專利名稱：外延生長用內(nèi)部改性襯底、帶多層膜的內(nèi)部改性襯底、半導(dǎo)體器件、半導(dǎo)體塊狀襯底以及 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是外延生長用內(nèi)部改性襯底、帶多層膜的內(nèi)部改性襯底、半導(dǎo)體器件、半導(dǎo)體塊狀襯底以及它們的制造方法。
背景技術(shù)：
以氮化鎵為代表的氮化物半導(dǎo)體，由于帶隙寬且能夠發(fā)出藍(lán)色系光，因此被廣泛地使用于LED (發(fā)光二極管)或LD (半導(dǎo)體激光器)等中。近年來，對于進一步提高發(fā)光效率或高亮度化的研究正積極地進行。一般的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件結(jié)構(gòu)，具有如下那樣的雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)，S卩，在藍(lán)寶石襯 底上依次層壓有由GaN構(gòu)成的緩沖層、由n型GaN構(gòu)成的n型接觸層、由n型AlGaN構(gòu)成的n型包層、由n型InGaN構(gòu)成的活性層、由p型AlGaN構(gòu)成的p型包層、由p型GaN構(gòu)成的p型接觸層的雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)?；钚詫訕?gòu)成為包含僅具有由InxGai_xN(0彡X彡I)構(gòu)成的阱層的單量子阱(SQff =Single Quantumffell)結(jié)構(gòu)、或者由InxGa1^xN(0彡X彡I)構(gòu)成的阱層和由InyGapyN(0彡y彡I、y < x)構(gòu)成的阻擋層的多量子講(MQW Multi Quantum Well)結(jié)構(gòu)中的In(參照專利文獻(xiàn)I)。當(dāng)在藍(lán)寶石襯底上形成上述多層膜時，由于多層膜與藍(lán)寶石的熱膨脹系數(shù)差和晶格常數(shù)差而在成膜后的藍(lán)寶石襯底上產(chǎn)生翹曲的情況，已被認(rèn)知。例如，在非專利文獻(xiàn)I中，公開了對在藍(lán)寶石襯底上外延生長AlN緩沖層和GaN層并如何根據(jù)GaN層膜厚度來緩和因成膜而產(chǎn)生的熱應(yīng)力的情況進行調(diào)查的結(jié)果。在該非專利文獻(xiàn)I中明確了下述情況，即，隨著膜厚度變厚而襯底的翹曲變大，通過伴隨于此產(chǎn)生界面缺陷(InterfaceDefects)、微觀裂紋(Microcracks)或位錯(Dislocation)、宏觀裂紋(Macrocracks)來緩和應(yīng)力的情況。另外，在非專利文獻(xiàn)2的圖4中，公開了對通過在藍(lán)寶石襯底上外延生長GaN系LED結(jié)構(gòu)的工序而產(chǎn)生的襯底翹曲進行In-situ(原位)觀察的分析方法。通過這樣，發(fā)現(xiàn)在一系列的成膜工序中，藍(lán)寶石襯底的曲率根據(jù)成膜物質(zhì)、成膜溫度、膜厚度的變化而大幅變化。進而明確了下述情況，即，通過形成在作為活性層的InGaN層生長階段中藍(lán)寶石襯底的曲率大致為0那樣的成膜工序，而使襯底面內(nèi)的發(fā)光波長均勻化。如以上所說明，可知經(jīng)過一系列的成膜工序?qū)е滤{(lán)寶石襯底的翹曲大幅變化，從而對氮化物半導(dǎo)體膜的質(zhì)量或發(fā)光波長的均勻性帶來影響。另外，實際上利用與襯底的熱膨脹系數(shù)差,并以InGaN系活性層中襯底曲率大致為0的方式來設(shè)定藍(lán)寶石襯底的翹曲形狀和翹曲量的情況較多。出于這樣的背景，為了控制藍(lán)寶石襯底的形狀和翹曲量而研究了各種研磨加工技術(shù)(參照專利文獻(xiàn)2等)。另一方面，在對藍(lán)寶石襯底上層壓有氮化物半導(dǎo)體的發(fā)光元件進行分割時，在具有80 90 ii m左右厚度的藍(lán)寶石襯底的內(nèi)部會聚脈沖激光而形成與發(fā)光元件的分割預(yù)定線對應(yīng)的改性區(qū)域的技術(shù)已被認(rèn)知(專利文獻(xiàn)3)。專利文獻(xiàn)3公開的技術(shù)，是即使對藍(lán)寶石襯底照射激光光線而分割成各個發(fā)光元件，也能夠抑制發(fā)光元件的亮度降低的藍(lán)寶石襯底的加工方法，以發(fā)光元件的分割為目的。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特許第3250438號公報專利文獻(xiàn)2 :日本特開2006-347776號公報專利文獻(xiàn)3 :日本特開2008-6492號公報非專利文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn)I Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 32 (1993) pp. 1528-1533 非專利文獻(xiàn)2 :J. Cryst. Growth、Vol. 272、Issues 1-4、(2004)、pp. 94-99

發(fā)明內(nèi)容
如以上所說明，經(jīng)過得到氮化鎵系發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的一系列成膜工序，使得藍(lán)寶石襯底等單晶襯底的翹曲大幅變化。由此，氮化物半導(dǎo)體層的質(zhì)量或發(fā)光波長的均勻性變差，從而導(dǎo)致發(fā)光二極管的品質(zhì)層次不齊或成品率降低等。針對該問題，在現(xiàn)有的方法中，采用以使InGaN系活性層生長階段中的襯底的曲率大致為0那樣而設(shè)定藍(lán)寶石襯底的翹曲形狀和翹曲量的方法。即，預(yù)先對藍(lán)寶石襯底賦予在InGaN系活性層生長階段中產(chǎn)生的翹曲量部分從而進行抵消這樣的方法。通過這樣，能夠某種程度地抑制發(fā)光波長的偏差。但是，無法解決在InGaN系活性層以外的成膜工序中產(chǎn)生的襯底翹曲的問題。特別是，在n-GaN層生長階段、或成膜結(jié)束后冷卻襯底時，由于藍(lán)寶石襯底大幅翹曲，因此存在膜質(zhì)量和膜質(zhì)量均勻性降低、襯底的晶背研磨加工的加工精度不均勻、由于光刻的焦點偏移導(dǎo)致曝光不均勻等的問題。由于這些問題大幅影響發(fā)光二極管等器件的成品率，因此,需要經(jīng)過成膜工序整體來抑制襯底的翹曲及其變化量從而減小襯底的翹曲動作本身，但是，這樣的藍(lán)寶石襯底目前并不存在。另外，當(dāng)使藍(lán)寶石襯底大口徑化時，存在利用研磨加工進行的精密的翹曲形狀和翹曲量的控制本身變困難這樣的問題。在實施了研磨加工的藍(lán)寶石襯底中，通常由于加工變形的殘留或上下面的精加工的表面粗糙度的差異而在襯底上產(chǎn)生翹曲的情況，已被認(rèn)知。例如，在單面被研磨的襯底中，主要是上下面的表面粗糙度不同成為翹曲的主要原因，在雙面被研磨的襯底中，除了上下面的表面粗糙度稍微不同之外，襯底面內(nèi)的表面粗糙度略微偏差也成為翹曲的主要原因。特別是，在大口徑襯底中，使襯底面內(nèi)的表面粗糙度變均勻在技術(shù)上是困難的，從而存在僅通過研磨加工無法精密地控制成所希望的翹曲形狀和翹曲量這樣的技術(shù)限制的問題。另外，當(dāng)為了得到氮化物半導(dǎo)體塊狀襯底而欲在藍(lán)寶石襯底上使氮化物半導(dǎo)體的厚膜外延生長至能夠自支撐(Free-standing)的厚度時,存在由于藍(lán)寶石與氮化物半導(dǎo)體的熱膨脹系數(shù)差而藍(lán)寶石襯底大幅翹曲，進而由于膜厚度增加而翹曲量增大這樣的問題。因此，結(jié)果在成膜中或成膜后產(chǎn)生裂紋，得到能夠自支撐的氮化物半導(dǎo)體塊狀襯底實質(zhì)上是不可能的。
作為這些的解決方法，提出了ELOG(Epitaxial Lateral Over Growth、側(cè)向夕卜延)法、或 DEEP (Dislocation Elimination of Inverted-Pyramidal Pits)法、或VAS(Void-Assisted Separation、間隙形成剝離)法等,但是,任意一種方法中都存在工序變復(fù)雜這樣的缺點。本發(fā)明是鑒于上述情況而作成的，其目的在于提供一種具有任意的翹曲形狀和/或翹曲量的外延生長用內(nèi)部改性襯底、使用該外延生長用內(nèi)部改性襯底的帶多層膜的內(nèi)部改性襯底、半導(dǎo)體器件及半導(dǎo)體塊狀襯底、以及它們的制造方法。上述課題是通過以下的本發(fā)明而實現(xiàn)的。S卩，本發(fā)明的外延生長用內(nèi)部改性襯底的特征在于包含單晶襯底和熱改性層，上述熱改性層是通過對該單晶襯底進行激光照射而形成于該單晶襯底的內(nèi)部。本發(fā)明的外延生長用內(nèi)部改性襯底的一實施形態(tài)，優(yōu)選激光照射滿足下述A和B所示的至少任意一種照射條件而實施。<照射條件A> 激光波長200nm 400nm 脈沖寬度納秒級<照射條件B〉 激光波長400nm 5000nm 脈沖寬度飛秒級 皮秒級本發(fā)明的外延生長用內(nèi)部改性襯底的另一實施形態(tài)，優(yōu)選對于單晶襯底的厚度方向的相對位置，在將成為成膜面的一面?zhèn)燃僭O(shè)為0%、與該成膜面相反側(cè)的面假設(shè)為100%時，熱改性層設(shè)置在單晶襯底的厚度方向的3%以上95%以下的范圍內(nèi)。本發(fā)明的外延生長用內(nèi)部改性襯底的另一實施形態(tài)，優(yōu)選熱改性層相對于單晶襯底的平面方向以從下述形狀中選擇的至少任意一種圖形形狀進行設(shè)置。i)有規(guī)律地配置有多個相同形狀和相同尺寸的多角形的形狀ii)有規(guī)律地配置有多個相同形狀和相同尺寸的圓或橢圓的形狀iii)同心圓狀iv)形成為相對于單晶襯底的中心點略呈點對稱的形狀V)形成為相對于通過單晶襯底的中心點的直線略呈線對稱的形狀vi)帶狀vii)螺旋狀本發(fā)明的外延生長用內(nèi)部改性襯底的另一實施形態(tài)，優(yōu)選有規(guī)律地配置有多個相同形狀和相同尺寸的多角形的形狀是網(wǎng)格狀。本發(fā)明的外延生長用內(nèi)部改性襯底的另一實施形態(tài)，優(yōu)選構(gòu)成呈網(wǎng)格狀的圖形的線的間距在50iim 2000iim的范圍內(nèi)。本發(fā)明的外延生長用內(nèi)部改性襯底的另一實施形態(tài)，優(yōu)選單晶襯底的材質(zhì)為從藍(lán)、寶石、氮化物半導(dǎo)體、Si、GaAs、水晶以及SiC中選擇的至少任意一種。本發(fā)明的外延生長用內(nèi)部改性襯底的另一實施形態(tài)，優(yōu)選形成熱改性層前的單晶襯底的形狀是其成膜面為凹面、且凹面的曲率大于OknT1小于等于ieOkm'本發(fā)明的外延生長用內(nèi)部改性襯底的另一實施形態(tài)，優(yōu)選形成熱改性層前的單晶襯底的形狀是其成膜面為凹面、且凹面的曲率大于^knT1小于等于ISOkm'本發(fā)明的外延生長用內(nèi)部改性襯底的另一實施形態(tài)，優(yōu)選形成熱改性層前的單晶襯底的形狀是其成膜面為凹面、且凹面的曲率大于SSknT1小于等于ISOkm'本發(fā)明的外延生長用內(nèi)部改性襯底的另一實施形態(tài)，優(yōu)選單晶襯底的直徑為50mm以上300mm以下。本發(fā)明的外延生長用內(nèi)部改性襯底的另一實施形態(tài)，優(yōu)選單晶襯底的厚度為0. 05mm以上5. Omm以下。
本發(fā)明的外延生長用內(nèi)部改性襯底的另一實施形態(tài)，優(yōu)選單晶襯底的成為成膜面的面為研磨面，對單晶襯底進行的激光照射是透過該研磨面而進行。本發(fā)明的帶多層膜的內(nèi)部改性襯底的特征在于設(shè)有單晶襯底和通過對該單晶襯底進行激光照射而形成于該單晶襯底的內(nèi)部的熱改性層，在單晶襯底的一面上設(shè)有具有兩層以上的層的多層膜。本發(fā)明的帶多層膜的內(nèi)部改性襯底的另一實施形態(tài)，優(yōu)選構(gòu)成多層膜的至少任意一層為氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶層。本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的特征在于，設(shè)有權(quán)利要求14所述的帶多層膜的內(nèi)部改性襯底。本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的另一實施形態(tài)，優(yōu)選半導(dǎo)體器件為發(fā)光元件、電子器件、受光兀件中的任意一種。本發(fā)明的半導(dǎo)體塊狀襯底的特征在于，由權(quán)利要求14中所述的帶多層膜的內(nèi)部改性襯底所具有的多層膜構(gòu)成。本發(fā)明的半導(dǎo)體塊狀襯底的另一實施形態(tài)，優(yōu)選半導(dǎo)體塊狀襯底由AlxInyGazN (x+y+z = l、x>0、y>0、z ^ 0)構(gòu)成。本發(fā)明的外延生長用內(nèi)部改性襯底的制造方法的特征在于，通過對單晶襯底進行激光照射，在單晶襯底的內(nèi)部形成熱改性層。本發(fā)明的外延生長用內(nèi)部改性襯底的制造方法的一實施形態(tài)，優(yōu)選激光照射滿足下述A和B所示的至少任意一種照射條件而實施。<照射條件A> 激光波長200nm 400nm 脈沖寬度納秒級<照射條件B〉 激光波長400nm 5000nm 脈沖寬度飛秒級 皮秒級本發(fā)明的外延生長用內(nèi)部改性襯底的制造方法的另一實施形態(tài)，優(yōu)選對于單晶襯底的厚度方向的相對位置，在將成為成膜面的一面?zhèn)燃僭O(shè)為0%、與該成膜面相反側(cè)的面假設(shè)為100%時，熱改性層形成為位于單晶襯底的厚度方向的3%以上95%以下的范圍內(nèi)。本發(fā)明的外延生長用內(nèi)部改性襯底的制造方法的另一實施形態(tài)，優(yōu)選熱改性層相對于單晶襯底的平面方向按照描繪從下述形狀中選擇的至少任意一種圖形形狀的方式而形成。i)有規(guī)律地配置有多個相同形狀和相同尺寸的多角形的形狀
ii)有規(guī)律地配置有多個相同形狀和相同尺寸的圓或橢圓的形狀iii)同心圓狀iv)形成為相對于單晶襯底的中心點略呈點對稱的形狀V)形成為相對于通過單晶襯底的中心點的直線略呈線對稱的形狀vi)帶狀vii)螺旋狀本發(fā)明的外延生長用內(nèi)部改性襯底的制造方法的另一實施形態(tài)，優(yōu)選有規(guī)律地配置有多個相同形狀和相同尺寸的多角形的形狀是網(wǎng)格狀。本發(fā)明的外延生長用內(nèi)部改性襯底的制造方法的另一實施形態(tài)，優(yōu)選構(gòu)成呈網(wǎng)格狀的圖形的線的間距，在50 iim 2000 iim的范圍內(nèi)?！け景l(fā)明的外延生長用內(nèi)部改性襯底的制造方法的另一實施形態(tài)，優(yōu)選單晶襯底的材質(zhì)為從藍(lán)寶石、氮化物半導(dǎo)體、Si、GaAs、水晶以及SiC中選擇的至少任意一種。本發(fā)明的外延生長用內(nèi)部改性襯底的制造方法的另一實施形態(tài)，優(yōu)選形成熱改性層前的單晶襯底的形狀是其成膜面為凹面、且凹面的曲率大于OknT1小于等于160km—1。本發(fā)明的外延生長用內(nèi)部改性襯底的制造方法的另一實施形態(tài)，優(yōu)選形成熱改性層前的單晶襯底的形狀是其成膜面為凹面、且凹面的曲率大于^knT1小于等于MOknT1。本發(fā)明的外延生長用內(nèi)部改性襯底的制造方法的另一實施形態(tài)，優(yōu)選形成熱改性層前的單晶襯底的形狀是其成膜面為凹面、且凹面的曲率大于SSknT1小于等于MOknT1。本發(fā)明的外延生長用內(nèi)部改性襯底的制造方法的另一實施形態(tài)，優(yōu)選單晶襯底的直徑為50mm以上300mm以下。 本發(fā)明的外延生長用內(nèi)部改性襯底的制造方法的另一實施形態(tài)，優(yōu)選單晶襯底的厚度為0. 05mm以上5. Omm以下。本發(fā)明的外延生長用內(nèi)部改性襯底的制造方法的另一實施形態(tài)，優(yōu)選單晶襯底的成為成膜面的面為研磨面，對單晶襯底進行的激光照射是透過該研磨面而進行。本發(fā)明的帶多層膜的內(nèi)部改性襯底的制造方法的特征在于，通過對單晶襯底進行激光照射而在該單晶襯底的內(nèi)部形成熱改性層，進而，在單晶襯底的一面上形成具有兩層以上的層的多層膜。本發(fā)明的帶多層膜的內(nèi)部改性襯底的制造方法的另一實施形態(tài)，優(yōu)選構(gòu)成多層膜的至少任意一層為氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶層。本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于，使用權(quán)利要求14所述的帶多層膜的內(nèi)部改性襯底而制造。本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法的另一實施形態(tài)，優(yōu)選半導(dǎo)體器件是發(fā)光元件、電子器件、受光兀件中的任意一種。本發(fā)明的半導(dǎo)體塊狀襯底的制造方法的特征在于，使用權(quán)利要求14中所述的帶多層膜的內(nèi)部改性襯底所具有的多層膜而形成。本發(fā)明的半導(dǎo)體塊狀襯底的制造方法的另一實施形態(tài)，優(yōu)選半導(dǎo)體塊狀襯底由AlxInyGazN (x+y+z = l、x>0、y>0、z ^ 0)構(gòu)成。(發(fā)明效果)如以上所說明，根據(jù)本發(fā)明，能夠提供具有任意的翹曲形狀和/或翹曲量的外延生長用內(nèi)部改性襯底、使用該外延生長用內(nèi)部改性襯底的帶多層膜的內(nèi)部改性襯底、半導(dǎo)體器件及半導(dǎo)體塊狀襯底、以及它們的制造方法。


圖I是表示本實施方式的外延生長用內(nèi)部改性襯底的制造方法的一例的模式說明圖。圖2是表示熱改性層相對于單晶襯底平面方向的配置圖形形狀的一例的俯視圖，在此，圖2(a)是表示相對于襯底的定向平面垂直地形成有多條線的帶狀的俯視圖，圖2(b)是表示相對于襯底的定向平面平行地形成有多條線的帶狀的俯視圖，圖2(c)是表示將圖2(a)和圖2(b)所示的配置圖形形狀組合后的網(wǎng)格形狀的俯視圖，圖2(d)是表示將相同尺寸的多個正六角形按照正六角形的六個頂點全部一定與該正六角形所鄰接的正六角形的任意一個頂點重合的方式有規(guī)律地進行配置的形狀的俯視圖，圖2(e)是表示同心圓形狀的俯視圖。 圖3是作為多層膜的一例的氮化物半導(dǎo)體層的外延生長工序的示意圖。圖4表示圖3所示氮化物半導(dǎo)體層的外延生長工序中的In-situ (原位)觀察例。圖5是表示襯底的翹曲量與曲率的關(guān)系的圖。圖6是形成本實施方式涉及的帶多層膜的內(nèi)部改性襯底時的In-situ(原位)觀察例的示意圖。圖7是形成位置和間距相對于實施例2涉及的熱改性層形成后的襯底曲率變化量的依賴關(guān)系的示意圖。圖8a是實施例3涉及的樣品10的In-situ(原位)觀察結(jié)果的示意圖。圖8b是實施例3涉及的樣品12的In-situ(原位)觀察結(jié)果的示意圖。圖8c是實施例3涉及的樣品14的In-Situ(原位)觀察結(jié)果的示意圖。圖8d是實施例3涉及的樣品16的In-situ(原位)觀察結(jié)果的示意圖。圖8e是實施例3涉及的樣品18的In-situ(原位)觀察結(jié)果的示意圖。圖8f是實施例3涉及的樣品20的In-situ(原位)觀察結(jié)果的示意圖。圖9是實施例8和實施例9涉及的樣品的In-situ(原位)觀察結(jié)果的示意圖。(符號說明)I—單晶襯底、2—激光照射裝置、3—改性區(qū)域、4—間距、5—形成位置、6—熱改性層長度、7—藍(lán)寶石襯底、8 —低溫緩沖層、9—n-GaN層、10—InGaN系活性層
具體實施例方式本實施方式的外延生長用內(nèi)部改性襯底的特征是包含單晶襯底和熱改性層而形成，其中，該熱改性層是通過對單晶襯底進行激光照射而形成于該單晶襯底的厚度方向的內(nèi)部。另外，在使用成為成膜面的面為研磨面的單晶襯底時，特別優(yōu)選對單晶襯底進行的激光照射是透過研磨面而進行的。因此，根據(jù)本實施方式的外延生長用內(nèi)部改性襯底的使用用途，翹曲形狀和/或翹曲量被任意地控制。另外，在成膜多層膜時，由于能夠利用形成有熱改性層的單晶襯底的應(yīng)力將因成膜而產(chǎn)生的應(yīng)力相抵消，因此，能夠抑制成膜中的襯底的翹曲從而減小襯底的翅曲動作。另外，“熱改性層”是通過對單晶襯底厚度方向內(nèi)部的一部分區(qū)域進行局部加熱而形成的層。當(dāng)形成于在單晶襯底的厚度方向上進行兩等分后的一側(cè)區(qū)域時，具有使襯底翹曲成形成有熱改性層的區(qū)域側(cè)的面呈凸面的作用。
作為該熱改性層的形成方法，使用對單晶襯底進行激光照射的方法。此時，通過在被激光照射的區(qū)域中所存在的原子的多光子吸收，使該區(qū)域被局部加熱，從而使該區(qū)域相對于周圍區(qū)域發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)或結(jié)晶性變化等某一改性，由此形成熱改性層。即，本實施方式的外延生長用內(nèi)部改性襯底能夠至少經(jīng)過通過對單晶襯底進行激光照射而在單晶襯底厚度方向的內(nèi)部形成熱改性層的工序而制造。一激光照射條件一另外，只要能夠形成熱改性層，激光的照射便可以以任意照射條件實施，但是，一般地從能夠?qū)⒛芰考性诙痰臅r間寬度中因而能夠得到高峰值輸出功率這一點出發(fā)，優(yōu)選使用間斷地發(fā)出激光束的脈沖激光并在下述(I)和(2)所示的范圍內(nèi)進行實施。(I)激光波長200nm 5000nm(2)脈沖寬度飛秒級 納秒級(Ifs 1000ns)在此，考慮到由成為激光照射對象的單晶襯底的材質(zhì)引起的透光性/光吸收性、或單晶襯底內(nèi)所形成的熱改性層的尺寸、圖形精度、實際能夠利用的激光裝置等，而適當(dāng)?shù)剡x擇激光波長或脈沖寬度。但是，在進行激光照射時，特別優(yōu)選選擇下述A、B所示的照射條件?！凑丈錀l件A> 激光波長200nm 400nm 脈沖寬度納秒級(Ins 1000ns),另外,更為優(yōu)選IOns 15ns?！凑丈錀l件B〉 激光波長400nm 2000nm 脈沖寬度飛秒級 皮秒級(Ifs IOOOps)，另外，更為優(yōu)選200fs 800fs。另外，與照射條件B相比，照射條件A是利用波長更短的波段的激光。因此，在以除了激光波長和脈沖寬度以外的其他條件相同的方式進行了激光照射的情況下，與照射條件B相比，照射條件A能夠縮短為了得到相同程度的翹曲矯正效果所需的激光加工時間。另夕卜，使用的激光的波長，推薦選擇比成為激光照射對象的單晶襯底的吸收端波長長的波段的波長。在此，在單晶襯底為Si襯底時，能夠利用上述照射條件B。該情況下，作為激光波長以外的其他條件，例如從實用性或批量生產(chǎn)率等的觀點出發(fā)，優(yōu)選在以下所示的范圍內(nèi)進行選擇。 脈沖寬度50ns 200ns 重復(fù)頻率10kHz 500kHz 照射能量3 y J 30 y J 激光的光斑尺寸0. 5 ii m 4. 0 ii m 試樣臺的掃描速度50mm/s 1000mm/s(更優(yōu)選為100mm/s 1000mm/s)
另外，在單晶襯底為GaAS (砷化鎵)襯底時，能夠利用上述照射條件B。該情況下，作為激光波長以外的其他條件，例如從實用性或批量生產(chǎn)率等的觀點出發(fā)，優(yōu)選在以下所示的范圍內(nèi)進行選擇。 脈沖寬度30ns 80ns 重復(fù)頻率10kHz 500kHz 照射能量8ii J 20ii J 激光的光斑尺寸0. 5 ii m 4. 0 ii m 試樣臺的掃描速度50mm/s 1000mm/s (更為優(yōu)選100mm/s 1000mm/s)另外，在單晶襯底為水晶襯底時，能夠利用上述照射條件B。該情況下，作為激光波 長以外的其他條件，例如從實用性或批量生產(chǎn)率等觀點出發(fā)，優(yōu)選在以下所示范圍內(nèi)進行選擇。 脈沖寬度200fs 800fs 重復(fù)頻率10kHz 500kHz 照射能量3ii J J 激光的光斑尺寸0. 5 ii m 4. 0 ii m 試樣臺的掃描速度50mm/s 1000mm/s (更為優(yōu)選100mm/s 1000mm/s)另外，在單晶襯底為鉭酸鋰襯底時，能夠利用上述照射條件A。該情況下，作為激光波長以外的其他條件，例如從實用性或批量生產(chǎn)率等觀點出發(fā)，優(yōu)選在以下所示范圍內(nèi)進行選擇。 脈沖寬度200fs 800fs 重復(fù)頻率10kHz 500kHz 照射能量3ii J J 激光的光斑尺寸0. 5 ii m 4. 0 ii m 試樣臺的掃描速度50mm/s 1000mm/s (更為優(yōu)選100mm/s 1000mm/s)另外，在單晶襯底為玻璃襯底時，能夠利用上述照射條件A。該情況下，作為激光波長以外的其他條件，例如從實用性或批量生產(chǎn)率等觀點出發(fā)，優(yōu)選在以下所示范圍內(nèi)進行選擇。 脈沖寬度10ns 15ns 重復(fù)頻率10kHz 500kHz 照射能量10 ii J 20 ii J 激光的光斑尺寸0. 5 ii m 4. 0 ii m 試樣臺的掃描速度50mm/s 1000mm/s (更為優(yōu)選100mm/s 1000mm/s)另外，在表I和表2中表示相對于Si襯底、GaAs襯底、水晶襯底、鉭酸鋰襯底以及玻璃襯底形成熱改性層時的激光照射條件的一例。另外，在進行激光照射時，特別優(yōu)選單晶襯底的被照射激光側(cè)的面為鏡面狀態(tài)。為了使被照射激光的面為鏡面狀態(tài)，例如可以實施鏡面研磨。[表 I]SiGaAS水晶
波長(nm)106410641045
脈沖寬度(sec)120 XICT970 XICT9500 XICT15
重復(fù)頻率(kHz)10015100
光斑尺寸(ym)1.51.51.0
激光功率(W)0. 3 1.20204
試樣臺掃描速度(mm/s)200 300200400
[表2]
鉭酸鋰玻璃
波長(nm)355355
脈沖寬度(sec)10 15XlCT910 15XlCT9
重復(fù)頻率(kHz)5050
光斑尺寸I. 0I. 0
激光功率0. I 0. 50. 5 2. 0
試樣臺掃描速度(mm/S)600600作為構(gòu)成本實施方式的外延生長用內(nèi)部改性襯底的制造中所使用的單晶襯底的材料，只要是能夠通過激光照射形成熱改性層的周知的單晶材料，便可以利用任意的材料，例如可以舉出藍(lán)寶石、氮化物半導(dǎo)體、Si、GaAs、水晶、SiC等。在采用上述照射條件A時,特別適合使用Si、GaAs、水晶或SiC。另外，也可以是石英或玻璃等，而不是單晶襯底。另外，單晶襯底通常使用至少單面被進行了鏡面研磨的襯底。該情況下，在之后的外延生長工序中，多層膜形成在被進行了鏡面研磨的面?zhèn)取Ａ硗?，也可以根?jù)需要而使用雙面被進行了鏡面研磨的單晶襯底。此時，能夠?qū)⑷我庖幻孀鳛槌赡っ婕右岳?。單晶襯底的平面方向的形狀并沒有特別的限定，例如也可以是方形等，但是，從便于應(yīng)用在周知的各種元件的生產(chǎn)線上這一觀點來看，優(yōu)選為圓形，特別是優(yōu)選設(shè)有定向平面的圓形。在單晶襯底的形狀為圓形或設(shè)有定向平面的圓形時，單晶襯底的直徑以50mm以上為佳，以75mm以上為更佳，進而以150mm以上為更佳。另外，直徑的上限值并沒有特別的限定，但是從實用上的觀點出發(fā)以300mm以下為佳。另夕卜，單晶襯底的厚度以5. Omm以下為佳，以3. Omm以下為更佳，進而以2. Omm以下為更佳。厚度的下限值并沒有特別的限定，但從確保單晶襯底的剛性的觀點出發(fā)，以0. 05mm以上為佳，以0. Imm以上為更佳。另外，在單晶襯底20的形狀為圓形或設(shè)有定向平面的圓形的情況下，當(dāng)直徑為50mm以上150mm以下時,厚度以0. 3mm以上為佳，當(dāng)直徑超過150mm時,厚度以0. 5mm以上為佳。接著，使用附圖對形成外延生長用內(nèi)部改性襯底的具體例進行說明。圖I是表示本實施方式的外延生長用內(nèi)部改性襯底的制造方法的一例的模式說明圖。如圖I所示，在將單晶襯底I固定于未圖示的試樣臺的狀態(tài)下進行實施。另外，固定優(yōu)選以例如通過真空吸附等按照能夠矯正單晶襯底I的翹曲的方式進行實施。然后，通過激光照射裝置2，從被固定于試樣臺的單晶襯底I的表面(成膜面)側(cè)照射激光。此時，通過使激光會聚在單晶襯底I的厚度方向的內(nèi)部，并使激光照射裝置2和單晶襯底I在水平方向上相對移動，由此形成為將點狀的改性區(qū)域3 (熱改性層)連續(xù)連接起來的線狀。局部來看的話，點狀的改性區(qū)域3僅形成于被瞬間照射了激光的部分上，其大小依賴于激光的光斑尺寸、激光強度以及脈沖寬度。通過適當(dāng)?shù)剡x擇激光的光斑尺寸、激光功率、脈沖寬度等，能夠控制熱改性層相對于單晶襯底I的平面方向或厚度方向的尺寸或改性程度等。另外，形成為線狀的點狀改性區(qū)域3的長度，通過適當(dāng)?shù)剡x擇激光照射裝置I相對于單晶襯底I的相對移動速度(例如，在試樣臺能夠移動時為試樣臺的掃描速度)、激光的重復(fù)頻率，能夠間隔地控制相對于單晶襯底I的平面方向的多個熱改性層。通過將這些形成為線狀的改性區(qū)域3進行多條組合，在單晶襯底I的厚度方向的所希望的位置上形成構(gòu)成熱改性層的至少一種改性區(qū)域圖形3。所謂的“改性區(qū)域3”，是在照射了激光的部分中局部地發(fā)生多光子吸收而形成的區(qū)域。通過使熱改性層的圖形形狀、形成位置、熱改性層長度等的條件最佳化，能夠控制單晶襯底整體的應(yīng)力，從而能夠精密地控制單晶襯底的翹曲形狀和/或翹曲量。相對于單晶襯底的平面方向，熱改性層優(yōu)選以以下所示的圖形形狀進行設(shè)置。即，熱改性層相對于單晶襯底的平面方向以從下述i) vii)中選擇的至少任意一種圖形形狀進行設(shè)置為佳。i)有規(guī)律地配置有多個相同形狀和相同尺寸的多角形的形狀ii)有規(guī)律地配置有多個相同形狀和相同尺寸的圓或橢圓的形狀iii)同心圓狀iv)形成為相對于單晶襯底的中心點略呈點對稱的形狀V)形成為相對于通過單晶襯底的中心點的直線略呈線對稱的形狀vi)帶狀vii)螺旋狀另外，在形成熱改性層時，從與其他圖形形狀相比激光掃描、即激光照射裝置相對于單晶襯底的相對移動比較簡單且激光加工容易這一觀點來看，圖形形狀優(yōu)選為i)有規(guī)律地配置有多個相同形狀和相同尺寸的多角形的形狀。進而，作為i)有規(guī)律地配置有多個相同.形狀和相同尺寸的多角形的形狀，特別優(yōu)選將多個相同形狀和相同尺寸的四角形按照構(gòu)成各四角形的四條邊與相鄰四角形的任意一條邊相互重疊的方式有規(guī)律地進行配置的形狀、即網(wǎng)格形狀。該情況下，激光掃描僅在縱向和橫向這兩個方向上進行即可，激光加工變得更加容易，而且單晶襯底的翹曲量控制或形狀控制的設(shè)計也變得更加容易。
在此，構(gòu)成呈網(wǎng)格狀圖形的線的間距，以在50iim 2000iim的范圍內(nèi)為佳，以在IOOiim IOOOiim的范圍內(nèi)為更佳。通過將間距設(shè)置為50 y m以上，能夠抑制激光加工所需的時間不必要地增大，另外，通過將間距設(shè)置為2000 以下，能夠進一步確實地矯正單晶襯底的翅曲。圖2是表示熱改性層相對于單晶襯底平面方向的配置圖形形狀的一例的俯視圖，具體而言，是表示在單晶襯底平面形狀為具有定向平面的圓形時的熱改性層的配置圖形形狀的一例。熱改性層的配置圖形形狀，如圖2所示，可以舉出例如相對于襯底的定向平面垂直地或平行地形成有多條線的帶狀(圖2(a)、圖2(b))、將該兩者組合后的網(wǎng)格狀(圖2(c))等。另外，作為該其他的配置圖形形狀，也可以舉出將相同尺寸的多個正六角形按照正六角形的六個頂點全部一定與該正六角形所鄰接的正六角形的任意一個頂點重合的方式有規(guī)律地進行配置的形狀(圖2(d))、同心圓狀(圖2(e))等。另外，圖2(a)中所示的寬度4表示線之間的間距。在本實施方式的外延生長用內(nèi)部改性襯底中，只要在單晶襯底的厚度方向的內(nèi)部設(shè)置熱改性層，便能夠根據(jù)外延生長用內(nèi)部改性襯底的使用用途任意地控制翹曲形狀和/或翹曲量。另外，在成膜多層膜時，由于能夠利用形成有熱改性層的單晶襯底的應(yīng)力將因成膜產(chǎn)生的應(yīng)力相抵消，因此能夠抑制成膜中的襯底的翹曲，從而能夠減小襯底的翹曲動作。但是，當(dāng)熱改性層相對于單晶襯底的厚度方向或平面方向被設(shè)置于偏置位置、或配置為不規(guī)則、或配置為不對稱時，存在矯正翹曲變困難的情況。特別是，相對于單晶襯底的厚度方向形成熱改性層的相對形成位置，影響熱改性層形成后的單晶襯底的翹曲量的變化量，形成位置越接近表面則變化量越大。為了避免產(chǎn)生上述問題，相對于單晶襯底的厚度方向，在對單晶襯底的厚度方向的相對位置5將成為成膜面的一面假設(shè)為0%、與成膜面相反側(cè)的面假設(shè)為100%時，熱改性層優(yōu)選設(shè)置在單晶襯底厚度方向的3%以上95%以下的范圍內(nèi)，進而優(yōu)選設(shè)置在3%以上50%以下的范圍內(nèi)。通過將熱改性層相對于單晶襯底的厚度方向設(shè)置在上述數(shù)值范圍內(nèi)，能夠進一步有效地矯正單晶襯底的翹曲。另外，熱改性層相對于單晶襯底厚度方向的存在位置，優(yōu)選多個熱改性層全部存在于相同的位置上，但是也可以存在于不同的位置上。該情況下，在也考慮了各熱改性層相對于單晶襯底平面方向的配置位置的基礎(chǔ)上，也可以將各熱改性層相對于單晶襯底的厚度方向配置于不同的位置上，以使對由設(shè)置熱改性層而帶來翹曲的矯正效果不會顯著降低。另外，相對于單晶襯底厚度方向的熱改性層長度6，根據(jù)激光的光斑尺寸、照射能量(激光功率/重復(fù)頻率)、脈沖寬度而決定，通常在數(shù)Pm 數(shù)十Pm的范圍內(nèi)。如上所述，能夠通過在單晶襯底內(nèi)部形成熱改性層并控制單晶襯底的應(yīng)力，而獲得使單晶襯底的翹曲形狀和/或翹曲量被高效且精密地控制的外延生長用內(nèi)部改性襯底。另外，本實施方式的帶多層膜的內(nèi)部改性襯底的特征在于，在根據(jù)本發(fā)明得到的外延生長用內(nèi)部改性襯底的成膜面上設(shè)置有具有兩層以上的層的多層膜。在本申請說明書中，所謂的“多層膜”是指具有兩層以上的層的膜。而且，是指構(gòu)成該多層膜的各層由相對于單晶襯底平面方向具有相同膜厚度的連續(xù)的層構(gòu)成，且不具有最外層的膜貫穿的錯層(為了記載不具有電極形成部位而追加)的膜。多層膜的層結(jié)構(gòu)以及構(gòu)成多層膜的各層膜厚度、材料及結(jié)晶性/非結(jié)晶性，根據(jù)使用本實施方式的帶多層膜、的內(nèi)部改性襯底進一步進行后加工而制造的元件種類、或制造元件時所使用的制造工藝，而適當(dāng)?shù)剡M行選擇。作為多層膜的成膜方法并沒有特別的限定，能夠利用周知的成膜方法，也能夠?qū)?gòu)成多層膜的各層采用不同的成膜方法和/或成膜條件進行成膜。作為成膜方法，可以舉出電鍍法等的液相成膜法，但是，優(yōu)選使用派射法或CVD法(Chemical Vapor Deposition、化學(xué)氣相沉積法)等氣相成膜法。另外，在成膜氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶層等的半導(dǎo)體結(jié)晶層時，進一步優(yōu)選利用 MOCVD 法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition、有機金屬化學(xué)氣相沉積法)、HVPE法(Hydride vapor phase epitaxy、氫化物氣相外延法)、MBE法(Molecular Beam Epitaxy、分子束外延法 )等氣相成膜法。另外,外延生長用內(nèi)部改性襯底的成膜面特別優(yōu)選為鏡面狀態(tài)。為了使形成多層膜的面為鏡面狀態(tài)，例如可以實施鏡面研磨。另外，優(yōu)選構(gòu)成多層膜的至少任意一層為結(jié)晶性的層。特別是，進一步優(yōu)選多層膜中的至少任意一層為氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶層。另外，從能夠利用外延生長用內(nèi)部改性襯底的成膜面上露出的結(jié)晶面進行外延生長這一觀點來看，優(yōu)選構(gòu)成多層膜的各層中的至少與外延生長用內(nèi)部改性襯底的成膜面直接接觸的層為結(jié)晶性的層，構(gòu)成多層膜的所有層均為結(jié)晶性的層也可以。另外，所謂的“外延生長”包括含有相同組成或混合晶的同質(zhì)外延生長、異質(zhì)外延生長。另外，構(gòu)成多層膜的各層的材料也根據(jù)制造的元件而適當(dāng)?shù)剡M行選擇，但是，考慮到外延生長用內(nèi)部改性襯底由藍(lán)寶石等無機材料構(gòu)成的話,優(yōu)選構(gòu)成各層的材料也為金屬材料、金屬氧化物材料、無機半導(dǎo)體材料等無機材料，以所有的層均由這些無機材料構(gòu)成為佳。但是，在使用了 MOCVD法時，存在該無機材料中混入有微量的源自有機金屬的有機物的可能性。作為構(gòu)成多層膜的各層的具體例，例如作為適于制造面發(fā)光激光器等中使用的發(fā)光元件、光傳感器或太陽能電池等中使用的受光元件、電子電路等中使用的半導(dǎo)體元件等各種利用氮化物半導(dǎo)體的元件的例子，可以舉出GaN系、AlGaN系、InGaN系等的氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶層。另外，該情況下，作為單晶襯底，適宜使用藍(lán)寶石襯底。圖3是作為多層膜的一例的氮化物半導(dǎo)體層的外延生長工序的示意圖。作為多層膜的層結(jié)構(gòu)的具體例，例如如圖3所示，使用藍(lán)寶石襯底作為外延生長用內(nèi)部改性襯底，首先，進行藍(lán)寶石襯底的熱清洗(thermal cleaning)(圖3 (a)),并進行低溫緩沖層8的生長(圖3(b))。接著，使n-GaN層9(圖3 (c))、具有多量子阱結(jié)構(gòu)(Multiple quantum well structures)的 InGaN 系活性層 10 (圖 3(d))生長。圖4表示圖3所示的氮化物半導(dǎo)體層的外延生長工序中的In-situ(原位)觀察例。圖5是表示襯底的翹曲量與曲率的關(guān)系的圖。圖6是形成本實施方式涉及的帶多層膜的內(nèi)部改性襯底時的In-situ(原位)觀察例的示意圖。如非專利文獻(xiàn)2中所公開那樣，能夠通過In-situ (原位)觀察來定量地分析成膜中的藍(lán)寶石襯底的動作。也就是說，能夠獲知襯底的翹曲形狀或翹曲量在成膜中如何地變化。在圖4中，橫軸為時間，縱軸表不成膜面的襯底的曲率(knT1)?？v軸的正向表不成膜面為凸面狀，負(fù)向表示成膜面為凹面狀。能夠由襯底的曲率計算出襯底的翹曲量。在圖5中，將襯底的曲率半徑表示為R、具有1/R曲率的襯底的翹曲量表示為X、襯底的直徑近似地表示為D。作為這些值的相關(guān)性，通過使用勾股定理，能夠表示為(1/R)2 = ((l/R)_X)2+(D/2)2。根據(jù)該公式，在襯底的直徑為50mm時能夠作為0. 322X曲率(knT1)而求出翹曲量(Pm)，在襯底的直徑為IOOmm時能夠作為I. 250 X曲率(knT1)而求出翹曲量(iim)。圖4中的波譜A，表示使用了未形成熱改性層的現(xiàn)有的藍(lán)寶石襯底的例子。另外，圖4(a) (e)分別與成膜工序的各過程相對應(yīng)。即，(a)對應(yīng)于襯底的熱清洗，(b)對應(yīng)于低溫緩沖層生長，(c)對應(yīng)于n-GaN層生長，(d)對應(yīng)于InGaN系活性層生長，(e)對應(yīng)于冷卻。使用圖4的波譜A，對圖4(a) (e)中的襯底的動作進行說明。在向(a)襯底熱清洗過渡的階段中，由于藍(lán)寶石襯底的上下面上的溫度差，襯底生長面的凹面形狀進一步變強，從而曲率大幅變化。 接著，在通常將溫度降低至500 600°C左右并向(b)低溫緩沖層生長過渡的階段中，襯底的凹面形狀減弱，從而曲率稍微變小。接著，再次將溫度升高至1000°C左右并進行(c) n-GaN層生長的階段中，由于氮化鎵與藍(lán)寶石的晶格常數(shù)差的緣故，會使襯底的凹面形狀變強，從而曲率變大。進而進行成膜，由于膜厚度越厚則曲率越大，因此，膜厚度和膜質(zhì)量的襯底面內(nèi)均勻性顯著變差。僅通過成膜條件來控制襯底面內(nèi)的均勻性而言，在技術(shù)上被認(rèn)為是困難的。另外，在氮化物半導(dǎo)體層中，為了緩和應(yīng)力而產(chǎn)生位錯從而膜質(zhì)量變差的情況成為問題。接著，將溫度降低至700 800°C左右，在(d) InGaN系活性層的生長階段中，由于InGaN系活性層的膜厚度和InGaN中的In成分的均勻性會影響發(fā)光波長的面內(nèi)均勻性，因而影響LED芯片的制造成品率。由于InGaN層的膜厚度或In成分受成膜溫度影響，因此，為了提高襯底面內(nèi)的溫度均勻性，使成膜中的襯底的曲率盡可能地接近0是理想的。最后，在(e)冷卻襯底的階段中，由于再次因熱膨脹系數(shù)差而導(dǎo)致襯底形狀再次大幅翹曲，因此，一系列的成膜工序結(jié)束后的襯底的曲率大。會產(chǎn)生使LED芯片化前的晶背研磨加工或光刻變困難這樣的問題。以上，由圖4的波譜A所示可知，當(dāng)使用現(xiàn)有的藍(lán)寶石襯底時，能夠使InGaN系活性層生長階段中的襯底曲率大致為0，但是，另一方面存在成膜工序中的襯底的動作大，成膜結(jié)束后的襯底的曲率變大這樣的缺點。接下來，將通過在現(xiàn)有的藍(lán)寶石襯底內(nèi)部形成改性區(qū)域圖形而制造本發(fā)明的外延生長用內(nèi)部改性襯底并成膜氮化物半導(dǎo)體層時的In-situ (原位)觀察的第一例，表示于圖4中的波譜B。波譜B中的內(nèi)部改性藍(lán)寶石襯底的初始狀態(tài)，優(yōu)選與現(xiàn)有的藍(lán)寶石襯底相比以成膜面更為翹曲成凸面那樣地形成改性區(qū)域圖形。通過這樣，與使用了現(xiàn)有的藍(lán)寶石襯底的波譜A相比較，能夠減小襯底的翹曲動作。在圖4中的波譜C中，與波譜B的情況同樣地表示使用了內(nèi)部改性藍(lán)寶石襯底的例子，其中，該內(nèi)部改性藍(lán)寶石襯底是在現(xiàn)有的藍(lán)寶石襯底內(nèi)部形成改性區(qū)域圖形時調(diào)整各線間的間距和圖形形成位置，使藍(lán)寶石襯底的初始狀態(tài)相比波譜B而進一步大幅翹曲成凸面的內(nèi)部改性藍(lán)寶石襯底。波譜C，能夠通過成膜工序而進一步減小襯底的動作。即，表示與波譜A、B相比利用襯底的應(yīng)力將成膜中產(chǎn)生的應(yīng)力相抵消的效果更大。
與使用了現(xiàn)有的藍(lán)寶石襯底的情況相比較，以上述的波譜B、C得到的氮化物半導(dǎo)體層，由于成膜中的襯底的翹曲被抑制，襯底的翹曲動作變小，因此膜的質(zhì)量和均勻性提聞。但是，在此同時，外延生長用內(nèi)部改性襯底的初始狀態(tài)呈大幅翹曲成凸面的狀態(tài)，結(jié)果是，產(chǎn)生InGaN系活性層生長階段和成膜結(jié)束時的襯底曲率與使用現(xiàn)有的藍(lán)寶石襯底的情況相比變大這樣的問題。也就是說，本發(fā)明的外延生長用內(nèi)部改性襯底，如圖6中的波譜C所示，優(yōu)選形成為能夠在減小襯底的翹曲動作的同時，使InGaN系活性層生長階段和成膜結(jié)束時的襯底曲率變小那樣的初始狀態(tài)。通過這樣，能夠在提高氮化物半導(dǎo)體層的膜的質(zhì)量和均勻性的同時，提高氮化物 半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)光波長的均勻性。因此，在形成熱改性層前的藍(lán)寶石襯底中，優(yōu)選使用能夠預(yù)先將由于熱改性的形成而大幅翹曲為凸面的襯底曲率部分抵消那樣的藍(lán)寶石襯底。如上所述，作為形成熱改性層用的藍(lán)寶石襯底，能夠使用氮化物半導(dǎo)體層的成膜面為凹面、且該凹面的曲率大于OknT1小于等于IeOknT1的藍(lán)寶石襯底。另外，從上述理由來看，優(yōu)選氮化物半導(dǎo)體層的成膜面為凹面、且該凹面的曲率為^knT1 WilSOknT1以下，進而優(yōu)選85km 1以上150km 1以下。如上所述，通過使用本發(fā)明的外延生長用內(nèi)部改性襯底，能夠得到如下所述的帶多層膜的內(nèi)部改性襯底，即，設(shè)有氮化物半導(dǎo)體層的膜的質(zhì)量和均勻性均有提高的氮化物半導(dǎo)體層的帶多層膜內(nèi)部改性襯底。在使用根據(jù)本發(fā)明得到的帶多層膜內(nèi)部改性襯底來構(gòu)成各種半導(dǎo)體器件時，能夠提高器件的質(zhì)量和成品率。作為半導(dǎo)體器件，可以舉出例如發(fā)光元件、電子器件、或受光元件等。在制造作為半導(dǎo)體器件的元件時，作為后工序，除了元件部分形成工序之外，還可以依次實施研磨工序、分割預(yù)定線形成工序以及分割工序。該情況下，使用本實施方式的帶多層膜的內(nèi)部改性襯底的元件制造方法具體為通過至少依次實施以下的(I) (4)所示的工序，能夠制造包括元件部分和具有與該元件部分略對應(yīng)尺寸的單晶襯底的元件。(I)元件部分形成工序?qū)Ρ緦嵤┓绞降膸Ф鄬幽?nèi)部改性襯底的多層膜進行圖案形成，從而形成各個元件部分的工序；(2)研磨工序?qū)σ幻嫔闲纬捎性糠值膸г糠值膯尉бr底的未形成有元件部分的面，進行研磨直至至少除去熱改性層的工序；(3)分割預(yù)定線形成工序從在研磨工序中被研磨的面?zhèn)妊馗髟糠值姆纸缇€照射激光，由此形成分割預(yù)定線的工序；(4)分割工序沿著分割預(yù)定線形成工序中所形成的分割預(yù)定線施加外力，由此將帶元件部分的單晶襯底以元件部分為單位進行分割的工序。在此，在實施(3)分割預(yù)定線形成工序和(4)分割工序時，可以利用專利文獻(xiàn)3所記載的技術(shù)。另外，在將熱改性層形成為網(wǎng)格狀圖形時，在研磨工序中研磨至熱改性層未被完全除去的程度之后，將單晶襯底內(nèi)殘留的熱改性層作為分割預(yù)定線進行利用，由此實施分割工序在原理上也是可能的。但是，若不是在將多層膜個別化為各個元件部分之后的話，則無法進行在確認(rèn)了元件部分的存在位置之后用于進行激光照射的對位。因此，在制造各個元件部分之前形成兼具分割預(yù)定線功能的熱改性層的上述方法中，對應(yīng)于各個元件部分正確地形成分割預(yù)定線是困難的。即，在上述方法中，由于分割預(yù)定線從鄰接的兩個元件部分之間的邊界線偏離的可能性變大，因此缺乏實用性。因此，在利用通過激光照射形成的熱改性層實施分割工序時，可以說特別優(yōu)選按照上述(I) (4)所示的工序進行實施。另外，能夠?qū)⒈景l(fā)明的帶多層膜內(nèi)部改性襯底作為基底材料來使用，進而通過同質(zhì)外延生長而形成具有能夠自支撐(Free-standing)的膜厚度的結(jié)晶性膜的厚膜。另夕卜，將結(jié)晶性膜的厚膜從由晶體成膜體構(gòu)成的基底材料分離，能夠得到塊狀襯底(bulksubstrate)。進而，通過在本發(fā)明的外延生長用內(nèi)部改性襯底上形成結(jié)晶性膜的厚膜并從外延生長用內(nèi)部改性襯底分離，也能夠得到由結(jié)晶性膜的厚膜構(gòu)成的塊狀襯底。使用本發(fā)明的外延生長用內(nèi)部改性襯底時，由于能夠抑制在成膜中或成膜后產(chǎn)生的襯底的翹曲，因此，能 夠不產(chǎn)生裂紋地形成厚膜。例如，當(dāng)在外延生長用內(nèi)部改性襯底上形成上述氮化物半導(dǎo)體層的厚膜時，能夠抑制在成膜中或成膜后產(chǎn)生的襯底的翹曲，從而能夠不產(chǎn)生裂紋地獲得具有能夠自支撐的膜厚度的氮化物半導(dǎo)體層的厚膜。通過將這樣得到的氮化物半導(dǎo)體層的厚膜從上述內(nèi)部改性襯底分離，無需使用復(fù)雜的工序便能夠得到氮化物半導(dǎo)體塊狀襯底。作為氮化物半導(dǎo)體塊狀襯底，尤其是能夠有效地制造由AlxInyGazN(x+y+z = l、x彡O、y > O、z > 0)構(gòu)成的氮化物半導(dǎo)體塊狀襯底。作為能夠自支撐的膜厚度，優(yōu)選50 Pm以上。另外，作為厚膜的形成方法，能夠使用MOCVD法、HVPE法、LPE法(液相外延法)等。實施例以下，舉以實施例對本發(fā)明進行說明，但本發(fā)明并不僅限于以下的實施例。使用表3所示的激光條件在藍(lán)寶石襯底內(nèi)部形成熱改性層，并調(diào)查了對于襯底的翹曲形狀和翹曲量的變化的影響。將其結(jié)果表示于實施例I和2中。[表3]
波長1045nm
脈沖寬度 500fs 重復(fù)頻率 IOOkHz 光斑尺寸 I. 6 3.5 ym 激光功率 03W
試樣臺掃描速度 400nun/s
(實施例I)作為形成熱改性層的藍(lán)寶石襯底，使用了單面被研磨的2英寸藍(lán)寶石襯底。襯底厚度為430 u m。形成熱改性層前的襯底的翹曲形狀和翹曲量，利用激光干涉儀進行測量。接著，將藍(lán)寶石襯底設(shè)置于脈沖激光裝置的試樣臺上，對藍(lán)寶石襯底內(nèi)部進行了改性區(qū)域圖形的形成。將樣品I 9的圖形形狀、各線間的間距、形成位置以及改性層長度、每一枚的加工時間表示于表4中。改性區(qū)域圖形形成后的藍(lán)寶石襯底的襯底形狀利用激光干涉儀進行測量，翹曲量和襯底厚度利用線性測量計和激光干涉儀進行測量。在表4中，丄O.F.表示與藍(lán)寶石襯底的定向平面垂直，//0. F.表示與定向平面平行。[表 4]
權(quán)利要求
1.一種外延生長用內(nèi)部改性襯底，其特征在于包含單晶襯底和通過對所述單晶襯底進行激光照射而形成于該單晶襯底內(nèi)部的熱改性層。
2.如權(quán)利要求I所述的外延生長用內(nèi)部改性襯底，其特征在于，所述激光照射滿足下述A和B所示的至少任意一種照射條件來實施 〈照射條件A>激光波長200nm 400nm 脈沖寬度納秒級 <照射條件B〉激光波長400nm 5000nm脈沖寬度飛秒級 皮秒級。
3.如權(quán)利要求I或2所述的外延生長用內(nèi)部改性襯底，其特征在于， 對于所述單晶襯底的厚度方向的相對位置，在將成為成膜面的一面?zhèn)燃僭O(shè)為0%、與所述成膜面相反側(cè)的面假設(shè)為100%時，所述熱改性層設(shè)置在所述單晶襯底厚度方向的3%以上95%以下的范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求I 3中任意一項所述的外延生長用內(nèi)部改性襯底，其特征在于，所述熱改性層相對于所述單晶襯底的平面方向以從下述形狀中選擇的至少任意一種圖形形狀進行設(shè)置 i)有規(guī)律地配置有多個相同形狀和相同尺寸的多角形的形狀， ii)有規(guī)律地配置有多個相同形狀和相同尺寸的圓或橢圓的形狀， iii)同心圓狀， iv)形成為相對于所述單晶襯底的中心點略呈點對稱的形狀， v)形成為相對于通過單晶襯底的中心點的直線略呈線對稱的形狀， vi)帶狀，以及 vii)螺旋狀。
5.如權(quán)利要求4所述的外延生長用內(nèi)部改性襯底，其特征在于，所述有規(guī)律地配置有多個相同形狀和相同尺寸的多角形的形狀是網(wǎng)格狀。
6.如權(quán)利要求5所述的外延生長用內(nèi)部改性襯底，其特征在于，構(gòu)成呈所述網(wǎng)格狀的圖形的線的間距，在50 iim以上2000 iim以下的范圍內(nèi)。
7.如權(quán)利要求I 6中任意一項所述的外延生長用內(nèi)部改性襯底，其特征在于，所述單晶襯底的材質(zhì)為從藍(lán)寶石、氮化物半導(dǎo)體、Si、GaAs、水晶以及SiC中選擇的至少任意一種。
8.如權(quán)利要求I 7中任意一項所述的外延生長用內(nèi)部改性襯底，其特征在于，形成所述熱改性層前的所述單晶襯底的形狀是其成膜面為凹面、且所述凹面的曲率大于OknT1小于等于IGOknT1。
9.如權(quán)利要求I 7中任意一項所述的外延生長用內(nèi)部改性襯底，其特征在于，所述凹面的曲率為^knT1以上ISOknT1以下。
10.如權(quán)利要求I 7中任意一項所述的外延生長用內(nèi)部改性襯底，其特征在于，所述凹面的曲率為SSknr1以上ISOknT1以下。
11.如權(quán)利要求I 10中任意一項所述的外延生長用內(nèi)部改性襯底，其特征在于，所述單晶襯底的直徑為50mm以上300mm以下。
12.如權(quán)利要求I 11中任意一項所述的外延生長用內(nèi)部改性襯底，其特征在于，所述單晶襯底的厚度為0. 05mm以上5. Omm以下。
13.如權(quán)利要求I 12中任意一項所述的外延生長用內(nèi)部改性襯底，其特征在于，所述單晶襯底的成為成膜面的面為研磨面，對所述單晶襯底進行的激光照射是透過所述研磨面而進行。
14.一種帶多層膜的內(nèi)部改性襯底，其特征在于， 設(shè)有單晶襯底和通過對所述單晶襯底進行激光照射而形成于該單晶襯底內(nèi)部的熱改性層； 在所述單晶襯底的一面上設(shè)有具有兩層以上的層的多層膜。
15.如權(quán)利要求14所述的帶多層膜的內(nèi)部改性襯底，其特征在于，構(gòu)成所述多層膜的至少任意一層為氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶層。
16.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，設(shè)有權(quán)利要求14中所述的帶多層膜的內(nèi)部改性襯。
17.如權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件是發(fā)光元件、電子器件、受光兀件中的任意一種。
18.一種半導(dǎo)體塊狀襯底，其特征在于，由權(quán)利要求14中所述的帶多層膜的內(nèi)部改性襯底所具有的所述多層膜構(gòu)成。
19.如權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體塊狀襯底，其特征在于由AlxInyGazN構(gòu)成，其中，x+y+z=1> X ^ 0> y ^ 0> z ^ O0
20.一種外延生長用內(nèi)部改性襯底的制造方法，其特征在于，通過對單晶襯底進行激光照射，在所述單晶襯底的內(nèi)部形成熱改性層。
21.如權(quán)利要求20所述的外延生長用內(nèi)部改性襯底的制造方法，其特征在于，所述激光照射滿足下述A和B所示的至少任意一種照射條件來實施 〈照射條件A>激光波長200nm 400nm 脈沖寬度納秒級 <照射條件B〉激光波長400nm 5000nm 脈沖寬度飛秒級 皮秒級。
22.如權(quán)利要求20或21所述的外延生長用內(nèi)部改性襯底的制造方法，其特征在于，對于所述單晶襯底的厚度方向的相對位置，在將成為成膜面的一面?zhèn)燃僭O(shè)為0%、與所述成膜面相反側(cè)的面假設(shè)為100%時，所述熱改性層形成為位于所述單晶襯底的厚度方向的3%以上95%以下的范圍內(nèi)。
23.如權(quán)利要求20 22中任意一項所述的外延生長用內(nèi)部改性襯底的制造方法，其特征在于，所述熱改性層相對于所述單晶襯底的平面方向，按照描繪從下述形狀中選擇的至少任意一種圖形形狀的方式而形成 i)有規(guī)律地配置有多個相同形狀和相同尺寸的多角形的形狀， ii)有規(guī)律地配置有多個相同形狀和相同尺寸的圓或橢圓的形狀， iii)同心圓狀，iv)形成為相對于所述單晶襯底的中心點略呈點對稱的形狀， v)形成為相對于通過單晶襯底的中心點的直線略呈線對稱的形狀， vi)帶狀，以及 vii)螺旋狀。
24.如權(quán)利要求23所述的外延生長用內(nèi)部改性襯底的制造方法，其特征在于，所述有規(guī)律地配置有多個相同形狀和相同尺寸的多角形的形狀是網(wǎng)格狀。
25.如權(quán)利要求24所述的外延生長用內(nèi)部改性襯底，其特征在于，構(gòu)成呈所述網(wǎng)格狀的圖形的線的間距，在50 iim以上2000 iim以下的范圍內(nèi)。
26.如權(quán)利要求20 25中任意一項所述的外延生長用內(nèi)部改性襯底的制造方法，其特征在于，所述單晶襯底的材質(zhì)為從藍(lán)寶石、氮化物半導(dǎo)體、Si、GaAs、水晶以及SiC中選擇的至少任意一種。
27.如權(quán)利要求20 26中任意一項所述的外延生長用內(nèi)部改性襯底的制造方法，其特征在于，形成所述熱改性層前的所述單晶襯底的形狀是其成膜面為凹面、且所述凹面的曲率大于OknT1小于等于160k!!!'
28.如權(quán)利要求20 26中任意一項所述的外延生長用內(nèi)部改性襯底的制造方法，其特征在于，所述凹面的曲率為^knT1以上ISOknT1以下。
29.如權(quán)利要求20 26中任意一項所述的外延生長用內(nèi)部改性襯底的制造方法，其特征在于，所述凹面的曲率為SSknr1以上ISOknT1以下。
30.如權(quán)利要求20 29中任意一項所述的外延生長用內(nèi)部改性襯底的制造方法，其特征在于，所述單晶襯底的直徑為50mm以上300mm以下。
31.如權(quán)利要求20 30中任意一項所述的外延生長用內(nèi)部改性襯底的制造方法，其特征在于，所述單晶襯底的厚度為0. 05mm以上5. Omm以下。
32.如權(quán)利要求20 31中任意一項所述的外延生長用內(nèi)部改性襯底的制造方法，其特征在于，所述單晶襯底的成為成膜面的面為研磨面，對該單晶襯底進行的所述激光照射是透過所述研磨面而進行。
33.一種帶多層膜的內(nèi)部改性襯底的制造方法，其特征在于， 通過對單晶襯底進行激光照射而在所述單晶襯底的內(nèi)部形成熱改性層， 進而，在所述單晶襯底的一面上形成具有兩層以上的層的多層膜。
34.如權(quán)利要求33所述的帶多層膜的內(nèi)部改性襯底的制造方法，其特征在于，構(gòu)成所述多層膜的至少任意一層為氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶層。
35.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，使用權(quán)利要求14所述的帶多層膜的內(nèi)部改性襯底而形成。
36.如權(quán)利要求35所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件是發(fā)光元件、電子器件、受光元件中的任意一種。
37.一種半導(dǎo)體塊狀襯底的制造方法，其特征在于，使用權(quán)利要求14中所述的帶多層膜的內(nèi)部改性襯底所具有的所述多層膜而形成。
38.如權(quán)利要求37所述的半導(dǎo)體塊狀襯底的制造方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體塊狀襯底由AlxInyGazN構(gòu)成,其中，x+y+z = l、x彡0、y彡0、z彡O。
全文摘要
本發(fā)明提供具有任意的翹曲形狀和/或翹曲量的外延生長用內(nèi)部改性襯底、使用該外延生長用內(nèi)部改性襯底的帶多層膜的內(nèi)部改性襯底、半導(dǎo)體器件及半導(dǎo)體塊狀襯底、以及它們的制造方法；該外延生長用內(nèi)部改性襯底包含單晶襯底和通過對單晶襯底進行激光照射而形成于該單晶襯底的內(nèi)部的熱改性層而構(gòu)成。
文檔編號H01L21/02GK102753737SQ201180009519
公開日2012年10月24日 申請日期2011年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月5日
發(fā)明者會田英雄, 古田健次, 星野仁志, 本莊慶司, 浜元友三郎, 青田奈津子 申請人:并木精密寶石株式會社, 株式會社迪思科