TWI508327B - An internal modified substrate for epitaxial growth, a multilayer film internal modified substrate, a semiconductor device, a semiconductor bulk substrate, and the like - Google Patents

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Description

磊晶成長用內部改質基板、附多層膜內部改質基板、半導體裝置、半導體塊材基板以及此等的製造方法
本發明是關於磊晶成長用內部改質基板、附多層膜內部改質基板、半導體裝置、半導體塊材基板以及此等的製造方法。
以氮化鎵為代表的氮化物半導體，由於能帶間隙(band gap)寬、可發藍光，而廣泛用於LED(發光二極體)、LD(半導體雷射)等。近年來，更積極致力於提升發光效率及高亮度化。
一般的氮化物半導體發光元件構造，是在藍寶石基板上，具有以GaN構成的緩衝層、N型GaN構成的N型接觸層、N型AlGaN構成的N型披覆層(cladding layer)、N型InGaN構成的活性層、P型AlGaN構成的P型披覆層、P型GaN構成的P型接觸層為順序層積的雙異質結構(double heterostructure)。活性層是由僅為Inx Ga1-x N(0≦x≦1)構成的井層的單一量子井(SQW：single quantum well)構造或Inx Ga1-x N(0≦x≦1)構成的井層與Iny Ga1-y N(0≦y≦1、y<x)構成的阻障層的多重量子井(MQW：multi quantum well)構造之含In的組成而成(請參考專利文獻1)。
已知一旦在藍寶石基板上形成上述多層膜，因為多層膜與藍寶石的熱膨脹係數差及晶格常數差，會在成膜後的藍寶石基板發生翹曲。例如在非專利文獻1中揭露了在藍寶石基板上磊晶成長AlN緩衝層與GaN層之成膜所發生的熱應力如何與GaN膜厚依存而受到緩和的研究結果。在此非專利文獻1中明確指出，隨著膜厚的變厚而使基板的翹曲變大，藉由其伴隨發生的界面缺陷(interference defects)、微裂縫(microcracks)或差排(dislocation)、可視的裂縫(macrocracks)而使應力緩和。
另外，在非專利文獻2的第4圖，揭露了現地(In-situ)觀察經由在藍寶石基板上磊晶成長GaN系LED構造的步驟而發生的基板翹曲之解析手法。藉此顯示了，在一連串的成膜步驟中，藉由成膜物質、成膜溫度、膜厚的變化而使藍寶石基板的曲率大幅變化的情況。還明確指出藉由在活性層的InGaN層的成長階段使藍寶石基板的曲率大致為0的成膜步驟，使得在基板面內的發光波長均一化。
如以上說明，已知經由一連串的步驟使藍寶石基板的翹曲大幅變化，會對氮化物半導體膜的品質、發光波長的均一性等造成影響。另外在實際上，多有設定藍寶石基板的翹曲形狀及翹曲量，而利用與基板的熱膨脹係數差，使InGaN系活性層中的基板曲率大致為0。根據這樣的背景，為了控制藍寶石基板的形狀及翹曲量，而研究各式各樣的研磨加工技術(請參考專利文獻2等)。
另一方面，已知在分割在藍寶石基板上層積氮化物半導體而成的發光元件之時，將脈衝雷射集束於具有80~90μm左右的厚度的藍寶石基板的內部，而形成對應於發光元件的分割預定線的變質區域的技術(專利文獻3)。揭露於專利文獻3的技術，是即使在藍寶石基板照射雷射光而分割成一個個的發光元件而仍可以抑制發光元件的亮度降低的藍寶石基板的加工方法，是以發光元件的分割為目的。
【先行技術文獻】
【專利文獻】
【專利文獻1】日本專利第3250438號公報
【專利文獻2】特開2006-347776號公報
【專利文獻3】特開2008-6492號公報
【非專利文獻】
【非專利文獻1】Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 32(1993)pp. 1528-1533
【非專利文獻2】J. Cryst. Growth,Vol.272,Issues 1-4,(2004),pp. 94-99
如以上說明，經由完成氮化鎵系發光二極體構造的一連串的成膜步驟，使藍寶石基板等的單晶基板的翹曲大幅變化。藉此，氮化物半導體層的品質、發光波長的均一性等會惡化，而導致發光二極體的品質參差不齊、良率的降低等。
對於此問題在習知的方法中，是使用設定藍寶石基板的翹曲形狀及翹曲量而使InGaN系活性層的成長階段中的基板曲率大致為0之手法。也就是先賦予藍寶石基板在InGaN系活性層的成長階段產生的翹曲量的份而使其相抵的手法。藉此，可某種程度抑制發光波長的變異。然而，無法解決在InGaN系活性層以外的成膜步驟發生的基板的翹曲的問題。
特別是由於在n-GaN層成長階段、成膜終了後冷卻基板之時藍寶石基板的大幅翹曲，會有薄膜品質及薄膜品質均一性的降低、基板的背面研磨加工的加工精度不均、微影的焦點偏移造成的曝光不均等的問題。由於這些問題對發光二極體等的裝置的良率的影響很大，有必要透過所有成膜步驟來抑制基板翹曲與其變化量，而縮小基板的翹曲行為本身，但習知技術並未存在那樣的藍寶石基板。
另外，一旦藍寶石基板的口徑變大，會有研磨加工造成的精密的翹曲形狀及翹曲量的控制本身變得困難的問題。在已施作研磨加工的藍寶石基板，已知通常會發生因加工應變的殘留、上下面最後完工的表面粗糙度的差異而在基板發生翹曲。例如，在單面受到研磨的基板中，主要是上下面的表面粗糙度的差異成為翹曲的重要原因；在雙面受到研磨的基板中，除了上下面的表面粗糙度些微的差異之外，在基板面內的表面粗糙度的些微的參差不齊是成為翹曲的重要原因。
特別是在大口徑基板中，使基板面內的表面粗糙度平均在技術上有困難，而面臨僅以研磨加工而無法精密地控制在所欲的翹曲形狀及翹曲量之技術上的極限的問題。
另外，若是為了獲得氮化物半導體塊材基板，在藍寶石基板上磊晶成長氮化物半導體的膜厚到本身可供使用的膜厚為止，會有因為藍寶石與氮化物半導體的熱膨脹係數差而使藍寶石基板大幅翹曲、並再隨著膜厚的增加而加大翹曲量之問題。因此，結果在成膜中、成膜後等發生裂痕，而實質上不可能完成本身可供使用的氮化物半導體塊材基板。
作為這些問題的解決手段，提出了ELOG(epitaxial lateral over growth)法、DEEP(dislocation elimination of inverted-pyramidal pits)法、VAS(void-assisted separation)法等，但有這些方法的步驟均複雜的缺點。
有鑑於此，本發明的目的是提供具有任意的翹曲形狀及/或翹曲量的磊晶成長用內部改質基板、使用上述磊晶成長用內部改質基板的附多層膜內部改質基板、半導體裝置、半導體塊材基板以及此等的製造方法。
上述目的是藉由以下的本發明而達成。也就是，本發明的磊晶成長用內部改質基板，其特徵在於包含：一單晶基板；以及藉由對上述單晶基板照射雷射而形成於上述單晶基板的內部的一熱變性層。
本發明的磊晶成長用內部改質基板的一實施樣態較好是：上述雷射照射，是以滿足下列A與B的至少其中之一記載的照射條件的方式而實施。
<照射條件A>
‧雷射波長：200nm～400nm
‧脈衝寬度：奈秒等級(order)
<照射條件B>
‧雷射波長：400nm～5000nm
‧脈衝寬度：毫微微(femto)秒等級(order)～微微(pico)秒等級(order)。
本發明的磊晶成長用內部改質基板的其他實施樣態較好是：對於上述單晶基板的厚度方向的相對位置，將成為成膜面的單面側視為0%、將與上述成膜面為相反側的面視為100%時，上述熱變性層是設在上述單晶基板的厚度方向的3%以上、95%以下的範圍內。
本發明的磊晶成長用內部改質基板的其他實施樣態較好是：將上述熱變性層以相對於上述單晶基板的平面方向以選自下列形狀的至少其中之一的圖形而設置：
i)規則性地配置複數個同一形狀及同一尺寸的多角形之形狀；
ii)規則性地配置複數個同一形狀及同一尺寸的圓或橢圓之形狀；
iii)同心圓狀；
iv)相對於上述單晶基板的中心點大致成點對稱而形成的形狀；
v)相對於通過上述單晶基板的中心點的直線大致成線對稱而形成的形狀；
vi)條紋形狀；以及
vii)螺旋形狀。
本發明的磊晶成長用內部改質基板的其他實施樣態較好是：上述規則性地配置複數個同一形狀及同一尺寸的多角形之形狀是格狀。
本發明的磊晶成長用內部改質基板的其他實施樣態較好是：構成上述格狀圖形的線的間距(pitch)是在50μm以上、2000μm以下的範圍內。
本發明的磊晶成長用內部改質基板的其他實施樣態較好是：上述單晶基板的材質是選自藍寶石、氮化物半導體、Si、GaAs、水晶及SiC的至少一種。
本發明的磊晶成長用內部改質基板的其他實施樣態較好是：在形成上述熱變性層前的上述單晶基板的形狀是：其成膜面為凹面，且上述凹面的曲率是大於0km-1 、160km-1 以下。
本發明的磊晶成長用內部改質基板的其他實施樣態較好是：在形成上述熱變性層前的上述單晶基板的形狀是：其成膜面為凹面，且上述凹面的曲率是40km-1 以上、150km-1 以下。
本發明的磊晶成長用內部改質基板的其他實施樣態較好是：在形成上述熱變性層前的上述單晶基板的形狀是：其成膜面為凹面，且上述凹面的曲率是85km-1 以上、150km-1 以下。
本發明的磊晶成長用內部改質基板的其他實施樣態較好是：上述單晶基板的直徑是50mm以上、300mm以下。
本發明的磊晶成長用內部改質基板的其他實施樣態較好是：上述單晶基板的厚度是0.05mm以上、5.0mm以下。
本發明的磊晶成長用內部改質基板的其他實施樣態較好是：上述單晶基板之成為成膜面的面為研磨面，對於上述單晶基板的雷射照射是通過上述研磨面而進行。
本發明的附多層膜內部改質基板，其特徵在於包含：一單晶基板；以及藉由對上述單晶基板照射雷射而形成於上述單晶基板的內部的一熱變性層；其中在上述單晶基板單面設有具二層以上的多層膜。
本發明的附多層膜內部改質基板的其他實施樣態較好是：構成上述多層膜的至少一層的是氮化物半導體結晶層。
本發明的半導體裝置，其特徵在於：具有如申請專利範圍第14項所述之附多層膜內部改質基板。
本發明的半導體裝置的其他實施樣態較好是：上述半導體裝置是發光元件、電子裝置、受光元件的任一種。
本發明的半導體塊材基板，其特徵在於：其是由具有如申請專利範圍第14項所述之附多層膜內部改質基板的上述多層膜所構成。
本發明的半導體塊材基板的其他實施樣態較好是：上述半導體塊材基板是由Alx Iny Gaz N(x+y+z=1、x≧0、y≧0、z≧0)所構成。
本發明的磊晶成長用內部改質基板的製造方法，其特徵在於藉由對一單晶基板照射雷射，而在上述單晶基板的內部形成一熱變性層。
本發明的磊晶成長用內部改質基板的製造方法的一實施樣態較好是：上述雷射照射，是以滿足下列A與B的至少其中之一記載的照射條件的方式而實施。
<照射條件A>
‧雷射波長：200nm～400nm
‧脈衝寬度：奈秒等級(order)
<照射條件B>
‧雷射波長：400nm～5000nm
‧脈衝寬度：毫微微(femto)秒等級(order)～微微(pico)秒等級(order)
本發明的磊晶成長用內部改質基板的製造方法的其他實施樣態較好是：對於上述單晶基板的厚度方向的相對位置，將成為成膜面的單面側視為0%、將與上述成膜面為相反側的面視為100%時，將上述熱變性層形成為位在上述單晶基板的厚度方向的3%以上、95%以下的範圍內。
本發明的磊晶成長用內部改質基板的製造方法的其他實施樣態較好是：是將上述熱變性層形成為描繪出相對於上述單晶基板的平面方向之選自下列形狀的至少其中之一的圖形：
i)規則性地配置複數個同一形狀及同一尺寸的多角形之形狀；
ii)規則性地配置複數個同一形狀及同一尺寸的圓或橢圓之形狀；
iii)同心圓狀；
iv)相對於上述單晶基板的中心點大致成點對稱而形成的形狀；
v)相對於通過上述單晶基板的中心點的直線大致成線對稱而形成的形狀；
vi)條紋形狀；以及
vii)螺旋形狀。
本發明的磊晶成長用內部改質基板的製造方法的其他實施樣態較好是：上述規則性地配置複數個同一形狀及同一尺寸的多角形之形狀是格狀。
本發明的磊晶成長用內部改質基板的製造方法的其他實施樣態較好是：構成上述格狀圖形的線的間距(pitch)是在50μm以上、2000μm以下的範圍內。
本發明的磊晶成長用內部改質基板的製造方法的其他實施樣態較好是：上述單晶基板的材質是選自藍寶石、氮化物半導體、Si、GaAs、水晶及SiC的至少一種。
本發明的磊晶成長用內部改質基板的製造方法的其他實施樣態較好是：在形成上述熱變性層前的上述單晶基板的形狀是：其成膜面為凹面，且上述凹面的曲率是大於0km-1 、160km-1 以下。
本發明的磊晶成長用內部改質基板的製造方法的其他實施樣態較好是：在形成上述熱變性層前的上述單晶基板的形狀是：其成膜面為凹面，且上述凹面的曲率是40km-1 以上、150km-1 以下。
本發明的磊晶成長用內部改質基板的製造方法的其他實施樣態較好是：在形成上述熱變性層前的上述單晶基板的形狀是：其成膜面為凹面，且上述凹面的曲率是85km-1 以上、150km-1 以下。
本發明的磊晶成長用內部改質基板的製造方法的其他實施樣態較好是：上述單晶基板的直徑是50mm以上、300mm以下。
本發明的磊晶成長用內部改質基板的製造方法的其他實施樣態較好是：上述單晶基板的厚度是0.05mm以上、5.0mm以下。
本發明的磊晶成長用內部改質基板的製造方法的其他實施樣態較好是：上述單晶基板之成為成膜面的面為研磨面，對於上述單晶基板的雷射照射是通過上述研磨面而進行。
本發明的附多層膜內部改質基板的製造方法，其特徵在於：藉由對一單晶基板照射雷射，而在上述單晶基板的內部形成一熱變性層；再在上述單晶基板的單面形成具二層以上的多層膜。
本發明的附多層膜內部改質基板的製造方法的其他實施樣態較好是：構成上述多層膜的至少一層的是氮化物半導體結晶層。
本發明的半導體裝置的製造方法，其特徵在於：使用如申請專利範圍第14項所述之附多層膜內部改質基板而形成半導體裝置。
本發明的半導體裝置的製造方法的其他實施樣態較好是：上述半導體裝置是發光元件、電子裝置、受光元件的任一種。
本發明的半導體塊材基板的製造方法，其特徵在於：使用具有如申請專利範圍第14項所述之附多層膜內部改質基板的上述多層膜而形成半導體塊材基板。
本發明的半導體塊材基板的製造方法的一實施樣態較好是：上述半導體塊材基板是由Alx Iny Gaz N(x+y+z=1、x≧0、y≧0、z≧0)所構成。
如以上說明，若藉由本發明，可以提供具有任意的翹曲形狀及/或翹曲量的磊晶成長用內部改質基板、使用上述磊晶成長用內部改質基板的附多層膜內部改質基板、半導體裝置、半導體塊材基板以及此等的製造方法。
 【用以實施發明的最佳形態】
本實施形態的磊晶成長用內部改質基板，其特徵在於包含：一單晶基板；以及藉由對上述單晶基板照射雷射而形成於上述單晶基板的內部的一熱變性層。另外，使用成為成膜面的面為研磨面的單晶基板的情況，較好是對於單晶基板的雷射照射是通過研磨面而進行。
因此，因應本實施形態的磊晶成長用內部改質基板的使用用途，任意地控制翹曲形狀及/或翹曲量。另外，在形成多層膜的情況中，由於可以將因成膜而發生的應力，以已形成熱變性層的單晶基板的應力來相抵，可以抑制成膜中的基板的翹曲並縮小基板的翹曲行為。
另外，「熱變性層」是藉由局部性地加熱單晶基板的厚度方向的內部的一部分的區域而形成的層。一旦在單晶基板的厚度方向形成為二等分的單側的區域，就有使基板翹曲的作用而使形成熱變性層的區域那一側的面凸出。
作為此熱變性層的形成方法者，是使用對單晶基板照射雷射的方法。此一情況，藉由存在於受到雷射照射區域的原子的多光子吸收，此區域會受到局部性的加熱而與周圍的區域相比會發生結晶構造、結晶性的變化等的某種程度的變性，而形成熱變性層。也就是本實施形態的磊晶成長用內部改質基板，是藉由對單晶基板照射雷射，而可以至少經由在單晶基板的厚度方向的內部形成熱變性層的步驟來製造。
-雷射照射條件-
另外，雷射的照射，只要是可形成熱變性層，可以各式各樣的照射條件來實施；但一般而言，在為了在短時間寬度中使能量集中而可以得到高峰值輸出的觀點，較好為使用斷續性地發出雷射光的脈衝雷射，在下列1)及2)所示的範圍內實施。
1)雷射波長：200nm～5000nm
2)脈衝寬度：毫微微(femto)秒等級(order)～奈秒等級(order)(1fs-1000ns)
在此處，考慮成為雷射照射對象的單晶基板的材質所造成之透光性/光吸收性、形成於單晶基板內的熱變性層的尺寸.圖形精度、實用上可使用的雷射裝置等，而適當選擇雷射波長、脈衝寬度等。但是在雷射照射時，特別較好為選擇下列A、B所示的照射條件。
<照射條件A>
‧雷射波長：200nm～400nm
‧脈衝寬度：奈秒等級(order)(1ns～1000ns)。另外，更好為10ns～15ns。
<照射條件B>
‧雷射波長：400nm～5000nm
‧脈衝寬度：毫微微(femto)秒等級(order)～微微(pico)秒等級(order)(1fs～1000ps)。另外，更好為200fs～800fs。
另外，比起照射條件B，照射條件A是使用雷射波長為較短波長區的雷射。因此，在雷射波長及脈衝寬度以外的其他條件為相同而實施雷射照射的情況，比起照射條件B，照射條件A較能縮短為了獲得同程度的翹曲矯正效果所需的雷射加工時間。另外，使用的雷射的波長，較適合選擇比成為雷射照射對象的單晶基板的吸收端波長還長的波長區的波長。
在此處，單晶基板為Si基板的情況，可使用上述上述照射條件B。此一情況，作為雷射波長以外的其他條件者，例如從實用性、量產性等的觀點，較好為在以下所示的範圍內做選擇。
‧脈衝寬度：50ns~200ns
‧重複頻率：10kHz~500kHz
‧照射能量：3μJ~30μJ
‧雷射的點尺寸：0.5μm~4.0μm
‧試樣臺的掃描速度：50mm/s~1000mm/s(更好為100mm/s~1000mm/s)
另外，單晶基板為GaAs基板的情況，可使用上述上述照射條件B。此一情況，作為雷射波長以外的其他條件者，例如從實用性、量產性等的觀點，較好為在以下所示的範圍內做選擇。
‧脈衝寬度：30ns~80ns
‧重複頻率：10kHz~500kHz
‧照射能量：8μJ~20μJ
‧雷射的點尺寸：0.5μm~4.0μm
‧試樣臺的掃描速度：50mm/s~1000mm/s(更好為100mm/s~1000mm/s)
另外，單晶基板為水晶基板的情況，可使用上述上述照射條件B。此一情況，作為雷射波長以外的其他條件者，例如從實用性、量產性等的觀點，較好為在以下所示的範圍內做選擇。
‧　脈衝寬度：200ns~800ns
‧　重複頻率：10kHz~500kHz
‧　照射能量：3μJ~6μJ
‧　雷射的點尺寸：0.5μm~4.0μm
‧　試樣臺的掃描速度：50mm/s~1000mm/s(更好為100mm/s~1000mm/s)
另外，單晶基板為鉭酸鋰基板的情況，可使用上述上述照射條件A。此一情況，作為雷射波長以外的其他條件者，例如從實用性、量產性等的觀點，較好為在以下所示的範圍內做選擇。
‧　脈衝寬度：200fs~800fs
‧　重複頻率：10kHz~500kHz
‧　照射能量：3μJ~6μJ
‧　雷射的點尺寸：0.5μm~4.0μm
‧　試樣臺的掃描速度：50mm/s~1000mm/s(更好為100mm/s~1000mm/s)
另外，單晶基板為玻璃基板的情況，可使用上述上述照射條件A。此一情況，作為雷射波長以外的其他條件者，例如從實用性、量產性等的觀點，較好為在以下所示的範圍內做選擇。
‧脈衝寬度：10ns~15ns
‧重複頻率：10kHz~500kHz
‧照射能量：10μJ~20μJ
‧雷射的點尺寸：0.5μm~4.0μm
‧試樣臺的掃描速度：50mm/s~1000mm/s(更好為100mm/s~1000mm/s)
另外，在表1與表2是顯示對Si基板、GaAs基板、水晶基板、鉭酸鋰基板及玻璃基板形成熱變性層的情況的雷射照射條件的一例。另外，在照射雷射的情況，特別好為單晶基板的受到雷射照射側的面為鏡面狀態。為了使受到雷射照射的面為鏡面狀態，可實施例如鏡面研磨。
作為用於製作本實施形態的磊晶成長用內部改質基板的單晶基板的構成材質，只要是可以藉由雷射照射而形成熱變性層的已知的單晶基板，皆可使用，例如可列舉出的有藍寶石、氮化物半導體、Si、GaAs、水晶、SiC等。使用上述照射條件A的情況，特別可適用Si、GaAs、水晶、或SiC。另外，不是單晶基板，亦可以是石英、玻璃等。
另外，單晶基板通常是使用至少單面已作鏡面研磨者。此一情況，在後續的磊晶成長步驟中多層膜是形成於已作鏡面研磨那一側。另外，視需求亦使使用雙面已作鏡面研磨的單晶基板。此一情況，任一面均可作為成膜面。
單晶基板的平面方向的形狀並無特別限定，例如可以視方形等，而從容易適用已知的各種元件的生產線的觀點，較好為圓形，特別好為設有定向平面(orientation flat)的圓形。
單晶基板的形狀為圓形或設有定向平面的圓形的情況，單晶基板的直徑較好為50mm以上、更好為75mm以上、又更好為150mm以上。另外，直徑的上限值並無特別限定，而從實用上的觀點較好為300mm以下。
另外，單晶基板的厚度較好為5.0mm以下、較好為3.0mm以下、更好為2.0mm以下。厚度的下限值並無特別限定，從確保單晶基板的剛性的觀點較好為0.05mm以上、更好為0.1mm以上。另外，單晶基板20的形狀為圓形或設有定向平面的圓形的情況，直徑為50mm以上、150mm以下時，厚度較好為0.3mm以上；直徑超過150mm時，厚度較好為0.5mm以上。
接下來，針對形成磊晶成長用內部改質基板的具體例，使用圖式來作說明。第1圖是一模式說明圖，顯示本實施形態的磊晶成長用內部改質基板的製造方法的一例。
如第1圖所示，將單晶基板1固定在未圖示的試樣臺上而實施。另外，固定較好是藉由例如真空吸附等，以可以矯正單晶基板1的翹曲的方式來實施。然後，從固定於試樣臺的單晶基板1的表面(成膜面)那一側，藉由雷射照射裝置2來照射雷射。此時，使雷射集束於單晶基板1的厚度方向的內部的同時，使雷射照射裝置2與單晶基板1在水平方向相對移動，而形成為點(spot)狀的改質區3(熱變性層)連續地相連的線狀。
局部地觀察，點狀的改質區3僅形成於受到雷射瞬間照射的部分，其大小依存於雷射的點尺寸、雷射強度及脈衝寬度。藉由適當地選擇雷射的點尺寸、雷射強度、脈衝寬度等，可以控制對於單晶基板1的平面方向、厚度方向等的熱變性層熱變性層的尺寸、變性程度等。另外，形成為線狀的點狀的改質區3的長度，藉由適當選擇雷射照射裝置1相對於單晶基板1的相對移動速度(例如可移動試樣臺的情況則是試樣臺的掃描速度)、雷射的重複頻率，而可以間隔性地控制在單晶基板1的平面方向的複數個熱變性層。
藉由組合複數條這些形成為線狀的改質區3，而形成在單晶基板1的厚度方向的所欲的位置構成熱變性層的至少一種的改質區圖形3。改質區3是指受到雷射照射的部分中局部性地發生多光子吸收而形成的區域。
藉由將熱變性層的圖形形狀、形成位置、熱變性層的長度等條件最佳化，而可以控制單晶基板全體的應力、精密地控制單晶基板的翹曲形狀及/或翹曲量。
在單晶基板的平面方向，較好為將熱變性層以以下所示的圖形形狀而設置。也就是較好為將熱變性層在單晶基板的平面方向以選自下列i)~vii)的至少一種的圖形形狀而設置。
i)規則性地配置複數個同一形狀及同一尺寸的多角形之形狀；
ii)規則性地配置複數個同一形狀及同一尺寸的圓或橢圓之形狀；
iii)同心圓狀；
iv)相對於該單晶基板的中心點大致成點對稱而形成的形狀；
v)相對於通過該單晶基板的中心點的直線大致成線對稱而形成的形狀；
vi)條紋形狀；以及
vii)螺旋形狀。
另外，在形成熱變性層之時，從雷射掃描也就是雷射照射裝置相對於單晶基板的相對移動與其他的圖形形狀相比較為單純且雷射加工容易的觀點，圖形形狀較好為i)規則性地配置複數個同一形狀及同一尺寸的多角形之形狀。還有，作為i)規則性地配置複數個同一形狀及同一尺寸的多角形之形狀者，特別較好為將同一尺寸的複數個四角形規則性地配置的形狀也就是格狀，其是使構成各個四角形的四邊與鄰接的四角形的任一邊相互重合。此一情況，雷射掃描可僅有縱向及橫向，使雷射加工更容易時，會使單晶基板的翹曲控制、形狀控制等的設計變得更容易。
在此處，構成呈格狀的圖形的線的間距(pitch)，較好為50μm~2000μm的範圍內、更好為100μm~1000μm的範圍。藉由使間距為50μm以上，可抑制雷射加工所需要的時間增加到超過所需時間；另外，藉由使間距為2000μm以下，可更確實地矯正單晶基板的翹曲。
第2圖是一系列的平面圖，顯示相對於單晶基板的平面方向之熱變性層的配置圖形形狀的一例；具體而言，是顯示單晶基板的平面形狀為具有定向平面的圓形的情況中的熱變性層的配置圖形形狀的一例。熱變性層的配置圖形形狀，如第2圖所示，可列舉出的有例如：一條紋形狀，其是將複數條的線形成為垂直或平行於基板的定向平面(第2圖(a)及第2圖(b))；組合這些圖形形狀的格狀(第2圖(c))等。另外，作為其他的配置圖形形狀者，可列舉出的有：將同一尺寸的複數個正六角形規則性地配置的形狀，其是使一個正六角形的六個頂點全部一定與鄰接此一正六角形的其他正六角形的任一頂點重合(第2圖(d))；同心圓形狀(第2圖(e))等。另外，示於第2圖(a)的寬度4，是意指線間的間距。
本實施形態的磊晶成長用內部改質基板中，若在單晶基板的厚度方向的內部設置熱變性層，則因應磊晶成長用內部改質基板的使用用途，任意地控制翹曲形狀及/或翹曲量。另外在形成多層膜的情況中，由於可以將因成膜而發生的應力，以已形成熱變性層的單晶基板的應力來相抵，可以抑制成膜中的基板的翹曲並縮小基板的翹曲行為。但是一旦將熱變性層相對於單晶基板的厚度方向、平面方向，設置在偏移的位置、不規則地設置、非對稱性地配置等，有難以矯正翹曲的情況。特別是相對於單晶基板的厚度方向形成熱變性層的相對形成位置，會影響熱變性層形成後的單晶基板的翹曲量的變化量，形成位置愈接近表面則變化量愈大。
為了迴避上述問題的發生，對於該單晶基板的厚度方向，使單晶基板的厚度方向的相對位置5，將成為成膜面的單面側視為0%、將與成膜面為相反側的面視為100%時，熱變性層較好是設在該單晶基板的厚度方向的3%以上、95%以下的範圍內、更好是設在該單晶基板的厚度方向的3%以上、50%以下的範圍內。藉由在單晶基板的厚度方向將熱變性層設在上述數值範圍內，可更有效地矯正單晶基板的翹曲。另外，熱變性層相對於單晶基板的厚度方向的存在位置，複數個熱變性層較好為全部存在於相同位置，但亦可存在於不同位置。此一情況，亦考慮各個熱變性層相對於單晶基板的平面方向的配置位置，亦可將各個熱變性層配置在相對於單晶基板的厚度方向的不同位置，而使設置熱變性層所造成的翹曲的矯正效果不會有顯著損失。另外，熱變性層相對於單晶基板的厚度方向的長度6，是依存於雷射的點尺寸、照射能量(雷射功率/重複頻率)、脈衝寬度而決定，通常是在數μm~數十μm的範圍內。
如上所述，藉由在單晶基板內部形成熱變性層而控制單晶基板的應力，可以獲得單晶基板的翹曲形狀及/或翹曲量受到有效、精密地控制的磊晶成長用內部改質基板。
另外，本實施形態的附多層膜內部改質基板，其特徵在於：在藉由本發明完成的磊晶成長用內部改質基板的成膜面設置具二層以上的多層膜。
本案說明書中的「多層膜」，是指具有二層以上者。此外，意指構成此多層膜的各層是由相對於單晶基板的平面方向具有同一膜厚的連續層所構成，最表層的薄膜為不具如同貫通一般的階差(為了記載不具電極形成部位的情況而追記)的薄膜。多層膜的層結構、構成多層膜的各層的膜厚、材料及結晶性/非結晶性，是因應使用本實施形態的附多層膜內部改質基板而再作後續加工而製作的元件的種類、製造元件時適用的製程等而作適當選擇。
多層膜的成膜方法並無特別限定，可使用已知的成膜方法，亦可在構成多層的每一層使用不同的成膜方法及/或成膜條件來成膜。作為成膜法者，亦可列舉鍍膜法等的液相成膜法，但較好為使用濺鍍法、CVD法(Chemical Vapor Deposition)等的氣相成膜法。另外，在形成氮化物半導體結晶層等的半導體結晶層的情況，更好為使用MOCVD法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)、HVPE法(Hydride vapor phase epitaxy)、MBE法(Molecular Beam Epitaxy)等的氣相成膜法。另外，磊晶成長用內部改質基板的成膜面較好為鏡面狀態。為了使形成多層膜的面成為鏡面狀態，例如可實施鏡面研磨。
另外，構成多層膜的至少一層較好為結晶性層。特別是多層膜中的至少任一層更好為氮化物半導體結晶層。另外，從可以利用露出於磊晶成長用內部改質基板的成膜面的結晶面來使磊晶成長的觀點，較好為構成多層膜的各層中的至少與磊晶成長用內部改質基板的成膜面的直接接觸層為結晶性層，亦可以是構成多層膜的全部的層均為結晶性層。另外，磊晶成長是包含：含同一組成或混晶的均質磊晶成長、異質磊晶成長。另外，構成多層膜的各層的材料亦是因應製作的元件而適當選擇，但若考慮到磊晶成長用內部改質基板是由藍寶石基板等的無機材料所構成，構成各層的材料亦較好為金屬材料、金屬氧化物材料、無機半導體材料等的無機材料，較好為全部的層是由這些無機材料所構成。但是，使用MOCVD法的情況，會有在此無機材料中微量混入有機金屬來源的有機物的可能。(追記)
作為構成多層膜的各層的具體例者，可列舉出的有GaN系、AlGaN系、InGaN系等的氮化物半導體結晶層，作為適用於利用用於面發光雷射等的發光元件、用於光感測器、太陽電池等的受光元件、用於電子電路等的半導體元件等的各種的氮化物半導體來製造元件的材料。另外，此一情況，適用藍寶石基板作為單晶基板。
第3圖是顯示多層膜的一例之氮化物半導體層的磊晶成長步驟的圖。
作為多層膜的層構成的具體例者，例如如第3圖所示，使用藍寶石基板作為磊晶成長用內部改質基板，首先進行藍寶石基板的熱清潔(第3圖(a))、進行低溫緩衝層8的成長(第3圖(b))。接下來，成長具有n-GaN層9(第3圖(c))、多重量子井構造的InGaN系活性層10(第3圖(d))。
第4圖是顯示第3圖所示的半導體層的磊晶成長步驟中的現地(in-situ)觀察例。第5圖是顯示基板的翹曲量與曲率的關係的圖。第6圖是顯示本實施形態相關的形成附多層膜內部改質基板時的現地(in-situ)觀察例的圖。
如非專利文獻2所揭露，可藉由現地(in-situ)觀察定量地解析成膜中的藍寶石基板的動靜，也就是可知道基板的翹曲形狀、翹曲量等在成膜中如何變化。在第4圖中，橫軸為時間、縱軸是表示成膜面的基板的曲率(km-1 )。縱軸的正的方向是表示成膜面為凸面形狀、負的方向是表示成膜面為凹面形狀。
從基板的曲率可計算出基板的翹曲量。在第5圖中，顯示以基板的曲率半徑為R、具有曲率1/R的基板的翹曲量為X、基板的直徑近似D。作為這些值的關聯性，使用畢氏定理可顯示為(1/R)2 =((1/R)-X)2 +(D/2)2 。根據此式，基板的直徑為50mm的情況，可求得翹曲量(μm)為0.322×曲率(km-1 )；基板的直徑為100mm的情況，可求得翹曲量(μm)為1.250×曲率(km-1 )。
第4圖中的譜線A是顯示使用未形成熱變性層之習知的藍寶石基板的例子。
另外，第4圖(a)~(e)是分別對應於成膜步驟的各過程，也就是對應於(a)基板的熱清潔、(b)低溫緩衝層成長、(c)n-GaN層成長、(d)InGaN系活性層成長、(e)冷卻。
使用第4圖的譜線A，針對第4圖(a)~(e)中的基板的動靜作說明。
(a)在移行至基板熱清潔的階段中，起因於位於藍寶石基板的上下面的溫度差，基板成長面的凹面形狀變得更大，曲率變大。
接下來，通常降溫至500~600℃左右，(b)移行至低溫緩衝層的階段中，基板的凹面形狀變小、曲率稍微變小。
接下來，再度升溫至1000℃左右，(c)移行至進行n-GaN層成長的階段中，起因於氮化鎵與藍寶石的晶格常數差，基板的凹面形狀變大，曲率變大。再來由於成膜的進行而使膜厚愈大、曲率愈大，膜厚及膜品質的基板面內均一性顯著惡化。僅以成膜條件來控制基板面內均一性，公認在技術上有困難。另外，在氮化物半導體層中，還有因為應力緩和而產生差排而使薄膜品質惡化的問題。
接下來降溫至700~800℃左右，在(d)InGaN系活性層的成長階段中，由於InGaN活性層的膜厚與InGaN中的In組成的均一性會影響發光波長的面內均一性，而會影響LED晶片的製造良率。由於InGaN層的膜厚、In組成等會受到成膜溫度的影響，為了提升基板面內的溫度均一性，理想上是使成膜中的基板的曲率儘量趨近於0。
最後，將基板(e)冷卻的階段中，由於再度因熱膨脹係數差使基板形狀再度大幅翹曲，在一連串的成膜步驟終了後的基板的曲率變得很大。這會造成LED晶片化前的背面研磨加工困難、微影作業困難等問題。
以上，如第4圖的譜線A所示，瞭解到：若使用習知的藍寶石基板，在InGaN系活性層成長階段的基板曲率可大致為0；另一方面，具有成膜步驟中的基板的變動大、成膜終了後的基板的曲率變大的缺點。
接下來，將藉由在習知的藍寶石基板內部形成改質區圖形而製作本發明的磊晶成長用內部改質基板、形成氮化物半導體層的情況的現地(in-situ)的第一例，顯示在第4圖中的譜線B。
譜線B中的內部改質藍寶石基板的初期狀態，較好為形成有改質區圖形，而與習知的藍寶石基板相比，藍寶石基板成膜面是翹曲成凸面。藉此與使用習知的藍寶石基板的譜線A相比，可使基板的翹曲變動變小。
第4圖中的譜線C中，是顯示使用內部改質藍寶石基板的例子，此內部改質藍寶石基板是與譜線B的情況相同，在習知的藍寶石基板內部形成改質區圖形之時，調整各線間的間距與圖形形成位置，使藍寶石基板的初期狀態翹曲成凸面的程度大於譜線B。
譜線C可進一步縮小經成膜步驟後基板的變動。也就是顯示以基板的應力抵銷成膜中所產生應力的效果進一步地大於譜線A、B。
在上述的譜線B、C得到的氮化物半導體層，與使用習知的藍寶石基板的情況比較，由於抑制成膜中的基板的翹曲、基板的翹曲變化變小，提升了薄膜的品質及均一性。
然而，同時磊晶成長用內部改質基板的初期狀態成為大幅翹曲為凸面的狀態，結果發生在InGaN系活性層成長階段及成膜終了時間點的基板的曲率大於使用習知的藍寶石基板的狀態的問題。
也就是本發明的磊晶成長用內部改質基板如第6圖中的譜線C所示，較好為成為在基板的翹曲變動變小的同時、在InGaN系活性層成長階段及成膜終了時間點的基板的曲率可以變小的這樣的初期狀態。
藉此，在提升氮化物半導體層的薄膜品質及均一性的同時，可以提升氮化物半導體發光元件的發光波長的均一性。
因此，關於形成熱變性層前的藍寶石基板，較好為使用可預先抵銷因熱變形層的形成而大幅翹曲成凸面的基板曲率的份量之藍寶石基板。
如前所述，作為用來形成熱變性層的藍寶石基板者，可使用氮化物半導體層的成膜面為凹面、且此凹面的曲率為大於0km-1 、160km-1 以下者。另外，由於前述理由，氮化物半導體層的成膜面為凹面，且此凹面的曲率較好為40km-1 以上、150km-1 以下，更好為85km-1 以上、150km-1 以下。
如上所述，藉由使用本發明的磊晶成長用內部改質基板，可以獲得具有已提升氮化物半導體層的薄膜品質及均一性的氮化物半導體層的附多層膜內部改質基板。
若使用以本發明取得的附多層膜內部改質基板而構成各種半導體裝置，可提升裝置的品質及良率。作為半導體裝置者，可列舉出的有例如發光元件、電子裝置、或受光元件等。
在作為半導體裝置的元件的製造之時，在元件部分形成步驟以外，可依序實施研磨步驟、分割預定線形成步驟及分割步驟，作為後續步驟。
此一情況，使用本實施形態的附多層膜內部改質基板的元件製造方法，具體而言至少依序實施以下的(1)~(4)所示步驟，而可以製作包含元件部分、與具有大致對應此元件部分的尺寸的單晶基板之元件。
(1)元件部分形成步驟，圖形化本實施形態的附多層膜內部改質基板的多層膜，而形成各個元件部分；
(2)研磨步驟，將在單面形成元件部分的附有元件部分的單晶基板的未形成元件部分的面，研磨到至少移除熱變性層為止；
(3)分割預定線形成步驟，從研磨步驟中受研磨面那一側，沿著各個元件部分的邊界線，以照射雷射而形成分割預定線；
(4)分割步驟，沿著分割預定線形成步驟中形成的分割預定線而施加外力，以元件部分單位分割附有元件部分的單晶基板；
在此處，實施(3)分割預定線形成步驟及(4)分割步驟的情況，可使用揭露於專利文獻3的技術。
另外，將熱變性層形成為格狀圖形的情況，在原理上亦可以在研磨步驟中研磨成未完全除去熱變性層的程度之後，使用殘留於單晶基板內的熱變性層作為分割預定線而實施分割步驟。然而，若不是在多層膜受到個別化的處理而成為各個的元件部分之後，就無法在確認元件部分的文在位置之後進行以雷射照射為目的的定位。因此，難以在製作各個元件部分之前，就以形成兼具分割預定線的功能的熱變性層的上述方法，來對應各個元件部分而正確地形成分割預定線。也就是在上述方法中，由於分割預定線從鄰接的二個元件間的邊界線偏離的可能性變大，容易缺乏實用性。因此可以說是使用以雷射照射形成的熱變性層來實施分割步驟的情況，特別較好為依序實施上述(1)~(4)所示步驟。
另外，使用本發明的附多層膜內部改質基板作為底層材料，可藉由進一步的磊晶成長而形成具有本身可供使用的膜厚之結晶性膜的厚膜。另外，將結晶性膜的厚膜從結晶成膜體構成的底層材料分離，可以得到塊材基板。
還有，在本發明的磊晶成長用內部改質基板上形成結晶性膜的厚膜，並從磊晶成長用內部改質基板分離，藉此亦可獲得結晶性膜的厚膜構成的塊材基板。若使用本發明的磊晶成長用內部改質基板，由於可以抑制成膜中或成模後發生的基板翹曲，可以形成膜厚而不會發生裂縫。例如，若在磊晶成長用內部改質基板形成上述的氮化物半導體層的厚膜，可以抑制成膜中或成膜後發生的基板翹曲，而可以得到未發生裂縫而具有本身可供使用的膜厚之氮化物半導體層的厚膜。藉由將依此得到的氮化物半導體層的厚膜從上述內部改質基板分離，可以不使用複雜的步驟而得到氮化物半導體塊材基板。作為氮化物半導體塊材基板者，特別是可有效率地製造Alx Iny Gaz N(x+y+z=1、x≧0、y≧0、z≧0)構成的氮化物半導體塊材基板。
作為本身可供使用的膜厚者，較好為50μm以上。另外，作為厚膜的形成方法者，可使用MOCVD法、HVPE法、LPE法等。
【實施例】
以下，列舉實施例來說明本發明，但本發明並未僅受限於以下的實施例。使用示於表3的雷射條件，在藍寶石基板內部形成熱變性層，並研究對於基板的翹曲形狀及翹曲量的變化的影響。其結果示於實施例1與2。
(實施例1)
使用單面已研磨的2吋藍寶石基板，作為形成熱變性層的藍寶石基板。基板厚度為430μm。形成熱變性層前的基板的翹曲形狀及翹曲量是以雷射干涉計來測定。
接下來，將藍寶石基板設置在脈衝雷射裝置的試樣臺上，形成延伸至藍寶石基板內部的改質區圖形。
在表4顯示試樣1~9的圖形形狀、各線間的間距、形成位置及熱變性層的長度、每片的加工時間。形成改質區圖形後的藍寶石基板的基板形狀是以雷射干涉計來量測、翹曲量及基板厚度是以線性規(linear gauge)及雷射干涉計來量測。在表4中，⊥O.F.是顯示垂直於藍寶石基板的定向平面、//O.F.是顯示平行於定向平面。
在表5顯示改質區圖形形成前後的基板的翹曲形狀、翹曲量、及熱變性層形成後的基板面內的翹曲形狀的對稱性。基板的翹曲形狀是顯示成膜面那一側的形狀。
(實施例2)
使用單面已研磨的4吋藍寶石基板，作為形成內部改質區圖形的藍寶石基板。基板厚度為650μm。與實施例1同樣，形成改質區圖形前的基板的翹曲形狀及翹曲量是以雷射干涉計來測定。
接下來，將藍寶石基板設置在脈衝雷射裝置的試樣臺上，形成延伸至藍寶石基板內部的熱變性層。在表6顯示試樣10~19的熱變性層的形狀、間距、形成位置。
形成熱變性層後的基板的翹曲形狀是以雷射干涉計來量測、翹曲量是以線性規來量測。在表7比較並顯示熱變性層形成前後的基板形狀、翹曲量、及從翹曲量計算出來的曲率。基板的翹曲形狀是顯示成膜面那一側的形狀。
另外，在第7圖顯示形成熱變性層之後的對於基板曲率的形成位置與間距依存性。
(實施例3)
在實施例2中已形成熱變性層的藍寶石基板中，將試樣10、12、14、16、18與未形成熱變性層的習知的藍寶石基板(作為試樣20)同時置入MOCVD裝置，在藍寶石基板上成長氮化鎵層。各成膜步驟中的成長溫度及膜厚示於表8。
各試樣的現地(in-situ)觀察結果示於第8a~8f圖，各試樣的基板翹曲形狀、翹曲量及曲率示於表9，各階段中的基板曲率的變化量示於表10。
表10中的(1)~(4)是如同在第8a圖所圖示，分別顯示(1)相對於基板初期狀態的熱清潔移行時、(2)相對於基板初期狀態的n-GaN層成長時、(3)相對於n-GaN層成長終了時的GaN/InGaN活性層成長移行時、(4)相對於基板初期狀態的冷卻終了後的曲率的變化量。
(1)根據從基板初期狀態到熱清潔移行時當中的基板曲率的變化量，並未發現形成熱變性層的試樣10、12、14、16、18與未形成熱變性層的試樣20有大的差異。
(2)根據相對於基板初期狀態的n-GaN層成長時當中的基板曲率的變化量，認為在從藍寶石基板表面算起較淺位置形成熱變性層的試樣10、16、18中與其他試樣比較，有抑制n-GaN層成長時的基板曲率的變化量的效果。
(3)根據相對於n-GaN層成長終了時的GaN/InGaN活性層成長移行時當中的基板曲率的變化量，在從n-GaN層成長終了時間點到移行至GaN/InGaN活性層成長的階段中，認為在從藍寶石基板表面算起較淺位置形成熱變性層的試樣10、16、18中與其他試樣比較，有抑制基板曲率的變化量的效果。
(4)根據相對於基板初期狀態的冷卻終了後的基板曲率的變化量，認為在從藍寶石基板表面算起較淺位置形成熱變性層的試樣10、16、18中與其他試樣比較，有抑制基板曲率的變化量的效果。
檢查藉由以上步驟得到的試樣10、12、14、16、18、20的氮化鎵層的膜厚均一性及結晶品質。
試樣10是瞭解到其與未形成熱變性層的試樣20相比是提升了膜厚均一性。其原因認為是藉由在從藍寶石基板表面算起較淺位置形成熱變性層，而在基板形狀為較平坦的狀態下進行n-GaN層成長。
還有，藉由X光繞射搖擺曲線(rocking curve)測定而求得的氮化鎵層的(001)面、(102)面的FWHM值，在試樣10中分別為203arcsec、418arcsec，在未形成熱變性層的試樣20中分別為242arcsec、579arcsec。根據此結果，瞭解到在形成熱變性層的試樣10中，與未形成熱變性層的試樣20相比是提升了氮化鎵層的結晶性。
接下來，使用表11所示的雷射條件，在藍寶石基板內部形成熱變性層，研究對基板的翹曲形狀及翹曲量的變化的影響，其結果示於實施例4、6。另一方面，使用表3所示的雷射條件，在相同藍寶石基板內部形成熱變性層，研究對基板的翹曲形狀及翹曲量的變化的影響，示於實施例5、7。
(實施例4、5)
使用單面已研磨的2吋基板，作為形成熱變性層的藍寶石基板。基板厚度為430μm。形成熱變性層前的基板的翹曲形狀及翹曲量是以雷射干涉計來測定。
接下來，將二片的上述藍寶石基板分別設置在表11所示的雷射條件的UV雷射裝置及表3所示的雷射條件的Fs雷射裝置的試樣臺上，進行延伸至藍寶石基板內部的熱變性層的形成。
在表12顯示實施例4及實施例5的各線間的間距、形成位置及雷射的脈衝間隔。熱變性層的形成前後的藍寶石基板的基板形狀是以雷射干涉計來量測、翹曲量及基板厚度是以線性規及雷射干涉計來量測。
在表13顯示熱變性層形成前後的基板的翹曲形狀、翹曲量。基板的翹曲形狀是顯示成膜面那一側的形狀。
(實施例6、7)
使用單面已研磨的2吋基板，作為形成熱變性層的藍寶石基板。基板厚度為430μm。形成熱變性層前的基板的翹曲形狀及翹曲量是以雷射干涉計來測定。
接下來，將二片的上述藍寶石基板分別設置在表11所示的雷射條件的UV雷射裝置及表3所示的雷射條件的Fs雷射裝置的試樣臺上，進行延伸至藍寶石基板內部的熱變性層的形成。
在表14顯示實施例6及實施例7的各線間的間距、形成位置及雷射的脈衝間隔。熱變性層的形成前後的藍寶石基板的基板形狀是以雷射干涉計來量測、翹曲量及基板厚度是以線性規及雷射干涉計來量測。
在表15顯示熱變性層形成前後的基板的翹曲形狀、翹曲量。基板的翹曲形狀是顯示成膜面那一側的形狀。
使用脈衝寬度為10~15ns的UV雷射的實施例4的情況，由於起因於雷射波長的雷射能量大，形成的加工線的寬度粗。與實施例5相比，在相同加工條件下，在UV雷射加工中，由於基板單體的翹曲量較為增大，起因於多層膜的成膜的翹曲的矯正效果亦較大。因此，證明了得到相同基板單體的翹曲效果的情況，藉由使用UV雷射可縮短加工時間。其結果，可以削減磊晶成長用內部改質基板的製造成本。
另外，使用脈衝寬度為10~15ns的UV雷射的實施例6的情況，因為與上述同樣的理由而使雷射照射的加工線較粗。因此，與實施例7相比，縮短了得到相同基板單體的翹曲效果的加工時間。其結果，可以削減磊晶成長用內部改質基板的製造成本。
(實施例8、9)
在實施例6、7中，將已形成熱變性層的藍寶石基板與未形成熱變性層的習知的藍寶石基板同時置入MOCVD裝置，在藍寶石基板上成長氮化鎵層。各成膜步驟中的成長溫度及膜厚則與示於表8的條件相同。
現地(in-situ)觀察結果示於第9圖，各基板的成膜後的翹曲形狀及翹曲量示於表16。
如圖9及表16所示，藉由UV雷射照射而形成熱變性層的磊晶成長用內部改質基板，是與藉由Fs雷射照射而形成熱變性層的磊晶成長用內部改質基板相比，在基板上成長氮化鎵層的磊晶中，仍確認相同的基板變動抑制效果。另外，亦未生成起因於強力的UV雷射照射而因內部裂縫造成的破損。
根據以上的結果，瞭解到若是使用本發明的磊晶成長用內部改質基板而進行氮化物半導體層的磊晶成長，由於可以抑制基板的翹曲而使基板的翹曲變動變小，而提升薄膜的品質及均一性。
1．．．單晶基板
2．．．雷射照射裝置
3．．．改質區
4．．．間距
5．．．形成位置
6．．．熱變性層的長度
7．．．藍寶石基板
8．．．低溫緩衝層
9．．．n- GaN層
10．．．InGaN系活性層
第1圖是一模式說明圖，顯示本實施形態的磊晶成長用內部改質基板的製造方法的一例。
第2圖是一系列的平面圖，顯示相對於單晶基板的平面方向之熱變性層的配置圖形形狀的一例。其中第2圖(a)是一平面圖，是顯示一條紋形狀，其是將複數條的線形成為垂直於基板的定向平面(orientation flat)；第2圖(b)是一平面圖，是顯示一條紋形狀，其是將複數條的線形成為平行於基板的定向平面；第2圖(c)是一平面圖，是顯示組合第2圖(a)及第2圖(b)所示的配置圖形形狀的格狀；第2圖(d)是一平面圖，是顯示將同一尺寸的複數個正六角形規則性地配置的形狀，其是使一個正六角形的六個頂點全部一定與鄰接此一正六角形的其他正六角形的任一頂點重合；第2圖(e)是一平面圖，是顯示同心圓形狀。
第3圖(a)至第3圖(d)是顯示多層膜的一例之氮化物半導體層的磊晶成長步驟的圖。
第4圖是顯示第3圖所示的半導體層的磊晶成長步驟中的現地(in-situ)觀察例。
第5圖是顯示基板的翹曲量與曲率的關係的圖。
第6圖是顯示本實施形態相關的形成附多層膜內部改質基板時的現地(in-situ)觀察例的圖。
第7圖是顯示形成實施例2相關的熱變性層之後的對於基板曲率的形成位置與間距依存性的圖。
第8a圖是顯示實施例3相關的試樣10的現地(in-situ)觀察結果的圖。
第8b圖是顯示實施例3相關的試樣12的現地(in-situ)觀察結果的圖。
第8c圖是顯示實施例3相關的試樣14的現地(in-situ)觀察結果的圖。
第8d圖是顯示實施例3相關的試樣16的現地(in-situ)觀察結果的圖。
第8e圖是顯示實施例3相關的試樣18的現地(in-situ)觀察結果的圖。
第8f圖是顯示實施例3相關的試樣20的現地(in-situ)觀察結果的圖。
第9圖是顯示實施例8與實施例9相關的試樣的現地(in-situ)觀察結果的圖。
4．．．間距
5．．．形成位置
6．．．熱變性層的長度

Claims (38)

  1. 一種磊晶成長用內部改質基板，其特徵在於包含：一單晶基板；以及藉由對該單晶基板照射雷射而形成於該單晶基板的內部之用以控制翹曲形狀及/或翹曲量的一熱變性層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之磊晶成長用內部改質基板，其特徵在於該雷射照射，是以滿足下列A與B的至少其中之一記載的照射條件的方式而實施：<照射條件A>‧雷射波長：200nm~400nm‧脈衝寬度：奈秒等級(order)<照射條件B>‧雷射波長：400nm~5000nm‧脈衝寬度：毫微微(femto)秒等級(order)~微微(pico)秒等級(order)。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之磊晶成長用內部改質基板，其特徵在於：對於該單晶基板的厚度方向的相對位置，將成為成膜面的單面側視為0%、將與該成膜面為相反側的面視為100%時；該熱變性層是設在該單晶基板的厚度方向的3%以上、95%以下的範圍內。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之磊晶成長用內部改質基板，其特徵在於是將該熱變性層以相對於該單晶基 板的平面方向以選自下列形狀的至少其中之一的圖形而設置：i)規則性地配置複數個同一形狀及同一尺寸的多角形之形狀；ii)規則性地配置複數個同一形狀及同一尺寸的圓或橢圓之形狀；iii)同心圓狀；iv)相對於該單晶基板的中心點大致成點對稱而形成的形狀；v)相對於通過該單晶基板的中心點的直線大致成線對稱而形成的形狀；vi)條紋形狀；以及vii)螺旋形狀。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之磊晶成長用內部改質基板，其特徵在於：上述規則性地配置複數個同一形狀及同一尺寸的多角形之形狀是格狀。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之磊晶成長用內部改質基板，其特徵在於構成該格狀圖形的線的間距(pitch)是在50μm以上、2000μm以下的範圍內。
  7. 如申請專利範圍第1或2項所述之磊晶成長用內部改質基板，其特徵在於：該單晶基板的材質是選自藍寶石、氮化物半導體、Si、GaAs、水晶及SiC的至少一種。
  8. 如申請專利範圍第1或2項所述之磊晶成長用內部改質基板，其特徵在於在形成該熱變性層前的該單晶基板 的形狀是：其成膜面為凹面，且該凹面的曲率是大於0km-1 、160km-1 以下。
  9. 如申請專利範圍第1或2項所述之磊晶成長用內部改質基板，其特徵在於：該凹面的曲率是40km-1 以上、150km-1 以下。
  10. 如申請專利範圍第1或2項所述之磊晶成長用內部改質基板，其特徵在於：該凹面的曲率是85km-1 以上、150km-1 以下。
  11. 如申請專利範圍第1或2項所述之磊晶成長用內部改質基板，其特徵在於：該單晶基板的直徑是50mm以上、300mm以下。
  12. 如申請專利範圍第1或2項所述之磊晶成長用內部改質基板，其特徵在於：該單晶基板的厚度是0.05mm以上、5.0mm以下。
  13. 如申請專利範圍第1或2項所述之磊晶成長用內部改質基板，其特徵在於：該單晶基板之成為成膜面的面為研磨面，對於該單晶基板的雷射照射是通過該研磨面而進行。
  14. 一種附多層膜內部改質基板，其特徵在於包含：一單晶基板；以及藉由對該單晶基板照射雷射而形成於該單晶基板的內部之用以控制翹曲形狀及/或翹曲量的一熱變性層；其中在該單晶基板單面設有具二層以上的多層膜。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之附多層膜內部改質 基板，其特徵在於：構成該多層膜的至少一層的是氮化物半導體結晶層。
  16. 一種半導體裝置，其特徵在於：具有如申請專利範圍第14項所述之附多層膜內部改質基板。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之半導體裝置，其特徵在於：該半導體裝置是發光元件、電子裝置、受光元件的任一種。
  18. 一種半導體塊材基板，其特徵在於：其是由具有如申請專利範圍第14項所述之附多層膜內部改質基板的該多層膜所構成。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之半導體塊材基板，其特徵在於：該半導體塊材基板是由Alx Iny Gaz N(x+y+z=1、x≧0、y≧0、z≧0)所構成。
  20. 一種磊晶成長用內部改質基板的製造方法，其特徵在於藉由對一單晶基板照射雷射，而在該單晶基板的內部形成用以控制翹曲形狀及/或翹曲量的一熱變性層。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之磊晶成長用內部改質基板的製造方法，其特徵在於該雷射照射，是以滿足下列A與B的至少其中之一記載的照射條件的方式而實施：<照射條件A>‧雷射波長：200nm~400nm‧脈衝寬度：奈秒等級(order)<照射條件B>‧雷射波長：400nm~5000nm ‧脈衝寬度：毫微微(femto)秒等級(order)~微微(pico)秒等級(order)。
  22. 如申請專利範圍第20或21項所述之磊晶成長用內部改質基板的製造方法，其特徵在於：對於該單晶基板的厚度方向的相對位置，將成為成膜面的單面側視為0%、將與該成膜面為相反側的面視為100%時；將該熱變性層形成為位在該單晶基板的厚度方向的3%以上、95%以下的範圍內。
  23. 如申請專利範圍第20或21項所述之磊晶成長用內部改質基板的製造方法，其特徵在於是將該熱變性層形成為描繪出相對於該單晶基板的平面方向之選自下列形狀的至少其中之一的圖形：i)規則性地配置複數個同一形狀及同一尺寸的多角形之形狀；ii)規則性地配置複數個同一形狀及同一尺寸的圓或橢圓之形狀；iii)同心圓狀；iv)相對於該單晶基板的中心點大致成點對稱而形成的形狀；v)相對於通過該單晶基板的中心點的直線大致成線對稱而形成的形狀；vi)條紋形狀；以及vii)螺旋形狀。
  24. 如申請專利範圍第23項所述之磊晶成長用內部改質基板的製造方法，其特徵在於：上述規則性地配置複數個同一形狀及同一尺寸的多角形之形狀是格狀。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之磊晶成長用內部改質基板的製造方法，其特徵在於構成該格狀圖形的線的間距(pitch)是在50μm以上、2000μm以下的範圍內。
  26. 如申請專利範圍第20或21項所述之磊晶成長用內部改質基板的製造方法，其特徵在於：該單晶基板的材質是選自藍寶石、氮化物半導體、Si、GaAs、水晶及SiC的至少一種。
  27. 如申請專利範圍第20或21項所述之磊晶成長用內部改質基板的製造方法，其特徵在於在形成該熱變性層前的該單晶基板的形狀是：其成膜面為凹面，且該凹面的曲率是大於0km-1 、160km-1 以下。
  28. 如申請專利範圍第20或21項所述之磊晶成長用內部改質基板的製造方法，其特徵在於：該凹面的曲率是40km-1 以上、150km-1 以下。
  29. 如申請專利範圍第20或21項所述之磊晶成長用內部改質基板的製造方法，其特徵在於：該凹面的曲率是85km-1 以上、150km-1 以下。
  30. 如申請專利範圍第20或21項所述之磊晶成長用內部改質基板的製造方法，其特徵在於：該單晶基板的直徑是50mm以上、300mm以下。
  31. 如申請專利範圍第20或21項所述之磊晶成長用內 部改質基板的製造方法，其特徵在於：該單晶基板的厚度是0.05mm以上、5.0mm以下。
  32. 如申請專利範圍第20或21項所述之磊晶成長用內部改質基板的製造方法，其特徵在於：該單晶基板之成為成膜面的面為研磨面，對於該單晶基板的雷射照射是通過該研磨面而進行。
  33. 一種附多層膜內部改質基板的製造方法，其特徵在於：藉由對一單晶基板照射雷射，而在該單晶基板的內部形成用以控制翹曲形狀及/或翹曲量的一熱變性層；再在該單晶基板的單面形成具二層以上的多層膜。
  34. 如申請專利範圍第33項所述之附多層膜內部改質基板的製造方法，其特徵在於：構成該多層膜的至少一層的是氮化物半導體結晶層。
  35. 一種半導體裝置的製造方法，其特徵在於：使用如申請專利範圍第14項所述之附多層膜內部改質基板而形成半導體裝置。
  36. 如申請專利範圍第35項所述之半導體裝置的製造方法，其特徵在於：該半導體裝置是發光元件、電子裝置、受光元件的任一種。
  37. 一種半導體塊材基板的製造方法，其特徵在於：使用具有如申請專利範圍第14項所述之附多層膜內部改質基板的該多層膜而形成半導體塊材基板。
  38. 如申請專利範圍第37項所述之半導體塊材基板的製造方法，其特徵在於：該半導體塊材基板是由 Alx Iny Gaz N(x+y+z=1、x≧0、y≧0、z≧0)所構成。
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