DE112017007796T5 - Schicht aus einem nitrid eines elements der gruppe 13, selbsttragendes substrat und fuktionelles element - Google Patents

Schicht aus einem nitrid eines elements der gruppe 13, selbsttragendes substrat und fuktionelles element Download PDF

Info

Publication number
DE112017007796T5
DE112017007796T5 DE112017007796.6T DE112017007796T DE112017007796T5 DE 112017007796 T5 DE112017007796 T5 DE 112017007796T5 DE 112017007796 T DE112017007796 T DE 112017007796T DE 112017007796 T5 DE112017007796 T5 DE 112017007796T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
nitride
layer
group
crystal
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE112017007796.6T
Other languages
English (en)
Other versions
DE112017007796B4 (de
Inventor
Takayuki Hirao
Hirokazu Nakanishi
Mikiya Ichimura
Takanao Shimodaira
Masahiro Sakai
Takashi Yoshino
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Publication of DE112017007796T5 publication Critical patent/DE112017007796T5/de
Application granted granted Critical
Publication of DE112017007796B4 publication Critical patent/DE112017007796B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/06—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
    • C01B21/0632—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron with gallium, indium or thallium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/06—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
    • C01B21/0602—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron with two or more other elements chosen from metals, silicon or boron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/0883—Arsenides; Nitrides; Phosphides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/62—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing gallium, indium or thallium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/64—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B19/00—Liquid-phase epitaxial-layer growth
    • C30B19/02—Liquid-phase epitaxial-layer growth using molten solvents, e.g. flux
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B19/00—Liquid-phase epitaxial-layer growth
    • C30B19/12—Liquid-phase epitaxial-layer growth characterised by the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
    • C30B25/20—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate the substrate being of the same materials as the epitaxial layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/38—Nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C30B29/403—AIII-nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C30B29/403—AIII-nitrides
    • C30B29/406—Gallium nitride
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
    • G09G3/20—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters
    • G09G3/22—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources
    • G09G3/30—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources using electroluminescent panels
    • G09G3/32—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources using electroluminescent panels semiconductive, e.g. using light-emitting diodes [LED]
    • G09G3/3208—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources using electroluminescent panels semiconductive, e.g. using light-emitting diodes [LED] organic, e.g. using organic light-emitting diodes [OLED]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/16—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous
    • H01L33/18—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous within the light emitting region

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

Es wird eine Schicht eines Kristalls eines Nitrids der Gruppe 13, die eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche aufweist und aus einem Kristall des Nitrids der Gruppe 13, ausgewählt aus Galliumnitrid, Aluminiumnitrid, Indiumnitrid oder Mischkristallen davon, zusammengesetzt ist, bereitgestellt. In dem Fall, bei dem die obere Oberfläche der Schicht des Kristalls des Nitrids der Gruppe 13 durch eine Kathodenlumineszenz untersucht wird, umfasst die obere Oberfläche einen linearen lichtemittierenden Teil mit hoher Leuchtdichte und einen lichtemittierenden Bereich mit niedriger Leuchtdichte angrenzend an den lichtemittierenden Teil mit hoher Leuchtdichte. Eine Halbwertsbreite der Reflexion an der (0002)-Ebene einer Röntgen-Rockingkurve auf der oberen Oberfläche beträgt 3000 Sekunden oder weniger und 20 Sekunden oder mehr.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schicht aus einem Nitrid eines Elements der Gruppe 13, ein selbsttragendes Substrat und eine funktionelle Vorrichtung.
  • STAND DER TECHNIK
  • Es sind lichtemittierende Vorrichtungen bekannt, wie z.B. Leuchtdioden (LEDs), die Saphir (a-Aluminiumoxid-Einkristall) als einkristallines Substrat nutzen, wobei verschiedene Arten von Galliumnitrid (GaN)-Schichten darauf ausgebildet sind. Beispielsweise wurden lichtemittierende Vorrichtungen mit einer Struktur in einer Massenproduktion hergestellt, in der eine n-Typ-GaN-Schicht, eine Mehrfachquantenmulden (MQW)-Schicht mit einer InGaN-Quantenmuldenschicht und einer GaN-Barriereschicht, die abwechselnd darin laminiert sind, und eine p-Typ-GaN-Schicht in einer laminierten Weise in dieser Reihenfolge auf einem Saphirsubstrat ausgebildet sind.
  • Das Patentdokument 1 beschreibt eine Galliumnitridschicht, die aus polykristallinem Galliumnitrid mit vielen einkristallinen Galliumnitridkörnern, einschließlich vielen säulenförmigen einkristallinen Galliumnitridkörnern, die seitlich angeordnet sind, zusammengesetzt ist.
  • Das Patentdokument 2 beschreibt eine Galliumnitridschicht, die aus polykristallinem Galliumnitrid mit vielen einkristallinen Galliumnitridkörnern, einschließlich vielen säulenförmigen einkristallinen Galliumnitridkörnern, die seitlich angeordnet sind, zusammengesetzt ist. Ferner beträgt ein durchschnittlicher Oberflächenneigungswinkel auf einer Oberfläche (ein Durchschnittswert der Neigung der Kristallorientierung (Kristallachse) bezüglich einer senkrechten Linie der Oberfläche) 1° bis 10°.
  • Gemäß dem Patentdokument 3 sind Einschlüsse in einer hohen Konzentration von einer unteren Oberfläche zu einer Zwischenposition enthalten, und zwischen der Zwischenposition und der oberen Oberfläche ist eine Mehrzahl von Korngrenzen mit einer niedrigen Konzentration der Einschlüsse von der unteren Oberfläche in einer diagonalen Richtung ausgebildet. Ferner erstrecken sich die Korngrenzen in der diagonalen Richtung eines Winkels von 50 bis 70° in Bezug auf die c-Achse.
  • Das Patentdokument 5 beschreibt einen Galliumnitridkristall mit einer geringen Versetzungsdichte durch Erhöhen des Anteils von Ga in einer Schmelze.
  • (Dokumente des Standes der Technik)
  • (Patentdokumente)
    • (Patentdokument 1) Japanisches Patent Nr. 5770905 B
    • (Patentdokument 2) Japanisches Patent Nr. 6154066 B
    • (Patentdokument 3) Japanisches Patent Nr. 5897790 B
    • (Patentdokument 4) WO 2011/046203 A1
    • (Patentdokument 5) WO 2010/084682 A1
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • (Durch die Erfindung zu lösende Aufgabe)
  • In dem Fall, bei dem eine lichtemittierende Vorrichtung auf dem Galliumnitridkristall von Patentdokument 1 oder 2 erzeugt wird, wurde gezeigt, dass der Stromweg unterbrochen werden kann, was zu einer Verminderung der Leuchtdichteeffizienz führt, obwohl dies von der Ausgewogenheit zwischen der Größe der Vorrichtung und der Korngröße abhängt. Obwohl die Gründe dafür nicht klar sind, können anisotrope Eigenschaften der Orientierungen der einkristallinen Körner die Verminderung beeinflussen.
  • Gemäß den Galliumnitridkristallen der Patentdokumente 3 und 4 kann es, wenn sie größer gemacht werden, schwierig sein, den Fluss der Schmelze über die gesamte Oberfläche eines Substrats zu steuern, so dass Hohlräume auf dem Randteil des Kristalls zurückbleiben können.
  • Obwohl es gemäß dem Patentdokument 5 möglich ist, die Versetzungsdichte durch Anwenden eines hohen Ga-Anteils und durch Steuern des Flusses zum Erhöhen der Korngröße zu vermindern, besteht eine Tendenz dahingehend, dass Hohlräume zwischen den Körnern einbezogen werden.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, in einer Schicht eines Kristalls eines Nitrids der Gruppe 13, die eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche aufweist und aus einem Kristall eines Nitrids der Gruppe 13, ausgewählt aus Galliumnitrid, Aluminiumnitrid, Indiumnitrid oder Mischkristallen davon, zusammengesetzt ist, eine Mikrostruktur bereitzustellen, die eine Versetzungsdichte vermindern kann und die Abweichung einer Eigenschaft als Ganzes vermindern kann.
  • (Lösung der Aufgabe)
  • Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Schicht eines Kristalls aus einem Nitrid eines Elements der Gruppe 13 bereit, wobei der Kristall aus dem Nitrid aus Galliumnitrid, Aluminiumnitrid, Indiumnitrid und Mischkristallen davon ausgewählt ist und die Schicht eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche umfasst,
    wobei die obere Oberfläche einen linearen lichtemittierenden Teil mit hoher Leuchtdichte und einen lichtemittierenden Bereich mit niedriger Leuchtdichte angrenzend an den lichtemittierenden Teil mit hoher Leuchtdichte umfasst, wenn die obere Oberfläche durch eine Kathodenlumineszenz untersucht wird, und
    wobei eine Halbwertsbreite der Reflexion an der (0002)-Ebene einer Röntgen-Rockingkurve auf der oberen Oberfläche 3000 Sekunden oder weniger und 20 Sekunden oder mehr beträgt.
  • Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Schicht eines Kristalls aus einem Nitrid eines Elements der Gruppe 13 bereit, wobei der Kristall aus dem Nitrid aus Galliumnitrid, Aluminiumnitrid, Indiumnitrid und Mischkristallen davon ausgewählt ist und die Schicht eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche umfasst,
    wobei die obere Oberfläche einen linearen lichtemittierenden Teil mit hoher Leuchtdichte und einen lichtemittierenden Bereich mit niedriger Leuchtdichte angrenzend an den lichtemittierenden Teil mit hoher Leuchtdichte umfasst, wenn die obere Oberfläche durch eine Kathodenlumineszenz untersucht wird, und
    wobei eine Halbwertsbreite der Reflexion an der (1000)-Ebene einer Röntgen-Rockingkurve auf der oberen Oberfläche 10000 Sekunden oder weniger und 20 Sekunden oder mehr beträgt.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein selbsttragendes Substrat bereit, das die Schicht aus dem Nitrid eines Elements der Gruppe 13 umfasst.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verbundsubstrat bereit, umfassend:
    • einen Trägerkörper; und
    • die Schicht aus dem Nitrid eines Elements der Gruppe 13, die auf dem Trägerkörper bereitgestellt ist.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine funktionelle Vorrichtung bereit, umfassend:
    • das selbsttragende Substrat; und
    • eine funktionelle Schicht, die auf der Schicht aus dem Nitrid eines Elements der Gruppe 13 bereitgestellt ist.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine funktionelle Vorrichtung bereit, umfassend:
    • das Verbundsubstrat; und
    • eine funktionelle Schicht, die auf der Schicht aus dem Nitrid eines Elements der Gruppe 13 bereitgestellt ist.
  • (Effekte der Erfindung)
  • Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst in dem Fall, bei dem die obere Oberfläche der Schicht des Kristalls des Nitrids eines Elements der Gruppe 13 durch eine Kathodenlumineszenz untersucht wird, die obere Oberfläche den linearen lichtemittierenden Teil mit hoher Leuchtdichte und den lichtemittierenden Bereich mit niedriger Leuchtdichte angrenzend an den lichtemittierenden Teil mit hoher Leuchtdichte, und eine Halbwertsbreite der Reflexion an der (0002)-Ebene einer Röntgen-Rockingkurve auf der oberen Oberfläche beträgt 3000 Sekunden oder weniger und 20 Sekunden oder mehr. Der lineare lichtemittierende Teil mit hoher Leuchtdichte erscheint auf der oberen Oberfläche, was zeigt, dass Dotierstoffe und sehr kleine Komponenten und dergleichen, die in dem Kristall des Nitrids der Gruppe 13 enthalten sind, den dicken linearen lichtemittierenden Teil mit hoher Leuchtdichte bilden. Gleichzeitig wird, wenn der durchschnittliche Oberflächenneigungswinkel auf der oberen Oberfläche gering ist und die Kristallorientierungen im Wesentlichen ausgerichtet sind, eine Mikrostruktur ähnlich derjenigen eines Einkristalls und mit einer sehr hohen Einheitlichkeit erhalten.
  • Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst in dem Fall, bei dem die obere Oberfläche der Schicht des Kristalls des Nitrids eines Elements der Gruppe 13 durch eine Kathodenlumineszenz untersucht wird, die obere Oberfläche den linearen lichtemittierenden Teil mit hoher Leuchtdichte und den lichtemittierenden Bereich mit niedriger Leuchtdichte angrenzend an den lichtemittierenden Teil mit hoher Leuchtdichte, und eine Halbwertsbreite der Reflexion an der (1000)-Ebene einer Röntgen-Rockingkurve auf der oberen Oberfläche beträgt 10000 Sekunden oder weniger und 20 Sekunden oder mehr. Der lineare lichtemittierende Teil mit hoher Leuchtdichte erscheint auf der oberen Oberfläche, was zeigt, dass Dotierstoffkomponenten, die in dem Kristall des Nitrids der Gruppe 13 enthalten sind, den dicken linearen lichtemittierenden Teil mit hoher Leuchtdichte bilden. Gleichzeitig wird, wenn der durchschnittliche Oberflächenverdrehungswinkel auf der oberen Oberfläche gering ist und die Kristallorientierungen im Wesentlichen ausgerichtet sind, eine Mikrostruktur ähnlich derjenigen eines Einkristalls und mit einer sehr hohen Einheitlichkeit erhalten.
  • Gemäß der Schicht des Kristalls des Nitrids der Gruppe 13 mit der neuen Mikrostruktur kann die Schicht des Kristalls des Nitrids der Gruppe 13 bereitgestellt werden, in der die Versetzungsdichte niedriger gemacht werden kann und die Abweichung einer Eigenschaft als Ganzes vermindert werden kann, und zwar selbst in dem Fall einer größeren Größe (z.B. wenn der Durchmesser 6 Zoll oder größer ist).
  • Figurenliste
    • 1(a) zeigt den Zustand, bei dem eine Aluminiumoxidschicht 2, eine Impfkristallschicht 3 und eine Schicht 13 eines Kristalls eines Nitrids der Gruppe 13 auf einem Trägerkörper 1 bereitgestellt sind, und 1(b) zeigt die Schicht 13 des Kristalls des Nitrids der Gruppe 13, die von dem Trägerkörper getrennt ist.
    • 2 ist ein Diagramm, das schematisch ein Kathodenlumineszenzbild einer oberen Oberfläche 13a der Schicht 13 des Kristalls des Nitrids der Gruppe 13 zeigt.
    • 3 ist eine Fotografie, die ein Kathodenlumineszenzbild einer oberen Oberfläche 13a der Schicht 13 des Kristalls des Nitrids der Gruppe 13 zeigt.
    • 4 ist eine Fotografie, die eine vergrößerte Ansicht von 3 zeigt.
    • 5 ist ein schematisches Diagramm, das dem Kathodenlumineszenzbild von 4 entspricht.
    • 6 ist eine Fotografie, die ein Kathodenlumineszenzbild eines Querschnitts der Schicht 13 des Kristalls des Nitrids der Gruppe 13 zeigt.
    • 7 ist eine Fotografie, die durch ein Rasterelektronenmikroskop aufgenommen worden ist und einen Querschnitt der Schicht 13 des Kristalls des Nitrids der Gruppe 13 zeigt.
    • 8 ist ein Diagramm, das schematisch eine funktionelle Vorrichtung 21 der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 9 ist eine Fotografie, die durch ein Rasterelektronenmikroskop aufgenommen worden ist und eine obere Oberfläche der Schicht des Kristalls des Nitrids der Gruppe 13 zeigt.
    • 10 zeigt ein Histogramm einer Grauskala, das aus dem CL-Bild erzeugt worden ist.
  • AUSFÜHRUNGSFORMEN ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wird weiter detailliert beschrieben.
  • (Schicht eines Kristalls aus einem Nitrid der Gruppe 13)
  • Eine Schicht eines Kristalls aus einem Nitrid der Gruppe 13 der vorliegenden Erfindung ist aus einem Kristall eines Nitrids der Gruppe 13, ausgewählt aus Galliumnitrid, Aluminiumnitrid, Indiumnitrid und Mischkristallen davon, zusammengesetzt und umfasst eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche. Beispielsweise liegen, wie es in der 1(b) gezeigt ist, die obere Oberfläche 13a und die untere Oberfläche 13b der Schicht 13 des Kristalls des Nitrids der Gruppe 13 einander gegenüber.
  • Das Nitrid, das die Schicht des Kristalls des Nitrids der Gruppe 13 bildet, umfasst Galliumnitrid, Aluminiumnitrid, Indiumnitrid oder einen Mischkristall davon. Insbesondere werden GaN, AIN, InN, GaxAl1-xN (1 > x > 0), GaxIn1-xN (1 > x > 0) und GaxAlyInzN (1 > x > 0, 1 > y > 0, x + y + z = 1) genannt.
  • Mehr bevorzugt ist das Nitrid, das die Schicht des Kristalls des Nitrids der Gruppe 13 bildet, ein Nitrid der Galliumnitrid-Reihe. Insbesondere werden GaN, GaxAl1-xN (1 > x > 0,5), GaxIn1-xN (1 > x > 0,4) und GaxAlyInzN (1 > x > 0,5, 1 > y > 0,3, x + y + z = 1) genannt.
  • Das Nitrid eines Elements der Gruppe 13 kann mit Zink, Calcium oder einem anderen n-Typ-Dotierstoff oder p-Typ-Dotierstoff dotiert sein und in diesem Fall kann das polykristallline Nitrid der Gruppe 13 als Element oder eine Schicht, die von dem Basismaterial verschieden ist, wie z.B. eine p-Typ-Elektrode, eine n-Typ-Elektrode, eine p-Typ-Schicht oder eine n-Typ-Schicht, verwendet werden. Ein bevorzugtes Beispiel für den p-Typ-Dotierstoff kann ein Typ oder mehr, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Beryllium (Be), Magnesium (Mg), Strontium (Sr) und Cadmium (Cd), sein. Ein bevorzugtes Beispiel für den n-Typ-Dotierstoff kann ein Typ oder mehr ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Silizium (Si), Germanium (Ge), Zinn (Sn) und Sauerstoff (O), sein.
  • Dabei umfasst in dem Fall, bei dem die obere Oberfläche 13a der Schicht 13 des Kristalls des Nitrids der Gruppe 13 mittels Kathodenlumineszenz untersucht wird, wie es schematisch in der 2 gezeigt ist, die obere Oberfläche 13a den linearen lichtemittierenden Teil mit hoher Leuchtdichte 5 und den lichtemittierenden Bereich mit niedriger Leuchtdichte 6 angrenzend an den lichtemittierenden Teil mit hoher Leuchtdichte 5.
  • Hier wird die Untersuchung mittels Kathodenlumineszenz wie folgt durchgeführt.
  • Es wird ein Rasterelektronenmikroskop (SEM) mit einem CL-Detektor für die CL-Untersuchung verwendet. Beispielsweise ist es in dem Fall, bei dem ein Rasterelektronenmikroskop („S-3400N“, erhältlich von HITACHI Hi Technologies Co. Ltd.), das mit einem Mini CL-System, das von Gatan hergestellt wird, ausgestattet ist, verwendet wird, bevorzugt, den CL-Detektor zwischen einer Probe und einem Objektiv bei Messbedingungen einer Beschleunigungsspannung von 10 kV, einem Sondenstrom von „90“, einem Arbeitsabstand (W. D.) von 22,5 mm und einer 50-fachen Vergrößerung einzusetzen.
  • Ferner werden der lichtemittierende Teil mit hoher Leuchtdichte und der lichtemittierende Bereich mit niedriger Leuchtdichte auf der Basis der Untersuchung durch die Kathodenlumineszenz wie folgt unterschieden.
  • Bezüglich der Helligkeit eines Bilds, das mittels CL bei Messbedingungen einer Beschleunigungsspannung von 10 kV, einem Sondenstrom von „90“, einem Arbeitsabstand (W. D.) von 22,5 mm und einer 50-fachen Vergrößerung untersucht wird, wird eine Bildverarbeitungssoftware (z.B. „WinRoof Ver 6. 1.3“, erhältlich von Mitani Corporation) zur Erstellung eines Histogramms einer Grauskala mit 256 Abstufungen verwendet, dessen vertikale Achse einen Grad zeigt und dessen horizontale Achse die Helligkeit (GRAU) zeigt. Wie es in der 10 gezeigt ist, werden in dem Histogramm zwei Peaks bestätigt. Die Helligkeit, bei welcher der Grad dessen minimalen Wert zwischen den zwei Peaks aufweist, wird als Grenze festgelegt, und die höhere Seite wird als der lichtemittierende Teil mit hoher Leuchtdichte festgelegt und die niedrigere Seite wird als der lichtemittierende Bereich mit niedriger Leuchtdichte festgelegt.
  • Ferner grenzen auf der oberen Oberfläche der Schicht des Kristalls des Nitrids der Gruppe 13 der lineare lichtemittierende Teil mit hoher Leuchtdichte und der lichtemittierende Bereich mit niedriger Leuchtdichte aneinander an. Die angrenzenden lichtemittierenden Bereiche mit niedriger Leuchtdichte werden durch den linearen lichtemittierenden Teil mit hoher Leuchtdichte dazwischen unterschieden. Hier bedeutet die Linearität des lichtemittierenden Teils mit hoher Leuchtdichte, dass sich der lichtemittierende Teil mit hoher Leuchtdichte in der Längsrichtung zwischen den angrenzenden lichtemittierenden Bereichen mit niedriger Leuchtdichte erstreckt, so dass eine Grenzlinie bereitgestellt wird.
  • Dabei kann die Linie des lichtemittierenden Teils mit hoher Leuchtdichte eine gerade Linie, eine gekrümmte Linie oder eine Kombination aus der geraden Linie und der gekrümmten Linie sein. Die gekrümmte Linie umfasst verschiedene Formen, wie z.B. einen Kreis, eine Ellipse, eine Parabel und eine Hyperbel. Ferner können die lichtemittierenden Teile mit hoher Leuchtdichte, die sich in verschiedenen Richtungen erstrecken, zueinander kontinuierlich sein, und Enden der lichtemittierenden Teile mit hoher Leuchtdichte können unterbrochen sein.
  • Auf der oberen Oberfläche der Schicht des Kristalls des Nitrids der Gruppe 13 kann der lichtemittierende Bereich mit niedriger Leuchtdichte die freiliegende Oberfläche des darunter gewachsenen Kristalls des Nitrids der Gruppe 13 sein und sich zweidimensional und in einer planaren Form erstrecken. Andererseits weist der lichtemittierende Teil mit hoher Leuchtdichte eine lineare Form auf und erstreckt sich eindimensional, so dass die Grenzlinie bereitgestellt wird, welche die angrenzenden lichtemittierenden Bereiche mit niedriger Leuchtdichte aufteilt. Beispielsweise wird davon ausgegangen, dass Dotierstoffkomponenten, sehr kleine Komponenten und dergleichen von dem Kristall des Nitrids der Gruppe 13, der von unten gewachsen ist, abgegeben werden, und zwischen den angrenzenden Nitridkristallen während des Wachstums konzentriert werden, wodurch ein linearer und stark lichtemittierender Teil zwischen den angrenzenden lichtemittierenden Bereichen mit niedriger Leuchtdichte auf der oberen Oberfläche erzeugt wird.
  • Beispielsweise zeigt die 3 eine Fotografie, die durch die Untersuchung der oberen Oberfläche der Schicht des Kristalls des Nitrids der Gruppe 13, der in dem erfindungsgemäßen Beispiel erhalten worden ist, mittels Kathodenlumineszenz aufgenommen worden ist. Die 4 ist eine vergrößerte Ansicht von 3 und die 5 zeigt schematisch ein Diagramm, das der 4 entspricht. Es wird gezeigt, dass sich der lichtemittierende Bereich mit niedriger Leuchtdichte planar und zweidimensional erstreckt und der lichtemittierende Teil mit hoher Leuchtdichte linear geformt ist und sich eindimensional als die Grenzlinie erstreckt, welche die lichtemittierenden Bereiche mit niedriger Leuchtdichte aufteilt.
  • Als solche ist die Form des lichtemittierenden Bereichs mit niedriger Leuchtdichte nicht speziell beschränkt und erstreckt sich normalerweise planar und zweidimensional. Andererseits ist es erforderlich, dass die Linie des lichtemittierenden Teils mit hoher Leuchtdichte eine längliche Form aufweist. Diesbezüglich kann die Breite des lichtemittierenden Teils mit hoher Leuchtdichte vorzugsweise 100 µm oder kleiner, mehr bevorzugt 20 µm oder kleiner und besonders bevorzugt 5 µm oder kleiner sein. Ferner beträgt die Breite des lichtemittierenden Teils mit hoher Leuchtdichte normalerweise 0,01 µm oder mehr.
  • Ferner kann bezüglich der vorliegenden Erfindung das Verhältnis (Länge/Breite) der Länge und Breite des lichtemittierenden Teils mit hoher Leuchtdichte vorzugsweise 1 oder mehr und mehr bevorzugt 10 oder mehr betragen.
  • Ferner kann bezüglich der vorliegenden Erfindung auf der oberen Oberfläche das Verhältnis das Verhältnis der Fläche der lichtemittierenden Teile mit hoher Leuchtdichte bezogen auf die Fläche der lichtemittierenden Bereiche mit niedriger Leuchtdichte (Fläche der lichtemittierenden Teile mit hoher Leuchtdichte/Fläche der lichtemittierenden Bereiche mit niedriger Leuchtdichte) vorzugsweise 0,001 oder mehr und mehr bevorzugt 0,01 oder mehr betragen.
  • Ferner kann bezüglich der vorliegenden Erfindung auf der oberen Oberfläche das Verhältnis der Fläche der lichtemittierenden Teile mit hoher Leuchtdichte bezogen auf die Fläche der lichtemittierenden Bereiche mit niedriger Leuchtdichte (Fläche der lichtemittierenden Teile mit hoher Leuchtdichte/Fläche der lichtemittierenden Bereiche mit niedriger Leuchtdichte) vorzugsweise 0,3 oder weniger und mehr bevorzugt 0,1 oder weniger betragen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform bildet auf der oberen Oberfläche der Schicht des Kristalls des Nitrids der Gruppe 13 der lichtemittierende Teil mit hoher Leuchtdichte die kontinuierliche Phase und der lichtemittierende Bereich mit niedriger Leuchtdichte bildet die diskontinuierliche Phase, die durch den lichtemittierenden Teil mit hoher Leuchtdichte aufgeteilt ist. Beispielsweise bildet, wie es in den schematischen Ansichten von 2 und 5 gezeigt ist, der lineare lichtemittierende Teil mit hoher Leuchtdichte 5 die kontinuierliche Phase und die lichtemittierenden Bereiche mit niedriger Leuchtdichte 6 bilden die diskontinuierlichen Phasen, die durch den lichtemittierenden Teil mit hoher Leuchtdichte aufgeteilt sind.
  • Hier bedeutet, obwohl die kontinuierliche Phase bedeutet, dass der lichtemittierende Teil mit hoher Leuchtdichte 5 auf der oberen Oberfläche kontinuierlich ist, dies nicht notwendigerweise, dass alle lichtemittierenden Teile mit hoher Leuchtdichte 5 vollständig kontinuierlich sind, und es ist zulässig, dass ein kleiner Teil des lichtemittierenden Teils mit hoher Leuchtdichte 5 von dem anderen lichtemittierenden Teil mit hoher Leuchtdichte 5 getrennt ist, solange dies die Gesamtstruktur nicht beeinflusst.
  • Ferner bedeutet die dispergierte Phase, dass die lichtemittierenden Bereiche mit niedriger Leuchtdichte 6 durch den lichtemittierenden Teil mit hoher Leuchtdichte 5 näherungsweise in viele Bereiche aufgeteilt werden, die nicht kontinuierlich sind. Ferner ist es in dem Fall, bei dem die lichtemittierenden Bereiche mit niedriger Leuchtdichte 6 durch den lichtemittierenden Teil mit hoher Leuchtdichte 5 auf der oberen Oberfläche aufgeteilt sind, zulässig, dass die lichtemittierenden Bereiche mit niedriger Leuchtdichte 6 innerhalb der Schicht des Kristalls des Nitrids der Gruppe 13 kontinuierlich sind.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der lichtemittierende Teil mit hoher Leuchtdichte einen Abschnitt, der sich entlang der m-Ebene des Kristalls des Nitrids der Gruppe 13 erstreckt. Beispielsweise erstreckt sich gemäß den Beispielen, die in den 2 und 5 gezeigt sind, der lichtemittierende Teil mit hoher Leuchtdichte 5 in einer länglichen Form und umfasst Abschnitte 5a, 5b und 5c, die sich entlang der m-Ebene erstrecken. Die Richtungen entlang der m-Ebene des hexagonalen Kristalls des Nitrids der Gruppe 13 umfassen insbesondere die [-2110]-, [-12-10]-, [11-20]-, [2-1-10]-, [1-210]- oder [-1-120]-Richtung. Der lichtemittierende Teil mit hoher Leuchtdichte 5 umfasst einen Teil einer Seite mit einer im Wesentlichen sechseckigen Form, die den sechseckigen Kristall wiedergibt. Ferner erstreckt sich der lineare lichtemittierende Teil mit hoher Leuchtdichte entlang der m-Ebene, was bedeutet, dass sich die Längsrichtung des lichtemittierenden Teils mit hoher Leuchtdichte in der Richtung von jedem von [-2110], [-12-10], [11-20], [2-1-10], [1-210] und [-1-120] erstreckt. Insbesondere ist es zulässig, dass die Längsrichtung des linearen lichtemittierenden Teils mit hoher Leuchtdichte vorzugsweise um ±1° und mehr bevorzugt um ±0,3° bezüglich der m-Ebene geneigt ist.
  • Der Abschnitt, der sich in der Richtung entlang der m-Ebene erstreckt, kann vorzugsweise 60 Prozent oder mehr, mehr bevorzugt 80 Prozent oder mehr einnehmen und kann im Wesentlichen die gesamte Länge des lichtemittierenden Teils mit hoher Leuchtdichte einnehmen.
  • Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung beträgt die Halbwertsbreite der Reflexion an der (0002)-Ebene der Röntgen-Rockingkurve auf der oberen Oberfläche der Schicht des Kristalls des Nitrids der Gruppe 13 3000 Sekunden oder weniger und 20 Sekunden oder mehr. Sie zeigt, dass der Oberflächenneigungswinkel gering ist und die Kristallorientierungen als Ganzes als Einkristall auf der oberen Oberfläche stark orientiert sind. Da die Mikrostruktur die vorstehend beschriebene Kathodenlumineszenzverteilung aufweist und als solche die Kristallorientierungen an der Oberfläche als Ganzes stark orientiert sind, kann die Verteilung von Eigenschaften auf der oberen Oberfläche der Schicht des Kristalls des Nitrids der Gruppe 13 vermindert werden, so dass einheitliche Eigenschaften von verschiedenen Arten von darauf bereitgestellten funktionellen Vorrichtungen erreicht werden und die Ausbeute der funktionellen Vorrichtungen verbessert wird.
  • Diesbezüglich kann die Halbwertsbreite der Reflexion an der (0002)-Ebene der Röntgen-Rockingkurve auf der oberen Oberfläche der Schicht des Kristalls des Nitrids der Gruppe 13 vorzugsweise 1000 Sekunden oder weniger und 20 Sekunden oder mehr betragen und mehr bevorzugt 500 Sekunden oder weniger und 20 Sekunden oder mehr betragen. Dabei ist es tatsächlich schwierig, die Halbwertsbreite der Reflexion an der (0002)-Ebene der Röntgen-Rockingkurve auf der oberen Oberfläche der Kristallschicht des Nitrids der Gruppe 13 niedriger als 20 Sekunden zu machen.
  • Ferner wird die Reflexion an der (0002)-Ebene der Rockingkurve wie folgt gemessen. Es wird ein Röntgenbeugungssystem (XRD-System) (z.B. D8-DISCOVER, das von Bruker-AXS erhältlich ist) zur Durchführung der Messung bei Bedingungen einer Röhrenspannung von 40 kV, eines Röhrenstroms von 40 mA, einer Kollimatorgröße von 0,1 mm, eines Antistreuschlitzes von 3 mm, eines Bereichs von ω = Winkel der Peakposition von ±0,3°, einer ω-Schrittbreite von 0,003° und einer Zählzeit von 1 Sekunde verwendet. Gemäß der Messung ist es bevorzugt, einen unsymmetrischen Ge (022)-Monochromator zum Umwandeln von CuKa-Strahlen in parallele und monochrome Strahlen (Halbwertsbreite von 28 Sekunden) zu verwenden und die Messung nach dem Einstellen der Achse auf einen Neigungswinkel CHI von etwa 0° durchzuführen. Dann kann die Halbwertsbreite der Reflexion an der (0002)-Ebene der Röntgen-Rockingkurve unter Verwendung einer Röntgenbeugung-Analysesoftware (erhältlich von Bruker-AXS, LEPTOS4.03) und Durchführen einer Peaksuche berechnet werden. Es ist bevorzugt, Peaksuchbedingungen von Rauschfilter „10“, Schwelle „0,30“ und Punkte „10“ zu verwenden.
  • In dem Fall, bei dem ein Querschnitt im Wesentlichen senkrecht zu der oberen Oberfläche der Kristallschicht des Nitrids der Gruppe 13 durch eine Kathodenlumineszenz untersucht wird, wie es in der 6 gezeigt ist, können lineare lichtemittierende Teile mit hoher Leuchtdichte festgestellt werden, die weißliches Licht emittieren. Dabei wird gezeigt, wie es in der 6 gezeigt ist, dass sich der lichtemittierende Bereich mit niedriger Leuchtdichte planar und zweidimensional erstreckt und dass sich der lichtemittierende Teil mit hoher Leuchtdichte linear erstreckt, so dass eine Art von Grenzlinie gebildet wird, welche die angrenzenden lichtemittierenden Bereiche mit niedriger Leuchtdichte aufteilt. Das Verfahren des Untersuchens eines solchen lichtemittierenden Teils mit hoher Leuchtdichte und eines lichtemittierenden Bereichs mit niedriger Leuchtdichte ist mit dem Verfahren des Untersuchens des lichtemittierenden Teils mit hoher Leuchtdichte und des lichtemittierenden Bereichs mit niedriger Leuchtdichte auf der oberen Oberfläche identisch.
  • Die Form des lichtemittierenden Bereichs mit niedriger Leuchtdichte auf dem Querschnitt der Schicht des Kristalls des Nitrids der Gruppe 13 ist nicht speziell beschränkt und sie erstreckt sich normalerweise planar und zweidimensional. Andererseits ist es erforderlich, dass die Linie, die durch den lichtemittierenden Teil mit hoher Leuchtdichte gebildet wird, eine längliche Form aufweist. Diesbezüglich kann die Breite des lichtemittierenden Teils mit hoher Leuchtdichte vorzugsweise 50 µm oder kleiner und mehr bevorzugt 10 µm oder kleiner sein.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform bildet auf dem Querschnitt im Wesentlichen senkrecht zu der oberen Oberfläche der Schicht des Kristalls des Nitrids der Gruppe 13 der lineare lichtemittierende Teil mit hoher Leuchtdichte eine kontinuierliche Phase, und der lichtemittierende Bereich mit niedriger Leuchtdichte bildet eine diskontinuierliche Phase, die durch den lichtemittierenden Teil mit hoher Leuchtdichte aufgeteilt wird. Beispielsweise bildet gemäß einem Kathodenlumineszenzbild von 6 der lineare lichtemittierende Teil mit hoher Leuchtdichte die kontinuierliche Phase und der lichtemittierende Bereich mit niedriger Leuchtdichte bildet die diskontinuierliche Phase, die durch den lichtemittierenden Teil mit hoher Leuchtdichte aufgeteilt wird.
  • Dabei bedeutet die kontinuierliche Phase, dass der lichtemittierende Teil mit hoher Leuchtdichte auf dem Querschnitt kontinuierlich ist, und bedeutet nicht notwendigerweise, dass alle lichtemittierenden Teile mit hoher Leuchtdichte vollständig kontinuierlich sind. Es wird folglich bestätigt, dass ein kleiner Abschnitt der lichtemittierenden Teile mit hoher Leuchtdichte von den anderen lichtemittierenden Teilen mit hoher Leuchtdichte getrennt ist, solange dies nicht die gesamte Struktur beeinflusst.
  • Ferner bedeutet die diskontinuierliche Phase, dass die lichtemittierenden Bereiche mit niedriger Leuchtdichte durch den lichtemittierenden Teil mit hoher Leuchtdichte näherungsweise in viele Bereiche aufgeteilt werden, die nicht kontinuierlich sind.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden Hohlräume auf dem Querschnitt im Wesentlichen senkrecht zu der oberen Oberfläche der Schicht des Kristalls des Nitrids der Gruppe 13 nicht festgestellt. D.h., Hohlräume (Räume) und Kristallphasen, die von dem Kristall des Nitrids der Gruppe 13 verschieden sind, werden nicht festgestellt, wie es in der Rasterelektronenmikroskop-Fotografie von 7 gezeigt ist. Dabei wird das Vorliegen der Hohlräume wie folgt festgestellt.
  • Die Hohlräume können durch Untersuchen des Querschnitts im Wesentlichen senkrecht zu der oberen Oberfläche der Schicht des Kristalls des Nitrids der Gruppe 13 durch ein Rasterelektronenmikroskop (SEM) untersucht werden, und der Hohlraum ist als Raum festgelegt, dessen maximale Breite 1 µm bis 500 µm beträgt. Für die SEM-Untersuchung wird z.B. ein Rasterelektronenmikroskop („S-3400N“, erhältlich von HITACHI Hi Technologies Co. Ltd.) verwendet. Es ist bevorzugt, Messbedingungen einer Beschleunigungsspannung von 15 kV, eines Sondenstroms von „60“, eines Arbeitsabstands (W. D.) von 6,5 mm und einer 100-fachen Vergrößerung einzusetzen.
  • Ferner beträgt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Versetzungsdichte auf der oberen Oberfläche der Schicht des Kristalls des Nitrids der Gruppe 13 1 × 102/cm2 oder mehr und 1 × 106/cm2 oder weniger. Es ist besonders bevorzugt, die Versetzungsdichte im Hinblick auf eine Verbesserung der Eigenschaften der funktionellen Vorrichtung auf 1 × 106/cm2 oder weniger einzustellen. Diesbezüglich beträgt die Versetzungsdichte mehr bevorzugt 1 × 104/cm2 oder weniger. Die Versetzungsdichte wird wie folgt gemessen.
  • Zur Messung der Versetzungsdichte kann ein Rasterelektronenmikroskop (SEM) mit einem Kathodenlumineszenzdetektor verwendet werden. Beispielsweise werden in dem Fall, bei dem ein Rasterelektronenmikroskop („S-3400N“, erhältlich von HITACHI Hi Technologies Co. Ltd.), das mit einem Mini CL-System ausgestattet ist, das von Gatan hergestellt wird, für die CL-Untersuchung verwendet wird, die Versetzungspositionen als dunkle Flecken, die kein Licht emittieren, festgestellt. Die Dichte der dunklen Flecken wird zum Berechnen der Versetzungsdichte gemessen. Sie wird vorzugsweise bei Messbedingungen einer Beschleunigungsspannung von 10 kV, eines Sondenstroms von „90“, eines Arbeitsabstands (W. D.) von 22,5 mm und einer 1200-fachen Vergrößerung gemessen, während der CL-Detektor zwischen einer Probe und einem Objektiv eingesetzt ist.
  • Ferner betragen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Halbwertsbreite der Reflexion an der (1000)-Ebene der Röntgen-Rockingkurve und die Halbwertsbreite der Reflexion an der (1000)-Ebene der Röntgen-Rockingkurve auf der oberen Oberfläche der Kristallschicht des Nitrids der Gruppe 13 10000 Sekunden oder weniger und 20 Sekunden oder mehr bzw. 10000 Sekunden oder weniger und 20 Sekunden oder mehr. Dies bedeutet, dass sowohl der Oberflächenneigungswinkel als auch der Oberflächenverdrehungswinkel auf der oberen Oberfläche gering sind und dass die Kristallorientierungen als Ganzes als Einkristall stark orientiert sind. Da die Mikrostruktur als solche die Kristallorientierungen an der Oberfläche als Ganzes stark orientiert aufweist, kann die Verteilung von Eigenschaften auf der oberen Oberfläche der Schicht des Kristalls des Nitrids der Gruppe 13 vermindert werden, so dass einheitliche Eigenschaften von verschiedenen darauf bereitgestellten funktionellen Vorrichtungen erhalten werden und die Ausbeute der funktionellen Vorrichtungen verbessert wird.
  • Ferner beträgt gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Halbwertsbreite der Reflexion an der (1000)-Ebene der Röntgen-Rockingkurve auf der oberen Oberfläche der Kristallschicht des Nitrids der Gruppe 13 10000 Sekunden oder weniger und 20 Sekunden oder mehr. Dies gibt an, dass der Oberflächenverdrehungswinkel auf der oberen Oberfläche sehr niedrig ist und dass die Kristallorientierungen als Ganzes als Einkristall stark orientiert sind. Da die Mikrostruktur die vorstehend beschriebene Kathodenlumineszenzverteilung aufweist und die Kristallorientierungen der Mikrostruktur als solche auf der Oberfläche als Ganzes stark orientiert sind, kann die Verteilung von Eigenschaften an der oberen Oberfläche der Kristallschicht des Nitrids der Gruppe 13 vermindert werden, so dass einheitliche Eigenschaften von verschiedenen darauf bereitgestellten funktionellen Vorrichtungen erhalten werden und die Ausbeute der funktionellen Vorrichtungen verbessert wird.
  • Diesbezüglich kann die Halbwertsbreite der Reflexion an der (1000)-Ebene der Röntgen-Rockingkurve auf der oberen Oberfläche der Kristallschicht des Nitrids der Gruppe 13 vorzugsweise 5000 Sekunden oder weniger, mehr bevorzugt 1000 Sekunden oder weniger und mehr bevorzugt 20 Sekunden oder mehr betragen. Ferner ist es tatsächlich schwierig, die Halbwertsbreite auf einen Wert von weniger als 20 Sekunden einzustellen.
  • Ferner wird die Reflexion an der (1000)-Ebene der Röntgen-Rockingkurve wie folgt gemessen. Es wird ein Röntgenbeugungssystem (XRD-System) (z.B. D8-DISCOVER, das von Bruker-AXS erhältlich ist) zur Durchführung der Messung bei Bedingungen einer Röhrenspannung von 40 kV, eines Röhrenstroms von 40 mA, ohne Kollimator, eines Antistreuschlitzes von 3 mm, eines Bereichs von ω = Winkel der Peakposition von ±0,3°, einer ω-Schrittbreite von 0,003° und einer Zählzeit von 4 Sekunden verwendet. Gemäß der Messung ist es bevorzugt, einen Ge (022)-Monochromator mit unsymmetrischer Reflexion zum Umwandeln von CuKa-Strahlen in parallele und monochrome Strahlen (Halbwertsbreite von 28 Sekunden) zu verwenden und eine Messung nach dem Einstellen der Achse auf einen Neigungswinkel CHI von etwa 88° durchzuführen. Dann kann die Halbwertsbreite der Reflexion an der (1000)-Ebene der Röntgen-Rockingkurve unter Verwendung einer Röntgenbeugung-Analysesoftware (erhältlich von Bruker-AXS, LEPTOS4.03) und Durchführen einer Peaksuche berechnet werden. Es ist bevorzugt, Peaksuchbedingungen von Rauschfilter „10“, Schwelle „0,30“ und Punkte „10“ zu verwenden.
  • (Bevorzugtes Herstellungsbeispiel)
  • Es wird beispielhaft eine bevorzugte Ausführungsform der Herstellung der Kristallschicht des Nitrids der Gruppe 13 gezeigt.
  • Die Kristallschicht des Nitrids der Gruppe 13 kann durch Bilden einer Impfkristallschicht auf einem darunterliegenden Substrat und durch Bilden der Schicht des Kristalls des Nitrids der Gruppe 13 hergestellt werden.
  • Beispielsweise wird, wie es beispielhaft in der 1 gezeigt ist, das darunterliegende Substrat verwendet, das durch Bilden einer Aluminiumoxidschicht 2 auf einem Einkristallsubstrat 1 gebildet worden ist. Das Material des Einkristallsubstrats 1 umfasst Saphir, ein AIN-Templat, ein GaN-Templat, ein selbsttragendes GaN-Substrat, einen SiC-Einkristall, einen MgO-Einkristall, Spinell (MgAl2O4), LiAlO2, LiGaO2 und ein Perovskit-Mischoxid, wie z.B. LaAlO3, LaGaO3 oder NdGaO3 und SCAM (ScAlMgO4). Ferner kann ein kubisches Perovskit-Mischoxid, das durch die Zusammensetzungsformel [A1-y(Sr1-xBax)y] [(Al1-zGaz)1-uDu]O3 (wobei A ein Seltenerdelement ist; D ein oder mehrere Element(e), 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) dargestellt ist, verwendet werden.
  • Das Verfahren zur Bildung der Aluminiumoxidschicht 2 umfasst bekannte Verfahren, wie z.B. Sputtern, MBE (Molekularstrahlepitaxie), Gasphasenabscheidung, Sprühnebel-CVD-Verfahren, Sol-Gel-Verfahren, Aerosolabscheidungs (AD)-Verfahren und ein Verfahren des Herstellens einer Aluminiumoxidlage durch Bandgießen oder dergleichen und Anbringen der Aluminiumoxidlage auf dem Einkristallsubstrat, und ein Sputtern ist besonders bevorzugt. Gegebenenfalls kann die Aluminiumoxidschicht nach der Bildung einer Wärmebehandlung, einer Plasmabehandlung oder einer lonenstrahlbestrahlung unterzogen werden. Das Verfahren der Wärmebehandlung ist nicht speziell beschränkt und die Wärmebehandlung kann in einer Luftatmosphäre, einem Vakuum, einer reduzierenden Atmosphäre, wie z.B. Wasserstoff oder dergleichen, oder einer inerten Atmosphäre, wie z.B. Stickstoff, Argon oder dergleichen, durchgeführt werden. Die Wärmebehandlung kann ferner unter Druck unter Verwendung eines Warmpress (HP)-Ofens, eines isostatischen Warmpress (HIP)-Ofens oder dergleichen durchgeführt werden.
  • Als das darunterliegende Substrat kann ferner ein Saphirsubstrat verwendet werden, das der Wärmebehandlung, Plasmabehandlung oder lonenstrahlbestrahlung, wie es vorstehend beschrieben ist, unterzogen wird.
  • Dann wird, wie es in der 1(a) gezeigt ist, eine Impfkristallschicht 3 auf der Aluminiumoxidschicht 2 oder auf dem Einkristallsubstrat 1 bereitgestellt. Das Material, das die Impfkristallschicht 3 bildet, ist aus zwei oder mehr Arten eines Nitrids der Gruppe 13 gemäß IUPAC zusammengesetzt. Das Element der Gruppe 13 ist vorzugsweise Gallium, Aluminium oder Indium. Insbesondere kann der Kristall des Nitrids der Gruppe 13 vorzugsweise GaN, AlN, InN, GaxAl1-xN (1 > x > 0), GaxIn1-xN (1 > x > 0) oder GaxAlyInN (1 > x > 0, 1 > y > 0) sein.
  • Obwohl das Verfahren zur Bildung der Impfkristallschicht 3 nicht speziell beschränkt ist, können vorzugsweise Gasphasenverfahren, wie z.B. MOCVD (metallorganische chemische Gasphasenabscheidung), MBE (Molekularstrahlepitaxie), HVPE (Hydridgasphasenepitaxie), Sputtern und dergleichen, Flüssigphasenverfahren, wie z.B. ein Na-Flussverfahren, ein Ammonothermalverfahren, ein Hydrothermalverfahren und ein Sol-Gel-Verfahren, ein Pulververfahren, bei dem ein Festphasenwachstum eines Pulvers verwendet wird, und Kombinationen davon genannt werden.
  • Beispielsweise wird in dem Fall, bei dem eine Impfkristallschicht durch ein MOCVD-Verfahren gebildet wird, vorzugsweise eine Niedertemperatur-GaN-Pufferschicht mit 20 bis 50 nm bei 450 bis 550 °C abgeschieden und ein GaN-Film wird dann mit einer Dicke von 2 bis 4 µm bei 1000 bis 1200 °C abgeschieden.
  • Die Schicht 13 des Kristalls des Nitrids der Gruppe 13 wird so gebildet, dass die Kristallorientierungen etwa den Kristallorientierungen der Impfkristallschicht 3 entsprechen. Das Verfahren zur Bildung der Schicht 13 des Kristalls des Nitrids der Gruppe 13 ist nicht speziell beschränkt, solange deren Kristallorientierung im Wesentlichen mit der Kristallorientierung des Impfkristallfilms ausgerichtet ist. Es können vorzugsweise Gasphasenverfahren, wie z.B. MOCVD, HVPE und dergleichen, Flüssigphasenverfahren, wie z.B. ein Na-Flussverfahren, ein Ammonothermalverfahren, ein Hydrothermalverfahren und ein Sol-Gel-Verfahren, ein Pulververfahren, bei dem ein Festphasenwachstum eines Pulvers verwendet wird, und Kombinationen davon genannt werden. Es ist besonders bevorzugt, das Verfahren durch das Na-Flussverfahren durchzuführen.
  • In dem Fall, bei dem die Kristallschicht des Nitrids der Gruppe 13 durch das Na-Flussverfahren gebildet wird, ist es bevorzugt, die Schmelze stark zu bewegen und die Schmelze einheitlich und ausreichend zu mischen. Obwohl ein solches Bewegungsverfahren ein Schaukeln, Drehen und Vibrieren umfasst, ist das Verfahren nicht beschränkt.
  • Die Bildung der Kristallschicht des Nitrids der Gruppe 13 durch das Na-Flussverfahren kann vorzugsweise durch Füllen einer Schmelzzusammensetzung, die ein Metall der Gruppe 13, Na-Metall und gegebenenfalls einen Dotierstoff (z.B. einen n-Typ-Dotierstoff, wie z.B. Germanium (Ge), Silizium (Si), Sauerstoff oder dergleichen, oder einen p-Typ-Dotierstoff, wie z.B. Beryllium (Be), Magnesium (Mg), Calcium (Ca), Strontium (Sr), Zink (Zn), Cadmium (Cd) oder dergleichen) enthält, in einen Tiegel mit dem darin bereitgestellten Impfkristallsubstrat, durch Erhöhen der Temperatur und des Drucks auf 830 bis 910 °C und 3,5 bis 4,5 MPa in einer Stickstoffatmosphäre, und dann durch Drehen des Tiegels, während die Temperatur und der Druck gehalten werden, durchgeführt werden. Die Haltezeit kann auf 10 bis 100 Stunden eingestellt werden, obwohl diese abhängig von der gewünschten Filmdicke unterschiedlich ist.
  • Ferner kann der so erhaltene Galliumnitridkristall, der durch das Na-Flussverfahren hergestellt worden ist, einem Schleifen durch ein Schleifgerät unterzogen werden, um die Oberfläche flach zu machen, und die Oberfläche kann vorzugsweise durch Läppen unter Verwendung von Diamantschleifscheiben flach gemacht werden.
  • (Verfahren zum Trennen der Schicht aus einem Kristall eines Nitrids der Gruppe 13)
  • Dann kann die Schicht des Kristalls des Nitrids der Gruppe 13 von dem Einkristallsubstrat getrennt werden, so dass ein selbsttragendes Substrat erhalten wird, das die Kristallschicht des Nitrids der Gruppe 13 umfasst.
  • Dabei ist das Verfahren des Trennens der Kristallschicht des Nitrids der Gruppe 13 von dem Einkristallsubstrat nicht beschränkt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Kristallschicht des Nitrids der Gruppe 13 von dem Einkristallsubstrat während eines Abkühlungsschritts nach dem Wachsen der Kristallschicht des Nitrids der Gruppe 13 natürlich getrennt.
  • Alternativ kann die Kristallschicht des Nitrids der Gruppe 13 von dem Einkristallsubstrat durch chemisches Ätzen entfernt werden.
  • Ätzmittel zum Durchführen des chemischen Ätzens können vorzugsweise eine starke Säure, wie z.B. Schwefelsäure, Chlorsäure oder dergleichen, eine Mischlösung aus Schwefelsäure und Phosphorsäure, oder ein starkes Alkali, wie z.B. eine wässrige Natriumhydroxidlösung, eine wässrige Kaliumhydroxidlösung oder dergleichen sein. Ferner kann das chemische Ätzen vorzugsweise bei einer Temperatur von 70 °C oder mehr durchgeführt werden.
  • Alternativ kann die Kristallschicht des Nitrids der Gruppe 13 von dem Einkristallsubstrat durch ein Laserabhebeverfahren abgelöst werden.
  • Alternativ kann die Kristallschicht des Nitrids der Gruppe 13 von dem Einkristallsubstrat durch Schleifen abgelöst werden.
  • Alternativ kann die Kristallschicht des Nitrids der Gruppe 13 von dem Einkristallsubstrat mit einer Drahtsäge abgelöst werden.
  • (Selbsttragendes Substrat)
  • Die Kristallschicht des Nitrids der Gruppe 13 kann von dem Einkristallsubstrat zum Erhalten eines selbsttragenden Substrats getrennt werden. Der Begriff „selbsttragendes Substrat“, wie er in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, steht für ein Substrat, das unter dessen Eigengewicht während der Handhabung nicht verformt wird oder bricht und das als Festkörper gehandhabt werden kann. Das selbsttragende Substrat der vorliegenden Erfindung kann nicht nur als Substrat für verschiedene Arten von Halbleitervorrichtungen verwendet werden, wie z.B. lichtemittierende Vorrichtungen, sondern auch als Element oder eine Schicht, die von dem Basismaterial verschieden ist, wie z.B. eine Elektrode (die eine p-Typ-Elektrode oder eine n-Typ-Elektrode sein kann), eine p-Typ-Schicht oder eine n-Typ-Schicht. Das selbsttragende Substrat kann eine oder mehrere der anderen Schichten umfassen.
  • In dem Fall, bei dem die Kristallschicht des Nitrids der Gruppe 13 das selbsttragende Substrat bildet, sollte das selbsttragende Substrat eine Dicke aufweisen, die ein Selbsttragen ermöglicht, und es weist vorzugsweise eine Dicke von 20 µm oder mehr, mehr bevorzugt 100 µm oder mehr und noch mehr bevorzugt 300 µm oder mehr auf. Es gibt keine Obergrenze der Dicke des selbsttragenden Substrats, jedoch ist eine Dicke von 3000 µm oder weniger bezüglich der Herstellungskosten realistisch.
  • (Verbundsubstrat)
  • Das Einkristallsubstrat mit der darauf bereitgestellten Kristallschicht des Nitrids der Gruppe 13 kann als Templatsubstrat zur Bildung einer anderen funktionellen Schicht darauf verwendet werden, ohne die Kristallschicht des Nitrids der Gruppe 13 zu entfernen.
  • (Funktionelle Vorrichtung)
  • Die Struktur einer funktionellen Vorrichtung, die auf der Kristallschicht des Nitrids der Gruppe 13 bereitgestellt ist, ist nicht speziell beschränkt, und sie kann eine Funktion von einer lichtemittierenden Funktion, einer gleichrichtenden Funktion oder einer Funktion zum Steuern von elektrischem Strom aufweisen.
  • Die Struktur oder das Herstellungsverfahren einer lichtemittierenden Vorrichtung unter Verwendung der Kristallschicht des Nitrids der Gruppe 13 der vorliegenden Erfindung ist nicht beschränkt. Typischerweise wird die lichtemittierende Vorrichtung durch Bereitstellen einer lichtemittierenden funktionellen Schicht auf der Kristallschicht des Nitrids der Gruppe 13 hergestellt. Ferner kann die Kristallschicht des Nitrids der Gruppe 13 als Elektrode (mögliche p-Typ-Elektrode oder n-Typ-Elektrode) oder als Element oder Schicht, die von der p-Typ-Schicht oder der n-Typ-Schicht oder dergleichen verschieden ist, zur Herstellung der lichtemittierenden Vorrichtung verwendet werden.
  • Die 8 zeigt schematisch den Aufbau von Schichten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die lichtemittierende Vorrichtung 21, die in der 8 gezeigt ist, umfasst ein selbsttragendes Substrat 13 und eine lichtemittierende funktionelle Schicht 18, die auf dem Substrat ausgebildet ist. Die lichtemittierende funktionelle Schicht 18 stellt eine Lichtemission auf der Basis des Prinzips einer lichtemittierenden Vorrichtung, wie z.B. einer LED oder dergleichen, durch geeignetes Bereitstellen einer Elektrode oder dergleichen und Anlegen einer Spannung bereit.
  • Die lichtemittierende funktionelle Schicht 18 ist auf dem Substrat 13 ausgebildet. Die lichtemittierende funktionelle Schicht 18 kann vollständig oder teilweise auf der Oberfläche des Substrats 13 bereitgestellt werden oder sie kann vollständig oder teilweise auf einer nachstehend beschriebenen Pufferschicht bereitgestellt werden, wenn die Pufferschicht auf dem Substrat 13 gebildet wird. Die lichtemittierende funktionelle Schicht 18 kann eine von verschiedenen bekannten Schichtkonfigurationen aufweisen, die eine Lichtemission auf der Basis des Prinzips von lichtemittierenden Vorrichtungen, wie z.B. LEDs, durch geeignetes Bereitstellen von Elektroden und/oder Leuchtstoffen darauf und Anlegen einer Spannung dazwischen bereitstellt. Demgemäß kann die lichtemittierende funktionelle Schicht 18 z.B. blaues und rotes sichtbares Licht emittieren oder Ultraviolettlicht mit oder ohne sichtbares Licht emittieren. Die lichtemittierende funktionelle Schicht 18 bildet vorzugsweise mindestens einen Teil einer lichtemittierenden Vorrichtung, die einen p-n-Übergang nutzt, und der p-n-Übergang kann eine aktive Schicht 18b zwischen einer p-Typ-Schicht 18a und einer n-Typ-Schicht 18c umfassen, wie es in der 8 gezeigt ist. In diesem Fall kann ein doppelter Heteroübergang oder ein einzelner Heteroübergang (nachstehend zusammen als Heteroübergang bezeichnet) eingesetzt werden, in dem die aktive Schicht eine Bandlücke aufweist, die kleiner ist als diejenige der p-Typ-Schicht und/oder der n-Typ-Schicht. Eine Quantenmuldenstruktur, in der die aktive Schicht dünn gemacht ist, kann auch als eine Form von p-Typ-Schicht/aktive Schicht/n-Typ-Schicht verwendet werden. Ein doppelter Heteroübergang, in dem die aktive Schicht eine Bandlücke aufweist, die kleiner ist als diejenige der p-Typ-Schicht und der n-Typ-Schicht, sollte offensichtlich eingesetzt werden, um eine Quantenmulde zu erhalten. Es können auch viele Quantenmuldenstrukturen gestapelt werden, so dass eine Mehrfachquantenmulden (MQW)-Struktur erhalten wird. Diese Strukturen ermöglichen eine höhere Leuchteffizienz verglichen mit einem p-n-Übergang. Die lichtemittierende funktionelle Schicht 18 umfasst folglich vorzugsweise einen p-n-Übergang, einen Heteroübergang und/oder einen Quantenmulden-Übergang mit einem Lichtemissionsmerkmal. Ferner stellen 20 und 22 Beispiele für Elektroden dar.
  • Demgemäß kann oder können eine oder mehrere Schicht(en), welche die lichtemittierende funktionelle Schicht 18 bildet oder bilden, mindestens eine oder mehrere, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus der n-Typ-Schicht mit darin dotierten n-Typ-Dotierstoffen, der p-Typ-Schicht mit darin dotierten p-Typ-Dotierstoffen und der aktiven Schicht umfassen. In der n-Typ-Schicht, der p-Typ-Schicht und der aktiven Schicht (wenn diese vorliegt) können die Hauptkomponenten aus dem gleichen Material sein oder können aus jeweils unterschiedlichen Materialien ausgebildet sein.
  • Das Material jeder Schicht, welche die lichtemittierende funktionelle Schicht 18 bildet, ist nicht speziell beschränkt, solange es in einer Weise wächst, die allgemein der Kristallorientierung der Kristallschicht des Nitrids der Gruppe 13 folgt, und eine lichtemittierende Funktion aufweist, jedoch umfasst es eine Art oder mehr, ausgewählt aus einem Material auf Galliumnitrid (GaN)-Basis, einem Material auf Zinkoxid (ZnO)-Basis, und einem Material auf Aluminiumnitrid (AIN)-Basis, als die Hauptkomponente und kann in einer geeigneten Weise Dotierstoffe zum Einstellen als p-Typ oder n-Typ enthalten. Ein Material auf Galliumnitrid (GaN)-Basis ist besonders bevorzugt. Das Material der lichtemittierenden funktionellen Schicht 18 kann ein Mischkristall mit z.B. AIN, InN, usw., sein, der als feste Lösung in GaN vorliegt, um die Bandlücke einzustellen. Wie es im vorhergehenden Absatz erwähnt worden ist, kann die lichtemittierende funktionelle Schicht 18 einen Heteroübergang nutzen, der aus einer Mehrzahl von Arten von Materialsystemen zusammengesetzt ist. Beispielsweise kann die p-Typ-Schicht ein Material auf Galliumnitrid (GaN)-Basis nutzen, während die n-Typ-Schicht ein Material auf Zinkoxid (ZnO)-Basis nutzen kann. Alternativ kann die p-Typ-Schicht ein Material auf Zinkoxid (ZnO)-Basis nutzen, während die aktive Schicht und die n-Typ-Schicht ein Material auf Galliumnitrid (GaN)-Basis nutzen können, wobei die Kombination von Materialien nicht speziell beschränkt ist.
  • Das Filmbildungsverfahren für die lichtemittierende funktionelle Schicht 18 und die Pufferschicht ist vorzugsweise z.B. ein Gasphasenverfahren, wie z.B. MOCVD, MBE, HVPE und Sputtern, ein Flüssigphasenverfahren, wie z.B. ein Na-Flussverfahren, ein Ammonothermalverfahren, ein Hydrothermalverfahren und ein Sol-Gel-Verfahren, ein Pulververfahren, bei dem ein Festphasenwachstum eines Pulvers verwendet wird, und Kombinationen davon, obwohl dieses nicht speziell beschränkt ist, solange sie in einer Weise wachsen, die allgemein der Kristallorientierung der Kristallschicht des Nitrids der Gruppe 13 folgt.
  • BEISPIELE
  • (Erfindungsgemäßes Beispiel 1)
  • (Herstellung eines selbsttragenden Galliumnitridsubstrats)
  • Ein Aluminiumoxidfilm 2 mit einer Dicke von 0,3 µm wurde durch Sputtern als Film gebildet und ein Impfkristallfilm 3, der aus Galliumnitrid zusammengesetzt war und eine Dicke von 2 µm aufwies, wurde mit einem MOCVD-Verfahren als Film auf einem Saphirsubstrat 1 mit einem Durchmesser von 6 Zoll gebildet, so dass ein Impfkristallsubstrat bereitgestellt wurde.
  • Das Impfkristallsubstrat wurde in einem Aluminiumoxidtiegel in einem Handschuhkasten angeordnet, der mit einer Stickstoffatmosphäre gefüllt war. Dann wurden Galliummetall und Natriummetall derart in den Tiegel gefüllt, dass Ga/Ga + Na (Mol-%) 15 Mol-% betrug, und der Tiegel wurde mit einer Aluminiumoxidplatte verschlossen. Der Tiegel wurde in einen Innenbehälter aus rostfreiem Stahl eingebracht, der dann in einen Außenbehälter aus rostfreiem Stahl eingebracht wurde, der diesen aufnehmen konnte, und der Außenbehälter wurde dann mit einem Behälterdeckel verschlossen, der mit einer Leitung zum Einführen von Stickstoff versehen war. Der äußere Behälter wurde auf einem drehbaren Tisch angeordnet, der in einem Erwärmungsteil eines Kristallherstellungssystems bereitgestellt war, das im Vorhinein einem Erwärmen unter Vakuum unterzogen worden ist, und ein druckfester Behälter wurde mit einem Deckel verschlossen.
  • Der Innenraum des druckfesten Behälters wurde dann durch eine Vakuumpumpe auf einen Druck von 0,1 Pa oder weniger evakuiert. Während eine obere Heizeinrichtung, eine mittlere Heizeinrichtung und eine untere Heizeinrichtung so eingestellt wurden, dass sie den erwärmten Innenraum auf 870 °C erwärmten, wurde Stickstoffgas von einer Stickstoffgasbombe bis 4,0 MPa eingeführt, und der äußere Behälter wurde um eine Mittelachse mit einer Drehzahl von 20 U/min im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn bei einem vorgegebenen Intervall gedreht. Die Beschleunigungszeit wurde auf 12 Sekunden eingestellt, die Haltezeit wurde auf 600 Sekunden eingestellt, die Abbremszeit wurde auf 12 Sekunden eingestellt und die Anhaltezeit wurde auf 0,5 Sekunden eingestellt. Ein solcher Zustand wurde für 40 Stunden beibehalten. Danach wurden die Temperatur und der Druck durch natürliches Abkühlen auf Raumtemperatur und Atmosphärendruck gesenkt, der Deckel des druckfesten Behälters wurde geöffnet und der Tiegel wurde aus dem Inneren entnommen. Das erstarrte Natriummetall in dem Tiegel wurde entfernt, wobei ein selbsttragendes Galliumnitridsubstrat ohne Risse und getrennt von dem Impfkristallsubstrat erhalten wurde.
  • (Bewertung)
  • Die obere Oberfläche 13a des selbsttragenden Galliumnitridsubstrats 13, dessen Galliumnitridoberfläche poliert worden ist, wurde durch Kathodenlumineszenz mittels eines Rasterelektronenmikroskops (SEM) mit einem Kathodenlumineszenz (CL)-Detektor untersucht. Als Ergebnis wurden die lichtemittierenden Teile mit hoher Leuchtdichte 5 und die lichtemittierenden Bereiche mit niedriger Leuchtdichte 6 erhalten, wie sie in den 3 bis 5 gezeigt sind.
  • Ferner wurde die obere Oberfläche des selbsttragenden Galliumnitridsubstrats mit einem Rasterelektronenmikroskop (SEM), das mit einem Kathodenlumineszenz (CL)-Detektor ausgestattet ist, nach dem Polieren der Schnittoberfläche untersucht. Als Ergebnis wurde, wie es in der 3 gezeigt ist, festgestellt, dass gemäß der CL-Fotografie die lichtemittierenden Teile mit hoher Leuchtdichte ein weißliches Licht innerhalb des Galliumnitridkristalls emittieren. Ferner wurden gleichzeitig, wie es in der 9 gezeigt ist, wenn dasselbe Sichtfeld durch ein Rasterelektronenmikroskop untersucht wurde, Hohlräume nicht bestätigt und es wurde gezeigt, dass ein einheitlicher Galliumnitridkristall gewachsen ist.
  • Ferner wurde das selbsttragende Galliumnitridsubstrat entlang eines Querschnitts senkrecht zu der oberen Oberfläche geschnitten und der geschnittene Querschnitt wurde poliert und mittels des Rasterelektronenmikroskops (SEM) mit dem Kathodenlumineszenz (CL)-Detektor untersucht. Als Ergebnis wurde, wie es in der 6 gezeigt ist, gemäß der CL-Fotografie festgestellt, dass die lichtemittierenden Teile mit hoher Leuchtdichte weißliches Licht innerhalb des Galliumnitridkristalls emittieren. Ferner wurden gleichzeitig, wie es in der 7 gezeigt ist, wenn dasselbe Sichtfeld durch ein Rasterelektronenmikroskop (SEM) untersucht wurde, Hohlräume nicht bestätigt und es wurde gezeigt, dass ein einheitlicher Galliumnitridkristall gewachsen ist. D.h., auf dem Querschnitt der Kristallschicht des Nitrids der Gruppe 13 lagen gemäß der CL-Untersuchung wie bei der oberen Oberfläche die lichtemittierenden Teile mit hoher Leuchtdichte vor, jedoch lag gemäß dem SEM keine Mikrostruktur mit derselben oder einer ähnlichen Form wie der lichtemittierende Teil mit hoher Leuchtdichte, der in der CL-Fotografie gezeigt ist, vor.
  • (Messung der Versetzungsdichte)
  • Dann wurde die Versetzungsdichte der oberen Oberfläche der Kristallschicht des Nitrids der Gruppe 13 gemessen. Die CL-Untersuchung wurde zur Messung der Dichte von dunklen Flecken an den versetzten Positionen durchgeführt, so dass die Versetzungsdichte berechnet wurde. Als Ergebnis der Untersuchung von fünf Sichtfeldern, die jeweils Größen von 80 µm × 105 µm aufwiesen, lag eine Abweichung in einem Bereich von 1,2 × 104/cm2 bis 9,4 × 104/cm2 mit einem Durchschnitt von 3,3 × 104/cm2 vor.
  • (Messung des Oberflächenneigungswinkels)
  • Die Halbwertsbreite an der (0002)-Ebene einer Röntgen-Rockingkurve auf der oberen Oberfläche der Kristallschicht von Galliumnitrid wurde gemessen und betrug 73 Sekunden.
  • (Messung des Oberflächenverdrehungswinkels)
  • Die Halbwertsbreite an der (1000)-Ebene einer Röntgen-Rockingkurve auf der oberen Oberfläche der Kristallschicht von Galliumnitrid wurde gemessen und betrug 85 Sekunden.
  • (Filmbildung der lichtemittierenden funktionellen Schicht mit einem MOCVD-Verfahren)
  • Unter Verwendung eines MOCVD-Verfahrens wurde auf der oberen Oberfläche des selbsttragenden Galliumnitridsubstrats als eine n-Typ-Schicht eine 1 µm n-GaN-Schicht bei 1050 °C abgeschieden, die derart dotiert war, dass die Atomkonzentration von Si-Atomen 5 × 1018/cm3 betrug. Dann wurden als lichtemittierende Schicht Mehrfachquantenmuldenschichten bei 750 °C abgeschieden. Insbesondere wurden fünf Schichten von Muldenschichten aus 2,5 nm InGaN und sechs Schichten von Barriereschichten aus 10 nm GaN abwechselnd abgeschieden. Dann wurden als p-Typ-Schicht 200 nm p-Typ GaN bei 950 °C abgeschieden, das derart dotiert war, dass die Atomkonzentration von Mg-Atomen 1 × 1019/cm3 betrug. Danach wurde sie aus der MOCVD-Vorrichtung entnommen und dann einer Wärmebehandlung bei 800 °C in einer Stickstoffatmosphäre für 10 Minuten als Aktivierungsbehandlung von Mg-Ionen in der p-Typ-Schicht behandelt.
  • (Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung)
  • Unter Verwendung eines Photolithographieverfahrens und eines Gasphasenabscheidungsverfahrens wurden auf der Seite, die der n-GaN-Schicht und der p-GaN-Schicht des selbsttragenden Galliumnitridsubstrats gegenüberliegt, ein Ti-Film, ein AI-Film, ein Ni-Film und ein Au-Film mit Dicken von 15 nm, 70 nm, 12 nm bzw. 60 nm als Kathodenelektrode strukturiert. Danach wurde zum Sicherstellen von Ohm'schen Kontakteigenschaften eine Wärmebehandlung bei 700 °C für 30 Sekunden in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt. Ferner wurden unter Verwendung eines Photolithographieverfahrens und eines Gasphasenabscheidungsverfahrens ein Ni-Film und ein Au-Film mit Dicken von 6 nm bzw. 12 nm als transparente Anode auf der p-Typ-Schicht strukturiert. Danach wurde zum Sicherstellen der Ohm'schen Kontakteigenschaften eine Wärmebehandlung bei 500 °C für 30 Sekunden in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt. Ferner wurden unter Verwendung eines Photolithographieverfahrens und eines Gasphasenabscheidungsverfahrens auf einem Teilbereich einer oberen Oberfläche der Ni- und AI-Filme als transparente Anode ein Ni-Film und ein Au-Film mit Dicken von 5 nm bzw. 60 nm als Kontaktstelle für die Anode strukturiert. Das so erhaltene Substrat wurde zu Chips geschnitten, die auf Anschlusskammstreifen zum Erhalten von lichtemittierenden Vorrichtungen des vertikalen Strukturtyps montiert wurden.
  • (Bewertung der lichtemittierenden Vorrichtung)
  • Hundert Proben wurden zufällig aus den so hergestellten Vorrichtungen ausgewählt und zwischen der Kathode und der Anode wurde Elektrizität geleitet, um die I-V-Messung durchzuführen. In 90 der Proben wurde eine Gleichrichtung bestätigt. Ferner wurde ein Strom in der Vorwärtsrichtung geleitet, um die Lumineszenz von Licht mit einer Wellenlänge von 460 nm zu bestätigen.
  • (Herstellung einer Vorrichtung mit einer gleichrichtenden Funktion)
  • Eine funktionelle Vorrichtung mit einer gleichrichtenden Funktion wurde hergestellt.
  • Insbesondere wurde eine Schottkybarriere-Diodenstruktur auf der oberen Oberfläche des selbsttragenden Substrats, das in dem Beispiel erhalten worden ist, in der folgenden Weise gebildet, und dann wurden Elektroden darauf gebildet, so dass eine Diode erhalten wurde, worauf eine Bestätigung der Eigenschaften durchgeführt wurde.
  • (Filmbildung einer gleichrichtenden funktionellen Schicht durch ein MOCVD-Verfahren)
  • Auf dem selbsttragenden Substrat wurde eine n-GaN-Schicht mit einer Dicke von 5 µm als eine n-Typ-Schicht unter Verwendung des MOCVD-Verfahrens (organometallische chemische Gasphasenabscheidung) bei 1050 °C gebildet, so dass sie mit Si mit einer Si-Atomkonzentration von 1 × 1016/cm3 dotiert wurde.
  • Unter Verwendung eines Photolithographieverfahrens und eines Vakuumabscheidungsverfahrens wurden Ti/Al/Ni/Au-Filme als Ohm'sche Elektrode auf der Oberfläche auf 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 eine Wärmebehandlung bei 700 °C in einer Stickstoffatmosphere für 30 Sekunden durchgeführt. Ferner wurden unter Verwendung eines Photolithographieverfahrens und eines Vakuumabscheidungsverfahrens Ni/Au-Filme als Schottky-Elektrode auf der durch das MOCVD-Verfahren gebildeten n-GaN-Schicht mit Dicken von 6 nm bzw. 80 nm gebildet. Das auf diese Weise erhaltene Substrat wurde zu Chips geschnitten, die auf Anschlusskammstreifen zum Erhalten der gleichrichtenden Vorrichtungen montiert wurden.
  • (Bewertung der gleichrichtenden Vorrichtung)
  • Als Ergebnis der I-V-Messung wurden die gleichrichtenden Eigenschaften bestätigt.
  • (Herstellung einer Vorrichtung zum Steuern von elektrischem Strom)
  • Eine funktionelle Vorrichtung mit der Funktion des Steuerns von elektrischem Strom wurde hergestellt.
  • Als Beispiel wurde ein selbsttragendes Substrat hergestellt. Im Unterschied zum Beispiel 1 wurde jedoch bei der Herstellung des Galliumnitridkristalls durch das Na-Flussverfahren das Dotieren des Dotierstoffs nicht durchgeführt. Auf der Oberfläche des selbsttragenden Substrats, das auf diese Weise erhalten worden ist, wurde eine HEMT-Struktur aus Al0,25Ga0,75N/GaN durch das MOCVD-Verfahren wie folgt erzeugt, eine Elektrode wird gebildet und die Transistoreigenschaften wurden bestätigt.
  • Unter Verwendung eines MOCVD-Verfahrens (organometallische chemische Gasphasenabscheidung) wurde eine n-GaN Schicht ohne Dotieren des Dotierstoffs mit einer Dicke von 3 µm auf dem selbsttragenden Substrat als i-Typ-Schicht bei 1050 °C gebildet. Dann wurde die Al0,25Ga0,75N-Schicht als die funktionelle Schicht mit 25 nm ebenfalls bei 1050 °C gebildet. Auf diese Weise wurde die HEMT-Struktur aus Al0,25Ga0,75N/GaN erhalten.
  • Unter Verwendung eines Photolithographieverfahrens und eines Vakuumabscheidungsverfahrens wurden Ti/AI/Ni/Au-Filme als Quelle („Source“)- und Senke („Drain“)-Elektroden mit Dicken von 15 nm, 70 nm, 12 nm bzw. 60 nm strukturiert. Danach wurde zur Verbesserung der Ohm'schen Kontakteigenschaften eine Wärmebehandlung bei 700 °C in einer Stickstoffatmosphäre für 30 Sekunden durchgeführt. Ferner wurden unter Verwendung eines Photolithographieverfahrens und eines Vakuumabscheidungsverfahrens Ni/Au-Filme als Gate-Elektrode durch einen Schottky-Übergang mit Dicken von 6 nm bzw. 80 nm strukturiert. Das auf diese Weise erhaltene Substrat wurde zu Chips geschnitten, die auf Anschlusskammstreifen zum Erhalten der Vorrichtungen mit der Funktion des Steuerns von elektrischem Strom montiert wurden.
  • (Bewertung der Vorrichtung zum Steuern von elektrischem Strom)
  • Bei der Durchführung der I-V-Messung wurden gute Abschnüreigenschaften bestätigt, wobei der maximale Senke-Strom 710 mA/mm betrug und die maximale Steilheit 210 mS/mm betrug.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 5770905 B [0006]
    • JP 6154066 B [0006]
    • JP 5897790 B [0006]
    • WO 2011/046203 A1 [0006]
    • WO 2010/084682 A1 [0006]

Claims (27)

  1. Schicht eines Kristalls aus einem Nitrid eines Elements der Gruppe 13, wobei der Kristall aus dem Nitrid aus Galliumnitrid, Aluminiumnitrid, Indiumnitrid und Mischkristallen davon ausgewählt ist und die Schicht eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche umfasst, wobei die obere Oberfläche einen linearen lichtemittierenden Teil mit hoher Leuchtdichte und einen lichtemittierenden Bereich mit niedriger Leuchtdichte angrenzend an den lichtemittierenden Teil mit hoher Leuchtdichte umfasst, wenn die obere Oberfläche durch eine Kathodenlumineszenz untersucht wird; und wobei eine Halbwertsbreite der Reflexion an der (0002)-Ebene einer Röntgen-Rockingkurve auf der oberen Oberfläche 3000 Sekunden oder weniger und 20 Sekunden oder mehr beträgt.
  2. Schicht eines Kristalls aus einem Nitrid eines Elements der Gruppe 13 nach Anspruch 1, bei der Hohlräume auf einem Querschnitt im Wesentlichen senkrecht zu der oberen Oberfläche der Schicht des Kristalls aus dem Nitrid eines Elements der Gruppe 13 nicht festgestellt werden.
  3. Schicht eines Kristalls aus einem Nitrid eines Elements der Gruppe 13 nach Anspruch 1 oder 2, bei der eine Versetzungsdichte auf der oberen Oberfläche der Schicht des Kristalls aus dem Nitrid eines Elements der Gruppe 13 1 × 106/cm2 oder weniger beträgt.
  4. Schicht eines Kristalls aus einem Nitrid eines Elements der Gruppe 13 nach Anspruch 3, bei der die Versetzungsdichte auf der oberen Oberfläche der Schicht des Kristalls aus dem Nitrid eines Elements der Gruppe 13 1 × 102/cm2 oder mehr und 1 × 106/cm2 oder weniger beträgt.
  5. Schicht eines Kristalls aus einem Nitrid eines Elements der Gruppe 13 nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher der lichtemittierende Teil mit hoher Leuchtdichte eine kontinuierliche Phase bildet; und bei welcher der lichtemittierende Bereich mit niedriger Leuchtdichte eine diskontinuierliche Phase bildet, die durch den lichtemittierenden Teil mit hoher Leuchtdichte aufgeteilt ist.
  6. Schicht eines Kristalls aus einem Nitrid eines Elements der Gruppe 13 nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher der lichtemittierende Teil mit hoher Leuchtdichte einen Abschnitt umfasst, der sich entlang einer m-Ebene des Kristalls aus dem Nitrid eines Elements der Gruppe 13 erstreckt.
  7. Schicht aus einem Nitrid eines Elements der Gruppe 13 nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der eine Halbwertsbreite der Reflexion an der (1000)-Ebene einer Röntgen-Rockingkurve auf der oberen Oberfläche 10000 Sekunden oder weniger und 20 Sekunden oder mehr beträgt.
  8. Schicht aus einem Nitrid eines Elements der Gruppe 13 nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der das Nitrid eines Elements der Gruppe 13 ein Nitrid der Galliumnitrid-Reihe umfasst.
  9. Selbsttragendes Substrat, das die Schicht aus dem Nitrid eines Elements der Gruppe 13 nach einem der Ansprüche 1 bis 8 umfasst.
  10. Funktionelle Vorrichtung, umfassend: das selbsttragende Substrat nach Anspruch 9; und eine funktionelle Schicht, die auf der Schicht aus dem Nitrid eines Elements der Gruppe 13 bereitgestellt ist.
  11. Funktionelle Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die funktionelle Schicht eine Funktion von einer lichtemittierenden Funktion, einer gleichrichtenden Funktion oder einer Funktion zum Steuern von elektrischem Strom aufweist.
  12. Verbundsubstrat, umfassend: einen Trägerkörper; und die Schicht aus dem Nitrid eines Elements der Gruppe 13 nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die auf dem Trägerkörper bereitgestellt ist.
  13. Funktionelle Vorrichtung, umfassend: das Verbundsubstrat nach Anspruch 12; und eine funktionelle Schicht, die auf der Schicht aus dem Nitrid eines Elements der Gruppe 13 bereitgestellt ist.
  14. Funktionelle Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der die funktionelle Schicht eine Funktion von einer lichtemittierenden Funktion, einer gleichrichtenden Funktion oder einer Funktion zum Steuern von elektrischem Strom aufweist.
  15. Schicht eines Kristalls aus einem Nitrid eines Elements der Gruppe 13, wobei der Kristall aus dem Nitrid aus Galliumnitrid, Aluminiumnitrid, Indiumnitrid und Mischkristallen davon ausgewählt ist und die Schicht eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche umfasst, wobei die obere Oberfläche einen linearen lichtemittierenden Teil mit hoher Leuchtdichte und einen lichtemittierenden Bereich mit niedriger Leuchtdichte angrenzend an den lichtemittierenden Teil mit hoher Leuchtdichte umfasst, wenn die obere Oberfläche durch eine Kathodenlumineszenz untersucht wird; und wobei eine Halbwertsbreite der Reflexion an der (1000)-Ebene einer Röntgen-Rockingkurve auf der oberen Oberfläche 10000 Sekunden oder weniger und 20 Sekunden oder mehr beträgt.
  16. Schicht eines Kristalls aus dem Nitrid eines Elements der Gruppe 13 nach Anspruch 15, bei der Hohlräume auf einem Querschnitt im Wesentlichen senkrecht zu der oberen Oberfläche der Schicht des Kristalls aus dem Nitrid eines Elements der Gruppe 13 nicht festgestellt werden.
  17. Schicht eines Kristalls aus dem Nitrid eines Elements der Gruppe 13 nach Anspruch 15, bei der eine Versetzungsdichte auf der oberen Oberfläche der Schicht des Kristalls aus dem Nitrid eines Elements der Gruppe 13 1 × 106/cm2 oder weniger beträgt.
  18. Schicht eines Kristalls aus dem Nitrid eines Elements der Gruppe 13 nach Anspruch 17, bei der die Versetzungsdichte auf der oberen Oberfläche der Schicht des Kristalls aus dem Nitrid eines Elements der Gruppe 13 1 × 102/cm2 oder mehr und 1 × 106/cm2 oder weniger beträgt.
  19. Schicht eines Kristalls aus dem Nitrid eines Elements der Gruppe 13 nach einem der Ansprüche 15 bis 18, bei welcher der lichtemittierende Teil mit hoher Leuchtdichte eine kontinuierliche Phase bildet; und bei welcher der lichtemittierende Bereich mit niedriger Leuchtdichte eine diskontinuierliche Phase bildet, die durch den lichtemittierenden Teil mit hoher Leuchtdichte aufgeteilt ist.
  20. Schicht eines Kristalls aus dem Nitrid eines Elements der Gruppe 13 nach einem der Ansprüche 15 bis 19, bei welcher der lichtemittierende Teil mit hoher Leuchtdichte einen Abschnitt umfasst, der sich entlang einer m-Ebene des Kristalls aus dem Nitrid eines Elements der Gruppe 13 erstreckt.
  21. Schicht aus dem Nitrid eines Elements der Gruppe 13 nach einem der Ansprüche 15 bis 20, bei der das Nitrid eines Elements der Gruppe 13 ein Nitrid der Galliumnitrid-Reihe umfasst.
  22. Selbsttragendes Substrat, das die Schicht aus dem Nitrid eines Elements der Gruppe 13 nach einem der Ansprüche 15 bis 21 umfasst.
  23. Funktionelle Vorrichtung, umfassend: das selbsttragende Substrat nach Anspruch 22; und eine funktionelle Schicht, die auf der Schicht aus dem Nitrid eines Elements der Gruppe 13 bereitgestellt ist.
  24. Funktionelle Vorrichtung nach Anspruch 23, bei der die funktionelle Schicht eine Funktion von einer lichtemittierenden Funktion, einer gleichrichtenden Funktion oder einer Funktion zum Steuern von elektrischem Strom aufweist.
  25. Verbundsubstrat, umfassend: einen Trägerkörper; und die Schicht aus dem Nitrid eines Elements der Gruppe 13 nach einem der Ansprüche 15 bis 21, die auf dem Trägerkörper bereitgestellt ist.
  26. Funktionelle Vorrichtung, umfassend: das Verbundsubstrat nach Anspruch 25; und eine funktionelle Schicht, die auf der Schicht aus dem Nitrid eines Elements der Gruppe 13 bereitgestellt ist.
  27. Funktionelle Vorrichtung nach Anspruch 26, bei der die funktionelle Schicht eine Funktion von einer lichtemittierenden Funktion, einer gleichrichtenden Funktion oder einer Funktion zum Steuern von elektrischem Strom aufweist.
DE112017007796.6T 2017-08-24 2017-08-24 Schichten eines Kristalls aus einem Nitrid eines Elements der Gruppe 13, selbsttragende Substrate, funktionelle Vorrichtungen und Verbundsubstrate Active DE112017007796B4 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2017/030373 WO2019038892A1 (ja) 2017-08-24 2017-08-24 １３族元素窒化物層、自立基板および機能素子

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE112017007796T5 true DE112017007796T5 (de) 2020-06-10
DE112017007796B4 DE112017007796B4 (de) 2023-09-14

Family

ID=65438487

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112017007796.6T Active DE112017007796B4 (de) 2017-08-24 2017-08-24 Schichten eines Kristalls aus einem Nitrid eines Elements der Gruppe 13, selbsttragende Substrate, funktionelle Vorrichtungen und Verbundsubstrate
DE112017007792.3T Active DE112017007792B4 (de) 2017-08-24 2017-09-21 Schicht eines Kristalls aus einem Nitrid eines Elements der Gruppe 13, selbsttragendes Substrat, funktionelle Vorrichtungen und Verbundsubstrat

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112017007792.3T Active DE112017007792B4 (de) 2017-08-24 2017-09-21 Schicht eines Kristalls aus einem Nitrid eines Elements der Gruppe 13, selbsttragendes Substrat, funktionelle Vorrichtungen und Verbundsubstrat

Country Status (5)

Country Link
US (2) US11011678B2 (de)
JP (3) JP6639751B2 (de)
CN (2) CN111033764B (de)
DE (2) DE112017007796B4 (de)
WO (2) WO2019038892A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6857247B2 (ja) * 2017-08-24 2021-04-14 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
WO2021100242A1 (ja) * 2019-11-21 2021-05-27 日本碍子株式会社 １３族元素窒化物結晶層、自立基板および機能素子
JP2020073438A (ja) * 2019-12-24 2020-05-14 日本碍子株式会社 １３族元素窒化物結晶層、自立基板および機能素子

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6154066B2 (de) 1978-07-10 1986-11-20 Toray Industries
WO2010084682A1 (ja) 2009-01-23 2010-07-29 日本碍子株式会社 ３ｂ族窒化物結晶
WO2011046203A1 (ja) 2009-10-16 2011-04-21 日本碍子株式会社 下地基板、３ｂ族窒化物結晶及びその製法
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
JP5897790B2 (ja) 2009-10-22 2016-03-30 日本碍子株式会社 ３ｂ族窒化物単結晶及びその製法

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3580169B2 (ja) 1999-03-24 2004-10-20 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体素子
JP3670927B2 (ja) 2000-03-31 2005-07-13 三洋電機株式会社 窒化物系半導体発光素子
JP4534631B2 (ja) 2003-10-31 2010-09-01 住友電気工業株式会社 Ｉｉｉ族窒化物結晶の製造方法
JP2005203418A (ja) 2004-01-13 2005-07-28 Hitachi Cable Ltd 窒化物系化合物半導体基板及びその製造方法
JP4720125B2 (ja) * 2004-08-10 2011-07-13 日立電線株式会社 Ｉｉｉ−ｖ族窒化物系半導体基板及びその製造方法並びにｉｉｉ−ｖ族窒化物系半導体
WO2009035648A1 (en) * 2007-09-14 2009-03-19 Kyma Technologies, Inc. Non-polar and semi-polar gan substrates, devices, and methods for making them
JP5099763B2 (ja) * 2007-12-18 2012-12-19 国立大学法人東北大学 基板製造方法およびｉｉｉ族窒化物半導体結晶
JP5293591B2 (ja) * 2008-12-26 2013-09-18 豊田合成株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体の製造方法、およびテンプレート基板
US8680581B2 (en) 2008-12-26 2014-03-25 Toyoda Gosei Co., Ltd. Method for producing group III nitride semiconductor and template substrate
JP5434111B2 (ja) 2009-02-06 2014-03-05 三菱化学株式会社 自立基板の製造方法
JP4927121B2 (ja) * 2009-05-29 2012-05-09 シャープ株式会社 窒化物半導体ウェハ、窒化物半導体素子および窒化物半導体素子の製造方法
JP2013145867A (ja) * 2011-12-15 2013-07-25 Hitachi Cable Ltd 窒化物半導体テンプレート及び発光ダイオード
US9312446B2 (en) 2013-05-31 2016-04-12 Ngk Insulators, Ltd. Gallium nitride self-supported substrate, light-emitting device and manufacturing method therefor
WO2015068458A1 (ja) 2013-11-07 2015-05-14 日本碍子株式会社 ＧａＮテンプレート基板およびデバイス基板
WO2015083768A1 (ja) 2013-12-05 2015-06-11 日本碍子株式会社 窒化ガリウム基板および機能素子
US9627199B2 (en) * 2013-12-13 2017-04-18 University Of Maryland, College Park Methods of fabricating micro- and nanostructure arrays and structures formed therefrom
JP6154066B2 (ja) 2014-03-31 2017-06-28 日本碍子株式会社 多結晶窒化ガリウム自立基板及びそれを用いた発光素子
JP6573154B2 (ja) * 2014-06-05 2019-09-11 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 窒化物半導体構造、窒化物半導体構造を備えた電子デバイス、窒化物半導体構造を備えた発光デバイス、および窒化物半導体構造を製造する方法
JP6344987B2 (ja) 2014-06-11 2018-06-20 日本碍子株式会社 １３族元素窒化物結晶層および機能素子
US9653554B2 (en) 2014-07-21 2017-05-16 Soraa, Inc. Reusable nitride wafer, method of making, and use thereof
WO2016121853A1 (ja) 2015-01-29 2016-08-04 日本碍子株式会社 自立基板、機能素子およびその製造方法
US9614124B2 (en) * 2015-02-27 2017-04-04 Tohoku University Substrate having annealed aluminum nitride layer formed thereon and method for manufacturing the same
JP6578570B2 (ja) 2015-03-03 2019-09-25 国立大学法人大阪大学 Ｉｉｉ族窒化物半導体結晶基板の製造方法
JP6451563B2 (ja) 2015-09-08 2019-01-16 株式会社豊田中央研究所 窒化ガリウム結晶及びその製造方法、並びに、結晶成長装置
WO2017077989A1 (ja) 2015-11-02 2017-05-11 日本碍子株式会社 半導体素子用エピタキシャル基板、半導体素子、および、半導体素子用エピタキシャル基板の製造方法
WO2017077806A1 (ja) 2015-11-02 2017-05-11 日本碍子株式会社 半導体素子用エピタキシャル基板、半導体素子、および、半導体素子用エピタキシャル基板の製造方法
JP6222292B2 (ja) * 2016-06-14 2017-11-01 株式会社リコー 窒化ガリウム結晶、１３族窒化物結晶の製造方法および１３族窒化物結晶基板
JP6857247B2 (ja) * 2017-08-24 2021-04-14 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
CN111052415B (zh) 2017-08-24 2023-02-28 日本碍子株式会社 13族元素氮化物层、自立基板以及功能元件

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6154066B2 (de) 1978-07-10 1986-11-20 Toray Industries
WO2010084682A1 (ja) 2009-01-23 2010-07-29 日本碍子株式会社 ３ｂ族窒化物結晶
WO2011046203A1 (ja) 2009-10-16 2011-04-21 日本碍子株式会社 下地基板、３ｂ族窒化物結晶及びその製法
JP5897790B2 (ja) 2009-10-22 2016-03-30 日本碍子株式会社 ３ｂ族窒化物単結晶及びその製法
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

Also Published As

Publication number Publication date
DE112017007792B4 (de) 2023-09-14
WO2019038892A1 (ja) 2019-02-28
US20200190695A1 (en) 2020-06-18
US11088299B2 (en) 2021-08-10
US20200194626A1 (en) 2020-06-18
CN111033764A (zh) 2020-04-17
CN111033764B (zh) 2021-05-11
DE112017007792T5 (de) 2020-05-14
US11011678B2 (en) 2021-05-18
JP6639751B2 (ja) 2020-02-05
JPWO2019038933A1 (ja) 2020-02-27
CN111033763B (zh) 2021-02-26
JPWO2019038892A1 (ja) 2020-04-16
JP2020073439A (ja) 2020-05-14
WO2019038933A1 (ja) 2019-02-28
JP6639752B2 (ja) 2020-02-05
CN111033763A (zh) 2020-04-17
DE112017007796B4 (de) 2023-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112011101530B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer optischen Vorrichtung
DE10213358B4 (de) Licht emittierende III-Nitrid-Anordnung und Verfahren zu deren Herstellung
DE69217903T2 (de) Halbleiteranordnung auf Basis von Gallium-Nitrid und Verfahren zur Herstellung
DE10213395B4 (de) Indiumgalliumnitrid-Glättungsstrukturen für III-Nitried-Anordnungen
DE102006051455B4 (de) Herstellungsverfahren für eine ZnO-basierte Leuchtvorrichtung
DE112006001084T5 (de) Licht emittierende Bauelemente mit aktiven Schichten, die sich in geöffnete Grübchen erstrecken
DE112016000548T5 (de) Selbsttragendes substrat, funktionselement und verfahren zu deren herstellung
DE112017007792B4 (de) Schicht eines Kristalls aus einem Nitrid eines Elements der Gruppe 13, selbsttragendes Substrat, funktionelle Vorrichtungen und Verbundsubstrat
DE112019003108T5 (de) Tief-uv-transparente aluminiumnitrid-kristalle und verfahren zu ihrer herstellung
DE112012003313T5 (de) Halbleiter-Licht-emittierendes Element und Laminat, das dasselbe enthält
CN111052414B (zh) 13族元素氮化物层、自立基板以及功能元件
JP6854903B2 (ja) １３族元素窒化物層、自立基板および機能素子
DE112007002539T5 (de) ZnO-Schicht und lichtemittierende Halbleitervorrichtung
DE112020004313T5 (de) Verfahren zur Herstellung einer Kristallschicht eines Nitrids der Gruppe 13 und Impfkristallsubstrat
DE112016005626B4 (de) Substrat aus einem Kristall eines Nitrids eines Elements der Gruppe 13 und Verwendung desselben in einer Funktionsvorrichtung
CN111052413B (zh) 13族元素氮化物层、自立基板以及功能元件
DE112020005284T5 (de) Kristallschicht eines nitrids eines elements der gruppe 13, freistehendes substrat und funktionelles element
JP6851485B2 (ja) １３族元素窒化物層、自立基板および機能素子
JP6851486B2 (ja) １３族元素窒化物層、自立基板および機能素子
JP2020073438A (ja) １３族元素窒化物結晶層、自立基板および機能素子
WO2019039055A1 (ja) １３族元素窒化物層の製造方法
WO2019039342A1 (ja) 窒化ガリウム基板、自立基板および機能素子
JPWO2019039055A1 (ja) １３族元素窒化物層の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R083 Amendment of/additions to inventor(s)
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division