TW449937B - Semiconductor device and the manufacturing method thereof - Google Patents

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Masahiro Ishida
Masaaki Yuri
Osamu Imafuji
Shinji Nakamura
Kenji Orita
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Matsushita Electronics Corp
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Description

449937 + 伽年4月r曰修正/更正/補充 , _________案號89102605_和年G月j曰 像,τ 1 _ 五、發明說明（1) 發明所屬之技術範圍 本發明係有關具備氮化物系化合物半導體層之半導輝裝 置及其製造方法。 '、 習知技術
GaN、InN或Α1Ν等氮化物系化合物半導體適於作為用於 藍色半導體雷射裝置，或即使在高溫下亦可高速動作之電 晶體等。 向來於S i (矽（s i 1 i c ο η ))基體上晶體成長氮化物系化合 物之技術業已周知（A ·瓦塔那卜等人著，晶體成長期刊: 卷128 (1 9 9 3 )pp. 391 〜396)。 以下一面參照圖6，一面就作為第1習知例，具備形成於 石夕基體上之氮化4勿系化合物半導體層之雷射二極體加以說 明。 如圖6所示，於矽基體10上依序層疊構成緩衝層之ain層 11 、構成第1接觸層之GaN層12，由η型AlGaN形成之第工包0 層13 ’由非摻雜GalnN形成之活性層14，由p型AlGaN形成 之第2包層15，由p型GaN形成之第2接觸層16。藉由在石夕基 體10上晶體成長A1N，形成A1N層11。又，藉由在I050 °C溫 度下晶體成長GaN於A1N層11上，形成GaN層12。同時，為 了具有η型導電性，添加Si、Ge或Se等雜質。且，使用有 機金屬汽相外延成長法（下稱MOVPE法）於GaN層i 2之形成。 於第2接觸層1 6上，由具有開口部1 7 a之電流狹窄層1 7居 間，形成Ni與Au之合金製p型電極18，同時，於矽基體10 下面’形成Ni與Au之合金製η型電極19。
O:\62\62467.ptc 第5頁 2001.06. 05. 005 449937 ④年έ月f日修正厂更正/補充 -m_891〇2605_ 和年（，月『日 修正ΐ 五、發明說明（2) 因此’於第1習知例中，由於s i之熱X膨脹係數（2. 5 5 X l〇-s/K)較GaN之熱膨脹係數（5·59><1〇-6/κ)小，故在形成 GaN_層12後’碎基體1〇之溫度自1〇5〇它之晶體成長溫度降 至室溫時’拉伸應變自矽基體加諸G a N層丨2，同時，相對 於5玄拉伸應變’於GaN層12發生内部應力。此時，GaN層12 ，内部應力變大’會有於GaN層12發生裂痕（龜裂）之問 題。因此，晶體成長氮化物系化合物半導體於矽基體上之 方法不實用。 因此’使用as體成長氮化物系化合物半導體於藍寶石基 體上之技術（USP 5 777 35G號）。 一以下一面參照圖7，一面就作為第2習知例，具備形成於 藍寳石基體上之-氮化物系化合物半導體層之雷射二極體加 以說明。 如圖7所示，於藍寶石基體2〇上依序層疊構成緩衝層之 A/N層21，構成第1接觸層之GaN層22，由11型儿1(；"形成之 第1包層=3，由非摻雜GainN形成之活性層24，由1)型人丨GaN 形，之第2包層25，由p型GaN形成之第2接觸層26 層 21藉由晶體成長A 1Ν於藍寶石基體20上來形成。/厚 2上藉Γί ΓΓp \法，於1 0 5 0 r溫度下晶體成長㈣於^ ϋ Γ ΐ: ί且，為了使GaN層22之導電性成為η型， 冰加Si、Ge或Se等雜質於GaN層22。且，本 之GaN層22 ，第1包層23 ，活性層24，第2包屏25及笛？
^26 ^ ^ # # ^ ^ ^ ^ Λ laN
層22之中途為止。 且王㈤運balN
O:\62\62467.ptc 第6頁 2001.06.05.006 4499 37 五、發明說明（3) 於第2接觸層26上，由具有開口部27a之電流狹窄層27居： 間，形成Ni灰Au之合金製ρ型電極28 ’並且於qn層22亦即 第1接觸層之蝕刻部份形成Ni與Au之合金製n型電極29。 ' 根據第2習知例，由於藍寶石（A i 2 〇3 )之熱膨脹係數（7. 5 X 10-VK)與GaN之熱膨脹係數差較第1習知例中之熱膨脹 係數與GaN之熱膨脹係數差小，故較第1習知例更不易於 ·
GaN層發生龜裂。 . 發明所欲解決之問題 惟，於第2習知例中’由於藍寶石之熱膨脹係數較GaN之 -)熱膨脹係數大.，故形成G a N層2 2後，藍寶石基體2 〇之溫度 .） 自1050 °C之晶體成長溫度降至室溫時’壓縮應變自藍寳石 基體20加諸GaN層22，同時，相對於該壓縮應變於GaN層發 生内部應力。由於無法提高GaN層2 2之結晶性，故有難以 減低雷射二極體之動作電流之第1問題。 又’於第2習知例中，由於難以割裂藍寶石基體2 〇，故· 有不易製造具有平坦反射鏡面之雷射二極體之第2問題。 針對第2問題，曾事人提出一種於晶體成長氮化物系化 合物半導體於藍寶石基體上形成厚膜氮化物系化合物半導 體層後’使氮化物系化合物半導體層與藍寶石基體分離， ...衫成該氮化物系化合物半導體層製半導體基體之技術（搏-開平7-165498)。 以下一面參照圖8 ( a )〜（d )，一面就作為第3習知例，使 用氮化物系化合物半導體層製半導體基體形成雷射二極體 -之方法加以說明。
第7頁 449937 五、發明說明（4) —^ '- A1 首先’如圖8(a)所示一藉由在藍寳石基體3〇上晶體成長.. N ’形成構成緩衝層之A1N層31。 其次’如圊8(b)所示’藉由在1〇50。(：溫度下晶體成長 GaN層於A1N層31上，形成構成化合物半導體層之GaN層 32 - —其次，如圖8(c)所示，藉由研磨除去藍寳石基體3〇 ’使 藍寳石基體30與A1N層31 ,GaN層32分離’形成該△以層。 及GaN層32所構成之半導體基體μ。 其次，如圖8(d)所示，於半導體基體33上依序形成由n )型GaN構成之第1接觸層34，由η型AiGaN構成之第1包層 3/，甴非摻雜“丨㈣構成之活性層36，由構&之 第2_包層37以及由p型GaN構成之第2接觸層38。此後，藉由 圖不上省略，由電流狹窄層居間，形成p型電極於第2接觸 層3—8上，同時形成n型電極於半導體基體33下面，完成雷 射一' 極體。 、根據第3習知例，由於容易割裂半導體基體33 ,故可剩 造具有平坦反射:鏡面/之雷射二極體。 •衣 惟，於第3習知例中，如同第2習知例所述’由於藍.贫石 之熱膨脹係數與GaN之熱膨脹係數之差，故有無法提高貝 半導體基體3 3之GaN層32之結晶性之問題。復且，=窠3_ 習知例中，伴隨著(^!^層32之厚度亦即半導體基體“之厚 度變大’有G a N層3 2之結晶性益加劣化之問題。 有鑑於前述，本發明目的在於提高構成半導體 化物系化合物半導體層之結晶性。 '^乂
第8頁
449 9 3 7 五、發明說明¢5) 用以解決問題之手段 為達成前述目的，本發明第1半導體裝置具備具有第1熱 膨脹係數T1之基體；形成於基體上，具有第2熱膨脹係數 - T2之應變緩和層；以及形成於應變緩和層上，具有第3熱 膨脹係數T 3 ’並由以a G aw_z In2N(OSySl，OSz各1)表 示之氣化物系化合物構成之半導體層；第2熱膨脹係數T2 ' 較第1熱膨脹係數Ή小，第3熱膨脹係數Τ3較第1熱膨脹係 - 數Τ1小’且較第2熱膨脹係數Τ2大。 根據第1半導體裝置，由於在具有第1熱膨脹係數T1之基 〇體上形成具有較第1熱膨脹係數τ 1小之第2熱膨脹係數T2之 ：.) 應變緩和層’同時，於該應變緩和層上形成具有較第1熱 膨脹係數T1小且較第2熱膨脹係數T2大之第3熱膨脹係數T3 氮化物系化合物半導體層，故氮化物系化合物半導體層形 成後’基體之溫度自氮化物系化合物半導體層之晶體成長 溫度降至室溫時，自基體加諸應變緩和層之壓縮應變與自 應變缓和層加諸氮化物系化合物半導聽層之拉伸應變相互 抵消。換言之，'由於,,具有第3熱膨脹係數T3之氮化物系化 合物半導體層形成於具有大於第3熱膨脹係數T3之第1熱膨 脹係數T1之基體與具有小於第3熱膨脹係數T3之第2熱膨脹 〕 -為數T2之應變緩和層構成之層疊體上，故可使該層疊體k 熱膨·脹係數平均值與第3熱膨脹係數T3之差較第1熱膨脹係 數T 1與第3熱膨脹係數T3之差小。由於減少因來自基體之 壓縮應變以致於產生於氮化物系化合物半導體層之内部應 力’同時裂痕難以發生在氮化物系化合物半導體層，故可
第9頁
O:\62\62467.ptc 第10頁 2001.06.05.010 449937 五、發明說明（7) ^一^~" 進一步提尚該氮化物系化合物半導體層之結晶性。 本發明第2半導體裝置具備具有第1熱膨脹係數τ丨之基 體’形成於基體上’具有第2熱膨脹係數T2之應變缓和 .層，以及形成於應變缓和層上，具有第3熱膨脹係數τ 3， 並由以AlyGUM(〇 $ 1，〇客ζ各！）表示之氮化物系 化合物構成之半導體層；第2熱膨脹係數了2較前述第1熱膨 脹係數Τ1大’第3熱膨脹係數Τ3較第1熱膨脹係數T1大，且 較第2熱膨脹係數T2小。 根據第2半導體裝置，由於在具有第1熱膨脹係數T1之基 丨體上形成具有大於第1熱膨脹係數τ丨之第2熱膨脹係數τ2之 應變緩和層’同時，於該應變缓和層上形成具有大於第1 熱膨脹係數Τ1且小於第2熱膨脹係數Τ2之第3熱膨脹係數Τ3 之氮化物系化合物半導體層，故氮化物系化合物半導體層 形成後’基體之溫度自氮化物系化合物半導體層之晶體成 長溫度降至室溫時，自基體加諸應變缓和層之拉伸應變與 自應變缓和層加諸氮化物系化合物半導體層之壓縮應變相 互抵消。換言之，由,於具有第3熱膨脹係數Τ3.之氮化物系 化合物半導體層形成於具有小於第3熱膨脹係數Τ3之第1熱 膨脹係數Τ1之基體與具有大於第3熱膨脹係數之第2熱膨脹 數了2之應變緩和層所構成之層疊體上，故可使該層疊=體— 之熱膨脹係數平均值與第3熱膨脹係數Τ3之差小於第1熱膨 脹係數Τ1與第3熱膨脹係數Τ3之差。由於減少因來自基體 之拉伸應變以致於發生於氮化物系化合物半導體層之内部 應力，同時氮化物系化合物半導體層不易發生裂痕，故可
4 499 3 T 五、發明說明（8) 提高氮化物系化合物半導體層之結晶性。 ： 較佳地，於第2半導體裝置中，第3熱膨脹係數Τ3相對於 第1熱腾；脹係數Τ1之比為Τ3/Τ1較第2熱膨嚴係數相對於第3 熱膨服係數Τ3之比Ί2/Τ3小.，基體之厚度較應變缓和層之 厚度大。 Η 據此’由於基體及應變緩和層所構成層疊體之熱膨脹係 數平均值與第3熱膨脹係數T3之差變得更小，故可進一步… 提高氮化物系化合物半導體層之結晶性。 較佳地’於第2半導體裝置中，第3熱膨脹係數τ 3相對於 )第1熱膨脹係數Τ1之比Τ3 /Τ1較第2熱膨脹係數相對於第3熱 膨脹係數Τ3之比Τ2/Τ3，基體之厚度較應變缓和層之厚度 /J、 〇 據此，由於基體及應變缓和層所構成之層疊體之熱膨脹 係數平均值與第3熱膨脹係數Τ3之差變得更小，故可進Ί 步提高氮化物系化合物半導體層之結晶性Q /本發明第1半導體裝置之製造方法具備於具有第1熱膨脹 係數T1之基體上形成,具有第2熱膨脹係數T2之應變緩和層 之步驟·’以及於應變緩和層上形成具有第3熱膨脹係數 Τ3，並由以，〇各zu)表示之氮化 )匆系化合物構成半導體層之步騍’第2熱膨脹係數T2較索Γ 熱膨脹係數小，第3熱膨脹係數較第1熱膨脹係數τ丨小且較 第2熱膨脹係數大。 根據第1半導體裝置之製造方法，由於在具有第1熱膨脹 係數Τ1之基體上形成具有小於第i熱膨脹係數T1之第2熱膨
第12頁 449937 五、發明說明（9) 脹係數T2之應變緩和層後，於該應變緩和層上’形成具有_ 小於第1熱膨脹係數且大於第2熱膨脹係數τ 2之第3熱膨脹 係數T3之氮化物系化合物半導體層，故氮化物系化合物半 導體層形成後，基體之溫度自氮化物系化合物半導體層之 晶體成長溫度降至室溫時，自基體加諸應變缓和層之塵縮 應變與自應變缓和層加諸氮化物系化合物半導體層之拉伸 應變相互抵消。換言之，由於在具有大於第3熱膨脹係數 T3之第1熱膨脹係數T1之基體與具有小於第3熱膨脹係數T3 之第2熱膨脹係數T2之應變緩和層構成之層疊體上形成具 }有第3熱膨脹係數T 3之氮化物系化合物半導體層，故可使 該層疊體之熱膨脹係數平均值與第3熱膨脹係數T3之差小 於第1熱膨脹係數T1與第3熱膨脹係數T3之差。由於減少因 來自基體之壓縮應變以致於發生於氮化物半導體層之内部 應力，同時不易發生裂痕於氮化物系化合物半導體層，故 可提高氮化物系化合物半導體層之結晶性。 於第1半導體裝置之製造方法中，較佳地：，應變缓和層 形成步驟含有在'第1 _膨脹係數T1相對於第3熱膨脹係數T 3 之比T1/T3小於第3熱膨脹係數T3相對於第2熱膨脹係數T2 之比T3/T2情形下，形成應變緩和層，使其厚度較基體之 、厚度小，另一方面，在第1熱膨脹係數Τ 1相對於第3熱膨=脹-係數T3之比T1/T3大於第3熱膨脹係數T3相對於第2熱膨脹 係數T 2之比T 3 / 2情形下，形成應變缓和層，使其厚度較基 體之厚度大之步驟。 據此’由於基體及應變缓和層構成之層疊體之熱膨服係
第13頁 449 9 3 7 五、發明說明（ίο) 數平均值與第3熱膨脹係數T3之差變得更小，故可進—步 提高氮化物系化合物半導體層之結晶性。 較佳地，於第1半導體裝置之製造方法中，基體由藍寶 石製成，應變緩和層由矽製成。 攄此，由於在基體上形成具有特定成長面之應變緩和 層，故進一步提高形成於該應變缓和層上之氮化物系化合 物半導體層之結晶性。 α 又，較佳地，於此情形下，應變緩和層形成步驟包含於 以（0001)面為主面之基體上形成以（Π1)面為成長面之應 變缓和層之步驟。 據此’由於在以（ill)面為成長面所形成之應變緩和層 上形成以（0001)面為成長面之氮化物系化合物半導體層， 故進一步提高該氮化物系化合物半導體層之結晶性。 本發明第2半導體裝置之製造方法具備於具有第1熱膨脹 係數Τ1之基體上形成具有第2熱膨脹係數Τ2之應變緩和層 之步驟，以及於應變緩和層上形成具有第3熱膨脹係數τ 3 並由以Al'am Ι·ηζΝ(,〇芸y $ 1 ，0 客1 )表示之氮化物系 化合物構成之半導體層之梦驊，第2熱膨脹係數Τ2大於第丄 熱膨脹係數Τ 1，第3熱膨脹孫數T 3大於第1熱膨脹係數η且 、於第2熱膨脹係數T2。 二· 根據第2半導體裝置之製邊方法，由於在具有第1熱膨脹 係數T1之基體上形成具有較第1熱膨脹係數T 1大之第^ ^膨 脹係數T 2之應變緩和層後，於應變缓和層上形成大於第1 熱膨脹係數Τ 1且小於第2熱膨脹係數T 2之第3熱膨腾係、數T3
第14頁 449937 五、發明說明（11) 之氮化物系化合物半導體層，故氮化物系化合物半導體層' 形成後，基k之溫度自氮化物系化合物半導體層之晶體成. 長溫度降至室溫時，自基體加諸應變缓和層之拉伸應變與 自應變缓和層加諸氮化物系化合物半導體層之壓縮應變相 互抵消。換言之’由於在具有小於第3熱膨脹係數τ 3之第1 熱膨脹係數Τ1之基體及具有大於第3熱膨脹係數τ3之第2熱 膨脹係數Τ2之應變緩和層構成之層疊體上形成具有第3熱 膨脹係數Τ 3之氮化物系化合物半導體層，故可使該層疊法 之熱膨脹係數平均值與第3熱膨脹係數Τ3之差小於第1熱膨 脹·係數Τ1與第3熱膨服係數Τ3之差。由於減少因來自基體 之拉伸應變以致於發生在氮化物系化合物半導體層之内部 應力，同時不易發生裂痕於氮化物系化合物半導體層，故 可提高氮化物系化合物半導體層之結晶性。 於第2半導體裝置之製造方法中，較佳地，應變缓和層 形成步驟包含在第3熱膨脹係數Τ3相對於第1熱膨脹係數丁 1 之比Τ3/Τ1小於第2熱膨脹係數Τ2相對於第3 .熱膨脹係數Τ3 之比Τ2/Τ3情形卞，形成應變缓和層，使其厚度較基體之 t 厚度小，另一方面，在第3熱膨脹係數T3相對於第1熱膨脹 係數Π之比T3/T1大於第2熱膨脹係數T2相對於第3熱膨脹 j系數T3之比T2/T3情形下，形成應變緩和層，使其厚度灵-於基體厚度之步驟。 據此，由於基趙及應變缓和層構成之層疊體之熱膨脹係 數之平均值與第3熱膨脹係數T 3之差變得更小，故可進一 步提高氮化物系化合物半導體層之結晶性。
第15頁 449937 五、發明說明（12) 本發明第3半導體裝置之製造方法具備於具有第1熱膨脹-係數T 1之基ft上形成具有第2熱膨脹係數T2之應變緩和層 之步驟，於應變緩和層上形成具有第3熱膨脹係數T3，並 由以A ly G a丨-y_z InzN(〇SySl 表不之乳化物系化 合物構成之半導體層之步驊，以及使基體及應變缓和層構 成之層疊體與氮化物系化合物半導體層分離，形成該氮化 物系化合物半導體層構成之半導體基體之步驟，第2熱膨 脹係數T2小於第1熱膨脹係數T1 ’第3熱膨脹係數T3小於第 1熱膨脹係數T1且大於第2熱膨脹係數T 2。 丨根據第3半導體裝置之製造方法’由於在具有第：熱膨脹 係數T1之基體上形成具有小於第1熱膨脹係數T1之第2熱膨 脹係數T2之應變緩和層後，於該應變緩和層上形成具有小 於第1熱膨脹係數T1且大於第2熱膨脹係數T2之第3熱膨脹 係數T 3之氣化物系化合物半導禮層，故氣化物系化合物半 導體層形成後，基體之溫度自氮化物系化合物半導體層之 晶體成長溫度降至室溫時，自基體加諸應變缓和層之壓縮 應變與自應變緩和層，力σ諸氮化物系化合物半導體層之拉伸 應變相互抵消。換言之，由於在具有大於第3熱膨脹係數 Τ3之第1熱細服係數Τ1之基體與具有小於第3熱膨服係數了3 ν上第2熱膨脹係數Τ2之應變缓和層構成之層疊體上形成真-有第3熱膨脹係數Τ3之ft化物系化合物半導體層，故可使 該層疊體之熱膨脹係數平均值與第3熱膨脹係數τ 3之差小 於名1熱膨服“數Τ1與第3熱膨嚴係數Τ3之差。由於減少因 來自基體之壓細應變以致於發生在氣化物系化合物半導體
4 49 9 3"? 五、發明說明（13) 層之内部應力，同時不易發生裂痕於氬化物系化合物半導-體層，故可奐高氮化物系化合物半導體層之結晶性。因 此，藉由使基體及應變緩和層構成之層疊體與氮化物半導 體層分離，可形成結晶性優異之氮化物系化合物半導體層 構成之半導體基體。 於第3半導體裝置之製造方法中，較佳地，應變缓和層 形成方法包含在第1熱膨脹係數T1相對於第3熱膨脹係數T 3 之tbT1 /T3小於第3熱勝脹係數T3相對於第2熱膨脹係數丁 2 之比T3/T2情形下’形成應變缓和層，使其厚度較基體之 )厚變小，另一方面，在第1熱膨脹係數T1相對二第^执膨脹 係數T3之ΛΤ1/Τ3大於第3熱膨脹係數T3相對於第2熱膨脹 係數Τ2之比Τ3/Τ2情形下，形成應變緩和層，使其厚产較 據此，由於基體及應變緩和層構成之層叠體之埶膨脹係 數平均值與第3熱膨脹係數Τ3之差變得更 J "up 2ft ' 提高氮化物系化合物半導體層之結晶性。 石：裝置子製造方法中，較佳地，基體由藍寶 石製成、’應變緩和層由矽製成。 如此，由於在基體上形成具有特定成長面之摩變缓和 、：丰ϋ步提高形成於該應變緩和層上之氡：物系化>· 物半導體層之結晶性。 1 1 二下’較佳地彳變緩和層形成步驟包含在 以（0 0 0 1 )面為主面之基體上形成以（111)面 變緩和層之步驟。 成長面之應
第17頁 449937 五、發明說明（14) 如此，由於在以（111)面為成長面所形成之應變缓和層. 上形成以（〇 〇 〇 1)面為成長面之氮化物系化合物半導體層’ 故進一步提高氮化物系化合物半導體層之結晶性β 又，於此情形下，較佳地，半導體基體形成步雜包含使 用含氫氟酸之溶液除去應變缓和層之步驟。 據此’由於可不研磨除去基體，使基體及應變缓和層構 成之層疊體與氮化物系化合物半導體層分離，故可容易在 短時間内形成該氮化物系化合物半導體構成之半導體基 體，同時可再利.用氮化物系化合物半導體層分離之基體於 )新氮化物系化合物半導體層之形成。 本發明第4半導體裝置之製造方法具備於具有第1熱膨脹 係數Τ1之基體上形成具有第2熱膨脹係數Τ2之步騍，於應 變缓和層上形成具有第3熱膨脹係數，並由AlyGaminzN(〇 SySl ’ 表示之氮化物系化合物構成之半導體層 之步驟’以及使基體及應變緩和層構成之層疊體與氮化物 系化合物半導體層分離，形成該氮化物系化合物半導體層 構成之半導體基體之步驟，第2熱膨脹係數τ 2大於第1熱膨 服係數Τ1，第3熱膨脹係數τ3大於第1熱膨脹係數且小於第 2熱膨脹係數Τ2。 )根據第4半導體裝置之製造方法，由於.在具有第1熱膨ΪΤ 係數71之基體上形成具有大於第1熱膨脹係數Τ1之第2熱膨 服係數Τ 2之應變缓和層後，於該應變缓和層上形成具有大 於第1熱膨脹係數Τ1且小於第2熱膨脹係數Τ2之第3熱膨脹 係數Τ3之氡化物系化合物半導體層，故氮化物系化合物半
449937 五、發明說明（15) ' -- 導禮層形成後’基體之溫度自氮化物系化合物半導體層 晶體成長溫i降至室溫時’自基體加諸應變緩和層之执 應變與自應變緩和層加諸氮化物系化合物半導體層之壓縮 應憂相互抵消。換s之’由於在具有小於第3熱膨脹係數' T3之第1熱膨脹係數T1之基體與具有大於第3熱膨脹係'^τ3 之第2熱膨脹係數Τ2之應變缓和層構成之層疊體上形成具 有第3熱膨脹係數Τ 3之氮化物系化合物半導體層， 二 該層疊體之熱膨脹係數平均值與第3熱膨脹係數Τ3之差小 於第1熱膨脹係數Τ1與第3熱膨脹係數Τ3之差。由於減&少因 .)來自基體之拉伸應變以致於發生於氮化物系化合物半導體 層之内部應力，同時不易發生裂痕於氮化物系化合物半導 體層，故可提高氮化物系化合物半導體層之結晶性。因 此，藉由使基體及應變緩和層構成之層疊體與氣化物系化 合物半導體層分離’可形成結晶性優異之氮化物系化合物 半導體構成之半導體基體。 σ 於第4半導體裝置之製造方法中，較佳地，應變缓和層 形成步驟包含在第3 _膨脹係數Τ 3相對於第1熱膨服係數T i 之比T3/T1小於第2熱膨服係數T2相對於第3熱膨脹係數了3 之比Τ2/Τ3情形下，形成應變缓和層，使其厚度小於基體 .上厚度，另一方面，在第3熱膨脹係數Τ3相對於第工熱膨無-係數T1之比T3/T1大於第2熱膨脹係數T2相對於第3熱膨嚴 係數T3之比T2/T3情形下，形成應變缓和層，使其厚度大 於基體之厚度之步驟。 如此，由於基體及應變缓和層構成之層疊體之熱膨脹係
第19頁 :449937 五、發明説明（16) 數乎均值與第3熱膨脹係數τ 3之差變得更小’故可進一步_ 提高氮化物表化合物半導體層之結晶性。 發明之實施形態 (第1實施形態） 以下一面參照圖1 ( a) ~ ( d)，一面舉雷射二極體為例，就 本發明第1實施形態之半導體裝置及其製造方法加以說 明。 首先’藉由使用例如含單矽烷或二氯矽烷等矽之氣體之 汽相外延成長法（下稱C V D (化學蒸汽沈積）法），如圖1 ( a ) 丨所示，於例如藍寶石製厚度30 〇 # m之基體上晶體成長矽， 形成例如厚度1. 5 # m之矽製應變緩和層1 〇1。此時，藉由 以基體100之主面為C0001)面，形成以（111)面為成長面之 應變緩和層1 01。 其次，使基體1 0 0之溫度達到5 〇 〇 °C，藉由減壓下使用以 二甲船及氨為原料亂體之MOVPE法，如圖1(b)所示，於應 變缓和層1 0 1上晶體成長AI N，形成構成缓衝層之例如厚度 0. 05私m之A1N層102 ;且’於第！實施形態中，基體1 〇〇之 溫度意指亦含有形成於基體1〇〇上之應變缓和層1〇1等之溫 度。 )其次，使基體100之溫度達到1 0 0 0。〇，藉由如同形成ATN-層1 0 2情形，在減壓下使用例如以三甲鎵、三甲鋁及氨為 原料氣體之M0VPE法，如圖丨（c)所示，於a1.n層1 〇2上晶體 成長GaN ’形成構成第1接觸層之例如厚度3.〇 /zm之GaN 層103。且由於GaN層103之導電性為^型，故添加Si、Ge或
第2〇頁 4499 3 7 五、發明說明（π)
Se等雜質於GaN層1 03。 表1列示藍寶石、矽及GaN之個別熱膨脹係數。 (表1) 如表1所示’於第1實施形態中，藍寶石製基體1〇〇具有 膨嚴彳$數7·5χ106/Κ(下稱第1熱膨狼係數了 1)，妙製應變 缓和層101具有熱膨脹係數2. 55 X 10-6/κ(下稱第2熱""膨脹係 數Τ2) ’GaN層103具有熱膨脹係數5.59χ 下稱第3熱 膨脹係數Τ3)。亦即’第2熱膨脹係數Τ2較第1熱膨脹係數 Τ1小，第3熱膨脹係數Τ3較第1熱膨脹係數T1小，且較第2 、熱膨脹係數T2大。 ί 其次，如圖1(d)所示，在依序形成η型a〖GaN製第1包層 104、 非掺雜GalnN製活性層1〇5、p型AlGaN製第2包層1〇6 及P型GaN製第2接觸層1D7於GaN層103上之後，藉由乾蝕， 部份除去GaN層103亦即第1接觸層，第ί包層1〇4、活性層 105、 第2包層106及第2接觸層1〇7構成之元件構造，直至 GaN層103之途中為止《且，元件構造形成後，基體1〇〇之 皿度自GaN層103專之,晶體成長溫度（1〇〇〇程度）降至室 溫。此後’於第2接觸層1 〇 7上，由具有開口部ί 〇 8 a之電流 狹窄層108居間，形成Ni與Au之合金製]p型電極1〇9，同時 ' >GaN層1 03亦即第1接觸層之蝕刻部份形成{^與“之合查. 製η型電極，完成雷射二極體。 如以上說明，根據第1實施形態，由於在具有第1熱膨脹 係數Τ1之基體1 〇 〇上形成具有小於第ί熱膨脹係數τ丨之第2 熱勝脹係數Τ 2之應變緩和層ιοί，同時於該應變缓和層ιοί
第21頁 4 4 9 9 3 7 五、發明說明（18) 上形成具有較第1熱膨脹係數τ 1小且較第2熱膨脹係數τ 2大； 之第3熱膨脹係數T3之GaN層103，故GaN層103形成後，基 體100之溫度自GaN層103之晶體成長溫度降至室溫時，自 基體100加諸應變緩和層101之壓縮應變與自應變緩和層 1 0 1加諸G a N層10 3之拉伸應變相互抵消。換言之，由於具 有第3熱膨脹係數T3之GaN層103形成於由具有大於第3熱膨 脹係數T3之第1熱膨脹係數T1之基體與具有較第3熱膨脹係 數T3小之第2熱膨脹係數T2之應變緩和層1 〇1構成之層疊體 上，故可使該層疊體之熱膨脹係數平均值與第3熱膨脹係 -)數T 3之差較第1熱膨脹係數T1與第3熱膨脹係數T 3之差小。 由於減少因來自基體100之壓縮應變以致於發生於GaN層 1 03之内部應力。同時不易發生裂痕於GaN層1 03，故可提 高GaN層103之結晶性’並進一步提高形成於該GaN層103上 之元件構造之結晶性。 又，根據第1實施形態，由於為了形成矽製應變缓和層 101於藍寶石製基體丨〇〇上，形成具有特定成長面之應變缓 和層1 0 1，故進一步择高形成於該應..變缓和層1 〇 1上之GaN 層1 0 3之結晶性。例如，藉由以藍寶石製基體1 〇 〇之主面為 (0001)面，形成以（111)面為成長面之石夕製應變缓和層 -，於該應變缓和層1 01上形成以（ 0 0 0 1 )面為長成面之=-GaN層1 03，因此，進一步提高該GaN層1 03之結晶性。 以下一面參照圖2 —面就前述效果詳加說明。 圖2顯示石夕製應變缓和層1〇1之厚度與基體1〇〇之溫度自 1 0 0 0 °C降至室溫時自基體1 0 〇及應變緩和層1 〇 1所構成層疊
第22頁 4 4 9 9 3 7 五、發明說明（19) 體加諸G a N層1 0 3之拉伸應變之關係。且，於圖2中，縱軸： 所示拉伸應變值為負情形意指壓縮應變加諸GaN層1 〇3，同 時’橫軸所示應變緩和層1 〇 1亦即矽薄獏之厚度為無限大 (°°)溃形意^曰GaN層103猎由晶體成長形成於取代藍寶石製 基體100之矽製基體上。又，基體100之厚度為3〇〇 μπ1， GaN層103之厚度為3 。 如圖2所示’在應變缓和層1〇1之厚度為80 程度以下 情形下’壓縮應變會施加在GaN層103上，另一方面，在應 變緩和層101之厚度為大於80以m程度情形下，拉伸應變 ·)會施加在GaN層103上。其理由經察在於，應變緩和層 之厚度為80 程度以下時，自基體1〇〇加諸GaN層103之壓 縮應變較自應變緩和層1 01加諸GaN層103之拉伸應變大， 另一方面，應變緩和層101之厚度大於80 μιη程度時，自 基體1 0 0加諸GaN層1 03之壓縮應變小於自應變緩和層1 〇1加 諸GaN層103之拉伸應變= 又，經察，在應變緩和層1 〇 1亦即矽薄膜之厚度為8 〇 # m程度情形下，自基寧100加諸GaN層103之壓縮應變與自應 變緩和層101加諸GaN層103之拉伸應變一致。自基體1〇〇及 應變缓和層101構成之層疊體加諸GaN層1 03之應變最小。 」又，藉由使用光學顯微鏡表面觀察，檢查於具備圖1(g)-所示GaN層103之半導體裝置中，在應變緩和層ιοί亦即矽 薄膜之厚度變化情形下，發生於GaN層103中裂痕數之變 化，結果顯示’於應變缓和層1 〇 1之厚度在1 〇 〇〆m程度以 下情形下’裂痕幾乎未發生於GaN層103中，另一方面在應
第23頁 Λ 49 9 3 7-五、發明說明（20) 變緩和層101之厚度大於10 0 //m程度情形下，於GaN層103: 中發生裂痕 '同時，隨著應變緩和層1 01之厚度變大，發 生於GaN層103中之裂痕數增大。 亦即，經察，在形成於應變緩和層1 〇 1即矽薄膜上之GaN 層1 〇 3，施加壓縮應變時，不易發生裂痕，另—方面，施 加拉伸應變時’易於發生裂痕，同時，隨著拉伸應變變 大，裂痕數增大。 且’較佳地，於第1實施形態中，在第1熱膨脹係數Π (基體1 00 )相對於第3熱膨脹係數T3(GaN層103)之比T1/T3 小於第3熱膨脹係數T3相對於第2熱膨脹係數Τ2(應變缓和 層1 01 )之比Τ 3/Τ2情形下，形成應變緩和層1〇1，使其厚度 較基禮1 0 0之厚度小’另一方面，在第1熱膨脹係數τ丨相對 於第3熱膨脹係數Τ3之比Τ1/Τ3大於第3熱膨脹係數Τ3相對 於第2熱膨脹係數τ 2之比Τ 3 / Τ 2情形下，形成應變缓和層 1〇1 ’使其厚度較基體1〇〇之厚度大，如此，由於基體 及應變緩和層101所構成層疊體之熱膨脹係數之平均值與 第3熱膨脹係數ή之葶變得更小，故可進一步提高Gafi層 1 0 3之結晶性。 具體而言，由於’為了在具有熱膨脹係數7 . 5 X 1 〇-s/K 第1熱膨脹係數T1)之藍寶石製基體1〇〇上，由具有熱膨皱-係數2. 55 X 1 〇_s/K(第2熱膨脹係數T2 )之矽製應變缓和層 1 0 1居間’形成具有熱膨脹係數5 · 5 g X 1 〇_6 / κ (第3熱膨脹係 數了3)之GaN層1 03 ’使第1熱膨脹係數T1相對於第3熱膨脹 係數T3之比T1/T3 (約1. 34)小於第3熱膨脹係數T3相對於第
第24頁 i 449 9 3? 五、發明說明（21) 2熱膨脹係數T 2之比T 3 / T 2 (約2, 1 9 ) ’故可使應變缓和層 1 0 1之厚度較基體1 0 0之厚度小。此時，藉由形成相對於例 如厚度300只m之基體100厚度100 /ζιη程度以下之應變緩 和層1 0 1，可確實提高G a Ν層1 0 3之結晶性。特別是，由於 應變缓和層101之厚度在80 /zm程度以下，即可防止拉伸應 變自基體100及應變缓和層101構成層疊體施加在GaN層1〇3 上C參照圖2) ’可確實避免裂痕發生於GaN層103中。 又，於第1實施形態中固然使用藍寳石製基體1 〇 〇 ,惟， 取而代之，亦可使用ZnO (熱膨脹係數8 . 2 5 X 1 0_s /K )、 jiaAs(熱膨脹係數6. 0 X 1 0-6/K)、MgO(熱膨脹係數1 0. 5 X IO'6/K)、MgA103(熱膨脹係數7. 45 X 10-VK)或BeO(熱膨脹 係數7. 3 X 10-6/K)等製成之基體。 又，於第1實施形態中，固然使用矽製應變緩和層1 〇 1， 惟取而代之’亦可使用SiC(熱膨脹係數3, 7 X 1 0-VK)、
InP(熱膨脹係數4. 5 X 1 0·6/Κ)、金剛石（熱膨脹係數2· 3 X 1 0_6/Κ)或ΒΡ(熱膨脹係數3. 〇 X 10-VK)等製成之應變缓和 層。 ... 又，於第1實施形態中，固然形成A1 Ν層1 〇 2來作為缓衝 層，惟不限於此，亦可形成以表示之氮 把物系化合物構成之層來作為緩衝層。 ^ - 又’於第1實施形態中’固然於應變缓和層101上由緩衝 層居間，形成G a N層1 0 3，惟，不限於此，亦可藉由按適當 混合比例供給鎵原料、鋁原料及銦原料，於應變缓和層 101上，由緩衝層居間，形成以八1/&15_211^(0$7盔1，〇
第25頁 449937 五、發明說明（22) Q Ί表二i氮化物系化合物構成之半導體層。 # ΐ，妒# &施形態中，在賦與GaN層丨〇 3 n型導電性情
=—夺二τ 使用含1 V族元素或V I族元素之原料，以I V Ϊ7"素，例如Si ’或〜等為雜質，添加於
GaN層103，又’在賦與〇』層1〇3 口型
Mg或 地：使用糾族元素之原料，以Η族元素心B Zn等為雜負，添加於(^\層1〇3 a =，於第1實施形態中，目然#由晶體成長形成石夕製應 虼缓=層101於藍寶石製基體100上，惟亦可取而代之，貼 )5預疋厚度之藍寳石製第丄基體與預定厚度之矽製第2基 體，或者，亦可在貼合藍寶石製第丨基體與矽製第2基體 後’研磨第1基體或第2基體，使其達到預定厚度。 又’於第1實施形態中，固然形成具備GaN層及形成 於其上之元件構造之雷射二極體，惟，不限於此，亦可形 成具備氮化物系化合物半導體層之其他器件，例如發光二 極體或高速電晶體等β 又，於第1實施形嫛中，固然在石夕製應變缓和層丨〇丄即石夕 薄膜上形成雷射二極體，惟，亦可取而代之，選擇性形成 於矽薄膜上具備矽半導體層之積體電路等之第丨裝置，同 、-持’選擇性形成於該矽薄膜上具備氤化物系化合物半導ϋ 詹之雷射二極體等之第2裝置。如此，即可實現融合光功 能與電子功能之積體電路，亦即OE 1C(光電IC)。 (第2實施形態） 以下一面參照圖3 ( a )〜（d )，一面舉雷射二極體為例，就
第26頁 449937 五、發明說明（23) ~ - 本發明第2實施形態之半導體裝置及其製造方法加以說： 明。 首先，在貼合例如矽製厚度3〇〇 之第i基體與例如藍 貝石裝厚度300 am之第2基體之後，藉由研磨第丄基體使 其厚度達到例如80 程度圖3(a)所示，於經過研磨 之第1基體亦即矽製厚度8(J #ra程度之基體2〇〇上，形成第 2基體亦即藍寳石製厚度3〇〇 之應變緩和層2〇1。 其-人使基體200之溫度為500 °C，藉由減壓下使用以三 曱鎵、三甲鋁、'氨為原料氣體之Μ〇νρΕ法，如圖3(b)所 )示，於應變緩和層201上晶體成長A1N，形成構成缓衝層之 例如厚度0. 05 #„!之4]^層202 »且，於第2實施形態中， 基體20 0之溫度意指亦含有形成於基體2〇〇上之應變缓和層 2 0 1等之溫度。 a 其次，使基體2 00之溫度為1〇〇(TC ’與形成A1N層20 2之 情形一樣，藉由在減壓下使用例如以三曱鎵、三曱紹及敦 為原料氣體之M0VPE法，如圖3 ( c )所示，於A 1 N層2 〇 2上晶 體成長GaN ’形咸構求第1接觸層之例如厚度3 〇S 層203。且’為了使GaN層203之導電性成為η型，添加gi、 Ge或Se等雜質於GaN層2 0 3。
L·)表 1 ] 熱膨脹係數(xlC^/K) 藍寶石 7.5 矽 2.55 GaN 5.59 第27頁 449 9 3 t 五、發明說明（24) 如表1 (參照第1實施形態）所示，於第2實施形態中，矽 製基體200具有熱膨脹係數2. 55 X 1 0·6/Κ(下稱第ί熱膨脹係 數Τ1)，藍寶石製應變緩和層201具有熱膨脹係數7. 5 X 1 0_VK(下稱第2熱膨脹係數Τ2)，GaN層203具有熱膨脹係數 5. 59 X 10·6/Κ(下稱第3熱膨脹係數T3)=亦即，第2熱膨脹 係數Τ2較第1熱膨脹係數Ή大，第3熱膨脹係數Τ3較第1熱 膨脹係數Τ1大，且較第2熱膨脹係數丁2小。 其次，如圖3(d)所示，在依序形成η型AlGaN構成之第1 )包層204、非摻雜GalnN構成之活性層、p型AlGaN構成之第 2包層206及p型GaN構成之第2接觸層207於GaN層203上之 後，藉由乾蝕，部份除去第1接觸層、第1包層204、活性 層205、第2包層206及第2接觸層207構成之元件構造直至 GaN層2 03之途中為止《且，元件構造形成後，基體20 0之 溫度自GaN層203等之晶體成長溫度（ 1 0 0 0 °c程度）降至室 溫。此後’於第2接觸層207上，由具有開口部2〇8a之電流 狹窄層208居間，形承Ni與Au之合金製p型電極209，同時 於GaN層203亦即第1接觸層之蝕刻部分形成Ni與Au之合金 製η型電極210，完成雷射二極體。 )如以上說明’根據第2實施形態，由於在具有第1熱膨=脹_ 係數Τ1之基體200上形成具有較第1熱膨脹係數ή大之第2 熱膨脹係數Τ2之應變緩和層201，同時於該應變缓和層201 上形成具有較第1熱膨脹係數Τ1大且較第2熱膨脹係數Τ2小 之第3熱膨脹係數Τ3之GaN層203，故GaN層203形成後，基
第28頁 449937 五、發明說明（25) 體200之溫度自GaN層203之晶體成長溫度降至室溫時^自-基體20 0加諸應變緩和層201之伸張應變與自應變緩和層 2 0 1加諸GaN層2 0 3之壓縮應變相互抵消。換言之，由於具 有第3熱膨脹係數T3之GaN層203形成於具有較第3熱膨脹係 數T 3小之第1熱膨脹係數T1之基體200與具有較第3熱膨脹 係數T3大之第2熱膨脹係數T 2之應變緩和層201構成之層疊 體上，故可使該層疊體之熱膨脹係數平均值與第3熱膨脹 係數T3之差較第1熱膨脹係數T1與第3熱膨脹係數T3之差 小。由於減少因來自基體2 0 0之拉伸應變以致於發生於GaN 層203之内部應力’同時不易於GaN層203發生裂痕，故可 提高GaN層2 0 3之結晶性，進一步提高形成於該GaN層2 0 3上 之元件構造之結晶性。 ， 且’較佳地，於第2實施形態中，在第3熱膨脹係數T3 (GaN層2 03 )相對於第1熱膨脹係數T1 (基體20 0 )之比T3/T1 較第2熱膨脹係數T 2 (應變緩和層2 0 1 )相對於第3熱膨脹係 數T 3之比T 2 / T 3小情形下，形成應變缓和層2 〇 1，使其厚度 較基體2 0 0之厚度小：另一方面，在第3熱膨脹係數τ 3相對 於第1熱膨脹係數Τ1之比Τ3/Τ1較第2熱膨脹係數Τ2相對於 第3熱膨脹係數Τ3之比Τ2/Τ3大情形下，形成應變缓和層 ’使其厚度較基體2 00之厚度大。據此，由於基體2〇δ -與應變緩和層2 0 1所構成層疊體之熱膨脹係數平均值與第3 熱膨脹係數Τ3之差變得更小’故可進一步提高GaN層203之 结晶性。 具體而言，於具有熱膨脹係數2· 55 X 1(Γ6/Κ(第1熱膨脹
第29頁
44993T 五'發明說明（26) 係數T1 )之矽製基體20 0上，由具有熱膨脹係數7. 5 X · 1(Γ6/Κ(第2熱'膨脹係數T2)之藍寶石製應變缓和層201居 間’形成具有膨脹係數5· 59 X 10_6/K(第3熱膨脹係數T3)之 GaN層203 ’復由於第3熱膨脹係數Τ3相對於第1熱膨脹係數 T1之比T3/T1 (約2, ί9)較第2熱膨脹係數T2相對於第3熱膨 脹係數Τ3之比Τ2/Τ3(約1.34)大，故應變緩和層201之厚度 大於基體200之厚度。 又，於第2實施形態中固然使甩矽製基體2 0 〇 ,惟，取而 代之’亦可使用SiC(熱膨脹係數3. 7 X 10—6/Κ)、InP(熱膨 ·)脹係數4. 5 X 1 0_6/Κ)、金剛石（熱膨脹係數2. 3 X 1 〇-6/Κ)或 ΒΡ(熱膨脹係數3. 0 X 1〇_6/Κ)等製成之基體。 又’於第2實施形態中固然使用藍寳石製應變缓和層 2 01 ’惟，取而代之，亦可使用ΖηΟ(熱膨脹係數8. 25 X 10_6/K)、GaAs(熱膨脹係數6. 0 X 10'6/K)、MgO(熱膨脹係數 10. 5 X l〇-6/K)、MgAl〇2(熱膨脹係數7. 45 X 1〇-6/Κ)或 BeO(熱膨脹係數7. 3 X 10-VK)等製成之應變缓和層。 又1於第2實施形攀中固然形成A 1N層20 2以作為缓衝 層，惟 '，不限於此，亦可形成以AlxGahN(0 Sx S 1 )表示之 氮化物系化合物構成之層來作為缓衝層。 .)又，於第2實施形態中固然於應變缓和層2 0 1上由缓衝=層_ 居間形成G a N層2 0 3，惟，不限於此，亦可藉由以適當混合 比例供給鋁原料與銦原料，於應變缓和層2 0 _1上，由缓衝 層居間，形成以A Ga卜y_z I nz N ( 0 SySl，0SzSl)表示之 氮化物系化合物製成之半導體層。
第30頁 449937 五、發明說明（27) ---— _又較佳地’於第2實施形態中，在賦與GaN層203 η型' 導電〖生隋化下’使用含IV族元素或VI族元素之原料，以]；V 族元素或v I族元素，例如s丨、G e或s e等為雜質，添加於
GaN詹203 :又，在賦與GaN層203 p型導電性情形下，亦可 使用含II族疋素之原料，以π族元素，例如Be、心或“等 為雜質’添加於GaN層2 0 3。 又’於第2實施形態中’固然在貼合矽製第1基體與藍寶 石製第2基體之後，僅將第1基體研磨至預定厚度，惟，取 而代之’亦可在貼合矽製第1基體與藍寶石製第2基體後， 门研磨第ί基體及第2基體，或僅研磨第2基體，使其成預先 厚度，亦可貼合矽製預定厚度之第丨基體與藍寶石製預定 厚度之第2基體。 又’於第2實施形態中，固然在基體2 〇 〇及應變緩和層 201耩成之層疊體上形成具有GaN層2 03之雷射二極體， 惟，取而代之，亦可在基體2〇〇及應變緩和層2〇1構成之層 疊體上形成GaN厚膜後，分離該層疊體與GaN厚膜，形成該 GaN属膜製半導體基寧。此後’於該半導體基體上形成雷 射二極體。 又，於第2實施形態中，固然形成具備g a N層2 0 3及形成 其上之元件構造之雷射二極體’惟，不限於此，亦可=形-成具備氮化物系化合物半導體層之其他器件，例如發光二 極體威高速電晶體等° (第3實施形態） 以下一面參照圖4(a) ~(d)，一面舉雷射二極體為例，就
第31頁 449937 五、發明說明（28) 本發明第3實施形態之半導體之製造方法加以說明。 首先，藉由使用含例如單矽烷或二氣矽烷等矽之氣體之 CVD(化學蒸汽沈積）法，如圖4(a)所示，於例如藍寳石製 厚度3 GO ν m之基體3 〇〇上晶體成長矽，形成矽製之例如厚 度為80 μιη之應變缓和層301°此時，藉由以基體300之主 面為（0001)面，形成以（111)面為成長面之應變缓和層 301。此後，使基體300之溫度為500 °C，藉由減壓下使甩 以例如三甲鎵、三曱鋁及氨為原料氣體之M0VPE法，如圖 4 (a )所示，於應變缓和層3 0 1上晶體成長A 1N，彤成構成缓 ，}衝層之例如厚度為0. 0 5 // m之A 1N層3 0 2。且，.於第3實施 形態中，基體3 0 0之溫度意指含有形成於基體3 0 0上之應變 缓和層301等之溫度。 又，於第3實施形態中，基體300為圓形，其直徑為2英 吋程度。 其次，使基體3 0 0之溫度為1 〇 〇 〇 °c，藉由常壓下以氯化 鎵及氨為原料之氫化物VPE法（下稱HVEP法）.，如圖4(b)所 示’晶體成長G a N於A) N層3 0 2上，形成例如厚度為3 0 0 β m 之GaN厚膜303。且’GaN厚膜303形成後，基體3G0之溫度 自GaN厚膜303之晶體成長溫度（1〇〇〇。〇降至室溫。又，本 ’身為HVPE法之原料之氣化鎵藉甴使氣化氫氣體與加熱至= 800 °C之金屬鎵接觸產生。
如表1 (參照第1實施形態）所示，於第3實施形態中，藍 寳石製基體3 0 0具有熱膨脹係數7_ 5 X i〇-s/K(下稱第1熱膨 脹係數T 1 )，矽製應變緩和層3 〇1具有熱膨脹係數2 _ 5 5 X
第32頁 ^49937 五 '發明說明（29) — 10_6/K(下稱第2熱膨脹係數T2)，GaN厚膜3 0 3具有熱膨脹係 數5. 59 X 10'VK(下稱第3熱膨脹係數T3)。亦即，第2熱膨 脹係數T2較第1熱膨脹係數T1小，第3熱膨脹係數ΐ3較第y 熱膨脹係數T1小，且較第2熱膨脹係數τ 2大。 其次，使同含氫氟酸之溶液，例如氫氟酸、硝酸與水按 1 : 1 : 2比例混合之溶液，除去矽製應變缓和層3 〇}，藉此， 如圖4(c)所示，使基體30〇及應變緩和層3〇1構成之層9疊體 與GaN層厚膜303、A1N層30 2分離，形成該GaN厚膜3 033及 A1N層302製半導體基體304。 )其次’如圖4(a)所示，於半導體基體3 04上依序形成11型 GaN製第1接觸層305、n型AlGaN製第1包層306、非摻雜 GalnN製活性層307、p型GaN製第2包層3 08及p型GaN製第2 接觸層309 °此後，雖圖示省略，卻於第2接觸層上由 電流狹窄層居間形成p型電極，同時於半導體基體3〇4下面 形成η型電極，藉此完成雷射二極體。 如以上說明’根據第3實施形態，由於在具有第1熱膨脹 係數Τ1之基體30+0上步成具有較第1熱膨脹係數T1小:第2 熱膨脹係數T 2之應變缓和層3 0 1之後，於該應變緩和層3 〇 1 上开》成具有較第1熱膨脹係數T1小且較第2熱膨脹係數了 2大 、)之第3熱膨脹係數了3之〇3以厚膜303，故〇&^1厚膜3〇3形成=1 後，基體30 0之溫度自GaN厚膜303之晶體成長溫度降至室 溫時，自基體300加諸應變缓和層3 01之壓縮應變與自應變 緩和層30 1加諸GaN厚膜3 0 3之拉伸應變相互择消。換古 之，由於具有第3熱膨脹係數T3之GaN厚膜3 03形成在^有
第33頁 449937 五、發明說明（30) 較第3熱膨脹係數T 3大之第1熱膨脹係數T1之基體與具有較: 第3熱膨脹係數T3小之第2熱膨脹係數T2之應變缓和層3 0 1 構成之層疊體上’故可使該層疊體之熱膨脹係數平均值與 該第3熱膨脹係數T3之差較第1熱膨脹係數T1與第3熱膨脹 係數T3之差小。由於減少因來自基體3 〇 〇之壓縮應變以致 於發生於GaN厚膜3 0 3之内部應力’同時不易於GaN厚膜303 發生裂痕，故可提高GaN厚獏303之結晶性。因此，藉由使 基體300及應變緩和層301構成之層疊體與GaN厚膜303分 離，可形成結晶性優異之GaN厚膜3 03構成之半導體基體 β04。 特別是，於第3實施形態中，藉由使藍寶石製基體3 〇 〇之 厚度為300 同時使矽製應變緩和層301之厚度為8〇 yra 程度，使自基體30 0加諸GaN厚膜30 3之壓縮應變與自應變 緩和層301加諸GaN厚膜303之拉伸應變大致一致。由於自 基體300及應變緩和層3(Π構成之層疊體加諸GaN厚膜303之 應變變成最小，故確實防止裂痕發生於GaN .厚膜3 0 3之情 形，可進一步提高Ga；J厚膜3 0 3之結晶性。 又，根據第3實施形態，由於GaN厚膜303形成於具有2英 B寸程度大小之直徑之基體3 〇 (]上，故可形成結晶性優異之 灰面積GaN厚膜30 3構成之半導體基體304。 … 又，根據第3實施形態，由於形成矽製應變缓和層3 0 1於 藍寶石製基體3 0 0上，形成具有特定成長面之應變缓和層 301 ’故進一步提高形成於該應變缓和層3〇1上之GaN厚膜 3 〇 3之結晶性。藉由例如以藍寶石製基體3 〇 〇之主面為
第34頁 4-49 9 37 五、發明說明（31) (ο ο ο 1)面，形成以（m)面為成長面之矽製應變緩和層 301，結果/於該應變緩和層301上形成以（0001)面為成長 面之GaN厚膜303，因此，進一步提高該GaN厚膜3 0 3之結晶 性。 具體而言，GaN厚膜303構成之半導體基體304之直徑為 大致與基體300相等之2英吋程度。又，使用光學顯微鏡觀 察半導體基體304之表面部，結果顯示，半導體基體3 04之 表面部亦即GaN厚膜303之表面部幾乎不會發生裂痕。 又，根據第3實施形態，由於使用含氫氟酸除去應變缓 )和層301，故未研磨除去基體300，由於可使基體3 0 0及應 變緩和層301構成之層疊體與GaN厚膜303分離，故可易於 短時間内形成該GaN厚膜303構成之半導體基體304，同 時，可再利用GaN厚膜3 03分離之基體3 00於新GaN厚膜形 成。 且，較佳地，於第3實施形態中，在第1熱膨脹係數T1 (基體30 0 )相對於第3熱膨脹係數T3(GaN厚膜303 )之比 T1/T3較第3熱膨脹係,數了3相對於第2熱膨脹係數T2(應變缓 和層301)之比Τ3/Τ2小情形下，形成應變缓和層3〇1，使其 厚度小於基體3 00之厚度，另一方面，在第1熱膨脹係數T1 ‘對於第3熱膨脹係數T 3之比T 1 / T 3較第3熱膨脹係數T 3葙— 對於第2熱膨脹係數T2之比T3/T2大情形下，形成應變緩和 層3(31 ’使其厚度較基體3〇〇之厚度大。據此，由於基體 300及應變缓和層301構成之層疊體之熱膨脹係數平均值與 第3熱膨脹係數T3之差變得更小，故可進一步提高GaN厚膜
第35頁 449937 五、發明說明（32) ---—一'-~ 3 0 3之結晶性= 具體而言’甴於在具有熱膨脹係數7.5χ 1〇_s/k(第丄埶膨 服係數τι)之藍寶石製基體30 0上，由具有熱膨脹係數2、‘' = X 10-VK(第2熱膨脹係數Η)之矽製應變緩和層3〇1居間·， 形成具有熱膨服係數5.59χ 10-6/Κ(第3熱膨脹\系數Τ3)\ GaN厚膜3 0 3，第1熱膨脹係數Τ1相對於第3埶脹係 比較第3熱膨脹係數T3相對於第2軌膨脹係 數T2之比T3/T2(约2·19)小，故使應變緩和層3〇f之厚度較 基體3 0 0之厚度4、。 )又，於第3實施形態中固然使用藍寶石製基體30 0 ,惟， 亦可取而代之，使用ZnO(熱膨脹係數8.25x 10-s/K)、
GaAs(熱膨脹係數6.0x l〇'6/K)、MgO(熱膨脹儀數ι〇.5χ 106/K)、MgA102(熱膨腺係數7.45x 10_6/K)或BeO(熱膨脹 係數7. 3 x 10-VK)等製成之基體。 （ 又，於第3實施形態中固然使用矽製應變緩和層3 〇!， 惟’亦可取而代之’使用S i C (熱膨脹係數3. 7 X 1 0_6 /K )、 InP(熱膨脹係數4.5χ 10-6/Κ)、金剛石（熱膨脹係數2.3x 10—VK)或BP(熱膨脹係數3,0x 1〇4/Κ)等製成之應變缓和 層。 )又，於第3實施形態中固然形成a 1 Ν層3 0 2以作為缓衝 層，惟不限於此’亦可形成以A lxG0 SX S 1 )表禾之氮 化物系化合物製成之層來作為緩衝層。 又，於第3實施形態中固然在應變缓和層3 01上由缓衝詹 居間形成G a N厚膜3 0 3，惟，不限於此，亦可藉由按通畲混
第36頁 9 9 3 7 五、發明說明（33) 合比例供給鋁原料及銦原料，於應變缓和層3 0 1上，由緩' -衝層居間，形成八11^1卞!!11^(0^$1，〇$2$1)表示之 氮化物系化合物構成之厚膜半導體層。 又，於第3實施形態中，固然在藍寶石製基體3〇〇上藉由 晶體成長形成矽製應變缓和層3 01，惟’亦可取而代之’ 貼合藍寶石製預定厚度之第1基體與矽製預定厚度之第2基 _ 體，或在貼合藍寶石製第1基體與矽製第2基體後，研磨第 _ 1基體或第2基體，使其成預定厚度。 又，於第3實施形態中，固然藉由使用含氫氟酸除去應 :·)變缓和層3 0 1，使基體3 0 0及應變缓和層3 0 1構成之層疊體 ' ) 與GaN厚膜303分離’惟亦可取而代之’籍由研磨除去基體 300及應變緩和層301構成之層疊體，使該層疊體與GaN厚 膜303分離。 又，於第3實施形態中，固然殘存A1N層302於構成半導 體基體304之GaN厚膜30 3下面，惟亦可取而代之3除去該 A1N 層 302。 '、 以 又，於第3實k形輯中，固然於半導體基體3〇4上，亦艮 於GaN厚膜303上，形成η型GaN製第1接觸層3〇5，惟亦可^ 而代之，藉由添加Si、Ge或Se等雜質於GaN厚膜3〇3之 部，在GaN厚膜303之表面部形成第1接觸層。、 二面 又’固然於半導體基體304上形成雷射二極體，惟，不 限於此，亦可形成具備氮化物系化合物半導體層之其 件’例如發光二極體或高速電晶體等。 〃 ^ (第3實施形態之變形例）
第37頁 4 4 9 9 3 7 五、發明說明（34) 以下一面參照圖5 ( a )〜（b )，一面舉雷射二極體為例，就-本發明第3實施形態變形例之半導體裝置之製造方法加以 說明。且，於第3實施形態之變形例中，由於與圖4 ( a )〜 (d)所示實施形態相同之構件標以相同符號，故省略其說 明。 以下說明第3實施形態之變形例與第3實施.形態之不同 點。 於第3實施形態中，在如圖4(a)、（b)所示，於基體300 上依序形成應變缓和層301、A1N層3 0 2及GaN厚膜3 0 3後， 、)如圖4(c)所示，使基體300及應變緩和層301構成之層疊體 與GaN厚膜分離，此後，如圖4(d)所示，於GaN厚膜303 上，亦即於半導體基體3 04上，形成元件構造（第1接觸層 305、第1包層306、活性層307、第2包層308及第2接觸層 30 9 )。 另一方面，於第3實施形態之變形例中，與第3實施形態 一樣，如圖4(a)、（b)所示，於基體300上依序形成應變缓 和層301、A1N層3 02尽GaN厚膜303後’如圖5(a)所示，於 GaN厚膜303上形成與第3實施形態相同之元件構造，此 後，如圖5 ( b )所示’使其基體3 0 0及應變緩和層3 〇 1構成之 疊體與形成於GaN厚獏303亦即半導體基體304及形成菸： 其上之元件構造分離。 亦即一根據第3實施形態之變形例，除形成元件構造之 時序不同外，獲得與第3實施形態相同之效果。 且，於第3實施形態之變形例中，亦可藉由使用含氫氟
449937 五、發明說明（35) -- 酸之溶液除去應變緩和層301亦即矽晶層，使基體3〇〇及應: 變緩和層3G1構成之層疊體與GaN厚膜3〇3等分離。據此， 由於無兩研磨除去基體3〇〇，故可易於短時間内將基體3㈣ 及應變缓和層301構成之層疊體與GaN厚膜3〇3等，同時可 再利用GaN厚膜303分離之基體3〇〇於新GaN厚膜形成。 發明效果 根據本發明’可使具有第1熱膨脹係數τ丨之基體及具有 第2熱膨脹係數Τ2之應變緩和層所構成層疊體之熱膨脹係 數平均值與氮化:物系化合物半導體層之第3熱膨脹係數Τ3 ')之差較第1熱膨脹係數Π與第3熱膨脹係數Τ3之差小。由於 減少因來自基體之壓縮應變或拉伸應變以致於發生於氮化 物系化合物半導體層之内部應力，同時不易於氮化物系化 合物半導體層發生裂痕，故可提高氮化物系化合物半導體 層之結晶性。 圖式之簡單說明 圖1中（a)〜（d)係顯示本發明第1實施形態之半導體裝置 乏製造方法中各步驟ρ之剖視圖。 圖2係顯示本發明第1實施形態之半導體裝置中，石夕所構 成應變缓和層厚度與自基體及應變缓和層所構成層疊體加 j老GaN層之應變之關係圖表。 = 圖3中（a)〜（d)圖係顯示本發明第2實施形態之半導體裝 置之製造方法中各步驟之剖視圖。 圖4中（a)~(.d)圖係顯示本發明第3實施形態之半導體裝 置之製造方法中各步驟之剖視圖β in 第39頁 ί ^9937 妁年έ月/日修正/更正/補先^ % _案號89102605_/0年b月 Γ日_修正良_ 五、發明說明（36) 圖5中（a )、（ b )圖係顯示本發明第3實施形態變形例之半 導體裝置之製造方法中各步驟之剖視圖。 圖6係第1習知例之半導體裝置之剖視圖。 圖7係第2習知例之半導體裝置之剖視圖。 圖8 t ( a ) ~ ( d )圖係顯示第3習知例之半導體裝置之製造 方法令各步驟之剖視圖。 符號說明 10 矽基體 11 A 1 N層（緩衝層） 12 GaN層（第1接觸層） 13 第1包層 β 14 活性層 15 第2包層 16 第2接觸層 \Ί 電流狭窄層 17a 開口部 18 ρ型電極 19 η型電極 20 藍寶石基體 21 A 1 Ν層（緩衝層） 22 GaN層（第1接觸層） 23 第1包層 24 活性層 25 第2包層 26 第2接觸層 27 電流狹窄層 27a 開口部 28 P型電極 29 η型電極 30 藍寶石基體 31 Α1Ν層 32 GaN層 33 半導體基體 34 第1接觸層 35 第1包層 36 活性層 37 第2包層 38 第2接觸層 100 基體ι 101 應變緩和層 102 A 1 Ν層（緩衝層） 103 GaN層（第1接觸層）1 04 第1包層
O:\62\62467.ptc 第40頁 2001.06. 08. 040 “9 9 3 7 ⑽’ 乂…（案號 89102605年1c月广日_修正氣 五、發明說明（37) 10 5 活性層 106 第2包層 10 7 第2接觸層 108 電流狹窄層 10 8a 開口部 109 p型電極 110 η型電極 200 基體 2 0 1 應變緩和層 202 A 1 N層（缓衝層） 20 3 GaN層（第1接觸層）204 第1包V層 205 活性層 206 第2包層 20 7 第2接觸層 208 電流狹窄層 2 0 8a 開口部 209 p型電極 210 η型電極 300 基體 30 1 應變缓和層 302 A 1 N層（緩衝層） 303 GaN厚膜' 304 半導體基體 305 第1接觸層 306 第2包層 307 活性層 308 第2包層 309 第2接觸
O:\62\62467-ptc 第41頁 2001.06.05. 041

Claims (1)

  1. 4 4993 7. 六、申請專利範圍 1· 一種半導體裝置，特徵在於，具備： 基體’具有第1熱膨脹係數T i ; 應變緩和層’形成於前述基體上，具有第2熱膨脹係 數；以及 半導體層’形成於前述應變缓和層上，具有第3熱膨脹 係數T3，並由以AlyGa卜"，〇么客D表示之 氮化物系化合物構成； 前述第2熱膨脹係數T2較前述第i熱膨脹係數T1小； 前述第3熱膨脹係數T3較前述第1熱膨脹係數τ 1小，且較 )前述第2熱膨脹係數Τ2大。 2. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中前述第1熱 膨脹係數Τ1相對於前述第3熱膨脹係數Τ3之比Τ1/Τ3較前述 第3熱膨脹係數Τ3相對於前述第2熱膨脹係數Τ2之比Τ3/Τ2 小； 前述基體之厚度較前述應變缓和層之厚度大。 3. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置，.其中前述第i 熱膨脹係數Τ1相對於^前述第3熱膨脹係數Τ3之比Τ1/Τ3較前 述第3熱膨脹係數Τ3相對於前述第2熱膨脹係數Τ2之比 Τ3，Τ2 大； 'J „ — 前述基體之厚度較前述應變缓和層之厚度小。 —· 4. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中前述基體 由藍寶石構成； 前述應變缓和層由矽構成。 5. 如申請專利範圍第4項之半導體裝置t其中前述基體
    第42頁 449937 /、、申清專利範圍 之主面為（0001)面； 前述應變缓和層之成長面為（U1)面。 6. —種半導體裝置，特徵在於，具備： 基體，具有第1熱膨脹係數T i ; 應變緩和層，形成於前述基體上，具有第2熱膨脹係數 T2 :以及 半導體層，形成於前述應變緩和層上，具有第3熱膨脹 氮化物系化合物構成； 前述第2熱膨脹係數T2較前述第}熱膨脹係數n大； y述第3熱膨脹係數T3較前述^熱膨脹係數大，且較前 述第2熱膨脹係數T2小。 7 脖如申請專利範圍第6項之半導體裝置，其中前述第3 i 相對於前述第1熱膨脹係數TI之比Τ3/Τ〗較前 =第…膨脹係數Τ2相對於前述第3熱膨服係數Τ3之比 1幺/ Τ 3小， 前述基體之厚度較质述應變緩和層之厚度大。 ^如申請專利範圍第6項之半導體裝置，其中前述第3 $膨脹係數Τ3相對於前述第！熱膨脹係數η 第2熱膨脹係數T2相對於前述第3熱膨脹係數 Τ2/Τ3 大； 前述基體之厚度較前述應變緩和層之厚度小。 9. 一種半導體裝置之製造方法，特徵在於，且備. 於具有第丄熱膨脹係數體上形成具有第2熱膨服係 IHI 第43頁 449937 六、申請專利範圍 數T 2之應變緣和層之步驟；以及 於前述應變缓和層上形成具有第3熱膨脹係數T3並由以 A h Ga卜y—21 nz N( 0 S y S 1，0 g z S 1 )表示之氮化物系化合物 構成之半導體層之步驟； 前述第2熱膨脹係數T2較前述第1熱膨脹係數T 1小； 前述第3熱膨脹係數較前述第1熱膨脹係數τ 1小，且齡访 卞々月’J 述第2熱膨脹係數T2大。 10.如申請專利範圍第9項之半導體裝置之製造方法， 其中形成前述應變缓和層之步驟含有在前述第1熱膨脹係 )數T 1相對於前述第3熱膨脹係數τ 3之比T1 / T 3較前述第3熱 膨脹係數T3相對於前述第2熱膨脹係數T2之比T3/T2小情形 下’形成前述應變缓和層，使其厚度較前述基體之厚度 小，另一方面，在前述第1熱膨脹係數τ丨相對於前述第3熱 膨騰係數Τ3之比Τ1/Τ3較前述第3熱膨脹係數Τ3相對於前述 第2熱膨脹係數Τ2之比Τ3/Τ2大情形下，形成前述應變緩和 層’使其厚度較前述基體之厚度大之步驟。 1 1.如申請專利氮圍第9項之半導體裝 其中前述基體由藍寶石構成； 」如述應變緩和層由石夕構成。 12. 如申請專利範圍第11項之半導體裝置之製造方法二，.- 其1形成前述應變緩和層之步驟含有在以（〇〇〇1)面為主面 =則述基體上，形成以（1 1 1 )面為成長面之前述應變缓和 層之步驟β 13. —種半導體裝置之製造方法，特徵在於，異備：
    第44頁 449937 六、申請專利範圍 於具有第1熱膨服係數τ丨之基體上，形成具有第2熱膨脹 係數Τ 2之應變緩和層之步驟；以及 ，於則述應變緩和層上’形成具有第3熱膨脹係數Τ3並由 以AlyGai_"InzN((3心$1 ’ 0 ⑶表示之氮化物系化合 物構成之半導體層之步驟； 則述第2熱膨脹係數T2較前述第1熱膨脹係數τ丨大； 刖述第3熱膨脹係數Τ3較前述第丄熱膨脹係數τ丨大，且較 前述第2熱膨脹係數Τ2小。 1 4'如申清專:利範圍第丨3項之半導體裝置之製造方法， J其中形成前述應變緩和層之步驟含有在前述第3熱膨脹係 數T3相對於前述第1熱膨脹係數T1之比Τ3/ιη較前述第2熱 膨服係數Τ2相對於前述第3熱膨脹係數Τ3之比Τ2/Τ3小情形 下’形成前述應變緩和層，使其厚度較前述基體之厚度 小’另一方面’在前述第3熱膨脹係數Τ3相對於前述第1熱 膨脹係數Τ1之比Τ3/Τ1較前述第2熱膨脹係數Τ2相對於前述 第3熱膨脹係數τ3之比Τ2/Τ3大情形下，形成前述應變缓和 層，使其厚度較前述/，基體之厚度大。 15. 一種半導體裝置之製造方法，特徵在於，具備： )於具有第1熱膨脹係數Τ；[之基體上，形成具有第2熱膨脹 數Τ2之應變緩和層之步驟； 二： 於前述應變緩和層上，形成具有第3熱膨脹係數T3並由 以A ly G a〗 -y_z I nz N ( 〇 $ y $ 1，〇 g z S 1 )表示之氮化物系化合 物構成之半導體層之步驟；以及 使前述基體及應變緩和層構成之層疊體與前述氮化物系
    第45頁 449937 六、申請專利範圍 化合物半導鸮層分離，形成該氮化物系化合物半導體層搆 成之半導體基體之步驟； 前述第2熱膨脹係數T2較前述第1熱膨脹係數Τ1小； 前述第3熱膨脹係數T 3較前述第1熱膨脹係數T1小，且較 前述第2熱膨脹係數T2大。 16.如申請專利範圍第15項之半導體裝置之製造方法’ 其令形成前述應變缓和層之步驟含有在前述第1熱膨脹係 數T1相對於前述第3熱膨脹係數T3之比T1/T3較前述第3熱 膨脹係數T3相對於前述第2熱膨脹係數T2之比T3/T2小情形 .)下，形成前述應變缓和層，使其厚度較前述基體之厚度 小，另一方面，在前述第1熱膨脹係數T1相對於前述第3熱 膨脹係數T3之比T1/T3較前述第3熱膨脹係數T3相對於前述 第2熱膨脹係數T 2之比T 3 / T 2大情形下，形成前述應變缓和 層1使其厚度較前述基體之厚度大。 · 1 7.如申請專利範圍第1 5項之半導體裝置之製造方法’ 其中前述基體由藍寶石構成； 前述應變緩和層由夕構成。 18. 如申請專利範圍第1 7項之半導體裝置之製造方法’ _中形成前述應變緩和層之步驟含有在以（〇 〇 〇丨）面為矣r _ —之前述基體上形成以（111)面為成長面之前述應變缓和層 之步驟。 19. 如申請專利範圍第1 7項之半導體裝置之製造方及 其中形成則述半導體基體之步雜含有使用含氫氟酸之命， 除去前述應變緩和層之步驟。
    第46頁 449337 六、申請專利範圍 20, —種半導體裝置之製造方法，特徵在於，具備：: 於具有第1熱膨脹係數丁丨之基體上，形成具有第2熱膨脹 係數T2之應變緩和層之步驟； 於前述應變緩和層上*形成具有第3熱膨脹係數T3並由 以A G a] n InzN(〇Sy$l ’OSzSl)表示之氮化物系化合 物構成之半導體層之步驟；以及 使前述基體及應變緩和層構成之層疊體與前述氣化物系 化合物半導體層分離，形成該氮化物系化合物半導體層構 成之半導體基體之步驟； _)前述第2熱膨脹係數T 2較前述第1熱晦脹係數大； 前述第3熱膨脹係數T3較前述第1熱膨脹係數τι大，且較 前述第2熱膨脹係數T 2小。 21. 如申請專利範圍第20項之半導體裝置之製造方法， 其中形成前述應變缓和層之步驟含有在前述第3熱膨脹係 數Τ3相對於前述第1熱膨脹係數Τ1之比Τ3/Τ1較前述第2熱 膨脹係數Τ2相對於前述第3熱膨脹係數Τ3之比Τ2/Τ3小情形 下，形成前述應變緩;和層*使其厚度較前述基體之厚度 小，另·一方面，在前述第3熱膨脹係數Τ3相對於前述第1熱 脹係數Τ1之比Τ3/Τ1較前述第2熱膨脹係數Τ2相對於前一述 第3熱路脹係數Τ3<比Τ2/Τ3大情形下，形成前述應變缓和 層，使其厚度較前述基體之厚度大之步驟。 〜
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108271425A (zh) * 2015-10-20 2018-07-10 索泰克公司 复合结构及相关制造方法

Families Citing this family (49)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW449937B (en) * 1999-02-26 2001-08-11 Matsushita Electronics Corp Semiconductor device and the manufacturing method thereof
WO2002013245A1 (en) * 2000-08-04 2002-02-14 The Regents Of The University Of California Method of controlling stress in gallium nitride films deposited on substrates
US6649287B2 (en) * 2000-12-14 2003-11-18 Nitronex Corporation Gallium nitride materials and methods
JP3889933B2 (ja) * 2001-03-02 2007-03-07 シャープ株式会社 半導体発光装置
US7061014B2 (en) * 2001-11-05 2006-06-13 Japan Science And Technology Agency Natural-superlattice homologous single crystal thin film, method for preparation thereof, and device using said single crystal thin film
JP4457564B2 (ja) * 2002-04-26 2010-04-28 沖電気工業株式会社 半導体装置の製造方法
JP4282976B2 (ja) * 2002-11-28 2009-06-24 昭和電工株式会社 リン化硼素系化合物半導体素子、及びその製造方法、並びに発光ダイオード
US7646040B2 (en) 2002-11-28 2010-01-12 Showa Denko K.K. Boron phosphide-based compound semiconductor device, production method thereof and light emitting diode
US7115896B2 (en) * 2002-12-04 2006-10-03 Emcore Corporation Semiconductor structures for gallium nitride-based devices
US7135720B2 (en) * 2003-08-05 2006-11-14 Nitronex Corporation Gallium nitride material transistors and methods associated with the same
US20050145851A1 (en) * 2003-12-17 2005-07-07 Nitronex Corporation Gallium nitride material structures including isolation regions and methods
US7071498B2 (en) * 2003-12-17 2006-07-04 Nitronex Corporation Gallium nitride material devices including an electrode-defining layer and methods of forming the same
US7312505B2 (en) * 2004-03-31 2007-12-25 Intel Corporation Semiconductor substrate with interconnections and embedded circuit elements
US7307331B2 (en) * 2004-03-31 2007-12-11 Intel Corporation Integrated radio front-end module with embedded circuit elements
US7361946B2 (en) * 2004-06-28 2008-04-22 Nitronex Corporation Semiconductor device-based sensors
US7339205B2 (en) * 2004-06-28 2008-03-04 Nitronex Corporation Gallium nitride materials and methods associated with the same
US7687827B2 (en) * 2004-07-07 2010-03-30 Nitronex Corporation III-nitride materials including low dislocation densities and methods associated with the same
WO2006050403A2 (en) * 2004-10-28 2006-05-11 Nitronex Corporation Gallium nitride/silicon based monolithic microwave integrated circuit
US7247889B2 (en) 2004-12-03 2007-07-24 Nitronex Corporation III-nitride material structures including silicon substrates
US7365374B2 (en) 2005-05-03 2008-04-29 Nitronex Corporation Gallium nitride material structures including substrates and methods associated with the same
TWI285969B (en) * 2005-06-22 2007-08-21 Epistar Corp Light emitting diode and method of the same
JPWO2007023911A1 (ja) * 2005-08-25 2009-03-26 株式会社 東北テクノアーチ 半導体基板製造方法
CN101326642A (zh) * 2005-10-04 2008-12-17 尼特罗奈克斯公司 用于宽带应用的氮化镓材料晶体管及方法
US7566913B2 (en) 2005-12-02 2009-07-28 Nitronex Corporation Gallium nitride material devices including conductive regions and methods associated with the same
EP1969635B1 (en) * 2005-12-02 2017-07-19 Infineon Technologies Americas Corp. Gallium nitride material devices and associated methods
WO2008021451A2 (en) * 2006-08-14 2008-02-21 Aktiv-Dry Llc Human-powered dry powder inhaler and dry powder inhaler compositions
KR100878418B1 (ko) * 2006-11-27 2009-01-13 삼성전기주식회사 수직구조 질화물 반도체 발광 소자 및 제조방법
TW200826322A (en) * 2006-12-15 2008-06-16 Kinik Co LED and manufacture method thereof
US7745848B1 (en) 2007-08-15 2010-06-29 Nitronex Corporation Gallium nitride material devices and thermal designs thereof
KR100945438B1 (ko) * 2008-01-10 2010-03-05 주식회사루미지엔테크 반도체 기판과 이의 제조 방법 및 반도체 소자
US8026581B2 (en) * 2008-02-05 2011-09-27 International Rectifier Corporation Gallium nitride material devices including diamond regions and methods associated with the same
US8343824B2 (en) * 2008-04-29 2013-01-01 International Rectifier Corporation Gallium nitride material processing and related device structures
KR101064070B1 (ko) * 2008-11-25 2011-09-08 엘지이노텍 주식회사 반도체 발광소자
US20110177638A1 (en) * 2010-01-15 2011-07-21 Koninklijke Philips Electronics N.V. Semiconductor light emitting device with curvature control layer
JP5521611B2 (ja) * 2010-02-15 2014-06-18 ソニー株式会社 光装置および光機器
KR20120100193A (ko) * 2011-03-03 2012-09-12 서울옵토디바이스주식회사 발광 다이오드 칩
JP5166594B1 (ja) * 2011-12-12 2013-03-21 株式会社東芝 半導体発光素子
JP2015018840A (ja) 2013-07-08 2015-01-29 株式会社東芝 半導体発光素子
US10381508B2 (en) 2014-11-19 2019-08-13 National Sun Yat-Sen University Light emitting element with an enhanced electroluminescence effect
US9704705B2 (en) 2015-09-08 2017-07-11 Macom Technology Solutions Holdings, Inc. Parasitic channel mitigation via reaction with active species
US9673281B2 (en) 2015-09-08 2017-06-06 Macom Technology Solutions Holdings, Inc. Parasitic channel mitigation using rare-earth oxide and/or rare-earth nitride diffusion barrier regions
US9799520B2 (en) 2015-09-08 2017-10-24 Macom Technology Solutions Holdings, Inc. Parasitic channel mitigation via back side implantation
US10211294B2 (en) 2015-09-08 2019-02-19 Macom Technology Solutions Holdings, Inc. III-nitride semiconductor structures comprising low atomic mass species
US9627473B2 (en) 2015-09-08 2017-04-18 Macom Technology Solutions Holdings, Inc. Parasitic channel mitigation in III-nitride material semiconductor structures
US9806182B2 (en) 2015-09-08 2017-10-31 Macom Technology Solutions Holdings, Inc. Parasitic channel mitigation using elemental diboride diffusion barrier regions
US20170069721A1 (en) 2015-09-08 2017-03-09 M/A-Com Technology Solutions Holdings, Inc. Parasitic channel mitigation using silicon carbide diffusion barrier regions
US9773898B2 (en) 2015-09-08 2017-09-26 Macom Technology Solutions Holdings, Inc. III-nitride semiconductor structures comprising spatially patterned implanted species
TWI636165B (zh) 2017-08-04 2018-09-21 財團法人工業技術研究院 磊晶晶圓
US11038023B2 (en) 2018-07-19 2021-06-15 Macom Technology Solutions Holdings, Inc. III-nitride material semiconductor structures on conductive silicon substrates

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4180825A (en) * 1977-09-16 1979-12-25 Harris Corporation Heteroepitaxial deposition of GaP on silicon substrates
US5011550A (en) * 1987-05-13 1991-04-30 Sharp Kabushiki Kaisha Laminated structure of compound semiconductors
JPH0697280B2 (ja) * 1988-02-05 1994-11-30 富士写真フイルム株式会社 放射線像変換パネル
FR2675948A1 (fr) * 1991-04-23 1992-10-30 Centre Nat Rech Scient Materiaux semi-conducteurs a structure heteroepitaxiee et contrainte controlee, leur mode d'elaboration et leurs applications.
JP2917742B2 (ja) 1992-07-07 1999-07-12 日亜化学工業株式会社 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子とその製造方法
US5488233A (en) * 1993-03-11 1996-01-30 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor light-emitting device with compound semiconductor layer
JP3243111B2 (ja) 1993-03-15 2002-01-07 株式会社東芝 化合物半導体素子
US5432808A (en) * 1993-03-15 1995-07-11 Kabushiki Kaisha Toshiba Compound semicondutor light-emitting device
JP3184717B2 (ja) 1993-10-08 2001-07-09 三菱電線工業株式会社 ＧａＮ単結晶およびその製造方法
US5838029A (en) * 1994-08-22 1998-11-17 Rohm Co., Ltd. GaN-type light emitting device formed on a silicon substrate
US5592501A (en) * 1994-09-20 1997-01-07 Cree Research, Inc. Low-strain laser structures with group III nitride active layers
US5777350A (en) 1994-12-02 1998-07-07 Nichia Chemical Industries, Ltd. Nitride semiconductor light-emitting device
JP3396356B2 (ja) * 1995-12-11 2003-04-14 三菱電機株式会社 半導体装置，及びその製造方法
US5874747A (en) * 1996-02-05 1999-02-23 Advanced Technology Materials, Inc. High brightness electroluminescent device emitting in the green to ultraviolet spectrum and method of making the same
US6072197A (en) * 1996-02-23 2000-06-06 Fujitsu Limited Semiconductor light emitting device with an active layer made of semiconductor having uniaxial anisotropy
JP3756575B2 (ja) * 1996-06-04 2006-03-15 富士電機ホールディングス株式会社 Ｉｉｉ 族窒化物半導体装置
JPH10200208A (ja) * 1997-01-09 1998-07-31 Nec Corp 半導体レーザーモジュール
JP3813740B2 (ja) * 1997-07-11 2006-08-23 Ｔｄｋ株式会社 電子デバイス用基板
JP3505357B2 (ja) * 1997-07-16 2004-03-08 株式会社東芝 窒化ガリウム系半導体素子およびその製造方法
JP3822318B2 (ja) * 1997-07-17 2006-09-20 株式会社東芝 半導体発光素子及びその製造方法
JP3925753B2 (ja) * 1997-10-24 2007-06-06 ソニー株式会社 半導体素子およびその製造方法ならびに半導体発光素子
JP3581035B2 (ja) * 1999-01-28 2004-10-27 日本電信電話株式会社 半導体集積構造体
TW449937B (en) * 1999-02-26 2001-08-11 Matsushita Electronics Corp Semiconductor device and the manufacturing method thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108271425A (zh) * 2015-10-20 2018-07-10 索泰克公司 复合结构及相关制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP1032099A2 (en) 2000-08-30
KR20000058188A (ko) 2000-09-25
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KR100680423B1 (ko) 2007-02-08
EP1032099A3 (en) 2005-11-16

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