JP6091805B2 - 再生基板の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、不良判定された窒化物層がサファイア基板上に形成された積層半導体ウエハから窒化物層を取り除き、新たに窒化物層を形成して積層半導体ウエハを再生する再生基板の製造方法に関する。
この種の従来の基板の再生技術は、基板に積層窒化物層を成膜した積層半導体ウエハに対して、その基板を再び利用するために、積層半導体ウエハから積層窒化物層を除去している。これについて特許文献１および特許文献２に開示されている。
図１１は、特許文献１に開示されている従来の加熱装置の全体構成を示す縦断面図である。
図１１において、加熱装置１００は、加熱炉１０１と、加熱炉１０１内の雰囲気ガスを排出する排気装置１０２と、加熱炉１０１および排気装置１０２の動作の制御を行う制御部１０３とを有している。
加熱炉１０１は、チャンバ１０４、ヒータ１０５、ステージ１０６、温度計１０７および圧力計１０８を有している。チャンバ１０４は、密閉空間を形成することが可能なステンレス製容器である。チャンバ１０４内に、加熱対象である積層半導体ウエハ１０９をステージ１０６上に配置し、積層半導体ウエハ１０９の加熱を行う。
また、チャンバ１０４には、開閉扉１１０が設けられている。積層半導体ウエハ１０９を出し入れする際には、開閉扉１１０を開けてチャンバ１０４内を開放する。また、加熱を行う際には、開閉扉１１０を閉めてチャンバ１０４内を密閉空間とする。
さらに、チャンバ１０４内の雰囲気ガスを排出させるためのダクト１１１が取り付けられている。チャンバ１０４内を減圧させる際には、排気装置１０２を用いてダクト１１１からチャンバ１０４内の雰囲気ガスを排出させるようになっている。
処理対象となるステージ１０６上の積層半導体ウエハ１０９は、基板１１２と、基板１１２上に成膜された積層半導体層１１３とを有している。積層半導体層１１３の昇華点以上であって、基板１１２の融点より低い温度に、積層半導体ウエハ１０９を加熱装置１００内のヒータ１０５により加熱する。これにより、積層半導体ウエハ１０９において、積層半導体層１１３が昇華し、その下の基板１１２から積層半導体層１１３が除去されることになる。積層半導体層１１３は、例えばＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層などである。
図１２は、図１１の加熱装置を用いた再生基板の製造方法の各処理の流れを示す図である。
図１２において、再生処理の対象となる積層半導体ウエハ１０９から、基板１１２上に成膜された積層半導体層１１３を取り除き、基板１１２を再び利用可能な状態にする除去工程と、熱リン酸などの洗浄剤を用いた表面洗浄を行う洗浄工程とを含んでいる。
除去工程は、積層半導体ウエハ１０９を加熱装置１００に設置する設置工程（ステップＳ１０１）と、加熱装置１００のチャンバ１０１内を減圧する減圧工程（ステップＳ１０２）と、積層半導体ウエハ１０９の温度を上昇させる昇温工程（ステップＳ１０３）とを有している。さらに、除去工程は、積層半導体ウエハ１０９を所定の温度に一定の時間保持させる温度保持工程（ステップＳ１０４）と、積層半導体ウエハ１０９から積層半導体層１１３が除去されて残った基板１１２の温度を下げる降温工程（ステップＳ１０５）とを有している。昇温工程では、摂氏８００度以上摂氏２０００度以下の温度に、積層半導体ウエハ１０９を加熱する。
洗浄工程では、まず、積層半導体層１１３が除去されて残った基板１１２をブレンステッド酸または加熱したブレンステッド酸の中に浸漬させる。例えば、ブレンステッド酸の一例としての熱リン酸（摂氏１９０度）の中に、基板１１２を約１分間浸漬させる。その後、基板１１２に付着したリン酸を洗い流すために、基板１１２を純水内に浸積させている。
図１３は、特許文献２に開示されている従来の再生基板の製造方法の各処理流れを示す図である。
図１３において、まず、ブラスト処理工程では、処理対象となる積層半導体ウエハ２００に対してブラスト材を噴射し、積層半導体ウエハ２００から基板２０１上の積層半導体層２０２を除去する。続いて、熱処理工程では、積層半導体層２０２が除去された基板２０２を加熱する。さらに、研磨加工工程では、熱処理が施された基板２０１に対して、基板２０１の表面を研磨する加工を行う。
熱処理工程は、積層半導体層２０１が除去された基板２０１を、約摂氏１４００度に加熱された雰囲気下におく。なお、この雰囲気の温度は、摂氏８００度以上摂氏１８００度以下の範囲であることが好ましい。また、、基板２０１の加熱時間は４時間としている。
特許文献１、２に開示されている上記従来の再生基板の製造方法では、異物が付着したり膜厚が違ったりして使用不可能になった積層半導体ウエハ１０９、２００に対して摂氏８００度以上の高温で積層半導体層の剥離を行ったり、ブラスト処理や研磨処理など機械的に積層半導体層の剥離を行うと、基板１１２、２０１の結晶性に影響を与えたり、基板１１２、２０１自体が熱によって反ったり割れたり、機械的処理のために基板表面の凹凸形状に影響を与える虞があった。
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、高温の熱処理を排除してそれよりも遥かに低温のウェット処理のみで基板上の窒化物層を剥離することにより、基板の結晶性や基板表面の凹凸形状に影響を与えることなく、熱による反りや割れなどの物理変化をも抑制して積層半導体ウエハから窒化物層を除去して再生基板を製造することができる再生基板の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の再生基板の製造方法は、不良判定された窒化物層がサファイア基板上に形成された積層半導体基板から該窒化物層を取り除き、新たに窒化物層をサファイア基板上に形成して該積層半導体基板を再生する再生基板の製造方法において、該積層半導体基板に対して過酸化水素水による洗浄処理を行う第１の洗浄工程と、該第１の洗浄工程後の該積層半導体基板に対して硫酸および過酸化水素水の混合液による洗浄処理を行う第２の洗浄工程とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
また、好ましくは、本発明の再生基板の製造方法における窒化物層はＡｌＮ膜である。
さらに、好ましくは、本発明の再生基板の製造方法における第２の洗浄工程において、前記混合液の液温が摂氏１３０度〜摂氏１７０度で前記積層半導体基板を洗浄処理する。
さらに、好ましくは、本発明の再生基板の製造方法における第２の洗浄工程の前記混合液中への前記積層半導体基板の浸漬時間を１分以上２０分以下とする。
さらに、好ましくは、本発明の再生基板の製造方法における第２の洗浄工程において、前記硫酸の濃度が６０Ｗｔパーセント（wt％）〜９０Ｗｔパーセントで前記積層半導体基板を洗浄処理する。
さらに、好ましくは、本発明の再生基板の製造方法における第２の洗浄工程において、前記過酸化水素水の濃度が２．５Ｗｔパーセント〜４Ｗｔパーセントで前記積層半導体基板を洗浄処理する。
さらに、好ましくは、本発明の再生基板の製造方法における第１の洗浄工程において、摂氏２０度±摂氏１０度の常温で前記過酸化水素水の濃度が２５Ｗｔパーセント〜３５Ｗｔパーセントで前記積層半導体基板を洗浄処理する。
さらに、好ましくは、本発明の再生基板の製造方法における第１の洗浄工程において、前記過酸化水素水の濃度が２５Ｗｔパーセント〜３５Ｗｔパーセントで前記積層半導体基板を洗浄処理する。
さらに、好ましくは、本発明の再生基板の製造方法における第２の洗浄工程において、前記混合液の液温が摂氏１３０度〜摂氏１６０度で前記積層半導体基板を洗浄処理する。
さらに、好ましくは、本発明の再生基板の製造方法における第２の洗浄工程の前記混合液中への前記積層半導体基板の浸漬時間を１分以上５分以下とする。
さらに、好ましくは、本発明の再生基板の製造方法における第２の洗浄工程において、前記硫酸の濃度が７９Ｗｔパーセント〜８１Ｗｔパーセントで前記積層半導体基板を洗浄処理する。
さらに、好ましくは、本発明の再生基板の製造方法における第２の洗浄工程において、前記過酸化水素水の濃度が３．１Ｗｔパーセント〜３．５Ｗｔパーセントで前記積層半導体基板を洗浄処理する。
さらに、好ましくは、本発明の再生基板の製造方法における窒化物層が、ＡｌＮ膜およびこの上に形成された窒化物半導体層の２層構造であり、前記第１の洗浄工程の前に、該窒化物半導体層を除去する窒化物半導体層除去工程を更に有する。
さらに、好ましくは、本発明の再生基板の製造方法における窒化物半導体層の除去は、塩素雰囲気中、水素雰囲気中または真空中で加熱して行う。
さらに、好ましくは、本発明の再生基板の製造方法におけるＡｌＮ膜は、その膜厚が１５ｎｍ〜５０ｎｍである。
さらに、好ましくは、本発明の再生基板の製造方法におけるサファイア基板は、その表面に凹凸加工が施されている。
さらに、好ましくは、本発明の再生基板の製造方法における第２の洗浄工程後、前記サファイア基板を洗浄した後に乾燥処理する乾燥工程と、該乾燥工程後のサファイア基板上に前記窒化物層を新たに成膜する窒化物層成膜工程とを更に有する。
さらに、好ましくは、本発明の再生基板の製造方法における窒化物層成膜工程は、前記サファイア基板上にＡｌＮ層を新たに成膜するＡｌＮ膜成膜工程を更に有する。
さらに、好ましくは、本発明の再生基板の製造方法における窒化物層成膜工程は、前記サファイア基板上にＡｌＮ膜を新たに成膜するＡｌＮ膜成膜工程と、該ＡｌＮ膜上に前記窒化物半導体層を新たに成膜する窒化物半導体層成膜工程とを更に有する。
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。
本発明においては、不良判定された窒化物層がサファイア基板上に形成された積層半導体基板から窒化物層を取り除き、新たにサファイア基板上に窒化物層を形成して積層半導体基板を再生する再生基板の製造方法において、不良判定された窒化物層がサファイア基板上に形成された積層半導体基板に対して過酸化水素水による洗浄処理を行う第１の洗浄工程と、第１の洗浄工程後の積層半導体基板に対して硫酸および過酸化水素水の混合液による洗浄処理を行う第２の洗浄工程とを有している。
このように、不良判定された窒化物層がサファイア基板上に形成された積層半導体基板に対して過酸化水素水による洗浄処理を行う第１の洗浄工程と、第１の洗浄工程後の積層半導体基板に対して硫酸および過酸化水素水の混合液による洗浄処理を行う第２の洗浄工程とを有して、従来に比べて遥かに低温のウェット処理のみでサファイア基板上の積層窒化物層を取り除くため、従来のように、基板の結晶性や凹凸形状に影響を与えることなく、熱による反りや割れなどの物理変化をも抑制して積層半導体ウエハ上から、不良判定された窒化物層を除去して再生基板が製造可能となる。
以上により、本発明によれば、不良判定された窒化物層がサファイア基板上に形成された積層半導体基板に対して過酸化水素水による洗浄処理を行う第１の洗浄工程と、第１の洗浄工程後の積層半導体基板に対して硫酸および過酸化水素水の混合液による洗浄処理を行う第２の洗浄工程とを有しているため、従来に比べて遥かに低温のウェット処理のみでサファイア基板上から積層窒化物層を取り除くことから、従来のように、基板の結晶性や凹凸形状に影響を与えることなく、熱による反りや割れなどの物理変化をも抑制して積層半導体ウエハから積層窒化物層を除去し、新たに積層窒化物層を成膜して再生基板を製造することができる。
以下に、本発明の再生基板の製造方法の実施形態１について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図における構成部材のそれぞれの厚みや長さなどは図面作成上の観点から、図示する構成に限定されるものではない。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１における再生基板の製造方法を説明するための工程流れ図である。図２は、図１のＡｌＮ膜付きＰＳＳ基板の概略単位構成を模式的に示す縦断面図である。
図１は、本発明の実施形態１における再生基板の製造方法を説明するための工程流れ図である。図２は、図１のＡｌＮ膜付きＰＳＳ基板の概略単位構成を模式的に示す縦断面図である。
図１および図２において、本実施形態１の再生基板の製造方法は、積層半導体基板としての積層半導体ウエハであるＡｌＮ膜付きＰＳＳ（パターンド・サファイア・サブストレート）基板２１を受け入れる基板受入工程（ステップＳ１）と、ＡｌＮ膜付きＰＳＳ基板２１に対して過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）による洗浄処理を行う第１の洗浄工程（ステップＳ２）と、第１の洗浄工程後のＡｌＮ付きＰＳＳ基板に対して硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）の混合液（硫酸過水；Ｈ２ＳＯ５）による洗浄処理を行ってバッファ層としてのＡｌＮ膜を取り除く第２の洗浄工程（ステップＳ３）と、第２の洗浄工程後、サファイア基板であるＰＳＳ基板（サファイア基板２）を洗浄した後に乾燥処理する乾燥工程（ステップＳ４）と、乾燥工程後のＰＳＳ基板（サファイア基板２）上に窒化物層としてのＡｌＮ層（バッファ層）を新たに成膜するＡｌＮ膜成膜工程（ステップＳ５）と、ＡｌＮ膜付きＰＳＳ基板２１を取り出す基板取出工程（ステップＳ６）とを有している。
本実施形態１の再生基板の製造方法によって、異物が付着したり膜厚が違ったりして不良判定されて使用不可能になった積層半導体ウエハ（積層半導体基板）から、サファイア基板上に成膜された窒化物層としてのＡｌＮ層を取り除き、新たにサファイア基板上に窒化物層としてＡｌＮ層を形成することにより積層半導体基板としての積層半導体ウエハを再生させる。
ＡｌＮ膜付きＰＳＳ基板２１は、図２に示すように表面に凹凸形状が形成された厚さ約１３００μｍのサファイア基板２上に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）から成る膜厚約１５ｎｍ〜５０ｎｍのＡｌＮ層であるバッファ層３が成膜されている。異物が付着したり膜厚が違ったりして使用不可能になった積層半導体基板としての積層半導体ウエハのサファイア基板２上に形成されたＡｌＮ膜（バッファ層３）を取り除いて新たにＡｌＮ膜（バッファ層３）を形成する必要がある。
第１の洗浄工程は、常温の摂氏２０度±１０度でＡｌＮ膜付きＰＳＳ基板２１に対して液濃度が２５ｗｔパーセント〜３５ｗｔパーセント（さらに好ましくは３０ｗｔパーセント〜３２ｗｔパーセント）の過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）によって０．４分〜０．６分、ここでは０．５分だけ洗浄処理を行う。第１の洗浄工程の過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）の液濃度の２５ｗｔパーセント〜３５ｗｔパーセントの範囲は、上記３０ｗｔパーセント〜３２ｗｔパーセントの誤差範囲であり、実際の試験結果からも問題はなかった。
第２の洗浄工程は、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）および過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）の混合液（硫酸過水；Ｈ２ＳＯ５）の液温が摂氏１３０度〜摂氏１７０度の温度範囲、ここでは摂氏１５０度で、濃度が６０〜９０ｗｔパーセントの硫酸（Ｈ２ＳＯ４）、濃度が２．５〜４ｗｔパーセントの過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）の混合液（硫酸過水；Ｈ２ＳＯ５）によってサファイア基板上のＡｌＮ層を除去する。
乾燥工程は、第２の洗浄工程後のＰＳＳ基板を所定の洗浄をした後に乾燥処理するが、図３のＸ線波形に見られるように、Ｘ線波形の半値幅が−ａｒｃｓｅｃであることから、ＡｌＮの物質に起因するピーク波形が現れておらず、完全にＡｌＮ層がサファイア基板表面から取り除かれていることが分かる。
ＡｌＮ成膜工程は、表面に凹凸形状が形成された厚さ約１３００μｍのサファイア基板２（ＰＳＳ基板）上に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）から成る膜厚約１５ｎｍ〜５０ｎｍのＡｌＮ層であるバッファ層３を新たに成膜する。
第１の洗浄工程前のＡｌＮ層（バッファ層３）の結晶性を示す図４のＸ線波形の半値幅３０４ａｒｃｓｅｃから第２の洗浄工程後に形成したＡｌＮ層（バッファ層３）の結晶性を示す図５のＸ線波形の半値幅が３１５ａｒｃｓｅｃになっており、ＡｌＮ層の結晶性が良好であることを示している。
第１の洗浄工程前のサファイア基板２の図６に示す凹凸形状の断面画像の高さが４７０．７３ｎｍから第２の洗浄工程後のサファイア基板２の図７に示す凹凸形状の断面画像の高さが５０７．５８ｎｍになっており、サファイア基板２の図６に示す凹凸形状の断面画像の幅が１．３６μｍから第２の洗浄工程後のサファイア基板２の図７に示す凹凸形状の断面画像の幅が１．３７μｍになっている。これは第１および第２の洗浄工程前後でサファイア基板２の凹凸形状の断面画像の高さと幅が誤差範囲内で全く変化していないことを示している。
図８は、図１の第１の洗浄工程および第２の洗浄工程の各濃度に対するＡｌＮ層の除去の有無、凹凸形状の変化および異物除去の確認結果を示す図である。
図８に示すように、第１の洗浄工程において、積層半導体基板としての積層半導体ウエハであるＡｌＮ膜付きＰＳＳ基板２１を、摂氏２０度±摂氏１０度の常温で、浸漬時間０．５分で、しかも過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）の建浴時の濃度が３０Ｗｔパーセント〜３２Ｗｔパーセントで洗浄処理する。
次に、第２の洗浄工程において、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）の混合液（硫酸過水）の液温が摂氏１３０度〜摂氏１６０度で、その混合液中への積層半導体基板としての浸漬時間を１分以上２０分以下（より好ましくは１分以上５分以下または１分以上２分以下）としたときに、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）の建浴時の濃度が７９Ｗｔパーセント〜８１Ｗｔパーセントで、過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）の建浴時の濃度が３．１Ｗｔパーセント〜３．５Ｗｔパーセントで積層半導体基板としての積層半導体ウエハであるＡｌＮ膜付きＰＳＳ基板２１を洗浄処理してサファイア基板上に成膜された窒化物層としてのＡｌＮ層を膜残りなく完全に取り除くことができる。
この場合に、ＡｌＮ層の除去の有無、凹凸形状の変化および異物除去の確認結果として全て問題なく「ＯＫ」であった。これを図８に示している。
ところが、図８では、上記と全く同じ条件で混合液（硫酸過水；Ｈ２ＳＯ５）への浸漬時間だけを０．５分と短く設定した場合には、ＡｌＮ層の除去の有無では溶け残りがあり、凹凸形状が変化しおよび異物が残り、確認結果として問題有りの「ＮＧ」であった。これを図８に示している。
第２の洗浄工程において、上記混合液（硫酸過水；Ｈ２ＳＯ５）中への積層半導体基板としてのＡｌＮ膜付きＰＳＳ基板２１の浸漬時間を１分以上２０分以下としているが、混合液（硫酸過水；Ｈ２ＳＯ５）への浸漬時間が２０分あれば、ＡｌＮ層の膜厚が５０ｎｍと厚い場合であっても、窒化物層としてのＡｌＮ層を膜残りなく完全に取り除くことができる。混合液（硫酸過水；Ｈ２ＳＯ５）への浸漬時間が２０分を超えてもＡｌＮ層の除去に意味がない。
第２の洗浄工程において、混合液（硫酸過水）の液温が摂氏１３０度〜摂氏１７０度の温度範囲は、上記混合液（硫酸過水）の液温が摂氏１４５度〜摂氏１５５度の誤差範囲であり、実際の試験結果からも、ＡｌＮ層の除去の有無、凹凸形状の変化および異物除去について問題はなかった。
第２の洗浄工程において、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）の建浴時の濃度が６０Ｗｔパーセント〜９０Ｗｔパーセントの濃度範囲は、上記硫酸（Ｈ２ＳＯ４）の建浴時の濃度が７９Ｗｔパーセント〜８１Ｗｔパーセントの誤差範囲であり、実際の試験結果からも問題はなかった。
第２の洗浄工程において、過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）の建浴時の濃度が２．５Ｗｔパーセント〜４Ｗｔパーセントの濃度範囲は、上記過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）の建浴時の濃度が３．１Ｗｔパーセント〜３．５Ｗｔパーセントの誤差範囲であり、実際の試験結果からも問題はなかった。
ここで、図２のＡｌＮ膜付きＰＳＳ基板２１を用いて形成される複数の窒化物半導体発光素子としてのＬＥＤがマトリクス状に形成された積層半導体基板としての積層半導体ウエハの単位チップ構成について説明する。
図９は、図２のＡｌＮ膜付きＰＳＳ基板２１を用いて形成される積層半導体ウエハの単位ＬＥＤチップ構成を模式的に示す縦断面図である。
図９において、本実施形態１の再生基板の製造方法で再生したＡｌＮ膜付きＰＳＳ基板２１を用いた窒化物半導体発光素子１は、表面に凹凸が形成された厚さ約１３００μｍの基板として例えばサファイア基板２上に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）から成る膜厚約１５ｎｍ〜５０ｎｍのバッファ層３が成膜されている。これらのサファイア基板２およびバッファ層３によりＡｌＮ膜付きＰＳＳ基板２１が構成されている。これらのサファイア基板２、バッファ層３およびノンドープＧａＮ層４ＧａＮ層が単結晶性基板としてのＡｌＮ膜およびＧａＮ層付きＰＳＳ基板２２を構成している。
さらに、本実施形態１の窒化物半導体発光素子１において、この単結晶性基板２１上にシリコン（Ｓｉ）を１×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮからなる膜厚約５μｍのｎ型コンタクト層５（高キャリヤ濃度ｎ＋層）が形成されている。このｎ型コンタクト層５上には多重層６が形成され、この多重層６上には多重量子井戸構造の発光層７が形成されている。
この多重層６は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜０．３）からなる第１の層とＧａＮからなる第２の層とを交互に複数積層されている。この多重層６は、ここでは例えば、膜厚３ｎｍのＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎからなる第１の層と、膜厚２０ｎｍのＧａＮからなる第２の層とを５ペア積層している。
この多重層６のうちの第１の層に、一導電型不純物としてＳｉがその濃度として、５×１０１６ｃｍ−３〜１×１０１８ｃｍ−３（さらに好ましくは、１×１０１７ｃｍ−３〜１×１０１８ｃｍ−３）の範囲で添加されて、発光層７が受ける静電破壊エネルギ（ｍＪ／ｃｍ２）が２０以上４０以下（さらに好ましくは、２０以上３５以下）とされている。
多重量子井戸構造の発光層７の井戸層は少なくともＩｎを含むＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ＜０．３）からなっている。このように、多重量子井戸構造の発光層７は、ここでは例えば、膜厚３ｎｍのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎから成る井戸層と、膜厚２０ｎｍのＧａＮから成る障壁層とを３ペア積層している。
さらに、本実施形態１の窒化物半導体発光素子１において、この発光層７上に、Ｍｇを２×１０１９／ｃｍ３ドープした膜厚２５ｎｍのｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎからなるｐ型層である電子ブロック層８が形成されている。この電子ブロック層８上には、Ｍｇを８×１０１９ドープした膜厚１００ｎｍのｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層９が形成されている。
このｐ型コンタクト層９上には、金属蒸着による透光性薄膜電極１０（ＩＴＯ）が形成されている。透光性薄膜電極１０の一部上にｐ電極１１が形成されている。
一方、ｎ型コンタクト層５の端部が途中まで露出され、その上にｎ電極１２が形成されている。ｐ電極１１およびｎ電極１２上の最上部には、ＳｉｘＯｙ膜としてのＳｉＯ２膜よりなる耐湿度用などの保護膜１３が形成されている。
以上により、本実施形態１によれば、不良判定されたＡｌＮ層であるバッファ層３がサファイア基板２上に形成された積層半導体基板からＡｌＮ層であるバッファ層３を取り除き、新たにＡｌＮ層であるバッファ層３を形成して積層半導体基板を再生する再生基板の製造方法において、積層半導体基板に対して過酸化水素水による洗浄処理を行う第１の洗浄工程と、第１の洗浄工程後の積層半導体基板（積層半導体ウエハ）に対して硫酸および過酸化水素水の混合液による洗浄処理を行う第２の洗浄工程とを有している。
これによって、従来に比べて遥かに低温のウェット処理のみでサファイア基板上の積層窒化物層（ＡｌＮ層）の剥離を行うため、サファイア基板の結晶性や凹凸形状に影響を与えることなく、熱による反りや割れなどの物理変化をも抑制することができて積層半導体ウエハから窒化物層（ＡｌＮ層）を除去して再生基板を製造することができる。
（実施形態２）
上記実施形態１では、不良判定された窒化物層としてＡｌＮ膜を第１の洗浄工程および第２の洗浄工程で取り除いた後に新たにＡｌＮ膜を成膜する場合について説明したが、本実施形態２では、不良判定された窒化物層が、ＡｌＮ膜およびこの上に形成された窒化物半導体層（ＧａＮ層）の２層構造であって、第１の洗浄工程および第２の洗浄工程の前に、窒化物半導体層（ＧａＮ層）を除去する窒化物半導体層除去工程を更に有する場合について説明する。
上記実施形態１では、不良判定された窒化物層としてＡｌＮ膜を第１の洗浄工程および第２の洗浄工程で取り除いた後に新たにＡｌＮ膜を成膜する場合について説明したが、本実施形態２では、不良判定された窒化物層が、ＡｌＮ膜およびこの上に形成された窒化物半導体層（ＧａＮ層）の２層構造であって、第１の洗浄工程および第２の洗浄工程の前に、窒化物半導体層（ＧａＮ層）を除去する窒化物半導体層除去工程を更に有する場合について説明する。
図１０は、本発明の実施形態２における再生基板の製造方法を説明するための工程流れ図である。
図１０において、本実施形態２の再生基板の製造方法は、積層半導体基板としての積層半導体ウエハであるＡｌＮ膜およびＧａＮ層付きＰＳＳ（パターンド・サファイア・サブストレート）基板２２を受け入れる基板受入工程（ステップＳ１１）と、ＡｌＮ膜およびＧａＮ層付きＰＳＳ基板２２に対して窒化物半導体層としてのＧａＮ層を除去する窒化物半導体層除去工程（ステップＳ１２）と、ＧａＮ層が除去されたＡｌＮ膜付きＰＳＳ基板２１に対して過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）による洗浄処理を行う第１の洗浄工程（ステップＳ１３）と、第１の洗浄工程後のＡｌＮ付きＰＳＳ基板に対して硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）の混合液（硫酸過水）による洗浄処理を行ってＡｌＮ膜を膜残りなく取り除く第２の洗浄工程（ステップＳ１４）と、第２の洗浄工程後、サファイア基板であるＰＳＳ基板（サファイア基板２）を洗浄した後に乾燥処理する乾燥工程（ステップＳ１５）と、乾燥工程後のＰＳＳ基板（サファイア基板２）上に窒化物層としてのＡｌＮ膜を新たに成膜するＡｌＮ膜成膜工程（ステップＳ１６）と、ＡｌＮ膜上に窒化物半導体層としてＧａＮ層を成膜する窒化物半導体層成膜工程（ステップＳ１７）と、ＡｌＮ膜およびＧａＮ層付きＰＳＳ基板２２を単結晶性基板として取り出す基板取出工程（ステップＳ１８）とを有している。
ステップＳ１２の窒化物半導体層除去工程は、ＡｌＮ膜およびＧａＮ層付きＰＳＳ基板２２に対して窒化物半導体層としてのＧａＮ層を除去するときに、塩素雰囲気中、水素雰囲気中または真空中で加熱して行う。
本実施形態２の再生基板の製造方法によって、異物が付着したり膜厚が違ったりして不良判定されて使用不可能になった積層半導体ウエハ（積層半導体基板）から、サファイア基板上に成膜された窒化物層としてのＧａＮ層（窒化物半導体層）さらにＡｌＮ層（窒化物層）を取り除き、新たにサファイア基板上に窒化物層としてＡｌＮ層さらにＧａＮ層を形成することにより積層半導体基板としての積層半導体ウエハを再生させている。
本実施形態２の再生基板の製造方法が、上記実施形態１の再生基板の製造方法と異なるのは、窒化物半導体層除去工程（ステップＳ１２）および窒化物半導体層成膜工程（ステップＳ１７）が追加された点であり、ＡｌＮ膜およびＧａＮ層付きＰＳＳ（パターンド・サファイア・サブストレート）基板２２を受け入れる基板受入工程（ステップＳ１１）とその基板取出工程（ステップＳ１８）で取り扱う基板とが異なっている。その他の第１の洗浄工程（ステップＳ１３）と、第２の洗浄工程（ステップＳ１４）と、乾燥工程（ステップＳ１５）と、ＡｌＮ膜成膜工程（ステップＳ１６）とは上記実施形態１の場合とその作用効果が全く同一である。
以上により、本実施形態２によれば、不良判定されたＡｌＮ層およびＧａＮ層がサファイア基板２上に形成された積層半導体基板としてのＡｌＮ膜およびＧａＮ層付きＰＳＳ基板２２上からＧａＮ層さらにＡｌＮ層を順次取り除き、その上に新たにＡｌＮ層さらにＧａＮ層を形成して積層半導体基板としてＡｌＮ膜およびＧａＮ層付きＰＳＳ基板２２を再生する再生基板の製造方法において、窒化物半導体層としてのＧａＮ層を除去する窒化物半導体層除去工程と、次のＡｌＮ層を取り除くために、積層半導体基板としてのＡｌＮ膜付きＰＳＳ基板２１に対して過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）による洗浄処理を行う第１の洗浄工程および、第１の洗浄工程後の積層半導体基板としてのＡｌＮ膜付きＰＳＳ基板２１に対して硫酸（Ｈ２ＳＯ４）および過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）の混合液による洗浄処理を行う第２の洗浄工程とが設けられている。
これによって、従来に比べて遥かに低温のウェット処理のみでサファイア基板上の積層窒化物層（ＡｌＮ層）の剥離を行うため、サファイア基板の結晶性や凹凸形状に影響を与えることなく、熱による反りや割れなどの物理変化をも抑制することができて積層半導体ウエハから窒化物層（ＡｌＮ層）を除去して再生基板を製造することができる。
なお、以上のように、本発明の好ましい実施形態１、２を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１、２に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１、２の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
本発明は、不良判定された窒化物層がサファイア基板上に形成された積層半導体ウエハから窒化物層を取り除き、新たに窒化物層を形成して積層半導体ウエハを再生する再生基板の製造方法の分野において、不良判定された窒化物層がサファイア基板上に形成された積層半導体基板に対して過酸化水素水による洗浄処理を行う第１の洗浄工程と、第１の洗浄工程後の積層半導体基板に対して硫酸および過酸化水素水の混合液による洗浄処理を行う第２の洗浄工程とを有しているため、従来に比べて遥かに低温のウェット処理のみでサファイア基板上から積層窒化物層を取り除くことから、従来のように、基板の結晶性や凹凸形状に影響を与えることなく、熱による反りや割れなどの物理変化をも抑制して積層半導体ウエハから積層窒化物層を除去し、新たに積層窒化物層を成膜して再生基板を製造することができる。
１ 窒化物半導体発光素子
２ サファイア基板
３ バッファ層（窒化物層；ＡｌＮ層）
４ ノンドープＧａＮ層（窒化物層；窒化物半導体層）
５ ｎ型コンタクト層
６ 多重層
７ 多重量子井戸構造の発光層
８ 電子ブロック層
９ ｐ型コンタクト層
１０ 透光性薄膜電極
１１ ｐ電極
１２ ｎ電極
１３ 保護膜
２１ ＡｌＮ膜付きＰＳＳ基板（積層半導体基板；積層半導体ウエハ）
２２ ＡｌＮ膜およびＧａＮ層付きＰＳＳ基板（積層半導体基板；積層半導体ウエハ）
２ サファイア基板
３ バッファ層（窒化物層；ＡｌＮ層）
４ ノンドープＧａＮ層（窒化物層；窒化物半導体層）
５ ｎ型コンタクト層
６ 多重層
７ 多重量子井戸構造の発光層
８ 電子ブロック層
９ ｐ型コンタクト層
１０ 透光性薄膜電極
１１ ｐ電極
１２ ｎ電極
１３ 保護膜
２１ ＡｌＮ膜付きＰＳＳ基板（積層半導体基板；積層半導体ウエハ）
２２ ＡｌＮ膜およびＧａＮ層付きＰＳＳ基板（積層半導体基板；積層半導体ウエハ）
Claims (19)
- 不良判定された窒化物層がサファイア基板上に形成された積層半導体基板から該窒化物層を取り除き、新たに窒化物層をサファイア基板上に形成して該積層半導体基板を再生する再生基板の製造方法において、
該積層半導体基板に対して過酸化水素水による洗浄処理を行う第１の洗浄工程と、該第１の洗浄工程後の該積層半導体基板に対して硫酸および過酸化水素水の混合液による洗浄処理を行う第２の洗浄工程とを有する再生基板の製造方法。 - 前記窒化物層はＡｌＮ膜である請求項１に記載の再生基板の製造方法。
- 前記第２の洗浄工程において、前記混合液の液温が摂氏１３０度〜摂氏１７０度で前記積層半導体基板を洗浄処理する請求項２に記載の再生基板の製造方法。
- 前記第２の洗浄工程の前記混合液中への前記積層半導体基板の浸漬時間を１分以上２０分以下とする請求項３に記載の再生基板の製造方法。
- 前記第２の洗浄工程において、前記硫酸の濃度が６０Ｗｔパーセント〜９０Ｗｔパーセントで前記積層半導体基板を洗浄処理する請求項４に記載の再生基板の製造方法。
- 前記第２の洗浄工程において、前記過酸化水素水の濃度が２．５Ｗｔパーセント〜４Ｗｔパーセントで前記積層半導体基板を洗浄処理する請求項５に記載の再生基板の製造方法。
- 前記第１の洗浄工程において、摂氏２０度±摂氏１０度の常温で前記過酸化水素水の濃度が２５Ｗｔパーセント〜３５Ｗｔパーセントで前記積層半導体基板を洗浄処理する請求項２に記載の再生基板の製造方法。
- 前記第１の洗浄工程において、前記過酸化水素水の濃度が２５Ｗｔパーセント〜３５Ｗｔパーセントで前記積層半導体基板を洗浄処理する請求項７に記載の再生基板の製造方法。
- 前記第２の洗浄工程において、前記混合液の液温が摂氏１３０度〜摂氏１６０度で前記積層半導体基板を洗浄処理する請求項３に記載の再生基板の製造方法。
- 前記第２の洗浄工程の前記混合液中への前記積層半導体基板の浸漬時間を１分以上５分以下とする請求項４に記載の再生基板の製造方法。
- 前記第２の洗浄工程において、前記硫酸の濃度が７９Ｗｔパーセント〜８１Ｗｔパーセントで前記積層半導体基板を洗浄処理する請求項５に記載の再生基板の製造方法。
- 前記第２の洗浄工程において、前記過酸化水素水の濃度が３．１Ｗｔパーセント〜３．５Ｗｔパーセントで前記積層半導体基板を洗浄処理する請求項６に記載の再生基板の製造方法。
- 前記窒化物層が、ＡｌＮ膜およびこの上に形成された窒化物半導体層の２層構造であり、前記第１の洗浄工程の前に、該窒化物半導体層を除去する窒化物半導体層除去工程を更に有する請求項１に記載の再生基板の製造方法。
- 前記窒化物半導体層の除去は、塩素雰囲気中、水素雰囲気中または真空中で加熱して行う請求項１３に記載の再生基板の製造方法。
- 前記ＡｌＮ膜は、その膜厚が１５ｎｍ〜５０ｎｍである請求項２に記載の再生基板の製造方法。
- 前記サファイア基板は、その表面に凹凸加工が施されている請求項１に記載の再生基板の製造方法。
- 前記第２の洗浄工程後、前記サファイア基板を洗浄した後に乾燥処理する乾燥工程と、該乾燥工程後の前記サファイア基板上に前記窒化物層を新たに成膜する窒化物層成膜工程とを更に有する請求項１または１２に記載の再生基板の製造方法。
- 前記窒化物層成膜工程は、前記サファイア基板上にＡｌＮ層を新たに成膜するＡｌＮ膜成膜工程を更に有する請求項１７に記載の再生基板の製造方法。
- 前記窒化物層成膜工程は、前記サファイア基板上にＡｌＮ膜を新たに成膜するＡｌＮ膜成膜工程と、該ＡｌＮ膜上に前記窒化物半導体層を新たに成膜する窒化物半導体層成膜工程とを更に有する請求項１７に記載の再生基板の製造方法。
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