111)面的晶面，氮化物晶体的晶体生长是可能的。
[0102]如图3C中所示，在衬底40的斜表面41上形成缓冲层60。在缓冲层60上形成基础层50 ;且在基础层50上进行功能层10的外延生长。外延生长的实例如下所述。
[0103]举例来说，通过有机清洁和酸清洁来处理其中形成有斜表面41的上述衬底40。随后，将衬底40引入M0CVD设备的反应器。使用三甲基铝(TMA1)和氨(NH3)形成用于形成缓冲层60的A1N层。缓冲层60的厚度是约lOOnm。
[0104]随后，在包括氮气和氢气的气氛中，使用TMGa和氨来生长用于形成基础层50的一部分的非掺杂GaN层。此时，生长温度为约1060°C ;生长压力为600hPa ;且V/III比为3300。非掺杂GaN层从作为凹部45的侧表面(侧壁)的(1_11)面(即斜表面41)生长。
[0105]从而获得c轴16相对于与衬底40的上表面40u(主表面40a)垂直的方向倾斜58.5度的GaN晶体。换言之，上表面40u与GaN层的c轴16之间的角度θ 1是31.5度。
[0106]在非掺杂GaN层的初步生长中，非掺杂GaN层是具有条带配置的晶体。具有条带配置的相邻晶体随生长时间增加而相遇。从而，非掺杂GaN层的主表面(前表面)变为(11-22)面。
[0107]基础层50是通过持续进行晶体生长而形成。功能层10是通过在基础层50上形成第一半导体层11、活性层13和第二半导体层12而形成。从而获得氮化物半导体装置110。
[0108]现在将描述与氮化物半导体层15相关的实验结果的实例。
[0109]在实验中，对衬底40中所制造的凹部45的延伸方向(第一方向D1)进行调节。换言之，调节抗蚀膜65的条带的延伸方向。对抗蚀膜65的条带的延伸方向与娃的〈21-1〉方向之间的角度进行调节。在第一样品中，抗蚀膜65的条带的延伸方向平行于硅的〈21-1〉方向(倾斜角度为0度)。在第二样品中，抗蚀膜65的条带的延伸方向从硅的〈21-1〉方向朝〈110〉方向倾斜13度(倾斜角为13度)。在第三样品中，抗蚀膜65的条带的延伸方向从硅的〈21-1〉方向朝〈110〉方向倾斜18度(倾斜角为18度)。
[0110]在第一样品至第三样品中，抗蚀膜65的宽度是约3 μ m0抗蚀膜65的开口的宽度是约7 μπι。条带的周期是约10 μπι。
[0111]在三种类型衬底40上形成A1N层作为缓冲层60 ;并且形成GaN基础层50。此时，通过改变GaN层的生长时间来观察GaN层的生长状态。对于90分钟的生长时间，GaN层的厚度是约2 μπι。
[0112]图4Α至4C是显示氮化物半导体装置的实验结果的电子显微镜照片。
[0113]图4Α至图4C对应于上述第一样品SP10、第二样品SP20和第三样品SP30。电子显微镜照片是从与衬底40的上表面40u(主表面40a)垂直的方向(第三方向D3)观察到的SEM图像。在这些实例中，GaN层的生长时间是30分钟；且这些实例处于GaN层生长中途的某一阶段。换言之，这是在从凹部45的多个侧表面生长的多个晶体接合之前的状态。
[0114]如图4A中所示，观察到衬底40的凹部45、上表面40u(遮罩层64)和用于形成基础层50的一部分的GaN层51的初步生长。GaN层51具有与凹部45对准的条带配置。
[0115]在第一样品SP10中，凹部45的延伸方向(第一方向D1)与〈21-1〉方向对准。在这种情况下，GaN层51的c轴投影于X-Y平面(第一表面15f，即，衬底40的上表面40u)上的方向16p与垂直于凹部45延伸方向的方向(第二方向D2)对准。在第一样品SP10中，GaN层51的c轴垂直于凹部45的延伸方向。在GaN层51的前表面上观察到脊线(ridgelines) 52 (阶梯状部分)。脊线52与垂直于凹部45延伸方向(第一方向D1)的方向(第二方向D2)对准。脊线52起源于晶体表面的不平整。脊线52的延伸方向与方向16p对准。
[0116]在如图4B中所示的第二样品SP20(倾斜角为13度)中，GaN层51的c轴投影于X-Y平面上的方向16p相对于与凹部45延伸方向(第一方向D1)垂直的方向(第二方向D2)倾斜。方向16p与第二方向D2之间的角度与倾斜角相同且为13度。第二方向D2与脊线52延伸方向之间的角度是13度。
[0117]同样，在如图4C中所示的第三样品SP30中，GaN层51的c轴投影于X-Y平面上的方向16ρ相对于与凹部45延伸方向(第一方向D1)垂直的方向(第二方向D2)倾斜。方向16ρ与第二方向D2之间的角度与倾斜角相同且为18度。第二方向D2与脊线52延伸方向之间的角度是18度。
[0118]类似于图4Β至图4C中所示的实例，举例来说，第二方向D2与脊线52延伸方向之间的角度可以由例如从与主表面15f垂直的方向观察到的SEM图像中获知。从这个角度，可以确定方向16p是否相对于第二方向D2倾斜。
[0119]图5A至图5B是显示与氮化物半导体装置相关的实验结果的电子显微镜照片。
[0120]图5A至图5B对应于如下所述的第四样品SP11和第五样品SP31。在这些样品中，抗蚀膜65的宽度是约2.5 μπι。抗蚀膜65的开口宽度是约2.5 μπι。条带周期是约5 μπι。换言之，在第四样品SP11和第五样品SP31中，抗蚀膜65的条带周期小于第一样品SP10至第三样品SP30的条带周期。
[0121]在第四样品SP11中，抗蚀膜65的条带延伸方向平行于硅的〈21-1〉方向(倾斜角为0度)。在第五样品SP31中，抗蚀膜65的条带延伸方向从硅的〈21-1〉方向朝〈110〉方向倾斜18度(倾斜角为18度)。
[0122]在第四样品SP11和第五样品SP31中，GaN层51的生长时间是60分钟，该值大于第一样品SP10至第三SP30样品的生长时间。
[0123]通过将如图5A中所示的第四样品SP11的生长时间设置为60分钟，具有条带配置的相邻GaN晶体相遇；且获得GaN层51 (基础层50)。在相遇之后，所生长的GaN层51的厚度是约2.5 μπι。GaN层51的主表面(前表面)是(11-22)面。当GaN层51在生长之后回到室温时会出现裂缝CR。裂缝CR的延伸方向垂直于凹部45的延伸方向(第一方向D1)。裂缝CR沿第二方向D2延伸。裂缝CR在与多个GaN晶体接合的边界垂直的方向上延伸。未观察到与第一方向D1对准的裂缝。多个裂缝CR之间的间距(在第一方向D1上的间距)是约500 μ m。
[0124]通过将如图5B中所示的第五样品SP31中的生长时间也设置为60分钟，具有条带配置的相邻GaN晶体相遇；且获得GaN层51 (基础层50)。GaN层51的主表面(前表面)是(11-22)面。即使当GaN层51在生长之后回到室温时也未观察到裂缝CR。
[0125]因此，可以通过将凹部45延伸方向(第一方向D1)设置为相对于衬底40的晶体取向倾斜指定角度来抑制裂缝CR。在实例中，凹部45的延伸方向相对于衬底40的〈2-11〉方向倾斜。GaN层51的c轴取向可以在平行于衬底40的上表面40u(主表面40a)的平面上(在X-Y平面上)旋转。可以通过使c轴取向相对于与凹部45延伸方向垂直的方向(第二方向D2)旋转来抑制裂缝CR。
[0126]图6A至图6D是氮化物半导体装置的特征图。
[0127]图6A显示当衬底40的凹部45的延伸方向有所改变时，硅衬底与GaN层的热膨胀系数之间的差异。硅衬底的主表面是(113)面。GaN层的主表面是(11-22)面。水平轴是第一方向D1与硅的〈21-1〉方向之间的角度(倾斜角α )。垂直轴是热膨胀系数差异Δ C。热膨胀系数差异AC在与衬底40的上表面40u(主表面40a)平行的两个方向之间是不同的。差异AC1是凹部45延伸方向(第一方向D1)上的热膨胀系数之间的差异。差异AC2是与凹部45延伸方向垂直的方向(第二方向D2)上的热膨胀系数之间的差异。倾斜角α对应于方向16ρ与第二方向D2之间的角度。
[0128]图6Β显示当衬底40的凹部45的延伸方向(第一方向D1)有所改变时硅衬底与GaN层的热膨胀系数之间的差异。硅衬底40的主表面是(001)面。GaN层的主表面是(10-11)面。在此情况下，c轴16与GaN层主表面之间的角度θ 1是约28度。水平轴是第一方向D1与硅的〈-110〉方向之间的角度(倾斜角α )。垂直轴是热膨胀系数差异Δ Co
[0129]图6C显示当衬底40的凹部45的延伸方向(第一方向D1)有所改变时，硅衬底与GaN层的热膨胀系数之间的差异。硅衬底的主表面是(110)面。GaN层的主表面是(11-20)面。在此情况下，c轴16与GaN层主表面之间的角度θ 1是约0度。水平轴是第一方向D1与硅的〈-112〉方向之间的角度。垂直轴是热膨胀系数差异AC。
[0130]图6D显示当衬底40的凹部45的延伸方向(第一方向D1)有所改变时，硅衬底与GaN层的热膨胀系数之间的差异。硅衬底的主表面是(112)面。GaN层的主表面是(10-10)面。在此情况下，c轴16与GaN层主表面之间的角度θ 1是约0度。水平轴是第一方向D1与硅的〈-110〉方向之间的角度(倾斜角α)。垂直轴是热膨胀系数差异AC。
[0131]硅的热膨胀系数是例如3.59X 10 6 (/K)。GaN在a轴方向上的热膨胀系数是例如5.59 X 10 6 (/K) o GaN在c轴方向上的热膨胀系数是例如3.17 Χ10 6 (/K)。GaN在第一方向D1上的a轴方向分量和c轴方向分量的大小随倾斜角α改变而改变。相关联地，GaN在第二方向D2上的a轴方向分量和c轴方向分量的大小有所改变。
[0132]在图6A中，倾斜角α为0度对应于凹部45的延伸方向(第一方向D1)与〈21_1>方向对准。在此种情况下，热膨胀系数差异△ Cl较大且为约56%。因此，认为会出现与第二方向D2对准、与第一方向D1正交的裂缝。
[0133]当倾斜角α是0度时，热膨胀系数差异AC2的绝对值较小且为约2%。因此，认为不容易出现与第一方向D1对准的裂缝。
[0134]硅的热膨胀系数介于GaN在a轴方向上的热膨胀系数与GaN在c轴方向上的热膨胀系数之间。
[0135]因此，通过将c轴设置为相对于堆叠方向(第三方向D3)倾斜，硅与GaN a轴之间的热膨胀系数差异和硅与GaN c轴之间的热膨胀系数差异具有彼此补偿的作用。因此，热膨胀系数差异的总和变小。因此，认为在与凹部45的延伸方向垂直的方向上不容易出现裂缝。
[0136]如图6A中所示，当倾斜角α变大时，差异Δ C1变小。这是因为GaN的c轴投影于第一方向D1上的分量变大。当倾斜角α是18度时，差异AC1是约48%。换言之，差异AC1比当倾斜角α是0度时小约10%。从而认为抑制了裂缝形成。
[0137]另一方面，当倾斜角α是18度时，差异AC2增加且为约4%。换言之，热膨胀系数差异的各向异性(差异AC1与差异AC2之间的差异)有所降低。从而抑制弯曲的各向异性。
[0138]类似地，在图6Β至图6D中，差异AC1也随倾斜角α增加而降低。另一方面，差异AC2增加；且热膨胀系数差异的各向异性(差异AC1与差异AC2之间的差异)有所降低。通过增大倾斜角α，可以抑制与第二方向D2对准的弯曲和裂缝CR。
[0139]倾斜角α宜不小于5度且不超过85度。当将倾斜角α设置为不小于5度且不超过85度时，热膨胀系数差异(差异AC1和差异AC2)相对于当倾斜角α为0度时的值的变化不小于1%。因此，对弯曲和裂缝的抑制作用不足。倾斜角α为13度或更大时更有利。热膨胀系数差异的各向异性有所降低；且裂缝受到抑制。倾斜角α为45度或更小更有利。氮化物晶体的c轴取向生长更容易；且结晶度更高。倾斜角α对应于第二方向D2与c轴16投影于GaN层主表面上的方向之间的角度。
[0140]因此，可以通过设置氮化物半导体层15的c轴16投影于相对于第二方向D2倾斜的X-Y平面上的方向来抑制热膨胀系数差异的各向异性。从而可以抑制衬底40的弯曲。可以抑制裂缝CR。
[0141]在实施方案中，氮化物半导体层15的c轴16相对于第三方向D3(即，堆叠方向)倾斜。从而可以抑制氮化物半导体层15中出现的内部电场；并且可以提高特征。举例来说，可以增加使用氮化物半导体层15的发光装置的发光效率。提高了特性；抑制了弯曲；抑制了裂缝；且获得了高生产率。
[0142]图7A至图7D是显示氮化物半导体装置的电子显微镜照片和示意图。
[0143]图