CN102097461A - 实质上具有晶格匹配的半导体材料及其制造方法 - Google Patents

实质上具有晶格匹配的半导体材料及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种实质上具有晶格匹配的半导体材料及其制造方法。在一方面中，该半导体元件包含有一第一半导体材料、一第二半导体材料以及一沉积于该第一半导体材料以及该第二半导体材料之间的原子模板间层；该原子模板间层将与第一半导体材料以及第二半导体材料产生键结并促使两半导体材料之间产生实质上的晶格匹配。

Description

实质上具有晶格匹配的半导体材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体材料及其相关方法；因此，本发明涉及化学及材料科学的领域。
背景技术
当电脑与其他电子装置的体积愈小且运行速度变快的同时，对于装设于其内部的半导体元件的尺寸上的要求日益增加。超大型集成电路(Ultra-Scale Integration，ULSI)是一个可在单一的半导体晶片上放置至少一百万个电路元件的技术，除了极高的元件密度之外，以及现今尺寸缩减的趋势，使超大型集成电路技术就尺寸上与材料上而言，均变得较以往脆弱许多。随着现有技术欲朝向突破超大型集成电路技术的方向发展，就晶圆与基板材料而言，可能会出现许多难以解决的阻碍。
上述其中一种阻碍由于多数半导体材料的热量无法有效排出而累积于晶格内。半导体倾向于凭借一部分的铜金属以获得热导率。因此，半导体元件经常使用铜散热器来降温。然而，当未来时代的半导体元件的能源需求不断增加，铜散热器将也会变成一个热量聚积的容器。
另一种阻碍由于电荷载子，即量子扰动现象中必然具有的电子或电洞聚积的情形。载子的聚积会产生杂讯，而使半导体元件内的电子信号变得模糊不清。半导体元件的温度越高则此问题将愈趋严重。大部分载子聚积可能由于典型半导体晶格的本质上的低键结能以及方向非均等性所造成。
再一种阻碍可能是现今半导体材料所进一步导致的问题。这些半导体材料倾向于具有高漏电流以及低崩溃电压。随着半导体电晶体与其他电路元件的尺寸缩减，以及能源与频率增加的需求也逐渐成长，漏电流性质与崩溃电压的要求也变得较为严格。
一种内在固有的晶格失配由于半导体材料之间的原子尺寸不同所造成。半导体材料之间的晶格失配倾向于加重上述的这些问题。对半导体沉积技术而言，半导体层之间的材料粒度分级将有助于减少尺寸上的差异。一种花费较低的半导体元件的制备方法以晶圆贴合方式将不同的半导体材料结合在一起。然而，在此类材料中，较大晶格的失配情形是不可避免的。虽然半导体材料之间的中间层如蓝宝石，可以减少晶格失配的情形，但它们并无法广泛地被消除。
发明内容
因此，本发明提供一种实质上具有晶格匹配的半导体材料及其制造方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种实质上具有晶格匹配的半导体元件，其特征在于，该半导体元件包含：
一第一半导体材料；
一设置于该第一半导体材料上的第二半导体材料；以及
一设置于该第一半导体材料与该第二半导体材料之间的原子模板间层，该原子模板间层与该第一半导体材料与该第二半导体材料相互接合且促使形成实质上的晶格匹配。
其中：该原子模板间层是选自于石墨烯、平面六方氮化硼、平面六方碳化硅以及其组合所构成的群组的任一。
其中：该原子模板间层为石墨烯。
其中：该原子模板间层小于或等于五个原子层厚度。
其中：该原子模板间层大于五个原子层厚度。
其中：该第一半导体材料为一钻石材料，而该原子模板间层为石墨烯。
其中：该原子模板间层为该钻石材料晶石墨烯化后的表面。
其中：该第二半导体材料为氮化镓。
其中：该原子模板间层被拉伸、压缩或扭转以促使该第一半导体材料与该第二半导体材料之间实质上的晶格匹配。
其中：该原子模板间层掺杂有一掺杂物。
其中：进一步包含有连结于该原子模板间层的添加性原子，该添加性原子能够改变该原子模板间层的弹性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种实质上具有晶格匹配的半导体元件的制造方法，其特征在于，该制造方法包含：
(一)提供一原子模板间层至一第一半导体材料；
(二)提供一第二半导体材料至该原子模板间层，以使该原子模板间层设置于该第一半导体材料与该第二半导体材料之间；以及
(三)将该第一半导体材料与该第二半导体材料接合，以使该原子模板间层促使该第一半导体材料与该第二半导体材料之间产生实质上的晶格匹配。
其中：该原子模板间层选自由石墨烯、平面六方氮化硼、平面六方碳化硅及其组合所构成的群组的任一。
其中：该原子模板间层为石墨烯。
其中：该第一半导体材料为一钻石材料，且步骤(一)中进一步包含将该钻石材料的其中一表面石墨烯化，以形成由石墨烯构成的原子模板间层的步骤。
其中：进一步包含有将添加性原子与该原子模板间层相连接，以改变该原子模板间层的弹性。
其中：将该第一半导体材料与该第二半导体材料相互接合的步骤中，包含有对该第一半导体材料、该第二半导体材料以及该原子模板间层于压力环境下进行加热至一温度，以使该第一半导体材料、该第二半导体材料以及该原子模板间层之间形成化学键结的步骤。
其中：该压力环境为约10Mpa至约50Mpa。
其中：该温度为约200℃至800℃。
其中：进一步包含有拉伸、压缩或扭转该原子模板间层以促使该第一半导体材料与该第二半导体层材料之间产生实质上的晶格匹配的步骤。
与现有技术相比较，本发明具有的有益效果是：凭借原子模板间层衔接所述的这些半导体层之间的原子错位(atomic misalignment)，以达到该晶格匹配的效果。
附图说明
图1为本发明的实施状态示意图；
图2为本发明的一实施例的石墨烯晶格结构图。
具体实施方式
以下配合图式及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。
定义
在描述及主张本发明时，将根据下文所阐述的定义使用以下术语。
除非上下文另外明确说明，否则“一”及“该”等单数用词也包括复数的涵义。因此，举例而言，提及“一粒子(a particle)”可包括一或多个所述的这些粒子，而提及“一材料(a material)”可包括一或多个所述的这些材料。
如本文中所使用，用词“实质上(substantially)”是指某一作用、特征、性质、状态、结构、物品或结果的完全或接近完全的范围或程度。举例而言，“实质上”被封闭的物件将意谓该物件被完全封闭或接近完全地被封闭。与绝对完全性的确切可容许的偏差度可在一些情况下视特定情形而定。然而，一般而言，完成的接近度所具有的总结果与达成绝对及完全的完成时相同。当用于否定含义时，“实质上”的使用同样适用于指完全或接近完全地缺乏某一作用、特征、性质、状态、结构、物品或结果。举例而言，“实质上不含(substantially free of)”粒子的组成物将完全无粒子，或非常接近完全地无粒子以致效果与完全无粒子时相同。换言之，“实质上不含”某一成份或元素的组成物实际上仍可含有该物品，只要其不存在可测量的影响即可。
如本文中所使用，用词“约(about)”用来提供关于数值范围临界值的些许弹性，使其指定值可“稍微高于”或“稍微低于”临界值。
为方便起见，如本文中所使用，可将复数个物品、结构元件、组成元件及/或材料呈现于共同清单中。然而，此等清单应被理解为好似该清单的每一成员经个别识别为个别及唯一的成员。因此，若无相反指示，则该清单中的个别成员均不应仅仅基于其在共同组中的呈现而理解为同一清单中的任何其他成员的实际等效形式。
浓度、量及其他数值资料在本文中可以范围格式表示或呈现。应了解，该种范围格式仅为方便及简单起见而使用，且因此应灵活地解释为不但包括明确在该范围界限内所列的数值，而且包括涵盖于彼范围内的所有个别数值或子范围，就如同明确列出每一数值及子范围般。举例而言，“约1至约5(about 1 to about 5)”的数值范围应解释为不但包括约1至约5的明确所列值，而且包括所指范围内的个别值及子范围。因此，在此数值范围内包括诸如2、3及4的个别值以及诸如1至3、2至4及3至5等的子范围，以及个别的1、2、3、4及5。所述的此原理同样适用于仅列出一个数值(如最小值或最大值)的范围。此外，该种解释应不管范围的宽度或所描述的特征如何而均可应用。
本发明
本发明关于一种具有至少两个实质上的上晶格匹配的半导体层的半导体元件。凭借原子模板间层衔接所述的这些半导体层之间的原子错位(atomic misalignment)，以达到该晶格匹配的效果。在一方面中，该原子模板间层可以是原子级平面多层材料，举例而言，石墨烯、六方氮化硼、六方碳酸硅以及诸如此类的物质。必须留意的是，为求方便起见，石墨烯将于本文中被频繁地讨论，但本发明的范畴并非受此限制，除非内容中另有提及，否则该技术内容应被视为可适用于其他原子级平面材料。
对于大部分的半导体材料而言，不论一种晶圆以键结的形式或直接生长于另一种晶圆上，其半导体层之间的晶格匹配是相当困难的一件事。举例而言，硅晶圆被广泛地使用于制造半导体元件，但这些晶圆却难以凭借磊晶的方式长出氮化镓，其由于氮化镓中的氮原子比硅原子小所致。因此，蓝宝石晶圆(即氧化铝，Al2O3)则普遍被利用于减少氮原子和硅原子之间的尺寸差距。即便使用中间材，氮化镓和氧化铝之间由于尺寸差距导致的晶格失配仍然相当大，约占整体15％的比例。晶格失配将会于氮化镓层内部引发许多晶体差排与差距，在某些情况下，大约是每平方公分的面积产生十亿个晶体差排。
石墨烯基本上为钻石结构的平面，其具有sp2键结型态而可形成σ键与π键。在此一形式下，石墨烯可以排列且与绝大多数半导体材料中的其他原子相互匹配，例如硅、氮等等。相较于sp2键结，若情况允许石墨烯层皱折以形成原子间距离能够变动的sp3键，该石墨烯层可以与许多半导体材料以更佳的对应性相互晶格匹配。对于具有多层结构的石墨烯材料而言，位于石墨烯层两侧的半导体/石墨烯的介面的原子皱折可容许在半导体层之间实质上的上晶格匹配的过渡状态。石墨烯可以当作是半导体材料之间的桥梁，而同时保持原子紧密堆叠以利于后续的半导体工艺。
因此，如图1所示，在本发明的一方面中提供一种半导体元件，该半导体元件包含有一第一半导体材料(如硅晶圆)12、一沉积于该第一半导体材料12上的第二半导体材料14(如钻石膜)以及一沉积于该第一半导体材料12与该第二半导体材料14之间的原子模板间层16。如此，该原子模板间层16便可将该第一半导体材料12与该第二半导体材料14结合在一起并使该两者之间形成实质上的晶格匹配。
许多不同的材料可以被考虑作为该原子模板间层的用途。任何以sp2键结构成且能够促使半导体层之间的实质上的晶格匹配的平面材料应都被视为本发明的范围内。在一方面中，原子模板间层可包含有石墨烯、平面六方氮化硼、平面六方碳化硅以及上述所述的这些材料的组合，但非限定此一形式。在一特定方面中，该原子模板间层为石墨烯。
如图2所示，石墨烯为单一原子厚度并具有sp2键结的碳原子的平板，其可以紧密堆叠成具有苯环结构型态的蜂巢状晶格。为达本发明的目的，所谓的石墨烯可包含有单一石墨烯层以及数个石墨烯层。石墨烯中的碳-碳键结的长度约为1.45埃
Figure BSA00000345675600071
其小于钻石中的碳-碳键结的长度1.54埃
Figure BSA00000345675600072
石墨烯为其他石墨材料如石墨、纳米碳管、富勒烯等材料的基础结构成分。必须注意的是，根据本发明的方面中，所谓的“石墨烯”包含有单一原子层的结构以及数层堆叠的结构。
理想的石墨烯平面由其特有的六角形巢室所组成，而存在于石墨烯平面的任何五角形或七角形巢室则有可能造成缺陷。该缺陷将会改变石墨烯的平面结构。举例而言，单一个五角形巢室会使该平面上折曲而形成一锥状结构，而十二个五角形位于特定的位置时则可能在该平面上产生富勒烯结构。此外，单一个七角形巢室会使该平面上折曲而形成一鞍状结构。石墨烯平面的折曲可能导致电子迁移率与热导率的降低，进而使其无法适当地用于实现本发明的目的。
根据本发明的方面，该原子模板间层所使用的材料可以被许多种方法所制备，而任何制备上述材料的方法均属于本发明的范畴内，其中一方法包含有形成一呈熔融态的溶剂层。上述制备方法可参考申请人于2009年7月8日所申请的美国第12/499,647号专利申请案。其他方法如固态扩散法、气相沉积法、剥离法(exfoliation)、溶出法等等。
该原子模板间层可包含有各种不同数量的平面层。在一方面中，举例而言，该原子模板间层的厚度不大于五个原子层的厚度。在另一方面中，该原子模板间层的厚度可超过五个原子层的厚度。在其他方面中，该原子模板间层的厚度可大于十个、一百个、一千个或甚至一万个原子层的厚度。该原子模板间层的厚度可依据其材料的制备方法而有所不同。上述材料通常被制造成由多层结构堆叠而成的型态，且该多层结构可被区分为单一层或复数层材料。因此，在某种程度上，用于区分上述材料层的方法可以指定该原子模板间层的层数。如前所述，在一些方面中，为了使该原子模板间层的两侧较能够容许皱折，甚至促使半导体材料之间实质上的晶格匹配，使用具有数个平面层结构的原子模板间层是较为理想的。在一些情况下，位于中间层的材料将会显现出一种具有梯度的皱折，且于该中间层材料与半导体材料之间的介面产生最大程度的扭曲，而于远离于该介面的中间层材料中产生较小程度的扭曲。
在本发明的一些方面中，该原子模板间层可以被用来增进皱折的效果，进而促使半导体材料之间较显着且实质上的晶格匹配。在一方面中，举例而言，该原子模板间层可以被拉伸、压缩或扭转而促使该第一半导体材料与该第二半导体材料之间实质上的晶格匹配。在另一方面中，该原子模板间层可凭借与之连结的添加性原子(intercalating atom)而改变其弹性。例如，石墨烯层和六方氮化硼层可以掺杂硅原子而改变其弹性，但非限定此一形式。
在本发明的一些方面中，该原子模板间层材料可以掺杂许多不同种类的原子。掺杂物(dopant)可以被使用于改变一个中间层材料的物理特性，且/或它们可被使用于具有堆叠型态的中间层材料内部的物理反应。举例而言，在一方面中，如前所述，掺杂可以影响中间层材料的弹性。在另一方面中，一个中间层材料被掺杂后，其电子特性也可改变。此外，经过掺杂的中间层材料也可以改变不同中间层之间的电子特性。此类掺杂通常凭借形成中间层材料的过程中加入掺杂物，或将掺杂物沉积于该中间层材料中。必须注意的是，未被掺杂的中间层材料可表现出介电特性，进而被用作p-i-n接面。
已知有许多不同种类的掺杂物，且任何可以被使用的掺杂物应被视为本发明的范围。在一方面中，举例而言，可以掺杂硼原子于石墨烯层中以形成P型半导体。可被用来掺杂于石墨烯层中的掺杂物有许多种，一些特别但非限定的例子包括硼、磷、氮及其组合。为了在半导体元件中形成电路，掺杂工艺可以被用来改变中间层的特定区块的电子迁移率。此种对于特定位置进行掺杂的过程可以容许该半导体元件的中间层的一部分中形成电路图案。此外，举例而言，石墨烯层具有高的电子迁移率。然而，堆叠的石墨烯层之间的导电度，是较为限制的。凭借掺杂金属原子或其他可导电的材料，可增加形成堆叠的材料层之间的电子迁移率。
在本发明的一些方面中，六方氮化硼层可以掺杂有许多种掺杂物，掺杂物可被用来改变六方氮化硼层的物理特性，且/或被用来改变堆叠的六方氮化硼层之间的物理反应。此类掺杂通常凭借形成六方氮化硼层的过程中加入掺杂物，或将掺杂物沉积于该六方氮化硼层中。可被用来掺杂于六方氮化硼层中的掺杂物有许多种，一些特别但非限定的例子包括硅、镁及其组合。可以掺杂硅于六方氮化硼层中以形成N型半导体。
由于钻石具有高原子密度以及高热导率，因此其为制备半导体基板的理想材料。聚积于半导体元件内部的电荷载体会产生杂讯，进而使半导体元件中的电子信号模糊不清。随着温度升高，这类问题将会愈趋严重。大部分的载体聚积可能由于典型半导体晶格的本质上的低键结能以及方向非均等性所造成。另一问题是可能是现今半导体材料进一步会导致的结果。这些半导体材料倾向于具有高漏电流以及低崩溃电压。随着半导体电晶体与其他电路元件的尺寸缩减，以及能源与频率增加的需求也逐渐成长，对于漏电流性质与崩溃电压的要求也变得较为严格。钻石材料大多被用来减少上述的问题。钻石的物理特性，例如高热导率、低本质载体浓度以及高能带间隙，使其成为用来制备半导体元件的理想材料。
于此而言，半导体元件中的该第一半导体材料可为一钻石层。于此而言，半导体元件中的该第二半导体材料可凭借一原子模板间层夹设于钻石层与第二半导体材料之间而与该钻石层相接。在一方面中，举例而言，该原子模板间层可为一石墨烯材料且设置于该钻石层以及该第二半导体层材料之间。在另一方面中，该钻石层的其中一表面可被石墨烯化，进而于其上方形成一石墨烯层。该第二半导体材料可随后连接于该钻石层经过石墨烯化后的表面，而形成实质上具有晶格匹配的半导体元件。许多不同的方法可用来将钻石表面经由石墨烯化以形成一石墨烯层，且任何可达到此目的的方法均应被视为本发明的范围。在一实施中，该钻石表面可于真空环境中利用热处理而形成该石墨烯层。在另一实施例中，一催化金属可应用于热环境中的钻石表面并催化石墨烯层的产生。催化金属包含而不受限于铁、钴、镍及其组合或合金。
钻石与石墨烯之间紧密连接，尤其石墨烯形成于该钻石表面时，可使这些材料可制备出高品质的半导体元件。于一实施例而言，此类材料可被用于制备高能源的LED元件中。举例而言，一个具有石墨表面的钻石层可与氮化镓半导体层相互键结以形成高品质LED。若有任何晶格差排存在时，则使实质上的晶格匹配的程度相当低，且于此而言，以此制备而成的LED元件由于钻石层的散热特性而可在持续的高能源下具有高亮度。
在本发明的另一方面中，本发明提供一种半导体元件的制造方法。该方法包括提供一原子模板间层至一第一半导体材料，以及提供一第一半导体材料至该原子模板间层，以使该原子模板间层设置于该第一半导体材料与该第二半导体材料之间。该方法可进一步包含有将该第一半导体材料与该第二半导体材料结合，以使该原子模板间层促使该第一半导体材料与该第二半导体材料之间形成实质上的晶格匹配。
许多不同的方法可能被用来将所述的这些半导体材料与该原子模板间层相互键结。一般而言，任何可使该原子模板间层与一半导体材料形成化学键结的方法应被视为在本发明的范围内。在一方面中，举例而言，该半导体材料与该中间层可在一定程度的温度及压力环境下相互挤压并可产生足够的键结。典型的温度范围可自大约200℃至大约800℃，且典型的压力范围可自大约10Mpa至大约50Mpa。必须注意的是，晶圆键结可凭借清除会干扰键结的异原子所形成的超平顺表面来实现。上述键结方式可于一真空的环境下，利用热促使所述的这些晶格之间的原子产生振动以及些微的内扩散来达成。
实施例
实施例1：
钻石表面溅镀一镍层且在600℃下加热。镍原子大致上将会与每一碳原子相互键结，并产生作用以平坦化钻石表面的原子。特别的是，此步骤形成一个类似石墨烯的表面。镍原子蚀刻于该石墨烯表面以形成一覆设有石墨烯的钻石材料。
实施例2：
一个由掺杂有自蓝宝石生长的氮化镓以及无晶的氮化铝中间层所构成的蓝光LED，其与一暂时转换基板相连接。经由激光照射于该无晶层而产生热膨胀应力，该蓝宝石被分割且自LED移除。被分割的LED经CMP研磨处理并清洁而呈平滑的表面。该LED的平滑表面凭借一重力而朝向如例1所述的该钻石材料的类似石墨烯表面挤压。将上述物质放置于真空炉内且于600℃下加热以将该石墨烯与该氮化镓晶格产生晶圆接合。由此所得的LED的热导率大幅提升。
实施例3：
在一个经研磨处理后的硅晶圆的大约1微米深处植入氢原子。经植入氢原子后的硅晶圆凭借位于硅晶圆与钻石之间的数个石墨烯层而可与一个具有10微米厚度且经研磨处理的钻石膜产生晶圆接合。可经由600℃下的真空压缩而实现晶圆接合。可利用热或微波而在该1微米深的处分割该硅晶圆，以生成一薄硅层于钻石上。该硅层随后经研磨处理而产生平滑的工作面。由此所得钻石材料上的硅具有高热导率且有利于大多数的半导体元件。
当然，需要了解的是以上所述的排列都仅是描述本发明原则的应用，许多改变不同的排列也可以在不脱离本发发明的精神和范围的情况下被于本领域普通技术人员所设想出来，而保护范围也涵盖上述的改变和排列。因此，尽管本发明被特定及详述地描述呈上述最实用和最佳实施例，本领域普通技术人员可在不偏离本发明的原则和观点的情况下作许多如尺寸、材料、形状、样式、功能、操作方法、组装和使用等变动。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种实质上具有晶格匹配的半导体元件，其特征在于，该半导体元件包含：
一第一半导体材料；
一设置于该第一半导体材料上的第二半导体材料；以及
一设置于该第一半导体材料与该第二半导体材料之间的原子模板间层，该原子模板间层与该第一半导体材料与该第二半导体材料相互接合且促使形成实质上的晶格匹配。
2.根据权利要求1所述的实质上具有晶格匹配的半导体元件，其特征在于：该原子模板间层是选自于石墨烯、平面六方氮化硼、平面六方碳化硅以及其组合所构成的群组的任一。
3.根据权利要求2所述的实质上具有晶格匹配的半导体元件，其特征在于：该原子模板间层为石墨烯。
4.根据权利要求1所述的实质上具有晶格匹配的半导体元件，其特征在于：该原子模板间层小于或等于五个原子层厚度。
5.根据权利要求1所述的实质上具有晶格匹配的半导体元件，其特征在于：该原子模板间层大于五个原子层厚度。
6.根据权利要求1所述的实质上具有晶格匹配的半导体元件，其特征在于：该第一半导体材料为一钻石材料，而该原子模板间层为石墨烯。
7.根据权利要求6所述的实质上具有晶格匹配的半导体元件，其特征在于：该原子模板间层为该钻石材料晶石墨烯化后的表面。
8.根据权利要求7所述的实质上具有晶格匹配的半导体元件，其特征在于：该第二半导体材料为氮化镓。
9.根据权利要求1所述的实质上具有晶格匹配的半导体元件，其特征在于：该原子模板间层被拉伸、压缩或扭转以促使该第一半导体材料与该第二半导体材料之间实质上的晶格匹配。
10.根据权利要求1所述的实质上具有晶格匹配的半导体元件，其特征在于：该原子模板间层掺杂有一掺杂物。
11.根据权利要求10所述的实质上具有晶格匹配的半导体元件，其特征在于：该掺杂物是连结于该原子模板间层的添加性原子，该添加性原子能够改变该原子模板间层的弹性。
12.一种实质上具有晶格匹配的半导体元件的制造方法，其特征在于，该制造方法包含：
(一)提供一原子模板间层至一第一半导体材料；
(二)提供一第二半导体材料至该原子模板间层，以使该原子模板间层设置于该第一半导体材料与该第二半导体材料之间；以及
(三)将该第一半导体材料与该第二半导体材料接合，以使该原子模板间层促使该第一半导体材料与该第二半导体材料之间产生实质上的晶格匹配。
13.根据权利要求12所述的实质上具有晶格匹配的半导体元件的制造方法，其特征在于：该原子模板间层选自由石墨烯、平面六方氮化硼、平面六方碳化硅及其组合所构成的群组的任一。
14.根据权利要求12所述的实质上具有晶格匹配的半导体元件的制造方法，其特征在于：该原子模板间层为石墨烯。
15.根据权利要求12所述的实质上具有晶格匹配的半导体元件的制造方法，其特征在于：该第一半导体材料为一钻石材料，且步骤(一)中进一步包含将该钻石材料的其中一表面石墨烯化，以形成由石墨烯构成的原子模板间层的步骤。
16.根据权利要求12所述的实质上具有晶格匹配的半导体元件的制造方法，其特征在于：进一步包含有将添加性原子与该原子模板间层相连接，以改变该原子模板间层的弹性。
17.根据权利要求12所述的实质上具有晶格匹配的半导体元件的制造方法，其特征在于：将该第一半导体材料与该第二半导体材料相互接合的步骤中，包含有对该第一半导体材料、该第二半导体材料以及该原子模板间层于压力环境下进行加热至一温度，以使该第一半导体材料、该第二半导体材料以及该原子模板间层之间形成化学键结的步骤。
18.根据权利要求17所述的实质上具有晶格匹配的半导体元件的制造方法，其特征在于：该压力环境为约10Mpa至约50Mpa。
19.根据权利要求17所述的实质上具有晶格匹配的半导体元件的制造方法，其特征在于：该温度为约200℃至800℃。
20.根据权利要求12所述的实质上具有晶格匹配的半导体元件的制造方法，其特征在于：进一步包含有拉伸、压缩或扭转该原子模板间层以促使该第一半导体材料与该第二半导体层材料之间产生实质上的晶格匹配的步骤。
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