二硼化物单晶衬底与使用它的半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

一种具有与氮化物系化合物半导体的劈开面相同的劈开面且具有导电性的二硼化物单晶衬底和使用它的半导体激光二极管与半导体装置以及它们的制造方法，其中所述二硼化物单晶衬底为二硼化物ＸＢ↓［２］（其中，Ｘ为Ｚｒ或Ｔｉ）单晶衬底１，其特征在于：二硼化物ＸＢ↓［２］单晶衬底１的面取向为（０００１）面２且衬底的厚度设定为０．１ｍｍ或以下。另外，沿（１０－１０）面４的劈开和分割能够轻易地进行。使用该衬底，如果形成基于氮化物系化合物的半导体激光二极管等，则能够实现纵向构造元件。在分割元件时，通过沿（１０－１０）面进行分割，便能够形成损耗较少的半导体激光二极管的谐振面，并能够实现没有因切断余量引起的损耗的制造方法。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及氮化物系化合物半导体所要求的衬底和使用它的半导体激光二极管以及半导体装置与它们的制造方法。
技术介绍
半导体激光二极管(以下称LD)和发光二极管(以下称LED)元件被应用于光盘装置等各种各样的机器设备。近年来，为提高这些光盘装置的存储容量，已经开发出了使用能够发出青～紫外区之短波长光的氮化物系化合物半导体材料的LED和LD。氮化物系化合物半导体由于禁带宽度大，因而击穿电压高。另外，由于迁移率大，因而从优良的高频特性出发，进行了各种晶体管的开发。使用传统的氮化物系化合物半导体的LD和高频用晶体管，因为不能得到品质良好的氮化物系化合物半导体的例如氮化镓(GaN)的衬底，因此，一般在蓝宝石单晶衬底上形成氮化物系化合物半导体装置。作为使用氮化物系化合物半导体的LD之制造方法的现有技术例1，有基于特开平7-297495号公报的技术。图19是该现有技术例1的LD构成的剖面图。该LD40在蓝宝石单晶衬底41的(11-20)面上，作为LD的工作层依次层叠AlN缓冲层42、n+GaN层43、nAl0.1Ga0.9N层44、GaN层45、以及pAl0.1Ga0.9N层46而形成多层结构。在最上层的pAl0.1Ga0.9N层46上沉积SiO2膜47，并开设电极用窗，形成p层46的电极48A。nAl0.1Ga0.9N层44的电极48B形成于n+GaN层43上。LD40的法布里-珀罗(Fabry-Perot)谐振器的谐振面由垂直于激光发光的光路(垂直纸面的方向)的对置端面构成。现有技术例1已经公开了成为谐振器的对置端面通过沿<0001>轴(c轴)劈开并分割蓝宝石单晶衬底41而获得。在此基础上，通过将对置端面设计成精密的镜面，便使基于氮化物系化合物半导体的LD40的振动效率得以提高。另一方面，作为现有技术例2已经报道了二硼化锆(ZrB2)衬底有望成为氮化物系化合物半导体的衬底(J.SuDa、H.Matsunami，Journalof Crystal Growth，Vol.237～239、pp.210～213、2002年)。ZrB2衬底借助于高频加热的浮带区熔法(FZ法)可以得到单晶，能很好地与氮化物系化合物半导体进行晶格匹配且具有优良的导电性。另外，氮化物系化合物半导体能够在ZrB2衬底上进行外延生长。在现有技术例1的LD的制造方法中，当沿c轴劈开蓝宝石衬底41时，蓝宝石衬底41的劈开面一般为(10-12)面，但该晶面与氮化物系化合物半导体的劈开面(10-10)面不同，因而存在不能得到稳定的劈开面的课题。为此，不能提高成为氮化物系化合物半导体法布里-珀罗谐振器的对置端面的面精度和平行度，因而存在不能得到成品率优良且振动效率高的LD的课题。使用III-V族化合物系半导体的LD，是在工作层的表面与衬底背面设置欧姆电极、从衬底的表面侧向背面侧通以电流的所谓纵向结构元件。但是，蓝宝石单晶衬底41是绝缘体，因此不能将蓝宝石衬底41的背面作为欧姆电极，因而不能获得纵向结构元件。故而在LD41中，必须在元件的上面部、位于多层下部的n+层43上形成电极48B。为了使该n+层43暴露在元件的上面，例如在使LD的多层结晶生长时，必须进行所谓的选择性生长，即在n+层43的生长结束后停止晶体生长，待采用不使结晶生长的SiO247等绝缘体包覆成为电极的部分后，再使多层进行生长。或者在形成多层后，采用浸蚀成为电极的n+区以暴露元件表面的工序等来进行。这样一来，因工序增加，故存在成品率降低且成本增加的课题。另外，蓝宝石单晶衬底41由于热传导率小，因而使用蓝宝石单晶衬底41的氮化物系化合物半导体的LD40与各种半导体装置工作时的温度容易升高。为此，存在LD40的寿命缩短且高频用晶体管的输出和效率不高这一不能充分发挥氮化物系化合物半导体装置本来具有的性能这样的课题。另外，在现有技术例2中，在将ZrB2晶体衬底例如用作LD衬底的情况下，在形成LD谐振面时，ZrB2衬底也必须同时劈开。但是，存在不能清晰辨认ZrB2衬底的劈开面的课题。
技术实现思路
本专利技术是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供劈开面与氮化物系化合物半导体的劈开面相同且具有导电性的衬底以及使用它的半导体激光二极管等半导体装置和它们的制造方法。为达成上述目的，本专利技术的衬底是二硼化物XB2(其中，X为Zr或Ti)的单晶衬底，其特征在于面取向为(0001)面，且将衬底的厚度设定为0.1mm或以下。上述二硼化物单晶衬底可以具有表示为(10-10)面或(11-20)面的取向平面(orientation flat)。本专利技术的半导体激光二极管的特征在于在以二硼化物XB2(其中，X为Zr或Ti)单晶的(0001)面作为取向的衬底上形成半导体激光二极管。在上述二硼化物XB2单晶衬底上形成的半导体激光二极管的工作层是由多层构成的，二硼化物XB2单晶衬底沿(10-10)面具有切断面，构成多层的半导体激光谐振器的2个对置端面可以由平行于二硼化物XB2单晶衬底的(10-10)面的劈开面所形成。二硼化物XB2单晶衬底的厚度为0.1mm或以下即可。另外，上述二硼化物XB2单晶衬底优选的是ZrB2单晶衬底，成为半导体激光二极管的工作层的多层由氮化物系化合物半导体(AlxGayInzN，其中x+y+z＝1)所构成。根据该构成，在半导体激光二极管形成之前或形成之后，如果使XB2衬底的厚度为0.1mm或以下，则沿XB2衬底以及构成半导体激光二极管的氮化物系化合物半导体的(10-10)面能够轻易地以良好的直线性分割XB2衬底以及半导体激光二极管，并且能够轻易地形成构成半导体激光二极管谐振器的对置端面。另外，从元件分割的观点来看，也能使没有切断余量的元件的分割方法得以实现。本专利技术的半导体装置是在以二硼化物单晶XB2(其中，X为Zr或Ti)的(0001)面作为取向的衬底上形成的，其特征在于该二硼化物XB2单晶衬底具有沿(10-10)面用金刚石笔等划线并切断的2个切断面，在相当于半导体装置元件的侧面的面中，至少1面具有与二硼化物XB2单晶衬底的(10-10)面平行的面。上述半导体装置只要是半导体激光二极管、发光二极管、光检测器、异质结双极晶体管、场效应晶体管、以及集成电路中的任何一种即可。二硼化物单晶XB2衬底的厚度优选为0.1mm或以下。另外，二硼化物单晶XB2衬底是ZrB2单晶衬底、半导体装置优选由氮化物系化合物半导体(AlxGayInzN，其中x+y+z＝1)所构成。根据该构成，在半导体装置形成之前或形成之后，如果使XB2衬底的厚度为0.1mm或以下，则沿XB2衬底以及构成半导体装置的氮化物的(10-10)面分割XB2衬底以及半导体装置能够保持良好的直线性而且可以轻易地进行。此外，根据该构成，将ZrB2用作氮化物系化合物半导体的衬底，能够形成在衬底侧形成电极的纵向构造的氮化合物系化合物半导体元件。再者，根据本专利技术的半导体激光二极管的制造方法的特征在于该制造方法包括在以二硼化物单晶XB2(其中，X为Zr或Ti)的(0001)面作为取向的衬底上形成半导体激光二极管的工作层的工序、以及沿二硼化物单晶XB2衬底的(10-10)面劈开将二硼化物单晶XB2衬底以及半导体激光二极管的工作层分割成多个的工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二硼化物单晶衬底，其是二硼化物ＸＢ↓［２］的单晶衬底，其中Ｘ为Ｚｒ或Ｔｉ，其特征在于：该二硼化物单晶衬底的面取向为（０００１）面，且将衬底的厚度设定为０．１ｍｍ或以下。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：大谷茂树，木下博之，松波弘之，须田淳，天野浩，赤崎勇，上山智，
申请(专利权)人：独立行政法人物质材料研究机构，京都陶瓷株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]