JP4832221B2 - 半導体レーザ装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体レーザ装置及びその製造方法に関し、特にチップ端面を劈開により形成した半導体レーザ及びその製造方法に関する。

通信装置用の素子又はＣＤ若しくはＤＶＤ用の読み出し用及び書き込み用の素子として、ＡｌＧａＡｓ系赤外レーザ装置又はＩｎＧａＰ系赤色レーザ装置等のIII−Ｖ族化合物半導体レーザ装置が広く用いられている。近年、一般式がＡｌ_xＧａ_yＩｎ_(1-x-y)Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ+ｙ≦１）で表される窒化物半導体を用いることにより、さらに波長の短い青色や紫外の半導体レーザ装置が実現されている。窒化物半導体を用いた半導体レーザ装置は、次世代ＤＶＤ（Blu-Ray Disc）等の高密度光ディスクの書き込み及び読み出し光源として実用化されつつある。現在、数十ｍＷの青色レーザ装置が市販されているが、今後、記録速度の向上にむけてさらなる高出力化が求められており、１００ｍＷ級のレーザ装置も市場に出現しつつある。

一般に半導体レーザ装置は、共振器端面を劈開により形成する。ＡｌＧａＩｎＡｓ系やＡｌＧａＩｎＰ系といった閃亜鉛鉱構造の半導体材料により形成されている、赤外及び赤色の半導体レーザ装置においては、劈開面が９０度ごとであるため劈開性が非常に高い。しかし、ＧａＮ等の窒化物半導体は、その結晶構造が六方晶系のウルツァイト構造であるため、劈開面である（１−１００）面と６０度ずれた面も等価な劈開面となる。このため、劈開時に劈開方向に対して６０度の方向にも割れが生じ、構造的に安定した劈開面を形成することが困難である。

この問題を解決する試みとして、特許文献１には、窒化物半導体層にダイヤモンド針などを用いて破線状にスクライブ傷を形成し、形成したスクライブ傷を劈開ガイドとして用いて、ブレーキングにより劈開を行う方法が開示されている。しかし、スクライブ又はダイシングによって劈開ガイド溝を形成する場合には、窒化物半導体層に傷をつけるため、溝自体に端面クラック、凹凸、割れ及び欠け等が多く発生して、そこから劈開面がずれてしまうという問題がある。また、スクライブによる溝は形状が必ずしも一定ではないため、劈開の位置を精度良く制御することは困難である。

一方、特許文献２、特許文献３には、劈開ガイド溝をエッチングにより形成する方法が開示されている。劈開ガイド溝をエッチングにより形成する場合には、溝の位置及び形状を精度良く制御できる。
特開２００３−１７７９１号公報。 特昭５９−１４９１４号公報。 特開平１１−２５１２６５号公報。

しかしながら、窒化物半導体の場合には、先に述べたように、本質的に劈開性が低く６０度方向にも劈開面を有するため、劈開ガイド溝が形成されていても、溝に沿って劈開が生じなかったり、溝の端部以外の部分から劈開が開始されたりして、意図した劈開面を得ることができないという問題が依然として発生することが、本願発明者らの検討により明らかになった。

本発明は、前記従来の問題を解決し、窒化物半導体等の六方晶系の半導体材料を用い且つ構造的に安定な劈開面を有する半導体レーザ装置及びその製造方法を実現できるようにすることを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は半導体レーザ装置を、劈開ガイドが平面Ｖ字状の先端部を有する構成とする。

具体的に、本発明に係る半導体レーザ装置は、基板及び該基板の上に形成された半導体層積層体を切り出したチップを備え、半導体層積層体は、ストライプ状の導波部を含む、六方晶構造を有する半導体材料からなる複数の半導体層からなり、チップは、導波部と交差する方向の２つチップ端面と、導波部と平行な方向の２つのチップ側面とを有し、各チップ端面における導波部を含む領域は、半導体層積層体が劈開された劈開面であり、少なくとも一方のチップ端面における導波部の両側方の領域には、それぞれチップの一部が切り欠かれて、チップ端面と接する第１の壁面と、チップ側面と接する第２の壁面とを露出する切り欠き部が形成されており、２つの切り欠き部のうちの少なくとも一方における第１の壁面が延びる方向と、劈開面が延びる方向とがなす角度は、１０度以上且つ４０度以下であることを特徴とする。

本発明に係る半導体レーザ装置は、第１の壁面が延びる方向と、劈開面が延びる方向とがなす角度は、１０度以上且つ４０度以下であるため、劈開ガイドとなる第１の壁面が延びる方向が、劈開面と等価な結晶面と大きく異なる方向となる。従って、劈開面と異なる方向に劈開が進むことを抑えることができるので、正確な劈開面を形成することが可能となる。その結果、構造的に安定な劈開面を有する半導体レーザ装置を実現できる。

本発明の半導体レーザ装置において、チップにおける導波部と切り欠き部との間の部分には、導波部及び切り欠き部と間隔をおいて、導波部と並行に延びる段差部が形成されていることが好ましい。このような構成とすることにより、切り欠き部の端部だけでなく、段差部においても劈開クラック等を集中して発生させることができ、段差部同士の間の部分における劈開面の精度を向上させることができる。

本発明の半導体レーザ装置において、各切り欠き部における第２の壁面から、劈開面を延長した位置までの距離は、５μｍ以上且つ２５μｍ以下であることが好ましい。

本発明の半導体レーザ装置において、各切り欠き部は、導波部側に設けられた第１の部分と、チップ側面側に設けられた第２の部分とを有し、第１の部分においては、第１の壁面と、該第１の壁面と接し且つ第２の壁面と平行な第３の壁面とが露出し、第２の部分においては、第２の壁面と、該第２の壁面及び第３の壁面と接する第４の壁面とが露出し、第３の壁面から劈開面を延長した位置までの距離は、１μｍ以上且つ５μｍ以下であり、第４の壁面から劈開面を延長した位置までの距離は、１０μｍ以上且つ２５μｍ以下であり、第４の壁面が延びる方向と、劈開面が延びる方向とがなす角度は、１０度以上且つ４０度以下であることが好ましい。このような構成とすることにより、一旦劈開ガイドから劈開ラインがずれた場合にも、劈開ラインを修正することが可能となる。

本発明の半導体レーザ装置において、各切り欠き部は、深さが１μｍ以上且つ１０μｍ以下であることが好ましい。

本発明の半導体レーザ装置において、各切り欠き部は、導波部側の端部における深さが他の部分よりも深いことが好ましい。このような構成とすることにより、切り欠き部の先端の底部に応力を集中させることができるため、劈開面の精度を向上させることができる。

本発明の半導体レーザ装置において、各切り欠き部における導波部側の部分はエッチングにより形成された浅い切り欠き部であり、切り欠き部における他の部分はスクライビングにより形成された深い切り欠き部であり、浅い切り欠き部の深さは２μｍ以下であることが好ましい。このような構成とすることにより、切り欠き部の先端部の形状の精度を保ったまま、深い溝を形成することが可能となる。

本発明の半導体レーザ装置において、劈開面の両側方に形成された２つの切り欠き部の間の間隔は、３０μｍ以上且つ１００μｍ以下であることが好ましい。

本発明の半導体レーザ装置において、各切り欠き部は、チップの半導体層積層体の側から形成されていることが好ましい。

本発明の半導体レーザ装置において、各切り欠き部は、チップの基板側から形成されていることが好ましい。

本発明の半導体レーザ装置において、２つの切り欠き部のうちの一方における第１の壁面が延びる方向と、劈開面が延びる方向とがなす角度は、１０度以上且つ４０度以下であり、２つの切り欠き部のうちの他方における第１の壁面が延びる方向と、劈開面が延びる方向とがなす角度は、９０度であることが好ましい。このような構成とすることにより、先端部の位置ずれによる劈開クラックの発生を抑えることができる。

本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法は、基板の上にｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層を含む半導体層積層体を順次結晶成長した後、ｐ型クラッド層を選択的にエッチングすることにより、互いに間隔をおいて一方向に延びるストライプ状の複数の導波部を有する半導体ウェハを形成する工程（ａ）と、複数の導波部を有する半導体ウェハを選択的にエッチングして、導波部と交差する方向に導波部を除いて列状に配置された複数の凹部を形成する工程（ｂ）と、一列に配置された複数の凹部を劈開ガイドとして用い、劈開ガイドに沿って導波部が露出する劈開面を形成する工程（ｃ）とを備え、各凹部は、導波部と交差する方向の２つの端部の少なくとも一方に、平面Ｖ字状の先端部を有し、先端部を囲む２つの辺がなす角度は２０度以上且つ８０度以下であり、先端部を囲む２つの辺のうちの少なくとも一方の辺が延びる方向と、劈開面が形成される方向とがなす角度は、１０度以上且つ４０度以下であることを特徴とする。

本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法によれば、半導体ウェハを選択的にエッチングして、導波部と交差する方向に導波部を除いて列状に配置された複数の凹部を形成する工程を備え、各凹部は、導波部と交差する方向の２つの端部の少なくとも一方に、平面Ｖ字状の先端部を有し、先端部を囲む２つの辺がなす角度は２０度以上且つ８０度以下であり、先端部を囲む２つの辺のうちの少なくとも一方の辺が延びる方向と、劈開面が形成される方向とがなす角度は、１０度以上且つ４０度以下であるため、劈開ガイドとなる凹部の先端部の方向が、劈開面と等価な結晶面と大きく異なる方向となる。従って、劈開面以外の方向に劈開が進むことを抑え、凹部の先端同士を結ぶ劈開ラインにそって正確に劈開を行うことが可能となる。その結果、歩留まり良く半導体レーザ装置を製造することが可能となる。

本発明の半導体レーザ装置の製造方法において各凹部は、導波部と交差する方向の２つの端部の両方に、先端部を有していることが好ましい。

本発明の半導体レーザ装置の製造方法において、各凹部の平面形状は、導波部と平行な両方向にそれぞれ平面等脚台形状に突出した突出部を有する形状であり、突出部における導波部と平行な方向の幅は、２０μｍ以上且つ５０μｍ以下であり、凹部の突出部を除く部分における導波部と平行な方向の幅は、２μｍ以上且つ１０μｍ以下であり、突出部の斜辺が延びる方向と、劈開面が形成される方向とがなす角度は１０度以上且つ４０度以下であることが好ましい。

本発明の半導体レーザ装置の製造方法において、工程（ｂ）よりも後で且つ工程（ｃ）よりも前に、各凹部における少なくとも先端部を除く部分をスクライブすることにより、先端部を除く部分の深さを先端部よりも深くする工程（ｄ）をさらに備えていることが好ましい。

本発明の半導体レーザ装置の製造方法においてスクライブは、ダイヤモンド針を用いて行うことが好ましい。

本発明の半導体レーザ装置の製造方法においてスクライブは、レーザ光又は電子ビームを用いて行うことが好ましい。

本発明の半導体レーザ装置の製造方法において工程（ａ）は、半導体層積層体における各導波部の両側方の部分を選択的にエッチングすることにより、メサ状の段差部を形成する工程を含み、工程（ｂ）において、各凹部は、段差部を避けて形成することが好ましい。

本発明の半導体レーザ装置の製造方法において工程（ｂ）は、半導体ウェハにおける各導波部と各凹部との間の領域に、導波部と平行な方向に延びる溝部をそれぞれ形成する工程を含むことが好ましい。

本発明の半導体レーザ装置の製造方法において、先端部を囲む２つの辺のうちの一方が延びる方向と劈開面が形成される方向とがなす角度は、１０度以上且つ４０度以下であり、先端部を囲む２つの辺のうちの他方が延びる方向と劈開面が形成される方向とは一致していることが好ましい。

本発明の半導体レーザ装置において、各凹部はウェハにおける半導体層積層体側に形成されていることが好ましい。

本発明の半導体レーザ装において、各凹部はウェハにおける基板の半導体層積層体と反対側に形成されていることが好ましい。

本発明に係る半導体レーザ装置及びその製造方法によれば、窒化物半導体等の六方晶系の半導体材料を用い且つ構造的に安定な劈開面を有する半導体レーザ装置及びその製造方法を実現できる。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１（ａ）〜（ｃ）は第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の構成であり、（ａ）は全体を示し、（ｂ）は平面構成を示し、（ｃ）は共振器端面側の断面構成を示している。本実施形態の半導体レーザ装置は、窒化物半導体からなる半導体層の積層体を有する半導体ウェハから切り出された半導体チップである。

図１に示すように本実施形態の半導体レーザ装置は、窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる基板１１と、基板１１の上に形成された窒化物半導体層積層体１２とを備えている。窒化物半導体層積層体１２は、基板１１の上に順次結晶成長したｎ型半導体層２１と、ＩｎＧａＮからなる多重量子井戸構造の活性層２２と、ｐ型半導体層２３とを有している。ｐ型半導体層２３は選択的にエッチングされており、リッジストライプ部２３ａが形成されている。

ｐ型半導体層２３の上には、リッジストライプ部２３ａの上面を除いて、電流を狭窄するための誘電体層２４が形成されている。誘電体層２４の上には、リッジストライプ部２３ａの上面と接してｐ側電極２５が形成され、基板１１の窒化物半導体層積層体１２と反対側の面（裏面）には、ｎ側電極２６が形成されている。

本実施形態の半導体レーザ装置は、リッジストライプ部２３ａとほぼ直交するチップ端面１３は、半導体ウェハを劈開して形成された面である。一方、リッジストライプ部２３ａとほぼ平行なチップ側面１４は、ダイシングにより形成された面である。本実施形態の場合、チップ端面１３のうちリッジストライプ部２３ａを含む中央部は、窒化物半導体層積層体１２の（１−１００）面が露出した平滑な劈開面１３ａとなっている。チップ端面１３における劈開面１３ａの両側方の領域は、劈開により形成されているが、完全な劈開面とはなっておらず、劈開クラック及び段差等が発生している。以下において劈開面とは、単に劈開により形成した面ではなく、劈開により単一の結晶面が露出した面をいう。

本実施形態の半導体レーザ装置をチップ端面１３の側からみた場合に、劈開面１３ａの両側方の部分には、窒化物半導体層積層体１２の一部が切り欠かれて形成された切り欠き部３１が形成されている。切り欠き部３１の平面形状は、ほぼ直角台形状であり、切り欠き部３１によりチップ端面１３と接する第１の壁面３１ａと、チップ側面１４と接する第２の壁面３１ｂとが露出している。第１の壁面３１ａが延びる方向と劈開面１３ａが延びる方向とがなす角度θは１０度以上且つ４０度以下となっている。切り欠き部３１の詳細については後述する。

図２（ａ）〜（ｃ）は第１の実施形態に係る半導体レーザ装置を形成するための劈開前の半導体ウェハの構成であり、（ａ）は平面構成を示し、（ｂ）は（ａ）のIIｂ−IIｂ線における断面構成を示し、（ｃ）は（ａ）のIIｃ−IIｃ線における断面構成を示している。

図２に示すように第１の実施形態の半導体ウェハ１０は、基板１１と、基板１１の（０００１）面の上に、互いに間隔をおいて基板の＜１−１００＞方位に沿って延びるように形成された、複数のリッジストライプ部２３ａを有する窒化物半導体層積層体１２とを備えている。窒化物半導体層積層体１２には、リッジストライプ部２３ａを除く部分をエッチングすることにより形成した複数の凹部３２が、基板の＜１１−２０＞方位に沿って一列に配置されており、劈開ガイド溝３３が形成されている。劈開ガイド溝３３は、互いに間隔をおいて複数形成されており、各劈開ガイド溝３３に沿って、窒化物半導体層積層体１２を劈開してチップ端面１３を形成した後、リッジストライプ部２３ａと平行な方向にダイシングして、半導体レーザ装置のチップ４１を切り出す。切り出した各チップ４１には、凹部３２のほぼ４分の１が残り、切り欠き部３１となる。

各凹部３２は、窒化物半導体層積層体１２をドライエッチングすることにより形成されており、両端部に平面Ｖ字状の先端部を有している。凹部３２をドライエッチングにより形成することにより、スクライブによりガイド溝を形成する場合とは異なり、凹部３２の位置及び形状を正確に制御することができる。このため、劈開ガイドとしての機能を最大限に発揮できる形状とすることができ、劈開歩留まりを飛躍的に向上することができる。

また、凹部３２の平面形状をリッジストライプ部２３ａと交差する方向の両端部が尖った、扁平な六角形状としているため、凹部３２の先端同士を結ぶように劈開が生じやすく、意図した方位の劈開面を生じさせることが容易となる。

以下に、凹部３２の形状についてさらに詳細に説明する。図３（ａ）及び（ｂ）は半導体ウェハ１０を劈開した場合における凹部３２の間の部分の構成であり、（ａ）は平面構成を示しており、（ｂ）は断面構成を示している。凹部３２は、劈開により半分に破断され切り欠き部３１となっているが、以下においては破断される前の凹部３２の状態を説明する。

結晶構造が六方晶の窒化物半導体の場合には、一列に配置された平面形状が方形状の凹部からなる劈開ガイドが形成されていても、劈開ガイドに正確に沿った劈開ラインを形成することが困難である。本実施形態の凹部３２の平面形状は、平面方形状の基部３２ａの両端に、平面Ｖ字状の先端部３２ｂが組み合わされ、リッジストライプ部２３ａと交差する方向に尖った先端を有する形状となっている。このため、図３に示すように劈開ライン５１にずれが生じた場合にも、先端部３２ｂの壁面に沿って劈開ラインの方向が修正されるので、凹部３２の先端から劈開が行われ、リッジストライプ部２３ａを含む領域に正確な劈開ラインを形成することが可能となる。

先端部３２ｂにおいて、劈開ライン５１の方向が壁面によって修正される理由は、劈開ライン５１と先端部３２ｂの壁面とが交差する領域において、劈開クラック及び段差が発生するためである。細かい劈開クラック等が先端部３２ｂの壁面に沿って生じることにより、劈開ライン５１が先端部３２ｂの壁面に沿った方向に導かれる。このため、先端部３２ｂの壁面と劈開面となる劈開ライン５１とが交差する角度が非常に重要となる。

図４（ａ）〜（ｃ）はＧａＮからなる基板１１の上に形成した窒化物半導体層積層体１２に、端部の２つの壁面が形成する先端の角度２θが異なる種々の凹部３２を形成した後、劈開を行った場合の結果を模式的に示している。図４において凹部３２の幅ｗは２０μｍ、深さｔは２μｍとし、凹部３２の先端同士の間隔ｄは５０μｍとした。

図４（ａ）に示したように凹部３２の先端の角度２θが６０度の場合には、凹部３２の基部３２ａにおいて劈開ラインがずれていても、先端部３２ｂにおいて壁面に沿って劈開ライン５１が修正され、凹部３２の先端同士を結ぶ劈開ライン５１を得ることができる。一方、先端の角度２θが２０度以下又は８０度以上の場合には、先端部３２ｂにおいて劈開ラインを修正する効果がほとんどない。

図５は凹部３２の先端の角度θと、劈開ガイドの機能率との相関を示している。劈開ガイドの機能率とは、凹部３２の先端同士を結ぶ劈開ラインを得ることができた割合であり、図５においては先端の角度２θが約６０度の場合を１として正規化して示している。先端同士を結ぶ劈開ラインが得られたかどうかの判定は、顕微鏡観察により行い、約１００個のサンプルについて観察を行った。

図５に示すように、先端の角度２θが８０度を超える場合又は２０度より小さい場合には、正規化した劈開ガイドの機能率は０．５以下となり、凹部３２が劈開ガイドとして十分に機能していないことを示している。これは結晶構造が六方晶である窒化物半導体に特有な現象である。窒化物半導体は、六方晶のウルツァイト構造であるために、劈開面である＜１−１００＞方位の面と等価な面が６０度ごとに存在する。先端の角度２θが６０度の場合は、＜１１−２０＞方位と平行な凹部３２の中心軸と先端部３２ｂの壁面とがなす角度θはそれぞれ３０度となり、先端部３２ｂの壁面の方向は最も劈開面から離れた方向となる。このため、図３に模式的に示すように、壁面に沿って劈開クラック等が生じやすくなると考えられる。

このため、凹部３２の先端の角度２θは、先端部３２ｂにおける壁面の方向が、劈開面及び劈開面と等価な面からできるだけ離れた方向となるようにすることが好ましい。具体的には、２０度以上且つ８０度以下とすればよく、劈開ガイドの機能率が０．９以上となる４０度以上且つ７０度以下とすることが好ましく、さらに好ましくは６０度とする。また、先端部３２ｂの壁面が延びる方向と劈開面が延びる方向とがなす角度θは、２分の１の１０度以上且つ４０度以下とすればよい。

次に、凹部３２の幅ｗについて検討を行った。凹部３２の幅ｗは、凹部３２の内側に劈開ライン５１が形成されている場合には、劈開ラインのずれを修正する機能にほとんど影響を与えない。しかし、凹部３２の幅ｗが１０μｍ以下の場合には、微小な欠陥又は付着物等の影響により、劈開ライン５１が凹部３２そのものから逸脱してしまうおそれがあることが明らかとなった。劈開ライン５１が凹部３２の外側へ逸脱すると、劈開ライン５１は凹部３２の内側に戻ることができなくなり、凹部３２は劈開ガイドとしての機能を失い、一列に形成されたチップ４１の大部分が劈開不良となってしまう。

図６は凹部の幅ｗと劈開ガイドの機能率との関係を示している。図６においては、凹部の幅ｗが２０μｍの際の劈開ガイドの機能率を１として正規化して示している。また、凹部の先端の角度２θは約６０度、深さｔは２μｍとし、凹部３２の先端同士の間隔ｄは５０μｍとした。

図６に示すようにガイドの幅ｗが１０μｍ以下になると劈開ガイドの機能が低下している。これは、劈開ラインが凹部３２の外側へ逸脱しやすくなるためである。一方、凹部３２の幅ｗを広くしすぎると、凹部３２には配線用の金メッキ等を形成できないため、端面部の放熱性が悪化し素子特性の低下をまねく結果となる。従って、現実的には凹部３２の幅ｗは５０μｍ以下とすることが望ましい。

次に、凹部３２の先端同士の間隔ｄが劈開ガイド溝としての機能に及ぼす影響について検討した結果について説明する。ＧａＮからなる基板１１の上に形成した窒化物半導体層積層体１２に、間隔を変えて凹部３２を形成した後、劈開を行ったところ、凹部３２の先端間の間隔ｄが１００μｍ以上となると、凹部３２同士の間において劈開ラインにずれが生じやすくなることが明らかになった。

図７は凹部の先端同士の間隔ｄと劈開ガイドの機能率との関係を示している。図７においては、間隔ｄが２０μｍの場合における劈開ガイドの機能率を１として正規化して示している。図７に示すように凹部の間隔ｄが広くなるにつれ、劈開ガイドの機能率が低下することがわかる。凹部３２の方向と、劈開面である（１−１００）方向の結晶面とは厳密には一致せず、若干の角度のずれが存在する。このため、凹部３２同士の間隔が大きくなると、凹部と凹部との間において劈開クラックが発生するおそれが高くなり、劈開ガイドの機能率が低下すると考えられる。従って、凹部３２同士の間隔ｄは１００μｍ以下とればよく、４０μｍ以下とすることが好ましい。しかし、凹部３２同士の間隔ｄを狭くしすぎると、凹部３２の先端がリッジストライプ部２３ａに近づきすぎ、凹部３２の先端部に形成される劈開クラックがレーザ特性に影響を与えるおそれがある。このため、凹部３２同士の間隔ｄは２０μｍ以上とすることが好ましい。

次に、凹部３２の深さｔについて検討を行った。深さｔが異なる凹部３２について劈開ガイドの機能を調べたところ、深さｔが１μｍ未満の場合には、劈開ガイドの機能がかなり低下するが、深さｔが１μｍ以上の場合には、劈開ガイドとして十分な機能を発揮することが明らかとなった。また、凹部３２の深さｔが深いほど、劈開ガイドの機能が向上するがわかった。しかし、ドライエッチングにより１０μｍ以上の深さの凹部３２を作製する場合には、ＧａＮに対して大きな選択比がとれるマスク材がほとんど存在しないため、マスク材の厚さを厚くしなければならない。マスク材の厚さを厚くすると、パターンの解像度及び精度が低下するため、凹部３２の先端の形状がなまってしまい、劈開位置の精密な制御ができなくなることがわかった。従って、凹部３２の深さｔは、１μｍ以上且つ１０μｍ以下とすればよく、２μｍ以上且つ５μｍ以下とすることが好ましい。

一方、本実施形態における窒化物半導体層積層体１２の厚さは、約４μｍである。凹部３２の深さｔを窒化物半導体層積層体１２の厚さよりも深くし、図８に示すような構成としてもよい。このようにすることにより、劈開歩留まりを向上させることができる。これはガイド溝の先端底部の、最も応力が加わる箇所が、窒化物半導体層積層体１２ではなく基板１１の内部となるため、劈開時に窒化物半導体層積層体１２に過度の応力が加わることを避けることができるためであると考えられる。

また、ドライエッチングにより作製した凹部３２の底部の形状は、ドライエッチングのパワー、圧力及びガス種等の条件によって変化させることができる。図９に示すように凹部３２の深さを、先端部３２ｂにおいて基部３２ａよりも深くすると、劈開時に劈開クラックや段差が凹部３２の最先端部に集中して発生する。このため、リッジストライプ部２３ａを含む領域に良好な劈開面１３ａを形成することができ、歩留まりが向上することが明らかになった。これは凹部３２の先端底部の角度が急峻になることにより、先端の底部に応力が集中し、劈開クラック等が発生しやすくなるためではないかと考えられる。このように劈開クラック及び段差を特定の位置に発生するように制御することにより、ストライプ導波部２３ａにおける劈開不良を抑制し、歩留まりを向上させることが可能となる。

本実施形態において、凹部３２は、平面方形状の基部３２ａの両側に平面Ｖ字状の先端部３２ｂを有している。しかし、図１０に示すように基部３２ａの一端にのみ先端部３２ｂを設けた形状としてもよい。隣接する２つの凹部３２の先端同士を対向して配置した場合、２つの先端同士を結ぶ劈開ラインが形成されやすい。このため、劈開ラインの位置を正確に制御できるという効果が得られる。しかし、対向する先端の位置にずれが生じると、劈開ラインと結晶面とにずれが生じ、クラックが発生する原因となる。このため、一方の凹部３２を先端がない形状とすることにより、凹部３２の先端の位置ずれによるクラックの発生を抑えることができる。また、基部３２ａの両側に先端部３２ｂが組み合わされた凹部と、基部３２ａだけの凹部とを交互に配置してもよい。

また、凹部３２の先端部３２ｂを２つの辺の長さが等しい平面Ｖ字状としているが、図１１に示すように凹部３２の一方の側のみから先端部が狭まるような形状としてもよい。この場合には凹部３２の段差の一方の側に集まるように劈開ラインが形成される。従って、先端の角度は２θではなくθとなる。

以下に、第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の一例を説明する。まず、キャリア濃度１０¹⁸ｃｍ^-3程度のｎ型ＧａＮ基板１１の上に、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、ｎ−ＧａＮバッファ層（図示せず）を２００ｎｍ形成した後、厚さが１μｍのｎ−ＧａＮ層と、厚さが１．８μｍのｎ−Ａｌ_0.04Ｇａ₀.₉₆Ｎクラッド層と、厚さが１５０ｎｍのｎ−ＧａＮ光ガイド層とを含むｎ型半導体層２１を形成する。続いて、厚さが３ｎｍのＩｎ_0.10Ｇａ_0.90Ｎウェル層と、厚さが７．５ｎｍのＩｎ_0.02Ｇａ_0.98Ｎバリア層とを有する三重量子井戸構造の活性層２２を形成する。さらに、厚さが１２０ｎｍのｐ−ＧａＮ光ガイド層と、厚さが０．５μｍのｐ−Ａｌ_0.05Ｇａ₀.₉₅Ｎクラッド層と、厚さが１００ｎｍのｐ−ＧａＮコンタクト層とを含むｐ型半導体層２３を形成する。ｎ型半導体層２１には、ドナー不純物としてシリコン（Ｓｉ）を５×１０¹⁷ｃｍ^-3程度ドーピングし、ｐ型半導体層２３にはアクセプター不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）を１×１０¹⁹ｃｍ^-3程度ドーピングする。また、最表面のｐコンタクト層には、１×１０²⁰ｃｍ^-3程度の高濃度にＭｇをドーピングする。なお、本実施形態における半導体積層構造は、一例であり、半導体積層構造や成長方法はこれに限るものではない。

次に、ｐ型コンタクト層の上に、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜を常圧ＣＶＤにより２００ｎｍの厚さに堆積する。続いて、Ｎ_２雰囲気において８００℃の温度で３０分間の熱処理を行い、ｐ型半導体層２３のＭｇを活性化する。続いて、フォトリソグラフィ及び反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いたドライエッチングにより、ストライプ状のＳｉＯ_２マスクを形成する。その後、ＳｉＯ_２をマスクとしてＣｌ_２ガスによる誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を用いたドライエッチングにより、０．５μｍ程度までｐ型半導体層２３をエッチングし、リッジストライプ部２３ａを形成する。その後、ＩＣＰドライエッチングのダメージを回復する目的で、８００℃の温度で３０分間の熱処理をＮ_２雰囲気において行う。続いて、マスクに用いたＳｉＯ_２膜を緩衝フッ酸（ＢＨＦ）で除去した後に、再びＳｉＯ_２誘電体層２４として厚さが２００ｎｍのＳｉＯ_２膜を堆積する。

次に、フォトリソグラフィ及び緩衝フッ酸溶液（ＢＨＦ）によるウェットエッチングによりリッジストライプ部２３ａの上部のみを露出する開口部をＳｉＯ_２誘電体層２４に形成する。続いて、フォトリソグラフィと電子線蒸着により、パラジウム（Ｐｄ）と白金（Ｐｔ）とからなるｐ側電極２５を形成する。Ｐｄ及びＰｔの膜厚はそれぞれ４０ｎｍ及び３５ｎｍとし、基板を７０℃に加熱した状態で蒸着を行う。その後、４００℃の熱処理を加えることにより、５×１０^-4Ωｃｍ²以下の良好なコンタクト抵抗が得られる。蒸着時の温度については、検討の結果、７０℃〜１００℃程度に加熱した場合、最もコンタクト抵抗が良化することが明らかになっている。パターンニングに用いるレジストの熱耐性も考慮すると、７０℃での蒸着が、プロセスの歩留まりも低下せず、コンタクト抵抗も良化する最適な条件であるといえる。

次に、フォトリソグラフィ及びＩＣＰによるドライエッチングにより、図３に示したように、チップ端面を形成するライン上に、リッジストライプ部を避けて、凹部３２を形成することにより破線状の劈開ガイド溝３３を形成する。続いて、ｐ側電極の上に配線用の金メッキを形成した後、基板１１の裏面を研削及び研磨して、基板１１の厚さを約１００μｍとする。その後、基板１１の裏面にチタン（Ｔｉ）と白金（Ｐｔ）と金（Ａｕ）とからなるｎ電極を形成する。Ｔｉ、Ｐｔ及びＡｕの膜厚はそれぞれ５ｎｍ、１００ｎｍ及び５００ｎｍとする。これにより１０^-4Ωｃｍ^-2台以下の良好なコンタクト抵抗を実現できる。

最後に、劈開ガイド溝３３に沿って、基板１１の裏面側からブレーキングにより劈開することによりチップ端面を形成する。さらに、ダイシングによりリッジストライプ部２３ａと平行にチップを切り出すことにより、半導体レーザ装置が得られる。

（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。図１２は第２の実施形態に係る半導体レーザ装置を示している。図１２において図１と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。

図１２に示すように本実施形態の半導体レーザ装置は、リッジストライプ部２３ａの両側方において、ｐ型半導体層２３と、活性層２２と、ｎ型半導体層２１の一部とがエッチングされ、素子分離のためにメサ状の段差部３５が形成されている。

本実施形態では、凹部３２とリッジストライプ部２３ａとの間に、メサ状の段差部３５がリッジストライプ部２３ａと平行な方向に形成されている。このように、凹部３２とリッジストライプ部２３ａとの間にリッジストライプ部２３ａと平行な方向に延びる段差部３５を形成することにより、劈開面１３ａに劈開クラック等が生じることを抑えることができる。

以下に、段差部３５を形成することにより劈開クラックの発生を抑えることができる理由について説明する。図１３（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係る半導体レーザ装置の凹部３２同士の間の部分の構造であり、（ａ）は平面構造を示しており、（ｂ）は断面構造を示している。

図１３に示すように半導体ウェハ１０を劈開した場合には、凹部３２の先端部３２ｂ付近に劈開クラック及び段差等が集中して発生する。本実施形態においては、凹部３２とリッジストライプ部２３ａとの間に設けられた段差部３５の位置においても劈開クラックが集中して発生する。その結果、段差部３５と段差部３５との間の部分においては、正確な劈開ラインが得られ、リッジストライプ部２３ａを含む部分において劈開クラックが発生することを抑えることができる。

本実施形態では段差部３５を、リッジストライプ部２３ａと平行な方向に延びるメサ状の段差部としたが、凹部３２とリッジストライプ部２３ａとの間に数μｍの段差があればよく、図１４に示すように凹部３２とリッジストライプ部２３ａとの間に、リッジストライプ部２３ａと平行な溝部を形成することにより段差部３５を形成してもよい。この場合、凹部３２と段差部３５とを同時にエッチングして形成することができるので、プロセス数を増加させることがなくコスト的に有利である。また、凹部３２とリッジストライプ部２３ａとの間に数μｍの段差をリッジストライプ部２３ａと平行方向に形成できれば、他の構造であってもよい。

（第３の実施形態）
以下に、本発明の第３の実施形態について図面を参照して説明する。図１５（ａ）及び（ｂ）は第３の実施形態に係る半導体レーザ装置の凹部３２同士の間の部分の構造であり、（ａ）は平面構造を示しており、（ｂ）は断面構造を示している。図１５において図３と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。

図１５に示すように本実施形態の半導体レーザ装置の凹部３２は、ドライエッチングにより形成した浅い凹部３２Ａと、浅い凹部３２Ａの中央部をスクライブして形成した深い凹部３２Ｂとにより構成されている。

スクライブにより凹部を形成すると凹部の深さを容易に深くすることができる。しかし、スクライブにより形成した凹部は形状を一定にできないため、劈開クラック等が生じやすく、劈開ラインを正確にコントロールできない。一方、エッチングにより凹部を形成する場合には、深い凹部を形成することが困難であるが、凹部の深さがあまりに浅いと、凹部の先端同士の間に正確な劈開ラインを形成することが困難となる。また、凹部から劈開ラインが逸脱してしまい、劈開ガイド溝としての機能を喪失するおそれもある。

劈開ラインの精度を必要としない凹部３２の中央部は、スクライブにより形成した深い凹部３２Ｂとし、正確な先端の形状が必要な端部は、エッチングにより形成した浅い凹部３２Ａとすることにより、浅い凹部３２Ａの部分の深さを浅くしても、凹部３２同士の間の部分においては正確な劈開ラインが実現できる。

深い凹部３２Ｂは、ドライエッチングにより浅い凹部３２Ａを形成した後、ダイヤモンド針を用いて、浅い凹部３２Ａの中央部をスクライブすることにより形成できる。また、レーザ光又は電子ビーム等を用いて形成してもよい。レーザ光又は電子ビーム等のスポットサイズとパワーとを適宜設定することにより、ダイヤモンド針によるスクライブと同等の深いガイド溝を形成することができる。また、ダイヤモンド針によるスクライブより、レーザ光又は電子ビームを用いたスクライブの方がスキャンスピードを速くすることが可能であり、作業時間を大幅に短縮できる。

（第４の実施形態）
以下に、本発明の第４の実施形態について図面を参照して説明する。図１６（ａ）及び（ｂ）は第４の実施形態に係る半導体レーザ装置の凹部３２同士の間の部分の構造であり、（ａ）は平面構造を示しており、（ｂ）は断面構造を示している。図１６において図３と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。

図１６に示すように本実施形態の半導体レーザ装置の凹部３２は、幅が２段に変化しており、幅が広い第１の領域３２Ｃと、第１の領域３２Ｃの両側に形成され第１の領域よりも幅が狭い第２の領域３２Ｄとにより構成されている。

先に説明したように、凹部３２の幅が狭くなると劈開ガイドの機能率が低下する。しかし、これは幅ｗが狭いと一旦劈開ライン５１がずれた際に、凹部３２の内側に劈開ライン５１を戻すことができず、１列分の共振器ほぼすべてが劈開不良となることによる。凹部３２の内側に劈開ライン５１を維持できた場合だけを比較すると、幅が狭い方が劈開ライン５１の精度が向上する。このため、本実施形態においては、凹部３２を幅ｗが広い第１の領域と、幅ｗが狭い第２の領域とを組み合わせることにより、凹部３２の先端間における劈開ライン５１の精度を向上させると共に、一旦劈開ライン５１がずれた場合においても、凹部３２の内側に劈開ライン５１を戻すことができるようにしている。第１の領域３２Ｃにおける幅ｗ１は２０μｍ以上且つ５０μｍ以下とし、第２の領域３２Ｄにおける幅ｗ２は２μｍから１０μｍとすればよい。

また、第１の領域３２Ｃと第２の領域３２Ｄとの間には、幅ｗが徐々に狭くなる部分が設けられていることが好ましい。これにより、凹部３２の平面形状は、リッジストライプ部２３ａと平行な両方向にそれぞれ平面等脚台形状に突出した突出部である第２の領域３２Ｄを有する形状となる。第２の領域３２Ｄの幅ｗが徐々に狭くなる部分、つまり等脚台形の斜辺に相当する部分における、傾斜の角度は、先端部の角度θと同様に１０度以上且つ４０度以下とすることが好ましい。このようにすることにより、凹部３２の内側でずれた劈開ライン５１の方向が修正され、先端に導かれる確率を高くすることができる。但し、先端部の角度θと同一でなくてもよい。

第１〜第３の実施形態において、リッジ型の半導体レーザ装置について説明したが、電極ストライプ型の半導体レーザ装置及び埋込ストライプ型の半導体レーザ装置等にも適用可能である。また、凹部３２を窒化物半導体層積層体１２の側から形成する例を示したが、凹部３２を基板１１の裏面側から形成しても、同様の効果を得ることができる。

本発明に係る半導体レーザ装置及びその製造方法は、窒化物半導体等の六方晶系の半導体材料を用い且つ構造的に安定な劈開面を有する半導体レーザ装置を実現でき、特に共振器端面を劈開により形成した半導体レーザ及びその製造方法等として有用である。

（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置を示し、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は平面図であり、（ｃ）はチップ端面側の断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置を製造するための半導体ウェハを示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のIIｂ−IIｂ線における断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＩｃ−Ｉｃ線における断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の劈開面を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の凹部の先端の角度と劈開ラインとの関係を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の凹部の先端の角度と劈開ガイドの機能率との相関を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の凹部の幅と劈開ガイドの機能率との相関を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の凹部の深さと劈開ガイドの機能率との相関を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の変形例を示す斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の変形例における劈開面を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の変形例における劈開面を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の変形例における劈開面を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の劈開面を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の変形例における劈開面を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置の劈開面を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の第４の実施形態に係る半導体レーザ装置の劈開面を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。

符号の説明

１０ 半導体ウェハ
１１ 基板
１２ 窒化物半導体層積層体
１３ チップ端面
１３ａ 劈開面
１４ チップ側面
２１ ｎ型半導体層
２２ 活性層
２３ ｐ型半導体層
２３ａ リッジストライプ部
２４ 誘電体層
２５ ｐ側電極
２６ ｎ側電極
３１ 切り欠き部
３１ａ 第１の壁面
３１ｂ 第２の壁面
３２ 凹部
３２Ａ 凹部
３２Ｂ 凹部
３２Ｃ 第１の領域
３２Ｄ 第２の領域
３２ａ 基部
３２ｂ 先端部
３３ 劈開ガイド溝
３５ 段差部
４１ チップ
５１ 劈開ライン

Claims (14)

1. （０００１）面を主面とする六方晶基板の主面上にｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層を含む六方晶構造を有する半導体層積層体を順次結晶成長した後、前記ｐ型クラッド層を選択的にエッチングすることにより、互いに間隔をおいて基板の＜１−１００＞方位に沿って延びるストライプ状の複数の導波部を有する半導体ウェハを形成する工程（ａ）と、
   前記複数の導波部を有する半導体ウェハを選択的にエッチングして、前記導波部と交差する基板の＜１１−２０＞方位に沿って前記導波部を除いて列状に配置された複数の凹部を形成する工程（ｂ）と、
   前記一列に配置された複数の凹部を劈開ガイドとして用い、前記劈開ガイドに沿って前記導波部が露出する劈開面を形成する工程（ｃ）とを備え、
   前記各凹部は、前記導波部と交差する方向の２つの端部の少なくとも一方に、平面Ｖ字状の先端部を有し、
   前記先端部を囲む２つの辺がなす角度は２０度以上且つ８０度以下であり、前記先端部を囲む２つの辺のうちの少なくとも一方の辺が延びる方向と、前記劈開面が形成される方向とがなす角度は、１０度以上且つ４０度以下であることを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
2. 前記先端部を囲む２つの辺のうちの少なくとも一方の辺が延びる方向は、＜１−１００＞方位であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
3. 前記各凹部は、前記導波部と交差する方向の２つの端部の両方に、前記先端部を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
4. 前記各凹部の平面形状は、前記導波部と平行な両方向にそれぞれ平面等脚台形状に突出した突出部を有する形状であり、
   前記突出部における前記導波部と平行な方向の幅は、２０μｍ以上且つ５０μｍ以下であり、
   前記凹部の前記突出部を除く部分における前記導波部と平行な方向の幅は、２μｍ以上且つ１０μｍ以下であり、
   前記突出部の斜辺が延びる方向と、前記劈開面が形成される方向とがなす角度は１０度以上且つ４０度以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
5. 前記工程（ｂ）よりも後で且つ前記工程（ｃ）よりも前に、
   前記各凹部における少なくとも前記先端部を除く部分をスクライブすることにより、前記先端部を除く部分の深さを前記先端部よりも深くする工程（ｄ）をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
6. 前記スクライブは、ダイヤモンド針を用いて行うことを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
7. 前記スクライブは、レーザ光又は電子ビームを用いて行うことを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
8. 前記工程（ａ）は、前記半導体層積層体における前記各導波部の両側方の部分を選択的にエッチングすることにより、メサ状の段差部を形成する工程を含み、
   前記工程（ｂ）において、前記各凹部は、前記段差部を避けて形成することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
9. 前記工程（ｂ）は、前記半導体ウェハにおける前記各導波部と前記各凹部との間の領域に、前記導波部と平行な方向に延びる溝部をそれぞれ形成する工程を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
10. （０００１）面を主面とする六方晶基板の主面上にｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層を含む六方晶構造を有する半導体層積層体を順次結晶成長した後、前記ｐ型クラッド層を選択的にエッチングすることにより、互いに間隔をおいて基板の＜１−１００＞方位に沿って延びるストライプ状の複数の導波部を有する半導体ウェハを形成する工程（ａ）と、
    前記複数の導波部を有する半導体ウェハを選択的にエッチングして、前記導波部と交差する基板の＜１１−２０＞方位に沿って前記導波部を除いて列状に配置された複数の凹部を形成する工程（ｂ）と、
    前記一列に配置された複数の凹部を劈開ガイドとして用い、前記劈開ガイドに沿って前記導波部が露出する劈開面を形成する工程（ｃ）とを備え、
    前記各凹部は、前記導波部と交差する方向の２つの端部の少なくとも一方に、平面Ｖ字状の先端部を有し、
    前記先端部を囲む２つの辺のうちの一方が延びる方向と前記劈開面が形成される方向とがなす角度は、１０度以上且つ４０度以下であり、
    前記先端部を囲む２つの辺のうちの他方が延びる方向と前記劈開面が形成される方向とは一致していることを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
11. 前記先端部を囲む２つの辺のうちの一方の辺が延びる方向は、＜１−１００＞方位であることを特徴とする請求項１０に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
12. 前記各凹部は、前記ウェハにおける前記半導体層積層体側に形成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
13. 前記各凹部は、前記ウェハにおける前記基板の前記半導体層積層体と反対側に形成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
14. 前記２つの端部の他方は、前記光導波路と並行な方向に延びる端面であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置の製造方法。

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