(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子基板として用いるウェーハであって、
円弧状の外周部と、
前記外周部の一部に形成され、一定の結晶方位を示す直線状の第１のフラット部と、
前記第１のフラット部の端部と接合する直線状の第２のフラット部と、を有し、
前記第１のフラット部と前記外周部との交点における接線となす角α１が１５８度〜１６８度の範囲から選ばれ、当該第１のフラット部と前記第２のフラット部のなす角α２が１６５度〜１８０度の範囲から選ばれ、当該第２のフラット部と当該外周部との交点における接線となす角α３が１６５度〜１８０度の範囲から選ばれ、
前記第２のフラット部の長さＬ２は、前記第１のフラット部の長さＬ１の１／８以上〜２／３以下であり、
前記第２のフラット部は、前記第１のフラット部の片側の端部とその端部に接合する外周部の一部とを二等辺三角形の形状に近似した扇状部を切り取るように形成され、当該扇状部の頂点は、当該第１のフラット部の直線部分の延長線と円弧状の外周部の延長線との接合点であり、当該扇状部の頂点は、当該第２のフラット部の両側の接合部を結ぶ直線部分を底辺とする略二等辺三角形の頂点の位置と重なることを特徴とするウェーハ。
【請求項２】
前記角α１と、前記角α３と、前記角α２とが、α１＜α２≦α３の関係を有することを特徴とする請求項１に記載のウェーハ。
【請求項３】
前記角α２と前記角α３とが、α２＝α３の関係を有することを特徴とする請求項２に記載のウェーハ。
【請求項４】
前記ウェーハは、発光波長に対して透明であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のウェーハ。
【請求項５】
前記ウェーハは、両面が研磨されていることを特徴とする請求項４に記載のウェーハ。
【請求項６】
前記ウェーハは、サファイアであることを特徴とする請求項４又は５に記載のウェーハ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のウェーハの表面に複数の凸部を形成する基板加工工程を有することを特徴とする半導体発光素子用テンプレート基板の製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のウェーハの表面に複数の凸部を形成する基板加工工程と、
前記凸部が形成された前記ウェーハの表面にスパッタ法及びＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）の少なくとも１つの手段によりＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層を形成する半導体層形成工程と、
を有することを特徴とする半導体発光素子基板の製造方法。
【請求項９】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のウェーハ上に、発光層を含む積層半導体層を形成する工程と、
前記積層半導体層の一部を切り欠いて半導体層露出面を形成する工程と、
前記積層半導体層の上面および前記半導体層露出面に一方の電極および他方の電極を形成する電極形成工程と、
を有することを特徴とする半導体発光素子基板の製造方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の半導体発光素子用テンプレート基板の製造方法で製造されたことを特徴とする半導体発光素子用テンプレート基板。
【請求項１１】
請求項８に記載の半導体発光素子基板の製造方法で製造されたことを特徴とする半導体発光素子基板。
【請求項１２】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のウェーハを基板として用い、当該基板にスピンコート法でレジストを塗布する工程を含むことを特徴とするレジスト塗布方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェーハ、半導体発光素子用テンプレート基板の製造方法、半導体発光素子基板の製造方法、半導体発光素子用テンプレート基板、半導体発光素子基板及びレジスト塗布方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体発光素子の光取り出し効率を向上させる方法として、基板の表面に凹凸を形成し、その上に半導体層を成長させる方法が提案されている（特許文献１参照）。基板の表面に複数の凹凸を形成する方法としては、通常、基板に塗布した感光材料（レジスト）を露光後、未露光の部分のレジストを除去してパターンを形成するフォトリソグラフィ法が採用され、そして必要に応じてエッチングされ、基板（ウェーハ）全面に微細なパターンが形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２８０６１１号公報
【特許文献２】特開平０３−０５５８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ウェーハ全面に均一な凹凸パターンが形成されないと、ウェーハあたりの半導体チップの収得率の低下を招いてしまう恐れがある。
例えば、図３は、従来のウェーハ１００の形状を説明する図である。図３に示すように、ウェーハ１００には、円形（直径φ０）の外周部１１０の一部を直線状に切り取ったフラット部（オリエンテーションフラット；以下、「オリフラ」と称する。）１２０（長さＬ０）が形成されている。この場合、ウェーハ１００の平面形状は、中心線Ｘに対し対称である。ウェーハ１００の表面には、スピンコート法によりレジストが塗布される。
従来の形状のウェーハ１００の表面にスピンコート法によりレジストを塗布する場合、フラット部１２０と外周部１１０との接合部１３０の周辺部１４０に、他の部分と比較してレジストが溜まりやすい傾向がある。このため、ウェーハ１００の表面に塗布されたレジストの厚さがバラツキ、その後に行われるパターニングの精度が低下するという問題が生じる。
【０００５】
また、半導体ウェーハの分野では、オリフラより後方のウェーハ周辺部の塗布膜厚みが他の部分に比べて厚く形成されることが知られ、これを解決する手段としてオリフラの一端部から所定の周辺長だけ曲率を連続的に変化させた周辺部形状を有する半導体ウェーハを使用することが知られている（特許文献２参照）。
しかしながら、オリフラの一端部からこのような曲率を連続的に変化させながらインゴットを加工するのは容易ではない。即ち、オリフラの加工は、一般に引上げられた半導体単結晶のインゴットから外周面が円筒に研削されて直径が均一な円柱状に加工され、ついで一定の結晶方位を示すオリフラ部が砥石により研削加工され、この後オリフラ面を当て板に接着してワイヤーソー装置等でスライスされる。
【０００６】
特許文献２の技術は、オリフラの一端部から曲率を連続的に変化させながらインゴットを研削加工する為に生産時間が長く、コストの大幅なアップとなる。さらに、半導体発光素子で用いられるサファイア等は、特に硬い材料であり、このような硬い材料の精密的な加工は特に難しいとされる。
一方、可視光に対して透明なウェーハは、表裏を同等な加工、例えば、両面を研磨し平坦化した場合、オリフラが１つでは表裏の判別が困難である。これに対して、２つ目のオリフラ部を独立して設ける方法もある。しかしながら、加工による基板面積の損失や、レジスト塗布膜厚の不均一箇所の増加により、さらにチップ収率の低下を招いてしまう。
【０００７】
本発明の目的は、ウェーハ表面のパターニング精度の低下を防止し、ウェーハ表裏の判別が容易であり、基板面積損失の小さいウェーハや光取り出し効率に優れた半導体発光素子用テンプレート基板、半導体発光素子基板をウェーハあたり高い収率で得ることにあり、そのような基板の製造方法やレジスト塗布方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
即ち、本発明によれば、以下の［１］〜［１２］が提供される。
［１］半導体発光素子基板として用いるウェーハであって、円弧状の外周部と、前記外周部の一部に形成され、一定の結晶方位を示す直線状の第１のフラット部と、前記第１のフラット部の端部と接合する直線状の第２のフラット部と、を有し、前記第１のフラット部と前記外周部との交点における接線となす角α１が１５８度〜１６８度の範囲から選ばれ、当該第１のフラット部と前記第２のフラット部のなす角α２が１６５度〜１８０度の範囲から選ばれ、当該第２のフラット部と当該外周部との交点における接線となす角α３が１６５度〜１８０度の範囲から選ばれ、前記第２のフラット部の長さＬ２は、前記第１のフラット部の長さＬ１の１／８以上〜２／３以下であり、前記第２のフラット部は、前記第１のフラット部の片側の端部とその端部に接合する外周部の一部とを二等辺三角形の形状に近似した扇状部を切り取るように形成され、当該扇状部の頂点は、当該第１のフラット部の直線部分の延長線と円弧状の外周部の延長線との接合点であり、当該扇状部の頂点は、当該第２のフラット部の両側の接合部を結ぶ直線部分を底辺とする略二等辺三角形の頂点の位置と重なることを特徴とするウェーハ。
［２］前記角α１と、前記角α３と、前記角α２とが、α１＜α２≦α３の関係を有することを特徴とする請求項１に記載のウェーハ。
［３］前記角α２と前記角α３とが、α２＝α３の関係を有することを特徴とする前項２に記載のウェーハ。
［４］前記ウェーハは、発光波長に対して透明であることを特徴とする前項１乃至３のいずれか１項に記載のウェーハ。
［５］前記ウェーハは、両面が研磨されていることを特徴とする前項４に記載のウェーハ。
［６］前記ウェーハは、サファイアであることを特徴とする前項４または５に記載のウェーハ。
【０００９】
［７］前項１乃至６のいずれか１項に記載のウェーハの表面に複数の凸部を形成する基板加工工程を有することを特徴とする半導体発光素子用テンプレート基板の製造方法。
【００１０】
［８］前項１乃至６のいずれか１項に記載のウェーハの表面に複数の凸部を形成する基板加工工程と、前記凸部が形成された前記ウェーハの表面にスパッタ法及びＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）の少なくとも１つの手段によりＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層を形成する半導体層形成工程と、を有することを特徴とする半導体発光素子基板の製造方法。
【００１１】
［９］前項１乃至６のいずれか１項に記載のウェーハ上に、発光層を含む積層半導体層を形成する工程と、前記積層半導体層の一部を切り欠いて半導体層露出面を形成する工程と、前記積層半導体層の上面および前記半導体層露出面に一方の電極および他方の電極を形成する電極形成工程と、を有することを特徴とする半導体発光素子基板の製造方法。
【００１２】
［１０］前項７に記載の半導体発光素子用テンプレート基板の製造方法で製造されたことを特徴とする半導体発光素子用テンプレート基板。
【００１３】
［１１］前項８に記載の半導体発光素子基板の製造方法で製造されたことを特徴とする半導体発光素子基板。
【００１４】
［１２］前項１乃至６のいずれか１項に記載のウェーハを基板として用い、当該基板にスピンコート法でレジストを塗布する工程を含むことを特徴とするレジスト塗布方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ウェーハ表面のパターニングの精度の低下が防止される。即ち、ウェーハ基板上に凸部を加工形成する場合や、半導体を成膜したウェーハ基板（半導体基板とも言う。）上に正極及び負極を形成する場合に、当該ウェーハや当該半導体基板の表面にレジストパターンを形成する際、ウェーハ外周部の一部に形成された直線状の第１のフラット部と、第１のフラット部の端部と接合する直線状の第２のフラット部とを有するウェーハを用いることにより、ウェーハ当たりのパターニング精度の低下が防止される。
このようなウェーハは、半導体形成用基板ウェーハだけでなく、半導体発光素子形成用基板ウェーハとして特に有用である。
また、半導体や半導体発光素子が表面に形成された当該基板上に正極や負極を形成する際に特に有用である。このようなウェーハを用いて半導体発光素子を製造することにより、光取り出し効率に優れた半導体発光素子を高収率で得ることができる。
また、ウェーハの表裏の判断も容易となり、判別ミスによる生産性低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施の形態が適用されるウェーハの形状の一例を説明する図である。
【図２】ウェーハの第２のフラット部の形状を説明する図である。
【図３】従来のウェーハの形状を説明する図である。
【図４】半導体発光素子形成用半導体基板（テンプレート基板）の製造工程の一部を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することが出来る。また、使用する図面は本実施の形態を説明するためのものであり、実際の大きさを表すものではない。
【００１８】
図１は、本実施の形態が適用されるウェーハ１０の形状の一例を説明する図である。図１に示すように、ウェーハ１０は、全体として円形（中心Ｃ、直径φ）を成す円弧状の外周部１１を有し、その外周部１１の一部を切り取るように形成された直線状の第１のフラット部１２（長さＬ１）と、第１のフラット部１２の片側の端部と接合する直線状の第２のフラット部１３（長さＬ２）と、を有している。
本実施の形態では、第２のフラット部１３は、第１のフラット部１２の片側の端部の位置に設けられる。この位置は、スピンコート法において回転するウェーハ１０の回転方向Ａに対し逆方向の側となる位置である。このため、本実施の形態では、ウェーハ１０の平面形状は、中心線Ｘに対し非対称の形状となる。
【００１９】
本実施の形態では、図１に示すウェーハ１０において、直径φは、５０ｍｍ以上（実質的に２インチ以上）の範囲で適用される。更に、直径が大きい方が本発明の効果が顕著であり、さらに好ましくは１００ｍｍ以上（実質的に４インチ以上）、さらに望ましくは１５０ｍｍ以上（実質的に６インチ以上）の範囲が良い。
第１のフラット部１２の直線部と外周部１１との接合部（交点）における接線と当該第１のフラット部１２の直線部のなす角度α１は、１５８度〜１６８度の範囲が好ましい。第２のフラット部１３の直線部と外周部１１との接合部１３ｂ（交点）における接線と当該第２のフラット部１３の直線部のなす角度α３は、１６５度〜１８０度の範囲が好ましい。
第２のフラット部１３の直線部と第１のフラット部１２の直線部との接合部１３ａにおける角度α２は、１６５〜１８０度の範囲が好ましい。ここで、α１、α２及びα３の関係は、α１＜α２≦α３が望ましい。レジスト塗布膜の膜厚に影響をもたらすα２の角度は、大きいほど好ましく、円周状態に近づくのが望ましい。上記範囲を逸脱する場合は、ウェーハ基板当たりのパターニングの精度の低下が防止できなくなる。
【００２０】
また、第１のフラット部１２の長さＬ１は、ウェーハ１０の直径φに応じて適宜選択される。例えば、ウェーハ１０の直径φが、１００ｍｍ（実質的に４インチ相当）の場合、長さＬ１は１６〜３２ｍｍの範囲が好ましい。また、直径φが１５０ｍｍ（実質的に６インチ相当）の場合、長さＬ１は２０〜６０ｍｍの範囲が好ましい。
また、第２のフラット部１３の長さＬ２は、ウェーハ１０の直径φに応じて適宜選択される。例えば、ウェーハ１０の直径φが、１００ｍｍの場合、長さＬ２は１ｍｍ〜２４ｍｍの範囲が好ましい。また、直径φ、１５０ｍｍの場合は、長さＬ２は１ｍｍ〜４０ｍｍの範囲が好ましい。
本実施の形態では、図１に示すウェーハ１０において、第１のフラット部１２の長さＬ１と第２のフラット部１３の長さＬ２との関係は、Ｌ１＞Ｌ２であり、さらに、Ｌ２はＬ１の２／３以下の長さ〜１／８以上の長さの範囲になるように形成されるのが好ましい。Ｌ２が過度に短いと、第２のフラット部１３の形状が円弧状から遠くなり、第２のフラット部１３のレジスト溜まりを防ぐ効果が低下する。
【００２１】
図２は、ウェーハ１０の第２のフラット部１３の形状を説明する図である。図２に示すように、第２のフラット部１３は、第１のフラット部１２の片側の端部とその端部に接合する外周部１１の一部とを、二等辺三角形の形状に近似した扇状部１４を切り取るように形成されている。ここで、扇状部１４の頂点１３ｃは、第１のフラット部１２の直線部分の延長線（破線）と円弧状の外周部１１の延長線（破線）との接合点である。すなわち、本実施の形態では、扇状部１４の頂点１３ｃは、第２のフラット部１３の両側の接合部１３ａ，１３ｂを結ぶ直線部分を底辺とする略二等辺三角形（１３ｃ１３ａ１３ｂ）の頂点の位置と重なることが好ましい。この場合、図１に示すα２とα３の角度は略等しくなる（α２＝α３）。
【００２２】
また、二等辺の長さの差は２０％以内が望ましく、さらには１０％以内が望ましい。この形状により、レジスト塗布膜の膜厚の均一性が向上するだけでなく、オリフラの加工が容易であり、安価に製造できる。
本実施の形態においては、オリフラの加工として、例えば、ＣＺ法で引上げられた半導体単結晶のインゴットから外周面が円筒に研削されて直径が均一な円柱状に加工され、そして一定の結晶方位を示すオリフラ（第１のフラット部１２）と、このオリフラ（第１のフラット部１２）の端部と接合する直線状の第２のフラット部１３とが砥石により研削加工され、この後に前記インゴットはオリフラ面を当て板に接着してワイヤーソー装置等でウェーハ１０の形状にスライスされる。本実施の形態においては、ウェーハ１０の材料として、特にサファイアやＳｉＣ等硬い材料にも好適に用いられる。
【００２３】
本実施の形態では、図１に示すように、ウェーハ１０は、第１のフラット部１２に加え、直線状の第２のフラット部１３を設けることにより、従来の形状のウェーハ１００（図３参照）と比較して、スピンコート法によりレジストを塗布する場合、レジスト溜まりが生じ難く、レジストの膜厚の均一性が高まる。このため、ウェーハ１０の表面のパターニングの精度が向上する。また、本実施の形態のウェーハ１０の形状が非対称であるため、表裏の判別が容易となり、判別ミスによる生産性低下を防止することができる。
【００２４】
（半導体発光素子用テンプレート基板の製造方法）
テンプレート基板とは、ウェーハ基板上に少なくとも一層の半導体層を積層した半導体基板（発光層を含まない基板を称する。）を指し、またウェーハ基板の主面上に複数の凸部を形成した後に少なくとも一層の半導体層を積層して平坦化した基板も含めて呼ぶものとする。
また、テンプレート基板は、半導体発光素子を製造する際に用いられ、前記テンプレート基板上にさらにＮ層、発光層及びＰ層の半導体を順次成長させることができる。そして、その上にｎ電極、ｐ電極を形成して発光素子を製造することができる。
【００２５】
本実施の形態が適用されるウェーハ１０を用いた半導体発光素子用テンプレート基板の製造方法について説明する。半導体発光素子用テンプレート基板は、前述したウェーハ１０上に、少なくともバッファ層を含み、さらに、ＩＩＩ族窒化物半導体層からなるＩＩＩ族窒化物半導体層（下地層）及びｎ型半導体層から選ばれる少なくとも１層が成膜された構造を有し、発光機能を有さない半導体層積層基板を意味するものである。
前述したように、ウェーハ１０は、円形を成す円弧状の外周部１１と、その外周部１１の一部を切り取るように形成された２個のフラット部（第１のフラット部１２，第２のフラット部１３）を有している。
【００２６】
図４は、半導体発光素子用テンプレート基板の製造法の一例を説明する図である。
図４（ａ）に示すように、２個のフラット部（第１のフラット部１２，第２のフラット部１３）を有するウェーハ１０を準備する。ウェーハ１０の材料は特に限定されないが、透明基板では、例えば、サファイア、炭化ケイ素（シリコンカーバイド：ＳｉＣ）、窒化ガリウム、リン化ガリウム、ガラス等が挙げられる。これらの中でも、サファイア、炭化ケイ素（シリコンカーバイド：ＳｉＣ）が好ましく、本実施の形態ではサファイアを使用している。
【００２７】
サファイア製のウェーハ１０は、ＣＺ法（チョクラルスキー法）により製造したサファイア単結晶のインゴットを所定の厚さに切断して準備する。ここで、サファイア単結晶のインゴットを製造するには、通常、坩堝に充填した酸化アルミニウムを溶融（アルミナ融液）し、種結晶をアルミナ融液表面に接触させ、種結晶を回転させながら上方に引き上げてサファイア単結晶（インゴット）を成長させる。
単結晶インゴットの加工工程において、外周面を円筒に研削し直径が均一な円柱状に加工し、次に、一定の結晶方位を示すオリフラ（第１のフラット部１２）と、このオリフラ（第１のフラット部１２）の端部と接合する直線状の第２のフラット部１３とを砥石による研削加工によって形成する。この後、インゴットをワイヤーソー装置等でウェーハ１０形状に切断する。
本実施の形態では、ウェーハ１０の最大径は、５０ｍｍ以上（実質的に２インチ以上）の範囲であり、厚さは、０．５ｍｍ〜２ｍｍの範囲が好ましく用いられる。
【００２８】
ところで、近年、半導体発光素子の光取り出し効率や気相成長した半導体層の結晶性を向上させる方法として、基板の表面に凹凸を形成し、その上に半導体層を成長させる方法が提案されている（特開２００９−１２３７１７号公報）。複数の凹凸の形成には、通常、フォトリソグラフィ法が採用され、本実施の形態が適用されるウェーハ１０を用いることにより、ウェーハ１０当たりにパターニングの精度が向上する。本実施の形態は、このような基板の表面加工を効果的に行なうことができるウェーハ基板を提供する。
次に、図４（ｂ）に示すように、ウェーハ１０の表面１０１ｓに均一な形状を有する複数の凸部１０２が形成されたサファイア製の基板（半導体発光素子用基板）１０１の一面を加工する（基板加工工程）。この加工処理においては、基板１０１上における凸部１０２の平面配置を規定するマスクを形成するパターニング処理と、パターニング処理によって形成されたマスクを使って基板１０１の表面をエッチングして凸部１０２を形成するエッチング処理とを行なう。パターニング処理は、一般的なフォトリソグラフィ法で行うことができる。
【００２９】
フォトリソグラフィ法を行う場合、ウェーハ１０の表面１０１ｓにスピンコート法によりレジストを塗布する。使用するレジストとしては、公知の半導体用のフォトレジストを適用できる。スピンコートの条件は、レジストの種類にもよるが、一般的には１０００ｒｐｍ〜５０００ｒｐｍの範囲の回転数から適宜選択される。回転時間やレジスト滴下量は、ウェーハサイズ等に応じて適宜選択される。レジストの膜厚は、レジスト塗布後に測定部位のレジストを溶出させて、溶出させていない部位との膜厚差を段差計で測定する方法や、光学的に膜厚を測定する方法等がある。本実施の形態では、前者の方法を用いている。ウェーハ面内でのフラット部とそれ以外の部分の平均膜厚の差で膜厚の不均一さを見積もっている。
【００３０】
ここで、パターニング処理において、本実施の形態のウェーハ１０は、従来の形状のウェーハ１００（図３参照）と比較して、表面１０１ｓにスピンコーターでレジストを塗布した場合、第１のフラット部１２（図１参照）の端部の近傍にレジスト溜まりが生じ難い。このため、後述するエッチング処理により形成する複数の凸部１０２の高さの均一性が向上する。エッチング処理は、ドライエッチング法やウェットエッチング法を用いることが好ましい。
【００３１】
加えて、本実施の形態では、基板１０１上に複数の凸部１０２を規則的なパターンで形成することにより、基板１０１と後述するＩＩＩ族窒化物半導体層（下地層）１３０との界面が凹凸形状となる（又は凸部１０２を有する構造）。そのため、このような基板構造を有する半導体発光素子は、基板と半導体層との界面における光の散乱により、光取り出し効率が増大する。さらに、規則的な基板凹凸構造を利用することで、その上に気相成長する半導体層の結晶性が格段と向上する。
【００３２】
続いて、図４（ｃ）に示すように、基板１０１の表面１０１ｓ上に、ＩＩＩ族窒化物層（バッファ層）１２０を形成する。本実施の形態においては、バッファ層１２０は、ＩＩＩ族窒化物半導体を、例えば、スパッタリングすることにより形成する。また、バッファ層１２０は、公知な有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）で成長させてもよい。
【００３３】
バッファ層１２０は、半導体発光素子の発光構造（ＬＥＤ構造ともいう）を有する化合物半導体層を有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により成膜する際に、バッファ機能を発揮する薄膜層として基板１０１上に設けられる。バッファ層１２０を設けることにより、バッファ層１２０上に成膜されるＩＩＩ族窒化物半導体層（下地層）１３０とさらにこの上に成膜されるＬＥＤ構造を有する化合物半導体層は、良好な配向性及び結晶性を有する結晶膜となる。
【００３４】
バッファ層１２０を構成するＩＩＩ族窒化物半導体としては、Ａｌを含有することが好ましく、ＩＩＩ族窒化物であるＡｌＮを含むことが特に好ましい。バッファ層１２０を構成する材料としては、一般式ＡｌＧａＩｎＮで表されるＩＩＩ族窒化物半導体であれば特に限定されない。なお、本明細書中では、各元素の組成比を省略してＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮと記述する場合がある。さらに、Ｖ族として、ＡｓやＰが含有されても良い。バッファ層１２０が、Ａｌを含む組成の場合、ＧａＡｌＮとすることが好ましく、Ａｌの組成が５０％以上であることが好ましい。バッファ層１２０の厚さは、通常、０．０２μｍ〜０．１μｍである。
【００３５】
次に、本実施形態では、図４（ｄ）に示すように、バッファ層形成工程の後、バッファ層１２０が形成された基板１０１の上面に、凸部１０２を埋めるようにして、ＭＯＣＶＤ法によりＩＩＩ族窒化物半導体層（下地層）１３０を成膜する。尚、本実施の形態では、ＩＩＩ族窒化物半導体層（下地層）１３０の最大厚さＨは、凸部１０２の高さの２倍以上であることが好ましい。ＩＩＩ族窒化物半導体層（下地層）１３０の最大厚さＨが過度に薄いと、ＩＩＩ族窒化物半導体層（下地層）１３０の表面１３０ａの平坦性が不十分となるこのため、ＩＩＩ族窒化物半導体層（下地層）１３０上に積層されるＬＥＤ構造を構成する結晶の結晶性が低下する傾向がある。
【００３６】
ＩＩＩ族窒化物半導体層（下地層）１３０に用いる材料としては、Ｇａを含むＩＩＩ族窒化物（ＧａＮ系化合物半導体）が用いられ、特に、ＡｌＧａＮ、又はＧａＮを好適に用いることができる。半導体発光素子用テンプレート基板Ｉ０におけるＩＩＩ族窒化物半導体層（下地層）１３０は、半導体発光素子のＬＥＤ構造を有する化合物半導体層の下地層として機能するものである。
ＩＩＩ族窒化物半導体層からなるＩＩＩ族窒化物半導体層（下地層）１３０の厚さは、０．１μｍ以上、好ましく０．５μｍ以上、さらに好ましくは１μｍ以上である。但し、ＩＩＩ族窒化物半導体層（下地層）１３０の厚さは、１５μｍ以下が好ましい。
【００３７】
ＩＩＩ族窒化物半導体層（下地層）１３０をＭＯＣＶＤ法で積層する場合に使用するキャリアガスとしては、たとえば、水素（Ｈ２）、窒素（Ｎ２）；ＩＩＩ族原料であるＧａ源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）；Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）；Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリエチルインジウム（ＴＥＩ）；Ｖ族原料であるＮ源としてアンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）等が用いられる。また、ドーパントとしては、ｎ型にはＳｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）；Ｇｅ原料としてゲルマンガス（ＧｅＨ４）、テトラメチルゲルマニウム（（ＣＨ３）４Ｇｅ）、テトラエチルゲルマニウム（（Ｃ２Ｈ５）４Ｇｅ）等の有機ゲルマニウム化合物；ｐ型にはＭｇ原料としてシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を利用できる。
【００３８】
本実施の形態において、基板１０１にＩＩＩ族窒化物半導体層（下地層）１３０を形成することにより、この上に成膜されるＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型層、発光層、ｐ型層からなる発光構造（ＬＥＤ構造：図示せず）の結晶の結晶性が良好となる。その結果、内部量子効率に優れ、漏れ電流の少なく高出力な半導体発光素子が得られる。
このように、一般的な基板加工やバッファ層１２０、下地層１３０、その上のｎ型層、発光層、ｐ型層からなる発光構造（ＬＥＤ構造）を有する半導体発光素子に係る積層構造や発光素子の製造方法等については、例えば、ＷＯ／２００９／１５４２１５号公報を参照して本発明を実施することができる。
【００３９】
（発光構造を有する半導体基板に正極及び負極を形成する半導体発光素子の製造方法）
本実施の形態において、上述したＬＥＤ構造を有する半導体基板を用い、以下に示す方法に準じて、半導体発光素子の一種である発光ダイオードを効率よく作製することができる。
例えば、公知のフォトリソグラフィ技術によって、前述のＬＥＤ構造となる各層の形成された基板のｐコンタクト層上に、ＩＴＯ等からなる透明ｐ電極と、透明ｐ電極上にチタン、アルミニウム、金を順に積層した正極ボンディングパッド部を効果的に形成することができる。続いて、ドライエッチングを行い、負極ボンディングパッドを形成する部分のｎ型層を露出させ、露出したｎ型層上に公知のフォトリソグラフィ技術によって、Ｎｉ、Ａｌ、ＴｉおよびＡｕの４層よりなる負極ボンディングパッドを効率よく作製することができる。
【実施例】
【００４０】
次に、本発明を、実施例および比較例を示してより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
【００４１】
（実施例１）
表１に記載の各パラメータ（直径φ＝１５０ｍｍ（実質的に６インチ結晶）、第１のフラット部１２の長さＬ１＝２４ｍｍ、第２のフラット部１３の長さＬ２＝１６ｍｍ）、角度α１＝１６７．７°、角度α２＝１７３．８°、角度α３＝１７３．８°）を有するサファイア製のウェーハを、次のような手順で当該単結晶（インゴット）から準備した。先ず、予め結晶のＡ面に所定サイズのオリフラ（第１のフラット部１２）と第２のフラット部１３が形成された最大直径１５０ｍｍ（実質的に６インチ結晶）の単結晶（インゴット）から、基板厚さ１．５ｍｍの主面断面がＣ面（０００１）からなるようにウェーハをワイヤーソーで切断した。次に、切断したウェーハの主面をワックスにてセラミックブロックの表面に貼り付け、ウェーハを変形させないようにしながら、裏面を公知な砥粒条件にて片面ラッピング加工し、その後、ウェーハの裏表を返してセラミックブロックの表面に貼り付け、表面をラッピングし、続いてポリッシングした。その後、ウェーハをセラミックブロックから剥がしワックスを除去した後、熱処理（２時間、１５００℃）した。
【００４２】
そして、ウェーハ基板当たりのリソグラフにおけるパターニングの精度を簡略的に調べる為に、オリフラのフラット部周辺におけるレジスト膜厚の均一性について調べた。
表１に記載の各パラメータを有するサファイア製のウェーハ上に公知のフォトリソグラフィ技術によって、粘度が４０ｍＰａの所定のレジストをスピンコート法により塗布した。このときに、レジスト膜厚を２．５μｍとなるよう回転数等を調整した。その後、第２のフラット部１３周辺におけるレジストの膜厚分布を測定したところ、表１の結果を得た。尚、レジストの膜厚分布の測定は、以下の方法で１枚のウェーハ毎に実施した。
また、レジスト膜厚は、レジスト塗布後に測定部位のレジストを溶出させて、溶出させていない部位との膜厚差を段差計で測定することにより求めた。
【００４３】
第２のフラット部１３のレジスト膜厚は２．６μｍであり、第２のフラット部１３以外の膜厚の平均は２．５μｍであった。第２のフラット部１３のレジスト膜厚は、他の領域の平均値に対して４％厚かった。
尚、『第２のフラット部１３の膜厚』測定は、ウェーハ回転から見て第２のフラット部１３の後ろ側の接合部１３ｂ付近（図２参照）の膜厚の大きい外周部で行なった。また、『第２のフラット部１３以外の膜厚』は、ウェーハ中心や第２のフラット部１３以外のウェーハ外周３点（約９０度毎に離れた領域）等を含め、４点測定しその平均値とした。
【００４４】
（実施例２）
第１のフラット部１２の長さＬ１＝４３ｍｍ、第２のフラット部１３の長さＬ２＝２８ｍｍ、角度α１＝１６３．３°、角度α２＝１７１．７°、角度α３＝１７１．７°に変更した以外は、実施例１と同様に実施して、第２のフラット部１３の周辺におけるレジスト膜厚の均一性について調べた。
その結果、第２のフラット部１３のレジスト膜厚は２．５μｍであって、第２のフラット部１３以外の膜厚の平均は２．４μｍであった。第２のフラット部１３のレジスト膜厚は、他の領域の平均値に対して４．２％厚かった。結果を表１に示す。
【００４５】
（実施例３）
直径φ＝１００ｍｍ（実質的に４インチ結晶）、第１のフラット部１２の長さＬ１＝２４ｍｍ、第２のフラット部１３の長さＬ２＝１６ｍｍ、角度α１＝１６６．１°、角度α２＝１７３．１°、角度α３＝１７３．１°に変更した以外は、実施例１と同様に実施し、第２のフラット部１３周辺におけるレジスト膜厚の均一性について調べた。
その結果、第２のフラット部１３のレジスト膜厚は２．４μｍであって、第２のフラット部１３の以外の膜厚の平均は２．３μｍであった。第２のフラット部１３のレジスト膜厚は、他の領域の平均値に対して４．３％厚かった。結果を表１に示す。
【００４６】
（比較例１）
第１のフラット部１２の長さＬ１＝５８ｍｍ、第２のフラット部１３の長さＬ２＝０ｍｍ（第２のフラット部１３を形成しない）、角度α１＝１５７．５°、角度α２＝０°、角度α３＝１５７．５°に変更した以外は、実施例１と同様に実施して、第１のフラット部１２の後方におけるレジスト膜厚の均一性について調べた。
その結果、第１のフラット部１２の後方のレジスト膜厚は３．０μｍであって、第１のフラット部１２以外の膜厚の平均は２．２μｍであった。第１のフラット部１２後方の膜厚増加割合は、他の領域の平均値に対して３６％と非常に厚かった。結果を表１に示す。
【００４７】
（比較例２）
直径φ＝１００ｍｍ（実質的に４インチ結晶）、第１のフラット部１２の長さＬ１＝３２ｍｍ、角度α１＝１６１．３°、角度α３＝１６１．３°に変更した以外は、比較例１と同様に実施して、第１のフラット部１２の後方におけるレジスト膜厚の均一性について調べた。
その結果、第１のフラット部１２の後方のレジスト膜厚は３．３μｍであって、第１のフラット部１２以外の膜厚の平均は２．５μｍであった。第１のフラット部１２後方の膜厚増加割合は、他の領域の平均値に対して３２％と非常に厚かった。結果を表１に示す。
【００４８】
【表１】
0005527114.tif 000002
【００４９】
このように、実施例１〜実施例３で用いたウェーハでは、第２のフラット部１３のレジスト膜厚は、他の領域の平均値より４％厚くなるレベルで均一性が保たれていた。
一方、比較例１〜比較例２で用いたウェーハは、ＳＥＭＩ規格（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ（国際半導体製造装置材料協会））に準拠してオリフラが形成されたものであり、当該フラット部のレジスト膜厚は、他の領域の平均値より３０％強厚いことが分かる。
【００５０】
（実施例４）
次に、実施例１で用いたサファイア基板と同じパラメータ（φ、Ｌ１、Ｌ２、α１、α２、α３）の特徴を有するサファイア基板を用意し、その（０００１）Ｃ面上に、ＷＯ／２００９／１５４２１５号公報に記載の内容を参照して、公知のフォトリソグラフィ法を用いてレジストパターン（マスク）を形成し、ドライエッチング法でサファイア基板をエッチングすることにより基板上に凸部を形成した。なお、凸部の設計上の特徴として、基部幅１．０μｍ、高さ１．０μｍ、隣接する凸部間の間隔１．８μｍとし、露光法として、紫外光を用いたステッパー露光法、ドライエッチングにはＢＣｌ３とＣｌ２の混合ガスを用いた。
加工されたサファイア基板は、実施例１において膜厚測定された第２のフラット部１３周辺について、ＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で凸部のパターニング不良について調べたところ、不良箇所は見つからなかった。
【００５１】
次に、ＷＯ／２００９／１５４２１５号公報に記載の方法に従って、基板の主面に、ＡｌＮからなるバッファ層、次いでＭＯＣＶＤ法で順次、下地層、ｎ型コンタクト層、ｎ型クラッド層、発光層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層を形成した。
次に、公知のフォトリソグラフィ技術によって、ｐ型コンタクト層上に、ＩＴＯからなる透光性正極と、この透光性正極上にＴｉ、Ａｌ及びＡｕを順に積層した構造を持つ正極ボンディングパッドを所定のチップサイズ毎に形成した。
続いて、正極ボンディングパッドの形成された基板にドライエッチングを行い、負極ボンディングパッドを形成する部分のｎ型半導体層を露出させ、露出したｎ型半導体層上にＮｉ、Ａｌ、Ｔｉ及びＡｕの４層よりなる負極ボンディングパッドを形成した。
このように、正極ボンディングパッド及び負極ボンディングパッドが形成された半導体発光素子基板について、外観検査装置で電極パターンの精度を調べたところ、不良チップは見つからなかった。結果を表２に示す。
【００５２】
（実施例５）
実施例２で用いたサファイア基板と同じパラメータ（φ、Ｌ１、Ｌ２、α１、α２、α３）の特徴を有するサファイア基板を用いた以外は、実施例４と同様に実施して、サファイア基板の主面に凸部を形成し、半導体発光素子基板を製造した。なお、実施例２において膜厚測定された第２のフラット部１３周辺について、ＡＦＭで凸部のパターニング不良について調べたところ、不良箇所は見つからなかった。また、正極ボンディングパッド及び負極ボンディングパッドが形成された半導体発光素子基板について、外観検査装置で電極パターンの精度を調べたところ、不良チップは見つからなかった。結果を表２に示す。
【００５３】
（実施例６）
実施例３で用いたサファイア基板と同じパラメータ（φ、Ｌ１、Ｌ２、α１、α２、α３）の特徴を有するサファイア基板を用いた以外は、実施例４と同様に実施して、サファイア基板の主面に凸部を形成し、半導体発光素子基板を製造した。なお、実施例３において膜厚測定された第２のフラット部１３周辺について、ＡＦＭで凸部のパターニング不良について調べたところ、不良箇所は見つからなかった。また、正極ボンディングパッド及び負極ボンディングパッドが形成された半導体発光素子基板について、外観検査装置で電極パターンの精度を調べたところ、不良チップは見つからなかった。結果を表２に示す。
【００５４】
（比較例３）
比較例１で用いたサファイア基板と同じパラメータ（φ、Ｌ１、α１、α３）の特徴を有するサファイア基板を用いた以外は、実施例４と同様に実施して、サファイア基板の主面に凸部を形成し、半導体発光素子基板を製造した。なお、比較例１において膜厚測定された第１のフラット部１２（第２のフラット部１３なし）の後方部周辺について、ＡＦＭで凸部のパターニング不良について調べたところ、凸部形状に不良が見つかった。また、正極ボンディングパッド及び負極ボンディングパッドが形成された半導体発光素子基板について、外観検査装置で電極パターンの精度を調べたところ、１枚ウェーハ当たりで２５個の不良チップが発生した。結果を表２に示す。
【００５５】
（比較例４）
比較例２で用いたサファイア基板と同じパラメータ（φ、Ｌ１、α１、α３）の特徴を有するサファイア基板を用いた以外は、実施例４と同様に実施して、サファイア基板の主面に凸部を形成し、半導体発光素子基板を製造した。なお、比較例２において膜厚測定された第１のフラット部１２（第２のフラット部１３なし）の後方部周辺について、ＡＦＭで凸部のパターニング不良について調べたところ、凸部形状に不良が見つかった。また、正極ボンディングパッド及び負極ボンディングパッドが形成された半導体発光素子基板について、外観検査装置で電極パターンの精度を調べたところ、１枚ウェーハ当たりで１２個の不良チップが発生した。結果を表２に示す。
【００５６】
【表２】
0005527114.tif 000003
【符号の説明】
【００５７】
１０…ウェーハ、１１…外周部、１２…第１のフラット部、１３…第２のフラット部、１４…扇状部、１０１…基板、１０１ｓ…表面、１０２…凸部、１２０…半導体層（バッファ層）、１３０…ＩＩＩ族窒化物半導体層（下地層）、Ｉ０…半導体発光素子用テンプレート基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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