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JP2008244121A - 窒化物半導体素子の製造方法 - Google Patents

窒化物半導体素子の製造方法 Download PDF

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JP2008244121A JP2007082310A JP2007082310A JP2008244121A JP 2008244121 A JP2008244121 A JP 2008244121A JP 2007082310 A JP2007082310 A JP 2007082310A JP 2007082310 A JP2007082310 A JP 2007082310A JP 2008244121 A JP2008244121 A JP 2008244121A
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Rohm Co Ltd
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Abstract

【課題】III族窒化物半導体基板を安定して劈開することができると共に、劈開時におけるデブリ（ゴミ）の発生および基板の温度上昇を抑制することができる窒化物半導体素子の製造方法を提供すること。
【解決手段】半導体レーザダイオード７０の製造時における、個別素子８０の劈開に際しては、まず、個別素子８０におけるｃ軸に直交するスクライブライン７に沿って、レーザ光９が走査される。レーザ光９が走査される位置においては、個別素子８０の内部にレーザ光９が集光される。そして、集光点が個別素子８０の内部で走査されることによって、個別素子８０の内部には多光子吸収による加工領域２４が形成される。その後は、個別素子８０の表面に対して加工が施されず、加工領域２４が形成されたスクライブライン７に沿って応力が加えられ、加工領域２４から亀裂を発生させて劈開が行なわれる。
【選択図】図５

Description

この発明は、III族窒化物半導体を用いた窒化物半導体素子の製造方法に関する。
従来、各種半導体素子（たとえば、ＬＥＤ、ＬＤ、トランジスタ）などには、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）などのIII族窒化物半導体からなる窒化物半導体基板が用いられており、各素子サイズ（チップサイズ）に形成されている。
窒化物半導体基板を各素子サイズに形成する方法としては、たとえば、ＧａＮからなる半導体層が積層されたウエハ状の窒化物半導体基板表面に対し、そのスクライブラインに沿ってダイヤモンドカッタなどで罫書きを入れ、この罫書き部分に外力を加えることによって基板を劈開するという方法が行なわれていた。
ところが、窒化物半導体基板は、劈開性が乏しいため、基板の劈開面に沿って正確に割るということが困難であった。
そこで、レーザ光を基板表面に吸収させて、基板材料を溶融させたり、熱衝撃による微小クラックを発生させたりして、基板表面に溝を形成することによって、基板を劈開面に沿って割れ易くする（劈開し易くする）という方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。また、ダイヤモンドカッタで基板表面を研削して溝を形成することによって、基板を劈開面に沿って割れ易くする（劈開し易くする）という方法も提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
特開２００５−１１６８４４号公報 特開２００４−２６８３０９号公報
しかし、特許文献１や特許文献２に記載されている方法では、基板表面に溝を形成するに際して、デブリ（ゴミ）が飛散して基板の表面に付着する場合がある。また、特許文献１の場合には、基板表面に吸収されたレーザ光のレーザ熱によって溝が形成されるので、そのレーザ熱によって基板が加熱される場合がある。
そのため、基板表面へのデブリ（ゴミ）の付着や、基板の温度上昇に起因して、製造後の半導体素子の素子特性が低下するおそれがある。たとえば、ＬＤなどの共振器端面にデブリ（ゴミ）が付着すると、このデブリ（ゴミ）に起因して、光が散乱したり、共振器端面の反射率が低下したりするおそれがある。
そこで、この発明の目的は、III族窒化物半導体基板を安定して劈開することができると共に、劈開時におけるデブリ（ゴミ）の発生を抑制することができる窒化物半導体素子の製造方法を提供することにある。
また、この発明の別の目的は、III族窒化物半導体基板を安定して劈開することができると共に、劈開時における基板の温度上昇を抑制することができる窒化物半導体素子の製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するための請求項１記載の発明は、５００ｎｍ〜７００ｎｍの波長のレーザ光をIII族窒化物半導体基板の内部に集光し、当該III族窒化物半導体基板内部で前記レーザ光の集光点を所定の走査方向に走査することにより、このIII族窒化物半導体基板内部に加工領域を形成する加工領域形成工程と、前記III族窒化物半導体基板の表面に対して加工を施さないで、前記加工領域から亀裂を発生させて、前記III族窒化物半導体基板を分割する分割工程と、を含む、窒化物半導体素子の製造方法である。
この方法によれば、III族窒化物半導体で吸収されない５００ｎｍ〜７００ｎｍの波長のレーザ光がIII族窒化物半導体基板の内部に集光されて、その集光点に多光子吸収が発生する。そして、集光点が所定の走査方向に走査されることによって、III族窒化物半導体基板内部には、多光子吸収による加工領域が形成される。加工領域が形成された後には、III族窒化物半導体基板の表面に対して加工が施されないで、加工領域から亀裂を発生させてIII族窒化物半導体基板が分割される。これによって、素子サイズ（チップサイズ）に分割されたIII族窒化物半導体からなる窒化物半導体素子が得られる。
このように、基板内部に多光子吸収による加工領域が形成されることによって、この加工領域から深い亀裂を発生させることができる。そのため、III族窒化物半導体基板を安定して劈開することができ、良好な劈開面を有する窒化物半導体素子を得ることができる。
また、III族窒化物半導体基板を劈開（分割）するに際して、III族窒化物半導体基板表面に対して加工が施されないため、III族窒化物半導体基板の劈開時におけるデブリ（ゴミ）の発生を抑制することができる。さらに、加工領域の形成方法が、III族窒化物半導体基板にレーザ光を吸収させ、その吸収されたレーザの熱によって加工を行なう方法ではなく、小さいエネルギーのレーザ光をIII族窒化物半導体基板内部に集光し、それによって多光子吸収を発生させて加工を行なう方法であるため、劈開時におけるIII族窒化物半導体基板の温度上昇を抑制することもできる。その結果、窒化物半導体素子の素子特性の低下を防止することができる。また、III族窒化物半導体基板に対するダメージが低ダメージでありながら、窒化物半導体素子の形状の安定化および歩留まりを向上させることができる。
また、請求項２に記載されているように、前記加工領域形成工程は、所定の間隔を隔てて複数の前記加工領域を形成する工程を含んでいてもよい。たとえば、１つの加工領域当たりのレーザ光の走査距離を短くし、短い加工領域を複数形成する工程などでもよい。より具体的には、前記複数の加工領域を前記走査方向に沿って間隔をあけてミシン目状に形成してもよい。加工領域がレーザ光の多光子吸収により形成されるものであるため、個々の加工領域が小さくても、この小さな加工領域から深い亀裂を発生させることができる。そのため、III族窒化物半導体基板を安定して劈開することができる。
また、請求項３記載の発明は、前記加工領域形成工程は、前記III族窒化物半導体基板の表面から１０μｍ以上の深さの位置に前記加工領域を形成する工程を含む、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である。III族窒化物半導体基板の表面から１０μｍ以上の深さの位置に加工領域を形成すれば、III族窒化物半導体基板を、より安定して劈開することができる。
また、請求項４記載の発明は、前記加工領域形成工程は、前記III族窒化物半導体基板の表面から第１の深さの位置に第１の加工領域を形成する工程と、前記第１の深さとは異なる第２の深さの位置に第２の加工領域を形成する工程を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子の製造方法である。
この方法によれば、III族窒化物半導体基板の内部には、III族窒化物半導体基板の表面からの深さが異なる加工領域が複数（少なくとも２つ）形成される。そのため、III族窒化物半導体基板に反りや厚みのムラが存在している場合でも、複数の加工領域の１つがIII族窒化物半導体基板を劈開するために最適な深さに形成されていれば、III族窒化物半導体基板を安定して劈開することができる。
また、請求項５に記載されているように、前記加工領域形成工程は、前記走査方向において前記加工領域からずれた位置であって、かつ、前記III族窒化物半導体基板の表面から前記加工領域までの深さとは異なる深さの位置に、少なくとも１つの加工領域を形成する工程をさらに含んでいてもよい。つまり、III族窒化物半導体基板の表面からの深さが異なる複数の加工領域は、互いに深さ方向に並んでいなくてもよく、基板の主面に沿ってずれた位置に形成されていてもよい。
また、請求項６記載の発明は、前記加工領域形成工程は、前記加工領域を形成した後、この加工領域の加工開始位置と加工終了位置との間の中間部を第２の加工開始位置として、前記走査方向とは逆方向にレーザ光の集光点を走査することにより、前記加工領域の前記加工開始位置と重なる加工領域をさらに形成する工程を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子の製造方法である。
この方法によれば、先に加工領域が形成された後、この加工領域の中間部を第２の加工開始位置として、先に形成された加工領域の加工開始位置と重なるようにさらに加工領域が形成される。つまり、先に形成された加工領域と同一走査線上に、さらに加工領域が形成される。これによって、２つの加工領域が合成された加工領域が形成され、この加工領域の両端は、各加工領域の加工終了位置となっている。通常、レーザ光の走査終了位置では、レーザ光を出射するレーザ装置の出力が安定しており、走査開始位置と比較して安定した加工が施される。すなわち、この方法では加工領域の両端には、安定した加工領域が形成されるので、III族窒化物半導体基板をより安定して劈開することができる。
さらに、請求項７記載の発明は、前記III族窒化物半導体基板は、第１導電型の第１層、この第１層の上に積層された発光層およびこの発光層の上に積層された第１導電型とは異なる第２導電型の第２層を有する半導体レーザ構造を有し、前記加工領域形成工程は、前記半導体レーザ構造における光導波路と直交する方向にレーザ光の集光点を走査して前記加工領域を形成する工程を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子の製造方法である。
この方法によれば、加工領域が半導体レーザ構造の光導波路と直交する方向に形成されるので、III族窒化物半導体基板を劈開することによって、劈開面からなる良好な共振器端面（ミラー面）を有する半導体レーザ構造を得ることができる。
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る製造方法により製造される半導体レーザダイオードの構成を説明するための斜視図であり、図２は、図１のII−II線に沿う縦断面図であり、図３は、図１のIII−III線に沿う横断面図である。なお、図１〜図３において、矢印で示したｃ、ｍおよびａは、それぞれｃ軸方向、ｍ軸方向およびａ軸方向を示している。
この半導体レーザダイオード７０は、基板１と、基板１上に結晶成長によって形成されたIII族窒化物半導体積層構造２と、基板１の裏面（III族窒化物半導体積層構造２と反対側の表面）に接触するように形成されたｎ側電極３と、III族窒化物半導体積層構造２の表面に接触するように形成されたｐ側電極４とを備えたファブリペロー型のものである。
基板１は、この実施形態では、ＧａＮ単結晶基板で構成されている。この基板１は、たとえば、非極性面を主面としたものであり、非極性面とは、ａ面またはｍ面である。この主面上における結晶成長によって、III族窒化物半導体積層構造２が形成されている。したがって、III族窒化物半導体積層構造２は、非極性面を結晶成長主面とするIII族窒化物半導体からなる。また、基板１のサイズは、たとえば、ｃ軸方向（ａ面に平行な方向）の長さが２５０μｍ〜６００μｍであり、ａ軸方向（ｃ面に平行な方向）の長さが２００μｍ〜４００μｍである。
III族窒化物半導体積層構造２は、発光層１０と、ｎ型半導体層１１（第１導電型の第１層）と、ｐ型半導体層１２（第２導電型の第２層）とを備えている。ｎ型半導体層１１は発光層１０に対して基板１側に配置されており、ｐ型半導体層１２は発光層１０に対してｐ側電極４側に配置されている。こうして、発光層１０が、ｎ型半導体層１１およびｐ型半導体層１２によって挟持されていて、ダブルヘテロ接合が形成されている。発光層１０には、ｎ型半導体層１１から電子が注入され、ｐ型半導体層１２から正孔が注入される。これらが発光層１０で再結合することにより、光が発生するようになっている。
ｎ型半導体層１１は、基板１側から順に、ｎ型ＧａＮコンタクト層１３（たとえば２μｍ厚）、ｎ型ＡＩＧａＮクラッド層１４（１．５μｍ厚以下。たとえば１．０μｍ厚）およびｎ型ＧａＮガイド層１５（たとえば０．１μｍ厚）を積層して構成されている。一方、ｐ型半導体層１２は、発光層１０の上に、順にｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層１６（たとえば２０ｎｍ厚）、ｐ型ＧａＮガイド層１７（たとえば０．１μｍ厚）、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１８（１．５μｍ厚以下。たとえば０．４μｍ厚）およびｐ型ＧａＮコンタクト層１９（たとえば０．３μｍ厚）を積層して構成されている。
ｎ型ＧａＮコンタクト層１３およびｐ型ＧａＮコンタクト層１９は、それぞれｎ側電極３およびｐ側電極４とのオーミックコンタクトをとるための低抵抗層である。ｎ型ＧａＮコンタクト層１３は、ＧａＮにたとえばｎ型ドーパントとしてのＳｉを高濃度にドープ（ドーピング濃度は、たとえば、３×１０18ｃｍ-3）することによってｎ型半導体とされている。また、ｐ型ＧａＮコンタクト層１９は、ｐ型ドーパントとしてのＭｇを高濃度にドープ（ドーピング濃度は、たとえば、３×１０19ｃｍ-3）することによってｐ型半導体層とされている。
ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１４およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１８は、発光層１０からの光をそれらの間に閉じ込める光閉じ込め効果を生じるものである。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１４は、ＡｌＧａＮにたとえばｎ型ドーパントとしてのＳｉをドープ（ドーピング濃度は、たとえば、１×１０18ｃｍ-3）することによってｎ型半導体とされている。また、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１８は、ｐ型ドーパントとしてのＭｇをドープ（ドーピング濃度は、たとえば、１×１０19ｃｍ-3）することによってｐ型半導体層とされている。
ｎ型ＧａＮガイド層１５およびｐ型ＧａＮガイド層１７は、発光層１０にキャリア（電子および正孔）を閉じ込めるためのキャリア閉じ込め効果を生じる半導体層である。これにより、発光層１０における電子および正孔の再結合の効率が高められるようになっている。ｎ型ＧａＮガイド層１５は、ＧａＮにたとえばｎ型ドーパントとしてのＳｉをドープ（ドーピング濃度は、たとえば、１×１０18ｃｍ-3）することによりｎ型半導体とされており、ｐ型ＧａＮガイド層１７は、ＧａＮにたとえばｐ型ドーパントとしてのＭｇをドープする（ドーピング濃度は、たとえば、５×１０18ｃｍ-3）ことによってｐ型半導体とされている。
ｐ型ＡＩＧａＮ電子ブロック層１６は、ＡｌＧａＮにｐ型ドーパントとしてのたとえばＭｇをドープ（ドーピング濃度は、たとえば、５×１０18ｃｍ-3）して形成されたｐ型半導体であり、発光層１０からの電子の流出を防いで、電子および正孔の再結合効率を高めている。
発光層１０は、たとえばＩｎＧａＮを含むＭＱＷ(multiple-quantum well)構造を有しており、電子と正孔とが再結合することにより光が発生し、その発生した光を増幅させるための層である。発光層１０は、具体的には、ＩｎＧａＮ層（たとえば３ｎｍ厚）とＧａＮ層（たとえば９ｎｍ厚）とを交互に複数周期繰り返し積層して構成されている。この場合に、ＩｎＧａＮ層は、Ｉｎの組成比が５％以上とされることにより、バンドギャップが比較的小さくなり、量子井戸層を構成する。一方、ＧａＮ層は、バンドギャップが比較的大きなバリア層として機能する。たとえば、ＩｎＧａＮ層とＧａＮ層とは交互に２〜７周期繰り返し積層されて、ＭＱＷ構造の発光層１０が構成されている。発光波長は、量子井戸層（ＩｎＧａＮ層）におけるＩｎの組成を調整することによって、４００ｎｍ〜５５０ｎｍとされている。
ｐ型半導体層１２は、その一部が除去されることによって、リッジストライプ２０を形成している。より具体的には、ｐ型コンタクト層１９、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１８およびｐ型ＧａＮガイド層１７の一部がエッチング除去され、横断面視ほぼ台形形状のリッジストライプ２０が形成されている。このリッジストライプ２０は、ｃ軸方向に沿って形成されている。
III族窒化物半導体積層構造２は、リッジストライプ２０の長手方向両端における劈開により形成された一対の端面２１，２２を有している。この一対の端面２１，２２は、互いに平行であり、劈開面であるいずれもｃ軸に垂直である。こうして、ｎ型ＧａＮガイド層１５、発光層１０およびｐ型ＧａＮガイド層１７によって、端面２１，２２を共振器端面とするファブリペロー共振器が形成されている。すなわち、発光層１０で発生した光は、共振器端面２１，２２の間を往復しながら、誘導放出によって増幅される。そして、増幅された光の一部が、共振器端面２１，２２からレーザ光として素子外に取り出される。
ｎ側電極３およびｐ側電極４は、たとえばＡ１金属からなり、それぞれｐ型コンタクト層１９および基板１にオーミック接続されている。ｐ側電極４がリッジストライプ２０の頂面のｐ型ＧａＮコンタクト層１９だけに接触するように、ｎ型ＧａＮガイド層１７およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１８の露出面を覆う絶縁層６が設けられている。これにより、リッジストライプ２０に電流を集中させることができるので、効率的なレーザ発振が可能になる。半導体レーザダイオード７０では、この電流が集中するリッジストライプ２０の直下の部分が、光を伝送するための導波路２５（光導波路）となっている。つまり、導波路２５も、リッジストライプ２０と同様に、共振器端面２１，２２（ｃ面）と直交している。
また、導波路２５は、たとえば、１μｍ〜２μｍ幅で形成されている。なお、図１および図３においては、視認し易いように、導波路２５を拡大して示している。
本実施形態の場合、共振器端面２１，２２は、ｃ面（＋ｃ面または−ｃ面）であり、共振器端面２１は、たとえば＋ｃ軸側端面であり、共振器端面２２は、たとえばｃ軸側端面である。この場合、共振器端面２１の結晶面は＋ｃ面であり、共振器端面２２の結晶面は−ｃ面である。そして、共振器端面２１，２２には、それぞれ反射率の異なる絶縁膜（図示せず）が形成されている。より具体的には、＋ｃ軸側端面２１に反射率が小さい絶縁膜が形成され、−ｃ軸側端面２２に反射率が大きい絶縁膜が形成されている。したがって、＋ｃ軸側端面２１から、より大きなレーザ出力が出射されることになる。すなわち、この
半導体レーザダイオード７０では、＋ｃ軸側端面２１が、レーザ出射端面とされている。
このような構成によって、ｎ側電極３およびｐ側電極４を電源に接続し、ｎ型半導体層１１およびｐ型半導体層１２から電子および正孔を発光層１０に注入することによって、この発光層１０内で電子および正孔の再結合を生じさせ、波長４００ｎｍ〜５５０ｎｍの光を発生させることができる。この光は、共振器端面２１，２２の間をガイド層１５，１７に沿って往復しながら、誘導放出によって増幅される。そして、レーザ出射端面である共振器端面２１から、より多くのレーザ出力が外部に取り出されることになる。
次に、この半導体レーザダイオード７０の製造方法について説明する。
半導体レーザダイオード７０を製造するには、まず、図４に図解的に示すように、前述のＧａＮ単結晶基板１を構成するＧａＮ単結晶ウエハ５の上に、半導体レーザダイオード７０を構成する個別素子８０（III族窒化物半導体基板）が形成される。
より具体的には、ウエハ５の上に、ｎ型半導体層１１、発光層１０およびｐ型半導体層１２がエピタキシャル成長させられることによって、III族窒化物半導体積層構造２が形成される。III族窒化物半導体積層構造２が形成された後には、たとえばドライエッチングによりリッジストライプ２０が形成される。次いで、絶縁層６、ｐ側電極４およびｎ側電極３が形成される。こうして、個別素子８０が形成されたウエハ５が得られる。
各個別素子８０は、ウエハ５上にスクライブライン７が形成されていることによって、碁盤目状に区分けされている。つまり、スクライブライン７は、個別素子８０のｃ面およびａ面に沿って形成されている。
その後は、各個別素子８０への分割が行なわれる。すなわちウエハ５をスクライブライン７に沿って劈開して、個別素子８０が切り出される。
次に、個別素子８０への劈開方法について、３つの実施形態を例示して具体的に説明する。
図５は、第１の実施形態に係る個別素子８０への劈開方法を説明するための図解的な図である。なお、図５では、説明の便宜上、図４に示す個別素子８０ａと８０ｂとの間の劈開についてのみ説明することとし、またこれらの個別素子８０の構造を簡略化して示している。また、図５において、矢印で示したｃ、ｍおよびａは、それぞれｃ軸方向、ｍ軸方向およびａ軸方向を示している。
図５（ａ）に示すように、個別素子８０ａと個別素子８０ｂとの間を劈開するには、まず、個別素子８０ａ、８０ｂ（ウエハ５）が支持シート８に貼り付けられる。この支持シート８は、ウエハ５から個別素子８０ａ、８０ｂへと劈開したときに、個別素子８０ａ、８０ｂが散乱しないようにするための粘着シートである。なお、この支持シート８への貼り付けに先立って、個別素子８０における基板１と、半導体積層構造の成長方向の厚さとの総厚を薄くするために、予め基板１を裏面側から機械的および化学的に研磨する場合もある。
次いで、個別素子８０に対してレーザ光９が走査される。より具体的には、個別素子８０におけるｃ軸に直交するスクライブライン７に沿って、レーザ光９が走査される。
走査されるレーザ光９を発生させるレーザ装置（図示せず）としては、たとえば、ＹＡＧレーザ、エキシマレーザなどを用いることができ、これらレーザ装置（図示せず）のレーザ光出射部分には、レーザ光９の焦点（集光点）の位置を調整するためのレンズ２３が取り付けられている。
そして、図５（ａ）では、上記例示したレーザ装置（図示せず）が交互にＯＮ／ＯＦＦ制御されることによって、レーザ光９が断続的に走査される。
レーザ光９が走査される位置（レーザ装置がＯＮされる位置）においては、個別素子８０の内部の所定の深さに、レーザ光９が集光されて、その集光点に多光子吸収が発生する。そして、集光点が個別素子８０の内部で走査されることによって、個別素子８０の内部には、多光子吸収による加工領域２４が形成される（加工領域形成工程）。前述したように、この実施形態では、レーザ光９が断続的に走査されるので、個別素子８０の内部には、走査方向に所定の間隔を隔てた複数（図５では４つ）の加工領域２４がミシン目状に形成される。
走査されるレーザ光９の波長は５００ｎｍ〜７００ｎｍである。この範囲の波長のレーザ光は、III族窒化物半導体からなる個別素子８０に吸収されないので、効率よく個別素子８０の内部に集光させることができる。
また、レーザ光９の集光点の深さ（加工領域２４が形成される位置）は、たとえば、個別素子８０の表面から１０μｍ〜６０μｍであることが好ましく、より好ましくは、２０μｍ〜４０μｍである。レーザ光９の集光点がこの範囲となるようにレンズ２３を調整して加工領域２４を形成すれば、個別素子８０ａと個別素子８０ｂとの間を安定して劈開するとができる。
また、レーザ光９のエネルギーとしては、レーザ光９の集光点（加工領域２４）において、たとえば、５．０×１０9Ｗ／ｃｍ2〜２．０×１０10Ｗ／ｃｍ2であることが好ましい。レーザ集光点におけるレーザ光９のエネルギーがこの範囲であれば、個別素子８０ａと個別素子８０ｂとの間に良好な加工を施すことができる。また、支持シート８の表面においては、たとえば、１．０×１０7Ｗ／ｃｍ2以下であることが好ましい。支持シート８の表面におけるレーザ光のエネルギーが高いと（たとえば、レーザ集光点におけるエネルギーと同程度であると）、このレーザ光によって支持シート８が加工されて支持シート８の粘着剤が個別素子８０に付着してしまい、素子特性の低下などの原因となる。しかし、前述のように、支持シート８の表面におけるレーザ光９のエネルギーを１．０×１０7Ｗ／ｃｍ2以下としておくことによって、レーザ光９によって支持シート８が加工されてしまうことを防止できる。なお、各位置（レーザ集光点および支持シート８）におけるエネルギーを例示した範囲にするには、たとえば、レンズ２３の位置を調整したり、レーザ装置（図示せず）の出力を調整したりすることによって行なうことができる。
また、加工領域２４は、個別素子８０における導波路２５を避けるように形成されることが好ましい。
この実施形態では、加工領域２４は、レーザ光９の走査方向（ｃ面に平行な方向）に、たとえば２０μｍ長で形成され、隣接する加工領域２４との間に、たとえば８０μｍの間隔を空けて形成される。つまり、１００μｍを１周期として形成される。この周期は、レーザ装置（図示せず）のＯＮ／ＯＦＦ制御により適宜変更することが可能である。そのため、個別素子８０のサイズ（ｃ面に平行な方向における幅）に応じて、加工領域２４が形成される周期を変更することによって、導波路２５にレーザ光９が集光されることを防止することができる。
加工領域２４が形成された後には、図５（ｂ）に示すように、個別素子８０が劈開によって個別素子８０ａと個別素子８０ｂとに分割される（分割工程）。
個別素子８０の劈開は、加工領域２４が形成されたスクライブライン７に沿って、外部から応力を加えて、加工領域２４から亀裂を発生させて行なわれる。こうして、個別素子８０ａと個別素子８０ｂとが分割される。つまり、この実施形態では、加工領域２４が形成された後、個別素子８０の表面に対して、たとえばレーザ光やダイヤモンドカッタによって溝を形成するなどの加工を施さないで、個別素子８０の劈開が行なわれる。これによって、個別素子８０ａにおける＋ｃ軸側の面、つまり、共振器端面２１（＋ｃ面）が得られる。
その後は、−ｃ軸側のｃ面およびａ面に沿っても、前述した方法と同様に、加工領域２４の形成および個別素子８０の劈開が行なわれる。
こうして、第１の実施形態により、ウエハ５から分離した半導体レーザダイオード７０と同サイズの個別素子８０が得られる。そして、得られた個別素子８０の共振器端面２１，２２に、それぞれ前述の絶縁膜（図示せず）が形成されることによって、図１に示す半導体レーザダイオード７０が得られる。
以上のように、この実施形態によれば、III族窒化物半導体（個別素子８０）で吸収されない５００ｎｍ〜７００ｎｍの波長のレーザ光９によって加工領域２４が形成された後、加工領域２４から亀裂を発生させて各個別素子８０へと分割される。これによって、半導体レーザダイオード７０のサイズ（チップサイズ）に分割された個別素子８０が得られる。
このように、個別素子８０の内部に多光子吸収による加工領域２４が形成されることによって、この加工領域２４から深い亀裂を発生させることができる。とくに、図５のように、共振器端面２１の幅（たとえば２００μｍ〜４００μｍ）に対して、小さい（たとえば２０μｍ長）加工領域２４が複数形成されるだけでも、これら小さい加工領域２４から深い亀裂を発生させることができる。そのため、個別素子８０を劈開面に沿って安定して劈開することができ、良好な劈開面を得ることができる。つまり、ｃ面に沿った劈開においては、劈開面からなる良好な共振器端面２１，２２を得ることができるので、高性能の半導体レーザダイオードを実現することができる。
また、各個別素子８０への劈開（分割）に際して、個別素子８０の表面に対して、たとえばレーザ光やダイヤモンドカッタによって溝を形成するなどの加工を施されないため、各個別素子８０への劈開時におけるデブリ（ゴミ）の発生を抑制することもできる。さらに、加工領域２４の形成方法が、個別素子８０にレーザ光を吸収させ、その吸収されたレーザの熱によって加工を行なう方法ではなく、小さいエネルギーのレーザ光９を個別素子８０の内部に集光し、それによって多光子吸収を発生させて加工を行なう方法であるため、各個別素子８０への劈開時における個別素子８０の温度上昇を抑制することもできる。その結果、半導体レーザダイオード７０の素子特性の低下を防止することができる。また、個別素子８０に対するダメージが低ダメージでありながら、半導体レーザダイオード７０の形状の安定化および歩留まりを向上させることができる。
図６は、第２の実施形態に係る個別素子８０への劈開方法を説明するための図解的な図である。なお、図６では、図５と同様に、説明の便宜上、図４に示す個別素子８０ａと８０ｂとの間の劈開についてのみ説明することとし、またこれらの個別素子８０の構造を簡略化して示している。また、前述の図５に示された各部に相当する部分には、同一の参照符号を付して示す。
この実施形態では、図６（ａ）に示すように、個別素子８０の表面からの深さが異なる加工領域２４ａ(第１の加工領域）と加工領域２４ｂ(第２の加工領域）とが形成される。
より具体的には、たとえば、個別素子８０に対するレーザ光９の走査が２回行なわれ、第１走査目に、個別素子８０の表面から、たとえば３０μｍの深さの位置に、加工領域２４ａ（たとえば５０μｍ長）が、走査方向にたとえば４００μｍの間隔を空けて複数（図６では２つ）形成される。
次いで、第２走査目に、たとえば第１走査目における走査方向と同一方向にレーザ光９が走査されて、個別素子８０の表面から、たとえば４０μｍの深さの位置に、加工領域２４ｂ（たとえば５０μｍ長）が形成される。この加工領域２４ｂは、レーザ光９の走査方向（ｃ面に平行な方向）において加工領域２４ａから、たとえば２００μｍずらした位置に、たとえば４００μｍの間隔を空けて複数（図６では２つ）形成される。こうして、個別素子８０の表面からの深さが異なる加工領域２４ａおよび加工領域２４ｂが形成される。その他の条件（レーザ光９の波長、各位置におけるレーザ光９のエネルギーなど）は、前述の第１の実施形態の場合と同様である。
そして、加工領域２４ａおよび加工領域２４ｂが形成された後には、図６（ｂ）に示すように、図５と同様の方法によって個別素子８０の劈開が行なわれる。これによって、個別素子８０ａにおける＋ｃ軸側の面、つまり、共振器端面２１（＋ｃ面）が得られる。
その後は、−ｃ軸側のｃ面およびａ面に沿っても、前述した方法と同様に、加工領域２４の形成および個別素子８０の劈開が行なわれる。こうして、第２の実施形態により、ウエハ５から分離した半導体レーザダイオード７０と同サイズの個別素子８０が得られる。
以上のように、この実施形態によれば、個別素子８０の内部には、個別素子８０の表面からの深さが異なる加工領域２４ａおよび加工領域２４ｂが形成される。
たとえば、５００ｎｍ〜７００ｎｍの波長に対するＧａＮの屈折率は２５２である。そのため、個別素子８０における、任意の２つの地点間で４μｍの厚みのずれが存在する場合において、その２つの地点に対して同条件（たとえば同じ焦点距離のレンズ２３を使用するなど）でレーザ光を集光すると、一方の地点および他方の地点における加工領域の深さに、１０μｍの誤差が出てしまう。
この発明のように、個別素子８０の内部にレーザ光を集光して劈開する方法では、加工領域２４が形成される深さによって劈開の安定性が変動する。そのため、加工領域２４の深さの制御を精密に行なう必要があるが、個別素子８０に厚みのムラなどが存在していては、深さの制御を精密に行なうことが困難となる。
しかし、個別素子８０に厚みのムラや反りなどが存在している場合でも、この実施形態のように、加工領域２４ａおよび加工領域２４ｂのいずれかが、各個別素子８０へ劈開するために最適な深さに形成されていれば、安定して各個別素子８０への劈開を行なうことができる。
なお、この実施形態では、深さの異なる加工領域２４ａ、２４ｂというように、２種類の加工領域２４を形成したが、たとえば、深さの異なる加工領域２４を３種類以上形成してもよい。また、加工領域２４ｂを形成するときのレーザ光９の走査方向は、加工領域２４ａを形成するときのレーザ９の走査方向と同一方向としたが、同一方向でなく逆方向であってもよい。
図７は、第３の実施形態に係る個別素子８０への劈開方法を説明するための図解的な図である。なお、図７（ｄ）は、図７（ａ）における加工領域２４ｃの拡大図であり、図７（ｅ）は、図７（ｂ）および図７（ｃ）における加工領域２４の拡大図である。また、図７では、図５と同様に、説明の便宜上、図４に示す個別素子８０ａと８０ｂとの間の劈開についてのみ説明することとし、またこれらの個別素子８０の構造を簡略化して示している。また、前述の図５に示された各部に相当する部分には、同一の参照符号を付して示す。
この実施形態では、加工領域２４ｃと加工領域２４ｄとが互いに重なり合うことによって合成される加工領域２４が形成される。
より具体的には、図７（ａ）および図７（ｄ）に示すように、まず、図５（ａ）の場合と同様の方法により、レーザ光９が走査されて複数（図７では３つ）の加工領域２４ｃ(たとえば２０μｍ長）が形成される。このとき、各加工領域２４ｃにおいて、加工が開始される点（レーザ光９の走査が開始される点）を加工開始位置２４１とし、加工が終了される点（レーザ光９の走査が終了する点）を加工終了位置２４２とする。
次いで、図７（ｂ）および図７（ｅ）に示すように、この加工領域２４ｃの加工開始位置２４１と加工終了位置２４２との間の中間部、すなわち、ｃ面に平行な方向において加工領域２４ｃが形成されている位置（加工開始位置２４１および加工終了位置２４２を除く）であって、かつ、個別素子８０の深さ方向において加工領域２４ｃと同じ深さの位置を加工開始位置２４３(第２の加工開始位置）として、加工領域２４ｃ形成時の走査方向とは逆方向（同一走査線上）に、加工領域２４ｃをなぞるようにレーザ光９が走査されて、加工領域２４ｄが形成される。
レーザ光９は、少なくとも、加工領域２４ｄの加工終了位置２４４が、加工領域２４ｃと重ならないように走査される。これによって、加工領域２４ｃの加工開始位置２４１が加工領域２４ｄに囲われ、また、加工領域２４ｄの加工開始位置２４３が加工領域２４ｃに囲われて、２つの加工領域２４ｃ、２４ｄが合成された加工領域２４が形成される。その他の条件（レーザ光９の波長、各位置におけるレーザ光９のエネルギーなど）は、前述の第１の実施形態の場合と同様である。
そして、加工領域２４ｃおよび加工領域２４ｄが形成された後には、図７（ｃ）に示すように、図５と同様の方法によって個別素子８０の劈開が行なわれる。これによって、個別素子８０ａにおける＋ｃ軸側の面、つまり、共振器端面２１（＋ｃ面）が得られる。
その後は、−ｃ軸側のｃ面およびａ面に沿っても、前述した方法と同様に、加工領域２４の形成および個別素子８０の劈開が行なわれる。こうして、第３の実施形態により、ウエハ５から分離した半導体レーザダイオード７０と同サイズの個別素子８０が得られる。
以上のように、この実施形態によれば、加工領域２４ｃの加工開始位置２４１が加工領域２４ｄに囲われ、また、加工領域２４ｄの加工開始位置２４３が加工領域２４ｃに囲われ、２つの加工領域２４ｃ、２４ｄが合成された加工領域２４が形成される。
たとえば、レーザ光９を出射するレーザ装置（図示せず）は、レーザ出射時にその出力が安定しない場合がある。つまり、レーザ光９の走査開始位置において安定した加工が施されない場合がある。一方、それ以降はレーザ装置（図示せず）の出力が安定し、安定した加工が施される。そのため、図７（ｄ）および図７（ｅ）に示すように、各加工領域２４ｃ、２４ｄにおける各加工開始位置２４１、２４３における加工だけが深くなってしまい、これらのうち一方の加工領域しか形成されていないと、個別素子８０の劈開時に、その加工領域が形成された面に沿って良好に劈開できないおそれがある。
しかし、この実施形態のように、各加工開始位置２４１、２４３がもう一方の加工領域２４ｃ、２４ｄ（加工が安定している部分）によって囲われれば、深く加工された部分を安定した加工によって補うことができるので、個別素子８０を安定して劈開することができる。
なお、この実施形態では、加工領域２４は、加工領域２４ｃおよび加工領域２４ｄの２つの加工領域による合成によって形成されたが、各加工領域の加工開始位置が、合成された加工領域２４の端に位置しないように形成する方法であれば、たとえば、３つ以上の加工領域による合成によって形成されてもよい。
以上、この発明の３つの実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。
たとえば、上述の実施形態では、半導体レーザダイオードについてのみ示したが、III族窒化物半導体からなる素子であれば、たとえば、ＬＥＤやトランジスタにも適用することができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
この発明の製造方法により製造される半導体レーザダイオードの構成を説明するための斜視図である。 図１のII−II線に沿う縦断面図である。 図１のIII−III線に沿う構断面図である。 図１に示すＧａＮ単結晶基板を構成するＧａＮ単結晶ウエハの斜視図であって、個別素子が形成された後の状態を示す図である。 個別素子への劈開方法（第１実施形態）を説明するための図解的な図であって、図５（ａ）は、個別素子に対して加工領域を形成する工程を示している。また、図５（ｂ）は、個別素子へ分割する工程を示している。 個別素子への劈開方法（第２実施形態）を説明するための図解的な図であって、図６（ａ）は、個別素子に対して加工領域を形成する工程を示している。また、図６（ｂ）は個別素子へ分割する工程を示している。 個別素子への劈開方法（第３実施形態）を説明するための図解的な図であって、図７（ａ）および図７（ｂ）は、個別素子に対して加工領域を形成する工程を示している。また、図７（ｃ）は、個別素子へ分割する工程を示している。また、図７（ｄ）は、図７（ａ）における加工領域の拡大図である。また、図７（ｅ）は、図７（ｂ）および図７（ｃ）における加工領域の拡大図である。
符号の説明
１ 基板（ＧａＮ単結晶基板）
２ III族窒化物半導体積層構造
３ ｎ側電極
４ ｐ側電極
５ ウエハ
６ 絶縁層
７ スクライブライン
９ レーザ光
１０ 発光層
１１ ｎ型半導体層
１２ ｐ型半導体層
１３ ｎ型ＧａＮコンタクト層
１４ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
１５ ｎ型ＧａＮガイド層
１６ ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層
１７ ｐ型ＧａＮガイド層
１８ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
１９ ｐ型ＧａＮコンタクト層
２０ リッジストライプ
２１ 端面
２２ 端面
２３ レンズ
２４ 加工領域
２４ａ 加工領域
２４ｂ 加工領域
２４ｃ 加工領域
２４ｄ 加工領域
２５ 導波路
８０ 個別素子
８０ａ 個別素子
８０ｂ 個別素子
２４１ 加工開始位置
２４２ 加工終了位置
２４３ 加工開始位置
２４４ 加工終了位置

Claims (7)

  1. ５００ｎｍ〜７００ｎｍの波長のレーザ光をIII族窒化物半導体基板の内部に集光し、当該III族窒化物半導体基板内部で前記レーザ光の集光点を所定の走査方向に走査することにより、このIII族窒化物半導体基板内部に加工領域を形成する加工領域形成工程と、
    前記III族窒化物半導体基板の表面に対して加工を施さないで、前記加工領域から亀裂を発生させて、前記III族窒化物半導体基板を分割する分割工程と、を含む、窒化物半導体素子の製造方法。
  2. 前記加工領域形成工程は、所定の間隔を隔てて複数の前記加工領域を形成する工程を含む、請求項１に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
  3. 前記加工領域形成工程は、前記III族窒化物半導体基板の表面から１０μｍ以上の深さの位置に前記加工領域を形成する工程を含む、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. 前記加工領域形成工程は、前記III族窒化物半導体基板の表面から第１の深さの位置に第１の加工領域を形成する工程と、前記第１の深さとは異なる第２の深さの位置に第２の加工領域を形成する工程を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
  5. 前記加工領域形成工程は、前記走査方向において前記加工領域からずれた位置であって、かつ、前記III族窒化物半導体基板の表面から前記加工領域までの深さとは異なる深さの位置に、少なくとも１つの加工領域を形成する工程をさらに含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
  6. 前記加工領域形成工程は、前記加工領域を形成した後、この加工領域の加工開始位置と加工終了位置との間の中間部を第２の加工開始位置として、前記走査方向とは逆方向にレーザ光の集光点を走査することにより、前記加工領域の前記加工開始位置と重なる加工領域をさらに形成する工程を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
  7. 前記III族窒化物半導体基板は、第１導電型の第１層、この第１層の上に積層された発光層およびこの発光層の上に積層された第１導電型とは異なる第２導電型の第２層を有する半導体レーザ構造を有し、
    前記加工領域形成工程は、前記半導体レーザ構造における光導波路と直交する方向にレーザ光の集光点を走査して前記加工領域を形成する工程を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
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