DE112012003278T5 - Filme von Nitriden von Gruppe-13-Elementen und geschichteter Körper, der dieselben beinhaltet - Google Patents

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Abstract

Ein Film 3 eines Nitrids eines Gruppe-13-Elements ist auf einem Impfkristallsubstrat 11 durch einen Flussmittelprozess von einer Schmelze, die ein Flussmittel und ein Gruppe-13-Element enthält, unter Stickstoff-enthaltender Atmosphäre gewachsen. Der Film 3 eines Nitrids eines Gruppe-13-Elements beinhaltet eine Einschluss-verteilte Schicht 3a in einem Bereich, der durch 50 μm oder weniger von einer Grenzfläche des Films eines Nitrids eines Gruppe-13-Elements auf der Seite des Impfkristallsubstrats 11 beabstandet ist und Einschlüsse enthält, die von Komponenten der Schmelze abstammen, und eine auf der Schicht 3a bereitgestellte Einschluss-verminderte Schicht 3b, in der der Einschluss vermindert ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Film eines Nitrids eines Gruppe-13-Elements und auf einen geschichteten Körper, der denselben beinhaltet. Der Film eines Nitrids eines Gruppe-13-Elements und ein geschichteter Körper können für eine weiße LED mit verbessertem Farbwiedergabeindex, eine blau-violette Laserdisk für hochgeschwindigkeits- und hochdichte optische Speicher, ein Leistungsgerät für einen Inverter für ein Hybridfahrzeug oder dergleichen verwendet werden.
  • HINTERGRUND
  • Es wurde kürzlich und intensiv studiert, dass ein Nitrid eines Gruppe-13-Elements, wie ein Galliumnitrid, verwendet wird, um eine Halbleitervorrichtung herzustellen, wie etwa einen Blue Ray Laser, White Ray Laser, Blue-Violet Ray Halbleiterlaser und dergleichen, und dass die Vorrichtung für verschiedene Arten von elektronischen Anwendungen angewandt wird.
  • Solche herkömmlichen Galliumnitrid-basierten Halbleitervorrichtungen wurden hauptsächlich durch Gasphasenprozesse hergestellt. Spezifisch wurde sie hergestellt durch Wachsenlassen eines Dünnfilms von Galliumnitrid durch heteroepitaxiales Wachstum auf einem Saphir- oder Siliziumkarbidsubstrat durch organische Metallgasphasenabscheidung (MOCVD) oder dergleichen. In diesem Fall sind das Substrat und der Dünnfilm von Galliumnitrid in dem Wärmeausdehnungskoeffizient und der Gitterkonstante unterschiedlich zueinander, so dass Versetzungen (eine Art von Gitterdefekt des Kristalls) in hoher Dichte in dem gewachsenen Galliumnitrid erzeugt werden. Es war daher schwierig, Galliumnitrid mit einer niedrigen Versetzungsdichte und hoher Qualität gemäß dem Gasphasenprozess zu erhalten.
  • Daher wird gemäß der japanischen Patentpublikation Nr. 2002-217116 A eine Unterschicht eines GaN-Einkristalls oder dergleichen auf einem Impfkristallsubstrat durch Gasphasenprozess gebildet und eine Überschicht von GaN oder dergleichen wird dann wieder auf der Unterschicht gebildet. Es wird ein Bereich von Leerstellen oder Indiumausfällungen entlang einer Grenzfläche der Unter- und Oberschichten erzeugt, so dass versucht wird, die Versetzungen von der Unterschicht zu der Oberschicht zu reduzieren.
  • Andererseits wurden zusätzlich zu dem Gasphasenprozess Flüssigphasenprozesse entwickelt. Das sogenannte Flussmittelverfahren ist einer der Flüssigphasenprozesse. In dem Fall von Galliumnitrid wird Natriummetall als ein Flussmittel verwendet, so dass es möglich ist, die Temperatur, die zum Kristallwachstum von Galliumnitrid benötigt wird, auf ungefähr 800°C und den Druck auf mehrere MPa zu erniedrigen. Spezifisch wird Stickstoffgas in die gemischte Schmelze des Natriummetalls und Galliummetalls gelöst, so dass Galliumnitrid kristallisiert und in der Schmelze in einem übersättigten Zustand wächst. Gemäß solch einer Art von Flüssigphasenprozess können die Versetzungen verglichen mit dem Gasphasenprozess reduziert werden, so dass es möglich ist, Galliumnitrid mit einer niedrigen Versetzungsdichte und hoher Qualität zu erhalten.
  • Solch ein Flussmittelprozess wurde auch extensiv erforscht und entwickelt. Zum Beispiel ist gemäß der japanischen Patentpublikation Nr. 2005-263622 A die Geschwindigkeit des Kristallwachstums von Galliumnitrid in der Richtung der Dicke (Richtung von C-Achse) so niedrig wie ungefähr 10 μm/h und es gibt eine Tendenz, dass eine uneinheitliche Keimbildung entlang der Flüssig-Dampfgrenzfläche der Schmelze im herkömmlichen Flussmittelverfahren auftritt. Es wird daher ein Verfahren zum Herstellen von Galliumnitrid zum Überwinden solcher Probleme offenbart.
  • Der Anmelder hat die japanischen Patentpublikation Nr. 2010-168236 A eingereicht und die Korrelation zwischen der Stärke des Rührens und der Erzeugung von Einschlüssen beschrieben. Gemäß dem Patentdokument wurde offenbart, die Wachstumsrate in einem bevorzugten Bereich zu steuern und die Geschwindigkeit und die Invasionsbedingung der Rotation eines Schmelztiegels zu steuern, um einen Kristall wachsen zu lassen, der frei von den Einschlüssen ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfinder haben in einem Nitrideinkristall, der durch einen Flussmittelprozess auf einem Impfkristall hergestellt ist, ein Verfahren zum Verhindern von Einschlüssen darin und zum weiteren Verbessern der Qualität des Nitrideinkristalls, das in der japanischen Patentpublikation Nr. 2010-168 236 A offenbart ist, studiert. Im Hinblick auf die Qualität des Nitrideinkristalls ist es sehr wichtig, die Defektdichte weiter zu reduzieren, um die Lichtausbeute oder dergleichen zu verbessern. Allerdings gab es im Hinblick darauf eine technische Grenze und daher war ein Durchbruch notwendig.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in einem Nitrideinkristall, der auf einem Impfkristall durch ein Flussmittelverfahren gebildet ist, die Oberflächendefektdichte weiter zu reduzieren.
  • Die vorliegende Erfindung stellt einen Film eines Nitrids eines Gruppe-13-Elements bereit, der auf einem Impfkristallsubstrat durch einen Flussmittelprozess von einer Schmelze, die ein Flussmittel und ein Gruppe-13-Element enthält, unter Stickstoff-enthaltender Atmosphäre gewachsen ist. Der Film beinhaltet eine Einschluss-verteilte Schicht in einem Bereich, der durch 50 μm oder weniger von einer Grenzfläche des Film eines Nitrids eines Gruppe-13-Elements auf der Seite des Impfkristallsubstrats beabstandet ist und Einschlüsse beinhaltet, die von Komponenten der Schmelze abstammen, und eine auf der Einschluss-verteilten Schicht gebildete Einschluss-verminderte Schicht, in der die Einschlüsse vermindert sind.
  • Die vorliegende Erfindung stellt fernern einen Film eines Nitrids eines Gruppe-13-Elements bereit, der erhalten ist durch Entfernen der Einschluss-verteilten Schicht von dem obigen Film eines Nitrids eines Gruppe-13-Elements.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ferner einen geschichteten Körper bereit, der ein Substrat eines Einkristalls, einen Impfkristallfilm, der auf dem Substrat gebildet ist, und den Film eines Einkristalls eines Nitrids eines Gruppe-13-Elements, der auf dem Impfkristallfilm gebildet ist, aufweist.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ferner einen geschichteten Körper bereit, der einen Impfkristallfilm und den Film eines Einkristalls eines Nitrids eines Gruppe-13-Elements, der auf dem Impfkristallfilm gebildet ist, beinhaltet.
  • „Einkristall”, auf das in der vorliegenden Beschreibung Bezug genommen wird, ist wie folgt definiert. Obwohl „Einkristall” typische Einkristalle beinhaltet, wo Atome durchweg durch den ganzen Kristall regulär angeordnet sind, ist „Einkristall” nicht auf solche typischen beschränkt und beinhaltet solche, auf die die Industrie generell Bezug nimmt. Das heißt, „Einkristall” kann einen gewissen Grad an Defekten beinhalten oder kann eine innere Spannung enthalten, oder kann Verunreinigungen in der Kristallstruktur enthalten und beinhaltet jegliches Einkristall, welches von Polykristallen (Keramiken) unterschieden werden kann.
  • In der Studie zum Bilden eines Nitrideinkristalls auf einem Impfkristallsubstrat durch Flussmittelverfahren versuchten die Erfinder nicht nur die Einschlüsse zu reduzieren, sondern eine geeignete Menge an Einschlüssen in einem Bereich in der Nähe der Grenzfläche des Nitrideinkristalls und des Impfkristalls zu belassen. Es wurde nachgewiesen, dass die Defektdichte des Nitrideinkristalls verglichen mit dem Fall des Nitrideinkristalls mit sehr wenigen Einschlüssen weiter reduziert werden kann, und so wurde die vorliegende Erfindung vervollständigt.
  • Das heißt, indem man einen Nitrideinkristall, der Einschlüsse mit einer Größe von mehreren Mikrons oder so ähnlich beinhaltet, nur in einem Bereich mit einer Dicke von 50 μm während eines initialen Zustands des Kristallwachstums durch das Flussmittelverfahren wachsen lässt, ist es möglich, die Versetzungen des Kristalls erheblich zu reduzieren und dadurch bevorzugte Eigenschaften für verschiedene Vorrichtungen bereitzustellen. Diese Entdeckung wurde entgegen dem herkömmlichen Wissen eines Fachmanns zum Wachstum eines Nitrideinkristalls durch das Flussmittelverfahren gemacht.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1(a) ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Impfkristallsubstrat 11 zeigt, und 1(b) ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Nitrideinkristall 3 zeigt, das auf dem Impfkristallsubstrat 2 durch ein Flussmittelverfahren gebildet ist.
  • 2(a) und 2(b) sind Diagramme, die schematisch einen Bereich des Nitrideinkristalls 3 in der Nähe des Impfkristallfilms zeigen.
  • 3(a) ist ein Diagramm, das schematisch einen geschichteten Körper zeigt, 3(b) ist ein Diagramm, das schematisch einen Film 3 eines Nitrideinkristalls eines Gruppe-13-Elements zeigt, und 3(c) ist ein Diagramm, das schematisch einen Nitrideinkristall 9A zeigt, der durch Entfernen einer Einschluss-verteilten Schicht erhalten ist.
  • 4 ist ein Diagramm, das schematisch ein System zeigt, das zum Herstellen des erfinderischen Nitrideinkristalls verwendbar ist.
  • 5 ist ein Diagramm, das schematisch einen Behälter zeigt, der zum Herstellen des erfinderischen Nitrideinkristalls verwendbar ist.
  • 6 ist ein mikroskopisches Foto eines in Beispiel 1 erhaltenen Nitrideinkristalls.
  • 7 ist ein mikroskopisches Foto eines in Beispiel 2 erhaltenen Nitrideinkristalls.
  • 8 ist ein mikroskopisches Foto eines in Beispiel 3 erhaltenen Nitrideinkristalls.
  • 9 ist ein mikroskopisches Foto eines in Beispiel 4 erhaltenen Nitrideinkristalls.
  • 10 ist ein mikroskopisches Foto eines in Beispiel 5 erhaltenen Nitrideinkristalls.
  • 11 ist ein mikroskopisches Foto eines in Vergleichsbeispiel 1 erhaltenen Nitrideinkristalls.
  • 12 ist ein mikroskopisches Foto eines in Vergleichsbeispiel 2 erhaltenen Nitrideinkristalls.
  • 13 ist ein mikroskopisches Foto eines in Vergleichsbeispiel 3 erhaltenen Nitrideinkristalls.
  • 14 ist ein Bild, das erhalten ist durch Binarisierung des mikroskopischen Fotos, das in dem Beispiel 1 erhalten ist.
  • 15 ist ein Bild, das erhalten ist durch Binarisierung des mikroskopischen Fotos, das in dem Beispiel 2 erhalten ist.
  • 16 ist ein Bild, das erhalten ist durch Binarisierung des mikroskopischen Fotos, das in dem Beispiel 3 erhalten ist.
  • 17 ist ein Bild, das erhalten ist durch Binarisierung des mikroskopischen Fotos, das in dem Beispiel 4 erhalten ist.
  • 18 ist ein Bild, das erhalten ist durch Binarisierung des mikroskopischen Fotos, das in dem Beispiel 5 erhalten ist.
  • 19 ist ein Bild, das erhalten ist durch Binarisierung des mikroskopischen Fotos, das in dem Vergleichsbeispiel 1 erhalten ist.
  • 20 ist ein Bild, das erhalten ist durch Binarisierung des mikroskopischen Fotos, das in dem Vergleichsbeispiel 2 erhalten ist.
  • 21 ist ein Bild, das erhalten ist durch Binarisierung des mikroskopischen Fotos, das in dem Vergleichsbeispiel 3 erhalten ist.
  • 22 ist ein Graph, der eine Beziehung einer Dicke und eines Verzugs eines Galliumnitridfilms gemäß eines Vergleichsbeispiels zeigt.
  • 23 ist ein Graph, der eine Beziehung einer Dicke und einer Verzugverminderungsrate einer Einschluss-verteilten Schicht zeigt.
  • AUSFÜHRUNGSFORMEN ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
  • (Anwendungen)
  • Der Film des Nitrideinkristalls und der geschichtete Körper der vorliegenden Erfindung können in technischen Gebieten verwendet werden, die hohe Qualität benötigen, beinhaltend eine weiße LED mit verbessertem Farbwiedergabeindex, erwartet als eine post-fluoreszente Lampe, eine Blue-Violet Laserdisk für hochgeschwindigkeits- und hochdichte optische Speicher, LED und Laser für Lichtquellen von reinem Blue Ray und reinem Green Ray, und eine Leistungseinrichtung für einen Inverter für ein Hybridfahrzeug oder dergleichen.
  • (Impfkristallsubstrat)
  • Zunächst zeigt 1(a) ein Impfkristallsubstrat 11. Ein Impfkristallfilm 2 ist auf einer oberen Fläche 1a eines Einkristallsubstrats 1 gebildet. 1b stellt eine rückseitige Fläche dar. Eine Pufferschicht kann zwischen dem Substrat 11 und dem Impfkristallfilm 2 bereitgestellt sein. Ferner kann das Impfkristallsubstrat eine dünne Platte zusammengesetzt aus einem Impfkristall sein.
  • Obwohl die Materialien für das Einkristallsubstrat für das Impfkristallsubstrat nicht beschränkt sind, beinhalten sie Saphir, AlN-Templat, GaN-Templat, freistehendes GaN-Substrat, Siliziumeinkristall, SiC-Einkristall, MgO-Einkristall, Spinell (MgAl2O4) und Perovskitkompositoxid, wie etwa LiAlO2, LiGaO2, LaAlO3, LaGaO3 oder NdGaO3 und SCAM (ScAlMgO4). Ein kubisches Perovskitkompositoxid, dargestellt durch die Zusammensetzungsformel [A1-y(Sr1-xBax)y] [(Al1-zGaz)1-u·Du]O3 (wobei A ein Seltenerdeelement ist; D ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Niob und Tantal ist; y = 0,3 bis 0,98; x = 0 bis 1; z = 0 bis 1; u = 0,15 bis 0,49; und x + z = 0,1 bis 2), ist auch verwendbar.
  • Ein Material, das den Impfkristallfilm bildet, kann bevorzugt ein Nitrid eines Gruppe-13-Elements sein, beinhaltend Bornitrid (BN), Aluminiumnitrid (AlN), Galliumnitrid (GaN), Indiumnitrid (InN), Thalliumnitrid (TlN) und die gemischten Kristalle davon (AlGaN, AlGaInN oder dergleichen).
  • Ferner beinhaltet das Material in dem Fall, dass das Einkristallsubstrat aus einer Platte eines Nitrids eines Gruppe-13-Elements zusammengesetzt ist, Bornitrid (BN), Aluminiumnitrid (AlN), Galliumnitrid (GaN), Indiumnitrid (InN), Thalliumnitrid (TlN) und die gemischten Kristalle davon (AlGaN, AlGaInN oder dergleichen).
  • Die Pufferschicht und der Impfkristallfilm können bevorzugt durch Gasphasenprozess gebildet werden, beinhaltend metallorganische Gasphasenabschneidung (MOCVD), Hydridgasphasenepitaxie (HVPE), pulsangeregte Abscheidung (PXD), MBE und Sublimationsprozesse. Metallorganische Gasphasenabscheidung ist besonders bevorzugt.
  • (Charakteristiken von einem Nitridfilm)
  • Als Nächstes wird, wie in 1(b) gezeigt, ein Nitridfilm 3 auf dem Impfkristallsubstrat durch einen Flussmittelprozess gebildet. Hierbei wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Einschluss-verteilte Schicht 3a innerhalb eines Bereichs gebildet, der 50 μm oder weniger von einer Grenzfläche des Impfkristallsubstrats und dem Nitridfilm beabstandet ist, und eine Einschlussverminderte Schicht 3b wird darauf gebildet. Im Übrigen stellt „T” eine Dicke des Nitridfilms 3 dar und „t” stellt eine Dicke der Einschluss-verteilten Schicht dar, welche 50 μm oder weniger ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Einschluss-verteilte Schicht 3a in einem Bereich bereitgestellt, die durch 50 μm oder weniger von der Grenzfläche 11a des Films vom Nitrid eines Gruppe-13-Elements auf der Seite des Impfkristallsubstrats beabstandet ist. 5 stellt die Einschlüsse dar. „Einschluss”, auf das hier Bezug genommen wird, bedeutet eine heterogene Phase, die in dem Nitridfilm beinhaltet ist und aus einem Material zusammengesetzt ist, das von den Komponenten, die in einer Schmelze enthalten sind, abstammt. Die Komponenten, die in der Schmelze enthalten sind, bedeuten Flussmittel (Alkalimetalle wie etwa Natrium), das Gruppe-13-Element als ein Rohmaterial des Nitrids und die anderen Additive. Gruppe-13-Element bedeutet Gruppe-13-Element gemäß des Periodensystems bestimmt durch IUPAC. Das Gruppe-13-Element ist spezifisch Gallium, Aluminium, Indium, Thallium oder dergleichen. Ferner beinhalten die Additive Kohlenstoff, Metalle mit niedrigen Schmelzpunkten (Zinn, Bismut, Silber, Gold) und Metalle mit hohen Schmelzpunkten (Eisen, Mangan, Titan, Chrom und die anderen Übergangsmetalle). Die Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt können zum Verhindern der Oxidation von Natrium zugegeben werden, und Metalle mit hohem Schmelzpunkt können von einem Behälter zum Enthalten eines Schmelztiegels, einem Heizer für einen Wachstumsofen oder dergleichen enthalten sein.
  • Das Material, das den Einschluss bildet, ist typischerweise eine Legierung des Flussmittels und des Gruppe-13-Element-Metalls, eine Mischung des reinen Metalls und einer Legierung, oder Kohlenstoff, oder Aggregate oder polykristallines Material von feinen Kristallen des Nitrids vom Gruppe-13-Element.
  • Die Einschluss-verteilte Schicht und die Einschluss-verminderte Schicht werden wie folgt gemessen.
  • Das heißt, in der Einschluss-verteilten Schicht sind die Einschlüsse verteilt und können mittels eines Transmissions-Typ optischen Mikroskops beobachtet werden. Spezifisch kann die Verteilung der Einschlüsse beobachtet werden durch das optische Mikroskop in einem Bildwinkel einer Höhe von 50 μm von der Grenzfläche und einer Breite von 100 μm bei einer Vergrößerung von 200.
  • In der Einschluss-verteilten Schicht sind die Einschlüsse grundsätzlich in der Richtung parallel mit der Grenzfläche bereitgestellt. Hier können die Einschlüsse in der Richtung parallel mit der Grenzfläche angeordnet sein, um eine geordnete Schicht zu bilden, oder können statistisch verteilt sein.
  • Ferner kann der ganze Bereich, der durch 50 μm oder weniger von der Grenzfläche beabstandet ist, als Einschluss-verteilte Schicht gemacht werden. Alternativ kann ein Teil des Bereichs, der durch 50 μm oder weniger von der Grenzfläche beabstandet ist, als die Einschluss-verteilte Schicht gemacht werden und der Rest kann frei von Einschlüssen sein. Mit anderen Worten ist es nicht notwendig, dass die Einschlüsse über den gesamten Bereich verteilt sind, der durch 50 μm oder weniger von der Grenzfläche beabstandet ist.
  • Spezifisch werden die Einschlüsse für jeden von fünf Schichten mit jeweils einer Dicke von 10 μm und angeordnet von der Grenzfläche in der Richtung der Dicke des Films beobachtet. Dann wird in jeder der fünf Schichten beobachtet, ob die Einschlüsse verteilt sind oder nicht. Mehr bevorzugt kann ein Verhältnis von einer Fläche der Einschlüsse in zumindest einer der Schichten bevorzugt 1 Prozent oder höher und stärker bevorzugt 2 Prozent oder höher sein. Obwohl die Obergrenze nicht besonders beschränkt ist, gibt es eine Tendenz, dass sich die Kristallinität verschlechtert, wenn die Einschlüsse zu viel werden. Im Hinblick darauf kann das Verhältnis der Fläche der Einschlüsse bevorzugt 10 Prozent oder niedriger sein, stärker bevorzugt 7 Prozent oder niedriger, und am meisten bevorzugt 5 Prozent oder niedriger.
  • Ferner ist in dem gesamten Bereich, der durch 50 μm oder weniger von der Grenzfläche beabstandet ist, das Verhältnis der Fläche der Einschlüsse bevorzugt 1 Prozent oder mehr, und stärker bevorzugt 2 Prozent oder mehr. Obwohl die Obergrenze nicht besonders beschränkt ist, gibt es eine Tendenz, dass sich die Kristallinität verschlechtert, wenn die Einschlüsse zu viele werden. Im Hinblick darauf ist das Verhältnis der Fläche der Einschlüsse bevorzugt 10 Prozent oder weniger, stärker bevorzugt 7 Prozent oder weniger, und am meisten bevorzugt 5 Prozent oder weniger.
  • Hierbei wird das Verhältnis der Fläche der Einschlüsse in der Einschluss-verteilten Schicht wie folgt berechnet. Das heißt, wie in 2 und 6 bis 13 gezeigt, werden der Impfkristall- und Nitridfilm darauf entlang des Querschnitts ausgeschnitten und der Querschnitt wird unter Verwendung einer Diamantaufschwämmung einer Korngröße von ungefähr 1 μm poliert. Ein Bild des Querschnitts wird dann durch ein Transmissions-Typ optisches Mikroskop bei einer Vergrößerung von 200 aufgenommen und das so erhaltene Bild wird einer Binarisierung unterzogen. Die Binarisierung wird durch „Image pro plus”, bereitgestellt durch Media Cybertics Corportion in den Vereinigten Staaten, ausgeführt.
  • Hier wird spezifisch ein Verfahren der Binarisierung beschrieben. Zunächst wird das Bild, das durch ein Transmissions-Typ optisches Mikroskop aufgenommen wurde, in einem PC in nicht komprimierter Form (TIFF-Format) gespeichert. Ein komprimiertes Format (jpeg) ist nicht bevorzugt, da sich das Bild verschlechtert. Ferner ist es bevorzugt, dass das Bild mit einer hohen Pixelanzahl von einem Megapixel oder höher gespeichert wird. Das Bild wird dann basierend auf einer 8 Bit Grauskalierung konvertiert. Das heißt, jeder Pixel des Bildes wird in Abstufungen von 0 bis 255 kategorisiert. Die Abstufung der Peakintensität wird durch eine Intensitätsverteilungsfunktion einer Software ausgelesen („Display range” wird in der obigen Software ausgewählt). Dies wird als „Xpeak” benannt. Ferner wird ein Wert der Abstufung verteilt bei 99,9 Prozent von dem oberen Ende der Abstufungsverteilung ausgelesen. Dieser Wert wird als „X99,9” benannt. Dann wird ein Schwellwert für die Binarisierung festgelegt. Die Abstufungen werden in zwei Kategorien geteilt, so dass weiß für die Abstufungen unter dem Schwellwert zugeordnet wird, und schwarz für solche über dem Schwellwert zugeordnet wird. Der Schwellwert wird basierend auf Xpeak × 2 – X99,9 berechnet. Die schwarzen Teile des binarisierten Bildes entsprechen den Einschlüssen. Dann wird für einen Zielbereich die Fläche der Einschlüsse durch die Gesamtfläche der Einschluss-verteilten Schicht geteilt, um das Verhältnis der Fläche in der Einschluss-verteilten Schicht zu erhalten.
  • Zum Beispiel sind gemäß einem Beispiel von 2(a) Einschlüsse 5 in der Nähe der Grenzfläche 11a angeordnet. Gemäß einem Beispiel von 2(b) sind die Einschlüsse 5 in einer Schicht, die von der Grenzfläche 11a beabstandet ist, angeordnet. In beiden Fällen wird für jede der Schichten, die jeweils eine Dicke von 10 μm angeordnet von der Grenzfläche aufweisen, die Fläche als ein Nenner zugeordnet, und die Fläche der Einschlüsse, die in der Schicht enthalten sind, als ein Zähler zugeordnet.
  • Die Einschluss-verminderte Schicht bedeutet, dass die Verteilung der Einschlüsse nicht beobachtet wird, vorausgesetzt, dass sie mit einem optischen Mikroskop bei einer Vergrößerung von 200 für einen Bildwinkel von einer Höhe von 50 μm × Breite von 100 μm untersucht wird. Allerdings ist es zulässig, dass in der Einschluss-verminderten Schicht eine geringe Anzahl von unvermeidbaren Einschlüssen ausgefällt sein können. Spezifisch kann das Verhältnis der Fläche der Einschlüsse bevorzugt niedriger als 1 Prozent und stärker bevorzugt 0,5 Prozent oder niedriger sein, und am meisten bevorzugt werden die Einschlüsse im Wesentlichen nicht beobachtet. Ferner ist bevorzugt ein Bereich von der Oberfläche des Films zu der Position, die von der Grenzfläche durch 50 μm beabstandet ist, durch die Einschluss-verminderte Schicht besetzt.
  • Ferner ist in der Einschluss-verteilten Schicht die Fläche von jeder der Einschlüsse bevorzugt gering, stärker bevorzugt 60 μm2 oder weniger und am meisten bevorzugt 20 μm2 oder weniger. Allerdings ist es zulässig, dass ein Einschluss mit einer Fläche größer als 60 μm2 durch Abweichung der Produktion ausgefällt wird. Selbst in solch einem Fall ist eine Anzahl von Einschlüssen, deren Fläche 60 μm2 übersteigt, bevorzugt 2 oder kleiner und stärker bevorzugt 1 oder kleiner, in einem Untersuchungsfeld von 50 μm × 100 μm.
  • Obwohl die Dicke „T des Films vom Nitrid vom Gruppe-13-Element nicht beschränkt ist, ist die Dicke bevorzugt 50 μm oder größer und stärker bevorzugt 100 μm oder größer. Obwohl die Obergrenze von „T” nicht besonders definiert ist, kann „T” im Hinblick auf die Produktion 5 mm oder geringer gemacht werden.
  • (Herstellung des erfinderischen Nitridfilms)
  • Ein geschichteter Körper 7, der in 1(b) und 2 gezeigt ist, kann als ein Bauteil für eine Vorrichtung an sich benutzt werden. Allerdings kann abhängig von den Anwendungen als ein geschichteter Körper 8, der in 3(a) gezeigt ist, nur das Einkristallsubstrat 1 durch Abschleifen oder dergleichen entfernt werden. Alternativ kann, wie in 3(b) gezeigt, der Impfkristallfilm 2 ferner entfernt werden, um nur den Nitridfilm 3 zurückzulassen, welcher als ein Substrat 9 für eine Vorrichtung verwendet werden kann. Ferner wird, wie in 3(c) gezeigt, die Einschluss-verteilte Schicht 3a von dem Nitridfilm 3 entfernt, um ein Substrat 9A zusammengesetzt aus nur aus der Einschluss-verminderten Schicht zum Herstellen einer Vorrichtung bereitzustellen.
  • Zum Benutzen des Films vom Nitrid vom Gruppe-13-Element und des geschichteten Körpers für weiße LED mit verbessertem Farbwiedergabeindex, einen Blue-Violet Laser für hochgeschwindigkeits- und hochdichte optische Speicher, LED und Laser für Lichtquellen von reinem Blue Ray und reinem Green Ray und ein Leistungsgerät für einen Inverter für ein Hybridfahrzeug oder dergleichen, ist es notwendig, eine Oberfläche des so gebildeten Films vom Nitrid vom Gruppe-13-Element zu polieren. In diesem Fall ist es, wenn der Verzug des Films vom Nitrid vom Gruppe-13-Element gering ist, möglich, die Adhäsion des Films auf eine Polieroberflächenplatte zu erleichtern und dadurch eine Menge von benötigtem Polieren zu reduzieren. Ferner kann für den Fall, dass eine funktionale Schicht auf dem Film vom Nitrid vom Gruppe-13-Element durch einen Gasphasenprozess oder dergleichen gebildet wird, die Qualität der funktionalen Schicht verbessert werden.
  • Hierbei ist es effektiv den Verzug des Films durch Bereitstellen der Einschluss-verteilten Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung zu verringern. Dieser Effekt ist besonders erheblich, wenn die Dicke der Einschluss-verminderten Schicht 20 bis 0,1 ist, vorausgesetzt, dass der Dicke der Einschluss-verteilten Schicht 1 zugeordnet wird.
  • Das heißt, wenn die Dicke der Einschluss-verminderten Schicht 20 oder niedriger ist, vorausgesetzt, dass der Dicke der Einschluss-verteilten Schicht 1 zugeordnet wird, ist der Effekt zum Verringern des Verzugs erheblich. Im Hinblick darauf ist die Dicke der Einschluss-verminderten Schicht bevorzugt 10 oder niedriger.
  • Ferner kann, wenn die Dicke der Einschluss-verminderten Schicht 0,1 oder mehr ist, vorausgesetzt, dass der Dicke der Einschluss-verteilten Schicht 1 zugeordnet wird, die Qualität der funktionalen Schicht, die auf dem Film vom Nitrid vom Gruppe-13-Element gebildet wird, verbessert werden. Im Hinblick darauf ist die Dicke der Einschluss-verminderten Schicht stärker bevorzugt 0,5 oder mehr.
  • Der Verzug des erfinderischen Films nach dem Wachstum kann im Hinblick auf das Erleichtern der Befestigung der Substrate an eine Polierplatte für den Polierprozess bevorzugt 200 μm oder weniger und stärker bevorzugt 150 μm oder weniger betragen.
  • (System und Bedingungen zur Herstellung)
  • 4 und 5 zeigt eine Konstruktion für ein System, das zum Herstellen des erfinderischen Nitridfilms verwendbar ist.
  • Ein System 10 zum Herstellen eines Kristalls beinhaltet einen Druckbehälter 12, der Funktionalitäten zum Vakuumsaugen und Zuführen von unter Druck befindlichem Stickstoffgas, einen rotierbaren Tisch 30, der in den Druckbehälter 12 gesetzt ist, und einen Außenbehälter 42, der an dem rotierbaren Tisch 30 befestigt ist, aufweist.
  • Der Druckbehälter 12 ist in einer zylindrischen Form mit unteren und oberen Scheiben gebildet und definiert einen Heizraum 16, der durch eine Heizabdeckung 14 umgeben ist. Eine Temperatur in dem Heizraum 16 kann gesteuert werden mit einem oberen Heizer 18a, einem mittleren Heizer 18b und einem unteren Heizer 18c, die vertikal an einer Seitenfläche der Heizabdeckung 14 angeordnet sind, wie auch einen Bodenheizer 18d, der an einer Bodenfläche der Heizabdeckung 14 positioniert ist. Die Isolationseigenschaft des Heizraums 16 ist durch einen Wärmeisolator 20, der die Heizabdeckung 14 umgibt und bedeckt, verbessert. Ferner sind eine Stickstoffgasleitung 24 von einer Stickstoffgasbombe 22 und eine Vakuumsaugleitung 28 von einer Vakuumpumpe 26 zu dem Druckbehälter 12 verbunden. Die Stickstoffgasleitung 24 dringt durch den Druckbehälter 12, den Wärmeisolator 20 und die Wärmeabdeckung 14 und ist zu dem Inneren des Heizraums 16 hin geöffnet. Die Stickstoffgasleitung 24 ist verzweigt in eine Zwischenleitung, so dass die Leitung zu einem Raum zwischen dem Druckbehälter 12 und dem Wärmeisolator 20 hin geöffnet ist. Obwohl die Wärmeabdeckung 14 nicht vollständig versiegelt ist, wird Stickstoffgas sowohl zur Außenseite als auch Innenseite der Wärmeabdeckung 14 zugeführt, um einen großen Unterschied von Drücken außerhalb und innerhalb der Wärmeabdeckung 14 zu verhindern. Die verzweigte Zwischenleitung der Stickstoffgasleitung 24, die mit dem Inneren des Heizraums 16 kommuniziert, ist mit einem Massenströmungsregler 25 mit einer Funktion zum Einstellen einer Strömungsrate ausgestattet. Die Vakuumsaugleitung 28 dringt durch den Druckbehälter 12 und ist zu einem Raum zwischen dem Druckbehälter 12 und dem Wärmeisolator 20 hin geöffnet. Wenn die Außenseite der Wärmeabdeckung 14 in einen Vakuumzustand gebracht wird, wird der Heizraum 16, der dazu mit der Stickstoffgasleitung 24 kommuniziert, auch in einen Vakuumzustand versetzt.
  • Der rotierbare Tisch 30 ist in zylindrischer Form gebildet und in einem unteren Teil des Heizraums 16 positioniert. Eine rotierbare Achse 34 mit einem inneren Magneten 32 ist an eine untere Fläche des rotierbaren Tisches 30 angebracht. Die rotierbare Achse 34 dringt durch die Wärmeabdeckung 14 und den Wärmeisolator 20 und ist in ein zylindrisches Gehäuse 36 eingefügt, das mit der unteren Fläche des Druckbehälters 12 integriert ist. Ein zylindrischer äußerer Magnet 38 ist an einem Außenbereich des Gehäuses 36 so positioniert, dass der Magnet mittels eines nicht gezeigten Motors rotierbar ist. Der äußere Magnet 38 ist einem inneren Magneten 32 der rotierbaren Achse 34 durch das Gehäuse 36 gegenübergesetzt. Konsequenterweise wird, wenn der äußere Magnet 38 rotiert, die rotierbare Achse 34 mit dem inneren Magneten 32 rotiert, so dass der rotierbare Tisch 30 dadurch rotiert. Ferner wird, wenn der äußere Magnet 38 vertikal bewegt wird, die rotierbare Achse 34 mit dem inneren Magneten 32 vertikal bewegt, so dass der rotierbare Tisch 30 vertikal bewegt wird.
  • Ein Außenbehälter 42 beinhaltet einen Außenbehälterhauptkörper 44 mit einer Form eines Zylinders mit einer Bodenplatte und ist aus Metall hergestellt, und einen Außenbehälterdeckel 46, der aus einem Metall hergestellt ist und zum Schließen einer oberen Öffnung des Hauptkörpers 44 ist. Eine Stickstoffgaseinführleitung 48 ist an den Außenbehälterdeckel 46 von einer Mitte seiner Bodenfläche in einem geneigten Winkel nach oben angebracht. Die Stickstoffeinführleitung 28 ist so designed, dass sie nicht mit der Stickstoffgasleitung 24 kollidiert, selbst wenn der Außenbehälter 42 rotiert wird, und ist zu der Stickstoffgasleitung 24 durch einen minimalen Abstand angenähert, wenn der rotierbare Tisch 30 rotiert. Spezifisch ist der minimale Abstand der Stickstoffeinführleitung 48 und der Stickstoffleitung 24 so designed, dass er mehrere mm bis mehrere zehn cm beträgt. Der Innenbehälter 16 von 5 ist im Inneren des Außenbehälterhauptkörpers 44 befestigt.
  • Das heißt, gemäß dem Beispiel von 5 sind zwei Schichten der Innenbehälter 16 laminiert. Jeder der Innenbehälter 16 beinhaltet einen Hauptkörper 16a und einen Deckel 16b. Eine vorbestimmte Anzahl, zum Beispiel zwei, Schmelztiegel 14 sind enthalten und in einem Innenraum des Behälters 16 laminiert. Jeder der Schmelztiegel 14 beinhaltet einen Hauptkörper 14a und einen Deckel 14b und Materialien einer Schmelze 13 werden in den Hauptkörper 14a gefüllt.
  • Es wird nun ein Beispiel der Verwendung des so konstituierten Systems 10 zum Herstellen einer Kristallplatte gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Das Herstellungssystem 10 wird zum Herstellen eines Nitrids von Gruppe 3B durch Flussmittelprozess verwendet. Es wird hiernach die Ausführungsform zum Herstellen einer Platte von Galliumnitrid als das Kristall vom Nitrid vom Gruppe-3B-Element beschrieben. In diesem Fall wird ein GaN-Templat als das Impfkristallsubstrat 11 präpariert, Galliummetall wird als das Gruppe-3B-Metall präpariert und Natriummetall wird als das Flussmittel präpariert. Das Impfkristallsubstrat 11 wird in eine gemischte Schmelze, die das Metall Gallium und Metall Natrium in dem Schmelztiegel enthält, eingetaucht. Während der rotierbare Tisch 30 rotiert wird und der Heizraum 16 durch die Heizer 18a bis 18d geheizt wird, wird unter Druck gesetztes Stickstoffgas der gemischte Schmelze zugeführt, so dass Galliumnitridkristall auf dem Impfkristallsubstrat in der gemischten Schmelze wächst. Es ist bevorzugt eine geeignete Menge an Kohlenstoff in die gemischte Schmelze zu geben, um die Bildung von Kristallen durch spontane Keimbildung zu vermeiden. Kristalle durch spontane Keimbildung bedeutet, dass Galliumnitrid an Positionen kristallisiert, die sich von dem Impfkristallsubstrat unterscheiden. Das so gewachsene Galliumnitridkristall in der gemischten Schmelze in dem Schmelztiegel wird abgekühlt und dann gesammelt, durch Zugeben eines organischen Lösungsmittels (zum Beispiel ein niederer Alkohol wie etwa Methanol oder Ethanol) in den Schmelztiegel, um unnötige Materie, wie etwa das Flussmittel, in dem organischen Lösungsmittel zu lösen.
  • In dem Fall, dass Galliumnitridkristall wie oben beschrieben hergestellt wird, wird die Heiztemperatur unter den Siedepunkt der gemischten Schmelze unter der unter Druck gesetzten Stickstoffgas-enthaltenden Atmosphäre eingestellt. Spezifisch wird die Heiztemperatur bevorzugt in einem Bereich von 700 bis 1000°C eingestellt und stärker bevorzugt in einem Bereich von 800 bis 900°C eingestellt. Um die Temperatur in dem Heizraum 16 einheitlich zu gestalten, ist es bevorzugt, die Temperaturen des oberen Heizers 18a, des mittleren Heizers 18b, des unteren Heizers 18c und des Bodenheizers 18d in einer aufsteigenden Weise einzustellen, oder die Temperaturen des oberen Heizers 18a und des mittleren Heizers 18b auf die gleiche Temperatur T1 einzustellen und zur gleichen Zeit die Temperaturen des unteren Heizers 18c und des Bodenheizers 18d bei einer Temperatur T2 einzustellen, die höher als die Temperatur T1 ist. Ferner kann der Druck des unter Druck gesetzten Stickstoffgases bevorzugt 1 bis 7 MPa betragen und stärker bevorzugt 2 bis 6 MPa betragen. Zum Einstellen des Drucks des unter Druck gesetzten Stickstoffgases wird die Vakuumpumpe 26 betrieben, um den Innendruck des Druckbehälters 12 durch die Vakuumsaugleitung 28 in einen Hochvakuumzustand zu versetzen (zum Beispiel 1 Pa oder niedriger, oder 0,1 Pa oder niedriger). Danach wird die Vakuumsaugleitung 28 mittels eines nicht gezeigten Ventils geschlossen und Stickstoffgas wird sowohl in der Innenseite als auch der Außenseite der Heizabdeckung 14 durch die Stickstoffgasleitung 24 von der Stickstoffgasbombe 22 zugeführt. Während des Wachstums des Galliumnitridkristalls wird das Stickstoffgas in der gemischten Schmelze gelöst und konsumiert und der Druck von Stickstoffgas verringert sich, so dass Stickstoffgas in den Heizraum 16 während des Kristallwachstums durch einen Massenströmungsregler 25 eingeführt wird, um die vorbestimmte Strömungsrate beizubehalten. Während des Verfahrens wird die verzweigte Leitung der Stickstoffgasleitung 24, die mit der Außenseite der Heizabdeckung 14 kommuniziert, durch ein nicht gezeigtes Ventil geschlossen. In dem Fall, dass der Druck der unter Druck gesetzten Stickstoffgasatmosphäre sich nicht verringert, ist es nicht notwendig, das Stickstoffgas strömen zu lassen.
  • Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass der Druck der unter Druck gesetzten Atmosphäre in einen Bereich von 1 bis 7 MPa eingestellt wird. Ein Herstellungssystem mit niedrigerem Druckwiderstand kann dadurch verwendet werden, um die Miniaturisierung und Gewichtsverminderung zu realisieren, verglichen mit dem Fall, in dem der Druck bei mehreren hundert MPa eingestellt wird.
  • Hier kann zum Rotieren des Behälters die Rotationsrichtung des Behälters invertiert werden oder unidirektional sein. In dem Fall, dass die Rotation des Behälters unidirektional ist, kann die Rotationsgeschwindigkeit zum Beispiel 10 bis 30 rpm sein. Ferner, in dem Fall, dass die Rotationsrichtung des Behälters invertiert wird, kann die Rotationsgeschwindigkeit zum Beispiel 10 bis 30 rpm sein.
  • Ferner kann zum Erzeugen der Einschluss-verteilten Schicht der vorliegenden Erfindung die Rotation des Behälters bevorzugt gestoppt werden. In diesem Fall kann eine Zeitspanne zum Stoppen der Rotation bevorzugt 100 bis 6000 Sekunden, und stärker bevorzugt 600 bis 3600 Sekunden sein. Ferner können die Zeitspannen und die Rotationsgeschwindigkeit des Rotierens des Behälters vor und nach der Zeitspanne des Stoppens der Rotation bevorzugt 10 bis 600 Sekunden bzw. 10 bis 30 rpm sein.
  • Ferner ist es durch Niedrigmachen der Tiefe der Schmelze in dem Schmelztiegel 14 möglich, den Einschluss in dem Kristall in dem initialen Zustand zu erleichtern. Dafür ist es, wie in 5 gezeigt, bevorzugt, einen Schmelztiegel 14 mit einer niedrigen Höhe zu verwenden und das Impfkristallsubstrat horizontal auf dem Boden des Schmelztiegels in der Schmelze zu platzieren. Ferner ist es bevorzugt eine Mehrzahl an Schmelztiegeln 14 zu laminieren, die jeweils eine geringe Höhe haben. In ähnlicher Weise ist es möglich, den Einschluss in dem initialen Zustand zu erleichtern, indem eine ungesättigte Zeitspanne vor dem Kristallwachstum kürzer gemacht wird. Gleichzeitig damit ist es durch Einstellen der Rotationsgeschwindigkeit wie oben beschrieben möglich, die Erzeugung des Einschlusses zu verhindern, nachdem der initiale Zustand des Wachsens beendet ist. Im Übrigen bedeutet eine ungesättigte Zeitspanne eine Zeitspanne, in der die Schmelze noch nicht gesättigt ist und das Kristallwachstum noch nicht startet.
  • Ferner kann das Verhältnis (Molverhältnis) des Nitrids vom Gruppe-13-Element/Schlussmittel (zum Beispiel Natrium) in der Schmelze im Hinblick auf die vorliegenden Erfindung bevorzugt höher sein, und ist bevorzugt 18 Mol% oder höher und stärker bevorzugt 25 Mol% oder höher. Es ist möglich, die Bildung der Einschlüsse in dem initialen Zustand durch Erhöhen des Molverhältnisses zu erleichtern. Allerdings, da es eine Tendenz gibt, dass sich die Kristallqualität verringert, wenn das Verhältnis höher wird, kann das Verhältnis bevorzugt 40 Mol% oder weniger sein.
  • BEISPIELE
  • (Erfinderisches Beispiel 1)
  • Das in 4 und 5 gezeigte Kristallherstellungssystem wurde zum Herstellen von Galliumnitridkristall verwendet. Die Prozedur wird hiernach beschrieben. Zunächst wird in einer mit Argonatmosphäre gefüllten Glove-Box ein Impfkristallsubstrat (GaN-Templat von Φ 2 Inch: GaN-Dünnfilm (Dicke von 5 μm) ist auf einem Saphirsubstrat durch MOCVD-Prozess gebildet) horizontal auf einem Boden des Schmelztiegels 14 mit einem Innendurchmesser Φ von 70 mm bereitgestellt.
  • In diesem Stadium wurde die Defektdichte an der Oberfläche des GaN-Dünnfilms durch CL (Kathodenlumineszenz) evaluiert und es wurde festgestellt, dass sie ungefähr 8 × 108 bis 2 × 109/cm2 ist.
  • Dann wurden 15 g an Natriummetall, 10 g an Galliummetall und 39 mg an Kohlenstoff (Ga/Na-Verhältnis war 18 Mol%, C/Na-Verhältnis war 0,5 Mol%) in den Schmelztiegel 14 eingefüllt. Der Schmelztiegel 14 war in dem aus Edelstahl hergestellten Innenbehälter 16 enthalten und der Innenbehälter 16 war dann in dem Außenbehälter 14 enthalten. Eine Öffnung des Außenbehälterhauptkörpers war mit dem Außenbehälterdeckel, der mit einer Stickstoffeinführleitung ausgestattet war, geschlossen. Der Außenbehälter wurde dann an den rotierbaren Tisch montiert, welcher zuvor einem Vakuumbrennen unterworfen wurde, und der Druckbehälter 12 wurde mit einem Deckel versiegelt.
  • Dann wurde die Innenseite des Druckbehälters mit einer Vakuumpumpe zu einem Vakuum mit einem Druck von 0,1 Pa oder niedriger gesaugt. Dann wurde, während der obere Heizer, der mittlere Heizer, der untere Heizer und der Bodenheizer zu Temperaturen von 860°C, 860°C, 870°C bzw. 870°C eingestellt wurden, so dass die Temperatur in dem Heizraum 865°C erreichte, Stickstoffgas von einer Stickstoffgasbombe zu einem Druck von 4,0 MPa eingeführt und der Außenbehälter wurde im Uhrzeigersinn um eine Mittelachse bei einer Rotationsgeschwindigkeit von 30 rpm rotiert. Die Beschleunigungszeitspanne „a” war 1 Sekunde, die Verweilzeitspanne „b” war 15 Sekunden, die Abbremszeitspanne „c” war 1 Sekunde und die Stoppzeitspanne „d” war 2000 Sekunden. Der Behälter wurde für 10 Stunden unter diesen Bedingungen gehalten. Danach wurde der Behälter natürlich auf Raumtemperatur heruntergekühlt und der Deckel des Druckbehälters wurde geöffnet, um den Tiegel von der Innenseite zu ziehen. Ethanol wurde dann in den Schmelztiegel gefüllt, um das Natriummetall in dem Ethanol zu lösen und die gewachsene Galliumnitridkristallplatte wurde gesammelt. Das Galliumnitrid hatte eine Größe von Φ 2 Inch und war auf dem Impfkristallsubstrat mit einer Dicke von ungefähr 0,1 mm gewachsen. Daher wurde angenommen, dass die mittlere Wachstumsrate des Kristalls ungefähr 10 μm/h war.
  • Im Übrigen war die Tiefe der Schmelze ungefähr 4 mm und die ungesättigte Zeitspanne war ungefähr 2 Stunden.
  • Der Querschnitt des so gewachsenen Kristalls wurde untersucht und die Ergebnisse sind in 6 gezeigt. 14 zeigt ein binarisiertes Bild davon. Wie von den Figuren ersichtlich, wurde festgestellt, dass Einschlüsse mit jeweils einer Größe von mehreren Mikrometern in einem Bereich, der von der Grenzfläche durch 20 μm oder weniger beabstandet ist, in dem initialen Zustand des Wachstums vorhanden waren. Die Einschlüsse wurden einer SIMS-Analyse unterworfen, um Natrium und Gallium zu detektieren. Ferner ist das Verhältnis der Fläche der Einschlüsse in jeder Schicht in Tabelle 1 gezeigt. Ferner zeigt Tabelle 2 die Fläche des Einschlusses mit der größten Fläche. Im Übrigen wurde festgestellt, dass das Verhältnis der Fläche der Einschlüsse in dem Bereich, der von der Grenzfläche durch 50 μm oder weniger beabstandet ist, ungefähr 4 Prozent war, und es wurde festgestellt, dass das Verhältnis der Fläche der Einschlüsse in der Einschluss-verminderten Schicht, die von der Grenzfläche durch mehr als 50 μm beabstandet ist, ungefähr 0 Prozent war.
  • Der so gewachsene Bereich wurde zu einer Dicke von 70 μm poliert und die Gesamtdicke des Substrats wurde auf 0,4 mm eingestellt. Die Defektdichte an der Oberfläche wurde durch CL (Kathodenlumineszenz) evaluiert und es wurde festgestellt, dass sie in der Größenordnung von 105 bis 106/cm2 war, was erheblich niedriger als die Defektdichte des Impfkristallsubstrats war.
  • (Erfinderisches Beispiel 2)
  • Der Galliumnitridfilm wurde gemäß der gleichen Prozedur wie in dem erfinderischen Beispiel 1 gebildet. Allerdings wurde die Rotationsrichtung periodisch invertiert. Ferner war die Beschleunigungszeitspanne 1 Sekunde, die Verweilzeitspanne 15 Sekunden, die Abbremszeitspanne 1 Sekunde und die Stoppzeitspanne 3000 Sekunden, und die Inversion der Rotationsrichtung wurde wiederholt.
  • Der Querschnitt des so gewachsenen Kristalls wurde untersucht und die Ergebnisse sind in 7 gezeigt. 15 zeigt ein binarisiertes Bild davon. Wie von den Figuren ersichtlich, wurde festgestellt, dass Einschlüsse mit jeweils einer Größe von mehreren Mikrometern in einem Bereich, der von der Grenzfläche durch 40 μm oder weniger beabstandet ist, in dem initialen Zustand des Wachstums vorhanden waren. Die Einschlüsse wurden einer SIMS-Analyse unterworfen, um Natrium und Gallium zu detektieren. Ferner ist das Verhältnis der Fläche der Einschlüsse in jeder Schicht in Tabelle 1 gezeigt. Ferner zeigt Tabelle 2 die Fläche des Einschlusses mit der größten Fläche. Im Übrigen wurde festgestellt, dass das Verhältnis der Fläche der Einschlüsse in dem Bereich, der von der Grenzfläche durch 50 μm oder weniger beabstandet ist, ungefähr 8 Prozent war, und es wurde festgestellt, dass das Verhältnis der Fläche der Einschlüsse in der Einschluss-verminderten Schicht, die von der Grenzfläche durch mehr als 50 μm beabstandet ist, ungefähr 0 Prozent war.
  • Der so gewachsene Bereich wurde zu einer Dicke von 70 μm poliert und die Gesamtdicke des Substrats wurde auf 0,4 mm eingestellt. Die Defektdichte an der Oberfläche wurde durch CL (Kathodenlumineszenz) evaluiert und es wurde festgestellt, dass sie in der Größenordnung von 105 bis 106/cm2 war, was erheblich niedriger als die Defektdichte des Impfkristallsubstrats war.
  • (Erfinderisches Beispiel 3)
  • Der Galliumnitridfilm wurde gemäß der gleichen Prozedur wie in dem erfinderischen Beispiel 1 gebildet. Allerdings wurde die Rotationsrichtung periodisch invertiert. Ferner war die Beschleunigungszeitspanne 1 Sekunde, die Verweilzeitspanne war 15 Sekunden, die Abbremszeitspanne war 1 Sekunde und die Stoppzeitspanne war 3000 Sekunden, und die Inversion der Rotationsrichtung wurde wiederholt. Die Rotationsgeschwindigkeit war 10 rpm.
  • Der Querschnitt des so gewachsenen Kristalls wurde untersucht und die Ergebnisse sind in 8 gezeigt. 16 zeigt ein binarisiertes Bild davon. Wie von den Figuren ersichtlich, wurde festgestellt, dass Einschlüsse mit jeweils einer Größe von mehreren Mikrometern in einem Bereich, der von der Grenzfläche durch 50 μm oder weniger beabstandet ist, in dem initialen Zustand des Wachstums vorhanden waren. Die Einschlüsse wurden einer SIMS Analyse unterworfen, um Natrium und Gallium zu detektieren. Ferner ist das Verhältnis der Einschlüsse in jeder Schicht in Tabelle 1 gezeigt. Im Übrigen wurde festgestellt, dass das Verhältnis der Fläche der Einschlüsse in dem Bereich, der von der Grenzfläche durch 50 μm oder weniger beabstandet ist, ungefähr 2 Prozent war, und es wurde festgestellt, dass das Verhältnis der Fläche der Einschlüsse in der Einschluss-verminderten Schicht, die von der Grenzfläche durch mehr als 50 μm beabstandet ist, ungefähr 0 Prozent war.
  • Der so gewachsene Bereich wurde zu einer Dicke von 70 μm poliert und die Gesamtdicke des Substrats wurde auf 0,4 mm eingestellt. Die Defektdichte an der Oberfläche wurde durch CL (Kathodenlumineszenz) evaluiert und es wurde festgestellt, dass sie in der Größenordnung von 105 bis 106/cm2 war, was erheblich niedriger als die Defektdichte des Impfkristallsubstrats war.
  • (Erfinderisches Beispiel 4)
  • Der Galliumnitridfilm wurde gemäß der gleichen Prozedur wie in dem Beispiel 1 gebildet. Allerdings war die Rotationsrichtung nur im Uhrzeigersinn und die Rotationsgeschwindigkeit war 30 rpm. Ferner betrugen die Mengen an Natriummetall, Galliummetall und Kohlenstoff 13,5 g, 18 g bzw. 35 mg, und das Ga/Na-Verhältnis war 30 Mol%.
  • Der Querschnitt des so gewachsenen Kristalls wurde untersucht und die Ergebnisse sind in 9 gezeigt. 17 zeigt ein binarisiertes Bild davon. Wie von den Figuren ersichtlich, wurde festgestellt, dass Einschlüsse mit jeweils einer Größe von mehreren Mikrometern in einem Bereich, der von der Grenzfläche durch 10 μm oder weniger beabstandet ist, in dem initialen Zustand des Wachstums vorhanden waren. Die Einschlüsse wurden einer SIMS Analyse unterworfen, um Natrium und Gallium zu detektieren. Das Verhältnis der Einschlüsse in jeder Schicht ist in Tabelle 1 gezeigt. Im Übrigen wurde bestätigt, dass das Verhältnis der Fläche der Einschlüsse in dem Bereich, der von der Grenzfläche durch 50 μm oder weniger beabstandet ist, ungefähr 7 Prozent war, und es wurde festgestellt, dass das Verhältnis der Fläche der Einschlüsse in der Einschluss-verminderten Schicht, die von der Grenzfläche durch mehr als 50 μm beabstandet ist, ungefähr 0 Prozent war.
  • Der so gewachsene Bereich wurde zu einer Dicke von 70 μm poliert und die Gesamtdicke des Substrats wurde auf 0,4 mm eingestellt. Die Defektdichte an der Oberfläche wurde durch CL (Kathodenlumineszenz) evaluiert und es wurde festgestellt, dass sie in der Größenordnung von 105 bis 106/cm2 war, was erheblich niedriger als die Defektdichte des Impfkristallsubstrats war.
  • (Erfinderisches Beispiel 5)
  • Der Galliumnitridfilm wurde gemäß der gleichen Prozedur wie in dem erfinderischen Beispiel 1 gebildet. Allerdings war die Menge an Natriummetall, Galliummetall und Kohlenstoff 13,5 g, 18 g bzw. 35 mg, und das Ga/Na-Verhältnis war 30 Mol%.
  • Der Querschnitt des so gewachsenen Kristalls wurde untersucht und die Ergebnisse sind in 10 gezeigt. 18 zeigt ein binarisiertes Bild davon. Wie von den Figuren ersichtlich, wurde festgestellt, dass Einschlüsse mit jeweils einer Größe von mehreren Mikrometern in einem Bereich, der von der Grenzfläche durch 20 μm oder weniger beabstandet ist, in dem initialen Zustand des Wachstums vorhanden waren. Das heißt, die Flächen der Einschlüsse war 20 μm2 oder weniger. Die Einschlüsse wurden einer SIMS Analyse unterworfen, um Natrium und Gallium zu detektieren. Das Verhältnis der Einschlüsse in jeder Schicht ist in Tabelle 1 gezeigt. Im Übrigen wurde festgestellt, dass das Verhältnis der Fläche der Einschlüsse in dem Bereich, der von der Grenzfläche durch 25 μm oder weniger beabstandet ist, ungefähr 8 Prozent war, und es wurde festgestellt, dass das Verhältnis der Fläche der Einschlüsse in der Einschluss-verminderten Schicht, die mehr von der Grenzfläche beabstandet ist, ungefähr 0 Prozent war.
  • Der so gewachsene Bereich wurde zu einer Dicke von 70 μm poliert und die Gesamtdicke des Substrats wurde auf 0,4 mm eingestellt. Die Defektdichte an der Oberfläche wurde durch CL (Kathodenlumineszenz) evaluiert und es wurde festgestellt, dass sie in der Größenordnung von 105 bis 106/cm2 war, was erheblich niedriger als die Defektdichte des Impfkristallsubstrats war.
  • (Vergleichsbeispiel 1)
  • Der Galliumnitridfilm wurde gemäß der gleichen Prozedur wie in dem erfinderischen Beispiel 1 gebildet. Allerdings waren die Mengen an Natriummetall, Galliummetall und Kohlenstoff 10 g, 5 g bzw. 39 mg, und das Ga/Na-Verhältnis war 10 Mol%. Ferner wurde die Rotation nicht gestoppt und der Behälter kontinuierlich für 15 Stunden im Uhrzeigersinn bei einer Geschwindigkeit von 30 rpm rotiert, um den Kristall wachsen zu lassen. Die so erhaltene Galliumnitridkristallplatte hatte eine Größe von Φ 2 Inch und war auf dem Impfkristallsubstrat mit ungefähr 0,1 mm gewachsen. Die mittlere Kristallwachstumsrate konnte so auf ungefähr 6,7 μm/h geschätzt werden.
  • Der Querschnitt des so gewachsenen Kristalls wurde untersucht und die Ergebnisse sind in 11 gezeigt. 19 zeigt das binarisierte Bild davon. Wie aus den Figuren ersichtlich, wurde festgestellt, dass die Einschlüsse in einem Bereich, der von der Grenzfläche 50 μm oder weniger beabstandet ist, in dem initialen Zustand des Wachstums nicht beobachtet wurden.
  • Der so gewachsene Bereich wurde zu einer Dicke von 70 μm poliert und die Gesamtdicke des Substrats wurde auf 0,4 mm eingestellt. Die Defektdichte an der Oberfläche wurde durch CL (Kathodenlumineszenz) evaluiert und es wurde festgestellt, dass sie in dem Bereich von 107/cm2 war. Obwohl sie erheblich niedriger als die Defektdichte des Impfkristallsubstrats war, war die Defektdichte höher als die in dem erfinderischen Beispiel 1.
  • (Vergleichsbeispiel 2)
  • Der Galliumnitridfilm wurde gemäß der gleichen Prozedur wie in dem erfinderischen Beispiel 1 gebildet. Allerdings wurde die Rotationsgeschwindigkeit nicht gestoppt und der Behälter wurde kontinuierlich für 15 Stunden im Uhrzeigersinn bei einer Geschwindigkeit von 30 rpm rotiert, um das Kristall wachsen zu lassen. Die so erhaltene Galliumnitridkristallplatte hatte eine Größe von Φ 2 Inch und war auf dem Impfkristallsubstrat mit ungefähr 0,1 mm gewachsen.
  • Der Querschnitt des so gewachsenen Kristalls wurde beobachtet und die Ergebnisse sind in 12 gezeigt. 20 zeigt das binarisierte Bild davon. Wie aus den Figuren ersichtlich, wurde festgestellt, dass die Einschlüsse in einem Bereich, der von der Grenzfläche durch 50 μm oder weniger beabstandet ist, in dem initialen Zustand des Wachstums nicht beobachtet wurden.
  • Der so gewachsene Bereich wurde zu einer Dicke von 70 μm poliert und die Gesamtdicke des Substrats wurde auf 0,4 mm eingestellt. Die Defektdichte an der Oberfläche wurde durch CL (Kathodenlumineszenz) evaluiert und es wurde festgestellt, dass sie in der Größenordnung von 107/cm2 war. Obwohl sie erheblich niedriger war als die Defektdichte des Impfkristallsubstrats, war die Defektdichte höher als die in dem erfinderischen Beispiel 1.
  • (Vergleichsbeispiel 3)
  • Der Galliumnitridfilm wurde gemäß der gleichen Prozedur wie dem in dem erfinderischen Beispiel 1 gebildet. Allerdings waren die Mengen an Natriummetall, Galliummetall und Kohlenstoff 13,5 g, 18 g bzw. 35 mg und das Ga/Na-Verhältnis war 30 Mol%. Ferner wurde die Rotationsrichtung periodisch invertiert und die Rotationsgeschwindigkeit war 10 rpm. Die so erhaltene Galliumnitridkristallplatte hatte eine Größe von Φ 2 Inch und war auf dem Impfkristallsubstrat mit ungefähr 0,1 mm gewachsen.
  • Der Querschnitt des so gewachsenen Kristalls wurde untersucht und die Ergebnisse sind in 13 gezeigt. 21 zeigt das binarisierte Bild davon. Wie aus den Figuren ersichtlich, wurde festgestellt, dass große Einschlüsse in einem Bereich, der von der Grenzfläche durch 50 μm oder weniger beabstandet ist, in dem initialen Zustand des Wachstums vorhanden waren. Die Einschlüsse wurden einer SIMS-Analyse unterworfen, um Natrium und Gallium zu detektieren. Ferner wurde festgestellt, dass das Verhältnis der Fläche der Einschlüsse in dem Bereich, der von der Grenzfläche durch 50 μm oder weniger beabstandet ist, ungefähr 20 Prozent war und es wurde festgestellt, dass das Verhältnis der Fläche der Einschlüsse in der oberen Schicht, die stärker von der Grenzfläche beabstandet ist, ungefähr 20 Prozent war.
  • Der so gewachsene Bereich wurde zu einer Dicke von 80 μm poliert und die Gesamtdicke des Substrats wurde auf 0,4 mm eingestellt. Die Defektdichte an der Oberfläche wurde durch CL (Kathodenlumineszenz) evaluiert und es wurde festgestellt, dass sie in der Größenordnung von 107/cm2 ist. Tabelle 1 Beziehung zwischen gewachsener Dicke und Verhältnis von Fläche von Einschlüssen
    Gewachsene Dicke (mm) erf. Bsp. 1 erf. Bsp. 2 erf. Bsp. 3 erf. Bsp. 4 erf. Bsp. 5 vgl. Bsp. 1 vgl. Bsp. 2 vgl. Bsp. 3
    0~10 17 18 10 7 6 0 0 23
    10~20 2 7 7 0 7 0 0 2
    20~30 0 10 7 0 0 0 0 5
    30~40 0 3 2 0 0 0 0 6
    40~50 0 0 2 0 0 0 0 2
    50~60 0 0 0 0 0 0 0 8
    60~70 0 0 0 0 0 0 0 8
    70~80 0 0 0 0 0 0 0 6
    80~90 0 0 0 0 0 - 0 6
    90~100 0 0 0 0 0 - 0 6
    100~ 0 0 0 0 0 - 0 5
    Tabelle 2 Maximalfläche von Einschlüssen
    erf. Bsp. 1 erf. Bsp. 2 erf. Bsp. 3 erf. Bsp. 4 erf. Bsp. 5
    maximale Einschlussgröße (mm2) 30 60 20 60 20
    vgl. Bsp. 1 vgl. Bsp. 2 vgl. Bsp. 3
    maximale Einschlussgröße (mm2) 5 1 150
  • Als nächstes wurden verschiedentlich das Verhältnis der Dicke der Einschluss-verteilten Schicht und das der Einschluss-verminderten Schicht geändert, um ihr Verhältnis mit dem Verzug des Films zu studieren.
  • Im Übrigen wurde ein Laserinterferometer verwendet, um die Verteilung von Höhen bezüglich der Rückseitenfläche des Films zu messen und ein Unterschied in den Höhen des höchsten Punktes und niedrigsten Punktes ist als „Verzug” definiert. Positiver Verzug korrespondiert zu einer Form, dass die Oberfläche hervorsteht, und negativer Verzug korrespondiert zu einer Form, dass die Oberfläche ausgespart ist. Die Filmoberfläche war in folgenden erfinderischen Beispielen und Vergleichsbeispielen hervorstehend.
  • (Erfinderisches Beispiel 6)
  • Der Galliumnitridfilm wurde gemäß der gleichen Prozedur wie in dem erfinderischen Beispiel 1 gebildet. Allerdings war die Haltezeitspanne für das Wachstum 12 Stunden. Der so erhaltene Galliumnitridkristall hatte eine Größe von (2 Inch und war auf dem Impfkristallsubstrat mit ungefähr 0,125 mm gewachsen.
  • Der Querschnitt des so gewachsenen Kristalls wurde untersucht und es wurde festgestellt, dass dort die Einschluss-verteilte Schicht in einem Bereich, der von der Grenzfläche durch 25 μm oder weniger beabstandet ist, in dem initialen Zustand des Wachstums war. Daher ist die Dicke der Einschluss-verminderten Schicht 4, vorausgesetzt, dass 1 der Dicke der Einschluss-verteilten Schicht zugeordnet ist. Ferner wurde der Verzug der Galliumnitridkristallplatte von der Seite des Saphirsubstrats auf der Rückseitenfläche gemessen, und es wurde festgestellt, dass der Verzug 130 μm war.
  • Wachs wurde auf die Saphirseite aufgebracht, welche durch Pressen auf eine Oberflächenplatte angehaftet wurde, um festzustellen, dass die Abweichung der Dicke des Wachses auf weniger als 10 μm reduziert werden kann. Das gewachsene GaN wurde zu einer Dicke von 70 μm poliert und der Saphir wurde auch poliert, so dass die Gesamtdicke des Substrats auf 0,9 mm eingestellt wurde, um einen Wafer zu erhalten. Es wurde festgestellt, dass der Verzug des Wafers 50 μm war. Ferner wurde die Defektdichte an der Oberfläche von GaN durch CL (Kathodenlumineszenz) evaluiert und es wurde festgestellt, dass sie in der Größenordnung von 105 bis 106/cm2 war, was erheblich niedriger als die Defektdichte des Impfkristalls war. Ferner wurde der GaN einer SIMS-Analyse unterzogen, und es wurde festgestellt, dass der Sauerstoffgehalt 1 × 1017/cm3 war bzw. dass der Si-Gehalt 6 × 1016/cm3 war. Als ein Ergebnis der gesamten Messung wurde festgestellt, dass es ein n-Typ mit einem spezifischen Widerstand von ungefähr 0,1 Ωcm war.
  • Eine blaugefärbte LED wurde an diesem Wafer durch MOCVD-Prozess fabriziert. Spezifisch wurden, nachdem die n-GaN-Schicht mit einer Dicke von 2 μm gebildet war, 7 Perioden von Quantentopfstrukturen mit jeweils einer InGaN-Schicht mit einer Dicke von 3 nm und einer GaN-Schicht mit einer Dicke von 5 nm hergestellt. Eine p-GaN-Schicht mit einer Dicke von 50 nm wurde dann darauf gebildet. Die p-GaN-Seite des Wafers wurde auf einen leitfähigen Siliziumwafer mit einer Dicke von 0,3 mm durch Metall-Bonding angehaftet. Ein kommerzielles Laser-Lift-Off-System wurde verwendet, um einen Laserstrahl von der Saphirseite hin zu bestrahlen, um das Saphirsubstrat von dem GaN zu trennen. Die N-Fläche des so getrennten GaN wurde exponiert. Die N-Fläche wurde einer Mottenaugenverarbeitung zum Verbessern der Lichtextraktionseffizienz unterworfen, die n-Elektrode wurde darauf angebracht und wurde dann in eine Größe von 1 mm × 1 mm geschnitten, um LED-Chips herzustellen. Während der Mottenaugenverarbeitung wurde die Einschluss-verteilte Schicht entfernt. Der LED-Chip wurde auf einen Kühlkörper montiert, ein Phosphor wurde darauf aufgebracht und der Chip wurde dann bei 350 mA betrieben, um zu bestätigen, dass er Licht mit einer hohen Effizienz von 100 Lumen/W oder höher emittiert.
  • (Erfinderisches Beispiel 7)
  • Der Galliumnitridfilm wurde gemäß der gleichen Prozedur wie in dem erfinderischen Beispiel 1 gebildet. Allerdings wurden der obere Heizer, der mittlere Heizer, der untere Heizer und der Bodenheizer bei Temperaturen von 880°C, 880°C, 890°C bzw. 890°C eingestellt, so dass die Temperatur in dem Heizraum 885°C erreichte. Der Behälter wurde für 4 Stunden unter diesen Bedingungen gehalten. Das Galliumnitrid hatte eine Größe von Φ 2 Inch und war auf dem Impfkristallsubstrat mit einer Dicke von ungefähr 0,025 mm gewachsen.
  • Als ein Ergebnis der Untersuchung des Querschnitts des so gewachsenen Kristalls wurde festgestellt, dass die Einschluss-verteilte Schicht in einem Bereich, der von der Grenzfläche durch 3 μm oder weniger beabstandet ist, in dem initialen Zustand des Wachstums gebildet wurde. Daher ist die Dicke der Einschluss-verminderten Schicht 22/3, vorausgesetzt, dass der Dicke der Einschluss-verteilten Schicht 1 zugewiesen ist.
  • Ferner wurde der Verzug der Galliumnitridkristallplatte von der Seite des Saphirsubstrats auf der Rückseitenfläche gemessen, und es wurde festgestellt, dass der Verzug 38 μm war.
  • (Erfinderisches Beispiel 8)
  • Der Galliumnitridfilm wurde gemäß der gleichen Prozedur wie in dem erfinderischen Beispiel 7 gebildet. Allerdings wurde der Behälter für 10 Stunden gehalten. Das Galliumnitrid hat eine Größe von Φ 2 Inch und war auf dem Impfkristallsubstrat mit einer Dicke von ungefähr 0,105 mm gewachsen.
  • Als ein Ergebnis der Untersuchung des Querschnitts des so gewachsenen Kristalls wurde festgestellt, dass die Einschluss-verteilte Schicht in einem Bereich, der von der Grenzfläche durch 5 μm oder weniger beabstandet ist, in dem initialen Zustand des Wachstums gebildet wurde. Daher ist die Dicke der Einschluss-verminderten Schicht 20, vorausgesetzt, dass der Dicke der Einschluss-verteilten Schicht 1 zugewiesen ist.
  • Ferner wurde der Verzug der Galliumnitridkristallplatte von der Seite des Saphirsubstrats auf der Rückseitenfläche gemessen, und es wurde festgestellt, dass der Verzug 155 μm war.
  • (Erfinderisches Beispiel 9)
  • Der Galliumnitridfilm wurde gemäß der gleichen Prozedur wie in dem erfinderischen Beispiel 7 gebildet. Allerdings wurde der Behälter für 12 Stunden gehalten. Das Galliumnitrid hatte eine Größe von Φ 2 Inch und war auf dem Impfkristallsubstrat mit einer Dicke von ungefähr 0,127 mm gewachsen.
  • Als ein Ergebnis der Untersuchung des Querschnitts des so gewachsenen Kristalls wurde festgestellt, dass die Einschluss-verteilte Schicht in einem Bereich, der von der Grenzfläche durch 7 μm oder weniger beabstandet ist, in dem initialen Zustand des Wachstums gebildet wurde. Daher ist die Dicke der Einschluss-verminderten Schicht 17, vorausgesetzt, dass der Dicke der Einschluss-verteilten Schicht 1 zugewiesen ist.
  • Ferner wurde der Verzug der Galliumnitridkristallplatte von der Seite des Saphirsubstrats auf der Rückseitenfläche gemessen, und es wurde festgestellt, dass der Verzug 180 μm war.
  • (Erfinderisches Beispiel 10)
  • Der Galliumnitridfilm wurde gemäß der gleichen Prozedur wie in dem erfinderischen Beispiel 4 gebildet. Allerdings wurde der Behälter für 6 Stunden gehalten. Das Galliumnitrid hat eine Größe von Φ 2 Inch und war auf dem Impfkristallsubstrat mit einer Dicke von ungefähr 0,030 mm gewachsen.
  • Als ein Ergebnis der Untersuchung des Querschnitts des so gewachsenen Kristalls wurde festgestellt, dass die Einschluss-verteilte Schicht in einem Bereich, der von der Grenzfläche durch 20 μm oder weniger beabstandet ist, in dem initialen Zustand des Wachstums gebildet wurde. Daher ist die Dicke der Einschluss-verminderten Schicht 0,5, vorausgesetzt, dass der Dicke der Einschluss-verteilten Schicht 1 zugewiesen ist.
  • Ferner wurde der Verzug der Galliumnitridkristallplatte von der Seite des Saphirsubstrats auf der Rückseitenfläche gemessen, und es wurde festgestellt, dass der Verzug 70 μm war.
  • (Erfinderisches Beispiel 11)
  • Der Galliumnitridfilm wurde gemäß der gleichen Prozedur wie in dem erfinderischen Beispiel 1 gebildet. Allerdings wurde der Behälter für 12 Stunden gehalten. Das Galliumnitrid hatte eine Größe von Φ 2 Inch und war auf dem Impfkristallsubstrat mit einer Dicke von ungefähr 0,110 mm gewachsen.
  • Als ein Ergebnis der Untersuchung des Querschnitts des so gewachsenen Kristalls wurde festgestellt, dass die Einschluss-verteilte Schicht in einem Bereich, der von der Grenzfläche durch 30 μm oder weniger beabstandet ist, in dem initialen Zustand des Wachstums gebildet wurde. Daher ist die Dicke der Einschluss-verminderten Schicht 8/3, vorausgesetzt, dass der Dicke der Einschluss-verteilten Schicht 1 zugewiesen ist.
  • Ferner wurde der Verzug der Galliumnitridkristallplatte von der Seite des Saphirsubstrats auf der Rückseitenfläche gemessen, und es wurde festgestellt, dass der Verzug 130 μm war.
  • (Erfinderisches Beispiel 12)
  • Der Galliumnitridfilm wurde gemäß der gleichen Prozedur wie in dem erfinderischen Beispiel 1 gebildet. Allerdings wurde der Behälter für 20 Stunden gehalten. Das Galliumnitrid hatte eine Größe von Φ 2 Inch und war auf dem Impfkristallsubstrat mit einer Dicke von ungefähr 0,220 mm gewachsen.
  • Als ein Ergebnis der Untersuchung des Querschnitts des so gewachsenen Kristalls wurde festgestellt, dass die Einschluss-verteilte Schicht in einem Bereich, der von der Grenzfläche durch 20 μm oder weniger beabstandet ist, in dem initialen Zustand des Wachstums gebildet wurde. Daher ist die Dicke der Einschluss-verminderten Schicht 10, vorausgesetzt, dass der Dicke der Einschluss-verteilten Schicht 1 zugewiesen ist.
  • Ferner wurde der Verzug der Galliumnitridkristallplatte von der Seite des Saphirsubstrats auf der Rückseitenfläche gemessen, und es wurde festgestellt, dass der Verzug 320 μm war.
  • (Erfinderisches Beispiel 13)
  • Der Galliumnitridfilm wurde gemäß der gleichen Prozedur wie in dem erfinderischen Beispiel 1 gebildet. Allerdings waren der obere Heizer, der mittlere Heizer, der untere Heizer und der Bodenheizer bei Temperaturen von 870°C, 870°C, 880°C bzw. 880°C eingestellt, so dass die Temperatur in dem Heizraum 875°C erreichte. Der Behälter wurde für 10 Stunden unter diesen Bedingungen gehalten. Das Galliumnitrid hatte eine Größe von Φ 2 Inch und war auf dem Impfkristallsubstrat mit einer Dicke von ungefähr 0,100 mm gewachsen.
  • Als ein Ergebnis der Untersuchung des Querschnitts des so gewachsenen Kristalls wurde festgestellt, dass die Einschluss-verteilte Schicht in einem Bereich, der von der Grenzfläche durch 10 μm oder weniger beabstandet ist, in dem initialen Zustand des Wachstums gebildet wurde. Daher ist die Dicke der Einschluss-verminderten Schicht 9, vorausgesetzt, dass der Dicke der Einschluss-verteilten Schicht 1 zugewiesen ist.
  • Ferner wurde der Verzug der Galliumnitridkristallplatte von der Seite des Saphirsubstrats auf der Rückseitenfläche gemessen, und es wurde festgestellt, dass der Verzug 130 μm war.
  • (Vergleichsbeispiel 4)
  • Der Galliumnitridfilm wurde gemäß der gleichen Prozedur wie in dem Vergleichsbeispiel 1 gebildet. Allerdings wurde der Behälter für 15 Stunden gehalten. Das Galliumnitrid hatte eine Größe von Φ 2 Inch und war auf dem Impfkristallsubstrat mit einer Dicke von ungefähr 0,150 mm gewachsen.
  • Als ein Ergebnis des Untersuchens des Querschnitts des so gewachsenen Kristalls wurde festgestellt, dass Einschlüsse in einem Bereich, der von der Grenzfläche 50 μm oder weniger beabstandet ist, in dem initialen Zustand des Wachstums nicht beobachtet wurden.
  • Ferner wurde der Verzug der Galliumnitridkristallplatte von der Seite des Saphirsubstrats an der Rückseitenfläche gemessen, und es wurde festgestellt, dass der Verzug 250 μm war.
  • (Vergleichsbeispiel 5)
  • Der Galliumnitridfilm wurde gemäß der gleichen Prozedur wie in dem Vergleichsbeispiel 1 gebildet. Allerdings wurde der Behälter für 5 Stunden gehalten. Das Galliumnitrid hatte eine Größe von Φ 2 Inch und war auf dem Impfkristallsubstrat mit einer Dicke von ungefähr 0,050 mm gewachsen.
  • Als ein Ergebnis des Untersuchens des Querschnitts des so gewachsenen Kristalls wurde festgestellt, dass Einschlüsse in einem Bereich, der von der Grenzfläche 50 μm oder weniger beabstandet ist, in dem initialen Zustand des Wachstums nicht beobachtet wurden.
  • Ferner wurde der Verzug der Galliumnitridkristallplatte von der Seite des Saphirsubstrats an der Rückseitenfläche gemessen, und es wurde festgestellt, dass der Verzug 85 μm war.
  • (Vergleichsbeispiel 6)
  • Der Galliumnitridfilm wurde gemäß der gleichen Prozedur wie in dem Vergleichsbeispiel 1 gebildet. Allerdings wurde der Behälter für 20 Stunden gehalten. Das Galliumnitrid hatte eine Größe von Φ 2 Inch und war auf dem Impfkristallsubstrat mit einer Dicke von ungefähr 0,200 mm gewachsen.
  • Als ein Ergebnis des Untersuchens des Querschnitts des so gewachsenen Kristalls wurde festgestellt, dass Einschlüsse in einem Bereich, der von der Grenzfläche 50 μm oder weniger beabstandet ist, in dem initialen Zustand des Wachstums nicht beobachtet wurden.
  • Ferner wurde der Verzug der Galliumnitridkristallplatte von der Seite des Saphirsubstrats an der Rückseitenfläche gemessen, und es wurde festgestellt, dass der Verzug 340 μm war.
  • (Vergleichsbeispiel 7)
  • Der Galliumnitridfilm wurde gemäß der gleichen Prozedur wie in dem erfinderischen Beispiel 1 gebildet. Allerdings waren der obere Heizer, der mittlere Heizer, der untere Heizer und der Bodenheizer bei Temperaturen von 850°C, 850°C, 860°C bzw. 860°C eingestellt, so dass die Temperatur in dem Heizraum 855°C erreichte. Der Behälter wurde für 10 Stunden unter diesen Bedingungen gehalten. Das Galliumnitrid hatte eine Größe von Φ 2 Inch und war auf dem Impfkristallsubstrat mit einer Dicke von ungefähr 0,100 mm gewachsen.
  • Als ein Ergebnis des Untersuchens des Querschnitts des so gewachsenen Kristalls wurde festgestellt, dass Einschlüsse in einem Bereich, der von der Grenzfläche durch 50 μm oder weniger beabstandet ist, in dem initialen Zustand des Wachstums verteilt sind, wie auch in einem Bereich, der von der Grenzfläche durch 50 bis 60 μm beabstandet ist. Es wurde festgestellt, dass das Verhältnis der Fläche der Einschlüsse in einem Bereich, der von der Grenzfläche 50 μm oder weniger beabstandet ist, ungefähr 4 Prozent beträgt, und es wurde festgestellt, dass das Verhältnis der Fläche der Einschlüsse in einem Bereich, der von der Grenzfläche 50 bis 60 μm beabstandet ist, ungefähr 3 Prozent beträgt.
  • Ferner wurde die Galliumnitridkristallplatte verwendet, um eine LED-Struktur zu bilden. Als ein Ergebnis wurde ein abnormales Wachstum in der Einschluss-enthaltenden Fläche beobachtet, so dass die Herstellung der LED fehlgeschlagen war.
  • (Evaluierung)
  • 22 zeigt einen Graph, der eine Beziehung zwischen der Dicke und dem Verzug der in den Vergleichsbeispielen 4, 5 und 6 hergestellten Galliumnitridfilme anzeigt. Wie aus den Figuren ersichtlich, wurde festgestellt, dass die Dicke und der Verzug in dem Fall, dass die Einschluss-verteilte Schicht nicht vorhanden ist, proportional zueinander sind. Es kann dadurch der Wert des Verzugs bezüglich der optionalen Dicke eines Galliumnitridfilms spekuliert werden.
  • Es wird ferner eine Verzugverminderungsrate (%) berechnet, durch Erhalten von Unterschieden zwischen (A) Werten von Verzug der Galliumnitridfilme, die in den erfinderischen Beispielen 6 bis 13 hergestellt sind, und (B) Werten von Verzug, die vorhergesagt sind in dem Fall, dass die Dicke identisch ist und die Einschluss-verteilte Schicht nicht vorhanden ist, durch Teilen des Unterschieds durch (B), um ein Verhältnis zu erhalten, und dann durch Multiplizieren eines Faktors von 100 zu dem Verhältnis. 23 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen der Dicke der Einschluss-verteilten Schicht und der Verzugverminderungsrate zeigt. Gemäß der Figur wird eine Verzugverminderungsrate von ungefähr 10 bis 40 Prozent in dem Fall erhalten, dass die Einschluss-verteilte Schicht vorhanden ist, um den Effekt der Verminderung des Verzugs zu bestätigen.

Claims (9)

  1. Film eines Nitrids eines Gruppe-13-Elements, wobei der Film auf einem Impfkristallsubstrat durch einen Flussmittelprozess von einer Schmelze, die ein Flussmittel und ein Gruppe-13-Element enthält, unter einer Stickstoff-enthaltenden Atmosphäre gewachsen ist, wobei der Film umfasst; eine Einschluss-verteilte Schicht in einem Bereich, der durch 50 μm oder weniger von einer Grenzfläche des Films eines Nitrids eines Gruppe-13-Elements auf der Seite des Impfkristallsubstrats beabstandet ist, wobei die Schicht Einschlüsse umfasst, die von Komponenten der Schmelze abstammen, und; eine Einschluss-verminderte Schicht, in der die Einflüsse vermindert sind, wobei die Einschluss-verminderte Schicht auf der Einschluss-verteilten Schicht bereitgestellt ist.
  2. Film eines Nitrids eines Gruppe-13-Elements nach Anspruch 1, wobei die Maximalfläche der Einschlüsse in der Einschluss-verteilten Schicht 60 μm2 oder weniger ist, betrachtet in einem Querschnitt des Films eines Nitrids eines Gruppe-13-Elements.
  3. Film eines Nitrids eines Gruppe-13-Elements nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Nitrid eines Gruppe-13-Elements Galliumnitrid, Aluminiumnitrid oder Aluminiumgalliumnitrid umfasst.
  4. Film eines Nitrids eines Gruppe-13-Elements nach Anspruch 3, wobei das Nitrid eines Gruppe-13-Elements zumindest eines aus Germanium, Silizium und Sauerstoff umfasst, und wobei das Nitrid ein n-Typ ist.
  5. Film eines Nitrids eines Gruppe-13-Elements nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Impfkristallsubstrat ein Einkristallsubstrat und einen auf dem Einkristallsubstrat bereitgestellten Impfkristallfilm umfasst.
  6. Film eines Nitrids eines Gruppe-13-Elements nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Dicke der Einschluss-verminderten Schicht 20 bis 0,1 ist, vorausgesetzt, dass eine Dicke der Einschluss-verteilten Schicht 1 ist.
  7. Film eines Nitrids eines Gruppe-13-Elements, der erhalten ist durch Entfernen der Einschluss-verteilten Schicht von dem Film eines Nitrids eines Gruppe-13-Elements nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
  8. Geschichteter Körper, umfassend ein Einkristallsubstrat, einen Impfkristallfilm, der auf dem Substrat gebildet ist, und den Film eines Nitrids eines Gruppe-13-Elements nach einem der Ansprüche 1 bis 6, der auf der Impfkristallschicht gebildet ist.
  9. Geschichteter Körper, umfassend einen Impfkristallfilm und den Film eines Nitrids eines Gruppe-13-Elements nach einem der Ansprüche 1 bis 6, der auf dem Impfkristallfilm gebildet ist.
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