JP4644955B2 - Nitride semiconductor device fabrication method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化物系半導体素子の作製方法に関し、更に詳細には、良好な光共振面を備えた窒化物系半導体素子を作製する作製方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
青色から紫外域に至る短波長域の光をレーザ発振し得る半導体材料の一つとして、InX AlY Ga1-X-Y N(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)として組成が示される窒化ガリウム系化合物半導体が、知られている。
特に、最近、窒化ガリウム系化合物半導体よりなるダブルヘテロ構造の発光ダイオードが実用化されたことにより、短波長域の光を発光する発光素子として、窒化ガリウム系化合物半導体を使った半導体レーザダイオードが注目されるようになっている。
【0003】
従来から研究の進展に伴い、窒化ガリウム系化合物半導体を用いた種々の構造の半導体レーザダイオードが提案されている。
例えば特開平6−283825号公報では、Siドープn型AlGaN/Siドープn型GaN/Mgドープp型AlGaNダブルヘテロ構造のレーザダイオードが開示されており、また、USP5,146,465には、AlGaNを活性層として、AlGaNの多層膜で光共振面を形成したレーザダイオードが開示されている。
【0004】
半導体レーザ素子は、基本的には、例えばInGaN/AlGaN、InGaN/GaN、AlGaN/AlGaN等の窒化物系化合物半導体層の活性層/クラッド層の組み合わせで形成されたダブルヘテロ接合構造を備えている。
少なくともインジウム(In)とガリウム(Ga)とを含む窒化ガリウム系化合物半導体、例えばInGaNを活性層とすることにより、InGaNのバンド間発光のみで発光波長を例えば370nm〜460nmの範囲で変化させることができる。
以下、少なくともGa、Nを含むIII-V族化合物半導体層の積層構造を有する半導体レーザ素子をGaN系半導体レーザ素子と言う。
【0005】
半導体レーザ素子として好適なダブルヘテロ接合構造は、ノンドープInX AlY Ga1-X-Y N(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)からなる活性層を、導電型が互いに異なり活性層よりもバンドギャップエネルギーの大きい窒化ガリウム系化合物半導体で挟んだダブルヘテロ接合構造である。
例えばn型ドーパント及びp型ドーパントをそれぞれドープしたn型及びp型InX AlY Ga1-X-Y N(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)で活性層を挟んだダブルヘテロ接合構造である。
【0006】
ここで、図3を参照して、GaN系半導体レーザ素子の基本的構造及び作製方法を説明する。図3はGaN系半導体レーザ素子の基本的構成を示す模式的断面図である。
GaN系半導体レーザ素子10は、メサストライプ型の半導体レーザ素子が多く、図3に示すように、例えばGaN基板12のC面上に、n型GaN系化合物半導体の第一のクラッド層14と、GaN系化合物半導体の活性層16と、p型GaN系化合物半導体の第二のクラッド層18との積層構造からなるダブルへテロ構造を備えている。
【0007】
第二のクラッド層18上には、ストライプ状の正電極20が、GaN基板12の裏面には、負電極22が形成されている。尚、負電極22は、GaN基板12の裏面を研磨して所定の厚さに調整した後、形成されている。
本半導体レーザ素子10では、正電極20を1μm〜20μm程度の幅で形成してストライプ状光導波路を構成することにより、ストライプ状光導波路に沿ってレーザ発振を起こすことができる。
【0008】
GaN系化合物半導体層は、通常、下地のGaN系化合物半導体又は窒化ガリウム基板の(0001)面(以下、この面をC面という。図4参照)上にエピタキシャル成長法により成膜される。尚、図4は、GaN系半導体の面方位を表すユニットセル図である。
上述の半導体レーザ素子10の作製では、GaN基板12のC面上にGaN系化合物半導体をC軸方向の配向で例えばHVPE(ハイドライド気相成長法)、MOCVD(有機金属気相成長法)、MBE(分子線気相成長法)等の気相成長法により成長させて、積層構造を形成している。
尚、GaN基板のC面が(0001)面に完全に一致していることが最も望ましいが、(0001)面に対しておよそ±2°以内の範囲でオフ角を有するC面であってもよい。また、GaN基板に代えて、サファイア基板のC面上にGaN系化合物半導体層をエピタキシャル成長させることも多い。
【0009】
以上の工程までは、ウエハプロセス工程であって、ストライプ状の正電極20は、ウエハ上に所定間隔で並列に、図5(a)に示すように、劈開性を考慮してGaN基板12のA面(11−20)に平行(破線で示す方向)に配列されている。
M面(1−100)面に平行な面でGaN基板12及びその上の積層構造を所定の幅で帯状に分割する際、その分割面のGaN系化合物半導体層が光共振面になるので、GaN系化合物半導体層の積層構造の分割面に対してストライプが垂直となるようにストライプ状の正電極20を形成する。
【0010】
次いで、GaN基板のM面(1−100)面でGaN基板12及びその上の積層構造を所定幅の帯状に分割して、図5(b)に示すように、ストライプ状の正電極20を幅方向に並列させたバー24を形成する。バー状に分割する際には、図6に示すように、ウエハ面にけがき線25を入れ、けがき線25に沿って劈開性を利用して分割する。帯状に分割する際の幅Wは、半導体レーザ素子10の共振器長Lとする。
次に、図5(c)に示すように、GaN基板12のA面(1100)面に平行な面でバー24を分割して、それぞれ、所定の幅の半導体レーザチップ26に形成する。
なお、以上の説明では、GaN基板を例にしてGaN系半導体レーザ素子の作製を説明したが、サファイア基板を基板としても良い。尚、サファイア基板を基板とする場合には、負電極22は基板の裏面ではなく、基板に関し正電極20と同じ側に形成される。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体レーザ素子の重要な構成要素である光共振面は、ストライプ状の正電極に直交した面で、かつ平滑面であることが必要があって、光共振面がストライプ状正電極に対して直交せず、また平滑な面でないと、半導体レーザ素子のレーザ特性が低下する。
しかし、従来の方法では、ウエハプロセス工程を終了して、ウエハをバー化して光共振面を形成し、次いでバーをチップ化する際に、正電極に直交し、平滑な光共振面を形成することが難しく、歩留りが著しく低下するという問題があった。
【0012】
以上の説明では、GaN基板上に形成されたGaN系化合物半導体層の積層構造を有するGaN系半導体レーザ素子を例に挙げているが、この問題は、これに限らずサファイア基板上に形成されたGaN系半導体レーザ素子、更には窒化物系半導体素子全般に該当する問題である。更には、利得導波路型のメサストライプ構造、或いは埋め込みヘテロ型のストライプ構造を有する半導体レーザ素子にも該当する問題である。
そこで、本発明は、このような事情を鑑みて成されたものであって、その目的は、窒化物系半導体基板又はサファイア基板上に、良好な素子特性を有する窒化物系半導体素子を歩留り良く作製する方法を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上述の問題の解決に当たり、GaN基板及びその上に形成されるGaN系化合物半導体層の積層構造の劈開性に注目した。
例えば、赤外/赤色半導体レーザ素子に使用されるGaAs系の半導体材料は、立方晶系であって、劈開性に優れているので、半導体結晶の劈開面からなる半導体レーザの共振面はストライプ状構造に直交する平滑な面になる。
一方、サファイア基板には劈開性が無く、GaN基板等の窒化物系半導体基板もGaAs基板程の優れた劈開性を有していない。また、窒化物系化合物半導体層の積層構造もGaAs系の積層構造に比べて劈開性が劣る。
以上の劈開性の問題から、本発明者は、光共振面で劈開してバーを形成する従来の方法では、光共振面となる良好な劈開面を歩留まり良く得ることが難しく、また、劈開面の違いから光共振面がストライプ状構造に対して斜め方向に逸れ易く、直交面になり難いことに気が付いた。
【0014】
更に説明すると、サファイア基板は劈開性が無く、GaN基板等の窒化物系半導体基板はGaAs基板ほどの強い劈開性ではないため、基板の薄膜化を行っても光共振面の劈開は容易ではない。
また、割れ易くするための案内溝を溝入れする際も、あまり深い溝を形成すると、その影響を受けて光共振面の平坦度が悪くなると言う問題が生じる。
更には、チップ化する前に、光共振面が露出しているので、光共振面が汚染されたり、損傷したりすることも多かった。
【0015】
そこで、本発明者は、極力、光共振面に損傷を与えないようにしてバー化するために従来の方法とは逆に、先ず、A面(11−20)面でウエハを分割してバー化し、次いでバーを折る要領でM面(1−100)面で劈開を行ってチップ化することを着想した。
【0016】
上記目的を達成するために、本発明に係る窒化物系半導体素子の作製方法は、窒化物系半導体基板上に窒化物系化合物半導体層の積層構造を有する窒化物系半導体素子の作製方法において、
基板の(0001)面上に窒化物系化合物半導体層の積層構造を形成する工程と、
窒化物系化合物半導体層の積層構造の上部を加工して、又は積層構造上に、ストライプ状電流注入領域等のストライプ状構造を基板のA面に平行に形成する工程と、
基板のA面で基板及び積層構造をストライプ状構造毎に所定幅の帯状に分割して、ストライプ状構造を長手方向に有するバーを形成する工程と、
基板のM面でバーを分割して、それぞれ、ストライプ状構造を有する所定の長さのチップを形成する工程と
を備えていることを特徴としている。
【0017】
また、本発明に係る窒化物系半導体素子の作製方法は、基板の(0001)面上に窒化物系化合物半導体層の積層構造を形成しつつ積層構造内に、ストライプ状電流注入領域等のストライプ状構造を基板のA面に平行に埋め込み形成する場合にも適用できる。
バーを形成する工程の前に、基板の裏面を研磨して所定の厚さ、例えば200μm以下、更に好ましくは100μm以下の厚さに基板を調整することが望ましい。
【0018】
本発明方法で、A面とは図4(ユニットセル図)の(1120)面を意味し、M面とは図4に示す(01−10)面等を言う。
本発明方法は、ストライプ状構造を有する限り窒化物系半導体素子の構成に制約無く適用でき、例えば半導体レーザ素子、光増幅器、光変調器、発光ダイオード等に適用できる。また、窒化物系化合物半導体層の組成に制約なく適用できる。
【0019】
A面でウエハを分割してバー化する際には、分割面が光共振面ではないので、スクライバーやダイサーを用いて分割しても良く、更には、スクライバーやダイサーの刃を基板裏面下まで入れて完全に切断することもできる。
【0020】
M面で劈開してチップ化する際には、浅い案内溝を形成し、次いでブレーキング装置やローラーを使って押し割る方法を適用しても良く、溝無しで折り割る方法を適用することも可能である。
また、バーからの劈開に際し、積層構造側に案内溝を入れるときには、ストライプ状構造の間に点線状に離隔した案内溝を設けても良い。バーからの劈開であれば、点線状に離隔した案内溝であっても、直線的に高い歩留まりで割ることができる。
【0021】
本発明方法では、劈開性の弱い窒化物系化合物半導体層の積層構造及び窒化物系半導体基板を出来るだけ割り易いバー形状にすることにより、M面で安定してバーを割ってチップ化することができる。
更には、図4の斜線部で示すように、窒化ガリウムのM面は、必ず対向するもう一方のM面を有するので、それらの双方のM面でバーを割ることによって、相互に対向する光共振面を容易に形成できる。
【0022】
また、窒化物系半導体基板及び窒化物系化合物半導体層の積層構造のM面は、他の面方位、例えばC面やA面等に比べて、割れやすい性質があることを利用して、その割れた面(劈開面)が鏡面のような状態の光共振面となる。
そのため、割れ難いA面切断によるバー化と、M面劈開によるチップ化とを組み合わせることにより、機械的な切断負荷をA面に集約して、光共振面となるM面へのダメージを軽減することできる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照し、実施形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的にかつ詳細に説明する。
実施形態例
本実施形態例は、本発明に係る窒化物系半導体素子の作製方法の実施形態の一例で、図1は本実施形態例の方法で作製した窒化物系半導体素子の構成を示す断面図、及び図2は基板(ウエハ)上のストライプ状正電極の長手方向配列を示す平面図である。
基板として、C面を主面とし、M面とA面とがオリエンテーションフラットされた例えば基板厚さ350μmのn型GaN基板30を使用する。
【0024】
先ず、GaN基板30の主面(C面)上に、MOCVD法を用いて、順次、膜厚300ÅのGaNバッファ層31、膜厚4μmのSiドープしたn型GaN下地層32、膜厚1.3μmのSiドープしたn型AlGaNクラッド層33、膜厚500Åのn型InGaN層よりなる活性層34、膜厚0.6μmのMgドープしたp型AlGaNクラッド層35、及び膜厚0.1μmのMgドープp型GaN層よりなるp型コンタクト層36をエピタキシャル成長させ、積層構造を形成する。
【0025】
次いで、最上層のp型コンタクト層36上に正電極形成用の多層金属膜(図示せず)をスパッタ法等によって堆積させ、続いて、図2(a)に示すように、ウエハのオリエンテーションフラット面、つまりA面に平行な方向(実線で示す方向)に延在する所定のストライプ形状のマスクを多層金属膜上に形成し、多層金属膜をエッチングしてp型コンタクト層36上に2μmの幅でストライプ状の正電極37を形成する。
次に、GaN系化合物半導体層を形成していない側のGaN基板30の基板面(裏面)を研磨して基板厚さを80μmに調整し、研磨後、裏面に負電極38を形成する。
負電極38は、基板30の裏面全面に形成しても良く、又はウエハ分割のための案内溝を形成する領域を避けて形成しても良い。
【0026】
負電極38を形成した後、ウエハをスクライバーにセットして、GaN基板30の裏面を図2の実線で示す分断線に沿ってA面に平行な方向にスクライブして、図2(b)に示すように、バー39を形成する。
次いで、バー39をA面に直交するM面に平行な方向(点線で示す方向)にスクライブしてまたはブレーキング刃にて圧して割って、それぞれ、図1に示す積層構造を有するGaN系半導体レーザ素子・チップ40を形成する。
【0027】
共振器長が200μm以上1000μm以下の場合、バー39の幅は例えば300μmである。次いで、バー39を共振器長700μmのチップ40に分割する。
このチップ40は、図1に示すようなGaN系半導体レーザ素子の構造を有しており、A面に直交するM面(1−100)面がGaN系半導体レーザ素子の光共振面となっている。
【0028】
上述した本実施形態例の作製方法に従って、図1に示す積層構造を有するGaN系半導体レーザ素子試料を作製し、チップ40をヒートシンクに設け、正電極37及び負電極38を接続端子にワイヤーボンドした後、室温でレーザ発振を試みたところ、しきい値電流密度15kA/cm2 で発振波長400nmのレーザ発振が確認され、良好なレーザ特性を有することが判った。
【0029】
本実施形態例では、GaN基板を使ったGaN系半導体レーザ素子の作製を例にして説明したが、GaN基板に代えてサファイア基板を使った場合にも本発明方法を適用することができる。
その場合には、基板に関し正電極37と同じ側で同じ方向にストライプ状に負電極を形成することにより、本発明方法を適用することができる。
【0030】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明方法によれば、ストライプ状電流注入領域等のストライプ状構造を基板のA面に平行に形成し、次いで基板のA面でストライプ状構造毎に所定幅の帯状に分割して、ストライプ状構造を長手方向に有するバーを形成し、更に基板のM面でバーを分割して、それぞれ、ストライプ状構造を有する所定の長さのチップに形成することにより、従来の方法に比べて、歩留まりが高く、平坦性の良い光共振面を備え、良好な素子特性を有する窒化物系半導体素子を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態例の方法で作製したGaN系半導体レーザ素子の構成を示す模式的断面図である。
【図2】図2(a)から(c)は、それぞれ、実施形態例の方法でGaN系半導体レーザ素子を作製する際のバー化、及びチップ化の工程を説明する図である。
【図3】GaN系半導体レーザ素子の典型的構成を示す斜視図である。
【図4】GaNの面方位を表すユニットセル図である。
【図5】図5(a)から(c)は、それぞれ、従来の方法でGaN系半導体レーザ素子を作製する際のバー化、及びチップ化の工程を説明する図である。
【図6】けがき線を設けた状態を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
10……GaN系半導体レーザ素子、12……GaN基板、14……第一のクラッド層、16……活性層、18……第二のクラッド層、20……正電極、22……負電極、24……バー、26……チップ、30……GaN基板、31……n型GaNバッファ層、32……n型GaN下地層、33……n型クラッド層、34……活性層、35……p型クラッド層、36……p型コンタクト層、37……正電極、38……負電極、39……バー、40……チップ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a nitride semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a nitride semiconductor device having a good optical resonance surface.
[0002]
[Prior art]
As one of semiconductor materials capable of lasing light in a short wavelength range from blue to ultraviolet, the composition is shown as In X Al Y Ga 1-XY N (0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1). Gallium nitride compound semiconductors are known.
In particular, a semiconductor laser diode using a gallium nitride compound semiconductor has attracted attention as a light emitting element that emits light in a short wavelength region due to the recent practical application of a light emitting diode made of a gallium nitride compound semiconductor. It has come to be.
[0003]
With the progress of research, semiconductor laser diodes having various structures using gallium nitride compound semiconductors have been proposed.
For example, JP-A-6-283825 discloses a laser diode having a Si-doped n-type AlGaN / Si-doped n-type GaN / Mg-doped p-type AlGaN double heterostructure, and USP 5,146,465 discloses AlGaN. A laser diode is disclosed in which an optical resonant surface is formed of an AlGaN multilayer film using as an active layer.
[0004]
The semiconductor laser element basically has a double heterojunction structure formed by a combination of an active layer / cladding layer of a nitride-based compound semiconductor layer such as InGaN / AlGaN, InGaN / GaN, AlGaN / AlGaN, or the like. .
By using a gallium nitride compound semiconductor containing at least indium (In) and gallium (Ga), for example, InGaN as an active layer, the emission wavelength can be changed in the range of, for example, 370 nm to 460 nm only by InGaN interband emission. it can.
Hereinafter, a semiconductor laser element having a laminated structure of III-V group compound semiconductor layers containing at least Ga and N is referred to as a GaN-based semiconductor laser element.
[0005]
A double heterojunction structure suitable as a semiconductor laser element has an active layer made of non-doped In X Al Y Ga 1-XY N (0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1), which has a different conductivity type than the active layer. It is a double heterojunction structure sandwiched between gallium nitride compound semiconductors with large band gap energy.
For example, a double heterojunction structure in which an active layer is sandwiched between n-type and p-type In x Al Y Ga 1-XY N (0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1) doped with an n-type dopant and a p-type dopant, respectively. is there.
[0006]
Here, the basic structure and manufacturing method of the GaN-based semiconductor laser device will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the basic configuration of the GaN-based semiconductor laser device.
The GaN-based semiconductor laser device 10 is often a mesa stripe-type semiconductor laser device. As shown in FIG. 3, for example, a first cladding layer 14 of an n-type GaN-based compound semiconductor is formed on the C surface of a GaN substrate 12, and A double heterostructure having a laminated structure of an active layer 16 of a GaN-based compound semiconductor and a second cladding layer 18 of a p-type GaN-based compound semiconductor is provided.
[0007]
A striped positive electrode 20 is formed on the second cladding layer 18, and a negative electrode 22 is formed on the back surface of the GaN substrate 12. The negative electrode 22 is formed after the back surface of the GaN substrate 12 is polished and adjusted to a predetermined thickness.
In the present semiconductor laser device 10, by forming the positive electrode 20 with a width of about 1 μm to 20 μm to form a striped optical waveguide, laser oscillation can be caused along the striped optical waveguide.
[0008]
The GaN-based compound semiconductor layer is usually formed by epitaxial growth on the (0001) plane of the underlying GaN-based compound semiconductor or gallium nitride substrate (hereinafter this plane is referred to as the C plane; see FIG. 4). FIG. 4 is a unit cell diagram showing the plane orientation of the GaN-based semiconductor.
In the fabrication of the semiconductor laser device 10 described above, a GaN-based compound semiconductor is oriented on the C surface of the GaN substrate 12 in the C-axis direction, for example, HVPE (hydride vapor phase epitaxy), MOCVD (metal organic vapor phase epitaxy), MBE. It is grown by a vapor phase growth method such as (molecular beam vapor phase growth method) to form a laminated structure.
Although it is most desirable that the C-plane of the GaN substrate is completely coincident with the (0001) plane, the C-plane having an off angle within about ± 2 ° with respect to the (0001) plane may be used. Good. Also, in place of the GaN substrate, a GaN-based compound semiconductor layer is often epitaxially grown on the C surface of the sapphire substrate.
[0009]
The process up to the above is a wafer process process, and the striped positive electrodes 20 are arranged in parallel on the wafer at a predetermined interval, as shown in FIG. They are arranged in parallel to the A plane (11-20) (direction indicated by a broken line).
When the GaN substrate 12 and the laminated structure thereon are divided into strips with a predetermined width on a plane parallel to the M plane (1-100) plane, the GaN-based compound semiconductor layer on the division plane becomes an optical resonance plane. The striped positive electrode 20 is formed so that the stripe is perpendicular to the dividing surface of the laminated structure of the GaN-based compound semiconductor layers.
[0010]
Next, the GaN substrate 12 and the laminated structure thereon are divided into strips having a predetermined width on the M-plane (1-100) plane of the GaN substrate, and the striped positive electrode 20 is formed as shown in FIG.
Next, as shown in FIG. 5C, the
In the above description, the fabrication of the GaN-based semiconductor laser element has been described by taking the GaN substrate as an example. However, a sapphire substrate may be used as the substrate. When a sapphire substrate is used as the substrate, the negative electrode 22 is formed not on the back surface of the substrate but on the same side as the positive electrode 20 with respect to the substrate.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the optical resonant surface, which is an important component of the semiconductor laser device, needs to be a plane that is orthogonal to the stripe-shaped positive electrode and a smooth surface. If they are not orthogonal and smooth, the laser characteristics of the semiconductor laser element will deteriorate.
However, in the conventional method, the wafer process step is completed, the wafer is turned into a bar to form an optical resonant surface, and then the bar is chipped to form a smooth optical resonant surface orthogonal to the positive electrode. There is a problem that the yield is remarkably lowered.
[0012]
In the above description, a GaN-based semiconductor laser device having a laminated structure of GaN-based compound semiconductor layers formed on a GaN substrate is taken as an example, but this problem is not limited to this, and the problem is formed on a sapphire substrate. This problem is applicable to GaN-based semiconductor laser devices, and further to nitride-based semiconductor devices in general. Furthermore, this problem also applies to a semiconductor laser device having a gain waveguide type mesa stripe structure or a buried hetero type stripe structure.
Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a nitride-based semiconductor element having good element characteristics on a nitride-based semiconductor substrate or a sapphire substrate with a high yield. It is to provide a method of making.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present inventor paid attention to the cleaving property of the laminated structure of the GaN substrate and the GaN-based compound semiconductor layer formed thereon in solving the above-described problem.
For example, GaAs-based semiconductor materials used for infrared / red semiconductor laser elements are cubic and have excellent cleavage properties, so that the resonant surface of a semiconductor laser consisting of a cleavage plane of a semiconductor crystal is striped. It becomes a smooth surface orthogonal to the structure.
On the other hand, a sapphire substrate does not have a cleavage property, and a nitride-based semiconductor substrate such as a GaN substrate does not have a cleavage property as excellent as that of a GaAs substrate. Also, the nitride compound semiconductor layer stack structure is inferior in cleavage to the GaAs stack structure.
Due to the above-mentioned problem of cleavage, the present inventor is difficult to obtain a good cleavage plane as an optical resonance surface with a high yield in the conventional method of cleaving at the optical resonance surface to form a bar. From this difference, it was noticed that the optical resonant surface easily deviates in an oblique direction with respect to the stripe structure, and is difficult to become an orthogonal surface.
[0014]
To explain further, since the sapphire substrate has no cleaving property, and the nitride semiconductor substrate such as the GaN substrate is not as strong as the GaAs substrate, it is not easy to cleave the optical resonant surface even if the substrate is thinned. .
Further, when a guide groove for making it easy to break is inserted, if the groove is formed too deep, there arises a problem that the flatness of the optical resonance surface is deteriorated due to the influence.
Furthermore, since the optical resonant surface is exposed before being formed into a chip, the optical resonant surface is often contaminated or damaged.
[0015]
Therefore, the present inventor first divides the wafer along the A-plane (11-20) plane in order to form a bar so as not to damage the optical resonant surface as much as possible. Then, it was conceived to cleave on the M plane (1-100) plane to make a chip in the manner of folding the bar.
[0016]
In order to achieve the above object, a method for producing a nitride semiconductor device according to the present invention includes a method for producing a nitride semiconductor device having a nitride compound semiconductor layer laminated structure on a nitride semiconductor substrate.
Forming a laminated structure of a nitride-based compound semiconductor layer on the (0001) plane of the substrate;
Processing the upper part of the laminated structure of the nitride-based compound semiconductor layer or forming a stripe-like structure such as a stripe-shaped current injection region in parallel with the A-plane of the substrate on the laminated structure;
Dividing the substrate and the laminated structure into strips having a predetermined width for each stripe structure on the A surface of the substrate, and forming a bar having the stripe structure in the longitudinal direction;
And a step of dividing the bar along the M-plane of the substrate to form a chip having a predetermined length each having a stripe structure.
[0017]
In addition, in the method for manufacturing a nitride-based semiconductor device according to the present invention, a stripe structure such as a stripe-shaped current injection region is formed in a stacked structure while forming a stacked structure of nitride-based compound semiconductor layers on the (0001) plane of the substrate. The present invention can also be applied to a case where a planar structure is embedded and formed parallel to the A surface of the substrate.
Before the step of forming the bar, it is desirable that the back surface of the substrate is polished to adjust the substrate to a predetermined thickness, for example, 200 μm or less, more preferably 100 μm or less.
[0018]
In the method of the present invention, the A plane means the (1120) plane of FIG. 4 (unit cell diagram), and the M plane means the (01-10) plane shown in FIG.
The method of the present invention can be applied without limitation to the structure of the nitride semiconductor device as long as it has a stripe structure, and can be applied to, for example, a semiconductor laser device, an optical amplifier, an optical modulator, a light emitting diode, and the like. Further, the composition of the nitride-based compound semiconductor layer can be applied without restriction.
[0019]
When the wafer is divided into A-bars to form bars, the dividing surface is not an optical resonance surface, so it may be divided using a scriber or dicer, and further, the scriber or dicer blade may be extended to the bottom of the back surface of the substrate. It can also be cut completely.
[0020]
When cleaving on the M surface to form a chip, a method of forming a shallow guide groove and then pressing and breaking using a braking device or a roller may be applied, or a method of breaking without a groove may be applied. Is possible.
In addition, when cleaving from the bar, when guiding grooves are provided on the laminated structure side, guide grooves separated in a dotted line shape may be provided between the stripe structures. If it is a cleavage from a bar, even if it is a guide groove separated in dotted lines, it can be divided by a high yield linearly.
[0021]
In the method of the present invention, a bar structure that is easy to split as much as possible is formed in the laminated structure of a nitride-based compound semiconductor layer having a low cleavage property and a nitride-based semiconductor substrate as much as possible, so that the bar can be stably divided into chips. Can do.
Furthermore, as indicated by the hatched portion in FIG. 4, the M-plane of gallium nitride necessarily has the other M-plane facing each other, so that the light beams facing each other can be obtained by dividing the bar between the two M-planes. The resonant surface can be easily formed.
[0022]
Further, the M-plane of the laminated structure of the nitride-based semiconductor substrate and the nitride-based compound semiconductor layer has the property of being easily broken compared to other plane orientations, for example, the C-plane and the A-plane. The cracked surface (cleavage surface) becomes an optical resonance surface in a state like a mirror surface.
Therefore, by combining bar formation by cutting A-plane, which is hard to break, and chip formation by cleavage of M-plane, the mechanical cutting load is concentrated on A-plane and the damage to M-plane that becomes the optical resonance surface is reduced. I can.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described specifically and in detail with reference to the attached drawings.
Embodiment Example This embodiment example is an example of an embodiment of a method for manufacturing a nitride-based semiconductor device according to the present invention. FIG. 1 shows an example of a nitride-based semiconductor device manufactured by the method of this embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration, and FIG. 2 is a plan view showing a longitudinal arrangement of stripe-like positive electrodes on a substrate (wafer).
As the substrate, for example, an n-
[0024]
First, on the main surface (C surface) of the
[0025]
Next, a multilayer metal film (not shown) for forming a positive electrode is deposited on the uppermost p-type contact layer 36 by a sputtering method or the like, and subsequently, as shown in FIG. A mask having a predetermined stripe shape extending in a direction parallel to the plane, that is, the plane A (direction indicated by a solid line) is formed on the multilayer metal film, and the multilayer metal film is etched to form 2 μm on the p-type contact layer 36 A positive electrode 37 having a stripe shape with a width is formed.
Next, the substrate surface (back surface) of the
The negative electrode 38 may be formed on the entire back surface of the
[0026]
After forming the negative electrode 38, the wafer is set on a scriber, and the back surface of the
Next, the
[0027]
When the resonator length is 200 μm or more and 1000 μm or less, the width of the
This
[0028]
A GaN-based semiconductor laser device sample having the stacked structure shown in FIG. 1 is manufactured according to the manufacturing method of this embodiment described above, the
[0029]
In the present embodiment example, the production of a GaN-based semiconductor laser device using a GaN substrate has been described as an example. However, the method of the present invention can also be applied when a sapphire substrate is used instead of a GaN substrate.
In that case, the method of the present invention can be applied by forming a negative electrode in a stripe shape in the same direction on the same side as the positive electrode 37 with respect to the substrate.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, according to the method of the present invention, a stripe-shaped structure such as a stripe-shaped current injection region is formed in parallel to the A-plane of the substrate, and then the strip-shaped structure is formed in a strip-like shape for each stripe-shaped structure on the A-plane of the substrate. By dividing, forming a bar having a stripe-shaped structure in the longitudinal direction, and further dividing the bar on the M-plane of the substrate to form chips each having a predetermined length having a stripe-shaped structure, Compared with the method, it is possible to manufacture a nitride-based semiconductor element having a high yield, a flat optical resonance surface, and good element characteristics.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a GaN-based semiconductor laser device manufactured by a method of an embodiment.
FIGS. 2A to 2C are diagrams for explaining steps of forming a bar and a chip when a GaN-based semiconductor laser device is manufactured by the method of the embodiment.
FIG. 3 is a perspective view showing a typical configuration of a GaN-based semiconductor laser device.
FIG. 4 is a unit cell diagram showing the surface orientation of GaN.
FIGS. 5 (a) to 5 (c) are diagrams illustrating a process of forming a bar and a chip when a GaN-based semiconductor laser device is manufactured by a conventional method, respectively.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a state where a marking line is provided.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... GaN-type semiconductor laser element, 12 ... GaN board | substrate, 14 ... 1st clad layer, 16 ... Active layer, 18 ... 2nd clad layer, 20 ... Positive electrode, 22 ... Negative electrode , 24... Bar, 26... Chip, 30... GaN substrate, 31... N-type GaN buffer layer, 32... N-type GaN underlayer, 33. …… p-type cladding layer, 36 …… p-type contact layer, 37 …… positive electrode, 38 …… negative electrode, 39 …… bar, 40 …… chip.
Claims (7)
窒化物系化合物半導体層の積層構造の上部を加工して、又は積層構造上に、ストライプ状電流注入領域等のストライプ状構造を窒化物系半導体基板のA面に平行に形成する工程と、
窒化物系半導体基板のA面で窒化物系半導体基板及び積層構造をストライプ状構造毎に所定幅の帯状に分割して、ストライプ状構造を長手方向に有するバーを形成する工程と、
窒化物系半導体基板のM面でバーを劈開により分割して、それぞれ、ストライプ状構造を有する所定の長さのチップを形成するとともに、M面からなる劈開面を形成する工程と
を備えている窒化物系半導体素子の作製方法。Forming a stacked structure of nitride compound semiconductor layers on a (0001) surface of a nitride semiconductor substrate ;
Processing the upper part of the laminated structure of the nitride-based compound semiconductor layer, or forming a stripe-shaped structure such as a stripe-shaped current injection region in parallel with the A surface of the nitride-based semiconductor substrate on the laminated structure;
In A plane of the nitride-based semiconductor substrate a nitride-based semiconductor substrate and a laminated structure for each stripe structure is divided into strip of a predetermined width, and forming a bar having a stripe-like structure in the longitudinal direction,
In the M plane of the nitride semiconductor substrate by dividing the bar by cleavage, respectively, to form a predetermined length of the chip having a stripe-shaped structure, that have a step of forming a cleavage plane of M surface the method for manufacturing a nitride compound-based semiconductor device.
窒化物系半導体基板のA面で窒化物系半導体基板及び積層構造をストライプ状構造毎に所定幅の帯状に分割して、ストライプ状構造を長手方向に有するバーを形成する工程と、
窒化物系半導体基板のM面でバーを劈開により分割して、それぞれストライプ状構造を有する所定の長さのチップを形成するとともに、M面からなる劈開面を形成する工程と
を備えている窒化物系半導体素子の作製方法。 While forming a nitride-based compound semiconductor layer stacked structure on the (0001) surface of the nitride-based semiconductor substrate , a stripe-shaped structure such as a stripe-shaped current injection region is formed on the A-plane of the nitride-based semiconductor substrate. A step of embedding in parallel;
In A plane of the nitride-based semiconductor substrate a nitride-based semiconductor substrate and a laminated structure for each stripe structure is divided into strip of a predetermined width, and forming a bar having a stripe-like structure in the longitudinal direction,
In the M plane of the nitride semiconductor substrate by dividing the bar by cleavage, that together form a predetermined length of the chip having a stripe-shaped structure, respectively, have a step of forming a cleavage plane of M surface nitrogen Method for producing a compound semiconductor device.
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