JP4800729B2 - 基板加工方法及び発光素子の製造方法 - Google Patents
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Description
[1]所定の面方位と光吸収特性を有するβ−Ga 2 O 3 基板に、300nmより短い波長のレーザ光を照射して前記基板の表面に前記基板の劈開面と一致しない方向に加工溝を形成する工程と、前記基板を前記形成された加工溝に沿って割断又は切断する工程とを有するβ−Ga 2 O 3 基板加工方法。
[2]所定の面方位と光吸収特性を有するβ−Ga 2 O 3 基板に、YAGレーザ光の第4高調波を照射して前記基板の表面に前記基板の劈開面と一致しない方向に加工溝を形成する第1の加工工程と、前記YAGレーザ光の第4高調波により加工された前記加工溝の位置に、エキシマレーザ光を照射して加工溝を追加して形成する第2の加工工程と、前記基板を前記形成された加工溝に沿って割断又は切断する工程とを有するβ−Ga 2 O 3 基板加工方法。
[3]化合物半導体薄膜を成長させて複数の発光素子が形成される所定の面方位と光吸収特性を有するβ−Ga 2 O 3 基板を、請求項1又は3に記載の基板加工方法により、前記β−Ga 2 O 3 基板上に形成された前記複数の発光素子を分割して取り出すことを特徴とする発光素子の製造方法。
(加工装置)
図1は、本発明に係る基板加工方法を実施するための装置の一例を示す図である。この加工装置1は、レーザビーム2を発光させる光源3、光源3から出射されるレーザビーム2から高調波を生成する波長変換部4、波長変換されたレーザビーム2を平行光にするコリメータレンズ5、レーザビーム2を反射させて加工を施す基板へ向かって反射させる反射ミラー6、反射ミラー6で反射され基板へ向かうレーザビーム2を集光させる集光レンズ7とを有して構成される部分と、集光されたレーザビーム2により加工を施されるガリウム酸化物基板8が載置されるXYテーブル9とから構成される。
ガリウム酸化物基板8をXYテーブル9の所定の位置に載置する。ガリウム酸化物基板8の劈開の方向を識別する識別部8aを基にしてガリウム酸化物基板8の面方位とXYテーブル9のX及びY方向とを所定の向きに合わせる。ここでは、ガリウム酸化物基板8の劈開の方向、例えば、(001)面をXYテーブル9のX及びY方向と一致させないようにする。
ガリウム酸化物基板8として、基板表面の面方位が(100)面で、厚さ400μmのβ―Ga2O3単結晶基板を、(001)面がXYテーブル9のX又はY方向と一致しないようにXYテーブル9に載置し、X又はY方向へ走査して加工した。レーザビーム2として、YAGレーザの第4高調波である波長266nmのレーザビームを、基板にスポット径約2μmで照射した。加工条件は、YAGレーザ出力1.3W、発振周波数50kH、加工速度10〜100mm/s、焦点位置0〜−0.2mm、走査回数1〜50回として、割断又は切断のための加工溝をサンプルNo.1〜11として加工した。焦点位置は、基板表面をゼロとし、基板内部側をマイナスとした。評価は、各サンプルNo.の加工溝に沿って力を加えて割断し、割断部及びその周辺領域での劈開による表面の剥がれ又はクラック等の加工不良が発生したかどうかにより行った。以上の結果を、表1にサンプルNo.1〜11としてまとめて示す。
上記の実施例1において、レーザビーム2をYAG第4高調波からYAG第3高調波に変更し、加工波長355nmのレーザビームで加工を行った。ガリウム酸化物基板8として、基板表面の面方位が(100)面で、厚さ400μmのβ―Ga2O3単結晶基板を、(001)面がXYテーブル9のX又はY方向と一致しないようにXYテーブル9に載置し、X又はY方向へ走査して加工した。レーザビーム2として、YAGレーザの第3高調波である波長355nmのレーザビームを、基板にスポット径約2.8μmで照射した。加工条件は、YAGレーザ出力4.0W、発振周波数50kH、加工速度1〜100mm/s、焦点位置は基板表面、走査回数1〜100回として、割断又は切断のための加工溝をサンプルNo.1〜9として加工した。評価は、各サンプルNo.の加工溝に沿って力を加えて割断し、割断部及びその周辺領域での劈開による表面の剥がれ又はクラック等の加工不良が発生したかどうかにより行った。以上の結果を、表2にサンプルNo.1〜9としてまとめて示す。
本発明の実施の形態によれば、以下の効果を有する。
(1)ガリウム酸化物基板を、加工部近傍で基板表面の剥がれやクラック等を発生させずに割断又は切断することができるので、歩留まり向上に大きな効果を有する。
(2)劈開を利用せずに割断又は切断が可能となるので、特に基板表面に平行に強い劈開性を有するガリウム酸化物基板の加工に効果を有する。
(3)主に、レーザアブレーション加工によるので、ガリウム酸化物基板が熱的ダメージや機械的ダメージを受けることの少ない基板加工が可能となる。
第1の実施の形態で使用したYAGレーザに替えて、エキシマレーザを使用することができる。エキシマレーザとは、基底状態では安定な分子を作らない希ガスなどの閉核原子 (分子) が、放電励起などで励起(excitation)されて、他の基底状態の原子 (分子) と強い結合力を示して二原子分子化した状態であるエキシマ状態と基底状態の間の遷移をレーザ発振に応用した気体レーザである。具体的には、波長248nmのKrFエキシマレーザ、波長193nmのArFエキシマレーザが使用できる。その他、高出力レーザを、非線形光学素子で300nm以下の波長に変換したレーザビームも利用可能である。これらのレーザを使用しても第1の実施の形態と同様の加工方法が可能であり、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。尚、エキシマレーザを使用する場合は、波長が短く、光学系によりガリウム酸化物基板上に集光させることが困難であるので、加工溝の幅を決めるための所定のマスクサイズを有するアパーチャを通してガリウム酸化物基板上に集光させる。
第1の実施の形態で使用したYAGレーザを第1のレーザ光及び第2の実施の形態で使用したエキシマレーザを第2のレーザ光として使用することにより、ガリウム酸化物基板を割断又は切断することができる。
ガリウム酸化物基板8として、基板表面の面方位が(100)面で、厚さ400μmのβ―Ga2O3単結晶基板を、(001)面がXYテーブル9のX又はY方向と一致しないようにXYテーブル9に載置し、X又はY方向へ走査して加工した。まず、第1のレーザ光として、YAGレーザの第4高調波である波長266nmのレーザビームを、基板にスポット径約2μmで照射した。加工条件は、YAGレーザ出力1.3W、発振周波数50kH、加工速度10mm/s、焦点位置は基板表面、走査回数50回として、加工溝を形成した。ガリウム酸化物基板8に形成された加工溝の深さは、基板厚さ400μmの半分の200μmであった。次に、第2のレーザ光として、波長248nmのエキシマレーザを、0.3mm×8.5mmのマスクサイズを通して、第1のレーザ光により加工された加工溝上に集光させた。第2のレーザ光を、加工速度2.6mm/sで上記加工溝に追従スキャニングさせて、走査回数1回で加工を施した。
ガリウム酸化物基板上に、発光素子を複数形成し、この各発光素子をレーザ光を照射して個々の発光素子チップとして取り出すための発光素子の製造方法に関する。図5は、第4の実施の形態に係る発光素子を示す図である。この発光素子40は、β−Ga2O3単結晶からなるガリウム酸化物基板8と、ガリウム酸化物基板8の上に形成されたAlyGa1−yNからなるバッファ層(ただし0≦y≦1)42と、バッファ層42の上に形成されたAlzGa1−zNからなるn−AlzGa1−zNクラッド層(ただし0≦z<1)55と、n−AlzGa1−zNクラッド層55の上に形成されたInmGa1−mNからなるInmGa1−mN発光層(ただし0≦m<1)56と、InmGa1−mN発光層56の上に形成されたAlpGa1−pNからなるp−AlpGa1−pNクラッド層(ただし0≦p<1、p>z)57と、p−AlpGa1−pNクラッド層57の上に形成された透明電極45と、透明電極45の一部に形成されたAu等からなるボンディング電極47と、ガリウム酸化物基板8の下面に形成されたn電極46からなる。
2 レーザビーム
3 光源
4 波長変換部
5 コリメータレンズ
6 反射ミラー
7 集光レンズ
8 ガリウム酸化物基板
9 XYテーブル
40 発光素子
Claims (5)
- 所定の面方位と光吸収特性を有するβ−Ga 2 O 3 基板に、300nmより短い波長のレーザ光を照射して前記基板の表面に前記基板の劈開面と一致しない方向に加工溝を形成する工程と、
前記基板を前記形成された加工溝に沿って割断又は切断する工程とを有するβ−Ga 2 O 3 基板加工方法。 - 前記300nmより短い波長は、YAGレーザ光の第4高調波又はエキシマレーザ光の波長であることを特徴とする請求項1に記載のβ−Ga 2 O 3 基板加工方法。
- 所定の面方位と光吸収特性を有するβ−Ga 2 O 3 基板に、YAGレーザ光の第4高調波を照射して前記基板の表面に前記基板の劈開面と一致しない方向に加工溝を形成する第1の加工工程と、
前記YAGレーザ光の第4高調波により加工された前記加工溝の位置に、エキシマレーザ光を照射して加工溝を追加して形成する第2の加工工程と、
前記基板を前記形成された加工溝に沿って割断又は切断する工程とを有するβ−Ga 2 O 3 基板加工方法。 - 前記基板の表面は(100)、(001)、(010)、又は(801)の面であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のβ−Ga 2 O 3 基板加工方法。
- 化合物半導体薄膜を成長させて複数の発光素子が形成される所定の面方位と光吸収特性を有するβ−Ga 2 O 3 基板を、請求項1又は3に記載の基板加工方法により、前記β−Ga 2 O 3 基板上に形成された前記複数の発光素子を分割して取り出すことを特徴とする発光素子の製造方法。
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