TW201201407A - Internal reforming substrate for epitaxial growth, internal reforming substrate with multilayer film, semiconductor device, bulk semiconductor substrate, and production methods therefor - Google Patents

Description

201201407 四、 指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：第（2)圖。 (二） 本代表圖之元件符號簡單說明： 4〜間距； 5〜形成位置； 6〜熱變性層的長度。 五、 本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式 無0 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於磊晶成長用内部改質基板、附多層膜内 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。 【先前技術】 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型彼覆層（cladding layer)、N型 201201407

InGaN構成的活性層、p型AiGaN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（d〇uble heterostructure)。活性層是由僅為 jnxGahMosxsu 構成的井層的單一量子井（SQW: single quantum weU)構 造或 InxGa丨-xN(〇S 1)構成的井層與 InyGahN(〇$ 1、 y<x)構成的阻障層的多重量子井（MQW:multi Quantumwell) 構造之含I η的組成而成（請參考專利文獻i)。 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A1N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

"丁視的裂縫（macrocracks)而使應力緩和。

201201407 :一大幅變化’會對氮化物半導體膜的品質、發光波長的 ::性專造成影響。另外在實際上，多有設定藍寶石基板 的想曲形狀及麵曲4’而利用與基板的熱膨脹係數差，使 HN系活性層中的基板曲率大致為。。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-方面，已知在分割在藍寶石基板上層積氣化物半 導體而成的發光元件之時，將脈衝雷射集束於具有 、90 " m左右的厚度的藍寶石基板的内部，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20 0 6-347776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 ( 1 993) pp 1528-1533 【非專利文獻 2】J. Cryst. Growth，Vol. 272，Issues 1~4 (2004), pp. 94-99 201201407 【發明内容】 【發明所欲解決的問題】 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f、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A 〇之手法。也就是先賦予藍寶石基板在 I n G a N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 ^夺藍寶石基板的大幅翹曲，會有薄膜品質及薄膜品質 ^ 勺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 :光—極體等的裝置的良率的影響报大，冑必要透過所有 步驟來抑制基㈣曲與其變化量，而縮小基板的龜曲 仃為本身’但習知技術並未存在那樣的藍寶石基板。 1 旦藍寶石基板的口徑變大，會有研磨加工造 的精在的翹曲形狀及翹曲量的控制本身變得困難的問 201201407 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’在基板面内的表面粗糙度的些微的參差不齊是成 為_曲的重要原因。 特別疋在大口徑基板中，使基板面内的表面粗縫度平 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， 而貫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 EL〇G(epitaxial lateral over growth)法、DEEP(disl〇cati〇neliminati〇n of inverted-pyramidal Pits)法、VAS(v〇id_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内部改質基板、使用上述磊晶成 長用内部改質基板的附多層膜内部改質基板、半導體裝 201201407 置、半導體塊材基板以及此等的製造方法。 【用以解決問題的手段】 上述目的是藉由以下的本發明而達成β也就是， 本發明的磊晶成長用内部改質基板，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内部的一熱變性層。 本發明的磊晶成長用内部改質基板的一實施樣態較好 疋.上述雷射照射，是以滿足下列Α與Β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〜400γππ •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（femt〇)秒等級（〇rder)〜微微（pic〇) 秒等級（order·)。 本發明的磊晶成長用内部改質基板的其他實施樣態較 好疋.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〇%、將與上述成膜面為相反側的面視 為im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%以下的範圍内。 b本發明的蟲晶成*用内料質基板的其他實施樣態較 好疋·將上34熱變性層以相對於上述單晶基板的平面方向 ，選自下列形狀的至少其中之一的圖形而設置： 201201407 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； i i)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； i i i )同心圓狀； i v )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； v i)條紋形狀；以及 v i i)螺旋形狀。 本發明的蟲晶成長用内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。 本發明的蠢晶成長用内部改質基板的其他實施樣態較 好疋·構成上述格狀圖形的線的間距（pitch)是在5〇//ιη以 上、200〇em以下的範圍内。 本發明的遙晶成長用内部改質基板的其他實施樣態較 好疋.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。 本發明的蟲晶成長用内部改質基板的其他實施樣態較 好疋.在形成上述熱變性層前的上述單晶基板的形狀是： ，、成膜面為凹面，且上述凹面的曲率是大於Okm-,、16〇knrl 以下。 201201407 本發明的蠢晶成長用内部改質基板的其他實施樣態較 好疋在形成上述熱變性層前的上述單晶基板的形狀是： 八成膜面為凹面，且上述凹面的曲率是以上、l5〇knfl 以下。. · 曰本發明的蠢晶成長用内部改質基板的其他實施樣態較 好疋.在形成上述熱變性層冑的上述單晶基板的形狀是·· 八成膜面為凹面’且上述凹面的曲率是Mb ,以上、 以下。 本發明的蟲晶成長用内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以下。 本發明的蟲晶成長用内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H以上H以下。 a本發明的^成長用内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®，對於上 述單晶基板的雷射照射是通過上述研磨面而進行。 一本發明的附多層膜内部改質基板，其特徵在於包含： —單晶基板；以及藉由對上述單晶基板照射雷射而形成於 j述單晶基板的内部的—熱變性H中在上述單晶基板 單面設有具二層以上的多層膜。 本發明的附多層膜内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—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 乾圍第14項所述之附多層膜内部改質基板。 本發明的半導體裝置的其他實施樣態較好是：上述半 201201407 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 如申晴專利範圍第14項所述之附多層膜内部改質基板的 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AlxInyGazN(x+y + z = 1、、 0)所構成。 本發明的磊晶成長用内部改質基板的製造方法，其特 徵在於藉由董卜單晶基板照射雷_，而在上述單晶基板的 内部形成一熱變性層。 本發明的磊晶成長用内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，是以滿足下列八與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（femt0)秒等級（〇rder)〜微微 秒等級（order) 本發明的磊晶成長用内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〇%、將與上述成膜面為相 反側的面視為1 〇〇%時，將上述熱變性層形成為位在上述單 10 201201407 曰曰 基=厚度方向的3%以上、95%以下的範圍内。 本發明的磊晶成長用内部改 實施樣態較好是：是將上述熱變性；成：造方法的其他 的圖形： …自下列形狀的至少其中之一 1 )規則性地配置複數個同一 之形狀； t狀及同-尺寸的多角形 i i )規則性地配置複數個同 橢圓之形狀； 一形狀及同一 尺寸的圓或 i i i)同心圓狀； 晶基板的中心點大致成點對稱而形 iv)相對於上述單 成的形狀； 的中心點的直線大致成線 v) 相對於通過上述單晶基板 對稱而形成的形狀； vi) 條紋形狀；以及 v i i )螺旋形狀。 本發明的蟲晶成I用内料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内部改質基板的製造方法的其他 實把樣態較好是：構成上述格狀圖形的線的間距（p i 是在50从m以上、2000从m以下的範圍内。 本發明的磊晶成長用内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 11 201201407 化物半導體、Si、GaAs、水晶及SiC的至少_種。 本發明的蟲晶成長用内部改質基板的製造方法的其他 實施樣態較好疋.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 , ，，，面，且上述凹面的曲率是大於

Okm 、160km 以下。 本發明的磊晶成長用内部改質基板的製造方法的苴他 實施樣態較好是：在形成上述熱變性層前的 的形狀是：其成膜面為凹面，且上述凹面的曲率是4〇^ 以上、150km-1以下。 本發明的蟲晶成長用内部改質基板的製造方法的立他 實施樣態較好是：在形成上述熱變性層前的上述單晶 的形狀是：其成膜面Xnnt „ 土 八珉犋面為凹面，且上述凹面的曲率 以上、150km'1以下。 本發明的爲晶成長用内部改質基板的製造方法的直他 實施樣態較好是：上述單晶基板的直徑是I以上H 以下。 本發明的蟲晶成長用内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S U5mm以上、 5. Omni 以下。 本發明的蟲晶成長用内部改質基板的製造方法的直他 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。 本發明的附多層膜内部改質基板的製造方法，其特徵 12 201201407 在於.#由對一單晶基板照射雷射 内邱桕士 & μ 在上这早晶基板的 内。ρ形成一熱變性層；再在上 層以上的多層膜。 …基板的早面形成具二 本發明的附多層膜内部改質基板的製造方 ^樣態較好是··構成上述多層膜的至少—層的是氮化^ 導體結晶層。 干 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項所述之附多層膜内部改質基板而 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： 使用具有如中請專利範圍第14$所述之附多層膜内部改 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AlxInyGazN(x+y+z=l、xg ο、yg ο、zg ο)所構成。 【發明功效】 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内部改質基板、使用上述 磊晶成長用内部改質基板的附多層膜内部改質基板、半導 體裝置、半導體塊材基板以及此等的製造方法。 13 201201407 【實施方式】 【用以實施發明的最佳形態】 本實施形態的蠢晶成長用内部改質基板，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 形成於上述単晶基板的内部的一熱變性層。另外，你 • 便用成 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内部改質基板的 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。 厚度方向的 基板的厚度 翹曲的作用 作為此 射雷射的方 的原子的多 圍的區域相 度的變性， 長用内部改 至少經由在 驟來製造。 熱變性層」是藉由局部性地加熱單晶基板的 内部的一部分的區域而形成的層。一旦在單晶 方向形成為：等分的單侧的區域1有使基板 而使形成熱變性層的區域那一側的面凸出。 熱變性層㈣成方法者，是使精單晶基板照 法。此一情況’藉由存在於受到雷射照射區域 光子吸收’此區域會受到局部性的加熱而與周 比會發生結晶構诰、a a k k Μ k '，，°日日性的變化等的某種程 而形成熱變性層。a v 也就疋本貫施形態的磊晶成 質基板，是藉由Λ 對早日日基板照射雷射，而可以 早晶基板的厚唐大 ^方向的内部形成熱變性層的步 14 201201407 一雷射照射條件— 另外’雷射的照射’只要是可形成熱變性層，可 式各樣的照射條件來實施；但—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 使用斷續性地發出雷射光的脈衝雷射在下列。及 _ 的範圍内實施。 不 1) 雷射波長：200nm〜500 0nm 2) 脈衝寬度：毫微微（femt。）秒等級（。伽）〜奈秒等 級（〇rder)(lfs一i〇00ns) 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、形成於單晶基板内的熱變性層的 尺寸·圖形精度、f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)(lns〜1 000ns)。另外，更好 為 10ns 〜15ns。 〈照射條件B〉 雷射波長· 400nm〜5000nin •脈衝寬度：毫微微（femt0)秒等級（order)〜微微（pic〇) 秒等級（orderXlfs〜l〇〇〇ps)。另外，更好為2〇〇fs〜8〇〇fs。 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 15 201201407 的其他條件為相同而音而 B，照射條件計、 射的情況，比起照射條件 需的雷射加工時^另 1 了獲得同程度的勉曲橋正效果所 擇比成為雷射_:單?=射的波長，較適合選 長區的波長。 象的早日日基板的吸收端波長還長的波 在此處，單晶基板為Si基板的情況，可使用 照射條件Β»此一捽，口 „ 月凡了使用上述上述 例如從實^ 為雷射波長以外的其他條件者， 眭、量產性等的觀點，較好為在以下所示 圍内做選擇。 「W不的範 •脈衝寬度：5〇ns〜20〇ns 重複頻率：10kHz〜500kHz •照射能量：J〜30“ J •雷射的點尺寸：〇.5em〜4.(^m s :樣臺的掃描速度：5w_Ws(更好為i〇w 1U00mm/s) 另外’單晶基板為GaAs基板的情況，可 J 用上述上述 照射條件B。此-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 圍内做選擇。 & •脈衝寬度：30ns〜80ns •重複頻率：10kHz~500kHz •照射能量：8 v J〜20" J •雷射的點尺寸：〇.5em〜4.0"m 100mm/s〜 •試樣臺的掃描速度：50nm/s〜l〇〇〇mm/s(更好為 16 201201407 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—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 圍内做選擇。 & •脈衝寬度：200ns〜800ns •重複頻率：10kHz〜500kHz •照射能量：3// J~6/z J •雷射的點尺寸：〇· 5从m~4. 0/z m •試樣臺的掃描速度：50_/s〜1〇〇〇 —(更好為ι〇〇 — 1 000mm/s) 另外，單晶基板為钽酸鋰基板的情況，可使用上述上 述照射料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 的範圍内做選擇。 •脈衝寬度：200fs〜800fs •重複頻率：l0kHz~500kHz •照射能量：3以J〜6// J •雷射的點尺寸：〇· 5/2 m〜4. 0 # ra •试樣臺的掃描速度：50mn/s〜l 000mm/s(更好為1〇〇職々 1 000mm/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 17 201201407 圍内做選擇。 •脈衝寬度：l〇ns~15ns •重複頻率：10kHz~500kHz •照射能量：1〇 # j〜20 // J •雷射的點尺寸：〜4.0/zin •試樣臺的掃描速度：50mm/s〜1 000mm/s(更好為1〇〇mm/s〜 10 0 Omm/s) 另外’在表1與表2是顯示對Si基板、GaAs基板、 水晶基板、组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。

Si GaAs 水晶 一 波長（nm) 1064 1064 1045 脈衝寬度(sec) 120x10-9 70xl〇-9 500x10—15 一 重複頻率(kHz) 100 15 100 _ .點尺寸（/zm) 1.5 1.5 1.0 雷射功率(W) 0.3-1.2 0.2 0.4 -試樣臺掃描速度(mm/s) 200〜300 200 400 【表2】 钽酸鋰 玻璃 波長(nm) 355 355 脈衝寬度（sec) 10 〜15xl(Ta 10〜15xl〇-9 一- 重複頻率(kHz) 50 50 點尺寸 1.0 1.0 雷射功率 0.1 〜0.5 0. 5-2.0 成樣臺掃描速度(mm/s) 600 600 作為用於製作本實施形態的磊晶成長用内部改質基板 18 201201407 的單晶基板的構成材f，只#是可以藉由雷射照射而 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、加等。/ 用上述照射條件A的情況，特別可適用Si、、水曰吏 或W。另外，不是單晶基板，亦可以是石英、玻壤等3曰。、 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，在後續的蟲晶成長步驟中多層膜是形成於 已作鏡面研磨那-側。另外，視需求亦使使用雙面已作鏡 面㈣的單晶基板。此-情況，任一面均可作為成膜面。 單曰日基板的平面方向的形狀並無特別限定例如可以 :方形等’而從容易適用已知的各種元件的生產線的觀 n較好為圓形，特別好為設有定向平面(。r — ilat)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 ^單晶基板的直徑較好為5_以上、更好為75咖以上、 『"A ^為15Gmm以上。另外’直徑的上限值並無特別限定， π攸貫用上的觀點較好為300顏以下。 另外’單晶基板的厚度較好為5Qmm以下、較好為 以下、更好為2.〇mm以下。厚度的下限值並無特別 ;二從確保單晶基板的剛性的觀點較好為0.0一、 人野為以上。 右^ 卜’单日日基板20的形狀為圓形或設 平面的圓形的情況，直徑為5〇随以上、·以下 好為:度較好為〇 3mm以上，·直徑超過15〇mm時，厚度較 对為〇· 5mm以上。 19 201201407 來針對形成磊晶成長用内部改質基板的具體 例，使用圖式來作說明。第 弟1圖疋一模式說明圖，顯示本 實施形態的磊晶成長用内 丨（又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 上而貫施。另夕卜，固定較好是藉由例如真空吸附等，以可 ㈣正單晶基们的翹曲的方式來實施。然後，從固定於 4樣臺的單晶基板i的表面（成膜面）那—側，藉由雷射照 =裝置2來照射雷射。此時，使雷射集束於單晶基板1的 厚度方向的内部的同時’使雷射照射裝置；與單晶基板1 在水平方向相對移動，而形成為點（sP⑷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。“適當地選擇雷射的點尺寸、雷射強度、脈衝 寬度等T以控制對於單晶基板j的平面方向、厚度方向 等的熱變丨生層熱變性層的尺寸、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i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 ^種的改質區圖形3。改質區3是指受到雷射照射的部 20 201201407 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； 11 )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； i i i)同心圓狀； i v )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； v i)條紋形狀；以及 v i i )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—形狀及同一尺寸的 21 201201407 多角形之形狀者’特別較好為將同_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（phch)，較好 為50^〜2_^的範圍内、更好為1〇〇^1〇〇〇^的範 圍。藉由使間距為50㈣以上，可抑制雷射加工所需要的 時間增加到超過所需時間.s 品矸間，另外，藉由使間距為2000以m 以下，可更確實地矯正單晶基板的翹曲。 第2圖是-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-例；具體而言，是 顯不早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-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));袓人、▲ ㈤ 以’，、且合這些圆形形狀的格狀（ 圖（C))等。另外，作為1m 作為其他的配置圖形形狀者 的有：將同一尺寸的溢缸加 準出 的複數個正六角形規則性 狀，其是使一個正六角报的形 正六角形的其他正六角形的鄰接此- 士頂點重合（第2圖（d)) · π 心圓形狀（第2圖（e))等。其’冋 是意指線間的間距。3外’…2圖⑷的寬“， 本實施形態的蟲晶成長用内部改質基板中 卜f 日日 22 201201407 基板的厚度方向的内部設置熱變性層，則因應磊晶成長用 内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麵曲並縮小基板的麵曲行為。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’有難以橋正趣曲的情況。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 成後的單晶基板的輕曲量的變化量，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 & 、 町相對位置5，將成為成膜面 的單面側視為0%、將盥成胺 /、成膜面為相反側的面視為100%時， 熱變性層較好是設在該單 土板的厚度方向的3%以上、95% 以下的範圍内、更好是設在 飞早日日基板的厚度方向的3%以 上、50%以下的範圍内。藉 仕早日日基板的厚度方向將熱變 性層設在上述數值範圍内， Λ s & 』更有效地矯正單晶基板的翹 署，… I相對於早晶基板的厚度方向的存在位 置，複數個熱變性層較好為全 y- . _ 存在於相同位置，但亦可 存在於不同位置。此一情 黽曰Λ k Μ 1 亦考慮各個熱變性層相對於 日日基板的平面方向的配置 W Λ iamiA- a ^ , 罝，亦可將各個熱變性層配 1在相對於早晶基板的厚廑 又万向的不同位置，而使嗖置埶 變性層所造成的翹曲的綠 I而使°又置熱 政果不會有顯著損失。另外， 23 201201407

單晶基板的應力， 量受到有效、精名 所述’藉由在單晶基板内部形成熱變性層而控制 的應力，可以獲得單晶基板的翹曲形狀及/或翹曲 、精密地控制的磊晶成長用内部改質基板。 另外，本實施形態的附多層膜内部改質基板，其特徵 在於：在藉由本發明完成的磊晶成長用 膜面設置具二層以上的多層膜。 内部改質基板的成 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-膜厚的連續層所構成，最表層的薄膜為不 具如同貫通-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 附多層膜内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。 夕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，亦可列舉錄膜法等的 液相成膜法，但較好為使用濺鍍法、CVD法（Chemical VapQi_ Deposit ion)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M〇cvd法 (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 、 HVPE 法 24 201201407 (Hydride vapor phase ργμ·、 F .+ Pltaxy)、咖法㈤ecuiarBeam

Epitaxy)·#的氧相成膜法。另 卜 蟲日日成長用内部改質盖 板的成膜面較好為鏡面狀離 • ^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，構成多層臈的至少_層較好 是多層膜中的至少任一層更 層特別 外，從可以利用露出於磊晶 另 …而… 曰曰成長用内部改質基板的成膜面 的一面來使磊晶成長的觀 马構成多層膜的各層 中的至：>' 與蟲晶成長用内部改 厝盔社日a 土板的成膜面的直接接觸 層為結晶性層，亦可以I错 性層。W / 多層膜的全部的層均為結晶 曰 J 組成或混晶的均質 磊日日成長、異質磊晶成長。 ^ a m ^ 構成夕層膜的各層的材 ,’、疋叫製作的元件而適當選擇，作若老虐丨石 用内部改質基板是由藍寶石基板算^考慮到從晶成長 杰久藤Μ 基板4的無機材料所構成’構 ==Γ好為金屬材料、金屬氧化物材料、無機 +導體材枓等的無機材料，較 u 〜^ 丨的層疋由這些盔機 材料中但:’使用M0CVD法的情況’會有在此無機 材枓中微^入有機金屬來源的有機物的可能。（追… 作為構成多層膜的各層

季、Airf τ 滑的具體例者，可列舉出的有GaN 系AlGaN糸、InGaN系等的氮化物 用於利用用於面發光雷射等的發光元件導體；阳層’作為適 太陽電池等的a光元杜！ 件、用於光感剛器、 等的又先讀、用於電子電路等的半導體 的各種的氮化物半導體來势 4 干等體來裟u件的材料。另外，此 '，、用藍寳石基板作為單晶基板。 25 201201407 第3圖是顯示多層膣 犋的一例之氮化物半導體層的磊晶 成長步驟的圖。 作為多層膜的層構忐 一 成的具體例者，例如如第3圆所 示’使用藍寶石基板作為田 ^益日日烕長用内部改質基板，首先 進行藍寶石基板的熱清 糸^第3圖（a))、進行低溫緩衝層8 的成長（第3圖（b))。接下來，杰且目士 术成長具有n- GaN層9(第3 圖（C))'多重量子井構造的WaN系活性層1G(第3圖⑷）。 第4圖是顯示第3圖所示的半導體層的蠢晶成長步驟 中的現地（in-situ)觀察例。第5圖B 二± 弟 圖疋"肩不基板的輕曲量與 曲率的關係的圖。第6 n η舶-山+ ^ 乐b圖疋顯不本貫施形態相關的形成附 多層膜内部改質基板時的银+山广. 吁的現地（ln-situ)觀察例的圖。 如非專利文獻2所揭露’可藉由現地觀察定 量地解析成膜中的藍寶石基板的動靜，也就是可知道Μ 的勉曲形狀，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（“」）。縱轴 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， :示以基板的曲率半㈣R、具有曲率1/R的基板的趣曲 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)— χ)2 + 2 _ J十。根據此 式，基板的直徑為50mm的情況，可求得翹曲量（以m)為 0. 322x曲率（km !);基板的直徑為1〇〇mn]的情況，可求得翹 曲量（em)為 1.250x 曲率（kmH)。 26 201201407 第4圖中的s普線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500〜60(TC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lOOOt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内 均一性顯著惡化。僅以成膜條件來控制基板面内均一性， 公s忍在技術上有困難。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700〜80(TC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内均一性，而會影響LED 晶片的製造良率。由於InGaN層的膜厚、I η組成等會受到 成膜m·度的影響’為了提升基板面内的溫度均一性，理想 201201407 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輕曲’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I nGaN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内部形成改質區 圖形而製作本發明的磊晶成長用内部改質基板、形成氮化 物半導體層的情況的現地（4^比）的第一例，顯示在第4 圖中的譜線B。 譜線B中的内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，是顯示使用内部改質藍寶石基 板的例子，此内部改質藍寶石基板是與譜線B的情況相 同在^知的藍寶石基板内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 鲍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—步 28 201201407 地大於譜線A、B。 在上述的譜線β、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，同時磊晶成長用内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〗nGaN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内部改質基板如第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— 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自、且此凹面的曲率 為大於Ok〆、16〇k^以下者。另夕卜，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 40km'1以上、ΙδΟΙίηΤ1以下，更妊盔 _ 更好為85km以上、150km—1以 T 。 29 201201407 如上所述，藉由使用本發明的磊晶成長用内部改質基 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内部改質基板。 若使用以本發明取得的附多層膜内部改質基板而構成 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内部改質基;i 的兀件製造方法，具體而言至少依序實施以下的⑴ 所示步驟’而可以製作包含元件部分、與具有大致對應」 70件部分的尺寸的單晶基板之元件。 ⑴元件部分形成步驟’圖形化本實施形態的附多層月 内部改質基板的多層膜’而形成各個元件部分； 。。力磨步驟’將在單面形成元件部分的附有元件部， 基板的未形成元件部分的面，研磨到至少移除熱， 性層為止； j預疋線形成步驟，從研磨步驟中受研磨面 預定各個元件部分的邊界線，以照射雷射而形成 (4)分割步驟， 預定線而施加外力 著分割預定線形成步驟中形成的分割 以元件部分單位分割附有元件部分的 30 201201407 早晶基板； 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 j ’使用殘留於單晶基㈣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+，也 士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 社上攻方法中，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 f用性。因此可以說是使用以雷射照射形成的熱變性層來 貫施分割步驟的情況’特別較好為依序實 所示步驟。 、^ 另^使用本發明的附多層膜内部改質基板作為底層 材料，可精由進一步的磊s 士且 ^ m BB 而形成具有本身可供使用 的膜厚之、.、口晶性膜的厚膜。另外’將結晶性膜的厚膜從姓 晶成膜體構成的底層㈣㈣塊材基板/ =，在本發明的蟲晶成長用内部改質基板上 a日性膜的厚膜，並從磊晶 、，口 亦vr摇~ ^ 用内。P改質基板分離，藉此 亦了，晶性膜的厚膜構成的塊材基板。若使 的磊晶成長用内部改質基板， ;可以抑制成膜中或成模 201201407 後發生的基板翹曲，可以形成膜厚而不會發生裂縫。例如， 若在蠢晶成長用内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 從上述内部改質基板分離，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AlxInyGazN(x + y + z = ；l、〇、 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5〇//πι以上。另 外’作為厚膜的形成方法者，可使用M0CVD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 基板内部形成熱變性層’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。 【表3】 波長 1045 nm 脈衝寬度 500 fs 重複頻率 100 kHz 點尺寸 1. 6〜3. 5//m 雷射功率 0.3 W 试樣臺掃描速度 400 mm/s (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 32 201201407 2 =石基板。基板厚度為43Mm。形成熱變性層前的 土板的翹a形狀及—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 开y成延伸至藍寶石基板内部的改質區圖形。 在表4顯示試樣卜9的圖形形狀、各線間的間距、带 成位置及熱變性層的長度、每片的加工時間。形成改質區 圖开/後的藍寶石基板的基板形狀是以雷射干涉計來量測、 翹曲里及基板厚度是以線性規⑴_r柳㈣及雷射干涉 计來里測。在表4巾’丄〇. F·是顯示垂直於藍寶石基板的 定向平面、// 0.F·是顯示平行於定向平面。 【表4】 試樣No. 圖形开j狀 間距Uni) 形成位 (um) 改質層長度 (/zm) 加工時間 (min) No. 1 條紋（丄O.F.) 100卵 110/zm No. 2 5 230/zm 30 "m 5" No. 3 350/zm 40;/in ~~5 No. 4 條紋(//0. F.) 110/zm 25/zra 5 No. 5 230 "m 30/im 5 No. 6 350//m 40 5 No. 7 格狀 110"m 25 jum 10 No. 8 230/zm 30//m 10 No. 9 350//m 40 "m 10 在表5顯示改質區圖形形成前後的基板的翹曲形狀、勉曲 置、及熱變性層形成後的基板面内的麵曲形狀的對稱性。 基板的翹曲形狀是顯示成膜面那一側的形狀。 33 201201407 【表5】 圖形子 多成前 ----圖形形成前 試樣No. 形狀 麵曲量 (jum) 形狀 輕曲量 (/im) 對稱性 No. 1 凹 3 凸 40 0.F·平行方向的形狀發生變化 No. 2 凹 4 凹 4 No. 3 凹 5 凹 20 No. 4 凹 4 凸 40 3 O.F.垂直方向的形狀發生變化 變化為同心圓狀 No. 5 凹 3 凹 No. 6 凹 5 凹 20 40 No. 7 凹 2 凸 No. 8 凹 2 凹 2 No. 9 凹 卜3 凹 20 (實施例2) 使用單面已研磨的4对藍寶石基板，作為形成内部改 質區圖形的籃寶石基板。基板厚度為65Mm。與實施例丄 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内部的熱變性層。在表6顯示 試樣10〜19的熱變性層的形狀、間距、形成位置。 【表6】 __瑪裉!N〇. 圖形形狀 間距（//m) 形成·4立W C // πι^ No. 10 No. 1Ϊ No. 12 格狀 500 110 ~~ 500 110 ' No 13 500 340 ' No 14 500 340 ' ___— No. 15 ' _ No. 16 No 17 —~— _ 500 570 _ 500 570 〜 500 及 500 110 及 570 ~ No. 18 ~' 500 及 500 110及570〜 No. 19 —---- 500 及 250 110 及 570 430 110 34 201201407 形成熱變性層後的基板的_曲形狀是以t射干涉計來 量測、翹曲量是以線性規來量測。在纟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侧的形狀。 【表7】

另外，在第7 ®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卡已形成熱變性層的藍寶石基板中，將試 樣1 0 1 2、14、1 6、1 8與未形成熱變性層的習知的藍寶石 基板（作為試樣2〇)同時置入M0CVD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 【表8】 — 溫度rc) 膜厚（run) 550 500 GaN/InGalV 活性層 1070 5000 750 , 100/2 , 現地Un-situ)觀察結果示於第8a~8;f圖，各 35 201201407 試樣的基板翹(曲形狀、赵曲量及曲、玄· _ 竿示於表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R 8a圖所圖示，分別顯示 (1)相對於基板初期狀態的埶清、言· ., 4移料、⑵相對於基板 初期狀態的f層成長時、（3)相對於η·層成長级了 rGaN/InGaN活性層成長移行時、⑷相料基板初期狀 態的冷卻終了後的曲率的變化量。 ___試樣No. 基板形狀 ___No. 10 凸 _____ No. 12 凹 ___ No. 14 凹 No. 16 凸 _____ No. 18 凸 No. 20 凹 【表10】 試樣 ⑴ ⑵ Να相對於基板初相對於基板初期 ' 逭日ill食巨勒法itl：自η—麻

NojOΝ0ΓΤ2 期狀態的熱清 潔移行時 狀態的n-GaN層 成長時 ^Τ〇ίΐη-1)

88 126 N〇14ΝοΓΓθΝ〇Πδ

No. 20 89 90 86 85 85 142 144 121 119 138 (3) 相對於n-GaN層成長 終了時的 GaN/InGaN 時_ 101 131 134 101 97 129 (4) 相對於基板初 期狀態的冷卻 —後 44 58 59 50 48 60 (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1〇、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 36 201201407 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1G、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，在從層成 長終了時間點到移行至GaN/InGaN活性層成長的階段中， 5忍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 1 6、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i 〇、丨6、丨8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1〇、12、14、16、μ、 2〇的氮化鎵層的臈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2〇相比 疋提升了膜厚均一性。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（〇〇1)面、（1〇2)面的FWHM值，在試樣 中分別為203arcsec、418arcsec，在未形成熱變性層的 °式樣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1 〇中，與未形成熱變性層的 37 201201407 試樣2 0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，在藍寶石基板内 部形成熱變性層’ π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—方面，使用表3所 示的雷射條件，在相同藍寶石基板内部形成熱變性層，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 【表11】 波長（nm) 355 ~~Ί 脈衝寬度（sec) 10~15χ10·9 重複頻率(kHz) 50 點尺寸（βπ〇 1.0 雷射功率(W) Γ 0.1-0.5 試樣叠掃描速度(inm/s) 600 (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430 "m。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丨丨所 示的雷射條件的ϋν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内部的熱變 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 基板的基板开;j狀是以雷射干涉計來量測、麵曲量及基板厚 度是以線性規及雷射干涉計來量測。 38 201201407 【表12】 加工雷射 雷射加工條件 加工間距（em) 脈衝間隔（#m) 從基板表面算起的 加工深度（#m) 實施例4 UV雷射 200 · 4 110 實施例5 Fs雷射 200 4 110 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。 【表13】 加工雷射 加〕 〔前 加工後 實施例4 ^ UV雷射 jam) 5 形狀 翹曲（zt/in) _ 形狀 凹 116 實施例5 Fs雷射 5 凹 85 ~' _ 凸 一凸 (實施例6、7) 使用單面已研磨的2忖基板，作為形成熱變性層的藍 寶石基板。基板厚度為43〇"m。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丨丨所 的雷射條件的UV雷射裝置及表3所示的雷射條件的k 雷射裝置的試樣臺上’進行延伸至藍寶石基板内部 性層的形成。 …、變 在表14顯示實施例6及實施例7的各線間的間 成位置及雷射的脈衝間隔。熱變性層的形成前後的藍寶： 基板的基板形狀是以雷射干涉計來量測、 ：： 度是以線性規及雷射干涉計來量測。 及基板厚 39 201201407 【表14】 加工雷射 雷射加工條件 加工間距（//m) 脈衝間隔（//m) 從基板表面算起的 加工深度（//m) 實施例 uv 200 8 110.. 實施例Y Fs雷射 200 4 110 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。 【表_ 加工雷射 加工前 加工後 魅曲（/ΖΙΠ) 形狀 勉曲（_) 形狀—~ 實施例6 UV雷射 5 凹 62 凸 實施例7 Fs雷射 5 凹 62 凸 使用脈衝寬度為1 〇〜1 5ns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，起因於多層臈 的成膜的勉曲的橋正效果亦較大。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内部改質基板的製造 成本。 另外，使用脈衝寬度為1 (M 5ns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内部 改質基板的製造成本。 (實施例8、9) 40 201201407 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寳石基板同時置入m〇cVD裝 置在藍寶石基板上成長氣化錄層。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（ιη-situ)觀察結果示於第9圖，各基板的成膜後 的赵曲形狀及翹曲量示於表16。

如圖9及表16所示’藉由υνφ射照射而形成熱變性 層的磊晶成長用内部改質基板’是與藉由F s雷射照射而形 成熱變性層的蟲晶成長用内部改質基板相比，在基板上成 長氮化鎵層的遙晶中，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雷射照射而因内部裂縫造 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 用内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， ^

^ 川 J -ΓΠΓ ·+!» «'S 膜的品質及均一性。 / 【圖式簡單說明】 41 201201407 第1圖是一模式說明圖，顯示本實施形態的磊晶成長 用内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（&) 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（〇rienta1;i〇n nat);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蠢晶成長步驟 中的現地（i η - s i t u)觀察例。 第5圖是顯示基板的翹曲量與曲率的關係的圓。 第6圖是顯示本實施形態相關的形成附多層膜内部改 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。 42 201201407 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-si tu)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。 主要元件符號說明】 卜單晶基板； 3〜改質區； 5〜形成位置； 7 ~藍寶石基板； 9~n- GaN 層； 2~雷射照射裝置； 4〜間距； 6〜熱變性層的長度 8〜低溫緩衝層； 1 0 ~ I n G a N系活性層 43

Claims (1)

1. 201201407 七、申請專利範圍： 1· 一種磊晶成長用内部改質基板，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内 部的一熱變性層。 2. 如申請專利範圍第1項所述之磊晶成長用内部改質 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：200mn〜400nm 脈衝寬度：奈秒等級（order) 〈照射條件B> 雷射波長· 400nm〜5000nm 脈衝見度.毫微微（femt0)秒等級（order)〜微微（pic〇) 秒等級（order)。 3. 如申請專利範圍第丨或2項所述之磊晶成長用内部 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 單面側視為〇%、將與該成膜面為相反側的面視為1 〇⑽ 琢熟變性層是設在該單晶基板 95%以下的範圍内 4.如申請專利範圍第項任一項所述之蟲羞 内部改質基板，其特徵在於是將該熱變性層以相對 44 201201407 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—形狀及同—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； i i i)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 v i i)螺旋形狀。 5. 如申請專利範圍第4項所述之磊晶成長用内部改質 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内部改質 基板’其特徵在於構成該格狀圖形的線的間距（pitch)是在 50 # m以上、2〇〇0 v m以下的範圍内。 7·如申請專利範圍第1至6項任一項所述之磊晶成長 用内部改質基板，其特徵在於：該單晶基板的材質是選自 ^寶石氮化物半導體、Si、GaAs、水晶及SiC的至少一 種。 8.如申清專利範圍第1至7項任一項所述之磊晶成長 45 201201407 用内部改質基板’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 Oknf1、ΙβΟΙίπΓ1 以下。 9.如申請專利範圍第丨至7項任一項所述之磊晶成長 用内。卩改質基板，其特徵在於：該凹面的曲率是knf1以 上、150km_1以下。 10·如申請專利範圍第丨至7項任一項所述之磊晶成長 用内部改質基板’其特徵在於：該凹面的曲率是85knfl以 上、150km_l以下。 11.如申明專利範圍第丨至丨〇項任一項所述之磊晶成 長用内部改質基板’其特徵在於：該單晶基板的直徑是5〇_ 以上、300mm以下。 12_如申請專利範圍第1至n項任一項所述之羞晶成 長用内部改質基板’其特徵在於：該單晶基板的厚度是 〇. 05mm 以上、5. Omm 以下。 13. 如申請專利範圍第1至12項任一項所述之蟲晶成 長用内部改質基板’其特徵在於：該單晶基板之成為成膜 面的面為研磨φ ’對於料晶基板的雷射照射是通過該研 磨面而進行。 14. 一種附多層膜内部改質基板’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内 部的一熱變性層；其中 在該單晶基板單面設有具二層以上的多層膜。 46 201201407 15. 如申請專利範圍第14項所述之附多層膜内部改質 基板，其特徵在於：構成該多層膜的至少—層的是氮 半導體結晶層。 16. —種半導體裳置，其特徵在於：具有如申請專利範 圍第14項所述之附多層膜内部改質基板。 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m件 的任一種。 18. —種半導體塊材基板，其特徵在於：其是由具有如 申請專利職帛14項所述之附多層膜㈣改質基板的該 多層膜所構成^ Λ 19·如中請專㈣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AhInyGazN(x + y + z = 1、 0 ' yg 〇 ' 〇)所構成。 別種蟲晶成長用内部改質基板的製造方法，其特徵 在於藉由對一單s其^ ^ ^基板照射雷射’而在該單晶基板的内部 形成一熱變性層。 21.如申請專利範圍第2〇 質基板的製造方法，…在成長用内部改 别…在於該雷射照射，是以滿足下 歹J A與B的至少盆中之—々I# 乂 /、中之一，己載的照射條件的 〈照射條件A> 八而貫孢· .雷射波長·· 200nm〜400nm 脈衝寬度：奈秒等級（order) 〈照射條件B〉 41 201201407 雷射波長_ 400nm〜5000nin •脈衝寬度：毫微微（femt0)秒等級（〇rder)〜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内 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 面的單面側視為〇%、將與該成膜面為相反側的面視為1 〇 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%以下的範圍内。 23. 如申請專利範圍第20至22項任一項所述之磊晶成 長用内。卩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_尺寸的多角形 之形狀； i i )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； i i i)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； v i )條紋形狀；以及 48 201201407 V i i)螺旋形狀。 24. 如申請專利範圍第23 質基板的製造方法，其特徵在卜“…成長用内部改 於.上述規則性地配置複數 個同-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項所述之蠢晶成長用内部改 質基板的製造方法，其特徵在於構成祕狀圖形的線的間 距（Pitch)是在50//m以上、2000 #ma下的範圍内。 26.如申請專利範圍第20至25項任一項所述之磊晶成 長用内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 i C的至少—種。 27. 如申請專利範圍第20至26項任一項所述之蟲晶成 長用内部改質基板的製造方法，其特徵在於在形成該熱變 J·生層則的該皁晶基板的形狀是.其成膜面為凹面，且該凹 面的曲率是大於Okm-1、1 60km-1以下。 28. 如申請專利範圍第20至26項任一項所述之蟲晶成 長用内部改質基板的製造方法’其特徵在於：該凹面的曲 率是MknT1以上、150km_1以下。 29·如申請專利範圍第20至26項任一項所述之磊晶成 長用内部改質基板的製造方法，其特徵在於：該凹面的曲 率是851^-1以上、150knTl以下。 30.如申請專利範圍第20至29項任一項所述之磊晶成 長用内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、3〇〇mm以下。 49 201201407 3l.如申請專利範圍第2f) 5 E 真田+ 至項任一項所述之磊晶成 长：用内部改質基板的氣j ^ ^ 方决，其特徵在於：該單晶基板 的厚度是0.05随以上、5.0咖以下。 32·如申請專利範圍第2f) 5 Q1 E . 基田* 至31項任一項所述之磊晶成 t用内部改質基招的制丄 ^製化方法，其特徵在於：該單晶基板 成為成膜面的面為研磨面， θ 對於該早晶基板的雷射照射 疋通過該研磨面而進行。 、，33·—種附多層膜内部改質基板的製造方法，其特徵在 1藉由對一早晶基板照射雷射而在該單晶基板的内部 形成熱變性層；再在該單晶基板的單面形成具二層以上 的多層膜。 34_如申明專利範圍第33項所述之附多層膜内部改質 基板的製造方法，其特徵在於：冑成該多層膜的至少-層 的是氮化物半導體結晶層。 35.—種半導體裝置的製造方法，其特徵在於：使用如 申明專利範圍第14項所述之附多層膜内部改質基板而形 成半導體裝置。 36. 如申吻專利範圍第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. —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項所述之附多層膜内部改質 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 50 201201407 製造方法，其特徵在於：該半導體塊材基板是由 AlxInyGazN(x + y + z = l、x^O、y$0、z^O)戶斤構成0 51