DE10051632A1

DE10051632A1 - Basissubstrat für die Kristallzüchtung und Verfahren zur Herstellung eines Substrats unter Verwendung des Basissubstrats

Info

Publication number: DE10051632A1
Application number: DE10051632A
Authority: DE
Inventors: Haruo Sunakawa; Yoshishige Matsumoto; Akira Usui
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-10-22
Filing date: 2000-10-18
Publication date: 2001-06-13
Also published as: KR100401898B1; JP2001122693A; CN1303131A; KR20010051169A; US20030207125A1; TW480705B

Abstract

Auf einer (0001)-Ebene eines Saphirsubstrats 11 (Al¶2¶O¶3¶) wird ein GaN-Film 12 ausgebildet und dieser durch nasses Ätzen so geätzt, dass inselförmige Bereiche des GaN-Films 12 übrigbleiben. Der obere Bereich dieses inselförmigen GaN-Films 12 besteht aus einer Einkristallschicht. Bei einem epitaktischen Wachstum, bei dem der inselförmige GaN-Film 12 als Keim wirkt, wird ein GaN-Film 15 erhalten, der nur wenige Kristallfehler aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Technik zur Ausbildung einer epitaktischen Schicht auf einem Basissubstrat, welche ein Kristallsystem aufweist, das unterschiedlich zum Kristall system des Basissubstrats ist.

Als eine der Techniken zur Züchtung von Kristallen ist die Technik der Epitaxie bekannt. Die Epitaxie ist eine Tech nik, mit der Kristalleigenschaften eines Substrats erzeugt werden und mit der eine Kristallschicht in der Weise er zeugt wird, dass diese die Oberfläche des Basiskristalls bedeckt. Im Wesentlichen soll mit der Epitaxie erreicht werden, dass eine Kristallschicht auf dem Substrat ausge bildet wird, welche die erwünschten Eigenschaften aufweist.

Bekannt ist ein Beispiel, bei dem mit GaAs eine Epitaxie auf einem GaAs-Substrat durchgeführt wird, welches durch LEC (Liquid encapsulated czochralski) oder ein vergleichba res Verfahren und anschließendes Schneiden in Scheiben her gestellt wird, wobei durch die Epitaxie eine GaAs-Schicht mit der gewünschten Schichtdicke, den gewünschten Verunrei nigungen und der gewünschten Dichte hergestellt werden kann. Als Halbleitervorrichtungen, in denen die Epitaxie- Technik eine wichtige Rolle spielt, sind Halbleiterlaser, zweidimensionale Elektronengastransistoren, die im Allge meinen als HEMT bezeichnet werden, usw. bekannt. Bei diesen Vorrichtungen wird eine Kristallschicht, welche den glei chen Typ aufweist wie der Basiskristall, oder eine Kristallschicht, die einen anderen Typ als der Basiskristall aufweist, durch Epitaxie auf dem Basiskristall erzeugt, wo durch eine sogenannte Heterostruktur gebildet wird. Ein ge meinsamer Gesichtspunkt der oben erwähnten Beispiele liegt darin, dass auf dem Basiskristall durch Epitaxie eine Kris tallschicht ausgebildet wird, die nahezu gleiche Kristall struktur und nahezu gleiche Gitterparameter aufweist wie der Basiskristall, weshalb die Epitaxie eine wichtige Tech nik bei der Herstellung der oben beschriebenen Halbleiter vorrichtungen ist.

Auch bei einer solchen Epitaxietechnik treten jedoch viele Fälle auf, in denen für die oben erwähnte Epitaxie ein Ba sissubstrat, das mit dem Kristall in der Kristallstruktur, in den Gitterparametern usw. übereinstimmt, nicht herge stellt werden kann. Unter einer Übereinstimmung der Gitter konstanten wird hier im Allgemeinen verstanden, dass nur ein geringer Unterschied zwischen den Gitterkonstanten des Basissubstrats und der epitaktischen Schicht vorliegt, was im Wesentlichen bedeutet, dass diese Gitterkonstanten so nahe beieinander liegen, dass in der epitaktischen Schicht kaum Kristallfehler, wie eine Versetzung, auf Grund einer fehlenden Übereinstimmung der Gitterkonstanten beobachtet werden. Die Gitterkonstante ist auch eine Funktion der Tem peratur und auch wenn der Unterschied zwischen den Gitter konstanten gering ist, steigt die Spannung an, so dass Feh ler auftreten, wenn die epitaktische Schicht dicker wird. Es erübrigt sich, darauf hinzuweisen, dass es unmöglich ist, die Bedingungen für eine Übereinstimmung der Gitter einfach dadurch herzustellen, indem einfach nur der Unter schied in den Gitterkonstanten berücksichtigt wird. Im Wei teren umfasst eine Übereinstimmung des Gitters im weiteren Sinn auch den Fall, in dem die folgende Beziehung erfüllt wird:

ma₁ = na₂ (m, n: natürliche Zahlen)

wobei a₁ eine Gitterkonstante des Basiskristallsubstrats und a₂ eine Gitterkonstante einer Kristallschicht ist, die auf dem Substrat ausgebildet ist.

Als Materialien, bei denen wegen der fehlenden Verfügbar keit eines geeigneten Basiskristalls diese Schwierigkeiten auftreten, sind insbesondere Nitridmaterialien der Gruppe III zu nennen. Bisher ist noch kein Basissubstrat gefunden worden, das mit dem Kristall eines Nitridmaterials der Gruppe III übereinstimmt, welches in seiner Kristallstruk tur, Gitterkonstante usw. durch GaN gekennzeichnet wird. Als Basismaterialien werden im Allgemeinen Saphir, SiC, MgAl₂O₄ usw. verwendet. Besteht bei dieser Vorgehensweise das Basissubstrat aus einem anderen Material als dem Mate rial, aus dem die epitaktische Schicht besteht, wird im Allgemeinen ein Verfahren angewandt, bei dem eine Puffer schicht auf dem Basissubstrat aufgebracht wird und dann eine bestimmte epitaktische Schicht auf der Pufferschicht ausgeformt wird. Bei einer auf diese Weise hergestellten epitaktischen Schicht werden jedoch eine hohe Anzahl von Kristallfehlern, wie eine Versetzung, erzeugt. Die Vermin derung dieser Kristallfehler ist ein wesentlicher techni scher Punkt bei der Verwendung der oben erwähnten epitakti schen Schicht in elektronischen Vorrichtungen, wie Halblei terlasern.

Als Verfahren zur Herstellung eines Nitridmaterials der Gruppe III mit vergleichsweise geringen Kristalldefekten ist ein Verfahren bekannt, bei dem bei niedriger Temperatur eine Pufferschicht auf einem heterogenen Substrat, wie ei nem Saphir oder etwas Vergleichbarem ausgebildet wird und dann auf der Pufferschicht eine epitaktische Schicht aufge wachsen wird. Als Beispiel für ein Verfahren, bei dem eine bei niedriger Temperatur abgeschiedene Pufferschicht zur Züchtung des Kristalls verwendet wird, wird in "Applied Physics, Vol. 68, Nr. 7 (1999) S. 768-773" (im Weiteren als Dokument 1 bezeichnet) das folgende Verfahren beschrieben. Zunächst wird ein amorpher Film oder ein kontinuierli cher Film, der zum Teil polykristalline Bereiche umfasst, erzeugt, indem bei etwa 500°C AlN oder GaN auf einem Sa phirsubstrat abgeschieden wird. Ein Teil dieses Films wird verdampft, indem die Temperatur auf etwa 1000°C erhöht wird, oder auskristallisiert, um einen Kristallisationskeim mit hoher Dichte auszubilden. Dieser wird als Kristallisa tionskeim verwendet, um einen GaN-Film auszubilden, der ein vergleichsweise guter Kristall ist. Fig. 4 des oben erwähn ten Dokuments 1 zeigt diesen Zustand und zeigt, dass nach Behandlung bei hoher Temperatur ein Aggregat wie eine hexagonale Pyramide gebildet wird.

Jedoch treten auch dann, wenn das oben beschriebene Verfah ren verwendet wird, bei dem bei niedriger Temperatur eine Pufferschicht abgeschieden wird, wie dies im oben erwähnten Dokument beschrieben wird, Kristallfehler, wie Versetzungen und Leerstellungen, in einer Größenordnung von 10⁸ bis 10¹¹cm^-2 auf, so dass manchmal Schwierigkeiten, wie eine abnor male Diffusion von Elektroden und ein Anstieg des Anteils der strahlungsfreien Rekombination, auftreten.

Unter diesen Umständen ist in den vergangenen Jahren eine neue Technik zur Kristallzüchtung entwickelt worden, die als Pendeo Epitaxie bezeichnet wird (im Weiteren mit "PE" abgekürzt). Im Folgenden wird ein kurzer Abriss dieser Technik gegeben. Fig. 11 zeigt schematisch eine Darstellung eines Schnittes durch einen epitaktischen Wachstumsbereich, um das Konzept der beiden Zustände von PE aufzuzeigen, und eine ähnliche Darstellung ist auch in einem Dokument ge zeigt (Tsevetankas. Zhelevaet. Al., MRS Internet, J. Ni tride Semicond. Res. 451, G3. 38 (1999), im Weiteren als Do kument 2 bezeichnet). In den beiden Fig. 11(a) und 11(b) wird ein AlN-Film auf einem 6H-SiC Basiskristall 101 und darauf ein GaN 103 ausgebildet. Es wird dann mit Hilfe ei ner lithographischen Technik eine selektive Ätzmaske ausge bildet, und das GaN 103, AlN 102 und weiter der 6H-SiC-Basiskristall 101 anschließend selektiv geätzt, wodurch, wie in den Abbildungen gezeigt, ein sich in senkrechter Rich tung zur Papieroberfläche erstreckendes Muster in Streifen form erzeugt wird. Anschließend wird eine GaN-Impfkristall schicht erzeugt, die in der Zeichnung als eine PE-Schicht 104 dargestellt ist. Auf die in der Zeichnung ferner ge zeigte aufgebrachte Schicht 105 wird in der folgenden Be schreibung zunächst nicht eingegangen.

Fig. 11(a) unterscheidet sich von Fig. 11(b) im Ort, an dem mit dem Wachstum der PE-Schicht 104 begonnen wird. In Fig. 11(a) wird die Kristallfläche (11-20), welche der Oberfläche der Seitenwand des GaN 103 entspricht, als Aus gangspunkt verwendet, von dem das Wachstum der PE-Schicht 104 fortschreitet. Auf der anderen Seite wird in Fig. 11 (b) eine (0001) Kristallfläche als Ausgangspunkt verwendet, welche der oberen Fläche des GaN 103 entspricht, und das Wachstum der PE-Schicht 104 schreitet von dieser aus fort. Dieser Unterschied zwischen den Ausgangspunkten des Wachs tums wird durch einen Unterschied in den Bedingungen für die Herstellung der PE-Schicht 104 bewirkt. In jedem Fall wird jedoch ein bemerkenswert rasches Kristallwachstum auf der (11-20) Kristallfläche des GaN 103 beobachtet.

Fig. 12 zeigt einen Schnitt durch einen epitaktisch gewach senen Bereich eines kontinuierlichen Films, der mit einem periodisch angeordneten Streifenmuster erzeugt wurde, und Fig. 12(a) und (b) zeigen schematische Darstellungen, die jeweils den Fig. 11(a) und (b) entsprechen. In Bezug auf die beiden in Fig. 12 gezeigten schematischen Darstel lungen zeigt das oben erwähnte Dokument 2 ausgezeichnete Fotografien von Schnittbildern, in der vorliegenden Be schreibung werden jedoch die schematischen Darstellungen gezeigt. Die PE-Schicht 104 ist eine kontinuierliche Schicht. Es ist bereits von großem Interesse, dass in dem Fall, in dem das epitaktische Wachstum auf einem Muster pe riodisch angeordneter Streifen ausgeführt wird, die Schicht eines kontinuierlichen PE-Films gebildet wird, weit wichti ger ist jedoch, dass in der Schicht des kontinuierlichen PE-Films nur wenige Fehler, wie Versetzungen, auftreten. Dies ist darin begründet, dass sich Versetzungen im GaN- Kristall oder einem vergleichbaren Kristall, die jeweils eine Wurzit-Struktur aufweisen, im Wesentlichen in eine in Bezug auf die (0001)-Schicht vertikale Richtung erstrecken, und sich eine große Anzahl von Versetzungen im streifenför migen GaN 103 nicht im PE fortsetzen kann, da in diesem ein schnelles Wachstum in einer (11-20) Richtung vorherrscht. Dies bedeutet, dass die Dichte der Versetzungen in der durch PE hergestellten PE-Schicht 104 abnimmt, so dass bei Verwendung einer PE-Schicht als Substrat zu erwarten ist, dass sich die Eigenschaften einer Licht emittierenden Diode (LED) oder eines Halbleiterlasers (LD) aus GaN oder ver gleichbarem Material verbessern. Weiter zeigt die in Fig. 11 gezeigte abgeschiedene Schicht 105, dass die leichte Ab lagerung von GaN während des PE-Wachstums auch in einem an deren Bereich als dem gestreiften Bereich auftritt und die abgeschiedene Schicht 105 ist in Fig. 12 weggelassen. Die Kristalleigenschaften der abgeschiedenen Schicht 105 sind im Allgemeinen schlecht, aber ihre Ausbildung hat keinen Einfluss auf die Kristalleigenschaften der PE-Schicht 104.

Wie beschrieben, ermöglicht die Verwendung der Pendeo-Epi taxie die Verminderung der Kristalldefekte der epitakti schen Schicht. Da die Pendeo Epitaxie jedoch komplizierte Verfahren erfordert, besteht Raum für verschiedene Verbes serungen.

Bei der Pendeo Epitaxie ist es erforderlich, dass vor dem Wachstum des Kristalls ein Muster hergestellt wird. Bei der im oben erwähnten Dokument 2 beschriebenen Herstellung des Musters wird, wie in Applied Physics Letter (Appl. Phys. Lett.) Vol. 71, Nr. 25, S. 3631-3633 (im Weiteren als Do kument 3 abgekürzt) beschrieben, auf einem Nickelfilm ein Muster mit Hilfe eines Photoresists ausgebildet, welcher als Maske verwendet wird, um selektiv zu Ätzen, wodurch ein streifenförmiger GaN mit einem periodischen Muster erhalten wird. Wie oben beschrieben, sind beim PE-Wachstum kompli zierte Verfahren erforderlich, wie die Ablagerung eines Maskenmaterials für das selektive Ätzen, Lithographie, se lektives Ätzen und das Entfernen der Maskenmaterials. Es sind nicht nur komplizierte Verfahren erforderlich, sondern es muss auch ein teures Belichtungsgerät für die Lithogra phie bereitgestellt werden, weiter sind Werkzeuge erforder lich, wie eine Glasmaske für die Belichtung. Da kompli zierte Verfahren durchgeführt werden müssen, kann die Ober fläche in einem Zustand vor dem epitaktischen Wachstum leicht verunreinigt werden und die Qualität der epitakti schen Schicht geht gelegentlich verloren. Bei der Pendeo- Epitaxie ist insbesondere die Entfernung des Photoresists wesentlich und wenn diese Entfernung nicht in ausreichendem Maß erfolgt und Reste des Photoresists zurückbleiben, hat dies einen negativen Einfluss auf das anschließende Wachs tum der epitaktischen Schicht, so dass während des Wachs tums gelegentlich kein gleichmäßiges Wachstum auf der ge samten Oberfläche eines Wafers erreicht werden kann.

In Anbetracht der oben dargelegten Umstände ist es eine Aufgabe der Erfindung, die Kristalldefekte in einer auf ei nem Substrat aus einem heterogenen Material aufgeformten Kristallschicht wesentlich zu verringern, ohne das Verfah ren komplizierter zu gestalten. Erfindungsgemäß wird ein Basissubstrat für die Kristallzüchtung zur Verfügung ge stellt, das als Basis zur Züchtung einer epitaktischen Kristallschicht verwendet werden kann, wobei das Basissub strat für die Kristallzüchtung ein Basissubstrat aus einem Kristallsystem umfasst, das unterschiedlich ist zum Kris tallsystem der epitaktischen Kristallschicht, und eine Vielzahl von beabstandeten inselförmigen Kristallen auf dem Basissubstrat gebildet werden, wobei die inselförmigen Kristalle eine Einkristallschicht mit dem gleichen Kristallsystem umfassen, wie das Kristallsystem der epitakti schen Kristallschicht.

Vorzugsweise ist die Gitterkonstante des inselförmigen Kristalls im Wesentlichen gleich der Gitterkonstante der epitaktischen Kristallschicht. "Im wesentlichen gleich" be deutet hierbei, dass ein Unterschied zwischen den beiden Gitterkonstanten ungefähr 5% oder weniger beträgt. Weiter stimmt vorzugsweise die Richtung jeder Kristallachse der Einkristallschicht im Wesentlichen mit jeder Richtung der Kristallachse der epitaktischen Kristallschicht überein.

Der inselförmige Kristall besteht vorzugsweise aus (i) ei ner unteren polykristallinen Schicht, die auf dem Basissub strat aufgeformt ist, und einer oberen Einkristallschicht mit dem gleichen Kristallsystem wie die epitaktische Kris tallschicht, die auf der unteren polykristallinen Schicht aufgeformt ist, oder er besteht hauptsächlich aus (ii) ei nem Einkristall mit dem gleichen Kristallsystem wie die epitaktische Kristallschicht.

Weiter kann das Basissubstrat so aufgebaut sein, dass es eine konkav/konvexe Form aufweist, wobei der inselförmige Kristall auf einem konvexen Abschnitt der konkaven/konvexen Form aufgeformt sein kann.

Weiter wird erfindungsgemäß ein Substrat zur Verfügung ge stellt, bei dem die epitaktische Kristallschicht auf dem inselförmigen Kristall des oben erwähnten Basissubstrats für die Kristallzüchtung aufgeformt ist.

Weiter wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines Basissubstrats für die Kristallzüchtung zur Verfügung gestellt, welches ein Basissubstrat umfasst mit einer Viel zahl inselförmiger Kristalle, die beabstandet zueinander auf dem Basissubstrat aufgeformt sind, welches als Basis für die Züchtung einer epitaktischen Kristallschicht verwendet wird, die ein Kristallsystem aufweist, das unter schiedlich zum Kristallsystem des Basissubstrat ist, umfas send:
einen Schritt, in dem eine Pufferschicht mit dem gleichen Kristallsystem wie die epitaktische Kristallschicht direkt oder mittels einer weiteren Schicht auf der Oberfläche des Basissubstrats aufgeformt wird; und
einen Schritt, in dem ein Teil der Pufferschicht nass ge ätzt wird, wobei ein inselförmiger Bereiche zurückbleibt und ein inselförmiger Kristall geformt wird, der eine Ein kristallschicht mit dem gleichen Kristallsystem umfasst, wie die epitaktische Kristallschicht.

Weiter wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines Basissubstrats für die Kristallzüchtung zur Verfügung gestellt, welches ein Basissubstrat und eine Vielzahl in selförmiger Kristalle umfasst, die beabstandet zueinander auf dem Basissubstrat aufgeformt sind und welche als Basis für die Züchtung einer epitaktischen Kristallschicht ver wendet werden, die ein Kristallsystem aufweist, das unter schiedlich zu dem des Basissubstrats ist, wobei das Verfah ren umfasst:
einen Schritt, in dem eine erste Pufferschicht bei einer ersten Züchtungstemperatur direkt oder über eine weitere Schicht auf der Oberfläche des Basissubstrats aufgeformt wird;
einen Schritt, in dem eine zweite Pufferschicht mit dem gleichen Kristallsystem wie die epitaktische Kristall schicht bei einer zweiten Züchtungstemperatur aufgeformt wird, die höher ist als die erste Züchtungstemperatur; und
einen Schritt, in dem ein Teil der ersten und zweiten Puf ferschicht nass geätzt werden, um einen inselförmigen Bereich übrig zu lassen, und wobei der inselförmige Kristall, als Einkristallschicht mit dem gleichen Kristallsystem wie die epitaktische Kristallschicht ausgebildet wird.

Die erste Pufferschicht kann dabei eine Schicht mit dem gleichen Kristallsystem sein wie das der epitaktischen Kristallschicht.

Bei diesen Herstellungsverfahren wird während des nassen Ätzens der Pufferschicht zumindest ein Teil der freigeleg ten Oberfläche des Basissubstrats geätzt.

Weiter wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines Basissubstrats für die Kristallzüchtung zur Verfügung gestellt, welches ein Basissubstrat und eine Vielzahl in selförmiger Kristalle umfasst, die beabstandet zueinander auf dem Basissubstrat aufgeformt sind, und das als Basis für die Züchtung einer epitaktischen Kristallschicht ver wendet wird, die ein Kristallsystem aufweist, das unter schiedlich zum Kristallsystem des Basissubstrats ist, wobei das Verfahren einen Schritt umfasst, in dem auf der Ober fläche des Basissubstrats direkt oder über eine weitere Schicht zur Ausbildung inselförmiger Kristalle inselförmig eine Kristallschicht abgelagert wird, die eine Einkristall schicht mit dem gleichen Kristallsystem umfasst, wie die epitaktische Kristallschicht.

Bei diesem Herstellverfahren kann nach der Ausbildung der inselförmigen Kristalle zumindest ein Teil der freigelegten Oberfläche des Basissubstrats geätzt werden.

Bei den oben erwähnten jeweiligen Herstellverfahren ist (i) ein Aufbau bevorzugt, der eine untere polykristalline Schicht umfasst, die auf dem Basissubstrat aufgeformt ist, sowie eine obere Einkristallschicht mit dem gleichen Kris tallsystem wie die epitaktische Kristallschicht, die auf der oben erwähnten unteren polykristallinen Schicht aufgeformt ist, oder (ii) ein Aufbau, der im wesentlichen einen Einkristall mit dem gleichen Kristallsystem umfasst, wie die epitaktische Kristallschicht.

Bei dem erfindungsgemäßen Basissubstrat für die Kristall züchtung und dem Herstellverfahren können die inselförmigen Kristalle einen Anteil von beispielsweise 0,1% bis 60% der Oberfläche des Basissubstrats bedecken. Weiter liegt die mittlere Teilchengröße der inselförmigen Kristalle in einem Bereich von 0,1 µm bis 10 µm. Weiter liegt der mitt lere Abstand zwischen benachbarten inselförmigen Kristallen in einem Bereich von 10 µm bis 500 µm. Weiter liegt die zahlenmäßige Dichte der inselförmigen Kristalle in einem Bereich von 10^-5 Kristalle/µm² bis 10^-2 Kristalle/µm².

Erfindungsgemäß kann die epitaktische Kristallschicht bei spielsweise aus einem Nitrid auf der Basis eines Materials eines Elements der Gruppe III gebildet sein.

Weiter wird erfindungsgemäß ein Basissubstrat für die Kris tallzüchtung zur Verfügung gestellt, das mit dem oben er wähnten Verfahren zur Herstellung eines Basissubstrats für die Kristallzüchtung hergestellt worden ist.

Weiter wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats zur Verfügung gestellt, umfassend einen Schritt, in dem das oben erwähnte Verfahren zur Herstellung des Basissubstrats für die Kristallzüchtung verwendet wird, um das Basissubstrat für die Kristallzüchtung herzustellen; sowie einen Schritt, in dem anschließend eine epitaktische Wachstumsschicht aufgeformt wird, die das gleiche Kristall system aufweist, wie die inselförmigen Kristalle, wobei die inselförmigen Kristalle eingeschlossen werden. Bei diesem Herstellungsverfahren wird die epitaktische Wachstums schicht durch ein Züchtungsverfahren hergestellt, bei dem die inselförmigen Kristalle als Ausgangspunkte des Kris tallwachstums verwendet werden. Weiter wird erfindungsgemäß ein Substrat zur Verfügung gestellt, das durch das Verfah ren zur Herstellung des Substrats hergestellt worden ist.

Wirkungen der oben beschriebenen Erfindung werden im Fol genden erläutert.

Die Kristallstruktur der auf dem erfindungsgemäßen Wafer für die Kristallzüchtung aufgeformten epitaktischen Wachs tumsschicht ist unterschiedlich zu der eines heterogenen Substrats und gleich wie die der inselförmigen Kristalle. Die epitaktische Wachstumsschicht wächst daher bevorzugt von den inselförmigen Kristallen aus, welche die gleiche Kristallstruktur aufweisen, und das Wachstum, das vom hete rogenen Substrat als Startpunkt aus erfolgt, wird im Ver gleich unterdrückt. Es kann daher vermieden werden, dass Kristallfehler, die im heterogenen Substrat enthalten sind, oder die auf der Grenzfläche zwischen dem heterogenen Sub strat und der epitaktischen Schicht erzeugt werden, in die epitaktische Wachstumsschicht übertragen werden, weshalb die Kristallfehler in der epitaktischen Wachstumsschicht wirksam vermindert werden können.

Wie oben beschrieben, kann durch den Aufbau der inselförmi gen Kristalle erfindungsgemäß vermieden werden, dass Kris tallfehler aus dem heterogenen Substrat eingeführt werden. Mit nur diesem Aufbau ist es jedoch schwierig, die Kris tallstruktur im gegenwärtig geforderten hohen Qualitätsni veau zu verwirklichen. Um Kristallfehler zu unterdrücken und die Kristallstruktur auf einem hohen Qualitätsniveau verwirklichen zu können, ist es wesentlich, dass auch die Kristallfehler vermindert werden, die in dem inselförmigen Kristall selbst enthalten sind, der als Ausgangspunkt des Kristallwachstums verwendet wird. Erfindungsgemäß ist der inselförmige Kristall daher so aufgebaut, dass er eine Ein kristallschicht umfasst, wodurch eine deutliche Verminde rung der Kristallfehler in der epitaktischen Schicht er reicht werden kann. Die Ursache, warum durch Verwendung dieses Aufbaus die Kristallfehler wesentlich vermindert werden können, ist noch nicht letztlich geklärt. Da das Wachstum der epitaktischen Schicht bevorzugt von einem Aus gangspunkt ausgeht, der von einer Einkristallschicht gebil det wird, die im wesentlichen keine Kristallfehler auf weist, wird jedoch angenommen, dass nahezu keine Kristall fehler von einem anderen Punkt als dem Ausgangspunkt des Wachstums aus übertragen werden.

Wie oben beschrieben, können die Kristallfehler in der epi taktischen Wachstumsschicht wesentlich vermindert werden, da die inselförmigen Kristalle, die eine Einkristallschicht umfassen, als Ausgangspunkt für das Wachstum der epitakti schen Schicht verwendet werden.

Da der inselförmige Kristall mit einem vergleichsweise ein fachen Herstellverfahren hergestellt werden kann, wird als Vorteil erreicht, dass die Ausbeute verbessert wird, und dass eine Verunreinigung der Wafer während der Herstellung wirksam vermieden werden kann. Wie oben beschrieben muss bei einer Kristallzüchtung nach der Pendeoepitaxie ein Li thographieverfahren durchgeführt werden, das ein Trockenät zen umfasst, da ein Streifenmuster erzeugt werden muss. An dererseits kann erfindungsgemäß zur Herstellung der insel förmigen Kristalle als Verfahren verwendet werden: (i) ein Verfahren, bei dem für die Herstellung der inselförmigen Kristalle ein Film hergestellt wird, und anschließend die inselförmige Gestalt durch Nassätzen erzeugt wird; (ii) ein Verfahren, bei dem während des Kristallwachstums inselför mige Kristalle erzeugt werden, die einen Einkristall umfas sen, indem das Filmbildungsmaterial, die Filmherstellungs temperatur, usw. angepasst werden, sowie weitere einfache Verfahren. Es ist daher nicht erforderlich, ein komplizier tes Verfahren durchzuführen, wie bei der Pendeo-Epitaxie, und die Nachteile, wie ein Einschleppen von Verunreinigun gen in den Kristall durch die Führung des Verfahrens kann daher vermieden werden.

Weiter kann erfindungsgemäß eine Verformung des Substrats verringert werden. Gewöhnlich wird eine starke Krümmung be obachtet, wenn der Wafer nach dem epitaktischen Wachstum aus einer Züchtungsvorrichtung entnommen wird. Die Krümmung wird jedoch im Wesentlichen aufgehoben, wenn die epitakti sche Schicht vom Basissubstrat abgenommen wird. Vermutlich ist dies darauf zurückzuführen, dass die epitaktische Schicht nur durch die inselförmigen Kristalle mit dem Ba sissubstrat verbunden ist, und die Verkrümmung vor der Ab nahme wird im Wesentlichen nur durch einen Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Basissubstrats und der epitaktischen Schicht und durch die Temperaturänderung von der Wachstumstemperatur auf Raumtemperatur verursacht. Insbesondere wird eine Verkrümmung im wesentlichen vermie den, wenn der Bedeckungsgrad des inselförmigen Kristalls 10% oder weniger beträgt.

Wie oben beschrieben, ist die Erfindung dadurch gekenn zeichnet, dass ein inselförmiger Kristall, der die Einkris tallschicht einschließt, gebildet wird, und die epitakti sche Schicht ausgehend von den inselförmigen Kristallen als Ausgangspunkt für das Wachstum gezüchtet wird. Um diese Ei genschaften deutlicher herauszustellen, wird die Erfindung im Vergleich mit herkömmlichen epitaktischen Wachstumsver fahren erläutert.

Fig. 9(a) zeigt eine Abbildung, in dem ein herkömmliches Verfahren dargestellt ist, bei dem eine bei niedriger Tem peratur abgeschiedene Pufferschicht verwendet wird. Bei diesem Verfahren wird die bei niedriger Temperatur abge schiedene Pufferschicht einer thermischen Behandlung bei hoher Temperatur unterzogen, um eine feine inselförmige Struktur auszubilden, und auf dieser Struktur bei hoher Temperatur ein GaN-Einkristall aufgewachsen. Wie im oben erwähnten Dokument 1 beschrieben, spielt die inselförmige Struktur eine Rolle bei der Durchführung des Kristallwachstums bei niedriger Temperatur, um eine gleichmäßige Ablage rung auf der Oberfläche zu erreichen und um absichtlich ei nen Abschnitt mit vergleichsweise schwachen zwischenatoma ren Bindungen auszubilden, um einen großen Fehler bei der Übereinstimmung der Gitter abzuschwächen. Genauer muss die oben erwähnte inselförmige Struktur bei einer niedrigen Temperatur von ungefähr 500°C abgeschieden werden. Die in selförmige Struktur weist daher eine polykristalline Struk tur auf und umfasst eine große Zahl von Fehlern oder Sta pelfehlern, und die Kristallachsen sind manchmal nicht aus gerichtet.

Bei der Erfindung umfasst der inselförmige Kristall dagegen die Einkristallschicht und in diesem Punkt unterscheidet sich die vorliegende Erfindung vom oben beschriebenen Stand der Technik. Der inselförmige Kristall wird insbesondere bei einer Temperatur ausgebildet, bei der die Einkristall schicht erzeugt wird, und das GaN wird bei hoher Temperatur gebildet, beispielsweise bei 900°C oder darüber. Da der erfindungsgemäße inselförmige Kristall solch eine Einkris tallschicht umfasst, schreitet während des Wachstums der epitaktischen Schicht auf dem Basissubstrat das epitakti sche Wachstum bevorzugt von dem Abschnitt der Einkristall schicht aus fort, der geringe Kristallfehler aufweist, und die Kristallfehler in der epitaktischen Schicht können deutlich vermindert werden.

Weiter wird bei der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit dem Stand der Technik die Dichte der inselförmigen Kris talle auf dem Basissubstrat verringert und die Teilchen größe des inselförmigen Kristalls erhöht (Fig. 9(a), (b)). Durch die Verringerung der Dichte der inselförmigen Kristalle und die Vergrößerung des mittleren Abstandes zwi schen benachbarten inselförmigen Kristallen kann eine Grenze, die durch eine Kollision der epitaktischen Schich ten gebildet wird, die von den jeweiligen inselförmigen Kristallen ausgehen, verringert werden, und die Kristallfehler können weiter vermindert werden. Durch die relative Vergrößerung der jeweiligen inselförmigen Kristalle koales zieren die epitaktischen Schichten, die von den jeweiligen inselförmigen Kristallen als Ausgangspunkt aus wachsen und es wird die Ausbildung von ebenen epitaktischen Schichten gefördert.

Auch zu Beginn des gewöhnlichen epitaktischen Wachstums werden inselförmige Strukturen ausgebildet, die zueinander beabstandet sind. Eine solche inselförmige Struktur er schient jedoch nur während einer Übergangszeit während des epitaktischen Wachstums und die Verteilung und die Dichte der Struktur kann nur schwierig in einem Bereich gehalten werden, der für eine Verminderung der Kristallfehler geeig net ist. Weiter ist bekannt, dass die inselförmige Struktur erzeugt wird, indem Kristallfehler oder Verunreinigungen auf dem Basissubstrat oder der Basisschicht als Keim wir ken, die Kristallachsen nicht ausgerichtet sind und der in selförmige Kristall selbst in vielen Fällen Kristallfehler enthält, weshalb die Struktur nicht geeignet ist, um eine epitaktische Schicht mit wenigen Kristallfehlern zu erhal ten. Wie oben beschrieben, wird ein inselförmiger Kristall bevorzugt am Ort eines Kristalldefekts oder einer Verunrei nigung erzeugt, und auch aus diesem Grund ist es schwierig, die Verteilung oder die Dichte in einem Bereich zu halten, der für eine Verminderung der Kristallfehler geeignet ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft dagegen eine Technik, bei der inselförmige Kristalle gebildet werden, die eine Struktur aufweisen, die geeignet ist, um die Kristallfehler in der epitaktischen Schicht zu verringern, das heißt, der inselförmige Kristall umfasst für das Kristallwachstum die Einkristallschicht auf dem Basissubstrat und diese wird für die Ausbildung der epitaktischen Schicht verwendet. Da bei der vorliegenden Erfindung der inselförmige Kristall für das Kristallwachstum auf dem Basissubstrat ausgebildet wird, kann die Verteilung und die Dichte in einem Bereich gehalten werden, der für eine Verminderung der Kristallfeh ler geeignet ist. Weiter stimmt jede Richtung der Kristall achse der Einkristallschicht im Wesentlichen mit jeder Richtung der Kristallachse der epitaktischen Kristall schicht überein, so dass das epitaktische Wachstum bevor zugt vom inselförmigen Kristall als Startpunkt ausgeht. Da der Wafer mit dem darauf angeordneten inselförmigen Kris tall, der eine Einkristallschicht umfasst, als Basissub strat für das Kristallwachstum verwendet wird, können die Kristallfehler der auf dem heterogenen Material angeordne ten epitaktischen Kristallschicht wesentlich vermindert werden, ohne dass das Verfahren komplizierter wird.

Fig. 1 zeigt in Schnittdarstellung verschiedene Stadien des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Substrats.

Fig. 2 zeigt in Schnittdarstellung verschiedene Stadien des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Substrats.

Fig. 3 zeigt in Schnittdarstellung verschiedene Stadien des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Substrats.

Fig. 4 zeigt in Schnittdarstellung verschiedene Stadien des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Substrats.

Fig. 5 zeigt in Schnittdarstellung verschiedene Stadien des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Substrats.

Fig. 6 zeigt in Schnittdarstellung verschiedene Stadien des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Substrats.

Fig. 7 zeigt in Schnittdarstellung verschiedene Stadien des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Substrats.

Fig. 8 zeigt in Schnittdarstellung verschiedene Stadien des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Substrats.

Fig. 9 zeigt in Schnittdarstellung schematisch einen Schnitt durch ein Basissubstrat für das Kristall wachstum gemäß der Erfindung und gemäß dem Stand der Technik.

Fig. 10 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Bedeckungsgrad des inselförmigen Kristalls auf dem Basissubstrat für das Kristallwachstum und der Dichte der Versetzungen in einer auf dem Substrat aufgebrachten epitaktischen Schicht zeigt.

Fig. 11 zeigt eine beispielhafte Darstellung des Verfahrens der Pendeo-Epitaxie.

Fig. 12 zeigt eine beispielhafte Darstellung des Verfahrens der Pendeo-Epitaxie.

Fig. 13 zeigt an Stelle einer Zeichnung eine Fotografie der Gestalt des inselförmigen Kristalls des Basissub strats für das Kristallwachstum.

Fig. 14 zeigt einen Schnitt durch einen Halbleiterlaser, der durch Anwendung des erfindungsgemäßen Herstell verfahrens für das Substrat hergestellt worden ist.

Fig. 15 zeigt an Stelle einer Zeichnung eine Fotografie, auf der das Basissubstrat für das Kristallwachstum dargestellt ist, auf dem die epitaktische Schicht ausgebildet ist.

Der erfindungsgemäße inselförmige Kristall umfasst einen Einkristall, er kann jedoch auch aus einer auf dem Basis substrat ausgebildeten unteren polykristallinen Schicht be stehen sowie aus einer oberen Einkristallschicht mit dem gleichen Kristallsystem wie die epitaktische Kristall schicht, die auf den inselförmigen Kristallen aufgeformt ist. In diesem Fall wird auf der polykristallinen Schicht, die eine Pufferschicht bildet, ein Abschnitt einer Einkris tallschicht ausgebildet, wobei bevorzugt die Ausbildung der Einkristallschicht durchgeführt wird.

Der erfindungsgemäße inselförmige Kristall kann weiter im Wesentlichen aus dem Einkristall bestehen. In diesem Fall können die Kristallfehler in der epitaktischen Schicht noch weiter vermindert werden.

Der erfindungsgemäße inselförmige Kristall wird bevorzugt direkt auf dem Basissubstrat aufgeformt. Der inselförmige Kristall kann auch über eine weitere Schicht auf dem Basis substrat aufgeformt sein, aber in diesem Fall ist das Ver fahren komplizierter durchzuführen.

Die nach der Herstellung der inselförmigen Kristalle ausge bildete epitaktische Schicht wird vorzugsweise bis zu einer Dicke ausgeführt, bei der die Gestalt der inselförmigen Kristalle nicht mehr erkennbar ist und eine glatte Oberflä che erhalten wird. Die Dicke der epitaktischen Schicht ist vorzugsweise größer als zumindest die mittlere Höhe der in selförmigen Kristalle und vorzugsweise zehnmal größer als die mittlere Höhe der inselförmigen Kristalle. In diesem Fall kann eine epitaktische Schicht erhalten werden, die besonders für die Herstellung von Vorrichtungen wie eines Halbleiterlasers geeignet ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Basissubstrat für das Kristall wachstum kann das Basissubstrat so aufgebaut sein, dass es eine konkav/konvexe Gestalt aufweist, wobei der inselför mige Kristall auf einem konvexen Abschnitt der kon kav/konvexen Gestalt ausgebildet ist. Ein in dieser Weise ausgestaltetes Basissubstrat kann hergestellt werden, indem nach der Ausbildung der inselförmigen Kristalle die Ober fläche des Substrats in einem Bereich angeätzt wird, in dem kein inselförmiger Kristall ausgebildet wurde. Beispiels weise kann während der Herstellung der Schicht inselförmi ger Kristalle durch Ätzen der Pufferschicht, die Oberfläche des Basissubstrats lokal freigelegt werden und anschließend das Ätzen weiter fortgesetzt werden (übermäßiges Ätzen). Dabei nimmt sowohl die Größe als auch die Höhe der insel förmigen Kristalle ab und das Basissubstrat wird lokal an geätzt, wodurch sich Vertiefungen ausbilden. Durch die Erzeugung von Vertiefungen kann während der Herstellung der epitaktischen Schicht wirksam vermieden werden, dass ein Kristallfehler vom Basissubstrat übertragen wird. Dadurch werden die Kristallfehler in der epitaktischen Schicht weiter vermindert.

Wird wie oben beschrieben eine Vertiefung ausgebildet, ver bleibt diese auch nach dem Wachstum der epitaktischen Schicht als Hohlraum. Dies bedeutet, dass zu Beginn des epitaktischen Wachstums ein laterales Wachstum, das den in selförmigen Kristall als Kristallkeim nutzt, rasch fort schreitet und zeigt deutlich, dass das rasche laterale Wachstum in der Anfangsphase des Kristallwachstums zu einer glatteren epitaktischen Schicht führt. Da auf diese Weise das laterale Wachstum vorherrscht, übernimmt die epitakti sche Wachstumsschicht nicht die Kristallform des Basissub strats oder wird von diesem nicht wesentlich beeinflusst.

Auch nach dem Wachstum der epitaktischen Schicht verbleiben die Vertiefungen als Hohlraum und die Vertiefungen spielen daher auch eine große Rolle, wenn das Basissubstrat nach dem epitaktischen Wachstum entfernt werden muss. Zur Ent fernung des Basissubstrats wird gewöhnlich ein Verfahren verwendet, bei dem der Wafer in eine Ätzlösung getaucht wird, wobei in diesem Fall die Ätzflüssigkeit in die Ver tiefung eindringt, weshalb die epitaktische Wachstums schicht leicht von dem heterogenen Basissubstrat abgetrennt werden kann.

Bei der vorliegenden Erfindung beträgt die obere Grenze des Bedeckungsgrades der inselförmigen Kristalle, das heißt der Anteil der Fläche, die von den inselförmigen Kristallen be deckt wird, bezogen auf die Oberfläche des Basissubstrats vorzugsweise höchstens 60%, insbesondere bevorzugt höchs tens 50%. Wird der Bedeckungsgrad zu groß, können in eini gen Fällen die Kristallfehler in der epitaktischen Schicht nur unzureichend vermindert werden. Indem der Bedeckungsgrad herabgesetzt wird, können die Grenzen, die erzeugt werden, wenn die epitaktischen Schichten, die mit den je weiligen inselförmigen Kristallen als Kristallisationskeim erzeugt wurden, aneinander stoßen, verringert werden und die Kristallfehler können wirksam vermindert werden. Die untere Grenze des Bedeckungsgrades wird andererseits bevor zugt auf mindestens 0,1% gesetzt, insbesondere bevorzugt auf mindestens 1%. Wird der Bedeckungsgrad zu gering, wird die epitaktische Schicht nicht ausreichend eben.

Bei der vorliegenden Erfindung beträgt die untere Grenze der mittleren Teilchengröße der Vielzahl inselförmiger Kristalle vorzugsweise mindestens 0,1 µm, insbesondere be vorzugt mindestens 1 µm. Die obere Grenze beträgt vorzugs weise höchstens 10 µm, insbesondere bevorzugt höchstens 5 µm. Mit einer solchen mittleren Teilchengröße kann vorzugs weise eine ebene epitaktische Schicht mit wenigen Kristall fehlern gebildet werden.

Bei der vorliegenden Erfindung beträgt die untere Grenze eines mittleren Abstandes zwischen der Vielzahl inselförmi ger Kristalle vorzugsweise mindestens 10 µm, insbesondere bevorzugt mindestens 20 µm. Dabei bedeutet der mittlerer Abstand den Mittelwert der Abstände zwischen benachbarten inselförmigen Kristallen. Ist der mittlere Abstand zu ge ring, kann in manchen Fällen nur eine unzureichende Vermin derung der Kristallfehler erreicht werden. Wird der mitt lere Abstand innerhalb einer bestimmten Größe gewählt, kann die Ausdehnung der oben erwähnten Grenzen verringert werden und die Kristallfehler können wirksam vermindert werden. Der obere Grenzwert beträgt vorzugsweise höchstens 500 µm, insbesondere bevorzugt höchstens 100 µm. Ist der mittlere Abstand zu groß, ist die epitaktische Schicht in manchen Fällen nicht eben genug. Liegt der mittlere Abstand in der Größenordnung von 100 µm, wird die epitaktische Schicht durch das laterale Wachstum in ausreichendem Maße geglät tet. Dies wird durch ein experimentelles Beispiel belegt, bei dem eine Schicht inselförmiger Kristalle aus GaN durch Ätzen der Pufferschicht gebildet wird und anschließend im Basissubstrat durch weiteres Ätzen Vertiefungen ausgebildet werden. Bei diesem experimentellen Beispiel ist der mitt lere Abstand der inselförmigen Kristalle in der Größenord nung von 100 µm, gewählt wobei die Vertiefung jedoch auch nach der Ausbildung der epitaktischen Schicht so belassen wird, wie sie ist. Auch wenn der mittlere Abstand so groß gewählt wird wie oben beschrieben, wird dabei die epitakti sche Schicht durch das Auftreten des lateralen Wachstums eben erzeugt.

Bei der vorliegenden Erfindung liegt die obere Grenze für die zahlenmäßige Dichte der Vielzahl inselförmiger Kris talle vorzugsweise bei höchstens 10^-2 Kristalle/µm², vor zugsweise höchstens 10^-3 Kristalle/µm². Ist die zahlenmä ßige Dichte zu groß, wird in manchen Fällen nur eine unzu reichende Wirkung bei der Verminderung der Kristalldefekte in epitaktischen Schicht erreicht. Indem die zahlenmäßige Dichte innerhalb eines bestimmten Bereichs gering gewählt wird, können die oben erwähnten Grenzen verringert werden und die Kristallfehler können wirksam vermindert werden. Andererseits liegt der untere Grenzwert vorzugsweise bei mindestens 10^-5 Kristallen/µm², insbesondere bevorzugt bei mindestens 10^-4 Kristallen/µm². Ist die zahlenmäßige Dichte zu gering, wird die epitaktische Schicht in einigen Fällen nicht ausreichend glatt.

Die Dicke der Pufferschicht unterliegt keinen besonderen Beschränkungen. Die Pufferschicht wird gewöhnlich in einer Dicke in der Größenordnung von mehreren tausend Angstrom bis einigen Mikrometern abgeschieden und wird geätzt, um den inselförmigen Kristall auszubilden. Im Allgemeinen wird die Pufferschicht aus feinen Kristallkörnern gebildet und mit zunehmender Dicke der Pufferschicht werden die Kris tallkörner größer. Dadurch wird die Dichte der inselförmi gen Kristalle nach dem Ätzen gering und ein ausreichendes Ätzen führt zu einer geringen Dichte, so dass die inselför migen Kristalle mit einem großen Abstand zwischen den In seln ausgebildet werden. Wird im Gegensatz dazu zum Ätzen eine dünne Pufferschicht ausgebildet, können die inselför migen Kristalle wegen der kleinen Kristallkörner mit einer hohen Dichte und mit einem geringen Abstand zwischen be nachbarten Inseln ausgebildet werden. Die Größe der Kris tallkörner kann durch die Größenordnung der Filmdicke bis zu einem Durchmesser von mehreren Angstrom frei gewählt werden, und der Abstand zwischen benachbarten Inseln kann ebenfalls frei gewählt werden, da die Kristalle mit einer geringen Teilchengröße bei fortschreitendem Ätzen ver schwinden. In Bezug auf die Teilchengröße und den Abstand der inselförmigen Kristalle kann der inselförmige Kristall mit konstanten Eigenschaften mit für industrielle Anwendun gen ausreichender Reproduzierbarkeit hergestellt werden, indem die Bedingungen für die Pufferschicht konstant gehal ten werden und durch Lichtstreuung überwacht werden.

Bei der vorliegenden Erfindung wird als Temperatur für das Wachstum der inselförmigen Kristalle vorzugsweise eine Tem peratur gewählt, bei der das Material, aus dem die Schicht besteht, eine Kristallschicht mit einer großen Korngröße ausbildet. Beispielsweise liegt im Fall von GaN die Tempe ratur vorzugsweise in einem Bereich von 900 bis 1150°C, insbesondere bevorzugt 950 bis 1050°C. In diesem Fall kann der inselförmige Kristall, der eine Einkristallschicht um fasst, gleichmäßig hergestellt werden.

Als nächstes wird eine Beziehung zwischen dem Bedeckungs grad R und der mittleren Teilchengröße der inselförmigen Kristalle sowie dem mittleren Abstand beschrieben. Die In selformen der inselförmigen Kristalle und die Abstände zwi schen benachbarten Inseln sind in Wirklichkeit zufällig, aber die folgende Überlegung beruht auf der Annahme dass diese den Mittelwert aufweisen. Unter der Annahme, dass die mittlere Teilchengröße der inselförmigen Kristalle D ist und die Dichte N, entspricht der Bedeckungsgrad R der Be ziehung von R = (πD²/4)N, und der mittlere Abstand L zwi schen den inselförmigen Kristallen mit einer ausreichend großen Dichte N beträgt L = N^-1/2. Bei Anwendung dieser Be ziehung in Bezug auf eine experimentell erhaltene Umgebung, sind die Ergebnisse der mit der Beziehung durchgeführten Berechnungen in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Tabelle 1

Im weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen der vorlie genden Erfindung beschrieben.

Erste Ausführungsform

Zunächst wird auf einem Basissubstrat eine Pufferschicht aus einem Kristallsystem ausgebildet, das unterschiedlich zum Kristallsystem des Basissubstrats ist. Die Puffer schicht wird durch Koaleszenz von feinen Kristallkörnern hergestellt, und besitzt das gleiche Kristallsystem wie die auf der Pufferschicht ausgebildete epitaktische Schicht. Die Gitterkonstante der Pufferschicht wird so gewählt, dass sie einen Wert annimmt, der ausreichend nahe beim Wert der Gitterkonstante der epitaktischen Schicht liegt.

Anschließend wird die Oberfläche der Pufferschicht nass ge ätzt. Da die Pufferschicht eine große Anzahl von Kristallkorngrenzen umfasst, verläuft das Nassätzen im Allgemeinen nicht gleichmäßig. Es ist unmittelbar einsichtig in Bezug auf die Ätzgeschwindigkeit, dass der Ätzvorgang an den Grenzen des Kristallkorns rasch abläuft und ein Teil des Kristallkorns zurückbleibt. Auf diese Weise bleibt die Puf ferschicht in Form inselförmiger Kristalle auf einem hete rogenen Substrat zurück. Da der inselförmige Kristall in der oben beschriebenen Weise erzeugt wurde, weist er die Struktur eines Einkristalls auf.

Auf dem heterogenen Substrat, auf dem die inselförmigen Kristalle ausgebildet sind, wird in bestimmter Weise ein epitaktisches Wachstum durchgeführt. Überschreitet die Dicke eine Dicke die dem mehrfachen der Dicke (Höhe) eines inselförmigen Kristalls entspricht, wird eine epitaktische Wachstumsschicht mit einer ebenen Oberfläche erhalten.

Zweite Ausführungsform

Die direkt auf dem heterogenen Basissubstrat aufgeformte Pufferschicht weist im Allgemeinen nur unzureichend zufrie denstellende Kristalleigenschaften auf, und besteht in vie len Fällen aus Kristallkörnern mit einem geringen Durchmes ser von einigen hundert Nanometern oder weniger. Um den in selförmigen Kristall zu erzeugen, der eine Einkristall schicht umfasst, ist daher ein Verfahren wirkungsvoll, bei dem eine erste Pufferschicht auf dem Basissubstrat ausge bildet wird und anschließend eine zweite Pufferschicht auf der ersten Pufferschicht bei einer Temperatur ausgebildet, die höher ist als die Herstellungstemperatur der ersten Pufferschicht, und diese Schichten anschließend nass geätzt werden.

Beispielsweise wird nachdem die erste Pufferschicht in ei ner Dicke von etwa 0,1 µm ausgebildet worden ist, die zweite Pufferschicht mit einer Dicke von mehreren Mikrome tern bis ungefähr einem Dutzend Mikrometern bei der Temperatur ausgebildet, die höher ist als die Temperatur bei der Herstellung der ersten Pufferschicht. Indem nach der Her stellung der zweiten Pufferschicht nass geätzt wird, kann ein inselförmiger Kristall hergestellt werden, der einen Abschnitt der oberen Schicht mit einer vergleichsweise gro ßen Korngröße aufweist. Wird in diesem Fall das Ätzen ge ringfügig länger ausgeführt, werden kleine Kristallkörner erhalten, und als Ergebnis bildet der obere Abschnitt des inselförmigen Kristalls einen Einkristall aus. Als Folge bildet zumindest der obere Abschnitt der meisten inselför migen Kristalle einen Einkristall aus. Wird auf einem Wafer eine große Anzahl inselförmiger Kristalle ausgebildet, die in ihrem oberen Abschnitt eine Schicht aus einem Einkris tall aufweisen, und der Wafer als Basissubstrat für das Kristallwachstum verwendet, schreitet das epitaktische Wachstum fort, wobei der Abschnitt des inselförmigen Kris talls mit dem Einkristall als Keim verwendet wird und es kann daher eine epitaktische Schicht mit wenigen Kristall fehlern und bemerkenswert guten Kristalleigenschaften er halten werden.

Von den Erfindern konnte mit Hilfe eines Experiments (das weiter unten als Beispiel beschrieben wird) die Tatsache nachgewiesen werden, dass die Kristallfehler deutlich ver mindert werden können, wenn für das epitaktische Wachstum ein Basissubstrat verwendet wird, auf dem inselförmige Kristalle ausgebildet sind, die eine Einkristallschicht um fassen. Aus den Ergebnissen der Experimente kann geschlos sen werden, dass die Grenzfläche der Kristallkörner eine wesentliche Ursache für Versetzungen in der epitaktischen Schicht ist.

Im Weiteren wird ein konkretes Beispiel für diese Ausfüh rungsform ein Verfahren zur Herstellung der ersten und der zweiten Pufferschicht beschrieben.

Herstellbedingungen der ersten Pufferschicht

Das Aufformen der ersten Pufferschicht auf das heterogene Substrat wie einer Saphir (0001) Ebene, wird beispielsweise nach dem Verfahren der metallorganischen Dampfphasenepita xie (MOVPE) durchgeführt. Hierbei wird die erste Puffer schicht vorzugsweise bei einer Temperatur ausgebildet, die niedriger ist als die Temperatur, bei der die zweite kris talline Pufferschicht oder die epitaktische Schicht auf der zweiten Pufferschicht ausgebildet wird. Die Temperatur liegt dabei vorzugsweise in der Größenordnung von 400 bis 600°C. Als Quellgase für die Herstellung des Films wird im Fall, dass die erste Pufferschicht aus GaN aufgebaut ist, zum Beispiel Trimethylgallium als Quellgas für Ga verwen det, und Ammoniak wird als Quellgas für Stickstoff verwen det. Die Dicke der ersten Pufferschicht unterliegt an sich keinen besonderen Beschränkungen, liegt jedoch zum Beispiel in der Größenordnung von 20 bis 200 nm.

Herstellbedingungen für die zweite Pufferschicht

Die zweite Pufferschicht kann mit einem Hydrid VPE-Verfah ren oder einem vergleichbaren Verfahren ausgebildet werden. Die Wachstumstemperatur wird vorzugsweise höher gewählt als für die erste Pufferschicht, vorzugsweise in einem Bereich von 900 bis 1100°C, insbesondere bevorzugt 950 bis 1000 °C. Die Dicke der zweiten Pufferschicht liegt beispiels weise in einem Bereich von 500 bis 5000 nm.

Die Geschwindigkeit für das Wachstum der zweiten Puffer schicht wird vorzugsweise so gewählt, dass sie geringer ist als für die anschließend hergestellte epitaktische Schicht. In diesem Fall können die Kristallfehler der erhaltenen epitaktischen Schicht wirksamer vermindert werden. Die Menge des zugeführten Ausgangsmaterials wird daher während des Wachstums der zweiten Pufferschicht bevorzugt so gewählt, dass sie geringer ist als während des Wachstums der epitaktischen Schicht.

Dritte Ausführungsform

Bei der ersten Ausführungsform wurde nach der Herstellung der Pufferschicht ein Ätzvorgang durchgeführt, um den in selförmigen Kristall herzustellen. Wie später in einem Bei spiel beschrieben wird, kann der inselförmige Kristall un ter geeigneten Bedingungen direkt durch ein Abscheidungs verfahren hergestellt werden. Bei der vorliegenden Ausfüh rungsform wird für die Abscheidung der inselförmigen Puf ferschicht ein Material, welches das gleiche Kristallsystem aufweist, wie die erwünschte epitaktische Schicht, und mit einer ähnlichen Gitterkonstante bei vergleichsweise niedri ger Temperatur in einer geeigneten Dicke abgeschieden, und die Wachstumstemperatur wird zu einem geeigneten Zeitpunkt erhöht, um die zweite Pufferschicht herzustellen, so dass die Teilchengröße vergrößert wird. Die Ausbildung von In seln kann durch ein Verfahren erfolgen, bei dem die Tempe ratur nach der Ausbildung der ersten Pufferschicht erhöht wird, oder indem nach dem Laminieren der zweiten Puffer schicht die Bedingungen für das epitaktische Wachstum zu Ätzbedingungen verändert werden.

Anschließend wird das erforderliche epitaktische Wachstum durchgeführt, wobei die Bedingungen ähnlich denen sind, wie sie bei der ersten Ausführungsform beschrieben wurden. Die Teilchengröße oder der Abstand der inselförmigen Kristalle kann durch die Wahl der während der Ausbildung der Puffer schicht herrschenden Bedingungen, durch die Wachstumstempe ratur oder durch die Zufuhrgeschwindigkeit des gasförmigen Materials usw. ebenfalls beeinflusst werden.

Vierte Ausführungsform

Dies ist eine Modifikation der dritten Ausführungsform, wo bei jedoch das heterogene Basissubstrat thermisch leicht zersetzt wird oder eine chemische Zersetzung durch das für die Herstellung der Pufferschicht verwendete gasförmige Ma terial verursacht wird, wodurch lokal eine Zersetzung im heterogenen Basissubstrat auftritt und gleichzeitig der in selförmige Kristall gebildet wird. Wird die gewünschte epi taktische Schicht aus einem Nitridmaterial eines Elementes der Gruppe III hergestellt, sind als Beispiel für das hete rogene Basissubstrat Halbleiterverbindungen der Elemente der Gruppen III-V, wie GaAs, GaP und GaAsP oder Silizium am leichtesten zugänglich und verwendbar. Wird ein hetero genes Basissubstrat verwendet, ergibt sich insbesondere der große Vorteil, dass das Basissubstrat nach dem Wachstum der epitaktischen Schicht durch Ätzen leicht entfernt werden kann. Sofern die erwünschte epitaktische Schicht aus einem Nitridmaterial der Gruppe III hergestellt ist, ist InP we gen der sehr starken Zersetzung während des epitaktischen Wachstums ungeeignet. Im Allgemeinen liegt der Schmelzpunkt des heterogenen Basissubstrats vorzugsweise um mindestens 200 Grad höher als die erwünschte Temperatur während des epitaktischen Wachstums.

Nach der Herstellung der inselförmigen Kristalle erfolgt das epitaktische Wachstum, wobei wie bei der zweiten Aus führungsform die Bedingungen im Wesentlichen gleich sind wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben. Ähnlich wie bei der zweiten Ausführungsform können Teilchengröße und Abstand der inselförmigen Kristalle durch die Herstellbe dingungen der Pufferschicht eingestellt werden.

Beispiele

Im Weiteren wird die Erfindung an Hand von Beispielen näher erläutert.

Nach der Anwendung einer flüssigen Mischung von Phosphor säure und Schwefelsäure mit einem Verhältnis von 1 : 1 (Vo lumen) zum nassen Ätzen der erhaltenen epitaktischen Schicht wird die Dichte der eingeätzten Vertiefungen be stimmt, indem die Filmoberfläche mit Hilfe eines Transmis sionselektronenmikroskops beurteilt wurde. Die Dichte der geätzten Vertiefungen ergibt einen Maßstab für die Dichte der Versetzungen in der epitaktischen Schicht.

Weiter wird in den jeweiligen Beispielen der inselförmige Kristall hergestellt und das Profil jedes inselförmigen Kristalls liegt innerhalb der folgenden Bereiche.

Bedeckungsgrad in Bezug auf das Basissubstrat:
0,1% bis 60% (mit Ausnahme eines Bedeckungsgrades von 90% im Beispiel 1)
mittlere Teilchengröße: 0,1 bis 10 µm
mittlerer Abstand benachbarter inselförmiger Kristalle: 10 bis 500 µm
zahlenmäßige Dichte: 10^-5 bis 10^-2 Kristalle/µm²

Beispiel 1

Dieses Beispiel wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrie ben. In diesem Beispiel wird eine (0001) Ebene eines Sa phirsubstrats (Al₂O₃) 11 als Substrat verwendet (Fig. 1(a)). Auf dem Substrat 11 wird durch metallorganische Dampfphasenepitaxie (MOVPE) ein GaN-Film 12 mit einer Dicke von 1,5 µm abgeschieden, wobei Trimethylgallium (TMG) als Ausgangsmaterial eines Elements der Gruppe III verwendet wird, Ammoniakgas (NH₃) als Ausgangsmaterial eines Elements der Gruppe V und Wasserstoffgas (H₂) sowie Stickstoffgas (N₂) werden als Trägergas verwendet (Fig. 1(b)). Das Ver fahren zur Herstellung des GaN-Films 12 verläuft wie folgt. Zunächst wird das Saphirsubstrat 11 mit einer gereinigten Oberfläche in den Wachstumsbereich einer MOVPE-Vorrichtung eingesetzt. Anschließend wird unter einer H₂-Gasatmosphäre die Temperatur auf 1050°C erhöht, und auf der Oberfläche des Substrats 11 wird eine Wärmebehandlung durchgeführt. Anschließend wird die Temperatur des Substrats 11 auf 500 °C erniedrigt. Nachdem die Temperatur sich stabilisiert hat, werden TMG und NH₃ zugeführt, so dass eine GaN-Schicht mit einer Dicke von 20 nm ausgebildet wird. In diesem Fall betragen die zugeführten Mengen an TMG und NH₃ 10 µmol/min bzw. 4000 cm³/min. Weiter wird während des Zuführens des NH₃-Gases die Temperatur des Substrats 11 auf 1050°C er höht. Nachdem sich die Temperatur stabilisiert hat, wird TMG zugeführt, wobei sich ein GaN-Film 12 mit einer Dicke von ungefähr 1,5 µm ausbildet. In diesem Fall betragen die zugeführten Mengen an TMG und NH₃ 50 µmol/min bzw. 4000 cm³/min. Nachdem sich der GaN-Film 12 gebildet hat, wird in einer NH₃-Atmosphäre gekühlt, um die Temperatur auf unge fähr 600°C zu erniedrigen. Sobald die Temperatur des Sub strats 11 ungefähr 500°C erreicht hat, wird die Zufuhr des NH₃-Gases beendet. Anschließend wird bis auf Raumtemperatur abgekühlt, das H₂-Gas gegen N₂-Gas ersetzt und das Substrat aus der MOVPE-Vorrichtung entnommen.

Als nächstes wird der GaN-Film 12 auf dem Substrat 11 mit einer Lösung inselförmig geätzt (Fig. 1(c)). Um den GaN- Film 12 durch Ätzen in eine Inselform zu überführen, wird eine flüssige Mischung aus Phosphorsäure und Schwefelsäure, aus denen jeweils die Feuchtigkeit entfernt wurde, im Ver hältnis 1 : 1 (Volumen) bei einer erhöhten Temperatur von 270°C verwendet. Während für 30 Minuten geätzt wird, wird der GaN-Film in Form von Inseln entfernt und Öffnungen 13 geformt. Unter dieser Bedingung entspricht der Anteil der in den GaN-Film 12 geformten Öffnung 13 etwa 50%. Da die Lösung auch den Saphir anätzen kann, wird auf der Oberfläche des Saphirsubstrats 11 in einem Bereich der Öffnung 13, in dem der GaN-Film 12 entfernt wurde, eine Vertiefung 14 ausgebildet.

Im Weiteren wird ein GaN-Film 15 auf dem in Inselform vor liegenden GaN-Film 12 durch das Hydrid-VPE-Verfahren (HVPE) ein GaN-Film 15 ausgebildet, wobei Galliumchlorid (GaCl), das ein Reaktionsprodukt aus Gallium (Ga) und Chlorwasserstoff (HCl) ist, als Ausgangsmaterial eines Ele mentes der Gruppe III verwendet wird, und Ammoniakgas (NH₃) als Ausgangsmaterial eines Elements der Gruppe V verwendet wird (Fig. 1(d) bis 1(f)). Ein Verfahren zur Herstellung des GaN-Films 15 umfasst das Einsetzten des Substrats, das wie oben beschrieben hergestellt wurde, in eine HVPE-Vor richtung, Zuführen des H₂-Gases, wobei die Temperatur auf 600°C erhöht wird, und weiter Zuführen des NH₃-Gases, wo bei die Temperatur auf 1040°C erhöht wird. Nachdem sich die Wachstumstemperatur stabilisiert hat, wird GaCl zuge führt, um GaN aufzuwachsen. In diesem Fall beträgt die Menge des auf das Ga zugeführten HCl 40 cm³/min, und die zugeführte Menge des NH₃-Gases 1000 cm³/min. Da das Wachs tum des GaN kaum auf der Oberfläche der Vertiefungen 14 des Substrats 11 in der Öffnung 13 erfolgt, erfolgt das epitak tische Wachstum auf der Oberfläche des GaN-Films 12 und an den Seitenflächen der Öffnung 13 (Fig. 1(d)). Mit fort schreitendem Wachstum des GaN-Films 15 wird allmählich der Bereich der Öffnung 13 verschlossen. Wird das Wachstum wei ter fortgesetzt, wird die Öffnung 13 vollständig verschlos sen (Fig. 1(e)). Das epitaktische Wachstum wird weiter fortgesetzt, bis die auf der Oberfläche des GaN-Films 15 entstandenen Unregelmäßigkeiten ausgeglichen sind. Der GaN- Film mit einer Dicke von 150 µm wird innerhalb von 2,5 Stunden durch das epitaktische Wachstum erzeugt. Die Ver tiefungen 14 verbleiben auch nachdem das epitaktische Wachstum des GaN-Films 15 abgeschlossen ist (Fig. 1(f)). Nach der Herstellung des GaN-Films 15 wird NH₃-Gas zuge führt und die Temperatur auf etwa 600°C abgekühlt und dann die Zufuhr von NH₃-Gas angehalten. Anschließend wird auf Raumtemperatur abgekühlt, das H₂-Gas durch N₂-Gas ersetzt, und das Substrat aus der HVPE-Vorrichtung entnommen.

Der GaN-Film 15 kann auf dem Substrat 11 ohne Sprünge oder Brüche hergestellt werden, welche eine Schwierigkeit dar stellen, wenn ein Film mit einer Stärke von etwa 8 µm oder mehr direkt hergestellt wird. In Fig. 15 ist eine Raster elektronenmikroskop-Fotografie dargestellt, die dem Zustand in Fig. 1(f) entspricht. Fig. 15 zeigt einen Ausschnitt in der Nachbarschaft der Grenzfläche zwischen dem GaN-Film 15 und dem Saphirsubstrat 11. Der untere Teil der Abbildung entspricht dem Saphirsubstrat 11 aus Fig. 1(f), und der obere Teil der Abbildung entspricht dem GaN-Film 15 aus Fig. 1(f). Weiter zeigt ein dreieckiger Abschnitt in der Mitte der Abbildung die Vertiefung 14 aus Fig. 1(f). Aus der Abbildung kann ersehen werden, dass die durch das Ätzen mit der Lösung erhaltene Öffnung 13 (Fig. 1(f)) vollständig ausgefüllt ist und kein Wachstum in der auf der Oberfläche des Saphirsubstrats 11 eingeformten Vertiefung 14 erfolgt. Wird die Dichte der Krater, die durch die Lösung in der Oberfläche eingeätzt wurden, gemessen, beträgt der Wert 1 × 10⁷/cm², was dem Wert eines GaN-Films entsprach, der durch selektives Wachstum unter Verwendung einer Maske erhalten wurde.

Da der in diesem Beispiel hergestellte GaN-Film nur wenige Fehler aufwies und keine Sprünge erzeugt wurden, können die Eigenschaften verbessert werden, wenn eine Laserstruktur, FET-Struktur, HBT oder die Struktur einer anderen Vorrich tung auf dem GaN-Film 15 erzeugt wird.

Da das Saphirsubstrat 11 von dem Substrat durch Abschlei fen, chemisches Ätzen, Laser usw. abgenommen werden kann, kann der GaN-Film 15 als Substratkristall verwendet werden.

Ein in Fig. 10 dargestelltes Ergebnis, bei dem ein Verfah ren verwendet wurde, dass dem Verfahren des vorliegenden Beispiels ähnelt, wurde verwendet, um eine Beziehung zwi schen dem Bedeckungsgrad eines inselförmigen Kristalls (ein Wert, der erhalten wird, indem eine von den inselförmigen Kristallen belegte Fläche durch die Oberfläche des Basis substrats geteilt wird) und einer Dichte der Versetzungen in der auf dem inselförmigen Kristall aufgewachsenen epi taktischen Schicht aufzustellen. Der Bedeckungsgrad des in selförmigen Kristalls wurde dabei bestimmt, indem die Zeit, während der mit einer flüssigen Mischung von Phosphorsäure und Schwefelsäure geätzt wird, eingestellt wurde. Aus der Zeichnung kann entnommen werden, dass die Dichte der Ver setzungen erheblich erniedrigt werden kann, wenn der Bede ckungsgrad auf 0,6 oder weniger eingestellt wird.

In diesem Beispiel wurde der GaN-Film 15 unter Verwendung des Hydrid-VPE-Verfahrens mit einer raschen Wachstumsrate hergestellt, aber auch bei Verwendung des metallorganischen Dampfphasen-Epitaxieverfahrens (MOVPE) konnte eine ähnliche Wirkung erreicht werden. Weiter wurde das Saphirsubstrat 11 als Basissubstrat verwendet, aber auch bei Verwendung eines Si-Substrats, eines ZnO-Substrats, eines SiC-Substrats, ei nes LiGaO₂-Substrats, eines MgAl₂O₄-Substrats, eines NdGaO₃- Substrats, eines GaAs-Substrats oder eines vergleichbaren Substrats, kann die gleiche Wirkung erhalten werden. Bei diesem Beispiel wurde der auf dem Substrat 11 aufgeformte GaN-Film verwendet, jedoch auch wenn ein Al_xIn_yGa_zN-Film (x + y + z = 1), ein Al_xGa_1-xN-Film (x (1), ein In_xGa_1-xN- Film (x (1), ein InN-Film, ein In_xGa_1-xAs-Film (x (1), oder ein In_xGa_1-xP-Film (x (1) ausgebildet wird, wird die gleiche Wirkung erhalten. Bei diesem Beispiel wurde das epitaktische Wachstum des GaN-Films 15 beschrieben, aber auch wenn ein Al_xIn_yGa_zN-Film (x + y + z = 1; 0 (x, y, z (1), ein Al_xGa_1-xN-Film (0 (x (1), ein In_xGa_1-xN-Film (x (1), ein InN-Film, ein In_xGa_1-xAs-Film (x (1), oder ein In_xGa_1-xP-Film (x (1) einem epitaktischen Wachstum unterworfen wird, kann die gleiche Wirkung erhalten werden. Wei ter kann die gleiche Wirkung auch dann erreicht werden, wenn mit Verunreinigungen dotiert ist.

Beispiel 2

Dieses Beispiel wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrie ben. In diesem Beispiel wird eine (0001) Fläche eines Sa phirsubstrats (Al₂O₃) 21 als Substrat verwendet (Fig. 2(a)). Auf dem Substrat wird mit dem MOVPE-Verfahren ein Al_0,2Ga_0,8N-Film 22 mit einer Dicke von ungefähr 2 µm mit ei nem Sprung 23 aufgeformt, wobei Trimethylgallium (TMG) als Ausgangsmaterial eines Elements der Gruppe III verwendet wird, Trimethylaluminium (TMA) verwendet wird, Ammoniakgas (NH₃) als Ausgangsmaterial für ein Element der Gruppe V verwendet wird und Wasserstoffgas (H₂) sowie Stickstoffgas (N₂) als Trägergase verwendet werden (Fig. 2(b)). Das Ver fahren zur Herstellung des Al_0,2Ga_0,8N-Films 22 verläuft wie folgt. Zunächst wird das Saphirsubstrat 21 mit der gerei nigten Oberfläche in den Wachstumsbereich der MOVPE-Vor richtung eingesetzt. Anschließend wird unter einer H₂-Atmo sphäre die Temperatur auf 1050°C erhöht und auf der Wachs tumsfläche des Substrats 21 eine Wärmebehandlung durchge führt. Nachdem die Temperatur auf 500°C gefallen ist und sich stabilisiert hat, werden TMG, TMA und NH₃ zugeführt und eine AlGaN-Schicht mit einer Dicke von 20 nm ausgebil det. Die zugeführten Mengen an TMG, TMA und NH₃ betragen jeweils 10 µmol/min, 2 µmol/min und 3000 cm³/min. Weiter wird während der Zuführung des NH₃-Gases die Temperatur des Substrats erneut auf 1020°C erhöht. Nachdem sich die Tem peratur stabilisiert hat, werden TMG und TMA zugeführt und der Al_0,2Ga_0,8N-Film 22 mit einer Dicke von ungefähr 1 µm ausgebildet. In diesem Fall betragen die zugeführten Mengen an TMG, TMA und NH₃ jeweils 50 µmol/min, 40 µmol/min und 4000 cm³/min. Nachdem sich der Al_0,2Ga_0,8N-Film 22 ausgebil det hat, wird unter der NH₃-Atmosphäre auf etwa 600°C ab gekühlt und die Zufuhr von NH₃-Gas unterbrochen. Weiter wird das H₂-Gas gegen N₂-Gas ersetzt, auf Raumtemperatur abgekühlt und das Substrat aus der MOVPE-Vorrichtung ent nommen.

Der Sprung 23 wird im wie oben beschrieben hergestellten Al_0,2Ga_0,8N-Film 22 wegen eines Unterschieds in der Gitter konstante gegenüber dem Saphirsubstrat 21 erzeugt. An schließend wird auf dem Substrat 21 mit der Lösung auf dem Al_0,2Ga_0,8N-Film 22 eine Öffnung 24 und die Vertiefung 23 des Substrats 12 erzeugt (Fig. 2(c)). Die Ätzflüssigkeit wird erhalten, indem Phosphorsäure (H₃PO₄) und Schwefelsäure (H₂SO₄) in einem Verhältnis von 1 : 1,5 bei einer erhöhten Temperatur von 280°C verwendet wird. Da der Ätzvorgang im Bereich des Sprungs 23 im Al_0,2Ga_0,8N-Film 22 rasch fort schreitet, kann entlang des Sprungs 23 die Öffnung 24 aus gebildet werden. Da wie oben beim Beispiel 1 beschrieben, die Lösung auch den Saphir ätzen kann, kann auf der Ober fläche des Substrats 21 entlang der Öffnung 24 des Al_0,2Ga_0,8N-Films 22 eine Vertiefung 25 ausgebildet werden. Weiter wird in der gleichen Weise wie bei Beispiel 1 durch das Hydrid VPE-Verfahren (HVPE) ein GaN-Film 26 auf dem Substrat 21 aufgeformt, das mit der Öffnung 24 und der Ver tiefung 25 versehen ist, wobei Galliumchlorid (GaCl), das ein Reaktionsprodukt aus Gallium (Ga) und Chlorwasserstoff (HCl) ist, als Ausgangsmaterial eines Elements der Gruppe III und das Ammoniakgas (NH₃) als Ausgangsmaterial eines Elements der Gruppe V verwendet wird (Fig. 2(d), (e)). Bei dem Verfahren zur Ausbildung des GaN-Films 26 wird zu nächst das wie oben beschrieben hergestellte Substrat in die HVPE-Vorrichtung eingesetzt und dann H₂-Gas zugeführt, wobei die Temperatur auf 600°C erhöht wird. Weiter wird das NH₃-Gas zugeführt, wobei die Temperatur auf 1020°C er höht wird. Nachdem sich die Wachstumstemperatur stabili siert hat, wird GaCl zugeführt, um GaN aufzuwachsen. Die Menge des dem Ga zugeführten HCl beträgt 40 cm³/min, und die Menge des zugeführten NH₃-Gases beträgt 800 cm³/min. Da während des HVPE-Wachstums des GaN das Wachstum nur schwer in der Vertiefung 25 der Öffnung 24 erfolgt, findet das Wachstum in erster Linie auf der Oberfläche und der Seiten fläche des Al_0,2G_0,8N-Films 22 statt (Fig. 2(d)). Mit fort schreitendem epitaktischem Wachstum füllt der GaN-Film 26 den Bereich der Vertiefung 25 wie bei Beispiel 1 aus und anschließend kann eine ebene Oberfläche ausgebildet werden (Fig. 2(e)). Der GaN-Film 26 mit einer Dicke von 300 µm wird während eines Wachstums von 4 Stunden gebildet. Nach dem der GaN-Film 26 ausgebildet ist, wird unter Zuführung von NH₃-Gas auf 600°C abgekühlt und die Zufuhr von NH₃-Gas unterbrochen. Anschließend wird auf Raumtemperatur abge kühlt, das H₂-Gas gegen N₂-Gas ausgetauscht und das Sub strat aus der Wachstumsvorrichtung herausgenommen. Der GaN- Film 26 auf dem Substrat 21 wurde wie in Beispiel 1 ohne Sprünge oder Brüche ausgebildet. Wenn auf der Oberfläche des GaN-Films 26 die Dichte der mit der Lösung eingeätzten Krater gemessen wurde, betrug der Wert 1 × 10⁷/cm², was dem Wert eines GaN-Films entsprach, der durch selektives Wachs tum unter Verwendung einer Maske erhalten wurde.

In dem Beispiel wurde ein AlGaN-Film 21 mit einer Al-Zusam mensetzung von 0,2 verwendet, durch eine Änderung der Al- Zusammensetzung und der Filmdicke kann jedoch die Größe und die Richtung des Sprungs 23 bestimmt werden. Weiter kann die Gestalt der Öffnung 24 durch die Ätzzeit, die Tempera tur und das Mischungsverhältnis der Lösung bestimmt werden.

Bei diesem Beispiel wurde der GaN-Film 26 mit wenigen Kri stallfehlern erhalten. In diesem Beispiel wurde der Al_0,2Ga_0,8N-Film 22 direkt auf der (0001) Ebene des Saphir substrats gebildet, aber auch wenn ein Substratmaterial zur Herstellung eines In_xGa_1-xN-Films (1 (x (0), eines GaN- Film, eines InGaAs-Film, eines ZnO-Film oder eines SiC-Film auf dem Saphirsubstrat verwendet wird, kann eine gleiche Wirkung erhalten werden. Bei diesem Beispiel wurde das (0001)-Saphirsubstrat als Material für das Substrat 11 ver wendet, aber auch wenn ein Si-Substrat, ein ZnO-Substrat, ein SiC-Substrat, ein LiGaO₂-Substrat, ein MgAl₂O₄-Subatrat, ein NdGaO₃-Substrat, ein GaAs-Substrat, ein Al_xGa_1-xN-Sub strat (0 (x (0) oder ein vergleichbares Substrat verwen det wird, kann die gleiche Wirkung erhalten werden.

Beispiel 3

Dieses Beispiel wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrie ben. In diesem Beispiel wird als Substrat eine (0001)-Flä che eines Saphirsubstratkristalls als Substrat 31 verwendet (Fig. 3(a)). Auf dem Substrat 31 wird ein inselförmiger GaN-Film 32 gebildet (Fig. 3(b)). Der inselförmige GaN-Film 32 wird durch das Hydrid-VPE-Verfahren (HVPE) gebildet, wo bei Galliumchlorid (GaCl), das ein Reaktionsprodukt aus Gallium (Ga) und Chlorwasserstoff (HCl) ist, als Ausgangs material eines Elements der Gruppe III verwendet wird und Ammoniakgas (NH₃) als Ausgangsmaterial des Elements der Gruppe V verwendet wird. Bei der Herstellung des GaN-Films 32 wird zunächst das Substrat 31 in die HVPE-Vorrichtung eingesetzt und H₂-Gas zugeführt, während die Temperatur auf 600°C erhöht wird. Weiter wird das NH₃-Gas zugeführt wäh rend die Temperatur auf 1020°C erhöht wird. Nachdem sich die Wachstumstemperatur stabilisiert hat, wird zum Aufwach sen des GaN dem Ga HCl zugeführt. Die zugeführte Menge an GaCl beträgt 5 cm³/min, und die zugeführte Menge an NH₃-Gas beträgt 500 cm³/min. Der inselförmige GaN-Film 32 mit einer Höhe von etwa 2 µm wurde durch eine Zuführung während einer Minute ausgebildet. Nach der Herstellung des GaN-Films 32 wurde unter Zuführung von NH₃-Gas die Temperatur auf 600°C abgekühlt und die Zufuhr von NH₃-Gas unterbrochen. Es wurde weiter auf Raumtemperatur abgekühlt, das H₂-Gas gegen N₂- Gas ausgetauscht und das Substrat aus der Wachstumsvorrich tung entnommen. Durch die Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens zur Filmherstellung wurde der GaN-Film 32 in Form von Inseln hergestellt.

Anschließend wurde in dem Substrat 11 durch Ätzen des in selförmigen GaN-Films 32 und der offenliegenden Bereiche 33 der Substratoberfläche 31 eine Vertiefung 34 geformt (Fig. 3(c)). Das Ätzen wurde durch ein Reaktivionenätzverfahren (RIBE) unter Verwendung von Chlorgas (Cl) durchgeführt. Zur Durchführung wurde das Substrat 31 in eine RIBE-Vor richtung eingesetzt und der Druck in der Vorrichtung auf 0,6 mTorr erniedrigt. Nachdem Chlorgas (Cl) zugeführt wor den war, um den Druck in der Vorrichtung zu stabilisieren, wurde das Ätzen mit einer Beschleunigungsspannung von 500 V durchgeführt. Die zugeführte Menge an Cl₂-Gas betrug 6 cm³/min, und die Temperatur des Substrats 31 entsprach der Raumtemperatur. Durch das Ätzen wurden während 20 Minuten etwa 1 µm des GaN-Films 32 und der freiliegenden Fläche 33 des Substrats 31 entfernt und die Vertiefung 34 kann auf der Oberfläche des Substrats 31 im freiliegenden Bereich 33 ausgebildet werden. Nach dem Ätzen wird die Beschleuni gungsspannung und die Zufuhr des Cl₂-Gases gestoppt und das N₂-Gas zugeführt, um eine N₂-Atmosphäre in der Vorrichtung zu erzeugen. Nachdem das Cl₂-Gas ausreichend gespült wurde, wird der Druck in der Vorrichtung auf Normaldruck gebracht und das Substrat 31 entnommen.

Anschließend wird wiederum durch das Hydrid-VPE-Verfahren (HVPE) ein GaN-Film 35 auf dem inselförmigen GaN-Film 32 ausgebildet (Fig. 3(d, e, f)). Wie oben beschrieben, wird bei der Herstellung des GaN-Films 35 zunächst das Substrat in eine HVPE-Vorrichtung eingesetzt, und die Temperatur in einer H₂-Atmosphäre auf 600°C erhöht. Nachdem eine Tempe ratur von 600°C erreicht ist, wird NH₃-Gas zugeführt und die Temperatur auf 1020°C erhöht. Nachdem sich die Wachs tumstemperatur stabilisiert hat, wird zum Aufwachsen von GaN GaCl zugeführt. Die Menge des dem Ga zugeführten HCl beträgt 20 cm³/min, und die zugeführte Menge des NH₃-Gases beträgt 1200 cm³/min. Das Wachstum schreitet während des Aufwachsverfahrens wie bei den Beispielen 1 und 2 beschrie ben fort. Während eines Wachstums von 5 Stunden bildete sich ein GaN-Film 35 mit einer Stärke von 250 µm. Nach der Herstellung des GaN-Films 35 wird unter Zuführung von NH₃- Gas die Temperatur auf etwa 600°C abgekühlt und dann die Zufuhr des NH₃-Gases unterbrochen. Das H₂-Gas wird durch N₂- Gas ersetzt, auf Raumtemperatur abgekühlt und das Substrat aus der Wachstumsvorrichtung entnommen.

Bei diesem Beispiel wurde ein GaN-Film 35 mit wenigen Kris tallfehlern erhalten. Bei diesem Beispiel wurde zum Ätzen des Saphirs trockenes Ätzen verwendet, jedoch kann mit nas sem Ätzen die gleiche Wirkung erhalten werden. Für das punktförmige Wachstum (inselförmiges Wachstum) des GaN- Films wurde das Hydrid-VPE-Verfahren verwendet, aber auch wenn der Film mit dem MOVPE-Verfahren ausgebildet wird, wird eine gleiche Wirkung erhalten. Der Film ist nicht auf einen GaN-Film beschränkt, und soweit das inselförmige Wachstum möglich ist, kann die gleiche Wirkung auch mit ei nem Al_xGa_1-xN-Film (0 (x (1), einem In_xGa_1-xN-Film (0 (x 1), oder einem InAlGaN-Film erreicht werden.

Beispiel 4

Dieses Beispiel wird unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrie ben. In diesem Beispiel wird als Substrat 41 eine (111) Ebene eines Siliziumsubstratkristalls (Si) verwendet (Fig. 4(a)). Auf dem Substrat 41 wird ein inselförmiger GaN-Film 42 ausgebildet (Fig. 4(a)). Der inselförmige GaN-Film 42 wird wie in Beispiel 3 mit dem Hydrid-VPE-Verfahren (HVPE) hergestellt, wobei Galliumchlorid, das ein Reaktionsprodukt aus Gallium (Ga) und Chlorwasserstoff (HCl) ist, als Aus gangsmaterial für ein Element der Gruppe III und Ammoniak gas (NH₃) als Ausgangsmaterial für ein Element der Gruppe V verwendet wird. Bei der Herstellung des inselförmigen GaN- Films 42 wird zuerst das Substrat 41 in die HVPE-Vorrich tung eingesetzt und unter einer H₂-Atmosphäre die Tempera tur auf 600°C erhöht. Nachdem eine Temperatur von 600°C erreicht ist, wird NH₃-Gas zugeführt und die Temperatur auf 1050°C erhöht. Nachdem sich die Wachstumstemperatur stabi lisiert hat, wird zum Aufwachsen von GaN dem Ga HCl zuge führt. Die zugeführte Menge an HCl beträgt 5 cm³/min und die zugeführte Menge an NH₃-Gas beträgt 300 cm³/min. Der inselförmige GaN-Film 42 kann durch eine Zufuhr während ei ner Minute mit einer Höhe von etwa 1 bis 2 µm hergestellt werden (Fig. 4(b)). Nach der Herstellung des GaN-Films 42 wird unter Zufuhr von NH₃-Gas auf etwa 600°C abgekühlt und die Zufuhr des NH₃-Gases unterbrochen. Das H₂-Gas wird durch N₂-Gas ersetzt, auf Raumtemperatur abgekühlt und das Substrat aus der Wachstumsvorrichtung entnommen.

Anschließend wird ein freigelegter Bereich 43 auf der Ober fläche des Substrats 41 mit einer Lösung geätzt, um eine Vertiefung 44 auszubilden (Fig. 4(c)). Die Vertiefung 44 in der Oberfläche des Substrats 41 wurde durch nasses Ätzen unter Verwendung einer Mischung aus Salpetersäure und Flusssäure durchgeführt (Salpetersäure : Flusssäure : Was ser = 1 : 1 : 2, Volumen).

Auf dem inselförmigen GaN-Film 42 wurde unter Verwendung des Hydrid-VPE-Verfahrens (HVPE) ein GaN-Film 45 aufge formt, wobei Galliumchlorid (GaCl), ein Reaktionsprodukt aus Gallium (Ga) und Chlorwasserstoff (HCl), als Ausgangs material eines Elements der Gruppe III und Ammoniakgas (NH₃) als Ausgangsmaterial eines Elements der Gruppe V ver wendet wurde (Fig. 4(d)). Bei der Herstellung des GaN-Films 45 wurde zunächst das Substrat in eine HVPE-Vorrichtung eingesetzt, in einer H₂-Gasatmosphäre die Temperatur auf 650°C erhöht, NH₃-Gas zugeführt und die Temperatur auf 1000°C erhöht. Nachdem sich die Wachstumstemperatur stabi lisiert hat, wird zum Aufwachsen von GaN GaCl zugeführt. Die zugeführte Menge an HCl beträgt 20 cm³/min, und die zu geführte Menge an NH₃-Gas beträgt 1000 cm³/min. Während des Wachstums findet das Wachstum des GaN in den im Substrat 41 eingeformten Vertiefungen 44 nur schwer statt. Daher wächst das GaN bevorzugt auf der Oberfläche und den Seitenflächen des inselförmigen GaN-Films 42 (Fig. 4(e)). Mit fortschrei tendem Wachstum füllt der von benachbarten Inseln des GaN- Films 42 aufwachsende GaN-Film 45 die freiliegenden Berei che 43 und in der in der Oberfläche des Substrats 41 einge formten Vertiefung 44 bildet sich ein Hohlraum aus (Fig. 4(e)). Wird das epitaktische Wachstum in der gleichen Weise fortgesetzt, wie bei den Beispielen 1, 2 und 3 beschrieben, erhält der GaN-Film 45 eine glatte Oberfläche (Fig. 4(f)). Während eines Wachstums von acht Stunden wurde ein GaN-Film 45 mit einer Dicke von 400 µm ausgebildet. Nach der Herstel lung des GaN-Films 45 wird unter Zufuhr von NH₃-Gas auf 600 °C abgekühlt und die Zufuhr des NH₃-Gases unterbrochen. Es wurde weiter auf Raumtemperatur abgekühlt, das H₂-Gas durch N₂-Gas ersetzt und das Substrat aus der Wachstumsvorrich tung entnommen. Der GaN-Film 45 auf dem entnommenen Sub strat 41 wurde wie bei Beispiel 1 ohne Sprünge oder Brüche gebildet.

Durch die Entfernung des Substrats 41, sowie Abschleifen und Glätten der Rückseite kann der GaN-Film 45 anschließend zu einem Substratkristall mit einer einfachen Form geformt werden (Fig. 4(g)). Die Entfernung des Substrats durch Ät zen wird unter Verwendung einer flüssigen Mischung von Sal petersäure und Flusssäure durchgeführt. Indem das Substrat für 24 Stunden in eine 1. 1 Mischung der Flüssigkeit ein getaucht wird, wurde das Substrat 41 entfernt und das Ab schleifen und Glätten wurde durchgeführt. Da diese flüssige Mischung Silizium löst, jedoch kaum den GaN-Film 45 anätzt, wird das Siliziumsubstrat als Basissubstrat bevorzugt ent fernt.

Bei diesem Beispiel wurde von dem Substratkristall 41 die (111) Fläche des Siliziumsubstrats verwendet, aber auch wenn eine in einer beliebigen Richtung leicht geneigte (111) Ebene, eine (100) Ebene oder eine andere Ebene ver wendet wird, wird die gleiche Wirkung erhalten. Die Form und die Größe der Vertiefung variiert mit der verwendeten Substratfläche, aber in jedem Fall kann eine zufriedenstel lende epitaktische Schicht erhalten werden.

Die Struktur ist nicht auf das Siliziumsubstrat beschränkt und auch wenn ein GaAs-Substrat, ein GaP-Substrat, ein ZnO- Substrat, ein Substratmaterial, bei dem ein GaAs-Film auf einem Si-Substrat ausgebildet ist, oder ein anderes Mate rial verwendet wird, kann eine zufriedenstellende epitakti sche Schicht erhalten werden.

Beispiel 5

Bei diesem Beispiel wird das in Beispiel 2 beschriebene Verfahren zur Herstellung der epitaktischen Schicht mehr mals wiederholt.

Dieses Beispiel wird unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrie ben. In diesem Beispiel werden zunächst die bei Beispiel 2 in den Fig. 2(a) bis (e) beschriebenen Verfahrens schritte durchgeführt. Genauer wird ein Al_0,2Ga_0,8N-Film 52 (Fig. 5(b)) mit einem Sprung 53 auf der (0001) Ebene des Saphirsubstrats 51 (Al₂O₃) ausgebildet (Fig. 5(a)). An schließend wird nass geätzt, um eine Vert 21567 00070 552 001000280000000200012000285912145600040 0002010051632 00004 21448iefung 55 in das Substrat 51 einzuformen und dann das Hydrid-VPE-Verfahren (HVPE) verwendet, um einen GaN-Film 54 auszubilden (Fig. 5(c)). In diesem Fall verbleibt die Vertiefung 55 auf dem Substrat.

Anschließend wird das oben beschriebene Verfahren wieder holt. Genauer wird nachdem ein Al_0,2Ga_0,8N-Film 56 mit einem Sprung 57 auf dem GaN-Film 54 ausgebildet ist (Fig. 5(d))und eine Vertiefung 59 durch nasses Ätzen in den GaN- Film 54 eingeformt worden ist, das Hydrid-VPE-Verfahren (HVPE) verwendet, um den GaN-Film 58 auszubilden (Fig. 5(e)).

Wie oben beschrieben, wird ein GaN-Film 58 mit deutlich verminderten Kristallfehlern erhalten.

Beispiel 6

Diese Beispiel wird unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrie ben. In diesem Beispiel wird als Substrat 61 ein GaAs-Sub stratkristall mit einer (100) Ebene verwendet, die in einem Winkel von 2 Grad in der (110 (Richtung geneigt ist (Fig. 6(a)). Auf dem Substrat 61 wurde unter Verwendung des Hy drid-VPE-Verfahrens (HVPE) ein inselförmiger GaN-Film 62 aufgeformt, wobei Galliumchlorid (GaCl), ein Reaktionspro dukt aus Gallium (Ga) und Chlorwasserstoff (HCl), als Aus gangsmaterial eines Elements der Gruppe III und Ammoniakgas (NH₃) als Ausgangsmaterial eines Elements der Gruppe V ver wendet wurde, und wobei gleichzeitig eine geätzte Vertie fung 63 in die Oberfläche eines Substrats 61 eingeformt wurde (Fig. 6(b)). Um den inselförmigen GaN-Film 62 und die Vertiefung 63 auf der Oberfläche des Substrats 61 einzufor men, wird das Substrat 61 in die HVPE-Vorrichtung einge setzt, unter einer H₂-Atmosphäre die Temperatur auf 700°C erhöht, die Temperatur stabilisiert und GaCl sowie NH₃-Gas zugeführt, um den inselförmigen Film 62 auszubilden. Die Menge des auf das Ga zugeführten HCl beträgt 1 cm³/min, und die zugeführte Menge an NH₃-Gas beträgt 1000 cm³/min. Durch das Wachstum bildet sich der inselförmige GaN-Film 62 auf der Oberfläche des Substrats 61 und es bildet sich die Ver tiefung 63 in der Oberfläche aus. Mit fortschreitendem Wachstum des GaN vergrößert sich der inselförmige GaN-Film 62 und die Vertiefung 63 auf der Oberfläche des Substrats 61 vergrößert sich (Fig. 6(c)). Schreitet das Wachstum wei ter fort, koaleszieren benachbarte inselförmige GaN-Filme 62. In einem Bereich eines koaleszierten GaN-Films 62 wird das Fortschreiten des Ätzens auf der Oberfläche des Sub strats 61 gestoppt. Das Wachstum wird fortgesetzt und der GaN-Film 62 bedeckt die Oberfläche des Substrats 61 voll ständig (Fig. 6(d)). Anschließend wird NH₃-Gas zugeführt während die Temperatur des Substrats 61 auf 1000°C erhöht wird. Nachdem sich die Temperatur stabilisiert hat, wird GaCl zugeführt und es bildet sich ein GaN-Film 64 aus. Die Menge des dem Ga zugeführten HCl beträgt 20 cm³/min und die zugeführte Menge des NH₃-Gases beträgt 1000 cm³/min. Durch das Wachstum wurde innerhalb von sechs Stunden ein GaN-Film 64 mit einer Dicke von 300 µm gebildet (Fig. 6(e)). Nach der Ausbildung des GaN-Filmes 64 wird unter Zufuhr von NW- Gas auf eine Temperatur von ungefähr 600°C abgekühlt und die Zufuhr von NH₃ unterbrochen. Es wird auf Raumtemperatur abgekühlt, das H₂-Gas durch N₂-Gas ersetzt und das Substrat aus der Wachstumsvorrichtung entnommen.

Anschließend wird das Substrat 61 entfernt und ein einfa cher Körper des GaN-Films 64 gebildet (Fig. 6(f)). Die Ent fernung des Substrats 61 durch Ätzen wird unter Verwendung von Schwefelsäure durchgeführt. Nachdem das Substrat für 12 Stunden eingetaucht worden war, war das Substrat 61 ent fernt und es wurde abgeschliffen, um eine ebene Rückseite zu erhalten. Da die Schwefelsäure den GaN-Film 64 kaum anätzt, kann der GaN-Film 64 als Film eines einfachen Kör pers entnommen werden. Bei diesem Beispiel wurde ein GaN- Film mit wenigen Kristallfehlern erhalten und die Entfer nung des Substrats konnte einfach durchgeführt werden.

Beispiel 7

Dieses Beispiel wird unter Bezugnahme auf Fig. 7 beschrie ben. In diesem Beispiel wird eine (0001) Ebene eines Sa phirsubstrats 71 (Al₂O₃) als Substrat verwendet (Fig. 7(a)). Auf dem Substrat 71 wird durch das Verfahren der me tallorganischen Dampfphasenepitaxie (MOVPE) ein inselförmi ger GaN-Film 73 ausgebildet, wobei Trimethylgallium (TMG) als Ausgangsmaterial eines Elements der Gruppe III, Ammoni akgas als Ausgangsmaterial eines Elements der Gruppe V und Wasserstoff- (H₂) sowie Stickstoffgas (N₂) als Trägergas verwendet wurden (Fig. 7(c)).

Das Verfahren zur Herstellung des GaN-Films 73 verläuft wie folgt. Zunächst wird das Saphirsubstrat 71 mit der gerei nigten Oberfläche in den Wachstumsbereich einer MOVPE-Vor richtung eingesetzt. Anschließend wird in einer gemischten Atmosphäre aus H₂ und N₂-Gas die Temperatur auf 1100°C er höht und die Oberfläche des Substrats 71 wärmebehandelt. Anschließend wird die Temperatur des Substrats 71 auf 500 °C erniedrigt. Nachdem sich die Temperatur stabilisiert hat, werden TMG und NH₃ zugeführt und es bildet sich eine GaN-Schicht 72 mit einer Dicke von 30 nm aus (Fig. 7(b)). In diesem Fall beträgt die zugeführte Menge an TMG und NH₃ 10 µmol/min bzw. 5000 cm³/min und das H₂- bzw. das N₂-Gas wird in einer Menge von 10000 cm³/min zugeführt. Nach der Aus bildung des GaN-Films 72 wird während einer erneuten Zufuhr von NH₃-Gas die Temperatur des Substrats 71 erneut auf 1080 °C erhöht. Während des Temperaturanstiegs wird ein Teil des GaN-Films 72 verdampft, um einen teilchenförmigen GaN-Film auszubilden. Um bevorzugt einen teilchenförmigen Film aus zubilden, wird die Dicke des GaN-Films bevorzugt entspre chend der Geschwindigkeit der Temperatursteigerung, der Wachstumstemperatur und des H₂- bzw. des NH₃-Partialdrucks gewählt.

Nachdem sich die Temperatur stabilisiert hat, wird TMG zu geführt und es erfolgt das epitaktische Wachstum. Dadurch bildet sich der inselförmige GaN-Film 73 mit einer Kris tallfläche, wobei die teilchenförmige GaN-Schicht 72 als Keim genutzt wird. In diesem Fall beträgt die zugeführte TMG-Menge 90 µmol/min.

Anschließend wird unter einer NH₃-Atmosphäre auf 600°C ab gekühlt. Sobald die Temperatur des Substrats 71 etwa 500°C erreicht hat, wird die Zufuhr des NH₃-Gases und des H₂-Ga ses unterbrochen und unter Zufuhr von lediglich N₂-Gas wird auf Raumtemperatur abgekühlt und das Substrat aus der MOVPE-Vorrichtung entnommen.

Anschließend wird auf dem inselförmigen GaN-Film 73 ein GaN-Film 75 gebildet (Fig. 1(d)). Der GaN-Film 75 wird nach dem Hydrid-VPE-Verfahren (HVPE) hergestellt, wobei Gallium chlorid (GaCl), das ein Reaktionsprodukt aus Gallium (Ga) und Chlorwasserstoff (HCl) ist, als Ausgangsmaterial der Gruppe III verwendet wird und Ammoniakgas (NH₃) als Aus gangsmaterial der Gruppe V verwendet wird. Das Verfahren zur Herstellung des GaN-Films 73 verläuft wie folgt. Zuerst wird das Substrat 71 in die HVPE-Vorrichtung eingesetzt und H₂-Gas zugeführt während die Temperatur auf etwa 600°C er höht wird. Anschließend wird NH₃-Gas zugeführt, während die Temperatur weiter auf 1040°C erhöht wird. Nachdem sich die Wachstumstemperatur stabilisiert hat, wird zum Aufwachsen von GaN GaCl zugeführt. In diesem Fall beträgt die zuge führte GaCl-Menge 20 cm³/min und die zugeführte Menge an NH₃ beträgt 1000 cm³/min. Da das Wachstum des GaN auf dem freiliegenden Abschnitt 75 auf der Oberfläche des Saphir substrats 71 nur schwierig erfolgt, schreitet das epitakti sche Wachstum während des HVPE-Wachstums im wesentlichen nur auf der Oberfläche des GaN-Films 73 fort. Mit fort schreitendem Wachstum des GaN-Films 75 wird ein freiliegen der Abschnitt 74 aufgefüllt. Wird das Wachstum weiter fort gesetzt, wird die Oberfläche des GaN-Films 75 glatt. Durch das epitaktische Wachstum kann während fünf Stunden ein GaN-Flim 75 mit einer Dicke von 300 µm gebildet werden. Nach der Ausbildung des GaN-Films 75 wird unter Zufuhr von NH₃-Gas auf etwa 600°C abgekühlt, die Zufuhr des NH₃-Gases wird unterbrochen, weiter auf Raumtemperatur abgekühlt, das H₂-Gas durch N₂-Gas ersetzt und das Substrat aus der HVPE- Vorrichtung entnommen.

Der GaN-Film 75 auf dem Substrat 71 wurde ohne Sprünge oder Brüche ausgebildet. Die Messung der Kraterdichte auf der Oberfläche des GaN-Films 75 nach dem Ätzen mit einer Lösung auf Basis von Phosphorsäure ergab einen Wert von 1 × 10⁷/cm².

Bei diesem Beispiel wurde der GaN-Film 75 unter Verwendung des Hydrid-VPE-Verfahrens mit einer hohen Wachstumsge schwindigkeit beim epitaktischen Wachstum des GaN-Films 75 hergestellt, die gleiche Wirkung wird auch erhalten, wenn das Verfahren der metallorganischen Dampfphasenepitaxie (MOVPE) verwendet wird. Weiter wurde ein Saphirsubstrat 71 verwendet, aber auch bei Verwendung eines Si-Substrats, ei nes ZnO-Substrats, eines SiC-Substrats, eines LiGaO₂-Sub strats, eines MgAl₂O₄-Substrats, eines NdGaO₃-Substrats, ei nes GaP-Substrats, oder eines vergleichbaren Substrates kann die gleiche Wirkung erreicht werden. Bei diesem Bei spiel wurde der auf dem Substrat 71 aufgeformte GaN-Film verwendet, jedoch auch wenn ein Al_xIn_yGa_zN-Film (x + y + z = 1), ein Al_xGa_1-xN-Film (x (1), ein In_xGa_1-xN-Film (x (1) ein InN-Film, ein In_xGa_1-xAs-Film (x (1), oder ein In_xGa_1- _xP-Film (x (1) ausgebildet wird, wird die gleiche Wirkung erhalten. Bei diesem Beispiel wurde das epitaktische Wachs tum des GaN-Films 75 beschrieben, aber auch wenn ein Al_xIn_yGa_zN-Film (x + y + z = 1; 0 (x, y, z (1), ein Al_xGa_1- _xN-Film (0 (x (1), ein In_xGa_1-xN-Film (x (1), ein InN- Film, ein In_xGa_1-xAs-Film (x (1), oder ein In_xGa_1-xP-Film (x (1) einem epitaktischen Wachstum unterworfen wird, kann die gleiche Wirkung erhalten werden. Weiter kann die glei che Wirkung auch dann erreicht werden, wenn mit Verunreini gungen dotiert ist.

Beispiel 8

Dieses Beispiel wird unter Bezugnahme auf die Fig. 8 be schrieben. In diesem Beispiel wird eine (0001) Ebene eines Saphirsubstrats (Al₂O₃) 81 als Substrat verwendet (Fig. 8(a)). Auf dem Substrat 81 wird durch das MOVPE-Verfahren ein GaN-Film 82 mit einer Dicke von 50 nm abgeschieden, wo bei Trimethylgallium (TMG) als Ausgangsmaterial eines Ele ments der Gruppe III verwendet wird, Ammoniakgas (NH₃) als Ausgangsmaterial eines Elements der Gruppe V und Wasser stoffgas (H₂) sowie Stickstoffgas (N₂) werden als Trägergas verwendet (Fig. 8(b)). Die Dicke der GaN-Schicht 82 kann geeignet in einem Bereich von 20 bis 300 nm gewählt werden.

Das Verfahren zur Herstellung des GaN-Films 82 verläuft wie folgt. Zunächst wird das Saphirsubstrat 81 mit der gerei nigten Oberfläche in den Wachstumsbereich einer MOVPE-Vor richtung eingesetzt. Anschließend wird die Temperatur in einer H₂-Gasatmosphäre auf 1050°C erhöht, und auf der Oberfläche des Substrats 81 wird eine Wärmebehandlung durchgeführt. Anschließend wird die Temperatur auf 500°C erniedrigt. Nachdem sich die Temperatur stabilisiert hat, wird die GaN-Schicht gebildet, indem TMG und NH₃ in einer Menge von 10 µmol/min bzw. 5000 cm³/min zugeführt werden und das H₂-Gas und das N₂-Gas in einer Menge von 12000 cm³/min bzw. 10000 cm³/min zugeführt wird. Nach der Her stellung des GaN-Films 82 wird nur das N₂-Gas gekühlt, um Raumtemperatur zu erreichen und das Substrat wird aus der MOVPE-Vorrichtung entnommen.

Anschließend werden wie bei Beispiel 7 durch das Hydrid- VPE-Verfahren (HVPE) ein inselförmiger GaN-Film 83 und eine GaN-Schicht 84 mit einer glatten Oberfläche gebildet (Fig. 8(c), (d)). Das Verfahren zur Ausbildung des inselförmigen GaN-Films 83 und der GaN-Schicht verläuft wie folgt. Zuerst wird das Substrat in eine HVPE-Vorrichtung eingesetzt und unter Zufuhr von H₂-Gas wird die Temperatur auf 600°C er höht. Weiter wird NH₃-Gas zugeführt, während die Temperatur auf 1020°C gesteigert wird. Während der Steigerung der Temperatur wird der größte Teil der GaN-Schicht 82 ver dampft und es wird ein teilchenförmiger GaN-Film ausgebil det. Um bevorzugt einen teilchenförmigen GaN-Film auszubil den, wird die Dicke des GaN-Films bevorzugt geeignet zur Geschwindigkeit der Temperaturerhöhung, der Wachstumstempe ratur und dem H₂- bzw. dem NH₃-Partialdruck gewählt.

Nachdem sich die Wachstumstemperatur stabilisiert hat, wird GaCl zugeführt, um den GaN-Film 83 aufzuwachsen. Bei dem HVPE-Wachstum schreitet das Wachstum fort, wobei im Wesent lichen nur die Oberfläche des teilchenförmigen GaN-Films 82 als Ausgangspunkt verwendet wird und es bildet sich ein in selförmiger GaN-Film 83 (Fig. 8(c)). In Fig. 13 ist ein Ausschnitt einer SEM (Rasterelektronenmikroskop) Fotografie in diesem Zustand gezeigt. In diesem Fall beträgt die auf das Ga zugeführte Menge an HCl 5 cm³/min und die zugeführte Menge an NH₃-Gas beträgt 500 cm³/min.

Indem die Menge des dem Ga zugeführten HCl auf 40 cm³/min erhöht wird und die Fließrate des NH₃-Gases auf 1200 cm³/min und das epitaktische Wachstum fortgesetzt wurde, wird das Wachstum auf der Oberfläche des inselförmigen GaN- Films 83 fortgesetzt. Wie beim Beispiel 7 koalesziert der GaN-Film 84 mit dem GaN-Film, der auf einer benachbarten inselförmigen GaN-Schicht 83 aufwächst.

Durch die Fortsetzung des Wachstums kann eine glatte Ober fläche gebildet werden. Der GaN-Film 84 mit einer Dicke von 300 µm kann durch ein vierstündiges Wachstum hergestellt werden. Nach der Herstellung des GaN-Films 84 wird unter Zuführung von NH₃ auf etwa 600°C abgekühlt und die Zufuhr des NH₃-Gases unterbrochen. Es wird weiter bis auf Raumtem peratur abgekühlt und das H₂-Gas gegen N₂-Gas ausgetauscht und das Substrat aus der Wachstumsvorrichtung entnommen.

Bei dem wie oben beschrieben erhaltenen GaN-Film 84 wurden weder Sprünge noch Brüche beobachtet.

In den jeweiligen oben dargelegten Beispielen sind vor al lem Fälle beschreiben worden, in denen das Nitridsystem des Elementes der Gruppe III in der vorliegenden Erfindung an gewandt wurde. Die vorliegende Erfindung nützt vorteilhaft das laterale Wachstum und das Material, das dem epitakti schen Wachstum unterworfen wird, soll nicht beschränkt sein. Die vorliegende Erfindung kann daher auch auf das epitaktische Wachstum von Galliumarsenid (GaAs), Silizium carbid (SiC) oder vergleichbaren Verbindungen auf dem Sili ziumsubstrat angewendet werden. Weiter ist das heterogene Basissubstrat nicht auf ein einzelnes Material beschränkt und es kann auch ein Substrat verwendet werden, das aus ei ner Vielzahl von Schichten aus unterschiedlichen Materia lien aufgebaut ist.

Beispiel 9

In diesem Beispiel wird ein Fall gezeigt, bei dem nach der Herstellung einer epitaktischen Schicht mit dem erfindungs gemäßen Verfahren die einzelnen Halbleiterschichten eines Halbleiterlaser auf der epitaktischen Schicht aufgeformt werden.

Fig. 14(a) zeigt schematisch ein Schnittbild eines Lasers auf Basis von Galliumnitrid, der hergestellt wurde, indem mit einem Verfahren, das dem aus Beispiel 1 glich, eine epitaktische GaN-Schicht (Filmdicke von 200 µm) 162, die mit Silizium (Si) als einer n-Typ Verunreinigung dotiert war, auf die (0001) Ebene eines Saphirsubstrats 161 aufge formt wurde, und wobei das Verfahren der metallorganischen Dampfphasenepitaxie (MOVPE) verwendet wurde, um die Halb leiterschichten auf dem Substrat aufzuwachsen.

Bei der Halbleiterlaserstruktur auf Basis von GaN wurde das in (a) gezeigte Substrat in die MOVPE-Vorrichtung einge setzt und unter einer H₂-Atmosphäre die Wachstumstemperatur auf 1050°C erhöht. Die NH₃-Atmosphäre wird bei einer Tem peratur von 650°C erzeugt. Durch aufeinanderfolgendes Aus bilden einer 1 µm dicken Si-dotierten n-Typ GaN-Schicht 163, einer 0,4 µm dicken Si-dotierten n-Typ Al_0,15Ga_0,85N Schicht 164, einer 0,1 µm dicken Si-dotierten n-Typ GaN- Lichtleitschicht 165, einer dreiperiodischen Merfach-Quan tenmulden-Struktur als aktive Schicht 166, bestehend aus einer 2,5 nm dicken undotierten In_0,2Ga_0,8N-Quantenmulden- Schicht und einer 5 nm dicken undotierten In_0,05Ga_0,95N- Sperrschicht, einer 20 nm dicken mit Magnesium (Mg) dotier ten p-Typ Al_0,2Ga_0,8N-Schicht 167, einer 0,1 µm dicken Mg-do tierten p-Typ GaN-Lichtleitschicht 168, einer 0,4 µm dicken Mg-dotierten p-Typ Al_0,15Ga_0,85N-Schicht 169, und einer 0,5 µm dicken Mg-dotierten p-Typ GaN Kontaktschicht 170, wurde eine Laserstruktur hergestellt. Nach der Ausbildung der p- Typ GaN-Kontaktschicht 170 wurde unter einer NH₃-Atmosphäre auf Raumtemperatur abgekühlt und die Struktur aus der Wachstumsvorrichtung entnommen. Die aktive Schicht 166 der Mehrfach-Quantenmulden-Struktur aus der 2,5 nm dicken undo tierten In_0,2Ga_0,8N-Quantenmulden-Schicht und der 5 nm dicken undotierten In_0,05Ga_0.95N-Sperrschicht wurde bei einer Tempe ratur von 780°C gebildet.

Als nächstes wurde der Kristall mit der darauf aufgeformten Laserstruktur in eine Schleifmaschine eingesetzt und das Saphirsubstrat 161 und der GaN-Film 162 um 50 µm abge schliffen. Durch Aufformen einer Titan (Ti)/Aluminium (Al) n-Typ-Elektrode 171 auf der freiliegenden Oberfläche der GaN-Schicht 165 eines SiO₂-Films 172 auf der p-Typ GaN- Schicht 170, um den elektrischen Strom zu begrenzen, wurde die Nickel (Ni)/Gold (Au) p-Typ-Elektrode 172 hergestellt (Fig. 14(b)).

Jede der Halbleiterschichten, aus denen der oben beschrie bene Laser aufgebaut war, zeigte zufriedenstellende Kris talleigenschaften und geringe Versetzungen. Die Ausbeute war zufriedenstellend und die Herstellungsstabilität war ausgezeichnet, und ein kontinuierlicher Betrieb bei Raum temperatur wurde mit einer Dichte der Schwellenspannung von 3 kA/cm² und einer Schwellenspannung von 5 V erreicht.

Bei diesem Beispiel wurde ein Teil des Saphirsubstrats 161 und des GaN-Films 162 abgeschliffen nachdem die Laserstruk tur auf der GaN-Schicht 162 aufgeformt worden war, die gleiche Wirkung wird jedoch auch erhalten, wenn ein Teil des Saphirsubstrats 161 und des GaN-Films 162 vor der Her stellung der Laserstruktur abgeschliffen wird.

Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 11-301158, deren Inhalt durch Bezugnahme mit um fasst ist.

Claims

1. Basissubstrat für die Kristallzüchtung zur Verwen dung als Basis für das Aufwachsen einer epitakti schen Kristallschicht, umfassend ein Basissubstrat, das ein Kristallsystem aufweist, das unterschied lich zum Kristallsystem der epitaktischen Kristall schicht ist, sowie eine Vielzahl von beabstandet zueinander auf dem Basissubstrat angeordneten in selförmigen Kristallen, wobei die inselförmigen Kristalle eine Einkristallschicht umfassen, welche das gleiche Kristallsystem aufweist wie die epitak tische Kristallschicht.

2. Basissubstrat für die Kristallzüchtung nach An spruch 1, wobei die inselförmigen Kristalle eine auf dem Basissubstrat aufgeformte untere polykris talline Schicht umfassen, sowie eine obere Einkris tallschicht, welche das gleiche Kristallsystem auf weist, wie die auf der unteren polykristallinen Schicht aufgeformte epitaktische Schicht.

3. Basissubstrat für die Kristallzüchtung nach An spruch 1, wobei die inselförmigen Kristalle im we sentlichen einen Einkristall mit dem gleichen Kris tallsystem wie die epitaktische Kristallschicht um fassen.

4. Basissubstrat für die Kristallzüchtung nach An spruch 1, wobei das Basissubstrat eine kon kav/konvexe Form aufweist, und der inselförmige Kristall auf einem konvexen Abschnitt der kon kav/konvexen Form aufgeformt ist.

5. Basissubstrat für die Kristallzüchtung nach An spruch 1, wobei die Vielzahl von inselförmigen Kristallen bezogen auf die Oberfläche des Basissubstrats einen Bedeckungsgrad im Bereich von 0,1% bis 60% aufweisen.

6. Basissubstrat für die Kristallzüchtung nach An spruch 1, wobei die mittlere Teilchengröße der Vielzahl von inselförmigen Kristallen im Bereich von 0,1 µm bis 10 µm liegt.

7. Basissubstrat für die Kristallzüchtung nach An spruch 1, wobei der mittlere Abstand zwischen be nachbarten inselförmigen Kristallen im Bereich von 10 µm bis 500 µm liegt.

8. Basissubstrat für die Kristallzüchtung nach An spruch 1, wobei die zahlenmäßige Dichte der Viel zahl inselförmiger Kristalle im Bereich von 105 Kristalle/µm² bis 102 Kristalle/µm² liegt.

9. Basissubstrat für die Kristallzüchtung nach An spruch 1, wobei die epitaktische Kristallschicht aus einem Nitridmaterial eines Elements der Gruppe III besteht.

10. Substrat, bei dem eine epitaktische Kristallschicht auf den inselförmigen Kristallen des Basissubstrats für die Kristallzüchtung nach Anspruch 1 aufgeformt ist.

11. Verfahren zur Herstellung eines Basissubstrats für die Kristallzüchtung, welches aus einem Basissub strat und einer Vielzahl von beabstandet zueinander auf dem Basissubstrat angeordneten inselförmigen Kristallen besteht und welches als Basis zum Auf wachsen einer epitaktischen Schicht verwendet wird, die ein Kristallsystem aufweist, das unterschied lich ist zum Kristallsystem des Basissubstrats, wo bei das Verfahren umfasst:
einen Schritt, bei dem auf der Oberfläche des Ba sissubstrats direkt oder über eine weitere Schicht eine Pufferschicht aufgeformt wird, welche das gleiche Kristallsystem aufweist, wie die epitakti sche Schicht, und
einen Schritt, bei dem ein Teil der Pufferschicht nass geätzt wird, um einen inselförmigen Bereich zu erzeugen, wodurch der inselförmige Kristall ausge bildet wird, welcher eine Einkristallschicht um fasst, welche das gleiche Kristallsystem aufweist, wie die epitaktische Schicht.

12. Verfahren zur Herstellung eines Basissubstrats für die Kristallzüchtung, welches aus einem Basissub strat und einer Vielzahl von beabstandet zueinander auf dem Basissubstrat angeordneten inselförmigen Kristallen besteht und welches als Basis zum Auf wachsen einer epitaktischen Schicht verwendet wird, die ein Kristallsystem aufweist, das unterschied lich ist zum Kristallsystem des Basissubstrats, wo bei das Verfahren umfasst:
einen Schritt, bei dem eine erste Pufferschicht bei einer ersten Wachstumstemperatur direkt oder über eine weitere Schicht auf der Oberfläche des Basis substrats aufgeformt wird;
einen Schritt, bei dem eine zweite Pufferschicht, die das gleiche Kristallsystem aufweist, wie die epitaktische Kristallschicht, bei einer zweiten Wachstumstemperatur, die höher als die erste Wachs tumstemperatur ist, aufgeformt wird; und
einen Schritt, bei dem ein Teil der ersten und der zweiten Pufferschicht derart nass geätzt wird, dass inselförmige Bereiche übrig bleiben, wobei insel förmige Kristalle erzeugt werden, die eine Einkris tallschicht umfassen, welche das gleiche Kristall system aufweist, wie die epitaktische Kristall schicht.

13. Verfahren zur Herstellung des Basissubstrats für die Kristallzüchtung nach Anspruch 11, wobei wäh rend des nassen Ätzens der Pufferschicht zumindest ein Teil der freiliegenden Oberfläche des Basissub strats angeätzt wird.

14. Verfahren zur Herstellung des Basissubstrats für die Kristallzüchtung nach Anspruch 12, wobei wäh rend des nassen Ätzens der Pufferschicht zumindest ein Teil der freiliegenden Oberfläche des Basissub strats geätzt wird.

15. Verfahren zur Herstellung eines Basissubstrats für die Kristallzüchtung, bestehend aus einem Basissub strat und einer Vielzahl von beabstandet zueinander auf dem Basissubstrat angeordneten inselförmigen Kristallen, und welches als Basis zum Aufwachsen einer epitaktischen Schicht verwendet wird, die ein Kristallsystem aufweist, das unterschiedlich ist zum Kristallsystem des Basissubstrats, wobei das Verfahren umfasst: einen Schritt, bei dem eine Kristallschicht, die eine Einkristallschicht umfasst, welche das gleiche Kristallsystem aufweist wie die epitaktische Kris tallschicht direkt oder über einen weitere Schicht auf der Oberfläche des Basissubstrats abgelagert wird, um die inselförmigen Kristalle auszubilden.

16. Verfahren zur Herstellung des Basissubstrats für die Kristallzüchtung nach Anspruch 15, wobei nach der Ausbildung der inselförmigen Kristalle zumin dest ein Teil der freiliegenden Oberfläche des Ba sissubstrats geätzt wird.

17. Verfahren zur Herstellung des Basissubstrats für die Kristallzüchtung nach Anspruch 11, wobei die inselförmigen Kristalle eine auf dem Basissubstrat aufgeformte untere polykristalline Schicht umfas sen, sowie eine obere Einkristallschicht, die auf der unteren polykristallinen Schicht ausgebildet ist.

18. Verfahren zur Herstellung des Basissubstrats für die Kristallzüchtung nach Anspruch 12, wobei die inselförmigen Kristalle eine auf dem Basissubstrat aufgeformte untere polykristalline Schicht umfas sen, sowie eine obere Einkristallschicht, die auf der unteren polykristallinen Schicht ausgebildet ist.

19. Verfahren zur Herstellung des Basissubstrats für die Kristallzüchtung nach Anspruch 15, wobei die inselförmigen Kristalle eine auf dem Basissubstrat aufgeformte untere polykristalline Schicht auf weist, sowie eine auf der unteren polykristallinen Schicht aufgeformte obere Einkristallschicht.

20. Verfahren zur Herstellung des Basissubstrats für die Kristallzüchtung nach Anspruch 11, wobei die Vielzahl von inselförmigen Kristallen bezogen auf die Oberfläche des Basissubstrats einen Bedeckungs grad im Bereich von 0,1% bis 60% aufweisen.

21. Verfahren zur Herstellung des Basissubstrats für die Kristallzüchtung nach Anspruch 12, wobei die Vielzahl von inselförmigen Kristallen bezogen auf die Oberfläche des Basissubstrats einen Bedeckungs grad im Bereich von 0,1% bis 60% aufweisen.

22. Verfahren zur Herstellung des Basissubstrats für die Kristallzüchtung nach Anspruch 15, wobei die Vielzahl von inselförmigen Kristallen bezogen auf die Oberfläche des Basissubstrats einen Bedeckungs grad im Bereich von 0,1% bis 60% aufweisen.

23. Verfahren zur Herstellung des Basissubstrats für die Kristallzüchtung nach Anspruch 11, wobei die mittlere Teilchengröße der Vielzahl von inselförmi gen Kristallen im Bereich von 0,1 µm bis 10 µm liegt.

24. Verfahren zur Herstellung des Basissubstrats für die Kristallzüchtung nach Anspruch 12, wobei die mittlere Teilchengröße der Vielzahl von inselförmi gen Kristallen im Bereich von 0,1 µm bis 10 µm liegt.

25. Verfahren zur Herstellung des Basissubstrats für die Kristallzüchtung nach Anspruch 15, wobei die mittlere Teilchengröße der Vielzahl von inselförmi gen Kristallen im Bereich von 0,1 µm bis 10 µm liegt.

26. Verfahren zur Herstellung des Basissubstrats für die Kristallzüchtung nach Anspruch 11, wobei der mittlere Abstand zwischen benachbarten inselförmi gen Kristallen im Bereich von 10 µm bis 500 µm liegt.

27. Verfahren zur Herstellung des Basissubstrats für die Kristallzüchtung nach Anspruch 12, wobei der mittlere Abstand zwischen benachbarten inselförmigen Kristallen im Bereich von 10 µm bis 500 µm liegt.

28. Verfahren zur Herstellung des Basissubstrats für die Kristallzüchtung nach Anspruch 15, wobei der mittlere Abstand zwischen benachbarten inselförmi gen Kristallen im Bereich von 10 µm bis 500 µm liegt.

29. Verfahren zur Herstellung des Basissubstrats für die Kristallzüchtung nach Anspruch 11, wobei die zahlenmäßige Dichte der Vielzahl inselförmiger Kristalle im Bereich von 10^-5 Kristalle/µm² bis 10^-2 Kristalle/µm² liegt.

30. Verfahren zur Herstellung des Basissubstrats für die Kristallzüchtung nach Anspruch 12, wobei die zahlenmäßige Dichte der Vielzahl inselförmiger Kristalle im Bereich von 10^-5 Kristalle/µm² bis 10^-2 Kristalle/µm² liegt.

31. Verfahren zur Herstellung des Basissubstrats für die Kristallzüchtung nach Anspruch 15, wobei die zahlenmäßige Dichte der Vielzahl inselförmiger Kristalle im Bereich von 10^-5 Kristalle/µm² bis 10^-2 Kristalle/µm² liegt.

32. Verfahren zur Herstellung des Basissubstrats für die Kristallzüchtung nach Anspruch 11, wobei die epitaktische Kristallschicht aus einem Nitridmate rial eines Elements der Gruppe III besteht.

33. Verfahren zur Herstellung des Basissubstrats für die Kristallzüchtung nach Anspruch 12, wobei die epitaktische Kristallschicht aus einem Nitridmate rial eines Elements der Gruppe III besteht.

34. Verfahren zur Herstellung des Basissubstrats für die Kristallzüchtung nach Anspruch 15, wobei die epitaktische Kristallschicht aus einem Nitridmate rial eines Elements der Gruppe III besteht.

35. Basissubstrat für das Kristallwachstum, hergestellt nach dem Verfahren zur Herstellung des Basissub strats für die Kristallzüchtung nach Anspruch 11.

36. Basissubstrat für das Kristallwachstum, hergestellt nach dem Verfahren zur Herstellung des Basissub strats für die Kristallzüchtung nach Anspruch 12.

37. Basissubstrat für das Kristallwachstum, hergestellt nach dem Verfahren zur Herstellung des Basissub strats für die Kristallzüchtung nach Anspruch 15.

38. Verfahren zur Herstellung eines Substrats umfassend einen Schritt, in dem das Verfahren zur Herstellung eines Basissubstrats für die Kristallzüchtung nach Anspruch 11 verwendet wird, um das Basissubstrat für die Kristallzüchtung herzustellen, und einen Schritt, bei dem anschließend eine epitaktische Wachstumsschicht, welche das gleiche Kristallsystem aufweist, wie der inselförmige Kristall, in der Weise aufgeformt wird, dass die inselförmigen Kris talle eingebettet werden.

39. Verfahren zur Herstellung eines Substrats umfassend einen Schritt, bei dem das Verfahren zur Herstel lung eines Basissubstrats für die Kristallzüchtung nach Anspruch 12 verwendet wird, um das Basissub strat für das Kristallwachstum herzustellen, und einen Schritt, in dem anschließend eine epitakti sche Wachstumsschicht, welche das gleiche Kristall system aufweist, wie der inselförmige Kristall, in der Weise aufgeformt wird, dass die inselförmigen Kristalle eingebettet werden.

40. Verfahren zur Herstellung eines Substrats umfassend einen Schritt, bei dem das Verfahren zur Herstel lung eines Basissubstrats für die Kristallzüchtung nach Anspruch 15 verwendet wird, um das Basissub strat für das Kristallwachstum herzustellen, und einen Schritt, in dem anschließend eine epitakti sche Wachstumsschicht, welche das gleiche Kristall system aufweist, wie der inselförmige Kristall, in der Weise aufgeformt wird, dass die inselförmigen Kristall eingebettet werden.

41. Substrat, hergestellt nach dem Verfahren zur Her stellung des Substrats nach Anspruch 38.

42. Substrat, hergestellt nach dem Verfahren zur Her stellung des Substrats nach Anspruch 39.

43. Substrat, hergestellt nach dem Verfahren zur Her stellung des Substrats nach Anspruch 40.