DE112006002505T5 - Verfahren zur Herstellung eines Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3-5 und Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung - Google Patents

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Sadanori Tsukuba Yamanaka
Kazumasa Tsuchiura Ueda
Yoshihiko Tsukuba Tsuchida
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Sumitomo Chemical Co Ltd
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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5, das die Stufen (i), (ii) und (iii) in dieser Reihenfolge umfasst:
(i) Platzieren anorganischer Teilchen auf einem Substrat,
(ii) Züchten einer Halbleiterschicht und
(iii) Trennen des Substrats und der Halbleiterschicht durch Bestrahlen der Grenzfläche zwischen dem Substrat und der Halbleiterschicht mit Licht.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5 und ein Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung.
  • Ein Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5, der in weitem Umfang für blaue LEDs und dergleichen verwendet wird und durch die Formel InxGayAlzN (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1 und x + y + z = 1) dargestellt wird, wird üblicherweise auf einem Züchtungssubstrat gezüchtet. Das Züchtungssubstrat (im folgenden als "Substrat" bezeichnet) besteht üblicherweise aus Saphir; der Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5 wird epitaxial aus das Saphirsubstrat durch metallorganische Gasphasenepitaxie (MOVPE) oder dergleichen aufwachsen gelassen.
  • Da Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5 in weitem Umfang für LEDs verwendet werden, ist es erforderlich, dass sie eine hohe Lichtemissionsleistung aufweisen.
  • Als lichtemittierende Vorrichtung mit hoher Lichtemissionsleistung wurde ein Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5, der kein Saphirsubstrat aufweist, vorgeschlagen.
  • Wenn von einer herkömmlichen lichtemittierenden Vorrichtung eines Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5, die ein Saphirsubstrat, eine Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe 3–5 mit einer GaN-Schicht, die auf dem Saphirsubstrat ausgebildet ist und zwei darauf ausgebildete Elektroden umfasst, das Saphirsubstrat entfernt wird, wird eine Wärmefreisetzung durch das Saphirsubstrat nicht abgeschirmt. Aus diesem Grund kann die lichtemittierende Vorrichtung bei hoher Stromdichte betrieben werden und es wird daher erwartet, dass sie eine hohe Lichtemissionsleistung aufweist; und da ferner ein elektrischer Strom durch das Saphirsubstrat nicht abgeschirmt wird, wird es dadurch möglich, eine vertikale lichtemittierende Vorrichtung zu produzieren, bei der Elektroden an beiden Enden einer Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe 3–5 angebracht sind, und daher wird erwartet, dass der Freiheitsgrad im Hinblick auf die Strukturen von lichtemittierenden Vorrichtungen erhöht ist.
  • Derzeit werden Untersuchungen bezüglich eines Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5, der kein Saphirsubstrat aufweist, durchgeführt. Da jedoch das Züchten eines massiven Kristalls schwierig zu erreichen ist, wird in der Praxis kein Verfahren zur großtechnischen Herstellung eines freitragenden Substrats, insbesondere eines leitfähigen freitragenden Substrats eingesetzt. Auch wurde kein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5, der ein freitragendes Substrat aufweist, entwickelt.
  • Stattdessen wurden verschiedene Verfahren zur Herstellung eines Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5, wobei der Halb leiter eines Nitrids der Gruppe 3–5 auf einem Saphirsubstrat gezüchtet wird und dann beide getrennt werden, vorgeschlagen (siehe JP-W 2001-501778 und JP-A 2001-176813 ).
  • Bei den in diesen Dokumenten offenbarten Verfahren war es jedoch nicht möglich, den Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5 und das Substrat zu trennen und es wurde keine lichtemittierende Vorrichtung mit ausreichender Lichemissionsleistung aufgrund einer in der Abtrennungsstufe des Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5 verursachten Schädigung des Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5 erhalten.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5, der kein Substrat aufweist und günstigerweise für eine lichtemittierende Vorrichtung verwendet wird, sowie eines Verfahrens zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung führten intensive Untersuchungen an einem Verfahren zur Herstellung eines Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5 durch, um die obigen Probleme zu lösen. Infolgedessen wurde die vorliegende Erfindung erhalten.
  • Die Erfindung stellt daher ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5 bereit, wobei das Verfahren die Stufen (i), (ii) und (iii) in dieser Reihenfolge umfasst:
    • (i): Platzieren anorganischer Teilchen auf einem Substrat,
    • (ii): Züchten einer Halbleiterschicht und
    • (iii): Trennen des Substrats und der Halbleiterschicht durch Bestrahlen der Grenzfläche zwischen dem Substrat und der Halbleiterschicht mit Licht.
  • Die Erfindung stellt ferner ein Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung bereit, das die obigen Stufen (i), (ii) und (iii) und die Stufe (iv):
    • (iv): Ausbildung von Elektroden, in dieser Reihenfolge umfasst.
  • 1 erläutert ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5 gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 2 erläutert die Schichtstruktur des durch das Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung erhaltenen Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5.
  • 3 erläutert ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß der Erfindung.
  • Verfahren zur Herstellung eines Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Stufe (i) des Platzierens anorganischer Teilchen auf einem Substrat.
  • Das Substrat besteht aus beispielsweise Saphir, SiC, Si, MgAl2O4, LiTaO3, ZrB2, CrB2, GaN oder AlN. Wie später beschrieben wird, kann, wenn das Substrat Lichtdurchlässigkeit aufweist, Energie effizient in die Umgebung einer Grenzfläche zwischen dem Substrat und dem Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5 transportiert werden. Im Hinblick darauf besteht das Substrat vorzugsweise aus Saphir, GaN oder AlN und noch besser aus Saphir. Und ferner besteht im Hinblick auf die Reaktivität des Substrats mit dem Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5, die Differenz zwischen deren Wärmeausdehnungskoeffizienten, dessen gute Hochtemperaturstabilität, die problemlose Verfügbarkeit von Wafern und dergleichen das Substrat vorzugsweise aus Saphir oder SiC und noch besser aus Saphir.
  • Im Hinblick auf das obige ist es noch günstiger, wenn das Substrat aus Saphir besteht.
  • Die anorganischen Teilchen bestehen aus beispielsweise einem Oxid, Nitrid, Carbid, Bond, Sulfid, Selenid oder Metall.
  • Beispiele für das Oxid umfassen Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Zirconiumdioxid, Titandioxid, Ceroxid, Zinkoxid, Zinnoxid und Yttriumaluminiumgranat (YAG).
  • Beispiele für das Nitrid umfassen Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid und Bornitrid.
  • Beispiele für das Carbid umfassen Siliciumcarbid (SiC), Borcarbid, Diamant, Graphit und Fullerene.
  • Beispiele für das Bond umfassen Zirconiumborid (ZrB2) und Chromborid (CrB2).
  • Beispiele für das Sulfid umfassen Zinksulfid, Cadmiumsulfid, Calciumsulfid und Strontiumsulfid.
  • Beispiele für das Selenid umfassen Zinkselenid und Cadmiumselenid.
  • In dem Oxid kann das von dem Element Sauerstoff verschiedene Element partiell durch ein anderes Element ersetzt sein; das gleiche gilt für das Nitrid, Carbid, Bond, Sulfid und Selenid. Beispiele für das Oxid, in dem das von dem Element Sauerstoff verschiedene Element partiell durch ein anderes Element ersetzt ist, umfassen Leuchtstoffe eines Silicats und Aluminats, die Cer oder Europium als Aktivator umfassen.
  • Beispiele für das Metall umfassen Silicium (Si), Nickel (Ni), Wolfram (W), Tantal (Ta), Chrom (Cr), Titan (Ti), Magnesium (Mg), Calcium (Ca), Aluminium (Al), Gold (Au), Silber (Ag) und Zink (Zn).
  • Die anorganischen Teilchen können aus einem Material bestehen, das bei einer Wärmebehandlung in das obige Oxid, Nitrid, Carbid, Bond, Sulfid, Selenid oder Metall umgewandelt wird; sie können beispielsweise aus Silicon bestehen. Silicon ist ein Polymer, das eine Struktur aufweist, in der anorganische Si-O-Si-Bindungen als Hauptgerüst ausgebildet sind und organische Substituenten anstelle der Si-Atome vorhanden sind; das Silicon wird bei Erhitzen auf eine Temperatur von etwa 500°C in Siliciumdioxid umgewandelt.
  • Die anorganischen Teilchen können Teilchen aus einer der obigen anorganischen Substanzen, einem Gemisch von zwei oder mehreren derselben oder einem aus zwei oder mehreren derselben bestehenden Verbundstoff umfassen. Die anorganischen Teilchen, die aus einer der obigen anorganischen Substanzen bestehen, umfassen vorzugsweise Oxidteilchen und noch besser Siliciumdioxidteilchen.
  • Die anorganischen Teilchen können die Form einer Kugel (beispielsweise kreisförmiger oder elliptischer Querschnitt), eines Plättchens (mit einem Seitenverhältnis (Länge L/Dicke T-Verhältnis) von 1,5 bis 100), einer Nadel (beispielsweise mit einem Länge/Breite-Verhältnis (L/W-Verhältnis) von 1,5 bis 100) oder keine definierte Form (die anorganischen Teilchen weisen verschiedene Formen auf und sie zeigen insgesamt nicht eine einzige Form), vorzugsweise die Form einer Kugel aufweisen. Daher sind die anorganischen Teilchen vorzugsweise kugelförmige Siliciumdioxidteilchen. Als kugelförmige Siliciumdioxidteilchen empfiehlt sich die Verwendung von Siliciumdioxidteilchen, die in kolloidem Siliciumdioxid enthalten sind, im Hinblick auf die problemlose Verfügbarkeit von monodispersen Siliciumdioxidteilchen mit gesteuerten Durchmessern. Kolloides Siliciumdioxid ist eine Suspension, in der Siliciumdioxidteilchen in einem Lösemittel (wie Wasser) in kolloider Form dispergiert sind; eine derartige Suspension kann durch Innenaustausch von Natriumsilicat oder Hydrolyse einer Organosiliciumverbindung, wie Tetraethylorthosilicat (TEOS), hergestellt werden.
  • Die anorganischen Teilchen weisen einen mittleren Teilchendurchmesser von üblicherweise 5 nm bis 50 µm, vorzugsweise 10 nm bis 10 µm und noch besser 20 nm bis 1 µm auf. Wenn anorganische Teilchen verschiedener Teilchendurchmesser in den Bereich des mittleren Teilchendurchmessers fallen, können diese zusammen verwendet werden. Der mittlere Teilchendurchmesser bezeichnet deren volumetrischen mittleren Teilchendurchmesser, der durch Zentrifugensedimentation ermittelt wird. Der mittlere Teilchendurchmesser kann durch ein anderes Messverfahren als Zentrifugensedimentation, beispielsweise ein dynamisches Lichtstreuverfahren, Counter-Counter-Verfahren, Laserdiffraktometrie oder Elektronenmikroskopie, ermittelt werden. In diesem Fall ist es nur erforderlich, den ermittelten mittleren Teilchendurchmesser zu kalibrieren und diesen dann in den durch Zentrifugensedimentation ermittelten volumetrischen mittleren Teilchendurchmesser umzuwandeln. Beispielsweise wird der mittlere Teilchendurchmesser von durchschnittlichen Teilchen durch Zentrifugensedimentation und ein anderes Teilchengrößenmessverfahren bestimmt und dann der Korrelationskoeffizient der beiden bestimmten mittleren Teilchendurchmesser berechnet. Vorzugsweise wird der Korrelationskoeffizient durch Zeichnen einer Eichkurve durch die Berechnung des Korrelationskoeffizienten mit dem volumetrischen mittleren Teilchendurchmesser der mehreren durchschnittlichen Teilchen mit verschiedenen Teilchendurchmessern, die durch Zentrifugensedimentation ermittelt wurden, bestimmt. Die Verwendung der Eichkurve ermöglicht die Bestimmung des volumetrischen mittleren Teilchendurchmessers aus dem mittleren Teilchendurchmesser, der durch ein anderes Messverfahren als Zentrifugensedimentation bestimmt wurde.
  • Das Platzieren kann beispielsweise durch ein Verfahren des Eintauchens des Substrats in eine Aufschlämmung, die die anorganischen Teilchen und ein Medium enthält, oder ein Verfahren des Applizierens oder Aufsprühens der Aufschlämmung auf das Substrat und des anschließenden Trocknens der Aufschlämmung durchgeführt werden. Beispiele für das Medium umfassen Wasser, Methanol, Ethanol, Isopropanol, n-Butanol, Ethylenglykol, Dimethylacetamid, Methylethylketon und Methylisobutylketon; vorzugsweise Wasser. Das Applizieren wird vorzugsweise durch Schleuderbeschichtung durchgeführt, was eine gleichförmige Platzierungsdichte der anorganischen Teilchen ermöglicht. Das Trocknen kann mit einem Spinner durchgeführt werden.
  • Der Deckungsgrad der anorganischen Teilchen auf dem Substrat kann aus der folgenden Gleichung bestimmt werden: Deckungsgrad (%) = ((d/2)2 × π·P·100)/Sworin d für den mittleren Teilchendurchmesser der anorganischen Teilchen steht und P für die Zahl der Teilchen steht, die innerhalb eines Messsichtfeldes (Fläche S) eines Rasterelektronenmikroskop(REM)bildes einer Ansicht des Substrats, auf den die anorganischen Teilchen platziert sind, von oben vorhanden sind.
  • Wenn die anorganischen Teilchen aus einer der obigen anorganischen Substanzen bestehen, beträgt der Deckungsgrad der anorganischen Teilchen bei dem Substrat üblicherweise 1% bis 95% vorzugsweise 30% oder höher und noch besser 50% oder höher.
  • Anorganische Teilchen werden auf einem Substrat üblicherweise als Monoschicht platziert, da eine Halbleiterschicht durch deren epitaxiales Aufwachsen problemlos zu planarisieren ist. Wenn eine Halbleiterschicht durch deren epitaxiales Aufwachsen planarisiert wird, können anorganische Teilchen als mehr als eine Schicht platziert werden; anorganische Teilchen einer Art als mindestens zwei Schichten platziert werden oder anorganische Teilchen von mindestens zwei Arten individuell als Monoschicht platziert werden.
  • Das Verfahren gemäß der Erfindung umfasst die Stufe (ii) des Züchtens einer Halbleiterschicht, d. h. es umfasst üblicherweise die Stufe (ii) des Züchtens einer Halbleiterschicht auf dem Substrat und den in der Stufe (i) platzierten anorganischen Teilchen.
  • Die Halbleiterschicht besteht üblicherweise aus einem Nitrid der Gruppe 3–5 und vorzugsweise einem Nitrid der Formel InxGayAlzN (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1 und x + y + z = 1). Die Halbleiterschicht kann in der Form einer Einzelschicht oder in der Form von zwei oder mehr Schichten gezüchtet werden. Und ferner kann die Halbleiterschicht beispielsweise eine für den Betrieb einer lichtemittierenden Vorrichtung eines Nitridhalbleiters erforderliche Schicht und eine Monoschicht oder Mehrfachschicht (wie eine Dickfilmschicht und eine Überstrukturdünnfilmschicht) umfassen, um eine Schicht mit hoher Kristallqualität zu erhalten.
  • Zusätzlich können im Hinblick auf eine problemlose Abtrennung des Substrats hiervon Fremdatome, Fehlstellen und dergleichen in eine an das Substrat angrenzende Halbleiterschicht oder eine substratnahe Halbleiterschicht in der Halbleiterschicht in der später beschriebenen Stufe (iii) eingeführt werden. Beispiele für die Halbleiterschicht umfassen eine bei niedriger Temperatur (500°C) gezüchtete Pufferschicht (wie eine InGaN-Schicht und GaN-Schicht). Wenn die Pufferschicht aus GaN besteht, weist die Pufferschicht eine Dicke von üblicher weise 10 Å bis 5000 Å, vorzugsweise 100 Å bis 1000 Å, noch besser 300 Å bis 700 Å auf.
  • Ferner kann in der Halbleiterschicht entweder eine Facettenstruktur ausgebildet werden oder die Struktur muss auch nicht ausgebildet werden; wenn der Deckungsgrad der anorganischen Teilchen hierfür hoch ist, erfolgt eine Bevorzugung der Halbleiterschicht mit der Facettenstruktur, da sie problemlos zu planarisieren ist.
  • Wie oben beschrieben ist, umfasst die Halbleiterschicht üblicherweise die n-Schicht, die aktive Schicht und die p-Schicht in dieser Reihenfolge und sie umfasst, falls erforderlich, die Pufferschicht. Und ferner kann, da die aktive Schicht beispielsweise eine Sperrschicht, eine Topfschicht und eine Deckschicht umfasst, die Stufe (ii) eine Teilstufe des Züchtens einer Pufferschicht, eine Teilstufe des Züchtens einer n-Schicht, eine Teilstufe des Züchtens einer aktiven Schicht, eine Teilstufe des Züchtens einer p-Schicht, eine Teilstufe des Züchtens einer Sperrschicht, eine Teilstufe des Züchtens einer Topfschicht oder eine Teilstufe des Züchtens einer Deckschicht umfassen.
  • Das Züchten bzw. Aufwachsen kann durch metallorganische Gasphasenepitaxie (MOVPE), Molekularstrahlepitaxie (MBE), Hydridgasphasenepitaxie (HVPE) oder dergleichen durchgeführt werden.
  • Wenn die Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe 3–5 durch MOVPE gezüchtet wird, kann das Züchten durch ein Verfahren des Eintragens der im folgenden angegebenen Materialien der Gruppe 3 und Materialien der Gruppe 5 in einen Reaktor unter Verwendung eines Trägergases durchgeführt werden.
  • Beispiele für das Material der Gruppe 3 umfassen:
    ein Trialkylgallium der Formel R1R2R3Ga (worin R1, R2 und R3 für Niederalkylgruppen stehen), wie Trimethylgallium [TMG (CH3)3Ga] und Triethylgallium [TEG (C2H5)3Ga];
    ein Trialkylaluminium der Formel R1R2R3Al (worin R1, R2 und R3 für Niederalkylgruppen stehen), wie Trimethylaluminium [TMA (CH3)3Al], Triethylaluminium [TEA (C2H5)3Al] und Triisobutylaluminium [(i-C4H9)3Al];
    Trimethylaminalan [(CH3)3N:AlH3];
    ein Trialkylindium der Formel R1R2R3In (worin R1, R2 und R3 für Niederalkylgruppen stehen), wie Trimethylindium [TMI (CH3)3In] und Triethylinidum [(C2H5)2In];
    Verbindungen, die sich durch Ersetzen von einer oder zwei Alkylgruppen von einem Trialkylindium durch ein oder zwei Halogenatomen ergeben werden, wie Diethylindiumchlorid [(C2H5)2InCl]; und
    ein Indiumhalogenid der Formel InX [worin X für ein Halogenatom steht], wie Indiumchlorid [InCl].
  • Diese Materialien können allein oder in einer Kombination verwendet werden. Von den Materialien der Gruppe 3 ist TMG als Galliumquelle bevorzugt, TMA als Aluminiumquelle bevorzugt und TMI als Indiumquelle bevorzugt.
  • Beispiele für das Material der Gruppe 5 umfassen Ammoniak, Hydrazin, Methylhydrazin, 1,1-Dimethylhydrazin, 1,2-Dimethylhydrazin, tert.-Butylamin und Ethylendiamin. Diese Materialien können allein oder in einer Kombination verwendet werden. Von den Materialien der Gruppe 5 sind Ammoniak und Hydrazin günstig und Ammoniak bevorzugt.
  • Beispiele für den n-Dotierungsstoff umfassen Si und Ge. Beispiele für ein Material, das als der n-Dotierungsstoff verwendet wird, umfassen Silan, Disilan, German und Tetramethylgermanium.
  • Beispiele für den p-Dotierungsstoff umfassen Mg, Zn, Cd, Ca und Be; wobei Mg und Ca bevorzugt sind. Beispiele für ein als p-Dotierungsstoff verwendetes Material auf Mg-Basis umfassen:
    Bis(cyclopentadienyl)magnesium [(C5H5)2Mg],
    Bis(methylcyclopentadienyl)magnesium [(C5H4CH3)2Mg] und
    Bis(ethylcyclopentadienyl)magnesium [(C5H4C2H5)2Mg].
  • Beispiele für ein als p-Dotierungsstoff verwendetes Material auf Ca-Basis umfassen:
    Bis(cyclopentadienyl)calcium [(C5H5)2Ca] und Derivate desselben, wie
    Bis(methylcyclopentadienyl)calcium [(C5H4CH3)2Ca],
    Bis(ethylcyclopentadienyl)calcium [(C5H4C2H5)2Ca] und
    Bis(perfluorcyclopentadienyl)calcium [(C5F5)2Ca];
    Di-(1-naphthalinyl)calcium und Derivate desselben; und
    Calciumacetylid und Derivate desselben, wie
    Bis(4,4-difluor-3-buten-1-inyl)-calcium und
    Bis(phenylethinyl)calcium.
  • Diese Materialien können allein oder in Kombination verwendet werden.
  • Beispiele für ein während des Züchtens verwendetes Atmosphärengas und das Trägergas für das Material umfassen Stickstoff, Wasserstoff, Argon und Helium; wobei Wasserstoff und Helium bevorzugt sind. Diese Gase können allein oder in Kombination verwendet werden.
  • Der Reaktor umfasst üblicherweise einen Suszeptor und eine Zufuhrleitung, durch die die Materialien von einem Lagerungsbehälter dem Reaktor zugeführt werden. Der Suszeptor ist eine Vorrichtung, die das Substrat aufheizt und er ist in dem Reaktor platziert; und außerdem dreht sich der Suszeptor üblicherweise mit Kraftantrieb, um die Halbleiterschicht gleichförmig zu züchten. Der Suszeptor weist eine Heizvorrichtung, beispielsweise eine Infrarotlampe, im Inneren auf. Durch die Verwendung der Heizvorrichtung werden die über die Zufuhrleitung dem Reaktor zugeführten Materialien auf dem Substrat pyrolysiert, wodurch die Halbleiterschicht auf dem Substrat aus der Gasphase gezüchtet wird. Von den dem Reaktor zugeführten Materialien wird nicht umgesetztes Material üblicherweise aus dem Reaktor durch eine Austragungsleitung nach außen ausgetragen und dann einer Abgasbehandlungseinheit zugeführt.
  • Wenn die Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe 3–5 durch HVPE gezüchtet wird, kann das Züchten durch ein Verfahren des Eintragens der im folgenden angegebenen Materialien der Gruppe 3 und Materialien der Gruppe 5 in den Reaktor unter Verwendung eines Trägergases durchgeführt werden.
  • Beispiele für das Material der Gruppe 3 umfassen ein Galliumchloridgas, das durch Umsetzung von metallischem Gallium und Chlorwasserstoffgas bei hoher Temperatur gebildet wird, und ein Indiumchloridgas, das durch Umsetzung von metallischem Indium und Chlorwasserstoffgas bei hoher Temperatur gebildet wird.
  • Beispiele für das Material der Gruppe 5 umfassen Ammoniak.
  • Beispiele für das Trägergas umfassen Stickstoff, Wasserstoff, Argon und Helium, wobei Wasserstoff und Helium bevorzugt sind. Diese Gase können allein oder in Kombination verwendet werden.
  • Wenn die Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe 3–5 durch MBE gezüchtet wird, kann das Züchten der Halbleiterschicht durch ein Verfahren des Eintragens der im folgenden angegebenen gasförmigen Materialien der Gruppe 3 und Materialien der Gruppe 5 in den Reaktor durchgeführt werden.
  • Beispiele für das Material der Gruppe 3 umfassen Metalle wie Gallium, Aluminium und Indium.
  • Beispiele für das Material der Gruppe 5 umfassen Gase wie Stickstoff und Ammoniak.
  • In der Stufe (ii) beginnt die Halbleiterschicht üblicherweise derart aufzuwachsen, dass Stellen, an denen die anorganischen Teilchen nicht vorhanden sind, als Züchtungsregion verwendet werden und dann die Facettenstruktur gebildet wird.
  • Zusätzlich kann in der Stufe (ii) die Oberfläche der Halbleiterschicht planarisiert werden; beispielsweise kann durch Beschleunigen von deren seitlichem Wachstum die Oberfläche derart planarisiert werden, dass die Facettenstruktur des Substrats, die durch Züchten der Halbleiterschicht unter Ausbildung der Facettenstruktur erhalten wird, in der Schicht eingebettet wird. Bei Durchführen eines derartigen Züchtens werden eine Versetzung, die die Facetten erreicht hat, seitlich abgebogen, die anorganischen Teilchen in der Halbleiterschicht begraben und eine Halbleiterschicht mit verringerten Fehlstellen erhalten.
  • Das Verfahren gemäß der Erfindung umfasst ferner die Stufe (iii) des Trennens des Substrats und der Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe 3–5 durch Bestrahlen des Bereichs zwischen diesen mit Licht, d. h. es umfasst üblicherweise die Stufe (iii) des Trennens des Substrats und der Halbleiterschicht durch Zersetzen eines Teils des Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5 durch Lichtbestrahlung des in der Stufe (ii) erhaltenen Produkts.
  • Das zur Bestrahlung verwendete Licht kann ausreichend Energie liefern, um eine Zersetzung der Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe 3–5 zu ermöglichen. Das Licht ist vorzugswei se Laserlicht im Hinblick darauf, dass der Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5 Energie zur Zersetzung effizient absorbieren kann. Das Licht weist üblicherweise eine Wellenlänge, die von dem Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5 absorbiert wird, und eine höhere Energie als die Größe der Bandlücke des Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5 auf. Wenn der Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5 aus GaN (mit einer Bandlücke von etwa 3,4 eV) besteht, weist von diesem emittiertes Licht vorzugsweise eine Wellenlänge von kürzer als 365 nm auf. Beispiele für das Laserlicht umfassen die dritte Harmonische von YAG- und YVO4-Lasern (mit einer Wellenlänge von 355 nm), vierte Harmonische von YAG- und YVO4-Lasern (mit einer Wellenlänge von 266 nm) und Laserlicht, das von Exzimern von ArF-, KrF- und XeCl-Lasern emittiert wird (deren Wellenlängen betragen 193, 248 bzw. 308 nm); im Hinblick auf die Gleichförmigkeit der Energie vorzugsweise Licht von einem YAG- oder YVO4-Laser.
  • Wenn die Absorption in den Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5 durch Einführen eines Niveaus in der Bandlücke durch die Einführung von Fremdatomen, Fehlstellen und dergleichen in den Halbleiter verstärkt wird, kann Strahlungslicht Energie eines niedrigeren Niveaus als dessen Bandlücke aufweisen.
  • Wenn Laserlicht verwendet wird, umfassen dessen Oszillationsformen kontinuierliche Oszillation, normale Pulsoszillation und Q-Switch-Pulsoszillation; im Hinblick auf eine Verringerung der thermischen Wirkung vorzugsweise CW-angeregte Q-Switch-Pulsoszillation mit einem kurzen Puls der Größenordnung von Nanosekunden und einer hohen Spitzenenergie.
  • Um den Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5 effizient zu zersetzen, ist es günstig, wenn das Licht einen großen Absorptionsbereich aufweist. Das Licht führt Energie in der Form eines Punkts, einer Linie, einer Fläche oder dergleichen nahe der Grenzfläche zwischen dem Substrat und dem Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5 zu. Wenn Licht Laserlicht in der Form eines Punkts oder einer Linie ist, ist es günstig, wenn der Brennpunkt des von der Substratseite aus einfallenden Lichts ein wenig von der Grenzfläche zwischen dem Substrat und dem Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5 zur Seite des Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5 im Hinblick darauf, die zur Trennung des Substrats von diesem erforderliche Zeit zu verringern, geändert wird (das Licht defokussiert wird). Da durch Laserlicht zugeführte Energie eine räumliche Verteilung aufweist, ist es günstig, wenn die Energie gleichförmig der Grenzfläche zwischen dem Substrat und dem Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5 durch Überlappen von deren Bestrahlungsbereichen im Hinblick auf die Trennung zwischen dem Substrat und dem Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5 (beispielsweise ein Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5 eines Durchmessers von etwa 2 Zoll) zugeführt wird. Vorzugsweise werden die anorganischen Teilchen in dem Eindringungsbereich von Laserlicht platziert, da das Substrat davon mit niedriger Energie effizienter abgetrennt wird.
  • Das Verfahren gemäß der Erfindung kann eine Stufe umfassen, bei der die auf der Oberfläche (beispielsweise der Trennoberfläche) des Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5 zurückgebliebenen anorganischen Teilchen nach der Abtrennung des Substrats in der Stufe (iii) entfernt werden. Das Entfernen kann durch beispielsweise eine chemische Behandlung, wie Ätzen, oder eine physikalische Behandlung, wie Schleifen oder Polieren, durchgeführt werden.
  • Eine Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5 gemäß der Erfindung wird unter Bezug auf 1 beschrieben.
  • In der Stufe (i) werden anorganische Teilchen 2 auf einem Substrat 1 wie in 1(A) gezeigt, platziert.
  • In der Stufe (ii) dienen die auf dem Substrat 1 (beispielsweise Saphir) platzierten anorganischen Teilchen 2 (beispielsweise Siliciumdioxidteilchen) als Maske während des Züchtens einer Halbleiterschicht 3 (beispielsweise eines Nitrids der Gruppe 3–5, wie GaN), wodurch Stellen in der Oberfläche 1A des Substrats 1, an denen die anorganischen Teilchen 2 nicht platziert sind, als Züchtungsregion 1B verwendet werden. Wenn ein Materialgas und dergleichen, die zum Züchten der Halbleiterschicht 3 benötigt werden, dem Substrat 1, auf dem die anorganischen Teilchen 2 platziert sind, zur Durchführung des epitaxialen Aufwachsens demselben zugeführt werden, wächst die Halbleiterschicht 3 wie in 1(B) gezeigt ausgehend von der Züchtungsregion 1B derart, dass die anorganischen Teilchen 2 darin eingebettet werden. Wenn das epitaxiale Aufwachsen des weiteren fortgesetzt wird, wächst der Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5 3 wie in 1C angegeben derart, dass die anorganischen Teilchen 2 in der Halbleiterschicht 3 eingebettet werden. Wenn die Halbleiterschicht 3 auf dem Substrat 1, auf dem die anorganischen Teilchen 2 platziert sind, unter Ausbildung einer Facettenstruktur wie in 1(B) angegeben gezüchtet wird und dann die Halbleiterschicht 3 mit der darin eingebetteten Facettenstruktur durch Beschleunigen von deren seitlichem Wachstum wie in 1(C) gezeigt planarisiert wird, werden Versetzungen, die die Facetten erreicht haben, seitlich abgebogen. Aus diesem Grund werden die anorganischen Teilchen 2 derart platziert, dass die anorganischen Teilchen 2 in der Halbleiterschicht 3 eingegraben sind, und daher wird ein Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5 mit einem hohen Kristallinitätsgrad erhalten.
  • In der Stufe (iii) wird, wie in 1(D) gezeigt, Licht ausgehend von der Seite des Substrats 1 aufgestrahlt. Wenn das Licht eine dritte Harmonische von einem YVO4-Laser (mit einer Wellenlänge von 355 nm) ist, wird das Licht nicht effektiv in das Substrat 1 absorbiert; das Licht wird in der Halbleiterschicht 3 absorbiert. Wenn die Halbleiterschicht 3 durch die Lichtbestrahlung pyrolysiert wird, werden das Material der Gruppe 3 und Stickstoff abgeschieden. Wenn die Halbleiterschicht 3 aus GaN besteht, wird Ga abgeschieden; durch Erhitzen des Substrats 1 auf eine höhere Temperatur als den Schmelzpunkt von Ga (30°C) kann das Substrat 1, wie in 1(E) gezeigt ist, ohne weiteres von der Halbleiterschicht 3 abgetrennt werden.
  • Zusätzlich zu dem Verfahren zur Herstellung des Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5, in dem die Halbleiterschicht 3, wie in 1 gezeigt, eine Einzelschicht ist, umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5, bei dem die Halbleiterschicht 3 mehr als eine Schicht umfasst.
  • Wie in 2 gezeigt ist, umfassen Beispiele für ein derartiges Verfahren ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5, das aus dem epitaxialen Aufwachsen von einem Substrat 11, einer Pufferschicht 12 (die beispielsweise aus InGaN, GaN, AlGaN oder AlN besteht), einer n-Schicht 13 (die aus beispielsweise n-GaN oder n-AlGaN besteht), einer aktiven Schicht 14 und einer p-Schicht 15 (die aus Mg-dotiertem AlGaN oder Mg-dotiertem GaN besteht) in dieser Reihenfolge besteht. Die aktive Schicht 14 umfasst die Sperrschichten 14A bis 14E (die beispielsweise aus InGaN, GaN oder AlInGaN bestehen), die Topfschichten 14G bis 14J (die aus beispielsweise InGaN, GaN oder AlInGaN bestehen) und die Deckschicht 14K (die aus beispielsweise undotiertem GaN oder undotiertem AlGaN besteht).
  • Die Erfindung umfasst ferner ein Verfahren hierfür, das beispielsweise die Stufe (i') des Platzierens von anorganischen Teilchen auf einem GaN-Substrat, die Stufe (ii') des Züchtens einer InGaN-Halbleiterschicht und einer GaN-Halbleiterschicht auf diesem in dieser Reihenfolge und die Stufe (iii') des Trennens des GaN-Substrats und der InGaN-Halbleiterschicht durch Lichtbestrahlung ausgehend von der GaN-Substratseite umfasst. In diesem Beispiel wird eine Schichtstruktur, die GaN-Substrat/InGaN-Halbleiterschicht/GaN-Halbleiterschicht umfasst, in der Stufe (ii') gezüchtet; die Region, in der die anorganischen Teilchen enthalten sind, ist in oder nahe der InGaN-Halbleiterschicht vorhanden. Wenn eine zweite Harmonische von dem YVO4-Laser (mit einer Wellenlänge von 532 nm) ausgehend von der GaN-Substratseite aufgestrahlt wird, wird das Licht nicht in das GaN-Substrat, sondern in die InGaN-Halbleiterschicht absorbiert. Durch Lichtbestrahlung werden das Material der Gruppe 3 und Stickstoff in einer Region, in der die InGaN-Halbleiterschicht pyrolysiert wird, abgeschieden. Durch Erhitzen des Halbleiters auf eine höhere Temperatur als den Schmelzpunkt des Materials der Gruppe 3 werden das GaN-Substrat und die GaN-Halbleiterschicht individuell gewonnen. Das gewonnene GaN-Substrat und die GaN-Halbleiterschicht können an deren Trennoberflächen poliert werden, um sie als Substrate verwenden zu können.
  • In dieser Erfindung kann, wenn das Substrat aus Saphir besteht und die Halbleiterschicht aus GaN besteht, ein Material mit Lichtdurchlässigkeit und einem niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als dem von Saphir, wie AlN (mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 4,15 × 10–6/°C) auf der der GaN-Züchtungsoberfläche des Saphirsubstrats entgegengesetzten Oberfläche abgeschieden werden. Eine derartige Abscheidung ermöglicht die Verringerung eines Verziehens, das bei deren Herstellungsstufe aufgrund des Unterschieds des Wärmeausdeh nungskoeffizienten zwischen Saphir und GaN verursacht wird (deren Wärmeausdehnungskoeffizienten betragen 7,5 × 10–6/°C bzw. 5,59 × 10–6/°C (bei 300 K in einer zu den c-Flächen der Kristalle senkrechten Richtung).
  • Bei dem Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung werden das Substrat und die Halbleiterschicht durch Bestrahlung mit Licht mit einer relativ geringen Energie getrennt, wodurch der Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5 erhalten wird. Da Beschränkungen im Hinblick auf eine derartige Behandlung, die durch die Energie bedingt sind, nicht streng sind, wird die Produktivität des Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5 mit einer großen Fläche erhöht.
  • Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichung
  • Ein Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die obigen Stufen (i), (ii) und (iii) und die Stufe (iv) der Ausbildung von Elektroden.
  • Die Elektroden sind eine negative Elektrode und eine positive Elektrode. Die negative Elektrode steht in Kontakt mit einer n-Kontaktschicht und sie besteht aus einer Legierung oder Verbindung, die als Hauptkomponente mindestens eine Komponente enthält, die aus der Gruppe von Elementen wie Al, Ti und V ausgewählt ist; vorzugsweise Al, TiAl und VAl. Die positive Elektrode steht in Kontakt mit einer p-Kontaktschicht und sie besteht aus beispielsweise NiAu oder Ni/Au/Pt. Die Bildung kann unter Verwendung von beispielsweise einer Vakuumbeschichtungsvorrichtung durchgeführt werden. Die Bildung kann üblicherweise durch Vakuumabscheidung und Photolithographie mit Resistapplikation, Resistbrennen, Musterfreilegung und Musterentwicklung durchgeführt werden.
  • Eine Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß der Erfindung wird unter Bezug auf 3 beschrieben. Eine lichtemittierende Vorrichtung, die in 3 gezeigt ist, umfasst zwei Elektroden auf beiden Oberflächen eines Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5, der mit einem elektrisch leitfähigen Träger verbunden ist und vertikal mit Energie versorgt werden kann.
  • Wie in 3(A) gezeigt ist, werden durch Durchführen der gleichen Operation wie in Bezug auf 1(A) bis 1(C) beschrieben ist, anorganische Teilchen 22 auf ein Substrat 21 platziert und dann darauf eine Halbleiterschicht 23 gezüchtet. Falls erforderlich, werden Trennungskerben durch Ätzen der Halbleiterschicht 23 durch Photolithographie/Trockenätzen oder Laserbehandlung, bis die Kerben das Substrat 21 erreichen, eingeschnitten.
  • Danach wird die Oberfläche der Halbleiterschicht 23 gewaschen und wie in 3(B) gezeigt ist, werden eine ohmsche positive Elektrode 24 (die aus beispielsweise Ni/Au oder Ni/Au/Pt besteht), eine Haftungsverstärkungsschicht 25 (die beispielsweise aus Ti/Pt besteht) und eine Adhäsionsschicht 26 (die aus beispielsweise einem Lötmaterial, beispielsweise durch Thermokompression verbindendem Au, Cu oder AuSn, besteht) auf der Oberfläche der Halbleiterschicht 23 in dieser Reihenfolge ausgebildet.
  • Eine Haftungsverstärkungsschicht 25, die die gleiche wie oben ist, wird auf einem elektrisch leitfähigen Träger 27 ausgebildet. Wie in 3(B) gezeigt ist, ist es günstig, wenn eine Haftungsverstärkungsschicht 25 und eine Adhäsionsschicht 26, die die gleichen wie oben sind, auf dem elektrisch leitfähigen Träger 27 in dieser Reihenfolge ausgebildet werden. Beispiele für den elektrisch leitfähigen Träger 27 umfassen Halbleiter, wie Si, GaAs und SiC; metallische Materialien, wie Cu, Al, W, Mo, Hf, La, Ta, Ir, Ru, Os und Nb; vorzugsweise ein metallisches Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 1,5 × 10–6/°C oder niedriger, noch besser Mo. Vorzugsweise weist der elektrisch leitfähige Träger 27 eine Oberfläche, die spiegelglanzpoliert ist, und eine mittlere Oberflächenrauheit von etwa 10 nm oder weniger unter Verwendung einer Oberflächenrauheitmessvorrichtung des Kontakttyps auf. Der elektrisch leitfähige Träger 27 weist eine Dicke von vorzugsweise etwa 30 bis etwa 200 µm im Hinblick auf eine Verringerung des Verziehens auf.
  • Wie in 3(C) gezeigt ist, wird ein Mehrschichtensubstrat erhalten, das die Halbleiterschicht 23, die ohmsche positive Elektrode 24, die Haftungsverstärkungsschicht 25, die Adhäsionsschicht 26, (die Adhäsionsschicht 26), die Haftungsverstärkungsschicht 25 und den elektrisch leitfähigen Träger 27 umfasst. Die Adhäsion kann beispielsweise durch Thermokompressionsverbindung oder Adhäsion mit einem Lötmaterial durchgeführt werden.
  • Wie in 3(D) gezeigt ist, wird Licht ausgehend von der Seite des Substrats 21 aufgestrahlt, wodurch, wie in 3 gezeigt ist, das Substrat 21 davon abgetrennt wird.
  • Dann wird, wie in 3 gezeigt ist, eine Elektrode 28 (beispielsweise eine transparente Elektrode oder eine Gitterelektrode) auf der n-Schicht ausgebildet, wobei eine lichtemittierende Vorrichtung erhalten wird, bei der die Oberfläche der Elektrode 28 als lichtemittierende Oberfläche fungiert. Die transparente Elektrode besteht aus beispielsweise ITO oder ZnO. Die Größe der lichtemittierenden Vorrichtung kann, falls erforderlich, durch Schneiden oder dergleichen angepasst werden.
  • Gemäß der Erfindung wird, da eine durch die Lichtbestrahlung verursachte Schädigung der Halbleiterschicht verringert ist, die lichtemittierende Vorrichtung mit einer hohen Lichtemissionsleistung erhalten. Die lichtemittierende Vorrichtung wird günstigerweise für Anwendungen, bei denen eine hohe Leuchtstärke erforderlich ist, wie Beleuchtung, Anzeige im Freien und Ampeln, zusätzlich zu Anzeigen in Gebäuden verwendet.
  • Die folgenden Beispiele erläutern die vorliegende Erfindung weiter. Jedoch sollen die Beispiele den Umfang der Erfindung nicht einschränken.
  • Beispiel 1
  • Als Substrat wurde ein spiegelglanzpoliertes c-Flächen-Saphirsubstrat verwendet. Als anorganische Teilchen wurden Siliciumdioxidteilchen, die in kolloidem Siliciumdioxid enthalten waren, verwendet (Handelsbezeichnung "SEAHOSTAR KEW50", hergestellt von Nippon Shokubai Co., Ltd., mittlerer Teilchendurchmesser: 550 nm). Das Substrat wurde auf einen Spinner gesetzt, das kolloide Siliciumdioxid mit einem Siliciumdioxidgehalt von 20 Gew.-% wurde auf das Substrat appliziert und die kolloide Suspension wurde schleudergetrocknet. Bei Betrachtung unter Verwendung von REM betrug der Deckungsgrad der Siliciumdioxidteilchen auf der Oberfläche des Substrats 60%.
  • Ein Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5 wurde auf dem Substrat durch MOVPE unter atmosphärischem Druck unter den im folgenden angegebenen Bedingungen epitaxial aufwachsen gelassen und die Siliciumdioxidteilchen wurden in der Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe 3–5 eingebettet. Eine GaN-Niedertemperaturpufferschicht mit einer Dicke von etwa 500 Å wurde durch Zuführen von einem Trägergas, Ammoniak und TMG unter den Bedingungen eines Drucks von 1 Atmosphäre, einer Suszeptortemperatur von 485°C und eines Trägergases aus Wasserstoffgas darauf gezüchtet. Eine undotierte GaN-Schicht, in der Facetten ausgebildet werden sollten, wurde darauf durch Ändern der Suszeptortemperatur auf 900°C und Zuführen von einem Trägergas, Ammoniak und TMG gezüchtet. Eine undotierte GaN-Schicht wurde durch Ändern der Suszeptortemperatur auf 1040°C, Ändern des Drucks auf 1/4 von atmosphärischem Druck und Zuführen von einem Trägergas, Ammoniak und TMG gezüchtet. Danach wurden eine aus GaN bestehende n-Schicht, Sperrschichten und Topfschichten (mit einer Mehrfachquantentopfstruktur) mit einer Doppelheterostruktur, die aus GaN und InGaN bestehen, Deckschichten, die aus GaN und AlGaN bestehen, und eine aus GaN bestehende p-Schicht gezüchtet, wobei ein Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5 erhalten wurde, der blaues Licht emittierte.
  • Der Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5 wurde in einer N2-Atmosphäre bei 700°C 20 min wärmebehandelt, um zu bewirken, dass die p-Schicht einen niedrigen elektrischen Widerstand aufweist. Dann wurde eine Photolithographie mit Resistapplikation, Restistbrennen, Musterfreilegung (die Bildung eines Musters zur Elementisolation) und Musterentwicklung auf der Oberfläche des Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5 durchgeführt. Danach wurde der Halbleiter einem ICP-Trockenätzen unterzogen, bis Trennungskerben das Saphirsubstrat erreichten. Das ICP-Trockenätzen wurde unter den Bedingungen eines Ätzgases eines Gasgemischs von Cl2, CH2Cl2 und Ar, einer Gasströmungsrate von 20, 10 bzw. 40 sccm, eines Drucks von 0,8 Pa, einer ICP-Leistung von 200 W und einer Vorspannungsleistung von 100 W durchgeführt. Nach dem Trockenätzen wurde die Extramaske mit einem organischen Lösemittel entfernt.
  • Zur Ausbildung einer ohmschen positiven Elektrode auf der Oberfläche des epitaxialen Kristalls, der der Elementisola tion unterzogen wurde, wurde die Oberfläche des epitaxialen p-Kristalls mit einer Acetonlösung durch Ultraschall gereinigt und mit heißem Königswasser (60°C) gereinigt und mit ultrareinem Wasser durch Ultraschall gereinigt. Zur Ausbildung einer NiAu-Elektrode als ohmsche positive Elektrode wurden Resistapplikation, Resistbrennen, Musterfreilegung und Musterentwicklung auf der Oberfläche des Kristalls durchgeführt. Ni und Au wurden darauf mit einer Vakuumbeschichtungsvorrichtung mit 150 Å bzw. 300 Å abgeschieden. Ein Elektrodenmuster wurde durch ein Abhebeverfahren ausgebildet. Eine Wärmebehandlung in einer Stickstoffatmosphäre, die 5 Vol.-% Sauerstoff enthielt, wurde bei 500°C 10 min durchgeführt, um die ohmsche positive Elektrode aus NiAu zu erhalten.
  • Als Metallträger wurde eine Mo-Platte verwendet, die eine spiegelglanzpolierte Oberfläche einer mittleren Oberflächenrauheit von etwa 5 nm, die mit einer Oberflächenrauheitsmessvorrichtung des Kontakttyps ermittelt wurde, eine Dicke von 100 µm und einen Durchmesser von 2 Zoll aufwies. Als Schicht zur Verstärkung der Haftung einer Adhäsionsschicht und zur Verhinderung einer Interdiffusion zwischen der ohmschen positiven Elektrode und der Adhäsionsschicht, um deren Funktionen nicht zu beeinträchtigen, wurden Ti/Pt auf der Oberfläche des Metallträgers mit 500 Å/500 Å durch Vakuumabscheidung abgelagert und in einer Stickstoffatmosphäre bei 350°C 30 min wärmebehandelt.
  • Als Adhäsionsschicht wurde eine Au-Sn-Legierungsschicht (Au: 80% – Sn: 20%) mit einer Dicke von 10.000 Å durch Vakuumabscheidung ausgebildet. Eine Haftungsverstärkungsschicht und eine Adhäsionsschicht mit der gleichen Schichtstruktur wie der auf dem Mo-Träger gebildeten wurden auf der ohmschen positiven Elektrode aus NiAu des epitaxialen Substrats durch Photolithographie, ein Abhebeverfahren und Vakuumabscheidung ausgebildet.
  • Die Adhäsionsschicht des Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5 und die Adhäsionsschicht des Mo-Trägers wurden durch Vakuumthermokompressionsverbindung unter den Bedingungen eines Drucks von 1 × 10–3 Torr oder weniger, einer Temperatur von 300°C, einer Verweilzeit von 5 min und einer Last von 6000 N verbunden.
  • Der Prüfling (der durch Verbinden des Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5 und des Trägers erhalten wurde) wurde durch Vakuumadsorption an einer Bühne fixiert. Der Prüfling auf der Bühne wurde linear mit einer Abtastung von 350 mm/s abgetastet. Nach dem Abtasten einer Zeile wurde die Bühne in horizontaler Richtung um 15 µm bewegt und die Abtastung zeilenweise wiederholt, um die gesamte Oberfläche des Prüflings mit Licht zu bestrahlen. Das Licht wurde durch Umwandlung einer dritten Harmonischen von einem CW-angeregten YVO4-Laser (Wellenlänge 355 nm) in einen Puls mit einer Frequenz von 15 kHz mit einem Zerhacker erhalten und es zeigte eine Q-Switch-Pulsbreite von etwa 8 ns, eine Oszillationsmode von TEM00 und eine Leistung der dritten Harmonischen von 0,26 W (Laserantriebsstrom: 19,5 Å) auf der Prüflingsoberfläche. Und ferner wurde das Licht von der Saphirsubstratseite aus appliziert und so defokussiert, dass dessen Fokus auf eine Stelle, die 450 µm von der epitaxialen Saphir/GaN-Grenzfläche zur GaN-Seite entfernt war, geändert wurde.
  • Der Prüfling wurde von der Saphirseite aus nach der Lichtbestrahlung betrachtet. Die gesamte Oberfläche nahe der Grenzfläche zwischen dem Saphirsubstrat und der GaN-Schicht wandelte sich von transparent in grau um. Dann wurde das Saphirsubstrat durch Einwerfen des Prüflings in Wasser von 100°C von diesem abgetrennt.
  • Auf der Oberfläche der GaN-Schicht, von der das Saphirsubstrat abgetrennt war, wurde eine Al/Pt/Ni-Gitterelektrode als ohmsche negative Elektrode ausgebildet. Zur Bildung der Elektrode wurden eine BHF-Reinigung, das Entfernen von von auf der Oberfläche des Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5 verbliebenem Ga mittels Polieren, das Entfernen der Kristallschicht niedriger Qualität und das Planarisieren der Oberfläche durchgeführt. Dann wurden Resistapplikation, Resistbrennen, Musterfreilegung und Musterentwicklung auf der Oberfläche durchgeführt. Danach wurden Al, Pt und Ni mit einer Vakuumbeschichtungsvorrichtung mit 2000 Å, 500 Å bzw. 800 Å abgeschieden, wobei ein Elektrodenmuster durch das Abhebeverfahren ausgebildet wurde. Die ohmsche negative Elektrode aus Al/Pt/Ni wurde ausgebildet, wobei diese einen Durchmesser von 200 µm, eine Maschenbreite von 2 µm, einen Maschenabstand von 25 µm, eine Elektrodenplatte von 50 µm im Quadrat und eine Öffnungsrate von 85% aufwies. Dabei wurde eine vertikale lichtemittierende Vorrichtung eines Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5 erhalten, die den elektrisch leitfähigen Mo-Träger umfasste.
  • Die lichtemittierende Vorrichtung emittierte ein deutliches blaues Licht bei einem Antriebsstrom von 20 mA. Und ferner wies die lichtemittierende Vorrichtung eine hohe Lichtleistung auf, und sie emittierte ein deutliches blaues Licht mit einem Antriebsstrom von 200 mA.
  • Vergleichsbeispiel 1
  • Die Operation gemäß Beispiel 1 wurde durchgeführt, wobei jedoch keine anorganischen Teilchen verwendet wurden, wobei eine vertikale lichtemittierende Vorrichtung eines Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5 erhalten wurde, die einen elektrisch leitfähigen Mo-Träger umfasste.
  • Wie in Beispiel 1 wurde ein Prüfling mit Licht mit einer Laserstrahlungsleistung von 0,26 W (Laserantriebsstrom: 19,5 A) bestrahlt. Der Prüfling wurde von der Saphirseite aus nach der Lichtbestrahlung betrachtet. Die gesamte Oberfläche nahe der Grenzfläche zwischen dem Saphirsubstrat und der GaN-Schicht war transparent. Der Prüfling wurde in Wasser von 100°C geworfen, doch trennte sich das Saphirsubstrat davon nicht ab.
  • Vergleichsbeispiel 2
  • Die Operation gemäß Beispiel 1 wurde durchgeführt, wobei jedoch keine anorganischen Teilchen verwendet wurden, wobei eine vertikale lichtemittierende Vorrichtung eines Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5 erhalten wurde, die einen elektrisch leitfähigen Mo-Träger umfasste.
  • Wie in Beispiel 1 wurde ein Prüfling mit Licht mit einer Laserstrahlungsleistung von 0,39 W (Laserantriebsstrom: 22,5 A) bestrahlt. Der Prüfling wurde von der Saphirseite aus nach der Lichtbestrahlung betrachtet. Die gesamte Oberfläche nahe der Grenzfläche zwischen dem Saphirsubstrat und der GaN-Schicht war transparent. Der Prüfling wurde in Wasser von 100°C geworfen, doch trennte sich das Saphirsubstrat davon nicht ab.
  • Vergleichsbeispiel 3
  • Die Operation gemäß Beispiel 1 wurde durchgeführt, wobei jedoch keine anorganischen Teilchen verwendet wurden, wobei eine vertikale lichtemittierende Vorrichtung eines Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5 erhalten wurde, die einen elektrisch leitfähigen Mo-Träger umfasste.
  • Wie in Beispiel 1 wurde ein Prüfling mit Licht mit einer Laserstrahlungsleistung von 0,42 W (Laserantriebsstrom: 24 A) bestrahlt. Der Prüfling wurde von der Saphirseite aus nach der Lichtbestrahlung betrachtet. Die gesamte Oberfläche nahe der Grenzfläche zwischen dem Saphirsubstrat und der GaN-Schicht wandelte sich von transparent in grau um. Das Saphirsubstrat wurde davon durch Hineinwerfen des Prüflings in Wasser von 100°C abgetrennt. Die lichtemittierende Vorrichtung emittierte bei einem Antriebsstrom von 20 mA kein Licht.
  • Beispiel 2
  • Als Substrat wurde ein spiegelglanzpoliertes c-Flächen-Saphirsubstrat verwendet. Als anorganische Teilchen wurden Siliciumdioxidteilchen, die in kolloidem Siliciumdioxid enthalten waren, verwendet (Handelsbezeichnung "SEAHOSTAR KE-W50", hergestellt von Nippon Shokubai Co., Ltd., mittlerer Teilchendurchmesser: 550 nm). Das Substrat wurde auf einen Spinner gesetzt, das kolloide Siliciumdioxid mit einem Siliciumdioxidgehalt von 20 Gew.-% wurde auf das Substrat appliziert und die kolloide Suspension wurde schleudergetrocknet. Bei Betrachtung unter Verwendung von REM betrug der Deckungsgrad der Siliciumdioxidteilchen auf der Oberfläche des Substrats 60%.
  • Ein Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5 wurde auf dem Substrat durch MOVPE unter atmosphärischem Druck unter den im folgenden angegebenen Bedingungen epitaxial aufwachsen gelassen und die Siliciumdioxidteilchen wurden in der Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe 3–5 eingebettet. Eine GaN-Niedertemperaturpufferschicht mit einer Dicke von etwa 500 Å wurde durch Zuführen von einem Trägergas, Ammoniak und TMG unter den Bedingungen eines Drucks von 1 Atmosphäre, einer Suszeptortemperatur von 485°C und eines Trägergases aus Wasserstoffgas darauf gezüchtet. Eine GaN-Schicht, in der Facetten ausgebildet werden sollten, wurde darauf durch Ändern der Suszeptortemperatur auf 900°C und Zuführen von einem Trägergas, Ammoniak, TMG und Silan ausgebildet. Eine GaN-Schicht wurde durch Ändern der Suszeptortemperatur auf 1040°C, Än dern des Drucks auf 1/4 von atmosphärischem Druck und Zuführen von einem Trägergas, Ammoniak, TMG und Silan gezüchtet. Danach wurden eine aus GaN bestehende n-Schicht, Sperrschichten und Topfschichten (mit einer Mehrfachquantentopfstruktur) mit einer Doppelheterostruktur, die aus GaN und InGaN bestehen, eine Deckschicht, die aus GaN und AlGaN besteht, und eine aus GaN bestehende p-Schicht gezüchtet, wobei ein Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5 erhalten wurde, der blaues Licht emittierte.
  • Im folgenden wurde die Operation gemäß Beispiel 1 durchgeführt, wobei eine vertikale lichtemittierende Vorrichtung eines Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5 erhalten wurde, die einen elektrisch leitfähigen Mo-Träger umfasste.
  • Die lichtemittierende Vorrichtung emittierte ein deutliches blaues Licht bei einem Antriebsstrom von 20 mA. Die lichtemittierende Vorrichtung wies eine hohe Lichtleistung auf und emittierte ein deutliches blaues Licht mit einem Antriebsstrom von 200 mA.
  • Beispiel 3
  • Als Substrat wurde ein spiegelglanzpoliertes c-Flächen-Saphirsubstrat verwendet. Als anorganische Teilchen wurden Siliciumdioxidteilchen, die in kolloidem Siliciumdioxid enthalten waren, verwendet (Handelsbezeichnung "SEAHOSTAR KE-W50", hergestellt von Nippon Shokubai Co., Ltd., mittlerer Teilchendurchmesser: 550 nm). Das Substrat wurde auf einen Spinner gesetzt, das kolloide Siliciumdioxid mit einem Siliciumdioxidgehalt von 20 Gew.-% wurde auf das Substrat appliziert und die kolloide Suspension wurde schleudergetrocknet. Bei Betrachtung unter Verwendung von REM betrug der Deckungsgrad der Siliciumdioxidteilchen auf der Oberfläche des Substrats 60%.
  • Ein Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5 wurde auf dem Substrat durch MOVPE unter atmosphärischem Druck unter den im folgenden angegebenen Bedingungen epitaxial aufwachsen gelassen und die Siliciumdioxidteilchen wurden in der Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe 3–5 eingebettet. Eine GaN-Pufferschicht mit einer Dicke von etwa 500 Å wurde durch Zuführen von einem Trägergas, Ammoniak und TMG unter den Bedingungen eines Drucks von 1 Atmosphäre, einer Suszeptortemperatur von 485°C und eines Trägergases aus Wasserstoffgas darauf gezüchtet. Eine GaN-Schicht wurde darauf durch Ändern der Suszeptortemperatur auf 900°C und Zuführen von einem Trägergas, Ammoniak und TMG ausgebildet. Eine GaN-Schicht wurde durch Ändern der Suszeptortemperatur auf 1040°C, Ändern des Drucks auf 1/4 von atmosphärischem Druck und Zuführen von einem Trägergas, Ammoniak und TMG gezüchtet. Danach wurden eine aus GaN bestehende n-Schicht, Sperrschichten und Topfschichten (mit einer Mehrfachquantentopfstruktur) mit einer Doppelheterostruktur, die aus GaN und InGaN bestehen, eine Deckschicht, die aus GaN und AlGaN besteht, und eine aus GaN bestehende p-Schicht, eine aus InGaN bestehende n+-Schicht gezüchtet, wobei ein Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5, die einen epitaxialen Kristall einer Dicke von 20 µm aufwies, der blaues Licht emittierte, erhalten wurde.
  • Der Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5 wurde in einer N2-Atmosphäre bei 700°C 20 min wärmebehandelt, um der p-Schicht einen niedrigen elektrischen Widerstand zu verleihen. Dann wurde, um eine ohmsche n+-Elektrode auf der Oberfläche des Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5 auszubilden, die Oberfläche mit einer Acetonlösung mit Ultraschall gereinigt, mit heißem Königswasser (60°C) gewaschen und mit ultrareinem Wasser mit Ultraschall gereinigt. ITO wurde darauf mit 120 nm mit einer Vakuumbeschichtungsvorrichtung abgeschieden. Resistapplikation, Resistbrennen, Musterfreilegung und Muster entwicklung wurden auf der Oberfläche hiervon durchgeführt. Danach wurde ein Ätzen mit einem Lösungsgemisch von einer Eisen(III)-chloridlösung und Salzsäure in einem Verhältnis von 1:1 durchgeführt, wobei eine ITO-Elektrode als ohmsche n+-Elektrode ausgebildet wurde. Nach der Bildung des Musters wurde der verbliebene Resist hiervon entfernt.
  • Auf der Oberfläche der die n-Schicht zeigenden Region des Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5 wurden eine Resistapplikation, Resistbrennen, Musterfreilegung (die Bildung eines Musters zur Elementisolation) und Musterentwicklung unter Bildung eines Musters hierauf durchgeführt. Danach wurde der epitaxiale Kristall einem ICP-Trockenätzen in einer Tiefe, bei der die Oberfläche der n-Schicht freigelegt wurde, unterzogen (mesa-förmige Bereiche wurden gebildet). Das ICP-Trockenätzen wurde unter den Bedingungen eines Ätzgases eines Gasgemischs aus Cl2, CH2Cl2 und Ar, einer Strömungsrate von 20, 10 bzw. 40 sccm, eines Drucks von 0,8 Pa, einer ICP-Leistung von 200 W und einer Vorspannungsleistung von 100 W durchgeführt. Nach dem Trockenätzen wurde die Extramaske mit einem organischen Lösemittel entfernt.
  • Auf der freigelegten n-Schichtoberfläche wurden eine Resistapplikation, Resistbrennen, Musterfreilegung und Musterentwicklung durchgeführt. V wurde mit 10 nm und Al mit 100 nm unter Verwendung einer Vakuumbeschichtungsvorrichtung abgeschieden. Danach wurde ein V/Al-Elektrodenmuster durch ein Abhebeverfahren zur Ausbildung einer ohmschen negativen Elektrode ausgebildet.
  • Trennungskerben für den epitaxialen Kristall, der den Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5 umfasste, wurden durch Laserlichtbestrahlung hergestellt. Das Laserlicht wurde durch Umwandlung einer dritten Harmonischen von einem CW-angeregten YVO4-Laser (Wellenlänge 355 nm) in einen Puls mit einer Fre quenz von 35 kHz mit einem Zerhacker erhalten und es zeigte eine Q-Switch-Pulsbreite von etwa 8 ns, eine Oszillationsmode von TEM00 und eine Leistung der dritten Harmonischen von etwa 0,2 W. Das Laserlicht wurde von der Seite des epitaxialen Kristalls aus appliziert und auf der Kristalloberfläche fokussiert. Die Trennungskerben wiesen eine Kerbenbreite von 20 µm oder weniger auf. Der Prüfling auf der Bühne wurde mit einer Rate von 10 mm/s abgetastet. Nach dem Abtasten von fünf Zeilen wurde die Bühne in horizontaler Richtung um die Vorrichtungsgröße von 420 µm bewegt. Durch die Wiederholung dieser Operation wurde der epitaxiale Kristall mit Laserlicht in Gitterform bestrahlt, wodurch er in mehrere Regionen von jeweils einer Größe von 420 × 420 µm geteilt wurde.
  • Der Prüfling (der Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5) wurde an einer Bühne durch Vakuumadsorption fixiert. Der Prüfling auf der Bühne wurde linear bzw. zeilenweise mit einer Abtastung von 350 mm/s abgetastet. Nach dem Abtasten einer Zeile wurde die Bühne in horizontaler Richtung um 15 µm bewegt und das Abtasten wurde zeilenweise wiederholt, wobei die gesamte Oberfläche des Prüflings mit Licht bestrahlt wurde. Das Licht wurde durch Umwandeln der dritten Harmonischen von einem CW-angeregten YVO4-Laser (Wellenlänge 355 nm) in einen Puls mit einer Frequenz von 15 kHz mit einem Zerhacker erhalten und es wies eine Q-Switch-Pulsbreite von etwa 8 ns, eine Oszillationsmode von TEM00 und eine Leistung der dritten Harmonischen von 0,26 W (Laserantriebsstrom: 19,5 A) an der Prüflingsoberfläche auf. Und ferner wurde Licht von der Saphirsubstratseite aus appliziert und so defokussiert, dass dessen Brennpunkt auf eine Stelle, die 450 µm von der epitaxialen Saphir/GaN-Grenzfläche zur GaN-Seite entfernt war, geändert wurde.
  • Nach der Lichtbestrahlung wurde der Prüfling von der Saphirsubstratseite aus betrachtet. Die gesamte Oberfläche nahe der Grenzfläche zwischen dem Saphirsubstrat und der GaN-Schicht war von transparent auf grau gewechselt.
  • Der Prüfling wurde auf die Mitte eines Stücks eines Harzbands einer Breite von etwa 4 Zoll, das auf einem ringförmigen Montagegestell fixiert war, platziert. Das Harzband umfasste einen Film auf PVC-Acrylbasis mit einer Dicke von etwa 70 µm und einer Klebeschicht mit einer Dicke von etwa 10 µm mit einer Klebefestigkeit von 18 gf/25 mm auf dem Basisfilm. Als diese Substanzen wurden ein Film und eine Klebeschicht verwendet, die dünn waren und schlechte Adhäsion aufwiesen.
  • Der Prüfling, der auf dem Harzband in der Weise platziert war, dass die Oberflächenseite von dessen epitaxialem Kristall an dem Band klebte, wurde auf etwa 60°C erhitzt, wodurch das Saphirsubstrat davon entfernt wurde. In dieser Stufe wurde die Freisetzungsoberfläche des epitaxialen Kristalls auf dem Harzband in eine gepufferte Flusssäure (BHF) 10 min getaucht, wodurch das verbliebene Ga entfernt wurde.
  • Der Prüfling auf dem Harzband, der die Freisetzungsoberfläche als obere Seite zeigte, wurde auf ein anderes Harzband, das aus der gleichen Substanz wie das obige Harz bestand, bewegt und der Prüfling wies die epitaxiale Kristalloberfläche als obere Seite auf.
  • Die erhaltene horizontale lichtemittierende Vorrichtung eines Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5 emittierte ein deutliches blaues Licht bei einem Antriebsstrom von 20 mA. Und ferner wies die lichtemittierende Vorrichtung eine hohe Lichtleistung auf und sie emittierte ein deutliches blaues Licht mit einem Antriebsstrom von 200 mA.
  • Vergleichsbeispiel 4
  • Die Operation gemäß Beispiel 3 wurde durchgeführt, wobei jedoch keine anorganischen Teilchen verwendet wurden, wobei eine horizontale lichtemittierende Vorrichtung eines Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5 erhalten wurde, die einen elektrisch leitfähigen Mo-Träger umfasste.
  • Wie in Beispiel 3 wurde ein Prüfling mit Licht mit einer Laserstrahlungsleistung von 0,26 W (Laserantriebsstrom: 19,5 A) bestrahlt. Der Prüfling wurde nach der Lichtbestrahlung von der Saphirseite aus betrachtet. Die gesamte Oberfläche nahe der Grenzfläche zwischen dem Saphirsubstrat und der GaN-Schicht war transparent. Der Prüfling wurde auf 60°C erhitzt. Das Saphirsubstrat wurde nicht davon abgetrennt.
  • Vergleichsbeispiel 5
  • Die Operation gemäß Beispiel 3 wurde durchgeführt, wobei jedoch keine anorganischen Teilchen verwendet wurden, wobei eine horizontale lichtemittierende Vorrichtung eines Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5 erhalten wurde, die einen elektrisch leitfähigen Mo-Träger umfasste.
  • Wie in Beispiel 3 wurde ein Prüfling mit Licht mit einer Laserstrahlungsleistung von 0,39 W (Laserantriebsstrom: 22,5 A) bestrahlt. Der Prüfling wurde nach der Lichtbestrahlung von der Saphirseite aus betrachtet. Die gesamte Oberfläche nahe der Grenzfläche zwischen dem Saphirsubstrat und der GaN-Schicht war transparent. Der Prüfling wurde auf 60°C erhitzt. Das Saphirsubstrat wurde nicht davon abgetrennt.
  • Vergleichsbeispiel 6
  • Die Operation gemäß Beispiel 3 wurde durchgeführt, wobei jedoch keine anorganischen Teilchen verwendet wurden, wobei eine horizontale lichtemittierende Vorrichtung eines Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5 erhalten wurde, die einen elektrisch leitfähigen Mo-Träger umfasste.
  • Wie in Beispiel 3 wurde ein Prüfling mit Licht mit einer Laserstrahlungsleistung von 0,42 W (Laserantriebsstrom: 24 A) bestrahlt. Der Prüfling wurde nach der Lichtbestrahlung von der Saphirseite aus betrachtet. Die gesamte Oberfläche nahe der Grenzfläche zwischen dem Saphirsubstrat und der GaN-Schicht wandelte sich von transparent in grau um. Der Prüfling wurde auf 60°C erhitzt. Das Saphirsubstrat wurde davon abgetrennt.
  • Die erhaltene horizontale lichtemittierende Vorrichtung eines Haltleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5 emittierte bei einem Antriebsstrom von 20 mA kein Licht.
  • Beispiel 4
  • Als Substrat wurde ein spiegelglanzpoliertes c-Flächen-Saphirsubstrat verwendet. Als anorganische Teilchen wurden Siliciumdioxidteilchen, die in kolloidem Siliciumdioxid enthalten waren, verwendet (Handelsbezeichnung "SEAHOSTAR KE-W50", hergestellt von Nippon Shokubai Co., Ltd., mittlerer Teilchendurchmesser: 550 nm). Das Substrat wurde auf einen Spinner gesetzt, das kolloide Siliciumdioxid mit einem Siliciumdioxidgehalt von 20 Gew.-% wurde auf das Substrat appliziert und die kolloide Suspension wurde schleudergetrocknet. Bei Betrachtung unter Verwendung von REM betrug der Deckungsgrad der Siliciumdioxidteilchen auf der Oberfläche des Substrats 60%.
  • Ein Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5 wurde auf dem Substrat durch MOVPE unter atmosphärischem Druck unter den im folgenden angegebenen Bedingungen epitaxial aufwachsen gelassen und die Siliciumdioxidteilchen wurden in der Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe 3–5 eingebettet. Eine GaN-Pufferschicht mit einer Dicke von etwa 500 Å wurde durch Zu führen von einem Trägergas, Ammoniak und TMG unter den Bedingungen eines Drucks von 1 Atmosphäre, einer Suszeptortemperatur von 485°C und eines Trägergases aus Wasserstoffgas darauf gezüchtet. Eine GaN-Schicht wurde darauf durch Ändern der Suszeptortemperatur auf 900°C und Zuführen von einem Trägergas, Ammoniak und TMG ausgebildet. Eine GaN-Schicht wurde durch Ändern der Suszeptortemperatur auf 1040°C, Ändern des Drucks auf 1/4 von atmosphärischem Druck und Zuführen von einem Trägergas, Ammoniak und TMG gezüchtet. Danach wurden eine aus GaN bestehende n-Schicht, Sperrschichten und Topfschichten (mit einer Mehrfachquantentopfstruktur) mit einer Doppelheterostruktur, die aus GaN und InGaN bestehen, Deckschichten, die aus GaN und AlGaN bestehen, eine aus GaN bestehende p-Schicht und eine aus InGaN bestehende n+-Schicht gezüchtet, wobei ein Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5, der einen epitaxialen Kristall mit einer Dicke von 20 µm umfasste, der blaues Licht emittierte, erhalten wurde.
  • Der Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5 wurde in einer N2-Atmosphäre bei 700°C 20 min wärmebehandelt, um der p-Schicht einen niedrigen elektrischen Widerstand zu verleihen. Dann wurde, um eine ohmsche n+-Elektrode auf der Oberfläche des Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5 auszubilden, die Oberfläche mit einer Acetonlösung mit Ultraschall gereinigt, mit heißem Königswasser (60°C) gewaschen und mit ultrareinem Wasser mit Ultraschall gereinigt. ITO wurde darauf mit 120 nm mit einer Vakuumbeschichtungsvorrichtung abgeschieden. Resistapplikation, Resistbrennen, Musterfreilegung und Musterentwicklung wurden auf der Oberfläche hiervon durchgeführt. Danach wurde ein Ätzen mit einem Lösungsgemisch von einer Eisen(III)-chloridlösung und Salzsäure in einem Verhältnis von 1:1 durchgeführt, wobei eine ITO-Elektrode als ohmsche n+-Elektrode ausgebildet wurde. Nach der Bildung des Musters wurde der verbliebene Resist hiervon entfernt.
  • Trennungskerben für den epitaxialen Kristall, der den Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5 umfasste, wurden durch Laserlichtbestrahlung hergestellt. Das Laserlicht wurde durch Umwandlung einer dritten Harmonischen von einem CW-angeregten YVO4-Laser (Wellenlänge 355 nm) in einen Puls mit einer Frequenz von 35 kHz mit einem Zerhacker erhalten und es zeigte eine Q-Switch-Pulsbreite von etwa 8 ns, eine Oszillationsmode von TEM00 und eine Leistung der dritten Harmonischen von etwa 0,2 W. Das Laserlicht wurde von der Seite des epitaxialen Kristalls aus appliziert und auf der Kristalloberfläche fokussiert. Die Trennungskerben wiesen eine Kerbenbreite von 20 µm oder weniger auf. Der Prüfling auf der Bühne wurde mit einer Rate von 10 mm/s abgetastet. Nach dem Abtasten von fünf Linien wurde die Bühne in horizontaler Richtung um die Vorrichtungsgröße von 420 µm bewegt. Durch die Wiederholung dieser Operation wurde der epitaxiale Kristall mit Laserlicht in Gitterform bestrahlt, wodurch er in mehrere Regionen von jeweils einer Größe von 420 × 420 µm geteilt wurde.
  • Der Prüfling (der Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5) wurde an einer Bühne durch Vakuumadsorption fixiert. Der Prüfling auf der Bühne wurde linear mit einer Abtastung von 350 mm/s abgetastet. Nach dem Abtasten einer Zeile wurde die Bühne in horizontaler Richtung um 15 µm bewegt und das Abtasten zeilenweise wiederholt, wobei die gesamte Oberfläche des Prüflings mit Licht bestrahlt wurde. Das Licht wurde durch Umwandeln der dritten Harmonischen von einem CW-angeregten YVO4-Laser (Wellenlänge 355 nm) in einen Puls mit einer Frequenz von 15 kHz mit einem Zerhacker erhalten und es wies eine Q-Switch-Pulsbreite von etwa 8 ns, eine Oszillationsmode von TEM00 und eine Leistung der dritten Harmonischen von 0,26 W (Laserantriebsstrom: 19,5 A) an der Probenoberfläche auf. Und ferner wurde Licht von der Saphirsubstratseite aus appliziert und so fokussiert, dass dessen Brennpunkt auf eine Stelle, die 450 µm von der epitaxialen Saphir/GaN-Grenzfläche zur GaN-Seite entfernt war, geändert wurde.
  • Nach der Lichtbestrahlung wurde der Prüfling von der Saphirsubstratseite aus betrachtet. Die gesamte Oberfläche nahe der Grenzfläche zwischen dem Saphirsubstrat und der GaN-Schicht war von transparent auf grau gewechselt.
  • Der Prüfling wurde auf die Mitte eines Stücks eines Harzbands einer Breite von etwa 4 Zoll, das auf einem ringförmigen Montagegestell fixiert war, platziert. Das Harzband umfasste einen Basisfilm auf PVC-Acrylbasis mit einer Dicke von etwa 70 µm und eine Klebeschicht mit einer Dicke von etwa 10 µm mit einer Klebefestigkeit von 18 gf/25 mm an dem Basisfilm. Als diese Substanzen wurden ein Film und eine Klebeschicht verwendet, die dünn waren und eine schlechte Adhäsion aufwiesen.
  • Der Prüfling, der auf dem Harzband platziert war und das Saphirsubstrat als obere Seite und die epitaxiale Kristalloberfläche als untere Seite, die an dem Harzband haftete, aufwies, wurde auf etwa 60°C erhitzt, wodurch das Saphirsubstrat davon entfernt wurde. In dieser Stufe wurde die Freisetzungsoberfläche des epitaxialen Kristalls auf dem Harzband in eine gepufferte Flusssäure (BHF) 10 min getaucht, wodurch das verbliebene Ga entfernt wurde.
  • Der Prüfling auf dem Harzband, der die Freisetzungsoberfläche als obere Seite zeigte, wurde auf ein anderes Harzband, das aus der gleichen Substanz wie das obige Harz bestand, bewegt und der Prüfling wies die epitaxiale Kristalloberfläche als obere Seite auf.
  • Die erhaltene horizontale lichtemittierende Vorrichtung eines Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5 emittierte ein deutliches blaues Licht bei einem Antriebsstrom von 20 mA. Und ferner wies die lichtemittierende Vorrichtung eine hohe Lichtleistung auf und sie emittierte ein deutliches blaues Licht mit einem Antriebsstrom von 200 mA.
  • Beispiel 5
  • Als Substrat wurde ein spiegelglanzpoliertes GaN-Substrat verwendet. Als anorganische Teilchen wurden Siliciumdioxidteilchen, die in kolloidem Siliciumdioxid enthalten waren, verwendet (Handelsbezeichnung "SEAHOSTAR KE-W50", hergestellt von Nippon Shokubai Co., Ltd., mittlerer Teilchendurchmesser: 550 nm). Das Substrat wurde auf einen Spinner gesetzt, das kolloide Siliciumdioxid mit einem Siliciumdioxidgehalt von 20 Gew.-% wurde auf das Substrat appliziert und die kolloide Suspension wurde schleudergetrocknet.
  • Ein Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5 wurde auf dem Substrat durch MOVPE unter den im folgenden angegebenen Bedingungen epitaxial aufwachsen gelassen und die Siliciumdioxidteilchen wurden in der Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe 3–5 eingebettet. Eine InGaN-Pufferschicht wurde durch Zuführen von einem Trägergas, Ammoniak, TMG und TMI unter den Bedingungen eines Drucks von 1 Atmosphäre, einer Suszeptortemperatur von 485°C und eines Trägergases aus Stickstoffgas darauf gezüchtet. Eine GaN-Schicht wurde darauf durch Ändern der Suszeptortemperatur auf 900°C und Zuführen von einem Trägergas, Ammoniak und TMG gezüchtet. Eine GaN-Schicht wurde durch Ändern der Suszeptortemperatur auf 1040°C, Ändern des Drucks auf 1/4 von atmosphärischem Druck und Zuführen von einem Trägergas, Ammoniak und TMG gezüchtet. Danach wurden eine aus GaN bestehende n-Schicht, Sperrschichten und Topfschichten (mit einer Mehrfachquantentopfstruktur) mit einer Doppelheterostruktur, die aus GaN und InGaN bestehen, Deckschichten, die aus GaN und AlGaN bestehen, eine aus GaN bestehende p-Schicht und eine aus GaN bestehende n+-Schicht gezüchtet, wobei ein Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5, der einen epitaxialen Kristall mit einer Dicke von 20 µm umfasste, der blaues Licht emittierte, erhalten wurde.
  • Der Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5 wurde in einer N2-Atmosphäre bei 700°C 20 min wärmebehandelt, um der p-Schicht einen niedrigen elektrischen Widerstand zu verleihen. Dann wurde, um eine ohmsche n+-Elektrode auf der Oberfläche des Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5 auszubilden, die Oberfläche mit einer Acetonlösung mit Ultraschall gereinigt, mit heißem Königswasser (60°C) gewaschen und mit ultrareinem Wasser mit Ultraschall gereinigt. ITO wurde darauf mit 120 nm mit einer Vakuumbeschichtungsvorrichtung abgeschieden. Eine Resistapplikation, Resistbrennen, Musterfreilegung und Musterentwicklung wurden auf der Oberfläche hiervon durchgeführt. Danach wurde ein Ätzen mit einem Lösungsgemisch von einer Eisen(III)-chloridlösung und Salzsäure in einem Verhältnis von 1:1 durchgeführt, wobei eine ITO-Elektrode als ohmsche n+-Elektrode ausgebildet wurde. Nach der Bildung des Musters wurde der verbliebene Resist hiervon entfernt.
  • Auf der Oberfläche der die n-Schicht zeigenden Region des Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5 wurden eine Resistapplikation, Resistbrennen, Musterfreilegung (die Bildung eines Musters zur Vorrichtungsisolation) und Musterentwicklung unter Bildung eines Musters hierauf durchgeführt. Danach wurde der epitaxiale Kristall einem ICP-Trockenätzen in einer Tiefe, bei der die Oberfläche der n-Schicht freigelegt wurde, unterzogen (mesa-förmige Bereiche wurden gebildet). Nach dem Trockenätzen wurde die Extramaske mit einem organischen Lösemittel entfernt.
  • Auf der freigelegten n-Schichtoberfläche wurden eine Resistapplikation, Resistbrennen, Musterfreilegung und Musterentwicklung durchgeführt. Danach wurde V mit 10 nm und Al mit 100 nm unter Verwendung einer Vakuumbeschichtungsvorrichtung darauf abgeschieden und danach wurde ein V/Al-Elektrodenmuster durch ein Abhebeverfahren als die ohmsche negative Elektrode ausgebildet.
  • Trennungskerben für den epitaxialen Kristall, der den Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5 umfasste, wurden durch Laserlichtbestrahlung gebildet. Das Laserlicht wurde durch Umwandlung einer dritten Harmonischen von einem CW-angeregten YVO4-Laser (Wellenlänge 355 nm) in einen Puls mit einer Frequenz von 35 kHz mit einem Zerhacker erhalten und es zeigte eine Q-Switch-Pulsbreite von etwa 8 ns, eine Oszillationsmode von TEM00 und eine Leistung der dritten Harmonischen von etwa 0,2 W an der Prüflingsoberfläche. Das Laserlicht wurde von der Seite des epitaxialen Kristalls aus appliziert und auf der Kristalloberfläche fokussiert. Der Prüfling auf der Bühne wurde mit einer Rate von 10 mm/s abgetastet. Nach dem Abtasten von fünf Linien wurde die Bühne in horizontaler Richtung um die Vorrichtungsgröße von 420 µm bewegt. Durch die Wiederholung dieser Operation wurde der epitaxiale Kristall mit Laserlicht in Gitterform bestrahlt, wodurch er in mehrere Regionen von jeweils einer Größe von 420 × 420 µm geteilt wurde.
  • Der Prüfling (der Halbleiter eines Nitrids der Gruppe 3–5) wurde an der Bühne durch Vakuumadsorption fixiert und linear mit einer Rate von 350 mm/s abgetastet. Nach dem Abtasten einer Zeile wurde die Bühne in horizontaler Richtung um 15 µm bewegt. Das Abtasten wurde zeilenweise wiederholt, wobei die gesamte Oberfläche des Prüflings mit Licht bestrahlt wurde. Das Licht wurde durch Umwandeln der zweiten Harmonischen von einem CW-angeregten YVO4-Laser (mit einer Wellenlänge von 532 nm) in eine Pulswelle erhalten. Zusätzlich wurde Licht von der GaN-Substratseite aus appliziert und derart defokussiert, dass es an einer Stelle fokussierte, die von der epitaxialen Grenzfläche zwischen dem GaN-Substrat und dem epitaxialen Kristall zur epitaxialen Kristallseite hin entfernt war.
  • Der Prüfling wurde auf die Mitte eines Stücks eines Harzbands einer Breite von etwa 4 Zoll, das auf einem ringförmigen Montagegestell fixiert war, platziert. Das Harzband umfasste einen Basisfilm auf PVC-Acrylbasis mit einer Dicke von etwa 70 µm und eine Klebeschicht mit einer Dicke von etwa 10 µm mit einer Klebefestigkeit von 18 gf/25 mm auf dem Basisfilm. Als diese Substanzen wurden ein Film und eine Klebeschicht verwendet, die dünn waren und schlechte Adhäsion aufwiesen.
  • Der Prüfling, der auf das Harzband platziert war und das GaN-Substrat als obere Seite und die epitaxiale Kristalloberfläche als untere Seite, die an dem Harzband haftet, aufweist, wurde erhitzt, wodurch das GaN-Substrat davon entfernt wurde. In dieser Stufe wurde ein Rückstand auf der Freisetzungsoberfläche des GaN-Substrats, das auf dem Harzband platziert war, entfernt.
  • Der Prüfling auf dem Harzband, der die Freisetzungsoberfläche als obere Seite zeigte, wurde auf das andere Harzband, das aus der gleichen Substanz wie das obige Harz bestand, bewegt und der Prüfling wies die epitaxiale Kristalloberfläche als obere Seite auf.
  • Die erhaltene horizontale lichtemittierende Vorrichtung eines Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5 emittierte ein deutliches blaues Licht bei einem Antriebsstrom von 20 mA. Und ferner wies die lichtemittierende Vorrichtung eine hohe Lichtleistung auf und sie emittierte ein deutliches blaues Licht mit einem Antriebsstrom von 200 mA.
  • Das zurückgewonnene GaN-Substrat kann nach dem Spiegelglanzpolieren von dessen Oberfläche als Substrat wiederverwendet werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung mit einer hohen Lichtleistung bereitgestellt. Und ferner stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5 bereit, der kein Substrat aufweist und günstigerweise für eine lichtemittierende Vorrichtung verwendet wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung. Das Verfahren zur Herstellung eines Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5 umfasst die Stufen (i), (ii) und (iii) in dieser Reihenfolge:
    • (i) Platzieren anorganischer Teilchen auf einem Substrat,
    • (ii) Züchten einer Halbleiterschicht und
    • (iii) Trennen des Substrats und der Halbleiterschicht durch Bestrahlen der Grenzfläche zwischen dem Substrat und der Halbleiterschicht mit Licht.
    • 1
    Substrat
    1A
    Substratoberfläche
    1B
    Züchtungsregion der Halbleiterschicht
    2
    anorganische Teilchen
    3
    Halbleiterschicht (Nitrid der Gruppe 3–5)
    11
    Substrat
    12
    Pufferschicht
    13
    n-Schicht
    14
    aktive Schicht
    14A bis 14F
    Sperrschicht
    14G bis 14J
    Topfschicht
    14K
    Deckschicht
    15
    p-Schicht
    21
    Substrat
    22
    anorganische Teilchen
    23
    Halbleiterschicht (Nitrid der Gruppe 3–5)
    24
    positive Elektrode
    25
    Haftungsverstärkungsschicht
    26
    Adhäsionsschicht
    27
    elektrisch leitfähiger Träger
    28
    negative Elektrode.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 2001501778 [0007]
    • - JP 2001-176813 A [0007]

Claims (17)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiters eines Nitrids der Gruppe 3–5, das die Stufen (i), (ii) und (iii) in dieser Reihenfolge umfasst: (i) Platzieren anorganischer Teilchen auf einem Substrat, (ii) Züchten einer Halbleiterschicht und (iii) Trennen des Substrats und der Halbleiterschicht durch Bestrahlen der Grenzfläche zwischen dem Substrat und der Halbleiterschicht mit Licht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das in der Stufe (i) verwendete Substrat mindestens eine Komponente umfasst, die aus Saphir, SiC, Si, MgAl2O4, LiTaO3, ZrB2, CrB2, GaN und AlN ausgewählt ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das in der Stufe (i) verwendete Substrat transparent ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Substrat mindestens eine Komponente umfasst, die aus Saphir, GaN und AlN ausgewählt ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die anorganischen Teilchen mindestens eine Komponente umfassen, die aus der Gruppe von einem Oxid, Nitrid, Carbid, Bond, Sulfid, Selenid und Metall ausgewählt ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Oxid mindestens eine Komponente umfasst, die aus der Gruppe von Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Zirconiumdioxid, Titandioxid, Ceroxid, Zinkoxid, Zinnoxid und Yttriumaluminiumgranat ausgewählt ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Oxid Siliciumdioxid ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die anorganischen Teilchen die Form einer Kugel, eines Plättchens, einer Nadel oder keine definierte Form aufweisen.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die anorganischen Teilchen die Form einer Kugel aufweisen.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die anorganischen Teilchen einen mittleren Teilchendurchmesser von 5 nm bis 50 µm aufweisen.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die in der Stufe (ii) verwendete Halbleiterschicht ein Nitrid der Gruppe 3–5 umfasst.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Stufe (ii) ferner die Teilstufe des Züchtens einer n-Schicht, des Züchtens einer aktiven Schicht und des Züchtens einer p-Schicht umfasst.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Züchten durch metallorganische Gasphasenepitaxie, Molekularstrahlepitaxie oder Hydridgasphasenepitaxie durchgeführt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Licht Laserlicht ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Licht ferner die anorganischen Teilchen bestrahlt.
  16. Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung, das die Stufen (i), (ii), (iii) und (iv) in dieser Reihenfolge umfasst: (i) Platzieren anorganischer Teilchen auf einem Substrat, (ii) Züchten einer Halbleiterschicht, (iii) Trennen des Substrats und der Halbleiterschicht durch Bestrahlen der Grenzfläche zwischen dem Substrat und der Halbleiterschicht mit Licht und (iv) Ausbilden von Elektroden.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Stufe (ii) die Teilstufen des Züchtens einer n-Schicht, des Züchtens einer aktiven Schicht und des Züchtens einer p-Schicht umfasst.
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