DE102018216146B4 - Herstellungsverfahren eines III-V-Verbindungskristalls oder einer Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Herstellungsverfahren eines III-V-Verbindungskristalls oder einer Halbleitervorrichtung, wobei das Herstellungsverfahren enthält:einen Schritt der Zurverfügungstellung eines Keimkristall-gebildeten Substrates zur Verfügungstellung eines Keimkristall-gebildeten Substrates, worin ein III-V-Verbindungskeimkristall auf einem Substrat gebildet ist,einen Keimkristall-Trennschritt zum Trennen eines Teils eines Bereiches, der mit dem Substrat in dem III-V-Verbindungskeimkristall in Kontakt steht, von dem Substrat,worin der Teil des Bereiches, der mit dem Substrat in dem III-V-Verbindungskeimkristall in Kontakt steht, durch Bestrahlen des III-V-Verbindungskeimkristalls mit einem Laserstrahl von einer Seite des Substrates des Keimkristall-gebildeten Substrates in dem Keimkristall-Teiltrennschritt getrennt wird, undeinen Kristall-Wachstumsschritt zum Erzeugen und Wachsen lassen des III-V-Verbindungskristalls durch Reaktion eines Elementes der Gruppe III und eines Elementes der Gruppe V durch Verwendung des III-V-Verbindungskeimkristalls als Nukleus nach dem Keimkristall-Teiltrennschritt,einen Substrat-Trennschritt zum Trennen des Substrates von dem III-V-Verbindungskristall nach dem Kristallwachstumsschritt,wobei das Substrat von dem III-V-Verbindungskristall auf der Basis eines Unterschiedes einer Expansionsrate oder einer Kontraktionsrate zwischen dem III-V-Verbindungskristall und dem Substrat aufgrund der Temperaturänderung im Substrat-Trennschritt getrennt wird, undder III-V-Verbindungskristall und das Substrat in dem Substrat-Trennschritt gekühlt werden.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren eines III-V-Verbindungskristalls und ein Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Halbleiter aus III-V-Verbindungen (ebenfalls als III-V-Halbleiter, Halbleiter auf GaN-Basis oder dergleichen bezeichnet) wie Galliumnitrid (GaN) werden in großem Umfang als Materialien von verschiedenen Arten von Halbleiterelementen wie Laserdiode (LD) und Lichtemittierende Diode (LED) verwendet.
  • Als Verfahren zur leichten Herstellung eines III-V-Verbindungshalbleiters wird ein Dampfphasen-Epitaxial-Wachstumsverfahren (häufig einfach als „Dampfphasen-Wachstumsverfahren“ bezeichnet) beispielsweise verwendet (japanische geprüfte Patentveröffentlichung JP H07-54806 A und japanische offengelegte Patentanmeldung JP 2014-009156 A. Bei Dampfphasen-epitaxial-Wachstumsverfahren gab es eine Grenze bezüglich der Dicke des Kristalls, der wächst. Aufgrund von Verbesserungen in den letzten Jahren wurde es möglich, III-V-Verbindungskristalle mit einer großen Dicke zu erhalten. Als Dampfphasen-Wachstumsverfahren gibt es ein Hydrid-Dampfphasen-Wachstumsverfahren (Hydrid-Dampfphasen-Epitaxie (HVPE)), metallorganisches Dampfphasen-Wachstumsverfahren (auch als metallorganischer chemischer Dampfniederschlag (MOCVD) oder metallorganische Dampfphasenepitaxie (MOVPE) bezeichnet) und so weiter. In der geprüften japanischen Patentveröffentlichung H7-54806 und dem offengelegten japanischen Patent 2014-009156 wird eine Pufferschicht (Spannungsminderungsschicht) auf einem Saphir-Substrat gebildet und eine Galliumnitrid-Schicht wird weiter darauf durch ein Dampfphasen-Wachstumsverfahren gebildet.
  • Als Verfahren zur Herstellung eines III-V-Verbindungskristalls wird ebenfalls ein Flüssigphasen-Wachstumsverfahren (Flüssigphasen-Epitaxie (LPE)), bei dem ein Kristall in einer flüssigen Phase wächst, verwendet. Dieses Flüssigphasen-Wachstumsverfahren hatte ein Problem, daß eine hohe Temperatur und einer hoher Druck notwendig sind. Aufgrund von Verbesserungen in den letzten Jahren wurde es jedoch möglich, das Flüssigphasen-Wachstumsverfahren bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur und Druck durchzuführen, und dieses Verfahren wurde ein Verfahren, das ebenfalls für die Massenproduktion geeignet ist ( japanisches Patent 4920875 ). Das Flüssigphasen-Wachstumsverfahren (LPE) kann ein Verfahren sein, bei dem eine III-V-Verbindungskristallschicht, die als Keimkristall dient, auf einem Substrat durch MOCVD niedergeschlagen und danach der III-V-Verbindungskristall weiter durch ein Flüssigphasen-Wachstumsverfahren beispielsweise wachsen gelassen wird ( japanisches Patent 4920875 ).
  • US 2002/0182889 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer rissfreien Schicht aus einem Nitrid der Gruppe III, wobei eine erste Schicht aus einem Nitrid der Gruppe III auf einem Ausgangssubstrat wachsen gelassen wird, anschließend die Kohärenz zwischen einem Gitter der ersten Schicht und einem Gitter des Ausgangssubstrates teilweise gelöst wird. Danach erfolgt das Wachsenlassen einer zweiten Schicht, wobei sich eine Verbundschicht bildet, ohne dass die erste Schicht von dem Ausgangssubstrat getrennt wird. Die Verbundschicht enthält die erste und die zweite Schicht.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Zum Trennen (Abschälen) eines hergestellten III-V-Verbindungskristalls von einem Substrat kann beispielsweise das folgende Verfahren verwendet werden. Spezifisch wird die Bestrahlung mit einem Laserstrahl, der durch ein Substrat transmittiert wird, von der Oberflächenseite durchgeführt, und der Laserstrahl wird bei einer Pufferschicht zur Bildung einer Abschälschicht fokussiert. Danach wird eine externe Kraft auferlegt, zum Abschälen des Substrates von dem III-V-Verbindungskristall.
  • Dieses Verfahren hat jedoch die folgenden Probleme. Zunächst wird der III-V-Verbindungskristall auf dem Substrat bei einer hohen Temperatur von 800 bis 1200°C oder dergleichen in einem Ofen beispielsweise zum Wachsen gebracht. Zum Verarbeiten des III-V-Verbindungskristalls und des Substrates durch Laserstrahl-Bestrahlung müssen diese aus dem Ofen herausgenommen werden. Zu diesem Zeitpunkt werden der III-V-Verbindungskristall und das Substrat auf Raumtemperatur beispielsweise gekühlt. Zum Zeitpunkt des Kühlens werden möglicherweise der III-V-Verbindungskristall und das Substrat verschlechtert aufgrund einer Biegung durch den Unterschied des thermischen Expansionskoeffizienten zwischen dem III-V-Verbindungskristall und dem Substrat. Beispielsweise ist der Unterschied des thermischen Expansionskoeffizienten ungefähr 35 % zwischen Saphir und Galliumnitrid, die allgemein verwendet werden. In diesem Fall ist der thermische Expansionskoeffizient von Saphir kleiner im Vergleich zu Galliumnitrid. Durch das Kühlen biegt sich das Saphir-Substrat so, daß die Galliumnitrid-Seite eine konvexe Form annimmt. Zum Bestrahlen der Pufferschicht auf dem gebogenen Substrat mit dem Laserstrahl, unter Bildung einer verarbeiteten Schicht, muß die Position, bei der der Laserstrahl fokussiert wird (Verarbeitungsposition) entsprechend der Biegung eingestellt werden. Diese Einstellung beinhaltet eine Schwierigkeit, und daher ist die Bildung der Abschälschicht durch Laserstrahlbestrahlung schwierig. Weiter hat das gebogene Substrat eine interne Spannung und somit ändert sich die Biegeform des Substrates aufgrund einer Änderung der Spannung des Saphir-Substrates und des Galliumnitrides bei der Bildung der Abschälschicht. Aus diesem Grund ändert sich die Verarbeitungsposition, bei der der Laserstrahl fokussiert wird, und daher wird die Einstellung der Verarbeitungsposition schwieriger.
  • Somit ist ein Ziel dieser Erfindung, ein Herstellungsverfahren eines III-V-Verbindungskristalls und ein Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung anzugeben, wobei es jeweils leicht ist, einen III-V-Verbindungskristall von einem Substrat zu trennen (abzuschälen).
  • Entsprechend einem Aspekt dieser Erfindung wird ein Herstellungsverfahren für einen III-V-Verbindungskristall angegeben. Das Herstellungsverfahren ist wie in Anspruch 1 definiert.
  • Gemäß einem anderen Aspekt dieser Erfindung wird ein Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung angegeben, die einen III-V-Verbindungskristall enthält, das Schritte zum Herstellen des III-V-Verbindungskristalls durch das Herstellungsverfahren eines III-V-Verbindungskristalls wie in Anspruch 1 definiert enthält.
  • Gemäß dieser Erfindung ist es möglich, ein Herstellungsverfahren eines III-V-Verbindungskristalls und ein Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung anzugeben, worin es jeweils leicht ist, einen III-V-Verbindungskristall von einem Substrat zu trennen (abzuschälen).
  • Die obigen und anderen Ziele, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung und die Art, diese zu realisierten, werden mehr ersichtlich, und die Erfindung selbst wird am besten aufgrund einer Studie der folgenden Beschreibung und der beigefügten Ansprüche unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verstanden, die einige bevorzugte Ausführungsbeispiele dieser Erfindung zeigen.
  • Figurenliste
    • 1A bis 1G sind Schrittdiagramme, die schematisch ein Beispiel eines III-V-Verbindungskristall-Herstellungsverfahrens dieser Erfindung zeigen;
    • 2 ist eine Schnittansicht, die schematisch ein Beispiel eines Dampfphasen-Wachstumsofens zeigt, der für das III-V-Verbindungskristall-Herstellungsverfahren dieser Erfindung verwendet wird;
    • 3 ist eine Perspektivansicht, die ein Beispiel einer Laser-Verarbeitungsanlage zeigt, die für das III-V-Verbindungskristall-Herstellungsverfahren dieser Erfindung verwendet wird;
    • 4 ist eine Perspektivansicht eines Zustandes, worin ein Arbeitsstück in der Laser-Verarbeitungsanlage von 3 an einen Rahmen fixiert ist;
    • 5 ist eine Perspektivansicht, die einen Zustand zeigt, worin das Arbeitsstück gemäß 4 unterhalb eines Lichtkollektors in einem Lasterstahl-Strahler positioniert ist;
    • 6A ist eine Vorderansicht, die den Zustand zeigt, worin das Arbeitsstück gemäß 4 unterhalb des Lichtkollektors in dem Laserstrahl-Bestrahler positioniert ist;
    • 6B ist eine Schnittansicht davon;
    • 7A und 7B sind Diagramme, die schematisch die Struktur der LPE-Anlage zeigen, die für ein Arbeitsbeispiel verwendet wird;
    • 8 ist eine Photographie eines GaN-Kristalls, hergestellt im Arbeitsbeispiel, und eines Saphir-Substrates, das von dem GaN-Kristall abgeschält ist;
    • 9A bis 9F sind Diagramme, die die Struktur eines Substrates mit gebildetem Keimkristall zeigen, das in dem Arbeitsbeispiel verwendet wird;
    • 10A bis 10D sind Diagramme, die ein Photolumineszenz (PL)-Meßergebnis des Keimkristall-gebildeten Substrates gemäß 9A zeigen;
    • 11A bis 11C sind Photos eines anderen GaN-Kristalls, hergestellt in dem Arbeitsbeispiel, und eines Saphir-Substrates, das von dem GaN-Kristall abgeschält ist;
    • 12 ist ein Diagramm, worin Photos des gleichen GaN-Kristalls wie bei 11 im Zusammenhang mit Photos eines GaN-Kristalls eines Vergleichsbeispiels gezeigt sind;
    • 13A ist ein Diagramm, das ein XRC (Röntgenstrahlen-Beugungskurvenverfahren)-Meßergebnis des GaN-Kristalls des Vergleichsbeispiels zeigt, der in 12 gezeigt ist;
    • 13B ist ein Diagramm, das ein XRC (Röntgenstrahlen-Beugungskurvenverfahren-Meßergebnis des GaN-Kristalls des Arbeitsbeispiels gemäß 12 zeigt; und
    • 14A bis 14D sind Photos von weiteren anderen GaN-Kristallen, die im Arbeitsbeispiel hergestellt sind.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten
  • Ausführungsbeispiele
  • Diese Erfindung wird unten unter Bezugnahme auf ein Beispiel beschrieben. Diese Erfindung ist jedoch nicht auf die folgende Beschreibung beschränkt. In einem Herstellungsverfahren eines III-V-Verbindungskristalls dieser Erfindung (nachfolgend häufig als „III-V-Verbindungskristall-Herstellungsverfahren dieser Erfindung“ bezeichnet) kann beispielsweise ein Teil eines Bereiches, der mit einem Substrat in einem III-V-Verbindungskeimkristall in Kontakt steht, getrennt werden durch Bestrahlung des III-V-Verbindungskeimkristalls mit einem Laserstrahl von der Seite des Substrates eines Keimkristall-gebildeten Substrates in einem Keimkristall-Teiltrennschritt. In dieser Erfindung beinhaltet der Ausdruck „Trennung“ ebenfalls die Trennung auf der Basis von Zersetzung, Abschälen, Entfernen, physikalischer Änderung, chemischer Änderung oder dergleichen. Beispielsweise kann zum Trennen des Teils des Bereiches im Kontakt mit dem Substrat in dem III-V-Verbindungskeimkristall von dem Substrat in dem Keimkristall-Teiltrennschritt der Teil des Bereiches, der mit dem Substrat in Kontakt steht, von dem Substrat auf der Basis der Zersetzung, des Abschälens, der Entfernung, der physikalischen Änderung, chemischen Änderung oder dergleichen beispielsweise getrennt werden.
  • Zum Beispiel kann das III-V-Verbindungskristall-Herstellungsverfahren dieser Erfindung weiterhin einen Kontaktschritt enthalten, bei dem eine Oberfläche des III-V-Verbindungskeimkristalls auf der entgegengesetzten Seite des Substrates mit einer metallischen Schmelze nach dem Keimkristall-Teiltrennschritt in Kontakt gebracht wird, und ein Element der Gruppe III und ein Element der Gruppe V kann in der metallischen Schmelze in einem Kristall-Wachstumsschritt reagiert werden.
  • In dem III-V-Verbindungskristall-Herstellungsverfahren dieser Erfindung kann beispielsweise das Element der Gruppe V Stickstoff sein, und die metallische Schmelze kann eine alkalische Metallschmelze sein und eine III-V-Verbindung kann ein Nitrid der Gruppe III sein. Weiterhin kann ein Gruppe III-Nitrid-Kristall erzeugt und durch Verwendung des III-V-Verbindungskeimkristalls als Nukleus wachsen gelassen werden, indem das Element der Gruppe III und der Stickstoff in der Alkalimetall-Schmelze unter einer Stickstoff-haltigen Atmosphäre in dem Kristall-Wachstumsschritt reagiert werden.
  • In dem erfindungsgemäßen III-V-Verbindungskristall-Herstellungsverfahren können beispielsweise das Element der Gruppe III und das Element der Gruppe V in einer Dampfphase in dem Kristall-Wachstumsschritt reagiert werden. In dem III-V-Verbindungskristall-Herstellungsverfahren dieser Erfindung kann beispielsweise der Bereich, der mit dem Substrat in dem III-V-Verbindungskeimkristall in Kontakt steht, in einer Inselform in dem Keimkristall-Teiltrennschritt gelassen werden.
  • In dem III-V-Verbindungskristall-Herstellungsverfahren dieser Erfindung können der III-V-Verbindungskeimkristall und der III-V-Verbindungskristall beispielsweise Galliumnitrid (GaN) sein. Beispielsweise kann das III-V-Verbindungskristall-Herstellungsverfahren dieser Erfindung weiterhin einen Substrat-Trennschritt zum Trennen des Substrates von dem III-V-Verbindungskristall nach dem Kristall-Wachstumsschritt enthalten.
  • In dem III-V-Verbindungskristall-Herstellungsverfahren dieser Erfindung wird das Substrat von dem III-V-Verbindungskristall auf der Grundlage eines Unterschiedes einer Expansionsrate oder einer Kontraktionsrate zwischen dem III-V-Verbindungskristall und dem Substrat aufgrund einer Temperaturänderung in dem Substrat-Trennschritt getrennt. Der III-V-Verbindungskristall und das Substrat werden in dem Substrat-Trennschritt gekühlt. In dem III-V-Verbindungskristall-Herstellungsverfahren dieser Erfindung kann beispielsweise das Substrat ein Saphir-Substrat sein.
  • <Herstellungsverfahren des III-V-Verbindungskristalls>
  • Das Herstellungsverfahren eines III-V-Verbindungskeimkristalls dieser Erfindung kann wie folgt beispielsweise durchgeführt werden.
  • In den Schnittansichten der Schritte gemäß den 1A bis 1G wird ein Beispiel des Herstellungsverfahrens eines III-V-Verbindungskeimkristalls dieser Erfindung schematisch dargestellt. Wie in 1A und 1B dargestellt ist, wurde ein Keimkristall-gebildetes Substrat, bei dem eine III-V-Verbindungskeimkristall-Schicht (III-V-Verbindungskeimkristall) 12a auf einem Substrat 11 gebildet ist, vorgesehen (Schritt für den Erhalt eines Keimkristall-gebildeten Substrates). Wie in den 1C und 1D dargestellt ist, wird ein Teil des Bereiches, der mit dem Substrat 11 in dem III-V-Verbindungskeimkristall 12a in Kontakt steht, von dem Substrat 11 getrennt (Keimkristall-Teiltrennschritt). Wie in 1E gezeigt ist, wird nach dem Keimkristall-Teiltrennschritt ein III-V-Verbindungskeimkristall 12 erzeugt und durch Reaktion des Elementes der Gruppe III und des Elementes der Gruppe IV durch Verwendung des III-V-Verbindungskeimkristalls 12a als Nukleus zum Wachsen gebracht (Kristall-Wachstumsschritt). Wie in den 1F und 1G gezeigt ist, wird nach dem Kristall-Wachstumsschritt das Substrat 11 von dem III-V-Verbindungskeimkristall 12 getrennt (Substrat-Trennschritt).
  • Das Verfahren zur Bildung des III-V-Verbindungskeimkristalls 12a und des III-V-Verbindungskristalls 12 ist nicht besonders beschränkt und kann beispielsweise ein Dampfphasen-Wachstumsverfahren sein. Die Anlage, die für das Dampfphasen-Wachstumsverfahren verwendet wird, ist nicht besonders beschränkt und kann beispielsweise gleich wie ein Dampfphasen-Wachstumsofen oder dergleichen sein, der für ein allgemeines Dampfphasen-Wachstumsverfahren verwendet wird. In einer Schnittansicht gemäß 2 wird ein Beispiel eines Dampfphasen-Wachstumsofens dargestellt, der für das III-V-Verbindungskristall-Herstellungsverfahren dieser Erfindung verwendet wird. Wie im Diagramm dargestellt, hat dieser Dampfphasen-Wachstumsofen 1000 intern einen Tisch 1001 und ein Ausgangsmaterial-Gehäuseteil 1002. Das Substrat 11 kann auf dem Tisch 1001 angeordnet werden. Ein Ausgangsmaterial eines III-V-Verbindungskristalls kann in dem Ausgangsmaterial-Gehäuseteil 1002 untergebracht werden. Das Ausgangsmaterial ist nicht besonders beschränkt und kann beispielsweise metallisches Gallium sein, wenn der III-V-Verbindungskristall Galliumnitrid (GaN) ist. Darüber hinaus hat der Dampfphasen-Wachstumsofen 1000 ein Ammoniakgas (NH3)-Einführrohr 1003, ein Wasserstoffgas (H2)-Einführrohr 1004 und ein Wasserstoffchloridgas (HCl)-Einführungsrohr 1005 an dem oberen Teil davon. Zusätzlich hat der Dampfphasen-Wachstumsofen 1000 einen Erwärmer 1006 auf einer äußeren Seitenoberfläche und hat ein Abgasrohr 1007 an dem unteren Teil.
  • Das Herstellungsverfahren eines III-V-Verbindungskristalls auf der Basis der 1A bis 1G und 2 wird unten mehr spezifisch beschrieben.
  • <Schritt zum Vorsehen des mit Keimkristall versehenen Substrates>
  • Zunächst wird, wie in 1A gezeigt ist, das Substrat 11 hergestellt. Das Substrat 11 ist nicht besonders beschränkt. Beispielsweise werden Saphir-Substrat, Siliciumcarbid-Substrat, Galliumoxid-Substrat (Ga2O3), Silicium-Substrat (Si), Siliciumnitrid-Substrat (Si3N4), Galliumarsenid-Substrat (GaAs), Lithiumaluminat-Substrat (LiAlO2), ScAlMgO4-Substrat und so weiter genannt. Die Form und Größe des Substrates 11 sind nicht besonders beschränkt und können angemessen entsprechend der Form und Größe des herzustellenden III-V-Verbindungskristalls oder dergleichen zum Beispiel eingestellt werden. Die Form des Substrates kann ein Rechteck oder ein Kreis, Polygon, Quadrat, Hexagon, Oktagon oder dergleichen beispielsweise sein. In der Größe des Substrates 11 kann der lange Durchmesser 5 bis 20 cm oder dergleichen beispielsweise sein. Die Dicke des Substrates 11 ist ebenfalls nicht besonders beschränkt und kann beispielsweise 0,01 bis 2 mm, 0,05 bis 1,5 mm oder 0,1 bis 1 mm sein.
  • Wie in 1B gezeigt ist, wird die III-V-Verbindungskeimkristall-Schicht (III-V-Verbindungskeimkristall) 12a auf dem Substrat 11 gebildet. Das Verfahren zur Bildung der III-V-Verbindungskeimkristall-Schicht 12a ist nicht besonders beschränkt und kann beispielsweise ein Dampfphasen-Wachstumsverfahren sein. Das Dampfphasen-Wachstumsverfahren ist ebenfalls nicht besonders beschränkt und kann beispielsweise gleich sein wie ein allgemeines Dampfphasen-Wachstumsverfahren. Weiterhin kann das Dampfphasen-Wachstumsverfahren gleich sein wie ein konkretes Beispiel eines Verfahrens zum Erzeugen und Wachsen des III-V-Verbindungskristalls 12, das später beschrieben wird (Kristall-Wachstumsschritt). In dieser Erfindung werden als Elemente der Gruppe III (Gruppe 13), Aluminium (Al), Gallium (Ga) und Indium (In) beispielsweise genannt. Als Elemente der Gruppe V (15) werden beispielsweise Stickstoff (N), Phosphor (P), Arsen (As) und Antimon (Sb) genannt. Der III-V-Verbindungskeimkristall 12a kann eine III-V-Verbindung sein, dargestellt durch AlxGayIn1-x-yN oder AlxGayIn1-x-yP (0 ≤ × 1, 0 ≤ y 1, × + y ≤ 1), und es ist bevorzugt, daß der III-V-Verbindungskeimkristall 12a ein Nitrid der Gruppe III ist. Mehr spezifisch werden als III-V-Verbindungskeimkristall 12a AlGaN, InGaN, InAlGaN, AlN, GaP, GaN und so weiter, dargestellt durch die oben beschriebene Zusammensetzung, genannt und GaN ist besonders bevorzugt. Weiterhin kann die Zusammensetzung (chemische Formel) des III-V-Verbindungskeimkristalls 12a identisch zu dem III-V-Verbindungskristall 12 oder verschieden davon sein. Jedoch ist es bevorzugt, daß die Zusammensetzung identisch ist.
  • Die Dicke der III-V-Verbindungskeimkristall-Schicht 12a ist ebenfalls nicht besonders beschränkt und kann 0,001 bis 1000 µm, 0,01 bis 1000 µm oder 0,1 bis 50 µm beispielsweise sein. In Bezug auf die Leichtigkeit der Verarbeitung der III-V-Verbindungskeimkristall-Schicht 12a in dem Keimkristall-Teiltrennschritt, der später beschrieben wird (Leichtigkeit der Trennung des Teils des Bereiches, der mit dem Substrat 11 in dem III-V-Verbindungskeimkristall 12a in Kontakt steht, von dem Substrat 11) ist es bevorzugt, daß die Dicke der III-V-Verbindungskeimkristall-Schicht 12a nicht zu klein ist. Im Hinblick auf die Unterdrückung oder Verhinderung der Wölbung des III-V-Verbindungskeimkristalls 12 und des Substrates 11 nach dem Substrat-Trennschritt, der später beschrieben wird, ist es bevorzugt, daß die Dicke der III-V-Verbindungskeimkristall-Schicht 12a nicht zu groß ist.
  • Auf oben beschriebene Weise kann das mit Keimkristall versehene Substrat, bei dem die III-V-Verbindungskeimkristall-Schicht 12a auf dem Substrat 11 gebildet ist, erhalten werden. In den 1A und 1B wird das Beispiel angegeben, bei dem die III-V-Verbindungskeimkristall-Schicht 12a auf dem Substrat 11 gebildet ist. Anstelle dessen kann jedoch ein vorher hergestelltes Substrat mit dem Keimkristall erhalten werden.
  • <Keimkristall-Teiltrennschritt>
  • Wie in den 1C und 1D angegeben ist, wird ein Teil des Bereiches, der mit dem Substrat 11 in dem III-V-Verbindungskeimkristall 12a in Kontakt steht, von dem Substrat 11 getrennt (Keimkristall-Teiltrennschritt).
  • Wie oben beschrieben kann erfindungsgemäß zum Trennen eines Teils des Bereiches, der mit Substrat in dem III-V-Verbindungskeimkristall in Kontakt steht, von dem Substrat der Teil des Bereiches, der mit dem Substrat in Kontakt steht, von dem Substrat auf der Basis der Zersetzung, des Abschälens, der Entfernung, der physikalischen oder chemischen Änderung oder dergleichen beispielsweise getrennt werden. Wenn die Trennung auf der physikalischen Verarbeitung basiert, kann der Teil des Bereiches, der mit dem Substrat in dem III-V-Verbindungskeimkristall in Kontakt steht, leicht von dem Substrat ohne Verwendung eines Resists (Ätzmaske), Ätzmittels getrennt werden. Die physikalische Verarbeitung ist nicht besonders beschränkt, und Schneidverfahren, Verarbeitung, bei denen Teilchen oder Wellen auf dem III-V-Verbindungskeimkristall aufschlagen können beispielsweise genannt werden. Unter diesen ist das Verfahren bevorzugt, das darauf basiert, daß Teilchen oder Wellen auf den III-V-Verbindungskeimkristall aufschlagen. Als Verarbeitung auf der Basis, daß Teilchen oder Wellen auf den III-V-Verbindungskeimkristall aufschlagen, können beispielsweise Laser-Bestrahlung, Teilchen-(Ionen oder Elektronen-)-Strahl-Bestrahlung, Mahlverarbeitung, Kugelstrahlen, abrasiver Wasserstrahl, Ultraschallverarbeitung und so weiter genannt werden. Die Laserstrahl-Bestrahlung wird angewandt. Denn die Laserstrahl-Bestrahlung ermöglicht eine genaue Verarbeitung, die leichter durchgeführt werden kann. Konkret wird spezifisch die Laserstrahl-Bestrahlung für die Position durchgeführt, bei der die Trennung von dem Substrat in dem III-V-Verbindungskeimkristall gewünscht ist.
  • Unter Bezugnahme auf die 1C und 1D wird ein Verfahren beschrieben, bei dem der III-V-Verbindungskeimkristall 12a mit einem Laserstrahl von der Seite des Substrates 11 bestrahlt wird. Wie in 1C angegeben ist, wird spezifisch ein Laserstrahl 13 bei einer Position (Verarbeitungsposition) 14, bei der die Trennung von dem Substrat 11 gewünscht ist, in der III-V-Verbindungskeimkristall-Schicht 12a fokussiert und die Bestrahlung wird durchgeführt. Aufgrund dessen wird, wie in 1D gezeigt, bei den Verarbeitungspositionen 14, die mit dem Laserstrahl 13 bestrahlt sind, die III-V-Verbindungskeimkristall-Schicht 12a von dem Substrat 11 getrennt, und Verarbeitungsmarkierungen 15 werden gebildet. Obwohl das Phänomen (Mechanismus), der hier auftritt, unklar ist, wird beispielsweise angenommen, daß aufgrund der Bestrahlung der Verarbeitungsposition 14 mit dem Laserstrahl 13 der III-V-Verbindungskeimkristall 12a an der Position sich zersetzt (sich chemisch ändert), um von dem Substrat 11 getrennt zu werden. Wenn der III-V-Verbindungskeimkristall 12a GaN ist, wird vermutet, daß sich das GaN in metallisches Gallium durch die Bestrahlung mit dem Laserstrahl 13 beispielsweise ändert. Der Schmelzpunkt des metallischen Galliums ist ungefähr 30°C, und daher wird das metallische Gallium leicht von dem Substrat 11 getrennt. Diese Interferenzen beschränken diese Erfindung jedoch überhaupt nicht.
  • Die Wellenlänge des Laserstrahls 13 ist nicht besonders beschränkt. Jedoch ist es bevorzugt, daß die Wellenlänge des Laserstrahls 13 eine Wellenlänge ist, die die Verarbeitung des III-V-Verbindungskeimkristalls 12a ohne Beeinflussung des Substrates 11 ermöglicht. Zu diesem Zweck ist es bevorzugt, daß die Wellenlänge des Laserstrahls eine solche Wellenlänge ist, daß sie durch die III-V-Verbindungskeimkristall-Schicht 12a absorbiert und durch das Substrat 11 transmittiert wird. In diesem Fall kann die Absorbanz der III-V-Verbindungskeimkristall-Schicht 12a in bezug auf den Laserstrahl 20 % oder mehr, 50 % oder mehr oder 80 % oder mehr beispielsweise sein und ist idealerweise 100 %. Weiterhin kann die Transmissionsfähigkeit des Substrates 11 in bezug auf den Laserstrahl 13 beispielsweise 90 % oder mehr, 95 % oder mehr oder 98 % oder mehr sein und ist idealerweise 100 %. Das Verfahren zum Messen der Absorbanz der III-V-Verbindungskeimkristall-Schicht 12a und der Transmissionsfähigkeit des Substrates 11 in bezug auf den Laserstrahl ist nicht besonders beschränkt. Beispielsweise können die Absorbanz und die Lichttransmissionsfähigkeit unter Verwendung eines allgemeinen Spektrophotometers gemessen werden. Die Wellenlänge des Laserstrahls 13 ist nicht besonders beschränkt und kann 150 bis 1300 nm, 193 bis 1100 nm, 193 bis 500 nm oder 193 bis 400 nm beispielsweise sein. Die Wellenlänge des Laserstrahls 13 kann angemessen ebenfalls unter Berücksichtigung des Materials und so weiter des Substrates 11 und der III-V-Verbindungskeimkristall-Schicht 12a eingestellt werden. Wenn das Substrat 11 ein Saphir-Substrat ist und die III-V-Verbindungskeimkristall-Schicht 12a GaN ist, kann die Wellenlänge des Laserstrahls 13 193 bis 500 nm, 193 bis 355 nm, 200 bis 350 nm oder 230 bis 300 nm beispielsweise sein. Mehr spezifisch kann beispielsweise ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 266 nm oder 355 nm oder dergleichen verwendet werden.
  • Die Ausstoßleistung des Laserstrahls 13 ist ebenfalls nicht besonders beschränkt und kann 0,01 bis 100 W, 0,05 bis 50 W oder 1 bis 20 W beispielsweise sein. Der Punktdurchmesser des Laserstrahls 13 ist ebenfalls nicht besonders beschränkt und kann beispielsweise 1 bis 400 µm, 5 bis 150 µm oder 10 bis 80 µm sein. Die Energiedichte des Laserstrahls 13 ist ebenfalls nicht besonders beschränkt und kann beispielsweise 0,001 bis 20 J/cm2, 0,002 bis 10 J/cm3 oder 0,006 bis 5 J/cm2 sein. Beispielsweise kann das Verarbeiten so durchgeführt werden, daß die III-V-Verbindungskeimkristall-Schicht 12a mit dem Laserstrahl 13 bestrahlt wird, während der Punkt des Laserstrahls 13 bewegt wird, zum Ändern der Verarbeitungsposition (Bestrahlungsposition des Laserstrahls 13) 14. Die Bewegungsgeschwindigkeit (Zuführgeschwindigkeit) des Punktes der Laserstrahls 13 ist ebenfalls nicht besonders beschränkt und kann zum Beispiel 1 bis 1000 mm/s, 10 bis 500 mm/s oder 50 bis 300 mm/s sein. Weiterhin ist die Richtung der Bestrahlung mit dem Laserstrahlstrahl 13 ebenfalls nicht besonders beschränkt. Beispielsweise kann die Bestrahlung von der Seite der III-V-Verbindungskeimkristall-Schicht 12a oder von der Seite des Substrates 11 durchgeführt werden. Jedoch ist es bevorzugt, die Bestrahlung von der Seite des Substrates 11, wie in 1D angegeben, durchzuführen. Dies kann selektiv nur die Seite verarbeiten, die mit dem Substrat 11 in der III-V-Verbindungskeimkristall-Schicht 12a im Kontakt steht, während die Seite zurückgelassen wird, die nicht mit dem Substrat 11 im Kontakt steht.
  • Weiterhin sind das Medium und der Laseroszillator des Laserstrahls 13 ebenfalls nicht besonders beschränkt. Beispielsweise werden ein YAG-Laser, YVO4-Laser, YLF-Laser, Scheibenlaser, DPSS-Laser, Exzimer-Laser, Faserlaser und so weiter genannt. Weiterhin kann der Laserstrahl ein Puls-Laserstrahl oder ein Laserstrahl mit kontinuierlicher Welle (CW) sein. Bei einem Puls-Laserstrahl ist die Frequenz davon nicht besonders beschränkt und kann 10 Hz bis 100 MHz, 1 bis 1000 kHz (1 MHz) oder 10 bis 200 kHz beispielsweise sein. Die Pulsbreite des Puls-Laserstrahls ist ebenfalls nicht besonders beschränkt. Im Hinblick auf die Unterdrückung der thermischen Diffusion ist die Pulsbreite 0,2 ps (0,2 Pikosekunden oder 200 fs (Femtosekunden)) bis 10 ns, 5 bis 500 Ps (Pikosekunden) oder 5 bis 200 ps.
  • An der Seite, bei der der III-V-Verbindungskeimkristall (III-V-Verbindungskeimkristall-Schicht) 12a mit dem Substrat 11 im Kontakt steht, wird die III-V-Verbindungskeimkristall-Schicht 12a gelassen, während sie mit dem Substrat 11 im Kontakt steht, und zwar an dem Teil, das nicht mit dem Laserstrahl 13 bestrahlt ist, das heißt dem anderen Teil als den Verarbeitungspositionen 14. Die Form dieses zurückgelassenen Teils ist nicht besonders beschränkt. Eine Streifenform, Inselform (Punktform) und so weiter werden genannt und die Punktform ist besonders bevorzugt. Bei der Punktform ist die Form davon nicht besonders beschränkt und kann ein Kreis oder eine Ellipse, Polygon, äquilaterales Polygon, Dreieck, äquilaterales Dreieck, Tetragon, Quadrat, Rechteck, Pentagon, äquilaterales Pentagon, Hexagon, äquilaterales Hexagon beispielsweise sein. Die Größe der Teile, bei denen der III-V-Verbindungskeimkristall 12a gelassen wird, und der Intervall davon sind ebenfalls nicht besonders beschränkt. Die Größe und das Intervall können angemessen so eingestellt werden, daß das Substrat 11 nicht von dem III-V-Verbindungskeimkristall 12a abgeschält wird, bis der Substrat-Trennschritt, der später beschrieben wird, durchgeführt wird, und wird leicht von dem III-V-Verbindungskeimkristall 12a in dem Substrat-Trennschritt, der später beschrieben wird, beispielsweise abgeschält (getrennt). Wenn die Teile, bei denen der III-V-Verbindungskeimkristall 12a gelassen wird, eine Streifenform aufweisen, kann die Breite davon 100 mm oder kleiner, 10 mm oder kleiner, 1 mm oder kleiner, 500 µm oder kleiner sein und kann 0,001 µm oder größer, 0,1 µm oder größer, 1 µm oder größer oder 10 µm oder größer beispielsweise sein. Wenn die Teile, bei denen der III-V-Verbindungskeimkristall 12a zurückgelassen wird, eine Punktform aufweisen, kann beispielsweise der lange Durchmesser des Punktes (längster Durchmesser, beispielsweise die lange Seite bei einem Rechteck) 100 mm oder kleiner, 10 mm oder kleiner, 1 mm oder kleiner oder 500 µm oder kleiner beispielsweise sein und kann 0,001 µm oder größer, 0,1 µm oder größer, 1 µm oder größer oder 10 µm oder größer beispielsweise sein. Der kurze Durchmesser des Punktes (kürzester Durchmesser, beispielsweise die kurze Seite bei einem Rechteck) kann 100 mm oder kleiner 10 mm oder kleiner 1 mm oder kleiner oder 500 µm oder kleiner beispielsweise sein und kann 0,001 µm oder größer, 0,1 µm oder größer, 1 µm oder größer oder 10 µm oder größer beispielsweise sein. In den Teilen, bei denen der III-V-Verbindungskeimkristall 12a gelassen wird, kann weiterhin das Intervall zwischen zueinander benachbarten Teilen 100 mm oder kleiner, 10 mm oder kleiner, 1 mm oder kleiner oder 500 µm oder kleiner beispielsweise sein und kann zum Beispiel 0,001 µm oder größer, 0,1 µm oder größer, 1 µm oder größer oder 10 µm oder größer sein. Die Anordnung der Teile, bei denen der III-V-Verbindungskeimkristall 12a gelassen wird, ist ebenfalls nicht besonders beschränkt. Unter der Annahme, daß mehrere Rechtecke (längliche Teile) kongruent zueinander sind, auf dem Substrat 11 ohne einen Zwischenraum gelegt sind, können die Teile, bei denen der III-V-Verbindungskeimkristall 12a gelassen wird, in den entsprechenden Scheitelpunkten der Rechtecke angeordnet sein. Anstelle der Rechtecke können beispielsweise Quadrate, Rhomben, Trapezoide oder dergleichen oder äquilaterale Dreiecke beispielsweise verwendet werden. Alternativ können andere Dreiecke als die äquilateralen Dreiecke verwendet werden. Die wechselseitige Anordnungsbeziehung zwischen den III-V-Verbindungskeimkristallen 12a ist ebenfalls nicht besonders beschränkt und irgendeine Anordnung wie eine Spirale, konzentrisch zirkuläre oder radiale Art kann beispielsweise verwendet werden.
  • Weiterhin ist die Fläche der Verarbeitungspositionen 14 (Teile, die von dem Substrat 11 in dem III-V-Verbindungskeimkristall 12a getrennt sind) nicht besonders beschränkt. Beispielsweise kann in bezug auf die Fläche des gesamten III-V-Verbindungskeimkristalls 12a die Fläche der Verarbeitungsposition 14 0,001 % oder höher, 0,01 % oder höher, 10% oder höher, 5 % oder höher, 10 % oder höher, 20 % oder höher, 30 % oder höher, 40 % oder höher oder 50 % oder höher sein und kann 99,9 % oder weniger, 99 % oder weniger 90 % oder weniger, 80 % oder weniger, 70 % oder weniger, 60 % oder weniger oder 50 % oder weniger sein. Im Hinblick auf die Leichtigkeit der Verarbeitung und eine kleine Zahl von Defekten des III-V-Verbindungskristalls 12, der später beschrieben wird, ist es bevorzugt, daß das Verhältnis der Fläche der Verarbeitungsposition 14 zu der Fläche des gesamten III-V-Verbindungskeimkristalls 12a nicht zu groß ist. Im Hinblick auf die Leichtigkeit der Trennung (Abschälen) zwischen dem III-V-Verbindungskristall 12, der später beschrieben wird, und dem Substrat 11 ist es bevorzugt, daß das Verhältnis der Fläche der Verabreichungspositionen 14 zu der Fläche des gesamten III-V-Verbindungskeimkristalls 12a nicht zu klein ist.
  • Eine Laser-Verarbeitungsanlage, die die Bestrahlung mit dem Laserstrahl 13 durchführt, zum Verarbeiten des III-V-Verbindungskeimkristalls 12a ist ebenfalls nicht besonders beschränkt und allgemein bekannte Laser-Verarbeitungsanlagen können beispielsweise verwendet werden. Ein Beispiel der Laser-Verarbeitungsanlage ist in einer Perspektivansicht von 3 dargestellt. Wie im Diagramm angegeben ist, enthält diese Laser-Verarbeitungsanlage 10 eine stationäre Basis 20, einen Haltetischmechanismus 30, einen Laserstrahl-Bestrahlungseinheit-Trägermechanismus 40 und eine Laserstrahl-Bestrahlungseinheit 50. Der Haltetischmechanismus 30 ist auf der stationären Basis 20 eingestellt und enthält ein Arbeitsstück. Zusätzlich kann der Arbeitstischmechanismus 30 sich in einer Verarbeitungs-Zuführrichtung bewegen, die durch die Pfeile X dargestellt ist. Der Laserstrahl-Bestrahlungseinheit-Tragemechanismus 40 ist auf der stationären Basis 20 angegeben und kann sich in einer Transport-Vorschubrichtung, dargestellt durch die Pfeile Y, bewegen. Die Pfeile Y sind orthogonal zu der Verarbeitungs-Zuführrichtung, die durch die Pfeile X gezeigt sind, wie in dem Diagramm dargestellt ist. Die Laserstrahl-Bestrahlungseinheit 50 ist mit dem Laserstrahl-Bestrahlungseinheit-Trägermechanismus 40 verbunden und kann sich in einer Fokal-Positionseinstellrichtung bewegen, die durch die Pfeile Z dargestellt ist. Die Pfeile Z sind orthogonal zu den Pfeilen X und Y, wie in dem Diagramm dargestellt ist.
  • Der Haltetischmechanismus 30 enthält Führungsschienen 310, einen ersten Schlitten 320, einen zweiten Schlitten 660, einen zylindrischen Tragekörper 340 mit einer zirkulären zylindrischen Form, einen Abdecktisch 350 und einen Haltetisch 360. Die Zahl der Führungsschienen 310 ist zwei (ein Paar) und sie sind auf der stationären Basis 20 parallel entlang der Verarbeitungszuführrichtung angeordnet, wie es durch die Pfeile X dargestellt wird. Der erste Gleitblock 320 ist auf dem Paar von Zuführschienen 310 angeordnet und kann sich in der Verarbeitungs-Zuführrichtung bewegen, die durch die Pfeile X angezeigt ist. Der zweite Gleitblock 330 ist über dem ersten Gleitblock 320 angeordnet und kann sich in der Vorschubrichtung bewegen, die durch die Pfeile Y angezeigt ist. Der Abdecktisch 350 und der Haltetisch 360 als Arbeitsstückhalteeinheit sind über dem zweiten Gleitblock 330 durch den zylindrischen Tragekörper 340 mit der zirkulären zylindrischen Form getragen.
  • In der unteren Oberfläche des ersten Gleitblocks 320 sind zwei (ein Paar) geführte Rillen 3210, die an das Paar von Führungsschienen 310 angepaßt sind, vorhanden. Weiterhin sind auf der oberen Oberfläche des ersten Gleitblocks 320 zwei (ein Paar) Führungsschienen 3220 parallel entlang der Vorschubrichtung, angezeigt durch die Pfeile X gebildet sind, angeordnet. Durch das Anpassen des Paars von Führungsrillen 3210 an das Paar der Führungsschienen 310 kann dieser erste Gleitblock 320 sich in der Verarbeitungs-Zuführrichtung, die durch die Pfeile X angezeigt sind, entlang dem Paar der Zuführschienenen 310 bewegen. Darüber hinaus hat der Haltetischmechanismus 30, der in dem Diagramm gezeigt ist, eine Verarbeitungszuführeinheit 370, zum Bewegen des ersten Gleitblocks 320 in der Verarbeitungs-Zuführrichtung, die durch die Pfeile X gezeigt ist, entlang dem Paar der Zuführschienen 310. Die Verarbeitungs-Zuführeinheit 370 enthält den männlichen Schraubenstab 3710. Der männliche Schraubenstab 3710 ist zwischen dem Paar von Führungsschienen 310 parallel zu den Führungsschienen 310 angeordnet. Die Verarbeitungs-Zuführeinheit 370 enthält weiterhin eine Antriebsquelle wie einen Pulsmotor 3720 zum rotationsmäßigen Antreiben des männlichen Schraubenstabes 3710. Ein Ende des männlichen Schraubenstabes 3710 ist frei rotierbar, getragen durch einen Trageblock 3730, der mit der stationären Basis 20 verbunden ist. Weiterhin ist das andere Ende des männlichen Schraubenstabes 3710 mit der Antriebswelle des Pulsmotors 3720 für die Energietransmission verbunden. Der männliche Schraubenstab 3710 ist mit einem penetrierenden weiblichen Schraubenloch eines weiblichen Schraubenblocks (nicht dargestellt) verbunden (angepaßt), der bei der unteren Oberfläche des zentralen Teils des ersten Gleitblocks 320 vorsteht. Durch Vorwärts- oder Umkehrantrieb des männlichen Schraubenstabs 3710 durch den Pulsmotor 3720 kann sich der erste Gleitblock 320 in der Verarbeitungs-Zuführrichtung, die durch die Pfeile X angezeigt ist, entlang dem Paar von Zuführschienen 310 bewegen.
  • In der unteren Oberfläche des zweiten Gleitblocks 330 ist ein Paar von Rührungsnuten 3310, verbunden mit dem Paar von Führungsschienen 3220, eingestellt an der oberen Oberfläche des ersten Gleitblocks 320, angeordnet. Durch Anpassen des Paars von Führungsnuten 3310 an das Paar der Führungsschienen 3320, kann sich der zweite Gleitblock 330 der Vorschubrichtung, die durch die Pfeile Y angezeigt ist, bewegen. Weiterhin enthält der Haltetischmechanismus 30, der in dem Diagramm dargestellt ist, eine erste Vorschubeinheit 380. Die erste Vorschubeinheit 380 ist eine Einheit zum Bewegen des zweiten Gleitblockes 330 in die Vorschubrichtung, die durch die Pfeile Y dargestellt ist, entlang dem Paar von Führungsschienen 3220, die auf den ersten Gleitblock 320 angeordnet sind. Die erste Vorschubeinheit 380 enthält einen männlichen Schraubenstab 3810. Der männliche Schraubenstab 3810 ist zwischen dem Paar von Führungsschienen 3220 parallel zu den Führungsschienen 3220 angeordnet. Die erste Vorschubeinheit 380 enthält weiterhin eine Antriebsquelle wie einen Pulsmotor 3820 zum rotationsmäßigen Antreiben des männlichen Schraubenstabes 3810. Ein Ende des männlichen Schraubenstabes 3810 ist frei rotierbar durch einen Lagerblock 3830 getragen, der mit der oberen Oberfläche des ersten Gleitblockes 320 fixiert ist. Das andere Ende des männlichen Schraubenstabes 3810 ist mit der Antriebswelle des Pulsmotors 3820 für Energietransmission verbunden. Darüber hinaus ist der männliche Schraubenstab 3810 mit einem penetrierenden weiblichen Schraubenloch eines weiblichen Schraubenblocks (nicht dargestellt), der an der unteren Oberfläche des zentralen Teils des zweiten Gleitblocks 330 vorsteht, angeschraubt (verbunden). Durch Vorwärts- oder Umkehrantrieb des männlichen Schraubenstabes 3810 durch den Pulsmotor 3820 kann sich der zweite Gleitblock 330 in der Vorschubrichtung, die durch die Pfeile Y angezeigt ist, entlang dem Paar von Führungsschienen 3220 bewegen.
  • Der Laserstrahl-Bestrahlungseinheit-Tragemechanismus 40 enthält Führungsschienen 410 und eine bewegbare Trägerbasis 420. Die Zahl der Führungsschienen 410 ist zwei (ein Paar) und sie sind auf der stationären Basis 20 parallel entlang der Vorschubrichtung, die durch die Pfeile Y angezeigt ist, angeordnet. Die bewegbare Trägerbasis 420 ist auf dem Paar von Führungsschienen 410 beweglich in der Richtung angeordnet, die durch die Pfeile Y dargestellt ist. Diese bewegliche Trägerbasis 420 enthält ein sich bewegendes Trägerteil 4210, das beweglich auf dem Paar von Führungsschienen 410 angeordnet ist, und ein Befestigungsteil 4220, das mit dem sich bewegenden Trägerteil 4210 verbunden ist. Auf einer Seitenoberfläche des Befestigungsteils 4220 wird ein Paar von Führungsschienen 4230, die sich entlang der Fokal-Punktpositions-Einstellrichtung, die durch die Pfeile Z angezeigt ist, erstreckt, parallel zueinander angeordnet. Der Laserstrahl-Bestrahlungseinheit-Trägermechanismus 40, der in dem Diagramm angezeigt ist, enthält eine zweite Vorschubeinheit 430. Die zweite Vorschubeinheit 430 ist eine Einheit zum Bewegen der bewegbaren Trägerbasis 420 in der Vorschubrichtung, die durch die Pfeile Y angezeigt ist, entlang dem Paar von Führungsschienen 410. Die zweite Vorschubeinheit 430 enthält einen männlichen Schraubenstab 4310. Der männliche Schraubenstab 4310 ist zwischen dem Paar von Führungsschienen 410 parallel zu den Führungsschienen 410 angeordnet. Die zweite Vorschubeinheit 430 enthält weiterhin eine Antriebsquelle wie einen Pulsmotor 4320 zum rotationsmäßigen Antreiben des männlichen Schraubenstabes 4310. Eine Ende des männlichen Schraubenstabes 4310 ist frei rotierbar durch einen Lagerblock (nicht dargestellt), der mit der stationären Basis 20 verbunden ist, getragen. Das andere Ende des männlichen Schraubenstocks 4310 ist mit der Antriebswelle des Pulsmotors 4320 für die Energietransmission verbunden. Darüber hinaus ist der männliche Schraubenstab 4310 mit einem weiblichen Schraubenloch eines weiblichen Schraubenblocks (nicht dargestellt), der auf der unteren Oberfläche des zentralen Teils des bewegenden Trageteils 4210, die die bewegbare Trägerbasis 420 bildet, vorsteht, angeschraubt (verbunden). Durch Vorwärts- oder Umkehrantrieb des männlichen Schraubenstabes 4310 durch den Pulsmotor 4320 kann sich die bewegbare Trägerbasis 420 in der Vorschubrichtung, die durch die Pfeile Y angezeigt ist, entlang dem Paar von Führungsschienen 410 bewegen.
  • Die Laserstrahl-Bestrahlungseinheit 50, die im Diagramm angezeigt ist, enthält einen Einheitshalter 510 und einen Laserstrahl-Bestrahler 60, der an den Einheitshalter 510 verbunden ist. In dem Einheitshalter 510 ist ein Paar von Führungsnuten 5110, die gleitbar mit dem Paar von Führungsschienen 4230 verbunden sind, die auf dem Bewegungsteil 4230 vorgesehen sind, erzeugt. Durch Binden des Paars von Führungsnuten 5110 an das Paar von Führungsschienen 4230 wird der Einheitshalter 510 bewegbar in der Fokal-Punktpositions-Einstellrichtung, die durch die Pfeile Z angezeigt ist, getragen.
  • Die Laserstrahl-Bestrahlungseinheit 50, die im Diagramm angezeigt ist, enthält eine Fokal-Punktpositions-Einstelleinheit 530. Die Fokal-Punktpositions-Einstelleinheit 530 ist eine Einheit zum Einstellen des Einheitshalters 510 in der Fokal-Punktpositions-Einstellrichtung, die durch die Pfeile Z entlang dem Paar von Führungsschienen 4230 angezeigt sind. Die Fokal-Punktpositions-Einstelleinheit 530 enthält einen männlichen Schraubenstab (nicht dargestellt), der zwischen dem Paar von Führungsschienen 4230 angeordnet ist, und eine Antriebsquelle wie einen Pulsmotor 5320 zum rotationsmäßigen Antreiben des männlichen Schraubenstabes. Durch Vorwärts- oder Umkehrantrieb des männlichen Schraubenstabes (nicht dargestellt) durch den Pulsmotor 5320 können der Einheitshalter 510 und der Laserstrahl-Bestrahler 60 sich in der Fokal-Punktpositions-Einstellrichtung, die durch die Pfeile Z angezeigt ist, entlang dem Paar von Führungsschienen 4230 bewegen. In dem Ausführungsbeispiel, das in dem Diagramm dargestellt ist, kann der Laserstrahl-Bestrahler 60 aufwärts durch das Vorwärtsantreiben des Pulsmotors 5320 bewegt werden, und der Laserstrahl-Bestrahler 60 kann abwärts durch Umkehrantreiben des Pulsmotors 5320 bewegt werden.
  • Der Laserstrahl-Bestrahler 60, der im Diagramm gezeigt ist, enthält ein Gehäuse 610, das im wesentlichen horizontal angeordnet ist und eine zirkuläre zylindrische Form hat. Ein Laser-Oszillator (Laserstrahl-Oszillationseinheit, nicht dargestellt) ist im Gehäuse 610 angeordnet. Dieser Laser-Oszillator kann einen Laserstrahl emittieren. Als Laserstrahl wird beispielsweise ein Puls-Laserstrahl oder ein CW-Laserstrahl angegeben. Bevorzugt ist der Laserstrahl ein Puls-Laserstrahl. Der Laser-Oszillator ist nicht besonders begrenzt und ist beispielsweise wie oben beschrieben. Die Eigenschaften des Laserstrahls, emittiert durch den Laser-Oszillator, wie Wellenlänge, Ausstoßenergie, PunktDurchmesser, Energiedichte, Bewegungsgeschwindigkeit (Zuführgeschwindigkeit), Frequenz und Pulsbreite sind ebenfalls nicht besonders beschränkt und sind beispielsweise wie oben beschrieben. Der Laserstrahl, der von dem Laser-Oszillator oszilliert, wird von einem Lichtkollektor 640, der an der Spitze des Gehäuses 610 angeordnet ist, zu einem Arbeitsstück emittiert (zum Beispiel ein gestapeltes Substrat, worin eine III-V-Verbindungsschicht auf einem Substrat gestapelt ist, oder ein gestapeltes Objekt, bei dem ein III-V-Verbindungskristall auf einem Substrat gestapelt ist), wobei das Arbeitsstück durch den Haltetisch 360 gehalten wird. Weiterhin existiert eine Bildgebungseinheit 90 an der Spitze des Gehäuses 610. Beispielsweise beinhaltet diese Bildgebungseinheit 90 ein normales Bildgebungselement (Ladungs-gekuppelte Vorrichtung (CCD)), das die Bildgebung durch Bestrahlen mit sichtbarem Licht durchführt, eine Infrarot-Beleuchtungseinheit, die das Arbeitsstück mit Infrarotstrahlen bestrahlt, ein optisches System, das die Infrarotstrahlen, mit denen die Bestrahlung durchgeführt wird, einfängt, wird durch die Infrarot-Bestrahlungseinheit durchgeführt, ein Bildgebungselement (Infrarot-CCD), das ein elektrisches Signal ausstößt, das dem Infrarotstrahl entspricht, das durch das optische System eingefangen wird, usw. Die Bildgebungseinheit 90 sendet ein Bildsignal, erhalten durch Bildgebung, an eine Kontrolleinheit (nicht dargestellt).
  • Ein Beispiel eines Laser-Verarbeitungsverfahrens durch die Laser-Verarbeitungsanlage 10 gemäß 3 wird nachfolgend beschrieben. Wie in 4 angegeben ist, wird ein Arbeitsstück 400, das sich aus zwei Schichten zusammensetzt (Teil einer oberen Schicht 200, Teil mit der unteren Schicht 300), an ein Adhäsivband T befestigt, das auf einem Ringförmigen Rahmen F befestigt ist (Arbeitsstück-Befestigungsschritt). Eine Vorderoberfläche 200b des Arbeitsstücks 400 wird aufwärts orientiert und die Seite einer Rückoberfläche 30b wird mit dem Adhäsivband T verbunden. Das Adhäsivband T kann aus einer Harzlage aus Polyvinylchlorid (PVC) oder dergleichen beispielsweise erzeugt sein. Der Ring-förmige Rahmen F ist auf dem Haltetisch 360 angeordnet, der in 3 dargestellt ist. In dem Arbeitsstück 400 kann beispielsweise das Teil mit der oberen Schicht 200 das Substrat 11 in 1 sein und das Teil mit der unteren Schicht 300 kann der III-V-Verbindungskristall 23 oder der III-V-Verbindungskeimkristall 12a in 1 sein.
  • Dann wird der Haltetisch 360, der in 3 dargestellt ist, zu einem Laserstrahl-Bestrahlungsbereich bewegt, über dem der Lichtkollektor 640 des Laserstrahl-Bestrahlers 60 lokalisiert ist. Aufgrund dessen wird, wie in einer Perspektivansicht von 5 und einer Frontansicht von 6A angezeigt ist, das Arbeitsstück 400 unterhalb des Lichtkollektors 640 angeordnet und das Arbeitsstück 400 kann mit einem Laserstrahl bestrahlt werden. Beispielsweise wird zunächst ein Ende 230 des Arbeitsstücks 400 (linkes Ende gemäß 6A) gerade unterhalb des Lichtkollektors 640 wie in 6A angegeben angebracht. Dann wird ein Fokalpunkt P des Laserstrahls, mit dem die Bestrahlung von dem Lichtkollektor 640 durchgeführt wird, in der Nähe der Frontoberfläche 200b (obere Oberfläche) des Arbeitsstücks 400, wie in 6A angezeigt, eingestellt. Alternativ wird, wie in einer Schnittansicht von 6B gezeigt ist, der Fokalpunkt des Laserstrahls auf eine Zwischenfläche 30a des Arbeitsstücks 400 von zwei Schichten, die sich aus dem Teil 200 mit der oberen Schicht und dem Teil 300 mit der unteren Schicht zusammensetzen, eingestellt. Dann erfolgt die Bestrahlung mit dem Laserstrahl von dem Lichtkollektor 640 des Laserstrahl-Bestrahlers 60, und die Verarbeitungszuführeinheit 370 ( 3) wird bewegt, zum Bewegen des Haltetisches 360 (3) in einer Richtung, die durch den Pfeil X1 in 6A angezeigt ist, bei einer bestimmten Verarbeitungszuführgeschwindigkeit. Wenn der Laserstrahl, mit dem die Bestrahlung von dem Lichtkollektor 640 durchgeführt wird, ein Puls-Laserstrahl ist, ist es bevorzugt, daß die Pulsbreite davon mit der Bewegungsgeschwindigkeit der Verarbeitungs-Zuführeinheit 370 synchronisiert. Dies ermöglicht die Bestrahlung mit jedem Stoß des Puls-Laserstrahls bei hoher Geschwindigkeit mit dem Hochgeschwindigkeitsschalten des Laserstrahls zwischen An und Aus. Durch Bestrahlen der notwendigen Stellen in dem Arbeitsstück 400 mit dem Laserstrahl auf diese Weise kann ein Teil des Bereiches, der mit dem Substrat im Kontakt steht, in dem III-V-Verbindungskeimkristall in dem Keimkristall-Teiltrennschritt getrennt werden.
  • <Kristall-Wachstumsschritt>
  • Wie in 1E dargestellt ist, wird nach dem Keimkristall-Teiltrennschritt der III-V-Verbindungskristall 12 erzeugt und durch Reaktion des Elementes der Gruppe III und des Elementes der Gruppe V durch Verwendung des III-V-Verbindungskeimkristalls 12a als Kern zum Wachsen gebracht (Kristall-Wachstumsschritt). Dieses Verfahren ist nicht besonders beschränkt und kann ein Flüssigphasen-Wachstumsverfahren oder ein Dampfphasen-Wachstumsverfahren wie oben beschrieben sein. In 1E ist ein Beispiel des Dampfphasen-Wachstumsverfahrens gezeigt. Dieses Verfahren kann mit dem Keimkristall-gebildeten Substrat (Substrat 11, auf dem der III-V-Verbindungskeimkristall 12a gebildet ist), der auf dem Tisch 1001 in dem Dampfphasen-Wachstumsofen 1000 wie in 1E gezeigt, angeordnet ist, durchgeführt werden. Als Dampfphasen-Wachstumsofen 1000 kann der Ofen, der in 2 beschrieben ist, verwendet werden.
  • Ein Beispiel eines Verfahrens zum Durchführen des Kristall-Wachstumsschritts, dargestellt in 1E, wird konkret unten beschrieben. Nachfolgend wird ein Verfahren zum Durchführen des Kristall-Wachstumsschritts durch MOCVD (MOVPE) durch Verwendung des Dampfphasen-Wachstumsofens von 2 beschrieben.
  • Zunächst wird das Keimkristall-gebildete Substrat, bei dem die III-V-Verbindungskeimkristall-Schicht 12A auf dem Substrat 11 gebildet ist, auf dem Tisch 1001 in dem Dampfphasen-Wachstumsofen 1000 angeordnet.
  • Wie in 2 angezeigt ist, ist ein Ausgangsmaterial 16 des III-V-Verbindungskristalls in dem Ausgangsmaterial-Gehäuseteil 1002 angeordnet (eingestellt). Das Ausgangsmaterial 16 ist nicht besonders beschränkt und kann beispielsweise ein Metall des Elementes der Gruppe III sein.
  • Als Metall des Elementes der Gruppe III werden beispielsweise Aluminium (Al), Gallium (Ga), Indium (In), Thallium (Tl) usw. genannt. Nur eine Art von Metall kann verwendet werden, oder zwei oder mehrere Arten von Metallen können in Kombination verwendet werden. Als Metall des Elementes der Gruppe III kann zumindest eines verwendet werden, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminium (A1), Gallium (Ga) und Indium (In). In diesem Fall wird die Zusammensetzung des hergestellten Nitridkristalls der Gruppe III dargestellt als AlsGatIn(1-(s+t))N (0 ≤ s ≤ 1, 0 ≤ t ≤ 1, s + t ≤ 1). Wie oben beschrieben ist, wenn der III-V-Verbindungskristall Galliumnitrid (GaN) ist, das Metall des Elementes der Gruppe III metallisches Gallium. Weiterhin kann ein Dotiermaterial oder dergleichen in dem Ausgangsmaterial 16 beispielsweise co-existieren und mit diesem reagieren. Als Dotiermittel werden beispielsweise Si, S, Te, Mg, Fe, Ge, Sn, Se, Zn, Ru, O, C usw. angegeben, obwohl das Dotiermittel nicht besonders beschränkt ist. Wenn diese Dotiermittel in dem Ausgangsmaterial 16 co-existieren, können die Dotiermittel in der Form eines einzelnen Elementes, Oxides, Halogenides oder dergleichen beispielsweise verwendet werden.
  • Dann wird der Dampfphasen-Wachstumsofen 1000 durch den Erwärmer 1006 erwärmt. Zu dieser Zeit ist die Temperatur des Ausgangsmaterials 16 nicht besonders beschränkt und wird beispielsweise auf 700 bis 1500°C, 800 bis 1400°C oder 900 bis 1300°C eingestellt. Die Temperatur des Substrates 11 ist nicht besonders beschränkt und wird auf beispielsweise 700 bis 1500°C, 800 bis 1400°C oder 900 bis 1300°C eingestellt. In diesem Zustand werden ein Ammoniakgas, Wasserstoffgas und ein Wasserstoffchloridgas vom Ammoniakgas (NH3)-Einführrohr 1003, dem Wasserstoffgas ((H2)-Einführungsrohr 1004 und dem Wasserstoffchloridgas (HCl)-Einführrohr 1005 eingeführt. Die Konzentration des Ammoniakgases (NH3) in bezug auf das gesamte Gas in dem Dampfphasen-Wachstumsofen 1000 ist nicht besonders beschränkt und wird auf 25 bis 80 mol%, 40 bis 70 mol% oder 50 bis 60 mol% beispielsweise eingestellt. Die Konzentration des Wasserstoffgases (H2) in bezug auf das gesamte Gas in dem Dampfphasen-Wachstumsofen 1000 ist nicht besonders beschränkt und wird beispielsweise auf 0 bis 75 mol% oder 20 bis 50 mol% eingestellt. Die Fließrate des Wasserstoffchloridgases (HCl) ist nicht besonders beschränkt und wird beispielsweise auf 20 bis 100 sccm oder 40 bis 60 sccm eingestellt.
  • Wenn das Ausgangsmaterial 16 metallisches Gallium ist, wird ein Kristall aus dem beabsichtigten GaN (III-V-Verbindung) erzeugt und wächst auf der Basis der folgenden Reaktionsformeln (I) und (II) zum Beispiel. Das Wasserstoffgas wird von dem Wasserstoffgas (H2)-Einführrohr 1004 eingeführt und dient als Gas für die Teildrucksteuerung zum Steuern des Teildrucks des Wasserstoffchloridgases und des Ammoniakgases. Weiterhin wird das überschüssige Gas nach der Reaktion von dem Auslaßrohr 1007 als Auslaßgas entladen. Ga + HCl → GaCl + 1/2H2 (I) GaCl + 2NH3 → GaN + H2 + NH4Cl (II)
  • Der Kristall-Wachstumsschritt in dem Kristall-Wachstumsofen 1000 kann beispielsweise unter Druck durchgeführt werden. Jedoch kann der Kristall-Wachstumsschritt unter vermindertem Druck oder unter einer Bedingung durchgeführt werden, bei dem weder ein Unterdrucksetzen noch eine Druckreduktion durchgeführt wird. Konkret ist in dem Kristall-Wachstumsschritt der Druck in dem Kristall-Wachstumsofen 1000 nicht besonders beschränkt und kann 10 Pa bis 1 MPa, 100 Pa bis 500 kPa oder 1 bis 100 kPa beispielsweise sein.
  • Auf diese Weise wächst der III-V-Verbindungskristall 12, bis die Dicke davon die beabsichtigte Dicke wird. Die Dicke des III-V-Verbindungskristalls 12 ist nicht besonders beschränkt und kann auf 0,001 bis 1000 mm, 0,01 bis 100 mm oder 0,1 bis 10 mm beispielsweise sein.
  • Es ist ebenfalls möglich, den Kristall-Wachstumsschritt durch Verwendung eines Flüssigphasen-Wachstumsverfahrens anstelle des Dampfphasen-Wachstumsverfahrens durchzuführen. In diesem Fall kann der Kristall-Wachstumsschritt wie folgt beispielsweise durchgeführt werden.
  • Zunächst wird die Oberfläche der entgegengesetzten Seite zum Substrat 11 in dem III-V-Verbindungskeimkristall 12a des Kristall-gebildeten Substrates mit einer Metallschmelze in Kontakt gebracht (Kontaktschritt). Darüber hinaus wird der III-V-Verbindungskristall erzeugt und mit Verwendung des Keimkristalls als Nukleus zum Wachsen gebracht, indem das Element der Gruppe III und das Element der Gruppe V in der Metallschmelze reagiert werden (Kristall-Wachstumsschritt).
  • Die Reaktionsbedingung in dem Kontaktschritt und dem Kristall-Wachstumsschritt ist nicht besonders beschränkt und Reaktionsbedingungen, beschrieben in den japanischen Patenten 4920875 , 4422473 , 4588340 usw. können als Referenz beispielsweise verwendet werden. Beispielsweise ist die Anlage, die für den Kontaktschritt und den Kristallwachstumsschritt verwendet wird, nicht besonders beschränkt. Die Anlage kann gleich sein wie die Anlage (LPE-Anlage), die für ein allgemeines Flüssigphasen-Wachstumsverfahren verwendet wird, oder kann gleich sein wie die LPE-Anlage, die in den japanischen Patenten 4920875 , 4422473 , 4588340 usw. beschrieben ist.
  • Die Zusammensetzung des III-V-Verbindungskristalls 12, der von dem III-V-Verbindungskeimkristall 12a erzeugt und zum Wachsen gebracht wird, ist nicht besonders beschränkt und kann gleich sein wie bei dem oben beschriebenen Dampfphasen-Wachstumsverfahren. Die Zusammensetzung des III-V-Kristalls kann auf der Basis der Arten, des Verhältnisses der Verwendungsmengen usw. des Elementes der Gruppe III und des Elementes der Gruppe V im Kristall-Wachstumsschritt hergestellt sein. Wenn der III-V-Verbindungskristall ein Nitrid-Kristall der Gruppe III ist, ist es bevorzugt, daß das oben beschriebene Element der Gruppe V, das in dem Kristall-Wachstumsschritt reagiert ist, Stickstoff ist. In diesem Fall ist es bevorzugt, daß die oben beschriebene Metallschmelze eine Alkalimetall-Schmelze ist, und daß in dem Kristall-Wachstumsschritt der III-V-Verbindungskristall 12 erzeugt und zum Wachsen gebracht wird durch Verwendung des III-V-Verbindungskeimkristalls 12a als Nukleus, indem das Element der Gruppe III und Stickstoff in der Alkalimetall-Schmelze unter einer Stickstoff-haltigen Atmosphäre reagiert werden.
  • Der Kontaktschritt und der Kristall-Wachstumsschritt durch das Flüssigphasen-Wachstumsverfahren können beispielsweise wie folgt durchgeführt werden.
  • In dem Kontaktschritt und dem Kristall-Wachstumsschritt können beispielsweise ein Natrium-Flußverfahren (Na-Flußverfahren), das eines von Herstellungsverfahren von Galliumnitrid (GaN) ist, das für Halbleiter-Substrate von LED und Energievorrichtung verwendet wird, eingesetzt werden. Beispielsweise wird zunächst ein Keimkristall (zum Beispiel ein dünner GaN-Film, gebildet auf einem Saphir-Substrat) in einem Tiegel angeordnet. Zusammen mit dem Keimkristall werden Natrium (Na) und Gallium (Ga) in den Tiegel bei einem angemessenen Verhältnis gegeben. Dann werden das Natrium und das Gallium in dem Tiegel unter einer Umgebung von hoher Temperatur (beispielsweise 800 bis 1000°C) und hohem Druck (beispielsweise mehrere Zehn von atmosphärischem Druck) geschmolzen und ein Stickstoffgas (N2) wird in der Schmelze aufgelöst. Dies kann den GaN-Keimkristall im Tiegel wachsen und den beabsichtigen GaN-Kristall herstellen. Die Reaktionsbedingung in dem Herstellverfahren eines III-V-Verbindungskristalls gemäß dieser Erfindung kann die gleiche Bedingung sein wie in dem oben beschriebenen allgemeinen Natrium-Flußverfahren oder kann angemessen geändert werden. Beispielsweise kann Ga durch ein anderes willkürliches Element der Gruppe III ersetzt werden. Weiterhin kann das Stickstoffgas durch ein anderes Stickstoff-haltiges Gas wie unten beschrieben ersetzt werden.
  • Wenn der Kristall-Wachstumsschritt unter einer Atmosphäre mit Stickstoff in dem oben beschriebenen Flüssigphasen-Wachstumsverfahren durchgeführt wird, ist die Form des Stickstoffs in der Atmosphäre, die Stickstoff enthält, nicht besonders beschränkt, und Gas, Stickstoff-Moleküle, Stickstoff-Verbindung usw. werden beispielsweise genannt. Es ist bevorzugt, daß die Stickstoff-haltige Atmosphäre eine Stickstoff-haltige Gas-Atmosphäre ist. Denn das Stickstoff-haltige Gas wird in dem Fluß aufgelöst, und wird ein Kultivierungs-Ausgangsmaterial des III-V-Verbindungskristalls. Als Stickstoff-haltiges Gas kann ein anderes Stickstoff-haltiges Gas wie ein Ammoniakgas (NH3) zusätzlich oder anstelle des oben beschriebenen Stickstoffgases (N2) verwendet werden. Bei Verwendung eines Mischungsgases aus einem Stickstoffgas und einem Ammoniakgas ist das Mischungsverhältnis willkürlich. Die Verwendung eines Ammoniakgases ist bevorzugt, weil der Reaktionsdruck vermindert werden kann.
  • Als oben beschriebene Alkalimetall-Schmelze (Fluß) kann ein anderes Alkalimetall wie Lithium zusätzlich zu oder anstelle von Natrium verwendet werden. Mehr spezifisch enthält die Alkalimetall-Schmelze zumindest eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lithium (Li), Natrium (Na), Kalium (K), Rubidium (Rb) und Cäsium (Cs) und kann gemischter Fluß aus Na und Li oder dergleichen beispielsweise sein. Es ist besonders bevorzugt, daß die Alkalimetall-Schmelze eine Natrium-Schmelze ist. Weiterhin kann die Alkalimetall-Schmelze eine Art oder mehrere Arten von anderen Komponenten als das Alkalimetall enthalten und muß die anderen Komponenten nicht enthalten. Als die anderen Komponenten als das Alkalimetall werden beispielsweise Erdalkalimetalle genannt, obwohl die Komponenten nicht besonders beschränkt sind. Als Erdalkalimetalle werden beispielsweise Calcium (Ca), Magnesium (Mg), Strontium (Sr) und Barium (Br) genannt. Unter diesen sind Ca und Mg bevorzugt und Ca ist mehr bevorzugt. Als andere Komponente als das Alkalimetall können beispielsweise Kohlenstoff (elementare Kohlenstoff-Substanz oder Kohlenstoff-Verbindung) enthalten oder nicht enthalten sein. Elementare Kohlenstoff-Substanzen und Kohlenstoff-Verbindungen, die Cyan (CN) in der oben beschriebenen Schmelze erzeugen, sind bevorzugt. Der Kohlenstoff kann ein gasförmiger organischer sein. Als solche Kohlenstoff-Elementar-Substanzen und Kohlenstoff-Verbindungen werden beispielsweise Cyanid, Graphit, Diamant, Fulleren, Kohlenstoff-Nanorohr, Methan, Ethan, Propan, Butan, Benzol usw. genannt. Der Gehalt von Kohlenstoff ist nicht besonders beschränkt. Auf der Basis der Gesamten von der Schmelze, dem Element der Gruppe III und dem Kohlenstoff ist der Gehalt von Kohlenstoff im Bereich von 0,01 bis 20 Atom (at.)%, 0,05 bis 15 Atom (at.)%, 0,1 bis 10 Atom (at.)%, 0,1 bis 5 Atom (at.)%, 0,25 bis 7,5 Atom (at.)%, 0,25 bis 5 Atom (at.)%, 0,5 bis 5 Atom (at.)%, 0,5 bis 2,5 Atom (at.)%, 0,5 bis 2 Atom (at.)%, 0,5 bis 1 Atom (at.)%, 1 bis 5 Atom (at.)% oder 1 bis 2 Atom (at.)%. Unter diesen kann der Gehalt von Kohlenstoff in einem Bereich von 0,5 bis 5 Atom (at.)%, 0,5 bis 2,5 Atom (at.)%, 0,5 bis 2 Atom (at.)% 0,5 bis 1 Atom (at.)%, 1 bis 5 Atom (at.)% oder 1 bis 2 Atom (at.)% sein.
  • Die Additionsrate des Alkalimetalls in bezug auf das Element der Gruppe III ist nicht besonders beschränkt und kann 0,1 bis 99,9 mol%, 1 bis 99 mol% oder 5 bis 98 mol% zum Beispiel sein. Weiterhin kann beispielsweise das molare Verhältnis bei Verwendung eines gemischten Flusses aus Alkalimetall und Erdalkalimetall Alkalimetall:Erdalkalimetall = 99,99 bis 0,01 : 0,01 bis 99,99 sein oder kann 99,9 bis 0,05 : 0,1 bis 99,95 sein oder kann 99,5 bis 1 : 0,5 bis 99 sein. Es ist bevorzugt, daß die Reinheit der oben beschriebenen Schmelze hoch ist. Beispielsweise kann die Reinheit von Na eine Reinheit von gleich oder mehr als 99,95 % sein. Als Flußkomponente (zum Beispiel Na) mit hoher Reinheit kann ein kommerziell erhältliches Produkt mit hoher Reinheit verwendet werden, oder ein Subjekt, erhalten durch Kaufen eines kommerziell erhältlichen Produktes und anschließendes Erhöhen der Reinheit davon durch ein Verfahren wie Destillation, kann verwendet werden.
  • Die Temperatur und Druck der Reaktion zwischen dem Element der Gruppe III und dem Stickstoff-haltigen Gas sind ebenfalls nicht auf die oben beschriebenen nummerischen Werte beschränkt und können angemessen eingestellt werden. Obwohl eine angemessene Reaktionstemperatur und Druckänderung in Abhängigkeit von der Komponente der Schmelze (Fluss), der Atmosphärengaskomponente und dem Druck davon abhängen, kann die Temperatur 100 bis 1500°C und der Druck 100 Pa bis 20 MPa beispielsweise sein. Alternativ kann die Temperatur 300 bis 1200°C und der Druck 0,01 bis 20 MPa sein oder die Temperatur kann 500 bis 1100°C und der Druck 0,1 bis 10 MPa sein, oder die Temperatur kann 700 bis 1100°C und der Druck 0,1 bis 10 MPa sein. Weiterhin ist die Reaktionszeit, d.h. die Wachstums-(Kultivierungs-)Zeit des Kristalls nicht besonders beschränkt und kann angemessen eingestellt werden, um zu ermöglichen, daß der Kristall auf eine angemessene Größe wächst. Beispielsweise kann die Reaktionszeit 1 bis 1000 Stunden, 5 bis 600 Stunden oder 10 bis 400 Stunden sein.
  • In dem oben beschriebenen Flüssigphasen-Wachstumsverfahren wird möglicherweise in Abhängigkeit von dem Fall der oben beschriebene Keimkristall aufgrund des oben beschriebenen Flusses aufgelöst, bevor sich die Stickstoff-Konzentration erhöht. Um dies zu verhindern, kann ein Nitrid in dem Fluss zumindest an der Anfangsstufe der Reaktion existieren. Als Nitrid gibt es beispielsweise Ca3N2, Li3N, NaN3, BN, Si3N4, InN usw. Sie können alleine verwendet werden oder zwei oder mehrere Arten von Substanzen können in Kombination verwendet werden. Weiterhin kann das Verhältnis von Nitrid in dem Fluss 0,0001 bis 99 mol-%, 0,001 bis 50 mol-% oder 0,005 bis 10 mol-% beispielsweise sein.
  • In dem Flüssigphasen-Wachstumsverfahren ist es ebenfalls möglich, daß eine Verunreinigung in dem oben beschriebenen gemischten Fluss existiert. Dies kann einen GaN-Kristall herstellen, der die Verunreinigung enthält. Als Verunreinigung gibt es z.B. Silicium (Si), Aluminiumoxid (Al2O3), Indium (In), Aluminium (Al), Indiumnitrid (InN), Siliciumoxid (SiO2), Indiumoxid (In2O3), Zink (Zn), Magnesium (Mg), Zinkoxid (ZnO), Magnesiumoxid (MgO), Germanium (Ge) usw.
  • In dem Flüssigphasen-Wachstumsverfahren kann ein Rührschritt zum Rühren der oben beschriebenen Schmelze weiter enthalten sein. Die Stufe, bei der der Rührschritt durchgeführt wird, ist nicht besonders beschränkt. Beispielsweise kann der Rührschritt zumindest bei einem vor dem Kristall-Wachstumsschritt, gleichzeitig mit dem Kristall-Wachstumsschritt oder nach dem Kristall-Wachstumsschritt durchgeführt werden. Mehr spezifisch kann beispielsweise der Rührschritt durchgeführt werden vor dem Kristall-Wachstumsschritt oder kann gleichzeitig mit dem Kristall-Wachstumsschritt durchgeführt werden. Alternativ kann der Rührschritt zu beiden dieser Zeitpunkte durchgeführt werden.
  • <Substrat-Trennschritt>
  • Wie in 1F und 1G gezeigt ist, wird nach dem Kristall-Wachstumsschritt das Substrat 11 von dem III-V-Verbindungskristall 12 getrennt (Substrat-Trennschritt).
  • Nach dem Kristall-Wachstumsschritt wird das Kühlen auf Raumtemperatur durchgeführt, um den III-V-Verbindungskristall 12, der von dem Substrat 11 getrennt ist, aus dem Reaktionsofen 1000 herauszunehmen. Danach werden der III-V-Verbindungskristall 12 und das Substrat 11 verzerrt und biegen sich aufgrund des Unterschiedes des thermischen Expansionskoeffizienten zwischen dem III-V-Verbindungskristall 12 und dem Substrat 11. Wenn beispielweise der III-V-Verbindungskristall 12 Galliumnitrid (GaN) ist und das Substrat 11 Saphir ist, ist der thermische Expansionskoeffizient von Saphir kleiner als der von Galliumnitrid wie oben beschrieben. Aufgrund der Kühlung biegt sich das Saphir-Substrat 11 so, daß die Seite von Galliumnitrid 12 zu einer konvexen Form wird, wie in 1F angegeben ist. Dies erzeugt eine Spannung in dem III-V-Verbindungskristall 12 und dem Substrat 11. Weil ein Teil der III-V-Verbindungskeimkristall-Schicht 12a von dem Substrat 11 durch den Keimkristall-Teiltrennschritt getrennt ist, ist es einfach, daß das Substrat 11 von der III-V-Verbindungskeimkristall-Schicht 12a und dem III-V-Verbindungskristall 12 abgeschält (getrennt) wird. Wie in 1G gezeigt ist, wird somit das Substrat 11 von der III-V-Verbindungskeimkristall-Schicht 12a und dem III-V-Verbindungskristall 12 aufgrund der oben beschriebenen Spannung abgeschält (getrennt). Danach wird der III-V-Verbindungskristall 12, der von dem Substrat 11 getrennt ist, aus dem Kristall-Wachstumsofen 1000 herausgenommen. Auf oben beschriebene Weise kann der III-V-Verbindungskristall 12 hergestellt werden.
  • In diesem Ausführungsbeispiel wird beispielsweise unmittelbar nach Bildung der III-V-Verbindungskeimkristall-Schicht 12a, wie in 1B gezeigt ist, die Dicke der III-V-Verbindungskeimkristall-Schicht (Pufferschicht) 12a dünn (dünner Film). Aus diesem Grund tritt eine Wölbung (Biegung) nicht in dem Substrat 11 und der III-V-Verbindungskeimkristall-Schicht 12a in diesem Zustand auf. Daher wird die Position, bei der ein Laserstrahl fokussiert wird (Verarbeitungsposition) leicht eingestellt und es ist leicht, den Keimkristall-Teiltrennschritt wie in den 1C und 1D angegeben, durchzuführen. Wie oben beschrieben, ist es leicht, weil ein Teil der III-V-Verbindungskeimkristall-Schicht 12a von dem Substrat 11 durch den Keimkristall-Teiltrennschritt getrennt ist, daß das Substrat von der III-V-Verbindungskeimkristall-Schicht 12a und dem III-V-Verbindungskristall 12 abgeschält (getrennt) wird. Aus diesem Grund kann ohne Auferlegung einer Kraft zum Abschälen des Substrates 11 von außen das Substrat 11 von der III-V-Verbindungskeimkristall-Schicht 12a und dem III-V-Verbindungskristall 12 geschält (getrennt) werden, indem nur die Spannung, die in dem III-V-Verbindungskristall 12 und dem Substrat 11 zum Zeitpunkt der Kühlung wie oben beschrieben erzeugt wird.
  • In einem allgemeinen Herstellungsverfahren eines III-V-Verbindungskristalls muß eine Kraft (externe Kraft) von der äußeren Seite auferlegt werden, zum Trennen des Substrates von dem III-V-Verbindungskristall nach Herstellung des III-V-Verbindungskristalls. Im Gegensatz dazu ist es erfindungsgemäß ebenfalls möglich, das Substrat von dem III-V-Verbindungskristall nur durch die Spannung zum Zeitpunkt der Kühlung zu trennen, ohne eine externe Kraft wie oben beschrieben aufzuerlegen. Das heißt, erfindungsgemäß kann ohne getrenntes (beabsichtigtes) Durchführen des Substrat-Trennschrittes der Kühlschritt nach dem III-V-Verbindungskristall-Herstellschritt als Substrat-Trennschritt verdoppelt werden. Diese Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise kann getrennt der Substrat-Trennschritt durch Auferlegung einer Kraft (externe Kraft) von außen zum Trennen des Substrates von dem III-V-Verbindungskristall durchgeführt werden. Weil erfindungsgemäß ein Teil des III-V-Verbindungskeimkristalls von dem Substrat durch den Keimkristall-Teiltrennschritt getrennt ist, wird das Substrat leicht selbst mit einer kleinen Kraft nach dem III-V-Verbindungskristall-Wachstumsschritt getrennt. Aus diesem Grund tritt ein Bruch oder dgl. des hergestellten III-V-Verbindungskristalls weniger leicht auf.
  • Es ist möglich, einen Halbleiterkristall mit einer großen Größe aufgrund des Fortschritts der Technik in den letzten Jahren herzustellen und das Design einer Halbleitervorrichtung wurde aufgrund dessen mehr verschieden. Beispielsweise wurden in einem Siliziumleiter-Substrat usw. große Kristalle mit einem Durchmesser von ungefähr 15 cm, ungefähr 20 cm, ungefähr 30 cm, ungefähr 45 cm praktisch verwendet oder Studien werden bezüglich der praktischen Verwendung durchgeführt. Die Herstellung von Kristallen mit einer solchen großen Größe ist schwierig in III-V-Verbindungskristallen von GaN usw. Der Grund, daß die Zerstörung leicht in dem III-V-Verbindungskristall aufgrund des Unterschiedes des thermischen Expansionskoeffizienten von dem Substrat auftritt, ist wie oben beschrieben. Weiter bricht bei einem Kristall mit einer besonders großen Größe der Kristall leicht, wenn eine Kraft auferlegt wird, zum Trennen des Kristalls von dem Substrat. Erfindungsgemäß wird das Substrat jedoch leicht getrennt selbst mit einer kleinen Kraft und ein Bruch des hergestellten III-V-Verbindungskristalls tritt weniger leicht wie oben beschrieben beispielsweise auf. Wie oben beschrieben ist es weiterhin ebenfalls möglich, den Kühlschritt nach dem III-V-Verbindungskristall-Herstellschritt zu verdoppeln als Substrat-Trennschritt, ohne den Substrat-Trennschritt getrennt (beabsichtigt) durchzuführen.
  • <III-V-Verbindungskristall, Halbleitervorrichtung, Herstellungsverfahren für die Halbleitervorrichtung>
  • Der III-V-Verbindungskristall, hergestellt durch das obige Verfahren zur Herstellung des III-V-Verbindungskristalls dieser Erfindung ist nicht besonders beschränkt und ist beispielsweise wie oben beschrieben. Die Dislokationsdichte des III-V-Verbindungskristalls ist nicht besonders beschränkt. Jedoch ist es bevorzugt, daß die Dislokationsdichte niedrig ist, und die Dislokationsdichte ist beispielsweise 1 × 108 cm-2 oder weniger, 1 × 107 cm-2 oder weniger, 1 × 106 cm-2 oder weniger oder 1 × 105 cm-2 oder weniger. Der untere Grenzwert der Dislokationsdichte ist nicht besonders beschränkt. Idealerweise ist der untere Grenzwert 0 oder ein Wert, der gleich oder kleiner als der Messgrenzwert der Messanlage ist. Der Wert der Dislokationsdichte kann ein Durchschnitt des gesamten Kristalls beispielsweise sein, jedoch ist es mehr bevorzugt, daß der maximale Wert im Kristall gleich oder kleiner als der oben beschriebene Wert ist. Weiterhin sind in dem Nitridkristall der Gruppe III dieser Erfindung die Halbwertsbreiten einer symmetrischen Reflexionskomponente (002) und einer asymmetrischen Reflexionskomponente (102) als Halwertsbreiten gemäß XRC (Röntgenbeugungsverfahren) nicht besonders beschränkt und sind beispielsweise jeweils 100 Sekunden oder weniger und bevorzugt 30 Sekunden oder weniger. Der untere Grenzwert des Messwertes der XRC-Halbwertsbreite ist nicht besonders beschränkt. Idealerweise ist der untere Grenzwert 0 oder ein Wert von gleich oder kleiner als dem Messgrenzwert der Messanlage.
  • Der Verwendungszweck des Nitridkristalls der Gruppe III, hergestellt durch das Herstellungsverfahren für den III-V-Verbindungskristall dieser Erfindung, ist nicht besonders beschränkt. Beispielweise kann der Gruppe III-Nitrid-Kristall für eine Halbleitervorrichtung verwendet werden, weil er Eigenschaften als Halbleiter hat. Ein Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung dieser Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Schritt zur Herstellung des obigen III-V-Verbindungskristalls durch das oben beschriebene Herstellungsverfahren eines III-V-Verbindungskristalls gemäß dieser Erfindung wie oben beschrieben. Daneben ist das Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung dieser Erfindung nicht besonders beschränkt und kann irgendeinen Schritt beinhalten.
  • Der Nitrid-Kristall der Gruppe III, hergestellt durch das Herstellungsverfahren für den III-V-Verbindungskristall dieser Erfindung, kann eine Halbleitervorrichtung mit extrem hoher Leistung aufgrund einer großen Größe, geringeren Defekten wie Wölbung (Verzerrung) und hoher Qualität beispielsweise ergeben. Gemäß dieser Erfindung ist es auch möglich, einen III-V-Verbindungskristall (z.B. GaN) mit einem Durchmesser von 15,24 cm oder größer zu erhalten, was im Stand der Technik wie oben beschrieben unmöglich war. Aufgrund dessen wird eine weitere Verbesserung der Leistung durch die Verwendung der III-V-Verbindung anstelle von Si (Silicium) in einer Halbleitervorrichtung wie einer Energievorrichtung und LED ermöglicht, wobei die Erhöhung des Waferdurchmessers von Si ein Standard geworden ist. Die Auswirkung für die Halbleiterindustrie durch diese Erfindung, die hierauf basiert, ist extrem groß.
  • Weiterhin ist die Halbleitervorrichtung, die durch das Herstellungsverfahren für die Halbleitervorrichtung gemäß dieser Erfindung hergestellt ist, nicht besonders begrenzt und kann irgendeine sein, solange sie ein Gegenstand ist, der unter Verwendung eines Halbleiters arbeitet. Als Gegenstand, der unter Verwendung eines Halbleiters arbeitet, werden z.B. ein Halbleiterelement, ein Inverter, eine elektrische Anlage unter Verwendung des Halbleiterelementes, des Inverters usw. beispielsweise genannt. Zum Beispiel kann die Halbleitervorrichtung dieser Erfindung verschiedene Arten von elektrischen Anlagen sein, wie ein Mobiltelefon, Flüssigkristallfernseher, Beleuchtungsanlage, Energieanlage, Laserdiode, Solarzelle, Hochfrequenzvorrichtung und Anzeige oder kann ein Halbleiterelement, Inverter usw. sein, der hierfür verwendet wird. Das Halbleiterelement ist nicht besonders begrenzt und LD, LED usw. werden beispielsweise genannt. Beispielsweise wird ein LD, das blaues Licht emittiert, für eine optische Scheibe hoher Dichte, eine Anzeige usw. verwendet, und ein LED, das blaues Licht emittiert, wird für eine Anzeige, Beleuchtung usw. verwendet. Weiterhin wird erwartet, daß ein Ultraviolett-LD für Biotechnologie usw. angewandt wird, und ein UV-LED wird als UV-Quelle als ein Substrat für eine Quecksilberlampe angesehen. Zusätzlich kann beispielsweise ein Inverter, für den die III-V-Verbindung dieser Erfindung als Energiehalbleiter für einen Inverter verwendet wird, ebenfalls für die Energieerzeugung einer Solarzelle oder dgl. verwendet werden. Wie oben beschrieben ist der III-V-Verbindungskristall, hergestellt durch das III-V-Verbindungskristall-Herstellverfahren dieser Erfindung nicht hierauf beschränkt und kann für irgendwelche anderen willkürlichen Halbleitervorrichtungen oder andere technische Gebiete in großem Umfang verwendet werden.
  • [Arbeitsbeispiel]
  • Nachfolgend wird ein Arbeitsbeispiel dieser Erfindung beschrieben. Diese Erfindung ist jedoch durch das folgende Arbeitsbeispiel nicht beschränkt.
  • In dem folgenden Arbeitsbeispiel und Referenzbeispiel wurde für die Herstellung (Kultivierung) eines Kristalls durch ein Flüssigphasenwachstumsverfahren eine LPE-Anlage mit einer Struktur gemäß den schematischen Diagrammen der 7A und 7B verwendet. Wie in 7A angezeigt ist, enthält diese LPE-Anlage einen Ausgangsmaterial-Gasbehälter 361 zum Zuführen eines Ausgangsmaterial-Gases (in diesem Arbeitsbeispiel Stickstoff-Gas), einen Druckeinsteller 362 zum Einstellen des Drucks einer Kultivier-Atmosphäre, ein Auslaufventil 363, einen Edelstahlbehälter 364 zum Durchführen der Kristallkultivierung und einen elektrischen Ofen 365. 7B ist ein Diagramm, bei dem der Edelstahlbehälter 364 vergrößert ist, und ein Tiegel 366 ist im Inneren des Edelstahlbehälters 364 angeordnet. In diesem Arbeitsbeispiel wurde als Tiegel ein Tiegel aus Aluminiumoxid (Al2O3) für die gesamte Herstellung verwendet. Weiterhin bedeutet bei diesem Arbeitsbeispiel Ga : Na das Substanzmengen-Verhältnis (molares Verhältnis) zwischen dem verwendeten Gallium und Natrium. Zusätzlich wurde als Anlage für die Laserstrahlbestrahlung DFL 7560 (Marke), erzeugt von DISCO Corporation, für die gesamte Herstellung verwendet.
  • (Arbeitsbeispiel 1)
  • Zunächst wurde ein Keimkristall-gebildetes Substrat (erzeugt von POWDEC K. K., Marke GaN epi-wafer 150-5-1000) hergestellt, worin eine GaN-Schicht mit einer Dicke von ungefähr 5 µm auf einem Saphir-Substrat (φ 150 mm) mit einer Dicke von ungefähr 1000 µm angeordnet war (Schritt für den Erhalt des Keimkristall-gebildeten Substrates). Dann wurde eine Laserstrahlbestrahlung von der Seite des Saphir-Substrates auf diesem Keimkristall-gebildeten Substrat unter einer Bedingung, die in der folgenden Tabelle 1 beschrieben ist, durchgeführt, und ein Teil des Bereiches, der mit dem Saphir-Substrat in der GaN-Schicht im Kontakt stand, wurde von dem Saphir-Substrat getrennt (Keimkristall-Teiltrennschritt). Die Größe und Form des Teils, das durch die Laserstrahlbestrahlung verarbeitet wurde und von dem Saphir-Substrat getrennt war, und des Teils, das nicht verarbeitet war, aber in der GaN-Schicht zurückblieb, wird später beschrieben. [Tabelle 1]
    Lichtquelle : YAG-Laser
    Wellenlänge : 257,5 nm
    Repetitionsfrequenz : 50 bis 200 kHz
    Durchschnittliche Ausstoß leistung : 0,4 bis 1,0 W
    Pulsbreite : 100 ps
    Pulsenergie : 8 bis 5 µJ
    Punktdurchmesser : 50 µm
    Laserstrahl-Bewegungsgesc hwindigkeit : 50 bis 100 mm/s
  • Unter Verwendung dieses Keimkristall-gebildeten Substrates wurde das Kristallwachstum (Kultivierung) durchgeführt und ein GaN-Kristall unter einer Stickstoffgasatmosphäre unter einer Bedingung gemäß der folgenden Tabelle 2 hergestellt. „C [mol%] 0,5“, das unten beschrieben ist, zeigt an, daß Kohlenstoffpulver in einer Menge von 0,5 mol% in Bezug auf das Gesamte der Substanzmengen von Gallium (Ga), Natrium (Na) und Kohlenstoffpulvern zugegeben war. Zunächst wurde der Tiegel 366, in den Gallium (Ga), Natrium (Na), Kohlenstoffpulver (C) und das Keimkristall-gebildete Substrat gegeben waren, in den Edelstahlbehälter 364 gegeben, und der Edelstahlbehälter 364 wurde in den elektrischen Ofen (wärmeresistenter, druckresistenter Behälter) 365 gegeben. Gleichzeitig mit dem Einführen eines Stickstoffgases von dem Ausgangsmaterialgas-Behälter 361 in den Edelstahlbehälter 364 wurde das Innere des elektrischen Ofens (wärmeresistenter, druckresistenter Behälter) 365 durch einen Erwärmer (nicht dargestellt) erwärmt. Unter Hochtemperatur-, Hochdruck-Bedingung, die in der folgenden Tabelle 2 beschrieben sind, wurde eine Reaktion für 72 Stunden verursacht, zum Durchführen des Kristallwachstums (Kultivierung), so daß der beabsichtigte GaN-Kristall hergestellt wurde. Wenn das Kühlen auf Raumtemperatur (Ermöglichung des Kühlens) durchgeführt wurde, um den hergestellten GaN-Kristall aus dem elektrischen Ofen (wärmeresistenter, druckresistenter Behälter) 365 herauszunehmen, schälte sich das Saphir-Substrat von dem hergestellten GaN-Kristall ab. Darüber hinaus wurde ein GaN-Kristall mehrere Male unter der gleichen Bedingung hergestellt. [Tabelle 2]
    Temperatur [°C] 870
    Druck [MPa] 4.0
    Zeit [Stunde] 72
    Ga : Na 27 : 73
    C [mol%] 0,5
    Flüssigkeitsniveau [cm] 0,8
    Tiegel Al2O3
    Keimkristall (GaN) -Filmdicke [µm] 5
  • In 8 sind Fotos des GaN-Kristalls, hergestellt in diesem Arbeitsbeispiel, und des Saphir-Substrates nach Verwendung für die Herstellung des GaN-Kristalls in diesem Arbeitsbeispiel gezeigt. Das Foto auf der linken Seite von 8 ist der GaN-Kristall und das Foto auf der rechten Seite ist das Saphir-Substrat. Wie im Diagramm angezeigt, wurde der hergestellte GaN-Kristall von dem Saphir-Substrat ohne Brechen oder Zurücklassen auf dem Saphir-Substrat getrennt.
  • In diesem Arbeitsbeispiel wurde wie oben beschrieben das Saphir-Substrat von dem hergestellten GaN-Kristall abgeschält, wenn das Kühlen (Kühlermöglichung) auf Raumtemperatur durchgeführt wurde, um den hergestellten GaN-Kristall aus dem elektrischen Ofen (wärmeresistenter, druckresistenter Behälter) 365 herauszunehmen. Wie oben konnte bei diesem Arbeitsbeispiel der Kühlschritt nach dem GaN-Kristall-Herstellschritt so gemacht werden, daß er als Substrattrennschritt verdoppelt wurde, ohne eine externe Kraft auf das Saphir-Substrat und den hergestellten GaN-Kristall aufzuerlegen. Wie in den Fotos von 8 gezeigt ist, konnte der hergestellte GaN-Kristall von dem Saphir-Substrat ohne Brechen oder Zurücklassen auf dem Saphir-Substrat getrennt werden.
  • In den 9A bis 9F ist der Überblick des Keimkristall-gebildeten Substrates, der bei diesem Arbeitsbeispiel verwendet wurde, (nach Verarbeitung durch den Laserstrahl) dargestellt.
  • 9A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch die Struktur des Keimkristall-gebildeten Substrates zeigt. Wie in dem Diagramm dargestellt ist, wurde an dem Teil, mit dem die Laserstrahl-Verarbeitung in dem Bereich durchgeführt wurde, der mit dem Saphir-Substrat 11 in der GaN-Keimkristall-Schicht 12a in Kontakt steht, die Verarbeitungsmarkierung 15 gebildet und die GaN-Keimkristallschicht 12a wurde von dem Saphir-Substrat 11 getrennt. Es wird vermutet, daß GaN sich in metallisches Gallium durch die Laserstrahl-Bestrahlung an dem Teil der Verarbeitungsmarkierung 15 änderte.
  • 9B ist ein Planfoto des Keimkristall-gebildeten Substrates. Wie in dem Diagramm dargestellt, waren in der GaN-Keimkristall-Schicht 12a der Teil der Verarbeitungsmarkierung 15, die von der Laserstrahlbearbeitung resultiert, und der Teil, der nicht verarbeitet wurde, sondern zurückgelassen wurde, klar getrennt.
  • 9C ist ein Elektronen-Abtastmikroskop-Bild (SEM), das erhalten wurde, wenn das Keimkristall-gebildete Substrat durch die Oberfläche auf der Seite der GaN-Keimkristall-Schicht 12a (auf der gegenüberliegenden Seite zu dem Saphir-Substrat 11) beobachtet wurde. Wie in dem Diagramm dargestellt, wurde bestätigt, daß die GaN-Keimkristall-Schicht 12a ohne Ändern der Oberfläche auf der entgegengesetzten Seite zum Saphir-Substrat 11 gelassen wurde.
  • 9D ist ein optisches Mikroskopbild, erhalten, wenn das Keimkristall-gebildete Substrat durch die Oberfläche auf der Seite des Saphir-Substrates 11 beobachtet wurde. Wie in dem Diagramm dargestellt, wurde in der GaN-Keimkristall-Schicht 12a das Teil der Verarbeitungsmarkierung 15, das von der Laserstrahlverarbeitung resultiert, und das Teil, das nicht verarbeitet wurde, sondern zurückgelassen wurde, so beobachtet, daß sie klar getrennt waren.
  • 9E ist eine Planansicht, die schematisch die Größe und Form des Teils der Verarbeitungsmarkierung 15, das von der Laserstrahlverarbeitung resultiert, und des Teils zeigt, das nicht verarbeitet, sondern in der GaN-Keimkristall-Schicht 12a zurückblieb. Wie im Diagramm dargestellt, sind an dem Teil, das nicht verarbeitet wurde, sondern zurückblieb, ein Rechteck mit 120 µm horizontal × 110 µm vertikal und ein Rechteck mit 120 µm horizontal × 80 µm vertikal bei einem Intervall von 30 µm in der vertikalen Richtung zur Bildung einer Einheit angeordnet. Weiterhin ist eine große Anzahl von Einheiten bei Intervallen von 40 µm in der vertikalen Richtung und 150 µm in der horizontalen Richtung angeordnet.
  • 9F ist eine Planansicht, die schematisch das Flächenverhältnis des Teils, mit dem keine Laserstrahlverarbeitung durchgeführt wurde, sondern das zurückblieb, in Bezug auf das Gesamte in der GaN-Keimkristall-Schicht 12a zeigt. Wie in dem Diagramm gezeigt ist, wird von den vertikalen und horizontalen Dimensionen des Teils der Verarbeitungsmarkierung 15, die von der Laserstrahlbearbeitung resultiert, und des Teils, das nicht verarbeitet wurde, sondern zurückblieb, die Fläche des Teils, die nicht verarbeitet wurde, sondern zurückblieb, mit ungefähr 32,5% des Gesamten berechnet.
  • 10A bis 10D zeigen ein Fotolumineszenz (PL)-Meßergebnis des Keimkristall-gebildeten Substrates von 9.
  • 10A ist ein PL-Bild, erhalten, wenn das Keimkristall-gebildete Substrat durch die Oberfläche auf der Seite der GaN-Keimkristall-Schicht 12a (auf der entgegengesetzten Seite zum Saphir-Substrat 11) beobachtet wurde. 10B ist ein Diagramm, das die Analyseergebnisse des PL-Bildes von 10A zeigt. In 10B zeigt die Abszissenachse die Wellenlänge [nm] und die Ordinatenachse die relative Intensität [Zahl]. Wie in dem Diagramm angegeben, wurde bestätigt, daß die GaN-Keimkristall-Schicht 12a zurückblieb ohne Ändern der Oberfläche der entgegengesetzten Seite zum Saphir-Substrat 11.
  • Weiterhin ist 10C ein PL-Bild, erhalten, wenn das Keimkristall-gebildete Substrat durch die Oberfläche auf der Seite des Saphir-Substrates 11 beobachtet wurde. 10D ist ein Diagramm, das das Analyseergebnis des PL-Bildes von 10C zeigt. In 10D bedeutet die Abszissenachse die Wellenlänge [nm] und die Ordinatenachse die relative Intensität [Zahl]. Wie im Diagramm dargestellt ist, ist in der GaN-Keimkristall-Schicht 12a das Teil der Verarbeitungsmarkierung 15, das von der Laserstrahlverarbeitung resultiert, und das Teil, das nicht verarbeitet wurde, aber zurückblieb, so beobachtet, daß sie deutlich voneinander getrennt waren.
  • In den 11A bis 11C sind Fotos eines GaN-Kristalls, der durch dieses Arbeitsbeispiel hergestellt wurde und ist verschieden von 8, und ein Saphir-Substrat gezeigt, nachdem es zur Herstellung des GaN-Kristalls verwendet wurde. 11A ist ein Foto der Vorderseite des GaN-Kristalls (Oberfläche auf der entgegengesetzten Seite zu der Seite, die mit dem Saphir-Substrat in Kontakt stand). 11B ist ein Foto auf der Rückseite des GaN-Kristalls (Oberfläche auf der Seite, die mit dem Saphir-Substrat in Kontakt stand). 11C ist ein Foto des Saphir-Substrates. Wie in dem Diagramm dargestellt ist, war der hergestellte GaN-Kristall von dem Saphir-Substrat ohne Brechen oder Zurücklassen auf dem Saphir-Substrat getrennt. Wie oben beschrieben konnte der Kühlschritt nach dem GaN-Kristall-Herstellschritt als Substrat-Trennschritt ohne Auferlegung einer externen Kraft auf das Saphir-Substrat und den hergestellten GaN-Kristall verdoppelt werden.
  • (Referenzbeispiel)
  • Ein GaN-Kristall wurde auf gleiche Weise wie beim Arbeitsbeispiel hergestellt, mit der Ausnahme, daß die Verarbeitung durch Laserstrahlbestrahlung (Keimkristall-Teiltrennschritt) nicht für das oben beschriebene Keimkristall-gebildete Substrat durchgeführt wurde, und das Keimkristall-gebildete Substrat wurde direkt dem Kristallwachstumsschritt unterworfen.
  • In 12 sind Fotos der GaN-Kristalle des Referenzbeispiels (Ref.) und des Arbeitsbeispiels (LAS-Muster-Verarbeitung) gezeigt. In diesem Arbeitsbeispiel ist „LAS“ eine Abkürzung für laserunterstützte Trennung. Weiterhin sind die Ausbeute (%) und die Filmdicke (mm) eines jeden GaN-Kristalls ebenfalls im Zusammenhang mit den Fotos dargestellt. Die linke Seite von 12 ist das Referenzbeispiel (Ref.) und die rechte Seite das Arbeitsbeispiel (LAS-Muster-Verarbeitung). In jedem Beispiel ist das Foto auf der oberen Seite ein Foto der Vorderseite des GaN-Kristalls (Oberfläche auf der entgegengesetzten Seite zum Saphir-Substrat), und das Foto auf der unteren Seite ist ein Foto der Rückseite des GaN-Kristalls (Oberfläche der Saphir-Substratseite). Die Ausbeute (%) wurde auf der Basis des Gewichts des verwendeten metallischen Galliums und des Gewichts des hergestellten GaN-Kristalls berechnet. Weiterhin ist der GaN-Kristall der Fotos auf der rechten Seite von 12 der gleiche GaN-Kristall wie bei den Fotos von 11.
  • Wie in 12 angezeigt, wurde in dem GaN-Kristall des Referenzbeispiels, obwohl die Ausbeute etwas höher war als beim Arbeitsbeispiel, das Saphir-Substrat nicht von dem GaN-Kristall abgeschält, sondern bleib zurück, selbst wenn das Kühlen nach dem GaN-Kristall-Herstellschritt durchgeführt wurde, wobei dies anders war als beim Arbeitsbeispiel. In dem Referenzbeispiel wurde ein Riss in dem Saphir-Substrat erzeugt.
  • In den Diagrammen der 13A und 13B sind ω-Scan-Meßergebnisse von XRC (Röntgenbeugungsverfahren) der GaN-Kristalle des Arbeitsbeispiels und des Referenzbeispiels gemäß 12 angezeigt. 13A ist ein Diagramm, das das Meßergebnis des XRC (Röntgenbeugungsverfahren) des GaN-Kristalls des Referenzbeispiels (Ref.) zeigt. 13B ist ein Diagramm, das das Meßergebnis von XRC (Röntgenbeugungsverfahren) des gleichen GaN-Kristalls wie bei den 11 und 12 im Arbeitsbeispiel zeigt. In den 13A und 13B bedeutet die Abszissenachse den Messwinkel ω (Grad) und die Ordinatenachse die relative Intensität. Wie im Diagramm dargestellt, wurde in jedem GaN-Kristall die gleiche Messung in Bezug auf fünf Stellen bei Intervallen von 2 mm durchgeführt. Als Ergebnis war, wie in dem Diagramm dargestellt, in dem GaN-Kristall des Referenzbeispiels die Variation des Meßergebnisses bei den jeweiligen Messstellen groß. Im Gegensatz dazu war bei dem GaN-Kristall des Arbeitsbeispiels die Variation der Meßergebnisse bei den jeweiligen Messstellen extrem gering. Weiterhin wurde der Kurvenradius eines jeden GaN-Kristalls anhand dieser Meßergebnisse berechnet. Als Ergebnis war in dem GaN-Kristall des Referenzbeispiels der Krümmungsradius 0,98 m in der a-Richtung und 1,23 m in der m-Richtung. Im Gegensatz dazu war im GaN-Kristall des Arbeitsbeispiels der Krümmungsradius 16,4 m in der a-Richtung und 9,25 m in der m-Richtung. Das heißt es wurde bestätigt, daß beim GaN-Kristall des Arbeitsbeispiels die Wölbung (Verformung) stark vermindert war, weil der Krümmungsradius deutlich größer war im Vergleich zu dem GaN-Kristall des Referenzbeispiels.
  • In den 14A bis 14D sind Fotos von weiteren anderen GaN-Kristallen angezeigt, hergestellt im Arbeitsbeispiel. 14A ist ein Foto des GaN-Kristalls mit einem Außendurchmesser von etwa 10 cm. 14B ist ein Foto eines Saphir-Substrates, das von dem GaN-Kristall gemäß 14A nach dem Kühlen abgeschält ist. 14C ist ein Foto des GaN-Kristalls mit einem Außendurchmesser von etwa 15 cm. 14D ist ein Foto nach Polieren des GaN-Kristalls von 14C. Wie in dem Diagramm dargestellt, waren die hergestellten GaN-Kristalle von dem Saphir-Substrat ohne Brechen oder Zurücklassen auf dem Saphir-Substrat getrennt. Wie oben beschrieben, konnte der Kühlschritt nach dem GaN-Kristall-Herstellschritt verdoppelt werden als Substrat-Trennschritt ohne Auferlegung einer externen Kraft auf das Saphir-Substrat und den hergestellten GaN-Kristall. Gemäß dem Arbeitsbeispiel konnte ein GaN-Kristall mit einer großen Größe mit einem Durchmesser von etwa 10 cm oder etwa 15 cm und mit einer hohen Qualität hergestellt werden, wie in den Fotos von 14 dargestellt ist.
  • Wie oben beschrieben ist es erfindungsgemäß möglich, ein Herstellungsverfahren eines III-V-Verbindungskristalls und ein Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung anzugeben, worin es leicht ist, einen III-V-Verbindungskristall von einem Substrat zu trennen (abzuschälen). Der III-V-Verbindungskristall und die Halbleitervorrichtung, hergestellt durch das Herstellverfahren eines III-V-Verbindungskristalls, und das Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung dieser Erfindung können für verschiedene Verwendungszwecke wie oben beschrieben verwendet werden. Darüber hinaus sind sie nicht hierauf beschränkt und können für willkürliche Halbleitervorrichtungen oder andere technische Gebiete in großem Umfang verwendet werden.

Claims (7)

  1. Herstellungsverfahren eines III-V-Verbindungskristalls oder einer Halbleitervorrichtung, wobei das Herstellungsverfahren enthält: einen Schritt der Zurverfügungstellung eines Keimkristall-gebildeten Substrates zur Verfügungstellung eines Keimkristall-gebildeten Substrates, worin ein III-V-Verbindungskeimkristall auf einem Substrat gebildet ist, einen Keimkristall-Trennschritt zum Trennen eines Teils eines Bereiches, der mit dem Substrat in dem III-V-Verbindungskeimkristall in Kontakt steht, von dem Substrat, worin der Teil des Bereiches, der mit dem Substrat in dem III-V-Verbindungskeimkristall in Kontakt steht, durch Bestrahlen des III-V-Verbindungskeimkristalls mit einem Laserstrahl von einer Seite des Substrates des Keimkristall-gebildeten Substrates in dem Keimkristall-Teiltrennschritt getrennt wird, und einen Kristall-Wachstumsschritt zum Erzeugen und Wachsen lassen des III-V-Verbindungskristalls durch Reaktion eines Elementes der Gruppe III und eines Elementes der Gruppe V durch Verwendung des III-V-Verbindungskeimkristalls als Nukleus nach dem Keimkristall-Teiltrennschritt, einen Substrat-Trennschritt zum Trennen des Substrates von dem III-V-Verbindungskristall nach dem Kristallwachstumsschritt, wobei das Substrat von dem III-V-Verbindungskristall auf der Basis eines Unterschiedes einer Expansionsrate oder einer Kontraktionsrate zwischen dem III-V-Verbindungskristall und dem Substrat aufgrund der Temperaturänderung im Substrat-Trennschritt getrennt wird, und der III-V-Verbindungskristall und das Substrat in dem Substrat-Trennschritt gekühlt werden.
  2. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, weiterhin enthaltend: einen Kontaktschritt, bei dem eine Oberfläche des III-V-Verbindungskeimkristalls auf einer entgegengesetzten Seite zu dem Substrat mit einer metallischen Schmelze nach dem Keimkristall-Teiltrennschritt in Kontakt gebracht wird, worin das Element der Gruppe III und das Element der Gruppe V in der metallischen Schmelze in dem Kristallwachstumsschritt reagiert werden.
  3. Herstellungsverfahren nach Anspruch 2, worin das Element der Gruppe V Stickstoff, die metallische Schmelze eine Alkalimetallschmelze ist, eine III-V-Verbindung ein Nitrid der Gruppe III ist und ein Nitridkristall der Gruppe III erzeugt und wachsen gelassen wird durch Verwendung des III-V-Verbindungskeimkristalls als Nukleus durch Reagieren des Elementes der Gruppe III und Stickstoff in der Alkalimetallschmelze unter einer Atmosphäre, die Stickstoff enthält, in dem Kristallwachstumsschritt.
  4. Herstellverfahren nach Anspruch 1, worin das Element der Gruppe III und das Element der Gruppe V in einer Dampfphase in dem Kristallwachstumsschritt reagiert werden.
  5. Herstellverfahren nach Anspruch 1, worin der Bereich, der mit dem Substrat in dem III-V-Verbindungskeimkristall in Kontakt steht, in einer Inselform in dem Keimkristall-Teiltrennschritt gelassen wird.
  6. Herstellverfahren nach Anspruch 1, worin der III-V-Verbindungskeimkristall und der III-V-Verbindungskristall Galliumnitrid sind.
  7. Herstellverfahren nach Anspruch 1, worin das Substrat ein Saphir-Substrat ist.
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