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技術 半導体発光素子及びその製造方法

出願人 スタンレー電気株式会社
発明者 ラコフィリップ高島啓次郎横林裕介
出願日 2016年2月23日 (4年8ヶ月経過) 出願番号 2016-031656
公開日 2017年8月31日 (3年2ヶ月経過) 公開番号 2017-152460
状態 特許登録済
技術分野 半導体レーザ
主要キーワード 応力集中部分 尖端形状 ライン電極間 ブレイキング 半導体構造層 省消費電力 n型半導体 半導体層積層体
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (12)

課題

極性面上に形成され、高い平行度平滑性を備えた共振器端面を有する半導体構造層を有し、閾値電流が大幅に低減された半導体発光素子及びその製造方法を提供する。

解決手段

半導体構造層12の表面から半導体基板11に向かって窪み、複数のライン電極13の伸張方向に垂直な方向に沿って整列して伸張する複数のガイド溝を形成する工程と、複数のガイド溝の各々に、ガイド溝の底面から半導体基板に向かって窪み、ガイド溝の伸張方向に沿って伸張するスクライブ溝を形成する工程と、複数のガイド溝に沿って半導体ウェハを分割する工程と、を含み、ガイド溝及びスクライブ溝は、スクライブ溝の伸張方向において互いの方向に内壁が突き出た端部形状を有するように形成される。

概要

背景

半導体発光素子は、通常、成長用基板上に、n型半導体層、活性層及びp型半導体層からなる半導体構造層成長し、それぞれn型半導体層及びp型半導体層に電圧印加するn電極及びp電極を形成して作製される。また、例えば、半導体構造層が共振器を構成する半導体レーザが知られている。

特許文献1には、半極性面上にエピタキシャル層が設けられた生産基板スクライブライン上に割断ガイド溝を形成するステップと、当該スクライブラインに沿って当該生産基板を割断するステップとを含む半導体レーザ素子の製造方法が開示されている。特許文献2には、半極性主面を有する支持基体及び当該支持基体上に設けられたレーザ構造体を備えた半導体レーザ素子が開示されている。また、特許文献3には、基板及び当該基板の上に形成された半導体層積層体切り出したチップを備えた半導体レーザ装置が開示されている。

概要

半極性面上に形成され、高い平行度平滑性を備えた共振器端面を有する半導体構造層を有し、閾値電流が大幅に低減された半導体発光素子及びその製造方法を提供する。半導体構造層12の表面から半導体基板11に向かって窪み、複数のライン電極13の伸張方向に垂直な方向に沿って整列して伸張する複数のガイド溝を形成する工程と、複数のガイド溝の各々に、ガイド溝の底面から半導体基板に向かって窪み、ガイド溝の伸張方向に沿って伸張するスクライブ溝を形成する工程と、複数のガイド溝に沿って半導体ウェハを分割する工程と、を含み、ガイド溝及びスクライブ溝は、スクライブ溝の伸張方向において互いの方向に内壁が突き出た端部形状を有するように形成される。

目的

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、半極性面上に形成され、高い平行度と平滑性を備えた共振器端面を有する半導体構造層を有し、閾値電流が大幅に低減された半導体発光素子及びその製造方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

半導体基板の半極性面上に形成された半導体構造層を有する半導体ウェハにおいて、前記半導体構造層上に、互いに平行にかつ直線状に複数のライン電極を形成する工程と、前記複数のライン電極間において前記半導体構造層の表面から前記半導体基板に向かって窪み、前記複数のライン電極の伸張方向に垂直な方向に沿って整列して伸張する複数のガイド溝を形成する工程と、前記複数のガイド溝の各々に、前記ガイド溝の底面から前記半導体基板に向かって窪み、前記ガイド溝の伸張方向に沿って伸張するスクライブ溝を形成する工程と、前記複数のガイド溝に沿って前記半導体ウェハを分割する工程と、を含み、前記ガイド溝及び前記スクライブ溝は、前記スクライブ溝の伸張方向において互いの方向に内壁が突き出た端部形状を有するように形成されることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。

請求項2

前記ガイド溝は、前記スクライブ溝の端部に向かって内壁が突出した第1の尖端部を有し、前記スクライブ溝は、前記第1の尖端部に向かって内壁が突出した第2の尖端部を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子の製造方法。

請求項3

前記第1及び第2の尖端部は、前記スクライブ溝の伸張方向において互いに頂点が向かい合うV字形状を有することを特徴とする請求項2に記載の半導体発光素子の製造方法。

請求項4

前記ガイド溝は、前記スクライブ溝の端部に向かって内壁が突出したU字形状突端部を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子の製造方法。

請求項5

前記半導体基板は、(20−2−1)面を前記半極性面として有する六方晶系半導体からなることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載の半導体発光素子の製造方法。

請求項6

前記ライン電極の伸張方向に沿って前記半導体ウェハを切断し、前記半導体ウェハを半導体発光素子毎に個片化する工程を含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1つに記載の半導体発光素子の製造方法。

請求項7

半極性面を有する半導体基板と、前記半極性面上に形成され、互いに対向する端面によって共振器を構成する半導体構造層と、前記半導体構造層上において前記互いに対向する端面間に線状に伸張するライン電極と、前記互いに対向する端面の各々において前記半導体構造層の表面から前記半導体基板に向かって凹み、前記ライン電極の側部から前記互いに対向する端面の各々に沿って伸張する第1の凹部と、前記互いに対向する端面の各々において前記第1の凹部の底面に形成され、前記互いに対向する端面の各々に沿って伸張する第2の凹部と、を有し、前記第1及び第2の凹部は、前記端面の面内方向において互いの方向に内壁が突き出た端部形状を有することを特徴とする半導体発光素子。

請求項8

前記第1の凹部は、前記第2の凹部の端部に向かって内壁が突出した第1の尖端部を有し、前記第2の凹部は、前記第1の尖端部に向かって内壁が突出した第2の尖端部を有することを特徴とする請求項7に記載の半導体発光素子。

請求項9

前記第1及び前記第2の尖端部は、前記端面において互いに頂点が向かい合うV字形状を有することを特徴とする請求項8に記載の半導体発光素子。

請求項10

前記第1の凹部は、前記第2の凹部の端部に向かって内壁が突出したU字形状の突端部を有することを特徴とする請求項7に記載の半導体発光素子。

請求項11

前記第1の凹部の底部は前記半導体基板内に達していることを特徴とする請求項7乃至10に記載の半導体発光素子。

請求項12

前記半導体基板は、(20−2−1)面を前記半極性面として有する六方晶系半導体からなることを特徴とする請求項7乃至11のいずれか1つに記載の半導体発光素子。

技術分野

0001

本発明は、半導体発光素子及びその製造方法に関する。

背景技術

0002

半導体発光素子は、通常、成長用基板上に、n型半導体層、活性層及びp型半導体層からなる半導体構造層成長し、それぞれn型半導体層及びp型半導体層に電圧印加するn電極及びp電極を形成して作製される。また、例えば、半導体構造層が共振器を構成する半導体レーザが知られている。

0003

特許文献1には、半極性面上にエピタキシャル層が設けられた生産基板スクライブライン上に割断ガイド溝を形成するステップと、当該スクライブラインに沿って当該生産基板を割断するステップとを含む半導体レーザ素子の製造方法が開示されている。特許文献2には、半極性主面を有する支持基体及び当該支持基体上に設けられたレーザ構造体を備えた半導体レーザ素子が開示されている。また、特許文献3には、基板及び当該基板の上に形成された半導体層積層体切り出したチップを備えた半導体レーザ装置が開示されている。

先行技術

0004

特許第5451724号明細書
特開2011-211244号公報
特開2008-060478号公報

発明が解決しようとする課題

0005

半導体発光素子は、電極から素子内に注入された電子正孔ホール)とが活性層において再結合することによって発光する。また、例えば半導体レーザなどの共振器構造を有する半導体発光素子は、半導体構造層の互いに対向する端面が共振器を構成する。例えば、半導体レーザの発振閾値下げることを考慮すると、この対向する2つの端面が平行かつ平滑な面で、共に活性層とは垂直に形成されていることが求められる。

0006

また、上記した特許文献に記載されているように、例えば六方晶系半導体材料を用いて発光素子を作製する場合、成長用基板の半極性面を結晶成長面とし、当該半極性面上に半導体構造層を成長することが知られている。半極性面に成長された半導体構造層を用いると、例えば極性面であるc面((0001)面)上に成長された半導体構造層を用いる場合に比べて発光層内における内部電界の発生による発光効率の低下が抑制され、発光効率を向上させることができるからである。従って、半極性面上に成長された半導体構造層を用いて発光素子を作製すると閾値電流を下げることができる。

0007

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、半極性面上に形成され、高い平行度平滑性を備えた共振器端面を有する半導体構造層を有し、閾値電流が大幅に低減された半導体発光素子及びその製造方法を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0008

本発明による半導体発光素子の製造方法は、半導体基板の半極性面上に形成された半導体構造層を有する半導体ウェハにおいて、半導体構造層上に、互いに平行にかつ直線状に複数のライン電極を形成する工程と、複数のライン電極間において半導体構造層の表面から半導体基板に向かって窪み、複数のライン電極の伸張方向に垂直な方向に沿って整列して伸張する複数のガイド溝を形成する工程と、複数のガイド溝の各々に、ガイド溝の底面から半導体基板に向かって窪み、ガイド溝の伸張方向に沿って伸張するスクライブ溝を形成する工程と、複数のガイド溝に沿って半導体ウェハを分割する工程と、を含み、ガイド溝及びスクライブ溝は、スクライブ溝の伸張方向において互いの方向に内壁が突き出た端部形状を有するように形成されることを特徴としている。

0009

また、本発明による半導体発光素子は、半極性面を有する半導体基板と、半極性面上に形成され、互いに対向する端面によって共振器を構成する半導体構造層と、半導体構造層上において互いに対向する端面間に線状に伸張するライン電極と、互いに対向する端面の各々において半導体構造層の表面から半導体基板に向かって凹み、ライン電極の側部から互いに対向する端面の各々に沿って伸張する第1の凹部と、互いに対向する端面の各々において第1の凹部の底面に形成され、互いに対向する端面の各々に沿って伸張する第2の凹部と、を有し、第1及び第2の凹部は、端面の面内方向において互いの方向に内壁が突き出た端部形状を有することを特徴としている。

図面の簡単な説明

0010

(a)は実施例1に係る半導体発光素子の模式的な斜視図であり、(b)は実施例1に係る半導体発光素子の断面図である。
(a)は実施例1に係る半導体発光素子における基板の結晶成長面を模式的に示す図であり、(b)は実施例1に係る半導体発光素子の上面図である。
(a)及び(b)はそれぞれ実施例1に係る半導体発光素子における共振器端面の部分的な側面図及び上面図であり、(c)は実施例1に係る半導体発光素子の共振器長方向に沿った断面図である。
実施例1に係る半導体発光素子の製造方法を示すフロー図である。
(a)は実施例1に係る半導体発光素子の製造途中におけるウェハの模式的な上面図であり、(b)は実施例1に係る半導体発光素子の製造途中におけるウェハの部分的な断面図である。
(a)は実施例1に係る半導体発光素子の製造途中におけるウェハの模式的な上面図であり、(b)は実施例1に係る半導体発光素子の製造途中におけるウェハの部分的な断面図である。
(a)は実施例1に係る半導体発光素子の製造途中におけるウェハの模式的な拡大上面図であり、(b)は実施例1に係る半導体発光素子の製造完了時における模式的な上面図である。
(a)は実施例1に係る半導体発光素子の製造方法における分割ステップを模式的に示す図であり、(b)は実施例1に係る半導体発光素子の製造途中におけるガイド溝及びスクライブ溝を拡大して示す上面図である。
実施例1に係る半導体発光素子の製造途中における分割ステップ直後のウェハの上面の観察画像である。
(a)は実施例1の変形例1に係る半導体発光素子の製造途中におけるウェハの模式的な上面図であり、(b)は実施例1の変形例1に係る半導体発光素子の模式的な上面図である。
(a)は実施例1の変形例2に係る半導体発光素子の製造途中におけるウェハの模式的な上面図であり、(b)は実施例1の変形例2に係る半導体発光素子の模式的な上面図である。

0011

以下に本発明の実施例について詳細に説明する。本明細書においては、同一の構成要素に同一の参照符号を付している。

0012

図1(a)は、実施例1の半導体発光素子10の斜視図である。半導体発光素子10は、半導体基板(以下、単に基板と称する場合がある)11上に半導体構造層12が形成された構造を有している。本実施例においては、半導体発光素子10は、六方晶系の半導体材料からなる。例えば、半導体発光素子10は、GaNの組成を有する基板11上に、AlxInyGa1-x-yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)の組成を有する半導体構造層12が積層された構造を有する。

0013

基板11は、半極性面11Sを結晶成長面として有する。すなわち、本実施例においては、基板11は、半極性面11Sの主面を有する半極性基板である。半導体構造層12は、基板11の半極性面11S上に形成されている。また、図1(a)に示すように、半導体構造層12は、互いに対向する端面12A及び12Bを有する。半導体構造層12は、互いに対向する端面12A及び12Bによって共振器を構成する。本実施例においては、端面12A及び12Bは、基板11及び半導体構造層12の分割面として形成されている。

0014

半導体構造層12上には、互いに対向する端面12A及び12B間に亘って直線状に形成されたライン電極(第1の電極)13が形成されている。また、基板11の結晶成長面(半極性面11S)とは反対側の主面上には、裏面電極(第2の電極)14が形成されている。なお、本実施例においては、ライン電極13上にパッド電極(図示せず)が形成され、パッド電極及び裏面電極14は電源(図示せず)に接続される。

0015

また、図1(a)に示すように、半導体発光素子10は、各端面12A及び12Bに沿って半導体構造層12から基板11に向かって形成された第1の凹部15を有する。また、半導体発光素子10は、各端面12A及び12Bに沿って第1の凹部15から基板11に向かって形成された第2の凹部16を有する。第1及び第2の凹部15及び16は、ライン電極13を挟んでライン電極13の両側に形成されている。

0016

図1(b)は、半導体発光素子10の断面図である。図1(b)は、図1(a)のV−V線に沿った断面図である。図1(b)に示すように、本実施例においては、半導体構造層12は、基板11の半極性面11S上に、第1のクラッド層CL1、第1の光ガイド層GU1、活性層AC、キャリアブロック層CB、第2の光ガイド層GU2及び第2のクラッド層CL2が順次積層された構造を有する。

0017

また、半導体構造層12は、半導体構造層12の表面12Sから突出したリッジ部12Rを有する。本実施例においては、リッジ部12Rは、第2のクラッド層CL2の他の表面よりも突出した部分である。ライン電極13は、リッジ部12R上に形成されている。リッジ部12R及びライン電極13は、半導体構造層12内に流れる電流を、ライン電極13の直下の活性層ACの領域に狭窄する(集中させる)機能を有している。半導体構造層12に印加された電流は、ライン電極13及びリッジ部12Rの近傍の活性層ACの部分に狭窄されて流れる。

0018

図2(a)は、基板11の結晶成長面である半極性面11Sを模式的に示す図である。本実施例においては、基板11の半極性面11Sは、(20−2−1)面である。図2(a)は、半極性面11S((20−2−1)面)の極性面((0001)面、c面)及び非極性面((−1010)面及び(0−110)面、m面)との関係を模式的に示す図である。図2(a)に示すように、本実施例における半極性面11Sは、c面及びm面に対して傾斜した結晶面であり、半極性を有する面である。半導体構造層12は、この半極性面11S上に成長されている。

0019

図2(b)は、半導体発光素子10の上面図である。なお、図2(b)は、半導体発光素子10を半極性面11Sに垂直な方向から見たときの平面図である。まず、図2(b)に示すように、端面12A及び12Bは、互いに平行に形成されている。また、本実施例においては、リッジ部12Rは端面12Aから端面12Bに伸張している。また、ライン電極13はリッジ部12Rに沿って端面12A及び12B間に伸張している。リッジ部12R及びライン電極13の伸張方向(長手方向)は、端面12A及び12Bに垂直な方向である。

0020

ここで、半極性面11Sを(20−2−1)面とした場合、リッジ部12R及びライン電極13は、共振器長方向RDが半導体基板11のc軸方向([0001]方向)と平行となるように形成することが好ましい。換言すれば、図2(b)に示すように、共振器長方向RDを半導体基板11のa軸方向([0100]方向)と垂直な方向とすることが好ましい。

0021

半導体構造層12は、活性層ACにおいて放出された光が、互いに対向する端面12A及び12B間において共振するように構成されている。半導体構造層12の共振器構造の長さは端面12A及び12B間の距離に対応し、共振器構造の幅はリッジ部12R又はライン電極13の幅に対応する。また、図2(b)に示すように、半導体構造層12が構成する共振器の共振器長方向RDは、リッジ部12R及びライン電極13の伸張方向に平行な方向である。また、図2(b)に示すように、第1の凹部15は、リッジ部12Rの側部から端面12A及び12Bに沿って伸張している。また、第2の凹部16は、第1の凹部15内において端面12A及び12Bに沿って伸張している。

0022

図3(a)は、半導体発光素子10の端面12Aを示す側面図である。なお、図3(a)は、半導体発光素子10の端面12Aを含む側面において、その一部のみを示している。図3(a)に示すように、本実施例においては、第1の凹部15は、半導体構造層12の表面12Sから基板11に向かって形成されている。第1の凹部15は平坦な底面15Bを有する。また、第2の凹部16は、第1の凹部15の底面15Bからさらに基板11内に深く形成された凹部である。第1及び第2の凹部15及び16は、全体としては、半導体構造層12の表面12Sから2段階で形成された凹部である。

0023

図3(b)は、半導体発光素子10の第1及び第2の凹部15及び16の近傍の上面図である。図3(b)は、図2(b)の破線で囲まれた部分を拡大して示す部分拡大上面図である。なお、図の明確さのため、図3(b)においては、第1及び第2の凹部15及び16にハッチングを施している。図3(b)に示すように、第1の凹部15は、ライン電極13の側部に端部(第1の端部)15Eを有し、端面12Aに沿って半導体構造層12の側面まで伸張している。また、第2の凹部16は、第1の凹部15の端部15Eよりもライン電極13から離れた位置に端部(第2の端部)16Eを有し、端面12Aに沿って半導体構造層12の側面まで伸張している。

0024

また、第1の凹部15の端部15Eは、上面視において第2の凹部16の端部16Eに向かって内壁が突出した尖端部(第1の尖端部)15E1を有している。また、第2の凹部16は、上面視において第1の凹部15の尖端部15E1に向かって内壁が突出した尖端部(第2の尖端部)16Eを有している。本実施例においては、第1の凹部15の端部15Eは、尖端部15E1と基端部15E2とを有する。

0025

換言すれば、第1及び第2の凹部15及び16は、端面12A又は12Bの面内方向において互いの方向に内壁が突き出た端部形状を有している。本実施例においては、図3(b)に示すように、第1の凹部15の尖端部15E1と第2の凹部16の尖端部16Eとは、端面12Aにおいて互いに頂点が向かい合うV字形状を有している。従って、第1及び第2の凹部15及び16は、両者の内壁間の距離が端面12A及び12Bにおいて近づくように構成されている。

0026

図3(c)は、半導体発光素子10の共振器長方向RDに沿った断面図である。図3(c)は、図2(b)のW−W線に沿った断面図である。図3(c)に示すように、第1の凹部15は、半導体構造層12の表面12Sから基板11内に達している。すなわち、第1の凹部15は半導体構造層12の表面12Sから半導体構造層12を越えて基板11内に至る深さを有する。従って、第1の凹部15の底面15Bは基板11の一部である。また、第2の凹部16は、第1の凹部15の底面15Bから端面12A又は12Bに向かって傾斜した内壁面16Sを有する。換言すれば、第2の凹部16は、第1の凹部15の底面15B及び端面12A又は12B間に面取り部のように形成された傾斜面として形成されている。また、第2の凹部16の傾斜した内壁面16Sは、第1の凹部15の底面15Bと端面12A又は12Bとの間を接続するように形成されている。

0027

図4は、半導体発光素子10の製造方法を示すフロー図である。また、図5図8は、半導体発光素子10が作製されるまでのウェハWHを模式的に示す図である。半導体発光素子10は、例えば、図4に示す工程を経て作製することができる。まず、半導体基板11の半極性面11S上に半導体構造層12が形成された半導体ウェハWHを準備する。より具体的には、まず、半極性面11Sを主面として有する半導体基板11を準備する(工程S10)。本実施例においては、半極性面11Sとして(20−2−1)面を主面に有し、n型の導電型を有するGaN基板11を準備した。

0028

次に、半極性面11S上に半導体構造層12を成長する(工程S20)。本実施例においては、半導体構造層12として、半極性面11S上に、AlxInyGa1-x-yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)の組成を有する第1のクラッド層CL1、第1の光ガイド層GU1、活性層AC、キャリアブロック層CB、第2の光ガイド層GU2及び第2のクラッド層CL2を順次成長した。また、本実施例においては、第1のクラッド層CL1としてn型層を、第2のクラッド層CL2としてp型層を成長した。このようにして、半導体基板11の半極性面11S上に半導体構造層12が形成された半導体ウェハWHを用意する。

0029

次に、半導体構造層12上に、互いに平行にかつ直線状に複数のライン電極(第1の電極)13を形成する(工程S30)。続いて、半導体構造層12にリッジ部12Rを形成する(工程S40)。また、裏面電極(第2の電極)14を形成する(工程S50)。図5(a)は、半導体構造層12及びライン電極13が形成された半導体ウェハWHの上面図である。また、図5(b)は、半導体構造層12、ライン電極13、裏面電極14及びリッジ部12Rが形成された半導体ウェハWHの断面図である。なお、図5(b)は、図5(a)のX−X線に沿った断面図である。

0030

本実施例においては、図5(a)に示すように、第2のクラッド層CL2上に、c軸方向に平行な方向に伸張し、等間隔にかつ互いに平行に配置された複数の金属層を形成することで、ライン電極13を形成した。また、ライン電極13が形成されていない第2のクラッド層CL2の表面にエッチングを行った。これによって、図5(b)に示すように、ライン電極13が形成されていない第2のクラッド層CL2の領域を部分的に除去した。このようにして、ライン電極13が形成された第2のクラッド層CL2の領域を他の領域より突出させ、リッジ部12Rとその他の半導体構造層12の表面12Sとを形成した。また、基板11における半導体構造層12が形成されていない側の主面上に金属層を形成することで、裏面電極14を形成した。

0031

続いて、図4に示すように、半導体構造層12の表面12Sから基板11に向かってガイド溝(第1の溝)GR1及びスクライブ溝(第2の溝)GR2を形成する(工程S60及びS70)。図6(a)及び(b)は、それぞれ、ガイド溝GR1及びスクライブ溝GR2が形成された半導体ウェハWHの上面図及び断面図である。図6(b)は、図6(a)のY−Y線に沿った断面図である。

0032

まず、半導体構造層12の表面12S上において、ライン電極13の長手方向に垂直な方向([0100]方向)に沿って、隣接するライン電極13間にガイド溝(第1の溝)GR1を形成する(工程S60)。本実施例においては、半導体構造層12の表面12Sに塗布したフォトレジストフォトリソグラフィにより所定形状にパターニングした後、ドライエッチングを行うことで、ガイド溝GR1を形成した。

0033

また、図6(a)に示すように、ガイド溝GR1は、半導体構造層12の表面12S上において[0100]方向に整列するように直線状に配置した。また、図6(b)に示すように、ガイド溝GR1は、半導体構造層12の表面12Sから基板11に至る深さで形成した。また、ガイド溝GR1は平坦な底面GB1を有するように形成した。

0034

換言すれば、工程S60において、ガイド溝GR1は、ライン電極13間において半導体構造層12の表面12Sから基板11に向かって窪み、かつライン電極13の伸張方向に垂直な方向に沿って整列して伸張するように形成される。各ガイド溝GR1は、全体として、ライン電極13を挟んで断続的にかつ直線状に形成される。

0035

次に、ガイド溝GR1の長手方向([0100]方向)に沿って、ガイド溝GR1内にスクライブ溝GR2を形成する(工程S70)。本実施例においては、各ガイド溝GR1の底面GB1から半導体基板11に向かって窪み、各ガイド溝GR1の伸張方向に沿って伸張する複数のスクライブ溝GR2を形成した。スクライブ溝GR2は、ガイド溝GR1の底面GB1にレーザスクライブ又はポイントスクライブを行うことによって形成した。このようにして、半導体構造層12の表面12Sに2段階の溝を形成した。

0036

次に、図4に示すように、各ガイド溝GR1に沿って基板11(ウェハWH)を分割する(工程S80)。また、ライン電極13の伸張方向に沿って半導体ウェハWHを切断し、半導体ウェハWHを素子毎に個片化する(工程S90)。これらの工程については、図7(a)及び(b)を用いて説明する。図7(a)はガイド溝GR1及びスクライブ溝GR2が形成された半導体ウェハWHの上面を拡大して示す図である。図7(a)は、図6(a)の破線で囲まれた領域A1を拡大して示す図である。また、図7(b)は、個片化後の半導体ウェハWH(作製された半導体発光素子10)の上面を示す図である。

0037

本実施例においては、図7(a)に示すように、スクライブ溝GR2を結んだ直線を分割線BRとして定め、この分割線BRに沿って基板11及び半導体構造層12を分割した。また、ライン電極13間においてライン電極13の長手方向に平行な線を切断線CTとして定め、この切断線CTに沿ってダイシングを行った。

0038

半導体ウェハWHを分割及び切断することで、図7(b)に示すように、分割線BR及び切断線CTに沿って個片化(切断)された基板11及び半導体構造層12が半導体発光素子10として得られる。このようにして得られた半導体発光素子10は、分割線BRに沿って分割された半導体構造層12の2つの側面をそれぞれ共振器端面(ミラー面)12A及び12Bとして有している。また、半導体発光素子10の側面は切断線CTに沿って切断された基板11及び半導体構造層12の切断面である。

0039

なお、本実施例においては、切断線CTに沿ってダイシングを行って半導体ウェハWHを個片化する場合について説明した。しかし、半導体基板11の半極性面11Sが(20−2−1)面である場合、切断線CTと同一方向のa軸に沿って劈開することで半導体ウェハWHを切断(個片化)することができる。なお、a軸に沿って分割する場合、半極性面11Sの側面にa面((1−210)面)が表出する(半導体構造層12の側面となる)。

0040

また、両端面12A及び12Bにおいてガイド溝GR1及びスクライブ溝GR2が残存する。この残存したガイド溝GR1及びスクライブ溝GR2の部分は、図7(b)に示すように、それぞれ、半導体発光素子10の第1及び第2の凹部15及び16となる。

0041

ここで、図8(a)及び(b)を参照して、ガイド溝GR1及びスクライブ溝GR2について説明する。図8(a)は、分割工程S80中におけるウェハWHを模式的に示す斜視図である。また、図8(b)は、分割工程S80前におけるウェハWHの上面を拡大して示す図である。図8(b)は、図7(a)の破線で囲まれた領域A2を拡大して示す図である。

0042

本実施例においては、まず、分割工程S80においては、図8(a)に示すように、例えば、分割線BRに沿って基板11の裏面にブレードBLを押し当てることで、半導体ウェハWHを分割する。なお、本実施例においては、分割線BRの一端から他端に向かって経時的にブレードBLが基板11に接触していくように、基板11の裏面に対して傾斜した角度でブレードBLを押し当てた。

0043

また、ガイド溝GR1及びスクライブ溝GR2は、図8(b)に示すように、スクライブ溝GR2の伸張方向において互いの方向に内壁(側壁)が突き出た端部形状を有する。本実施例においては、ガイド溝GR1は、スクライブ溝GR2の端部に向かって内壁が突出した尖端部(第1の尖端部)GR11を有する。また、スクライブ溝GR2は、ガイド溝GR1の尖端部GR11に向かって内壁が突出した尖端部(第2の尖端部)GR2を有する。このようにガイド溝GR1及びスクライブ溝GR2を形成することで、両溝の先端間の部分が分割開始点BPとなり、ライン電極13を挟んで隣接する尖端部GE11の頂点間を結ぶ線分上で半導体構造層12が分割され、共振器端面12A及び12Bを得ることができる。

0044

より具体的には、図8(b)に示すように、ガイド溝GR1の端部GE1はライン電極13の側部に設けられている。また、スクライブ溝GR2の端部(尖端部)GE2は、ガイド溝GR1の端部GE1よりもライン電極13から離れた位置に設けられている。また、図8(b)に示すように、ガイド溝GR1の端部GE1は、上面視においてスクライブ溝GR2に向かって内壁が突出した尖端部GE11と、ライン電極13の伸張方向に平行に設けられた基端部GE12とを有する。また、スクライブ溝GR2の端部GE2は、ガイド溝GR1に向かう尖端形状を有する。

0045

また、本実施例においては、ガイド溝GR1の尖端部GE11及びスクライブ溝GR2の尖端部GE2は、スクライブ溝GR2の伸張方向において互いに頂点が向かい合うV字形状を有している。これによって、ガイド溝GR1及びスクライブ溝GR2は、両内壁間の距離が、尖端部GE11の頂部と尖端部GE2の頂部との間で近づくように形成される。具体的には、図8(b)に示すように、尖端部GE2における尖端部GE11の頂点との間の距離D1は、基端部GE12の各角部との間の距離D21及びD22よりも短い。

0046

なお、ガイド溝GR1に沿ったブレイキングによる分割時においては、尖端部GE11及びGE2のみならず、ガイド溝GR1の各角部にもブレードBLの押圧力が集中しやすい。このとき、上記したように尖端部GE11及びGE2の頂部間の距離D1を近づける(D1<D21及びD22とする)ことで、他の角部を起点に分割される(他の角部が分割開始点となる)ことを防止することができる。

0047

両溝間に設けられたこの頂部間の部分は、半導体ウェハWH内において最も強度が弱い応力集中部分、すなわち分割工程S80において分割が開始される分割開始点BPとなる。また、分割開始点BPにおいて分割され始めた半導体ウェハWHの半導体構造層12は、分割開始点BP(尖端部GE11の頂部)を結ぶ線分に沿って確実に分割される。従って、質の高い分割面を再現性よく形成することができ、高い反射率を有する共振器端面となる。従って、閾値電流が低減され、省電力な半導体発光素子10を得ることができる。

0048

なお、本実施例においては、半導体構造層12は半導体基板11の半極性面11S上に成長されている。従って、この半導体構造層12に共振器端面12A及び12Bを形成する際には、半極性面11Sに垂直な方向に分割する必要がある。しかし、この分割されるべき垂直面の近傍には、例えばc面((0001)面)やm面((10−10)面)が存在している。従って、分割時には、半導体ウェハWHが意図しない面に沿って割れたり、分割面の一部が欠けたりしてしまう可能性がある。従って、端面における平行度や平滑性、反射率が落ちる可能性があり、閾値電流が上昇する可能性やレーザ発振に至らない可能性がある。

0049

これに対し、本実施例においては、互いに向かい合う端部形状を有するガイド溝GR1及びスクライブ溝GR2を形成することで、所望の面で確実に半導体ウェハWHを分割することができる。従って、高品質な共振器端面を作製することができるのである。また、半極性面11S上に半導体構造層12を成長することで、半導体構造層12内に生ずる内部電界による影響を抑え、発光効率を向上させることができる。これによって、閾値電流が大幅に低減された省消費電力な半導体発光素子10を提供することができる。

0050

なお、本願の発明者らは、実際にガイド溝GR1及びスクライブ溝GR2を形成し、分割を行う試験を行った。図9は、当該試験の結果を示す画像である。図9は、分割工程S80後の半導体ウェハWHの上面の観察画像である。図9に示すように、尖端部GE11の頂部の配列方向に沿ってほぼ一直線に半導体ウェハWHが分割されていることがわかる。なお、本願の発明者らは、比較として、ガイド溝及びスクライブ溝の両方がライン電極13に向かう尖端形状を有する構成の半導体ウェハを準備して分割を行った。しかし、スクライブ溝の先端間において直線状に分割されず、屈曲した分割面が形成された。従って、本実施例における効果は大きいことが分かる。

0051

また、ガイド溝GR1及びスクライブ溝GR2を形成して作製した半導体発光素子10は、高品質な分割面、すなわち共振器端面12A及び12Bを有し、低閾値電流の半導体レーザとなる。また、半導体発光素子10には、ガイド溝GR1及びスクライブ溝GR2がそれぞれ第1及び第2の凹部15及び16として残存する。従って、半導体発光素子10は、端面12A又は12Bにおいて互いに内壁が向かい合う端部形状を有する第1及び第2の凹部15及び16を有する。半導体発光素子10は、半極性面11S上に形成され、高い反射率の共振器端面12A及び12Bを有する半導体構造層12を有し、閾値電流が大幅に低減された半導体発光素子となる。

0052

なお、本実施例においては、基板11の半極性面11Sとして(20−2−1)面を用いたが、基板11の半極性面11Sとしては、他の半極性を有する面を使用することもできる。例えば、半極性面11Sとして、(20−21)面、(11−22)面、(11−20)面などを用いることができる。

0053

また、半導体発光素子10は、例えば端面12A及び12Bの反射率を調節する目的で、端面12A又は12B上に、例えば誘電体多層膜からなる反射鏡(図示せず)を有していてもよい。当該反射鏡は、分割工程S80以降に端面12A又は12B上に誘電体多層膜を成膜することで形成することができる。また、半導体発光素子10は、半導体構造層12の表面12S上に保護膜(図示せず)を有していてもよい。また、半導体構造層12の層構成は一例に過ぎない。例えば、半導体構造層12は、第2のクラッド層CL2とライン電極13との間にコンタクト層(図示せず)を有していてもよい。

0054

また、本実施例においては、第1の凹部15及びガイド溝GR1を半導体構造層12の表面12Sから基板11内に達するように形成する場合について説明した。しかし、第1の凹部15及びガイド溝GR1の深さはこれに限定されない。第1の凹部15及びガイド溝GR1は、半導体構造層12の表面12Sから基板11に向かって形成されていればよい。

0055

なお、第1の凹部15及びガイド溝GR1は、半導体構造層12の活性層ACよりも深く形成されていることが好ましい。これにより、活性層ACに含まれる内部応力の影響を受けずに半導体構造層12を分割することができる。なお、高品質な分割面を作製することを考慮すると、第1の凹部15及びガイド溝GR1が基板11に達する深さを有していることが好ましい。

0056

また、本実施例においては、半導体構造層12にリッジ部12Rを形成する場合について説明したが、半導体構造層12にリッジ部12Rを形成することは必須の工程及び構成ではない。例えば、半導体構造層12内の電流を狭窄することができれば、リッジ部12Rは設けられていなくてもよい。例えば、半導体構造層12が平坦面のみからなり、その平坦面上にライン電極13が形成されていてもよい。

0057

また、図8(b)に示すように、ガイド溝GR1の尖端部GE11における内角(V字部の頂角)AGは、30°〜150°の範囲内とすることで、安定した分割を行うことができる。

0058

図10(a)及び(b)は、実施例1の変形例1に係る半導体発光素子10A及びその製造途中の半導体ウェハWH1の上面を模式的に示す図である。図10(a)は、半導体ウェハWH1における図8(b)に対応する上面図である。また、図10(b)は、半導体発光素子10Aにおける図3(b)に対応する上面図である。

0059

本変形例においては、半導体発光素子10Aは、第1の凹部15M1の構成を除いては半導体発光素子10と同様の構成を有している。また、半導体発光素子10Aは、例えば、ガイド溝GR3の形成工程(工程S60に対応する工程)の詳細を除いては、半導体発光素子10の製造方法と同様の工程を経ることで製造することができる。

0060

本変形例においては、裏面電極14の形成工程S50後において、ガイド溝GR1に代えて、尖端部GE11のみからなる端部形状のガイド溝GR3を形成する。実施例1においては尖端部GE11及び基端部GE12を有する端部GE1を有するガイド溝GR1を形成する場合について説明した。しかし、本変形例のように、尖端部GE11のみからなるガイド溝GR3を形成しても、十分に高品質な分割面を形成することができる。また、半導体発光素子10Aにおいては、ガイド溝GR3の残存部である第1の凹部15M1は、尖端部15E1のみからなる端部を有する。半導体発光素子10Aにおいても低閾値電流の半導体発光素子となる。

0061

図11(a)及び(b)は、実施例1の変形例2に係る半導体発光素子10B及びその製造途中の半導体ウェハWH2の上面を模式的に示す図である。図11(a)は、半導体ウェハWH2における図8(b)に対応する上面図である。また、図11(b)は、半導体発光素子10Bにおける図3(b)に対応する上面図である。

0062

本変形例においては、半導体発光素子10Bは、第1の凹部15M2の構成を除いては半導体発光素子10と同様の構成を有している。また、半導体発光素子10Bは、例えば、ガイド溝GR4の形成工程(工程S60に対応する工程)の詳細を除いては、半導体発光素子10の製造方法と同様の工程を経ることで製造することができる。

0063

本変形例においては、裏面電極14の形成工程S50後において、ガイド溝GR1に代えて、U字形状突端部(突出した端部)GE31及び基端部GE12からなる端部GE3を有するガイド溝GR4を形成する。実施例1においては尖端部GE11がV字形状を有する場合について説明した。しかし、本変形例においては、ガイド溝GR4は、スクライブ溝GR2の端部(尖端部)GE1に向かって内壁が突出したU字形状の突端部GE31有する。このようにガイド溝GRを形成しても、十分に高品質な分割面を形成することができる。

0064

また、半導体発光素子10Bにおいては、ガイド溝GR4の残存部である第1の凹部15M2の端部15EMは、第2の凹部16の端部16Eに向かって内壁が突出したU字形状の突端部15E3及び基端部15E2からなる。半導体発光素子10Bにおいても平行度、平滑性の良い共振器端面を得ることができる。

0065

本実施例及びその変形例においては、半極性面を結晶成長面とする半導体ウェハの分割前において、ガイド溝GR1(又はガイド溝GR3もしくはGR4)及びスクライブ溝GR2を形成し、その後スクライブ溝GR2(ガイド溝GR1)に沿って分割を行う。従って、平面度が高く、高反射率な共振器端面12A及び12Bを有する半導体発光素子10(又は半導体発光素子10Aもしくは10B)を製造することができる。

実施例

0066

また、半導体発光素子10(又は半導体発光素子10Aもしくは10B)は、端面12A又は12Bに沿って形成された第1の凹部15(又は第1の凹部15M1もしくは15M2)及び第2の凹部16を有する。従って、半極性面上に形成され、高反射率な共振器端面12A及び12Bを有する半導体構造層12を有する半導体発光素子(例えば半導体レーザ)を提供することができる。

0067

10、10A、10B半導体発光素子
11基板
11S 半極性面
12半導体構造層
12S 表面
12A、12B 端面
15 第1の凹部
16 第2の凹部
GR1ガイド溝
GR2 スクライブ溝

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