- 前記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５に記載の半導体装置。
- 前記半導体素子はフォトディテクタであることを特徴とする、請求項５に記載の半導体装置。
- 前記半導体素子はヘテロ接合バイポーラトランジスタであることを特徴とする、請求項５に記載の半導体装置。
- 前記半導体素子は電界効果トランジスタであることを特徴とする、請求項５に記載の半導体装置。
- 前記半導体素子は集積回路であることを特徴とする、請求項５に記載の半導体装置。
- 前記二硼化物ＸＢ２単結晶基板の厚さは、０．１ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項５〜１１の何れかに記載の半導体装置。
- 前記二硼化物ＸＢ２単結晶基板は、ＺｒＢ２単結晶基板であり、前記半導体素子は、窒化物系化合物半導体からなることを特徴とする、請求項５〜１２の何れかに記載の半導体装置。
- 二硼化物ＸＢ２（ここで、Ｘは、ＺｒまたはＴｉ）単結晶の（０００１）面を方位とする二硼化物ＸＢ ２ 単結晶基板上に半導体レーザダイオードの動作層が形成される工程と、
上記二硼化物ＸＢ２単結晶基板及び半導体レーザダイオードの動作層が上記二硼化物ＸＢ２単結晶基板の（１０−１０）面に沿ってスクライブし切断することで多数個に分割される工程と、
を含むことを特徴とする、半導体レーザダイオードの製造方法。 - 前記二硼化物ＸＢ ２ 単結晶基板及び半導体レーザダイオードの動作層が、前記二硼化物ＸＢ２単結晶基板の（１０−１０）面に沿ってスクライブして切断することで多数個に分割される工程の前に、前記二硼化物ＸＢ ２ 単結晶基板が、少なくとも０．１ｍｍ以下の厚さにされる工程を含むことを特徴とする、請求項１４に記載の半導体レーザダイオードの製造方法。
- 前記二硼化物ＸＢ ２ 単結晶基板の厚さが、０．１ｍｍ以下とされることを特徴とする、請求項１４に記載の半導体レーザダイオードの製造方法。
- 前記二硼化物ＸＢ ２ 単結晶基板は、ＺｒＢ２単結晶基板であり、前記半導体レーザダイオードの動作層となる多重層は、窒化物系化合物半導体（ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ、ここで、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなることを特徴とする、請求項１４〜１６の何れかに記載の半導体レーザダイオードの製造方法。
- 二硼化物ＸＢ２（ここで、Ｘは、ＺｒまたはＴｉ）単結晶の（０００１）面を方位とする二硼化物ＸＢ ２ 単結晶基板上に半導体素子が形成される工程と、
上記二硼化物ＸＢ ２ 単結晶基板上の半導体素子を分離する際に、上記二硼化物ＸＢ ２ 単結晶基板の（１０−１０）面に平行に素子が切断される工程と、
を含むことを特徴とする、半導体装置の製造方法。 - 前記素子の切断される工程が、劈開によることを特徴とする、請求項１８に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記二硼化物ＸＢ ２ 単結晶基板上の半導体素子を分離する際に、前記二硼化物ＸＢ２単結晶基板の（１０−１０）面に平行に素子が切断される工程の前に、前記二硼化物ＸＢ２単結晶基板が、少なくとも０．１ｍｍ以下の厚さにされる工程を含むことを特徴とする、請求項１８または１９に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記二硼化物ＸＢ ２ 単結晶基板が、０．１ｍｍ以下の厚さとされることを特徴とする、請求項１８または１９に記載の半導体装置製造方法。
- 前記二硼化物ＸＢ ２ 単結晶基板は、ＺｒＢ２単結晶基板であり、前記半導体素子は、窒化物系化合物半導体（ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ、ここで、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなることを特徴とする、請求項１８〜２１の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
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