JP4346598B2 - 化合物半導体素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
結晶基板と、化合物半導体の多層膜と、を有する積層体を備え、
前記積層体の側面の少なくともいずれかは、その側面の端部からその側面に対して平行な方向に延在するスクライブ溝の少なくとも一部分を含み、
前記積層体の主面からみた前記スクライブ溝の少なくとも一部分の深さは、前記端部から前記スクライブ溝の延在方向に沿って離れた部分において最も深く、前記端部から前記最も深い部分に向かって連続的または段階的に深くなることを特徴とする化合物半導体素子が提供される。
結晶基板の上に化合物半導体の多層膜を結晶成長することにより第1及び第2の主面を有する積層体を形成する工程と、
前記積層体の前記第1の主面の端部から内部領域に向かうスクライブ溝であって、前記端部から離れた部分において最も深く、前記端部から前記最も深い部分に向かって連続的または段階的に深くなる前記スクライブ溝を形成する工程と、
前記積層体の第2の主面側から荷重を印加することにより、前記スクライブ溝を含む分離面により分離される第1の部分と第2の部分とに前記積層体を分離する工程と、
を備えたことを特徴とする化合物半導体素子の製造方法が提供される。
結晶基板の上に化合物半導体の多層膜を結晶成長することにより第1及び第2の主面を有する積層体を形成する工程と、
前記積層体の前記第1の主面の端部から内部領域に向かう第1のスクライブ溝であって、前記端部から離れた部分において最も深く、前記端部から前記最も深い部分に向かって連続的または段階的に深くなる前記第1のスクライブ溝を形成する工程と、
前記積層体の第2の主面側から荷重を印加することにより、前記第1のスクライブ溝を含む第1の分離面により分離されるバーを形成する工程と、
前記バーの前記第1及び第2の主面のいずれか一方の主面の端部から内部領域に向かう第2のスクライブ溝であって、前記端部から離れた部分において最も深く、前記端部から前記最も深い部分に向かって連続的または段階的に深くなる前記第2のスクライブ溝を形成する工程と、
前記バーの前記第1及び第2の主面のいずれか他方の側から荷重を印加することにより、前記第2のスクライブ溝を含む第2の分離面により分離される化合物半導体素子を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする化合物半導体素子の製造方法が提供される。
ここでは、GaN基板上にInxGayAl1−x−yN(0≦x≦1,0≦y≦1、x+y≦1)で表される窒化ガリウム系半導体多層膜が形成されている場合を例に挙げて説明する。
また、図3は、レーザスクライブ溝12を形成した後に荷重を印加して分離して得られた半導体素子のへき開断面を表す模式図である。
荷重24は第1主面22に伝搬するが、レーザスクライブ溝12が一番深くなっている付近から破線矢印で表される応力伝搬方向31へ向かう。この結果、図2及び図3に表した応力集中部30において応力が最大となる。
図4は、第1主面22から深さ方向への距離を変えたときの相当応力(単位:MPa)の垂直成分を、応力シミュレーションなどにより解析した結果を表すグラフ図である。実線は、本具体例の場合を表す。本具体例においては、バー10の厚みは140マイクロメータ、第1バー側面18側の浅いレーザスクライブ溝(V字型)の深さD1を20マイクロメータ、一番深い箇所での深さD2を120マイクロメータとしほぼ直線的に深さを変化している。第1主面22に垂直なスクライブライン境界を、図2に例示されるようにZ軸とし深さ方向距離(μm)を表すこととする。
図4に、第1比較例を一点鎖線で、第2比較例を破線で例示する。第1比較例は、図5の模式斜視図に例示されるように、レーザスクライブ溝42の深さD3は40マイクロメータで均一深さである。また、第2比較例においては、レーザスクライブ溝12の深さD3は120マイクロメータで均一深さである。
素子側面14に、クラック44が不規則に生じる。このようなクラック44は半導体素子へ機械的歪を与えたりするので、電気的及び光学的特性に影響を与える。また、機械的強度を低下させるので組み立て工程にも悪影響を及ぼす。さらに、信頼性上も好ましくない。後に、説明するように、分離により半導体レーザ素子の共振面を形成する場合には、このクラックは好ましくない。
レーザスクライブ溝42の形状が適正でない場合、このように素子側面14の一部が斜めに割れて傾斜側面14Sが形成されることがある。このような傾斜側面14Sが形成されるとレーザチップの形状が変形し、発光特性や放熱特性が変化したり、チップが適正な位置にマウントされないなどの弊害が生ずる。
次に、レーザスクライブ工程について、より詳細に説明する。
まず、GaN基板は六方晶結晶であるために、その表面はN(窒素)面あるいはGa(ガリウム)面となる。N面とGa面とでは、レーザスクライブ溝12の周囲の状態が異なる。
YAGレーザ光の波長は約1050ナノメータである。従って、第3高調波の波長は約350ナノメータとなり、GaN基板やサファイヤにおける光吸収率が大きく、レーザ光が基板に吸収されやすいので好ましい。
また、図11は、本変型例のレーザスクライブ溝12を形成した後に荷重を印加して分離して得られた半導体素子のへき開断面を表す模式図である。
図2に関して前述した具体例においては、スクライブ溝境界は第1主面22に対してほぼ垂直でありZ軸とほぼ一致する。これに対して、第1変形例においては、スクライブ溝境界は第1主面22に対して垂直ではなく、角度α(0<α<90°)をなす。こうすると、圧力伝搬方向31の自由度を増すことができて、表面近傍においてより応力集中が可能となる。この結果、分離の起点をより表面側とできて、分離面におけるクラック発生を抑制できる。
本変形例においては、レーザスクライブ溝12が、主として第1V溝52と、第2V溝54と、により構成されている。この形状にすると、表面側の第1V溝の深さと、より内部領域の第2V溝54の深さとを独立に変えることができるので、相当応力のピーク値制御の自由度を増すことができる。
本変形例においては、レーザスクライブ溝12が、主として第3V溝56と、中間溝57と、第4V溝58と、により構成されている。中間溝57は、第1側面18から離れるに従って第1主面22からの深さ(Z方向)がほぼ直線的に大きくなる形状であって図2に例示されるレーザスクライブ溝12とほぼ同様に作用する。第3V溝56のZ方向深さは、第4V溝58のZ方向深さより浅くする。こうすると、中間溝57を設けることにより、第2変形例よりさらに相当応力のピーク値制御自由度を増すことができる。
このため、LEDや半導体レーザ素子においては、pn接合が素子側面に露出することが多い。従って、分離後の素子側面が、「きれい」でないとpn接合特性に影響を及ぼす。従って、素子側面はへきかいにより形成することが好ましい。
図16及び図17は、エピタキシャル成長したウェーハの周囲を切断して矩形状の積層体を形成する工程を説明するための模式斜視図である。
すなわち、エピタキシャル成長したウェーハは、用いる基板の形状に応じて、略円形であったり、不定形であったり、あるいは略矩形状である場合もある。このようなウェーハから半導体レーザなどの半導体素子を分離する場合、まず、ウェーハ90の周囲を分離してへきかい面を露出させ、矩形状の積層体を形成することが望ましい。
このようにして所定の結晶方位を有するへきかい面14、18に囲まれた積層体80をウェーハ90から切り出すことができる。
図18は、積層体80を複数のバーにへきかいする工程を説明する模式斜視図である。 レーザスクライブ溝(バーへきかい用)13を積層体80の第1主面22上、例えばGaN基板のN面上において、素子側面14側に形成する。このレーザスクライブ溝13は、図1〜図15に関して前述したような形状とできる。こののち、第1主面22とは反対側の第2主面20側から荷重24を順次印加することにより、順次バー10が得られる。第1バー側面18のコーナー部は、レーザスクライブ溝側面42となる。以上が、「バーへきかい」に相当する第1分離工程である。
また、このような「バーへきかい」工程は、LEDや半導体レーザ素子に限定されず、広く半導体素子の製造方法に用いることが可能である。
なお、図18においては、積層体80を構成する半導体多層膜はGaN基板のGa面である第2主面20上に形成されており、「チップへきかい」のためのレーザスクライブ溝12も第1主面に形成される場合を表す。
第1分離工程においては、レーザスクライブ溝(バーへきかい用)13が主面23上に形成される。つまり、エピタキシャル成長される面とは反対側の面にレーザスクライブ溝13が形成される。
一方、エピタキシャル層のストライプコア上の表面は、N面となりうるので、ストライプコア表面にレーザスクライブ溝12を設けることができる。このため、第2分離工程においては、レーザスクライブ溝12は第1分離工程とは逆となる、半導体多層膜が形成された主面21上に形成され、荷重25を主面23側から印加する。このようにして、横方向成長多層膜を含む積層体80に対しても、高品質である素子側面が、生産性よく実現できる製造方法が提供される。
なお、図20においては、レーザスクライブ溝12がレーザの側面に形成された具体例を表したが、これ以外にも、例えば、レーザスクライブ溝12がレーザの端面に形成されていてもよい。また、レーザスクライブ溝12は、電極パッド108が形成されている主面にレーザを照射することにより形成してもよく、または、その裏面すなわちn側電極110が形成されている主面にレーザを照射することにより形成してもよい。
22 第1主面、 30 応力集中部、 31 応力伝搬方向
42 レーザスクライブ溝側面、 62 水平応力、 80 積層体
90 ウェーハ
Claims (5)
- 結晶基板と、化合物半導体の多層膜と、を有する積層体を備え、
前記積層体の側面の少なくともいずれかは、その側面の端部からその側面に対して平行な方向に延在するスクライブ溝の少なくとも一部分を含み、
前記積層体の主面からみた前記スクライブ溝の少なくとも一部分の深さは、前記端部から前記スクライブ溝の延在方向に沿って離れた部分において最も深く、前記端部から前記最も深い部分に向かって連続的または段階的に深くなることを特徴とする化合物半導体素子。 - 結晶基板の上に化合物半導体の多層膜を結晶成長することにより第1及び第2の主面を有する積層体を形成する工程と、
前記積層体の前記第1の主面の端部から内部領域に向かうスクライブ溝であって、前記端部から離れた部分において最も深く、前記端部から前記最も深い部分に向かって連続的または段階的に深くなる前記スクライブ溝を形成する工程と、
前記積層体の第2の主面側から荷重を印加することにより、前記スクライブ溝を含む分離面により分離される第1の部分と第2の部分とに前記積層体を分離する工程と、
を備えたことを特徴とする化合物半導体素子の製造方法。 - 結晶基板の上に化合物半導体の多層膜を結晶成長することにより第1及び第2の主面を有する積層体を形成する工程と、
前記積層体の前記第1の主面の端部から内部領域に向かう第1のスクライブ溝であって、前記端部から離れた部分において最も深く、前記端部から前記最も深い部分に向かって連続的または段階的に深くなる前記第1のスクライブ溝を形成する工程と、
前記積層体の第2の主面側から荷重を印加することにより、前記第1のスクライブ溝を含む第1の分離面により分離されるバーを形成する工程と、
前記バーの前記第1及び第2の主面のいずれか一方の主面の端部から内部領域に向かう第2のスクライブ溝であって、前記端部から離れた部分において最も深く、前記端部から前記最も深い部分に向かって連続的または段階的に深くなる前記第2のスクライブ溝を形成する工程と、
前記バーの前記第1及び第2の主面のいずれか他方の側から荷重を印加することにより、前記第2のスクライブ溝を含む第2の分離面により分離される化合物半導体素子を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする化合物半導体素子の製造方法。 - 前記スクライブ溝を、レーザ光を照射することにより形成することを特徴とする請求項2または3に記載の化合物半導体素子の製造方法。
- 前記結晶基板は、窒化ガリウム、サファイヤ及び炭化珪素よりなる群から選択されたいずれかからなることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1つに記載の化合物半導体素子の製造方法。
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