DE112011101519B4 - Epitaxialfilmbildungsverfahren, epitaxialer Dünnfilm und dessen Verwendung zur Herstellung eines halbleitertechnischen Licht emittierenden Elements - Google Patents

Epitaxialfilmbildungsverfahren, epitaxialer Dünnfilm und dessen Verwendung zur Herstellung eines halbleitertechnischen Licht emittierenden Elements Download PDF

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Abstract

Epitaxialfilmbildungsverfahren des epitaxialen Aufwachsens eines Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilms durch Sputtern auf ein α-Al2O3 Substrat, das auf eine gewünschte Temperatur unter Verwendung eines Heizers aufgewärmt wurde, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Entfernthalten des α-Al2O3 Substrats in einer vorbestimmten Entfernung d2 von einer zu dem Substrat zeigenden Oberfläche des Heizers, wobei 0,5 mm ≤ d2 ≤ 5 mm; und Bilden eines epitaxialen Films eines Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilms auf dem α-Al2O3 Substrat in dem Zustand des Entferntgehaltenseins von der zu dem Substrat zeigenden Oberfläche in der vorbestimmten Entfernung d2.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Epitaxialfilmbildungsverfahren, einen dadurch hergestellten epitaxialen Dünnfilm und dessen Verwendung zur Herstellung eines halbleitertechnischen Licht emittierenden Elements, und insbesondere bezieht sie sich auf ein epitaxiales Filmbildungsverfahren, das in der Lage sind, einen qualitativ hochwertigen epitaxialen Film zu bilden, ebenso wie auf einen dadurch hergestellten epitaxialen Dünnfilm und dessen Verwendung zur Herstellung eines halbleitertechnischen Licht emittierenden Elements.
  • Technischer Hintergrund
  • Gruppe III Nitrid Halbleiter sind Verbindungshalbleitermaterialien, die als Verbindungen erhalten sind aus jeglichem aus Aluminium-(Al)-atomen, Gallium-(Ga)-atomen und Indium-(In)-atomen, welche Gruppe IIIB Elemente (nachfolgend einfach III Elemente) sind, und Stickstoff-(N)-atomen, welche ein Gruppe VB Element (nachfolgend einfach Gruppe V Element) sind, d. h. Aluminiumnitrid (AlN), Galliumnitrid (GaN) und Indiumnitrid (InN) ebenso wie Mischkristalle davon (AlGaN, InGaN, InAlN und InGaAlN). Solche Gruppe III Nitrid Halbleiter sind Materialien, von denen erwartet wird, dass sie auf optische Elemente, wie etwa auf Licht emittierende Dioden (LEDs), Laserdioden (LDS), fotovoltaische Solarzellen (PVSCs) und Fotodioden (PDs), die einen weiten Wellenlängenbereich von einem fernen Ultraviolettbereich bis zu einem sichtbaren Bereich bis zu einem nahen Infrarotbereich abdecken, ebenso wie auf elektronische Elemente, wie etwa Hochelektronenmobilitätstransistoren (HEMTs) und Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistoren (MOSFETs) für Hochfrequenz, Hochleistungsverwendungen, angewandt zu werden.
  • Im Allgemeinen ist es, um Anwendungen wie oben beschrieben zu implementieren, notwendig, einen Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilm auf ein Einkristallsubstrat epitaxial aufzuwachsen, um einen qualitativ hochwertigen Einkristallfilm (epitaxialen Film) mit wenigen Kristalldefekten zu erhalten. Um solch einen epitaxialen Film zu erhalten ist es höchst wünschenswert, ein homo-epitaxiales Wachstum unter Verwendung eines Substrats durchzuführen, das aus demselben Material wie der epitaxiale Film angefertigt ist.
  • Allerdings ist ein Einkristallsubstrat, das aus einem Gruppe III Nitrid Halbleiter angefertigt ist, extrem teuer und wurde deshalb, mit Ausnahme einiger Anwendungen, nicht verwendet. Stattdessen wird ein Einkristallfilm durch hetero-epitaxiales Wachstum auf ein Substrat einer anderen Materialart, welche hauptsächlich Saphir (α-Al2O3) oder Siliziumcarbid (SiC) ist, erhalten. Insbesondere sind α-Al2O3 Substrate günstig und solche mit einer großen Fläche und hoher Qualität sind verfügbar. Somit werden α-Al2O3 Substrate in nahezu allen LEDs, die Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilme verwenden, verwendet, die auf dem Markt gefunden werden können.
  • Unterdessen verwendet das epitaxiale Wachsen eines Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilms wie oben beschrieben metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD), welche einen epitaxialen Film mit einer hohen Qualität und Produktivität bereitstellen kann. Allerdings weist MOCVD Probleme auf, wie etwa das Benötigen hoher Produktionskosten und einer Tendenz, Teilchen zu entwickeln, was es schwierig macht, eine hohe Ausbeute zu erzielen.
  • Im Gegensatz dazu weist das Sputtern eine Charakteristik auf, in der Lage zu sein, Produktionskosten zu sparen und eine geringe Wahrscheinlichkeit aufzuweisen, Teilchen zu entwickeln. Demzufolge könnte es möglich sein, zumindest einen Teil der obigen Probleme zu lösen, wenn zumindest ein Teil des Prozesses zum Bilden eines Gruppe III Nitrid Halbleiterfilms durch das Sputtern ersetzt werden kann.
  • Allerdings weisen Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilme, die durch Sputtern hergestellt werden, ein Problem auf, dass deren Kristallqualität dazu neigt, schlechter zu sein, als die durch MOCVD hergestellten. Zum Beispiel offenbart NPL 1 die Kristallinität eines Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilms, der durch Sputtern hergestellt wurde. Gemäß der Beschreibung von NPL 1 wird ein c-achsenorientierter GaN Film epitaxial auf einem α-Al2O3 (0001) Substrat unter Verwendung von Hochfrequenzmagnetronsputtern aufgewachsen und die Halbwertsbreite (engl: „full width at half maximum”; FWHM) der Röntgenrockingkurve (XRC) Messung in der GaN (0002) Ebene ist 35,1 Bogenminuten (2106 Bogensekunden). Dieser Wert ist signifikant groß verglichen zu GaN Filmen auf α-Al2O3 Substraten, die in dem gegenwärtigen Markt gefunden werden, und zeigt an, dass eine verkippte Mosaikaufspreizung, welche später beschrieben werden wird, groß ist und die kristalline Qualität schlecht ist.
  • In anderen Worten ist es notwendig, die Mosaikaufspreizung eines epitaxialen Films, der aus einem Gruppe III Nitrid Halbleiter angefertigt ist, zu reduzieren, sodass eine hohe kristalline Qualität erzielt werden kann, um Sputtern als einen Prozess des Bildens eines Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilms einzusetzen.
  • Unterdessen gibt es eine verkippte Mosaikaufspreizung (Versatz der kristallinen Orientierung in einer Richtung rechtwinklig zu dem Substrat) und eine verdrehte Mosaikaufspreizung (Versatz der kristallinen Orientierung in einer Richtung in der Ebene) als Indizes, um die kristalline Qualität eines epitaxialen Films, der aus einem Gruppe III Nitrid Halbleiter hergestellt ist, anzuzeigen. Die 10A bis 10D sind schematische Ansichten von Kristallen, die aus einem Gruppe III Nitrid Halbleiter hergestellt sind und epitaxial in der c-Achsenrichtung auf einem α-Al2O3 (0001) Substrat aufgewachsen sind. In den 10A bis 10D ist die Referenzzahl 901 das α-Al2O3 (0001) Substrat; 902 bis 911 sind die aus dem Gruppe III Nitrid Halbleiter hergestellten Kristalle; cf ist die Orientierung der c-Achse eines jeden Kristalls, der aus dem Gruppe III Nitrid Halbleiter hergestellt ist; cs ist die Orientierung der c-Achse des α-Al2O3 (0001) Substrats; af ist die Orientierung der a-Achse eines jeden Kristalls, der aus dem Gruppe III Nitrid Halbleiter hergestellt ist; und as ist die Orientierung der a-Achse des α-Al2O3 (0001) Substrats.
  • Hier ist 10A eine Vogelperspektive, die zeigt, wie Kristalle, die aus den Gruppe III Nitrid Halbleiter hergestellt sind, gebildet werden, während sie eine verkippte Mosaikaufspreizung aufweisen, und 10B zeigt die Querschnittsstrukturen eines Teils des Kristalls. Wie aus diesen Zeichnungen gesehen werden kann ist die Orientierung cf der c-Achse eines jeden der Kristalle 902, 903 und 904, die aus dem Gruppe III Nitrid Halbleiter hergestellt sind, im Wesentlichen parallel zu der Orientierung cs der c-Achse des Substrats, und stellt die dominanteste kristalline Orientierung in der Richtung rechtwinklig zu dem Substrat dar. Dem gegenüber ist jedes der Kristalle 905 und 906, die aus dem Gruppe III Nitrid Halbleiter angefertigt sind, so gebildet, dass die Orientierung cf dessen c-Achse ein wenig abseits der dominanten kristallinen Orientierung in der Richtung rechtwinklig zu dem Substrat ist. Überdies ist 10C eine Vogelperspektive, die zeigt, wie die Kristalle, die aus den Gruppe III Nitrid Halbleiter angefertigt sind, gebildet sind, während sie eine verdrehte Mosaikaufspreizung aufweisen, und 10D zeigt eine Draufsicht davon. Wie aus diesen Zeichnungen gesehen werden kann ist die Orientierung af der a-Achse eines jeden der Kristalle 907, 908 und 909, die aus dem Gruppe III Nitrid Halbleiter angefertigt sind, die dominanteste kristalline Orientierung in der Richtung der Ebene, weil deren Winkel bezüglich der Orientierung af der a-Achse des α-Al2O3 (0001) Substrats alle in etwa 30° betragen. Demgegenüber ist ein jeder der Kristalle 910 und 911, die aus dem Gruppe III Nitrid Halbleiter angefertigt sind, so gebildet, dass die Orientierung af dessen a-Achse ein wenig abseits der dominanten kristallinen Orientierung in der Richtung der Ebene liegt.
  • Ein Versatz aus der dominantesten kristallinen Orientierung wie oben beschrieben wird als eine Mosaikaufspreizung bezeichnet. Speziell ist ein Versatz der kristallinen Orientierung in der Richtung rechtwinklig zu dem Substrat als eine verkippte Mosaikaufspreizung bezeichnet, während ein Versatz einer kristallinen Orientierung in der Richtung der Ebene als eine verdrehte Mosaikaufspreizung bezeichnet wird. Es ist bekannt, dass verkippte und verdrehte Mosaikaufspreizungen mit der Dichte von Defekten, die innerhalb eines Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilms gebildet sind, wie etwa Schraubendislokationen oder Kantendislokationen, korreliert sind. Durch Reduzieren der verkippten und verdrehten Mosaikaufspreizungen wird die Dichte der oben beschriebenen Defekte reduziert, was es einfacher macht, einen qualitativ hochwertigen Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilm zu erhalten. Es ist anzumerken, dass die Niveaus von verkippter und verdrehter Mosaikaufspreizungen durch Prüfen der FWHM eines Beugungspeaks, der durch eine XRC Messung bezüglich einer spezifischen Gitterebene (symmetrische Ebene), die parallel zu der Substratoberfläche gebildet ist, oder einer spezifischen Gitterebene, die rechtwinklig zu der Substratoberfläche gebildet ist, ausgewertet werden kann.
  • Es ist anzumerken, dass die 10A bis 10D und die obige Beschreibung dazu gedacht sind, verkippte und verdrehte Mosaikaufspreizungen durch einen einfachen konzeptionellen Ansatz zu beschreiben und garantieren keine Spezifität. Beispielsweise ist es nicht immer der Fall, dass die oben beschriebene dominanteste kristalline Orientierung in der Richtung rechtwinklig zu dem Substrat und die oben beschriebene dominanteste kristalline Orientierung in der Richtung der Ebene vollständig mit den Orientierungen der c-Achse und der a-Achse des α-Al2O3 (0001) Substrats übereinstimmen. Ferner ist es nicht immer der Fall, dass eine Lücke zwischen zwei Kristallen wie in 10D gezeigt gebildet wird. Was wichtig ist, ist dass die Mosaikaufspreizung einen Grad des Versatzes von einer dominanten kristallinen Orientierung anzeigt.
  • Unterdessen schließen im Allgemeinen Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilme eine +c Polaritätwachstumsart und eine –c Polaritätwachstumsart wie in 11 gezeigt mit ein. Es ist bekannt, dass ein feiner epitaxialer Film mit höherer Wahrscheinlichkeit durch das +c Polaritätwachstum erhalten wird als durch das –c Polaritätwachstum. Somit ist es wünschenswert, einen +c Polarität epitaxialen Film zusätzlich zum Einsetzen von Sputtern als einen Prozess zum Bilden eines Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilms zu erhalten.
  • Es ist anzumerken, dass in dieser Beschreibung „+c Polarität” ein Ausdruck ist, der Al Polarität, Ga Polarität und In Polarität für AlN, GaN bzw. InN bedeutet. Überdies ist „–c Polarität” ein Ausdruck, der eine N Polarität bedeutet.
  • Bis dato wurde eine Anzahl von Ansätzen unternommen, um einen feinen Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilm zu erhalten (siehe PTLs 1 und 2).
  • PTL 1 offenbart ein Verfahren, bei welchem ein α-Al2O3 Substrat einem Plasmaprozessieren unterzogen wird, bevor ein Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilm (AlN in PTL 1) auf dem Substrat unter Verwendung von Sputtern gebildet wird, sodass der Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilm eine hohe Qualität erzielen kann, d. h. insbesondere ein Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilm mit einer signifikant kleinen verkippten Mosaikaufspreizung kann erhalten werden.
  • Überdies offenbart PTL 2 ein Verfahren zum Herstellen eines Gruppe III Nitrid Halbleiter Licht emittierenden Elements (ein Gruppe III Nitrid Verbindungshalbleiter in PTL 2), bei welchem eine Pufferschicht (eine Zwischenschicht in PTL 2), die aus einem Gruppe III Nitrid Halbleiter (eine Gruppe III Nitrid Verbindung in PTL 2) hergestellt ist, auf einem Substrat durch Sputtern gebildet wird, und dann eine n-Typ Halbleiterschicht einschließlich einer Unterlageschicht, einer Licht emittierenden Schicht, und einer p-Typ Halbleiterschicht nacheinander auf der Pufferschicht, die aus dem Gruppe III Nitrid Halbleiter hergestellt ist, sequenziell gestapelt sind.
  • In PTL 2 ist die Prozedur zum Bilden der Pufferschicht, die aus dem Gruppe III Nitrid Halbleiter hergestellt ist, derart beschrieben, dass sie beinhaltet: einen Vorprozessierungsschritt des Durchführens eines Plasmaprozessierens des Substrats; und einen Schritt des Bildens der Pufferschicht, die aus dem Gruppe III Nitrid Halbleiter hergestellt ist, durch Sputtern nach dem Vorprozessierensschritt. Überdies werden in PTL 2 ein α-Al2O3 Substrat und AlN als bevorzugte Formen des Substrats bzw. der Pufferschicht, die aus dem Gruppe III Nitrid Halbleiter hergestellt ist, verwendet und MOCVD wird bevorzugt als das Verfahren zum Bilden der n-Typ Halbleiterschicht einschließlich der Unterlageschicht, der Licht emittierenden Schicht und der p-Typ Halbleiterschicht verwendet.
  • Zitatliste
  • Patentliteratur
    • PTL 1: Internationale Patentanmeldung Offenlegungsnr.: WO2009/096270
    • PTL 2: Japanische Patentanmeldung Offenlegungsnr.: 2008-109084
  • Ferner offenbart die JP H07-302793 A ein Herstellungsverfahren einer halbleitertechnischen Vorrichtung. Die US 5267607 A offenbart einen Magnetronsputterapparat. Die JP 2001-220672 A offenbart ein Filmabscheidungsverfahren.
  • Nichtpatentliteratur
    • NPL 1: Y. Daigo, N. Mutsukura, „Synthesis of epitaxial GaN single-crystalline film by ultra high vacuum r. f. magnetron sputtering method”, Thin Solid Films 483 (2005) p38–43.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Wie aus dem obigen klar wird, ist die in PTL 1 beschriebene Technik in der Lage, eine verkippte Mosaikaufspreizung zu reduzieren und scheint eine vielversprechende Technik darzustellen. Allerdings weist diese Technik immer noch zu lösende Probleme auf, um einen epitaxialen Film höherer Qualität unter Verwendung von Sputtern zu bilden. Speziell ist es, da das +c Polaritätswachstum die Bildung eines feinen epitaxialen Films wie zuvor erwähnt erlaubt, wünschenswert, einen +c Polarität Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilm auf der gesamten Substratoberfläche zu bilden. Allerdings nennt PTL 1 keine speziellen Mittel zum Erhalten dieser gewünschten Polarität. Die vorliegenden Erfinder führten ein Experiment durch, um die in PTL 1 beschriebene Technik zu bestätigen. Die Ergebnisse zeigten, dass der erhaltene Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilm als ein epitaxialer Film mit geringen Mosaikaufspreizungen erhalten wurde, dass allerdings +c Polarität und –c Polarität in einem gemischten Zustand vorhanden waren. Es ist daher klar, dass die in PTL 1 offenbarte Technik nicht aus sich heraus einen +c Polarität Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilm bereitstellen kann.
  • Überdies kann von der in PTL 2 beschriebenen Technik aufgrund des folgenden Punkts nicht gesagt werden, dass sie zufriedenstellen ist. Speziell beinhaltet PTL 2 keine Beschreibung bezüglich eines Verfahrens des Einstellens der Polarität der Pufferschicht, die aus dem Gruppe III Nitrid Halbleiter hergestellt ist und unter Verwendung von Sputtern gebildet ist. Die vorliegenden Erfinder führten ein Experiment durch, um die in PTL 2 beschriebene Technik zu bestätigen. Das Ergebnis zeigte, dass das erhaltene Licht emittierende Element nicht in der Lage war, gute Lichtemissionscharakteristika aufzuweisen.
  • Die vorliegenden Erfinder untersuchten ferner das Licht emittierende Element, das in dem obigen Bestätigungsexperiment von PTL 2 erhalten wurde und fanden heraus, dass die aus dem Gruppe III Nitrid Halbleiter angefertigte und unter Verwendung von Sputtern gebildete Pufferschicht ein epitaxialer Film war, bei welchem +c Polarität und –c Polarität in einem gemischten Zustand vorhanden waren. Spezieller wurden selbst wenn die n-Typ Halbleiterschicht einschließlich des Unterlagerfilms, der Licht emittierenden Schicht, und der p-Typ Halbleiterschicht sequenziell durch MOCVD gestapelt waren, eine große Anzahl von Defekten, wie etwa Inversionsdomängrenzen, die der Gegenwart gemischter Polaritäten in der Pufferschicht, die aus den Gruppe III Nitrid Halbleiter hergestellt ist, zugeschrieben werden können, innerhalb des Elements gebildet und verminderten die Lichtemissionscharakteristika. Mit anderen Worten ist es klar, dass die in PTL 2 beschriebene Technik aus sich heraus keinen +c Polarität Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilm bereitstellen kann und somit aus sich heraus kein Licht emittierendes Element mit guten Lichtemissionscharakteristika bereitstellen kann.
  • Wie oben beschrieben ist es für die konventionellen Techniken, die in PTL 1 und PTL 2 offenbart sind, schwierig, selbst die Polarität eines Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilms einzustellen, d. h. selbst einen +c Polarität epitaxialen Film zu erhalten und daher ein favorisierbareres Licht emittierendes Element.
  • Ferner schlossen die vorliegenden Erfinder aus den Ergebnissen der Bestätigungsexperimente von PTL 1 und PTL 2, die oben beschrieben sind, dass, wenn der Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilm, der unter Verwendung von Sputtern hergestellt ist, ein epitaxialer Film ist, bei welchem gemischte Polaritäten existieren, es unmöglich ist, eine Verschlechterung der Elementcharakteristika aufgrund von Defekten, wie etwa Inversionsdomänengrenzen, die innerhalb des Elements gebildet sind, zu vermeiden.
  • Im Hinblick auf die obigen Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Epitaxialfilmbildungsverfahren, das in der Lage ist, einen +c Polarität epitaxialen Film durch Sputtern herzustellen, einen epitaxialen Dünnfilm und dessen Verwendung zur Herstellung eines halbleitertechniscchen Licht emittierenden Elements bereitzustellen. Ferner werden ein Vakuumprozessierungsapparat, der für diesen Epitaxialfilmbildungsverfahren geeignet ist, ein Herstellungsverfahren eines halbleitertechnischen Licht emittierenden Elements, das diesen epitaxialen Film verwendet, ebenso wie ein halbleitertechnisches Licht emittierendes Element, das durch dieses Herstellungsverfahren hergestellt ist, offenbart.
  • Die vorliegenden Erfinder vollendeten durch ihre extensiven Nachforschungen die vorliegende Erfindung als ein Ergebnis des Erhaltens einer neuen Erkenntnis, dass die Polarität eines epitaxialen Films dadurch beeinflusst wird, wie ein Substrat auf einem Substrathalter montiert wird.
  • Um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, ist die vorliegende Erfindung ein Epitaxialfilmbildungsverfahren des epitaxialen Aufwachsens eines Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilms durch Sputtern auf ein α-Al2O3 Substrat, das auf eine gewünschte Temperatur unter Verwendung eines Heizers aufgewärmt ist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Entfernthalten des α-Al2O3 Substrats in einer vorbestimmten Entfernung von einer zu dem Substrat zeigenden Oberfläche des Heizers; Bilden eines epitaxialen Films eines Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilms auf dem α-Al2O3 Substrat in dem Zustand des Entferntgehaltenseins von der zu dem Substrat zeigenden Oberfläche im einer vorbestimmten Entfernung.
  • Überdies ist die vorliegende Erfindung ein Epitaxialfilmbildungsverfahren des Bildens eines epitaxialen Films eines Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilms durch Sputtern auf ein α-Al2O3 Substrat unter Verwendung eines Vakuumprozessierungsapparats, der beinhaltet: eine Vakuumkammer; Substrathalteeinrichtung(en) zum Stützen des α-Al2O3 Substrats; und einen Heizer, der in der Lage ist, das α-Al2O3 Substrat, das durch die Substrathalteeinrichtung gehalten wird, auf eine gewünschte Temperatur aufzuwärmen, wobei ein epitaxialer Film eines Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilms auf dem α-Al2O3 Substrat in einem Zustand gebildet wird, in dem das α-Al2O3 Substrat, das durch die Substrathalteeinrichtung gehalten wird, in einer vorbestimmten Entfernung von einer zu dem Substrat zeigenden Oberfläche des Heizers entfern gehalten wird.
  • Ferner wird ein Vakuumprozessierungsapparat offenbart, der zur Verwendung in dem Erfindungsgemäßen Verfahren geeignet ist und der umfasst: eine Vakuumkammer; Substrathalteeinrichtung(en) zum Stützen eines Substrats; einen Heizer, der in der Lage ist, das Substrat, das durch die Substrathalteeinrichtung gehalten wird, auf eine gewünschte Temperatur aufzuwärmen; und eine Targetelektrode, welche innerhalb der Vakuumkammer vorgesehen ist und an welche ein Target anbringbar ist, wobei die Substrathalteeinrichtung innerhalb der Vakuumkammer unterhalb der Targetelektrode in einer Richtung der Schwerkraft vorgesehen ist, und das Substrat in einer vorbestimmten Entfernung von der zu dem Substrat zeigenden Oberfläche des Heizers entfernt hält.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Gruppe III Nitrid Halbleiter epitaxialer Film mit geringen verkippten und verdrehten Mosaikaufspreizungen und ebenso +c Polarität auf einem α-Al2O3 Substrat unter Verwendung von Sputtern hergestellt werden. Überdies können die Lichtemissionscharakteristika Licht emittierender Elemente, wie etwa LEDs und LDs unter Verwendung dieses Gruppe III Nitrid Halbleiter epitaxialen Films, der durch Sputtern hergestellt ist, verbessert werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Hochfrequenzsputterapparats zur Verwendung in dem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Heizers zur Verwendung in dem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 3 ist eine weitere schematische Querschnittsansicht des Heizers zur Verwendung in dem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 4A ist eine Draufsicht, die ein Konfigurationsbeispiel einer Heizerelektrode zur Verwendung in dem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 4B ist eine Draufsicht, die ein Konfigurationsbeispiel der Heizerelektrode zur Verwendung in dem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 5 ist eine Schnittansicht des Heizers und einer Substrathaltevorrichtung zur Verwendung in dem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 6 ist eine Schnittansicht, die ein zweites Konfigurationsbeispiel der Substrathaltevorrichtung zur Verwendung in dem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 7 ist eine Querschnittsansicht, die ein drittes Konfigurationsbeispiel der Substrathaltevorrichtung zur Verwendung in dem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 8 ist eine Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Halterstützabschnitts gemäß zur Verwendung in dem Verfahren einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 9 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel der Struktur einer LED, die unter Verwendung eines epitaxialen Films, der durch ein Epitaxialfilmbildungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet ist, angefertigt ist, zeigt.
  • 10A ist eine schematische Ansicht, die verkippte und verdrehte Mosaikaufspreizungen von Kristallen, die aus einem Gruppe III Nitrid Halbleiter angefertigt sind, zeigt.
  • 10B ist eine schematische Ansicht, die die verkippten und verdrehten Mosaikaufspreizungen der Kristalle, die aus dem Gruppe III Nitrid Halbleiter angefertigt sind, zeigt.
  • 10C ist eine schematische Ansicht, die verkippte und verdrehte Mosaikaufspreizungen von Kristallen, die aus einem Gruppe III Nitrid Halbleiter angefertigt sind, zeigt.
  • 10D ist eine schematische Ansicht, die verkippte und verdrehte Mosaikaufspreizungen von Kristallen, die aus einem Gruppe III Nitrid Halbleiter angefertigt sind, zeigt.
  • 11 ist eine schematische Ansicht, die eine +c Polarität und eine –c Polarität in einem Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilm zeigt.
  • 12 ist ein Diagramm, das die Messergebnisse einer CAICISS Messung eines Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilms gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung detailliert mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben werden. Es ist anzumerken, dass in den Zeichnungen, die nachfolgend beschrieben werden sollen, solche, die die selbe Funktion aufweisen, durch die selbe Referenzzahl benannt sind, und eine überlappende Beschreibung davon wird weggelassen.
  • (Ausführungsform)
  • Ein Hauptmerkmal gemäß der vorliegenden Erfindung ist, dass wenn ein Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilm epitaxial auf ein α-Al2O3 Substrat durch solch ein Sputtern wie ein Hochfrequenzsputtern aufzuwachsen ist, der Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilm in einem Zustand gebildet wird, wo das α-Al2O3 Substrat, das durch einen Heizer erwärmt wird, eine vorbestimmte Entfernung von der zu dem Substrat zeigenden Oberfläche des Heizers entfernt gehalten wird. Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben werden.
  • Die 1 bis 9 sind Ansichten eines Vakuumprozessierungsapparats (Hochfrequenzsputterapparat) zur Verwendung in dem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und der Struktur einer LED, die unter Verwendung eines epitaxialen Films, der gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet ist, hergestellt ist. 1 ist eine schematische Querschnittsansicht des Hochfrequenzsputterapparats. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Heizers. 3 ist eine weitere schematische Querschnittsansicht des Heizers. 4A und 4B sind Draufsichten, die Konfigurationsbeispiele einer Heizerelektrode zeigen. 5 ist eine Querschnittsansicht des Heizers und einer Substrathaltevorrichtung. 6 ist ein zweites Konfigurationsbeispiel der Substrathaltevorrichtung. 7 ist ein drittes Konfigurationsbeispiel der Substrathaltevorrichtung. 8 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts, der die Substrathaltevorrichtung stützt. 9 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels der Struktur der LED, die unter Verwendung des gebildeten epitaxialen Films angefertigt ist. Es ist anzumerken, dass lediglich gewisse Elemente verbildlicht sind, um eine Verkomplizierung der Zeichnungen zu vermeiden.
  • 1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Sputterapparats, der zum Bilden eines Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilms gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird. In 1, die einen Sputterapparat S zeigt, bezeichnet die Referenzzahl 101 eine Vakuumkammer; Referenzzahl 102 eine Targetelektrode; Referenzzahl 99 einen Substrathalter; Referenzzahl 103 den Heizer; Referenzzahl 503 die Substrathaltevorrichtung; Referenzzahl 105 ein Targetschild; Referenzzahl 106 eine Hochfrequenzenergiequelle; Referenzzahl 107 ein Substrat; Referenzzahl 108 ein Target; Referenzzahl 109 einen Gaseinlassmechanismus; Referenzzahl 120 einen Abgasmechanismus; Referenzzahl 112 einen Reflektor; Referenzzahl 113 ein Isolationselement; Referenzzahl 114 ein Kammerschild; Referenzzahl 115 eine Magneteinheit; Referenzzahl 116 einen Targetschildhaltemechanismus; und Referenzzahl 203 die Heizerelektrode. Überdies ist Referenzzahl 55 ein Halterstützabschnitt zum Stützen der Substrathaltevorrichtung 503.
  • Die Vakuumkammer 101 wird unter Verwendung von Elementen aus einem Metall, wie etwa rostfreier Stahl oder einer Aluminiumlegierung, gebildet und ist elektrisch geerdet. überdies verhindert oder reduziert die Vakuumkammer 101 mit einem nicht gezeigten Kühlmechanismus ein Erhöhen der Temperatur von deren Wandoberfläche. überdies ist die Vakuumkammer 101 mit dem Gaseinlassmechanismus 109 mit einer nicht gezeigten Massestromsteuervorrichtung dazwischen verbunden und ist mit dem Abgasmechanismus 110 mit einem nicht gezeigten variablen Leitungsventil dazwischen verbunden.
  • Der Targetschild 105 ist an die Vakuumkammer 101 mit dem Targetschildhaltemechanismus 116 dazwischen angebracht. Der Targetschildhaltemechanismus 116 und der Targetschild 105 können Elemente aus einem Metall, wie etwa rostfreiem Stahl oder einer Aluminiumlegierung, sein und liegen auf dem selben Gleichstrompotenzial wie die Vakuumkammer 101.
  • Die Targetelektrode 102 ist an die Vakuumkammer 101 mit einem Isolierelement 113 dazwischen angebracht. Überdies ist das Target 108 an die Targetelektrode 102 angebracht und die Targetelektrode 102 ist mit der Hochfrequenzenergiequelle 106 mit einer nicht gezeigten dazwischen geschalteten Abstimmungseinrichtung (Englisch: „matching box”) verbunden. Das Target kann direkt an die Targetelektrode 102 angebracht sein oder kann an die Targetelektrode 102 mit einer nicht gezeigten Verbindungsplatte dazwischen angebracht sein, wobei die Verbindungsplatte aus einem Element aus einem Metall, wie etwa Kupfer (Cu), gebildet ist.
  • Überdies kann das Target 108 ein Metalltarget, das zumindest eines aus Al, Ga und In enthält, oder ein Nitridtarget, das zumindest eines der obigen Gruppe III Elemente enthält, sein. Die Targetelektrode 102 beinhaltet einen nicht gezeigten Kühlmechanismus zum Verhindern einer Erhöhung einer Temperatur des Targets 108. Überdies ist die Magneteinheit 115 in der Targetelektrode 102 gelegen. Als die Hochfrequenzenergiequelle 106 ist eine bei 13,56 MHz bezüglich einer industriellen Anwendung einfach zu verwenden. Allerdings ist es möglich, eine bei einer anderen Frequenz zu verwenden oder einen Gleichstrom auf Hochfrequenzwellen zu überlagern oder diese in Form von Pulsen zu verwenden.
  • Der Kammerschild 114 ist an die Vakuumkammer 101 angebracht und verhindert eine Adhäsion eines Films an die Vakuumkammer 101 während der Filmbildung.
  • Der Substrathalter 99 beinhaltet den Heizer 103, die Substrathaltevorrichtung 503 und den Reflektor 112 als dessen hauptsächliche Bestandteile. Der Heizer 103 weist die eingebaute Heizerelektrode 203 auf. Die Substrathaltevorrichtung 503 ist zumindest in einem Abschnitt, der in Kontakt mit dem Substrat stehen soll, aus einem isolierenden Element gebildet und ist durch den Reflektor 112, einen Schaft (nicht gezeigt) oder dergleichen fixiert. Durch die Substrathaltevorrichtung 503 gehalten kann das Substrat 107 mit einer vorbestimmten Lücke zwischen dem Substrat 107 und der zu dem Substrat zeigenden Oberfläche P des Heizers 103 angeordnet werden. Es ist anzumerken, dass spezifische Beispiele der Substrathaltevorrichtung 503 später beschrieben werden.
  • Bei dieser Ausführungsform ist, wie in 1 gezeigt, die Targetelektrode 102, auf welcher das Target angeordnet sein kann, in der Vakuumkammer 101 auf einer oberen Seite in Richtung der Schwerkraft angeordnet, während der Substrathalter 99 unter der Targetelektrode in der Richtung der Schwerkraft angeordnet ist. Somit kann die Substrathaltevorrichtung 503 das Substrat 107 mit Hilfe der Schwerkraft halten. Demgemäß kann durch einfaches Montieren des Substrats 107 auf einen Substratstützabschnitt (Referenzzahl 503a oder dergleichen, wie später angemerkt) der Substrathaltevorrichtung 503 die gesamte Oberfläche des Substrats 107 der Targetseite 108 ausgesetzt werden und epitaxiale Filmbildung kann daher auf der gesamten Oberfläche des Substrats durchgeführt werden.
  • Diese Ausführungsform zeigt ein Beispiel, in dem die Targetelektrode auf einer Oberseite in der Richtung der Schwerkraft in der Vakuumkammer 101 angeordnet ist und der Substrathalter 99 unter der Targetelektrode 102 in der Richtung der Schwerkraft angeordnet ist. Es ist allerdings anzumerken, dass es möglich ist, den Substrathalter 99 auf einer Oberseite der in der Richtung der Schwerkraft in der Vakuumkammer 101 anzuordnen und die Targetelektrode 102 unter dem Substrathalter 99 in der Richtung der Schwerkraft anzuordnen.
  • Die 2 und 3 zeigen Strukturbeispiele des Heizers 103. In 2 ist die Referenzzahl 201 eine Basis; Referenzzahl 202 eine Basisbeschichtung; Referenzzahl 203 die Heizerelektrode; Referenzzahl 204 eine Rückseitenbeschichtung; und Referenzzahl 205 eine Überzugsbeschichtung. Es ist anzumerken, dass das Referenzzeichen P die obere Oberfläche (zu dem Substrat zeigende Oberfläche) des Heizers 103 ist, die zu dem Substrat, das durch die später beschriebene Substrathaltevorrichtung 503 gehalten wird, zeigt.
  • Die Basis 201 ist Graphit. Die Heizerelektrode 203 und die Rückseitenbeschichtung 203 sind pyrolytisches Graphit (PG). Die Basisbeschichtung 202 und die Überzugsbeschichtung 205 sind pyrolytisches Bornitrid (PBN). Es ist anzumerken, dass die Basisbeschichtung 202 und die Überzugsbeschichtung 205, die aus PBN hergestellt sind, Hochwiderstandsmaterialien sind.
  • Durch die oben beschriebene Konfiguration kann der Heizer 103 Infrarotstrahlen in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich emittieren und dadurch das Substrat auf eine gewünschte Temperatur aufheizen.
  • 3 ist ein weiteres Konfigurationsbeispiel des Heizers. Die Referenzzahl 301 ist eine Basis; Referenzzahl 302 eine Heizerelektrode; Referenzzahl 303 eine Rückseitenbeschichtung; und Referenzzahl 304 eine Überzugsbeschichtung. Die Basis 301 ist Bornitrid (BN). Die Heizerelektrode 302 und die Rückseitenbeschichtung 303 sind PG. Die Überzugsbeschichtung 304 ist PBN. Es ist anzumerken, dass die Basis 301, die aus BN hergestellt ist, und die Überzugsbeschichtung 304, die aus PBN hergestellt ist, Hochwiderstandsmaterialien sind.
  • Die oben beschriebenen Materialien, die den Heizer aufbauen, werden bevorzugt wegen ihrer Fähigkeit verwendet, ein α-Al2O3 Substrat mit höherer Effektivität als konventionelle Infrarotlampen aufzuwärmen. Es ist allerdings anzumerken, dass die Materialien nicht auf diese begrenzt sind, solange sie ein α-Al2O3 Substrat auf eine vorbestimmte Temperatur aufwärmen können.
  • 4A und 4B zeigen Konfigurationsbeispiele (Draufsichten) der Heizerelektrode 203 (oder 302). Die Heizerelektrode 203 (oder 302) die in dem Heizer (103) mit eingeschlossen ist, weist ein Elektrodenmuster wie es in 4A oder 4B gezeigt ist auf. Durch Anschließen einer Stromquelle (nicht gezeigt) an dieses Elektrodenmuster und Anlegen einer Gleichspannung oder Wechselspannung fließt ein Strom durch die Heizerelektrode 203 (oder 302) und die demgemäß erzeugte Joule-Wärme erwärmt den Heizer 103. Die von dem Heizer 103 emittierten Infrarotstrahlen erwärmen das Substrat.
  • Es ist anzumerken, dass das Elektrodenmuster nicht auf 4A und 4B begrenzt ist. Allerdings kann durch Verwenden eines Elektrodenmusters wie in 4A oder 4B gezeigt die Wärme auf die gesamte Oberfläche des Substrats 107 einheitlich aufgebracht werden. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, ein Elektrodenmuster zu verwenden, welches Wärme der gesamten Oberfläche des Substrats so einheitlich wie möglich aufbringen kann. Nichtsdestotrotz ist es, während die vorliegende Erfindung ein Elektrodenmuster verwenden kann, welches Wärme einheitlich auf das Substrat aufbringen kann, wichtig, dass ein +c Polarität epitaxialer Film gebildet werden kann und es ist kein essentieller Gegenstand in welcher Form das Elektrodenmuster gebildet ist. Somit ist es bei dieser Ausführungsform eigentlich nicht nötig zu sagen, dass das Elektrodenmuster nicht auf die in den 4A und 4B gezeigten limitiert ist, und dass die Ausführungsform jegliches Elektrodenmuster einsetzen kann.
  • Bei jedem der Strukturbeispiele des Heizers 103, die in den 2 und 3 gezeigt sind, ist die zu dem Substrat zeigende Oberfläche des Heizers 103, die durch das Referenzzeichen P bezeichnet ist, die Oberfläche auf der Seite, auf welcher die Heizerelektrode 203 oder 302 mit einem wie in 4A oder 4B gezeigten Muster gebildet ist. Allerdings kann der Heizer 103 eine Struktur aufweisen, bei welchen der Heizer 103, der in 2 oder 3 gezeigt ist, umgedreht ist, d. h. die Oberfläche, die entgegen der Oberfläche, die durch das Referenzzeichen P in den 2 und 3 bezeichnet ist, kann als die zu dem Substrat zeigende Oberfläche dienen. In diesem Fall wird das Substrat durch die Rückseitenbeschichtung 204 oder 303 aufgewärmt. Dies mag die Leistungseffizienz des Substratheizens verringern, jedoch dient die Rückseitenbeschichtung 204 oder 303 dazu, ein einheitliches Heizen zu erlauben, was einen vorteilhaften Effekt des einheitlichen Aufbringens von Wärme auf das Substrat bietet.
  • 5 ist eine Querschnittsansicht des Heizers und der Substrathaltevorrichtung (erstes Konfigurationsbeispiel). In 5 ist Referenzzahl 103 der Heizer; Referenzzahl 203 die Heizerelektrode; Referenzzahl 503 die Substrathaltevorrichtung; Referenzzahl 504 ein Substrat (der Halterstützabschnitt 550 ist nicht gezeigt). Die Substrathaltevorrichtung 503 ist im Allgemeinen ein ringförmiges Element mit einem einheitlichen Querschnitt und beinhaltet den Substratstützabschnitt 503a der aus einem isolierenden Element zum Stützen eines äußeren Randabschnitts des Substrats von unten (von einer unteren Seite in der Richtung der Schwerkraft, d. h. von der Seite des Heizers 103) gebildet ist. Der Substratstützabschnitt 503a ist mit einer Lücke d1 zwischen sich selbst und der zu dem Substrat zeigenden Oberfläche P des Heizers 103 angeordnet. Überdies ist eine Lücke d2 zwischen dem Substrat 504 und der zu dem Substrat zeigenden Oberfläche P des Heizers 103 vorgesehen. Wie oben beschrieben ist der Substratstützabschnitt 503a so vorgesehen, dass das Substrat mit einer vorbestimmten Lücke (d. h. d2) zwischen sich selbst und der zu dem Substrat zeigenden Oberfläche P des Heizers 103 in einem Zustand angeordnet ist, in dem das Substrat 504 auf dem Substratstützabschnitt 503a geträgert ist. 0,4 mm oder größer wird wünschenswert für die Lücke d1 verwendet, und 0,5 mm oder größer wird wünschenswert für die Lücke d2 verwendet.
  • In einem Fall wo die Lücke d1 kleiner ist als 0,4 mm wird es wahrscheinlich, dass ein Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilm mit gemischten Polaritäten in einem äußeren peripheren Abschnitt gebildet wird. In einem Fall, wo die Lücke d2 kleiner ist als 0,5 mm, ist es wahrscheinlich, dass ein Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilm mit gemischten Polaritäten in der gesamten Substratoberfläche gebildet wird. Somit sind diese Fälle nicht zu bevorzugen.
  • Wie oben beschrieben ist die Lücke d1, die gleich 0,4 mm oder größer ist, zwischen der unteren Oberfläche der Substrathaltevorrichtung 503 und der zu dem Substrat zeigenden Oberfläche P des Heizers 103 vorgesehen. Ähnlich ist die Lücke d2, die gleich 0,5 mm oder größer ist, zwischen dem Substrat 504 und der zu dem Substrat zeigenden Oberfläche P des Heizers vorgesehen.
  • Es ist anzumerken, dass es nicht zu bevorzugen ist, die Lücken d1 und d2 zu sehr aufzuweiten, weil je weiter die Lücken d1 und d2 sind, desto geringer ist die Effektivität des Heizens des Substrats 504 mit dem Heizer 103. Überdies kann, wenn die Lücken d1 und d2 insbesondere die Lücke d2 zu sehr aufgeweitet werden, Plasma in einem Raum zwischen dem Heizer und dem Substrat erzeugt werden, was möglicherweise zu einem Verlust der vorteilhaften Effekte der vorliegenden Erfindung führen kann. Demgemäß werden die Lücken d1 und d2 wünschenswert auf 5 mm oder kleiner und wünschenswerter auf 2 mm oder kleiner eingestellt.
  • Andere Konfigurationsbeispiele der Substrathaltevorrichtung werden mit 6 und 7 beschrieben werden. 6 ist ein zweites Konfigurationsbeispiel der Substrathaltevorrichtung. In 6 ist die Referenzzahl 504 das Substrat und die Referenzzahl 603 ist die Substrathaltevorrichtung (der Substratstützabschnitt 550 ist nicht gezeigt). Die Substrathaltevorrichtung 603 ist ein allgemein ringförmiges Element mit einem einheitlichen Querschnitt und beinhaltet: einen Substratstützabschnitt 603a, der aus einem isolierenden Element gebildet ist, zum Halten des Substrats von unten; und einem Montierabschnitt 603b der integral mit der äußeren Peripherie des Substratstützabschnitts 603a gebildet ist. In einem Zustand, in dem der Montierabschnitt 603b auf der zu dem Substrat zeigenden Oberfläche P des Heizers 103 montiert ist, wird eine Lücke d1 zwischen der Rückseite des Substratstützabschnitts 603a (der Seite, die zu dem Heizer 103 zeigt) und der zu dem Substrat zeigenden Oberfläche P des Heizers 103 bereitgestellt und eine Lücke d2 wird zwischen dem Substrat 504 und der zu dem Substrat zeigenden Oberfläche P des Heizers 103 gebildet. 0,4 mm oder größer ist wünschenswert für die Lücke d1 und 0,5 mm oder größer ist wünschenswert für die Lücke d2.
  • 7 zeigt ein drittes Konfigurationsbeispiel der Substrathaltevorrichtung. In 7 ist die Referenzzahl 504 das Substrat und die Referenzzahl 703 ist die Substrathaltevorrichtung. Die Substrathaltevorrichtung 703 ist ein allgemein ringförmiges Element mit einem einheitlichen Querschnitt und beinhaltet eine erste Substrathalteeinheit 704 und eine zweite Substrathalteeinheit 705. Die zweite Substrathalteeinheit 705 ist aus einem leitfähigen Ring gebildet und ist mit einer nicht gezeigten Hochfrequenzenergiequelle mit einer nicht gezeigten Abstimmvorrichtung dazwischen verbunden. Somit kann durch Zuführen von Hochfrequenzenergie zu der zweiten Substrathalteeinheit 705 in einer Atmosphäre, die ein Gas wie etwa N2 oder ein Edelgas/Inertgas enthält, Plasma in der Nähe des Substrats gebildet werden und zum Durchführen einer Oberflächenbehandlung des Substrats verwendet werden.
  • Überdies beinhaltet die erste Substrathalteeinheit 704 einen Substratstützabschnitt 704a, der aus einem isolierenden Element gebildet ist, zum Stützen des Substrats 504 von unten. Eine Lücke d1 ist zwischen der Rückseite des Substratstützabschnitts 704a und der zu dem Substrat zeigenden Oberfläche P des Heizers 103 vorgesehen und eine Lücke d2 ist zwischen dem Substrat 504 und der zu dem Substrat zeigenden Oberfläche P des Heizers 103 vorgesehen. 0,4 mm oder größer wird wünschenswert für die Lücke d1 verwendet und 0,5 mm oder größer wird wünschenswert für die Lücke d2 verwendet.
  • Hier wird, während ein Halterstützabschnitt 750 in 7 nicht gezeigt ist, dessen vergrößerte Ansicht in 8 gezeigt. 8 ist eine vergrößerte Ansicht des Stützabschnitts (Halterstützabschnitt 750) für die Substrathaltevorrichtung 703. Der Halterstützabschnitt 750 weist eine Struktur auf, die die zweite Substrathalteeinheit 705 stützt und beinhaltet ein leitfähiges Element 751, ein isolierendes Element 753 und eine Röhre aus rostfreiem Stahl 755 als dessen hauptsächliche Bestandteile. Das leitfähige Element 751 ist mit der Hochfrequenzenergiequelle 757, die außerhalb der Vakuumkammer 101 vorgesehen ist, und der zweiten Substrathalteeinheit 705 elektrisch verbunden. Somit wird Hochfrequenzenergie der zweiten Substrathalteeinheit 705 von der Hochfrequenzenergiequelle 757 durch das leitfähige Element 751 zugeführt. Das leitfähige Element 751 ist mit dem isolierenden Element 753 und der Röhre aus rostfreiem Stahl 755 bedeckt. Überdies wird eine elektrische Isolierung zwischen dem leitfähigen Element 751 und der Vakuumkammer 101 ebenso durch das isolierende Element 753 sichergestellt. Wie oben beschrieben ist der Halterstützabschnitt 750 dazu konfiguriert, die zweite Substrathalteeinheit 705 zu stützen und ebenso dazu, der zweiten Substrathalteeinheit 705 Energie zuzuführen.
  • Der in 8 gezeigte Halterstützabschnitt 750 weist eine Struktur auf, die ein leitfähiges Element 751 zum Zuführen von Hochfrequenzenergie zu der zweiten Substrathalteeinheit 705 beinhaltet. Es ist allerdings anzumerken, dass das leitfähige Element 751 nicht für den Halterstützabschnitt 550 notwendig ist (siehe 1), der die Substrathaltevorrichtung 503 oder 603 stützt.
  • Bei den ersten bis dritten Konfigurationsbeispielen (5 bis 7) der Substrathaltevorrichtung werden ringförmige Isolierelemente als die Substratstützabschnitte 503a, 603a und 704a verwendet. Es ist allerdings anzumerken, dass sie nicht in einer Ringform vorliegen müssen. Beispielsweise kann jedes der Substratstützabschnitte 503a, 603a und 704a ein plattenförmiges Isolierelement ohne darin gebildeter Öffnung sein. Auch in diesem Fall ist der Substratstützabschnitt selbstverständlich mit einer vorbestimmten Lücke (z. B. d1) zwischen sich selbst und dem Heizer 103 vorgesehen. Nichtsdestotrotz ermöglicht es das Bilden des Substratstützabschnitts in einer Ringform wie in dieser Ausführungsform dem Substrat 107, dem Heizer 103 ausgesetzt zu sein, während das Substrat 107 und die zu dem Substrat zeigende Oberfläche P des Heizers 103 mit einer vorbestimmten Lücke dazwischen angeordnet sind. Dies ermöglicht effizient das Heizen des Substrats 107. Somit ist das Bilden des Substratstützabschnitts in einer Ringform ein bevorzugter Modus.
  • Überdies können Quarz, Saphir, Aluminiumoxid oder dergleichen beispielsweise für die Isolierelemente, die als die Substratstützabschnitte 503a, 603a und 704a verwendet werden, verwendet werden.
  • Als die Struktur des Heizers 103 kann jegliche der in 2 und 3 gezeigten Strukturen verwendet werden, oder eine Struktur, die durch Umdrehen einer jeglichen dieser Strukturen um die eigene Achse erhalten ist, kann verwendet. Einige andere Strukturen können stattdessen verwendet werden, da die Heizerstruktur kein essenzielles Merkmal dieser Ausführungsform ist. Es ist sogar möglich, eine Heizerstruktur einzusetzen, bei welcher die Heizerelektrode auf der zu dem Substrat zeigenden Oberfläche P des Heizers mit nichts darauf angeordnet ist. Als die Struktur eines jeden der Substrathaltevorrichtungen 503, 603 oder 703 kann jede der in 5, 6 und 7 gezeigten Strukturen verwendet werden, oder eine Substrathaltevorrichtung mit irgendeiner anderen Struktur kann stattdessen verwendet werden. Was wichtig in dieser Ausführungsform ist, ist, dass das Substrat während der Bildung des Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilms eine vorbestimmte Entfernung von der zu dem Substrat zeigenden Oberfläche P des Heizers entfernt ist. Bei dieser Ausführungsform gibt es eine Lücke in einem Raum zwischen der zu der Substrat zeigenden Oberfläche P des Heizers und dem Substrat, aber ein ähnlicher vorteilhafter Effekt wird angenommen, erhalten zu werden, selbst wenn ein Isolierelement in diese Lücke eingeführt wird. Demgemäß ist es möglich, eine Substrathaltevorrichtung mit jeglicher Struktur zu verwenden, die sich von denen in 5 bis 7 unterscheidet, solange es eine Struktur ist, die es dem Substrat erlaubt, von der zu dem Substrat zeigenden Oberfläche P des Heizers eine vorbestimmte Entfernung entfernt angeordnet zu sein. Beispielsweise können in einem Fall einer Vorrichtung, die einen zum Handhaben eines Substrats durch das Bewegen von Liftstiften nach oben und unten konfigurierten Mechanismus beinhaltet, die Liftstifte verwendet werden, um das Substrat in einer Position mit einer vorbestimmten Lücke zwischen dem Substrat und der zu dem Substrat zeigenden Oberfläche P des Heizers 103 zu halten. In diesem Fall tritt der Film allerdings in eine Lücke zwischen der äußeren Peripherie des Substrats und dem Heizer ein und haftet an die zu dem Substrat zeigende Oberfläche P des Heizers 103 an, wodurch sich die Strahlung von dem Heizer 103 mit der Zeit verändert. Somit ist diese Ausführungsform ein wünschenswerter Modus.
  • Überdies kann vor der Bildung des Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilms die Hochfrequenzenergiequelle 757, die mit der zweiten Substrathalteeinheit 705, die in 7 (das dritte Konfigurationsbeispiel) gezeigt ist, verbunden ist, verwendet werden, um Plasma in der Umgebung des Substrats zu erzeugen und Bestandteile, wie etwa Feuchtigkeit oder Kohlenwasserstoffe, die an die Substratoberfläche anhaften, zu entfernen. Ferner kann als die Struktur der Heizerelektrode jegliches der in den 4A und 4B gezeigten Muster verwendet werden, oder irgendein anderes Strukturmuster kann als das oben genannte verwendet werden.
  • Die Struktur in 6 wird im Vergleich zu der Struktur in 5 aufgrund ihrer Einfachheit beim akkuraten Einstellen der Lücken d1 und d2 zwischen der Struktur und der zu dem Substrat zeigenden Oberfläche P des Heizers 103 bevorzugt verwendet. Überdies ist es, wenn die Struktur in 7 verwendet wird, möglich, Bestandteile wie etwa Feuchtigkeit und Kohlenwasserstoffe, die an die Oberfläche anhaften, zu entfernen und daher die in der Reproduzierbarkeit des Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilms bezüglich der Kristallinität zu verbessern. Somit wird die Struktur in 7 bevorzugt verwendet.
  • 9 ist ein Beispiel der Querschnittsstruktur einer Licht emittierenden Diode (LED), die als ein halbleitertechnisches Licht emittierendes Element unter Verwendung eines Herstellungsverfahrens eines Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilms gemäß der vorliegenden Verwendung hergestellt wurde. In 9 ist eine Referenzzahl 801 ein α-Al2O3 Substrat; Referenzzahl 802 eine Pufferschicht; Referenzzahl 803 eine Gruppe III Nitrid Halbleiterzwischenschicht; Referenzzahl 804 eine n-Typ Gruppe III Nitrid Halbleiterschicht; Referenzzahl 805 eine Gruppe III Nitrid Halbleiteraktivschicht; Referenzzahl 806 eine p-Typ Gruppe III Nitrid Halbleiterschicht; Referenzzahl 807 eine n-Typ Elektrode; Referenzzahl 808 eine p-Typ Bond-Pad-Elektrode; Referenzzahl 809 eine Schutzschicht; und Referenzzahl 810 eine lichtdurchlässige Elektrode.
  • AlN, AlGaN oder GaN wird bevorzugt als das Material, das die Pufferschicht 802 aufbaut, verwendet. AlGaN, GaN und InGaN werden bevorzugt als die Materialen verwendet, die die Gruppe III Nitrid Halbleiterzwischenschicht 803, die n-Typ Gruppe III Nitrid Halbleiterschicht 804, die Gruppe III Nitrid Halbleiteraktivschicht 805, und die p-Typ Gruppe III Nitrid Halbleiterschicht 806 aufbauen. Bezüglich der n-Typ Gruppe III Nitrid Halbleiterschicht 804 ist deren oben beschriebenes Material bevorzugt mit einer kleinen Menge an Silizium (Si) oder Germanium (Ge) dotiert. Bezüglich der p-Typ Gruppe III Nitrid Halbleiterschicht 806 ist deren oben beschriebenes Material bevorzugt mit einer kleinen Menge an Magnesium (Mg) oder Zink (Zn) dotiert. Auf diese Weise kann deren elektrische Leitfähigkeit gesteuert werden. Ferner ist es als die Gruppe III Nitrid Halbleiteraktivschicht 805 wünschenswert, eine Multiquantentopf-(Engl.: „multiple quantum well”; MQW)Struktur mit einigen der oben beschriebenen Materialen zu bilden. Zusätzlich kann die oben beschriebene Licht emittierende Diode (LED) verwendet werden, um eine Beleuchtungsvorrichtung zu bilden.
  • Nachfolgend wird ein Epitaxialfilmbildungsverfahren eines Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilms unter Verwendung eines Sputterapparats gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wird ein epitaxialer Film auf einem α-Al2O3 Substrat durch ein Verfahren gebildet, dass die folgenden ersten bis vierten Schritte beinhaltet.
  • Als Erstes wird in dem ersten Schritt das Substrat 107 in die Vakuumkammer 101 eingeführt, welche durch den Abgasmechanismus 110 bei einem vorbestimmten Druck gehalten wird. Bei diesem Schritt transportiert ein nicht gezeigter Handhabungsroboter das Substrat (α-Al2O3 Substrat) 107 zu einer oberen Seite des Heizers 103 und montiert das Substrat 107 oben auf nicht gezeigte Liftstifte, die aus dem Heizer 103 herausragen. Dann werden die Liftstifte, die das Substrat 107 halten, abgesenkt, so dass das Substrat 107 auf der Substrathaltevorrichtung 503 angeordnet ist.
  • Nachfolgend wird in dem zweiten Schritt das Substrat 107 bei einer vorbestimmten Temperatur durch Steuern der Spannung, die der Heizerelektrode 203, die in dem Heizer 103 einbezogen ist, zugeführt wird, auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten. Bei diesem Schritt wird ein in den Heizer 103 eingebautes Thermoelement (nicht gezeigt) verwendet, um die Temperatur des Heizers 103 zu überwachen, oder ein nicht gezeigtes Pyrometer, das in der Vakuumkammer 101 angeordnet ist, wird verwendet, um die Temperatur des Heizers 103 zu überwachen, und die Temperatur wird auf die vorbestimmte Temperatur geregelt.
  • Nachfolgend wird in dem dritten Schritt irgendeines aus einem N2-Gas, einem Edelgas/Inertgas und einem gemischten Gas aus einem N2-Gas und einem Edelgas/Inertgas in die Vakuumkammer 101 durch den Gaseinführmechanismus 109 zugeführt und der Druck in der Vakuumkammer 101 wird mittels des Massestromsteuervorrichtung (nicht gezeigt) und des variablen Leitungsventils (nicht gezeigt) auf einen vorbestimmten Druck eingestellt.
  • Als Letztes wird in dem vierten Schritt eine Hochfrequenzenergie von der Hochfrequenzenergiequelle 106 zugeführt, um Hochfrequenzplasma vor dem Target 108 zu erzeugen und Ionen in dem Plasma sputtern das Element, das das Target 108 aufbaut, wodurch ein Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilm gebildet wird. Es ist anzumerken, dass in einem Fall des Verwendens eines Metalltargets als das Target 108 ein N2-Gas oder ein gemischtes Gas aus einem N2-Gas und einem Edelgas/Inertgas bevorzugt als das Prozessgas verwendet wird. Dann wird ein Gruppe III Element, das das Metalltarget aufbaut, in zumindest einer der Regionen nitriert, die die Oberfläche des Targets 108, die Oberfläche des Substrats 107 und den Raum zwischen dem Target 108 und dem Substrat 107 einschließt. Im Ergebnis wird ein Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilm auf dem Substrat gebildet.
  • Demgegenüber wird in einem Fall eines Nitridtargets jegliches aus einem N2-Gas, einem Edelgas/Inertgas oder einem gemischtes Gas aus einem N2-Gas und einem Edelgas/Inertgas bevorzugt verwendet. Dann werden gesputterte Teilchen aus der Targetoberfläche in der Form von Atomen oder Nitridmolekühlen emittiert. Das Gruppe III Element, das aus der Targetoberfläche in der Form von Atomen emittiert wird, wird zumindest in einer der Regionen nitriert, die die Oberfläche des Targets 108, die Oberfläche des Substrats 107 und den Raum zwischen dem Target 108 und dem Substrat 107 einschließt. Im Ergebnis wird ein Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilm auf dem Substrat gebildet. Demgegenüber erreichen die meisten der Nitridmolekühle, die von der Targetoberfläche emittiert werden, das Substrat und bilden einen Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilm.
  • Ein Teil der Nitridmolekühle, die von der Targetoberfläche emittiert werden, können möglicherweise an der Oberfläche des Substrats 107 oder in dem Raum zwischen dem Target 108 und dem Substrat 107 dissoziiert werden. Allerdings wird das durch die Dissoziation erzeugte Gruppe III Element wieder an der Oberfläche des Substrats oder in dem Raum zwischen dem Target 108 und dem Substrat 107 nitriert und bildet einen Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilm.
  • Der bevorzugte Druck in dem ersten Schritt ist wünschenswert unter 5 × 10–4 Pa. Wenn der vorbestimmte Druck bei oder über 5 × 10–4 Pa liegt, werden Unreinheiten wie etwa Sauerstoff in den Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilm aufgenommen, was es schwierig macht, einen feinen epitaxialen Film zu erhalten. Überdies ist die Temperatur des Heizers 103 in dem ersten Schritt nicht insbesondere begrenzt wird aber wünschenswerterweise auf eine Temperatur eingestellt, die dabei hilft, eine Substrattemperatur zu erhalten, die bei der Filmbildung im Hinblick auf die Produktivität verwendet wird.
  • Die vorbestimmte Temperatur in dem zweiten Schritt wird wünschenswerterweise auf einen Filmbildungstemperatur in dem vierten Schritt im Hinblick auf die Produktivität eingestellt. Überdies wird der vorbestimmte Druck in dem dritten Schritt im Hinblick auf die Produktivität wünschenswerterweise auf einen Filmbildungsdruck in dem vierten Schritt eingestellt. Die Zeitabläufe zum Durchführen des zweiten Schritts und des dritten Schritts können ausgetauscht werden oder die Schritte können gleichzeitig durchgeführt werden. Überdies wird die Temperatur, die in dem zweiten Schritt eingestellt ist, und der Druck, der in dem dritten Schritt eingestellt ist, im Hinblick auf die Produktivität wünschenswerterweise zumindest bis zum Beginn des vierten Schritts beibehalten.
  • Eine Substrattemperatur während des vierten Schritts wird wünschenswerterweise innerhalb eines Bereichs von 100 bis 1200°C oder wünschenswerter innerhalb eines Bereichs von 400 bis 1000°C eingestellt. In einem Fall von unter 100°C ist es wahrscheinlich, dass ein Film gebildet wird, bei welchem eine amorphe Struktur in einem gemischten Zustand existiert. In einem Fall einer Temperatur über 1200°C wird überhaupt kein Film gebildet oder selbst wenn ein Film gebildet wird, ist es wahrscheinlich, dass ein epitaxialer Film mit vielen Defekten erhalten wird, die einer thermischen Belastung zuzuschreiben sind. Überdies wird der Filmbildungsdruck wünschenswerterweise innerhalb eines Bereichs von 0,1 bis 100 mTorr (1,33 × 10–2 bis 1,33 × 101 Pa) und wüschenswerter innerhalb eines Bereichs von 1,0 bis 10 mTorr (1,33 × 10–1 bis 1,33 Pa) eingestellt.
  • In einem Fall von unter 0,1 mTorr (1,33 × 10–2 Pa) ist es wahrscheinlich, dass hochenergetische Teilchen auf die Substratoberfläche fallen, was es schwierig macht, eine feinen Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilm zu erhalten. In einem Fall eines Drucks über 100 mTorr (1,33 × 101 Pa) ist die Filmbildungsgeschwindigkeit extrem gering. Somit sind diese Fälle nicht bevorzugt. Zum Zeitpunkt des Beginnens des vierten Schritts ist es möglich, den Druck in der Vakuumkammer 101 zeitweise auf den Filmbildungsdruck oder darüber zu erhöhen, um die Erzeugung von Plasma zu erleichtern. In diesem Fall kann der Filmbildungsdruck zeitweise durch Erhöhen der Strömungsgeschwindigkeit zumindest eines der Gase in dem Prozessgas erhöht werden. Alternativ kann der Filmbildungsdruck zweitweise durch Reduzieren des Öffnungsgrads des variablen Leitungsventils (nicht gezeigt) erhöht werden.
  • Ferner können vor dem ersten Schritt selbstverständlich auch Schritte des Transportierens des Substrats 107 in eine Vorprozessierkammer (nicht gezeigt) und des Durchführens einer Wärmebehandlung oder einer Plasmabehandlung des Substrats 107 bei einer Temperatur gleich oder über der Filmbildungstemperatur vorhanden sein.
  • Beispiele eines epitaxialen Films aus einem Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilm, der durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist, beinhalten die Pufferschicht 802, die Gruppe III Nitrid Halbleiterzwischenschicht 803, die n-Typ Gruppe III Nitrid Halbleiterschicht 804, die Gruppe III Nitrid Halbleiteraktivschicht 805, und die p-Typ Gruppe III Nitrid Halbleiterschicht 806, die in 9 gezeigt sind. All diese Schichten können unter Verwendung des Sputterapparats (des expitaxialen Filmbildungsverfahrens) gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet werden, oder einige besondere Schichten (oder eine besondere Schicht) können unter Verwendung des Sputterapparats (des expitaxialen Filmbildungsverfahrens) gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet werden.
  • Beispielsweise beinhaltet als ein erstes Beispiel eines Prozesses für das LED-Element in 9 ein Verfahren das Anfertigen einer Pufferschicht 802 unter Verwendung des Sputterapparats (des epitaxialen Filmbildungsverfahrens) gemäß der vorliegenden Erfindung und dann das sequentielle Stapeln der Gruppe III Nitrid Halbleiterzwischenschicht 803 der n-Typ Gruppe III Nitrid Halbleiterschicht 804, der Gruppe III Nitrid Halbleiteraktivschicht 805 und der p-Typ Gruppe III Nitrid Halbleiterschicht 806 unter Verwendung von MOCVD, um dadurch einen epitaxialen Wafer herzustellen.
  • Überdies beinhaltet als ein zweites Beispiel ein Verfahren das Anfertigen der Pufferschicht 802 und der Gruppe III Nitrid Halbleiterzwischenschicht 803 unter Verwendung des Sputterapparats (des epitaxialen Filmbildungsverfahrens) gemäß der vorliegenden Erfindung und dann des sequentiellen Stapelns der n-Typ Gruppe III Nitrid Halbleiterschicht 804, der Gruppe III Nitrid Halbleiteraktivschicht 805 und der p-Typ Gruppe III Nitrid Halbleiterschicht 806 unter Verwendung von MOCVD, um dadurch einen epitaxialen Wafer anzufertigen.
  • Als ein drittes Beispiel beinhaltet ein Verfahren das Anfertigen der Pufferschicht 802, der Gruppe III Nitrid Halbleiterzwischenschicht 803 und der n-Typ Gruppe III Nitrid Halbleiterschicht 804 unter Verwendung des Sputterapparats (des epitaxialen Filmbildungsverfahrens) gemäß der vorliegenden Erfindung, und dann das sequentielle Stapeln der Gruppe III Nitrid Halbleiteraktivschicht 805 und der p-Typ Gruppe III Nitrid Halbleiterschicht 806 unter Verwendung von MOCVD, um dadurch einen epitaxialen Wafer herzustellen.
  • Als ein viertes Beispiel beinhaltet ein Verfahren das Anfertigen der Pufferschicht 802, der Gruppe III Nitrid Halbleiterzwischenschicht 803, der n-Typ Gruppe III Nitrid Halbleiterschicht 804 und der Gruppe III Nitrid Halbleiteraktivschicht 805 unter Verwendung des Sputterapparats (des epitaxialen Filmbildungsverfahrens) gemäß der vorliegenden Erfindung, und dann das sequentielle Stapeln der p-Typ Gruppe III Nitrid Halbleiterschicht 806 unter Verwendung von MOCVD, um dadurch einen epitaxialen Wafer herzustellen.
  • Als ein fünftes Beispiel beinhaltet ein Verfahren das Anfertigen der Pufferschicht 802, der Gruppe III Nitrid Halbleiterzwischenschicht 803, der n-Typ Gruppe III Nitrid Halbleiterschicht 804, der Gruppe III Nitrid Halbleiteraktivschicht 805 und der p-Typ Gruppe III Nitrid Halbleiterschicht 806 unter Verwendung des Sputterapparats (des epitaxialen Filmbildungsverfahrens) gemäß der vorliegenden Erfindung, um dadurch einen epitaxialen Wafer herzustellen.
  • Eine Lithographietechnik oder eine RIE (reaktives Ionenätzen; englisch: „Reactive Ion Etching”)-Technik werden auf den so erhaltenen epitaxialen Wafer angewandt, um die lichtdurchlässige Elektrode 810, die p-Typ Bond-Pad-Elektrode 808, die n-Typ Elektrode 807 und den Schutzfilm 809 wie in 9 gezeigt zu bilden. Im Ergebnis kann die LED-Struktur erhalten werden. Es ist anzumerken, dass die Materialen der lichtdurchlässigen Elektrode 810, der p-Typ Bond-Pad-Elektrode 808, der n-Typ Elektrode 807 und des Schutzfilms 809 nicht insbesondere limitiert sind und Materialen, die in diesem technischen Gebiet gut bekannt sind, können ohne jegliche Limitierung verwendet werden.
  • (Erstes Beispiel)
  • Als ein erstes Beispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Beschreibung eines Beispiels gegeben werden, wo ein AlN-Film auf einem α-Al2O3 (0001) Substrat unter Verwendung des Verfahrens des Bildens eines Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilms der vorliegenden Erfindung gebildet wird. Spezifischer wird eine Beschreibung eines Beispiels gegeben werden, wo ein AlN-Film unter Verwendung von Sputtern auf ein α-Al2O3 (0001) Substrat, das mit einer Lücke zwischen dem Substrat und der zu dem Substrat zeigenden Oberfläche des Heizers mit der Hilfe einer Substrathaltevorrichtung montiert ist, gebildet wird. Es ist anzumerken, dass bei diesem Beispiel der AlN-Film unter Verwendung eines Sputterapparats gebildet wurde, der dem in den 1 ähnlich ist. Ein Heizer, der dem in 2 ähnlich ist, ein Heizerelektrodenmuster, das dem in 4A ähnlich ist und eine Substrathaltevorrichtung, die der in 5 ähnlich ist, wurden verwendet. Überdies wurde eine Lücke d1 zwischen dem Substratstützabschnitt 503a und der zu dem Substrat zeigenden Oberfläche P des Heizers 103 in 5 auf 1 mm eingestellt, und die Lücke d2 zwischen dem Substrat 504 und der zu dem Substrat zeigenden Oberfläche P des Heizers 103 in 5 wurde auf 2 mm eingestellt.
  • Bei diesem Beispiel wurde als Erstes in dem ersten Schritt das α-Al2O3 (0001) Substrat in die Vakuumkammer 101 transportiert, die bei oder unter 1 × 10–4 Pa gehalten wurde, und wurde auf der Substrathaltvorrichtung 503 angeordnet. In dem zweiten Schritt wurde das Substrat bei 550°C gehalten, was die Filmbildungstemperatur in dem vierten Schritt war. Bei diesem Schritt wurde der Heizer 103 so geregelt, dass der Überwachungswert des Thermoelements, das darin eingebaut war, 750°C sein würde. Nachfolgend wurde in dem dritten Schritt ein gemischtes Gas aus N2 und Ar so eingeführt, so dass N2/(N2 + Ar) 25% sein würde und der Druck in der Vakuumkammer 101 wurde auf 3,75 mTorr (0,5 Pa) eingestellt, was der Filmbildungsdruck in dem vierten Schritt war. Unter dieser Bedingung wurde in dem vierten Schritt das Sputtern durch Einbringen einer Hochfrequenzleistung von 2000 W von der Hochfrequenzenergiequelle 106 auf das Target 108, das aus dem Metall Al hergestellt war, durchgeführt. Im Ergebnis wurde ein AlN-Film mit einer Dicke von 50 nm auf dem Substrat gebildet.
  • Es ist anzumerken, dass die Filmbildungstemperatur in diesem Beispiel durch Durchführen, im Voraus, einer Substrattemperaturmessung des α-Al2O3 (0001) Substrats, in welchem ein Thermoelement eingebettet ist, und durch Studium der Relation zwischen der Temperatur des α-Al2O3 (0001) Substrats und des Überwachungswerts des Thermoelements, das in dem Heizer eingebaut ist, das heißt, der Temperatur des Heizers in diesem Moment, durchgeführt wird.
  • Bei diesem Beispiel wurde der somit hergestellte AlN-Film folgendermaßen evaluiert: Röntgendiffraktionsmessung (XRD) in einem 2θ/ω-Scanmodus bei symmetrischen Reflexionspositionen; XRC-Messung in einem ω-Scanmodus bezüglich einer symmetrischen Ebene; XRC-Messung in einem ϕ-Scanmodus in einer Anordnung in der Ebene; und eine koaxiale Einschlagskollisionsionenstreuspektroskopie-(englisch: ”Coaxial Impact Collision Ion Scattering Spectroscopy”; CAICISS)Messung. Hier wurde die XRC-Messung in dem 2θ/ω-Scanmodus bei dem symmetrischen Reflexionspositionen verwendet, um die kristalline Orientierung zu überprüfen und die XRC-Messung in dem ω-Scanmodus bezüglich der symmetrischen Ebene und die XRC-Messung in dem ϕ-Scanmodus in der Anordnung in der Ebene wurden verwendet, um die verkippten bzw. gebogenen Mosaikaufspreizungen auszuwerten. Überdies wurde die CAICISS-Messung als ein Mittel zum Bestimmen der Polarität verwendet.
  • Als Erstes wurde der in diesem Beispiel hergestellte AlN-Film der XRD-Messung in dem 2θ/ω-Scanmodus bei den symmetrischen Reflexionspositionen in einem Messbereich von 2θ = 20 bis 60° unterzogen. Im Ergebnis wurden lediglich Beugungspeaks einer AlN (0002) Ebene und einer α-Al2O3 (0006) Ebene beobachtet und Beugungspeaks, die andere Gitterebenen von AlN andeuten, wurden nicht beobachtet. Aus dieser Tatsache wurde festgestellt, dass der erhaltene AlN-Film in der c-Achsenrichtung orientiert ist.
  • Als Nächstes wurde der in diesem Beispiel hergestellte AlN-Film der XRC-Messung in dem ω-Scanmodus bezüglich der symmetrischen Ebene unterzogen. Es ist anzumerken, dass die AlN (0002) Ebene bei der Messung verwendet wurde. Die FWHM des erhaltenen XRC-Profils war 450 Bogensekunden oder kleiner in einem Fall wo ein Detektor in einem offenen Zustand war, und war 100 Bogensekunden oder kleiner in einem Fall wo Analysekristalle in den Detektor eingeführt waren. Somit wurde beobachtet, dass die verkippte Mosaikaufspreizung des hergestellten AlN-Films signifikant klein war. Überdies wurde unter anderen Herstellungsbedingungen Filme mit einer FWHM gefunden, die gleich oder kleiner als 20 Bogensekunden in der XRC-Messung mit den in den Detektor eingefügten Analysekristallen waren. In der Regel sollte eine XRC-Messung mit einem Detektor in einem offenen Detektorzustand durchgeführt werden. Allerdings verbreitern in einem Fall einer Probe mit einer kleinen Filmdicke wie in diesem Beispiel dessen Dickeeffekte und Gitterrelaxation die FWHM des XRC-Profils, was es schwierig macht, eine akkurate Mosaikaufspreizungsauswertung durchzuführen. Aus diesem Grund wird heutzutage das Einführen von Analysekristallen in einen Detektor wie oben beschrieben als XRC-Messung im breiten Sinne angesehen. Das Folgende wird annehmen, dass die XRC-Messung unter Verwendung eines offenen Detektorzustands verwendet wird, wenn nicht anders genannt.
  • Als nächstes wurde der in diesem Beispiel hergestellt AlN Film einer XRC Messung in einem ϕ Scannmodus in einer Anordnung in der Ebene unterzogen. Es ist anzumerken, dass die AlN {10-10} Ebene bei der Messung verwendet wurde. Bei dem erhaltenen XRC Profil traten sechs Beugungspeaks in 60° Abständen auf. Somit wurde beobachtet, dass der AlN Film eine hexagonale Symmetrie aufwies, in anderen Worten, dass der AlN Film epitaxial gewachsen war. Überdies war eine FWHM, die aus dem Beugungspeak mit der größten Intensität abgeleitet war, 2,0° oder kleiner. Somit wurde gefunden, dass die verdrehte Mosaikaufspreizung des hergestellten AlN Films relativ klein war. Es ist anzumerken, dass von einem Vergleich der Kristalllinienorientierung in der Ebene zwischen dem α-Al2O3 (0001) Substrat und dem AlN Film beobachtet wurde, dass die a-Achse des AlN Films in einer Richtung in der Ebene um 30° bezüglich der a-Achse des α-Al2O3 (0001) Substrat gedreht war. Dies zeigt an, dass der AlN Film in einer gemeinsamen epitaxialen Beziehung gebildet ist, welche beobachtet wird, wenn der AlN Film epitaxial auf einem α-Al2O3 (0001) Substrat aufgewachsen wird.
  • 12 ist ein Ergebnis der CAICISS Messung, die mit dem in diesem Beispiel hergestellten AlN Film durchgeführt wurde. Bei dieser Messung wird ein Al Signal detektiert, während der Einfallwinkel von der AlN [11-20] Richtung variiert wird. Es kann gesehen werden, dass ein Peak um einen Einfallwinkel von 70° in einer einzelnen Form auftritt. Diese Tatsache zeigt an, dass der AlN Film eine +c Polarität (Al Polarität) aufweist.
  • Aus den obigen Tatsachen wurde beobachtet, dass der in diesem Beispiel hergestellte AlN Film ein c-Achse-orientierter epitaxialer Film mit einer +c Polarität (Al Polarität) war und ebenso eine signifikant kleine gedrehte Mosaikaufspreizung aufwies. In anderen Worten wurde demonstriert, dass die vorliegende Erfindung einen Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilm mit reduzierten verkippten und verdrehten Mosaikaufspreizungen und ebenso mit +c Polarität bereitstellen konnte.
  • Ferner besteht bei diesem Beispiel keine Veranlassung, einen Teil der Filmbildungsoberfläche des Substrats 107 mit Stützelementen (z. B. Stützklammern) oder dergleichen zum Halten des Substrats 107 zu bedecken, weil die Targetelektrode 102 zum Halten des Targets auf einer Oberseite in einer Richtung der Schwerkraft angeordnet ist, während der Substrathalter 99 auf einer Unterseite in der Richtung der Schwerkraft wie in 1 gezeigt angeordnet ist. Somit kann die gesamte Filmbildungsoberfläche des Substrats 107 dem Target 108 ausgesetzt werden. Daher kann gemäß diesem Beispiel ein Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilm mit reduzierten verkippten und verdrehten Mosaikaufspreizungen und ebenso einheitlicher +c Polarität auf der gesamten Filmbildungsoberfläche des Substrats 107 gebildet werden.
  • (Zweites Beispiel)
  • Als nächstes wird als ein zweites Beispiel der vorliegenden Erfindung eine Beschreibung eines Beispiels gegeben werden, wo ein AlN Film als eine Pufferschicht unter Verwendung des Verfahrens der Bildung eines Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilms gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, und dann ein nicht dotierter GaN Film auf der Pufferschicht unter Verwendung von MOCVD gebildet wird.
  • Ein AlN Film wurde unter Verwendung von Sputtern auf ein α-Al2O3 (0001) Substrat unter denselben Bedingungen wie bei dem ersten Beispiel gebildet. Dann wurde der Wafer in einen MOCVD Apparat eingeführt, um einen nicht dotierten GaN Film einer Filmdicke von 5 μm zu bilden.
  • Die Oberfläche des somit erhaltenen nicht dotierten GaN Films war eine Spiegeloberfläche (spiegelnde Oberfläche). Eine XRD Messung in einem 2θ/ω Scannmodus bei symmetrischen Reflektionspositionen zeigte, dass der nicht dotierte GaN Film in der c-Achsen-Richtung orientiert war. Als nächstes wurde eine XRC Messung in einem ω Scannmodus unter Verwendung der GaN (0002) Ebene als eine symmetrische Ebene und eine XRC Messung in einem ϕ Scannmodus bezüglich der GaN {10-10} Ebene in einer Anordnung in der Ebene durchgeführt. Als ein Ergebnis wurde beobachtet, dass die FWHMs bei den Messungen 250 Bogensekunden oder kleiner bzw. 500 Bogensekunden oder kleiner waren. Aus diesen Tatsachen wurde gefunden, dass der erhaltene nicht dotierte GaN Film als qualitativ hochwertige Kristalle mit kleinen verkippten und verdrehten Mosaikaufspreizungen erhalten wurde. Ferner wurde aus einer CAICISS Messung beobachtet, dass die Polarität des erhaltenen nicht dotierten GaN Films eine +c Polarität (Ga Polarität) war. Es kann angenommen werden, dass dies daran liegt, dass die Polarität des AlN Films, der als eine Pufferschicht verwendet wurde, auf eine +c Polarität wie in dem ersten Beispiel beschrieben eingestellt werden kann, und daher der nicht dotierte GaN Film, der darauf gebildet wird, die Polarität ebenso erbt.
  • Aus den obigen Tatsachen kann, wenn ein AlN Film, der auf eine +c Polarität eingestellt ist, als eine Pufferschicht unter Verwendung des Verfahrens des Bildens eines Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilms gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, ein nicht dotierter GaN Film, der darauf unter Verwendung von MOCVD aufgewachsen wird, als ein qualitativ hochwertiger epitaxialer Film mit kleinen Mosaikaufspreizungen und auf +c Polarität eingestellt erhalten werden. In anderen Worten kann ein +c Polarität Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilm epitaxial auf einem α-Al2O3 Substrat aufgewachsen werden.
  • Es ist anzumerken, dass während der nicht dotierte GaN Film in diesem Beispiel hier unter Verwendung von MOCVD gebildet wurde, es beobachtet wurde, dass ein ähnliches Ergebnis erhalten werden konnte, wenn stattdessen ein Sputtern verwendet wurde.
  • (Drittes Beispiel)
  • Als ein drittes Beispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Beschreibung eines Beispiels gegeben werden, wo: ein AlN Film als eine Pufferschicht unter Verwendung des Verfahrens des Bildens eines Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilms gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde; dann eine Gruppe III Nitrid Halbleiterzwischenschicht, die aus einem nicht dotierten GaN hergestellt wurde, eine n-Typ Gruppe III Nitrid Halbleiterschicht, die aus Si dotiertem GaN hergestellt ist, eine Gruppe III Nitrid Halbleiteraktivschicht mit einer MQW Struktur mit InGaN und GaN, und eine p-Typ Gruppe III Nitrid Halbleiterschicht, die aus Mg dotiertem GaN hergestellt ist, epitaxial auf der Pufferschicht sequentiell unter Verwendung von MOCVD aufgewachsen werden; ferner werden eine n-Typ Elektrodenschicht, eine lichtdurchlässige Elektrode, eine p-Typ Elektrodenschicht und ein Schutzfilm gebildet; und danach wird der Wafer durch Ritzen aufgeteilt, um LED Elemente herzustellen.
  • Ein AlN Film wurde unter Verwendung von Sputtern auf ein α-Al2O3 (0001) Substrat unter denselben Bedingungen wie bei dem ersten Beispiel gebildet. Dann wurde der Wafer in einen MOCVD Apparat eingeführt, um zu bilden: eine Gruppe III Nitrid Halbleiterzwischenschicht mit einer Filmdicke von 5 μm, die aus einen nicht dotierten GaN hergestellt war; eine n-Typ Gruppe III Nitrid Halbleiterschicht mit einer Filmdicke von 2 μm, die aus Si dotierten GaN hergestellt war; eine Gruppe III Nitrid Halbleiteraktivschicht mit einer MQW Struktur, welche eine geschichtete Struktur ist, die mit GaN beginnt und mit GaN endet und welche fünf Schichten von InGaN mit jeweils einer Filmdicke von 3 nm und sechs Schichten von GaN mit jeweils einer Filmdicke von 16 nm, die alternativ gestapelt sind; und eine p-Typ Gruppe III Nitrid Halbleiterschicht mit einer Filmdicke von 200 nm, die aus mit Mg dotiertem GaN hergestellt war.
  • Eine Lithographietechnik und eine RIE Technik wurden auf den somit erhaltenen epitaxialen Wafer angewandt, um eine lichtdurchlässige Elektrode 810, die p-Typ Bond-Pad-Elektrode 808, die n-Typ Elektrode 807 und den Schutzfilm 809 wie in 9 gezeigt zu bilden. Es ist anzumerken, dass bei diesem Beispiel ITO (Indiumzinnoxid; Englisch: „Indium-Tin-Oxide”) als die lichtdurchlässige Elektrode verwendet wurde; eine Struktur, bei welcher Titan (Ti), Al und Gold (Au) gestapelt waren, als die p-Typ Bond-Pad-Elektrode verwendet wurde; eine Struktur, bei welcher Nickel (Ni), Al, Ti und Au gestapelt waren, als die n-Typ Elektrode verwendet wurde; und SiO2 als der Schutzfilm verwendet wurde.
  • Der Wafer, bei welchem die erhaltene LED Struktur wie oben beschrieben gebildet wurde, wurde durch Ritzen in LED Chips einer Größe von 350 μm2 aufgeteilt. Dann wurde jeder LED Chip auf Stromführungsrahmen montiert und mit den Stromführungsrahmen mit Metalldrähten verdrahtet. Im Ergebnis wurde ein LED Element gebildet.
  • Es wurde veranlasst, dass ein Vorwärtsstrom zwischen der p-Typ Bond-Pad-Elektrode und der n-Typ Elektrode des somit erhaltenen LED Elements floss. Im Ergebnis zeigte das LED Element gute Lichtemissionscharakteristika, namentlich eine Vorwärtsspannung von 3,0 Volt, eine Lichtemissionswellenlänge von 470 nm und eine Lichtemissionsausgabe von 15 mW, wenn der Strom 20 mA war. Solche Charakteristika wurden in den hergestellten LED Elementen von nahezu der gesamten Oberfläche des hergestellten Wafers ohne Variationen gefunden.
  • Aus der obigen Tatsache konnte ein LED Element mit guten Lichtemissionscharakteristika durch Herstellen eines AlN Films, der auf +c Polarität eingestellt war, als eine Pufferschicht unter Verwendung des Verfahrens des Bildens eines Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilms gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten werden. Bei diesem Beispiel wurden die Gruppe III Nitrid Halbleiterzwischenschicht, die aus nicht dotiertem GaN hergestellt war, die n-Typ Gruppe III Nitrid Halbleiterschicht, die aus Si dotiertem GaN hergestellt war, die Gruppe III Nitrid Halbleiteraktivschicht mit der MQW Struktur mit InGaN und GaN, und die p-Typ Gruppe III Nitrid Halbleiterschicht, die aus Mg dotiertem GaN hergestellt war, durch MOCVD gebildet. Es ist allerdings anzumerken, dass beobachtet wurde, dass ein ähnliches Ergebnis erhalten werden konnte, wenn stattdessen Sputtern verwendet wurde, um diese Schichten herzustellen.
  • (Erstes Vergleichsbeispiel)
  • Als ein erstes Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Beschreibung eines Beispiels gegeben werden, wo ein AlN Film unter Verwendung von Sputtern auf ein α-Al2O3 (0001) Substrat, das in Kontakt mit dem Heizer montiert ist, gebildet wird, d. h. ohne Verwenden der Substrathaltevorrichtung, welche ein charakteristisches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist. Es ist anzumerken, dass bei diesem Vergleichsbeispiel der AlN Film unter Verwendung desselben Sputterapparates, Heizers und derselben Heizerelektrode, wie denen bei dem ersten Beispiel mit Ausnahme der Weise der Substratmontierung (Anordnen eines α-Al2O3 (0001) Substrats mit einer Lücke zwischen dem Substrat und dem Heizer) gebildet wurde. Überdies wurden auch bezüglich der Filmbildungsbedingungen des AlN Films dieselben Bedingungen wie die bei dem ersten Beispiel verwendet.
  • Der in diesem Vergleichsbeispiel hergestellte AlN Film wurde einer XRD Messung in einem 2θ/ω Scannmodus bei symmetrischen Reflektionspositionen, einer XRC Messung in einem ω Scannmodus bezüglich der AlN (0002) Ebene (in einem Zustand, wo Analysekristalle in den Detektor eingeführt waren und in einem offenen Detektorzustand), und einer XRC Messung in einem ϕ Scannmodus bezüglich der AlN {10-10} Ebene unterzogen. Wie bei dem AlN Film, der bei dem ersten Beispiel erhalten wurde, wurde gefunden, dass ein in der c-Achsen-Richtung orientierter epitaxialer Film erhalten wurde, und die verkippten und verdrehten Mosaikaufspreizungen waren im Wesentlichen die gleichen. Demgegenüber hat eine CAICISS Messung, die mit dem in diesem Vergleichsbeispiel hergestellten AlN Film durchgeführt wurde, gezeigt, dass der AlN Film ein Film war, bei welchem eine +c Polarität (Al Polarität) und eine –c Polarität (N Polarität) in einem gemischten Zustand existierten.
  • Die obigen Tatsachen demonstrierten, dass ein +c Polarität Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilm nicht erhalten werden konnte, wenn das α-Al2O3 (0001) Substrat in Kontakt mit dem Heizer montiert war.
  • (Zweites Vergleichsbeispiel)
  • Als nächstes wird als ein zweites Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Beschreibung eines Beispiels gegeben werden, wo eine Pufferschicht, die aus AlN hergestellt ist, unter Verwendung von Sputtern auf ein α-Al2O3 (0001) Substrat, das in Kontakt mit der Oberseite des Heizers montiert ist, gebildet wird, und dann ein nicht dotierter GaN Film darauf unter Verwendung von MOCVD gebildet wird. Es ist anzumerken, dass bei diesem Vergleichsbeispiel die Pufferschicht, die aus AlN hergestellt ist, unter Verwendung desselben Sputterapparates, Heizers, derselben Heizerelektrode und derselben Filmbildungsbedingungen wie denen des ersten Vergleichsbeispiels gebildet wurde. Der nicht dotierte GaN Film wurde unter Bedingungen gebildet, die denen des zweiten Beispiels ähnlich waren.
  • Eine aus AlN gebildete Pufferschicht wurde auf einem α-Al2O3 (0001) Substrat unter Verwendung von Sputtern unter Verwendung desselben Sputterapparates, Heizers, derselben Heizerelektrode, und derselben Filmbildungsbedingungen wie denen des ersten Vergleichsbeispiels gebildet. Dann wurde der Wafer in einen MOCVD Apparat eingeführt, um einen nicht dotierten GaN Film mit einer Filmdicke von 5 μm zu bilden.
  • Die Oberfläche des somit erhaltenen nicht dotierten GaN Films war weiß, und eine XRD Messung in einem 2θ/ω Scannmodus bei symmetrischen Reflektionspositionen zeigte, dass der nicht dotierte GaN Film in der c-Achsen-Richtung orientiert war. Als nächstes wurde eine XRC Messung in einem ω Scannmodus bezüglich der GaN (0002) Ebene als eine symmetrische Ebene, und eine XRC Messung in einem ϕ Scannmodus bezüglich einer GaN {10-10} Ebene durchgeführt. Im Ergebnis wurde beobachtet, dass die FWHMs in den Messungen etwa 360 Bogensekunden bzw. etwa 1000 Bogensekunden betrugen. Aus diesen Tatsachen wurde gefunden, dass der in diesem Vergleichsbeispiel erhaltene nicht dotierte GaN Film als Kristalle geringer Qualität mit größeren verkippten und verdrehten Mosaikaufspreizungen erhalten wurde, als der in dem zweiten Beispiel erhaltene nicht dotierte GaN Film.
  • Als nächstes wurde aus einer CAICISS Messung beobachtet, dass der erhaltene nicht dotierte GaN Film ein Film war, bei welchem +c Polarität (Ga Polarität) und –c Polarität (N Polarität) in einem gemischten Zustand existierten. Wie in dem ersten Vergleichsbeispiel beschrieben, kann angenommen werden, dass dies daran liegt, dass die Polarität der Pufferschicht, die aus AlN gebildet ist, ein Film ist, bei welchem +c Polarität und –c Polarität in einem gemischten Zustand existieren, und daher der nicht dotierte GaN Film, der darauf gebildet ist, die gemischten Polaritäten ebenso erbt.
  • Aus den obigen Tatsachen wird, wenn eine Pufferschicht, die aus AlN hergestellt ist, durch Sputtern gebildet wird, bei welchem ein α-Al2O3 (0001) Substrat in Kontakt mit dem Heizer montiert ist, ein nicht dotierter GaN Film, der darauf unter Verwendung von MOCVD aufgewachsen ist, als ein epitaxialer Film mit geringer Qualität erhalten. Es ist anzumerken, dass, während der nicht dotierte GaN Film bei diesem Vergleichsbeispiel durch MOCVD gebildet wurde, es beobachtet wurde, dass ein ähnliches Ergebnis erhalten werden konnte, wenn stattdessen Sputtern verwendet wurde.
  • (Drittes Vergleichsbeispiel)
  • Als ein drittes Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Beschreibung eines Beispiels gegeben werden, wo: eine Pufferschicht, die aus AlN hergestellt ist, durch Sputtern gebildet wird, bei welchem ein α-Al2O3 (0001) Substrat in Kontakt mit dem Heizer montiert ist; und dann eine Gruppe III Nitrid Halbleiterzwischenschicht, die aus nicht dotiertem GaN hergestellt ist, eine n-Typ Gruppe III Nitrid Halbleiterschicht, die aus Si dotiertem GaN hergestellt ist, eine Gruppe III Nitrid Halbleiteraktivschicht mit einer MQW Struktur mit InGaN und GaN, und eine p-Typ Gruppe III Nitrid Halbleiterschicht, die aus Mg dotiertem GaN hergestellt ist, epitaxial auf der Pufferschicht sequentiell unter Verwendung von MOCVD aufgewachsen sind; ferner werden eine n-Typ Elektrodenschicht, eine lichtdurchlässige Elektrode, eine p-Typ Elektrodenschicht und ein Schutzfilm gebildet; und danach wird der Wafer durch Ritzen aufgeteilt, um LED Elemente herzustellen. Es ist anzumerken, dass das Verfahren des Bildens der Pufferschicht, die aus AlN hergestellt ist, dem des ersten Vergleichsbeispiels ähnlich ist. Die Gruppe III Nitrid Halbleiterzwischenschicht, die aus nicht dotiertem GaN hergestellt ist, die n-Typ Gruppe III Nitrid Halbleiterschicht, die aus Si dotiertem GaN hergestellt ist, die Gruppe III Nitrid Halbleiteraktivschicht mit der MQW Struktur mit InGaN und GaN, und die p-Typ Gruppe III Nitrid Halbleiterschicht, die aus Mg dotiertem GaN hergestellt ist, welche alle unter Verwendung von MOCVD gebildet sind, sind alle ähnlich zu denen in dem dritten Beispiel. Überdies sind das Material und das Filmbildungsverfahren jeder der danach gebildeten, namentlich der n-Typ Elektrodenschicht, der lichtdurchlässigen Elektrode, der p-Typ Elektrodenschicht und des Schutzfilms, ebenso wie die folgenden Schritte des Bildens der Elemente alle ähnlich zu denen des dritten Beispiels.
  • Es wurde veranlasst, dass eine Vorwärtsspannung zwischen der p-Typ Bond-Pad-Elektrode und der n-Typ Elektrode einer somit erhaltenen LED Elektrode floss. Im Ergebnis wurden keine gute Diodencharakteristika von dem LED Element erhalten. Überdies waren die erhaltenen Elementcharakteristika schlecht, sodass z. B. keine ausreichende Lichtemissionsintensität in einem sichtbaren Bereich erhalten werden konnte. Ähnliche Charakteristika wurden in den LED Elementen gefunden, die von nahezu der gesamten Oberfläche des hergestellten Wafers hergestellt wurden.
  • Die obigen Tatsachen demonstrieren, dass ein LED Element mit guten Lichtemissionscharakteristika nicht erhalten werden kann, wenn eine Pufferschicht, die aus AlN hergestellt ist, durch Sputtern gebildet wird, bei welchem ein α-Al2O3 (0001) Substrat in Kontakt mit dem Heizer montiert ist. Bei diesem Beispiel waren die Gruppe III Nitrid Halbleiterzwischenschicht, die aus nicht dotiertem GaN hergestellt war, die n-Typ Gruppe III Nitrid Halbleiterschicht, die aus Si dotiertem GaN hergestellt war, die Gruppe III Nitrid Halbleiteraktivschicht mit der MQW Struktur mit InGaN und GaN, und die p-Typ Gruppe III Nitrid Halbleiterschicht, die aus Mg dotiertem GaN hergestellt war, durch MOCVD gebildet. Es ist allerdings anzumerken, dass beobachtet wurde, dass ein ähnliches Ergebnis erhalten werden konnte, wenn stattdessen Sputtern verwendet wurde.
  • Wie oben beschrieben ist ein hauptsächliches charakteristisches Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass sie sich darauf fokussiert, wie ein Substrat montiert werden sollte, um einen +c Polarität Gruppe III Nitrid Halbleiter epitaxialen Film auf einem α-Al2O3 Substrat zu bilden. Um diesen epitaxialen Film mit einheitlicher +c Polarität zu erhalten, wird einem Substrathalter eine Verbesserung zugefügt, speziell wird das Verhältnis zwischen der Position eines Substrats, das durch den Substrathalter gehalten wird, und der Position eines Heizers, der in den Substrathalter eingebunden ist, auf ein bestimmtes Verhältnis eingestellt. Dies ist eine technische Idee, die bei konventionellen Techniken nicht zu finden ist.
  • In der vorliegenden Erfindung wird gemäß der oben beschriebenen technischen Idee, die bei der vorliegenden Erfindung einzigartig ist, ein Substrathalter mit einer Substrathaltevorrichtung (Substratstützabschnitt) zum Anordnen eines Substrats in einer vorbestimmten Entfernung von der zu dem Substrat zeigenden Oberfläche des Heizers entfernt bereitgestellt, und das Substrat wird während der Bildung des Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilms von der zu dem Substrat zeigenden Oberfläche des Heizers entfernt festgesetzt. Mit dem auf diese Weise konfigurierten Substrathalter kann ein Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilm mit reduzierten verkippten und verdrehten Mosaikaufspreizungen und ebenso mit einheitlicher +c Polarität durch Sputtern gebildet werden, wie in den ersten bis dritten Beispielen und den ersten bis dritten Vergleichsbeispielen, die oben beschrieben sind, gezeigt.
  • Es ist anzumerken, dass während die Ausführungsform und die Beispiele, die oben beschrieben sind, den Fall gezeigt haben, wo lediglich das Substrat in die Vakuumkammer eingeführt ist, das Substrat unter Verwendung eines Schlittens eingeführt werden kann. Gemäß der Idee der vorliegenden Erfindung sollte, wenn der Schlitten mit dem darauf montierten Substrat auf der Substrathaltevorrichtung angeordnet wird, das Substrat und der Schlitten mit dem darauf montierten Substrat in einer vorbestimmten Entfernung von dem Heizer entfernt angeordnet sein. Alternativ kann das Substrat unter Verwendung der Substrathaltevorrichtung 503 oder 603 oder des Substratstützabschnitts 704 als ein Schlitten eingeführt werden.

Claims (6)

  1. Epitaxialfilmbildungsverfahren des epitaxialen Aufwachsens eines Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilms durch Sputtern auf ein α-Al2O3 Substrat, das auf eine gewünschte Temperatur unter Verwendung eines Heizers aufgewärmt wurde, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Entfernthalten des α-Al2O3 Substrats in einer vorbestimmten Entfernung d2 von einer zu dem Substrat zeigenden Oberfläche des Heizers, wobei 0,5 mm ≤ d2 ≤ 5 mm; und Bilden eines epitaxialen Films eines Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilms auf dem α-Al2O3 Substrat in dem Zustand des Entferntgehaltenseins von der zu dem Substrat zeigenden Oberfläche in der vorbestimmten Entfernung d2.
  2. Epitaxialfilmbildungsverfahren des Bildens eines epitaxialen Films eines Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilms durch Sputtern auf ein α-Al2O3 Substrat unter Verwendung eines Vakuumprozessierungsapparats, der beinhaltet: eine Vakuumkammer; Substrathalteeinrichtung(en) zum Stützen des α-Al2O3 Substrats; und einen Heizer, der in der Lage ist, das α-Al2O3 Substrat, das durch die Substrathalteeinrichtung gehalten wird, auf eine gewünschte Temperatur aufzuwärmen, wobei ein epitaxialer Film eines Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilms auf dem α-Al2O3 Substrat in einem Zustand gebildet wird, in dem das α-Al2O3 Substrat, das durch die Substrathalteeinrichtung gehalten wird, in einer vorbestimmten Entfernung d2 von einer zu dem Substrat zeigenden Oberfläche des Heizers entfernt gehalten wird, wobei 0,5 mm ≤ d2 ≤ 5 mm.
  3. Epitaxialfilmbildungsverfahren nach Anspruch 2, das umfasst: einen Substrattransportschritt des Transportierens des α-Al2O3 Substrats und des Veranlassens, dass die Substrathalteeinrichtung das α-Al2O3 Substrat in solch einer Weise hält, dass das α-Al2O3 Substrat von der zu dem Substrat zeigenden Oberfläche des Heizers in der vorbestimmten Entfernung d2 entfernt gehalten wird; einen Substraterwärmungsschritt des Erwärmens des α-Al2O3 Substrats, das durch die Substrathalteeinrichtung in dem Substrattransportschritt gehalten wurde, auf die vorbestimmte Temperatur mittels des Heizers; und einen Filmbildungsschritt des Bildens des epitaxialen Films eines Gruppe III Nitrid Halbleiterdünnfilms auf dem α-Al2O3 Substrat, das in dem Substraterwärmungsschritt aufgewärmt wurde.
  4. Epitaxialfilmbildungsverfahren nach Anspruch 2, wobei die Substrathalteeinrichtung das α-Al2O3 Substrat in einem Zustand hält, in dem die Substrathalteeinrichtung mit einer Oberfläche des α-Al2O3 Substrats auf einer unteren Seite in einer Richtung der Schwerkraft in Kontakt steht.
  5. Epitaxialer Dünnfilm aus einem Gruppe III Nitrid, der durch das Epitaxialfilmbildungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellt ist.
  6. Verwendung eines epitaxialen Dünnfilms nach Anspruch 5 zur Herstellung eines halbleitertechnischen Licht emittierenden Elements.
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