JPH10178239A - 窒化物半導体素子の製造方法及び窒化物半導体素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 窒化物半導体ウェーハの基板を薄してもウェ
ーハが不規則な位置で割れないような製造方法を提供す
ることにより、放熱性に優れた窒化物半導体素子を作製
して素子を長寿命にする。 【構成】 絶縁性基板上に膜厚０．５μｍ以下のバッフ
ァ層を介して、最初に膜厚６μｍ以上のｎ型窒化物半導
体層を成長させるか、あるいは総膜厚６μｍ以上となる
ように複数の窒化物半導体層を成長させるた後、ウェー
ハの絶縁性基板の厚さを６０μｍ以下に調整して、ウェ
ーハをチップにすることにより、基板の厚さが薄い窒化
物半導体素子が実現できるので放熱性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＬＥＤ（発光ダイオ
ード）、ＬＤ（レーザダイオード）等の発光素子、ある
いは太陽電池、光センサー等の受光素子に使用される窒
化物半導体（Ｉｎ _XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X
＋Y≦１）よりなる素子の製造方法と、窒化物半導体素
子に関する。

【０００２】

【従来の技術】窒化物半導体は高輝度青色ＬＥＤ、純緑
色ＬＥＤの材料として、フルカラーＬＥＤディスプレ
イ、交通信号等で最近実用化されたばかりである。これ
らのＬＥＤは、例えばサファイアよりなる絶縁性基板の
上にｎ型窒化物半導体層と、ｐ型窒化物半導体層とを有
し、それらのｐ、ｎ半導体層の間にＩｎＧａＮよりなる
単一量子井戸構造（ＳＱＷ：Single-Quantum- Well）の
活性層が挟まれたダブルへテロ構造を有している。青
色、緑色等の波長はＩｎＧａＮ活性層のＩｎ組成比を増
減することで決定されている。また、本出願人は、最近
この材料を用いてパルス電流において、室温での４１０
ｎｍのレーザ発振を発表した（例えば、Jpn.J.Appl.Phy
s. Vol.35 (1996) pp.L217-L220、Appl.Phys.Lett.69(1
0),2 Sep.1996pp.1477-1479等）このレーザ素子も同様
に、ｐ、ｎ半導体層の間にＩｎＧａＮを含む多重量子井
戸構造（ＭＱＷ：Multi-Quantum- Well）よりなる活性
層が挟まれたダブルへテロ構造を有している。しかし、
窒化物半導体よりなるレーザ素子はパルス発振であり、
連続発振させて長寿命とするには、さらなる改良が必要
である。

【０００３】素子寿命には素子自体の放熱性が非常に重
要である。ＬＥＤでは熱伝導性のよい金属材料よりなる
リードフレーム上に素子がマウントされて放熱性が高め
られている。レーザ素子はＬＥＤに比べて高電力が負荷
されるため、発熱量が桁違いに大きく、劣化も速い。そ
のため、レーザ素子はダイヤモンドヒートシンクのよう
な熱伝導性のよい材料の上にマウントされて、放熱性の
向上が図られている。

【０００４】窒化物半導体素子をヒートシンク、サブマ
ウント、メタルポスト、リードフレームのような支持体
にマウントする場合、フェースダウン、フェースアップ
と２種類の方法がある。フェースダウンでは窒化物半導
体側と支持体とが対向するようにマウントされ、フェー
スアップでは絶縁性基板と支持体とが対向するようにマ
ウントされる。いずれも窒化物半導体の発熱は基板を介
して外部に放出される。

【０００５】例えば、フェースアップでマウントされる
場合、活性層の発熱は絶縁性基板を通って支持体に伝え
られる。効率よく熱を支持体に放熱するには、例えば基
板を薄くするか、あるいは基板を除去することが考えら
れる。しかしながら窒化物半導体は基板と格子整合しな
いヘテロエピタキシャル成長であり、しかも互いに異な
る熱膨張係数を有している。このため、基板の上に発光
素子の構造となるよう複数の窒化物半導体を成長させた
ウェーハにおいて、基板を薄くしたり、基板を除去しよ
うとしたりすると、その途中の工程で窒化物半導体が不
規則な位置で割れてしまい、まともな素子を作製するこ
とが困難であった。例えば、現在実用化されているＬＥ
Ｄ素子ではサファイア基板はおよそ８０μｍ程度まで薄
くされているが、それ以下に薄くすると、ウェーハが割
れやすくなってしまい、歩留が極端に低下する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】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、窒化物半導体ウェーハの基板を薄しても
ウェーハが不規則な位置で割れないような製造方法を提
供することにより、主として放熱性に優れ、長寿妙な窒
化物半導体素子を実現することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の窒化物半導体素
子の製造方法は、主として２種類の態様からなり、その
第１の態様は、絶縁性基板上に膜厚０．５μｍ以下のバ
ッファ層を介して、最初に膜厚６μｍ以上のｎ型窒化物
半導体層を成長させる工程と、そのｎ型窒化物半導体層
の上に複数の窒化物半導体層を成長させたウェーハの絶
縁性基板の厚さを６０μｍ以下に調整する工程と、絶縁
性基板の厚さ調整後、ウェーハをチップ状に分離する工
程とを備えることを特徴とする。

【０００８】本発明の製造方法の第２の態様は、絶縁性
基板上に総膜厚６μｍ以上となるように複数の窒化物半
導体層を成長させる工程と、複数の窒化物半導体層を成
長させたウェーハの絶縁性基板の厚さを６０μｍ以下に
調整する工程と、基板の厚さ調整後にウェーハをチップ
状に分離する工程とを備えることを特徴とする。

【０００９】また本発明の第１の態様、及び第２の態様
において 前記チップ状に分離する工程が、絶縁性基板
表面をスクライブした後、ウェーハをブレイクする工程
であることを特徴とする。

【００１０】さらに、ブレイクする工程が、レーザ素子
の共振面を形成する工程であることを特徴とする。共振
面を形成する工程において、その共振面は窒化物半導体
の

【外２】 （以下、Ｍ面という。）とすることが最も好ましい。

【００１１】また、本発明の窒化物半導体素子の第１の
態様は、厚さ６０μｍ以下の絶縁性基板上に接して、膜
厚０．５μｍ以下のバッファ層が積層され、そのバッフ
ァ層に接して、膜厚６μｍ以上のｎ型窒化物半導体層が
成長されていることを特徴とする。

【００１２】さらに本発明の窒化物半導体素子の第２の
態様は、厚さ６０μｍ以下の絶縁性基板上に、総膜厚６
μｍ以上で複数の窒化物半導体が積層されてなることを
特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の製造方法の第１の態様に
おいて、絶縁性基板には、例えばＣ面を主面とするサフ
ァイアの他、Ｒ面、Ａ面を主面とするサファイア、その
他、スピネル（ＭｇＡ１₂Ｏ₄）のような窒化物半導体と
熱膨張係数が異なり、窒化物半導体が成長できる従来提
案されている絶縁性の基板を用いることができる。この
ように絶縁性基板を用いると、フェースアップの状態で
素子をマウントできることにより、基板を介して直接支
持体に熱が伝わるので、フェースダウンに比較して、本
発明のように基板を薄くした効果が顕著に現れる。

【００１４】バッファ層は基板と窒化物半導体との格子
不整合を緩和する作用があり、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、Ａ
ｌＮ、ＩｎＧａＮ等の窒化物半導体を１０オングストロ
ーム以上、０．５μｍ以下、さらに好ましくは０．２μ
ｍ以下の膜厚で成長させる。具体的には、例えば特開平
４−２９７０２３号に示されるような方法を用いて、Ａ
ｌ_XＧａ_1-XＮ（０≦X＜１）よりなるバッファ層を成長
させると、窒化物半導体の結晶性が非常に良くなる。こ
のバッファ層の膜厚が０．５μｍよりも厚いと、次に成
長させる窒化物半導体層の結晶性が悪くなり、６μｍ以
上の膜厚で成長させることが困難となる傾向にある。従
って、バッファ層は０．５μｍ以下、さらに好ましくは
０．２μｍ、最も好ましくは０．１μｍ以下の膜厚とす
る。

【００１５】次に、バッファの上に最初に成長させるｎ
型窒化物半導体は６μｍ以上、さらに好ましくは７μｍ
以上成長させる。ｎ型窒化物半導体の組成はＡｌXＧａ1
-XＮ（０≦X＜１）を成長させることが望ましく、最も
好ましくは、Ａｌ組成比（X値）が０．５以下のＡｌＧ
ａＮ、ＧａＮを成長させる。Ａｌ組成比が０．５を超え
ると窒化物半導体層自体にクラックが入りやすくなり、
６μｍ以上成長させることが困難となる傾向にある。ま
た窒化物半導体はノンドープの状態でもｎ型となる性質
があるが、このｎ型窒化物半導体層成長中にＳｉ、Ｇ
ｅ、Ｓｎ、Ｓ等のｎ型ドーパントをドープして、ｎ電極
を形成するための、ｎ型コンタクト層とすると非常に好
ましい。このｎ型窒化物半導体層の膜厚が６μｍよりも
薄いと、基板を６０μｍ以下に薄くすることが困難とな
る傾向にある。上限は特に限定しないが通常は２０μｍ
以下の膜厚で成長させることにより、結晶性の良いｎ型
窒化物半導体層が得られる。２０μｍより厚く成長させ
ても放熱性が悪くなる。なお、このｎ型窒化物半導体層
成長中に、他組成を有するｎ型窒化物半導体層を間に挿
入しても良いが、最も好ましくは単一の組成で連続して
６μｍ以上の膜厚で成長させることが最も好ましい。

【００１６】次にこのｎ型窒化物半導体の上に成長させ
る他の窒化物半導体は、窒化物半導体素子の構成によっ
て適宜選択する。例えばこのｎ型窒化物半導体層をコン
タクト層とする場合には、直接ＩｎＧａＮよりなる活性
層、ｐ型窒化物半導体よりなるｐ型クラッド層、ｐ型コ
ンタクト層等を積層してＬＥＤ素子となるようなウェー
ハを作製しても良いし、また、ｎ型クラッド層、ｎ型ガ
イド層、活性層、ｐ型ガイド層、ｐ型クラッド層、ｐ型
コンタクト層等を積層してレーザ素子となるようなウェ
ーハを作製しても良い。

【００１７】また本発明の第２の態様では、総膜厚６μ
ｍ以上となるように複数の窒化物半導体層を成長させ
る。この場合、絶縁性基板上に成長させる窒化物半導体
層の総膜厚が６μｍ以上であれば良く、特に第１の態様
のように、バッファ層の上に成長させる最初のｎ型窒化
物半導体層の膜厚を６μｍ以上成長させる必要はない。
また、成長方法、成長装置によってはバッファ層を省略
することもできる。例えば、前記第１の態様でも説明し
たように、最初に成長させるｎ型窒化物半導体層成長中
に、他組成を有する他のｎ型窒化物半導体層を間に挿入
することもできる。また、ｎ型窒化物半導体層の膜厚、
活性層、ｐ型窒化物半導体層等の膜厚を調整しながら、
全体の窒化物半導体層の総膜厚を６μｍ以上となるよう
に成長すればよい。例えば、ｎ型コンタクト層、ｎ型ク
ラッド層、ｎ型ガイド層、活性層、ｐ型ガイド層、ｐ型
クラッド層、ｐ型コンタクト層を積層して総膜厚を６μ
ｍ以上となるようにすることもできる。好ましくは、第
１の態様のように、基板の上にバッファ層を介して成長
させる最初のｎ型層の膜厚で、全体の膜厚のほぼ９０％
以上を成長させる方が結晶性の良い窒化物半導体層を成
長させることができる。但し、この場合最初に成長させ
るｎ型層の中には、そのｎ型層と異なる他のｎ型層を挟
んでも、本発明の範囲の中に含まれる。

【００１８】膜厚６μｍ以上の窒化物半導体層を積層す
るには、ｎ型窒化半導体層の膜厚を調整することが望ま
しい。なぜなら、窒化物半導体はｎ型が成長させやす
く、逆にｐ型が成長しにくい材料であることが知られて
いる。ｐ型はアニーリングによって、窒化物半導体層に
含まれている水素をｐ型不純物と切り離して半導体層中
から一部除去しなければｐ型が得られない傾向にある。
このためｐ型不純物を含む窒化物半導体層を厚膜で成長
させると、内部に含まれている水素が窒化物半導体から
離脱しにくくなり、ｐ型が得られにくい。そのため、窒
化物半導体を厚膜で成長させるためにはｎ型層側を厚く
成長させることが望ましい。

【００１９】以上のようにして、絶縁性基板上に窒化物
半導体層を積層したウェーハの絶縁性基板の膜厚を６０
μｍ以下、さらに好ましくは５０μｍ以下に調整する。
６０μｍよりも厚いと、放熱性が十分ではなく、例えば
レーザ素子を作製した場合、連続発振の元では、素子が
１時間以内でダメになる。下限は、最初に成長させる窒
化物半導体層の膜厚によっても異なるが、１０μｍ以上
あることが望ましい。絶縁性基板の膜厚を調整するに
は、研磨、エッチング等の方法がある。研磨は周知のよ
うに研磨剤を用いてラッピングする。ラッピング後、研
磨面を鏡面状とするために、ポリシングしても良い。エ
ッチングには、ウェットエッチング、ドライエッチング
の方法があるがいずれを用いても良い。ウェットエッチ
ングでは、例えばリン酸と硫酸の混酸を用いる方法があ
る。ドライエッチングには、例えば反応性イオンエッチ
ング（ＲＩＥ）、反応性イオンビームエッチング（ＲＩ
ＢＥ）、電子サイクロトロンエッチング（ＥＣＲ）、イ
オンビームエッチング等の装置があり、いずれも絶縁性
基板の材料に応じて、エッチングガスを適宜選択するこ
とによりエッチングできる。

【００２０】次に、絶縁性基板の厚さを６０μｍ以下と
した後、ウェーハをチップ状に分離する。チップ状に分
離するには、例えばスクライブ、ダイシング等の方法が
あるが、好ましくはスクライブにより基板をブレークし
てチップ状に分離する。しかも、窒化物半導体を成長し
ていない側の基板面をスクライブすることにより、正確
な位置でチップ状に分離できる。一方、ダイシングでは
切断面にクラックが入ったりする傾向にあり、しかもレ
ーザ素子を作製する場合にはダイシングで共振面となる
ような平滑な面を得ることは不可能である。

【００２１】さらに、本発明の製造方法によりレーザ素
子を製造する場合、基板を薄くして基板側をスクライブ
してブレイク（brake）すると、そのブレークした面に
レーザ素子の共振面を形成することができる。窒化物半
導体を成長できる絶縁性基板は、例えばサファイアのよ
うに劈開性のないものが多い。しかしながら、劈開性の
ない基板の上に成長された窒化物半導体でも、基板を極
限まで薄くすることにより、成長した窒化物半導体の面
方位によっては、窒化物半導体が劈開されて、その劈開
面を共振面とすることができる。

【００２２】さらに、劈開面は窒化物半導体層のＭ面で
あることが望ましい。Ｍ面とは窒化物半導体を六角柱状
の六方晶系で近似した場合に、その側面に相当する４角
形の面であり、それぞれ６種類の面方位で示すことがで
きるが（外１）面が全ての面方位を示しておりものとす
る。窒化物半導体のＭ面で劈開すると、非常に歩留良
く、また、鏡面に近い劈開面を得ることができる。Ｍ面
の面方位については図２に示している。

【００２３】本発明の製造方法の作用を、例えばサファ
イア基板の上に窒化物半導体を成長させたウェーハを研
磨して薄くする場合を例にとって説明する。サファイア
の上に成長された窒化物半導体ウェーハは、窒化物半導
体の熱膨張係数と、サファイアの熱膨張係数とが異なる
ため、それらの界面には常に応力が係っている。応力が
係ったサファイア基板側を次第に薄くして行くと、最初
はほぼ平面に近かったウェーハが応力により反り始め
る。反りはサファイア側が凸面となったり、窒化物半導
体側が凸面となったりするが、その反りが大きくなるこ
とにより窒化物半導体が不規則な位置で割れてしまい素
子ができなくなってしまう。そこでその反りを調整する
のが本発明の方法である。即ち、窒化物半導体を厚く成
長させることにより、応力を調整して、反りを小さくし
て窒化物半導体をチップ状にしやすくする。

【００２４】

【実施例】図１は本発明の一実施例によるレーザ素子の
模式的な断面図であり、以下この図を元に本発明の製造
方法について詳説する。なお、本発明において用いる一
般式Ｉｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦
１）単に窒化物半導体の組成を示すものであり、異なる
層が同一の一般式で示されていても、それらの層のX
値、Y値等が同一の値を示すものではない。

【００２５】［実施例１］（第１の態様） 1) 厚さ３００μｍ、２インチφのサファイア（Ｃ面）
よりなる基板１の上に 2) ＧａＮよりなるバッファ層２を２００オングストロ
ーム 3) Ｓｉドープｎ型ＧａＮよりなるコンタクト層３を６
μｍ 4) Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるクラック
防止層４を５００オングストローム 5) Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなるｎ型クラ
ッド層５を０．５μｍ 6) ＳｉドープＧａＮよりなるｎ型光ガイド層６を０．
２μｍ 7) ＳｉドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる井戸層を２５
オングストロームと、ＳｉドープＩｎ0.01Ｇａ0.95Ｎよ
りなる障壁層を５０オングストロームと３ペア積層して
最後に井戸層を積層した活性層７（活性層総厚、２５０
オングストローム） 8) Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるｐ型キャ
ップ層８を３００オングストローム、 9) Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型光ガイド層９を
０．２μｍ 10) Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなるｐ型ク
ラッド層１０を０．５μｍ 11) Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層
１１を０．２μｍ の膜厚で順に積層する。（窒化物半導体層総膜厚７．７
２５μｍ）

【００２６】１） 基板１は前記したように、サファイ
アＣ面の他、Ｒ面、Ａ面を主面とするサファイア、その
他、スピネル（ＭｇＡ１₂Ｏ₄）のような絶縁性の基板を
用いることができる。

【００２７】２） バッファ層２も前記したようにＡｌ
Ｎ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等を９００℃以下の温度で成長
させ、膜厚１０オングストローム〜０．５μｍ以下、さ
らに好ましくは２０オングストローム〜０．２μｍ以下
の膜厚で成長できる。

【００２８】３） ｎ型コンタクト層３は、第１の態様
においてバッファ層の次に成長させるｎ型窒化物半導体
層に相当する。このｎ型コンタクト層はＩｎ_XＡｌ_YＧａ
_1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）、さらに好ましく
はY値が０．５以下のＡｌYＧａ1-YＮで構成することが
好ましく、その中でもＳｉ若しくはＧｅをドープしたＧ
ａＮで構成することにより、キャリア濃度の高いｎ型層
が得られ、またｎ電極と好ましいオーミック接触が得ら
れる。この層は前記したように６μｍ以上で成長させ、
さらに好ましくは７μｍ以上の膜厚が望ましく、例えば
２０μｍ以下の膜厚で成長させる。

【００２９】４） クラック防止層４はＩｎを含むｎ型
の窒化物半導体、好ましくはＩｎＧａＮで成長させるこ
とにより、次に成長させるＡｌを含むｎ型クラッド層を
厚膜で成長させることが可能となり、非常に好ましい。
ＬＤの場合は、光閉じ込め層となる層を、好ましくは
０．１μｍ以上の膜厚で成長させる必要がある。従来で
はＧａＮ、ＡｌＧａＮ層の上に直接、厚膜のＡｌＧａＮ
を成長させると、後から成長させたＡｌＧａＮにクラッ
クが入るので素子作製が困難であったが、このクラック
防止層が、次に成長させるＡｌを含むｎ型クラッド層に
クラックが入るのを防止することができる。クラック防
止層は１００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が好ましい。１００オングストロ
ームよりも薄いと前記のようにクラック防止として作用
しにくく、０．５μｍよりも厚いと、結晶自体が黒変す
る傾向にある。なお、このクラック防止層は成長方法、
成長装置等の条件によっては省略することもできるがＬ
Ｄを作製する場合には成長させる方が望ましい。このク
ラック防止層はｎ型コンタクト層内に成長させても良
い。

【００３０】５） ｎ型クラッド層５はキャリア閉じ込
め層、及び光閉じ込め層として作用し、Ａｌを含む窒化
物半導体、好ましくはＡｌＧａＮを成長させることが望
ましく、１００オングストローム以上、２μｍ以下、さ
らに好ましくは５００オングストローム以上、１μｍ以
下で成長させることにより、結晶性の良いキャリア閉じ
込め層が形成できる。

【００３１】６） ｎ型光ガイド層６は、活性層の光ガ
イド層として作用し、ＧａＮ、ＩｎＧａＮを成長させる
ことが望ましく、通常１００オングストローム〜５μ
ｍ、さらに好ましくは２００オングストローム〜１μｍ
の膜厚で成長させることが望ましい。

【００３２】７） 活性層７は膜厚７０オングストロー
ム以下のＩｎを含む窒化物半導体よりなる井戸層と、膜
厚１５０オングストローム以下の井戸層よりもバンドギ
ャップエネルギーが大きい窒化物半導体よりなる障壁層
とを積層した多重量子井戸構造とするとレーザ発振しや
すい。

【００３３】８） キャップ層８はｐ型としたが、膜厚
が薄いため、ｎ型不純物をドープしてキャリアが補償さ
れたｉ型としても良く、最も好ましくはｐ型とする。ｐ
型キャップ層の膜厚は０．１μｍ以下、さらに好ましく
は５００オングストローム以下、最も好ましくは３００
オングストローム以下に調整する。０．１μｍより厚い
膜厚で成長させると、ｐ型キャップ層中にクラックが入
りやすくなり、結晶性の良い窒化物半導体層が成長しに
くいからである。またキャリアがこのエネルギーバリア
をトンネル効果により通過できなくなる。Ａｌの組成比
が大きいＡｌＧａＮ程薄く形成するとＬＤ素子は発振し
やすくなる。例えば、Y値が０．２以上のＡｌ_YＧａ_1-Y
Ｎであれば５００オングストローム以下に調整すること
が望ましい。ｐ型キャップ層８の膜厚の下限は特に限定
しないが、１０オングストローム以上の膜厚で形成する
ことが望ましい。

【００３４】９） ｐ型光ガイド層９は、ｎ型光ガイド
層と同じくＧａＮ、ＩｎＧａＮで成長させることが望ま
しい。また、この層はｐ型クラッド層を成長させる際の
バッファ層としても作用し、１００オングストローム〜
５μｍ、さらに好ましくは２００オングストローム〜１
μｍの膜厚で成長させることにより、好ましい光ガイド
層として作用する。

【００３５】１０） ｐ型クラッド層１０はｎ型クラッ
ド層と同じく、キャリア閉じ込め層、及び光閉じ込め層
として作用し、Ａｌを含む窒化物半導体、好ましくはＡ
ｌＧａＮを成長させることが望ましく、１００オングス
トローム以上、２μｍ以下、さらに好ましくは５００オ
ングストローム以上、１μｍ以下で成長させることによ
り、結晶性の良いキャリア閉じ込め層が形成できる。さ
らに前記のようにこの層をＡｌを含む窒化物半導体層と
することにより、ｐ型コンタクト層と、ｐ電極との接触
抵抗差ができるので好ましい。

【００３６】本実施例のようにＩｎＧａＮよりなる井戸
層を有する量子構造の活性層の場合、その活性層に接し
て、膜厚０．１μｍ以下のＡｌを含むｐ型キャップ層を
設け、そのｐ型キャップ層よりも活性層から離れた位置
に、ｐ型キャップ層よりもバッドギャップエネルギーが
小さいｐ型光ガイド層を設け、そのｐ型光ガイド層より
も活性層から離れた位置に、ｐ型光ガイド層よりもバン
ドギャップが大きいＡｌを含む窒化物半導体よりなるｐ
型クラッド層を設けることは非常に好ましい。しかもｐ
型キャップ層の膜厚を０．１μｍ以下と薄く設定してあ
るため、キャリアのバリアとして作用することはなく、
ｐ層から注入された正孔が、トンネル効果によりｐ型キ
ャップ層を通り抜けることができて、活性層で効率よく
再結合し、ＬＤの出力が向上する。つまり、注入された
キャリアは、ｐ型キャップ層のバンドギャップエネルギ
ーが大きいため、半導体素子の温度が上昇しても、ある
いは注入電流密度が増えても、キャリアは活性層をオー
バーフローせず、ｐ型キャップ層で阻止されるため、キ
ャリアが活性層に貯まり、効率よく発光することが可能
となる。従って、半導体素子が温度上昇しても発光効率
が低下することが少ないので、閾値電流の低いＬＤを実
現することができる。

【００３７】１１） ｐ型コンタクト層１１はｐ型のＩ
ｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構
成することができ、好ましくはＭｇをドープしたＧａＮ
とすれば、ｐ電極２０と最も好ましいオーミック接触が
得られる。

【００３８】以上の構成で基板１の上に活性層７を含む
窒化物半導体層を積層後、窒素雰囲気中、ウェーハを反
応容器内において、アニーリングを行い、ｐ型層中に含
まれる水素の一部を除去し、ｐ型層をさらに低抵抗化す
る。

【００３９】次に、最上層のｐ型コンタクト層の表面に
所定の形状のマスクを形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエ
ッチング）装置で、図１に示すように、最上層のｐ型コ
ンタクト層１１と、ｐ型クラッド層１０とをメサエッチ
ングして、４μｍのストライプ幅を有するリッジ形状と
する。

【００４０】リッジ形成後、露出しているｐ型層の平面
にマスクを形成し、図１に示すようにストライプ状のリ
ッジに対して左右対称にして、ｎ型コンタクト層２２の
平面を露出させる。このようにｎ電極２２を形成すべき
ｎ型コンタクト層３をリッジストライプに対して左右対
称に設けることにより、ｎ層からの電流も活性層に対し
て均一に係るようになり、閾値が低下する。

【００４１】次に、リッジ最上部のｐ型コンタクト層１
１に、ＮｉとＡｕよりなるオーミック用のｐ電極２０を
ほぼ全面に形成する。一方、ＴｉとＡｌよりなるオーミ
ック用のｎ電極２２をストライプ状のｎ型コンタクト層
のほぼ全面に形成する。なお、ほぼ全面とは８０％以上
の面積をいう。このようにｎ電極も全面に形成し、さら
にリッジに対して左右対称に形成することにより閾値が
低下する。

【００４２】次に、電極形成後、電極側の窒化物半導体
層、及びｐ電極２０、ｎ電極２２全面に渡って、ＳｉＯ
2よりなる絶縁膜３０を形成した後、ｐ電極２０、ｎ電
極２２が形成された上部に相当する絶縁膜３０にエッチ
ングにより開口部を設ける。次いで、図１に示すよう
に、この絶縁膜３０を介してｐ電極２０、及びｎ電極２
２と電気的に接続したｐパッド電極２１、ｎパッド電極
２３を形成する。ｐパッド電極２１は実質的なｐ電極２
０の表面積を広げて、ｐ電極側をワイヤーボンディング
できるようにする作用がある。ｎパッド電極２３もｎ電
極のはがれを少なくして、ｎ電極より注入できる電流を
大きくできる作用がある。

【００４３】以上のようにして、両電極を形成したウェ
ーハを研磨装置に移送し、ダイヤモンド研磨剤を用い
て、窒化物半導体を形成していない側のサファイア基板
１をラッピングし、基板の厚さを２０μｍとする。ラッ
ピング後、さらに細かい研磨剤で１μｍポリシングして
基板表面を鏡面状とする。

【００４４】基板研磨後、ストライプ状の電極に垂直な
方向に相当するサファイア基板の研磨面側をスクライブ
した後、バー状に劈開し、劈開面に共振器を作製する。
なお劈開面はサファイア基板の上に成長した窒化物半導
体面のＭ面とする。この他、ＲＩＥ等のドライエッチン
グ手段により端面をエッチングして共振器を作製するこ
ともできる。またこの他、劈開面を鏡面研磨して作成す
ることも可能である。但し、本実施例のように、窒化物
半導体のＭ面を劈開面を共振面とすることが最も望まし
い。

【００４５】劈開後、共振器面にＳｉＯ₂とＴｉＯ₂より
なる誘電体多層膜を形成し、最後にｐ電極に平行な方向
で、バーを切断してレーザチップとした。この切断によ
り、１枚のウェーハから有効なレーザ素子として取り出
せる素子の実質的な歩留は９０％以上であった。次にチ
ップをフェースアップ（基板とヒートシンクとが対向し
た状態）でヒートシンクに設置し、それぞれの電極をワ
イヤーボンディングして、室温でレーザ発振を試みたと
ころ、閾値電流密度１．５ｋＡ／cm²、閾値電圧６Ｖ
で、発振波長４０５ｎｍの連続発振が確認され、およそ
６日間の連続発振を確認した。

【００４６】［実施例２］ｎ型コンタクト層３を７μｍ
の膜厚で成長させる他は実施例１と同様にしてレーザ素
子を作製したところ、同じく閾値電流密度１．５ｋＡ／
cm²、閾値電圧６Ｖで、発振波長４０５ｎｍの連続発振
が確認され、同じく６日間の連続発振を確認した。なお
レーザ素子の実質的な歩留は９５％以上であった。

【００４７】［実施例３］サファイア基板を４０μｍま
で研磨する他は実施例１と同様にしてレーザ素子を作製
したところ、同じく閾値電流密度１．５ｋＡ／cm²、閾
値電圧６Ｖで、発振波長４０５ｎｍの連続発振が確認さ
れ、３日間の連続発振を確認した。なおレーザ素子の実
質的な歩留は同じく９０％以上であった。

【００４８】［実施例４］（第２の態様） 1) 厚さ３００μｍ、２インチφのサファイア（Ｃ面）
よりなる基板１の上に 2) ＧａＮよりなるバッファ層２を２００オングストロ
ーム 3) Ｓｉドープｎ型ＧａＮよりなる第１のｎ型層を３μ
ｍ 4) Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるクラック
防止層を５００オングストローム 3'）クラック防止層の上に同じくＳｉドープｎ型ＧａＮ
よりなる第２のｎ型層を２μｍ成長させる。

【００４９】次に第２のｎ型層の上に、直接ｎ型クラッ
ド層５を成長させ、後は実施例１と同様にして、ｎ型ク
ラッド層５から上の層を成長させることにより窒化物半
導体ウェーハを作製し、同様にアニーリングを行い、ｐ
型層をさらに低抵抗にする。

【００５０】アニーリング後、ｐ型クラッド層１０とを
メサエッチングして、４μｍのストライプ幅を有するリ
ッジ形状とした後、第２のｎ型層の表面が露出するまで
エッチングを行う。なお実施例３の場合、第２のｎ型層
がコンタクト層に相当する。

【００５１】後は実施例１と同様にしてレーザ素子を作
製して、発振させたところ、同じく閾値電流密度１．５
ｋＡ／cm²、閾値電圧６Ｖで、発振波長４０５ｎｍの連
続発振が確認され、同じく６日間の連続発振を確認し
た。なおレーザ素子の実質的な歩留は同じく９０％以上
であった。

【００５２】［実施例５］サファイア基板を５０μｍま
で研磨する他は実施例４と同様にしてレーザ素子を作製
したところ、同じく閾値電流密度１．５ｋＡ／cm²、閾
値電圧６Ｖで、発振波長４０５ｎｍの連続発振が確認さ
れ、５日間の連続発振を確認した。なおレーザ素子の実
質的な歩留は同じく９０％以上であった。

【００５３】［比較例１］実施例１において、ｎ型コン
タクト層の膜厚を４μｍとする他は実施例１と同様にし
てレーザ素子を作製したところ、基板は８０μｍまでし
か研磨できず、それ以上研磨するとウェーハが不規則な
位置で割れてしまった。なお、８０μｍまで研磨したウ
ェーハでは共振面を劈開で形成することが難しいため、
ＲＩＥによるエッチングで形成して、レーザ素子とした
ところ、閾値電流密度１．５ｋＡ／cm²、閾値電圧６Ｖ
で連続発振はしたが、わずか１０分で素子が切れてしま
った。

【００５４】［比較例２］実施例１において、ｎ型コン
タクト層の膜厚を３μｍとする他は実施例１と同様にし
てレーザ素子を作製したところ、基板は１００μｍまで
しか研磨できず、それ以上研磨するとウェーハが不規則
な位置で割れてしまった。なお、１００μｍまで研磨し
たウェーハでは共振面を劈開で形成することが難しいた
め、ＲＩＥによるエッチングで形成して、同様にレーザ
素子としたところ、閾値電流密度１．５ｋＡ／cm²、閾
値電圧６Ｖで連続発振はしたが、極わずかの時間で素子
が切れてしまった。

【００５５】［比較例３］実施例１において、基板を７
０μｍまで研磨して、共振面をＲＩＥによるエッチング
で形成する他は、同様にしてレーザ素子を作製したとこ
ろ、閾値電流密度１．５ｋＡ／cm²、閾値電圧６Ｖで連
続発振はしたが、１時間で素子が切れてしまった。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の製造方法
によると、窒化物半導体を成長させたウェーハの基板を
極限近くまで薄くできるため、そのウェーハからチップ
にした際に、基板が薄くなって放熱性が向上する。その
ため、特にレーザ素子では連続発振時間をより長くする
ことができる。さらに、基板を薄くしてあるため、容易
に窒化物半導体の劈開面を共振面とすることができる。
なお、本発明ではレーザ素子について説明したが、ＬＥ
Ｄ、受光素子等、窒化物半導体素子を用いた他のデバイ
スにも適用可能であることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係るレーザ素子の構造を
示す概略断面図。

【図２】 窒化物半導体の結晶構造を模式的に示すユニ
ットセル図。

【符号の説明】

１・・・サファイア基板 ２・・・バッファ層 ３・・・ｎ型コンタクト層 ４・・・クラック防止層 ５・・・ｎ型クラッド層 ６・・・ｎ型光ガイド層 ７・・・活性層 ８・・・ｐ型キャップ層 ９・・・ｐ型光ガイド層 １０・・・ｐ型クラッド層 １１・・・ｐ型コンタクト層 ２０・・・ｐ電極 ２１・・・ｐパッド電極 ２２・・・ｎ電極 ２３・・・ｎパッド電極 ３０・・・絶縁膜

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性基板上に膜厚０．５μｍ以下のバ
   ッファ層を介して、最初に膜厚６μｍ以上のｎ型窒化物
   半導体層を成長させる工程と、そのｎ型窒化物半導体層
   の上に複数の窒化物半導体層を成長させたウェーハの絶
   縁性基板の厚さを６０μｍ以下に調整する工程と、絶縁
   性基板の厚さ調整後、ウェーハをチップ状に分離する工
   程とを備えることを特徴とする窒化物半導体素子の製造
   方法。
2. 【請求項２】 絶縁性基板上に総膜厚６μｍ以上となる
   ように複数の窒化物半導体層を成長させる工程と、複数
   の窒化物半導体層を成長させたウェーハの絶縁性基板の
   厚さを６０μｍ以下に調整する工程と、基板の厚さ調整
   後にウェーハをチップ状に分離する工程とを備えること
   を特徴とする窒化物半導体素子の製造方法。
3. 【請求項３】 前記チップ状に分離する工程が、絶縁性
   基板表面をスクライブした後、ウェーハをブレイクする
   工程であることを特徴とする請求項１または２に記載の
   窒化物半導体素子の製造方法。
4. 【請求項４】 前記ブレイクする工程が、レーザ素子の
   共振面を形成する工程であることを特徴とする請求項３
   に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
5. 【請求項５】 前記共振面が窒化物半導体のＭ面 【外１】 であることを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体
   素子の製造方法。
6. 【請求項６】 厚さ６０μｍ以下の絶縁性基板上に接し
   て、膜厚０．５μｍ以下のバッファ層が積層され、その
   バッファ層に接して、膜厚６μｍ以上のｎ型窒化物半導
   体層が成長されていることを特徴とする窒化物半導体素
   子。
7. 【請求項７】 厚さ６０μｍ以下の絶縁性基板上に、総
   膜厚６μｍ以上で複数の窒化物半導体が積層されてなる
   窒化物半導体素子。