專利名稱：半導體晶體的制造方法和半導體發光元件的制作方法
技術領域：
本發明涉及通過橫向晶體成長作用，在底襯底上形成由III族氮化物系化合物半導體構成的襯底層，得到晶體成長襯底的半導體晶體的制造方法。
本發明涉及通過在由硅(Si)形成的底襯底上，使由III族氮化物系化合物半導體構成的晶體成長，得到半導體襯底的方法。本發明還涉及把這種半導體襯底作為晶體成長襯底制造的III族氮化物系化合物半導體元件。
本發明涉及在底襯底上，使由III族氮化物系化合物半導體構成的半導體晶體成長，從底襯底得到獨立的優質半導體晶體的方法。
本發明適于以LED等為代表的各種半導體元件晶體成長襯底的制造等。
背景技術：
一般知道，如圖10所例示，例如在由硅(Si)等構成的底襯底上使氮化鎵(GaN)等氮化物進行半導體晶體成長，然后冷卻到常溫時，在氮化物半導體層上有很多轉位和裂紋。
圖11例示了在Si襯底(底襯底)上晶體成長的現有半導體晶體的模式剖面圖。在該晶體成長工序中，采用了MOCVD法。如本圖11所示，通過現有技術在Si襯底(底襯底)上高溫成長的半導體晶體(GaN晶體等)上產生「反應部位」和轉位、裂紋等。
作為在底襯底上，使由III族氮化物系化合物半導體構成的半導體晶體成長，從該底襯底得到獨立的半導體晶體的現有技術，例如一般知道公開專利公報「特開平7-202265III族氮化物半導體的制造方法」中所述的濕式蝕刻法和/或在藍寶石襯底上通過HVPE法等，使厚膜的GaN(目的半導體晶體)成長、用激光照射和研磨等把藍寶石襯底除去的方法。
發明的公開這樣，當在成長層(氮化物半導體層)上有很多轉位和裂紋時，而在其上制作器件時，結果是在器件中產生很多晶格缺陷和轉位、變形、裂紋等，成為引起器件特性惡化的原因。
另外，例如除去由硅(Si)等構成的底襯底，只留下成長層，想得到獨立的襯底(晶體)時，因所述轉位和裂紋等的作用而得不到大面積(1cm2以上)的產物。
轉位和裂紋是根據不同種材料間的熱膨脹系數差和晶格常數差產生的應力的結果而產生的，用這種晶體成長襯底制造各種半導體器件時，則引起器件特性的惡化。
另外，在目的半導體襯底(半導體晶體A)的晶體成長溫度1000℃～1150℃附近，硅(Si)和氮化鎵(GaN)反應，形成多晶GaN(圖中的「反應部位」)。因此，產生經過高溫晶體成長過程不容易得到單晶GaN襯底等問題。
在這些現有技術中，存在的問題是有由底襯底(例如，藍寶石、硅等)和III族氮化物系化合物半導體間的熱膨脹率差和晶格常數差引起的，在晶體成長工序完成后降溫時等，在目的單晶(例如GaN等)上施加應力，在目的單晶上產生很多轉位和裂紋。
例如，使用所述那樣的現有技術時，在由藍寶石和/或硅(Si)等形成的底襯底上，使氮化鎵(GaN)等氮化物半導體晶體成長、然后冷卻到常溫時，通過熱膨脹系數差和/或晶格常數差等引起的應力，在氮化物半導體層上產生很多轉位和裂紋。
這樣，當在成長層(氮化物半導體層)上產生很多轉位和裂紋時，當在其上制作器件時，結果是在器件上產生很多晶格缺陷和轉位、變形、裂紋等，成為引起器件特性惡化的原因。
另外，除去底襯底，只留下成長層、想得到獨立的襯底(晶體)時，因所述轉位和裂紋等的作用而得不到大面積的產物。厚膜成長時，連成長中目的單晶上都產生裂紋，所以，非常容易產生部分小片發生剝離等問題。
本發明是為解決所述課題而開發的，其目的在于得到沒有裂紋、轉位密度低的高質量的半導體晶體(晶體成長襯底)。
本發明的另一目的在于把比較便宜的硅(Si)作為底襯底使用來得到沒有裂紋和多晶塊(反應部位)的高質量半導體晶體。本發明再一目的在于通過把高質量制造的所述半導體晶體用作晶體成長襯底來制造高質量的半導體器件。
本發明的又一目的還在于從底襯底得到獨立的優質的半導體晶體。
為解決所述課題，下面的方法是有效的。
即，第一方法是通過利用橫向晶體成長作用，在底襯底上形成由III族氮化物系化合物半導體構成的襯底層，從底襯底得到獨立的半導體晶體的制造工序中，設有突起部形成工序，在底襯底上形成多個突起部；晶體成長工序，把該突起部表面的至少一部分作為襯底層開始晶體成長的最初成長面，該成長面使襯底層晶體成長，成長到各個突起部相互連接成至少相連的大致平面；分離工序，通過斷裂突起部，把襯底層和底襯底分離。
但這里所說的「III族氮化物系化合物半導體」一般包括二元、三元或四元用通式「AlxGayIn(1-x-y)N(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)」表示的任意混晶比的半導體，而且添加了p型或n型雜質的半導體也定為本說明書「III族氮化物系化合物半導體」的范疇。
另外，把所述III族元素(Al，Ga，In)內的一部分用硼(B)和鉈(T1)等置換，或把氮(N)的一部分用磷(P)、砷(As)、銻(Sb)、鉍(Bi)等置換的半導體等也還定為本說明書「III族氮化物系化合物半導體」的范疇。
作為所述P型雜質，例如可添加鎂(Mg)和/或鈣(Ca)等。
作為所述n型雜質，例如可添加硅(Si)和硫(S)、硒(Se)、碲(Te)或鍺(Ge)等。
這些雜質，既可同時添加兩種元素以上，也可同時添加兩型(P型和n型)。
例如，如圖1所示，在具有多個突起部的底襯底上，使由III族氮化物系化合物構成的襯底層(半導體晶體)成長時，通過調整突起部的大小和配置間隔和晶體成長諸條件等，能在各突起部間(突起部的側面)形成半導體晶體未被層積的「空洞」。因此，與突起部的高度相比，把襯底層的厚度制成充分大時，內部應力或外部應力容易集中作用在該突起部。其結果是，特別是這些應力作為對突起部的剪切應力等作用而該應力變大時，突起部發生斷裂。因此，只要利用該應力就能容易把底襯底和襯底層分離(剝離)。通過該方法能從底襯底得到獨立的晶體(襯底層)。
所述「空洞」形成得越大，應力(剪切應力)在突起部越容易集中。
例如，如從圖1也可知道，通過形成所述那種突起部，使底襯底和襯底層(或希望的半導體晶體層)的接觸部位被限定得狹窄，所以，根據兩者晶格常數差的變形難于產生，「根據底襯底和襯底層間的晶格常數差的應力」被緩和。因此，襯底層(希望的半導體晶體)進行晶體成長時，對成長中的襯底層起作用的不需要的應力被抑制，轉位和裂紋的發生密度被降低。
在把底襯底和襯底層分離(剝離)時，襯底層的一部分既可殘留在底襯底一邊，或底襯底的一部分(例如突起部的斷裂殘骸)也可殘留在襯底層一邊。即，所述分離工序并不是把這些材料一部分殘骸皆無的，各材料完全分離作為前提(必要條件)的。
解決所述課題的第二方法是，在這些第一方法中，通過把襯底層和底襯底冷卻或加熱，使產生根據襯底層和底襯底熱膨脹系數差的應力，利用該應力實施所述突起部的斷裂。
根據該方法能容易生成所述應力。
第三方法是，在利用橫向晶體成長作用，在底襯底上形成由III族氮化物系化合物半導體構成的襯底層，得到半導體晶體的制造工序中，設有突起部形成工序，在底襯底上形成多個突起部；晶體成長工序，把該突起部表面的至少一部分作為襯底層開始晶體成長的最初成長面，該成長面使襯底層晶體成長、成長到各個突起部相互連接成至少相連結的大致平面。在該晶體成長工序中，通過調整III族氮化物系化合物半導體的原料供給量q，在底襯底突起部間谷部至少一部分露出領域，把III族氮化物系化合物半導體的晶體成長速度a與突起部頂部的晶體成長速度b的差值(b-a)控制在大致最大值。
根據該方法，突起部頭部附近的晶體成長速度相對地變大，所述露出區域附近的晶體成長比較地被抑制，從頂部附近的晶體成長成為主流。其結果是，從突起部頂部附近開始的襯底層的橫向成長(ELO)變明顯，襯底層晶體成長時在襯底層起作用的「根據底襯底和襯底層間的晶格常數差的應力」被緩和。因此，襯底層的晶體構造安定，在襯底層上難以發生轉位和裂紋。
如襯底層的橫向成長(ELO)變明顯時，例如在突起部的側面(各突起部間)有時產生比較大空洞。
例如，如圖1所示，以適當的大小、間隔或周期在底襯底的表面上形成凹凸時，一般在底襯底外周側壁附近的周邊部分以外，與凸部(突起部)的上面附近相比，凹部(谷部)的晶體材料每單位時間·單位面積的供給量容易變少。該傾向雖也依賴于晶體材料的氣流流量、溫度、方向等，但通過把這些諸條件最合適或恰當地控制，能把所述差值(b-a)控制在大致最大值。
第四方法是，在所述第一或第二方法的晶體成長工序中，通過調整III族氮化物系化合物半導體的原料供給量q，在底襯底突起部間的谷部至少一部分露出領域，把III族氮化物系化合物半導體的晶體成長速度a與突起部頂部的晶體成長速度b的差值(b-a)控制在大致最大值。
這時與上述方法一樣，襯底層晶體成長時對襯底層起作用的「根據底襯底和襯底層間的晶格常數差的應力」被緩和，襯底層的晶體構造安定，在襯底層上難以發生轉位和裂紋。該作用·效果在空洞于各突起部間(突起部的側面)橫向成長越明顯時，越變得比較顯著。
在突起部的側面(各突起部間)若形成空洞的話，則剪切應力容易集中在突起部，在所述分離工序中，利用剪切應力容易把底襯底和襯底層分離。該作用·效果是各突起部間(突起部的側面)的空洞越大越顯著。
第五方法是，在所述第三或第四方法中，把所述原料供給量q定在1μmol/min以上～100μmol/min以下。
更理想的是，所述原料供給量q在5μmol/min以上～90μmol/min以下為好。作為尤其理想的值是，雖然其也依賴于形成的突起部的大小及形狀、配置間隔等底襯底的規格和供給原料的種類及供給流方向、晶體成長法等諸條件，但大概在10～80μmol/min左右是理想的。該值過大時，則難于把所述的差值(b-a)控制在大致最大值，所以，難以在各突起部間(突起部的側面)形成大的空洞。因此，這種情況時，根據晶格常數差的晶體內的應力比較難以被緩和、產生轉位等，襯底層單晶的結晶性容易惡化，這是不理想的。
在利用應力(剪切應力)把底襯底和襯底層分離之際，若突起部的側面沒有空洞或該空洞小時，應力也難以集中在突起部，突起部的斷裂難以發生，是不理想的。
另一方面，當原料供給量q過小時，則晶體成長過于耗費時間，在生產性方面不利，是不理想的。
第六方法是，在所述第一到第五的任一方法中，作為底襯底的材料使用硅(Si)或碳化硅(SiC)。
作為其他底襯底的材料，例如GaN、AlN、GaAs、InP、GaP、MgO、ZnO、MgAl2O4等是有用的，而且藍寶石、尖晶石、氧化錳、氧化鎵鋰(LiGaO2)、硫化鉬(MoS)等也能使用。
但在使用根據熱膨脹系數差的剪切應力把底襯底和襯底層分離時，最好選擇兩材料間的熱膨脹系數差大的組合，而且最好選擇在底襯底一邊容易發生斷裂的材料。
第七方法是，在所述第一到第六的任一方法中，作為底襯底的材料使用Si(111)，在突起部形成工序中，在底襯底突起部間谷部的露出領域使Si(111)面不露出地形成突起部。
根據本方法，能把所述谷部露出面的晶體成長速度a抑制小，所以，能把所述差值(b-a)在照舊不動地保持結晶性的同時而穩定的達到大致最大化。
第八方法是，在所述第一到第七任一方法的突起部形成工序后，至少在突起部的表面上設置由「AlxGa(1-x)N(0＜x≤1)」形成緩沖層的工序。
但和所述緩沖層，也可另外地再把與所述緩沖層有大致相同組成(例如AlN和AlGaN)的中間層周期地，或與其他層交替地，或構成多層構造地加以層積。
通過這種緩沖層(或中間層)的層積，能緩和因晶格常數差引起的對襯底層(成長層)起作用的應力等，通過與現有的同樣的作用原理能提高結晶性。
第九方法是，在所述第八方法中，把緩沖層的膜厚在突起部的縱向高度以下成膜。作為絕對目標，緩沖層的膜厚最好在約0.01μm以上～1μm以下。
通過該方法，僅使緩沖層上所形成的希望的晶體層(例如GaN層)在橫向優質成長。即，通過該方法，在緩沖層上形成的晶體層進行晶體成長時遇到的「根據晶格常數差的應力」被減輕，能有效降低轉位密度。
形成緩沖層等的AlN和AlGaN等，在底襯底露出的表面大致整個面上容易成膜，而且，原來，形成所希望的晶體成長層的GaN，具有比AlN和AlGaN等容易橫向成長的傾向，但根據所述方法，能在突起部的側面更可靠地形成大的「空洞」。
在通過該方法把襯底層從底襯底分離時，晶體層(在緩沖層上形成的所希望的層)也直接在襯底層的背面(底襯底具有的側面)大范圍露出。因此，在襯底層的背面形成電極時，抑制電阻變得容易。
緩沖層的膜厚，如所述，大約0.01μm～1μm左右是大致恰當的范圍，但更優選0.1μm以上～0.5μm以下為好。該膜厚過厚時，空洞容易變小，是不理想的。該膜厚過薄時，緩沖層大致均勻地成膜變困難。特別是，當在突起部上部附近產生緩沖層成膜不勻(沒充分成膜的部分)時，結晶性上也容易產生不勻，是不理想的。
第十方法是，在所述第一到第九任一方法的晶體成長工序中，把襯底層的膜厚定在50μm以上。
使晶體成長的襯底層(III族氮化物系化合物半導體)的厚度優選約50μm以上，該厚度越厚，對襯底層的拉伸應力越緩和，襯底層轉位和裂紋的發生密度越小。而且，能同時使襯底層牢固，所述剪切應力容易集中在所述突起部。
第十一方法是，在所述第一到第十任一方法的晶體成長工序中，在中途變更晶體成長法，從晶體成長速度慢的晶體成長法變更到晶體成長速度快的晶體成長法。
例如，在晶體成長面成為相連的大致平面狀之前，如采用易使所述差值(b-a)達到大致最大的晶體成長法(例如MOVPE法)，然后，采用易把膜厚高效達到50μm以上的晶體成長法(例如HVPE法)的話，能在短時間內得到結晶性優良的半導體晶體。
第十二方法是，在所述第一到第十一任一方法的突起部形成工序中，把突起部按大致等間隔或大致一定周期地配置，這樣來形成所述突起部。
借此，使橫向成長的成長條件在整體上大致均等，在結晶性好壞上難以產生不勻。突起部間谷部的上方，在用襯底層完全覆蓋之前的時間內難以產生局部的偏差，所以，例如，從晶體成長速度慢的晶體成長法到晶體成長速度快的晶體成長法，在中途變更晶體成長法時，其時間容易準確、早期或唯一地決定。
用本方法，所述空洞成為各個大致均等的大小，能把所述剪切應力在各突起部大致均等地分配，所以，整個突起部的斷裂均勻產生，底襯底和襯底層的分離能可靠實施。
第十三方法是，在所述第十二方法的突起部形成工序中，是在以一邊為0.1μm以上的略正三角形為基準的平面三角晶格的晶格點上形成突起部。
通過該方法能把所述的第十二方法更具體地、準確可靠地實施，因此，能可靠地降低轉位數。
第十四方法是，在所述第一到第十三任一方法的突起部形成工序中，把突起部的水平剖面形狀形成為大致正三角形、大致正六方形、大致圓形或四方形。
通過該方法，由III族氮化物系化合物半導體形成的晶體，在晶軸方向各部分容易一致，或能把突起部的水平方向長度(粗細)在任意水平方向限制成大致一樣，所以，能抑制轉位數。特別是，正六方形和正三角形容易與半導體晶體的晶體結構一致，所以是更理想的。圓形和四方形，可以說在制造技術方面容易形成其具有采用現有的一般加工技術水準進行制造的優點。
第十五方法是，在所述第一到第十四任一方法的突起部形成工序中，把突起部的配置間隔(配置周期)定在0.1μm以上～10μm以下。更理想的是，雖也依賴于晶體成長的實施條件，但突起部的配置間隔在0.5～8μm左右為好。但該配置間隔是指相互接近的各突起部中心點間的距離。
通過該方法能把突起部的谷部上方用襯底層覆蓋，同時在突起部間能形成空洞。
當該值過小時，幾乎得不到ELO的作用，結晶性惡化。且形成的空洞過小，只要不把襯底層的膜厚制成需要以上的大小，突起部的斷裂就不容易。
當該值過大時，不能把突起部的谷部上方用襯底層可靠地覆蓋，不能得到結晶性均勻且優質的晶體(襯底層)。
或者，當該值進一步過大時，谷部的露出面過大、幾乎得不到ELO的作用，且完全不能形成空洞，所以，結晶性惡化，只要不把襯底層的膜厚制成需要以上的大小，突起部的斷裂就不容易。
第十六方法是，在所述第一到第十五任一方法的突起部形成工序中，把突起部的縱向高度定為0.5μm以上～20μm以下。更理想的是，雖也依賴于晶體成長的實施條件，但突起部的縱向高度在0.8～5μm左右為好。
當該高度過短時，與沒有突起部時一樣，幾乎得不到ELO的作用、結晶性惡化。另外，該高度過短時，不能形成所述的空洞。
當該高度過高時，形成突起部自身變困難，為形成突起部要耗費必要以上的時間，或消費必要以上的底襯底材料，是不理想的。另外，該高度過高時，剪切應力分散到突起部的縱向，難以使突起部可靠地斷裂。
第十七方法是，在所述第一到第十六任一方法的突起部形成工序中，把突起部的橫向粗細、寬度或直徑定為0.1μm以上～10μm以下。更理想的是，雖也依賴于晶體成長的實施條件，但突起部的橫向粗細、寬度或直徑在0.5～5μm左右為好。
當該粗細過粗時，根據晶格常數差在襯底層(成長層)起作用的應力的影響變大，容易增加襯底層的轉位數。若過細時，則形成突起部自身變困難，或突起部頭部的晶體成長速度b變慢，是不理想的。
在通過應力(剪切應力等)使突起部斷裂時，若突起部的橫向粗細、寬度或直徑過大，易產生不能可靠斷裂的部分，是不理想的。
根據晶格常數差對襯底層(成長層)起作用的應力影響的大小，不僅依賴于突起部橫向的粗細(長度)，而且也依賴于突起部的配置間隔等。這些設定范圍若不恰當的話，則如所述，根據晶格常數差的應力的影響變大、容易增加襯底層的轉位數，是不理想的。
由于突起部頭部附近橫向的粗細、寬度或直徑有如所述的最合適值或合適范圍，所以，突起部的上面、底面或水平剖面的形狀，至少是局部封閉的形狀(島狀)，而且是向外側封閉成凸狀的形狀為好，更理想的是，該上面、底面或水平剖面的形狀，是大致圓形或大致正多角形等為好。通過這種設定，容易可靠實現對任意水平方向的所述最合適值或合適范圍。
第十八方法是，在所述第一到第十七的任一方法中，在晶體成長工序之前，通過各種蝕刻、電子束照射處理、激光等光學處理、化學處理、或切削和研磨等物理處理，使底襯底突起部間的谷部至少一部分露出區域的結晶性或分子結構發生惡化或變化，這樣能使該露出區域中III族氮化物系化合物半導體的晶體成長速度a降低。
通過該方法，能使所述晶體成長速度的差值(b-a)更加增大。因此，根據該方法，突起部頭部附近的晶體成長速度相對地變大，所以，通過與上述同樣的作用，襯底層晶體成長時，使對襯底層起作用的「根據底襯底和襯底層間的晶格常數差的應力」緩和，在襯底層上難以發生轉位和裂紋。
第十九方法是，在所述任一分離工序中，由底襯底和襯底層構成的襯底，殘留在成長裝置的反應室內，以使大致一定流量的氨(NH3)氣流入反應室內的原封不動的狀態下，把襯底用大約「-100℃/min～-0.5℃/min」左右的冷卻速度冷卻到大致常溫。
例如，通過這種方法，能把襯底層的晶體性原樣保持在優質狀態下實施所述的分離工序。
第二十方法是，至少在所述任一分離工序之后設有殘骸除去工序，把殘留在襯底層背面突起部的斷裂殘骸，用蝕刻等化學的或物理的方法進行加工處理除去。
根據該方法，在襯底層背面(已剝離底襯底的側面)形成半導體發光元件等電極時，能抑制在電極和襯底層的界面附近產生的電流不勻和電阻，因此，能謀求降低驅動電壓和/或提高發光強度等。
另外，通過除去突起部的斷裂殘骸，在把電極也作為半導體發光元件等的反射鏡利用時，使鏡面附近光的吸收和散射降低，提高了反射率，所以，提高了發光強度。
例如，在通過研磨等物理加工處理、實施該殘骸除去工序時等，直到襯底層背面的緩沖層也能除去，或提高襯底層背面的平坦度，所以，更能增強電流不勻和電阻的抑制、或降低鏡面附近光的吸收和散射等的所述作用效果。
第二十一方法是，在III族氮化物系化合物半導體發光元件中，把使用所述第一到第二十任一方法的半導體晶體制造方法制造的半導體晶體作為晶體成長襯底加以準備。
根據該方法，采用結晶性優良、內部應力少的半導體，可使III族氮化物系化合物半導體發光元件的制造成為可能或變得容易。
第二十二方法是，把通過使用所述第一到第二十任一方法的半導體晶體制造方法制造的半導體晶體，作為晶體成長襯底進行晶體成長，制造III族氮化物系化合物半導體發光元件。
根據該方法，采用結晶性優良、內部應力少的半導體，可使III族氮化物系化合物半導體發光元件的制造成為可能或變得容易。
通過以上的方法能解決所述課題。
第二十三方法是，利用橫向晶體成長作用，在由硅(Si)形成的底襯底上，在由III族氮化物系化合物半導體構成的半導體晶體A進行成長的半導體襯底制造工序中，包括防止反應工序，在底襯底上把由比半導體晶體A在熔點或耐熱性上高的晶體材料B構成的防止反應層成膜；突起部形成工序，通過化學的或物理的蝕刻法，在防止反應層已成膜一側的單面上，不使底襯底露出地從防止反應層形成多個突起部；晶體成長工序，把該突起部表面的至少一部分作為半導體晶體A開始晶體成長的最初成長面，使半導體晶體A進行晶體成長，成長到該成長面各個相互連接成至少為相連的大致平面。
但由所述半導體晶體A構成的所述半導體襯底，既可以是單層結構，也可以是復層結構(多層結構)。
這里所說的「III族氮化物系化合物半導體」，一般包括二元、三元或四元用通式「AlxGayIn(1-x-y)N(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)」表示的任意混晶比的半導體，而且添加了p型或n型雜質的半導體也定為本說明書「III族氮化物系化合物半導體」的范疇。
另外，把所述III族元素(Al，Ga，In)內的一部分用硼(B)和鉈(Tl)等置換，或把氮(N)的一部分用磷(P)、砷(As)、銻(Sb)、鉍(Bi)等置換的半導體等也還定為本說明書「III族氮化物系化合物半導體」的范疇。
作為所述P型雜質，例如可添加鎂(Mg)和/或鈣(Ca)等。
作為所述n型雜質，例如可添加硅(Si)或硫(S)、硒(Se)、碲(Te)或鍺(Ge)等。
這些雜質既可同時添加兩種元素以上，也可同時添加兩型(P型和n型)。
圖5是舉例說明本發明基本概念的半導體晶體制造工序的模式剖面圖。該防止反應層用于防止Si和氮化鎵系的半導體反應，這樣，通過在底襯底(Si襯底)上，由比氮化鎵系的半導體(半導體晶體A)熔點或耐熱性高的，例如SiC和AlN等構成的防止反應層(晶體材料B)成膜，即使在氮化鎵系半導體(半導體晶體A)進行長時間晶體成長時，在硅界面附近也不形成所述的「反應部」。
通過形成多個突起部，氮化鎵系的半導體(半導體晶體A)以突起部的平頂部為起點也在橫向成長。這樣，根據防止反應層與氮化鎵系半導體晶體A間晶格常數差的應力難以產生，應力被大幅度緩和。
通過形成多個突起部，作用于防止反應層的應力被緩和，這些應力難以在防止反應層上起作用，形成縱向裂紋，從而，在防止反應層上難以產生貫通縱向的裂紋。因此，用沒有貫通縱向裂紋的防止反應層，能完全把底襯底(Si襯底)和氮化鎵系半導體(半導體晶體A)遮斷，所以，能更可靠地防止所述那種「反應部」的發生。
例如，通過形成所述那種突起部，把防止反應層與半導體襯底(即，希望的半導體晶體層A)的接觸部位限定得狹窄，所以，根據兩者晶格常數差的變形難以變大，「根據底襯底與半導體襯底間晶格常數差的應力」被緩和。因此，在半導體襯底(希望的半導體晶體A)晶體成長時，對成長中的半導體襯底起作用的不需要的應力被抑制，降低了轉位和裂紋的發生密度。
即，通過以上的應力緩和作用，在氮化鎵系的半導體(半導體晶體A)上難以發生轉位，且裂紋的發生密度也特別被削減。
通過以上作用和相乘效果，沒有所述「反應部」和，裂紋、轉位密度被充分抑制的高質量半導體襯底(半導體晶體A)可能得到或變得容易得到。
本圖中的緩沖層C，根據需要采用插入的形態也可，在實施本發明上，這種緩沖層未定是必要的構成要素。即，即使在不設緩沖層的場合，也能得到一定以上的本發明的作用·效果。
第二十四方法是，在所述第二十三方法中，所述半導體晶體A是由滿足組成式「AlxGayIn(1-x-y)N(0≤x＜1，0＜y≤1，0＜x+y≤1)」的III族氮化物系化合物半導體構成。
第二十五方法是，在所述第二十三或第二十四方法中，作為形成防止反應層的晶體材料B，使用碳化硅(SiC)、氮化鋁(AlN)、或尖晶石(MgAl2O4)。
第二十六方法是，在所述第二十三或第二十四方法中，作為形成防止反應層的晶體材料B，使用鋁組成比至少在0.30以上的AlGaN、AlInN、或AlGaInN。而且，作為晶體材料B，最好選擇晶格常數不到3.18A的原子間結合力比較牢固的耐熱性(熔點)高的穩定材料。
第二十七方法是，在所述第二十三到第二十六的任一方法中，通過使成長面橫向成長，使各個相互連接，在突起部間形成半導體晶體A沒有層積的空洞。
這種空洞越大越理想，但若過大時，則在連接后有時難以得到大致平面狀的成長面，所以要注意。若過小時，則橫向成長產生的應力緩和作用也變小，所以要注意。
第二十八方法是，在所述第二十三到第二十七的任一方法中，突起部間防止反應層的谷部膜厚形成為0.1μm以上～2μm以下。
該厚度過薄時，則膜厚伴有不勻、或形成防止反應層的所述晶體材料B也不是十分穩定的物質，所以，不能把鎵(Ga)或氮化鎵(GaN)和硅(Si)完全遮斷。因此，根據這些反應的防止「反應部(多晶的GaN)」的形成效果不能充分得到。
當防止反應層谷部的膜厚過厚時，則在防止反應層的谷部容易產生裂紋，不能把鎵(Ga)或氮化鎵(GaN)和硅(Si)完全遮斷。因此，根據這些反應的防止「反應部」形成的效果不能充分得到。
當防止反應層谷部的膜厚過厚時，則僅此一點，防止反應層的層積時間和層積材料就格外重要，而在生產成本等方面也不理想。
第二十九方法是，在所述第二十三到第二十八任一方法的突起部形成工序中，突起部的縱向高度形成為0.5μm以上～20μm以下。更理想的是突起部縱向高度在1μm以上～5μm以下為好。
當該突起部過低時，所述空洞變小，半導體晶體A的橫向成長不充分，應力緩和作用不充分，是不理想的。當該突起部過高時，則僅此一點，防止反應層的層積時間和蝕刻時間、或層積材料等就格外重要，而在生產成本等方面也不理想。
第三十方法是，在所述第二十三到第二十九任一方法的突起部形成工序中，把突起部的橫向粗細、寬度或直徑形成為0.1μm以上～10μm以下。更理想的是，雖也依賴于晶體成長的實施條件，但突起部的橫向粗細、寬度或直徑在0.5～5μm左右為好。
當該粗細過粗時，根據晶格常數差在半導體襯底(成長層)起作用的應力的影響變大、容易增加半導體襯底的轉位數。若過細時，則突起部自身的形成變困難，或突起部頭部的晶體成長速度b變慢，是不理想的。
第三十一方法是，在所述第二十三到第三十的任一方法中設有分離工序，通過把半導體晶體A和底襯底加以冷卻或加熱、產生根據半導體晶體A和底襯底熱膨脹系數差的應力，通過利用該應力使突起部斷裂來把半導體晶體A和底襯底分離。
例如，如圖5所示，在具有多個突起部的底襯底上，使由III族氮化物系化合物構成的半導體襯底(半導體晶體A)成長時，通過調整突起部的大小和配置間隔和晶體成長諸條件等，能在各突起部間(突起部的側面)形成半導體晶體A未被層積的「空洞」。因此，與突起部的高度相比，如把半導體襯底(半導體晶體A)制成充分厚時，內部應力或外部應力容易集中作用于該突起部。其結果是，特別是，這些應力作為剪切應力等對突起部起作用，而該應力變大時，突起部發生斷裂。
因此，只要利用該應力就能容易地把底襯底和半導體襯底分離(剝離)。
另外，所述「空洞」形成得越大，應力(剪切應力)越容易集中在突起部。
即，由于根據所述第三十一方法就能容易生成所述應力，所以，半導體晶體A和底襯底可容易地分離。
在把底襯底和半導體襯底分離(剝離)時，半導體襯底的一部分既可殘留在底襯底一側、或底襯底的一部分(例如突起部的斷裂殘骸)也可殘留在半導體襯底一側。即，所述分離工序并不是把這些材料一部分殘骸皆無地完全分離各材料作為前提(必要條件)的。
這種斷裂殘骸等的除去，根據需要也可使用研磨和蝕刻等眾所周知的方法實施。
第三十二方法是，在所述第二十三到第三十一任一方法的晶體成長工序中，把半導體晶體A層積50μm以上。
該厚度越厚時，對半導體襯底(半導體晶體A)的拉伸應力越被緩和，半導體襯底轉位和裂紋的發生密度降低，同時半導體襯底牢固，所以，容易使所述應力集中在所述突起部。
底襯底(Si襯底)的厚度最好在300μm以下。該厚度越薄時，對半導體襯底(半導體晶體A)的拉伸應力越被緩和，半導體襯底轉位和裂紋的發生密度降低。但底襯底的厚度不到50μm時，底襯底自身的絕對強度產生問題，難以維持高的生產性。因此，為了確保制造的晶體成長襯底的質量和生產性，底襯底的厚度最好在50μm以上～300μm以下。
相對來說，使晶體成長的半導體襯底(半導體晶體A)的厚度與底襯底(Si襯底)的厚度大致一樣或在其以上是優選的。通過這種設定，對半導體襯底的拉伸應力容易緩和，半導體襯底轉位和裂紋的發生比以前能得到大幅抑制。相對來說，半導體襯底越厚該效果越大。
第三十三方法是，在所述第二十三到第三十二任一方法的晶體成長工序中，通過調整III族氮化物系化合物半導體的原料供給量q，把底襯底突起部間谷部至少一部分被侵蝕區域的III族氮化物系化合物半導體的晶體成長速度a與突起部頂部的晶體成長速度b的差值(b-a)控制在大致最大值。
根據該方法，突起部頂部附近的晶體成長速度相對地變大，所述被侵蝕區域附近的晶體成長比較地被抑制，從頭部附近的晶體成長成為主流。其結果是，從突起部頭部附近開始的半導體襯底(半導體晶體A)的橫向成長變明顯，半導體襯底晶體成長時，對半導體襯底起作用的「根據防止反應層和半導體襯底間的晶格常數差的應力」被緩和。因此，半導體襯底的晶體構造安定，在半導體襯底上難以發生轉位和裂紋。
半導體襯底的橫向成長(ELO)變明顯時，例如，在突起部的側面(各突起部間)容易產生比較大的空洞。
以適當的大小、間隔或周期在底襯底的表面上形成凹凸時，一般除底襯底外周側壁附近的周邊部分以外，與凸部(突起部)的上面附近相比，凹部(谷部)在晶體材料每單位時間·單位面積的供給量上容易變少。該傾向雖也依賴于晶體材料的氣流流量、溫度、方向等，但通過把這些諸條件最合適或恰當地控制，能把所述差值(b-a)控制在大致最大值。
第三十四方法是，把所述第三十三方法中的所述原料供給量q設定在1μmol/min以上～100μmol/min以下。
更理想的是，所述原料供給量q在5μmol/min以上～90μmol/min以下為好。作為更理想的值，雖然其也依賴于形成的突起部的大小及形狀、配置間隔等底襯底的規格、和供給原料的種類及供給流向、晶體成長法等諸條件，但在約10～80μmol/min左右是理想的。當該值過大時，則難以把所述的差值(b-a)控制在大致最大值，所以，難以在各突起部之間(突起部的側面)形成大的空洞。因此，在這種情況下，根據晶格常數差的晶體內應力比較難以被緩和，產生轉位等，半導體襯底單晶結晶性容易惡化，是不理想的。
利用應力(剪切應力)把底襯底和半導體襯底分離之際，若突起部的側面沒有空洞或該空洞小時，應力也難以集中在突起部，突起部的斷裂難以發生，是不理想的。
另一方面，當原料供給量q過小時，則晶體成長過于耗費時間，在生產性方面不利，是不理想的。
第三十五方法是，在所述第二十三到第三十四的任一方法中，在突起部形成工序后，設置一個至少在突起部的表面上形成由「AlxGa(1-x)N(0＜x≤1)」構成的緩沖層C的工序。
但是，所述緩沖層C是在400℃～1100℃附近成長的AlN和AlGaN等半導體層，該緩沖層C也可另外地再把與所述緩沖層C有大致相同組成(例如AlN和AlGaN)的中間層(下面有時只說「緩沖層」)周期地，或與其他層交替地，或構成多層結構地在半導體襯底(半導體晶體A)中層積。
通過這些緩沖層(或中間層)的層積，能緩和由晶格常數差引起的對半導體襯底(成長層)起作用的應力等，通過與現有同樣的作用原理，能提高結晶性。
另外，這種作用·效果，在構成防止反應層的晶體材料B是碳化硅(SiC)等時特別顯著。
第三十六方法是，在所述第三十五方法中，把緩沖層C的膜厚形成0.01μm以上～1μm以下。
通過該方法能僅使在緩沖層上形成的所希望的半導體晶體A(例如GaN層)在橫向優質成長。
緩沖層的膜厚，如上所述，在約0.01μm～1μm左右是大概恰當的范圍，但更優選0.1μm以上～0.5μm以下為好。當該膜厚過厚時，空洞容易變小，是不理想的。當該膜厚過薄時，把緩沖層大致均勻地成膜變困難。特別是，在突起部上部附近產生緩沖層成膜不勻(沒充分成膜的部分)時，結晶性上也容易產生不勻，是不理想的。
第三十七方法是，在所述第二十三到第三十六任一方法的突起部形成工序中，把突起部按大致等間隔或大致一定周期地配置，這樣來形成所述突起部。
借此，這樣橫向成長的成長條件在整體上大致均等，在結晶性好壞上難以產生不勻。
用本方法，所述空洞成為各個大致均等的大小，能把所述剪切應力大致均等地分配在各突起部，所以，整個突起部的斷裂均勻產生，底襯底和半導體襯底的分離能可靠地實施。
突起部間的谷部上方，在用半導體襯底完全覆蓋之前的時間內，難以產生局部的偏差，所以，例如，從晶體成長速度慢的晶體成長法到晶體成長速度快的晶體成長法，在中途變更晶體成長法時，其時期容易準確、早期或唯一地決定。
第三十八方法是，在所述第三十七方法的突起部形成工序中，在以一邊是0.1μm以上的大致正三角形為基準的平面三角晶格的晶格點上形成突起部。
通過該方法，能把所述的第十五方法更具體地、正確可靠地實施，因此，能可靠地降低轉位數。
第三十九方法是，在所述第二十三到第三十八任一方法的突起部形成工序中，突起部的水平剖面形狀成為大致正三角形、大致正六方形、大致圓形、大致矩形、大致菱形或大致平行四邊形。
通過該方法，由III族氮化物系化合物半導體形成的晶體，在晶軸方向各部分容易一致，或能把突起部的水平方向長度(粗細)對任意水平方向限制成大致一樣，所以，能抑制轉位數。特別是，正六方形和正三角形和平行四邊形等，容易與半導體晶體的晶體結構一致，所以是更理想的。圓形和矩形，從制造技術方面看容易形成，具有按照現有一般加工技術水準的現狀進行制造的優點。
第四十方法是，在所述第二十三到第三十九任一方法的突起部形成工序中，使突起部的配置間隔成為0.1μm以上～10μm以下。更理想的是，雖也依賴于晶體成長的實施條件，但突起部的配置間隔在0.5～8μm左右為好。但是，該配置間隔是指相互接近的各突起部中心點間的距離。
通過該方法，能把突起部的谷部上方，用目的半導體襯底(半導體晶體A)覆蓋，同時能在突起部之間(突起部的谷部)形成空洞。
當該值過小時，幾乎得不到ELO的作用，不能得到充分的應力緩和作用、結晶性惡化。另外，形成的空洞過小，只要不把半導體襯底的膜厚制成需要以上的大小，突起部的斷裂就不容易。
當該值過大時，不能把突起部的谷部上方，用半導體襯底可靠地覆蓋，不能得到結晶性均勻且優質的半導體襯底(半導體晶體A)。
或者，當該值進一步過大時，谷部的露出面過大、幾乎得不到ELO的作用，且完全不能形成空洞第四十一方法是，在所述第二十三到第四十任一方法的防止反應工序中，把防止反應層在底襯底上的正背兩面成膜。
這樣能防止或緩和在防止反應工序后產生的底襯底(Si襯底)的翹曲(彎曲)。
第四十二方法是，在III族氮化物系化合物半導體元件中，把使用所述第二十三到第四十一的任一方法制造的半導體晶體作為晶體成長襯底加以準備。
根據該方法，從結晶性優良、內部應力少的半導體，制造III族氮化物系化合物半導體元件成為可能或變得容易。
第四十三方法是，把使用所述第二十三到第四十一的任一方法制造的半導體晶體作為晶體成長襯底而使晶體成長，這樣來制造III族氮化物系化合物半導體元件。
根據該方法，從結晶性優良、內部應力少的半導體，制造III族氮化物系化合物半導體元件成為可能或變得容易。
第四十四方法是，使III族氮化物系化合物半導體構成的半導體晶體在底襯底上成長，從該底襯底制得獨立的優質的半導體晶體A的制造工序中，設有晶種層積工序，把由單層或多層III族氮化物系化合物半導體構成的晶種層在底襯底上層積；侵蝕殘骸部形成工序，把底襯底晶種層成膜的側面的一部分，進行化學或物理的侵蝕處理，使晶種層部分地或分散地殘留在底襯底上；晶體成長工序，把晶種層侵蝕殘骸部的露出面作為半導體晶體A晶體成長開始的最初晶體成長面，該晶體成長面通過晶體成長，使半導體晶體A晶體成長為各個相互連接的至少成相連的大致平面；分離工序，通過斷裂侵蝕殘骸部把半導體晶體A和底襯底分離。
但，這里所說的「III族氮化物系化合物半導體」一般包括二元、三元或四元用通式「Al1-x-yGayInxN；0≤x≤1，0≤y≤1，0≤1-x-y≤1」表示的任意混晶比的半導體，而且，添加了p型或n型雜質的半導體也包括在本說明書「III族氮化物系化合物半導體」的范疇內。
另外，把所述III族元素(Al，Ga，In)內的至少一部分用硼(B)和鉈(Tl)等置換，或把氮(N)的至少一部分用磷(P)、砷(As)、銻(Sb)、鉍(Bi)等置換的半導體等也包括在本說明書「III族氮化物系化合物半導體」的范疇內。
作為所述P型雜質，例如可添加鎂(Mg)和/或鈣(Ca)等。
作為所述n型雜質，例如可添加硅(Si)或硫(S)、硒(Se)、碲(Te)或鍺(Ge)等。
這些雜質既可同時添加兩種元素以上，也可同時添加兩型(P型和n型)。
作為所述底襯底的材料，可使用藍寶石、尖晶石、氧化錳、氧化鎵鋰(LiGaO2)、硫化鉬(MoS)、硅(Si)、碳化硅(SiC)、AlN、GaAs、InP、GaP、MgO、ZnO、或MgAl2O4等。即，這些作為底襯底的材料，在III族氮化物系化合物半導體的晶體成長中可使用有用的、眾所周知的或任意的晶體成長襯底。
底襯底的材料，從與GaN的反應、熱膨脹系數差、和在高溫下穩定性的觀點來看，選擇藍寶石是更理想的。
在具有多個侵蝕殘骸部的底襯底上，使III族氮化物系化合物構成的目的半導體晶體A成長時，底襯底與半導體晶體A只用侵蝕殘骸部連接。因此，把半導體晶體A的厚度做得充分大時，內部應力或外部應力就容易集中作用在該侵蝕殘骸部。其結果是，特別是這些應力對侵蝕殘骸部作為剪切應力作用、該應力變大時，侵蝕殘骸部斷裂。
即，如按照所述本發明的方法，利用其應力的話，就能容易地把底襯底和半導體晶體A分離(剝離)。利用該方法，能從底襯底得到獨立的單晶(半導體晶體A)。
通過形成所述那種侵蝕殘骸部，底襯底和半導體晶體A的接觸部位被限定狹窄，所以，根據兩者晶格常數差的變形難以產生，「根據底襯底和半導體晶體A間晶格常數差的應力」被緩和。因此，所希望的半導體晶體A進行晶體成長時，對成長中的半導體晶體A起作用的不需要的應力被抑制，轉位和裂紋的發生密度被降低。
并且，所謂「多個侵蝕殘骸部」，只要至少例如圖9那樣從垂直剖面看是「多個」便可，作為其平面形狀即使連成一個也不要緊。因此，例如，即使在線性的一個矩形波形和急劇的正弦波形或螺旋狀等上形成條紋(侵蝕殘骸部)的平面形狀，也能得到本發明的作用·效果。
不限于條紋形狀，即使在大致圓形、大致橢圓形、大致多角形、或大致正多角形等任意的島形等上形成所述侵蝕殘骸部的平面形狀，當然也能得到本發明的作用·效果。
在把底襯底和半導體晶體A加以分離(剝離)時，半導體晶體A的一部分也可殘留在底襯底的一側，或底襯底的一部分(例如侵蝕殘骸部的斷裂殘骸)也可殘留在半導體晶體A一側。即，所述分離工序并不是把這些材料一部分殘骸皆無地、各材料完全分離地作為前提(必要條件)的。
第四十五方法是，在所述第四十四方法的晶體成長工序中，把半導體晶體A的膜厚定在50μm以上。使晶體成長的目的半導體晶體A的厚度優選約50μm以上，該厚度越厚，半導體晶體A越牢固，而且，容易把所述剪切應力集中在所述侵蝕殘骸部。
通過這些作用，根據晶格常數差，即使在晶體成長中等的高溫狀態下也能產生剝離現象，所以，在其剝離后，由熱膨脹系數差引起的應力對半導體晶體A幾乎不起作用，因此，能得到不發生轉位和裂紋、高質量的半導體晶體A(例如GaN單晶)。
第四十六方法是，在所述第四十四或第四十五方法中，通過把半導體晶體A和底襯底加以冷卻或加熱，使其產生根據半導體晶體A與底襯底熱膨脹系數差的應力，利用該應力斷裂侵蝕殘骸部。
即，所述斷裂(剝離)，也可由根據半導體晶體A與底襯底熱膨脹系數差的應力(剪切應力)產生。
根據該方法，特別是半導體晶體A的膜厚形成在50μm以上時，在維持半導體晶體A的結晶性高的同時，能可靠地使半導體晶體A和底襯底發生斷裂。
第四十七方法是，在所述第四十四到第四十六的任一方法中，把晶種層或晶種層的最上層由氮化鎵(GaN)形成。作為半導體晶體A的具體組成、對半導體的晶體成長襯底等最合適并非常有用的氮化鎵(GaN)，被認為是現今產業上利用價值最高的。因此，這時通過把晶種層或晶種層的最上層由氮化鎵(GaN)形成，能最好地實施目的半導體晶體A(GaN單晶)的晶體成長。
但是，當然AlGaN和/或AlGaInN等在產業上的利用價值也大，所以，作為半導體晶體層A的更具體組成也可選擇這些。這時，最好由與目的單晶(半導體晶體層A)有比較相近組成的半導體(III族氮化物系化合物半導體)或大致相同組成的半導體來形成晶種層或晶種層的最上層。
第四十八方法是，在所述第四十四到第四十七的任一方法中，晶種層或晶種層的最下層由氮化鋁(AlN)形成。
這樣，由于由氮化鋁(AlN)形成所謂的緩沖層，所以，能得到根據該緩沖層(AlN)層積的眾所周知的作用。即，通過能緩和由晶格常數差引起的對目的半導體晶體層A起作用的應力等眾所周知的作用原理，使目的半導體晶體層A的結晶性的提高成為可能或變得容易。
根據該方法，能把AlN緩沖層與底襯底間的應力更加增大，所以，能更容易進行底襯底的分離。
為充分得到所述的作用效果，例如，晶種層由兩層形成，其下層是AlN緩沖層(晶種層第一層)，其上層是GaN層(晶種層第二層)的多層晶種層的層結構等是非常有效的。根據該組合，能同時良好地得到所述第四和第五方法兩者的作用·效果。
第四十九方法是，在所述第四十四到第四十八的任一方法中的侵蝕殘骸部形成工序，把侵蝕殘骸部的配置間隔定在1μm以上～50μm以下。更理想的是，雖也依賴于晶體成長的實施條件，但侵蝕殘骸部的配置間隔在5～30μm左右為好。但，該配置間隔是指相互接近的各侵蝕殘骸部中心點間的距離。
通過該方法，能把侵蝕殘骸部的谷部上方用半導體晶體A覆蓋。
當該值過大時，則不能可靠地把侵蝕殘骸部的谷部上方用半導體晶體A覆蓋，不能得到結晶性均勻并優質的晶體(半導體晶體A)。
或者，當該值進一步過大時，則晶體方位的偏移變明顯，是不理想的。
把侵蝕殘骸部頭部橫向的粗細、寬度或直徑定為S、所述配置間隔(配置周期)定為L時，則S/L的值是1/4左右是理想的。通過這種設定，所希望的半導體晶體A的橫向成長(ELO)被充分促進，所以，能得到高質量的單晶。
下面，把相互相對的侵蝕殘骸部側壁間的距離定為W(＝L-S)，把該側壁間的區域(即，被侵蝕的凹部和其上方區域)稱為側面。另外，下面把所述寬度S稱為晶種寬度。因此，晶種寬度對側面之比S/W達到1/3左右是理想的。
把侵蝕殘骸部按大致等間隔或大致一定周期地配置來實施所述的侵蝕處理是更優選的。
這樣，橫向成長的成長條件在整體上大致均等，在結晶性好壞和成長膜厚上難以產生不勻。侵蝕殘骸部之間的谷部上方，在用半導體晶體A完全覆蓋之前的時間內難以產生局部的偏差，所以，例如從晶體成長速度慢的晶體成長法到晶體成長速度快的晶體成長法，在中途變更晶體成長法時，其時期容易準確、早期或唯一地決定。
用該方法，能把所述剪切應力在各侵蝕殘骸部大致均等地分配，所以，整個侵蝕殘骸部的斷裂均勻產生，底襯底和半導體晶體A的分離能可靠地實施。
因此，例如，使侵蝕殘骸部形成條紋狀的臺形，把它在等方向、等間隔配置也可。這種侵蝕殘骸部的形成，具有參照現有的一般蝕刻加工技術水準的現狀能容易實施的優點。這時，臺形(侵蝕殘骸部)的方向，是半導體晶體的<1-100>或<11-20>便可。
在一邊為0.1μm以上的大致正三角形為基準的平面三角晶格的晶格點上，形成侵蝕殘骸部的方法也是有效的。根據該方法，由于更加減小與底襯底的接觸面積，所以，根據上述作用，能可靠地降低轉位數，同時能容易地進行底襯底的分離。
把侵蝕殘骸部的水平剖面形狀，制成為大致正三角形、大致正六方形、大致圓形或四方形的方法也是有效的。
通過該方法，在III族氮化物系化合物半導體形成晶體的晶軸方向，各部容易一致，或者，能把侵蝕殘骸部的水平方向長度(粗細)對任意水平方向限制成大致一樣，所以，可抑制轉位數。特別是正六方形和正三角形，容易與半導體晶體的晶體結構一致，所以，是理想的。從制造技術看，圓形和四方形容易形成，具有參照現有的一般蝕刻加工技術水準的現狀進行制造的優點。
本發明的第五十方法是，把所述底襯底侵蝕處理0.01μm以上。通過所述的侵蝕處理(蝕刻加工等)、只要侵蝕到底襯底的一部分即可，則在以后的晶體成長工序中，容易使目的半導體晶體A的表面(晶體成長面)更平坦化，而且，在侵蝕殘骸部的側面容易形成「空洞」。該「空洞」形成得越大，越容易使應力(剪切應力)集中在侵蝕殘骸部。
第五十一方法是，在所述第四十四到第五十任一方法的侵蝕殘骸部形成工序中，把侵蝕殘骸部的橫向粗細、寬度或直徑定為0.1μm以上～20μm以下。更理想的是，雖也依賴于晶體成長的實施條件，但侵蝕殘骸部的橫向粗細、寬度或直徑在0.5～10μm左右為好。當該粗細過粗時，根據晶格常數差在半導體晶體A起作用的應力的影響變大，容易增加半導體晶體A的轉位數。若過細時，則形成侵蝕殘骸部自身變困難或侵蝕殘骸部頭部的晶體成長速度b變慢，是不理想的。
在通過應力(剪切應力等)使侵蝕殘骸部斷裂時，若侵蝕殘骸部的橫向粗細、寬度或直徑過大，則與底襯底的接觸面積變大，所以，也容易產生未被可靠斷裂的部分，是不理想的。
根據晶格常數差對半導體晶體A起作用的應力影響的大小，不僅依賴于侵蝕殘骸部橫向的粗細(長度)，而且，也依賴于侵蝕殘骸部的配置間隔等。這些設定范圍若不恰當的話，則如上述，根據晶格常數差的應力的影響變大，容易增加半導體晶體A的轉位數，是不理想的。
為了在侵蝕殘骸部頭部附近，橫向的粗細、寬度或直徑具有如所述的最合適值或合適范圍，侵蝕殘骸部的上面、底面或水平剖面的形狀至少是局部封閉的形狀(島狀)，而且是向外側凸狀封閉的形狀為好，更理想的是，該上面、底面或水平剖面的形狀是大致圓形和大致正多角形等為好。通過這種設定，容易可靠實現對任意水平方向的所述最合適值或合適范圍。
第五十二方法是，在所述第四十四到第五十一任一方法的晶體成長工序中，從晶體成長速度慢的晶體成長法到晶體成長速度快的晶體成長法，在中途變更晶體成長法。
例如，通過從橫向成長快的晶體成長法到縱向成長快的晶體成長法，在中途變更晶體成長法，能短時間得到結晶性優良的半導體晶體A。
第五十三方法是，在所述第四十四到第五十二的任一方法中，至少在分離工序之后設有殘骸除去工序，把殘留在半導體晶體A背面的侵蝕殘骸部的斷裂殘骸，用蝕刻等化學的或物理的方法進行加工處理除去。
根據該方法，在半導體晶體A背面(底襯底被剝離的側面)形成半導體發光元件等的電極時，能抑制在電極和半導體晶體A的界面附近產生的電流不勻和電阻，從而能謀求降低驅動電壓和/或提高發光強度等。
另外，通過除去侵蝕殘骸部的斷裂殘骸，電極也可作為半導體發光元件等的反射鏡利用時，鏡面附近光的吸收和散射被降低，反射率提高，所以，提高了發光強度。
例如，在通過研磨等物理加工處理、實施該殘骸除去工序時等，也能除去直到半導體晶體A背面的緩沖層，或提高半導體晶體A背面的平坦度，所以，更能增強電流不勻和電阻的抑制，或降低鏡面附近光的吸收和散射等的上述作用效果。
所述加工處理也可用熱處理。想除去的部分的升華溫度比目的半導體晶體A的升華溫度低時，也可通過升溫處理和激光照射等除去不需要的部分。
第五十四方法是，在III族氮化物系化合物半導體發光元件中，把使用所述第四十四到第五十三任一方法的半導體晶體制造方法所制造的半導體晶體作為晶體成長襯底加以準備。
根據該方法，從結晶性優良、內部應力少的半導體，制造III族氮化物系化合物半導體發光元件成為可能或變得容易。
第五十五方法是，把使用所述第四十四到第五十三任一方法的半導體晶體制造方法所制造的半導體晶體作為晶體成長襯底使晶體成長，這樣來制造III族氮化物系化合物半導體發光元件。
根據該方法，從結晶性優良、內部應力少的半導體，制造III族氮化物系化合物半導體發光元件成為可能或變得容易。
把晶種層制成多層時，最好把「AlxGa(1-x)N(0≤x＜1)」構成的緩沖層成膜，作為最初層積的半導體層。
但是，該緩沖層也可另外地，再把與所述緩沖層有大致相同組成(例如AlN和AlGaN)的中間層周期地，或與其他層交替地，或構成多層結構地加以層積。
通過這種緩沖層(或中間層)的層積，能緩和由晶格常數差引起的對半導體晶體A起作用的應力等，通過與現有的同樣的作用原理提高結晶性。
在所述分離工序中，在把底襯底和半導體晶體A降溫時，它們殘留在成長裝置的反應室內，以大致一定流量的氨(NH3)氣流入在反應室內的原封不動的狀態下，用大約「-100℃/min～-0.5℃/min」左右的冷卻速度冷卻到大致常溫的方法是理想的。例如，通過這種方法能把半導體晶體A的結晶性維持在穩定且優質狀態下原封不動地可靠地實施所述的分離工序。
通過以上本發明的方法，能有效或合理地解決所述課題。
圖1是說明本發明作用的，具有突起部的底襯底和在其上成長的半導體晶體部分斷片的模式立體圖；圖2是本發明第一實施方案涉及的底襯底(Si襯底)101的部分斷片的模式立體圖(a)、平面圖(b)和剖面圖(c)；圖3是把襯底層第一層(AlGaN緩沖層)102a成膜的底襯底101的模式立體圖(a)、平面圖(b)和剖面圖(c)；圖4是層積了襯底層102(層102a和層102b)的底襯底101的模式立體圖(a)、平面圖(b)和剖面圖(c)；圖5是舉例說明本發明基本概念的半導體晶體制造工序的模式剖面圖；圖6是本發明第二實施方案涉及的底襯底(Si襯底)的部分斷片的模式立體圖(a)、平面圖(b)和剖面圖(c)；圖7是把緩沖層C(AlGaN層)成膜的底襯底的模式立體圖(a)、平面圖(b)和剖面圖(c)；圖8是層積了半導體襯底(半導體晶體A)的底襯底的模式立體圖(a)、平面圖(b)和剖面圖(c)；圖9是本發明第三實施方案涉及的半導體晶體制造工序的半導體晶體的模式剖面圖；圖10是現有的底襯底上半導體晶體的模式剖面圖；圖11是列舉的在Si襯底(底襯底)上進行晶體成長的現有半導體晶體的模式剖面圖。
用于實施本發明的最佳方案下面根據具體實施例說明本發明。但是，本發明不限定于下面所示的實施例。發明的公開欄里所述的事項也是用于實施本發明的最佳方案。
下面列舉本發明第一實施方案中的半導體晶體(晶體成長襯底)制造順序的概要。第一實施方案與本發明的公開欄里所述的第一方法～第二十二方法(權利要求1～專利要求22)相對應。
(第一實施例) 突起部形成工序如圖2所示，在由硅構成的單晶底襯底101的Si(111)面上，通過利用光蝕法的干蝕刻，以約2μm的配置間隔形成直徑約1μm、高度約1μm的大致圓柱形狀的突起部101a。作為配列方式，是在以一邊約2μm的大致正三角形為基準的平面三角晶格的各晶格點上，配置突起部101a的圓柱底面中心，形成突起部101a。但，底襯底101的厚度定為約200μm。
晶體成長工序在本晶體成長工序中，如圖4所示，采用有機金屬化合物氣相成長法(MOVPE法)實施成長工序，從突起部101a的上面(初期狀態)成長到各個相互連接成為相連的大致平面狀，然后，采用氫化物氣相成長法(HVPE法)實施成長工序，直到其襯底層(晶體層)成長到約200μm左右的膜厚。
在本晶體成長工序中，使用氨(NH3)氣、載氣(H2、N2)、三甲基鎵(Ga(CH3)3)氣(以下記作「TMG」)、和三甲基鋁(Al(CH3)3)氣(以下記作「TMA」)。
(a)首先，把設有所述突起部101a的底襯底101(圖2)，用有機溶劑洗滌和酸處理洗凈，裝在晶體成長裝置反應室內設置的基座上，邊以常壓使H2流入反應室內邊以溫度1100℃把底襯底101進行焙燒。
(b)接著，采用MOVPE法向所述底襯底101上供給H2、NH3、TMG、TMA，把AlGaN緩沖層(襯底層第一層)102a成膜。該AlGaN緩沖層102a的晶體成長溫度是約1100℃，膜厚是約0.3μm(圖3)。
(c)向該AlGaN緩沖層(襯底層第一層)102a上供給H2、NH3、TMG，以成長溫度1075℃使襯底層第二層的一部分，即膜厚約5μm的GaN層102b晶體成長。如圖4所示，通過該工序，襯底層第二層(GaN層102b)的一部分橫向成長，在谷部，即突起部101a的側面形成大的空洞。
這時的TMG供給速度是約40μmol/min左右，襯底層第二層(GaN層102b)的晶體成長速度是約1μm/Hr左右。
(d)然后，按照氫化物氣相成長法(HVPE法)，使所述GaN層(襯底層第二層)102b進一步晶體成長到200μm。在該HVPE法中，GaN層102b晶體成長速度是約45μm/Hr左右。
分離工序(a)在所述晶體成長工序之后，使氨(NH3)氣流入晶體成長裝置反應室內，原封不動地把底襯底101和(由AlGaN緩沖層102a和GaN層102b構成的)襯底層102冷卻到大致常溫。這時的冷卻速度是約「-50℃/min～-5℃/min」左右。
(b)然后，當把它們從晶體成長裝置反應室取出時，能得到從底襯底101剝離的GaN晶體。但是，該晶體在GaN層102b的背面還原封不動地殘留著AlGaN緩沖層102a的一小部分殘骸和突起部101a的斷裂殘骸。
斷裂殘骸除去工序在上述分離工序之后，通過使用氫氟酸內加了硝酸的混合液進行蝕刻處理，把殘留在GaN晶體背面的由Si構成的突起部101a的斷裂殘骸除去。
通過以上的制造方法，能得到膜厚約200μm結晶性非常優良的優質GaN晶體(GaN層102b)，即，從底襯底101得到獨立的所希望的半導體襯底。
如圖2所示，在上述第一實施方案中，底襯底的突起部和谷部是由垂直面和水平面構成的，但它們也可由任意的斜面和曲面等形成。因此，在圖2(c)所列舉的底襯底上形成的谷部的剖面形狀，除大致矩形的凹字型以外，也可形成例如大致U字型和大致V字型，一般它們的形狀、大小、間隔、配置、配向等是任意的。
下面說明本發明的第二實施方案。第二實施例方案與本發明的公開欄里所述的第二十三方法～第四十三方法(專利要求23～43)相對應。
在實施本發明時，也可從下面之中分別任意選擇各種制造條件。另外，這些各種制造條件也可任意地組合。
首先，最初，作為形成III族氮化物系化合物半導體層的方法，有機金屬化合物氣相成長法(MOCVD或MOVPE)是理想的。然而，也可使用分子束氣相成長法(MBE)、鹵化物氣相成長法(HalideVPE)、液相成長法(LPE)等，也可把各層分別用不同的成長方法形成。
對緩沖層，從糾正晶格失諧等理由考慮，在晶體成長襯底中或底襯底等上形成是理想的。
特別是，在半導體襯底(半導體晶體A)中層積緩沖層(上述中間層)時，作為這些緩沖層，可使用低溫下形成的III族氮化物系化合物半導體AlxGayIn(1-x-y)N(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)，更理想的是使用AlxGa(1-x)N(0≤x≤1)。該緩沖層既可以是單層，也可以是組成等不同的多重層。緩沖層的形成方法既可以用380～420℃的低溫形成，相反地，也可以在1000～1180℃的范圍用MOCVD法形成。使用DC磁控管濺射裝置，以高純度金屬鋁和氮氣作為原料，通過反應濺射法也可形成由AlN構成的緩沖層。
同樣地，能形成以通式AlxGayIn(1-x-y)N(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1，組成比任意)表示的緩沖層。還可使用蒸鍍法、離子鍍法、激光除去法、ECR法。物理蒸鍍法的緩沖層優選的是在200～600℃下進行。更優選的是300～600℃，尤其優選的是350～450℃。使用這些濺射法等物理蒸鍍法時，緩沖層的厚度優選是100～3000。更優選的是100～400，最優選的是100～300。
作為多重層，例如，由AlxGa(1-x)N(0≤x≤1)構成的層和GaN層交替形成，其方法是把形成組成相同層的溫度例如600℃以下和1000℃以上交替地變化形成。當然，也可把這些加以組合，多重層也可層積三種以上的III族氮化物系化合物半導體AlxGayIn(1-x-y)N(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)。一般地緩沖層是非晶體，中間層是單晶體。把緩沖層和中間層作為一個周期，也可形成多個周期，反復任意周期也可。反復越多結晶性越好。
緩沖層和上層的III族氮化物系化合物半導體，即使把III族元素組成的一部分用硼(B)、鉈(Tl)置換，或把氮(N)組成的一部分用磷(P)、砷(As)、銻(Sb)、鉍(Bi)置換，實際上也能適用于本發明。另外，把這些元素在組成中以不明顯的量加以摻雜也可。例如，也可在組成內沒有銦(In)、砷(As)的III族氮化物系化合物半導體AlxGa(1-x)N(0≤x≤1)中，通過把比鋁(Al)、鎵(Ga)原子半徑大的銦(In)或把比氮(N)原子半徑大的砷(As)加以摻雜，由于氮原子脫落引起的晶體擴張變形，用壓縮變形來校正，結晶性變好。
這時，受主雜質容易進入III族原子的位置，所以，用ァズゲロ一ン也能得到P型晶體。這樣，通過把結晶性變好，貫通變位也能下降到100到1000分之一左右而與本發明相符。緩沖層和III族氮化物系化合物半導體層為用兩周期以上形成的基底層時，在各III族氮化物系化合物半導體層中摻雜比主要構成元素原子半徑大的元素更好。作為發光元件構成時，最好使用本來的III族氮化物系化合物半導體的二元系或三元系。
在形成n型III族氮化物系化合物半導體層時，作為n型雜質，可添加Si、Ge、Se、Te、C等IV族元素或VI族元素。作為p型雜質，可添加Zn、Mg、Be、Ca、Sr、Ba等II族元素或IV族元素。也可把這些元素中的多個，或n型雜質和p型雜質在同一層中進行摻雜。
使用橫向外延成長，減少III族氮化物系化合物半導體層的轉位也是任意的。這時，可采用掩膜法、通過蝕刻把臺階掩埋的任意方法。
蝕刻掩膜可采用多晶硅、多晶氮化物半導體等多晶半導體、氧化硅(SiOX)、氮化硅(SiNX)、氧化鈦(TiOX)、氧化鋯(ZrOX)等的氧化物、氮化物，鈦(Ti)、鎢(W)等高熔點金屬、它們的多層膜。它們的成膜方法除了蒸鍍、濺射、CVD等氣相成長法外，是任意的。
在進行蝕刻時，反應性離子束蝕刻(RIBE)是優選的，但可使用任意的蝕刻方法。作為在襯底面上不形成具有垂直側面的臺階的方法，也采用通過各向異性蝕刻，例如在臺階的底部形成沒有底面的、剖面是V字狀的方法。
在III族氮化物系化合物半導體上可以形成FET、發光元件等半導體元件。是發光元件時，其發光層除了多重量子阱結構(MQW)、單一量子阱結構(SQW)之外，可考慮同質結構、異質結構、雙重異質結構，但也可通過pin結或pn結等形成。
下面根據具體實施例說明本發明。但本發明又不限定于下面所示的實施例。
(第二實施例)下面舉出本發明實施例中的半導體晶體(晶體成長襯底)制造順序的概要。
防止反應工序本防止反應工序是在底襯底(Si襯底)上層積防止反應層的制造工序。
在本防止反應工序中，首先在Si(lll)襯底上通過氣相成長法(CVD)把由碳化硅(SiC)構成的防止反應層加以成膜約1.5μm。為防止單晶片翹曲，也可在表背兩面進行SiC膜的成膜。碳化硅(SiC)的形成也可通過有機金屬氣相成長法(MOCVD)進行。
突起部形成工序在所述防止反應層上，通過利用光蝕法的干蝕刻以約2μm的配置間隔，形成直徑約1μm、高度約1μm的大致圓柱形狀的突起部B1(圖6)。作為配列方式，是在以一邊約2μm的大致正三角形為基準的平面三角晶格的各晶格點上，配置突起部B1圓柱底面中心，形成突起部B1。但，底襯底的厚度定為約200μm。
晶體成長工序如圖8所示，在本晶體成長工序中，是采用有機金屬化合物氣相成長法(MOVPE法)實施成長工序，直到晶體的成長面從突起部B1的上面(初期狀態)各個相互連接成長為相連的大致平面狀，然后，采用氫化物氣相成長法(HVPE法)實施成長工序，直到該半導體襯底(晶體層)成長到約200μm左右的膜厚。
在本晶體成長工序中，使用氨(NH3)氣、載體氣(H2、N2)、三甲基鎵(Ga(CH3)3)氣(以下記作「TMG」)、和三甲基鋁(Al(CH3)3)氣(以下記作「TMA」)。
(a)首先，把設有所述突起部B1的底襯底(圖2)用有機溶劑洗滌和酸處理洗滌，裝在晶體成長裝置反應室內設置的基座上，邊以常壓使H2流入反應室內邊以溫度1100℃把底襯底進行焙燒。
(b)接著，采用MOVPE法，向所述底襯底上供給H2、NH3、TMG、TMA，使AlGaN緩沖層(緩沖層C)成膜。該AlGaN緩沖層C的晶體成長溫度是約1100℃，膜厚是約0.2μm。(圖3)(c)向該AlGaN緩沖層(緩沖層C)上供給H2、NH3、TMG，以成長溫度1075℃使半導體襯底的一部分，即膜厚約5μm的GaN層A晶體成長。如圖8所示，通過該工序，半導體襯底(GaN層A)的一部分橫向成長，在谷部，即突起部B1的側面形成大的空洞。
這時的TMG供給速度是約40μmol/min左右，GaN層(半導體晶體A)的晶體成長速度是約1μm/Hr左右。
(d)然后，采用氫化物氣相成長法(HVPE法)，使所述GaN層(半導體晶體A)進一步晶體成長到200μm。該HVPE法的GaN層晶體成長速度是約45μm/Hr左右。
分離工序(a)在所述晶體成長工序之后，使氨(NH3)氣任意流入晶體成長裝置反應室內，把具有底襯底(Si襯底)的晶片冷卻到大致常溫。這時的冷卻速度只要是約「-50℃/min～-5℃/min」左右便可。
(b)然后，把它們從晶體成長裝置反應室取出，能得到從底襯底(Si襯底)剝離的GaN晶體(半導體晶體A)。但該晶體在GaN層(半導體襯底)的背面還殘留著有AlGaN緩沖層C的一小部分殘骸和突起部B1的斷裂殘骸。
斷裂殘骸除去工序在所述分離工序之后，通過研磨處理，把殘留在GaN晶體背面的由Si構成的突起部B1的斷裂殘骸除去。
但是，本斷裂殘骸除去工序也可通過使用氫氟酸內加了硝酸的混合液等進行蝕刻處理來實施。
采用以上的制造方法能得到膜厚約200μm結晶性非常優良的優質GaN晶體(GaN層)，即從底襯底可以得到獨立的所希望的半導體襯底(半導體晶體A)。
作為形成防止反應層的晶體材料B，采用AlN、AlxGa(1-x)N(0.30≤x≤1)等也能得到與所述實施例大致同樣的作用·效果。更一般的是，作為形成防止反應層的晶體材料B可以使用碳化硅(SiC，3C-SiC)、氮化鋁(AlN)、尖晶石(MgAl2O4)，或鋁組成比至少在0.30以上的AlCaN、AIInN或AlGaInN。
形成目的半導體襯底的半導體晶體A，并不限定于氮化鎵(GaN)，可任意選擇所述一般的「III族氮化物系化合物半導體」。
目的半導體襯底(半導體晶體A)也可具有多層結構。
如圖6所示，所述實施例中底襯底的突起部和谷部是由垂直面和水平面構成的，但它們也可由任意的斜面和曲面等形成。因此，圖2(c)所示出的在底襯底上形成的谷部的剖面形狀，除大致矩形的凹字型以外，也可形成例如大致U字型和大致V字型，它們的一般形狀、大小、間隔、配置、配向等是任意的。
下面說明第三實施方案。第三實施方案與在本發明的公開欄里所述的第四十四方法～第五十五方法(專利要求44～55)相對應。
下面根據具體實施例說明本發明。但本發明又不限定于下面所示的實施例。
(第三實施例)1、晶種層積工序在本實施例中把由晶種層第一層(AlN緩沖層102)和晶種層第二層(GaN層103)構成的晶種層(III族氮化物系化合物半導體)，通過用有機金屬化合物氣相成長法(以下表示為「MOVPE」)的氣相成長而成膜。這里所用的氣體是氨(NH3)氣和載氣(H2、N2)和三甲基鎵(Ga(CH3)3、以下記作「TMG」)和三甲基鋁(Al(CH3)3、以下記作「TMA」)。
圖9示出本實施例半導體晶體制造工序的半導體晶體的模式剖面圖。
首先，把一英寸見方、厚度約250μm的藍寶石襯底101(底襯底)通過有機溶劑洗滌和熱處理(焙燒)進行清洗。然后，把該單晶體的底襯底101的a面作為晶體成長面，把H2以10升/分、NH3以5升/分、TMA以20μmol/分供給，使AlN緩沖層102(晶種層第一層)晶體成長到200nm的厚度。這時的晶體成長溫度是約400℃。
再把藍寶石襯底101的溫度升溫到1000℃，把H2以20升/分、NH3以10升/分、TMG以300μmol/分導入，使GaN層103(晶種層第二層)成膜到膜厚約1.5μm(圖9(a))。
2、侵蝕殘骸部形成工序接著，使用強烈烘燒保護掩膜，通過使用反應性離子蝕刻(RIE)的選擇干蝕刻，形成配置周期LP20μm的條紋狀侵蝕殘骸部(圖9(b))。
即，通過蝕刻成為條紋寬度(晶種寬度S)P5μm、側面寬度WP15μm、襯底約0.1μm的條紋狀，剖面形狀形成為大致矩形的侵蝕殘骸部。所述保護掩膜，使殘留成條紋狀的侵蝕殘骸部的側壁形成為GaN層103(晶種層第二層)的{11-20}面。通過本蝕刻，把在平頂部具有由GaN層103(晶種層第二層)和AlN緩沖層102(晶種層第一層)構成晶種層的條紋狀侵蝕殘骸部大致周期地形成，在側面的谷部，藍寶石襯底101的一部分露出。
3、晶體成長工序接著，把條紋狀的殘留侵蝕殘骸部的露出面作為最初的晶體成長面，用HVPE法形成由GaN單晶構成的目的半導體晶體A。
最后，使目的半導體晶體A晶體成長到250μm左右。此時，在成長初期，GaN在橫向和縱向成長，一旦各部連接，成為平坦的相連的大致平面狀后，GaN晶體則在縱向成長。
在該HVPE法中，使用臥式HVPE裝置。V族原料使用的是氨(NH3)和III族原料使用的是Ga與HCl反應而得到的GaCl。
這樣，主要地通過橫向外延成長，晶種層的側面被埋，然后，通過縱向成長，得到目的膜厚的半導體晶體A(GaN單晶)(圖9(c))。圖中的符號R表示「空洞」。
4、分離工序把所述半導體晶體A以1.5℃/分的冷卻速度從1100℃緩慢地冷卻到室溫。借此，在AlN緩沖層102(晶種層第一層)附近產生剝離，從底襯底101得到獨立的目的膜厚的半導體晶體A(GaN單晶)(圖9(d))。
除了所述的緩沖層之外，也可把與所述緩沖層有大致相同組成(例如AlN和AlGaN)的中間層周期地，或與其他層交替地，或構成多層構造地進行層積。
通過這種緩沖層(或中間層)的層積，能把由晶格常數差引起的對半導體晶體A起作用的應力緩和等，通過與現有的同樣的作用原理，能提高結晶性。
在所述分離工序中，在把底襯底和半導體晶體A降溫時，它們殘留在成長裝置的反應室內，使大致一定流量的氨(NH3)氣以任意流入反應室的狀態下，以約「-100℃/min～-0.5℃/min」左右的冷卻速度冷卻到大致常溫的方法也可以使用。該冷卻速度過快時，半導體晶體A有可能破裂，產生裂紋。
分離工序，根據底襯底和半導體晶體A晶格常數差的應力，在晶體成長工序的中途進行也可以。
在表示本發明時，采用了上述實施例作為最實用的恰當的例子，但本發明并不僅限定于所述的實施例，在本發明范圍內的其他變形例和應用例均包括在內。
權利要求
1.一種半導體晶體的制造方法，該法是通過利用橫向晶體成長作用，在底襯底上形成由III族氮化物系化合物半導體構成的襯底層，從所述底襯底得到獨立的半導體晶體的方法，其特征在于，該法包括突起部形成工序，在所述底襯底上形成多個突起部；晶體成長工序，把所述突起部表面的至少一部分作為所述襯底層開始晶體成長的最初成長面，使所述襯底層晶體成長，直至該成長面各自相互連接形成至少相連的大致平面；分離工序，通過斷裂所述突起部，把所述襯底層和所述底襯底加以分離。
2.如權利要求1所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，通過把所述襯底層和所述底襯底加以冷卻或加熱，產生由所述襯底層和所述底襯底熱膨脹系數差引起的應力，利用該應力使所述突起部斷裂。
3.一種半導體晶體的制造方法，該法是通過利用橫向晶體成長作用，在底襯底上形成由III族氮化物系化合物半導體構成的襯底層而得到半導體晶體的方法，其特征在于，該法包括突起部形成工序，在所述底襯底上形成多個突起部；晶體成長工序，把所述突起部表面的至少一部分作為所述襯底層開始晶體成長的最初成長面，使所述襯底層晶體成長，直至該成長面各自相互連接形成至少相連的大致平面，所述晶體成長工序通過調整所述III族氮化物系化合物半導體的原料供給量q，把所述底襯底所述突起部之間的谷部至少一部分露出區域的所述III族氮化物系化合物半導體的晶體成長速度a與所述突起部頭部的晶體成長速度b的差值(b-a)大致控制為最大值。
4.如權利要求1或權利要求2所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，在所述晶體成長工序中，通過調整所述III族氮化物系化合物半導體的原料供給量q，把所述底襯底的所述突起部之間的谷部的至少一部分露出區域的所述III族氮化物系化合物半導體的晶體成長速度a與所述突起部頭部的晶體成長速度b的差值(b-a)大致控制為最大值。
5.如權利要求3或權利要求4所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，把所述原料供給量q定在1μmol/min以上～100μmol/min以下。
6.如權利要求1到權利要求5的任一項所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，作為所述底襯底的材料使用硅(Si)或碳化硅(SiC)。
7.如權利要求1到權利要求6的任一項所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，作為所述底襯底的材料使用Si(111)，在所述突起部形成工序中，在所述底襯底的所述突起部之間的谷部的露出區域，使Si(111)面不露出地形成所述突起部。
8.如權利要求1到權利要求7的任一項所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，在所述突起部形成工序后，具有至少在所述突起部的表面上形成由AlxGa(1-x)N(0＜x≤1)構成的緩沖層的工序。
9.如權利要求8所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，使所述緩沖層的膜厚在所述突起部的縱向高度以下進行成膜。
10.如權利要求1到權利要求9的任一項所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，在所述晶體成長工序中，把所述襯底層的膜厚定在50μm以上。
11.如權利要求1到權利要求10的任一項所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，在所述晶體成長工序中，在中途變更晶體成長法，從晶體成長速度慢的晶體成長法變更到晶體成長速度快的晶體成長法。
12.如權利要求1到權利要求11的任一項所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，在所述突起部形成工序中，把所述突起部按大致等間隔或大致一定周期地配置，這樣來形成所述突起部。
13.如權利要求12所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，在所述突起部形成工序中，在一邊為0.1μm以上的大致正三角形為基準的平面三角晶格的晶格點上形成所述突起部。
14.如權利要求1到權利要求13的任一項所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，在所述突起部形成工序中，使所述突起部的水平剖面形狀形成為大致正三角形、大致正六方形、大致圓形或四方形。
15.如權利要求1到權利要求14的任一項所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，在所述突起部形成工序中，把所述突起部的配置間隔定為0.1μm以上～10μm以下。
16.如權利要求1到權利要求15的任一項所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，在所述突起部形成工序中，把所述突起部的縱向高度定為0.5μm以上～20μm以下。
17.如權利要求1到權利要求16的任一項所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，在所述突起部形成工序中，把所述突起部的橫向粗細、寬度或直徑定為0.1μm以上～10μm以下。
18.如權利要求1到權利要求17的任一項所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，在所述晶體成長工序之前，通過各種蝕刻、電子束照射處理、激光等光學處理、化學處理、或切削和研磨等物理處理，使所述底襯底的所述突起部之間的谷部的至少一部分露出區域的結晶性或分子結構惡化或變化，借此來降低所述露出區域的所述III族氮化物系化合物半導體的晶體成長速度a。
19.如權利要求1或權利要求2、或權利要求4到權利要求18的任一項所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，在所述分離工序中，把由所述底襯底和所述襯底層構成的襯底留在成長裝置的反應室內，在以大致一定流量的氨(NH3)氣流入所述反應室內的狀態下，把所述襯底用約-100℃/min～-0.5℃/min左右的冷卻速度冷卻到大致常溫。
20.如權利要求1或權利要求2、或權利要求4到權利要求19的任一項所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，至少在所述分離工序之后設置殘骸除去工序，把殘留在所述襯底層背面的所述突起部斷裂殘骸，用蝕刻等化學或物理加工處理除去。
21.一種III族氮化物系化合物半導體發光元件，其特征在于，具有使用權利要求1到權利要求20的任一項所述的半導體晶體制造方法制造的所述半導體晶體作成的晶體成長襯底。
22.一種III族氮化物系化合物半導體發光元件，其特征在于，使用權利要求1到權利要求20的任一項所述的半導體晶體制造方法制造的所述半導體晶體作為晶體成長襯底進行晶體成長來制造。
23.一種半導體晶體的制造方法，該法是通過利用橫向晶體成長作用，在由硅(Si)形成的底襯底上，使由III族氮化物系化合物半導體構成的半導體晶體A成長而得到半導體襯底的方法，其特征在于，該法包括防止反應工序，在所述底襯底上，把由比所述半導體晶體A熔點或耐熱性高的晶體材料B構成的防止反應層成膜；突起部形成工序，通過化學或物理蝕刻在所述防止反應層已成膜一側的單面上，不使所述底襯底露出地從所述防止反應層形成多個突起部；晶體成長工序，把所述突起部表面的至少一部分作為所述半導體晶體A開始晶體成長的最初成長面，使所述半導體晶體A進行晶體成長，直至該成長面各自相互連接形成至少相連的大致平面。
24.如權利要求23所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，所述半導體晶體A由滿足組成式AlxGayIn(1-x-y)N(0≤x＜1，0＜y≤1，0＜x+y≤1)的III族氮化物系化合物半導體構成。
25.如權利要求23或權利要求24所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，形成所述防止反應層的所述晶體材料B，由碳化硅(SiC)、氮化鋁(AlN)、或尖晶石(MgAl2O4)構成。
26.如權利要求23或權利要求24所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，形成所述防止反應層的所述晶體材料B，由鋁組成比至少在0.30以上的AlGaN、AlInN、或AlGaInN構成。
27.如權利要求23到權利要求26的任一項所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，通過使所述成長面橫向成長，并各自相互連接，在所述突起部之間形成未層積所述半導體晶體A的空洞。
28.如權利要求23到權利要求27的任一項所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，把所述突起部間的所述防止反應層的谷部的膜厚形成為0.1μm以上～2μm以下。
29.如權利要求23到權利要求28的任一項所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，在所述突起部形成工序中，把所述突起部的縱向高度形成為0.5μm以上～20μm以下。
30.如權利要求23到權利要求29的任一項所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，在所述突起部形成工序中，把所述突起部的橫向粗細、寬度或直徑形成為0.1μm以上～10μm以下。
31.如權利要求23到權利要求30的任一項所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，設有分離工序，通過把所述半導體晶體A和所述底襯底進行冷卻或加熱，產生由所述半導體晶體A和所述底襯底熱膨脹系數差引起的應力，通過利用該應力使所述突起部斷裂，把所述半導體晶體A和所述底襯底加以分離。
32.如權利要求23到權利要求31的任一項所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，在所述晶體成長工序中，把所述半導體晶體A層積達到50μm以上。
33.如權利要求23到權利要求32的任一項所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，在所述晶體成長工序中，通過調整所述III族氮化物系化合物半導體的原料供給量q，把所述底襯底的所述突起部之間的谷部至少一部分的被侵蝕區域內的所述III族氮化物系化合物半導體的晶體成長速度a與所述突起部頂部的晶體成長速度b的差值(b-a)大致控制為最大值。
34.如權利要求33所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，把所述原料供給量q設定在1μmol/min以上～100μmol/min以下。
35.如權利要求23到權利要求34的任一項所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，在所述突起部形成工序后，設置至少在所述突起部的表面上形成由AlxGa(1-x)N(0＜x≤1)構成的緩沖層C的工序。
36.如權利要求35所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，把所述緩沖層C的膜厚形成為0.1μm以上～1μm以下。
37.如權利要求23到權利要求36的任一項所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，在所述突起部形成工序中，把所述突起部按大致等間隔或大致一定周期地配置，形成所述突起部。
38.如權利要求37所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，在以一邊是0.1μm以上的大致正三角形為基準的平面三角晶格的晶格點上形成所述突起部。
39.如權利要求23到權利要求38的任一項所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，在所述突起部形成工序中，所述突起部的水平剖面形狀是大致正三角形、大致正六方形、大致圓形、大致矩形、大致菱形或大致平行四邊形。
40.如權利要求23到權利要求39的任一項所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，在所述突起部形成工序中，把所述突起部的配置間隔形成為0.1μm以上～10μm以下。
41.如權利要求23到權利要求40的任一項所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，在所述防止反應工序中，把所述防止反應層在所述底襯底上的正背兩面成膜。
42.一種III族氮化物系化合物半導體元件，其特征在于，具有使用權利要求23到權利要求41的任一項所述的半導體晶體制造方法制造的所述半導體晶體作成的晶體成長襯底。
43.一種III族氮化物系化合物半導體元件，其特征在于，其是使用權利要求23到權利要求41的任一項所述的半導體晶體制造方法制造的所述半導體晶體，作為晶體成長襯底進行晶體成長制成的。
44.一種半導體晶體的制造方法，該法是使由III族氮化物系化合物半導體構成的半導體晶體，在底襯底上成長，從所述底襯底得到獨立的優質半導體晶體A的方法，其特征在于，該法設有晶種層積工序，把由單層或多層III族氮化物系化合物半導體構成的晶種層在所述底襯底上層積；侵蝕殘骸部形成工序，把所述底襯底的所述晶種層成膜的側面的一部分進行化學或物理侵蝕處理，使所述晶種層部分地或分散地殘留在所述底襯底上；晶體成長工序，把所述晶種層的侵蝕殘骸部的露出面，作為所述半導體晶體A開始晶體成長的最初晶體成長面，使所述半導體晶體A進行晶體成長，使該晶體成長面通過晶體成長各自相互連接、形成為至少相連的大致平面；分離工序，通過斷裂所述侵蝕殘骸部，把所述半導體晶體A和所述底襯底分離。
45.如權利要求44所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，在所述晶體成長工序中，把所述半導體晶體A的膜厚定為50μm以上。
46.如權利要求44或權利要求45所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，通過把所述半導體晶體A和所述底襯底加以冷卻或加熱，使其產生基于所述半導體晶體A和所述底襯底熱膨脹系數差的應力，利用該應力斷裂所述侵蝕殘骸部。
47.如權利要求44到權利要求46的任一項所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，把所述晶種層或所述晶種層的最上層由氮化鎵(GaN)形成
48.如權利要求44到權利要求47的任一項所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，把所述晶種層或所述晶種層的最下層由氮化鋁(AlN)形成
49.如權利要求44到權利要求48的任一項所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，在所述侵蝕殘骸部形成工序中，把所述侵蝕殘骸部的配置間隔定為1μm以上～50μm以下。
50.如權利要求44到權利要求49的任一項所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，在所述侵蝕殘骸部形成工序中，把所述底襯底侵蝕處理0.01μm以上。
51.如權利要求44到權利要求50的任一項所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，在所述侵蝕殘骸部形成工序中，把所述侵蝕殘骸部的橫向粗細、寬度或直徑定為0.1μm以上～20μm以下。
52.如權利要求44到權利要求51的任一項所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，在所述晶體成長工序中，從晶體成長速度慢的晶體成長法向晶體成長速度快的晶體成長法，在中途變更晶體成長法。
53.如權利要求44到權利要求52的任一項所述的半導體晶體的制造方法，其特征在于，至少在所述分離工序之后設置殘骸除去工序，把殘留在所述半導體晶體A背面的所述侵蝕殘骸部斷裂殘骸，用蝕刻等化學或物理法進行加工處理除去。
54.一種III族氮化物系化合物半導體發光元件，其特征在于，具有使用權利要求44到權利要求53的任一項所述的半導體晶體制造方法制造的所述半導體晶體A作成的晶體成長襯底。
55.一種III族氮化物系化合物半導體發光元件，其特征在于，是通過把使用權利要求44到權利要求53的任一項所述的半導體晶體制造方法制造的所述半導體晶體A作為晶體成長襯底進行晶體成長制成的。
全文摘要
一種半導體晶體制造方法及半導體發光元件，利用橫向晶體成長作用，在底襯底上，使由III族氮化物系化合物半導體構成的半導體晶體成長，自底襯底得到獨立的優質半導體晶體。本發明的半導體晶體制造方法包括突起部形成工序，在底襯底上形成多個突起部；晶體成長工序，把所述突起部表面的至少一部分作為襯底層開始晶體成長的最初成長面，使所述襯底層結晶成長，直至該成長面各自相互連接形成至少相連的大致平面；分離工序，通過斷裂所述突起部，把所述襯底層和所述底襯底加以分離。本發明可得到沒有裂紋、轉位密度低的高質量的半導體晶體(晶體成長襯底)。
文檔編號H01L21/20GK1863944SQ0280469
公開日2006年11月15日 申請日期2002年2月12日 優先權日2001年2月14日
發明者永井誠二, 冨田一義, 山崎史郎, 手錢雄太, 平松敏夫 申請人:豐田合成株式會社