DE112016000548B4 - Selbsttragendes Substrat, Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung des Substrats - Google Patents

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Abstract

Selbsttragendes Substrat, umfassend:eine erste Nitridschicht, die durch ein Hydrid-Gasphasenabscheidungsverfahren oder ein Ammonothermalverfahren wachsen gelassen worden ist und ein Nitrid von einem oder mehreren Element(en) umfasst, das oder die aus der Gruppe, bestehend aus Gallium, Aluminium und Indium, ausgewählt ist oder sind; undeine zweite Nitridschicht, die durch ein Natriumflussmittelverfahren auf der ersten Nitridschicht wachsen gelassen worden ist und ein Nitrid von einem oder mehreren Element(en) umfasst, das oder die aus der Gruppe, bestehend aus Gallium, Aluminium und Indium, ausgewählt ist oder sind;wobei die erste Nitridschicht eine Mehrzahl von Einkristallkörnern umfasst,die darin angeordnet sind und sich zwischen einem Paar von Hauptflächen der ersten Nitridschicht erstrecken;wobei die zweite Nitridschicht eine Mehrzahl von Einkristallkörnern umfasst, die darin angeordnet sind und sich zwischen einem Paar von Hauptflächen der zweiten Nitridschicht erstrecken; undwobei die erste Nitridschicht eine Dicke aufweist, die größer ist als die Dicke der zweiten Nitridschicht.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein selbsttragendes Substrat, ein Verfahren zu dessen Herstellung und die Verwendung dessen für eine funktionelle Vorrichtung.
  • Es wurde ein Verfahren des Bildens eines Impfkristalls aus Galliumnitrid auf einem orientierten polykristallinen Substrat und dann des Bildens eines dicken Films aus Galliumnitrid vorgeschlagen, so dass ein selbsttragendes Substrat aus polykristallinem Galliumnitrid erzeugt wird, das aus einer Mehrzahl von Einkristallkörnern auf Galliumnitridbasis zusammengesetzt ist, die jeweils eine Einkristallstruktur im Wesentlichen in der Richtung der Senkrechten aufweisen (Patentdokumente 1 und 2).
  • Ferner wird bei der Erzeugung eines Kristalls aus einem Nitrid eines Elements der Gruppe 13 durch ein Flussmittelverfahren in einer Schmelze vorgeschlagen, die Schmelze durch Erwärmen eines Ausgangsmaterials aus einem Element der Gruppe 13, einem Material aus mindestens einem von einem Alkalimetall und einem Erdalkalimetall und einem flüssigenMaterial aus Germanium zu erzeugen (Patentdokument 3).
  • Weiteren Stand der Technik zur Herstellung von selbsttragenden GaN Substraten stellt die Schrift EP 3 128 562 A1 dar.
    • Patentdokument 1: WO 2014/192911 A1
    • Patentdokument 2: JP 5770905 B1
    • Patentdokument 3: JP 5396569 B1
  • Wenn GaN durch das Natriumflussmittelverfahren auf einem orientierten polykristallinen Substrat wachsen gelassen wird, oder wenn GaN durch das Natriumflussmittelverfahren nach einer GaN-Impfkristallschicht mit einer Dicke von mehreren Mikrometern auf dem orientierten polykristallinen Substrat wachsen gelassen wird, wird die Kristallqualität des GaN im Wesentlichen durch die Qualität des orientierten polykristallinen Substrats beeinflusst und während des Kristallwachstums gibt es eine Tendenz dahingehend, dass eine Idiomorphie auftritt. Es wurde folglich gezeigt, dass eine Tendenz dahingehend besteht, dass auf der Oberfläche Unregelmäßigkeiten oder Hohlräume auftreten. Ferner wurde gefunden, dass dann, wenn GaN auf dem orientierten polykristallinen Substrat durch das Natriumflussmittelverfahren wachsen gelassen wird, das orientierte polykristalline Substrat verschlechtert wird. Zusätzlich dazu erfordert es eine lange Zeit, um einen dicken Film zu erhalten, da die Wachstumsgeschwindigkeit des Natriumflussmittelverfahrens gering ist.
  • Andererseits wurde in dem Fall, bei dem ein dicker Film aus GaN auf dem orientierten polykristallinen Substrat durch das HVPE (Hydrid-Gasphasenabscheidung)-Verfahren gebildet wird, gefunden, dass die Verteilung der Versetzungsdichte von GaN-Kristallen dazu neigt, abzuweichen bzw. zu schwanken.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines selbsttragenden Substrats, das aus einem Nitrid, wie z.B. Galliumnitrid, zusammengesetzt ist, wobei die Abweichung der Versetzungsdichte auf einer Oberfläche des selbsttragenden Substrats vermindert werden kann, Hohlräume auf der Oberfläche verhindert werden können und dessen Produktivität verbessert werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein selbsttragendes Substrat bereit, umfassend:
    • eine erste Nitridschicht, die durch ein Hydrid-Gasphasenabscheidungsverfahren oder ein Ammonothermalverfahren wachsen gelassen worden ist und ein Nitrid von einem oder mehreren Element(en) umfasst, das oder die aus der Gruppe, bestehend aus Gallium, Aluminium und Indium, ausgewählt ist oder sind; und
    • eine zweite Nitridschicht, die durch ein Natriumflussmittelverfahren auf der ersten Nitridschicht wachsen gelassen worden ist und ein Nitrid von einem oder mehreren Element(en) umfasst, das oder die aus der Gruppe, bestehend aus Gallium, Aluminium und Indium, ausgewählt ist oder sind;
    • wobei die erste Nitridschicht eine Mehrzahl von Einkristallkörnern umfasst, die darin angeordnet sind und sich zwischen einem Paar von Hauptflächen der ersten Nitridschicht erstrecken;
    • wobei die zweite Nitridschicht eine Mehrzahl von Einkristallkörnern umfasst, die darin angeordnet sind und sich zwischen einem Paar von Hauptflächen der zweiten Nitridschicht erstrecken; und
    • wobei die erste Nitridschicht eine Dicke aufweist, die größer ist als die Dicke der zweiten Nitridschicht.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird es bei dem selbsttragenden Substrat, das aus einem spezifischen Nitrid, wie z.B. Galliumnitrid, zusammengesetzt ist, möglich, die Abweichung der Versetzungsdichte auf der Oberfläche des selbsttragenden Substrats zu vermindern, so dass die Hohlräume auf der Oberfläche verhindert werden und die Produktivität verbessert wird.
    • 1 ist ein Diagramm, das schematisch eine selbsttragende Schicht 1 zeigt, die aus einem orientierten polykristallinen Substrat 4, einer ersten Nitridschicht 3 und einer zweiten Nitridschicht 2 zusammengesetzt ist.
    • 2 ist ein Diagramm, das schematisch ein selbsttragendes Substrat 5 zeigt, das aus der ersten Nitridschicht 3 und der zweiten Nitridschicht 2 zusammengesetzt ist.
    • 3(a) ist ein Diagramm, das schematisch ein selbsttragendes Substrat 1 zeigt, die aus dem orientierten polykristallinen Substrat 4, der ersten Nitridschicht 3 und der zweiten Nitridschicht 2 zusammengesetzt ist, und die 3(b) ist ein Diagramm, das schematisch ein selbsttragendes Substrat 1A zeigt, das durch Bereitstellen einer Maske 7 für ein selektives Wachstum auf dem orientierten polykristallinen Substrat 4 und dann durch Bilden der ersten Nitridschicht 3 und der zweiten Nitridschicht 2 darauf erhalten worden ist.
    • 4(a) ist ein Diagramm, das schematisch ein selbsttragendes Substrat 1B zeigt, das durch Bereitstellen von bearbeiteten Abschnitten 8 auf dem orientierten polykristallinen Substrat 4 und dann durch Bilden der ersten Nitridschicht 3 und der zweiten Nitridschicht 2 darauf gebildet worden ist; und 4(b) ist ein Diagramm, das schematisch ein selbsttragendes Substrat 5 zeigt, das aus der ersten Nitridschicht 3 und der zweiten Nitridschicht 2 zusammengesetzt ist.
  • Wie es in der 1 gezeigt ist, sind in einem orientierten polykristallinen Sinterkörper 4 die Kristallorientierungen der jeweiligen Kristallkörner etwa in einer bevorzugten Kristallorientierung orientiert und bezüglich der bevorzugten Kristallorientierung geringfügig geneigt.
  • Auf dem orientierten polykristallinen Sinterkörper 4 wird durch eine Hydrid-Gasphasenabscheidung oder ein Ammonothermalverfahren eine erste Nitridschicht 3 bereitgestellt, die aus einem ein Nitrid von einem oder mehreren Element(en) hergestellt ist, das oder die aus der Gruppe, bestehend aus Gallium, Aluminium und Indium, ausgewählt ist oder sind. Bei dem Nitrid kann es sich um Galliumnitrid, Indiumnitrid, Aluminiumnitrid oder Mischkristalle davon handeln.
  • In der Nitridschicht 3 erstrecken sich die jeweiligen Kristallkörner 3a von einer unteren Hauptfläche 3b zu einer oberen Hauptfläche 3c der Nitridschicht 3 und durchdringen die Nitridschicht. Die Richtung, in die sich die jeweiligen Kristallkörner erstrecken, ist eine Richtung X im Wesentlichen senkrecht zu der Dicke des selbsttragenden Substrats. Ferner sind die jeweiligen Kristallkörner 3a in einer Richtung Y (parallel zur Ebene) etwa senkrecht zur Dickenrichtung X des selbsttragenden Substrats angeordnet. Die jeweiligen Körner 3a des Nitrideinkristalls sind von der Hauptfläche 3c zur Hauptfläche 3b der ersten Nitridschicht 3 ohne dazwischen vorliegende Korngrenzen verbunden.
  • Eine zweite Nitridschicht 2 wird durch ein Natriumflussmittelverfahren auf der ersten Nitridschicht 3 wachsen gelassen. Die zweite Nitridschicht ist ebenfalls aus einem Nitrid von einem oder mehreren Element(en) zusammengesetzt, das oder die aus der Gruppe, bestehend aus Gallium, Aluminium und Indium, ausgewählt ist oder sind.
  • In der Nitridschicht 2 erstrecken sich die jeweiligen Kristallkörner 2a von einer unteren Hauptfläche 2b zu einer oberen Hauptfläche 2c der Nitridschicht 2, so dass sie die Nitridschicht durchdringen. Die Richtung, in der sich die jeweiligen Kristallkörner erstrecken, ist eine Richtung X im Wesentlichen senkrecht zur Dicke des selbsttragenden Substrats. Ferner sind die jeweiligen Kristallkörner 2a in einer Richtung Y (parallel zur Ebene) etwa senkrecht zur Dickenrichtung X des selbsttragenden Substrats angeordnet. Die jeweiligen Körner 2a des Nitrideinkristalls sind von der Hauptfläche 2c zur Hauptfläche 2b der zweiten Nitridschicht 2 ohne dazwischen vorliegende Korngrenzen verbunden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung weisen in jeder der Nitridschichten die jeweiligen Kristallkörner eine Kristallorientierung auf, die in der Richtung etwa senkrecht zu dem selbsttragenden Substrat (der Richtung senkrecht zur Ebene des selbsttragenden Substrats) größtenteils ausgerichtet ist. Dies ist nicht notwendigerweise auf eine Kristallorientierung beschränkt, die vollständig in der Richtung senkrecht zum Substrat ausgerichtet ist, und bedeutet, dass es eine Kristallorientierung sein kann, die in einem gewissen Ausmaß mit der Senkrechten oder einer ähnlichen Richtung dazu ausgerichtet ist, solange die gewünschten Vorrichtungseigenschaften von Vorrichtungen, wie z.B. von lichtemittierenden Vorrichtungen, wofür das selbsttragende Substrat bevorzugt verwendet wird, sichergestellt werden können. Unter Verwendung eines Ausdrucks, der von dem Herstellungsverfahren abgeleitet ist, kann auch davon gesprochen werden, dass die Einkristallkörner eine Struktur aufweisen, in der die Körner größtenteils in Übereinstimmung mit der Kristallorientierung eines orientierten polykristallinen Sinterkörpers vorliegen, der als Basissubstrat bei der Herstellung des selbsttragenden Galliumnitridsubstrats verwendet wird.
  • Die „Struktur, in der Körner größtenteils in Übereinstimmung mit der Kristallorientierung eines orientierten polykristallinen Sinterkörpers wachsen“, steht für eine Struktur, die aus einem Kristallwachstum resultiert, das durch die Kristallorientierung des orientierten polykristallinen Sinterkörpers beeinflusst wird, die nicht notwendigerweise auf eine Struktur beschränkt ist, in der Körner vollständig in Übereinstimmung mit der Kristallorientierung des orientierten polykristallinen Sinterkörpers gewachsen sind, und es kann sich um eine Struktur handeln, in der Körner in einem gewissen Ausmaß in Übereinstimmung mit der Kristallorientierung des orientierten polykristallinen Körpers gewachsen sind, solange die gewünschten Vorrichtungseigenschaften von Vorrichtungen, wie z.B. von lichtemittierenden Vorrichtungen, wofür das selbsttragende Substrat bevorzugt verwendet wird, sichergestellt werden können. D.h., diese Struktur umfasst auch eine Struktur, in der Körner in einer Kristallorientierung gewachsen sind, die sich von derjenigen des orientierten polykristallinen Sinterkörpers unterscheidet. In diesem Sinne kann der Ausdruck „Struktur, in der Körner größtenteils in Übereinstimmung mit der Kristallorientierung gewachsen sind“ auch als „Struktur, in der Körner in einer Weise größtenteils abgeleitet von der Kristallorientierung gewachsen sind“ formuliert werden.
  • Jedes der Nitride ist ein Aggregat aus Einkristallkörnern, die in der Richtung X senkrecht zu der Hauptfläche 1a, 5a oder 5b des selbsttragenden Substrats 1 oder 5 betrachtet als Einkristall sichtbar sind, und in den Korngrenzen betrachtet in dem Querschnitt entlang der planparallelen Richtung Y (vgl. die 1 und 2) festgestellt werden. Jedes der Einkristallkörner weist typischerweise eine längliche Form und noch typischer eine Säulenstruktur auf. Die „Säulenstruktur“ bedeutet jedoch nicht nur eine typischerweise vertikale lange Säulenform und ist so festgelegt, dass sie verschiedene Formen umfasst, wie z.B. eine horizontal lange Form, eine Trapezform und eine invertierte Trapezform. Wie es vorstehend beschrieben ist, kann das selbsttragende polykristalline Substrat eine Struktur mit einer Kristallorientierung aufweisen, die in einem gewissen Ausmaß mit der Senkrechten oder einer Richtung, welche dieser ähnlich ist, ausgerichtet ist, und muss nicht notwendigerweise eine säulenförmige Struktur im strengen Sinn aufweisen.
  • Ferner ist es in jeder der Nitridschichten nicht erforderlich, dass sich alle Einkristallkörner ohne dazwischen vorliegenden Korngrenzen zwischen den Hauptflächen jeder Nitridschicht erstrecken, und ein Teil der Einkristallkörner kann bei der Hälfte der Nitridschicht enden.
  • Der orientierte polykristalline Sinterkörper ist aus einem Sinterkörper zusammengesetzt, der zahlreiche Einkristallkörner enthält, die in einem gewissen Ausmaß oder stark in einer bestimmten Richtung orientiert sind. Die Verwendung eines auf diese Weise orientierten polykristallinen Sinterkörpers ermöglicht die Herstellung eines selbsttragenden polykristallinen Substrats mit einer Kristallorientierung, die in der Richtung etwa senkrecht zu dem Substrat größtenteils ausgerichtet ist, und wenn die Nitridschicht auf dem selbsttragenden polykristallinen Substrat durch ein epitaxiales Wachstum oder ein dazu ähnliches Kristallwachstum gebildet wird, wird ein Zustand erreicht, in dem die Kristallorientierung in der Richtung etwa senkrecht zu dem Substrat größtenteils ausgerichtet ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der orientierte polykristalline Sinterkörper aus einem Metalloxid oder einem Metallnitrid zusammengesetzt und es kann sich mehr bevorzugt um einen orientierten polykristallinen Aluminiumoxid-Sinterkörper handeln. Ferner ist der orientierte polykristalline Sinterkörper gemäß einer bevorzugten Ausführungsform transparent.
  • Die Richtung, in der Kristalle in dem orientierten polykristallinen Aluminiumoxid-Sinterkörper orientiert sind, ist nicht speziell beschränkt, und sie kann die Richtung einer c-Ebene, einer a-Ebene, einer r-Ebene, einer m-Ebene oder dergleichen sein, und im Hinblick auf die Übereinstimmung der Gitterkonstante mit dem selbsttragenden Galliumnitridsubstrat ist es bevorzugt, dass Kristalle entlang der c-Ebene orientiert sind. Bezüglich des Orientierungsgrads beträgt der Orientierungsgrad an der Plattenoberfläche z.B. vorzugsweise 50 % oder mehr, mehr bevorzugt 65 % oder mehr, noch mehr bevorzugt 75 % oder mehr, besonders bevorzugt 85 % oder mehr, noch mehr bevorzugt 90 % oder mehr und insbesondere 95 % oder mehr. Der Orientierungsgrad kann durch Messen eines XRD (Röntgenbeugungs)-Profils durch Bestrahlen der Plattenoberfläche des plattenförmigen Aluminiumoxids mit Röntgenstrahlen unter Verwendung eines XRD-Geräts (wie z.B. RINT-TTR III, hergestellt von Rigaku Corporation) und einer Berechnung gemäß der nachstehenden Formel bestimmt werden. Orienterungsgrad [ % ] = [ ( P − P 0 ) / ( 1 − P 0 ) ] × 100 P 0 = I 0 ( hkl ) / ∑ I 0 ( hkl ) p = I s ( hkl ) / ∑ I s ( hkl )
    Figure DE112016000548B4_0001
    (I0(hkl) und Is(hkl) sind die integrierten Werte (2θ = 20 bis 70 Grad) der Beugungsintensitäten von der (hkl)-Ebene in ICDD Nr. 461212 bzw. einer Probe.
  • Der Korndurchmesser an der Plattenoberfläche von Körnern, die den orientierten polykristallinen Sinterkörper bilden, beträgt vorzugsweise 0,3 bis 1000 µm, mehr bevorzugt 3 bis 1000 um, noch mehr bevorzugt 10 bis 200 µm und besonders bevorzugt 14 bis 200 µm.
  • Das selbsttragende Substrat der vorliegenden Erfindung umfasst mindestens die erste und die zweite Nitridschicht. Gemäß der vorliegenden Erfindung steht das „selbsttragende Substrat“ für ein Substrat, das durch dessen Eigengewicht bei der Handhabung nicht verformt oder beschädigt wird und das als festes bzw. massives Material gehandhabt werden kann.
  • Das selbsttragende Substrat 1 kann den orientierten polykristallinen Sinterkörper 4 umfassen, wie es in der 1 gezeigt ist. Vorzugsweise wird jedoch, wie es in der 2 gezeigt ist, der orientierte polykristalline Sinterkörper 4 zum Erhalten des selbsttragenden Substrats 5, das aus der ersten Nitridschicht und der zweiten Nitridschicht zusammengesetzt ist, entfernt.
  • Das Verfahren zum Entfernen des orientierten polykristallinen Sinterkörpers ist nicht speziell beschränkt und Beispiele umfassen ein Schleifen, ein chemisches Ätzen, ein Grenzflächenerwärmen durch eine Laserbestrahlung von der Seite des orientierten Sinterkörpers (Laserabtragen), ein spontanes Trennen unter Verwendung einer Differenz bei der Wärmeausdehnung, die durch einen Temperaturanstieg induziert wird, und dergleichen.
  • Wie es in den 3(a), 3(b) und 4(a) gezeigt ist, wird mit der Maßgabe, dass „T“ der Dicke der ersten Nitridschicht zugeordnet ist und „t“ der Dicke der zweiten Nitridschicht zugeordnet ist, T größer als t gemacht. Es ist dadurch möglich, die Abweichung der Versetzungsdichte auf der Oberfläche 2c der zweiten Nitridschicht zu vermindern. Diesbezüglich kann T/t vorzugsweise auf 2 oder mehr und insbesondere auf 4 oder mehr eingestellt werden.
  • Andererseits besteht dann, wenn T/t zu groß wird, eine Tendenz dahingehend, dass die Versetzungsdichte auf der Oberfläche (freiliegende Oberfläche) der zweiten Nitridschicht als Ganzes groß ist. Folglich kann T/t im Hinblick auf die Verminderung der Versetzungsdichte auf der Oberfläche der zweiten Nitridschicht als Ganzes auf 100 oder kleiner und mehr bevorzugt auf 10 oder kleiner eingestellt werden.
  • Ferner kann im Hinblick auf die Verminderung der Versetzungsdichte auf der Oberfläche (freiliegende Fläche) der zweiten Nitridschicht die Dicke „t“ der zweiten Nitridschicht vorzugsweise 10 µm oder mehr und mehr bevorzugt 50 µm oder mehr betragen. Im Hinblick auf die Produktivität der zweiten Nitridschicht kann die Dicke der zweiten Nitridschicht jedoch vorzugsweise 200 µm oder weniger und mehr bevorzugt 150 µm oder weniger betragen.
  • Wenn die erste Nitridschicht durch eine Hydrid-Gasphasenabscheidung oder ein Ammonthermalverfahren gebildet wird, ist die Wachstumsgeschwindigkeit groß und selbst wenn das orientierte polykristalline Substrat beeinträchtigt wird, kann es nach dem Wachsen des dicken Films abgelöst werden.
  • Da die zweite Nitridschicht keinen Bereich mit konzentrierten Versetzungen umfasst und eine Abweichung bei der Verteilung der Versetzungsdichte zeigt, kann die Abweichung der Versetzung an der Oberfläche des selbsttragenden Substrats verhindert werden. Ferner kann dadurch, dass die Dicke der ersten Nitridschicht durch die größere Wachstumsgeschwindigkeit relativ groß gemacht wird, eine Festigkeit erhalten werden, die für das selbsttragende Substrat erforderlich ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Dicke „T“ der ersten Nitridschicht auf 100 µm oder größer eingestellt, so dass eine höhere Festigkeit erhalten werden kann. Diesbezüglich kann die Dicke „T“ der ersten Nitridschicht vorzugsweise auf 200 µm oder größer eingestellt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen in der ersten Nitridschicht 3 die Einkristallkörner 3a die Kristallorientierung B auf, die bezüglich der Richtung etwa senkrecht zu dem Substrat größtenteils ausgerichtet ist, und in der zweiten Nitridschicht 2 weisen die Einkristallkörner 2a die Kristallorientierung C auf, die bezüglich der Richtung etwa senkrecht zu dem Substrat größtenteils ausgerichtet ist.
  • Die Kristallorientierung B von jedem Einkristallkorn 3a in der ersten Nitridschicht 3 ist bezüglich der Kristallorientierung A des Kristallkorns 4a in der obersten Schicht des orientierten polykristallinen Substrats größtenteils ausgerichtet. Ferner ist die Kristallorientierung C von jedem Einkristallkorn 2a in der zweiten Nitridschicht 2 bezüglich der Kristallorientierung B des Kristallkorns 3a in der ersten Nitridschicht 3 größtenteils ausgerichtet.
  • Mehr bevorzugt sind in diesem Fall die Kristallorientierungen B, C von einzelnen Einkristallkörnern, die mit einer inversen Polfigurkartierung („inverse pole figure mapping“) durch eine Elektronenrückstreubeugung (EBSD)-Analyse bestimmt worden sind, die auf der Oberfläche des selbsttragenden Substrats durchgeführt worden ist, mit verschiedenen Neigungswinkeln ausgehend von einer spezifischen Kristallorientierung L verteilt, und der durchschnittliche Neigungswinkel beträgt 1 bis 10°. Eine bevorzugte spezifische Kristallorientierung L ist die c-Ebene oder die m-Ebene. Ferner bilden die Kristallorientierungen B, C von einzelnen Einkristallkörnern, die mit einer inversen Polfigurkartierung durch eine Elektronenrückstreubeugungsanalyse bestimmt worden sind, die auf der Oberfläche des selbsttragenden Substrats durchgeführt worden ist, einen Winkel von 5° oder kleiner bezüglich der Richtung X senkrecht zur Ebene (Dickenrichtung).
  • Ferner ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der spezifische Widerstand der ersten Nitridschicht niedriger als der spezifische Widerstand der zweiten Nitridschicht. Gemäß einer mehr bevorzugten Ausführungsform beträgt der spezifische Widerstand der ersten Nitridschicht 30 mΩ · cm oder weniger.
  • Ein Dotieren bei einer hohen Konzentration kann durch eine Hydrid-Gasphasenabscheidung oder ein Ammonothermalverfahren im Gegensatz zu einem Natriumflussmittelverfahren durchgeführt werden, so dass die Nitridschicht mit einem niedrigeren Widerstand gebildet werden kann. Folglich kann bewirkt werden, dass die erste Nitridschicht, deren Dicke größer ist als diejenige der zweiten Nitridschicht, einen niedrigeren Widerstand aufweist, so dass der Gesamtwiderstand des selbsttragenden Substrats niedriger gemacht werden kann.
  • Jedes der Nitride, das die jeweiligen Nitridschichten des selbsttragenden Galliumnitridsubstrats bildet, kann frei von einer Dotiersubstanz sein. Hier bedeutet der Ausdruck „frei von einer Dotiersubstanz“, dass ein Element, das zugesetzt wird, um eine bestimmte Funktion oder Eigenschaften zu verleihen, nicht enthalten ist, jedoch selbstverständlich unvermeidbare Verunreinigungen zulässig sind.
  • Alternativ kann jede der Nitridschichten, die das selbsttragende Substrat bilden, mit einer n-Typ-Dotiersubstanz oder einer p-Typ-Dotiersubstanz dotiert werden. In diesem Fall kann das selbsttragende Substrat als Komponente oder Schicht, die von einem Substrat verschieden ist, wie z.B. eine p-Typ-Elektrode, eine n-Typ-Elektrode, eine p-Typ-Schicht oder eine n-Typ-Schicht, verwendet werden.
  • Bevorzugte Beispiele für p-Typ-Dotiersubstanzen umfassen eine oder mehrere, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Beryllium (Be), Magnesium (Mg), Calcium (Ca), Strontium (Sr), Zink (Zn) und Cadmium (Cd). Bevorzugte Beispiele für n-Typ-Dotiersubstanzen umfassen eine oder mehrere, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Silizium (Si), Germanium (Ge), Zinn (Sn) und Sauerstoff (O).
  • Vorzugsweise beträgt der durchschnittliche Querschnittsdurchmesser der Einkristallkörner an der äußersten Oberfläche 2c des selbsttragenden Substrats 0,3 µm oder mehr, mehr bevorzugt 3 µm oder mehr, noch mehr bevorzugt 20 µm oder mehr, noch mehr bevorzugt 50 µm oder mehr, besonders bevorzugt 70 µm oder mehr. Obwohl die Obergrenze des durchschnittlichen Querschnittsdurchmessers der Einkristallkörner an der äußersten Oberfläche des selbsttragenden Substrats nicht speziell beschränkt ist, beträgt sie vorzugsweise 1000 µm oder weniger, mehr bevorzugt 500 µm oder weniger und noch mehr bevorzugt 200 µm oder weniger.
  • Der durchschnittliche Korndurchmesser an der Oberfläche der Nitridschicht der Kristallkörner wird durch das folgende Verfahren gemessen. D.h., die Plattenoberfläche eines plattenförmigen Sinterkörpers wird poliert und ein Bild wird mit einem Rasterelektronenmikroskop aufgenommen. Der Sichtfeldbereich wird derart festgelegt, dass dann, wenn Geraden diagonal auf dem erhaltenen Bild eingezeichnet werden, jede Gerade 10 bis 30 Körner kreuzt. Der durchschnittliche Korndurchmesser an der Plattenoberfläche wird durch diagonales Einzeichnen von zwei Geraden auf dem erhaltenen Bild, Ermitteln des Durchschnitts der Liniensegmentlängen innerhalb aller Körner, die durch die Geraden gekreuzt werden, und Multiplizieren des Durchschnitts mit 1,5 bestimmt. Wenn die Grenze von Sinterkörperkörnern auf dem Rasterelektronenmikroskopbild der Plattenoberfläche nicht eindeutig bestimmt werden kann, kann die vorstehend genannte Bewertung durchgeführt werden, nachdem eine Bearbeitung zur Hervorhebung der Grenze durch thermisches Ätzen (z.B. für 45 Minuten bei 1550 °C) oder chemisches Ätzen durchgeführt worden ist.
  • Es ist bevorzugt, dass das selbsttragende Substrat eine Größe mit einem Durchmesser von 50,8 mm (2 Zoll) oder mehr, mehr bevorzugt mit einem Durchmesser von 100 mm (4 Zoll) oder mehr und noch mehr bevorzugt mit einem Durchmesser von 150 mm (6 Zoll) oder mehr aufweist.
  • Es ist bevorzugt, dass das selbsttragende Substrat von oben betrachtet kreisförmig oder im Wesentlichen kreisförmig ist, jedoch ist die Form nicht darauf beschränkt. In dem Fall, bei dem das selbsttragende Substrat nicht kreisförmig oder im Wesentlichen kreisförmig ist, beträgt die Fläche vorzugsweise 2026 mm2 oder mehr, mehr bevorzugt 7850 mm2 oder mehr und noch mehr bevorzugt 17661 mm2 oder mehr. Für Anwendungen, die keine große Fläche erfordern, kann die Fläche kleiner sein als der vorstehend genannte Bereich, wie z.B. ein Durchmesser von 50,8 mm (2 Zoll) oder weniger oder 2026 mm2 oder weniger als Fläche.
  • Die Dicke des selbsttragenden Substrats muss dem Substrat selbsttragende Eigenschaften verleihen können und beträgt folglich vorzugsweise 20 µm oder mehr, mehr bevorzugt 100 µm oder mehr und noch mehr bevorzugt 300 µm oder mehr. Obwohl die Obergrenze der Dicke des selbsttragenden Substrats nicht festgelegt ist, beträgt sie im Hinblick auf die Herstellungskosten vorzugsweise 3000 µm oder weniger.
  • Die vorliegende Erfindung beinhaltet ferner die Verwendung des selbsttragenden Substrats für eine funktionelle Vorrichtung, die das selbsttragende Substrat und eine funktionelle Schicht, die einen Halbleiter umfasst und auf dem selbsttragenden Substrat ausgebildet ist, umfasst.
  • Das selbsttragende Substrat der vorliegenden Erfindung kann als Substrat für verschiedene Halbleitervorrichtungen verwendet werden, wie z.B. lichtemittierende Vorrichtungen, und es ist darüber hinaus als Komponente oder Schicht, die von einem Substrat verschieden ist, verwendbar, wie z.B. als Elektrode (die eine p-Typ-Elektrode oder eine n-Typ-Elektrode sein kann), als p-Typ-Schicht oder als n-Typ-Schicht.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Einkristallkörner, die den Halbleiter bilden, eine Kristallorientierung auf, die größtenteils ausgerichtet mit der bevorzugten Kristallorientierung des selbsttragenden Substrats gewachsen ist.
  • Ferner ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Halbleiter, der die funktionelle Schicht bildet, aus einem Nitrid von einem oder mehreren Element(en) zusammengesetzt, das aus der Gruppe, bestehend aus Gallium, Aluminium und Indium, ausgewählt ist.
  • Ferner wird, wie es in der 3(a) gezeigt ist, gemäß dem Verfahren der Erfindung die erste Nitridschicht 3 durch eine Hydrid-Gasphasenabscheidung oder ein Ammonothermalverfahren wachsen gelassen, so dass sie eine bevorzugte Kristallorientierung aufweist, die mit der bevorzugten Kristallorientierung des orientierten polykristallinen Sinterkörpers 4 größtenteils ausgerichtet ist. Dann wird die zweite Nitridschicht 2 auf der ersten Nitridschicht 3 durch ein Natriumflussmittelverfahren gebildet, so dass die zweite Nitridschicht 2 eine bevorzugte Kristallorientierung aufweist, die mit der bevorzugten Kristallorientierung der ersten Nitridschicht 3 größtenteils ausgerichtet ist. Dabei wird die Dicke „T“ der ersten Nitridschicht 3 größer eingestellt als die Dicke „t“ der zweiten Nitridschicht 2.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, wie sie in der 4(b) gezeigt ist, wird der orientierte polykristalline Sinterkörper 4 von der ersten Nitridschicht 3 entfernt.
  • Ferner wird gemäß einer weiteren Ausführungsform, wie sie in der 3(b) gezeigt ist, eine Maske für selektives Wachstum 7 auf dem orientierten polykristallinen Sinterkörper 4 gebildet. Dann wird die erste Nitridschicht 3 durch eine Hydrid-Gasphasenabscheidung oder ein Ammonothermalverfahren wachsen gelassen, so dass sie eine bevorzugte Kristallorientierung aufweist, die mit der bevorzugten Kristallorientierung des orientierten polykristallinen Sinterkörpers 4 größtenteils ausgerichtet ist. Dann wird die zweite Nitridschicht 2 auf der ersten Nitridschicht 3 durch ein Natriumflussmittelverfahren wachsen gelassen, so dass sie eine bevorzugte Kristallorientierung aufweist, die mit der bevorzugten Kristallorientierung der ersten Nitridschicht größtenteils ausgerichtet ist. Auf diese Weise wird das selbsttragende Substrat 1A erhalten. Dann werden gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, wie sie in der 4(b) gezeigt ist, der orientierte polykristalline Sinterkörper 4 und die Maske für selektives Wachstum von der ersten Nitridschicht 3 entfernt.
  • Durch Bilden der Maske für selektives Wachstum auf dem orientierten Sinterkörper kann in dem Fall, bei dem die erste Nitridschicht durch eine Hydrid-Gasphasenabscheidung oder ein Ammonothermalverfahren wachsen gelassen wird, die Abweichung der Verteilung der Versetzungsdichte vermindert werden. Die Abweichung der Versetzungsdichte des schließlich erhaltenen selbsttragenden Substrats als Ganzes kann weiter vermindert werden. Ferner kann das Ablösen des orientierten Sinterkörpers unter Verwendung der Differenz der Wärmeausdehnung erleichtert werden.
  • Ferner wird gemäß einer weiteren Ausführungsform, wie sie in der 4(a) gezeigt ist, die Oberfläche des orientierten polykristallinen Sinterkörpers 4 bearbeitet. 8 stellt die so bearbeiteten Abschnitte dar, bei denen es sich um Rillen oder Vertiefungen handelt. Dann wird die erste Nitridschicht 3 durch eine Hydrid-Gasphasenabscheidung oder ein Ammonothermalverfahren wachsen gelassen, so dass sie eine bevorzugte Kristallorientierung aufweist, die mit der bevorzugten Kristallorientierung des orientierten polykristallinen Sinterkörpers 4 größtenteils ausgerichtet ist. Dann wird die zweite Nitridschicht 2 auf der ersten Nitridschicht 3 durch ein Natriumflussmittelverfahren gebildet, so dass die zweite Nitridschicht 2 eine bevorzugte Kristallorientierung aufweist, die mit der bevorzugten Kristallorientierung der ersten Nitridschicht 3 größtenteils ausgerichtet ist. Auf diese Weise wird das selbsttragende Substrat 1A erhalten. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, wie sie in der 4(b) gezeigt ist, wird der orientierte polykristalline Sinterkörper 4 von der ersten Nitridschicht entfernt.
  • Durch Bereitstellen der bearbeiteten Abschnitte auf dem orientierten polykristallinen Sinterkörper kann in dem Fall, bei dem die erste Nitridschicht durch eine Hydrid-Gasphasenabscheidung oder ein Ammonothermalverfahren gebildet wird, die Abweichung bei der Verteilung der Versetzungsdichte vermindert werden. Die Abweichung der Versetzungsdichte kann bei dem schließlich erhaltenen selbsttragenden Substrat als Ganzes weiter vermindert werden. Ferner kann das Ablösen des orientierten Sinterkörpers unter Nutzung der Differenz der Wärmeausdehnung erleichtert werden.
  • Ferner kann nach der Herstellung des selbsttragenden Substrats die funktionelle Schicht des Halbleiters derart auf dem selbsttragenden Substrat bereitgestellt sein, dass deren bevorzugte Kristallorientierung mit der bevorzugten Kristallorientierung des selbsttragenden Substrats größtenteils ausgerichtet ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Verwendung des selbsttragenden Substrats weist die funktionelle Schicht die Funktion einer Lichtemission, eines Gleichrichtens oder eines Steuerns von elektrischem Strom auf.
  • Wenn die zweite Nitridschicht durch das Natriumflussmittelverfahren gebildet wird, ist eine Germaniumverbindung enthalten, die bei 25 °C und bei Atmosphärendruck flüssig ist. Die Verteilung der Versetzungsdichte in der Ebene kann beträchtlich vermindert werden.
  • Das Nitrid des Elements der Gruppe 13, das durch das Natriumflussmittelverfahren gewachsen ist, emittiert eine Fluoreszenz (blaue Fluoreszenz) mit einem Peak bei 440 bis 470 nm, wenn Licht mit einer Wellenlänge von 350 nm oder weniger (z.B. Licht einer Quecksilberlampe) eingestrahlt wird. Andererseits emittiert das Nitrid des Elements der Gruppe 13, das durch die Hydrid-Gasphasenabscheidung oder das Ammonothermalverfahren gewachsen ist, eine Fluoreszenz (gelbe Fluoreszenz) mit einem Peak bei 540 bis 580 nm, wenn Licht mit einer Wellenlänge von 350 nm oder weniger (z.B. Licht einer Quecksilberlampe) eingestrahlt wird. Folglich können durch die Farbe der Fluoreszenz, die durch Einstrahlen des Lichts mit einer Wellenlänge von 350 nm oder weniger emittiert wird, die Nitride des Elements der Gruppe 13, die durch das Natriumflussmittelverfahren und durch die Hydrid-Gasphasenabscheidung oder das Ammonothermalverfahren erhalten worden sind, unterschieden werden.
  • (Beispiel 1)
  • (Herstellung eines c-Ebene-orientierten Aluminiumoxid-Sinterkörpers)
  • Als Ausgangsmaterial wurde ein plättchenförmiges Aluminiumoxidpulver (hergestellt von Kinsei Matec Co., Ltd., Qualität 00610) bereitgestellt. 7 Gewichtsteile eines Bindemittels (Polyvinylbutyral: Chargennummer BM-2, hergestellt von Sekisui Chemical Co., Ltd.), 3,5 Gewichtsteile eines Weichmachers (DOP: Di(2-ethylhexyl)phthalat, hergestellt von Kurogane Kasei Co., Ltd.), 2 Gewichtsteile eines Dispergiermittels (Rheodol SP-030, hergestellt von Kao Corporation) und ein Dispersionsmedium (2-Ethylhexanol) wurden mit 100 Gewichtsteilen der plättchenförmigen Aluminiumoxidteilchen gemischt. Die Menge des Dispersionsmediums wurde so eingestellt, dass die Aufschlämmungsviskosität 20000 cP betrug. Die in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellte Aufschlämmung wurde derart durch ein Rakelverfahren auf einem PET-Film zu einer Lage ausgebildet, dass sie eine Trockendicke von 20 µm aufwies. Das resultierende Band wurde zu kreisförmigen Scheiben mit einem Durchmesser von 50,8 mm (2 Zoll) geschnitten, dann wurden 150 Teile gestapelt und auf einer AI-Platte mit einer Dicke von 10 mm angeordnet, und dann wurde ein Vakuumverdichten durchgeführt. Dieser Vakuumstapel wurde in heißem Wasser bei 85 °C bei einem Druck von 100 kgf/cm2 einem isostatischen Pressen unterzogen und ein scheibenförmiger Grünkörper wurde erhalten.
  • Der resultierende Grünkörper wurde in einem Entfettungsofen angeordnet und für 10 Stunden bei 600 °C entfettet. Der resultierende entfettete Körper wurde in einer Heißpresse bei 1600 °C für 4 Stunden bei einem Oberflächendruck von 200 kgf/cm2 in Stickstoff unter Verwendung eines Graphitformwerkzeugs gebrannt. Der resultierende Sinterkörper wurde bei 1700 °C für 2 Stunden bei einem Gasdruck von 1500 kgf/cm2 in Argon in einer isostatischen Heißpresse (HIP) erneut gebrannt.
  • Der auf diese Weise erhaltene Sinterkörper wurde auf einer Keramikoberflächenplatte fixiert und bis #2000 unter Verwendung einer Schleifscheibe geschliffen, um die Plattenoberfläche zu glätten. Als nächstes wurde die Plattenoberfläche durch Läppen unter Verwendung von Diamantschleifkörnern geglättet, so dass ein orientierter Aluminiumoxid-Sinterkörper mit einem Durchmesser von 50,8 mm (2 Zoll) und einer Dicke von 1 mm als orientiertes Aluminiumoxidsubstrat erhalten wurde. Die Ebenheit wurde durch stufenweise Vermindern der Größe der Schleifmittelkörner von 3 µm auf 0,5 µm verbessert. Die durchschnittliche Rauheit Ra nach der Bearbeitung betrug 1 nm.
  • (Bewertung des Orientierungsgrads des orientierten Aluminiumoxidsubstrats)
  • Durch Bestätigen des Orientierungsgrads des so erhaltenen orientierten Aluminiumoxid-Sinterkörpers mittels XRD (Röntgenbeugung) wurde der Orientierungsgrad der c-Ebene gemessen, die eine gemäß dem vorliegenden experimentellen Beispiel zu messende Kristallebene ist. Das XRD-Gerät (RINT-TTR III, hergestellt von Rigaku Corporation) wurde verwendet und Röntgenstrahlen wurden auf die Substratebene des orientierten Aluminiumoxidsubstrats zur Messung des XRD-Profils in einem Bereich von 2θ = 20 bis 70° eingestrahlt. Der Grad der Orientierung der c-Ebene wurde gemäß der Formel berechnet. Als Ergebnis zeigte sich, dass der Orientierungsgrad der c-Ebene gemäß dem vorliegenden experimentellen Beispiel 97 Prozent betrug.
  • (Bewertung der Korngröße von Körnern eines Sinterkörpers aus einem orientierten Aluminiumoxidsubstrat)
  • Der durchschnittliche Korndurchmesser an der Oberfläche des orientierten Aluminiumoxidsubstrats wurde mit dem folgenden Verfahren gemessen. Die Plattenoberfläche des so erhaltenen orientierten Aluminiumoxidsubstrats wurde poliert und einem thermischen Ätzen bei 1550 °C für 45 Minuten unterzogen und ein Bild wurde mit einem Rasterelektronenmikroskop aufgenommen. Der Sichtfeldbereich wird derart festgelegt, dass dann, wenn Geraden diagonal auf dem erhaltenen Bild eingezeichnet werden, jede Gerade 10 bis 30 Körner kreuzt. Der durchschnittliche Korndurchmesser an der Plattenoberfläche wurde durch diagonales Einzeichnen von zwei Geraden auf dem erhaltenen Bild, Ermitteln des Durchschnitts der Liniensegmentlängen innerhalb aller Körner, die durch die Geraden gekreuzt werden, und Multiplizieren des Durchschnitts mit 1,5 bestimmt. Als Ergebnis zeigte sich, dass die durchschnittliche Korngröße an der Plattenoberfläche 100 µm betrug.
  • (Filmbildung einer Galliumnitridschicht durch ein Hydrid-Gasphasenabscheidungsverfahren)
  • Das Substrat, das gemäß den vorstehend genannten Schritten hergestellt worden ist, wurde in einen HVPE-Ofen eingebracht und Chlorwasserstoff (HCI)-Gas wurde mit Galliummetall (Ga) auf einer Quellenöffnung, die auf 800 °C erhitzt worden ist, umgesetzt, so dass Galliumchlorid (GaCI)-Gas erzeugt wurde. Das Galliumchloridgas, Ammoniak (NH3)-Gas als Ausgangsmaterialgas und Wasserstoffgas als Trägergas wurden nach dem Erwärmen auf die Hauptoberfläche des orientierten Aluminiumoxidsubstrats zum Wachsenlassen eines Galliumnitridkristalls auf dem Substrat zugeführt. In dem Kristallwachstumsschritt wurde eine 40 nm-Pufferschicht aus Galliumnitrid auf dem auf 550 °C erwärmten orientierten Aluminiumoxidsubstrat gebildet und die Temperatur wurde zur Bildung eines dicken Flms der Galliumnitridschicht auf 1100 °C erhöht. Die Wachstumsgeschwindigkeit betrug etwa 200 µm/Stunde und der Zeitraum des Wachsens wurde abhängig von der vorgesehenen Filmdicke zum Erhalten einer gewünschten Filmdicke eingestellt. In der so erhaltenen Probe wurde ein Galliumnitridkristall auf der gesamten Hauptoberfläche des Substrats mit einem Durchmesser von 50,8 mm (2 Zoll) wachsen gelassen und Risse wurden nicht festgestellt.
  • (Filmbildung einer Ge-dotierten Galliumnitridschicht durch das Natriumflussmittelverfahren)
  • Das durch die vorstehend beschriebenen Schritte hergestellte Substrat wurde auf dem Boden eines zylindrischen Aluminiumoxidtiegels mit flachem Boden mit einem Innendurchmesser von 80 mm und einer Höhe von 45 mm angeordnet und dann wurde der Tiegel in einem Handschuhkasten mit einer Schmelzezusammensetzung gefüllt. Die Zusammensetzung der Schmelzezusammensetzung war wie folgt.
    • Ga-Metall: 60 g
    • Na-Metall: 60 g
    • Germaniumtetrachlorid: 1.85 g
  • Dieser Aluminiumoxidtiegel wurde in einen aus einem hochschmelzenden Metall hergestellten Behälter eingebracht, der verschlossen und dann auf einem drehbaren Tisch eines Kristallwachstumsofens angeordnet wurde. Nachdem die Temperatur und der Druck auf 870 °C und 4,0 MPa in einer Stickstoffatmosphäre erhöht worden sind, wurde die Schmelze für 30 Stunden gehalten, während sie gedreht und gerührt wurde, und Galliumnitridkristalle wurden wachsen gelassen. Die Verweilzeit wurde abhängig von der gewünschten Dicke eingestellt, so dass die gewünschte Dicke erhalten wurde. Nach dem Ende des Kristallwachstums wurde der Wachstumsbehälter für 3 Stunden langsam auf Raumtemperatur abgekühlt und dann wurde der Wachstumsbehälter aus dem Kristallwachstumsofen entnommen. Die in dem Tiegel verbliebene Schmelzezusammensetzung wurde mittels Ethanol entfernt und eine Probe, in der Galliumnitridkristalle gewachsen sind, wurde entnommen. In der resultierenden Probe waren Ge-dotierte Galliumnitridkristalle auf der gesamten Oberfläche des 50,8 (2 Zoll)-Impfkristallsubstrats gewachsen und die Kristallwachstumsgeschwindigkeit betrug etwa 10 µm/Stunde. Es wurden keine Risse festgestellt.
  • (Entfernungs- und Oberflächenbearbeitung des orientierten Aluminiumoxidsubstrats)
  • Der orientierte Aluminiumoxidsubstratabschnitt der auf diese Weise erhaltenen Probe wurde durch Schleifen mit einer Schleifscheibe entfernt, so dass ein selbsttragendes Substrat aus Galliumnitrid erhalten wurde. Die Plattenoberfläche des selbsttragenden Substrats wurde durch Schleifscheiben mit #600 und #2000 zum Glätten der Plattenoberfläche poliert. Dann wurde die Plattenoberfläche durch Läppen unter Verwendung von Diamantschleifkörnern zum Erhalten eines selbsttragenden Substrats aus Galliumnitrid mit einer Dicke von etwa 400 µm geglättet. Die Ebenheit wurde durch schrittweise Vermindern der Größe von Schleifmittelkörnern von 3 µm auf 0,1 µm verbessert. Schließlich wurde ein reaktives lonenätzen durchgeführt, so dass eine Bearbeitungsverformungsschicht zum Fertigstellen des selbsttragenden Substrats entfernt wurde. Das selbsttragende Substrat wies nach der Bearbeitung eine durchschnittliche Rauheit von 0,2 nm auf.
  • (Messung der Versetzungsdichte und von Hohlräumen)
  • Die Defektdichte wurde durch Zählen der Anzahl von dunklen Flecken auf der obersten Oberfläche des so erhaltenen selbsttragenden Substrats durch eine Kathodenlumineszenz (CL) bestimmt. Das untersuchte Sichtfeld wurde abhängig von der Anzahl der festgestellten dunklen Flecken verschoben, die Sichtfelder wurden in 16 Felder von 4 Zeilen und 4 Spalten aufgeteilt und die Maximum- und Minimumwerte der Versetzungsdichte wurden zur Bewertung der Abweichung der Versetzungsdichte verglichen. Ferner wurde der durchschnittliche Wert der Versetzungsdichte berechnet. Ferner wurde das Vorliegen oder das Fehlen von Hohlräumen mit einer Größe von 30 µm oder größer auf der obersten Oberfläche durch ein Differentialinterferenzkontrastmikroskop untersucht.
  • Ferner wurden Proben A bis D erzeugt, wie es in der Tabelle 1 gezeigt ist, und das vorstehend genannte Experiment wurde für jede der Proben durchgeführt. Gleichzeitig wurde in dem vorstehend genannten Experiment die erste Nitridschicht durch das Hydrid-Gasphasenabscheidungsverfahren gebildet und die zweite Nitridschicht wurde nicht gebildet, wobei eine Probe E bereitgestellt wurde. Ferner wurde die erste Nitridschicht durch das Hydrid-Gasphasenabscheidungsverfahren nicht gebildet und nur die zweite Nitridschicht wurde durch das Natriumflussmittelverfahren gebildet, wobei eine Probe F bereitgestellt wurde. Ferner wurde in den Proben A bis F der Gesamtwert der Dicke der ersten Nitridschicht und der Dicke der zweiten Nitridschicht als 400 µm bestimmt. Tabelle 1
    Probe A Probe B Probe C Probe D Probe E Probe F
    Dicke der zweiten Nitridschicht t (µm) 133 80 50 10 0 400
    Dicke der ersten Nitridschicht T (µm) 267 320 350 390 400 0
    Verhältnis der Schichtdicken T/t 2,0 4,0 7,0 39,0 - 0
    Hohlräume auf der Oberfläche Nein Nein Nein Nein Nein Ja
    Maximum der Versetzungsdichte max (cm-2) 2,9 × 102 3,3 × 103 2,4 × 104 3,1 × 105 8,9 × 108 2,0 × 102
    Minimum der Versetzungsdichte min (cm-2) 8,9 × 10 2,9 × 102 5,8 × 102 3,6 × 103 1,7 × 106 6,7 × 10
    Maximum/Minimum der Versetzungsdichte max/min 3,3 11,4 41,4 86,1 523,5 3,0
    Durchschnitt der Versetzungsdichte (cm-2) 1,8 × 102 1,6 × 103 6,9 × 103 7,9 × 104 5,0 × 108 1,3 × 102
  • Wie es aus der Probe E ersichtlich ist, war auf der Oberfläche der ersten Nitridschicht, die durch das Hydrid-Gasphasenabscheidungsverfahren gebildet worden ist, die Abweichung der Versetzungsdichte groß und der durchschnittliche Wert der Versetzungsdichte war groß, obwohl auf der Oberfläche keine Hohlräume festgestellt worden sind. Andererseits wurden, wie es aus der Probe F ersichtlich ist, auf der Oberfläche, bei der die erste Nitridschicht nicht gebildet worden ist und nur die zweite Nitridschicht durch das Natriumflussmittelverfahren gebildet worden ist, obwohl die Abweichung der Versetzungsdichte gering war und der durchschnittliche Wert der Versetzungsdichte niedrig war, Hohlräume auf der Oberfläche festgestellt.
  • Im Gegensatz dazu wurde bei den erfindungsgemäßen Beispielen (Proben A bis D) die Abweichung der Versetzungsdichte verhindert und Hohlräume wurden auf der Oberfläche nicht festgestellt.
  • (Beispiel 2)
  • Das selbsttragende Substrat wurde gemäß dem gleichen Verfahren wie die Probe C des Beispiels 1 hergestellt. Im Gegensatz zu dem Beispiel 1 wurde jedoch bei der Bildung der ersten Nitridschicht, die aus einem Galliumnitridkristall zusammengesetzt war, durch die Hydrid-Gasphasenabscheidung die Flussrate von Siliziumtetrafluorid (SiF4)-Gas so eingestellt, dass Si in einer Dotiermenge von 2 × 1019 cm-3 dotiert wurde. Ferner wurde bei der Bildung der zweiten Nitridschicht aus der Galliumnitridschicht durch das Natriumflussmittelverfahren Germaniumtetrachlorid als Dotiersubstanz verwendet.
  • Das so erhaltene selbsttragende Substrat wurde einer Messung des spezifischen Durchgangswiderstands durch eine Halleffektmessung unterzogen. Es wurde gezeigt, dass es vom n-Typ war und dass der spezifische Durchgangswiderstand 7 mΩ · cm betrug.
  • (Beispiel 3)
  • Das selbsttragende Substrat wurde gemäß dem gleichen Verfahren wie die Probe C des Beispiels 1 hergestellt. Im Gegensatz zu dem Beispiel 1 wurde jedoch bei der Bildung der ersten Nitridschicht, die aus einem Galliumnitridkristall zusammengesetzt war, durch die Hydrid-Gasphasenabscheidung Mg dotiert. Ferner wurde bei der Bildung der zweiten Nitridschicht aus der Galliumnitridschicht durch das Natriumflussmittelverfahren Mg dotiert.
  • Das so erhaltene selbsttragende Substrat wurde einer Halleffektmessung unterzogen. Es wurde gezeigt, dass es vom p-Typ war.
  • (Beispiel 4)
  • Das selbsttragende Substrat wurde gemäß dem gleichen Verfahren wie die Probe C des Beispiels 1 hergestellt. Im Gegensatz zu dem Beispiel 1 wurde jedoch bei der Bildung der ersten Nitridschicht, die aus einem Galliumnitridkristall zusammengesetzt war, durch die Hydrid-Gasphasenabscheidung Zn dotiert. Ferner wurde bei der Bildung der zweiten Nitridschicht aus der Galliumnitridschicht durch das Natriumflussmittelverfahren Zn als Dotiersubstanz verwendet.
  • Das so erhaltene selbsttragende Substrat wurde einer Messung des spezifischen Durchgangswiderstands durch eine Halleffektmessung unterzogen. Es wurde gezeigt, dass es vom n-Typ war und dass der spezifische Durchgangswiderstand 5 × 105 Ω · cm betrug, was zeigt, dass dessen spezifischer Widerstand höher war.
  • (Beispiel 5)
  • Eine LED (lichtemittierende Diode)-Struktur wurde auf der Oberfläche der zweiten Nitridschicht des selbsttragenden Substrats der im Beispiel 2 erhaltenen Probe C gebildet.
  • (Bildung einer lichtemittierenden Funktionsschicht durch ein MOCVD-Verfahren)
  • Auf dem selbsttragenden Substrat wurde eine n-GaN-Schicht mit einer Dicke von 1 µm als n-Typ-Schicht unter Verwendung eines MOCVD-Verfahrens (metallorganische chemische Gasphasenabscheidung) bei 1050 °C gebildet, so dass sie mit Si mit einer Si-Atomkonzentration von 5 × 1018/cm3 dotiert wurde. Dann wurde als lichtemittierende Schicht eine Mehrfachquantenmuldenschicht bei 750 °C gebildet. Insbesondere wurden fünf 2,5 nm dicke InGaN-Muldenschichten und sechs 10 nm dicke GaN-Barriereschichten abwechselnd gestapelt. Dann wurde ein 200 nm dickes p-GaN, das so dotiert war, dass eine Mg-Atomkonzentration von 1 × 1019/cm3 erhalten wurde, bei 950 °C als p-Typ-Schicht abgeschieden. Danach wurde die Probe aus dem MOCVD-Gerät entnommen und eine 800 °C-Wärmebehandlung wurde für 10 Minuten in einer Stickstoffatmosphäre als Aktivierungsbehandlung von Mg-Ionen der p-Typ-Schicht durchgeführt.
  • (Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung)
  • Unter Verwendung eines Photolithographieverfahrens und eines Vakuumabscheidungsverfahrens wurden Ti/Al/Ni/Au-Filme als Kathode auf der Oberfläche der Seite gegenüber der n-GaN-Schicht und der p-GaN-Schicht des selbsttragenden Substrats in einer Dicke von 15 nm, 70 nm, 12 nm bzw. 60 nm strukturiert. Danach wurde zur Verbesserung der ohm'schen Kontakteigenschaften für 30 Sekunden eine Wärmebehandlung bei 700 °C in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt. Ferner wurden unter Verwendung eines Photolithographieverfahrens und eines Vakuumabscheidungsverfahrens Ni/Au-Filme als lichtdurchlässige Anode auf der p-Typ-Schicht in einer Dicke von 6 nm bzw. 12 nm strukturiert. Danach wurde zur Verbesserung der ohm'schen Kontakteigenschaften für 30 Sekunden eine Wärmebehandlung bei 500 °C in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt. Ferner wurden unter Verwendung eines Photolithographieverfahrens und eines Vakuumabscheidungsverfahrens Ni/Au-Filme, die als Anodenkontaktstelle dienten, in einer Dicke von 5 nm bzw. 60 nm auf einem Teilbereich der obersten Oberfläche der vorstehend genannten Ni/Au-Filme als lichtdurchlässige Anode strukturiert. Der auf diese Weise erhaltene Wafer wurde zu einem Chip geschnitten und ferner mit einem Anschlusskamm versehen, so dass eine lichtemittierende Vorrichtung mit einer vertikalen Struktur erhalten wurde.
  • (Bewertung der lichtemittierenden Vorrichtung)
  • Wenn eine Elektrizität an die Kathode und die Anode angelegt wurde und eine I-V-Messung durchgeführt wurde, zeigten die Vorrichtungen gleichrichtende Eigenschaften. Darüber hinaus wurde mit einem elektrischen Strom, der in der Durchlassrichtung floss, eine Emission von Licht mit einer Wellenlänge von 450 nm bestätigt.
  • (Beispiel 6)
  • Es wurde eine funktionelle Vorrichtung mit einer gleichrichtenden Funktion hergestellt. Insbesondere wurde eine Schottky-Barrierediodenstruktur auf der Oberfläche der zweiten Nitridschicht des im Beispiel 2 erhaltenen selbsttragenden Substrats wie folgt gebildet. Die Elektroden wurden dann darauf gebildet, so dass eine Diode erhalten wurde.
  • (Bildung einer gleichrichtenden Funktionsschicht durch ein MOCVD-Verfahren)
  • Eine n-GaN-Schicht mit einer Dicke von 1 µm wurde auf dem selbsttragenden Substrat als n-Typ-Schicht unter Verwendung eines MOCVD-Verfahrens (metallorganische chemische Gasphasenabscheidung) bei 1050 °C gebildet, so dass sie mit Si mit einer Si-Atomkonzentration von 1 × 1017/cm3 dotiert wurde.
  • (Herstellung einer gleichrichtenden Vorrichtung)
  • Unter Verwendung eines Photolithographieverfahrens und eines Vakuumabscheidungsverfahrens wurden Ti/Al/Ni/Au-Filme als Kathode auf der Oberfläche der Seite gegenüber der n-GaN-Schicht des selbsttragenden Substrats mit Dicken von 15 nm, 70 nm, 12 nm bzw. 60 nm strukturiert. Danach wurde zur Verbesserung der ohm'schen Kontakteigenschaften für 30 Sekunden eine Wärmebehandlung bei 700 °C in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt. Ferner wurden unter Verwendung eines Photolithographieverfahrens und eines Vakuumabscheidungsverfahrens Ni/Au-Filme als Schottky-Elektrode auf der mit dem MOCVD-Verfahren gebildeten n-GaN-Schicht in einer Dicke von 6 nm bzw. 80 nm strukturiert. Der auf diese Weise erhaltene Wafer wurde zu einem Chip geschnitten und ferner mit einem Anschlusskamm versehen, so dass die gleichrichtende Vorrichtung erhalten wurde.
  • (Bewertung der gleichrichtenden Vorrichtung)
  • Bei der Durchführung der I-V-Messung wurden die gleichrichtenden Eigenschaften bestätigt.
  • (Beispiel 7)
  • Es wurde eine funktionelle Vorrichtung mit der Funktion des Steuerns von elektrischem Strom hergestellt. Es wurde ein selbsttragendes Substrat als Probe C hergestellt, die im Beispiel 1 erhalten worden ist. Im Unterschied zum Beispiel 1 wurde jedoch bei der Herstellung des zweiten Nitridfilms, der aus einem Galliumnitridkristall zusammengesetzt war, durch das Natriumflussmittelverfahren das Dotieren des Fremdatoms nicht durchgeführt. Auf der Oberfläche der zweiten Nitridschicht des auf diese Weise erhaltenen selbsttragenden Substrats wurde eine HEMT-Struktur aus Al0,3Ga0,7N/GaN mit dem MOCVD-Verfahren wie folgt zur Bildung einer Elektrode hergestellt, und die Transistoreigenschaften wurden bestätigt.
  • (Filmbildung einer funktionellen Schicht zum Steuern von elektrischem Strom durch ein MOCVD-Verfahren)
  • Unter Verwendung eines MOCVD-Verfahrens (metallorganische chemische Gasphasenabscheidung) wurde eine n-GaN-Schicht ohne Dotieren des Fremdatoms in einer Dicke von 3 µm auf dem selbsttragenden Substrat als i-Typ-Schicht bei 1050 °C gebildet. Dann wurde die Al0,3Ga0,7N-Schicht als funktionelle Schicht mit 25 nm ebenfalls bei 1050 °C gebildet. Auf diese Weise wurde die HEMT-Struktur aus Al0,3Ga0,7N/GaN erhalten.
  • (Herstellung einer Vorrichtung mit der Funktion des Steuerns von elektrischem Strom) Unter Verwendung eines Photolithographieverfahrens und eines Vakuumabscheidungsverfahrens wurden Ti/Al/Ni/Au-Filme als Source- und Drainelektroden mit Dicken von 15 nm, 70 nm, 12 nm bzw. 60 nm strukturiert. Danach wurde zur Verbesserung der ohm'schen Kontakteigenschaften für 30 Sekunden eine Wärmebehandlung bei 700 °C in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt. Ferner wurden unter Verwendung eines Photolithographieverfahrens und eines Vakuumabscheidungsverfahrens Ni/Au-Filme als Gate-Elektroden durch einen Schottky-Übergang mit Dicken von 6 nm bzw. 80 nm strukturiert. Der auf diese Weise erhaltene Wafer wurde zu einem Chip geschnitten und ferner mit einem Anschlusskamm versehen, so dass die Vorrichtung mit der Funktion des Steuerns von elektrischem Strom erhalten wurde.
  • (Bewertung der Vorrichtung mit der Funktion des Steuerns von elektrischem Strom)
  • Bei der Durchführung der I-V-Messung wurden gute Abschnüreigenschaften bestätigt, wobei der maximale Drainstrom 800 mA/mm betrug und die maximale Vorwärtssteilheit 260 mS/mm betrug.
  • (Beispiel 8)
  • Es wurde dasselbe selbsttragende Substrat wie die Probe C von Beispiel 1 hergestellt. Im Unterschied zum Beispiel 1 wurde jedoch nach dem Erhalten des orientierten Aluminiumoxidsinterkörpers eine Maske, die aus SiO2 hergestellt war und eine Streifenform aufwies, auf der Oberfläche gebildet. Die Breite der Maske wurde auf 250 µm eingestellt und die Breite der Fenster wurde auf 25 µm eingestellt.
  • Auf der Oberfläche des so erhaltenen selbsttragenden Substrats wurde die Verteilung der Versetzungsdichte wie bei der Probe C berechnet. Das Verhältnis der maximalen Versetzungsdichte/minimalen Versetzungsdichte betrug 20, so dass die Verteilung der Versetzungsdichte vermindert war. Ferner betrug der durchschnittliche Wert der Versetzungsdichte 3,8 × 103 cm-2.
  • (Beispiel 9)
  • Es wurde dasselbe selbsttragende Substrat wie die Probe C von Beispiel 1 hergestellt. Im Unterschied zum Beispiel 1 wurde jedoch nach dem Erhalten des orientierten Aluminiumoxidsinterkörpers eine Maske, die aus SiO2 hergestellt war und eine Streifenform aufwies, auf der Oberfläche gebildet. Die Breite der Maske wurde auf 100 µm eingestellt und die Breite der Fenster wurde auf 100 µm eingestellt. Dann wurde die maskierte Oberfläche des orientierten Aluminiumoxidsubstrats durch reaktives lonenätzen um 1 µm geätzt und die Maske wurde durch BHF entfernt, so dass periodische Rillen auf der Substratoberfläche gebildet wurden.
  • Auf der Oberfläche des so erhaltenen selbsttragenden Substrats wurde die Verteilung der Versetzungsdichte wie bei der Probe C berechnet. Das Verhältnis der maximalen Versetzungsdichte/minimalen Versetzungsdichte betrug 36, so dass die Verteilung der Versetzungsdichte vermindert war. Ferner betrug der durchschnittliche Wert der Versetzungsdichte 5,8 × 103 cm-2.

Claims (27)

  1. Selbsttragendes Substrat, umfassend: eine erste Nitridschicht, die durch ein Hydrid-Gasphasenabscheidungsverfahren oder ein Ammonothermalverfahren wachsen gelassen worden ist und ein Nitrid von einem oder mehreren Element(en) umfasst, das oder die aus der Gruppe, bestehend aus Gallium, Aluminium und Indium, ausgewählt ist oder sind; und eine zweite Nitridschicht, die durch ein Natriumflussmittelverfahren auf der ersten Nitridschicht wachsen gelassen worden ist und ein Nitrid von einem oder mehreren Element(en) umfasst, das oder die aus der Gruppe, bestehend aus Gallium, Aluminium und Indium, ausgewählt ist oder sind; wobei die erste Nitridschicht eine Mehrzahl von Einkristallkörnern umfasst, die darin angeordnet sind und sich zwischen einem Paar von Hauptflächen der ersten Nitridschicht erstrecken; wobei die zweite Nitridschicht eine Mehrzahl von Einkristallkörnern umfasst, die darin angeordnet sind und sich zwischen einem Paar von Hauptflächen der zweiten Nitridschicht erstrecken; und wobei die erste Nitridschicht eine Dicke aufweist, die größer ist als die Dicke der zweiten Nitridschicht.
  2. Selbsttragendes Substrat nach Anspruch 1, wobei T/t 2 oder größer ist, mit der Maßgabe, dass T der Dicke der ersten Nitridschicht zugeordnet ist und t der Dicke der zweiten Nitridschicht zugeordnet ist.
  3. Selbsttragendes Substrat nach Anspruch 2, wobei T/t 4 oder größer ist.
  4. Selbsttragendes Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Dicke der ersten Nitridschicht 100 µm oder mehr beträgt.
  5. Selbsttragendes Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jedes der Einkristallkörner der ersten Nitridschicht eine Kristallorientierung aufweist, die mit einer Richtung etwa senkrecht zu dem Substrat größtenteils ausgerichtet ist, und wobei jedes der Einkristallkörner der zweiten Nitridschicht eine Kristallorientierung aufweist, die mit einer Richtung etwa senkrecht zu dem Substrat größtenteils ausgerichtet ist.
  6. Selbsttragendes Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kristallorientierungen der Einkristallkörner, die mit einer inversen Polfigurkartierung durch eine Elektronenrückstreubeugungsanalyse, die auf einer Oberfläche des selbsttragenden Substrats durchgeführt worden ist, bestimmt worden sind, mit verschiedenen Neigungswinkeln ausgehend von einer spezifischen Kristallorientierung verteilt sind; und wobei der Durchschnitt der Neigungswinkel 1 bis 10 Grad beträgt.
  7. Selbsttragendes Substrat nach Anspruch 6, wobei die spezifische Kristallorientierung eine c-Ebene oder eine m-Ebene ist.
  8. Selbsttragendes Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die erste Nitridschicht einen spezifischen Widerstand aufweist, der niedriger ist als der spezifische Widerstand der zweiten Nitridschicht.
  9. Selbsttragendes Substrat nach Anspruch 8, wobei der spezifische Widerstand der ersten Nitridschicht 30 mΩ · cm oder weniger beträgt.
  10. Selbsttragendes Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Einkristallkörner mit einer n-Typ-Dotiersubstanz oder einer p-Typ-Dotiersubstanz dotiert sind.
  11. Selbsttragendes Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Einkristallkörner frei von einer Dotiersubstanz sind.
  12. Selbsttragendes Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei Zink in die Einkristallkörner der zweiten Nitridschicht dotiert ist.
  13. Verfahren zur Herstellung eines selbsttragenden Substrats, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Wachsenlassen einer ersten Nitridschicht durch ein Hydrid-Gasphasenabscheidungsverfahren oder ein Ammonothermalverfahren, so dass die erste Nitridschicht eine bevorzugte Kristallorientierung aufweist, die mit einer bevorzugten Kristallorientierung eines orientierten polykristallinen Sinterkörpers größtenteils ausgerichtet ist, wobei die erste Nitridschicht ein Nitrid von einem oder mehreren Element(en), ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Gallium, Aluminium und Indium, umfasst; und Wachsenlassen einer zweiten Nitridschicht auf der ersten Nitridschicht durch ein Natriumflussmittelverfahren, so dass die zweite Nitridschicht eine bevorzugte Kristallorientierung aufweist, die mit der bevorzugten Kristallorientierung der ersten Nitridschicht größtenteils ausgerichtet ist, wobei die zweite Nitridschicht ein Nitrid von einem oder mehreren Element(en), ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Gallium, Aluminium und Indium, umfasst; wobei die erste Nitridschicht eine Dicke aufweist, die größer ist als die Dicke der zweiten Nitridschicht.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, das ferner den Schritt des Entfernens des orientierten polykristallinen Sinterkörpers von der ersten Nitridschicht umfasst.
  15. Verfahren zur Herstellung eines selbsttragenden Substrats, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Bilden einer Maske zum selektiven Wachsenlassen auf einem orientierten polykristallinen Sinterkörper; Wachsenlassen einer ersten Nitridschicht durch ein Hydrid-Gasphasenabscheidungsverfahren oder ein Ammonothermalverfahren, so dass die erste Nitridschicht eine bevorzugte Kristallorientierung aufweist, die mit einer bevorzugten Kristallorientierung des orientierten polykristallinen Sinterkörpers größtenteils ausgerichtet ist, wobei die erste Nitridschicht ein Nitrid von einem oder mehreren Element(en), ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Gallium, Aluminium und Indium, umfasst; und Wachsenlassen einer zweiten Nitridschicht auf der ersten Nitridschicht durch ein Natriumflussmittelverfahren, so dass die zweite Nitridschicht eine bevorzugte Kristallorientierung aufweist, die mit der bevorzugten Kristallorientierung der ersten Nitridschicht größtenteils ausgerichtet ist, wobei die zweite Nitridschicht ein Nitrid von einem oder mehreren Element(en), ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Gallium, Aluminium und Indium, umfasst; wobei die erste Nitridschicht eine Dicke aufweist, die größer ist als die Dicke der zweiten Nitridschicht.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, das ferner den Schritt des Entfernens des orientierten polykristallinen Sinterkörpers von der ersten Nitridschicht umfasst.
  17. Verfahren zur Herstellung eines selbsttragenden Substrats, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Bearbeiten einer Oberfläche eines orientierten polykristallinen Sinterkörpers; Wachsenlassen einer ersten Nitridschicht durch ein Hydrid-Gasphasenabscheidungsverfahren oder ein Ammonothermalverfahren, so dass die erste Nitridschicht eine bevorzugte Kristallorientierung aufweist, die mit einer bevorzugten Kristallorientierung des orientierten polykristallinen Sinterkörpers größtenteils ausgerichtet ist, wobei die erste Nitridschicht ein Nitrid von einem oder mehreren Element(en), ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Gallium, Aluminium und Indium, umfasst; und Wachsenlassen einer zweiten Nitridschicht auf der ersten Nitridschicht durch ein Natriumflussmittelverfahren, so dass die zweite Nitridschicht eine bevorzugte Kristallorientierung aufweist, die mit der bevorzugten Kristallorientierung der ersten Nitridschicht größtenteils ausgerichtet ist, wobei die zweite Nitridschicht ein Nitrid von einem oder mehreren Element(en), ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Gallium, Aluminium und Indium, umfasst; wobei die erste Nitridschicht eine Dicke aufweist, die größer ist als die Dicke der zweiten Nitridschicht.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, das ferner den Schritt des Entfernens des orientierten polykristallinen Sinterkörpers von der ersten Nitridschicht umfasst.
  19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei das Bearbeiten der Oberfläche des orientierten polykristallinen Sinterkörpers eine periodische Struktur bereitstellt.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, wobei der orientierte polykristalline Sinterkörper einen orientierten polykristallinen Aluminiumoxid-Sinterkörper umfasst.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, wobei der orientierte polykristalline Sinterkörper lichtdurchlässig ist.
  22. Verwendung des selbsttragenden Substrats nach einem der Ansprüche 1 bis 12 für eine funktionelle Vorrichtung, die das selbsttragende Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und eine funktionelle Schicht umfasst, die einen Halbleiter umfasst und auf dem selbsttragenden Substrat ausgebildet ist.
  23. Verwendung nach Anspruch 22, wobei jedes von Einkristallkörnern, die den Halbleiter bilden, eine Kristallorientierung aufweist, die so gewachsen ist, dass sie mit einer bevorzugten Kristallorientierung des selbsttragenden Substrats größtenteils ausgerichtet ist.
  24. Verwendung nach Anspruch 22 oder 23, wobei der Halbleiter, der die funktionelle Schicht bildet, ein Nitrid von einem oder mehreren Element(en), ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Gallium, Aluminium und Indium, umfasst.
  25. Verwendung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei die funktionelle Schicht eine lichtemittierende Funktion aufweist.
  26. Verwendung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei die funktionelle Schicht eine gleichrichtende Funktion aufweist.
  27. Verwendung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei die funktionelle Schicht eine Funktion des Steuerns von elektrischem Strom aufweist.
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6813441B2 (ja) * 2017-06-27 2021-01-13 日本碍子株式会社 配向セラミックス焼結体及びその製法
WO2019039189A1 (ja) 2017-08-24 2019-02-28 日本碍子株式会社 １３族元素窒化物層、自立基板および機能素子
JP6854903B2 (ja) * 2017-08-24 2021-04-07 日本碍子株式会社 １３族元素窒化物層、自立基板および機能素子
WO2019038892A1 (ja) 2017-08-24 2019-02-28 日本碍子株式会社 １３族元素窒化物層、自立基板および機能素子
JP6851485B2 (ja) * 2017-08-24 2021-03-31 日本碍子株式会社 １３族元素窒化物層、自立基板および機能素子
WO2019039207A1 (ja) * 2017-08-24 2019-02-28 日本碍子株式会社 １３族元素窒化物層、自立基板および機能素子
US11309455B2 (en) 2017-08-24 2022-04-19 Ngk Insulators, Ltd. Group 13 element nitride layer, free-standing substrate and functional element
WO2019039208A1 (ja) * 2017-08-24 2019-02-28 日本碍子株式会社 １３族元素窒化物層、自立基板および機能素子
WO2019039249A1 (ja) * 2017-08-24 2019-02-28 日本碍子株式会社 １３族元素窒化物層、自立基板および機能素子
JP6899958B2 (ja) * 2018-03-29 2021-07-07 日本碍子株式会社 １３族元素窒化物層、自立基板、機能素子および１３族元素窒化物層の製造方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3128562A1 (de) * 2014-03-31 2017-02-08 NGK Insulators, Ltd. Selbsttragendes polykristallines galliumnitridsubstrat und lichtemittierendes element damit

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3410863B2 (ja) * 1995-07-12 2003-05-26 株式会社東芝 化合物半導体装置及び化合物半導体発光装置
US7524691B2 (en) * 2003-01-20 2009-04-28 Panasonic Corporation Method of manufacturing group III nitride substrate
FR2852974A1 (fr) * 2003-03-31 2004-10-01 Soitec Silicon On Insulator Procede de fabrication de cristaux monocristallins
JP4182935B2 (ja) * 2004-08-25 2008-11-19 住友電気工業株式会社 窒化ガリウムの結晶成長方法および窒化ガリウム基板の製造方法
JP2007246331A (ja) 2006-03-15 2007-09-27 Hitachi Cable Ltd Ｉｉｉ−ｖ族窒化物系半導体基板及びその製造方法
CN101535533A (zh) * 2006-11-17 2009-09-16 住友电气工业株式会社 制造ⅲ族氮化物晶体的方法
JP5256198B2 (ja) * 2007-07-13 2013-08-07 日本碍子株式会社 Ｉｉｉ族窒化物単結晶の製造方法
CN101565854A (zh) * 2008-04-25 2009-10-28 住友电气工业株式会社 Ⅲ族氮化物单晶自立式衬底及利用该衬底制造半导体装置的方法
JP2009286652A (ja) * 2008-05-28 2009-12-10 Sumitomo Electric Ind Ltd Ｉｉｉ族窒化物結晶、ｉｉｉ族窒化物結晶基板および半導体デバイスの製造方法
CN103556225B (zh) * 2009-02-16 2015-05-27 日本碍子株式会社 13族氮化物晶体
JP5039813B2 (ja) * 2009-08-31 2012-10-03 日本碍子株式会社 Ｚｎがドープされた３Ｂ族窒化物結晶、その製法及び電子デバイス
CN104040039B (zh) * 2012-01-11 2016-08-31 国立大学法人大阪大学 Iii族氮化物结晶的制造方法、iii族氮化物结晶及半导体装置
WO2013147326A1 (ja) 2012-03-30 2013-10-03 日本碍子株式会社 １３族元素窒化物結晶の製造方法および融液組成物
JP6112626B2 (ja) 2012-12-14 2017-04-12 日本碍子株式会社 酸化亜鉛基板を用いた面発光素子
US9312446B2 (en) 2013-05-31 2016-04-12 Ngk Insulators, Ltd. Gallium nitride self-supported substrate, light-emitting device and manufacturing method therefor
WO2014192911A1 (ja) * 2013-05-31 2014-12-04 日本碍子株式会社 窒化ガリウム自立基板、発光素子及びそれらの製造方法
CN105229778B (zh) * 2013-06-06 2018-12-11 日本碍子株式会社 13族氮化物复合基板、半导体元件及13族氮化物复合基板的制造方法
JP5999443B2 (ja) * 2013-06-07 2016-09-28 豊田合成株式会社 ＩＩＩ 族窒化物半導体結晶の製造方法およびＧａＮ基板の製造方法
JP2014031315A (ja) * 2013-11-01 2014-02-20 Ngk Insulators Ltd 高抵抗材料及びその製法
JP6474734B2 (ja) * 2013-12-18 2019-02-27 日本碍子株式会社 発光素子用複合基板及びその製造方法
JP5770905B1 (ja) 2013-12-18 2015-08-26 日本碍子株式会社 窒化ガリウム自立基板、発光素子及びそれらの製造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3128562A1 (de) * 2014-03-31 2017-02-08 NGK Insulators, Ltd. Selbsttragendes polykristallines galliumnitridsubstrat und lichtemittierendes element damit

Also Published As

Publication number Publication date
JP6479054B2 (ja) 2019-03-06
WO2016121853A1 (ja) 2016-08-04
JPWO2016121853A1 (ja) 2017-11-30
CN107208312A (zh) 2017-09-26
DE112016000548T5 (de) 2017-10-26
US10249494B2 (en) 2019-04-02
US20170330749A1 (en) 2017-11-16
CN107208312B (zh) 2019-10-01

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