專利名稱：半導(dǎo)體元件和其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體元件和其制造方法，特別涉及具有半導(dǎo)體元件部的半導(dǎo)體元件和其制造方法，該半導(dǎo)體元件部在主面的面內(nèi)方向中包括具有不同的熱膨脹系數(shù)的多個(gè)方向。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，具有GaN類半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)(半導(dǎo)體元件部)的半導(dǎo)體發(fā)光元件(半導(dǎo)體元件)被公開(kāi)在日本特開(kāi)2001 — 7394號(hào)公報(bào)中，該GaN類半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)(半導(dǎo)體元件部)在主面的面內(nèi)方向中包括具有不同的熱膨脹系數(shù)的多個(gè)方向。
在日本特開(kāi)2001—7394號(hào)公報(bào)中公開(kāi)的現(xiàn)有的半導(dǎo)體發(fā)光元件，通過(guò)在以(I一IOO)面為主面的單晶基板上疊層GaN類半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)，形成以(I一IOO)面為主面的GaN類半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)。此處，已知具有(0001)面以外的主面的纖鋅礦結(jié)構(gòu)的GaN類半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)的熱膨脹系數(shù)在主面的面內(nèi)方向上具有各向異性。例如，在(I一IOO)面的面內(nèi)方向中，作為
方向的c軸方向的熱膨脹系數(shù)與作為[11一20]方向的a軸方向的熱膨脹系數(shù)不同。此外，GaN類半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)與在主面的面內(nèi)方向上具有各向同性的熱膨脹系數(shù)的基體相接合。
然而，在日本特開(kāi)2001 —7394號(hào)公報(bào)中公開(kāi)的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，在主面的面內(nèi)方向上具有各向異性的熱膨脹系數(shù)的GaN類半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)被接合于在主面的面內(nèi)方向上具有各向同性的熱膨脹系數(shù)的基體上，因此，存在難以減小關(guān)于接合面的面內(nèi)的各方向的基體與GaN類半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)的熱膨脹系數(shù)的差的問(wèn)題。由此，以將GaN類半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)接合在基體上時(shí)的溫度與半導(dǎo)體發(fā)光元件動(dòng)作時(shí)的溫度的差異為起因，在GaN類半導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生變形，因此，存在半導(dǎo)體發(fā)光元件的元件特性下降的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問(wèn)題而提出的，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供即使在半導(dǎo)體元件部在面內(nèi)方向中包括具有不同的熱膨脹系數(shù)的多個(gè)方向的情況下，也能夠抑制元件特性的下降的半導(dǎo)體元件和其制造方法。
本發(fā)明的第一方案的半導(dǎo)體元件包括具有第一面，并且在第一面的面內(nèi)方向中包括具有不同的熱膨脹系數(shù)的多個(gè)方向的半導(dǎo)體元件部；具有第二面，并且在第二面的面內(nèi)方向中包括具有不同的熱膨脹系數(shù)的多個(gè)方向，而且，第二面與半導(dǎo)體元件部的第一面接合的基體，其中，以半導(dǎo)體元件部的第一面中的熱膨脹系數(shù)最大的方向，相比于基體的第二面中的熱膨脹系數(shù)最小的方向更靠近最大的方向一側(cè)的方式，半導(dǎo)體元件部相對(duì)于基體被接合。
在本發(fā)明的第一方案的半導(dǎo)體元件中，如上所述，設(shè)置有在第一面的面內(nèi)方向中包括具有不同的熱膨脹系數(shù)的多個(gè)方向的半導(dǎo)體元件部、以及在第二面的面內(nèi)方向中包括具有不同的熱膨脹系數(shù)的多個(gè)方向的基體，而且，以半導(dǎo)體元件部的第一面中的熱膨脹系數(shù)最大的方向，相比于基體的第二面中的熱膨脹系數(shù)最小的方向更靠近最大的方向一側(cè)的方式相對(duì)于基體接合半導(dǎo)體元件部，通過(guò)該結(jié)構(gòu)，在半導(dǎo)體元件部的第一面與基體的第二面接合的面的面內(nèi)的各方向中能夠減小熱膨脹系數(shù)的差異，因此能夠抑制由將半導(dǎo)體元件部接合在基體上時(shí)的溫度與半導(dǎo)體元件動(dòng)作時(shí)的溫度的差異導(dǎo)致的在半導(dǎo)體元件部的第一面中的變形的產(chǎn)生。其結(jié)果，即使在半導(dǎo)體元件部在第一面的面內(nèi)方向中包括具有不同的熱膨脹系數(shù)的多個(gè)方向的情況下，也能夠抑制半導(dǎo)體元件的元件特性的下降。
在上述第一方案的半導(dǎo)體元件中，優(yōu)選的是，半導(dǎo)體元件部的第一面的面內(nèi)方向中的熱膨脹系數(shù)最大的方向與基體的第二面的面內(nèi)方向中的熱膨脹系數(shù)最大的方向?qū)嵸|(zhì)上一致。
在上述第一方案的半導(dǎo)體元件中，優(yōu)選的是，在半導(dǎo)體元件部的第一面的面內(nèi)方向中的最大熱膨脹系數(shù)和最小熱膨脹系數(shù)分別是aEL和aES、基體的第二面的面內(nèi)方向中的最大熱膨脹系數(shù)和最小熱膨脹系
數(shù)分別是a化和a ss的情況下，在基體和半導(dǎo)體元件部的各方向的熱膨脹系數(shù)間，至少a sl> a el〉 a ss或者a sl〉 a es》a ss或者a el》a sl〉a es或者a EL> a ss》a Es中的任一種關(guān)系成立。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，
能夠進(jìn)一步減小與半導(dǎo)體元件部的第一面和基體的第二面的各方向相對(duì)應(yīng)的熱膨脹系數(shù)的差。
在上述第一方案的半導(dǎo)體元件中，優(yōu)選的是，在半導(dǎo)體元件部的第一面的面內(nèi)方向中的最大熱膨脹系數(shù)和最小熱膨脹系數(shù)分別是a^
和a ES、基體的第二面的面內(nèi)方向中的最大熱膨脹系數(shù)和最小熱膨脹系數(shù)分別是a sl和a ss的情況下，在基體和半導(dǎo)體元件部的各方向的熱膨脹系數(shù)間，a SL〉 a ss> a EL〉 a ES或者a EL〉 a ES》a SL> a ss的關(guān)系成立。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，能夠減小與半導(dǎo)體元件部的第一面和基體的第二面的各方向相對(duì)應(yīng)的熱膨脹系數(shù)的差。
在上述第一方案的半導(dǎo)體元件中，優(yōu)選的是，在半導(dǎo)體元件部的第一面中的最大熱膨脹系數(shù)和最小熱膨脹系數(shù)分別是a m和a ES、基體的第二面中的最大熱膨脹系數(shù)和最小熱膨脹系數(shù)分別是a Slj和a ss的情況下，如果I a SL— a EL I > I a ss— a ES | ，則半導(dǎo)體元件部的第一面以長(zhǎng)邊方向的熱膨脹系數(shù)為aES的方式形成為長(zhǎng)方形，如果I a化一 a EL| < I a ss— a ES I ，則半導(dǎo)體元件部的第一面以長(zhǎng)邊方向的熱膨脹系數(shù)為aEL的方式形成為長(zhǎng)方形。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，如上述關(guān)系式所表示的，能夠根據(jù)半導(dǎo)體元件部和基體的各方向的熱膨脹系數(shù)的差的大小關(guān)系，形成具有使第一面的長(zhǎng)邊和短邊的方向與基體側(cè)相匹配的長(zhǎng)方形的形狀的半導(dǎo)體元件部，因此，能夠有效地抑制在相比于半導(dǎo)體元件部的短邊方向更易于產(chǎn)生變形的長(zhǎng)邊方向上的變形的產(chǎn)生。
在上述第一方案的半導(dǎo)體元件中，優(yōu)選的是，半導(dǎo)體元件部的外觀形成為能夠區(qū)別半導(dǎo)體元件部的第一面的面內(nèi)方向中的熱膨脹系數(shù)最大的方向和半導(dǎo)體元件部的第一面的面內(nèi)方向中的熱膨脹系數(shù)最小的方向。
在上述第一方案的半導(dǎo)體元件中，優(yōu)選的是，半導(dǎo)體元件部的第一面的形狀形成為大致長(zhǎng)方形。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，能夠容易地區(qū)別半導(dǎo)體元件部的第一面的面內(nèi)方向中的熱膨脹系數(shù)最大的方向和熱膨脹系數(shù)最小的方向。
9在上述第一方案的半導(dǎo)體元件中，優(yōu)選的是，半導(dǎo)體元件部的外觀形成為能夠區(qū)別基體的第二面的面內(nèi)方向中的熱膨脹系數(shù)最大的方向和基體的第二面的面內(nèi)方向中的熱膨脹系數(shù)最小的方向。
在上述第一方案的半導(dǎo)體元件中，優(yōu)選的是，半導(dǎo)體元件部包括半導(dǎo)體層，該半導(dǎo)體層具有第一面，并且具有六方晶結(jié)構(gòu)或者纖鋅礦
結(jié)構(gòu)，在H和K中的至少任一方為非O的整數(shù)的情況下，第一面實(shí)質(zhì)上是(H、 K、 —H—K、 0)面。
在上述第一方案的半導(dǎo)體元件中，優(yōu)選的是，還包括用于接合基體的第二面和半導(dǎo)體元件部的第一面的接合層。
在這種情況下，優(yōu)選的是，基體和接合層都具有導(dǎo)電性。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，能夠利用具有導(dǎo)電性的接合層，接合具有導(dǎo)電性的基體的第二面和半導(dǎo)體元件部的第一面，因此，能夠容易地電連接半導(dǎo)體元件部和基體。
在具有上述接合層的結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選的是，接合層設(shè)置在與半導(dǎo)體元件部的共振器面在共振器的延伸方向上隔開(kāi)規(guī)定的距離的區(qū)域中。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，利用不存在接合層的區(qū)域，能夠在半導(dǎo)體元件部的共振器面的基體側(cè)的端部附近，形成基體與半導(dǎo)體元件部被分離的區(qū)域。由此，不同于與共振器面的基體側(cè)的端部鄰接地設(shè)置接合層和基體的情況，能夠不受到基體側(cè)的解理性的影響地解理半導(dǎo)體元件部。從而，即使在基體側(cè)的解理面不具有解理性的情況下，也能夠提高半導(dǎo)體元件部的解理面的平坦性。
在上述第一方案的半導(dǎo)體元件中，優(yōu)選的是，以基體的楊氏模量小于半導(dǎo)體元件部的楊氏模量的方式構(gòu)成。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，因?yàn)榛w的楊氏模量小于半導(dǎo)體元件部的楊氏模量，所以能夠進(jìn)一步抑制在半導(dǎo)體元件部的第一面上的變形的產(chǎn)生。
在上述第一方案的半導(dǎo)體元件中，優(yōu)選的是，半導(dǎo)體元件部是包括發(fā)光層的半導(dǎo)體發(fā)光元件部。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體元件部能夠在抑制了在第一面上的變形的產(chǎn)生的狀態(tài)下與基體側(cè)接合，因此能夠容易地抑制發(fā)光元件部的元件特性的下降。
在上述第一方案的半導(dǎo)體元件中，優(yōu)選的是，基體是基臺(tái)(submount)。本發(fā)明的第二方案的半導(dǎo)體元件的制造方法包括形成具有第一 面并且在第一面的面內(nèi)方向中包括具有不同的熱膨脹系數(shù)的多個(gè)方向 的半導(dǎo)體元件部的工序；和在具有第二面并且在第二面的面內(nèi)方向中 包括具有不同的熱膨脹系數(shù)的多個(gè)方向的基體的第二面上，以第一面 中的熱膨脹系數(shù)最大的方向，相比于第二面中的熱膨脹系數(shù)最小的方 向更靠近最大的方向一側(cè)的方式，接合半導(dǎo)體元件部的第一面的工序。
在本發(fā)明的第二方案的半導(dǎo)體元件的制造方法中，如上所述，在 第二面的面內(nèi)方向中包括具有不同的熱膨脹系數(shù)的多個(gè)方向的基體 上，以第一面中熱膨脹系數(shù)最大的方向，相比于第二面中熱膨脹系數(shù) 最小的方向更靠近最大的方向一側(cè)的方式接合半導(dǎo)體元件部，通過(guò)該 結(jié)構(gòu)，能夠減小在半導(dǎo)體元件部的第一面與基體的第二面接合的面的 面內(nèi)的各方向中的熱膨脹系數(shù)的差異，因此，能夠抑制由將半導(dǎo)體元 件部接合在基體上時(shí)的溫度與半導(dǎo)體元件動(dòng)作時(shí)的溫度的差異導(dǎo)致的 在半導(dǎo)體元件部的第一面上的變形的產(chǎn)生。其結(jié)果，即使在半導(dǎo)體元 件部在第一面的面內(nèi)方向中包括具有不同的熱膨脹系數(shù)的多個(gè)方向的 情況下，也能夠抑制半導(dǎo)體元件的元件特性的下降。
在上述第二方案的半導(dǎo)體元件的制造方法中，優(yōu)選的是，形成半 導(dǎo)體元件部的工序包括，在生長(zhǎng)用基板的表面上，生長(zhǎng)在第一面的面 內(nèi)方向中包括具有不同的熱膨脹系數(shù)的多個(gè)方向的半導(dǎo)體元件部的工 序，該生長(zhǎng)用基板在面內(nèi)方向中包括具有不同的熱膨脹系數(shù)的多個(gè)方 向。
在上述第二方案的半導(dǎo)體元件的制造方法中，優(yōu)選的是，在基體 的第二面上接合半導(dǎo)體元件部的第一面的工序包括，以使在形成半導(dǎo) 體元件部的工序中形成在生長(zhǎng)用基板上的半導(dǎo)體元件部側(cè)與基體相對(duì) 的方式進(jìn)行接合的工序，并且該半導(dǎo)體元件的制造方法還包括在基體 的第二面上接合半導(dǎo)體元件部的第一面的工序之后，除去生長(zhǎng)用基板 的工序，基體是支承基板。
在上述第二方案的半導(dǎo)體元件的制造方法中，優(yōu)選的是，在半導(dǎo) 體元件部的第一面中的最大熱膨脹系數(shù)和最小熱膨脹系數(shù)分別是a ELj 和a ES、上述基體的第二面中的最大熱膨脹系數(shù)和最小熱膨脹系數(shù)分別 是a sl和a ss的情況下，形成具有第一面的半導(dǎo)體元件部的工序包括下述工序如果I a SL— a EL I > I a ss— a ES | ，則以長(zhǎng)邊方向的熱膨 脹系數(shù)為aEs的方式將半導(dǎo)體元件部的第一面形成為長(zhǎng)方形；如果I a SL— a EL| < I a ss— a ES I ，則以長(zhǎng)邊方向的熱膨脹系數(shù)為a EL的 方式將半導(dǎo)體元件部的第一面形成為長(zhǎng)方形。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，如上 述關(guān)系式所表示的，能夠根據(jù)半導(dǎo)體元件部和基體的各方向的熱膨脹 系數(shù)的差的大小關(guān)系，形成具有使第一面的長(zhǎng)邊和短邊的方向與基體 側(cè)相匹配的長(zhǎng)方形的形狀的半導(dǎo)體元件部，因此，能夠得到有效地抑 制了在相比于半導(dǎo)體元件部的短邊方向更易于產(chǎn)生變形的長(zhǎng)邊方向上 的變形的產(chǎn)生的半導(dǎo)體元件。
在上述第二方案的半導(dǎo)體元件的制造方法中，優(yōu)選的是，在半導(dǎo) 體元件部的第一面中的最大熱膨脹系數(shù)和最小熱膨脹系數(shù)分別是a Elj 和a ES，基體的第二面中的最大熱膨脹系數(shù)和最小熱膨脹系數(shù)分別是a sl和a ss的情況下，在基體的第二面上接合半導(dǎo)體元件部的第一面的工 序包括，以在基體和半導(dǎo)體元件部的各方向的熱膨脹系數(shù)間，至少a^ > a el〉 a ss或者 a sl〉 a es》a ss或者a a sl〉 a es或者a el〉 a
SS^CtES中的任一種關(guān)系成立的方式，使基體的第二面與半導(dǎo)體元件部 的第一面的方向相匹配從而進(jìn)行接合的工序。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，能夠 進(jìn)一步減小與半導(dǎo)體元件部的第一面和基體的第二面的各方向相對(duì)應(yīng) 的熱膨脹系數(shù)的差。


圖1是用于說(shuō)明本發(fā)明的概念的平面圖。
圖2是沿圖1的1000 — 1000線的截面圖。
圖3是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光元件的結(jié)構(gòu)的平 面圖。
圖4是沿圖3的2000—2000線的截面圖。 圖5是沿圖3的3000—3000線的截面圖。
圖6是表示圖3所示的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光元件的發(fā)光層 的結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖7是用于說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光元件的制造 工藝的截面圖。
12圖8是用于說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光元件的制造 工藝的截面圖。
圖9是用于說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光元件的制造
工藝的截面圖。
圖io是用于說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光元件的制造
工藝的截面圖。
圖11是用于說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光元件的制造 工藝的截面圖。
圖12是用于說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光元件的制造 工藝的平面圖。
圖13是用于說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光元件的制造 工藝的截面圖。
圖14是用于說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光元件的制造 工藝的截面圖。
圖15是用于說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光元件的制造 工藝的截面圖。
圖16是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的GaN類半導(dǎo)體激光元件的 結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖17是沿圖16的4000—4000線的截面圖。
圖18是表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式的發(fā)光二極管元件的結(jié)構(gòu)的平 面圖。
圖19是表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式的發(fā)光二極管元件的結(jié)構(gòu)的截 面圖。
圖20是表示本發(fā)明的第四實(shí)施方式的GaN類半導(dǎo)體激光元件的 結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖21是沿圖20的5000_5000線的截面圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)Dl和圖2，在說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
之前，說(shuō)明本發(fā)明 的概念。
如圖1和圖2所示，本發(fā)明的半導(dǎo)體元件包括基體1和與基體1
13接合的半導(dǎo)體元件部2。
半導(dǎo)體元件的基體1既可以是基臺(tái)也可以是支承基板。此外，基
體1在與半導(dǎo)體元件部2接合的主面la的面內(nèi)方向中包括具有不同的 熱膨脹系數(shù)的多個(gè)方向。具體地說(shuō)，例如，如圖2所示，在箭頭A方 向具有最大熱膨脹系數(shù)QSL，并且在箭頭B方向具有最小熱膨脹系數(shù) ass。其中，主面la是本發(fā)明的"第二面"的一個(gè)例子。
作為具有根據(jù)面內(nèi)方向而不同的熱膨脹系數(shù)的基體1，在單晶材料 中，能夠使用具有立方晶以外的斜方晶、正方晶、六方晶、菱面體、 單斜晶和三斜晶的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的材料。這些具有立方晶以外的結(jié)晶結(jié)構(gòu) 的材料，由于結(jié)晶的對(duì)稱性， 一般在熱膨脹系數(shù)上具有各向異性。對(duì) 這種具有立方晶以外的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的材料進(jìn)行加工，使得熱膨脹系數(shù)的 各向異性表現(xiàn)在主面la的面內(nèi)方向上。例如，對(duì)于具有正方晶和六方 晶的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的材料進(jìn)行加工，使得與c軸垂直的面以外的面成為主 面la。
作為單晶材料，例如能夠使用六方晶或者菱面體結(jié)構(gòu)的a —SiC、 纖鋅礦結(jié)構(gòu)的GaN和A1N等氮化物類半導(dǎo)體、纖鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnO和 ZnS、六方晶的ZrB2和Hffi2等。此外，在六方晶的單結(jié)晶的情況下， 以主面la為(0001)面以外的(H、 K、 一H—K、 L)面，例如，{1 一100}面、{11一20}面、{11一22}面或者{1一101}面的方式形成。
此外，作為具有根據(jù)面內(nèi)方向而不同的熱膨脹系數(shù)的基體l，在使 用單晶以外的材料的情況下，也可以使用通過(guò)在熱膨脹系數(shù)上具有各 向異性的結(jié)晶的取向從而在熱膨脹系數(shù)上具有各向異性的材料。作為 這種材料，例如有AlN粒子的c軸方向進(jìn)行取向的多晶A1N、以及由 浸漬有金屬的石墨粒子燒結(jié)體構(gòu)成的碳和金屬的復(fù)合材料等。這種材 料以在主面la的面內(nèi)表現(xiàn)出粒子取向的方向、和相對(duì)于粒子取向的方 向垂直的方向的方式形成。
此外，基體1的主面la的外觀優(yōu)選以在接合半導(dǎo)體元件部2之前， 在主面la的面內(nèi)方向中能夠區(qū)別熱膨脹系數(shù)最大的方向和熱膨脹系數(shù) 最小的方向的方式形成。例如，可以在基體1的表面上形成能夠識(shí)別 熱膨脹系數(shù)最大的方向的標(biāo)記，在基體1上形成電極的情況下，也可 以使得能夠根據(jù)電極的形狀、配置識(shí)別熱膨脹系數(shù)最大的方向。例如，可以將電極形成為使長(zhǎng)邊或者短邊的方向與熱膨脹系數(shù)最大的方向一
致的二次旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(twofold rotational symmetry)的長(zhǎng)方形，使得能夠 識(shí)別熱膨脹系數(shù)最大的方向。這里，所謂的二次旋轉(zhuǎn)對(duì)稱意味著在從O 度到360度旋轉(zhuǎn)的期間，有二次對(duì)稱的旋轉(zhuǎn)位置，長(zhǎng)方形與該二次旋 轉(zhuǎn)對(duì)稱相對(duì)應(yīng)。在這種情況下，只要是二次或者一次旋轉(zhuǎn)對(duì)稱這樣的 對(duì)稱性較低的形狀，則也可以是長(zhǎng)方形以外的形狀。此外，也可以形 成基體l的外形，使得能夠識(shí)別熱膨脹系數(shù)最大的方向。即，在基體l 是基臺(tái)的情況下，可以將基體1的主面la形成為使長(zhǎng)邊或者短邊的方 向與熱膨脹系數(shù)最大的方向一致的二次旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的長(zhǎng)方形，在基體1 是支承基板的情況下，可以在支承基板上形成定向平面。
此外，在基體1上，可以通過(guò)接合層接合半導(dǎo)體元件部2，也可以 直接接合半導(dǎo)體元件部2。
半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體元件部2中，與基體1接合的主面2a在面內(nèi) 方向中具有熱膨脹系數(shù)的各向異性。例如，如圖2所示，在箭頭C方 向具有最大熱膨脹系數(shù)aEL，同時(shí)，在箭頭D方向具有最小熱膨脹系 數(shù)cies。此外，半導(dǎo)體元件部2包括具有立方晶以外的斜方晶、正方晶、 六方晶、菱面體、單斜晶和三斜晶的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。在這些半導(dǎo) 體中，以在主面2a的面內(nèi)方向中表現(xiàn)熱膨脹系數(shù)的各向異性的方式選 擇主面2a的面方位。例如，在半導(dǎo)體元件部2由六方晶的半導(dǎo)體構(gòu)成 的情況下，以主面2a為(0001)面以外的(H、 K、 一H—K、 L)面， 例如，{1 — 100}面、{11一20}面、{11—22}面或者{1一101}面的 方式形成。其中，主面2a是本發(fā)明的"第一面"的一個(gè)例子。
作為半導(dǎo)體元件部2的半導(dǎo)體，例如能夠使用具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)的 GaN、 A1N、 InN、 BN和T1N，或者由它們的混晶構(gòu)成的氮化物類半導(dǎo) 體，a—SiC，具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnO和ZnS等。例如，在使用GaN、 InN禾卩GalnN，以主面2a為(H、 K、 一H—K、 L)面的方式形成的情 況下，在面內(nèi)，熱膨脹系數(shù)最大的方向?yàn)閇K、 一H、 H—K、 0]方向。 此外，在使用GaN、 InN和GalnN，以主面2a為(H、 K、 一H—K、 0) 面的方式形成的情況下，在面內(nèi)，熱膨脹系數(shù)最大的方向?yàn)閇K、 —H、 H—K、 0]方向，熱膨脹系數(shù)最小的方向?yàn)?br> 方向。
此外，半導(dǎo)體元件部2的主面2a的外觀優(yōu)選以在與基體1接合之前，在主面2a的面內(nèi)方向中能夠區(qū)別熱膨脹系數(shù)最大的方向和熱膨脹 系數(shù)最小方向的方式形成。例如，可以在半導(dǎo)體元件部2的表面上形 成能夠識(shí)別熱膨脹系數(shù)最大的方向的標(biāo)記，在半導(dǎo)體元件部2上形成 電極的情況下，可以使得能夠根據(jù)電極的形狀、配置識(shí)別熱膨脹系數(shù) 最大的方向。例如，可以將電極形成為使長(zhǎng)邊或者短邊的方向與熱膨 脹系數(shù)最大的方向一致的二次旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的長(zhǎng)方形。此外，還可以形成 半導(dǎo)體元件部2的外形，使得能夠識(shí)別熱膨脹系數(shù)最大的方向。艮卩， 可以將半導(dǎo)體元件部2的主面2a形成為使長(zhǎng)邊或者短邊的方向與熱膨 脹系數(shù)最大的方向一致的二次旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的長(zhǎng)方形。此外，在半導(dǎo)體元 件是端面出射型的半導(dǎo)體激光元件的情況下，可以使得能夠根據(jù)半導(dǎo) 體激光元件的波導(dǎo)通路延伸的方向識(shí)別熱膨脹系數(shù)最大的方向。
此外，半導(dǎo)體元件部2也可以包括基板。在pn結(jié)型的半導(dǎo)體元件 中，半導(dǎo)體元件部2也可以包括p型層與n型層的疊層結(jié)構(gòu)。在pn結(jié) 型的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，半導(dǎo)體元件部2在p型層與n型層之間還可 以包括發(fā)光層，發(fā)光層可以是非摻雜。此外，發(fā)光層可以是單層或者 單一量子阱(SQW)結(jié)構(gòu)、多重量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)。
此外，在發(fā)光層上也可以施加變形。在這種情況下，使得發(fā)光層 具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)，并且以發(fā)光層的主面為(0001)面以外的(H、 K、 —H—K、 L)面，例如，{1一100}面、{11—20}面、{11—22}面或 者{1_101}面的方式形成，從而，能夠降低在發(fā)光層中產(chǎn)生的壓電 場(chǎng)。由此能夠提高發(fā)光效率。此外，作為發(fā)光層的材料，能夠使用GalnN。
此外，p型層和n型層也可以包括帶隙比活性層大的包覆層等。在 半導(dǎo)體激光元件的情況下，在包覆層與活性層之間，還可以形成具有 比包覆層的帶隙小、比活性層的帶隙大的帶隙的導(dǎo)光層。此外，還可 以在與活性層相反的一側(cè)的包覆層上形成接觸層。其中，接觸層優(yōu)選 帶隙比包覆層小。此外，作為包覆層的材料，能夠使用GaN和AlGaN 等。
此處，在本發(fā)明中，半導(dǎo)體元件部2以半導(dǎo)體元件部2的主面2a 的最大熱膨脹系數(shù)(a el)的方向，相比于基體1的主面la的最小熱 膨脹系數(shù)(ass)的方向更靠近最大熱膨脹系數(shù)(a a)的方向一側(cè)的 方式接合在基體1上，更優(yōu)選的是，如圖2所示，半導(dǎo)體元件部2以
16半導(dǎo)體元件部2的主面2a的最大熱膨脹系數(shù)(a el)的方向(箭頭C方向)與基體1的主面la的最大熱膨脹系數(shù)(a SL)的方向(箭頭A方向)實(shí)質(zhì)上一致的方式與基體1接合。
此外，在本發(fā)明中，在基體1與半導(dǎo)體元件部2的各方向的熱膨脹系數(shù)間，優(yōu)選a SL》a EL〉 a ss或者a SL> a ES> a ss或者a EL> a SL〉a es或者a EL> a ss》a ES中的至少任一種關(guān)系成立，在這種情況下，能夠進(jìn)一步減小基體1與半導(dǎo)體元件部2的面內(nèi)(主面la和主面2a)的熱膨脹系數(shù)的差。其中，在基體1與半導(dǎo)體元件部2的各方向的熱膨脹系數(shù)是a SL> a ss> a EL> a ES或者a EL〉 a ES> a SL〉 a ss的情況
下，也具有本發(fā)明的效果。
此外，在上述情況之外，在將半導(dǎo)體元件部2的主面2a形成為長(zhǎng)方形的情況下，如果I a SL— a EL I > I a ss— a ES | ，則優(yōu)選以長(zhǎng)邊方向的熱膨脹系數(shù)為aEs的方式將半導(dǎo)體元件部2形成為長(zhǎng)方形，如果I a SL— a EL| < I a ss— a ES I ，則優(yōu)選以長(zhǎng)邊方向的熱膨脹系數(shù)為aEL的方式將半導(dǎo)體元件部2形成為長(zhǎng)方形。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，能夠有效地抑制在比半導(dǎo)體元件部的短邊方向更易于產(chǎn)生變形的長(zhǎng)邊方向上的變形的產(chǎn)生。
以下，參照

將上述本發(fā)明的概念具體化的本發(fā)明的實(shí)施方式。
(第一實(shí)施方式)
參照?qǐng)D3 圖6，說(shuō)明第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光元件的結(jié)構(gòu)。另外，在第一實(shí)施方式中，說(shuō)明在作為半導(dǎo)體元件的一個(gè)例子的半導(dǎo)體激光元件中應(yīng)用了本發(fā)明的情況。此外，第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光元件的振蕩波長(zhǎng)是約410nm，激光的偏振光是TM模式。另外，在圖3 圖5中，在下標(biāo)GaN前記載的結(jié)晶方位是半導(dǎo)體元件部10的結(jié)晶方位，在下標(biāo)6H—SiC前記載的結(jié)晶方位是支承基板30的結(jié)晶方位。此外，在圖3和圖4中，表示了省略半導(dǎo)體元件部10的方位傾斜角(misoriention angle)的半導(dǎo)體元件部10的結(jié)晶方位。
如圖3 圖5所示，第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光元件具有半導(dǎo)體元件部10、支承基板30、和作為散熱部件的基臺(tái)40。其中，支承基板30和基臺(tái)40是本發(fā)明的"基體"的一個(gè)例子。
17此處，在第一實(shí)施方式中，半導(dǎo)體元件部10由有纖鋅礦結(jié)構(gòu)的氮化物類半導(dǎo)體構(gòu)成。如圖5所示，該半導(dǎo)體元件部10具有一個(gè)主面(半
導(dǎo)體元件部10的p型接觸層17側(cè)的上表面整體)10a和另一個(gè)主面(n型接觸層ll的背面)10b，它們具有向[OOO—l]方向側(cè)傾斜(才7 :misorient)約0.3。的實(shí)質(zhì)上的(11—20)面。此外，如圖3和圖4所示，在半導(dǎo)體元件部10中形成有由解理面構(gòu)成的一對(duì)共振器面50。該共振器面50由(I一IOO)面和(一IIOO)面構(gòu)成。此外，在激光的出射面?zhèn)鹊墓舱衿髅?0上，形成有反射率為約5%的電介質(zhì)多層膜，并且在相反側(cè)的共振器面50上，形成有反射率為約95%的電介質(zhì)多層膜。此外，半導(dǎo)體元件部10的長(zhǎng)度(共振器長(zhǎng)度)Ll為約600 um,寬度Wl為約400u m。此外，半導(dǎo)體元件部10通過(guò)后述的焊料層23接合在支承基板30上。其中， 一個(gè)主面10a和另一個(gè)主面10b是本發(fā)明的"第一面"的一個(gè)例子，焊料層23是本發(fā)明的"接合層"的一個(gè)例子。
此外，如圖4和圖5所示，半導(dǎo)體元件部10包括由具有約5"m的厚度的GaN構(gòu)成的n型接觸層11。在n型接觸層11的上表面上，形成有具有約400nm的厚度并由摻雜有Si的Alo^Gao^N構(gòu)成的n型包覆層12。在n型包覆層12的上表面上，形成有具有小于半導(dǎo)體元件部10的寬度W1 (參照?qǐng)D5)的約4.5um的寬度的發(fā)光層13。
如圖6所示，該發(fā)光層13在n型包覆層12的上表面上，形成有具有約5nm的厚度并且由摻雜有Si的Alai6Gao.84N構(gòu)成的n型載流子阻擋層(carrier blocking layer) 13a。在n型載流子阻擋層13a的上表面上，形成有由具有約lOOnm的厚度的摻雜有Si的GaN構(gòu)成的n型導(dǎo)光層13b。在n型導(dǎo)光層13b的上表面上，形成有交替地疊層有由具有約20nm的厚度的非摻雜的Ino.o2GaQ.98N構(gòu)成的4個(gè)勢(shì)壘層13c和由具有約3nm的厚度的非摻雜的InQ.15Ga().85N構(gòu)成的3個(gè)量子阱層13d的多重量子阱(MQW)活性層13e。
此外，如圖4和圖5所示，在發(fā)光層13的上表面上，形成由具有約100nm的厚度的摻雜有Mg的GaN構(gòu)成的p型導(dǎo)光層14。在p型導(dǎo)光層14的上表面上，形成有具有約20nm的厚度并且由摻雜有Mg的Al(U6Gao.84N構(gòu)成的p型蓋(cap)層15。在p型蓋層15的上表面上，形成有由具有凸部和凸部以外的平坦部的摻雜有Mg的Alo.07Gao.93N構(gòu)成的p型包覆層16。該p型包覆層16的凸部的膜厚為約400nm， p型包覆層16的凸部以外的平坦部的膜厚為約80nm。此外，在p型包覆層16的凸部的上表面上，形成有具有約10nm的厚度并且由摻雜有Mg的Ino.。2Gao.98N構(gòu)成的p型接觸層17。由此，通過(guò)p型包覆層16的凸部和p型接觸層17,形成作為電流通路的脊部18。該脊部18具有約1.5um的寬度并且具有約380nm的高度。此外，脊部18以沿著方向延伸的方式形成。
此外，在p型接觸層17的上表面上，形成有從下層朝向上層，由具有約5nm的厚度的Pt層、具有約100nm的厚度的Pd層、和具有約150nm的厚度的Au層構(gòu)成的p側(cè)歐姆電極19。在n型包覆層12和p型包覆層16的凸部以外的平坦部的上表面上、以及發(fā)光層13、 p型導(dǎo)光層14、 p型蓋層15、 p型包覆層16、 p型接觸層17和p側(cè)歐姆電極19的側(cè)面上，形成有由具有約250nm的厚度的SiN構(gòu)成的絕緣膜20。在絕緣膜20的上表面上和p側(cè)歐姆電極19的上表面上，形成有從下層朝向上層，由具有約100nm的厚度的Ti層、具有約lOOnm的厚度的Pd層、和具有約3nm的厚度的Au層構(gòu)成的p側(cè)墊電極21。該p側(cè)墊電極21具有約125um的寬度W2 (參照?qǐng)D5)。此外，在p側(cè)墊電極21的上表面上，形成有由具有約100nm的厚度的Si02構(gòu)成的絕緣膜22。在絕緣膜20的上表面上，以覆蓋p側(cè)墊電極21和絕緣膜22的方式形成有由AuSn構(gòu)成的導(dǎo)電性的焊料層23。此外，絕緣膜22具有抑制焊料層23與p側(cè)歐姆電極19的反應(yīng)的功能。
此外，如圖4所示，在第一實(shí)施方式中，在半導(dǎo)體元件部10的共振器面50的支承基板30側(cè)的端部附近，形成有作為不存在焊料層23的區(qū)域的空隙部60。另外，如圖3所示，該作為不存在焊料層23的區(qū)域的空隙部60，形成在從共振器面50開(kāi)始直至向內(nèi)側(cè)隔開(kāi)約25 "m的間隔(L2)的區(qū)域中。此外，支承基板30的側(cè)端面，根據(jù)后述的元件分割時(shí)的切割，形成在從共振器面50向內(nèi)側(cè)偏移了約20" m的長(zhǎng)度
(L3)的位置。
此外，在第一實(shí)施方式中，由于GaN的比例最大，半導(dǎo)體元件部10以熱膨脹系數(shù)接近GaN的熱膨脹系數(shù)的方式構(gòu)成。GaN在(ll一20)面的面內(nèi)，在[I一IOO]方向具有最大的約5.59X1(TSK—^勺熱膨脹系
19數(shù)，并在
方向具有最小的約3.17X10—SK^的熱膨脹系數(shù)。從而，半導(dǎo)體元件部10構(gòu)成為，在實(shí)質(zhì)上具有(11一20)面的一個(gè)主面10a和另一個(gè)主面10b的面內(nèi)方向中，在[I一IOO]方向具有最大的約5.59X10_6K—'左右的熱膨脹系數(shù)，并在
方向具有最小的約3.17X 10—6K—'左右的熱膨脹系數(shù)。
此外，在第一實(shí)施方式中，支承基板30由摻雜有氮的n型的6H一SiC構(gòu)成。此外，支承基板30具有主面30a，該主面30a具有(1_100)面。此外，支承基板30在具有(I一IOO)面的主面30a的面內(nèi)方向中，在
方向具有最大的約4.7X10_6K—1的熱膨脹系數(shù)，并在[11—20]方向具有最小的約4.3X10^K—'的熱膨脹系數(shù)。此外，在支承基板30的主面30a上，以支承基板30的
方向與半導(dǎo)體元件部10的[1 — 100]方向一致、且支承基板30的[11一20]方向?qū)嵸|(zhì)上與半導(dǎo)體元件部10的[OOOl]方向一致的方式通過(guò)焊料層23接合半導(dǎo)體元件部10的一個(gè)主面10a。其中，主面30a是本發(fā)明的"第二面"的一個(gè)例子。
此外，如圖4和圖5所示，在半導(dǎo)體元件部10的n型接觸層11的背面?zhèn)?，從n型接觸層11側(cè)開(kāi)始依次形成n側(cè)歐姆電極、n側(cè)勢(shì)壘金屬、n側(cè)墊電極，從而構(gòu)成n側(cè)電極24。此外，構(gòu)成n側(cè)電極24的n側(cè)歐姆電極由Al構(gòu)成，n側(cè)勢(shì)壘金屬由Pt或者Ti等構(gòu)成。此外，n側(cè)勢(shì)壘金屬具有抑制n側(cè)歐姆電極與n側(cè)墊電極的反應(yīng)的功能。
此外，在第一實(shí)施方式中，基臺(tái)40由碳和金屬的復(fù)合材料構(gòu)成，該碳和金屬的復(fù)合材料由浸滲有A1的石墨粒子燒結(jié)體構(gòu)成。此外，基臺(tái)40是具有約300 " m的厚度、約1200 " m的長(zhǎng)度L4和約800 u m的寬度W3的長(zhǎng)方體。此外，基臺(tái)40具有導(dǎo)電性，并具有主面40a。此外，基臺(tái)40的長(zhǎng)度方向(長(zhǎng)邊方向)與箭頭E方向平行，寬度方向(短邊方向)與箭頭F方向平行。此處，基臺(tái)40以下述方式進(jìn)行加工與石墨結(jié)晶面垂直的面成為基臺(tái)40的主面40a，箭頭E方向成為與石墨結(jié)晶面垂直的方向，箭頭F方向成為與石墨結(jié)晶面平行的方向。從而，基臺(tái)40在主面40a的面內(nèi)方向中，在與石墨結(jié)晶面垂直的方向(箭頭E方向)具有最大的約7X10-SK—的熱膨脹系數(shù)，并在與石墨結(jié)晶面平行的方向(箭頭F方向)具有最小的約4X 10—6K—1的熱膨脹系數(shù)。另外，該基臺(tái)40的楊氏模量在與石墨結(jié)晶面垂直的方向上是6GPa，在與石墨結(jié)晶面平行的方向上是17GPa。從而，以基臺(tái)40的楊氏模量小于半導(dǎo)體元件部10的楊氏模量的方式構(gòu)成。此外，在基臺(tái)40的主面40a上，以半導(dǎo)體元件部10的[I一IOO]方向與箭頭E方向一致、且半導(dǎo)體元件部10的
方向與箭頭F方向?qū)嵸|(zhì)上一致的方式通過(guò)焊料層70接合半導(dǎo)體元件部10的另一個(gè)主面10b。另外，作為碳和金屬的復(fù)合材料，例如使用東洋碳素公司(東洋炭素社)制造的MIC30A。此外，主面40a是本發(fā)明的"第二面"的一個(gè)例子，焊料層70是本發(fā)明的"接合層"的一個(gè)例子。
在第一實(shí)施方式中，如上所述，設(shè)置有在具有(11一20)面的另一個(gè)主面10b的面內(nèi)方向中，在[I一IOO]方向具有最大的約5.59X10—6K—'左右的熱膨脹系數(shù)、并在
方向具有最小的約3.17X10_6K—'左右的熱膨脹系數(shù)的半導(dǎo)體元件部10;和在主面40a的面內(nèi)方向中，在箭頭E方向具有最大的約7X10—6K—'的熱膨脹系數(shù)、并在箭頭F方向具有最小的約4X10—6K—'的熱膨脹系數(shù)的基臺(tái)40，而且，以半導(dǎo)體元件部10的[I一IOO]方向與箭頭E方向一致、并且半導(dǎo)體元件部10的
方向與箭頭F方向?qū)嵸|(zhì)上一致的方式通過(guò)焊料層70將半導(dǎo)體元件部10的另一個(gè)主面10b接合在基臺(tái)40的主面40a上，通過(guò)該結(jié)構(gòu)，能夠使半導(dǎo)體元件部10的另一個(gè)主面10b的具有最大熱膨脹系數(shù)的方向與基臺(tái)40的主面40a的具有最大熱膨脹系數(shù)的方向一致，因此，能夠減小半導(dǎo)體元件部10的另一個(gè)主面10b與基臺(tái)40的主面40a的熱膨脹系數(shù)的差異。從而，能夠抑制由將半導(dǎo)體元件部10接合在基臺(tái)40上時(shí)的溫度與半導(dǎo)體激光元件動(dòng)作時(shí)的溫度的差異導(dǎo)致的在半導(dǎo)體元件部10的另一個(gè)主面10b上的變形的產(chǎn)生。其結(jié)果，能夠抑制半導(dǎo)體激光元件的元件特性的下降。此外，在第一實(shí)施方式中，基臺(tái)40的楊氏模量小于半導(dǎo)體元件部10的楊氏模量，從而能夠進(jìn)一步抑制在半導(dǎo)體元件部10的另一個(gè)主面10b上的變形的產(chǎn)生。
此外，在第一實(shí)施方式中，設(shè)置有在具有(1 — 100)面的主面30a的面內(nèi)方向中，在
方向具有最大的約4.7X10—6K—'的熱膨脹系數(shù)、并且在[11一20]方向具有最小的約4.3X10—SK—1的熱膨脹系數(shù)的支承基板30;和在具有(11一20)面的一個(gè)主面10a的面內(nèi)方向中，在[1 — 100]方向具有最大的約5.59X10—6K—左右的熱膨脹系 數(shù)、并在
方向具有最小的約3.17X10—6K—'左右的熱膨脹系數(shù) 的半導(dǎo)體元件部10，而且，以半導(dǎo)體元件部10的[I一IOO]方向與支 承基板30的
方向一致、并且半導(dǎo)體元件部10的
方 向與支承基板30的[11一20]方向?qū)嵸|(zhì)上一致的方式，通過(guò)焊料層23 將半導(dǎo)體元件部10的一個(gè)主面10a接合在支承基板30的主面30a上， 通過(guò)該結(jié)構(gòu)，能夠使半導(dǎo)體元件部10的一個(gè)主面10a的具有最大熱膨 脹系數(shù)的方向與支承基板30的主面30a的具有最大熱膨脹系數(shù)的方向 一致，因此，能夠減小半導(dǎo)體元件部10的一個(gè)主面10a與支承基板30 的主面30a的熱膨脹系數(shù)的差異。從而，能夠抑制由將半導(dǎo)體元件部 10接合在支承基板30上時(shí)的溫度與半導(dǎo)體激光元件動(dòng)作時(shí)的溫度的 差異導(dǎo)致的在半導(dǎo)體元件部10的一個(gè)主面10a上的變形的產(chǎn)生。其結(jié) 果，能夠抑制半導(dǎo)體激光元件的元件特性的下降。
此外，在第一實(shí)施方式中，通過(guò)使作為半導(dǎo)體元件部10的長(zhǎng)邊方 向的[I一IOO]方向的熱膨脹系數(shù)與支承基板30的
方向的熱 膨脹系數(shù)的差小于作為半導(dǎo)體元件部10的短邊方向的
方向的 熱膨脹系數(shù)與支承基板30的[11一20]方向的熱膨脹系數(shù)的差，能夠 有效地抑制在半導(dǎo)體元件部10的與半導(dǎo)體元件部10的短邊方向(寬 度方向)相比更容易產(chǎn)生變形的長(zhǎng)邊方向(長(zhǎng)度方向)上的變形的產(chǎn) 生。
此外，在第一實(shí)施方式中，通過(guò)以具有作為不存在接合支承基板 30與半導(dǎo)體元件部10的焯料層23的區(qū)域的空隙部60的方式構(gòu)成，能 夠利用該作為不存在焊料層23的區(qū)域的空隙部60，在半導(dǎo)體元件部 10的共振器面50的支承基板30側(cè)的端部附近，形成支承基板30與半 導(dǎo)體元件部10被分離的區(qū)域。由此，不同于與共振器面50的支承基 板30側(cè)的端部鄰接地設(shè)置焊料層23和支承基板30的情況，能夠不受 支承基板30的解理性的影響地解理半導(dǎo)體元件部10。從而，即使在由 6H—SiC構(gòu)成的支承基板30的與共振器面50平行的(0001)面沒(méi)有 解理性的情況下，也能夠提高半導(dǎo)體元件部10的解理面的平坦性。
此外，在第一實(shí)施方式中，通過(guò)以支承基板30和焊料層23具有 導(dǎo)電性的方式構(gòu)成，能夠通過(guò)具有導(dǎo)電性的焊料層23接合具有導(dǎo)電性
22的支承基板30的主面30a和半導(dǎo)體元件部10的一個(gè)主面10a，因此， 能夠電連接半導(dǎo)體元件部10和支承基板30。
此外，在第一實(shí)施方式中，通過(guò)以使半導(dǎo)體元件部10是包括發(fā)光 層13的半導(dǎo)體發(fā)光元件部的方式構(gòu)成，半導(dǎo)體元件部10能夠在同時(shí) 抑制在一個(gè)主面10a和另一個(gè)主面10b上的變形的產(chǎn)生的狀態(tài)下，分 別與支承基板30側(cè)和基臺(tái)40側(cè)接合，因此，能夠容易地抑制發(fā)光元 件部(半導(dǎo)體元件部IO)的元件特性的下降。
參照?qǐng)D3 圖15，說(shuō)明第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光元件的制造工 藝。其中，在圖7 圖11中表示與圖5為相同方向的截面圖，在圖13 圖15中表示與圖4為相同方向的截面圖。
首先，如圖7所示，在以向
方向側(cè)傾斜(才7 :misorient) 0.3°的(11_20)面為主面的GaN基板71的上表面上，形成由Si02 膜構(gòu)成的掩模72。該掩模72使用通常的光刻技術(shù)，將直徑約2"m的 開(kāi)口部72a形成為以約10um的間隔的周期具有三角柵格狀的圖案。 而且，利用GaN基板71和掩模72，構(gòu)成選擇生長(zhǎng)基底73。其中，GaN 基板71是本發(fā)明的"生長(zhǎng)用基板"的一個(gè)例子。
接著，使用有機(jī)金屬氣相外延(MOCVD)法，在選擇生長(zhǎng)基底 73的上表面上，在將GaN基板71保持為約IIOO'C的生長(zhǎng)溫度的狀態(tài) 下，依次生長(zhǎng)n型接觸層11和n型包覆層12。接著，在將GaN基板 71保持為約800。C的生長(zhǎng)溫度的狀態(tài)下，在n型包覆層12的上表面上 依次生長(zhǎng)發(fā)光層13、 p型導(dǎo)光層14和p型蓋層15。接著，在將GaN 基板71保持為約IIO(TC的生長(zhǎng)溫度的狀態(tài)下，在p型蓋層15的上表 面上，生長(zhǎng)具有約400nm的厚度的p型包覆層16。然后，在將GaN 基板71保持為約80(TC的生長(zhǎng)溫度的狀態(tài)下，在p型包覆層16的上表 面上，生長(zhǎng)p型接觸層17。之后，在將GaN基板71保持為約900°C 的溫度的狀態(tài)下，通過(guò)在N2氣氛中退火，使p型氮化物半導(dǎo)體層的受 體活化，得到規(guī)定的空穴濃度。
接著，使用真空蒸鍍法等，在p型接觸層17的上表面上，在依次 形成p側(cè)歐姆電極19和由具有約0.25 y m的厚度的Si02構(gòu)成的絕緣膜 20a之后，通過(guò)進(jìn)行圖案化，能夠得到圖8所示的形狀的p側(cè)歐姆電極 19和絕緣膜20a。其中，p側(cè)歐姆電極19，通過(guò)從p型接觸層17側(cè)開(kāi)
23始，疊層具有約5um的厚度的Pt層、具有約100um的厚度的Pd層、 具有約150nm的厚度的Au層而形成。
接著，如圖9所示，以絕緣膜20a作為掩模，通過(guò)進(jìn)行利用Cl2 類氣體的干蝕刻，除去p型接觸層17和p型包覆層16的一部分，從 而形成沿著[I一IOO]方向延伸的脊部18。該脊部18的寬度是約1.5 um，脊部18的高度是約380nm。接著，如圖IO所示，通過(guò)使用光刻 技術(shù)和干蝕刻技術(shù)，蝕刻發(fā)光層13、 p型導(dǎo)光層14、 p型蓋層15和p 型包覆層16的平坦部的一部分，從而將發(fā)光層13、 p型導(dǎo)光層14、 p 型蓋層15和p型包覆層16以具有約4.5 u m的寬度的方式進(jìn)行圖案化。
接著，如圖11所示，在以覆蓋n型包覆層12的上表面、發(fā)光層 13的側(cè)面、p型導(dǎo)光層14的側(cè)面、p型蓋層15的側(cè)面、p型包覆層16 的平坦部的側(cè)面、p型包覆層16的平坦部的上表面、脊部18的側(cè)面和 絕緣膜20a的上表面的方式，形成由具有約250nm的厚度的SiN構(gòu)成 的絕緣膜20之后，僅除去p側(cè)歐姆電極19上的絕緣膜20和20a。然 后，在p側(cè)歐姆電極19和絕緣膜20的上表面上，形成有從下層朝向 上層，由具有約100nm的厚度的Ti層、具有約100nm的厚度的Pd層 和具有約3um的厚度的Au層構(gòu)成的p側(cè)墊電極21。之后，在p側(cè)墊 電極21的上表面上，形成由具有約100nm的厚度的Si02構(gòu)成的絕緣 膜22。
此處，在第一實(shí)施方式中，如圖12所示，在支承基板30的主面 30a上，預(yù)先將焊料層23圖案化為沿著[11一20]方向延伸的條紋狀。 而且，以支承基板30的沿著[11一20]方向延伸的悍料層23的條紋 狀的圖案與沿著半導(dǎo)體元件部10的[I一IOO]方向延伸的脊部18正 交的方式，在支承基板30上貼附半導(dǎo)體元件部10。由此，以支承基板 30的
方向與半導(dǎo)體元件部10的[I一IOO]方向一致、并且支 承基板30的[11一20]方向與半導(dǎo)體元件部10的
方向?qū)嵸|(zhì) 上一致的方式，半導(dǎo)體元件部10的一個(gè)主面10a通過(guò)焊料層23被接 合在支承基板30的主面30a上。此外，在半導(dǎo)體元件部10與支承基 板30的接合(熔融)時(shí)，如圖13所示，以存在作為不存在焊料層23 的區(qū)域的空隙部60的方式接合。然后，通過(guò)干蝕刻技術(shù)除去選擇生長(zhǎng) 基底73，使n型接觸層11的與支承基板30相反的一側(cè)的整個(gè)面露出，
24從而得到圖14所示的形狀。
另外，在第一實(shí)施方式中，使用在支承基板30上圖案化為條紋狀 的焊料層23和半導(dǎo)體元件部10的脊部18，進(jìn)行支承基板30與半導(dǎo)體 元件部10的貼附時(shí)的對(duì)準(zhǔn)，但是也可以在支承基板30和選擇生長(zhǎng)基 底73上形成定向平面，并且以它們的定向平面一致的方式進(jìn)行貼附時(shí) 的對(duì)準(zhǔn)。具體地說(shuō)，在選擇生長(zhǎng)基底73上形成(1 — 100)面的定向平 面，并且在支承基板30上形成(0001)面的定向平面，從而，以選擇 生長(zhǎng)基底73的(I一IOO)面與支承基板30的(0001)面一致的方式， 進(jìn)行貼附時(shí)的對(duì)準(zhǔn)。
然后，在n型接觸層ll的背面，從n型接觸層ll側(cè)開(kāi)始，依次 形成n側(cè)歐姆電極、n側(cè)勢(shì)壘金屬和n側(cè)墊電極，從而形成n側(cè)電極 24。
然后，如圖12和圖15所示，在相對(duì)于支承基板30的主面30a垂 直的半導(dǎo)體元件部10的面上設(shè)置劃線槽(scribing groove)(未圖示)， 利用超聲波在半導(dǎo)體元件部10的(I一IOO)面進(jìn)行解理。
此處，在第一實(shí)施方式中，在成為解理面的區(qū)域的支承基板30側(cè) 的端部附近不存在焊料層23的區(qū)域，即在空隙部60的位置，沿著半 導(dǎo)體元件部10的解理面進(jìn)行半導(dǎo)體元件部10的解理。然后，通過(guò)以 約40um的寬度(L5)僅對(duì)支承基板30進(jìn)行分割，進(jìn)行半導(dǎo)體元件 部10的元件分割。
然后，在基臺(tái)40的主面40a的上表面上，以基臺(tái)40的長(zhǎng)邊方向 (箭頭E方向)與半導(dǎo)體元件部IO的脊部18延伸的方向(共振器方 向) 一致的方式，通過(guò)焊料層70接合半導(dǎo)體元件部10的另一個(gè)主面 10b，由此，在基臺(tái)40的主面40a上，以半導(dǎo)體元件部10的[1 — 100] 方向與箭頭E方向一致、并且半導(dǎo)體元件部10的
方向與箭頭 F方向?qū)嵸|(zhì)上一致的方式，通過(guò)焊料層70接合半導(dǎo)體元件部10的另一 個(gè)主面10b。這樣，形成圖3 圖5所示的第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光 元件。
(第二實(shí)施方式)
參照?qǐng)D16和圖17，在第二實(shí)施方式中，不同于上述第一實(shí)施方式， 對(duì)不使用支承基板的結(jié)構(gòu)的GaN類半導(dǎo)體激光元件進(jìn)行說(shuō)明。另外，
25在第二實(shí)施方式中，說(shuō)明在作為半導(dǎo)體元件的一個(gè)例子的GaN類半導(dǎo) 體激光元件中應(yīng)用了本發(fā)明的情況。此外，第二實(shí)施方式的GaN類半 導(dǎo)體激光元件的振蕩波長(zhǎng)是約410nm。
如圖16和圖17所示，第二實(shí)施方式的GaN類半導(dǎo)體激光元件包 括半導(dǎo)體元件部110和基臺(tái)140。其中，基臺(tái)140是本發(fā)明的"基體" 的一個(gè)例子。
半導(dǎo)體元件部110具有約100um的厚度，并且包括由摻雜有Si 的n型GaN構(gòu)成的n型GaN基板130。此外，n型GaN基板130具有 主面130a，該主面130a包括(11_22)面。此外，在n型GaN基板 130的兩側(cè)端部，形成有沿著[1 — 100]方向延伸，并且具有約0.5" m的深度和約20 tx m的寬度的階梯部131 。
在n型GaN基板130的基臺(tái)140側(cè)的表面上，形成有具有約400nm 的厚度，并且由摻雜有Si的n型Al。.。7Gao.93N構(gòu)成的n型包覆層111。 在n型包覆層111的基臺(tái)140側(cè)的表面上形成有活性層112。該活性層 112具有交替地疊層有由具有約20nm的厚度的非摻雜的InaQ2Ga。.98N 構(gòu)成的四層勢(shì)壘層、和由具有約3nm的厚度的非摻雜的Inai5Gaa85N構(gòu) 成的三層阱層的MQW結(jié)構(gòu)。其中，活性層112是本發(fā)明的"發(fā)光層" 的一個(gè)例子。
在活性層112的基臺(tái)140側(cè)的表面上，形成有具有約20nm的厚度， 并且由摻雜有Mg的p型Al。.16Gaa84N構(gòu)成的p型蓋層113。 p型蓋層 113的基臺(tái)140側(cè)的表面上，形成有具有凸部和凸部以外的平坦部，并 且由摻雜有Mg的p型Alo.07Gao.93N構(gòu)成的p型包覆層114。該p型包 覆層114的平坦部的厚度是約10nm，凸部的厚度是約330nm。此外， p型包覆層114的凸部具有約1.75ym的寬度，并且以從n型GaN基 板130的一個(gè)階梯部131的側(cè)面向中央部側(cè)隔開(kāi)約50um (圖17的 W4)的方式形成。
在p型包覆層114的凸部的上表面上，形成有具有約80nm的厚度， 并且由摻雜有Mg的p型Ino.o2Gao.98N構(gòu)成的p型接觸層115。由該p 型接觸層115和p型包覆層114的凸部構(gòu)成脊部116。該脊部116以沿 著[I一IOO]方向延伸的方式形成。
此外，在構(gòu)成脊部116的p型接觸層115的基臺(tái)140側(cè)的表面上，
26形成有從與基臺(tái)140相反的一側(cè)朝向基臺(tái)140側(cè)，由具有約5nm的厚 度的Pt層、具有約lOOnm的厚度的Pd層、和具有約150nm的厚度的 Au層構(gòu)成的p側(cè)歐姆電極117。在p側(cè)歐姆電極117的基臺(tái)140側(cè)的 表面以外的區(qū)域的表面上，形成有由具有約250nm的厚度的SiO2膜(絕 緣膜)構(gòu)成的電流狹窄層118。在電流狹窄層118的表面上的規(guī)定區(qū)域 中，以與p型歐姆電極117的基臺(tái)140側(cè)的表面接觸的方式，形成有 從與基臺(tái)140相反的一側(cè)朝向基臺(tái)140，由具有約100nm的厚度的Ti 層、具有約100nm的厚度的Pd層、和具有約3um的厚度的Au層構(gòu) 成的p側(cè)墊電極119。
此外，在n型GaN基板130的與基臺(tái)140相反的一側(cè)的表面上， 形成有由n側(cè)歐姆電極、n側(cè)勢(shì)壘金屬、n側(cè)墊電極構(gòu)成的n側(cè)電極120。
此外，在半導(dǎo)體元件部110，在沿著[I一IOO]方向延伸的脊部 116的兩個(gè)端部，形成有由(1 — 100)面和(一IIOO)面的解理面構(gòu)成 的共振器面110a。
此處，在第二實(shí)施方式中，半導(dǎo)體元件部IIO構(gòu)成為在具有(ll 一22)面的主面(半導(dǎo)體元件部110的p型接觸層115側(cè)的表面整體) 110b的面內(nèi)方向中，在作為長(zhǎng)邊方向的[I一IOO]方向具有最大的約 5.59X10—^^左右的熱膨脹系數(shù)，并且在作為短邊方向的與[1 — 100] 方向垂直的方向具有最小的約4X10_6K—'左右的熱膨脹系數(shù)。其中， 主面110b是本發(fā)明的"第一面"的一個(gè)例子。
此外，在第二實(shí)施方式中，基臺(tái)140具有導(dǎo)電性，并且由以(11 一20)面作為主面140a的單晶A1N構(gòu)成。此外，基臺(tái)140是具有約 300um的厚度、約1200 um的長(zhǎng)度和約800 um的寬度的長(zhǎng)方體。此 外，基臺(tái)140的長(zhǎng)度方向(長(zhǎng)邊方向)與[1 — 100]方向平行，寬度 方向(短邊方向)與
方向平行。此外，基臺(tái)140在主面140a 的面內(nèi)方向中，在[I一IOO]方向具有最小的約4.2X10—t—1的熱膨 脹系數(shù)，并且在
方向具有最大的約5.3X10—SK—1的熱膨脹系 數(shù)。此外，在基臺(tái)140的主面140a上，以基臺(tái)140的寬度方向(短邊 方向)與半導(dǎo)體元件部110的脊部116的延伸方向(共振器方向)一 致的方式，通過(guò)由AuSn等構(gòu)成的焊料層150，以下連接(junction-down) 方式接合半導(dǎo)體元件110的脊部116側(cè)的主面110b，由此，在基臺(tái)140
27的主面140a上，以半導(dǎo)體元件部110的[1 — 100]方向與基臺(tái)140的
方向一致的方式，通過(guò)焊料層150接合半導(dǎo)體元件部110的主面110b。其中，主面140a是本發(fā)明的"第二面"的一個(gè)例子，焊料層150是本發(fā)明的"接合層"的一個(gè)例子。
在第二實(shí)施方式中，如上所述，設(shè)置有在具有(11一22)面的主面110b的面內(nèi)方向中，在[I一IOO]方向具有最大的約5.59X 10_6K—1左右的熱膨脹系數(shù)、并且在與[1 — 100]方向垂直的方向具有最小的約4X10—^—左右的熱膨脹系數(shù)的半導(dǎo)體元件部110;和在具有(ll一20)面的主面140a的面內(nèi)方向中，在[I一IOO]方向具有最小的約4.2X10—^—'的熱膨脹系數(shù)、并且在
方向具有最大的約5.3X10—6K—'的熱膨脹系數(shù)的基臺(tái)140，而且，以半導(dǎo)體元件部110的熱膨脹系數(shù)最大的[I一IOO]方向與基臺(tái)140的熱膨脹系數(shù)最大的
的方向一致的方式，通過(guò)焊料層150將半導(dǎo)體元件部110的主面110b接合在基臺(tái)140的主面140a上，通過(guò)該結(jié)構(gòu)，能夠使半導(dǎo)體元件部110的主面110b的具有最大熱膨脹系數(shù)的方向與基臺(tái)140的主面140a的具有最大熱膨脹系數(shù)的方向一致，因此，能夠減小半導(dǎo)體元件部110的主面110b與基臺(tái)140的主面140a的熱膨脹系數(shù)的差異。由此，能夠抑制由將半導(dǎo)體元件部110接合在基臺(tái)140上時(shí)的溫度與GaN類半導(dǎo)體激光元件動(dòng)作時(shí)的溫度的差異導(dǎo)致的在半導(dǎo)體元件部110的主面110b上的變形的產(chǎn)生。其結(jié)果，能夠抑制GaN類半導(dǎo)體激光元件的元件特性的下降。
此外，在第二實(shí)施方式中，在n型GaN基板130的兩則端部形成沿著[I一IOO]方向延伸的階梯部131，從而能夠橫向生長(zhǎng)n型包覆層111，因此能夠抑制在由AlGaN構(gòu)成的n型包覆層111中的變形的產(chǎn)生及裂紋的易于產(chǎn)生，該變形和裂紋的產(chǎn)生的起因是由AlGaN構(gòu)成的n型包覆層111的晶格常數(shù)小于由GaN構(gòu)成的n型GaN基板130的晶格常數(shù)。
另外，第二實(shí)施方式的其它效果與上述第一實(shí)施方式相同。(第三實(shí)施方式)
參照?qǐng)D18和圖19，說(shuō)明第三實(shí)施方式的LED元件的結(jié)構(gòu)。另外，在第三實(shí)施方式中，說(shuō)明在作為半導(dǎo)體元件的一個(gè)例子的LED元件中
28應(yīng)用了本發(fā)明的情況。此外，第三實(shí)施方式的發(fā)光二極管元件的峰值
波長(zhǎng)是約480nm。
如圖18和圖19所示，第三實(shí)施方式的LED元件包括支承基板200 和LED元件部210。其中，支承基板200是本發(fā)明的"基體"的一個(gè) 例子，LED元件部210是本發(fā)明的"半導(dǎo)體元件部"的一個(gè)例子。
支承基板200具有約300 U m的厚度，并且形成為從平面觀察時(shí)一 邊具有約400 u m的長(zhǎng)度的正方形的形狀。此外，支承基板200由碳和 金屬的復(fù)合材料構(gòu)成，該碳和金屬的復(fù)合材料由浸滲有Al的石墨粒子 燒結(jié)體構(gòu)成。此外，支承基板200具有導(dǎo)電性。此處，支承基板200 以與石墨結(jié)晶面垂直的面成為支承基板200的主面200a，箭頭G方向 成為與石墨結(jié)晶面垂直的方向，箭頭H方向成為與石墨結(jié)晶面平行的 方向的方式被加工。從而，支承基板200在主面200a的面內(nèi)方向中， 在與石墨結(jié)晶面垂直的方向(箭頭G方向)具有最大的約7X10—6K—1 的熱膨脹系數(shù)，并且在與石墨結(jié)晶面平行的方向(箭頭H方向)具有 最小的約4X10—6K—i的熱膨脹系數(shù)。另外，作為碳和金屬的復(fù)合材料， 例如使用東洋碳素公司制造的MIC30A。其中，主面200a是本發(fā)明的 "第二面"的一個(gè)例子。
在支承基板200的主面200a的上表面上，形成有由具有約3um 的厚度的AuSn構(gòu)成的導(dǎo)電性的焊料層220。在焊料層220的上表面上， 形成有p側(cè)墊電極221和p側(cè)歐姆電極222。其中，焊料層220是本發(fā) 明的"接合層"的一個(gè)例子。
此處，在第三實(shí)施方式中，LED元件部210由具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)的 氮化物類半導(dǎo)體構(gòu)成。該LED元件部210具有主面210a，該主面210a 具有向
方向側(cè)傾斜(才7 :misorient)約0.3。的實(shí)質(zhì)上的(1 —100)面。此處，LED元件部210在具有(I一IOO)面的主面210a 的面內(nèi)方向中，在[11一20]方向具有最大的約5.59X10^K—1左右的 熱膨脹系數(shù)，并且在
方向具有最小的約3.17X10—6K—'左右的 熱膨脹系數(shù)。此外，在支承基板200的主面200a上，以支承基板200 的與石墨結(jié)晶面垂直的方向(箭頭G方向)與LED元件部210的[11 一20]方向一致、并且支承基板200的與石墨結(jié)晶面平行的方向(箭 頭H方向)與LED元件部210的
方向一致的方式，通過(guò)焊料層220接合LED元件部210的主面210a。其中，主面210a是本發(fā)明 的"第一面"的一個(gè)例子。
在p側(cè)歐姆電極222的上表面上，形成有具有約100nm的厚度， 并且由摻雜有Mg的GaN構(gòu)成的p型接觸層211。在p型接觸層211 的上表面上，形成有具有約20nm的厚度，并且由摻雜有Mg的 Alo.o5Gao.9sN構(gòu)成的蓋層212。在蓋層212的上表面上，形成有具有約 3nm的厚度，并且由摻雜有Si的Ina25Gao.75N構(gòu)成的單一量子阱發(fā)光層 213。在單一量子阱發(fā)光層213的上表面上，形成有具有約3um的厚 度，并且由摻雜有Si的GaN構(gòu)成的n型接觸層214。
此外，在n型接觸層214的上表面上，形成有n側(cè)透光性歐姆電 極223。在n側(cè)透光性歐姆電極223的上表面上的規(guī)定區(qū)域中，形成有 具有約125 u m的直徑的n側(cè)墊電極224。
另外，第三實(shí)施方式的效果與上述第一實(shí)施方式相同。 (第四實(shí)施方式)
參照?qǐng)D20和圖21，在該第四實(shí)施方式中，不同于上述第一實(shí)施方 式，說(shuō)明沒(méi)有使用支承基板的結(jié)構(gòu)的GaN類半導(dǎo)體激光元件。另外， 在第四實(shí)施方式中，說(shuō)明在作為半導(dǎo)體元件的一個(gè)例子的GaN類半導(dǎo) 體激光元件中應(yīng)用了本發(fā)明的情況。此外，第四實(shí)施方式的GaN類半 導(dǎo)體激光元件的振蕩波長(zhǎng)是約410nm。
如圖20和圖21所示，第四實(shí)施方式的GaN類半導(dǎo)體激光元件包 括半導(dǎo)體元件部310和基臺(tái)340。其中，基臺(tái)340是本發(fā)明的"基體" 的一個(gè)例子。
半導(dǎo)體元件部310包括具有約100um的厚度、并且由摻雜有Si 的n型的GaN構(gòu)成的n型GaN基板330。此外，n型GaN基板330具 有主面330a，該主面330a具有(I一IOO)面。脊部316以沿著
方向延伸的方式形成。此外，在半導(dǎo)體元件部310上，在沿著
方向延伸的脊部316的兩端部，形成有由(0001)面和(OOO — l)面 的解理面構(gòu)成的共振器面310a。半導(dǎo)體元件部310的長(zhǎng)度(共振器長(zhǎng)) Ll為約900u m，寬度Wl為約200u m。另外，半導(dǎo)體元件部310的 其它結(jié)構(gòu)與上述第二實(shí)施方式相同。
此處，在第四實(shí)施方式中，半導(dǎo)體元件部310構(gòu)成為在具有(1一IOO)面的主面310b的面內(nèi)方向中，在作為短邊方向的[一1一120] 方向具有最大的約5.59X 1(T6K—1左右的熱膨脹系數(shù)，并且在作為長(zhǎng)邊 方向的
方向具有最小的約3.17X10—SK—'左右的熱膨脹系數(shù)。 其中，主面310b是本發(fā)明"第一面"。
此外，在第四實(shí)施方式中，在n型GaN基板330的背面?zhèn)鹊某?從共振器面310a開(kāi)始的約10 y m的長(zhǎng)度L2的部分，形成有n側(cè)電極 120。即，n型GaN基板330的背面的形狀是長(zhǎng)方形，并且在共振器面 310a的附近不形成n側(cè)電極120，從而形成半導(dǎo)體元件部310的外觀， 使得能夠在主面310b的面內(nèi)區(qū)別熱膨脹系數(shù)最大的方向和熱膨脹系數(shù) 最小的方向。另外，半導(dǎo)體元件部310的其它結(jié)構(gòu)與上述第二實(shí)施方 式相同。
此外，在第四實(shí)施方式中，基臺(tái)340由碳和金屬的復(fù)合材料構(gòu)成， 該碳和金屬的復(fù)合材料由浸滲有A1的石墨粒子燒結(jié)體構(gòu)成。此外，基 臺(tái)340是具有約300 u m的厚度、約1200 " m的長(zhǎng)度L4和約800 u m 的寬度W3的長(zhǎng)方體。此外，基臺(tái)340的長(zhǎng)邊方向與箭頭F方向平行， 短邊方向與箭頭E方向平行。此處，基臺(tái)340以與石墨結(jié)晶面垂直的 面成為基臺(tái)340的主面340a、箭頭E方向成為與石墨結(jié)晶面垂直的方 向的方式被加工，并且以箭頭F方向成為與石墨結(jié)晶面平行的方向的 方式被加工。從而，基臺(tái)340在主面340a的面內(nèi)方向中，在與石墨結(jié) 晶面垂直的方向(箭頭E方向)具有最大的約7X10^K—'的熱膨脹系 數(shù)，并且在與石墨結(jié)晶面平行的方向(箭頭F方向)具有最小的約4 X10—eK^的熱膨脹系數(shù)。
此外，在第四實(shí)施方式中，在基臺(tái)340的主面340a上形成有由 AuSn等構(gòu)成的AuSn等構(gòu)成的焊料層150。在焊料層150上形成有具 有約200um的寬度W4和約50ym的長(zhǎng)度L5的長(zhǎng)方形的切口。艮口 ， 基臺(tái)340的主面340a的形狀是長(zhǎng)方形，并且在焊料層150上形成有長(zhǎng) 方形的切口，從而形成基臺(tái)340的外觀，使得能夠在主面340a的面內(nèi) 區(qū)別熱膨脹系數(shù)最大的方向和熱膨脹系數(shù)最小的方向。
此外，在第四實(shí)施方式中，在基臺(tái)340的主面340a上，以基臺(tái)340 的短邊方向與半導(dǎo)體元件部310的脊部316的延伸方向(共振器方向) 一致的方式，通過(guò)焊料層150以下連接方式接合半導(dǎo)體元件部310的
31脊部316側(cè)的主面310b。由此，在基臺(tái)340的主面340a上，以半導(dǎo)體 元件部310的
方向與基臺(tái)340的F方向一致的方式，通過(guò)焊 料層150接合半導(dǎo)體元件部310的主面310b。其中，主面340a是本發(fā) 明的"第二面" 一個(gè)例子，焊料層150是本發(fā)明的"接合層"的一個(gè) 例子。
在第四實(shí)施方式中，如上所述，設(shè)置有在具有(I一IOO)面的 主面310b的面內(nèi)方向中，在[一1一120]方向具有最大的約5.59X10 —KT'左右的熱膨脹系數(shù)、并且在
方向具有最小的約3.17X10 —6K—'左右的熱膨脹系數(shù)的半導(dǎo)體元件部310;和在F方向具有最小的 約4X1(T6K—1的熱膨脹系數(shù)、并且在E方向具有最大的約7X10—6K—' 的熱膨脹系數(shù)的基臺(tái)340，而且，以半導(dǎo)體元件部310的熱膨脹系數(shù)最 小的
方向與基臺(tái)340的熱膨脹系數(shù)最小的F方向一致的方式， 通過(guò)焊料層150將半導(dǎo)體元件部310的主面310b接合在基臺(tái)340的主 面340a上，通過(guò)該結(jié)構(gòu)，能夠使半導(dǎo)體元件部310的主面310b的具 有最小熱膨脹系數(shù)的方向與基臺(tái)340的主面340a的具有最小熱膨脹系 數(shù)的方向一致，因此，能夠減小半導(dǎo)體元件部310的主面310b與基臺(tái) 340的主面340a的熱膨脹系數(shù)的差異。
此外，在第四實(shí)施方式中，通過(guò)使得作為半導(dǎo)體元件部310的長(zhǎng) 邊方向的
方向的熱膨脹系數(shù)與基臺(tái)340的F方向的熱膨脹系 數(shù)的差小于作為半導(dǎo)體元件部310的短邊方向的[一1_120]方向的 熱膨脹系數(shù)與基臺(tái)340的E方向的熱膨脹系數(shù)的差，能夠有效地抑制 在比半導(dǎo)體元件部310的短邊方向(寬度方向)更易于產(chǎn)生變形的長(zhǎng) 邊方向(長(zhǎng)度方向)上的變形的產(chǎn)生。
另外，第四實(shí)施方式的其它效果與上述第一實(shí)施方式相同。
另外，本次公開(kāi)的實(shí)施方式應(yīng)該被理解為所有的內(nèi)容只是例示 而并不是限制。本發(fā)明的范圍并不是由上述實(shí)施方式的說(shuō)明內(nèi)容表示， 而是由權(quán)利要求的范圍表示，還包括與權(quán)利要求的范圍均等的意義和 范圍內(nèi)的所有變更。
例如，在上述第一 第四實(shí)施方式中表示了在半導(dǎo)體激光元件和 發(fā)光二極管元件中應(yīng)用本發(fā)明的例子，但本發(fā)明并不限定于此，還能 夠應(yīng)用在其它的半導(dǎo)體元件中。
32此外，在上述第一 第四實(shí)施方式中，表示了使用氮化物類半導(dǎo)
體作為半導(dǎo)體元件部和LED元件部的材料的例子，但本發(fā)明并不限定 于此，作為半導(dǎo)體元件部和LED元件部的材料，也可以使用ZnO等的 具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。
此外，在上述第一 第四實(shí)施方式中，表示了使用SiC、碳和金屬 的復(fù)合材料等作為根據(jù)面內(nèi)方向的不同而具有不同的熱膨脹系數(shù)的材 料的例子，但本發(fā)明并不限定于此，也可以使用通過(guò)具有斜方晶、正 方晶和六方晶等結(jié)晶結(jié)構(gòu)，從而根據(jù)面內(nèi)方向的不同具有不同的熱膨 脹系數(shù)的材料。
此外，在上述第一 第四實(shí)施方式中，表示了使用(11—20)面 或者(I一IOO)面等作為主面的例子，但本發(fā)明并不限定于此，作為 主面，可以使用(H、 K、 一H—K、 0)面，也可以使用從(H、 K、— H—K、 0)面傾斜幾度的程度的面。
此外，在上述第一 第四實(shí)施方式中，表示了使用由AuSn等構(gòu)成 的焊料層作為接合層的例子，但本發(fā)明并不限定于此，作為接合層， 也可以使用由AuSn以外的材料構(gòu)成的焊料層。例如，作為接合層，可 以使用由InSn、 SnAgCu、 SnAgBi、 SnAgCuBi、 SnAgBiln、 SnZn、 SnCu、 SnBi和SnZnBi等構(gòu)成的焊料。此外，也可以使用導(dǎo)電性膏等材料作為 接合層。
權(quán)利要求
1. 一種半導(dǎo)體元件，其特征在于，包括具有第一面，并且在所述第一面的面內(nèi)方向中包括具有不同的熱膨脹系數(shù)的多個(gè)方向的半導(dǎo)體元件部；和具有第二面，并且在所述第二面的面內(nèi)方向中包括具有不同的熱膨脹系數(shù)的多個(gè)方向，而且，所述第二面與所述半導(dǎo)體元件部的第一面接合的基體，以所述半導(dǎo)體元件部的第一面中的熱膨脹系數(shù)最大的方向，相比于所述基體的第二面中的熱膨脹系數(shù)最小的方向更靠近最大的方向一側(cè)的方式，所述半導(dǎo)體元件部相對(duì)于所述基體被接合。
2. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于所述半導(dǎo)體元件部的第一面的面內(nèi)方向中的熱膨脹系數(shù)最大的方向與所述基體的第二面的面內(nèi)方向中的熱膨脹系數(shù)最大的方向?qū)嵸|(zhì)上一致。
3. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于在所述半導(dǎo)體元件部的第一面的面內(nèi)方向中的最大熱膨脹系數(shù)和最小熱膨脹系數(shù)分別是a el和a ES、所述基體的第二面的面內(nèi)方向中的最大熱膨脹系數(shù)和最小熱膨脹系數(shù)分別是a sl和a ss的情況下，在所述基體與所述半導(dǎo)體元件部的各方向的熱膨脹系數(shù)間，至少a sl》a el> a ss或者a sl> a es> a ss或者a el> a sl> a es或者a el> a ss》a ES中的任一種關(guān)系成立。
4. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于在所述半導(dǎo)體元件部的第一面的面內(nèi)方向中的最大熱膨脹系數(shù)和最小熱膨脹系數(shù)分別是a el和a ES、所述基體的第二面的面內(nèi)方向中的最大熱膨脹系數(shù)和最小熱膨脹系數(shù)分別是a sl和a ss的情況下，在所述基體與所述半導(dǎo)體元件部的各方向的熱膨脹系數(shù)間，a a〉a ss》a el〉 a es或者a el〉 a es》a sl> a ss的關(guān)系成立。
5. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于在所述半導(dǎo)體元件部的第一面中的最大熱膨脹系數(shù)和最小熱膨脹系數(shù)分別是aEL和aES、所述基體的第二面中的最大熱膨脹系數(shù)和最小熱膨脹系數(shù)分別是asL和ass的情況下，如果I a SL— a EL I > I a ss— a ES | ，則所述半導(dǎo)體元件部的第一面以長(zhǎng)邊方向的熱膨脹系數(shù)成為aES的方式形成為長(zhǎng)方形，如果I a SL— a EL I < I a ss— a ES | ，則所述半導(dǎo)體元件部的第一面以長(zhǎng)邊方向的熱膨脹系數(shù)成為a el的方式形成為長(zhǎng)方形。
6. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述半導(dǎo)體元件部的外觀形成為能夠區(qū)別所述半導(dǎo)體元件部的第一面的面內(nèi)方向中的熱膨脹系數(shù)最大的方向和所述半導(dǎo)體元件部的第一面的面內(nèi)方向中的熱膨脹系數(shù)最小的方向。
7. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于所述半導(dǎo)體元件部的所述第一面的形狀形成為大致長(zhǎng)方形。
8. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于所述半導(dǎo)體元件部的外觀形成為能夠區(qū)別所述基體的第二面的面內(nèi)方向中的熱膨脹系數(shù)最大的方向和所述基體的第二面的面內(nèi)方向中的熱膨脹系數(shù)最小的方向。
9. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于所述半導(dǎo)體元件部包括半導(dǎo)體層，該半導(dǎo)體層具有所述第一面，并且具有六方晶結(jié)構(gòu)或者纖鋅礦結(jié)構(gòu)，在H和K中的至少任一方為非0的整數(shù)的情況下，所述第一面實(shí)質(zhì)上是(H、 K、 —H—K、 0)面。
10. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于-還包括用于接合所述基體的第二面和所述半導(dǎo)體元件部的第一面的接合層。
11. 如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于 所述基體和所述接合層都具有導(dǎo)電性。
12. 如權(quán)利要求IO所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于 所述接合層設(shè)置在與所述半導(dǎo)體元件部的共振器面在共振器的延伸方向上隔開(kāi)規(guī)定的距離的區(qū)域中。
13. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于 所述基體的楊氏模量小于所述半導(dǎo)體元件部的楊氏模量。
14. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于 所述半導(dǎo)體元件部是包括發(fā)光層的半導(dǎo)體發(fā)光元件部。
15. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于-所述基體是基臺(tái)。
16. —種半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于，包括 形成具有第一面并且在所述第一面的面內(nèi)方向中包括具有不同的熱膨脹系數(shù)的多個(gè)方向的半導(dǎo)體元件部的工序；和在具有第二面并且在所述第二面的面內(nèi)方向中包括具有不同的熱膨脹系數(shù)的多個(gè)方向的基體的所述第二面上，以所述第一面中的熱膨 脹系數(shù)最大的方向，相比于所述第二面中的熱膨脹系數(shù)最小的方向更 靠近最大的方向一側(cè)的方式，接合所述半導(dǎo)體元件部的所述第一面的 工序。
17. 如權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于 形成所述半導(dǎo)體元件部的工序包括，在生長(zhǎng)用基板的表面上，生長(zhǎng)在所述第一面的面內(nèi)方向中包括具有不同的熱膨脹系數(shù)的多個(gè)方向的所述半導(dǎo)體元件部的工序，該生長(zhǎng)用基板在面內(nèi)方向中包括具有不 同的熱膨脹系數(shù)的多個(gè)方向。
18. 如權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于 在所述基體的所述第二面上接合所述半導(dǎo)體元件部的所述第一面的工序包括，以使在形成所述半導(dǎo)體元件部的工序中形成在生長(zhǎng)用基 板上的所述半導(dǎo)體元件部側(cè)與所述基體相對(duì)的方式進(jìn)行接合的工序，還包括在所述基體的所述第二面上接合所述半導(dǎo)體元件部的所述 第一面的工序之后，除去所述生長(zhǎng)用基板的工序，所述基體是支承基板。
19. 如權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于在所述半導(dǎo)體元件部的第一面中的最大熱膨脹系數(shù)和最小熱膨脹 系數(shù)分別是ciEL和aES、所述基體的第二面中的最大熱膨脹系數(shù)和最小熱膨脹系數(shù)分別是asL和ass的情況下，形成具有所述第一面的所述半導(dǎo)體元件部的工序包括下述工序 如果I a sl— a EL I 〉 I a ss— a ES | ，則以長(zhǎng)邊方向的熱膨脹系數(shù)成為a ES的方式將所述半導(dǎo)體元件部的第一面形成為長(zhǎng)方形，如果I a SL— a EL I < I a ss— a ES | ，則以長(zhǎng)邊方向的熱膨脹系 數(shù)成為a El的方式將所述半導(dǎo)體元件部的第一面形成為長(zhǎng)方形。
20. 如權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于 在所述半導(dǎo)體元件部的第一面中的最大熱膨脹系數(shù)和最小熱膨脹系數(shù)分別是ciEL和aES、所述基體的第二面中的最大熱膨脹系數(shù)和最小熱膨脹系數(shù)分別是asL和ass的情況下，在所述基體的第二面上接合所述半導(dǎo)體元件部的第一面的工序包 括，以在所述基體與所述半導(dǎo)體元件部的各方向的熱膨脹系數(shù)間，至少a sl》a el> a ss或者a sl〉 a es》a ss或者a el》a sl〉 a es或者a EL〉 a ss》a ES中的任一種關(guān)系成立的方式，使所述基體的第二面的面內(nèi)方向與所述半導(dǎo)體元件部的第一面的面內(nèi)方向相匹配地進(jìn)行接合的 工序。
全文摘要
本發(fā)明提供半導(dǎo)體元件和其制造方法。即使在半導(dǎo)體元件部在面內(nèi)方向中包括具有不同的熱膨脹系數(shù)的多個(gè)方向的情況下，也能夠抑制元件特性的下降。該半導(dǎo)體激光元件(半導(dǎo)體元件)包括在主面的面內(nèi)方向中包括熱膨脹系數(shù)不同的[1-100]方向和
方向的半導(dǎo)體元件部；以及在主面的面內(nèi)方向中包括熱膨脹系數(shù)不同的箭頭E方向和箭頭F方向的基臺(tái)。而且，以半導(dǎo)體元件部的[1-100]方向，相比于基臺(tái)的箭頭F方向更靠近箭頭E方向一側(cè)的方式，半導(dǎo)體元件部相對(duì)于基臺(tái)被接合。
文檔編號(hào)H01S5/022GK101501947SQ20078002976
公開(kāi)日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2007年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月11日
發(fā)明者畑雅幸, 野村康彥 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社