JP4346598B2 - 化合物半導体素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、化合物半導体素子及びその製造方法に関し、特に化合物半導体多層膜と基板との積層体を分離して形成される化合物半導体素子及びその製造方法に関する。
化合物半導体の中で窒化物系半導体は、バンドギャップが広く電子飽和速度がＧａＡｓと比べて大きいことなどから、青色半導体発光素子としてのみならず、高周波素子、高出力スイッチング素子としての用途がより拡大することが期待されている。
この窒化物系半導体素子にはＧａＮ（窒化ガリウム）、サファイヤ、ＳｉＣ（炭化珪素）などの基板が用いられるが、これらの基板はＧａＡｓ、ＩｎＰなどの化合物半導体基板と比べて硬い。さらに、結晶構造が六方晶系であるために半導体素子が形成された基板を矩形状である個々の素子に分離することが他の化合物半導体より困難である。
基板の上、下側の面にそれぞれ割り溝を設けて、窒化ガリウム系化合物半導体チップを得る技術開示例があるが（特許文献１）、分離されたチップ側面の品質や生産性において不十分である。
特許第２７８０６１８号公報
本発明は、分離された素子側面の品質が改善された化合物半導体素子及びその製造方法を提供する。
本発明の一態様によれば、
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。
また、本発明の他の一態様によれば、
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。
また、本発明のさらに他の一態様によれば、
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。
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。
本発明により、分離された素子側面の品質が改善され、生産性に富んだ化合物半導体素子及びその製造方法が提供される。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態につき説明する。なお、実施形態の全図において、同様のまたは対応する要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
図１は、本発明の具体例にかかる窒化物系半導体素子の製造方法を説明するための模式斜視図である。同図は、特に、半導体多層膜と基板との積層体からなるバー１０から、半導体素子を分離する製造方法の要部を説明するための模式斜視図である。
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。
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。
まず、ＧａＮ基板上に、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長法）を用いて、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を形成する。ＧａＮ基板と半導体多層膜との積層体は、８０〜１５０マイクロメータの厚さに研磨後、電極が形成されている。
なお、電極と接触する側は、ＧａＮ基板のＮ（窒素）面とされ半導体多層膜を含む積層体の第１主面２２とする。図１は、前述したように、半導体多層膜を含んだ積層体をへきかいしたバー１０から半導体素子（すなわちチップ）へと分離する工程を表す。バー１０を形成する工程については、後に説明する。
窒化ガリウム系材料のＮ（窒素）面側である第１主面２２上に、ＹＡＧレーザをスキャンさせバー１０上の所定の位置にレーザスクライブ溝１２を形成しておく。本具体例の特徴のひとつは、このレーザスクライブ溝１２の断面形状である。すなわち、バー１０の第１バー側面１８側においてレーザスクライブ溝１２深さが小で、第１バー側面１８から離れるに従って深さが大となるように、深さをほぼ直線的に変化させるようにレーザスクライブする。
このようなレーザスクライブ溝１２を分離したい箇所に選択的に形成後、レーザスクライブ溝１２と反対側である積層体８０の第２主面２０側から、矢印で表される荷重２４を加える。荷重２４の印加方法としては、先端が刃状または針状の「突き出し棒（needle）」を用い、自動装置により行うことが好ましい。この荷重２４を印加する箇所は、素子境界線６０上であれば良いが、レーザスクライブ溝１２の直下（図１において）付近がより好ましい。
図２は、このレーザスクライブ溝１２付近を拡大した斜視図である。
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。
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。
この応力集中部３０付近を起点として、第１主面２２の表面に沿ってレーザスクライブ溝１２とほぼ直交する方向に水平応力６２が働き、個々の半導体素子へと分離することができる。図１に例示される素子側面１４及びレーザスクライブ溝側面４２は、このような分離工程により現れる。
次に、上記のようなレーザスクライブ溝１２の作用について応力シミュレーションにより説明する。
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。
実線で表される本実施例においては、第１主面２２から数ミクロン離れた水平距離にある表面近傍に約９５０ＭＰａの相当応力が集中している。表面から約３５マイクロメータの深さに約８００ＭＰａのサブピークがあるものの表面近傍の相当応力９５０ＭＰａより小さいために、素子の分離を表面近傍で発生することができている。これは、第１バー側面１８側の表面近傍においてレーザスクライブ溝１２を内部領域におけるより浅くすることにより、応力をＺ軸にそって伝搬しやすいようにして、レーザスクライブ溝１２の先端境界近傍に応力集中部３０を設けることができているからである。
次に、比較例につき説明する。
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。
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。
第１比較例においては、深さ約３０マイクロメータの位置に相当応力の最大値約８００ＭＰａが存在し、表面近傍においては約７００ＭＰａと低いサブピークが存在する。この結果、分離の起点は相当応力が最大となる内部が主となる。このように表面から約３０マイクロメータと内部が分離の起点となると、応力が分散しやく分離面にクラックが入ったりする。
同様に、第２比較例においては、深さ約３７マイクロメータの位置に最大応力１０３０ＭＰａが存在し、表面から約７マイクロメータの位置に約１０００ＭＰａのサブピークが存在する。この場合は、分離の起点が表面近傍及び内部約３７マイクロメータの位置のどちらの可能性もある。内部が分離の起点となると、第１比較例と同様に応力が分散しやすく分離面にクラックを生じやすい。
特に、六方晶結晶のＧａＮ，サファイヤ、ＳｉＣのような基板材料は硬いために、スクライブ溝の形状や荷重のかけ方によっては深さ方向に対して斜めに分離されたり、分離した面が荒れてクラックの原因となる。
図６は、半導体素子側面に生じたクラックを表す模式斜視図である。
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。
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。
図７は、スクライブ溝形状が適正でないために、斜めに割れた素子を表す模式斜視図である。
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。
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。
図８は、Ｎ面にレーザを照射した場合のレーザスクライブ溝１２の模式平面図である。 ここで、第１主面２２はＮ面である。このように、Ｎ面側にレーザを照射した場合には、レーザスクライブ溝１２近傍に「屑」は生じていない。
図９は、Ｇａ面にレーザを照射した場合のレーザスクライブ溝１２の模式平面図である。 Ｇａ面側にレーザを照射すると、レーザスクライブ溝１２の周囲に「デブリ（debris）」と呼ばれる屑が飛び散ることがある。半導体レーザ素子などの場合、これらデブリが光共振器となる端面に付着すると、そのＦＦＰ（Far Field Pattern）に影響を与えるので好ましくない。
一般に、ＧａＮ基板上においては、Ｇａ面にＩｎＧａＡｌＮ系多層膜を結晶成長させることが多い。この場合、ＩｎＧａＡｌＮ系多層膜が結晶成長されない基板の裏面側が、Ｎ面である。従って、結晶成長しない基板の裏面側を第１主面２２とし、レーザを照射することが望ましい。
一方、ＩｎＧａＡｌＮ系材料を基板の主面に対して横方向に成長させる結晶成長方法がある。これは、「ラテラル・エピタキシャル」などと呼ばれることもあり、例えば、単結晶の基板の表面にストライプ状の凹凸のパターンや、ストライプ状のマスク（ＳｉＯ２などからなる）を形成し、その上にＩｎＧａＡｌＮ系材料をエピタキシャル成長させる。この時、ＩｎＧａＡｌＮ系材料は、基板上の所定の部分（例えば、マスクの開口部）からエピタキシャル成長を開始し、その後、基板の主面に対して横方向に（例えば、マスクの上を横方向に）エピタキシャル成長する。このようにして得られたＩｎＧａＡｌＮエピタキシャル層に表面には、基板に設けられた凹凸パターンやマスクパターンに対応して、Ｎ面とＧａ面とが表れる場合がある。このような場合には、ＩｎＧａＡｌＮ多層膜の表面のうちで、Ｎ面の部分にレーザスクライブ溝１２を設ければ、「デブリ」を抑制できる。
次に、レーザスクライブ溝１２を形成するＹＡＧレーザ照射条件について説明する。
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。
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。
ＹＡＧレーザ光は、コリメートレンズなどを備えた光学系により第１主面２２上において、例えば直径約１０マイクロメータのビームに集束されている。レーザ出力を、例えば０．６ワットとすることによりＶ溝形状とできる。これをＧａＮ基板と窒化物系半導体多層膜との積層体８０の第１主面２２上を所定の距離だけスキャンすることにより、図１に例示されるレーザスクライブ溝１２を形成することができる。
このような適性化されたレーザ光を用いたビームをスキャンし、また、Ｎ面に対してレーザを照射するようにすれば、「デブリ」のない高品質のへきかい面が確実に得られ、窒化物系半導体素子の信頼性が改善される。また、素子断面に「割れ」、「欠け」、「クラック」などがないと自動組み立て工程において機械的位置合わせや、画像認識が容易となる。この結果、分離工程における自動化が容易となり、生産性が改善できるので、価格上のメリットが大となる。
レーザスクライブ溝１２の長さは、素子の大きさにも依存するが、例えば５０〜２００マイクロメータとすることができる。また、レーザスクライブ溝１２の深さは、例えば１０〜１５０マイクロメータとすることができる。
次に、本実施形態において形成するレーザスクライブ溝１２の変形例について説明する。 図１０は、レーザスクライブ溝１２の第１変形例を表す模式斜視図である。
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。
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。
図１２は、レーザスクライブ溝１２の第２変形例を表す模式斜視図である。
また、図１３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。
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。
図１４は、レーザスクライブ溝１２の第３変形例を表す模式斜視図である。
また、図１５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。
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。
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。
以上は、素子を個々に分離するいわゆる「チップへきかい」について説明してきた。次に、半導体多層膜を備えた積層体８０をバー１０状に分離するいわゆる「バーへきかい」について説明する。
一般に、ＦＥＴ（Field Effect Transistor），ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）、ＨＢＴ（Hetero Bipolar Transistor）などを含む超高周波素子、ＦＥＴ，ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などを含む高電力素子においては、分離された素子側面には殆どｐｎ接合が現れず内部に埋め込まれている。
従って分離された素子の側面状態は特性に大きな影響を与えない。このために、へきかいによらず、ダイアモンド針などを用いたスクライバーやブレードダイサーにより溝を形成後、シートに貼付し引き伸ばしを行い素子分離する方法も使える。当然のことながら分離後の素子側面には、機械的破砕層が残る。
しかしながら、窒化物系半導体を用いたＬＥＤ（半導体発光素子：Light Emitting Diode）や半導体レーザ素子の場合は、分離された素子側面にはｐｎ接合が露出することが多い。すなわち、窒化物系半導体を用いたＬＥＤや半導体レーザ素子においては、半導体薄膜の多層膜を、所定の導電型でかつ所定のキャリア濃度に制御して形成することが必要である。これは、不純物拡散やイオン注入法により、選択的にｐｎ接合を形成する製造方法を用いてＬＥＤや半導体レーザ素子を形成することが困難だからである。
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。
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。
特に半導体レーザ素子においては、第１バー側面１８は、通常は光共振器の反射面となる。このために、例えば、側面１８は、へきかいによるミラー面であることが好ましい。さらに、その側面１８の端から数マイクロメータ程度の発光点からレーザ光が放射される。従って、この発光点の近傍にクラックなどがあってはならない。もしクラックがあるとレーザ光のＦＦＰ（Far Field Pattern：遠視野像）を乱し、光ディスク信号検出にエラーを生じる。
以下、エピタキシャル成長したウェーハから半導体素子を分離するまでの工程について説明する。
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。
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。
例えば、図１６に表した工程においては、エピタキシャル成長したウェーハ９０の主面２２の端部にレーザ光を照射してレーザスクライブ溝１３を形成する。この後、裏面側から矢印２４で表したように荷重を印加することにより、周辺部を除去して第１のへきかい面１８を形成することができる。
次に、図１７に表したように、ウェーハ９０の主面２２の端部にレーザ光を照射してレーザスクライブ溝１２を形成する。そして、裏面側から矢印２４で表したように荷重を印加することにより、第１のへきかい面１８と略直交した第２のへきかい面１４を形成することができる。これらへきかい面１８、１４に対向する他端においても、同様に、ウェーハの周辺部を除去してへきかい面を形成することができる。
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。
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。
次に、この積層体８０をへきかいして、バーを分離する。
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。
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。
このようにして得られた第１バー側面１８は、へきかいによるミラー面であるから半導体レーザ素子における共振器を構成する端面として好ましい。この後、図１〜図１５に関して前述した、個々の素子に分離するいわゆる「チップへきかい」工程、すなわち、第２分離工程がなされる。つまり、図１８に例示したように、それぞれのバー１０において、レーザスクライブ溝１２を順次形成し、荷重を印加して半導体素子を分離することができる。
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。
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。
図１９は、ＩｎＧａＡｌＮ多層膜が横方向成長（ラテラル・エピタキシャル）により形成されている場合を説明するための斜視図である。
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。
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。
図２０は、本具体例にかかる半導体レーザ装置の摸式斜視図である。ＧａＮ基板上に形成された半導体多層膜における、バーへきかい面が発光部１０２となる。レーザビームの水平横モードを制御するためのリッジ導波路１０４の上部には、ｐ型電極１０６が形成され、ｐ側電極１０６の上には、パッド電極１０８が形成される。ｐ側電極１０６が形成される主面と反対側には、ｎ側電極１１０が形成される。そして、バーへきかい面に対して垂直な側面には、側面の端部すなわち端面から延在したチップへきかいのためのレーザスクライブ溝１２の少なくとも一部分が設けられている。そして、このレーザスクライブ溝１２は、主面すなわちパッド電極１０８が形成されている面からみた深さが、側面の端部すなわち端面の近傍で浅く、側面の端部の遠方において深くなるように形成されている。
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。
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。
以上の具体例においては、窒化物系半導体素子について主に説明したが、これに限定されず他の化合物半導体であっても良い。また、基板もＧａＮに限定されずサファイヤ基板、ＳｉＣ上に半導体多層膜が設けられた積層体であってもよい。
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれら具体例に限定されるものではない。
化合物半導体素子を構成する半導体多層膜、六方晶結晶などの要素の形状、サイズ、材質、配置関係などに関して、またスクライブ溝形状、荷重の印加条件、ＹＡＧレーザ照射条件などに関して当業者が各種の変更を加えたものであっても、本発明の要旨を有する限りにおいて本発明の範囲に包含される。
なお、本明細書において「窒化物系半導体」とは、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）なる化学式において、組成比ｘ及びｙをそれぞれの範囲内で変化させたすべての組成の半導体を含むものとする。また、導電型を制御するために添加される各種の不純物をさらに含むものも、「窒化物系半導体」に含まれるものとする。
１０ バー、 １２ レーザスクライブ溝、 ２０ 第２主面
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
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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