專利名稱：化合物半導體結晶的制造方法、電子器件的制造方法和半導體基板的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及化合物半導體結晶的制造方法、電子器件的制造方法和半導體基板。
背景技術：
專利文獻1記載了半導體復合裝置的制造工序。具體，在該制造工序中，在GaAs基板上使作為蝕刻停止層的InGaP層成長之后，使作為剝離層的AlAs層成長，接下來使GaAs 結晶層成長。接著，在該基板上通過光刻而形成從基板表面到剝離層為止的溝。接下來，通過使蝕刻液經過所形成的溝，與AlAs剝離層接觸而除去AlAs剝離層，從而GaAs結晶層從 GaAs基板剝離，制造獨立后的GaAs結晶體(LED外延薄膜)。接下來，將獨立后的GaAs結晶體粘貼在硅基板上，并在該GaAs結晶體上加上布線等，由此，制造LED陣列。再者，剝離層也叫做犧牲層。(專利文獻1)日本特開2004-207323號公報

發(fā)明內容
發(fā)明打算解決的課題可是，為了使GaAs系化合物半導體結晶層而使用的GaAs基板的成本較高。可以在GaAs系化合物半導體結晶層的成長中使用與GaAs準晶格匹配的Ge基板，不過，和GaAs 基板同樣，Ge基板的成本也很高。因此，如果用GaAs基板及Ge基板制造半導體器件的話， 將引起半導體器件的成本上升。同時，在GaAs基板上設置作為蝕刻停止層的InGaP層，或形成從基板表面到達剝離層的溝，則成本將進一步上升。并且，在用由InGaP組成的蝕刻停止層及由AlAs組成的剝離層制造GaAs系化合物半導體結晶層時，由于GaAs系化合物半導體結晶層中包含的結晶缺陷的影響，而產生用該GaAs系化合物半導體結晶層制造的發(fā)光器件所發(fā)光的光量不足的課題。解決課題的方法因此，在本發(fā)明的第1方式中，提供化合物半導體結晶的制造方法，具有在表面為硅結晶的基底基板上，形成包含CxlSiylGezlSni_xl_yl_zl(0彡xl< 1、0彡yl彡1、0彡zl彡1、 且0 < xl+yl+zl ^ 1)的犧牲層的犧牲層形成工序；在犧牲層上形成與犧牲層晶格匹配或準晶格匹配的化合物半導體結晶的結晶形成工序；以及通過蝕刻犧牲層，從基底基板剝離化合物半導體結晶的結晶剝離工序。在結晶剝離工序中，比如，對化合物半導體結晶層選擇性地進行犧牲層的蝕刻。結晶形成工序，比如，具有在400°C以上，600°C以下使化合物半導體結晶成長的第1成長工序、以及在高于第1成長工序的成長溫度的高溫下使化合物半導體結晶進一步成長的第2 成長工序。在結晶形成工序中，在保持露出形成于基底基板上的犧牲層的一部分的狀態(tài)下， 同時使化合物半導體結晶在犧牲層上成長?；衔锇雽w結晶的制造方法中，在犧牲層形成工序前，還具有，在基底基板上形成用于阻擋犧牲層及化合物半導體結晶的成長的阻擋層的阻擋層形成工序和在阻擋層形成露出基底基板的一部分的開口的開口形成工序；可在開口內使犧牲層結晶成長。開口形成工序，比如，具有蝕刻上述阻擋層的工序。在犧牲層形成工序中，可以在上述犧牲層和上述阻擋層之間設置空隙。在上述結晶形成工序和上述結晶剝離工序之間，還可以具有對上述犧牲層進行退火的工序。在進行退火的工序中，可以進行多次退火。在上述犧牲層形成工序和上述結晶形成工序之間，還可以具有使上述犧牲層的與上述化合物半導體結晶對著的面接觸含磷化合物的氣體的工序?；衔锇雽w結晶，比如，是III-V族化合物半導體結晶或II-VI族化合物半導體結晶。III-V族化合物半導體結晶，作為III族元素包含Al、Ga、In中的至少1種，作為V 族元素含N、P、As、Sb中的至少1種。阻擋層，比如，是氧化硅層、氮化硅層、氮氧化硅層、或氧化鋁層或者這些層的2個以上層疊而成的層。在上述結晶形成工序和上述結晶剝離工序之間，還具有通過支持體保持上述化合物半導體結晶的工序。在本發(fā)明的第2方式中，提供電子器件的制造方法，該制造方法具有在用上述的化合物半導體結晶的制造方法而制得的化合物半導體結晶上形成設置有電極及布線的功能結晶的工序。該電子器件的制造方法，還可以具有準備與上述基底基板不同的粘貼基底基板的工序和在上述粘貼基底基板上，粘貼上述功能結晶的工序。還可以具有在上述粘貼基底基板上粘貼多個上述功能結晶的工序。在本發(fā)明的第3方式中，提供半導體基板，其具有表面是硅結晶的基底基板；阻擋結晶成長，設置在基底基板上，且具有露出基底基板的一部分的開口的阻擋層；在開口內，設置在基底基板上，包含CxlSiylGezlSni_xl_yl_zl(0彡xl < 1、0彡yl彡1、0彡zl彡1，且 0 < xl+yl+zl ( 1)的犧牲層；以及設置在犧牲層上，且含有與犧牲層晶格匹配或準晶格匹配的化合物半導體的化合物半導體結晶；其中，在犧牲層和阻擋層之間具有空隙。在該半導體基板中，阻擋層面向開口的側壁的相對于基底基板及上述犧牲層的層疊方向的傾斜方向可為0. 5°以上。該化合物半導體結晶，比如，是GaAs、AlGaAs, GaN、或AlGaN，且上述犧牲層是Ge或SiGe0


圖1是表示本實施方式涉及的半導體基板1000的構成的圖。圖2A是表示半導體基板1000的制造方法的圖。圖2B是表示制造從基底基板100剝離后的化合物半導體結晶104的方法的圖。圖3是表示本實施方式涉及的LED器件2000的構成的圖。圖4A是表示制造半導體基板4000的工序的圖。圖4B是表示制造從半導體基板4000得到的LED功能結晶309的工序的圖。圖4C是表示使用從半導體基板4000得到的LED功能結晶309制造LED器件312 的工序的圖。圖5A是表示制造半導體基板5000的方法的圖。圖5B是表示用半導體基板5000制造LED器件515的方法的圖。圖5C是表示用半導體基板5000制造LED器件515的方法的圖。
具體實施例方式圖1表示本實施方式涉及的半導體基板1000的構成。半導體基板1000，具有基底基板100、阻擋層101、犧牲層103、和化合物半導體結晶104?；谆?00的表面是硅結晶。也就是，基底基板100在表面具有由硅結晶構成的區(qū)域?；谆?00，比如是基板全體為硅結晶的Si基板(Si晶片)或是 SOI (silicon-on-insulator)基板。SOI基板，比如，是在藍寶石基板、玻璃基板等絕緣基板的表面形成了硅結晶的基板。該硅結晶可以含雜質。再者，在基板表面的硅結晶中，即使形成了自然氧化層等非常薄的氧化硅層或氮化硅層的情況也包含在“表面為硅結晶的基板”的概念中。在本實施方式中，說明作為基底基板100而使用的Si基板的例子?；谆?00 的表面，比如是(100)面、(110)面或(111)面，或與它們分別等效的面。同時，基底基板100 的表面，可以從該結晶學的面方位稍微傾斜。即，基底基板100可以有切斷角(off angle) 0 切斷角的大小，比如是10°以下。切斷角的大小，優(yōu)選是0.05°以上，6°以下，更優(yōu)選是 0.3°以上6°以下。阻擋層101，用于阻擋犧牲層103及化合物半導體結晶104的結晶成長。S卩，犧牲層103及化合物半導體結晶104，在沒有設置阻擋層101的區(qū)域中結晶成長。阻擋層101具有在基底基板100上面設置，且，達到基底基板100的開口 102。開口 102，比如能通過光刻法來形成。使犧牲層103及化合物半導體結晶104在開口 102內部成長時，優(yōu)選基底基板100 的面是與(100)面或(110)面，或者，(100)面或(110)面各自等效的面。在基底基板100 的表面為上述的面的任何一個的情況下，在犧牲層103及化合物半導體結晶104出現4次對稱側面變得容易。犧牲層103及化合物半導體結晶104具有4次對稱的側面時，犧牲層 103及化合物半導體結晶104的蝕刻率的再現性高，蝕刻時間的控制變得容易。犧牲層103，是從半導體基板1000剝離化合物半導體結晶104時被除去的層。犧牲層103，在開口 102中，接觸基底基板100而設置。犧牲層103，比如包含 CxlSiylGezlSni_xl_yl_zl (0 彡 xl < 1、0 彡 yl 彡 1、0 彡 zl 彡 1、且 0 < xl+yl+zl 彡 1)。犧牲層 103，比如是Ge層、SiGe層或SiC層?；衔锇雽w結晶104，比如，構成場效應晶體管或發(fā)光二極管(LED)。化合物半導體結晶104，作為一個例子，作為在場效應晶體管中載流子移動的通道而發(fā)揮作用?；衔锇雽w結晶104與犧牲層103晶格匹配或準晶格匹配?；衔锇雽w結晶104可以有結
晶層構造。在本說明書中，所謂的“準晶格匹配”，雖然不是完全的晶格匹配，不過，是指以互相接觸的2個半導體的晶格常數的差很小，且由于晶格失配的缺陷發(fā)生在不顯著的范圍， 為能夠層疊互相接觸的2個半導體的狀態(tài)。此時，各半導體的結晶晶格，通過在能夠彈性變形的范圍內進行變形，從而上述晶格常數之差被吸收。比如，在Ge和GaAs之間的，或Ge和 InGaP之間的晶格緩和界限厚度內的層疊狀態(tài)，被稱作為準晶格匹配。化合物半導體結晶104，比如是III-V族化合物半導體結晶或是II-VI族化合物半導體結晶。III-V族化合物半導體，作為III族元素，比如包含Al、Ga、h中的至少1種， 作為V族元素，比如含N、P、As、Sb中的至少1種?；衔锇雽w結晶104，比如是GaAs、AlGaAs或hGaAs。II-VI族化合物半導體，比如是SiO、CdTe, ZMe。當犧牲層103 包含 CxlSiylGezlSni_xl_yl_zl (0 彡 xl < 1、0 ^ yl ^ 1、0 彡 zl 彡 1、且 0 < xl+yl+zl彡1)時，與犧牲層103為AlAs的情況相比，對化合物半導體結晶104的蝕刻率的選擇比更大。具體，在化合物半導體結晶104是GaAs、AlGaAs、GaN或AlGaN的情況下，犧牲層103優(yōu)選為Ge或SiGe。蝕刻劑，比如，是氫氟酸、醋酸、磷酸、過氧化氫水、氫氧化鈉水溶液、氫氧化鉀水溶液、亞鐵氰化鉀水溶液、亞鐵氰化鎂水溶液、或鉻酸鉀水溶液。蝕刻劑可以是這些的2個以上的液體的混合液。當化合物半導體結晶104及犧牲層103具有上述的組成時，能夠在保持對化合物半導體結晶104的蝕刻損壞很小的同時剝離化合物半導體結晶104。同時，具有上述的組成的犧牲層103的結晶性比AlAs的結晶性出色，所以可以使在具有上述的組成的犧牲層103 上面成長的化合物半導體結晶104，比在AlAs層上形成的GaAs層的缺陷密度更小。因此， 在化合物半導體結晶104上形成的發(fā)光器件，能夠提高電子器件的電氣特性。圖2A表示半導體基板1000的制造方法。在S201中，準備基底基板100。在S202 中，在基底基板100上面形成阻擋層101。阻擋層101，比如，是氧化硅層、氮化硅層、氮氧化硅層或者氧化鋁層或這些層的2個以上層疊得到的層。阻擋層101，比如可通過蒸鍍法、濺射法或者CVD法形成。為了得到穩(wěn)定的表面形狀，阻擋層101的厚度優(yōu)選比預定的厚度要大。但在阻擋層101極端厚的情況下，可能抑制蝕刻劑到達犧牲層103。因此，最好考慮這些問題來決定阻擋層101的厚度。具體，阻擋層101厚度，比如是2nm以上500nm以下，優(yōu)選是5nm以上 200nm以下，更優(yōu)選是IOnm以上IOOnm以下。在S203中，在阻擋層101上形成到達基底基板100的開口 102。開口 102，將通過光刻形成光致抗蝕層作為掩模，采用藥液蝕刻形成的方法，或者使用氣體等離子的干式蝕刻形成的方法形成。在垂直于基底基板100的面的方向的阻擋層101的幅度，優(yōu)選在開口 102的附近中，隨著接近于開口 102底面的阻擋層101的邊界線而變小。即，作為形成開口 102的阻擋層101的側壁，優(yōu)選形成為錐形形狀。在這里，所謂開口 102的底面，是開口 102內部的基底基板100被露出的面。由于阻擋層101具有錐形狀的形狀，而在S204中，在開口 102上形成的犧牲層103 的一部分被露出。其結果，犧牲層103和阻擋層101之間的空隙變大，蝕刻劑容易到達犧牲層103，所以能縮短通過蝕刻法除去犧牲層103時的蝕刻時間。形成開口 102的阻擋層101側壁的錐形角度，比如是0.5°以上，優(yōu)選為1°以上， 更優(yōu)選為5°以上，最好是10°以上。在這里，所謂的阻擋層101側壁的錐形角，是相對于基底基板100及犧牲層103的層疊方向的側壁的傾斜方向的角度。開口 102的底面積，比如是0. Olmm2以下，優(yōu)選是1600 μ m2以下，更優(yōu)選是900 μ m2 以下。在這里，所謂的開口 102的底面積是開口 102底面的面積。同時，優(yōu)選開口 102底面積為25 μ m2以上。如果底面積是25 μ m2以上，在開口 102 內部使結晶外延成長時，將增加該結晶的成長速度的穩(wěn)定性，不易產生該結晶形狀的不規(guī)則。同時，加工該結晶來制造器件的過程變得更容易，因為成品率提高，所以使生產效率變好。開口 102底面積相對于被阻擋層101覆蓋的基底基板100面積的比例最好是 0. 01 %以上。如果上述比例是0. 01 %以上，則在開口 102內部使結晶成長時，該結晶的成長速度變得更穩(wěn)定。在計算上述比例的時候，在阻擋層101上形成多個開口 102時，所謂的開口 102的底面積是指阻擋層101形成的多個開口 102底面積的總和。當開口 102底面的形狀為正方形或長方形的情況下，該底面的一邊的長度(長方形時指長邊)，比如是100 μ m以下，優(yōu)選是80 μ m以下，更優(yōu)選是40 μ m以下，最好是30 μ m 以下。在開口 102底面形狀的一邊的長度為100 μ m以下的情況時，與底面形狀的一邊的長度大于100 μ m的情況比較，能縮短在開口 102內部被形成的犧牲層103退火所需要的時間。同時，開口 102底面形狀的一邊的長度為IOOym以下的情況下，即使是在S205中犧牲層103上面形成的化合物半導體結晶104和基底基板100之間的熱膨脹系數之差較大時，也能抑制在化合物半導體結晶104上產生結晶缺陷。并且，能縮短通過蝕刻法去除犧牲層103所需要的時間。在開口 102底面的一邊的長度為80 μ m以下的情況時，使用開口 102中形成的化合物半導體結晶104，能形成更高性能的器件。上述底面形狀的一邊的長度為40 μ m以下的情況時，能夠以更好的成品率制造上述器件。在S204 中，在基底基板 100 上面形成 CxlSiylGezlSni_xl_yl_zl (0 彡 xl<l、0 彡 yl 彡 1、 0 < zl < 1、且0 < xl+yl+zl ^ 1)表示的半導體組成的犧牲層103。具體，在形成于阻擋層101上的開口 102內部，在被露出的基底基板100上使犧牲層103結晶成長。該結晶成長，比如是外延成長。當使犧牲層103外延成長時，由于阻擋層101阻擋犧牲層103的成長， 所以阻擋層101的上表面不形成犧牲層103。犧牲層103，優(yōu)選為越成長，頂端變得越小的形狀。比如，犧牲層103形狀可為梯形。當犧牲層103的形狀為梯形的情況時，在犧牲層103和阻擋層101之間可設置空隙。其結果，蝕刻劑容易到達犧牲層103，能縮短蝕刻時間。犧牲層103的錐形角，比如是0.5°以上，優(yōu)選為1°以上，更優(yōu)選為5°以上，最好是10°以上。在這里，所謂犧牲層103的錐形角，是犧牲層103的側壁相對于基底基板100 及犧牲層103的層疊方向的傾斜方向的角度。根據使犧牲層103結晶成長的爐內的壓力及溫度，能控制錐形角。比如，爐內的壓力越大，或者溫度越高，越能夠加大錐形角度。優(yōu)選以能移動犧牲層103所具有的結晶缺陷的溫度及時間，對犧牲層103進行退火。可以重復數次該退火。如果把犧牲層103退火，犧牲層103內部的結晶缺陷會在犧牲層103內部移動，比如，被犧牲層103和阻擋層101的界面、犧牲層103的表面、或，犧牲層 103內部的吸除槽捕捉。通過結晶缺陷被吸除槽捕捉，而能排除犧牲層103表面附近的結晶缺陷。犧牲層103和阻擋層101的界面、犧牲層103的表面、或犧牲層103內部的吸除槽， 是捕捉能夠在犧牲層103內部移動的結晶缺陷的缺陷捕捉部的一個例子。缺陷捕捉部，也可以是結晶界面或表面、或是物理的傷痕。缺陷捕捉部，優(yōu)選被配置于在退火的溫度及時間條件下結晶缺陷可能移動的距離內。在對犧牲層103進行退火時，比如，以900°C以下的溫度，優(yōu)選以850°C以下的溫度做犧牲層103的退火。通過在該溫度范圍將犧牲層103退火，而維持犧牲層103表面的平坦性。犧牲層103表面的平坦性，在犧牲層103的表面層疊其他層時，特別重要。同時，比如以680°C以上，優(yōu)選700°C以上的溫度做犧牲層103的退火。通過在該溫度范圍做犧牲層103的退火，而能夠進一步降低犧牲層103的結晶缺陷的密度。如以上所述，優(yōu)選以680°C以上900°C以下的條件對犧牲層103進行退火。一次的退火時間最好在 1分以上，更優(yōu)選進行5分以上。退火時間越長結晶性越高。但，從生產效率的觀點考慮，優(yōu)選把退火時間設定為120分以下。作為一個例子，在大氣環(huán)境下、氮氣氛下、氬氣氛下、或氫氣氛下進行犧牲層103 退火。特別是，由于在含氫的氣氛中進行犧牲層103退火，而能使犧牲層103表面狀態(tài)維持在光滑的狀態(tài)，還能進一步降低犧牲層103的結晶缺陷的密度。犧牲層103的結晶缺陷密度如果被進一步降低的話，則能使在化合物半導體結晶104上形成的發(fā)光器件或電子器件的性能更高。在本實施方式中，優(yōu)選在犧牲層103上面形成化合物半導體結晶104之前，使犧牲層103中的與化合物半導體結晶104對著的面接觸含磷化合物的氣體的工序。通過使犧牲層103接觸含磷化合物的氣體，犧牲層103的表面變得光滑。磷化合物，比如，磷化氫或叔丁基膦等烷基磷化氫，優(yōu)選磷化氫。在進行犧牲層103退火時，讓犧牲層103接觸含磷化合物的氣體的工序在退火工序之后實施。在S205中，在犧牲層103上面形成化合物半導體結晶104。化合物半導體結晶104 為III-V族化合物半導體結晶的時候，比如以通常400°C以上1000°C以下，優(yōu)選500°C以上 800°C以下的條件，在犧牲層103上面形成化合物半導體結晶104。在使化合物半導體結晶 104成長時，優(yōu)選作為第1階段，以更低溫使化合物半導體結晶104成長，作為第2階段，以更高溫使化合物半導體結晶104成長。在第1階段中的成長溫度，比如是400°C以上600°C以下，優(yōu)選是400°C以上550°C 以下。優(yōu)選在第2階段的成長溫度，比在第1階段中的成長溫度更高溫。在第2階段的成長溫度，比如是500°C以上1000°C以下，優(yōu)選是550°C以上800°C以下。這樣，通過進行2階段的結晶成長，化合物半導體結晶104的結晶性進一步提高。在第1階段中使之成長的化合物半導體結晶104的厚度，比如是5nm以上300nm 以下，優(yōu)選IOnm以上200歷以下，更優(yōu)選15nm以上IOOnm以下。在第2階段中使之成長的化合物半導體結晶104的厚度，比如是5nm以上300歷以下，優(yōu)選IOnm以上200歷以下，更優(yōu)選15nm以上IOOnm以下。根據需要，也可以把結晶成長溫度分成三階段以上，從低溫到高溫變化，使化合物半導體結晶104結晶成長。優(yōu)選化合物半導體結晶104，一邊保持為將犧牲層103的一部分露出的狀態(tài)，一邊在犧牲層103上面成長。比如，優(yōu)選一邊保持成露出了犧牲層103側面的狀態(tài)，一邊使化合物半導體結晶104在犧牲層103上成長。通過維持成露出了犧牲層103的側面的狀態(tài)，而在通過蝕刻法從基板剝離化合物半導體結晶104時，流向犧牲層103的蝕刻液的到達變得容易。其結果，通過化合物半導體結晶104的蝕刻等能夠不需要特別加工地從基底基板100 剝離化合物半導體結晶104?；衔锇雽w結晶104，優(yōu)選為越成長頂端變得越小的形狀。比如，化合物半導體結晶104形狀，優(yōu)選斷面為梯形的形狀?；衔锇雽w結晶104的錐形角，比如是0.5°以上，優(yōu)選為1°以上，更優(yōu)選為5°以上，最好是10°以上。通過將犧牲層103厚加大到比阻擋層101厚度大，從而使犧牲層103的側面的至少一部分露出。通過將犧牲層103加大到比阻擋層101更厚，在剝離化合物半導體結晶104 的時候，蝕刻液容易到達犧牲層103，所以通過蝕刻化合物半導體結晶104等而能夠沒有特別加工地剝離化合物半導體結晶104。化合物半導體結晶104，具有與使用化合物半導體結晶104制造的電子器件所要求的特性或功能相對應的結晶層構造。化合物半導體結晶104，比如被使用于光電二極管、 LED、雙極晶體管或場效應晶體管。通過把電極安裝在化合物半導體結晶104上，能夠制造電子器件。電極，是歐姆電極或是肖特基電極。比如，如果化合物半導體結晶104被用在LED器件上時，可以通過蝕刻等使預先被設置在化合物半導體結晶104上的ρ型結晶層及η型結晶層露出。在被露出的結晶面形成歐姆電極，再加上與電極導通用的布線，而能夠制造LED器件。圖2B，表示制造從基底基板100剝離后的化合物半導體結晶104的方法。在S206 中，在通過圖2A表示的制造方法制造的半導體基板1000中設置支持體105。支持體105， 在保持從基底基板100剝離后的化合物半導體結晶104時使用。支持體105，比如，是具有粘合力的樹脂蠟或真空吸盤。在S207中，通過對化合物半導體結晶104選擇性地蝕刻犧牲層103，從基底基板 100剝離化合物半導體結晶104。通過從基底基板100剝離化合物半導體結晶104，而化合物半導體結晶104成為獨立的結晶。繼續(xù)，通過作為蝕刻劑使用藥液的濕蝕刻法來除去犧牲層103。這里，所謂的“對化合物半導體結晶104選擇性地蝕刻犧牲層103”，是指以犧牲層 103的蝕刻率大于化合物半導體結晶104的蝕刻率為條件，對犧牲層103進行蝕刻。比如， 在S207中，使用對犧牲層103的蝕刻比率大于對化合物半導體結晶104的蝕刻率的蝕刻劑進行蝕刻。蝕刻劑，比如是氫氟酸、醋酸、磷酸、過氧化氫水、氫氧化鈉水溶液，氫氧化鉀水溶液、亞鐵氰化鉀水溶液、亞鐵氰化鎂水溶液或鉻酸鉀水溶液。蝕刻劑，也可以是它們的2個以上的液體的混合液?？梢詫⑽g刻劑加熱并攪拌。該蝕刻可以在紫外光線照射下進行。在蝕刻中，可以振動或者旋轉半導體基板1000。在S208中，將被支持體105保持的化合物半導體結晶104粘貼到粘貼基底基板 106上。粘貼基底基板106，比如是Si基板、氮化硅基板、氧化硅基板、碳化硅基板、金屬基板或陶瓷基板。粘貼基底基板106優(yōu)選是Si基板。在粘貼基底基板106的粘貼面，可以層疊粘貼基底金屬。粘貼基底金屬，比如是金或是鈀。在粘貼基底基板106上粘貼化合物半導體結晶104時，可以使用范德華(范德華力)粘貼、焊接的粘接和使用了粘接性的樹脂的粘合中的一種。在S209中，從被粘貼在粘貼基底基板106上的帶有支持體105的化合物半導體結晶104上將支持體105剝離。其結果，能夠得到被粘貼于粘貼基底基板106的化合物半導體結晶104。在圖2B中，表示出在粘貼基底基板106上面只有一個化合物半導體結晶104，不過，在粘貼基底基板106上面可以設置多個化合物半導體結晶104。比如，在粘貼基底基板106上面陣列狀配置化合物半導體結晶104。也可以在粘貼基底基板106上面，粘貼功能不同的2種以上的化合物半導體結晶104。通過在粘貼基底基板106上粘貼多個種類的化合物半導體結晶104，得以制造具有多個功能的單片器件基板。圖3，表示本實施方式涉及的LED器件2000的構成。LED器件2000，具有LED功能結晶210、場效應晶體管功能結晶220、金屬布線240及粘貼基底基板206。粘貼基底基板 206比如是Si基板。LED功能結晶210具有GaN結晶212、陽極電極214及陰極電極216。場效應晶體管功能結晶220具有GaAs結晶222、柵極絕緣膜224、柵極電極226、源極電極2 及漏極電極230。金屬布線M0，連接陰極電極216和漏極電極230。作為一個例子，陽極電極214 被連接至電源。在場效應晶體管功能結晶220中，柵極電極2 接受控制電壓的輸入，源極電極2 被接地。場效應晶體管功能結晶220，根據控制電壓對供給于LED功能結晶210的電流進行切換控制。在陰極電極216和漏極電極230之間，設置電阻元件。同時，LED器件2000，可以在粘貼基底基板206的上面，具有多個LED功能結晶210及多個場效應晶體管功能結晶220。 多個LED功能結晶210及多個場效應晶體管功能結晶220，在粘貼基底基板206上面可以配置成陣列狀。作為一個例子，多個LED功能結晶210及多個場效應晶體管功能結晶220被配置成陣列狀的器件有作為LED打印機頭的功能。實施例以下，基于實施例詳細說明本發(fā)明，不過，本發(fā)明不受這些實施例所限定。(實驗例1)圖4A，表示制造半導體基板4000的工序。圖4B，表示制造從半導體基板4000得到的LED功能結晶309的工序。圖4C，表示使用從半導體基板4000得到的LED功能結晶 309來制造LED器件312的工序。在S401中，準備了具有面方位(001)及切斷角0°的表面的Si基板300。接下來， 在S402中，利用熱CVD法，在Si基板300的表面上，累積50nm由氧化硅構成的阻擋層301。 作為原料氣體，使用了硅烷及氧。Si基板300的表面溫度為600°C。接下來，在S403中，通過步進曝光法，在阻擋層301上面形成了具有一邊為200 μ m 的正方形的開口的抗蝕劑圖案。將Si基板300浸在5wt %的HF水溶液中，通過蝕刻法除去被抗蝕劑的開口露出的氧化硅，使之露出Si基板300表面。此后，通過用丙酮來溶解去除光致抗蝕劑，而形成了開口 302。阻擋層301側壁的錐形角是15°。繼續(xù)，在S404中，在開口 302中被露出的Si基板300的表面，通過熱CVD法堆積了作為犧牲層的一個例子的Ge犧牲層303。作為原料氣體使用了 GeH4。在這個工序中，由氧化硅構成的阻擋層301的表面不堆積Ge，只在開口 302中露出的Si基板300的表面上 Ge外延成長。Ge犧牲層303的厚度為500nm。并且，在氮氣氛下以800°C的溫度對Si基板 300進行了 10分鐘的退火。以5分鐘的間隔，反復5次這樣的退火處理。在S405中，通過MOCVD法使由III-V族化合物半導體結晶構成的化合物半導體結晶304外延成長在Ge犧牲層303上面。作為原料氣體，使用了三甲基鋁、三甲基鎵、硅烷、 二乙基鋅和胂?；鍦囟葹?80°C。成長爐內壓力為12KPa。
化合物半導體結晶304，具有從Ge犧牲層303 —側開始層疊n_GaAs (Si ； 2X IO19Cm3, IOOnm) /n-Al0.25Ga0.75As (Si ； 2 X 1018cm3, 300nm) /n-l013GaO. 87As (Si ； 2X 1017cm3、70nm)/p-Al013Ga0 87As(Zn ；2 X 1017cm3、90nm)/p_Al0 MGa0.75As (Zn ；2X 1018cm3> 300nm)/p-GaAs (Zn ； 1 X 1019cm3,30nm)的層疊構造。在這里，()里面表示摻雜材料及其濃度
及厚度。比如，(Si ；2X1018cm3,300nm)表示該層以2X IO18Cm3的濃度被摻雜硅，厚度是 300nm的層。在S405中，化合物半導體結晶304，不堆積在阻擋層301表面，只在開口 302內部的Ge犧牲層303表面上選擇性地外延成長。同時，化合物半導體結晶304在Ge犧牲層303 表面成長，沒有在Ge犧牲層303側面成長。由此，Ge犧牲層303被保持成側面的一部分露出的狀態(tài)。這樣，制造出了具有化合物半導體結晶304的半導體基板4000。接下來，在圖4B所示的S406中，對半導體基板4000涂敷抗蝕劑，通過光刻在化合物半導體結晶304上面形成了與陰極形狀相同形狀的開口。接下來，將半導體基板4000浸
磷酸水溶液中，將化合物半導體結晶蝕刻到達n-GaAs的深度。接著通過蒸鍍進行了 Au-Ge合金層疊。把半導體基板4000浸在丙酮中，除去抗蝕劑而形成了陰極305。同樣，對半導體基板4000涂敷抗蝕劑，通過光刻在化合物半導體結晶304上面形成了與陽極形狀相同的開口。接著通過蒸鍍將Au-ai合金層疊。把半導體基板4000浸在丙酮中，除去抗蝕劑形成了陽極306。并且，在氮氣氛中，以380°C的溫度將半導體基板4000 退火5分鐘，將陽極306及陰極305歐姆接觸。在S407中，對半導體基板4000涂抗蝕劑，通過光刻在化合物半導體結晶304上面形成開口。接著，通過蒸鍍層疊500nm的Au。把半導體基板4000浸在丙酮中，除去抗蝕劑后，形成了作為接觸電極的焊盤307。在S408中，通過引線連接法在焊盤307上面，將具有 250 μ m的直徑的鋁線308作為支持體，以螺柱狀進行連接。 繼續(xù)，在圖4C所示的S409中，在70°C中加熱過氧化氫水和氫氧化鈉水溶液的混合液(10Wt%過氧化氫，0. 2N的氫氧化鈉水溶液)，在其被加熱后的溶液中將半導體基板4000 浸泡2分鐘。蝕刻Ge犧牲層303，從Si基板300剝離LED功能結晶309。在S410中，準備作為Si基板的粘貼基底基板310，在基板表面上通過光刻形成了光致抗蝕劑的掩模。接下來，通過EB蒸鍍來蒸鍍IOOnm的Au。用丙酮，除去抗蝕劑進行了金構圖。金的大小是一邊為300 μ m的正方形。由此，形成了粘貼基底金屬311。繼續(xù)，粘貼LED功能結晶309到粘貼基底金屬311上，由此，制造出了 LED器件312。 粘貼，通過在光學顯微鏡的視野內通過范德華粘接進行。LED功能結晶309，用鑷子夾住通過引線連接法粘接的Al螺柱，從而進行處理。(實驗2)除了沒有進行犧牲層形成后的退火處理以外，均與實驗1相同，制造了 LED器件 312。所制造的LED器件312的光量評價，如以下進行。在距裝載了 LED器件312的LED基板的基板面垂直方向IOcm的距離，設置了光功率計。繼續(xù)，LED器件312陽極-陰極間注入250mA的電流，用光功率計測量了光量。實驗1的LED器件312的電流注入時的光量的評價結果是9. 2 μ W。實驗2的LED 器件312的電流注入時的光量的評價結果是4. 9 μ W。比形成了 Ge犧牲層303之后進行退火的實驗1的器件，與不退火的實驗2器件比較光量約高90%。(實驗3)圖5A，表示制造半導體基板5000的方法。圖5B和圖5C，表示用半導體基板5000 制造LED器件515的方法。具體，用在GaAs基板500上，使由InGaP組成的蝕刻停止層501 成長，接下來使由AlAs組成的犧牲層502成長，再使化合物半導體結晶503成長的半導體基板5000制造LED器件515。在S501中，準備了具有切斷角2°的(001)結晶面的GaAs基板500。在GaAs基板500上，連續(xù)的通過MOCVD法使由非摻雜Ina48GEta52P(IOOnm)構成的蝕刻停止層501、由非摻雜AlAs OOnm)組成的犧牲層502、化合物半導體結晶503。化合物半導體結晶503具有從基板側按照以下順序的層疊構造，即n-GaAS(Si ； 2X 1019cm3、100nm)/n-Al0 25Ga0 75As(Si ； 2 X 1018cm3、300nm)/n_l0.13Ga0 87As (Si ； 2 X 1017cm3, 70nm) /P-Al013Ga0 87As (Zn ；2 X 1017cm3、90nm) /p_Al0 25Ga0.75As (Zn ；2 X 1018cm3、300nm) / P-GaAs (Zn ; 1 X 1019cm3,30nm)。該層疊構造是與實驗例1及實驗例2中的化合物半導體結晶 304同樣的構造。在這里，()里面給出了摻雜材料及其濃度及厚度。比如，(Si ；2X IO18Cm3, 300nm)，表示該層以2 X IO18Cm3的濃度被摻雜硅，厚度是300nm的層。在S502中，化合物半導體結晶503上面涂敷抗蝕劑505，通過光刻，以包圍200 μ m 見方的正方形狀態(tài)在抗蝕劑505上形成了 5μπι幅度的抗蝕劑開口 504。在S503中，把形成了抗蝕劑開口 504的基板浸在含磷酸(5wt% )的2wt%過氧化氫水溶液中30分鐘，露出了蝕刻停止層501的表面。此后，用丙酮溶解抗蝕劑505。對露出的化合物半導體結晶503 用實驗例1同樣的手法，形成陰極506、陽極507及焊盤508，制造出了半導體基板5000。接下來，圖5B所示的S504中，通過引線連接法，在焊盤508上面將作為支持體的具有250 μ m的直徑的鋁線509以螺柱狀連接。在S505中，該基板涂了抗蝕劑510之后，通過光刻，抗蝕劑510覆蓋陰極506、陽極507、焊盤508及鋁線509，且以蝕刻停止層露出的方式形成了開口 511。在圖5C所示的S506中，通過把形成了開口 511的基板浸在IOwt %的氫氟酸水溶液中5分鐘，來溶解犧牲層502，剝離了化合物半導體結晶503。這樣，從基板剝離了 LED功能結晶512。在S507中，與實驗1和實驗2同樣，通過將所制造的LED功能結晶512粘貼于粘貼基底基板513上形成的粘貼基底金屬514上，來制造LED器件515，評價了其光量。實驗 3LED器件515電流注入的時候的光量的評價結果，是4. 1 μ W?？梢哉J為，如果使用由hGaP 組成的蝕刻停止層501和由AlAs組成的犧牲層502的以前的方法，則在化合物半導體結晶 503中的結晶缺陷變多，而降低了光量。如以上所述，將低成本的Si基板作為基底基板使用，能夠制造從基底基板剝離后的化合物半導體結晶。并且，通過在其他的基板上粘貼化合物半導體結晶，而能夠制造LED 器件。通過本發(fā)明得到的LED器件，顯示了比用以前的方法得到的LED器件具有更高的光量。根據本發(fā)明，在表面為Si的基板上面，能夠直接形成缺陷較少的GaAs層。符號的說明100基底基板，101阻擋層，102開口，103犧牲層，104化合物半導體結晶，105支持體，106粘貼基底基板，206粘貼基底基板，210 LED功能結晶，212 GaN結晶，214陽極電極，216陰極電極，220場效應晶體管功能結晶，222 GaAs結晶，2 柵極絕緣膜，2 柵極電極， 2 源極電極，230漏極電極，240金屬布線，300 Si基板，301阻擋層，302開口，303 Ge犧牲層，304化合物半導體結晶，305陰極，306陽極，307焊盤，308鋁線，309 LED功能結晶，310 粘貼基底基板，311粘貼基底金屬，312 LED器件，500 GaAs基板，501蝕刻停止層，502犧牲層，503化合物半導體結晶，504抗蝕劑開口，505抗蝕劑，506陰極，507陽極，508焊盤，509 鋁線，510抗蝕劑，511開口，512 LED功能結晶，513粘貼基底基板，514粘貼基底金屬，515 LED器件，1000半導體基板，2000 LED器件，4000半導體基板，5000半導體基板
權利要求
1.一種化合物半導體結晶的制造方法，具有在表面為硅結晶的基底基板上，形成包含CxlSiylGezlSni_xl_yl_zl的犧牲層的犧牲層形成工序，其中 0 彡 xl < 1、0 彡 yl 彡 1、0 ^ zl ^ 1、且 0 < xl+yl+zl 彡 1 ；在所述犧牲層上形成與所述犧牲層晶格匹配或準晶格匹配的化合物半導體結晶的結晶形成工序；以及通過蝕刻所述犧牲層而從所述基底基板剝離所述化合物半導體結晶的結晶剝離工序。
2.根據權利要求1所述的化合物半導體結晶的制造方法，其中，在所述結晶剝離工序中，對所述化合物半導體結晶選擇性地進行所述犧牲層的蝕刻。
3.根據權利要求1所述的化合物半導體結晶的制造方法，其中，所述結晶形成工序具有在400°C以上，600°C以下使所述化合物半導體結晶成長的第 1成長工序、以及在高于所述第1成長工序的成長溫度的高溫下使所述化合物半導體結晶進一步成長的第2成長工序。
4.根據權利要求1所述的化合物半導體結晶的制造方法，其中，在所述結晶形成工序中，在保持露出在所述基底基板上形成的所述犧牲層的一部分的狀態(tài)下，同時使所述化合物半導體結晶在所述犧牲層上成長。
5.根據權利要求1所述的化合物半導體結晶的制造方法，其中，在所述犧牲層形成工序前，還具有在所述基底基板上形成用于阻擋所述犧牲層及所述化合物半導體結晶的成長的阻擋層的阻擋層形成工序，以及在所述阻擋層形成露出所述基底基板的一部分的開口的開口形成工序， 在所述開口內使所述犧牲層結晶成長。
6.根據權利要求5所述的化合物半導體結晶的制造方法，其中， 所述開口形成工序具有蝕刻所述阻擋層的工序。
7.根據權利要求5所述的化合物半導體結晶的制造方法，其中，在所述犧牲層形成工序中，在所述犧牲層和所述阻擋層之間設置空隙。
8.根據權利要求1所述的化合物半導體結晶的制造方法，其中，在所述結晶形成工序和所述結晶剝離工序之間，還具有對所述犧牲層進行退火的工序。
9.根據權利要求8所述的化合物半導體結晶的制造方法，其中， 在所述退火工序中，進行多次退火。
10.根據權利要求1所述的化合物半導體結晶的制造方法，其中， 在所述犧牲層形成工序和所述結晶形成工序之間，還具有使所述犧牲層的與所述化合物半導體結晶對著的面接觸含磷化合物的氣體的工序。
11.根據權利要求1所述的化合物半導體結晶的制造方法，其中，所述化合物半導體結晶，是III至V族化合物半導體結晶或是II至VI族化合物半導體結晶。
12.根據權利要求11所述的化合物半導體結晶的制造方法，其中，所述III至V族化合物半導體結晶，作為III族元素包含Al、Ga、In中的至少1種，作為V族元素含N、P、As、Sb中的至少1種。
13.根據權利要求5所述的化合物半導體結晶的制造方法，其中，所述阻擋層是氧化硅層、氮化硅層、氮氧化硅層、或氧化鋁層，或者層疊這些層中的2 個以上的而形成的層。
14.根據權利要求1所述的化合物半導體結晶的制造方法，其中，在所述結晶形成工序和所述結晶剝離工序之間，還具有通過支持體保持所述化合物半導體結晶的工序。
15.一種電子器件的制造方法，包括形成功能結晶的工序，該功能結晶為在通過權利要求1所述的化合物半導體結晶的制造方法而得到的所述化合物半導體結晶上設置了電極及線路的功能結晶。
16.根據權利要求15所述的電子器件的制造方法，還具有準備與所述基底基板不同的粘貼基底基板的工序；以及在所述粘貼基底基板上，粘貼所述功能結晶的工序。
17.根據權利要求16所述的電子器件的制造方法，具有在所述粘貼基底基板上粘貼多個所述功能結晶的工序。
18.一種半導體基板，其具有表面為硅結晶的基底基板、阻擋結晶成長，設置在所述基底基板上，且具有露出所述基底基板的一部分的開口的阻擋層、在所述開口內設置于所述基底基板上，且包含CxlSiylGezlSni_xl_yl_zl(0彡xl < 1、 0彡yl彡1、0彡zl彡1，且0 < xl+yl+zl彡1)的犧牲層、以及設置在所述犧牲層上，且含有與所述犧牲層晶格匹配或準晶格匹配的化合物半導體的化合物半導體結晶，其中，在所述犧牲層和所述阻擋層之間具有空隙。
19.根據權利要求18所述的半導體基板，其中，相對于所述基底基板及所述犧牲層的層疊方向的，所述阻擋層面向所述開口的側壁的傾斜方向為0.5°以上。
20.根據權利要求18所述的半導體基板，其中，所述化合物半導體結晶是6仏8、416仏8、6鄉(xiāng)、或416鄉(xiāng)，且所述犧牲層是66或SiGe。
全文摘要
本發(fā)明提供化合物半導體結晶的制造方法，其具有在表面為硅結晶的基底基板上形成包含Cx1Siy1Gez1Sn1-x1-y1-z1(0≤x＜1，0≤y1≤1，0≤z1≤1，且0＜x1+y1+z1≤1)的犧牲層的犧牲層形成工序、在犧牲層上形成與犧牲層晶格匹配或準晶格匹配的化合物半導體結晶的結晶形成工序，通過對犧牲層蝕刻，從基底基板剝離化合物半導體結晶的結晶剝離工序。
文檔編號H01L21/205GK102498241SQ201080040868
公開日2012年6月13日 申請日期2010年9月16日 優(yōu)先權日2009年9月17日
發(fā)明者佐澤洋幸 申請人:住友化學株式會社