JP2003017790A - 窒化物系半導体素子及び製造方法 - Google Patents
窒化物系半導体素子及び製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＡｌＧａＩｎＮ系結晶基板において断面の平
坦性に優れた分離溝を形成し、再現性が高くかつ高歩留
まりなレーザ光共振器作製方法を提供する。 【解決手段】 サファイア基板上に作製したＡｌＧａＩ
ｎＮ系レーザウエハにおいて、パルスレーザビームを基
板裏面から照射した後、表面のレーザ共振器部分を除く
ＡｌＧａＩｎＮ系結晶部に照射して分離溝を形成する。
この後、前記分離溝に添って力を加え基板をレーザバー
に分離する。この方法によりレーザ結晶部にダメージを
与えることなく極めて平坦性が高く反射ロスのほとんど
無い共振器面が実現でき、かつ再現性が高く高歩留まり
な作製が可能となる。
坦性に優れた分離溝を形成し、再現性が高くかつ高歩留
まりなレーザ光共振器作製方法を提供する。 【解決手段】 サファイア基板上に作製したＡｌＧａＩ
ｎＮ系レーザウエハにおいて、パルスレーザビームを基
板裏面から照射した後、表面のレーザ共振器部分を除く
ＡｌＧａＩｎＮ系結晶部に照射して分離溝を形成する。
この後、前記分離溝に添って力を加え基板をレーザバー
に分離する。この方法によりレーザ結晶部にダメージを
与えることなく極めて平坦性が高く反射ロスのほとんど
無い共振器面が実現でき、かつ再現性が高く高歩留まり
な作製が可能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光情報処理、ディス
プレー、照明分野などへの応用が期待されている紫外か
ら青色、緑色、赤色等の波長域における半導体レーザや
発光ダイオードなどのＡｌＧａＩｎＮ系半導体発光素子
および製造方法に関するものである。
プレー、照明分野などへの応用が期待されている紫外か
ら青色、緑色、赤色等の波長域における半導体レーザや
発光ダイオードなどのＡｌＧａＩｎＮ系半導体発光素子
および製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】Ｖ族元素に窒素（Ｎ）を有するＩＩＩ−
Ｖ窒化物半導体は、そのバンドギャップの大きさから、
短波長発光素子の材料として有望視されている。中でも
窒化ガリウム系化合物半導体（ＧａＮ系半導体：Ａｌx
ＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝
１））は研究が盛んに行われ、青色発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）、緑色ＬＥＤが実用化されている。また、光ディ
スク装置の大容量化のために、４００ｎｍ帯に発振波長
を有する半導体レーザが熱望されており、ＧａＮ系半導
体を材料とする半導体レーザが注目され現在では実用レ
ベルに達しつつある。
Ｖ窒化物半導体は、そのバンドギャップの大きさから、
短波長発光素子の材料として有望視されている。中でも
窒化ガリウム系化合物半導体（ＧａＮ系半導体：Ａｌx
ＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝
１））は研究が盛んに行われ、青色発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）、緑色ＬＥＤが実用化されている。また、光ディ
スク装置の大容量化のために、４００ｎｍ帯に発振波長
を有する半導体レーザが熱望されており、ＧａＮ系半導
体を材料とする半導体レーザが注目され現在では実用レ
ベルに達しつつある。
【０００３】図１０はレーザ発振が達成されているＧａ
Ｎ系半導体レーザの構造断面図である。サファイア基板
１００１の主にＣ面上に有機金属気相成長法（ＭＯＶＰ
Ｅ法）によりＧａＮバッファー層１００２、ｎ−ＧａＮ
層１００３、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１００４、ｎ−
ＧａＮ光ガイド層１００５、Ｇａ1-xＩｎxＮ／Ｇａ1- y
ＩｎyＮ （０＜ｙ＜ｘ＜１）から成る多重量子井戸
（ＭＱＷ）活性層１００６、ｐ−ＧａＮ光ガイド層１０
０７、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１００８、ｐ−ＧａＮ
コンタクト層１００９が成長される。そしてｐ−ＧａＮ
コンタクト層１００９上に幅３から１０ミクロン程度の
幅のリッジストライプが形成され、その両側はＳｉＯ2
１０１１によって埋め込まれる。その後リッジストライ
プおよびＳｉＯ2１０１１上に例えばＮｉ／Ａｕから成
るｐ電極１０１０、また一部をｎ−ＧａＮ層１００３が
露出するまでエッチングした表面に例えばＴｉ／Ａｌか
ら成るｎ電極１０１２が形成される。本素子においてｎ
電極１０１２を接地し、ｐ電極１０１０に電圧を印加す
ると、ＭＱＷ活性層１００６に向かってｐ電極１０１０
側からホールが、またｎ電極１０１２側から電子が注入
され、前記ＭＱＷ活性層１００６内で光学利得を生じ、
発振波長４００ｎｍ帯のレーザ発振を起こす。ＭＱＷ活
性層１００６の材料であるＧａ1-xＩｎxＮ／Ｇａ1-yＩ
ｎyＮ薄膜の組成や膜厚によって発振波長は変化する。
現在室温以上での連続発振が実現されている。
Ｎ系半導体レーザの構造断面図である。サファイア基板
１００１の主にＣ面上に有機金属気相成長法（ＭＯＶＰ
Ｅ法）によりＧａＮバッファー層１００２、ｎ−ＧａＮ
層１００３、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１００４、ｎ−
ＧａＮ光ガイド層１００５、Ｇａ1-xＩｎxＮ／Ｇａ1- y
ＩｎyＮ （０＜ｙ＜ｘ＜１）から成る多重量子井戸
（ＭＱＷ）活性層１００６、ｐ−ＧａＮ光ガイド層１０
０７、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１００８、ｐ−ＧａＮ
コンタクト層１００９が成長される。そしてｐ−ＧａＮ
コンタクト層１００９上に幅３から１０ミクロン程度の
幅のリッジストライプが形成され、その両側はＳｉＯ2
１０１１によって埋め込まれる。その後リッジストライ
プおよびＳｉＯ2１０１１上に例えばＮｉ／Ａｕから成
るｐ電極１０１０、また一部をｎ−ＧａＮ層１００３が
露出するまでエッチングした表面に例えばＴｉ／Ａｌか
ら成るｎ電極１０１２が形成される。本素子においてｎ
電極１０１２を接地し、ｐ電極１０１０に電圧を印加す
ると、ＭＱＷ活性層１００６に向かってｐ電極１０１０
側からホールが、またｎ電極１０１２側から電子が注入
され、前記ＭＱＷ活性層１００６内で光学利得を生じ、
発振波長４００ｎｍ帯のレーザ発振を起こす。ＭＱＷ活
性層１００６の材料であるＧａ1-xＩｎxＮ／Ｇａ1-yＩ
ｎyＮ薄膜の組成や膜厚によって発振波長は変化する。
現在室温以上での連続発振が実現されている。
【０００４】このレーザはリッジストライプの幅と高さ
を制御することによって、水平方向の横モードにおいて
基本モードでレーザ発振するような工夫が成される。す
なわち、基本横モードと高次モード（１次以上のモー
ド）の光閉じ込め係数に差を設けることで、基本横モー
ドでの発振を可能としている。
を制御することによって、水平方向の横モードにおいて
基本モードでレーザ発振するような工夫が成される。す
なわち、基本横モードと高次モード（１次以上のモー
ド）の光閉じ込め係数に差を設けることで、基本横モー
ドでの発振を可能としている。
【０００５】レーザの共振器面はサファイア基板１００
１の裏面を研磨する等した後、例えばダイヤモンドカッ
ター等を用いて分離のガイドとなるスクライブ傷を入れ
た後サファイアＡ面（（１１−２０）面）またはＭ面
（（１−１００）面）でへき開したり、またドライエッ
チングにより結晶成長したＡｌＧａＩｎＮ系結晶のＡ面
またはＭ面を露出させる等の手法が用いられている。
１の裏面を研磨する等した後、例えばダイヤモンドカッ
ター等を用いて分離のガイドとなるスクライブ傷を入れ
た後サファイアＡ面（（１１−２０）面）またはＭ面
（（１−１００）面）でへき開したり、またドライエッ
チングにより結晶成長したＡｌＧａＩｎＮ系結晶のＡ面
またはＭ面を露出させる等の手法が用いられている。
【０００６】またレーザに限らず、ＡｌＧａＩｎＮ系発
光ダイオード（ＬＥＤ）を作製する際にも素子分離方法
として前記方法のようにダイヤモンドカッター等を用い
て素子の結晶または基板側に分離溝を入れたり、前記カ
ッターで直接機械的に切断する等の工程が行われてい
る。
光ダイオード（ＬＥＤ）を作製する際にも素子分離方法
として前記方法のようにダイヤモンドカッター等を用い
て素子の結晶または基板側に分離溝を入れたり、前記カ
ッターで直接機械的に切断する等の工程が行われてい
る。
【０００７】他方、ＡｌＧａＩｎＮ系結晶の基板には、
サファイア、ＳｉＣ、ＮＧＯなどが用いられるが、いず
れの基板もＧａＮと格子整合せず、コヒーレント成長を
得ることが難しい。その結果、転位（刃状転位、らせん
転位、混合転位）が多く、例えばサファイア基板を用い
た場合、約１ｘ１０9ｃｍ-2の転位が存在する。その結
果、半導体レーザの信頼性の低下を引き起こす。
サファイア、ＳｉＣ、ＮＧＯなどが用いられるが、いず
れの基板もＧａＮと格子整合せず、コヒーレント成長を
得ることが難しい。その結果、転位（刃状転位、らせん
転位、混合転位）が多く、例えばサファイア基板を用い
た場合、約１ｘ１０9ｃｍ-2の転位が存在する。その結
果、半導体レーザの信頼性の低下を引き起こす。
【０００８】転位密度低減の方法として誘電体マスクや
加工基板を用いた選択横方向成長（ＥＬＯ）が提案され
ている。これは格子不整合が大きい系において、貫通転
位を低減させる方法として有効である。
加工基板を用いた選択横方向成長（ＥＬＯ）が提案され
ている。これは格子不整合が大きい系において、貫通転
位を低減させる方法として有効である。
【０００９】図１１はＥＬＯによって形成したＧａＮ結
晶の転位の分布を模式的に表したものである。図１１
（ａ）のように、まず、サファイア基板１１０１上にＭ
ＯＶＰＥ法などによりＧａＮ層１１０２を堆積する。Ｓ
ｉＯ2１１０３をＣＶＤなどで堆積した後、フォトリソ
グラフィーとエッチングによって周期的なストライプ状
にＳｉＯ2１１０３を加工する。ＧａＮ１１０２の露出
した部分を種結晶として選択成長によってＧａＮ層１１
０４を堆積する。成長方法としてＭＯＶＰＥ法やＨＶＰ
Ｅ法を用いる。種結晶の上部は約１ｘ１０9ｃｍ-2と転
位の多い領域１１０６が存在するが、横方向成長した部
分は転位密度が１ｘ１０7ｃｍ-2程度まで低減できてい
る。この転位の少ない領域１１０５の上部に活性領域、
つまり電流注入領域を形成することで信頼性を向上させ
ることが可能となる。また、図１１（ｂ）のように、サ
ファイア基板１１０７にドライエッチングなどにより周
期的なストライプ状に段差加工を施し、その後ＧａＮ層
１１０８を横方向成長させる。横方向成長で生じた空隙
１１０９上には転位の少ない領域１１１０が形成され
る。この転位の少ない領域１１１０の上部に活性領域、
つまり電流注入領域を形成することで信頼性を向上させ
ることが可能となる。
晶の転位の分布を模式的に表したものである。図１１
（ａ）のように、まず、サファイア基板１１０１上にＭ
ＯＶＰＥ法などによりＧａＮ層１１０２を堆積する。Ｓ
ｉＯ2１１０３をＣＶＤなどで堆積した後、フォトリソ
グラフィーとエッチングによって周期的なストライプ状
にＳｉＯ2１１０３を加工する。ＧａＮ１１０２の露出
した部分を種結晶として選択成長によってＧａＮ層１１
０４を堆積する。成長方法としてＭＯＶＰＥ法やＨＶＰ
Ｅ法を用いる。種結晶の上部は約１ｘ１０9ｃｍ-2と転
位の多い領域１１０６が存在するが、横方向成長した部
分は転位密度が１ｘ１０7ｃｍ-2程度まで低減できてい
る。この転位の少ない領域１１０５の上部に活性領域、
つまり電流注入領域を形成することで信頼性を向上させ
ることが可能となる。また、図１１（ｂ）のように、サ
ファイア基板１１０７にドライエッチングなどにより周
期的なストライプ状に段差加工を施し、その後ＧａＮ層
１１０８を横方向成長させる。横方向成長で生じた空隙
１１０９上には転位の少ない領域１１１０が形成され
る。この転位の少ない領域１１１０の上部に活性領域、
つまり電流注入領域を形成することで信頼性を向上させ
ることが可能となる。
【００１０】選択横方向成長を用いた場合においてもレ
ーザ共振器は基板をへき開またはドライエッチングを用
いてＡｌＧａＩｎＮ系結晶のＡ面またはＭ面を露出させ
る。
ーザ共振器は基板をへき開またはドライエッチングを用
いてＡｌＧａＩｎＮ系結晶のＡ面またはＭ面を露出させ
る。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記レーザ
共振器の形成方法では、例えばへき開方法を用いた場
合、図５（ａ）に示すようにサファイアＣ面５１上にＡ
ｌＧａＩｎＮ系結晶を成長した場合、サファイアＭ面５
１とＡｌＧａＩｎＮ系結晶Ｍ面５２は３０°ずれ、サフ
ァイアＭ面とＡｌＧａＩｎＮ系結晶Ａ面５３が一致する
ためにサファイア基板をへき開すると３０°ずれた面が
ランダムに混じり数１００ｎｍの凹凸が入ってしまう。
共振器面にこのような凹凸が入るとレーザ光のミラー損
失が増大し、半導体レーザの動作電流の増大、ひいては
信頼性の低下をもたらす。更に、前記共振器面での凹凸
はランダムに入るために、一定の反射率を有した共振器
面を再現性良く作製することは困難であり、歩留まりが
低くなることが問題となる。
共振器の形成方法では、例えばへき開方法を用いた場
合、図５（ａ）に示すようにサファイアＣ面５１上にＡ
ｌＧａＩｎＮ系結晶を成長した場合、サファイアＭ面５
１とＡｌＧａＩｎＮ系結晶Ｍ面５２は３０°ずれ、サフ
ァイアＭ面とＡｌＧａＩｎＮ系結晶Ａ面５３が一致する
ためにサファイア基板をへき開すると３０°ずれた面が
ランダムに混じり数１００ｎｍの凹凸が入ってしまう。
共振器面にこのような凹凸が入るとレーザ光のミラー損
失が増大し、半導体レーザの動作電流の増大、ひいては
信頼性の低下をもたらす。更に、前記共振器面での凹凸
はランダムに入るために、一定の反射率を有した共振器
面を再現性良く作製することは困難であり、歩留まりが
低くなることが問題となる。
【００１２】共振器の形成方法としてドライエッチング
を用いても同様の問題点が発生する。
を用いても同様の問題点が発生する。
【００１３】また、図５（ｂ）に示すようにダイヤモン
ドカッターを用いて分離溝５６を形成した場合、溝周辺
部にひび割れや傷５７が入る。この傷がＡｌＧａＩｎＮ
系レーザ共振器部分５８に入れば、レーザ発振特性を著
しく低下させる。さらにより小さなミクロな欠陥もＡｌ
ＧａＩｎＮ系レーザの発光領域に生成されるので、レー
ザの信頼性も著しく低下する。従ってこの方法では分離
溝５６をＡｌＧａＩｎＮ系レーザ共振器部分５８からで
きるだけ遠ざけ、結果的に分離溝を短くする必要があ
る。しかしながら分離溝が短いと前記図５（ａ）で説明
したようにサファイア基板とＡｌＧａＩｎＮ系結晶の結
晶面が一致していないために、ＡｌＧａＩｎＮ系レーザ
バー５７をへき開により作製する際に基板の両端から直
線的にへき開できず途中で分離溝からそれてしまい低歩
留まりなへき開しかできない。
ドカッターを用いて分離溝５６を形成した場合、溝周辺
部にひび割れや傷５７が入る。この傷がＡｌＧａＩｎＮ
系レーザ共振器部分５８に入れば、レーザ発振特性を著
しく低下させる。さらにより小さなミクロな欠陥もＡｌ
ＧａＩｎＮ系レーザの発光領域に生成されるので、レー
ザの信頼性も著しく低下する。従ってこの方法では分離
溝５６をＡｌＧａＩｎＮ系レーザ共振器部分５８からで
きるだけ遠ざけ、結果的に分離溝を短くする必要があ
る。しかしながら分離溝が短いと前記図５（ａ）で説明
したようにサファイア基板とＡｌＧａＩｎＮ系結晶の結
晶面が一致していないために、ＡｌＧａＩｎＮ系レーザ
バー５７をへき開により作製する際に基板の両端から直
線的にへき開できず途中で分離溝からそれてしまい低歩
留まりなへき開しかできない。
【００１４】また、図７（ａ）に示すようにサファイア
基板あるいは周期的な加工を施したマスク基板や段差加
工基板を用いてＡｌＧａＩｎＮ系レーザ構造７２を成長
すると基板とＡｌＧａＩｎＮ系結晶との間の格子不整合
及び熱膨張不整合に起因して、ＡｌＧａＩｎＮ系結晶の
成長後にエピ基板全体が反ってしまうという問題が発生
する。基板の反りはレーザ作製プロセスにおいて、例え
ば電流狭窄のためのリッジストライプを作製する際の位
置合わせに大きな障害となったり、また最終工程で共振
器面を得るためにへき開する場合に直線的に割れず低歩
留まりの原因となる。
基板あるいは周期的な加工を施したマスク基板や段差加
工基板を用いてＡｌＧａＩｎＮ系レーザ構造７２を成長
すると基板とＡｌＧａＩｎＮ系結晶との間の格子不整合
及び熱膨張不整合に起因して、ＡｌＧａＩｎＮ系結晶の
成長後にエピ基板全体が反ってしまうという問題が発生
する。基板の反りはレーザ作製プロセスにおいて、例え
ば電流狭窄のためのリッジストライプを作製する際の位
置合わせに大きな障害となったり、また最終工程で共振
器面を得るためにへき開する場合に直線的に割れず低歩
留まりの原因となる。
【００１５】本発明は上記の事情を鑑みてなされたもの
であり、信頼性の高い窒化物半導体素子を歩留まり良く
作製する方法を提供するものである。特に光ディスク用
レーザへの応用において効果的である。
であり、信頼性の高い窒化物半導体素子を歩留まり良く
作製する方法を提供するものである。特に光ディスク用
レーザへの応用において効果的である。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明のＡｌＧａＩｎＮ
系半導体の第一の製造方法は、サファイア等の基板上に
構成されたＡｌxＧａyＩｎzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）系結
晶の結晶部及び基板部の内少なくともいずれかにパルス
レーザビーム光を照射することにより分離溝を形成する
ことを特徴とする。
系半導体の第一の製造方法は、サファイア等の基板上に
構成されたＡｌxＧａyＩｎzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）系結
晶の結晶部及び基板部の内少なくともいずれかにパルス
レーザビーム光を照射することにより分離溝を形成する
ことを特徴とする。
【００１７】また、本発明のＡｌＧａＩｎＮ系半導体の
第二の製造方法は、基板上に構成されたＡｌxＧａyＩｎ
zＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）系結晶の結晶部及び基板部の内
少なくともいずれかにパルスレーザビーム光を照射する
ことにより素子分離を行うことを特徴とする。特に、パ
ルスレーザビーム光の照射領域と非照射領域が周期的で
あり、パルスレーザビーム光非照射領域がレーザダイオ
ードの共振器面形成領域を含むことを特徴とする。
第二の製造方法は、基板上に構成されたＡｌxＧａyＩｎ
zＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）系結晶の結晶部及び基板部の内
少なくともいずれかにパルスレーザビーム光を照射する
ことにより素子分離を行うことを特徴とする。特に、パ
ルスレーザビーム光の照射領域と非照射領域が周期的で
あり、パルスレーザビーム光非照射領域がレーザダイオ
ードの共振器面形成領域を含むことを特徴とする。
【００１８】また、本発明のＡｌＧａＩｎＮ系半導体の
第三の製造方法は、基板上に構成されたＡｌxＧａyＩｎ
zＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）系結晶の結晶部及び裏面基板部
に分離溝を形成する工程と、前記分離溝の内少なくとも
いずれかにおいてパルスレーザビーム光を照射して前記
分離溝を追加工することを特徴とする。特に、パルスレ
ーザビーム光を照射する工程を含む工程により形成した
分離溝に添ってへき開することによりレーザダイオード
の共振器面を作製またはパルスレーザビーム光を照射す
ることによりレーザダイオードの共振器面を直接作製す
ることを特徴とする。前記ＡｌＧａＩｎＮ系半導体の製
造方法はパルスレーザビーム光照射による分離溝形成方
法は多光子過程によることを特徴とする。
第三の製造方法は、基板上に構成されたＡｌxＧａyＩｎ
zＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）系結晶の結晶部及び裏面基板部
に分離溝を形成する工程と、前記分離溝の内少なくとも
いずれかにおいてパルスレーザビーム光を照射して前記
分離溝を追加工することを特徴とする。特に、パルスレ
ーザビーム光を照射する工程を含む工程により形成した
分離溝に添ってへき開することによりレーザダイオード
の共振器面を作製またはパルスレーザビーム光を照射す
ることによりレーザダイオードの共振器面を直接作製す
ることを特徴とする。前記ＡｌＧａＩｎＮ系半導体の製
造方法はパルスレーザビーム光照射による分離溝形成方
法は多光子過程によることを特徴とする。
【００１９】また、本発明のＡｌＧａＩｎＮ系半導体の
第四の製造方法及び素子構造は基板表面または裏面のう
ち少なくとも一方に溝加工を施す工程と前記基板上にＡ
ｌＧａＩｎＮ系半導体素子の作製を行う工程とを有する
ことを特徴とし、特に加工溝の周期または深さの少なく
とも一方を基板内において変調させることを特徴とす
る。
第四の製造方法及び素子構造は基板表面または裏面のう
ち少なくとも一方に溝加工を施す工程と前記基板上にＡ
ｌＧａＩｎＮ系半導体素子の作製を行う工程とを有する
ことを特徴とし、特に加工溝の周期または深さの少なく
とも一方を基板内において変調させることを特徴とす
る。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて詳細に説明する。本発明のＡｌＧａＩｎ
Ｎ系半導体の成長方法は、ＭＯＶＰＥ法に限定するもの
ではなく、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）や分
子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）など、ＡｌＧａＩｎＮ
系窒化物半導体層を成長させるためにこれまで提案され
ている全ての方法に適用できる。
て図面を用いて詳細に説明する。本発明のＡｌＧａＩｎ
Ｎ系半導体の成長方法は、ＭＯＶＰＥ法に限定するもの
ではなく、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）や分
子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）など、ＡｌＧａＩｎＮ
系窒化物半導体層を成長させるためにこれまで提案され
ている全ての方法に適用できる。
【００２１】（実施例１）図６に素子断面図を示すよう
に、まずＭＯＶＰＥ法によりサファイア基板６０１の主
にＣ面上にＧａＮバッファー層６０２、ｎ−ＡｌＧａＮ
層６０３、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層６０４、ｎ−Ｇａ
Ｎ光ガイド層６０５、Ｇａ1-xＩｎxＮ／Ｇａ1-yＩｎyＮ
（０＜ｙ＜ｘ＜１）から成る多重量子井戸（ＭＱＷ）
活性層６０６、ｐ−ＧａＮ光ガイド層６０７、ｐ−Ａｌ
ＧａＮクラッド層６０８、ｐ−ＧａＮコンタクト層６０
９を結晶成長する。そしてｐ−ＧａＮコンタクト層６０
９上に幅３μｍ程度のリッジストライプが形成され、そ
の両側はＳｉＯ2６１１によって埋め込まれる。その後
リッジストライプおよびＳｉＯ2６１１上に例えばＮｉ
／Ａｕから成るｐ電極６１０、また一部をｎ−ＡｌＧａ
Ｎ層６０３が露出するまでエッチングした表面に例えば
Ｔｉ／Ａｌから成るｎ電極６１２が形成される。本素子
においてｎ電極６１２を接地し、ｐ電極６１０に電圧を
印加すると、ＭＱＷ活性層６０６に向かってｐ電極６１
０側からホールが、またｎ電極６１２側から電子が注入
され、前記ＭＱＷ活性層６０６内で光学利得を生じ、発
振波長４００ｎｍ帯のレーザ発振を起こす。
に、まずＭＯＶＰＥ法によりサファイア基板６０１の主
にＣ面上にＧａＮバッファー層６０２、ｎ−ＡｌＧａＮ
層６０３、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層６０４、ｎ−Ｇａ
Ｎ光ガイド層６０５、Ｇａ1-xＩｎxＮ／Ｇａ1-yＩｎyＮ
（０＜ｙ＜ｘ＜１）から成る多重量子井戸（ＭＱＷ）
活性層６０６、ｐ−ＧａＮ光ガイド層６０７、ｐ−Ａｌ
ＧａＮクラッド層６０８、ｐ−ＧａＮコンタクト層６０
９を結晶成長する。そしてｐ−ＧａＮコンタクト層６０
９上に幅３μｍ程度のリッジストライプが形成され、そ
の両側はＳｉＯ2６１１によって埋め込まれる。その後
リッジストライプおよびＳｉＯ2６１１上に例えばＮｉ
／Ａｕから成るｐ電極６１０、また一部をｎ−ＡｌＧａ
Ｎ層６０３が露出するまでエッチングした表面に例えば
Ｔｉ／Ａｌから成るｎ電極６１２が形成される。本素子
においてｎ電極６１２を接地し、ｐ電極６１０に電圧を
印加すると、ＭＱＷ活性層６０６に向かってｐ電極６１
０側からホールが、またｎ電極６１２側から電子が注入
され、前記ＭＱＷ活性層６０６内で光学利得を生じ、発
振波長４００ｎｍ帯のレーザ発振を起こす。
【００２２】次に、図２（ａ）に素子作製の工程断面図
を示すように、サファイア基板２２の裏面側にダイアモ
ンドカッター等を用いてスクライビングを行い分離溝２
３を周期的に形成する。前記分離溝２３の間隔（周期）
はレーザダイオードの光共振器長の約７００μｍであ
り、溝は基板の端から端まで一直線に形成する。また、
前記分離溝２３の深さはサファイア基板の厚み範囲内に
おいて作製する。なお、サファイア基板の厚みは前記素
子構造を形成した後、研削機を用いてトータル１００μ
ｍ程度の厚みになるように基板裏面を研磨する。次に、
図２（ｂ）に示すように、ＡｌＧａＩｎＮ系レーザ構造
結晶２１側からパルスレーザビーム２４を前記分離溝２
３に対応する位置に照射し、基板を完全に分離する。た
だしレーザビーム照射は直接分離溝２３まで貫通させな
くても良く、ＡｌＧａＩｎＮ系レーザ構造結晶２１だけ
に照射した後、基板に力を加えて分離溝２３に添って割
っても良い。またパルスレーザビームのスキャンは、集
光レンズを移動させてビームを移動させても、ビームを
固定し基板をステージ等に保持しこれを移動させても良
い。図１は第１の実施例を示すＡｌＧａＩｎＮ系半導体
レーザ構造を形成した基板１上においてパルスレーザビ
ームを照射し、分離加工部２を形成した状態を表す図
（ＡｌＧａＩｎＮ系結晶成長を施した側から見た図）で
ある。なおパルスレーザビームは前記図１に示すように
レーザ共振器作製部分４近傍には照射せず、素子幅程度
の周期で照射／非照射の部分を形成することが望まし
い。これは前記図２の工程で説明したようにＡｌＧａＩ
ｎＮ系レーザバー３を作製する際に分離加工部２に添っ
て力を加えれば、レーザを照射していない共振器作製部
分４近傍も分離加工部２に添って容易に割ることができ
かつレーザ照射の影響を受けないので原子層オーダーで
自然形成された共振器面が実現できる。なお、図１にお
いてレーザビームを照射して形成する溝の方向は基板で
あるサファイアの＜１１−２０＞方向であるが、＜１−
１００＞方向であっても良い。更にレーザ照射を任意に
結晶軸方向に行っても問題ない。図４は前記方法を用い
てパルスレーザビーム照射により形成した素子の共振器
近傍における断面図である。レーザ照射はサファイアの
＜１１−２０＞方向に行う。サファイアＭ面４３が精度
良く形成されるので、ＡｌＧａＩｎＮ系レーザの共振器
面４１（この場合Ａ面）の平坦性が極めて良好に、かつ
再現性良く形成される。
を示すように、サファイア基板２２の裏面側にダイアモ
ンドカッター等を用いてスクライビングを行い分離溝２
３を周期的に形成する。前記分離溝２３の間隔（周期）
はレーザダイオードの光共振器長の約７００μｍであ
り、溝は基板の端から端まで一直線に形成する。また、
前記分離溝２３の深さはサファイア基板の厚み範囲内に
おいて作製する。なお、サファイア基板の厚みは前記素
子構造を形成した後、研削機を用いてトータル１００μ
ｍ程度の厚みになるように基板裏面を研磨する。次に、
図２（ｂ）に示すように、ＡｌＧａＩｎＮ系レーザ構造
結晶２１側からパルスレーザビーム２４を前記分離溝２
３に対応する位置に照射し、基板を完全に分離する。た
だしレーザビーム照射は直接分離溝２３まで貫通させな
くても良く、ＡｌＧａＩｎＮ系レーザ構造結晶２１だけ
に照射した後、基板に力を加えて分離溝２３に添って割
っても良い。またパルスレーザビームのスキャンは、集
光レンズを移動させてビームを移動させても、ビームを
固定し基板をステージ等に保持しこれを移動させても良
い。図１は第１の実施例を示すＡｌＧａＩｎＮ系半導体
レーザ構造を形成した基板１上においてパルスレーザビ
ームを照射し、分離加工部２を形成した状態を表す図
（ＡｌＧａＩｎＮ系結晶成長を施した側から見た図）で
ある。なおパルスレーザビームは前記図１に示すように
レーザ共振器作製部分４近傍には照射せず、素子幅程度
の周期で照射／非照射の部分を形成することが望まし
い。これは前記図２の工程で説明したようにＡｌＧａＩ
ｎＮ系レーザバー３を作製する際に分離加工部２に添っ
て力を加えれば、レーザを照射していない共振器作製部
分４近傍も分離加工部２に添って容易に割ることができ
かつレーザ照射の影響を受けないので原子層オーダーで
自然形成された共振器面が実現できる。なお、図１にお
いてレーザビームを照射して形成する溝の方向は基板で
あるサファイアの＜１１−２０＞方向であるが、＜１−
１００＞方向であっても良い。更にレーザ照射を任意に
結晶軸方向に行っても問題ない。図４は前記方法を用い
てパルスレーザビーム照射により形成した素子の共振器
近傍における断面図である。レーザ照射はサファイアの
＜１１−２０＞方向に行う。サファイアＭ面４３が精度
良く形成されるので、ＡｌＧａＩｎＮ系レーザの共振器
面４１（この場合Ａ面）の平坦性が極めて良好に、かつ
再現性良く形成される。
【００２３】本発明において、照射するパルスレーザは
例えばチタン・サファイア系のピーク波長が赤外付近
で、パルス幅は数１００ｆｓの超短パルスを用いる。超
短パルスレーザを用いることで照射するレーザの尖頭値
パワーを短時間で著しく増大させることができ、短時間
に得られた強いレーザパワーにより多光子吸収過程によ
り原子の結合が切れ基板や結晶が分離切断される（レー
ザアブレーション）。これによりレーザビームを照射し
た領域において熱によるダメージを著しく低減させるこ
とが可能となる。
例えばチタン・サファイア系のピーク波長が赤外付近
で、パルス幅は数１００ｆｓの超短パルスを用いる。超
短パルスレーザを用いることで照射するレーザの尖頭値
パワーを短時間で著しく増大させることができ、短時間
に得られた強いレーザパワーにより多光子吸収過程によ
り原子の結合が切れ基板や結晶が分離切断される（レー
ザアブレーション）。これによりレーザビームを照射し
た領域において熱によるダメージを著しく低減させるこ
とが可能となる。
【００２４】更に本発明において、パルスレーザビーム
を照射することにより、作製するレーザ素子の共振器近
傍ぎりぎり（数μｍ程度）まで照射しても、前記共振器
にダメージを与えることなく溝加工できる。従来、ダイ
ヤモンドカッター等を用いて溝加工した場合、溝周辺部
にひびや欠陥が入ってしまうために作製するレーザ素子
の共振器から１００μｍ程度離れた位置までしか溝加工
できず、このためにレーザバーを作製する際に十分なガ
イドとなる溝が得られず、力を加えて割る際に途中で大
きく外れて歩留まりを極端に低下させていたが、本発明
により格段の歩留まり向上が実現できた。
を照射することにより、作製するレーザ素子の共振器近
傍ぎりぎり（数μｍ程度）まで照射しても、前記共振器
にダメージを与えることなく溝加工できる。従来、ダイ
ヤモンドカッター等を用いて溝加工した場合、溝周辺部
にひびや欠陥が入ってしまうために作製するレーザ素子
の共振器から１００μｍ程度離れた位置までしか溝加工
できず、このためにレーザバーを作製する際に十分なガ
イドとなる溝が得られず、力を加えて割る際に途中で大
きく外れて歩留まりを極端に低下させていたが、本発明
により格段の歩留まり向上が実現できた。
【００２５】なお本実施例においては基板としてサファ
イアを示したがＡｌＧａＩｎＮ系結晶のエピタキシャル
成長に一般に用いる他のＳｉ，ＳｉＣ，Ｍｇ2Ｏ3，Ｇａ
Ｎ，ガラス等についても有効であり、更にマスクを用い
た選択横方向成長を行った低欠陥のＡｌＧａＩｎＮ系基
板においても有効であることは言うまでも無い。
イアを示したがＡｌＧａＩｎＮ系結晶のエピタキシャル
成長に一般に用いる他のＳｉ，ＳｉＣ，Ｍｇ2Ｏ3，Ｇａ
Ｎ，ガラス等についても有効であり、更にマスクを用い
た選択横方向成長を行った低欠陥のＡｌＧａＩｎＮ系基
板においても有効であることは言うまでも無い。
【００２６】（実施例２）次にパルスレーザビームを基
板の裏面に照射する工程について説明する。素子構造、
基板厚み及びパルスレーザビーム照射に用いる光源は実
施例１と同様である。
板の裏面に照射する工程について説明する。素子構造、
基板厚み及びパルスレーザビーム照射に用いる光源は実
施例１と同様である。
【００２７】図３にパルスレーザビームを基板の裏面に
照射し基盤を分離切断する工程を示す。図３（ａ）に示
すように、サファイア基板３２の裏面側にパルスレーザ
ビーム照射３３を施し分離溝３４を周期的に形成する。
前記分離溝３４の間隔（周期）はレーザダイオードの光
共振器長の約７００μｍであり、溝は基板の端から端ま
で一直線に形成する。また、前記分離溝３４の深さはサ
ファイア基板の厚み範囲内において作製する。この時、
基板の厚み方向にいて一部（１０〜２０μｍ程度）はレ
ーザ光のフォーカスを調整するなどしてパルスレーザ光
によって基板が加工されないようにする。次に、図３
（ｂ）に示すように、ＡｌＧａＩｎＮ系レーザ構造結晶
３１側からパルスレーザビーム３５を前記分離溝３４に
対応する位置に照射し、分離溝３６を形成する。パルス
レーザビーム照射３５のパターンは実施例１と同様図１
に示す通り、作製するレーザ素子の共振器端面部には照
射せずに周期的に行うものとする。最後に図３（ｃ）に
示すように図３（ｂ）の状態に力を加え基板を割る。
照射し基盤を分離切断する工程を示す。図３（ａ）に示
すように、サファイア基板３２の裏面側にパルスレーザ
ビーム照射３３を施し分離溝３４を周期的に形成する。
前記分離溝３４の間隔（周期）はレーザダイオードの光
共振器長の約７００μｍであり、溝は基板の端から端ま
で一直線に形成する。また、前記分離溝３４の深さはサ
ファイア基板の厚み範囲内において作製する。この時、
基板の厚み方向にいて一部（１０〜２０μｍ程度）はレ
ーザ光のフォーカスを調整するなどしてパルスレーザ光
によって基板が加工されないようにする。次に、図３
（ｂ）に示すように、ＡｌＧａＩｎＮ系レーザ構造結晶
３１側からパルスレーザビーム３５を前記分離溝３４に
対応する位置に照射し、分離溝３６を形成する。パルス
レーザビーム照射３５のパターンは実施例１と同様図１
に示す通り、作製するレーザ素子の共振器端面部には照
射せずに周期的に行うものとする。最後に図３（ｃ）に
示すように図３（ｂ）の状態に力を加え基板を割る。
【００２８】本発明の工程によれば基板裏面側からパル
スレーザビームを照射するので、基板厚み方向において
ＡｌＧａＩｎＮ系レーザ構造結晶と基板との界面近傍ぎ
りぎりまで前記結晶部にダメージを与えることなく溝加
工できるので、ダイヤモンドカッター等を用いた場合の
ように、溝加工部周辺に生じるクラックやひび割れを回
避するために結晶と基板との界面から溝加工を離す必要
がなく、格段に歩留まり良くレーザバーを作製できる。
スレーザビームを照射するので、基板厚み方向において
ＡｌＧａＩｎＮ系レーザ構造結晶と基板との界面近傍ぎ
りぎりまで前記結晶部にダメージを与えることなく溝加
工できるので、ダイヤモンドカッター等を用いた場合の
ように、溝加工部周辺に生じるクラックやひび割れを回
避するために結晶と基板との界面から溝加工を離す必要
がなく、格段に歩留まり良くレーザバーを作製できる。
【００２９】本発明がサファイア以外の基板に用いても
有効であることは実施例１に同様である。
有効であることは実施例１に同様である。
【００３０】（実施例３）図８（ａ）に示すようにサフ
ァイアＣ面基板８１にフォトリソグラフィーやドライエ
ッチングプロセス等を用いて溝加工８２を施す。用いた
基板の厚み及び全径はそれぞれ約４００μｍ及び２イン
チである。溝加工はサファイアの＜１−１００＞及び＜
１１−２０＞方向に沿って直線上に施し、基板周辺部ほ
ど溝と溝との間隔を密にする。典型的な溝と溝との間隔
は、基板中心部は５００〜１０００μｍ程度、基板周辺
部は５０〜１００μｍ程度で、溝幅は１〜３μｍ程度
で、溝深さは約５〜１００μｍ程度である。なお溝加工
はパルスレーザビーム照射を行って作製してもよい。
ァイアＣ面基板８１にフォトリソグラフィーやドライエ
ッチングプロセス等を用いて溝加工８２を施す。用いた
基板の厚み及び全径はそれぞれ約４００μｍ及び２イン
チである。溝加工はサファイアの＜１−１００＞及び＜
１１−２０＞方向に沿って直線上に施し、基板周辺部ほ
ど溝と溝との間隔を密にする。典型的な溝と溝との間隔
は、基板中心部は５００〜１０００μｍ程度、基板周辺
部は５０〜１００μｍ程度で、溝幅は１〜３μｍ程度
で、溝深さは約５〜１００μｍ程度である。なお溝加工
はパルスレーザビーム照射を行って作製してもよい。
【００３１】前記加工基板を用いて図９に断面図を示す
ＡｌＧａＩｎＮ系レーザ構造を作製する。まずＭＯＶＰ
Ｅ法により前記図８（ａ）に示した溝加工を施した空隙
９０２を有するサファイア基板９０１の主にＣ面上にＧ
ａＮバッファー層を介してアンドープＧａＮ層９０３、
ｎ−ＧａＮ層９０４、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層９０
５、ｎ−ＧａＮ光ガイド層９０６、Ｇａ1-xＩｎxＮ／Ｇ
ａ1-yＩｎyＮ （０＜ｙ＜ｘ＜１）から成る多重量子井
戸（ＭＱＷ）活性層９０７、ｐ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超
格子キャップ層９０８、ｐ−ＧａＮ光ガイド層９０９、
ｐ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層９１０、ｐ−
ＧａＮ第二コンタクト層９１１、ｐ−ＧａＮ第二コンタ
クト層９１２を順次結晶成長する。そしてｐ−ＧａＮ第
二コンタクト層９１２上に幅３μｍ程度のリッジストラ
イプが形成され、その両側はＳｉＯ 2９１４によって埋
め込まれる。その後リッジストライプおよびＳｉＯ2９
１４上に例えばＮｉ／Ａｕから成るｐ電極９１３、また
一部をｎ−ＧａＮ層９０４が露出するまでエッチングし
た表面に例えばＴｉ／Ａｌから成るｎ電極９１５が形成
される。本素子においてｎ電極９１５を接地し、ｐ電極
９１３に電圧を印加すると、ＭＱＷ活性層９０７に向か
ってｐ電極９１３側からホールが、またｎ電極９１５側
から電子が注入され、前記ＭＱＷ活性層９０７内で光学
利得を生じ、発振波長４００ｎｍ帯のレーザ発振を起こ
す。
ＡｌＧａＩｎＮ系レーザ構造を作製する。まずＭＯＶＰ
Ｅ法により前記図８（ａ）に示した溝加工を施した空隙
９０２を有するサファイア基板９０１の主にＣ面上にＧ
ａＮバッファー層を介してアンドープＧａＮ層９０３、
ｎ−ＧａＮ層９０４、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層９０
５、ｎ−ＧａＮ光ガイド層９０６、Ｇａ1-xＩｎxＮ／Ｇ
ａ1-yＩｎyＮ （０＜ｙ＜ｘ＜１）から成る多重量子井
戸（ＭＱＷ）活性層９０７、ｐ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超
格子キャップ層９０８、ｐ−ＧａＮ光ガイド層９０９、
ｐ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層９１０、ｐ−
ＧａＮ第二コンタクト層９１１、ｐ−ＧａＮ第二コンタ
クト層９１２を順次結晶成長する。そしてｐ−ＧａＮ第
二コンタクト層９１２上に幅３μｍ程度のリッジストラ
イプが形成され、その両側はＳｉＯ 2９１４によって埋
め込まれる。その後リッジストライプおよびＳｉＯ2９
１４上に例えばＮｉ／Ａｕから成るｐ電極９１３、また
一部をｎ−ＧａＮ層９０４が露出するまでエッチングし
た表面に例えばＴｉ／Ａｌから成るｎ電極９１５が形成
される。本素子においてｎ電極９１５を接地し、ｐ電極
９１３に電圧を印加すると、ＭＱＷ活性層９０７に向か
ってｐ電極９１３側からホールが、またｎ電極９１５側
から電子が注入され、前記ＭＱＷ活性層９０７内で光学
利得を生じ、発振波長４００ｎｍ帯のレーザ発振を起こ
す。
【００３２】図８（ａ）に示すような変調周期を有した
溝加工を施したサファイア基板を用いて前記素子構造を
結晶成長すると以下に示すように基板の反りやクラック
を低減するのに極めて大きな効果がある。すなわち、図
７（ｂ）に示すようにサファイア基板７４に施した空隙
７６上ではＡｌＧａＩｎＮ系レーザ構造７５が横方向成
長し、結合部７４でスムースに結合するので素子表面の
結晶平坦性は確保される。更に、基板周辺部においては
溝加工の加工周期が基板中心部よりも短く、より密に空
隙が存在するので、この領域においてはサファイア基板
７４とＡｌＧａＩｎＮ系レーザ構造７５との間に生じる
応力が緩和され、反りや変形更にはこれらによってもた
らされる結晶部のクラックが著しく低減される。この結
果、２インチ系の基板を用いて前記素子構造を結晶成長
し、これにフォトリソグラフィー等を用いてレーザのリ
ッジストライプを形成する際に、フォトマスクとの位置
ずれ等が無くなるので、量産を行う際に極めて歩留まり
良く生産できることがわかった。更に、実施例１や実施
例２に示すようにレーザバーを作製する際にいても、本
発明を用いて基板の反りや変形を無くすと著しく高歩留
まりでレーザバーが作製できることが判明した。
溝加工を施したサファイア基板を用いて前記素子構造を
結晶成長すると以下に示すように基板の反りやクラック
を低減するのに極めて大きな効果がある。すなわち、図
７（ｂ）に示すようにサファイア基板７４に施した空隙
７６上ではＡｌＧａＩｎＮ系レーザ構造７５が横方向成
長し、結合部７４でスムースに結合するので素子表面の
結晶平坦性は確保される。更に、基板周辺部においては
溝加工の加工周期が基板中心部よりも短く、より密に空
隙が存在するので、この領域においてはサファイア基板
７４とＡｌＧａＩｎＮ系レーザ構造７５との間に生じる
応力が緩和され、反りや変形更にはこれらによってもた
らされる結晶部のクラックが著しく低減される。この結
果、２インチ系の基板を用いて前記素子構造を結晶成長
し、これにフォトリソグラフィー等を用いてレーザのリ
ッジストライプを形成する際に、フォトマスクとの位置
ずれ等が無くなるので、量産を行う際に極めて歩留まり
良く生産できることがわかった。更に、実施例１や実施
例２に示すようにレーザバーを作製する際にいても、本
発明を用いて基板の反りや変形を無くすと著しく高歩留
まりでレーザバーが作製できることが判明した。
【００３３】サファイア基板の溝加工は、図８（ｂ）に
示すように基板周囲程より密につまった同心円状でも良
い。この場合基板全体にわたりより歪による変形を抑制
できる。更に図８（ｃ）に示すように例えば＜１−１０
０＞や＜１１−２０＞のように特定の方向のみに沿って
溝加工を施せば、溝加工に垂直な方向の歪みが平行方向
の歪みよりも緩和されるのでｃ面内において異方的な歪
み応力を意図的に加えることが実現でき、歪みによって
ＡｌＧａＩｎＮ系結晶のバンド構造を変えレーザの発光
特性改善が可能となる。
示すように基板周囲程より密につまった同心円状でも良
い。この場合基板全体にわたりより歪による変形を抑制
できる。更に図８（ｃ）に示すように例えば＜１−１０
０＞や＜１１−２０＞のように特定の方向のみに沿って
溝加工を施せば、溝加工に垂直な方向の歪みが平行方向
の歪みよりも緩和されるのでｃ面内において異方的な歪
み応力を意図的に加えることが実現でき、歪みによって
ＡｌＧａＩｎＮ系結晶のバンド構造を変えレーザの発光
特性改善が可能となる。
【００３４】また溝加工の深さを基板周辺部ほど深くす
ることにより基板周辺部がより緩和されるので、前記深
さ変調は周期変調の場合と同様に基板の反りや変形に対
して有効である。
ることにより基板周辺部がより緩和されるので、前記深
さ変調は周期変調の場合と同様に基板の反りや変形に対
して有効である。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のＡｌＧａ
ＩｎＮ系半導体の第一の製造方法によれば、基板上に構
成されたＡｌxＧａyＩｎzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）系結晶
の結晶部及び基板部の内少なくともいずれかにパルスレ
ーザビーム光を照射して分離溝を形成することにより、
前記基板及びＡｌＧａＩｎＮ系結晶の結晶面に沿って忠
実に溝加工が実現でき、極めて平坦性に優れた分離溝断
面を作製することが可能である。
ＩｎＮ系半導体の第一の製造方法によれば、基板上に構
成されたＡｌxＧａyＩｎzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）系結晶
の結晶部及び基板部の内少なくともいずれかにパルスレ
ーザビーム光を照射して分離溝を形成することにより、
前記基板及びＡｌＧａＩｎＮ系結晶の結晶面に沿って忠
実に溝加工が実現でき、極めて平坦性に優れた分離溝断
面を作製することが可能である。
【００３６】また、本発明のＡｌＧａＩｎＮ系半導体の
第二の製造方法によれば、基板上に構成されたＡｌxＧ
ａyＩｎzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）系結晶の結晶部及び基板
部の内少なくともいずれかにパルスレーザビーム光を照
射することにより素子分離を行うことにより、前記基板
及びＡｌＧａＩｎＮ系結晶の結晶面に忠実沿って素子分
離が可能となり、この工程を半導体レーザに適用した場
合極めて高歩留まりなレーザダイオード光共振器端面の
作製が可能となる。
第二の製造方法によれば、基板上に構成されたＡｌxＧ
ａyＩｎzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）系結晶の結晶部及び基板
部の内少なくともいずれかにパルスレーザビーム光を照
射することにより素子分離を行うことにより、前記基板
及びＡｌＧａＩｎＮ系結晶の結晶面に忠実沿って素子分
離が可能となり、この工程を半導体レーザに適用した場
合極めて高歩留まりなレーザダイオード光共振器端面の
作製が可能となる。
【００３７】また、本発明のＡｌＧａＩｎＮ系半導体の
第三の製造方法によれば、基板上に構成されたＡｌxＧ
ａyＩｎzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）系結晶の結晶部及び裏面
基板部に分離溝を形成する工程と、前記分離溝の内少な
くともいずれかにおいてパルスレーザビーム光を照射し
て前記分離溝を追加工し、パルスレーザビーム光を照射
して形成した分離溝に添ってへき開することにより、極
めて平坦なレーザダイオード共振器面の作製が高歩留ま
りで可能となる。特に、前記パルスレーザビーム光照射
による分離溝形成方法は多光子過程によるもので熱的な
過程が支配的ではなく、レーザダイオードを構成する基
板及び結晶を損傷することなく短時間に結晶を構成する
原子の結合を切断できるので、信頼性に優れた発光素子
が実現できる。
第三の製造方法によれば、基板上に構成されたＡｌxＧ
ａyＩｎzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）系結晶の結晶部及び裏面
基板部に分離溝を形成する工程と、前記分離溝の内少な
くともいずれかにおいてパルスレーザビーム光を照射し
て前記分離溝を追加工し、パルスレーザビーム光を照射
して形成した分離溝に添ってへき開することにより、極
めて平坦なレーザダイオード共振器面の作製が高歩留ま
りで可能となる。特に、前記パルスレーザビーム光照射
による分離溝形成方法は多光子過程によるもので熱的な
過程が支配的ではなく、レーザダイオードを構成する基
板及び結晶を損傷することなく短時間に結晶を構成する
原子の結合を切断できるので、信頼性に優れた発光素子
が実現できる。
【００３８】また、本発明のＡｌＧａＩｎＮ系半導体の
第四の製造方法及び素子構造によれば、基板表面または
裏面のうち少なくとも一方に周期または深さを基板内に
おいて変調させた溝加工を施した後、前記基板上にＡｌ
ＧａＩｎＮ系半導体素子の作製を行うことにより、素子
を構成する基板と前記ＡｌＧａＩｎＮ系結晶との間に発
生する熱歪みを低減でき、反り、変形及びクラック等の
無い高品質な素子が実現できる。
第四の製造方法及び素子構造によれば、基板表面または
裏面のうち少なくとも一方に周期または深さを基板内に
おいて変調させた溝加工を施した後、前記基板上にＡｌ
ＧａＩｎＮ系半導体素子の作製を行うことにより、素子
を構成する基板と前記ＡｌＧａＩｎＮ系結晶との間に発
生する熱歪みを低減でき、反り、変形及びクラック等の
無い高品質な素子が実現できる。
【図１】ＡｌＧａＩｎＮ系素子構造を形成した基板上に
おけるパルスレーザビーム照射による分離溝形成パター
ンを表す図
おけるパルスレーザビーム照射による分離溝形成パター
ンを表す図
【図２】（ａ）パルスレーザビーム照射による分離溝形
成の工程図 （ｂ）パルスレーザビーム照射による分離溝形成の工程
図
成の工程図 （ｂ）パルスレーザビーム照射による分離溝形成の工程
図
【図３】（ａ）パルスレーザビーム照射による分離溝形
成の工程図 （ｂ）パルスレーザビーム照射による分離溝形成の工程
図 （ｃ）パルスレーザビーム照射による分離溝形成の工程
図
成の工程図 （ｂ）パルスレーザビーム照射による分離溝形成の工程
図 （ｃ）パルスレーザビーム照射による分離溝形成の工程
図
【図４】パルスレーザビーム照射により形成した素子断
面図
面図
【図５】（ａ）従来のスクライビング法により形成した
素子断面図 （ｂ）従来のスクライビング法により形成した分離溝形
成パターンを表す図
素子断面図 （ｂ）従来のスクライビング法により形成した分離溝形
成パターンを表す図
【図６】本発明のプロセスを施したＡｌＧａＩｎＮ系素
子構造を示す図
子構造を示す図
【図７】（ａ）従来法によるサファイア基板上ＡｌＧａ
ＩｎＮ系素子断面図 （ｂ）本発明によるサファイア基板上ＡｌＧａＩｎＮ系
素子断面図
ＩｎＮ系素子断面図 （ｂ）本発明によるサファイア基板上ＡｌＧａＩｎＮ系
素子断面図
【図８】（ａ）本発明による基板上への加工パターンを
表す図 （ｂ）本発明による基板上への加工パターンを表す図 （ｃ）本発明による基板上への加工パターンを表す図
表す図 （ｂ）本発明による基板上への加工パターンを表す図 （ｃ）本発明による基板上への加工パターンを表す図
【図９】本発明による加工基板を用いたＡｌＧａＩｎＮ
系素子断面図
系素子断面図
【図１０】従来法による加工基板を用いたＡｌＧａＩｎ
Ｎ系素子断面図
Ｎ系素子断面図
【図１１】（ａ）従来法によるマスク基板を用いたＧａ
Ｎ結晶の構造断面図 （ｂ）従来法による加工基板を用いたＧａＮ結晶の構造
断面図
Ｎ結晶の構造断面図 （ｂ）従来法による加工基板を用いたＧａＮ結晶の構造
断面図
１ ＡｌＧａＩｎＮ系レーザ構造作製済ウエハ
２ レーザビームを用いた分離加工部
３ ＡｌＧａＩｎＮ系レーザバー
４ ＡｌＧａＩｎＮ系レーザ共振器作製部分
２１ ＡｌＧａＩｎＮ系レーザ構造
２２ サファイア基板
２３ 分離溝
２４ パルスレーザビーム照射
２５ 分離溝
３１ ＡｌＧａＩｎＮ系レーザ構造
３２ サファイア基板
３３ パルスレーザビーム照射
３４ 分離溝
３５ パルスレーザビーム照射
３６ 分離溝
４１ ＡｌＧａＩｎＮ系レーザ共振器面
４２ サファイアＣ面
４３ サファイアＭ面
５１ サファイアＭ面
５２ ＡｌＧａＩｎＮ系レーザ結晶Ｍ面
５３ ＡｌＧａＩｎＮ系レーザ結晶Ａ面
５４ サファイアＣ面
５５ ＡｌＧａＩｎＮ系レーザ構造作製済ウエハ
５６ ダイアモンドカッターを用いた分離溝
５７ 分離溝周辺部のひび割れ及び傷
５８ レーザ共振器作製部分
７１ サファイア基板
７２ ＡｌＧａＩｎＮ系レーザ構造
７３ 変形及び応力が大きい領域
７４ 結合部
７５ ＡｌＧａＩｎＮ系レーザ構造
７６ 空隙
８１ サファイア基板
８２ 溝加工
８３ サファイア基板
８４ 溝加工
８５ サファイア基板
８６ 溝加工
６０１ サファイア基板
６０２ バッファ層
６０３ ｎ−ＡｌＧａＮ層
６０４ ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層
６０５ ｎ−ＧａＮ光ガイド層
６０６ ＧａＩｎＮ／ＧａＮ−ＭＱＷ活性層
６０７ ｐ−ＧａＮ光ガイド層
６０８ ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層
６０９ ｐ−ＧａＮコンタクト層
６１０ ｐ電極
６１１ ＳｉＯ2
６１２ ｎ電極
９０１ サファイア基板
９０２ 空隙
９０３ ｕ−ＧａＮ層
９０４ ｎ−ＧａＮ層
９０５ ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層
９０６ ｎ−ＧａＮ光ガイド層
９０７ 活性層
９０８ ｐ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層
９０９ ｐ−ＧａＮ光ガイド層
９１０ ｐ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層
９１１ ｐ−ＧａＮ第二コンタクト層
９１２ ｐ−ＧａＮ第一コンタクト層
９１３ ｐ電極
９１４ ＳｉＯ2
９１５ ｎ電極
１００１ サファイア基板
１００２ バッファ層
１００３ ｎ−ＡｌＧａＮ層
１００４ ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層
１００５ ｎ−ＧａＮ光ガイド層
１００６ ＧａＩｎＮ／ＧａＮ−ＭＱＷ活性層
１００７ ｐ−ＧａＮ光ガイド層
１００８ ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層
１００９ ｐ−ＧａＮコンタクト層
１０１０ ｐ電極
１０１１ ＳｉＯ2
１０１２ ｎ電極
１１０１ サファイア基板
１１０２ ＧａＮ
１１０３ ＳｉＯ2
１１０４ ＧａＮ層
１１０５ 転位の少ない領域
１１０６ 転位の多い領域
１１０７ サファイア基板
１１０８ ＧａＮ
１１０９ 空隙
１１１０ 転位の少ない領域
１１１１ 転位の多い領域
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 大塚 信之
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
Ｆターム(参考） 4E068 AD00 CA03 DA10
5F041 AA41 CA40 CA76
5F073 CA17 CB05 DA31 DA34
Claims (14)
- 【請求項１】 基板上に構成されたＡｌxＧａyＩｎzＮ
（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）系結晶の結晶部及び基板部の内少な
くともいずれかにパルスレーザビーム光を照射すること
により分離溝を形成する工程を有することを特徴とする
ＡｌＧａＩｎＮ系半導体素子の製造方法。 - 【請求項２】 基板上に構成されたＡｌxＧａyＩｎzＮ
（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）系結晶の結晶部及び基板部の内少な
くともいずれかにパルスレーザビーム光を照射すること
により素子分離を行う工程を有することを特徴とするＡ
ｌＧａＩｎＮ系半導体素子の製造方法。 - 【請求項３】 パルスレーザビーム光の照射領域と非照
射領域が周期的であることを特徴とする請求項１または
２に記載のＡｌＧａＩｎＮ系半導体素子の製造方法。 - 【請求項４】 パルスレーザビーム光非照射領域がレー
ザダイオードの共振器面形成領域を含むことを特徴とす
る請求項３に記載のＡｌＧａＩｎＮ系半導体素子の製造
方法。 - 【請求項５】 基板上に構成されたＡｌxＧａyＩｎzＮ
（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）系結晶の結晶部及び裏面基板部に分
離溝を形成する工程と、前記分離溝の内少なくともいず
れかにおいてパルスレーザビーム光を照射して前記分離
溝を追加工する工程とを含むことを特徴とするＡｌＧａ
ＩｎＮ系半導体素子の製造方法。 - 【請求項６】 パルスレーザビーム光を照射する工程を
含む工程により形成した分離溝に添ってへき開すること
によりレーザダイオードの共振器面を作製する工程を有
することを特徴とするＡｌＧａＩｎＮ系半導体発光素子
の製造方法。 - 【請求項７】 パルスレーザビーム光を照射することに
よりレーザダイオードの共振器面を作製する工程を有す
ることを特徴とするＡｌＧａＩｎＮ系半導体発光素子の
製造方法。 - 【請求項８】 パルスレーザビーム光照射による分離溝
形成方法が多光子過程によることを特徴とする請求項１
から７のうちいずれか１項に記載のＡｌＧａＩｎＮ系半
導体素子の製造方法。 - 【請求項９】 基板がサファイアであることを特徴とす
る請求項１から８のいずれかに記載のＡｌＧａＩｎＮ系
半導体素子の製造方法。 - 【請求項１０】 基板表面または裏面のうち少なくとも
一方に溝加工を施す工程と前記基板上にＡｌＧａＩｎＮ
系半導体素子の作製を行う工程とを有することを特徴と
するＡｌＧａＩｎＮ系半導体素子の製造方法。 - 【請求項１１】 溝加工の周期を基板内において変調さ
せることを特徴とする請求項１０に記載のＡｌＧａＩｎ
Ｎ系半導体素子の製造方法。 - 【請求項１２】 加工溝の深さを基板内において変調さ
せることを特徴とする請求項１０または１１に記載のＡ
ｌＧａＩｎＮ系半導体素子の製造方法。 - 【請求項１３】 表面または裏面の少なくとも一方に溝
加工を施した基板を有することを特徴とするＡｌＧａＩ
ｎＮ系半導体素子。 - 【請求項１４】 溝加工の周期が基板内において変調し
ていることを特徴とするＡｌＧａＩｎＮ系半導体素子。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001201628A JP2003017790A (ja) | 2001-07-03 | 2001-07-03 | 窒化物系半導体素子及び製造方法 |
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|---|---|---|---|
| JP2001201628A JP2003017790A (ja) | 2001-07-03 | 2001-07-03 | 窒化物系半導体素子及び製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003017790A true JP2003017790A (ja) | 2003-01-17 |
| JP2003017790A5 JP2003017790A5 (ja) | 2009-06-18 |
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ID=19038551
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001201628A Pending JP2003017790A (ja) | 2001-07-03 | 2001-07-03 | 窒化物系半導体素子及び製造方法 |
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