專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種諸如氮化物半導(dǎo)體激光元件的半導(dǎo)體元件(dement )、 一種結(jié)合了此類(lèi)半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體器件(device)以及一種制造它們的方 法。
背景技術(shù)：
在很多常規(guī)的半導(dǎo)體元件中，通過(guò)蝕刻等將半導(dǎo)體生長(zhǎng)層的頂部分形成 脊?fàn)钚螤钋見(jiàn)A在用于電流限制的絕緣膜的不同的片之間。這一結(jié)構(gòu)通常稱(chēng)為 脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)。具有此類(lèi)脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件可以安裝在諸如子座(submount) 的安裝構(gòu)件上，例如，半導(dǎo)體元件的襯底側(cè)朝上，其相對(duì)側(cè)朝下，在該相對(duì) 側(cè)上外延生長(zhǎng)半導(dǎo)體生長(zhǎng)層。這種安裝方法被稱(chēng)作結(jié)在下(junction-down) 安裝。在半導(dǎo)體器件的制造過(guò)程中，當(dāng)通過(guò)結(jié)在下安裝方法安裝半導(dǎo)體元件 時(shí)，由于半導(dǎo)體元件的脊部分是升高的，因此可能在受到壓力時(shí)被損傷。
作為這一難題的解決方案，傳統(tǒng)提出了一種在脊部分兩側(cè)形成有偽脊區(qū) i或的半導(dǎo)體器 <牛(參見(jiàn) Japanese Patent Application Laid-open No.2000-164986)。現(xiàn)在將參照附圖描述這種半導(dǎo)體器件。圖15為一半導(dǎo)體 元件的截面圖，該半導(dǎo)體元件上形成有偽脊區(qū)域，還同時(shí)示出了一安裝構(gòu)件， 該安裝構(gòu)件由子座、管座(stem)等構(gòu)成，半導(dǎo)體元件安裝在該安裝構(gòu)件上。
圖15所示的半導(dǎo)體元件10具有在襯底1的表面上布置的半導(dǎo)體生長(zhǎng)層 2。半導(dǎo)體元件10具有在其上通過(guò)蝕刻等形成的脊?fàn)畈糠?，還具有在該脊 狀部分8的兩側(cè)形成的偽脊區(qū)域9，該偽脊區(qū)域9如此形成，使得從襯底1 的表面測(cè)量的半導(dǎo)體生長(zhǎng)層2的厚度在偽脊區(qū)域9中比在脊?fàn)畈糠?中大。 此外，如此布置用于電流限制的Si02膜3，使得其不同的部分夾住脊?fàn)畈糠?8,且形成p-側(cè)電極4，來(lái)使其覆蓋脊?fàn)畈糠?周?chē)陌雽?dǎo)體生長(zhǎng)層2的表面部分以及脊?fàn)畈糠?表面的自身。
在安裝步驟中，將半導(dǎo)體元件10固定于安裝構(gòu)件，令半導(dǎo)體元件10的 襯底1 一側(cè)朝上，且在其間涂布焊料5。這里，安裝構(gòu)件由子座6和管座7 構(gòu)成。通過(guò)這種方法，就防止了脊?fàn)畈糠?:帔壓并^皮損壞。此外，還實(shí)現(xiàn)了 良好的散熱，因?yàn)樽幼?是由導(dǎo)熱率高的材料制成，而半導(dǎo)體元件10是以 發(fā)熱的半導(dǎo)體生長(zhǎng)層2朝下的方式固定到子座6上的。
圖15所示的半導(dǎo)體器件具有以下的不便之處。在半導(dǎo)體元件10中，就 襯底l在下方而言，偽脊區(qū)域9的表面需要估文得比脊?fàn)畈糠?的表面高。因 此，為了形成偽脊區(qū)域9，對(duì)于在偽脊區(qū)域9中布置半導(dǎo)體生長(zhǎng)層2或者調(diào) 整Si02膜3的厚度，必須執(zhí)行獨(dú)立的步驟。這導(dǎo)致了在制作半導(dǎo)體元件的過(guò) 程中需要更多的步驟，使得工藝更復(fù)雜且造成成品率^^。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述傳統(tǒng)情況所遇到的不便之處，本發(fā)明的目的是提供一種半導(dǎo)體 元件、 一種結(jié)合了該元件的半導(dǎo)體器件和一種制造它們的方法。通過(guò)在其上 形成有帶凹陷部分的刻槽區(qū)域的襯底上布"&氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層，該半導(dǎo)體 元件允許在形成為升高部分的脊的兩側(cè)方便地形成比脊部分厚的偽脊部分。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，用于制造半導(dǎo)體元件的方法包括第 一步驟，在具有作為襯底的至少一部分表面的氮化物半導(dǎo)體層的襯底上，形 成至少包括一個(gè)凹陷部分的刻槽區(qū)域和作為非刻槽區(qū)域的脊部分，由此生成 已處理村底；以及第二步驟，布設(shè)一氮化物半導(dǎo)體分層結(jié)構(gòu)部分，該部分包 括在刻槽區(qū)域中和脊部分表面上的至少一種類(lèi)型的氮化物半導(dǎo)體薄膜。這
里，在第二步驟中，使設(shè)置在接近刻槽區(qū)域的脊部分的區(qū)域上的氮化物半導(dǎo) 體分層結(jié)構(gòu)的、 >《脊部分的表面到氮化物半導(dǎo)體分層結(jié)構(gòu)的表面測(cè)量的厚度 大于設(shè)置在半導(dǎo)體元件生成區(qū)上的氮化物半導(dǎo)體分層結(jié)構(gòu)部分的、從脊部分 的表面到氮化物半導(dǎo)體分層結(jié)構(gòu)部分的表面測(cè)量的厚度，由此在接近刻槽區(qū) 域的脊部分的區(qū)域上形成第一偽脊部分，其中半導(dǎo)體元件生成區(qū)為脊部分的 除了接近刻槽區(qū)域的區(qū)域之外的區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明，在上述半導(dǎo)體元件制造方法中，在第二步驟中，在形成所 述氮化物半導(dǎo)體分層結(jié)構(gòu)部分時(shí)，所述刻槽區(qū)域的凹陷部分未被完全填充。
根據(jù)本發(fā)明，在上述半導(dǎo)體元件制造方法中，在所述第二步驟中，構(gòu)成所述氮化物半導(dǎo)體分層結(jié)構(gòu)部分的氮化物半導(dǎo)體薄膜包括AlGaN層，該 AlGaN層的Al成分比為0.03或更多且該AlGaN層的總厚度為1 jam或更大。
才艮據(jù)本發(fā)明，在上述半導(dǎo)體元件制造方法中，在所述第二步驟中，使設(shè) 置在第一偽脊部分上的所述氮化物半導(dǎo)體分層結(jié)構(gòu)部分的、從所述脊部分的 表面到所述氮化物半導(dǎo)體分層結(jié)構(gòu)部分的表面測(cè)量的厚度，比設(shè)置在所述半 導(dǎo)體元件生成區(qū)上的所述氮化物半導(dǎo)體分層結(jié)構(gòu)部分的、從所述脊部分的表 面到所述氮化物半導(dǎo)體分層結(jié)構(gòu)部分的表面測(cè)量的厚度大200nm或更多。
才艮據(jù)本發(fā)明，在上述半導(dǎo)體元件制造方法中，在所述第一步驟中，如此 形成所迷刻槽區(qū)域，使其包括兩個(gè)或更多的凹陷部分和夾于其間的狹窄平坦 部分，所述狹窄平坦部分在垂直于所述刻槽區(qū)域延伸的第一方向的方向上具 有100nm或更小的寬度，并且，在所述第二步驟中，使設(shè)置在所述狹窄平 坦部分上的氮化物半導(dǎo)體分層結(jié)構(gòu)部分的、從所述狹窄平坦部分的表面到所 述氮化物半導(dǎo)體分層結(jié)構(gòu)部分的表面測(cè)量的厚度大于設(shè)置在所述半導(dǎo)體元 件生成區(qū)上的氮化物半導(dǎo)體分層結(jié)構(gòu)部分的、從所述脊部分的表面到所述氮 化物半導(dǎo)體分層結(jié)構(gòu)部分的表面測(cè)量的厚度，由此在所述狹窄平坦部分中形 成第二偽脊部份。
才艮據(jù)本發(fā)明，在上述半導(dǎo)體元件制造方法中，在所述第一步驟中，如此 形成所述刻槽區(qū)域，使其包括三個(gè)凹陷部分和夾于其間的兩個(gè)狹窄平坦部 分，所述每個(gè)狹窄平坦部分在垂直于所述刻槽區(qū)域延伸的第 一方向的方向上 具有100nm或更小的寬度，并且，在所述第二步驟中，使設(shè)置在所述狹窄 平坦部分上的氮化物半導(dǎo)體分層結(jié)構(gòu)部分的、從所述狹窄平坦部分的表面到 所述氮化物半導(dǎo)體分層結(jié)構(gòu)部分的表面測(cè)量的厚度大于設(shè)置在所迷半導(dǎo)體 元件生成區(qū)上的氮化物半導(dǎo)體分層結(jié)構(gòu)部分的、從所述脊部分的表面到所述 氮化物半導(dǎo)體分層結(jié)構(gòu)部分的表面測(cè)量的厚度，由此在所述狹窄平坦部分中 形成兩個(gè)第二偽脊部份。
根據(jù)本發(fā)明，所述半導(dǎo)體元件制造方法進(jìn)一步包括第三步驟，在所述 第二步驟中形成的半導(dǎo)體元件生成區(qū)中制作半導(dǎo)體元件；第四步驟，在垂直 于所述第一方向的方向上解理所述已處理的村底以形成具有多個(gè)安裝于其 上的半導(dǎo)體元件的條；以及第五步驟，通過(guò)在平行于所述第一方向的方向上 劈開(kāi)所述條進(jìn)行芯片分割，以將所述條上的半導(dǎo)體元件分割成分立的芯片。 這里，在所述第五步驟中，在設(shè)置在所述刻槽區(qū)域中的所述氮化物半導(dǎo)體分層結(jié)構(gòu)部分的頂面上，或者在恰好位于所述刻槽區(qū)域下方的所述已處理襯底 的一部分的下表面上進(jìn)行劃片，形成平行于所述第一方向的劃線，然后進(jìn)行 所述的芯片分割。
根據(jù)本發(fā)明，所述半導(dǎo)體元件制造方法進(jìn)一步包括第三步驟，在所述
第二步驟中形成的半導(dǎo)體元件生成區(qū)中制作半導(dǎo)體元件；第四步驟，在垂直
于所述第一方向的方向上解理所述已處理襯底以形成具有多個(gè)安裝于其上 的半導(dǎo)體元件的條；以及第五步驟，通過(guò)在平行于所述第一方向的方向上劈 開(kāi)所述條進(jìn)行芯片分割，以將所述條上的半導(dǎo)體元件分割成分立的芯片。這 里，在所述第五步驟中，在所述第二偽脊部分上的中間部分中，或者在恰好 位于所述第二偽脊部分下方的所述已處理襯底的一部分的下表面上進(jìn)行劃 片，形成平行于所述第一方向的劃線，然后進(jìn)行所述的芯片分割。
根據(jù)本發(fā)明，所述半導(dǎo)體元件制造方法進(jìn)一步包括第三步驟，在所述
第二步驟中形成的半導(dǎo)體元件生成區(qū)中制作半導(dǎo)體元件；第四步驟，在垂直
于所述第一方向的方向上解理所述已處理襯底以形成具有多個(gè)安裝于其上
的半導(dǎo)體元件的條；以及第五步驟，通過(guò)在平行于所述第一方向的方向上劈 開(kāi)所述條進(jìn)行芯片分割，以將所述條上的半導(dǎo)體元件分割成分立的芯片。這 里，在所述第五步驟中，在設(shè)置在所述刻槽區(qū)域中的、夾在所述兩個(gè)狹窄平 坦部分之間的凹陷部分中的所述氮化物半導(dǎo)體分層結(jié)構(gòu)部分中，或者在恰好 位于該凹陷部分下方的所述已處理襯底的一部分的下表面上進(jìn)行劃片，形成 平行于所述第 一方向的劃線，然后進(jìn)行所述的芯片分割。
此外，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)上述半導(dǎo)體元件制造方法之一制造半導(dǎo)體元件。
此外，根據(jù)本發(fā)明，半導(dǎo)體器件配備有根據(jù)本發(fā)明的上述半導(dǎo)體元件；
以及其上安裝所述半導(dǎo)體元件的安裝構(gòu)件。這里,所述半導(dǎo)體元件以如此方 式安裝在所述安裝構(gòu)件上，使得所述半導(dǎo)體元件與所述安裝構(gòu)件的表面接 觸，所述半導(dǎo)體元件的氮化物半導(dǎo)體分層結(jié)構(gòu)部分一側(cè)朝下。
此外，根據(jù)本發(fā)明， 一種用于制造半導(dǎo)體元件的方法包括第一步驟， 在具有作為襯底的至少一部分表面的氮化物半導(dǎo)體層的襯底上，形成至少包 括一個(gè)凹陷部分的刻槽區(qū)域和作為非刻槽區(qū)域的脊部分，由此生成已處理村 底；以及第二步驟，布設(shè)一氮化物半導(dǎo)體分層結(jié)構(gòu)部分，該部分至少包括在
刻槽區(qū)域中和脊部分表面上的一種類(lèi)型的氮化物半導(dǎo)體薄膜。這里，在所述 第一步驟中，所述刻槽區(qū)域以網(wǎng)格形狀形成，所述刻槽區(qū)域彼此平行且彼此間以變化的間距形成以便形成多個(gè)具有變化面積的非刻槽區(qū)域，以及，在所 述第二步驟中，設(shè)置在所述非刻槽區(qū)域上的所述氮化物半導(dǎo)體分層結(jié)構(gòu)部分 的、從所述脊部分的表面到所述氮化物半導(dǎo)體分層結(jié)構(gòu)部分的表面測(cè)量的厚 度根據(jù)所述脊部分的表面厚度而變化。
此外，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)上述半導(dǎo)體元件制造方法制造半導(dǎo)體元件。


圖1是在本發(fā)明的第一實(shí)施例中、具有形成于其上的氮化物半導(dǎo)體激光
元件的晶片的一部分的示意性截面圖2a和2b分別是本發(fā)明的第一實(shí)施例中、其上設(shè)置氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)
層之前的已處理襯底的 一部分的示意性截面圖和俯;f見(jiàn)圖3是本發(fā)明的第一實(shí)施例中的、其上設(shè)置了氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層之后
的已處理襯底的一部分的示意性截面圖4是示出依據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層結(jié)構(gòu)的示意性截面圖； 圖5是一曲線圖，示出了 AlGaN膜中Al的含量比和偽脊部分及激光器
元件生成區(qū)之間厚度差Z的相互關(guān)系；
圖6a和6b為示出刻槽區(qū)域被氮化物半導(dǎo)體薄膜填充的程度的圖7為示出本發(fā)明的第一實(shí)施例中、氮化物半導(dǎo)體激光元件的結(jié)在下安
裝的圖8為示出偽脊部分和激光器元件生成區(qū)之間的厚度差Z和成品率的相 互關(guān)系的曲線圖9是在本發(fā)明的第二實(shí)施例中、具有形成于其上的氮化物半導(dǎo)體激光 元件的晶片的一部分的示意性截面圖10a和10b分別是本發(fā)明的第二實(shí)施例中、其上設(shè)置氮化物半導(dǎo)體生 長(zhǎng)層之前的已處理襯底的一部分的示意性截面圖和俯^見(jiàn)圖11是在本發(fā)明的第二實(shí)施例的另一例中、具有形成于其上的氮化物 半導(dǎo)體激光元件的晶片的一部分的示意性截面圖12為示出偽脊部分的寬度M和偽脊部分及激光器元件生成區(qū)之間的 厚度差Z的相互關(guān)系的曲線圖13為本發(fā)明的第三實(shí)施例的已處理襯底的一部分的俯視圖14為本發(fā)明的第三實(shí)施例中的組合半導(dǎo)體器件的外透視圖；以及圖15為示出常類(lèi)W故法中半導(dǎo)體元件的結(jié)在下安裝的圖。
具體實(shí)施例方式
在下文中將要描述本發(fā)明的各種實(shí)施例。在描述之前，將定義以下描述
中經(jīng)常使用的一些術(shù)語(yǔ)。在本說(shuō)明書(shū)中，"刻槽區(qū)域，，表示，例如，如圖2a 和2b所示，在已處理襯底11的表面上形成為凹陷部分的呈條帶形的槽，而 "脊，，表示在任何凹陷部分之外的形成為升高部分的呈條帶形的區(qū)域。在圖 2a和2b中，槽和脊形成為在一個(gè)方向延伸的條帶形?；蛘?，槽和脊可以形 成為網(wǎng)格形狀，槽彼此之間交叉且脊彼此之間交叉。每個(gè)刻槽區(qū)域可以包括 單個(gè)的凹陷部分、或者包括多個(gè)連續(xù)的凹陷部分的組合,其間夾有一個(gè)或多 個(gè)平坦部分。
在本說(shuō)明書(shū)中，"氮化物半導(dǎo)體襯底"表示由AlxGayInzN (0《x《1, 0 《y<l, 0《z<l，且x+y+z=l )形成的襯底。在氮化物半導(dǎo)體襯底中包含 的氮元素中，大約10%或更少可以用As、 P或Sb元素代替(只要襯底保持 六方晶體結(jié)構(gòu))。氮化物半導(dǎo)體襯底可以摻有Si、 O、 Cl、 S、 C、 Ge、 Zn、 Cd、 Mg或Be。在這些摻雜劑中，對(duì)n型氮化物半導(dǎo)體特別優(yōu)選的是Si、 O 和Cl。氮化物半導(dǎo)體襯底主平面的優(yōu)選取向?yàn)镃平面(0001》、A平面(ll-20〉、 11平面{1-102}、 M平面U-100)或(1-101)平面的方向。只要襯底的主平面與 上述晶面之一的方向之間具有2°或更小的偏角，就有可能獲得滿意的表面 形態(tài)。
在本說(shuō)明書(shū)中，"不相似襯底"表示由氮化物半導(dǎo)體之外的材料形成的 襯底。用作不相似村底的，例如，是藍(lán)寶石襯底、SiC襯底、Si襯底或GaAs 襯底。
在本說(shuō)明書(shū)中，"已處理襯底"表示一氮化物半導(dǎo)體襯底或具有在氮化 物半導(dǎo)體襯底表面上或在不相似襯底的表面上設(shè)置的氮化物半導(dǎo)體薄膜表 面上形成的刻槽區(qū)域的襯底?？滩蹍^(qū)域可以以固定間隔形成，或者可以以變 化的寬度形成?？滩蹍^(qū)域可以以固定深度形成，或者可以以變化的深度形成。
在本說(shuō)明書(shū)中，"氮化物半導(dǎo)體激光元件，，表示的是任何以如下方式制 作的分立芯片在已處理村底上設(shè)置氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層，然后通過(guò)各種步 驟在其上形成脊部分和電極層，并隨后將所得產(chǎn)品劈裂成分立的芯片。
在本說(shuō)明書(shū)中，"氮化物半導(dǎo)體激光器件"表示將氮化物半導(dǎo)體激光元件以結(jié)在下的方式安裝到諸如管座或子座的安裝構(gòu)件上獲得的產(chǎn)品。
在本說(shuō)明書(shū)中，"安裝構(gòu)件"表示管座、安裝在管座上的子座，氮化物 半導(dǎo)體激光元件安裝于子座上。因此，在本說(shuō)明書(shū)中，"將氮化物半導(dǎo)體激 光元件結(jié)在下安裝于安裝構(gòu)件"意思或者是，"將氮化物半導(dǎo)體激光元件結(jié) 在下直接安裝于管座"，或者是"將氮化物半導(dǎo)體激光元件結(jié)在下安裝于管 座上所安裝的子座"。
第一實(shí)施例
以下將參照相關(guān)附圖描述本發(fā)明的第一實(shí)施例。該實(shí)施例舉氮化物半導(dǎo) 體激光元件作為半導(dǎo)體元件的例子。圖l是本實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體激光元
件的示意性截面圖。圖2是在將圖4所示的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12設(shè)置于 其上之前的已處理襯底11的示意性截面圖，而圖2b是圖2a的俯視圖。在 這些圖中的每一個(gè)中，還示出了平面的方向。圖3是具有在圖2a和2b所示 的已處理襯底11上設(shè)置的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12的晶片的示意性截面圖。
關(guān)于這一氮化物半導(dǎo)體激光元件，首先將參照附圖描述已處理襯底11 是如何制作的。在該實(shí)施例中，n型GaN襯底^R用作已處理村底11的材料。 為了制作圖2所示的已處理襯底11，首先，在n型GaN襯底的頂面上氣相 淀積Si02、 SiNx等。在該實(shí)施例中，通過(guò)氣相淀積SiCb在n型GaN襯底表 面上形成Si02膜；作為替代，可以在n型GaN襯底的表面上形成任何其他 介電材料膜。氣相淀積是通過(guò)電子束淀積、濺射淀積等完成的。Si02膜等不 必一定由氣相淀積形成，而是可以由等離子體CVD等形成。接著，光致抗 蝕劑材料被涂布到這一 Si02膜上，然后通過(guò)普通光刻技術(shù)在[1-100]方向上形 成具有開(kāi)口的條形光致抗蝕劑圖案。接著，通過(guò)利用ICP (感應(yīng)耦合等離子 體)的RIB (反應(yīng)離子刻蝕)等，將Si02膜向n型GaN襯底方向蝕刻一半 深度。接下來(lái)，除去留在n型GaN襯底上的光致抗蝕劑，然后，利用未蝕 刻的Si02膜作為硬掩模，蝕刻n型GaN襯底以形成作為凹陷部分的刻槽區(qū) 域16。爾后使用諸如HF (氫氟酸)的蝕刻劑除去SiOJ莫。通過(guò)這種方法制 作具有[1-100]方向延伸的刻槽區(qū)域16的已處理襯底11，如圖2所示。在該 實(shí)施例中，使用RIE蝕刻n型GaN襯底并形成刻槽區(qū)域16;作為替代，可 以使用濕法蝕刻等。
在以上描述中，已處理襯底11通過(guò)在n型GaN襯底表面上直接開(kāi)挖刻槽區(qū)域16而形成?；蛘?，可以首先在n型GaN襯底的表面上生長(zhǎng)諸如GaN、 InGaN、 AiGaN和InAlGaN之類(lèi)的氮化物半導(dǎo)體薄膜并然后開(kāi)挖刻槽區(qū)域 16,從而形成已處理村底ll?；蛘撸梢允紫仍诓幌嗨埔r底的表面上生長(zhǎng)氨 化物半導(dǎo)體薄膜，然后開(kāi)挖刻槽區(qū)域16，從而形成已處理襯底ll。
如上所述形成的刻槽區(qū)域16形成在已處理襯底11的頂面上，平行于 [l-100]方向延伸。刻槽區(qū)域16的開(kāi)口均為5jiim寬和5jum深。在平行于 [11-20]方向上測(cè)量，相鄰刻槽區(qū)域16之間的距離，即刻槽區(qū)域16的周期為 400 " m。
在通過(guò)上述步驟制作的已處理襯底11上，通過(guò)適當(dāng)使用公知技術(shù)，例 如MOCVD (金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積)外延生長(zhǎng)圖4所示的氮化物半導(dǎo)體生 長(zhǎng)層12。通過(guò)這種方法制作了如圖1所示的氮化物半導(dǎo)體激光元件。由于氮 化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12是通過(guò)適當(dāng)使用公知技術(shù)形成的，因此在這方面將不 做詳細(xì)解釋。
如圖4所示，該氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12通過(guò)按如下順序在已處理襯底 11的表面上設(shè)置以下諸層形成2.0jum厚的n型GaN層40; 1.5nm厚的n 型Alo.o62Gao.938N第一覆層41; 0.2 pm厚的n型AlaiGao.9N第二覆層42; O.lpm 厚的n型Al。.o62Gao.938N第三覆層43; O.lpm厚的n型GaN波導(dǎo)層44;包括 三個(gè)4nm厚InGaN阱層和四個(gè)8nm厚GaN勢(shì)晝層的多量子阱有源層45; 20nm厚的p型Al0.3Ga0.7N防蒸發(fā)層46; 0.08jim厚的p型GaN波導(dǎo)層47; 0.5 pm厚的p型Ala。62Gao93sN覆層48;和O.liim厚的p型GaN接觸層49。 多量子阱有源層45通過(guò)按以下順序設(shè)置其組成層形成勢(shì)壘層、阱層、勢(shì) 壘層、阱層、勢(shì)壘層、阱層和勢(shì)壘層。
上述構(gòu)造的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12外延生長(zhǎng)在前述已處理襯底11上， 以制作圖1所示的氮化物半導(dǎo)體激光元件。
這樣，圖1所示的氮化物半導(dǎo)體激光元件在如上所述制作的使得其具有 刻槽區(qū)域16的已處理襯底11上形成有氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12，該氮化物半 導(dǎo)體生長(zhǎng)層12具有包括多個(gè)如圖4所示的氮化物半導(dǎo)體薄膜的分層結(jié)構(gòu)。 此外，以這樣的方式通過(guò)干法蝕刻等在氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層的表面上形成充 當(dāng)激光波導(dǎo)的脊條(ridge stripe) 14和用于限制電流的Si02膜15,使得脊 條14夾在Si02膜15的不同片之間。然后，在所示脊條14和Si02膜15的 表面上形成p側(cè)電極17,并在已處理襯底11的下表面上形成n側(cè)電極18。p側(cè)電極17表面上的升高部分被稱(chēng)為條20。沿著接近刻槽區(qū)域16的脊的兩 個(gè)邊緣部分，生長(zhǎng)比在形成氮化物半導(dǎo)體激光元件的平坦部分中更厚的氮化 物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12,由此形成偽脊部分13。在通過(guò)這種方法形成的氮化物 半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12的情況下，刻槽區(qū)域16未被槽中形成的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng) 層12完全填充。
上述脊條14通過(guò)如下方式形成利用普通光刻^t術(shù)形成光致抗蝕劑寬 度為2nm、在[1-100]方向(諧振器方向)延伸的條形光致抗蝕劑圖案，然 后利用諸如ICP (感應(yīng)耦合等離子體)的等離子體源通過(guò)RIE (反應(yīng)離子刻 蝕)進(jìn)行蝕刻。這里，從氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12的表面向下到p型GaN波 導(dǎo)層47或多量子阱有源層45的緊上方(immediately above )進(jìn)行蝕刻。
p側(cè)電極17通過(guò)從其更接近氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12的一側(cè)開(kāi)始按照所 述順序沉積諸如Pd/Mo/Au的材料層形成?？梢愿臑槭褂萌魏纹渌M合材料， 例如4要所述順序沉積的Pd/Pt/Au或Ni/Au。同樣地，n側(cè)電極18通過(guò)從其更 接近已處理襯底11的下表面的一側(cè)開(kāi)始按所述順序沉積諸如Ti/Al/Pt/Au的 材料層形成?？梢愿挠闷渌魏谓M合材料。
接著將參照附圖描述圖1所示的偽脊部分13。當(dāng)在圖2所示的已處理襯 底11上沉積具有圖4所示的分層結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12時(shí)，沿著脊 接近刻槽區(qū)域16的兩個(gè)邊緣部分形成了偽脊部分13，如示出了晶片的截面 的圖3所示。氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12的形成偽脊部分13的部分比沉積在脊 的其他區(qū)域中的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12的部分厚。在以下的描述中，在偽 脊部分13之外的脊上的區(qū)域被稱(chēng)為"激光器元件生成區(qū)19"。
偽脊部分13和激光器元件生成區(qū)19中的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12之間 的厚度差是因?yàn)?，在接近凹陷區(qū)域16的偽脊部分13中的氮化物半導(dǎo)體薄膜 生長(zhǎng)速率高于激光器元件生成區(qū)19中的生長(zhǎng)速率。偽脊部分13和激光器元 件生成區(qū)19中的氮化物半導(dǎo)體薄膜之間生長(zhǎng)速率這種巨大差異源于再蒸發(fā) 可能性的差異，即，曾被氮化物半導(dǎo)體薄膜生長(zhǎng)面所吸附的氮化物半導(dǎo)體薄 膜源材料的原子和分子從生長(zhǎng)面蒸發(fā)而未形成氮化物半導(dǎo)體薄膜的可能性。
具體地說(shuō)，已經(jīng)吸附到刻槽區(qū)域16之間的脊表面上的源材料的原子和 分子遷移或移動(dòng)到穩(wěn)定能量區(qū)域，在那里它們與表面的原子和分子結(jié)合起來(lái) 形成氮化物半導(dǎo)體薄膜。不過(guò)，如果它們不能在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)移動(dòng)到穩(wěn)定能 量區(qū)域，它們就從生長(zhǎng)面再次蒸發(fā)。如所周知，當(dāng)在如已處理襯底11的襯底表面上形成刻槽區(qū)域16時(shí)，刻槽區(qū)域16之間的脊的能量最穩(wěn)定的部分是
接近刻槽區(qū)域16的邊緣部分。這樣，接近刻槽區(qū)域16的脊的邊緣部分中的 再蒸發(fā)可能性就低。結(jié)果，在接近刻槽區(qū)域16的脊的兩個(gè)邊緣部分中，氮 化物半導(dǎo)體薄膜以高于激光器元件生成區(qū)19,即，脊的其他部分中的速率生 長(zhǎng)。這樣，就形成了偽脊部分13。
當(dāng)通過(guò)這種方法形成氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12時(shí)，在該實(shí)施例中，在氮 化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12剛沉積之后在激光器元件生成區(qū)19中測(cè)量得到的，圖 4所示的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12的厚度約為4.64 um。在偽脊部分13中和 激光器元件生成區(qū)19中之間的厚度差Z大約為0.9jum(即，在偽脊部分13 中在已處理襯底11上沉積的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層的厚度大約為5.54 jum)。 偽脊部分13在平行于[ll-20]方向的方向(參見(jiàn)圖1)上的寬度X為30]um。
再蒸發(fā)可能性的差異及其他因素為偽脊部分13帶來(lái)了比激光器元件生 成區(qū)19更大的厚度。根據(jù)圖5所示的曲線圖，據(jù)認(rèn)為原因在于AlGaN層厚 度的差異。圖5所示的曲線圖還表明，Al含量比例越低，偽脊部分13和激 光器元件生成區(qū)19之間的厚度差Z越可能更小，并且，當(dāng)Al含量比例為零， 即利用GaN膜時(shí)，厚度差Z為零。據(jù)認(rèn)為原因在于，與AlGaN相比，GaN 在生長(zhǎng)面上更容易遷移，因此其源材料的原子和分子在生長(zhǎng)面內(nèi)均勻分散， 使得所生長(zhǎng)的膜在生長(zhǎng)面之內(nèi)具有了均勻厚度。
圖5是一曲線圖，示出了包含在氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12中的AlGaN層 的Al含量比和偽脊部分13與激光器元件生成區(qū)19之間厚度差Z(參見(jiàn)圖3 ) 之間的相互關(guān)系。關(guān)于圖5所示的Al含量比，Al含量比為0.1的膜是，例 如由Al^Gao.9N形成的膜。圖5所示的結(jié)果是以預(yù)定Al含量比在圖2所示 的已處理襯底11上生長(zhǎng)0.52 ji m的p型AlGaN層和1.8 ju m厚的n型AlGaN 層時(shí)獲得的。這樣，在激光器元件生成區(qū)19上生長(zhǎng)的AlGaN層的總厚度為 2.32 jam,等于圖4所示的p型AlGaN層和n型AlGaN層的設(shè)計(jì)厚度之和。
通過(guò)這種方式，在其上形成有刻槽區(qū)域16的已處理襯底11上生長(zhǎng)氮化 物半導(dǎo)體薄膜，使得在生長(zhǎng)面之內(nèi)獲得變化的厚度成為可能。具體地說(shuō)，在 接近刻槽區(qū)域16的偽脊部分13中可以將具有圖4所示的分層結(jié)構(gòu)的氮化物 半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12生長(zhǎng)得比激光元件生成區(qū)19中的厚。這消除了執(zhí)行額外步 驟以形成偽脊部分13的必要；即，只需簡(jiǎn)單地與在其他區(qū)域中同時(shí)在晶片 的那些部分中沉積氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12即可形成厚度更大的偽脊部分13。這有助于實(shí)現(xiàn)比常規(guī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的制造工藝更簡(jiǎn)單的制造工藝。
此外，當(dāng)在其上形成有刻槽區(qū)域16的已處理襯底11上通過(guò)MOCVD等 沉積氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12時(shí)，在氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12中沒(méi)有觀察到出 現(xiàn)裂紋。通常，由于氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12包括多種類(lèi)型的具有不同晶格 常數(shù)和熱膨脹系數(shù)的膜，會(huì)發(fā)生晶格位錯(cuò)或類(lèi)似情況，從而在氮化物半導(dǎo)體 生長(zhǎng)層12內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)變。這通常會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋。相反，在該實(shí)施例中，使 用其上形成有刻槽區(qū)域16的已處理襯底11有助于釋放氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層 12中存在的應(yīng)變，并藉此防止裂紋的發(fā)生。此時(shí)，刻槽區(qū)域16未^l氮化物 半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12完全填滿，據(jù)認(rèn)為這促進(jìn)了應(yīng)變的釋放。
在該實(shí)施例中，被稱(chēng)為刻槽區(qū)域16未被氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12完全填 滿的狀態(tài)是這樣的狀態(tài)，其中，如圖6b中晶片的示意性截面圖所示，存在 作為刻槽區(qū)域16中的凹陷部分的槽。相反，在圖6a所示的狀態(tài)中，刻槽區(qū) 域16被氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12完全填滿，因此沒(méi)有槽存在，當(dāng)?shù)锇雽?dǎo) 體生長(zhǎng)層12以上述方式沉積時(shí)，不能在偽脊部分13中形成比在激光器元件 生成區(qū)19中更厚的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12。因此，不論氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng) 層12的表面是否平坦，都假定在本實(shí)施例中沒(méi)有考慮如圖6a所示的狀態(tài)。
通過(guò)依據(jù)該實(shí)施例的上述方法，制作了晶片，該晶片具有在其上形成有 刻槽區(qū)域16的已處理襯底11的表面上沉積的、表面上沒(méi)有裂紋的氮化物半 導(dǎo)體生長(zhǎng)層12，且該晶片具有形成于其上的激光器元件生成區(qū)19和偽脊部 分13。在該晶片上的激光器元件生成區(qū)19中，形成脊條14、 Si02膜15和p 側(cè)電極17,以制作圖1所示的氮化物半導(dǎo)體激光元件。
通過(guò)這種方式在激光器元件生成區(qū)19中形成脊條14、 Si02膜15和p 側(cè)電極17之后，接著從已處理襯底11的下表面對(duì)其進(jìn)行拋光或蝕刻，去除 的部分的已處理襯底ll,以將晶片的厚度減小到大約lOOiam。爾后，在已 處理襯底11的下表面上形成n側(cè)電極18。這里，可以為各氮化物半導(dǎo)體激 光元件單獨(dú)形成n側(cè)電極18，或者可以如圖l所示連續(xù)形成為單層。
然后在垂直于諧振器方向([l-100]方向，參見(jiàn)圖1)的方向上解理這樣 獲得的晶片，以形成兩個(gè)諧振器端面，其中脊條14沿諧振器方向延伸。這 里，諧振器長(zhǎng)度是600jum。經(jīng)過(guò)這一解理晶片的步驟，晶片被分成條。這 樣分開(kāi)的條每個(gè)都具有在其上以行形成的大量氮化物半導(dǎo)體激光元件。這一 步驟中進(jìn)行的解理通過(guò)如下方式完成首先用金剛石筆在晶片的下表面上劃線，然后向晶片施加適當(dāng)?shù)牧??；蛘撸媒饎偸P僅在晶片的一部分劃線， 例如在其邊緣部分，然后利用劃線作為起點(diǎn)解理晶片。諧振器端面可以通過(guò) 蝕刻形成。
通過(guò)這種方式形成兩個(gè)諧振器端面之后，在那些諧振器端面上通過(guò)電子 束淀積等交替氣相淀積Si02和TK)2介電膜以形成多層介電反射膜。介電材
料不必一定是Si02/Ti02,而可以是，例如Si02/Al203。接著，將如圖1所示 的均具有在其上以行形成的大量氮化物半導(dǎo)體激光元件的條沿[1-100]方向， 即平行于脊條14的方向劈裂，以獲得分立的氮化物半導(dǎo)體激光元件(芯片)。 這里，利用劃在沉積于刻槽區(qū)域16中的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層的頂面上的、 或者劃在恰好位于刻槽區(qū)域16下方的已處理襯底11的一部分的下表面上的 劃線，完成芯片分割。通過(guò)這種方法制作了如圖7所示的氮化物半導(dǎo)體激光 元件71。
如此獲得的氮化物半導(dǎo)體激光元件71被安裝和固定在子座73的表面， 令其p-側(cè)電極17—側(cè)朝下，元件71和子座73之間設(shè)有焊料72。通過(guò)這種 方式制作了氮化物半導(dǎo)體激光器件，其具有結(jié)在下安裝在安裝構(gòu)件上的氮化 物半導(dǎo)體激光元件71,安裝構(gòu)件包括設(shè)置在管座74上的子座73。這里，偽 脊部分13的尖端突出得超過(guò)脊條14和條20。因此，當(dāng)?shù)锇雽?dǎo)體激光元 件安裝在子座73的表面上時(shí)，防止了脊條14和條20受到壓力，從而防止 了脊條14凈皮損壞。這樣，可以以高成品率在安裝構(gòu)件上安裝氮化物半導(dǎo)體 激光元件71。在該實(shí)施例中，利用氮化物半導(dǎo)體激光元件71和子座73之間 的焊料將前者安裝到后者上?；蛘?，可以利用其間設(shè)置的焊料72直接將氮 化物半導(dǎo)體激光元件71安裝到管座74上。
對(duì)于進(jìn)行結(jié)在下安裝的情況，圖8示出了成品率和氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層
厚度差Z (參見(jiàn)圖3)的相互關(guān)系。當(dāng)2值小于0.24111時(shí)，脊條14和條20 易于受到壓力，因此脊條14易于祐:損壞，造成相當(dāng)?shù)偷某善仿?。具體地說(shuō)， 如圖8所示，當(dāng)Z值變得小于0.2jum時(shí)，成品率急劇降低。因此，優(yōu)選地， 氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12生長(zhǎng)在偽脊部分13中的部分和生長(zhǎng)在激光器元件生 成區(qū)19中的部分的厚度差Z為0.2jum或更大。
此外，如圖5所示，當(dāng)Al含量比為0.03或更大時(shí)，氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng) 層12生長(zhǎng)在偽脊部分13中的部分和生長(zhǎng)在激光器元件生成區(qū)19中的部分的厚度差Z為0.2um或更大。因此，設(shè)置在已處理襯底11上的氮化物半導(dǎo) 體生長(zhǎng)層12中所包含的AlGaN層中的Al含量比須為0.03或更大。已經(jīng)發(fā) 現(xiàn)，當(dāng)AlGaN層中Al含量比為0.03或更大時(shí)，如果p型和n型AlGaN層 的總厚度為1 jam或更大，氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12生長(zhǎng)在偽脊部分13中的 部分和生長(zhǎng)在激光器元件生成區(qū)19中的部分的厚度差Z為0.2jum或更大。 因此，AlGaN層應(yīng)當(dāng)是這樣的其中的Al含量比為0.03或更大，且p型和 n型層的總厚度為lpm或更大。
第二實(shí)施例
以下將參照相關(guān)附圖描述本發(fā)明的第二實(shí)施例。該實(shí)施涉及氮化物半導(dǎo) 體激光元件作為半導(dǎo)體元件的例子。圖9是在該實(shí)施例中具有形成于其上的 氮化物半導(dǎo)體激光元件的晶片的一部分的示意性截面圖。圖10a是在將圖4 所示的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12設(shè)置于其上之前的已處理襯底101的示意性 截面圖，而圖10b是圖10a的俯視圖。在這些圓中的每一個(gè)中，同時(shí)示出了 平面的方向。圖9所示的氮化物半導(dǎo)體激光元件中的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12 是通過(guò)形成圖4所示構(gòu)造的氮化物半導(dǎo)體薄膜制作的。
首先，將描述圖9所示的氮化物半導(dǎo)體激光元件的已處理襯底101。第 一實(shí)施例中所使用的已處理襯底11的每個(gè)刻槽區(qū)域16包括單個(gè)的凹陷部 分，與此不同，如圖10a和10b所示，已處理村底101具有刻槽區(qū)域104, 每個(gè)刻槽區(qū)域104包括兩個(gè)在[1-100]方向延伸的凹陷部分102和夾于這兩個(gè) 凹陷部分102之間的狹窄平坦部分103。狹窄平坦部分103具有平坦表面且 具有100jum或更小的寬度M?？滩蹍^(qū)域104通過(guò)類(lèi)似第一實(shí)施例中執(zhí)行的 步驟形成，包括普通光刻和蝕刻，因此在這方面將不會(huì)給出詳細(xì)解釋。
在圖9所示的氮化物半導(dǎo)體激光元件中，在通過(guò)在其上形成刻槽區(qū)域 104制作的已處理襯底101上，通過(guò)一起形成圖4所示的多個(gè)氮化物半導(dǎo)體 薄膜，形成氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12。此外，在氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12的表 面上，在夾于相鄰刻槽區(qū)域104之間的激光器元件生成區(qū)卯中，以如此方 式形成充當(dāng)激光波導(dǎo)的脊條94和用于電流限制的Si02膜95,使得脊條94 被夾在Si02膜95的不同片之間。然后，在脊條94和SiOz膜95的表面上形 成p側(cè)電極97，并在已處理襯底101的下表面上形成n側(cè)電極98。恰好位 于脊條94上方的p側(cè)電極的表面上的升高部分被稱(chēng)為條96。除非以下特別說(shuō)明，該氮化物半導(dǎo)體激光元件的制作方法及其其他特征都與第一實(shí)施例中 相同，因此，對(duì)于詳細(xì)解釋?zhuān)瑢⒖嫉谝粚?shí)施例的描述，且不會(huì)重復(fù)重疊的 解釋。
此外，在狹窄平坦部分103的表面上沉積比在刻槽區(qū)域104之間所夾的 激光元件生成區(qū)90上更厚的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12,由此形成偽脊部分93。 如在第一實(shí)施例中那樣，這樣形成的偽脊部分93防止了在安裝步驟中安裝 時(shí)使已經(jīng)形成的脊條94損壞。如上所述，與在第一實(shí)施例中比較，在平行 于[ll-20]方向上使均夾在兩個(gè)凹陷部分102之間的狹窄平坦部分103具有 100pm或更小的寬度M,即<吏在Al含量比小的時(shí)候，也能夠令氮化物半導(dǎo) 體薄膜設(shè)在偽脊部分93的部分和生長(zhǎng)在激光器元件生成區(qū)卯上的部分之間 具有大厚度差Z。即，在該實(shí)施例中，不僅在AlGaN膜中而且在GaN膜(其 中的A1含量比為零)中，氮化物半導(dǎo)體薄膜在偽脊部分93上生長(zhǎng)的生長(zhǎng)速 率也比氮化物半導(dǎo)體薄膜在激光器元件生成區(qū)90上生長(zhǎng)的生長(zhǎng)速率高。
其上形成氮化物半導(dǎo)體激光元件的晶片然后在垂直于諧振器方向 ([I-IOO]方向)的方向上解理，在諧振器的方向上脊條94延伸，從而將晶 片分成條，并由此形成兩個(gè)諧振器端面。如何形成諧振器端面，如何在諧振 器端面上氣相淀積保護(hù)膜等等與在第一實(shí)施例中相同，因此在這些方面將不 給出詳細(xì)解釋。接下來(lái)進(jìn)行芯片分割，使其上均具有如圖9所示的成行形成 的多個(gè)氮化物半導(dǎo)體激光元件的條分成分立的氮化物半導(dǎo)體激光元件。
這里，在該實(shí)施例中，用金剛石筆在偽脊部分93表面的中部進(jìn)行劃片 或類(lèi)似操作，之后，沿著經(jīng)偽脊部分93中部延伸的分割線99進(jìn)行芯片分割。 這里，不必非要在偽脊部分93的頂面上進(jìn)行劃片，而可以在已處理襯底IOI 的下表面上進(jìn)行。此外，在每個(gè)偽脊部分93的兩側(cè)形成兩個(gè)凹陷部分102。 氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12從凹陷部分102的底面開(kāi)始沉積在其中，因此凹陷 部分102被氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層部分地填充。即，凹陷部分102沒(méi)有被氮化 物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12完全填充。這樣在凹陷部分102中形成槽，而這些槽充 當(dāng)著芯片分割的導(dǎo)向裝置。這樣，在芯片分割過(guò)程中，即使晶片在非預(yù)期方 向破裂，位于偽脊部分93兩側(cè)的凹陷部分102也防止了從那里繼續(xù)裂開(kāi)。 這樣就能夠以高成品率進(jìn)行芯片分割。
舉例來(lái)說(shuō)，在偽脊部分93的寬度M小，因此難以在偽脊部分93的表 面上進(jìn)行劃片的情況下，有可能使用如圖11所示的已處理村底111,而不是已處理襯底101，圖11示出了本實(shí)施例的另一結(jié)構(gòu)示例。在這一已處理襯底
111中，每個(gè)刻槽區(qū)域114包括兩個(gè)窄開(kāi)口寬度的凹陷部分112、開(kāi)口寬度 足以允許在其中進(jìn)4亍劃片的凹陷部分116以及夾在這些凹陷部分112和116 之間的兩個(gè)狹窄平坦部分113。在這種情況下，在進(jìn)行芯片分割時(shí)，在生長(zhǎng) 于凹陷部分116的底面上的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12表面上進(jìn)行劃片，其中 每個(gè)凹陷部分116夾在兩個(gè)由在狹窄平坦部分113表面上生長(zhǎng)氮化物半導(dǎo)體 生長(zhǎng)層所形成的偽脊部分115之間。通過(guò)這樣做，沿著分割線119完成芯片 分割，其中分割線119沿凹陷部分116的中部延伸。這里，不必一定在生長(zhǎng) 于凹陷部分116底面上的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12的表面上進(jìn)行劃片，而是 可以在恰好位于凹陷部分116下方的已處理襯底111的下表面上進(jìn)行。
當(dāng)以上述方式進(jìn)行芯片分割時(shí)，凹陷部分112和116未被氮化物半導(dǎo)體 生長(zhǎng)層12完全填充，而只是被從凹陷部分112和116底面開(kāi)始沉積在其中 的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)層12部分填充，具有在其中形成的槽。這些形成在凹 陷部分112和116中的槽充當(dāng)著芯片分割的導(dǎo)向裝置。這樣，在芯片分割過(guò) 程中，即使晶片在非預(yù)期方向上破裂，在位于刻槽區(qū)域114兩側(cè)上的凹陷部 分112和116中形成的槽充當(dāng)了導(dǎo)向裝置，并防止破裂從那里繼續(xù)發(fā)展。這 樣就能夠以高成品率進(jìn)行芯片分割。
圖12示出了偽脊部分93或115的寬度M (參見(jiàn)圖9或11 )與氮化物 半導(dǎo)體薄膜生長(zhǎng)于狹窄平坦部分103或113上的部分和其生長(zhǎng)于激光器元件 生成區(qū)90上的部分之間的厚度差Z (參見(jiàn)圖9)之間的相互關(guān)系。圖12的 曲線圖示出了以下問(wèn)題。當(dāng)偽脊部分93或115的寬度M是120Mm時(shí)，氮 化物半導(dǎo)體薄膜的厚度差Z大約為O.liam;相反，當(dāng)寬度M為100um或 更小時(shí)，氮化物半導(dǎo)體薄膜的厚度差Z較大，即大約0.5pm或更大。即， 當(dāng)寬度M小到100jam以下時(shí)，狹窄平坦部分103或113中的氮化物半導(dǎo)體 薄膜的生長(zhǎng)速率變得高于激光器元件生成區(qū)90中氮化物半導(dǎo)體薄膜的生長(zhǎng) 速率，因此氮化物半導(dǎo)體薄膜的厚度差Z變得更大了。同樣在這種情況下， 上述兩組區(qū)域之間的生長(zhǎng)速率差在AlGaN的情況下比GaN大。順便提及， 圖12的曲線圖所示的結(jié)果是在l]am厚的GaN層上生長(zhǎng)lym厚的 AlaQ3Gao.97N層條件下獲得的。
如上所述，據(jù)認(rèn)為，當(dāng)寬度M為lOO)am或更小時(shí)氮化物半導(dǎo)體薄膜厚 度差Z變大的原因如下。首先，如前所述，AlGaN的再蒸發(fā)可能性在平坦區(qū)域的邊緣部分趨于較低，而在其中央部分較高。第二，在狹窄平坦部分103
或113中，其寬度M小到100jam或更??；這使得再蒸發(fā)可能性高的平坦區(qū) 域變窄，因此使得邊緣部分的影響更強(qiáng)了。這從整體上降低了狹窄平坦部分 103或113的再蒸發(fā)可能性，造成了高的生長(zhǎng)速率。
通過(guò)這種方式，通過(guò)形成作為非刻槽區(qū)域的狹窄平坦部分103或113使 其寬度M為100 u m或更小并隨后在晶片上生長(zhǎng)氮化物半導(dǎo)體薄膜，有可能 形成相對(duì)于激光器元件生成區(qū)90具有期望高度差的偽脊部分93或115。此 外，即使諧振器方向([1-100]方向)上狹窄平坦部分103或113的長(zhǎng)度為100 ym或更大，只要它們的寬度M (在[ll-20]方向)為100jam或更小，仍然 能夠獲得同樣的效果。通過(guò)使狹窄平坦部分103或113在諧振器方向上的長(zhǎng) 度為100)am或更小，有可能更有效地獲得上述高度差。
第三實(shí)施例
以下將參照相關(guān)附圖描述本發(fā)明的第三實(shí)施例。圖13為在該實(shí)施例中 已處理襯底131的一部分的俯視圖。在該實(shí)施例中，在已處理襯底131上所 示的區(qū)域中，形成有刻槽區(qū)域132a到132i，這些刻槽區(qū)域具有類(lèi)似于第一 或第二實(shí)施例中刻槽區(qū)域16、 104或114的結(jié)構(gòu)?？滩蹍^(qū)域132a到132e彼 此平行形成，且刻槽區(qū)域132f到132i彼此平行形成?？滩蹍^(qū)域132a到132e 垂直于刻槽區(qū)域132f到132i形成。
在如上所述形成的刻槽區(qū)域132a到132i中，令刻槽區(qū)域132a和132b 之間的距離為"b"，令刻槽區(qū)域132b和132c，以及刻槽區(qū)域132c和132d 之間的距離為"c"，令刻槽區(qū)域132d和132e之間的距離為"e"，令刻槽區(qū) 域132f和132g之間的距離為"f，，且令刻槽區(qū)域132g和132h,以及刻槽 區(qū)域132h和132i之間的距離為"d"。在該實(shí)施例中,這些距離"b"、 "c"、 "d"、
"e"、和"f，分另"〖Ii殳為30 pi m、 60|am、 80jam、 120 " m #口 200 n m。形 成刻槽區(qū)域132a到132i使之具有20 jum的寬度"a"和5 jum的深度。這里， 刻槽區(qū)域132a到132i形成脊133a到1331。脊133a和133b每一個(gè)均具有"b"
x "c" =A1的面積，脊133c、 133d、 133e和133f每一個(gè)均具有"c，， x "d，，
=八2的面積，脊133g具有"b" x "f， A3的面積，脊133h和133i每一 個(gè)均具有"d，， x "e，，=八4的面積,脊133j和133k每一個(gè)均具有"c，， x
"f， ^A5的面積，而脊1331具有"e，， x "f，=八6的面積。在該實(shí)施例中，面積A1、 A2、 A3、 A4、 A5和A6分別等于2400 ;a m2、 4800 jum2、 6000 jum2、 9600 iam2、 12000 ja 1112和24000 |a m2。這樣，脊133a到1331具有按 以下順序越來(lái)越大的面積133a=133b<133c=133d=133e=133f<133g<133h= 133i<133j=133k<1331。
通過(guò)這種方式，以網(wǎng)格狀圖案在已處理襯底131上形成了刻槽區(qū)域132a 到132i，結(jié)果，形成了面積不同的脊133a到1331。脊133a到1331的面積越 小，氮化物半導(dǎo)體薄膜在它們上的生長(zhǎng)速率就越高，從而氮化物半導(dǎo)體薄膜 的生長(zhǎng)面的水平高度越高。即，通過(guò)以網(wǎng)格狀形狀形成間隔變化的刻槽區(qū)域 132a到132i并隨后恰當(dāng)設(shè)定各脊的面積，有可能獲得具有期望厚度的氮化 物半導(dǎo)體薄膜。
當(dāng)在上述其上形成有刻槽區(qū)域132a到132i以及脊133a到1331的已處 理襯底131上生長(zhǎng)GaN或AlGaN時(shí)，在不同脊上各個(gè)區(qū)域中的生長(zhǎng)面具有 變化的水平高度。例如，在圖13中，脊133a在縱向和橫向均寬100um或 更小(具體地說(shuō)，分別是80 ju m和30 ju m )，因此具有2400 ja m2的面積Al ， 這是所有脊中最小的，因此這里的氮化物半導(dǎo)體薄膜具有最大的生長(zhǎng)厚度。 這樣，那里生長(zhǎng)的膜的生長(zhǎng)面具有最高的水平高度。在其他區(qū)域中，隨著它 們的面積從A1增加到A2,到A3，到A4，到A5,到A6，生長(zhǎng)面的水平高 度在下降。脊1331在縱向和橫向上均超過(guò)100jam寬(具體地說(shuō)，分別為 200 ia m和120 n m),因此具有24000 ju m2的面積A6。這里，氮化物半導(dǎo)體 薄膜具有大致等于未在已處理襯底131上形成刻槽區(qū)域132a到132i時(shí)所獲 得的生長(zhǎng)厚度。
這樣，令氮化物半導(dǎo)體薄膜在脊133a到1331上的生長(zhǎng)面的水平高度分 別為133aT到1331T，那么生長(zhǎng)面按以下順序具有越來(lái)越高的水平高度 133aT=133bT>133cT=133dT=133eT=133fT>133gT>133hT=133iT>133jT= 133kT>1331T。通過(guò)這種方式，在生長(zhǎng)氮化物半導(dǎo)體薄膜之前，在已處理襯
底131上形成具有不同面積的脊。通過(guò)隨后生長(zhǎng)氮化物半導(dǎo)體薄膜，有可能 隨著各脊上不同的生長(zhǎng)面積(脊面積)使生長(zhǎng)的氮化物半導(dǎo)體薄膜具有變化
的表面水平高度。
利用通過(guò)這種方式在氮化物半導(dǎo)體薄膜中獲得的水平高度差，有可能， 例如在同一已處理襯底上制作氮化物半導(dǎo)體激光器和PD (光電二極管)，由 此制作出組合的半導(dǎo)體元件。圖14示出了此類(lèi)組合半導(dǎo)體器件的例子。圖14示出了按照上述方式制作的已處理村底141，和在已處理襯底141上形成 的PD 142和氮化物半導(dǎo)體激光元件143。在已處理襯底141的表面上，由于 形成氮化物半導(dǎo)體激光元件143的區(qū)域的面積小于形成PD 142的區(qū)域的面 積，因此氮化物半導(dǎo)體激光元件143具有比PD 142更高的生長(zhǎng)面。這樣就 可能利用PD 142監(jiān)測(cè)氮化物半導(dǎo)體激光元件143發(fā)出的光而不截?cái)嗨?。還 有可能引入電子器件以制作組合半導(dǎo)體器件。
該實(shí)施例涉及這樣一種情況，其中，形成在已處理襯底141上的激光器 為氮化物半導(dǎo)體激光器，但是該激光器可以是基于任何其他類(lèi)型半導(dǎo)體的半 導(dǎo)體激光器，例如III-V族化合物半導(dǎo)體。第一和第二實(shí)施例均涉及氮化物 半導(dǎo)體激光元件，但是它們可以應(yīng)用于除了氮化物半導(dǎo)體激光元件之外的任 何半導(dǎo)體元件。
本申請(qǐng)要求于2004年6月10日在日本提交的專(zhuān)利申請(qǐng)No.2004-172326 的優(yōu)先權(quán)，在此將其全部?jī)?nèi)容引入作為參考。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體元件的制作方法，包括第一步驟，在具有作為其至少一部分表面的氮化物半導(dǎo)體層的襯底上，形成至少包括一個(gè)凹陷部分的刻槽區(qū)域和作為非刻槽區(qū)域的脊部分，由此生成已處理襯底；以及第二步驟，設(shè)置氮化物半導(dǎo)體分層結(jié)構(gòu)部分，該部分包括在所述刻槽區(qū)域中和在所述脊部分表面上的至少一種類(lèi)型的氮化物半導(dǎo)體薄膜，其中，在所述第一步驟中，形成多個(gè)具有變化面積的非刻槽區(qū)域；和其中，在所述第二步驟中，設(shè)置在非刻槽區(qū)域上的氮化物分層結(jié)構(gòu)的、從所述脊部分的表面到所述氮化物半導(dǎo)體分層結(jié)構(gòu)部分的表面測(cè)量的厚度，根據(jù)所述脊部分的表面的面積而變化。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體元件的制作方法，其中所述刻槽區(qū)域以網(wǎng)格 形狀形成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的半導(dǎo)體元件的制作方法，其中所述刻槽區(qū)域形 成，使得其寬度等于其深度。
4. 一種半導(dǎo)體器件，包括已處理襯底，具有作為其至少一部分表面的氮化物半導(dǎo)體層，所述已處 理襯底具有在其上形成的包括至少一個(gè)凹陷部分的刻槽區(qū)域和作為非刻槽 區(qū)域的脊部分；以及氮化物半導(dǎo)體分層結(jié)構(gòu)部分，包括至少一種類(lèi)型的氮化物半導(dǎo)體薄膜， 且"&置在所述刻槽區(qū)域中和在所述脊部分的表面上，其中，所述已處理村底具有多個(gè)具有變化面積的非刻槽區(qū)域；和其中，設(shè)置在非刻槽區(qū)域上的氮化物分層結(jié)構(gòu)的、從所述脊部分的表面 到所述氮化物半導(dǎo)體分層結(jié)構(gòu)部分的表面測(cè)量的厚度，根據(jù)所述脊部分的表 面的面積而變^S。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的半導(dǎo)體元件，其中所述刻槽區(qū)域以網(wǎng)格形狀形成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5的半導(dǎo)體元件，其中所述刻槽區(qū)域形成，使得其 寬度等于其深度。
全文摘要
提供了一種半導(dǎo)體元件及其制造方法。該半導(dǎo)體器件包括已處理襯底，具有作為其至少一部分表面的氮化物半導(dǎo)體層，所述已處理襯底具有在其上形成的包括至少一個(gè)凹陷部分的刻槽區(qū)域和作為非刻槽區(qū)域的脊部分；以及氮化物半導(dǎo)體分層結(jié)構(gòu)部分，包括至少一種類(lèi)型的氮化物半導(dǎo)體薄膜，且設(shè)置在所述刻槽區(qū)域中和在所述脊部分的表面上。所述已處理襯底具有多個(gè)具有變化面積的非刻槽區(qū)域。設(shè)置在非刻槽區(qū)域上的氮化物分層結(jié)構(gòu)的、從所述脊部分的表面到所述氮化物半導(dǎo)體分層結(jié)構(gòu)部分的表面測(cè)量的厚度，根據(jù)所述脊部分的表面的面積而變化。
文檔編號(hào)H01L21/00GK101615764SQ20091013968
公開(kāi)日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2005年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月10日
發(fā)明者神川剛 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社