專利名稱：氮化物半導體元件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及氮化物半導體元件及其制造方法。
背景技術：
對于組成以通式InxGayAlzN(其中，x+y+z＝1，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1)表示的氮化物半導體的帶隙，通過調整各元素的組成比率，可以具有與藍色光或紫外光對應的大小。為此，正在積極地研究作為活性層具備氮化物半導體的半導體激光器等發(fā)光元件。
圖1表示了氮化物半導體的晶體構造。氮化物半導體如圖1所示，具有六方晶系的晶體構造。由此，當制作將上面(主面)設為(0001)面而將諧振器端面設為M面(1-100)的構成的半導體激光器時，則很容易不是沿著與這些面垂直的A面，而是沿著從A面傾斜30°的晶面產生解理。其結果是，不僅是在進行沿著A面的解理時，而且在進行沿著M面(1-100)的解理而形成諧振器端面時，都會有容易在從M面(1-100)傾斜了60°的方向上產生裂縫的問題。
由于此種問題，一直以來，制作具有平滑的諧振器端面的氮化物半導體元件是非常困難的。
而且，由于以往作為氮化物半導體元件的基板廣泛使用的藍寶石基板不具有解理性，因此進行過如下的嘗試，即，當形成具備了藍寶石基板的半導體激光器時，通過從在藍寶石基板上生長的氮化物半導體層一側開始，沿著M面進行劃線，在氮化物半導體層上形成傷痕，使得解理面的形成更為容易。
專利文獻1公布有如下的方法，即，在對氮化物半導體層實施了邊緣劃線后，利用破斷(breaking)來進行解理。
專利文獻1特開2000-058972號公報但是，根據(jù)所述的以往技術，由于利用劃線或劃片(dicing)在氮化物半導體層中形成傷痕，因此容易產生「毛刺」、「碎片」、「端面裂縫」等，從而有制造材料利用率降低的問題。另外，由于容易產生活性層的變形或晶體缺陷，因此在諧振器端面(光射出面)產生傷痕或凹凸，從而還有光學特性或可靠性降低的問題。
另外，在基板上形成減少了缺陷密度的橫向晶體生長層時，即使從氮化物半導體層側開始進行邊緣劃線，也會有傷痕不能到達基板的情況。另外，存在于橫向晶體生長層與基板之間的氣隙或絕緣膜層由于是機械強度低、脆性的區(qū)域，因此容易產生晶體的剝離，也會有產生損傷的情況。由此，特別是在基板上生長橫向晶體生長層的情況下，利用以往的方法很難獲得良好的諧振器面。

發(fā)明內容
本發(fā)明是為了解決所述問題而完成的，其主要的目的在于，提供可以用良好的材料利用率進行解理的氮化物半導體元件及其制造方法。
本發(fā)明的氮化物半導體元件是具備具有上面及下面的基板、由所述基板的上面支撐的半導體疊層構造，所述基板及半導體疊層構造至少具有2個解理面的氮化物半導體元件，具備與所述2個解理面中的任意一個相接的至少一個解理引發(fā)構件，所述解理引發(fā)構件的與所述解理面平行的方向的尺寸小于所述基板的上面的與所述解理面平行的方向的尺寸。
在優(yōu)選的實施方式中，所述基板的上面具有矩形的形狀，所述解理構件位于所述基板的上面的4個角中的至少一處。
在優(yōu)選的實施方式中，所述半導體疊層構造具備所述解理面作為諧振器端面發(fā)揮作用的激光諧振器構造，所述解理引發(fā)構件的諧振器長度方向尺寸在諧振器長度的一半以下。
在優(yōu)選的實施方式中，所述解理引發(fā)構件比180μm×50μm的長方形小。
在優(yōu)選的實施方式中，所述解理引發(fā)構件的個數(shù)在2個以上，沿諧振器長度方向排列，在諧振器長度方向上相鄰的解理引發(fā)構件的間隔在諧振器長度的80％以上。
在優(yōu)選的實施方式中，所述解理引發(fā)構件由形成于所述基板的上面或所述半導體疊層構造內的掩模層形成。
在優(yōu)選的實施方式中，所述解理引發(fā)構件由形成于所述半導體疊層構造內的空隙形成。
在優(yōu)選的實施方式中，在所述基板的所述上面形成有槽，所述掩模層位于所述槽的上部。
在優(yōu)選的實施方式中，所述掩模層由抑制構成所述半導體疊層構造的半導體層的晶體生長的材料形成。
在優(yōu)選的實施方式中，所述掩模層由選自由硅、鋁、鈦、鈮、鋯、鉭的任意一種的氧化物或氮化物、金、鉑、鋁、鎳、鈀及鈦構成的組中的至少一種材料形成。
在優(yōu)選的實施方式中，所述解理引發(fā)構件被配置于所述半導體疊層構造內的激光導波路部分的兩側。
在優(yōu)選的實施方式中，所述半導體疊層構造包括n型氮化物半導體層及p型氮化物半導體層、夾設于所述n型氮化物半導體層及p型氮化物半導體層之間的活性層。
在優(yōu)選的實施方式中，所述基板為氮化物半導體。
在優(yōu)選的實施方式中，在所述基板的所述上面及所述下面形成有一對電極。
本發(fā)明的氮化物半導體元件的制造方法是具備了具有上面及下面的基板、由所述基板的上面支撐的半導體疊層構造的氮化物半導體元件的制造方法，包括準備用于分割為所述基板的晶片的工序、在所述晶片上生長構成所述半導體疊層構造的各半導體層的工序、通過將所述晶片及半導體疊層構造解理而形成所述半導體疊層構造的解理面的工序，還包括將多個解理引發(fā)構件排列在應當形成所述解理面的位置的工序。
在優(yōu)選的實施方式中，排列所述解理引發(fā)構件的工序包括堆積絕緣膜的工序、通過對所述絕緣膜進行圖案化而形成排列于規(guī)定應當形成所述諧振器端面的位置的直線上的多個掩模層的工序。
在優(yōu)選的實施方式中，所述掩模層形成于所述晶片的主面上。
在優(yōu)選的實施方式中，所述掩模層形成于所述半導體疊層構造中。
根據(jù)本發(fā)明，由于沿著解理引發(fā)構件來引發(fā)解理，因此可以解決對于六方晶系氮化物半導體的解理成為問題的在相對于M面沿60°方向容易產生裂縫的問題，容易形成平滑的諧振器端面。
另外，根據(jù)本發(fā)明，由于可以抑制在解理時容易產生的毛刺、碎片、諧振器端面的傷痕或凹凸、活性層的變形、晶體缺陷等的形成，因此還可以獲得最終所得到的半導體激光器的光學特性及電氣特性提高的效果。


圖1是表示氮化物半導體的晶面方位的立體圖。
圖2(a)到(c)是表示本發(fā)明的實施方式1的掩模層的形成及氮化物半導體疊層構造40的制造方法的工序剖面圖。
圖3(a)及(b)是表示本發(fā)明的實施方式1的掩模層和氮化物半導體疊層構造40的關系的剖面圖。
圖4是表示周期性地排列了本發(fā)明的實施方式1的掩模層的晶片的示意圖。
圖5是表示本發(fā)明的實施方式1的掩模層的形狀的俯視圖。
圖6(a)是表示周期性地排列了本發(fā)明的實施方式1的掩模層的晶片的俯視圖，(b)是表示被分割了的半導體激光器的俯視圖。
圖7(a)到(i)是表示本發(fā)明的實施方式1的氮化物半導體元件的加工過程的工序剖面圖。
圖8是表示本發(fā)明的實施方式1的氮化物半導體元件的分離的方法的示意圖。
圖9是表示本發(fā)明的實施方式1的利用一次解理形成的激光棒的俯視圖。
圖10是表示本發(fā)明的實施方式1的二次解理后的氮化物半導體元件的示意圖。
圖11是表示本發(fā)明的實施方式1的氮化物半導體元件的安裝形態(tài)的頂視圖。
圖12(a)及(b)是表示本發(fā)明的實施方式1的比較例的氮化物半導體元件的一次解理的示意圖。
圖13(a)到(i)是表示本發(fā)明的實施方式2的制造方法的工序剖面圖。
圖14是表示本發(fā)明的實施方式3的GaN晶片1的構成的圖。
圖15是表示本發(fā)明的實施方式3的GaN晶片1的構成的圖。
圖16是表示本發(fā)明的實施方式4的氮化物半導體元件的圖。
圖17(a)、(b)、(c)分別是具有不同形狀的掩模層(解理引發(fā)構件)的俯視圖。
圖18是形成了端面裂縫的解理面的光學顯微鏡照片。
圖19是表示在靠近掩模層的區(qū)域中形成有厚的外延生長層的樣品的剖面的光學顯微鏡照片。
圖20是表示從具有長方形的形狀的掩模層的列中脫離的解理的光學顯微鏡照片。
圖21(a)是示意性地表示晶體的易解理方向偏離成條紋狀延伸的解理引發(fā)構件時的解理的俯視圖，(b)是示意性地表示晶體的易解理方向偏離解理引發(fā)構件的不連續(xù)排列方向時的解理的俯視圖。
其中，1…晶片，3…解理引發(fā)構件(掩模層)，18…光導波路，23…p側配線，24…n側配線，27…槽，30…高缺陷密度區(qū)域，40…半導體疊層構造具體實施方式
本發(fā)明的氮化物半導體元件具備具有上面及下面的基板、由基板的上面支撐的半導體疊層構造，基板及半導體疊層構造至少具有2個解理面。
本發(fā)明中，由于為了使制造工序中進行的晶體的「解理」更為容易，設置「解理引發(fā)構件」，因此在最終所制作的各半導體元件的大部分中，將會存在解理引發(fā)構件(的至少一部分)。各半導體元件的各個解理引發(fā)構件與2個解理面中的任意一個相接。即，本發(fā)明的解理引發(fā)構件并不具有從處于相互平行的關系的2個解理面的一方延伸到另一方的大小。解理引發(fā)構件的與解理面平行的方向的尺寸小于基板的上面的與解理面平行的方向的尺寸。即，本發(fā)明的解理引發(fā)構件具有與解理面的一部分接觸的大小，在解理平面上并未沿橫向從端部延伸到端部。
以下，將在參照附圖的同時，對本發(fā)明的氮化物半導體元件的實施方式1進行說明。本發(fā)明的氮化物半導體元件優(yōu)選作為諧振器端面利用解理面的半導體激光器，然而也可以是LED(Light Emitting Diode)等其他的發(fā)光元件或晶體管。半導體激光器以外的半導體元件雖然并未將解理面作為諧振器端面利用，然而如果可以利用解理將堅硬的氮化物以良好的材料利用率分離為芯片，則有制造更為容易等優(yōu)點。
(實施方式1)首先，在參照圖2(a)到圖2(e)的同時，對本實施方式的氮化物半導體激光器的制造方法進行說明。圖2(a)到圖2(e)是主要的工序時的局部剖面圖。圖示的部分實際上只不過是具有直徑50mm左右的大小的晶片的一部分。
如圖2(a)所示，準備上面為(0001)面的GaN晶片1，在GaN晶片1的上面涂布光刻膠膜2。而且，從圖2(a)到圖2(d)中所顯現(xiàn)的GaN晶片1的剖面為M(1-100)面，利用一次解理就會露出。<11-20>方向處于圖的紙面上，與GaN晶片1的上面(0001)平行。
通過以公知的光刻工序進行對光刻膠膜2的曝光及顯影，就會如圖2(b)所示，對光刻膠膜2進行圖案化。圖案處理了的光刻膠膜2具有在行及列的方向上周期性地排列的多個開口部2’。開口部2’的形狀、尺寸及位置可以通過變更光刻工序的曝光中所使用的光掩模的設計而任意地設定。本實施方式中，以規(guī)定圖4所示的「解理引發(fā)構件3」的方式決定開口部2’的配置。圖4所示的構成的詳細情況將在后面敘述。
然后，如圖2(c)所示，在光刻膠掩模2上堆積二氧化硅(SiO2)膜3’。二氧化硅膜3’的大部分位于光刻膠掩模2上，而一部分在開口部2’中與GaN晶片1的上面接觸。二氧化硅膜3’的堆積例如可以利用ECR濺射法來進行。此后，通過將光刻膠膜2用丙酮等有機溶液除去，進行提離，如圖2(d)所示那樣形成由二氧化硅構成的解理引發(fā)構件3。
然后，在多個解理引發(fā)構件3被周期性地排列于上面的狀態(tài)的GaN晶片1上形成氮化物半導體的疊層構造40。本實施方式中，利用有機金屬氣相生長(MOVPE)法，生長以InxGayAlzN(其中，x+y+z＝1，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1)表示的氮化物半導體的層。具體來說，在GaN晶片1上形成圖2(e)所示的半導體疊層構造40。
以下，將在參照圖2(e)的同時，對本實施方式的半導體疊層構造40的制造工序進行說明。
首先，將在上面形成了解理引發(fā)構件3的GaN晶片1保持在MOVPE裝置的反應爐內的基座上。此后，將反應爐升溫到大約1000℃，同時供給作為原料氣體的供給量為7sccm的三甲基鎵(TMG)及供給量為7.5slm的氨(NH3)氣、作為載氣的氫，并且作為n型摻雜劑供給硅烷(SiH4)氣體，生長厚度約為1μm而Si雜質濃度約為1×1018cm-3的n型GaN層10。
此時，在GaN晶片1的上面當中的由解理引發(fā)構件3覆蓋的區(qū)域上，并不直接產生n型GaN的晶體生長。但是，由于從GaN晶片1的上面當中的未被解理引發(fā)構件3覆蓋的區(qū)域中生長的n型GaN沿橫向在解理引發(fā)構件3的表面上生長，因此解理引發(fā)構件3的表面也被n型GaN層10覆蓋。
其后，在也供給三甲基鋁(TMA)的同時，生長由厚度約為1.5μm而Si雜質濃度約為5×1017cm-3的n型Al0.05Ga0.95N構成的n型包覆層11。其后，在生長了由厚度約為120nm而Si雜質濃度約為1×1018cm-3的n型GaN構成的第一光導引層12后，將溫度降低至約為800℃，將載氣從氫氣變更為氮氣，供給三甲基銦(TMI)和TMG，生長由膜厚約為3nm的In0.1Ga0.9N所構成的量子阱(3層)和膜厚約為9nm的In0.02Ga0.98N阻擋層(2層)構成的多重量子阱活性層13。
再次將反應爐內的溫度升溫至約為1000℃，將載氣從氮氣恢復為氫氣，在供給作為p型摻雜劑的雙環(huán)戊二烯基鎂(Cp2Mg)氣體的同時，生長由膜厚約為10nm而Mg雜質濃度約為5×1017cm-3的p型Al0.15Ga0.85N構成的帽層(cap layer)14。
然后，生長由厚度約為120nm而Mg雜質濃度約為1×1018cm-3的p型GaN構成的第二光導引層15。其后，生長由厚度約為0.5μm而雜質濃度約為5×1017cm-3的p型Al0.05Ga0.95N構成的p型包覆層16。最后，生長由厚度約為0.1μm而Mg雜質濃度約為1×1018cm-3的p型GaN構成的p型接觸層17。
而且，通過調整n型GaN層10或其他的半導體層的晶體生長條件，還可以不將解理引發(fā)構件3的表面完全覆蓋，在使之露出的狀態(tài)下殘留。圖3(a)表示了在解理引發(fā)構件3上不產生晶體生長的條件下形成的半導體疊層構造40。
圖2(e)中，雖然以n型GaN層10的上面平坦的方式記錄，然而根據(jù)解理引發(fā)構件3的有無，在n型GaN層10的上面形成凹凸的情況是很普通的。在極端的情況下，如前所述，在解理引發(fā)構件3上也可以使n型GaN層10局部地具有零的大小。另外，在解理引發(fā)構件3上也可以形成具有與其他的區(qū)域上的部分的厚度大致相等的厚度的n型GaN層10。
圖2(e)所示的例子中，半導體疊層構造40當中的位于解理引發(fā)構件3的正上方的部分30(以下稱作「高缺陷濃度區(qū)域」。)的結晶性相對地惡化。由此，生長于GaN晶片1上的半導體疊層構造40中，因解理引發(fā)構件3或高缺陷濃度區(qū)域30的存在，產生了局部的應力。由于在直線上形成此種局部很大的應力，而容易在規(guī)定方向上引發(fā)解理。
解理引發(fā)構件3不需要直接形成于晶片1的上面，也可以形成于圖2(c)所示的各半導體層10～16的某個層上。圖3(b)示意性地表示了在半導體疊層構造40中配置了解理引發(fā)構件3的例子。
像這樣，根據(jù)本實施方式，利用解理引發(fā)構件3的排列，可以在半導體疊層構造40中周期性地產生變形。但是，當解理引發(fā)構件3的厚度過大時，由于它的影響，有可能在活性層中也產生很大的變形。為了不使此種變形變得過大，只要將解理引發(fā)構件3的厚度設為0.5μm以下即可。
但是，根據(jù)解理引發(fā)構件3的形狀或位置，厚度也可以設定為超過0.5μm的值。特別是，當如圖3(a)及(b)所示，解理引發(fā)構件3未被半導體覆蓋，在從半導體疊層構造40的上方看的情況下，解理引發(fā)構件3露出而可以觀察到時，解理引發(fā)構件3的厚度是任意的。
以下，將在參照圖4的同時，對解理引發(fā)構件3的構成進行詳細說明。
本實施方式的解理引發(fā)構件3以不與形成于半導體疊層構造40中的光導波路形成區(qū)域18’交叉的方式，沿著<11-20>方向周期性地排列。在<11-20>方向中相鄰的2個解理引發(fā)構件3的距離設定為與最終得到的激光器元件的<11-20>方向尺寸大致相同的值。本實施方式中，由于各激光器元件的<11-20>方向尺寸約為400μm，因此<11-20>方向的解理引發(fā)構件3的排列間距也設定為400μm。
另一方面，解理引發(fā)構件3的<1-100>方向的排列間距設定為與各個激光器元件的諧振器長度相等的值。本實施方式中，由于諧振器長度約為600μm，因此解理引發(fā)構件3的<1-100>方向的排列間距也設定為600μm。
各個解理引發(fā)構件3的平面形狀例如為正方形(尺寸10μm×10μm)。像這樣，通過將與各個激光器元件的尺寸相比足夠小的解理引發(fā)構件3在晶片1上沿著線25及線26排列，就可以在正確的位置上進行一次及二次解理。解理引發(fā)構件3的排列只要位于應當引起解理的位置(線25及線26)上即可，不需要以一定的周期排列。但是，由于最好以避開光導波路形成區(qū)域18’的方式配置，因此優(yōu)選周期性地排列。
一次解理由于是以使(1-100)面作為解理面露出的方式沿著<11-20>方向進行，因此解理引發(fā)構件3的<1-100>方向的尺寸最好與諧振器長度相比足夠小。這是因為，當解理引發(fā)構件3的<1-100>方向的尺寸過大時，則很難規(guī)定解理面的位置(<1-100>方向的位置)。所以，解理引發(fā)構件3的<1-100>方向的尺寸需要在諧振器長度的一半以下，優(yōu)選諧振器中的20％以下。該尺寸的絕對值優(yōu)選150μm以下，更優(yōu)選50μm以下。
另一方面，解理引發(fā)構件3的<11-20>方向的尺寸也可以與<1-100>方向的尺寸相比相對地更大。解理引發(fā)構件3的<11-20>方向的尺寸是由確保解理引發(fā)效果，并且減小在光導波路中產生的變形或缺陷的密度的觀點決定的。由此，解理引發(fā)構件3的<11-20>方向的尺寸優(yōu)選5μm以上，最好比從激光器元件的<11-20>方向尺寸中減去了導波路的寬度(<11-20>方向尺寸)的值更小。解理引發(fā)構件3的<11-20>方向的典型的尺寸優(yōu)選5μm以上180μm以下。
圖5表示了解理引發(fā)構件3的平面形狀的優(yōu)選的例子。如圖5所示，當解理引發(fā)構件3在<11-20>方向上具有長軸，兩端尖銳而形成銳角時，就很容易抑制在從<11-20>方向偏離60°的方向上產生裂縫的情況。而且，解理引發(fā)構件3的形狀及配置并不限定于所述的例子。
而且，圖4所示的線25由排列于<11-20>方向上的多個解理引發(fā)構件3的列規(guī)定，在該線25上將會產生一次解理。由此，解理引發(fā)構件3的<1-100>方向的排列間距最好設定為與諧振器長度相等，而解理引發(fā)構件3的<11-20>方向的排列間距則不受激光器元件的尺寸制約。即，只要解理引發(fā)構件3位于線25上，并且配置于光導波路形成區(qū)域18’以外的區(qū)域中，則不需要如前所述那樣，沿著<11-20>方向以一定的周期排列。
圖6示意性地表示了利用一次解理及二次解理由晶片中分割的芯片的構成。圖6(a)表示分割前的狀態(tài)，圖6(b)表示被分割了的各個芯片的1個。
圖6(b)所示的例子中，雖然在橫切解理引發(fā)構件3的位置上產生解理，然而解理面不需要橫切解理引發(fā)構件3，也可以形成于解理引發(fā)構件3的附近。當如圖6(b)所示，以橫切解理引發(fā)構件3的方式產生一次及二次解理時，則在最終得到的半導體激光器的各芯片中，就會在四角包含4個解理引發(fā)構件3的碎片。但是，各個半導體激光器并不需要在四角包含4個解理引發(fā)構件3的碎片。根據(jù)解理的位置，各個半導體激光器中所含的解理引發(fā)構件3的(碎片或整體的)個數(shù)可以變動。在極端的情況下，某個特定的半導體激光器可以有最終連1個解理引發(fā)構件3都不含有的情況。此種情況下，在與該半導體激光器相鄰的某個半導體激光器中，可以不破碎地包含至少1個解理引發(fā)構件3。
解理引發(fā)構件3的材料并不限定于SiO2，也可以是氮化硅等絕緣物。優(yōu)選由選自由硅、鋁、鈦、鈮、鋯、鉭的任意一種的氧化物或氮化物、金、鉑、鋁、鎳、鈀及鈦構成的組中的至少一種材料形成。
解理引發(fā)構件3只要是對于為了構成激光器構造而層疊的氮化物半導體可以引起選擇性的生長的材料即可，不僅可以是絕緣物，也可以是金屬。另外，也可以相對于所生長的氮化物半導體晶體來說組成不同的半導體。另外，解理引發(fā)構件3也可以是通過向氮化物半導體晶體層中注入離子等而產生的變質部分。例如如果將所層疊的氮化物半導體晶體與鋁組成不同的鋁鎵氮化物(AlxGayN其中，x+y＝1，0≤x≤1，0≤y≤1)作為解理引發(fā)構件3使用，則由于在氮化物半導體晶體和AlxGayN掩模層中熱膨脹系數(shù)不同，在界面上產生應力差，因此后面工序的解理就會更為容易地進行。對于AlxGayN掩模層的Al組成，最好包覆層的Al組成大。由于AlxGayN掩模層的Al組成越大，則c面內的熱膨脹率就越大，因此可以產生很大的應力差。
以下，將在參照圖7(a)到圖7(i)的同時，對由形成了圖2(e)的半導體疊層構造40的晶片1制作半導體激光器的方法的實施方式進行說明。
首先，如圖7(a)所示，在半導體疊層構造40的上面形成了絕緣層19后，在其上涂布光刻膠膜20。然后，在光刻工序中進行光刻膠膜20的曝光及顯影，如圖7(b)所示，形成光刻膠掩模20’。光刻膠掩模20’具有規(guī)定圖4所示的光導波路形成區(qū)域18’的條紋的圖案。通過將絕緣膜19當中的未被光刻膠掩模20’覆蓋的部分用氫氟酸溶液蝕刻，就會如圖7(c)所示，使半導體疊層構造40的上面(p型接觸層17)露出。
在如圖7(d)所示將光刻膠掩模20’除去后，如圖7(e)所示，對半導體疊層構造40的上部當中的未被絕緣膜19’覆蓋的部分進行蝕刻。這可以通過將晶片1裝載于干式蝕刻裝置中，進行各向異性的干式蝕刻而執(zhí)行。各向異性蝕刻進行至使得位于活性層上的p型半導體層的一部分(殘余部分)達到厚度100nm左右為止。
其后，通過如圖7(f)所示將絕緣層19’除去，就可以形成由p型接觸層17及Al0.05Ga0.95N包覆層16構成的脊狀的光導波路18。該光導波路18的延伸方向為<1-100>。
然后，在如圖7(g)所示，將形成n型電極的區(qū)域以外的區(qū)域用由SiO2構成的絕緣膜21覆蓋后，通過進行干式蝕刻，使n型接觸層露出。當除去絕緣膜21時，即得到圖7(h)所示的構造。
然后，在如圖7(i)所示，堆積了用于進行p側及n側的電分離的絕緣膜22后，將絕緣膜22當中的位于p型接觸層上的部分用氫氟酸溶液除去。其后，在除去了絕緣膜22的部分上依次形成n側電極23及p側電極24。n側電極23例如具有層疊了鉬(Mo)、鉑(Pt)、金(Au)的構造，p側電極24例如具有層疊了鈀(Pd)、Pt及Au的構造。
以下，將在參照圖8到圖10的同時，對解理及安裝工序進行詳細說明。
首先，研磨GaN晶片1的背面，將半導體疊層構造40及晶片1的整體的厚度減薄至約為100μm左右。然后，以沿著圖8所示的線25進行一次解理的方式，使用未圖示的裝置施加應力。此時，在解理引發(fā)構件3和氮化物半導體層的界面上產生的應力被釋放，沿著排列于<11-20>方向上的解理引發(fā)構件3引發(fā)解理。由此，就可以抑制在60°的方向上的裂縫的產生，制作具有M面(1-100)的平滑的諧振器端面的激光棒。像這樣，本實施方式中，由于利用解理引發(fā)構件3的存在，將難以發(fā)生由所述裂紋的產生導致的激光棒的截斷，因此就可以加長激光棒，從而可以降低制造成本，提高材料利用率。
然后，在利用一次解理得到的激光棒(圖9)的諧振器端面的兩方或一方上形成了由SiOx和TiOx構成的電介質多層膜后，通過進行沿著線26的二次解理，就從各激光棒中分離為圖10所示的激光器芯片(各個半導體激光器)。各個半導體激光器作為基板具備從GaN晶片1中分割的芯片。
然后，在由碳化硅(SiC)構成的散熱片28的上面借助焊錫設置各半導體激光器，使它們的p側部分相接觸，利用引線接合法進行配線。此時，利用解理引發(fā)構件3存在于激光器元件的特定的位置上的情況，可以使解理引發(fā)構件3發(fā)揮作為安裝工序時的對準標記的作用。
最好如圖11所示，以使激光器元件從散熱片28的上面沿<1-100>方向突出的方式進行釬焊。圖11所示的例子中，配置于光射出端面?zhèn)鹊慕饫硪l(fā)構件3處于從散熱片28中沿橫向伸出的狀態(tài)。由于利用此種配置，焊錫將難以附著于光射出面上，可以抑制對光射出端面的污染，因此安裝材料利用率提高。
利用所述的方法制造的激光器元件具有平滑的諧振器面，在室溫下，在閾值電流30mA、50mW輸出時可以確認以動作電流60mA進行連續(xù)激發(fā)，顯示出了1000小時以上的壽命。
另外，本實施方式的激光器元件由于在解理引發(fā)構件3的附近拉伸應力被釋放，因此在諧振器端面的附近，帶隙相對較大，形成可以抑制光吸收的「窗構造區(qū)域」。其結果是，能夠實現(xiàn)高輸出的光射出。而且，雖然當解理引發(fā)構件3與脊之間的距離很短時，應力釋放效應變高，然而向光射出面中導入缺陷的可能性也變高。由此，解理引發(fā)構件3與脊條紋的距離設定為2～50μm的范圍內，例如設定為約5μm。
所述的例子中，雖然也沿著線26進行解理，但是由于諧振器端面以外的面不需要是解理面，因此也可以沿著線26進行利用激光器等的切割。
(比較例)圖12(a)及(b)表示了對于作為比較例制作的晶片進行了一次解理的實驗結果。該比較例如果除去未形成解理引發(fā)構件3這一點以外，則是利用與對實施方式1所說明的方法相同的方法制作的晶片。
圖12(a)表示了比較例的晶片的上面。當使用解理裝置，沿圖中的線25的方向進行一次解理時，則相對于M面在60°的方向上產生裂縫，如圖12(b)所示，激光棒50在途中被截斷。由此，與實施方式1的棒相比，只能得到1/5左右的長度的激光棒50，材料利用率極低。另外，由于利用一次解理形成的光射出端面也不平坦，因此動作電流高，壽命時間也短。
(實施方式2)下面，在參照圖13(a)到圖13(i)的同時，對本發(fā)明的氮化物半導體激光器的實施方式2進行說明。
首先，如圖13(a)所示，準備上面為(0001)面的GaN晶片1，在GaN晶片1的上面涂布光刻膠膜2。圖13(a)～圖13(i)中所顯現(xiàn)的GaN晶片1的剖面為M(1-100)面。<11-20>方向處于圖的紙面上，與GaN晶片1的上面(0001)平行。
通過以公知的光刻工序進行對光刻膠膜2的曝光及顯影，就會如圖13(b)所示，對光刻膠膜2進行圖案化。圖案處理了的光刻膠膜2具有二維地周期性排列了的多個開口部2’。開口部2’的形狀、尺寸及位置可以通過變更光刻工序的曝光時所使用的光掩模而任意地設定。本實施方式中，以規(guī)定圖4所示的解理引發(fā)構件3的排列的方式決定開口部2’的配置。
然后，如圖13(c)所示，在光刻膠掩模2上堆積二氧化硅膜3’。二氧化硅膜3’的大部分位于光刻膠掩模2上，而一部分在開口部2’中與GaN晶片1的上面接觸。二氧化硅膜3’的堆積例如可以利用ECR濺射法來進行。
然后，通過將光刻膠膜2用丙酮等有機溶液除去，進行提離，形成圖13(d)所示的解理引發(fā)構件3。
然后，在解理引發(fā)構件3被周期性地排列于上面的狀態(tài)的GaN晶片1上生長了GaN層4后，將GaN晶片1從反應爐中取出，在GaN層4的上部形成選擇生長用的絕緣膜5。本實施方式的絕緣膜5由利用等離子體CVD裝置堆積的厚度100nm左右的SiO2形成。
然后，在光刻工序中在絕緣膜5上涂布了光刻膠膜6后，通過進行曝光及顯影，如圖13(f)所示，形成被處理為條紋狀的光刻膠膜6’。該光刻膠膜6’具有各條紋的寬度為3μm、排列間距為18μm的圖案。條紋的延伸方向與GaN晶片1的<1-100>方向平行。
然后，將光刻膠膜6’作為蝕刻掩模，通過將絕緣膜5的露出部分用氫氟酸溶液除去，如圖13(g)所示，形成條紋狀的絕緣掩模5’。其后，如圖13(h)所示，利用丙酮等有機溶液將光刻膠膜6’除去。
然后，為了使GaN層7選擇生長，再次將堆積了條紋狀的絕緣膜5’的基板保持于所述MOVPE裝置的反應爐的基座上。此后，在壓力200Torr的氫氣氣氛中升溫到約為1000℃，通過同時供給7sccm的TMG和7.5slm的NH3氣、作為載氣的氫氣，就可以如圖13(i)所示，在選擇生長掩模圖案上選擇生長GaN層7。
GaN層4的露出部作為晶體生長的Seed部9發(fā)揮作用。Seed部9的位錯密度與GaN晶片1的位錯密度相等，約為1×106/cm3。但是，GaN層7的橫向生長晶體區(qū)域(wing部)的位錯密度減少為約1×105/cm3。
以下，通過進行與對實施方式1所說明的工序相同的工序，制作本實施方式的半導體激光器。本實施方式中，由于將光導波路18的延伸方向設定為與條紋狀絕緣膜5’的延伸方向平行，因此光導波路18就避開位錯密度高的Seed部8及晶體結合部9，形成于位錯密度被減少了的選擇生長區(qū)域中。這樣，就可以降低動作電流，延長壽命。
根據(jù)本實施方式，除了實施方式1的效果以外，由于還可以獲得降低選擇生長層的位錯密度的效果，因此激光器元件的壽命提高到2000小時以上。
(實施方式3)以下，將對本發(fā)明的氮化物半導體激光器的實施方式3進行說明。
本實施方式中，在生長氮化物半導體晶體前的GaN晶片1上，以與光導波路垂直并且不交叉的方式周期性地形成槽，在槽上形成掩模層(解理引發(fā)構件3)。
首先，在以(0001)面為主面的GaN晶片1上堆積光刻膠膜，利用光刻，沿其后形成的氮化物半導體層的<11-20>方向與光導波路垂直并且不交叉地以約400μm間隔成波浪線狀地將光刻膠除去。將光刻膠膜作為蝕刻掩模，用干式蝕刻裝置對GaN晶片露出部進行干式蝕刻，如圖14所示，在GaN晶片1的上面形成多個槽27的排列。各槽27具有縱約2μm×橫10μm、深度約為2μm的大小，最好形成于對其后形成的光導波路附近不會造成晶體變形等不良影響的位置上。槽27的與(11-20)面平行的剖面的形狀為V字。槽27最好在<11-20>方向上較長地延伸，在其兩端形成銳角的頂部。
然后，如圖15所示，在槽27中形成解理引發(fā)構件3。解理引發(fā)構件3的形成方法與對實施方式1所說明的方法相同。但是，本實施方式中，最好以使解理引發(fā)構件3的位置與槽27的位置對齊的方式高精度地施行掩模對準，然而在解理引發(fā)構件3和槽27之間也可以稍微地產生錯位。
其后的工序由于與對實施方式1所說明的工序相同，因此在這里不重復進行說明。
本實施方式中，由于在解理引發(fā)構件3的正下方形成槽27，因此更容易引發(fā)解理，從而更容易形成平滑的諧振器端面。
(實施方式4)以下，對本發(fā)明的氮化物半導體激光器的實施方式4進行說明。
本實施方式中，如圖16所示，使用n型GaN晶片1，在背面形成n型電極24。本實施方式中，在形成了光導波路18后，從GaN晶片1的背面開始將整體的厚度研磨至達到約70μm左右。根據(jù)以往的解理引發(fā)方法，由于在對機械特性為脆性的基板使用劃線及劃片時容易破損，材料利用率低，因此在研磨的工序中需要使基板厚度剩余100μm左右。但是，本實施方式中，由于不使用劃線及劃片等，因此可以將基板厚度進一步減小。當可以減薄基板時，由于激光器元件整體的散熱效率提高，因此可以期待激光器元件的壽命延長的效果。
本實施方式中，由于使用具有導電性的n型GaN晶片1，因此如圖16所示，可以在GaN晶片1的背面直接形成n側電極24。
而且，雖然當以避開發(fā)生一次解理及二次解理的區(qū)域的方式進行n側電極24的圖案處理時，在解理時就可以防止n側電極24的剝離，然而也可以在n型GaN晶片1的背面整體上形成n側電極24。
本實施方式中，由于電極形成于GaN晶片1的背面，因此可以實現(xiàn)激光器元件的小型化，可以用低成本制造激光器元件。
(實施例)對解理引發(fā)構件的形狀及尺寸進行各種改變，評價了解理的良好與否。以下，對實施例中所用的樣品的制造方法進行說明。
首先，準備厚度400μm的GaN晶片，在其主面形成由絕緣膜構成的解理引發(fā)構件。具體來說，在將GaN晶片用丙酮、砜、甲醇及緩沖氫氟酸(BHF)進行了清洗后，利用ECR濺射裝置，依次堆積了SiN層(下層)及SiO2層(上層)。SiO2層及SiN層的厚度分別設定為10nm及100nm或10nm及500nm。
然后，將這些疊層物利用光刻技術及蝕刻技術進行了圖案處理。SiN層及SiO2層的蝕刻是利用使用CF4(四氟化碳)氣體的干式蝕刻進行的。其后，進行清洗(丙酮+硫酸過氧化氫水)，形成了所需形狀的解理引發(fā)構件，本實施例的解理引發(fā)構件在接下來進行的外延生長工序中，作為選擇生長用的掩模層發(fā)揮作用。以下，將本實施例的解理引發(fā)構件稱作「掩模層」。
圖17(a)到(c)分別表示了本實施例中形成的掩模層的平面形狀。圖17(a)及(b)表示具有六角形的平面形狀的掩模層，沿著<11-20>方向成直線狀排列。對于在一端具有朝向<11-20>方向的頂點的邊與<11-20>方向之間形成的角度，在圖17(a)的例子中設定為30度，圖17(b)的例子中，設定為60度。圖17(c)表示了具有長方形的平面形狀的掩模層，沿著<11-20>方向成直線狀排列。
圖17(a)及(c)中所示的掩模層中，與<11-20>方向平行的邊與其他的邊相比都相對更長。
表1表示了具有圖17(a)所示的形狀的掩模層的尺寸(樣品No.1～6)。表2表示了具有圖17(b)所示的形狀的掩模層的尺寸(樣品No.7～12)。表3表示了具有圖17(c)所示的形狀的掩模層的尺寸(樣品No.13～24)。對于各樣品，掩模層的厚度如前所述，設定為100nm及500nm兩種。




而且，各表表示了各個掩模層的<11-20>方向的尺寸、<1-100>方向的尺寸。例如在表1所示的樣品No.6中，掩模層的<11-20>方向的尺寸為180μm，<1-100>方向的尺寸為50μm。
本實施例中，將具有所述的形狀及尺寸的多個掩模層在晶片上以400μm的間距排列。排列于1條直線上的掩模層的個數(shù)為30個。
然后，利用MOVPE法進行了氮化物半導體的選擇性的外延生長。具體來說，將晶片用BHF清洗，在通過對掩模層上層的SiO2進行濕式蝕刻而使?jié)崈舻腟iN掩模表面露出后，利用MOVPE反應爐形成了具有雙異質結構的半導體疊層構造。生長條件與形成圖2(e)所示的半導體疊層構造40時所進行的生長的條件相同。
本實施例中，掩模層的表面由SiN構成，在其表面上基本上不生長半導體層。但是，當掩模層的尺寸在5μm以下時，利用橫向生長，掩模層的上面大部分被半導體層覆蓋。覆蓋掩模層的半導體疊層構造的厚度并不一樣，由于存在于掩模層上，在其上面形成了凹部。
對在主面上形成了如此形成的半導體疊層構造的晶片從背面?zhèn)乳_始研磨，將晶片的厚度調節(jié)為約100μm后，利用邊緣劃線及破斷進行解理，評價了解理的良好與否。
從表1到表3的最右欄表示了樣品No.1～24的評價結果。各表的「結果」一欄中的「○」的記號意味著利用解理可以恰當?shù)刂谱鏖L度12mm的棒。另一方面，「×」的記號意味著解理面脫離掩模層的列，無法恰當?shù)刂谱鏖L度12mm的棒。
表3的樣品13～15中，解理并未恰當?shù)剡M行。其原因是因為掩模層的尺寸過小。圖18是表示掩模層的平面尺寸小、解理面脫離掩模層的列的樣品的剖面的光學顯微鏡照片。從圖18中可以看到，在解理面上形成有端面裂縫。但是，即使掩模層的尺寸小，當如表1及表2所示，使用具有六角形的形狀的掩模層時，也可以恰當?shù)剡M行解理。
在掩模層的形狀為長方形的情況下，如表3所示，當<1-100>方向的尺寸大到50μm以上時，則無法正常地進行解理。
從以上的結果可以看出，掩模層優(yōu)選具有在與解理面平行的方向上具有頂點的形狀。當使用不具有此種頂點的形狀(例如長方形或正方形)的掩模層時，最好將其尺寸設定為恰當?shù)姆秶鷥取?br> 圖19是表示由于掩模層的平面尺寸過大，因此掩模層附近的外延層的厚度不均一化的樣品的剖面的光學顯微鏡照片。由于當掩模層變得過大時，則有可能在半導體疊層構造中產生變形等，因此掩模層最好制成小于180μm×50μm的尺寸，更優(yōu)選小于10μm×30μm的尺寸。另外，掩模層的厚度例如可以設定為1.0μm以下的任意的值。而且，在典型的情況下，在解理后殘存于芯片的4個角的至少一部分中的掩模層將具有所述尺寸的大約一半的大小。
圖20是表示形成了具有相對較大的尺寸的掩模層的樣品的解理后的基板主面的光學顯微鏡照片。雖然在掩模層的平面形狀為四角形的情況下，解理面脫離掩模層的列，然而在掩模層的平面形狀為六角形的情況下，可以恰當?shù)剡M行解理。
如以上說明所示，本發(fā)明中，通過將解理引發(fā)構件在晶片上斷續(xù)地并且直線狀地排列，就能夠用良好的材料利用率進行解理。
如圖21(a)所示，當在晶片上形成在應當解理的面上較長地連續(xù)延伸的槽300等時，如果其延長方向稍稍偏離晶體的易解理面，則解理面就會很大地偏離槽的延長方向，從而失去設置解理引發(fā)構件的意義。另一方面，如圖21(b)所示，當將解理引發(fā)構件3不連續(xù)地排列時，即使在其排列方向和易解理方向之間產生偏離，也可以防止解理面很大地脫離解理引發(fā)構件的排列方向的情況。
而且，也可以在結束了外延生長工序后，通過利用蝕刻將掩模層除去，在存在過掩模層的部分形成空隙。在此種蝕刻之后，當進行解理時，則空隙就會作為解理引發(fā)構件發(fā)揮作用。
產業(yè)上的利用可能性本發(fā)明的氮化物半導體激光器可以期待作為使用難以解理的GaN基板的短波長光源用激光器而進行批量生產。
權利要求
1.一種氮化物半導體元件，具備具有上面及下面的基板、和由所述基板的上面支撐的半導體疊層構造，所述基板及半導體疊層構造至少具有2個解理面，其中，具備與所述2個解理面中的任意一個相接的至少一個解理引發(fā)構件，所述解理引發(fā)構件的與所述解理面平行的方向的尺寸小于所述基板的上面的與所述解理面平行的方向的尺寸。
2.根據(jù)權利要求1所述的氮化物半導體元件，其中，所述基板的上面具有矩形的形狀，所述解理構件位于所述基板的上面的4個角中的至少一處。
3.根據(jù)權利要求1所述的氮化物半導體元件，其中，所述半導體疊層構造具備所述解理面作為諧振器端面發(fā)揮作用的激光諧振器構造，所述解理引發(fā)構件的諧振器長度方向尺寸在諧振器長度的一半以下。
4.根據(jù)權利要求1所述的氮化物半導體元件，其中，所述解理引發(fā)構件具有比180μm×50μm的長方形小的尺寸。
5.根據(jù)權利要求1所述的氮化物半導體元件，其中，所述解理引發(fā)構件的個數(shù)在2個以上，沿諧振器長度方向排列，在諧振器長度方向上相鄰的解理引發(fā)構件的間隔在諧振器長度的80％以上。
6.根據(jù)權利要求1所述的氮化物半導體元件，其中，所述解理引發(fā)構件由形成于所述基板的上面或所述半導體疊層構造內的掩模層形成。
7.根據(jù)權利要求1或2所述的氮化物半導體元件，其中，所述解理引發(fā)構件由形成于所述半導體疊層構造內的空隙形成。
8.根據(jù)權利要求6所述的氮化物半導體元件，其中，在所述基板的所述上面形成有槽，所述掩模層位于所述槽的上部。
9.根據(jù)權利要求6所述的氮化物半導體元件，其中，所述掩模層由抑制構成所述半導體疊層構造的半導體層的晶體生長的材料形成。
10.根據(jù)權利要求6所述的氮化物半導體元件，其中，所述掩模層由選自由硅、鋁、鈦、鈮、鋯、鉭的任意一種的氧化物或氮化物、金、鉑、鋁、鎳、鈀及鈦構成的組中的至少一種材料形成。
11.根據(jù)權利要求3所述的氮化物半導體元件，其中，所述解理引發(fā)構件被配置于所述半導體疊層構造內的激光導波路部分的兩側。
12.根據(jù)權利要求1所述的氮化物半導體元件，其中，所述半導體疊層構造包括n型氮化物半導體層及p型氮化物半導體層、和夾設于所述n型氮化物半導體層及p型氮化物半導體層之間的活性層。
13.根據(jù)權利要求1所述的氮化物半導體元件，其中，所述基板為氮化物半導體。
14.根據(jù)權利要求9所述的氮化物半導體元件，其中，在所述基板的所述上面及所述下面形成有一對電極。
15.一種氮化物半導體元件的制造方法，是具備了具有上面及下面的基板、和由所述基板的上面支撐的半導體疊層構造的氮化物半導體元件的制造方法，包括準備用于分割為所述基板的晶片的工序、在所述晶片上生長構成所述半導體疊層構造的各半導體層的工序、通過將所述晶片及半導體疊層構造解理而形成所述半導體疊層構造的解理面的工序，還包括將多個解理引發(fā)構件排列在應當形成所述解理面的位置的工序。
16.根據(jù)權利要求15所述的制造方法，其中，排列所述解理引發(fā)構件的工序包括堆積絕緣膜的工序、通過對所述絕緣膜進行圖案化而形成排列于規(guī)定應當形成所述諧振器端面的位置的直線上的多個掩模層的工序。
17.根據(jù)權利要求16所述的制造方法，其中，所述掩模層形成于所述晶片的主面上。
18.根據(jù)權利要求16所述的制造方法，其中，所述掩模層形成于所述半導體疊層構造中。
全文摘要
本發(fā)明提供一種氮化物半導體元件，是具備具有上面及下面的基板(1)、和由基板(1)的上面支撐的半導體疊層構造(40)，基板(1)及半導體疊層構造(40)至少具有2個解理面的氮化物半導體元件。具備與2個解理面中的任意一個相接的至少一個解理引發(fā)構件(3)，解理引發(fā)構件(3)的與解理面平行的方向的尺寸小于基板(1)的上面的與解理面平行的方向的尺寸。
文檔編號H01S5/02GK1943084SQ20058001177
公開日2007年4月4日 申請日期2005年10月13日 優(yōu)先權日2004年10月15日
發(fā)明者安杖尚美, 橫川俊哉, 長谷川義晃 申請人:松下電器產業(yè)株式會社